EP2225475A2 - Sensoranordnung für eine in einem magnetlager gelagerte welle - Google Patents

Sensoranordnung für eine in einem magnetlager gelagerte welle

Info

Publication number
EP2225475A2
EP2225475A2 EP08801291A EP08801291A EP2225475A2 EP 2225475 A2 EP2225475 A2 EP 2225475A2 EP 08801291 A EP08801291 A EP 08801291A EP 08801291 A EP08801291 A EP 08801291A EP 2225475 A2 EP2225475 A2 EP 2225475A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
shaft
sensor arrangement
coding
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08801291A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Duppe
Harald Grab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2225475A2 publication Critical patent/EP2225475A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors

Definitions

  • the invention relates to a sensor arrangement according to claim 1 for a shaft mounted in a magnetic bearing.
  • WO 2006/013092 A1 describes a sensor arrangement for a supported shaft, wherein the sensor arrangement comprises a signal generator having a magnetic coding which is designed as a magnetized region formed on the body of the shaft, and a receiver which is embodied as a coil, wherein the coil comprises a change of the magnetic field of the magnetic coding.
  • Mechanical stresses in the body of the shaft cause, due to the magnetostrictive effect, a change in the magnetic field of the magnetic encoding sensed by the receiver, whereby it is indirectly possible to deduce a position of the shaft in the bearing.
  • Such an arrangement is not readily usable for a shaft mounted in a magnetic bearing, since the magnetic field of the magnetic bearing is superimposed with the change in the magnetization of the magnetic coding.
  • the magnetic field of the magnetic bearing changes over time, so that the magnetic bearing superimposes a time-dependent signal on the magnetic field measured by the coil.
  • a further disadvantage is that the described measuring arrangement is only suitable for those waves whose body consists of a magnetizable material, but such waves are influenced by the magnetic field of the magnetic bearing.
  • DE 10 2004 025 387 A1 describes a sensor arrangement for a mounted shaft whose body consists of an electrically conductive, magnetizable material.
  • the sensor arrangement comprises a magnet which is arranged laterally on the body approximately in its middle. If an electric current is conducted through the body of the shaft, a magnetic field is superimposed in the body, which superimposes itself at the location of the magnet with the magnetic field of the magnet, so that at the location of the magnet in the corpus of the shaft due to the magnetostrictive effect Strains in the body of the shaft occur that spread along the body of the shaft and can be detected at one end of the shaft.
  • the structure is generally complex and hardly usable for a shaft mounted in a magnetic bearing shaft, since the magnetic fields of the magnetic bearing constantly changing mechanical stresses in the body of the wave cause, which overlap the actual measurement. Also, only an axial positioning of the shaft, but not a radial position of the shaft can be detected in the camp.
  • the receiver Due to the magnetic shielding and the arrangement of the receiver in the magnetically shielded area, the receiver is not further influenced by the magnetic field of the magnetic bearing.
  • the magnetic coding can then - largely unaffected by the magnetic bearing - determine the position of the shaft. Effects of the magnetic bearing, which have an influence on the magnetization of the body of the shaft, can be detected and separated by an electronics associated with the receiver.
  • the magnetic coding is formed by a magnetized portion of the body of the shaft, so that the shaft does not require any structural changes.
  • the magnetic coding is formed by a coding element which is attached to the body of the shaft. Due to the coding element, the magnetic coding is also to be provided for those waves which consist of a non-magnetizable material. In addition, when forming the coding element, it is possible to provide the magnetic coding both in the axial and in the radial direction, so that the receiver can simultaneously determine the position of the shaft in the axial and in the radial direction.
  • the magnetic coding comprises a resonant circuit and that the receiver detects the magnetic component of the electromagnetic radiation emitted by the resonant circuit.
  • the electromagnetic radiation emitted by the resonant circuit makes it possible to detect the magnetic coding by the receiver, without having to resort to the magnetostrictive effect.
  • the frequency of the radiated electromagnetic radiation can provide additional information that can be further detected and evaluated by the receiver. Starting from the frequency or from the frequency response of the electromagnetic radiation, the receiver can detect disturbing influences, for example due to the geomagnetic field or due to not completely shielded portions of the magnetic field of the magnetic bearing, and suppress it for the downstream evaluation.
  • Coil comprises, and that the coil is inductively coupled to the resonant circuit, wherein the coil is the resonant circuit for radiating the electro excites magnetic radiation.
  • the receiver thus supplies the resonant circuit with electrical energy, in a non-contact manner, without requiring connection by means of cables. If the resonant circuit moves relative to the receiver, inductive coupling will only occur if the plane of the resonant circuit is substantially parallel to a direction defined by the coil.
  • Various resonant circuits which are distributed along the circumference of the shaft, thus respond to a specific coil of the receiver only briefly, so that can be achieved by providing a plurality of resonant circuits or multiple coils increased radial or axial resolution in the position determination.
  • the magnetic shield is formed by a shielding plate; Alternatively or additionally, the magnetic shield can also be formed by an electrically conductive coating, it being understood that the electrically conductive coating is additionally provided on the shielding plate.
  • the magnetic shield may be structurally separate from the receiver; However, the receiver may be arranged in a housing, wherein the housing in turn has a magnetic shielding effect.
  • the magnetically shielding housing of the receiver can replace or supplement the magnetic shield due to the shielding plate or due to the electrically conductive coating, for example, by the housing components of the magnetic field of the magnetic bearing, which is not completely shielded by the shielding or by the electrically conductive coating are away from the receiver.
  • the receiver comprises two half-cylinders which cover the magnetic coding in the radial direction.
  • the two half-cylinders form a housing that covers the magnetic coding along the circumference and thus shields.
  • the half cylinder at least partially covers the magnetic coding in the axial direction, in particular on both sides covered.
  • each of the half cylinders has a substantially U-shaped cross-section.
  • the receiver itself preferably comprises at least one coil which detects the magnetic field of the magnetic coding, and in particular can detect a change in the magnetic field of the magnetic coding. Coils have, in comparison to other magnetic field sensors such as Hall sensors or reed sensors, the advantage of being able to act as a transmitter of electromagnetic radiation, in particular when the magnetic coding is formed by a resonant circuit, the inductively coupled becomes.
  • the magnetic coding can be arranged both on a side surface of the shaft and on an end face of the shaft.
  • Fig. 1 shows an exploded view of an embodiment of a sensor arrangement according to the invention
  • Fig. 2 shows in four part diagrams views of the details of
  • Fig. 1 shows a shaft 1 which is mounted in a magnetic bearing 2.
  • the magnetic bearing 2 comprises a bearing ring 3, which has a groove 4. In the groove 4, a portion of a shielding plate 5 can be inserted.
  • the body 6 of the shaft 1 is made of a non-magnetizable material, for example of a steel with a small amount of chromium.
  • an annular coding element 7 can be fastened, wherein the coding element 7 is shown in two parts in the illustration of FIG. In the mounted position, the coding element 7 is fixed to the body 6 of the shaft 1 by means of press fit.
  • the coding element 7 has a circumferential, radial peripheral surface 8, which points away from the body 6 of the shaft 1, and an axial end face 9, which points away from the bearing ring 3 on.
  • a magnetic coding 10 is provided, which is formed as a sequence of sections of different magnetization both on the end face 9 as well as on the peripheral surface 8.
  • Fig. 1 further shows a receiver 11 with a housing 12 which is formed of two half-cylinders 13.
  • Each of the half cylinders 13 has a U-shaped cross-section, wherein the legs of the U in the mounted position engage over the end face 9 and the further end face of the coding element 7, while the base of the U covers the peripheral face 8 of the coding element.
  • a coil is still arranged, which detects the change in the magnetic field of the magnetization of the coding element 7, as soon as the coding element 7 moves relative to the coil.
  • the shielding plate 5 In the mounted position, the shielding plate 5 is partially received in the groove 4 of the bearing ring 3 and thus the shielding plate 5 is fixed to the bearing ring 3 of the magnetic bearing 2.
  • the coding element 7 At an axial distance from the shielding plate 5, the coding element 7 is joined to the body 6 of the shaft 1 by means of a press fit, and the receiver 11 covers the coding element 7 completely in the circumferential direction and at least partially in the axial direction.
  • the magnetic shield is caused partly by the shielding plate 5, partly by the distance between the coding element 7 and the shielding plate 5 and partly by the housing 12 of the receiver, in the case 12 especially by the partial overlapping of the end faces 9 of the coding element or the covering the peripheral surface 8 of the Codieriatas by the housing 12.
  • the two housing halves 13 have a distance of less than 2 mm to the coding element 7 in order to suppress the influence of magnetic interference fields.
  • Fig. 2 illustrates the embodiment shown in Fig. 1 in its details, while the same or comparable components are provided with the same reference numerals.
  • the left upper partial diagram of Fig. 2 is a schematic plan view of the shaft 1 with the coding element 7 one of the half-cylinder 13 of the housing 12 is shown, in which the receiver 11 is arranged.
  • FIG. 2 shows in the upper right part of the diagram the upper portion of the shielding plate 5. It is understood that the shielding plate 1 shown in one piece in FIG. 1 may also be formed in two parts.
