CN101299002B

CN101299002B - 传感器间隙平衡装置

Info

Publication number: CN101299002B
Application number: CN200810094976.4A
Authority: CN
Inventors: C·E·马林; M·P·波尔特尔; P·D·斯蒂芬森; J·R·马腾
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: US20080271534A1; US7832287B2; CN101299002A; DE102008021677A1; DE102008021677B4

Abstract

本发明涉及传感器间隙平衡装置，其中提供一种定位扭矩传感器的装置，所述传感器设有发射器和接收器。该装置包括第一环状件，其中所述接收器与所述第一环状件相连。第二环状件邻近所述第一环状件设置。轴承组件设置在所述第一环状件和第二环状件之间。该轴承组件包括形成于所述第一环状件的第一座圈，形成于所述第二环状件的第二座圈和设置在所述第一座圈和第二座圈之间用于使所述第一座圈和第二座圈相对彼此转动的轴承元件。径向延伸件与所述第二座圈相连。接收器从轴承组件径向偏移，而且发射器安装于径向延伸件的安装表面，发射器与接收器相对并相隔预定的轴向距离。

Description

传感器间隙平衡装置

技术领域

本发明涉及传感器，更具体地说涉及一种用于传感器的间隙平衡装置。

背景技术

该部分内容仅仅涉及本发明的背景技术信息，其可以作为或可以不作为本发明的现有技术。

通常需要确定旋转轴(转子)上相对于固定元件(定子)的扭矩。包括转子和定子的典型应用如自动变速器。

为了确定作用于所述转子的扭矩，通常采用扭矩传感器来测量该扭矩。常规的扭矩传感器包括应变仪，磁性或光量传感器，和表面声波(SAW)传感器。这些传感器分别用于测量不同的参数，如局部应变，角位移，或声波的应变感应变化。这些扭矩传感器通常包括称作发射器和接收器的两个元件。接收器通常与所述转子相连，而发射器则与所述定子相连。在磁性传感器和SAW传感器中，感应电流通过所述发射器，而且作用在转子上的扭矩以电流，无线电信号或磁场的形式返回给所述发射器，然后被转换成估算扭矩。已知的是采用传感器来作为确定总扭矩的判定元件，并且控制所述发射器和接收器之间的间隙距离。

因此，上述扭矩传感器存在一个缺点，即用于计算扭矩的期望间隙距离与接收器和发射器之间的实际间隙距离不相符，从而增加了扭矩计算的误差量。由于转子和定子之间的系统容许误差通常不是准确已知的，充其量是所述期望间隙距离为估算值。因此，在现在技术的基础上提供一种能够减小所述期望间隙距离和实际间隙距离之间误差的装置是十分有用的。

发明内容

本发明提供一种定位具有发射器和接收器的扭矩传感器的装置。

本发明的第一方面，所述装置包括第一环状件，其中所述接收器与第一环状件相连。第二环状件邻近第一环状件设置。轴承组件设置在所述第一环状件和第二环状件之间，该轴承组件包括形成于所述第一环状件的第一座圈，形成于所述第二环状件的第二座圈和设置在所述第一座圈和第二座圈之间用于使第一座圈和第二座圈相对彼此转动的轴承元件。径向延伸件与第二座圈相连。接收器从轴承组件径向偏移，而且发射器安装于径向延伸件的安装表面，发射器与接收器相对并相隔预定的轴向距离。

本发明的另一方面，所述第二座圈包括轴向延伸部。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件包括与第二座圈的轴向延伸部相连的径向延伸部，而且所述径向延伸件进一步包括一端与径向延伸部相连而另一端与安装表面相连的轴向延伸部。

另外，本发明的另一方面，所述安装表面从轴向延伸部径向向外延伸。

另外，本发明的另一方面，所述第二座圈包括邻近轴承组件的凸缘并且径向延伸件包括在其中接收凸缘的凹槽。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件包括径向延伸部，且安装表面包括联接于径向延伸部的弯曲的轴向向下的台阶。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件包括径向延伸部，且安装表面包括联接于径向延伸部的轴向向下的台阶。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件径向向内延伸。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件径向向外延伸。

