CN1173152C - 用于确定电机转子位置的方法以及位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定电机转子(5)在径向(X、Y)上和轴向(Z)上的位置的方法，该方法使用一种嵌齿环(2)，所述嵌齿环(2)被置于转子(5)的轴(5a)的周围。在轴(5a)上并基本上在嵌齿环(2)的位置处设置一个辅助环(6)。所述嵌齿环设有至少三组嵌齿，其中第一组嵌齿(3a1、3a2、...、3a8)用于测量轴(5a)在径向(X、Y)上的移动，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)用于测量轴(5a)在轴向(Z)上的移动，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)被设置在轴向(Z)上并且相互之间至少部分地处于不同的位置处。
Description
本发明涉及一种用于确定电机转子在径向上和轴向上的位置的方法，该方法使用一个嵌齿环，该嵌齿环被放置在转子轴周围。本发明还涉及一种用于确定电机转子在径向上和轴向上的位置的位置传感器，该位置传感器包括一个嵌齿环，转子轴以穿过该嵌齿环的方式被设置。
在磁向位中，通常测定转子在轴向上、在转子的两端处以及在两个径向上的位置，即，总共具有五个坐标。根据该测量数据，以这样一种方式控制磁流向，即，使转子在所需的方向上悬浮。位置传感器是磁向位系统的一个重要部分。该位置传感器必须是非常精确的并且基本上为线性的。它必须具有良好的信噪比和高的固有灵敏度。它应该是可靠的、制造成本低并且尽可能容易安装。另外，重要的是，利用至少两个传感器部件在不同方向上对每一个坐标进行测量以获得差动测量。这样能够有效地消除由于热膨胀和污染所导致的失真。
德国专利申请DE 2848173披露了一种用于测量轴在轴向上和径向上的偏差的传感器结构。其中最本质的特征是，该结构包括一个与轴相连的嵌齿环。在该环的外部具有一个固定的辅助环，相对于该辅助环进行测量。在转子的轴向上，该嵌齿环中的嵌齿的宽度大于辅助环的宽度。在与转子相连的嵌齿环中，所有嵌齿相对于转子的轴向不是处于相同的位置处，但是这些嵌齿可被分成两组，其中第一组嵌齿相对于轴向相互之间基本上处于相同的位置处，第二组嵌齿相互之间基本上处于相同的位置处并且从轴向上看过去，至少部分地处于与第一组嵌齿不同的位置处。所述环的嵌齿装有用于产生和测量磁通量的绕组。形成在第一组嵌齿和第二组嵌齿配嵌齿中的线圈分别能够测量在径向上和轴向上的偏差。当转子处于所需位置处时，在径向上进行测量的绕组相对于辅助环的位置是这样的，即，使辅助环处于第一组嵌齿处。以这样一种方式设置轴向上的测量，即，仅使第二组嵌齿部分地处于辅助环处。这样，轴向上的偏移可作为磁阻变化被检测。但是，在德国专利申请DE 2848173中所披露的这种技术方案在与磁向位结合使用时具有一些缺点。首先，传感器不能对轴向进行差动测量，而只能作为一种磁阻变化被检测。这样，在转子和定子之间的热膨胀会出现在轴向测量的结果中。这样，为了进行准确的轴向测量，需要平行地安装两个这样的传感器。为了测量所有必要的自由度，还必须在转子的另一端处安装一对类似的传感器。如果通过仅在转子的每一端处安装一个传感器来进行差动测量，那么传感器的安装需要很高的精度。另外，这样一种技术方案还会对热膨胀敏感。第二，在该技术方案中，嵌齿和线圈都在转子中。带有嵌齿的转子在高速转动的情况下会产生空气阻力并且机械强度较差。另外，在转子高速转动时，难以为在转子侧面上的线圈供电。
另一种已知的用于测量在径向上和轴向上的偏差的传感器布置方式是转子轴设有一个圆锥形部分。一个位置传感器与该圆锥形部分设置成相连。这样，转子中的在轴向上和径向上的偏差可被检测。该传感器布置方式具有的缺点例如为在转子中加工这样一个锥形部分需要额外的加工步骤，并且难以非常精确地加工。利用一个与这样一个锥形部分相连设置的位置传感器在轴向和径向上的测量之间存在所谓的交联；即，例如在径向的测量中会出现转子在轴向上的位移，并且反之亦然。这样，为了消除交联，必须以较为复杂的方式对测量结果进行数值处理。另外，这种技术方案在安装上需要高的精度以及会对热膨胀敏感。
本发明的一个目的在于，提供一种用于确定电机转子在径向上和轴向上的位置的方法，该方法使用一个以这样一种方法形成的传感器，即，使该传感器的一些嵌齿用于在径向上测量，而一些嵌齿用于轴向上的测量，从而获得一种差动测量。本发明的另一个目的在于，提供一种能够在很大程度上克服上述缺陷的位置传感器。本发明所涉及的方法的特征在于，在轴上并基本上在嵌齿环的位置处设置一个辅助环，所述嵌齿环设有至少三组嵌齿，其中第一组嵌齿用于测量轴在径向上的移动，第二组嵌齿和第三组嵌齿用于测量轴在轴向上的移动，第二组嵌齿和第三组嵌齿被设置在轴向上并且相互之间至少部分地处于不同的位置处。本发明所涉及的位置传感器的特征在于，所述轴包括一个基本上被置于嵌齿环的位置处的辅助环，所述嵌齿环设有至少三组嵌齿，其中第一组嵌齿用于测量轴在径向上的移动，第二组嵌齿和第三组嵌齿用于测量轴在轴向上的移动，第二组嵌齿和第三组嵌齿被设置在轴向上并且相互之间至少部分地处于不同的位置处。本发明所基于的思想是，位置传感器是由嵌齿环制成的，所述嵌齿环被设置在转子的周围，所述转子设有一个电特性和/或磁性不同于转子轴的其他结构的部分，设置用于在轴向上进行测量的嵌齿，在轴向上、在至少两个位置处能够进行差动测量。
