Un detector magnetoestrictivo para medir un par de torsión en un eje (1),

en el que el detector comprende al menos una región magnetoestrictiva activa (2) en el eje (1), un patrón de superficie sobre la región magnetoestrictiva (2), de manera que obtiene propiedades anisotrópicas, un primer medio (5) dispuesto para genera un campo magnético variable con el tiempo en la región magnetoestrictiva (2) y un segundo medio (9) dispuesto para detectar variaciones en la permeabilidad en la región magnetoestrictiva (2) y en el que dicha región magnetoestrictiva (2) comprende una primera capa (3) de un material magnetoestrictivo proporcionado sobre la superficie del eje (1) caracterizado por que dicho patrón de superficie está formado por una segunda capa (4) de un material no magnetoestrictivo que tiene una resistividad que es menor que la resistividad del material de la primera capa (3), en el que dicha primera capa (3) tiene un espesor que es mayor que la profundidad de penetración del material magnetoestrictivo y en el que dicha segunda capa (4) tiene un espesor que es menor que la profundidad de penetración en la primera capa y mayor que la profundidad de penetración multiplicada por el cociente entre la resistividad del material en la segunda capa (4) y la resistividad del material en la primera capa (3)

Un detector de par de torsión.

Antecedentes de la invención y Técnica anterior

La presente invención se refiere a un detector magnetoestrictivo para medir el par de torsión en un eje, en el que el detector comprende al menos una región magnetoestrictiva activa del eje, un patrón de superficie sobre la región magnetoestrictiva de manera que obtiene propiedades anisotrópicas, un primer medio dispuesto para generar un campo magnético variable con el tiempo en la región magnetoestrictiva y un segundo medio dispuesto para detectar variaciones en la permeabilidad en la región magnetoestrictiva y en el que dicha región magnetoestrictiva comprende una primera capa de un material magnetoestrictivo proporcionado sobre la superficie del eje.

Dichos detectores magnetoestrictivos se conocen y existen en numerosas realizaciones diferentes. Normalmente, los detectores magnetoestrictivos de acuerdo con lo anterior comprenden un primer medio que comprende un primer bobinado proporcionado en una horquilla y que se extiende alrededor de la región magnetoestrictiva del eje. Se dispone una corriente variable con el tiempo para suministrar al primer bobinado, de manera que se genera un campo magnético variable con el tiempo en la región magnetoestrictiva. El segundo medio comprende, en general, un segundo bobinado, que se proporciona en la misma horquilla que el primer bobinado. De esta manera, se induce una tensión en el segundo bobinado con un valor proporcional a la densidad del flujo magnético. Como la permeabilidad de la región magnetoestrictiva cambia cuando se somete a un par de torsión, la densidad de flujo magnético se ve influida también. La tensión inducida en el segundo bobinado, por lo tanto, puede usarse para determinar la magnitud del par de torsión en el eje.

Las diferencias entre diferentes detectores magnetoestrictivos conocidos son principalmente el diseño de la región magnetoestrictiva y la manera de obtener propiedades anisotrópicas en la misma.

El documento US 5 646 356 muestra un detector magnetoestrictivo para medir el par de torsión en un eje. Se han aplicado tiras finas de un material de baja resistividad a la superficie del eje, que tienen un ángulo de 45º respecto a la extensión del eje. El uso de este detector está restringido a medir el par de torsión en ejes que consisten en materiales que tienen buenas propiedades magnetoestrictivas. Como los ejes de transmisión sólo en casos excepcionales se fabrican de un material que tenga buenas propiedades magnetoestrictivas, el uso de este detector está restringido.

El documento US 5 491 369 muestra un detector magnetoestrictivo para medir un par de torsión aplicado a un eje. Para proporcionar dicho detector sobre un eje, se forma una pluralidad de surcos sobre la superficie circunferencial del eje. Después, el eje se somete a un tratamiento térmico de manera que recibe una mayor potencia. Posteriormente, se aplica una capa de aglutinante antes de que un material magnetoestrictivo activo se proporcione sobre la superficie circunferencial del eje. Por consiguiente, el método requiere tanto el tratamiento mecánico como el tratamiento térmico del eje que lleva la carga, lo que le hace menos atractivo para muchas aplicaciones.

