DE602005002976T2

DE602005002976T2 - Magnetostriktiver Lastsensor

Info

Publication number: DE602005002976T2
Application number: DE602005002976T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Iwata-shi MIZUNO; Yoshinori Iwata-shi Harada; Satomi Iwata-shi Ishikawa
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2025-06-11
Also published as: CN100567921C; US20050274195A1; ATE376664T1; EP1607728B1; DE602005002976D1; US7458276B2; CN1715849A; EP1607728A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft magnetostriktive Lastsensoren für das elektromagnetische Erfassen einer Last durch den magnetostriktiven Effekt.
2. Beschreibung des Hintergrundes der Technik
Magnetostriktive Lastsensoren sind herkömmlich als Sensoren zum Erfassen einer Last entwickelt worden. Ein magnetostriktiver Lastsensor erfasst eine Last durch Umwandeln einer Veränderung in den Magneteigenschaften eines Teiles, auf das die Last aufgebracht wird, in eine Spannungsveränderung und dann durch Ausgeben der Spannungsveränderung (bezieht sich z. B. auf die JP 2003-57128 ).
Ein magnetostriktiver Lastsensor entsprechend der JP 2003-57128 enthält ein Blechgehäuse, einen Erfassungsstab aus einem magnetischen Material und eine Spule, die rund um einen Spulenträger gewickelt ist.
Das Gehäuse enthält ein obere Gehäuse mit einer ungefähren Glockenform und ein Aufnahmegehäuse mit einer ungefähren Scheibenform. Das obere Gehäuse ist mit einer Öffnung durch ein oberes Ende versehen und auch mit einem Gehäuseflansch versehen, der sich rund um ein unteres Ende erstreckt. Ein Außenumfang des Aufnahmegehäuses ist mit vier Aussparungen und angehobenen Abschnitten in gleichen Abständen versehen.
Der Erfassungsstab hat einen stabförmigen Abschnitt, der sich in der vertikalen Richtung erstreckt, und einen Stabflansch, der rund um ein unteres Ende gebildet ist. Der stabförmige Abschnitt und der Stabflansch sind miteinander einstückig. Ein zentraler Abschnitt des Spulenträgers, der mit der Spule umwickelt ist, ist mit einer Durchgangsbohrung versehen, die sich entlang der axialen Mitte der Spule erstreckt.
Ein Verfahren zum Herstellen dieses magnetostriktiven Lastsensors enthält das Einsetzen des Erfassungsstabes in die Durchgangsbohrung in der Spule, das Anordnen des Stabflansches des Erfassungsstabes an einer vorbestimmten Position (ungefähr in der Mitte) des Aufnahmegehäuses und das Abdecken des Aufnahmegehäuses mit dem oberen Gehäuse. Der Gehäuseflansch des oberen Gehäuses kommt somit mit dem Au ßenumfang des Aufnahmegehäuses in Kontakt. Das obere Ende des stabförmigen Abschnittes des Erfassungsstabes springt durch die Öffnung des oberen Endes des oberen Gehäuses nach oben vor.
In diesem Zustand sind die vier Aussparungen und die angehobenen Abschnitte des Aufnahmegehäuses auf dem Gehäuseflansch des oberen Gehäuses gebogen und verstemmt. Auf dieses Weise werden das Aufnahmegehäuse und das obere Gehäuse miteinander befestigt.
Das untere Ende des oberen Gehäuses ist mit einer Kerbe versehen. Eine zylindrische Abdeckung ist an dieser Kerbe gebildet, die sich in einer vorbestimmten Länge in einer Richtung der Seite des Gehäuses erstreckt.
Ein Auslass eines leitenden Drahtes, herausgezogen aus der Spule innerhalb des Gehäuses, ist außerhalb des Gehäuses durch das Innere der Abdeckung erstreckt, um eine Reduzierung im Magnetwiderstand und äußere Störungen zu vermeiden. Der Auslass des leitenden Drahtes ist folglich mit der Abdeckung abgedeckt und wird am Brechen und vor Beschädigung gehindert.
Ein Magnetschalter für einen Starter entsprechend der JP 2002-313205 sieht ebenfalls solch einen Aufbau vor, in dem sich ein leitender Draht, der aus der Spule innerhalb eines Gehäuses herausgezogen worden ist, nach außen des Gehäuses erstreckt. In dem Magnetschalter für einen Starter ist ein Anschluss, der mit dem leitenden Draht einer erregten Spule verbunden ist, nach außerhalb eines Schaltergehäuses durch die Innenseite einer gebildeten Abdeckung, die so verbunden ist, verbunden, um sich in eine vorbestimmte Richtung von dem Schaltergehäuse zu erstrecken.
In dem zuvor erwähnten magnetostriktiven Lastsensor wird der Erfassungsstab durch den Stromfluss durch die Spule magnetisiert. In diesem Zustand verursacht das Aufbringen einer Last auf das obere Ende des Erfassungsstabes eine Verformung des Erfassungsstabes und eine Veränderung in den magnetischen Eigenschaften.
Die Veränderung in den magnetischen Eigenschaften des Erfassungsstabes erscheint als eine Veränderung in der über die Spule erzeugten Spannung. Dies ermöglicht eine Erfassung der Last, die auf den Erfassungsstab aufgebracht wird, auf der Grundlage der Spannungsveränderung über die Spule.
In solchen magnetostriktiven Lastsensoren verursacht eine Verschiebung in den Positionen des Erfassungsstabes und einer Spule innerhalb eines Gehäuses Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren. Dies reduziert die Genauigkeit der Lasterfassung durch die magnetostriktiven Lastsensoren und reduziert die Zuverlässigkeit. Demzufolge müssen der Erfassungsstab und die Spule innerhalb des Gehäuses genau positioniert werden.
Es gibt jedoch die Möglichkeit, dass der Stabflansch aus der vorbestimmten Position an dem Aufnahmegehäuse verschoben wird, wenn die Aussparung und die angehobenen Abschnitte mit dem Stabflansch, der an der vorbestimmten Position des Aufnahmegehäuses positioniert ist, gebogen und verstemmt werden.
Der Vorgang zum Sichern des Aufnahmegehäuses und des oberen Gehäuses durch Verstemmen mit großer Sorgfalt, um keine Verschiebung des Stabflansches aus seiner Position zu verursachen, ist sehr schwierig und erfordert viel Fertigkeiten. Dies macht eine Massenproduktion der magnetostriktiven Lastsensoren schwierig.
Da außerdem die Gehäuseabdeckung, um dem leitenden Draht der Spule zu gestatten, sich nach außerhalb des Gehäuses zu erstrecken, eine Längsform hat, ist es schwierig, die Abmessung des magnetostriktiven Lastsensors zu begrenzen.
Die JP-A-2004045047 zeigt einen magnetostriktiven Lastsensor mit einer Spule, die eine Durchgangsbohrung hat, um ein erstes Ende eines stabförmigen Teils aufzunehmen. Eine Basis ist einstückig auf einem zweiten Ende des stabförmigen Teiles angeordnet, um die Spule zu lagern. Ein Gehäuseteil ist in die Basis eingesetzt, um die Spule unterzubringen, und hat eine Öffnung, durch die das stabförmige Teil vorspringt, um eine Last aufzunehmen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen magnetostriktiven Lastsensor zu schaffen, der zuverlässig und leicht herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Ein magnetostriktiver Lastsensor entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung enthält eine Spule mit einer Durchgangsbohrung, ein stabförmiges Teil mit einem ersten Ende, angeordnet, um eine Last aufzunehmen, das in die Durchgangsbohrung der Spule eingesetzt wird, und das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, eine Basis, die an einem zweiten Ende des stabförmigen Teiles angeordnet ist, um die Spule zu lagern, und ein Gehäuseteil, das in die Basis eingesetzt ist, um die Spule unterzubringen, und hat eine Öffnung, die dem ersten Ende des stabförmigen Teiles gestattet, eine Last aufzunehmen.
In dem magnetostriktiven Lastsensor wird ein Magnetfeld durch den Stromfluss durch die Spule erzeugt. Dies magnetisiert das stabförmige Teil, das aus magnetischem Material hergestellt ist. Wenn das erste Ende des stabförmigen Teiles eine Last durch die Öffnung des Gehäuseteiles aufnimmt, wird das stabförmige Teil verformt. Dies verursacht eine Veränderung in der Induktanz der Spule, was eine Spannungsveränderung verursacht, die über die Spule induziert wird. Dies ermöglicht ein Erfassen der Last auf der Grundlage der Spannungsveränderung.
Das stabförmige Teil mit dem ersten Ende, angeordnet um eine Last aufzunehmen, ist einstückig auf der Basis angeordnet, um die Spule zu lagern. Dies gestattet dem stabförmigen Teil in die vorbestimmte Position der Durchgangsbohrung der Spule während des Zusammenbaus des magnetostriktiven Lastsensors genau und leicht eingesetzt zu werden. Die Herstellung des magnetostriktiven Lastsensors wird somit vereinfacht.
Da zusätzlich das stabförmige Teil auf der Basis, die die Spule lagert, einstückig angeordnet ist, werden das stabförmige Teil und die Spule, die auf der Basis gelagert sind, am Verschieben aus ihren jeweiligen Positionen während des Presseinsetzens des Gehäuseteils mit der Basis gehindert.
Dies reduziert die Veränderungen in der Empfindlichkeit der magnetostriktiven Lastsensoren und verbessert demzufolge die Genauigkeit der Lasterfassung durch die magnetostriktiven Lastsensoren. Als ein Ergebnis wird eine hohe Zuverlässigkeit geschaffen.
