(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
前記入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）に接続される、第１の特性インピーダンスを有する入力ケーブル（４１０；４１１）；及び
前記入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）での入力インピーダンスを前記入力ケーブル（４１０；４１１）の特性インピーダンスに整合させるために、前記入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）、前記第１の二次巻線（２１２）及び前記第２の二次巻線（２１３）の少なくとも１つに接続される少なくとも１つのインピーダンス整合素子（Ｃ１）、
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続されるセンサデバイス。
【請求項２】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続され、
第１の端部と第２の端部を有する第１の伝送ケーブル（４１２）であって、該第１の端部は前記ブリッジ回路の第３の脚部に接続され、該第２の端部は前記ブリッジ回路の第１の脚部に接続され、第１の特性インピーダンスを有する第１の伝送ケーブル；
第１の端部と第２の端部を有する第２の伝送ケーブル（４１３）であって、該第１の端部は前記ブリッジ回路の第４の脚部に接続され、該第２の端部は前記ブリッジ回路の第２の脚部に接続され、第２の特性インピーダンスを有する第２の伝送ケーブル；及び
前記ブリッジ回路の第１及び第２の脚部での入力インピーダンスを前記第１及び第２の伝送ケーブル（４１２，４１３）の特性インピーダンスに整合させるために、前記第１及び第２の伝送ケーブル（４１２，４１３）の前記第２の端部に接続される１以上のインピーダンス整合素子（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３）をさらに備えるセンサデバイス。
【請求項３】
第１の出力変圧器（２２０）をさらに含み、該第１の出力変圧器（２２０）は一次巻線（２２１）及び二次巻線（２２２）を有し、該第１の出力変圧器（２２０）の該一次巻線（２２１）が前記第１の出力タップの第１及び第２の接点に接続される、請求項１又は２に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続され、
第１の出力変圧器（２２０）をさらに含み、該第１の出力変圧器（２２０）は一次巻線（２２１）及び二次巻線（２２２）を有し、該第１の出力変圧器（２２０）の該一次巻線（２２１）が前記第１の出力タップの第１及び第２の接点に接続され、
前記第１の出力変圧器（２２０）の前記二次巻線（２２２）に接続される、特性インピーダンスを有する出力ケーブル（４２０）；及び
前記出力変圧器（２２０）の前記二次巻線（２２２）での出力インピーダンスを前記出力ケーブル（４２０）の特性インピーダンスに整合させるために、前記出力変圧器（２２０）の前記一次巻線（２２１）及び前記二次巻線（２２２）の少なくとも１つに接続される少なくとも１つのインピーダンス整合素子（Ｃ２）をさらに備えるセンサデバイス。
【請求項５】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続され、
第１及び第２の導体を備える出力ケーブル（４２１）であって、各導体は第１及び第２の端部を有し、該第１の導体の第１の端部が前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）に接続され、該第２の導体の第１の端部が前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）に接続される、特性インピーダンスを有する出力ケーブル；及び
前記第１の出力タップでの前記ブリッジ回路の出力インピーダンスを前記出力ケーブル（４２１）の特性インピーダンスに整合させるために、前記第１の導体の第１の端部と前記第２の導体の第１の端部とに接続される１以上のインピーダンス整合素子（Ｃ２）をさらに備えるセンサデバイス。
【請求項６】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続され、
前記入力変圧器（２１０）と前記第１の出力タップを前記ブリッジ回路の第１及び第２の脚部から分離する壁（１１０）を通り抜ける電気接続を構築するための第１、第２及び第３のフィードスルー（１４１，１４２，１４３）を備え、
前記第１のフィードスルー（１４１）は前記ブリッジ回路の第１の脚部を前記ブリッジ回路の第３の脚部に接続し；
前記第２のフィードスルー（１４２）は前記ブリッジ回路の第２の脚部を前記ブリッジ回路の第４の脚部に接続し；及び
前記第３のフィードスルー（１４３）は前記ブリッジ回路の第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）を前記第１の出力タップの第１の接点に接続するセンサデバイス。
【請求項７】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続され、
第３及び第４の検出コイル（６２２，６２４）をさらに備え、前記ブリッジ回路が、直列に接続されてそれらの間に共通節点（６２５）を形成する第５及び第６の脚部を有し、該第５の脚部が前記第３の検出コイル（６２２）を備え、該第６の脚部が前記第４の検出コイル（６２４）を備え、
前記ブリッジ回路の第５及び第６の脚部の間の前記共通節点（６２５）は、第２の出力信号のための第２の出力タップの第１の接点に接続されるセンサデバイス。
【請求項８】
前記入力変圧器（２００）と前記第１及び第２の出力タップを前記ブリッジ回路の第１、第２、第５及び第６の脚部から分離する壁を通り抜ける電気接続を構築するための第１、第２、第３及び第４のフィードスルー（１４１，１４２，１４３，１４４）を備え、
前記第１のフィードスルー（１４１）は前記ブリッジ回路の第１及び第５の脚部に共通な点を前記ブリッジ回路の第３の脚部に接続し；
前記第２のフィードスルー（１４２）は前記ブリッジ回路の第２及び第６の脚部に共通な点を前記ブリッジ回路の第４の脚部に接続し；
前記第３のフィードスルー（１４３）は前記ブリッジ回路の第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）を前記第１の出力タップの第１の接点に接続し；及び
前記第４のフィードスルー（１４４）は前記ブリッジ回路の第５及び第６の脚部の前記共通節点（６２５）を前記第２の出力タップの第１の接点に接続する、請求項７に記載のセンサデバイス。
【請求項９】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２４１）と二次巻線（２４２）を有する入力変圧器（２４０）、該入力変圧器（２４０）の該一次巻線（２４１）は励磁信号用の入力部を形成し；及び
少なくとも第１及び第２の一次巻線（２５１，２５２）と二次巻線（２５３）とを有する第１の出力変圧器（２５０）、該二次巻線（２５３）が第１の出力信号用の第１の出力タップを形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記第１の出力変圧器（２５０）の前記一次巻線（２５１，２５２）が接続されて第１のブリッジ回路を形成し、
前記第１のブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記第１の出力変圧器（２５０）の前記第１の一次巻線（２５１）を備え、及び該第４の脚部が前記第１の出力変圧器（２５０）の前記第２の一次巻線（２５２）を備え、該第３及び第４の脚部が直列に接続されてこれらの間に共通節点（２５４）を形成し、及び
前記入力変圧器（２４０）の前記二次巻線（２４２）は、前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の前記共通節点（６１９）と、前記第１のブリッジ回路の第３及び第４の脚部の前記共通節点（２５４）との間に接続されるセンサデバイス。
【請求項１０】
前記入力変圧器（２４０）の前記一次巻線（２４１）に接続される、第１の特性インピーダンスを有する入力ケーブル（４１０；４１１）；及び
前記入力変圧器（２４０）の前記一次巻線（２４１）での入力インピーダンスを前記入力ケーブル（４１０；４１１）の特性インピーダンスに整合させるために、前記入力変圧器（２４０）の前記一次巻線（２４１）及び前記二次巻線（２４２）の少なくとも１つに接続される少なくとも１つのインピーダンス整合素子（Ｃ１）をさらに備える、請求項９に記載のセンサデバイス。
【請求項１１】
前記第１の出力変圧器（２５０）の前記二次巻線（２５３）に接続される、特性インピーダンスを有する出力ケーブル（４２０）；及び
前記第１の出力変圧器（２５０）の前記二次巻線（２５３）での出力インピーダンスを前記出力ケーブル（４２０）の特性インピーダンスに整合させるために、前記第１の出力変圧器（２５０）の前記第１の一次巻線（２５１）、前記第２の一次巻線（２５２）及び前記二次巻線（２５３）の少なくとも１つに接続される少なくとも１つのインピーダンス整合素子（Ｃ２）をさらに備える、請求項９又は１０に記載のセンサデバイス。
【請求項１２】
前記入力変圧器（２４０）及び前記第１の出力変圧器（２５０）を前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部から分離する壁（１１０）を通り抜ける電気接続を構築するための第１、第２及び第３のフィードスルー（１４１，１４２，１４３）をさらに備え、
前記第１のフィードスルー（１４１）は前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の共通節点（６１９）を前記入力変圧器（２４０）の二次巻線（２４２）の一方の端部に接続し、
前記第２のフィードスルー（１４２）は前記第１のブリッジ回路の第１の脚部を前記第１のブリッジ回路の第３の脚部に接続し；及び
前記第３のフィードスルー（１４３）は前記第１のブリッジ回路の第２の脚部を前記第１のブリッジ回路の第４の脚部に接続する、請求項９〜１１のいずれかに記載のセンサデバイス。
【請求項１３】
第３及び第４の検出コイル（６２２，６２４）と、少なくとも第１及び第２の一次巻線（２６１，２６２）を有する第２の出力変圧器（２６０）とをさらに備え、
前記第３の検出コイル（６２２）、前記第４の検出コイル（６２４）、及び前記第２の出力変圧器（２５０）の前記一次巻線（２６１，２６２）が接続されて第２のブリッジ回路を形成し、
前記第２のブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第３の検出コイル（６２２）を備え、該第２の脚部が前記第４の検出コイル（６２４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部が直列に接続されてこれらの間に共通節点（６２５）を形成し、該第３の脚部が前記第２の出力変圧器（２６０）の前記第１の一次巻線（２６１）を備え、及び該第４の脚部が前記第２の出力変圧器（２６０）の前記第２の一次巻線（２６２）を備え、該第３及び第４の脚部が直列に接続されてこれらの間に共通節点（２６４）を形成し、及び
前記第２のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の前記共通節点（６２５）は、前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の前記共通節点（６１９）に接続され、及び、前記第２のブリッジ回路の第３及び第４の脚部の前記共通節点（２６４）は、前記第１のブリッジ回路の第３及び第４の脚部の前記共通節点（２５４）に接続される、請求項９〜１２のいずれかに記載のセンサデバイス。
【請求項１４】
前記変圧器配置（２２０）を前記検出コイル（６１２，６１４，６２２，６２４）から分離する壁（１１０）を通り抜ける電気接続を構築するための第１、第２、第３、第４及び第５のフィードスルー（１４１〜１４５）をさらに備え、
前記第１のフィードスルー（１４１）は、前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の前記共通節点（６１９）と前記第２のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の前記共通節点（６２５）とを、前記入力変圧器（２４０）の前記二次巻線（２４２）の一方の端部に接続し、
前記第２のフィードスルー（１４２）は、前記第１のブリッジ回路の第１の脚部を前記第１のブリッジ回路の第３の脚部に接続し；及び
前記第３のフィードスルー（１４３）は、前記第１のブリッジ回路の第２の脚部を前記第１のブリッジ回路の第４の脚部に接続し、
前記第４のフィードスルー（１４４）は、前記第２のブリッジ回路の第１の脚部を前記第２のブリッジ回路の第３の脚部に接続し；及び
前記第５のフィードスルー（１４５）は、前記第２のブリッジ回路の第２の脚部を前記第２のブリッジ回路の第４の脚部に接続する、請求項１３に記載のセンサデバイス。
【請求項１５】
ロータ（１２０）の特性を測定するためのセンサデバイスであって、該センサデバイスは：
第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）、各検出コイル（６１２，６１４）は、前記ロータ（１２０）の表面と相互作用して該第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の変位を検出するように構成され；及び
一次巻線（２１１）と、少なくとも第１及び第２の二次巻線（２１２，２１３）を有する入力変圧器（２１０）、該入力変圧器（２１０）の前記一次巻線（２１１）は励磁信号用の入力部を形成し；
を備え、
前記第１の検出コイル（６１２）、前記第２の検出コイル（６１４）、及び前記入力変圧器（２１０）の前記二次巻線（２１２，２１３）が接続されて、ブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイル（６１２）を備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイル（６１４）を備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（６１９）を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第１の二次巻線（２１２）を備え、及び該第４の脚部が前記入力変圧器（２１０）の前記第２の二次巻線（２１３）を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点（２１５）を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１及び第２の脚部の間の前記共通節点（６１９）が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３及び第４の脚部の間の前記共通節点（２１５）が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続され、
前記入力変圧器（２１０；２４０）の前記一次巻線（２１１；２４１）にＡＣ電流を励起するための、前記入力変圧器（２１０；２４０）の前記一次巻線（２１１；２４１）に操作可能に接続される信号発生器（３１０）；及び
前記第１の出力タップに操作可能に接続される第１の検出回路（３２０）であって、前記第１の出力タップから受信される第１の出力信号を処理して、前記第１及び第２の検出コイル（６１２，６１４）に対する前記ロータ（１２０）の位置を示す処理された出力信号（Ｐ；Ｐ１，Ｐ２）を得るように構成される第１の検出回路（３２０）を備える信号処理回路（３００）をさらに備え、
前記入力変圧器（２１０；２４０）が補助巻線（２１４；２４４）を備え、前記信号処理回路（３００）が、前記入力変圧器（２１０；２４０）の前記一次巻線（２１１；２４１）のＡＣ電流の振幅を示す参照信号（Ａｍ）を得るための、補助巻線（２１４；２４４）に操作可能に接続される補助検出回路（３３０）を備えるセンサデバイス。
【請求項１６】
前記信号処理回路（３００）が、前記第１の検出回路（３２０）の出力を前記参照信号（Ａｍ）で分割するための分割器（３４０）を備える、請求項１５に記載のセンサデバイス。
【請求項１７】
前記信号処理回路（３００）が、前記入力変圧器（２１０；２４０）から遠くに離して配置され、（ｉ）前記信号処理回路（３００）及び（ii）前記入力変圧器（２１０；２４０）と前記第１の出力タップとの間に、少なくとも１つのケーブル（４００；４１０，４２０，４３０，４４０；４１１，４２１，４４１）が延びる、請求項１５又は１６に記載のセンサデバイス。
【請求項１８】
少なくとも前記入力変圧器（２１０；２４０）を収納する接続ボックス（２０１）をさらに備え、該接続ボックス（２０１）が、前記ケーブル（４００；４１０，４２０，４３０，４４０）を該接続ボックス（２０１）に取り外し可能に接続するための少なくとも１つの接続構造（２０２）を有する、請求項１７に記載のセンサデバイス。
【請求項１９】
前記ケーブル（４００；４１０，４２０，４３０，４４０）に接続される入力及び出力インピーダンスのすべてが、該ケーブル（４００；４１０，４２０，４３０，４４０）の特性インピーダンスに整合する、請求項１７又は１８に記載のセンサデバイス。
【請求項２０】
ハウジングと、回転軸（Ａ）の周りの回転のために該ハウジング内に懸架されたロータ（１２０）とを備える装置であって、該装置は、請求項１〜１９のいずれかに記載のセンサデバイスを備え、少なくとも、前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部は該ハウジング（１１０）の内部に配置され、少なくとも、前記入力変圧器（２１０；２４０）と前記第１の出力タップは該ハウジングの外部に配置され、該ハウジングは、該ハウジング内部の前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部を、該ハウジング外部の前記入力変圧器（２１０；２４０）と前記第１の出力タップに接続するためのフィードスルー（１４０；１４１〜１４５）を備えるハウジング壁（１１０）を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの特性、特に、ロータ変位を測定するためのセンサデバイス、及び、そのようなセンサデバイスを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触型電磁センサ、特に渦電流センサや誘導センサ（磁気抵抗センサとも呼ばれる）は、ポンプやコンプレッサのような機械においてロータの変位を監視するためにしばしば用いられる。ロータが能動型磁気軸受によって懸架されている場合は、磁気軸受の制御に位置情報が必要であり、ロータ位置を監視することが特に重要である。
【０００３】
渦電流センサは、通常、信号処理回路に接続されるトランスデューサを備える。このトランスデューサと信号処理回路との間には、マルチリード接続ケーブルがあってよい。いくつかの実施形態では、トランスデューサは単一の検出コイルを備える。信号処理回路は、検出コイル内に多くの場合１００ｋＨｚを超える高周波交流電流を励起する単一の発電機を備える。この高周波電流は、検出コイルの周りに交流磁場を生成し、これがロータ上の近接する導電性ターゲットに渦電流を誘導する。次にこの渦電流が検出コイル内に逆起電力（ｅｍｆ）を誘導し、これがトランスデューサのインピーダンスを変化させる。このようなインピーダンス変化は、信号処理回路によって検出され、トランスデューサとターゲットとの間の距離を表示する。このため、信号処理回路は、アナログ又はデジタル復調器を備えてよい。デジタル復調器を備えたシングルコイルのセンサシステムの例は、特許文献１に開示される。この文献には、シングルコイルトランスデューサと関連する一般的な問題もいくつか述べてられている。
【０００４】
誘導センサは、渦電流センサと非常に似た原理で動作する。しかしながら、誘導センサの動作周波数は一般的に渦電流センサより低く、多くの場合数ｋＨｚの範囲でしかない。高透磁率を有するターゲット、例えば強磁性又はフェリ磁性のターゲットは、検出コイルの自己インダクタンスに直接影響する。以下、渦電流変位センサ及び誘導変位センサを、まとめて非接触型電磁変位センサと呼ぶこととする。
【０００５】
いくつかの用途においては、非接触型電磁変位センサのトランスデューサは、強い振動、高温、高圧、高湿度又は化学的に攻撃的な物質の存在等の、機械的、物理的及び化学的な悪条件に晒される恐れがある。先行技術では、このような悪条件を克服することのできる封入されたトランスデューサを提供するために、相当な努力がなされた。特許文献２に一例が開示される。しかしながら、このような封入されたトランスデューサを用いることのできる動作条件の範囲は限られており、完全に封入されたトランスデューサを機械に一体化するための建設的な努力が高くならないとも限らない。
【０００６】
さらに、シングルコイルのトランスデューサを備えるセンサは、トランスデューサだけでなく接続ケーブルのインピーダンスの温度変化による温度誤差に影響を受けやすい。温度ドリフト又は湿度変化によるインピーダンスの変化は、トランスデューサとターゲットの間の距離の変化によるインピーダンスの変化と間違えられる可能性がある。これは、不正確な距離測定をもたらすであろう。ケーブル長がたやすく２０メートルを超え３００メートル以上に達し得る、コンプレッサ又は大型ポンプのような大型回転機械の場合のように、かなり長い接続ケーブルを介して信号調整回路をトランスデューサに接続することが必要な用途で、この問題は深刻となる。
