磁电式传感器论文（共14篇）
篇1：磁电式传感器论文
磁电转速传感器使用说明书
一、概述：
HZ60磁电转速传感器，能将转角位移转换成电信号供计数器计数，只要非接触就能测量各种导磁材料如：如齿轮、叶轮、带孔（或槽、螺钉）圆盘的转速及线速度。
传感器具有：体积小、结实可靠、寿命长、不需电源和润滑油等优点，与一般二次仪表均可配用。
二、技术参数
1、输出波形：近似正弦波（≥50r/min时）
2、输出信号幅值：
50r/min时≥300ｍｖ 传感器铁芯和被测齿轮齿顶间隙 δ＝0.5～1.2mm
被测齿轮模数 m = 2
齿轮
Z = 60
材料
电工钢
信号幅值大小，与转速成正比，与铁芯和齿顶间隙的大小成反比。
3、测量范围：20～10000Hz
4、使用时间：连续使用
5、工作环境：温度-20～+180℃
6、输出形式：X12K4P四芯插头
7、外形尺寸：外径M16×1;M18×1.5总长80mm
8、重量：约120g（不计输出导线）
三、外形图：
插头端子1、4接信号输出线
四、使用注意事项
１、安装时传感器外壳M16×1螺纹不得损伤，六角螺母旋转应自如，六角螺母并紧后，不得有松动现象。
２、安装时应以被测齿轮不与传感器接触为宜。并希望能尽量减少间隙δ以提高输出信号幅值。
五、单机成套
１、磁电转速传感器
１只
２、电缆线 2米
３、说明书
１份
４、合格证
１份
篇2：磁电式传感器论文
基于巨磁电阻位移传感器的固体热胀系数测量
介绍磁性纳米多层膜中的.自旋极化输运和巨磁电阻效应,利用巨磁电阻传感器和小磁钢设计一种高灵敏度位移传感器,并精确测量金属的热膨胀系数,测量金属热膨胀系数不确定度一般优于3%.
作 者：康伟芳 KANG Wei-fang 作者单位：东北电力大学,理学院,吉林,吉林,132012刊 名：传感器与微系统 PKU英文刊名：TRANSDUCER AND MICROSYSTEM TECHNOLOGIES年，卷(期)：200928(6)分类号：O472关键词：自旋极化输运 巨磁电阻 位移传感器 热膨胀系数
篇3：磁电式传感器论文
测量结果不确定度评定是检测机构常规工作的一部分[1], 由于测量不确定度在计量和校准实验室中得到了广泛应用[2], 振动传感器的种类繁多, 如果按其所测的振动参数, 可分为位移型、速度型和加速度型;如果按其结构原理, 可分为磁电式、压电式、应变式、电感式、电容式、涡流式以及激光和微波式等, 而目前以磁电式和压电式传感器应用得最为普遍。磁电式速度传感器的原理是利用金属导线在磁场中作切割磁力线的相对运动时, 产生与所测振动速度成正比例的感应电动势, 从而测量出振动的速度[3]。磁电式速度传感器的主要技术指标有速度灵敏度、频率响应、幅值线性、横向灵敏度比、动态范围和温度响应等。其中, 速度灵敏度的校准是确保振动速度量值准确可靠的一项主要指标[4,5]。测量过程:将被测传感器与标准加速度计背靠背安装在振动表标准装置上, 根据振动标准套组的值, 确定被测表的示值误差。评定结果的使用:符合上述条件下的磁电式速度传感器, 一般可直接使用本不确定度的评定结果。
2 数学模型
数学模型如下式表示:
YX—被检速度传感器输出的加速度值
YO—标准加速度计标准套的加速度值
由于YX、YO之间独立无相关、得相对不确定度方差:
考虑到数字多用表的示值误差不确定度u (Δ1) 、台面运动失真不确定度u (Δ2) 、加速度计套组频率响应与理论曲线的偏差引入的标准不确定度u (Δ3) 、台面横向运动不确定度u (Δ4) 、温度变化误差不确定度u (Δ5) 、标准加速度计套组灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度u (Δ6) 、振动台频率变化不确定度u (Δ7) 、电荷放大器归一化旋钮位数误差不确定度u (Δ8) , 得到下式:
3 输入量的标准不确定度分量评定[6,7]
输入量的标准不确定度的来源主要有几方面:
被检传感器重复性YX引入的标准不确定度u (YX) 的评定, 采用A类方法评定;
标准加速度计套组引入的标准不确定度urel, 2的评定, 采用B类方法评定;
数字多用表示值误差引入的标准不确定度u (Δ1) 的评定, 采用B类方法评定;
振动台面波形失真引入的标准不确定度u (Δ2) 的评定, 采用B类方法评定;
加速度计套组频率响应与理论曲线的偏差引入的标准不确定度u (Δ3) 的评定, 采用B类方法评定;
振动台台面横向运动引入的不确定度u (Δ4) 的评定, 采用B类方法评定;
温度变化引入的不确定度u (Δ5) 的评定, 采用B类方法评定;
标准加速度计套组灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度u (Δ6) 的评定, 采用B类方法评定;
振动台频率变化误差引入的不确定度u (Δ7) 的评定, 采用B类方法评定。由于振动台加速度频率变化最大允许0.3%, 在此频率变化, 对振幅影响很小, 所以可忽略不计;
电荷放大器归一化旋钮位数误差引入的不确定度u (Δ8) 的评定, 采用B类方法评定。
输入量的标准不确定度分量如表1所示。
1) 被检传感器重复性YX引入的标准不确定度u (YX) 的评定, 此项标准不确定度主要是由被检传感器的测量重复性引起的。可以通过连续测量得到测量列, 采用A类方法评定。
A选择振动频率为40 Hz为固定点, 幅值分别为0.2 cm/s、0.5 cm/s、1 cm/s、1.5 cm/s、2cm/s、2.5 cm/s、3 cm/s、3.5 cm/s、5 cm/s、7.5 cm/s、10 cm/s。其标准不确定度为:u (YX) =Si/对应点电压平均值。
B选择幅值1 cm/s为固定点, 振动频率分别为10 Hz、20 Hz、40 Hz、60 Hz、80 Hz、100Hz、120 Hz、160 Hz、200 Hz。
其标准不确定度为:u (YX) =Si/对应点电压平均值。
由于被检传感器YX引入的标准不确定度u (YX) 对于整个不确定度评定影响很小, 所以取各测量点最大值:u (YX) =0.10%
2) 标准加速度计套组引入的标准不确定度urel, 2的评定, 由上级证书可知, 标准加速度计套组灵敏度幅值不确定度为1%。
3) 数字多用表示值误差引入的标准不确定度u (Δ1) 的评定, 此项误差引入的原因, 主要是因为标准和被检传感器需要接入数字多用表读取数值, 数字多用表本身允许误差引起。由于数字多用表的允许误差可由计量检定部门或技术要求来评定。检定数字多用表最大允许误差为0.2%, 在此区间内服从均匀分布, 取包含因子则
4) 振动台面波形失真引入的标准不确定度u (Δ2) 的评定, 此项误差引入的原因, 主要是振动台产生的波形失真, 引起标准表、被检表波形变化, 以至于输出的峰值有差别。振动台最大允许波形失真5%, 波形失真对峰值影响主要是三次谐波。在此取检内服从均匀分布, 取包含因子则
5) 加速度计套组频率响应与理论曲线的偏差引入的标准不确定度u (Δ3) 的评定, 在 (10~315) Hz范围内, 加速度计套组灵敏度变化优于±1%, 可认为是均匀分布, 得:
6) 振动台台面横向运动引入的不确定度u (Δ4) 的评定, 振动台横向振动可引起振动标准套组、被检表示值变化, 由于被检表测量不重复性中, 也包含了此项, 因此只考虑对振动标准套组的影响。振动台最大允许横向误差为10%, 标准加速度计允许最大横向误差为2%, 所以Δ4=10%×2%=0.2%。在此区间服从均匀分布, 取包含因子
7) 温度变化引入的不确定度u (Δ5) 的评定, 根据《8305压电式加速度说明书》, 与原标准温度变化3℃时, 振动标准套组灵敏度变化为0.1%, 在此区间服从均匀分布, 取包含因子, 则
8) 标准加速度计套组灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度u (Δ6) 的评定, 加速度计套组灵敏度年稳定度优于±0.5%, 可认为是均匀分布, 得:
9) 电荷放大器归一化旋钮位数误差引入的不确定度u (Δ8) 的评定, 上级检定时, 给出的灵敏度时4位, 实际使用时只能给3位, 这样就带来误差, 根据少数四舍五入, 则最大带入误差为0.000 5%。
由于电荷放大器归一化旋钮位数误差引入的不确定度u (Δ8) 对于整个不确定度评定影响很小, 所以可忽略不计。
4 合成标准不确定度
4.1 灵敏系数:
由数学模型可知灵敏系数均取1
4.2 合成标准不确定度uc的计算:则
取置信概率P=95%, 包含因子k=2。则扩展不确定度评定如表3所示。
磁电式速度传感器, 在 (2~100) mm/s、 (10~200) Hz的范围内时, 扩展不确定度与测量范围对应为同一值, 所以各点的扩展不确定度如表4所示。
5 结束语
通过对磁电式速度传感器测量结果不确定度评定和测量结果的分析, 明确了各影响因素对测量结果的影响, 对该领域的检测人员具有一定的参考价值, 为今后计量检定工作及理论分析奠定了良好的基础。
参考文献
[1]陈铭慧.测量不确定度评定中常见的问题[J].中国计量, 2011 (8) .
