KR20080043007A - Solenoid magnetometer - Google Patents

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KR20080043007A
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데이비드 더블유. 크리페
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지멘스 비디오 오토모티브 코포레이션
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Abstract

A solenoid magnetometer is provided to measure a magnetic field generated by a torque transducer element, by using bobbin and common coil winding schemes. A solenoid magnetometer includes at least one inner coil, at least one outer coil, and at least one magnetic strip(42). The inner coils are arranged around an axis. The outer coils are concentrically arranged around the inner coils. The magnetic strips are arranged to be parallel to the axis between the inner and outer coils. A first inner coil(34) and a first outer coil(36) are concentrically arranged and electrically contacted to each other. A second inner coil(38) and a second outer coil(40) are concentrically arranged and electrically contacted to each other.

Description

솔레노이드 자기 측정기{SOLENOID MAGNETOMETER}Solenoid Magnetic Meter {SOLENOID MAGNETOMETER}

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 토크 감지기 일부의 부분 절단도이다.1 is a partial cutaway view of a portion of an exemplary torque sensor in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 예시적인 자기측정기의 투시도이다.2 is a perspective view of an exemplary magnetic meter in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 예시적인 자기측정기의 개략적인 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view of an exemplary magnetic meter in accordance with the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 토크 감지기 어셈블리 12 : 토크 트랜스듀서 엘리먼트10: torque detector assembly 12: torque transducer element

14 : 샤프트 18 : 축14: shaft 18: shaft

21, 23 : 상부 및 하부 축 부분 22 : 자기 측정기21, 23: upper and lower shaft portion 22: magnetic meter

24 : 보빈 28 : 중간 플랜지24: bobbin 28: intermediate flange

32 : 노치 42 : 자기 스트립32: notch 42: magnetic strip

34, 38, 36, 40 : 내부 및 외부 코일들34, 38, 36, 40: internal and external coils

본 발명은 일반적으로 토크 감지기용 자기측정기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 토크와 연관된 분기 자기장들을 측정하기 위하여 각각에 관련하여 배치된 몇몇 코일들을 포함하는 자기측정기에 관한 것이다. The present invention relates generally to magnetic sensors for torque sensors. In particular, the invention relates to a magnetometer comprising several coils arranged in association with each other for measuring branch magnetic fields associated with torque.

종래 토크 감지기들은 자기장을 발생시킴으로써 토크의 인가에 응답하는 토크 트랜스듀서 엘리먼트를 포함한다. 상기 생성되거나 변화된 자기장들은 자기측정기에 의해 검출된다. 토크 트랜스듀서 엘리먼트는 통상적으로 자기장을 생성함으로써 토크의 인가에 응답하는 자기탄성 재료를 포함한다. 자기탄성 재료에 토크를 인가하면 자화 영역들내에 전단 응력 스트레스들이 생성되어, 토크 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 생성된 자기장의 방향은 실질적으로 원주 방향에서 나선형 방향으로 이동한다. 자기장의 나선형 방향 이동은 자기장의 축 방향 성분으로서 검출된다. 자기장의 축방향 성분은 인가된 토크에 비례하고 토크 엘리먼트에 인가된 토크의 정확하고 신뢰적인 표시를 제공한다.Conventional torque detectors include a torque transducer element that responds to the application of torque by generating a magnetic field. The generated or changed magnetic fields are detected by a magnetometer. The torque transducer element typically includes a magnetoelastic material that responds to the application of torque by creating a magnetic field. Applying torque to the magnetoelastic material creates shear stress stresses in the magnetization regions such that the direction of the magnetic field generated by the torque transducer element moves substantially from the circumferential direction to the helical direction. The helical movement of the magnetic field is detected as an axial component of the magnetic field. The axial component of the magnetic field is proportional to the torque applied and provides an accurate and reliable indication of the torque applied to the torque element.

