本发明专利技术涉及一种装置和方法，该装置和方法用于利用逆磁致伸缩效应非接触式地测量在沿轴线(02)延伸的机械部件上的力矩。特别地，本发明专利技术还能够测量机械部件的转角(φ)和/或转速。该机械部件具有永久磁化区域(03)，将所述永久磁化区域(03)至少设在机械部件的轴向的部段中，并且永久磁化区域(03)平行于径向地定向的直线。永久磁化区域(03)优选恰好具有相对于所述轴线(02)径向地对置的两个极。另外，该装置还包括至少一个磁场传感器，该磁场传感器至少被设计用于测量由永久磁化区域(03)和力矩引起的磁场的轴向方向分量(Bax)，或者由永久磁化区域(03)和力矩引起的磁场变化的轴向方向分量(Bax)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于非接触式地测量在机械部件上的力矩的装置和方法
本专利技术涉及一种装置和方法，该装置和方法用于利用逆磁致伸缩效应非接触式地测量在沿轴线延伸的机械部件上的力矩。本专利技术还特别能够测量机械部件的转角和/或转速。
技术介绍
DE60200499T2示出一种位置传感器，该位置传感器用于确定转向柱的扭转。该位置传感器由具有多个磁体的第一磁性结构和具有两个铁磁环的第二磁性结构组成。两个铁磁环相互接合并且限定出空气间隙，在空气间隙中安置至少一个磁敏元件。EP0706057A2涉及一种利用马特西(Matteucci)效应的磁图像传感器。该图像传感器包括磁导线和在用于在导线周围磁化的装置。由DE69222588T2已知一种环形的被磁化的扭矩传感器。由DE69838904T2已知一种磁弹性式的扭矩传感器，该扭矩传感器具有圆形的磁化区域。该磁化区域形成在轴的铁磁性的磁致伸缩材料中，并且绕轴呈圆形地延伸。WO2007/048143A2描述了一种传感器，该传感器具有被磁化的轴。磁化区域绕轴周向地形成，其中，磁化区域能够相对于轴倾斜。WO01/27638A1阐释了一种加速度传感器，该加速度传感器具有在周向上和轴向上被磁化的轴。由WO2006/053244A2已知一种扭矩传感器，该扭矩传感器在旋转的轴上具有的磁场强度。该磁场强度周向地形成。US8,191,431B2描述了一种传感器，该传感器包括被磁化的轴和磁传感器。该传感器能够测量转矩，并且能够测量轴的转速或转角。磁化区域周向地绕轴形成，其中，磁化区域能够相对于轴倾斜。DE60109715T2示出一种磁致伸缩式的扭矩传感器，该扭矩传感器具有由磁致伸缩材料制成的轴，该轴被对置的永磁体磁化。力流探测器用于测量因为磁致伸缩效应而由旋转的轴形成的磁场。被相对安置的永磁体导致在轴中径向地延伸的磁场。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，在现有技术出的基础上，扩展基于逆磁致伸缩效应测量力矩的可能性。所述技术问题通过根据所附权利要求1的装置和根据所附的从属权利要求8的方法解决。根据本法明的装置用于非接触式地测量在沿轴线延伸的机械部件上的力矩。力矩作用在机械部件上，由此产生机械应力并且通常使得机械部件轻微地变形。所述轴线优选成为机械部件的旋转轴线。力矩优选是扭矩。机械部件具有永久磁化区域，永久磁化区域至少形成在机械部件的一个轴向部段中。永久磁化区域优选形成在机械部件的全部的轴向部段中。由此，机械部件至少在轴向部段中优选由铁磁性的材料构成。永久磁化区域具有两个磁极，即相对于轴线径向地对置的北极和南极。因此，永久磁化区域平行于直线地定向，该直线相对于轴线径向地定向。该直线与轴线成直角地相交。该直线包括机械部件的直径，即连接永久磁化区域的两个磁极的直径。永久磁化区域的定向还能够被描述为相对于机械部件和其轴线的径向方向。替代地，还能够这样描述永久磁化区域的定向：永久磁化区域在两侧平行于连接线地延伸，该连接线连接两个呈180°的以直径距离对置点。永久磁化区域优选刚好具有两个磁极。永久磁化区域优选完全平行于所述直线地定向，所述直线相对于轴线径向地定向。由于磁弹性的特性，通过作用在机械部件上的力矩导致先前附加的永久磁化区域的可逆变化，这能够通过机械部件外部的磁场检测。永久磁化区域的所述的定向通过永久磁化区域的磁场线的分布给出。由此，磁场线在两侧平行于连接线地延伸，连接线连接两个呈180°的以直径距离对置的点。永久磁化区域的磁场线沿着弯曲的路径闭合在机械部件的外部。在机械部件的内部，永久磁化区域的磁场线相互平行地延伸。替代地，还能够仅在机械部件内部附加永久磁化区域，因此，机械部件的外部不具有磁场线。具有永久磁化区域的机械部件成为用于测量力矩的初级传感器。因为逆磁致伸缩效应和由此导致的磁弹性的连接，在扭转载荷的作用下，所产生剪切应力引起永久磁化区域扭转。在永久磁化区域的磁场线相对于表面相切地延伸的位置上，产生轴向的磁场分量。与之相反，永久磁化区域的磁场线垂直于表面延伸，不会产生轴向的磁场分量。该装置还包括至少一个作为次级传感器的磁场传感器。初级传感器，即例如具有永久磁化区域的、轴式的机械部件，用于将待测扭矩转换为相应的磁场或磁场变化，而副传感器使得该磁场或该磁场强度转换为电信号。磁场传感器被设计用于单独地测量由永久磁化区域和扭矩引起的磁场的轴向方向分量，以及由永久磁化区域和扭矩引起的磁场变化的轴向方向分量。所述的磁场或所述的磁场变化因逆磁致伸缩效应产生。由此，根据本专利技术的装置能够实现的测量基于逆磁致伸缩效应。所述磁场或所述磁场变化的轴向方向分量还与机械部件的转角有关，使得当机械部件转动并且力矩恒定时，轴向方向分量例如周期性地变化。因此，磁场传感器优选被设计用于测量由永久磁化区域和扭矩引起的磁场的轴向方向分量的振幅和/或相位，或者测量由永久磁化区域和扭矩引起的磁场变化的轴向方向分量的振幅和/或相位。优选机械部件仅能够经受扭矩，该扭矩与永久磁化区域一起，仅导致所述磁场或所述磁场变化的轴向方向分量。相对机械部件地安置磁场传感器，其中，优选在磁场传感器和机械部件的内表面或外表面之间具有较小的径向间距。磁场传感器优选位于机械部件的永久磁化区域所在的所述的轴向的部段中。根据本专利技术的装置的优点在于，还能够在没有力矩负载的情况下，从外部或内部测定机械部件的永久磁化区域，并且还提供转速和/或转角测量的可能性。从制造的质量保证的角度看，永久磁化区域的这种简单的可测定性也是有利的。原则上，指定的径向方向，指定的轴向方向和指定的切向方向是针对机械部件的轴线而言的。这三个方向相互垂直地定向。设计永久磁化区域至少在机械部件的部分体积中。优选设计该部分体积为环形，其中，机械部件的轴线也成为环形的中轴线。特别优选地，该部分体积具有与机械部件的轴线同轴的中空圆柱体的形状。机械部件优选成为根据本专利技术的装置的组件。在根据本专利技术的装置的特别优选的实施方式中，还用于测量机械部件的转角和/或转速，为此，还设计用于测量永久磁化区域的磁场的与转角相关的变化的磁场传感器。也就是说，永久磁化区域的根据本专利技术的定向的特别的优点在于，使得能够同时测量力矩以及转速和/或转角。在该特别优选的实施方式中，还优选地设计磁场传感器用于单独地测量永久磁化区域的磁场的径向方向分量或者切向方向分量。通过对这两个方向分量中单独一个的测量，至少能够以全角的一部分的形式确定转速或转角。如果能够在整个全角上确定转角，那么优选设计磁场传感器用于单独测量永久磁化区域的磁场的两个相互垂直地定向的方向分量。在这种情况下，优选设计磁场传感器用于单独测量永久磁化区域的磁场的径向方向分量，以及用于单独测量永久磁化区域的磁场的切向方向分量。当机械部件转动时，径向方向分量和切向方向分量相互间具有90°的相移，因此转角能够在整个全角上被清楚地确定。优选设计至少一个磁场传感器为多轴磁场传感器，该多轴磁场传感器能够测量所述磁场的不同的，优选为三个相互垂直的方向分量。优选设计多轴磁场传感器用于单独测量所述磁场的轴向方向分量、径向方向分量以及切向方向分量。然而，至少一个磁场传感器还能够包括多个磁场传感器元件，磁场传感器元件能够测量磁场的不同的方向分量。多个磁场传感器元件能够被安置在壳体内部，也能够被相互分散本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种装置，所述装置用于非接触式地测量在沿轴线(02)延伸的机械部件上的力矩；其中，所述机械部件具有永久磁化区域(03)，将所述永久磁化区域(3)至少设在所述机械部件的轴向的部段中，并且所述永久磁化区域(03)平行于径向地定向的直线；并且其中，所述装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器至少被设计用于测量由所述永久磁化区域(03)和所述力矩引起的磁场的轴向方向分量(Bax)，或者由所述永久磁化区域(03)和所述力矩引起的磁场变化的轴向方向分量(Bax)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.07 DE 102015206152.31.一种装置，所述装置用于非接触式地测量在沿轴线(02)延伸的机械部件上的力矩；其中，所述机械部件具有永久磁化区域(03)，将所述永久磁化区域(3)至少设在所述机械部件的轴向的部段中，并且所述永久磁化区域(03)平行于径向地定向的直线；并且其中，所述装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器至少被设计用于测量由所述永久磁化区域(03)和所述力矩引起的磁场的轴向方向分量(Bax)，或者由所述永久磁化区域(03)和所述力矩引起的磁场变化的轴向方向分量(Bax)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述永久磁化区域(03)恰好具有相对于所述轴线(02)径向地对置的两个极。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述永久磁化区域(03)的磁场线在所述机械部件内相互平行地并且垂直于所述轴线(02)地延伸。4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还用于测量机械部件的转角和/或转速，为此，还设计用于测量所述永久磁化区域(03)的磁场的与转角相关的变化的磁场传感器。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述磁场传感器用于单独地测量所述永久磁化区域(03)的磁场的相互垂直地...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯坦·莫克，佛罗莱恩·康尼格，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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