Der magnetostriktive Lastsensor enthält außerdem ein elastisches Teil, dass zwischen einer inneren Endoberfläche des Gehäuseteils und einer Endoberfläche der Spule angeordnet ist. Dies hindert die Spule am Verschieben aus ihrer Position während der Vibrationen, die durch das Presseinsetzen der Basis mit dem Gehäuseteil verursacht werden. Dies stellt sicher, dass die Spule nicht aus ihrer Position verschoben wird, was folglich zu einer ausreichenden Verminderung in den Veränderungen der Empfindlichkeit der magnetostriktiven Lastsensoren fährt. Dies verhindert auch ein Lösen der Verbindung des leitenden Drahtes, der aus der Spule herausgezogen wird. Als ein Ergebnis wird die Zuverlässigkeit des magnetostriktiven Lastsensors ausreichend verbessert.
Die Basis und das Gehäuseteil kann vorzugsweise aus magnetischem Material hergestellt werden und als ein Magnetpfad des Magnetfeldes dienen, das durch die Spule erzeugt wird.
In diesem Fall wird ein Magnetfeld durch den Fluss eines Stromes durch die Spule erzeugt. Dies magnetisiert das stabförmige Teil während des Magnetisierens der Basis und des Gehäuseteils, wobei jedes aus magnetischem Material hergestellt ist. Die Basis und das Gehäuseteil funktionieren somit als der Magnetpfad. Dies verbessert die Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors.
Ein Abschnitt des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt wird, kann mit einer Aussparung versehen sein, die eine Verbindung zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Gehäuseteils erlaubt. Dies reduziert die Last, die erforderlich ist, das Gehäuseteil mit der Basis einzusetzen. Dies erleichtert das Einsetzen des Gehäuseteils mit der Basis. Als ein Ergebnis wird die Herstellung des magnetostriktiven Lastsensors vereinfacht.
Überdies wird die verbleibende Spannung, die in dem Abschnitt des Gehäuseteils erzeugt wird, das mit der Basis eingesetzt wird, reduziert. Dies reduziert den magnetischen Widerstand des Abschnittes des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist. Als ein Ergebnis wird die Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors verbessert.
Zusätzlich reduziert eine reduzierte Spannung in dem Abschnitt des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist, die Veränderung in den magnetischen Eigenschaften des Gehäuseteils. Demzufolge werden die Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren reduziert.
Außerdem kann der leitende Draht, der aus der Spule herausgezogen ist, leicht nach außen des Gehäuseteils von der Innenseite des Gehäuseteils durch die Aussparung verlängert werden.
Eine Länge der Aussparung in einer ersten Richtung, die im Wesentlichen parallel zu dem stabförmigen Teil ist, kann länger sein als eine Länge der Aussparung in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen zu der ersten Richtung rechtwinklig ist.
Wenn die Länge der Aussparung in der ersten Richtung länger als die Länge der Aussparung in der zweiten Richtung ist, wird die Querschnittsfläche des Gehäuseteils, das den Magnetpfad bildet, erhöht. Dies reduziert die Veränderung in den magnetischen Eigenschaften des Gehäuseteils infolge der Ausbildung der Aussparung. Als ein Ergebnis wird die Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors verbessert.
Die Spule kann einen Spulenträger mit einem Flansch enthalten, der auf der Basis gelagert ist, und einen leitenden Draht, der rund um den Spulenträger aufgewickelt ist, wobei der Flansch des Spulenträgers einen Auslass für den leitenden Draht haben kann, der einen Kanal bildet, durch den sich der leitende Draht, der sich von der spule erstreckt, nach außen des Gehäuseteils gerichtet ist, und der Auslass des leitenden Drahtes kann gebildet werden, um in die Aussparung zu passen.
In diesem Fall wird während des Presseinsetzens des Gehäuseteils mit der Basis der Auslass des leitenden Drahtes an dem Flansch des Spulenträgers in die Aussparung des Gehäuseteils eingesetzt. Der leitende Draht, der sich von der Spule erstreckt, ist zu der Außenseite durch den Kanal, der durch den Auslass des leitenden Drahtes gebildet ist, erstreckt.
Dies verhindert ein Lösen des leitenden Drahtes, der sich von der Spule während des Presseinsetzens des Gehäuseteils mit der Basis erstreckt. Zusätzlich wird der leitende Draht der Spule direkt aus dem Gehäuseteil herausgeführt, ohne durch einen Stift zu gehen, was folglich zu einer kleineren Abmessung des magnetostriktiven Lastsensors führt.
Der Flansch kann eine Führungsnut haben, der den leitenden Draht zu dem Kanal des Auslasses des leitenden Drahtes führt. In diesem Fall wird der leitende Draht, der sich von der Spule erstreckt, zu dem Kanal des Auslasses des leitenden Drahtes durch die Führungsnut geführt. Dies verhindert ein Lösen des leitenden Drahtes, der sich von der Spule während des Presseinsetzens des Gehäuseteils mit der Basis erstreckt.
Der magnetostriktive Lastsensor kann außerdem ein umhüllendes Rohr enthalten, das zumindest einen Bereich des leitenden Drahtes abdeckt, der durch die Führungsnut und den Kanal des Auslasses des leitenden Drahtes hindurchgeht. In diesem fall geht zumindest der Bereich des leitenden Drahtes, der aus der Spule herausgezogen ist, der durch die Führungsnut und durch den Kanal des Auslasses des leitenden Drahtes hindurchgeht, mit dem umhüllenden Rohr abgedeckt. Dies verhindert ein Lösen des leitenden Drahtes, der sich von der Spule erstreckt.
Der Abschnitt des Gehäuseteils, der mit der Basis eingesetzt ist, kann zumindest einen Schlitz enthalten. Dies reduziert die last, die erforderlich ist, das Gehäuseteil mit der Basis einzusetzen. Dies erleichtert das einsetzen des Gehäuseteils mit der Basis. Als ein Ergebnis wird die Herstellung des magnetostriktiven Lastsensors vereinfacht.
Überdies wird die restliche Spannung, die in dem Abschnitt des Gehäuseteils, eingesetzt mit der Basis, reduziert. Dies reduziert den magnetischen Widerstand des Abschnittes des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist. Als ein Ergebnis wird die Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors verbessert.
Zusätzlich reduziert eine restliche Spannung in dem Abschnitt des Gehäuseteils, eingesetzt mit der Basis, die Veränderung in den magnetischen Eigenschaften des Gehäuseteils. Demzufolge werden Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren reduziert.
Der abschnitt des Gehäuseteils, der mit der Basis eingesetzt ist, enthält eine Mehrzahl von Schlitzen, die voneinander in im Wesentlichen gleichen Abständen beabstandet sind. Dies reduziert die Last, die erforderlich ist, das Gehäuseteil mit der Basis einzusetzen. Dies erleichtert das Einsetzen des Gehäuseteils mit der Basis. Als ein Ergebnis wird die Herstellung des magnetostriktiven Lastsensors vereinfacht.
Überdies wird die restliche Spannung, die in dem Abschnitt des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist, reduziert. Dies reduziert den magnetischen Widerstand des Abschnittes des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist. Als ein Ergebnis wird die Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors verbessert.
Zusätzlich reduziert die restliche Spannung in dem Abschnitt des Gehäuseteils, eingesetzt mit der Basis, die Veränderung in den magnetischen Eigenschaften des Gehäuseteils. Demzufolge werden Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren reduziert.
Außerdem macht die Ausbildung der Mehrzahl von Schlitzen in gleichen Abstän den die Last, die auf den Abschnitt des Gehäuseteils, eingesetzt mit der Basis, wirkt, gleichmäßig. Dies verhindert eine Deformation des Gehäuseteils während des Presseinsetzens des Gehäuseteils mit der Basis.
Das stabförmige Teil kann an einem zweiten Ende desselben einen expandierten Abschnitt mit einem Querschnitt haben, der sich in die Richtung zu der Basis allmählich erweitert. In diesem Fall wird eine Verschiebung in der Position der Spule durch den erweiterten Abschnitt während des Einsetzens des stabförmigen Teils in die Durchgangsbohrung der Spule beim Zusammenbauen des magnetostriktiven Lastsensors verhindert. Dies gestattet dem stabförmigen Teil in die vorbestimmte Position der Durchgangsbohrung der Spule genauer und leichter eingesetzt zu werden.
Ein Ende der Durchgangsbohrung auf der seite des erweiterten Abschnittes des stabförmigen Teils kann einen Querschnitt haben, der sich in die Richtung zu der Basis allmählich erweitert. In diesem Fall wird während des Einsetzens des stabförmigen Teils in die Durchgangsbohrung der Spule beim Zusammenbauen des magnetostriktiven Lastsensors eine Verschiebung in der Position der Spule durch die Form des Querschnittes der Durchgangsbohrung verhindert, die sich in die Richtung der Basis und des erweiterten Abschnitt des stabförmigen Teils erweitert. Dies gestattet dem stabförmigen Teil in die vorbestimmte Position der Durchgangsbohrung der Spule genauer und leichter eingesetzt zu werden.
Ein Spalt kann zwischen einer Außenoberfläche des stabförmigen Teils und einer Innenoberfläche der Durchgangsbohrung vorgesehen sein, und ein größter Querschnitt des erweiterten Abschnittes des stabförmigen Teils kann eine Größe haben, die im Wesentlichen gleich zu dem eines größten Querschnittes der Durchgangsbohrung ist. In diesem Fall wird während des Einsetzens des stabförmigen Teils in die Durchgangsboh rung der Spule das stabförmige Teil automatisch in der Durchgangsbohrung der Spule derart positioniert, dass die Position des erweiterten Abschnittes des stabförmigen Teils mit dem größten Querschnitt und die Position der Durchgangsbohrung mit dem größten Querschnitt miteinander deckungsgleich sind. Dies erleichtert das Positionieren der Spule.
Der magnetostriktive Lastsensor kann außerdem eine elastische Abdeckung enthalten, die mit dem Gehäuseteil verbunden ist, um die Öffnung abzudecken. In diesem fall wird die Öffnung des Gehäuseteils mit der elastischen Abdeckung abgedichtet, um somit Widerstände gegenüber Staub und Wasser in dem magnetostriktiven Lastsensor zu schaffen, was die Zuverlässigkeit desselben verbessert.
