用于电感式滑动、偏心和倾斜感测的转子的制作方法

用于电感式滑动、偏心和倾斜感测的转子
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年4月9日提交的标题为“inductiveeccentricity and tilt sensor”的美国临时申请序列no.63/201,038的 优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本文描述的技术一般而言涉及用于确定马达轴或机器轴是否失准 的设备、系统和方法。


背景技术：

4.机器、马达或其它组件中的轴的失准会给操作带来问题。用于确 定这种失准的已知设备可能要求灵活放置、可能在能力上受到限制、 可能不敏感等。


技术实现要素：

5.本公开的各种实施方式一般而言涉及电感式偏心和倾斜传感器以 及用于制造和使用它们的系统和方法(在本文中统称为电感式传感器 和电感式感测)。
6.在至少一个一般方面，电感式传感器可以包括具有旋转轴线的轴， 以及物理耦合到轴并且包括转子线圈的转子。转子和转子线圈可以沿 着与旋转轴线正交的平面对准。电感式传感器可以包括定子，定子包 括定子层、励磁线圈和偏心接收器线圈，其中励磁线圈和偏心接收器 线圈物理地耦合到定子层。
7.在另一个一般方面，电感式传感器可以包括具有旋转轴线的轴。 电感式传感器可以包括定子，定子围绕轴部署并且包括定子层、励磁 线圈和至少一个接收器线圈，其中励磁线圈和至少一个接收器线圈可 以耦合到定子层。电感式传感器可以包括物理耦合到轴的转子，其中 转子包括转子基板和耦合到转子基板的至少一部分的转子线圈。转子 基板可以沿着与轴的旋转轴线正交的平面对准，并且转子线圈可以具 有部署在该平面和定子之间的至少一部分。
附图说明
8.由本公开的各种实施方式提供的设备、系统和方法的特征、方面、 优点、功能、模块和组件在本文中关于以下描述和附图中的至少一个 进一步公开。在附图中，相同类型的相似部件或元件可以具有相同的 附图标记(诸如108)，带有附加的字母指示符(诸如108a、108n 等)，其中字母指示符指示具有相同附图标记(例如，108)的部件 具有共有的特性和/或特点。另外，部件的各种视图可以通过后跟破 折号和第二附图标记的第一附图标记来区分，其中第二附图标记用于 本描述的指定部件的视图的目的。当说明书中仅使用第一附图标记时， 该描述适用于具有相同第一附图标记的任何相似部件和/或视图，而 不管任何附加的字母指示符或第二附图标记(如果有的话)。
9.图1a是根据实施方式配置的单转子电感式传感器的示意图。
10.图1b是根据实施方式配置的单转子电感式传感器的电气示意图。
11.图2a是根据实施方式配置的双转子电感式传感器的示意图。
12.图2b是根据实施方式配置的双转子电感式传感器的电气示意图。
13.图3a是根据实施方式的被配置用于检测轴的滑动失准的电感式 传感器中的顶部接收器线圈的实施方式的示意图。
14.图3b是根据实施方式的被配置用于检测轴的滑动失准的电感式 传感器中的底部接收器线圈的实施方式的示意图。
15.图3c是图3a和图3b的电感式传感器的横截面视图，并且进一 步示出了根据实施方式的励磁线圈、接收器线圈和转子线圈中的电流。
16.图4是图示“滑动比”(如本文所述)与位置改变(δz)之间 的关系的图表，并且还图示了根据实施方式可使用图3a的双转子电 感式传感器检测的直接耦合(dc)信号。
17.图5a是根据实施方式的被配置用于检测轴相对于代表性轴线 (诸如y轴)的倾斜失准的电感式传感器中的顶部接收器线圈的实施 方式的示意图。
18.图5b是根据实施方式的被配置用于检测轴相对于代表性轴线 (诸如y轴)的倾斜失准的电感式传感器中的底部接收器线圈的实施 方式的示意图。
19.图5c是图5a和图5b的电感式传感器的横截面视图，其根据实 施方式进一步示出了励磁线圈、接收器线圈和转子线圈中的电流。
20.图6是图示“θy倾斜比”与给定轴线的关系(诸如y轴倾斜 (θy))的图表，其根据实施方式可使用图5a和图5b的双转子电 感式传感器检测。
21.图7a是被配置为根据实施方式检测轴相对于代表性轴线(诸如 x轴)的偏心失准的电感式传感器的实施方式的示意图。
22.图7b是图7a的电感式传感器的实施方式的示意图，其中发生 了偏心失准。
23.图8是图示“δx偏心比”(如下所述)与给定轴线(诸如x轴 (δx))的关系的图表，根据实施方式可使用图7a和图7b的双转 子电感式传感器检测。
具体实施方式
24.本文描述的各种实施方式针对用于电感式地确定机器、马达或其 它组件中的轴的失准的设备、系统和方法。如本文所使用的，轴可以 具有任何长度、直径、材料成分或其它。轴可以用于任何目的。在本 文中，轴的对准是相对于轴的预期用途(诸如马达中的驱动轴)确定 的，而不是相对于其它坐标空间、朝向或其它方面(诸如包含马达的 车辆的旋转)。在本文中，为了便于解释，轴绕坐标空间的中心轴线 (例如，z轴)旋转。在正确操作期间，轴可以被限定为具有与z轴 一致的中心轴线。
25.对于本公开的至少一种实施方式，电感式传感器可以被配置为检 测滑动失准、倾斜失准、偏心失准及其组合中的一个或多个。在一些 实施方式中，可以用一个转子和一个定子测量五个自由度(例如， δx、δy、δz、θx、θy)。在一些实施方式中，通过添加另一个线 圈，可以测量六个自由度(例如，添加θz)。在至少图1a至图2b 中图示了六个自由度。在一些实施方式中，接收器线圈可以配置有差 分架构，从而减少(例如，最小化)与励磁线圈的直接耦合。
