CN106123755A - 传感装置及磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承，包括转子、控制器、与控制器电性连接的电磁铁和传感装置；传感装置包括传感器本体和轴向传感器，轴向传感器圆周分布于传感器本体上；转子上设有止推盘，止推盘轴向两侧各设有一个电磁铁；传感装置套于止推盘的径向上，用于感测止推盘的位置，控制器通过传感装置判断止推盘的位置发生变化时，向电磁铁输入对应的电流。本发明的传感装置及磁悬浮轴承结构简单，是一种加工加单、工作稳定性好、性能优良的传感装置及磁悬浮轴承。

Description

传感装置及磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承领域，具体而言，涉及一种传感装置及磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。磁悬浮轴承中的传感器用以实时感测转子的位置，使转子始终处于稳定悬浮状态。

目前的磁悬浮轴承的传感器沿转子的轴向分布，传感器通过感测转子位置的变化，控制器控制电磁铁磁力的大小，使转子始终保持悬浮状态。但设于转子轴向的传感器使得转子的轴长变长，转子的加工难度大，转子变长同时还会影响转子的临界转速，使转子的最高转速受到限制。

因此为解决现有磁悬浮轴承转子长度长、加工难度大和最高转速低的问题，有必要提供一种加工简单、最高转速更高的传感装置及磁悬浮轴承。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种加工加单、最高转速更高的传感装置及磁悬浮轴承。

为解决上述问题，本发明提供的第一解决方案如下：

一种传感装置，包括传感器本体和轴向传感器，所述轴向传感器圆周分布于所述传感器本体上。

进一步，所述轴向传感器为电感式传感器。

进一步，还包括圆周分布于所述传感器本体上的径向传感器，所述径向传感器设于所述轴向传感器中间。

进一步，所述径向传感器为电感式传感器。

为解决上述问题，本发明提供的第二解决方案如下：

一种磁悬浮轴承，包括转子、控制器、与控制器电性连接的电磁铁和传感装置；

所述传感装置包括传感器本体和轴向传感器，所述轴向传感器圆周分布于所述传感器本体上；

所述转子上设有止推盘，所述止推盘轴向两侧各设有一个所述电磁铁；

所述传感装置套于所述止推盘的径向上，用于感测所述止推盘的位置，所述控制器通过所述传感装置判断所述止推盘的位置发生变化时，向所述电磁铁输入对应的电流。

进一步，所述轴向传感器为电感式传感器；

所述轴向传感器比所述止推盘在轴向上的宽度宽，且所述轴向传感器相对所述止推盘对称布置。

进一步，所述传感装置还包括圆周分布于所述传感器本体上的径向传感器；

所述径向传感器比所述止推盘在轴向上的宽度窄，且所述径向传感器相对于所述止推盘对称布置。

进一步，所述径向传感器为电感式传感器。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明的传感装置应用于磁悬浮轴承之上，并套于磁悬浮轴承的止推盘的径向上用于感测止推盘的位置，控制器通过传感装置所感测到的止推盘的轴向或径向位置变化时，向磁悬浮轴承的电磁铁输入不同的电流来调节止推盘的位置以及震动。本发明的磁悬浮轴承采用将传感装置设于止推盘上的结构，减小了转子的轴长，且无需在转子上加工传感器工位，使转子的加工难度变低，转子的轴长较短也提高了转子的最高转速。本发明的传感装置及磁悬浮轴承结构简单，是一种加工加单、工作稳定性好、性能优良的传感装置及磁悬浮轴承。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种磁悬浮轴承的局部剖面结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种磁悬浮轴承的模块图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种传感装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

100-传感装置；200-磁悬浮轴承；101-控制器；102-转子；103、104-电磁铁；1031、1041-铁芯；1032、1042-线圈；105-止推盘；110-第一轴向传感器；120-第二轴向传感器；130-径向传感器；140-传感器本体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对传感装置及磁悬浮轴承进行更全面的描述。附图中给出了传感装置及磁悬浮轴承的优选实施例。但是，传感装置及磁悬浮轴承可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对传感装置及磁悬浮轴承的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在传感装置及磁悬浮轴承的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

