DE69837702T2

DE69837702T2 - Lastsensor

Info

Publication number: DE69837702T2
Application number: DE69837702T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Iwata-shi MIZUNO; Nobuo Iwata-shi HARA
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2018-12-26
Also published as: DE69837702D1; US6345544B1; CN1175257C; JP4217321B2; WO1999034182A1; EP0964232A1; EP0964232A4; JPH11241955A; EP0964232B1; CN1253622A

Description

Gebiet der Technik
Diese Erfindung betrifft eine Lasterfassungsvorrichtung zum elektromagnetischen Erfassen einer Last, die direkt auf eine magnetische Substanz ausgeübt wird.
Hintergrund der Technik
Als ein Lastsensor zum Messen einer Last, die auf ein elastisches Element ausgeübt wird, ist eine Dehnungsmessstreifen-Wägezelle bekannt, bei der die Dehnung eines durch eine Last verformten elastischen Elementes gemessen wird und die auf das elastische Element ausgeübte Last anhand der gemessenen Dehnung berechnet wird.
Die Dehnungsmessstreifen-Wägezelle weist jedoch die Nachteile auf, dass ihre mechanische Festigkeit gering ist, die zulässige Abweichung für Kräfte über die Nennlast hinaus aufgrund ihres begrenzten Dynamikbereiches (verwendeter Lastbereich) gering ist, die Messgenauigkeit für eine geringe Last bei einem hohen Nennwert nicht gewährleistet ist, sie eine komplizierte Signalverarbeitungsschaltung aufgrund von schwachen Ausgangssignalen aufweist und sie demzufolge teuer ist.
US 4896544 offenbart eine Lasterfassungsvorrichtung, die einen zylindrischen Schaft mit magnetostriktiven ringförmigen Bändern enthält. Jedes Band ist gegenüber einer Erregerspule und einer Messspule angeordnet. Wenn ein Drehmoment auf den Schaft ausgeübt wird, wird die unterschiedliche Induktanz, die das ausgeübte Drehmoment repräsentiert, durch die Messspulen erfasst.
WO 98/30874 offenbart eine Lasterfassungsvorrichtung, die eine aus einer magnetischen Substanz bestehende Messstange enthält und zwei unterschiedliche Abschnitte aufweist, wobei die Änderung der Permeabilität mittels eines Erfassungsabschnittes, der Spulen aufweist, erfasst wird. Die Last wird auf die Messstange ausgeübt, wobei eine Induktanzänderung durch die Erfassungsspulen erfasst wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach aufgebaute Lasterfassungsvorrichtung von kleiner Größe und universeller Anwendbarkeit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Leistungsmerkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen festgelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher in Bezug auf ihre verschiedenen Ausführungsformen in Zusammenhang mit den angehängten Zeichnungen beschrieben, wobei:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine Schnittdarstellung ist, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 1 zeigt,
2 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 2 zeigt,
3 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 2 zeigt,
4 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 3 zeigt,
5 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 3 zeigt,
6 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 4 zeigt,
7 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 4 zeigt,
8 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 5 zeigt,
9 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 1 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 5 zeigt,
10 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 2 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 5 zeigt,
11 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt,
12 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Signalverarbeitungsschaltung der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt,
13 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 1 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt,
14 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 2 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt,
15 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 3 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt,
16 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 3 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt,
17 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt,
18 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 1 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt,
19 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 2 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt,
20 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 3 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt,
21 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 8 der Erfindung zeigt,
22 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 1 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 8 der Erfindung zeigt,
23 ist eine Schnittdarstellung, die eine Variante 2 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 8 der Erfindung zeigt,
24 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur der Signalverarbeitungsschaltung der Lasterfassungsvorrichtung von 23 darstellt,
25 ist ein Strukturdiagramm eines Scheibenbremssystems eines Motorrades, das eine Anwendung 1 der Erfindung darstellt,
26 ist ein Strukturdiagramm eines Beschleunigungssystems eines Motorrades, das eine Anwendung 2 der Erfindung darstellt,
27 ist eine Darstellung entlang der Richtung des Pfeils in 26,
28 ist ein Strukturdiagramm eines Positionserfassungssystems einer Substanz, das eine Anwendung 3 der Erfindung darstellt,
29 ist ein Diagramm der Ausgangskennlinie eines weichmagnetischen Materials,
30 ist ein Diagramm der Ausgangskennlinie eines super-magnetostriktiven Materials und 31 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ausgangsdifferenz ΔV und der Lastdifferenz ΔP darstellt, und
32 ist ein Strukturdiagramm eines Erfassungssystems der Körperhaltung eines Menschen, das eine Anwendung 3 der Erfindung darstellt.
Im Folgenden werden die in Vorbereitung befindlichen Ausführungsformen dieser Erfindung sowie die Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung in Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 1 zeigt.
In 1 bezeichnet die Nummer 1 eine feste stangenartige magnetische Substanz, die von einer Magnetisierungsspule 2 und einer Erfassungsspule 3 umgeben ist. Demzufolge ist die magnetische Substanz 1 in der axialen Mitte der Magnetisierungsspule 2 und der Erfassungsspule 3 angeordnet, und die Magnetisierungsspule 2 und die Erfassungsspule 3 sind in einem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4, das aus einem magnetischen Material besteht, enthalten. Die Magnetisierungsspule 2 und die Erfassungsspule 3 sind elektrisch isoliert.
Die magnetische Substanz 1 besteht aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Ferrolegierung, Ferrochrom, Ferronickel, Ferrokobalt, Reineisen, Ferrosilizium, Mu-Metall und so weiter, einem weichmagnetischen Material oder einem super-magnetostriktiven Material, und an ihrem oberen Ende ist ein nach oben von dem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 hervorstehendes Verbindungsstück 5 angebracht, das aus einem nicht-magnetischen Material besteht. Das Verbindungsstück 5 fungiert als ein Stoßdämpfer sowie ein magnetisches Abschirmungselement. Die Magnetisierungsspule 2 ist elektrisch mit einer Oszillatorschaltung 6 verbunden, und die Erfassungsspule 3 ist elektrisch mit einer Gleichrichterschaltung 7, einem Verstärker 8 und einer CPU 9 als ein Prozessor verbunden.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Lasterfassungsvorrichtung beschrieben.