另外，本发明的另一方面，所述装置进一步包括弹簧机构，该弹簧机构设置在径向延伸件和第二环状件之间。

本发明的第二方面，提供一种装置，其包括用于发送信号的接收器；用于从接收器接收信号的发射器；第一环状件，其中接收器与第一环状件相连；邻近第一环状件设置的第二环状件；设置在第一环状件和第二环状件之间的轴承元件，该轴承元件用于使第一环状件和第二环状件相对彼此转动；和与轴承元件相连的径向延伸件。所述接收器从轴承元件径向偏移，而所述发射器安装于径向延伸件的安装表面，发射器与接收器相对并相隔预定的轴向距离。

本发明的另一方面，所述轴承元件为环形垫圈。

另外，本发明的另一方面，所述轴承元件包括多个滚柱。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件径向向内延伸。

另外，本发明的另一方面，所述径向延伸件包括与轴承元件接合的衬垫元件。

另外，本发明的另一方面，所述装置进一步包括设置在径向延伸件和第二环状件之间的弹簧机构。

根据接下来的描述本发明的进一步应用范围变得更加明显。应当理解的是说明书和实施例的目的是用于描述本发明，而并不限制本发明的范围。

附图说明

接下来所描述的附图仅仅是以描述为目的，并不以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明原理的间隙平衡装置的透视图；

图2是沿图1的箭头2-2方向的间隙平衡装置的剖视图，并且示出了与示范变速器的使用情况；

图3是根据本发明原理的第二实施例的间隙平衡装置透视图；

图4是沿图3的箭头4-4方向的第二间隙平衡装置的剖视图，并且示出了与示范变速器的使用情况；

图5是根据本发明原理的第三实施例的间隙平衡装置透视图；

图6是沿图5的箭头6-6方向的第三间隙平衡装置的剖视图，并且示出了与示范变速器的使用情况；

图7是根据本发明原理的第四实施例的间隙平衡装置透视图；

图8是沿图7的箭头8-8方向的第四间隙平衡装置的剖视图，并且示出了与示范变速器的使用情况；

图9是根据本发明原理的第五实施例的间隙平衡装置透视图；

图10是沿图9的箭头10-10方向的第五间隙平衡装置的剖视图，并且示出了与示范变速器的使用情况；

图11是根据本发明原理的第六实施例的间隙平衡装置透视图；

图12是沿图11的箭头12-12方向的第六间隙平衡装置的剖视图，并且示出了与示范变速器的使用情况；

具体实施方式

下文中的说明仅仅是示例性的，并不限制本发明的范围、应用或用途。

附图1示出根据本发明的原理设计的间隙平衡装置10。所述间隙平衡装置10包括与延伸件14相连的轴承组件12。所述延伸件14从轴承组件12开始径向向外延伸。所述间隙平衡装置10为环形并形成有孔16。

接下来参考附图2，示出间隙平衡装置10与示范的第一环状件18和示范的第二环状件20的使用情况。所述第一环状件18包括轴部22，所述轴部22具有从该轴部开始径向延伸的径向延伸部24。所述径向延伸部24包括第一表面26。所述第二环状件20包括第二表面28。所述第一环状件18与第二环状件20邻近设置，使所述第一表面26与第二表面28相对。所述第一环状件18的径向延伸部24和第二环状件20定义间隙30。所述间隙平衡装置10设置在第一环状件18和第二环状件20之间的间隙30内。所述第一环状件18的轴向延伸部22延伸通过间隙平衡装置10的孔16。在该优选实施例中，所述第一环状件18为可旋转轴而第二环状件20为固定外壳。然而，应当理解的是，所述第一环状件18或者第二环状件20相对彼此是固定的或可旋转的。

