专利名称：机械加工主轴速度探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及钻床主轴(drilling spindle)速度探测器以及含有这样的速度探测器的钻床主轴。本发明还涉及除钻床主轴以外的其它类型的机械加工主轴(machining spindle)，例如，磨削主轴，以及用于这样的机械加工主轴的速度探测器。
通常，钻床主轴包括用于检测承载钻具的转轴(shaft)的转速的探测器，该探测器作为用于控制驱动转轴的马达的反馈机构的一部分。该系统使钻孔转轴(drilling shaft)可被控制在合适的转动速率，并能够有助于提高用来驱动转轴的马达的效率，和/或保护该马达的完整性。
在至少一些现有的钻床主轴中，使用一种利用磁阻传感器的速度传感器。
图1中示意性地示出了这样一种常规速度探测器的略图。此处，要被检测转速的部分是齿轮1或其它凹口金属部分。在齿轮1附近设置永磁体2，并在永磁体2和齿轮1之间配置磁阻传感器3。这样，磁阻传感器3位于由永磁体2产生的磁场中。为了从磁阻传感器3获得输出，在该磁阻传感器两端施加一个电压，并且由于由永磁体2产生的磁场的存在，输出电压被检查到。当齿轮1旋转时，由于金属部分中的齿或凹口起调节磁场的作用，由磁阻传感器3检查到的磁场变化。所检测到的磁场的这些变化引起磁阻传感器3的输出的变化。因此，如果监测并分析这些变化，“看到”经过传感器3的每个凹口是可能的，因此确定旋转齿轮1的速度是可能的。
在这样的常规速度探测器中，磁阻传感器3的输出被直接馈送到控制电子电路，该控制电子电路被用来控制驱动转轴的马达的运行。
许多种问题与这样的现有速度探测器有关。首先，如果要获得任何有用输出，必须精心地选择传感器3和磁体2相对于旋转金属部分1的位置和它们的间距。此外，磁阻传感器的输出阻抗往往会非常高，使得在传感器的输出上接入的任何负载将往往会减小信号电压。这就意味着在离用于控制驱动转轴的马达的控制电路相对远的位置上获得有用信号可能是困难的。
这样的速度探测器常常被设置于在钻床主轴内提供的相对有限的空间中。因为速度探测器比较有可能在钻床主轴的剩余部分失灵之前不能运行，所以作为整修程序的维修的一部分，必须频繁地更换速度探测器。因此，理想的是，能够制造具有与现有速度探测器尺寸相同、或者在现有速度探测器尺寸以内的尺寸的速度探测器，使得新的速度探测器能够直接更换现有的速度探测器。因此，如果能够获得速度探测器的紧凑型设计，将会是有利的，并且速度探测器性能上的任何提高最好一定不引起该探测器的尺寸增大到使该探测器不适合于现有钻床主轴的程度。
根据本发明的一个方面，提供一种用于检测钻床主轴转轴的转速的钻床主轴速度探测器，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的钻床主轴转轴的旋转引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？�(electronicsmodule)，并且该磁阻传感器安装在电路板基底的一侧，电子线路�？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
这种布置可有助于使传感器和电子线路模块之间的电连接的长度最小化，从而有助于减轻电磁干扰的影响。
电子线路�？榭砂ㄓ糜诜糯蟠衅鞯氖涑龅姆糯笃鳌８梅糯笃骺梢允强杀湓鲆娣糯笃�。这一点特别有用，因为它意味着放大器的增益可以，例如，被调节来克服转轴到传感器间距上的差别，该差别存在于不同的主轴之间，由装配公差产生。
电子线路�？榭砂ㄊ涑龌撼迤�。该输出缓冲器可起到减小电子线路�？榈氖涑鲎杩沟淖饔�。
永磁体可安装在电子线路�？樯�。永磁体可焊到电子线路模块上。
传感器、电路板基底以及电子线路�？榭杀徊贾贸啥嗖憬峁�(sandwich)，其中基底被夹在其他部件之间。磁体可被布置以便形成该多层结构的另外的层。上述多个特征可被组合使用或单独使用以帮助获得紧凑型设计，和/或在致力于制造具有期望的检测特性的装置时被使用。已经发现，将传感器布置成首先是传感器、然后是电路板基底、然后是电子线路�？椤⑷缓笫谴盘宓亩嗖憬峁够虻梦铮谧芴迳献钚』讲馄鞯某叽绲耐辈钣行У男阅�。将会看到这种布置在给定的探测器尺寸内最大化磁体和传感器的间隔。
