DE112007003215T5

DE112007003215T5 - Magnetostriktiver Drehmomentsensor und Drehmomentermittlungsverfahren

Info

Publication number: DE112007003215T5
Application number: DE112007003215T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Yamakawa; Tetsuo Kanda
Original assignee: Azuma Systems Co Ltd
Current assignee: Azuma Shokai Co Ltd Jp
Priority date: 2007-01-02
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-11-26
Also published as: US7997152B2; JPWO2008081571A1; JPWO2008081573A1; JP4222574B2; WO2008081571A1; US20100101336A1; WO2008081573A1

Abstract

Ein magnetostriktiver Drehmomentsensor, der ein Drehmoment einer drehbaren Welle und/oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts ermittelt, der an einer Wellenoberfläche auftritt, wobei der magnetostriktive Drehmomentsensor folgendes aufweist:
eine erste Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die erste Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung als Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule erfasst,
eine zweite Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die zweite Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung als Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule erfasst,
einen ersten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule verursacht,
einen zweiten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen magnetostriktiven Drehmomentsensor und ein Drehmomentermittlungsverfahren zum Ermitteln des Drehmoments einer drehbaren Welle oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts bzw. inversen Effekts der Magnetostriktion, der an Oberflächen der Wellen auftritt.
GRUNDLAGE
Es gibt einen magnetostriktiven Drehmomentsensor, der ein Drehmoment einer drehbaren Welle oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts ermittelt, der an Oberflächen der Wellen auftritt. Der inverse magnetostriktive Effekt ist eine magnetische Deformationserscheinung, bei der eine Deformation an Wellenoberflächen in einer Zugrichtung (einer plus 45°-Winkelrichtung, zum Beispiel) und einer Druckrichtung (einer minus 45°-Winkelrichtung, zum Beispiel) auftritt, wenn ein Drehmoment auf eine drehbare Welle oder eine stationäre Welle wirkt, mit einer sich ergebenden Zunahme der magnetischen Permeabilität in der Zugrichtung und Abnahme in der Druckrichtung. Der magnetostriktive Drehmomentsensor enthält eine erste Erfassungsspule, die zum Ermitteln einer Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung (der plus 45°-Winkelrichtung, zum Beispiel) an der Wellenoberfläche eingerichtet ist, und eine zweite Erfassungsspule, die zum Ermitteln einer Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung (der minus 45°-Winkelrichtung, zum Beispiel) an der Wellenoberfläche eingerichtet ist.
Es gibt entsprechend den unterschiedlichen Erfassungsspulen verschiedene Arten von magnetischen Drehmomentsensoren. Es werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen: Verwendung eines Paares U-förmiger Kerne, um die Erfassungsspulen gewickelt sind (siehe die veröffentlichte ungeprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-2001-133337 , zum Beispiel), ein Paar Erfassungsspulen, die so geformt sind, dass sie die Gestalt einer Acht aufweisen (siehe die veröffentlichte ungeprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-6-221940 , zum Beispiel), ein Paar Erfassungsspulen, die so geformt sind, dass sie eine Wellenform aufweisen (siehe die veröffentlichte ungeprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-6-273247 , zum Beispiel), und ein Paar Erfassungsspulen, die so geformt sind, dass sie eine Hohlrohrform aufweisen. Zusätzlich umfasst das Verfahren, bei dem die hohlrohrförmigen Erfassungsspulen verwendet werden, magnetisch anisotrope Teilbereiche, die so ausgebildet sind, dass sie einen Spalt, eine Nut, eine Dünnschicht usw. an einer Wellenoberfläche bilden und nicht-magnetisch anisotrope Teilbereiche an einer Wellenoberfläche (siehe die veröffentlichten ungeprüften Japanischen Patentanmeldungen Nr. JP-A-7-83769 , JP-A-11-37863 und JP-A-2005-208008 , zum Beispiel).
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Jedoch sind die zuvor erwähnten herkömmlichen magnetostriktiven Drehmomentsensoren Störungen unterworfen und weisen eine begrenzte Ermittlungsgenauigkeit auf, weil eine Brückenschaltung oder dergleichen verwendet wird, um eine geringfügig unterschiedliche Spannung zu ermitteln, die zwischen den Erfassungsspulen auftritt, und die unterschiedliche Spannung wird durch eine Verstärkerschaltung verstärkt.
Außerdem werden die in den veröffentlichten ungeprüften Japanischen Patentanmeldungen Nr. JP-A-7-83769 und JP-A-11-37863 offenbarten magnetostriktiven Drehmomentsensoren beispielsweise in einem Drehmomentverstärkersystem eines motorisierten Fahrrades verwendet. Jedoch sollten die herkömmlichen magnetostriktiven Drehmomentsensoren einen plus/minus 45°-Streifen (magnetisch anisotropen Teilabschnitt) enthalten, der so geformt ist, dass er eine Nut, ein Schlitz oder ein Dünnfilm an der Wellenoberfläche ist, um eine erforderliche Ermittlungsgenauigkeit sicherzustellen. Demzufolge können die herkömmlichen magnetostriktiven Drehmomentsensoren nicht bei drehbaren Wellen und stationären Wellen verwendet werden, auf denen der Streifen nicht ausgebildet werden kann.
Mittel zum Lösen der Probleme
Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Umstände wurde die vorliegende Offenbarung geschaffen, um zumindest die zuvor erwähnten Probleme zu lösen. Die Offenbarung schafft gemäß einem beispielhaften Aspekt einen magnetostriktiven Drehmomentsensor, der ein Drehmoment einer drehbaren Welle und/oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts ermittelt, der an einer Wellenoberfläche auftritt. Der magnetostriktive Drehmomentsensor enthält eine erste Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung an der Wel lenoberfläche erfasst, wobei die erste Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung als Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule erfasst, eine zweite Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die zweite Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung als Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule erfasst, einen ersten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule verursacht, einen zweiten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule verursacht, einen Detektor für die magnetische Permeabilität in der ersten Richtung, der einen Zählprozess oszillierender Wellen durchführt und die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung basierend auf einer Zeitspanne ermittelt, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen zählt, die vom ersten Schwingkreis ausgegeben werden, und feststellt, ob eine gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, einen Detektor für die magnetische Permeabilität in der zweiten Richtung, der einen Zählprozess oszillierender Wellen durchführt und die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung basierend auf einer Zeitspanne ermittelt, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen zählt, die vom zweiten Schwingkreis ausgegeben werden, und feststellt, ob eine gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, und einen Drehmomentdetektor, der das Drehmoment der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle basierend auf einer Differenz zwischen den magnetischen Permeabilitäten in der ersten und zweiten Richtung ermittelt. Demzufolge kann eine Drehmomentermittlungsgenauigkeit mit dem magnetostriktiven Drehmomentsensor verbessert werden. Änderungen der magnetischen Permeabilitäten an der Wellenoberfläche erscheinen klar als Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen, die von den ersten und zweiten, wie zuvor beschrieben ausgelegten Schwingkreisen ausgegeben werden, und die Phasenverschiebungen in den oszillierenden Wellen werden kumuliert, bis sie gleich einer Anzahl der oszillierenden Wellen sind. Mit anderen Worten können die Änderungen der magnetischen Permeabilität in den ersten und zweiten Richtungen mit höherer Genauigkeit ermittelt werden. Ein Drehmoment der drehbaren Welle oder stationären Welle kann ebenfalls mit höherer Genauigkeit aus der Differenz zwischen diesen Permeabilitätsänderungen ermittelt werden. Au ßerdem wird ein Zählprozess der oszillierenden Wellen durchgeführt, um die Anzahl der oszillierenden Wellen zu zählen, die von den Schwingkreisen ausgegeben werden und zu bestimmen, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht. Dann werden die kumulierten Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen (Änderungen der magnetischen Permeabilität) basierend auf einer Zeitspanne gemessen, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist. Folglich können Phasenverschiebungskomponenten der oszillierenden Wellen durch Verwendung eines preiswerten digitalen Schaltkreises mit höherer Genauigkeit