26.电感式传感器常常被用于确定物体的其它方面，诸如物体的角位 置。本公开的实
施方式可以单独使用和/或与此类其它类型的电感式 传感器结合使用。
27.根据至少一种实施方式，电感式传感器包括励磁线圈(ec)， 该励磁线圈被配置为当交流电流(ac)流过线圈时生成电磁场；至 少一个接收线圈，定位在励磁线圈内并且被配置为检测由流经励磁线 圈的电流在接收线圈中感应出的电势、电压；以及耦合元件或转子。 为了检测轴失准，转子耦合(例如，物理耦合)到轴，使得轴的旋转 导致转子的旋转。轴的失准导致在一个或多个接收线圈中感应出的电 压电势改变，这种电压改变可由耦合到励磁线圈和接收线圈的控制电 路检测。
28.对于至少一种实施方式，励磁线圈可以包括多回路设计并且可以 使用任何数量的回路。励磁线圈的相应端可以耦合到控制电路，该控 制电路控制从电源向励磁线圈提供电流。控制电路可以耦合到并控制 一个或多个开关，开关选择性地将励磁线圈与电源耦合。电源提供 ac信号，这导致励磁线圈生成第一电磁场。与电感式位置传感器一 起使用的控制电路、开关和ac源可以被配置用于在本公开的实施方 式中使用。
29.励磁线圈和(一个或多个)接收线圈可以设置在定子中。转子可 以通过气隙与定子的顶表面隔开。转子可以被配置为线圈、几何形状 或其它形式。转子被配置为基于转子当时发生的对准来干扰接收线圈 中感应出的电势的量，这种对准与转子物理耦合到的轴的当前对准对 应。
30.机器和马达轴(在本文中，轴)可以通过轴承组件相对对准。轴 承组件促进轴的旋转，同时在给定坐标空间内维持这种相对于给定朝 向的旋转。为简单起见，可以认为轴绕给定轴线(诸如xyz限定的 坐标空间的z轴)旋转。轴承组件可以采取各种形式。对于一些实施 方式，可以使用滚珠轴承型组件。对于轴以高速旋转的其它实施方式， 非限制性示例是以每分钟五十万转(500,000rpm)旋转的轴，可以 使用磁性轴承组件。
31.随着使用，轴承组件会磨损、变得损坏、降级或出现其它不能正 确对准给定轴的情形。关于偏心、倾斜、滑动(例如，垂直位移，诸 如轴向下或向上的移动)或其它方面会发生失准。当发生时，失准可 导致会损坏装备的振动或其它影响并可防止安全风险。
32.如本文所使用的，当轴的给定部分(沿着z轴)相对于给定参考 点(例如，轴承组件的顶部)在正或负方向(+/-z)上经历改变时， 发生轴的滑动失准。当轴的在给定时间假定与参考点平行的相对部分 与给定参考点不平行时，发生滑动。可以使用一个或多个接收器线圈 来检测滑动失准，接收器线圈被配置为检测沿着z轴的此类失准。
33.如本文所使用的，当轴相对于给定x-y参考平面的朝向与参考平 面不垂直(例如，不正交)时，发生轴的倾斜(或倾斜)失准。垂直 度可以用绝对术语和/或相对术语(诸如考虑到绝对九十度角(90
°
) 的给定容差)限定。给定的容差(如果有的话)可以随时间而变化和 /或是特定于实施方式的。对于至少一种实施方式，轴的倾斜失准可 以在相对于给定的x-y平面的一个或多个方向上可检测，诸如x轴 倾斜(也可以被称为滚动)和/或y轴倾斜(也可以被称为俯仰的改 变)。可以使用一个或多个接收器线圈来检测倾斜失准，接收器线圈 被配置为检测沿着x轴和/或y轴之一或两者的此类失准。
34.如本文所使用的，当轴的中心轴线偏移(沿着给定的x-y平面) 使得中心轴线与给定坐标空间的z轴不重合时，可发生轴的偏心失准。 可以使用一个或多个接收器线圈来检测偏心失准，接收器线圈被配置 为检测沿着x轴和/或y轴之一或两者的失准。
35.为了检测失准，可以在至少一种已知方法中使用一个或多个位移 传感器。对于非
磁性轴承组件，可以使用加速度计和/或声音传感器。 例如，声音传感器可以基于与给定操作轴相关联的频率特点的改变来 确定轴承组件发生故障或可能发生故障的位置。因为使用轴和轴承组 件的间接测量，所以这种方法的用途有限。对于磁性轴承组件，可能 需要对用于定位轴的磁场进行连续调整。另外，此类系统可以具有有 限的可检测性，诸如以一微米(1um)或更大的精度检测失准。但是， 对于一些实施方式，需要更精细的检测和调整。
36.另外，被配置为检测轴失准的各种形式的已知电感式传感器可以 包括围绕定子放置的多个传感器。这些传感器是灵活的并且在定子外 部对准并且可能不会紧密接近轴。
37.在其它已知的实施方式中，轴本身可以被用作用于电感式传感器 的转子。这种配置是不期望的，因为它抑制了电感式传感器中使用的 励磁线圈、接收器线圈和转子线圈的紧密接近放置。因而，接收到的 信号强度会降低，由此传感器准确性会降低。另外，检测倾斜失准 (如下所述)通常是不可能的。
38.本文所述的电感式传感器可以检测轴的滑动、倾斜和偏心失准中 的一个或多个。这些和其它需求通过本公开的一种或多种实施方式来 解决。
39.例如如图1a和图1b中所示，电感式传感器100可以包括第一 转子101和定子103。与图1a和图1b相关联的实施方式细节可以应 用于本文描述的任何其它实施方式。定子103包括耦合到控制电路 132的至少一个励磁线圈105和至少一个接收器线圈106(也可以被 称为偏心接收器线圈，或者可以包括偏心接收器线圈)。至少一个励 磁线圈105和/或至少一个接收器线圈106中的一个或多个可以耦合 (例如，物理耦合、机械耦合)到定子103的定子基板103-1的表面。
