本發(fā)明首先涉及一種用于借助至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器在使用反磁致伸縮效應(yīng)的情況下測(cè)量沿軸線延伸的機(jī)械元件上的力和/或力矩的組件。此外，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量力和/或力矩的方法，其中，所述力或者說(shuō)力矩作用到沿軸線延伸的機(jī)械元件上。

背景技術(shù)：

US 8,087,304 B2示出一種用于測(cè)量作用到一個(gè)軸上的轉(zhuǎn)矩的磁彈性的轉(zhuǎn)矩傳感器。所述軸具有在周緣上的磁化。

從US 2012/0296577 A1已知一種磁彈性的力傳感器，該力傳感器構(gòu)造用于測(cè)量在一個(gè)元件上的力，所述元件在周緣上磁化。

US 5,321,985教導(dǎo)了一種磁致伸縮的轉(zhuǎn)矩傳感器，在該轉(zhuǎn)矩傳感器中，磁致伸縮的層被施加到軸的外表面上并且與激勵(lì)線圈和探測(cè)線圈相對(duì)地定位。作用到軸上的轉(zhuǎn)矩引起在磁致伸縮的層內(nèi)的材料張力，由此根據(jù)方向改變其相對(duì)的導(dǎo)磁系數(shù)。從磁致伸縮的層出來(lái)的磁場(chǎng)能借助探測(cè)線圈測(cè)量。

DE 699 36 138 T2示出一種磁性的力傳感器，在該力傳感器中，經(jīng)磁化的材料承受彎曲力矩，其中，借助于傳感器組件能確定經(jīng)磁化的材料的外部磁場(chǎng)。

DE 600 07 641 T2示出一種轉(zhuǎn)換器元件，所述轉(zhuǎn)換器元件設(shè)置用于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器或者力傳感器轉(zhuǎn)換器。在這種轉(zhuǎn)換器元件中，在徑向內(nèi)部區(qū)域中和在徑向外部區(qū)域中構(gòu)造磁化部。

從DE 603 09 678 T2已知一種用于檢測(cè)在一個(gè)軸中的轉(zhuǎn)矩的方法，在該方法中，產(chǎn)生具有交替極性的磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)借助傳感器組件測(cè)量。

US 2007/0022809 A1示出一種用于測(cè)量轉(zhuǎn)矩的設(shè)備，在該設(shè)備中，在軸中構(gòu)造由磁致伸縮的材料制成的層。

DE 39 40 220 A1教導(dǎo)了一種用于測(cè)量由于作用到軸上的轉(zhuǎn)矩引起的負(fù)載的負(fù)載傳感器。將磁致伸縮的元件在兩個(gè)組中鋸齒形地施加到所述軸上。

從US 5,052,232已知一種磁彈性的轉(zhuǎn)矩傳感器，在該轉(zhuǎn)矩傳感器中，機(jī)械元件設(shè)有兩個(gè)環(huán)繞的磁致伸縮的涂層。

從DE 698 38 904 T2已知一種具有圓形磁化部的轉(zhuǎn)矩傳感器。所述磁化部構(gòu)造在軸的鐵磁性的、磁致伸縮的材料中并且繞所述軸圓形地延伸。

US 7,752,923 B2示出了一種磁致伸縮的轉(zhuǎn)矩傳感器，在所述轉(zhuǎn)矩傳感器中，在軸上施加磁性地隔離的層并且在該層上施加磁致伸縮的層。

DE 601 05 794 T2示出了一種具有由磁性材料制成的本體的力靈敏的轉(zhuǎn)換器元件，其中，在所述本體中構(gòu)造至少兩個(gè)磁化區(qū)域，所述磁化區(qū)域相對(duì)于力傳送方向成一個(gè)角度地延伸并且具有相反的磁化極性。