El documento JP 4-221 726 muestra un detector magnetoestrictivo para medir el par de torsión en un eje. El detector comprende una región magnetoestrictiva que tiene una primera capa de níquel que se apoya en la superficie del eje y una segunda capa de permalloy, que es un material ferromagnético que tiene una permeabilidad muy alta, proporcionada sobre la primera capa. Después de la aplicación de la segunda capa sobre la primera capa, se retiran tiras finas de la segunda capa, de manera que la región magnetoestrictiva obtiene un patrón de superficie que da a la región magnetoestrictiva propiedades anisotrópicas.

La segunda capa debe ser magnetoestrictiva para que funcione el detector y una desventaja considerable es que la segunda capa debe ser también de alta permeabilidad.

El documento CN 1030642 muestra un detector del par de torsión magnetoestrictivo que tiene una primera capa de cobre proporcionada sobre una superficie circunferencial del eje y tiras finas de una aleación magnetoestrictiva proporcionadas sobre la misma. También en este caso, las tiras aplicadas deben tener una alta permeabilidad para que funcione el detector.

El documento JP 10-176966 muestra un detector del par de torsión magnetoestrictivo que tiene una primera capa de un material magnetoestrictivo que está proporcionado sobre una superficie circunferencial de un eje. El detector magnetoestrictivo descrito aquí se basa en anisotropía geométrica, que se proporciona ya que la primera capa forma un patrón geométrico sobre la superficie del eje. El objeto de esta invención es mejorar la resistencia de la primera capa respecto a rotura y separación. Por lo tanto, la primera capa se proporciona con un espesor que disminuye gradualmente hacia sus partes finales. Posteriormente, se proporciona una segunda capa de un material no magnetoestrictivo de manera que se extiende sobre las partes finales de la primera capa que tienen un espesor en disminución. De esta manera, la resistencia de la primera capa se mejora respecto a rotura y separación. Por consiguiente, la función de la segunda capa es únicamente proporcionar una distribución favorable de la tensión mecánica en la primera capa de una manera mecánica. De la misma manera que los detectores de acuerdo con los documentos JP4-221 726 y CN 1030642 citados anteriormente, las tiras aplicadas requieren una alta permeabilidad para que el detector funcione.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un detector magnetoestrictivo para medir un par de torsión en un eje, detector que es sencillo de proporcionar sobre un eje, proporciona buenos resultados de medición y es posible proporcionar sobre ejes existentes sustancialmente independientemente del material de fabricación del eje.

Este objeto se consigue mediante el detector magnetoestrictivo definido en la reivindicación 1. Debido a las corrientes de Foucalt inducidas en la primera capa, el campo magnético aplicado disminuye (se amortigua) exponencialmente con la distancia desde la superficie de la primera capa. Eligiendo una capa suficientemente gruesa, las propiedades del detector estarán dominadas por el material de la primera capa y no por el material del eje. Proporcionando una primera capa de un espesor adecuado sobre la superficie circunferencial del eje, la influencia del material del eje sobre los resultados de la medición del detector se hace más o menos insignificante. De esta manera, el detector puede proporcionarse sobre sustancialmente toda clase de ejes e independientemente del material del eje. Dicho detector magnetoestrictivo obtiene también una buena función con una primera capa de un material que tiene una permeabilidad relativamente baja.

