专利名称：一种用于确定轴的轴向位置的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于确定轴的轴向位置的装置。
背景技术：
德国专利DE4213507A1公开了一种装置，其无接触地测量转动体轴的轴向。该装置由一个转动体与弱磁材料组成的齿轮刚性连接而成，在转动体周期性地轴向转动时它的边缘会在磁场传感器以及邻近位置上的磁体间往复移动。当上述磁性材料的边缘经过磁场传感器时，磁场传感器便产生脉冲列，其占空比与轴的位置线性相关，与温度无关。这种属于现有技术的装置有个缺点，即需要最小转速，生产带有成型的边的齿轮成本过高并且与普通齿轮相比需要磁场传感器非常精确的定位。另外，可以通过在轴承上轴的轴线倾斜来模拟明显的轴向运动。在欧洲专利EP0716241 Al中描述的磁悬浮轴的轴向确定装置中也存在上述提到的缺点。此处尽管有两个传感器在轴向上互相隔开使用，虽然这方面来说是个优点，但是随着温度上升在调节轴承上轴的位置时要考虑到轴的膨胀。如果两个传感器相互离得越远，那么效果就越好。但同时由于倾斜，随着两个传感器的距离越大，产生的误差便会增大。此外用2个传感器单元来检测轴的径向定位的构造属于现有技术(德国专利DE4215381 Al)，至少各由一对正好互相相反的传感器组成。从这对传感器的输出测得差分信号，在轴的中间位置数值为“零”。为了增加冗余度，给每个测量方向安排了两对传感器，从它们的差分信号通过可切换输入的加法器中得出平均值。这种属于现有技术的装置有个缺点，就是需要大量传感器费用大成本高。带有轴向行程吸收器的转子组件属于现有技术(德国专利DE 69701964T2)。这种属于现有技术的装置基础在于，传感器仅在轴的“轴环”一侧，这样输出信号是非线性的。按照属于现有技术的装置，只能检查出路径改变，完全测出位置是不可能的。
实用新型内容本实用新型基本的技术问题是要提供确定轴的轴向位置的传感器装置，需要简单、结实、低成本的机械结构以及具有良好的线性。本实用新型提出一种用于确定轴的轴向位置的装置，包括两个传感器单元，每一个传感器单元至少有一根螺线管。传感器单元，也就是螺线管，与轴同轴并且在轴向上与轴产生相应位移，这意味着螺线管是相互间隔着的。轴上或轴里至少有一个圆环或圆盘和/或至少有个凹槽，其中该圆环或槽至少部分位于螺线管之间或是插入其中。本实用新型提出一种确定轴的轴向位置的装置，其特征在于轴(I)上或轴(I)内有一个导电或导磁材料构成的圆环(2)，至少有两个与轴(I)同轴的传感器单元，所述传感器单元各由至少一个螺线管(3，4)组成，所述圆环(2)至少部分位于螺线管(3，4)之间，在轴(I)的轴向上与轴(I)相互移位，并通过计算装置来处理传感器单元的信号。本实用新 型还提出一种确定轴的轴向位置的装置，其特征在于轴(I)至少有一个槽(8)，有两个与轴(I)同轴的传感器单元，所述传感器单元各由至少一个螺线管(3，4)组成，所述槽(8)的槽底至少部分位于螺线管(3，4)之间，在轴(10)的轴向与轴(I)相互位移，并通过计算装置来处理传感器单元的信号。其中，所述圆环(2 )或槽(8 )的边缘(6，9 )与螺线管(3，4)之间在轴的轴向上有一个空隙。其中，所述圆环(2)或槽(8)的边缘(6，9)位于螺线管(3，4)涵盖的空间(7)。其中，所述圆环(2)或槽(8)的边缘(6，9)位于螺线管(3，4)间的空隙之外，也在螺线管(3，4)涵盖的空间之外。其中，所述螺线管(3，4 )有若干线圈。其中，所述圆环(2)或槽(8)位于轴(I)的末端(5)。其中，幅值和相位相同的正弦电流流过这两个线圈。也可选择由两个线圈和两个欧姆电阻形成的桥接电路并由正弦电压供电。电压降差作为有效信号运用。圆环或槽在电气上形成了一个短路绕组。当圆环(圆盘)或槽处于中间时，那么两个电感率相同(差分电压为零)。随着轴向接近线圈时，由于反向电感，电感率会减小而其他线圈的电感率会相应增加。对于线圈的影响是非线性的，但是通过差分计算得到一个线性的有效信号。对于在很大的路径范围上具有良好线性的轴向磁轴承来说，本实用新型描述了一个构造简单、成本低的差分路径传感器。它是用来测量轴的轴向位置。该传感器不仅适用于扩展空着的轴端部，也适用于安装在沿着轴的任何一个轴向位置。