DE 691 32 101 T2示出了一種具有線材的磁性圖像傳感器，所述線材具有在周向方向上的磁化部。

從DE 692 22 588 T2已知一種環(huán)狀地磁化的轉(zhuǎn)矩傳感器。

WO 2007/048143 A2教導(dǎo)了一種具有磁化桿的傳感器。

WO 01/27638 A1示出了一種具有桿的加速度傳感器，所述桿在周向上或者在縱向上磁化。

從WO 2006/053244 A2已知一種轉(zhuǎn)矩傳感器，該轉(zhuǎn)矩傳感器包括在旋轉(zhuǎn)桿上的磁化部。所述磁化部在周緣上構(gòu)造。

US 8,191,431 B2示出了一種具有磁化桿的傳感器組件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于，擴(kuò)展基于反磁致伸縮效應(yīng)測(cè)量力和/或力矩的可行性。

所提到的任務(wù)通過(guò)根據(jù)所附權(quán)利要求1的機(jī)械元件以及根據(jù)所附并列權(quán)利要求10的方法解決。

根據(jù)本發(fā)明的組件用于測(cè)量在沿軸線延伸的機(jī)械元件上的力和/或力矩。所述力或者說(shuō)力矩作用到機(jī)械元件上，由此導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力并且機(jī)械元件大多輕微地變形。所述軸線優(yōu)選構(gòu)成機(jī)械元件的旋轉(zhuǎn)軸線。

機(jī)械元件具有在周向上圍繞軸線延伸的、用于構(gòu)造在機(jī)械元件中的磁化部的磁化區(qū)域。因此，涉及圍繞所述軸線的磁化區(qū)域，其中，所述軸線自身優(yōu)選不構(gòu)成磁化區(qū)域的一部分。磁化區(qū)域相對(duì)于機(jī)械元件的圍繞軸線延伸的表面具有相切的取向。磁化區(qū)域優(yōu)選相對(duì)于機(jī)械元件的圍繞軸線延伸的表面僅僅具有相切的取向。磁化區(qū)域優(yōu)選沿著圍繞軸線的閉合的路徑延伸，其中，磁化區(qū)域可具有短的空隙。磁化區(qū)域構(gòu)成用于確定力或者說(shuō)力矩的初級(jí)傳感器。

所述組件還包括至少一個(gè)第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器，所述第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器分別構(gòu)成用于確定力或者說(shuō)力矩的次級(jí)傳感器。初級(jí)傳感器、即磁化區(qū)域用于將要測(cè)量的力或者說(shuō)要測(cè)量的力矩轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的磁場(chǎng)，而次級(jí)傳感器實(shí)現(xiàn)該磁場(chǎng)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器分別構(gòu)造用于單獨(dú)地測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩引起的磁場(chǎng)的至少一個(gè)第一方向分量和第二方向分量。至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器的用于單獨(dú)地測(cè)量磁場(chǎng)的至少兩個(gè)方向分量的能力可直接地或者間接地構(gòu)造。至少兩個(gè)方向分量可分別相互獨(dú)立地測(cè)量。所提到的磁場(chǎng)由于反磁致伸縮效應(yīng)而出現(xiàn)。因此，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的組件實(shí)現(xiàn)的測(cè)量基于反磁致伸縮效應(yīng)。能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量相對(duì)于軸線不同地定向。能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量也相對(duì)于軸線不同地定向。因此，可通過(guò)磁場(chǎng)傳感器中每個(gè)來(lái)單獨(dú)地測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的不同的向量分量。第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器圍繞軸線布置在不同的周向位置上。因此，第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器相對(duì)于軸線具有不同的轉(zhuǎn)角。

根據(jù)本發(fā)明的組件的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，使得能夠測(cè)量作用到機(jī)械元件上的力或者說(shuō)作用到機(jī)械元件上的力矩的不同的向量分量。因此，所述組件實(shí)現(xiàn)多功能的測(cè)量。

磁化區(qū)域可永久地或者暫時(shí)地磁化。在根據(jù)本發(fā)明的組件的優(yōu)選實(shí)施方式中，磁化區(qū)域永久地磁化，從而所述磁化部由永久磁化部構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的組件的替代的優(yōu)選實(shí)施方式中，此外，所述組件具有用于使磁化區(qū)域磁化的磁鐵，從而磁化區(qū)域的磁化基本上是暫時(shí)的。磁鐵可由永久磁鐵或者優(yōu)選由電磁鐵構(gòu)成。

永久或者暫時(shí)磁化的磁化區(qū)域在機(jī)械元件未被力或者說(shuō)力矩加負(fù)載的狀態(tài)下向磁化區(qū)域外部?jī)?yōu)選為磁中性的，從而不能在磁化區(qū)域外部測(cè)量到在技術(shù)上相關(guān)的磁場(chǎng)。

磁化區(qū)域?yàn)闄C(jī)械元件的體積的一部分。磁化區(qū)域優(yōu)選環(huán)狀地構(gòu)造，其中，機(jī)械元件的軸線也構(gòu)成環(huán)形狀的中間的軸線。特別優(yōu)選地，磁化區(qū)域具有與機(jī)械元件的軸線共軸的空心圓柱的形狀。

磁場(chǎng)傳感器的用于測(cè)量磁場(chǎng)的不同的方向分量的能力可通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，磁場(chǎng)傳感器分別包括兩個(gè)或三個(gè)磁場(chǎng)傳感器元件，所述磁場(chǎng)傳感器元件分別構(gòu)造用于測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的各個(gè)方向分量。磁場(chǎng)傳感器元件不必布置在共同的殼體中。磁場(chǎng)傳感器元件優(yōu)選相同地構(gòu)造，然而不同地定向。

能借助磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的至少兩個(gè)方向分量?jī)?yōu)選選自以下的方向的組中：平行于軸線的方向、即軸向方向：相對(duì)于軸線徑向的方向、即徑向方向；和相對(duì)于軸線相切的方向、即切向方向。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的一種特別的實(shí)施方式中，所述磁場(chǎng)傳感器中的至少一個(gè)構(gòu)造用于間接地測(cè)量磁場(chǎng)的方向分量之一。例如，在環(huán)狀的磁化區(qū)域中可通過(guò)如下方式間接地測(cè)量磁場(chǎng)的軸向方向分量：在軸向上與環(huán)狀的磁化區(qū)域隔開(kāi)間距地直接地測(cè)量磁場(chǎng)的徑向方向分量。

能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量關(guān)于軸線優(yōu)選相互垂直地布置，例如切向和徑向地布置。軸向方向、徑向方向和切向方向相互垂直。

能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量?jī)?yōu)選相對(duì)彼此垂直地布置。軸向方向、徑向方向和切向方向相互垂直。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的優(yōu)選的實(shí)施方式中，能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量相同地定向。相應(yīng)地，能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量和能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量也相同地定向。例如兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器的第一方向分量可涉及軸向方向，而兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器的第二方向分量可涉及切向方向。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器還分別構(gòu)造用于測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的第三方向分量。能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第三方向分量和能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第三方向分量?jī)?yōu)選相同地定向。三個(gè)方向分量?jī)?yōu)選相對(duì)于機(jī)械元件的軸線由軸向方向、由徑向方向和由切向方向構(gòu)成。因此，能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量、能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量和能借助第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第三方向分量相對(duì)彼此垂直地布置。相應(yīng)地，能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量、能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量和能借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第三方向分量相對(duì)彼此垂直地布置。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述組件還包括用于分立地測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩引起的磁場(chǎng)的至少一個(gè)第一和第二方向分量的第三磁場(chǎng)傳感器。能借助第一磁場(chǎng)傳感器和借助第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的方向分量的以上所說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施方式以相同的方式適用于第三磁場(chǎng)傳感器。例如第三磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選也構(gòu)造用于測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的第三方向分量。所述三個(gè)方向分量?jī)?yōu)選也由相對(duì)于機(jī)械元件的軸線的軸向方向、徑向方向和切向方向構(gòu)成。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述組件還包括用于單獨(dú)地測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的至少一個(gè)第一和第二方向分量的第四磁場(chǎng)傳感器。能借助第一磁場(chǎng)傳感器、借助第二磁場(chǎng)傳感器和借助第三磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的方向分量的以上所說(shuō)明的優(yōu)選的實(shí)施方案以相同的方式適用于第四磁場(chǎng)傳感器。例如第四磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選也構(gòu)造用于測(cè)量由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的第三方向分量。所述三個(gè)方向分量?jī)?yōu)選也由相對(duì)于機(jī)械元件的軸線的軸向方向、徑向方向和切向方向構(gòu)成。

