DE3821083C2

DE3821083C2 -

Info

Publication number: DE3821083C2
Application number: DE3821083A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kimura; Shotaro Katsuta Jp Naito; Kunio Hitachi Jp Miyashita; Yasuo Katsuta Jp Noto; Noboru Mito Jp Sugiura; Tadashi Hitachi Jp Takahashi; Hirohisa Hitachiota Jp Yamamura; Seizi Katsuta Jp Yamashita; Syooichi Hitachi Jp Kawamata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1990-07-05
Also published as: GB2245712B; GB8814893D0; DE3844579C2; DE3844578C2; GB2207763B; US4874053A; GB2207763A; DE3844577C2; GB9113393D0; KR890000890A; DE3844580C2; DE3821083A1; GB2245712A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehmomentmeßgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei einer Servolenkung eines Kraftfahrzeugs.

Ein Drehmomentmeßgerät mit einem Torsionsstab ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 54-14949 beschrieben. Mittelbar und unmittelbar sind auf dem Torsionsstab zwei Zahnräder befestigt, denen magnetische Übertrager gegenüberstehen. Das Drehmoment wird aus der Größe der Verdrehung des Torsionsstabs ermittelt. Die Amplitude des Meßsignals ist jedoch von der Drehzahl der Zahnräder abhängig. Messungen bei sehr langsamen Drehungen oder gar beim Stillstand sind daher nicht möglich.

Ein Drehmomentmeßgerät, das eine Torsionsstange verwendet, ist in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegung Nr. 61-76338 (Yoneda) beschrieben. Das Gerät hat zwei magnetische Medien, die mit einem bestimmten Abstand auf der Torsionsübertragungswelle befestigt sind. Die magnetischen Pole N und S werden durch magnetische Widerstandselemente erfaßt. Das magnetische Widerstandselement hat einen Innenwiderstand, der sich in Abhängigkeit von dem Magnetfeld ändert und erfaßt die Lage der magnetischen Pole selbst bei einem ruhigstehenden magnetischen Mediumpunkt.

Bei dem Gerät gemäß Yoneda, bei dem die Probleme der oben beschriebenen Apparatur gelöst sind, wird das Drehmoment durch Zählung von Pulsen gemessen, die von Signalen von den magnetischen Widerstandselementen abgeleitet werden, so daß ein Drehmomentmeßgerät dann nicht gemessen werden kann, wenn die Anzahl der Pulse für eine Berechnung nicht ausreicht. Insbesondere ist es nicht durchführbar, eine kleine Drehmomentänderung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen zu erfassen.

Drehmomentmeßgeräte mit magnetischen Sensoreinrichtungen, die aus zwei Trommeln bestehen, von denen jeweils eine antriebs- und lastseitig auf einer Drehwelle befestigt ist und die eine magnetisierbare Oberfläche aufweisen, denen gegenüber eine Magnetkopf-Ablesevorrichtung angeordnet ist, sind durch die FR-PSen 21 36 715 und 22 38 923 sowie durch die DE 32 13 589 und die US-PS 41 50 566 bekannt geworden. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung weisen die magnetischen Ablesevorrichtung jedoch keine magnetoresistiven Elemente auf und die Trommeln sind nicht becherförmig ausgebildet.

Ein Drehmomentmeßgerät, das im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung eine optische Ablesevorrichtung aufweist, ist in der DE-OS 19 46 226 beschrieben. Bei diesem Meßgerät werden Scheiben mit optisch lesbaren Markierungen von becherförmigen Trägern gehalten, wobei der Befestigungsabstand der becherförmigen Träger auf einer Drehwelle größer ist als der Abstand zwischen den Scheiben der optischen Lesevorrichtung.

Ein Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung und einer becherförmigen Ausbildung der Trommeln, deren Befestigungsabstand auf einer Drehwelle größer ist als der Abstand der magnetisierbaren Oberflächen der Trommeln, ist Gegenstand der US-PS 35 48 649. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung weist jedoch die magnetische Sensoreinrichtung keine magnetoresistiven Elemente auf, so daß in der Ruhelage des Meßgeräts eine Messung nicht möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehmomentmeßgerät zu schaffen, das robust und zuverlässig auch unter rauhen Betriebsbedingungen arbeitet, dessen Einzelelemente leicht justierbar sind, und das auch in der Ruhelage die Messung eines Drehmoments ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Drehmomentmeßgeräts;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Abwälzung einer Trommel mit einem Magnetmuster auf der Trommeloberfläche und die Anordnung von MR-Elementen;

Fig. 4 eine Darstellung der Magnetpole auf einer Oberfläche der Trommeln und die Ausgangssignale der Sensoren;

Fig. 5 den Anschluß der MR-Elemente;

Fig. 6A und B Ausgangssignale der Anordnung nach Fig. 3;

Fig. 7A und B Ausgangssignale bei unterschiedlichen Drehmomenten;

Fig. 8 den Zusammenhang zwischen Torsionswinkel und Drehmoment;

Fig. 9 bis 16 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Fig. 17 eine Abwicklung der magnetisierbaren Oberflächen der Trommeln mit Magnetmuster und gegeneinander versetzten Paaren von MR-Elementen;

Fig. 18 Signalverlauf bei unterschiedlichem Drehmoment;

Fig. 19 eine Abwicklung der Trommeln mit einer Bezugslagespur;

Fig. 20 Abwicklung der Trommeln mit zwei Bezugslagespuren;

Fig. 21 Ausgangssignalverlauf mit Bezugslagesignal;

Fig. 22 weitere Beispiele der Anordnung der MR-Elemente; und

Fig. 23 Widerstandsverlauf der MR-Elemente in bezug auf den Magnetfluß sowie Ausgangssignale.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der bei der Erfindung angewendeten magnetischen Sensoreinrichtung ist in Fig. 1 perspektivisch ein Drehmomentmeßgerät gezeichnet. Dieses Meßgerät stimmt lediglich bezüglich der Sensoreinrichtung mit den später behandelten Ausführungsbeispielen der Erfindung überein.

In Fig. 1 ist durch das Bezugszeichen 201 eine Drehwelle, durch die Bezugszeichen 202 und 202′ Drehtrommeln bezeichnet. Die Drehtrommeln 202 und 202′ haben magnetisierbare Oberflächen 203 und 203′, auf denen magnetische Signale aufgezeichnet sind, und die auf der Welle 201 mit einem Abstand L voneinander befestigt sind. Durch das Bezugszeichen 204 ist ein magnetischer Sensor bezeichnet, der aus magnetoresistiven Elementen (nachfolgend "MR-Elemente" genannt) besteht. Dieser Sensor liegt den Drehtrommeln 202 und 202′ mit einem kleinen Abstand gegenüber.

Die Betriebsweise der Drehtrommeln 202 und 202′ und der Magnetsensoren 204 und 204′ wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, die eine Abwälzung der Drehtrommel 202 und des Magnetsensors 204 gemäß Fig. 1 ist. Wie bereits erläutert wurde, hat die magnetisierbare Oberfläche 203 auf der Drehtrommel 202 eine Aufzeichnung eines Magnetsignales, die aus einer Reihe von Nordpolen und Südpolen besteht, welche die Umfangsfläche umgeben. Der Magnetsensor 204 besteht aus MR-Elementen R 1 und R 2 und liegt gegenüber der Trommelfläche mit einem Abstand l.

