飞轮转子的位置检测方法和装置与流程
本发明涉及磁轴承技术领域，尤其是涉及一种飞轮转子的位置检测方法和装置。
背景技术：
磁轴承具有无机械摩擦和磨损、不需要润滑和维护、允许飞轮转子高速旋转等优点，特别适用于飞轮飞轮转子的支撑系统中。为了保证全磁轴承系统可以实现五自由度全悬浮，控制系统需要确定飞轮飞轮转子的位置信息，包括径向和轴向的位置信息。相关技术中，通过在飞轮转子上安装位置传感器，或者通过无传感器控制技术，确定飞轮转子的位置信息。但是，安装位置传感器会使磁轴承的轴向尺寸变大，不利于整体结构的优化设计，且位置传感器受磁轴承的结构限制，不能安装在与飞轮转子位移同步的位置，导致测量位移与飞轮转子位移不同，影响位置测量的精度。另外，无传感器控制技术，通常根据电磁铁线圈上的电流或电压信号确定飞轮转子的位置信息，该方式会产生较大电流纹波，同时抗干扰能力差，导致控制系统的稳定性可靠性较差。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种飞轮转子的位置检测方法和装置，以提高磁悬浮控制系统稳定性和可靠性，同时提高检测精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种飞轮转子的位置检测方法，方法应用于磁轴承的控制系统；磁轴承的径向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个径向传感器线圈；磁轴承的轴向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个轴向传感器线圈；磁轴承预先设置有多个位置测量电路；位置测量电路中连接有多个径向传感器线圈或多个轴向传感器线圈；方法包括：通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承的飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息；基于多个径向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息；基于多个轴向位置信息，确定飞轮转子的轴向位置信息。
进一步的，多个位置测量电路包括：第一径向位置测量电路；第一径向位置测量电路中连接有两个或四个第一径向传感器线圈；两个第一径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈，以及与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈；第一径向磁轴承绕组磁极为磁轴承中任意一组铁芯中的任意一个径向磁轴承绕组磁极；四个第一径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈和第二径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈并联或串联的径向传感器线圈，以及与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈和与第二径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈并联或者串联的径向传感器线圈；第一径向磁轴承绕组磁极和第二径向磁轴承绕组磁极共用同一组铁芯；通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息的步骤，包括：通过第一径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第一径向位置信息。
进一步的，多个位置测量电路包括：第二径向位置测量电路；第二径向位置测量电路中连接有四个第二径向传感器线圈；四个第二径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、第二径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、以及与第二径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈；第一径向传感器线圈与第二径向传感器线圈不同；通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息的步骤，还包括：通过第二径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第二径向位置信息；其中，同一径向包括相互垂直的x轴和/或y轴的方向。