자기장 및 특히 토크에 의해 발생된 자기장 왜곡중 축방향 성분들의 감지는 자기장 감지기들의 사용을 통하여 달성된다. 일반적으로 사용되는 자기장 감지기들은 자기적으로 포화 가능한 재료의 코어를 둘러싸는 미세한 와이어 코일로서 제조되고, 교류가 공급되는 선속 게이트 감지기이다. 교류는 자기 엘리먼트들의 주기적 자기 포화를 제공한다. 토크 트랜스듀서 이동에 의해 형성된 자기장은 코일들에 의해 생성된 주기적 자기장에 중첩된다. 토크 트랜스듀서 이동에 의해 생성된 자기장을 중첩하는 것은 코일들의 자기 포화시 비대칭을 생성한다. 자기 포화로 인한 코일들의 인덕턴스 변화들은 코일들에 유도되는 전압을 발생시킨다. 이 전압은 토크 트랜스듀서 엘리먼트에 인가된 토크 진폭 및 방향을 결정하기 위하여 측정된다.The detection of the axial components of the magnetic field and in particular the magnetic field distortion generated by the torque is achieved through the use of magnetic field detectors. Commonly used magnetic field detectors are flux gate detectors, which are manufactured as fine wire coils surrounding a core of magnetically saturable material and are supplied with alternating current. Alternating current provides periodic magnetic saturation of the magnetic elements. The magnetic field formed by the torque transducer movement is superimposed on the periodic magnetic field generated by the coils. Superposition of the magnetic field generated by the torque transducer movement creates asymmetry upon magnetic saturation of the coils. Inductance changes in the coils due to magnetic saturation generate a voltage induced in the coils. This voltage is measured to determine the torque amplitude and direction applied to the torque transducer element.

공지된 종래 기술 자기장 감지기는 중앙 플랜지에 의해 제공되는 상부 축 구 간 및 하부 축 구간을 가진 보빈(bobbin)을 포함한다. 상부 및 하부 코일들은 서로 절연되고 자기장을 형성하기 위하여 교류가 유도된다. 자기적으로 포화가능한 스트립들은 코일과 토크 트랜스듀서 엘리먼트 사이에 배치된다. 이들 자기 스트립들은 코일들내에 형성된 교류에 의해 자기적으로 포화된다. 자기 스트립들은 샤프트 및 회전 축에 대해 평행하게 배치된다. 자기 스트립들은 매우 급작스러운 자기 포화 특성을 가진 재료로 제조되고, 이것은 자기 스트립들이 자기장의 존재내에서 빠르게 포화 가능하고 자기장의 부재시 빠르게 소자되는 것을 의미한다.Known prior art magnetic field detectors include bobbins having an upper axis section and a lower axis section provided by a central flange. The upper and lower coils are insulated from each other and alternating current is induced to form a magnetic field. Magnetically saturable strips are disposed between the coil and the torque transducer element. These magnetic strips are magnetically saturated by alternating currents formed in the coils. The magnetic strips are arranged parallel to the shaft and the axis of rotation. Magnetic strips are made of a material having very rapid magnetic saturation properties, which means that the magnetic strips can be rapidly saturated in the presence of the magnetic field and quickly demagnetize in the absence of the magnetic field.

바람직하지 않게 종래 기술 자기장 감지기들은 자기장들을 충돌시킴으로써 발생된 왜곡을 제거하기 위하여 정밀한 배열을 요구한다. 요구된 일정하고 정밀한 배열은 비용 및 복잡성을 증가시키고 토크 감지기의 내구력 및 신뢰성을 감소시킨다.Undesirably, prior art magnetic field detectors require a precise arrangement to remove the distortion caused by impinging the magnetic fields. The constant and precise arrangement required increases cost and complexity and reduces the durability and reliability of the torque detector.

따라서, 본 발명의 목적은 자기탄성 재료를 지지하는 샤프트를 가진 토크 트랜스듀서 엘리먼트들에 이용할 수 있는 생산하기 용이하고 내구적이며 정밀한 자기장 감지기를 설계 및 개발하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to design and develop an easy to produce, durable and precise magnetic field detector that can be used in torque transducer elements having a shaft supporting a magnetoelastic material.

본 발명에 따른 예시적인 자기측정기는 공통 보빈상에 지지되고 제 1 및 제 2 외부 코일에 접속되는 제 1 및 제 2 내부 코일들을 포함한다. 내부 및 외부 코일들 사이에는 다수의 자기 스트립들이 있다. 자기 스트립들은 토크 트랜스듀서 엘리먼트에 인가된 토크에 의해 발생된 왜곡을 측정하기 위하여 사용되는 자기장을 형성하기 위하여 교번하여 자화되고 소자된다. An exemplary magnetometer according to the invention comprises first and second internal coils supported on a common bobbin and connected to the first and second external coils. There are a number of magnetic strips between the inner and outer coils. Magnetic strips are alternately magnetized and demagnetized to form a magnetic field used to measure the distortion generated by the torque applied to the torque transducer element.

