SE517710C2 - Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment och användning av givaren - Google Patents
Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment och användning av givarenInfo
- Publication number
- SE517710C2 SE517710C2 SE9904572A SE9904572A SE517710C2 SE 517710 C2 SE517710 C2 SE 517710C2 SE 9904572 A SE9904572 A SE 9904572A SE 9904572 A SE9904572 A SE 9904572A SE 517710 C2 SE517710 C2 SE 517710C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- layer
- magnetostrictive
- shaft
- sensor according
- magnetostrictive sensor
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 67
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 115
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-M sulfamate Chemical compound NS([O-])(=O)=O IIACRCGMVDHOTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
- G01L3/103—Details about the magnetic material used
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Description
25 30 35 517 710 inducerade spänningen kan därmed användas för att bestämma vridmomentets storlek i axeln. Det som skiljer olika kända magnetostriktiva givare át är främst utformningen av det magnetostriktiva området och sättet att erhålla anisotropa egenskaper i detta.
US 5 646 356 visar en magnetostriktiv givare för mätning av vridmoment i en axel. Tunna band av ett lågresistivt materi- al har applicerats på axelns yta i 45° vinkel mot axelns sträckning. Användningen av denna givare är inskränkt till att mäta vridmoment i axlar som består av material med goda magnetostriktiva egenskaper. Eftersom drivande axlar endast i undantagsfall är tillverkade av material med goda magneto- striktiva egenskaper försvårar detta användningen av denna givare.
US 5 491 369 visar en magnetostriktiv givare för att mäta ett vridmoment som tillförs en axel. För att anordna en sä- dan givare på en axel formas ett flertal spår i axelns peri- fiera yta. Axeln utsätts sedan för en värmebehandling så att den erhåller en ökad hállfasthet. deskikt innan ett aktivt magnetostriktivt material anordnas Därefter páläggs ett bin- pà axelns perifera yta. Metoden kräver således både mekanisk bearbetning och värmebehandling av den lastbärande axeln vilket gör den mindre attraktiv för många tillämpningar.
JP 4-221 726 visar en magnetostriktiv givare för att mäta vridmoment i en axel. Givaren innefattar ett magnetostrik- tivt område med ett första skikt av nickel som anligger mot axelns yta och ett pá det första skiktet anordnat andra skikt av permalloy som är ett ferromagnetiskt material med mycket hög permeabilitet. skiktet på det första skiktet tas fina band av det andra skiktet bort så att det magnetostriktiva omrâdet erhåller Efter appliceringen av det andra ett ytmönster som ger det magnetostriktiva området anisotro- pa egenskaper. Det andra skiktet mäste vara magnetostriktivt 10 15 20 25 30 35 517 710 för att givaren ska fungera och en betydande nackdel är att det andra skiktet dessutom måste ha hög permeabilitet.
CN 1030642 visar en magnetostriktiv vridmomentgivare som har ett första lager av koppar anordnat mot en perifer yta hos en axel och tunna band av en magnetostriktiv legering anord- nade därpå. Även här måste de pålagda banden ha en hög per- meabilitet för att givaren ska fungera.
SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en magnetostriktiv givare för att mäta ett vridmoment i en axel, vilken givare är enkel att anordna på en axel, ger goda mätresultat och är möjlig att anordna på befintliga ax- lar väsentligen oberoende av axelns tillverkningsmaterial.
Detta syfte uppnås med den magnetostriktiva givaren av det inledningsvis nämnda slaget vilken kännetecknas av att nämn- da magnetostriktiva område innefattar ett första skikt av ett magnetostriktivt material som är anordnat mot axelns yta och att nämnda ytmönster är utformat av ett andra skikt av ett icke magnetostriktivt material som innefattar en resis- tivitet som är lägre än resistiviteten hos det första skik- tets material. Pà grund av inducerade virvelströmmar i det första skiktet avklingar (dämpas) det pålagda magnetiska fältet exponentiellt med avståndet från det första skiktets yta. Genom att välja ett tillräckligt tjockt skikt så kommer givarens egenskaper att domineras av det första skiktets ma- terial och inte av axelmaterialet. Genom att anordna ett första skikt med en lämplig tjocklek mot axelns perifera yta blir axelmaterialets påverkan. på givarens mätresultat mer eller mindre försumbart. Därmed kan givaren anordnas på vä- sentligen alla typer av axlar och oberoende av axelmaterial.
En sådan magnetostriktiv givare får även en god funktion med 10 15 20 25 30 35 517 710 ett första skikt av ett material som har en relativt låg permeabilitet.
Enligt en föredragen utföringsfonn av föreliggande uppfin- ning är nämnda andra skikt anordnat på det första skiktet.
Genom att anordna ett andra skikt av ett icke magnetostrik- tivt material på det första skiktet erhålls det ytmönster som ger det magnetostriktiva området anisotropa egenskaper.
Med fördel har nämnda första skikt en kontinuerlig utbred- Ett sådant första skikt är enkelt att anordna samtidigt som det bildar en sammanhängande jämn un- ning i nämnda område. derliggande yta på vilken det andra skiktet lätt kan anord- nas. Dessutom minimerar ett sådant kontinuerligt första skikt spänningskoncentrationer i det magnetostriktiva områ- det. Enligt en alternativ utföringsform är det första skik- tet anordnat med en icke kontinuerlig utbredning mot axelns yta och att i åtminstone något parti där det första skiktet inte anligger mot axelns yta är det andra skiktet anordnat Genom att anordna både det första skiktet och det andra skiktet mot axelns yta i nämnda ytmönster så mot axelns yta. kan det magnetostriktiva området erhålla ett väsentligen slätt ytskikt.
Enligt en annan fördelaktig utföringsform är nämnda första och andra skikt inrättade att påläggas medelst en pålägg- ningsmetod som 'väsentligent inte tillför värme. Genom att undvika. höga temperaturer~ påverkas inte hållfastheten. och toleranser hos den lastbärande axeln. En lämplig' pålägg- ningsmetod som inte tillför värme är plätering. Det finns åtminstone två tillämpbara pläteringsmetoder för att plätera metaller på ett befintligt element nämligen badplätering och selektiv plätering men även kemisk plätering är tillämpbar.
Enligt en annan fördelaktig utföringsfor¶1 av föreliggande uppfinning har nämnda första skikt en tjocklek som är större än det magnetostriktiva materialets skindjup. Ett materials lO 15 20 25 30 517 710 skindjup är ett inom föreliggande teknikområde välkänt be- grepp och beräknas enligt föreliggande formeln 6 2” [lå] där ö= skindjupet, p= elektrisk resistivitet hos materialet, p= magnetisk permeabilitet hos materialet och m= vinkelfrekvensen hos det pálagda fältet.
Hos ett första skikt med en tjocklek av ett skindjup tränger cirka 1/3 av det pálagda magnetfältet genom det första skik- tet och ner i det underliggande axelmaterialet. För att sä- kerställa en god mätnoggrannhet är det dock fördelaktigt att pälägga ett så pass tjockt skikt så att endast en mindre del av det pálagda magnetiska fältet tränger igenom det första skiktet och ner i axelmaterialet. Att anordna en första skikttjocklek som är större än tvâ skindjup tillför dock vanligtvis mycket litet avseende mätnoggrannhet eftersom vid två skindjup endast en mycket liten andel av det pálagda magnetfältet tränger ned i det underliggande axelmaterialet.
Större skikttjocklek ningskostnad. Ett första skikt med en tjocklek mellan ett innebär i allmänhet högre tillverk- och tvâ skindjup är därför optimalt för de flesta givare.
Dock kan det under i övrigt gynsamma förhållanden erhållas en relativt god mätnoggrannhet även med en tjocklek av det första skiktet ned till 1/4 av det magnetostriktiva materia- lets skindjup. Med fördel innefattar nämnda första skikt åt- minstone nàgot av ämnena nickel, järn eller kobolt. Framför- allt uppvisar nickel i ren form eller i legeringar goda mag- netostriktiva egenskaper i kombination med att det utan svä- righet kan appliceras pà de flesta typer av axelmaterial me- delst, exempelvis, plätering.
Enligt en annan fördelaktig' utföringsfornl av föreliggande uppfinning innefattar nämnda andra skikt ett material med en lO 15 20 25 30 35 517 710 6 resistivitet som är lägre än resistiviteten hos det första skiktets material. Med hänvisning till ovan angivna US 5 646 356 framgår att kvoten mellan resistiviteten hos materialet i det andra skiktet och resistiviteten hos materialet i det första skiktet samt tjockleken hos det andra skiktet är av betydelse för hur väl det pålagda fältet upplinjeras enligt det andra skiktets ytmönster. Det är> lämpligt att nämnda andra skikt har en tjocklek som är mindre än skindjupet i det första skiktet och större än skindjupet nmltiplicerat med kvoten mellan resistiviteten hos materialet i det andra skiktet och resistiviteten hos materialet i det första skik- tet. Med fördel väljs ett material i det andra skiktet som har en så låg resistivitet som möjligt. Med en låg resisti- vitet kan det andra skiktet utföras mycket tunt. Nämnda andra skikt kan innefatta parallellt anordnade band som bil- dar en vinkel av mellan i 20° och i75° mot en generatris till axelytan. För att det magnetostriktiva området ska er- hålla en optimal anisotropi ska nämnda vinkel vara ¿45°. Vid dessa vinklar sammanfaller magnetfältet vid axelytan med de mekaniska huvudspänningsriktningarna när axeln belastas med ett vridmoment i endera riktningen. Med fördel innefattar nämnda andra skikt åtminstone något av ämnena koppar, alumi- nium och krom. Framförallt koppar uppvisar en mycket låg re- sistivitet men även aluminium och krom har en låg resistivi- tet. Koppar och krom kan utan svårighet appliceras på ett första skikt, av exempelvis nickel, medelst plätering.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen ut- föringsform av föreliggande uppfinning med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 visar en magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment i en axel enligt föreliggande uppfin- ning och 10 15 20 25 30 35 517 710 Fig 2 visar ett tvärsnitt av en axelyta i ett magneto- striktivt område enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning.
Fig 3 visar ett tvärsnitt av en axelyta i ett magneto- striktivt omrâde enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfinning.
DETALJERAD BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER Av FÖRELIGGANDE UPPFINNING I Fig 1 visas en roterbar axel 1 som är inrättat att överfö- ra ett vridmoment i någon typ av mekanisk transmission. Ax- eln 1 kan här bestå av ett väsentligen godtyckligt material som uppfyller de mekaniska krav som ställs på axeln 1 såsom ett transmissionselement avseende hårdhet, hállfasthet och geometri. För att kunna mäta ett vridmoments storlek och riktning i axeln 1 har en magnetostriktiv givare anordnats pà ett lämpligt ställe utefter axelns 1 sträckning. Den mag- netostriktiva givaren innefattar i detta fall ett pà axeln 1 anordnat magnetostriktivt område 2 som har en utbredning runt axelns perifera yta. Det magnetostriktiva området 2 in- nefattar ett första skikt 3 av ett magnetostriktivt material som väsentligen har en kontinuerlig utbredning och tjocklek i nämnda område 2. Det första skiktet 3 innefattar med för- del nickel men det kan även innefatta järn, kobolt och andra material som uppvisar lämpliga magnetostriktiva egenskaper.
Pà det första skiktet 3 är anordnat ett andra skikt 4 i form av ett sammanhängande band. Bandet innefattar två ändpartier 4a, b som var och en bildar en vinkel av cirka +45° mot en generatris till axelns 1 yta och ett mellanliggande parti 4c som bildar en vinkel av cirka -45° mot en generatris till axelns l yta. Det andra skiktet 4 innefattar ett material med icke magnetostriktiva egenskaper och det har med fördel en låg resistivitet, làg permeabilitet och är lätt applicer- bart i ett tunt skikt pà det första skiktet. Ett sådant ma- terial är koppar men det kan även vara aluminium, krom, el- lO 15 20 25 30 35 517 710 ler nágot annat material som har de ovan angivna material- egenskaperna. Det andra skiktet 4 bildar genom nämnda band ett ytmönster på det första skiktet 3 så att det magneto- striktiva området 2 erhåller anisotropa egenskaper. Eftersom bandet har en sträckning som bildar vinklar av i 45° mot en generatris till axelns 1 yta erhålls en optimal anisotropi i samband. med en 'vridmomentbelastning av axeln. 1. En sådan vridmomentbelastning kan ske i tvà möjliga vridmomentrikt- ningar.
För att generera ett tidsvarierande magnetiskt fält till nämnda magnetostriktiva område 2 innefattar givaren en pri- märspole 5 som är anordnad runt axeln 1. Primärspolen 5 är installerad i ett väsentligen cylindriskt format ok 6 av ett mjukt magnetiskt material. Oket 6 innesluter även två poler 7, 8 som koncentrerar flödet till ett luftgap vid okets 6 ändar. Primärspolen 5 stàr i förbindelse med en signalgene- rator, som inte visas i figurerna. Signalgeneratorn är in- rättad att tillföra en tidsvarierande ström till primärspo- len 5 så att ett tidsvarierande magnetiskt fält med en vä- sentligen likformig utbredning kan pàföras det magnetostrik- tiva omràdet 2. En sekundärspole 9 är anordnad invändigt om primärspolen S för att mäta den magnetiska flödestätheten.
När axeln 1 utsätts för vridmoment förändras det magneto- striktiva materialets permeabilitet i det första skiktet och därmed även det magnetiska flödet. Beroende pà det magnetis- ka flödets amplitud alstras en motsvarande inducerad spän- ning i sekundärspolen 9. Den inducerade spänningen i sekun- därspolen 9 mäts och utnyttjas för att bestämma vridmomen- tets storlek och riktning i axeln 1.
I Fig 2 visas ett snitt genom en yta hos axeln 1 i det mag- netostriktiva området 2. Pà axelns 1 perifera yta har ett första skikt 3 av det magnetostriktiva materialet anordnats i ett relativt tunt skikt med en kontinuerlig utbredning och tjocklek. Nämnda första skikt 3, som med fördel innefattar 10 15 20 25 30 35 517 710 nickel, påläggs med fördel medelst en påläggningsmetod som inte tillför värme under påläggningsprocessen, vilken exem- pelvis kan vara plätering._ En påläggningsmetod som inte tillför värme är gynnsam eftersom värmetillförsel under på- läggningsprocessen kan leda till att axelns hàllfasthet och tillverkningstoleranser förändras på ett ogynnsamt sätt. För att säkerställa att det första skiktet 3 erhåller ett till- räckligt fäste mot axelytan kan eventuellt axelns 1 perifera förbehandlas. En blästring, kulbombning, betning, dopning eller strike. Efter yta sådan förbehandling kan innefatta att det första skiktet 3 pålagts på axelytan påläggs det andra skiktet 4 ovanpå det första skiktet 3. En sådan på- läggning utförs således med fördel medelst plätering. För att erhålla det för givarens funktion nödvändiga ytmönstret kan, exempelvis, de områden som inte avses att beläggas med det andra skiktet 4 maskeras. Tänkbara eller föredragna bad vid Ni-plätering är Watt's bad, Sulfamatbad eller högklorid- bad. Pläteringen kan efterföljas av en stabiliserande värme- behandling till mellan l50° och 300°C. För vissa applikatio- ner kan även högre temperaturer komma ifråga.
För att erhålla en väl fungerande givare till en relativt låg kostnad är det första 3 och andra 4 skiktens tjocklek av största betydelse. Den del av det pålagda magnetfältet som tränger igenom det första skiktet 3 påverkar således inte enbart det magnetostriktiva materialet utan även axelmateri- alet. Eftersom axelmaterialet vanligtvis har betydligt sämre magnetostriktiva egenskaper än det första skiktet 3 nedsät- ter ett tunt första skikt 3 givarens noggrannhet. Därför är det ur mätsynpunkt gynnsamt med ett tjockt första skikt 3.
Däremot ökar kostnaden med det pålagda skiktets tjocklek. En inom detta teknikområde välkänd beräkningsbar parameter är ett skindjup. Ett skindjup avser det djup i ett material, vid vilket en återstod av cirka 1/3 (mer exakt en faktor 1/e) av det pålagda magnetfältet tränger ned vidare i mate- rialet. Med en tjocklek av det första skiktet 3 mellan en 10 15 20 25 30 35 517 710 10 och tvà skindjup erhálls vanligtvis en mycket god mätnog- grannhet kombinerad med en relativt låg kostnad för pålägg- ning av det första skiktet 3. Dock kan det erhållas en rela- tivt god mätnoggrannhet även med en tjocklek av det första skiktet 3 ned till 1/4 skindjup. Vid ett så tunt första skikt 3 som 1/4 av det magnetostriktiva materialets skindjup går (endast) 31% av det magnetiska flödet i det första skik- tet 3. av mekanisk last) Med en känslighet (permeabilitetsförändring orsakad i det första skiktet 3 som, exempelvis, kan vara 5 gånger så stort som i det underliggande axelmate- rial kommer ändå det första skiktet 3 att dominera givarens egenskaper genom att 69% av känsligheten beror pà det första skiktet 3. Av den anledningen kan så tunna första skikt 3 som 1/4 av skindjupet vara kommersiellt intressanta.
