DE19816568A1 - Sensor arrangement for detecting a torque and / or an angle of rotation - Google Patents

Sensor arrangement for detecting a torque and / or an angle of rotation

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Abstract

The invention relates to a sensor device for detecting a torque and/or an angle of rotation at the level of a shaft (1), especially for measuring torsion. Said device comprises torsion elements with ferromagnetic flux guiding pieces (3, 5) which are positioned in proximity to a magnet (4). The flux guiding pieces (3, 5) in the direction of an air gap (6) have a sawtooth-like or other periodic outline on their circumference. At least one fixed sensor (8, 9) which is sensitive to magnetic fields is able to detect the magnetic flux (10, 11) modulated by a rotation and/or torsion of the shaft (1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehmoments und/oder eines Drehwinkels zwischen zwei im wesentlichen gleich rotierenden Teilen bei der Torsionsmessung an Wellen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a sensor arrangement for detection a torque and / or an angle of rotation between two essentially identical rotating parts in the Torsion measurement on shafts, according to the generic term of Main claim.

Es ist bereits aus der US-PS 5,501,110 eine Sensoranord­ nung bekannt, bei der das auf eine Achse übertragene Drehmoment erfasst werden soll. Das Drehmoment wird aus der Torsion bzw. dem Drehwinkelversatz der Achsenden und einer Elastizitäts-Konstante, die vom Material und der Geometrie der Achse abhängt, bestimmt. Es sind hierbei zwei Magnete und jeweils ein den Magneten gegenüberlie­ gender Hall-Sensor auf zwei sich jeweils mit der Achse drehenden Scheiben angebracht, die an die Achsenden me­ chanisch fest angekoppelt sind.It is already a sensor arrangement from US Pat. No. 5,501,110 voltage known, in which the transmitted on an axis Torque should be recorded. The torque is off the torsion or the angular displacement of the axle ends and an elastic constant that depends on the material and the Geometry of the axis depends, determined. It is here two magnets and one each opposite the magnet gender Hall sensor on two each with the axis  rotating disks attached to the axle ends me are firmly coupled.

Beispielsweise zur Erfassung des auf eine Lenkradachse eines Kraftfahrzeuges wirkenden Drehmomentes während der Drehung des Lenkrades müssen sehr kleine Winkeländerungen in beiden Drehrichtungen des Lenkrades gemessen werden. Bei der Auswertung der Feldänderungen des von den Magne­ ten ausgehenden Feldes ist daher eine äußerst empfindli­ che und auch temperaturstabile Messanordnung erforder­ lich.For example, for the detection of a steering wheel axle of a motor vehicle acting torque during the Rotation of the steering wheel must have very small changes in angle be measured in both directions of rotation of the steering wheel. When evaluating the field changes by the Magne The outgoing field is therefore extremely sensitive and temperature-stable measuring arrangement required Lich.

Das Drehmoment in der rotierenden Lenkradspindel ist eine Schlüsselgröße für viele Regelungs- und Steuerungsaufga­ ben im Kraftfahrzeug. Beispielsweise in Fahrzeugsystemen wie bei der elektromotorischen Servolenkung, der sog. Ad­ aptive Cruise Control und der Fahrdynamikregelung ist die Erfassung der beiden Größen des absoluten Lenkraddrehwin­ kels und des Drehmoments an der Lenkspindel oft notwen­ dig.The torque in the rotating steering wheel spindle is one Key size for many regulation and control tasks ben in the motor vehicle. For example in vehicle systems as with electromotive power steering, the so-called Ad aptive cruise control and driving dynamics control is the Acquisition of the two sizes of the absolute steering wheel rotation kels and the torque on the steering spindle often necessary dig.

Das Drehmoment kann im Prinzip auf verschiedene, für sich gesehen bekannte, Arten erfasst werden. Die mechanische Spannung im tordierten Material ist zunächst die direkte Messgröße für das Drehmoment, die Dehnung oder die Stau­ chung. Diese mechanische Spannung kann zum Beispiel mit Dehnmessstreifen, die in gewünschter Richtung aufgebracht sind, gemessen werden. Es besteht allerdings bei rotie­ renden Wellen das Problem der Signalübertragung, das zwar je nach Anwendung mit einem Drehübertrager oder mit Schleifringen gelöst werden kann, sehr jedoch kostenin­ tensiv und störanfällig ist.The torque can, in principle, be different, by itself seen known, species are recorded. The mechanical Tension in the twisted material is first of all direct Measured variable for the torque, the elongation or the jam chung. This mechanical tension can, for example, with Strain gauges applied in the desired direction are measured. However, it does exist at rotie waves the problem of signal transmission depending on the application with a rotary transformer or with Slip rings can be solved, but very costly is intensive and prone to failure.

