專利名稱：位移傳感器以及利用該位移傳感器的磁軸承系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及位移傳感器以及利用該位移傳感器的磁軸承系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將感應(yīng)位移測(cè)量對(duì)象物的位移并將其轉(zhuǎn)換為信號(hào)的裝置稱為位移傳感器，其中，將利用基于上述對(duì)象物的位置變化帶來(lái)的互感變化的差分信號(hào)的傳感器稱為感應(yīng)位移傳感器。通常，感應(yīng)位移傳感器包括當(dāng)位移測(cè)量對(duì)象物的位置發(fā)生變化時(shí)隨著該變化互感發(fā)生變化的一端的線圈、供給驅(qū)動(dòng)電壓的傳感器驅(qū)動(dòng)單元、輸出基于上述互感變化的差分信號(hào)的差分電路以及從上述差分電路獲得的差分信號(hào)檢測(cè)振幅信息的檢測(cè)電路。在未直接接觸到旋轉(zhuǎn)體的狀態(tài)下利用磁力來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)體的磁軸承廣泛應(yīng)用于普通產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品以及エ業(yè)產(chǎn)品中。根據(jù)磁軸承的利用技術(shù)的不同，在吸引旋轉(zhuǎn)體的吸入方向或垂直方向上具有不穩(wěn)定的性質(zhì)。為了消除上述不穩(wěn)定因素，成功實(shí)現(xiàn)磁軸承，感應(yīng)旋轉(zhuǎn)體的位移，并基于該位移調(diào)整電流，以使旋轉(zhuǎn)體被支撐在一定位置上的控制技術(shù)變得尤為重要。即，隨著感應(yīng)旋轉(zhuǎn)體的位置變化的位移傳感器的功能的不同，磁軸承的精密度以及正確度也不同，因此為了提高磁軸承的精密度以及正確度，需要提供能夠提高位移傳感器的傳感器帶寬的技術(shù)。在控制磁軸承的旋轉(zhuǎn)體時(shí)，作為用于感應(yīng)上述磁軸承的旋轉(zhuǎn)體的位置變化的位移傳感器，通常使用通過(guò)感應(yīng)基于旋轉(zhuǎn)體的位置變化產(chǎn)生的互感變化來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體位移的感應(yīng)位移傳感器。在現(xiàn)有的感應(yīng)位移傳感器中，通過(guò)單獨(dú)的差分電路來(lái)獲得向各線圈供給相同的電源時(shí)產(chǎn)生于某個(gè)線圈的電信號(hào)與產(chǎn)生于與該線圈相対的線圈的信號(hào)之間的差異，這就需要針對(duì)每個(gè)位移傳感器設(shè)置至少ー個(gè)差分電路。利用半波或全波整流的位移檢測(cè)電路的現(xiàn)有的感應(yīng)位移傳感器，由于檢測(cè)電路性質(zhì)，在檢測(cè)位移信號(hào)過(guò)程中必然產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)頻率的諧波(harmonics)成分的波紋(ripple)。為了消除該波紋，利用截止頻率較低的低通濾波器，因此所輸出的位移信號(hào)的頻率低于驅(qū)動(dòng)頻率。這樣，輸出的位移信號(hào)的頻率較低，會(huì)降低位移傳感器的正確度以及精密度。并且，如上所述，現(xiàn)有的感應(yīng)位移傳感器中存在的上述問(wèn)題會(huì)降低磁軸承控制的正確度以及精密度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供ー種能夠提高精密度的位移傳感器。本發(fā)明的另ー目的在于提供ー種包括上述位移傳感器的磁軸承系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的效果并不限定于此，在不脫離本發(fā)明的思想以及涉及領(lǐng)域的范圍內(nèi)可以有各種擴(kuò)張。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的位移傳感器包括第一線圈部、第二線圈部、傳感器驅(qū)動(dòng)單元以及檢測(cè)電路。所述第一線圈部包括至少ー個(gè)第一線圈。所述第二線圈部包括至少ー個(gè)第二線圈，所述至少ー個(gè)第二線圈與所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)差分連接。所述傳感器驅(qū)動(dòng)單元分別向所述第一線圈部和所述第二線圈部供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓。所述檢測(cè)電路用于從差分信號(hào)抽取位移信息，由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述至少一個(gè)第二線圈的電感變化，在所述第一線圈部和所述第二線圈部產(chǎn)生所述差分信號(hào)。在實(shí)施例中，所述檢測(cè)電路包括同步化部以及采樣保持電路。所述同步化部用于生成具有所述驅(qū)動(dòng)頻率的定時(shí)信號(hào)。