进一步的，多个轴向传感器线圈包括多个上轴向传感器线圈和多个下轴向传感器线圈；其中上轴向传感器线圈与下轴向传感器线圈的数量相同；多个位置测量电路还包括：第一轴向位置测量电路；第一轴向位置测量电路中连接有两个或四个第一轴向传感器线圈；两个第一轴向传感器线圈包括：一个上轴向传感器线圈和一个下轴向传感器线圈；四个第一轴向传感器线圈包括：两个上轴向传感器线圈串联或并联的传感器线圈和两个下轴向传感器线圈串联或并联的传感器线圈；通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息的步骤，还包括：通过第一轴向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的第一轴向位置信息。
进一步的，多个位置测量电路还包括：第二轴向位置测量电路；第二轴向位置测量电路中连接有四个第二轴向传感器线圈；四个第二轴向传感器线圈包括：两个上轴向传感器线圈和两个下轴向传感器线圈；第一轴向传感器线圈与第二轴向传感器线圈不同；通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息的步骤，包括：通过第二轴向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的第二轴向位置信息。
进一步的，多个径向位置信息包括：第一径向位置信息和第二径向位置信息；基于多个径向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息的步骤，包括：计算第一径向位置信息和第二径向位置信息的差值的第一绝对值；如果第一绝对值小于或等于预设第一阈值，将第一径向位置信息和第二径向位置信息的平均值确定为飞轮转子的最终径向位置信息；如果第一绝对值大于预设第一阈值，根据飞轮转子在前一时刻的径向位置信息，确定飞轮转子的最终径向位置信息。
进一步的，根据飞轮转子在前一时刻的径向位置信息，确定飞轮转子的最终径向位置信息的步骤，包括：从第一径向位置信息和第二径向位置信息中，确定与飞轮转子在前一时刻的径向位置信息距离最近的第一目标位置信息；将第一目标位置信息确定为飞轮转子的最终径向位置信息。
进一步的，多个轴向位置信息包括：第一轴向位置信息和第二轴向位置信息；基于多个轴向位置信息，确定飞轮转子的轴向位置信息的步骤，包括：计算第一轴向位置信息和第二轴向位置信息的差值的第二绝对值；如果第二绝对值小于或等于预设第二阈值，将第一轴向位置信息和第二轴向位置信息的平均值确定为飞轮转子的最终轴向位置信息；如果第二绝对值大于预设第二阈值，根据飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息，确定飞轮转子的最终轴向位置信息。
进一步的，根据飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息，确定飞轮转子的最终轴向位置信息的步骤，包括：从第一轴向位置信息和第二轴向位置信息中，确定与飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息距离最近的第二目标位置信息；将第二目标位置信息确定为飞轮转子的最终轴向位置信息。
第二方面，本发明实施例提供了一种飞轮转子的位置检测装置，装置设置于磁轴承的控制系统；磁轴承的径向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个径向传感器线圈；磁轴承的轴向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个轴向传感器线圈；磁轴承中预先设置有多个位置测量电路；位置测量电路中连接有多个径向传感器线圈或多个轴向传感器线圈；装置包括：第一位置获取模块，用于通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承的飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及当前时刻磁轴承的飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息；径向位置确定模块，用于基于多个径向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息；轴向位置确定模块，用于基于多个轴向位置信息，确定飞轮转子的轴向位置信息。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种飞轮转子的位置检测方法和装置，该方法应用于磁轴承的控制系统；磁轴承绕组磁极上预先安装有多个传感器线圈；或通过连接有该传感器线圈的多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及在同一轴向的多个轴向位置信息；基于多个径向位置信息和多个轴向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息和轴向位置信息。该方式中，在磁轴承绕组磁极上安装多个传感器线圈，通过连接有多个该传感器线圈的多个测量电路获取飞轮转子在同一时刻同一方向的多个位置信息，减小了系统的体积和重量，进而降低了成本；另外，通过多个位置信息确定飞轮转子的最终位置信息，提高了磁悬浮控制系统的稳定性和可靠性，进而提高了位置检测的精度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种磁轴承位置闭环控制框图；
