[发明专利]一种五自由度转子轴向位移自传感磁悬浮轴承

说明书

本发明公开一种五自由度转子轴向位移自传感磁悬浮轴承，包括：磁悬浮轴承、电涡流传感器组、位移检测调理模块，所述电涡流传感器组，用于采集所述磁悬浮轴承的转子轴向位移信号；所述位移调理模块，用于对所述转子轴向位移信号进行调节获得最终轴向位移信号；其中，所述磁悬浮轴承为五自由度轴承。本发明适用于主动磁悬浮控制系统的转子轴向位移检测，并且能消除径向耦合干扰量，零温漂，测量误差小，设计简单易于实现。

技术领域

本发明涉及磁轴承控制技术领域，特别是涉及一种五自由度转子轴向位移自传感磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮控制系统指的是以磁轴承为转子支撑方式的系统，由于磁轴承无摩擦微振动的特点，使得磁悬浮系统具有高转速、高精度和长寿命的优势。要实现磁悬浮系统转子高精度稳定控制，就必须对磁轴承的磁极与转子间的气隙进行精确、可靠、稳定、有效的检测。

随着磁悬浮飞轮，磁悬浮分子泵，磁悬浮压缩机，磁悬浮控制力矩陀螺等磁轴承控制系统技术的发展，对于磁悬浮控制系统位移检测提出了更高的要求。应用最为普遍的无接触式电涡流传感器以其精度高、频带宽的优点在磁悬浮系统中广为应用，成为首选的位移传感器，但传统传感器不光存在温度漂移的问题同时传感器检测的转子轴向位移信号中包含有径向耦合干扰信号，从而影响轴承控制系统对转子轴向的控制。

针对传统传感器温度漂移和检测到的轴向位移信号受转子径向不平衡响应影响的问题，为了提高轴向位移信号的精度，通常需要设计复杂的信号估计电路，结构复杂，计算量大。

发明内容

本发明的目的是提供一种五自由度转子轴向位移自传感磁悬浮轴承，以解决上述现有技术存在的问题，适用于主动磁悬浮控制系统的转子轴向位移检测，并且能消除径向耦合干扰量，零温漂，测量误差小，设计简单易于实现。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种五自由度转子轴向位移自传感磁悬浮轴承，包括：磁悬浮轴承、电涡流传感器组、位移检测调理模块，

所述电涡流传感器组，用于采集所述磁悬浮轴承的转子轴向位移信号；

所述位移检测调理模块，用于对所述转子轴向位移信号进行调节获得最终轴向位移信号；

其中，所述磁悬浮轴承为五自由度轴承。

可选地，所述电涡流传感器组包括转子上端的电涡流传感器对和转子下端的电涡流传感器对，所述转子上端的电涡流传感器对，用于采集转子上端的径向位移、轴向位移；所述转子下端的电涡流传感器对用于采集转子下端的径向位移、轴向位移。

可选地，所述位移检测调理模块包括变频调幅电路、求和运算电路第一求和运算电路、差分运算电路、位移信号调理电路，所述变频调幅电路、所述求和运算电路第一求和运算电路、所述差分运算电路、所述位移信号调理电路依次连接。

可选地，所述变频调幅电路包括电容三点式振荡电路、峰值检波电路、放大及偏置调节电路，所述电容三点式振荡电路、所述峰值检波电路、所述放大及偏置调节电路依次连接，所述电容三点式振荡电路与所述电涡流传感器组连接，所述放大及偏置调节电路与所述第一求和运算电路连接。

可选地，所述位移信号调理电路包括电压跟随器、第二求和运算电路、调幅电路和二阶低通滤波器。

可选地，所述转子上端的电涡流传感器对采集的所述转子上端的轴向位移H1、H2如式(10)所示：

式中，h为准确轴向位移，r为径向位移，β_G为转子坐标系与固定坐标系之间的夹角，ΔΓ为温漂误差，x_I为平动位移，ε为径向干扰量的幅值，Ω为转子的转速，t为时间，χ为径向耦合干扰量的初始相角；

所述转子下端的电涡流传感器对采集的所述转子下端的轴向位移H3、H4如式(11)所示：