Mechanische Spannungen lassen sich, auch in an sich be­ kannter Weise, mit magnetoelastischen Materialien berüh­ rungslos erfassen. Eine dauerhafte Verbindungstechnik zwischen magnetoelastischen Folien und der Torsionswelle ist jedoch außerordentlich schwierig herzustellen. Es gibt weiterhin verschiedene Methoden einen Messwinkel durch den Drehwinkelversatz zwischen verschiedenen Enden der Welle zu erfassen. Dieser Messwinkel kann beispiels­ weise durch Verfahren auf optischer oder Wirbelstrombasis erfasst werden. Die optischen Verfahren haben meistens den Nachteil, daß sie inkremental den Winkel erfassen und aus der Differenz der Triggerzeitpunkte, also nur dyna­ misch, den Winkel und somit das Drehmoment ermitteln.Mechanical stresses can also be per se known, touch with magnetoelastic materials capture without any problems. A permanent connection technology between magnetoelastic foils and the torsion wave  is extremely difficult to manufacture. It there are various methods of measuring angle due to the angular displacement between different ends to capture the wave. This measurement angle can, for example wise through optical or eddy current based processes be recorded. The optical processes mostly have the disadvantage that they incrementally capture the angle and from the difference between the trigger times, i.e. only dyna mix, determine the angle and thus the torque.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei einer Weiterbildung einer Sensoranordnung zur Erfas­ sung eines Drehwinkels und/oder Drehwinkelversatzes an einer Welle zur Torsionsmessung, nach der gattungsgemäßen Art kann gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise ein berührungsloses, statisches Messprinzip für zwei wichtige Messgrößen, wie den inkrementalen Drehwinkel als auch das statische und dynamische Drehmoment an einer rotierenden Welle, geschaffen werden.In a further development of a sensor arrangement for detection solution of a rotation angle and / or rotation angle offset a shaft for torsion measurement, according to the generic one Kind can according to the invention in an advantageous manner Non-contact, static measuring principle for two important Measured variables such as the incremental angle of rotation as well static and dynamic torque on a rotating Wave to be created.

Gelöst wird dies erfindungsgemäß damit, dass ein Torsion­ selement aus einem ringförmigen ferromagnetischen Fluss­ leitstück besteht, das auf der Welle einem ebenfalls ringförmig auf dem Umfang der Welle befindlichen Perma­ nentmagneten benachbart angebracht ist. Das andere Torsi­ onselement ist am anderen Ende einer Torsionswelle befe­ stigt und weist ein ferromagnetisches Flussleitstück auf, welches das eine Flussleitstück auf der Welle ringförmig mit einem Luftspalt umschließt. Die Torsionswelle kann auf einfache Weise in einem vorgegebenen Bereich zur Ver­ größerung des Messeffekts eine Durchmesserverjüngung auf­ weisen, wodurch eine mechanisch bestimmbare Feder gebil­ det wird. According to the invention, this is solved by the fact that a torsion element from an annular ferromagnetic flux leader exists that also on the shaft ring-shaped perma located on the circumference of the shaft Magnet is attached adjacent. The other torso onselement is at the other end of a torsion shaft and has a ferromagnetic flux guide, which is the one flow guide on the shaft annular encloses with an air gap. The torsion shaft can in a simple way in a given area for ver to increase the measuring effect have, whereby a mechanically determinable spring gebil det.  

Die beiden Flussleitstücke haben zum Luftspalt hin ein auf dem Umkreis sägezahnähnliches Profil, oder eine son­ stige periodisch verlaufende Kontur, die im wesentlichen miteinander korrespondieren. Der resultierende Luftspalt, bzw. der magnetische Fluss weist in Abhängigkeit vom Drehwinkel hier ebenfalls eine periodisch auf dem Umfang schwankende Größe auf.The two river guides have a towards the air gap on the perimeter sawtooth-like profile, or a son Periodic contour that essentially correspond with each other. The resulting air gap, or the magnetic flux depends on Angle of rotation here also periodically on the circumference fluctuating size.

Mit mindestens einem ortsfesten, beispielsweise am Chas­ sis eines Fahrzeugs angebrachten magnetfeldempfindlichen Sensor, insbesondere mit einem Hall-Element, ist auf ein­ fache Weise dieser magnetische Fluss detektierbar, der vom radial polarisierten Magneten über die Flussleitstüc­ ke und den jeweils anliegenden Luftspalt fließt. Bei ei­ ner Torsion der Welle verschieben sich beispielsweise die Zahnräder gegeneinander und bewirken eine weitere Fluss­ modulation.With at least one stationary, for example at the Chas sis a vehicle mounted magnetic field sensitive Sensor, especially with a Hall element, is on fold detectable this magnetic flux, the from the radially polarized magnet to the flux guide ke and the respective air gap flowing. With egg ner torsion of the shaft, for example, shift Gears against each other and cause another flow modulation.

Mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann ein Vor­ richtung mit geringer Baugröße hergestellt werden, die allen notwendigen Anforderungen an die Art der Messgrößen und an die Güte der Messgrößen erfüllt. Insbesondere kann auch eine vorzeichenrichtige Drehmomentmessung durchge­ führt werden. Das Drehmoment ist dabei universell durch den Querschnittdurchmesser der Anordnung an verschiedene Messbereiche anpassbar.With the sensor arrangement according to the invention, a pre direction with a small size, the all necessary requirements for the type of the measured variables and fulfilled the quality of the measured variables. In particular, can also performed a correct torque measurement leads. The torque is universal the cross-sectional diameter of the arrangement to different Adjustable measuring ranges.

Das drehmomentproportionale Magnetfeld wird erfindungsge­ mäß berührungslos im Luftspalt abgegriffen, wodurch auch eine gute Nullpunktstabilität gewährleistet ist. Das Drehmoment auf der Welle erzeugt hier eine starke Fluss­ modulation, die leicht auswertbar ist. Der magnetfeldemp­ findliche Sensor ist aufgrund der geringen Baugröße mit einer Auswerteelektronik voll integrierbar, wodurch eine einfache Zuleitung und kompakte Bauweise möglich wird.The magnetic field proportional to torque is fiction, ge tapped in the air gap without contact, which also good zero point stability is guaranteed. The Torque on the shaft creates a strong flow here modulation that is easy to evaluate. The magnetic field sensitive sensor is due to the small size with evaluation electronics can be fully integrated, which means that simple supply line and compact design is possible.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zwei magnetfeldempfindliche Sensoren diagonal gegenüberliegend angeordnet. Die sägezahnähnliche, oder sonstige periodi­ sche Kontur des jeweiligen Flussleitstücks ist so ausge­ bildet, dass sich an den beiden magnetfeldempfindlichen Sensoren bei einer Drehung der Welle die Kontur des Luftspalts gegenphasig verändert. Durch die radial gegen­ überliegenden Sensoren ist somit eine redundante Messung möglich.In a particularly preferred embodiment there are two Magnetically sensitive sensors diagonally opposite  arranged. The sawtooth-like, or other periodi cal contour of the respective flow guide is so out forms that on the two magnetic field sensitive Sensors when the shaft rotates the contour of the Air gap changed in phase opposition. By radially counter overlying sensors is therefore a redundant measurement possible.

Bei der Rotation der Welle um den Winkel α wird somit der magnetische Fluss ebenfalls geringfügig durch die Zahn­ radflussführung moduliert. Beide Sensoren können aller­ dings so angebracht werden, dass die α-Modulation, wie zuvor erwähnt, gegenphasig erfolgt. Mit dieser Messme­ thode kann einerseits diese Modulation in der Summe für die Drehmomentbestimmung eliminiert werden, andererseits für die inkrementale Drehwinkelbestimmung sogar redundant benutzt werden.When the shaft rotates through the angle α, the magnetic flux also slightly through the tooth wheel flow control modulated. Both sensors can do everything dings so attached that the α-modulation, such as previously mentioned, is in phase opposition. With this messme on the one hand, this modulation can be used in total for the torque determination are eliminated, on the other hand even redundant for the incremental rotation angle determination to be used.

In vorteilhafter Weise kann die Messung dadurch verbes­ sert werden, dass die sägezahnförmige, oder sonstige pe­ riodische Kontur so ausgebildet ist, dass an einer oder an zwei sich gegenüberliegenden Stellen eine Störung der periodischen Struktur angebracht ist, womit eine Index­ marke für die Positionsbestimmung an der Kontur, bzw. für die Stellung der Welle gesetzt.Advantageously, the measurement can thereby improve beert that the sawtooth, or other pe riodic contour is designed so that on one or at two opposite points a disturbance of the periodic structure is appropriate, making an index mark for the position determination on the contour, or for the position of the shaft set.

Ein vorteilhafter Aufbau ergibt sich insbesondere, wenn das andere Torsionselement im Bereich zwischen dem zwei­ ten Flussleitstück und der Befestigung am anderen Ende der Torsionswelle aus einem nicht ferromagnetischen Mate­ rial besteht.An advantageous structure results in particular if the other torsion element in the area between the two flow guide and the attachment at the other end the torsion shaft made of a non-ferromagnetic material rial exists.

