DE4337852A1 - Drehmomentdetektor und Drehmomentdetektorelement - Google Patents
Drehmomentdetektor und DrehmomentdetektorelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentdetektor, mit welchem
das Drehmoment berührungslos gemessen werden kann, welches
als externe Kraft an eine angetriebene Welle angelegt wird,
beispielsweise eine Drehwelle.
Auf dem Kraftfahrzeuggebiet, beispielsweise bei
Servolenkungseinrichtungen, Antischlupf-Bremseinrichtungen
und Steuerungen für Automatikgetriebe besteht häufig ein
Bedürfnis, das Drehmoment zu ermitteln, welches an
angetriebene Wellen angelegt wird, beispielsweise an die
Welle eines Lenkrades. Ein Beispiel für derartige
Drehmomentdetektoren, die bei derartigen Anwendungen
eingesetzt werden, ist ein magnetostriktiver
Drehmomentdetektor, der in der ungeprüften veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung (Kokai) Hei-1-94230 beschrieben
wurde. Der Aufbau dieses Detektors wird nachstehend unter
Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.
In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine
angetriebene Welle, welche eine Drehwelle ist; 7a und 7b
sind Lager, welche die angetriebene Welle 1 drehbar haltern;
und 3 ist ein Magnetspulenkörper, der ebenfalls durch die
Lager gehaltert wird. Ein erstes magnetisches Teil 2a und
zweites magnetisches Teil 2b, die jeweils aus einer Schicht
aus einem magnetostriktiven Material bestehen, sind an der
Umfangsoberfläche der angetriebenen Welle 1 befestigt, und
axial voneinander beabstandet angeordnet. Das erste
magnetische Teil 2a besteht aus mehreren dünnen Streifen,
die in einem Winkel (Theta) von 45° in bezug auf die
Zentralachse angeordnet sind, wogegen das zweite magnetische
Teil 2b aus mehreren dünnen Streifen besteht, die in einem
Winkel (Theta) von -45° angeordnet sind. Der
Magnetspulenkörper 3 ist mit einer ersten Spule 5a und einem
ersten Joch 4a versehen, dem ersten magnetischen Teil 2a
zugeordnet, sowie mit einer zweite Spule 5b und einem
zweiten Joch 4b, welche dem zweiten magnetischen Teil 2b
zugeordnet sind. Die Joche 4a und 4b stellen Teile dar, die
ein Ausbreiten magnetischer Flüsse nach außen verhindern.
Durch die Bezugsziffer 100 ist eine
Belastungsdetektorschaltung bezeichnet, die mit der ersten
und zweiten Spule 5a und 5b verbunden ist.
Der in Fig. 10 dargestellte Drehmomentdetektor arbeitet auf
folgende Weise. Wenn ein externes Drehmoment an die
angetriebene Welle 1 angelegt wird, entwickelt sich eine
Hauptbelastung auf der Oberfläche der angetriebenen Welle in
den Richtungen, die durch Theta = ±45° festgelegt sind,
worauf eine Zugkomponente der Belastung auf eins der
magnetischen Teile 2a und 2b einwirkt, und eine
Druckkomponente der Belastung auf das andere Teil einwirkt.
Wenn diese Belastung hervorgerufen wird, ändert sich die
Permeabilität der magnetischen Teile 2a und 2b, und die
Änderungsrichtung, die bei der Entwicklung der Zugkräfte
auftritt, ist der Richtung entgegengesetzt, die in dem Fall
auftritt, in welchem sich die Druckbelastung entwickelt. Die
Belastungsdetektorschaltung 100 stellt die Induktanzen der
Spulen 5a und 5b fest, die sich in Reaktion auf die
Änderungen der Permeabilität der magnetischen Teile
entwickeln, berechnet das Drehmoment, welches auf die
angetriebene Welle 1 ausgeübt wurde, und gibt eine dem
Drehmoment proportionale Spannung aus.
Bei dem auf diese Weise ausgebildeten magnetostriktiven
Drehmomentdetektor treten die folgenden Probleme auf.
Zunächst einmal erfordert die Bereitstellung magnetischer
Teile 2a und 2b als mehrere Streifen auf der Oberfläche der
angetriebenen Welle 1 einen komplexen Herstellungsvorgang;
darüber hinaus lösen sich die magnetischen Teile in Form von
Streifen leicht, und gelegentlich entwickelte sich Korrosion
an der Grenzfläche zwischen der Welle 1 und jedem
magnetischen Teil.
Bei dem beschriebenen magnetostriktiven Drehmomentdetektor
werden die Änderungen der Permeabilität, die in
entgegengesetzten Richtungen in dem magnetischen Teil 2a,
welches in der Richtung von +45° angeordnet ist, und dem
magnetischen Teil 2b auftreten, welches in der Richtung von
-45° angeordnet ist, über unterschiedliche Spulen 5a und 5b
ermittelt; und dies ist zwar in der Hinsicht wirksam, daß
die Temperaturcharakteristiken der magnetischen Teile, des
externen Magnetfeldes und des magnetischen Restflusses
kompensiert werden, jedoch können verschiedene Störungen wie
beispielsweise ein axialer Temperaturgradient, nicht
ausgeglichene externe Magnetfelder sowie ein magnetischer
Restfluß nicht völlig kompensiert werden. Beispielsweise
sind die magnetischen Teile 2a und 2b axial voneinander
beabstandet angeordnet, so daß dann, falls die angetriebene
Welle 1 einen axialen Temperaturgradienten aufweist, die
magnetischen Teile unterschiedliche Temperaturen aufweisen,
was schließlich einen Fehler bei dem Ergebnis der Ermittlung
der Induktanz hervorruft.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung
dieser Umstände entwickelt, und die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines
Drehmomentdetektors, der einen einfachen Aufbau aufweist,
und dennoch weniger empfindlich auf Störungseinflüsse ist,
beispielsweise einen axialen Temperaturgradienten, ein nicht
ausgeglichenes äußeres Magnetfeld, und einen magnetischen
Restfluß.
Das Erfordernis eines einfachen Aufbaus wird durch einen
Drehmomentdetektor erfüllt, welcher eine angetriebene Welle
aufweist, die magnetostriktiv ausgebildet wurde, einen
Induktor, der auf einer zylindrischen Ebene vorgesehen ist,
die um einen vorbestimmten Spalt von der Oberfläche des
Abschnitts der angetriebenen Welle beabstandet ist, die
magnetostriktiv ausgebildet wurde, sowie eine
Induktanzdetektorschaltung zur Ermittlung der Induktanz
dieses Induktors, wobei der Induktor durch einen Strompfad
gebildet wird, der in die Richtung zeigt, in welcher sich
die Induktanz in Reaktion auf die Änderung der Permeabilität
des Abschnitts der angetriebenen Welle ändert, welcher
magnetostriktiv ausgebildet wurde.
Das Erfordernis eines einfachen Aufbaus kann auch dadurch
erzielt werden, daß ein Drehmomentdetektor vorgesehen wird,
welcher eine angetriebene Welle aufweist, die
magnetostriktiv ausgebildet wurde, einen Induktor, der auf
einer zylindrischen Ebene vorgesehen ist, die um einen
vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der Antriebswelle
beabstandet ist, und welcher aus einem Strompfad besteht,
der in die Richtung zeigt, in welcher sich die Induktanz in
Reaktion auf die Änderung der Permeabilität der Oberfläche
der angetriebenen Welle infolge des von der angetriebenen
Welle empfangenen Drehmoments ändert, eine Einrichtung zum
Zuführen eines Vorspannstroms zum Induktor, eine um die
angetriebene Welle gewickelte Treiberspule, und eine
Detektorschaltung zur Erfassung eines Stroms oder einer
Spannung, welche in dem Induktor nach Einprägung eines
Stroms auf die Treiberspule induziert werden.
Die Anforderung bezüglich einer Verringerung der
Empfindlichkeit auf Störungen, beispielsweise in bezug auf
einen axialen Temperaturgradienten, kann durch einen
Drehmomentdetektor erfüllt werden, welcher eine
Induktoranordnung verwendet, die aus einem ersten und einem
zweiten Induktor besteht, welche aus Stromwegen bestehen,
die in die Richtung zeigen, in welcher sich die Induktanz in
Reaktion auf die Änderung der Permeabilität ändert, die in
den beiden Richtungen der Hauptbelastungslinie auftritt, die
sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des
von ihr empfangenen Drehmoments entwickelt, wobei der
Drehmomentdetektor sich weiter dadurch auszeichnet, daß ein
erster und ein zweiter Induktor auf solche Weise angeordnet
sind, daß sie im wesentlichen in derselben Axialposition
einander überlagert sind.
