TWI806228B - 用於高速旋轉機械的感測器裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於高速旋轉機械的感測器裝置，包括旋轉體以及感測器元件組合。旋轉體包括導磁環與定位特徵。導磁環包括徑向位移感測區以及轉速感測區，且定位特徵設置於轉速感測區。感測器元件組合包括四徑向位移感測器以及二轉速感測器。徑向位移感測器為一雙探頭型感測器，轉速感測器為雙探頭型感測器或一四探頭型感測器，透過不同型態的轉速感測器與徑向位移感測器的配置來計算旋轉體轉速及轉向。

Description

用於高速旋轉機械的感測器裝置
本揭露是有關於一種用於高速旋轉機械的感測器裝置。
一般用於高速旋轉機械之感測器可分為渦電流型(eddy current)與感應型(inductive)，若要進行多用途感測，則屬感應型較為合適。
在磁浮離心式壓縮機的應用中，高功率兼高速度的馬達配合磁浮軸承無接觸懸浮，使離心機性能達到高效率且節能。然而，任何轉軸都無法做到完全同心，雖然轉軸會動平衡消除不平衡力所有發的震動，但是高轉速下的震動只能依靠磁浮軸承控制。因此，在高速運轉下為了抑制偏心所產生的振動，磁浮控制需要得到精確的轉速訊號。一般感測器探頭配置、感測訊號線走線與感測訊號電路設計過於複雜，導致零件成本與製作時間增加。因此，如何改良或提供感測器裝置來改善上述所遭遇到的問題，將是業界所要解決之課題。
本揭露提供一種用於高速旋轉機械的感測器裝置，提供多種不同型態的轉速感測器與徑向位移感測器的配置，維持轉速感測的穩定性並降低電路設計複雜性，並能針對旋轉體的空間狹小、旋轉體與感測器間隙過大等不同的場合來應用。
本揭露之一實施例提供一種用於高速旋轉機械的感測器裝 置，包括一旋轉體以及一感測器元件組合。旋轉體包括一導磁環與至少一定位特徵。導磁環包括一徑向位移感測區以及一轉速感測區，且至少一定位特徵設置於轉速感測區，且至少一定位特徵之表面不同於導磁環之表面。感測器元件組合包括四徑向位移感測器以及二轉速感測器。這些徑向位移感測器分別布置旋轉體之周圍，且各徑向位移感測器之位置對應於徑向位移感測區之位置，各徑向位移感測器分別與導磁環保持一徑向氣隙間距，其中徑向位移感測器為一雙探頭型感測器。這些轉速感測器分別布置於旋轉體之周圍，且這些轉速感測器相鄰於這些徑向位移感測器，轉速感測器之位置對應於轉速感測區之位置。轉速感測器為雙探頭型感測器或一四探頭型感測器。
基於上述，在本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置，利用兩個轉速感測器的輸出訊號，透過差動電路產生脈波，量測脈波頻率即可計算旋轉體轉速及轉向，並提供多種不同型態的轉速感測器與徑向位移感測器的配置，維持轉速感測的穩定性並降低電路設計複雜性，並能針對旋轉體的空間狹小、旋轉體與感測器間隙過大等不同的場合來應用。
為讓本揭露能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
50:不導磁座體
52A:第一組裝槽
52B:第二組裝槽
52C:第三組裝槽
60:鎖固元件
100,200,300,400:用於高速旋轉機械的感測器裝置
110:旋轉體
112,112A:導磁環
114:定位特徵
120:雙探頭型感測器
122:導磁金屬塊
122A:鎖孔
124A,124B:線圈
126A,126B:探頭
130,130A,130B:四探頭型感測器
132,134,136:導磁金屬塊
136A,136B,136C,136D:線圈
138A,138B,138C,138D:探頭
AX:軸向方向
a:徑向位移感測器
a1,a2,b1,b2:轉速感測器
d:差異距離
d1:第一距離
d2:第二距離
L1,L2,L3,L4:組裝方向
E+,E-:電場
G1,G11:徑向位移感測區
G2,G12:轉速感測區
H1,H2,H3,H4:寬度
RA:徑向方向
POS X:X方向位移訊號
POS Y:Y方向位移訊號
PUL A:第一脈衝訊號
PUL B:第二脈衝訊號
S1:頂面
S2:表面
X:第一方向
Y:第二方向
第1圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置一實施例的立體圖。
第2圖為第1圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。
第3圖為雙探頭型感測器的示意圖。
第4圖為轉速位移感測器與導磁環的示意圖。
第5圖為第1圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產生之架構圖。
