DE19648942C2

DE19648942C2 - Magnetostriktive Drehmoment-Erfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE19648942C2
Application number: DE19648942A
Authority: DE
Inventors: Yasuharu Odachi; Katsufumi Tanaka
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: DE19648942A1; KR970028473A; KR0184109B1; US5703298A; JPH09145496A

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetostriktive Drehmoment- Erfassungseinrichtung, und im einzelnen eine Drehmoment- Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Änderungen in der magnetischen Permeabilität eines beanspruchten Teiles.

Berührungsfreie (kontaktlose) Drehmoment-Erfassungs einrichtungen zur Erfassung eines an einer drehbaren Welle herrschenden Drehmoments sind aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-118938 und aus dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 4-47638 bekannt. Diese Erfassungs einrichtungen umfassen ein magnetostriktives Material, das ferromagnetische Eigenschaften aufweist und an der drehbaren Welle angebracht ist. Eine magnetische Anisotropie wird bei dem magnetostriktiven Material durch Ausbildung einer Vielzahl von Vertiefungen erreicht, die bezüglich der Achse der drehbaren Welle geneigt sind. Eine Erregerspule und eine Erfassungsspule sind um die drehbare Welle angeordnet. Herrscht an der Welle ein Drehmoment und erzeugt die Erregerspule einen magnetischen Fluß vom magnetostriktiven Material, dann wird das Material beansprucht (gedehnt) und verursacht eine Änderung des Flusses und der magnetischen Permeabilität. Die Änderung des Flusses ändert die induzierte elektromotorische Kraft in der Erfassungsspule. Diese Änderung wird mittels der Erfassungsspule erfaßt und zur Bestimmung des an der Welle herrschenden Drehmoments verwendet. Das maschinelle Anordnen der Vertiefungen im magnetostriktiven Material auf der Welle ist jedoch schwierig und aufwendig, so daß dadurch die Herstellungskosten vergrößert werden.

Eine Drehmoment-Erfassungseinrichtung, wie sie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-77326 offenbart ist, umfaßt einen magnetostriktiven Film, der aus einem amorphen Material auf Eisenbasis besteht und weist eine Vielzahl von geneigten Schlitzen auf, wobei der magnetostriktive Film auf der äußeren Oberfläche der drehbaren Welle befestigt oder mittels Elektroplattieren aufgebracht ist. Am Außenumfang der Welle sind eine Erregerspule und eine Erfassungsspule vorgesehen. Das Drehmoment wird in gleicher Weise wie bei den vorstehend beschriebenen Erfassungseinrichtungen erfaßt. Das An haften des Films auf der Welle erfordert jedoch eine genaue Ausbildung des Films in Abhängigkeit von der äußeren Oberfläche der Welle, wobei dies sehr aufwendig ist. Das Elektroplattieren des Films auf der Welle erfordert die Anwendung von Masken auf der Oberfläche der Welle. Dies vergrößert die Anzahl der Herstellungs schritte und vergrößert damit in der Folge die Kosten.

Aus der DE 196 05 096 A1 sind ein Drehmomentsensor und ein Span nungserfassungselement bekannt, mit welchen ein an eine drehbare Welle angelegtes Drehmoment erfaßt wird. Der Drehmomentsensor umfaßt einen aus einem magnetostriktiven Material bestehenden Kern sowie zumindest zwei Befestigungsabschnitte, die an der Welle vorgesehen sind und an welchen die Kernbauteile befestigt sind. In einem Abschnitt zwischen den Befestigungspunkten des Kernbauteils an den Befestigungsabschnitten ist eine Spule um das Kernbauteil angeordnet, wobei eine in der Spule induzierte Spannung zur Ermittlung des auf die Drehwelle wirkenden Drehmo ments erfaßt und ausgewertet werden kann. Im einzelnen sind hierbei eine Erregerspule zum Erregen des Kernbauteils und eine Erfassungsspule zur Erfassung der induzierten Spannung vorgese hen. Bezüglich der Achse der Drehwelle ist das Kernbauteil ge neigt angeordnet.

Aus der US 5 321 985 ist ein magnetostriktiver Drehmomentsensor bekannt, bei welchem ein auf der äußeren Oberfläche einer Dreh welle angeordneter magnetostriktiver Film als Meßeinrichtung dient. Zur Durchführung der Messung ist es erforderlich, daß die Drehwelle selbst eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Eine von der Außenoberfläche der Drehwelle und benachbart zum magnetostriktiven Film angeordnete Erregerspule erzeugt einen magnetischen Fluß, der in den magnetostriktiven Film eindringt. In Nachbarschaft zum magnetostriktiven Film ist eine Erfas sungsspule angeordnet, wobei sich die Spulenmittellinie in ra dialer Richtung bezüglich der Drehwelle erstreckt. Das Ausgangs signal der Erfassungsspule wird mittels einer Signalverarbei tungseinrichtung zur Bestimmung des auf die Drehwelle einwirken den Drehmoments verarbeitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine magnetostriktive Drehmoment-Erfassungseinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine einfache Herstellung unter verminderten Herstellungs kosten gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Patentansprüchen 1, 2 und 3 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dabei umfaßt zur Lösung der Aufgabe die bei einer drehbaren Welle verwendete Drehmoment-Erfassungs einrichtung zumindest ein Erfassungsteil, eine Erreger spule und eine Erfassungsspule. Die drehbare Welle weist eine Längsachse und zumindest eine ebene Seitenfläche auf. Der Erfassungsteil umfaßt ein magnetostriktives Material und ist an der ebenen Seitenfläche aufgebracht. Die Erregerspule ist vorgesehen zur Bildung eines magnetischen Flusses zum Erfassungsteil. Die Erfassungs spule ist vorgesehen zur Erfassung der Größe des durch den Erfassungsteil fließenden magnetischen Flusses.

In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung einer Drehmoment-Erfassungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie 2-2,

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Drehmoment-Erfassungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der in Fig. 3 gezeigten Linie 4-4,

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Drehmoment-Erfassungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der in Fig. 5 gezeigten Linie 6-6.

Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der magnetostriktiven Drehmoment-Erfassungseinrichtung beschrieben. Die Drehmoment-Erfassungseinrichtung wird in einem Fahrzeug mit Lenkhilfe (Servo-Lenkung) verwendet.

Eine Lenkwelle 11 umfaßt einen Erfassungsbereich 12, der an einer bestimmten Stelle vorgesehen ist. Gemäß Fig. 2 weist der Erfassungsbereich 12 eine quadratische Querschnittsfläche auf, deren Breite im wesentlichen gleich dem Durchmesser der nachstehend vereinfacht als Welle 11 bezeichneten Lenkwelle 11 entspricht. Der Erfassungsbereich 12 weist daher vier ebene, seitliche Oberflächen bzw. Seitenflächen 13 auf, die sich parallel zur Achse der Welle 11 erstrecken.

Der Erfassungsbereich 12 ist mit einem Paar von Vertiefungen 14 und 15 versehen, die in den Oberflächen 13 mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Jede Vertiefung 14 und 15 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Welle 11. Ein Paar von länglichen Erfassungsteilen 16 und 17, bestehend aus magneto striktivem Material, ist an jeder Oberfläche 13 angebracht.

Die Erfassungsteile 16 und 17 erstrecken sich jeweils über die Vertiefungen 14 und 15. Hierbei sind Befestigungsbereiche 16a und 17a jeweils an den Enden der Erfassungsteile 16 und 17 angeordnet. Eine Schraube 18 sichert die Befestigungsbereiche 16a und 17a an den Oberflächen 13. Gemäß Fig. 1 sind die Erfassungsteile 16 und 17 mit einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Achse der Welle 11 auf jeder Oberfläche 13 geneigt angeordnet. Die zueinander gehörenden Erfassungsteile 16 und 17 sind jeweils in umgekehrten Richtungen geneigt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Erfassungsteile 16 und 17 mit einem Winkel von 45 Grad und -45 Grad bezüglich der Achse geneigt. Der mittlere Bereich jedes Erfassungsteils 16 und 17, der von dem Bodenbereich jeder Vertiefung 14 und 15 getrennt ist, wird in Abhängigkeit von dem an der Welle 11 angreifenden Drehmoment leicht gedehnt (beansprucht).

Die Erfassungsbereiche 16 und 17 bestehen aus einem Material mit magnetostriktiven Eigenschaften, wie Permalloy, einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung oder einer Eisen-Nickel-Chrom-Titan-Legierung, wobei die Materialien mittels einer Presse geformt werden. Desweiteren kann ein magnetostriktives Material auf Eisen-Aluminium-Basis oder ein amorphes magnetostriktives Material für die Erfassungsteile 16 und 17 verwendet werden. Alternativ kann ebenfalls ein magnetostriktiver Film zur Bildung der Erfassungsteile 16 und 17 um einen Kern angeordnet werden.

Werden die Erfassungsteile 16 und 17 gedehnt, dann ändern sich die magnetischen Eigenschaften oder die Permeabilität der Erfassungsteile 16 und 17. Wird daher gemäß der Darstellung in Fig. 1 auf der rechten Seite der Welle in einer Richtung entsprechend dem Pfeil B ein Drehmoment angelegt, dann tritt am Erfassungsteil 16 eine Kraft in Richtung eines Zusammendrückens auf, so daß das Erfassungsteil 16 beansprucht wird. In gleicher Weise wird das Erfassungsteil 17 durch eine Kraft in Dehnungsrichtung beansprucht. Tritt im Gegensatz dazu ein Drehmoment an der rechten Seite der Welle 11 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil B auf, dann erfährt das Erfassungsteil 16 eine Dehnungskraft während das Erfassungsteil 17 eine zusammendrückende Kraft (Kompressionskraft) erfährt. Die magnetischen Eigen schaften oder die Permeabilität der Erfassungsteile 16 und 17 werden in Abhängigkeit von der Stärke der Dehnungskraft und der Kompressionskraft verändert. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Wert der Permeabilität umso größer, je größer die Dehnungskraft ist, und die Permeabilität wird umso kleiner, je größer die Kompressionskraft ist.

Ein ringförmiges, feststehendes Element 21 ist um den Erfassungsbereich 12 angeordnet. Ein Paar von ring förmigen Trägern 24 und 25 ist auf beiden Seiten des Elements 21 vorgesehen. Zwischen den Trägern 24 und 25 und der Welle 11 sind jeweils Lager 22 und 23 angeordnet. Die Lager 22 und 23 stützen die Welle 11 und ermöglichen der Welle 11 eine Drehung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Die Lager 22 und 23 und die Träger 24 und 25 ermöglichen eine feststehende Anordnung des Elements 21 um die Welle 11.

Das feststehende Element 21 umfaßt ein ringförmiges Joch 26, Erregerspulen 27 und 28, die als Primärspulen dienen, und Erfassungsspulen 29 und 30, die als Sekundärspulen dienen. Das Joch 26 weist gemäß Fig. 1 eine im wesentlichen E-förmige Querschnittsfläche auf. Gemäß Fig. 2 ist zwischen der inneren Oberfläche des Jochs 26 und den Befestigungsbereichen 16a und 17a der Erfassungsteile 16 und 17 ein Raum vorgesehen.

Ein Paar von Vertiefungen 26a und 26b (Ausnehmungen) ist an der inneren Oberfläche des Jochs 26 angeordnet. Ein Spulensatz einschließlich der Erregerspule 27 und der Erfassungsspule 29 ist in der Vertiefung 26a angeordnet, während ein anderer Spulensatz mit der Erregerspule 28 und der Erfassungsspule 30 in der Vertiefung 26b angeordnet ist. Jede Erregerspule 27 und 28 ist um die zugehörige Erfassungsspule 29 und 30 gewickelt. Der Satz der Spulen 27 und 29 ist um das Erfassungsteil 16 angeordnet, und der Satz der Spulen 28 und 30 ist um das Erfassungsteil 17 angeordnet.

