JP4578045B2 - 電気機械のロータの位置を決定する方法および位置センサ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ラジアル方向および軸方向における電気機械のロータの位置を決定する方法に関し、該方法は歯付きリングを使用し、該歯付きリングはロータのシャフトの周囲に取付けられる。本発明はまた、ラジアル方向および軸方向における電気機械のロータの位置を決定する位置センサに関し、該位置センサは歯付きリングを含み、該歯付きリングを通してロータのシャフトが取付けられるために配置される。
【０００２】
磁気軸受において、ロータの位置は、通常、軸方向と、ロータの両端部における２つのラジアル方向とにおいて、すなわち全部で５つの座標を用いて測定される。この測定データに基づいて、ロータが所望の位置に浮遊されるように、磁気の流れが制御される。位置センサは、磁気軸受システムの重要な部品である。位置センサは、充分に正確で、かつ、実質的に線形でなければならない。位置センサは、良好なシグナル／ノイズ比、および高い内在感度を有していなければならない。位置センサは信頼性があり、製造が安価で、かつできるだけ容易に取付けられるべきである。さらに、それぞれの座標は、差分測定を得るために異なる方向から、少なくとも２つのセンサ部品によって測定されることが重要である。これは、熱膨張および汚れによって生じる歪みを効率よく除去するであろう。
【０００３】
ドイツ特許出願ＤＥ２８４８１７３は、ラジアル方向のみならず軸方向におけるシャフトの偏り測定のためのセンサ構成を示している。最も重要な特徴として、該構成は、シャフトに関連して配置された歯付きリングを含む。リングの外側には、固定されたさらなるリングが存在し、該リングに関して測定が行われる。この歯付きリングにおける歯の幅は、ロータの軸方向における補助リングの幅よりも広い。ロータに接続された歯付きリングにおいて、全ての歯はロータの軸方向に対して同じ位置に存在せず、該歯は、２組に分類され、第１組の歯は、軸方向に対して実質的に同じ位置に相互に取付けられ、第２組の歯は、実質的に同じ位置に、かつ、軸方向において見て、第１組の歯よりも少なくとも部分的に異なる位置に相互に取付けられる。リングの歯には、磁束を生成し、測定するための巻線が備えられる。第１組および第２組の歯に形成される巻線は、それぞれ、ラジアルおよび軸方向における偏りを測定することに意図されている。ロータが所望の位置に存在するとき、補助リングに対してラジアル方向に測定している巻線の位置は、補助リングが第１組の歯において存在するような位置である。軸方向における測定は、第２組の歯が補助リングにおいて単に部分的に存在するようにして準備される。したがって、軸方向における移動は、リラクタンスの変化として検出される。しかしながら、ドイツ出願公開公報ＤＥ２８４８１７３において示されるこの解決手段は、磁気軸受に関する使用の点から見ていくつかの不都合を有する。第１に、センサは、区別をつけて軸方向を測定しておらず、あるリラクタンスの変化として測定しているだけである。したがって、ロータおよびステータ間の熱膨張は、軸方向の測定結果において明らかにされる。したがって、適切な軸方向測定を実現するためには、平行に置かれた２つのこのようなセンサが必要とされる。全ての必要な自由度を測定するために、類似の１組のセンサがまた、ロータの他端部に取付けられなければならない。差分測定が、ロータの各端部に１つのセンサだけを取付けることによって実行される場合、これはセンサを取付けるために高い精度が要求されるという結果になるであろう。さらに、このような解決手段は、未だ熱膨張の影響を受け易い。第２に、示された解決手段においては、歯およびコイルがロータに存在する。歯付ロータは高速度で空気抵抗の原因となり、機械的強度が乏しい。さらに、高速度で回転するロータにおいて、ロータ側のコイルに電力供給を用意することは困難である。
【０００４】
ラジアル方向および軸方向における偏り測定のための他の周知のセンサ構成は、ロータシャフトが円錐部分を備えるものである。位置センサは、円錐部分に関連して配置される。したがって、軸方向およびラジアル方向の両方向における偏りは、ロータにおいて検出され得る。このセンサ構成は、たとえばロータをこのような円錐に機械加工することが余計な作業段階を要求し、充分な精度をもって機械加工することが難しいという不都合を伴う。このような円錐に対して取付けられた位置センサによるラジアル方向測定と軸方向測定との間には、いわゆるクロスコネクションが存在する。すなわち、たとえば軸方向におけるロータの位置ずれがラジアル方向における測定においても明らかにされ、ラジアル方向におけるロータの位置ずれが軸方向における測定においても明らかにされるということである。したがって、クロスコネクションを除去するために、測定結果は、比較的複雑な方法で数的処理されなければならない。また、この解決手段は装着に高い精度要求を伴い、熱膨張の影響を受け易い。
