CN102859121A - 用于检测轴的轴向运动的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测轴（9）的轴向运动的装置，所述装置包括第一部分（1）和第二部分（2），所述第二部分（2）包括由导电材料制成的表面（2a）。所述轴（9）能附接到所述第一部分（1）或附接到所述第二部分（2），并且所述表面（2a）能与所述第一部分（1）滑动接触并且能与所述第一部分（1）分离。所述装置还包括传感器（3），所述传感器（3）至少部分地由导电材料制成并且布置在所述第一部分（1）中。所述传感器（3）包括第一区域（3d）和第二区域（3e），所述第一区域（3d）电连接至所述第二部分（2）的所述表面（2a），并且当所述第一部分（1）和所述第二部分（2）彼此滑动接触时，所述第二区域（3e）与所述第二部分（2）的所述表面（2a）电接触，从而形成闭合电路。当所述第一部分（1）和所述第二部分（2）彼此隔开一距离时，所述第二区域（3e）与所述第二部分（2）的所述表面（2a）隔开一距离，从而形成断开电路。所述装置还包括用于检测所述电路的断开和闭合的机构（5）。

Description

用于检测轴的轴向运动的装置
技术领域
本发明涉及如权利要求1的前序部分所限定的用于检测轴的轴向运动的装置。该装置包括布置成彼此滑动接触的两个部分，所述轴附接到其中一个部分，并且其中一个部分的表面由导电材料制成。
背景技术
存在许多不同的下述应用，在这些应用中，旋转轴既受到径向负载又受到轴向负载。经常地，轴向力在装置的正常工作状态期间仅沿一个方向起作用，但是异常工作状态可能会导致轴向力沿与正常方向相反的方向起作用。因为轴承中实际上始终存在一些轴向间隙，这些轴承设计成承载沿两个方向的轴向负载，当轴向力的方向变化时，也存在轴的轴向运动。在一些应用中这可能是可接受的，但是在某些情况下，轴的运动可能是不期望的工作状态的指示。因此，需要一种能用来检测轴的轴向运动的简单的装置。例如，在用于内燃机的涡轮增压器中，轴的轴向运动可给出可能损坏涡轮增压器的预喘振和喘振的指示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测轴的轴向运动的简单且可靠的装置。根据本发明的装置的表征特征在权利要求1的特征部分中给出。
根据本发明，用于检测轴的轴向运动的装置包括第一部分和第二部分，所述第二部分包括由导电材料制成的导电表面，所述导电表面能与所述第一部分滑动接触并且能与所述第一部分分离，所述轴能附接到所述第一部分或附接到所述第二部分。所述装置还包括布置在所述第一部分中的传感器，所述传感器至少部分地由导电材料制成并且包括第一区域和第二区域，所述第一区域电连接至所述第二部分的所述导电表面。当所述第一部分和所述第二部分彼此滑动接触时，所述第二区域与所述第二部分的所述导电表面电接触，使得形成闭合电路。当所述第一部分和所述第二部分彼此隔开一距离时，所述第二区域与所述第二部分的所述导电表面隔开一距离，从而形成断开电路。所述装置还包括用于检测所述电路的断开和闭合的机构。
在所述轴的正常工作状态期间，所述两个部分能彼此接触或彼此隔开一距离。异常工作状态移动所述轴，使得所述电路被断开或闭合。所述电路的断开或闭合被检测，并且这给出了所述轴的运动的指示。通过根据本发明的装置，能容易地检测所述轴的轴向运动。根据使用所述装置的应用，该信息能用于不同目的。例如，使用所述装置的设备能被自动停止，其速度能被减小或其它操作参数能被调整。
根据本发明的实施方式，所述用于检测电路的断开和闭合的机构包括用于测量所述传感器和所述第二部分的所述表面之间的电阻的机构。所述机构可以例如是欧姆计。电阻测量是用于检测所述电路的断开和闭合的简单机构。
根据本发明的另一实施方式，所述第二部分是能围绕所述轴布置的止推环。这意味着所述传感器布置在承载部中，所述止推环靠在所述承载部上。如果所述传感器布置在所述承载部中，则不需要用于附接所述传感器的单独部分。