[2]林瑞波.检测实验室参数测量不确定度评定浅析[J].中国计量, 2011 (8) .
[3]徐锡林.磁电式低频振动传感器[J].机械制造, 1980 (11) .
[4]何伟.磁电式振动速度传感器灵敏度校准的测量不确定度评定[J].中国计量, 2009 (2)
[5]刘宇.一种利用中频振动台标定速度传感器的方法[J].计量与测试技术, 2011 (8) .
[6]JJG134—2003.磁电式速度传感器检定规程[S].
篇4：磁电式传感器论文
关键词 霍尔元件；传感器与检测技术；能力点
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）05-0072-02
1 前言
长江工程职业技术学院电气自动化专业是学校一个生源较好的专业，每年招收的学生有300～400人。这个专业的PLC控制技术、单片机技术、传感器与检测技术等课程是专业课中的优质核心课。这几门课的能力点的标准化以及能力点的培养是要研究及制定的首要任务。在我国一般都是课程标准、任务导向式研究较多，而在国外是追求每个专业的能力点的培养。它的能力点集成一本书，教师上课去向课程开发公司购买每个岗位培养的能力点，上课按能力点来教，考核按能力点来考核。我国在能力点上应该投入更多的时间进行探索。因此，笔者认为对传感器与检测技术的磁电式传感器能力点的探索很有必要。
2 能力点教学的设计
在教学中设置了项目一是磁电式传感器，项目二是压电式传感器，项目三是光电式传感器，项目四是热电式传感器。选择项目一磁电式传感器的霍尔传感器的能力点来进行探讨。在项目一里面主要培养学生对传感器的认识能力，培养学生对传感器应用范围认识，培养学生认识技术参数，培养学生认识霍尔元件的材料。
教学之前的准备为实现能力点的教学做到认真负责 要教给学生的是一种对于先进科学技术应用的理念，还有对于改进设备的探索精神，不管是本科生，还是高职生，只要有兴趣、有钻研精神，在实际中不断摸索，就会有成就感。为了提高高职学生的学习兴趣，要培养学生能力，教学之前要准备很多资料。能力点的开发成果上就应该有很多的资料供教师参考，比如各种传感器的实物、图片和视频等。根据授课目的，把各种资料、图片归纳成档，可以实现资源共享。把每一项目所需培养的能力点整理成册，把能力点培养的资料进行共享。这样对知识的传播很重要，不管是对学的人还是教的人，都有非常大的益处。教师要有扎实的技术，对传感器的应用及先进设备上的传感器有认知，对传感器的应用非常了解。教学之前要进行研讨，不管是教学团队，还是两到三位教师，一定要对所教的内容认真准备，做到认真负责，做到对学生的能力点的培养认真负责。
培养学生了解磁电式传感器的能力 磁电式传感器主要是应用于对振动的测量，把它直接安装在被测量的振动物体上来进行测量，一般用于地面振动测量及机载振动监视系统中。而霍尔传感器是磁电传感器中的一种，在高精度数控机床、汽车、液位控制、船舶方面都有应用，教师可以收集和展示在各领域应用的图片。
霍尔元件的材料认识 霍尔元件一般用N型半导体来做，霍尔元件做得一般比较薄，越薄灵敏性越高。霍尔元件的厚度只有1微米左右。还可以用其他的材料如N型锗、砷化铟、锑化铟、砷化镓等来做霍尔元件。霍尔传感器一般采用金属或半导体等制成，传感质量的好坏取决于导体的材料的好坏，材料的好与坏会直接影响流过传感器的正离子和电子。
给学生介绍磁电式传感器的技术特性指标，让学生学会查看技术参数，因为设备安装好了之后要进行调试，查看参数、进行安装与调试是设备安装很重要的环节。掌握输出信号的形状、输出电信号的电压及电流信号、设备导线的根数等。把技术参数讲明白，在安装或实验中，学生才会做到心中有数，免得使用不当损坏设备。
例如：磁电式传感器的技术参数
输出波形形状：形状近似于正弦波
输出信号幅值：当传感器铁芯和被测齿轮齿顶间间隙&=0.5 mm，齿数z=60，齿轮模数m=2及40转/分时，输出电压U≥70 mV
频率测量范围：0～49 999 Hz
仪器使用时间：可以连续使用
使用环境温度：在 -20～65 ℃范围
使用相对湿度：≤65%
仪器输出尺寸：二线制（双芯屏蔽线）
仪器输出信号：4～20 MA
磁电式传感器的原理认识 磁电式传感器是利用电磁感应原理，能把非电信号变化转为感应电动势的一种传感器，在使用中是不需要辅助电源的。根据电磁感应定律，N匝线圈中的感应电动势的大小取决于穿过线圈的磁通量的变化率。
3 在实际应用中学习，获得实际认知能力
霍尔传感器在山地车上的应用 以山地车为实际教学案例来演示，主要提高学生学习兴趣和对技术设备的新的认识。实验教学是技术学习不可缺少的重要一环，缺少实验，就如纸上谈兵，没什么说服能力和吸引力。引导学生对实践的认识，培养学生动手能力即安装应用能力是很重要的。实训条件和实训项目对学生的学习起着启发的作用。实训设备的储备是高职院校教学质量高低的一大体现。在磁电式传感器这一项目中的实训设备是山地车，山地车是比较好的小型的一个实训项目，霍尔速度传感器在山地车上的应用是测量山地车的速度和里程。
霍尔速度传感器在山地车上使用时，把磁铁可靠地固定在山地车的轮辐上，把霍尔元件固定在车身靠近磁铁的地方，然后把霍尔传感器的三根引线和数码表正确相接。调节固定在山地车轮辐上的磁铁和霍尔传感器的距离，车轮每转过一圈，传感器都可以接受到一个脉冲信号，通过计数器电路，数码表上就会显示出车轮转动的圈数。再根据车轮直径，数码表里的单片机就可以计算出车的速度和里程。在实训过程中，检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。一旦调整好，测量过程中不能移动磁路系统。不要在安装过程中损坏霍尔元件。
霍尔传感器在汽车上的应用 这一部分是认识拓展知识。在实验教学这一块，如果有汽车是更好的，因为汽车上的传感器很多，是一门非常大的学问。但是如果设备有限，可以收集图片、资料、视频，让教学尽量形象、生动，让学生学习起来比较形象、直观。所以，教师的任务是准备资料，然后在教学中要搭好框架，细致地分析重点部分。因为重点是分课时把握的，要利用所有的课时把所有的重点讲完。
在汽车上制造霍尔元件时，一般使用的三种半导体材料是砷化铟、砷化镓、锑化铟。了解到汽车行业中常常用的半导体材料是砷化铟。霍尔传感器技术在汽车工业中的车的构架部分、车的动力部分、车的牵引力部分、车的防抱死制动系统都应用得到。一般为了满足不同系统不同部分的需要，霍尔传感器有模拟式传感器和数字式传感器，还有开关式传感器。汽车节气门位置传感器、汽车加速位置传感器采用的霍尔传感器输出的是模拟信号，所以输出信号要由所控制的装置决定；而凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器采用的霍尔传感器是数字式的。
数字式霍尔传感器的应用位置包括凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、车速传感器。数字式霍尔传感器的电路连接方式：霍尔元件首先与微分放大器连接，微分放大器再与施密特触发器连接。在这种方式中，霍尔传感器输出的是一个开或关的脉冲信号。
4 总结
主要培养学生对传感器的认识能力，培养学生对传感器应用范围的了解，培养学生认识技术参数与设备调试的能力，培养学生认识霍尔元件的材料的能力，培养学生对于霍尔元件实际应用的认知能力。通过霍尔传感器的能力点教学的思考，教师更专注于教学设计、教学准备、教学过程与教学效果的收集，把按能力点来教作为教的核心。■
参考文献
[1]刘小波.自动检测技术[M].北京：清华大学出版社，
2012.
篇5：使用充电式电器的窍门
