DE102006054662B4

DE102006054662B4 - Reduction of hysteresis in a torque sensor

Info

Publication number: DE102006054662B4
Application number: DE102006054662.8A
Authority: DE
Inventors: David W. Cripe
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2026-11-18
Also published as: DE102006054662A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentsensors mit folgenden Schritten: a) Erzeugen eines ersten Magnetfeldes in Umfangsrichtung innerhalb eines magnetoelastischen Bandes, das eine erste gewünschte Magnetfeldrichtung aufweist; b) Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes in Umfangsrichtung innerhalb des magnetoelastischen Bandes in einer zweiten gewünschten Magnetfeldrichtung, die der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzt ist, wobei das zweite Magnetfeld derart in einem axialen Abstand von dem ersten Magnetfeld angeordnet wird und/oder wobei das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld derart um einen Abstand von axialen Endabschnitten des magnetoelastischen Bandes beabstandet angeordnet werden, dass das räumliche Anordnen des ersten Magnetfelds und des zweiten Magnetfelds eine magnetische Remanenz hervorruft, die eine Magnetfeldorientierung aufweist, die unterschiedlich zur ersten Magnetfeldrichtung und zur zweiten Magnetfeldrichtung ist, wobei die magnetische Remanenz, die zwischen den ersten und zweiten Magnetfeldern angeordnet ist, den Abschnitt des magnetoelastischen Bandes in Richtung einer negativen Hysterese voreinstellt.A method of manufacturing a torque sensor, comprising the steps of: a) generating a first magnetic field circumferentially within a magnetoelastic tape having a first desired magnetic field direction; b) generating a second magnetic field circumferentially within the magnetoelastic band in a second desired magnetic field direction opposite to the first magnetic field direction, the second magnetic field being disposed at an axial distance from the first magnetic field and / or wherein the first magnetic field and the second magnetic field Magnetic field are spaced by a distance from axial end portions of the magnetoelastic tape arranged such that the spatial arrangement of the first magnetic field and the second magnetic field causes a magnetic remanence having a magnetic field orientation which is different from the first magnetic field direction and the second magnetic field direction, wherein the magnetic Remanence, which is arranged between the first and second magnetic fields, presets the portion of the magnetoelastic band in the direction of a negative hysteresis.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines magnetoelastischen Drehmomentsensors. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren der magnetischen Hysterese in einem magnetoelastischen Drehmomentsensor.This invention relates generally to a method and apparatus for making a magnetoelastic torque sensor. More particularly, this invention relates to a method and apparatus for reducing magnetic hysteresis in a magnetoelastic torque sensor.

Ein magnetoelastischer Drehmomentsensor verwendet den inversen Wiedemann-Effekt, der ein Magnetfeld in einem magnetoelastischen Material erzeugt, das auf das Anlegen eines Drehmoments reagiert. Ein magnetoelastischer Drehmomentsensor umfasst ein Substrat, auf das ein angelegtes Drehmoment einwirkt und das ein Band aus magnetoelastischem Material hält. Auf den magnetoelastischen Bändern wirkt eine Belastung in Umfangsrichtung, die eine magnetisch leichte Achse bereitstellt, die wiederum ein gewünschtes Magnetfeld in Umfangsrichtung innerhalb des magnetoelastischen Bandes liefert. Das Drehmoment auf das Substrat wird auf das Band aus magnetoelastischem Material übertragen, um eine Verzerrung in der umfänglichen Orientierung des Magnetfeldes zu induzieren. Das auf das Substrat wirkende Drehmoment führt dazu, dass das normalerweise in Umfangsrichtung orientierte Magnetfeld derart verzerrt wird, dass das Magnetfeld spiralförmig geformt wird. Die Verzerrung heraus aus der umfänglichen Richtung wird durch eine Magnetfelderfassungsvorrichtung gemessen. Die Größe und die Amplitude der Verzerrung entsprechen dem auf das Substrat hingelegten Drehmoment.A magnetoelastic torque sensor uses the inverse Wiedemann effect, which generates a magnetic field in a magnetoelastic material that responds to the application of torque. A magnetoelastic torque sensor includes a substrate on which an applied torque acts and which holds a band of magnetoelastic material. On the magnetoelastic ribbons acts a circumferential load which provides a magnetically easy axis, which in turn provides a desired magnetic field circumferentially within the magnetoelastic band. The torque on the substrate is transferred to the band of magnetoelastic material to induce distortion in the circumferential orientation of the magnetic field. The torque acting on the substrate causes the normally circumferentially oriented magnetic field to be distorted such that the magnetic field is spirally shaped. The distortion out of the circumferential direction is measured by a magnetic field detection device. The magnitude and amplitude of the distortion correspond to the torque applied to the substrate.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentsensors ist aus der WO 99/21150 A1 bekannt. Die US 5520059 A , US 6047605 A , DE 101 04 141 A1 , US 6871555 B2 und US 6516508 B1 sowie J. Garshelis, Christopher R. Conto: A Torque Transducer Utilizing Two Oppositely Polarized Rings. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETS, Vol. 30, NO. 6, November 1994, S. 4629–4631 und K. Harada, I. Sasada, T. Kawajiri, M. Inoue: A new torque transducer using stress sensitive amorphous ribbons. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETS, VOL. MAG-IS, NO. 6, November 1982, S. 1767–1769 offenbaren weiteren Stand der Technik.A method for producing a torque sensor is known from WO 99/21150 A1 known. The US 5520059 A . US 6047605 A . DE 101 04 141 A1 . US 6871555 B2 and US 6516508 B1 and J. Garshelis, Christopher R. Conto: A Torque Transducer Utilizing Two Oppositely Polarized Rings. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETS, Vol. 30, NO. 6, November 1994, pp. 4629-4631 and K. Harada, I. Sasada, T. Kawajiri, M. Inoue: A new torque transducer using stress sensitive amorphous ribbons. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETS, VOL. MAG-IS, NO. 6, November 1982, pp. 1767-1769 disclose further prior art.