Jedes von dem Gehäuseteil und dem stabförmigen Teil kann aus einem wärmebehandelten Material hergestellt werden und eine Wärmebehandlungstemperatur des wärmebehandelten Materials des Gehäuseteils kann höher als die Wärmebehandlungstemperatur des wärmebehandelten Materials des stabförmigen Teils sein. Wenn das Gehäuseteil aus einem magnetischen Material hergestellt wird, schafft das Anwenden der Wärmebehandlung auf das Gehäuseteil mit einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil das Gehäuseteil mit einer geringeren Härte als die des stabförmigen teils.
Dies reduziert die Last, die erforderlich ist, das Gehäuseteil mit der Basis einzusetzen, was eine Reduzierung in der restlichen Spannung erlaubt, die in dem Abschnitt des Gehäuseteils, eingesetzt mit der Basis, erzeugt wird. Demzufolge wird der magnetische Widerstand des Abschnittes des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist, reduziert. Als ein Ergebnis wird die Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors verbessert.
Überdies reduziert eine reduzierte restliche Spannung in dem Abschnitt des Gehäuseteils, das mit der Basis eingesetzt ist, die Veränderung in den magnetischen Eigenschaften des Gehäuseteils. Demzufolge werden die Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren reduziert.
Das Vorhergehende und weitere Elemente, Merkmale, Schritte, Charakteristika, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein externe perspektivische Darstellung eines magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
2a ist eine Seitenansicht des magnetostriktiven Lastsensors von 1, und
2b ist eine Spitzenansicht des magnetostriktiven Lastsensors von 1;
3 ist eine Zusammenbaudarstellung des magnetostriktiven Lastsensors von 1;
4 ist eine externe perspektivische Darstellung des Spulenträgers für den Gebrauch in dem magnetostriktiven Lastsensor von 1, der von dem Boden gesehen wird;
5 ist ein detaillierter Querschnitt des magnetostriktiven Lastsensors von 1 entlang der Linie A-A;
6 ist eine Darstellung für den Gebrauch bei der Darstellung des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors von 1;
7 ist eine Darstellung für den Gebrauch bei der Darstellung eines weiteren beispiels der Konfiguration des magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
Die 8a und die 8b sind Darstellungen für den Gebrauch bei der Darstellung des anderen Beispiels der Konfiguration eines magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Diagramm für den Gebrauch bei der Darstellung eines noch weiteren Beispieles der Konfiguration eines magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Diagramm, das die experimentellen Ergebnisse hinsichtlich der Beziehungen zwischen der Presseinsetzlast, der Anzahl der Schlitze, der Dicke und der Wärmebehandlungsbedingung zeigt;
Die 11a und die 11b sind Diagramme, die die Veränderungen in den Empfindlichkeiten und die Veränderungen in den Anfangsimpedanzen der magnetostriktiven Lastsensoren zeigt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird ein magnetostriktiver Lastsensor entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) Allgemeine Konfiguration des Magnetostriktiven Lastsensors
1 ist eine externe perspektivische Darstellung eines magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. 2a ist eine Seitenansicht des magnetostriktiven Lastsensors von 1, und 2b ist eine Spitzenansicht des magnetostriktiven Lastsensors von 1.
Wie in der 1, der 2a und der 2b gezeigt, enthält der magnetostriktive Lastsensor 100 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein Gehäuse K, das vorzugsweise ein oberes Gehäuse 10 und ein unteres Gehäuse 20 enthält, das eine Mehrzahl von nachstehend beschriebenen Teilen unterbringt. In der 1 und in der 2a ist eine Mehrzahl von Teilen, die in dem Gehäuse K untergebracht sind (eine Spule 40, ein Spulenträger 50 und ein elastischer Ring 60, die nachstehend beschrieben werden) durch gepunktete Linien angezeigt.
Das obere Gehäuse 10, das vorzugsweise eine ungefähre Glockenform hat, ist mit einer Bohrung 10H durch ein oberes Ende versehen. Ein nachstehend beschriebenes stabförmiges Teil 20b des unteren Gehäuses 20 wird in diese Bohrung 10H eingesetzt. Die Bohrung 10H hat einen größeren Durchmesser als der des stabförmigen Teils 20b, so dass ein oberes Ende des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuses 20 nach oben von dem unteren Ende des oberen Gehäuses 10 vorspringt.
Die elastische Abdeckung 30 ist verbunden, um die oberen Enden der Bohrung 10H und das stabförmige Teil 20b des unteren Gehäuses 20 abzudecken. Eine ungefähre Mitte der elastischen Abdeckung 30 springt somit aufwärts entlang der Form des stabförmigen Teils 20b, das von dem unteren Gehäuse 10 vorspringt, vor. Diese vorspringende Oberfläche dient als ein Drucksensorabschnitt PS für die Last, die auf den magnetostriktiven Lastsensor 100 aufgebracht wird.
Ein unteres Ende des oberen Gehäuses 10 ist mit einer Aussparung 10W in einer vorbestimmten Richtung versehen. Ein leitender Draht 40R ist von der Innenseite des Gehäuses K durch die Aussparung 10W nach außen erstreckt. Ein vorbestimmter Bereich des leitenden Drahtes 40R an dem Auslass desselben ist mit einem Schrumpfschlauch 70 abgedeckt. Dies wird nachstehend ausführlich beschrieben.
(2) Ausführliche Konfiguration des Magnetostriktiven Lastsensors
Die Konfiguration des magnetostriktiven Lastsensors 100 und das Verfahren beim Zusammenbauen werden nachstehend beschrieben. 3 ist eine Zusammenbaudarstellung des magnetostriktiven Lastsensors 100 von 1. 4 ist eine externe perspektivische Darstellung des Spulenträgers für den Gebrauch in dem magnetostriktiven Lastsensor 100 von 1, der von dem Boden gesehen wird.
Wie in der 3 gezeigt enthält der magnetostriktiven Lastsensor 100 ein obere Gehäuse 10, ein unteres Gehäuse 20, eine elastische Abdeckung 30, eine Spule 40, einen Spulenträger 50 und einen elastischen Ring 60.
Wie zuvor beschrieben hat das obere Gehäuse 10 vorzugsweise eine ungefähre Glockenform. Das obere Ende des oberen Gehäuses 10 ist mit einer Bohrung 10H versehen und das untere Ende des oberen Gehäuses 10 ist mit einer Aussparung 10W versehen. Die Umfangslänge der Aussparung 10W ist vorzugsweise kürzer als die vertikale Länge derselben. Das obere Gehäuse 10 mit Ausnahme der Aussparung 10W an dem unteren Ende dient als ein Gehäuse-Presseinsetzabschnitt 11.
Beispiele von Material für den gebrauch als das obere Gehäuse 10 enthalten magnetische Materialien, z. B. eisenhaltige Materialien, Eisen-Chrom-basierte Materialien, Eisen-Nickel-basierte Materialien, Eisen-Kobalt-basierte Materialien, Eisen-Silizium-basierte Materialien, Eisen-Aluminium-basierte Materialien, reines Eisen, Parmlegierung und super-magnetostriktive Materialien. Dies gestattet dem oberen Gehäuse 10 als ein magnetischer Pfad während des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors 100 zu funktionieren. Dies wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Es sollte beachtet werden, dass das obere Gehäuse 10 vorzugsweise durch Schmieden hergestellt wird. Das zuvor erwähnte magnetische Material wird vorzugsweise in dem Bereich der Temperaturen von ungefähr 600°C bis ungefähr 1100°C wärmebehandelt. Das obere Gehäuse 10 wird vorzugsweise bei einer Temperatur wärmebehandelt, die höher als die für das stabförmige Teil 20b des unteren Gehäuses 20 ist, was nachstehend beschrieben wird.
Die elastische Abdeckung 30, die eine Kreisform hat, wird vorzugsweise aus einem elastischen Material, z. B. aus Silizium-Kunststoff, hergestellt. Während des Zusammenbauens des magnetostriktiven Lastsensors 100 wird die elastische Abdeckung 10 mit dem oberen Ende des oberen Gehäuses 10 verbunden, um die Bohrung 10H abzudecken (siehe den Pfeil F1 in der 3).
Das untere Gehäuse 20 enthält ein scheibenförmiges Teil 20a und ein stabförmiges Teil 20b, die miteinander einstückig sind. Das scheibenförmige Teil 20a hat eine Spulenbasis 22. Die Spulenbasis 22 ist mit einem Gehäuseflansch 21 versehen, der sich rund um ein unteres Ende erstreckt.
Das säulenförmige stabförmige Teil 20b ist angeordnet, um sich von einem zentralen Abschnitt der Spulenbasis 22 nach oben zu erstrecken. Ein unteres Ende des stabförmigen Teils 20b erstreckt sich mit einem nach unten zunehmenden Durchmesser nach außen. D. h., eine äußere Umfangsoberfläche des unteren Endes des stabförmigen Teiles 20b ist in einer konkaven Konfiguration gekrümmt und mit einer oberen Oberfläche der Spulenbasis 22 verbunden. Das untere Ende des stabförmigen Teils 20b wird nachstehend als ein erweiterter Abschnitt 23r bezeichnet.
Die Materialbeispiele für den Gebrauch als ein unteres Gehäuse 20 enthalten magnetische Materialien, z. B. Eisenmaterialien, Eisen-Chrom-basierte Materialien, Eisen-Nickel-basierte Materialien, Eisen-Kobalt-basierte Materialien, Eisen-Silizium-basierte Materialien, Eisen-Aluminium-basierte Materialien, reines Eisen, eine Parmlegierung und super-magnetostriktive Materialien. Dies gestattet dem unteren Gehäuse 20 als ein Magnetpfad während des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors 100 zu funktionieren, wie nachstehend ausführlich beschrieben werden wird. Es ist zu beachten, dass die Magnetrestriction des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuses 20 durch die Wärmebehandlung entfernt worden ist.
