[发明专利]一种凹凸式方形槽检测电机主轴窜动的装置及方法

权利要求书

1.一种凹凸式方形槽检测电机主轴窜动的方法，所述方法应用于一种凹凸式方形槽检测装置，凹凸式方形槽检测装置，它包括左端径向检测器a1(1)，右端径向检测器a2(2)，前端轴向检测器b1(3)，后端轴向检测器b2(4)，窜动检测器集成箱(5)，凹凸式方形槽套筒(6)，电机主轴(7)，电机法兰盘(8)，电机(9)；左端径向霍尔元件(1-1)，左端径向隔磁板(1-2)，左端径向永久磁铁(1-3)，右端径向霍尔元件(2-1)，右端径向隔磁板(2-2)，右端径向永久磁铁(2-3)，前端轴向霍尔元件(3-1)，前端轴向隔磁板(3-2)，前端轴向永久磁铁(3-3)，后端轴向霍尔元件(4-1)，后端轴向隔磁板(4-2)，后端轴向永久磁铁(4-3)，前端轴向检测器安装口(5-1)，后端轴向检测器安装口(5-2)，左端径向检测器安装口(5-3)，右端径向检测器安装口(5-4)，轴向凹凸式方形槽区域(6-1)，径向凹凸式方形槽区域(6-2)；其中，左端径向检测器a1(1)包括左端径向霍尔元件(1-1)，左端径向隔磁板(1-2)，左端径向永久磁铁(1-3)；左端径向霍尔元件(1-1)与左端径向检测器a1(1)锡焊焊接；左端径向隔磁板(1-2)，左端径向永久磁铁(1-3)均与左端径向检测器a1(1)胶接；右端径向检测器a2(2)包括右端径向霍尔元件(2-1)，右端径向隔磁板(2-2)，右端径向永久磁铁(2-3)；右端径向霍尔元件(2-1)与右端径向检测器a2(2)锡焊焊接；右端径向隔磁板(2-2)，右端径向永久磁铁(2-3)均与右端径向检测器a2(2)胶接；前端轴向检测器b1(3)包括前端轴向霍尔元件(3-1)，前端轴向隔磁板(3-2)，前端轴向永久磁铁(3-3)；前端轴向霍尔元件(3-1)与前端轴向检测器b1(3)锡焊焊接；前端轴向隔磁板(3-2)，前端轴向永久磁铁(3-3)均与前端轴向检测器b1(3)胶接；后端轴向检测器b2(4)包括后端轴向霍尔元件(4-1)，后端轴向隔磁板(4-2)，后端轴向永久磁铁(4-3)；后端轴向霍尔元件(4-1)与后端轴向检测器b2(4)锡焊焊接；后端轴向隔磁板(4-2)，后端轴向永久磁铁(4-3)均与后端轴向检测器b2(4)胶接；左端径向检测器a1(1)、右端径向检测器a2(2)分别与左端径向检测器安装口(5-3)、右端径向检测器安装口(5-4)胶接；前端轴向检测器b1(3)、后端轴向检测器b2(4)分别与前端轴向检测器安装口(5-1)、后端轴向检测器安装口(5-2)胶接；凹凸式方形槽套筒(6)与电机主轴(7)胶接；窜动检测器集成箱(5)与电机法兰盘(8)螺纹连接；

其特征在于：所述方法的具体实施过程为：

步骤一：将凹凸式方形槽套筒与要进行窜动检测的电机主轴进行胶接，将电机主轴的窜动体现为凹凸式方形槽的位移波动；

步骤二：将窜动检测器集成箱与电机法兰盘进行螺纹连接，将两个轴向检测器分别安装于相对应的轴向检测器安装口中，将两个径向检测器分别安装于相对应的径向检测器安装口中；

步骤三：电机通电，电机主轴开始旋转，前端轴向检测器上的前端永久磁铁产生前端磁场，后端轴向检测器上的后端永久磁铁产生后端磁场，左端径向检测器上的左端永久磁铁产生左端磁场，右端径向检测器上的右端永久磁铁产生右端磁场；四个检测器上的四个霍尔元件分别开始接收各自磁场的信号；

步骤四：当电机主轴正常工作时，电机主轴不会发生窜动，此时凹凸式方形槽套筒不会发生位移波动；在轴向与径向两个方向上，凹凸式方形槽区域均不会进入磁场中，轴向霍尔元件和径向霍尔元件与凹凸式方形槽套筒之间的距离为恒定值，轴向霍尔元件与径向霍尔元件周围的磁场密度也为恒定值，进而轴向霍尔元件与径向霍尔元件周围的磁场强度也不会发生变化，输出的四个磁场信号就是永久磁铁产生的磁场强度的定值；

步骤五：径向窜动检测原理与距离公式同轴向窜动检测原理与距离公式相同，因此叙述轴向窜动检测过程，并以横截面为上边长α＝1mm，下边长β＝0.8mm的凹凸式方形槽为例；当电机主轴发生轴向窜动时：

窜动方式1：若发生单一方向单一窜动，这里以电机主轴向后端窜动为例；此时凹凸式方形槽套筒会向后发生位移波动，轴向凹凸式方形槽区域会进入到后端磁场中，前端磁场信号不会发生变化；由于凹凸槽的存在，会使得后端轴向霍尔元件与套筒的距离产生变化；当窜动一个凸槽的距离时，后端轴向霍尔元件会输出一个高电平信号，若继续发生窜动，下一个凹槽会进入到后端磁场中，后端轴向霍尔元件会输出一个低电平信号；一个高电平信号代表着窜动距离为一个上边长α，一个低电平信号代表着窜动距离为一个下边长β，具体窜动距离公式为(1)：

X₁＝α×n₁+β×n₂  (1)

其中X₁为单一方向单一窜动距离，α为上边长，β为下边长，n₁为后端轴向霍尔元件输出的高电平信号数，n₂为后端轴向霍尔元件输出的低电平信号数；

窜动方式2：若发生单一方向双向窜动，即电机主轴主体上向后端窜动，但也会向前端窜动；此时凹凸式方形槽区域还是只进入后端磁场中，并且会在后端磁场中发生前后窜动，在由向后端窜动与向前端窜动切换时，后端轴向霍尔元件会持续输出大于等于一个相位时间段的高电平或低电平，此时的窜动距离公式为(2)：

X2＝α×(n₁-n_i+n_k)+β×(n₂-n_j+n_f) (2)

其中X₂为单一方向双向窜动距离，α为上边长，β为下边长，n₁为未发生窜动切换时输出的高电平信号数，n₂为未发生窜动切换时输出的低电平信号数，n_i为发生奇数次的窜动切换时输出的高电平信号数，n_k为发生偶数次的窜动切换时输出的高电平信号数，n_j为发生奇数次窜动切换时输出的低电平信号数，n_f为发生偶数次窜动切换后输出的低电平信号数；

窜动方式3：若发生双方向窜动，即电机主轴先向后端发生窜动，又向前端发生窜动，但总体上是向前端发生窜动，此时的窜动距离公式与窜动方式1相同，为公式(3)：

X₃＝α×n₄+β×n₅  (3)

其中X₃为双方向窜动距离，α为上边长，β为下边长，n₄为前端轴向霍尔元件输出的高电平信号数，n₅为前端轴向霍尔元件输出的低电平信号数。