CN102192803B - 传感器单元和磁通量集中模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器单元和磁通量集中模块。传感器单元(30、300)包括：印刷电路板(32、320、321、322)、霍尔IC(33、330)、端子构件(31)和电容器(36)。印刷电路板(32、320、321、322)具有导电图案(35)。霍尔IC(33、330)被布置在印刷电路板(32、320、321、322)上。霍尔IC(33、330)包括检测磁通量的元件部分(33a)。元件部分(33a)被布置为与印刷电路板(32、320、321、322)平行并且远离导电图案(35)。端子构件(31)被布置在印刷电路板(32、320、321、322)的端部，并且被配置成与外部装置电气耦合。电容器(36)被布置在印刷电路板(32、320、321、322)上。

Description

传感器单元和磁通量集中模块
技术领域
本发明涉及传感器单元和包括传感器单元的磁通量集中模块。
背景技术
许多车辆包括电动转向(EPS)系统。在操作方向盘时驱动EPS系统。因此，与液压动力转向系统相比，EPS系统具有诸如改进燃料效率的优点。
例如，如在日本专利第4,046,049号中描述的，在EPS系统中，扭矩检测装置被用于检测由于上述的驾驶者的转向操作而生成的扭矩。
扭矩检测装置包括例如多极磁体、轭和磁通量集中环。在多极磁体中，N极和S极被交替布置在圆柱形表面上。轭被布置在多极磁体的外周。磁通量集中环被布置在轭的外周。
磁通量集中环通过布置在多极磁体的外周的轭的齿来集中磁通量。在磁通量集中环的端部处，突出部件向外径向地突出。突出部件在竖直方向上在其间具有间隙。在突出部件之间，布置有霍尔IC。扭矩检测装置根据通过霍尔IC的磁通量的变化检测扭矩的变化。
在传统技术中，包括霍尔IC的部件被焊接到称作端子的母线(busbar)。具体地，通过压力加工使母线弯曲成L形。使用凸焊处理霍尔IC。在焊接电容器并执行环氧模塑之后，使用电阻焊接来处理线束。然后，以使得在线束的焊接部分不会集中应力的方式执行热熔模塑，由此形成包括霍尔IC的传感器单元。执行上述处理以改进霍尔IC的检测准确度。
然而，上述处理需要长时间。此外，因为使用被弯曲成L形的母线并且霍尔IC从母线突出，所以传感器单元的尺寸大。
发明内容
鉴于前述问题，本发明的目的是提供能够减少制造时间和尺寸的传感器单元。本发明的另一目的是提供包括该传感器单元的磁通量集中模块。
根据本发明的一个方面的传感器单元包括印刷电路板、霍尔IC、端子构件和电容器。印刷电路板具有导电图案。霍尔IC被布置在印刷电路板上并且霍尔IC包括检测磁通量的元件部分。元件部分被布置成与印刷电路板平行，并且远离导电图案。端子构件被布置在印刷电路板的端部并且被配置成与外部装置电气耦合。电容器被布置在印刷电路板上。
能够通过将霍尔IC、端子构件和电容器布置在印刷电路板上来制造传感器单元。因此，不再需要在传统传感器单元的制造过程中需要的母线的压力加工、霍尔IC的凸焊和线束的电阻焊接，并且与传统传感器单元相比，能够减少制造传感器单元所需的时间。此外，因为以与印刷电路板平行地布置元件部分的方式在印刷电路板上布置霍尔IC，所以能够减小传感器单元的尺寸。
根据本发明的另一方面的磁通量集中模块包括传感器单元、磁通量集中环、护罩和外框架。磁通量集中环包括多个突出部分。突出部分之一与突出部分的另一突出部分被布置在霍尔IC的相对侧。护罩覆盖磁通量。外框架由树脂制成。
附图说明
当与附图一起使用时，根据以下对优选实施例的详细描述，本发明的其它目的和优点将更容易清楚，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的磁通量集中模块的透视图；
图2是没有外框架的磁通量集中模块的分解透视图；
图3是根据第一实施例的传感器单元的透视图；
图4是示出了在用树脂模塑之前的根据第一实施例的传感器单元的图；
图5A是根据第一实施例的霍尔IC的透视图，并且图5B是根据另一实施例的霍尔IC的透视图；
图6A是在用树脂模塑之后的根据第一实施例的传感器单元的顶视图，图6B是沿图6A中的线VIB-VIB截取的传感器单元的截面视图，并且图6C是从图6A中的箭头VIC示出的方向看到的传感器单元的侧视图；
图7是根据本发明的第二实施例的传感器单元的透视图；
图8是示出了在用树脂模塑之前的根据第二实施例的传感器单元的图；