  • Fig. 2 shows in the left lower part of the diagram a side view, with the shaft 1, arranged in the housing 12 with the semicylinders 13 receivers 11 and the supply line 14 for the supply of the receiver 11, and the shielding plate 5 and the magnetic bearing 2 with a bearing ring 3, which receives the body 6 of the shaft 1. Recognizable is the groove 4 in the bearing ring 3, in which the shielding plate 5 is received by means of a peripheral flanging.
  • a half of the coding element 7 is shown, in which at the radial peripheral surface 8 at an axial end face 9, the magnetic coding 10, consisting of a series of rotating areas with different magnetization or on a sequence of Areas is formed with existing or missing magnetization.
  • the coding element 7 was formed as a hollow cylinder and fixed to the side surface of the body 6 of the shaft 1. It is understood that a coding can also be arranged on the end face of the shaft 1 and, for example, is circular, wherein the magnetized portions are formed in a circular segment. It is further understood that a combination of a circular and a hollow cylindrical part existing coding element can be provided that is mounted over an end portion of the shaft 1.
  • the sensor arrangement with the shielding plate 5, the coding ring 7 and the receiver 11 outside the magnetic bearing 2 was arranged immediately adjacent to the bearing ring 3. It is understood that the sensor arrangement can also be arranged in the magnetic bearing 2, for example between the bearing ring 2 and a further bearing ring of the magnetic bearing 2; In this case, magnetic shields should then be provided on both sides of the two bearing rings.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine in einem Magnetlager (2) gelagerte Welle (1), umfassend eine magnetische Abschirmung, die unter Ausbildung eines magnetisch abgeschirmten Bereiches das Magnetlager (2) abschirmt, eine in dem magnetisch abgeschirmten Bereich an der Welle (1) angeordnete magnetische Codierung (10), und mindestens einen Empfänger (11), der mindestens eine Änderung eines Magnetfeldes der magnetischen Codierung (10) erfasst. Die vorgenannte Sensoranordnung löst erfindungsgemäß die Aufgabe, für eine in einem Magnetlager (2) gelagerte Welle (1) eine Sensoranordnung anzugeben, die anhand einer magnetischen Codierung (10) der Welle (1) die Position der Welle (1) möglichst in der Nähe des Magnetlagers (2) zu erfassen ermöglicht.

Description

Sensoranordnung für eine in einem Magnetlager gelagerte Welle
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung nach Anspruch 1 für eine in einem Magnetlager gelagerte Welle.
Aus der Praxis von in einem Magnetlager gelagerten Welle ist bekannt, dass Schwierigkeiten auftreten, wenn es darauf ankommt, die Stellung der Welle in axialer oder radialer Richtung in dem Lager festzustellen, insbesondere, wenn der Welle eine magnetische Markierung zugeordnet ist, deren Bewegung erfasst wird, um aus der Bewegung der magnetischen Markierung der Welle auf die Position oder weitere Betriebseigenschaften der Welle, wie Drehzahl oder Drehmoment, zu schließen. Hierbei überlagert sich insbesondere in der Nähe des Magnetlagers dessen Magnetfeld mit dem Magnetfeld der magnetischen Markierung, so dass eine eindeutige Trennung des resultierenden Magnetfeldes in den Beitrag der magnetischen Markierung kaum mehr möglich ist. WO 2006/013092 A1 beschreibt eine Sensoranordnung für einen gelagerte Welle, wobei die Sensoranordnung einen Signalgeber eine magnetische Codierung umfasst, die als an dem Korpus der Welle ausgebildeter magneti- sierter Bereich ausgebildet ist, und einen Empfänger, der als Spule ausge- bildet ist, wobei die Spule eine Änderung des Magnetfeldes der magnetischen Codierung umfasst. Mechanische Spannungen in dem Korpus der Welle bewirken aufgrund des magnetostriktiven Effektes eine Änderung des Magnetfeldes der magnetischen Codierung, die von dem Empfänger erfasst werden, wobei indirekt auf eine Position der Welle in dem Lager geschlossen werden kann. Eine derartige Anordnung ist für eine in einem Magnetlager gelagerte Welle nicht ohne weiteres einsetzbar, da das Magnetfeld des Magnetlagers sich mit der Änderung der Magnetisierung der magnetischen Codierung überlagert. Insbesondere ist problematisch, dass sich das Magnetfeld der Magnetlagerung zeitlich ändert, so dass das Magnetlager dem von der Spule gemessenen Magnetfeld ein zeitabhängiges Signal überlagert. Nachteilig ist ferner, dass die beschriebene Messanordnung nur für solche Wellen geeignet ist, deren Korpus aus einem magnetisierbaren Material besteht, gerade solche Wellen aber durch das Magnetfeld der Magnetlagerung beeinflusst werden.
DE 10 2004 025 387 A1 beschreibt eine Sensoranordnung für eine gelagerte Welle, deren Korpus aus einem elektrisch leitfähigen, magnetisierbaren Material besteht. Die Sensoranordnung umfasst einen Magneten, der seitlich an dem Korpus etwa in dessen Mitte angeordnet ist. Wird durch das Korpus der Welle ein elektrischer Strom geleitet, wird in dem Korpus ein Magnetfeld induziert, das sich an dem Ort des Magneten mit dem Magnetfeld des Magneten überlagert, so dass an dem Ort des Magneten in dem Korpus der Welle aufgrund des magnetostriktiven Effektes mechanische Spannungen in dem Korpus der Welle auftreten, die sich entlang des Korpus der Welle aus- breiten und an einem Ende der Welle erfasst werden können. Aus der Zeit zwischen dem anfänglichen Stromimpuls und dem Auftreten der mechanischen Spannungen kann indirekt auf den Abstand der Stelle, an der der Stromimpuls in die Welle eingeleitet wurde, zu dem Ort, an dem der Magnet sich befindet, geschlossen werden, so dass indirekt auch die Position der Welle relativ zu dem Magneten erfassbar wird. Der Aufbau ist insgesamt aufwendig und für eine in einem Magnetlager gelagerte Welle kaum verwert- bar, da die Magnetfelder des Magnetlagers ständig wechselnde mechanische Spannungen in dem Korpus der Welle hervorrufen, die sich der eigentlichen Messgröße überlagern. Auch lässt sich nur eine axiale Positionierung der Welle, nicht aber eine radiale Stellung der Welle in dem Lager erfassen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, für eine in einem Magnetlager gelagerte Welle eine Sensoranordnung anzugeben, die anhand einer magnetischen Codierung der Welle die Position der Welle möglichst in der Nähe des Magnetlagers zu erfassen ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Aufgrund der magnetischen Abschirmung und der Anordnung des Empfän- gers in dem magnetisch abgeschirmten Bereich wird der Empfänger von dem Magnetfeld der Magnetlagerung nicht weiter beeinflusst. Durch eine geeignete Ausbildung der magnetischen Codierung lässt sich dann - weitgehend unbeeinflusst von der Magnetlagerung - die Position der Welle ermitteln. Effekte der Magnetlagerung, die auf die Magnetisierung des Korpus der Welle einen Einfluss haben, können durch einen dem Empfänger zugeordnete Elektronik erkannt und abgetrennt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die magnetische Codierung durch einen magnetisierten Abschnitt des Korpus der Welle gebildet ist, so dass die Welle keine baulichen Veränderungen erfordert.
Alternativ hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die magnetische Codierung durch ein Codierelement ausgebildet ist, das an das Korpus der Welle angebracht ist. Aufgrund des Codierelementes ist die magnetische Codierung auch für solche Wellen vorzusehen, die aus einem nicht- magnetisier- baren Material bestehen. Zudem besteht bei der Ausbildung des Codierele- mentes die Möglichkeit, die magnetische Codierung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung vorzusehen, so dass der Empfänger gleichzeitig die Position der Welle in axialer und in radialer Richtung ermitteln kann.
Bevorzugt ist hinsichtlich der Ausbildung der magnetischen Codierung vor- gesehen, dass die magnetische Codierung einen Schwingkreis umfasst, und dass der Empfänger den magnetischen Anteil der von dem Schwingkreis abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung erfasst. Dabei ermöglicht die von dem Schwingkreis abgestrahlte elektromagnetische Strahlung ein Erfassen der magnetischen Codierung durch den Empfänger, ohne auf den magnetostriktiven Effekt Rückgriff nehmen zu müssen. Weiter kann die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Zusatzinformation liefern, die von dem Empfänger weiter erfasst und ausgewertet werden kann. Ausgehend von der Frequenz bzw. von dem Frequenzgang der elektromagnetischen Strahlung kann der Empfänger Störeinflüsse, beispielsweise aufgrund des Erdmagnetfeldes oder aufgrund nicht vollständig abgeschirmter Anteile des Magnetfeldes der Magnetlagerung, erkennen und für die nachgeschaltete Auswertung unterdrücken.