本发明与现有技术中的技术方案相比具有显著的优点。当使用本发明的位置传感器时，可使用一个位置传感器在径向上和在轴向上进行可靠的测量，其中温度的影响比在现有技术所涉及的位置传感器中考虑得更多。可使用两个本发明所涉及的位置传感器来产生在轴向上的两组分开的差动信息，即在转子的每一端处有一个位置传感器。这样，可测定转子和定子之间的热膨胀。另外，可利用以一种特定的方式组合为一组板的带有嵌齿的板容易地生产本发明所涉及的位置传感器。另外，为了使用本发明所涉及的位置传感器，无需在转子轴中形成特定的锥形，而是可使用一种直的轴。
下面将参照附图对本发明进行详细描述，在附图中：
图1示出了本发明的一个优选实施例所涉及的位置传感器的嵌齿环的一个透视图；
图2示出了在嵌齿环的圆周表面的法向上从嵌齿环的中心看过去并且围绕该中心转过360度的图1中所示嵌齿环的嵌齿；
图3a示出了在嵌齿用于测量径向的情况下所述嵌齿环和部分轴的具体细节的一个截面图；
图3b相应地示出了用于在第一差动方向上测量的嵌齿的具体细节的一个截面图；
图3c相应地示出了用于在第二差动方向上测量的嵌齿的具体细节的一个截面图；
图4a示出了结合本发明优选实施例所涉及的位置传感器在径向上测量的一种优选测量布置方式的简化图；
图4b示出了结合本发明优选实施例所涉及的位置传感器在轴向上测量的一种优选测量布置方式的简化图；
图4c示出了结合图4a和图4b的测量布置方式的测量块的优选结构的简化图；
图5示出了一种布置形式，其中可使用本发明所涉及的两个位置传感器来补偿轴的热膨胀；以及
图6示出了本发明第二优选实施例所涉及的一个位置传感器的嵌齿环的一个透视图。
下面将利用一个基于磁通量变化的测量的位置传感器的示例对本发明进行详细描述。我们首先对与嵌齿环和轴相关的一些术语进行定义，这些术语将会用于下面的说明部分中以表示不同的观察方向。嵌齿环以及形成在轴上的辅助环的厚度在轴的轴向Z上被测量。而嵌齿的宽度表示在嵌齿环的圆周方向R上测量的一个嵌齿的尺寸。我们还限定，一个嵌齿的高度在基本上垂直于嵌齿的宽度和厚度的方向上，即，在圆周的法向N上。轴在径向上的位置是由在两个不同的方向X、Y上所获得的测量结果确定。
附图1示出了本发明的一个优选实施例所涉及的位置传感器1的嵌齿环2的一个透视图。另外，图1中还示出了所有上述不同的方向以说明上述术语的含义。嵌齿环2最好是由薄板制成的，例如变压器用的板。足够数量的这些薄板以一个被放置在另一个的顶部上的方式被堆叠在一起以达到嵌齿环所需的厚度。该板基本上是这样一种板，即，设有两种尺寸明显不同的嵌齿的板，所述两种嵌齿的尺寸最好是这样，即，嵌齿的宽度(在圆周方向上)基本上是相同的，但高度(在基本上垂直于圆周方向的方向上)是不同的。这样，一部分板在相同位置处被置于其它板的顶部，而另一部分板以这样一种方式被置于其它板的顶部，即，使这些板被转动到另一个位置处以形成三种类型的嵌齿。下面将参见图1详细描述这三种不同类型的嵌齿。第一组嵌齿基本上包括厚度为嵌齿环的厚度的嵌齿，在图1中用附图标记3a1、3a2、...、3a8表示。相应地，第二组嵌齿包括宽度最好基本上为嵌齿环的厚度一半的嵌齿，并且这些嵌齿位于在嵌齿环的第一表面4a的侧面上的部分中。这些嵌齿用附图标记3b1、3b2、3b3、3b4表示。另外，第三组嵌齿包括宽度最好基本上为嵌齿环的厚度一半的嵌齿并且这些嵌齿位于在嵌齿环的第二表面4b的侧面上的部分中。第三组嵌齿在图1中用附图标记3c1、3c2、3c3、3c4表示。在图1中所示的优选实施例中，这些不同嵌齿组最好是以这样的一种方式交替排列，即，使第一组嵌齿中的每一个嵌齿3a1、3a2、...、3a8之间只隔一个嵌齿，在每一个嵌齿3a1、3a2、...、3a8之间以交替的方式设置第二组嵌齿中的一个嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4和第三组嵌齿中的一个嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4。但是，显然在本发明的保护范围内，能够采用不同于这里所披露的分组方式的其它分组方式。一种可选择的方式是，顺序地设置第一组嵌齿中的两个嵌齿3a1、3a2、...、3a8，接着是第二组嵌齿中的一个嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4和第三组嵌齿中的一个嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4。另一种可选择的方式是，每一组的嵌齿交替设置，例如按照第二组的一个嵌齿、第一组的一个嵌齿、第三组的一个嵌齿(3b1、3a1、3c1、3b2、3a2、3c2、...)