Fig. 3 ist ein vergrößertes Abwälz-Diagramm der Lagebeziehung zwischen der magnetisierbaren Oberfläche 203 und der Drehtrommel 202 und dem Magnetsensor 204 gemäß Fig. 2. In der Figur sind die MR-Elemente R 1 und R 2 voneinander um lambda/2 beabstandet, wobei lambda die Aufzeichnungswellenlänge (der Abstand zwischen den Nordpolen und Südpolen) ist. Fig. 4 zeigt den Betriebssignalverlauf. In Fig. 4 bewegt sich eine magnetisierbare Oberfläche 203 auf der Drehtrommel 202, wie dies durch den Pfeil gezeigt ist, wenn sich die Drehtrommel 202 dreht. Die MR-Elemente R 1 und R 2 haben verminderte Widerstandwerte bei Anlegen eines Signals, das eine Flußvariation vom Nordpol zum Südpol eines magnetischen Signales ist, wie dies allgemein bekannt ist. Wenn sich die magnetisierbare Oberfläche 203, auf der ein Magnetmuster aufgebracht ist, in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung bewegt, ändern sich die Widerstandswerte der MR-Elemente R 1 und R 2 entsprechend der Aufzeichnungswellenlänge lambda, wodurch Signale mit einem Phasenversatz von lambda/2 entstehen. Die MR-Elemente R 1 und R 2 sind angeschlossen, um drei Anschlüsse gemäß Fig. 5 zu bilden, wobei eine Spannung V zwischen den beiden Enden angelegt wird und wobei an dem Ausgangsanschluß E _{A 1} ein Signalverlauf gemäß Fig. 6A erzeugt wird. Das Ausgangssignal E _{A 1} entspricht der Magnetisierung auf der magnetisierbaren Oberfläche 203. In ähnlicher Weise wird das Signal E _{A 2} gemäß Fig. 6B durch die Drehtrommel 202′ und dem magnetischen Sensor 204′ gemäß Fig. 1 erzeugt.

Bei dem Drehmomentmeßgerät gemäß Fig. 1 wird die Welle 201 um einen Winkel R proportional zur angelegten Last verdreht, wenn ein Motor auf die Antriebsseite der Welle 201 angekoppelt wird und eine Last an der Last seite angeschlossen ist. Der Torsionswinkel wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

R = (32/π×G) × (L/D ⁴) ×T (7)

wobei R ein Torsionswinkel (rad) ist, G ein Scherfaktor (kg/cm²), L eine Entfernung zwischen den Trommeln (cm) und D der Durchmesser der Welle (cm) ist. Der Scherfaktor G hängt von dem Wellenmaterial ab. Wenn daher der Trommelabstand L und der Wellendurchmesser D eingestellt sind, ist das Verhältnis des Drehmomentes T gegenüber dem Drehwinkel R festgelegt, so daß es möglich ist, das Drehmoment durch Erfassen des Torsionswinkel R der Welle 201 zu messen.

Ein Beispiel der Messung des Torsionswinkels R der Welle 201 ist in den Fig. 7A und 7B gezeigt. In Fig. 7A wird der Torsionswinkel der Welle 201 durch Erfassen der Phasendifferenz R₂-R₁ zwischen dem Ausgangssignal E _{A 1}, das von der Drehtrommel 202 und dem Magnetsensor 204 erzeugt wird, und dem Ausgangssignal E _{A 2}, das von der Drehtrommel 202′ und dem Magnetsensor 204′ erzeugt wird, an deren Nulldurchgangspunkten gemessen. Fig. 7A betrifft den Fall eines kleinen Lastdrehmomentes, bei dem die Welle 201 einen kleinen Torsionswinkel hat und daher die Phasendifferenz R₁ der Ausgangssignale E _{A 1} und E _{A 2} an den Nullpunkten dieser Signale gleichfalls klein ist. Im Gegensatz hierzu betrifft Fig. 7B den Fall eines großen Lastdrehmomentes, bei dem die Welle 201 eine erhöhte Torsion aufweist und daher die Phasendifferenz R₂ bei den Nulldurchgangspunkten ebenfalls erhöht ist. Daraus erfolgt, daß die Größe des Drehmomentes durch Messen der Phasendifferenz R₁ oder R₂ erfaßt werden kann.

Fig. 8 zeigt beispielsweise Charakteristika des erfindungsgemäßen Drehmomentmeßgerätes, bei dem der Phasenwinkel R gegenüber dem Drehmoment T aufgetragen ist.

Die MR-Elemente R ändern ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Größe des Magnetflusses, wie dies oben erläutert wurde, wobei die MR-Elemente auch dann mit einem konstanten Magnetfluß von den Nordpolen oder Südpolen der magnetisierbaren Oberflächen 203 und 203′ auf den Drehtrommeln 202 und 202′ beaufschlagt werden, wenn die Welle 201 stationär ist, wodurch das Drehmoment der Welle 201 auch in deren unbewegten Zustand gemessen werden kann.

