DE4323246A1 - Elektromagnetischer Sensor - Google Patents
Elektromagnetischer SensorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagne
tischen Sensor zur Erfassung von Meßwerten, die sich
aufgrund einer magnetischen Anisotropie im Meßbereich
ergeben, insbesondere für die Messung eines von einer
Welle übertragenen Drehmoments, mit einem eine Grund
fläche aufweisenden Kern, einer auf dem Kern angeord
neten Erregerwicklung, die einen magnetischen Fluß er
zeugt, der über einen Teil der Grundfläche aus dem Kern
austritt, den Meßbereich durchsetzt und über einen an
deren Teil der Grundfläche wieder in den Kern eintritt,
und mindestens einer auf dem selben Kern angeordneten
Detektorwicklung, die auf sie durchsetzende Teile des
magnetischen Flusses anspricht.
Derartige Sensoren werden vor allem zur Messung des von
einer Welle übertragenen Drehmoments benutzt. Hierbei
wird die Tatsache ausgenutzt, daß das Drehmoment im
magnetisch leitendem Wellenmaterial Druck- und Zugspan
nungen erzeugt, wobei die Zugspannungen zu einer Ände
rung der Permeabilität des Materials in der einen Rich
tung und die Druckspannungen zu einer Änderung in der
anderen Richtung, also zu einer magnetischen Anisotro
pie, führen. Wenn man dafür sorgt, daß der Sensor bei
fehlendem Drehmoment im Gleichgewichtszustand ist, wird
ein eventuell auftretendes Drehmoment als Abweichung
vom Gleichgewichtszustand angezeigt.
Bei einem bekannten Sensor dieser Art (US-PS 44 14 856)
ist der Kern mit fünf Säulen versehen. Eine zentrisch
angeordnete Säule trägt die Erregerwicklung. Vier
gleichmäßig über den Umfang verteilte Säulen tragen je
eine Detektorwicklung. Die Detektorwicklungen einander
gegenüberliegender Säulen sind in Reihe geschaltet und
bilden je einen Zweig einer Brückenschaltung. Jede Säu
le und jede der zugehörigen Wicklungen benötigt eine
vom Anwendungszweck abhängige Querschnittsfläche. Daher
lassen sich bestimmte Mindestabmessungen nicht unter
schreiten. Wie sich der von der mittleren Säule ausge
hende magnetische Fluß auf die vier anderen Säulen ver
teilt, ist nicht nur von dem Drehmoment, sondern auch
von einer eventuellen Asymmetrie des Kerns abhängig.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in der gleichen
Entgegenhaltung gezeigt ist, besitzt der Kern lediglich
vier Säulen, die je eine Wicklung tragen. Einander ge
genüberliegende Wicklungen sind in Reihe geschaltet.
Sie dienen jeweils gleichzeitig als Erregerwicklung und
Detektorwicklung. Dies führt zu ungenauen Meßergebnis
sen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elek
tromagnetischen Sensor der eingangs beschriebenen Art
anzugeben, der einen einfachen Aufbau hat und trotzdem
eine gute Meßgenauigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Mittelebene der Erregerwicklung mit einer Symme
trieebene des Kerns übereinstimmt und die Grundfläche
in zwei Hälften unterteilt und daß die Detektorwicklung
die Erregerwicklung derart kreuzt, daß der magnetische
Fluß bei magnetischer Isotropie im Meßbereich die De
tektorwicklung unbeeinflußt läßt, bei magnetischer Ani
sotropie dagegen zu einem Teil die Detektorvorrichtung
durchsetzt.
Die Lage der Erregerwicklung erzwingt, daß der magneti
sche Fluß durch die eine Hälfte der Grundfläche genauso
groß ist wie der magnetische Fluß durch die andere
Hälfte der Grundfläche. Bei magnetischer Isotropie im
Meßbereich ist der magnetische Fluß in jeder Grundflä
chenhälfte gleichmäßig verteilt. Die Lage der Detektor
wicklung ist so gewählt, daß ihre Ebene in Flußrichtung
verläuft und daher vom Fluß unbeeinflußt bleibt. Wenn
dagegen eine magnetische Anisotropie auftritt, ergibt
sich eine ungleichmäßige Verteilung des Flusses über
die Grundflächenhälften. Die dabei auftretende Magnet
flußdifferenz wird von der Detektorwicklung erfaßt. Das
hieraus resultierende Signal gibt sehr genau die jewei
ligen magnetischen Eigenschaften bzw. die hieraus her
zuleitenden physikalischen Werte, insbesondere ein
Drehmoment, an. Das Detektorsignal ist eindeutig vom
Meßparameter abhängig. Wenn der Wert des Meßparameters
Null ist, ist auch der Fluß durch die Detektorwicklung
Null. Daher werden die Probleme, die sich aus den
Stichworten Null-Betrieb, Instabilität, fehlende Auflö
sung usw. ergeben, reduziert oder vermieden.