第6圖為第1圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的示意圖。
第7圖為用於高速旋轉機械的感測器裝置中導磁環有不同材質的示意圖。
第8圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置另一實施例的立體圖。
第9圖為第8圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。
第10圖為第8圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產生之架構圖。
第11圖為第8圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的示意圖。
第12圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置又一實施例的立體圖。
第13圖為第12圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。
第14A圖為第12圖的四探頭型感測器的示意圖。
第14B圖為第12圖的四探頭型感測器的分解圖。
第15A圖為四探頭型感測器的另一實施例的示意圖。
第15B圖為四探頭型感測器的又一實施例的示意圖。
第16圖為第12圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產生之架構圖。
第17圖為第12圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的 示意圖。
第18圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置再一實施例的立體圖。
第19圖為第18圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。
第20圖為第18圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產生之架構圖。
第21圖為第18圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的示意圖。
以下結合附圖和實施例，對本揭露的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本揭露的技術方案，而不能以此限制本揭露的保護範圍。
需說明的是，在各個實施例的說明中，所謂的「第一」、「第二」係用以描述不同的元件，這些元件並不因為此類謂辭而受到限制。此外，為了說明上的便利和明確，圖式中各元件的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，且各元件的尺寸並未完全為其實際的尺寸，並非用以限定本揭露可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本揭露所能產生之功效及所能達成之目的下，均仍應落在本揭露所揭示之技術內容涵蓋之範圍內。
第1圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置一實施例的立體圖。第2圖為第1圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。請先參閱第1圖與第2圖。在本實施例中，用於高速旋轉機械(high speed rotation machine)的感測器裝置100所述高速旋轉機械例如為磁浮 離心。
在本實施例中，用於高速旋轉機械(high speed rotation machine)的感測器裝置100所述高速旋轉機械例如為磁浮離心式冰水機(high efficiency centrifugal chiller)、離心式壓縮機(centrifugal compressor)、等應用，高速旋轉機械之內有配置磁浮主軸high speed spindle with magnetic bearing)，磁浮主軸包括高速電機、前徑向軸承、後徑向軸承、前軸向軸承、後軸向軸承，使得磁浮主軸能執行無接觸式自旋運動。