Die magnetische Substanz 1 wird durch die Magnetisierungsspule 2 magnetisiert, die durch die Oszillatorschaltung 6 angetrieben wird, und wenn die Last P über das Verbindungsstück 5 auf die magnetisierte magnetische Substanz 1 in der axialen Richtung, wie in der Figur dargestellt, ausgeübt wird, wird eine Druckkraft auf die magnetische Substanz 1 ausgeübt, um ihre magnetische Permeabilität als ein Ergebnis der magnetostriktiven Effekte zu verringern, und erzeugt eine Induktanzänderung, wodurch die Spannung an beiden Enden der Magnetisierungsspule 2 geändert wird und zur gleichen Zeit ebenfalls die Spannung V an beiden Enden der Erfassungsspule 3 proportional zu dem Verhältnis der Anzahl von Windungen geändert wird. Die magnetostriktiven Effekte liegen in dem Bereich von einigen hundert ppm bis einigen tausend ppm für super-magnetostriktive Materialien und unter einigen zehn ppm für andere Materialien.
Die Spannung V wird durch den Verstärker 8 verstärkt, nachdem sie in der Gleichrichterschaltung 7 gleichgerichtet wurde, und in die CPU 9 als ein Ausgangssignal eingegeben, und die CPU 9 berechnet die Größe der auf die magnetische Substanz 1 ausgeübten Last P auf Basis der Spannung V.
Demzufolge besteht die Lasterfassungsvorrichtung in dieser Ausführungsform aus einer magnetischen Substanz 1, einer Magnetisierungsspule 2 zum Magnetisieren der magnetischen Substanz 1, einer Erfassungsspule 3 zum Erfassen der Spannung V, einem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 zum magnetischen Abschirmen dieser Komponenten und so weiter, so dass die Vorrichtung einen vereinfachten Aufbau mit einer hohen mechanischen Festigkeit aufweist, wodurch folglich eine kleinere Größe und eine Gewichtseinsparung sowie eine einfache Bedienbarkeit und die Eignung für den Transfer bewerkstelligt werden kann.
Darüber hinaus ist in der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform die magnetische Substanz 1 mit einem kleinen Durchmesser in der axialen Mitte der Magnetisierungsspule 2 angeordnet, wo die magnetische Flussdichte am höchsten ist, so dass die für das Magnetisieren der magnetischen Substanz 1 erforderliche Energie minimal gehalten werden kann und die Induktanz niedrig gehalten werden kann, womit ein einfacher für die Erfassung vorteilhafter Hochfrequenzantrieb bereitgestellt werden kann.
Des Weiteren wird bei der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform eine Last P direkt auf die magnetische Substanz 1 ausgeübt, und die Last P wird anhand der Induktanzänderung aufgrund der durch die Last P bewirkten Änderung der magnetischen Permeabilität der magnetischen Substanz 1 erfasst, so dass keine Verschiebung mit der Erfassung verbunden ist, wodurch eine hohe direkte Reaktion sowie eine einfache Einstellbarkeit mit einer geringen Hysterese gewährleistet werden. Es kann vorteilhafterweise ein hoher Erfassungsausgang erzielt werden, insbesondere wenn ein super-magnetostriktives Material als die magnetische Substanz 1 verwendet wird. Darüber hinaus wird der Erfassungsabschnitt, der aus einer magnetischen Substanz 1, einer Magnetisierungsspule 2 und einer Erfassungsspule 3 zusammengesetzt ist, durch ein magnetisches Abschirmungsgehäuse 4 magnetisch abgeschirmt, so dass die Erfassungsergebnisse wahrscheinlich nicht magnetisch beeinflusst werden, wodurch eine äußerst genaue Erfassung der Last P gewährleistet wird.
Obwohl die Magnetisierungsspule 2 und die Erfassungsspule 3 in dieser Ausführungsform verwendet werden, kann lediglich die Magnetisierungsspule 2 zum Erfassen der Spannung verwendet werden (dasselbe gilt für die folgenden Ausführungsformen).
Ausführungsform 2
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 2 in Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform darstellt, und in dieser Figur werden die Magnetisierungsspule sowie die Signalverarbeitungsschaltung weggelassen.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist so eingerichtet, dass zwei Erfassungsabschnitte K1, K2 vertikal in Reihe sowie koaxial zueinander angeordnet und in einem Gehäuse 10, das aus einem nicht-magnetischen Material besteht, enthalten sind.
Der Erfassungsabschnitt K1 umfasst eine magnetische Substanz 1, eine darum angeordnete Erfassungsspule 3 sowie ein magnetisches Abschirmungsgehäuse 4 zum Umschließen dieser Komponenten, und gleichermaßen umfasst der Erfassungsabschnitt K2 eine magnetische Substanz 11, eine darum angeordnete Erfassungsspule 13 sowie ein magnetisches Abschirmungsgehäuse 14 zum Umschließen dieser Komponenten, wobei die magnetische Substanz 11 über ein Verbindungsstück 15, das aus einem nicht-magnetischen Material besteht, mit dem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 des Erfassungsabschnittes K1 verbunden ist.
In der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform bestehen die magnetischen Substanzen 1, 11 in den Erfassungsabschnitten K1, K2 aus Materialien unterschiedlicher magnetostriktiver Konstanten, und die über das Verbindungsstück 5 auf die magnetische Substanz 1 ausgeübte axiale Last P wird über das Verbindungsstück 15 ebenso auf die andere magnetische Substanz 11 ausgeübt.
Demzufolge werden in der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform identische Lasten P jeweils auf die magnetischen Substanzen 1, 11 der Erfassungsabschnitte K1, K2 ausgeübt, da sich jedoch die magnetostriktiven Konstanten dieser magnetischen Substanzen 1, 11 voneinander unterscheiden, unterscheiden sich die Induktanzänderungen in den Erfassungsabschnitten K1, K2 voneinander, und die Spannungen V1, V2, die als Ergebnis der unterschiedlichen Induktanzänderung in den Erfassungsspulen 3, 13 erzeugt werden, weisen ebenfalls Werte auf, die sich voneinander unterscheiden.
Die in den Erfassungsspulen 3, 13 erzeugten Spannungen V1, V2 werden von Umweltbedingungen (Temperatur oder Luftfeuchtigkeit) und so weiter beeinflusst, in der Erfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird jedoch die Differenz (V2 – V1) zwischen den Spannungen V1, V2 als ein Differenzausgang ΔV erfasst, wodurch ermöglicht wird, dass die Last P erfasst werden kann, ohne von Umweltbedingungen und so weiter beeinflusst zu werden.
Darüber hinaus kann, während dieselben Effekte wie in der Ausführungsform 1 ebenfalls in dieser Ausführungsform erzielt werden können, ein höherer Verstärkungsfaktor aufgrund der höheren Genauigkeit möglich sein, und es können übliche Materialien als die magnetischen Substanzen 1, 11 anstelle der teueren super-magnetostriktiven Materialien verwendet werden, wodurch eine weitere Kostenreduzierung der Vorrichtung erreicht wird.
Obwohl Materialien mit unterschiedlichen magnetostriktiven Konstanten für die magnetischen Substanzen 1, 11 als ein Mittel zum Erzeugen eines Unterschiedes hinsichtlich der Induktanzänderung in den Erfassungsabschnitten K1, K2 verwendet werden, können Materialien unterschiedlicher magnetischer Permeabilität verwendet werden, oder es können dieselben Materialien mit einer unterschiedlichen Härte (wobei beispielsweise eines davon einer Behandlung unterzogen wird und das andere davon nicht), die durch eine Wärmebehandlung, eine Oberflächenbehandlung (Metallisierung, Aufkohlung, Nitrierbehandlung) oder eine Kaltverfestigung (Strahlverfestigung und so weiter) verliehen wird, verwendet werden.
Des Weiteren können, wie in 3 dargestellt ist, die magnetischen Substanzen 1, 11 und die Erfassungsspulen 3, 13 in einem integrierten magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 enthalten sein. In diesem Fall können eine weitere Gewichtseinsparung sowie eine kleinere Größe möglich sein, wodurch eine geringere Anzahl von Teilen sowie eine Kostenreduzierung gewährleistet wird.
Ausführungsform 3
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 3 in Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform darstellt, und in dieser Figur werden ebenfalls die Magnetisierungsspule sowie die Signalverarbeitungsschaltung weggelassen.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist ebenfalls so eingerichtet, dass zwei Erfassungsabschnitte K1, K2 vertikal in Reihe angeordnet und von einem Gehäuse 10, das aus einem nicht-magnetischen Material besteht, umgeben sind, wobei jedoch eine für die Erfassungsabschnitte K1, K2 gemeinsame magnetische Substanz 1 bereitgestellt ist. Die magnetische Substanz 1 ist an dem Abschnitt 1a auf der Seite des Erfassungsabschnittes K1 teilweise wärmebehandelt. Der Abschnitt 1a der magnetischen Substanz 1 kann lediglich die Oberfläche umfassen.
Wenn der Abschnitt 1a der magnetischen Substanz 1, wie vorangehend beschrieben, der Wärmebehandlung unterzogen wird, wird die metallische Zusammensetzung des Abschnittes 1a geändert, um die magnetische Permeabilität des Abschnittes 1a von der der anderen Abschnitte zu differenzieren, mit demselben Ergebnis, dass zwei magnetische Substanzen mit einer unterschiedlichen magnetischen Permeabilität verwendet werden. Demzufolge kann, wie in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform 2, als ein Ergebnis der Differenz (V2 – V1) zwischen den in den Erfassungsspulen 3, 13 erzeugten Spannungen V1, V2, die als ein Differenzausgang ΔV erfasst wird, die direkt auf die magnetische Substanz 1 ausgeübte Last P mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne von Umweltbedingungen und so weiter beeinflusst zu werden.
Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform eine einzige magnetische Substanz 1 verwendet, wodurch eine noch höhere Erfassungsgenauigkeit gewährleistet wird.
Alternativ dazu können, wie in 5 dargestellt ist, die magnetische Substanz 1 und die Erfassungsspulen 3, 13 in einem integrierten magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 enthalten sein. In diesem Fall können eine weitere Gewichtseinsparung und eine kleinere Größe bewerkstelligt werden, wodurch eine geringere Anzahl von Teilen sowie eine Kostenreduzierung ermöglicht wird.
Ausführungsform 4
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 4 in Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt, und in dieser Figur werden ebenfalls die Magnetisierungsspule und die Signalverarbeitungsschaltung weggelassen.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist ebenfalls so eingerichtet, dass zwei Erfassungsabschnitte K1, K2 vertikal in Reihe angeordnet und von einem Gehäuse 10, das aus einem nicht-magnetischen Material besteht, umgeben sind, wobei jedoch eine für die beiden Erfassungsabschnitte K1, K2 gemeinsame magnetische Substanz 1 bereitgestellt ist, und der Durchmesser eines Abschnittes 1a der magnetischen Substanz 1 auf der Seite des Erfassungsabschnittes K1 teilweise verkleinert ist.
Wenn der Durchmesser des Abschnittes 1a der magnetischen Substanz 1 verkleinert wird, wird die durch die Last P in dem Abschnitt 1a hervorgerufene Belastung größer als die in den anderen Abschnitten, mit demselben Ergebnis, dass zwei magnetische Substanzen unterschiedlicher Materialien (magnetostriktive Konstanten) verwendet werden. Demzufolge kann, wie in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen 2, 3, als ein Ergebnis der Differenz (V2 – V1) zwischen den in den Erfassungsspulen 3, 13 erzeugten Spannungen V1, V2, die als ein Differenzausgang ΔV erfasst wird, die direkt auf die magnetische Substanz 1 ausgeübte Last P mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne von Umweltbedingungen und so weiter beeinflusst zu werden.
Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform ebenfalls eine einzige magnetische Substanz 1 verwendet, wodurch eine noch höhere Erfassungsgenauigkeit gewährleistet wird.
Alternativ dazu können, wie in 7 dargestellt ist, die magnetische Substanz 1 und die Erfassungsspulen 3, 13 in einem integrierten magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 enthalten sein. In diesem Fall können eine weitere Gewichtseinsparung und eine kleinere Größe bewerkstelligt werden, wodurch eine geringere Anzahl von Teilen sowie eine Kostenreduzierung ermöglicht wird.
Ausführungsform 5
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 5 in Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt, und in dieser Figur werden ebenfalls die Magnetisierungsspule und die Signalverarbeitungsschaltung weggelassen.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist ebenfalls so eingerichtet, dass zwei Erfassungsabschnitte K1, K2 vertikal in Reihe angeordnet und von einem Gehäuse 10, das aus einem nicht-magnetischen Material besteht, umgeben sind, wobei jedoch die Erfassungsabschnitte K1, K2 vollständig unabhängig voneinander sind und die auf die magnetische Substanz 1 des Erfassungsabschnittes K1 ausgeübte Last P nicht auf die magnetische Substanz 11 des Erfassungsabschnittes K2 wirkt.