请一并参阅图1和图2，磁悬浮轴承200包括控制器101、转子102、与控制器101电性连接的电磁铁103、104和传感装置100。

传感装置100包括传感器本体140和轴向传感器，轴向传感器圆周均布于传感器本体140上。

转子102上设有止推盘105，止推盘105轴向两侧各设有电磁铁103、104。

传感装置100套于止推盘105的径向上，传感装置100用于感测止推盘105的位置，控制器101通过传感装置100判断止推盘105的位置发生变化时，向电磁铁103、104输入对应的电流。

上述，磁悬浮轴承200为轴向磁悬浮轴承，转子102上设有止推盘105，止推盘105的两个端面上设有电磁铁103、104，电磁铁103、104与止推盘105之间的吸力使得止推盘105始终悬浮于两个电磁铁103、104之间，即不与电磁铁103、104接触。在转子102转动时，止推盘105与两个电磁铁103、104的距离时刻发生变化，为使磁悬浮轴承200的转动性能更好，应保证止推盘105的位置不变，在止推盘105的位置发生变化时及时调整电磁铁103、104的磁力，从而调整止推盘105的位置。

具体的，轴向传感器包括两层探针，在本说明书中将两层探针分别称作第一轴向传感器110和第二轴向传感器120，即轴向传感器包括第一轴向传感器110和第二轴向传感器120。本实施例中，每一第二轴向传感器120与每一第一轴向传感器110正对；第一轴向传感器110设于止推盘105的一端，第二轴向传感器120设于止推盘105的另一端。

需要说明的是，第一轴向传感器110和第二轴向传感器120实为一个轴向传感器上的两排探针。

需要说明的是，上述控制器101通过传感装置100判断止推盘105的位置变化时，向电磁铁103、104输入指定的电流，该指定的电流通过预设于控制器101中的控制程序输出，其具体的实现方式见下文描述。

具体的，电磁铁103、104是通电产生电磁的一种装置，电磁铁103由铁芯1031和线圈1032组成，电磁铁104由铁芯1041和线圈1042组成，通电时像磁铁一样具有磁性。本实施例中，在转子102的径向分布多组电磁铁103、104，图1中仅示出了磁悬浮轴承200的一个局部剖面的电磁铁103、104的剖视图。另外，为了使电磁铁103、104断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做铁芯1031、1041。这样的电磁铁103、104在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁103、104的磁场方向由电流方向决定，电流方向发生变化时磁场的方向也发生变化，其方向可由安培定则判断；电磁铁103、104所产生的磁场大小由电流的大小决定，电流越大磁场越强，磁场越强所产生的电磁力就越大。

设于止推盘105径向的传感装置100，避免了在转子102轴向上设置传感器，且无需在转子102上加工传感器工位，简化了转子102的加工，较短轴长的转子102也使得转子102的转速范围更高。

上述，如图1中的方向所示，当止推盘105向右移动时，止推盘105与电磁铁104的距离变小，止推盘105与电磁铁103的距离变大。电磁铁104对止推盘105的吸力大于电磁铁103对止推盘105的吸力，若通过电磁铁104的电磁力和电磁铁103的电磁力自动达到平衡，延时较大，会使得转子102有明显的震颤，另外止推盘105若没有及时复位甚至还会有与电磁铁104碰撞的现象。

第一轴向传感器110和第二轴向传感器120均为电感式传感器。第一轴向传感器110和第二轴向传感器120的宽度在轴向上大于止推盘105的宽度，且第一轴向传感器110和第二轴向传感器120对称分布于止推盘105的两端。第一轴向传感器110与止推盘105的一个端面局部正对重叠；第二轴向传感器120与止推盘105的另一端面局部正对重叠。

即当止推盘105轴向移动时，第一轴向传感器110和第二轴向传感器120与止推盘105的重叠面积会发生变化。止推盘105与第一轴向传感器110的重叠面积变小，止推盘105与第二轴向传感器120的重叠面积变大。第一轴向传感器110和第二轴向传感器120向控制器101发出不同大小的信号，控制器101向电磁铁103、104输入不同大小的电流，即向电磁铁104输入大于电磁铁103的电流，驱动止推盘迅速复位。当第一轴向传感器110和第二轴向传感器120与止推盘105的重叠面积相等时，控制器101向电磁铁103、104输入的电流大小相等，第一轴向传感器110和第二轴向传感器120与止推盘105的重叠面积不等时，控制器101向103、104输入的电流也不等，且控制器101向第一轴向传感器110和第二轴向传感器120与止推盘105重叠面积大的一侧的电磁铁103或104输入大电流。从而达到调节止推盘105的轴向位置和缓冲止推盘105轴向震动的效果。

