DE102020121616A1 - torque sensors - Google Patents

torque sensors Download PDF

Info

Publication number
DE102020121616A1
DE102020121616A1 DE102020121616.5A DE102020121616A DE102020121616A1 DE 102020121616 A1 DE102020121616 A1 DE 102020121616A1 DE 102020121616 A DE102020121616 A DE 102020121616A DE 102020121616 A1 DE102020121616 A1 DE 102020121616A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
longitudinal axis
sensor
shaft
torque
parallel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020121616.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Lindenmayr
Bernd Wittmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102020121616.5A priority Critical patent/DE102020121616A1/en
Publication of DE102020121616A1 publication Critical patent/DE102020121616A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/038Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0017Means for compensating offset magnetic fields or the magnetic flux to be measured; Means for generating calibration magnetic fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/096Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentsensorik (1), umfassend eine Welle (2) mit einem ersten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt (21), der in einer ersten Umfangsrichtung magnetisiert ist, und mit einem zweiten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt (22), der in einer zweiten Umfangsrichtung magnetisiert ist, wobei die erste Umfangsrichtung gegenläufig zur zweiten Umfangsrichtung ist. Die Drehmomentsensorik umfasst ferner eine erste Sensoreinheit (100), eine zweite Sensoreinheit (200), eine dritte Sensoreinheit (300), und eine vierte Sensoreinheit (400), die jeweils entlang einer Längsachse parallel zur Drehachse der Welle (2), benachbart der Welle (2) angeordnet sind. Dabei weist jede der Sensoreinheiten (100, 200, 300, 400) zwei in vertikaler Richtung (y) zueinander beabstandet angeordnete Sensorspulen (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) auf,
und sind jeweils zwei axial benachbart angeordnete Sensoreinheiten (100, 200; 300, 400) unterschiedlichen Magnetabschnitten (21; 22) zur Erfassung von Magnetfeldänderungen, die aufgrund einer Torsion der Welle (2) erzeugt worden sind, zugeordnet.

Figure DE102020121616A1_0000
The invention relates to a torque sensor system (1), comprising a shaft (2) with a first annular closed axial magnet section (21) which is magnetized in a first circumferential direction, and with a second annular closed axial magnet section (22) which in is magnetized in a second circumferential direction, the first circumferential direction being opposite to the second circumferential direction. The torque sensor system also includes a first sensor unit (100), a second sensor unit (200), a third sensor unit (300), and a fourth sensor unit (400), each along a longitudinal axis parallel to the axis of rotation of the shaft (2), adjacent to the shaft (2) are arranged. Each of the sensor units (100, 200, 300, 400) has two sensor coils (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) arranged spaced apart from one another in the vertical direction (y),
and two sensor units (100, 200; 300, 400) arranged axially adjacent to each other are assigned to different magnet sections (21; 22) for detecting magnetic field changes which have been generated due to torsion of the shaft (2).
Figure DE102020121616A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetoelastische Drehmomentsensorik, umfassend eine Welle mit einem ersten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt, der in einer ersten Umfangsrichtung magnetisiert ist, und mit einem zweiten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt, der in einer zweiten Umfangsrichtung magnetisiert ist, wobei die erste Umfangsrichtung gegenläufig zur zweiten Umfangsrichtung ist.The present invention relates to a magnetoelastic torque sensor system, comprising a shaft with a first annularly closed axial magnet section that is magnetized in a first circumferential direction, and with a second annularly closed axial magnet section that is magnetized in a second circumferential direction, the first circumferential direction is opposite to the second circumferential direction.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedenste sogenannte Mehrbandmesssystem zur Messung von torsionsbedingten Verdrehungen von Wellen bekannt. Am verbreitetsten sind die sogenannten 2-Band Messungen und 3-Band-Messungen, bei denen die Messsysteme zwei bzw. drei separate Magnetabschnitte aufweisen. Beispielhaft sei hier verwiesen auf die EP 33 64 163 A1 und die EP 1 716 399 A1 , wobei in der EP 1 716 399 A1 ein Verfahren zur magnetischen Codierung eines Sensorelements für einen Drehmomentsensor beschrieben wird und wobei in der die EP 33 64 163 A1 ein magnetoelastischer Drehmomentsensor zur 2-Bandmessung beschrieben wird, wobei die verwendeten Magnetfeldsensoren als 3D-AMR-Sensoren ausgebildet sind.A wide variety of so-called multi-band measuring systems for measuring twisting of shafts caused by torsion are already known from the prior art. The most common are the so-called 2-band measurements and 3-band measurements, in which the measuring systems have two or three separate magnet sections. As an example, reference is made to the EP 33 64 163 A1 and the EP 1 716 399 A1 , where in the EP 1 716 399 A1 a method for magnetic coding of a sensor element for a torque sensor is described and in which the EP 33 64 163 A1 a magnetoelastic torque sensor for 2-band measurement is described, the magnetic field sensors used being designed as 3D-AMR sensors.

Darüber hinaus wird in der DE 10 2017 109 532 A1 eine Anordnung zum Messen eines Drehmomentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes beschrieben. Das Maschinenelement weist genau einen oder genau zwei sich umfänglich um die Achse herum erstreckende Magnetisierungsbereiche für jeweils eine Magnetisierung auf. Die Anordnung umfasst weiterhin genau zwei Magnetfeldsensoren, welche jeweils zur einzelnen Messung einer radialen Richtungskomponente eines durch die mindestens eine Magnetisierung und durch das Drehmoment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind.In addition, in the DE 10 2017 109 532 A1 describes an arrangement for measuring a torque on a machine element extending in one axis using the inverse magnetostrictive effect. The machine element has exactly one or exactly two magnetization regions, which extend circumferentially around the axis, for one magnetization each. The arrangement also includes exactly two magnetic field sensors, which are each designed to individually measure a radial directional component of a magnetic field caused by the at least one magnetization and by the torque.