图2为本发明实施例提供的一种飞轮转子的位置检测方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种径向磁轴承应用示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种径向磁轴承应用示意图；
图5为本发明实施例提供的一种第一径向位置测量电路示意图；
图6为本发明实施例提供的一种差分信号调理ad598的内部原理图；
图7为本发明实施例提供的一种第二径向位置测量电路示意图；
图8为本发明实施例提供的一种轴向磁轴承应用示意图；
图9为本发明实施例提供的一种飞轮转子的位置检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前磁轴承具有无机械摩擦和磨损、不需要润滑和维护、允许飞轮转子高速旋转等优点，特别适用于飞轮飞轮转子的支撑系统中。为了保证全磁轴承系统可以实现五自由度全悬浮，控制系统需要确定飞轮飞轮转子的位置信息，包括径向和轴向的位置信息。相关技术中，通过在飞轮转子上安装位置传感器，或者通过无传感器控制技术，确定飞轮转子的位置信息；如图1所示，磁轴承位置闭环控制框图，通过闭环控制的方式，通过位置传感器反馈飞轮转子的位置。但是，安装位置传感器会使磁轴承的轴向尺寸变大，不利于整体结构的优化设计，且位置传感器受磁轴承的结构限制，不能安装在与飞轮转子位移同步的位置，导致测量位移与飞轮转子位移不同，影响位置测量的精度。另外，无传感器控制技术，通常根据电磁铁线圈上的电流或电压信号确定飞轮转子的位置信息，该方式会产生较大电流纹波，同时抗干扰能力差，导致控制系统的稳定性可靠性较差。基于此，本发明实施例提供的一种飞轮转子的位置检测方法和装置，该技术可以应用于磁轴承系统，尤其可以应用于飞轮储能系统中。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种飞轮转子的位置检测方法进行详细介绍，该方法应用于磁轴承的控制系统；磁轴承的径向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个径向传感器线圈；该磁轴承的轴向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个轴向传感器线圈；该磁轴承中预先设置有多个位置测量电路；该位置测量电路中连接有多个径向传感器线圈或多个轴向传感器线圈；
比如，上述每个径向磁轴承绕组磁极上通常会缠绕两个径向传感器线圈，上述轴向磁轴承绕组磁极上通常会缠绕八个轴向传感器线圈，分别位于轴向磁轴承的上下两侧，上轴向并绕有四个轴向传感器线圈，下轴向并绕有四个轴向传感器线圈。其中的径向传感器线圈和轴向传感器线圈可以理解为位置传感器探头；上述位置测量电路用于获取径向传感器线圈与飞轮转子之间的径向位置信息，还用于获取轴向传感器线圈与飞轮转子之间的轴向位置信息。具体的，每个测量电路包括的多个径向传感器线圈通常位于不同的径向磁轴承绕组磁极位置；另外。每个测量电路包括的径向传感器线圈和轴向传感器线圈都不同。
如图2所示，上述方法包括如下步骤：
步骤s202，通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息；
上述多个位置测量电路通常包括多个径向位置测量电路和多个轴向位置测量电路；在径向位置测量电路中设置不同位置和数量的径向传感器线圈，即利用不同位置和数量的径向传感器线圈的不同连接方式构成多个不同径向位置测量电路，比如，变气隙式差动电感式位置测量电路和差动变压器式位置测量电路，可以获取到同一时刻飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，可以理解为，飞轮转子距离径向位置测量电路中的径向传感器线圈(即径向磁轴承绕组磁极)的位置信息，或者飞轮转子距离径向磁轴承中心位置的距离。
另外，可以在轴向位置测量电路中设置不同位置和数量的轴向传感器线圈，即利用不同位置和数量的轴向传感器线圈的不同连接方式构成的轴向位置测量电路，可以获取到同一时刻飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息，可以理解为，飞轮转子距离轴向位置测量电路中的轴向传感器线圈(即径向磁轴承绕组磁极)的位置信息，或者飞轮转子距离径向磁轴承中心位置的距离。