根据本发明的另一实施方式，用于检测轴的轴向运动的装置包括第二承载部和第二止推环，所述第二止推环包括由导电材料制成的表面，所述导电表面能与所述第二承载部滑动接触。所述装置还包括布置在所述第二承载部中的第二传感器。所述第二承载部布置成承载与由所述第一承载部承载的轴向力相反的轴向力，所述第二传感器至少部分地由导电材料制成并且包括第一区域和第二区域，所述第一区域电连接至所述第二止推环的所述导电表面。当所述第二承载部和所述第二止推环彼此滑动接触时，所述第二区域与所述第二止推环的所述导电表面电接触，从而形成闭合电路。当所述第二承载部和所述第二止推环彼此隔开一距离时，所述第二区域与所述第二止推环的所述导电表面隔开一距离，从而形成断开电路。所述装置还包括用于检测所述电路的断开和闭合的机构。
在第二传感器布置在第二止推环中的情况下，能获得关于所述轴的工作状态的更多信息。如果轴向负载在正常工作状态期间由所述第一承载部承载并且所述第二承载部和所述第二止推环之间存在间隙，则轴向力的方向变化首先被检测为连接到所述第一止推环的电路的断开，接着被检测为连接到所述第二止推环的电路的闭合。
根据本发明的另一实施方式，所述装置被用在涡轮增压器中，以用于检测预喘振或喘振。所述装置使得能够及早检测预喘振或喘振并且能防止对涡轮增压器的破坏。
在从属权利要求中给出了本发明的其它实施方式的特征。
附图说明
图1示出了用于内燃机的涡轮增压器的剖面图。
图2更详细地示出了图1的涡轮增压器的止推环装置。
图3示出了与图1的止推环装置结合的传感器装置。
具体实施方式
现在参照附图描述本发明的一些实施方式。
图1-3示出了本发明的实施方式，其中所述装置用于检测内燃机的涡轮增压器10的轴9的轴向运动。当涡轮增压器10在正常工作状态下工作时，轴9的轴向负载由止推环2承载。止推环2布置成抵靠具有支承面1a的承载部1旋转。止推环包括由导电材料制成的表面2a。止推环2和其表面2a可由相同材料（例如金属或合金）制成。另选地，止推环2可涂覆有导电材料。不必要的是，止推环2的整个外表面由导电材料制成，但是与支承面1a接触的表面2a是导电的就已足够。承载部1由能用于轴承中的任何合适的材料（例如金属或合金）制成。支承面1a由与承载部1的主体相同或不同的材料制成。例如，可能的是，承载部1的主体由钢制成，而支承面1a由具有低摩擦系数的材料（诸如铜基合金或白合金）制成。
为了检测轴9的运动，传感器3已被布置在承载部1中。图2示出且图3更详细地示出的传感器3包括三个部分。传感器包括由导电材料制成的传感器芯3a。传感器芯3a的材料可以是金属或合金，但也可使用其它导电固体材料（诸如某些聚合物）。由非导电材料制成的绝缘层3b已围绕传感器芯3a布置。绝缘层3b 可由例如一些非导电聚合物制成。传感器芯3a和绝缘层3b在传感器主体3c内，该传感器主体3c用来将传感器3紧固到承载部1。绝缘层3b和传感器主体3c不必是传感器3的基本部分。如果承载部1由导电的材料制成，则不必使传感器芯3a与承载部1绝缘。而且，如果传感器芯3a由具有用于直接紧固到承载部1的合适的机械特性的材料制成，则不必具有传感器主体3c。这意味着传感器芯3a 可形成整个传感器3。绝缘层3b和传感器主体3c也可以是同一部分。如果传感器主体3c由非导电材料制成，则它可作为绝缘层3b和传感器主体3c两者工作。如果传感器3包括绝缘层3b和/或承载部1由非导电材料制成，则传感器主体3c可由导电材料制成。
在传感器3的第一端处设置有第一区域3d，该第一区域3d通过导体4电连接至止推环2的导电表面2a。第一区域3d由绝缘层3b覆盖。然而，应该注意，不必要的是，导体4连接到止推环2。也可能的是，导体4连接到构造中的某些其他部分，如果该部分电连接至止推环2。例如，如果使用所述装置的构造的框架由导电材料制成，并且至少止推环2的表面2a由导电材料制成，并且电流可从框架流到止推环2，则导体4可附接到框架。在传感器3的第二端处设置有第二区域3e，该第二区域3e与止推环2的导电表面2a电接触。止推环2还接地。因为传感器芯3a由导电材料制成，因此当承载部1和止推环2彼此滑动接触时，形成闭合电路。该电路设置有测量传感器3和止推环2的表面2a之间的电阻的欧姆计5。
第二区域3e和止推环2的表面2a之间不必具有直接的机械接触。可能存在润滑剂的薄层，因此第二区域3e和止推环2的表面2a之间可存在窄隙，并且尽管如此，所述部分仍彼此电接触。润滑剂能是导电的，或者间隙可窄使得电流能从一部分流动另一部分。
当涡轮增压器10遇到异常工作状态时，轴9可能移动，这导致在止推环2和承载部1之间形成间隙。当在这两个部分之间形成间隙时，传感器3的第二区域3e也与止推环2的导电表面2a分开。这被检测为传感器3和止推环2之间的电阻增大。本领域技术人员将理解的是，除欧姆计5以外的其它机构也能用来检测电路的断开。例如，电路可设置有电压源和电流表。于是电流表将测量电路中的电流并且检测作为电流降的电路断开。
在本发明的实施方式中，用于检测轴9的轴向运动的装置被用在涡轮增压器10中以检测预喘振或喘振。涡轮增压器10包括轴9、第一止推环2、第二止推环8、第一传感器3和第二传感器6。为了清楚起见，传感器芯、绝缘层和传感器主体未在图2中示出，并且图2和图3中的电路仅被示意性地示出。传感器3、6未在图1中示出。传感器3、6可由一个部分制成或者它们可包括绝缘层和传感器主体。传感器3、6具有位于其第一端处的第一区域3d、6d以及位于其第二端处的第二区域3e、6e。第一止推环2抵靠第一承载部1的支承面1a旋转。具有第二支承面7a的第二承载部7布置成使得第二止推环8能抵靠第二支承面7a旋转。然而，在正常工作状态下，第二止推环8和第二承载部7之间存在间隙。止推环2、8的表面的能与支承面1a、7a接触的那些部分由导电材料制成。
第一传感器3和第二传感器6分别从第一区域3d、6d通过导体4、14电连接至第一止推环2和第二止推环8的导电表面2a、8a。电路也设置有能检测电路的断开和闭合的欧姆计5、13。另选地，电流表或许多其它机构可用来检测电路的断开和闭合。
在涡轮增压器10的正常工作状态下，轴9中的轴向负载朝向涡轮增压器10的压缩机侧11。轴向负载因此由第一承载部1承载，该第一承载部1的支承面1a与第一止推环2滑动接触。因此，第一传感器3的第二区域3e与第一止推环2的表面2a接触并且供第一传感器3定位在其中的电路被闭合。当涡轮增压器9遇到预喘振时，与正常轴向力相反的轴向力影响轴9并且力图朝向涡轮增压器10的涡轮侧12移动轴9。当力足够大时，轴9朝向涡轮增压器10的涡轮侧12移动，使得第一止推环2和第一承载部1彼此隔开一距离。这将切断第一传感器3和第一止推环2之间的电接触。电路因此被断开并且这被检测为传感器3和第一止推环2之间的电阻增大。
如果由预喘振引起的力足够大或涡轮增压器10遇到喘振，则轴9将移动这样的距离，使得形成第二止推环8和第二承载部7之间的接触。这意味着，第二传感器6的第二区域6e将与第二止推环8接触并且第二电路被闭合。这将被检测为第二传感器6和第二止推环8之间的电阻的减少。
轴9的旋转速度能被检测以给出关于涡轮增压器10的工作状态的附加信息。当关于旋转速度的信息与关于轴9的轴向运动的信息结合时，能获得涡轮增压器10的工作状态的更精确的观察，并且当预喘振或喘振被检测到时，及时采取校正动作。能采取的结束预喘振或喘振情况的可能动作包括增大通过涡轮增压器10的压缩机的流量或者减小充电压力。
本发明的许多变型可能在所附的权利要求的范围内。例如，可能的是，第一部分是止推环，并且传感器因此布置在止推环中。也可能的是，第一部分和第二部分不是轴承的部分，而是仅用于检测轴的轴向运动的单独部分。例如，第一部分或第二部分可以是围绕轴布置的套筒并且能与静止的其它部分接触。虽然传感器作为细长物体存在于图中，但是许多其它形式也是可能的。例如，传感器可以是由金属或许多其它合适的材料制成的板。所述装置也能用于除涡轮增压器以外的许多其它应用中。例如，它能与船中螺旋桨轴结合使用，以用于检测螺旋桨空泡现象。它也能用来检测内燃机的曲柄轴的轴向运动。

Claims (8)

1.一种用于检测轴（9）的轴向运动的装置，所述装置包括第一部分（1）和第二部分（2），所述第二部分（2）包括由导电材料制成的导电表面（2a），所述导电表面（2a）能与所述第一部分（1）滑动接触并且能与所述第一部分（1）分离，所述轴（9）能附接到所述第一部分（1）或附接到所述第二部分（2），所述装置的特征在于，所述装置还包括布置在所述第一部分（1）中的传感器（3），所述传感器（3）至少部分地由导电材料制成并且包括第一区域（3d）和第二区域（3e），所述第一区域（3d）电连接至所述第二部分（2）的所述导电表面（2a），并且当所述第一部分（1）和所述第二部分（2）彼此滑动接触时，所述第二区域（3e）与所述第二部分（2）的所述导电表面（2a）电接触，从而形成闭合电路，并且当所述第一部分（1）和所述第二部分（2）彼此隔开一距离时，所述第二区域（3e）与所述第二部分（2）的所述导电表面（2a）隔开一距离，从而形成断开电路，所述装置还包括用于检测所述电路的断开和闭合的机构（5）。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于检测所述电路的断开和闭合的机构（5）包括用于测量所述第二部分（2）的所述表面和所述传感器（3）之间的电阻的机构（5）。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传感器（3）包括导电传感器芯（3a）和围绕该传感器芯（3a）布置的绝缘层（3b）。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述绝缘层（3b）还覆盖位于所述传感器（3）的第一端处的所述第一区域（3d）。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述传感器芯（3a）和所述绝缘层（3b）布置在传感器主体（3c）内部。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一部分（1）是承载部（1）并且所述第二部分（2）是止推环（2），所述止推环（2）能围绕所述轴（9）布置并且与所述承载部（1）滑动接触。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括第二承载部（7）和第二止推环（8），所述第二止推环（8）包括由导电材料制成的导电表面（8a），所述导电表面（8a）能与所述第二承载部（7）滑动接触并且能与所述第二承载部（7）分离，所述装置还包括布置在所述第二承载部（7）中的第二传感器（6），所述第二承载部（7）布置成承载与由所述第一承载部（1）承载的轴向力相反的轴向力，并且所述第二传感器（6）至少部分地由导电材料制成并且包括第一区域（6d）和第二区域（6e），所述第一区域（6d）电连接至所述第二止推环（8）的所述导电表面（8a），当所述第二承载部（7）和所述第二止推环（8）彼此滑动接触时，所述第二区域（6e）与所述第二止推环（8）的所述导电表面（8a）电接触，从而形成闭合电路，当所述第二承载部（7）和所述第二止推环（8）彼此隔开一距离时，所述第二区域（6e）与所述第二止推环（8）的所述导电表面（8a）隔开一距离，从而形成断开电路，所述装置还包括用于检测所述电路的断开和闭合的机构（13）。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置被用在涡轮增压器（10）中以用于检测预喘振或喘振。
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