gemessen werden. Eine Auflösung davon wird entsprechend einer Zeitmesszählergeschwindigkeit und ohne von Bezugsfrequenzen von Schwingkreisen abzuhängen bestimmt. Folglich kann eine Beanspruchungsermittlung mit höherer Auflösung durchgeführt werden, während die Bezugsfrequenzen der Schwingkreise entsprechend einem zu erfassenden Objekt optimiert werden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt bilden die erste und zweite Erfassungsspule geschlossene magnetische Bahnen zwischen den ersten und zweiten Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche, um Erfassungsbereiche und/oder Erfassungsrichtungen an der Wellenoberfläche zu begrenzen. Eine Drehmomentermittlungsgenauigkeit kann mit dem magnetostriktiven Drehmomentsensor verbessert werden, weil Erfassungsbereiche und -richtungen an der Wellenoberfläche begrenzt werden. Fehlerkomponenten, die in Phasenverschiebungen oszillierender Wellen enthalten sein können, können kumuliert werden, weil einem Drehmoment entsprechende Phasenverschiebungen oszillierender Wellen erfasst werden, nachdem sie durch Verwendung des magnetostriktiven Drehmomentsensors der vorliegenden Offenbarung kumuliert werden, bis sie gleich einer Anzahl der oszillierenden Wellen sind. Dennoch kann ein SN-Verhältnis heraufgesetzt werden, weil Erfassungsbereiche und – richtungen an der Wellenoberfläche begrenzt sind. Eine Ermittlungsgenauigkeit kann ebenfalls verbessert werden, weil solche Fehlerkomponenten verringert werden können. Ferner besteht keine Notwendigkeit, an der Wellenoberfläche durch eine Nut, einen Schlitz oder Dünnfilm und so weiter Streifen zu bilden, weil Erfassungsrichtungen auf einer Seite der Erfassungsspule begrenzt werden können. Demzufolge kann eine Drehmomentermittlung der vorliegenden Offenbarung sogar auf eine drehbare Welle und eine stationäre Welle angewandt werden, an denen solche Streifen nicht ausgebildet werden können.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt sind die ersten und zweiten Erfassungsspulen unter Verwendung eines Werkstoffs mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet. Die ersten und zweiten Erfassungsspulen enthalten einen Kern, wobei sich die geschlossenen magnetischen Bahnen zwischen dem Kern und der Wellenoberfläche befinden, und eine Spule, die um den Kern gewickelt ist. Mit dem magnetostriktiven Drehmomentsensor können Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche durch Steigern magnetischer Flussdichten, die in den geschlossenen magnetischen Bahnen auftreten, mit höherer Genauigkeit ermittelt werden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt enthält der erste Schwingkreis eine Vielzahl von ersten Erfassungsspulen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, während der zweite Schwingkreis eine Vielzahl von zweiten Erfassungsspulen enthält, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Mit dem magnetostriktiven Drehmomentsensor können Temperatur- und Werkstoffqualitätsschwankungen an der Wellenoberfläche und Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche gemittelt werden, weil die Vielzahl von ersten und zweiten Erfassungsspulen vorgesehen ist. Folglich kann verhindert werden, dass eine Ermittlungsgenauigkeit durch solche Fehlerfaktoren schlechter wird.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt ist die Vielzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an einem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet, dass ein Erfassungsbereich der ersten Spule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Spule abwechselt. Weil bei dem magnetostriktiven Drehmomentsensor Temperatur- und Werkstoffqualitätsschwankungen an der Welle in Umfangsrichtung der Oberfläche und Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche gemittelt werden können, kann verhindert werden, dass eine Ermittlungsgenauigkeit durch solche Fehlerfaktoren schlechter wird. Außerdem kann ein Fehler durch Falschausrichtung zwischen den Erfassungsbereichen der ersten und zweiten Erfassungsspulen verringert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen abwechselnd angeordnet sind. Ferner kann ein solcher Fehler basierend auf der Rotation der Welle ebenfalls ausgeschlossen werden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt ist die Vielzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an einem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet, dass sich ein Erfassungsbereich der ersten Spule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Spule überschneidet. Bei dem magnetostriktiven Drehmomentsensor können Temperatur- und Werkstoffqualitätsschwankungen an der Wellenoberfläche in der Umfangsrichtung und Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche gemittelt werden. Demzufolge kann eine Verschlechterung der Ermittlungsgenauigkeit unter solchen Fehlerfaktoren vermieden werden. Außerdem kann ein Fehler durch Falschausrichtung zwischen den Erfassungsbereichen der ersten und zweiten Erfassungsspulen verringert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen so ausgebildet sind, dass sie einander überlappen.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt werden der erste und zweite Schwingkreis abwechselnd angesteuert, um eine wechselseitige Beeinflussung zu vermeiden. Bei dem magnetostriktiven Drehmomentsensor kann eine Ermittlungsgenauigkeitsverschlechterung unter einer wechselseitigen Beeinflussung vermieden werden. Außerdem können Erfassungsbereiche leicht entsprechend den Einsatzbedingungen optimiert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen ohne Berücksichtigung einer wechselseitigen Beeinflussung beliebig eingestellt werden können.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt ist ein Abzählnummernwechsler vorgesehen, um die Abzählnummer N der oszillierenden Wellen in einem Zählprozess der oszillierenden Wellen zu ändern. Bei dem magnetostriktiven Drehmomentsensor kann die Abzählnummer N geändert werden und eine Messgenauigkeit und Ansprechleistung kann ebenfalls entsprechend Einsatzbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Abzählnummer N in einem Ermittlungsprozess erhöht werden, wenn eine Messgenauigkeit bevorzugt wird, wohingegen eine Abzählnummer N in einem Ermittlungsprozess herabgesetzt werden kann, wenn eine Ansprechleistung bevorzugt wird.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt umfasst die Wellenoberfläche einen magnetostriktiven Film, der durch Plattieren gebildet ist. Mit dem magnetostriktiven Drehmomentsensor kann ein Drehmoment mit höherer Genauigkeit ermittelt werden und eine Drehmomentermittlungshysterese kann basierend auf einem inversen magnetostriktiven Effekt auf dem magnetostriktiven Film, der mit einem Drehmoment harmoniert, ebenfalls eingeschränkt werden. Außerdem kann eine ausreichende Ermittlungsgenauigkeit auf dem magnetostriktiven Film erreicht werden, der durch Plattieren gebildet ist (beispielsweise eine Nickelplattierung). Verglichen mit einem Fall, bei dem der magnetostriktive Film oder dergleichen durch Kleben, Sputtern oder Aufdampfen usw. gebildet ist, kann der magnetostriktive Drehmomentsensor der vorliegenden Offenbarung einen erheblich verringerten Preis erreichen. Darüber hinaus kann eine Drehmomentermittlung höherer Genauigkeit für ein vorhandenes Element (einschließlich Kunstharz) geschaffen werden, das beispielsweise mit Nickel plattiert ist.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt wird ein Drehmomentermittlungsverfahren zum Ermitteln des Drehmoments einer drehbaren Welle und/oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts geschaffen, der an einer Oberfläche der Welle auftritt. Das Verfahren verwendet eine erste Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die erste Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung als Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule erfasst, eine zweite Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die zweite Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung als Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule erfasst, einen ersten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule verursacht, und einen zweiten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule verursacht. Das Verfahren umfasst die Schritte des Durchführens des Abzählprozesses oszillierender Wellen und Ermittelns der Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung basierend auf einer Zeitspanne, die für den Abzählprozess oszillierender Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen abzählt, die vom ersten Schwingkreis ausgegeben werden, und entscheidet, ob eine abgezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, des Durchführens des Abzählprozesses oszillierender Wellen und Ermittelns der Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung basierend auf eine Zeitspanne, die für den Abzählprozess oszillierender Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen abzählt, die vom zweiten Schwingkreis ausgegeben werden, und entscheidet, ob eine abgezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, und des Ermittelns des Drehmo ments der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle basierend auf einer Differenz zwischen der magnetischen Permeabilität der ersten und zweiten Richtungen. Demzufolge kann eine Drehmomentermittlungsgenauigkeit mit dem Drehmomentermittlungsverfahren verbessert werden. Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche erscheinen klar als Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen, die von den wie zuvor beschrieben ausgelegten ersten und zweiten Schwingkreisen ausgegeben werden, und die Phasenverschiebungen in den oszillierenden Wellen werden kumuliert, bis sie gleich einer Anzahl der oszillierenden Wellen sind. Mit anderen Worten können die Änderungen der magnetischen Permeabilität in den ersten und zweiten Richtungen mit höherer Genauigkeit ermittelt werden. Ein Drehmoment der drehbaren Welle oder stationären Welle kann ebenfalls mit höherer Genauigkeit aus der Differenz zwischen diesen Permeabilitätsänderungen ermittelt werden. Außerdem wird ein Zählprozess der oszillierenden Wellen durchgeführt, um die Anzahl der oszillierenden Wellen zu zählen, die von den Schwingkreisen ausgegeben werden und zu bestimmen, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht. Dann werden die kumulierten Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen (Änderungen der magnetischen Permeabilität) basierend auf einer Zeitspanne gemessen, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist. Folglich können Phasenverschiebungskomponenten der oszillierenden Wellen durch Verwendung eines preiswerten digitalen Schaltkreises mit höherer Genauigkeit gemessen werden. Eine Auflösung davon wird entsprechend einer Zeitmesszählergeschwindigkeit und ohne von Bezugsfrequenzen der Schwingkreise abzuhängen bestimmt. Folglich kann eine Beanspruchungsermittlung mit höherer Auflösung durchgeführt werden, während die Bezugsfrequenzen der Schwingkreise entsprechend einem zu erfassenden Objekt optimiert werden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt bilden die erste und zweite Erfassungsspule geschlossene magnetische Bahnen zwischen den ersten und zweiten Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche, um Erfassungsbereiche und/oder Erfassungsrichtungen an der Wellenoberfläche zu begrenzen. Demzufolge kann eine Drehmomentermittlungsgenauigkeit mit dem Ermittlungsverfahren verbessert werden, weil Erfassungsbereiche und -richtungen an der Wellenoberfläche begrenzt werden. Fehlerkomponenten, die in Phasenverschiebungen oszillierender Wellen enthalten sein können, können kumuliert werden, weil Phasenverschiebungen oszillierender Wellen, die einem Drehmoment entsprechen, erfasst werden, nachdem sie durch Verwendung des magnetostriktiven Drehmomentsensors der vorliegenden Offenbarung kumuliert werden, bis sie gleich einer Anzahl der oszillierenden Wellen sind. Dennoch kann ein SN-Verhältnis heraufgesetzt werden, weil Erfassungsbereiche und -richtungen an der Wellenoberfläche begrenzt sind. Eine Ermittlungsgenauigkeit kann ebenfalls verbessert werden, weil solche Fehlerkomponenten verringert werden können. Ferner besteht keine Notwendigkeit, an der Wellenoberfläche durch eine Nut, einen Schlitz oder Dünnfilm und so weiter Streifen zu bilden, weil die Erfassungsrichtungen auf einer Seite der Erfassungsspule begrenzt werden können. Demzufolge kann eine Drehmomentermittlung der vorliegenden Offenbarung sogar auf eine drehbare Welle und eine stationäre Welle angewandt werden, an denen solche Streifen nicht ausgebildet werden können.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt werden die ersten und zweiten Erfassungsspulen unter Verwendung eines Werkstoffs mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet. Die ersten und zweiten Erfassungsspulen enthalten einen Kern, wobei sich die geschlossenen magnetischen Bahnen zwischen dem Kern und der Wellenoberfläche befinden, und eine Spule, die um den Kern gewickelt ist. Mit dem Drehmomentermittlungsverfahren können Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche durch Steigern magnetischer Flussdichten, die in den geschlossenen magnetischen Bahnen auftreten, mit höherer Genauigkeit ermittelt werden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt enthält der erste Schwingkreis eine Vielzahl von ersten Erfassungsspulen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, während der zweite Schwingkreis eine Vielzahl von zweiten Erfassungsspulen enthält, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Mit dem Drehmomentermittlungsverfahren können Temperatur- und Werkstoffqualitätsschwankungen an der Wellenoberfläche und Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche gemittelt werden, weil die Vielzahl von ersten und zweiten Erfassungsspulen vorgesehen ist. Folglich kann verhindert werden, dass eine Ermittlungsgenauigkeit durch solche Fehlerfaktoren schlechter wird.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt ist die Vielzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an einem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet, dass ein Erfassungsbereich der ersten Spule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Spule abwechselt. Weil bei dem Drehmomentermittlungsverfahren Temperatur- und Werkstoffqualitätsschwankungen an der Welle in Umfangsrichtung der Oberfläche und Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche gemittelt werden können, kann verhindert werden, dass eine Ermittlungsgenauigkeit durch solche Fehlerfaktoren schlechter wird. Außerdem kann ein Fehler durch Falschausrichtung zwischen den Erfassungsbereichen der ersten und zweiten Erfassungsspulen verringert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen abwechselnd angeordnet sind. Ferner kann ein solcher Fehler basierend auf der Rotation der Welle ebenfalls ausgeschlossen werden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt ist die Vielzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an einem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet, dass sich ein Erfassungsbereich der ersten Spule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Spule überschneidet. Bei dem Drehmomentermittlungs-verfahren können Temperatur- und Werkstoffqualitätsschwankungen an der Wellenoberfläche in der Umfangsrichtung und Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche gemittelt werden. Demzufolge kann eine Verschlechterung der Ermittlungsgenauigkeit unter solchen Fehlerfaktoren vermieden werden. Außerdem kann ein Fehler durch Falschausrichtung zwischen den Erfassungsbereichen der ersten und zweiten Erfassungsspulen verringert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen so ausgebildet sind, dass sie einander überlappen.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt werden der erste und zweite Schwingkreis abwechselnd angesteuert, um eine wechselseitige Beeinflussung zu vermeiden. Bei dem Drehmomentermittlungsverfahren kann eine Ermittlungsgenauigkeitsverschlechterung unter einer wechselseitigen Beeinflussung vermieden werden. Außerdem können Erfassungsbereiche leicht entsprechend den Einsatzbedingungen optimiert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen ohne Berücksichtigung einer wechselseitigen Beeinflussung beliebig eingestellt werden können.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt wird die Abzählnummer N der oszillierenden Wellen in einem Zählprozess der oszillierenden Wellen geändert. Bei dem Drehmomentermittlungsverfahren kann die Abzählnummer N geändert werden und eine Messgenauigkeit und Ansprechleistung kann ebenfalls entsprechend Einsatzbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Abzählnummer N in einem Ermittlungsprozess erhöht werden, wenn eine Messgenauigkeit bevorzugt wird, wohingegen eine Abzählnummer N in einem Ermittlungsprozess herabgesetzt werden kann, wenn eine Ansprechleistung bevorzugt wird.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt umfasst die Wellenoberfläche einen magnetostriktiven Film, der durch Plattieren gebildet ist. Mit dem Drehmomentermittlungs-verfahren kann ein Drehmoment mit höherer Genauigkeit ermittelt werden und eine Drehmomentermittlungshysterese kann basierend auf einem inversen magnetostriktiven Effekt auf dem magnetostriktiven Film, der mit einem Drehmoment harmoniert, ebenfalls eingeschränkt werden. Außerdem kann eine ausreichende Ermittlungsgenauigkeit auf dem magnetostriktiven Film erreicht werden, der durch Plattieren gebildet ist (beispielsweise eine Nickelplattierung). Verglichen mit einem Fall, bei dem der magnetostriktive Film oder dergleichen durch Kleben, Sputtern oder Aufdampfen usw. gebildet ist, kann der magnetostriktive Drehmomentsensor der vorliegenden Offenbarung einen erheblich verringerten Preis erreichen. Darüber hinaus kann eine Drehmomentermittlung höherer Genauigkeit für ein vorhandenes Element (einschließlich Kunstharz) geschaffen werden, das beispielsweise mit Nickel plattiert ist.