Die Anforderung an eine Verringerung der Empfindlichkeit
gegenüber Störungen, beispielsweise einem axialen
Temperaturgradienten, kann auch durch ein
Drehmomentmeßelement erreicht werden, welches eine auf einem
Substrat ausgebildete Induktoranordnung aufweist, wobei die
Induktoranordnung aus einem ersten und einem zweiten
Induktor besteht, die jeweils aus Stromwegen bestehen,
welche in die Richtung zeigen, in welcher sich die Induktanz
in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung ändert, die in
den beiden Richtungen der Hauptbelastungslinie auftritt, die
sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des
von ihr empfangenen Drehmoments entwickelt, wenn das
betreffende Drehmomenterfassungselement um den Abschnitt der
angetriebenen Welle herum angeordnet wird, welcher
magnetostriktiv ausgebildet wurde, wobei sich das
Drehmomenterfassungselement weiter dadurch auszeichnet, daß
der erste und der zweite Induktor auf solche Weise
angeordnet sind, daß sie einander in derselben Axialposition
überlagert sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es
zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht mit
einer Darstellung des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht mit
einer Darstellung des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht mit
einer Darstellung des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 4 eine Vorderansicht mit einer Darstellung
eines solchen Drehmomentdetektorelements,
bei welchem der Induktor des
Drehmomentdetektors gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung auf einem
flexiblen Substrat vorgesehen ist;
Fig. 5 eine teilweise vergrößerte Ansicht des in
Fig. 4 gezeigten
Drehmomentdetektorelements;
Fig. 6 eine Perspektivansicht mit einer
Darstellung eines solchen
Drehmomentdetektorelements, bei welchem
der Induktor des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden
Erfindung auf der Innenseite des Joches
angeordnet ist;
Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht mit
einer Darstellung des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 8 eine teilweise Perspektivansicht mit
einer Darstellung des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 9 eine perspektivische Teilansicht mit
einer Darstellung des Drehmomentdetektors
gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 10 eine seitliche Teilansicht mit einer
Darstellung eines Drehmomentdetektors
nach dem Stand der Technik.
Wenn der erfindungsgemäße Drehmomentdetektor auf der
angetriebenen Welle ein externes Drehmoment erfährt,
entwickelt sich eine Hauptbelastung auf der Oberfläche der
angetriebenen Welle in den Richtungen von Theta = ±45°, und
es arbeitet eine Zugkomponente der Belastung in der Richtung
von entweder Theta = +45° oder Theta = -45°, wogegen eine
Druckkomponente der Belastung in der anderen Richtung wirkt.
Wenn sich die Belastung entwickelt, ändert sich die
Permeabilität in dem magnetostriktiven Bereich. Ein Induktor
ist um die angetriebene Welle herum vorgesehen, und um einen
vorbestimmten Spalt von der Welle beabstandet, und der
diesen Induktor umfassende Strompfad ist so vorgesehen, daß
er in die Richtung zeigt, in welcher sich die Induktanz in
Reaktion auf die Permeabilitätsänderung ändert; daher kann
der Magnetfluß, der um den Strompfad des Induktors herum
erzeugt wird, infolge der Korkenzieherregel, wenn ein Strom
(ac) durch den Strompfad fließen kann, durch die
Permeabilitätsänderung beeinflußt werden, die in der
Richtung der Hauptbelastung auftritt (also der Belastung,
die sich in den Richtungen von Theta = +45° entwickelt), in
dem magnetostriktiven Bereich der angetriebenen Welle. Die
Permeabilität stellt eine Funktion des auf die angetriebene
Welle ausgeübten Drehmoments dar, und die Induktanz des
Induktors ist proportional dem Betrag der
Magnetflußerzeugung pro Einheitsstrom; und daher kann das
auf die angetriebene Welle ausgeübte Drehmoment dadurch
ermittelt werden, daß die Induktanz des Induktors mit der
Induktanzdetektorschaltung gemessen wird.
Der Drehmomentdetektor gemäß der Erfindung weist einen
Induktor auf, der auf einer zylindrischen Ebene vorgesehen
ist, die um einen vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der
angetriebenen Welle beabstandet ist, und welcher aus einem
Strompfad besteht, der in die Richtung zeigt, in welcher
sich die Induktanz in Reaktion auf die voranstehend erwähnte
Änderung der Permeabilität ändert. Da dieser Strompfad, der
den Induktor umfaßt, mit einem Vorspannstrom (dc) versorgt
wird, wird ein Magnetfluß um den Strompfad herum mit einem
Betrag erzeugt, der sowohl zur Permeabilität der Oberfläche
der angetriebenen Welle in der Richtung der Hauptbelastung
als auch zum Vorspannstrom in einer Beziehung steht. Wenn
man einen entsprechend großen Strom durch die Treiberspule
in dem voranstehend beschriebenen Zustand fließen läßt, wird
ein ausreichend großer Fluß entlang der Achse der
getriebenen Welle erzeugt, um den Magnetfluß zu sättigen,
der sich bereits auf der Oberfläche der angetriebenen Welle
infolge derartiger Effekte wie der Änderung der
Permeabilität entwickelt hat, was schließlich dazu führt,
daß die effektive Permeabilität der Oberfläche der
angetriebenen Welle geändert wird. Dies führt dazu, daß die
Induktanz oder Induktivität des Induktors sich ändert, um
den Magnetfluß zu verringern, der durch den Induktor
gelangt, worauf eine Spannung in dem Induktor durch die
elektromotorische Kraft induziert wird, die dem
Induktivitätsabfall entspricht. Die induzierte Spannung
steht in einer Beziehung zur Permeabilität, die auf der
Oberfläche der angetriebenen Welle in der Richtung der
Hauptbelastungslinie aufgetreten ist, bevor der Strom durch
die Treiberspule zugeführt wurde; mit anderen Worten steht
die induzierte Spannung in einer Beziehung zur Belastung,
und daher kann die Größe des auf die angetriebene Welle
ausgeübten Drehmoments durch Messung der in dem Induktor
induzierten Spannung ermittelt werden. Gemäß der
vorliegenden Erfindung läßt sich daher eine
Drehmomenterfassung erzielen, ohne Streifen aus magnetischen
Teilen auf der Oberfläche der angetriebenen Welle zur
Verfügung zu stellen.
Der Drehmomentdetektor oder das Drehmomenterfassungselement
gemäß der Erfindung weist eine Induktoranordnung auf, die
aus einem ersten und einem zweiten Induktor besteht, die aus
Stromwegen bestehen, die in die Richtungen zeigen, in
welchen sich die Induktivität ändert, in Reaktion auf die
Permeabilitätsänderung, die in den zwei Richtungen der
Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche
der angetriebenen Welle infolge des von ihr empfangenen
Drehmoments entwickelt. Wenn ein Wechselstrom durch die
Stromwege in den jeweiligen Induktoren zugeführt wird,
ändert sich die Induktanz in entgegengesetzten Richtungen,
und daher kann die Größe des Drehmoments, welches auf die
angetriebene Welle ausgeübt wurde, durch Ermittlung der
Differenz zwischen den beiden Induktanzwerten ermittelt
werden. Wenn ein Gleichspannungs-Vorspannungsstrom durch die
Stromwege angelegt wird, wird ein Magnetfluß um die
Induktoren entsprechend der Permeabilität in den beiden
Richtungen der Hauptbelastungslinie erzeugt, jedoch wird
beim Einprägen eines Stroms durch die Treiberspule dieser
Magnetfluß gesättigt, und es wird in jedem Induktor eine
Spannung erzeugt. In diesem Fall kann die Größe des an die
angetriebene Welle ausgeübten Drehmoments dadurch ermittelt
werden, daß die Differenz zwischen den in den jeweiligen
Induktoren induzierten Spannungen festgestellt wird.
Im einzelnen sollte zunächst festgestellt werden, daß die
Permeabilität der Oberfläche der angetriebenen Welle in dem
Magnetfeld, welches durch einen Stromweg in einer
vorgegebenen Richtung erzeugt wird, gleich der Permeabilität
der Oberfläche der angetriebenen Welle in dem Magnetfeld
ist, welches durch einen Stromweg erzeugt wird, welches
gegenüber der vorgegebenen Richtung um 180° versetzt ist. In
Reaktion auf eine Belastung, die sich in der Richtung von
Theta = -45° entwickelt, ändert sich daher die Induktanz des
in die Richtung von 45° zeigenden Stromweges in derselben
Richtung wie die Induktanz des Stromweges, der in die
Richtung von 225° zeigt. Durch Kombinieren dieser beiden
Stromwege kann daher ein erster Induktor für den speziellen
Zweck der Erfassung der Belastung konstruiert werden, die
sich in der Richtung von Theta = -45° entwickelt.
Entsprechend läßt sich ein zweiter Induktor zur Erfassung
der Belastung, die sich in der Richtung von Theta = +45°
entwickelt, dadurch entwickeln, daß zwei Stromwege
kombiniert werden, von denen der eine in die Richtung von
-45° zeigt, und der andere in die Richtung von -225° zeigt.
Erfaßt man die Differenz zwischen den Belastungswerten, die
aus den beiden Induktoreinheiten ermittelt werden, so kann
man ein Ausgangssignal erzeugen, welches bezüglich der
Wirkungen von Störungen kompensiert ist, so daß nur das
angelegte Drehmoment berücksichtigt wird. Zusätzlich kann,
anders als der Drehmomentdetektor nach dem Stand der
Technik, die in den Ansprüchen 4 oder 10 beschriebene
Vorrichtung die Belastungsänderungen ermitteln, die sich in
derselben Axialposition ergeben haben, und daher ist die
Vorrichtung weniger empfindlich auf Störeffekte wie
beispielsweise einen axialen Temperaturgradienten, nicht
ausgeglichene externe Magnetfelder, und einen magnetischen
Restfluß.