【０００５】
本発明の目的は、１つのセンサを使用することによって、ラジアル方向および軸方向における電気機械のロータの位置を決定する方法を提供することであり、該センサは、差分測定を得るために、センサの歯のいくつかがラジアル方向において測定するために使用され、いくつかが軸方向において測定するために使用されるように形成される。本発明の他の目的は、上述の欠点が大幅に取除かれた位置センサを提供することである。本発明に従う方法は、補助リングが実質的にシャフト上の歯付きリングの位置に備えられ、歯付きリングは少なくとも３組の歯を備え、第１組の歯はラジアル方向におけるシャフトの移動を測定するために使用され、第２組および第３組の歯は軸方向におけるシャフトの移動を測定するために使用され、第２組および第３組の歯は、軸方向において、少なくとも部分的に相互に対して異なる位置に取付けられることを特徴とする。本発明に従う位置センサは、シャフトが実質的に歯付きリングの位置に取付けられた補助リングを含み、歯付きリングが少なくとも３組の歯を含み、第１組の歯は、ラジアル方向におけるシャフトの移動を測定するために使用されるために配置され、第２組および第３組の歯が軸方向におけるシャフトの移動を測定するために使用されるために配置され、第２組および第３組の歯が、軸方向において、少なくとも部分的に相互に対し異なる位置に取付けられることを特徴とする。本発明は、位置センサがロータの周囲に取付けられる歯付きリングから成り、ロータが電気的特性および／または磁気特性がロータシャフトの残りの構造と異なる部分を備え、軸方向において測定するための歯が差分測定を可能にするために、軸方向に少なくとも２つの位置に配置される、というアイデアに基づく。
【０００６】
本発明は、先行技術の解決手段と比較して、注目に値する利点を示す。本発明の位置センサを使用するとき、単一のセンサが、ラジアルおよび軸方向における信頼性のある測定を達成するために使用されることができ、温度の影響が先行技術の位置センサ以上に勘案され得る。本発明に従う２つの位置センサは、軸方向における差分情報、すなわちロータの各端部における差分情報の２つの別個の項目を出すために使用されることができる。したがって、ロータおよびステータ間の熱膨張が検出され得る。さらに、本発明に従う位置センサは、特定の方法で、歯が付けられた薄板を複数の薄板の組として結合させて使用することによって容易に製造される。さらに、本発明に従う位置センサを使用するために、特定の円錐形状がローターシャフトにおいて形成される必要はなく、真っ直ぐなシャフトが使用され得る。
【０００７】
以下において、本発明は添付図面に関連してより詳細に記載されるであろう。
以下において、本発明は、磁束の変化の測定に基づく位置センサの実施例によってより詳細に記載されるであろう。まず歯付きリングおよびシャフトに関するいくつかの用語を定義づけ、異なった観点を記載するために本明細書において以下に使用されるであろう。シャフトに形成される歯付きリングおよび補助リングの厚さはシャフトの軸方向Ｚにおいて測定される。次に、歯の幅は歯付きリングの周方向Ｒにおいて測定された歯の寸法を表す。さらに、歯の幅および厚さに実質的に垂直な方向、すなわち、円周の法線Ｎ方向における歯の高さを定義づけるであろう。ラジアル方向におけるシャフト位置は２つの異なる方向Ｘ、Ｙにおいて行われる測定によって決定される。
【０００８】
添付の図１は、本発明の有利な実施形態に従う位置センサの歯付きリング２を斜視図で示す。また、上述の異なる方向のすべては、上述の用語の意味を明らかにするために図１に示される。この歯付きリング２は、好ましくは、変圧器の薄板のように、複数の薄板から成る。充分な数のこれらの薄板が、歯付きリングの所望の厚さを達成するために、それぞれの上に積み重ねられる。この板は、好ましくは、（周方向における）歯の幅が実質的に同一であるが、（周方向に実質的に垂直方向における）歯の高さは異なるように、実質的に２つの異なる寸法の歯を備えるような、実質的に板である。したがって、一部の薄板は、同じ位置にそれぞれの上に取付けられ、その他の薄板は、３つのタイプの歯を形成するために薄板が別の位置に回転されるようにして、それぞれの上に取付けられる。