所述采樣保持電路基于從所述同步化部輸入的定時(shí)信號(hào)對(duì)在所述第一線圈部和所述第二線圈部生成的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣并保持，從而生成振幅信息。在實(shí)施例中，所述檢測(cè)電路還包括帶通濾波器以及低通濾波器。所述帶通濾波器用于去除在所述第一線圈部和所述第二線圈部生成的差分信號(hào)的低頻以及高頻成分。所述低通濾波器用于去除所述采樣保持電路的輸出信號(hào)的高頻成分。在實(shí)施例中，所述低通濾波器的截止頻率高于所述驅(qū)動(dòng)頻率。在實(shí)施例中，所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈以位移測(cè)量對(duì)象物為中心相対。在實(shí)施例中，所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)與所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈的ー側(cè)差分連接，所述第一電源電壓與所述第二電源電壓的相位差為180度。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的磁軸承系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)體、使所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的電機(jī)、至少ー個(gè)磁軸承以及至少ー個(gè)位移傳感器。所述至少一個(gè)磁軸承用于支撐通過(guò)所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)體。所述至少ー個(gè)位移傳感器用于檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)體的位移。所述至少一個(gè)位移傳感器包括第一線圈部、第二線圈部、傳感器驅(qū)動(dòng)單元以及檢測(cè)電路。所述第一線圈部包括至少ー個(gè)第一線圈。所述第二線圈部包括至少ー個(gè)第二線圈，所述至少ー個(gè)第二線圈與所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)差分連接。所述傳感器驅(qū)動(dòng)單元分別向所述第一線圈部和所述第二線圈部供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓。所述檢測(cè)電路用于從差分信號(hào)抽取位移信息，由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述至少ー個(gè)第二線圈的電感變化，在所述第一線圈部和所述第二線圈部產(chǎn)生所述差分信號(hào)。在所述磁軸承系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述檢測(cè)電路包括同步化部以及采樣保持電路。所述同步化部用于生成具有所述驅(qū)動(dòng)頻率的定時(shí)信號(hào)。所述采樣保持電路基于從所述同步化部輸入的定時(shí)信號(hào)，對(duì)在所述第一線圈部和所述第二線圈部生成的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣并保持，從而生成振幅信息。在所述磁軸承系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述檢測(cè)電路還包括帶通濾波器以及低通濾波器。所述帶通濾波器用于去除在所述第一線圈部和所述第二線圈部生成的差分信號(hào)的低頻以及高頻成分。所述低通濾波器用于去除所述采樣保持電路的輸出信號(hào)的高頻成分。在所述磁軸承系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述低通濾波器的截止頻率可高于所述驅(qū)動(dòng)頻率。在所述磁軸承系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈以位移測(cè)量對(duì)象物為中心相対。CN 102918352 A
書(shū)
明
說(shuō)
3/8頁(yè)在所述磁軸承系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)與所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈的ー側(cè)差分連接，所述第一電源電壓與所述第ニ電源電壓的相位差為180度。根據(jù)上述的本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)改善位移傳感器的輸出信號(hào)的頻率特性，能夠提高針對(duì)高速旋轉(zhuǎn)體的位移傳感器的正確度以及精密度。并且，能夠提高針對(duì)高速旋轉(zhuǎn)體 的磁軸承的控制的正確度以及精密度。



圖I是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的位移傳感器框圖。
