[发明专利]智能磁力轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁悬浮轴承。特别是一种可以适应未来机械的、以电子学、电磁学、控制学、传感器学以及计算机学等多学科知识为理论和技术背景的、适用于一般或特殊要求的机械装备中的智能磁力轴承。

背景技术

目前，电磁轴承作为世界上公认的高性能支承部件，具有传统机械支承技术所无法到达的技术指标和无法比拟的性能特点。在国外，电磁轴承已经成功地应用于多个工业领域(如机械加工、核能源、化工、航空航天以及食品药品等)的多种旋转机械和往复运动机械。但是，由于目前的主动电磁轴承(英文缩写AMB)支承的转子在设计方面的特殊性，其工作的环境、几何尺寸以及相关技术指标等在设计前就已经知晓，设计人员将根据其各项具体要求对AMB的结构、达到的控制目标以及控制参数等进行轴承转子系统及控制系统的专业设计工作。同时，设计人员在构建AMB及其转子系统时，需要人工为每个具体的转子进行具体的控制参数设计，不仅需要考虑控制系统的设计问题，还要考虑传感器结构及其性能指标、机械结构以及精度等级、转子动力学特性分析等多学科的问题，其过程复杂且烦琐。所以，专业性强、效率低，劳动强度大，费用昂贵等问题长期以来是AMB设计中的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成了传感器、辅助轴承、信号接口板的智能磁力轴承；解决了传统电磁轴承系统由于装配误差造成的系统控制性能的下降；由于其中智能部件包括传感器，自动识别动态参数即转子参数和存储器利用计算机中的即插即用(Plug andPlay，简称PnP)技术自动识别调用轴承静态参数解决了现有主动电磁轴承(AMB)系统只针对特定转子特定工况参数下而进行的开发研究问题，使其具有一定的普适性；简化了AMB应用设计的过程，可以大幅度减轻磁悬浮轴承转子系统设计人员的工作强度和降低对AMB专业知识的要求；极易在各工业领域中推广应用。

为达到上述目的，本发明的构思是：

1、为使电磁轴承类似于滚动轴承、滑动轴承那样实现系列化，标准化，最终产品化，本发明装置中的智能部件将存储该电磁轴承的固有参数，一般情况下这些参数包括：S₀(磁极的截面积)、N₀(单个线圈匝数)、I₀(偏磁电流)和δ₀(平衡情况下的单边气隙长度)。这些固有参数是设计人员预先植入于该轴承内部的一个的Flash Memory。当这类电磁轴承在系统上电或者复位后，其专用数字控制器中CPU执行的第一条指令是驱动智能部件中的USB设备，并从上述Flash Memory中自动读取其中的固有参数，接着便是系统更新其专用数字控制器中的寄存器参数值并开始执行控制程序，达到控制电磁轴承、使其中的转子悬浮的目的。

2、本发明中的智能部件接口之一选用的是USB接口，该接口及其数据传输技术具有成本低、速度快、总线供电、可热插拔等特点，是目前电子产品中实现数据传输的最佳方案之一。本发明选用的芯片是USB控制器Host/Slave(主/从模式)接口控制器SL811HS。SL811HS是一款遵从USB1.1协议的嵌入式USB Host/Slave芯片。该芯片既能和USB低速设备进行通信，也能和USB高速设备进行通信。由于提供了8bit宽数据总线及中断支持，使得该芯片能方便地与微处理器、微控制器以及DSP进行连接。

3、本发明将传感器集成于智能电磁轴承体中，这样不仅带来了安装上的便利，而且由于这种集成式的安装有望提高控制精度，这是传统外置式位移传感器所达不到的。本发明中的传感器则是一种差动式传感器，其优点在于按照差动方式连接后可以消除由于传感器的安装结构带来的误差，提高信号的灵敏度和准确度。由于一个智能部件中包含了2路传感器，这样可以同时检测2个自由度的位移信号，同时节约了相关部件的安装空间。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种智能磁力轴承，包括一个电磁轴承，其特征在于所述的电磁轴承的一端装有一个智能部件和接口端盖。

上述的智能部件是一个圆环状印刷电路上装有电子元器件，其电路结构是由一个传感器电路和一个通用串行总线USB存储设备电路构成；所述的传感器电路是分别连接二个传感器探头的二个传感器信号处理电路，又分别经二个直流增益电路后连接传感器输出信号线，而外接外部专用数字控制器；所述的通用串行总线USB存储设备电路是一个微控制器连接一个USB控制器电路和一个Flash存储芯片，USB控制器电路经USB接口外接外部专用数字控制器。