Demzufolge wird die Last P bei der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform lediglich auf die magnetische Substanz 1 in dem Erfassungsabschnitt K1 ausgeübt, so dass der Erfassungsabschnitt K2 als eine Scheineinrichtung zum Kompensieren des Erfassungsfehlers aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingungen und so weiter wirkt. Aus diesem Grund kann als ein Ergebnis der Differenz (V2 – V1) zwischen den in den Erfassungsspulen 3, 13 erzeugten Spannungen V1, V2, die als ein Differenzausgang ΔV erfasst wird, die direkt auf die magnetische Substanz 1 ausgeübte Last P mit hoher Genauigkeit erfasst werden, ohne von Umweltbedingungen und so weiter beeinflusst zu werden.
Darüber hinaus können in dieser Ausführungsform identische Materialien für die magnetischen Substanzen 1, 11 verwendet werden, wodurch eine noch höhere Kostenreduzierung ermöglicht wird.
Wie in 9 dargestellt ist, können die magnetischen Substanzen 1, 11 und die Erfassungsspulen 3, 13 in einem integrierten magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 enthalten sein. In diesem Fall können eine weitere Gewichtseinsparung und eine kleinere Größe bewerkstelligt werden, wodurch eine geringere Anzahl von Teilen sowie eine Kostenreduzierung ermöglicht wird.
Alternativ dazu können, wie in 10 dargestellt ist, die Erfassungsabschnitte K1, K2 getrennt voneinander angeordnet sein. In diesem Fall muss lediglich der Erfassungsabschnitt K1 an einer Position angeordnet sein, an der die Last tatsächlich aufgenommen wird, wodurch die Größe halbiert und somit eine Verbesserung hinsichtlich des Freiheitsgrades bei der Installation bewirkt wird.
Ausführungsform 6
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 6 dieser Erfindung in Bezug auf 11 und 12 beschrieben. 11 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt und 12 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Signalverarbeitungsschaltung der Lasterfassungsvorrichtung zeigt.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist, wie in 11 dargestellt, so eingerichtet, dass zwei Erfassungsabschnitte K1, K2 einander gegenüberliegend an einer Befestigungsplatte 40 angeordnet sind, und ein Vorsprung 41a, der an der Unterseite einer seitlich verschiebbaren beweglichen Platte 41 bereitgestellt ist, in Kontakt mit einem Ende der magnetischen Substanzen 1, 11 in den Erfassungsabschnitten K1, K2 ist. In 11 bezeichnen die Nummern 3, 13 die Erfassungsspulen und die Nummern 4, 14 die Abschirmungsgehäuse, wobei die Erfassungsspulen 3, 13 jeweils durch die Magnetisierungsschaltungen (nicht dargestellt) magnetisiert werden.
Bei der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform kann die auf die bewegliche Platte 41 in entweder der rechten Richtung oder der linken Richtung ausgeübte Last P erfasst werden. Das heißt, wie in 12 dargestellt ist, die Ausgänge (Spannungen) V1, V2 von den Erfassungsabschnitten K1, K2 werden in den Gleichrichterschaltungen 7, 17 gleichgerichtet, außerdem durch die Glättungsschaltungen 12, 22 geglättet und anschließend in eine Differenzverstärkerschaltung 8 eingegeben, in der die Differenz ΔV (= V2 – V1) zwischen den Spannungen bestimmt und verstärkt wird, um ausgegeben zu werden. Die Last P, die auf die bewegliche Platte 41 in entweder der rechten oder der linken Richtung ausgeübt wird, wird anhand des Ausgangs berechnet.
In dieser vorangehend beschriebenen Ausführungsform kann die Last P in entweder der rechten oder der linken Richtung mit einer einfachen Konstruktion erfasst werden, und es können auch hier dieselben Effekte wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen 1 bis 5 erzielt werden.
Wie in 13 dargestellt ist, kann eine Anordnung eingerichtet sein, in der zwei Erfassungsabschnitte K1, K2 an der Befestigungsplatte 40 einander gegenüberliegend und getrennt voneinander angeordnet sind, und jeder der beiden an der Unterseite der seitlich verschiebbaren beweglichen Platte 41 bereitgestellten Vorsprünge 41a in Kontakt mit einem Ende jeder der magnetischen Substanzen 1, 11 in den Erfassungsabschnitten K1, K2 ist. In diesem Fall kann, wie in 14 dargestellt ist, die bewegliche Platte in zwei Teile geteilt werden.
Alternativ dazu können, wie in 15 und 16 dargestellt ist, vier Erfassungsabschnitte K1, K2, K3, K4 an der Befestigungsplatte 40 einander gegenüberliegend angeordnet sein, und ein stangenartiger Hebel 42, der kippbar in der Mitte dieser Abschnitte angeordnet ist, kann in Kontakt mit einem der Enden der magnetischen Substanzen 1, 11, 1', 11' in den Erfassungsabschnitten K1 bis K4 sein, so dass der Hebel 42 einen Joystick darstellen kann.
In der vorangehenden Anordnung können, als ein Ergebnis der erfassten Differenz zwischen den Ausgangssignalen von den gegenüberliegenden Erfassungsabschnitten K1, K2 sowie den gegenüberliegenden Erfassungsabschnitte K3, K4, die Kraftkomponenten P1, P2 jeweils in der Querrichtung sowie in der Längsrichtung erfasst werden, und die Größe sowie die Richtung der Last P, die auf den Hebel 42 ausgeübt wird, können anhand dieser Kraftkomponenten P1, P2 in Form eines Vektors bestimmt werden.
Ausführungsform 7
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 7 dieser Erfindung in Bezug auf 17 beschrieben. 17 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist an einer Befestigungsplatte 40 befestigt und umfasst zwei Erfassungsabschnitte K1, K2, die so angeordnet sind, dass eine gemeinsame feste stangenartige magnetische Substanz 1 in der axialen Mitte der Erfassungsspulen 3, 13, die koaxial in einem gemeinsamen magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 angeordnet sind, umschlossen ist. In dieser Lasterfassungsvorrichtung werden die entgegengesetzten Enden der magnetischen Substanz 1 von dem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 aufgenommen, und eine Platte 43, die an der Unterseite der seitlich verschiebbaren beweglichen Platte 41 angebracht ist, wird an dem Mittelabschnitt der magnetischen Substanz 1 gehalten.