圖2是圖I所示的位移傳感器所包括的檢測(cè)電路的一例電路圖。
圖3是圖I所示的位移傳感器所包括的傳感器驅(qū)動(dòng)單元的一例框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的徑向位移傳感器(Radial DisplacementSensor)的 電路不意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的軸向(axial)位移傳感器的電路示意圖。
圖6是示出了圖I所示的第一線圈部和第二線圈部的輸出信號(hào)、即差分信號(hào)的一 例的波形圖。

圖7是示出了圖3所示的同步化部的輸出信號(hào)、即定時(shí)信號(hào)的一例的波形圖。
圖8是示出了圖I所示的檢測(cè)電路的輸出信號(hào)、即位移信號(hào)的一例的波形圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的磁軸承系統(tǒng)的立體圖。

附圖標(biāo)記
10位移傳感器 20a徑向位移傳感器
20b軸向傳感器40磁軸承系統(tǒng)
22a、24b旋轉(zhuǎn)柱 22b旋轉(zhuǎn)板
100傳感器驅(qū)動(dòng)單元 110第一電壓電源
120第二電壓電源 210、210a、210b 第一線圈部
212a、214a、212b 第一線圈
220,220a,220b 第二線圈部
222a、224a、224b 第二線圈
300檢測(cè)電路 310同步化部
320采樣保持電路 330帶通濾波器
340低通濾波器410旋轉(zhuǎn)柱
420旋轉(zhuǎn)板 430電機(jī)
440a、440b、460位移傳感器
450a、450b、470 磁軸承具體實(shí)施方式

對(duì)于在本文中公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)施例，特定的結(jié)構(gòu)以及功能性說(shuō)明只用于說(shuō)明本 發(fā)明的實(shí)施例的示例，本發(fā)明的實(shí)施例可以通過(guò)各種方式實(shí)施，并不限定于本說(shuō)明書(shū)中說(shuō) 明的實(shí)施例。
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可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施各種變形，可以有各種方式，在附圖中示出了特定的實(shí)施例，并在本說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)說(shuō)明。但是并不用于限定本發(fā)明，包含于本發(fā)明的思想以及技術(shù)范圍內(nèi)的所有變更、等同物以及代替物均包含于本發(fā)明。第一、第二等詞語(yǔ)可以用于說(shuō)明各種構(gòu)成元件，但上述詞語(yǔ)并不限定上述構(gòu)成元 件。將ー個(gè)構(gòu)成元件與其他構(gòu)成元件加以區(qū)別時(shí)可以使用上述詞語(yǔ)。例如，在未脫離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所記載范圍的情況下，第一構(gòu)成元件可以命名為第二構(gòu)成元件，類似地，第二構(gòu)成元件可以命名為第一構(gòu)成元件。當(dāng)某個(gè)構(gòu)成元件與另ー構(gòu)成元件“連接”或“接入”時(shí)，可以直接連接或接入該另ー構(gòu)成元件，但是還應(yīng)該理解為中間存在其他構(gòu)成元件。相反，當(dāng)某個(gè)構(gòu)成元件與另ー構(gòu)成元件“直接連接”或“直接接入”時(shí)，應(yīng)該理解為中間不存在其他構(gòu)成元件。對(duì)干“···之間”與“就…之間”或者“與…相鄰”與“與…直接相鄰”等表示構(gòu)成元件之間的關(guān)系的其他描述方式也要如上所述地理解。本申請(qǐng)中使用的詞語(yǔ)僅用于說(shuō)明指定的實(shí)施例，并不限定本發(fā)明。如果沒(méi)有明確表示不同的意思的情況下，単數(shù)包括多數(shù)。在本申請(qǐng)中，“包括”或者“具有”等詞語(yǔ)用于指定存在所實(shí)施的特征、數(shù)字、步驟、動(dòng)作、構(gòu)成元件、部件或其組合，并不是用于排除存在一個(gè)或ー個(gè)以上的其他特征或數(shù)字、步驟、動(dòng)作、構(gòu)成元件、部件或其組合或者事先排除其他可能性。如果沒(méi)有其他定義，包括技術(shù)性或科學(xué)性詞語(yǔ)在內(nèi)的本申請(qǐng)中所采用的所有詞語(yǔ)均表示與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的意思相同的意思。通常采用的、與事先定義相同的詞語(yǔ)應(yīng)該理解為與所涉及領(lǐng)域內(nèi)的意思相同的意思，在本申請(qǐng)中如未明確定義，則不應(yīng)該解釋為理想化或過(guò)度形象化。