可旋转的机器组件的运动学状态的检测的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测电机的能够围绕转轴旋转的机器组件的运动学状态的装置和方法。
【背景技术】
[0002]在此，电机的可旋转的机器组件的运动学状态以机器组件的旋转速度、旋转方向和/或位置为特征。电机的可旋转的机器组件例如是电机的转子或随着转子旋转的构件。
[0003]为了检测并测量这类机器组件的旋转速度、旋转方向和位置，必须设置发送器系统(Gebersystem)。在这里，通常是耗费大并且因此成本高的外购件(Zukaufteil)。在变流器运行时，经常强制性需要这种发送器系统。转数发送器例如轴向地装配在电机的机轴上。这样的安装使得所述机器变得更大，并且更加难以实现经常希望的、紧凑的构造方式。安装上去的转数发送器通常由其安接构造决定而有回转故障，这种故障又对使用寿命造成影响。此外，所述机器上的振荡导致在信号评估时出现问题，这限制了装配到转轴上的转数发送器的准确度。
[0004]已知了许多光学的发送器系统，它们采用正弦形式的信号，并且大部分以高分辨率、例如在每转超过1024个周期的情况下工作。基于大部分由玻璃制成的量具以及在装配和校准方面增高的耗费，使得这些发送器系统的成本很高。这些发送器经常安装在机轴端部上，并且通过转矩接管可靠地固定在不动的构件上防止随转。发送器系统具有自己的支承系统，并且在转数性能(Drehzahleignung)上受限。由于这种安装构造方式，这类系统有回转故障，由此局限了使用寿命。
[0005]其他的发送器系统使用了具有相应数量的北极和南极的磁环。磁环内北极和南极的数量由“量具”的需要、电机的理想的极对数得出。在发送器系统中，信号轮固定在机轴上，大部分情况下通过粘附实现。由于粘附在装配和拆卸时产生了缺点。
[0006]公知的旋转变压器经常利用已装配的、特别是粘上的、围着轴线的测量线圈工作。这些旋转变压器容易失灵，不方便保养并且不能在不去除轴承盖的情况下进行更换，而且在更换轴承时不一定能够再利用，也就是说不能总是在不造成损坏的情况下更换。此外，旋转变压器在装配方面有明显的缺点，例如在同步电机中热压配合、接线和定向(校准)时。
[0007]DE 10 2007 060 688 Al公开了一种带有转子、用于引导磁场的器件和至少两个在轴向上贯通的开口的电机。为了确定转子的转数，分别在电机的一个端侧上相对置地布置了一个发送器和一个接收器，其中，发送器将能够通过转子的开口传输的信号发送给接收器。这类发送器系统需要两个装入位置，并且只能为特定的电机实现。
[0008]US 5 650 679 A公开了一种用于变速的驱动件。在此可以设计一个具有外表面的转子，这个外表面具有有规律的刻痕，并且能够借助速度传感器读取。
[0009]DE 10 2012 205 760 Al公开了一种旋转的、具有至少一个功能组件的电机，这个功能组件是从包含绕组头遮盖物、平衡件和转子位置传感器的发送器轮的组中选择的。
[0010]EP O 377 835 A2公开了一种用于测定带有至少一个布置在转子上的信号轨道的电动机的转子转数的装置，所述信号轨道由与评估电路相连的传感器扫描。所述信号轨道如下地构造，即，它将传感器替换地转入第一、第二或第三状态，其中，这些单个的状态产生不同大小的电平。
[0011]FR 2 917 476 Al公开了一种工具化的、具有用于检测旋转参数(如角位置、旋转方向、速度或加速度)的装置的滚动轴承。
[0012]US 5 665 965 A公开了一种用于将机电设备(例如电动机)的周期性运动转换成至少一个具有预定波形的电信号的光学转数传感器。
【发明内容】
[0013]本发明的基本目的在于，提供一种改良的装置和一种改良的方法，用于检测电机的可旋转的机器组件的运动学状态。
[0014]根据本发明，该目的在装置方面通过权利要求1所述的特征得以实现，并且在方法方面通过权利要求9所述的特征得以实现。
[0015]本发明的有利的构造方案是从属权利要求所述的对象。
[0016]根据本发明的用于检测电机的能围绕转轴旋转的机器组件的运动学状态的装置包括固定布置在机器组件上的、或者压入机器组件的表面结构，这个表面结构圆环形地并且围绕着机器组件的转轴上的参照点同心地延伸，并且具有表面造型，这种表面造型取决于从参照点向表面结构周围上的点的扇区角、方向参量化，和/或取决于与参照点的距离而变化。此外，所述装置还包括用于不触碰地检测至少一个相对于转轴位置固定的检测区内的表面造型的传感器装置和用于根据借助传感器装置在所述至少一个检测区内检测的表面造型确定机器组件的运动学状态的评估单元。
[0017]通过表面造型的改变，使得在机器组件旋转期间，相对于机器组件的转轴位置固定的区域内的表面造型发生变化。如果选择这类区域作为检测区，在这些区域内检测表面造型，那么就能够根据在这些检测区域内分别检测的表面造型及其随着时间的变化来检测机器组件的旋转速度、旋转方向和位置。表面结构的围绕转轴的圆环形构造在这里适应了所述机器组件的需要检测的旋转运动和位置。在下面会详细描述表面造型的一些特别适合于检测机器组件的运动学状态的构造方式。
[0018]所述表面结构能够以单独制造的、并且牢固布置在机器组件上的结构元件的形式构成，或者构造成印入其中一个机器组件的结构或者本来就已经存在的结构(在同步电机中例如以插入盘和/或平衡盘和/或通风结构的形式)。作为用于不接触地检测表面造型的传感器装置，例如可以使用成本低廉的、可购买的距离传感器，用于检测传感器装置与检测区内的表面结构的表面的距离。
[0019]根据本发明的装置是一种简单并且成本低廉的、用于检测机器组件的运动学状态的发送器系统，该系统仅仅包括一种合适的表面结构和一个检测这个结构且与所述机器组件分隔开的传感器装置以及一个评估单元。这使得所述发送器系统的一种紧凑从而节约构造空间的实施方式成为可能，并且特别是不用设计布置在机器组件或电机的转轴上的复杂的旋转发送器系统，这种系统成本高，需要很高的装配或保养耗费或者有损机器组件的旋转特性。根据本发明的发送器系统此外还适合于超过20000rpm的高转数，这是因为根据原理不需要自身的支承系统，并且使得一种简单的服务及保养方案成为可能，这是因为表面结构实际上不需要保养，并且能够在不依赖机器组件的情况下更换传感器装置。根据本发明的发送器系统尤其适合用在电动车中。
[0020]因此，根据本发明的装置在测量灵敏度足够准确的情况下取代靠近轴的、挤压到一条轴上的(更换起来很难的)旋转变压器，其中，甚至可以避免在车间内进行校准。所述装置特别是可以布置成对转子的某个电相位是理想的，而不会像在传统的编码器中那样需要要从外部安装的量具。此外，相比安装在机轴端部上的发送器系统，该机轴端部可以用于其他的安装连接件或输出件。转数性能被机器组件限定，并且不被发送器系统的组件限定。在根据本发明的发送器系统中，此外也没有不希望的轴承电流起作用，这些轴承电流是由定子和转子之间的电势引起的，这是因为发送器系统不需要与转子或定子的电连接并且不需要轴承系统。
[0021]本发明的一种构造方案提出，所述表面造型具有至少一个周期性的圆环轨道，这个圆环轨道圆环形地并且围绕参照