專利名稱：具有滾動(dòng)軸承的軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域，更確切地說涉及通過軸傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域，該軸通
常支承在滾動(dòng)軸承中。
背景技術(shù)：
相應(yīng)的軸和軸承存在于多種多樣的制模中，尤其在傳動(dòng)裝置中，然而也存在于簡 單的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置和發(fā)電機(jī)中。 通常對(duì)于機(jī)械的操作來說重要的是，當(dāng)前通過驅(qū)動(dòng)軸傳遞哪個(gè)扭矩。這例如對(duì)于
控制功率、限制機(jī)械載荷、減小磨損以及降低損壞的危險(xiǎn)來說是非常有意義的。 為此目的，已經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)公開了扭轉(zhuǎn)傳感器，該扭轉(zhuǎn)傳感器以不同的技術(shù)為基礎(chǔ)。 由DE 69834528P2公開了一種磁致伸縮扭矩傳感器，其中將尤其由基于稀土、鐵 或類似合金的復(fù)合材料制成的磁致伸縮環(huán)套裝到軸上或者插入軸中。在無扭矩的狀態(tài)下， 沿著方位環(huán)繞的磁場充滿在該環(huán)內(nèi)部，該磁場通過置入扭矩而受到干擾，從而出現(xiàn)所引起 的軸向的磁場作為扭矩的指示。 DE 102005006769A1示出了通常作為磁致伸縮的逆轉(zhuǎn)的所謂的Villary效應(yīng)，借 助于Villary效應(yīng)通過變形，例如由于軸的逆轉(zhuǎn)而產(chǎn)生軸的磁作用。作為示出Villary效 應(yīng)的材料，提出了鐵、銅、鎳或這些金屬的合金。 由DE 102205010338A1公開了一種力傳感器裝置，其具有磁致伸縮的電阻傳感 器，其中設(shè)置了由磁性的層形成的不均勻的層效果，磁致伸縮作用施加到該層上。隨后，在 整個(gè)裝置中測量電阻作為變形的尺度。 由日本專利文件2001033322A公開了一種滾動(dòng)軸承，在該滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)上設(shè)置 了磁致伸縮的元件，其中在軸承的外環(huán)的內(nèi)側(cè)上設(shè)置了磁傳感器。扭矩作用到軸承內(nèi)環(huán)中 的元件上，并且由此引起磁性關(guān)系的變化。 由EP 1046893Bl在原則上公開了一種用于扭矩測量的磁致伸縮效應(yīng)的應(yīng)用以及 將磁致伸縮的環(huán)元件固定在軸上用于傳遞扭矩并且利用該效應(yīng)。然而在該文件中沒有描述 結(jié)構(gòu)與滾動(dòng)軸承的構(gòu)造的直接關(guān)系，扭轉(zhuǎn)傳感器集成到該滾動(dòng)軸承中。為了測量磁場，描述 了一種專門的傳感器，借助于該傳感器非常頻繁地測量探測器沿著不同的磁化方向的飽和 磁化量，由此根據(jù)磁致伸縮的元件可以精確地測量磁場。

發(fā)明內(nèi)容
從該背景技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是，為具有可旋轉(zhuǎn)的軸的軸裝置盡可能節(jié)省空
間地并且在結(jié)構(gòu)上特別簡單地實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)測量，其中該軸支承在具有滾動(dòng)體和外環(huán)的滾動(dòng)軸承中。 該目的根據(jù)本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1所述特征通過一種扭轉(zhuǎn)傳感器得到實(shí)現(xiàn)，該扭