Bei einer vorteilhaften Anwendung ist die Sensoranordnung als Reluktanz-, Drehmoment- und Drehzahlsensor an einer Lenkspindel in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Durch die Erfassung der beiden wichtigen Größen, wie den Lenkrad­ winkel und das Drehmoments, das auf die Lenkspinde wirkt, kann in vielen Fahrzeugsystemen bzw. Fahrzeugsicherheits­ systemen wie bei der elektromotorischen Servolenkung, der sog. Adaptive Cruise Control und der Fahrdynamikregelung eine hervorragende Messwerterfassung und -verarbeitung durchgeführt werden.In an advantageous application, the sensor arrangement is as reluctance, torque and speed sensor on one Steering spindle used in a motor vehicle. Through the Acquisition of the two important variables, such as the steering wheel angle and the torque that acts on the steering locker,  can in many vehicle systems or vehicle safety systems like electromotive power steering, the So-called adaptive cruise control and driving dynamics control excellent data acquisition and processing be performed.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun­ gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre­ ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs­ form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh­ rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.These and other features of preferred training gene of the invention go out not only from the claims the description and the drawings, the individual characteristics individually or for more ren in the form of sub-combinations in the execution form of the invention and realized in other fields his and advantageous as well as protectable execution represent representations for which protection is claimed here becomes.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is based on the Drawing explained. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipschnittansicht eines Ausschnitts einer rotierenden Welle mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung an einer Torsionswelle; Fig. 1 is a schematic sectional view of a portion of a rotating shaft with an inventive sensor arrangement on a torsion shaft;

Fig. 2 einen Schnitt I-I durch die Anordnung nach Fig. 1; Fig. 2 shows a section II through the arrangement of Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm mit den Verläufen der Ausgangs­ spannungen zweier Hall-Elemente der Sensoranordnung bei zwei Drehmomenten und Fig. 3 is a diagram with the curves of the output voltages of two Hall elements of the sensor arrangement at two torques and

Fig. 4 ein Diagramm mit dem resultierenden Messer­ gebnis für die Drehmomentenmessung. Fig. 4 is a diagram with the resultant measurement result for the torque measurement.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In Fig. 1 ist eine Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs als rotierende Welle 1 gezeigt, bei der ein verjüngter Be­ reich als Torsionswelle 2 ausgebildet ist. Auf der Welle 1 sind die Bestandteile der erfindungsgemäßen Sensoran­ ordnung angebracht, insbesondere ist hier ein erstes Flussleitstück 3 aus ferromagnetischem Material und ein ringförmiger, radial polarisierter Permanentmagnet 4 an­ geordnet. Ein anderes Flussleitstück 5 aus ferromagneti­ schem Material ist ringförmig um das erste Flussleitstück 3 mit einem Luftspalt 6 angebracht. Das andere Flussleit­ stück 5 ist mechanisch am anderen Ende der Torsionswelle 2 über ein nicht ferromagnetisches Zwischenstück 7 befe­ stigt.In Fig. 1, a steering shaft of a motor vehicle is shown as a rotating shaft 1 , in which a tapered loading area is designed as a torsion shaft 2 . On the shaft 1 , the components of the sensor arrangement according to the invention are attached, in particular here a first flux guide piece 3 made of ferromagnetic material and an annular, radially polarized permanent magnet 4 are arranged. Another flux guide 5 made of ferromagnetic material is attached in a ring around the first flux guide 3 with an air gap 6 . The other Flussleit piece 5 is mechanically BEFE at the other end of the torsion shaft 2 through a non-ferromagnetic spacer 7 Stigt.

Zwischen dem Permanentmagneten 4 und insbesondere dem an­ deren Flussleitstück 5 befinden sich jeweils radial ge­ genüberliegend ein Hall-Sensor 8 und ein Hall-Sensor 9 als magnetfeldempfindliche Sensoren. Magnetische Flussli­ nien 10 und 11 des Permanentmagneten 4 durchfließen hier­ bei das erste Flussleitstück 3, den Luftspalt 6, das an­ dere Flussleitstück 5 und den jeweiligen Hall-Sensor 8 und 9.Between the permanent magnet 4 and in particular at the flux guide 5 there are radially opposite a Hall sensor 8 and a Hall sensor 9 as magnetic field sensitive sensors. Magnetic flux lines 10 and 11 of the permanent magnet 4 flow through here at the first flux guide 3 , the air gap 6 , the other flux guide 5 and the respective Hall sensors 8 and 9 .

Aus Fig. 2 ist die Anordnung nach der Fig. 1 im Schnitt I-I gezeigt, bei der die übereinstimmenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind. Hier sind die beispielsweise sägezahnförmigen Umfangskonturen der Flussleitstücke 3 und 5 an ihrem gemeinsam gebildeten Luftspalt 6 deutlich zu erkennen. Bei einer Rotation der Welle 1 um den Winkel α wird der magnetische Fluss in den Hall-Sensoren 8 und 9 durch die sich im wesentlichen pe­ riodisch ändernde Zahnradflussführung moduliert, wobei die Hall-Sensoren 8 und 9 allerdings so angeordnet sind, dass die α-Modulation gegenphasig erfolgt. Die inkremen­ tale Bestimmung des Winkels α kann dabei mit jedem Hall- Sensor 8 oder 9 einzeln und somit redundant erfolgen.From Fig. 2, the arrangement of FIG. 1 is shown in section II, in which the matching parts are provided with the same reference numerals as in Fig. 1. Here, for example, the sawtooth-shaped circumferential contours of the flow guide pieces 3 and 5 can be clearly recognized by their jointly formed air gap 6 . When the shaft 1 rotates by the angle α, the magnetic flux in the Hall sensors 8 and 9 is modulated by the gear flow guidance which changes essentially periodically, the Hall sensors 8 and 9 being arranged such that the α- Modulation is in phase opposition. The incremental determination of the angle α can be done individually and thus redundantly with each Hall sensor 8 or 9 .