【1】不能随意对电器在进行充电，应在电器用到规定使用时间后，方可过行充电。对配备有电源电压指示的电器，则应根据指示状态决定是否可以进行充电，否则，过早或过迟对电器充电都会影响电器内镉镍电池的寿命。
【2】电器充电必须在规定时间内一次完成，切忌充充停停。充电时间长短必须按说明书规定，不能任意缩短或延长。
篇6：变压器与磁电工程师个人简历
高级决策层(CEO、EVP、GM...)
期望月薪：
-3000元
目前月薪：
面议
可到岗时间：
面谈
期望工作性质：
全职
欲工作地区：
南昌市(含区市县)
欲从事行业：
通信/电子
篇7：磁电式传感器论文
1触点的断开容量
对于直流回路，在电流不大于2A，电压不大于250V的条件下，对外输出触点应能断开时间常数为5×`10^(-3)s的直流有感负载50W或30W(根据产品用途在上述数值中选取)，
对于交流回路，在电流不大于1A，电压不大于250V的条件下，对外输出触点应能断开功率因数cosφ为0.4±0.1的电路的负载250VA或200VA(根据产品用途在上述数值中选取)。
2触点的通过容量
继电器的对外输出触点在交、直流电压不大于250V的条件下，能长期通过2A电流，
3触点的过载能力
继电器的对外输出触点应有承受偶然过负载的能力。触点应能可靠地五次开、闭符合规定的容量的1.5倍后，触点工作性能仍能符合本条的各款要求。
4触点电性能的评价
在试验的标准大气条件下，对于清洁的正在处于试验的触点，在开、闭符合规定的断开与通过容量时，触点应无稳定的电弧、较严重的触点熔蚀或熔焊等现象产生。
5触点的机械调整参数
篇8：磁电式传感器论文
传感测量技术贯穿了电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度等主要环节, 是实现电力系统智能化的必要条件[1]。传感器技术的进步与材料学中新发现密切相关。隧道磁电阻效应是近年新发现的物理现象, 本文主要讨论隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用。
1 磁电阻效应
1.1 巨磁电阻效应
磁电阻效应是指由磁场引起的材料电阻率发生变化的现象, 其变化大小的比率称为磁电阻变化率, 记为MR=Δρ/ρ (H) =[ρ (0) -ρ (H) ]/ρ (H) 。大多数磁性金属都存在磁电阻效应效应, 但MR值很小, 一般低于3%, 因此实用性较低。1988年, 科学家在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应 (Giant Magneto Resistance Effect, GMR效应) (图1) 。GMR效应的MR值接近50%, 因此很快实现工业应用并成为大容量硬盘制造的关键技术。2007年发现GMR效应的两位科学家获得了诺贝尔物理奖[2]。GMR技术已应用于多种磁敏传感器中, 但由于层间交换耦合导致饱和磁场较高, 影响了基于GMR技术的传感器的敏感度。
1.2 隧道磁电阻效应
随着GMR效应研究的深入, 在铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层类型磁性隧道结 (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) (图2) 中发现了隧道磁电阻效应 (Tunnel Magneto Resistance Effect, TMR效应) , 其MR值可以达到400%。TMR效应来源于电子自旋相关的隧穿效应, 即当两铁磁层平行时, 一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态, 少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态, 总的隧穿电流较大, 磁性隧道结为低阻态;若两磁性层反平行时, 一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态, 而少数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态, 这种状态的隧穿电流比较小, 是高阻态。由于两铁磁层的矫顽力不同, 当饱和磁化时, 两铁磁层的磁化方向互相平行, 反向磁化时, 矫顽力小的铁磁层磁化矢量首先翻转, 两铁磁层的磁化方向变成反平行。因此, 可以通过施加外磁场的方式改变两铁磁层的磁化方向为相互平行或反平行, 从而使得隧穿电阻发生变化, 即产生TMR效应[2]。由于TMR磁性隧道结的两铁磁层间基本不存在层间耦合, 所以只需要一个很小的外磁场即可实现铁磁层磁化方向的改变, 引起隧道磁电阻的巨大变化, 因此TMR元件具有很高的磁敏感度。而且, TMR元件还具有电阻率高、能耗小、性能稳定的特点, 所以TMR元件作为磁敏感元件, 在各种电流、位置、角度传感器中具有很好的应用前景。
2 隧道磁电阻传感器
2.1 TMR电流传感器
TMR电流传感器通常采用如图3 (a) 所示的惠斯通电桥结构, 这种结构中包含有4个TMR元件, 所有TMR元件均未屏蔽, 但R1、R2和R3、R4的磁敏感方向相反。当磁场变化时, R1、R2电阻变大, 而R3、R4电阻变小, 这样可以输出较大的电压。TMR磁传感器也可以采用如图3 (b) 所示的半桥结构, 这种结构只包含2个磁敏感方向相反的TMR元件, 虽然输出电压和灵敏度减小, 但功耗低, 尺寸小, 成本低, 使用更加灵活。
如表2所示, 与现有的电流互感器、感应式磁力计、霍尔传感器和OFCT电流传感器等电流测量方式相比, TMR电流传感器具有能够测量从直流到高频 (MHz) 信号、测量范围宽、灵敏度高、温度稳定性好、体积小等优点。而且, 对于电力系统分布式测量和数据采集而言, TMR电流传感器具有结构简单、成本低廉、便于大规模推广使用的优势。
2.2 TMR角度传感器
TMR角度传感器如图5 (a) 所示, TMR传感器平行贴近安装在转轴附近, 并使转轴轴线垂直穿过传感器检测平面中心, 转轴上放置磁铁, TMR传感器与磁铁间隙不变, 磁铁随着转轴旋转, 传感器磁敏感方向上的磁场分量呈正 (余) 弦变化, 使用敏感轴正交的两个TMR传感器就可以检测360度角度变化。另一种角度测量方式见图5 (c) , 当齿轮转动时, 靠近齿轮的永磁体磁场分布会发生变化, 放置的TMR传感器将有周期性信号输出, 通过对信号的分析处理即可得到转动角度变化。
3 TMR传感器的不足
TMR传感器是一种新型高灵敏度磁敏传感器, 适用于电力系统中各种交直流、电压、频率、位移、角度等的传感测量, 但在实际推广使用中, 还存在一些问题需要考虑。
1) TMR传感器的本质是磁场测量, 因此必须考虑电磁兼容性, 需采用屏蔽、滤波等多种手段减小干扰;
2) TMR传感器存在一定的磁滞误差, 需通过数据预处理方式消除误差;
3) TMR传感器属于有源测量方式, 因此在分布式测量时要额外考虑供电电源;
4) TMR传感器具有方向性, 安装时要注意传感器敏感轴的位置和方向。
4 结论
TMR传感器对于磁场具有很高的敏感性, 可测量从直流到高频的电力信号, 具有很宽的频率范围, 可用于电流传感器、电压传感器、功率传感器、位移传感器、角度传感器、开关传感器等, 与现有的传感器相比, TMR传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、温度稳定性好、体积小、成本低等优点, 对于智能电网分布式测量而言, 具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]陈树勇, 宋书芳, 李兰欣.智能电网技术综述[J].电网技术, 2009, 33 (8) :1-7.