上述，第一轴向传感器110和第二轴向传感器120为变面积型电感传感器，这种传感器磁通截面随与被测量元件的正对面积的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度为常数，线性度也很好。

传感装置100还包括圆周分布于传感器本体140上的径向传感器130。径向传感器130的宽度在轴向上比止推盘105窄，且对称径向传感器130对称分布于止推盘105的两端，径向传感器130为电感式传感器。

图3示出传感装置100的结构示意图，第一轴向传感器110和第二轴向传感器120并排设于传感器本体140上，径向传感器130设于第一轴向传感器110和第二轴向传感器120所处圆周之间的圆周上。图中第一轴向传感器110、第二轴向传感器120和径向传感器130的布置方式只是一种较佳的实施例，在其他的实施例中，第一轴向传感器110、第二轴向传感器120和径向传感器130还可以通过其他的方式布置。

径向传感器用于感测止推盘105，即感测转子102的轴向位置变化。径向传感器130设于止推盘105的径向上，在止推盘105的径向位置发生变化时，止推盘105与径向传感器130的间距也会发生变化。

具体的，控制器101通过圆周分布的径向传感器130判断止推盘105，即转子102径向位置的变化。圆周分布的径向传感器130感测到的止推盘105的径向位置发生变化时，根据径向的变化向电磁铁103、104输入不同大小、方向的电流，直到止推盘105与圆周分布的径向传感器130的距离均匀相等时，再向电磁铁103、104输入大小、方向相等的电流。从而达到调节止推盘105的径向位置和缓冲止推盘105径向震动的效果。

在其他的实施例中，传感装置100只包括单层探针的轴向传感器来感测止推盘105单边位置的变化从而判断止推盘105位置的变化，并通过控制器101向电磁铁103、104输入不同大小、方向的电流来调整止推盘105的位置。

在又一实施例中，第一轴向传感器110和第二轴向传感器120为电容式传感器。第一轴向传感器110和第二轴向传感器120设于止推盘105的两个端面上并与止推盘105有一定的间距，止推盘105的轴向位置发生变化时，止推盘105与第一轴向传感器110和第二轴向传感器120的间距发生的相应的改变，并通过控制器101向电磁铁103、104输入不同大小、方向的电流来调整止推盘105的位置。

本发明的传感装置应用于磁悬浮轴承之上，并套于磁悬浮轴承的止推盘的径向上用于感测止推盘的位置，控制器通过传感装置所感测到的止推盘的轴向或径向位置变化时，向磁悬浮轴承的电磁铁输入不同的电流来调节止推盘的位置以及震动。本发明的磁悬浮轴承采用将传感装置设于止推盘上的结构，减小了转子的轴长，且无需在转子上加工传感器工位，使转子的加工难度变低，转子的轴长较短也提高了转子的最高转速。本发明的传感装置及磁悬浮轴承结构简单，是一种加工加单、工作稳定性好、性能优良的传感装置及磁悬浮轴承。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种传感装置，其特征在于，包括传感器本体和轴向传感器，所述轴向传感器圆周分布于所述传感器本体上。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述轴向传感器为电感式传感器。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括圆周分布于所述传感器本体上的径向传感器，所述径向传感器设于所述轴向传感器中间。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述径向传感器为电感式传感器。

5.一种磁悬浮轴承，其特征在于，包括转子、控制器、与控制器电性连接的电磁铁和传感装置；

所述传感装置包括传感器本体和轴向传感器，所述轴向传感器圆周分布于所述传感器本体上；

所述转子上设有止推盘，所述止推盘轴向两侧各设有一个所述电磁铁；

所述传感装置套于所述止推盘的径向上，用于感测所述止推盘的位置，所述控制器通过所述传感装置判断所述止推盘的位置发生变化时，向所述电磁铁输入对应的电流。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向传感器为电感式传感器；

所述轴向传感器比所述止推盘在轴向上的宽度宽，且所述轴向传感器相对所述止推盘对称布置。

7.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述传感装置还包括圆周分布于所述传感器本体上的径向传感器；

所述径向传感器比所述止推盘在轴向上的宽度窄，且所述径向传感器相对于所述止推盘对称布置。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承，其特征在于，所述径向传感器为电感式传感器。