Der Sensor besteht nur aus einem mechanischen Element.
Der Kern ist einfach herzustellen, weil auf eine Mit
telsäule verzichtet werden kann. Die Wicklungen können
auf einfache Weise aufgebracht werden. Die Baugröße
kann klein gehalten sein, weil die Erreger- und Detek
torwicklung das gleiche Kernvolumen umschließen.
Günstig ist es, daß Erregerwicklung und Detektorwick
lung etwa in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen
verlaufen, die die Grundfläche in vier gleiche Teile
unterteilen. Auf diese Weise erhält man einen sehr kom
pakten und trotzdem genau arbeitenden Sensor.
Beispielsweise kann der Kern die Form eines Kreiszylin
ders haben, dessen Stirnfläche die Grundfläche bildet.
Statt des Kreiszylinders kommt auch eine kreisförmige
Platte oder ein Quader in Betracht.
Wenn ein kleiner Meßbereich erfaßt werden soll,
empfiehlt sich eine vierseitige Pyramide mit abge
schnittener Spitze, deren kleinere Stirnfläche die
Grundfläche bildet.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen hat der Kern die
Form eines Kreiszylinders, bei dem die Grundfläche
durch einen Teil der Umfangsfläche gebildet ist, oder
die Form einer Kugel, bei der die Grundfläche durch
einen Teil der Kugeloberfläche gebildet ist. Bei diesen
Konstruktionen ist die Grundfläche nicht eben, sondern
gewölbt. Entweder ist die gewölbte Grundfläche einem
Meßobjekt mit konkaver Oberfläche angepaßt oder es ist
nur ein kleiner, dem Meßobjekt zugewandter Teil der
Umfangsfläche bzw. Kugeloberfläche als Grundfläche
wirksam.
Große Vorteile bietet es, daß die Erregerwicklung in
einer etwa senkrecht zur Grundfläche stehenden Ebene
verläuft und die Detektorwicklung als verteilte Wick
lung ausgebildet ist, deren mit Abstand voneinander
angeordnete Windungen etwa senkrecht zur Ebene der Er
regerwicklung verlaufen. Weil die Windungen der Detek
torwicklung mit Abstand voneinander angeordnet sind,
wird der magnetische Zustand über einen größeren Meßbe
reich erfaßt. Die Meßergebnisse sind vielfach genauer,
weil Inhomogenitäten in den magnetischen Eigenschaften
des Meßobjekts keine Rolle mehr spielen. Denn der Sen
sor nimmt automatisch eine Mittelwertbildung vor.
Im einfachsten Fall kann der Kern die Form einer recht
eckförmigen Platte haben, in deren Längsmittelebene die
Ebene der Erregerwicklung verläuft, während die Windun
gen der Detektorwicklung etwa parallel zur Schmalseite
der Platte verlaufen.
Eine Alternative besteht darin, daß der Kern die Form
eines Zylindersegments hat, in dessen Längsmittelebene
die Ebene der Erregerwicklung verläuft, während die
Windungen der Detektorwicklung etwa parallel zur Stirn
seite des Zylindersegments verlaufen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Kern
die Form eines Zylindersegments hat, um deren Umfangs
fläche die Erregerwicklung gelegt ist, während die Win
dungen der Detektorwicklung in etwa radial zum Zylin
dersegment stehenden Ebenen verlaufen.
Sehr günstig ist es, daß der Kern wenigstens eine Nut
zur Aufnahme der Erreger- und/oder Detektorwicklung
besitzt. Die Wicklungen sind in der Nut gut geschützt
und in ihrer Lage fixiert.