优选地，在叠置物中至少传感器和磁体互相对齐布置。对齐的说法用来指在大体垂直于叠置方向的平面中，传感器和磁体在几何学上尽可能多地彼此重叠。
可选择电路板基底、电子线路�？楹痛衅髦械闹辽僖桓龅暮穸龋蕴峁┢谕奶讲馄魇涑鎏匦�。电路板基底的厚度可以在0.6mm到1mm的范围之内，优选为0.8mm。电子线路�？楹�/或传感器的厚度可以在1mm到1.5mm的范围之内，优选为1.1mm。
传感器可包括两个被布置来相互反向地响应磁场的变化的磁阻元件。这两个元件的输出可被馈送到电子线路模块供处理。电子线路�？榭杀徊贾美锤菡饬礁鲈氖涑鲋涞牟煌？槭涑�。传感器可包括至少一个基准元件，可相对于该基准元件测量由该磁阻元件或每个磁阻元件检测到的值的变化。可以有四个布置成惠斯通电桥的元件。
根据本发明的另一个方面，提供一种钻床主轴，该钻床主轴包括用于驱动该主轴的转轴的马达、如上所限定的用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元。
根据本发明的另一个方面，提供一种钻床主轴，该钻床主轴包括用于驱动该主轴的转轴的马达、用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测钻床主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
在这种主轴中，电子线路�？榭砂ǹ刂频ピ怯叛〉兀玫缱酉呗纺？楦荽衅魇涑霾荒？槭涑觯⑶腋媚？槭涑霰惶峁└刂频ピ�
主轴可包括主体，在该主体中转轴被轴颈安装(journal)。该主体可包括至少一个空气轴承，转轴被轴颈安装在该至少一个空气轴承内。
与速度探测器不同的永磁体可安装在主轴中以提供抵抗转轴相对于主体的旋转的阻力。优选地，将磁阻力磁体安装在主轴的主体上。由于在正常使用期间，转轴及它所承载的任何东西受到高的旋转力，所以这相对于将磁体安装在转轴上是优选的。
优选地，将磁阻力磁体安装在主体中，使得磁阻力磁体面对转轴的大体轴向表面。转轴的轴向表面指基本垂直于转轴的旋转轴线的表面。通常，这样的表面会是平坦的，与转轴的弯曲径向表面不同。将磁阻力磁体布置成面对转轴的大体平坦的轴向表面是有利的，因为这样避免了利用特别成形的磁体以获得磁体和转轴之间的紧耦合的必要性。
磁阻力磁体可设置在主轴的支撑轴承的区域内或该支撑轴承内。该磁阻力磁体可安装在主轴的止推板上。
提供抵抗转轴和主轴的剩余部分之间的相对旋转的附加阻力对克服称为风车自转(windmilling)的现象是有用的。风车自转是指当没有向转轴施加驱动时、转轴在“非常好的”——即非常低阻力的——空气轴承内的旋转。通常出现这种现象，是由于进入空气轴承的空气有细微的不平衡，在没有外部驱动并且外部负载很少或没有外部负载时，该不平衡实际上“吹动”转轴旋转。这种现象在一些应用中可能引起问题，因为要是转轴在“它应该静止”的时候而没有静止，一些马达控制系统将不正常工作。在这样的情况下，一些马达控制器将进入故障状态模式，这将阻止该控制器进入启动模式。
在一些情况下，速度探测器或另一个阻力源的存在将阻止风车自转的出现，但是在本发明的至少部分实施方案中，风车自转可能是个问题，而设置一个附加的磁体可提供一种解决办法。
根据本发明的另一个方面，提供一种对抗轴颈安装在主轴的主体的空气轴承中的转轴的风车自转的方法，该方法包括在主轴的主体上设置永磁体以产生抵抗转轴相对于主体的旋转的阻力的步骤。
根据本发明的另一个方面，提供一种空气轴承主轴，该空气轴承主轴包括轴颈安装在主轴的主体的空气轴承中的转轴、以及安装在主轴的主体上以产生抵抗转轴相对于主体的旋转的阻力来对抗主体内的转轴的风车自转的永磁体。