Aus der DE 20 2015 105 090 U1 ist eine Vorrichtung zur Feststellung eines externen magnetischen Einflusses bekannt. Diese Vorrichtung umfasst

  • - ein Bauteil, jedenfalls teilweise ferromagnetisches Material aufweisend, einen magnetisierbaren Bereich, der wenigstens drei Magnetspuren umfasst, von denen die zueinander Benachbarten jeweils zueinander entgegengerichtet magnetisiert sind und die wenigstens drei Magnetspuren axial zum Bauteil angeordnet sind,
wobei der ersten äußeren und mindestens einer mittleren Magnetspur jeweils wenigstens eine Spule eines ersten Magnetfeldsensors zur Emittierung je eines Signals radial zum Bauteil zuordenbar ist und wobei der mindestens einer mittleren und zweiten äußeren Magnetspur jeweils wenigstens eine Spule eines zweiten Magnetfeldsensors zur Emittierung eines Signals radial zum Bauteil zuordenbar ist. Dabei ist das Signal des ersten Sensors in Verhältnis zu dem Signal des zweiten Sensors setzbar.From the DE 20 2015 105 090 U1 a device for detecting an external magnetic influence is known. This device includes
  • - a component, at least partially comprising ferromagnetic material, a magnetizable area, which comprises at least three magnetic tracks, of which those adjacent to one another are magnetized in opposite directions to one another and the at least three magnetic tracks are arranged axially to the component,
at least one coil of a first magnetic field sensor for emitting a signal radially to the component can be assigned to the first outer and at least one middle magnetic track, and wherein at least one coil of a second magnetic field sensor to emit a signal radially to the component can be assigned to the at least one middle and second outer magnetic track is assignable. The signal from the first sensor can be set in relation to the signal from the second sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine nach dem invers-magnetostriktiven Prinzip arbeitende alternative Drehmomentsensorik für eine redundante 2-Band-Messung bereitzustellen. Mit Vorteil ist die Drehmomentsensorik bauraumoptimiert ausgebildet, ohne dass dies einen Verlust von Leistungsfähigkeit oder einen Verlust von Kompensationen nach sich ziehen würde.The object of the invention is to provide an alternative torque sensor system for a redundant 2-band measurement that works according to the inverse magnetostrictive principle. The torque sensor system is advantageously designed to be space-optimized, without this resulting in a loss of performance or a loss of compensation.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine nach dem Prinzip des invers-magnetostriktiven Effektes arbeitende Drehmomentsensorik mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Drehmomentsensorik umfasst eine Welle mit einem ersten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt, der in einer ersten Umfangsrichtung magnetisiert ist, und mit einem zweiten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt, der in einer zweiten Umfangsrichtung magnetisiert ist, wobei die erste Umfangsrichtung gegenläufig zur zweiten Umfangsrichtung ist. Dabei sind der erste Magnetabschnitt und der zweite Magnetabschnitt axial benachbart zueinander angeordnet, wobei zwischen dem ersten Magnetabschnitt und dem zweiten Magnetabschnitt ein freier axialer Bereich angeordnet sein kann oder wobei der erste axiale Abschnitt unmittelbar an den zweiten axialen Abschnitt angrenzen kann. Ferner umfasst die Drehmomentsensorik