Dadurch, dass das andere Flussleitstück 5 über ein Zwi­ schenstück 7 am gegenüberliegenden Ende der Torsionswelle 2 befestigt ist, verschieben sich unter einer Torsion der Welle 1 die Zahnräder der Flussleitstücke 3 und 5 gegen­ einander um den Winkel Φ und bewirken eine relativ starke Flussmodulation in den radial gegenüberliegenden Hall- Sensoren 8 und 9, die durch die Torsion jeweils das glei­ che Änderungssignal erhalten und somit auch diesbezüglich redundant ausgeführt sind.Characterized in that the other flux conductor 5 rule piece via a Zvi 7 at the opposite end of the torsion shaft 2 is attached, move under a torsion of the shaft 1, the gear wheels of the flux conductors 3 and 5 against each other by the angle Φ and cause a relatively strong flow modulation in the radially opposite Hall sensors 8 and 9 , each of which receives the same change signal due to the torsion and is therefore also redundant in this regard.

Im Diagramm nach Fig. 3 ist in der unteren Darstellung mit einer strichpunktierten Linie 12 die Ausgangsspannung U1 des Hall-Sensors 8 und mit einer durchgezogenen Linie 13 die Ausgangsspannung U2 des Hall-Sensors 9 in Abhän­ gigkeit vom Drehwinkel α bei einem Drehmoment M1 gezeigt. In der oberen Darstellung ist mit einer strichpunktierten Linie 14 die Ausgangsspannung U1 des Hall-Sensors 8 und mit einer durchgezogenen Linie 15 die Ausgangsspannung U2 des Hall-Sensors 9 in Abhängigkeit vom Drehwinkel α bei einem Drehmoment M2 gezeigt. Da beide Ausgangsspannungen U1 und U2 gegenphasig verlaufen, ergibt in beiden Fällen die Summe U1 + U2 im wesentlichen eine, hier punktiert gezeichnete, Gerade.In the diagram of Fig. 3, the output voltage U 1 is in the lower illustration by a dash-dot line 12 of the Hall sensor 8 and by a solid line 13, the output voltage U 2 of the Hall sensor 9 dependence in depen of the rotation angle α at a torque M 1 shown. In the upper representation, the dashed line 14 shows the output voltage U 1 of the Hall sensor 8 and the solid line 15 shows the output voltage U 2 of the Hall sensor 9 as a function of the angle of rotation α at a torque M 2 . Since both output voltages U 1 and U 2 run in phase opposition, in both cases the sum U 1 + U 2 essentially results in a straight line, shown here in dotted lines.

Aus Fig. 4 ist nunmehr der Verlauf des Wertes der Summe U1 + U2 in Abhängigkeit von dem auf die Welle 1 wirkenden Drehmoment M mit den Werten für M1 und M2 zu entnehmen. Die Summe U1 + U2 steigt hier linear von einem Wert für Mmin bis Mmax an.From Fig. 4, the course of the value of the sum of U 1 + U 2 in response to the torque acting on the shaft 1 M is now refer to the values for M 1 and M 2. The sum U 1 + U 2 increases linearly from a value for M min to M max .

Claims (8)

1. Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehmomentes und/oder eines Drehwinkels an einer Welle (1), insbeson­ dere zur Torsionsmessung, mit
  • - mindestens einem auf der Welle (1) fest angeordneten Magneten (4) und mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor (8, 9) und mit
  • - im Magnetfeld des Magneten (4) angeordneten Torsionse­ lementen (3, 5, 7), die jeweils an verschiedene Enden eines Torsionsbereichs (2) auf der Welle (1) befestigt sind, wobei ein Versatz des Drehwinkels (α) zwischen den beiden Torsionselementen (3, 5, 7) zu einem elektrischen Ausgangs­ signal (U1, U2) des mindestens einen magnetfeldempfindli­ chen Sensors (8, 9) führt, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - das eine Torsionselement aus einem ringförmigen ferro­ magnetischen Flussleitstück (3) besteht, das auf der Wel­ le (1) dem ebenfalls ringförmig auf dem Umfang der Welle (1) befindlichen Magneten (4) benachbart angebracht ist, dass
  • - das andere Torsionselement ein ferromagnetischen Fluss­ leitstück (5) aufweist, welches das eine Flussleitstück (3) auf der Welle (1) ringförmig mit einem Luftspalt (6) umschließt, dass
  • - die beiden Flussleitstücke (3, 5) zum Luftspalt (6) hin eine auf dem Umkreis sägezahnähnliche, oder sonstige pe­ riodische Kontur aufweisen, die im wesentlichen miteinan­ der korrespondiert und dass
  • - mit mindestens einem ortsfesten magnetfeldempfindlichen Sensor (8, 9) der magnetische Fluss (10, 11) detektierbar ist, der vom radial polarisierten Magneten (4) über die Flussleitstücke (3, 5) und den jeweils anliegenden Luftspalt (6) fließt.
1. Sensor arrangement for detecting a torque and / or a rotation angle on a shaft ( 1 ), in particular for torsion measurement, with
  • - At least one on the shaft ( 1 ) fixedly arranged magnet ( 4 ) and at least one magnetic field sensitive sensor ( 8 , 9 ) and with
  • - In the magnetic field of the magnet ( 4 ) arranged Torsionse elements ( 3 , 5 , 7 ), which are each attached to different ends of a torsion area ( 2 ) on the shaft ( 1 ), with an offset of the angle of rotation (α) between the two torsion elements ( 3 , 5 , 7 ) leads to an electrical output signal (U 1 , U 2 ) of the at least one magnetic field sensitive sensor ( 8 , 9 ), characterized in that
  • - that there is a torsion of an annular ferromagnetic flux conductor (3) le on the Wel (1) the magnet (4) located also annular on the circumference of the shaft (1) is mounted adjacent that
  • - The other torsion element has a ferromagnetic flux guide piece ( 5 ), which surrounds a flux guide piece ( 3 ) on the shaft ( 1 ) in a ring with an air gap ( 6 ) that
  • - The two flow guide pieces ( 3 , 5 ) towards the air gap ( 6 ) have a sawtooth-like or other periodic contour on the circumference, which corresponds essentially to one another and that
  • - With at least one fixed magnetic field sensitive sensor ( 8 , 9 ) the magnetic flux ( 10 , 11 ) can be detected, which flows from the radially polarized magnet ( 4 ) over the flux guide pieces ( 3 , 5 ) and the respective air gap ( 6 ).
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass
  • - zwei magnetfeldempfindliche Sensoren (8,9) radial ge­ genüberliegend angeordnet sind.
2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that
  • - Two magnetic field sensitive sensors ( 8 , 9 ) are arranged radially opposite one another.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass
  • - die sägezahnähnliche, oder sonstige periodische Kontur des jeweiligen Flussleitstücks (3, 5) so ausgebildet ist, dass sich an den beiden magnetfeldempfindlichen Sensoren (8, 9) bei einer Drehung der Welle (1) die Kontur des Luftspalts (6) gegenphasig verändert.
3. Sensor arrangement according to claim 2, characterized in that
  • - The sawtooth-like or other periodic contour of the respective flux guide ( 3 , 5 ) is designed such that the contour of the air gap ( 6 ) changes in phase opposition to the two magnetic field-sensitive sensors ( 8 , 9 ) when the shaft ( 1 ) rotates.
4. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - das mindestens eine Sensorelement ein Hall-Sensor (8, 9) ist.
4. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The at least one sensor element is a Hall sensor ( 8 , 9 ).
5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - die sägezahnähnliche, oder sonstige periodische Kontur so ausgebildet ist, dass an einer oder an zwei sich ge­ genüberliegenden Stellen eine Störung der periodischen Struktur angebracht ist, womit eine Indexmarke für die Positionsbestimmung der Welle (1) an der Kontur gesetzt ist.
5. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The sawtooth-like, or other periodic contour is designed so that a fault in the periodic structure is attached to one or two ge opposite locations, whereby an index mark for determining the position of the shaft ( 1 ) is set on the contour.
6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - die Torsionswelle (2) in einem vorgegebenen Bereich ei­ ne Durchmesserverjüngung aufweist.
6. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The torsion shaft ( 2 ) has a diameter taper in a predetermined range.
7. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - das andere Torsionselement im Bereich zwischen dem zweiten Flussleitstück (5) und der Befestigung am anderen Ende der Torsionswelle (2) ein Zwischenstück (7) aus ei­ nem nicht ferromagnetischen Material aufweist.
7. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The other torsion element in the area between the second flux guide ( 5 ) and the attachment to the other end of the torsion shaft ( 2 ) has an intermediate piece ( 7 ) made of a non-ferromagnetic material.
8. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - die Sensoranordnung als Reluktanz-, Drehmoment- und Drehzahlsensor an einer Lenkspindel in einem Kraftfahr­ zeug eingesetzt ist.
8. Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - The sensor arrangement is used as a reluctance, torque and speed sensor on a steering spindle in a motor vehicle.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001046662A1 (en) * 1999-12-20 2001-06-28 Thomas Strothmann Arrangement for detecting angles of rotation, torques and other, preferably rotational, variables between rotating components in a contactless manner
DE20120461U1 (en) 2001-12-18 2002-04-11 Max Streicher GmbH & Co. KG aA, 94469 Deggendorf Device for measuring internal forces and / or moments in the drill string of earth drilling machines
WO2002084849A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Robert Bosch Gmbh Method and device for determining the rotational position of an electric induction machine
DE10254751A1 (en) * 2002-02-21 2003-09-04 Continental Teves Ag & Co Ohg Device for measuring the angle, angular velocity and moment of a motor vehicle steering rod comprises steering angle sensor and moment sensor mounted in a common housing on the steering rod to simplify assembly
FR2837282A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-19 Denso Corp TORQUE SENSOR
DE102006026543A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-13 Vogt Electronic Components Gmbh Position encoder and associated method for detecting a position of a rotor of a machine
WO2011141179A1 (en) * 2010-05-14 2011-11-17 Trw Automotive Gmbh Sensor assembly for motor vehicle steering systems
DE102015206664B3 (en) * 2015-04-14 2016-07-28 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Hollow machine element and arrangement for measuring a force or a moment
WO2016162028A1 (en) * 2015-04-07 2016-10-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Arrangement and method for contactless measurement of a torque on a machine element
DE102009021081B4 (en) * 2008-07-18 2017-07-06 Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh Magnetic angle sensor
DE102018123608A1 (en) * 2018-09-25 2020-03-26 Marquardt Gmbh Crank gearbox with a crankshaft for connection to at least one foot or hand crank
DE102018123575A1 (en) * 2018-09-25 2020-03-26 Marquardt Gmbh Crank gearbox with a crankshaft for connection to at least one foot or hand crank
US12123795B2 (en) 2018-09-25 2024-10-22 Marquardt Gmbh Crank transmission with a crankshaft for connection to at least one foot-operated or hand-operated crank