Ein elektrischer Wechselstrom mit konstanter Amplitude und Frequenz wird dem Eingangsanschluß jeder Erregerspule 27 und 28 zugeführt. Wird der Erregerspule 27 ein Wechselstrom zugeführt, dann wird durch diesen Wechselstrom ein magnetischer Kreis zwischen dem Joch 26, dem Erfassungselement 16 und dem Joch 26 gebildet. Eine elektromotorische Kraft wird in Abhängigkeit von dem durch das Erfassungselement 16 gebildeten elektro magnetischen Fluß induziert und ist am Ausgangsanschluß der Erfassungsspule 29 verfügbar.

Wird der Erregerspule 28 ein Wechselstrom zugeführt, dann entsteht zwischen dem Joch 26, dem Erfassungsteil 17 und dem Joch 26 durch den Wechselstrom ein magnetischer Kreis. In Abhängigkeit von dem durch das Erfassungsteil 17 gebildeten magnetischen Fluß wird eine elektro motorische Kraft induziert und steht am Ausgangsanschluß der Erfassungsspule 30 zur Verfügung.

Die beiden Erfassungsspulen 29 und 30 induzierte elektromotorische Kraft ist proportional zur Be anspruchung der Erfassungsteile 16 und 17, d. h. die elektromotorische Kraft wird in Abhängigkeit von dem an der Welle 11 angreifenden Drehmoment geändert.

Wird auf der rechten Seite der Welle 11 ein Drehmoment in Richtung des Pfeils B gemäß Fig. 1 ausgeübt, dann beansprucht eine Kompressionskraft das Erfassungsteil 16. Die resultierende Beanspruchung ist umgekehrt pro portional zum Wert des Drehmoments und wird mit sich vergrößerndem Drehmoment kleiner. In entsprechender Weise ist ebenfalls der Wert der durch die Erfassungsspule 29 induzierten elektromotorischen Kraft umgekehrt pro portional zum Wert des Drehmoments und vermindert sich mit einer Vergrößerung des Drehmoments. Ein Drehmoment in der mittels des Pfeils B angegebenen Richtung bewirkt eine Dehnungskraft zur Beanspruchung des Erfassungsteils 17. Die resultierende Beanspruchung ist proportional zum Wert des Drehmoments. Somit ist ebenfalls der Wert der durch die Erfassungsspule 30 induzierten elektro motorischen Kraft proportional zum Wert des Drehmoments und vergrößert sich mit einer Vergrößerung des Drehmoments.

Wird andererseits an der rechten Seite der Welle 11 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil B ein Drehmoment ausgeübt, dann wird das Erfassungsteil 16 durch eine Dehnungskraft beansprucht. Die resultierende Beanspruchung ist proportional zum Wert des Drehmoments. Somit ist ebenfalls der Wert der durch die Erfassungsspule 29 induzierten elektromotorischen Kraft proportional zum Wert des Drehmoments und vergrößert sich mit einer Vergrößerung des Drehmoments. Ein Drehmoment in einer Richtung entgegengesetzt zum Pfeil B bewirkt eine Kompressionskraft zur Beanspruchung des Erfassungsteils 17. Die resultierende Beanspruchung ist umgekehrt proportional zum Wert des Drehmoments. Somit ist ebenfalls der Wert der durch die Erfassungsspule 30 induzierten elektromotorischen Kraft umgekehrt pro portional zum Wert des Drehmoments und vermindert sich mit einer Vergrößerung des Drehmoments.

Die in den Erfassungsspulen 29 und 30 induzierte elektromotorische Kraft wird einem konventionellen Prozessor 31 zugeführt, der eine Differenzialschaltung und eine Gleichrichtungsschaltung umfaßt. Der Prozessor 31 berechnet einen Wert des Drehmoments aus der induzierten elektromotorischen Kraft der Erfassungsspulen 29 und 30 mittels eines Subtraktionsprozesses in der Differenzialschaltung, worauf eine Gleichrichtung des Stroms durch die Gleichrichtungsschaltung erfolgt. Der Subtraktionsprozess in der Differenzialschaltung gleicht störendes Rauschen infolge von Temperaturänderungen oder anderen Faktoren aus und ermöglicht eine Drehmoment erfassung mit großer Genauigkeit.