  • - eine erste Sensoreinheit, die entlang einer ersten Längsachse und parallel zur Drehachse der Welle benachbart der Welle angeordnet ist,
  • - eine zweite Sensoreinheit, die entlang der ersten Längsachse oder entlang einer zweiten Längsachse parallel zur Drehachse der Welle benachbart der Welle angeordnet ist,
  • - eine dritte Sensoreinheit, die entlang einer dritten Längsachse parallel zur Drehachse der Welle, umfänglich versetzt zu der ersten Längsachse und/oder zweiten Längsachse, benachbart der Welle angeordnet ist, und
  • - eine vierte Sensoreinheit, die entlang einer vierten Längsachse parallel zur Drehachse der Welle, umfänglich versetzt zu der ersten Längsachse und/oder zweiten Längsachse und/oder dritten Längsachse, benachbart der Welle angeordnet ist. Dabei weist jede der Sensoreinheiten zwei in vertikaler Richtung zueinander beabstandet angeordnete Sensorspulen auf. Ferner sind jeweils zwei axial benachbart angeordnete Sensoreinheiten unterschiedlichen Magnetabschnitten zur Erfassung von Magnetfeldänderungen, die aufgrund einer Torsion der Welle erzeugt worden sind, zugeordnet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Drehmomentsensorik geschaffen wird, mittels der homogene Störfelder, wie z.B. das Erdmagnetfeld, effektiv kompensiert werden können.
This object is achieved by a torque sensor system that works according to the principle of the inverse magnetostrictive effect and has the features of patent claim 1. A torque sensor system according to the invention comprises a shaft with a first annularly closed axial magnet section, which is magnetized in a first circumferential direction, and with a second ring-shaped closed axial magnet section, which is magnetized in a second circumferential direction, wherein the first circumferential direction is opposite to the second circumferential direction. The first magnet section and the second magnet section are arranged axially adjacent to one another, and a free axial area can be arranged between the first magnet section and the second magnet section, or the first axial section can directly adjoin the second axial section. Furthermore, the torque sensor system includes
  • - a first sensor unit arranged adjacent to the shaft along a first longitudinal axis and parallel to the axis of rotation of the shaft,
  • - a second sensor unit, which is arranged adjacent to the shaft along the first longitudinal axis or along a second longitudinal axis parallel to the axis of rotation of the shaft,
  • - a third sensor unit, which is arranged along a third longitudinal axis parallel to the axis of rotation of the shaft, circumferentially offset from the first longitudinal axis and/or second longitudinal axis, adjacent to the shaft, and
  • - a fourth sensor unit, which is arranged along a fourth longitudinal axis parallel to the axis of rotation of the shaft, circumferentially offset from the first longitudinal axis and/or second longitudinal axis and/or third longitudinal axis, adjacent to the shaft. In this case, each of the sensor units has two sensor coils arranged spaced apart from one another in the vertical direction. Further two sensor units arranged axially adjacent to each other are assigned to different magnet sections for detecting magnetic field changes that have been generated due to torsion of the shaft. This achieves the advantage that a torque sensor system is created with structurally simple means, by means of which homogeneous interference fields, such as the earth's magnetic field, can be effectively compensated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.Further advantageous refinements of the invention are specified in the dependently formulated claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further refinements of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred configurations of the invention being presented.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die in axialer Richtung benachbart angeordneten Sensorspulen axial benachbarter Sensoreinheiten derart verschaltet sind, dass sie in entgegengesetzter Richtung und parallel der jeweils zugeordneten Längsachse mit einem gemeinsamen Messstrom Imess beaufschlagbar sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine Diagnose der beiden Drehmomentsignale möglich ist und Fehler besser erkannt werden können.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the sensor coils arranged adjacent in the axial direction of axially adjacent sensor units are interconnected in such a way that a common measurement current Imess can be applied to them in the opposite direction and parallel to the respectively assigned longitudinal axis. The advantage of this configuration is that it is possible to diagnose the two torque signals and errors can be better recognized.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass jeweils die beiden Sensorspulen einer separaten Sensoreinheit derart verschaltet sind, dass sie in entgegengesetzter Richtung und parallel der jeweils zugeordneten Längsachse mit einem gemeinsamen Messstrom Imess beaufschlagbar sind. Hierdurch kann eine Redundanz mit erhöhter funktionaler Sicherheit geschaffen bzw. innerhalb des Systems gewährleistet werden.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the two sensor coils of a separate sensor unit are connected in such a way that they can be acted upon in opposite directions and parallel to the respective associated longitudinal axis with a common measurement current Imess. In this way, redundancy with increased functional safety can be created or guaranteed within the system.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die entlang derselben Längsachse angeordneten Sensoreinheiten auf einem gemeinsamen Träger, insbesondere auf einer gemeinsamen Platine, angeordnet sind. Hierdurch kann eine kostengünstige Konstruktion der Drehmomentsensorik bei zugleich einfacher Montage erreicht werden.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, provision can be made for the sensor units arranged along the same longitudinal axis to be arranged on a common carrier, in particular on a common circuit board. In this way, a cost-effective construction of the torque sensor system can be achieved with simple assembly at the same time.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Längsachse und die dritte Längsachse sowie die zweite Längsachse und die vierte Längsachse um 180° Winkelgrad umfänglich versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass weitere Störungen bzw. Störfelder kompensiert werden können.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the first longitudinal axis and the third longitudinal axis as well as the second longitudinal axis and the fourth longitudinal axis are circumferentially offset by 180 degrees to one another. In this way, the effect can be achieved in particular that further interference or interference fields can be compensated for.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die erste Längsachse und die zweite Längsachse zu einer gemeinsamen Längsachse zusammenfallend angeordnet sind und oder dass die dritte Längsachse und die vierte Längsachse zu einer gemeinsamen Längsachse zusammenfallend angeordnet sind. Auch hierdurch kann die Drehmomentsensorik im Hinblick auf die Eliminierung von Störfeldern weiter verbessert werden.Furthermore, the invention can also be further developed such that the first longitudinal axis and the second longitudinal axis are arranged to coincide with a common longitudinal axis and/or that the third longitudinal axis and the fourth longitudinal axis are arranged to coincide with a common longitudinal axis. This also allows the torque sensor system to be further improved with regard to the elimination of interference fields.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die erste Längsachse zur zweiten Längsachse und die zweite Längsachse zur dritten Längsachse und die dritte Längsachse zur vierten Längsachse jeweils um 90° Winkelgrad zueinander versetzt angeordnet sind, wodurch eine weitere konstruktive Alternative für den Aufbau der Drehmomentsensorik bereitgestellt wird.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the first longitudinal axis is offset from the second longitudinal axis and the second longitudinal axis is offset from the third longitudinal axis and the third longitudinal axis is offset from the fourth longitudinal axis by 90° to one another, which provides a further design alternative for the Structure of the torque sensor is provided.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Sensorspulen der Sensoreinheiten derart verschaltet sind, dass in zwei parallel geschalteten Pfaden insgesamt jeweils vier Sensorspulen unterschiedlicher Sensoreinheiten miteinander in Serie geschaltet sind und an den beiden Enden der beiden parallel geschalteten Pfade jeweils ein Anschluss zur Aufgabe eines ersten bzw. eines zweiten Treibersignals vorhanden ist. Hierdurch können zwei voneinander unabhängige Drehmomentsignale erzeugt und eine entsprechende Redundanz umgesetzt werden.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the sensor coils of the sensor units are connected in such a way that a total of four sensor coils of different sensor units are connected in series in two paths connected in parallel and one connection each at the two ends of the two paths connected in parallel is present for the task of a first or a second driver signal. As a result, two independent torque signals can be generated and a corresponding redundancy can be implemented.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine Ansteuereinheit vorgesehen ist zur Ansteuerung der Sensoreinheiten der Drehmomentsensorik mit einem ersten als Rechtecksignal ausgebildeten Treibersignal und mit einem zweiten als Rechtecksignal ausgebildeten Treibersignal, wobei die beiden Treibersignale invers zueinander ausgebildet sind.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that a control unit is provided for controlling the sensor units of the torque sensor system with a first driver signal in the form of a square-wave signal and with a second driver signal in the form of a square-wave signal, with the two driver signals being formed inversely to one another.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Sensorspulen der Sensoreinheiten identisch ausgebildet sind, wodurch der Vorteil der Bauteilgleichheit mit dem Ziel einer Reduzierung der Kosten erzielt wird, und wodurch ferner Bauteiltoleranzen innerhalb des Systems weiter reduziert werden können.Finally, the invention can also be implemented in an advantageous manner such that the sensor coils of the sensor units are of identical design, whereby the advantage of identical components is achieved with the aim of reducing costs, and component tolerances within the system can also be further reduced.

Darüber hinaus ist vorgesehen, die Drehmomentsensorik mit einer Motorsteuereinrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Antriebsmaschine in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug zu verbinden und die Signale, die zur Erfassung von Magnetfeldänderungen, die aufgrund einer Torsion der Welle erzeugt worden sind, zur Ansteuerung der elektrischen Antriebsmaschine zu verwenden. Hiermit wird eine optimierte Drehmomentmessung für die Regelung einer Antriebseinheit, insbesondere einer Antriebseinheit in einem Antriebsstrang eines elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, bereitgestellt.In addition, it is provided that the torque sensor with an engine control device for To connect control of an electric drive machine in an electrically drivable motor vehicle and to use the signals for detecting changes in the magnetic field that have been generated due to torsion of the shaft to control the electric drive machine. This provides an optimized torque measurement for controlling a drive unit, in particular a drive unit in a drive train of a motor vehicle that can be driven by an electric motor.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description and/or figures. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. The same reference symbols designate the same objects, so that explanations from other figures can be used as a supplement if necessary.

Es zeigen:

  • 1 eine Drehmomentsensorik zur 2-Band-Messung in schematischer Darstellung, in Seitenansicht,
  • 2 eine Drehmomentsensorik zur 2-Band-Messung in einer ersten Ausführungsform mit zwei umfänglich um eine Welle herum verteilt angeordneten Trägerplatinen, in schematischer Darstellung, in axialer Draufsicht,
  • 3 eine Drehmomentsensorik zur 2-Band-Messung in einer zweiten Ausführungsform mit vier umfänglich um eine Welle herum gleichmäßig verteilt angeordneten Trägerplatinen in schematischer Darstellung, in axialer Draufsicht
  • 4 die erfindungsgemäße Drehmomentsensorik in einer Abwicklung mit einer bevorzugten Spulenanordnung und -verschaltung, in einer möglichen Ausführungsform, in schematischer Darstellung,
  • 5 die erfindungsgemäße Drehmomentsensorik gemäß 3, in einer Abwicklung mit einer bevorzugten Spulenanordnung und - verschaltung, wobei die Spulen auf insgesamt vier Trägerplatinen verteilt sind,
  • 6 die Signalverläufe der Treibersignale sowie gemessene Drehmomentverläufe bei Anliegen eines entsprechenden Referenz-Drehmoments, und
  • 7 zeigt den Signalverlauf der Drehmomentsensorik bei einem vorhandenen Störfeld.
Show it:
  • 1 a torque sensor for 2-band measurement in a schematic representation, in side view,
  • 2 a torque sensor system for 2-band measurement in a first embodiment with two carrier boards distributed circumferentially around a shaft, in a schematic representation, in an axial top view,
  • 3 a torque sensor system for 2-band measurement in a second embodiment with four carrier boards arranged circumferentially distributed evenly around a shaft in a schematic representation, in an axial top view
  • 4 the torque sensor system according to the invention in a development with a preferred coil arrangement and connection, in a possible embodiment, in a schematic representation,
  • 5 according to the torque sensor system according to the invention 3 , in a development with a preferred coil arrangement and connection, the coils being distributed over a total of four carrier boards,
  • 6 the signal curves of the driver signals and measured torque curves when a corresponding reference torque is applied, and
  • 7 shows the signal curve of the torque sensors with an existing interference field.