原則上，根據(jù)本發(fā)明的組件也可包括多于四個(gè)磁場(chǎng)傳感器。

能借助磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量?jī)?yōu)選由平行于機(jī)械元件的軸線的方向構(gòu)成，即由軸向方向構(gòu)成。

能借助磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量?jī)?yōu)選由相對(duì)于機(jī)械元件的軸線徑向的方向構(gòu)成、即由徑向方向構(gòu)成。

能借助磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第三方向分量?jī)?yōu)選由相對(duì)于機(jī)械元件的軸線相切的方向構(gòu)成、即由切向方向構(gòu)成。

所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選具有到機(jī)械元件的所述軸線的相同間距。原則上，所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器可布置在機(jī)械元件外部，或者例如當(dāng)機(jī)械元件由空心軸構(gòu)成時(shí)也可布置在機(jī)械元件的空室內(nèi)部。

所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選圍繞軸線分布地布置在與磁化區(qū)域相同的軸向位置上。因此，磁場(chǎng)傳感器具有與磁化區(qū)域相同的軸向位置。在此，所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選圍繞軸線的唯一的點(diǎn)分布地布置。

所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選圍繞軸線均勻分布地布置。如果根據(jù)本發(fā)明的組件包括恰好兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器，所述磁場(chǎng)傳感器因此關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此180°的角度。如果根據(jù)本發(fā)明的組件包括恰好三個(gè)磁場(chǎng)傳感器，磁場(chǎng)傳感器中的兩個(gè)相鄰的磁場(chǎng)傳感器因此關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此120°的角度。如果根據(jù)本發(fā)明的組件包括恰好四個(gè)磁場(chǎng)傳感器，磁場(chǎng)傳感器中的兩個(gè)相鄰的磁場(chǎng)傳感器因此關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此90°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第一實(shí)施方式中，該組件具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助四個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的三個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向、由相對(duì)于軸線徑向的方向和由相對(duì)于軸線切向的方向構(gòu)成。所述四個(gè)磁場(chǎng)傳感器中的分別相鄰的磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此90°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第二實(shí)施方式中，該組件具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助四個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的兩個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向和由相對(duì)于軸線切向的方向構(gòu)成。所述四個(gè)磁場(chǎng)傳感器中的分別相鄰的磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此90°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第三實(shí)施方式中，該組件具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助四個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的兩個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向和由相對(duì)于軸線徑向的方向構(gòu)成。所述四個(gè)磁場(chǎng)傳感器中的分別相鄰的磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此90°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第四實(shí)施方式中，該組件具有三個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助三個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的三個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向、由相對(duì)于軸線切向的方向和由相對(duì)于軸線徑向的方向構(gòu)成。所述三個(gè)磁場(chǎng)傳感器中的分別相鄰的磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此120°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第五實(shí)施方式中，該組件具有三個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助三個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的兩個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向和由相對(duì)于軸線切向的方向構(gòu)成。所述三個(gè)磁場(chǎng)傳感器中的分別相鄰的磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此120°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第六實(shí)施方式中，該組件具有三個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助三個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的兩個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向和由相對(duì)于軸線徑向的方向構(gòu)成。所述三個(gè)磁場(chǎng)傳感器中的分別相鄰的磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此120°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別優(yōu)選的第七實(shí)施方式中，該組件具有兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其中，能借助兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的三個(gè)方向分量由相對(duì)于軸線平行的方向、由相對(duì)于軸線切向的方向和由相對(duì)于軸線徑向的方向構(gòu)成。所述兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器關(guān)于軸線具有相對(duì)彼此180°的角度。

