DE102006054663B4

DE102006054663B4 - Coil magnetometer

Info

Publication number: DE102006054663B4
Application number: DE200610054663
Authority: DE
Inventors: David W. Chatham Cripe
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2026-11-18
Also published as: DE102006054663A1

Abstract

Magnetometeranordnung mit:
mindestens einer Innenwicklung, die um eine Achse herum angeordnet ist;
mindestens einer Außenwicklung, die koaxial um die mindestens eine Innenwicklung angeordnet ist; und
mindestens einem magnetischen Streifen, der parallel zu der Achse zwischen der mindestens einen Innenwicklung und der mindestens einen Außenwicklung angeordnet ist
und wobei das Magnetometer eine erste Innen- und Außenwicklung und eine zweite Innen- und Außenwicklung aufweist, die axial relativ zu dem Drehmomentelement angeordnet sind, und eine Vielzahl von magnetischen Streifen, die zwischen den ersten Innen- und Außenwicklungen und den zweiten Innen- und Außenwicklungen angeordnet sind,
wobei die Anordnung einen Spulenkörper umfasst, der die ersten Innen- und Außenwicklungen, und die zweite Innen- und Außenwicklungen trägt, wobei der Spulenkörper einen Mittelflansch umfasst, der axial die ersten Innen- und Außenwicklungen von den zweiten Innen- und Außenwicklungen trennt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mittelflansch eine Vielzahl von winklig beabstandeten Einkerbungen umfasst, durch...Magnetometer arrangement with:
at least one inner winding disposed about an axis;
at least one outer winding coaxially disposed about the at least one inner winding; and
at least one magnetic strip, which is arranged parallel to the axis between the at least one inner winding and the at least one outer winding
and wherein the magnetometer has first inner and outer windings and second inner and outer windings disposed axially relative to the torque element and a plurality of magnetic strips disposed between the first inner and outer windings and the second inner and outer windings are arranged
the assembly comprising a bobbin supporting the first inner and outer windings, and the second inner and outer windings, the bobbin including a center flange axially separating the first inner and outer windings from the second inner and outer windings.
characterized in that
the center flange comprises a plurality of angularly spaced indentations, through which ...

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Magnetometer für einen Drehmomentsensor. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Magnetometer, das mehrere Wicklungen umfasst, die relativ zueinander zum Messen von drehmomentbezogenen divergierenden Magnetfeldern.These The invention relates generally to a magnetometer for a Torque sensor. In particular, this invention relates to a magnetometer which includes a plurality of windings that are relatively to each other for measuring torque-related diverging magnetic fields.

Herkömmliche Drehmomentsensoren weisen ein Drehmomentsensorelement auf, das auf das Anlegen von Drehmoment durch Erzeugen eines Magnetfeldes reagiert. Derartige erzeugte oder veränderte Magnetfelder werden durch ein Magnetometer erfasst. Das Drehmomentsensorelement umfasst typischerweise ein magnetoelastisches Material, das auf das Anlegen von Drehmoment durch Erzeugen eines Magnetfeldes reagiert. Das Anlegen von Drehmoment auf das magnetoelastische Material erzeugt Scherbelastungen innerhalb der magnetisierten Bereiche, was dazu führt, dass die Richtung des Magnetfeldes, das durch das Drehmomentsensorelement erzeugt wird, sich von einer im Wesentlichen umfänglichen Richtung zu einer helikalen bzw. spiralförmigen Richtung verschiebt. Die helikale Verschiebung des Magnetfeldes wird als eine axiale Komponente des Magnetfeldes erfasst. Die axiale Komponente des Magnetfeldes ist proportional zum angelegten Drehmoment und bietet eine exakte und zuverlässige Angabe des Drehmoments, das an ein Drehmomentelement angelegt wird.conventional Torque sensors comprise a torque sensor element which the application of torque by generating a magnetic field responds. Such generated or altered Magnetic fields are detected by a magnetometer. The torque sensor element typically includes a magnetoelastic material that is on the application of torque by generating a magnetic field responds. The application of torque to the magnetoelastic material creates shear stresses within the magnetized areas, which causes that the direction of the magnetic field generated by the torque sensor element becomes one from a substantially circumferential direction to one helical or spiral Shift direction. The helical shift of the magnetic field is detected as an axial component of the magnetic field. The axial Component of the magnetic field is proportional to the applied torque and provides an accurate and reliable indication of torque, which is applied to a torque element.