下面，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在圖中，對(duì)于相同的構(gòu)成元件標(biāo)注相同符號(hào)，并且省略對(duì)于相同構(gòu)成元件的重復(fù)說(shuō)明。圖I是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的位移傳感器框圖。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的位移傳感器10包括第一線圈部210、第二線圈部220、傳感器驅(qū)動(dòng)單元100以及檢測(cè)電路300。第一線圈部210包括至少ー個(gè)第一線圈。第二線圈部220包括與第一線圈部210的上述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)差分連接的至少ー個(gè)第二線圈。傳感器驅(qū)動(dòng)單元100分別向第二線圈部220、第一線圈部210以及第二線圈部220供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓Vl和第二電源電壓V2。檢測(cè)電路300從由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的上述至少ー個(gè)第一線圈和上述至少ー個(gè)第二線圈的電感變化而在第一線圈部210和第二線圈部220產(chǎn)生的差分信號(hào)Vo提取位移信息。上述至少ー個(gè)第一線圈的一側(cè)與傳感器驅(qū)動(dòng)單元100所供給的交流電壓Vl連接，上述至少ー個(gè)第二線圈的一側(cè)與傳感器驅(qū)動(dòng)單元100所供給的交流電壓Vl連接。上述至少ー個(gè)第一線圈的另ー側(cè)與上述至少ー個(gè)第二線圈的另ー側(cè)差分連接。圖2是示出圖I所示的位移傳感器所包括的傳感器驅(qū)動(dòng)單元例子的電路圖。如圖2所示，傳感器驅(qū)動(dòng)單元100能夠向第一線圈部210和第二線圈部220傳遞具有相同頻率且具有不同相位的電源電壓。例如，具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的交流電壓輸入到第ー以及第ニ線圈部210、220中。上述驅(qū)動(dòng)頻率可以為大于IKHz小于IOOKHz的值，其交流波形例如可以是正玄波、方波、三角波、鋸齒波等。傳感器驅(qū)動(dòng)單元100供給的第一電壓Vl和第二電壓V2的振幅可以相同。第一線圈部210的上述至少ー個(gè)第一線圈與第二線圈部220的上述至少ー個(gè)第二線圈可以差分連接。在上述第一線圈部210的上述至少ー個(gè)第一線圈與第二線圈部220的上述至少ー個(gè)第二線圈差分連接的連接部能夠產(chǎn)生基于位移測(cè)量對(duì)象物的位移的差分信號(hào)Vo。差分信號(hào)Vo輸入到檢測(cè)電路330并經(jīng)過(guò)處理過(guò)程，轉(zhuǎn)換為直流形式的位移信號(hào)Vd。位移信號(hào)Vd的頻率因檢測(cè)電路330的特征的不同而不同。檢測(cè)電路330可以包括同步化部310以及采樣保持電路320。同步化部310用于生成具有上述驅(qū)動(dòng)頻率的定時(shí)信號(hào)Vp。采樣保持電路320基于從同步化部310輸入的定時(shí)信號(hào)Vp，對(duì)在第一線圈部210和第二線圈部220產(chǎn)生的差分信號(hào)Vd進(jìn)行采樣并保持，從而生成振幅信息。根據(jù)第一線圈部210和第二線圈部220所包括的線圈的數(shù)量的不同，差分信號(hào)Vd的數(shù)量也不同。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，差分信號(hào)Vd的數(shù)量可以是兩個(gè)以上。從而檢測(cè)電路300可以包括用于處理各差分信號(hào)Vd的多個(gè)采樣保持電路320。第二線圈部220可以包括與第一線圈部210所包括的上述第一線圈相同數(shù)量的上述第二線圈。同步化部310能夠從傳感器驅(qū)動(dòng)單元100輸入用于生成同步信號(hào)Vp的頻率信息或同步信息?；蛘?，同步化部310能夠向傳感器驅(qū)動(dòng)單元100傳遞頻率信息或同步信息。圖3是示出圖I所示的位移傳感器所包括的傳感器驅(qū)動(dòng)單元例子的電路圖。如圖3所示，圖I所示的位移傳感器10還可以包括帶通濾波器330以及低通濾波器340。帶通濾波器330用于去除第一線圈部210和第二線圈部220生成的差分信號(hào)Vd的低頻以及高頻成分。低通濾波器340用于去除帶通濾波器330和采樣保持電路320的輸出信號(hào)的高頻成分。檢測(cè)電路300還包括帶通濾波器330或低通濾波器340吋，同步化部310可以參照信號(hào)通過(guò)帶通濾波器330或低通濾波器340所需時(shí)間來(lái)生成定時(shí)信號(hào)Vp。同步化部310可以生成定時(shí)信號(hào)Vp，以使采樣保持電路320在差分信號(hào)Vo最大時(shí)對(duì)差分信號(hào)Vo進(jìn)行采樣并保持從而生成位移信號(hào)Vd。