Vielfach ist es von Vorteil, daß die Grundfläche ausge
prägte Polflächen besitzt und die Erreger- und/oder
Detektorwicklung in den Zwischenräumen zwischen den
Polen verlaufen. Solche ausgeprägten Polflächen können
dicht an das Meßobjekt herangeführt werden.
Empfehlenswert ist insbesondere, daß ein quader- oder
zylinderförmiger Kern an beiden Stirnseiten sowie am
Umfang gleichmäßig verteilt Nuten zur Aufnahme der Er
reger- und/oder Detektorwicklung aufweist. Derartige
Sensoren können in kleinen Abmessungen und trotzdem in
robuster Bauform hergestellt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Kompen
sationsvorrichtung, die beim Auftreten eines externen
magnetischen Störfeldes der Erreger- und/oder Detektor
wicklung einen Kompensationsstrom solcher Größe zu
führt, daß im Meßbereich ein etwa gleich großes, aber
entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld erzeugt wird.
Eine solche Kompensation des externen Störfeldes erfor
dert keine zusätzlichen Wicklungen und beeinträchtigt
daher nicht die Kompaktheit der Bauform.
Mit Vorteil weist die Kompensationsvorrichtung einen
Regler auf, der den Kompensationsstrom auf einem Wert
hält, bei dem der Anteil der geradzahligen Harmonischen
der Erregerfrequenz im Signal der Detektorwicklung etwa
seinen Kleinstwert hat. An dem Anteil der geradzahligen
Harmonischen, insbesondere der zweiten Harmonischen,
läßt sich feststellen, in welchem Ausmaß das externe
Störfeld noch auf die Detektorwicklung wirkt.
In weiterer Ausgestaltung empfiehlt sich eine Regel
schaltung zur Abgabe eines Erregersignals in pulsmodu
lierter Form, das in einer kurzen Pulszeit eine eine
Sättigung bewirkende Amplitude und in einer langen, für
die Messung nutzbaren Meßzeit eine kleinere Amplitude
hat. Insbesondere kann die Amplitude in der Pulszeit
etwa dreimal größer sein als die Amplitude in der Meß
zeit. Während der Pulszeit wird das magnetische System
in den Sättigungszustand gebracht. Hierdurch wird das
Gedächtnis an frühere magnetische Zustände gelöscht.
Auf diese Weise werden Fehler, die aufgrund der Hyste
rese auftreten, ganz erheblich reduziert. In den dazwi
schenliegenden Meßzeiten, in denen die Messungen statt
finden, wird nur ein kleiner Erregerstrom aufrechter
halten, so daß die elektromagnetischen Verluste gering
sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der
Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei
spiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines erfin
dungsgemäßen Sensors,
Fig. 2 die Anordnung des Sensors an einer Wel
le zur Messung des übertragenen Drehmo
ments,
Fig. 3 den Kern des Sensors der Fig. 1 und 2
von unten,
Fig. 4 bis 14 weitere Ausführungsformen des Sensors
in schematischer Darstellung und
Fig. 15 den zeitlichen Verlauf des Erregerstro
mes.
Der elektromagnetische Sensor 1 besitzt einen Kern 2,
der X-förmigen Querschnitt hat. Seine Grundfläche 3
wird durch vier ausgeprägte Pole 4, 5, 6 und 7 gebil
det.
Der Kern 2 trägt eine Erregerwicklung 8, deren Mittel
ebene mit einer Symmetrieebene E des Kerns 2 überein
stimmt. Auf der einen Seite dieser Symmetrieebene be
findet sich die durch die Pole 4 und 5 gebildete Hälfte
der Grundfläche 3 und auf der gegenüberliegenden Seite
die durch die Pole 6 und 7 gebildete Hälfte der Grund
fläche 3. Die Erregerwicklung 8 ist in Einschnitte oder
Nuten 9 und 10 des Kern 2 eingelegt. Sie wird von einer
Erregerschaltung 11 mit einem Erregerstrom mit vorbe
stimmter Erregerfrequenz versorgt.
Eine Detektorwicklung 12 kreuzt die Erregerwicklung 8.