Wie in der 3 und in der 4 gezeigt, hat der Spulenträger 50 eine zylindrische Welle 50J (4), einen oberen Flansch 51 und einen unteren Flansch 53.
Der obere Flansch 51 hat vorzugsweise eine Scheibenform und ist an einem oberen Ende der zylindrischen Welle 50J einstückig angeordnet. Außerdem ist ein ringförmiger Vorsprung 52 (3) an einem zentralen Abschnitt einer oberen Oberfläche des oberen Flanschs 51 einstückig angeordnet. Der ringförmige Vorsprung 52 ist mit einem elastischen Ring 60 montiert (siehe den Pfeil F2 in der 3). Der elastische Ring 60 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material, z. B. aus Silizium-Kunststoff hergestellt.
Der untere Flansch 53 hat vorzugsweise eine Scheibenform und ist an einem unteren Ende der zylindrischen Welle 50J einstückig angeordnet. Folglich sind der obere Flansch 51 und der untere Flansch 53 gegenüberliegend einander zugewandt. Der untere Flansch 53 hat eine Größe, die nahezu gleich zu der der Spulenbasis 22 des unteren Gehäuses 20 ist.
Ein leitender Draht ist rund um die zylindrische Welle 50J zwischen dem oberen Flansch 51 und dem unteren Flansch 53 gewickelt, um die Spule 40 zu bilden. In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel funktioniert die Spule 40 nicht nur als eine Erregerspule, sondern auch als eine Erfassungsspule, wie nachstehend ausführlich beschrieben werden wird. Ein Außenumfang der Spule 40 ist mit einem Band 41 (3) verbunden, um ein Abwickeln dieser Spule 40 zu verhindern. Das Band 41 ist in der 4 nicht gezeigt.
Ein Außenumfang des unteren Flanschs 53 ist mit einem Auslass 54 des leitenden Drahtes und einer Aussparung 55 der Spule an vorbestimmten Positionen versehen. Eine Bodenoberfläche des unteren Flanschs 53 ist mit einer Führungsnut 56 für den lei tenden Draht versehen, die sich von der Aussparung 55 der Spule zu dem Auslass 54 des leitenden Drahtes erstreckt (4).
Die Aussparung 55 der Spule wird durch Aussparen eines Abschnittes des unteren Flanschs 53 in die Richtung eines Innenumfangs des unteren Flansches 53 von einem Außenumfang gebildet. Wie in der 4 gezeigt, wird der leitende Draht 40R der spule 40, der rund um die zylindrische Welle 50J aufgewickelt ist, nach unten durch die Aussparung 55 der Spule herausgezogen. Der leitende Draht 40R, der herausgezogen worden ist, wird zu dem Auslass 54 des leitenden Drahtes über die Führungsnut 56 für den leitenden Draht geführt.
Der Auslass 54 des leitenden Drahtes hat einen Querschnitt (in der senkrechten Richtung) einer ungefähren Hufeisenform, die eine offene Bodenoberfläche hat und angeordnet ist, um nach außen von dem Außenumfang des unteren Flanschs 53 vorzuspringen. Ein innerer Raum des Auslass 54 des leitenden Drahtes bildet einen Abschnitt der Führungsnut 56 für den leitenden Draht.
Dies gestattet dem leitenden Draht 40R, der sich von der Spule 40 erstreckt, nach außerhalb des Spulenträgers 50 durch den Auslass 54 des leitenden Drahtes herausgenommen zu werden.
Es ist zu beachten, dass in der 4 der leitende Draht 40R in dem Bereich der Führungsnut 56 für den leitenden Draht vorzugsweise mit dem Schrumpfschlauch 70 abgedeckt ist. D. h., der leitende Draht 40R, der mit dem Schrumpfschlauch 70 abgedeckt ist, wird in die Führungsnut 56 für den leitenden Draht eingesetzt. Dies verhindert ein Lösen des leitenden Drahtes 40R, der durch die Führungsnut 56 für den leitenden Draht selbst im Fall von Schwingungen oder dergleichen während des Zusammenbauens oder des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors 100 hindurchgeht.
In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Aussparung 55 der Spule und der Auslass 54 des leitenden Drahtes an Positionen angeordnet, die ungefähr 90 Grad voneinander in Bezug auf die Mitte des unteren Flanschs 53 verschoben sind.
Ähnlich zu dem erweiterten Abschnitt 23r des stabförmigen Teils 20b ist eine Durchgangsbohrung 50H in der zylindrischen Welle 50J, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt, die durch die axiale Mitte der Spule 40 angeordnet ist, gebildet, um sich nach außen mit einem sich abwärts erweiternden Durchmesser zu erstrecken. D. h., eine innere Umfangsfläche eines unteren Endes der Durchgangsbohrung 50H ist gekrümmt, um eine konkave Konfiguration zu haben, und mit der Bodenoberfläche des unteren Flanschs 53 verbunden. Das untere Ende der Durchgangsbohrung 50H wird nachstehend als ein erweiterter Abschnitt 50r bezeichnet.
Während des Zusammenbaus des magnetostriktiven Lastsensors 100 wird das stabförmige Teil 20b des unteren Gehäuses 20 in die Durchgangsbohrung 50H (siehe den Pfeil F3 in der 3) in dem Spulenträger 50 mit der zuvor beschriebenen Konfiguration eingesetzt. Der Spulenträger 50 wird somit auf der Spulenbasis 22 des unteren Gehäuses 20 montiert.
In diesem Zustand ist das untere Gehäuse 20 mit dem oberen Gehäuse 10 abgedeckt, so dass sie miteinander verbunden sind (siehe den Pfeil F4 in der 3). Die Verbindung des oberen Gehäuses 10 und des unteren Gehäuses 20 wird ausgeführt wie folgt.
Zuerst werden die Positionen des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuses 20 und die Öffnung 10H des oberen Gehäuses 10 im Verhältnis zueinander eingestellt. Dann wird die Position des Auslass 54 des leitenden Drahtes des Spulenträgers 50, die auf der Spulenbasis 22 montiert ist, und die Position der Aussparung 10W des oberen Gehäuses 10 im Verhältnis zueinander eingestellt.
Obwohl zuvor nicht ausgeführt, ist die vertikale Länge (die Höhe) des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuse 20 vorzugsweise leicht länger als die vertikalen Längen (die Höhen) des Spulenträgers 50 und des oberen Gehäuses 10.
Zusätzlich sind die Aussparung 10W des oberen Gehäuses 10 und der Auslass 54 des leitenden Drahtes des Spulenträgers 50 so konstruiert, dass sie miteinander eingesetzt werden können. Wie zuvor beschrieben, hat der Auslass 54 des leitenden Drahtes einen Querschnitt einer ungefähren Hufeisenform. Demzufolge ist die Aussparung 10W auch gebildet, um eine ungefähre Hufeisenform zu haben. Jede der Aussparung 10W und des Auslass 54 des leitenden Drahtes hat demzufolge eine bogenförmige Ecke, die das Einsetzen der Aussparung 10W und des Auslass 54 des leitenden Drahtes miteinander erleichtern.
Wie zuvor beschrieben wird, mit dem oberen Gehäuse 10 und dem unteren Gehäuse 20, die im Verhältnis zueinander positioniert sind, der Gehäuse-Presseinsetzabschnitt 11 des oberen Gehäuses 10 auf den Gehäuseflansch 21 press-eingesetzt.
Auf diese Weise werden das obere Gehäuse 10 und das untere Gehäuse 20 verbunden, so dass die Spule 40, der Spulenträger 50 und der elastische Ring 60 in dem Gehäuse K untergebracht werden. Zusätzlich springt das obere Ende des stabförmigen Teils 20b, das mit der elastischen Abdeckung 30 abgedeckt ist, durch die Öffnung 10H des oberen Gehäuses 10 aufwärts vor.
Außerdem sind die Aussparung 10W und der Auslass 54 des leitenden Drahtes miteinander eingesetzt. Somit ist der leitende Draht 40R der Spule 40 innerhalb des Gehäuses K von dem Gehäuse K durch den Auslass 54 des leitenden Drahtes verlängert.
Der leitende Draht 40R, der sich von dem magnetostriktiven Lastsensor 100 erstreckt, ist mit den peripheren Schaltkreisen, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, z. B. mit einem Oszillations-Schaltkreis, einem Gleichrichter-Schaltkreis, einem Verstarker-Schaltkreis und mit der Zentral-Recheneinheit (CPU) verbunden.
(3) Innere Konfiguration des Magnetostriktiven Lastsensors 100
Nunmehr werden in Bezug auf die 5 ausführliche Konfigurationen des Auslass 54 des leitenden Drahtes, des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b und des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H in dem magnetostriktiven Lastsensor 100, hergestellt in der zuvor erwähnten Weise, beschrieben.
5 ist ein detaillierter Querschnitt des magnetostriktiven Lastsensors 100 entlang der Linie A-A von 1. Wie in der 5 gezeigt, springt der Auslass 54 des leitenden Drahtes von dem Außenumfang des unteren Flanschs 53 um eine Länge vor, die im Wesentlichen gleich zu der Dicke einer Seitenwand des oberen Gehäuses 10 ist (3).
Somit wird während des Verbindens des oberen Gehäuses 10 und des unteren Gehäuses 20 ein ende des Auslass 54 des leitenden Drahtes und eine äußere Umfangsoberfläche des oberen Gehäuses 10 auf einer im Wesentlichen gleichen Ebene in der vertikalen Richtung angeordnet.
Dies gestattet den leitenden Draht 40R direkt von dem oberen Gehäuse 10 in den magnetostriktiven Lastsensor 100 erstreckt zu werden, um somit eine Reduzierung der Größe des magnetostriktiven Lastsensors 100 zu realisieren.