본 발명에 따른 자기측정기 어셈블리는 상부 축 부분 및 하부 축 부분으로 나뉘어진 보빈을 포함한다. 상부 및 하부 축 부분들은 중간 플랜지(flange)에 의해 나뉘어진다. 각각의 축 부분은 내부 코일 및 외부 코일을 포함한다. 내부 코일 및 외부 코일들은 전기적으로 접속된다. 내부 및 외부 코일들은 대응하여 반대 방향이고 동일한 크기의 자기장들을 형성하는 방식으로 감겨진다. The magnetometer assembly according to the invention comprises a bobbin divided into an upper shaft portion and a lower shaft portion. The upper and lower shaft portions are divided by an intermediate flange. Each shaft portion includes an inner coil and an outer coil. The inner and outer coils are electrically connected. The inner and outer coils are wound in a correspondingly opposite direction and form magnetic fields of equal magnitude.

내부 및 외부 코일들 사이에는 다수의 자기 스트림들이 있다. 각각의 자기 스트립들은 자기적으로 포화가능하고 상부 및 하부 코일들의 길이를 축방향으로 연장하는 매우 큰 길이 대 직경 비율을 포함한다. 중간 플랜지는 대응하는 다수의 노치들을 포함하여, 자기 스트립들이 보빈의 전체 길이에 걸쳐 연장하게 한다.There are a number of magnetic streams between the inner and outer coils. Each magnetic strip includes a very large length to diameter ratio that is magnetically saturable and extends axially the length of the upper and lower coils. The intermediate flange includes a corresponding plurality of notches, allowing the magnetic strips to extend over the entire length of the bobbin.

자기장은 교류 파형의 양 및 음의 피크들에서 자기 스트립들을 주기적으로 포화시키기 위하여 코일들에 교류 에너지를 인가하여 형성된다. 토크가 토크 트랜스듀서 엘리먼트에 인가될 때, 분기하는 자기장은 생성된다. 분기 자기장은 자기측정기 어셈블리의 상부 및 하부 부분들에서 다른 방식으로 자기 스트립들상에 중첩된다. 각각의 상부 및 하부 코일들은 중앙 노드와 전기적으로 통한다. 중앙 노드의 전압은 관측되고 상부 및 하부 코일들 사이의 자기장의 크기 및 진폭 차를 가리키고 차례로 샤프트에 인가된 토크를 가리킨다. The magnetic field is formed by applying alternating energy to the coils to periodically saturate the magnetic strips at the positive and negative peaks of the alternating current waveform. When torque is applied to the torque transducer element, a branching magnetic field is created. The branch magnetic field is superimposed on the magnetic strips in different ways in the upper and lower portions of the magnetometer assembly. Each of the upper and lower coils is in electrical communication with a central node. The voltage at the central node is observed and indicates the magnitude and amplitude difference of the magnetic field between the upper and lower coils, which in turn indicate the torque applied to the shaft.

따라서, 본 발명의 자기측정기는 간단하고 경제적인 보빈 어셈블리의 토크 트랜스듀서 엘리먼트에 의해 형성된 자기장들을 간단하고 효율적이며 경제적으로 감지한다.Thus, the magnetometer of the present invention simply, efficiently and economically senses the magnetic fields formed by the torque transducer elements of the bobbin assembly which are simple and economical.

본 발명의 이들 및 다른 특징들은 하기 명세서 및 도면, 그 다음 요약서에서 가장 잘 이해될 수 있다.These and other features of the present invention can be best understood from the following specification and drawings, and the following summary.

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 토크 감지기 어셈블리(10)는 도시되고 자기탄성 링(16)을 지지하는 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)를 포함한다. 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)는 자기탄성 링(16)을 지지하는 샤프트(14)를 포함한다. 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)는 축(18)을 중심으로 회전 가능하다. 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)내 토크는 자기탄성 링(16)에 전송된다. 자기탄성 링(16)은 디폴트 비토크 조건에 있을 때, 화살표(20)로 표시된 방향으로 원주 자석을 따라 자기장을 가진다.Referring to FIG. 1, a torque sensor assembly 10 according to the invention comprises a torque transducer element 12 shown and supporting a magnetoelastic ring 16. The torque transducer element 12 includes a shaft 14 supporting the magnetoelastic ring 16. The torque transducer element 12 is rotatable about an axis 18. The torque in the torque transducer element 12 is transmitted to the magnetoelastic ring 16. The magnetoelastic ring 16 has a magnetic field along the circumferential magnet in the direction indicated by arrow 20 when in the default non-torque condition.