Ur kostnadssynpunkt är det även fördelaktigt att ha ett tunt andra skikt 4. För att erhålla en känslig givare med ett tunt andra skikt 4, första skiktet 3, andra skiktet 4 som har en mycket låg resistivitet. Det som bildar av nämnda ytmönster pà det bör ett sådant material användas i det andra skiktet 4 bör åtminstone vara ett material som har en lägre resistivitet än resistiviteten i materialet i det för- sta skiktet 3. Med fördel har det andra skiktet 4 en tjock- lek som är mindre än skindjupet i det första skiktet 3 och större än skindjupet multiplicerat med kvoten mellan resis- tiviteten hos materialet i det andra skiktet 4 och resisti- viteten hos materialet i det första skiktet 3.
I Fig 3 visas ett tvärsnitt av en alternativ utformning av ett magnetostriktivt område 2. Här har det första skiktet 3 anordnats mot axelns 1 yta med en icke kontinuerlig utbred- ning. Det andra skiktet 4 har anordnas mot axelns 1 yta i de partier där det första skiktet 3 inte anligger mot axelns 1 yta. Därmed bildar nämnda första 3 och andra 4 skikt ett kontinuerlig materiallager på axelns 1 yta. De första 3 och andra 4 skikten har i det visade utföringsexemplet en lika 10 15 20 25 517 710 ll stor tjocklek och det magnetostriktiva omrâdet 2 får därmed en slät yta .
Föreliggande uppfinning är pà intet sätt begränsad till det pá ritningarna framställda utföringsexemplet utan kan varie- ras fritt inom patentkravens ramar. Exempelvis så kan det första skiktet ha en kontinuerlig utbredning i magnetostrik- tiva omràdet med en varierande skikttjocklek. Härvid kan det första skiktet ha en större tjocklek i partier mellan pàlag- da andra skikt. Det magnetostriktiva området kan därmed er- hålla en väsentligen slät yta. Därtill kan kan ett, två el- ler fler magnetostriktiva områden anordnas på axeln. Van- ligtvis anordnas två sådana magnetostriktiva områden på en axel. Ett första område med nämnda band med en vinkel av +45° mot en generatris till axelytan och ett andra område -450 till axelytan. Dessutom behöver ett sådant magnetostriktivt med nämnda band med en vinkel av mot en generatris område inte sträcka sig helt runt axelns perifera yta utan kan sträcka sig runt bara en del av axeln. Därutöver kan nämnda primära och sekundära spole utgöras av en och samma spole. Förutom detta behöver nämnda första skikts material nödvändigtvis inte appliceras som ett färdigt skiktmaterial utan möjligheten finns att med olika metoder påverka eller omvandla axelns material för att bilda nämnda första skikt- material. Även andra metoder än plätering kan användas för att lägga på nämnda första och andra skikt. Sådana metoder kan vara PVD, CVD, behöver axeln nödvändigtvis inte vara roterbar utan den kan sputtering och lasercoating. Slutligen även vara statisk.
Claims (18)
1. Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment i en axel (1), varvid givaren innefattar åtminstone ett aktivt (l), (2) så att det erhåller aniso- ett första medel (5) generera ett tidsvarierande magnetiskt fält till det magne- tostriktiva området (2) och ett andra medel (9) rättat att avkänna förändringar i permeabilitet i det magne- magnetostriktivt område (2) pà axeln ett ytmönster pà det magnetostriktiva området tropa egenskaper, som är inrättat att som är in- tostriktiva omrâdet (2), och varvid nämnda magnetostriktiva område (2) innefattar ett första skikt (3) striktivt material som är anordnat mot axelns (1) yta, kän; netegknad_ay att nämnda ytmönster är utformat av ett andra skikt (4) av ett icke magnetostriktivt material som innefat- av ett magneto- tar en resistivitet som är lägre än resistiviteten hos det första skiktets (3) material.
2. Magnetostriktiv givare enligt krav 1, kängetegkn§fi_ay att det andra skiktet (4) är anordnat pà det första skiktet (3).
3. Magnetostriktiv givare enligt krav 1 eller 2, kännetegk; nad_ay att nämnda första skikt (3) har en kontinuerlig ut- bredning i nämnda område (2).
4. Magnetostriktiv givare enligt krav 1, kännetegknad_ay att det första skiktet (3) är anordnat med en icke kontinuerlig utbredning mot axelns (1) yta och att i åtminstone något parti där det första skiktet (3) (1) yta är det andra skiktet (4) yta. inte anligger mot axelns anordnat mot axelns (1)
5. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, kännetecknad_ay att nämnda första (3) och andra skikt (4) är inrättade att pàläggas medelst en páläggningsmetod som vä- sentligen inte tillför värme. 10 15 20 25 30 35 517 710 13
6. Magnetostriktiv givare enligt krav 5, känne;egknad_ay att nämnda påläggningsmetod är plätering.
7. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, kännetecknad_ay att axelns (1) yta är inrättad att underkas- tas en förbehandling innan nämnda skikt påläggs.
8. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, kännetegknad_ay att åtminstone ett av nämnda skikt är inrät- tade att underkastas en efterföljande stabiliseringsbehand- ling.
9. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, kännfiLQQknšd_§y att nämnda första skikt (3) som är större än 1/4 av' det magnetostriktiva materialets har en tjocklek skindjup. 1.. I i har en tjocklek som är större än
10. Magnetostriktiv givare enligt krav 9, att nämnda första skikt (3) det magnetostriktiva materialets skindjup.
11. ll. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, att det första skiktet stone något av ämnena nickel, järn och kobolt. (3) innefattar åtmin-
12. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, KännfiLQQknâd_ây att nämnda andra skikt (4) material med en permeabilitet som är lägre än permeabilite- ten hos det första skiktets (3) innefattar ett material.
13. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, kännetegknad_ay att nämnda andra skikt (4) som är mindre än skindjupet i det första skiktet och större har en tjocklek än skindjupet multiplicerat med kvoten mellan resistiviteten 10 15 20 517 710 14 hos materialet i det andra skiktet (4) hos materialet i det första skiktet (3). och resistiviteten
14. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, känneLegknad_ay att nämnda andra skikt (4) innefattar paral- lellt anordnade band som bildar en vinkel av mellan 1 20° och 75° mot en generatris till axelytan.
15. Magnetostriktiv givare enligt krav 14, känne;eçknad_gy att nämnda band är anordnade inom åtminstone två zoner som innefattar band med olika vinklar.
16. Magnetostriktiv givare enligt krav 15, känn§;egkngd_ay att nämnda band sträcker sig sammanhängande mellan nämnda zoner.
17. Magnetostriktiv givare enligt något av föregående krav, kännetegknad_ay att nämnda andra skikt (4) stone något av ämnena koppar, aluminium och krom. innefattar åtmin-
18. Användning av en magnetostriktiv givare enligt någon av föregående patentkrav' för mätning av ett 'vridmoment i en axel.
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9904572A SE517710C2 (sv) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment och användning av givaren |
| PCT/SE2000/002537 WO2001044770A1 (en) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | A torque sensor |
| US10/149,807 US6701793B2 (en) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | Torque sensor |
| DE60043857T DE60043857D1 (de) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | Drehmomentsensor |
| AT00987906T ATE458188T1 (de) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | Drehmomentsensor |
| ES00987906T ES2339328T3 (es) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | Un detector de par de torsion. |
| EP00987906A EP1240488B1 (en) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | A torque sensor |
| AU24174/01A AU2417401A (en) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | A torque sensor |
| JP2001545813A JP4892153B2 (ja) | 1999-12-14 | 2000-12-14 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9904572A SE517710C2 (sv) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment och användning av givaren |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9904572D0 SE9904572D0 (sv) | 1999-12-14 |