Weiterhin ist bei der Erfindung erforderlich, daß sowohl bei
dem ersten als auch dem zweiten Induktor die Stromwege in
solchen Bereichen zusammengeschaltet sind, in welchen sie in
der Richtung um 180° versetzt sind, und die Stromwege für
die eingerichtete Verbindung erzeugen ungewünschte
Induktanzen. Falls bezüglich dieses Effekts nichts
unternommen wird, trägt dieser zu einem Fehler der
Drehmomentmessung bei; allerdings findet sowohl bei dem
ersten als auch bei dem zweiten erfindungsgemäßen Induktor
eine gegenseitige Überlappung bei der Einrichtung der
Verbindung statt, und die Induktoren sind so miteinander
verbunden, daß ein Wechselstrom oder ein Vorspannstrom in
entgegengesetzten Richtungen fließt, und daher wird
insgesamt der in einem Stromweg fließende Strom durch den in
einem anderen Weg fließende Strom ausgeschaltet, und das
erzeugte resultierende Magnetfeld ist im wesentlichen gleich
Null; daher wird die Erzeugung einer ungewünschten Induktanz
auf einen genügend geringen Pegel unterdrückt, der keine
wesentlichen Meßfehler hervorruft.
Darüber hinaus besteht bei der vorliegenden Erfindung der
Induktor aus mehreren Induktorelementen, die in gleichen
Abständen auf einer kreisförmigen Ebene angeordnet sind, die
um einen vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der
angetriebenen Welle beabstandet ist. Diese Anordnung ist in
der Hinsicht wirksam, daß sie den Fehler verringert, der
entstehen könnte, falls die angetriebene Welle exzentrisch
ist.
Weiterhin wird bei dem Drehmomentdetektor gemäß der
Erfindung ein Stromwegbereitstellungsmuster auf einem
flexiblen Substrat zur Verfügung gestellt, und besteht ein
Induktor daraus, daß dieses flexible Substrat auf eine
kreisförmige Ebene aufgebracht wird, die um einen
vorbestimmten Spalt von der magnetostriktiven Oberfläche der
angetriebenen Welle entfernt ist. Daher ist der Aufbau des
Induktors genügend einfach, um eine Verringerung der Kosten
hervorzurufen.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein zylindrisches Joch
außen von dem Induktor oder außerhalb des Induktors und der
Treiberspule vorgesehen; dies stellt den Vorteil zur
Verfügung, daß selbst dann, wenn der Stromweg durch ein
kurzes Muster gebildet wird, die erforderliche Induktanz von
dem Induktor sichergestellt werden kann, welcher daher eine
höhere Empfindlichkeit aufweist und weniger empfindlich auf
die Wirkungen eines äußeren Magnetfelds reagiert.
Drehmomentdetektoren entsprechend verschiedener
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 9
beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Drehmomentdetektor gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser umfaßt:
eine angetriebene Welle 1, welche eine Drehwelle darstellt;
ein magnetisches Teil 2, welches in zylindrischer Form an
der Umfangsoberfläche der angetriebenen Welle 1 befestigt
ist, und welches aus einer Schicht aus einem
magnetostriktiven Material besteht; einen Magnetspulenkörper
3, der drehbar um die angetriebene Welle herum vorgesehen
ist, und welcher durch (nicht dargestellte) Lager gehaltert
wird; einen Induktor 5, der auf dem Magnetspulenkörper 3
vorgesehen ist, und welcher einen Stromweg aufweist, der in
die Richtung eines Winkels Theta = 45° in bezug auf die
angetriebene Welle zeigt, und welcher um einen vorbestimmten
Spalt von der Oberfläche des magnetischen Teils 2
beabstandet ist; eine Induktanzdetektorschaltung 100, die
mit dem Induktor 5 nicht nur dazu verbunden ist, einen
Wechselstrom dazu zu veranlassen, in dem Induktor zu
fließen, sondern auch dazu, die Induktanz des Induktors 5
festzustellen; sowie eine Drehmomentberechnungsschaltung
101, die mit der Induktanzdetektorschaltung 100 verbunden
ist.
Der Induktor 3 wird typischerweise aus einem guten Leiter
wie beispielsweise einem Kupferdraht hergestellt.
Der in Fig. 1 gezeigte Drehmomentdetektor arbeitet auf die
nachstehend angegebene Weise. Wenn von außen ein Drehmoment
auf die angetriebene Welle 1 ausgeübt wird, entwickelt sich
eine Belastung in den Richtungen der Hauptbelastungslinie,
die um Theta = ±45° gegenüber der Zentralachse des
magnetischen Teils 2 geneigt sind; dies führt dazu, daß die
magnetische Charakteristik des magnetischen Teils 2
anisotrop wird, und die Permeabilität in der Richtung von
Theta = +45° sich entgegengesetzt zur Permeabilität in der
Richtung von Theta = -45° ändert. Wenn man dann einen Strom
dazu veranlaßt, daß er in dem Stromweg des Induktors 5
fließt, der im Winkel von 45° in bezug auf die Zentralachse
der angetriebenen Welle 1 angeordnet ist, wird um den
Stromweg herum ein Magnetfeld H in einem Winkel von
Theta = -45° entsprechend der Korkenzieherregel erzeugt, und
daher verläuft offensichtlich die Richtung dieses
Magnetfeldes H parallel zur Hauptbelastung, die in der
Richtung von -45° auftritt. Der durch das Feld H erzeugte
Magnetfluß Phi ist eine Funktion der Permeabilität des
magnetischen Teils 2 in der Richtung von Theta = -45°
(ausgedrückt durch B = µH, wobei B die Dichte des Flusses
Phi ist, und µ die Permeabilität). Die Induktanz des
Induktors ist proportional dem Betrag, um welchen der Fluß
Phi pro Einheitsstrom I erzeugt wird (ausgedrückt durch L
=Phi/I, wobei L die Induktanz oder Induktivität ist). Wenn
man daher die Induktanz des Induktors durch die
Induktanzdetektorschaltung 100 ermittelt, und hierdurch eine
drehmomentabhängige Spannung V auf der Grundlage der
Korrektionsberechnung durchgeführt wird, die in der
Drehmomentberechnungsschaltung 100 erfolgt, kann man daher
das Drehmoment ermitteln, welches auf die angetriebene Welle 1
ausgeübt wurde. Um die voranstehende Erläuterung
zusammenzufassen, erzeugt das Anlegen eines externen
Drehmoments an die angetriebene Welle 1 eine Belastung, die
sich in dem magnetischen Teil 2 in den Richtungen der
Hauptbelastungslinie entwickelt, die um Theta = ±45°
gegenüber der Zentrumsachse der angetriebenen Welle 1
entwickeln; die sich ergebende Anisotropie in den
magnetischen Eigenschaften des magnetischen Teils 2 führt
dazu, daß seine Permeabilität in der Richtung von
Theta = ±45° sich in entgegengesetztem Sinn zur
Permeabilität in der Richtung von Theta = -45° ändert; daher
läßt sich dies so darstellen, daß der Induktor 5 aus einem
Stromweg besteht, der in die Richtung zeigt, in welcher sich
die Induktanz in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung an
der Oberfläche der angetriebenen Welle 1 infolge des von ihr
empfangenen Drehmoments ändert.
Wie voranstehend erläutert ist der Strompfad des Induktors 5
bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so
ausgebildet, daß er in die Richtung zeigt, in welcher sich
die Induktanz des Induktors in Reaktion auf die
Permeabilitätsänderung des magnetischen Teils 2 infolge des
von der angetriebenen Welle ändert, insbesondere in der
Richtung, die um 45° gegenüber der Zentralachse der
angetriebenen Welle geneigt ist, in welcher die größte
Änderung der Induktanz auftritt, in Reaktion auf die
Permeabilitätsänderung, welche in der Richtung stattfindet,
die um -45° gegenüber der Zentralachse geneigt ist, unter
welcher die Belastung in dieser Richtung ausgeübt wird;
infolge dieser Anordnung ermöglicht es die betreffende
Ausführungsform, daß eine Drehmomenterfassung auf wirksame
Weise auf der Grundlage der Induktivitätsänderung erreicht
wird.
Als weiterer Vorteil der vorliegenden Ausführungsform ist
der Induktor 5 mit einer Richtungswirkung versehen, so daß
das magnetische Teil 2 nicht in Streifen ausgebildet sein
muß, sondern in einer zylindrischen Form um die angetriebene
Welle 1 herum vorgesehen werden kann. Daher kann das
Verfahren zur Herstellung des Drehmomentdetektors
vereinfacht werden, und jegliche Beeinträchtigung vermieden
werden, beispielsweise die hohe Wahrscheinlichkeit einer
Trennung der Streifen und einer Korrosion, die sonst
auftreten würden, wenn das magnetische Teil als mehrere
Streifen ausgebildet wäre, mit dem zusätzlichen Vorteil, daß
ein kleinerer Spalt zwischen dem magnetischen Teil 2 und dem
Induktor 5 vorhanden ist.
Bei dem Drehmomentdetektor der Ausführungsform 1 besteht der
Induktor 5 aus einem einzigen Stromweg, der in die Richtung
zeigt, die um 45° in bezug auf die angetriebene Welle 1
geneigt ist, jedoch stellt dies ein verhältnismäßig
vereinfachtes Bild der vorliegenden Erfindung dar, und bei
nur einem Stromweg ist die Induktivität des Induktors 5 so
gering, daß eine wesentliche Schwierigkeit bezüglich ihrer
Ermittlung eingeführt wird. Daher erfordert in der Praxis
die Erfassung einer Hauptbelastung in einer Richtung den
Einsatz mehrerer Stromwege in solchen Richtungen, daß sie
empfindlich auf die Wirkung der Hauptbelastung reagieren.
Ein spezifisches Beispiel eines Falles, in welchem diese
Anforderung erfüllt ist, ist in Fig. 2 als Ausführungsform
2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist ein
flexibles Substrat 6, welches typischerweise aus einem
Polyimidharz hergestellt ist, ein parallellogrammförmiges
Induktorelement 18a auf, welches auf ihm ausgebildet ist.
Das Induktorelement 18a besteht aus der Kombination eines
ersten Strompfades 7, der in die Richtung von 450 zeigt, und
eines zweiten Stromwegs 8, der in die entgegengesetzte
Richtung von 225° zeigt (beide Stromwege dienen zur
Ermittlung einer Belastung in der Richtung von Theta = -45°)
und besteht aus Verbindungsstromwegen 11, welche in die
Richtungen von Theta = 90° und Theta = 270° zeigen, um die
Stromwege 7 und 8 miteinander zu verbinden, die voneinander
beabstandet sind. Mehrere derartige Kombinationen sind an
gleichen Entfernungen angeordnet und in Reihe mit einem
ersten Induktor 5a geschaltet. Entsprechend ist ein
Parallellogramm-Induktorelement 18a auf dem Substrat
ausgebildet, und besteht aus einer Kombination eines dritten
Stromweges 9, der in die Richtung von -45° zeigt, und eines
vierten Stromweges 10, der in die entgegengesetzte Richtung
von -225° zeigt (beide Stromwege dienen zur Erfassung einer
Belastung in der Richtung von Theta = 45°), und entsprechend
ist ein Verbindungsstromweg 12 vorgesehen, der in die
Richtungen von Theta = -90° und Theta = -270° zeigt, um die
Stromwege 9 und 10 zu verbinden, die voneinander beabstandet
sind. Mehrere derartige Kombinationen sind ebenfalls in
gleichen Entfernungen angeordnet und in Reihe geschaltet, um
einen zweiten Induktor 5b zu bilden. Auf diese Weise wird
das Drehmomentdetektorelement in der Ausführungsform 2
gebildet. Mit der Bezugsziffer 4 in Fig. 2 ist ein Joch
bezeichnet, welches um das flexible Substrat 6 herum
vorgesehen ist, um ein Auslecken des Magnetflusses aus dem
Element zu verhindern.
Der erste und zweite Induktor 5a und 5b sind auf solche
Weise angeordnet, daß sie im wesentlichen in derselben
Axiallage angeordnet sind, und darüber hinaus sind die
Verbindungsstromwege 11 und 12 auf solche Weise angeordnet,
daß sie einander an beiden Enden des ersten bis zum vierten
Stromweg 7 bis 10 überlappen.
Nachstehend wird beschrieben, wie der Drehmomentdetektor der
momentan betrachteten Ausführungsform arbeitet. Wenn ein
Drehmoment von außen auf die angetriebene Welle 1 ausgeübt
wird, entwickelt sich eine Anisotropie in der magnetischen
Charakteristik des magnetischen Teils 2, worauf die
Induktanz oder Induktivität des ersten Induktors 5a sich in
entgegengesetzter Richtung zur der Induktanz oder
Induktivität des zweiten Induktors 5b ändert. Auf diese
Weise wird ein magnetischer Fluß in dem ersten Induktor 5a
in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung des magnetischen
Teils 2 in der Richtung von -45° erzeugt, wogegen ein
magnetischer Fluß in dem zweiten Induktor 5b in Reaktion auf
die Permeabilitätsänderung des magnetischen Teils 2 in der
Richtung von 45° erzeugt wird. Die
Induktanz-Erfassungsschaltung 100 stellt die Induktanzen
fest, die sich auf den Magnetfluß beziehen, der in den
beiden Induktoren erzeugt wird. Auf der Grundlage der
Differenz, die zwischen den Ausgängen der beiden Induktoren
5a und 5b auftritt, berechnet die
Drehmomentberechnungsschaltung 101 das Drehmoment, welches
an die angetriebene Welle 1 angelegt wurde, und gibt eine
drehmomentabhängige Spannung V aus, wobei sämtliche
Einwirkungen von Störungen ordnungsgemäß ausgeschaltet
wurden.
Bei der Ausführungsform 2 sind beide Induktoren 5a und 5b
auf dem Substrat 6 vorgesehen, und dies stellt den Vorteil
zur Verfügung, daß ein einfacher Aufbau zur Bereitstellung
des ersten Induktors 5a und des zweiten Induktors 5b in
demselben Bereich in Axialrichtung zur Verfügung gestellt
wird, wodurch die Permeabilitätsänderung des magnetischen
Teils 2 mit zwei Induktoren in derselben Position ermittelt
werden kann, was es ermöglicht, eine Drehmomenterfassung
durchzuführen, wobei ein ausreichender Schutz gegen
unterschiedliche Störungen bereitgestellt wird,
beispielsweise einen axialen Temperaturgradienten, ein nicht
ausgeglichenes äußeres Magnetfeld, und einen magnetischen
Restfluß.
Darüber hinaus sind mehrere Induktorelemente 18a und 18b in
gleichen Abständen auf einer kreisförmigen Ebene angeordnet,
die um einen vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der
angetriebenen Welle beabstandet ist. Diese Anordnung ist in
der Hinsicht wirksam, daß sie den Fehler verringert, der
dann auftreten könnte, falls die angetriebene Welle
exzentrisch ist.
Man könnte vermuten, daß der Stromweg 11 zur Verbindung des
ersten und zweiten Stromweges 7 und 8, ebenso wie der
Stromweg 12 zur Verbindung des dritten und vierten
Stromweges 9 und 10, potentiell negative Wirkungen auf die
Exaktheit der Messung haben könnten. Allerdings ist dies
nicht der Fall bei der momentan betrachteten
Ausführungsform, in welcher die Verbindungsstrompfade 11 und
12 so angeordnet sind, daß sie einander im wesentlichen
überlappen, und wobei der Strom in diesen überlappenden
Abschnitten in entgegengesetzten Richtungen fließt; daher
wird insgesamt der in dem Pfad 11 fließende Strom durch den
im Pfad 12 fließende Strom eliminiert, und das erzeugte
Nettomagnetfeld ist in der Praxis gleich Null, und daher ist
die Erzeugung einer ungewünschten Induktanz auf einen
ausreichend geringen Pegel verringert, welcher keine
wesentlichen Meßfehler hervorruft.
Darüber hinaus ist jedes mögliche Austreten eines
Magnetflusses durch das Joch 4 verhindert, und dies stellt
eine Induktanz der erforderlichen Intensität für die
Drehmomenterfassung sicher, selbst wenn die Induktoren aus
Strompfaden mit einem kurzen Muster bestehen.
Bei der Ausführungsform 2 zeigt der Verbindungsstromweg 11
des ersten Induktors 5a in die Richtungen von Theta = 90°
und Theta = -270°, wogegen der Verbindungsstromweg 12 des
zweiten Induktors 5b in die Richtungen von Theta = -90° und
Theta = -270° zeigt. Falls gewünscht, können die beiden
Verbindungsstromwege so ausgelegt werden, daß sie in andere
Richtungen zeigen, wie in Fig. 3 angegeben, wobei der
Verbindungsstromweg 11 des ersten Induktors 5a in die
Richtungen von Theta = 180° und Theta = 0° zeigt, wogegen
der Verbindungsstromweg 12 des zweiten Induktors 5b in die
Richtungen von Theta = 0° und Theta = 180° zeigt. Diese
Anordnung erzeugt dasselbe Ergebnis wie die Ausführungsform
2.
In den Fig. 2 und 3 ist jedes der
Parallelogrammebenen-Spulenelemente, welche den ersten und
zweiten Induktor 5a und 5b bilden, so gezeigt, daß es aus
1,5 Windungen besteht, und zwar zu dem speziellen Zweck, ein
klares Bild der Verbindung der Stromwege zu ermöglichen.
Allerdings werden in der Praxis vorzugsweise mehrere
Spulenwindungen eingesetzt, um die Induktanz zu vergrößern,
und daher die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Ein spezifisches Beispiel für einen Fall, in welchem diese
Bedingung erfüllt ist, ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
Fig. 4 zeigt ein Drehmomentdetektorelement, in welchem ein
Substrat 6, das aus zwei flexiblen Schichten besteht, mit
einem ersten Induktor 5a auf der Rückseite und einem zweiten
Induktor 5b auf der Vorderseite versehen ist. Der erste
Induktor 5a besteht aus vier Elementen 18a, und auch der
zweite Induktor 5b besteht aus vier Elementen 18b. Nur die
Umfänge dieser Induktorelemente sind in Fig. 4 gezeigt (es
wird darauf hingewiesen, daß das Substrat 6, welches bei
dieser Ausführungsform verwendet wird, transparent ist, so
daß der erste Induktor 5a auf der Rückseite durch das
Substrat hindurch gesehen werden kann).