40.第一转子101机械耦合到轴130。轴130可以在转子101处终止 或延伸超出转子101。轴130位于轴承组件(未示出)内。机械致动 器(诸如马达、传动带或以其它方式耦合到轴并促进轴130绕中心轴 线(例如，旋转的中心轴线、纵向轴线)(诸如图1a中所示的z轴) 旋转。轴130和轴承组件的任何配置、功能、其元件、用途等都可以 在本文描述的实施方式中使用。
41.对于至少一种实施方式，第一转子101包括第一转子基板101-1 和至少一个导电的第一转子线圈102。第一转子基板101-1(或其一 部分)可以被提供为刚性元件(例如，印刷电路板(pcb)(或其它 结构))，第一转子线圈102可以配置在该刚性元件上。任何已知的 和/或后来出现的技术可以被用于将第一转子线圈102压印到第一转 子基板101-1上。当第一转子101被配置为环绕轴130时，第一转子 101可以具有甜甜圈或环形结构。当第一转子101被配置为耦合到轴 130的端部构件时，第一转子101可以被配置为盘形结构或其它结构。
42.如至少图1a中所示，第一转子101(和第一转子基板101-1)沿 着与轴130的中心旋转轴线(或纵向轴线)正交的平面对准。第一转 子线圈102可以耦合到第一转子基板101-1。在一些实施方式中，第 一转子线圈102的至少一部分可以部署在第一转子基板101-1上和/或 嵌入在第一转子基板101-1内。在一些实施方式中，第一转子线圈 102的至少一部分可以形成和/或印刷在第一转子基板101-1上。在一 些实施方式中，第一转子线圈102的至少一部分可以暴露在第一转子 基板101-1的外部。
43.如图1a中所示，第一转子线圈102是圆形的。第一转子线圈102 的圆形形状对于使感测独立于轴130和转子101的旋转是重要的。
44.第一转子101可以被配置为包括作为封闭的环的第一转子线圈 102，这促进通过使用第一转子101与(一个或多个)励磁线圈105 和(一个或多个)接收器线圈106的电感耦合来检测轴130的失准。 在电感式传感器100的使用期间，第一电感耦合发生在第一转子101 和(一个或多个)励磁线圈105之间。第二电感耦合也发生在第一转 子101和一个或多个接收器线圈106之间。第二电感耦合在形成给定 接收器线圈106的线圈中感应出接收器线圈电压vr。一个或多个接 收器线圈电压vr可以由控制电路132(也可以被称为控制单元)用 于检测轴130的滑动、倾斜和/或偏心失准中的一个或多个。控制电 路132可以连接到电源(未示出)。
45.如上面所提到的，在一些实施方式中，(一个或多个)接收器线 圈106和(一个或多个)励磁线圈105可以配置有差分架构，从而减 少(例如，最小化)与至少(一个或多个)励磁线圈106的直接耦合。 至少结合图3a至图5c以及图7a和图7b示出和描述差分架构布置。
46.定子103可以相对于轴130并绕轴130定位，以便提供固定的参 考平面，诸如在图1a中所示的x-y-z坐标系中形成的参考平面，用 于检测轴130的一个或多个失准。对于至少一种实施方式，定子103 可以机械地耦合到轴承组件，轴130在该轴承组件内旋转。对于另一 种实施方式，定子103可以机械地耦合到机器安装件、马达安装件、 工作台或相对于轴130处于固定位置而不直接机械耦合到轴承组件的 另一种结构。
47.如图1a和图1b中所示，定子103可以被配置为多层结构，并 且(一个或多个)励磁线圈105和(一个或多个)接收器线圈106形 成在该多层结构上并且穿过该多层结构。定子103包括限定第一给定 参考平面(诸如x-y参考平面)的定子顶层104(t)(stl)和限定第 二给定参考平面的定子底层104(b)(sbl)。对于至少一种实施方式， 第一给定参考平面和第二给定参考平面是平行的平面。如图所示，气 隙d1(也可以被称为间隙或分离距离)将第一转子101与定子顶层 104(t)(stl)分开。出于解释的目的，可以将给定的定子层(诸如 stl和sbl)描述为包括两个或更多个部分，诸如左部分、右部分、 顶部分和底部分。这些部分可以被称为第一、第二、第三或第四部分， 视情况而定。除非另有规定，否则此类部分描述不用于限制目的，而 是用于相对朝向的目的。
48.在一些实施方式中，转子101(和转子线圈)与定子103之间的 气隙d1可以相对小(例如，减小、最小化)。换句话说，在一些实 施方式中，转子101和定子103可以相对紧密接近。在一些实施方式 中，转子101和定子103可以相对紧密接近，使得转子线圈102和 (一个或多个)励磁线圈104之间可以存在高传感器灵敏度。在一些 实施方式中，转子101和定子103可以相对紧密接近，使得转子线圈 102和(一个或多个)接收器线圈106之间可以存在高传感器灵敏度。
49.在一些实施方式中，气隙d1比线圈(例如，励磁线圈、接收器 线圈)中的至少一个的直径小10倍，使得灵敏度(这是关键的)可 以高(例如，最大化)。在一些实施方式中，气隙d1比励磁线圈 (例如，励磁线圈105(t))的直径d8小10倍。在一些实施方式中， 气隙d1比接收器线圈(例如，接收器线圈106(t))的直径d9小10 倍。
50.如至少图1a中所示，转子101可以沿着平行于定子103的平面 对准。因而，转子101可以在平行于定子103内旋转(或沿着平行于 定子103的平面对准)。在一些实施方式中，转子线圈102部署在定 子103上方，使得平行于旋转轴线(沿着z轴)的轴线z-1与转子线 圈102和定子103都相交(如至少图1a中所示)。