| SE9904572L SE9904572L (sv) | 2001-06-15 |
| SE517710C2 true SE517710C2 (sv) | 2002-07-09 |
Family
ID=20418120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9904572A SE517710C2 (sv) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment och användning av givaren |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6701793B2 (sv) |
| EP (1) | EP1240488B1 (sv) |
| JP (1) | JP4892153B2 (sv) |
| AT (1) | ATE458188T1 (sv) |
| AU (1) | AU2417401A (sv) |
| DE (1) | DE60043857D1 (sv) |
| ES (1) | ES2339328T3 (sv) |
| SE (1) | SE517710C2 (sv) |
| WO (1) | WO2001044770A1 (sv) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060193683A1 (en) * | 2003-02-27 | 2006-08-31 | Mitsuba Corporation | Shaft and shaft molding device |
| US7055399B2 (en) * | 2003-05-01 | 2006-06-06 | Visteon Global Technologies, Inc. | Unshunted collarless torsion shaft for electronic power-assisted steering systems |
| KR100683927B1 (ko) * | 2004-12-31 | 2007-02-15 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 테일 패치를 이용한 자기변형 트랜스듀서와, 이를 이용한탄성파 측정 장치 |
| US7409878B2 (en) * | 2005-04-08 | 2008-08-12 | Honeywell International Inc. | Torqueshaft magnetic field measurement systems for gas turbine engines |
| JP4567565B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2010-10-20 | 本田技研工業株式会社 | 電動パワーステアリング装置 |
| JP4283263B2 (ja) * | 2005-10-20 | 2009-06-24 | 本田技研工業株式会社 | 磁歪式トルクセンサの製造方法 |
| ITMI20070669A1 (it) * | 2007-04-02 | 2008-10-03 | Campagnolo Srl | Componente di bicicletta strumentato ed unita' di rilevamento per strumentare tale componente |
| DE102007021972A1 (de) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Schaeffler Kg | Antriebseinrichtung mit einer Antriebswelle und Antriebskurbeln |
| DE102007062156A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Schaeffler Kg | Tretlager mit Drehmomentsensorik |
| US7775128B2 (en) * | 2008-09-04 | 2010-08-17 | Saris Cycling Group, Inc. | Cassette-based power meter |
| EP2169371B1 (en) | 2008-09-25 | 2011-11-09 | Abb Ab | A sensor for measuring stresses including a layer of a magnetoelastic material |
| US8336400B2 (en) * | 2009-11-24 | 2012-12-25 | Saris Cycling Group, Inc. | Rear hub power meter for a bicycle |
| DE102011075709A1 (de) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Tretlagereinheit für ein Fahrrad |
| US9857244B2 (en) * | 2013-09-04 | 2018-01-02 | Eaton Corporation | In-cylinder pressure measurement utilizing a magneto-elastic element for measuring a force exerted on an engine valve assembly |
| JP6260826B2 (ja) * | 2014-06-06 | 2018-01-17 | 株式会社デンソー | 回転電機の回転子 |
| JP6413028B2 (ja) * | 2015-10-01 | 2018-10-24 | ヤマハ発動機株式会社 | 磁歪式センサ |
| DE102015225102A1 (de) * | 2015-12-14 | 2017-06-14 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Getriebe mit direkt aufgebrachter Drehmomenterfassungsvorrichtung und Verfahren zur Drehmomentmessung in einem Kfz-Getriebe |
| JP6593732B2 (ja) * | 2016-06-01 | 2019-10-23 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 回転機械用羽根車、コンプレッサ、過給機、及び回転機械用羽根車の製造方法 |
| CN111630341B (zh) * | 2018-01-23 | 2022-04-05 | 株式会社阿米泰克 | 感应型旋转检测装置 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5214985B2 (sv) * | 1972-04-03 | 1977-04-26 | ||
| JPS6142180A (ja) * | 1984-08-02 | 1986-02-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | トルクセンサ |
| CN1030642A (zh) | 1987-07-15 | 1989-01-25 | 冶金工业部第一冶金地质勘探公司探矿技术研究所 | 磁弹性扭矩传感器 |
| JPH01314932A (ja) * | 1988-06-15 | 1989-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | 歪測定方法及び歪測定装置 |
| JPH0210235A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | 歪検出器 |
| US5022275A (en) * | 1988-06-15 | 1991-06-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Strain measuring device employing magnetostriction and having a magnetic shielding layer |
| JPH032638A (ja) * | 1989-05-31 | 1991-01-09 | Mitsubishi Electric Corp | 歪検出器 |
| JPH04221726A (ja) | 1990-12-25 | 1992-08-12 | Hitachi Powdered Metals Co Ltd | トルクセンサ用磁歪検出体の製造方法 |
| JPH05172662A (ja) * | 1991-12-26 | 1993-07-09 | Toyota Motor Corp | トルクセンサ |