Das Messen des Magnetfeldes und insbesondere der axialen Bestandteile der Verzerrungen in dem Magnetfeld, die durch das Drehmoment verursacht werden, wird durch die Verwendung von Magnetfeldsensoren erreicht. Eine üblicherweise verwendete Art von Magnetfeldsensoren ist ein Fluxgate- bzw. Saturationskern-Sensor, der als eine Wicklung von feinem Draht, der einen Kern aus magnetisch sättigbarem Material umgibt, herge stellt wird und mit Wechselstrom gespeist wird. Der Wechselstrom sorgt für die periodische magnetische Sättigung der magnetischen Elemente. Das durch die Drehmomentsensorwelle erzeugte Magnetfeld wird dem durch die Windungen erzeugten periodischen Magnetfeld überlagert. Die Überlagerung des Magnetfeldes, das durch die Drehmomentsensorwelle erzeugt wird, erzeugt eine Asymmetrie in der magnetischen Sättigung der Wicklungen. Die Veränderungen in der Induktivität der Wicklungen aufgrund der magnetischen Sättigung resultiert in einer Spannung, die in den Wicklungen induziert wird. Genau diese Spannung wird gemessen, um die Amplitude und die Richtung des Drehmoments zu bestimmen, das an das Drehmomentsensorelement angelegt wurde.The Measuring the magnetic field and in particular the axial components the distortions in the magnetic field caused by the torque is achieved by the use of magnetic field sensors. A usual type of magnetic field sensors used is a fluxgate or saturation core sensor, as a winding of fine wire, which has a core of magnetically saturable Material surrounds, is manufactured and supplied with alternating current becomes. The alternating current ensures the periodic magnetic saturation the magnetic elements. The generated by the torque sensor shaft Magnetic field is superimposed on the periodic magnetic field generated by the windings. The overlay the magnetic field generated by the torque sensor shaft produces an asymmetry in the magnetic saturation of the windings. The changes in the inductance the windings due to the magnetic saturation results in a Voltage induced in the windings. Exactly this tension is measured to the amplitude and the direction of the torque to determine which was applied to the torque sensor element.

Ein Magnetfeldsensor des Standes der Technik umfasst einen Spulenkörper, der einen oberen und einen unteren axialen Abschnitt aufweist, die durch einen zentralen Flansch bereitgestellt werden. Die oberen und unteren Wicklungen sind voneinander isoliert und werden mit einem Wechselstrom versorgt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Magnetisch sättigbare Streifen sind zwischen der Spule und dem Drehmomentsensorelement angeordnet. Diese magnetischen Streifen sind durch den Wechselstrom magnetisch saturiert, der innerhalb der Wicklungen erzeugt wird. Die magnetischen Streifen sind parallel zu der Welle und der Rotationsachse angeordnet. Die magnetischen Streifen sind aus einem Material hergestellt, das eine sehr abrupte magnetische Sättigungscharakteristik aufweist, was bedeutet, dass die magnetischen Streifen bei Vorhandensein eines Magnetfeldes schnell gesättigt werden und bei Abwesenheit des Magnetfeldes sich schnell entmagnetisieren.One Magnetic field sensor of the prior art comprises a bobbin, the having an upper and a lower axial portion, through be provided a central flange. The upper and lower Windings are isolated from each other and are powered by an alternating current supplied to generate a magnetic field. Magnetically saturable Strips are between the coil and the torque sensor element arranged. These magnetic stripes are due to the alternating current magnetically saturated, which is generated within the windings. The magnetic strips are parallel to the shaft and the axis of rotation arranged. The magnetic strips are made of a material which has a very abrupt magnetic saturation characteristic, which means that the magnetic stripes in the presence of a Magnetic field quickly saturated and demagnetize quickly in the absence of the magnetic field.

Derartige Magnetfeldsensoren sind beispielsweise aus der DE 103 31 128 A1 , der EP 1 752 750 A1 , der US 6,237,428 B1 , der DE 38 87 853 D2 , der US 6,698,299 B2 und der EP 1 752 752 A1 bekannt. Insbesondere ist ferner aus der EP 1 752 751 A1 eine Magnetometeranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt.Such magnetic field sensors are for example from DE 103 31 128 A1 , of the EP 1 752 750 A1 , of the US 6,237,428 B1 , of the DE 38 87 853 D2 , of the US 6,698,299 B2 and the EP 1 752 752 A1 known. In particular, is further from the EP 1 752 751 A1 a magnetometer with the features of the preamble of claim 1 known.

In nachteiliger Weise erfordern die Magnetfeldsensoren des Standes der Technik eine exakte Ausrichtung, um eine Verzerrung zu beseitigen, die durch das Aufeinandertreffen der Magnetfelder erzeugt wird. Die erforderliche besondere und exakte Ausrichtung erhöht die Kosten und die Komplexität und reduziert die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit des Drehmomentsensors.In disadvantageously, require the magnetic field sensors of the state the technique has an exact alignment to eliminate distortion, which is generated by the collision of the magnetic fields. The required special and exact alignment increases the cost and the complexity and reduces the durability and reliability of the torque sensor.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen dauerhaften, leicht herzustellenden und exakten Magnetfeldsensor bereitzustellen, der mit Drehmomentsensorelementen kompatibel ist, die eine Welle aufweisen, die ein magnetoelastisches Material trägt.The The object of the invention is to provide a durable, easy to manufacture and provide accurate magnetic field sensor with torque sensor elements is compatible, having a shaft that is a magnetoelastic Material carries.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Magnetometeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine magnetoelastische Drehmomentsensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.These Task is solved by a magnetometer arrangement having the features of the claim 1 or a magnetoelastic torque sensor arrangement with the Features of claim 4.

Ein beispielhaftes Magnetometer gemäß dieser Erfindung umfasst erste und zweite Innenwicklungen, die auf einem gemeinsamen Spulenkörper getragen werden und die beide mit ersten und zweiten Außenwicklungen verbunden sind. Zwischen den Innen- und Außenwicklungen befindet sich eine Vielzahl von magnetischen Streifen. Die magnetischen Streifen werden abwechselnd magnetisiert und entmagnetisiert, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das verwendet wird, um die Verzerrung zu messen, die durch ein Drehmoment verursacht wird, das an ein Drehmomentsensorelement angelegt wird.An exemplary magnetometer according to this invention includes first and second inner windings carried on a common bobbin and both connected to first and second outer windings. Between the inner and outer windings are a variety of magnetic stripes. The magnetic strips are alternately magnetized and demagnetized to produce a magnetic field that is used to measure the distortion caused by a torque applied to a magnetic field Torque sensor element is applied.

Die Magnetometeranordnung gemäß dieser Erfindung umfasst einen Spulenkörper, der in einen oberen axialen Abschnitt und einen unteren axialen Abschnitt aufgeteilt ist. Die oberen und unteren axialen Abschnitte sind durch einen Mittelflansch getrennt. Jeder axiale Abschnitt umfasst eine Innen- und eine Außenwicklung. Die Innen- und Außenwicklungen sind elektrisch miteinander verbunden. Die Innen- und Außenwicklungen sind in derartiger Weise gewunden, dass sie in entsprechender Weise entgegengesetzte und gleiche Magnetfelder erzeugen.The Magnetometer arrangement according to this invention comprises a bobbin, in an upper axial portion and a lower axial portion is divided. The upper and lower axial sections are through a center flange separated. Each axial section comprises one Inside and one outside winding. The inner and outer windings are electrically connected. The inner and outer windings are wound in such a way that they in a similar manner generate opposite and equal magnetic fields.

Zwischen den Innen- und Außenwicklungen befindet sich eine Vielzahl von magnetischen Streifen. Jeder der magnetischen Streifen ist magnetisch sättigbar und weist ein sehr hohes Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis auf, das axial die Länge der oberen und unteren Wicklungen überragt. Der Mittelflansch kann eine entsprechende Mehrzahl von Einkerbungen umfassen, die ermöglichen, dass sich die magnetischen Streifen über die gesamte Länge des Spulenkörpers erstrecken.Between the inner and outer windings is located a variety of magnetic stripes. Each of the magnetic Strip is magnetically saturable and has a very high length to diameter ratio, the axial length surmounted by the upper and lower windings. The center flange can include a corresponding plurality of notches that enable that the magnetic strips extend over the entire length of the bobbin.

