磁悬浮轴承位移检测设备及磁悬浮系统的制作方法

本申请涉及磁悬浮技术领域，特别是涉及一种磁悬浮轴承位移检测设备及磁悬浮系统。

背景技术：

对于磁悬浮系统的悬浮控制，一般需要用到轴承控制器、位移传感器等。轴承控制器通过导线与位移传感器和轴承绕组相连，位移传感器检测轴的位移并发送位移信号给轴承控制器，轴承控制器根据位移信号调节轴承绕组的电流，而电流影响轴承绕组的磁力、磁力控制轴的移动，从而轴承控制器可以间接控制轴的位移、使轴悬浮，避免轴与保护轴承碰撞。

实际应用中，轴承控制器一般无法近距离安装在位移传感器附近，位移传感器到轴承控制器的信号传输距离较长，位移信号在传输至轴承控制器的过程中容易受到干扰，存在轴承控制器接收的位移信号准确性低的问题，使得对轴的位移控制准确性低，从而磁悬浮系统的运行稳定性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对磁悬浮系统运行稳定性低的问题，提供一种可以提高磁悬浮系统运行稳定性的磁悬浮轴承位移检测设备及磁悬浮系统。

一种磁悬浮轴承位移检测设备，包括位移传感器、模数转换器和数据处理器，所述位移传感器、所述模数转换器和所述数据处理器依次连接，且所述数据处理器连接磁悬浮系统的轴承控制器；

所述位移传感器检测所述磁悬浮系统中轴的位移并输出位移信号至所述模数转换器，所述模数转换器对所述位移信号进行模数转换得到数字信号并输出至所述数据处理器，所述数据处理器将所述数字信号发送至所述轴承控制器。

一种磁悬浮系统，包括轴、保护轴承、轴承绕组、轴承控制器和上述的磁悬浮轴承位移检测设备，所述轴设置于所述保护轴承的中空区域，所述轴承绕组绕设于所述保护轴承外围，所述轴承控制器连接所述数据处理器和所述轴承绕组。

上述磁悬浮轴承位移检测设备和磁悬浮系统，通过模数转换器将位移传感器输出的位移信号转换为数字信号并输出至数据处理器、由数据处理器将数字信号发送至轴承控制器，除了位移传感器与模数转换器之间传输的位移信号为模拟信号之外，其他部分传输的为数字信号；而相比轴承控制器，模数转换器包含的电路和器件相对较少、体积更小，可靠近位移传感器安装、缩短模拟信号的传输距离，减小信号在传输过程中所受的干扰、提高信号传输的抗干扰能力，使得轴承控制器接收信号的准确性更高、对轴的位移控制准确性更高，从而可以提高磁悬浮系统的运行稳定性。

附图说明

图1为一个实施例中磁悬浮轴承位移检测设备的结构框图；

图2为另一个实施例中磁悬浮轴承位移检测设备的结构框图；

图3为一个实施例中磁悬浮系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

位移传感器检测位移并输出的位移信号一般为弱电的模拟信号，模拟信号抗干扰能力低，容易在传输过程中受到干扰。因此，传统的磁悬浮系统中，位移传感器传输至轴承控制器的位移信号准确性低、磁悬浮系统运行稳定性低。

为解决磁悬浮系统运行稳定性低的问题，本申请提供了一种磁悬浮轴承位移检测设备。在一个实施例中，参考图1，磁悬浮轴承位移检测设备包括位移传感器110、模数转换器130和数据处理器150，位移传感器110、模数转换器130和数据处理器150依次连接，且数据处理器150连接磁悬浮系统的轴承控制器200。位移传感器110检测磁悬浮系统中轴的位移并输出位移信号至模数转换器130，模数转换器130对位移信号进行模数转换得到数字信号并输出至数据处理器150，数据处理器150将数字信号发送至轴承控制器200。

位移传感器110检测输出的位移信号为反映轴的位移的模拟信号；模数转换器130对位移信号进行模数转换，可以将模拟信号转换为数字信号，由数据处理器150将数字信号发送至轴承控制器200。其中，轴承控制器200是用于控制轴的悬浮的器件；在磁悬浮系统中，轴承控制器200可以连接轴承绕组，轴承绕组的电流产生磁力控制保护轴承内轴的移动。轴承控制器200接收到数字信号后，可以根据数字信号控制轴承绕组的电流，从而控制轴的位移，避免轴与保护轴承碰撞。

上述磁悬浮轴承位移检测设备，通过模数转换器130将位移传感器110输出的位移信号转换为数字信号并输出至数据处理器150、由数据处理器150将数字信号发送至轴承控制器200，除了位移传感器110与模数转换器130之间传输的位移信号为模拟信号之外，其他部分传输的为数字信号；而相比轴承控制器200，模数转换器130包含的电路和器件相对较少、体积更小，可靠近位移传感器110安装、缩短模拟信号的传输距离，减小信号在传输过程中所受的干扰、提高信号传输的抗干扰能力，使得轴承控制器200接收的数字信号的准确性更高、对轴的位移控制准确性更高，从而可以提高磁悬浮系统的运行稳定性。

