[发明专利]径向位置传感器

说明书

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°。

技术领域

本发明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(electrical rotary machine)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。

背景技术

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(even harmonics)。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(magnetic pole)。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(magnetic polarity)，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(bridge circuit)。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(odd harmonic)，其除以6的欧几里得除法(Euclidean division)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。