In nachteiliger Weise kehrt in bestimmten Fällen das Magnetfeld nicht zur gewünschten Orientierung in Umfangsrichtung zurück, sobald das Drehmoment gelöst wird. Die verbleibenden axialen Bestandteile des Magnetfeldes können eine Verschiebung des Nullpunktes verursachen, die als Hysterese bekannt ist. Zumindest ein Teil der Nullpunktverschiebung wird durch kleinere als die gewünschte Belastung in Umfangsrichtung in den magnetoelastischen Bändern und durch eine unerwünschte hohe magnetokristalline Anisotropie an dem magnetoelastischen Material verursacht. Die Materialeigenschaften des magnetoelastischen Materials werden zum Zwecke der Kompatibilität mit einer bestimmten Anwendung ausgewählt und in bestimmten Fällen können Materialien ausgewählt und verwendet werden, die die Hysterese nicht einschränken.Disadvantageously, in certain cases, the magnetic field does not return to the desired orientation in the circumferential direction as soon as the torque is released. The remaining axial components of the magnetic field can cause zero point displacement, known as hysteresis. At least part of the zero offset is caused by less than the desired circumferential stress in the magnetoelastic bands and by an undesirable high magnetocrystalline anisotropy on the magnetoelastic material. The material properties of the magnetoelastic material are selected for compatibility with a particular application, and in certain instances, materials that do not limit hysteresis can be selected and used.

Demgemäß ist es wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, das bzw. die unerwünschte Hysterese-Effekte in einem magnetoelastischen Material berücksichtigt und eine ökonomisch günstige Verwendung von Materialien zur Verfügung stellt.Accordingly, it is desirable to develop a method and apparatus that takes into account undesirable hysteresis effects in a magnetoelastic material and provides an economical use of materials.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentsensors gemäß dieser Erfindung umfasst den Schritt des Haltens eines magnetoelastischen Materials auf einem Substrat und des Einwirkens eines ersten Magnetfeldes in Umfangsrichtung innerhalb des magnetoelastischen Materials in einer ersten gewünschten Richtung. Ein zweites Magnetfeld in Umfangsrichtung wirkt in dem magnetischen Material in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung, wobei das zweite Magnetfeld derart in einem axialen Abstand von dem ersten Magnetfeld angeordnet wird und/oder das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld derart um einen Abstand von axialen Endabschnitten des magnetischen Bandes beabstandet angeordnet werden, dass das räumliche Anordnen des ersten Magnetfelds und des zweiten Magnetfelds eine magnetische Remanenz hervorruft, die eine Magnetfeldorientierung aufweist, die unterschiedlich zur ersten Magnetfeldrichtung und zur zweiten Magnetfeldrichtung ist, wobei die magnetische Remanenz, die zwischen den ersten und zweiten Magnetfeldern angeordnet ist, den Abschnitt des magnetoelastischen Bandes in Richtung einer negativen Hysterese voreinstellt. Das beispielhafte Verfahren gemäß dieser Erfindung stellt die Erzeugung einer angrenzenden negativ-hysteretischen Struktur innerhalb des magnetoelastischen Materials bereit. Die negativ-hysteretische Struktur, die in das magnetoelastische Material eingebaut ist, wirkt der positiven Hysterese entgegen, die auf das magnetoelastische Material durch das Anlegen des Drehmoments einwirkt.An exemplary method of manufacturing a torque sensor according to this invention includes the step of holding a magnetoelastic material on a substrate and applying a first magnetic field circumferentially within the magnetoelastic material in a first desired direction. A second magnetic field in the circumferential direction acts in the magnetic material in a second direction opposite to the first direction, wherein the second magnetic field is arranged at an axial distance from the first magnetic field and / or the first magnetic field and the second magnetic field in such a distance of Spaced apart axial end portions of the magnetic tape, that the spatial arrangement of the first magnetic field and the second magnetic field causes a magnetic remanence having a magnetic field orientation that is different from the first magnetic field direction and the second magnetic field direction, wherein the magnetic remanence between the first and second magnetic fields, pre-sets the portion of the magnetoelastic band in the direction of negative hysteresis. The exemplary method of this invention provides for the creation of an adjacent negative-hysteretic structure within the magnetoelastic material. The negative-hysteretic structure built into the magnetoelastic material counteracts the positive hysteresis that acts on the magnetoelastic material by applying the torque.

Ein beispielhafter Drehmomentsensor gemäß dieser Erfindung wird mit magnetischen Remanenzen in Umfangsrichtung durch Rotieren des Bandes aus magnetischem Material in der Nähe eines Permanentmagneten belegt. Zwei Permanentmagneten werden verwendet, wobei erfindungsgemäß jeder ein Magnetfeld einer entgegengesetzten Richtung erzeugt. Das Erzeugen eines entgegengesetzten Magnetfeldes innerhalb des magnetoelastischen Materials sorgt für eine magnetische Dipolstruktur, die die Unterscheidung von Drehmoment-bezogenen Magnetfeldern von nicht-divergierenden Feldern in der Nähe des Drehmomentsensors ermöglicht.An exemplary torque sensor according to this invention is coated with circumferential magnetic remnants by rotating the magnetic material tape near a permanent magnet. Two permanent magnets are used, and according to the invention, each generates a magnetic field of opposite direction. Generating an opposite magnetic field within the magnetoelastic material provides a magnetic dipole structure that allows the discrimination of torque-related magnetic fields from non-divergent fields near the torque sensor.

Die ersten und zweiten Permanentmagneten, die verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Magnetfelder in Umfangsrichtung in dem magnetoelastischen Material zu erzeugen, sind in einem axialen Abstand voneinander beabstandet. Durch das Anordnen der Permanentmagneten in einem axialen Abstand voneinander sind die ersten und zweiten remanenten Magnetfelder ebenfalls in einem gewünschten axialen Abstand voneinander beabstandet. Der Raum zwischen den ersten und zweiten Magnetfeldern ist mit einem Band aus einem schwachen Magnetfeld belegt, das keine spezifische Richtung aufweist. Das schwache Magnetfeld, das zwischen den ersten und zweiten Feldern angeordnet ist, weist eine Orientierung auf, die weder in die Richtung des ersten noch des zweiten Magnetfeldes geht und die viel schwächer ist. Dieser Abstand erzeugt die intrinsische negative Hysterese innerhalb des magnetoelastischen Materials, die gegen die positive Hysterese wirkt, die durch das Anlegen des Drehmoments erzeugt wird.The first and second permanent magnets used to circumferentially generate the magnetic fields of the invention in the magnetoelastic material are spaced apart at an axial distance. By arranging the permanent magnets at an axial distance from each other, the first and second remanent magnetic fields are also spaced apart at a desired axial distance. The space between the first and second magnetic fields is occupied by a band of a weak magnetic field which has no specific direction. The weak magnetic field disposed between the first and second fields has an orientation that is neither in the direction of the first nor the second magnetic field and which is much weaker. This gap creates the intrinsic negative hysteresis within the magnetoelastic material that acts against the positive hysteresis created by the application of torque.

Demgemäß verwendet das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dieser Vorrichtung hysteretische Effekte, die dem magnetoelastischen Material auferlegt werden, um unerwünschte Hysterese zu berücksichtigen und ihr entgegenzuwirken, die innerhalb des Drehmomentsensors aufgrund des Anliegens von Drehmoment erzeugt wurde.Accordingly, the method and apparatus according to this apparatus utilize hysteretic effects imposed on the magnetoelastic material to account for and counteract undesired hysteresis generated within the torque sensor due to the application of torque.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten anhand der nachfolgenden Beschreibung und Figuren verstanden werden, wobei im Folgenden eine kurze Beschreibung der Figuren gegeben wird.These and other features of the present invention may best be understood by reference to the following description and figures, a brief description of the figures being given below.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

1 ist eine schematische Darstellung eines Drehmomentsensors gemäß dieser Erfindung. 1 is a schematic representation of a torque sensor according to this invention.

2 ist eine weitere schematische Darstellung eines beispielhaften Drehmomentsensors gemäß dieser Erfindung. 2 is another schematic representation of an exemplary torque sensor according to this invention.

3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erzeugen von Magnetfeldern in einem Drehmomentsensor gemäß dieser Erfindung. 3 FIG. 11 is a schematic diagram of a method of generating magnetic fields in a torque sensor according to this invention. FIG.

4 ist eine weitere schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Erzeugen von bevorzugten Magnetfeldern innerhalb eines Drehmomentsensors gemäß dieser Erfindung. 4 FIG. 10 is another schematic illustration of an exemplary method of generating preferred magnetic fields within a torque sensor according to this invention. FIG.