在本實施例中，用於高速旋轉機械的感測器裝置100包括一旋轉體110以及感測器元件組合，在此實施例中，感測器元件組合包括四個徑向位移感測器a以及二個轉速感測器a1、a2。旋轉體110包括一導磁環112與至少一定位特徵114，其中在旋轉體110上有一軸向方向AX與一徑向方向RA(徑向方向RA如同直徑，有多種直徑方向，皆垂直於軸向方向AX)。導磁環112為設於旋轉體110之外表面或凸出於旋轉體110之外表面的一元件，導磁環112包括一徑向位移感測區G1(圓環外表面)以及一轉速感測區G2，其中為了便於理解，第1圖的徑向位移感測區G1與轉速感測器G2之間以虛線分開，徑向位移感測區G1相鄰於轉速感測區G2且互相連接，且定位特徵114設置於轉速感測區G2，且該定位特徵114之表面不同於導磁環112之表面，以供旋轉體110旋轉時提供改變氣隙的特徵。舉例而言，定位特徵114之表面低於導磁環112之表面，可用溝槽、切平面或齒型的型態來呈現出該定位特徵114。
在本實施例中，這四個徑向位移感測器a分別布置旋轉體110之周圍，且每個徑向位移感測器a之位置對應於徑向位移感測區G1之位置。詳細而言，併參第1圖與第2圖，這四個徑向位移感測器a以等間距 的方式排列於導磁環112之不同位置，徑向位移感測器a分別與導磁環112保持徑向氣隙間距，其中這些徑向位移感測器a中的其中二個徑向感測器a沿旋轉體110之徑向方向RA上對向設置，作為徑向方向中第一方向X，另外二個徑向感測器a沿徑向方向RA上對向設置，作為徑向方向RA中第二方向Y，第一方向X與第二方向Y互相垂直，亦即任2個徑向位移感測器a在同一直徑(導磁環112的直徑)位置上相對配置，也就是徑向方向RA中第一方向X與第二方向Y分別使用2個徑向位移感測器a作差動，其利用位置差動偵測原理，於二徑向位移感測器a的轉軸不同心時，利用位置變化的不同來產生二徑向位移感測器a的電壓差，進而產生差動訊號。
在本實施例中，徑向位移感測器a為雙探頭型感測器120，如第3圖所示，雙探頭型感測器120包括一導磁金屬塊122、二線圈124A、124B、二探頭126A、126B。導磁金屬塊122上具有兩個鎖孔122A，以供固定於如第6圖的不導磁座體50上。探頭126A、126B分別連接導磁金屬塊122，這兩個線圈124A、124B分別環繞於導磁金屬塊122，且探頭126A、126B突出於兩線圈124A、124B之一側。需說明的是，本揭露的一些實施例中，雙探頭型感測器120並非是習知技術的環型矽鋼片的架構，而僅是採用環型矽鋼片中的其中一個單體(單段結構)作為導磁金屬塊122，藉此減少零件數量，線圈124A、124B通電後可以在導磁金屬塊122與旋轉體110之間形成單一磁路。
第1圖所示，在本實施例中，這兩個轉速感測器a1、a2分別布置於旋轉體110之周圍，且轉速感測器a1、a2的位置不同於這些徑向位移感測器a的位置，轉速感測器a1、a2相鄰於這些徑向位移感測器a，其中轉速感測器a1、a2磁頭(如第3圖探頭126A、126B)的組裝方向L1係沿 著旋轉體110的徑向方向RA，徑向位移感測器a磁頭(如第3圖探頭126A、126B)的組裝方向L2係沿著旋轉體110的徑向方向RA，且任一轉速感測器a1、a2的組裝方向L1平行於任一個該些徑向位移感測器a的組裝方向L2，亦即軸向方向AX上並排。轉速感測器a1、a2之位置對應於轉速感測區G2之位置。
詳細而言，轉速感測器a1、a2在此實施例為雙探頭型感測器120，轉速感測器a1、a2位於一部分徑向位移感測器a(如第1圖下方的兩個徑向位移感測器a)之間，且轉速感測器a1、a2能與另一部分徑向位移感測器a(如第1圖上方的兩個徑向位移感測器a)以軸向方向AX成對配置之方式，且轉速感測器a1、a2的組裝方向平行於徑向位移感測器a的組裝方向。由此可知，本實施例的轉速感測器a1、a2跟徑向位移感測器a合併組裝空間，可以簡化整體感測器機構的設計，降低製造成本及製作時間。
在本實施例中，轉速感測器a1、a2分別與導磁環112維持一部分之徑向氣隙間距，參酌第4圖，第4圖為轉速感測器與導磁環的示意圖，此處敘述並不限定轉速感測器的組裝方向，主要示意定位特徵與氣隙的作用，例如轉速感測器的探頭皆位於單轉速感測區G2上；或是跨區域感測，亦即同感測器的探頭分別位於徑向位移感測區G1與轉速感測區G2上；或是四探頭型感測器的探頭分別位於徑向位移感測區G1與轉速感測區G2上。在一實施例中，轉速感測器a1、a2(此實施例為雙探頭型感測器120)，從探頭126A(或探頭126B)的底部至導磁環112的頂面S1為一第一距離d1，定位特徵114為凹陷於導磁環112之表面的一溝槽，轉速感測器a1、a2(此實施例為雙探頭型感測器120)，與定位特徵114之底面之間相隔一第二距離d2，第一距離d1與第二距離d2二者的差異等於一差異 距離d，該差異距離d為定位特徵114之表面S1與導磁環112之頂面S2的距離，此差異距離d會透過差動電路(差動放大器)產生一差動訊號以及其對應的電壓脈波，進而計算電壓脈波的週期並換算成速度/轉速，此差異距離d可依據實際磁路配置來調整。導磁環112會與轉速感測器a1、a2(此實施例為雙探頭型感測器120)形成封閉的磁路，並藉由定位特徵114，使旋轉體110在旋轉時能與轉速感測器a1、a2形成突出於徑向氣隙間距的氣隙間距。