Eine äußere Umfangsoberfläche des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b ist in seinem senkrechten Querschnitt nach unten mit einem vorbestimmten Krümmungsradius gekrümmt. Auch ist eine innere Umfangsoberfläche des erweiterten Abschnittes 50r des Spulenträgers 50 in ihrem senkrechten Querschnitt nach unten mit einem vorbestimmten Krümmungsradius gekrümmt.
Die äußere Umfangsoberfläche des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b hat einen Krümmungsradius, der von dem der inneren Umfangsoberfläche des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H verschieden ist. Noch genauer, der Krümmungsradius der äußeren Umfangsoberfläche des erweiterten Abschnittes 23r ist vorzugsweise kleiner als der der inneren Umfangsoberfläche des erweiterten Ab schnittes 50r im Querschnitt des magnetostriktiven Lastsensors 100 entlang der Linie A- A von 1.
Der Durchmesser des untersten Endes des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H ist im Wesentlichen gleich zu dem eines untersten Endes des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b. Der Durchmesser des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H wird allmählich größer als der des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b in einer aufwärtigen Richtung von dem untersten Ende des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H.
Auf diese Weise ist der Durchmesser des untersten Endes des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H im Wesentlichen gleich zu dem des untersten Endes des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b. Dies gestattet die Positionierung des stabförmigen Teils 20b, um im Verhältnis zu der Durchgangsbohrung 50H derart eingestellt zu werden, dass die Mittelachse des stabförmigen Teils 20b und die Durchgangsbohrung 50H miteinander deckungsgleich sind.
Als ein Ergebnis wird ein gleichmäßiger Spalt G zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Durchgangsbohrung 50H in dem Spulenträger 50 und der äußeren Umfangsoberfläche des stabförmigen Teils 20b gebildet.
Als ein Ergebnis wird ein gleichmäßiger Spalt G zwischen der inneren Umfangs oberfläche der Durchgangsbohrung 50H in dem Spulenträger 50 und der äußeren Umfangsoberfläche des stabförmigen Teils 20b gebildet. Ein gleichmäßiger Spalt G wird auch zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Öffnung 10H in dem oberen Gehäuse 10 und der äußeren Umfangsoberfläche des stabförmigen Teils 20b gebildet.
Wie zuvor beschrieben wird in dem magnetostriktiven Lastsensor 100 entsprechend des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Spulenträger 50 leicht und genau relativ zu dem stabförmigen Teil 20b positioniert, um somit eine Verbesserung in der Handhabbarkeit beim Zusammenbauen des magnetostriktiven Lastsensors 100 zu schaffen.
(4) Betrieb des Magnetostriktiven Lastsensors
6 ist ein Diagramm für den Gebrauch in einer Darstellung des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors 100 von 1.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist der leitende Draht 40R, der sich von dem magnetostriktiven Lastsensor 100 erstreckt, mit den peripheren Schaltkreisen, die nicht gezeigt sind, verbunden.
Während des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors 100 wird ein Wechselstrom durch die Spule 40 durch den leitenden Draht 40R von dem nicht gezeigten peri pheren Schaltkreis hindurchgeführt. Noch genauer, die Spule 40 wird durch den Oszillierungs-Schaltkreis als ein peripherer Schaltkreis angetrieben. Während des Antriebs funktioniert die Spule 40 als eine Erregerspule, um das stabförmige Teil 20b zu magnetisieren. Dies veranlasst das obere Gehäuse 10 und das scheibenförmige Teil 20a als ein Magnetpfad zu funktionieren.
In der 6 zeigen die Pfeile M in einer Umrissdarstellung die Richtung des in dem magnetostriktiven Lastsensor 100 während des Betriebs der Spule 40 erzeugten Magnetfeldes.
In diesem Zustand verursacht das Aufbringen einer Last auf den Drucksensor PS des magnetostriktiven Lastsensors 100, wie durch den dicken Pfeil P angezeigt, eine Druckkraft, die auf das stabförmige Teil 20b wirkt. Mit einer Druckkraft, die auf das stabförmige Teil 20b wirkt, vermindert sich die magnetische Permeabilität des stabförmigen Teils 20b infolge der Umkehrung des magnetostriktiven Effekts, was eine Veränderung in dem induktiven Scheinwiderstand der Spule 40 verursacht.
Wenn das stabförmige Teil 20b, wie zuvor erwähnt, aus einem super-magnetostriktiven Material hergestellt wird, beträgt der magnetostriktive Effekt von mehreren 100 bis zu mehreren 1000 ppm. Wenn das stabförmige Teil 20b aus einem magnetischen Material hergestellt ist, das anders als das super-magnetostriktive Material ist, beträgt der magnetostriktive Effekt mehrere 10 ppm oder weniger.
Dies führt zu einer Veränderung in der induzierten elektromotorischen Kraft (in der Spannung), die über die Spule 40 erzeugt wird. In diesem Fall funktioniert die Spule 40 als eine Erfassungsspule. Die Veränderung in der Spannung über die Spule 40 wird durch einen peripheren Schaltkreis (nicht gezeigt) durch den leitenden Draht 40R erfasst.
Noch genauer, die Spannung über die Spule 40 wird zu dem Gleichrichter-Schaltkreis durch den leitenden Draht 40R zugeführt. Die Spannung, die durch den Gleichrichter-Schaltkreis gleichgerichtet wird, wird dann durch den Verstärker-Schaltkreis verstärkt. Auf der Grundlage der verstärkten Spannung berechnet die CPU eine Druckkraft, die auf das stabförmige Teil 20b wirkt. Auf diese Weise wird eine Last, die auf den Drucksensor PS des magnetostriktiven Lastsensors 100 auferlegt wird, erfasst.
(5) Wirkungen des bevorzugten Ausführungsbeispieles
In dem magnetostriktiven Lastsensor 100 entsprechend des bevorzugten Ausführungsbeispieles, das stabförmige Teil 20b, auf das die Last aufgebracht wird, ist mit dem scheibenförmigen Teil 20a des unteren Gehäuses 20 einstückig. Dies gestattet dem stabförmigen Teil 20b des unteren Gehäuses 20 in die Durchgangsbohrung 50H in dem Spulenträger 50 während des Zusammenbaus des magnetostriktiven Lastsensors 100 leicht und einfach zusammengebaut zu werden, um dadurch die Herstellung des magnetostriktiven Lastsensors 100 zu vereinfachen.
Überdies ist, wie zuvor beschrieben, der Durchmesser des untersten Endes des erweiterten Abschnittes 50r der Durchgangsbohrung 50H vorzugsweise im Wesentlichen gleich zu der des untersten Endes des erweiterten Abschnittes 23r des stabförmigen Teils 20b. Somit wird während des Einsetzens des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuses 20 in die Durchgangsbohrung 50H in dem Spulenträger 50 automatisch eingestellt, so dass die Mittelachse des stabförmigen Teils 20b und die Durchgangsbohrung 50H miteinander deckungsgleich sind. Dies gestattet dem Spulenträger 50 und dem stabförmigen Teil 20b in den genauen Positionen beibehalten zu werden.
Als ein Ergebnis werden während des Presseinsetzens des oberen Gehäuses 10 mit dem unteren Gehäuse 20 der Spulenträger 50 und das stabförmige Teil 20b am Verschieben aus ihren jeweiligen Positionen gehindert. Dies reduziert die Veränderungen in den Empfindlichkeiten des magnetostriktiven Lastsensors 100 und verbessert demzufolge die Zuverlässigkeit.
Zusätzlich wird der elastische Ring 60, der an dem Spulenträger 50 montiert ist, zwischen der oberen Oberfläche des Spulenträgers 50 und der inneren Oberfläche des oberen Endes des oberen Gehäuses 10 positioniert. Dies hindert den Spulenträger 50 am Verschieben in der vertikalen Richtung im Fall von Schwingungen, die während des Presseinsetzens des oberen Gehäuses 10 mit dem unteren Gehäuse 20 auftreten, während das Lösen des leitenden Drahtes 40R verhindert wird.
Dies sichert, dass der Spulenträger 50 und das stabförmige Teil 20b am Verschieben aus ihren jeweiligen Positionen, führt zu einer ausreichenden Verminderung in den Veränderungen in den Empfindlichkeiten des magnetostriktiven Lastsensors 100 und demzufolge zu einer ausreichenden Verbesserung in der Zuverlässigkeit.
Überdies reduziert die Aussparung 10W des oberen Gehäuses 10 die Last, die für das Presseinsetzen des Gehäuse-Presseinsetzabschnittes 11 des oberen Gehäuses 10 auf den Gehäuseflansch 21 erforderlich ist (die Last wird nachstehend als die Presseinsetzlast bezeichnet). Dies führt zu einer Verminderung in der Restspannung, die in dem oberen Gehäuse erzeugt wird.
Während des Presseinsetzens des Gehäuse-Presseinsetzabschnittes 11 des oberen Gehäuses 10 auf den Gehäuseflansch 21 wird eine Last auf das obere Ende des oberen Gehäuses 10 aufgebracht. inzwischen wird während dieses Presseinsetzens keine Presseinsetzlast auf das obere Ende des stabförmigen Teils 20b aufgebracht, auf das die Last während des Betriebs des magnetostriktiven Lastsensors 100 aufgebracht wird.
Demzufolge wird während des Presseinsetzens des Gehäuse-Presseinsetzabschnittes 11 die Erzeugung einer Restspannung in dem stabförmigen Teil 20b vermindert. Als ein Ergebnis werden die Veränderungen in den Magneteigenschaften des stabförmigen Teils 20b infolge der Restspannung minimiert, was folglich zu einer ausreichenden Verminderung in den Veränderungen in den Empfindlichkeiten des magnetostriktiven Lastsensors 100 führt.
Zusätzlich sichert die Verbindung des Gehäuse-Presseinsetzabschnittes 11 rund um den Außenumfang des scheibenförmigen Teils 20a eine große Querschnittsfläche des oberen Gehäuses 10 als einen Magnetpfad. Demzufolge ist selbst dann, wenn eine Restspannung in dem Gehäuse-Presseinsetzabschnitt 11 durch das Presseinsetzen erzeugt wird, eine Erhöhung in dem Magnetwiderstand klein.