続いて、さらに図１を参照して、これらの異なる歯のタイプをより詳細に記載する。第１組の歯は、図１の参照符３ａ１，３ａ２，…，３ａ８で示される、実質的に歯付きリングの厚さを備えた歯からなる。これに対して、第２組の歯は、幅が、好ましくは、歯付きリングの実質的に半分の厚さであり、かつ歯付きリングの第１面４ａの側面の一部に取付けられる歯からなる。これらの歯は、参照符３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４で示される。さらに、第３組の歯は、幅が、好ましくは、実質的に歯付きリングの厚さが半分であり、かつ歯付きリングの第２面４ｂの側面の一部に取付けられる歯からなる。この第３組の歯は、添付の図１に３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４で示される。図１の有利な実施形態においては、これらの組の異なる歯が、歯１つおきに第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８が存在し、これらの間に、第２組の歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４と、第３組の歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４が交互に存在するように、好ましくは、交互にされる。しかしながら、本発明の範囲内で、ここで示されるグループ分けとは別のグループ分けを使用することも可能であることは明らかである。１つの代替例は、第１組の２つの歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８が順に存在し、第２組の１つの歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４および第３組の１つの歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４が続くものである。別の代替例は、それぞれの組の歯が、たとえば第２組、第１組、第３組の順（３ｂ１，３ａ１，３ｃ１，３ｂ２，３ａ２，３ｃ２，…）で交互にされるものである。この後者の代替例は、たとえば位置センサが分割され得るという点で有利である。これは、ロータ周囲の所定位置に取付けられる２またはそれ以上の部分からなる位置センサに言及する。したがって、このようなセンサはその位置に装着される必要はなく、また、ロータは、位置センサの取外しまたは取付けに関連して取外される必要はない。分割可能な位置センサ２において、分離されるそれぞれの部分は、好ましくは、１つまたは２つの第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８、同数の第２組３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４および第３組３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の両組の歯を、好ましくは、含む。
【０００９】
図２はまた、歯付きリングの円周面の法線方向において歯付きリングの中心から見た、かつ中心の周りを３６０°回転された、図１の歯付きリングの歯の位置を示す。
【００１０】
ロータ５のシャフト５ａには、シャフト５ａの他の部分とは明確に異なる磁気伝導率を有する補助リング６（図３ａ〜３ｃ）が設けられる。この補助リング６は、歯付きリング２と同じ方法で薄板から形成され、または、たとえば粉末金属もしくはフェライトで形成され得る。軸方向におけるこの補助リングの厚さは、第１組における歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８の厚さよりも実質的に小さく、好ましくは、この補助リング６の厚さは、第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８の厚さの約半分、すなわち第２組および第３組における歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４，３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の厚さと実質的に同じである。