Bei der Struktur gemäß Fig. 1 sind die Drehtrommeln 203 und 203′ in einem erheblichen Abstand voneinander angeordnet. Die Magnetsensoren 204 und 204′ sind ebenfalls mit erheblichem Abstand angeordnet.

Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen eine Anordnung des Paares der Drehtrommeln oder der Drehscheiben so nahe wie möglich aneinander ermöglichen, so daß diese Teile gleichzeitig mit einem einzigen Aufzeichnungkopf mit einer magnetischen Aufzeichnung versehen werden können und daß ihre Magnetmuster mit einem einzigen integrierten Magnetsensor erfaßt werden können, um dadurch ein Drehmomentmeßgerät ohne einen Lagefehler zu realisieren.

In den Fig. 9 und 10 ist durch das Bezugszeichen 301 eine Drehwelle und durch die Bezugszeichen 303 und 303′ Drehtrommeln mit Becherform bezeichnet. Die Bezugszeichen 302 und 302′ bezeichnen Wellenbefestigungsab schnitte zum Befestigen der Drehtrommeln 303 und 303′ auf der Welle 301. Die Drehtrommeln 303 und 303′ haben magnetisierbare Oberfläche 304 und 304′, auf denen Magnetmuster 308 und 308′ aufgebracht sind. Magnetmuster, die aus einer Reihe von Nordpolen und Südpolen bestehen, werden mit einem Aufzeichnungskopf oder dgl. gleichzeitig auf die Oberflächen 304 und 304′ aufgezeichnet. Durch das Bezugszeichen 305 ist ein Magnetsensor bezeichnet, der aus einem MR-Element besteht, das gegenüber den magnetischen Oberflächen 304 und 304′ auf den Drehtrommeln 303 und 303′ mit einem kleinen Abstand zwischen diesen Teilen angeordnet ist.

Nachfolgend wird die Form der Drehtrommeln 303 und 303′ unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. In der Figur haben die Drehtrommeln 303 und 303′ eine Becherform mit einem Wellenbefestigungsabschnitt 302 und 302′, wobei die magnetisierbaren Oberflächen 304 und 304′ dichter angeordnet sind, um einen schmalen Spalt Ls zu bilden. Daher sind die Drehtrommeln 303 und 303′ mit einem Abstand Ls voneinander auf der Welle 301 mittels der Wellenbefestigungsabschnitte 302 und 302′ befestigt. Diese spezielle Struktur, die auf den Wellenbefestigungsabschnitten 302 und 302′ basiert, ermöglicht eine Drehmomenterfassung bei einem Abstand Ld. Das Drehmomentmeßgerät dieser Struktur hat das Hauptmerkmal, das die Bildung der Drehtrommeln in Becherform und die dichte Anordnung ihrer magnetisierbaren Oberflächen betrifft. Eine weitgehend ähnliche Ausführungsform ist in Fig. 11 gezeigt.

Obwohl in den Fig. 9 und 10 die Wellenbefestigungsabschnitte 302 und 302′, die Drehtrommeln 303 und 303′ und die magnetisierbaren Oberflächen 304 und 304′ einstückig ausgebildet sind, können die Wellenbefestigungsabschnitte 302 und 302′ auch getrennt ausgeführt sein und trommelförmig gestaltet sein, wobei die getrennte Ausführung getrennt von der Struktur einschließlich der Drehtrommeln 303 und 303′ und der magnetisierbaren Oberflächen 304 und 304′ ist. Diese Struktur ermöglicht eine willkürliche Einstellung des Abstandes Ld ohne Ändern der Trommeldimension. Die magnetisierbaren Oberflächen 304 und 304′ können gleichfalls eine von den Drehtrommeln 303 und 303′ getrennte Struktur haben, wobei anschließend ein Zusammenbau dieser Teile stattfindet, was zu der gleichen Wirkung wie die oben beschriebene Struktur führt.