空气轴承主轴可包括速度探测器。该速度探测器可以是如上所限定的速度探测器或另一种类型的速度探测器，例如光学速度探测器。永磁体可以与设置在空气轴承主轴中的任何一种速度探测器都不同。永磁体可以与设置在主轴中的任何一种马达都不同。以上描述的关于被设置来产生阻力的磁体的可选特征适合应用到的场合包括有磁性速度探测器的情形、有别的速度探测器的情形和没有速度探测器的情形。
根据本发明的又一个方面，提供一种用于检测主轴转轴的转速的主轴速度探测器，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造用于检测钻床主轴转轴的转速的钻床主轴速度探测器的方法，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的钻床主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊啵梅椒òú街柩≡竦缱酉呗纺？�、传感器和电路板基底中的至少一个的厚度，以便产生期望的探测器输出特性。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造钻床主轴的方法，该钻床主轴包括用于驱动该主轴的转轴的马达、用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测钻床主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊啵梅椒òú街柩≡竦缱酉呗纺？�、传感器和电路板基底中的至少一个的厚度，以便产生期望的探测器输出特性；以及选择传感器和转轴之间的间距，以便产生期望的探测器输出特性。
该方法或每一种方法可进一步包括选择设置在基底上的印刷电路板的布局以产生期望的探测器输出特性的步骤。在此，术语布局用来指设置在板上或板中的孔和印制线(track)。
该方法或每一种方法可进一步包括选择永磁体以便产生期望的探测器输出特性的步骤。
在电子线路模块包括可变增益放大器的情况下，该方法或每一种方法可进一步包括调节放大器的增益以便产生期望的探测器输出特性的步骤。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于检测机械加工主轴转轴的转速的机械加工主轴速度探测器，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
根据本发明的另一个方面，提供一种机械加工主轴，该机械加工主轴包括用于驱动主轴的转轴的马达、如上所限定的用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元。
根据本发明的另一个方面，提供一种机械加工主轴，该机械加工主轴包括用于驱动主轴的转轴的马达、用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
现在本发明的实施方案将仅通过举例的方式参照附图进行描述，其中图1示意性地示出了现有技术的速度传感器；图2A示意性地示出了体现本发明并包括转轴马达驱动控制机构的钻床主轴的一部分；图2B示意性地示出了图2A中所示的钻床主轴的转轴的凹口止推板的一部分；图3示意性地示出了图2A中所示的钻床主轴的速度探测器；图4示出了图2A和图3的速度探测器的结构布置的详图；图5A至图5D示出了可被检查到作为图3和图4中所示的速度探测器的输出的示例信号；图6示意性地示出了体现本发明并包括转轴马达驱动控制机构的可供选择的钻床主轴的一部分，该钻床主轴类似于图2A中所示的钻床主轴；以及图7示意性地示出了另一个可供选择的钻床主轴的一部分。
图2A示意性地示出了体现本发明的钻床主轴的一部分。该钻床主轴包括主轴主体4，钻床主轴转轴5被轴颈安装在该主轴主体内。转轴5被布置以由马达(未示出)相对于主轴主体4旋转地驱动并承载用于执行钻孔操作的工具(未示出)。主轴主体4还将速度探测器6容纳在速度探测器容纳腔41中。
速度探测器6的输出连接到被布置用于控制马达(未示出)的运行的驱动控制单元7，以便利用速度探测器6的输出以期望的速度驱动转轴。驱动控制单元7包括速度探测器接收器板71，该接收器板71有一输入通过电缆连接到速度探测器6的输出，并且该接收器板71又连接到主控制器单元72。