しかしながら、補助リング６の厚さは、必ずしも第２組および第３組における歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４，３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の厚さと実質的に同じである必要はない。したがって、第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８はラジアル方向における偏りを測定するために使用され得る。第２組の歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４は、第１の差分測定結果を達成するために、軸方向における偏りを測定するために使用されることができる。これに対して、第３組の歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４は第２の差分測定結果を達成するために、軸方向における偏りを測定するために使用され得る。これらの差分測定およびラジアル測定は、本明細書において以下に示される。
【００１１】
歯付きリング２がまた上述の薄板とは別の材料から成っていてもよいことは明らかである。この文中においては、粉末金属およびフェライトが、歯付きリングの製造に使用可能な材料として記載されるべきである。
【００１２】
補助リング６はまた、それを取り囲んでいる材料よりも乏しい磁気伝導体であってもよい。補助リング６は、たとえば、空気であってもよく、薄い鉄板によって囲まれていてもよく、または補助リングは薄い鉄板からなり、空気によって囲まれる。少なくとも以下の表において示される組み合わせが可能である。
【００１３】

【００１４】
歯付きリング２の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４，３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４には、巻線（添付の図３ａ、図３ｂおよび図３ｃにおいて参照符８ａ，８ｂ，８ｃで示される）が設けられ、好ましくは、同じ巻数でそれぞれの歯に巻かれ、実質的に等しい巻ワイヤが各巻線８ａ，８ｂ，８ｃにおいて使用される。さらにそれぞれの巻線８ａ，８ｂ，８ｃにおいて使用される巻き方向は、好ましくは、同じ方向であり、その巻きは同じ点から始められる。測定配置において、巻線８ａ，８ｂ，８ｃが、ラジアル測定において、２つの測定信号がＸ方向およびＹ方向において第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８の実質的に反対側に存在する巻線によって形成されるように、好ましくは、グループ分けされ、第１および第２の測定信号の変化は、それぞれＸ方向およびＹ方向における偏りの方向および大きさを示す。これに対して、軸方向における測定に関して、第２組の歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４の巻線８ｂは、第１の差分測定値を形成するために相互に結合されることができ、これに対して第３組の歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の巻線８ｃは、第２の差分測定値を形成するために相互に結合されることができる。第１および第２の差分測定値を組み合わせることによって、軸方向における中心位置からのシャフトの偏りを示すことが可能である。
【００１５】
図３ａは、第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８の詳細にわたる拡大を断面図で示す。セクション６の厚さが歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８の幅よりも実質的に小さいので、補助リング６が歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８に全面的に取付けられると、測定値はシャフト５ａの位置によって有意に影響されない。しかしながら、ラジアル方向における偏りは、測定結果から直接に検出され得る。対応する方法において、図３ｂは、第２組の歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４に関する状況を示し、図３ｃは、第３組の歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４に関する対応する状況を示す。それぞれの場合において、補助リング６は、測定歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４，３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４において単に部分的に取付けられ、シャフトの軸方向における少しの移動でさえも、測定データをそれ相応に変化させるであろう。この変化は、第２の歯３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４および第３の歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４の巻線８ｂ，８ｃにおいて区別をつけて検出される。このことは、第２組の巻線８ｂにおける測定信号の変化が、第３組の巻線８ｃにおける測定信号の変化の方向と反対であることを意味する。
【００１６】
さらに、図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは、本発明に従う位置センサ１に関して適用され得る測定に関するいくつかの接続の縮小図を示す。図４ａは、本発明の有利な実施形態に従う位置センサに関してラジアル方向における有利な測定配列を縮小図で示し、図４ｂは、本発明の有利な実施形態に従う位置センサに関して軸方向における有利な測定配列を縮小図で示し、図４ｃは、図４ａおよび４ｂの測定配列に関して測定ブロック９ｘ，９ｙ，９ｚに関する有利な構造を縮小図で示す。第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８の巻線８ａ１，８ａ２，…，８ａ８には、位置センサにおいて第１組の歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８における磁束を生成するために、電流などの測定信号を入力する手段ＩＮ＋，ＩＮ−が設けられる。この磁束は、隣接した歯、好ましくは、第２組３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４および第３組の歯３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４に伝えられる。この磁束は、軸方向Ｚにおける第２組３ｂ１〜３ｂ４および第３組３ｃ１〜３ｃ４のこれらの歯に関して、たとえば目下シャフト５ａの補助リング６の位置によって影響を受け、第２組および第３組のこれらの巻線８ｂ１，８ｂ２，８ｂ３，８ｂ４，８ｃ１，８ｃ２，８ｃ３，８ｃ４から測定されることができる。さらに、ラジアル方向における偏りは、第１組の歯の巻線８ａを通って測定されるべきＸ方向成分およびＹ方向成分に影響を及ぼすであろう。したがって、これらのＸ、ＹおよびＺの測定値を測定することによって、シャフトの位置がラジアル方向および軸方向の両方向において毎回決定され得る。これを達成するためには、変圧器７（図４ｃ）が、測定回路からの測定信号のガルバニック分離（galvanic
separation）および巻線８ａ１，８ａ２，…，８ａ８，８ｂ１，８ｂ２，８ｂ３，８ｂ４，８ｃ１，８ｃ２，８ｃ３，８ｃ４の分離のために、これらの測定される変数Ｘ、ＹおよびＺのそれぞれに、好ましくは、結合される。変圧器の二次コイルは測定信号に比例した出力信号を生成するが、出力信号は、それぞれの測定信号のために実行され、好ましくは、増幅器ＡＭＰ、マルチプライヤブロックＭＩＸ、およびローパスフィルタなどのフィルタＬＰＦを含む測定ブロック９ｘ，９ｙ，９ｚにおいて増幅される。図４ｃの結合は、図４ａに従うラジアル方向における測定結合において、および図４ｂに従う軸方向における測定結合において適用され得る。測定信号ＩＮ＋，ＩＮ−と実質的に同じ周波数を有し、測定信号ＩＮ＋，ＩＮ−に関する位相差が適切に設定されるマルチプライヤ信号ＭＯＤが、マルチプライヤブロックＭＩＸに送られる。この位相差は、軸方向における測定においてのみならず、ラジアル方向におけるＸ成分およびＹ成分の測定においても異なり得る。したがって、出力極ＯＸ＋，ＯＸ−，ＯＹ＋，ＯＹ−，ＯＺ＋，ＯＺ−における電流を測定することによって、異なる方向におけるシャフトの本当の位置を計算することができる。上記電流測定の代わりに、電圧測定を利用することも可能であることは明らかであり、当業者にとって周知の対応する変化が、測定結合においてなされる。
【００１７】
巻線の結合に関する、上に示された配列は、有利な解決手段の一例に過ぎず、本発明に関して、巻線８ａ，８ｂ，８ｃはまた多数の他の方法において実行され得る。たとえば、巻線８ａ４および８ａ５は相互に交換可能であり、巻線８ａ６および８ａ７も同様である。また、第２組の巻線８ｂ１，８ｂ２，８ｂ３，８ｂ４および第３組の巻線８ｃ１，８ｃ２，８ｃ３，８ｃ４は、並列にせず直列に結合されることができ、または、巻線のいくつかが並列に、いくつかが直列に結合され得る。