51.(一个或多个)励磁线圈105可以包括由一个或多个励磁线圈通 孔124连接的顶部励磁线圈结构105(t)(tec)和底部励磁线圈结构 105(b)(bec)(其可以统称为或单独称为(一个或多个)励磁线 圈)。(一个或多个)励磁线圈105还通过相应的顶部和底部励磁线 圈引线122(t)和122(b)耦合到控制电路132。可以使用励磁线圈引线 122的其它配置，诸如两根引线都配置在定子顶层104(t)(stl)上 或定子底层104(b)(sbl)(其可以统称为或单独称为(一个或多个) 定子层)上。
52.定子层中的一个或多个可以是刚性元件(例如，印刷电路板 (pcb)(或其它结构))，一个或多个线圈(诸如一个或多个励磁 线圈105和/或一个或多个接收器线圈106)可以耦合(例如，形成) 在其上。
53.(一个或多个)接收器线圈106还可以包括顶部接收器线圈结构106(t)和底部接收器线圈结构106(b)，它们通过一个或多个接收器线 圈通孔128连接并且通过相应的顶部和底部接收器线圈引线126(t)和 126(b)进一步耦合到控制电路132。可以使用接收器线圈引线126的 其它配置，诸如两根引线都配置在定子顶层104(t)上或定子底层 104(b)上。
54.在图1a中，为了说明的目的，第一转子线圈102、(一个或多 个)励磁线圈105和(一个或多个)接收器线圈106被示为包括一个 回路。多个回路可以被用于给定线圈。另外，在本公开的实施方式中 可以使用多个转子线圈、励磁线圈和/或接收器线圈。
55.如图1a中所示，定子103限定直径大于转子101的圆柱体。而 且，转子101布置在该圆柱体内(如果该圆柱体从定子103向转子 101上方突出)。换句话说，定子具有外直径并且部署在具有该外直 径的圆柱体内，并且转子线圈在该圆柱体内旋转。
56.如图1b中所示，多个接收器线圈106被标识，包括增量x(δx) 接收器线圈108、增量y(δy)接收器线圈110、增量z(δz)接收 器线圈112、θx(θx)接收器线圈114，以及θy(θy)接收器线圈 116。而且，当被配置为与角位置传感器一起使用时，θz(θz)接 收器线圈118可以包括在本公开的实施方式中。这种接收器线圈可以 要求转子线圈102的配置与所示闭环配置不同。
57.如图2a和图2b中所示，本公开的实施方式可以包括第一转子 101和第二转子201。第一转子101和第二转子201(其包括第二转子 基板201-1和第二转子线圈202)可以是针对第一转子线圈102和第 二转子线圈202的对应配置。转子101(如上所述)的任何方面都可 以应用于转子202。第二转子201可以与定子底层104(b)隔开第二气 隙d2。第二气隙d2的尺寸可以与结合气隙d1所描述的相同。如至 少图2a中所示，第二转子201(和第二转子基板201-1)沿着与轴 130的中心旋转轴线(或纵向轴线)正交的平面对准。对于至少一种 实施方式，当轴130没有失准时，d1＝d2(加上或减去给定的变化， 这种变化可以由于机械、设计或其它配置而出现)。通过提供第二转 子201，接收器线圈电压的信号强度在单个转子配置上增加。如图1a 中所示，这种增加还可以促进检测较小的失准，否则使用单个转子配 置可能无法检测到这些失准。
58.在使用期间，轴130可以经历滑动、倾斜和/或偏心失准中的一 个或多个。一个或多个接收器线圈106可以被配置为检测由于相应接 收器线圈电压vr(例如，vrδx、vrδy、vrδz、vrθx和vrθy) 的改变而引起的此类失准中的一个或多个。而且，将在(一个或多个) 接收器线圈106与(一个或多个)励磁线圈105之间感应出恒定的直 接耦合(dc)电压120，并且可以通过使用直接耦合线圈120来测量 它。本公开的给定实施方式可以被配置为包括接
收器线圈106，其促 进检测一个或多个但不是全部对准的改变。例如，为了检测倾斜和偏 心失准，可以使用一个或多个增量x、增量y、增量z、θx和θy线 圈。为了检测滑动失准，可以使用增量z接收器线圈112。
59.另外，在使用期间，当失准发生时，气隙d1(以及d2＝，当存 在时)的距离可在给定接收器线圈106的一个或多个元件之间变化。 这种变化可用于确定失准是如何发生的，诸如在轴130旋转的一个或 多个部分处朝着x-y参考平面上的给定方向倾斜，或以其它方式发 生。
60.如图2a和图2b中所示，可以添加第二转子201以增加系统的 灵敏度。换句话说，第一转子101(和第一转子线圈102)(如果如 图1a和图1b中所示单独地包括)可以被用于检测在增量x、增量 y、增量z、θx和θy方向上的失准。可以包括第二转子201(和第 二转子线圈202)以增加失准的检测的灵敏度。例如，导致气隙d1 增加并且被第一转子101检测的增量z方向上的失准也将导致被第二 转子201检测的气隙d2的减小。
61.如图3a-3c中所示，电感式传感器100/200可以被配置为通过使 用增量z(δz)接收器线圈112(t/b)来检测轴130的滑动失准。 如图3a和图3b(以及图5a和图5b)中使用的，箭头指示在使用电 感式传感器期间给定线圈的朝向。在图3c(和图5c)中，实心框表 示进入给定线圈的朝向并且“x”表示离开给定线圈的朝向。