| JPH05203507A (ja) * | 1992-01-29 | 1993-08-10 | Mitsubishi Materials Corp | 磁歪式トルクセンサ |
| US5491369A (en) | 1992-08-24 | 1996-02-13 | Kubota Corporation | Magnetostrictive torque sensor shaft |
| US5585574A (en) * | 1993-02-02 | 1996-12-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Shaft having a magnetostrictive torque sensor and a method for making same |
| JPH07151616A (ja) * | 1993-11-30 | 1995-06-16 | Unisia Jecs Corp | 磁歪式トルクセンサ |
| SE508734C2 (sv) | 1994-03-30 | 1998-11-02 | Asea Brown Boveri | Magnetoelastisk beröringsfri vridmomentgivare |
| US5442508A (en) * | 1994-05-25 | 1995-08-15 | Eastman Kodak Company | Giant magnetoresistive reproduce head having dual magnetoresistive sensor |
| SE508383C2 (sv) * | 1996-04-19 | 1998-09-28 | Volvo Ab | Metod jämte anordning för montering av en momentgivare i motorer och drivlinor. |
| JPH10176966A (ja) * | 1996-12-18 | 1998-06-30 | Suzuki Motor Corp | トルクセンサ用磁歪検出体 |
| US6047605A (en) * | 1997-10-21 | 2000-04-11 | Magna-Lastic Devices, Inc. | Collarless circularly magnetized torque transducer having two phase shaft and method for measuring torque using same |
-
1999
- 1999-12-14 SE SE9904572A patent/SE517710C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-12-14 JP JP2001545813A patent/JP4892153B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-12-14 US US10/149,807 patent/US6701793B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-12-14 AT AT00987906T patent/ATE458188T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-12-14 DE DE60043857T patent/DE60043857D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-14 ES ES00987906T patent/ES2339328T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-14 WO PCT/SE2000/002537 patent/WO2001044770A1/en active Application Filing
- 2000-12-14 EP EP00987906A patent/EP1240488B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-14 AU AU24174/01A patent/AU2417401A/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1240488A1 (en) | 2002-09-18 |
| JP2003517595A (ja) | 2003-05-27 |
| AU2417401A (en) | 2001-06-25 |
| SE9904572L (sv) | 2001-06-15 |
| ATE458188T1 (de) | 2010-03-15 |
| ES2339328T3 (es) | 2010-05-19 |
| US6701793B2 (en) | 2004-03-09 |
| DE60043857D1 (de) | 2010-04-01 |
| US20020189372A1 (en) | 2002-12-19 |
| EP1240488B1 (en) | 2010-02-17 |
| JP4892153B2 (ja) | 2012-03-07 |
| WO2001044770A1 (en) | 2001-06-21 |
| SE9904572D0 (sv) | 1999-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE517710C2 (sv) | Magnetostriktiv givare för mätning av ett vridmoment och användning av givaren | |
| US4964308A (en) | Magnetostrictive device for measuring torsional torque | |
| US5052232A (en) | Magnetoelastic torque transducer | |
| KR100365836B1 (ko) | 칼라가 없는 원주상으로 자화된 토오크 변환기 및 이를 이용하여 토오크를 측정하는 방법 | |
| EP3315934A1 (en) | Magnetostrictive sensor, magnetic structure and production method thereof, motor drive unit provided with magnetostrictive sensor, and motor assisted bicycle | |
| Yu et al. | Dynamic piezoresistivity calibration for eddy current nondestructive residual stress measurements | |
| GB2536982A (en) | Machine element and arrangement for measuring a force or a torque as well as method for producing the machine element | |
| JP2003529069A (ja) | 磁気ベース・力／トルクセンサー | |
| US4840073A (en) | Torque detecting device | |
| US11927499B2 (en) | Load measuring arrangement, method for producing said arrangement and load measuring method which can be carried out with said arrangement | |
| JP2000019034A (ja) | 磁界検出センサ | |
| JP6483069B2 (ja) | キャリアを含むセンサデバイス | |
| US6532832B2 (en) | Magnetoelastic torque transducer for improved torque measurement | |
| JPH0745704B2 (ja) | トルクセンサ用被測定軸 | |
| JPS63117230A (ja) | トルク検出装置 | |
| JPH09159551A (ja) | 磁歪式トルクセンサ | |
| JP2002228526A (ja) | トルクセンサー | |
| JPH0452633B2 (sv) | ||
| JP2009257898A (ja) | 非接触トルクセンサ | |
| JPS63158432A (ja) | トルクセンサ | |
| JPH0141209B2 (sv) | ||
| JP2003098017A (ja) | トルクセンサ | |
| JPS6332332A (ja) | トルクセンサ | |
| JPH04329325A (ja) | トルク検出装置 | |
| JP2004233237A (ja) | センサ付き転がり軸受ユニット |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |