電磁軸承憑借其無接觸,無磨損,無需潤滑等優(yōu)異特性,在真空系統(tǒng)、高速透平機械、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。典型的主動式電磁軸承系統(tǒng)中,控制器通過位移傳感器實時采集轉(zhuǎn)子的位置信息,計算控制轉(zhuǎn)子所需的電磁力,并通過功率放大器驅(qū)動電磁鐵使轉(zhuǎn)子受控懸浮。目前磁懸浮軸承領(lǐng)域的研究主要朝著超高速、高可靠性、低成本、小型化等方向發(fā)展。為了匹配高速磁懸浮軸承系統(tǒng)的測控需求,課題從新型的低成本位移傳感器,高性能多核控制平臺和低噪聲開關(guān)功率放大器三個方面著手展開研究工作。位移傳感器是高速電磁軸承系統(tǒng)中重要的組件之一,其直接決定了轉(zhuǎn)子的控制精度。課題研究了一種新型的橫向磁通傳感器,其在低成本,小型化磁軸承中優(yōu)勢明顯。課題建立了傳感器的理論模型,并借助有限元軟件建模仿真,對傳感器探頭線圈設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化分析,探索出了一套適用的設(shè)計規(guī)律,并據(jù)此設(shè)計、構(gòu)建了傳感器測試平臺。靜態(tài)性能測試結(jié)果表明所制傳感器靈敏度為38.94 mV/μm,線性度為1.87%,徑向正交兩自由度（X-Y）耦合度為2.14%,且理論帶寬9.54 kHz,能夠滿足超高速電磁軸承的位移檢測需求。該傳感器被應(yīng)用于某高速磁懸浮壓縮機轉(zhuǎn)子的位移檢測,實現(xiàn)了... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

主動式電磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖

第1章引言圖1.2相關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)的橫向磁通傳感器一。為了改進(jìn)設(shè)計以獲得盡可能高的靈敏度，研究者一般使用軟件建模、仿真進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。有研究者使用多物理場仿真軟件COMSOLMultiphysics基于FEM建模[13]，也有研究者使用Gecko-Simulations工具包基于PEEC法建模[12]。不同的研究者采用不同的工具，但所研究的影響靈敏度的因素基本都包括激勵頻率，線圈布局與形狀，轉(zhuǎn)子的材料等。整體來看，目前沒有人提出一套可行的設(shè)計準(zhǔn)則。有些關(guān)鍵問題還有待于進(jìn)一步的研究，比如關(guān)于PCB上的銅走線的間距與寬度、銅箔的厚度、傳感器的驅(qū)動方式、信號解調(diào)方式等。1.2.2控制器主動式電磁軸承的核心是控制器，高速運動轉(zhuǎn)子的動態(tài)行為依賴于控制器的實時控制�？刂破鞯妮斎雭碜愿黝悅鞲衅�，主要為轉(zhuǎn)子的運動狀態(tài)信號，如位移、轉(zhuǎn)速等；輸出的控制信號控制后級的功率放大器，往電磁鐵中注入相應(yīng)的電流，使轉(zhuǎn)子受控懸福現(xiàn)代化的控制器基本都是數(shù)字控制，但上世紀(jì)八十年代，磁懸浮軸承的控制器還是依靠模擬電路來實現(xiàn)的。相比數(shù)字控制器，模擬控制器存在諸多問題，比如受模擬電路復(fù)雜度影響，一般只能實現(xiàn)基礎(chǔ)的PID控制，無法滿足高速磁懸浮軸承的控制需求；更新控制器參數(shù)需要改動硬件電路，調(diào)試不便；控制參數(shù)受模擬器件的溫漂和時漂影響，使用場合受限等。隨著微處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等集成電路的快速發(fā)展，數(shù)字控制器已經(jīng)成為構(gòu)建磁懸浮軸承系統(tǒng)的主流選擇。數(shù)字控制器可以非常靈活地實現(xiàn)多種控制算法，比如非線性控制、不平衡控制算法等。通過實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，磁軸承系統(tǒng)可以獲得很多優(yōu)異的特性，比4

第2章橫向磁通位移傳感器理論與設(shè)計仿真第2章橫向磁通位移傳感器理論與設(shè)計仿真橫向磁通位移傳感器是基于電渦流效應(yīng)工作的傳感器，具有低成本，高集成度，高靈敏度等優(yōu)點，在小型化磁懸浮軸承位移檢測領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用潛力。本章系統(tǒng)地介紹了關(guān)于橫向磁通位移傳感器的理論研究與建模仿真結(jié)果，總結(jié)出了一套設(shè)計規(guī)律用于優(yōu)化設(shè)計此類型傳感器，并給出了設(shè)計實例。2.1傳統(tǒng)電渦流傳感器的工作原理處于交變磁場中的導(dǎo)體，其內(nèi)部會感應(yīng)出渦電流，渦電流會產(chǎn)生磁場反抗原磁場的變化，使得產(chǎn)生交變磁場的線圈等效阻抗發(fā)生變化，這一效應(yīng)被稱為電渦流效應(yīng)，基于此效應(yīng)研制的傳感器即電渦流傳感器。圖2.1電渦流傳感器工作原理示意圖如圖2.1所示，探頭線圈通入電流為I，產(chǎn)生磁場為H，其接近被測體時，被測體感應(yīng)出的渦電流為I′，形成的反抗磁場為H′。探頭線圈等效阻抗為Z，其改變的程度與被側(cè)導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電阻率ρ、探頭線圈與被測體的距離x，探頭線圈中電流I的頻率f等因素相關(guān)[32-35]，線圈阻抗可被表述為式(2-1)。Z=f(ρ,μ,f,x)(2-1)在探頭線圈和被測體確定的情況下，等效阻抗與二者之間的距離相關(guān)，依據(jù)此可制成電渦流位移傳感器，并運用于磁懸浮軸承系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位移的檢測。10

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]渦流傳感器建模與補償及其電磁場仿真研究[D]. 葛向兵.江蘇科技大學(xué) 2013
[2]電渦流傳感器的仿真與設(shè)計[D]. 廖雅琴.電子科技大學(xué) 2007



本文編號：2986219