5 ist noch ein weiteres beispielhaftes Verfahren, das schematisch dargestellt ist, zum Erzeugen von bevorzugten und gewünschten Magnetfeldern in einem Drehmomentsensor gemäß dieser Erfindung. 5 FIG. 12 is yet another exemplary method, shown schematically, for generating preferred and desired magnetic fields in a torque sensor according to this invention.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsformDetailed description of the preferred embodiment

Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Drehmomentsensoranordnung 10 schematisch dargestellt und umfasst einen Drehmomentsensor 12, der eine Welle 14 aufweist, die einen magnetoelastischen Ring 16 trägt. Die Welle 14 umfasst eine Achse 18 und ist geeignet, um ein angelegtes Drehmoment, das mit 20 bezeichnet ist, zu empfangen. Der Drehmomentsensor 12 weist den magnetoelastischen Ring 16 auf. Innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 sind vorzugsweise Restmagnetfelder orientiert. Diese bevorzugten Restmagnetfelder sind in einer Orientierung in Umfangsrichtung angeordnet. Während des Anlegens von Drehmoment werden die bevorzugten Magnetfelder in Umfangsrichtung in einer spiralförmigen Richtung verzerrt und werden mit einem axialen magnetischen Bestandteil belegt.With reference to 1 is a torque sensor arrangement 10 schematically illustrated and includes a torque sensor 12 that a wave 14 which has a magnetoelastic ring 16 wearing. The wave 14 includes an axis 18 and is capable of applying an applied torque with 20 is designated to receive. The torque sensor 12 has the magnetoelastic ring 16 on. Inside the magnetoelastic ring 16 Preferably, residual magnetic fields are oriented. These preferred residual magnetic fields are arranged in an orientation in the circumferential direction. During the application of torque, the preferred magnetic fields are circumferentially distorted in a helical direction and are covered with an axial magnetic component.

Der auf den Drehmomentsensor 12 auferlegte axiale magnetische Bestandteil wird durch Magnetfeldvektorsensoren 30 gemessen. Die Größe und Richtung des axialen Bestandteils der Magnetfelder werden gemessen und einer Steuereinrichtung 32 bereitgestellt. Die Steuereinrichtung 32 übersetzt die Vektorgrößen der gemessenen Magnetfelder und bestimmt ein angelegtes Drehmoment gemäß einer bekannten Beziehung.The on the torque sensor 12 imposed axial magnetic component is determined by magnetic field vector sensors 30 measured. The size and direction of the axial component of the magnetic fields are measured and a control device 32 provided. The control device 32 translates the vector quantities of the measured magnetic fields and determines an applied torque according to a known relationship.

Beim Lösen des angelegten Drehmoments 20 würde der Drehmomentsensor 12 vorzugsweise in dieselbe Nullstellung zurückkehren, in der er ursprünglich begonnen hatte. Der Drehmomentsensor 12 und insbesondere die Welle 14 und der Ring aus magnetoelastischem Material 16 jedoch verformen sich zu einem gewissen Grad plastisch bei jedem Anlegen von Drehmoment 20. Die plastische Verformung zusammen mit anderen Phänomenen einschließlich des Einwirkens von nicht ausreichenden Belastungen in Umfangsrichtung innerhalb des magnetoelastischen Materials oder einer übermäßig hohen magnetokristallinen Anisotropie des magnetoelastischen Materials vereinen sich dazu, um einen Hysterese-Effekt zu verursachen. Dieser Hysterese-Effekt resultiert in einer Verschiebung eines Nullpunktes. Die Verschiebung des Nullpunktes führt zu unerwünschten Drehmomentablesewerten, da der gemessene Drehmomentwert niemals in seine ursprüngliche Nullstellung zurückkehrt.When releasing the applied torque 20 would the torque sensor 12 preferably return to the same zero position in which he had originally started. The torque sensor 12 and especially the wave 14 and the ring of magnetoelastic material 16 however, plastically deforms to some degree each time torque is applied 20 , The plastic deformation together with other phenomena including the application of insufficient circumferential stress within the magnetoelastic material or excessive magnetocrystalline anisotropy of the magnetoelastic material combine to cause a hysteresis effect. This hysteresis effect results in a shift of a zero point. The displacement of the zero point results in undesirable torque reading values since the measured torque value never returns to its original zero position.

Eine Verschiebung im Nullpunkt des Drehmomentsensors 12 in der gleichen Richtung wie die des angelegten Drehmoments 20 bezeichnet man als positive Hysterese. Die positive Hysterese führt dazu, dass der Sensor auf einen Wert zurückkehrt, der größer ist als der ursprüngliche Nullwert. Der Drehmomentsensor 10 gemäß dieser Erfindung weist den Drehmomentsensor 12 auf, der mit einer negativen Hysterese innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 belegt wird. Die negative Hysterese wirkt in einem Betrag, um den Ergebnissen und Wirkungen der positiven Hysterese entgegenzuwirken, die durch die Anwendung des Drehmoments auferlegt wird.A shift in the zero point of the torque sensor 12 in the same direction as the applied torque 20 is called as positive hysteresis. The positive hysteresis causes the sensor to return to a value greater than the original zero value. The torque sensor 10 according to this invention, the torque sensor 12 on that with a negative hysteresis inside the magnetoelastic ring 16 is occupied. The negative hysteresis acts in an amount to counteract the results and effects of the positive hysteresis imposed by the application of torque.