Besonders bevorzugt ist hinsichtlich der Ausbildung der magnetischen Codierung durch einen Schwingkreis vorgesehen, dass der Empfänger eine
Spule umfasst, und dass die Spule mit dem Schwingkreis induktiv gekoppelt ist, wobei die Spule den Schwingkreis zu dem Abstrahlen der elektro- magnetischen Strahlung anregt. Der Empfänger versorgt damit den Schwingkreis mit elektrischer Energie, und zwar auf kontaktlose Weise, ohne eine Verbindung mittels Kabeln zu erfordern. Bewegt sich der Schwingkreis relativ zu dem Empfänger, kommt es nur dann zu einer induktiven Kopplung, wenn die Ebene des Schwingkreises im wesentlichen parallel zu einer durch die Spule definierten Richtung liegt. Verschiedene Schwingkreise, die entlang des Umfangs der Welle verteilt angeordnet sind, sprechen damit eine bestimmte Spule des Empfängers jeweils nur kurz an, so dass sich durch das Vorsehen mehrerer Schwingkreise bzw. mehrerer Spulen eine erhöhte radiale oder axiale Auflösung bei der Positionsbestimmung erzielen lässt.
Vorzugsweise ist die magnetische Abschirmung durch ein Abschirmblech ausgebildet; alternativ oder ergänzend hierzu kann die magnetische Abschirmung auch durch eine elektrisch leitende Beschichtung ausgebildet sein, wobei es sich versteht, dass die elektrisch leitende Beschichtung zusätzlich an dem Abschirmblech vorgesehen ist. Die magnetische Abschirmung kann von dem Empfänger baulich getrennt sein; allerdings kann der Empfänger in einem Gehäuse angeordnet sein, wobei das Gehäuse seinerseits eine magnetisch abschirmende Wirkung aufweist. Das magnetisch abschirmende Gehäuse des Empfängers kann dabei die magnetische Abschirmung aufgrund des Abschirmbleches bzw. aufgrund der elektrisch leitenden Beschichtung ersetzen oder ergänzen, beispielsweise, indem das Gehäuse Bestandteile des Magnetfeldes der Magnetlagerung, die durch das Abschirmblech bzw. durch die elektrisch leitende Beschichtung nicht vollständig abgeschirmt sind, von dem Empfänger fernhält.
Vorzugsweise umfasst der Empfänger zwei Halbzylinder, die die magnetische Codierung in radialer Richtung abdecken. Die beiden Halbzylinder bilden ein Gehäuse, das die magnetische Codierung entlang dessen Umfang überdeckt und damit abschirmt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Halbzylinder die magnetische Codierung in axialer Richtung mindestens teilweise überdeckt, und zwar insbesondere beidseitig überdeckt. Damit weist jeder der Halbzylinder einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Die Ausbildung des Gehäuses des Empfängers als Halbzylinder ermöglicht dabei, jeden der Halbzylinder auf die magnetische Codierung so anzubringen, dass die beiden Schenkel des U die magnetische Codierung in axialer Richtung abdecken, wobei die Halbzylinder nahe an die magnetische Codierung heranreichen und einen Abstand von 2 mm oder weniger zu der magnetischen Codierung einnehmen können.
Der Empfänger selbst umfasst vorzugsweise mindestens eine Spule, die das Magnetfeld der magnetischen Codierung erfasst, und insbesondere eine Änderung des Magnetfeldes der magnetischen Codierung erfassen kann. Spulen haben, im Vergleich zu anderen Magnetfeld-Sensoren wie Hall- Sensoren oder Reed-Sensoren, den Vorteil, auch als Sender von elektro- magnetischer Strahlung wirken zu können, insbesondere dann, wenn die magnetische Codierung durch einen Schwingkreis gebildet ist, der induktiv gekoppelt wird.
Die magnetische Codierung kann sowohl an einer Seitenfläche der Welle wie auch an einer Stirnfläche der Welle angeordnet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, und
Fig. 2 zeigt in vier Teilschaubildern Ansichten der Einzelheiten des
Ausführungsbeispiels aus Fig. 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine Welle 1 , die in einer Magnetlagerung 2 gelagert ist. Die Magnetlagerung 2 umfasst einen Lagerring 3, der eine Nut 4 aufweist. In die Nut 4 ist ein Abschnitt eines Abschirmblechs 5 einfügbar.
Das Korpus 6 der Welle 1 besteht aus einem nicht-magnetisierbaren Material, beispielsweise aus einem Stahl mit einem geringen Anteil von Chrom. An das Korpus 6 der Welle 1 ist ein kreisringförmiges Codierelement 7 befestigbar, wobei das Codierelement 7 in der Darstellung von Fig. 1 zweiteilig dargestellt ist. In der montierten Stellung ist das Codierelement 7 an das Korpus 6 der Welle 1 mittels Presssitz befestigt.