所述间隙平衡装置10的轴承组件12包括第一座圈32，该座圈与第二座圈34相对设置，还包括设置在第一座圈32和第二座圈34之间的至少一个轴承元件36。所述第一座圈32形成于第一环状件18的第一表面26。所述第二座圈34形成于第二环状件20的第二表面28。所述第一座圈32包括沿轴向方向朝第二座圈34延伸的第一壁38。而所述第二座圈34则包括沿轴向方向朝第一座圈32延伸的第二壁40。所述第一壁38位于相对第二壁40的径向内侧。所述第一座圈32，第一壁38，第二座圈34和第二壁40结合在一起形成轴承元件36的轴承罩。

如上所述，所述轴承元件36设置在第一座圈32和第二座圈34之间。在本发明的优选实施例中，所述轴承元件36为滚柱，然而应当理解的是也可以采用其它形成的轴承，例如滚珠。在所述轴承组件12内设置多个轴承元件36。所述轴承元件36允许第一座圈32和第二座圈34相对彼此运动，从而允许第一环状件18和第二环状件20相对彼此运动。

所述间隙平衡装置10的延伸件14包括径向部44，轴向部46和安装法兰48。所述径向部44与轴承组件12的第二座圈34的第二壁40的一端相连。所述径向部44从轴承组件12径向向外延伸并形成环状。所述轴向部46与径向部44相连。所述安装法兰48与轴向部46相连并径向向外延伸。所述安装法兰48包括安装表面50。所述第二座圈34的第二壁40，径向部44和轴向部46结合在一起共同定义间隙平衡装置10内的环形凹槽52(同样可参见附图1)。所述环形凹槽52的大小与超出第二环状件20的第二表面28而形成的凸缘54相配。

为了确定实施例中第一环状件18的扭矩，在第一环状件18和第二环状件20之间的间隙30内设置扭矩传感器56。所述扭矩传感器56优选为SAW传感器，可是应当理解的是扭矩传感器56也可以采用不偏离本发明范围的其它形式的传感器。所述扭矩传感器56包括旋转件或接收器58和固定件或发射器60。所述接收器58与第一环状件18的第一表面26相连并且相对间隙平衡装置10的轴承组件12径向偏移。所述发射器60安装于延伸件14的安装表面50。所述延伸件14的安装表面50从轴承组件12径向向外延伸，使发射器60相对接收器58彼此相对并相隔预定轴向距离而定位。如附图所示，该轴向距离定义为间隙距离“A”。该间隙距离“A”可通过调节延伸件14的轴向部46的长度而保持。作用于第一环状件18的扭矩使接收器58变形。该变形改变从接收器发出的输出(也就是由采用的扭矩传感器56决定的磁场，角位移或声波)，从而该输出指示作用于第一环状件18的扭矩。所述发射器60检测该输出并根据接收器58和发射器60之间的预定轴向距离，使控制器(未示出)能够确定作用于第一环状件18的扭矩。

所述间隙平衡装置10还包括弹簧机构62，其与安装法兰48的安装表面50相反的一侧相连。所述弹簧机构62与第二环状件20的第二表面28接合。所述弹簧机构62可以是盘簧，弹性垫圈，止推垫圈或本领域公知的其它弹簧元件。为了使所述发射器60稳定，弹簧机构62可用于阻尼运动并保持延伸件14和第二环状件20之间的间隙。

由于当所述间隙平衡装置10相对第一环状件18轴向固定时，第一环状件18相对第二环状件20的轴向运动或浮动不影响间隙距离“A”，所以将所述发射器60安装到间隙平衡装置10上时间隙距离“A”保持不变。而被保持和已知的间隙距离“A”又使扭矩传感器56在计算作用于第一环状件18的扭矩时更加精确。

接下来参考附图3和4，其中示出了与所述第一环状件18，第二环状件120和扭矩传感器56联接在一起的第二间隙平衡装置100。第二环状件120与附图2所示的环状件20大致相同，但是所述凸缘54与附图3所示凸缘54相比位于间隙传感器100的对面。