Ihre Mittelebene D steht senkrecht zu der Mittelebene E
der Erregerwicklung 8. Beide Wicklungen teilen daher
den Kern in vier gleiche Quadranten, denen je ein aus
geprägter Pol 4, 5, 6 und 7 zugeordnet ist. Die Detek
torwicklung 12 ist in Einschnitte oder Nuten 13 und 14
des Kerns 2 gelegt und mit einer Auswerteschaltung 15
verbunden.
Fig. 2 zeigt, wie der Sensor 1 zur Messung des Drehmo
ments einer Stahlwelle 16 benutzt wird. Die Grundfläche
3 ist der Oberfläche der Welle 16 zugewandt. Wenn der
Erregerstrom durch die Erregerwicklung 8 fließt, ergibt
sich ein magnetischer Fluß, der in der einen Halbwelle
über die Grundfläche der Pole 4 und 5 zur Welle 16,
dann entlang ihrer Oberflächenschicht und zurück über
die Pole 6 und 7 fließt, wobei sich die Verhältnisse in
der nächsten Halbwelle umkehren. Ist die Welle nicht
durch ein Drehmoment belastet, werden alle Pole von
einem gleich großen Fluß durchsetzt, der im Meßbereich
vom Pol 4 zum Pol 6 bzw. vom Pol 5 zum Pol 7 geleitet
wird, wie dies durch die vollausgezogenen Pfeile 17 in
Fig. 3 veranschaulicht ist. Die Detektorwicklung 12
wird nicht vom Magnetfluß durchsetzt und gibt daher
kein Spannungssignal.
Wenn die Welle durch ein Drehmoment belastet wird, wie
es durch die Pfeile 18 angedeutet ist, entstehen längs
der Oberfläche der Welle 16 Zugspannungen, welche durch
die unter 45° verlaufenden Linien 19 angedeutet sind,
und Druckspannungen, welche durch die unter 45° in ent
gegengesetzter Richtung verlaufenden Linien 20 angedeu
tet sind. Es sei angenommen, daß Permeabilität in den
Zugspannungsbereichen steigt und in den Druckspannungs
bereichen sinkt, obwohl dies auch umgekehrt sein könn
te. Dann hat der Magnetfluß in der Welle 16 eine Kom
ponente in Umfangsrichtung mit der Folge, daß sich der
durch die Pole 4 und 7 fließende Magnetfluß verstärkt
und der durch die Pole 5 und 6 fließende Magnetfluß
abschwächt. Daher ergibt sich ein Ausgleichs-Magnet
fluß, wie er durch die gestrichelten Linien 21 in Fig.
3 veranschaulicht ist. Dieser Ausgleichsfluß durchsetzt
die Detektorwicklung 12 und erzeugt in ihr eine Span
nung, die dem Drehmoment direkt proportional ist. Es
ergibt sich eine Subtraktion bzw. Addition auf Flußebe
ne.
In Fig. 4 ist ein Sensor veranschaulicht, dessen Kern
2a aus einem Zylinder besteht. Die Mittelebenen der
Erregerwicklung 8a und der Detektorwicklung 12a kreuzen
einander im rechten Winkel. Auf diese Weise ergibt sich
an der Stirnseite eine Grundfläche 3a, welche durch die
genannten Wicklungen in vier gleiche Teile unterteilt
ist. Die Funktionsweise entspricht derjenigen des Sen
sors der Fig. 1 bis 3.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird als Kern 2b
eine kreisförmige Scheibe verwendet, die mit einer Er
regerwicklung 8b und einer Detektorwicklung 12b verse
hen ist und deren Stirnseite die Grundfläche 3b bildet.
Die Ausführungsform der Fig. 6 entspricht derjenigen
der Fig. 4 mit dem Unterschied, daß der Kern 2c mit
sich kreuzenden Nuten 22 an der die Grundfläche 3c bil
denden Stirnseite und mit um 90° versetzte parallele
Nuten 23 am Zylinderumfang versehen ist, in welche Nu
ten die Erregerwicklung 8c und die Detektorwicklung 12c
eingelegt sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 besteht der Kern 2d
aus einem Quader. Die Mittelebene der Erregerwicklung
8d verläuft parallel zu der einen Seitenfläche des Qua
ders und die Detektorwicklung 12d verläuft parallel zu
der anderen Seite des Quaders. Die Stirnseite bildet
die Grundfläche 3d.