Das Codierelement 7 weist eine umlaufende, radiale Umfangsfläche 8, die von dem Korpus 6 der Welle 1 fort weist, und eine axiale Stirnfläche 9, die von dem Lagerring 3 fort weist, auf. An dem Codierelement 7 ist eine magnetische Codierung 10 vorgesehen, die als Abfolge von Abschnitten unterschiedlicher Magnetisierung sowohl an der Stirnfläche 9 wie auch an der Umfangsfläche 8 ausgebildet ist. Fig. 1 zeigt weiter einen Empfänger 11 mit einem Gehäuse 12, das aus zwei Halbzylindern 13 ausgebildet ist. Jeder der Halbzylinder 13 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei die Schenkel des U in der montierten Stellung die Stirnfläche 9 sowie die weitere Stirnfläche des Codierelementes 7 übergreifen, während die Grundfläche des U die Umfangfläche 8 des Codierelementes überdeckt.
In dem Gehäuse 12 ist noch eine Spule angeordnet, die die Änderung des Magnetfeldes der Magnetisierung des Codierelementes 7 erfasst, sobald sich das Codierelement 7 relativ zu der Spule bewegt. Erkennbar sind noch elektrische Zuleitungen 14, die in jeden der Halbzylinder 13 führen, und die innerhalb des Halbzylinders 13 angeordnete Spule beaufschlagen bzw. an deren Ende in der Spule durch das Magnetfeld des Codierelementes 7 induzierte Spannungen einen Spannungsabfall erzeugen.
In der montierten Stellung ist das Abschirmblech 5 abschnittsweise in der Nut 4 des Lagerrings 3 aufgenommen und damit das Abschirmblech 5 an dem Lagerring 3 des Magnetlagers 2 befestigt. In einem axialen Abstand zu dem Abschirmblech 5 ist das Codierelement 7 mittels Presssitz an das Korpus 6 der Welle 1 gefügt, und der Empfänger 11 überdeckt das Codierelement 7 in Umfangsrichtung vollständig und in axialer Richtung zumindest teilweise.
Die magnetische Abschirmung wird teils durch das Abschirmblech 5, teils durch den Abstand zwischen dem Codierelement 7 und dem Abschirmblech 5 sowie teils durch das Gehäuse 12 des Empfängers bewirkt, bei dem Gehäuse 12 speziell durch das teilweise Übergreifen der Stirnflächen 9 des Codierelementes bzw. das Überdecken der Umfangsfläche 8 des Codierelementes durch das Gehäuse 12. Die beiden Gehäusehälften 13 weisen einen Abstand von weniger als 2 mm zu dem Codierelement 7 auf, um den Einfluss von magnetischen Störfeldern zu unterdrücken. Fig. 2 stellt das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in seinem Einzelheiten dar, dabei sind gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dem linken oberen Teilschaubild von Fig. 2 ist schematisch eine Draufsicht auf die Welle 1 mit dem Codierelement 7 einem der Halbzylinder 13 des Gehäuses 12 gezeigt, in dem der Empfänger 11 angeordnet ist. Fig. 2 zeigt in dem rechten oberen Teilschaubild den oberen Abschnitt des Abschirmbleches 5. Es versteht sich hierbei, dass das in Fig. 1 einteilig dargestellte Abschirmblech 5 auch zweiteilig ausgebildet sein kann. Fig. 2 zeigt in dem linken unteren Teilschaubild eine Seitenansicht, mit der Welle 1 , dem in dem Gehäuse 12 mit den Halbzylindern 13 angeordneten Empfängern 11 sowie der Zuleitung 14 zur Versorgung der Empfänger 11 , sowie das Abschirmblech 5 und die Magnetlagerung 2 mit einem Lagerring 3, der das Korpus 6 der Welle 1 aufnimmt. Erkennbar ist die Nut 4 in dem Lagerring 3, in der das Abschirmblech 5 mittels einer randseitigen Umbördelung aufgenommen ist. In dem rechten unteren Teilschaubild von Fig. 2 ist eine Hälfte des Codierelementes 7 dargestellt, bei der an der radialen Umfangsfläche 8 an einer axialen Stirnfläche 9 die magnetische Codierung 10, die aus einer Abfolgen von umlaufenden Bereichen mit unterschiedlicher Magnetisierung bzw. auf einer Abfolge von Bereichen mit vor- handener oder fehlender Magnetisierung ausgebildet ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das Codierelement 7 hohlzylindrisch ausgebildet und an der Seitenfläche des Korpus 6 der Welle 1 befestigt. Es versteht sich, dass ein Codierelement auch an der Stirnfläche der Welle 1 angeordnet sein kann und beispielsweise kreisförmig ist, wobei die magnetisierten Abschnitte kreissegmentförmig ausgebildet sind. Es versteht sich weiter, dass auch eine Kombination aus einem kreisförmigen und einem hohlzylindrischen Teil bestehendes Codierelement vorgesehen sein kann, dass über einem Endabschnitt der Welle 1 angebracht wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Sensoranordnung mit dem Abschirmblech 5, dem Codierring 7 und dem Empfänger 11 außerhalb des Magnetlagers 2, unmittelbar angrenzend an den Lagerring 3 angeordnet. Es versteht sich, dass die Sensoranordnung auch in dem Magnetlager 2, beispielsweise zwischen dem Lagerring 2 und einem weiteren Lagerring des Magnetlagers 2, angeordnet sein kann; in diesem Fall sind dann zu beiden Seiten zu den beiden Lagerringen hin magnetische Abschirmungen vorzusehen.