钻床主轴转轴5的末端包括凹口推力盘51，在图2B中从末端处更清楚地示出了该推力盘51。推力盘51在设置在主轴主体4中的推力轴承中运行，以用一种常规方式控制转轴5相对于主轴主体4的轴向运动。
此外，在这些类型的钻床主轴中以下情形是常规的推力盘51设置有多个凹口(此情况下为6个)52，这些凹口52围绕着推力盘51的周缘设置。设置这些凹口52以便于速度探测器6的速度检测操作。在替代方案中，被布置来影响磁场以便于速度探测器的运作的凹口或其他特征可被直接设置在转轴的末端上而不是设置在推力盘上。
本实施方案的速度探测器6以一种类似于上文关于图1描述的常规速度探测器的方式运行，但存在不同之处。图3从概念角度示意性地示出了速度探测器6的结构。
同样，速度探测器6被用来检测旋转的凹口金属部分的转速，在此情况下，转轴5的凹口推力盘51恰好如上所述。此外，也有永磁体2、以及配置在永磁体2的场中并检测由凹口推力盘51的旋转所引起的磁场的变化的磁阻传感器3。然而，在此情况下，设置放大器61a以及输出缓冲器61b，把磁阻传感器3的输出馈入到放大器61a中并向前馈入到输出缓冲器61b中。这种布置使得磁阻传感器3的信号能被放大，并且输出缓冲器的使用有助于减小探测器6的输出阻抗。
本实施方案中的磁阻传感器3包括两个磁阻检测元件，这两个磁阻检测元件被布置使得它们相互反向地受磁场的变化影响。这意味着当由传感器检查到的磁场由于凹口推力盘51的旋转而变化时，本实施方案的磁阻传感器3产生两个向相反的方向改变的输出。这些检测元件可以同两个基准元件布置成惠斯通电桥。
上述两个输出都被馈送到放大器61a中，该放大器61a放大磁阻传感器3的这两个输出之间的不同以帮助减少噪声的影响并提高信噪比。
然而，如果目的是制造可用来取代具有由相应的探测器容纳腔41的尺寸限定的预定最大尺寸并具有由现有驱动控制单元7的接收器板71预定的预定所需输出特性的现有速度探测器的速度探测器，那么引入放大器61a和输出缓冲器61b会引起其自身的问题。
通过对速度探测器6的部件的精心选择以及对它们的精心布置可满足这些要求，所述布置参照图4在下文中进行更详细的描述。
图4更详细地示意性示出了本实施方案的速度探测器6的物理结构。此处速度探测器6的各种部件被布置成叠置物或多层结构。在叠置物的一端(如按图4中示出的装置的取向示出的叠置物的顶端)是磁阻传感器3。接着在叠置物中是电路板基底62，磁阻传感器3安装在其上。在电路板基底62的相反一侧是包括放大器61a和输出缓冲器61b两者的电子线路�？�61。电子线路�？橐舶沧霸诘缏钒寤�62上。在本实施方案中部件叠置物的最后元件是焊到电子线路�？�61上的永磁体2。
速度探测器还包括用来将速度探测器6连接到控制单元7的接收器板71的多根连接线(在本实施方案中为3根)。在本实施方案中，第一连接线为+5V，第二连接线为0V，第三连接线为传送由速度探测器产生的模拟脉冲信号的V输出连接器。
在本实施方案中，电路板基底62是0.8mm的FR4环氧层压电路板基底。电路板基底的该厚度是优选的，因为已经发现就速度探测器的期望的探测器输出而论，该厚度能带来好的结果，其中该速度探测器被用来复制用在现有的Westwind钻床主轴中的速度探测器的输出。尽管0.8mm的厚度是特别优选的，但在另一些实施方案中，基底的厚度可以在，例如0.6mm到1.2mm的范围内。在本实施方案中，磁阻传感器3包括沿叠置物方向的厚度为1.1mm的超小外形封装(MSOP)部件。此外，电子线路�？�61包括沿叠置方向的厚度为1.1mm的超小外形封装(MSOP)运算放大器集成块(chip)。已经发现，将一厚度在1mm到1.5mm的范围内的部件用于电子线路�？�61产生可接受的输出。当然，应该注意，在当前类型的装置中可采用除了MSOP之外的其它封装类型。
磁体2被焊到电子线路�？榧煽�61上，以充分利用可供探测器使用的空间，即最小化探测器的尺寸。
以上述方式布置部件并利用具有上述厚度的部件，产生具有期望的输出特性的紧凑型探测器。