轉(zhuǎn)傳感器具有與軸牢固連接的永磁環(huán)以及至少一個(gè)固定在與外環(huán)固定地連接的傳感器載體上的磁場傳感器。 原則上公開了一種在利用磁致伸縮的效應(yīng)的情況下位于軸上的扭轉(zhuǎn)傳感器的結(jié) 構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，該效應(yīng)以最佳的方式和節(jié)省空間的方法集成到旋轉(zhuǎn)軸承中。由此，不需要 用于傳感器的單獨(dú)的支架，并且該傳感器可以與旋轉(zhuǎn)軸承的部分一起制造并且裝配。在此， 可以控制該軸承的隨后處于扭轉(zhuǎn)傳感器附近的其它部分并且在制造中已經(jīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，從而 不希望的磁性效應(yīng)不會(huì)影響測量精度。 可以有利地通過以下方法設(shè)計(jì)本發(fā)明，即傳感器載體環(huán)形地圍繞軸，并且一個(gè)或 者多個(gè)磁場傳感器承載在傳感器載體的內(nèi)側(cè)上。 由此，傳感器載體可以向外機(jī)械地屏蔽一個(gè)或者多個(gè)磁場傳感器，并且防止從外 面受到不希望的影響。傳感器就可以直接在傳感器載體的內(nèi)側(cè)上對(duì)置于相應(yīng)的永磁環(huán)。
當(dāng)傳感器載體在軸的軸向方向中形成了外環(huán)的延續(xù)部分時(shí)，該結(jié)構(gòu)就變得特別簡 單。例如可以將外環(huán)簡單地沿軸向延長，從而在第一區(qū)域中形成了用于滾動(dòng)體的滾道，并且 在軸向?qū)χ糜诘谝粎^(qū)域的第二區(qū)域中形成了傳感器載體。 在此，磁場傳感器可以在內(nèi)部要么通過粘接固定在傳感器載體上要么也可以置入 凹處中。重要的是，要如此選擇傳感器載體的材料，從而不會(huì)與磁場傳感器形成磁性的相互 作用。為此目的，該傳感器載體可以由屏蔽磁性的材料制成。
傳感器載體也可以借助于圓柱形的套與外環(huán)連接。 在這種情況下，傳感器載體例如可以借助于套進(jìn)行套裝、與外環(huán)釬焊或者熔焊。
這種傳感器載體也可以由可插到外環(huán)上的套形成。 借助于提到的結(jié)構(gòu)可以在任何時(shí)候有利地用外環(huán)承載傳感器載體并且由此不需 要其它用于傳感器載體的承載結(jié)構(gòu)。 在構(gòu)造永磁磁致伸縮的環(huán)時(shí)，重要的是該環(huán)參與軸的扭轉(zhuǎn)。為此目的，可以有利地 將永磁環(huán)在傳感器載體的區(qū)域中固定在軸的罩面上。 在這種情況下，可以將永磁環(huán)與軸形狀配合地連接。這例如可以通過齒部、槽榫連 接或者環(huán)和軸的類似的幾何上相互嚙合的結(jié)構(gòu)來確保。 為了牢固地連接軸和永磁環(huán)，也可以設(shè)置力配合的連接，例如通過環(huán)的熱壓配合。
也可以考慮通過釬焊或熔焊以及粘貼形成的材料配合的連接。 最后，也可以將永磁環(huán)集成到軸中，要么通過將環(huán)置入軸的凹處中，要么作為軸的 部分與該軸構(gòu)成一體的。這例如可以通過以下做法得到保證，即該軸逐個(gè)地由不同的材料 制成，其中所述環(huán)由永磁材料制成，或者通過將軸部分地在環(huán)的區(qū)域中進(jìn)行磁化并且在其 它地方不磁化。 為了在結(jié)構(gòu)上簡單地構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的裝置，也可以考慮將永磁環(huán)構(gòu)造成軸承的 內(nèi)環(huán)的軸向的延長部分，大體上設(shè)置這樣的環(huán)并且滾動(dòng)體的內(nèi)部的滾動(dòng)面本身不由軸的罩 面形成。在這種情況下，可以將具有磁場傳感器和永磁環(huán)的整個(gè)傳感器裝置完全集成到旋 轉(zhuǎn)軸承的部件中。 本發(fā)明的功能是，在所述軸的無扭矩的狀態(tài)下將磁通通過永磁環(huán)沿著圓周方向不 中斷地圓環(huán)形地延伸，使得磁作用不會(huì)向外走。 這通過相應(yīng)的磁化在所述裝置的構(gòu)造或者布置中得到保證。 