在根據(jù)本發(fā)明的組件的特別的實(shí)施方式中，機(jī)械元件在第一區(qū)段中沿所述軸線延伸，從而所述軸線可視為第一軸線。在第一區(qū)段中，機(jī)械元件具有磁化區(qū)域，從而該磁化區(qū)域可視為第一磁化區(qū)域。此外，機(jī)械元件具有第二區(qū)段，在該第二區(qū)段中，該機(jī)械元件在垂直于第一軸線布置的第二軸線中延伸。因此，機(jī)械元件成直角地延伸。根據(jù)本發(fā)明的組件不但構(gòu)造在第一區(qū)段中而且構(gòu)造在第二區(qū)段中。為此，機(jī)械元件在第二區(qū)段中具有在周向上圍繞該軸線延伸的、用于第二磁化部的第二磁化區(qū)域以及至少一個(gè)配屬于第二區(qū)段的第一磁場(chǎng)傳感器和配屬于第二區(qū)段的第二磁場(chǎng)傳感器。磁化區(qū)域的以上所說(shuō)明的實(shí)施方案也以相同的方式適用于第二磁化區(qū)域。磁場(chǎng)傳感器的以上所說(shuō)明的實(shí)施方案也以相同的方式適用于配屬于第二磁化區(qū)域的磁場(chǎng)傳感器。配屬于第二區(qū)段的磁場(chǎng)傳感器尤其分別構(gòu)造用于測(cè)量由第二磁化部以及由力和/或由力矩所引起的第二磁場(chǎng)的至少一個(gè)第一和第二方向分量。能借助配屬于第二區(qū)段的第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助配屬于第二區(qū)段的第一磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量不同地定向。能借助配屬于第二區(qū)段的第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第一方向分量和能借助配屬于第二區(qū)段的第二磁場(chǎng)傳感器測(cè)量的第二方向分量也不同地定向。配屬于第二區(qū)段的第一磁場(chǎng)傳感器和配屬于第二區(qū)段的第二磁場(chǎng)傳感器圍繞第二軸線布置在不同的周向位置上。這種特別的實(shí)施方式使得已經(jīng)能夠借助恰好兩個(gè)配屬于第一區(qū)段的磁場(chǎng)傳感器和恰好兩個(gè)配屬于第二區(qū)段的磁場(chǎng)傳感器測(cè)量分別在所有三個(gè)空間方向上的力和力矩。

磁化區(qū)域優(yōu)選具有高的磁致伸縮性。

磁化區(qū)域也可多重地構(gòu)造，從而根據(jù)本發(fā)明的組件的機(jī)械元件優(yōu)選具有多個(gè)磁化區(qū)域。由此可補(bǔ)償例如外部磁場(chǎng)的干擾影響。環(huán)繞的磁化區(qū)域優(yōu)選在軸向上隔開(kāi)間距地并排地布置并且僅僅在其極性、即在其環(huán)繞意義上不同。磁化區(qū)域中的分別相鄰的磁化區(qū)域優(yōu)選具有相反的極性。

機(jī)械元件優(yōu)選具有棱柱或者圓柱的形狀，其中，所述棱柱或者說(shuō)圓柱相對(duì)于軸線共軸地布置。棱柱或者說(shuō)圓柱優(yōu)選為直的。特別優(yōu)選地，機(jī)械元件具有直的圓柱的形狀，其中，所述圓柱相對(duì)于軸線共軸地布置。在特別的實(shí)施方式中，棱柱或者說(shuō)圓柱錐狀地構(gòu)造。棱柱或者說(shuō)圓柱也可以是空心的。

機(jī)械元件優(yōu)選由軸、由空軸、由變速叉或者由法蘭構(gòu)成。所述軸、變速叉或者說(shuō)法蘭可設(shè)置用于由不同的力和力矩導(dǎo)致的負(fù)載。原則上，機(jī)械元件也可由完全不同的機(jī)械元件類(lèi)型構(gòu)成。

所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器優(yōu)選分別由半導(dǎo)體傳感器構(gòu)成。這類(lèi)半導(dǎo)體傳感器使得能夠直接地測(cè)量磁場(chǎng)的多個(gè)方向分量。所述至少兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器或者說(shuō)被磁場(chǎng)傳感器所包括的磁場(chǎng)傳感器元件替代優(yōu)選地由霍爾傳感器、線圈、福斯特探針或者磁通門(mén)磁力計(jì)構(gòu)成。原則上也可以使用其它的傳感器類(lèi)型，只要它們適合用于測(cè)量由反磁致伸縮效應(yīng)所導(dǎo)致的磁場(chǎng)的單個(gè)或者多個(gè)單獨(dú)的方向分量。

