CN109780985A - 一种磁悬浮轴承用微位移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，它涉及轴承技术领域。包括定子铁心、激励线圈、线性霍尔传感器、磁悬浮轴承自带转子铁心、信号处理电路和外部接口，定子铁心上绕有激励线圈，定子铁心两端对应设置有线性霍尔传感器，线性霍尔传感器外侧对应设置有磁悬浮轴承自带转子铁心，线性霍尔传感器通过信号处理电路和外部接口相连。本发明能够在保持较高检测精度、较高线性度、以及较快响应速度的条件下，保持更低的成本和制造的简易性。

Description

一种磁悬浮轴承用微位移检测装置

技术领域

本发明涉及的是轴承技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承用微位移检测装置。

背景技术

磁悬浮轴承是一种采用输出电磁力，实现运动部件悬浮，从而代替传统机械轴承的，超静音、高效率、高转速/速度、以及高可靠性轴承，近年来，磁悬浮轴承在高速/超高速领域、超洁净领域、超静音领域等，得到了广泛的应用。磁悬浮轴承的工作原理为，通过位移传感器实时检测磁悬浮轴承转子位移反馈，再通过磁悬浮控制器实时控制注入磁悬浮轴承本体的电流，进而控制悬浮力大小，实现磁悬浮轴承转子的稳定悬浮。位移信号的检测是磁悬浮轴承保持稳定悬浮的关键所在。现有的位移传感器通常采用电涡流传感器或电感式传感器实现微位移的检测，上述两种位移传感器存在以下问题：

（1）信号激励与信号响应均为高频交流信号，信号处理困难，很难在宽范围内保持较好的线性度和响应速度；

（2） 通常需要前置器实现激励信号的产生和响应信号的处理，体积较大；

（3） 高精度的微位移传感器成本高，价格贵，难以用于成本要求低的场合；

综上所述，本发明设计了一种磁悬浮轴承用微位移检测装置。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，能够在保持较高检测精度、较高线性度、以及较快响应速度的条件下，保持更低的成本和制造的简易性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，包括定子铁心、激励线圈、线性霍尔传感器、磁悬浮轴承自带转子铁心、信号处理电路和外部接口，定子铁心上绕有激励线圈，定子铁心两端对应设置有线性霍尔传感器，线性霍尔传感器外侧对应设置有磁悬浮轴承自带转子铁心，线性霍尔传感器通过信号处理电路和外部接口相连。

作为优选，所述的外部接口包括电源、激励、响应、信号地四个端口。

作为优选，所述的信号处理电路包括压控型电流源电路、加法器电路、模拟信号调理电路，加法器电路、模拟信号调理电路相连的一端连接电源端口，加法器电路、模拟信号调理电路相连的另一端连接信号地端口，加法器还通过模拟信号调理电路与相应端口相连，压控型电流源电路与电源端口、响应端口、信号地端口相连。

所述的磁悬浮轴承用微位移检测装置实现微位移检测的步骤如下：

步骤(1)，外部接口输入电源向信号处理电路和线性霍尔传感器供电，使其进入工作状态，供电电源为恒定直流电源；

步骤(2)，外部接口输入电压型激励信号被压控型电流源电路转换成电流源信号，电流源信号接入激励线圈，激励线圈在定子铁心与磁悬浮轴承自带转子铁心产生偏置磁场；

步骤(3)，激励线圈产生的偏置磁场经过线性霍尔传感器，线性霍尔传感器将偏置磁场中磁通密度大小转换成电压信号，输出至加法器电路输入端；

步骤(4)，加法器电路将两个线性霍尔传感器输出做相加处理后，送入模拟信号调理电路，模拟信号调理电路对前述信号进行幅值调整和滤波处理后，送入外部接口响应端；

重复步骤(1)至步骤(4)，当磁悬浮轴承自带转子铁心与定子铁心的距离发生改变时，激励线圈产生的偏置磁场的磁通密度发生变化，两个线性霍尔传感器输出电压产生变化，进而使得外部接口中的响应信号出现变化，实现微位移检测。

本发明具有以下有益效果：

1．仅仅采用一个定子铁心、一个激励线圈、两个线性霍尔传感器、以及若干信号处理电路即可实现微位移检测，实现成本低，制造容易；

2．采用高灵敏度的线性霍尔传感器，能够实现较高的分辨率，可保证微位移的检测精度；

3.直接采用磁悬浮轴承自带转子铁心实现微位移检测，无需增加转子的复杂性，保证了磁悬浮转子的机械性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的激励线圈产生的偏置磁场示意图；

图3为本发明用于旋转式磁悬浮轴承示意图；

图4为本发明用于直线式磁悬浮轴承示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，包括定子铁心(1)、激励线圈(2)、线性霍尔传感器(3)、磁悬浮轴承自带转子铁心(4)、信号处理电路(5)和外部接口(6)，定子铁心(1)上绕有激励线圈(2)，定子铁心(1)两端对应设置有线性霍尔传感器(3)，线性霍尔传感器(3)外侧对应设置有磁悬浮轴承自带转子铁心(4)，线性霍尔传感器(3)通过信号处理电路(5)和外部接口(6)相连。