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104122020B (en) * 2014-08-06 2018-05-08 嘉兴学院 Sensing phase shift torch measuring system based on FPGA
WO2018147857A1 (en) 2017-02-10 2018-08-16 Halliburton Energy Services, Inc. Magnetic index positioner
JP6691500B2 (en) * 2017-03-31 2020-04-28 株式会社Ｓｏｋｅｎ Torque detector
JP7021957B2 (en) * 2018-01-11 2022-02-17 日立Astemo株式会社 Torque sensor

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2461685A (en) * 1945-04-30 1949-02-15 Westinghouse Electric Corp Torque and power measuring device for shafts
GB2050623A (en) * 1979-05-16 1981-01-07 Sangamo Weston Torque sensing apparatus
JPS58167934A (en) * 1982-03-29 1983-10-04 Omron Tateisi Electronics Co Torque detecting device
US4724710A (en) * 1986-12-22 1988-02-16 General Motors Corporation Electromagnetic torque sensor for a rotary shaft
US4784002A (en) * 1986-12-17 1988-11-15 Atsugi Motor Parts Company, Limited Torque sensor
DE3816234A1 (en) * 1987-05-12 1988-12-15 Nippon Denso Co TORQUE DETECTING DEVICE
US4984474A (en) * 1988-09-30 1991-01-15 Copal Company Limited Torque sensor
DE4038413A1 (en) * 1990-12-01 1992-06-04 Bosch Gmbh Robert Arrangement for measuring torque exerted on shaft by motor - using transducer wheels on actual shaft requiring no additional shaft
US5501110A (en) * 1992-06-26 1996-03-26 The Torrington Company Torsion measuring device for a rotating shaft
US5705750A (en) * 1995-03-15 1998-01-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Ultrasonic sensor and pipetting apparatus using same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4680976A (en) * 1985-11-15 1987-07-21 Vibro-Meter Sa Torque or angle of torsion measuring device
DE4026749A1 (en) * 1990-08-24 1992-02-27 Edgar Beier Contactless measurer for torque and/or rotary angle - uses two concentric pieces fixed to shaft concerned to form air gap strengthening or weakening magnetic field

