CN105308424B - 用于测量在机器元件上的力或力矩的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用逆磁致伸缩效应测量沿轴线(03)延伸的机器元件(01)上的力和/或力矩的装置。此外，本发明涉及一种用于测量力和/或力矩的方法，其中力或力矩作用到沿轴线(03)延伸的机器元件(01)上。在根据本发明的第一装置中，机器元件(01)具有永久磁化部(04)，所述永久磁化部沿轴线(03)定向。所述装置还包括至少一个磁场传感器(16，17，18，19)，所述磁场传感器构成为用于测量通过永久磁化部(04)以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的至少一个矢量分量。

Description

用于测量在机器元件上的力或力矩的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于利用逆磁致伸缩效应测量在沿轴线延伸的机器元件上的力和/或力矩的装置。此外，本发明涉及一种用于测量力和/或力矩的方法，其中力或力矩作用到沿轴线延伸的机器元件上。
背景技术
DE 698 38 904 T2示出在承受扭矩的轴上的磁弹性的有效的区域中具有圆形的磁化部的扭矩传感器。借助于霍尔效应传感器，在磁弹性的有效的区域的近处测量磁场。
由DE 600 08 543 T2中已知一种变换元件，所述变换元件设为用于使用在扭矩传感器或力传感器中。变换元件一件式地位于由能磁化的材料构成的轴中并且具有沿轴向方向定向的磁化部。
DE 600 07 641 T2示出一种变换元件，所述变换元件设置为用于扭矩或力传感器变换器。在所述变换元件中，磁化部在径向内侧的部分中和在径向外侧的部分中构成。
从DE 603 09 678 T2中已知一种用于检测在轴中的扭矩的方法，其中产生具有交变的极性的磁场，借助于传感器装置测量所述磁场。
DE 601 05 794 T2示出一种具有由磁性材料构成的体部的对力敏感的变换元件，其中在体部中构成至少两个磁化的区域，所述区域相对于力传递方向成角度地延伸并且具有相反的磁化极性。
DE 699 36 138 T2示出一种磁性力传感器，其中磁化的材料承受弯矩，其中能够借助于传感器装置确定磁化的材料的外部磁场。
WO 2011/085400 A1示出一种磁弹性的力传感器，借助于所述力传感器能够测量元件的机械负荷。
发明内容
以现有技术为基础，本发明的目的在于，扩展用于通过利用逆磁致伸缩效应测量力和力矩的可能性。
所述目的通过根据本发明的一种用于测量沿轴线延伸的机器元件上的力和/或力矩的装置来实现。所述目的还通过根据本发明的另一种用于测量沿轴线延伸的机器元件上的力和/或力矩的装置以及通过根据所附的并列的根据本发明的用于测量力和/或力矩的方法实现。
用于测量沿轴线延伸的机器元件上的力和/或力矩的装置是本发明的第一个主题。力或力矩作用到机器元件上，由此造成机械应力并且机器元件通常略微变形。机器元件具有永久磁化部。永久磁化部沿轴线定向，由此机器元件和永久磁化部彼此同轴地设置。永久磁化部的相反的磁极能够通过平行于轴线的直线连接。所述装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器与机器元件相对地设置。磁场传感器用于确定磁场并且用于测量来自机器元件的磁场的至少一个矢量分量，所述磁场一方面通过永久磁化部并且另一方面通过力和/或力矩引起。在优选的实施方式的第一类型中，所述矢量分量不是通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿机器元件的和永久磁化部的轴线或平行于所述轴线定向的分量。在优选的实施方式的第二类型中，所述矢量分量是通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿机器元件的和永久磁化部的轴线或平行于所述轴线定向的分量。借助于磁场传感器能够测量由于逆磁致伸缩效应基于永久磁化部并且由于作用到机器元件上的力或作用到机器元件上的力矩而产生的磁场。根据由磁场传感器测量出的来自机器元件的、通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的矢量分量和根据磁场传感器与机器元件对置的设置方式能够测量沿特定的方向的力和/或力矩。
在最简单的情况下，永久磁化部的磁极直接沿轴线放置。在最简单的情况下，也仅构成两个磁极，即永久磁化部的北极和南极。然而优选地，永久磁化部以环周的部段构成。所述部段沿着围绕轴线的环周构成。优选地，变换永久磁化部在部段之间的极性，使得永久磁化部的北极和南极沿着围绕轴线的环周彼此交替。单个环周的部段的永久磁化部能够视作单磁化部，其中所有的单磁化部也分别沿轴线定向。在围绕轴线的环周上，在永久磁化部的环周的部段之间也能够分别存在未被磁化的环周的部段。环周的交替地构成的永久磁化部允许磁场变化的准确的测量，其中由于磁致伸缩效应通过在机器元件上的力和/或力矩引起磁场变化。
永久磁化部的环周的部段优选具有关于轴线的相同的中心角。永久磁化部的环周的部段也具有相同的轴向长度并且沿轴线彼此齐平地设置。由此，永久磁化部的环周的部段优选具有相同的大小。此外，永久磁化部的环周的部段优选沿着围绕轴线的环周均匀地分布。
