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)療器械等領域有廣泛的應用。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子的位置信息,計算控制轉子所需的電磁力,并通過功率放大器驅動電磁鐵使轉子受控懸浮。目前磁懸浮軸承領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計進行優(yōu)化分析,探索出了一套適用的設計規(guī)律,并據(jù)此設計、構建了傳感器測試平臺。靜態(tài)性能測試結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。該傳感器被應用于某高速磁懸浮壓縮機轉子的位移檢測,實現(xiàn)了... 

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

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

主動式電磁軸承結構示意圖

第1章引言圖1.2相關文獻中出現(xiàn)的橫向磁通傳感器一。為了改進設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，轉子的材料等。整體來看，目前沒有人提出一套可行的設計準則。有些關鍵問題還有待于進一步的研究，比如關于PCB上的銅走線的間距與寬度、銅箔的厚度、傳感器的驅動方式、信號解調方式等。1.2.2控制器主動式電磁軸承的核心是控制器，高速運動轉子的動態(tài)行為依賴于控制器的實時控制。控制器的輸入來自各類傳感器，主要為轉子的運動狀態(tài)信號，如位移、轉速等；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的電流，使轉子受控懸�，F(xiàn)代化的控制器基本都是數(shù)字控制，但上世紀八十年代，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，比如受模擬電路復雜度影響，一般只能實現(xiàn)基礎的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)模轉換器、模數(shù)轉換器等集成電路的快速發(fā)展，數(shù)字控制器已經成為構建磁懸浮軸承系統(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計仿真第2章橫向磁通位移傳感器理論與設計仿真橫向磁通位移傳感器是基于電渦流效應工作的傳感器，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域有著較大的應用潛力。本章系統(tǒng)地介紹了關于橫向磁通位移傳感器的理論研究與建模仿真結果，總結出了一套設計規(guī)律用于優(yōu)化設計此類型傳感器，并給出了設計實例。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體，其內部會感應出渦電流，渦電流會產生磁場反抗原磁場的變化，使得產生交變磁場的線圈等效阻抗發(fā)生變化，這一效應被稱為電渦流效應，基于此效應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，產生磁場為H，其接近被測體時，被測體感應出的渦電流為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導體的磁導率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[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，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)轉子位移的檢測。10

【參考文獻】：
期刊論文
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[9]電渦流傳感器的有限元仿真研究與分析[J]. 王春蘭,張鋼,董魯寧,汪希平.  傳感器與微系統(tǒng). 2006(02)
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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 2013
[2]電渦流傳感器的仿真與設計[D]. 廖雅琴.電子科技大學 2007



本文編號：2986219