Fig. 12 zeigt die Struktur, bei der der Magnetsensor 305 mit den Drehtrommeln 303 und 303′ auf ihren Seiten Eingriff nimmt. Die Magnetmuster 308 und 308′ auf den magnetisierbaren Oberflächen 304 und 304′ liegen in virtueller Übereinstimmung mit den Seitenflächen der Drehtrommeln 303 und 303′.

Fig. 13 zeigt die Struktur der Drehtrommeln, die in diesem Fall in der Kombination eines trommelförmigen Gliedes 306 und eines becherförmigen Gliedes 303 gemäß der Erfindung besteht. Diese Struktur ermöglicht die Verwendung einer üblichen magnetischen Kodiertrommel für das trommelförmige Glied 306, was zu einer verminderten Kostenbelastung in der Herstellung führt.

Fig. 14 zeigt eine Struktur einer Seitenanordnung für den Magnetsensor 305 wie im Fall gemäß Fig. 12, wobei eine Trommel durch ein scheibenförmiges Glied 307 ersetzt ist, wobei jedoch die Wirkung der Ausführungsform gemäß Fig. 13 erzielt wird.

Fig. 15 zeigt eine Trommelstruktur, bei der der obenerwähnte Wellenbefestigungsabschnitt 302 fortgelassen ist und die Drehtrommeln durch becherförmige Glieder gebildet werden, die mit einem Preßsitz auf der Welle 301 befestigt sind. Die Magnetmuster 308 und 308′ können direkt auf der Außenfläche der Trommel 303 aufgebracht sein, anstatt eine magnetisierbare Oberfläche auf der Trommel vorzusehen. Die Magnetmuster 308 und 308′ können auf lediglich einem Teil der äußeren Fläche ausgebildet sein, wenn dies nötig sein sollte, was keinen Einfluß auf die Wirkung hat.

Fig. 16 zeigt eine zur Drehmomenterfassung geeignete Struktur, die besonders kompakt und leicht ist. Die Messung des Drehmomentes basiert lediglich auf dem Wellendurchmesser und der Wellenlänge bei vorgegebenem Wellenmaterial. Daher wird eine kürzere und dünnere Welle naturgemäß für kompaktere und leichtere Strukturen bei einer Messung niedriger Drehmomente verwendet. Übliche Kodierer verwenden gebohrte, becherförmige Glieder für die Drehtrommeln, um das Trägheitsmoment herabzusetzen. Solche Drehtrommeln können die in Fig. 16 gezeigte Struktur haben, wobei ein kompaktes, leichtes Drehmomentmeßgerät realisiert wird, für das die Beziehung Ld < Ls gilt. Diese Struktur ermöglicht einen Preßsitz für die Anordnung, was eine Großserienherstellung erleichtert.

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen gemäß den Fig. 9 und 10 sind zwei Gruppen von MR-Elementen gegenüber den beiden Trommeln virtuell in linearer Ausrichtung angeordnet. Als eine Technik zum Erzeugen von Ausgangssignalverläufen mit einer gegenseitigen Phase von 90° können die MR-Elemente R 3 und R 4 mit einer Verschiebung eines Viertels der Aufzeichnungswellenlänge lambda/4 bezüglich der MR-Elemente R 1 und R 2 angeordnet werden. Durch diese Anordnung erzeugt der Magnetsensor 4 Ausgangssignale E _{A 1} und E _{A 2}, die einen Phasenversatz von 90° haben, wie dies bei (a) in Fig. 18 gezeigt ist. Die Polarität des Drehmomentes T, das auf die Welle ausgeübt wird, welche in einer Richtung gedreht wird, kann auf einfache Weise dadurch unterschieden werden, daß die Größe der Phasendifferenz R bezüglich des Ausgangssignales E _{A 1} gemessen wird. Wenn in diesem Fall das Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung ausgeübt wird, haben die Signale eine Phasendifferenz R _N, die größer als die Phasendifferenz R₀ ist, wenn T = 0, wie dies durch (a) bei Fig. 18 und durch (b) in Fig. 18 gezeigt ist. Im Falle des Aufbringens eines positiven Drehmomentes oder eines Drehmomentes in einer positiven Richtung auf die Welle haben die Signale eine Phasendifferenz R _P, die kleiner als R₀ bei T = 0 ist, wie dies bei (c) in Fig. 18 dargestellt ist.