在一个实施例中，位移传感器110包括第一位移传感器和第二位移传感器，第一位移传感器设置于轴的保护轴承的第一位置点，第二位移传感器设置于保护轴承的第二位置点；以第一位置点与保护轴承的中心点所在的线为第一连线、第二位置点与保护轴承的中心点所在的线为第二连线，第一连线与第二连线相互垂直。其中，保护轴承的中心点是指保护轴承的径向截面的中心位置点，径向截面为与保护轴承的轴线垂直的截面；轴位于保护轴承的中空区域，一般，轴的目标悬浮位置是轴的轴心位于保护轴承的中心点。具体地，以保护轴承面向轴的一侧为内侧、内侧的相对侧为外侧，第一位移传感器和第二位移传感器可以设置于保护轴承外侧的第一位置点和第二位置点，具体可以是贴于保护轴承外侧。

第一位移传感器和第二位移传感器均连接模数转换器130，第一位移传感器检测轴在第一连线的方向上的位移、并输出第一位移信号至模数转换器130，第二位移传感器检测轴在第二连线的方向上的位移、并输出第二位移信号至模数转换器130。即，位移信号包括第一位移信号和第二位移信号；对应地，模数转换器130分别对第一位移信号和第二位移信号进行模数转换，得到第一位移信号的数字信号和第二位移信号的数字信号。

由于第一连线与第二连线相互垂直，则第一位移传感器和第二位移传感器分别检测的位移是轴在两个互相垂直的方向上的位移。通过采用第一位移传感器和第二位移传感器，分别检测轴在两个相互垂直的方向上的位移，测量方便。

在一个实施例中，第一位移传感器为电涡流位移传感器。电涡流位移传感器能非接触、高分辨力地测量位移，不需要与被测体接触就可测得轴的位移；第一位移传感器采用电涡流位移传感器，可以提高位移测量的便利性和准确性。

在一个实施例中，第二位移传感器为电涡流位移传感器。同理，第二位移传感器采用电涡流位移传感器，可以提高位移测量的便利性和准确性。

在一个实施例中，参考图2，数据处理器包括单片机151、第一通信模块152和第二通信模块153。单片机151接收数字信号、在未发生轴碰撞对应保护轴承的碰撞故障时输出数字信号至第一通信模块152、在发生碰撞故障时输出预设的故障信息至第一通信模块152并输出预设的故障标志至第二通信模块153。第一通信模块152将数字信号和故障信息发送至轴承控制器200。第二通信模块153将故障标志发送至轴承控制器200。其中故障信息和故障标志是预先设定好的信息。

具体地，单片机151连接模数转换器130、第一通信模块152和第二通信模块153，第一通信模块152和第二通信模块153均连接轴承控制器200，第二通信模块153的传输速度大于第一通信模块152的传输速度。

通过采用第一通信模块152和第二通信模块153两个通信模块进行信息分类传输的结构，数字信号和故障信息通过第一通信模块152发送至轴承控制器200，故障标志通过传输速度更快的第二通信模块153发送至轴承控制器200；如此，在发生碰撞故障时，轴承控制器200可以在接收到故障信息之前接收到故障标志，使得轴承控制器200可以先进行故障保护处理，再根据后发来的故障信息进行进一步的处理，可以提高保护的及时性和可靠性。此外，采用两路通信，具有冗余功能，可靠性更强。

在一个实施例中，第一通信模块152包括485通信接口、can通信接口、以太网通信接口中的任一种。即，第一通信模块152可以为485通信接口，第一通信模块152可以为can通信接口，第一通信模块152也可以为以太网通信接口。485通信接口、can通信接口、以太网通信接口通信稳定，传输效果好。

在一个实施例中，第二通信模块153包括光纤收发器。光纤收发器通过光纤通信，传输速度比485通信接口、can通信接口、以太网通信接口中任一种的传输速度大，可以确保在碰撞故障发生时，较早接收到故障标志。

在一个实施例中，参考图3，提供了一种磁悬浮系统，包括轴210、保护轴承220、轴承绕组230、轴承控制器200和磁悬浮轴承位移检测设备，轴210设置于保护轴承220的中空区域，轴承绕组230绕设于保护轴承220外围，轴承控制器200连接数据处理器和轴承绕组230。

上述磁悬浮系统，由于采用了前述磁悬浮轴承位移检测设备，同理，可使得轴承控制器200接收的数字信号的准确性更高、对轴210的位移控制准确性更高，从而可以提高磁悬浮系统的运行稳定性。

具体地，轴承绕组230的数量可以有多个。如图3所示，有四个轴承绕组230，其中一组相对的两个轴承绕组230产生的磁力用于控制轴210的上下悬浮，另一组相对的两个轴承绕组230产生的磁力用于控制轴210的左右悬浮，最终目的是使轴210悬浮在中心点。轴承绕组230绕设的形状与保护轴承220同轴，保护轴承220可防止轴210直接接触轴承绕组230。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。