上述位置信息通常为位置测量电路输出的电压值，电压值的大小表示距离的远近，电压值的正负表示距离的方向。比如，电压值为正电压，电压值越大表示飞轮转子沿正方向距离磁轴承中心位置越远；当电压值为负电压，电压越大表示飞轮转子沿负方向距离磁轴承中心位置越远。其中，径向磁轴承的中心位置可以理解为坐标轴的中心。
步骤s204，基于多个径向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息；
通常相关技术中只能通过一个测量电路获取得到一个径向位置信息，为了提高测量精度，可以通过多个不同的测量电路获取得到多个径向位置信息。通过对多个径向位置信息进行分析，比如，计算多个径向位置信息的平均值，将平均值确定为飞轮转子的径向位置信息；还如，计算多个径向位置信息中较小的值或者较大的值，或者与前一时刻的位置信息相差最小的值，确定为飞轮转子的径向位置信息。
步骤s206，基于多个轴向位置信息，确定飞轮转子的轴向位置信息。
同样的，可以通过对多个轴向位置信息进行分析，比如，计算多个轴向位置信息的平均值，将平均值确定为飞轮转子的轴向位置信息；还如，计算多个轴向位置信息中较小的值或者较大的值，或者与前一时刻的位置信息相差最小的值，确定为飞轮转子的轴向位置信息。
上述一种飞轮转子的位置检测方法，该方法应用于磁轴承的控制系统；磁轴承绕组磁极上预先安装有多个传感器线圈；或通过连接有该传感器线圈的多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及在同一轴向的多个轴向位置信息；基于多个径向位置信息和多个轴向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息和轴向位置信息。该方式中，在磁轴承绕组磁极上安装多个传感器线圈，通过连接有多个该传感器线圈的多个测量电路获取飞轮转子在同一时刻同一方向的多个位置信息，减小了系统的体积和重量，进而降低了成本；另外，通过多个位置信息确定飞轮转子的最终位置信息，提高了磁悬浮控制系统的稳定性和可靠性，进而提高了位置检测的精度。
一种具体的实施方式中，上述多个位置测量电路包括：第一径向位置测量电路；该第一径向位置测量电路中连接有两个或四个第一径向传感器线圈；其中，两个第一径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈，以及与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈；第一径向磁轴承绕组磁极为磁轴承中任意一组铁芯中的任意一个径向磁轴承绕组磁极；四个第一径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈与第二径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈并联或串联的传感器线圈，以及与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈和与第二径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈并联或者串联的传感器线圈；第一径向磁轴承绕组磁极和第二径向磁轴承绕组磁极共用同一组铁芯；
首先，参见图3和图4所示的径向磁轴承应用示意图，其中包括四个铁芯，分别为第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯和第四铁芯，每个铁芯包括两个径向磁轴承绕组磁极。径向八级磁轴承的径向磁轴承绕组磁极，分别为a级、b级、c级、d级、e级、f级、g级、h级，中心位置为飞轮转子的中心位置；图中的上径向磁轴承与下径向磁轴承的结构相同。其中，每两个径向磁轴承绕组磁极共用一组铁芯，每个径向磁轴承绕组磁极上缠绕有独立的磁轴承线圈，用于产生磁力；同时，每个径向磁轴承绕组磁极上并绕两个径向传感器线圈，分别为c1～c16，用于检测飞轮转子的径向位置信息。
参见图5所示的一种第一径向位置测量电路，该电路为差动电感式位置信号测量电路，其中连接有两个第一径向传感器线圈，如图5中的第一径向传感器线圈1和第一径向传感器线圈2，这两个径向传感器线圈与电路的连接方式如图5所示，如果径向位置包括如图3所示的x轴方向，则图5中的两个第一径向传感器线圈可以是a级中的一个径向传感器线圈，以及与a级对称的e级中的一个径向传感器线圈，或者b级中的一个径向传感器线圈，以及与b级对称的f级中的一个径向传感器线圈；比如，第一径向传感器线圈1为c1，第一径向传感器线圈2为c5，或者第一径向传感器线圈1为c2，第一径向传感器线圈2为c6。