Bezugszeichenliste
1 Welle
2 Magnetlagerung 3 Lagerring
4 Nut
5 Abschirmblech
6 Korpus der Welle 1
7 Codierelement 8 radiale Umfangsfläche
9 axiale Stirnfläche
10 magnetische Codierung
11 Empfänger
12 Gehäuse 13 Halbzylinder
14 Zuleitung

Claims

Patentansprüche
1. Sensoranordnung für eine in einem Magnetlager (2) gelagerte Welle (1), umfassend ' eine magnetische Abschirmung, die unter Ausbildung eines magne- tisch abgeschirmten Bereiches das Magnetlager (2) abschirmt, eine in dem magnetisch abgeschirmten Bereich an der Welle (1) angeordnete magnetische Codierung (10), und mindestens einen Empfänger (11), der mindestens eine Änderung eines Magnetfeldes der magnetischen Codierung (10) erfasst.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Codierung durch einen magnetisierten Abschnitt des Korpus (6) der Welle (1) gebildet ist.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Codierung (10) durch ein Codierelement (7) ausgebildet ist, das an das Korpus (6) der Welle (1) angebracht ist.
4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Codierung einen Schwingkreis umfasst, und dass der
Empfänger den magnetischen Anteil der von dem Schwingkreis abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung erfasst.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine Spule umfasst, und dass die Spule mit dem Schwingkreis induktiv gekoppelt ist, wobei die Spule den Schwingkreis zu dem Abstrahlen der elektromagnetischen Strahlung anregt.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Abschirmung durch ein Abschirmblech (5) ausgebildet ist.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Abschirmung durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung gebildet ist.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Empfänger (11) ein Gehäuse (12) mit zwei
Halbzylindern (13) umfasst, und dass die beiden Halbzylinder (13) die magnetische Codierung (10) in radialer Richtung abdecken.
9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzylinder (13) die magnetische Codierung (10) in axialer Richtung mindestens teilweise überdecken.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (11) mindestens eine Spule um- fasst.
11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Codierung (10) an einer Seitenfläche der Welle (1) angeordnet ist.
12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Codierung (10) an einer Stirnfläche der Welle (1) angeordnet ist.