토크 감지기 어셈블리(10)는 자기측정기(22)를 포함한다. 자기측정기(22)는 중간 플랜지(28)에 의해 분리된 상부 축 부분(21) 및 하부 축 부분(23)을 가진 보빈(24)을 포함한다. 각각의 상부 및 하부 부분들(21,23)은 내부 코일 및 외부 코일을 포함한다. 상부 부분(21)은 내부 코일(34) 및 외부 코일(36)을 포함한다. 하부 부분(23)은 내부 코일(38) 및 외부 코일(40)을 포함한다. 내부 코일들(34 및 38)은 중앙 노드(50)에 전기적으로 접속된다(도 3). 게다가, 각각의 내부 코일들(34,38)은 외부 코일들(36,40)에 전기적으로 접속된다. 각각의 내부 코일들(34,38) 및 외부 코일들(36,40) 사이에는 다수의 축방향 자기 스트립들(42)이 배치된다.The torque detector assembly 10 includes a magnetometer 22. The magnetometer 22 includes a bobbin 24 having an upper shaft portion 21 and a lower shaft portion 23 separated by an intermediate flange 28. Each of the upper and lower portions 21, 23 includes an inner coil and an outer coil. The upper portion 21 includes an inner coil 34 and an outer coil 36. The lower portion 23 includes an inner coil 38 and an outer coil 40. The inner coils 34 and 38 are electrically connected to the central node 50 (FIG. 3). In addition, each of the inner coils 34, 38 is electrically connected to the outer coils 36, 40. A plurality of axial magnetic strips 42 are disposed between each of the inner coils 34, 38 and the outer coils 36, 40.

자기 스트립들(42)은 보빈(24)의 길이를 따라 축방향으로 배치된다. 자기 스트립들(42)은 바람직하게 매우 큰 길이 대 직경 비율을 가진 와이어들 또는 스트 림들이다.Magnetic strips 42 are disposed axially along the length of the bobbin 24. Magnetic strips 42 are preferably wires or streams with a very large length to diameter ratio.

내부 코일들(34 및 38)은 외부 코일들(36,40)에 의해 형성된 자기장과 반대인 자기장을 교류 전류의 제공시 형성한다. 내부 코일들(34,38) 및 외부 코일들(36,40)의 반대로 형성된 자기장들은 개별 코일에 생성될 수 없는 목표된 낮은 인덕턴스를 제공한다.The inner coils 34 and 38 form a magnetic field opposite the magnetic field formed by the outer coils 36 and 40 upon the provision of an alternating current. The oppositely formed magnetic fields of the inner coils 34 and 38 and the outer coils 36 and 40 provide a desired low inductance that cannot be generated in the individual coils.

각각의 내부 코일들(34,38) 및 외부 코일들(36,40)은 대략 200 턴의 자기 와이어를 사용하여 감겨진다. 자기 와이어의 특정 크기 및 코일을 형성하기 위하여 사용된 턴들의 수는 특정하게 응용되고 당업자는 특정 응용을 위하여 목표된 자기 특성들을 제공하도록 코일의 크기를 설정하는 방법을 이해한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 각각의 내부 및 외부 코일들(34,38,36,40)은 대략 200 권선을 가진다. 게다가, 내부 코일들(34,38)은 트랜스듀서 엘리먼트(12)의 샤프트(14)에 인접하여 방사상으로 배치된다. 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 인가된 토크에 의해 형성된 임의의 자기장 왜곡의 목표된 정확성 및 감지를 제공하기 위하여 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)와 근접한 관계로 내부 코일들(34,38)을 배치하는 것이 바람직하다. Each of the inner coils 34, 38 and the outer coils 36, 40 is wound using approximately 200 turns of magnetic wire. The specific size of the magnetic wire and the number of turns used to form the coil are specifically applied and those skilled in the art understand how to size the coil to provide the desired magnetic properties for the particular application. In the embodiment shown in FIG. 1, each of the inner and outer coils 34, 38, 36, 40 has approximately 200 windings. In addition, the internal coils 34, 38 are disposed radially adjacent to the shaft 14 of the transducer element 12. Positioning the internal coils 34, 38 in close relationship with the torque transducer element 12 to provide the desired accuracy and detection of any magnetic field distortion formed by the torque applied to the torque transducer element 12. It is preferable.

게다가, 아무리 많은 턴들이 각각의 내부 코일들(34,38) 및 외부 코일들(36,40)을 형성하고 구성하기 위하여 제공될지라도, 각각의 코일들은 동일한 수의 턴들을 가질 것이다. 이런 구성 수단의 장점은 동일한 수의 턴들 및 턴들을 지지하기 위한 단일 보빈의 사용이 복잡성을 감소시키고 내구성을 증가시킨다는 것이다.In addition, no matter how many turns are provided to form and configure the respective inner coils 34, 38 and the outer coils 36, 40, each coil will have the same number of turns. The advantage of this construction means is that the use of a single bobbin to support the same number of turns and turns reduces complexity and increases durability.