Während bisher von ebenen Grundflächen ausgegangen wor
den ist, zeigt Fig. 8 einen Sensor, bei dem die Grund
fläche 3e auf der Zylinderfläche des Kerns 2e ausgebil
det ist, nämlich dort, wo sich die Erregerwicklung 8e
und die Detektorwicklung 12e kreuzen. Eine solche Aus
führungsform eignet sich für ein Meßobjekt, das eine
konkave zylindrische Oberfläche hat, aber auch für ein
Meßobjekt, das eine ebene Oberfläche besitzt, wobei
dann der wirksame Bereich der Grundfläche 3e auf zwei
Streifen beidseits der Detektorwicklung 12e beschränkt
ist.
Ähnliche Überlegungen gelten für die Ausführungsform
der Fig. 9, wo als Kern 2f eine Kugel verwendet ist.
Auch dort befindet sich die Grundfläche 3f dort, wo
sich die Erregerwicklung 8f und die Detektorwicklung
12f kreuzen.
Es folgen einige Ausführungsformen, bei denen die De
tektorwicklung nicht im Bereich der Wicklungs-Mittel
ebene konzentriert ist, sondern bei denen eine verteil
te Detektorwicklung benutzt wird, also die einzelnen
Windungen einen Abstand voneinander haben.
In Fig. 10 hat der Kern 2g die Form einer Rechteckplat
te. Die Erregerwicklung 8g verläuft in der Längsmittel
ebene dieses Kerns. Die Detektorwicklung 12g besteht
aus einzelnen im Abstand angeordneten Windungen 24, die
mit Abstand voneinander so um den Kern 2g gelegt sind,
daß sie die Erregerwicklung 8g etwa senkrecht schnei
den. Auf diese Weise ergibt sich eine Grundfläche 3g,
welche im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Ausfüh
rungsbeispielen wesentlich größer ist. Die Enden der
Detektorwicklung 12g sind zusammengeführt und gemeinsam
mit der Auswerteschaltung verbunden.
Fig. 11 unterscheidet sich von Fig. 10 im wesentlichen
dadurch, daß der Kern 2h durch eine Rechteckplatte ge
bildet ist, die eine Längsnut 25 und zahlreiche Quernu
ten 26 aufweist, so daß die Grundfläche 3h durch eine
Vielzahl von Einzelpolen 27 gebildet wird. Die Wicklun
gen sind in den Nuten verlegt und daher in ihrer Lage
gut gesichert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 weist der Kern 2i
die Form eines Halbzylinders auf, der auf der Hälfte
seiner Höhe von der Erregerwicklung 8i umschlossen ist.
Die Detektorwicklung 12i besitzt eine Vielzahl von Win
dungen 28, die jeweils in Radialebenen verlaufen, so
daß sie im Bereich der zylindrisch gewölbten Grundflä
che 3i einen Abstand voneinander haben, auf der gegen
überliegenden Seite aber zusammenlaufen.
Gemäß Fig. 13 hat der Kern 2k die Form eines Zylinder
segments mit einer flachen Nut 29 auf der Innenseite.
Diese Nut nimmt die in der Längsmittelebene angeordnete
Erregerwicklung 8k auf. Die Detektorwicklung 12k be
steht wieder aus im Abstand angeordneten Windungen 30.
Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Schnitt
kanten als Grundfläche 3k verwendet. Es besteht aber
auch die Möglichkeit, die oben liegende gewölbte Fläche
als Grundfläche anzusehen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 14 hat der Kern 2l die
Form einer vierseitigen Pyramide mit abgeschnittener
Spitze. Die kleinere Stirnfläche bildet die Grundfläche
3l. Wiederum sind Nuten 31 an beiden Stirnseiten vor
gesehen, welche die Erregerwicklung 8l und die Detek
torwicklung 12l aufnehmen. Hier kann die Messung auf
eine sehr kleine Fläche konzentriert werden.
Die Auswerteschaltung 15 (Fig. 2) besitzt einen Fre
quenzanalysator, der insbesondere auf geradzahlige Har
monische und in erster Linie auf die zweite Harmonische
anspricht. Diese entsteht nämlich, wenn ein externes
magnetisches Störfeld vorhanden ist, das zu Fehlern in
der Permeabilitätsmessung führen kann. Die Auswerte
schaltung 15 ist über eine Leitung 32 mit einer einen
Regler aufweisenden Kompensationsvorrichtung 11a ver
bunden, die auf die Erregerschaltung 11 Einfluß nimmt.