62.如图所示，励磁线圈顶部结构105(t)(也称为顶部励磁线圈 (tec))和励磁线圈底部结构105(b)(也称为底部励磁线圈 (bec))具有对应的结构和对应的朝向。对于至少一种实施方式， 励磁线圈105被配置为顶部回路和底部回路。对于至少一种实施方式， 多个顶部回路和多个底部回路可以被用于励磁线圈105结构。
63.增量z(δz)接收器线圈结构112(t)和112(b)(在本文中统称 为滑动接收器线圈(zrc))具有带有相反朝向的对应结构。对于 至少一种实施方式，增量z(δz)接收器线圈112被配置为顶部回路 和底部回路。对于至少一种实施方式，多个顶部回路和多个底部回路 可以被用于增量z(δz)接收器线圈112结构。增量z(δz)接收 器线圈112顶部和底部结构的相反朝向使发生在励磁线圈105和增量 z(δz)接收器线圈112之间的互感最小化，同时放大接收器线圈电 压vrδz。
64.给定转子(诸如第一转子101)与增量z(δz)接收器线圈112 (t/b)之间的电感耦合符号相反并且由于基板(例如，pcb)厚度 而量值不同。因而，给定转子101/201和增量z(δz)接收器线圈 112(t/b)之间的电感耦合对倾斜失准和偏心失准不敏感。
65.更具体而言，当励磁线圈105(t/b)中存在励磁电流时，第一 转子101和第二转子201在增量z(δz)接收器线圈112(t/b)中 感应出电压。当轴130相对于由定子103形成的参考平面向上或向下 滑动时，增量z(δz)接收器线圈112(t/b)中感应出的电压将随 着气隙距离d1改变(对于单转子实施方式)和/或随着气隙距离d2 也改变(对于双转子实施方式)而分别增加或减少。这些电压改变将 反映在提供给控制电路132的对应vrδz信号中。例如，对于双转子 实施方式，当轴130向上滑动时(在+z方向上)，第一转子101和 接收器线圈顶部结构106(t)之间的电感耦合减小，而第二转子201和 接收器线圈底部结构106(b)之间的电感耦合增加。给定接收器线圈底 部结构106(b)的相反朝向，接收器线圈电压vrδz信号的改变具有相 同的符号(即，它也增加或减少)，因此通过使用可选的第二转子 201促进接收器线圈电压vrδz信号的放大。在一种实施方式中，轴 130的+z滑动减少接收器线圈电
压vrδz中的电压，而轴130的-z滑 动增加接收器线圈电压vrδz中的电压。vrδz信号在本文中也被称 为滑动接收器线圈电压(vzr)。
66.当vrδz信号改变时，控制电路132可以被配置为将这种改变解 释为指示轴130的滑动失准。通过校准，vrδz信号的改变可以被控 制电路132解释为表示滑动失准的发生以及滑动失准的量值或程度。 控制电路132可以被配置为发出指示超过给定阈值的滑动失准或其它 滑动失准状况的警告信号。
67.如图4中所示，来自模拟的结果指示直接耦合信号(dc)与轴 位置无关并且提供参考信号，通过该参考信号可以确定滑动失准。在 图4中，横轴表示气隙d1的改变。纵轴表示励磁电压ex与vrδz 信号的比率(在本文中是“滑动比”)以及dc信号的模拟值。dc 信号可以是常数。如图所示，当轴130滑动时(在给定的相对方向 上)，滑动比减小并且气隙增加。通过将滑动比与dc信号进行比较， 可以检测气隙d1的改变，此类改变指示轴130在+/-z方向上的振动、 滑动失准。对于至少一种实施方式，当滑动失准没有发生时，滑动比 相对于dc信号基本上是恒定的，使得对应的比率基本上不随时间改 变。
68.如图5a-图5c中所示，电感式传感器100/200可以被配置为通过 使用倾斜接收器线圈(trc)(诸如θx(θx)接收器线圈114(未 示出)和/或θy(θy)接收器线圈116(示出)之一)检测轴130的 倾斜失准。励磁线圈顶部结构105(t)和励磁线圈底部结构105(b)具有 对应的结构和对应的朝向，如上文关于图3a和图3b所述。
69.对于至少一种实施方式，θy(θy)接收器线圈可以具有两个类 似配置但相对的结构，第一半环和第二半环。第一半环和第二半环跨 给定的定子层形成一百八十度(180
°
)弧。第一半环包括沿着定子顶 层104(t)的第一部分前进的第一弧部分116(1)。第一弧部分116(1)使 用第一通孔128(1)连接到第二弧部分116(2)。第二弧部分116(2)沿着 定子底层104(b)的第一部分前进并且以与第一弧部分116(1)相反的构 造前进。第二半环使用第二通路128(2)连接到第二弧部分116(2)。第 二半环包括第三弧部分116(3)和第四弧部分116(4)。第三弧部分116(3) 沿着定子顶层104(t)的第二部分前进。第三弧部分116(3)使用第三通 孔128(3)连接到第四弧部分116(4)。第四弧部分116(4)沿着定子底层 104(b)的第二部分前进并且以与第三弧部分116(3)相反的构造前进。 第一半环与第二半环串联耦合并且分别进一步耦合到控制电路132。 通过对第一半环和第二半环中的每一个的顶部和底部使用相反的配置， θy(θy)接收器线圈116和励磁线圈105之间的直接耦合可以被最 小化。
70.对于θx(θx)接收器线圈114结构(未示出)，可以使用图 5a-5b中所示的θy(θy)接收器线圈116结构并在定子103上旋转 九十度(90
°
)。
71.由于第一回路和第二回路电流方向的差异，给定转子(诸如第一 转子101)与θy(θy)接收器线圈116之间的电感耦合符号相反。 因而，给定转子101/201与θy(θy)接收器线圈116之间的电感耦 合对倾斜失准敏感。