도 2를 참조하여, 자기측정기 어셈블리(22)는 토크 트랜스듀서(12) 없이 투시도로 도시되고 보빈(24)을 중심으로 각도적으로 동일하게 배치된 다수의 자기 스트립들(42)을 포함한다. 자기 스트립들의 동일한 각도 분배는 각각의 자기 스트립들(42)에 대한 균일한 자기 포화를 제공한다. 이런 동일한 각도 분배는 중간 플랜지(28)내의 대응하는 다수의 똑같은 각도 분배 노치들(32)에 의해 제조된다. 인식된 바와같이, 자기 스트립들(42)의 특정 수 및 간격은 감도 문제이다. 자기 스트립들(42)의 수는 각각의 자기 스트립들(42) 사이의 수 및 간격을 변화시킴으로써 조절될 수 있는 목표된 감도 맞춤 수단을 제공한다.Referring to FIG. 2, the magnetometer assembly 22 includes a plurality of magnetic strips 42 that are shown in perspective without the torque transducer 12 and are arranged equally at an angle about the bobbin 24. The same angular distribution of the magnetic strips provides uniform magnetic saturation for each of the magnetic strips 42. This same angular distribution is produced by a corresponding number of identical angular distribution notches 32 in the intermediate flange 28. As will be appreciated, the specific number and spacing of magnetic strips 42 is a sensitivity issue. The number of magnetic strips 42 provides a desired sensitivity alignment means that can be adjusted by varying the number and spacing between each of the magnetic strips 42.

도 2는 각각의 자기 스트립들(42) 사이에서 동일한 각도 분배 및 간격을 도시한다. 자기 스트립들(42) 사이의 간격은 각각의 자기 스트립들(42)이 축(18)에 대해 평행하게 배치되도록 배치된 방사상 길이들(44)로 표시된다. 2 shows the same angular distribution and spacing between the respective magnetic strips 42. The spacing between the magnetic strips 42 is represented by radial lengths 44 arranged such that the respective magnetic strips 42 are disposed parallel to the axis 18.

도 3을 참조하여, 자기측정기 어셈블리(22)는 코일들 사이의 다양한 전기 접속부들 및 상기 코일들 사이에 배치된 자기 스트립들(42)에 대한 관계를 도시하기 위하여 단면도로 개략적으로 도시된다. 보빈(26)의 상부 부분(21)을 참조하여, 내부 코일 어셈블리(34)는 외부 코일 어셈블리(36)에 전기적으로 접속된다. 그러나, 각각의 내부 코일 어셈블리들(34) 및 외부 코일 어셈블리들(36)은 반대 방향의 자기장들을 형성하도록 감겨진다. 게다가, 각각의 상부 코일 어셈블리들(34,36)은 동일한 크기의 자기장들을 형성하기 위하여 정확히 동일한 수의 권선으로 형성된다.Referring to FIG. 3, the magnetometer assembly 22 is schematically shown in cross section to illustrate the relationship to the various electrical connections between the coils and the magnetic strips 42 disposed between the coils. With reference to the upper portion 21 of the bobbin 26, the inner coil assembly 34 is electrically connected to the outer coil assembly 36. However, each of the inner coil assemblies 34 and outer coil assemblies 36 is wound to form magnetic fields in opposite directions. In addition, each of the upper coil assemblies 34, 36 is formed with exactly the same number of windings to form magnetic fields of the same size.

자기측정기 어셈블리(22)의 하부 부분(23)을 참조하여, 하부 내부 코일 어셈 블리(38)는 외부 코일 어셈블리(40)에 전기적으로 접속된다. 전기 접속부는 노드(48)로서 도시된다. 다시, 내부 코일(38) 및 외부 코일(40)은 동일한 수의 턴들을 가진 동일한 크기 및 등급의 와이어를 사용하여 제조한다. 내부 코일(38) 및 외부 코일(40)은 동일하지만 반대 방향의 자기장을 형성한다.With reference to the lower portion 23 of the magnetometer assembly 22, the lower inner coil assembly 38 is electrically connected to the outer coil assembly 40. The electrical connections are shown as node 48. Again, inner coil 38 and outer coil 40 are manufactured using wires of the same size and grade with the same number of turns. The inner coil 38 and outer coil 40 form the same but opposite magnetic field.