的顺序交替设置。后面这种可选择的方式例如用在可被拆分的位置传感器中是较好的。可被拆分的位置传感器指的是一种包括被设置在围绕转子的一个给定位置中的两个或者多个部分的位置传感器。因此，这样一种传感器无需被穿在其位置中，其中在拆下或安装该位置传感器时也无需拆下转子。在可拆分的位置传感器2中，每一个被拆下的部分最好包括第一组嵌齿中的一个或者两个嵌齿3a1、3a2、...、3a8以及第二组嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4和第三组嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4中的相同数目的嵌齿。
图2还示出了在嵌齿环的圆周表面的法向上从嵌齿环的中心看过去并且围绕该中心转过360度的图1中所示嵌齿环的嵌齿位置。
转子5的轴5a设有一个辅助环6(图3a-3c)，辅助环6的磁导率明显不同于轴5a的其它部分。辅助环6可以用与嵌齿环2相同的方式由薄板制成，或者例如由一种粉末金属或铁素体制成。该辅助环6在轴向上的厚度实质上小于第一组嵌齿中的嵌齿3a1、3a2、...、3a8的厚度，该辅助环6的厚度最好是第一组嵌齿中的嵌齿3a1、3a2、...、3a8的厚度的一半，即，基本上与第二组嵌齿和第三组嵌齿中的嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4、3c1、3c2、3c3、3c4的厚度相同。但是，显然不一定必须使该辅助环6的厚度基本上与第二组嵌齿和第三组嵌齿中的嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4、3c1、3c2、3c3、3c4的厚度相同。这样，可利用第一组嵌齿中的嵌齿3a1、3a2、...、3a8测量在径向上的偏差。可利用第二组嵌齿中的嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4测量轴向上的偏差以获得第一差动测量结果，相应地，可利用第三组嵌齿中的嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4测量轴向上的偏差以获得第二差动测量结果。这些差动测量和径向测量将披露在下面的说明部分中。
显然，嵌齿环2可由其他不同于上述薄板的材料制成。在本申请中应该提及的是，粉末金属或铁素体能够作为可能制造嵌齿环的材料。
辅助环6也可是一种比包围其的材料差的磁导体。辅助环6例如可是空气并且被铁皮包围，或者辅助环是由铁皮制成并且被空气包围。至少在下表中所披露的组合是可能的。
| 辅助环6 | 包围材料 |
| 铁皮、铁素体或粉末 | 固态铁或空气 |
| 固态铁或空气 | 铁皮、铁素体或粉末 |
嵌齿环2的嵌齿3a1、3a2、...、3a8、3b1、3b2、3b3、3b4、3c1、3c2、3c3、3c4设有绕组(在附图3a、3b、3c中用附图标记8a、8b、8c表示)，并且最好使在每一个嵌齿中缠绕的圈数相等并且在每一个绕组8a、8b、8c中使用的绕组线基本相同。另外，在每一个绕组8a、8b、8c中所用的绕线方向最好是相同的方向，并且在相同的点处开始绕线。在测量布置中，最好以这样一种方式对绕组8a、8b、8c进行分组，即，在径向测量中，由在第一组嵌齿3a1、3a2、...、3a8的基本上相对侧面上的绕组形成在X和Y方向上的两个测量信号，其中第一和第二测量信号的变化分别表示在X方向和Y方向中的偏差的方向和大小。相应地，为了在轴向上测量，第二组嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4的绕组8b可相互结合以形成第一差动测量值，并且相应地，第三组嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4的绕组8c可相互结合以形成第二差动测量值。通过使第一差动测量值和第二差动测量值结合能够表示轴在轴向上与中心位置之间的偏差。
图3a示出了第一组嵌齿3a1、3a2、...、3a8的具体细节的放大截面图。由于部分6的厚度实质上小于嵌齿3a1、3a2、...、3a8的宽度，因此如果辅助环6整个被置于嵌齿3a1、3a2、...、3a8处，那么测定的数值不会对轴5a的定位造成很大的影响。但是，在径向上的偏差可根据测量结果直接测得。图3b以相同的方式示出了第二组嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4的位置，而图3c示出了第三组嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4的相应位置。在每一种情况下，辅助环6仅部分地置于测量嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4、3c1、3c2、3c3、3c4处，其中即使轴在轴向上的很小移动也会为测量数据带来相应的变化。这种变化在第二组嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4和第三组嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4的绕组8b、8c中被差动检测。这意味着在第二组嵌齿的绕组8b中的测量信号的变化与在第三组嵌齿的绕组8c中的测量信号的变化方向是相反的。