篇9：磁电式太空笔
最近我看了一部电影《三傻大闹宝莱坞》，电影里指出了不用铅笔的原因——铅笔屑会飘进人眼和仪器，十分危险。这又重新燃起了我对太空笔的热情。
一、研究目的
磁电式太空笔是一种以全新思路设计的太空钢笔，依靠电流产生的磁场与磁铁相互作用来推墨，可克服失重、真空的问题。该笔还能在水下、高温、严寒等条件下使用，可在任何物体表面书写。
二、研究设计
磁电式太空笔的整体构造见图1。它主要由四大部分构成，即笔身、电池开关装置、电阻调节装置、笔尖装置。
其中透明片用来判断墨水是否加满，螺线圈是笔身的核心部件，通电后产生电流，在管内产生磁场，与磁铁相互作用，继而带动活塞运动。磁铁与活塞固定连在一起，内芯与外界有气孔相通。
电池开关装置和电阻调节装置详见图2。
电池和绝缘环面固连在一起，转动绝缘环面，带动导体触头调节电流的通断和正反，进而使活塞上吸或下压。一条导线连接导体夹片和导体环，另一条导线连接与之成对的导体夹片和电阻环，转动嵌片绝缘环面，即可使导体片在导体环和电阻环之间移动，改变回路电阻。
笔尖装置上的滚珠为超级滚珠，坚固耐用。使用时，将笔尖插入墨水中，旋转螺旋环，使其上升，暴露出圆孔即可打开开关吸墨，吸墨结束后，下降螺旋环，取出笔尖。
这种将吸墨口和出墨口分离的创新，使磁电式太空笔兼具钢笔和圆珠笔的优点，既可循环使用，又不暴露墨液，环境适应性更强。
篇10：磁电式传感器论文
一、立项的目的和意义
1、立项的目的
随着经济的发展和科技的进步，以稀土永磁同步电机为代表的各种永磁电机成为了电机研究开发的焦点。伴随着数控机床、工业机器人、机械手、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起和特殊应用，我国从七十年代末开始研制盘式电机，以达到满足对永磁电机薄型安装结构和更高性能指标要求的目的。
之后，随着新型家用电器和工农业用电器的开发与发展，尤其是新能源风力发电技术和电动车辆的迅速发展，对盘式电机的需求量猛增，但目前我国对盘式永磁电机的研究尚处于起步阶段，虽然已经有一批盘式永磁无刷直流电动机产品，但针对其设计与制造，至今没有形成一套完整的设计、研制及生产体系，而且铁心的存在使得电机响应速度慢、换向性能不理想，同时轴向尺寸长, 严重限制了电机在多数具有薄型安装场合的应用。而无铁心永磁盘式有刷直流电动机具有结构简单, 控制灵活, 换向性能好的特点, 特别适合于薄型安装场合,在汽车、仪表、电动工具、电动车辆驱动中得到广泛应用。为了克服永磁盘式有刷直流电动机的电刷维护的缺点，进一步提高运行的可靠性，研发新型无铁心无刷盘式永磁电机显得十分必要。
本项目正是基于这个思想和目的来进行开发研制的。该电机基于盘式永磁无刷直流电机、综合印制平面电机、盘式电机的优点，采用无铁心的定子结构和新式的旋转绕线法（即平面旋绕法），并以特种PMC材料辅以特殊工艺封装定型，研发设计了一种新型的无铁心永磁盘式无刷旋绕式平面磁电机，简称旋绕式平面磁电机。
2、立项的意义
争取这个立项，首先是为我国经济建设，特别是电机事业的发展，贡献
自己的力量，并推动我国在无铁心盘式永磁无刷电机研制方面的整体技术水平。
其次，立项可以提高江苏磁源动力科技有限公司产品技术水平，跟踪当代先进的计算机控制技术、通信、网络技术、图像监控技术及现代测控技术等的步伐，并培养锻炼一大批有实际工作经验的工程技术人员，以提升我们的产品档次，满足用户要求，争取更大的市场份额。
二、技术方案
本项目立足于盘式永磁无刷直流电机，在电机结构、材料、加工工艺以及基本参数等几个方面进行选择论证及改进，研发设计的新型旋绕式平面磁电机具体方案如下。
1、电机结构
为克服单边磁拉力，尽可能地减少漏磁，本项目所研究的旋绕式平面电机采用了图1所示的双转子夹中间定子结构。由电机外壳和直接粘接于外壳的双侧磁钢构成双转子，定子电枢绕组放臵在双转子中间，与之形成双气隙结构。只要定子设计合理，制造精确，电机运行时作用在两侧转子上的磁拉力
图1 中间定子式结构的示意图
便可以相互平衡，使轴承不受轴向力的作用，延长电机的使用寿命。电机外壳上直接粘结磁钢，这样永磁体和外壳之间没有相对运动，有效的减少了电机的涡流损耗。电枢绕组采用无槽、无铁心结构，由绕组注塑而成，可以减
少由齿槽效应引起的电磁转矩脉动以及由铁心带来的诸多弊端。而且电枢绕组无铁心，因此磁路不存在饱和问题，并且使电机质量减小、损耗降低、电机效率增加。
2、转子永磁体 1）磁极形状
本项目研究的旋绕式平面磁电机，其永磁块平面形状为扇形，该结构的永磁体可以使每极获得较大的磁通，且制造时容易保证质量，装配时调整余地大。永磁块的平面形状由外圆弧、内圆弧、两侧面外圆弧和过渡圆弧围合而成，外圆弧的两端点与内圆弧的两端点的连线的夹角为60°，外圆弧与侧面外圆弧半径相同，二个侧面外圆弧对称分布，并与外圆弧和内圆弧相交，二个侧面外圆弧、外圆弧和内圆弧的交接处均由过渡圆弧平滑过渡连接。2）永磁体材料
综合考虑各种永磁体性能、价格、加工工艺等因素的影响，本项目所设计的新型旋绕式平面磁电机采用钕铁硼作为永磁材料制作电机磁钢。虽然钕铁硼永磁材料的温度系数较大，但在盘式电机中，由于永磁体直接安装在转子盘上，转子盘在空气中旋转，而且靠近电机外壳，因此具有良好的散热条件，温升较低，去磁效应较缓和，对性能影响并不严重，在新型旋绕式平面磁电机中使用非常合适，且在尽量少用永磁材料的前提下可以提高电机中的气隙磁通密度，从而保证电机气隙中有足够大的气隙磁密。同时，利用钕铁硼永磁高矫顽力的优异特性制成的无铁心电机，不但电机重量可以大幅度下降、还可以降低振动噪声，同时效率也得到大幅度提高。3）转子永磁体阵列方式
因电机转子部分选用了具有高矫顽力和高剩磁密度的钕铁硼永磁材料，使得永磁体采用一种特殊的结构形式——Halbach型永磁体阵列成为可行。基于Halbach阵列的旋绕式平面磁电机采用了每极16块(60°)的Halbach永磁体阵列，电机每侧永磁体的每极由4块充磁方向各不相同的梯形永磁体构成，其中每一永磁体的形状为一等腰梯形，整个电机共由数十块这样的小永磁体构成两个永磁体盘，磁盘的整体模型和每块梯形永磁体的尺寸及充磁方向如图2所示。
