本发明专利技术涉及一种用于利用逆磁致伸缩效应测量空心柱体形的机器元件上的力矩和/或力的装置。沿轴线(01)延伸的机器元件具有传感器区域，所述传感器区域具有空心柱体状的基本形状。传感器区域具有永久磁化部(08)或者该装置包括用于磁化传感器区域的磁化机构。此外，该装置包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器构成用于测量如下磁场的至少一个分量，所述磁场是通过传感器区域的磁化部(08)以及通过要测量的力和/或通过要测量的力矩引起的。根据本发明专利技术，机器元件在空心柱体状的基本形状的空腔中具有壁状的纵向结构(03)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于利用逆磁致伸缩效应来测量空心柱体形的机器元件上的力和/或力矩的装置。
技术介绍
从DE 600 08 543 T2已知一种转换元件，所述转换元件设置用于应用在转矩传感器或力传感器中。转换元件一件式地存在于由可磁化材料构成的轴中，并且具有沿轴向方向定向的磁化部。DE 600 07 641 T2示出一种转换元件，所述转换元件设置用于转矩转换器或力传感器转换器。在该转换元件中，磁化部构成在径向内部的区域中和在径向外部的区域中。从DE 603 09 678 T2中已知用于检测在轴中的转矩的方法，其中产生具有交变极性的磁场，所述磁场借助传感器装置来测量。DE 601 05 794 T2示出一种力敏转换元件，该力敏转换元件具有由磁性材料构成的本体，其中在本体中构成有至少两个磁化的区域，所述区域以相对于力传输方向成一定角度的方式延伸并且具有相反的磁化极性。DE 699 36 138 T2示出一种磁性力传感器，其中磁化的材料经受弯曲力矩，其中借助于传感器装置能够确定磁化的材料的外磁场。WO 2011/085400 A1示出一种磁弹性的力传感器，借助所述力传感器能够测量元件的机械负荷。该元件具有切向环绕的磁化部且加载有弯曲力矩。磁场传感器位于中央平面上。从DE 692 22 588 T2中已知一种环形磁化的转矩传感器。WO 2007/048143 A2教导一种具有磁化的柱的传感器。WO 01/27638 A1示出一种具有柱的振动传感器，所述振动传感器在环周上或在纵向上是磁化的。从WO 2006/053244 A2中已知一种转矩传感器，所述转矩传感器包括旋转的柱的磁化部。磁化部环周地构成。US 8,191,431 B2示出一种具有磁化的柱的传感器，至少两个磁活性的区域轴向地在所述传感器中延伸。从DE 698 38 904 T2和从EP 2 216 702 A1中已知一种具有圆形磁化部的转矩传感器。该转矩传感器的缺点在于：其不适合于测量弯曲力矩。
技术实现思路
基于现有技术，本专利技术的目的在于：扩宽用于利用逆磁致伸缩效应来测量空心柱体形的机器元件上的力矩和力的可行性。所提出的目的通过根据所附的权利要求1的装置来实现。根据本专利技术的装置用于测量沿轴线延伸的机器元件上的力矩和/或力。力或力矩作用于该机器元件上，由此产生机械应力并且该机器元件通常略微形变。该机器元件具有传感器区域，所述传感器区域形成机器元件的不可缺的组成部分，并且所述传感器区域至少部分地经受要测量的力或要测量的力矩。在任何情况下，作用到该机器元件上的力或力矩都引起机器元件的传感器区域中的力，所述力是要测量的力或要测量的力矩的度量。传感器区域具有空心柱体状的基本形状。机器元件的轴线也形成空心柱体状的基本形状的轴线。优选地，机器元件已经具有空心柱体状的基本形状，其中传感器区域通过机器元件的轴向部段形成。传感器区域也能够在整个机器元件上延伸，使得传感器区域和机器元件是相同的。传感器区域是磁化的或能够被磁化。因此，传感器区域通过呈永久磁化部形式的磁化部来磁化，或者该装置还包括用于暂时磁化传感器区域的磁化机构。在任何情况下，在该装置的运行状态下传感器区域都是磁化的。传感器区域也能够设作为初级传感器。在传感器区域中，由于逆磁致伸缩效应而将在传感器区域中出现的力转换成磁场。相应地，根据本专利技术的装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器设置在机器元件中或与机器元件相对地设置。磁场传感器用于确定磁场并且构成用于测量从机器元件中出来的磁场的至少一个向量分量，所述磁场一方面通过传感器区域的磁化引起并且另一方面通过作用的力和/或通过作用的力矩引起。因此，借助于至少一个磁场传感器可行的是：测量如下磁场，所述磁场因逆磁致伸缩效应由于传感器区域的磁化和由于作用于机器元件上的力或作用于机器元件上的力矩而出现。根据本专利技术，机器元件在空心柱体状的基本形状的空腔中具有壁状的纵向结构。壁状的纵向结构至少部分地沿轴线的方向延伸穿过空心柱体状的基本形状的空腔；尤其也关于机器元件的横截面横向地延伸。壁状的纵向结构同样具有所描述的磁化部，作为传感器区域的一部分。作用于机器元件上的力和力矩也在壁状的纵向结构中引起相应的应力。尤地，作用于机器元件上的扭矩、弯曲力矩和横向力引起壁状的纵向结构中的应力，其中所述应力能够借助磁场传感器测量。