【００１８】
測定信号ＩＮ＋，ＩＮ−の周波数は、好ましくは、数１０キロヘルツである。
使用される増幅器ＡＭＰは、好ましくは、非常に低いインピーダンスを有する増幅器であり、高いインピーダンスを有するものよりも広い線形測定範囲を達成することができる。さらに、低いインピーダンスを有する増幅器を使用するとき、高いインピーダンスを有する増幅器を使用するときよりも、ケーブルの長さが測定結果に対して与える影響は小さい。
【００１９】
さらに、添付の図６は、センサ１の歯付きリング２が軸方向における２つの部分からなる構成を示す。したがって、第１部分２ａおよび第２部分２ｂは軸方向において同一のポイントに取付けられる必要はなく、これらの部分２ａ、２ｂはたとえば、図６の実施例に示されるように、ラジアル軸受１０の異なる側面に取付けられ得る。本実施形態は、たとえば、歯付きリングの第１部分２ａおよび第２部分２ｂが相互に同一になり得るという利点を有する。さらに、すべての歯３ａ１〜３ａ８，３ｂ１〜３ｂ４，３ｃ１〜３ｃ４は相互に等しくなり得る。また、この解決手段は、使用される補助リング６が、好ましくは、薄鋼板で形成されるラジアル軸受１０に属するシャフトリングになり得るという利点を有する（図示せず）。必要であれば、このシャフトリングの厚さは、位置センサ１における歯付きリングの部分２ａ，２ｂがそれらの位置において取付けられるときに、シャフトリングが部分的に歯３ａ１〜３ａ８，３ｂ１〜３ｂ４，３ｃ１〜３ｃ４に配置されるように増加される。
【００２０】
第１組の歯３ａ１〜３ａ８のそれぞれが、ラジアル方向において実質的に同位置に配置された、歯付きリングの両部分２ａ，２ｂの少なくとも２つの歯からなり、すなわち、１組の歯を形成する。これらの歯は、添付図面において参照符３ａ１＋〜３ａ８＋，３ａ１−〜３ａ８−で示される。各組の歯３ａ１＋，３ａ１−；３ａ２＋，３ａ２−；…；３ａ８＋，３ａ８−の巻線は、好ましくは、直列に結合される。したがって、図４ａの結合に適用することができ、各コイル８ａ１，８ａ２，…，８ａ８は直列に結合されたこれらの組の歯３ａ１＋，３ａ１−；３ａ２＋，３ａ２−；…；３ａ８＋，３ａ８−のコイルからなる。本実施形態において、第２組の歯３ｂ１〜３ｂ８は、この好ましい実施形態における数は８つであるが、たとえば、歯付きリングの第１部分２ａにおいて取付けられ、これに応じて、第３組の歯３ｃ１〜３ｃ８は、この好ましい実施形態における数はまた８つであるが、歯付きリングの第２部分２ｂにおいて配置される。第２組の歯の巻線８ｂ１〜８ｂ４および第３組の歯の巻線８ｃ１〜８ｃ４は、第１実施形態の記載に関して上に示されたようになされ得る。歯付きリングの部分２ａ，２ｂがまた、ラジアル方向において、２つまたはそれ以上の部分に分割され得ることは明らかであり、位置センサの取付けは、ロータが取外されることを要求しない。
【００２１】
位置センサ１およびラジアル軸受１０が相互に非常に接近して取付けられる、このような配置はまた、制御システムの実行を容易にする。このことは、たとえば、位置センサから得られる情報がラジアル軸受における状況に実質的に対応するという事実のためである。
【００２２】
位置センサ１が少なくとも軸方向において２つの部分に分割される、有利な実施形態において、両部分２ａ，２ｂはさらに、歯が相互に実質的に一定の間隔をあけてに配置されるように、歯付き部分と実質的に同一に形成され得る。この場合においては、１組おきに歯３ａ１＋，３ａ１−；３ａ２＋，３ａ２−；…；３ａ８＋，３ａ８−が、ラジアル方向において測定する第１組の歯３ａ１〜３ａ８を形成し、リングの第１部分２ａにおいては、１つおきに歯が第２組の歯３ｂ１〜３ｂ８を形成し、これに対して、リングの第２部分２ｂにおいては、１つおきに歯が第３組の歯３ｃ１〜３ｃ８を形成する。
【００２３】
本発明に従う位置センサにおいて、ラジアル方向および軸方向におけるクロスコネクションが測定結果に影響するような程度で生じないという実験が示され、クロスコネクションの補償は測定信号の後続の処理において行われる必要はない。
【００２４】
さらに、添付の図５は、本発明に従う２つの位置センサ１がシャフト５ａの熱膨張を検出するために使用可能な構成を示す。本発明に従う位置センサを使用するとき、信頼性のある軸方向の測定結果が、ロータの両端部、すなわちステータおよびロータの共通する位置の両端部から得られ得る。これら２つの情報の項目によって、ロータの軸方向の位置が、ロータとステータとの間の比較的小さいクリアランス、たとえばケーシングとコンプレッサホイールとの間のクリアランスラビリンス（図示せず）およびアクシャル軸受間の空隙（図示せず）が、所望のバランスで維持され得るように制御され得る。この情報から、ロータの温度を見積もることも可能である。
【００２５】
磁束の測定の利用が本発明に従う位置センサ１に関して上に示されたが、たとえば容量性測定が本発明に関して適用され得ることは明らかである。したがって、巻線８ａ，８ｂ，８ｃは必要とされず、測定は電気容量の変化を検出することによって行われる。歯付きリングの歯３ａ１，３ａ２，…，３ａ８，３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４，３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４がコンデンサの１つのプレートを形成し、補助リング６はコンデンサの第２のプレートを形成する。補助リング６の電気的特性はシャフト５ａの電気的特性とは異なり、ラジアル方向および軸方向におけるシャフトの位置ずれは電気容量の変化として検出され得る。電気容量の変化は、それ自体では、たとえば電界における変化によって測定され得る。
【００２６】
本発明は、上に示された実施形態だけに限定される訳ではなく、添付の特許請求の範囲内において変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の有利な実施形態に従う位置センサの歯付きリングを斜視図で示す。
【図２】 歯付きリングの円周面の法線方向において、歯付きリングの中央から見た、かつ３６０°回転された図１の歯付きリングの歯を示す。
【図３】 図３ａは、ラジアル方向を測定するための歯の場合において、シャフトおよび歯付きリングの部分に関する詳細を断面図で示し、図３ｂは、第１の差分方向において測定する歯の詳細を断面図で示し、図３ｃは、第２の差分方向において測定する歯の詳細を断面図で示す。
【図４】 図４ａは、本発明の有利な実施形態に従う位置センサに関してラジアル方向を測定するための有利な配列を縮小図で示し、図４ｂは、本発明の有利な実施形態に従う位置センサに関して軸方向を測定するための有利な配列を縮小図で示し、図４ｃは、図４ａおよび図４ｂに従う測定配列に関してブロックを測定するための有利な構造を縮小図で示す。
【図５】 本発明の２つの位置センサがシャフトの熱膨張を補うために使用可能な構成を示す。
【図６】 本発明の第２の有利な実施形態に従う位置センサの歯付きリングを斜視図で示す。

Claims (13)

1. ラジアル方向（Ｘ，Ｙ）および軸方向（Ｚ）における電気機械のロータ（５）の位置を決定する方法であって、ロータ（５）のシャフト（５ａ）の周囲に取付けられる歯付きリング（２）の使用と、実質的にシャフト（５ａ）における歯付きリング（２）の位置に設けられる補助リング（６）の使用とを含み、歯付きリングが少なくとも３組の歯を備え、第１組の歯（３ａ１，３ａ２，…，３ａ８）はラジアル方向（Ｘ，Ｙ）におけるシャフトの移動を測定するために使用され、第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯は軸方向（Ｚ）におけるシャフト（５ａ）の移動を測定するために使用され、第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯が軸方向（Ｚ）に、少なくとも部分的に相互に対して異なる位置に取付けられる、電気機械のロータ（５）の位置を決定する方法において、
   歯付きリングが少なくとも第１部分（２ａ）と第２部分（２ｂ）とから成り、第１組の歯は第１部分（２ａ）のいくつかの歯（３ａ１−〜３ａ８−）および第２部分（２ｂ）のいくつかの歯（３ａ１＋〜３ａ８＋）から成り、歯（３ｂ１〜３ｂ８）が歯付きリングの第１部分（２ａ）に形成され、第３組の歯（３ｃ１〜３ｃ８）が歯付きリングの第２部分（２ｂ）に形成されることを特徴とする方法。