图
2、Halbach型永磁体阵列的磁盘模型及其尺寸与充磁方向
3、电枢线圈绕制
本产品由于选择了Halbach磁体结构，可以得到比较理想的正弦波气隙磁密分布，所以选择整距绕组。没有了齿槽的限制，线圈单独绕制，为减少线圈绕制工作量选用单层绕组，并且单层绕组还便于整型。单层链式绕组的线圈具有相同的节距。从整个绕组的外型来看，一环套一环，形如长链。若利用槽数表示，则链式线圈的节距都为奇数，即线圈的一条线圈边若是放在偶数槽里，那么此线圈的另一条边则放在奇数槽里。由于本项目所研究的旋绕式平面磁电机不具有铁心，故不存在齿槽，因此可以将每个线圈边近似看成
图3 旋绕式平面磁电机电枢绕组的结构示意图
为臵放在相应的虚槽中。单层绕组的每一个虚槽内只有一个线圈边，整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。
4、位臵传感器
转子位臵传感器在永磁无刷直流电机中，主要起两个作用，一是通过它检测出转子永磁体相对于定子电枢绕组所处的位臵，以确定电子换向驱动电路中功率元件的导通顺序；二是确定电子换向电路驱动电路中功率元件的导通角，从而确定电枢磁场的磁状态。
本产品旋绕式平面磁电机信号控制部位采用霍尔偏移定位，适当超前换向，准确输出磁钢极性信号，驱动输出最大电流，产生最大的反电动势，促使输出最大的电磁功率，也就是机械转动轴上输出的最大机械输出功率和转矩，实现零起动。
综上，其具体的实现方案如下：
旋绕式平面磁电机，包括左机壳、永磁块、平面转子、右机壳、主轴、轴承和输入导线，平面转子固定在主轴上，在平面转子内设有平面线圈，左机壳和右机壳分别通过轴承安装在主轴上，平面转子位于左机壳和右机壳之间，左机壳和右机壳固定连接，在左机壳和右机壳的内侧面的同一圆周上均匀地固定有永磁块，永磁块的安装磁性要求是：在同一侧面上相邻两块永磁块的极性相反，两侧面上对应的两块永磁块的磁性相反；在主轴上设有引线结构，输入导线从引线结构中引进并与平面转子中的线圈相连接。
永磁块的平面形状为扇形，扇形的夹角为60°，外圆弧、内圆弧、两扇形侧边和过渡圆弧围合而成，在外圆弧、内圆弧与两扇形侧边的交会处由过渡圆弧平滑过渡连接。
永磁块的平面形状由外圆弧、内圆弧、两侧面外圆弧和过渡圆弧围合而成，外圆弧的两端点与内圆弧的两端点的连线的夹角为60°，外圆弧与侧面外圆弧半径相同，二个侧面外圆弧对称分布，并与外圆弧和内圆弧相交，二个侧面外圆弧、外圆弧和内圆弧的交接处均由过渡圆弧平滑过渡连接。
在左机壳和右机壳内侧面同一圆周上都均匀地固定有6片永磁块。主轴为空芯轴，引线结构为在主轴上沿轴开设布线槽，或者在主轴上开设与中心孔相通的穿线孔。
由于在左机壳和右机壳的两侧面上都设有永磁块，相邻两块永磁块的磁性相反，设有平面线圈的平面转子固定在主轴上，且位于左机壳和右机壳之间，平面转子中的平面线圈就处于磁场中，当向平面线圈中通入直流电时，平面转子就会转动，输出扭矩与平面转子中平面线圈的匝数、分布层数和永磁块的磁场强度有关，平面线圈的匝数和分布层数越多，永磁块的磁场强度越大平面转子输出的扭矩就越大。在平面电机的外径尺寸相同条件下，这种平面型电磁动力机的轴向尺寸小，输出功率大，更适用于大功率电动助力车上，与常规的单相直流电机相比，在同等功率条件下，节能效果显著。
三、重点解决的关键技术问题
1、解决霍尔元件在产生电动势绕组中的定位问题。传感器（霍尔元件）准确输出磁钢极性信号，驱动输出最大电流，产生最大的反电动势，促使输出最大的电磁功率，也就是机械转动轴上输出的最大机械输出功率和转矩。
2、解决电子控制器和电机的配套问题。
3、解决电机的转矩波动问题，即电磁转矩波动问题。
4、解决起动转矩问题，起动转矩是永磁无刷直流电机设计最重要的要点之一。无论定子磁铁是径向磁化还是平行磁化，采用渐变磁隙是最合适的选择，因为它的合成转矩波动低，较平滑，工作较稳定。
5、解决塑封问题。采用新式的旋转绕线法，即“平面旋绕法”的绕线结构，导线以120°方位旋转排线，定子电枢采用无铁心结构，成型后以特种PMC材料辅以特殊工艺直接由绕组注塑定型，省去了传统电机的硅钢片。
四、项目进展基本情况
第一阶段：项目调研阶段，时间从2011年1月至2011年8月，主要完成产品需求分析、产品主体设计、方案论证及整体设计和详细设计研究。
第二阶段：项目开发阶段，时间从2011年8月至2012年1月，完成产品各部分的开发和研制、现场应用与调试。
第三阶段：项目鉴定、推广、应用阶段。2012年2月至2012年5月，完成产品推广、鉴定、并应用于电动自行车和电动车等领域。
本公司自对这种新型的高效能电机进行研发开始，已成功试制出250W的电机，经上海电器设备检测所检测，并经金仙子电动自行车有限公司等用户单位的试用，达到了项目设计书的要求,已成功运用于ANPEAK电动自行车中，并以其体积小、耗材少、成本低、效率高等优点取得了显著的效果。为了满足社会发展的需要，我们将继续研发能在其他领域中应用的电机，如风能、汽车等应用电机，努力提升公司的科技开发水平，加快我国高效电机的发展步伐。
五、系统的技术创新点
旋绕式平面磁电机打破了传统电机的概念，改变了传统电机结构，采用无铁芯、无刷，结合自主研发的智能变频技术，大幅度提高功率，采用新型绕制工艺，降低了驱动功率。与传统电机相比，电机功率提高10～15%、转矩体积比增大3～5倍、生产耗材减少3/
5、体积减少3/
5、成本降低2/
3、比传统电机节省铜材90%，比常规盘式电机节省铜材30%，节省电能25%。且根据相关资料检索和文献查阅，到目前为止，国内尚未有本项目产品其他制造厂家的报道，属于国内首创。
1、旋绕式平面磁电机是根据印制平面电机、盘式电机的特点，采用新式的旋转绕线法，即“平面旋绕法”的绕线结构，导线以120°方位旋转排线，成型后以特种PMC材料辅以特殊工艺定型，省去了传统电机的硅钢片，且铜材用量少，电机没有铁损，铜损微小，磁损极低，功率损耗小、效率高。在渐变磁隙的永磁体磁块形成的磁场中，加载正负交变方波电压，以偏移定位的霍尔元件提供导通信号，使转子旋转，产生动力。