【０００７】
これらの問題のいくつかは、マルチコイルトランスデューサを使用することによって、先行技術で対処されている。例えば、特許文献３は、検出コイル、駆動コイル及び基準検出コイルを含むマルチコイルトランスデューサを使用することを提案する。単一の発電機が駆動コイルを駆動して、ターゲット内に渦電流を誘導する。検出コイルは、駆動コイルとターゲットの間に置かれて、トランスデューサとターゲットの間の距離によって決まる誘導電圧を出力する。基準検出コイルは、ターゲットの影響を受けることなく、駆動コイルに誘導結合される。基準検出コイルからの信号は、駆動コイルにより生成される磁場をほぼ一定に保つように、信号発生器にフィードバックされる。トランスデューサを残りの回路に接続するためには、６本の電線が必要となる。
【０００８】
特許文献４は、デュアルコイルトランスデューサを使用するセンサを開示する。検出コイルと基準検出コイルは、共通の導電性トランスデューサハウジング内で軸方向に整列され、検出コイルをハウジングの一方の端部に隣接して配置し、基準検出コイルはこの端部から離れている。検出コイルと基準検出コイルは直列に接続され、ブリッジ回路の第１及び第２の脚部を形成する。ブリッジ回路の第３及び第４の脚部は、第１の変圧器の直列に接続された同一の二次巻線によって形成される。各対の脚部の間の中間点は、第２の変圧器の一次巻線によって接続される。検出コイルと基準検出コイルは、通常、第１の変圧器の一次巻線にＡＣ電流を供給することによって励磁される。検出コイルのインピーダンスは、第１の端部の近くに導電性ターゲットが存在することによって影響を受けるが、基準検出コイルのインピーダンスは、ターゲットによってほとんど影響を受けないままである。これは、ブリッジ回路を不平衡にし、第２の変圧器の一次巻線にＡＣ電圧をもたらす。第２の変圧器の二次巻線に生じる電圧が復調器によって検出される。トランスデューサを残りの回路に接続するためには、少なくとも３本の電線が必要である。特許文献５にも、類似の電気的レイアウトを有するセンサが開示される。
【０００９】
特許文献６は、誘導位置センサの各種実施形態を開示する。いくつかの実施形態では、２つのトランスデューサがエレベータレールの向かい合う両側に配置される。各トランスデューサは、共通の磁心上に一次コイル及び二次コイルを備える。一次コイル同士は単一の発電機に直列配列で接続され、二次コイル同士は同期検出器に逆の直列配列で接続される。このようにして、二次コイルに誘導される電圧の差だけを検出する。各トランスデューサの２つのコイルを残りの回路に接続するために、４本の電線が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＵＳ  ６，６６４，７８２
【特許文献２】ＵＳ  ５，８１８，２２４
【特許文献３】ＵＳ  ６，８０３，７５７
【特許文献４】ＧＢ  １  ２９５  ４６０
【特許文献５】ＵＳ  ３，４９１，２８９
【特許文献６】ＵＳ  ５，６１７，０２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、特に回転機械の回転シャフトの変位を測定するのに適した非接触型電磁センサデバイスであって、配線が簡単で、長いケーブルとともに用いるのに適したセンサデバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本目的は、特許請求項１又は１０に記載のセンサデバイスによって達成される。本発明のさらなる実施形態を従属項に記載する。
【００１３】
第１の態様において、本発明は、以下を備えた、ロータの特性を測定するためのセンサデバイスを提供する：
第１及び第２の検出コイルであって、各コイルは、前記ロータの表面と相互作用して第１及び第２の検出コイルに対するロータの変位を検出し；及び
一次巻線と、少なくとも第１及び第２の二次巻線とを有する入力変圧器であって、該入力変圧器の一次巻線が励磁信号用の入力部を形成し；
前記第１の検出コイルと、前記第２の検出コイルと、前記入力変圧器の前記二次巻線が接続されてブリッジ回路を形成し、該ブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、該第１の脚部が前記第１の検出コイルを備え、該第２の脚部が前記第２の検出コイルを備え、該第１の脚部と該第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点を形成し、該第３の脚部が前記入力変圧器の前記第１の二次巻線を備え、該第４の脚部が前記入力変圧器の前記第２の二次巻線を備え、該第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点を形成し、
前記ブリッジ回路の前記第１の脚部と第２の脚部の間の前記共通節点が、第１の出力信号用の第１の出力タップの第１の接点に接続され、及び
前記ブリッジ回路の前記第３の脚部と第４の脚部の間の前記共通節点が、前記第１の出力タップの第２の接点に接続される。
【００１４】
「出力タップ」とは、広い意味で、出力信号を読み出すための電気的接続を可能にする任意の構造を指すと解釈されるべきである。出力タップは、例えば、コネクタ、ソケット端子、又は、互いに隣接する必要さえない一対のはんだ接合の形をとってよい。
【００１５】
２つの検出コイルをブリッジ回路の入力変圧器の二次巻線に接続することによって、励磁と検出が分離される。入力変圧器の一次巻線に励磁信号が与えられ、出力タップで差異信号だけが出力信号として検出される。差異信号は２つの検出コイルに対してロータが動かされた量を示す。励磁信号は、信号発生器からケーブルを介して入力変圧器の一次巻線へと送られてもよい。同様に、出力信号は、ケーブルを介して出力タップから読み出されてよい。（大きい）励起電圧と（相対的に小さい）差異信号を分離して、これらの電圧を、ケーブルを通して別々に送ることによって、ケーブルインピーダンスの変化への感度を大幅に減らす。これにより、長いケーブルを用いることが可能となる。
【００１６】
入力変圧器は特許文献４でも用いられる。しかしながら、特許文献４と本発明との重要な違いは、入力変圧器と相互作用するコイルの配置と機能にある。つまり、特許文献４では、これらのコイルは単一のトランスデューサの検出コイルと基準検出コイルであり、検出コイルだけがターゲットの動きに影響されるが、本発明においては、両方のコイルが検出コイルであり、ロータと、好ましくはロータの、検出コイルと対向する表面と、相互作用するように構成される。よって、ロータは両方の検出コイルに対するターゲットを形成する。検出コイルのインピーダンス（特にインダクタンス）は、好ましくは、逆符号をもつ、所定の方向に沿った、このターゲットの動きに影響される、すなわち、ターゲットが所定の方向に動かされれば、検出コイルの一方のインピーダンスが増加し、他方の検出コイルのインピーダンスは減少する。ロータに近づけて検出コイルを置くことができるように、各検出コイルは、例えば、ロータに対し個別に配置されるのに適した別個のトランスデューサの一部であってもよい。他の実施形態では、検出コイルを、コイルをロータに近づけて配置することができるような形状になっている、共通のキャリア上に、例えば共通の回路基板上に、配置してもよい。本発明は、検出コイルが、ロータと、好ましくは、ロータの、検出コイルに対向する表面と、相互作用するように配置可能である限り、検出コイルが構成される特定の仕様に限定されない。
【００１７】
「ロータの、検出コイルに対向する表面と相互作用する」とは、検出コイルが、面法線が対向方向を指している表面と相互作用する任意の状況を包含すると理解されるべきである。半径方向変位の検出のために、この両表面が、例えば、ロータシャフトの外周面の半径方向反対の両部分であってもよい。この場合、検出コイルは、ロータシャフトの半径方向反対の両側に配置される。中空ロータの場合、この表面は、ロータの内周面の半径方向反対の両部分であってもよい。この場合、検出コイルは両方とも、中空ロータ内部に、半径方向逆向きの構造で配置される。他の実施形態では、検出コイルを、例えば、軸方向変位の検出のために、スラストディスクの、軸方向に対向する表面に、配置することもできる。
【００１８】
さらに別の実施形態では、検出コイルのそれぞれを、例えば、ロータシャフトの円周面上の、円周縁の軸方向に反対の両側に配置して、ロータの軸方向変位を検出することができる。この縁は磁化率又は導電率が異なるロータシャフト上の２つの領域を分離する。特に、２つの円周縁が設けられてよく、これら縁が、隣接するロータ材料とは異なる感受性を有するターゲット材料からなるリングの境界を定めるか、又はこれら縁が、円周のノッチ又は半径方向に突出するリングの境界を定める。さらなる検出コイルを、第１及び第２の検出コイルのそれぞれと直列に接続して、それぞれの検出コイルと半径方向に逆向きの構造で配置されてよく、その結果、ブリッジ回路の第１及び第２の脚部のそれぞれが、ロータの、半径方向に対向する表面と相互作用するように配置された、２つの直列接続された検出コイルを備えてもよい。このとき、ロータの半径方向変位は、各脚部の直列接続されたコイルの逆符号のインピーダンスに影響し、出力信号に与える半径方向変位の影響をキャンセルする。このようにして、軸方向変位だけを検出する。
【００１９】
入力変圧器は、変圧器によって変圧されるときに、ブリッジ回路のインピーダンスがケーブルの特性インピーダンス（波動インピーダンス）に整合するように用いてよい。これにより、検出コイル自体のインピーダンスをケーブルに整合させる必要なく、特定の用途に特別に適合される検出コイルの使用が可能となる。例えば、巻き数が少なく、絶縁層が厚い検出コイルを使用することができる。このようにして、より頑丈なトランスデューサ設計が可能となる。
【００２０】
さらなるインピーダンス整合素子、とりわけキャパシタを、インピーダンス整合を改善するために入力変圧器に接続することができる。インピーダンス整合素子は、入力変圧器の一次巻線、又は入力変圧器の二次巻線の少なくとも１つに平行に接続した少なくとも１つのキャパシタを備えてもよい。一次巻線又は直列接続した二次巻線に平行な単一のキャパシタを用いてもよい。しかしながら、高周波エレクトロニクスの技術分野でそれ自体周知のように、複数のキャパシタ及び／又はインダクタンスによって、例えばＬ型、Ｔ型又はＰｉ型構造に形成されたより複雑な整合構造を用いることもできる。
【００２１】
特に有利には、このような素子を入力変圧器の二次巻線に接続して、一次巻線でのインピーダンス整合を達成することである。特に、本センサデバイスは以下を含んでよい：
入力変圧器の一次巻線に接続される、第１の特性インピーダンスを有する入力ケーブル；及び
入力変圧器の一次巻線での入力インピーダンスを入力ケーブルの特性インピーダンスに整合させるために、入力変圧器の第１及び／又は第２の二次巻線に接続される少なくとも１つのインピーダンス整合素子。
【００２２】
代わりに又は加えて、入力変圧器の一次巻線に接続されるインピーダンス整合素子を用いることが可能である。
【００２３】
このインピーダンス整合素子は、有利には、入力変圧器の近くに配置される。特に、入力変圧器が壁、例えば機械ハウジングのハウジング壁によって検出コイルから分離される場合、インピーダンス整合素子は、この壁の、入力変圧器と同じ側に配置されると好ましい。しかしながら、インピーダンス整合素子が入力変圧器の二次側で接続される場合、インピーダンス整合素子を検出コイルの近く、特に分離壁の、検出コイルと同じ側に配置することも可能である。
【００２４】
入力ケーブルに加えて又はその代わりに、伝送ケーブルを用いて入力変圧器の二次巻線（すなわちブリッジ回路の第３及び第４の脚部）を検出コイル（すなわちブリッジ回路の第１及び第２の脚部）に接続することができる。伝送ケーブルの遠端に接続されるコンポーネントのインピーダンスは、好ましくは、伝送ケーブルの特性インピーダンスに整合されなければならない。この場合もやはり、キャパシタ等のインピーダンス整合素子をこの端部に用いることができる。特に、本デバイスは以下を備えてもよい：
第１の端部と第２の端部を有する第１の伝送ケーブルであって、該第１の端部はブリッジ回路の第３の脚部に接続され、該第２の端部はブリッジ回路の第１の脚部に接続され、第１の特性インピーダンスを有する第１の伝送ケーブル；
第１の端部と第２の端部を有する第２の伝送ケーブルであって、該第１の端部はブリッジ回路の第４の脚部に接続され、該第２の端部はブリッジ回路の第２の脚部に接続され、第２の特性インピーダンスを有する第２の伝送ケーブル；及び
ブリッジ回路の第１及び第２の脚部での入力インピーダンスを第１及び第２の伝送ケーブルの特性インピーダンスに整合させるために、第１及び第２の伝送ケーブルの第２の端部に接続される１以上のインピーダンス整合素子。
【００２５】
この場合もやはり、インピーダンス整合素子は、有利には、伝送ケーブルの第２の端部の近くに配置される。特に、これらの端部が壁によって検出コイルから分離される場合、インピーダンス整合素子は、この壁の、ケーブル端部と同じ側に配置されると好ましい。しかしながら、インピーダンス整合素子を検出コイルの近く、特に分離壁の、検出コイルと同じ側に配置することもできる。
【００２６】
出力タップからの出力信号を直接検出回路に伝送することは可能であるが、まず、この出力信号を出力変圧器によって第１変圧することが有利である。このために、センサデバイスは、第１の出力変圧器を備えることができ、第１の出力変圧器は一次巻線及び二次巻線を有し、第１の出力変圧器の一次巻線が第１の出力タップの第１及び第２の接点に接続される。
【００２７】
出力ケーブルを出力変圧器の二次巻線に接続する場合、好ましくは、出力変圧器の二次巻線での出力インピーダンスはやはり出力ケーブルの特性インピーダンスに整合させるべきである。インピーダンス整合はこの場合もやはり、インピーダンス整合素子、とりわけ１以上のキャパシタを用いることによって改良できる。出力変圧器の入力にインピーダンス整合素子を接続することによってインピーダンス整合を達成することが有利である。より具体的には、本センサデバイスは以下を備えることができる：
第１の出力変圧器の二次巻線に接続される、特性インピーダンスを有する出力ケーブル；及び
出力変圧器の二次巻線での出力インピーダンスを出力ケーブルの特性インピーダンスに整合させるために、出力変圧器の一次巻線に接続される１以上のインピーダンス整合素子。
【００２８】
加えて又はこれに代わるものとして、出力変圧器の二次巻線にインピーダンス整合素子を接続することも可能である。このインピーダンス整合素子は好ましくは、出力変圧器の一次又は二次巻線に平行に接続されるキャパシタを備えるが、入力変圧器でのインピーダンス整合に関連して上で述べたように、他の配置が可能である。
【００２９】
この場合もやはり、インピーダンス整合素子は有利には、出力変圧器の近くに配置される。特に、出力変圧器が壁によって検出コイルから分離される場合、インピーダンス整合素子は、この壁の、出力変圧器と同じ側に配置されるのが好ましい。しかしながら、インピーダンス整合素子が出力変圧器の一次巻線に接続される場合、インピーダンス整合素子を、検出コイルの近く、特に分離壁の、検出コイルと同じ側に配置することもできる。
【００３０】
出力変圧器を用いない場合、又は出力変圧器を検出コイルから遠く離して配置する場合、出力信号は、出力タップから出力ケーブルを介して検出回路へ、又は出力変圧器へと伝送してもよい。このために、本センサデバイスは以下を備えてもよい：
第１及び第２の導体を備えた、特性インピーダンスを有する出力ケーブルであって、各導体は第１及び第２の端部を有し、該第１の導体の第１の端部は第１の出力タップの第１の接点（又は同等に、ブリッジ回路の第１及び第２の脚部の間の共通節点）に接続され、第２の導体の第１の端部は第１の出力タップの第２の接点（又は同等に、ブリッジ回路の第３及び第４の脚部の間の共通節点）に接続され；及び
第１の出力タップでのブリッジ回路の出力インピーダンスを出力ケーブルの特性インピーダンスに整合させるために、第１の導体の第１の端部と第２の導体の第２の端部とに接続される１以上のインピーダンス整合素子。
【００３１】
この場合もやはり、インピーダンス整合素子は、有利にはケーブルの導体の第１の端部の近くに配置される。特に、出力タップが壁によって検出コイルから分離される場合、インピーダンス整合素子は、この壁の、出力タップと同じ側に配置されるのが好ましい。しかしながら、インピーダンス整合素子を、検出コイルの近く、特に分離壁の、検出コイルと同じ側に配置することもできる。上述のように、インピーダンス整合素子は１以上のキャパシタ及び／又はインダクタンスを備えてもよい。
【００３２】
上述のように、ケーブルに接続されるいくつかの又はすべての信号源の出力インピーダンスと、ケーブルに接続されるいくつかの又はすべての負荷の入力インピーダンスを、各ケーブルの特性インピーダンスに整合させることが好ましい。このようなインピーダンス整合がないと、ケーブルの入力及び／又は出力において反射及びその結果伝送損失が起こるであろう。さらに、センサ回路全体の挙動がケーブル長に大きく依存するであろう。このような問題は特に、通常インピーダンス整合がケーブルのトランスデューサ端部で不可能な、先行技術のシングルコイルセンサシステムにおいて起こる。よって、信号発生器からの信号は、ケーブルとトランスデューサの間の接合部分で反射され、検出回路に直接到達する。これらの反射は、較正により補正できるが、この種の補正は、ケーブルインピーダンスが、環境条件の変化により較正後に変化する場合には役に立たない。この影響は、長いケーブルを使用する場合、特に顕著である。本発明は、励磁と検出のための伝送路を分けて、両伝送路に対するインピーダンス整合を可能にすることによって、反射と伝送損失を最小限にする。ケーブル許容差のため、反射を完全に阻止することはできないが、伝送路の分離により、信号発生器から反射された信号が反射されて検出回路に戻されることはもはやない。それでもケーブルは、ケーブル内の伝搬遅延による位相シフトを起こすであろう。しかしながら、このような位相シフトは、温度や湿度のような環境パラメータに大きく依存することはなく、容易に補正できる。
【００３３】
本発明の内容において、入力／出力インピーダンスの絶対値とケーブルの公称特性インピーダンスとの間の差が公称特性インピーダンスの２０％未満、より好ましくは１０％未満である場合、及び入力／出力インピーダンスの無効分が公称特性インピーダンスの絶対値の２０％未満、より好ましくは１０％未満の場合、負荷の入力インピーダンス又は信号源の出力インピーダンスがケーブルの公称特性インピーダンスに整合されたと見なされる。例えば、入力／出力インピーダンスの絶対値が４０から６０オームの間、より好ましくは４５から５５オームの間である場合、及び無効分（複素インピーダンスの虚部）が１０オーム未満、より好ましくは５オーム未満の場合、入力又は出力インピーダンスは５０オームの特性インピーダンスをもつケーブルに整合されたと見なされる。典型的なケーブルのインピーダンス許容差は１０％の範囲にあるため、特に低い許容差をもつ特別なケーブルが用いられる場合には、１０％より優れたものへのインピーダンス整合だけが実用的である。
【００３４】
入力変圧器及び出力タップ（及び、場合により、出力変圧器も）は、壁、例えば検出コイルが中に配置される機械のハウジングの壁によって、検出コイルから空間的に分離することができる。このような状況において、本センサデバイスは、壁を通って電気信号を送るためのフィードスルーを備えてよい。２つの検出コイルを入力変圧器及び出力タップに接続するためには、このようなフィードスルーが３つだけ必要であり、第１のフィードスルーはブリッジ回路の第１の脚部の「自由」端部（すなわち、第２の脚部との共通節点に接続されない第１の脚部の端部）を、第３の脚部の「自由」端部（すなわち、第４の脚部との共通節点に接続されない第３の脚部の端部）に接続する。第１の脚部は第１の検出コイルを備える脚部であり、第３の脚部は入力変圧器の第１の二次巻線を備える脚部であることを思い出すべきである。第２のフィードスルーは、第２の脚部の「自由」端部（すなわち、第１の脚部に接続されない端部）を、第４の脚部の「自由」端部（すなわち第３の脚部に接続されない端部）に接続する。第２の脚部は第２の検出コイルを備える脚部であり、第４の脚部は入力変圧器の第２の二次巻線を備える脚部であることを思い出すべきである。第３のフィードスルーは、第１の脚部と第２の脚部の間の共通節点（第１及び第２の検出コイルが接続される点）を、第１の出力タップの第１の接点に接続する。残りの接続のすべては、壁を横切らずに完結可能である。特に、第１及び第２の脚部の（検出コイルとともに）、それらの共通節点との接続は、壁の一方の側で完結することができ、入力変圧器の第１及び第２の二次巻線に共通な点の、第１の出力タップの第２の接点への接続は、壁の他方の側で完結することができる。
【００３５】
フィードスルーは、当該技術分野で周知の各種方法で形成することができる。例えば、フィードスルーを１以上の多接点コネクタとして形成し、これを壁の開口部に保持し、各コネクタの各ピンが１つのフィードスルーを形成してもよい。
【００３６】
本センサデバイスは、第２の対の検出コイルによって拡張してもよい。このために、本センサデバイスは、第３及び第４の検出コイルを備えてもよい。ブリッジ回路は、直列に接続されてそれらの間に共通節点を形成する第５及び第６の脚部を有し、第５の脚部が第３の検出コイルを備え、第６の脚部が第４の検出コイルを備える。ブリッジ回路の第５と第６の脚部の間の共通節点は、第２の出力信号用の第２の出力タップの第１の接点に接続することができる。
【００３７】