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2461685A (en) * 1945-04-30 1949-02-15 Westinghouse Electric Corp Torque and power measuring device for shafts
GB2050623A (en) * 1979-05-16 1981-01-07 Sangamo Weston Torque sensing apparatus
JPS58167934A (en) * 1982-03-29 1983-10-04 Omron Tateisi Electronics Co Torque detecting device
US4784002A (en) * 1986-12-17 1988-11-15 Atsugi Motor Parts Company, Limited Torque sensor
US4724710A (en) * 1986-12-22 1988-02-16 General Motors Corporation Electromagnetic torque sensor for a rotary shaft
DE3816234A1 (en) * 1987-05-12 1988-12-15 Nippon Denso Co TORQUE DETECTING DEVICE
US4984474A (en) * 1988-09-30 1991-01-15 Copal Company Limited Torque sensor
DE4038413A1 (en) * 1990-12-01 1992-06-04 Bosch Gmbh Robert Arrangement for measuring torque exerted on shaft by motor - using transducer wheels on actual shaft requiring no additional shaft
US5501110A (en) * 1992-06-26 1996-03-26 The Torrington Company Torsion measuring device for a rotating shaft
US5705750A (en) * 1995-03-15 1998-01-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Ultrasonic sensor and pipetting apparatus using same

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19961884A1 (en) * 1999-12-20 2001-07-05 Thomas Strothmann Arrangement for contactless detection of angles of rotation, torques and other, preferably rotary, sizes between rotating parts
US6598490B2 (en) 1999-12-20 2003-07-29 Thomas Strothmann Apparatus for contact-less measuring the value of a difference angle between two parts rotating about a common axis
DE19961884C2 (en) * 1999-12-20 2003-08-21 Thomas Strothmann Arrangement for contactless detection of angles of rotation, torques and other, preferably rotational quantities between rotating parts
WO2001046662A1 (en) * 1999-12-20 2001-06-28 Thomas Strothmann Arrangement for detecting angles of rotation, torques and other, preferably rotational, variables between rotating components in a contactless manner
WO2002084849A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-24 Robert Bosch Gmbh Method and device for determining the rotational position of an electric induction machine
DE20120461U1 (en) 2001-12-18 2002-04-11 Max Streicher GmbH & Co. KG aA, 94469 Deggendorf Device for measuring internal forces and / or moments in the drill string of earth drilling machines
DE10254751A1 (en) * 2002-02-21 2003-09-04 Continental Teves Ag & Co Ohg Device for measuring the angle, angular velocity and moment of a motor vehicle steering rod comprises steering angle sensor and moment sensor mounted in a common housing on the steering rod to simplify assembly
FR2837282A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-19 Denso Corp TORQUE SENSOR
US6988422B2 (en) 2002-03-07 2006-01-24 Denso Corporation Magnetic torque sensor including integral sub-units
US8421446B2 (en) 2006-06-07 2013-04-16 Vogt Electronic Components Gmbh Position encoder and a method for detecting the position of a movable part of a machine
DE102006026543A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-13 Vogt Electronic Components Gmbh Position encoder and associated method for detecting a position of a rotor of a machine
DE102006026543B4 (en) * 2006-06-07 2010-02-04 Vogt Electronic Components Gmbh Position encoder and associated method for detecting a position of a rotor of a machine
DE102009021081B4 (en) * 2008-07-18 2017-07-06 Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh Magnetic angle sensor
CN102947167A (en) * 2010-05-14 2013-02-27 Trw汽车股份有限公司 Sensor assembly for motor vehicle steering systems
US9114833B2 (en) 2010-05-14 2015-08-25 Trw Automotive Gmbh Sensor assembly for motor vehicle steering systems
CN102947167B (en) * 2010-05-14 2015-10-21 Trw汽车股份有限公司 For the sensor module of automobile steering system
WO2011141179A1 (en) * 2010-05-14 2011-11-17 Trw Automotive Gmbh Sensor assembly for motor vehicle steering systems
WO2016162028A1 (en) * 2015-04-07 2016-10-13 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Arrangement and method for contactless measurement of a torque on a machine element
CN107407608A (en) * 2015-04-07 2017-11-28 舍弗勒技术股份两合公司 Device and method for the contactless measurement of a torque on a machine part
DE102015206664B3 (en) * 2015-04-14 2016-07-28 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Hollow machine element and arrangement for measuring a force or a moment
US10151651B2 (en) 2015-04-14 2018-12-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Hollow machine element and assembly for measuring a force or a torque
DE102018123608A1 (en) * 2018-09-25 2020-03-26 Marquardt Gmbh Crank gearbox with a crankshaft for connection to at least one foot or hand crank
DE102018123575A1 (en) * 2018-09-25 2020-03-26 Marquardt Gmbh Crank gearbox with a crankshaft for connection to at least one foot or hand crank
WO2020064827A1 (en) 2018-09-25 2020-04-02 Marquardt Gmbh Crank transmission with a crankshaft for connection to at least one foot-operated or hand-operated crank
US12123795B2 (en) 2018-09-25 2024-10-22 Marquardt Gmbh Crank transmission with a crankshaft for connection to at least one foot-operated or hand-operated crank

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Publication number Publication date
WO1999053284A1 (en) 1999-10-21

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