Die gewünschte negative Hysterese wird durch und während des Wirkens der Restmagnetfelder in Umfangsrichtung innerhalb des Rings aus magnetoelastischem Material 16 auferlegt. Der Sensor 12 weist den magnetoelastischen Ring 16 auf, der die hervorgerufenen Magnetfelder in Umfangsrichtung 22, 24 aufweist. Das erste Restemagnetfeld 22 ist in einer ersten Richtung angeordnet. Das zweite Restmagnetfeld 24 ist in einer zweiten Richtung angeordnet, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Die entgegengesetzt angeordneten magnetischen Remanenzen in Umfangsrichtung der ersten und zweiten Magnetfelder 22, 24 berücksichtigen und sorgen für die Unterscheidung zwischen den drehmomentbezogenen Felder und anderen nahen Magnetfeldern.The desired negative hysteresis is achieved by and during the action of the residual magnetic fields in the circumferential direction within the ring of magnetoelastic material 16 imposed. The sensor 12 has the magnetoelastic ring 16 on, the generated magnetic fields in the circumferential direction 22 . 24 having. The first residual magnetic field 22 is arranged in a first direction. The second residual magnetic field 24 is arranged in a second direction, which is opposite to the first direction. The oppositely arranged magnetic remanences in the circumferential direction of the first and second magnetic fields 22 . 24 and distinguish the torque-related fields from other near magnetic fields.

Das erste Restmagnetfeld 22 und das zweite Restmagnetfeld 24 sind in einem axialen Abstand 28 voneinander beabstandet. Der axiale Abstand 28 zwischen dem ersten Restmagnetfeld 22 und dem zweiten Restmagnetfeld 24 erzeugt ein schwaches Magnetfeld, das weder in der ersten noch in der zweiten Richtung orientiert ist. Dieses schwache Magnetfeld sorgt für die Quelle der negativen Hysterese-Signale, die verwendet werden, um die positiven Hysterese-Effekte auszulöschen und zu berücksichtigen, die während des Anlegens von Drehmoment erzeugt werden. Ein bestimmter axialer Abstand 28 zwischen dem ersten Restmagnetfeld 22 und dem zweiten Restmagnetfeld 24 ist anwendungsabhängig und wird hinsichtlich bestimmter Materialeigenschaften bestimmt, die der Drehmomentsensor 12 aufweist. Des Weiteren wird der Betrag oder die Größe des negativen Hysterese-Effekts, der gewünscht ist, durch Variieren des axialen Abstandes 28 zwischen dem ersten Restmagnetfeld 22 und dem zweiten Restmagnetfeld 24 angepasst.The first residual magnetic field 22 and the second residual magnetic field 24 are at an axial distance 28 spaced apart. The axial distance 28 between the first residual magnetic field 22 and the second residual magnetic field 24 creates a weak magnetic field that is oriented in neither the first nor the second direction. This weak magnetic field provides the source of the negative hysteresis signals that are used to cancel and account for the positive hysteresis effects that are generated during the application of torque. A certain axial distance 28 between the first residual magnetic field 22 and the second residual magnetic field 24 is application-dependent and is determined with regard to certain material properties that the torque sensor 12 having. Further, the amount or magnitude of the negative hysteresis effect that is desired is determined by varying the axial distance 28 between the first residual magnetic field 22 and the second residual magnetic field 24 customized.

Unter Bezugnahme auf 2 umfasst ein weiterer beispielhafter Drehmomentsensor 35 gemäß dieser Erfindung einen Drehmomentsensor 38, der die Welle 14 und den magnetoelastischen Ring 16 aufweist. Der magnetoelastische Ring 16 weist axiale Enden 46 auf. In dem Drehmomentsensor 38 sind ein erstes Restmagnetfeld 40 und ein zweites Restmagnetfeld 42 von den axialen Enden 46 des magnetoelastischen Rings 16 beabstandet. Der axiale Abstand 48 zwischen dem ersten Restmagnetfeld 40 und dem zweiten Restmagnetfeld 42 und jedem der axialen Enden 46 ist nicht mit einem Magnetfeld einer Orientierung bezogen auf die des ersten Restmagnetfeldes 40 und des zweiten Restmagnetfeldes 42 gefüllt. Ein drittes Magnetfeld 44 wird innerhalb des axialen Abstands 48 jeweils zwischen den ersten und zweiten Restmagnetfeldern 40, 42 und den axialen Enden 46 generiert und hergestellt. Dieses dritte Magnetfeld 44 ist das schwache Magnetfeld, das die negative Hysterese erzeugt, die gewünscht wird, um der positiven Hysterese, die durch das Anlegen des Drehmoments 20 erzeugt wird, entgegenzuwirken.With reference to 2 includes another exemplary torque sensor 35 according to this invention, a torque sensor 38 that the wave 14 and the magnetoelastic ring 16 having. The magnetoelastic ring 16 has axial ends 46 on. In the torque sensor 38 are a first residual magnetic field 40 and a second residual magnetic field 42 from the axial ends 46 of the magnetoelastic ring 16 spaced. The axial distance 48 between the first residual magnetic field 40 and the second residual magnetic field 42 and each of the axial ends 46 is not with a magnetic field of orientation relative to that of the first residual magnetic field 40 and the second residual magnetic field 42 filled. A third magnetic field 44 becomes within the axial distance 48 each between the first and second residual magnetic fields 40 . 42 and the axial ends 46 generated and produced. This third magnetic field 44 is the weak magnetic field that produces the negative hysteresis that is desired, the positive hysteresis that is caused by the application of torque 20 is generated to counteract.

Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentsensors gemäß dieser Erfindung dargestellt und allgemein mit 60 bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den ersten Schritt des Hervorrufens des ersten Restmagnetfeldes in Umfangsrichtung 22 innerhalb des magnetoelastischen Rings 20. Das Verfahren fährt fort mit dem Hervorrufen des zweiten Restmagnetfeldes 24 in Umfangsrichtung innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 in einer zu dem ersten Restmagnetfeld 22 entgegengesetzten Richtung. Die ersten und zweiten Restmagnetfelder 22, 24 sind durch den axialen Abstand 28 voneinander beabstandet.With reference to 3 a method for producing a torque sensor according to this invention is shown and generally with 60 designated. The method according to the invention comprises the first step of generating the first residual magnetic field in the circumferential direction 22 within the magnetoelastic ring 20 , The method continues to cause the second residual magnetic field 24 in the circumferential direction within the magnetoelastic ring 16 in a to the first residual magnetic field 22 opposite direction. The first and second residual magnetic fields 22 . 24 are by the axial distance 28 spaced apart.

Während de Erzeugens der Magnetfelder wird der Drehmomentsensor 12 in Gegenwart eines ersten Permanentmagneten 62 und eines zweiten Permanentmagneten 64 rotiert. Jeder der Permanentmagneten 62, 64 strahlt ein Magnetfeld 70, 72 einer derartigen Stärke aus, um den magnetoelastischen Ring 16 magnetisch zu sättigen und die bevorzugten, in Umfangsrichtung orientierten Restmagnetfelder 22, 24 hervorzurufen. Der Abstand 66 zwischen dem Permanentmagneten 62 und dem zweiten Permanentmagneten 64 wird basierend auf der gewünschten Stärke des dritten Magnetfeldes 26 bestimmt, das innerhalb des axialen Abstandes zwischen dem ersten Magnetfeld 22 und dem zweiten Magnetfeld 24 angeordnet ist. Wie gewürdigt resultiert das Einstellen des axialen Abstandes 66 zwischen den Permanentmagneten 62, 64 in einer Änderung des axialen Abstandes 28 der Restmagnetfelder in Umfangsrichtung 22, 24, die innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 angeordnet sind. Dieser axiale Abstand 28 wird eingestellt, um die gewünschte Gegenkraft für die positive Hysterese bereitzustellen, die von der Anwendung von Drehmoment auf den Drehmomentsensor 10 entwickelt wurde und ihren Ursprung hat.During de generating the magnetic fields, the torque sensor 12 in the presence of a first permanent magnet 62 and a second permanent magnet 64 rotates. Each of the permanent magnets 62 . 64 emits a magnetic field 70 . 72 of such strength to the magnetoelastic ring 16 magnetically saturate and the preferred, circumferentially oriented residual magnetic fields 22 . 24 cause. The distance 66 between the permanent magnet 62 and the second permanent magnet 64 is based on the desired strength of the third magnetic field 26 determined within the axial distance between the first magnetic field 22 and the second magnetic field 24 is arranged. As appreciated results in adjusting the axial distance 66 between the permanent magnets 62 . 64 in a change of the axial distance 28 the residual magnetic fields in the circumferential direction 22 . 24 that are inside the magnetoelastic ring 16 are arranged. This axial distance 28 is set to provide the desired positive hysteresis drag required by the application of torque to the torque sensor 10 was developed and has its origin.

Unter Bezugnahme auf 4 ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Drehmomentsensors allgemein mit 76 gekennzeichnet und umfasst die Schritte des Hervorrufens des ersten Restmagnetfeldes 40 in dem axialen Abstand 48 von einem axialen Endabschnitt 47A des magnetoelastischen Rings 16. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Hervorrufen eines zweiten Restmagnetfeldes in Umfangsrichtung 42 bei dem axialen Abstand 48 von einem zweiten axialen Ende 47B. Demgemäß sind die ersten und zweiten Restmagnetfelder 40, 42 angrenzend aneinander in einem zentralen Abstand des magnetoelastischen Rings 16 orientiert. Die Restmagnetfelder im Umfangsrichtung 40, 42 sind jedoch in entgegengesetzten Richtungen relativ zueinander angeordnet und erstrecken sich nicht bis zu den axialen Endabschnitten 47A, 47B des magnetoelastischen Rings 16. Das dritte Magnetfeld 44 ist innerhalb des Raumes zwischen jeweils den ersten und zweiten Restmagnetfelder 40, 42 und den entsprechenden axialen Endabschnitten 47A, 47B angeordnet.With reference to 4 Another method of manufacturing a torque sensor is generally known 76 and comprises the steps of causing the first residual magnetic field 40 in the axial distance 48 from an axial end portion 47A of the magnetoelastic ring 16 , The method further includes causing a second residual magnetic field in the circumferential direction 42 at the axial distance 48 from a second axial end 47B , Accordingly, the first and second residual magnetic fields 40 . 42 adjacent to each other at a central distance of the magnetoelastic ring 16 oriented. The residual magnetic fields in the circumferential direction 40 . 42 However, they are arranged in opposite directions relative to each other and do not extend to the axial end portions 47A . 47B of the magnetoelastic ring 16 , The third magnetic field 44 is within the space between each of the first and second residual magnetic fields 40 . 42 and the corresponding axial end portions 47A . 47B arranged.