Der grundsätzliche Aufbau des vorliegenden Ausführungs beispiels ergibt die nachfolgenden Vorteile. Da die Erfassungsteile 16 und 17 in ebener Form ausgeführt und durch Pressen ausgebildet werden, ist die Herstellung der Erfassungsteile 16 und 17 einfach und erlaubt eine Massenproduktion. Im Ergebnis können die Kosten vermindert werden.

Die Erfassungsteile 16 und 17 werden auf einfache Weise mit jeder Oberfläche 13 des Erfassungsbereichs 12 mittels Schrauben 18 befestigt. Daher ist die Ausbildung eines magnetostriktiven Films auf der Oberfläche der Welle 11 durch Verfahren des thermischen Aufbringen oder des Ausbildens von spiralförmigen Vertiefungen, die jeweils gemäß dem Stand der Technik erforderlich sind, unnötig. Dies trägt ebenfalls zur Verminderung der Kosten bei. Desweiteren vereinfachen die ebenen Oberflächen 13 des Erfassungsbereichs 12 die Anordnung der Erfassungsteile 16 und 17. Dies vermindert entsprechende Fehler beim Zusammenbauen der Drehmoment-Erfassungseinrichtung und vermindert daher ebenfalls die Herstellungskosten.

Die Erfassungsteile 16 und 17 können nicht einfach herabfallen, da sie mittels der Schrauben 18 befestigt sind. Desweiteren ist die Anordnung der Erfassungsteile 16 und 17 jeweils mit einem Winkel von 45 Grad und -45 Grad bezüglich der Achse der Welle 11 vorteilhaft und gewährleistet die Erfassung eines an der Welle 11 angreifenden Drehmoments in der Vorwärts- und Rückwärts richtung (Drehrichtung vorwärts und rückwärts).

Bezüglich des vorstehend beschriebenen Ausführungs beispiels der Drehmoment-Erfassungseinrichtung sind weitere Abwandlungen denkbar, die nachstehend beschrieben werden.