Überdies wird das obere Gehäuse 10 bei einer Temperatur, die höher als die Temperatur für das stabförmige Teil 20b des unteren Gehäuses ist, wärmebehandelt. Das obere Gehäuse 10 hat somit eine geringere Härte als die des stabförmigen Teils 20b. Dies gestattet dem Gehäuse-Presseinsetzabschnitt 11 des oberen Gehäuses 10 auf den Gehäuseflansch 21 mit einer kleinen Last eingesetzt zu werden. Als ein Ergebnis werden das obere Gehäuse 10 und das untere Gehäuse 20 am Verschieben aus ihren jeweiligen Positionen während des Presseinsetzvorganges gehindert, während die Restspannung, die in dem oberen Gehäuse erzeugt wird, weiter reduziert wird. Dies führt zu einer weiteren Verminderung in den Veränderungen der Empfindlichkeiten des magnetostriktiven Lastsensors 100.
Es ist zu beachten, dass sich der Magnetwiderstand eines magnetischen Materials mit der Erhöhung der Wärmebehandlungstemperatur vermindert. Dies bedeutet, dass wenn die Wärmebehandlungstemperatur für das obere Gehäuse 10 höher als die für das stabförmige Teil (20b) ist, der Magnetwiderstand des stabförmigen Teils (20b) größer als der des oberen Gehäuses 10 ist. In diesem Fall wird die Proportion des Magnetwiderstandes des stabförmigen Teils (20b) zu der des gesamten Magnetpfades erhöht. Dies führt zu einer verbesserten Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors 100.
Zusätzlich wird der leitende Draht 40R der Spule 40 nach außen des oberen Gehäuses 10, ohne durch einen Stift hindurchzugehen, verlängert, um somit der Umfangslange der Aussparung 10W zu gestatten, kürzer als die vertikale Länge derselben zu sein. D. h., die Umfangslänge der Aussparung 10W kann reduziert werden.
Dies erhöht die Querschnittsfläche des oberen Gehäuses 10 als einen Magnetpfad. Eine Erhöhung in dem Magnetwiderstand des oberen Gehäuses 10 wird somit weiter reduziert. Dies führt zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit des magnetostriktiven Lastsensors 100.
Überdies ist der leitende Draht 40R durch den Auslass 54 für den leitenden Draht 40R in der Spule 40 erstreckt. Der leitende Draht 40R ist somit bei dem Auslass 54 für den leitenden Draht während des Presseinsetzens des Gehäuse-Presseinsetzabschnittes 11 des oberen Gehäuses 10 auf den Gehäuseflansch 21 geschützt. Dies verhindert das Aufbringen einer Last auf den leitenden Draht 40R.
Auf diese Weise wird ein Lösen des leitenden Drahtes 40R während des Zusammenbauens des magnetostriktiven Lastsensors 100 verhindert, was folglich zu verbesserten Erträgen der magnetostriktiven Lastsensoren 100 und demzufolge zu niedrigeren Herstellungskosten führt.
Zusätzlich ist die elastische Abdeckung 30 an dem oberen Ende des oberen Gehäuses 10 verbunden. Die elastische Abdeckung 30 dichtet somit den Spalt G ab, der zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Durchgangsbohrung H und der äußeren Umfangsoberfläche des stabförmigen Teils (20b) und dem Spalt G zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Öffnung 10H und der äußeren Umfangsoberfläche des stabförmigen Teils (20b) gebildet ist. Dies schafft Widerstände gegenüber Staub und Wasser gegenüber dem magnetostriktiven Lastsensor 100, um die Zuverlässigkeit desselben zu verbessern.
Wie zuvor beschrieben, wird der magnetostriktive Lastsensor 100 entsprechend des vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispieles geschaffen, der zuverlässig, leicht herzustellen und in der Größe kleiner ist.
(6) Ein weiteres Beispiel der Konfiguration des Magnetostriktiven Lastsensors
Die Konfiguration des magnetostriktiven Lastsensors entsprechend dieses Beispieles ist von der des magnetostriktiven Lastsensors 100 von 1 in der folgenden Weise verschieden. Es ist zu beachten, dass der magnetostriktive Lastsensor in diesem Beispiel eine äußere Form hat, die im Wesentlichen dieselbe wie die des magnetostriktiven Lastsensors 100 von 1 ist.
Die 7, die 8a und die 8b sind Darstellungen für den Gebrauch beim Veranschaulichen eines weiteren Beispiels der Konfiguration eines magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
Die 7 zeigt einen senkrechten Querschnitt des magnetostriktiven Lastsensors 100 entsprechend dieses Beispiels. Die 7 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie A-A der 1. Die 8a zeigt eine Spitzenansicht des magnetostriktiven Lastsensors 100 und die 8b zeigt einen Querschnitt des magnetostriktiven Lastsensors 100 entlang der Linie B-B von 7.
Wie in der 8a gezeigt, ist das Erscheinungsbild dieses magnetostriktiven Lastsensors 100 vorzugsweise dasselbe wie das des magnetostriktiven Lastsensors 100 von 1, wenn in der Draufsicht gesehen wird.
Wie in der 7 und in der 8b gezeigt, hat der magnetostriktive Lastsensor 100 ein oberes Gehäuse 10 in einer Form, die von der des oberen Gehäuses 10 in der 1 verschieden ist, was nunmehr ausführlich beschrieben wird.
Ähnlich zu dem oberen Gehäuse 10 in der 1 ist ein unteres Ende des oberen Gehäuses 10 mit einer Aussparung 10W geschaffen, um einen leitenden Draht 40R herauszuführen.
Das untere Ende des oberen Gehäuses 10 ist auch mit einem Schlitz 10a versehen. Der Schlitz 10a ist gegenüberliegend zu der Aussparung 10W in Bezug zu der Mittelachse des oberen Gehäuses 10.
Die vertikale Länge des Schlitzes 10a (die Höhe) ist höher als die eines presseingesetzten Abschnittes 11. Die Umfangslänge des Schlitzes 10a ist kürzer als die vertikale Länge desselben.
In dem magnetostriktiven Lastsensor 100 dieses Beispieles bildet der Abschnitt des oberen Gehäuses 10 mit der Ausnahme der Aussparung 10W und des Schlitzes 10a an dem unteren Ende den Gehäuse-Presseinsetzabschnitt 11.
Die Aussparung 10W und der Schlitz 10a des oberen Gehäuses 10 gestatten eine ausreichende Verminderung in der Presseinsetzlast, wenn mit der Presseinsetzlast, die auf das obere Gehäuse 10 in der 1 angewandt wird, verglichen wird. Dies reduziert weiter die in dem oberen Gehäuse 10 erzeugte Restspannung.
Als ein Ergebnis wird eine Veränderung der Magneteigenschaften des oberen Gehäuses infolge der Restspannung weiter reduziert, was zu einer weiteren Verminderung in den Veränderungen in den Empfindlichkeiten des magnetostriktiven Lastsensors 100 führt.
(7) Noch ein weiteres Beispiel der Konfiguration des Magnetostriktiven Lastsensors
Ein unteres Ende eines oberen Gehäuses 10 kann, wie nachstehend beschrieben, mit einer Mehrzahl von Schlitzen 10a versehen werden.
Die 9 ist eine Darstellung für den Gebrauch zum Veranschaulichen eines noch weiteren Beispiels der Konfiguration des magnetostriktiven Lastsensors entsprechend eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. Die 9 zeigt einen horizontalen Querschnitt des magnetostriktiven Lastsensors 100 entsprechend dieses Beispiels. Die 9 entspricht dem Querschnitt der Linie B-B von 7.
Das untere Ende eines oberen Gehäuses 10 in der 9 ist mit einer Kerbe 10W und drei Schlitzen 10a versehen, die in Im wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sind. Noch genauer, die Aussparung 10W und die drei Schlitze 10a sind ungefähr 90° voneinander in Bezug auf die Mittelachse des oberen Gehäuses 10 entfernt.
Die Aussparung 10W und die drei Schlitze 10a dieses oberen Gehäuses 10 gestatten eine weitere Verminderung in der Presseinsetzlast, wenn mit der Presseinsetzlast verglichen wird, die auf das obere Gehäuse 10 in der 7 aufgebracht wird. Dies vermindert weiter die in dem oberen Gehäuse 10 erzeugte Restspannung.
Als ein Ergebnis werden Veränderungen in den Magneteigenschaften des oberen Gehäuses 10 infolge der Restspannung weiter reduziert, was folglich zu einer ausreichenden Verminderung in den Veränderungen in den Empfindlichkeiten des magnetostriktiven Lastsensors 100 führt.
Zusätzlich kann die press-eingesetzte Last über das gesamte untere Ende des oberen Gehäuses 10 gleichmäßig verteilt werden.
Dies verhindert eine Deformation des Gehäuse-Presseinsetzabschnittes 11 während des Press-Einsetzens. Wo das obere Gehäuse 10 gebildet ist, so dass ein horizontaler Querschnitt von seinem äußeren Umfang vollständig rund wird, behält das obere Gehäuse 10 die Rundheit selbst nach dem Presseinsetzen bei.
Das obere Gehäuse 10 kann mit zwei Schlitzen 10a oder vier oder mehr Schlitzen 10a, anders als die drei zuvor beschriebenen Schlitze, versehen sein. In diesem Fall wird die Press-Einsetzlast entsprechend der Anzahl der Schlitze 10a, die in dem oberen Gehäuse 10 gebildet sind, vermindert.
(8) Die Press-Einsetzlast, die Anzahl der Schlitze, die Dicke und die Wärmebehandlungsbedingung
Die Größe der Press-Einsetzlast hängt von der Anzahl der Schlitze 10a, die in dem oberen Gehäuse 10 gebildet sind, der Dicke des oberen Gehäuses 10 und der Wärmebehandlungsbedingung für das obere Gehäuse 10 ab.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten die folgenden Untersuchungen aus, um die Beziehung zwischen der Press-Einsetzlast, der Dicke und der Wärmebehandlungsbedingung zu überprüfen.