Ein Magnetfeld wird durch einen Wechselstrom erzeugt, der die Wicklungen erregt, um periodisch die magnetischen Streifen and den positiven und negativen Spitzenwerten der Wechselstromwellenform zu sättigen. Wenn ein Drehmoment an das Drehmomentsensorelement angelegt wird, wird ein divergierendes Magnetfeld erzeugt. Das divergierende Magnetfeld wird den magnetischen Streifen auf eine unterschiedliche Art und Weise in den oberen und unteren Abschnitten der Magnetometeranordnung überlagert. Jede der oberen und unteren Wicklungen ist in elektrischer Verbindung mit einem zentralen Knoten. Die Spannung an dem zentralen Knoten wird gemessen und gibt einen Unterschied in der Größe und Amplitude des Magnetfeldes zwischen den oberen und unteren Wicklungen an und ist wiederum ein Indikator für das Drehmoment, das an die Welle angelegt wird.One Magnetic field is generated by an alternating current, which is the windings energizes periodically the magnetic stripes and the positive and to saturate negative peaks of the AC waveform. When a torque is applied to the torque sensor element, a divergent magnetic field is generated. The diverging magnetic field is the magnetic strip in a different way and Way overlaid in the upper and lower sections of the magnetometer assembly. Each of the upper and lower windings is in electrical connection with a central node. The tension at the central node is measured and gives a difference in size and amplitude of the magnetic field between the upper and lower windings and is again an indicator of the torque applied to the shaft.

Demgemäß bietet das Magnetometer dieser Erfindung das einfache wirksame und wirtschaftliche Messen von Magnetfeldern, die von einem Drehmomentsensorelement erzeugt werden, in einer einfachen und kostengünstigen Spulenkörperanordnung.Accordingly offers the magnetometer of this invention is simple effective and economical measuring of magnetic fields generated by a torque sensor element be in a simple and inexpensive bobbin arrangement.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten anhand der nachfolgenden Beschreibung und Figuren verstanden werden, die nachfolgend kurz beschrieben werden.These and other features of the present invention may best be understood by reference to the following Description and figures are understood, the following briefly to be discribed.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

1 ist eine teilweise ausgeschnittene Ansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Drehmomentsensors gemäß dieser Erfindung. 1 is a partially cut away view of a portion of an exemplary torque sensor according to this invention.

2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Magnetometers gemäß dieser Erfindung. 2 FIG. 14 is a perspective view of an exemplary magnetometer according to this invention. FIG.

3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines beispielhaften Magnetometers gemäß dieser Erfindung. 3 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an exemplary magnetometer according to this invention. FIG.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDetailed description of the preferred embodiment

Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Drehmomentsensoranordnung 10 gemäß dieser Erfindung dargestellt und umfasst ein Drehmomentsensorelement 12, das einen magnetoelastischen Ring 16 trägt. Das Drehmomentsensorelement 12 umfasst die Welle 14, die den magnetoelastischen Ring 16 trägt. Das Drehmomentsensorelement 12 ist rotierbar um eine Achse 18 angeordnet. Das Drehmoment innerhalb des Drehmomentsensorelements 12 wird auf den magnetoelastischen Ring 16 übertragen. Der magnetoelastische Ring 16 besitzt ein magnetisches Feld entlang einer magnetisch leichten Richtung in Umfangsrichtung, angegeben durch Pfeile 20, wenn es sich in einem standardmäßigen nicht drehmomentbelasteten Zustand befindet.With reference to 1 is a torque sensor arrangement 10 according to this invention and comprises a torque sensor element 12 that has a magnetoelastic ring 16 wearing. The torque sensor element 12 includes the wave 14 that the magnetoelastic ring 16 wearing. The torque sensor element 12 is rotatable about an axis 18 arranged. The torque within the torque sensor element 12 gets on the magnetoelastic ring 16 transfer. The magnetoelastic ring 16 has a magnetic field along a magnetically easy direction in the circumferential direction indicated by arrows 20 when it is in a standard non-torque loaded condition.

Die Drehmomentsensoranordnung 10 umfasst ein Magnetometer 22. Das Magnetometer 22 weist einen Spulenkörper 24 auf, der einen oberen axialen Abschnitt 21 und einen unteren axialen Abschnitt 23 aufweist, die durch eine Mittelflansch 28 getrennt sind. Jeder der oberen und unteren Abschnitte 21, 23 umfasst eine Innenwicklung und eine Außenwicklung. Der obere Abschnitt 21 umfasst die Innenwicklung 34 und die Außenwicklung 36. Der untere Abschnitt 23 umfasst eine Innenwicklung 38 und eine Außenwicklung 40. Die Innenwicklungen 34 und 38 sind elektrisch mit einem zentralen Knoten 50 verbunden (3). Des Weiteren sind jede der Innenwicklungen 34, 38 elektrisch mit den Außenwicklungen 36, 40 verbunden. Zwischen den Innenwicklungen 34, 38 und Außenwicklungen 36, 40 angeordnet ist eine Mehrzahl von axial ausgerichteten magnetischen Streifen 42.The torque sensor arrangement 10 includes a magnetometer 22 , The magnetometer 22 has a bobbin 24 on top of an upper axial section 21 and a lower axial section 23 has, through a middle flange 28 are separated. Each of the upper and lower sections 21 . 23 includes an inner winding and an outer winding. The upper section 21 includes the inner winding 34 and the outer winding 36 , The lower section 23 includes an inner winding 38 and an outer winding 40 , The inner windings 34 and 38 are electric with a central node 50 connected ( 3 ). Furthermore, each of the inner windings 34 . 38 electrically with the outer windings 36 . 40 connected. Between the inner windings 34 . 38 and outer windings 36 . 40 arranged is a plurality of axially aligned magnetic strips 42 ,