De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, dicha segunda capa se proporciona sobre la primera capa. Proporcionando una segunda capa de un material no magnetoestrictivo sobre la primera capa, se obtiene el patrón de superficie que proporciona propiedades anisotrópicas a la región magnetoestrictiva. Ventajosamente, dicha primera capa tiene una extensión continua en dicha región. Dicha primera capa se proporciona sencillamente al mismo tiempo que forma una superficie subyacente continua y uniforme sobre la que la segunda capa puede proporcionarse fácilmente. Adicionalmente, dicha primera capa continua minimiza la concentración de tensiones en la región magnetoestrictiva. De acuerdo con una realización alternativa, la primera capa está provista de una extensión no continua sobre la superficie el eje y al menos en cualquier parte donde la primera capa no se apoye en la superficie del eje, se proporciona la segunda capa sobre la superficie del eje. Proporcionando tanto la primera capa como la segunda capa sobre la superficie del eje en dicho patrón de superficie, la región magnetoestrictiva puede obtener una capa superficial sustancialmente uniforme.

De acuerdo con otra realización preferida dicha primera y segunda capas están dispuestas para aplicarse mediante un método de aplicación que básicamente no introduce calor. Evitando las altas temperaturas, la resistencia y las tolerancias del eje que lleva la carga no se ven influidas. Un método de aplicación adecuado que no introduce calor es el metalizado. Existen al menos dos métodos de metalizado aplicables para metalizar con metales sobre un elemento existente, en concreto metalizado en baño...

1. Un detector magnetoestrictivo para medir un par de torsión en un eje (1), en el que el detector comprende al menos una región magnetoestrictiva activa (2) en el eje (1), un patrón de superficie sobre la región magnetoestrictiva (2), de manera que obtiene propiedades anisotrópicas, un primer medio (5) dispuesto para genera un campo magnético variable con el tiempo en la región magnetoestrictiva (2) y un segundo medio (9) dispuesto para detectar variaciones en la permeabilidad en la región magnetoestrictiva (2) y en el que dicha región magnetoestrictiva (2) comprende una primera capa (3) de un material magnetoestrictivo proporcionado sobre la superficie del eje (1) caracterizado por que dicho patrón de superficie está formado por una segunda capa (4) de un material no magnetoestrictivo que tiene una resistividad que es menor que la resistividad del material de la primera capa (3), en el que dicha primera capa (3) tiene un espesor que es mayor que la profundidad de penetración del material magnetoestrictivo y en el que dicha segunda capa (4) tiene un espesor que es menor que la profundidad de penetración en la primera capa y mayor que la profundidad de penetración multiplicada por el cociente entre la resistividad del material en la segunda capa (4) y la resistividad del material en la primera capa (3).

2. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la segunda capa (4) se proporciona sobre la primera capa (3).

3. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que dicha primera capa (3) tiene una extensión continua en dicha región (2).

4. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha primera capa (3) está provista de una extensión no continua sobre la superficie del eje (1) y por que en al menos cualquier parte donde la primera capa (3) no se apoya en la superficie del eje (1), se proporciona la segunda capa (4) sobre la superficie del eje (1).

5. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha primera (3) y segunda (4) capas están dispuestas para aplicarse mediante un método de aplicación que básicamente no introduce calor.

6. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que dicho método de aplicación es metalizado.

7. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado por que la superficie del eje (1) se dispone para someterla a un pretratamiento antes de aplicar dichas capas.

8. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-7, caracterizado por que dichas capas aplicadas están dispuesta para someterse a un tratamiento post-aplicación.

9. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha primera capa (3) tiene un espesor que es mayor de 1/4 de la profundidad de penetración del material magnetoestrictivo.

10. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera capa (3) comprende uno o más materiales de níquel, hierro o cobalto.

11. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha segunda capa (4) comprende un material que tiene una permeabilidad que es menor que la permeabilidad del material de la primera capa (3).

12. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha segunda capa (4) comprende tiras dispuestas en paralelo, que forman un ángulo de entre pm20º y 75º respecto a una generatriz de la superficie del eje.

13. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que dichas tiras están proporcionadas en al menos dos zonas, que comprenden tiras con diferentes ángulos.

14. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que dichas tiras se extienden de una manera continua entre dichas zonas.

15. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que dichas tiras se extienden con una interrupción entre dichas zonas.

16. Un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha segunda capa (4) comprende uno o más materiales de cobre o aluminio o cromo.

17. Uso de un detector magnetoestrictivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para medir un par de torsión en un eje.