Bei der Ausrichtung der MR-Elemente R 3 und R 4 mit den MR-Elementen R 1 und R 2 sind die Ausgangssignale E _{A 1} und E _{A 2} in Phase miteinander. Ein Aufzeichnungsfehler oder Erfassungsfehler kann dazu führen, daß sich die Nulldurchgangspunkte der Signale bewegen und daß das Bezugssignal (E _{A 1} oder E _{A 2}) für die Messung der Phasendifferenz R variiert. Allerdings haben bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 17 die Ausführungssignale E _{A 1} und E _{A 2} eine Phasendifferenz von 90°. Selbst bei Auftreten eines Aufzeichnungsfehlers oder Erfassungsfehlers variiert das Bezugssignal E _{A 1} oder E _{A 2} nicht, was zu einer stabilen Messung für ein kleines Drehmoment führt. Der Meßbereich für das Drehmoment T beträgt +/-90°, bezogen auf den elektrischen Winkel der Ausgangssignale.

In Fig. 19 hat eine der Drehtrommeln 402 und 402′ (in diesem Fall die Drehtrommel 402) eine Bezugslagespur M _{Z 1} zum Erzeugen eines Pulses pro Drehung als Bezugssignal 405. Ein MR-Element R _{Z 1} für die Bezugslageerfassung liegt gegenüber der Spur M _{Z 1} und ist einstückig mit den MR-Elementen R 1-R 4 in dem Magnetsensor 404 ausgebildet.

Fig. 21 zeigt Signalverläufe dieses Falles (wobei die Signalspur M 1 identisch zu dem vorhergehenden Fall ist und in dieser Figur fortgelassen ist). Das Bezugslageerfassungs-MR-Element R _{Z 1} ist mit einem äußeren Widerstand oder dgl. verbunden, um eine 3-Anschluß-Konfiguration zu bilden, wobei eine Spannung V an die beiden Enden angelegt wird. Wenn sich die Drehtrommel 402 dreht und wenn das Bezugslagesignal 405 auf der Bezugslagespur M _{Z 1} das Bezugslageerfassungs-MR-Element R _{Z 1} durchlaufen hat, ändert dieses seinen Widerstand, wie dies bei (a) in Fig. 21 gezeigt ist, was zu einer Ausgangsspannung E _{Z 1} an der Ausgangsklemme e _{Z 1} führt, wie dies bei (b) in Fig. 21 gezeigt ist. Allgemein ist das Ausgangssignal E _{Z 1} zu einer Ausgangssignalform E _{Z 1}′ geformt, wie dies bei (c) in Fig. 21 gezeigt ist, indem hierfür ein Komparator oder dgl. eingesetzt wird, was zu einer Erleichterung der Drehmomentmodifikation auf der Grundlage des Bezugspositionssignales E _{Z 1} führt. Ferner kann es bei Einsatz als Drehmomentdetektor in Kombination mit einem Motor als Ursprungs-Rückkehr-Signal für die Motorsteuerung eingesetzt werden. Obwohl das Bezugspositionssignal ein Puls pro Umdrehung bei diesem Ausführungsbeispiel ist, kann eine erhöhte Anzahl von Pulsen eingesetzt werden, wenn dies nötig sein sollte.

In Fig. 20 haben beide Drehtrommeln 402 und 402′ Bezugs lagespuren M _{Z 1} und M _{Z 2}. Bezugslageerfassungs-MR-Elemente R _{Z 1} und R _{Z 2}, die gegenüber den Spuren M _{Z 1} und M _{Z 2} liegen, sind integral zusammen mit den MR-Elementen R 1-R 4 in dem Magnetsensor 404 ausgebildet. Diese Anordnung ermöglicht die Erfassung einer Ursprungslageinformation mit hoher Genauigkeit sowohl auf der Lastseite als auch auf der Motorseite zusätzlich zu der Wirkung der in Fig. 19 gezeigten Anordnung. Obwohl bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 19 und 20 die Signalspuren M 1 und M 2 auf der innersten Seite der Drehtrommeln 402 und 402′ ausgebildet sind, so daß sich diese beiden mit einem minimalen Abstand gegenüberliegen, können die Signalspuren M 1 und M 2 und die Bezugssignalspuren M _{Z 1} und M _{Z 2} in ihren Lagen ersetzt werden, wenn dies gewünscht ist. In einem derartigen Fall liegen die MR-Elemente R 1-R 4 und R _{Z 1} sowie R _{Z 2} gegenüber den Signalspuren M 1 und M 2 und den Bezugssignalspuren M _{Z 1} und M _{Z 2}.

