[发明专利]用于测定转矩的装置以及所属的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测定作用于驱动轴的转矩的装置。所述驱动轴例如可以是处于马达与做功机械之间的轴，通过该轴将马达的转矩传递给所述做功机械。本发明也涉及一种用于测定所述转矩的方法。

背景技术

对在轴上或者在用于这种轴的联轴器上的转矩的检测应用在工业驱动技术中、能量技术中、轨道驱动装置中和汽车技术中。在转矩传感器的一种设计方案中，对转矩的测定无接触地进行。在此，将与转矩的方向或者量相关联的信号从旋转部件（轴或者联轴器）例如越过气隙来传输给位置固定的传感器。因此不必使用磨损件，例如滑动接点。这显著地提高了所述传感器的可靠性。

与所传递的转矩相关联的信号可以借助于磁性机构来产生，所述磁性机构被固定在轴上并且所述磁性机构产生磁场。这种磁场由位置固定地布置在轴附近的磁场传感器来测量并且由合适的电子装置来继续进行处理。作为磁场传感器，使用霍耳传感器或者基于AMR效应（各向异性的磁阻效应）的传感器。对于基于磁场的转矩传感器来说，不利的是，所使用的磁场传感器也在转矩恒定时产生剧烈波动的信号。因此较大的线路费用是必要的，以便利用基于磁场的转矩传感器来可靠地测定转矩。

发明内容

本发明的目的是，测定在驱动轴上或者在所述驱动轴的联轴器上的转矩。

所述目的通过一种按照权利要求1所述的装置并且通过一种按照权利要求10所述的方法来实现。所述按本发明的装置的有利的改进方案通过从属权利要求给出。

在按本发明的装置中，使用有机的磁阻的半导体元件（OMR半导体元件），用于无接触地测定在驱动轴上或者在所述联轴器上的转矩。OMR半导体元件以有机的半导体为基础并且在磁场穿过所述OMR半导体元件时根据磁场改变有机的半导体的电阻。

为了检测所述转矩，所述按本发明的装置在此具有与驱动轴或者所述驱动轴的联轴器固定地连接的磁场产生机构，该磁场产生机构在所述驱动轴的周围环境中产生磁场，该磁场取决于所述转矩（所述转矩的方向和/或所述转矩的大小）。在场产生于其中的周围环境中，位置固定地布置了所述OMR半导体元件。所述OMR半导体元件具有两个电极，在这两个电极之间所述按本发明的装置的电压源产生电流或者电压。

利用所述按本发明的装置，能以如下方式按照根据本发明的方法测定所述转矩。通过所述磁场产生机构在所述驱动轴上（或者必要时在所述联轴器上）根据所述转矩产生磁场。

这种场在所述驱动轴的周围环境中借助于所述OMR半导体元件来检测。由此能够借助于所述OMR半导体元件根据所检测到的磁场来调节电参量。该电参量例如可以是在所述电极之间流动的电流。优选通过所述电压源能够进行电流恒定的或者电压恒定的测量。

所述按本发明的装置和所述按本发明的方法具有以下优点：利用其测定的、用于所述转矩的测量信号仅仅具有较小的、不是由转矩变化引起的波动。此外，可以在所述装置及所述方法的基础上以较小的花费和较低的成本来制造转矩传感器。

所述OMR半导体元件可以构造为层，该层至少局部地包围所述驱动轴和/或所述联轴器。由此，与用霍耳传感器或者AMR传感器进行的检测相比，借助于所述OMR半导体元件不是在近似点状地而是相对大面积地来检测所述磁场。由此在测量转矩时出现平均效应，该平均效应用于产生波动小的测量信号。所述按本发明的装置的一种优选的实施方式具有OMR半导体元件，该OMR半导体元件具有空心柱形的形状。这个空心柱形的OMR半导体元件在此沿着所述驱动轴的圆周方向包围所述驱动轴，从而极为有效地抑制了所述测量信号的、像可能由于所述驱动轴的旋转而引起的那样的波动。同样可以证实为有利的是，OMR半导体元件构造为空心柱形的扇形区段的形式，因为这种OMR半导体元件（例如为了维修目的）能以较小的花费从所述驱动轴的周围环境中移走。此外，例如所述OMR半导体元件也可以构造为轴保护件。

另外有利的是，所述OMR半导体元件布置在柔性的基板上。这允许了所述装置的壳体的非常简单的、节省位置空间的结构并且能够实现转矩传感装置的容易的、成本低廉的安装。

所述按本发明的装置的另一种改进方案设置了一种用于测量参量的测量机构，该参量与流经所述OMR半导体元件的电流和/或加载在所述OMR半导体元件上的电压成比例。该参量例如可以是电流或者电压本身或者是通过另一个元件下降的电压，所述另一个元件被和所述OMR半导体元件相同的电流流过。在用于所述参量的测量信号的基础上，可以以有利的方式提供对于所述转矩的自动化的监控或者形成用于指示器的控制信号。