Die magnetischen Streifen 42 sind axial entlang der Länge des Spulenkörpers 24 angeordnet. Die magnetischen Streifen 42 sind vorzugsweise Drähte oder Streifen, die ein extrem großes Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis aufweisen.The magnetic stripes 42 are axially along the length of the bobbin 24 arranged. The magnetic stripes 42 are preferably wires or strips having an extremely large length to diameter ratio.

Die Innenwicklungen 34 und 38 erzeugen ein Magnetfeld bei Vorliegen eines Wechselstroms, das einem Magnetfeld entgegengesetzt ist, das durch die Außenwicklungen 36, 40 erzeugt wird. Die in entgegen gesetzter Weise erzeugten Magnetfelder der Innenwicklungen 34, 38 und Außenwicklungen 36, 40 sorgen für eine gewünschte niedrige Induktivität, die in sonstiger Weise nicht mit einzelnen Wicklungen erzeugt werden könnte.The inner windings 34 and 38 generate a magnetic field in the presence of an alternating current which is opposite to a magnetic field passing through the outer windings 36 . 40 is produced. The magnetic fields of the inner windings generated in the opposite manner 34 . 38 and outer windings 36 . 40 provide a desired low inductance, which in other ways not with individual windings he could be witnessed.

Jede der Innenwicklungen 34, 38 und Außenwicklungen 36, 40 sind unter Verwendung von etwa 200 Windungen Magnetdraht gewunden. Die bestimmte Größe des Magnetdrahtes und die Anzahl der Windungen, die verwendet wird, um die Wicklungen zu erzeugen, ist anwendungsspezifisch, und ein einschlägiger Fachmann wird verstehen, wie er eine Wicklung von der Größe her bemessen muss, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung bereitzustellen. In dem in 1 dargestellten Beispiel weist jede der Innen- und Außenwicklungen 34, 38, 36, 40 etwa 200 Windungen auf. Des Weiteren sind die Innenwicklungen 34, 38 radial in der Nähe der Welle 14 des Sensorelements 12 angeordnet. Es ist wünschenswert, die Innenwicklungen 34, 38 in naher Beziehung mit dem Drehmomentsensorelement 12 anzuordnen, um die gewünschte Genauigkeit und Messung von Magnetfeldverzerrungen bereitzustellen, die durch Drehmoment erzeugt werden, das an das Drehmomentsensorelement 12 angelegt wird.Each of the inner windings 34 . 38 and outer windings 36 . 40 are wound using about 200 turns of magnet wire. The particular size of the magnet wire and the number of turns used to create the windings is application specific, and one of ordinary skill in the art will understand how to size a coil to achieve the desired magnetic properties for a particular one To provide application. In the in 1 Example shown has each of the inner and outer windings 34 . 38 . 36 . 40 about 200 turns on. Furthermore, the inner windings 34 . 38 radially near the shaft 14 of the sensor element 12 arranged. It is desirable the inner windings 34 . 38 in close relationship with the torque sensor element 12 to provide the desired accuracy and measurement of magnetic field distortions generated by torque applied to the torque sensor element 12 is created.

Des Weiteren wird, gleichgültig wie viele Windungen zum Erzeugen und Konfigurieren jeder der Innenwicklungen 34, 38 und Außenwicklungen 36, 40 bereitgestellt werden, jede der Wicklungen eine gleiche Anzahl von Wicklungen aufweisen. Der Vorteil dieses Konstruktionsmittels ist, dass die gleiche Anzahl von Windungen und die Verwendung eines einzigen Spulenkörpers, von dem diese Windungen getragen werden, die Komplexität reduziert und die Haltbarkeit erhöht.Furthermore, no matter how many turns are made to create and configure each of the inner windings 34 . 38 and outer windings 36 . 40 are provided, each of the windings having an equal number of windings. The advantage of this design means is that the same number of turns and the use of a single bobbin from which these turns are carried reduces complexity and increases durability.

Unter Bezugnahme auf 2 ist die Magnetometeranordnung 22 in einer perspektivischen Ansicht ohne den Drehmomentsensor 12 dargestellt und umfasst die Vielzahl von magnetischen Streifen 42, die in gleichwinkligem Abstand um den Spulenkörper 24 herum angeordnet sind. Die gleichwinklige Verteilung der magnetischen Streifen sorgt für eine gleichmäßige magnetische Sättigung für jeden der magnetischen Streifen 42. Diese gleichwinklige Verteilung wird durch eine entsprechende Vielzahl von gleichwinklig verteilten Einkerbungen 32 in dem Mittelflansch 28 ermöglicht. Wie gewürdigt ist die bestimmte Anzahl und der Abstand der magnetischen Streifen 42 anwendungsabhängig. Die Anzahl der magnetischen Streifen 42 bietet ein Mittel zum Maßschneidern einer gewünschten Empfindlichkeit, die durch Verändern der Anzahl und des Abstands zwischen jedem der magnetischen Streifen 42 eingestellt werden kann.With reference to 2 is the magnetometer arrangement 22 in a perspective view without the torque sensor 12 and includes the plurality of magnetic strips 42 at equidistant intervals around the bobbin 24 are arranged around. The equiangular distribution of the magnetic stripes provides uniform magnetic saturation for each of the magnetic stripes 42 , This equiangular distribution is achieved by a corresponding multiplicity of equi-angularly distributed notches 32 in the middle flange 28 allows. How appreciated is the specific number and spacing of the magnetic stripes 42 depending on the application. The number of magnetic stripes 42 provides a means of tailoring a desired sensitivity by varying the number and spacing between each of the magnetic stripes 42 can be adjusted.

2 veranschaulicht eine gleichwinklige Verteilung und Beabstandung zwischen jedem der magnetischen Streifen 42. Der Abstand zwischen den magnetischen Streifen 42 ist durch die radialen Längen 44 gekennzeichnet, die derart angeordnet sind, dass jeder der magnetischen Streifen 42 parallel zu der Achse 18 angeordnet ist. 2 illustrates an equiangular distribution and spacing between each of the magnetic strips 42 , The distance between the magnetic stripes 42 is by the radial lengths 44 which are arranged such that each of the magnetic strips 42 parallel to the axis 18 is arranged.

Unter Bezugnahme auf 3 ist die Magnetometeranordnung 22 schematisch im Querschnitt dargestellt, um die verschiedenen elektrischen Verbindungen zwischen den Wicklungen und ihre Beziehung zu den magnetischen Streifen 42 zu veranschaulichen, die dazwischen angeordnet sind. Nimmt man Bezug auf den oberen Abschnitt 21 des Spulenkörpers 26, ist die Innenwicklungsanordnung 34 elektrisch mit der Außenwicklungsanordnung 36 verbunden. Jede der Innenwicklungsanordnungen 34 und Außenwicklungsanordnungen 36 jedoch ist in derartiger Art und Weise gewickelt, dass sie Magnetfelder von entgegen gesetzter Orientierung erzeugen. Des Weiteren werden jede der oberen Wicklungsanordnungen 34, 36 mit einer genauen identischen An zahl von Windungen erzeugt, um Magnetfelder gleicher Größe zu erzeugen.With reference to 3 is the magnetometer arrangement 22 shown schematically in cross section to the various electrical connections between the windings and their relationship to the magnetic strip 42 to illustrate, which are arranged in between. If one refers to the upper section 21 of the bobbin 26 , is the interior winding arrangement 34 electrically connected to the outer winding assembly 36 connected. Each of the inner winding assemblies 34 and outer winding assemblies 36 however, it is wound in such a way as to produce magnetic fields of opposite orientation. Furthermore, each of the upper winding assemblies 34 . 36 with an exact identical number of turns generated to generate magnetic fields of the same size.

Nimmt man nun Bezug auf den unteren Abschnitt 23 der Magnetometeranordnung 22, ist die untere Innenwicklungsanordnung 38 elektrisch mit der Außenwindungsanordnung 40 verbunden. Die elektrische Verbindung ist als Knoten 48 gezeigt. Wiederum sind die Innenwicklung 38 und die Außenwicklung 40 unter Verwendung von identischen Größen und Arten von Draht mit identischen Anzahlen von Windungen hergestellt. Die Innenwicklung 38 und die Außenwicklung 40 erzeugen ein Magnetfeld von gleicher Größe, jedoch in entgegen gesetzter Orientierung.Now take reference to the lower section 23 the magnetometer arrangement 22 , is the lower inner winding assembly 38 electrically with the outer winding arrangement 40 connected. The electrical connection is as a node 48 shown. Again, the inner winding 38 and the outer winding 40 made using identical sizes and types of wire with identical numbers of turns. The inner winding 38 and the outer winding 40 generate a magnetic field of equal size, but in opposite orientation.

Zwischen den Innen- und Außenwicklungsanordnungen 34, 38, 36, 40 sowohl des oberen Abschnitts 21 als auch des unteren Abschnitts 23 der Magnetometeranordnung 22 sind die magnetischen Streifen 42 angeordnet.Between the inner and outer winding arrangements 34 . 38 . 36 . 40 both of the upper section 21 as well as the lower section 23 the magnetometer arrangement 22 are the magnetic stripes 42 arranged.

Die Wicklungen 34, 36, 38, 40 sind mit einer Wechselstromquelle verbunden, wie mit 52 gekennzeichnet. Die Wechselstromquelle 52 liefert einen Wechselstrom, der verwendet wird, um eine periodische Sättigung der magnetischen Streifen zu erzeugen. Der Wechselstrom wird durch Anlegen einer quadratischen Spannungswellenform erzeugt, um positive und negative Spitzenwerte zu erzeugen, bei denen die magnetischen Streifen 42 magnetisch saturiert werden.The windings 34 . 36 . 38 . 40 are connected to an AC power source such as 52 characterized. The AC power source 52 provides an alternating current which is used to produce a periodic saturation of the magnetic stripes. The alternating current is generated by applying a square voltage waveform to produce positive and negative peaks where the magnetic stripes 42 be saturated magnetically.

Bezieht man sich nun auf die 1 und 3 in Betrieb, so erzeugen die Wicklungen 34, 36, 38, 40 ein Magnetfeld, auf das das Magnetfeld, das durch das Drehmomentsensorelement 12 erzeugt wird, überlagert wird. Das durch das Drehmomentsensorelement 12 erzeugte Magnetfeld ist von Natur aus divergent und wird an unterschiedlichen axialen Abschnitten des Magnetstreifens 28 auf unterschiedliche Weise erfasst. Da die Magnetfeld innerhalb der oberen und unteren Abschnitte 21, 23 des Magnetometers 22 gleich sind; wird eine unterschiedliche Sättigung in den magnetischen Streifen 42 innerhalb der obe ren und unteren Abschnitte 21, 23 der Magnetometeranordnung 22 als eine Spannung an einem gemeinsamen Knoten 50 erfasst.If you now refer to the 1 and 3 in operation, so produce the windings 34 . 36 . 38 . 40 a magnetic field to which the magnetic field passing through the torque sensor element 12 is generated, is superimposed. That through the torque sensor element 12 generated magnetic field is inherently divergent and is at different axial sections of the magnetic strip 28 captured in different ways. As the magnetic field within the upper and lower sections 21 . 23 of the magnetometer 22 are the same; becomes a different saturation in the magnetic strip 42 within the upper and lower sections 21 . 23 the magnetometer arrangement 22 as a voltage at a common node 50 detected.

Demgemäß wird an dem gemeinsamen Knoten oder Verbindungspunkt 50 zwischen den oberen und unteren Abschnitten 21, 23 der Magnetometeranordnung 22 eine pulsierende Spannungswellenform mit einer Frequenz erfasst, die anders als die ist, die verwendet wird, um die Wicklungen zu erregen. Die Phase und Amplitude und bei dem Knoten 50 erfassten Spannungssignals gibt an und bezieht sich auf die Amplitude und die Richtung des divergenten Magnetfeldes und damit auf das Drehmoment, das an das Drehmomentsensorelement 12 angelegt wird.Accordingly, at the common node or connection point 50 between the upper and lower sections 21 . 23 the magnetometer arrangement 22 detects a pulsating voltage waveform at a frequency other than that used to energize the windings. The phase and amplitude and at the node 50 detected voltage signal indicates and refers to the amplitude and the direction of the divergent magnetic field and thus to the torque that is applied to the torque sensor element 12 is created.

Demgemäß werden im Betrieb jede der Wicklungen 34, 36, 38, 40 durch den Wechselstrom bei einer Amplitude erregt, die eine Sättigung in den magnetischen Streifen 42 erzeugt. Jeder der magnetischen Streifen 42 wird an den positiven und negativen Spitzenwerten der Wechselstromwellenform magnetisch gesättigt. Wenn ein Drehmoment an das Drehmomentsensorelement 12 angelegt wird, wird ein divergentes Magnetfeld durch den magnetoelastischen Ring 16 dem Magnetfeld überlagert, das innerhalb der magnetischen Streifen 42 erzeugt wird. Dieses überlagerte Aufzwingen des Magnetfeldes auf die magnetisch gesättigten Streifen 42 erzeugt eine Asymmetrie in der magnetischen Sättigung zwischen den oberen und unteren Abschnitten 21, 23 des Magnetometers 22. Die durch die Symmetrie erzeugte Spannungswellenform kann an dem gemeinsamen Knoten 50 beobachtet werden und wird eine geradzahlige Oberwelle aufweisen. Die geradzahligen Oberwellen der Spannungswellenform weisen eine Frequenz und eine Phase zusammen mit den in gleicher Weise verwendeten Eigenschaften auf, um die Amplitude des Magnetfeldes zu bestimmen und damit das Drehmoment, das an das Drehmomentsensorelement 12 angelegt wird.Accordingly, in operation, each of the windings 34 . 36 . 38 . 40 excited by the alternating current at an amplitude which saturates the magnetic strip 42 generated. Each of the magnetic stripes 42 is magnetically saturated at the positive and negative peaks of the AC waveform. When a torque to the torque sensor element 12 is applied, a divergent magnetic field through the magnetoelastic ring 16 superimposed on the magnetic field inside the magnetic strip 42 is produced. This superimposed imposition of the magnetic field on the magnetically saturated stripes 42 creates an asymmetry in the magnetic saturation between the upper and lower sections 21 . 23 of the magnetometer 22 , The voltage waveform generated by the symmetry may be at the common node 50 be observed and will have an even harmonic. The even harmonics of the voltage waveform have a frequency and a phase along with the same characteristics used to determine the amplitude of the magnetic field and thus the torque applied to the torque sensor element 12 is created.

Demgemäß bietet das in diese Erfindung entwickelte und beschriebene Magnetometer 22 die exakte und dauerhafte Messung eines Magnetfeldes, das durch das Drehmomentsensorelement 12 erzeugt wird, durch Verwendung eines Spulenkörpers und einer gemeinsamen Wicklungswindungstechnik.Accordingly, the magnetometer developed and described in this invention provides 22 the exact and permanent measurement of a magnetic field passing through the torque sensor element 12 is produced by using a bobbin and a common winding winding technique.

Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart wurde, wird ein einschlägiger Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass bestimmte Änderungen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung liegen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.Even though a preferred embodiment of this The present invention will become apparent to one of ordinary skill in the art recognize that certain changes are within the scope of this invention. For this reason should the following claims to be studied to the true extent and content of this invention to determine.

Claims

A magnetometer assembly comprising: at least one inner winding disposed about an axis; at least one outer winding coaxially disposed about the at least one inner winding; and at least one magnetic strip disposed parallel to the axis between the at least one inner winding and the at least one outer winding, and wherein the magnetometer has a first inner and outer winding and a second inner and outer windings disposed axially relative to the torque element and a plurality of magnetic strips disposed between the first inner and outer windings and the second inner and outer windings, the arrangement including a bobbin supporting the first inner and outer windings, and the second inner and outer windings. the bobbin including a center flange axially separating the first inner and outer windings from the second inner and outer windings, characterized in that the center flange comprises a plurality of angularly spaced indentations through which a corresponding plurality of magnetic strips extend axially.

Arrangement according to claim 1, wherein the magnetic Strip has a wire that has a length that is much larger as a cross-sectional area.

Arrangement according to claim 1, wherein the inner and outer windings are suitable coaxially a magnetic portion of a magnetoelastic device to surround.

A magnetoelastic torque sensor assembly comprising: a torque member supporting a magnetoelastic material; a magnetometer having at least one inner winding electrically coupled to at least one outer winding and a magnetic strip disposed between the at least one inner winding and the at least one outer winding, and wherein the magnetometer has a first inner and outer winding and a second inner and An outer winding, which are arranged axially relative to the torque element, and a plurality of magnetic strips, which are arranged between the first inner and outer windings and the second inner and outer windings, wherein the arrangement comprises a bobbin, the first inner and Outer windings, and carries the second inner and outer windings, wherein the Spool comprises a central flange, which axially separates the first inner and outer windings of the second inner and outer windings, characterized in that the central flange comprises a plurality of angularly spaced indentations through which a corresponding plurality of magnetic strips extend axially.

Magnetoelastic torque sensor arrangement according to Claim 4, wherein the magnetic strip comprises a wire.