第5圖為第1圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產生之架構圖。在此實施例的架構圖中，徑向方向中的第一方向X的兩個徑向位移感測器a的不同位置，可透過感測器電路差動放大器，產生對應這兩個徑向位移感測器a的不同的電壓，進而產生電壓差動訊號。因此可透過兩個徑向位移感測器a作差動訊號，得到一X方向位移訊號POS X，同理，第二方向Y可透過另兩個徑向位移感測器a作差動訊號而得到一Y方向位移訊號POS Y。轉速訊號方面，其也是將成對的感測器透過差動放大器產生訊號，只是轉速訊號的放大倍率比徑向訊號的放大倍率更大，轉速感測器a1可配合徑向位移感測器a作差動訊號，而可得到一第一脈衝訊號PUL A，轉速感測器a2可配合徑向位移感測器a作差動訊號，而可得到一第二脈衝訊號PUL B，其中第一脈衝訊號PUL A與第二脈衝訊號PUL B分別代表不同方向的轉速訊號，而後再經由計算得到二電場E+、E-之差異，維持轉速感測的穩定性並降低電路設計複雜性。在另一實施例中，亦可直接將轉速感測器a1與轉速感測器a2作差動訊號而得到相對應的轉速訊號，旋轉體112具有兩個定位特徵114，當旋轉體112轉動時，透過第一個定位特徵114的轉速感測器a1可以產生第一脈衝訊號PUL A，通過第二個定位特徵114的轉速感測器a2可以產生第二脈衝訊號 PUL B，此第一脈衝訊號PUL A與第二脈衝訊號PUL B的時間差，能作為判斷旋轉體112轉向之用。
在此配置的方式下，本揭露的一些實施例用於高速旋轉機械的感測器裝置100，利用兩個轉速感測器a1,a2的輸出訊號，透過差動電路(差動放大器，一種將兩個輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器)產生脈波，量測脈波頻率即可計算旋轉體110轉速及轉向，維持轉速感測的穩定性並降低電路設計複雜性，且轉速感測器a1、a2跟徑向位移感測器a合併組裝空間，能在旋轉體110的空間狹小運作。
此外，如第6圖所示，第6圖為第1圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的示意圖。本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置100更包括一不導磁座體50。不導磁座體50可位於如第1圖之旋轉體110之外，徑向位移感測器a與轉速感測器a1、a2分別設於不導磁座體50。在一實施例中，不導磁座體50例如為一鋁座。不導磁座體50可包含多個第一組裝槽52A，其中第一組裝槽52A的數量、尺寸與型態可端視實際徑向位移感測器a與轉速感測器a1、a2的數量、尺寸與組裝型態而擇定。舉例而言，本實施例是將徑向位移感測器a與轉速感測器a1、a2分別裝設於對應的第一組裝槽52A之內，其中第一組裝槽52A的尺寸大致是依據徑向位移感測器a與轉速感測器a1、a2之尺寸來調整，於同一第一組裝槽52A之內，徑向位移感測器a位於第一組裝槽52A之下方，其對應的第一組裝槽52A之下方寬度H2；轉速感測器a1、a2位於第一組裝槽52A之上方，其對應的第一組裝槽52A之上方寬度H1，寬度H1等於寬度H2。接著，透過鎖固元件60來固定徑向位移感測器a與轉速感測器a1、a2，綜合言之，各感測器位於同一圓周上。舉例而言，可將鎖固元件60穿過如第3圖的導磁金屬塊122的鎖孔122A，以進行鎖固的動作。
請復參閱第1圖，導磁環112的材質為一導磁材料或一導電金屬材料。進一步而言，徑向位移感測區G1對應徑向位移感測器a，此徑向位移感測區G1因為要使徑向位移感測器a對氣隙更靈敏，因此徑向位移感測區G1材質為導磁材料(例如矽鋼片、純鐵)；轉速感測區G2對應轉速感測器a1、a2，轉速感測區G2之材質可為導磁材料或是一般金屬環。由此可知，徑向位移感測區G1的材質可與轉速感測區G2的材質相同，均為導磁材料，使得導磁環112為一導磁金屬環，即旋轉體110可以整合成共用導磁環設計。
在另一實施例中，如第7圖所示，導磁環112A中的徑向位移感測區G11的材質與轉速感測區G12的材質不同，徑向位移感測區G11的材質為導磁材料，而為一導磁金屬環；轉速感測區G12的材質為金屬，而為一不導磁金屬環，故徑向位移感測區G11與轉速感測區G12為異質連接。