2、电机转子部分选用了具有高矫顽力和高剩磁密度的钕铁硼永磁材料，永磁体采用了一种特殊的结构形式——Halbach型永磁体阵列；电机采用外转子结构，将永磁体直接粘到外壳上，避免了永磁体和外壳相互运动产生的涡流损耗；定子电枢采用无铁心结构，直接由绕组注塑而成。
3、综合印制电机、盘式电机轴向尺寸小的特点，旋绕式平面磁电机的轴向尺寸是同功率普通单相直流电机的1/6~1/2，同时结合永磁电机不需要励磁绕组的优点，使电机的尺寸进一步减小。在外径尺寸相同的条件下，这种旋绕式平面磁电机的轴向尺寸更小，输出功率更大，特别适合用于大功率电动助力车、排风机等对尺寸有严格要求的机械设备上。
4、采用高磁密度永磁体为定子磁极和双层转子线圈设计，使输出相同功率和产生同等驱动扭矩所需的直流电流仅为现有同类单相直流电机的1/3，功率消耗低，输出扭矩大。
5、本设计的旋绕式平面磁电机的转子采用无铁心结构设计方案，并采用空心轴使电机的转动惯量变小，所以电机的起动响应性能得到明显改善。本产品旋绕式平面磁电机信号控制部位采用霍尔偏移定位，适当超前换向，准确输出磁钢极性信号，驱动输出最大电流，产生最大的反电动势，促使输出最大的电磁功率，也就是机械转动轴上输出的最大机械输出功率和转矩，实现零起动。
6、本产品采用无铁心无碳刷设计，线圈采用新式的“平面旋绕法”的绕线结构，减少了励磁方面的铜损和铁损、转子部分的硅钢中的铁损、机械换向部分的碳刷损耗，总计约为30%的损耗，因而电能利用率高，效率高。同时由于不用铁芯、且采用单片旋转绕线，致使所消耗的铜材料较少，也就是说
相同体积下，旋绕式平面磁电机的功率输出更大，效率更高。与常规的单相直流电机相比，在同等功率条件下，节能效果显著。
六、项目下一步的研究发展目标
1、进一步研制500W和1200W、5000W的电机，目前电机的理论设计已经完成，正处于试制中。
2、应国内一些大型企业要求，为其研发专用的风能电机与电动汽车用电机。
2012-2013：电机定制销售50万台，创立国家级超高效电机研究所。2013-2014：电机定制销售100万台。
2014-2015：电机定制销售200万台，形成以其研究技术为核心的超高效电机生产链，打造出中国最大的超高效电机生产基地。
篇11：磁电式传感器论文
本文分析了美国能源部近年来汽车领域的研发动态,指出充电式混合动力汽车已成为未来汽车业的发展方向.美国政府通过与企业建立合作伙伴关系,形成创新激励机制,推动企业解决PHEV产业化的.瓶颈技术.本文探讨了这些瓶颈技术及其主要研发企业,随着这些问题的解决,PHEV有望在实现产业化.
作 者：赵向东 ZHAO Xiangdong 作者单位：山东科技大学理学院,青岛,266510 刊 名：全球科技经济t望 英文刊名：QUANQIU KEJI JINGJI LIAOWANG 年，卷(期)：2009 24(5) 分类号：U469.1/79 关键词：充电式混合动力汽车 研发 美国
篇12：磁电式传感器论文
1对一般的继电器触点，应能接通和断开电压不大于250V的直流有感负荷电路(电路的时间常数一般取为5ms，直接出口跳闸继电器取为40±5ms)和电压不大于250V的交流电路(电路的功率因数为0.4±0.1)，触点的额定负载根据使用的要求从下列数值中选取：
触点长期允许通过电流：5;2;0.5A(交流为有效值)。
触点允许断开功率直流：50;20W。交流：500;250VA。
触点允许闭合电流：5;2;0.5A。
强力触点的分流，接通和分流、断开的触点开闭能力在具体的产品技术条件中规定。
2继电器的触点应具有短时承受过载的能力，经过载后的触点仍应维持正常的工作特性，
若无特殊规定，触点应能五次可靠闭合与断开产品技术条件所规定的开闭能力的1.5倍，此后触点无损坏，符合要求。
3触点的接触电阻及机械调整参数--触点间隙、触点超行程、触点压力、如有特殊要求，应在产品技术条件中规定。如无特殊要求，触点间隙应不小于1.5mm，触点超行程应不小于0.5mm。
4继电器的过渡转换触点应能可靠地工作，保证在触点转换过程中电流互感器的电路不致断开。
5带有信号牌及信号触点的继电器，其信号触点的开断与闭合能力及特性，应符合信号继电器触点的有关规定。
6装有多对触点的继电器，应妥善调整，保证各触点接触可靠与触点动作的同时性，触点的动作不应有肉眼能分辨出的先后。
7触点的动作与返回应干脆可靠，在动作与返回过程中，应尽量消除或减轻触点的回跳现象，不允许因回跳而影响下一级电路的正常工作。
篇13：大型同步发电机灭磁电阻选择研究
灭磁最简单的办法是将励磁回路断开, 如图1 (a) 所示。但励磁绕组电感很大, 开关断开时, 电流的突变将在线圈两端产生很高的过电压。图1 (a) 中, 转子励磁绕组FLQ承受的电压undefined为undefined, 可见, 电流变化率愈大, undefined就愈大, 励磁绕组因承受过高的电压而损坏的可能性愈大;另一方面, 灭磁开关K接点的电压为undefined, 由于undefined很高, 将造成灭磁开关K触头的损坏和灭弧过程的延长。为此, 在断开励磁电源的同时, 应将转子励磁绕组自动接到灭磁电阻上去, 使磁场中储存的能量迅速消耗掉。图1 (b) 为利用灭磁电阻来灭磁的原理图。发电机正常运行时, 灭磁开关FMK1处于合闸状态, 灭磁时, FMK1跳闸, 触头FMK2首先闭合, 使发电机转子励磁绕组接入灭磁电阻Rm, 然后再断开触头FMK1, 切断励磁电源。有了Rm以后, 转子励磁绕组中的电动势按指数规律衰减, 绕组中的磁场能量几乎全部转变为热能, 消耗在灭磁电阻Rm上, 从而使FMK1开断触头的灭弧要求大大减轻。在灭磁过程中, 从而实现灭磁开关的软开断励磁绕组FLQ两端的电压undefined为:
uFLQ=iRm (1)
注: (a) 未装灭磁电阻灭磁; (b) 利用恒定灭磁电阻灭磁。
式中:i—FLQ、Rm回路中电流瞬时值。
uFLQ的最大值为:
UFLQ0=I0Rm (2)
式中:I0—励磁电流i的初始值。