1. Anstelle der Verwendung der Schrauben 18 können die Erfassungsteile 16 und 17 am Erfassungsbereich 12 ebenfalls mit den Verfahren des Strahlschweißens unter Verwendung eines Lasers, eines Elektronenstrahls oder dergleichen befestigt werden. Weitere Verfahren wie Punktschweißen, Widerstandsschweißen, Wolfram-Inertgas- Schweißen (Tungsten Inert Gas Welding, TIG) und Metall- Inertgas-Schweißen (Metal Inert Gas Welding, MIG) können ebenfalls verwendet werden. Die Erfassungsteile 16 und 17 können am Erfassungsbereich 12 ebenfalls mit den Verfahren des Lötens (Hartlötens) oder Druckschweißens befestigt werden.
2. Gemäß Fig. 3 kann ein V-förmiges Erfassungsteil 41 an jeder Oberfläche 13 befestigt werden. In diesem Fall sind Befestigungsbereiche 41a, 41b und 41c vorgesehen, die in der Mitte des Erfassungsteils 41 und an beiden Enden angeordnet sind. Die Befestigungsbereiche 41a, 41b und 41c sind mit jeder Oberfläche 13 verschweißt. Im Erfassungsteil 41 sind Schenkel 41d und 41e entlang den mit einem Winkel von etwa 45 Grad bezüglich der Achse der Welle 11 geneigten Richtungen angeordnet und erstrecken sich zueinander mit ent gegengesetzten Richtungen. Die Erregerspulen 27 und 28 und die Erfassungsspulen 29 und 30 sind in Abhängigkeit von den Schenkeln 41d und 41e angeordnet. Auch mit dieser Abwandlung werden die vorteilhaften Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels erreicht. Da jedoch lediglich ein einziges Teil 41 an jeder Oberfläche 13 befestigt wird, kann die Anzahl der Zusammenbauschritte im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel weiter vermindert werden.
3. Die Erfassungsteile 16, 17 oder 41 können an einer Oberfläche 13, an zwei oder drei Oberflächen 13 zur Erfassung des Drehmoments vorgesehen sein. In diesem Falle kann die Oberfläche oder können die Oberflächen, an welchen keine Teile 16, 17 oder 41 befestigt sind, zur Messung weiterer Eigenschaften der Welle 11 verwendet werden.
4. Der Erfassungsbereich 12 gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel kann eine polygonale, d. h. recht eckige oder hexagonale Querschnittsfläche aufweisen. Weist der Erfassungsbereich 12 eine rechteckige Quer schnittsfläche auf, dann können Überschneidungsbereiche jeder Seite gerade oder mit einer Rundung gemäß den Fig. 3 und 4 abgeschnitten werden.
5. Gemäß der Darstellung in den Fig. 5 und 6 kann der Erfassungsbereich 12 kompakt ausgeführt sein, so daß der Erfassungsbereich 12 und die Erfassungsteile 16 und 17 nicht aus der Oberfläche der Welle 11 hervorstehen. Dies vermeidet eine Überschneidung mit dem Erfassungs bereich 12 und den Erfassungsteilen 16 und 17, wenn Teile wie die Lager 22 und 23 auf der Welle 11 befestigt werden.
6. Die Erfassungsteile 16, 17 und 41 können in gekrümmter Weise weg von der Welle 11 angeordnet sein. Dabei können die Vertiefungen 14 und 15 weggelassen werden.
7. Die Erregerspulen 27 und 28 und die Erfassungsspulen 29 und 30 können anstelle einer konzentrischen Anordnung nebeneinander vorgesehen sein.
8. Die Träger 24 und 25 können in der Weise ausgebildet sein, daß sie einen einstückigen Zylinder bilden. In diesem Falle sind die Träger 24 und 25 derart geformt, so daß sie entlang einer Ebene mit der Achse der Welle 11 oder entlang einer Ebene in Normal-Richtung zur Welle 11 getrennt sind und miteinander im Rahmen des Zusammenbaus der Drehmoment-Erfassungseinrichtung ver bunden werden.
9. Die Drehmoment-Erfassungseinrichtung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann auch bei anderen Arten von drehbaren Wellen verwendet werden, wie beispielsweise bei der Welle eines Drehmoment schlüssels oder der Welle von verschiedenen Einrichtungen, bei denen das Drehmoment erfaßt werden soll.
10. Der geneigte Winkel der Erfassungsteile 16, 17 und 41 bezüglich der Achse der Welle 11 kann ebenfalls mit einem anderen Winkel als 45 Grad angeordnet werden. Die Erfassungsteile 16, 17 und 41 können ebenfalls parallel zur Achse der Welle 11 vorgesehen sein. Ein derartiger Aufbau ist dann vorteilhaft, wenn er zur Erfassung eines konstanten Drehmoments in einer einzigen Richtung verwendet wird, da ein derartiger Aufbau einfach zu erzielen ist, wobei jedoch die Richtung des Drehmoments nicht unterschieden werden kann.
11. In jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann das Joch 26 getrennt von jedem Erfassungsteil 16 und 17 vorgesehen sein.

Vorstehend wurde somit eine Einrichtung zur Erfassung eines an einer drehbaren Welle einwirkenden Drehmoments beschrieben. Die Einrichtung umfaßt ein Erfassungsteil aus magnetostriktivem Material und entgegengesetzt gerichteten Enden zur Befestigung des Erfassungsteils an der drehbaren Welle. Eine Primärspule ist um die drehbare Welle zur Zuführung eines magnetischen Flusses zum Erfassungsteil angeordnet. Eine Sekundärspule ist um die drehbare Welle zur Abgabe einer mittels des magnetischen Flusses des Erfassungsteils induzierten elektro motorischen Kraft vorgesehen. Die elektromotorische Kraft wird zur Bestimmung des auf die Welle einwirkenden Drehmoments gemessen.