자기측정기 어셈블리(22)의 상부 부분(21) 및 하부 부분(23) 양쪽의 내부 및 외부 코일 어셈블리들(34,38,36,40) 사이에는 자기 스트립들(42)이 배치된다.Magnetic strips 42 are disposed between the inner and outer coil assemblies 34, 38, 36, 40 of both the upper portion 21 and the lower portion 23 of the magnetometer assembly 22.

코일들(34,36,38,40)은 52로 표시된 교류 소스에 부착된다. 교류 소스(52)는 자기 스트립들(42)의 주기적 포화를 형성하기 위하여 사용되는 교류를 제공한다. 교류는 자기 스트립들(42)이 자기적으로 포화되는 양 및 음의 피크들을 형성하기 위하여 사각파 전압의 인가에 의해 형성된다. Coils 34, 36, 38, 40 are attached to an alternating current source, indicated at 52. The alternating current source 52 provides the alternating current used to form the periodic saturation of the magnetic strips 42. Alternating current is formed by the application of a square wave voltage to form positive and negative peaks in which the magnetic strips 42 are magnetically saturated.

도 1 및 3을 참조하여, 동작시, 코일들(34,36,38,40)은 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 의해 생성되는 자기장이 중첩된 자기장을 생성한다. 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 의해 생성된 자기장은 자연적으로 분기하고 자기 스트립들(28)의 다른 축 부분들에서 다르게 검출될 것이다. 자기측정기(22)의 상부 및 하부 부분들(21,23)내의 자기장이 동일할 때; 자기측정기 어셈블리(22)의 상부 및 하부 부분들(21,23)내의 자기 스트립들(42)의 다른 포화는 공통 노드(50)에서 하나의 전압으로서 검출될 것이다. 1 and 3, in operation, the coils 34, 36, 38, 40 generate a magnetic field superimposed with the magnetic field generated by the torque transducer element 12. The magnetic field generated by the torque transducer element 12 will naturally diverge and be detected differently in the other axial portions of the magnetic strips 28. When the magnetic fields in the upper and lower portions 21, 23 of the magnetometer 22 are identical; Another saturation of the magnetic strips 42 in the upper and lower portions 21, 23 of the magnetometer assembly 22 will be detected as one voltage at the common node 50.

따라서, 자기측정기 어셈블리(22)의 상부 및 하부 부분들(21,23) 사이의 공통 노드 또는 접속 포인트(50)에서, 코일들을 구동하기 위하여 사용되는 것과 다른 주파수를 가진 펄스 전압 파 형태는 검출될 것이다. 노드(50)에서 생성되고 검출 된 전압 신호의 위상 및 진폭은 분기된 자기장의 진폭 및 방향을 가리키며 관련되고 이에 따라 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 인가된 토크를 가리키고 관련된다.Thus, at the common node or connection point 50 between the upper and lower portions 21, 23 of the magnetometer assembly 22, a pulse voltage wave shape with a frequency different from that used to drive the coils can be detected. will be. The phase and amplitude of the voltage signal generated and detected at node 50 indicates and is related to the amplitude and direction of the branched magnetic field and thus to the torque applied to the torque transducer element 12.

따라서, 동작시 각각의 코일들(34,36,38,40)은 자기 스트립들(42)의 포화를 생성하는 크기에서 교류에 의해 여기된다. 각각의 자기 스트립들(42)은 교류 파형의 양 및 음의 피크들에서 자기적으로 포화된다. 토크가 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 인가될 때, 자기탄성 링(16)에 의한 분기된 자기장은 자기 스트립들(42)내에서 형성된 자기장에 중첩된다. 자기적으로 포화된 스트립들(42)상에 자기장의 상기 중첩 부가는 자기측정기(22)의 상부 및 하부 부분들(21,23) 사이에서 자기 포화의 비대칭을 형성한다. 비대칭에 의해 형성된 전압 파형은 공통 노드(50)에서 관측될 수 있고 심지어 짝수 고조파를 포함할 것이다. 전압 파형의 짝수 고조파들은 자기장의 크기를 결정하기 위하여 똑같이 이용되는 특성들외에 주파수 및 위상을 포함하고, 이에 따라 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 제공된 토크를 포함한다. Thus, in operation, each of the coils 34, 36, 38, 40 is excited by alternating current at a magnitude that produces saturation of the magnetic strips 42. Each of the magnetic strips 42 is magnetically saturated at the positive and negative peaks of the alternating current waveform. When torque is applied to the torque transducer element 12, the branched magnetic field by the magnetoelastic ring 16 overlaps the magnetic field formed in the magnetic strips 42. The overlapping addition of the magnetic field on the magnetically saturated strips 42 forms an asymmetry of magnetic saturation between the upper and lower portions 21, 23 of the magnetometer 22. The voltage waveform formed by the asymmetry can be observed at the common node 50 and will even include even harmonics. Even harmonics of the voltage waveform include frequency and phase in addition to the characteristics used equally to determine the magnitude of the magnetic field, and thus the torque provided to the transducer element 12.

