用于表征轴的扭转、旋转和/或定位的装置、组件和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于表征轴的扭转、旋转和/或定位的装置、组件和方法，其中，由布置在至少两个磁场探测器之间的磁场发生器借助周期性的励磁信号产生周期性磁场，该周期性磁场由轴修改并且在每个磁场探测器处引发输出信号，其中，检测励磁信号与第一输出信号之间的幅度形式或相位形式的差作为第一测量参量，并且检测励磁信号与第二输出信号之间的幅度形式或相位形式的差作为第二测量参量，构建第一测量参量与第二测量参量的总和和/或差，并且基于此来表征轴的扭转、旋转和/或定位。

Devices, components, and methods for characterizing torsion, rotation, and / or positioning of shafts

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于表征轴的扭转、旋转和/或定位的装置、组件和方法
本专利技术涉及一种用于表征轴的扭转状态和/或旋转状态和/或定位的装置、组件和方法。
技术介绍
在许多领域中，关于旋转轴的扭转、旋转和位置参数的认识是重要的，例如转速、施加的转矩或轴的位置或取向的认识。在许多领域中，例如在重型机械、交通运输业、真空设备、离心技术和汽车领域中，无接触地确定这些参数是有利的。对于无接触地感应地确定位置、转速或转矩，已知多种不同的原理。作为示例，在EP2549255B1中描述一种用于无接触地确定轴中的有效转矩的传感器组件；此外，从在EP2549255B1中提到的现有技术中已知另外的无接触的测量原理。但是，用于无接触地表征轴的传统原理经常需要复杂的结构，仅适用于小的应用范围(例如由于设计要求或由于仅限于唯一一个可检测的运行参数)，和/或提供非常不准确的测量结果。
技术实现思路
通过本专利技术应提供一种用于无接触地表征轴的扭转状态、旋转状态和/或定位的不复杂的通用装置，借助该装置可以高精度地检测轴的运行参数。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于表征(例如检测或测量)(例如可旋转的)轴的扭转和/或旋转和/或定位的装置，其中，该装置在下文中也称为测量装置。所述轴可以是空心轴或实心轴。轴具有铁磁性材料，即轴至少部分地(即部分地或完全地)由铁磁性材料组成。例如可以设置为，轴在其外圆周上具有带铁磁性材料的涂层(即涂层部分地或完全地由铁磁性材料组成)，其中，轴的其余部分由非铁磁性材料制成。此外，铁磁性材料优选是导电的。该测量装置具有用于产生磁场的磁场发生器。该磁场发生器是如下装置：在由该装置施加电信号时，即在施加电流或电压时，根据该信号产生磁场(该信号在下文中也称为励磁信号(激励信号)或输入信号)。可以设置为，测量装置恰好具有一个唯一的磁场发生器。该磁场发生器例如可以是线圈(在下文中也称为励磁线圈或磁场发生器线圈)。当测量装置的磁场发生器构造为励磁线圈时，该励磁线圈如此构造，使得该励磁线圈具有直线的线圈轴线(也称为励磁线圈轴线)。此外，测量装置具有用于检测磁场的至少一个第一磁场探测器和第二磁场探测器。第一磁场探测器优选地构造为与第二磁场探测器相同。还可以设置为，除第一磁场探测器和第二磁场探测器以外，测量装置还具有第三磁场探测器和第四磁场探测器。第三磁场探测器优选地构造为与第四磁场探测器相同。测量装置优选地具有偶数的磁场探测器。测量装置的所有磁场探测器优选地构造为相同的。磁场探测器是如下装置，在施加外部的磁场时，由所述装置根据外部的磁场产生电信号，即电流或电压(这些信号在下文中也称为输出信号或接收信号)。测量装置的磁场探测器例如可以构造为霍尔探测器。作为另一示例，测量装置的每个磁场探测器例如可以是线圈(以下也称为接收线圈或磁场探测器线圈)。因此，第一磁场探测器可以是第一接收线圈和/或第二磁场探测器可以是第二接收线圈。当测量装置构造有第三磁场探测器和第四磁场探测器时，第三磁场探测器可以是第三接收线圈和/或第四磁场探测器可以是第四接收线圈。当测量装置的磁场探测器构造为接收线圈时，该接收线圈如此构造和布置，使得每个接收线圈具有直线的线圈轴线(也称为接收线圈轴线)，其中所有的接收线圈轴线彼此间隔开间距地相互平行地延伸。当磁场发生器构造为励磁线圈并且磁场探测器构造为接收线圈时，所述线圈如此布置，使得它们的线圈轴线分别彼此间隔开间距地相互平行地延伸，使得接收线圈轴线平行于励磁线圈轴线延伸。励磁线圈和/或接收线圈例如可以分别构造为关于它们的线圈轴线旋转对称。然而，还可以设置为，励磁线圈和/或接收线圈不关于它们的线圈轴线旋转对称(而是例如构造为具有矩形的横截面)。此外，可以设置为，励磁线圈和接收线圈构造为彼此相同，使得励磁线圈尤其构造为与接收线圈相同。由此可以改善测量装置的测量精度。可以设置为，测量装置的磁场发生器和磁场探测器组合成测量装置的共同传感器元件。因此可以设置为，测量装置具有传感器元件，其中该传感器元件具有测量装置的磁场发生器和磁场探测器。传感器元件用作测量装置的测量头并且在测量装置运行时在侧面地布置在待表征的轴旁边。磁场发生器布置在第一磁场探测器与第二磁场探测器之间。因此，磁场发生器布置在第一磁场探测器与第二磁场探测器之间延伸的连接线上，其中，该连接线也称为主轴线或传感器主轴线。因此，第一磁场探测器和第二磁场探测器以及磁场发生器布置在传感器主轴线上的或沿着传感器主轴线的位置上。磁场发生器优选地居中地布置在第一磁场探测器与第二磁场探测器之间，使得第一磁场探测器和第二磁场探测器等距对称地布置在磁场发生器的两侧。当磁场发生器、第一磁场探测器和第二磁场探测器构造为线圈时，所述线圈如此优选地布置，使得它们的线圈轴线在共同的平面上相互平行延伸，其中，该平面延伸穿过传感器主轴线。磁场发生器尤其可以如此构造和布置，使得由它产生的磁场至少具有如下部分，该部分垂直于传感器主轴线，使得由磁场发生器产生的磁场具有垂直于传感器主轴线延伸的分量或完全垂直于传感器主轴线。当磁场发生器构造为励磁线圈时，该励磁线圈优选地如此布置，使得励磁线圈轴线垂直于传感器主轴线。当磁场探测器构造为接收线圈时，该接收线圈优选地如此布置，使得接收线圈轴线垂直于传感器主轴线。此外，当测量装置构造有第三磁场探测器和第四磁场探测器时，所述磁场发生器布置在第三磁场探测器和第四磁场探测器之间。在这种情况下，因此磁场发生器布置在第三磁场探测器和第四磁场探测器之间延伸的连接线上，其中，该连接线也称为辅助轴线或传感器辅助轴线。因此，第三磁场探测器和第四磁场探测器以及磁场发生器布置在传感器辅助轴线上或沿着传感器辅助轴线的位置上。磁场发生器优选地居中地布置在第三磁场探测器和第四磁场探测器之间，使得第三磁场探测器和第四磁场探测器等距对称地布置在磁场发生器的两侧。当磁场发生器、第三磁场探测器和第四磁场探测器构造为线圈时，所述线圈优选地如此布置，使得它们的线圈轴线在共同的平面上相互平行延伸，其中，该平面延伸穿过传感器辅助轴线。传感器辅助轴线优选地垂直于传感器主轴线延伸，使得传感器辅助轴线和传感器主轴线形成直角交叉。第一磁场探测器、第二磁场探测器、第三磁场探测器和第四磁场探测器优选地与磁场发生器等距地布置，即所有的磁场探测器都具有与磁场发生器相同的距离。磁场发生器尤其可以如此构造和布置，使得由其产生的磁场至少包括如下部分，该部分垂直于传感器辅助轴线，使得由磁场发生器产生的磁场具有垂直于传感器辅助轴线延伸的分量或完全垂直于传感器辅助轴线。磁场发生器优选地如此构造和布置，使得由其产生的磁场至少具有如下部分，该部分垂直于由传感器主轴线和传感器辅助轴线展开的平面(也称为传感器平面)，使得由磁场发生器产生的磁场具有垂直于该平面延伸的分量或完全垂直于该平面。磁场发生器例如可以如此构造和布置，使得由其产生的磁场关于如下平面对称，该平面垂直于传感器主轴线或者与传感器主轴线和/或传感器辅助轴线形成45°的角度。磁场发生器例如可以如此构造，使得由其产生的磁场是旋转对称的，尤其关于垂直于传感器主轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于表征轴(5)的扭转、旋转和/或定位的测量装置(3)，其包括：/n——用于产生磁场的磁场发生器(9)、用于检测磁场的第一磁场探测器(11)和第二磁场探测器(13)，其中，所述磁场发生器(9)布置在所述第一磁场探测器(11)与所述第二磁场探测器(13)之间，/n——其中，所述测量装置(3)构造用于向所述磁场发生器(9)施加时间上周期性变化的电励磁信号，使得由所述磁场发生器(9)产生时间上周期性变化的磁场，其中，由待表征的轴(5)来修改磁场，并且由经修改的磁场在所述第一磁场探测器(11)处引起第一电输出信号并且在所述第二磁场探测器(13)处引起第二电输出信号，/n——其中，所述测量装置(3)构造用于检测所述励磁信号与所述第一输出信号之间的幅度形式或相位形式的差作为第一测量参量(X