本实用新型通过 改变轴向上的轴的电气和/或磁性特性从而实现在沿着共同的线圈轴，轴倾斜时两个线圈互相相反的电感率变化，因此通过差分计算可以得到一个线性传感器信号。下面是一个符合本实用新型的装置的例子:在圆盘直径为Ilmm,厚度为3mm、线圈内径为14mm并且平均的轴向线圈距离为7mm时，产生了线性距离范围为典型的4_。在由两个线圈和两个欧姆电阻所形成的桥接电路供电时，20kHz正弦波5V有效电压，预计作为差分电压信号强度为lOOmv/mm。当圆环或槽通过线圈中央时，差分电压的相位转动180°。通过差分计算，有效信号能很大程度上对抗干扰影响，例如温度。如果圆环或槽位于中间，那么圆盘的材料温度没有影响。在中间附近位置，材料温度的影响也很低。因此建议只使用传感器特性曲线的一半。这样避免了相位旋转以及在计算信号时非线性的连接危险。符合本实用新型的有两个有效线圈的差分路径传感器构造有个优点，就是机械结构简单、结实并且成本低。同样优点是在极大的路径范围内有着极好的线性。还有大的线性路径范围对机械公差要求很�。灰蟮髡�。还有个优点是，相比只有一个有效线圈的传感器来说有双倍灵敏度。符合本实用新型的装置有个优点，在涡轮分子泵中合适地使用传感器线圈体能够保证真空密封。此外，只使用无源的电子组件，这样能够在放射性环境下操作。可以直接运用测量信号，也可以通过电缆传输。[0029]符合本实用新型的装置是轴对称的，因此轴的旋转不影响传感器信号。不同种类的材料在径向磁轴承经常出现一个大问题，但不影响传感器信号。与轴的径向移位相比传感器的灵敏度很弱。可以在塑料线圈体中安装线圈。该线圈体可以一侧有个开孔，轴作用于此孔上。但是也可以有两个开孔，这样轴可以穿接。轴延伸作用在线圈体上，可由塑料制成。优点是圆环可以是铝制的，也可由其他合成材料制成。符合本实用新型的装置一个特别的优点在于定位明显比单个的传感器简单。本实用新型所运用的传感器单元，作为螺线管，必须在轴向上调准，在此期间属于现有技术的传感器必须要轴向和径向上的调节。如果在工作温度范围内轴上的热膨胀是重要的，那么在规定轴的轴点位置时要正好在两个传感器单元中间保持不变。圆环或槽的边缘位于在轴的轴向上两个螺线管之间。但是圆环或槽的边缘位于线圈涵盖的圆柱体空间也可以。圆环或槽的边缘也可以在线圈包围着的空间之外，并在轴的轴向上的线圈间的间隔之外。正如已经实行的，轴末端可以是塑料的，环是铝制的。通过矩形截面扩大铝制的轴延伸，这样成本低易完成。含有所属传感器单元的圆环或槽可以位于轴上的任意位置。按照可供的可用空间来选择位置。能够在轴末端安排圆环或槽。本实用新型的装置用来调整带有磁轴承的轴的轴向位置。它可以用于有磁轴承的轴，压气机的零件、液体泵零件或涡轮分子泵的零件。
关于本实用新 型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及所附图式得到进一步的了解。图1是本实用新型的第一实施例，纵剖面显示了在轴末端有一个圆环的装置；图2是本实用新型的另一个实施例；图3是本实用新型在轴末端有一个圆盘的装置的实施例；图4是本实用新型的再一个实施例；图5是带槽的轴的纵剖面；图6是有凹陷环的轴的纵剖面；图7是一个塑料线圈的纵剖面；图8显示了依照图7附加了一个铝制外壳的纵剖图；图9显示了传感器和求值电子线路的电路原理。其中，附图标记:I轴；2圆环；3螺线管；4螺线管；5轴端部；6圆环的边缘；7螺线管3和4围绕着的空间；8槽；9槽的边缘；10线圈体；11钻孔；12外壳；13内屏蔽层；14内屏蔽层；15外屏蔽层；16外屏蔽层；17传感器外壳；18传感器外壳；19差动放大器。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。图1显示了一个带有导电圆环2的轴1，导电圆环2位于两个与轴I同轴的螺线管3，4之间。螺线管3，4短距离轴向移动。圆环2位于轴I的末端5。按照图2，圆环2位于轴I中间的位置。按照图3,位于轴(I)末端的圆环(2),与轴一样由同样的导电材料制成。图4显示了一个圆环(2)，其边缘在螺线管(3，4)所包含的空间内，也可以在螺线管(3，4)之间，正如图4中画虚线表示的。按照图5，轴(I)具有一个凹槽(8)。槽(8)的边缘(9)在线圈包含的空间(7)之外并且也在线圈(3，4)之间的间隙外。图6显示了一个轴(1)，圆环(2)嵌入其中。按照图6的圆环也可以填嵌轴(I)整个的横截面。图7显示了位于线圈体(10)中的螺线管(3，4)。线圈体(10)有一个钻孔(11 )，轴