In der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird, wenn die Last P in entweder der rechten oder der linken Richtung auf die bewegliche Platte 41 wirkt, die Last P über die Platte 43 auf den Mittelabschnitt der magnetischen Substanz 1 ausgeübt, um die linke Hälfte (auf der Seite des Erfassungsabschnittes K1) oder die rechte Hälfte (auf der Seite des Erfassungsabschnittes K2) zusammenzudrücken, so dass, wie in der vorangehenden Ausführungsform 6, die auf die bewegliche Platte 41 in beiden Richtungen ausgeübte Last P erfasst werden kann.
In der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird, da die magnetische Substanz 1 die Last P an dem Mittelabschnitt aufnimmt und wenn eine Last P in der linken Richtung auf die magnetische Substanz 1 ausgeübt wird, eine Drucklast auf die linke Hälfte der magnetischen Substanz 1 ausgeübt, wobei keine Last auf die rechte Hälfte wirkt. Wenn demgegenüber eine Last P in der rechten Richtung auf die magnetische Substanz 1 ausgeübt wird, wird eine Drucklast auf die rechte Hälfte der magnetischen Substanz 1 ausgeübt, wobei keine Last auf die linke Hälfte wirkt.
In der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser vorangehend beschriebenen Ausführungsform fungiert, da die Last P lediglich auf die linke Hälfte (auf der Seite des Erfassungsabschnittes K1) oder die rechte Hälfte (auf der Seite des Erfassungsabschnittes K2) ausgeübt wird, der Erfassungsabschnitt K1 oder K2, auf den keine Last ausgeübt wird, genauso wie in der Ausführungsform 5, als eine Scheineinrichtung zum Kompensieren des Erfassungsfehlers aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen, und da ein Ergebnis der Differenz zwischen den Erfassungsabschnitten K1, K2 als ein Differenzausgang erfasst wird, kann die Last P, die entweder in der rechten oder der linken Richtung auf die bewegliche Platte 41 ausgeübt wird, erfasst werden, ohne von Umweltbedingungen und so weiter beeinflusst zu werden.
Wenn die Vorrichtung, wie in 18 dargestellt, so eingerichtet ist, dass die gemeinsame magnetische Substanz 1 in der Lasterfassungsvorrichtung das magnetische Abschirmungsgehäuse 4 durchdringt, und die entgegengesetzten Enden davon von den an der Befestigungsplatte 40 angeordneten Vorsprüngen 40a aufgenommen werden und da keine Last P auf das magnetische Abschirmungsgehäuse 4 wirkt, ist keine hohe mechanische Festigkeit für das magnetische Abschirmungsgehäuse 4 erforderlich, wodurch eine Gewichtseinsparung der Lasterfassungsvorrichtung mit einer dünneren Wanddicke erzielt wird.
Wie in 19 dargestellt ist, kann die Vorrichtung so eingerichtet sein, dass die Lasterfassungsvorrichtung unter Verwendung einer an der beweglichen Platte 41 befestigten Platte 44 in die beiden Erfassungsabschnitte K1, K2 geteilt wird, wobei ein Ende von jeder der magnetischen Substanzen 1, 11 in den Erfassungsabschnitten K1, K2 von der Platte 44 und die anderen Enden von den an der Befestigungsplatte 40 angeordneten Vorsprüngen 40a aufgenommen werden. In diesem Fall kann, wie in 20 dargestellt ist, die Lasterfassungsvorrichtung so eingerichtet sein, dass die Erfassungsabschnitte K1, K2, die beide einen identischen Aufbau wie ein einzelnes Gehäuse aufweisen, auf beiden Seiten der Platte 44 koaxial zueinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Ausführungsform 8
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 8 dieser Erfindung in Bezug auf 21 beschrieben. 21 ist eine Schnittdarstellung, die eine Grundstruktur einer Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt.
Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist an der Unterseite der seitlich verschiebbaren beweglichen Platte 41 befestigt und umfasst zwei Erfassungsabschnitte K1, K2, die so angeordnet sind, dass eine gemeinsame feste stangenartige magnetische Substanz 1 die axiale Mitte der Erfassungsspulen 3, 13, die koaxial in einem gemeinsamen Abschirmungsgehäuse 4 angeordnet sind, durchdringt. In dieser Lasterfassungsvorrichtung ist der Mittelabschnitt der magnetischen Substanz 1 an dem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 befestigt, und die entgegengesetzten Enden der magnetischen Substanz 1, die seitwärts von dem magnetischen Abschirmungsgehäuse 4 hervorstehen, sind jeweils in Kontakt mit den an der Befestigungsplatte 40 angeordneten Vorsprüngen 40a.
In der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform kann, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform 6, die Last P, die entweder in der rechten oder der linken Richtung auf die bewegliche Platte 41 ausgeübt wird, erfasst werden. Da jedoch die magnetische Substanz 1 an ihrem Mittelabschnitt befestigt ist, wird, wenn eine Last P in der linken Richtung auf die magnetische Substanz 1 ausgeübt wird, eine Drucklast auf die rechte Hälfte der magnetischen Substanz 1 ausgeübt, wobei keine Last auf die linke Hälfte wirkt. Wenn demgegenüber eine Last P in der rechten Richtung auf die magnetische Substanz 1 ausgeübt wird, wird eine Drucklast auf die linke Hälfte der magnetischen Substanz 1 ausgeübt, wobei keine Last auf die rechte Hälfte wirkt.
In der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser vorangehend beschriebenen Ausführungsform fungiert, da die Last P lediglich auf die linke Hälfte (auf der Seite des Erfassungsabschnittes K1) oder auf die rechte Hälfte (auf der Seite des Erfassungsabschnittes K2) ausgeübt wird, der Erfassungsabschnitt K1 oder K2, auf den keine Last ausgeübt wird, genauso wie in der Ausführungsform 5, als eine Scheineinrichtung zum Kompensieren des Erfassungsfehlers aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen, und da ein Ergebnis der Differenz zwischen den Erfassungsabschnitten K1, K2 als ein Differenzausgang erfasst wird, kann die Last P, die entweder in der rechten oder der linken Richtung auf die bewegliche Platte 41 ausgeübt wird, erfasst werden, ohne von Umweltbedingungen und so weiter beeinflusst zu werden.
Wie in 22 dargestellt ist, kann eine Anordnung eingerichtet sein, wobei die Lasterfassungsvorrichtung an der Befestigungsplatte 40 befestigt ist, und die an der Unterseite der beweglichen Platte 41 angeordneten Vorsprünge 41a in Kontakt mit den entgegengesetzten Enden der magnetischen Substanz 1 sind, die den Mittelabschnitt der Lasterfassungsvorrichtung durchdringt.
Alternativ dazu kann, wie in 23 dargestellt ist, eine Anordnung eingerichtet sein, wobei eine Vielzahl (zwei in dem in der Figur dargestellten Beispiel) von Lasterfassungsvorrichtungen an der Befestigungsplatte 40 angeordnet sind, und die an der Unterseite der seitlich verschiebbaren beweglichen Platten 41, 41' bereitgestellten Vorsprünge 41a, 41a' in Kontakt mit den entgegengesetzten Enden der jeweiligen magnetischen Substanzen 1, 11 sind, die die Mittelabschnitte der Lasterfassungsvorrichtungen durchdringen.
In dem Fall, in dem zwei Lasterfassungsvorrichtungen, wie in 23 dargestellt, bereitgestellt sind, werden die Ausgänge (Spannungen) V11, V12, V21, V22 von den Erfassungsabschnitten K1, K2, K1', K2' in beiden Lasterfassungsvorrichtungen in den jeweiligen Gleichrichterschaltungen 7, 17, 7', 17', wie in dem Blockdiagramm in 24 dargestellt, gleichgerichtet, außerdem durch die Glättungsschaltungen 12, 22, 12', 22' geglättet und anschließend in die Differenzverstärkerschaltungen 8, 8' eingegeben, in denen die Differenzen ΔV1 (= V12 – V11), ΔV2 (= V22 – V21) bestimmt und verstärkt werden, um ausgegeben zu werden. Die Differenzen ΔV1, ΔV2 werden des Weiteren in eine Differenzverstärkerschaltung 18 eingegeben, in der eine Differenz ΔV (= ΔV1 – ΔV2) zwischen den Differenzen bestimmt und verstärkt wird, um ausgegeben zu werden, und eine Differenz zwischen den Lasten P, P', die auf die beiden beweglichen Platten 41, 41' ausgeübt werden, wird anhand der Differenz ΔV bestimmt.
Anwendung 1
Im Folgenden wird in Bezug auf 25 eine Anwendung 1 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung beschrieben.
25 ist ein Strukturdiagramm eines Scheibenbremssystems eines Motorrades. Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung (dieselbe Vorrichtung wie durch die Ausführungsform 1 dargestellt, und in 25 werden die gleichen Elemente wie in 1 mit den gleichen Referenznummern bezeichnet) wird in einem Lenkergriff 21 des Motorrades bereitgestellt, und ein Ende der magnetischen Substanz 1 ist über ein Verbindungsstück 5 in Kontakt mit dem Mittelabschnitt eines Bremshebels 22.
In dem Lenkergriff 21 ist eine Signalverarbeitungsschaltung 23 integriert, die mit der Erfassungsspule 3 der Lasterfassungsvorrichtung verbunden ist, und die Signalverarbeitungsschaltung 23 ist elektrisch mit einer Steuereinrichtung 24 verbunden.
Demgegenüber bezeichnet die Nummer 25 in 25 eine scheibenförmige Bremsscheibe, die eingerichtet ist, dass sie sich mit einem Rad (nicht dargestellt) dreht und an beiden Seiten davon Bremszangen 27 zum Drücken der Bremsbeläge 26 gegen beide Seiten der Bremsscheibe 25 angeordnet sind, um eine erforderliche Bremskraft zu erzeugen. Die Bremszangen sind elektrisch mit der Steuereinrichtung 24 verbunden.
Wenn der Motorradfahrer den Bremshebel 22 für die Betätigung greift, wird ein Signal proportional zu der Last P, die durch die Greifkraft des Fahrers auf die magnetische Substanz 1 der Lasterfassungsvorrichtung ausgeübt wird, in die Signalverarbeitungsschaltung 23 eingegeben, in der das eingegebene Ausgangssignal verarbeitet wird, um in eine Spannung umgewandelt zu werden, wobei diese Spannung in die Steuereinrichtung 24 eingegeben wird. Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 24 die Last P und gibt ein Steuersignal proportional zu der Last P zu den Bremszangen 27 aus, um den Antrieb der Bremszangen zu steuern, und die Bremszangen 27 drücken die Bremsbeläge 26 gegen beide Seiten der Bremsscheibe 25, um die erforderliche Bremskraft zu erzeugen.
In diesem vorangehend beschriebenen Beispiel kann eine Last P, die mit der auf den Bremshebel 22 wirkenden Greifkraft des Motorradfahrers verbunden ist, direkt durch die Lasterfassungsvorrichtung zum Erfassen aufgenommen werden, wodurch das Bediengefühl der Bremse verbessert wird.
Zusätzlich dazu werden die Bremseigenschaften, die wahrscheinlich von keinem mechanischen Bremssystem erzielt werden, durch die Signalverarbeitungsschaltung 23 gewährleistet.
Anwendung 2
Im Folgenden wird eine Anwendung 2 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung in Bezug auf 26 und 27 beschrieben.
26 ist ein Strukturdiagramm eines Beschleunigungssystems eines Motorrades, und 27 ist eine Ansicht entlang der Richtung des Pfeils A in 26. Die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung (dieselbe Vorrichtung wie durch die Ausführungsform 1 dargestellt, und in 26 und 27 werden die gleichen Elemente wie in 1 mit denselben Nummern bezeichnet) ist in einem Lenkergriff 28 eines Motorrades bereitgestellt und das Verbindungsstück 5 der magnetischen Substanz 1 ist über eine Rolle 30 in Kontakt mit einem Ende eines Hebels 29, der ein integraler Bestandteil des Lenkergriffs 28 ist.
In dem Lenkergriff 28 ist eine Signalverarbeitungsschaltung 23 integriert, die mit der Erfassungsspule 3 der Lasterfassungsvorrichtung verbunden ist, und die Signalverarbeitungsschaltung 23 ist elektrisch mit der Steuereinrichtung 24 verbunden.
Demgegenüber bezeichnet die Nummer 31 in 26 einen Motor und Nummer 32 bezeichnet eine Ansaugleitung, die mit dem Luftansaugsystem des Motors 31 verbunden ist; in der Mitte der Ansaugleitung 32 ist ein Vergaser 33 angeordnet, und in der Aufwärtsrichtung der Ansaugleitung 32 von dem Vergaser 33 ist eine Drosselklappe 34 bereitgestellt. In der Nähe der Drosselklappe 34 ist ein Aktor 35 zum Öffnen/Schließen der Drosselklappe 34 angeordnet, wobei der Aktor 35 elektrisch mit der Steuereinrichtung 24 verbunden ist.