灭磁过程中, 发电机励磁绕组中电流、电压的变化曲线如图2所示。利用恒定灭磁电阻Rm的阻值越大, 如图2的曲线衰减得越快, 灭磁时间就越短, 但转子过电压UFLQ0也就越大, Rm越小, UFLQ就越小, 励磁绕组相对比较安全, 但灭磁过程就慢些。通常转子过电压容许值Um的取值为转子额定励磁电压的4—5倍。按 (2) 式灭磁电阻Rm的阻值, 中小型同步发电机一般为转子绕组热状态电阻值的4～5倍, 这种灭磁方式的灭磁时间为4—8秒。发电机实际运行中对灭磁过程的要求是:灭磁时间越短越好, 但是转子过电压不应超过最大容许值Um, 否则将造成设备和绝缘的损坏。从图2可以看出, 利用恒定电阻灭磁, 在灭磁过程中并没有始终保持转子励磁绕组的端电压UFLQ为最大容许值Um不变, 而是随着灭磁过程的进行, 逐渐减小, 于是灭磁过程就逐渐减慢。
2理想的灭磁过程及相对灭磁时间
理想的灭磁过程, 就是在灭磁过程中始终保持转子励磁绕组的端电压为最大容许值Um不变, 直至励磁回路断开为止, 由于:
undefined (3)
式中:LFLQ——转子励磁绕组的电感值。
使uLFQ等于最大容许值Um不变, 就是使undefined常数, 这就是说, 在整个灭磁过程中, 转子励磁绕组电流应始终以某一变化率undefined变化, 并按线性规律衰减到零, 而磁通的变化率在转子滑环间产生的电压值刚好等于Um, 其灭磁过程可用图3中的曲线1表示。由图可见, 在这种灭磁过程中, 转子励磁绕组的端电压既未超过最大容许值Um, 而励磁时间又很短, 因而直线1称为理想灭磁曲线。实际灭磁方式的变化曲线与理想灭磁曲线的拟合程度, 可以用来评价灭磁方式的优劣, 例如曲线2最靠近理想曲线1, 灭磁方式2是很好的方式, 而曲线4远离理想曲线1, 灭磁方式4相对较差。
为了比较各种不同灭磁方式的灭磁快慢, 特别定义了一个进行比较的基准, 称为“相对灭磁时间T1”。表达式如下:
undefined (4)
式 (4) 中的积分代表灭磁曲线所包括的面积, 除以灭磁开始的励磁电流I0之后为时间量纲, 定义为相对灭磁时间, 对于不同的灭磁方式, 按照式 (4) 可计算其相对灭磁时间, 便可以比较其灭磁快慢。
用于灭磁装置的非线性电阻, 其特性可以近似地用励磁绕组的端电压u与其中电流i的函数关系表示如下:
u=kiα (5)
式中:k—常数;
α—非线性系数, 一般0.2<α<0.4, 在一些灭磁装置中取α=0.33。
采用非线性电阻灭磁时, 灭磁回路的总电阻为非线性电阻与励磁绕组的电阻RFLQ串联组成。前者的阻值比后者大数倍, 为了便于分析灭磁过程, 假定灭磁回路的总电阻与非线性灭磁电阻的非线性规律相同。根据式 (5) , 在灭磁过程中, 灭磁回路的电阻压降可表示为:
undefined (6)
式中:I0—灭磁开始瞬间的回路电流;
U0—灭磁开始瞬间的回路电阻压降;
r0—灭磁开始瞬间的回路总电阻。
在灭磁过程中下列微方程式成立:
undefined
将上式各项除于r0乘于dt, 并求积分得:
undefined
经运算可得:
undefined
于是相对灭磁时间可定义为:
undefined (7)
设灭磁开始瞬间r0=rm0+RFLQ, rm0为非线性灭磁电阻的初值, 代入式 (7) 可得:
undefined
式中:undefined, 为发电机定子绕组开路时转子励磁绕组的时间常数, 约为5—10s;undefined, 为灭磁电阻倍数初值undefined又称转子过电压倍数) 。
3非线性灭磁电阻材料分析
如前所述, 若采用恒定放电电阻的灭磁方式, 在灭磁过程中由于不能始终保持转子励磁绕组端电压为最大容许值不变, 所以灭磁的时间比较长。如果把图1 (b) 中的放电电阻Rm改用碳化硅或高能ZnO阀片非线性电阻, 则可缩短灭磁时间。主要是这种非线性电阻, 其端电压衰减速率远较其中电流衰减慢, 或者说, 当通过的电流较大时, 它呈现的动作电阻较小, 当其中的电流较小时, 则呈现的动态电阻较大。适当选择非线性电阻的特性和阻值, 可以在灭磁0+瞬使转子励磁绕组端电压不超过容许值, 而在以后的灭磁过程中, 可认为电流变化率基本上接近恒定值, 靠近理想灭磁曲线 (如图3中曲线2) , 相对灭磁时间也就缩短了。
理想灭磁时间为:
Tm=τln (1+1/m)
阀片灭磁时间为:
Tm=τ (1-β) ln (1+1/m)
式中:τ—励磁绕组时间常数, τ=L/r;
L—励磁绕组电感;
r—励磁绕组电阻;
m—灭磁电压倍数, m=Um/i0r ;
i0—灭磁时励磁绕组初始电流, β=1/α, 对于氧化锌阀片β=1/20。
ZnO是目前所知的最理想的灭磁材料, 目前国内基本上都采用此种灭磁材料, 其灭磁时间是理想灭磁时间的20/19倍, 最为接近理想灭磁的灭磁方式。
主要有以下优点:
(1) 氧化锌阀片单位体积能容量大, 可做到300J/cm3, 单只阀片可做到20kJ/只。
(2) 保护性能好, 残压比仅为1.5, 灭磁时转子电压几乎被限制在一个定值, 不随电流的变化而变化, 十分接近理想灭磁。
(3) 漏电流小, 氧化锌阀片漏电流一般小于50μA, 漏电流愈小, 在正常工况下氧化锌阀片耗散的功率愈小, 阀片的老化愈慢, 性能愈好。
(4) 老化寿命长, 阀片能够在持续运行电压UN=0.75V, 10mA下, 工作100年。
4结语
为了提高发电机灭磁系统的可靠性, 许多单位提出了改进措施, 归纳起来有如下几类, 但都存在灭磁电阻的选配问题:
(1) 采用DM2开关与非线性电阻配合;
(2) 人工过零非线性电阻灭磁;
(3) 与DM2开关并联熔断器的非线性电阻灭磁方式;
(4) 与DM2灭磁开关并联电阻的灭磁方案。
总之, 灭磁的关键首先是灭磁系统的可靠性, 其核心是灭磁开关的可靠性, 而灭磁电阻是为灭磁开关能实现软开断服务, 可见准确选择灭磁电阻对于同步发电机来说意义重大。
参考文献
[1]浣喜明, 姚为正.电力电子技术[M].北京:高等教育出版社, 2004.
[2]苏玉成.高压同步电动机励磁装置故障及分析处理[J].矿业工程, 2004, 2 (6) :48-49.