Der gewünschte Erregerstrom wird von einem
Kompensationsstrom solcher Größe überlagert, daß die
zweite Harmonische und möglichst auch alle anderen ge
radzahligen Harmonischen im detektierten Strom ihren
Kleinstwert haben und vorzugsweise zu Null gemacht
sind. Durch diesen überlagerten Strom wird das Störfeld
kompensiert.
Wie Fig. 15 zeigt, ist der Erregerstrom Ie ein pulsmo
duliertes Signal. Dieses hat während einer langen soge
nannten Meßzeit t1, in der Messungen stattfinden kön
nen, eine kleine Amplitude A und während einer kurzen
Pulszeit t2 eine große Amplitude B, die zu einer Sätti
gung des magnetischen Kerns führt. Die Amplitude B des
Erregerstroms beträgt ein Mehrfaches, vorzugsweise etwa
das Dreifache, der Amplitude A. Diese Modulationsform
reduziert die Hystereseeinflüsse auf das Meßergebnis.
In den langen Meßzeiten dagegen erfolgt ein Betrieb,
der wegen der verminderten Amplitude energiesparend
ist. Die Pulszeit t2 ist gleich einem sehr kleinen
Bruchteil der Periodendauer (t1 + t2), beispielsweise
etwa 1%, muß aber wenigstens einer ganzen Periode der
in der Pulszeit geltenden Erregerfrequenz entsprechen.
Statt durchgehend dieselbe Erregerfrequenz zu verwen
den, wie dies links in Fig. 15 dargestellt ist, kann
die Erregerfrequenz während der Pulszeit t2 auch auf
einen Bruchteil der Erregerfrequenz während der Meßzeit
t1 herabgesetzt werden. Wenn letztere beispielweise bei
100 kHz liegt, kann erstere etwa 10 kHz betragen. Die
Repitionsfrequenz der Impulse kann frei gewählt werden,
sollte aber höher sein als die charakteristische Band
breite des Meßparametersignals.
Besonders zu betonen ist, daß der Sensor eine sehr kom
pakte kleine Einheit darstellt. Beispielsweise kann er
eine Höhe von 15 mm und eine Querschnittsfläche von 10
× 10 mm² haben. Der Erregerstrom und die Erregerwick
lung können so bemessen sein, daß beispielsweise 10
Amperewindungen für die Erregung zur Verfügung stehen.
Und die Detektorwicklung 12 kann beispielsweise aus 40
Windungen bestehen. Es besteht aber auch die Möglich
keit, die Wicklung aufzudrucken, was insbesondere bei
Sensoren in Betracht kommt, die eine glatte Oberfläche
haben, wie in Fig. 4 oder in Fig. 10.
Der Kern 2 selbst kann aus üblichen magnetisch leiten
den Materialien aufgebaut sein und beispielsweise aus
Blechlamellen oder Keramik bestehen.
Der Sensor kann selbstverständlich auch für andere
Zwecke als für die Drehmomentmessung eingesetzt werden,
beispielsweise bei der Prüfung magnetischer Eigenschaf
ten bestimmter Materialien, bei einer Abstands- oder
Positionsmessung u. dgl.
Claims (20)
1. Elektromagnetischer Sensor zur Erfassung von Meß
werten, die sich aufgrund einer magnetischen Aniso
tropie im Meßbereich ergeben, insbesondere für die
Messung eines von einer Welle übertragenen Drehmo
ments, mit einem eine Grundfläche aufweisenden
Kern, einer auf dem Kern angeordneten Erregerwick
lung, die einen magnetischen Fluß erzeugt, der über
einen Teil der Grundfläche aus dem Kern austritt,
den Meßbereich durchsetzt und über einen anderen
Teil der Grundfläche wieder in den Kern eintritt,
und mindestens einer auf dem selben Kern angeord
neten Detektorwicklung, die auf sie durchsetzende
Teile des magnetischen Flusses anspricht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittelebene (E) der Erre
gerwicklung (8) mit einer Symmetrieebene des Kerns
(2) übereinstimmt und die Grundfläche (3) in zwei
Hälften unterteilt und daß die Detektorwicklung
(12) die Erregerwicklung (8) derart kreuzt, daß der
magnetische Fluß bei magnetischer Isotropie im Meß
bereich die Detektorwicklung unbeeinflußt läßt, bei
magnetischer Anisotropie dagegen zu einem Teil die
Detektorvorrichtung durchsetzt.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Erregerwicklung (8) und Detektorwicklung (12) etwa
in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenen (E,
D) verlaufen, die die Grundfläche (3) in vier glei
che Teile unterteilen.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2a; 2c) die Form eines Kreiszylinders
hat, dessen Stirnfläche die Grundfläche (3a; 3c)
bildet.
