(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211081316.9 (22)申请日 2022.09.06 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115169202 A (43)申请公布日 2022.10.11 (73)专利权人 东南大学 地址 211102 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 蔡海维　翟昊　黄茹　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 沈廉 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G01P 21/02(2006.01)审查员 徐金娜 (54)发明名称 一种旋转部件的等效磁场模拟器及其设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种旋转部件的等效磁场模 拟器及其设计方法。 本发明公开的旋转部件的等 效磁场模拟器， 分为旋转部件的等效磁场模拟器 本体和等效磁场模拟器控制电路两个部分； 设计 方法为根据旋转部件的外形初步设计磁场模拟 器本体， 根据测量旋转部件磁场的传感器得到的 磁场特征设计等效磁场模拟器控制电路， 进行旋 转部件等效磁场模拟器的电磁特征仿真计算； 将 仿真计算结果与和旋转部件电磁特征数据进行 对比， 如果误差达到要求， 则完成设计； 基本原理 为通过控制等效磁场模拟器中的线圈， 模拟器发 出响应的受控的磁场波形， 使得原本用于测量旋 转部件磁场的传感器感受到与真实旋转部件转 动几乎完全相同的磁场变化。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115169202 B 2022.11.29 CN 115169202 B 1.一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 该模拟器包含等效磁场模拟器本体 和控制电路两个部分， 其中等效磁场模拟器本体包括模拟器铁芯、 控制线圈和线圈夹具三 个部分； 所述模拟器本体以模拟器固定支架 （2.4） 为基体， 在模拟器固定支架 （2.4） 上设有 锥形模拟器铁芯 （2.3） ， 该锥形模拟器铁芯 （2.3） 的上半部分为圆锥形， 在锥形模拟器铁芯 （2.3） 的顶部为模拟器端部 （2.1） ， 在锥形模拟器铁芯 （2.3） 的中部设有线圈槽 （2.2） ， 在线 圈槽 （2.2） 中设有线圈夹具 （2.5） ， 在线圈夹具 （2.5） 中设有控制线圈 （2.6） ， 所述锥形模拟 器铁芯 （2.3） 下半部分为圆柱体的模拟器底部 （1） ； 等效磁场模拟器控制电路主要包括DSP芯片开发板， 通过数字信号输出端口输入到数 模转换器中， 转变为模拟信号， 再串联到一个功 率放大器中， 将模拟信号放大到想要输出信 号的幅值大小， 最后输入到等效磁场模拟器当中； 所述线圈夹具 （2.5） 设置在环槽内部， 每隔90 °有一个线圈夹具 （2.5） ， 共四个。 2.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述模拟器端部 （2.1） 为半球形， 半球 体的直径为80m m±1mm。 3.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述线圈槽 （2.2） 设在距离所述圆锥形圆台下截面65mm ±5mm处向上环圆台开有30mm ±0.5mm深， 半径 为20mm±0.5mm的环槽。 4.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述锥形模拟器 铁芯 （2.3） 圆锥形部分的上截面直径为80mm ±1mm， 下截面直径为150mm ±2mm， 下半部的圆 柱体为直径150mm ±5mm， 长度150mm ±5mm的圆柱体； 锥形模拟器铁芯 （2.3） 由铁磁性材料构 成。 5.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述模拟器 固定 支架 （2.4） 的中间固定锥形模拟器铁芯 （2.3） ， 周边设有固定孔。 6.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述线圈夹具 （2.5） 是外径40m m、 内径30mm、 高度10m m的弹性圆环， 用于固定控制线圈。 