另外，图4a、4b和4c示出了可与本发明所涉及的位置传感器1结合使用的一些用于测量的连线方式的简化图。图4a示出了结合本发明优选实施例所涉及的位置传感器在径向上测量的一种优选测量布置方式的缩略图，图4b示出了结合本发明优选实施例所涉及的位置传感器在轴向上测量的一种优选测量布置方式的简化图，而图4c示出了结合图4a和图4b的测量布置方式的测量块9x、9y、9z的优选结构的简化图。第一组嵌齿3a1、3a2、...、3a8的绕组8a1、8a2、...、8a8设有用于输入测量信号IN+、IN-的装置(诸如电流)以在位置传感器中的第一组嵌齿3a1、3a2、...、3a8中产生磁通量。该磁通量被转移到相邻的嵌齿，所述相邻的嵌齿最好是第二组嵌齿3b1、3b2、3b3、3b4和第三组嵌齿3c1、3c2、3c3、3c4中的嵌齿。例如关于第二组嵌齿3b1-3b4和第三组嵌齿3c1-3c4在轴向Z上的磁通量(所述磁通量在此时受到轴5a的辅助环6的位置影响)可从第二组嵌齿和第三组嵌齿的这些绕组8b1、8b2、8b3、8b4、8c1、8c2、8c3、8c4中测得。另外，在径向上的偏差将影响通过第一组嵌齿的绕组8a所测定的在X方向上和在Y方向上的分量。这样，通过测量这些X、Y和Z的测量值可以随时确定轴在径向上和轴向上的位置。为了达到这样的目的，最好使一个变压器7(图4c)与这些测量变量X、Y和Z的每一个耦合以对测量信号进行电流分离以及将绕组8a1、8a2、...、8a8、8b1、8b2、8b3、8b4、8c1、8c2、8c3、8c4与测量电路分离。变压器的次级线圈产生与测量信号成比例的输出信号，该输出信号在用于每一个测量信号的测量块9x、9y、9z中被放大，所述测量块9x、9y、9z最好包括放大器AMP、倍增器块MIX和滤波器LPF(例如低通滤波器)。图4c中的耦合可用于图4a所涉及的在径向上的测量耦合中和图4b所涉及的在轴向上的测量耦合中。倍增器信号MOD通向倍增器块MIX，倍增器信号MOD的频率基本与测量信号IN+、IN-的频率相同，并且适当地设定倍增器信号MOD相对于测量信号IN+、IN-的相位差。该相位差可在径向上的X和Y分量的测量中以及在轴向上的测量中是不同的。这样，通过测量在输出极OX+、OX-；OY+、OY-；OZ+、OZ-中的电流能够计算轴在不同方向上的实际位置。显然，也可利用电压测量来代替所述电流测量，其中在测量耦合中采取相应的变化对于本领域普通技术人员来说是已知的。
上述披露的用于使绕组8a、8b、8c耦合的布置方式仅是一种优选实施例，但是对于本发明，可以其他多种方式使用绕组8a、8b、8c。例如，绕组8a4和8a5互换，以及绕组8a6和8a7互换。另外，第二组嵌齿8b1、8b2、8b3、8b4和第三组嵌齿的绕组8c1、8c2、8c3、8c4可以串联方式耦合来代替以并联方式耦合，或者使其中一些绕组以串联方式耦合以及使其中一些绕组以并联方式耦合。
测量信号IN+、IN-的频率最好为几十千赫。
所用的放大器AMP最好为一种阻抗很低的放大器，这样的放大器与高阻抗的放大器相比能够达到较大的线性测量范围。另外，使用低阻抗的放大器与使用高阻抗的放大器相比，电缆长度对测量结果的影响较小。
另外，图6示出了一种布置形式，其中传感器1的嵌齿环2包括在轴向上的两个部分。这样，第一部分2a和第二部分2b无需被置于在轴向上的同一位置处，但是如在图6中所示的实施例中，这些部分2a、2b例如可被置于径向支承10的不同侧面上。例如，该实施例所具有的优点是，嵌齿环2的第一部分2a和第二部分2b相互之间可是相同的。另外，所有嵌齿3a1-3a8、3b1-3b4、3c1-3c4相互之间可是相同的。另外，该技术方案所具有的优点是，所用的辅助环6可是一个属于径向支承10的轴环，并且最好是由铁皮(未示出)制成的。如果需要的话，该轴环的厚度是以这样一种方式增大的，即，当在位置传感器1中的嵌齿环的部分2a、2b被安装在它们的位置中时，使该轴环部分地位于嵌齿3a1-3a8、3b1-3b4、3c1-3c4处。
第一组嵌齿的每一个嵌齿3a1-3a8最好包括嵌齿环的两个部分2a、2b的至少两个嵌齿，所述至少两个嵌齿基本上处于在径向上的相同位置处；即，它们形成了一对嵌齿。这些嵌齿在附图中用附图标记3a1+至3a8+，3a1-至3a8-来表示。每一对嵌齿3a1+、3a1-；3a2+、3a2-；...；3a8+、3a8-最好以串联的方式耦合。这样，能够提供图4a中的耦合，其中每一个绕组8a1、8a2、...、8a8包括以串联的方式耦合的这些对嵌齿3a1+、3a1-；3a2+、3a2-；...；3a8+、3a8-的线圈。在该实施例中，例如在嵌齿环的第一部分2a中设置第二组嵌齿3b1-3b8，其中嵌齿的数量在该优选实施例中为8个，并且相应地在嵌齿环的第二部分2b中设置第三组嵌齿3c1-3c8，其中嵌齿的数量在该优选实施例中为8个。第二组嵌齿的绕组8b1-8b4和第三组嵌齿的绕组8c1-8c4可以参照前面第一实施例所描述的方式制成。显然，嵌齿环的部分2a、2b也可在径向上被分成两个或多个部分，其中位置传感器的安装无需拆下转子。