Die Induktorelemente 18a und 18b sind teilweise vergrößert
in Fig. 5 gezeigt; ein Kupferdraht 14 ist in 14 Wicklungen
für jedes Induktorelement gewickelt, um eine ausreichende
Intensität der Induktanz oder Induktivität zur Verfügung zu
stellen, welche die gewünschte Drehmomenterfassung
ermöglicht. Wie bereits erwähnt, besteht der erste Induktor
5a aus dem ersten und zweiten Stromweg 7 und 8, die
innerhalb des Bereiches A angeordnet sind, und aus dem
Verbindungsstromweg 11, der außerhalb des Bereiches A
vorgesehen ist (obwohl nicht in Fig. 5 gezeigt). Die
einzelnen Elemente des ersten Induktors 5a sind durch
Verbindungsabschnitte 13 miteinander verbunden. Der
Verbindungsstromweg 11 besteht nicht nur aus dem Abschnitt,
der in die Richtungen von Theta = 90° und Theta = 270°
zeigt; um sicherzustellen, daß er mit dem
Verbindungsstromweg 12 des zweiten Induktors 5b in mehr
Bereichen überlappt, weist der Stromweg 11 einen
zusätzlichen Abschnitt auf, der in die Richtungen von Theta
= 135° und Theta = 315° zeigt. Der zweite Induktor 5b ist
auf dieselbe Weise aufgebaut.
Das Substrat 6, bei welchem die Induktoren auf die gerade
voranstehend beschriebene Weise vorgesehen sind, stellt ein
Drehmomentdetektorelement zur Verfügung, welches entweder
auf dem Außenumfang des Magnetspulenkörpers 3 oder auf dem
Innenumfang des Joches 4 angebracht ist. Ein Beispiel für
die Anbringung des Substrates 6 ist in Fig. 6 gezeigt; bei
dem in Fig. 6 dargestellten Fall ist der Magnetspulenkörper
3 nicht vorgesehen, und das Substrat 6 ist auf dem
Innenumfang des Joches 4 angebracht und befestigt.
Die angetriebene Welle 1 soll an der Innenseite jedes
Induktors durch Lager gehaltert sein, jedoch muß in Fig. 6
die Welle noch zusammengebaut werden. Mit 16a bis 16d in
Fig. 4 sind Löcher bezeichnet, welche die Befestigung des
Substrates 6 an dem Joch 4 unterstützen, und bei der
Anbringung des Substrats in zylindrischer Form werden diese
Löcher gegenseitig ausgerichtet, und zwar auf solche Weise,
daß sich die Löcher 16a und 16b überlappen, und sich die
Löcher 16c und 16d überlappen. Falls diese Bedingung erfüllt
wird, so überlappen die Verbindungsstromwege 11 und 12
einander in der zylindrischen Ebene, die sich nicht im
flachen Zustand überlappen, und veranlassen die
Induktorelemente 18a und 18b dazu, daß diese in gleichen
Abständen über der Zylinderoberfläche angeordnet sind. Ein
Klemmenabschnitt 15 ist an einem Ende des Substrates 6
vorgesehen und weist vier Klemmen 15a bis 15d auf; zwei
dieser Klemmen sind mit dem ersten Induktor 5a verbunden,
und die anderen beiden sind mit dem zweiten Induktor 5b
verbunden. Der Klemmenabschnitt 15 steht zur Außenseite des
Joches 4 durch einen Ausschnitt vor, wie in Fig. 6
gezeigt.
Auch der voranstehend beschriebene Aufbau kann eine
Drehmomenterfassung mit akzeptabler Genauigkeit zur
Verfügung stellen.
Bei jeder der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen
kann ein Wechselstrom in dem Induktor fließen, und die
Induktanz oder Induktivität dieses Induktors, die sich in
Reaktion auf die Änderung der Permeabilität des magnetischen
Teils 2 infolge des Drehmoments ändert, welches auf die
angetriebene Welle 1 ausgeübt wurde, wird mit der
Impedanzdetektorschaltung 100 festgestellt, um so das
angelegte Drehmoment zu ermitteln. Bei dieser Vorgehensweise
sind nur der Induktor und die Detektorschaltung als die
wesentlichen Bestandteile für die Drehmomenterfassung
erforderlich, und daher besteht hier der Vorteil darin, daß
eine Drehmomenterfassung mit einer einfachen Konstruktion
möglich ist; allerdings besteht in der Praxis immer noch die
nachstehend beschriebene Schwierigkeit. Der Stromweg,
welcher den Induktor bildet, weist einen inhärenten
Widerstand auf, und wenn ein Wechselstrom an diesen Induktor
angelegt wird, ist ein Wert, der durch den Widerstand des
Stromweges bestimmt wird, als Gleichspannungskomponente in
der Spannung enthalten, welche während der
Induktanzerfassung der Induktanzdetektorschaltung zugeführt
wird. Da es schwierig ist, allein diese
Gleichspannungskomponente von dem Wechselstrom zu
subtrahieren, enthält das Ergebnis der Induktanzerfassung
unvermeidlicherweise einen Fehler, welcher dem inhärenten
Widerstand des Stromweges entspricht. Der Betrag dieses
Fehlers war besonders groß, wenn ein dünner Draht als der
Stromweg verwendet wird.
Die Ausführungsform 5 stellt einen Drehmomentdetektor dar,
der so ausgebildet ist, daß er mit diesem Problem fertig
wird. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, weist der Detektor die
nachstehend angegebenen, zusätzlichen Bauteile auf: eine
Treiberspule 17, die auf den Spulenkörper 3 und daher auf
die angetriebene Welle 1 aufgewickelt ist; eine
Treiberschaltung 102 zur Versorgung der Treiberspule 17 mit
einem Strom; und eine Belastungsdetektorschaltung 103,
welche die Induktanzdetektorschaltung 100 und die
Drehmomentdetektorschaltung 101 ersetzt, welche bei den
Ausführungsformen 1 bis 4 verwendet werden. Die
Belastungsdetektorschaltung 103 umfaßt eine Einrichtung zum
Zuführen eines Vorspannungs-Gleichstroms zum Induktor, eine
Einrichtung zur Ermittlung der sich in dem Induktor
entwickelten Spannung und eine Einrichtung zur Berechnung
des angelegten Drehmoments auf der Grundlage der erfaßten
Spannung. Die anderen Bauteile des in Fig. 7 gezeigten
Drehmomentdetektors sind mit denen der Vorrichtung der
Ausführungsform 1 identisch und müssen nicht im einzelnen
beschrieben werden.
Der Drehmomentdetektor der Ausführungsform 5 arbeitet auf
folgende Weise. Die Belastungserfassungsschaltung 103
liefert einen vorbestimmten Vorspannungsstrom I
(Gleichstrom) an den Stromweg des Induktors 5. Auf der
Grundlage der Korkenzieherregel erzeugt der angelegte
Vorspannungsstrom I ein Magnetfeld H um den Stromweg herum
in der Richtung von -45°. Wie im Falle der Ausführungsform 1
stellt der Magnetfluß Phi, der durch das Feld H erzeugt
wird, eine Funktion der Permeabilität des magnetischen Teils
2 in der Richtung von Theta = -45° dar, und die Induktanz
oder Induktivität L des Stromweges, der den Induktor 5
umfaßt, ist eine Funktion des Flusses Phi, der durch den
Strom I erzeugt wird. Wenn ein externes Drehmoment an die
angetriebene Welle 1 angelegt wird, entwickelt sich eine
Belastung, die aus einer Zugkomponente und einer
Druckkomponente besteht, in dem magnetischen Teil 2 in zwei
Richtungen, die um ±45° gegenüber der Zentrumsachse der
angetriebenen Welle 1 geneigt sind, worauf in der
magnetischen Charakteristik des magnetischen Teils 2 eine
Anisotropie auftritt. Dies führt dazu, daß sich die
Permeabilität des magnetischen Teils 2 in der Richtung von
Theta = 45° und in der Richtung von Theta = -45° in
entgegengesetzten Richtungen ändert, und der Fluß Phi und
ebenso die Induktivität L ändern sich entsprechend.
Allerdings ist der Vorspannungsstrom I ein Gleichstrom, so
daß selbst dann, wenn sich der Fluß Phi um den Induktor 5
herum in Reaktion auf die voranstehend erwähnte
Permeabilitätsänderung ändert, keine entsprechende
induzierte Spannung auftritt, die durch die
Belastungsdetektorschaltung 103 festgestellt werden kann.