Wenn ein Motorradfahrer den Lenkergriff 28 in der Richtung des Pfeils in 27 betätigt, wird die Betätigungskraft des Motorradfahrers über den Hebel 29 und die Rolle 30 zu der Lasterfassungsvorrichtung übertragen, so dass die Last P auf die magnetische Substanz 1 der Lasterfassungsvorrichtung in der axialen Richtung ausgeübt wird. Anschließend wird ein Ausgangssignal proportional zu der Last P von der Lasterfassungsvorrichtung in die Signalverarbeitungsschaltung 23 eingegeben, in der das eingegebene Ausgangssignal verarbeitet wird, um in eine Spannung umgewandelt zu werden, wobei diese Spannung in die Steuereinrichtung 24 eingegeben wird. Im Anschluss daran berechnet die Steuereinrichtung 24 die Last P und gibt ein Steuersignal proportional zu der Last P zu dem Aktor 35 aus, um den Antrieb des Aktors 35 zu steuern, und der Aktor 35 ist so eingerichtet, dass er die Drosselklappe 34 öffnet beziehungsweise schließt, um die Menge der Ansaugluft in den Motor 31 zu steuern.
In dieser vorangehend beschriebenen Anwendung ist es nicht erforderlich, den Lenkergriff wie bei einem herkömmlichen Typ kräftig zu drehen, so dass der Motorradfahrer sein Handgelenk nicht herumdrehen muss, wodurch der Drosselvorgang verbessert wird.
Darüber hinaus ermöglicht die Signalverarbeitungsschaltung 23 eine Drosselregelung, die wahrscheinlich von keiner mechanischen Vorrichtung erreicht wird, so dass durch die Verbrennungsregelung des Gemisches in dem Motor 31 eine hohe Ausgangsleistung, eine geringe Abgasemission, eine saubere Verbrennung und so weiter erzielt wird.
Anwendung 3
Im Folgenden wird eine Anwendung 3 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung in Bezug auf 28 beschrieben. 28 ist ein Strukturdiagramm eines Positionserfassungssystems eines Objektes.
Diese Anwendung zeigt ein Beispiel, bei dem die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung (dieselbe Vorrichtung wie durch die Ausführungsform 1 dargestellt) in einer Vorrichtung zum Erfassen von Positionen eines Objektes W verwendet wird, das sich auf einem horizontalen Balken 36 bewegt.
Die entgegengesetzten Enden des Balkens 31 werden durch die Erfassungsabschnitte K1, K2 der Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung gestützt, wobei die Erfassungsabschnitte K1, K2 jeweils aus den magnetischen Substanzen 1, 11, den Erfassungsspulen 3, 13 und den magnetischen Abschirmungsgehäusen 4, 14, die diese Komponenten umschließen, bestehen, und die oberen Enden der magnetischen Substanzen 1, 11 eingerichtet sind, um die entgegengesetzten Enden des Balkens 36 über die Verbindungsstücke 5, 15 zu stützen.
Unter der Voraussetzung, dass der Abstand L zwischen den beiden Erfassungsabschnitten K1, K2 bekannt ist und das Gewicht des Balkens 36 vernachlässigt werden kann, wird das Gewicht P des Objektes W jeweils durch die Erfassungsabschnitte K1, K2 aufgenommen, die Lasten P1, P2 werden auf die magnetischen Substanzen 1, 11 in den Erfassungsabschnitten K1, K2 ausgeübt, und diese Lasten P1, P2 ändern ihren Wert entsprechend der Position x (Abstand von dem Belastungspunkt der Last P), demzufolge kann die Beziehung zwischen P und P1 und P2 folgendermaßen ausgedrückt werden: P = P1 + P2 (1)
Unter Berücksichtigung des Momentengleichgewichts des Gewichtes P um den Belastungspunkt herum folgt, dass P1 Ex = P2(L – x). (2)
Folglich kann anhand der Gleichungen (1), (2) die Position x des Objektes W wie folgt ausgedrückt werden: x = P2 EL/(P1 + P2) (3)
Demzufolge kann, wenn die Lasten P1, P2 durch die Erfassungsabschnitte K1, K2 in der Lasterfassungsvorrichtung erfasst werden, die Position x des Objektes W anhand der Gleichung (3) berechnet werden.
Wenn das Gewicht P (= P1 + P2) des Objektes W bekannt ist, kann die Gleichung (3) folgendermaßen ausgedrückt werden: x = p2 EL/P (3')
Wenn die Last P2 lediglich durch einen Erfassungsabschnitt K2 erfasst wird, kann die Position x des Objektes W anhand der Gleichung (3') berechnet werden.
Die Differenz ΔP zwischen den Lasten P1, P2, die auf die beiden Erfassungsabschnitte K1, K2 wirken, lautet: ΔP = P1 – P2, und (4)die Differenz ΔV zwischen den Ausgängen der Erfassungsabschnitte K1, K2 lautet: ΔV = V1 – V2. (4')
Aus diesem Grund kann die Schaltung ebenfalls so eingerichtet sein, dass diese Ausgangsdifferenz ΔV erfasst werden kann.
Im Allgemeinen ist unter Verwendung eines weichmagnetischen Materials als eine magnetische Substanz 1 der Ausgang (Induktanzänderung) des einzelnen Sensors, wie in 29 dargestellt, linear, wenn ein Lastbereich dementsprechend festgelegt ist, sowie ein Magnetisierungsstrom/eine Magnetisierungsfrequenz. Demgegenüber ist unter Verwendung eines super-magnetostriktiven Materials der anfängliche Anstieg groß, doch die Rate des Ausgangsanstiegs tendiert dazu, sich mit steigender Last allmählich zu verringern.
Mit einer Vorrichtung, die den Differenzausgang verwendet, sind die Ausgangseigenschaften, wenn die Last lediglich auf einen Sensor und nicht auf den anderen Sensor ausgeübt wird, ähnlich denjenigen des jeweiligen einzelnen Sensors, so dass der Differenzausgang des Sensors in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit der Lastdifferenz bestimmt wird, wodurch die Steuerung des Systems ermöglicht wird. Ein hoher Ausgang wird insbesondere unter Verwendung eines super-magnetostriktiven Materials erzielt, wodurch eine verbesserte Genauigkeit der Temperatureigenschaften und so weiter bewerkstelligt wird. Darüber hinaus wird keine Zugspannung, die als unvorteilhaft für die mechanische Festigkeit angesehen wird, ausgeübt, wodurch ein größerer Lastbereich gewährleistet wird.