根據(jù)本發(fā)明的方法用于測(cè)量力和/或力矩。所述力和/或力矩也作用到沿軸線延伸的機(jī)械元件上。機(jī)械元件具有圍繞軸線延伸的、用于圍繞所述軸線延伸的磁化部的磁化區(qū)域。在圍繞軸線的至少兩個(gè)不同的周向位置上進(jìn)行力或者說(shuō)力矩的測(cè)量。在這兩個(gè)位置上分別確定由磁化部以及由力和/或由力矩所引起的磁場(chǎng)的至少兩個(gè)不同地定向的方向分量。

根據(jù)本發(fā)明的方法的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，實(shí)現(xiàn)對(duì)出現(xiàn)的力和出現(xiàn)的力矩的不同的方向分量的靈活的測(cè)量。

根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的組件和其優(yōu)選的實(shí)施方式上執(zhí)行。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選也具有這些特征，所述特征與根據(jù)本發(fā)明的組件和其優(yōu)選的實(shí)施方式相關(guān)聯(lián)地說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

參照附圖從本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的以下說(shuō)明得出本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和拓展方案。附圖示出：

圖1具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第一優(yōu)選實(shí)施方式；

圖2具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第二優(yōu)選實(shí)施方式；

圖3具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第三優(yōu)選實(shí)施方式；

圖4具有三個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第四優(yōu)選實(shí)施方式；

圖5具有三個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第五優(yōu)選實(shí)施方式；

圖6具有三個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第六優(yōu)選實(shí)施方式；

圖7具有兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第七優(yōu)選實(shí)施方式；

圖8具有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器的、根據(jù)本發(fā)明的組件的第八優(yōu)選實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1至圖7分別以?xún)蓚€(gè)視圖示出根據(jù)本發(fā)明的組件。附圖的左邊部分分別包括橫截面視圖，而附圖的右邊部分分別包括根據(jù)本發(fā)明的組件的相應(yīng)實(shí)施方式的平面圖。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第一優(yōu)選實(shí)施方式。所述組件首先包括呈法蘭01形式的機(jī)械元件，所述法蘭固定在基體02上。法蘭01具有空心圓柱的形狀。法蘭01沿軸線03延伸，所述軸線也構(gòu)成法蘭01的空心圓柱形狀的中軸線。法蘭01由磁彈性的材料制成，所述磁彈性的材料具有磁致伸縮效應(yīng)。

在法蘭01的軸向區(qū)段中構(gòu)造永久磁化區(qū)域04，所述永久磁化區(qū)域環(huán)繞軸線03延伸。

在周向上環(huán)繞法蘭01地布置有四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14，所述四個(gè)磁場(chǎng)傳感器具有到軸線03相同的間距并且圍繞軸線均勻分布地布置。四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14與永久磁化部04相對(duì)。四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14例如分別由半導(dǎo)體傳感器構(gòu)成。四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14構(gòu)造用于，分別單獨(dú)地測(cè)量磁場(chǎng)B的三個(gè)方向分量。這種能力替代地可通過(guò)如下方式給出：所述磁場(chǎng)傳感器分別包括三個(gè)磁場(chǎng)傳感器元件(未示出)用于測(cè)量所述方向分量中的各一個(gè)方向分量。

示出三個(gè)笛卡爾方向x，y和z，其中，軸線03位于x方向上。此外，對(duì)于所述四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14中的每個(gè)而言確定磁場(chǎng)B的可分別測(cè)量的方向分量。所確定的方向分量具有第一下標(biāo)，其中，r代表徑向方向，a代表軸向方向，并且t代表相對(duì)于軸線03的切向方向。所確定的方向分量具有第二下標(biāo)，所述第二下標(biāo)確定以度為單位的轉(zhuǎn)角α。在磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14的相應(yīng)的位置和z軸線之間撐開(kāi)轉(zhuǎn)角α。因?yàn)樗膫€(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14環(huán)繞軸線03均勻分布地布置，轉(zhuǎn)角α＝0°，90°，180°或者說(shuō)270°。

通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的組件的所示出的實(shí)施方式能測(cè)量作用到法蘭01上的力矩的三個(gè)方向分量M_x，M_y和M_z和作用到法蘭01上的力的方向分量F_y和F_z。以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₁·(B_a0+B_a90+B_a180+B_a270)或M_x＝k₂·(B_a0+B_a180)或M_x＝k₃·(B_a90+B_a270)

M_y＝k₄·(B_t0-B_t180)或M_y＝k₅·(B_r90-B_r270)

M_z＝k₆·(B_r0-B_r180)或M_z＝k₇·(B_t90-B_t270)

F_y＝k₈·(B_a0-B_a180)

F_z＝k₉·(B_a90-B_a270)

k₁,k₂,k₃,k₄,k₅,k₆,k₇,k₈,k₉:常數(shù)。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第二優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖1中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖1中所示出的實(shí)施方式不同地，四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14構(gòu)造用于分別單獨(dú)地測(cè)量磁場(chǎng)B的僅僅兩個(gè)方向分量，即在軸向方向和切向方向上的方向分量。這種能力可替代地通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：磁場(chǎng)傳感器分別包括兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器元件(未示出)用于測(cè)量所述兩個(gè)方向分量中各一個(gè)。

以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₁·(B_a0+B_a90+B_a180+B_a270)或M_x＝k₂·(B_a0+B_a180)或M_x＝k₃·(B_a90+B_a270)

M_y＝k₄·(B_t0-B_t180)

M_z＝k₇·(B_t90-B_t270)

F_y＝k₈·(B_a0-B_a180)

F_z＝k₉·(B_a90-B_a270)

k₁,k₂,k₃,k₄,k₇,k₈,k₉:常數(shù)。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第三優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖1中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖1中所示出的實(shí)施方式不同地，四個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13，14構(gòu)造用于分別單獨(dú)地測(cè)量磁場(chǎng)B的僅僅兩個(gè)方向分量，即在軸向方向和徑向方向上的方向分量。這種能力替代地可通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：磁場(chǎng)傳感器分別包括兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器元件(未示出)用于測(cè)量所述兩個(gè)方向分量中各一個(gè)。

以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₁·(B_a0+B_a90+B_a180+B_a270)或M_x＝k₂·(B_a0+B_a180)或M_x＝k₃·(B_a90+B_a270)

M_y＝k₅·(B_r90-B_r270)

M_z＝k₆·(B_r0-B_r180)

F_y＝k₈·(B_a0-B_a180)

F_z＝k₉·(B_a90-B_a270)

k₁,k₂,k₃,k₅,k₆,k₈,k₉:常數(shù)。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第四優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖1中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖1中所示出的實(shí)施方式不同地，僅僅存在所述磁場(chǎng)傳感器中的三個(gè)11，12，13。所述三個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13環(huán)繞軸線03均勻分布，從而轉(zhuǎn)角α＝0°，120°或者說(shuō)240°。

以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₁·(B_a0+B_a120+B_a240)

M_y＝k₄·(B_r120-B_r240)或M_y＝k₅·(B_t0-1₂·(B_t120+B_t240))

M_z＝k₆·(B_t120-B_t240)或M_z＝k₇·(B_r0-1₂·(B_r120+B_r240))

F_y＝k₈·(B_a0-1₂·(B_a120+B_a240))

F_z＝k₉·(B_a120-B_a240)

k₁,k₄,k₅,k₆,k₇,k₈,k₉:常數(shù)。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第五優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖4中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖4中所示出的實(shí)施方式不同地，三個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13構(gòu)造用于分別單獨(dú)地測(cè)量磁場(chǎng)B的僅僅兩個(gè)方向分量，即在軸向方向和切向方向上的方向分量。這種能力替代地可通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：磁場(chǎng)傳感器分別包括兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器元件(未示出)用于測(cè)量所述兩個(gè)方向分量中各一個(gè)。

以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₁·(B_a0+B_a120+B_a240)

M_y＝k₅·(B_t0-1₂·(B_t120+B_t240))

M_z＝k₆·(B_t120-B_t240)

F_y＝k₈·(B_a0-1₂·(B_a120+B_a240))

F_z＝k₉·(B_a120-B_a240)

k₁,k₅,k₆,k₈,k₉:常數(shù)。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第六優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖4中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖4中所示出的實(shí)施方式不同地，三個(gè)磁場(chǎng)傳感器11，12，13構(gòu)造用于分別單獨(dú)地測(cè)量磁場(chǎng)B的僅僅兩個(gè)方向分量，即在軸向方向和徑向方向上的方向分量。這種能力替代地可通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：磁場(chǎng)傳感器分別包括兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器元件(未示出)用于測(cè)量所述兩個(gè)方向分量中各一個(gè)。

以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₁·(B_a0+B_a120+B_a240)

M_y＝k₄·(B_r120-B_r240)

M_z＝k₇·(B_r0-1₂·(B_r120+B_r240))

F_y＝k₈·(B_a0-1₂·(B_a120+B_a240))

F_z＝k₉·(B_a120-B_a240)

k₁,k₄,k₇,k₈,k₉:常數(shù)。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第六優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖1中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖1中所示出的實(shí)施方式不同地，僅僅存在所述磁場(chǎng)傳感器中的兩個(gè)12，14。所述兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器12，14環(huán)繞軸線03均勻分布，從而轉(zhuǎn)角α＝90°或者說(shuō)270°。

以下的關(guān)系適用：

M_x＝k₃·(B_a90+B_a270)

M_y＝k₅·(B_r90-B_r270)

M_z＝k₇·(B_t90-B_t270)

F_z＝k₉·(B_a90-B_a270)

k₃,k₅,k₇,k₉:常數(shù)。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的組件的第八優(yōu)選實(shí)施方式。該實(shí)施方式首先與在圖1中所示出的實(shí)施方式相同。與在圖1中所示出的實(shí)施方式不同地，法蘭僅僅沿軸線03在第一區(qū)段16中延伸，從而軸線03構(gòu)成第一軸線03。在第二區(qū)段17中，法蘭01沿第二軸線18延伸，該第二軸線垂直于第一軸線03。

法蘭01在其第二區(qū)段17中具有第二永久磁化區(qū)域19，從而位于第一區(qū)段16中的永久磁化區(qū)域04構(gòu)成第一永久磁化區(qū)域。兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器12，14配屬于第一永久磁化區(qū)域04。第一磁場(chǎng)傳感器21和第二磁場(chǎng)傳感器22以相同的方式配屬于第二永久磁化區(qū)域19。

借助四個(gè)磁場(chǎng)傳感器12，14，21，22能測(cè)量作用到法蘭01上的力矩的所有三個(gè)方向分量M_x，M_y和M_z和作用到法蘭01上的力的所有三個(gè)方向分量F_x，F(xiàn)_y和F_z。為此，替代地也可選擇在圖1至圖7中所示出的磁場(chǎng)傳感器布置中的一個(gè)不同的布置用于法蘭01的兩個(gè)區(qū)段16，17。對(duì)此的前提假定是，引起負(fù)載的力或者說(shuō)引起負(fù)載的力矩作用在法蘭01的第二區(qū)段17中。

附圖標(biāo)記列表

01 法蘭

02 基體

03 軸線

04 永久磁化區(qū)域

05 -

06 -

07 -

08 -

09 -

10 -

11 第一磁場(chǎng)傳感器

12 第二磁場(chǎng)傳感器

13 第三磁場(chǎng)傳感器

14 第四磁場(chǎng)傳感器

15 -

16 第一區(qū)段

17 第二區(qū)段

18 第二軸線

19 第二永久磁化區(qū)域

20 -

21 配屬于第二區(qū)段的第一磁場(chǎng)傳感器

22 配屬于第二區(qū)段的第二磁場(chǎng)傳感器