值得注意的是，所述的外部接口(6)包括电源、激励、响应、信号地四个端口。

值得注意的是，所述的信号处理电路(5)包括压控型电流源电路、加法器电路、模拟信号调理电路，加法器电路、模拟信号调理电路相连的一端连接电源端口，加法器电路、模拟信号调理电路相连的另一端连接信号地端口，加法器还通过模拟信号调理电路与相应端口相连，压控型电流源电路与电源端口、响应端口、信号地端口相连。

此外，所述的磁悬浮轴承用微位移检测装置实现微位移检测的步骤如下：

步骤(1)，外部接口输入电源向信号处理电路和线性霍尔传感器供电，使其进入工作状态，供电电源为恒定直流电源；

步骤(2)，外部接口输入电压型激励信号被压控型电流源电路转换成电流源信号，电流源信号接入激励线圈，激励线圈在定子铁心与磁悬浮轴承自带转子铁心产生偏置磁场；

步骤(3)，激励线圈产生的偏置磁场经过线性霍尔传感器，线性霍尔传感器将偏置磁场中磁通密度大小转换成电压信号，输出至加法器电路输入端；

步骤(4)，加法器电路将两个线性霍尔传感器输出做相加处理后，送入模拟信号调理电路，模拟信号调理电路对前述信号进行幅值调整和滤波处理后，送入外部接口响应端；

重复步骤(1)至步骤(4)，当磁悬浮轴承自带转子铁心与定子铁心的距离发生改变时，激励线圈产生的偏置磁场的磁通密度发生变化，两个线性霍尔传感器输出电压产生变化，进而使得外部接口中的响应信号出现变化，实现微位移检测。

前述步骤说明中，步骤(5)所述开关顺序表的建立方法可以为标准双极性调制方法、单极性调制方法、单极性倍频调制方法、以及双极性滞环调制方法四种当中的一种，或是由上述调试方法所衍生的其他类型调制方法。

将上述微位移检测装置应用于旋转式磁悬浮轴承的示意图如图3所示，其中除本发明所提出微位移检测装置外，还包括：(11)磁悬浮轴承转子铁心；(12)安装机壳；(13)磁悬浮轴承定子；(14)电机定子。

将上述微位移检测装置应用于直线式磁悬浮轴承的示意图如图4所示，其中除本发明所提出微位移检测装置外，还包括：(21)磁悬浮轴承/电机定子铁心；(22)磁悬浮轴承(左)；(23)安装机壳(下)；(24)安装机壳(上)；(25)直线电机动子；(26)磁悬浮轴承(右)。

本具体实施方式采用一个定子铁心、一套激励线圈、两个线性霍尔传感器、信号处理电路、外部接口、以及磁悬浮轴承自带转子铁心四部分，构成微位移检测装置。其中，信号处理电路中包含一个压控电流源电路，可将外部接口中提供的激励参考电压转换为恒定激励电流。恒定激励电流向激励线圈提供激励信号，从而产生偏置磁场。当磁悬浮轴承自带转子铁心与定子铁心的距离发生改变时，偏置磁场的磁通密度发生变化，两个线性霍尔传感器将磁通密变化量转换为电压变化信号，信号处理电路将两个线性霍尔传感器输出的电压信号进行信号处理后，通过外部接口输出，进而实现微位移检测。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，其特征在于，包括定子铁心(1)、激励线圈(2)、线性霍尔传感器(3)、磁悬浮轴承自带转子铁心(4)、信号处理电路(5)和外部接口(6)，定子铁心(1)上绕有激励线圈(2)，定子铁心(1)两端对应设置有线性霍尔传感器(3)，线性霍尔传感器(3)外侧对应设置有磁悬浮轴承自带转子铁心(4)，线性霍尔传感器(3)通过信号处理电路(5)和外部接口(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，其特征在于，所述的外部接口(6)包括电源、激励、响应、信号地四个端口。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，其特征在于，所述的信号处理电路(5)包括压控型电流源电路、加法器电路、模拟信号调理电路，加法器电路、模拟信号调理电路相连的一端连接电源端口，加法器电路、模拟信号调理电路相连的另一端连接信号地端口，加法器还通过模拟信号调理电路与相应端口相连，压控型电流源电路与电源端口、响应端口、信号地端口相连。

4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承用微位移检测装置，其特征在于，所述的磁悬浮轴承用微位移检测装置实现微位移检测的步骤如下：

步骤(1)，外部接口输入电源向信号处理电路和线性霍尔传感器供电，使其进入工作状态，供电电源为恒定直流电源；

步骤(2)，外部接口输入电压型激励信号被压控型电流源电路转换成电流源信号，电流源信号接入激励线圈，激励线圈在定子铁心与磁悬浮轴承自带转子铁心产生偏置磁场；

步骤(3)，激励线圈产生的偏置磁场经过线性霍尔传感器，线性霍尔传感器将偏置磁场中磁通密度大小转换成电压信号，输出至加法器电路输入端；

步骤(4)，加法器电路将两个线性霍尔传感器输出做相加处理后，送入模拟信号调理电路，模拟信号调理电路对前述信号进行幅值调整和滤波处理后，送入外部接口响应端；

重复步骤(1)至步骤(4)，当磁悬浮轴承自带转子铁心与定子铁心的距离发生改变时，激励线圈产生的偏置磁场的磁通密度发生变化，两个线性霍尔传感器输出电压产生变化，进而使得外部接口中的响应信号出现变化，实现微位移检测。