所述第二间隙平衡装置100包括轴承组件112和延伸件114。所述轴承组件112包括第一座圈132，该座圈与第二座圈134相对设置，还包括设置在第一座圈132和第二座圈134之间的至少一个轴承元件136。所述第一座圈132形成于第一环状件18的第一表面26。所述第二座圈134形成于第二环状件120的第二表面128。所述第一座圈132包括沿轴向方向朝第二座圈134延伸的第一壁138。而所述第二座圈134则包括沿轴向方向朝第一座圈132延伸的第二壁140。所述第一壁138位于相对第二壁140的径向外侧(与附图2所示相反)。所述第一座圈132，第一壁138，第二座圈134和第二壁140结合在一起形成轴承元件136的轴承罩。所述轴承元件136以与附图2所示轴承元件36大致相似的方式运行。

所述第二间隙平衡装置100的延伸件114包括径向部144和安装法兰148。所述径向部144与第二座圈134相连。所述径向部144从轴承组件112向外延伸并形成环状。所述安装法兰148与径向部144在向下弯曲的台阶部164相连。而所述安装法兰148又从径向部144和向下弯曲的台阶部164径向向外延伸。优选地，所述向下弯曲的台阶部164与径向部144和安装法兰148形成一个整体。

所述安装法兰148的端部形成向下弯曲的台阶部164。所述向下弯曲的台阶部164与径向部144相连，以使安装法兰148径向向外延伸。所述安装法兰148进一步包括在其上接收发射器60的安装表面150。

所述延伸件114的安装表面150从轴承组件112径向向外延伸，使发射器60相对接收器58定位间隙距离“A”。该间隙距离“A”可通过调节延伸件114的向下弯曲的台阶部164的长度而改变。这样，所述第二间隙平衡装置100如附图2的间隙平衡装置10一样提供同样精确的接收器58和发射器60之间的轴向距离。

所述第二间隙平衡装置100进一步包括弹簧机构162，其与安装法兰148的安装表面150相反的一侧相连。所述弹簧机构162与第二环状件120的第二表面128接合。所述弹簧机构162可以是盘簧，弹性垫圈，止推垫圈或本领域公知的其它弹簧元件。为了使所述发射器60稳定，弹簧机构162可用于阻尼延伸件114和第二环状件120之间的运动。

参考附图5和6，其示出了与第一环状件218，第二环状件220和扭矩传感器56联接在一起的第三间隙平衡装置200。所述第一环状件218与附图2所示的第一环状件18大致相同，但是第一环状件218包括在其上形成的邻近所述第三间隙平衡装置200的凸缘264。所述第二环状件220与附图2所示的第二环状件20大致相同，但是所述第二环状件220上没有设置凸缘54。

所述第三间隙平衡装置200包括轴承组件212和延伸件214。所述轴承组件212与附图3所示轴承组件112大致相似。所述轴承组件212包括第一座圈232，该座圈与第二座圈234相对设置，还包括设置在第一座圈232和第二座圈234之间的至少一个轴承元件236。所述第一座圈232形成于第一环状件18的第一表面226。所述第二座圈234形成于第二环状件220的第二表面28。所述第一座圈232包括沿轴向方向朝第二座圈234延伸的第一壁238。而所述第二座圈234则包括沿轴向方向朝第一座圈232延伸的第二壁240。所述第一壁238位于相对第二壁240的径向外侧(与附图2所示相反)。所述第一座圈232，第一壁238，第二座圈234和第二壁240结合在一起形成轴承元件236的轴承罩。所述轴承元件236以与附图2所示轴承元件36大致相似的方式运行。

所述第三间隙传感器200的延伸件214包括径向部244和安装法兰248。所述径向部244与第二座圈234相连。所述径向部244从轴承组件212向外延伸并形成环状。所述安装法兰248与径向部244在向下的台阶部266相连。而所述安装法兰248又从径向部244和向下的台阶部266径向向外延伸。所述向下的台阶部266为角状的，并且可以是将所述径向部244和安装法兰248焊接在一起的部件，或者所述向下的台阶部266与径向部244和安装法兰248形成一个整体。所述安装法兰248进一步包括在其上接收发射器60的安装表面250。

所述延伸件214的安装表面250从轴承组件212径向向外延伸，使所述发射器60相对接收器58定位间隙距离“A”。该间隙距离“A”可通过调节延伸件214的向下的台阶部266的长度而改变。这样，所述第三间隙平衡装置200如附图2的间隙平衡装置10一样提供同样精确的接收器58和发射器60之间的轴向距离。