1 zeigt eine Drehmomentsensorik 1 zur 2-Band-Messung in schematischer Darstellung, in einer Seitenansicht. Die in der 1 dargestellte Drehmomentsensorik 1 umfasst eine als Metallwelle ausgebildete Welle 2 mit einem ersten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt 21 und mit einem von dem ersten Magnetabschnitt 21 axial beabstandet angeordneten zweiten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt 22. Dabei ist der erste Magnetabschnitt 21 in einer ersten Umfangsrichtung magnetisiert und ist der zweite Magnetabschnitt 22 in einer zweiten Umfangsrichtung magnetisiert, wobei die erste Umfangsrichtung gegenläufig zur zweiten Umfangsrichtung ausgerichtet ist (siehe entgegengesetzt ausgerichtete Pfeile in Umfangsrichtung). Auf der Welle 2 sind die beiden Magnetabschnitte 21, 22 als zwei gegensätzliche laufende Magnetspuren auf die Metallwelle aufmagnetisiert. Die Magnetspuren sind dabei radial umlaufend geschlossen ausgebildet, so dass im Idealfall kein Magnetfeld von außen messbar ist. Durch das Aufbringen eines Torsionsmoments entsteht ein axiales Magnetfeld über der Welle 2, das von den als Magnetfeldsensoren ausgebildeten Sensoreinheiten 100, 200, 300, 400 gemessen wird. Dieses Magnetfeld ist direkt proportional zum aufgebrachten Moment. Durch die gegensätzlich verlaufenden Magnetspuren können Störfelder entsprechend kompensiert werden. 1 shows a torque sensor 1 for 2-band measurement in a schematic representation, in a side view. The one in the 1 The torque sensor system 1 illustrated comprises a shaft 2 designed as a metal shaft with a first axial magnet section 21 designed in a closed ring shape and with a second axial magnet section 22 designed in a closed ring shape and arranged at an axial distance from the first magnet section 21. The first magnet section 21 is magnetized in a first circumferential direction and the second magnet section 22 is magnetized in a second circumferential direction, the first circumferential direction being oriented in the opposite direction to the second circumferential direction (see oppositely oriented circumferential arrows). On the shaft 2, the two magnet sections 21, 22 are magnetized onto the metal shaft as two opposite running magnetic tracks. The magnetic tracks are designed to be closed radially all the way around, so that ideally no magnetic field can be measured from the outside. The application of a torsional moment creates an axial magnetic field over the shaft 2, which is measured by the sensor units 100, 200, 300, 400 designed as magnetic field sensors. This magnetic field is directly proportional to the applied moment. Due to the opposing magnetic tracks, interference fields can be compensated accordingly.

2 zeigt eine Drehmomentsensorik 1 zur 2-Band-Messung in schematischer Darstellung, in einer axialen Draufsicht. Die in 2 gezeigte Sensorik weist zwei um 180° Winkelgrad umfänglich zueinander versetzt angeordnete Trägerplatinen 3 mit jeweils vier einzelnen Sensorspulen 101, 102, 201, 2002; 301, 302, 401, 402 auf. Dabei sind eine erste Sensoreinheit 100 und eine zweite Sensoreinheit 200 auf einer ersten Trägerplatine 3 entlang einer ersten Längsachse X1 parallel zur Drehachse der Welle 2 benachbart der Welle 2 angeordnet, und sind eine dritte Sensoreinheit 300 und eine vierte Sensoreinheit 400 auf einer zweiten Trägerplatine 3 entlang einer zweiten Längsachse X2 parallel zur Drehachse der Welle 2, umfänglich versetzt zu der ersten Längsachse X1 benachbart der Welle 2 angeordnet. Die auf den jeweiligen Trägerplatinen angeordneten Sensorspule sind dabei über eine elektrische Leitungsverbindung 4 miteinander verbunden bzw. verschaltet. Die Sensoreinheiten 100, 200, 300, 400 sind dabei derart miteinander verschaltet, dass zwei über Kreuz wirkende Sensorkreise SK1, SK2 entstehen, die sich in der axialen Mitte der Welle 2 kreuzen. Beide Sensorkreise SK1, SK2 werden gleichzeitig von einer gemeinsamen Steuerquelle Q angesteuert, wobei allerdings jeder Sensorkreis SK1, SK2 seinen eigenen Messpfad bildet. Die Sensorkreise SK1, SK2 sind dafür gegensätzlich verschaltet und erzeugen dadurch ein gegensätzliches Sensorsignal. Durch die zwei Sensorkreise SK1, SK2 ist damit eine Redundanz im Sensorsignal gegeben, so dass die Diagnosefähigkeit der Schaltung deutlich erhöht und Abweichungen/Fehler besser detektierbar sind. 2 shows a torque sensor 1 for 2-band measurement in a schematic representation, in an axial top view. In the 2 The sensor system shown has two carrier boards 3 which are circumferentially offset from one another by 180° and each have four individual sensor coils 101, 102, 201, 2002; 301, 302, 401, 402 on. A first sensor unit 100 and a second sensor unit 200 are arranged on a first carrier board 3 along a first longitudinal axis X1 parallel to the axis of rotation of the shaft 2 adjacent to the shaft 2, and a third sensor unit 300 and a fourth sensor unit 400 are on a second carrier board 3 along a second longitudinal axis X2 parallel to the axis of rotation of the shaft 2, circumferentially offset to the first longitudinal axis X1 adjacent to the shaft 2. The sensor coils arranged on the respective carrier boards are connected or connected to one another via an electrical line connection 4 . The sensor units 100 , 200 , 300 , 400 are connected to one another in such a way that two cross-acting sensor circuits SK1 , SK2 are created, which intersect in the axial center of the shaft 2 . Both sensor circuits SK1, SK2 are controlled simultaneously by a common control source Q, although each sensor circuit SK1, SK2 forms its own measurement path. the For this purpose, sensor circuits SK1, SK2 are connected in opposite directions and thereby generate an opposite sensor signal. The two sensor circuits SK1, SK2 thus provide redundancy in the sensor signal, so that the diagnostic capability of the circuit is significantly increased and deviations/errors can be detected more easily.