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Entsprechend den oben erwähnten verschiedenen beispielhaften Aspekten kann eine Drehmomentermittlungsgenauigkeit verbessert werden. Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche erscheinen klar als Phasenverschiebungen in den oszillierenden Wellen, die von den ersten und zweiten Schwingkreisen ausgegeben werden. Die Änderungen der magnetischen Permeabilität in den ersten und zweiten Richtungen können mit höherer Genauigkeit erfasst werden, weil die Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen entsprechend einer Anzahl der oszillierenden Wellen kumuliert werden. Ein Drehmoment der drehbaren oder stationären Welle kann basierend auf einer Differenz zwischen den Änderungen der magnetischen Permeabilität ebenfalls mit höherer Genauigkeit ermittelt werden. Außerdem wird ein Abzählprozess der oszillierenden Wellen durchgeführt, um eine Anzahl der oszillierenden Wellen, die von den Schwingkreisen ausgegeben werden, abzuzählen und zu ermitteln, ob die abgezählten Zahlen eine vorbestimmte Nummer N erreichen. Die Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen (Änderungen der magnetischen Permeabilität) werden gemessen, nachdem sie basierend auf einer Zeitspanne, die für den Abzählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, kumuliert wurden. Demzufolge können Phasenverschiebungskomponenten der oszillierenden Wellen durch Verwenden einer preiswerten digi talen Schaltung mit höherer Genauigkeit gemessen werden Außerdem kann eine Beanspruchungsermittlung mit höherer Auflösung durchgeführt werden, während Bezugsfrequenzen der Schwingkreise entsprechend einem zu ermittelnden Objekt optimiert werden, weil eine Auflösung basierend auf einer Zeitmesszählergeschwindigkeit und unabhängig von den Bezugsfrequenzen der Schwingkreise bestimmt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines magnetostriktiven Drehmomentsensors einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
2 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Phasenverschiebungskumulation von oszillierenden Wellen darstellt (eine vergrößerte Ansicht eines erfassten Schwingungsverlaufs an einem Startpunkt),
3 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Phasenverschiebungskumulation von oszillierenden Wellen darstellt (eine vergrößerte Ansicht eines erfassten Schwingungsverlaufs an einem Endpunkt),
4 ist ein Ablaufschema, das die Schritte eines Drehmomentermittlungsprozesses in einer Ermittlungsschaltung darstellt,
5 ist ein Ablaufschema, das die Schritte eines Änderungsprozesses der eingestellten Nummer in der Ermittlungsschaltung darstellt,
6 ist ein Ablaufschema, das die Schritte eines Erfassungsprozesses der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung in der Ermittlungsschaltung darstellt,
7 ist ein Ablaufschema, das die Schritte eines Erfassungsprozesses der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung in der Ermittlungsschaltung darstellt,
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines magnetostriktiven Drehmomentsensors einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
9A ist eine Abwicklungsdraufsicht, die ein erstes Anordnungsbeispiel von Erfassungsspulen darstellt, und 9B ist eine Seitenansicht, die das erste Anordnungsbeispiel von Erfassungsspulen darstellt, und
10A ist eine Abwicklungsdraufsicht, die ein zweites Anordnungsbeispiel von Erfassungsspulen darstellt, und 10B ist eine Seitenansicht, die das zweite Anordnungsbeispiel von Erfassungsspulen darstellt.
BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Als Nächstes werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Schwingungsverläufe in den Zeichnungen stellen nicht nur aktuell erfasste Schwingungsverläufe dar sondern auch Simulations-Schwingungsverläufe.
I. Erste Ausführungsform
Ein in 1 dargestellter magnetostriktiver Drehmomentsensor 1 ermittelt ein Drehmoment einer drehbaren Welle S (oder stationären Welle) durch einen inversen magnetostriktiven Effekt, der an einer Wellenoberfläche auftritt. Der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 enthält eine erste Erfassungsspule L1, eine zweite Erfassungsspule L2, einen ersten Schwingkreis 2, einen zweiten Schwingkreis 3 und eine Ermittlungsschaltung 4.
Die erste Erfassungsspule L1 ist so angeordnet, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität als Induktivitätsänderung an einer Wellenoberfläche in einer ersten Richtung, beispielsweise einer plus 45°-Richtung, erfasst. Die zweite Erfassungsspule L2 ist so angeordnet, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität als Induktivitätsänderung an einer Wellenoberfläche in einer zweiten Richtung, beispielsweise einer minus 45°-Richtung, erfasst.
Die Erfassungsspulen L1 und L2 der vorliegenden Ausführungsform beinhalten einen Kern, der unter Verwendung eines Werkstoffs mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet ist, und eine Spule ist um den Kern gewickelt, um Bereich und Richtung einer Erfassung an der Wellenoberfläche zu begrenzen. Genauer gesagt, es ist eine Spule um U-förmige Ferritkerne 2a und 3a gewickelt, und eine geschlossene magnetische Bahn wird zwischen Enden der U-förmigen Ferritkerne 2a und 3a und einer Wellenoberfläche gebildet, indem die Enden dicht an der Wellenoberfläche angeordnet werden. Demzufolge werden magnetische Bahnen der ersten und zweiten Richtungen in einem begrenzten Bereich an der Wellenoberfläche gebildet. So können Änderungen der magnetischen Permeabilität in den magnetischen Bahnen erfasst werden.
Der erste Schwingkreis 2 schwingt autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz und verursacht Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend einer Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule L1. Der zweite Schwingkreis 3 schwingt autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz und verursacht Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend einer Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule L2. Die Schwingkreise 2 und 3, die Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend Induktivitätsänderungen der Erfassungsspulen L1 und L2 verursachen, können aufgebaut werden, indem die Erfassungsspulen L1 und L2 beispielsweise in einer Rückkopplungsschaltung eines Schmitt-Schwingkreises angeordnet werden.
Der Schmitt-Schwingkreis verwendet Hysteresecharakteristika eines Schmitt-Inverters (INV). Der Schmitt-Schwingkreis enthält den Schmitt-Inverter, einen Kondensator C, der an eine Eingangsseite des Schmitt-INV angeschlossen ist, eine Rückkopplungsschaltung, die einen Schmitt-INV-Ausgang zur Schmitt-INV-Eingangsseite zurückleitet und ein Widerstandselement, das in die Rückkopplungsschaltung eingefügt ist.
Die Spannung an jedem Ende des Kondensators C beträgt in einem Anfangsstadium des Schmitt-Schwingkreises 0 V (null Volt), weil in dem Kondensator C keine Ladungen gespeichert sind. Ein Ausgang hat zu diesem Zeitpunkt eine Höhe H (5 V), weil eine eingangsseitige Spannung (V ein) des Schmitt-INV nicht mehr als V_L beträgt. Wenn eine ausgangsseitige Spannung (V aus) des Schmitt-INV 5 V beträgt, fließt über die Rückkopplungsschaltung ein Strom zur Eingangsseite des Schmitt-INV. Spannungen an den Anschlüssen des Kondensators C steigen an, wenn im Kondensator C fortschreitend Ladungen gespeichert werden. Die V aus des Schmitt-INV wird auf eine Höhe von L (0 V) geändert, wenn die V ein des Schmitt-INV V_H erreicht. Wenn die V aus 0 V beträgt, nimmt die V ein fortschreitend ab, weil der Kondensator entladen wird. Die V aus wird auf eine Höhe von H geändert, wenn die V ein auf V_L abgesunken ist.
Durch Wiederholen des zuvor beschriebenen Ablaufs kann eine rechteckige Welle mit einer vorbestimmten Frequenz von der Ausgangsseite des Schmitt-INV erhalten werden. Eine Frequenz f eines Schmitt-Schwingkreises wird entsprechend einer Ladezeitdauer T_H und einer Entladezeitdauer T_L festgelegt, die Schwingungsfrequenz f ist gleich 1/T. Die Lade- und Ent ladezeitdauern T_H und T_L werden entsprechend jeder Konstante des Kondensators C und des Widerstandselements festgelegt. Demgemäß können Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen des Schmitt-Schwingkreises entsprechend den Induktivitätsänderungen in den Erfassungsspulen L1 und L2 erbracht werden, indem die Erfassungsspulen L1 und L2 in einer Rückkopplungsschaltung als Widerstandselemente angeordnet werden.
Der Schwingkreis der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf den Schmitt-Schwingkreis beschränkt. Ein CR-, LC- oder Kristall-Schwingkreis kann ebenfalls verwendet werden, wenn ein Schwingkreis Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend den Induktivitätsänderungen in den Erfassungsspulen L1 und L2 herbeiführen kann.