72.更具体而言，当励磁线圈105(t/b)中存在励磁电流时，第一 转子101和第二转子201在trc中感应出倾斜接收器线圈电压 (vtr)，诸如在θy(θy)接收器线圈116中感应出电压信号vrθy。 如图5c中所示，当轴130相对于由定子103形成的参考平面向右下 方倾斜时，θy(θy)接收器线圈第一回路(由第一弧部分116(1)和 第二弧部分116(2)形成)中感应出的电压将由于距离d3减小而增加， 而在第二回路(由第三弧部分116(3)和第四弧部分116(4)形成)中感 应出的电压将因为距离d4增加而减少。
73.这些电压改变将反映在提供给控制电路132的对应vrθy信号 中。对于双转子实施方式，第二转子201增加在接收器线圈电压 vrθy信号中感应出的电压。
74.当vrθy信号改变时，控制电路132可以被配置为将这种改变解 释为指示轴130的倾斜失准。通过校准，vrθy信号的改变可以被控 制电路132解释为表示相对于给定轴线的倾斜失准的发生。当与θx (θx)接收器线圈(未示出)组合时，可以将相对于x-y参考平面 的倾斜失准检测为x轴分量和y轴分量的组合。控制电路132可以 被配置为发出指示超过给定阈值的倾斜失准或其它滑动失准状况的警 告信号。
75.如图6中所示，横轴表示轴130的倾斜的改变，作为气隙的改变 的函数。纵轴表示励磁电压ex与vrθy信号的比率(在本文中是
ꢀ“
θy倾斜比”)的模拟值。如上面所讨论的，当提供vrθx信号时， 励磁电压ex与vrθx信号的比率(在本文中是“θx倾斜比”)可 以被控制电路132用来检测轴130何时在x方向上倾斜。另外，θx 倾斜比和θy倾斜比的组合(在本文中是“组合倾斜比”)可以被控 制电路132用来检测轴130何时在两个方向上倾斜。如图6中所示， 当轴130倾斜时(在给定的相对方向上)，对应的倾斜比增加并且气 隙减小。对于单转子实施方式，如图1a-1b中所示，电感式传感器 100对倾斜失准的灵敏度是气隙d1的函数。当与vrδz信号组合时， 这种灵敏度会被最小化。另外，当使用双转子实施方式时，如图2a
‑ꢀ
2b中所示，电感式传感器200对倾斜失准的灵敏度降低，因为轴130 的垂直(滑动)失准将导致给定转子与θx(θx)接收器线圈和/或 θy(θy)接收器线圈之间的电感耦合的对应增加(或减小)。
76.对于至少一种实施方式，用于给定倾斜比的正常状态是零 (“0”)值，这指示没有发生倾斜失准。
77.如图7a-7b中所示，电感式传感器100/200可以被配置为通过使 用增量x(δx)接收器线圈108(示出)和/或增量y(δy)接收器 线圈110(未示出)(在本文中也称为偏心接收器线圈(erc))来 检测轴130的偏心失准。励磁线圈顶部结构105(t)和励磁线圈底部结 构105(b)可以具有对应的结构和对应的朝向，如上面关于图3a和3b 所描述的。另外，为了讨论的目的并且参考图7a和7b的图示以及 δx接收器线圈108的实施方式，为了讨论的目的，定子顶层104(t) 可以被划分为两个相等的部分。即，“第一部分”可以指定子顶层 104(t)的右部分并且“第二部分”可以指定子顶层104(t)的左部分。 对于δy接收器线圈110(未示出)，“第一部分”可以指定子顶层 104(t)的顶部部分并且“第二部分”可以指定子顶层104(t)的底部部 分。
78.增量x(δx)接收器线圈108(以及，当使用时，增量y(δy) 接收器线圈110(未示出))具有两个类似配置但相对的结构，第一 四分之一环和第二四分之一环。第一四分之一环和第二四分之一环都 跨图7a和图7b中所示的定子顶层104(t)形成弧。对于实施方式， 弧可以延伸九十度(90
°
)、四十度(40
°
)、一百二十度(120
°
)或 其它。第一四分之一环路包括通过第一接收器线圈引线126耦合到控 制电路132的第一弧部分108(1)。第一弧部分108(1)沿着定子顶层 104(t)的第一部分在第一方向(例如，顺时针方向(如图所示))上 前进。第一弧部分108(1)连接到第二弧部分108(2)，第二弧部分108(2) 也沿着定子顶层104(t)的第一部分与第一弧部分108(1)对称但在相反 的方向上前进，例如在逆时针方向上(如图所示)前进。第二弧部分 108(2)通过通孔128和连接器700连接到第二四分之一环，连接器700 在定子底层104(b)上前进。第二四分之一环包括沿着定子顶层104(t) 的第二部分前
失准将导致具有重复的增量x(δx)接收器线圈(以及任何重复的 增量y(δy)接收器线圈，如果有的话)的给定转子之间的电感耦 合对应增加(或减小)。