3 zeigt eine Drehmomentsensorik 1 zur 2-Band-Messung in einer alternativen Ausführungsform, in schematischer Darstellung, in einer axialen Draufsicht. Die in 3 gezeigte Sensorik weist insgesamt vier, jeweils um 90° Winkelgrad umfänglich zueinander versetzt angeordnete Trägerplatinen 3 mit jeweils zwei einzelnen Sensorspulen 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 auf. Dabei bilden jeweils zwei unmittelbar gegenüberliegend angeordnete Sensoreinheiten 100, 300; 200, 400 jeweils einen gemeinsamen Sensorkreis SK1, SK2. Die Sensorspulen 101, 102, 201, 202; 301, 302, 401, 402 der Sensoreinheiten 100, 200, 300, 400 sind dabei derart miteinander verschaltet, dass wiederum zwei über Kreuz wirkende Sensorkreise SK1, SK2 entstehen, die sich in der axialen Mitte der Welle 2 kreuzen. Analog zur Ausführung in 2 werden beide Sensorkreise SK1, SK2 gleichzeitig von einer gemeinsamen Steuerquelle Q angesteuert, wobei allerdings jeder Sensorkreis SK1, SK2 seinen eigenen Messpfad bildet. Die Sensorkreise SK1, SK2 sind dafür gegensätzlich verschaltet und erzeugen dadurch ein gegensätzliches Sensorsignal. Durch die zwei Sensorkreise SK1, SK2 ist damit eine Redundanz im Sensorsignal gegeben, so dass die Diagnosefähigkeit der Schaltung deutlich erhöht und Abweichungen/Fehler besser detektierbar sind. 3 shows a torque sensor system 1 for 2-band measurement in an alternative embodiment, in a schematic representation, in an axial plan view. In the 3 The sensor system shown has a total of four carrier boards 3, which are circumferentially offset from one another by 90°, each with two individual sensor coils 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 on. Two sensor units 100, 300; 200, 400 each have a common sensor circuit SK1, SK2. The sensor coils 101, 102, 201, 202; 301 , 302 , 401 , 402 of the sensor units 100 , 200 , 300 , 400 are connected to one another in such a way that two cross-acting sensor circuits SK1 , SK2 are created which intersect in the axial center of the shaft 2 . Similar to the execution in 2 Both sensor circuits SK1, SK2 are controlled simultaneously by a common control source Q, although each sensor circuit SK1, SK2 forms its own measurement path. For this purpose, the sensor circuits SK1, SK2 are connected in opposite directions and thus generate an opposite sensor signal. The two sensor circuits SK1, SK2 thus provide redundancy in the sensor signal, so that the diagnostic capability of the circuit is significantly increased and deviations/errors can be detected more easily.

4 zeigt die erfindungsgemäße Drehmomentsensorik 1 in einer Abwicklung mit einer bevorzugten Spulenanordnung und -verschaltung, in einer möglichen Ausführungsform, in schematischer Darstellung, verteilt auf zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Trägerplatinen 31, 32. Wie in der Figur dargestellt, sind die entlang derselben Längsachse X1; X2 angeordneten Sensoreinheiten 100, 200 und 300, 400 jeweils auf einem gemeinsamen Träger 31, 32 bzw. auf einer gemeinsamen Trägerplatine, angeordnet. Aus der 4 ist ferner ersichtlich, dass die in axialer Richtung benachbart angeordneten Sensorspulen 101, 201; 102, 202; 301, 401; 302, 402 axial benachbarter Sensoreinheiten 100, 200; 300, 400 derart verschaltet sind, dass sie in entgegengesetzter Richtung und parallel der jeweils zugeordneten Längsachse X1; X2 mit einem gemeinsamen Messstrom Imess beaufschlagbar sind. Ferner ist gezeigt, dass die Sensorspulen 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 jeder Sensoreinheit 100, 200, 300, 400 derart verschaltet sind, dass sie in entgegengesetzter Richtung und parallel der jeweils zugeordneten Längsachse X1; X2 mit einem gemeinsamen Messstrom Imess beaufschlagbar sind. 4 shows the torque sensor system 1 according to the invention in a development with a preferred coil arrangement and wiring, in a possible embodiment, in a schematic representation, distributed on two diametrically opposite carrier boards 31, 32. As shown in the figure, along the same longitudinal axis X1; X2 arranged sensor units 100, 200 and 300, 400 each on a common carrier 31, 32 or on a common carrier board. From the 4 It can also be seen that the sensor coils 101, 201; 102, 202; 301, 401; 302, 402 of axially adjacent sensor units 100, 200; 300, 400 are interconnected in such a way that they move in the opposite direction and parallel to the respective associated longitudinal axis X1; X2 can be subjected to a common measuring current Imess. It is also shown that the sensor coils 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 of each sensor unit 100, 200, 300, 400 are interconnected in such a way that they move in the opposite direction and parallel to the respective associated longitudinal axis X1; X2 can be subjected to a common measuring current Imess.

5 zeigt die erfindungsgemäße Drehmomentsensorik 1 in einer Abwicklung mit einer bevorzugten Spulenanordnung und -verschaltung, in einer möglichen Ausführungsform, in schematischer Darstellung verteilt auf vier umfänglich gleichmäßig auf die Längsachsen X1, X2, X3, X4 verteilt angeordnete Trägerplatinen 31, 32, 33, 34. Die Verschaltung der einzelnen Sensorspulen 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 jeder Sensoreinheit 100, 200, 300, 400 ist identisch zur in 4 gezeigten Verschaltung. Hier ist lediglich noch einmal die Aufteilung der einzelnen Sensorspulen 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 auf insgesamt vier Trägerplatinen 31, 32, 33, 34 anstatt auf zwei Sensorplatinen 31, 32, wie in 4 gezeigt, veranschaulicht. 5 shows the torque sensor system 1 according to the invention in a development with a preferred coil arrangement and connection, in a possible embodiment, in a schematic representation distributed on four carrier boards 31, 32, 33, 34 distributed uniformly around the circumference on the longitudinal axes X1, X2, X3, X4. The interconnection of the individual sensor coils 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 of each sensor unit 100, 200, 300, 400 is identical to in 4 circuit shown. Here is only the division of the individual sensor coils 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 on a total of four carrier boards 31, 32, 33, 34 instead of on two sensor boards 31, 32, as in 4 shown, illustrated.

