[发明专利]用于非接触式地测量在机械部件上的力矩的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置和方法，该装置和方法用于利用逆磁致伸缩效应非接触式地测量在沿轴线延伸的机械部件上的力矩。本发明还特别能够测量机械部件的转角和/或转速。

背景技术

DE 602 00 499 T2示出一种位置传感器，该位置传感器用于确定转向柱的扭转。该位置传感器由具有多个磁体的第一磁性结构和具有两个铁磁环的第二磁性结构组成。两个铁磁环相互接合并且限定出空气间隙，在空气间隙中安置至少一个磁敏元件。

EP 0 706 057 A2涉及一种利用马特西(Matteucci)效应的磁图像传感器。该图像传感器包括磁导线和在用于在导线周围磁化的装置。

由DE 692 22 588 T2已知一种环形的被磁化的扭矩传感器。

由DE 698 38 904 T2已知一种磁弹性式的扭矩传感器，该扭矩传感器具有圆形的磁化区域。该磁化区域形成在轴的铁磁性的磁致伸缩材料中，并且绕轴呈圆形地延伸。

WO 2007/048143 A2描述了一种传感器，该传感器具有被磁化的轴。磁化区域绕轴周向地形成，其中，磁化区域能够相对于轴倾斜。

WO 01/27638 A1阐释了一种加速度传感器，该加速度传感器具有在周向上和轴向上被磁化的轴。

由WO 2006/053244 A2已知一种扭矩传感器，该扭矩传感器在旋转的轴上具有的磁场强度。该磁场强度周向地形成。

US 8,191,431 B2描述了一种传感器，该传感器包括被磁化的轴和磁传感器。该传感器能够测量转矩，并且能够测量轴的转速或转角。磁化区域周向地绕轴形成，其中，磁化区域能够相对于轴倾斜。

DE 601 09 715 T2示出一种磁致伸缩式的扭矩传感器，该扭矩传感器具有由磁致伸缩材料制成的轴，该轴被对置的永磁体磁化。力流探测器用于测量因为磁致伸缩效应而由旋转的轴形成的磁场。被相对安置的永磁体导致在轴中径向地延伸的磁场。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在现有技术出的基础上，扩展基于逆磁致伸缩效应测量力矩的可能性。所述技术问题通过根据所附权利要求1的装置和根据所附的从属权利要求8的方法解决。

根据本法明的装置用于非接触式地测量在沿轴线延伸的机械部件上的力矩。力矩作用在机械部件上，由此产生机械应力并且通常使得机械部件轻微地变形。所述轴线优选成为机械部件的旋转轴线。力矩优选是扭矩。

机械部件具有永久磁化区域，永久磁化区域至少形成在机械部件的一个轴向部段中。永久磁化区域优选形成在机械部件的全部的轴向部段中。由此，机械部件至少在轴向部段中优选由铁磁性的材料构成。

永久磁化区域具有两个磁极，即相对于轴线径向地对置的北极和南极。因此，永久磁化区域平行于直线地定向，该直线相对于轴线径向地定向。该直线与轴线成直角地相交。该直线包括机械部件的直径，即连接永久磁化区域的两个磁极的直径。永久磁化区域的定向还能够被描述为相对于机械部件和其轴线的径向方向。替代地，还能够这样描述永久磁化区域的定向：永久磁化区域在两侧平行于连接线地延伸，该连接线连接两个呈180°的以直径距离对置点。永久磁化区域优选刚好具有两个磁极。永久磁化区域优选完全平行于所述直线地定向，所述直线相对于轴线径向地定向。

由于磁弹性的特性，通过作用在机械部件上的力矩导致先前附加的永久磁化区域的可逆变化，这能够通过机械部件外部的磁场检测。

永久磁化区域的所述的定向通过永久磁化区域的磁场线的分布给出。由此，磁场线在两侧平行于连接线地延伸，连接线连接两个呈180°的以直径距离对置的点。永久磁化区域的磁场线沿着弯曲的路径闭合在机械部件的外部。在机械部件的内部，永久磁化区域的磁场线相互平行地延伸。替代地，还能够仅在机械部件内部附加永久磁化区域，因此，机械部件的外部不具有磁场线。

具有永久磁化区域的机械部件成为用于测量力矩的初级传感器。因为逆磁致伸缩效应和由此导致的磁弹性的连接，在扭转载荷的作用下，所产生剪切应力引起永久磁化区域扭转。在永久磁化区域的磁场线相对于表面相切地延伸的位置上，产生轴向的磁场分量。与之相反，永久磁化区域的磁场线垂直于表面延伸，不会产生轴向的磁场分量。