第8圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置另一實施例的立體圖。第9圖為第8圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。請參閱第8圖與第9圖。本實施例與第1圖至第7圖的差異在於：本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置200中的轉速感測器a1、a2的配置位置，其中轉速感測器a1、a2磁頭(如第3圖探頭126A、126B)的組裝方向L3係平行於軸向方向AX，且轉速感測器a1、a2橫跨徑向位移感測區G1與轉速感測區G2，轉速感測器a1、a2磁頭線圈通電激磁後，會與導磁環112形成封閉磁路，其磁路平行於軸向方向AX，且垂直於徑向方向RA；徑向位移感測器a磁頭(如第3圖探頭126A、126B)的組裝方向L4係沿著旋轉體110的徑向方向RA。
第10圖為第8圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產 生之架構圖。在此實施例的架構圖中，徑向方向中的第一方向X可透過兩個徑向位移感測器a作差動訊號而得到一X方向位移訊號POS X，第二方向Y可透過另兩個徑向位移感測器a作差動訊號而得到一Y方向位移訊號POSY。轉速訊號方面，不同於第5圖，本實施例是藉由兩個轉速感測器a1、a2作差動訊號，轉速感測器a1、a2的線圈激磁後，會產生磁路穿越徑向位移感測區G1與轉速感測區G2，當磁路接觸到定位特徵114，因為第一距離d1突然又增加差異距離d，轉速感測器a1會偵測到定位特徵114，同時轉速感測器a2維持第一距離d1，兩者經過差動電路產生第一脈衝訊號PUL A，另外第二脈衝訊號PUL B產生以此類推，而可得到第一脈衝訊號PUL A與第二脈衝訊號PUL B，仍具有達到簡易架構的效果，並維持轉速感測的穩定性並降低電路設計複雜性。
此外，第11圖為第8圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的示意圖，參酌第8圖、第9圖與第11圖，轉速感測器a1、a2的組裝方向垂直於徑向位移感測器a的組裝方向，其中轉速感測器a1、a2磁頭(如第3圖探頭126A、126B)係平行於軸向方向AX，徑向位移感測器a磁頭(如第3圖探頭126A、126B)係平行於徑向方向RA，綜合言之，各感測器位於同一圓周上。不導磁座體50除了前述的第一組裝槽52A以外，配合轉速感測器a1、a2，設計不同於第一組裝槽52A尺寸與型態的第二組裝槽52B，其中第一組裝槽52A的寬度H1大於第二組裝槽52B的寬度H4，除了徑向位移感測器a仍同第6圖係以鎖固元件60鎖固以外，本實施例的轉速感測器a1、a2可置放於第二組裝槽52B之內，並以點膠方式固定，換言之，本實施例能配合轉速感測器a1、a2與徑向位移感測器a的設置方式而具有不同的固定方式(如鎖固定或點膠)。
第12圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置又一實 施例的立體圖。第13圖為第12圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正面示意圖。本實施例與第8圖至第11圖的差異在於：本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置300中的轉速感測器b1、b2為一四探頭型感測器130，作為四探頭型感測器130的轉速感測器b1、b2位於徑向位移感測器a之間。
第14A圖為第12圖的四探頭型感測器的示意圖。第14B圖為第12圖的四探頭型感測器的分解圖。請參閱第12圖至第14B圖，四探頭型感測器130包括導磁金屬塊132、134、136、線圈136A、136B、136C、136D、探頭138A、138B、138C、138D，其中導磁金屬塊132、線圈136A、136B與探頭138A、138B構成一個雙探頭型感測器(即同第3圖或第12圖的雙探頭型感測器120)，而導磁金屬塊134、線圈136C、136D與探頭138C、138D構成另一個雙探頭型感測器，導磁金屬塊136連接於兩個雙探頭感測器之導磁金屬塊132、134之間，導磁金屬塊134不具有探頭。線圈136A、136B、136C、136D通電後可以在導磁金屬塊132、134、136與旋轉體110之間形成複數磁路，兩線圈136A、136B或136C、136D產生的磁路、以及雙探頭型感測器中導磁金屬塊132、134、136之間跨越的磁路。四探頭感測器130之線圈之數量範圍為二個至四個之間，四探頭感測器130最多可以組裝四個線圈136A、136B、136C、136D，有纏繞線圈136A、136B、136C、136D就會產生磁動勢，未有線圈的位置就不會產生磁動勢，當然可依據實際狀況來調整線圈的數量，如第15A圖的四探頭感測器130A組裝二個線圈136B、136D，如第15B圖的的四探頭感測器130B組裝三個線圈136A、136B、136D。藉由不同的數量的線圈串聯可以形成複數的封閉磁路及電感範圍變化，四探頭型感測器130、130A、130B可以組合出不同電感大小的探 頭，具有組裝便利性，且對於不同的材質的旋轉體110應用，在有限的空間及架構，幫助電路調配適合的諧震點。