Diese Schwierigkeit wird bei der Ausführungsform 5 auf die
nachstehend angegebene Weise ausgeräumt. Wenn der Induktor 5
einen Magnetfluß Phi erzeugt, liefert die Treiberschaltung
102 einen ausreichend hohen Strom an die Treiberspule 17,
welche dann einen ausreichend hohen Fluß Alpha entlang der
Achse der angetriebenen Welle 1 erzeugt, um den Fluß Phi um
das magnetische Teil 2 herum zu sättigen. Wenn der Fluß Phi
gesättigt ist, nimmt die effektive Permeabilität des
magnetischen Teils 2 ab, worauf die Induktanz oder
Induktivität des Induktors 5 absinkt, und so den Fluß Phi
verringert, der durch den Induktor 5 gelangt, wodurch eine
elektromotorische Kraft auf den Induktor 5 ausgeübt wird, so
daß eine Spannung induziert wird. Die induzierte Spannung
steht in einer Beziehung zur Permeabilität des magnetischen
Teils 2 in der Richtung der Hauptbelastungslinie, welche
auftrat, bevor Strom an die Treiberspule angelegt wurde, und
steht in einer Beziehung zur Belastung; daher kann man durch
Messung der induzierten Spannung durch die
Belastungsdetektorschaltung 103 die Größe des Drehmoments
ermitteln, welches an die angetriebene Welle 1 angelegt
wird. Im vorliegenden Fall wird weiter ein Wechselstrom an
die Treiberspule 17 angelegt, so daß der Wert des in der
Treiberspule 17 fließenden Strom periodisch von Null bis zu
einem Maximum geändert wird, wodurch der Fluß Alpha zyklisch
auf Null verringert oder auf einen entsprechend hohen Pegel
erhöht wird, so daß eine zyklische Drehmomenterfassung
durchgeführt wird. Dies stellt jedoch nicht den einzigen
Fall der vorliegenden Erfindung dar, und es kann eine
getrennte Wechselstromquelle auf solche Weise betrieben
werden, daß die Periode der Stromeinprägung auf die
Treiberspule 17 mit der Periode einer nicht erfolgenden
Einprägung abwechselt.
Wie bei der Ausführungsform 1 weist der Drehmomentdetektor
der Ausführungsform eine Richtungswirkung in dem Induktor
auf, und daher muß das magnetische Teil 2 nicht in
Streifenform wie beim Stand der Technik vorgesehen sein,
sondern kann an der zylindrischen Ebene auf dem Umfang der
angetriebenen Welle 1 befestigt sein; dies trägt nicht nur
zu einem vereinfachten Herstellungsvorgang bei, sondern
schaltet auch jegliche Probleme aus, die mit einer hohen
Wahrscheinlichkeit einer Streifentrennung und der Korrosion
zusammenhängen, welche bei der Verwendung magnetischer Teile
in Streifenform aufgetreten sind.
In der Ausführungsform 5 wird ein Vorspannungs-Gleichstrom
an den Induktor angelegt, jedoch wird gleichzeitig ein Strom
der Treiberspule 17 aufgeprägt, um eine Flußsättigung
hervorzurufen, und die sich ergebende Verringerung der
Induktanz oder Induktivität induziert eine ausreichende
Spannung in dem Induktor, die festgestellt werden kann. Da
die induzierte Spannung eine Gleichspannung ist, kann der
Effekt des inhärenten Widerstands des Stromweges, welcher
den Induktor bildet, einfach ausgeschaltet werden, um so
eine korrekte Drehmomenterfassung sicherzustellen.
Die Ausführungsform 5 kann so abgeändert werden, daß eine
praktischere Version entsteht, nämlich gemäß der
Ausführungsform 6, die in Fig. 8 gezeigt ist. Die
Konstruktion der Ausführungsform 6 ist im wesentlichen die
gleiche wie bei der Ausführungsform 2, abgesehen von der
Treiberspule 17, der Treiberschaltung 102 und der
Belastungsdetektorschaltung 103, und daher erfolgt keine
Beschreibung der Bauteile, die bei diesen beiden
Ausführungsformen gemeinsam vorgesehen sind.
Der durchzuführende Drehmomenterfassungsvorgang bei dieser
Ausführungsform ist im wesentlichen derselbe wie bei der
Ausführungsform 5. Wie bei der Ausführungsform 2 weist der
in Fig. 8 gezeigte Drehmomentdetektor eine
Induktoranordnung auf, die aus in zwei Richtungen
verlaufenden Induktoren 5a und 5b besteht, die jeweils aus
mehreren Elementen bestehen (der Induktor 5a besteht aus
Elementen 18a, wogegen der Induktor 5b aus Elementen 18b
besteht). Die Induktorelemente 18a und 18b sind auf solche
Weise auf dem flexiblen Substrat 6 angeordnet, daß die
Induktoren 5a und 5b einander im wesentlichen in der
Axialrichtung überlagert sind; dies stellt den Vorteil einer
einfachen Konstruktion zur Verfügung, und dennoch kann ein
ausreichender Spannungswert, der eine korrekte
Drehmomenterfassung ermöglicht, in der Induktoranordnung
induziert werden, und darüber hinaus können negative Effekte
von Störungen, beispielsweise eines axialen
Temperaturgradienten, wirksam ausgeschaltet werden, um so
eine korrekte Drehmomenterfassung sicherzustellen. Darüber
hinaus sind mehrere Induktorelemente 18a und 18b auf der
zylindrischen Ebene angeordnet, die um einen vorbestimmten
Spalt von der Oberfläche der angetriebenen Welle 1
beabstandet ist, und daher besteht eine geringere
Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlern infolge
einer möglichen Exzentrizität der angetriebenen Wellen. Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht
darin, daß die Verbindungsstromwege 11 und 12 so angeordnet
sind, daß sie einander im wesentlichen überlappen, und daher
können irgendwelche negativen Effekte ausgeschaltet werden,
welche diese Stromwege bezüglich der Ergebnisse der
Drehmomenterfassung haben könnten.
Fig. 9 zeigt einen Drehmomentdetektor gemäß der
Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau
dieses Detektors ist im wesentlichen derselbe wie bei der
Ausführungsform 3, abgesehen von der Treiberspule 17, der
Treiberschaltung 102 und der Belastungsdetektorschaltung
103. Der Betrieb und die Vorteile dieses Detektors sind die
gleichen wie bei der Ausführungsform 6, und daher erfolgt
keine erneute Beschreibung dieser Einzelheiten.
Die Induktoranordnung, die bei der Ausführungsform 4 unter
Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 8 beschrieben wurde, kann
auch bei den Ausführungsformen 5 bis 7 verwendet werden, und
diese Abänderung kann als Ausführungsform 8 bezeichnet
werden. Während der Aufbau der Induktoranordnung, die
hierdurch ersetzt werden kann, im wesentlichen derselbe ist
wie bei der Ausführungsform 4 beschrieben, weist die
Induktoranordnung, die speziell bei der vorliegenden
Ausführungsform 8 verwendet werden soll, die Treiberspule 17
auf, die um den Induktor herum vorgesehen ist; daher wird
zum Zusammenschalten des Substrates 6, auf welchem die
Induktoranordnung vorgesehen ist, das Substrat 6 zuerst zur
Ausbildung einer zylindrischen Ebene aufgerollt, die
geringfügig kleiner ist als der Innenumfang des Joches 4,
und dann wird nach dem Wickeln der Treiberspule 17 um das
zylindrische Substrat 6 herum das Substrat 6 in das Joch 4
eingeführt und an dessen Innenumfang befestigt.
Bei den Ausführungsformen 5 bis 8 kann die Signalform des
Stroms, der an die Treiberspule 17 angelegt werden soll, so
gewählt sein, daß der Magnetfluß, welchen er erzeugt, die
B-H-Charakteristik des magnetischen Teils 2 von einem
Bereich, in welchem eine Linearität aufrechterhalten wird
(dem Bereich, in welchem H oder das Magnetfeld sich auf
vorbestimmte Weise in Reaktion auf die Änderung von B
ändert, nämlich den magnetischen Fluß) zu einem nicht
linearen Bereich verschiebt (in welchem die
B-H-Charakteristik von dem vorbestimmten Profil abweicht),
und in dem nicht linearen Bereich kann ein Zustand erzeugt
werden, der im wesentlichen der Sättigung des Magnetflusses
um die angetriebene Welle 1 herum äquivalent ist. Beispiele
für Signalformen, welche diesen Effekt hervorrufen können,
umfassen eine kontinuierliche gepulste Welle, eine
Sinuswelle, eine Dreieckswelle usw.
Bei den Ausführungsformen 5 bis 8 wird ein Vorspannungsstrom
dem Induktor zugeführt, und dieser Vorspannungsstrom kann
von einer Konstantspannungsquelle geliefert werden, oder es
kann alternativ hierzu ein Strom, der sich synchron zum
Strom ändert, der an die Treiberspule 17 angelegt werden
soll, als ein Vorspannungsstrom zugeführt werden. Bei den
Ausführungsformen 5 bis 8 wird die Spannung erfaßt, die in
dem Stromweg des Induktors induziert wird, jedoch kann,
falls gewünscht, der Strom erfaßt werden, der in diesem
Stromweg induziert wird.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die
bezüglich der Ausführungsformen 4 und 8 beschriebenen
Drehmomentdetektoren durch die Erfinder der vorliegenden
Erfindung tatsächlich gebaut wurden, und es stellte sich
heraus, daß sie normal arbeiteten.
Falls man bei den voranstehend beschriebenen
Ausführungsformen besondere Befürchtungen in bezug auf den
Winkel hat, welchen der Stromweg des Induktors 5 mit der
angetriebenen Welle 1 bildet, so ist das
Dimensions-Längenverhältnis des Induktors 5 oder des
Substrats 6 so weit eingeschränkt, daß die Freiheit bei der
Konstruktion eingeschränkt ist; daher kann die Richtung, in
welcher der Stromweg zeigen soll, innerhalb des Bereiches
von ±45° (exklusiv) von der Richtung abweichen, die
senkrecht zur Hauptbelastungslinie verläuft (der Richtung,
in welcher sich die Permeabilität des magnetischen Teils
ändert).
Bei sämtlichen hier beschriebenen Fällen ist das magnetische
Teil 2 an der Oberfläche der angetriebenen Welle 1
befestigt, jedoch kann, falls gewünscht, die angetriebene
Welle 1 selbst aus einem magnetostriktiven Material
bestehen.
Der Drehmomentdetektor oder das Drehmomentdetektorelement
gemäß der vorliegenden Erfindung stellt unterschiedliche
Vorteile zur Verfügung, die nachstehend beschrieben sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentdetektor ist der
Induktor auf einer zylindrischen Ebene vorgesehen, die um
einen vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der
angetriebenen Welle beabstandet ist, und der Induktor
besteht aus einem Stromweg, der in die Richtung zeigt, in
welcher sich seine Induktanz oder Induktivität in Reaktion
auf das Drehmoment ändert, welches von der angetriebenen
Welle aufgenommen wird, nämlich in der Richtung, die im
wesentlichen senkrecht zur Richtung der Hauptbelastungslinie
auf der Oberfläche der angetriebenen Welle verläuft, wodurch
das angelegte Drehmoment auf der Grundlage der Änderung der
Induktanz oder Induktivität des Induktors ermittelt werden
kann. Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentdetektor wird ein
Vorspannungsstrom hauptsächlich dem Induktor eingeprägt, und
dann wird ein Strom an die Treiberspule geliefert, die um
die angetriebene Welle herum gewickelt ist, worauf ein Strom
oder eine Spannung in dem Induktor mit einem für eine
korrekte Messung ausreichenden Betrag induziert wird. Bei
beiden Arten des Detektors ist die Konstruktion ausreichend
vereinfacht, um eine Herstellung mit einfachen Schritten zu
ermöglichen.
Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung eine
Induktoranordnung, die aus dem ersten und dem zweiten
Induktor besteht, auf solche Weise vorgesehen sein, daß die
beiden Induktoren einander an demselben Ort in Axialrichtung
überlagert sind, und dies ermöglicht es, einen
Drehmomentdetektor zu konstruieren, der weniger empfindlich
auf Störwirkungen reagiert, beispielsweise einen axialen
Temperaturgradienten, ein nicht ausgeglichenes äußeres
Magnetfeld sowie einen magnetischen Restfluß.
Wenn der erste und zweite Induktor so angeordnet sind, daß
ihre Verbindungsleitungswege einander überlappen, um den
Durchgang eines Stroms in entgegengesetzten Richtungen
zuzulassen, wird die Erzeugung einer ungewünschten Induktanz
oder Induktivität in den überlappenden Abschnitten auf einen
ausreichend niedrigen Pegel verringert, der keine
wesentlichen Meßfehler hervorruft.
Gemäß der Erfindung besteht der Induktor aus mehreren
Elementen, die auf einer kreisförmigen Ebene angeordnet
sind, die um einen vorbestimmten Spalt von der Oberfläche
der angetriebenen Welle beabstandet ist, und durch diese
Anordnung kann der Fehler wirksam verringert werden, der
auftritt, wenn die angetriebene Welle exzentrisch ist.
Wenn der Induktor auf einem flexiblen Substrat vorgesehen
ist, werden die Vorgänge der Herstellung und der Montage des
Induktors erleichtert. Darüber hinaus ist das Joch um den
Induktor herum vorgesehen, und dies stellt sicher, daß aus
einem Stromweg mit einem kurzen Muster leicht eine
gewünschte Induktanz oder Induktivität erzeugt werden kann.
Claims (17)
1. Drehmomentdetektor,
gekennzeichnet durch:
eine angetriebene Welle, welche magnetostriktiv ist;
einen Induktor, der auf einer zylindrischen Ebene vorgesehen ist, die um einen vorbestimmten Spalt von einer Oberfläche der magnetostriktiven angetriebenen Welle beabstandet ist, wobei der Induktor aus einem Stromweg besteht, der in eine Richtung gerichtet ist, in welcher sich die Induktanz oder Induktivität in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität der magnetostriktiven angetriebenen Welle infolge eines Drehmoments ändert, welches von der angetriebenen Welle aufgenommen wird; und
eine Induktanzdetektorschaltung zur Ermittlung einer Induktanz des Induktors.
eine angetriebene Welle, welche magnetostriktiv ist;
einen Induktor, der auf einer zylindrischen Ebene vorgesehen ist, die um einen vorbestimmten Spalt von einer Oberfläche der magnetostriktiven angetriebenen Welle beabstandet ist, wobei der Induktor aus einem Stromweg besteht, der in eine Richtung gerichtet ist, in welcher sich die Induktanz oder Induktivität in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität der magnetostriktiven angetriebenen Welle infolge eines Drehmoments ändert, welches von der angetriebenen Welle aufgenommen wird; und
eine Induktanzdetektorschaltung zur Ermittlung einer Induktanz des Induktors.
2. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
einen ersten und einen zweiten Induktor umfaßt, die aus
Stromwegen bestehen, die zu der Richtung gerichtet sind,
in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die
Permeabilitätsänderung ändert, die in den beiden
Richtungen der Hauptbelastungslinie auftritt, welche
sich auf der Oberfläche der angetriebene Welle infolge
des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt,
wobei der erste und zweite Induktor so angeordnet sind,
daß sie einander im wesentlichen in derselben
Axialposition überlagert sind.
3. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
einen ersten und einen zweiten Induktor umfaßt,
daß der erste Induktor einen ersten Stromweg und einen zweiten Stromweg aufweist, die miteinander verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der erste Stromweg in die Richtung von 45° weist, ± weniger als 45°, was die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung ändert, die in der Richtung von -45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei der zweite Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt derer des ersten Stromweges zeigt,
daß der zweite Induktor einen dritten Stromweg und einen vierten Stromweg umfaßt, die miteinander verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der dritte Stromweg in die Richtung von -45°, ± weniger als 45° zeigt, was die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung ändert, die in der Richtung von +45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei der vierte Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt derer des dritten Stromweges zeigt,
und daß der erste und der zweite Induktor einander im wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind, und die Verbindungsbereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Stromweg im wesentlichen die Verbindungsbereiche zwischen dem dritten und dem vierten Stromweg überlagern, so daß ein Strom in entgegengesetzten Richtungen in dem ersten und zweiten Induktor in den Abschnitten fließt, in welchen sich die Verbindungsbereiche überlappen.
daß der erste Induktor einen ersten Stromweg und einen zweiten Stromweg aufweist, die miteinander verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der erste Stromweg in die Richtung von 45° weist, ± weniger als 45°, was die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung ändert, die in der Richtung von -45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei der zweite Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt derer des ersten Stromweges zeigt,
daß der zweite Induktor einen dritten Stromweg und einen vierten Stromweg umfaßt, die miteinander verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der dritte Stromweg in die Richtung von -45°, ± weniger als 45° zeigt, was die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die Permeabilitätsänderung ändert, die in der Richtung von +45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei der vierte Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt derer des dritten Stromweges zeigt,
und daß der erste und der zweite Induktor einander im wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind, und die Verbindungsbereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Stromweg im wesentlichen die Verbindungsbereiche zwischen dem dritten und dem vierten Stromweg überlagern, so daß ein Strom in entgegengesetzten Richtungen in dem ersten und zweiten Induktor in den Abschnitten fließt, in welchen sich die Verbindungsbereiche überlappen.
4. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
mehrere Induktorelemente aufweist, deren Induktanzen
sich in derselben Richtung in Reaktion auf die Änderung
der Permeabilität ändern, welche auf der Oberfläche der
angetriebenen Welle in der Richtung der
Hauptbelastungslinie auftritt, wobei die
Induktorelemente in gleichen Abständen auf einer
zylindrischen Ebene angeordnet sind, die um einen
vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der angetriebenen
Welle beabstandet ist.
5. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
ein Muster aufweist, welches einen Stromweg zur
Verfügung stellt, welches auf einem flexiblen Substrat
vorgesehen ist, und dieses Muster auf einer
zylindrischen Ebene vorgesehen ist, welche um einen
vorbestimmten Spalt von dem Abschnitt der angetriebenen
Welle beabstandet ist, welcher magnetostriktiv
ausgebildet ist.
6. Drehmomentdetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
zylindrisches Joch auf der Außenseite des Induktors
vorgesehen ist.
7. Drehmomentdetektor,
gekennzeichnet durch:
eine angetriebene Welle, welche magnetostriktiv ist;
einen auf einer zylindrischen Ebene vorgesehenen Induktor, der um einen vorbestimmten Spalt von einer Oberfläche der magnetostriktiven, angetriebenen Welle beabstandet ist und eine Strompfad aufweist, der in eine Richtung gerichtet ist, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität einer Oberfläche der magnetostriktiven, angetriebenen Welle infolge eines Drehmoments ändert, welches von der angetriebenen Welle aufgenommen wird;
eine Einrichtung zum Zuführen eines Vorspannungsstroms oder Offset-Stroms zum Induktor;
eine um die angetriebene Welle herumgewickelte Treiberspule; und
eine Detektorspule zur Erfassung eines Stroms oder einer Spannung, welcher beziehungsweise welche in dem Induktor nach Einprägen eines Stroms auf die Treiberspule induziert wird.
eine angetriebene Welle, welche magnetostriktiv ist;
einen auf einer zylindrischen Ebene vorgesehenen Induktor, der um einen vorbestimmten Spalt von einer Oberfläche der magnetostriktiven, angetriebenen Welle beabstandet ist und eine Strompfad aufweist, der in eine Richtung gerichtet ist, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität einer Oberfläche der magnetostriktiven, angetriebenen Welle infolge eines Drehmoments ändert, welches von der angetriebenen Welle aufgenommen wird;
eine Einrichtung zum Zuführen eines Vorspannungsstroms oder Offset-Stroms zum Induktor;
eine um die angetriebene Welle herumgewickelte Treiberspule; und
eine Detektorspule zur Erfassung eines Stroms oder einer Spannung, welcher beziehungsweise welche in dem Induktor nach Einprägen eines Stroms auf die Treiberspule induziert wird.
8. Drehmomentdetektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
einen ersten und einen zweiten Induktor aufweist, die
jeweils aus einem Stromweg bestehen, der in die Richtung
gerichtet ist, in welcher sich die Induktanz in Reaktion
auf die Änderung der Permeabilität ändert, die in den
zwei Richtungen der Hauptbelastungslinie auftritt, die
sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge
des von ihr aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei
der erste und der zweite Induktor auf solche Weise
angeordnet sind, daß sie einander im wesentlichen in
derselben Axialposition überlagert sind.
9. Drehmomentdetektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
aus einem ersten und einem zweiten Induktor besteht,
daß der erste Induktor einen ersten Stromweg und einen zweiten Stromweg umfaßt, welche verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der erste Stromweg in die Richtung von 45° ± weniger als 45° weist, welche die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität ändert, die in der Richtung von -45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei der zweite Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des ersten Stromweges zeigt,
daß der zweite Induktor einen dritten Stromweg und einen vierten Stromweg aufweist, die miteinander verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der dritte Stromweg in die Richtung von -45° ± weniger als 45° zeigt, welches die Richtung ist, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die Änderung der Permeabilität ändert, die in der Richtung von +45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, und der vierte Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Stromweges des dritten Stromweges zeigt,
und daß der erste und zweite Induktor einander im wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind, und die Verbindungsbereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Stromweg im wesentlichen die Verbindungsbereiche zwischen dem dritten und dem vierten Stromweg überlappen, so daß ein Strom in entgegengesetzten Richtungen in dem ersten und zweiten Induktor in den Abschnitten fließt, in welchen sich die Verbindungsbereiche überlappen.
daß der erste Induktor einen ersten Stromweg und einen zweiten Stromweg umfaßt, welche verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der erste Stromweg in die Richtung von 45° ± weniger als 45° weist, welche die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität ändert, die in der Richtung von -45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wobei der zweite Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des ersten Stromweges zeigt,
daß der zweite Induktor einen dritten Stromweg und einen vierten Stromweg aufweist, die miteinander verbunden und voneinander um eine bestimmte Entfernung beabstandet sind, wobei der dritte Stromweg in die Richtung von -45° ± weniger als 45° zeigt, welches die Richtung ist, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf die Änderung der Permeabilität ändert, die in der Richtung von +45° der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, und der vierte Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Stromweges des dritten Stromweges zeigt,
und daß der erste und zweite Induktor einander im wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind, und die Verbindungsbereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Stromweg im wesentlichen die Verbindungsbereiche zwischen dem dritten und dem vierten Stromweg überlappen, so daß ein Strom in entgegengesetzten Richtungen in dem ersten und zweiten Induktor in den Abschnitten fließt, in welchen sich die Verbindungsbereiche überlappen.
10. Drehmomentdetektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
mehrere Induktorelemente aufweist, deren Induktanzen
sich in derselben Richtung in Reaktion auf die Änderung
der Permeabilität ändern, welche auf der Oberfläche der
angetriebenen Welle in der Richtung der
Hauptbelastungslinie auftritt, wobei die
Induktorelemente in gleichen Entfernungen auf einer
zylindrischen Ebene angeordnet sind, die um einen
vorbestimmten Spalt von der Oberfläche der angetriebenen
Welle beabstandet ist.
11. Drehmomentdetektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
ein Stromweg-Ausbildungsmuster aufweist, welches auf
einem flexiblen Substrat vorgesehen ist, wobei das
Muster auf einer zylindrischen Ebene angeordnet ist, die
um einen vorbestimmten Spalt von dem Abschnitt der
angetriebenen Welle beabstandet ist, welcher
magnetostriktiv ausgebildet ist.
12. Drehmomentdetektor nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
zylindrisches Joch auf der Außenseite des Induktors und
der Treiberspule vorgesehen ist.
13. Drehmomentdetektorelement,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element
eine Induktoranordnung aufweist, die auf einem Substrat
ausgebildet ist, und die Induktoranordnung umfaßt:
einen ersten und einen zweiten Induktor, die jeweils aus Stromwegen bestehen, die in die Richtung weisen, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität ändert, die in den zwei Richtungen der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von ihr aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wenn das Drehmomentdetektorelement um den Abschnitt der angetriebenen Welle herum angeordnet ist, der magnetostriktiv ausgebildet ist, wobei der erste und zweite Induktor auf solche Weise angeordnet sind, daß sie einander im wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind.
einen ersten und einen zweiten Induktor, die jeweils aus Stromwegen bestehen, die in die Richtung weisen, in welcher sich die Induktanz in Reaktion auf eine Änderung der Permeabilität ändert, die in den zwei Richtungen der Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von ihr aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wenn das Drehmomentdetektorelement um den Abschnitt der angetriebenen Welle herum angeordnet ist, der magnetostriktiv ausgebildet ist, wobei der erste und zweite Induktor auf solche Weise angeordnet sind, daß sie einander im wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind.
14. Drehmomentdetektorelement nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste
Induktor einen ersten Stromweg und einen zweiten
Stromweg aufweist, die verbunden und voneinander um eine
bestimmte Entfernung beabstandet sind, und daß der erste
Stromweg in die Richtung von 45° ± weniger als 45°
zeigt, welche die Richtung darstellt, in welcher sich
die Induktanz in Reaktion auf die Änderung der
Permeabilität ändert, die in der Richtung von -45° der
Hauptbelastungslinie auftritt, die sich auf der
Oberfläche der angetriebenen Welle infolge des von
dieser aufgenommenen Drehmoments entwickelt, wenn das
Drehmomentdetektorelement um den Abschnitt der
angetriebenen Welle herum angeordnet ist, welcher
magnetostriktiv ausgebildet ist, und daß der zweite
Stromweg in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung
des ersten Stromweges zeigt, der zweite Induktor einen
dritten Stromweg und einen vierten Stromweg aufweist,
die verbunden und voneinander um eine bestimmte
Entfernung beabstandet sind, wobei der dritte Stromweg
in die Richtung von -45° ± weniger als 45° zeigt, welche
die Richtung darstellt, in welcher sich die Induktanz in
Reaktion auf die Änderung der Permeabilität ändert, die
in der Richtung von +45° der Hauptbelastungslinie
auftritt, die sich auf der Oberfläche der angetriebenen
Welle infolge des von dieser aufgenommenen Drehmoments
entwickelt, wobei der vierte Stromweg in eine Richtung
entgegengesetzt der Richtung des dritten Stromweges
zeigt, und der erste und zweite Induktor einander im
wesentlichen in derselben Axialposition überlagert sind,
und die Verbindungsbereiche zwischen dem ersten und
zweiten Stromweg im wesentlichen die Verbindungsbereiche
zwischen dem dritten und vierten Stromweg überlappen, so
daß ein Strom in entgegengesetzten Richtungen in dem
ersten und zweiten Induktor in den Abschnitten fließt,
in welchen diese Verbindungsbereiche einander
überlappen.
15. Drehmomentdetektorelement nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor
aus mehreren Induktorelementen besteht, deren
Induktanzen sich in derselben Richtung in Reaktion auf
die Änderung der Permeabilität ändern, die auf der
Oberfläche der angetriebenen Welle in der Richtung der
Hauptbelastungslinie auftritt, infolge des von dieser
aufgenommenen Drehmoments, wenn das
Drehmomentdetektorelement um den Abschnitt der
Antriebswelle herum angeordnet ist, welcher
magnetostriktiv ausgebildet ist, wobei die
Induktorelemente in gleichen Abständen auf dem Substrat
angeordnet sind.
16. Drehmomentdetektorelement nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element
an der Innenseite eines zylindrischen Joches angebracht
ist.
17. Drehmomentdetektorelement nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element
an der Innenseite eines Joches angebracht ist, wobei
eine Treiberspule auf die Außenseite des
Drehmomentdetektorelements aufgewickelt ist.
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