Auch bezüglich des Differenzausgangs für weichmagnetische Materialien wird, wenn eine große Last auf einen Sensor und eine geringe Last auf einen anderen Sensor ausgeübt wird, der Differenzausgang des Sensors in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit der Lastdifferenz in jeglichem Lastbereich bestimmt, während für super-magnetostriktive Materialien die Rate des Ausgangsanstiegs in Abhängigkeit von dem Lastbereich unterschiedlich ist, mit dem Ergebnis, dass sich der Ausgang für eine Lastdifferenz für jeden Lastbereich unterscheidet.
Ausgehend von dem vorangehend beschriebenen werden das für die magnetische Substanz 1 verwendete magnetische Material sowie der Aufbau oder die Anordnung des arbeitenden Sensors entsprechend festgelegt, sowie die Steuerquantität, wie beispielsweise ein Lastbereich und ein Magnetisierungsstrom/eine Magnetisierungsfrequenz, so dass ΔV in der Gleichung (4') in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit ΔP in der Gleichung (4) bestimmt werden kann. Die Werte von ΔV werden, wie in 31 dargestellt, linear in Bezug auf ΔP, insbesondere wenn ein weichmagnetisches Material verwendet wird, wodurch demzufolge eine verbesserte Steuerbarkeit gewährleistet wird. Obwohl in 31 der Median des Ausgangs Null ist, kann dieser unter Verwendung einer Schaltung eingestellt werden.
Des Weiteren ermöglicht, wenn das in 28 dargestellte Objekt W, wie in 32 dargestellt, ein Mensch ist, die Verwendung der Summe der Ausgangssignale sowie der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Erfassungsabschnitte K1, K2 die Erfassung des Gewichtes P und der Differenz zwischen der linken und der rechten Last P1, P2, so dass die Körperhaltung des Menschen auf dem Balken 36 vermutet werden kann. In diesem Fall kann der Balken 36 geteilt werden.
Wirkung der Erfindung
Wie anhand der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die Lasterfassungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dieser Erfindung aus einer festen stangenartigen magnetischen Substanz und einer Spule zum Magnetisieren der magnetischen Substanz zusammengesetzt, so dass der Durchmesser der magnetischen Substanz kleiner sein kann und der Aufbau vereinfacht wird, wodurch eine Vorrichtung mit einer hohen mechanischen Festigkeit und einem großen Dynamikbereich bereitgestellt wird, wodurch folglich eine kleinere Größe und eine Gewichtseinsparung sowie eine einfache Bedienbarkeit und die Eignung für den Transfer bewerkstelligt werden kann.
Darüber hinaus ist in Übereinstimmung mit dieser Erfindung eine magnetische Substanz mit einem kleinen Durchmesser in der axialen Mitte einer Spule angeordnet, wo die magnetische Flussdichte am höchsten ist, so dass die für die Magnetisierung der magnetischen Substanz erforderliche Energie minimal gehalten werden kann und die Induktanz gering gehalten wird, wodurch ein für die Erfassung vorteilhafter einfacher Hochfrequenzantrieb bereitgestellt wird.
Des Weiteren wird in Übereinstimmung mit dieser Erfindung die Last direkt auf eine magnetische Substanz ausgeübt und die Last anhand der Induktanzänderung aufgrund der Änderung der magnetischen Permeabilität der magnetischen Substanz, die durch die Last bewirkt wird, erfasst, so dass keine Verschiebung mit der Erfassung verbunden ist, wodurch eine Struktur bereitgestellt wird, die eine hohe direkte Reaktion sowie eine einfache Einstellbarkeit mit einer geringen Hysterese bewerkstelligen kann und die wahrscheinlich nicht magnetisch beeinflusst wird.

Claims

Lasterfassungsvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten Lasterfassungsabschnitt (K1, K2) aufweist, die jeweils eine Spule (3; 13) und eine feststoffartige magnetische Substanz (1; 11) enthalten, die in der axialen Mitte der Spule (3; 13) angeordnet ist, wobei die magnetische Substanz (1; 1, 11) durch die Spule (3; 13) magnetisiert wird und die Lasterfassungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine Last (P) erfasst, die direkt auf die magnetische Substanz (1) auf den ersten und den zweiten Erfassungsabschnitt (K1, K2) ausgeübt wird, um Induktanzänderung zu erzeugen, so dass sie erfasst wird, wobei der erste und der zweite Erfassungsabschnitt (K1, K2) koaxial zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastererfassungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine Last (P), die in der ersten und der zweiten axialen Richtung der magnetischen Substanz (1, 11) ausgeübt wird, erfasst, wobei der erste Erfassungsabschnitt (K1) so eingerichtet ist, dass er die Last (P) erfasst, die in der ersten axialen Richtung ausgeübt wird, und der zweite Erfassungsabschnitt (K2) so eingerichtet ist, dass er die Last (P) erfasst, die in der zweiten axialen Richtung entgegengesetzt zu der ersten axialen Richtung ausgeübt wird.
Lasterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasterfassungsvorrichtung so eingerichtet ist, dass sie eine Last erfasst, die auf den Mittelabschnitt der magnetischen Substanz (1, 11) ausgeübt wird.
Lasterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Erfassungsabschnitt (K1) eine erste magnetische Substanz (1) enthält und der zweite Erfassungsabschnitt eine zweite magnetische Substanz (11) enthält, die von der ersten magnetischen Substanz (1) getrennt ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Substanz (1) eine gemeinsame Stange ist, die sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Erfassungsabschnitt (K1, K2) angeordnet ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsabschnitt (K1; K2), auf den keine Last ausgeübt wird, so eingerichtet ist, dass er als eine Scheineinrichtung zum Kompensieren eines Erfassungsfehlers aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen wirkt.
Lasterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Erfassungsabschnitt (K1, K2) an einer Befestigungsplatte (40) angeordnet sind und die magnetische Substanz (1, 11) mit einer beweglichen Platte (41) verbunden ist.
Lasterfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Substanz (1, 11) mittels wenigstens eines Vorsprungs (41a) mit der beweglichen Platte (41) verbunden ist.