따라서, 본 발명에서 개발되고 기술된 자기측정기(22)는 보빈 및 공통 코일 권선 기술들을 사용하여 토크 트랜스듀서 엘리먼트(12)에 의해 형성된 자기장의 정확하고 내구력 있는 측정을 제공한다. Accordingly, the magnetometer 22 developed and described in the present invention provides accurate and durable measurement of the magnetic field formed by the torque transducer element 12 using bobbin and common coil winding techniques.

비록 본 발명의 바람직한 실시예가 기술되었지만, 당업자는 특정 변형들이 본 발명의 범위내에 있다는 것을 인식한다. 이런 이유 때문에, 다음 청구항들은 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하기 위하여 고찰되어야 한다.Although preferred embodiments of the invention have been described, those skilled in the art will recognize that certain variations are within the scope of the invention. For this reason, the following claims should be considered to determine the true scope and content of this invention.

본 발명의 자기장 감지기는 자기탄성 재료를 지지하는 샤프트를 가진 토크 트랜스듀서 엘리먼트들에 이용할 수 있는 생산하기 용이하고 내구적이며 정밀하다.The magnetic field detector of the present invention is easy to produce, durable and precise for use in torque transducer elements having a shaft supporting a magnetoelastic material.

Claims (14)

자기측정기 어셈블리로서,As a magnetometer assembly, 축을 중심으로 배치된 하나 이상의 내부 코일;One or more internal coils disposed about an axis; 상기 하나 이상의 내부 코일을 중심으로 동축적으로 배치된 하나 이상의 외부 코일; 및At least one outer coil disposed coaxially about the at least one inner coil; And 상기 하나 이상의 내부 코일 및 상기 하나 이상의 외부 코일 사이에서 상기 축에 평행하게 배치된 하나 이상의 자기 스트립을 포함하는,One or more magnetic strips disposed parallel to the axis between the one or more inner coils and the one or more outer coils, 자기측정기 어셈블리.Magnetometer assembly. 제 1 항에 있어서, 서로 동축적으로 배치되고 전기적으로 접속된 제 1 내부 코일 및 제 1 외부 코일, 및 제 2 내부 코일, 및 상기 제 2 내부 코일과 동축적으로 배치되고 서로 전기적으로 접속되는 제 2 외부 코일을 포함하는,2. The apparatus of claim 1, further comprising: a first inner coil and a first outer coil coaxially disposed and electrically connected to each other, and a second inner coil, and a coaxially disposed and electrically connected to the second inner coil. Including two external coils, 자기측정기 어셈블리.Magnetometer assembly. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 내부 코일, 상기 제 1 외부 코일, 상기 제 2 내부 코일 및 상기 제 2 외부 코일이 감겨진 보빈을 포함하는,The bobbin according to claim 2, wherein the first inner coil, the first outer coil, the second inner coil and the second outer coil include a bobbin wound thereon. 자기측정기 어셈블리.Magnetometer assembly. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 내부 및 외부 코일들로부터 상기 제 1 내부 및 외부 코일들을 분리하는 별개의 축 구획부를 포함하는,4. The apparatus of claim 3, comprising a separate axial compartment separating the first inner and outer coils from the second inner and outer coils. 자기측정기 어셈블리.Magnetometer assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 스트립은 단면 영역보다 큰 길이를 가진 와이어를 포함하는,The method of claim 1, wherein the magnetic strip comprises a wire having a length greater than the cross-sectional area, 자기측정기 어셈블리.Magnetometer assembly. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 및 외부 코일들은 자기탄성 장치의 자기 영역을 동축적으로 에워싸도록 제공되는,The magnetic coil of claim 1, wherein the inner and outer coils are provided to coaxially surround a magnetic region of the magnetoelastic device. 자기측정기 어셈블리.Magnetometer assembly. 