同步化部119還可以生成定時(shí)信號(hào)，以使采樣保持電路117在輸出電壓VoI、Vo2為非峰值時(shí)對(duì)輸出電壓VoI、Vo2進(jìn)行采樣并保持從而生成感應(yīng)信號(hào)VS1、VS2。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，帶通濾波器330的下阻帶截止頻率可以低于施加于第一線圈部210以及第二線圈部220的電源電壓的驅(qū)動(dòng)頻率，上阻帶截止頻率可以低于兩倍的上述驅(qū)動(dòng)頻率。根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例，帶通濾波器330或低通濾波器340能夠?qū)⒉罘中盘?hào)Vo或采樣保持電路320的輸出信號(hào)的上述驅(qū)動(dòng)頻率成分的相位維持在相同水平。低通濾波器340的截止頻率可以是高于上述驅(qū)動(dòng)頻率的值。低通濾波器340的截止頻率可以高于施加于第一線圈部210以及第二線圈部220的電源電壓的驅(qū)動(dòng)頻率，且低于兩倍的上述驅(qū)動(dòng)頻率。第一線圈部210的上述至少ー個(gè)第一線圈和第二線圈部220的上述至少ー個(gè)第二線圈以位移測(cè)量對(duì)象物為中心相對(duì)置。第一線圈部210的上述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)與第二線圈部220的上述至少ー個(gè)第二線圈的一側(cè)可以差分連接，第一電源電壓110與上述第二電源電壓120的相位差可
8以是180度。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的徑向位移傳感器20a的電路圖。如圖4所示，第一線圈部210a可以包括兩個(gè)第一線圈212a、214a，第二線圈部220a可以包括兩個(gè)第二線圈222a、224a。徑向位移傳感器20a的位移測(cè)量對(duì)象物是以與圖面垂直的方向的軸為中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體22a，并且能夠按照第一線圈212a和第二線圈222a相対的方向與第一線圈214a和第二線圈224a相対的方向垂直的方式配置第一線圈212a、214a和第二線圈222a、224a，以便提高位移測(cè)量的效率性。這時(shí)，差分信號(hào)為共兩個(gè)Vol、Vo2，如上所述，檢測(cè)電路可以包括共兩個(gè)采樣保持電路320。并且，檢測(cè)電路300的輸出信號(hào)、即位移信號(hào)Vd為共兩個(gè)Vdl、Vd2。如上所述，采用徑向位移傳感器20a，則能夠檢測(cè)作為位移測(cè)量對(duì)象物的旋轉(zhuǎn)體22的圖4中的X軸方向的位移和y軸方向的位移。旋轉(zhuǎn)體22a —旦脫離旋轉(zhuǎn)軸，則基于旋轉(zhuǎn)體22a與第一線圈212a、第一線圈214a以及第ニ線圈222a、第二線圈224a之間的位置關(guān)系在線圈形成的磁場(chǎng)所通過(guò)的空間的磁阻抗發(fā)生變化。從而第一線圈212a、第一線圈214a和第二線圈222a、第二線圈224a的電感發(fā)生變化。該電感的變化導(dǎo)致第一線圈212a、第一線圈214a和第二線圈222a、第二線圈224a的輸出信號(hào)、即差分信號(hào)Vol、Vo2的變化，因此能夠感應(yīng)旋轉(zhuǎn)體22a的位移。第一線圈212a和第二線圈222a差分連接，第一線圈214a和第二線圈224a差分連接時(shí)，基于旋轉(zhuǎn)體22a的位移的上述第一線圈和上述第二線圈的電壓信號(hào)分別具有相反極性，因此在線圈相互連接的部位，無(wú)需采用其他差分電路即可獲得差分信號(hào)Vol、Vol。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的軸向位移傳感器20b的電路圖。如圖5所示，第一線圈部可以包括ー個(gè)第一線圈212b，第二線圈部220a可以包括ー個(gè)第二線圈222b。軸向位移傳感器20b的位移測(cè)量對(duì)象物是以與圖面水平方向的軸、即z軸為中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)板22b或者以該旋轉(zhuǎn)板22b的旋轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸而連結(jié)的旋轉(zhuǎn)柱24b，可以將第一線圈212b和第二線圈222b沿著z軸方向配置在旋轉(zhuǎn)板22b的上下。采用該軸向位移傳感器20b，則能夠檢測(cè)作為位移檢測(cè)對(duì)象物的旋轉(zhuǎn)板22a或旋轉(zhuǎn)柱24b的圖4中的z軸方向的位移。圖6是示出圖I所示的第一線圈部210和第二線圈部220的輸出信號(hào)、即差分信號(hào)Vo的波形圖。如圖6所示，差分信號(hào)Vo的頻率與上述驅(qū)動(dòng)頻率相同，波形的振幅與作為位移測(cè)量對(duì)象物的旋轉(zhuǎn)體的位移成正比。