[发明专利]用于测量旋转的可移动部件的轴向移动的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量旋转的可移动部件的移动的系统和用 于实施该系统的方法。

更具体地，本发明涉及对可移动部件围绕轴线旋转时并沿着平 行于旋转轴线的轴线平移时的轴向移动的测量。

背景技术

为适当地操作，铰接接合(pin joint)需要轴向的操作间隙。但 是，该间隙一般随着导向部件和轴承的状况而变化。因此，有必要 测量轴向间隙，所述轴向间隙为轴承磨损的良好指标。例如，在铁 路客车轴箱中，轴承受到摩擦腐蚀，当轴承环磨损时以及随着轴承 环的磨损，其导致轴向间隙可能超过1mm。

在现有技术中，使用编码器和传感器测量旋转部件的移动的磁 系统是已知的。编码器一般为磁环，该磁环与旋转部件结合为一体 并包括环形磁道(magnetic annular track)，在磁道上以相同距离分 布的多个南、北磁极对被磁化。固定传感器径向设置在磁道的相对 侧，并由对磁场敏感的元件组成。传感器发出磁信号，更具体地， 磁信号的频率使得可以确定旋转部件的转速。但是，这种系统不允 许测量旋转的可移动部件的轴向移动。

公知的是，将传感器与磁环相对设置，并测量磁场强度的变化 以便确定旋转部件的轴向移动。但是，由于磁场强度的测量显示出 明显的温度漂移，所以这种测量不可靠。因此，该系统不能应用到 具有明显温度变化的严酷环境中。

为确定孔中的轴的轴向移动，也存在“轴端”解决方案，其中， 位置传感器或近程式传感器与轴端相对地安装。但是，该方案除了 因整体尺寸而在某些情况下行不通的事实外，轴端有时具有返回当 前圆锥形小齿轮的作用，这使得该方案行不通。

另外，专利申请EP 1875422公开了一种用于检测轴向移动的 系统。该系统使用与旋转部件结合成一体的多极磁环以及径向相对 设置且距磁环圆周一读数距离(reading distance)的固定传感器。环 的外围上，具有相对于旋转部件的旋转轴线倾斜的特别的磁跃迁 (magnetic transition)。当旋转部件轴向移动时，该系统检测到该特 性任一侧的磁极长度的改变。因此，可以从其中推导出旋转部件的 轴向移动。但是，每次旋转只能进行一次轴向移动的测量，并且在 该磁极上的速度测量是不真实的。因此，该方案不适于高分辨率速 度测量。

日本专利申请JP 2006201157公开了一种可以测量旋转的可移 动部件的轴向移动的系统。该测量系统包括与球轴承的内环构造成 一体的环形编码器、以及固定至该轴承的外环并与传感器的环形编 码磁道(annular encoding track)径向相对设置的一个或两个传感器。

在专利申请JP 2006201157的图10中示出的一个实施例中，编 码器包括两个编码磁道。两个磁道具有这样的图案，其具有沿相对 的三角方向的恒定角螺旋形状。两个磁道中的每一个均相对设置有 一传感器，并且计算单元根据传感器发出的信号之间的相差确定轴 向移动。

但是，该文件没有公开确定由传感器发出的信号之间的相位移 的方法。如今，确定相位移值的精确性对于获得旋转中的可移动部 件的轴向移动的可靠值是非常重要的。

另外，由于可移动部件的转速显示出极大的变化，所以精确地 确定相位移值更加困难。

发明内容

本发明旨在通过提供用于测量旋转的可移动部件的轴向移动的 系统和方法来克服这些问题，使得可以可靠且精确的方式测量所述 部件的轴向移动。

为此目的且根据第一个方面，本发明提供了一种用于测量沿轴 线A旋转的可移动部件的轴向移动的系统，包括：

-磁编码装置，包括至少一个环形磁道，在该环形磁道上以相 同的距离分布的有多个南北磁极对被磁化，所述磁极呈具有轴线A 的螺旋形；

-用于检测磁场的装置，至少包括第一和第二固定磁传感器， 所述第一和第二固定磁传感器以彼此相距非零的轴向距离d设置， 与所述编码装置的外围磁道径向相对并且与所述编码装置的外围磁 道相距一读数距离，并且该固定磁传感器对编码装置所感生的磁场 变化敏感。

测量系统的特征在于，第一传感器包括：

-第一多个对准敏感元件，敏感元件被分成至少两个第一子组 件；以及

-电子电路，被布置成用于根据由第一子组件发出的信号而发 出在正交的且具有相同幅度的两个模拟信号SIN1和COS1；并且

其特征在于，测量系统进一步包括：