Claims

1. Einrichtung zur Erfassung eines Drehmoments, das auf eine drehbare Welle (11) einwirkt, wobei
die Welle (11) an sich rund ist und nur in einem Erfassungsbereich (12) zumindest eine ebene Seitenfläche (13) aufweist, die sich parallel zur Wellenachse erstreckt,
auf der Seitenfläche zumindest ein Paar von Erfassungsteilen (16, 17; 41) befestigt ist, die magnetostriktive Eigenschaften haben und in Richtung der Wellenachse voneinander beabstandet sind,
die Längsachsen der beiden ein Paar bildenden Erfassungsteile (16, 17; 41) um einen bestimmten aber jeweils entgegengesetzten Winkel zur Wellenachse geneigt sind, und
die Erfassungsteile (16, 17; 41) jeweils gegenüber einer Erregungs- und Erfassungsmagnetspule (17 bis 30) angeordnet sind.

2. Einrichtung zur Erfassung eines Drehmoments, das auf eine drehbare Welle (11) einwirkt, wobei
die Welle (11) an sich rund ist und nur in einem Erfassungsbereich (12) zumindest eine ebene Seitenfläche (13) aufweist, die sich parallel zur Wellenachse erstreckt,
auf der Seitenfläche (13) zumindest ein einstückiges V-förmiges Erfassungsteil (41) mit zwei geneigten Schenkeln (41d, 41e), die magnetostriktive Eigenschaften aufweisen, mit den freien Endpunkten (41a, 41c) befestigt ist, während ein zwischen den geneigten Schenkeln (41d, 41e) des V-förmigen Erfassungsteils (41) angeordneter mittlerer Bereich (41b) auf der Seitenfläche (13) befestigt ist,
die Längsachsen der beiden Schenkel des V-förmigen Erfassungsteils (41) um einen bestimmten aber jeweils entgegengesetzten Winkel zur Wellenachse geneigt sind, und
die geneigten Schenkel des V-förmigen Erfassungsteils (41) jeweils gegenüber einer Erregungs- und Erfassungsmagnetspule (17 bis 30) angeordnet sind.

3. Einrichtung zur Erfassung eines Drehmoments, das auf eine drehbare Welle (11) einwirkt, mit
einem in der drehbaren Welle (11) vorgesehenen Erfassungsbereich (12) mit vier ebenen Oberflächen (13), wobei jede der ebenen Oberflächen (13) eine sich parallel zur Wellenachse erstreckende Seitenfläche bildet und zumindest eine darin ausgebildete Vertiefung (14, 15) aufweist,
zumindest einem Erfassungsteil (16, 17; 41), das an der ebenen Oberfläche (13) befestigt ist und sich über die Vertiefung (14, 15) erstreckt und bezüglich der Achse der drehbaren Welle (11) geneigt ist, und
einem in berührungsfreier Weise bezüglich der drehbaren Welle (11) angeordneten, feststehenden Element (21), wobei das feststehende Element (21) eine Erreger spule (27, 28) und eine Erfassungsspule (29, 30) aufweist, die in Außenbereichen der drehbaren Welle (11) und gegenüber dem Erfassungsteil (16, 17; 41) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Erfassungsteile (16, 17; 41) eben ausgeführt sind und die ebene Seitenfläche (13) der drehbaren Welle (11) eine Vertiefung (14, 15) umfaßt, die mittels der ebenen Erfassungsteile (16, 17; 41) überbrückt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Erfassungsteile (16, 17; 41) aus einer widerstandsfähigen, ebenen Platte bestehen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die drehbare Welle (11) eine Vielzahl von ebenen Seitenflächen (13) um die Achse aufweist und wobei die Vielzahl der Erfassungsteile (16, 17; 41) an der ebenen Seitenfläche (13) befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Erfassungsteile (16, 17; 41) aus einem gepreßten Material aus Permalloy, einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung oder einer Eisen-Nickel-Chrom-Titan-Legierung bestehen.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Erfassungsteile (16, 17; 41) an der ebenen Seitenfläche (13) der drehbaren Welle (11) mittels Schrauben (18) befestigt sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Erfassungsteile (16, 17; 41) auf der ebenen Seitenfläche (13) der drehbaren Welle (11) durch Schweißen, Weichlöten oder Hartlöten befestigt sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Erfassungsteil (41) zumindest teilweise aus einem magnetostriktiven Material besteht.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Erfassungsbereich (12) eine im wesentlichen polygonale Querschnittsfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen ebenen Seitenflächen aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die drehbare Welle (11) eine Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs ist.