这样一种布置方式，其中使位置传感器1和径向支承10相互之间靠得很近，也有利于控制系统的实施。例如，这是因为由位置传感器所获得的信息基本上对应于在径向支承处的位置而造成的。
在一个优选实施例中，其中位置传感器1在轴向上被分成至少两个部分，还可以这样一种方式使两个部分2a、2b相对于嵌齿部分是基本上相同的，即，使这些嵌齿相互之间以基本规则的间隔被隔开。在这种情况下，每一对辅助嵌齿3a1+、3a1-；3a2+、3a2-；...；3a8+、3a8-形成用于在径向上测量的第一组嵌齿3a1-3a8，其中在环的第一部分2a中，每一个辅助嵌齿形成第二组嵌齿3b1-3b8，相应地，在环的第二部分2b中，每一个辅助嵌齿形成第三组嵌齿3c1-3c8。
试验表明，在本发明所涉及的位置传感器中，在径向上和轴向上的交联不会达到这样一种程度，即，使交联影响测量结果的程度，其中无需在对测量信号的进一步处理中进行交联补偿。
另外，附图5示出了一种布置形式，其中可使用本发明所涉及的两个位置传感器1来检测轴5a的热膨胀。使用本发明所涉及的位置传感器，可从转子的两端(即，从定子和转子的共同位置的两端)获得一个可靠的轴向测量结果。利用这些两组信息，可以这样一种方式控制转子的轴向位置，即，可使转子和定子之间的较小间隙(诸如在壳体和压缩机轮(未示出)之间的间隙迷宫以及在轴向支承(未示出)之间的空气间隙)保持良好的平衡。根据该信息，能够估算转子温度。
尽管上述结合本发明所涉及的位置传感器1使用的是磁通量测量，但是，显然，例如结合本发明可使用电容测量。这样，无需绕组8a、8b、8c，但是利用检测电容的变化来进行测量。嵌齿环的嵌齿3a1、3a2、...、3a8、3b1、3b2、3b3、3b4、3c1、3c2、3c3、3c4形成了在电容器中的各个第一板，而辅助环6形成了电容器中的第二板。辅助环6的电特性不同于轴5a的电特性，其中轴在径向上和轴向上的位移可作为电容的变化被测定。例如可利用电场的变化来测定电容变化。
本发明并不仅限于上述实施例，可在所附的权利要求书所限定的保护范围内对这些实施例进行变型。
Claims (12)
1.用于确定电机转子(5)在径向(X、Y)上和轴向(Z)上的位置的方法，该方法使用一种嵌齿环(2)，所述嵌齿环(2)被置于转子(5)的轴(5a)的周围，其特征在于，在轴(5a)上并基本上在嵌齿环(2)的位置处设置一个辅助环(6)，所述嵌齿环设有至少三组嵌齿，其中第一组嵌齿(3a1、3a2、...、3a8)用于测量轴(5a)在径向(X、Y)上的移动，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)用于测量轴(5a)在轴向(Z)上的移动，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)被设置在轴向(Z)上并且相互之间至少部分地处于不同的位置处，所述嵌齿环设有用于产生磁通量和用于测量磁通量变化的绕组(8a、8b、8c)，辅助环(6)的磁性不同于轴(5a)的磁性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助环(6)在轴向上的厚度实质上小于嵌齿环(2)在轴向上的厚度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)的厚度基本上为第一组嵌齿(3a1、3a2、...、3a8)在轴向上的厚度的一半。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)的厚度基本上等于所述辅助环(6)在轴向上的厚度。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)的厚度大于所述辅助环(6)在轴向上的厚度。
6.一种用于确定电机转子(5)在径向(X、Y)上和轴向(Z)上的位置的位置传感器(1)，所述位置传感器(1)包括嵌齿环(2)，所述嵌齿环(2)被置于转子(5)的轴(5a)的周围，其特征在于，所述轴(5a)包括一个基本上被置于嵌齿环(2)的位置处的辅助环(6)，所述嵌齿环设有至少三组嵌齿，其中第一组嵌齿(3a1、3a2、...、3a8)用于测量轴(5a)在径向(X、Y)上的移动，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)用于测量轴(5a)在轴向(Z)上的移动，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)被设置在轴向(Z)上并且相互之间至少部分地处于不同的位置处，所述嵌齿环设有用于产生磁通量和用于测量磁通量变化的绕组(8a、8b、8c)，辅助环(6)的磁性不同于轴(5a)的磁性。
7.如权利要求6所述的位置传感器(1)，其特征在于，所述辅助环(6)在轴向上的厚度实质上小于嵌齿环(2)在轴向上的厚度。
8.如权利要求6或7所述的位置传感器(1)，其特征在于，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)的厚度基本上为第一组嵌齿(3a1、3a2、...、3a8)在轴向上的厚度的一半。
9.如权利要求6或7所述的位置传感器(1)，其特征在于，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)的厚度基本上等于所述辅助环(6)在轴向上的厚度。
10.如权利要求6或7所述的位置传感器(1)，其特征在于，第二组嵌齿(3b1、3b2、3b3、3b4)和第三组嵌齿(3c1、3c2、3c3、3c4)的厚度实质上大于所述辅助环(6)在轴向上的厚度。
11.如权利要求6或7所述的位置传感器(1)，其特征在于，所述嵌齿环至少包括第一部分(2a)和第二部分(2b)，其中第一组嵌齿包括第一部分(2a)的一些嵌齿(3a1-至3a8-)和第二部分(2b)的一些嵌齿(3a1+至3a8+)，第二组嵌齿(3b1至3b8)形成在嵌齿环的第一部分(2a)中，第三组嵌齿(3c1至3c8)形成在嵌齿环的第二部分(2b)中。
12.如权利要求11所述的位置传感器(1)，其特征在于，一个径向支承(10)被放置在所述嵌齿环的第一部分(2a)和第二部分(2b)之间以用于支撑转子。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100383488C (zh) * | 2006-03-17 | 2008-04-23 | 清华大学 | 一种同步测量转动轴径向和轴向位移的方法及其传感器 |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW542778B (en) * | 2001-09-14 | 2003-07-21 | Sumitomo Heavy Industries | Injection apparatus |
| JP4158858B2 (ja) * | 2003-12-04 | 2008-10-01 | 多摩川精機株式会社 | 回転角度検出器 |
| US20060176063A1 (en) * | 2005-02-10 | 2006-08-10 | Hyeong-Joon Ahn | Capacitive sensor |
| JP5133758B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-01-30 | 川崎重工業株式会社 | 磁気軸受用位置センサ装置及び磁気軸受装置 |
| ES2349816B1 (es) * | 2009-05-13 | 2011-11-14 | Industria De Turbo Propulsores, S.A. | Sistema de medida de la posicion axial de ejes. |
| US9853525B2 (en) | 2012-06-12 | 2017-12-26 | Abb Research Ltd. | Magnetic bearing assembly and arrangement of position sensors for a magnetic bearing assembly |
| CN105651155B (zh) * | 2014-11-07 | 2018-09-14 | 江苏大学 | 磁力泵转轴位置在线监测装置和方法 |
| US10323960B2 (en) | 2014-12-31 | 2019-06-18 | Ingersoll-Rand Company | Method of making sensing mechanism and machine system using same |
| US10801319B2 (en) * | 2015-04-30 | 2020-10-13 | Salunda Limited | Sensing of the contents of a bore |
| CN106352780A (zh) * | 2016-08-19 | 2017-01-25 | 苏州博众精工科技有限公司 | 周向检测装置及周向检测方法 |
| CN107238345B (zh) * | 2017-06-15 | 2019-03-05 | 大连理工大学 | 气浮转子陀螺仪动压马达间隙自动测量装置及方法 |
| FR3070914B1 (fr) * | 2017-09-14 | 2019-09-06 | Faurecia Sieges D'automobile | Mecanisme de reglage de siege de vehicule automobile |
| JP6930366B2 (ja) * | 2017-10-26 | 2021-09-01 | 株式会社Ihi | 変位検出装置 |
| CN109458919A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-12 | 南京磁谷科技有限公司 | 一种磁悬浮轴承的径向与轴向的组合传感器结构 |
| GB201901112D0 (en) | 2019-01-28 | 2019-03-13 | Rolls Royce Plc | Shaft monitoring system |
| GB201901113D0 (en) | 2019-01-28 | 2019-03-13 | Rolls Royce Plc | Shaft monitoring system |
| US11131567B2 (en) | 2019-02-08 | 2021-09-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Systems and methods for error detection in crankshaft tooth encoding |
| US11162444B2 (en) | 2019-02-08 | 2021-11-02 | Honda Motor Co., Ltd. | Systems and methods for a crank sensor having multiple sensors and a magnetic element |
| US11181016B2 (en) | 2019-02-08 | 2021-11-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Systems and methods for a crank sensor having multiple sensors and a magnetic element |
| US11199426B2 (en) | 2019-02-08 | 2021-12-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Systems and methods for crankshaft tooth encoding |
| US11401971B2 (en) | 2019-08-26 | 2022-08-02 | Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. | Low-cost modular inductive position sensor and method of manufacturing it |
| CN111197969B (zh) * | 2020-01-07 | 2021-06-22 | 中车株洲电机有限公司 | 一种磁悬浮轴承转子位置检测装置 |
| US11959820B2 (en) | 2021-03-17 | 2024-04-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Pulser plate balancing |
| CN115877281A (zh) * | 2021-09-27 | 2023-03-31 | 财团法人工业技术研究院 | 免电池旋转检测装置 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3176241A (en) * | 1961-04-07 | 1965-03-30 | Jimmie S Hogan | Magnetic switching device |
| US3478346A (en) * | 1963-06-24 | 1969-11-11 | Okuma Machinery Works Ltd | Nonambiguous reading system for analog to digital converters |
| FR2094326A5 (zh) * | 1970-06-17 | 1972-02-04 | Habermann Helmut | |
| DE2848173C3 (de) * | 1978-11-07 | 1994-02-24 | Teldix Gmbh | Sensoranordnung |
| JPS57189011A (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-20 | Fuji Heavy Ind Ltd | Position detecting mechanism |
| JPS59105505A (ja) * | 1982-12-09 | 1984-06-18 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 渦電流式位置検出器及びその製造方法 |
| JPS60168017A (ja) * | 1984-02-10 | 1985-08-31 | S G:Kk | 直線位置検出装置 |
| US4717874A (en) * | 1984-02-10 | 1988-01-05 | Kabushiki Kaisha Sg | Reluctance type linear position detection device |
| US4991301A (en) * | 1987-02-27 | 1991-02-12 | Radiodetection Limited | Inductive displacement sensors |
| GB8706905D0 (en) * | 1987-03-24 | 1987-04-29 | Schlumberger Electronics Uk | Shaft monitoring system |
| JPS6464550A (en) * | 1987-09-03 | 1989-03-10 | Toshiba Corp | Resolver |
| JP3097094B2 (ja) * | 1990-04-23 | 2000-10-10 | 日本精工株式会社 | 非接触式変位検出装置 |
| GB9020474D0 (en) | 1990-09-19 | 1990-10-31 | Hmd Seal Less Pumps Ltd | Apparatus for measuring the change of position of a rotor |
| JP3315428B2 (ja) * | 1992-04-01 | 2002-08-19 | 株式会社荏原製作所 | 磁気軸受装置 |
| DE4215381A1 (de) * | 1992-05-11 | 1993-11-18 | Siemens Ag | Anordnung zur radialen und/oder axialen Positionserfassung einer Welle |
| US5602472A (en) * | 1993-01-15 | 1997-02-11 | Hughes Electronics | Apparatus and method for determining angular position and rotational speed using a rotating magnet and a directional magnetometer |
| JP3135410B2 (ja) * | 1993-04-14 | 2001-02-13 | 光洋精工株式会社 | 磁気軸受装置 |
| JPH07236296A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-09-05 | Secoh Giken Inc | １個の位置検知素子により３相の位置検知信号を得る装置 |
| US5696444A (en) * | 1994-03-04 | 1997-12-09 | Crane Co. | Monitoring system for detecting axial and radial movement of a rotating body independent of rotational position |
| DE4442371A1 (de) * | 1994-11-29 | 1996-05-30 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Maßverkörperung |
| US6603230B1 (en) * | 2002-01-30 | 2003-08-05 | Honeywell International, Inc. | Active magnetic bearing assembly using permanent magnet biased homopolar and reluctance centering effects |
-
2000
- 2000-01-20 FI FI20000112A patent/FI112278B/fi not_active IP Right Cessation
-
2001
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100383488C (zh) * | 2006-03-17 | 2008-04-23 | 清华大学 | 一种同步测量转动轴径向和轴向位移的方法及其传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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