この設計において、検出コイルの第２の対は、検出コイルの第１の対と入力変圧器を共有する。このようにして、入力変圧器を１つだけ用いて、２つの独立したセンサチャネルが得られる。
【００３８】
検出コイルが壁によって入力変換器及び出力タップから分離される場合、入力変圧器及び出力タップに４つの検出コイルを接続するには、４つのフィードスルーだけが必要である。つまり、第１のフィードスルーは、ブリッジ回路の第１の脚部（第１の検出コイルを備える）と第５の脚部（第３の検出コイルを備える）に共通な点を、第３の脚部（入力変圧器の第１の二次巻線を備える）の「自由」端部に接続する。第２のフィードスルーは、第２の脚部（第２の検出コイルを備える）と第６の脚部（第４の検出コイルを備える）に共通な点を、第４の脚部（入力変圧器の第２の二次巻線を備える）の「自由」端部に接続する。第３のフィードスルーは、第１及び第２の脚部に共通な点を第１の出力タップの第１の接点に接続する。第４のフィードスルーは、第５及び第６の脚部に共通な点を第２の出力タップの第１の接点に接続する。残りの接続はすべて、壁を横切らずに完結できる。特に、第１、第２、第５及び第６の脚部（検出コイルを備える）の間の接続はすべて、壁の一方の側で完結でき、第３及び第４の脚部（入力変圧器の第１及び第２の二次巻線を備える）に共通な点の、第１及び第２の出力タップの第２の接点への接続は、壁の他方の側で完結できる。第３及び第４の脚部に共通な点と、第１及び第２の出力タップの第２の接点は、物理的に同じ構造でさえあってよい。
【００３９】
これは、検出コイルを備える２Ｎ個の脚部をもつＮ個のセンサチャネルに一般化でき、ここでＮ＞１である。壁の一方の側にある検出コイルを備える２Ｎ個の脚部を、壁の他方の側にある単一の入力変圧器とＮ個の出力タップに接続するには、フィードスルーがＮ＋２個だけ必要である。
【００４０】
入力変圧器と出力変圧器の役割を入れ替えて、入力変圧器が出力変圧器として機能し、出力変圧器が入力変圧器として機能することもできる。よって、本発明はまた、以下を備える、ロータの特性を測定するためのセンサデバイスを提供する：
第１及び第２の検出コイルであって、各検出コイルは、ロータの表面と相互作用して第１及び第２の検出コイルに対するロータの変位を検出するように構成され；及び
一次巻線及び二次巻線を有する入力変圧器であって、入力変圧器の一次巻線は励磁信号用の入力部を形成し；及び
少なくとも第１及び第２の一次巻線と二次巻線とを有する第１の出力変圧器であって、二次巻線が第１の出力信号用の第１のタップを形成し；
第１の検出コイル、第２の検出コイル、及び第１の出力変圧器の一次巻線を接続して第１のブリッジ回路を形成し、
前記第１のブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、第１の脚部が第１の検出コイルを備え、第２の脚部が第２の検出コイルを備え、第１の脚部と第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点を形成し、第３の脚部が第１の出力変圧器の第１の一次巻線（２５１）を備え、第４の脚部が第１の出力変圧器の第２の一次巻線を備え、第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点を形成し、及び
前記入力変圧器の二次巻線は、前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の共通節点と、前記第１のブリッジ回路の第３及び第４の脚部の共通節点との間に接続される。
【００４１】
上述のように、ケーブル、及び任意のケーブルの端部でのインピーダンス整合に関するすべての考慮は、本実施形態にも適用される。特に、入力ケーブルは入力変圧器の一次巻線に接続することができる。このとき、入力変圧器の一次巻線での入力インピーダンスは、好ましくは、入力ケーブルの特性インピーダンスに整合される。少なくとも１つのインピーダンス整合素子を、入力変圧器の一次又は二次巻線に接続して整合を改良することができる。本デバイスは、さらに、第１の出力変圧器の二次巻線に接続される出力ケーブルを備える。このとき、第１の出力変圧器の二次巻線での出力インピーダンスは、好ましくは、出力ケーブルの特性インピーダンスに整合される。少なくとも１つのインピーダンス整合素子を、第1の出力変圧器の第１及び／又は第２の一次巻線か、又は第１の出力変圧器の二次巻線に接続して、整合を改良することができる。
【００４２】
変圧器が壁によって検出コイルから分離される場合は、やはり、２つの検出コイルを２つの変圧器に接続するために、壁を通り抜けるフィードスルーが３つだけ必要である。つまり、第１のフィードスルーが、ブリッジ回路の第１及び第２の脚部（これらの脚部は検出コイルを備える）に共通な点を、入力変圧器の二次巻線の一方の端部に接続する。第２のフィードスルーは、第１の脚部（第１の検出コイルを備える）の「自由」端部を、第３の脚部（第１の出力変圧器の第１の一次巻線を備える）の「自由」端部に接続し、第３のフィードスルーは、第２の脚部（第２の検出コイルを備える）の「自由」端部を第４の脚部（第１の出力変圧器の第２の一次巻線を備える）の「自由」端部に接続する。残りの接続はすべて、やはり、壁を横切らずに完結できる。特に、第１と第２の脚部の間（特に、検出コイルの間）の接続は、壁の一方の側で完結でき、入力変圧器の二次巻線の他方の端部と、第３及び第４の脚部（第１の出力変圧器の第１及び第２の二次巻線を備える）に共通な点との間の接続は、壁の他方の側で完結できる。
【００４３】
１より多いセンサチャネルが必要な場合、センサデバイスはこの場合もやはり、追加の対の検出コイルと関連のさらなる出力変圧器を設けることによって拡張することができる。特に、本センサデバイスは以下を備えてよい：
第３及び第４の検出コイルと、少なくとも第１及び第２の一次巻線を有する第２の出力変圧器であって、
第３の検出コイル、第４の検出コイル、及び第２の出力変圧器の一次巻線が接続されて第２のブリッジ回路を形成し、
前記第２のブリッジ回路は、第１、第２、第３及び第４の脚部を備え、第１の脚部が第３の検出コイルを備え、第２の脚部が第４の検出コイルを備え、第１の脚部と第２の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点を形成し、第３の脚部が第２の出力変圧器の第１の一次巻線を備え、第４の脚部が第２の出力変圧器の第２の一次巻線を備え、第３及び第４の脚部は直列に接続されてこれらの間に共通節点を形成し、及び
前記第２のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の共通節点は、前記第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の共通節点に接続され、前記第２のブリッジ回路の第３及び第４の脚部の共通節点は、前記第１のブリッジ回路の第３及び第４の脚部の共通節点に接続される。
【００４４】
こうすることにより、この場合もやはり、変圧器が４つでなく３つだけの、２つの独立したセンサチャンネルが得られる。
【００４５】
検出コイルが壁によって変圧器から分離される場合は、４つの検出コイルを３つの変圧器に接続するために、５つのフィードスルーが必要である。つまり、第１のフィードスルーは、第１のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の共通節点と第２のブリッジ回路の第１及び第２の脚部の共通節点を、入力変圧器の二次巻線の一方の端部に接続する。第２のフィードスルーは、第１のブリッジ回路の第１の脚部の「自由端部」を第１のブリッジ回路の第３の脚部の「自由端部」に接続する。第３のフィードスルーは、第１のブリッジ回路の第２の脚部の「自由端部」を第１のブリッジ回路の第４の脚部の「自由端部」に接続する。第４のフィードスルーは、第２のブリッジ回路の第１の脚部の「自由端部」を第２のブリッジ回路の第３の脚部の「自由端部」に接続し；第５のフィードスルーは、第２のブリッジ回路の第２の脚部の「自由端部」を第２のブリッジ回路の第４の脚部の「自由端部」に接続する。残りの接続はすべて、この場合もやはり、壁を横切らずに完結できる。
【００４６】
これは、検出コイルを備える２Ｎ個の脚部をもつＮ個のセンサチャンネルに一般化できる。壁の一方の側にある検出コイルを備える２Ｎ個の脚部を、壁の他方の側にある単一の入力変圧器とＮ個の出力変圧器に接続するには、フィードスルーが２Ｎ＋１個だけ必要である。
【００４７】
これらの実施形態すべてにおいて、本デバイスは、以下を含む信号処理回路をさらに備えてよい：
入力変圧器の一次巻線内にＡＣ電流を励起するための、入力変圧器の一次巻線に操作可能に接続される信号発生器；及び
第１の出力タップに（可能であれば対応する出力変圧器を介して）操作可能に接続される第１の検出回路であって、該第１の検出回路は、第１の出力タップから受信する第１の出力信号を処理して、第１及び第２の検出コイルに対するロータの変位を示す処理された出力信号を得るように構成される。
【００４８】
センサデバイスが第３及び第４の検出コイルを備える場合、上述のように、信号処理回路は、第２の出力信号を得るための第２の出力タップに操作的に接続された第２の検出回路をさらに備えるであろう。
【００４９】
第１及び第２の検出回路のそれぞれは、各出力変圧器の出力と信号発生器からの搬送波信号を、入力信号として受信する復調器を備えてもよい。第１及び第２の検出回路のそれぞれは、各出力変圧器の出力の位相に対し搬送波信号の位相をずらすための位相シフタを備えてもよい。復調器は、ミキサ（すなわち乗算器）とそれに続くローパスフィルタとを備えてもよい。復調器は、デジタルエレクトロニクスで実行できる。このため、復調器は、各出力変圧器の出力を二値信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータを備えてもよい。同様に、信号発生器は、二値周波数信号を生成するためにデジタル発振器を、この二値周波数信号を入力変圧器用のアナログの励磁信号に変換するためにＤ／Ａコンバータを備えてもよい。
【００５０】
信号処理回路は、変圧器から離して配置することができ、少なくとも１つのケーブルが（ｉ）信号処理回路と（ii）出力タップ及び変圧器との間を延長することができる。セパレートケーブル（例えば、同軸ケーブルまたはツイスト・ペア・ケーブル）又はセパレートワイヤ対を備えたシングルケーブル（例えば、適当な遮蔽手段により互いから遮蔽された、１つのシース内の２つの同軸又はツイスト・ペア）を用いてもよい。センサデバイスは、１以上のケーブルを取り外し可能に接続するための１以上のコネクタ又は他の構造を備えてよく、該コネクタは、入力変圧器の一次巻線及び出力タップ又は各出力変圧器の二次巻線に電気的に接続されている。変圧器は、これら接続構造を設けた接続ボックスに収納されてもよい。
【００５１】
既に述べたように、入力及び出力変圧器の変圧比は、入力変圧器の入力インピーダンス及び／又は出力変圧器の出力インピーダンスがケーブルの特性インピーダンスと整合するように選ぶことができる。同様に、信号処理回路の入力及び出力インピーダンスは、対応するケーブルインピーダンスに整合させることができる。このようにして、ブリッジ回路とケーブルの間の接合部分での、及び信号処理回路とケーブルの間の接合部分での反射及び損失が最小化され得る。さらなるインピーダンス整合素子を用いることができ、例えばキャパシタを変圧器巻線に平行に設けてもよい。
【００５２】
信号発生器と入力変圧器の一次巻線との間のケーブル損失を補正するために、入力変圧器は、入力変圧器のコアでの磁束振幅を測定するための補助的な二次巻線を備えてもよい。その場合、信号処理回路は、磁束振幅を示す参照信号を得るための、及びそのため、一次巻線のＡＣ電流の振幅を示す参照信号を得るための、補助巻線に操作可能に接続される補助検出回路を備えてもよい。信号処理回路は、さらに、第１及び／又は第２の検出回路の出力を参照信号で分割するための分割器を備えてもよい。他の実施形態では、参照信号を、入力変圧器の一次巻線内のＡＣ電流がプリセット振幅を有するように、信号発生器の出力を制御するために用いてもよい。入力変圧器信号の補助測定はまた、ケーブル内の伝搬遅延による位相シフトを測定するために用いることができる。この測定は、信号復調の位相を調整するために用いることができる。入力変圧器の補助的な二次巻線と信号処理回路との間にケーブルを用いる場合、ケーブルの特性インピーダンスに整合するように、補助的な二次巻線を、補助的な二次巻線に直列に接続した抵抗を介して、又は別のインピーダンス整合素子を介して、ケーブルに接続することができる。
【００５３】
本発明は、さらに、ハウジングと、回転軸の周りの回転のために該ハウジング内に懸架されたロータとを備える装置を提供し、該装置は、上述のセンサデバイスを備える。好ましくは、検出コイルを備えるブリッジ回路の脚部は、ハウジング内部に配置され、変圧器と出力タップはハウジングの外部に配置される。ハウジング内部の検出コイルを備える脚部を、ハウジング外部の変圧器及び出力タップと接続するために、ハウジング壁を通り抜けるフィードスルーが設けられる。
【００５４】
変圧器は、接続ボックスに収納することができ、この接続ボックスを装置のハウジングに直接取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本発明の好ましい実施形態を、図を参照して以下に説明するが、これらの実施形態は、本発明の好ましい実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００５６】
【図１】図１は、磁気軸受装置を使用する回転機械の非常に略された図である。
【図２】図２は、第１の実施形態によるセンサデバイスのための配線図である。
【図３】図３は、センサチャンネルを追加した図２のセンサデバイスの変形のための配線図である。
【図４】図４は、第２の実施形態によるセンサデバイスのための配線図である。
【図５】図５は、軸方向センサを示す。
【図６】図６は、パルスセンサの２つの変形である。
【図７】図７は、パルスセンサの２つの変形である。
【図８】図８は、軸方向センサの別の実施形態を示す。
【図９】図９は、出力変圧器のない、図２のセンサデバイスのさらなる変形のための配線図である。
【図１０】図１０は、入力変圧器とハウジング壁を通り抜けるフィードスルーとの間にインピーダンス整合された伝送ケーブルがある、図２のセンサデバイスのさらなる変形のための配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１は、磁気軸受装置を用いる回転機械１００の配置を概略的に示す。回転機械としては、例えば、真空ポンプ、コンプレッサ、発電機等が考えられる。回転機械は、壁１１０を有するハウジング１０１を備える。ロータ１２０は、回転軸Ａの周りの回転のためにハウジング１０１内に懸架される。このため、ロータシャフト部分１２１，１２２の周りに２つの能動型ラジアル磁気軸受１３１，１３２が設けられ、スラストディスク１２３の両側に能動型アキシャル磁気軸受１３３が設けられる。このような磁気軸受は当該技術分野で公知であり、図１に詳しくは示さない。能動型磁気軸受１３１，１３２，１３３を制御するために、シャフト部分１２１，１２２の半径方向部分とスラストディスク１２３の軸方向部分を監視しなければならない。このために、半径方向及び軸方向変位センサ用のトランスデューサを、シャフト部分１２１，１２２とスラストディスク１２３の近くに設ける。これらのトランスデューサは図１には示さず、以下でより詳細に説明する。
【００５８】
ハウジング１０１の壁１１０にはコネクタ１４０が設けられ、壁１１０を横切って、ハウジング１０１の内部と外部の間に電気信号用の多数のフィードスルーを形成する。ハウジング１０１内部で、マルチリードケーブル１５１，１５２及び１５３がトランスデューサからコネクタ１４０へとつながる。多数のフィードスルーを形成する単一のコネクタの代わりに、他の任意の種類のフィードスルーを使用して、フィードスルーを十分な距離だけ互いから引き離すことができる。特に、各能動型磁気軸受と関連するトランスデューサに対して、別々のグループのフィードスルーが存在することができる。差し込み式のコネクタの代わりに、他の任意の種類の接続構造を用いることができ、例えば、締め付け又はねじ接続によってケーブル端部を受けいれるための端子を用いることができる。
【００５９】
回転機械１００のハウジング１０１の外部には、以下でより詳しく説明する変圧器配置２００のハウジングを形成する接続ボックス２０１と、同じく以下で詳しく説明する信号処理回路３００のハウジングを形成するキャビネット３０１が設けられる。マルチリードケーブル２０３がコネクタ１４０から接続ボックス２０１上のコネクタ２０４へとつながる。これらのケーブルは比較的短い。マルチリードケーブル４００のプラグ４０１又は接続ボックス２０１からキャビネット３０１へとつながる複数の個々のケーブルのプラグを接続するために、接続ボックス２０１上にさらなるコネクタ２０２が設けられる。キャビネット３０１は、ハウジング１０１及び接続ボックス２０１から数メータ（例えば最大３００ｍまで）離して配置することができ、従って、ケーブル４００は一般的にケーブル１５１〜１５３及び２０３よりかなり長くなる。
【００６０】
図２は、回転機械１００の半径方向変位センサの第１の実施形態を、配線図で表す。図２のセンサは、１つの単一チャンネルを有し、すなわち、１つの単一方向に沿ったロータ１２０の変位を検出するように構成される。
【００６１】
２つの同一のトランスデューサ６１１，６１３が、機械ハウジング１０１内部で、ロータシャフト１２０の対向する両側に配置され、ロータシャフト１２０の円周面の半径方向反対の両部分と相互作用する。各トランスデューサは、Ｕ字形のコアを備え、このコア上に検出コイル６１２，６１４が巻き付けられる。トランスデューサは、好ましくは封入されておらず、すなわち、検出コイルは、温度、圧力及び湿度等の機械ハウジング内部の環境条件に直接晒される。
【００６２】
接続ボックス２０１には、ハウジング壁１１０によりトランスデューサから分離されて、入力変圧器２１０と出力変圧器２２０を備える変圧器配置２００が設けられる。入力変圧器２１０は、一次巻線２１１と、共通節点２１５で直列に接続された２つの同一の二次巻線（言い換えればセンタータップ式の二次巻線）２１２及び２１３と、補助巻線２１４とを有する。出力変圧器２２０は一次巻線２２１と二次巻線２２２を有する。
【００６３】
変圧器配置２００は、ケーブル４１０，４２０，４３０を介して信号処理回路３００に接続される。これらケーブルは高周波ＡＣ電流を運ぶのに適する任意の種類のケーブルであってよく、例えば「ツイスト・ペア」ケーブル又は同軸ケーブルであってよい。信号処理回路３００は、信号発生器３１０、第１の検出回路３２０、補助検出回路３３０、及び分割器３４０を備える。
【００６４】
信号発生器３１０は、二値搬送波信号を発生するデジタル発振器３１１を備える。この搬送波信号は、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３１２に送られ、その後出力増幅器３１３へと送られる。ケーブル４１０は、出力増幅器３１３の出力部から入力増幅器２１０の一次巻線２１１へとつながり、増幅された搬送波信号をＡＣ励磁信号として入力変圧器２１０の一次巻線２１１へと供給する。出力増幅器３１３の出力インピーダンスは、ケーブル４１０の特性インピーダンス（波動インピーダンス）に整合し、例えば５０オームである。渦電流センサに対しては、搬送波信号の周波数は、好ましくは１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲である。誘導センサに対しては、好ましくは１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲である。渦電流効果及び誘導効果は共にセンサ信号に寄与してもよい。
【００６５】
第１の検出回路３２０は入力増幅器３２１を備え、これはケーブル４２０を介して出力変圧器２２０の二次巻線２２２に接続される。入力増幅器３２１の入力インピーダンスは、ケーブル４２０の特性インピーダンスに整合する。入力増幅器３２１には、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）３２２が続く。Ａ／Ｄコンバータ３２２の二値出力は、デジタル乗算器３２３に送られ、デジタル乗算器はその他の入力部で、デジタル位相シフタ３２４によって位相調整された、発振器３１１からの二値搬送波信号を受信する。二値積信号（binary product signal）は、デジタルローパスフィルタ３２５を通り抜ける。
【００６６】
補助検出回路３３０は、第１の検出回路３２０と非常によく似た方法で構成される。これは、ケーブル４３０を介して入力変圧器２１０の補助巻線２１４に接続される入力増幅器３３１を備える。入力増幅器３３１の入力インピーダンスは、ケーブル４３０の特性インピーダンスに整合する。ケーブル４３０の特性インピーダンスに補助巻線の（好ましくは非常に低い）電源インピーダンスを整合させるために、オーム抵抗２１６を補助巻線２１４と直列に設けることができる。これに加えて又はこれに代えて、キャパシタ等の他のインピーダンス整合素子を用いることができる。数値例を与えると、補助検出回路に対し励起出力の１％を用いるとしたら、一次巻線２１１と補助巻線２１４の間の巻き数比は約１０：１となる。ケーブル４１０，４３０の特性インピーダンスが５０オームで、一次巻線２１１の入力インピーダンスがこの特性インピーダンスに整合する場合、補助巻線の出力インピーダンスはたったの約０．５オームである。これをケーブル４３０の特性インピーダンスに整合させるために、４９．５オームの抵抗２１６を補助巻線２１４とケーブル４３０の間に挿入することができる。
【００６７】
入力増幅器３３１には、Ａ／Ｄコンバータ３３２と、位相シフタ３３４を介して発振器３１１からの搬送波信号をも受信するミキサ３３３と、ローパスフィルタ３３５とが続き、参照信号Ａｍが得られる。
【００６８】
分割器３４０は、第１の検出３２０の出力信号を受信し、この信号を参照信号Ａｍで分割して位置信号Ｐを得る。
【００６９】
機械ハウジング内部の、検出コイル６１２，６１４を備えるトランスデューサ６１１，６１３と、機械ハウジング外部の変圧器配置２００は以下のように接続される。各検出コイル６１２，６１４の一方の端部は、機械のハウジング１００内部の共通節点（両コイルに共通な点）６１９に接続される。第１の検出コイル６１２の他方の（「自由」）端部は、ハウジング壁１１０を貫通するフィードスルー１４１を介して入力変圧器２１０の第１の二次巻線２１２の「自由」端部に接続される。同様に、第２の検出コイル６１４の「自由」端部は、フィードスルー１４２を介して入力変圧器２１０の第２の二次巻線２１３の「自由」端部に接続される。検出コイル６１２，６１４の間の共通節点６１９は、フィードスルー１４３を介して出力変圧器２２０の一次巻線２２１の一方の端部に接続される。一次巻線２２１の他方の端部は、機械ハウジングの外部で、入力変圧器２１０の二次巻線２１２，２１３の間の共通節点２１５に接続される。このようにして、４つの脚部を備えるブリッジ回路が形成される。このブリッジ回路の脚部の２つは、直列接続された検出コイル６１２，６１４によって形成され、他の２つの脚部は、入力変圧器２１０の直列接続された二次巻線２１２，２１３によって形成される。これらの脚部の中心点（すなわち、共通節点６１９，２１５）は出力変圧器２２０の一次巻線２２１によって接続される。
【００７０】
動作時、信号発生器３１０は、入力変圧器２１０の一次巻線２１１にＡＣ電流を励起する。これにより、二次巻線２１２，２１３に同一の振幅及び位相の誘導電圧が生じる。これら電圧の合計は、直列接続された検出コイル６１２，６１４を通る電流を引き起こす。ロータ１２０がトランスデューサ６１１，６１３のちょうど中央にある場合、これら電流は、検出コイル６１２，６１３に誘導される同一の振幅の電圧を引き起こし、−ブリッジ回路は平衡状態であり、出力変圧器２２０の一次巻線２２１に電流は流れない。しかしながら、ロータ１２０がトランスデューサ６１１，６１３の１つの方に動かされると、渦電流又は誘導効果により、このブリッジの平衡が崩れてしまう。その結果、出力変圧器２２０の一次巻線２２１に電流が流れ、この電流の位相及び振幅はロータ１２０の変位の方向及び量によって決まる。この電流により出力変圧器２２０の二次巻線２２２に電圧が誘導され、この電圧は第１の検出回路３２０によって復調される。
【００７１】
同時に、補助巻線２１４に電圧が誘導され、この電圧は、入力変圧器２１０のコア内の磁束の振幅、又は等価的に一次巻線２１１を通って流れる励磁電流の振幅に比例する（飽和及びヒステリシス効果を無視する）。この電圧は、補助検出回路３３０によって復調され、既に述べた参照信号Ａｍを供給する。第１の検出回路３２０の出力をこの参照信号で分割することにより、結果として得られる位置信号Ｐは励磁電流の振幅にほとんど無関係となり、従って、ケーブル４２０及び４３０での損失が同一と仮定すると、ケーブル４１０の損失にほとんど無関係となる。
【００７２】
入力変圧器２１０の変圧比は、一次巻線２１１での入力インピーダンスが（すなわち、入力変圧器２１０によって変圧されるときに、ブリッジ回路のインピーダンスが）、ケーブル４１０の特性インピーダンスに整合するように選択される。同様に、出力変圧器２２０の変圧比は、二次巻線２２２での出力インピーダンスがケーブル４２０の特性インピーダンスに整合するように選択される。このようにして、ケーブルと変圧器の間の接合部分での損失と反射を最小化する。入力及び出力インピーダンスをケーブルインピーダンスとより精密に整合させるために、及びリアクタンス効果を補正するために、入力変圧器２１０の二次巻線２１２，２１３に平行にキャパシタＣ１を設け、出力変圧器２２１の一次巻線２２１に平行にキャパシタＣ２を設ける。特に、これらキャパシタは、入力及び出力でのリアクタンスをゼロに調整するために用いることができる。ケーブルインピーダンスとのインピーダンス整合は、システムを本質的にケーブル長と関係なく保つ。位相シフタ３２４及び３３４の復調位相だけはケーブル長に応じて調整する必要がある。もちろん、さらなるインピーダンス整合素子を設けることができ、及び／又はほかの場所にインピーダンス整合素子を設けることができ、例えば、キャパシタをセンサコイルに平行か、又は入力変圧器２１０の一次巻線２１１や出力変圧器２２０の二次巻線２２２に平行にキャパシタを設けることもできるであろう。
【００７３】
図３は、図２のセンサデバイスに、１以上のさらなるセンサチャンネルをどのように加えることができるかを示す。図３の上部に示される回路の部分は、図２の回路に完全に対応し、図２と同じ機能を有する素子には同じ参照番号を付ける。信号発生器３１０、第１の検出回路３２０及び補助検出回路３３０はボックスとしてのみ示す。この場合もやはり、インピーダンス整合用のキャパシタを用いてよいが、簡単のため図示しない。
【００７４】
これに加えて、図３の回路は、機械ハウジング内部の、第３及び第４の検出コイル６２２，６２４をもつさらなる対の同一のトランスデューサ６２１，６２３と、機械ハウジング外部の、一次巻線２３１及び二次巻線２３２をもつ第２の出力変圧器２３０と、第１の検出回路３２０と同一の第２の検出回路３５０と、第２の分割器３６０とを備える。
【００７５】
第３及び第４の検出コイル６２２，６２４は、第１及び第２の検出コイル６１２，６１４及び変圧器２１０，２２０及び２３０に以下のように配線される。各検出コイル６２２，６２４の一方の端部はこの場合もやはり、機械ハウジング内部で、これらのコイルの間の共通節点６２５に接続される。第３の検出コイル６２２の他方の（「自由」）端部は、機械ハウジング内部で、第１の検出コイル６１２の「自由」端部に接続される。同様に、第４の検出コイル６２４の「自由」端部は、機械ハウジング内部で、第２の検出コイル６１４の「自由」端部に接続される。第３及び第４の検出コイル６２２，６２４の間の共通節点６２５は、フィードスルー１４４を介して第２の出力変圧器２３０の一次巻線２３１の一方の端部に接続される。一次巻線２３１の他方の端部は、機械ハウジングの外部で、入力変圧器２１０の二次巻線２１２，２１３の間の共通節点２１５に接続される。このようにして、第３及び第４の検出コイル６２２，６２４によって形成される、２つのさらなる脚部が現存のブリッジ回路に加えられる。これら脚部の間の中心点は、第２の出力変圧器２３０の一次巻線２３１を介して入力変圧器２１０の二次巻線２１２，２１３の間の中心点に接続される。
【００７６】
第３及び第４の検出コイル６２２，６２４に対する動作モードは、第１及び第２の検出コイル６１２，６１４に対するものと同じである。その結果、位置信号Ｐ１及びＰ２を提供する２つの独立のセンサチャンネルが得られる。
【００７７】
センサデバイスは、同じ方法で、追加のセンサチャンネルによって容易にさらに拡張できる。
【００７８】
図４は、半径方向変位センサの第２の実施形態を示すが、図２の実施形態と比較すると、入力及び出力変圧器の役割が入れ替わっている。図２及び３と同じ機能を有する素子には同じ参照番号を付ける。
【００７９】
この場合もやはり、検出コイル６１２，６１４，６２２及び６２４をもつトランスデューサ６１１，６１３，６２１及び６２３は機械ハウジング内部に設けられる。これらのトランスデューサは、機械ハウジング外部の、入力変圧器２４０及び出力変圧器２５０，２６０を備える変圧器配置２００に接続される。この変圧器配置は、ケーブル４１０−４４０を介して上述の信号処理回路３００と相互作用する。
【００８０】
図２及び３の実施形態とは異なり、入力変圧器２４０は二次巻線２４２を１つだけ有し、出力変圧器２５０，２６０のそれぞれは、共通節点２５４，２６４でそれぞれ直列接続される、２つの一次巻線２５１，２５２及び２６１，２６２をそれぞれ有する（すなわち、各出力変圧器はセンタータップ式の一次巻線を有する）。
【００８１】
検出コイル６１２，６１４，６２２及び６２４は、以下のように変圧器２４０，２５０及び２６０に配線される。４つの検出コイルはすべて、機械ハウジング内部で、共通節点６１９に接続され、この共通節点は、壁１１０を通り抜けるフィードスルー１４１を介して入力変圧器２４０の二次巻線２４２の一方の端部に接続される。出力変圧器２５０及び２６０の一次巻線２５１，２５２，２６１及び２６２の間の共通節点２５４，２６４は、機械ハウジング外部で接続されて単一の共通節点を形成する。二次巻線２４２の他方の端部は機械ハウジング外部でこの共通節点に接続される。検出コイル６１２，６１４，６２２及び６２４の残りの「自由」端部のそれぞれは、フィードスルー１４２，１４３，１４４及び１４５を介して出力変圧器２５０，２６０の一次巻線２５１，２５２，２６１及び２６２の残りの「自由」端部の１つに接続される。このようにして、４つの脚部をもつ２つのブリッジ回路がそれぞれ形成される。第１のブリッジ回路は、その最初の２つの脚部として、直列接続された検出コイル６１２及び６１４を備え、その第３及び第４の脚部として、第１の出力変圧器２５０の直列接続された一次巻線２５１及び２５２を備える。第２のブリッジ回路は、その最初の２つの脚部として、直列接続された検出コイル６２２及び６２４を備え、その第３及び第４の脚部として、第２の出力変圧器２６０の直列接続された一次巻線２６１及び２６２を備える。これらブリッジは入力変圧器２４０の二次巻線２４２を共有し、これは検出コイルと出力変圧器の一次巻線との間の共通節点に接続する。
【００８２】
動作時、入力変圧器２４０は信号発生器３１０によって駆動され、両方のブリッジ回路に電流が流される。出力変圧器２５０，２６０のそれぞれは、トランスデューサ６１１，６１３及び６２１，６２３の各対内部のインピーダンス間の差を反映する、差異信号を送る。
【００８３】
図２〜３の実施形態のように、インピーダンス整合用抵抗２４５と直列に補助巻線２４４が設けられ、ケーブル４３０を介して補助検出回路３３０に接続される。
【００８４】
図２〜３の実施形態でも図４の実施形態でも、トランスデューサはすべて、ロータシャフト１２０の半径方向位置を測定することが分かる。言い換えると、両センサチャンネルは、半径方向変位を測定するために用いられることが分かる。特に、両センサチャンネルは、異なる方向に沿った、同じロータ位置の変位を測定するために用いることができる。別の用途では、この２つのセンサチャンネルを、同じ又は異なる方向における、異なるロータ位置の変位を測定するために用いることができる。
【００８５】
しかしながら、ロータの半径方向変位の代わりに、軸方向の変位を検出するためにセンサチャンネルを用いることもできる。図５に１つの実施例を示す。この実施例では、第２のセンサチャンネルの検出コイルの１つ（この場合第３の検出コイル６２２）が、ロータ１２０の軸方向端面１２４に近接させて配置され、このチャンネルの他の検出コイル（この場合第４の検出コイル６２４）は静止する参照ターゲット６０１に近接させて配置される。ロータの軸方向端面に近接させて第３の検出コイルを置かずに、このコイルを、回転軸Ａに垂直なその他のロータ表面に近接させて、例えば、ロータ上のスラストディスクの軸方向表面に近接させて置くこともできる。もちろん、参照ターゲットを用いずに、ロータの軸方向表面に対向する向きで、近接させて第４の検出コイルを配置させることもできる。
【００８６】
軸方向変位を測定可能な方法の別の実施例を図８に示す。回転軸に垂直な表面を用いるかわりに、ロータ１２０の外周上の円周縁１２６を用いる。この縁１２６は、円周溝の縁、異なる材料（異なる磁化率又は導電率をもつ）間の縁、又は何らか他の点で異なる任意の２つの軸方向領域を分離する縁であってよい。本実施例では、２つのこのような縁１２６が存在し、これらの間にロータの残りの部分とは異なる材料からなる環状ターゲット１２７が備わっている。第１及び第２の検出コイル６１２及び６１４を備えた第１及び第２のトランスデューサ６１１及び６１３が縁１２６の近くに配置される。これらのコイルは、原則として、図２のように配線することができる。しかしながら、このタイプの配置は、半径方向のロータ変位に好ましくない感度を与えるであろう。これは、第１及び第２のトランスデューサに対して半径方向反対側に配置される、さらなる検出コイル６１６，６１８を備えるさらなるトランスデューサ６１５，６１７を加えることにより補正される。第１の検出コイル６１２は、半径方向反対側の第１のさらなる検出コイル６１６と直列に接続され、第２の検出コイル６１４は、半径方向反対側の第２のさらなる検出コイル６１８に直列に接続される。このようにして、ブリッジ回路の第１の脚部は、第１の検出コイルと第１のさらなる検出コイルを備え、第２の脚部は、第２の検出コイルと第２のさらなる検出コイルを備える。ブリッジの残りは、図２のように配線される。信号は、軸方向のロータ運動によって決まり、半径方向のロータ運動に実質的に無関係である。
【００８７】
さらに別の利用において、ロータの回転数及び回転方向を検出するために、センサチャンネルを使用することができる。すなわち、センサチャンネルをパルスセンサとして働かせることができる。図６に一実施例を示す。ここで、第３及び第４の検出コイルは、回転軸Ａの周りに１８０°未満（この場合、９０°）だけ間隔のあいた異なる円周位置で、ロータに近接させて配置され、ロータ１２０にはノッチ１２５が設けられる。回転時、ノッチ１２５がそれぞれの検出コイルを通るときに、検出コイル６２２及び６２４のインピーダンスが変化する。これらの変化のシーケンスから、回転数及び回転方向を決定することができる。ノッチのかわりに、第３及び第４の検出コイルに近接したロータ部分を回転非対称にする任意の他の構造を用いることができる。
【００８８】
この種のパルスセンサに対する別の実施例を図７に示す。別々のコアに検出コイル６２２，６２４を設けて、２つの別々のトランスデューサ６２１及び６２３を形成する代わりに、両方の検出コイルを共通のＥ型コア６２６上に置いて、単一のパルストランスデューサを形成する。
【００８９】
図９は、出力変圧器が、厳密には必要でないことを示す。出力信号を、出力タップから同軸ケーブル４２１，４４１を介して検出回路３２０，３５０に直接伝送する。信号発生器３１０に入力変圧器２１０を接続するためにも同軸ケーブル４１１が用いられる。入力変圧器２１０の二次巻線の間の中央タップ（より一般的な言い方をすると、ブリッジ回路の第３及び第４の脚部の間の共通節点）は、同軸ケーブル４２１，４４１の外部導体と同じく、接地される。ケーブル４２１，４４１の入力端部でのインピーダンス整合は、トランスデューサ６１１，６１３，６２１，６２３のインダクタンスの適当な選択と、各ケーブルの中央導体と接地の間に接続されるキャパシタＣ２，Ｃ３によって完成される。ケーブル４２１，４４１の出力端部でのインピーダンス整合は、検出回路３２０，３５０の入力インピーダンスの適当な選択によって達成される。
【００９０】
図１０は、機械の内部にあるトランスデューサにつながるフィードスルー１４１，１４２から、入力変圧器が空間的に離されている実施形態を示す。フィードスルーに入力変圧器を接続するための伝送ケーブルとして同軸ケーブル４１２，４１３が用いられる。同軸ケーブル４１２，４１３の外部導体は、両端で接地される。入力変圧器２１０の二次巻線の間の中央タップ（より一般的な言い方をすると、ブリッジ回路の第３及び第４の脚部の間の共通節点）も、接地される。ケーブルの遠端では（つまり入力変圧器から離れた端部で）、同軸ケーブルの内部導体の間にキャパシタＣ１１が接続され、各内部導体と接地との間にキャパシタＣ１２，Ｃ１３が接続されてインピーダンス整合が達成される。ケーブルの入力側では、インピーダンス整合は、信号発生器３１０の出力インピーダンスと入力変圧器２１０の変圧比を、信号発生器３１０の変圧された出力インピーダンスがケーブル４１２，４１３の特性インピーダンスに相当するように適当に選択することによって達成される。
【００９１】
本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更が可能である。特に、信号処理回路は、異なる方法で設計することができる。信号処理回路の機能の一部又は全てに対し、デジタルエレクトロニクスでなくアナログを用いてもよい。検出回路３２０，３３０及び／又は３５０に直交復調器を用いてもよく、これにより位相シフタ３２３及び／又は３３４の使用が不要となるであろう。その場合、復調器の出力信号は複素数値である。分割器３４０は、両入力信号に対し位相シフトが同じであるから、ケーブル長による位相シフトを補正する。
【００９２】
検出回路３２０，３５０の出力を参照信号Ａｍで分割する代わりに、入力変圧器の一次巻線でプリセット電流振幅を供給するように、信号発生器３１０に参照信号Ａｍを送ることも考えられる。インピーダンス整合は、例えば、追加のキャパシタ及び／又は追加のインダクタを用いるなど、ここに示したものと異なる方法で行うことができる。トランスデューサは、単一の接続ボックス２０１に共に収納する代わりに別のハウジングに収納することができる。ハウジング壁１１０を通るフィードスルーを設置するために単一のコネクタを設けずに、複数のコネクタを設けたり、又は公知の他の任意の方法、例えば、壁１１０の穴（ケーブル以外の部分は封止した）にケーブルを通すことによって、フィードスルーを設置することも考えられる。多くの他の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１００      回転機械
１０１      ハウジング
１１０      ハウジング壁
１２０      ロータ
１２１，１２２  シャフト部分
１２３      スラストディスク
１２４      端面
１２５      ノッチ
１２６      縁
１２７      リング
１３１，１３２  能動型ラジアル軸受
１３３      能動型アキシャル軸受
１４０      コネクタ
１４１〜１４５  フィードスルー
１５１〜１５３  マルチリードケーブル
２００      変圧器配置
２０１      接続ボックス
２０２，２０４  コネクタ
２０３      マルチリードケーブル
２１０      入力変圧器
２１１      一次巻線
２１２，２１３  二次巻線
２１４      補助巻線
２１５      共通節点（センタータップ）
２１６      直列抵抗
２２０      出力変圧器
２２１      一次巻線
２２２      二次巻線
２３０      出力変圧器
２３１      一次巻線
２３２      二次巻線
２４０      入力変圧器
２４１      一次巻線
２４２      二次巻線
２４４      補助巻線
２４５      直列抵抗
２５０      出力変圧器
２５１，２５２  一次巻線
２５３      二次巻線
２５４      共通節点（センタータップ）
２６０      出力変圧器
２６１，２６２  一次巻線
２６３      二次巻線
２６４      共通節点（センタータップ）
３００      信号処理回路
３０１      キャビネット
３１０      信号発生器
３１１      発振器
３１２      Ｄ／Ａコンバータ
３１３      出力増幅器
３２０      第１の検出回路
３２１      入力増幅器
３２２      Ａ／Ｄコンバータ
３２３      ミキサ
３２４      位相シフタ
３２５      ローパスフィルタ
３３０      補助検出回路
３３１      入力増幅器
３３２      Ａ／Ｄコンバータ
３３３      ミキサ
３３４      位相シフタ
３３５      ローパスフィルタ
３４０      分割器
３５０      第２の検出回路
３６０      分割器
４００      マルチリードケーブル
４０１      プラグ
４１０，４２０，４３０，４４０  マルチリードケーブル
４１１，４１２，４１３  同軸ケーブル
４２１，４４１  同軸ケーブル
６０１      参照ターゲット
６１１      第１のトランスデューサ
６１２      第１の検出コイル
６１３      第２のトランスデューサ
６１４      第２の検出コイル
６１５      共通節点
６１６      さらなる検出コイル
６１７      さらなるトランスデューサ
６１８      さらなる検出コイル
６１９      共通節点
６２１      第３のトランスデューサ
６２２      第３の検出コイル
６２３      第４のトランスデューサ
６２４      第４の検出コイル
６２５      共通節点
Ａ          回転軸
Ａｍ        参照信号
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２  位置信号
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  キャパシタ
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３  キャパシタ
【図１】
0006530414.tif 000002
【図２】
0006530414.tif 000003
【図３】
0006530414.tif 000004
【図４】
0006530414.tif 000005
【図５】
0006530414.tif 000006
【図６】
0006530414.tif 000007
【図７】
0006530414.tif 000008
【図８ａ】
0006530414.tif 000009
【図８ｂ】
0006530414.tif 000010
【図９】
0006530414.tif 000011
【図１０】
0006530414.tif 000012