磁悬浮轴承的常用检测传感器简介.pdf

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磁悬浮轴承的常用检测传感器简介

课程名称机械原理

学院机械年级2013专业班机电5班

学生姓名陈鹏宇学号

开课时间2015至2016学年第2学期

13机电5班陈鹏宇

摘要:磁悬浮轴承是利用磁场力将转子悬浮于空间,使转子和定子

之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承,由于它具有无机械摩

擦、能耗低、噪声小、寿命长及无污染等优点,在航空航天等多个工

业领域有着广泛的应用前景。随着其的发展,位移传感器作为磁悬浮

轴承系统的检测部分,是磁悬浮轴承系统的重要组成部分之一,其性能

对转子工作位置的控制精度有很大的影响。目前磁悬浮轴承系统多采

用位移传感器,主要有电涡流传感器、电感式传感器、电容传感器、

光电传感器和激光传感器。本文将依次介绍其中应用较为广泛的几种

传感器的原理及其利弊。

一.磁悬浮轴承的原理及特点

磁悬浮轴承系统是依靠电磁力对转子实现非接触支承的系统。与

传统的滚动轴承和滑动轴承相比,磁悬浮轴承明显的特点在于没

有机械接触,且其支承力可控。此外,磁悬浮轴承还具有以下优

越性能:没有机械摩擦和磨损,因而降低了工作能耗和噪声,延

长了使用寿命;动力损失小,便于应用在高速运转场合;由于省

去了润滑和密封系统,无污染,可应用于真空超净及极端温度和

压力等特殊工作环境。磁悬浮轴承从原理上可分为两种,一种是

主动磁悬浮轴承;另一种是被动磁悬浮轴承简称。由于前者具有

较好的性能,它在工业上得到越来越广泛的应用,我们研究所所

研究的都是主动磁悬浮轴承。磁悬浮轴承系统主要由被悬浮物体

(以下称为转子)、传感器、控制器和执行器四大部分组成。其

中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。图2-1是一个简单的

13机电5班陈鹏宇

磁悬浮轴承系统,设电磁铁绕组上的电流为I

它对转子产生的吸力F

和转子的重力mg相平

衡,转子处于悬

浮的平衡位置,这个位

置称为参考位置。假设

在参考位置上,转子受到一个向下的干扰,转子就会偏离其参考

位置向下运动,此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移,

控制器将这一位移信号变换成控制信号,功率放大器又将该控制

信号变换成控制电流I+i,从而改变电磁铁的吸力,驱动转子返

回到原来的平衡位置。

同理可得,不论转子受到向上或向下的扰动,图2-1中的转子始

终能处于稳定的平衡状态。

二.磁悬浮轴承对传感器的要求

传感器是磁悬浮轴承系统的重要组成部分,其性能的优劣在很大

程度上影响了整个系统的性能。磁悬浮轴承对传感器的要求有:

能实现非接触测量;能真实反映出转子中心的位移变化;具有很

高的灵敏度、信噪比、线性度、温度稳定性、抗干扰能力及精确

的重复性,同时还要求有一定的频率响应范围。

选用传感器时应考虑以下几个方面的性能:

(1)测量范围

传感器的输出电压信号是位移信号的函数,所谓传感器的测量

13机电5班陈鹏宇

范围指的是传感器能够线性地跟随位移变化的范围。对磁悬浮

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