例如，位移程度被減弱，則如圖6所示的圖像，第二個(gè)峰值的絕對(duì)值小于第一個(gè)峰值的絕對(duì)值。圖7是示出圖3所示的同步化部310的輸出信號(hào)、即定時(shí)信號(hào)Vo的波形圖。如圖7所示,定時(shí)信號(hào)Vp的頻率與上述驅(qū)動(dòng)頻率相同，相位與差分信號(hào)Vo相同，因此，當(dāng)差分信號(hào)Vo為最大吋，定時(shí)信號(hào)Vp成為具有一定脈沖的脈沖列信號(hào)。因?yàn)闊o(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的脈沖列信號(hào)，所以實(shí)際上，脈沖列信號(hào)可以變?yōu)檎木匦蚊}沖列。圖8是示出圖I所示的檢測(cè)電路300的輸出信號(hào)、即位移信號(hào)Vd的波形圖。如圖8所示，由采樣保持電路320基于定時(shí)信號(hào)Vp，對(duì)差分信號(hào)No的值進(jìn)行采樣，并保持該采樣值Val，以便以該采樣值Val維持到下一個(gè)采樣定時(shí)，從而生成位移信號(hào)Vd。例如，以第一個(gè)采樣值Val維持位移信號(hào)的輸出，而如圖6所示，位移程度隨時(shí)間減少時(shí)，第ニ個(gè)采樣值Va2則會(huì)小于第一個(gè)采樣值Val。CN 102918352 A
書(shū)
明
說(shuō)
7/8頁(yè)圖9是根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的磁軸承系統(tǒng)40的立體圖。如圖9所示，在X軸和y軸方向上被用于支撐通過(guò)電機(jī)430旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體410、420的共兩個(gè)無(wú)徑向軸承450a、450b,在z軸方向上被共ー個(gè)軸向軸承470支撐。為了控制各磁軸承，需要旋轉(zhuǎn)柱410或旋轉(zhuǎn)板420的位移信息，該信息可以通過(guò)共三個(gè)位移傳感器440a、440b、460獲得。無(wú)徑向軸承450a、450b以防止旋轉(zhuǎn)柱410在x軸和y軸同時(shí)移動(dòng)的方式支 撐并控制旋轉(zhuǎn)柱410。軸向軸承470以防止同時(shí)在z軸方向移動(dòng)的方式支撐并控制連結(jié)在旋轉(zhuǎn)柱410的旋轉(zhuǎn)板420。通過(guò)上述支撐和控制，旋轉(zhuǎn)柱410以及連結(jié)在該旋轉(zhuǎn)柱410上的旋轉(zhuǎn)板420被支撐并控制成不會(huì)進(jìn)行以X軸或y軸為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在一實(shí)施例中，磁軸承系統(tǒng)40可以包括旋轉(zhuǎn)體410、420、使旋轉(zhuǎn)體410、420旋轉(zhuǎn)的電機(jī)430、至少ー個(gè)磁軸承450a、450b、470以及至少ー個(gè)位移傳感器440a、440b、460。至少一個(gè)磁軸承450a、450b、470用于支撐通過(guò)電機(jī)430旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體410、420。至少ー個(gè)位移傳感器440a、440b、460用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體410、420的位移。至少ー個(gè)位移傳感器440a、440b、460包括第一線圈部210、第二線圈部220、傳感器驅(qū)動(dòng)單元100以及檢測(cè)電路300。第一線圈部210包括至少ー個(gè)第一線圈。第二線圈部220包括與第一線圈部210的上述至少ー個(gè)線圈的ー側(cè)差分連接的至少ー個(gè)第二線圈。傳感器驅(qū)動(dòng)單元100分別向第二線圈部220、第一線圈部210和第二線圈部220供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓Vl和第二電源電壓V2。檢測(cè)電路300從差分信號(hào)Vo抽取位移信息，由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的上述至少ー個(gè)第一線圈和上述至少ー個(gè)第二線圈的電感變化，在第一線圈部210和第二線圈部220生成差分信號(hào)Vo。在一實(shí)施例中，磁軸承450a、450b、470可以米用磁吸式、磁推式、感應(yīng)式、負(fù)效應(yīng)的方式。為了通過(guò)磁軸承支撐并控制旋轉(zhuǎn)體，可以調(diào)整供給磁軸承所包括的電磁石的電流強(qiáng)度。磁軸承系統(tǒng)可以包括多個(gè)位移傳感器和多個(gè)磁軸承，配置順序可以互相調(diào)換。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的磁軸承系統(tǒng)所包括的位移傳感器與參照?qǐng)Df圖6說(shuō)明的位移傳感器10類似，因此省略重復(fù)說(shuō)明。