86.根据本公开的至少一种实施方式，电感式传感器可以包括第一转 子。第一转子可以包括：第一转子线圈，其机械地(例如，物理地) 耦合到具有旋转中心轴线的轴。电感式传感器还可以包括具有定子顶 层(stl)的定子。stl可以包括stl第一部分和stl第二部分。 顶部励磁线圈(tec)可以在stl第一部分和stl第二部分上形成。 第一偏心接收器线圈(1erc)在定子上形成并且可以包括1erc第 一四分之一环。1erc第一四分之一环可以跨stl第一部分形成第一 弧并且可以包括1erc第一弧部分和1erc第二弧部分。1erc第一 弧部分可以在第一方向上延伸并且可以与1erc第二弧部分串联连接。 1erc第二弧部分可以在相反的方向上延伸。1erc第二四分之一环 可以形成跨stl第二部分的第一弧。1erc第二四分之一环可以包括 1erc第三弧部分和1erc第四弧部分。1erc第三弧部分可以在相 反方向上延伸并且可以与1erc第四弧部分串联连接。1erc第四弧 部分可以在第一方向上延伸。控制单元可以耦合到电源、1erc和tec。tec可以在从电源接收交流信号的同时生成第一电磁场。由 于第一电磁场，第一转子线圈与tec的第一电感耦合可以发生。由 于第一电感耦合，第一转子线圈可以生成第二电磁场。由于第二电磁 场，1erc与第一转子线圈的第二电感耦合可以发生。由于第二电感 耦合，1erc可以生成第一偏心接收器线圈电压ver(1)。当轴居中对 准时，ver(1)是空值。当轴偏心对准时，ver(1)不是空值。控制单元 可以被配置为从1erc接收ver(1)并且基于ver(1)确定轴是否偏心对 准。
87.实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。用于轴的中心旋转 轴线可以朝着stl第一部分移位。ver(1)可以与具有数学正号或数学 负号的第一值相关联。轴的中心旋转轴线可以朝着stl第二部分移 位。ver(1)可以与具有与第一值相反的数学符号的第二值相关联。可 以应用以下配置集合之一：集合1：stl第一部分可以是stl的右侧 部分并且stl第二部分是stl的左部分，或者，对于集合2：stl 第一部分是stl的顶部并且stl第二部分是stl的底部。
88.对于实施方式，可以应用以下条件中的一个或多个：第一弧可以 是九十度(90)弧；第一方向可以是顺时针，而第二方向可以是逆时 针；stl第一部分可以是stl的右部分；和/或stl第二部分可以是 stl的左部分。
89.对于实施方式，电感式传感器可以包括第二偏心接收器线圈 (2erc)，其可以包括2erc第三四分之一环，该环跨stl顶部形 成第二弧。2erc第三四分之一环可以包括2erc第一弧部分和 2erc第二弧部分。2erc第一弧部分可以在第一方向上延伸并且可 以与2erc第二弧部分串联连接。2erc第二弧部分可以在相反方向 上延伸。2erc可以包括2erc第四四分之一环，其跨stl底部形成 第二弧。2erc第四四分之一环可以包括2erc第三弧部分和2erc 第四弧部分。2erc第三弧部分可以在相反方向上延伸，可以与 2erc第四弧部分串联连接，并且2erc第四弧部分可以在第一方向 上延伸。控制单元可以耦合到2erc。由于第二电磁场，2erc与第 一转子线圈的第三电感耦合可以发生。由于第三电感耦合，2erc可 以生成第二偏心接收器线圈电压ver(2)。当轴居中对准时，ver(2)可 以是空值，而当轴朝着stl顶部偏心对准时，ver(2)不是空值。控制 单元可以被配置为从2erc接收ver(2)并且基于ver(1)和ver(2)确定 轴是否偏心对准。
90.对于实施方式，电感式传感器可以包括第二转子，该第二转子可 以包括：第二转
子线圈。第二转子可以机械地耦合到轴。定子可以包 括定子底层(sbl)，其可以包括sbl第一部分和sbl第二部分。 定子可以包括在sbl第一部分和sbl第二部分上形成的底部励磁线 圈(bec)。底层偏心接收器线圈(berc)可以包括berc第一四 分之一环，其跨sbl第一部分形成第三弧。berc第一四分之一环 可以包括berc第一弧部分和berc第二弧部分。berc第一弧部 分可以在相反方向上延伸并与berc第二弧部分串联连接。berc第 二弧部分可以在第一方向上延伸。定子可以包括berc第二四分之一 环，其跨sbl第二部分形成第四弧。berc第二四分之一环可以包 括berc第三弧部分和berc第四弧部分。berc第三弧部分可以 在第一方向上延伸。berc第三弧部分可以与berc第四弧部分串联 连接。berc第四弧部分可以在相反方向上延伸。控制单元还可以耦 合到berc和bec。bec可以在从电源接收交流信号的同时生成第 三电磁场。由于第三电磁场，第二转子线圈与bec的第三电感耦合 可以发生。由于第三电感耦合，第一转子线圈可以生成第四电磁场， 并且由于第四电磁场，berc与第二转子线圈的第四电感耦合可以发 生。由于第四电感耦合，berc可以生成第一底部偏心接收器线圈电 压verb(1)。当轴居中对准时，verb(1)是空值，而当轴偏心对准时， verb(1)不是空值。控制单元可以被配置为：从berc接收verb(1)并 基于ver(1)和verb(1)确定轴是否偏心对准。
91.对于实施方式，定子可以包括定子底层(sbl)，其可以包括可 以定位在stl第一部分下方的sbl第一部分和可以定位在stl第二 部分下方的sbl第二部分。定子可以包括第一倾斜接收器线圈(1trc)，该1trc可以包括：1trc第一半环，其可以进一步包 括跨stl第一部分延伸的1trc第一弧部分。1trc第一弧部分可以 在第三方向上延伸。1trc第二弧部分可以跨sbl第一部分延伸。 1trc第二弧部分可以在与第三方向相反的第四方向上延伸。第一通 孔可以将1trc第一弧部分与1trc第二弧部分耦合。可以包括第二 通孔并且通过第二通孔耦合到1trc第一半环的1trc第二半环可以 包括跨stl第二部分延伸的1trc第三弧部分。1trc第三弧部分可 以在第四方向上延伸。a1trc第四弧部分可以跨sbl第二部分在第 三方向上延伸。第三通孔可以将1trc第三弧部分与1trc第四弧部 分耦合。控制单元还可以耦合到1trc。由于第二电磁场，1trc与 第一转子线圈的第三电感耦合可以发生。由于第三电感耦合，1trc 可以生成第一倾斜接收器线圈电压vtr(1)。当轴不倾斜时，vtr(1)是 空值，并且当轴倾斜时，vtr(1)不是空值。控制单元可以被配置为从 1trc接收vtr(1)并基于vtr(1)确定轴是否倾斜。