EP08801291A 2007-09-08 2008-09-03 Sensoranordnung für eine in einem magnetlager gelagerte welle Withdrawn EP2225475A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007042920A DE102007042920A1 (de) 2007-09-08 2007-09-08 Sensoranordnung für eine in einem Magnetlager gelagerte Welle
PCT/DE2008/001484 WO2009030221A2 (de) 2007-09-08 2008-09-03 Sensoranordnung für eine in einem magnetlager gelagerte welle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2225475A2 true EP2225475A2 (de) 2010-09-08

Family

ID=40340076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08801291A Withdrawn EP2225475A2 (de) 2007-09-08 2008-09-03 Sensoranordnung für eine in einem magnetlager gelagerte welle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8330455B2 (de)
EP (1) EP2225475A2 (de)
JP (1) JP2010538281A (de)
DE (1) DE102007042920A1 (de)
WO (1) WO2009030221A2 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007043392A1 (de) * 2007-09-12 2009-03-19 Schaeffler Kg Messanordnung für eine gelagerte Welle
DE102009021081B4 (de) * 2008-07-18 2017-07-06 Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh Magnetischer Winkelsensor
DE102013225897A1 (de) * 2013-12-13 2015-06-18 Continental Teves Ag & Co. Ohg Induktiver Sensor mit einem beliebig langen Messweg
EP2980429A1 (de) * 2014-07-28 2016-02-03 Skf Magnetic Mechatronics Verbesserte AMB-Positionserkennungsvorrichtung
EP3683464B1 (de) 2019-01-21 2022-03-02 Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. Aktive magnetlagervorrichtung
US11512707B2 (en) 2020-05-28 2022-11-29 Halliburton Energy Services, Inc. Hybrid magnetic thrust bearing in an electric submersible pump (ESP) assembly
US11460038B2 (en) 2020-05-28 2022-10-04 Halliburton Energy Services, Inc. Hybrid magnetic radial bearing in an electric submersible pump (ESP) assembly
US11739617B2 (en) 2020-05-28 2023-08-29 Halliburton Energy Services, Inc. Shielding for a magnetic bearing in an electric submersible pump (ESP) assembly
CN113805126B (zh) * 2021-10-09 2024-06-28 深圳市资福医疗技术有限公司 磁场测量设备
US12209859B2 (en) 2022-09-26 2025-01-28 Caterpillar Inc. Hollow center angular position sensor
CN115684633B (zh) * 2022-12-30 2023-03-10 四川新川航空仪器有限责任公司 一种磁转速传感器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4473259A (en) * 1980-12-24 1984-09-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Linear magnetic bearings
JP2001077446A (ja) 1999-09-07 2001-03-23 Nsk Ltd エキシマレーザ装置
JP4028971B2 (ja) * 2001-08-28 2008-01-09 アルプス電気株式会社 磁気センサの組立方法
US7307415B2 (en) * 2002-02-14 2007-12-11 Bvr Technologies Co. Contactless angular position sensor and method for sensing angular position of a rotatable shaft
DE102004025387B4 (de) 2004-05-17 2011-05-05 Balluff Gmbh Magnetostriktive Wegaufnehmervorrichtung
US20090007697A1 (en) 2004-08-02 2009-01-08 Lutz May Sensor Device Capable of Identifying any Components of a Mechanical Force Applied to a Movable Object
WO2006030669A1 (ja) * 2004-09-15 2006-03-23 Ntn Corporation 回転センサ付き軸受装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009030221A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
US8330455B2 (en) 2012-12-11
US20100201353A1 (en) 2010-08-12
WO2009030221A2 (de) 2009-03-12
WO2009030221A3 (de) 2009-05-07
DE102007042920A1 (de) 2009-03-12
JP2010538281A (ja) 2010-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2225475A2 (de) Sensoranordnung für eine in einem magnetlager gelagerte welle
EP2188639B1 (de) Messanordnung für eine gelagerte welle
DE3840532C2 (de)
EP3250889B1 (de) Magnet-basiertes drehwinkelmesssystem
EP3510362B1 (de) Drehwinkelsensor, statorelement sowie rotorelement für diesen
DE102020114014A1 (de) Positionssensor, Zentralausrücker und Kupplungseinrichtung
EP2300795A1 (de) Drehmomentsensoranordnung mit drehwinkel-index-erfassung
EP0108950B1 (de) Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines rotierenden Teils
DE10057773B4 (de) Näherungsschalter
DE212018000387U1 (de) Kontaktloser linearer Wegaufnehmer
DE102006053222B4 (de) Induktiver Näherungsschalter mit an einem Schirm befestigter Ergänzungsspule
DE10011820B4 (de) Messeinrichtung für Wälzlager
DE102006053023B4 (de) Induktiver Näherungsschalter
WO2014177140A1 (de) Wälzlager mit berührungsloser signalübertragung
DE10124483B4 (de) Wegmeßsystem
EP1685365A2 (de) Berührungslos arbeitendes wegmesssystem
DE112011104961B4 (de) Als Gradiometer ausgestalterer Induktiver Sensor
DE102012015200B4 (de) Induktiver Näherungsschalter mit flächiger Empfangsspule
EP3569467B1 (de) Sensor zum erfassen von metallteilen, sowie verfahren zum abschwächen eines magnetischen feldes
EP3569466B1 (de) Sensor zum erfassen von metallteilen, sowie verfahren zum abschwächen eines magnetischen feldes
EP1723393B1 (de) Berührungslos arbeitendes wegmesssystem
DE102013225874A1 (de) Induktiver Drehwinkelsensor
EP0342509B1 (de) Winkelimpulsgeber
EP0932018A2 (de) Induktive Winkelmessvorrichtung
DE102020128013A1 (de) Spulenanordnung für eine Sensorvorrichtung zum Ermitteln einer Position eines Objekts entlang einer sensitiven Achse der Sensorvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100331

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20130403

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230523