CN116034256A - 具有作为主传感器的磁化套筒的磁弹性扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扭矩传感器，该扭矩传感器用于使用逆磁致伸缩的测量原理来测量轴(1)上的扭矩，在该轴上紧固有磁化套筒(2)作为主传感器，该套筒设置有至少两个周向部分(3、4)，所述周向部分布置成彼此相距一定轴向距离并且在相反方向上被磁化，并且与相应的测量线圈(5、6)以无接触的方式相互作用，所述测量线圈固定地布置成彼此相对以用于获取测量值，其中，磁化套筒(2)包括非磁性承载套筒部件(2a)，磁化周向部分(3、4)借助于铁磁性材料(2b)的熔敷焊接附接在该承载套筒部件的外部侧表面上。

Description

具有作为主传感器的磁化套筒的磁弹性扭矩传感器

技术领域

本发明涉及用于对施加至轴的扭矩进行测量的磁弹性扭矩传感器，其中，磁化套筒紧固至轴作为主传感器，该套筒设置有至少两个周向部分，所述周向部分布置成彼此相距一定轴向距离并且在相反方向上被磁化，并且与相应的电测量线圈以无接触的方式相互作用，所述电测量线圈固定地布置成彼此相对，以用于获取测量值。

本发明的应用领域主要延伸到机动车辆应用，特别是传动轴、后轴和前轴差速器轴、电动轴上的扭矩测量，以及滚动稳定器、传感器保持轴承等类似物上的扭矩测量。原则上，这种扭矩传感器可以用于静止的、旋转的或移动的技术部件上，以便记录作用在这些技术部件上的扭矩。

这里所关注的磁弹性扭矩传感器的测量原理是基于对由于向部件施加扭矩而引起的磁场变化的测量。为此目的，电测量线圈相对于磁编码部件、例如测量轴以无接触的方式附接。利用这种测量装置，可以获得磁场的变化，所述变化由于本身已知的磁弹性效应(逆磁致伸缩)而在负载下发生。测得的磁场变化与作用在部件上的外力成正比，并且因此与扭矩建立连接。

背景技术

根据一般已知的现有技术，通常使用所谓的AMR传感器来测量扭矩，作为用于获取测量值的测量线圈的AMR传感器记录轴或类似物的旋转角度。AMR传感器是能够基于各向异性磁阻(AMR)效应来测量磁场强度的磁场传感器。在其上的扭矩待被测量的轴的扭转路径的一个端部处，布置有面向AMR传感器的磁化周向部分。扭转路径的扭曲导致磁化周向部分相对于AMR传感器移动，因此，磁场的方向在传感器的位置处发生变化。然后，以本身已知的方式从旋转角度与磁角度之间的关系确定扭矩。

磁化周向部分可以通过直接磁化的部件比如轴或凸缘产生，或者通过由特殊的传感器材料制成的单独的磁化套筒产生。这些所谓的主传感器通常在其整个长度上被压在轴上，这可能导致套筒内的应力分布不均匀。由于磁化套筒的尺寸通常必须非常小，因此仅能产生相当低的待测量的磁通密度。不需要的、与组装有关的部件应力使信号质量进一步降低。

从EP 3 364 183 B1中已知一种普通的磁弹性扭矩传感器。扭矩传感器基本上包括：轴，该轴在第一轴向部分中在第一周向方向上被磁化，并且可以对该轴施加待测量的扭矩，其中，该轴具有第二轴向部分，该第二轴向部分在与第一周向方向相反的第二周向方向上被磁化；第一磁场传感器，其用于记录由轴的第一部分产生并取决于轴的外部所施加的扭矩的磁场；以及第二磁场传感器，其用于记录由轴的第二部分产生并取决于轴的外部所施加的扭矩的磁场。此处，磁场传感器被设计为3D AMR传感器。

将用作主传感器的磁化周向部分直接结合到轴中并不总是可能的，在这方面，轴必须由特殊的传感器材料制成。使用了其他材料，特别是在此所关注的传动技术的应用领域中使用了其他材料。出于该原因，为此目的，采用了磁化套筒作为主传感器的方法，而不是直接应用磁化周向部分。这也提供了下述优势：任何轴或类似物可以配备有磁化套筒并且可以用作主传感器。

因此，本发明的目的是进一步改进具有作为主传感器的磁化套筒的扭矩传感器，使得能够以简单的技术手段实现高信号质量。

发明内容

该目的基于根据权利要求1的前序部分的扭矩传感器并结合其特性化特征来实现。后续从属权利要求再现了本发明的有利的改进方案。

本发明包括以下技术教示：磁化套筒由两个部件构成，并且在这方面包括非磁性承载套筒部件，磁化周向部分借助于作为基础的铁磁性材料的熔敷焊接附接在该承载套筒部件的外部侧表面上。在这方面，根据本发明的磁化套筒经由非磁化的承载套筒部件被推到轴上并且被紧固在该轴。

通过使用非磁性的承载套筒部件，以这种方式磁化的套筒与轴被磁性去耦，该承载套筒部件与施加至该承载套筒部件的铁磁性材料形成一件式结构单元。这有利地防止了来自所施加的铁磁性材料的磁化周向部分的磁场线穿透到轴的基础材料中，这将不会降低磁通密度。因此，根据本发明的解决方案使得外部可测量的磁通密度增加，这使得根据本发明的扭矩传感器的灵敏度增加，因为已经实现了轴和套筒的磁性去耦。另外，套筒长度和套筒圆周上的磁通分布得到改善。

根据本发明磁化的套筒经由其内部承载套筒部件附接至轴，优选地通过布置在承载套筒部件的两个端部区域上的焊缝或其他合适的材料连接部附接至轴。焊缝可以通过激光焊接产生并且优选地被穿透焊接，以同时防止灰尘和湿气进入承载套筒部件的内部侧表面与轴之间的区域中。焊接连接还产生了坚固的部件连接，使得不存在部件之间的微滑动或磁化套筒的长度上的不均匀应力分布的风险。

根据改善本发明的另一措施，建议轴的外部侧表面和承载套筒部件的相对的内部侧表面至少部分地界定空隙间隙。空隙间隙应当优选地具有0.2毫米至2毫米的间隙宽度，以便增强上述去耦效果以及有助于节省非磁化承载套筒部件上的材料。在这方面，空隙间隙没有被其他材料填充，并且从而支持磁性去耦。

根据本发明的优选实施方式，铁磁性材料覆盖承载套筒部件的整个长度。因此，铁磁性材料形成磁化套筒的外层。铁磁性材料又构成了形成于其上的磁化周向部分的材料基础，所述磁化周向部分可以通过经由电线圈装置或强永磁体的磁化以本身已知的方式产生。

附图说明

下面基于附图与本发明的优选示例性实施方式的描述一起更详细地示出改进本发明的另外的措施。在附图中：

图1示出了配备有扭矩传感器的轴的立体图，

图2示出了组装前的图1的分解图，以及

图3示出了穿过轴的示意性纵向截面，其中，扭矩传感器的主传感器附接至该轴。

具体实施方式

根据图1，用于对轴1上的扭矩进行测量的扭矩传感器基本上包括安装在轴1上作为主传感器的磁化套筒2。磁化套筒2设置有两个周向部分3和4，这两个周向部分布置成彼此相距一定轴向距离，并且在相反方向上被磁化，并且被设计为永磁体多极环。这些磁化的周向部分3和4对应于测量线圈5和6，所述测量线圈固定地布置成彼此相对，以用于根据已知的逆磁致伸缩测量原理获取测量值并进一步处理测量值。

如从图2可以观察到的，磁化套筒2被推到轴1上，并且然后固定地连接至该轴。

根据图3，套筒2分别经由焊缝7和8固定地连接至轴1，所述焊缝布置在套筒2的两个端部区域9和10上并且借助于激光焊接产生。

具体地，此处焊接了磁化套筒2的非磁性承载套筒部件2a，在该非磁性承载套筒部件的外部侧表面上借助于熔敷焊接附接有铁磁性材料2b，上述磁化周向部分被引入至该铁磁性材料以用于扭矩测量。

另外，轴1的外部侧表面和承载套筒部件2a的相对的内部侧表面界定了套筒内部的空隙间隙11，这导致铁磁性材料2b与轴1之间的磁性去耦得到进一步改善。

本发明不限于上述优选示例性实施方式。相反，还可以设想相对于上述优选示例性实施方式的偏差，所述偏差包括在所附权利要求的保护范围中。根据本发明磁化的并且同时与基部本体去耦的扭矩传感器可以用于大量应用，否则这些应用将配备有更复杂的测量系统；例如，基于具有遥测技术的应变仪。

附图标记列表

1 轴

2 磁化套筒

2a 非磁性承载套筒部件

2b 铁磁性材料

3 第一磁化周向部分

4 第二磁化周向部分

5 第一测量线圈

6 第二测量线圈

7 第一焊缝

8 第二焊缝

9 第一端部区域

10 第二端部区域

11 空隙间隙

Claims (6)

1.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器用于使用逆磁致伸缩的测量原理来测量轴(1)上的扭矩，在所述轴上紧固有磁化套筒(2)作为主传感器，所述套筒设置有至少两个周向部分(3、4)，所述周向部分布置成彼此相距一定轴向距离并且在相反方向上被磁化，并且与相应的测量线圈(5、6)以无接触的方式相互作用，所述测量线圈固定地布置成彼此相对以用于获取测量值，

其特征在于，所述磁化套筒(2)包括非磁性承载套筒部件(2a)，磁化的所述周向部分(3、4)借助于铁磁性材料(2b)的熔敷焊接附接在所述承载套筒部件的外部侧表面上。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，

其特征在于，所述承载套筒部件(2a)经由布置在两个端部区域(9、10)上的焊缝(7、8)与所述轴(1)进行材料紧固。

3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，

其特征在于，所述焊缝(7、8)通过激光焊接产生。

4.根据权利要求1所述的扭矩传感器，

其特征在于，所述轴(1)的外部侧表面和所述承载套筒部件(2a)的相对的内部侧表面至少部分地界定空隙间隙(11)。

5.根据权利要求4所述的扭矩传感器，

其特征在于，所述空隙间隙(11)具有0.2毫米至2毫米的间隙宽度。

6.根据权利要求1所述的扭矩传感器，

其特征在于，所述铁磁性材料(2b)覆盖所述承载套筒部件(2a)的整个长度。

Images