所述第三间隙平衡装置200进一步包括弹簧机构262，其与安装法兰248的安装表面250相反的一侧相连。所述弹簧机构262与第二环状件220的第二表面228接合。所述弹簧机构262可以是盘簧，弹性垫圈，止推垫圈或本领域公知的其它弹簧元件。为了使所述发射器60稳定，弹簧机构262可用于阻尼所述延伸件214和第二环状件220之间的运动。

参考附图7和8，其示出了根据本发明的原理与之前描述的附图2所示第一环状件18，第二环状件20和扭矩传感器56联接在一起的第四间隙平衡装置300。轴承组件368设置在第一环状件18和第二环状件20之间。所述第四间隙平衡装置300设置在第一环状件18和从轴承组件368开始径向向外延伸的第二环状件20之间。

所述第四间隙平衡装置300包括轴承组件312和延伸件314。所述轴承组件314从轴承组件312径向向内延伸。所述轴承组件312与附图2所示轴承组件12大致相同。所述轴承组件312包括第一座圈332，该座圈与第二座圈334相对设置，还包括设置在第一座圈332和第二座圈334之间的至少一个轴承元件336。所述第一座圈332形成于第一环状件18的第一表面326。所述第二座圈334与延伸件314相连，将在下面对其进行进一步的详细描述。所述第一座圈332包括沿轴向方向朝第二座圈334延伸的第一壁338。而所述第二座圈334则包括沿轴向方向朝第一座圈332延伸的第二壁340。所述第一壁338位于相对第二壁340的径向内侧。所述第一座圈332，第一壁338，第二座圈334和第二壁340结合在一起形成轴承元件336的轴承罩。所述轴承元件336以与附图2所示轴承元件36大致相似的方式运行。

所述第四间隙传感器300的延伸件314包括衬垫元件370和安装法兰348。所述安装法兰348同样包括在其上接收所述发射器60的安装表面350。所述安装法兰348围绕轴承组件312安装，以使衬垫元件370与轴承组件312的第二壁340接合和使安装法兰348与轴承组件312的第二座圈334接合。所述延伸件314又与弹簧机构362相连。而该弹簧机构362又与第二环状件20的第二表面28接合。所述弹簧机构362可以是盘簧，弹性垫圈，止推垫圈或本领域公知的其它弹簧元件。为了使所述发射器60稳定，弹簧机构362可用于阻尼延伸件314和第二环状件20之间的运动。

所述延伸件314的安装表面350从轴承组件312径向向内延伸，使发射器60相对接收器58定位间隙距离“A”。这样，所述第四间隙平衡装置300如附图2的间隙平衡装置10一样提供同样精确的接收器58和发射器60之间的轴向距离。

参考附图9和10，其示出了根据本发明的原理与之前描述的附图2所示第一环状件18，第二环状件20和扭矩传感器56联接在一起的第五间隙平衡装置400。所述第五间隙平衡装置400与附图7和8所示的第四间隙平衡装置300大致相似，但是，没有设置所述第一座圈332和第二座圈334。留下一对挡圈472用于接合设置在第一环状件18和延伸件414之间的至少一个轴承元件436。所述轴承元件436以与附图2所示轴承元件36大致相似的方式运行。

所述第五间隙传感器400的延伸件414包括衬垫元件470和安装法兰448。所述安装法兰448同样包括在其上接收发射器60的安装表面450。所述延伸件414围绕挡圈472和轴承元件436安装，以使衬垫元件470与所述一对挡圈472之一接合。而所述延伸件414又与弹簧机构462相连。该弹簧机构462又与第二环状件20的第二表面28接合。所述弹簧机构462可以是盘簧，弹性垫圈，止推垫圈或本领域公知的其它弹簧元件。为了使所述发射器60稳定，弹簧机构462可用于阻尼所述延伸件414和第二环状件20之间的运动。