In den 4 und 5 ist jeweils gezeigt, dass die Sensorspulen 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 der Sensoreinheiten 100, 200, 300, 400 derart verschaltet sind, dass in zwei parallel geschalteten Pfaden insgesamt jeweils vier Sensorspulen 101, 201, 401, 301; 102, 202, 402, 302 unterschiedlicher Sensoreinheiten 100, 200, 400, 300 miteinander in Serie geschaltet sind und an den beiden Enden der beiden parallel geschalteten Pfade jeweils ein Anschluss zur Aufgabe eines ersten bzw. eines zweiten Treibersignals Drive_A; Drive_B vorhanden ist.In the 4 and 5 each shows that the sensor coils 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 of the sensor units 100, 200, 300, 400 are connected in such a way that a total of four sensor coils 101, 201, 401, 301; 102, 202, 402, 302 of different sensor units 100, 200, 400, 300 are connected to one another in series and at the two ends of the two paths connected in parallel there is a connection for the application of a first or a second driver signal Drive_A; Drive_B is present.

6 zeigt die Signalverläufe der Treibersignale Drive A, Drive B sowie gemessene Drehmomentverläufe Torque 1, Torque 2 bei Anliegen eines entsprechenden Referenz-Drehmoments Ref. Gut zu erkennen sind hierbei die jeweils inversen Treibersignale DriveA und DriveB, die aus deiner gemeinsamen Treiber- bzw- Steuerquelle Q gespeist sind sowie aus dem Referenzsignal Ref resultierenden durch die Sensorkreise SK1 und SK2 der Sensorspulen 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 gebildeten Messsignale Torque1, Torque2. Ersichtlich ist ferner, dass die Ansteuereinheit Q vorgesehen ist zur Ansteuerung der Sensoreinheiten 100, 200, 300, 400 der Drehmomentsensorik 1 mit einem ersten als Rechtecksignal ausgebildeten Treibersignal DriveA und mit einem zweiten als Rechtecksignal ausgebildeten Treibersignal DriveB, wobei die beiden Treibersignale DriveA; DriveB invers zueinander ausgebildet sind. Dabei wird ein erstes Messignal Torque1erzeugt, welches einen im Wesentlichen identischen Signalverlauf zu dem Referenzsignal aufweist, während das zweite Messignal Torque2 aufgrund der Schaltungsanordnung wiederum einen hierzu inversen Signalverlauf annimmt. 6 shows the signal curves of the driver signals Drive A, Drive B as well as measured torque curves Torque 1, Torque 2 when a corresponding reference torque Ref is applied. The inverse driver signals DriveA and DriveB, which come from your common driver or control source Q are fed and from the reference signal Ref resulting from the sensor circuits SK1 and SK2 of the sensor coils 101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402 formed measurement signals Torque1, Torque2. It can also be seen that the control unit Q is provided for controlling the sensor units 100, 200, 300, 400 of the torque sensor system 1 with a first driver signal DriveA designed as a square-wave signal and with a second driver signal DriveB designed as a square-wave signal, the two driver signals DriveA; DriveB are formed inversely to each other. In this case, a first measurement signal Torque1 is generated, which has an essentially identical signal profile to the reference signal, while the second measurement signal Torque2, due to the circuit arrangement, in turn assumes an inverse signal profile thereto.

In 7 ist anhand eines Störfeldsignals S_Störfeld eine Störfeldkompenation durch die vorstehend beschriebene Drehmomentsensorik gezeigt. Dabei kann die Störfeldkompensatoion wie folgt beschrieben werden: = ( + ) + ( ) 2 = + 2

Figure DE102020121616A1_0001
In 7 is based on an interference field signal S_Störfeld an interference field compensation by the torque sensors described above shown. The interference field compensation can be described as follows: = ( + ) + ( ) 2 = + 2
Figure DE102020121616A1_0001

Das Kompensationsfeld Bkomp ergibt sich demnach aus der Summe der beiden Spulenfelder BS1 und BS2, jeweils bereinigt um das in eine Richtung wirkende Erdmagnetfeld BEarth dividiert durch 2 (da zwei Spulenkreise vorhanden sind). Mit S_coil1 und S_coil2 sind dabei Messsignale zweier Spulen bezeichnet mit S_Störfeld ist ein Störfeldsignal (beispielsweise das Erdmagnetfeld) bezeichnet und mit S_comp ist das kompensierte, um die Störung bereinigte Signal bezeichnet.The compensating field B comp therefore results from the sum of the two coil fields B S1 and B S2 , in each case corrected for the earth's magnetic field B Earth acting in one direction, divided by 2 (since there are two coil circuits). S_coil1 and S_coil2 designate measurement signals from two coils, S_Störfeld designates an interference field signal (for example the earth's magnetic field) and S_comp designates the compensated signal which has been corrected for the interference.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.

Bezugszeichenlistereference list

11
Drehmomentsensorik torque sensors
22
Wellewave
2121
erster Magnetabschnittfirst magnet section
2222
zweiter Magnetabschnitt second magnet section
33
Träger/Platinecarrier/board
3131
Trägerplatinecarrier board
3232
Trägerplatinecarrier board
3333
Trägerplatinecarrier board
3434
Trägerplatine carrier board
44
elektrische Leitungsverbindung electrical wiring connection
100100
erste Sensoreinheitfirst sensor unit
101, 102101, 102
Sensorspulen sensor coils
200200
zweite Sensoreinheitsecond sensor unit
201, 202201, 202
Sensorspulen sensor coils
300300
dritte Sensoreinheitthird sensor unit
301, 302301, 302
Sensorspulen sensor coils
400400
vierte Sensoreinheitfourth sensor unit
401, 402401, 402
Sensorspulen sensor coils
X1X1
erste Längsachsefirst longitudinal axis
X2X2
zweite Längsachsesecond longitudinal axis
X3X3
dritte Längsachsethird longitudinal axis
X4X4
vierte Längsachse fourth longitudinal axis
Imessimess
Messstrom measuring current
DriveA, DriveBDriveA, DriveB
Treibersignale driver signals
MP1MP1
Messpfad 1measurement path 1
MP2MP2
Messpfad 2measurement path 2
MP3MP3
Messpfad 3measurement path 3
MP4MP4
Messpfad 4 measurement path 4
S_coil1S_coil1
Messsignal einer ersten SpuleMeasurement signal of a first coil
S_coil2S_coil2
Messsignal einer zweiten SpuleMeasurement signal from a second coil
S_StörfeldS_Störfeld
Signal eines StörfeldesSignal of an interference field
S_compS_comp
kompensiertes Signalcompensated signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 3364163 A1 [0002]EP 3364163 A1 [0002]
  • EP 1716399 A1 [0002]EP 1716399 A1 [0002]
  • DE 102017109532 A1 [0003]DE 102017109532 A1 [0003]
  • DE 202015105090 U1 [0004]DE 202015105090 U1 [0004]