如果現(xiàn)在將扭轉(zhuǎn)置于軸中，該軸以永磁環(huán)進(jìn)行劃分，那么通過尤其各向異性的磁致伸縮的效應(yīng)會(huì)形成干擾的異常的磁通元件，其中磁通的方向尤其與圓周方向不同，并且 總地會(huì)出現(xiàn)磁通的沿著軸的軸向方向的軸向分量。因?yàn)檠刂磐ǖ倪@個(gè)方向不會(huì)封閉在環(huán) 內(nèi)部，所以這會(huì)導(dǎo)致磁場分量或者說磁通線向外走，磁場分量或者說磁通線可以在磁場傳 感器中證實(shí)。相應(yīng)的傳感器例如可以構(gòu)造成霍爾傳感器或者簡單的磁性的測量繞線的形 式，或者利用其它公開的磁性效應(yīng)。因?yàn)樵谡顟B(tài)下不會(huì)測到場強(qiáng)，所以可以將磁場傳感 器調(diào)節(jié)到較高的靈敏度上并且由此也證實(shí)沒有扭矩。 原則上可以在準(zhǔn)備或者說磁化永磁環(huán)時(shí)使用大量用于磁化的方法。在此，有利地 提出這種方法，即大電流強(qiáng)度的電流通過了穿過所述環(huán)的導(dǎo)體，該導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的指向 所希望的圓周方向的大強(qiáng)度的磁場，以該磁場可以在合適的材料中確保永久磁化。


下面根據(jù)實(shí)施例在附圖中示出本發(fā)明并且隨后對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一軸裝置； 圖2是第二軸裝置； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三軸裝置； 圖4是用于證實(shí)磁場的測量裝置； 圖5是用于磁化永磁環(huán)的配置。
具體實(shí)施例方式
圖l以部分剖開的布置情況示出了例如由鋼制成的軸1，該軸圍繞軸線3可旋轉(zhuǎn)地 支承在旋轉(zhuǎn)軸承2中。該軸承2具有外環(huán)4，該外環(huán)具有用于滾動(dòng)體5的滾動(dòng)面，滾動(dòng)體在 這種情況下是球。外環(huán)4的滾動(dòng)面同樣可以像球5的表面一樣進(jìn)行硬化處理或者在摩擦學(xué) 方面進(jìn)行有利地涂層。 由可以具有滾動(dòng)槽的軸1的表面給出了用于軸承球5的內(nèi)滾動(dòng)面。
外環(huán)4保持在支撐體6中，該支撐體由包含軸3的機(jī)器的結(jié)構(gòu)給出。
外環(huán)沿著軸線3的軸向在球所處的區(qū)域上延伸出去，并且在那里將磁場傳感器7 承載在其內(nèi)罩面上，在這些磁場傳感器中例如兩個(gè)磁場傳感器可以分布在外環(huán)4的圓周 上。這些磁場傳感器7例如作為霍爾傳感器或者簡單地作為巻繞的電繞線，必要時(shí)填充鐵 磁的材料。如此定向磁場傳感器，使得其可以證實(shí)磁場的關(guān)于軸的軸線軸向的分量。
此外，從圖1中可以獲知永磁環(huán)8，該環(huán)形成了軸1的一部分并且位于軸的圓周側(cè) 的罩面上。 在永磁環(huán)8中充滿磁通，該磁通沿著方位環(huán)繞在軸的圓周側(cè)上并且封閉在環(huán)內(nèi) 部，從而實(shí)際上沒有磁場分量向外走。 在這種狀態(tài)下，磁場傳感器7證實(shí)沒有從環(huán)8中出來的磁場的軸向的分量。
如果扭轉(zhuǎn)所述軸l，那么作為永磁環(huán)8的扭轉(zhuǎn)的結(jié)果，在那里尤其在以各向異性的 磁致伸縮的特性為先決條件時(shí)干擾具有形成軸向磁場分量的磁通。對(duì)于這種效應(yīng)，下面將 進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)的深入研究。無論如何，在這種情況下，位于永磁環(huán)8外部的磁場傳感器探 測出作為散逸場軸向的磁場分量，由此可以推導(dǎo)出軸的扭轉(zhuǎn)并且在磁場強(qiáng)度方面也能推導(dǎo) 出扭轉(zhuǎn)的程度。