下面，參照?qǐng)D1，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的位移測(cè)量方法。在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的位移測(cè)量方法中，向包括至少ー個(gè)第一線圈的第一線圈部210和包括與上述至少ー個(gè)第一線圈差分連接的至少ー個(gè)第二線圈的第二線圈部220供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓。可以從傳感器驅(qū)動(dòng)單元100向第一線圈部210和第二線圈部220供給上述第一電源電壓和第二電源電壓。從差分信號(hào)Vo抽取位移信息，其中，由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的上述至少ー個(gè)第一線圈和上述至少ー個(gè)第二線圈的電感變化，在上述第一線圈部210和上述第二線圈部220生成差分信號(hào)Vo0根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的位移測(cè)量方法與參照?qǐng)Df圖3說(shuō)明的位移傳感器10類似，因此省略重復(fù)說(shuō)明。如上所述，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的位移傳感器，通過(guò)將位移測(cè)量對(duì)象物的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的線圈差分連接，能夠簡(jiǎn)化電結(jié)構(gòu)，并且為了從上述線圈生成的差分信號(hào)檢測(cè)出位移信息而采用采樣保持電路，從而維持與施加在線圈部的交流電壓的驅(qū)動(dòng)頻率相同水平的頻率特性，能夠提高針對(duì)高速旋轉(zhuǎn)體的傳感器的正確度以及精密度。如上所述，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的磁軸承裝置通過(guò)利用涉及上述實(shí)施例的位移傳
10感器，從而簡(jiǎn)化電結(jié)構(gòu)，能夠提高針對(duì)高速旋轉(zhuǎn)體的磁軸承的正確度以及精密度。產(chǎn)業(yè)可利用性能夠?qū)⒈景l(fā)明有效應(yīng)用于所有位移傳感器系統(tǒng)中。并且，能夠?qū)⒈景l(fā)明有效應(yīng)用于磁軸承、微小位移的檢測(cè)、高速旋轉(zhuǎn)體的震動(dòng)檢測(cè)、金屬厚度的測(cè)量等各種對(duì)象物的位移檢測(cè)。以上，僅參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)中記載的本發(fā)明的思想以及范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改以及變更。
權(quán)利要求
1.ー種位移傳感器,其特征在于,包括 第一線圈部，包括至少ー個(gè)第一線圈； 第二線圈部，包括至少ー個(gè)第二線圈，所述至少ー個(gè)第二線圈與所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)差分連接； 傳感器驅(qū)動(dòng)單元，分別向所述第一線圈部和所述第二線圈部供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓；以及 檢測(cè)電路，用于從差分信號(hào)抽取位移信息，由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述至少ー個(gè)第二線圈的電感變化，在所述第一線圈部和所述第二線圈部產(chǎn)生所述差分信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位移傳感器，其特征在干， 所述檢測(cè)電路包括 同步化部，用于生成具有所述驅(qū)動(dòng)頻率的定時(shí)信號(hào)；以及 采樣保持電路，基于從所述同步化部輸入的定時(shí)信號(hào)，對(duì)在所述第一線圈部和所述第ニ線圈部生成的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣并保持， 從而生成振幅信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位移傳感器，其特征在干， 所述檢測(cè)電路還包括 帶通濾波器，用于去除在所述第一線圈部和所述第二線圈部生成的差分信號(hào)的低頻以及高頻成分；以及 低通濾波器，用于去除所述采樣保持電路的輸出信號(hào)的高頻成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的位移傳感器，其特征在干， 所述低通濾波器的截止頻率高于所述驅(qū)動(dòng)頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位移傳感器，其特征在干， 所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈以位移測(cè)量對(duì)象物為中心相對(duì)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位移傳感器，其特征在干， 所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)與所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈的ー側(cè)差分連接， 所述第一電源電壓與所述第二電源電壓的相位差為180度。