(I)通过支撑圆环(2)嵌入。例如在涡轮分子泵中该线圈体(10)可以进行真空密封。按照图8，线圈体(10)通过螺线管(3，4)固定在铝制外壳(12)里，为了避免通过导电或导磁环境带来的影响。全部组件都是旋转对称的。图9显示了传感器和求 值电子线路的电路原理。传感器和求值电子线路在相邻位置或在放射性环境下由三米长的电缆连接。由正弦波发生器(80 kHz，3VEff)提供的电流通过2个300Ω电阻对称分配到线圈上。电阻位于传感器侧，这样电缆中的不对称性尽可能产生较少影响。要求输出侧串接560 Ω电阻，为了削弱通过导线/屏蔽电缆电容所产生的信号提高。通过双绞的一对导线来传输差分电压，可以排除共模干扰。一方面内屏蔽层(13，14)减少了串扰。而传感器外壳(17，18)上的外屏蔽层(15，16)保证了电磁兼容性。在测量线路中，输入电阻为10 kQ的差动放大器(19)产生了用于位置实际值的原始信号。尽管放大倍数高，在上面的偏置特性不会有高要求，因为只有交流电压部分会继续处理。这可以用通常的方式(后接高阶低通滤波器的精确整流器或同步整流器)转换到一个相应直流电压的位置。本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。
权利要求1.一种用于确定轴的轴向位置的装置，其特征在于轴(I)上或轴(I)内有一个导电或导磁材料构成的圆环(2)，至少有两个与轴(I)同轴的传感器单元，所述传感器单元各由至少一个螺线管(3，4)组成，所述圆环(2)至少部分位于螺线管(3，4)之间，在轴(I)的轴向上与轴(I)相互移位，并通过计算装置来处理传感器单元的信号。
2.一种用于确定轴的轴向位置的装置，其特征在于轴(I)至少有一个槽(8)，有两个与轴(I)同轴的传感器单元，所述传感器单元各由至少一个螺线管(3，4)组成，所述槽(8)的槽底至少部分位于螺线管(3，4)之间，在轴(10)的轴向与轴(I)相互位移，并通过计算装置来处理传感器单元的信号。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述圆环(2)或槽(8)的边缘(6，9)与螺线管(3，4)之间在轴的轴向上有一个空隙。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述圆环(2)或槽(8)的边缘(6，9)位于螺线管(3，4 )涵盖的空间(7 )。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述圆环(2)或槽(8)的边缘(6，9)位于螺线管(3，4)间的空隙之外，也在螺线管(3，4)涵盖的空间之外。
6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述螺线管(3，4)有若干线圈。
7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述圆环(2)或槽(8)位于轴(I)的末端(5 ) ο
专利摘要本实用新型公开一种用于确定轴的轴向位置的装置，其特征在于轴(1)上或轴(1)内有一个导电或导磁材料构成的圆环(2)，至少有两个与轴(1)同轴的传感器单元，所述传感器单元各由至少一个螺线管(3,4)组成，所述圆环(2)至少部分位于螺线管(3,4)之间，在轴(1)的轴向上与轴(1)相互移位，并通过计算装置来处理传感器单元的信号。该装置具有简单、结实、低成本的机械结构以及具有良好的线性等优点。
文档编号G01D5/22GK203148447SQ201320022460
公开日2013年8月21日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者王永凡 申请人:路斯特传动系统(上海)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