Während des Erzeugungsschrittes sind die Permanentmagneten 62, 64 in einem axialen Abstand 78 von den axialen Enden 47A, 47B beabstandet. Die Permanentmagneten 62, 64 rufen die gewünschten entgegengesetzt orientierten Restmagnetfelder 40, 42 hervor. Das dritte Magnetfeld 44 ist zwischen den ersten und zweiten Restmagnetfelder 40, 42 angeordnet und erzeugt damit die gewünschte negative Hysterese innerhalb des magnetoelastischen Rings 16.During the generating step, the permanent magnets are 62 . 64 at an axial distance 78 from the axial ends 47A . 47B spaced. The permanent magnets 62 . 64 call the desired oppositely oriented residual magnetic fields 40 . 42 out. The third magnetic field 44 is between the first and second residual magnetic fields 40 . 42 arranged and thus generates the desired negative hysteresis within the magnetoelastic ring 16 ,

Unter Bezugnahme auf 5 ist ein weiteres Verfahren gemäß dieser Erfindung schematisch mit 85 gekennzeichnet und umfasst den ersten Schritt des Erzeugens der bevorzugten Restmagnetfelder in Umfangsrichtung 94, 96 innerhalb des magnetoelastischen Rings 16. Das erste Magnetfeld in Umfangsrichtung 94 ist in einer ersten umfänglichen Richtung angeordnet und das zweite Restmagnetfeld in Umfangsrichtung 96 ist in einer zweiten umfänglichen Richtung angeordnet, die der der ersten umfänglichen Richtung entgegengesetzt ist. Einmal werden die bevorzugten in Umfangsrichtung orientierten Restmagnetfelder 94, 96 innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 hervorgerufen. Der gesamte Sensor 38 ist einem Wechselmagnetfeld ausgesetzt, das im Schema mit 88 bezeichnet ist.With reference to 5 is another method according to this invention schematically with 85 and comprises the first step of generating the preferred residual magnetic fields in the circumferential direction 94 . 96 within the magnetoelastic ring 16 , The first magnetic field in the circumferential direction 94 is arranged in a first circumferential direction and the second residual magnetic field in the circumferential direction 96 is disposed in a second circumferential direction opposite to the first circumferential direction. Once the preferred circumferentially oriented residual magnetic fields become 94 . 96 within the magnetoelastic ring 16 caused. The entire sensor 38 is exposed to an alternating magnetic field, designated 88 in the diagram.

Das Wechselmagnetfeld 88 wird durch einen Magnetfeldgenerator 86 erzeugt, der mit einem Wechselstrom 90 versorgt wird. Ein Wechselmagnetfeldgenerator 88, der ein Wechselmagnetfeld 88 erzeugt, wird verwendet, um Abschnitte des Drehmomentsensorelements 38 zu entmagnetisieren. Das Entmagnetisieren von bestimmten Abschnitten des Drehmomentsensorelements 38 erzeugt und eliminiert die magnetischen Remanenzen in Umfangsrichtung in Abschnitten des magnetoelastischen Rings 16. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die magnetischen Remanenzen in Umfangsrichtung durch das Wechselmagnetfeld 88 in den axialen Endabschnitten 92 des magnetoelastischen Rings 16 eliminiert.The alternating magnetic field 88 is through a magnetic field generator 86 generated with an alternating current 90 is supplied. An alternating magnetic field generator 88 , which is an alternating magnetic field 88 is used to portions of the torque sensor element 38 to demagnetize. Demagnetizing certain portions of the torque sensor element 38 creates and eliminates the circumferential magnetic remnants in sections of the magnetoelastic ring 16 , In the method according to the invention, the magnetic remanences in the circumferential direction by the alternating magnetic field 88 in the axial end sections 92 of the magnetoelastic ring 16 eliminated.