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170522 DE 102017111055.01.用于表征轴(5)的扭转、旋转和/或定位的测量装置(3)，其包括：
——用于产生磁场的磁场发生器(9)、用于检测磁场的第一磁场探测器(11)和第二磁场探测器(13)，其中，所述磁场发生器(9)布置在所述第一磁场探测器(11)与所述第二磁场探测器(13)之间，
——其中，所述测量装置(3)构造用于向所述磁场发生器(9)施加时间上周期性变化的电励磁信号，使得由所述磁场发生器(9)产生时间上周期性变化的磁场，其中，由待表征的轴(5)来修改磁场，并且由经修改的磁场在所述第一磁场探测器(11)处引起第一电输出信号并且在所述第二磁场探测器(13)处引起第二电输出信号，
——其中，所述测量装置(3)构造用于检测所述励磁信号与所述第一输出信号之间的幅度形式或相位形式的差作为第一测量参量(XE/R1)，并且检测所述励磁信号与所述第二输出信号之间的幅度形式或相位形式的差作为第二测量参量(XE/R2)，并且
——其中，所述测量装置(3)构造用于求取所述第一测量参量与所述第二测量参量的总和(ΣX12)和/或用于求取所述第一测量参量与所述第二测量参量之间的差(ΔX12)。


2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述磁场发生器(9)是用作励磁线圈(9)的线圈。


3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中，所述第一磁场探测器(11)是用作第一接收线圈(11)的第一线圈，并且所述第二磁场探测器(13)是用作第二接收线圈(13)的第二线圈。


4.根据权利要求2和3所述的测量装置，其中，所述励磁线圈(9)的、所述第一接收线圈(11)的以及所述第二接收线圈(13)的线圈轴线(15，17，19)彼此间隔开距离地相互平行地延伸。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量装置，其中，所述测量装置(3)构造用于向所述磁场发生器(9)施加至少两个具有不同频率(Ω1、Ω2)的时间上周期性的电励磁信号。


6.根据权利要求5所述的测量装置，其中，所述测量装置(3)构造用于对于所述频率(Ω1、Ω2)中的每个频率检测第一测量参量(XE/R1)和第二测量参量(XE/R2)，用于对于所述频率中的每个频率求取所述第一测量参量与所述第二测量参量的总和(Σ<X12>Ω1，Σ<X12>Ω2)，以及用于基于多个总和来求取施加在所述轴(5)上的扭转力矩(MT)。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量装置，其中，所述测量装置(3)具有第三磁场探测器(35)和第四磁场探测器(37)，其中，所述磁场发生器(9)布置在所述第三磁场探测器(35)与所述第四磁场检测器(37)之间。


8.根据权利要求7所述的测量装置，其中，所述第一磁场探测器(11)和所述第二磁场探测器(13)布置在沿着传感器主轴线(21)的位置上，所述第三磁场探测器(35)和所述第四磁场探测器(37)布置在沿着传感器辅助轴线(43)的位置上，并且所述传感器主轴线(21)垂直于所述传感器辅助轴线(43)。


9.根据权利要求7或8所述的测量装置，其中，由经修改的磁场在所述第三磁场探测器(35)上引起第三电输出信号并且在所述第四磁场探测器(37)上引起第四电输出信号，
——其中，所述测量装置(3)构造用于检测励...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·布亨奥，
申请(专利权)人：赫姆霍兹森德拉姆德雷斯顿罗森多夫研究中心，
类型：发明
国别省市：德国;DE