Die Ermittlungsschaltung 4 wird unter Verwendung beispielsweise eines Mikrocomputers (Ein-Chip-Mikrocomputers) gebildet, der eine CPU, einen ROM, einen RAM, eine I/O, einen Komparator und so weiter zusammenschließt. Die Ermittlungsschaltung 4 führt einen Drehmomentermittlungsprozess gemäß einem geschriebenen Programm auf dem ROM durch, was später beschrieben wird. Ferner kann die Ermittlungsschaltung 4 auch mit einer Vielzahl von Mikrocomputern oder einer oder mehreren integrierten Schaltungen gebildet werden.
Die Ermittlungsschaltung 4 enthält einen Detektor für die magnetische Permeabilität in einer ersten Richtung, der einen Zählprozess der oszillierenden Wellen durchführt und eine Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung erfasst, die auf einer Zeitspanne basiert, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen zählt, die vom ersten Schwingkreis 2 ausgegeben werden, und ermittelt, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, einen Detektor für die magnetische Permeabilität in einer zweiten Richtung, der einen Zählprozess der oszillierenden Wellen durchführt und eine Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung erfasst, die auf einer Zeitspanne basiert, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen zählt, die vom zweiten Schwingkreis 3 ausgegeben werden, und ermittelt, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, und ein Drehmomentdetektor, der ein Drehmoment der drehbaren Welle S basierend auf einer Differenz zwischen den Permeabilitäten in der ersten und zweiten Richtung ermittelt.
Dem oben beschriebenen Aufbau zufolge kann eine Drehmomentermittlungsgenauigkeit des magnetostriktiven Drehmomentsensors 1 verbessert werden. Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche erscheinen klar als Phasenverschiebungen in den von dem ersten und zweiten Schwingkreis 2 und 3 ausgegebenen oszillierenden Wellen. Ferner können auch die Änderungen der magnetischen Permeabilität in den ersten und zweiten Richtungen mit höherer Genauigkeit ermittelt werden, weil die Phasenverschiebungen in den oszillierenden Wellen kumuliert werden, bis sie gleich der Anzahl der oszillierenden Wellen sind. Ein Drehmoment der drehbaren Welle S kann basierend auf einer Differenz zwischen den Änderungen der magnetischen Permeabilität ebenfalls mit höherer Genauigkeit ermittelt werden. Komponenten der Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen können mit einer preiswerten digitalen Schaltung mit höherer Genauigkeit gemessen werden, weil die kumulierten Phasenverschiebungen (Änderungen der magnetischen Permeabilität) der oszillierenden Wellen auf der Basis der Zeit gemessen werden, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der die Anzahl der von den Schwingkreisen 2 und 3 ausgegebenen oszillierenden Wellen abzählt und ermittelt, ob die abgezählte Anzahl die vorbestimmte Nummer N erreicht. Außerdem wird unabhängig von den Bezugsfrequenzen der Schwingkreise 2 und 3 eine Auflösung entsprechend der Zeitmesszählergeschwindigkeit festgelegt. Folglich kann eine Beanspruchungsermittlung mit höherer Auflösung durchgeführt werden, während die Bezugsfrequenzen der Schwingkreise 2 und 3 einem zu ermittelnden Objekt entsprechend optimiert werden.
Fehlerkomponenten in den Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen können kumuliert werden, wenn der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 die einem Drehmoment entsprechenden Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen durch Kumulieren der Phasenverschiebungen mit gleichen Zahlen der oszillierenden Wellen erfasst. Es ist zu bevorzugen, dass eine geschlossene magnetische Bahn zwischen einer Wellenoberfläche und den ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 gebildet wird, um Bereich und Richtung einer Erfassung an der Wellenoberfläche zu begrenzen. Die kumulierten Fehlerkomponenten können so durch Begrenzen von Bereich und Richtung einer Erfassung an der Wellenoberfläche mit der geschlossenen magnetischen Bahn mit einem sich daraus ergebenden erhöhten SN-Verhältnis verringert werden. Folglich kann eine Ermittlungsgenauigkeit verbessert werden. Außerdem müssen an der Wellenoberfläche keine Streifen mittels einer Nut, eines Schlitzes, eines Dünnfilms und so weiter gebildet werden, weil die Erfassungsrichtung durch die geschlossene magnetische Bahn an jeder Seite der Erfassungsspulen L1 und L2 begrenzt werden kann. Demzufolge kann die Drehmomentermittlung der vorliegenden Offenbarung bei der drehbaren Welle S angewandt werden, selbst wenn die Streifen an der drehbaren Welle S nicht gebildet werden können.
Es ist auch zu bevorzugen, dass die ersten und zweiten Schwingkreise 2 und 3 abwechselnd angesteuert werden, um eine wechselseitige Beeinflussung zu vermeiden. Zuerst wird der Zählprozess des ersten Schwingkreises 2 durchgeführt, während eine Ansteuerung der Oszillation des zweiten Schwingkreises 3, beispielsweise, angehalten wird. Danach wird der Zählprozess des zweiten Schwingkreises 3 durchgeführt, während eine Ansteuerung der Oszillation des ersten Schwingkreises 2 angehalten wird. Dann wird eine Differenz zwischen den Messzeiten berechnet, die für jeden der Zählprozesse der oszillierenden Wellen erforderlich sind. Demgemäß kann eine Verschlechterung einer Ermittlungsgenauigkeit aufgrund einer wechselseitigen Beeinflussung vermieden werden. Außerdem kann der Erfassungsbereich leicht entsprechend den Einsatzbedingungen optimiert werden, weil jeder Erfassungsbereich der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 willkürlich festgelegt werden kann, ohne eine wechselseitige Beeinflussung zu bewirken.
Es ist auch zu bevorzugen, dass eine Oberfläche der drehbaren Welle S unter Verwendung eines magnetostriktiven Films 5 ausgebildet wird, der durch Plattieren gebildet wird, wenn der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 ein Drehmoment einer drehbaren Welle ermittelt. Beispielsweise wird die drehbare Welle S teilweise oder vollständig mit dem aus einer Nickellegierung hergestellten magnetostriktiven Film 5 beschichtet. Demzufolge kann ein Drehmoment nicht nur mit höherer Genauigkeit ermittelt werden, sondern kann auch basierend auf einem dem Drehmoment entsprechenden inversen magnetostriktiven Effekt an dem magnetostriktiven Film 5 die Hysterese bei einer Drehmomentermittlung verringert werden. Außerdem kann der Herstellungspreis verglichen mit einem Fall, bei dem ein amorpher magnetostriktiver Film beispielsweise durch Kleben, Sputtern oder Aufdampfen ausgebildet wird, erheblich verringert werden, weil der magnetostriktive Film 5 des magnetostriktiven Drehmomentsensors 1 mit dem plattierten magnetostriktiven Film 5 eine hinreichende Ermittlungsgenauigkeit erreichen kamt. Eine Drehmomentermittlung höherer Genauigkeit kann beispielsweise auch für ein vorhandenes Element (einschließlich Kunstharz), das mit Nickel plattiert ist, durchgeführt werden.
Als Nächstes wird das Kumulieren der Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen in der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
In den 2 und 3 dargestellte Schwingungsverläufe sind von den Schwingkreisen 2 und 3 für einen Ermittlungsprozess ausgegebene Schwingungsverläufe. Ein Zählprozess oszillierender Wellen wird durchgeführt, um eine Anzahl oszillierender Wellen zu zählen, die von den Schwingkreisen 2 und 3 ausgegeben werden, und zu ermitteln, ob eine abgezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht. Kumulierte Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen werden dann basierend auf einer Zeit gemessen, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist. Die vorbestimmte Abzählnummer N der oszillierenden Wellen in dem Zählprozess der oszillierenden Wellen wird auf 100 festgelegt. Die oberen Schwingungsverläufe stellen einen Fall dar, wo kein Drehmoment auf die drehbare Welle S aufgebracht wird, während die unteren Schwingungsverläufe einen Fall darstellen, wo ein Drehmoment auf die drehbare Welle S aufgebracht wird (siehe 2 und 3).