Fig. 22 zeigt eine Anordnung mit den MR-Elementen R 1, R 2, R 3 und R 4 gegenüber den Drehtrommeln 402 und 402′, und mit den weiteren MR-Elementen R 5, R 6, R 7 und R 8, die mit einem Phasenversatz von einer viertel Aufzeichnungswellenlänge lambda/4 des Magnetsignales angeordnet sind, so daß Zwei-Phasen-Signale mit einer virtuellen 90°-Phasendifferenz von jedem Magnetsignal auf den Drehtrommeln 402 und 402′ erzeugt werden. Die Signalverläufe, die zu der Drehtrommel 402 und den MR-Elementen R 1, R 2, R 4 und R 6 gehören, werden unter Bezugnahme auf Fig. 23 erläutert. Fig. 23 zeigt bei (a) und (c) die gleiche Betriebsweise wie bei (a) und (b). Die weiteren MR-Elemente R 5 und R 6 sind außer Phase bezüglich der MR-Elemente R 1 und R 2 um lambda/4. Die MR-Elemente R 5 und R 6 haben eine Widerstandsvariation aufgrund der phasenverschobenen Signalverläufe mit virtuell lambda/4 bezüglich der Widerstandsvariation der MR-Elemente R 1 und R 2, wie dies in Fig. 23 bei (b) dargestellt ist. Durch das Anschließen der MR-Elemente R 5 und R 6 in einer Drei- Anschluß-Konfiguration (nicht dargestellt), bei der die Spannung an die beiden Enden angelegt wird, hat das Aus gangssignal E _{A 2} eine bezüglich des Signales E _{A 1} um virtuell lambda/4 verschobene Signalform, wie dies in Fig. 23 durch (d) gezeigt ist. Durch eine Konstruktion des Magnetsensors 484 mit einem zweiphasigen Ausgang kann dieser für die Lageerfassung und Drehzahlerfassung zusätzlich zur Drehmomenterfassung verwendet werden. Der zweiphasige Ausgang ermöglicht eine genauere Drehzahlinformation und Phaseninformation sowohl auf der Lastseite als auch auf der Motorseite bei veränderlichen Lastzuständen. Falls eine Information auf einer Seite (beispielsweise auf der Lastseite oder Motorseite bereits bekannt ist, braucht lediglich die andere Seite mit einem zweiphasigen Ausgang versehen sein.

Claims

Drehmomentmeßgerät mit einer magnetischen Sensoreinrichtung, bestehend aus zwei Trommeln (303, 303′), von denen jeweils eine antriebs- und lastseitig auf einer Drehwelle (301) befestigt ist und die eine magnetisierbare Oberfläche (304, 304′) aufweisen und denen gegenüber magnetoresistive Elemente (R) auf einem Träger (305) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Trommeln (303, 303′) becherförmig ausgebildet ist,
der Befestigungsabstand (Ld) der Trommeln auf der Drehwelle (301) größer ist als der Abstand (Ls) zwischen den magnetisierbaren Oberflächen (304, 304′),
die Anordnung der magnetoresistiven Elemente (R) durch Dampfniederschlag (im Vakuum) auf ein einziges Substrat (305) bzw. durch Ätzen desselben gebildet ist, so daß die magnetoresistiven Elemente (R) sich auf einem einzigen Chip befinden, und
die magnetoresistiven Elemente (R) ein Signal liefern, dessen Größe der Größe des magnetischen Feldes während des Stillstandes des Drehmomentmeßgeräts entspricht.