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有軸1的軸裝置的另一種實(shí)現(xiàn)方式，在圓周上單獨(dú)的 體8'進(jìn)入該軸中，使得該體與軸1的外罩面平齊。例如將永磁環(huán)8'粘接在該軸l的槽中。 該環(huán)可以在其圓周的位置上斷開，由此可以將其彈性地咬合。 旋轉(zhuǎn)軸承與圖1中示出的旋轉(zhuǎn)軸承的區(qū)別在于，還設(shè)置了固定在軸l上的內(nèi)環(huán)9 并且提供了用于球5的滾動(dòng)面。 此外，外環(huán)沿軸向分布，并且外環(huán)的延長部分10具有凹處11，在該凹處中安置了 磁場傳感器。為了不干擾磁場測量，延長部分10應(yīng)該由在磁方面惰性的材料制成。該延長 部分例如可以由屏蔽磁性的材料制成。 在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種略微變化的版本，其中所述永磁環(huán)8〃構(gòu)造 成軸承的內(nèi)環(huán)9的軸向延長部分。該永磁環(huán)8〃熔焊、釬焊或者粘貼或者形狀配合地或力配 合地安置到軸1上。 原本的軸承由內(nèi)環(huán)9、外環(huán)4以及球5構(gòu)成，其中借助于套12將傳感器載體10夾 在外環(huán)4上。由此可以在構(gòu)造旋轉(zhuǎn)軸承之后在置入傳感器載體。 在此，傳感器載體10承載著磁場傳感器，磁場傳感器對(duì)置于永磁環(huán)8〃用于測量 軸向的磁場分量。 在圖3的下面部分中同樣如圖2 —樣，為了清晰起見省去了軸承裝置。
圖4示出了測量裝置的基本功能。 示意性地示出了永磁環(huán)8的剖面圖連同磁通線，該磁通線在下側(cè)從圖紙平面伸出 來并且在上側(cè)進(jìn)入圖紙平面中。 如果現(xiàn)在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，那么會(huì)出現(xiàn)磁場的軸向的分量，該分量引起散逸場，該散逸場 由虛線13示出。該散射流通過空隙封閉并且在此也進(jìn)入磁場傳感器7，在這些磁場傳感器 中示意性地通過具有接口的線圈示出了其中一個(gè)磁場傳感器。 線圈的接口與電流測量器14連接，該電流測量器提供了與磁場強(qiáng)度成比例的測 量信號(hào)。這還可以以不同的效應(yīng)進(jìn)行校正，從而例如排除地磁場的影響并且隨后可以在計(jì) 算單元和顯示單元15中計(jì)算出并且顯示出扭轉(zhuǎn)程度的結(jié)果。 在永磁環(huán)8的剖面圖旁邊的附圖右邊部分中示出了該環(huán)的側(cè)視圖，其具有指向該 環(huán)的圓周方向的磁通分量16以及指向軸向的分量17，該軸向的分量在施加扭轉(zhuǎn)力矩的情 況下出現(xiàn)。 因?yàn)檫@種軸向的磁通分量不能封閉在材料的內(nèi)部，所以會(huì)出現(xiàn)上面示出的散射流。 在圖5中示出了用于在永磁環(huán)8中產(chǎn)生永久磁化的典型的裝置，其中僅僅示意性 地說明了導(dǎo)體18，大電流強(qiáng)度的高電流沿著箭頭19的方向流過該導(dǎo)體，例如由脈沖電流并 且由于安培定律產(chǎn)生磁通，該磁通環(huán)形地包圍所述導(dǎo)體并且在環(huán)形8中引起相應(yīng)的剩磁。
例如也在集成了相應(yīng)的環(huán)8的軸中提供這種做法，其中就將軸用作導(dǎo)體。在此，該 環(huán)8也可以作為具有鐵磁材料的軸區(qū)域中的涂層實(shí)現(xiàn)。這種涂層例如也可以用電鍍或者汽 相噴鍍來施加。 總之，確定了用本發(fā)明通過將扭轉(zhuǎn)傳感器集成到軸承中給出結(jié)構(gòu)上簡單的并且成
本低廉的用于扭轉(zhuǎn)傳感器的解決方案。 參考標(biāo)號(hào)
6
1 軸 2 滾動(dòng)軸 3 軸線 4 外環(huán) 5 滾動(dòng)體 6 支撐體 7 磁場傳感器 8， 8' ，8〃 永磁環(huán) 9 內(nèi)環(huán) 10 傳感器載體，延長部分 11 凹處 12 套 13 磁場線 14 電流測量器 15 顯示單元 16 指向圓周的磁通分量 17 軸向分量 18 導(dǎo)體 19 箭頭
權(quán)利要求
軸裝置，具有可旋轉(zhuǎn)的軸(1)，所述軸支承在具有滾動(dòng)體(5)和外環(huán)(4)的滾動(dòng)軸承(2)中，其特征在于一扭轉(zhuǎn)傳感器(7，8)，所述扭轉(zhuǎn)傳感器具有與所述軸固定連接的永磁的磁致伸縮環(huán)(8，8′，8″)以及至少一個(gè)固定在與外環(huán)固定地連接的傳感器載體(10)上的磁場傳感器(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軸裝置，其特征在于，所述傳感器載體(10)環(huán)形地圍繞所述 軸(1)并且所述一個(gè)或者多個(gè)磁場傳感器(7)承載在傳感器載體的內(nèi)側(cè)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸裝置，其特征在于，所述傳感器載體(10)在所述軸的軸向 方向中形成了所述外環(huán)(4)的延續(xù)部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸裝置，其特征在于，所述傳感器載體(10)借助于圓柱形的 套(12)與所述外環(huán)(4)連接。
5 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的軸裝置，其特征在于，所述外環(huán)(4)承載著傳感器載體 (10)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l或隨后的權(quán)利要求之一所述的軸裝置，其特征在于，所述永磁環(huán)(8， 8' ，8〃 )在所述傳感器載體(10)的區(qū)域中固定在所述軸的罩面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸裝置，其特征在于，所述永磁環(huán)(8，8' ，8〃 )與所述軸承 (2)的內(nèi)環(huán)(9)的軸向的延長部連接或者集成到所述內(nèi)環(huán)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的軸裝置，其特征在于，所述永磁環(huán)(8，8' ，8〃 ) 作為所述軸(1)的一部分與所述軸一體構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的軸裝置，其特征在于，所述永磁環(huán)(8，8' ，8〃 )與所述 軸(1)力配合地連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的軸裝置，其特征在于，所述永磁環(huán)(8，8' ，8〃 )與所述 軸(1)形狀配合地連接。
11. 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的軸裝置的方法，其特征在于，通 過不連續(xù)地產(chǎn)生穿過所述環(huán)的電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁環(huán)(8，8' ，8〃 )的磁化。
全文摘要
在具有可旋轉(zhuǎn)的軸(1)的軸裝置中設(shè)置有扭轉(zhuǎn)傳感器(7，8)，其中，軸支承在具有滾動(dòng)體(5)和外環(huán)(4)的滾動(dòng)軸承(2)中，該扭轉(zhuǎn)傳感器具有永磁環(huán)(8，8′，8″)以及至少一個(gè)固定在與外環(huán)(4)固定連接的傳感器載體(10)上的磁場傳感器(7)。由此可以將扭轉(zhuǎn)傳感器在結(jié)構(gòu)上簡單地集成到旋轉(zhuǎn)軸承中。
文檔編號(hào)G01L3/10GK101720424SQ200880019743
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月14日
發(fā)明者哈拉爾德·格拉巴, 邁克爾·保施 申請(qǐng)人:謝夫勒兩合公司