如果第一径向位置测量电路包括四个径向传感器线圈，则图5中的两个第一径向传感器线圈还可以是a级中的一个径向传感器线圈与b级中的一个径向传感器线圈串联或并联后的线圈，以及e级中的一个径向传感器线圈与f级中的一个径向传感器线圈串联或并联后的线圈；比如，第一径向传感器线圈1为c1与c2并联或者串联的线圈，第一径向传感器线圈2为c5和c6并联或者串联的线圈。
如果检测与上述x轴垂直的y轴方向的径向位置信息，此时图5中的这两个径向传感器线圈可以是c级中的一个径向传感器线圈，以及g级中的一个径向传感器线圈，或者d级中的一个径向传感器线圈，以及h级中的一个径向传感器线圈；比如，第一径向传感器线圈1为c3，第一径向传感器线圈2为c7，或者第一径向传感器线圈1为c4，第一径向传感器线圈2为c8。
如果第一径向位置测量电路包括四个径向传感器线圈，则图5中的两个第一径向传感器线圈还可以是c级中的一个径向传感器线圈与d级中的一个径向传感器线圈串联或并联后的线圈，以及g级中的一个径向传感器线圈与h级中的一个径向传感器线圈串联或并联后的线圈；比如，第一径向传感器线圈1为c3与c4并联或者串联的线圈，第一径向传感器线圈2为c7和c8并联或者串联的线圈。
基于上述第一径向位置测量电路，通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息的步骤，包括：通过第一径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第一径向位置信息。
继续参见图5所示的电路图，以径向磁轴承绕组磁极a极和e极为例，lc1为线圈c1的电感值，lc5为线圈c5的电感值，这两组电感值会随着径向磁轴承绕组磁极线圈与飞轮转子之间的位置量变化而发生变化，根据这两组电感值大小即可得到飞轮转子距离这两个径向磁轴承绕组磁极a极和e极的差动位置信息。其它径向磁轴承绕组磁极位置信号检测同上。
具体的，如图6所示的差分信号调理ad598的内部原理图，图中a为引脚10端(图5中的引脚10)的输入电压，b为引脚11端(图5中的引脚11)的输入电压，rscale为固定调理电阻，iref为固定参考电流，差动信号输出
上述多个位置测量电路包括：第二径向位置测量电路；第二径向位置测量电路中连接有四个第二径向传感器线圈；四个第二径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、第二径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、以及与第二径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈；第一径向传感器线圈与第二径向传感器线圈不同；
参见图7所示的一种第二径向位置测量电路，该电路为差动变压器位置信号测量电路，其中连接有四个第二径向传感器线圈，如图7所示的第二径向传感器线圈1、第二径向传感器线圈2、第二径向传感器线圈3、以及第二径向传感器线圈4；这四个径向传感器线圈与电路的连接方式如图7所示，将第二径向传感器线圈1和第二径向传感器线圈2分别作为初级线圈和次级线圈，与第二径向传感器线圈3和第二径向传感器线圈4分别作为初级线圈和次级线圈，沿x轴或者y轴方向组成一对，分别位于x轴或者y轴的两个方向成180°角。
如果径向位置包括如图3所示的x轴方向，则图7中的四个第二径向传感器线圈可以是a级中的一个径向传感器线圈、b级中的一个径向传感器线圈、e级中的一个径向传感器线圈、以及f级中的一个线圈。比如，第二径向传感器线圈1为c9、第二径向传感器线圈2为c10、第二径向传感器线圈3为c13、以及第二径向传感器线圈4为c14。
如果检测与上述x轴垂直的y轴方向的径向位置信息，此时图7中的这四个径向传感器线圈可以是c级中的一个径向传感器线圈、d级中的一个径向传感器线圈、g级中的一个径向传感器线圈、以及h级中的一个径向传感器线圈。比如，第二径向传感器线圈1为c11、第二径向传感器线圈2为c12、第二径向传感器线圈3为c15、以及第二径向传感器线圈4为c16。
需要说明的是，由于是测量同一时刻的飞轮转子位置，因此一个径向传感器线圈只能接入到一个电路中，即上述第一径向传感器线圈与第二径向传感器线圈不同。在径向磁轴承绕组磁极上并绕两个或者多个径向传感器线圈，能够同时得到多个位置信息，基于多个位置信息确定飞轮转子的最终位置信息，提高了检测精度。
通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息的步骤，还包括：通过第二径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第二径向位置信息；其中，同一径向包括相互垂直的x轴和/或y轴的方向。
继续参见图7所示的电路图，以径向磁轴承绕组磁极a极、b极和e极、f极中的径向传感器线圈接入电路，测量x轴方向的径向位置信息为例，lc9为线圈c9的电感值，lc10为线圈c10的电感值，lc13为线圈c13的电感值，lc14为线圈c14的电感值，这四组电感值会随着径向磁轴承绕组磁极线圈与飞轮转子之间的位置量变化而发生变化，根据这四组电感得到的变压器输出值大小即可得到飞轮转子距离四个径向磁轴承绕组磁极a极、b极和e极、f极的差动位置信息。其它径向磁轴承绕组磁极位置信息检测同上。
具体的，图7中，r2为固定调理电阻，iref为固定参考电流，vlc10、vlc14为分别为这两组电感lc10和lc14的量测电压，根据这四个径向磁轴承绕组磁极可以得到一组差动信号输出
进一步的，上述多个轴向传感器线圈包括多个上轴向传感器线圈和多个下轴向传感器线圈；其中上轴向传感器线圈与下轴向传感器线圈的数量相同；多个位置测量电路还包括：第一轴向位置测量电路；第一轴向位置测量电路中连接有两个或四个第一轴向传感器线圈；两个第一轴向传感器线圈包括：一个上轴向传感器线圈和一个下轴向传感器线圈；四个第一轴向传感器线圈包括：两个上轴向传感器线圈串联或并联的传感器线圈和两个下轴向传感器线圈串联或并联的传感器线圈；
首先，参见图8所示的轴向磁轴承应用配置示意图，如图所示，轴向磁轴承采用整体圆环设计，在飞轮转子圆周方向缠绕磁轴承线圈，分上轴向磁轴承和下轴向磁轴承。在轴向磁轴承圆环上分别侧叠加四组轴向传感器线圈，可以称为位置传感器线圈，同样分上四组线圈和下四组线圈，其中，上四组线圈包括c17、c18、c21和c22下四组线圈包括c19、c20、c23和c24。
上述第一轴向位置测量电路与图5中的电路图相同，仅仅是接入电路图的线圈换成了上述轴向传感器线圈，具体的，上述第一轴向位置测量电路中连接有两个第一轴向传感器线圈可以是c17和c19、c18和c20、c21和c23、c22和c24；如果第一轴向位置测量电路包括四个第一轴向传感器线圈，可以是c17和c18串联或者并联后的线圈，以及c19和c20串联或者并联后的线圈。
上述通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息的步骤，包括：通过第一轴向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的第一轴向位置信息。
具体的获取位置信息方式与上述通过第一径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第一径向位置信息的实现方式相同，在此不再赘述。
上述多个位置测量电路还包括：第二轴向位置测量电路；第二轴向位置测量电路中连接有四个第二轴向传感器线圈；四个第二轴向传感器线圈包括：两个上轴向传感器线圈和两个下轴向传感器线圈；
上述四个第二轴向传感器线圈可以是c21、c22、c23和c24，具体的，将c21和c22分别作为初级线圈和次级线圈，与c23和c24分别作为初级线圈和次级线圈，沿z轴方向组成一对，沿z轴方向组成一对，分别位于z轴的两个方向成180°角。需要说明的是，由于是测量同一时刻的飞轮转子位置，因此一个轴向传感器线圈只能接入到一个电路中，即上述第一轴向传感器线圈与第二轴向传感器线圈不同，即如果c17和c19接入第一轴向位置测量电路，则c21、c22、c23和c24接入第二轴向位置测量电路。
上述通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息的步骤，包括：通过第二轴向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的第二轴向位置信息。
具体的获取位置信息方式与上述通过第二径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第二径向位置信息的实现方式相同，在此不再赘述。
进一步的，上述多个径向位置信息包括：第一径向位置信息和第二径向位置信息；基于多个径向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息的步骤，包括：
(1)计算第一径向位置信息和第二径向位置信息的差值的第一绝对值；
以径向为x轴，第一径向位置信息为v01，第二径向位置信息为v02为例，首先计算v01与v02的差值的绝对值|v01-v02|，得到上述第一绝对值|v01-v02|。
(2)如果第一绝对值小于或等于预设第一阈值，将第一径向位置信息和第二径向位置信息的平均值确定为飞轮转子的最终径向位置信息；
上述预设第一阈值可以根据实际需要进行设置，上述预设第一阈值可以表示为vth1，如果|v01-v02|≤vth1，则计算v01与v02的平均值，即vx＝(v01+v02)/2，其中vth1通常是指最小阈值。将vx确定为飞轮转子的最终径向位置信息。
(3)如果第一绝对值大于预设第一阈值，根据飞轮转子在前一时刻的径向位置信息，确定飞轮转子的最终径向位置信息。
如果|v01-v02|＞vth1，则可以与前一时刻的径向位置信息与当前时刻计算得到的v01和v02进行对比，根据比较结果确定飞轮转子的最终径向位置信息。
上述步骤(3)一种具体的实现方式：从第一径向位置信息和第二径向位置信息中，确定与飞轮转子在前一时刻的径向位置信息距离最近的第一目标位置信息；将第一目标位置信息确定为飞轮转子的最终径向位置信息。
具体的，首先计算v01与飞轮转子在前一时刻的径向位置信息的距离，得到第一距离，计算v02与飞轮转子在前一时刻的径向位置信息的距离，得到第二距离，如果第一距离小于第二距离，则说明v01与飞轮转子在前一时刻的径向位置信息距离最近，则将v01确定为飞轮转子的最终径向位置信息。
进一步的，上述多个轴向位置信息包括：第一轴向位置信息和第二轴向位置信息；基于多个轴向位置信息，确定飞轮转子的轴向位置信息的步骤，包括：
(1)计算第一轴向位置信息和第二轴向位置信息的差值的第二绝对值；
(2)如果第二绝对值小于或等于预设第二阈值，将第一轴向位置信息和第二轴向位置信息的平均值确定为飞轮转子的最终轴向位置信息；
(3)如果第二绝对值大于预设第二阈值，根据飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息，确定飞轮转子的最终轴向位置信息。
上述步骤(3)一种具体的实现方式：从第一轴向位置信息和第二轴向位置信息中，确定与飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息距离最近的第二目标位置信息；将第二目标位置信息确定为飞轮转子的最终轴向位置信息。
上述确定最终轴向位置信息的具体实现方式，与前述确定最终径向位置信息的步骤相同，在此不再赘述。
上述方式中，首先，采用目前成熟的电感式位置传感器实现飞轮转子位置的实时检测，并将磁轴承定子铁芯与位置传感器铁芯集成设计，将两者在磁路上进行融合，有利于发挥互补优势，提高系统的可执行性和可靠性，降低系统尺寸和成本，并能最大化提高控制系统的动态性能。
另外，提供了完整的位置传感器探头的集成设计方案，以及传感器位置检测方法，直接可应用于工程系统中，尤其是飞轮储能系统中，对于提高飞轮储能系统的集成化、小型化具有很大的推动作用。
最后，采用差动电感式和差动变压器式位置传感器检测方法对飞轮转子位置进行实时检测，并将两者进行信息融合，得到准确的飞轮转子的位置信息，有利于提高飞轮转子位置的准确度，进一步提高磁悬浮控制的稳定性。
对应上述的方法实施例，如图9所示，发明实施例提供了一种飞轮转子的位置检测装置，该装置设置于磁轴承的控制系统；磁轴承的径向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个径向传感器线圈；磁轴承的轴向磁轴承绕组磁极上预先安装有多个轴向传感器线圈；磁轴承中预先设置有多个位置测量电路；位置测量电路中连接有多个径向传感器线圈或多个轴向传感器线圈；该装置包括：
第一位置获取模块91，用于通过多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承的飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及当前时刻磁轴承的飞轮转子在同一轴向的多个轴向位置信息；
径向位置确定模块92，用于基于多个径向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息；
轴向位置确定模块93，用于基于多个轴向位置信息，确定飞轮转子的轴向位置信息。
本发明实施例提供了一种飞轮转子的位置检测装置，该装置设置于磁轴承的控制系统；磁轴承绕组磁极上预先安装有多个传感器线圈；或通过连接有该传感器线圈的多个位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的多个径向位置信息，以及在同一轴向的多个轴向位置信息；基于多个径向位置信息和多个轴向位置信息，确定飞轮转子的径向位置信息和轴向位置信息。该方式中，在磁轴承绕组磁极上安装多个传感器线圈，通过连接有多个该传感器线圈的多个测量电路获取飞轮转子在同一时刻同一方向的多个位置信息，减小了系统的体积和重量，进而降低了成本；另外，通过多个位置信息确定飞轮转子的最终位置信息，提高了磁悬浮控制系统的稳定性和可靠性，进而提高了位置检测的精度。