92.对于实施方式，1trc可以确定轴相对于由x轴、y轴和z轴限 定的坐标空间的x轴的倾斜，并且轴的中心轴线可以与z轴对应。 1trc可以确定轴相对于由x轴、y轴和z轴限定的坐标空间的y轴 的倾斜。第一方向和第三方向可以基本上完全相同，并且第二方向和 第四方向可以基本上完全相同。第一方向可以是顺时针。
93.对于实施方式，电感式传感器可以包括：与stl第一部分垂直 (例如，正交)的stl第三部分，和与stl第二部分垂直的stl第 四部分。sbl第三部分可以与sbl第一部分垂直，并且sbl第四部 分可以与sbl第二部分垂直。可以包括第二倾斜接收器线圈(2trc) 并且还可以包括2trc第一半环，其可以包括跨stl第三部分延伸 的2trc第一弧部分。2trc第一弧部分在第三方向上延伸并且与 1trc第一弧部分垂直；2trc第二弧部分跨sbl第三部分延伸；其 中2trc第二弧部分可以在第四方向上延伸并且可以与1trc第二弧 部分垂直。第四通孔可以将2trc第一弧部分与2trc第二弧部分耦 合。电感式传感器可以包括第五通孔和
通过第五通孔耦合到2trc第 一半环的2trc第二半环，其可以包括：跨stl第四部分延伸的 2trc第三弧部分。2trc第三弧部分可以在第四方向上延伸。2trc 第四弧部分可以跨sbl第二部分延伸并且第六通孔可以将2trc第 三弧部分与2trc第四弧部分耦合。控制单元还可以耦合到2trc。 由于第二电磁场，2trc与第一转子线圈的第四电感耦合可以发生。 由于第四电感耦合，2trc可以生成第二倾斜接收器线圈电压vtr(2)。 当轴不倾斜时，vtr(2)是空值，而当轴倾斜时，vtr(2)不是空值。控 制单元可以被配置为从2trc接收vtr(2)并基于vtr(2)确定轴是否倾 斜。
94.对于实施方式，1trc可以确定轴相对于由x轴、y轴和z轴限 定的坐标空间的x轴的倾斜。2trc可以确定轴相对于y轴的倾斜。 轴的中心轴线可以与z轴对应。
95.对于实施方式，电感式传感器可以包括：第二转子，其可以包括： 第二转子线圈。第二转子可以机械地耦合到轴并且靠近sbl。定子还 可以包括在sbl第一部分和sbl第二部分上形成的底部励磁线圈 (bec)。控制单元还可以耦合到bec。bec可以在从电源接收交 流信号的同时生成第三电磁场。由于第三电磁场，第二转子线圈与 bec的第四电感耦合可以发生。由于第四电感耦合，第二转子线圈 可以生成第四电磁场。由于第四电磁场，1erc与第二转子线圈的第 五电感耦合可以发生。由于第五电感耦合，第一偏心接收器线圈电压 ver(1)可以被放大。由于第四电磁场，1trc与第二转子线圈的第六 电感耦合可以发生。由于第六电感耦合，可以放大第一倾斜接收器线 圈电压vtr(1)。
96.对于实施方式，第一方向和第五方向可以基本上完全相同，并且 第二方向和第六方向可以基本上完全相同。定子还可以包括：定子底 层(sbl)，其还可以包括定位在sbl第一部分上方的sbl第一部 分和定位在stl底部上方的sbl第二部分。可以包括滑动接收器线 圈(zrc)并且可以包括zrc顶部回路、zrc底部回路和zrc通 孔，将zrc顶部回路与zrc底部回路耦合。zrc顶部环可以在第 五方向上延伸，并且zrc底部环可以在与第五方向相反的第六方向 上延伸。控制单元还可以耦合到zrc。由于第二电磁场，zrc与第 一转子线圈的第七电感耦合可以发生。由于第七电感耦合，zrc可 以生成滑动接收器线圈电压vzr。当轴不滑动时，当前滑动比(vzr 除以直接耦合信号值)等于参考值，而当轴滑动时，当前滑动比不等 于参考值。控制单元可以被配置为从zrc接收vzr，并且基于当前 滑动比与参考值的比较进一步确定轴是否在给定时间滑动。
97.虽然上面已经以一定程度的特殊性或参考一种或多种单独的实施 方式描述了要求保护的发明的各种实施方式，但是本领域技术人员可 以在不背离要求保护的发明的精神或范围的情况下对所公开的实施方 式进行改变。使用术语“大约”、“近似”或“基本上”意味着元素 的值具有预期接近所陈述值或位置的参数。但是，如本领域中众所周 知的，可以存在微小的变化，这些变化阻止这些值与所陈述的值完全 一致。因而，预期的差异(诸如10％差值)是本领域普通技术人员 预期并知道相对于本公开的一种或多种实施方式的陈述或理想目标而 言可接受的合理差异。还应认识到的是，术语“顶部”和“底部”、
ꢀ“
左”和“右”、“向上”或“向下”、“第一”、“第二”、“之 前”、“之后”和其它相似的术语仅用于描述和便于参考的目的，并 且不旨在限制本公开的各种实施方式的任何元件或操作序列的任何朝 向或配置。另外，术语“和”和“或”不旨在以限制性或扩展性的性 质使用并且覆盖本公开的实施方式的元件和操作的组合的任何范围。 因此预期其它实施方式。以上描述中包含并在附图中示出的所有内容 旨在被解释为仅仅是说明实施方式而非限制。可以在不背离
如以下权 利要求中限定的本发明的基本要素的情况下对细节或结构进行改变。