检测转子轴的轴向位置的装置及其在旋转机械上的应用制造方法及图纸

一种用于检测具有定子和转子的旋转机械的转子轴(16)的轴向位置的装置。所述检测装置包括传感器定子环(31)，其固定到由铁磁材料制成的定子，面向中空或非中空转子轴(16)的一个端部(16b)的肩部，并且布置成以便与转子轴(16)的所述一个端部(16b)留出轴向气隙(e0+x)，所述传感器定子环(31)包括接纳环形感应线圈(34、35)的至少一个环形槽(32、33)。所述转子轴(16)由实心磁钢制成，转子轴(16)的外端部(16b)用作目标表面，其轴向位置将由传感器定子环(31)测量。

Device for detecting axial position of rotor shaft and its application in rotating machinery

A device for detecting the axial position of a rotor shaft (16) having a rotating machine having a stator and a rotor. The detection device includes a sensor stator ring (31), which is fixed to the stator is made of ferromagnetic material, the hollow or non hollow rotor shaft (16) one end (16b) of the shoulder, and arranged so that the rotor shaft (16) the one end of the (16b) set aside the axial air gap (e0+x), the sensor (31) comprises a stator ring receiving induction loop (34, 35) at least one of the annular groove (32, 33). The rotor shaft (16) is made of solid magnetic steel, and the outer end (16b) of the rotor shaft (16) is used as the target surface, and the axial position of the rotor shaft is measured by the sensor stator ring (31).