将磁阻传感器3和电子线路�？�61背对背地设置在印刷电路板基底62的两侧，得到紧凑型设计并且还起到最小化部件之间的电连接路径的作用。这有助于减少对这些连接线上的电磁干扰的检测，不然电磁干扰会使探测器的输出失真，因为任何这样的干扰都会通过放大器61a放大，并且在某些情况下这样的干扰可能足以淹没磁阻传感器3的输出。
将磁体2定位于多层结构的与磁阻传感器3不同的另一侧上，起到在磁体和磁阻传感器之间提供合适间隔以使正常运行能够进行的作用。交换磁阻传感器3和电子线路�？�61的位置将引起装置性能的显著下降。其它可被设想的布置将足以增大探测器的尺寸，或倾向于使传感器3移动而与磁体2对得不齐，这样也足以降低装置的输出。
实践中，已经发现，将所有必要的电子元件连接起来所需的设置在印刷电路板62上的印制线和设置于印刷电路板62中的孔的位置可起到影响探测器的输出的作用。因此在某些情况下，装置的性能可通过尝试基底62中不同的印制线和孔布置来提高。
如上文所提到的，现有驱动控制单元7中的速度探测器接收器板71，例如用于现有的Westwind钻床主轴中的，可能要求输入信号具有特定的特性以便正确运行。就用于一些现有的Westwind装置中的接收器板而论，输入信号可要求额定值为2.5V的直流偏压，要求先变成负值后变成正值的信号脉冲，要求脉冲具有的最小峰到峰振幅为500mV，要求脉冲具有的最大峰到峰振幅不超过1000mV，以及要求关于直流偏移电压对称的信号。当然，在其它实现中，不同的偏移电压和最小以及最大可接受振幅可能是适当的。
图5a示意性地示出了可接受的探测器输出电压，即给这样的现有速度控制单元7的可接受的输入。图4中所示的布置和尺寸将有助于获得这样的脉冲。转轴的推力盘51、磁阻传感器3和磁体之间的间距可影响上述信号。磁体强度一样能影响上述信号。
给定上面关于图4所描述的本实施方案的构造细节，为一个给定的装置确定一合适的磁体强度是一个相对简单的问题。
如果磁体太强或太靠近磁阻传感器3，磁阻传感器3饱和并产生图5C中所示类型的信号，该信号具有不止一个正沿并有产生多个错误信号的可能性。此外，如果推力盘51太靠近磁阻传感器3，有可能检查到图5C中所示的信号的另一变体。
如果上述距离太大，那么将获得图5D中所示类型的弱信号。尽管这样的信号可被放大，但这将产生被放大更多的噪声，并且还产生更严重地依赖于元件的精确间距的系统。
如果磁体与MR传感器不对齐安装，即偏心，或凹口不在磁阻传感器正下方通过，或者磁体和凹口之间的材料不是相对均匀的，或者该材料为含铁的，那么会检查到图5B中所示类型的非对称信号。
本应用中所描述的特定布置改善或减轻了这些潜在问题中的许多问题，使得针对各种各样不同的环境生产工作传感器成为易处理得多的工作。
用在本实施方案中的放大器61a具有可变增益，这可用来按照周缘凹口盘/齿轮到速度探测器6间距上的差别所要求的，将速度探测器的输出调节到合乎要求的水平。
在现有的Westwind钻床主轴中，速度探测器必须被容纳在一外壳中，该外壳是圆柱体，其直径为9mm，最大深度为6mm。
将会注意到，在本实施方案中，放大器61a非常靠近磁阻传感器，实际上，间隔仅是电路板基底62的厚度。
图6示出了类似于图2A中所示的钻床主轴的钻床主轴。与图2A中所示的钻床主轴的部分相对应的部分已经被赋予相同的参考数字，并且为了简洁，省略对这些相同部分的描述。
图6中所示的钻床主轴和图2A中所示的钻床主轴之间的不同在于，在主轴主体4中设置了附加磁体8。该附加磁体8充当磁阻力磁体，并提供抵抗转轴5相对于主体4的旋转的阻力。
附加磁体8是与速度探测器6不同的永磁体。该附加磁体安装在主体4中，使得该附加磁体面对转轴5的大体轴向表面，在此情况下是推力盘51。因此附加磁体8安装在主轴的止推板上并非常接近于速度探测器6。
提供抵抗转轴5和主轴的剩余部分之间的相对旋转的附加阻力，对克服称为风车自转的现象是有用的，风车自转在对该应用的介绍中被论述过。根据特定的实现，可选择附加磁体8的尺寸、强度、和定位以产生期望大小的阻力。
图7示意性地示出了另一个可供选择的钻床主轴的一部分。该钻床主轴类似于图6中所示的钻床主轴，不过示出的主轴布置较少。与图6中所示的钻床主轴的部分相对应的部分已经被赋予相同的参考数字，并且为了简洁，省略对这些相同部分的描述。
此外，在此情况下，设置磁体8用于对转轴5提供磁阻力。然而，在图7中所示的主轴的情况下，设置磁体8使得磁体8面对转轴5的曲面，具体而言，在本实施方案中磁体8面对推力盘51的曲面。这样在此情况下，磁体8可被认为是径向磁体。磁体8的面对转轴5的表面可被加工成形以促进和转轴5的磁耦合，例如该表面可以是凹入的，并可具有与转轴5的曲率相对应的曲率。
磁阻力磁体8的另一个可供选择的位置在图7中以虚线示出，该磁体被赋予参考数字8’。此处磁体8’也是径向磁体，但是在此情况下它面对转轴5的主要部分，即远离支撑轴承的部分，的曲面。此外，磁体8’的面对转轴5的表面可如上所述被加工成形。
尽管，上文已经关于含有磁性速度探测器的钻床主轴描述了设置磁体8用于抑制风车自转效应，但是应该注意，这样的磁阻力磁体的使用也适用于减少或避免含有其它类型的速度探测器例如光学速度探测器的主轴中或不包括速度探测器的主轴中的风车自转。此外，本发明的上述特征和其它特征适用于除钻床主轴之外的磨削主轴和其它机械加工主轴。
权利要求
1.一种用于检测机械加工主轴转轴的转速的机械加工主轴速度探测器，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收该磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
2.根据权利要求1所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，永磁体安装在电子线路�？樯�。
3.根据权利要求1或2所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，传感器、电路板基底以及电子线路�？楸徊贾贸啥嗖憬峁梗渲谢妆患性谄渌考洹�
4.根据权利要求3所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，磁体被布置以便形成该多层结构的另外的层。
5.根据权利要求4所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，在多层结构中至少传感器和磁体互相对齐布置。
6.根据以上任何一项权利要求所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，选择电路板基底、电子线路�？楹痛衅髦械闹辽僖桓龅暮穸龋蕴峁┢谕奶讲馄魇涑鎏匦�。
7.根据以上任何一项权利要求所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，传感器包括两个被布置来相互反向地响应磁场的变化的磁阻元件。
8.一种机械加工主轴，包括用于驱动主轴的转轴的马达、根据权利要求1至7中任一项所述的用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据该速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元。
9.根据权利要求8所述的机械加工主轴，其特征在于，该主轴包括主体、以及与速度探测器不同的永磁体，其中转轴被轴颈安装在该主体中，该永磁体安装在主轴中以提供抵抗转轴相对于主体的旋转的阻力。
10.根据权利要求9所述的机械加工主轴，其特征在于，磁阻力磁体安装在主轴的主体上。
11.根据权利要求9或10所述的机械加工主轴，其特征在于，磁阻力磁体安装在主体中，使得该磁阻力磁体面对转轴的基本垂直于转轴的旋转轴线的表面。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的机械加工主轴，其特征在于，磁阻力磁体设置在主轴的支撑轴承的区域内或该支撑轴承内。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的机械加工主轴，其特征在于，主体包括至少一个空气轴承，转轴被轴颈安装在该至少一个空气轴承内。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，电子线路�？榘ㄓ糜诜糯蟠衅鞯氖涑龅目杀湓鲆娣糯笃�。