자기탄성 토크 감지기 어셈블리로서,A magnetoelastic torque detector assembly 자기탄성 재료를 지지하는 토크 엘리먼트; 및A torque element supporting a magnetoelastic material; And 하나 이상의 외부 코일에 전기적으로 결합된 하나 이상의 내부 코일 및 상기 하나 이상의 내부 코일 및 하나 이상의 외부 코일 사이에 배치된 자기 스트립을 포함하는 자기측정기를 포함하는,A magnetometer comprising at least one inner coil electrically coupled to at least one outer coil and a magnetic strip disposed between the at least one inner coil and the at least one outer coil, 자기탄성 토크 감지기 어셈블리.Magnetoelastic torque detector assembly. 제 7 항에 있어서, 상기 자기측정기는 제 1 내부 및 외부 코일 및 상기 토크 엘리먼트에 관련하여 축방향으로 배치된 제 2 내부 및 외부 코일, 및 상기 제 1 내 부 및 외부 코일과 상기 제 2 내부 및 외부 코일 사이에 배치된 다수의 자기 스트립들을 포함하는,8. The magnetic meter of claim 7, wherein the magnetometer includes a second inner and outer coil disposed axially with respect to the first inner and outer coil and the torque element, and the first inner and outer coil and the second inner and outer coils. Comprising a plurality of magnetic strips disposed between the outer coil, 자기탄성 토크 감지기 어셈블리.Magnetoelastic torque detector assembly. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 내부 및 외부 코일과 상기 제 2 내부 및 외부 코일을 지지하는 보빈을 포함하고, 상기 보빈은 상기 제 2 내부 및 외부 코일들로부터 상기 제 1 내부 및 외부 코일들을 축방향으로 분리하는 중간 플랜지를 포함하는, 9. The apparatus of claim 8, comprising bobbins supporting the first inner and outer coils and the second inner and outer coils, the bobbin shafting the first inner and outer coils from the second inner and outer coils. Including the middle flange separating in the direction, 자기탄성 토크 감지기 어셈블리.Magnetoelastic torque detector assembly. 제 9 항에 있어서, 상기 중간 플랜지는 대응하는 다수의 자기 스트립들이 축방향으로 연장하는 다수의 각도적으로 이격된 노치들을 포함하는, 10. The method of claim 9, wherein the intermediate flange comprises a plurality of angularly spaced notches, the corresponding plurality of magnetic strips extending axially. 자기탄성 토크 감지기 어셈블리.Magnetoelastic torque detector assembly. 제 7 항에 있어서, 상기 자기 스트립은 와이어를 포함하는,8. The magnetic strip of claim 7 wherein the magnetic strip comprises a wire. 자기탄성 토크 감지기 어셈블리.Magnetoelastic torque detector assembly. 토크 감지기로 토크를 감지하는 방법으로서,The torque sensor detects torque. a) 제 1 내부 및 외부 코일과 제 2 내부 및 외부 코일에 교류를 인가하는 단계 - 상기 제 2 내부 및 외부 코일은 상기 내부 및 외부 코일들 사이에서 토크 엘 리먼트의 축에 평행하게 배치된 자기 스트립에 포화 자기장을 형성하기 위하여 결정된 레벨에서 축방향으로 이격됨 -; 및a) applying alternating current to the first inner and outer coils and the second inner and outer coils, the second inner and outer coils being disposed in parallel with the axis of the torque element between the inner and outer coils; Spaced axially at a determined level to form a saturated magnetic field in the strip; And 토크 엘리먼트에 인가된 토크를 가리키는 자기 스트립내에 생성된 자기장의 왜곡을 검출하는 단계를 포함하는,Detecting a distortion of a magnetic field generated in the magnetic strip indicating a torque applied to the torque element, 토크 감지 방법.Torque sensing method. 제 12 항에 있어서, 제 1 내부 및 외부 코일들과, 제 2 내부 및 외부 코일들 사이의 공통 노드에서 인가된 토크를 가리키는 파형에 대한 전압을 관측하는 단계를 포함하는, 13. The method of claim 12, comprising observing a voltage on a waveform indicating torque applied at a common node between the first inner and outer coils and the second inner and outer coils. 토크 감지 방법.Torque sensing method. 제 13 항에 있어서, 상기 전압 파형은 토크 엘리먼트에 인가된 토크에 의해 생성된 자기장의 크기를 가리키는 주파수 및 진폭을 포함하는, The method of claim 13, wherein the voltage waveform comprises a frequency and an amplitude indicating the magnitude of the magnetic field generated by the torque applied to the torque element. 토크 감지 방법.Torque sensing method.
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