Claims (11)

Drehmomentsensorik (1), umfassend - eine Welle (2) mit einem ersten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt (21), der in einer ersten Umfangsrichtung magnetisiert ist, und mit einem zweiten ringförmig geschlossen ausgebildeten axialen Magnetabschnitt (22), der in einer zweiten Umfangsrichtung magnetisiert ist, wobei die erste Umfangsrichtung gegenläufig zur zweiten Umfangsrichtung ist, dadurch gekennzeichnet, - eine erste Sensoreinheit (100), die entlang einer ersten Längsachse (X1) parallel zur Drehachse der Welle (2) benachbart der Welle (2) angeordnet ist, - eine zweite Sensoreinheit (200), die entlang der ersten Längsachse (X1) oder entlang einer zweiten Längsachse (X2) parallel zur Drehachse der Welle (2) benachbart der Welle (2) angeordnet ist, - eine dritte Sensoreinheit (300), die entlang einer dritten Längsachse (X3) parallel zur Drehachse der Welle (2), umfänglich versetzt zu der ersten Längsachse (X1) und/oder zweiten Längsachse (X2), benachbart der Welle (2) angeordnet ist, und - eine vierte Sensoreinheit (400), die entlang einer vierten Längsachse (X4) parallel zur Drehachse der Welle (2), umfänglich versetzt zu der ersten Längsachse (X1) und/oder zweiten Längsachse (X2) und/oder dritten Längsachse (X3), benachbart der Welle (2) angeordnet ist, wobei jede der Sensoreinheiten (100, 200, 300, 400) zwei in vertikaler Richtung (y) zueinander beabstandet angeordnete Sensorspulen (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) aufweist, und wobei jeweils zwei axial benachbart angeordnete Sensoreinheiten (100, 200; 300, 400) unterschiedlichen Magnetabschnitten (21; 22) zur Erfassung von Magnetfeldänderungen, die aufgrund einer Torsion der Welle (2) erzeugt worden sind, zugeordnet sind.Torque sensor system (1), comprising - a shaft (2) with a first annularly closed axial magnet section (21) which is magnetized in a first circumferential direction, and with a second annularly closed axial magnet section (22) which is magnetised in a second circumferential direction is magnetized, the first circumferential direction being in the opposite direction to the second circumferential direction, characterized in that - a first sensor unit (100) which is arranged adjacent to the shaft (2) along a first longitudinal axis (X1) parallel to the axis of rotation of the shaft (2), - a second sensor unit (200) arranged adjacent to the shaft (2) along the first longitudinal axis (X1) or along a second longitudinal axis (X2) parallel to the axis of rotation of the shaft (2), - a third sensor unit (300) arranged along a third longitudinal axis (X3) parallel to the axis of rotation of the shaft (2), circumferentially offset from the first longitudinal axis (X1) and/or second longitudinal axis (X2), adjacent to the shaft le (2) is arranged, and - a fourth sensor unit (400) along a fourth longitudinal axis (X4) parallel to the axis of rotation of the shaft (2), circumferentially offset to the first longitudinal axis (X1) and / or second longitudinal axis (X2) and/or third longitudinal axis (X3), adjacent to the shaft (2), each of the sensor units (100, 200, 300, 400) having two sensor coils (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402), and two sensor units (100, 200; 300, 400) arranged axially adjacent to each other are assigned to different magnet sections (21; 22) for detecting magnetic field changes that have been generated due to torsion of the shaft (2). . Drehmomentsensorik (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in axialer Richtung benachbart angeordneten Sensorspulen (101, 201; 102, 202; 301, 401; 302, 402) axial benachbarter Sensoreinheiten (100, 200; 300, 400) derart verschaltet sind, dass sie in entgegengesetzter Richtung und parallel der jeweils zugeordneten Längsachse (X1; X2) mit einem gemeinsamen Messstrom (Imess) beaufschlagbar sind.Torque sensors (1) according to claim 1 , characterized in that the sensor coils (101, 201; 102, 202; 301, 401; 302, 402) of axially adjacent sensor units (100, 200; 300, 400) arranged adjacent in the axial direction are connected in such a way that they operate in opposite directions and a common measurement current (Imess) can be applied parallel to the respective associated longitudinal axis (X1; X2). Drehmomentsensorik (1) Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorspulen (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) jeder Sensoreinheit (100, 200, 300, 400) derart verschaltet sind, dass sie in entgegengesetzter Richtung und parallel der jeweils zugeordneten Längsachse (X1; X2) mit einem gemeinsamen Messstrom (Imess) beaufschlagbar sind.Torque sensors (1) claim 2 , characterized in that the sensor coils (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) of each sensor unit (100, 200, 300, 400) are interconnected in such a way that they run in opposite directions and parallel to the respective associated longitudinal axis (X1; X2) can be supplied with a common measuring current (Imess). Drehmomentsensorik (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang derselben Längsachse (X1; X2) angeordneten Sensoreinheiten (100, 200; 300, 400) auf einem gemeinsamen Träger (3), insbesondere auf einer gemeinsamen Platine, angeordnet sind.Torque sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor units (100, 200; 300, 400) arranged along the same longitudinal axis (X1; X2) are arranged on a common carrier (3), in particular on a common circuit board . Drehmomentsensorik (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längsachse (X1) und die dritte Längsachse (X2) sowie die zweite Längsachse (X2) und die vierte Längsachse (X4) um 180° Winkelgrad umfänglich versetzt zueinander angeordnet sind.Torque sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first longitudinal axis (X1) and the third longitudinal axis (X2) as well as the second longitudinal axis (X2) and the fourth longitudinal axis (X4) are arranged circumferentially offset by 180° to one another . Drehmomentsensorik (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längsachse (X1) und die zweite Längsachse (X2) zu einer gemeinsamen Längsachse (X1) zusammenfallend angeordnet sind und oder dass die dritte Längsachse (X3) und die vierte Längsachse (X4) zu einer gemeinsamen Längsachse (X2) zusammenfallend angeordnet sind.Torque sensors (1) according to claim 5 , characterized in that the first longitudinal axis (X1) and the second longitudinal axis (X2) coincide to a common longitudinal axis (X1) and or that the third longitudinal axis (X3) and the fourth longitudinal axis (X4) to a common longitudinal axis (X2 ) are arranged coincidentally. Drehmomentsensorik (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längsachse (X1) zur zweiten Längsachse (X2) und die zweite Längsachse (X2) zur dritten Längsachse (X3) und die dritte Längsachse (X3) zur vierten Längsachse (X4) jeweils um 90° Winkelgrad zueinander versetzt angeordnet sind.Torque sensors (1) according to claim 5 , characterized in that the first longitudinal axis (X1) to the second longitudinal axis (X2) and the second longitudinal axis (X2) to the third longitudinal axis (X3) and the third longitudinal axis (X3) to the fourth longitudinal axis (X4) offset by 90° to each other are arranged. Drehmomentsensorik (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorspulen (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) der Sensoreinheiten (100, 200, 300, 400) derart verschaltet sind, dass in zwei parallel geschalteten Pfaden insgesamt jeweils vier Sensorspulen (101, 201, 401, 301; 102, 202, 402, 302) unterschiedlicher Sensoreinheiten (100, 200, 400, 300) miteinander in Serie geschaltet sind und an den beiden Enden der beiden parallel geschalteten Pfade jeweils ein Anschluss zur Aufgabe eines ersten bzw. eines zweiten Treibersignals (DriveA; DriveB) vorhanden ist.Torque sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor coils (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) of the sensor units (100, 200, 300, 400) are connected in such a way that in two paths connected in parallel, a total of four sensor coils (101, 201, 401, 301; 102, 202, 402, 302) of different sensor units (100, 200, 400, 300) are connected in series with each other and at the two ends of the two connected in parallel Paths each have a connection to the task of a first or a second driver signal (DriveA; DriveB) is present. Drehmomentsensorik (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuereinheit (3) vorgesehen ist zur Ansteuerung der Sensoreinheiten (100, 200, 300, 400) der Drehmomentsensorik (1) mit einem ersten als Rechtecksignal ausgebildeten Treibersignal (DriveA) und mit einem zweiten als Rechtecksignal ausgebildeten Treibersignal (DriveB), wobei die beiden Treibersignale (DriveA; DriveB) invers zueinander ausgebildet sind.Torque sensors (1) according to claim 8 , characterized in that a control unit (3) is provided for controlling the sensor units (100, 200, 300, 400) of the torque sensor system (1) with a first driver signal (DriveA) designed as a square-wave signal and with a second driver signal (DriveB) designed as a square-wave signal ), whereby the two driver signals (DriveA; DriveB) are inversely formed to each other. Drehmomentsensorik (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorspulen (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) der Sensoreinheiten (100, 200, 300, 400) identisch ausgebildet sind.Torque sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor coils (101, 102; 201, 202; 301, 302; 401, 402) of the sensor units (100, 200, 300, 400) are of identical design. Drehmomentsensorik (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensorik (1) mit einer Motorsteuereinrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Antriebsmaschine in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug verbunden ist, und die Signale, die zur Erfassung von Magnetfeldänderungen, die aufgrund einer Torsion der Welle (2) erzeugt worden sind, zur Ansteuerung der elektrischen Antriebsmaschine verwendet werden.Torque sensor system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the torque sensor system (1) is connected to a motor control device for controlling an electric drive machine in an electrically drivable motor vehicle, and the signals used to detect changes in the magnetic field due to torsion of the Wave (2) have been generated are used to control the electric drive machine.
DE102020121616.5A 2020-08-18 2020-08-18 torque sensors Pending DE102020121616A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121616.5A DE102020121616A1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 torque sensors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121616.5A DE102020121616A1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 torque sensors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020121616A1 true DE102020121616A1 (en) 2022-02-24