所述延伸件414的安装表面450从轴承元件436径向向内延伸，使发射器60相对接收器58定位间隙距离“A”。这样，所述第五间隙平衡装置400如附图2的间隙平衡装置10一样提供同样精确的接收器58和发射器60之间的轴向距离。

参考附图11和12，其示出了根据本发明的原理与之前描述的附图2所示第一环状件18，第二环状件20和扭矩传感器56联接在一起的第六间隙平衡装置500。所述第六间隙平衡装置500与附图7和8所示的第四间隙平衡装置300大致相似，但是，用环形垫圈574代替了所述轴承组件312。所述环形垫圈574可由尼龙或聚酰亚胺或其它适用的材料制成。

所述第六间隙传感器500的延伸件514与附图7和8所示的延伸件314大致相似，并且包括衬垫元件570和安装法兰548。所述安装法兰548同样包括在其上接收发射器60的安装表面550。所述延伸件514围绕环形垫圈574安装，以使衬垫元件570与环形垫圈574的背面576接合。而所述延伸件514又与弹簧机构562相连。该弹簧机构562又与第二环状件20的第二表面28接合。所述弹簧机构562可以是盘簧，弹性垫圈，止推垫圈或本领域公知的其它弹簧元件。为了使所述发射器60稳定，弹簧机构562可用于阻尼所述延伸件514和第二环状件20之间的运动。

所述延伸件514的安装表面550从环形垫圈574径向向内延伸，使发射器60相对接收器58定位间隙距离“A”。这样，所述第六间隙平衡装置500如附图2的间隙平衡装置10一样提供同样精确的接收器58和发射器60之间的轴向距离。

对本发明的描述实质上仅仅是示例性的，不偏离本发明宗旨所作的变形都落入本发明保护范围内。所述变形不被认为是违背本发明的精神和范围。

Claims

1.一种定位扭矩传感器的装置，所述扭矩传感器具有发射器和接收器，该装置包括：

第一环状件，其中所述接收器与第一环状件相连；

邻近第一环状件设置的第二环状件；

设置在第一环状件和第二环状件之间的轴承组件，并且该轴承组件包括：

形成于第一环状件的第一座圈，

形成于第二环状件的第二座圈，

设置在所述第一座圈和第二座圈之间用于使第一座圈和第二座圈相对彼此转动的轴承元件；和

与所述第二座圈相连的径向延伸件；其中，

所述接收器从轴承组件径向偏移，而且所述发射器安装于径向延伸件的安装表面，发射器与接收器相对并相隔预定的轴向距离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二座圈包括轴向延伸部。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件包括与第二座圈的轴向延伸部相连的径向延伸部，而且径向延伸件进一步包括一端与径向延伸部相连而另一端与安装表面相连的轴向延伸部。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述安装表面从轴向延伸部径向向外延伸。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二座圈包括邻近轴承组件的凸缘，并且所述径向延伸件包括在其中接收所述凸缘的凹槽。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件包括径向延伸部，且所述安装表面包括联接于径向延伸部的弯曲的轴向向下的台阶。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件包括径向延伸部，且所述安装表面包括联接于径向延伸部的轴向向下的台阶。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件径向向内延伸。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件径向向外延伸。

10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括弹簧机构，该弹簧机构设置在径向延伸件和第二环状件之间。

11.一种定位扭矩传感器的装置，包括：

具有第一元件和第二元件的扭矩传感器；

第一环状件，其中第一元件与第一环状件相连；

邻近第一环状件设置的第二环状件；

设置在第一环状件和第二环状件之间的轴承元件，该轴承元件用于使第一环状件和第二环状件相对彼此转动；和

与所述轴承元件相连的径向延伸件，其中第一元件从轴承元件径向偏移，而且第二元件安装于径向延伸件的安装表面，第二元件与第一元件相对并相隔预定的轴向距离。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述轴承元件为环形垫圈。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述轴承元件包括多个滚柱。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件径向向内延伸。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：所述径向延伸件包括与轴承元件接合的衬垫元件。

16.根据权利要求11所述的装置，进一步包括设置在所述径向延伸件和第二环状件之间的弹簧机构。