径向位置传感器制造技术

用于测量转子(4)在定子(2)内的径向位置的径向位置传感器，包含用于测量所述转子沿第一轴线(X)和垂直于第一轴(X)的第二轴线(Y)在径向上相对于旋转轴线(Z‑Z’)所处位置的测量装置(Z1‑Z4；Z1‑Z8)。所述测量装置包括四个磁极，其中两个磁极(Z1，Z3)沿第一轴线(X)在径向上相对，另外两个磁极(Z2，Z4)沿第二轴线(Y)在径向上相对，被分布于所述定子的内表面的所述四个磁极具有围绕定子整个圆周交替的磁极性(N，S)。作为一种选择，所述测量装置包括八个磁极，其被布置于所述定子的内表面，具有围绕定子整个圆周交替的磁极性(N，S)，所述八个磁极的排布方式使得第一轴线和第二轴线之间的每个磁极偏离最近轴线的角度(A”6)约为30°。

Radial position sensor

For the measurement of the rotor (4) in the stator (2) radial position sensor in the radial position of the rotor, including for measuring along a first axis (X) perpendicular to the first axis and the second axis (X) (Y) in the radial direction relative to the axis of rotation (Z Z) the position measuring device the (Z1 Z4; Z1 Z8). The measuring device comprises four poles, two poles (Z1, Z3) along a first axis (X) relative in the radial direction, the other two poles (Z2, Z4) along the second axis (Y) relative in the radial direction, are distributed on the inner surface of the stator of the four poles with the polarity around the entire circumference of the stator of alternating (N, S). As an alternative, the measuring device comprises eight poles, which is arranged on the inner surface of the stator, with alternating polarity around the entire circumference of the stator (N, S), the arrangement of the eight poles so that each pole between the first axis and the second axis is the nearest axis angle (A 6) is about 30 degrees.

【技术实现步骤摘要】
径向位置传感器
本专利技术涉及一种用于测量转子在定子内的径向位置的径向位置传感器。尤其是，该传感器可以集成在电动旋转机器(electricalrotarymachine)上或者磁浮轴承，两者都包括固定部分(也就是定子)和旋转部分，也就是转子。
技术介绍
图1展示了现有技术中的8极的径向位置传感器。该传感器能够祛除代表转子缺陷中的偶次谐波(evenharmonics)。事实上，转子从来都不是完美的圆柱形状。所述传感器包括八个布置在定子内表面的磁极(magneticpole)。每个磁极由电磁铁形成。所述电磁铁被分成四对。每对电磁铁具有相反的磁极性(magneticpolarity)，并且串联连接。一对电磁铁于是形成偶极子(dipole)。电磁铁的所述磁极性对应于所产生的磁场的方向。在图1中由字母“N”或者“S”表示，各自代表“北”或者“南”。每个电磁铁产生的磁场在空气间隙(airgap)中相对于转子的旋转轴线而言是径向的。如图1中所见的，磁力线相对于偶极子来说是固有的(intrinsic)。所述磁力线为环线，途径偶极子的第一电磁铁、转子的一部分、偶极子的第二电磁铁、以及连接两个电磁铁的定子的一部分。所述磁力线在图1中以箭头表示。四组偶极子由D1、D2、D3和D4表示并线连接为如图2中展示的桥式电路(bridgecircuit)。结果，偶极子D1和D3串联并沿第一轴线X在径向上相对。偶极子D2和D4串联并沿垂直于轴线X的第二轴线Y在径向上相对。所述桥式电路包括偶极子D1到D4两两之间的四个节点A、B、C和D，且在节点A和C之间施以输入电压。E+表示节点A处的电压，E-表示节点C处的电压。Vx和Vy分别表示节点B和D处的电压。转子在X方向上的位移导致偶极子D1和D3的电磁铁产生的磁场的改变。结果，偶极子D1和D3的电磁铁的自感(self-inductance)发生变化，偶极子D1和D3的阻抗也相应地发生变化。这种变化可以根据表征转子沿X轴位移幅度的Vx信号检测到。以同样的方式，Vy信号的测量表征转子沿Y轴位移的幅度。图3展示了一种更为复杂的传感器。该传感器为16极径向位置传感器，包括排列在定子内表面的八对电磁铁。如图1中的径向位置传感器，所述16极径向位置传感器具有两个彼此垂直的测量轴线X和Y，每对电磁铁具有交替的磁极性，一起形成偶极子。D1至D8表示八个偶极子。标记7表示偶极子D1至D8的对称轴线。任何一个偶极子D1至D8的对称轴线7与最近的轴线X或Y限定30°的夹角A7。结果，偶极子D1与D4、D2与D7、D3与D6以及D5与D8的所述对称轴线7之间的夹角都等于120°。与图1中的8极径向位置传感器相比，16极径向位置传感器除了偶次谐波之外，还可以剔除奇次谐波(oddharmonic)，其除以6的欧几里得除法(Euclideandivision)余数为3(3模6次谐波)。该传感器适于大型电气机械。这些谐波代表了转子的表面缺陷。所述八个偶极子线连接成图4中展示的桥式电路。所述桥式电路包括四个在偶极子D1至D8之间的节点A、B、C和D，所述桥式电路由施加在节点A和C之间的输入电压。E+表示节点A处的电压，E-表示节点C处的电压。Vx和Vy分别表示节点B和D处的电压。偶极子D4和D5串联在节点A和B之间，偶极子D1和D8串联在节点B和C之间，节点D3和D2串联在节点C和D之间，偶极子D7和D6串联在节点D和A之间。节点B处的电压Vx的测量可以推算出沿X轴的转子位移，节点D处的电压Vy的测量可以推算出沿Y轴的转子位移。因为需要绕卷的线圈数量，这些已知的径向位置传感器难以制造。进一步的，线圈距离彼此太近，以致难以进行自动化的绕卷。结果，绕卷过程很费时。例如，需要花费约两天来绕卷8极径向位置传感器的全部线圈。另外，这还引起相互连接的可靠性问题。
技术实现思路
本专利技术旨在通过提出一种提供相同的测量精度却更容易制造的径向位置传感器来解决上述缺点。了这个目的，本专利技术涉及一种按照权利要求1所述的径向位置传感器。得益于本专利技术，为获得类似的测量精度，所述传感器具有比现有技术的径向位置传感器要少两倍的电磁铁。从而也就少绕卷两倍的线圈以及使用更少的铜。进一步的，线圈与彼此之间的间隔更大，从而绕卷工作可以自动化地执行。此外，所述传感器对于转子表面缺陷的敏感性更低。所述传感器在线性、敏感性和耗能方面相比于现有技术相应的传感器具有相同的性能。换句话说，按照本专利技术的8极径向位置传感器可以代替现有技术中的16极径向位置传感器而按照本专利技术的4极径向位置传感器可以代替现有技术中的8极径向位置传感器。本专利技术有利的而非必要的进一步的方面在权利要求2至9中详细说明。本专利技术还涉及一种如权利要求10中限定的电气旋转机械。本专利技术还涉及一种如权利要求11中限定的磁浮轴承(magneticbearing)。附图说明下面对照图1至8对本专利技术进行解释，在图中：-图1展示了第一个现有技术中的径向位置传感器，-图2展示了与图1中的径向位置传感器相关的桥式电路，-图3展示了第二个现有技术中的径向位置传感器，-图4展示了与图3中的径向位置传感器相关的桥式电路，-图5展示了按照本专利技术的径向位置传感器的第一实施例，-图6展示了与图5中传感器相关的桥式电路，-图7展示了按照本专利技术的径向位置传感器的第二实施例，-图8展示了与图7中传感器相关的桥式电路。具体实施方式图5展示了测量转子4在定子2中的径向位置的径向位置传感器。所述转子4由铁磁材料制成。所述传感器包括四极。每个极由电磁铁Z1、Z2、Z3或者Z4形成。所述电磁铁Z1、Z2、Z3和Z4排列在定子2内表面。所述传感器也就是一种四极径向位置传感器。如图1中的传感器，本传感器能够排除转子缺陷中的偶谐波典型。事实上，转子不会是完全的圆柱形。电磁铁Z1、Z2、Z3和Z4各自包括图中未标识的线圈，所述线圈绕卷在铁芯6上，相对于定子2的内表面向内突出。每个线圈具有相同的匝数。这个匝数与现有技术的传感器的线圈匝数相同。电磁铁Z1至Z4具有围绕定子2整个圆周交替的磁极性N、S且相互之间夹角为90°。这意味着在沿圆周方向(peripheraldirection)首尾相连的任何连续的磁极(pole)具有相反的极性，分别是北(North)和南(South)。所述圆周方向由图中未标示的转子4旋转轴线Z-Z’的直辐射方向矢量(orientationvectororthoradialtoarotationaxisZ-Z’，即以Z-Z’为旋转轴线的圆所代表的方向)限定。电磁铁的所述磁极性由经过电磁铁的线圈中的电流的方向确定。在图5的实施例中，磁极Z1至Z4在圆周方向上均匀地分布。磁极Z1和Z3沿轴线X在径向上相对，磁极Z2和Z4沿垂直于轴线X的轴线Y在径向上相对。轴线X和Y均垂直于轴线Z-Z’。电磁铁Z1至Z4线连接为如图6所示的桥式电路。正如该图中所见的，电磁铁Z1和Z3串联，电磁铁Z2和Z4串联。所述桥式电路包括在磁极Z1至Z4之间的四个节点A、B、C和D并由在节点A和C之间施以输入电压。E+表示节点A处的电压，E-表示节点C处的电压。所述输入电压为节点A和C之间的电压差。该输入电压为具有约等于20kHz的频率的正弦信号。Vx和Vy分别表示节点B和本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量转子(4)在定子(2)内径向位置的径向位置传感器，包含用于测量所述转子沿第一轴线(X)和垂直于第一轴(X)的第二轴线(Y)在径向上相对于旋转轴线(Z‑Z’)所处位置的测量装置(Z1‑Z4；Z1‑Z8)，其特征在于，所述测量装置包括：四个磁极(Z1‑Z4)，其中两个磁极(Z1、Z3)沿第一轴线(X)在径向上相对，另外两个磁极(Z2、Z4)沿第二轴线(Y)在径向上相对，所述四个磁极分布于所述定子的内表面，具有围绕定子的整个圆周交替设置的磁极性(N、S)；或者八个磁极(Z1‑Z8)，分布于所述定子的内表面，具有围绕定子的整个圆周交替设置的磁极性(N、S)，所述八个磁极的排布方式使得第一轴线和第二轴线之间的每个磁极偏离最近轴线的角度(A”6)约为30°。

【技术特征摘要】
2015.09.09 EP 15306373.01.用于测量转子(4)在定子(2)内径向位置的径向位置传感器，包含用于测量所述转子沿第一轴线(X)和垂直于第一轴(X)的第二轴线(Y)在径向上相对于旋转轴线(Z-Z’)所处位置的测量装置(Z1-Z4；Z1-Z8)，其特征在于，所述测量装置包括：四个磁极(Z1-Z4)，其中两个磁极(Z1、Z3)沿第一轴线(X)在径向上相对，另外两个磁极(Z2、Z4)沿第二轴线(Y)在径向上相对，所述四个磁极分布于所述定子的内表面，具有围绕定子的整个圆周交替设置的磁极性(N、S)；或者八个磁极(Z1-Z8)，分布于所述定子的内表面，具有围绕定子的整个圆周交替设置的磁极性(N、S)，所述八个磁极的排布方式使得第一轴线和第二轴线之间的每个磁极偏离最近轴线的角度(A”6)约为30°。2.根据权利要求1所述的径向位置传感器，其特征在于，所述磁极的排列方式使得圆周方向上任何连续的磁极通过互感耦合。3.根据权利要求1或2所述径向位置传感器，其特征在于，每个所述磁极均由电磁铁(Z1-Z4；Z1-Z8)形成。4.根据权利要求3所述的径向位置传感器，其特征在于，所述偏离角度(A”6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔奎姆·达·希尔瓦，伊夫·杜普伊斯，
申请(专利权)人：斯凯孚磁浮机电有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR