专利名称：转速传感器的制作方法
转速传感器本发明涉及包括速度传感器装置的旋转装置，尤其但并不唯一地，本发明涉及透平机(turbomachine),诸如，润轮增压器(turbocharger),所述透平机包括用于测量该透平机的压缩机叶轮或涡轮机叶轮的旋转速度的速度传感器装置。涡轮增压器是用于以高于大气(增压)压力的压力向内燃机的空气进口供应空气的公知装置。传统的涡轮增压器通常包括安装在涡轮机壳体中的旋转轴上的排气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使得安装在压缩机壳体中的所述轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送至发动机的进气歧管，从而增加发动机功率。已知提供具有传感器装置的涡轮增压器来测量该涡轮增压器的操作特性(例如涡轮增压器的涡轮机叶轮的旋转速度)。任何这样的操作特性可以被用作涡轮增压器控制系统的一个参数，其可以增加至发动机控制系统或是形成发动机控制系统的一部分。操作特性(例如涡轮增压器的涡轮机叶轮的旋转速度)可以被用于监控、防止或抵消任何涡轮增压器超速等。已知的一种速度传感器装置包括位于将被测定旋转速度的涡轮机叶轮附近的电极。该电极可以被安装在例如容纳涡轮机叶轮的涡轮机壳体的壁中所设置的孔中。随着涡轮机叶轮的旋转，当润轮机叶轮的每个叶片扫(sweep)过该电极时，电极能够检测扰动。所述扰动可以是例如电容的扰动、或电极处累积的电荷的扰动、或例如该电极和涡轮机叶轮之间的电场的扰动等。在涡轮机壳体中或在其周围，可能存在明显的噪音量。该噪音可能由涡轮机叶轮本身的旋转、涡轮增压器的一个或多个其他部件的运动产生，或者是由例如电极附近存在的电场(例如由于静电聚集产生)、或流过涡轮机壳体或周围结构(如车辆底盘)的电流引起的噪音。该噪音降低了电极处的信噪比，这可能使得难以或不能精确地和/或一致地确定任何扰动的性质(如，频率或振幅)。因此，该噪音可能使得难以或不能精确地和/或一致地确定涡轮机叶轮的叶片(或者一般地，用速度传感器装置测量其旋转速度的任何可旋转体的凸(salient)构件)的旋转速度。另外，通常安装时涡轮增压器的至少一部分(如，作为发动机或其他设备的部分)被接地。也就是说，涡轮增压器的该部分(如它的壳体)具有等于地电位的电位。实际上，将涡轮增压器接地并不一定意味着涡轮增压器和地面(例如土壤)之间存在电连接。例如，涡轮增压器可以被电连接至电池的终端。在这个前提下，术语大地和地面可以指参考电位，该系统的其他部件的电压可以相对于该参考电位而被测量。在这种情况中，接地的(earthed)或接地面的(grounded)可以指处于大地或地电位的部件。在上述包括位于润轮机叶轮附近的电极的已知的涡轮增压器中，电极和涡轮增压器的接地部分之间可能存在电位差。电极和涡轮增压器的接地部分之间的电位差可能引起电极和接地部分之间的电荷泄露。这种电荷泄漏可能对速度传感器的性能造成不利影响。例如，电荷泄漏可能降低速度传感器的信噪比并因此使得速度传感器不能精确地确定涡轮机的旋转部分(如，涡轮机叶轮或压缩机叶轮)的速度。本发明的一个目的是提供一种用于测量旋转体凸构件(如，涡轮机叶轮或压缩机叶轮的叶片)的旋转速度的速度传感器装置，其能消除或缓解于此处或其他地方确定的现有技术的问题，或提供替代现有技术的速度传感器装置的方案。根据本发明的第一方面，提供一种旋转装置，包括第一部分、相对于该第一部分可旋转并包括至少一个凸构件的可旋转体，以及在测量所述至少一个凸构件的旋转速度中使用的速度传感器装置，该速度传感器装置包括:信号电极，其至少一部分位于可旋转体和第一部分之间，在使用中信号电极和第一部分之间存在电位差，信号电极被配置成在使用中输出第一信号，其是所述至少一个凸构件的旋转速度的函数；屏蔽电极(guardelectrode)，屏蔽电极的至少一部分位于信号电极和第一部分之间，该屏蔽电极通过至少第一电绝缘部分与信号电极分开，并且该屏蔽电极通过至少第二电绝缘介电部分与第一部分分开；以及缓冲器装置，被配置成在使用中向屏蔽电极提供第二电信号，该第二电信号被配置成使屏蔽电极处于一个电位以使信号电极和屏蔽电极之间的电位差小于信号电极和第一部分之间的电位差。在使用中所述第一部分可以处于局部地电位。缓冲器装置可以被配置成在使用中使得第二信号比第一信号经历较少的电阻抗。缓冲器装置可以被配置成接收第一信号并根据第一信号将第二信号提供至屏蔽电极。第一和第二信号可以具有大致相同的电压以使信号电极和屏蔽电极之间的电位差大致为零。缓冲器装置可以包括放大器。该放大器可以是单位增益缓冲放大器。信号电极可以被连接至直流(DC)电源，该直流电源形成信号电极和第一部分之间的电位差。缓冲器装置可以包括在直流电源和屏蔽电极之间的电连接。屏蔽电极和旋转装置的局部接地部分之间可能存在电位差。屏蔽电极和局部接地部分之间的电位差可以形成可被称为抑制电场的电场。信号电极和屏蔽电极中的至少一个可以是部分环形(part-annular)。屏蔽电极可以被配置成使信号电极和第一部分之间垂直于信号电极的直线路径通过屏蔽电极。信号电极和屏蔽电极可以通过插入可旋转设备中的插入物来支持。第三电绝缘介电部分可以被设置在信号电极上，以使第三电绝缘介电部分在信号电极和可旋转体之间。旋转装置的所述第一部分可以是该旋转装置的壳体的一部分。如果存在，信号电极、屏蔽电极、第一电绝缘介电部分、第二电绝缘介电部分和第三电绝缘介电部分中的一个的至少一部分可以设置为该旋转装置的一部分上的涂层。旋转装置的所述部分是旋转装置的所述第一部分。如果存在，信号电极、屏蔽电极、第一电绝缘介电部分、第二电绝缘介电部分和第三电绝缘介电部分中的至少两个可以在相对于可旋转体的旋转轴线的径向方向上形成堆叠(stack)ο旋转装置可以是压缩机、涡轮机或涡轮增压器。可旋转构件可以是压缩机叶轮或涡轮机叶轮，且凸构件可以是该压缩机叶轮或涡轮机叶轮的叶片。根据本发明的第二方面，提供一种测量旋转装置的可旋转体的凸构件的旋转速度的方法，所述旋转装置包括第一部分以及具有信号电极、屏蔽电极和缓冲器装置的速度传感器装置，该信号电极的至少一部分位于可旋转体和所述第一部分之间，该屏蔽电极的至少一部分位于信号电极和所述第一部分之间；所述方法包括:使可旋转体旋转；将第一电信号提供至信号电极以使在信号电极和所述第一部分之间存在电位差；缓冲器装置将第二电信号提供至屏蔽电极，该第二电信号使屏蔽电极处于一个电位以使信号电极和屏蔽电极之间的电位差小于信号电极和所述第一部分之间的电位差；信号电极输出输出信号，该输出信号是至少一个凸构件的旋转速度的函数；以及使用由凸构件的旋转引起的输出信号的变化来测量凸构件的旋转速度。从以下的说明本发明的其他优点和优选特征将很明显。现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的具体实施方式
，其中:

图1示意性地描述了通过可变几何构造涡轮增压器的轴向横截面；图2示意性地描述了图1的可变几何构造涡轮增压器的一部分和已知的速度传感器装置的简化视图；图3是示意性地描述由图2的速度传感器装置提供的第一输入的曲线图；图4示意性地描述图1的涡轮增压器的一部分和图2中示出的速度传感器装置的另一视图；图5示意性地描述图1的涡轮增压器的一部分和第一速度传感器装置，该涡轮增压器和第一速度传感器装置是根据本发明第一实施方式的旋转装置；图6示意性地描述图1的涡轮增压器的一部分和第二速度传感器装置，该涡轮增压器和第二速度传感器装置是根据本发明第二实施方式的旋转装置；图7示意性地描述图6中示出的旋转装置的一部分的替代图示；图8示出通过根据本发明实施方式的旋转装置的涡轮增压器的一部分的横截面图；如果这涉及当前权利要求，则(32)是至将被应用至表面的电极的连接。在此情况中将不存在‘T’截面。图9示出图8所示涡轮增压器的电极组件部分的放大图；如图8，电极是与所述连接接触的水平线，如在图10所示。图10示出通过根据本发明另一实施方式的旋转装置的电极组件部分的横截面图；图11示意地描述可形成根据本发明实施方式的旋转装置的一部分的电极组件的一部分；以及图12示意地描述通过可以形成根据本发明实施方式的旋转装置的电极组件的一部分的已涂层的涡轮增压器的一部分的横截面。图1示出一种可变几何构造涡轮增压器，包括通过中心轴承壳体3相互连接的可变几何构造涡轮机壳体I和压缩机壳体2。涡轮增压器轴4通过轴承壳体3从涡轮机壳体I延伸至压缩机壳体2。涡轮机叶轮5安装在轴4的一端以用于在涡轮机壳体I中旋转，且压缩机叶轮6被安装在轴4的另一端以用于在压缩机壳体2中旋转。轴4在位于轴承壳体3中的轴承组件上绕着涡轮增压器轴线4a旋转。
涡轮机壳体I限定进口蜗壳7，气体被从内燃机(未示出)传送至进口蜗壳7。排气经由环形进口通道9和涡轮机叶轮5从进口室7流至轴向出口通道8。进口通道9在一侧上由可动的环形壁构件11 (通常被称作“喷嘴环”)的径向壁的表面10限定，而在相反的一侧上由环形保护罩12限定，该环形保护罩形成进口通道9的面向喷嘴环11的壁。保护罩12覆盖涡轮机壳体I中的环形凹部13的开口。喷嘴环11支撑许多周向地且等间距地隔开的入口叶片14，每个入口叶片14延伸经过进口通道9。叶片14被定向成使流动通过进口通道9的气体朝着涡轮机叶轮5的旋转方向转向。当喷嘴环11接近环形保护罩12时，叶片14通过保护罩12中适当配置的槽缝突出到凹部13中。在另一实施方式中(未示出)，进口通道的壁可以设置有叶片，且喷嘴环设置有凹部和保护罩。喷嘴环11的位置由驱动器(actuator)组件(例如US5，868，552中公开的驱动器组件类型)控制。驱动器(未示出)可操作以通过驱动器输出轴(未示出)调整喷嘴环11的位置，该驱动器输出轴被连接至轭(yoke) 15。该轭15又接合支撑喷嘴环11的轴向延伸可移动杆16。因此，通过驱动器的适当控制(例如可以是气动的或电动的)，杆16的轴向位置可以被控制，因此喷嘴环11的轴向位置可以被控制。喷嘴环11具有轴向延伸的径向内部和外部环形凸缘(flange) 17和18，凸缘17和18延伸至设置在涡轮机壳体I中的环形腔19中。内部和外部密封圈20和21被设置以分别关于环形腔19的内部和外部环形表面密封喷嘴环11，同时允许喷嘴环11在环形腔19中滑动。内部密封圈20支撑在形成于腔19的径向内部环形表面中的环形凹槽中且承受喷嘴环11的内部环形凸缘18。外部密封圈20支撑在形成于腔19的径向外部环形表面中的环形凹槽中且承受喷嘴环11的外部环形凸缘18。从进口室7流至出口通道8的气体通过涡轮机叶轮5且因此转矩被应用至轴4以驱动压缩机叶轮6。压缩机壳体2中的压缩机叶轮6的旋转使得空气进口 22中的周围空气增压，且将增压的空气输送至空气出口蜗壳23，增压的空气被从空气出口蜗壳23馈送至内燃机(未示出)。涡轮机叶轮5的速度取决于气体通过环形进口通道9的速率。对于流进进口通道9的气体的固定速率，气体速率是进口通道9的宽度的函数，该宽度通过控制喷嘴环11的轴向位置是可调的。图1示出的环形进口通道9是完全打开的。进口通道9可以通过将喷嘴环11的表面10朝向保护罩12移动而被关闭成最小。可能希望能够测量涡轮增压器的涡轮机叶轮的旋转速度，例如，图1的涡轮增压器的涡轮机叶轮。图2示意性地描述图1的涡轮增压器的一部分和已知的速度传感器装置30。压缩机叶轮6与轴向空气进口 22和压缩机壳体2的一部分的简化的视图被一起示出。速度传感器装置30包括电极32，该电极32延伸通过压缩机壳体2中设置的孔34。电极32邻近压缩机壳体2的内壁36,形成压缩机壳体2的内壁36的一部分或从压缩机壳体2的内壁36延伸。电极32可以经由电线38等与另外的电气部件电连接。压缩机叶轮6的旋转使得压缩机叶轮6的叶片40扫过电极32或被电极32扫过。电极32检测由于叶片40通过而产生的扰动。这些扰动可以是电容、电场、电极获得或丢失的电荷等的扰动。图3是示意性地描述可以由图2中的电极提供至例如另外的电子器件的第一输入50。第一输入50的信号振幅作为时间的函数周期性地变化。周期性可以例如对应于涡轮机叶轮的叶片经过电极的通过时间，因此涡轮机叶轮的旋转速度可以根据该周期性计算。信号振幅可以例如从IV改变至3V。信号振幅可以作为例如电极表面积、旋转凸构件(在此情况中为压缩机叶轮的叶片)的尺寸和形状以及抑制(containment)电位的大小(以下讨论)的函数而改变。 图4示出图1和2中所示的可变几何构造涡轮增压器的一部分的示意图。图4还示出传感器装置30的部分电路的示意图示。可以看出电极32位于压缩机叶轮6和压缩机壳体2之间。压缩机叶轮6和压缩机壳体2都可以为局部地电位(有时称为虚拟接地)。术语局部地电位可以指参考电位，相对于该参考电位涡轮增压器的其他部件的电压可以被测量。压缩机叶轮6和压缩机壳体可以说是位于局部地电位，因为压缩机叶轮6和压缩机壳体2被电连接至涡轮增压器是其一部分的发动机，且该发动机被电连接至电池的端子。在这种情况中，所述电池端子的电位处于涡轮增压器的其他部件的电压相对于其被测量的电位(即，局部地电位)。压缩机叶轮6和/或压缩机壳体可以是电导体。例如，它们可以由金属制成。但是，在一些实施方式中，压缩机叶轮6可以由如塑料材料或陶瓷材料的电绝缘材料形成。电极32经由电阻44被电连接至DC电源42。DC电源42形成电极32和局部接地部分(压缩机叶轮6和压缩机壳体2)之间的电位差，且因此形成电极32和局部接地部分之间的电场。电极32和局部接地部分之间的电位差可以称为抑制电势，而由抑制电势形成的电场可以被称为抑制电场。由电极32形成的电场的扰动可以导致通过电极32提供至另外的电子器件(如图3中所示)的第一输入的变化。由电极32提供至另外的电子器件的第一输入可以经由信号输出46提供。由电极32生成的电场的扰动可以由扫过电极32且因此通过电极32和局部接地部分之间的电场的压缩机叶轮6的叶片40引起。 为了能够建立电极32和压缩机壳体2 (以及压缩机叶轮6)之间的电位差，电极32被从压缩机壳体2 (和压缩机叶轮6)电隔离。电极32通过电极32和压缩机壳体2之间存在的电绝缘材料被从压缩机壳体2 (压缩机叶轮6)电隔离。电极和压缩机叶轮6之间的电绝缘材料是来自压缩机进气口的空气。电极32和压缩机壳体2之间的电绝缘材料采用绝缘体层48的形式。绝缘体层48可以由任何合适的电绝缘材料制成。例如，绝缘体层48可以由塑料材料或陶瓷材料形成。绝缘体层48由不仅仅是电绝缘而且是介电材料的材料形成。由于实际上介电绝缘体层48在电极32和压缩机壳体2之间，电极32、介电绝缘体层48和压缩机壳体2可以形成电容器。该电容器在图4中以虚线表示为50。电容器50被示出将电极32连接至压缩机壳体2。但是，将理解图4中所示的电容器50仅仅用于帮助理解。如其所示电容器50不存在。相反，电容器50表不由电极32、介电绝缘体层48和压缩机壳体2形成的电容器。电容器50可以允许电荷从电极32流至局部接地的压缩机壳体2。电极32和压缩机壳体2之间的电荷转移可以称为电荷泄漏并可能不利地影响由传感器装置30的电极32提供至输出46的信号。例如，电荷泄漏可能减小在传感器装置30的输出46处提供的信号的振幅。由于通过电介质(在此情况中是绝缘体层48)的泄漏电流在电容器中发生电荷泄漏。通常，在包括由电介质隔离的两个极板(Plate)的电容器的操作期间，假设电介质将有效地阻止电流通过电容器的流动(即，电荷的移动)。这是因为电介质通常具有较高的电阻。尽管电介质的电阻较高，但是一些电流可以流过它而引起电容器极板之间的电荷泄漏。另外，因为电极32和压缩机壳体2之间的电荷泄漏可以将电极32电连接至压缩机壳体2，关于局部接地的任何干扰可以被从局部接地的压缩机壳体耦合至电极32。关于局部接地的干扰因此可以消极地影响提供至传感器装置30的输出46的信号，且因此消极地影响由传感器装置30进行的速度测量的精确度。本发明的一个目的是通过防止或基本限制电极32和压缩机壳体2之间发生的电荷泄漏来改善速度传感器装置的操作性能。图5不出本发明第一实施方式的一部分的不意图。其中适当的时候,相同编号被用于图5所示实施方式的等同元件和图4所示元件。本发明的该实施方式中的传感器装置30a在几个方面不同于图4所示的传感器装置30。传感器装置30a具有位于电极32 (可以被称为信号电极)和压缩机壳体2之间的另外的屏蔽电极52。在此情况中，压缩机壳体2构成涡轮增压器的第一部分。如先前所讨论的，在使用中压缩机壳体2将被局部接地并因此处于局部地电位。传感器装置30a还具有第一、第二和第三绝缘体层48a、48b和48c。以与如图4所示关于传感器装置描述的绝缘体层48类似的方式，图5所示实施方式中的绝缘体层48a、48b和48c可以由任何合适的电介质、电绝缘材料制成。优选地,绝缘材料应该具有低介电常数和高介电强度。合适的绝缘材料的示例是Mylar 。当在25°C的温度下Mylar 被暴露在交变电场时，Mylar 具有大约7000V每毫米的典型介电强度。在25°C的温度和IkHz的交变电场频率时，MylaKE)具有大约是自由空间的介电常数(ε J的3.2倍的典型的介电常数。绝缘体层48a、48b和48c被定位以使第一绝缘体层48a位于压缩机壳体2和屏蔽电极52之间，第二绝缘体层48b位于屏蔽电极52和信号电极32之间，而第三绝缘体层48c位于信号电极32和压缩机叶轮6之间。应当理解，尽管第一和第二绝缘体层48a和48b形成接触它们各自相邻的电导体部分(压缩机壳体2、屏蔽电极52和信号电极32)的电绝缘介电部分，第三绝缘体层48c形成与信号电极32接触但不与压缩机叶轮6接触的电绝缘介电部分。应当理解，这是因为如果第三绝缘体层48c与压缩机叶轮6接触，则可能妨碍压缩机叶轮6的旋转和/或减少至压缩机叶轮6的气流。这可能消极地影响涡轮增压器的压缩机的性能。应当理解在一些实施方式中，形成绝缘体层48a、48b和48c的材料可以是气体材料(如空气)。在第三绝缘体层48c由气体形成的情况中，绝缘体层48c可以与压缩机叶轮6接触。在一些实施方式中，绝缘体层48a、48b和48c每一个可以由多种材料形成。例如，第一和/或第二绝缘体层48a和48b可以包括一个固体状态(例如塑料或陶瓷材料)的材料层和一个气体状态(如空气)的材料层。信号电极32和屏蔽电极52被电连接至缓冲器装置54。缓冲器装置54包括缓冲放大器58。信号电极32被电连接至缓冲放大器58的第一输入56。缓冲放大器58的输出60被连接至缓冲放大器50的第二输入62并被连接至屏蔽电极52。在所示实施方式中，缓冲放大器58的第一输入56是非反相输入(由+表不)而第二输入62是反相输入(由-表示)。缓冲放大器58作用以使得其从输出60输出基本与由信号电极32提供至输入56的信号相同的信号。因为缓冲放大器58作用以使得其输出基本与输入信号相同的信号(即，输入信号和输出信号具有基本相同的振幅)，所以缓冲放大器可以被称为单位增益缓冲放大器。
由于实际上缓冲放大器58的输出60被提供至屏蔽电极52，屏蔽电极被保持在基本与信号电极32的电位相同的电位。因为屏蔽电极52的电位基本与信号电极32的电位相同，在信号电极32和屏蔽电极52之间基本不存在电位差。由于实际上在信号电极32和屏蔽电极52之间基本不存在电位差，所以在信号电极32和屏蔽电极52之间基本不存在电场。这意味着在信号电极32和屏蔽电极52之间基本不存在电荷运动。因此，从信号电极32产生极少的电荷泄漏，因此与不包括屏蔽电极52和缓冲器装置54的传感器装置相比，传感器装置30a的操作性能改善。屏蔽电极可以通过缓冲器装置被保持在一个电位以使电场被形成在屏蔽电极和压缩机的局部接地部分之间。该电场可以被称为抑制电场。该抑制电场可以增强由可旋转体(在此情况中为压缩机叶轮)的旋转引起的任何扰动的影响，例如电场的扰动、电容的扰动或在电极装置中或电极装置上电荷的累积或丢失的扰动。尽管压缩机壳体2关于信号电极32处于不同的电位，但是信号电极32和压缩机壳体2之间基本没有电荷泄漏。这是因为屏蔽电极52位于信号电极32和压缩机壳体2之间且因为屏蔽电极52基本上使存在于信号电极32和压缩机壳体2的方向上的屏蔽电极52之间的任何电场无效。因为信号电极32和屏蔽电极56之间的电场基本为零，基本不存在作用在信号电极32中的电荷上以弓丨起从信号电极32向压缩机壳体2的电荷泄漏的力。缓冲放大器58产生基本与从信号电极32提供至输入56的信号相同的输出信号60。使用缓冲放大器的输出供给屏蔽电极52(与使用直接连接到信号电极32相反)可以是有益的，因为用于形成电位的缓冲放大器58的使用将不从信号电极32吸引任何电流。相反，电流将从缓冲放大器58被吸引，这可以具有从信号电极32隔离的电源。由于实际上缓冲放大器58基本不从信号电极32吸引电流以在屏蔽电极52处形成电位，在屏蔽电极52处形成电位对由信号电极32检测的信号基本没有影响。在缺少缓冲放大器58的情况下，如果明显的电流从信号电极32被吸引以给屏蔽电极52供电(即在屏蔽电极52处形成电位)，则由信号电极32提供的信号可能受到不利的影响，从而不能精确地反映压缩机叶轮6的旋转速度。缓冲放大器作用以使得向屏蔽电极52输出基本与由信号电极32提供至缓冲放大器58的输入56相同的信号60。但是，由缓冲放大器58在其输出60处产生的信号经受小于由信号电极32提供至缓冲放大器58的输入56的信号所经受的电阻抗的电阻抗。由于实际上缓冲放大器58在屏蔽电极52处建立电位，并因为压缩机壳体2处于局部地电位，在屏蔽电极52和压缩机壳体2之间可能存在电位差。如前文所述，因为在屏蔽电极52和压缩机壳体2之间存在电位差,所以在屏蔽电极52和压缩机壳体2之间将存在电场。由于实际上在屏蔽电极52和压缩机壳体2之间存在电场，并因为它们被由电介质电绝缘材料形成的绝缘体层48a隔开,所以屏蔽电极52和压缩机壳体2将形成电容器。由屏蔽电极52和压缩机壳体2形成的电容器由附图的虚线中示出的电容器50a描述。因为屏蔽电极52、绝缘体层48a和压缩机壳体2形成电容器，所以在屏蔽电极52和压缩机壳体2之间可能存在电荷泄漏。但是由于实际上提供至屏蔽电极52的信号所经历的阻抗小于信号电极32提供的信号所经历的阻抗，所以如果屏蔽电极52不存在，屏蔽电极52和压缩机壳体2之间的电流泄漏将小于信号电极32和压缩机壳体2之间的电流泄漏。如上文所述，提供至屏蔽电极52的信号所经历的阻抗小于信号电极32提供的信号所经历的阻抗的原因是因为屏蔽电极52由缓冲放大器58供电。因为屏蔽电极52由缓冲放大器58供电，因而屏蔽电极52和压缩机壳体2之间发生的任何电荷泄漏将从缓冲放大器58吸引电流而不从给信号电极32供电的DC电源42吸引电流。因此屏蔽电极52和压缩机壳体2之间的电荷泄漏将不影响信号电极32提供至传感器装置30a的输出46的信号。尽管所描述的实施方式具有缓冲器装置，该缓冲器装置具有单位增益缓冲放大器，但是将理解任何合适的放大器可以被用作缓冲器装置的一部分。从附图中可以看出屏蔽电极52大于信号电极32。特别地，屏蔽电极52延伸以使其轴向长度比信号电极32长。这意味着在信号电极32和压缩机壳体2之间不存在垂直于信号电极32、不通过屏蔽电极52的直线路经。也就是说，信号电极32和压缩机壳体2之间不存在不通过屏蔽电极52的径向路经。与信号电极32相比屏蔽电极52的较大尺寸确保屏蔽电极52基本阻止信号电极32和压缩机壳体2之间的基本垂直于信号电极32 (即径向)的任何电场。因为与信号电极32相比屏蔽电极52的较大尺寸基本阻止了信号电极32和压缩机壳体2之间的基本垂直于信号电极32 (即径向)的电场的形成,所以由信号电极32和压缩机壳体2之间在基本垂直于信号电极32的方向(即,基本为径向的)上的电荷的运动所引起的电荷泄漏基本被阻止。从而，因为由信号电极32和压缩机壳体2之间在基本垂直于信号电极32的方向(即，基本为径向)上的电荷的运动引起的电荷泄漏基本上被防止，所以信号电极32和压缩机壳体2之间的电荷泄漏的总量被减小。图6和7示出根据本发明的第二实施方式的旋转装置的一部分的不同表示。本发明的该实施方式与图5所示的非常相似。整个附图中对于等同特征被赋予相同的编号。图6和7中所示的实施方式不同于图5所示的实施方式之处在于:传感器装置30b的缓冲器装置54a不包括缓冲放大器，而是包括屏蔽电极52和直流电源42之间的连接。以与先前描述的实施方式类似的方式，缓冲器装置54a供应至屏蔽电极52的信号所经历的电阻抗小于信号电极32提供的信号所经历的阻抗。由于实际上屏蔽电极52被连接至DC电源42，屏蔽电极52被保持在基本与DC电源42相同的电位下。因为屏蔽电极52基本上与DC电源42的电位相同且因为DC电源42也为信号电极32供电,与信号电极32和压缩机壳体2之间的电位差相比,屏蔽电极52和信号电极32之间的电位差是小的。因而，与缺少屏蔽电极52的情况下信号电极32和压缩机壳体2之间的电荷泄漏相比，信号电极32和屏蔽电极52之间的电荷泄漏是小的。在一些情况中，信号电极32和屏蔽电极52之间的电荷泄漏基本被阻止。与先前实施方式一样，这意味着信号电极32和压缩机壳体52之间的电荷泄漏也将基本被阻止。电荷泄漏将优先在屏蔽电极52和压缩机壳体2之间发生，至少部分因为实际上屏蔽电极52比传感器电极32离压缩机壳体2近。如先前所讨论的，屏蔽电极52、第一绝缘体层48a和局部接地压缩机壳体2形成电容器。该电容器由图6和7的虚线中示出的电容器50a象征性地表示。以类似的方式，信号电极32、第二绝缘体层48b和屏蔽电极52之间形成第二电容器。该电容器由图6和7的虚线中示出的电容器50b象征性地表示。如前所述，信号电极32和屏蔽电极52之间可以基本没有电荷泄漏(即，经由电容器50b)，因为信号电极32和屏蔽电极52之间可以基本没有电位差。在根据图6和7所示的本发明的一些实施方式中，已经发现电连接至为信号电极32供电的DC电源42的屏蔽电极52的使用能够加强(并因此提高)信号电极32产生的信号的强度。还发现在一段时间之后，在该时间期间传感器装置30b经历了屏蔽电极52和压缩机壳体上电荷的稳定化(因此二者之间的电场的稳定化)，屏蔽电极可以抑制局部接地的压缩机壳体的电位发生的干扰，否则该干扰可能引起在信号电极32处产生信号。如关于先前实施方式的讨论及如在图6中所见，优选屏蔽电极52将大于信号电极32。在一些实施方式中，已经发现，设定屏蔽电极尺寸使得其在每个方向上从信号电极向外延伸至少Imm对于屏蔽电极有效运行是有益的。例如，在屏蔽电极和信号电极是部分环形的情况中，屏蔽电极可以轴向地延伸超过信号电极的圆周边缘至少1_。图7示意性地描述了图6所示旋转装置的一部分的替代表示。旋转装置的元件由电气符号表示。屏蔽电极52和局部接地的压缩机壳体2被示为通过电容器50b象征性地连接(虚线中所示)。由于压缩机叶轮的旋转而引起的压缩机叶轮6和信号电极32之间的电场的扰动由AC电源64表不。图5所示本发明的实施方式可以被称为具有有源屏蔽电极，而图6所示的实施方式可以被称为具有无源屏蔽电极。图5所示实施方式可以被称为具有有源屏蔽电极，由于实际上屏蔽电极52被连接至缓冲放大器58并由缓冲放大器58供电。缓冲放大器58具有其自身的电源，该电源与DC电源42的电源是分开的。另外，提供至屏蔽电极52的信号变化以便匹配信号电极32处的信号。相反，图6所示的实施方式中的可以被称为无源的屏蔽电极52由为信号电极32供电的同一个DC电源42供电。提供至屏蔽电极的信号可以不作为中心电极32处的信号的函数而改变。图8和9示出一种提出的方式，在该方式中根据本发明的信号电极和屏蔽电极可以被安装在涡轮增压器的压缩机内。图8示出通过轴流压缩机进口 22的上部的剖面图。插入物66被容纳在由压缩机壳体2限定的轴流压缩机进口 22中。插入物66优选地由电绝缘材料形成以使电极32被从压缩机壳体2的局部地电位电隔离。例如，该插入物可以由塑料或陶瓷材料制造。插入物66可以被设计成执行多种功能。例如，插入物66可以形成噪音挡板或地图宽度增强(MWE)结构。可替代地，根据本发明插入物66可以仅支撑速度传感器装置的一部分(例如，电极组件68)。在图8和9所示的实施方式中，插入物66支撑电极组件68。根据图5和6所示的任一个实施方式电极组件68包括信号电极32、绝缘体层48b和屏蔽电极52。电极组件68被插入物66中的径向孔70接收。参考图9，图9是图8所示涡轮增压器的一部分的放大图，电极组件68包括信号电极32和屏蔽电极52。信号电极32具有大致“图钉”形状，具有增大的头部32a，细长杆32b大致从该增大的头部32a径向向外延伸。电绝缘电介质材料在信号电极32和屏蔽电极52之间形成绝缘体层48b。屏蔽电极52大致是圆柱形的。屏蔽电极52大致与信号电极32的杆32b的纵轴线同轴。屏蔽电极52大致围绕信号电极32。但是，信号电极32和屏蔽电极52被布置成使得信号电极32的头部32a与屏蔽电极52同等地延伸到涡轮增压器的进口通道22中。在所示实施方式中，信号电极32和屏蔽电极52与插入物66的内表面齐平。由于实际上信号电极32和屏蔽电极52与插入物66的内表面齐平,在使用中信号电极32和屏蔽电极52在通过插入物66的气流中不形成明显的干扰。通过插入物66的气流的干扰可以在传感器电极32所测量的电场中引起有害干扰并因此导致速度传感器装置所进行的压缩机叶轮的速度测量的不准确。因而，通过插入物的气流的干扰在一些实施方式中可能是不希望的。信号电极32的前表面被引导到涡轮增压器的进口通道22中。屏蔽电极52不在信号电极32的前表面和进气通道22之间延伸。图8和9所示的速度传感器装置的部分在使用中还具有在信号电极32和压缩机叶轮(未示出)之间的绝缘体层(图中未指示并等同于图5和6所示的第三绝缘体层48c)。该绝缘体层可以至少部分地由固体电绝缘材料形成或可以由信号电极32和压缩机叶轮之间的气体绝缘材料(如空气)形成。插入物66形成另一绝缘体层的至少一部分。屏蔽电极52和压缩机壳体2之间的绝缘体层等同于图5和6所示的第一绝缘体层48a。例如，该绝缘体层(等同于图5和6所示的第一绝缘体层)可以包括插入物66和绝缘体涂层71。连接器组件72延伸通过压缩机壳体2中的孔74以使形成连接器组件72的72的一部分的插头装置76能够与信号电极32和屏蔽电极52 二者电连接。由插头装置76形成的电连接能够使得传感器电极32和屏蔽电极52被连接至缓冲器装置(未示出)和任何需要的电源(未示出)。绝缘体涂层71由电绝缘材料形成且位于压缩机壳体2和电连接至屏蔽电极52的连接器组件72的部分的中间。绝缘体涂层可以被涂在连接器组件72上和/或限定孔74的压缩机壳体2的部分上。绝缘体涂层71形成绝缘体层，该绝缘体层使压缩机壳体2从电连接至屏蔽电极52的连接器组件72部分基本上电绝缘。绝缘体涂层71确保连接器组件72不利于在信号电极32或屏蔽电极52与局部接地的压缩机壳体2之间的有害电连接。图8和9示出本发明所提出的实施方式的示例的示意图。图8和9中所示实施方式仅仅是出于说明的目的并提供能够执行本发明的可能的方式的指示。其不应该认为以任何方式限制本发明，本发明的范围由权利要求书限定。图10示出根据本发明的另一电极组件68a的横截面示意图。电极组件68a包括连接器组件78，该连接器组件78延伸通过局部接地的部分82 (如压缩机壳体)中的孔80。此外，连接器组件78由电绝缘材料(如塑料材料或陶瓷材料)形成。这确保连接器组件78不利于在信号电极32或屏蔽电极52与局部接地的压缩机壳体2之间的任何有害电连接。电极组件68a包括信号电极32和屏蔽电极52。信号电极32和屏蔽电极52分别具有形成连接器组件78的一部分的针部分32a和52a。针部分32a和52a可以被用于促进信号电极32和屏蔽电极52与形成传感器装置的一部分的另外的电气元件的电连接，所述传感器装置形成本发明的一部分。电介质绝缘体层48a被设置在局部接地部分82和屏蔽电极52之间。电介质绝缘体层48b被设置在屏蔽电极52和信号电极32之间。当电极组件被安装时，电介质绝缘体层48c被设置在信号电极32和旋转体(未示出)之间。可以看出，如前文所讨论的，屏蔽电极52比信号电极32大。在这种情况中，屏蔽电极52具有比信号电极32更长的长度。图11示出另一种可能的电极组件68b的俯视图。电极组件68b具有大致T型信号电极32和较大的T型屏蔽电极52。信号电极32被堆叠在屏蔽电极52的顶部(以使他们形成延伸至在提供图的平面之外的堆叠)。尽管在图中未示出，但是信号电极32和屏蔽电极52被电解质绝缘层分开。 在本发明的一些实施方式中，信号电极、屏蔽电极和绝缘体层中的至少一个可以作为涂层被应用至涡轮增压器(或其他旋转装置)。图12示出包括信号电极对的电极组件68c，该信号电极对被提供作为涡轮增压器的一部分上的涂层。信号电极32被提供作为接近可旋转体的涡轮增压器的一部分上的涂层，可旋转体的速度将被速度传感器装置测量。信号电极32被设置以使可旋转体(如涡轮机叶轮或压缩机叶轮)的旋转在由传感器装置产生的电场(或如周围电场)中引起扰动。为了形成图12中所示的电极装置68c的信号电极32和屏蔽电极52，该装置被逐层形成。首先，第一绝缘体层(未示出)作为涡轮增压器的一部分(如压缩机壳体)的涂层被涂覆。第一绝缘体层涂层可以以液体的形式被涂覆，然后该液体可以自然变干或被固化以形成电介质电绝缘材料的层。一旦第一绝缘体层被充分干燥/固化以使另一涂层可以被涂覆至其上，屏蔽电极52可以作为第一绝缘体层的涂层被涂覆。屏蔽电极52涂层可以由导电液体(如，油墨(ink))形成，但是，将理解任何合适的材料可以被使用，只要其干燥/固化从而形成导电层。第二绝缘体层48b和信号电极32可以以类似于上述绝缘体层48a和屏蔽电极52的方式被涂覆为涂层。然后最后的绝缘体层48c可以被应用以涂覆信号电极32。绝缘体层48c可以提供保护以防止在使用中由于通过涡轮增压器的气流且由于邻近的可旋转体的旋转而引起的磨损。绝缘体层48c还可以针对诸如在涡轮增压器使用中可能出现的高温的其他环境因素而提供保护。形成电极32、52及绝缘体层48a、48b和48c的导电层和绝缘体层可以使用“厚膜”技术来被涂覆。在这种情况中，每一层以液体(如，油墨)被涂覆并使用高温固化形成的涂层以完成使得所述层具有期望的性能的化学反应。所期望的电极层性能中的一个可以是它们携带提供至其的电信号的能力。所期望的绝缘层性能中的一个可以是基本上阻止电荷在各个电极和/或压缩机壳体之间流动。将理解任何合适的方法可以被用于将信号电极、屏蔽电极和绝缘体层涂覆至涡轮增压器的壳体上。例如，可以使用任何合适的涂层技术。在一些实施方式中，信号电极、屏蔽电极或绝缘体层可以被印刷至压缩机上，或由之后可以被安装在涡轮增压器壳体(如压缩机壳体)上的另外的材料(如膜)提供。在信号电极、屏蔽电极、和/或绝缘体层被印刷至涡轮机壳体的一部分上的实施方式中，厚膜油墨可以被使用:相对导电的油墨用于电极，而电介质油墨用于绝缘体层。厚膜油墨通常可以在高达600°C的温度下工作。使用厚膜印刷工艺形成电极或绝缘体层的示例性厚度为大约0.7mm。形成外部涂层的绝缘体层48c可以被抛光或以其他方式处理以降低缺陷和/或增加绝缘体涂层48c的表面的光滑度。这可以帮助降低在使用中经过绝缘体层48c的任何空气的扰动。降低经过绝缘体层48c的空气的扰动可以改善速度传感器装置的性能，因为空气的扰动可以引起由传感器装置测量的电场的有害扰动。图12中的虚线示出一旦绝缘体层48c已经被抛光后其可能的轮廓。图12中虚线上方的实线(考虑图的方向)示出绝缘体层48c的进一步的可能轮廓。在这种情况中，在一些实施方式中，绝缘体层48c可能已经被抛光，而在其他实施方式中，绝缘体层48c可能还未被抛光。在一些实施方式中，绝缘体层48c可以由合适的材料形成以使速度传感器装置结合通过旋转装置的水或油来发挥作用。应当理解，信号电极和屏蔽电极可以具有任何合适的形状，并在涡轮增压器内以任何合适的方向和位置被布置。例如，信号电极和屏蔽电极可以是矩圆形的并被布置成使得他们的纵轴基本上平行于涡轮增压器的旋转轴线延伸。可替代地，信号电极和屏蔽电极可以被布置成使得他们的纵轴部分地围绕涡轮增压器的圆周延伸(如在压缩机进口或涡轮机出口内)。在上文所述中,信号电极和压缩机壳体之间存在电位差。代替压缩机壳体，信号电极和涡轮增压器的任何合适部分之间可存在电位差，这落入本发明的范围。例如，涡轮增压器的一部分可以不是压缩机壳体，而是涡轮增压器的任何合适的部分(如涡轮增压器壳体的另一部件的部分)。可替代地，该部分可以是与涡轮增压器(因而压缩机)壳体电隔离的一部分。信号电极和润轮增压器的第一部分(如压缩机壳体)之间的电位差被描述为信号电极的电位和第一部分的局部地(也称为虚地)电位之间的电位差。术语局部接地电位可以指参考点位，涡轮增压器的其他部分的电位可以相对于该参考电位被测量。局部地电位可以是电池端子的电位。为了在信号电极和第一部分之间具有电位(从而二者之间存在电场)，信号电极和第一部分将处于不同的电位。在所述实施方式中，信号电极已经处于由DC电源供电的电位(不同于局部接地部分的电位)。在一些实施方式中，该要求不是必须的。例如，由于可以由可旋转体的运动引起的电荷的形成和运动，信号电极可以处于不同于局部接地部分的电位的电位。例如，随着可旋转体相对于空气的运动由摩擦起电效应形成的电荷可以使得信号电极处于与局部地电位不同的电位。在一些实施方式中，压缩机壳体的至少一部分可以由电绝缘材料(如，塑料或陶瓷材料)形成。在这种情况中，如果形成压缩机壳体的所述至少一部分的材料是弱电介质，以上述方式使用屏蔽电极可以提高由信号电极产生的信号的强度。在一些实施方式中，速度传感器装置可以包括如W02011/023931 (其内容通过引用被合并于此)中公开的电极装置的多个信号电极。在具有多个信号电极的实施方式中，存在多个屏蔽电极。每个屏蔽电极可以对应一个或多个信号电极。在存在多个屏蔽电极的情况中，它们可能相互之间被电连接(例如它们可以被并联)。可替代地，在存在多个信号电极的实施例中，可以存在一个信号屏蔽电极，该信号屏蔽电极对应所有的信号电极。如果一个屏蔽电极对应一个信号电极，则屏蔽电极可以阻止或基本限制从相应的信号电极的电荷泄漏。虽然本发明已经阐述了其应用于涡轮增压器的压缩机，但是将理解本发明可以具有其他应用。总的来说，本发明的速度传感器装置可以适用于测量可旋转体的任何合适的凸构件的旋转速度。该可旋转体可以是例如涡轮机叶轮或压缩机叶轮。凸构件可以是涡轮机叶轮或压缩机叶轮的一个或多个叶片。涡轮机叶轮可以形成涡轮机(例如可变几何构造涡轮机)的一部分。压缩机叶轮可以形成压缩机的一部分。涡轮机和/或压缩机可以形成涡轮增压器或其他透平机(例如动力涡轮机)的一部分。透平机可以形成内燃机(如汽车发动机)的一部分或与内燃机连接。本发明所述的实施方式的细节结构的其他可能修改对于本领域技术人员是明显的。在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的情况下，可以对本发明上述的实施方式进行各种修改。
权利要求
1.一种旋转装置，该装置包括: 第一部分； 可旋转体，相对于所述第一部分能够旋转并包括至少一个凸构件；以及 速度传感器装置，用于在测量所述至少一个凸构件的旋转速度中使用，该速度传感器装置包括: 信号电极，该信号电极的至少一部分位于所述可旋转体和所述第一部分之间，在使用中在所述信号电极和所述第一部分之间存在电位差，所述信号电极被配置成在使用中输出第一信号，该信号是所述至少一个凸构件的旋转速度的函数； 屏蔽电极，该屏蔽电极的至少一部分位于所述信号电极和所述第一部分之间，所述屏蔽电极通过至少第一电绝缘部分与所述信号电极分开，并且所述屏蔽电极通过至少第二电绝缘介电部分与所述第一部分分开；以及 缓冲器装置，被配置成在使用中将第二电信号提供至所述屏蔽电极； 所述第二电信号被配置使得所述屏蔽电极处于一电位，以使得所述信号电极和所述屏蔽电极之间的电位差 小于所述信号电极和所述第一部分之间的电位差。
2.根据权利要求1所述的旋转装置，其中在使用中所述第一部分处于局部地电位。
3.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述缓冲器装置被配置成在使用中使得与所述第一信号相比所述第二信号经受较小的电阻抗。
4.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述缓冲器装置被配置成接收所述第一信号并根据所述第一信号将所述第二信号提供至所述屏蔽电极。
5.根据权利要求4所述的旋转装置，其中所述第一信号和所述第二信号具有大致相同的电压以使得所述信号电极和所述屏蔽电极之间的电位差大致为零。
6.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述缓冲器装置包括放大器。
7.根据权利要求6所述的旋转装置，其中所述放大器为单位增益缓冲放大器。
8.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述信号电极被连接至DC电源，该DC电源形成所述信号电极和所述第一部分之间的电位差。
9.根据权利要求8所述的旋转装置，其中所述缓冲器装置包括所述DC电源和所述屏蔽电极之间的电连接。
10.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述信号电极和所述屏蔽电极中的至少一个为部分环形。
11.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述屏蔽电极被配置为使得所述信号电极和所述第一部分之间垂直于所述信号电极的直线路径通过所述屏蔽电极。
12.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述信号电极和所述屏蔽电极由插入至所述可旋转装置中的插入物支撑。
13.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中第三电绝缘介电部分被设置在所述信号电极上以使所述第三电绝缘介电部分在所述信号电极和所述可旋转体之间。
14.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述旋转装置的所述第一部分为所述旋转装置的壳体的一部分。
15.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述旋转装置为压缩机、涡轮机或涡轮增压器。
16.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的旋转装置，其中所述可旋转构件为压缩机叶轮或涡轮机叶轮，且所述凸构件为该压缩机叶轮或涡轮机叶轮的叶片。
17.—种测量旋转装置的旋转体的凸构件的旋转速度的方法，所述旋转装置包括: 第一部分；以及 速度传感器装置，具有信号电极、屏蔽电极及缓冲器装置，所述信号电极的至少一部分位于所述可旋转体和所述第一部分之间，所述屏蔽电极的至少一部分位于所述信号电极和所述第一部分之间； 所述方法包括以下步骤: 使可旋转体旋转； 将第一电信号提供至所述信号电极以使得在所述信号电极和所述第一部分之间存在电位差； 所述缓冲器装置将第二电信号提供至所述屏蔽电极，所述第二电信号使所述屏蔽电极处于一个电位，以使得所述信号电极与所述屏蔽电极之间的电位差小于所述信号电极和所述第一部分之间的电位差； 所述信号电极输出输出信号 ，该输出信号是所述至少一个凸构件的旋转速度的函数；以及 使用由所述凸构件的旋转引起的所述输出信号的变化来测量所述凸构件的旋转速度。
全文摘要
一种旋转装置，该装置包括第一部分；可旋转体，相对于所述第一部分可旋转并包括至少一个凸构件；以及速度传感器装置，用于在测量所述至少一个凸构件的旋转速度中使用，该速度传感器装置包括信号电极，该信号电极的至少一部分位于所述可旋转体和所述第一部分之间，在使用中所述信号电极和所述第一部分之间存在电位差，所述信号电极被配置成在使用中输出第一信号，该信号是所述至少一个凸构件的旋转速度的函数；屏蔽电极，该屏蔽电极的至少一部分位于所述信号电极和所述第一部分之间，所述屏蔽电极通过至少第一电绝缘部分而与所述信号电极分开，并且所述屏蔽电极通过至少第二电绝缘介电部分而与所述第一部分分开；以及缓冲器装置，被配置成在使用中将第二电信号提供至所述屏蔽电极；所述第二电信号被布置使得所述屏蔽电极处于一电位，以使得所述信号电极和所述屏蔽电极之间的电位差小于所述信号电极和所述第一部分之间的电位差。
文档编号G01D5/241GK103189752SQ201180052598
公开日2013年7月3日 申请日期2011年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者卡尔文·考克斯 申请人:康明斯有限公司