Das resultierende Drehmomentsensorelement 38 weist die dritten magnetischen Remanenzen 98 auf, die zwischen den ersten und zweiten Magnetfeldern 94, 96 und jeweils den axialen Enden angeordnet sind. Die magnetischen Remanenzen 98 sind nicht in Umfangsrichtung orientiert und sorgen für den schwachen magnetischen Bereich, der die negative Hysterese innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 erzeugt. Demgemäß wird die Dauer und die Stärke des Ausgesetztseins hinsichtlich des Wechselmagnetfeldes 88 unterschiedliche Mengen und Beträge der dritten magnetischen Remanenzen 98 innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 erzeugen. Der Betrag des dritten Magnetfeldes 98 wird eingestellt, um die gewünschte negative Hysterese bereitzustellen, die innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 hervorgerufen wird. Durch Einstellen des Betrags der negativen Hysterese innerhalb des magnetoelastischen Rings 16 kann der Betrag der positiven Hysterese eingestellt werden, die neutralisiert werden kann, um einen genaueren Sensor bereitzustellen.The resulting torque sensor element 38 has the third magnetic remanence 98 on that between the first and second magnetic fields 94 . 96 and are arranged in each case the axial ends. The magnetic remanences 98 are not oriented in the circumferential direction and provide for the weak magnetic field, the negative hysteresis within the magnetoelastic ring 16 generated. Accordingly, the duration and the strength of the exposure to the alternating magnetic field become 88 different amounts and amounts of third magnetic remanences 98 within the magnetoelastic ring 16 produce. The amount of the third magnetic field 98 is set to provide the desired negative hysteresis within the magnetoelastic ring 16 is caused. By adjusting the amount of negative hysteresis within the magnetoelastic ring 16 For example, the amount of positive hysteresis that can be neutralized to provide a more accurate sensor can be adjusted.

Demgemäß bietet der gemäß diesem Verfahren hergestellte Drehmomentsensor, der die Magnetfelder in Umfangsrichtung aufweist, die innerhalb des magnetoelastischen Rings angeordnet sind, die Berücksichtigung und das Entgegenwirken der positiven Hysterese durch Hervorrufen der negativen Hysterese während des Magnetisierungsprozesses. Das Entgegenwirken der positiven Hysterese auf die negative Hysterese führt zu einem genaueren Drehmomentsensor mit einer wesentlich exakteren und zuverlässigeren Messung.Accordingly, the torque sensor made in accordance with this method having the magnetic fields in the circumferential direction disposed inside the magnetoelastic ring offers consideration and counteracting of the positive hysteresis by causing the negative hysteresis during the magnetization process. Opposing the positive hysteresis to the negative hysteresis results in a more accurate torque sensor with a much more accurate and reliable measurement.

Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart wurde, würde ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass bestimmte Änderungen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche studiert werden, um das wahre Wesen und den Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.Although a preferred embodiment of this invention has been disclosed, one skilled in the art would recognize that certain changes would fall within the scope of this invention. For that reason, the following claims should be studied to determine the true spirit and content of this invention.

Claims

A method of manufacturing a torque sensor comprising the steps of: a) generating a first magnetic field circumferentially within a magnetoelastic tape having a first desired magnetic field direction; b) generating a second magnetic field circumferentially within the magnetoelastic band in a second desired magnetic field direction opposite the first magnetic field direction, the second magnetic field being disposed at an axial distance from the first magnetic field and / or wherein the first magnetic field and the second magnetic field Magnetic field so by a distance from axial end portions of the magnetoelastic tape that the spatial positioning of the first magnetic field and the second magnetic field causes a magnetic remanence having a magnetic field orientation different from the first magnetic field direction and the second magnetic field direction, wherein the magnetic remanence disposed between the first and second magnetic fields , presets the portion of the magnetoelastic band in the direction of a negative hysteresis.

The method of claim 1, wherein steps a) and b) comprise rotating the magnetoelastic material in the presence of a magnet of field strength capable of saturating the magnetoelastic tape.

The method of claim 1 including the step of countering positive hysteresis generated within the torque sensor, causing the negative hysteresis within the magnetoelastic band.

The method of claim 1 including the step of placing the torque sensor within an alternating magnetic field to demagnetize axial portions of the magnetoelastic tape.

The method of claim 1 including the step of spacing the first magnetic field circumferentially and the second magnetic field circumferentially from axial end portions of the magnetoelastic tape.

Torque sensor arrangement with a reduced hysteresis with: a substrate for receiving an applied torque; and a magnetoelastic ring held on the substrate, the magnetoelastic ring having a first residual magnetic field region having a first circumferential orientation, a second residual magnetic field region having a second circumferential orientation opposite the first circumferential orientation, and a third residual magnetic field region having a third orientation is different from the first and second circumferential orientation, wherein the third residual magnetic field region is disposed between the first magnetic field region and the second magnetic field region spaced from the first magnetic field region by an axial distance, and / or wherein the first and second residual field regions are spaced from axial ends of the magnetoelastic ring, and the third residual magnetic field region is disposed between each of the first and second residual magnetic field regions and the respective axial end.

The device of claim 6, wherein the first and second residual magnetic field regions are formed by applying a magnetic field of such magnitude as to magnetically saturate the material having the magnetoelastic ring and the third residual magnetic field region as determined by the interaction between the first and second residual magnetic field regions is formed.