例如，作用于机器元件上的弯曲力矩引起作用于壁状的纵向结构的剪切力，所述剪切力能够借助磁场传感器测量。空心柱体状的基本形状的本身柱体形的空腔通过壁状的纵向结构来修改，例如通过如下方式来修改：将所述空腔借助壁状的纵向结构划分成两个柱体扇区形的子空腔。根据本专利技术的装置的一个特别的优点在于：通过要以低耗费方式实现对机器元件的造型的扩展而显著地扩展了用于测量机器元件上的力和力矩的可行性。针对于壁状的纵向结构的测量的结果也能够用于：改进针对于空心柱体形状的测量的结果。另一优点在于：在外部出现的磁场经由壁状的纵向结构闭合，直至该壁状的纵向结构磁饱和。这种外部出现的磁场的作用因此限制于机器元件的子部段。优选地，壁状的纵向结构形成机器元件的不可缺的组成部分。壁状的纵向结构也优选是传感器区域的不可缺的组成部分并且优选由相同的材料构成。壁状的纵向结构优选与其余的传感器区域或其余的机器元件一件式地构成。替选地，壁状的纵向结构也能够由与其余的机器元件不同的材料构成；例如构成为事后装入空心柱体状的基本形状中的构件。壁状的纵向结构也能够层状地构成。机器元件优选形成该装置的组成部分。传感器区域优选通过机器元件的体积部的三维子区域形成。壁状的纵向结构优选平面地构成，即其具有至少一个平面的表面；例如作为唯一的平面的壁面或作为扁平的立方体。壁状的纵向结构优选在如下平面中延伸，所述平面的法向向量具有径向的方向分量。因此，壁状的纵向结构不仅在径向平面中延伸，即不在垂直于轴线设置的平面中延伸。壁状的纵向结构的延伸通过其位于空心柱体状的基本形状的空腔中的表面限定。只要壁状的纵向结构通过扁平的本体、例如通过扁平的立方体形成，那么延伸也能够通过壁状的纵向结构的中间平面限定。壁状的纵向结构特别优选地在平行于轴线的平面中延伸，使得空心柱体状的基本形状的本身柱体形的空腔通过壁状的纵向结构在轴向方向上同样地进行修改。特别优选的是，壁状的纵向结构在包括轴线的平面中延伸。因此，空心柱体状的基本形状的本身柱体形的空腔通过壁状的纵向结构在横截面中对称地划分。在根据本专利技术的装置的优选的实施方式中，壁状的纵向结构将空心柱体状的基本形状的空腔划分成空心柱体扇区。空心柱体扇区在横截面中分别具有扇形的形状。空心柱体扇区的数量优选为一、二、三或四。空心柱体扇区优选分别具有为180°的圆心角或者为180°的整数分数的圆心角。在上面对空心柱体扇区的描述中，壁状的纵向结构的厚度是可忽略的，因为该厚度优选相对于机器元件的其余尺寸相对小。优选地，壁状的纵向结构具有扁平立方体的形状。壁状的纵向结构因此构成腹板，所述腹板伸展穿过空心柱体状的基本形状的柱体形的空腔并且优选将该空腔划分成空心柱体扇区。在一个简单的实施方式中，仅构成一个柱体扇区形的空腔。对此，壁状的纵向结构始于壁表面单侧地完全直至构成为空心柱体状的基本形状的内侧。在此，壁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量在机器元件上的力和/或力矩的装置，所述机器元件沿轴线(01)延伸，所述机器元件具有传感器区域，所述传感器区域具有空心柱体状的基本形状，其中所述传感器区域具有永久磁化部(08)或者所述装置包括用于磁化所述传感器区域的磁化机构；其中所述装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器构成用于测量如下磁场的至少一个分量，所述磁场是通过所述传感器区域的所述磁化部(08)以及通过要测量的力和/或通过要测量的力矩引起的，其特征在于，所述机器元件在空心柱体状的所述基本形状的空腔中具有壁状的纵向结构(03)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.05 DE 102014204010.81.一种用于测量在机器元件上的力和/或力矩的装置，所述机器元件沿轴线(01)延伸，所述机器元件具有传感器区域，所述传感器区域具有空心柱体状的基本形状，其中所述传感器区域具有永久磁化部(08)或者所述装置包括用于磁化所述传感器区域的磁化机构；其中所述装置还包括至少一个磁场传感器，所述磁场传感器构成用于测量如下磁场的至少一个分量，所述磁场是通过所述传感器区域的所述磁化部(08)以及通过要测量的力和/或通过要测量的力矩引起的，其特征在于，所述机器元件在空心柱体状的所述基本形状的空腔中具有壁状的纵向结构(03)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壁状的纵向结构(03)在平行于所述轴线(01)的平面中延伸。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壁状的纵向结构(03)在包括所述轴线(01)的平面中延伸。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述壁状的纵向结构(0...
【专利技术属性】
技术研发人员：扬·马蒂西克，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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