Family

ID=80112563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020121616.5A Pending DE102020121616A1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 torque sensors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020121616A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1716399A1 (en) 2003-12-30 2006-11-02 NCTEngineering GmbH Torque sensor
DE202015105090U1 (en) 2015-02-18 2015-11-23 Methode Electronics Malta Ltd. Redundant torque sensor - multiple band arrangement
EP3364163A1 (en) 2017-02-15 2018-08-22 Ncte Ag Magnetoelastic torque sensor
DE102017109532A1 (en) 2017-05-04 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Arrangement and method for measuring a torque on a machine element with two magnetic field sensors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1716399A1 (en) 2003-12-30 2006-11-02 NCTEngineering GmbH Torque sensor
DE202015105090U1 (en) 2015-02-18 2015-11-23 Methode Electronics Malta Ltd. Redundant torque sensor - multiple band arrangement
EP3364163A1 (en) 2017-02-15 2018-08-22 Ncte Ag Magnetoelastic torque sensor
DE102017109532A1 (en) 2017-05-04 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Arrangement and method for measuring a torque on a machine element with two magnetic field sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60222356T2 (en) Angle of rotation sensor, torque sensor and steering device
DE19629934B4 (en) sensor system
DE10362129B3 (en) Highly reliable torque sensor
DE102008020153A1 (en) Angle detection device
DE112018002958B4 (en) TORQUE SENSOR ARRANGEMENT FOR VEHICLE POWER STEERING
DE10139154B4 (en) Angular position sensor
EP1925533B1 (en) Combined lock angle and torque sensor
DE102011121842A1 (en) Device for measuring torque, direction of rotation and Drehverwidigkeit a shaft of a transmission, in particular an output shaft of an azimuth gear of a wind turbine
DE102018130970A1 (en) Tension shaft gear and robot arm
DE102020114014A1 (en) Position sensor, central slave cylinder and clutch device
DE10030486A1 (en) Crankshaft pulse generator wheel for angular position detection in motor vehicle has slots and protruding teeth around periphery of wheel
EP4242616A2 (en) Torque sensor device, flux guide assembly, and flux guide
DE102009055275A1 (en) Sensor arrangement for combined speed-torque detection
DE102011083948A1 (en) sensor arrangement
DE102018107570A1 (en) Arrangement for measuring a force or a moment on a machine element and method for checking the arrangement
DE102020121616A1 (en) torque sensors
DE102019218923A1 (en) Steering column monitoring system and associated sensor
DE102016124330A1 (en) A flux guide for a torque sensor device, a method of manufacturing a flux guide for a torque sensor device, and a torque sensor device
EP1424544B1 (en) Apparatus to detect a torque acting on a shaft
WO2015082512A2 (en) Hydrodynamic machine having a measuring system
EP3708988A1 (en) Torque sensor and drive unit for a bicycle
DE102016124331A1 (en) Flux guide, torque sensor device and method of making a flux guide
DE102020108981A1 (en) Sensor arrangement for detecting the absolute angular position of a steering element
DE102008015274A1 (en) Sensor assembly for torque and rotation angle sensor arrangement on shaft, has magnetic field sensor and sensor arrangement of sensor assembly which faces ring magnet in such way that torque is determined from rotation of ring magnet
DE102019120654A1 (en) Device for determining a steering torque in a motor vehicle