【技术实现步骤摘要】
检测转子轴的轴向位置的装置及其在旋转机械上的应用
本专利技术涉及包括磁轴承的旋转机械的领域，该磁轴承由于磁场而通过主动磁轴承支撑旋转机械的转子的重量和负载。特别地，本专利技术涉及一种用于检测旋转机械的转子轴的轴向位置的装置。
技术介绍
存在各种类型的感应传感器。一些是基于电感变化测量；一些是基于涡流。已知提供一种用于检测转子轴的中心的轴向位置的装置，该装置具有固定在转子轴的一端部的铁磁材料的目标、与固定到转子机械的定子的固定磁回路相关并且放置成面向所述目标同时留出气隙的感应线圈、以及用于为所述感应线圈供电的电源电路。可以参照参考文献EP2511665，其描述了一种用于检测转子轴的中心的轴向位置的装置，其包括固定到转子轴的一端部的铁磁材料的目标。然而，这种装置不与用于需要接近轴的中心或至少转子轴的一端部的中心的应用的空心转子轴兼容。它还不适用于其中轴端部的中心用于连接工具或涡轮机叶轮的应用。此外，这种装置使用特定的目标，这增加了检测装置的成本和复杂性。在转子轴的中心不可用的情况下，解决方案可以是感测转子轴的肩部的轴向位置，径向地朝向定子突出，或者感测轴向磁阻变化。这种准时感测解决方案不能满足大转子直径。此外，旋转谐波可能出现在传感器信号上，这可能产生振动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于检测旋转机械的转子轴肩的轴向位置的装置，而不使用任何特定的目标。本专利技术的特别目的是提供一种用于检测具有定子和具有旋转轴线的转子的旋转机械的转子轴的轴向位置的装置。检测装置包括传感器定子环，其固定到由铁磁材料制成的定子，面向转子轴的一个端部，并且以固定方式布置成以便与转子轴肩部的所述一个端部留出轴向气隙。所述传感器定子环包括接纳环形感应线圈的至少一个环形槽。所述转子轴由实心磁钢制成，使得转子轴的肩部用作目标表面，其轴向位置将由传感器定子环测量。因此，传感器定子环可以直接感测转子轴的轴向位置，而不使用任何额外的目标。传感器定子环用作磁路并固定到定子。在一实施例中，传感器定子环包括至少两个平行的环形槽，它们位于同一径向平面上并且每个都接纳环形感应线圈，所述环形感应线圈串联地电连接并且沿相反方向缠绕。由于这两个线圈，励磁磁通朝向转子轴的目标表面集中。在一实施例中，检测装置包括用于为感应线圈供电的电路，所述电路包括第一AC电压源，其连接到串联连接的成组线圈的第一端部，并且在位于参考电压的点，和电容器，其与该成组线圈并联地连接到该组线圈的第一和第二端部，以及AC电流检测器装置，其布置在该组线圈的第二端部与参考电压之间，所述参考电压适于传递关于在具有并联电容的该成组线圈的第二端部与参考电压之间流动的电流的幅值的信息。所述信息表示气隙长度的修正值。在一实施例中，电路包括串联连接在与AC电流检测器装置并联连接的线路上的第二AC电压源和第一电阻器。第二AC电压源和第一电阻器允许由于转子目标损失而补偿所得到的电阻电流。参考电压源例如是地面。传感器定子环可以由压缩铁粉或压缩铁氧体材料制成。转子轴可以由标准的实心磁钢制成。根据另一方面，本专利技术涉及一种旋转机械，包括定子、具有绕垂直轴线旋转的至少一个转子轴并且通过至少两个径向磁轴承支撑在所述定子中的转子、以及用于检测如上所述的转子轴的轴向位置的装置。在一实施例中，旋转机械包括轴向致动器，其固定到定子并且配置成在径向朝向定子突出的转子轴的肩部上产生轴向吸引力。在一实施例中，旋转机械还包括上径向接触轴承和下径向和轴向接触轴承。附图说明通过研究经由非限制性示例给出的并且由附图示出的具体实施例的详细描述，将更好地理解本专利技术及其优点，在附图中：-图1是具有根据本专利技术的用于检测转子轴的轴向位置的装置的旋转机械的轴向半剖视图；-图2是图1的轴向检测装置的一部分的透视图；-图3是图2的轴向检测装置的详细视图；以及-图4是与检测装置相关的电源和测量电路的电路。具体实施方式旋转机械10在图1中示出；所述旋转机械10例如可以是高速飞轮或具有垂直转子布置的任何高速旋转机械。旋转机械10包括定子12和转子14，转子14具有绕垂直轴线X-X旋转的转子轴16。转子14的转子轴16通过主动磁轴承系统相对于定子12可旋转地支撑，主动磁轴承系统包括两个径向磁轴承18、20，分别为上径向磁轴承18和下径向磁轴承20，和轴向致动器22，其固定到定子12并且配置成在径向地朝向定子12突出的转子14的轴16的肩部16a上产生轴向吸引力。两个径向磁轴承18、20可以相同的并且布置在转子轴16的相对端部16b、16c。转子14的转子轴16还通过上径向接触轴承24和下径向和轴向接触轴承26、28而相对于定子12被可旋转地支撑。下接触轴承例如是机械辅助轴承，其适于在磁轴承故障的情况下支撑转子。每个径向磁轴承18、20包括安装在转子轴16的外圆柱形表面16d上的由铁磁材料制成的环形电枢18a、20a和固定到定子12的定子电枢18b、20b。每个定子电枢18b、20b以常规方式包括具有一个或多个环形线圈和铁磁体的定子磁路，并且放置成面向转子电枢18a、20a，以便限定径向气隙。定子电枢的细节在附图中并未示出。由于主动磁轴承系统，转子14在定子12内没有机械接触地旋转。如图1和图2所示，在该示例中，转子轴16是中空的。如图1至图3所示，旋转机械10还包括用于检测转子轴14的轴向位置的装置30。这种装置将被称为“轴向传感器”。轴向传感器30包括面向转子轴16的一个端部16b的传感器定子环31，并且以固定的方式布置，以便与转子轴16的一个端部16b留出轴向气隙e0+x。传感器定子环31由铁磁材料制成，例如压缩铁粉或铁氧体材料。传感器定子环31相对于转子14的对称平面对称。传感器定子环31具有E形横截面，其限定位于相同径向平面上的两个平行的环形槽32、33。每个环形槽32、33配置成接纳环形感应线圈34、35。传感器定子环31用作磁路并且固定到定子12。环形感应线圈34、35串联电连接，如图4所示。线圈绕组感测是相反的，因此来自环境(图2，37)的任何干扰通量不会在传感器定子环31的串联连接的线圈引发任何电压。转子14的轴16由实心磁钢制成。轴的端部16b用作目标表面，其轴向位置将由轴向检测器测量。因此，传感器定子环可以直接感测转子轴的端部的轴向位置，而不使用任何额外的目标。由于这两个线圈34、35，励磁磁通朝向转子轴的目标表面16b集中。如图3所示，得到的激励磁通路径38、39与每个环形线圈34、35相关。换句话说，轴向传感器30是在具有较大直径的轴的肩部上感测的感应式轴向轴位置传感器。图4示出了用于为两个感应线圈32、34供电的电路40的实施例。如图4所示，电路40包括第一AC电压源41，其具有例如没有变压器的简单振荡器，其连接到串联连接的成组线圈34、35的第一端部42，并且在点43位于参考电压，比如地面。电路40还包括与该组线圈34、35并联连接到该组线圈34、35的第一和第二端部42、45的电容器44。电阻器46表示通过替代激励磁通而在固体目标16b中引起的损耗。AC电流检测器装置47布置在该组线圈的第二端部45与地面43之间。感测的AC电流表示在气隙宽度e0的修正值x。损耗电阻器46的电阻电流叠加到感测的AC电流48。如图4所示，电路40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测具有定子(12)和具有旋转轴线(X‑X)的转子(14)的旋转机械的转子轴(16)的轴向位置的装置，其特征在于，所述检测装置包括传感器定子环(31)，其固定到由铁磁材料制成的定子，面向转子轴肩部(16)的一个端部(16b)，并且布置成以便与转子轴(16)的所述一个端部(16b)留出轴向气隙(e0+x)，所述传感器定子环(31)包括接纳环形感应线圈(34、35)的至少一个环形槽(32、33)，并且其特征在于，所述转子轴(16)由实心磁钢制成，使得转子轴(16)的端部(16b)用作目标表面，其轴向位置将由传感器定子环(31)测量。