第16圖為第12圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置的訊號產生之架構圖。在此實施例的架構圖中，徑向方向中的第一方向X可透過兩個徑向位移感測器a作差動訊號而得到一X方向位移訊號POS X，第二方向Y可透過另兩個徑向位移感測器a作差動訊號而得到一Y方向位移訊號POS Y。轉速訊號方面，不同於第10圖，本實施例是藉由兩個作為四探頭感測器130的轉速感測器b1、b2會產生磁路同時跨越徑向位移感測區G1與轉速感測區G2，當跨越轉速感測區G2的定位特徵114時，四探頭感測器130的轉速感測器b1、b2會連同徑向位移感測區G1與轉速感測區G2合併產生一電感訊號(電磁感應訊號)，進而作差動訊號，而可得到第一脈衝訊號PUL A與第二脈衝訊號PUL B。
此外，第17圖為第12圖的徑向位移感測器與轉速感測器組裝於不導磁座體的示意圖，參酌第12圖、第13圖與第17圖，相較於前述第11圖的組裝方式，差異僅在於：本實施例的轉速感測器b1、b2為四探頭感測器130，其可置放於第三組裝槽52C之內，並以點膠方式固定，換言之，本實施例能配合轉速感測器b1、b2與徑向位移感測器a的設置方式而具有不同的固定方式(如鎖固定或點膠)。另外，轉速感測器b1、b2磁頭(如第3圖探頭126A、126B)係平行於徑向方向RA，徑向位移感測器a磁頭(如第3圖探頭126A、126B)係平行於徑向方向RA，綜合言之，各感測器位於同一圓周上，其中第一組裝槽52A的寬度H1等於第三組裝槽52C的寬度H3。
第18圖為本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置再一實施例的立體圖。第19圖為第18圖的用於高速旋轉機械的感測器裝置之正 面示意圖。本實施例與第12圖至第17圖的差異在於：本揭露的用於高速旋轉機械的感測器裝置400中的轉速感測器b1、b2的組裝方向平行於徑向位移感測器a的組裝方向，其中轉速感測器b1、b2磁頭(如第14圖探頭138A、138B、138C、138D)係沿著旋轉體110的徑向方向RA，徑向位移感測器a磁頭(如第3圖探頭126A、126B)係沿著旋轉體110的徑向方向RA，也就是轉速感測器b1、b2磁頭與徑向位移感測器a磁頭的組裝方向垂直於軸向方向AX，綜合言之，各感測器位於同一圓周上。因此，如第20圖架構圖的計算方式是與第16圖類同。但在第21圖中，不同於前述第17圖，本實施例的轉速感測器b1、b2置放於第一組裝槽52A之內，並以鎖固方式固定。
綜上所述，依據本揭露的一些實施例，利用兩個轉速感測器的輸出訊號，透過差動電路產生脈波，量測脈波頻率即可計算旋轉體轉速及轉向(本揭露有兩個轉速感測器，可個別產生兩組有先後順序的脈波，透過比較脈波的順序可以判斷轉向，透過觀察脈波頻率可以計算轉速)，並提供多種不同型態的轉速感測器與徑向位移感測器的配置，維持轉速感測的穩定性並降低電路設計複雜性，並能針對旋轉體的空間狹小、旋轉體與感測器間隙過大等不同的場合來應用。
再者，本揭露的一些實施例，藉由不同的數量的線圈串聯可以形成複數的封閉磁路及電感範圍變化，四探頭型感測器可以組合出不同電感大小的探頭，具有組裝便利性，且對於不同的材質的旋轉體應用，在有限的空間及架構，幫助電路調配適合的諧震點。
雖然本揭露的一些實施例已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:用於高速旋轉機械的感測器裝置 110:旋轉體 112:導磁環 114:定位特徵 120:雙探頭型感測器 AX:軸向方向 a:徑向位移感測器 a1,a2:轉速感測器 G1:徑向位移感測區 G2:轉速感測區 RA:徑向方向 L1,L2:組裝方向

Claims (19)

  1. 一種用於高速旋轉機械的感測器裝置，包括： 一旋轉體，包括一導磁環與至少一定位特徵，其中該導磁環包括一徑向位移感測區以及一轉速感測區，且該至少一定位特徵設置於該轉速感測區，且該至少一定位特徵之表面不同於該導磁環之表面；以及 一感測器元件組合，包括： 四徑向位移感測器，分別布置該旋轉體之周圍，且各該徑向位移感測器之位置對應於該徑向位移感測區之位置，各該徑向位移感測器分別與該導磁環保持一徑向氣隙間距，其中各該徑向位移感測器為一雙探頭型感測器；及 二轉速感測器，分別布置於該旋轉體之周圍，且各該轉速感測器相鄰於該些徑向位移感測器，各該轉速感測器之位置對應於該轉速感測區之位置，其中各該轉速感測器為該雙探頭型感測器或一四探頭型感測器。
