[發明專利]具有擴展的干擾場補償的磁致彈性扭矩傳感器

在審

• 申請號: 202180074512.0
• 申請日: 2021-10-25
• 公開（公告）號: CN116391116A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: A·布賴特費爾德;C·奧斯曼;M·澤高維茨;F·沙茨;S·席克勒
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

本發明涉及一種磁致彈性扭矩傳感器(10)，其具有分析處理單元(6)和至少三個磁場傳感器。所述分析處理單元(6)設置為用于：檢測所述磁致彈性扭矩傳感器(10)的第一磁場傳感器(1)的至少一個測量信號、第二磁場傳感器(2)的至少一個測量信號和第三磁場傳感器(3)的至少一個第三測量信號，并且，借助所述第一磁場傳感器的所述至少一個測量信號、所述第二磁場傳感器的所述至少一個測量信號、所述第四磁場傳感器的所述至少一個測量信號、以及在所述第二磁場傳感器(2)和所述第三磁場傳感器(3)之間在所述軸向方向(111)上的距離(23)與在所述第一磁場傳感器(1)和所述第二磁場傳感器(2)之間在所述軸向方向(111)上的距離(12)的比值來確定施加到所述軸(5)上的扭矩。本發明還涉及一種用于在使用此類磁致彈性扭矩傳感器(10)的情況下確定扭矩的方法。

背景技術

本發明涉及一種磁致彈性扭矩傳感器和一種車輛，尤其是一種能以電和/或借助人力(Muskelkraft)驅動的車輛，所述車輛具有磁致彈性扭矩傳感器。本發明還涉及一種用于在使用磁致彈性扭矩傳感器的情況下確定扭矩的方法。

數年來，具有部分磁化的軸的磁致彈性扭矩傳感器是已知的。在軸受扭矩負載時，在軸之外的區域中產生磁場，該磁場在每個部位處都與施加到軸上的扭矩成比例并且能夠借助扭矩傳感器的磁場傳感器來測量。因此，測量磁場實現了對扭矩的確定。然而，因此，理想的扭矩測量只有在不存在不是由扭矩產生的另外的磁場的情況下才是可能的。與此有關地，現有技術認識到磁致彈性扭矩傳感器，所述磁致彈性扭矩傳感器分別具有帶有用于補償均勻的磁干擾場的兩個磁化區域的軸或者帶有用于補償線性磁干擾場的三個磁化區域的軸。

發明內容

根據本發明的磁致彈性扭矩傳感器具有這種優點：它實現了節省空間的、補償干擾場的通量測量或者說扭矩測量。這通過以下方式實現：在具有至少三個磁場傳感器的磁致彈性扭矩傳感器中，在通量測量或者說扭矩測量中考慮距離以及尤其是磁場傳感器的距離比值。通過考慮磁場傳感器相對于彼此的距離和磁場傳感器的測量信號的相應的加權或者說縮放，能夠使測量信號彼此組合成，使得在計算扭矩時均勻干擾場和線性干擾場梯度被消除。為此，磁致彈性扭矩傳感器包括具有至少一個磁化區域的軸、至少三個磁場傳感器和分析處理單元，其中，所述軸具有軸向方向和徑向方向，所述磁場傳感器分別具有至少一個測量軸線并且設置為用于，檢測在所述至少一個測量軸線的方向上的磁場的磁通量密度的分量。所述至少三個磁場傳感器包括第一磁場傳感器、第二磁場傳感器和第三磁場傳感器。在此，第二磁場傳感器在所述軸向方向上布置在第一磁場傳感器和第三磁場傳感器之間。所述至少三個磁場傳感器中的至少一個磁場傳感器相對于所述至少一個磁化區域布置成，使得所述磁場傳感器設置為用于，檢測在相應的至少一個測量軸線的方向上的磁場的磁通量密度的分量，所述磁場在所述軸受扭矩應力時能夠由所述至少一個磁化區域產生。所述分析處理單元設置為用于：檢測第一磁場傳感器的至少一個測量信號、第二磁場傳感器的至少一個測量信號和第三磁場傳感器的至少一個測量信號，并且，基于第一磁場傳感器的所述至少一個測量信號、第二磁場傳感器的所述至少一個測量信號、至少一個第三測量信號、以及在第二磁場傳感器和第三磁場傳感器之間在所述軸向方向上的距離與在第一磁場傳感器和第二磁場傳感器之間在所述軸向方向上的距離的比值來確定施加到所述軸上的扭矩。通過所提出的磁致彈性扭矩傳感器，尤其是通過在確定扭矩時考慮所描述的距離比值，所述至少三個磁場傳感器的測量信號能夠被如此結算(verrechnet)，使得尤其能夠補償在軸向方向上的均勻干擾場和線性干擾場梯度。因而，實現了計算在很大程度上經干擾場清除的扭矩，該在很大程度上經干擾場清除的扭矩在軸向方向上既沒有均勻干擾場份額也沒有線性干擾場梯度。此外，在本發明中有利的是，為了消除/補償均勻干擾場和線性干擾場梯度在計算扭矩時無需進行近似。由于不需要進行近似，因此能夠實現精確地確定扭矩。本發明的一個重要優點是：干擾場消除/補償已經能夠通過具有軸的磁致彈性扭矩傳感器來實現，該軸僅具有一個磁化區域或僅具有兩個磁化區域。由于一個磁化區域必須具有最小寬度以便能夠以穩定且能復現的方式被磁化并且從一個磁化區域到另一個磁化區域的過渡永遠不能突然發生，因此省去一個附加的磁化區域或省去兩個附加的磁化區域會導致顯著減小磁致彈性扭矩傳感器在軸向方向上的結構尺寸。所提出的磁致彈性扭矩傳感器的另一個優點在于：能夠計算和監控在軸向方向上的均勻干擾場和線性干擾場梯度。使用至少四個傳感器還提供了另一個優點：消除在軸向方向上的某些非線性干擾場梯度或者減小通過其所產生的誤差。