Eine Differenz zwischen Phasenverschiebungen oszillierender Wellen ist undeutlich, weil am Startpunkt eines erfassten Schwingungsverlaufs wenig Phasenverschiebungen kumuliert sind, das heißt in einer Phase, in der eine gezählte N oszillierender Wellen in dem Zählprozess der oszillierenden Wellen kleiner ist (siehe 2). Im Gegensatz dazu werden Phasenverschiebungen oszillierender Wellen weiter kumuliert und eine Differenz zwischen den Phasenverschiebungen oszillierender Wellen ist deutlicher (siehe 3). So können die Phasenverschiebungen oszillierender Wellen leicht gemessen werden, wenn eine gezählte Zahl N oszillierender Wellen größer ist. Außerdem kann ein Drehmoment, das die drehbare Welle S beeinflusst, basierend auf den Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen mit höherer Genauigkeit gemessen werden, weil die Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen im Verhältnis zu dem Drehmoment, das die drehbare Welle S beeinflusst, größer sind. Ferner treten die Phasenverschiebungen der von den Schwingkreisen 2 und 3 ausgegebenen oszillierenden Wellen unter dem inversen Effekt der Magnetostriktion in entgegengesetzten Richtungen auf. Basierend auf einer Differenz zwischen den Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen kann folglich nicht nur eine Drehmomentgröße und eine Polarität der drehbaren Welle ermittelt werden, sondern es können auch ermittelte Werte erhalten werden, so dass Temperatur- und Versatzfehler darin aufgehoben werden.
Als Nächstes werden die Schritte der verschiedenen Prozesse der Ermittlungsschaltung 4 besonders unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben.
Eine Drehmomentermittlung (Drehmomentdetektor) umfasst die aufeinander folgenden Schritte des Einstellens eines Standards (S11: einschließlich einer Anfangswerteinstellung einer Abzählnummer N der oszillierenden Wellen), Änderns einer Abzählnummer (S12), Erfassens einer magnetischen Permeabilität einer ersten Richtung (S13: ein Detektor für magnetische Permeabilität in einer ersten Richtung), Erfassens einer magnetischen Permeabilität einer zweiten Richtung (S14: ein Detektor für magnetische Permeabilität in einer zweiten Richtung), Berechnens einer Differenz zwischen erfassten Werten der magnetischen Permea bilität einer ersten und zweiten Richtung, die durch das Erfassen der magnetischen Permeabilität der Schritte S13 und S14 erhalten werden (S15), und Umwandelns der berechneten Differenz (Wert des erfassten Drehmoments) in ein vorbestimmtes Ermittlungssignalformat und Ausgeben des umgewandelten Ermittlungssignals (S16), wie in 4 dargestellt ist.
Eine Änderung einer Abzählnummer umfasst die aufeinander folgenden Schritte des Ermittelns, ob ein Abzählnummer-Änderungssignal eingegeben wurde (S21), Abfragens einer Abzählnummer N der oszillierenden Welle, das in dem Abzählnummer-Änderungssignal enthalten ist (S22), wenn ein Ermittlungsergebnis „JA” ist, und des Änderns der Abzählnummer N der oszillierenden Welle gemäß der abgefragten Abzählnummer N der oszillierenden Welle (S23), wie in 5 dargestellt ist.
Ein Erfassen der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung umfasst die aufeinander folgenden Schritte des Startens einer Ansteuerung eines ersten Schwingkreises 2 (S31), Leerens des Zählers der oszillierenden Wellen und eines Zeitmesszählers (S32), Zählens einer Anzahl von oszillierenden Wellen, die von dem ersten Schwingkreis 2 ausgegeben werden (S33), Ermittelns, ob die abgezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht (S34), Abfragens eines Zeitmesszählerwerts (erfasster Wert einer magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung), wenn die abgezählte Anzahl N erreicht (S35), und des Abschaltens der Ansteuerung des ersten Schwingkreises 2 (S36), wie in 6 dargestellt ist. Außerdem entspricht Schritt S32 einem Zählerleerungsprozess, die Schritte S33 und S34 entsprechen einem Zählprozess der oszillierenden Wellen und Schritt S35 entspricht einem Zeitmessprozess.
Ein Erfassen der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung umfasst die aufeinander folgenden Schritte des Startens einer Ansteuerung eines zweiten Schwingkreises 3 (S41), Leerens des Zählers der oszillierenden Wellen und eines Zeitmesszählers (S42), Zählens einer Anzahl von oszillierenden Wellen, die von dem zweiten Schwingkreis 3 ausgegeben werden (S43), Ermittelns, ob die abgezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht (S44), Abfragens eines Zeitmesszählerwerts (erfasster Wert einer magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung), wenn die abgezählte Anzahl N erreicht (S45), und des Abschaltens der Ansteuerung des zweiten Schwingkreises 3 (S46), wie in 7 dargestellt ist. Außerdem entspricht Schritt S42 einem Zählerleerungsprozess, die Schritte S43 und S44 entsprechen einem Zählprozess der oszillierenden Wellen und Schritt S45 entspricht einem Zeitmessprozess.
Gemäß der vorliegenden, wie zuvor beschrieben aufgebauten Ausführungsform wird der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 geschaffen, der ein Drehmoment einer drehbaren Welle S unter Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts ermittelt, der an der Wellenoberfläche auftritt. Der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 umfasst: die erste Erfassungsspule L1, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung als Induktivitätsänderung an der Wellenoberfläche erfasst, die zweite Erfassungsspule L2, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung als Induktivitätsänderung an der Wellenoberfläche erfasst, den ersten Schwingkreis 2, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule L1 verursacht, den zweiten Schwingkreis 3, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule L2 verursacht, den Detektor für die magnetische Permeabilität in der ersten Richtung, der einen Zählprozess oszillierender Wellen durchführt und die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung basierend auf einer Zeitspanne ermittelt, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen zählt, die vom ersten Schwingkreis 2 ausgegeben werden, und feststellt, ob eine gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, den Detektor für die magnetische Permeabilität in der zweiten Richtung, der einen Zählprozess oszillierender Wellen durchführt und die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung basierend auf einer Zeitspanne ermittelt, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist, der eine Vielzahl von oszillierenden Wellen zählt, die vom zweiten Schwingkreis 3 ausgegeben werden, und feststellt, ob eine gezählte Anzahl eine vorbestimmte Nummer N erreicht, und den Drehmomentdetektor, der das Drehmoment der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle basierend auf einer Differenz zwischen den magnetischen Permeabilitäten in der ersten und zweiten Richtung ermittelt. Demzufolge kann eine verbesserte Drehmomentermittlungsgenauigkeit erbracht werden.
Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche erscheinen klar als Phasenverschiebungen und die Phasenverschiebungen in den oszillierenden Wellen werden bis zu einer Anzahl der oszillierenden Wellen kumuliert, die von den ersten und zweiten Schwingkreisen 2 und 3 ausgegeben werden. Die Änderungen der magnetischen Permeabilität in den ersten und zweiten Richtungen können so mit höherer Genauigkeit erfasst werden. Das Drehmoment der drehbaren Welle S kann ebenfalls mit höherer Genauigkeit aus der Differenz zwischen den Änderungen der magnetischen Permeabilität der ersten und zweiten Schwingkreise 2 und 3 ermittelt werden. Komponenten von Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen können durch Verwendung einer preiswerten digitalen Schaltung mit höherer Genauigkeit gemessen werden, weil eine Anzahl der von den Schwingkreisen 2 und 3 ausgegebenen oszillierenden Wellen gezählt wird und bei den abgezählten Zahlen durch den Zählprozess der oszillierenden Wellen ermittelt wird, ob die vorbestimmte Nummer N erreicht wird, und kumulierte Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen (die Änderungen der magnetischen Permeabilität in den ersten und zweiten Richtungen) werden basierend auf einer Zeit gemessen, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist. Außerdem kann auch Beanspruchung mit höherer Auflösung ermittelt werden, während Bezugsfrequenzen der Schwingkreise 2 und 3 entsprechend einem zu erfassenden Objekt optimiert werden, weil eine Auflösung hiervon entsprechend einer Zeitmesszählergeschwindigkeit und unabhängig von den Bezugsfrequenzen der Schwingkreise 2 und 3 bestimmt wird.
Zwischen den ersten und zweiten Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche werden geschlossene magnetische Bahnen gebildet, um Bereich und Richtung einer Erfassung an einer Wellenoberfläche zu begrenzen. Dementsprechend kann eine Genauigkeit der Drehmomentermittlung weiter verbessert werden. Der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 der vorliegenden Offenbarung erfasst die Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen gemäß einem Drehmoment durch Kumulieren der Phasenverschiebungen bis sie einer Anzahl der oszillierenden Wellen gleich sind. Mit anderen Worten, obwohl Fehlerkomponenten in den Phasenverschiebungen der oszillierenden Wellen ebenfalls kumuliert werden können, kann ein SN-Verhältnis erhöht werden, solange solche kumulierten Fehlerkomponenten durch Begrenzen von Bereich und Richtung der Erfassung an der Wellenoberfläche verringert werden. Demzufolge kann die Genauigkeit der Drehmomentermittlung verbessert werden. Weil die Erfassungsrichtung auf beiden Seiten der Erfassungsspulen L1 und L2 begrenzt werden kann, ist außerdem an der Wellenoberfläche kein Streifen, wie zum Beispiel eine Nut, ein Schlitz, ein Dünnfilm und so weiter erforderlich. Dadurch kann die Drehmomentermittlung der vorliegenden Offenbarung auf eine drehbare oder stationäre Welle angewandt werden, an der einer der zuvor erwähnten Streifen nicht ausgebildet werden kann.
Die ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2, die aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet sind, enthalten die Kerne, welche die magnetischen Bahnen zwischen den Kernen und der Wellenoberfläche bilden, und die Spulen, die um die Kerne gewickelt sind. Dementsprechend können die Änderungen der magnetischen Permeabilität an der Wellenoberfläche durch Steigern der magnetischen Flussdichten in den geschlossenen magnetischen Bahnen mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Die ersten und zweiten Schwingkreise 2 und 3 werden abwechselnd angesteuert, um eine wechselseitige Beeinflussung zu vermeiden. Dadurch kann eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit wegen einer wechselseitigen Beeinflussung verhindert werden. Außerdem können die Erfassungsbereiche entsprechend den Einsatzbedingungen leicht optimiert werden, weil die Erfassungsbereiche der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 ohne eine wechselseitige Beeinflussung willkürlich festgelegt werden können.
Die Abzählnummer N kann geändert werden und die Messgenauigkeit und die Ansprechgüte können ebenfalls entsprechend den Einsatzbedingungen eingestellt werden, weil der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 eine Abzählnummeränderungseinrichtung zum Ändern der Abzählnummer N der oszillierenden Wellen bei jedem Zählprozess der oszillierenden Wellen enthält. Beispielsweise kann eine Abzählnummer N bei jedem Ermittlungsprozess erhöht werden, wenn einer Messgenauigkeit höhere Priorität gegeben wird, wohingegen eine Abzählnummer N bei jedem Ermittlungsprozess verringert werden kann, wenn einer Ansprechgüte höhere Priorität gegeben wird.
Nicht nur ein Drehmoment kann mit höherer Genauigkeit ermittelt werden, sondern es kann auch basierend auf einem inversen Effekt der Magnetostriktion an dem magnetostriktiven Film 5 entsprechend dem Drehmoment die Hysterese bei einer Drehmomentermittlung verringert werden, weil die Wellenoberfläche der magnetostriktive Film 5 ist, der durch Plattieren gebildet ist. Ferner kann ein Herstellungspreis verglichen mit einem Fall, in dem zum Beispiel ein amorpher magnetostriktiver Film verwendet wird, der durch Kleben, Sputtern oder Aufdampfen usw. gebildet ist, erheblich verringert werden und eine Drehmomentermittlung höherer Genauigkeit bezüglich eines vorhandenen Elements (einschließlich Kunstharz), das beispielsweise mit Nickel plattiert ist, kann ebenfalls durchgeführt werden, weil der magnetostriktive Drehmomentsensor 1 der vorliegenden Offenbarung eine hinreichende Erfassungsgenauigkeit an dem magnetostriktiven Film erbringen kann, der durch Plattieren, zum Beispiel Plattieren mit Nickel gebildet ist.
II. Zweite Ausführungsform
Ein magnetostriktiver Drehmomentsensor 11 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die 8, 9A, 9B, 10A und 10B be schrieben. Teile der zweiten Ausführungsform, die mit denen der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, haben die gleichen Bezugszahlen der ersten Ausführungsform erhalten, wovon eine Beschreibung bezüglich der gemeinsamen Teile durch Bezugnahme auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform einbezogen ist.
Jedoch enthält im Unterschied zur ersten Ausführungsform jeder der Schwingkreise 2 und 3 eine Vielzahl von Erfassungsspulen L1 und L2 in dem magnetostriktiven Drehmomentsensor 11 einer zweiten Ausführungsform (siehe 8). Genauer ist der erste Schwingkreis 2 mit einer Vielzahl (beispielsweise vier) der ersten Erfassungsspulen L1 versehen, die in Reihe (oder parallel) geschaltet sind, während der zweite Schwingkreis 3 mit einer Vielzahl (beispielsweise vier) der zweiten Erfassungsspulen L2 versehen ist, die in Reihe (oder parallel) geschaltet sind. Dementsprechend können viele Fehlerfaktoren vermieden werden, weil jede der Vielzahl der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 an der Wellenoberfläche angeordnet ist. Zum Beispiel können Temperatur- und Werkstoffqualitätsverteilungen an Wellenoberflächen so abgewandelt werden, dass sie gemittelt werden. Spaltfluktuationen zwischen den Erfassungsspulen L1 und L2 und den Wellenoberflächen können ebenfalls so verändert werden, dass sie gemittelt werden. Demzufolge kann verhindert werden, dass eine Ermittlungsgenauigkeit aufgrund solcher Fehlerfaktoren verschlechtert wird.
Es ist zu bevorzugen, dass die Vielzahl der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 auf demselben Kreisumfang der der drehbaren Welle S aufgereiht wird (siehe 9A, 9B, 10A und 10B). Mit dem Aufbau können viele Fehlerfaktoren vermieden werden. Zum Beispiel können Temperatur- und Werkstoffqualitätsverteilungen in einer Umfangsrichtung von Wellenoberflächen so abgewandelt werden, dass sie gemittelt werden. Fluktuationen zwischen den Erfassungsspulen L1 und L2 und den Wellenoberflächen können ebenfalls so verändert werden, dass sie gemittelt werden. Ferner kann ein Einfluss eines Temperaturgradienten in einer axialen Richtung minimiert werden. Daher kann eine Verschlechterung der Ermittlungsgenauigkeit aufgrund solcher Fehlerfaktoren verhindert werden. Außerdem trägt ein ringförmiger Spulenträger B die Vielzahl der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 an vorbestimmten Stellen (siehe 9A, 9B, 10A und 10B). Der Spulenträger B kann von integraler oder geteilter Bauart sein.
Ein Erfassungsbereich der ersten Erfassungsspule mit L1 kann mit einem Erfassungsbereich der zweiten Erfassungsspule L2 abwechseln (siehe 9A und 9B) und die Vielzahl der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 ist auf demselben Umfang der drehbaren Welle S aufgereiht. Durch diese Anordnung kann ein Fehler, der durch Fehlausrichtung zwischen den Erfassungsbereichen der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 verursacht wird, verringert werden. Ein solcher Fehler kann auch basierend auf einer Rotation einer drehbaren Welle S verhindert werden.
Ein Erfassungsbereich der ersten Erfassungsspule mit L1 kann sich mit einem Erfassungsbereich der zweiten Erfassungsspule L2 überlappen (siehe 10A und 10B), die Vielzahl der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 ist auf demselben Umfang der drehbaren Welle S aufgereiht. Zum Beispiel ist jede Höhe der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 verschieden festgelegt, so dass sie in einer Draufsicht einander kreuzend gesehen werden. Daher kann ein Fehler, der durch Fehlausrichtung zwischen den Erfassungsbereichen der ersten und zweiten Erfassungsspulen L1 und L2 verursacht wird, verhindert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Ermittlungsgenauigkeit eines magnetostriktiven Drehmomentsensors wird verbessert. Ein Zählprozess für oszillierende Wellen zum Abzählen einer Vielzahl von oszillierenden Wellen, die von einem ersten Schwingkreis (2) ausgegeben werden und eine Beurteilung ob die Zählung eine vorbestimmte Nummer N erreicht hat oder nicht, werden durchgeführt und die Änderung einer Permeabilität in einer ersten Richtung basierend auf der Zeitspanne erfasst, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist. Ein Zählprozess für oszillierende Wellen zum Abzählen einer Vielzahl von oszillierenden Wellen, die von einem zweiten Schwingkreis (3) ausgegeben werden und eine Beurteilung ob die Zählung eine vorbestimmte Nummer N erreicht hat oder nicht, werden durchgeführt und die Änderung einer Permeabilität in einer zweiten Richtung basierend auf der Zeitspanne erfasst, die für den Zählprozess der oszillierenden Wellen erforderlich ist und dann wird das Drehmoment einer drehbaren Welle (S) basierend auf der Differenz der Permeabilität zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung ermittelt.

1, 11: magnetostriktiver Drehmomentsensor
2: erster Schwingkreis
3: zweiter Schwingkreis
4: Ermittlungsschaltung
L1: erste Erfassungsspule
L2: zweite Erfassungsspule
5: drehbare Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2001-133337 A [0003]
- JP 6-221940 A [0003]
- JP 6-273247 A [0003]
- JP 7-83769 A [0003, 0005]
- JP 11-37863 A [0003, 0005]
- JP 2005-208008 A [0003]

Claims

Ein magnetostriktiver Drehmomentsensor, der ein Drehmoment einer drehbaren Welle und/oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts ermittelt, der an einer Wellenoberfläche auftritt, wobei der magnetostriktive Drehmomentsensor folgendes aufweist: eine erste Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die erste Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung als Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule erfasst, eine zweite Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die zweite Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung als Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule erfasst, einen ersten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule verursacht, einen zweiten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule verursacht, einen Detektor für die magnetische Permeabilität in der ersten Richtung, der einen Prozess zum Zählen oszillierender Wellen durchführt, in dem die von dem ersten Schwingkreis ausgegebenen oszillierenden Wellen gezählt werden und festgestellt wird, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Anzahl N erreicht hat, und der die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung anhand der Zeitspanne erfasst, die für den Prozess zum Zählen der oszillierenden Wellen erforderlich ist; einen Detektor für die magnetische Permeabilität in der zweiten Richtung, der einen Prozess zum Zählen oszillierender Wellen durchführt, in dem die von dem zweiten Schwingkreis ausgegebenen oszillierenden Wellen gezählt werden und festgestellt wird, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Anzahl N erreicht hat, und der die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung anhand der Zeitspanne erfasst, die für den Prozess zum Zählen der oszillierenden Wellen erforderlich ist; einen Drehmomentdetektor, der das Drehmoment der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle basierend auf einer Differenz zwischen den magnetischen Permeabilitäten in der ersten und zweiten Richtung ermittelt.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Erfassungsspule geschlossene magnetische Bahnen zwischen den ersten und zweiten Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche bilden, um Erfassungsbereiche und/oder Erfassungsrichtungen an der Wellenoberfläche zu begrenzen.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Erfassungsspulen unter Verwendung eines Werkstoffs mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet sind, wobei die ersten und zweiten Erfassungsspulen folgendes enthalten: einen Kern, wobei sich die geschlossenen magnetischen Bahnen zwischen dem Kern und der Wellenoberfläche befinden, und eine Spule, die um den Kern gewickelt ist.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der erste Schwingkreis eine Mehrzahl von ersten Erfassungsspulen enthält, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, und der zweite Schwingkreis eine Mehrzahl von zweiten Erfassungsspulen enthält, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an dem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet ist, dass ein Erfassungsbereich der ersten Erfassungsspule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Erfassungsspule abwechselt.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an dem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet ist, dass sich ein Erfassungsbereich der ersten Erfassungsspule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Erfassungsspule überschneidet.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste und zweite Schwingkreis abwechselnd angesteuert werden, um eine wechselseitige Beeinflussung zu vermeiden.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Abzählnummernwechsler vorgesehen ist, um die Abzählnummer N der oszillierenden Wellen in einem Zählprozess der oszillierenden Wellen zu ändern.
Der magnetostriktive Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wellenoberfläche einen magnetostriktiven Film umfasst, der durch Plattieren gebildet ist.
Ein Drehmomentermittlungsverfahren zum Ermitteln des Drehmoments einer drehbaren Welle und/oder einer stationären Welle durch Verwendung eines inversen magnetostriktiven Effekts, der an einer Oberfläche der Welle auftritt, wobei das Verfahren folgendes beinhaltet: verwenden von: einer ersten Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer ersten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die erste Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung als Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule erfasst, einer zweiten Erfassungsspule, die so angeordnet ist, dass sie eine Änderung der magnetischen Permeabilität in einer zweiten Richtung an der Wellenoberfläche erfasst, wobei die zweite Erfassungsspule die Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung als Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule erfasst, einen ersten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der ersten Erfassungsspule verursacht, und einen zweiten Schwingkreis, der autonom mit einer vorbestimmten Bezugsfrequenz oszilliert und Phasenverschiebungen in oszillierenden Wellen entsprechend der Induktivitätsänderung der zweiten Erfassungsspule verursacht, Durchführen eines Prozesses zum Zählen oszillierender Wellen, in dem die von dem ersten Schwingkreis ausgegebenen oszillierenden Wellen gezählt werden und festgestellt wird, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Anzahl N erreicht hat, und Erfassen der Än derung der magnetischen Permeabilität in der ersten Richtung anhand der Zeitspanne, die für den Prozess zum Zählen der oszillierenden Wellen erforderlich ist; Durchführen eines Prozesses zum Zählen oszillierender Wellen, in dem die von dem zweiten Schwingkreis ausgegebenen oszillierenden Wellen gezählt werden und festgestellt wird, ob die gezählte Anzahl eine vorbestimmte Anzahl N erreicht hat, und Erfassen der Änderung der magnetischen Permeabilität in der zweiten Richtung anhand der Zeitspanne, die für den Prozess zum Zählen der oszillierenden Wellen erforderlich ist; Ermitteln des Drehmoments der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle basierend auf einer Differenz zwischen der magnetischen Permeabilität der ersten und zweiten Richtungen.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach Anspruch 10, wobei die erste und zweite Erfassungsspule geschlossene magnetische Bahnen zwischen den ersten und zweiten Erfassungsspulen und der Wellenoberfläche bilden, um Erfassungsbereiche und/oder Erfassungsrichtungen an der Wellenoberfläche zu begrenzen.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die ersten und zweiten Erfassungsspulen unter Verwendung eines Werkstoffs mit hoher magnetischer Permeabilität ausgebildet sind, wobei die ersten und zweiten Erfassungsspulen folgendes enthalten: einen Kern, wobei sich die geschlossenen magnetischen Bahnen zwischen dem Kern und der Wellenoberfläche befinden, und eine Spule, die um den Kern gewickelt ist.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: der erste Schwingkreis eine Mehrzahl von ersten Erfassungsspulen enthält, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, und der zweite Schwingkreis eine Mehrzahl von zweiten Erfassungsspulen enthält, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Mehrzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an dem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet ist, dass ein Erfassungsbereich der ersten Spule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Spule abwechselt.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Mehrzahl erster und zweiter Erfassungsspulen an dem gleichen Umfang der drehbaren Welle und/oder der stationären Welle aufgereiht und so angeordnet ist, dass sich ein Erfassungsbereich der ersten Spule mit einem Erfassungsbereich der zweiten Spule überschneidet.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der erste und zweite Schwingkreis abwechselnd angesteuert werden, um eine wechselseitige Beeinflussung zu vermeiden.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Abzählnummer N der oszillierenden Wellen in einem Zählprozess der oszillierenden Wellen geändert wird.
Das Drehmomentermittlungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Wellenoberfläche einen magnetostriktiven Film umfasst, der durch Plattieren gebildet ist.