7.一種磁軸承系統(tǒng)，其特征在于，包括 旋轉(zhuǎn)體； 電機(jī)，用于使所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)； 至少ー個(gè)磁軸承，用干支撐通過(guò)所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)體；以及 至少ー個(gè)位移傳感器，用于檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)體的位移， 其中，所述至少一個(gè)位移傳感器包括 第一線圈部，包括至少ー個(gè)第一線圈； 第二線圈部，包括至少ー個(gè)第二線圈，所述至少ー個(gè)第二線圈與所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)差分連接； 傳感器驅(qū)動(dòng)單元，分別向所述第一線圈部和所述第二線圈部供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓；以及 檢測(cè)電路，用于從差分信號(hào)抽取位移信息，由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述至少ー個(gè)第二線 圈的電感變化，在所述第一線圈部和所述第二線圈部產(chǎn)生所述差分信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁軸承系統(tǒng)，其特征在干， 所述檢測(cè)電路包括 同步化部，用于生成具有所述驅(qū)動(dòng)頻率的定時(shí)信號(hào)；以及 采樣保持電路，基于從所述同步化部輸入的定時(shí)信號(hào)，對(duì)在所述第一線圈部和所述第ニ線圈部生成的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣并保持，從而生成振幅信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁軸承系統(tǒng)，其特征在干， 所述檢測(cè)電路還包括 帶通濾波器，用于去除在所述第一線圈部和所述第二線圈部生成的差分信號(hào)的低頻以及高頻成分；以及 低通濾波器，用于去除所述采樣保持電路的輸出信號(hào)的高頻成分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁軸承系統(tǒng)，其特征在干， 所述低通濾波器的截止頻率高于所述驅(qū)動(dòng)頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁軸承系統(tǒng)，其特征在干， 所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈以位移測(cè)量對(duì)象物為中心相對(duì)置。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁軸承系統(tǒng)，其特征在干， 所述第一線圈部的所述至少ー個(gè)第一線圈的ー側(cè)與所述第二線圈部的所述至少ー個(gè)第二線圈的ー側(cè)差分連接， 所述第一電源電壓與所述第二電源電壓的相位相反，其相位差為180度。
13.—種位移測(cè)量方法，其特征在于，包括 分別向包括至少ー個(gè)第一線圈的第一線圈部和包括與所述至少ー個(gè)第一線圈差分連接的至少ー個(gè)第二線圈的第二線圈部供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓的步驟；以及 從由于位移測(cè)量對(duì)象物的位置變化導(dǎo)致的所述至少ー個(gè)第一線圈和所述至少ー個(gè)第ニ線圈的電感變化在所述第一線圈部和第二線圈部生成的差分信號(hào)抽取位移信息的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及位移傳感器以及利用該位移傳感器的磁軸承系統(tǒng)。其中，位移傳感器包括包括至少一個(gè)線圈的第一線圈部、包括與第一線圈部的線圈的一側(cè)差分連接的至少一個(gè)線圈的第二線圈部、供給具有相同驅(qū)動(dòng)頻率的第一電源電壓和第二電源電壓的傳感器驅(qū)動(dòng)單元以及從第一線圈部和第二線圈部生成的差分信號(hào)抽取位移信息的檢測(cè)電路。
文檔編號(hào)G01B7/14GK102918352SQ201180022387
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者崔相現(xiàn) 申請(qǐng)人:D&M科技株式會(huì)社