盘扭矩测量制造技术

本发明专利技术涉及盘扭矩测量。根据本发明专利技术的扭矩传感器包括：盘，该盘包括磁致伸缩、磁性偏置或可磁化的材料；以及磁场传感器组件；其中，绕盘的旋转轴线作用的扭矩可以被施加至盘，并且磁致伸缩材料被配置成在盘的外部产生根据有效扭矩而变化的磁场；其中，磁场传感器组件被配置成基于由磁致伸缩材料产生的磁场输出信号；并且其中，扭矩传感器被配置成基于输出的信号确定作用扭矩的值。确定作用扭矩的值。确定作用扭矩的值。

【技术实现步骤摘要】
盘扭矩测量


[0001]本专利技术涉及扭矩传感器以及用于制造这种扭矩传感器的方法。

技术介绍

[0002]根据现有技术，通常期望确定与旋转运动相关的驱动中的有效扭矩。例如，电动自行车的底部支架(曲柄轴承)中的扭矩可以基于底部支架的作为主要传感器的磁化轴和轴的表面附近的作为次要传感器的一个或更多个相关联的磁场传感器来确定，例如，如在EP 3 050 790 B1中所描述的。主要传感器和次要传感器都设置在底部支架内。测量是以无接触的方式进行的。由于(逆)磁致伸缩效应，当施加扭矩时，在磁化轴的外部产生磁场，该磁场取决于当前施加的扭矩，因为作用在轴上的剪切力和扭力取决于该扭矩。包括次要传感器的测量电路基于所产生的磁场的大小来确定有效扭矩。
[0003]然而，考虑到在这种底部支架中通常可用的空间很小，特别是在辅助操作中的电动马达驱动及其与底部支架的联接的情况下，这种解决方案在结构上非常复杂或者在扭矩测量的精度方面不能以令人满意的方式实现。
[0004]用有限的空间测量扭矩的另一个领域是机器人领域，例如，如在EP 3 232 172 B1中所描述的。在此同样地，用磁化轴和相关联的磁场传感器测量扭矩部分需要很大的结构努力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服至少部分提及的缺点。
[0006]该目的通过根据权利要求1的扭矩传感器来满足。
[0007]根据本专利技术的扭矩传感器包括：盘，该盘包括磁致伸缩、磁性偏置或可磁化的材料；以及磁场传感器组件；其中，绕盘的旋转轴线作用的扭矩可以被施加至盘，并且磁致伸缩材料被配置成在盘的外部产生根据作用扭矩而变化的磁场；其中，磁场传感器组件被配置成基于由磁致伸缩材料产生的磁场输出信号；并且其中，扭矩传感器被配置成基于输出的信号确定作用扭矩的值。
[0008]根据本专利技术，用作传递力的元件的盘被用于测量所施加的扭矩，因为盘被磁性偏置(即，特别是在该盘被安装在驱动器中之前)。以这种方式，盘而不是其上可以布置盘的轴被用作主要传感器。
[0009]这具有结构优点，即磁场传感器组件(以及可能需要的任何相关联电子器件)不必布置在轴上而是可以设置在驱动器(例如，底部支架)的外部。由于磁化部件的表面然后可以有效地旋转90
°
的原因，出现了用于设置磁场传感器组件的其他空间选择。
[0010]在盘包括磁性偏置材料的替代方案中，给出了盘的磁致伸缩材料的永久磁化。
[0011]在盘包括可磁化材料的替代方案中，可以进一步提供用于磁化组件，该磁化组件用于使磁致伸缩可磁化材料在有限的时间段内磁化，使得可以在具有磁致伸缩材料并且因此具有被磁化的材料的盘的外部产生根据作用扭矩而变化的磁场。因此，这在扭矩感测时
提供了主动磁化，材料不需要被磁性偏置。
[0012]盘能够绕旋转轴线旋转。磁场传感器组件可以被布置成能够与盘同步地共同旋转，特别是可以以旋转固定的方式连接至盘。该进一步改进方案的优点在于，磁场传感器与磁化共同旋转，并且可以直接检测由于扭矩变化而引起的变化。这在盘的内部区域与外部区域之间的径向磁化连接区域的情况下特别有利，因为剪切力和产生的磁场在连接区域中出现。替代性地或另外地，磁化组件可以被布置成能够与盘同步地共同旋转，特别是可以以旋转固定的方式连接至盘。
[0013]作为替代方案，磁场传感器组件可以被布置成独立于可旋转盘的旋转。这尤其适用于实心盘，实心盘的剪切力(以及由此产生的磁场)确实取决于距旋转轴线的径向距离，但是在旋转方向上是大致恒定的，具有恒定的半径。替代性地或另外地，磁化组件可以被布置成独立于可旋转盘的旋转。
[0014]在另一进一步改进方案中，磁场传感器组件可以包括至少一个电线圈和/或至少一个AMR传感器。特别地，电子测量设备中的一个或更多个电(测量)线圈或者一个或更多个AMR传感器分别适于检测磁场或其变化。AMR传感器基于各向异性磁阻效应。
[0015]内部区域、外部区域和至少一个连接区域可以一体地形成。因此，盘可以作为坯件生产，例如由用金属制成的实心盘生产。这种坯件可以通过诸如钻孔等机加工步骤形成最终形状。
[0016]所述至少一个连接区域可以包括连接元件和/或辐条和/或支柱。在内部区域、外部区域和所述至少一个连接区域一体地形成的情况下，在连接元件和/或辐条和/或支柱之间提供自由空间(实心盘中的凹部)。
[0017]可以在内部区域处施加驱动力，由此内部区域用作驱动区域并且外部区域用作从动区域。替代性地，可以在外部区域处施加驱动力，由此外部区域用作驱动区域并且内部区域用作从动区域。
[0018]在这种情况下，内部区域可以包括用于联接至驱动元件的第一联接装置，并且外部区域可以包括用于联接至从动元件的第二联接装置；或者内部区域可以包括用于联接至从动元件的第一联接装置，并且外部区域可以包括用于联接至驱动元件的第二联接装置。
[0019]根据本专利技术的驱动轴承、特别是底部支架包括根据本专利技术的扭矩传感器，其中，驱动轴承的链环承载件或曲柄星形件形成为扭矩传感器的盘。磁场传感器组件可以相对于底部支架外壳设置在盘的内侧或外侧。
[0020]具有这种驱动轴承的装置可以是测力计、电动自行车、自行车或摩托车。
[0021]根据本专利技术的机器人装置包括根据本专利技术的扭矩传感器。
[0022]本专利技术还提供了一种方法，利用该方法可以使在根据本专利技术的扭矩传感器中使用的盘磁化。特别地，该盘可以是无论如何都需要的驱动装置的一部分。磁化可以使盘在扭矩传感器中具有附加功能。
[0023]用于使包括磁致伸缩材料的盘磁化的方法至少包括以下步骤：将电流从设置在盘的内部区域与外部区域之间的连接区域传导至内部区域和/或外部区域，内部区域相对于旋转轴线接近该轴线，外部区域远离该轴线；以及/或者将电流从盘的第一侧传导至盘的在轴向上相对的第二侧。然而，电流也可以从内部区域经由连接区域传导至外部区域，或者替代性地沿相反方向传导。
[0024]在这种情况下，电流可以在盘的一个或更多个点处被引入，并且电流可以在盘的一个或更多个点处离开。
[0025]进一步改进方案是发电装置的接触点从盘的两侧中的一侧接触盘，或者其中，发电装置的接触点在相对设置的两侧成对地接触盘。
[0026]本专利技术还提供了一种用于测量扭矩的方法。该方法包括以下步骤：提供盘，该盘能够绕旋转轴线旋转并且包括被磁化的磁致伸缩材料；向盘施加绕旋转轴线作用的扭矩；在具有磁致伸缩材料的盘的外部产生磁场，其中，所产生的磁场根据作用扭矩而变化；基于所产生的磁场用磁场传感器组件输出信号；以及基于输出的信号确定作用扭矩的值。在可磁化的磁致伸缩材料的情况下，在将绕旋转轴线作用的扭矩施加至盘之前执行以下另外的步骤：将可磁化的磁致伸缩材料磁化一段有限的时间。
[0027]根据本专利技术的方法的优点对应于关于根据本专利技术的扭矩传感器所提及的那些优点。
[0028]下面将使用附图对本专利技术的其他特征和示例性实施方式以及优点进行说明。应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扭矩传感器，包括：盘，所述盘包括被磁性偏置的或可磁化的磁致伸缩材料；以及磁场传感器组件；其中，绕所述盘的旋转轴线作用的扭矩能够被施加至所述盘，并且所述磁致伸缩材料被配置成在所述盘的外部产生根据作用扭矩而变化的磁场；其中，所述磁场传感器组件被配置成基于由所述磁致伸缩材料产生的所述磁场输出信号；并且其中，所述扭矩传感器被配置成基于输出的所述信号来确定所述作用扭矩的值。2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，还包括：磁化组件，所述磁化组件用于使所述磁致伸缩材料在有限的时间段内磁化，使得能够在具有所述磁致伸缩材料并且因此具有被磁化的材料的所述盘的外部产生根据所述作用扭矩而变化的所述磁场。3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器，其中，所述磁场传感器组件和/或所述磁化组件被布置成能够与所述盘同步地共同旋转，或者其中，所述磁场传感器组件和/或所述磁化组件相对于由所述旋转轴线预先确定的旋转方向固定地布置。4.根据权利要求1至3中的一项所述的扭矩传感器，其中，所述磁场传感器组件包括至少一个电线圈和/或至少一个AMR传感器。5.根据权利要求1至4中的一项所述的扭矩传感器，其中，所述盘具有接近轴线的内部区域和远离轴线的外部区域，其中，所述内部区域和所述外部区域通过至少一个连接区域连接，并且其中，所述至少一个连接区域包括所述磁致伸缩材料的至少一部分。6.根据权利要求5所述的扭矩传感器，其中，所述内部区域、所述外部区域和所述至少一个连接区域一体地形成。7.根据权利要求5或6所述的扭矩传感器，其中，所述至少一个连接区域包括连接元件和/或辐条和/或支柱。8.根据权利要求5至7中的一项所述的扭矩传感器，其中，驱动力能够被施加至所述内部区域，由此所述内部区域用作驱动区域并且所述外部区域用作从动区域，或者其中，驱动力能够被施加至所述外部区域，由此所述外部区域用作驱动区域并且所述内部区域用作从动区域。9.根据权利要求8所述的扭矩传感器，其中，所述内部区域包括用于联接至驱动元件的第一联接装置，并且所述外部区域包括用于联接至从动元件的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特，
申请(专利权)人：NCTE股份公司，
类型：发明
国别省市：