优选地，构成永久磁化部的两个至十个环周的部段。特别优选地，构成永久磁化部的四个环周的部段。
在根据本发明的第一主题的装置的优选的实施方式中，永久磁化部仅沿轴线定向。因此，永久磁化部不具有不沿轴线或不平行于轴线的方向分量。由此排除，永久磁化部例如相对于轴线倾斜地设置。
在根据本发明的第一主题的装置的第一组优选的实施方式中，一个或多个磁场传感器构成为，用于测量通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量。因此，一个或多个磁场传感器测量通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的围绕轴线环周地延伸的分量。在此，一个或多个磁场传感器优选构成为用于仅测量通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量。在此情况下，不能通过一个或多个磁场传感器测量所述磁场的其他分量。
机器元件优选能够被沿轴线定向的扭矩加载并且必要时也是可变形的，其中通过永久磁化部以及通过扭矩引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量是通过扭矩引起的机械应力的尺度。因此，借助于用于测量通过永久磁化部以及通过扭矩引起的磁场的沿切向于轴线定向的分量的一个或多个磁场传感器，扭矩的测量是可能的。沿轴线定向的扭矩具有旋转轴线，所述旋转轴线与机器元件的轴线重叠或至少平行于所述轴线。所述扭矩尤其造成机器元件的扭转。机器元件优选能够通过沿轴线定向的扭矩弹性变形。
在根据本发明的第一主题的装置的提到的第一组优选的实施方式中，优选存在四个磁场传感器，所述磁场传感器以距轴线相同的间距围绕轴线均匀分布地设置。因此，四个磁场传感器成对地关于轴线具有彼此间90°的中心角。在此，磁场传感器优选共同地位于垂直于轴线定向的平面中。以相同的方式构成永久磁化部的四个环周的部段，所述部段围绕轴线均匀地分布。因此，永久磁化部的四个环周的部段和四个磁场传感器相对置。在此，四个磁场传感器中的相对置的两个磁场传感器优选在信号方面相加地连接在一起，由此在通过磁场传感器测量时消除在机器元件上的其他扭矩和力的、尤其横向力的影响和由此得到的磁场的影响。由此，限制沿轴线定向的扭矩的测量。
在根据本发明的第一主题的装置的第一组优选的实施方式中的实施方式中，机器元件替选地优选能够被垂直于轴线定向的横向力加载并且必要时是可变形的，其中通过永久磁化部以及通过横向力引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量是通过横向力引起的机械应力的尺度。因此借助于一个或多个磁场传感器能够通过确定磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量来测量作用到机器元件上的横向力。优选地，机器元件能够通过垂直于轴线定向的横向力弹性地变形。横向力例如能够造成机器元件的弯曲。
为了测量横向力，优选存在两个磁场传感器，所述磁场传感器以距轴线相同的距离围绕轴线均匀地分布。因此，两个磁场传感器关于轴线具有彼此间180°的中心角并且关于轴线相对置地设置。所述两个传感器优选共同地位于垂直于轴线设置的平面中。两个磁场传感器优选在信号方面相减地连接在一起。在此优选构成永久磁化部的四个环周的部段，所述环周的部段围绕轴线均匀分布地设置。
在根据本发明的第一主题的装置的第二组优选的实施方式中，一个或多个磁场传感器构成为用于测量通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的沿径向于轴线的方向定向的分量。磁场的沿径向于轴线的方向定向分量垂直于轴线设置并且与轴线相交。优选地，一个或多个磁场传感器构成为用于仅测量通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿径向于轴线的方向定向的分量。
在根据本发明的第一主题的装置的第二组优选的实施方式中，机器元件优选能够被沿轴线定向的扭矩加载并且必要时是可变形的，其中通过永久磁化部以及通过扭矩引起的磁场的沿径向于轴线的方向定向的分量是通过扭矩引起的机械应力的尺度。因此，借助于一个或多个磁场传感器能够测量作用到机器元件上的扭矩。优选地，机器元件能够通过沿轴线定向的扭矩弹性地变形。
在根据本发明的第一主题的装置的第三组优选的实施方式中，一个或多个磁场传感器构成为用于测量通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的沿轴线或平行于轴线定向的分量。优选地，一个或多个磁场传感器构成为用于仅测量通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的沿轴向于轴线的方向定向的分量。
在根据本发明的第一主题的装置的第三组优选的实施方式中，机器元件优选能够被沿轴线定向的拉力或被沿轴线定向的压力加载并且必要时是可变形的，其中通过永久磁化部以及通过扭矩引起的磁场的沿轴向方向定向的分量是通过拉力或压力引起的机械应力的尺度。因此，借助于一个或多个磁场传感器能够测量作用到机器元件上的拉力或压力。优选地，机器元件能够通过沿轴线定向的拉力或压力弹性地变形。
用于测量在沿轴线延伸的机器元件上的力和/或力矩的另一装置是本发明的第二主题。机器元件具有径向于轴线定向的永久磁化部。因此，磁化部的磁极，即分别有一个北极和一个南极的一个或多个对分别以垂直于轴线和以轴线为出发点的半径伸展。装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器构成为用于测量来自机器元件的、通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的至少一个矢量分量。通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的所述矢量分量优选不径向于轴线定向。借助于磁场传感器能够测量由于逆磁致伸缩效应基于永久磁化部并且由于作用到机器元件上的力或作用到机器元件上的力矩而产生的磁场。
永久磁化部能够包括多个分别径向于轴线定向的分量。优选地，永久磁化部仅径向于轴线定向。因此，永久磁化部优选不具有例如沿轴线的方向或切向于轴线的其他的方向分量。因此，永久磁化部优选不倾斜于半径定向。只要永久磁化部包括多个分量，那么分量优选也分别仅径向于轴线定向。
在本发明的第二主题的根据本发明的装置的优选的实施方式中，永久磁化部以轴向的部段构成。永久磁化部的极性在所述部段之间变换。在轴向的部段之内，永久磁化部能够完全地环绕地或以环周的部段构成。在轴向的部段之内，永久磁化部的极性优选不改变。在永久磁化部的轴向的部段之间能够存在未磁化的轴向的部段。
永久磁化部的轴向部段优选具有相同的轴向长度。优选地，构成两个至十个轴向部段。特别优选地，构成三个永久磁化部的轴向部段。
根据本发明的第二主题的装置优选包括两个磁场传感器，所述磁场传感器以距轴线相同的间距围绕轴线均匀分布地设置。因此，两个磁场传感器关于轴线具有彼此间180°的中心角并且关于轴线相对置地设置。优选地，两个磁场传感器共同地设置在垂直于轴线定向的平面中。
在根据本发明的第二主题的根据本发明的装置的第一组优选的实施方式中，一个或多个磁场传感器构成为用于测量通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的至少一个分量。在此，涉及的是至少部分地环周地包围轴线的分量。特别优选地，一个或多个磁场传感器构成为用于仅测量通过永久磁化部以及通过力和/或通过力矩引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量。因此，借助于磁场传感器仅能够指示磁场的在机器元件的机械应力下由于逆磁致伸缩效应而得出的分量。
在根据本发明的第二主题的装置的第一组优选的实施方式中，机器元件优选能够被横向于轴线定向的扭矩加载并且必要时是可变形的，其中通过永久磁化部以及通过扭矩引起的磁场的沿切向于轴线的方向定向的分量是通过扭矩引起的机械应力的尺度。横向于轴线定向的扭矩尤其是弯矩，所述弯矩造成机器元件的弯曲。机器元件能够通过横向于轴线定向的横向力矩优选弹性地变形。横向于轴线定向的扭矩具有优选与轴线相交的旋转轴线。
在根据本发明的第二主题的根据本发明的装置的第二组优选的实施方式中，一个或多个磁场传感器构成为用于测量通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的沿轴线定向的至少一个分量。在此，一个或多个磁场传感器特别优选地构成为用于仅测量通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的沿轴线定向的分量。
在根据本发明的第二主题的装置的第二组优选的实施方式中，机器元件优选能够被垂直于轴线的横向力加载并且必要时是可变形的，其中通过永久磁化部以及通过横向力引起的磁场的沿轴线定向的分量是通过横向力引起的机械应力的尺度。横向力尤其造成机器元件的弯曲。机器元件能够通过垂直于轴线定向的横向力优选弹性地变形。
优选的实施方式的下述描述关于根据本发明的第一主题的和根据本发明的第二主题的根据本发明的装置。
永久磁化部优选在机器元件的轴向的磁化部部段中构成。所述轴向的磁化部部段能够包括磁化部的交替的极性的轴向的部段。无论如何，机器元件能够沿轴线远超出永久磁化部延伸。如果例如应测量沿轴线设置的扭矩，那么短的轴向的磁化部部段足以能够确定产生的磁场。
具有永久磁化部的部件至少固定地与机器元件或与机器元件的主部件相关联，其中永久磁化部与机器元件共同地承受在机器元件上产生的机械应力。永久磁化部优选与机器元件或与机器元件的主部件一件式地构成。无论如何，涉及的不是例如在机器元件上从外部固定并且不承受在机器元件上产生的机械应力的附加的永磁体。永久磁化部优选在机器元件的磁弹性地构成的部段中构成。在机器元件的磁弹性的部段中，机器元件优选由磁致伸缩的材料构成。优选地，不仅一个部段，而且这种机器元件磁弹性地构成。在此情况下，机器元件由磁致伸缩的材料构成。
一个或多个磁场传感器优选位置固定地并且与机器元件隔开地设置。当力或力矩能够造成机器元件的运动或变形时，磁场传感器不改变其位置固定的位置。
机器元件优选具有棱柱的或柱形的形状，其中棱柱或柱形与轴线同轴地设置。棱柱或柱形优选是直立的。特别优选地，机器元件具有正圆柱形的形状，其中圆柱形与轴线同轴地设置。如果机器元件具有永久磁化部的环周的部段，那么所述环周的部段通过柱形弧状部段构成。在特别的实施方式中，尤其在根据本发明的第一主题的装置的第三组优选的实施方式中，棱柱或柱形锥状地构成。
机器元件优选通过轴或通过凸缘形成。轴或凸缘能够设计为用于承受由不同的力和力矩引起的负荷。