15.根据权利要求1至7和14中任一项所述的机械加工主轴速度探测器，其特征在于，电子线路�？榘ㄊ涑龌撼迤�。
16.一种机械加工主轴，包括用于驱动该主轴的转轴的马达、用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路模块，并且该磁阻传感器安装在电路板基底的一侧，电子线路�？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
17.一种制造用于检测机械加工主轴转轴的转速的机械加工主轴速度探测器的方法，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊啵梅椒òú街柩≡竦缱酉呗纺？�、传感器和电路板基底中的至少一个的厚度，以便产生期望的探测器输出特性。
18.一种制造机械加工主轴的方法，该机械加工主轴包括用于驱动该主轴的转轴的马达、用于检测转轴的转速的速度探测器、以及用于根据速度探测器的输出控制转轴的驱动的控制单元，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊啵梅椒òú街柩≡竦缱酉呗纺？�、传感器和电路板基底中的至少一个的厚度，以便产生期望的探测器输出特性；以及选择传感器和转轴之间的间距，以便产生期望的探测器输出特性。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，进一步包括选择设置在基底上的印刷电路板的布局以产生期望的探测器输出特性的步骤。
20.根据权利要求17、18或19所述的方法，其特征在于，进一步包括选择永磁体以便产生期望的探测器输出特性的步骤。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，电子线路�？榘ǹ杀湓鲆娣糯笃鳎约案梅椒ń徊桨ǖ鹘诜糯笃鞯脑鲆嬉员悴谕奶讲馄魇涑鎏匦缘牟街�。
22.一种用于检测钻床主轴转轴的转速的钻床主轴速度探测器，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊�。
23.一种对抗轴颈安装在主轴的主体的空气轴承中的转轴的风车自转的方法，包括在主轴的主体上设置永磁体以产生抵抗转轴相对于主体的旋转的阻力的步骤。
24.一种空气轴承主轴，包括轴颈安装在主轴的主体的空气轴承中的转轴、以及安装在主轴的主体上以产生抵抗转轴相对于主体的旋转的阻力来对抗转轴的风车自转的永磁体。
25.一种用于检测机械加工主轴转轴的转速的机械加工主轴速度探测器，该速度探测器包括产生磁场的永磁体、以及磁阻传感器，该磁阻传感器配置在磁场中并被布置用于检测该速度探测器附近的机械加工主轴转轴的旋转所引起的磁场的变化，其中该速度探测器还包括用于接收磁阻传感器的输出的电子线路�？椋⑶腋么抛璐衅靼沧霸诘缏钒寤椎囊徊啵缱酉呗纺？榘沧霸诟玫缏钒寤椎南喾匆徊啵来盘灏沧霸诘缱酉呗纺？樯�。
全文摘要
主轴速度探测器(6)以及含有这样的速度探测器的主轴。速度探测器(6)被布置来利用磁阻传感器(3)检测转轴(5)的转速。磁阻传感器(3)同电路板基底(62)、电子线路模块(61)、以及永磁体(2)布置成叠置物。可设置附加磁体(8)以提供附加阻力来帮助阻止不需要的风车自转。
文档编号G01P3/48GK101014444SQ200580025594
公开日2007年8月8日 申请日期2005年7月21日 优先权日2004年7月28日
发明者C·克来顿, S·R·J·沃纳 申请人:Gsi集团有限公司
专业数控铣床产品供应商
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