7.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述控制线圈 （2.6） 采用10mH、 20A大功率铜线电感优质磁环E MI滤波线圈。 8.根据权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器， 其特征在于， 所述的DSP芯片 开发板为 一块型号为TMS320F2837 7的DSP芯片。 9.一种如权利要求1所述一种旋转部件的等效磁场模拟器的设计方法， 其特征在于， 该 设计方法具体如下： 步骤1， 首先在maxwell软件中完成等效磁场模拟器建模， 其中初始激励输入正弦电流， 得到等效磁场模拟器的转速、 磁场分布和电流波形； 步骤2， 根据 步骤1得到的电流波形， 通过DSP编程， 产生一个初始直流电流信号， 再经过 数模转换器把数字信号 转换为模拟信号； 步骤3， 然后将步骤2得到的模拟信号通过一个功率放大器输入到等效磁场模拟器中的 控制线圈； 最后探 头测到等效磁场模拟器的磁场分布； 步骤4， 经过处理电路进行对比， 如果相同， 则设计完成； 如果不同， 则根据对比结果， 返 回步骤1更改激励输入参数， 如此循环， 直至满足要求。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115169202 B 2一种旋转部件的等效磁场模拟器及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明公开了一种旋转部件的等效磁场模拟器及其设计方法， 涉及磁场仿真技 术， 属于传感、 测速的电变量和磁 变量调节的技 术领域。 背景技术 [0002]在当前许多工业领域， 一般都采用内燃机、 电动机等带有高速旋转机构的部件为 系统提供动力。 这些旋转部件运行范围变化大、 运行环境恶劣， 为保证系统运行时的安全性 和稳定性， 必须对其转速进行实施严密监控。 因此， 转速测量是如今工业生产的基本且重要 需求。 然而， 由于这些旋转部件存在高转速、 高功 率的特点， 在研发转速测量系统的过程中， 需要建设具有高速旋转能力的转速传感器测试平台。 高速测试平台对旋转部件的转速、 机 械强度、 安全性能要求极高。 因此， 目前电磁转速传感测量系统存在实验系统构建周期较 长、 成本较高等问题， 而且在研发过程中旋转部件的高速运行存在一定安全隐患， 人力、 时 间、 材料成本高昂。 [0003]综上所述， 针对上述问题， 亟需对现有转速传感系统的研发方案进行改善， 从而为 转速传感系统性能及其研发效益的提高提供有效支撑 。 [0004]本项目的研究正是基于上述出发点， 拟通过无机械转动结构的受控磁场发生器来 模拟旋转部件转动时对传感器的影响， 使转速传感器探头无法区分等效磁场模拟 器和实际 的旋转部件发出 的磁场， 从而实现对真实旋转部件及其驱动系统的替代， 最终降低研发成 本、 消除安全隐患， 并提高研发和检测的灵活性。 发明内容 [0005]技术问题： 本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足， 提供一种旋转部件的 等效磁场模拟器及其设计方法， 依据磁场仿真原理在不需要旋转 实物的前提下通过电变量 和磁变量调节即可减少实验成本也可达成实验要求， 解决现有旋转测速装置的技 术问题。 [0006]技术方案： 本发明的一种旋转部件的等效磁场模拟器包含等效磁场模拟器本体和 控制电路两个部分， 其中等效磁场模拟器本体包括模拟器铁芯、 控制线圈和线圈夹具三个 部分； 所述模拟器本体以模拟器固定支架为基体， 在模拟器固定支架上设有锥形模拟器铁 芯， 该模拟 器铁芯的上半部 分为圆锥形， 在锥形模拟 器铁芯的顶部为模拟 器端部， 在锥形模 拟器铁芯的中部 设有线圈槽， 在 线圈槽中设有线圈夹具， 在线圈夹具中设有控制线圈， 所述 锥形模拟器铁芯下半部分为圆柱体的模拟器底部； [0007]等效磁场模拟器控制电路主要包括DSP芯片开发板， 通过数字信号输出端口输入 到数模转换器中， 转变为模拟信号， 再串 联一个功 率放大器中， 将模拟信号放大到想要输出 信号的幅值大小， 最后输入到等效磁场模拟器当中。 [0008]所述模拟器端部为半球形， 半球 体的直径为80m m±1mm。 [0009]所述线圈槽设在距离所述圆锥 形圆台下截面65mm ±5mm处向上环圆台开有30mm ± 0.5mm深， 半径为20m m±0.5mm的环槽。说　明　书 1/4 页 3 CN 115169202 B 3