4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2b) die Form einer kreisförmigen Platte
hat, dessen Stirnfläche die Grundfläche (3b) bil
det.
5. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2d) die Form eines Quaders hat, dessen
Stirnfläche die Grundfläche (3d) bildet.
6. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2l) die Form einer vierseitigen Pyramide
mit abgeschnittener Spitze hat, deren kleinere
Stirnfläche die Grundfläche (3l) bildet.
7. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2e) die Form eines Kreiszylinders hat,
bei dem die Grundfläche (3e) durch einen Teil der
Umfangsfläche gebildet ist.
8. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2f) die Form einer Kugel hat, bei der die
Grundfläche (3f) durch einen Teil der Kugeloberflä
che gebildet ist.
9. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erregerwicklung (8g; 8h, 8i; 8k) in einer etwa
senkrecht zur Grundfläche (3g; 3h, 3i; 3k) stehen
den Ebene verläuft und die Detektorwicklung (12g;
12h; 12i; 12k) als verteilte Wicklung ausgebildet
ist, deren mit Abstand voneinander angeordnete Win
dungen (24; 28) etwa senkrecht zur Ebene der Erre
gerwicklung verlaufen.
10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2g; 2h) die Form einer rechteckförmigen
Platte hat, in deren Längsmittelebene die Ebene der
Erregerwicklung (8g; 8h) verläuft, während die Win
dungen der Detektorwicklung (12g; 12h) etwa paral
lel zur Schmalseite der Platte verlaufen.
11. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2k) die Form eines Zylindersegments hat,
in dessen Längsmittelebene die Ebene der Erreger
wicklung (8k) verläuft, während die Windungen der
Detektorwicklung (12k) etwa parallel zur Stirnseite
des Zylindersegments verlaufen.
12. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kern (2i) die Form eines Zylindersegments hat,
um deren Umfangsfläche die Erregerwicklung (8i)
gelegt ist, während die Windungen der Detektorwick
lung (12i) in etwa radial zum Zylindersegment ste
henden Ebenen verlaufen.
13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kern (2; 2c; 2h; 2k; 2l)
wenigstens eine Nut (9, 10, 13, 14; 22, 23; 25, 26;
29; 31) zur Aufnahme der Erreger- und/oder Detek
torwicklung besitzt.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Grundfläche (3; 3c; 3h; 3k)
ausgeprägte Polflächen besitzt und die Erreger- und
/oder Detektorwicklung (8, 12; 8c, 12c; 8h, 12h;
8k, 12k) in den Zwischenräumen zwischen den Polen
verläuft.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß ein quader- oder zylinderförmi
ger Kern (3c) an beiden Stirnseiten sowie am Umfang
gleichmäßig verteilt Nuten (22, 23) zur Aufnahme
der Erreger- und/oder Detektorwicklung (8c, 12c)
aufweist.
16. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekenn
zeichnet durch eine Kompensationsvorrichtung (11a),
die beim Auftreten eines externen magnetischen
Störfeldes der Erreger- und/oder Detektorwicklung
(8, 12) einen Kompensationsstrom solcher Größe zu
führt, daß im Meßbereich ein etwa gleich großes,
aber entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld erzeugt
wird.
17. Sensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kompensationsvorrichtung (11a) einen Regler
aufweist, der den Kompensationsstrom auf einem Wert
hält, bei dem der Anteil der geradzahligen Harmoni
schen der Erregerfrequenz im Signal der Detektor
wicklung (12) etwa seinen Kleinstwert hat.
18. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekenn
zeichnet durch eine Regelschaltung (11) zur Abgabe
eines Erregersignals (Ie) in pulsmodulierter Form,
das in einer kurzen Pulszeit (t2) eine eine Sätti
gung bewirkende Amplitude (B) und in einer langen
für die Messung nutzbaren Meßzeit (t1) eine kleine
re Amplitude (A) hat.
19. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Amplitude (B) in der Pulszeit (t2) etwa
dreimal größer ist als die Amplitude (A) in der
Meßzeit (t1).
20. Sensor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Frequenz des Erregersignals (Ie)
in der Pulszeit (t2) gegenüber der Frequenz in der
Meßzeit (t1) herabgesetzt ist.
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DE19934323246 DE4323246A1 (de) | 1993-07-12 | 1993-07-12 | Elektromagnetischer Sensor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19732124A1 (de) * | 1997-06-25 | 1999-02-04 | Kuesel Mailaender Katharina | Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Zahnrädern |
DE10161803A1 (de) * | 2001-12-15 | 2003-07-10 | Hilti Ag | Elektromagnetischer Drehmomentsensor |
JP2008304263A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | トルクセンサ用磁気コア、磁気コアユニット及びトルクセンサ |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2343517A (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-10 | Laurence Ross Petrie | Displacement measurement |
WO2014063048A1 (en) * | 2012-10-18 | 2014-04-24 | University Of Utah Research Foundation | Omnidirectional electromagnet |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2335243A1 (de) * | 1972-07-25 | 1974-02-07 | Ct D Etudes Et De Rech Rs De L | Vorrichtung zum messen von spannungen in einem bauteil u.dgl |
DE2357105A1 (de) * | 1972-11-15 | 1974-05-30 | Soletanche | Dynamometrische vorrichtung |
DE2939566A1 (de) * | 1979-09-29 | 1981-04-09 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag, 7990 Friedrichshafen | Magnetostriktives messverfahren, insbesondere zur drehmomentmessung an wellen |
DE3429348A1 (de) * | 1984-08-09 | 1986-02-20 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Magnetoelastischer kraftmesser |
DE4038808A1 (de) * | 1989-12-08 | 1991-06-13 | Nippon Denso Co | Lenkkrafterkennungsvorrichtung |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6088335A (ja) * | 1983-10-19 | 1985-05-18 | Nissan Motor Co Ltd | トルク検出装置 |
JPS60244828A (ja) * | 1984-05-21 | 1985-12-04 | Nissan Motor Co Ltd | 磁歪式トルク検出装置 |
US4566338A (en) * | 1984-07-20 | 1986-01-28 | Trw Inc. | Noncontact torque sensor |
-
1993
- 1993-07-12 DE DE19934323246 patent/DE4323246A1/de not_active Withdrawn
-
1994
- 1994-06-27 WO PCT/DK1994/000261 patent/WO1995002807A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2335243A1 (de) * | 1972-07-25 | 1974-02-07 | Ct D Etudes Et De Rech Rs De L | Vorrichtung zum messen von spannungen in einem bauteil u.dgl |
DE2357105A1 (de) * | 1972-11-15 | 1974-05-30 | Soletanche | Dynamometrische vorrichtung |
DE2939566A1 (de) * | 1979-09-29 | 1981-04-09 | Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag, 7990 Friedrichshafen | Magnetostriktives messverfahren, insbesondere zur drehmomentmessung an wellen |
DE3429348A1 (de) * | 1984-08-09 | 1986-02-20 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Magnetoelastischer kraftmesser |
DE4038808A1 (de) * | 1989-12-08 | 1991-06-13 | Nippon Denso Co | Lenkkrafterkennungsvorrichtung |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ASEA Zeitschrift 1960, J. 5, H. 4, S. 155-165 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19732124A1 (de) * | 1997-06-25 | 1999-02-04 | Kuesel Mailaender Katharina | Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Zahnrädern |
DE19732124C2 (de) * | 1997-06-25 | 2003-04-17 | Kuesel Mailaender Katharina | Verfahren zum Prüfen eines Zahnrades sowie einer Zahnstange und Vorrichtung zum Prüfen eines Zahnrades |
DE10161803A1 (de) * | 2001-12-15 | 2003-07-10 | Hilti Ag | Elektromagnetischer Drehmomentsensor |
JP2008304263A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | トルクセンサ用磁気コア、磁気コアユニット及びトルクセンサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1995002807A1 (en) | 1995-01-26 |
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