【技术特征摘要】
2015.12.10 EP 15306968.71.一种用于检测具有定子(12)和具有旋转轴线(X-X)的转子(14)的旋转机械的转子轴(16)的轴向位置的装置，其特征在于，所述检测装置包括传感器定子环(31)，其固定到由铁磁材料制成的定子，面向转子轴肩部(16)的一个端部(16b)，并且布置成以便与转子轴(16)的所述一个端部(16b)留出轴向气隙(e0+x)，所述传感器定子环(31)包括接纳环形感应线圈(34、35)的至少一个环形槽(32、33)，并且其特征在于，所述转子轴(16)由实心磁钢制成，使得转子轴(16)的端部(16b)用作目标表面，其轴向位置将由传感器定子环(31)测量。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器定子环(31)包括位于相同径向平面上并且各自容纳环形感应线圈(34、35)的至少两个平行的环形槽(32、33)，所述环形感应线圈(34、35)串联地电连接并且沿相反方向缠绕。3.根据权利要求1或2所述的装置，包括用于为所述感应线圈(32、34)供电的电路(40)，所述电路包括第一AC电压源(41)，其连接到串联连接的成组线圈(34、35)的第一端部(42)，并且在点(43)位于参考电压，和电容器(44)，其与该组线圈(34、35)并联地连接到该组线圈(34、35)的第一和第二端部(42、45)，以及AC电流检测器装...

【专利技术属性】
技术研发人员：E卡拉斯科，U施罗德，
申请(专利权)人：斯凯孚磁性机械技术公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR