磁悬浮轴承的常用检测传感器简介.pdf

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