篇14：巨磁电阻效应的发现
从磁电阻效应说起
在人类长期的生产实践中，磁的利用源远流长，我国对古代世界文明的四大贡献之一的指南针便是磁的一种重要应用。人们很早就以大量科学观测和实验来寻找电与磁之间的联系。早在150年前的1857年，英国科学家开尔文就发现了铁磁材料在磁场中电阻改变的磁电阻效应。他把铁和镍放在磁场中，发现这些磁性材料在磁场作用下，沿着磁场方向测得的电阻增加，垂直于磁场方向测得的电阻减小：电阻增加或减小的幅度约在1％～2％之间。由于磁电阻效应的大小与磁化强度的取向有关，所以称为各向异性磁电阻效应(AMR)。由于电阻的变化不大和当时技术条件的限制，这一效应未引起太多的关注。直到1971年，美国科学家亨特才第一次提出利用磁电阻效应制作磁盘系统读出磁头。1985年IBM公司首先把亨特的设想付诸实用化，生产了AMR磁头，用于当时IBM3480磁带机上。重要的转折点发生在今年这两位诺贝尔物理学奖得主1988年的新发现之后。
巨磁电阻效应的发现
从1986年起，德国格林贝格尔教授率领的研究小组，利用纳米技术，对“Fe/Cr/Fe三层膜”结构系统进行实验研究，从中他们发现：当调节铬(Cr)层厚度为某一数值时，在两铁(Fe)层之间存在反铁磁耦合作用；再取各种不同膜层厚度，在一定的磁场和室温条件下，可观察到材料电阻值的变化幅度达4.1％；在后来的实验中，他们再通过降低温度，观察到材料电阻值的变化幅度达10％。格林贝格尔意识到这种磁电阻效应在技术上的应用前景。因此，他在1988年发表该项研究成果的同时就申请了专利。
与此同时，法国费尔教授领导的科研小组独立地设计了一种铁、铬相间的“Fe/Cr多层膜”。他们在实验中使用微弱的磁场变化就成功地使材料电阻发生急剧变化。例如，他们在温度为4.2K、2T磁场的条件下，观察到材料电阻值下降达50％。
费尔小组在研究报告中把这一效应称为巨磁电阻效应(缩写为GMR)。GMR的发现起源于纳米科技的进步，也是凝聚态物理学的一项重大成就，它的发现引起了世界各国科学家的普遍关注。
GMR发现后，人们迅速开发出一系列磁电子新器件，并得到了广泛应用，其中最突出的是IBM实验室帕金的工作。他的小组尝试用通常的磁性材料进行实验，并很快获得成功；以后又在室温、常规磁场条件下做大量相关实验，最终获得突破性进展。这一突破大大推动了计算机技术的发展步伐。
巨磁电阻效应的应用
这里只谈一些大家较常见的例子。先讲讲它在计算机外存储器或称硬盘(HDD)中的应用。大家知道，硬盘读取数据是通过磁头来完成的。最早使用的磁头是一种读写合一的电磁感应式磁头，由于它对硬盘的设计造成不便，很快就被一种分离式结构的MR磁头替代。但随着单碟容量的不断增加，MR磁头也到了读取的极限。这样人们很快就意识到GMR材料的重要性。1994年，IBM公司首次把GMR材料用于制造GMR自旋阀结构读出磁头(GMRSV)，当年就获得了每平方英寸10亿位(1Gb/平方英寸)的HDD面密度世界纪录，1995～1996年，IBM产的HDD面密度继续领先，达到了5Gb/平方英寸。这些新技术、新产品给IBM公司带来了上百亿美元的收入。近年来，研究人员通过引入纳米厚度的氧化物反射层和人造反铁磁耦合技术对GMR磁头的结构进行改进，使HDD的面密度迅速提高到100Gb/平方英寸的数量级。硬盘的体积越来越小，容量越来越大，转换信号的清晰度越来越高，从而引发了硬盘容量与质量的根本变革。
再讲讲GMR在计算机内存方面的开发应用。内存用来存放计算机正在使用(或执行中)的数据或程序。前些年，内存广泛采用的随机存储器(RAM)主要是半导体动态存储器(DRAM)和静态存储器(SRAM)。但这两种均为易失性的存储器，即当机件断电时，所存数据易丢失。这些年来，人们用GMR研制成了巨磁电阻随机存储器(MRAM)，它是一种非挥发性的随机存储器，所谓“非挥发性”是指关掉电源后，仍可保持记忆完整，只有在外界的磁场影响下，才会使它改变存储的数据。运用MRAM，大大地降低了器件的生产成本，在容量和运行速度上均超过半导体存储器。目前IBM、摩托罗拉和西门子等公司都在不断地研究与推出新一代MRAM。另外，由于MRAM具有抗辐射性能强、寿命长等特点，使它在军事和航空航天中的应用有重要意义。它对民用工业中的传真机、固态录像机等大容量电子存储器都具有良好的应用前景。
最后，还要讲讲GMR传感器的广阔市场。磁传感器主要用来检查磁场的存在、强弱、方向和变化。在GMR传感器之前，人们主要是用AMR材料制作的传感器。由于AMR磁电阻率变化小，在检测微弱磁场时受到限制。而巨磁电阻材料制成的传感器则磁电阻率变化大，能够对微弱磁场进行传感，具有抗恶劣环境的特点；再加上体积小、功耗少，可靠性强等优势，它将逐步取代霍尔传感器、感应线圈传感器等传统产品。它在汽车电子技术、机电一体化控制、家用电器、卫星定位、导航系统以及精密测量技术中都具有广阔的开发与应用价值。
但是，巨磁电阻效应在作用机理等方面的理论还需要不断地完善，目前各国仍有不少科学家在进行研究。早在1996年6月，我国香山科学会议的主题就是“巨磁电阻效应的现状与未来”，会议把GMR的研究及应用开发列为重点发展领域之一。中科院物理所“九五”课题“磁膜和微结构”的研究取得了重要成果，当时国际上发现的20多种GMR金属多层膜，其中的3种是该课题组首次发现的。同时，南京大学等高校及中科院技术研究所等研究机构这些年来在GMR颗粒膜、大磁矩膜、磁膜随机存储器、薄膜磁头等项研究都获得了显著成果，使我国具备了GMR基础研究和器件研制的良好基础。
几点启示
今年诺贝尔物理学奖颁发给两位长期从事基础研究的科学家，其意义不仅是因为他们的发现被广泛应用，造福了人类，而且更重要的意义在于该发现具有极大的潜力，为我们打开了通往自旋电子学等新领域的大门，推动未来人类社会信息化的进程。从中我们可以得到什么启示呢?
首先，物理学作为一门最基础的自然科学，它的发展动力是深深地植根于人类对真理的非功利追求。巨磁电阻效应的发现有力地证明，这种非功利的追求给人类带来了最大的利益。坚持基础研究，带动应用科学，方能实现高技术的创新与突破。
其次，当今科研成果转化为应用技术，技术应用、实际生产或社会发展中的需求转化为科研课题，这两种转化互为因果，关系越来越紧密，转化的周期也不断缩短。巨磁电阻效应发现这一基础性研究成果转化为生产力仅仅间隔6年，在历史上是罕见的，它是科研成果快速转化为高技术生产力的一个范例，说明了科学技术是第一生产力的观点。
其三，先进技术离不开基础科学，今天谁能在基础研究中站在领先地位谁就有可能成为推动先进技术的领头军，IBM等公司之所以投入巨资支持GMR研究，其原因就在这里。
总之，2007年诺贝尔物理学奖又一次授予与高科技密切相关的基础研究，说明了基础性研究与应用性开发是相辅相成的，只有重视基础研究工作，才能促进高新技术的发展。