进一步的，上述多个位置测量电路包括：第一径向位置测量电路；第一径向位置测量电路中连接有两个或四个第一径向传感器线圈；两个第一径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈，以及与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈；第一径向磁轴承绕组磁极为磁轴承中任意一组铁芯中的任意一个径向磁轴承绕组磁极；四个第一径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈和第二径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈并联或串联的径向传感器线圈，以及与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈和与第二径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈并联或者串联的径向传感器线圈；第一径向磁轴承绕组磁极和第二径向磁轴承绕组磁极共用同一组铁芯；上述第一位置获取模块还用于：通过第一径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第一径向位置信息。
进一步的，上述多个位置测量电路包括：第二径向位置测量电路；第二径向位置测量电路中连接有四个第二径向传感器线圈；四个第二径向传感器线圈包括：第一径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、第二径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、与第一径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈、以及与第二径向磁轴承绕组磁极对称的径向磁轴承绕组磁极中的一个径向传感器线圈；第一径向传感器线圈与第二径向传感器线圈不同；上述第一位置获取模块还用于：通过第二径向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一径向的第二径向位置信息；其中，同一径向包括相互垂直的x轴和/或y轴的方向。
进一步的，上述多个轴向传感器线圈包括多个上轴向传感器线圈和多个下轴向传感器线圈；其中上轴向传感器线圈与下轴向传感器线圈的数量相同；多个位置测量电路还包括：第一轴向位置测量电路；第一轴向位置测量电路中连接有两个或四个第一轴向传感器线圈；两个第一轴向传感器线圈包括：一个上轴向传感器线圈和一个下轴向传感器线圈；四个第一轴向传感器线圈包括：两个上轴向传感器线圈串联或并联的传感器线圈和两个下轴向传感器线圈串联或并联的传感器线圈；上述第一位置获取模块还用于：通过第一轴向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的第一轴向位置信息。
进一步的，上述多个位置测量电路还包括：第二轴向位置测量电路；第二轴向位置测量电路中连接有四个第二轴向传感器线圈；四个第二轴向传感器线圈包括：两个上轴向传感器线圈和两个下轴向传感器线圈；第一轴向传感器线圈与第二轴向传感器线圈不同；上述第一位置获取模块还用于：通过第二轴向位置测量电路，获取当前时刻磁轴承中飞轮转子在同一轴向的第二轴向位置信息。
进一步的，上述多个径向位置信息包括：第一径向位置信息和第二径向位置信息；上述径向位置确定模块还用于：计算第一径向位置信息和第二径向位置信息的差值的第一绝对值；如果第一绝对值小于或等于预设第一阈值，将第一径向位置信息和第二径向位置信息的平均值确定为飞轮转子的最终径向位置信息；如果第一绝对值大于预设第一阈值，根据飞轮转子在前一时刻的径向位置信息，确定飞轮转子的最终径向位置信息。
进一步的，上述径向位置确定模块还用于：从第一径向位置信息和第二径向位置信息中，确定与飞轮转子在前一时刻的径向位置信息距离最近的第一目标位置信息；将第一目标位置信息确定为飞轮转子的最终径向位置信息。
进一步的，上述多个轴向位置信息包括：第一轴向位置信息和第二轴向位置信息；上述径向位置确定模块还用于：计算第一轴向位置信息和第二轴向位置信息的差值的第二绝对值；如果第二绝对值小于或等于预设第二阈值，将第一轴向位置信息和第二轴向位置信息的平均值确定为飞轮转子的最终轴向位置信息；如果第二绝对值大于预设第二阈值，根据飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息，确定飞轮转子的最终轴向位置信息。
进一步的，上述径向位置确定模块还用于：从第一轴向位置信息和第二轴向位置信息中，确定与飞轮转子在前一时刻的轴向位置信息距离最近的第二目标位置信息；将第二目标位置信息确定为飞轮转子的最终轴向位置信息。
本发明实施例提供的飞轮转子的位置检测装置，与上述实施例提供的飞轮转子的位置检测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例所提供的飞轮转子的位置检测方法、装置以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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