Die Erfinder stellten sieben obere Gehäuse S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 her, die in der Anzahl der Schlitze 10a, in der Dicke und in der Wärmebehandlungsbedingung variieren. Die Konfiguration und die Wärmebehandlungsbedingung von jedem der oberen Gehäuse S1 bis S7 sind wie folgt.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S1 schloss die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b des unteren Gehäuses 20 aus. Das obere Gehäuse S1 war nicht mit einem Schlitz 10a versehen.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S2 schloss die Wärmebehandlung bei einer Temperatur ein, die höher als die für das stabförmige Teil 20b war. Das obere Gehäuse S2 war nicht mit einem Schlitz 10a versehen. Das obere Gehäuse 52 entspricht dem oberen Gehäuse 10 in der 1.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S3 enthielt die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b. Das obere Gehäuse S3 war mit einem Schlitz 10a versehen. Das obere Gehäuse S3 entspricht dem oberen Gehäuse 10 in der 7.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S4 enthielt die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b. Das obere Gehäuse S4 war mit drei Schlitzen 19a versehen. Das obere Gehäuse S4 entspricht dem oberen Gehäuse 10 in der 9.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S5 schloss die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b aus. Das obere Gehäuse S5 war mit einem Schlitz versehen, der zu dem des oberen Gehäuses S3 ähnlich war.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S6 schloss die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b aus. Das obere Gehäuse S6 war mit drei Schlitzen 10a ähnlich zu dem oberen Gehäuse S4 versehen.
Die Dicke des Außenumfangs von jedem der zuvor beschriebenen Gehäuse S1 bis S6 betrug gleichmäßig 1,0 mm.
Die Herstellung des oberen Gehäuses S7 enthielt die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b. Das obere Gehäuse S7 war nicht mit einem Schlitz 10a versehen. Die Dicke des Außenumfangs des oberen Gehäuses S7 betrug 0,6 mm, die kleiner als die der anderen oberen Gehäuse S1 bis S5 war.
Die so hergestellten oberen Gehäuse S1 bis S7 wurden für die Press-Einsetzlast gemessen, als sie auf die jeweiligen unteren Gehäuse 20 press-eingesetzt wurden.
Die 10 zeigt ein Diagramm, das die experimentellen Ergebnisse hinsichtlich der Beziehung zwischen der Press-Einsetzlast, der Anzahl der Schlitze 10a, der Dicke und der Wärmebehandlungsbedingung zeigt. In der 10 repräsentiert die Ordinate die Press-Einsetzlast und die Abszisse repräsentiert jeweils die oberen Gehäuse S1 bis S7.
In der 10 repräsentiert die Abszisse die Symbole der oberen Gehäuse S1 bis S7 sowie die Anzahl der Schlitze 10a, die Wärmebehandlungsbedingung und die Dicke für jedes der oberen Gehäuse S1 bis S7.
Wie in der 10 gezeigt, ist die Press-Einsetzlast für das obere Gehäuse S1, ohne Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als der für das stabförmige Teil 20b und Ausbildung eines Schlitzes 10a viel größer als die Press-Einsetzlasten für die anderen oberen Gehäuse S2 bis S7.
Im Gegensatz dazu sind die Press-Einsetzlasten für das obere Gehäuse S5, S6 mit einem Schlitz 10a oder mit Schlitzen 10a, wie sich die Anzahl der Schlitze 10a erhöht, kleiner.
Wie für die oberen Gehäuse S2, S3, S4, die bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b wärmebehandelt worden sind, sind die Press-Einsetzlasten sogar noch kleiner.
Überdies beträgt die Press-Einsetzlast für das obere Gehäuse S7, das bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b wärmebehandelt worden war und in der Dicke kleiner war, ungefähr die Hälfte der Press-Einsetzlast für das obere Gehäuse S1.
Die vorhergehenden Ergebnisse zeigen, dass die Press-Einsetzlast durch Festlegen der Dicke des oberen Gehäuses 10 auf klein, durch Anwenden der Wärmebehandlung auf das obere Gehäuse 10 bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b und durch Ausbilden einer größeren Anzahl von Schlitzen 10a in dem oberen Gehäuse 10 reduziert werden kann.
Demzufolge kann die Handhabbarkeit beim Zusammenbauen eines magnetostriktiven Lastsensors 100 durch das Festlegen der Dicke des oberen Gehäuses 10, um relativ klein zu sein, durch Anwenden der Wärmebehandlung, auf das obere Gehäuse 10 bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b und durch Ausbilden einer größeren Anzahl von Schlitzen 10a in dem oberen Gehäuse 10 verbessert werden.
Es sollte beachtet werden, dass sich, obwohl die Dicke eines oberen Gehäuses 10 reduziert ist, der Magnetwiderstand erhöht, wobei die Erhöhung des Magnetwider standes durch das Anwenden einer Wärmebehandlung auf das obere Gehäuse 10 bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b vermindert werden kann.
(9) Veränderungen in der Empfindlichkeit und in der Impedanz
In den verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Empfindlichkeit eines magnetostriktiven Lastsensors 100 durch Dividieren einer Veränderung in der Impedanz der Spule 40, wenn eine vorgegebene Last auf den magnetostriktiven Lastsensors 100 aufgebracht wird (Impedanzveränderung ΔZ), durch die Impedanz der Spule 40, wenn keine Last auf den magnetostriktiven Lastsensor 100 aufgebracht wird (anfängliche Impedanz Z₀), bestimmt.
Die Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren 100 hängt von der Anwesenheit oder von der Abwesenheit der Schlitze 10a in dem oberen Gehäuse 10, der Dicke des oberen Gehäuses 10 und der Wärmebehandlungsbedingung für das obere Gehäuse 10 ab. Ähnliche Veränderungen in den anfänglichen Impedanzen Z₀ des magnetostriktiven Lastsensors 100 hängen ebenfalls von der Anwesenheit oder von der Abwesenheit der Schlitze 10a in dem oberen Gehäuse 10, der Dicke des oberen Gehäuses 10 und der Wärmebehandlungsbedingung für das obere Gehäuse 10 ab.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten die folgenden Experimente aus, um die Beziehung zwischen den Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren 100, den Veränderungen in den anfänglichen Impedanzen Z₀, der Press-Einsetzlast, der Anzahl der Schlitze 10a, der Dicke und der Wärmebehandlungsbedingung zu überprüfen.
Die Erfinder stellten zwei Arten von oberen Gehäusen T1, T2 her, die in der Anzahl der Schlitze 10a, der Dicke und der Wärmebehandlungsbedingung variiert wurden. Die Konfiguration und die Wärmebehandlungsbedingung von jedem der oberen Gehäuse T1, T2 sind wie folgt.
Die Herstellung des oberen Gehäuses T1 schloss die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b des unteren Gehäuses 20 aus. Das obere Gehäuse T1 war nicht mit einem Schlitz 10a versehen. Die Dicke des oberen Gehäuses T1 betrug 1,0 mm. Das obere Gehäuse T1 entspricht dem zuvor erwähnten oberen Gehäuse S1.
Die Herstellung des oberen Gehäuses T2 schloss die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b und das Ausbilden eines Schlitzes 10a oder eines Schlitzes 10a aus oder schloss die Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b und die Reduzierung der Dicke aus. Das obere Gehäuse T2 entspricht dem zuvor erwähnten oberen Gehäuse S3, S4 oder S7. Die Dicke des oberen Gehäuses T2 wurde auf 0,6 mm reduziert.
Eine große Anzahl der oberen Gehäuse T1, T2, die zuvor beschrieben worden sind, wurden für die Massenproduktion von magnetostriktiven Lastsensoren 100 hergestellt. Jeder der in der Massenproduktion hergestellten magnetostriktiven Lastsensoren 100 wurde für eine anfängliche Impedanz Z₀ der Spule 40 gemessen. Es wurde auch die Impedanzveränderung ΔZ aus der anfänglichen Impedanz Z₀ durch Aufbringen einer 600 N-Last auf jeden der magnetostriktiven Lastsensoren 100 gemessen. Die Empfindlichkeit von jedem magnetostriktiven Lastsensor 100 wurde somit bewertet.
Die 11a und die 11b sind Darstellungen, die jeweils die Veränderungen in den Empfindlichkeiten und die Veränderungen in den anfänglichen Impedanzen Z₀ der magnetostriktiven Lastsensoren 100 zeigen. In jeder von 11a und 11b repräsentiert die Ordinate die anfänglichen Impedanzen Z₀ und die Abszisse repräsentiert die Empfindlichkeit der magnetostriktiven Lastsensoren 100.
In der 11a wird der Veränderungsbereich der Empfindlichkeiten und der Veränderungsbereich in den anfänglichen Impedanzen Z₀ für die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T1 durch die gepunktete Linie T1 angezeigt.
Für die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T1 variierten die Empfindlichkeiten über einen Bereich SEI von ungefähr 50%. Auch variierten die anfänglichen Impedanzen Z₀ über einen Bereich Z01 von ungefähr 12 Ω.
In der 11b sind die Veränderungsbereiche in den anfänglichen Impedanzen Z₀ für die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T2 durch die gepunktete Linie T2 angezeigt.
Für die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T2 variiert die Empfindlichkeit über einen Bereich SE2 von ungefähr 20%. Auch variieren die anfänglichen Impedanzen Z₀ über einen Bereich Z02 von ungefähr 7 Ω.
Zusätzlich zu diesen magnetostriktiven Lastsensoren 100 haben die Erfinder nachstehend beschriebene magnetostriktive Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T3 für die Veränderungen der Empfindlichkeit gemessen.
Die Herstellung der oberen Gehäuse T3 schloss eine Wärmebehandlung bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b ein. Das obere Gehäuse T3 war nicht mit einem Schlitz 10a versehen. Die Dicke des oberen Gehäuses T3 betrug 1,0 mm. Das obere Gehäuse T3 entspricht dem zuvor erwähnten oberen Gehäuse S2.
Für die magnetostriktiven Lastsensoren mit oberen Gehäusen T3 variierten die Empfindlichkeiten über einen Bereich (nicht gezeigt) von ungefähr 24%.
Die vorhergehenden Ergebnisse offenbarten, dass die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T3 eine geringere Veränderungen in der Empfindlichkeit als die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T1 zeigen. Die Ergebnisse offenbarten auch, dass die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T2 sogar geringere Veränderungen in der Empfindlichkeit als die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T3 zeigen.
Auf diese Weise können die Veränderungen in den Empfindlichkeiten der magnetostriktiven Lastsensoren 100 durch das Anwenden einer Wärmebehandlung auf das obere Gehäuse 10 bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b reduziert werden, und kann außerdem durch das Vorsehen eines Schlitzes 10a oder Schlitzes 10a in dem oberen Gehäuse 10 oder durch Reduzieren der Dicke des oberen Gehäuses 10 reduziert werden.
Es wurde auch offenbart, dass die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T2 geringere Veränderungen in der anfänglichen Impedanz Z₀ als die magnetostriktiven Lastsensoren 100 mit den oberen Gehäusen T1 zeigen.
Auf diese Weise können die Veränderungen in den anfänglichen Impedanzen Z₀ der magnetostriktiven Lastsensoren 100 durch Anwenden einer Wärmebehandlung auf das obere Gehäuse 10 bei einer höheren Temperatur als die für das stabförmige Teil 20b reduziert werden, und kann außerdem durch das Vorsehen eines Schlitzes 10a oder Schlitzes 10a in dem oberen Gehäuse 10 oder durch Reduzieren der Dicke des oberen Gehäuses 10 reduziert werden.
(10) Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele
Das obere Gehäuse 10 in dem magnetostriktiven Lastsensor 100 hat entsprechend der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele vorzugsweise eine ungefähre Glockenform mit einem runden horizontalen Querschnitt. Jedoch das obere Gehäuse 10 kann alternativ eine ungefähre Glockenform mit einem gesamten horizontalen Querschnitt haben oder kann eine rechteckige Form haben.
Auch ist die vertikale Länge des stabförmigen Teils 20b in dem unteren Gehäuse 20 vorzugsweise länger als die vertikalen Längen des Spulenträgers 50 und des oberen Gehäuses 10. Jedoch ist die Beziehung zwischen der vertikalen Länge des stabförmigen Teils 20b und den vertikalen Längen des Spulenträgers 50 und dem oberen Gehäuse 10 nicht auf die zuvor gezeigten Beispiele begrenzt. Z. B. kann die vertikale Länge des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuses 20 dieselbe wie die des oberen Gehäuses 10 sein.
Alternativ kann die vertikale Länge des stabförmigen Teils 20b des unteren Gehäuses 20 kürzer als die des oberen Gehäuses 10 sein. In diesem Fall springt das stabförmige Teil 20b nicht durch die Bohrung 10H des oberen Gehäuses 10 vor. Eine Last wird somit auf den Drucksensor PS mittels des anderen Teiles aufgebracht.
Überdies kann das stabförmige Teil 20b eine geeignete Form, die anders als eine Zylindrische Form ist, haben, z. B. eine quadratische, eine Prismen- oder eine zylindrische Form haben.
(11) Entsprechungen zwischen jedem Anspruchelement und jeder Komponente in den bevorzugten Ausführungsbeispielen
In dem magnetostriktiven Lastsensor 100 entsprechend der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele entspricht die Durchgangsbohrung 50H in dem Spulenträger 50 einer Durchgangsbohrung; die Spule 40 und der Spulenträger 50 entsprechen einer Spule; das stabförmige Teil 20b entspricht einem stabförmigen Teil; die Spulenbasis 22 entspricht einer Basis; die Bohrung 10H in dem oberen Gehäuse 10 entspricht einer Bohrung; und das obere Gehäuse 10 entspricht dem Gehäuseteil.
Der Gehäuse-Presseinsetzabschnitt 11 entspricht einem Abschnitt des Gehäuseteils, der mit der Basis eingesetzt ist; die Aussparung 10W in dem oberen Gehäuse 10 entspricht einer Aussparung; die im Wesentlichen rechtwinklige Richtung, die im Wesentlichen zu dem stabförmigen Teil 20b parallel ist, entspricht einer ersten Richtung und die horizontale Richtung entspricht einer zweiten Richtung.
Der untere Flansch 53 entspricht einem Flansch; der leitende Draht und der leitende Draht 40R, die die Spule 40 bilden, entsprechen einem leitenden Draht; der Auslass 54 des leitenden Drahtes entspricht einem Auslass des leitenden Drahtes; und die Führungsnut 56 für den leitenden Draht entspricht einer Führungsnut.
Der Schrumpfschlauch 70 entspricht einem umhüllenden Schlauch; der erweiterte Abschnitt 23r entspricht einem erweiterten Abschnitt; das ende der Durchgangsbohrung 50H auf der Seite des unteren Flansches 53 entspricht einem Ende der Durchgangsbohrung; und der elastische Ring 60 entspricht einem elastischen Teil.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich in Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben und dargestellt worden ist, wird es eindeutig verstanden, dass die Ausführungsbeispiele nur eine Veranschaulichung sind und beispielsweise nicht zur Begrenzung genommen werden sollten, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe der beigefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

Magnetostriktiver Lastsensor, aufweisend: eine Spule (40) mit einer Durchgangsbohrung; ein stabförmiges Teil (20b) mit einem ersten Ende, angeordnet um eine Last aufzunehmen, das in die Durchgangsbohrung der Spule (40) eingesetzt wird, und ein zweites Ende, wobei das stabförmige Teil (20b) aus magnetischen Material hergestellt ist; eine Basis (22), die einstückig an dem zweiten Ende des stabförmigen Teiles (20b) angeordnet ist, um die Spule (40) zu lagern; und ein Gehäuseteil (10), das mit der Basis (22) eingesetzt ist, um die Spule (40) aufzunehmen und das eine Öffnung (10H) hat, die dem ersten Ende des stabförmigen Teils (20b) gestattet, eine Last aufzunehmen, gekennzeichnet durch ein elastisches Teil (60), das zwischen einer inneren Endoberfläche des Gehäuseteils (10) und einer Endoberfläche des Spule (40) angeordnet ist.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (22) und das Gehäuseteil (10) jedes aus magnetischem Material hergestellt ist und einen Magnetpfad eines Magnetfeldes, das durch die Spule (40) erzeugt wird, bilden.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Gehäuseteils (10), der mit der Basis (22) eingesetzt ist, mit einer Aussparung (10W) versehen ist, die eine Verbindung zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Gehäuseteils (10) gestattet.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Aussparung (10W) in einer ersten Richtung, die im Wesentlichen parallel zu dem stabförmigen Teils (22b) ist, länger als eine Länge der Aussparung (10W) in einer zweiten Richtung ist, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Richtung ist.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (40) einen Spulenträger (50) mit einem Flansch (53) enthält, der auf der Basis (22) gelagert ist, und einen leitenden Draht, der rund um die Spulenträger (50) gewickelt ist, wobei der Flansch (53) des Spulenträgers (50) einen Auslass (54) des leitenden Drahtes hat, der einen Kanal bildet, durch den sich der leitende Draht, der sich von der Spule (40) erstreckt, nach außerhalb des Gehäuseteils (10) gerichtet ist, und der Auslass (54) des leitenden Drahtes so angeordnet ist, dass er in die Aussparung (10W) passt.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (53) eine Führungsnut (56) hat, die den leitenden Draht in den Kanal des Auslasses (54) des leitenden Drahtes führt.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Ummantelungsrohr (70), das zumindest einen Bereich des leitenden Drahtes, der durch die Führungsnut (56) und den Kanal des Auslass (54) des leitenden Drahtes hindurchgeht, abdeckt.
Magnetostriktiver Lastsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Gehäuseteils (10), der in die Basis (22) eingesetzt ist, zumindest einen Schlitz (10W) enthält.
Magnetostriktiver Lastsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Gehäuseteils (10), der in die Basis (22) eingesetzt ist, eine Mehrzahl von Schlitzen (10W, 10a) enthält, die voneinander in im Wesentlichen gleichen Abständen beabstandet sind.
Magnetostriktiver Lastsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Teil (20b) an dem zweiten Ende einen erweiterten Abschnitt (23r) mit einem Querschnitt hat, der sich allmählich in der Richtung zu der Basis (22) erweitert.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Durchgangsbohrung von der Spule (40) auf einer Seite des erweiterten Abschnittes (23r) des stabförmigen Teils (23) von der Spule (40) einen Querschnitt hat, der sich allmählich in der Richtung zu der Basis (22) erweitert.
Magnetostriktiver Lastsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (G) zwischen einer Außenoberfläche des stabförmigen Teils (23) und einer Innenoberfläche der Durchgangsbohrung geschaffen ist, und ein größter Querschnitt des erweiterten Abschnittes (23r) des stabförmigen Teils (23) eine Größe hat, die im Wesentlichen gleich zu der eines größten Querschnittes der Durchgangsbohrung ist.
Magnetostriktiver Lastsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine elastische Abdeckung (30), die mit dem Gehäuseteil (10) verbunden ist, um die Öffnung (10W) abzudecken.
Magnetostriktiver Lastsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Gehäuseteil (10), als auch das stabförmige Teil (23) aus einem wärmebehandelten Material hergestellt ist und eine Wärmebehandlungstemperatur des wärmebehandelten Materials des Gehäuseteils (10) höher als eine Wärmebehandlungstemperatur des wärmebehandelten Materials des stabförmigen Teils (23) ist.