机械元件优选具有空腔，轴线至少部段地伸展通过空腔。因此，空腔包围轴线的至少一个部段。空腔优选沿轴线延伸。
空腔优选柱形地构成，其中柱形形状与轴线同轴地设置。
一个或多个磁场传感器优选设置在空腔中。一个或多个磁场传感器替选地优选设置在空腔之外。
一个或多个磁场传感器优选由霍尔传感器、线圈或磁通门磁力仪形成。基本上，也能够使用其他的传感器类型，如果所述传感器类型适合于测量通过逆磁致伸缩效应引起的磁场的测量。
一种用于测量力和/或力矩的方法形成本发明的第三主题。力和力矩作用到沿轴线延伸的机器元件上。机器元件具有永久磁化部，所述永久磁化部沿轴线定向。因此，永久磁化部具有一对或多对磁极，即相应的北极和南极，其连接直线沿轴线或平行于轴线设置。通过测量来自机器元件的、通过永久磁化部以及通过力和/或力矩由于逆磁致伸缩效应引起的磁场的至少一个矢量分量的方式，确定力或力矩。优选地，磁场的所述矢量分量不沿轴线定向。优选地，通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的矢量分量沿切向于轴线的方向或沿径向于轴线的方向定向。
根据本发明的第三主题的根据本发明的方法与根据本发明的第一主题的装置相符。因此，根据本发明的第三主题的方法优选应用于装置，所述装置根据本发明的第一主题机器优选的实施方式描述。
一种用于测量力和/或力矩的方法形成第四主题。力或力矩作用到沿轴线延伸的机器元件上。机器元件具有永久磁化部，所述永久磁化部径向于轴线定向。因此，永久磁化部具有一对或多对磁极，即相应的北极和南极，其连接直线分别形成半径，所述半径与轴线相交。由此，通过测量来自机器元件的、通过永久磁化部以及通过力和/或力矩由于逆磁致伸缩效应引起的磁场的至少一个矢量分量的方式，确定力或力矩。优选地，所述矢量分量不径向于轴线定向。优选地，通过永久磁化部以及通过力和/或力矩引起的磁场的分量沿切向于轴线的方向或沿轴线的方向定向。
根据本发明的第四主题的方法与根据本发明的第二主题的装置相符。因此，根据本发明的第四主题的方法优选应用到根据本发明的第二主题及其优选的实施方式构成的装置上。
附图说明
参照附图，从优选的实施方式的下述描述中得出本发明的其他优点、细节和改进方案。附图示出：
图1示出用于测量扭矩的具有轴向定向的永久磁化部的根据本发明的装置；
图2示出用于测量横向力的具有轴向定向的永久磁化部的根据本发明的装置；
图3示出用于测量扭矩的具有轴向定向的磁化部的根据本发明的另一装置；
图4示出用于测量弯矩的具有径向定向的磁化部的根据本发明的装置；
图5示出用于测量横向力的具有径向定向的永久磁化部的根据本发明的装置。
所有的附图示出根据本发明的装置的两个视图。图的上部分别包括俯视图，而图的下部分别包括相应的根据本发明的装置的横截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的装置的优选的第一实施方式。所述装置首先包括呈凸缘01形式的机器元件，所述凸缘固定在基体02上。凸缘01具有空心圆柱形的形状。凸缘01沿轴线03延伸，所述轴线也形成凸缘01的空心柱形的中轴线。凸缘01由磁弹性的材料构成，所述磁弹性的材料具有磁致伸缩效应。
以凸缘01的轴向的部段构成永久磁化部04，所述永久磁化部沿与轴线03相同的方向延伸。永久磁化部04围绕凸缘01不完全环周地构成，而是仅以环周的部段06、07、08、09构成，其中永久磁化部04的极性在环周的部段06、07、08、09之间相应地交替。永久磁化部04的交替的极性通过箭头11、12、13、14表示。
在空心柱形的凸缘01的空腔中设置有四个磁场传感器16、17、18、19，所述磁场传感器具有距轴线03的相同的间距并且围绕所述轴线均匀分布地设置。因此，四个磁场传感器16、17、18、19中的每个与永久磁化部04的四个环周的部段06、07、08、09中的一个相对置。四个磁场传感器16、17、18、19例如分别由测量线圈形成。四个磁场传感器16、17、18、19构成为，用于测量磁场，所述磁场的方向切向于轴线03设置。因此，借助于四个磁场传感器16、17、18、19能够测量围绕轴线03环周地构成的磁场。当凸缘01的机械应力造成逆磁致伸缩效应时，永久磁化部04引起切向于轴线03定向的磁场。所述机械负荷尤其是围绕轴线03的扭矩，所述扭矩使凸缘01扭转。因此，借助于四个磁场传感器16、17、18、19能够测量作用到凸缘01上的围绕轴线03的扭矩。
四个磁场传感器16、17、18、19的分别相对置的磁场传感器在信号方面相加的连接在一起，使得消除在凸缘01上的横向力的作用并且仅测量围绕轴线03的扭矩。
图2示出根据本发明的装置的具有轴向定向的永久磁化部04的另一优选的实施方式。所述实施方式构成为用于测量横向力。
所述根据本发明的装置的实施方式还包括图1中示出的凸缘01，所述凸缘以相同地方式构成。
与图1中示出的实施方式相反地，在图2中示出的实施方式仅包括两个示出的磁场传感器16、18，然而所述磁场传感器16、18以与图1中示出的磁场传感器16、18相同的方式构成并且设置。
两个磁场传感器16、18能够实现横向力的测量，所述横向力作用到凸缘01上并且垂直于轴线03以及与两个磁场传感器16、18的设置方式相符地定向。如果能够测量其他的横向力，那么所述实施方式也能够配设有围绕轴线03均匀分布地设置的四个磁场传感器。
图3示出根据本发明的装置的具有轴向定向的永久磁化部04的另一优选的实施方式。在图3中示出的实施方式设为用于测量扭矩并且首先还包括凸缘01，所述凸缘等同与图1中示出的凸缘01。图3中示出的实施方式也还包括四个磁场传感器16、17、18、19，所述磁场传感器然而与图1中示出的实施方式相反地构成为用于测量径向于轴线03延伸的磁场。四个磁场传感器16、17、18、19也以围绕轴线03的45°的偏移相对于永久磁化部04的四个环周的部段06、07、08、09设置。借助于四个磁场传感器16、17、18、19与在图1中示出的实施方式相同地能够测量围绕轴线03的扭矩，所述扭矩作用到凸缘01上并且使所述凸缘扭转。
图4示出根据本发明的装置的另一实施方式。所述实施方式还具有凸缘01，所述凸缘首先等同于在图1中示出的凸缘01，然而在永久磁化部04的构成方案方面不同于在图1中示出的凸缘01。永久磁化部04径向地定向，使得所述永久磁化部指向轴线03或背离轴线03。永久磁化部04包括三个轴向的部段21、22、23，在所述部段之间变换永久磁化部04的极性。永久磁化部04在轴向的部段21、22、23中的极性还通过箭头24、26、27表示。
在空心柱形的凸缘01的空腔中存在两个磁场传感器17、19，所述磁场传感器等同于图1中示出的磁场传感器17、19。借助于两个磁场传感器17、19能够测量弯矩，所述弯矩作用到凸缘01上并且其旋转轴线与轴线03垂直地相交。
图5示出根据本发明的装置的另一优选的实施方式，所述装置如图4中示出的实施方式那样具有径向定向的永久磁化部04。所述实施方式还包括凸缘01，所述凸缘等同于图4中示出的凸缘01包括永久磁化部04。
在空心柱形的凸缘01的空腔中存在两个磁场传感器16、18，其设置方式首先等同于图1中示出的磁场传感器16、18的设置方式。与图1中示出的磁场传感器相反地，图5中示出的磁场传感器16、18构成为用于测量沿轴线03的方向延伸的磁场。当垂直于轴线03的横向力作用到凸缘01上时，由于逆磁致伸缩效应产生这种磁场。
附图标记列表
01 凸缘
02 基体
03 轴线
04 永久磁化部
05 -
06 永久磁化部的环周的部段
07 永久磁化部的环周的部段
08 永久磁化部的环周的部段
09 永久磁化部的环周的部段
10 -
11 箭头
12 箭头
13 箭头
14 箭头
15 -
16 磁场传感器
17 磁场传感器
18 磁场传感器
19 磁场传感器
20 -
21 永久磁化部的轴向部段
22 永久磁化部的轴向部段
23 永久磁化部的轴向部段
24 箭头
25 -
26 箭头
27 箭头

Claims (9)

1.一种用于测量沿轴线(03)延伸的空心圆柱形的机器元件(01)上的力和/或力矩的装置，其中空心圆柱形的所述机器元件(01)具有永久磁化部(04)作为所述机器元件的一部分，所述永久磁化部沿所述轴线(03)定向，其中所述永久磁化部的相反的磁极能够通过平行于轴线的直线连接，其中所述装置还包括至少一个磁场传感器(16，17，18，19)，所述磁场传感器构成为用于测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或通过所述力矩引起的磁场的至少一个分量，所述永久磁化部(04)以多个沿环周方向彼此间隔的部段(06，07，08，09)构成，在这些沿环周方向彼此间隔的部段之间变换所述永久磁化部(04)的极性。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个所述磁场传感器或多个所述磁场传感器(16，17，18，19)构成为用于测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或通过所述力矩引起的所述磁场的沿切向于所述轴线(03)的方向定向的分量。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，一个所述磁场传感器或多个所述磁场传感器(16，17，18，19)构成为用于测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或所述力矩引起的所述磁场的沿径向于所述轴线(03)的方向定向的分量。
4.一种用于测量沿轴线(03)延伸的圆柱形的机器元件(01)上的力和/或力矩的装置，其中圆柱形的所述机器元件(01)具有永久磁化部(04)作为所述机器元件的一部分，所述永久磁化部径向于所述轴线(03)定向并且沿所述机器元件的环周完全环绕地或以环周的部段构成，其中所述永久磁化部的分别有一个北极和一个南极的一个或多个磁极对分别在垂直于轴线和以轴线为出发点的半径上伸展，其中所述装置还包括至少一个磁场传感器(16，17，18，19)，所述磁场传感器构成为用于测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或通过所述力矩引起的磁场的至少一个分量。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述永久磁化部(04)以多个沿轴向分布的部段(21，22，23)构成，所述永久磁化部(04)的极性在所述沿轴向分布的部段之间变换。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，一个所述磁场传感器或多个所述磁场传感器(17，19)构成为用于测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或通过所述力矩引起的所述磁场的沿切向于所述轴线(03)的方向定向的至少一个分量。
7.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，一个所述磁场传感器或多个所述磁场传感器(16，18)构成为用于测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或所述力矩引起的所述磁场的沿所述轴线(03)的方向定向的至少一个分量。
8.一种用于测量力和/或力矩的方法，其中所述力和/或所述力矩作用到沿轴线(03)延伸的空心圆柱形的机器元件(01)上，空心圆柱形的所述机器元件具有永久磁化部(04)作为所述机器元件的一部分，所述永久磁化部沿所述轴线(03)定向，其中所述永久磁化部的相反的磁极能够通过平行于轴线的直线连接，其中经由测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或通过所述力矩引起的磁场的至少一个分量来确定所述力和/或所述力矩，所述永久磁化部(04)以多个沿环周方向彼此间隔的部段(06，07，08，09)构成，在这些沿环周方向彼此间隔的部段之间变换所述永久磁化部(04)的极性。
9.一种用于测量力和/或力矩的方法，其中所述力和/或所述力矩作用到沿轴线(03)延伸的圆柱形的机器元件(01)上，圆柱形的所述机器元件具有永久磁化部(04)作为所述机器元件的一部分，所述永久磁化部径向于所述轴线(03)定向并且沿所述机器元件的环周完全环绕地或以环周的部段构成，其中所述永久磁化部的分别有一个北极和一个南极的一个或多个磁极对分别在垂直于轴线和以轴线为出发点的半径上伸展，其中经由测量通过所述永久磁化部(04)以及通过所述力和/或通过所述力矩引起的磁场的至少一个分量来确定所述力和/或所述力矩。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014219336B3 (de) * 2014-09-24 2016-01-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren und Anordnung zur Messung einer Kraft oder eines Momentes mit mehreren Magnetfeldsensoren
DE102015200268B3 (de) * 2015-01-12 2016-06-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung zur Messung einer Kraft oder eines Momentes mit einem Magnetfeldsensor und mit einem Magnetfeldleitelement
DE102015206152B3 (de) * 2015-04-07 2016-07-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG 1 - 12Anordnung und Verfahren zur berührungslosen Messung eines Momentes an einem Maschinenelement
DE102015209286A1 (de) * 2015-05-21 2016-11-24 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung und Verfahren zum Messen einer Kraft oder eines Momentes mit mindestens zwei beabstandeten Magnetfeldsensoren
DE102015209319B3 (de) * 2015-05-21 2016-06-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung und Verwendung eines Werkstückes aus einem Stahl zur Messung einer Kraft oder eines Momentes
DE102016200144B3 (de) * 2016-01-08 2017-06-29 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren und Anordnung zum Messen einer Kraft oder eines Momentes an einem eine Öffnung aufweisenden Maschinenelement
DE102016213589B3 (de) * 2016-07-25 2017-12-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Maschinenelementanordnung und Lageranordnung mit Messanordnung zum Messen einer Kraft oder eines Momentes
DE102017109536B4 (de) * 2017-05-04 2020-04-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung und Verfahren zum Messen einer Kraft oder eines Momentes an einem Maschinenelement mit mindestens drei Magnetisierungsbereichen
DE102017114170B3 (de) * 2017-06-27 2018-03-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung und Verfahren zum Messen eines Biegemomentes an einem Maschinenelement
US10871409B2 (en) * 2017-12-15 2020-12-22 G.E. Avio S.r.l. SMD-coil-based torque-sensor for tangential field measurement
DE102018119972A1 (de) 2018-08-16 2020-02-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aktorsystem, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102020121269A1 (de) 2020-08-13 2022-02-17 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Magnetoelastische Sensorvorrichtung sowie Antriebsstrang mit der Sensorvorrichtung
CN117722486B (zh) * 2024-02-07 2024-04-26 江苏凯同威工业装备科技有限公司 一种力矩传感器的扭矩传动装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6098468A (en) * 1997-09-29 2000-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Torque measuring device by integral shaft based upon inverse magnetostriction
CN101331563A (zh) * 2005-12-15 2008-12-24 Ncte工程有限公司 传感器
CN101598573A (zh) * 2008-06-06 2009-12-09 通用电气公司 旋转机械的直接轴功率测量
CN101825477A (zh) * 2009-01-30 2010-09-08 通用电气公司 磁致伸缩感测系统和编码方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4523482A (en) * 1983-09-02 1985-06-18 Rockwell International Corporation Lightweight torquemeter and torque-measuring method
WO1997018616A1 (fr) * 1995-11-16 1997-05-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Moteur
US6145387A (en) 1997-10-21 2000-11-14 Magna-Lastic Devices, Inc Collarless circularly magnetized torque transducer and method for measuring torque using same
GB9808792D0 (en) 1998-04-23 1998-06-24 Effective Torque Technologies Magnetising arrangements for torque/force sensor
US6271660B1 (en) * 1999-06-11 2001-08-07 Mts Sytems Corporation Permanent multi-pole position magnet
GB9919065D0 (en) 1999-08-12 1999-10-13 Fast Technology Gmbh Transducer Element
GB0007532D0 (en) 2000-03-28 2000-05-17 Fast Technology Gmbh Magnetic-based force/torque sensing
JP2002090234A (ja) * 2000-09-14 2002-03-27 Koyo Electronics Ind Co Ltd トルク検出装置
US6912922B2 (en) * 2000-11-21 2005-07-05 First Inertia Switch Limited Torque sensing apparatus and method
GB0028385D0 (en) * 2000-11-21 2001-01-03 Inertia Switch Ltd Torque sensing apparatus and method
GB0204213D0 (en) 2002-02-22 2002-04-10 Fast Technology Ag Pulsed torque measurement
US7640814B2 (en) * 2005-08-12 2010-01-05 Continental Automotive Systems Us, Inc. Demagnetization-field enhancing magnetometer
FR2893410B1 (fr) * 2005-11-15 2008-12-05 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position angulaire magnetique pour une course allant jusqu'a 360
DE102007025000B3 (de) * 2007-05-30 2008-12-11 Infineon Technologies Ag Magnetfeldsensor
WO2009000604A1 (de) * 2007-06-28 2008-12-31 Nctengineering Gmbh Magnetsensoranordnung für definierte kraftübertragung
WO2009099054A1 (ja) * 2008-02-07 2009-08-13 Hitachi Metals, Ltd. 回転角度検出装置、回転機及び回転角度検出方法
CA2718284C (en) * 2008-03-14 2017-02-07 Seong-Jae Lee Magnetoelastic torque sensor with ambient field rejection
US20120296577A1 (en) 2010-01-11 2012-11-22 Magcanica, Inc. Magnetoelastic force sensors, transducers, methods, and systems for assessing bending stress
US8468898B2 (en) * 2010-10-28 2013-06-25 General Electric Company Method and apparatus for continuous sectional magnetic encoding to measure torque on large shafts
US20120025528A1 (en) * 2011-05-20 2012-02-02 General Electric Company Magnetostrictive sensor system and method
US20130342190A1 (en) * 2011-08-17 2013-12-26 Nicholas William Payne Through Shaft Rotary Position Sensor
US8893562B2 (en) * 2011-11-21 2014-11-25 Methode Electronics, Inc. System and method for detecting magnetic noise by applying a switching function to magnetic field sensing coils
US9618365B2 (en) * 2014-09-02 2017-04-11 Infineon Technologies Ag Angle sensor system having a magnetic sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6098468A (en) * 1997-09-29 2000-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Torque measuring device by integral shaft based upon inverse magnetostriction
CN101331563A (zh) * 2005-12-15 2008-12-24 Ncte工程有限公司 传感器
CN101598573A (zh) * 2008-06-06 2009-12-09 通用电气公司 旋转机械的直接轴功率测量
CN101825477A (zh) * 2009-01-30 2010-09-08 通用电气公司 磁致伸缩感测系统和编码方法

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DE102013211000A1 (de) 2014-12-18
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