2. 軸方向における補助リング（６）の厚さが、軸方向における歯付きリング（２）の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 軸方向における第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯の厚さが、軸方向における第１組（３ａ１，３ａ２，…，３ａ８）の歯の厚さの実質的に半分であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 軸方向における第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯の厚さが、軸方向における補助リング（６）の厚さと実質的に同一であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法。
5. 軸方向における第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯の厚さが、軸方向における補助リング（６）の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１、２または３に記載の方法。
6. 歯付きリングが磁束を生成し、磁束の変化を測定するための巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ）を備え、補助リング（６）の磁気特性がシャフト（５ａ）の磁気特性と実質的に異なることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の方法。
7. ラジアル方向（Ｘ，Ｙ）および軸方向（Ｚ）における電気機械のロータ（５）の位置を測定するための位置センサ（１）であって、ロータ（５）のシャフト（５ａ）の周囲に取付けられる歯付きリング（２）と、シャフト（５ａ）の実質的に歯付きリング（２）の位置に設けられる補助リング（６）とを含み、歯付きリングが少なくとも３組の歯を含み、第１組の歯（３ａ１，３ａ２，…，３ａ８）はラジアル方向（Ｘ，Ｙ）におけるシャフト（５ａ）の移動を測定するために配置され、第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯は軸方向（Ｚ）におけるシャフト（５ａ）の移動を測定するために配置され、第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯が軸方向（Ｚ）において、少なくとも部分的に相互に対して異なる位置に取付けられる、位置センサ（１）において、
   歯付きリングが少なくとも第１部分（２ａ）と第２部分（２ｂ）とから成り、第１組の歯は第１部分（２ａ）のいくつかの歯（３ａ１−〜３ａ８−）および第２部分（２ｂ）のいくつかの歯（３ａ１＋〜３ａ８＋）から成り、歯（３ｂ１〜３ｂ８）が歯付きリングの第１部分（２ａ）に形成され、第３組の歯（３ｃ１〜３ｃ８）が歯付きリングの第２部分（２ｂ）に形成されることを特徴とする位置センサ（１）。
8. 軸方向における補助リング（６）の厚さが、軸方向における歯付きリング（２）の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の位置センサ（１）。
9. 軸方向における第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯の厚さが、軸方向における第１組（３ａ１，３ａ２，…，３ａ８）の歯の厚さの実質的に半分であることを特徴とする請求項７または８に記載の位置センサ（１）。
10. 軸方向における第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯の厚さが、軸方向における補助リング（６）の厚さと実質的に同一であることを特徴とする請求項７、８または９に記載の位置センサ（１）。
11. 軸方向における第２組（３ｂ１，３ｂ２，３ｂ３，３ｂ４）および第３組（３ｃ１，３ｃ２，３ｃ３，３ｃ４）の歯の厚さが、軸方向における補助リング（６）の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項７、８または９に記載の位置センサ（１）。
12. 歯付きリングが磁束を生成し、磁束の変化を測定するための巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ）を備え、補助リング（６）がシャフト（５ａ）の磁気特性と実質的に異なる磁気特性を有するように配置されることを特徴とする請求項７〜１１のうちのいずれかに記載の位置センサ（１）。
13. ラジアル軸受（１０）が、歯付きリングの第１部分（２ａ）および第２部分（２ｂ）間に取付けられて、ロータの軸受のために用いられることを特徴とする請求項７に記載の位置センサ（１）。

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