CN113251910B - 一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机状态感知与监测技术领域，公开了一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，将探测线圈绕制在磁轴承定子铁心的齿上，使磁轴承形成的穿过探测线圈的磁通量趋近于零，将相邻的两个探测线圈串联形成一个电感，通过检测电感的电感值变化情况实现转子的位移检测。本发明一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，可以有效降低磁轴承系统的成本与体积，并且传感器与执行器位置相同，可实现轴承转子位移原位检测，进一步提高转子控制稳定性。

Description

一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法
技术领域
本发明涉及电机状态感知与监测技术领域，具体涉及一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法。
背景技术
磁轴承具有无机械摩擦与磨损、无需润滑、阻尼小等优点，已经在很多领域得到了广泛应用。位移检测作为磁轴承系统的重要环节，对磁轴承的稳定控制起着至关重要的作用，从某种意义上来说，位移传感器的性能直接影响着磁轴承转子稳定悬浮的精度。
目前磁轴承系统中比较常用的位移传感器为电涡流位移传感器，但其结构复杂、成本较高，并且位移传感器安装位移与磁轴承执行器位移是错开的，位移传感器测量的转子位置变化并不能真实反应执行器处转子位置变化，降低了系统控制的稳定性。
其它种类的位移传感器，如电感式位移传感器、电容式位移传感器、光学传感器等均面临传感器安装位置与执行器位置错开这一基本问题。这一问题将会限制磁轴承的进一步推广应用。
为了解决这一问题，有学者提出了基于探测线圈的磁轴承位移检测方法，即在磁轴承的定子铁心上绕制探测线圈，通过直接或间接测量转子位置变化所引起的探测线圈电感值的变化来实现位移的原位测量。但目前常用的探测线圈绕制方法为探测线圈与磁轴承强耦合绕制方法，即探测线圈形成的磁通回路与磁轴承所形成的磁通回路完全相同。这种探测线圈绕制方案，探测线圈电感值的变化不仅受到转子位置变化的影响，还会受到磁轴承磁通变化的干扰，不利用转子位移的高精度测量。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，可以有效降低磁轴承系统的成本与体积，并且传感器与执行器位置相同，可实现轴承转子位移原位检测，进一步提高转子控制稳定性。
为实现上述目的，本发明所设计的探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，将探测线圈绕制在磁轴承定子铁心的齿上，使磁轴承形成的穿过所述探测线圈的磁通量趋近于零，将相邻的两个所述探测线圈串联形成一个电感，通过检测所述电感的电感值变化情况实现转子的位移检测。
优选地，将磁轴承定子铁心上的齿按四象限等分为四个定子铁心齿组，将每个所述定子铁心齿组内的齿再等分为2^n个分组，n=0、1、2…，所述探测线圈绕制在每个分组内的齿上。
优选地，将沿所述磁轴承定子铁心的中轴线对称的两个所述电感串联，形成沿两个所述电感连线方向上的变气隙差动电感式位移传感器，检测两个所述电感连线方向上的位移。
优选地，所述电感的电感值变化采用交流电桥检测电路或谐振电路谐振频率检测。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、传感器与执行器位置相同，可实现轴承转子位移原位检测，进一步提高转子控制稳定性；
2、有效了降低磁轴承系统的成本与体积，集成度高，空间利用率高。
附图说明
图1为一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法的实施例中探测线圈的绕制方法；
图2为交流电桥检测电路检测电感值变化的原理示意图；
图3为谐振电路谐振频率检测电感值变化的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，将探测线圈绕制在磁轴承定子铁心的齿上，使磁轴承形成的穿过探测线圈的磁通量趋近于零，将相邻的两个探测线圈串联形成一个电感，通过检测电感的电感值变化情况实现转子的位移检测。电感的电感值变化采用交流电桥检测电路或谐振电路谐振频率检测。
其中，将沿磁轴承定子铁心的中轴线对称的两个电感串联，形成沿两个电感连线方向上的变气隙差动电感式位移传感器，检测两个电感连线方向上的位移。
另外，在探测线圈的绕制方法上，将磁轴承定子铁心上的齿按四象限等分为四个定子铁心齿组，将每个定子铁心齿组内的齿再等分为2^n个分组，n=0、1、2…，探测线圈绕制在每个分组内的齿上。
如图1所示，该磁轴承定子铁心上分布有E1~E16共16个齿，在齿E1、齿E2上绕制探测线圈D1，同理依次绕制探测线圈D1、探测线圈D2、探测线圈D3、探测线圈D4、探测线圈D5、探测线圈D6、探测线圈D7和探测线圈D8，将探测线圈D1与探测线圈D2串联后形成一个电感，将探测线圈D5与探测线圈D6串联后形成一个电感，这两个电感可单独使用，也可串联使用，构成沿y方向的变气隙差动电感式位移传感器，用于检测y方向位移。
同样地，也可以将探测线圈D3与探测线圈D4串联后形成一个电感，将探测线圈D3与探测线圈D8串联后形成一个电感，这两个电感可单独使用，也可串联使用，构成沿x方向的变气隙差动电感式位移传感器，用于检测x方向位移。
在本实施例中，探测线圈D1~D8的连接方式不唯一，并且对磁轴承的极对数要求也不唯一，任何基于此想法，将探测线圈与磁轴承弱耦合集成的探测线圈绕制方式都应该在此专利的保护范围之内。
在本实施例中，交流电桥检测电路检测电感值变化的原理示意图如图2所示，谐振电路谐振频率检测电感值变化的原理示意图如图3所示。
本实施例中，通过将探测线圈绕制在磁轴承定子铁心的齿上，并且保证穿过探测线圈的由磁轴承所形成磁通量趋近于零，以减小探测线圈与磁轴承的耦合程度，即可通过检测探测线圈电感的变化，来得到位移变化。
本发明探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，传感器与执行器位置相同，可实现轴承转子位移原位检测，进一步提高转子控制稳定性；有效了降低磁轴承系统的成本与体积，集成度高，空间利用率高。

Claims (4)

1.一种探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，其特征在于：将探测线圈绕制在磁轴承定子铁心相邻的齿上，且使所述探测线圈绕过数量相同的磁轴承N极和S极，使磁轴承形成的穿过所述探测线圈的磁通量趋近于零，将相邻的两个所述探测线圈串联形成一个电感，通过检测所述电感的电感值变化情况实现转子的位移检测。
2.根据权利要求1所述探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，其特征在于：将磁轴承定子铁心上的齿按四象限等分为四个定子铁心齿组，将每个所述定子铁心齿组内的齿再等分为2n个分组，n=0、1、2...，所述探测线圈绕制在每个分组内的齿上。
3.根据权利要求1所述探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，其特征在于：将沿所述磁轴承定子铁心的中轴线对称的两个所述电感串联，形成沿两个所述电感连线方向上的变气隙差动电感式位移传感器，检测两个所述电感连线方向上的位移。
4.根据权利要求1所述探测线圈与磁轴承弱耦合的位移检测方法，其特征在于：所述电感的电感值变化采用交流电桥检测电路或谐振电路谐振频率检测。
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磁轴承复合位移传感设计与实验研究;李志 等;《电工技术学报》;20210430;第36卷(第7期);第1425-1433页 *

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