  2. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該雙探頭型感測器包括一導磁金屬塊以及二線圈，該二線圈分別環繞於該導磁金屬塊。
  3. 如請求項2所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該四探頭型感測器包括兩該雙探頭型感測器與另一導磁金屬塊，該導磁金屬塊連接於兩該雙探頭感測器之間。
  4. 如請求項3所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該四探頭型感測器中的該線圈之數量範圍為二個至四個之間。
  5. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該些轉速感測器的組裝方向平行於該些徑向位移感測器的組裝方向。
  6. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該些轉速感測器的組裝方向垂直於該些徑向位移感測器的組裝方向。
  7. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該些徑向位移感測器以等間距的方式排列於該導磁環之不同位置，該些徑向位移感測器中的二徑向感測器沿該旋轉體之一徑向方向上對向設置，該些徑向位移感測器中的另二徑向感測器沿該徑向方向上對向設置。
  8. 如請求項7所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中當各該轉速感測器為該雙探頭型感測器時，各該轉速感測器位於一部分該些徑向位移感測器之間，且各該轉速感測器能與另一部分該些徑向位移感測器以軸向方向配置，且該些轉速感測器的組裝方向平行於該些徑向位移感測器的組裝方向。
  9. 如請求項7所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中當各該轉速感測器為該雙探頭型感測器時，該些轉速感測器位於該些徑向位移感測器之間，且該些轉速感測器的組裝方向垂直於該些徑向位移感測器的組裝方向。
  10. 如請求項7所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中當各該轉速感測器為該四探頭型感測器時，該些轉速感測器位於該些徑向位移感測器之間。
  11. 如請求項10所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該些轉速感測器的組裝方向垂直於該些徑向位移感測器的組裝方向。
  12. 如請求項10所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該些轉速感測器的組裝方向平行於該些徑向位移感測器的組裝方向。
  13. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該至少一定位特徵之表面低於該導磁環之表面。
  14. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該導磁環的材質為一導磁材料或一導電金屬材料。
  15. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該徑向位移感測區的材質與該轉速感測區的材質相同。
  16. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該徑向位移感測區的材質與該轉速感測區的材質不同。
  17. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中該徑向位移感測區為一導磁金屬環，該轉速感測區為一導磁金屬環或一不導磁金屬環。
  18. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，更包括： 一不導磁座體，位於該旋轉體之外，各該徑向位移感測器與各該轉速感測器分別設於該不導磁座體。
  19. 如請求項1所述的用於高速旋轉機械的感測器裝置，其中任兩個該些徑向位移感測器係產生一差動訊號以得到一方向位移訊號，該些轉速感測器藉由該至少一定位特徵產生一電壓脈波，進而計算該電壓脈波的週期並換算成一轉速。
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