图9A是在用树脂模塑之后的根据第二实施例的传感器单元的顶视图，图9B是沿图9A中的线IXB-IXB截取的传感器单元的截面图，并且图9C是从图9A中的箭头IXC示出的方向看到的传感器单元的侧视图；以及
图10A是根据第二实施例的印刷电路板的透视图，图10B是根据本发明的另一实施例的印刷电路板的透视图，并且图10C是根据本发明的另一实施例的印刷电路板和霍尔IC的透视图。
具体实施方式
(第一实施例)
将参照图1至图6C来描述根据本发明的第一实施例的磁通量集中模块1。磁通量集中模块1能够形成用于EPS系统的扭矩检测装置的部分。扭矩检测装置包括例如多极磁体、轭和磁通量集中环20。在多极磁体中，N极和S极被交替布置在圆柱形表面。轭被布置在多极磁体的外周。磁通量集中环20被布置在轭的外周。
磁通量集中模块1包括被集成为一体的磁通量集中环20和传感器单元30。
如图1所示，磁通量集中模块1包括外框架10、磁通量集中环20、传感器单元30和护罩40。外框架10由树脂制成。外框架10包括具有矩形平行管状的基部11和从基部11的侧表面突出的突出部分12。突出部分12包括其中插入有多极磁体和轭的孔13。突出部分12的边缘具有与孔13的形状相对应的弧形。
磁通量集中环20嵌入突出部分12的圆柱形部分中。如图2所示，磁通量集中环20包括两个环部分21和四个突出部分22。在竖直方向上布置这两个环部分21。突出部分22从环部分21向外突出。每个环部分21附接有两个突出部分22，在竖直方向上布置这两个突出部分22以与传感器单元30相对应。
传感器单元30大部分嵌入在基部11中，并且传感器单元30的一部分在与外框架10的突出部分12相反的方向上从基部11突出。传感器单元30的从基部11突出的部分附接有连接器31。
护罩40包括基座护罩41和突出护罩42。基座护罩41覆盖外框架10的基部11。突出护罩42覆盖外框架10的突出部分12。如图2所示，基座护罩41覆盖外框架10的侧表面和上表面、以及传感器单元30的突出表面。突出护罩42具有U形并且覆盖突出部分12的外表面。基座护罩41和突出护罩42限制不利地影响准确度的因素。在形成外框架10时可以集成护罩40。还可以在形成外框架10之后将护罩40装配到外框架10。
如图3所示，传感器单元30包括连接器31、印刷电路板32和两个霍尔IC 33。连接器31和霍尔IC 33被布置在印刷电路板32上。使用如由两点虚线所示的树脂构件34来模塑传感器单元30。
如图4所示，印刷电路板32具有铜箔图案35。霍尔IC 33、连接器31和多个电容器36被焊接到铜箔图案35。霍尔IC 33包括第一霍尔IC(1ST)33和第二霍尔IC(2ND)33。
如图5A所示，每个霍尔IC 33包括其中嵌入有感测元件37的元件部分33a、以及引线部分33b。一般而言，元件部分33a具有对应于感测元件37的板状。元件部分33a被布置为与印刷电路板平行并且远离铜箔图案35。换言之，元件部分33a不与铜箔图案35相对。
如图5A所示，引线部分33b包括Vs端子、S端子和GND端子。Vs端子是电源端子。S端子是传感器输出端子。GND端子是接地端子。使每个端子弯曲成与由J示出的感测元件37的前表面相反的方向。在本实施例中，第一霍尔IC 33的端子的弯曲方向与第二霍尔IC的端子的弯曲方向相同。
如图4所示，第一霍尔IC 33包括Vs端子、S1端子和GND端子。第二霍尔IC 33包括Vs端子、S2端子和GND端子。S1端子和S2端子是传感器输出端子。第一霍尔IC 33的Vs端子和第二霍尔IC 33的Vs端子是由铜箔图案35共同提供的。第一霍尔IC 33的GND端子和第二霍尔IC 33的GND端子是由铜箔图案35共同提供的。因此，连接器31包括四个端子，也就是，Vs端子、S1端子、S2端子和GND端子。在本实施例中，在与霍尔IC 33的元件部分33a相对应的部分没有形成铜箔图案35。
用如两点虚线示出的树脂模塑传感器单元30。换言之，如图6A和图6B所示，形成树脂构件34。连接器31从树脂构件34的前表面和上表面暴露于树脂构件34的外部。霍尔IC 33和电容器36嵌入树脂构件34中，如图6A和图6C所示。因此，树脂构件34覆盖霍尔IC 33、连接器31的与印刷电路板32连接的部分、以及电容器36。
如图6B所示，第一霍尔IC 33被布置在印刷电路板32的前表面，并且第二霍尔IC 33被布置在印刷电路板32的后表面。树脂构件34在与第一霍尔IC 33和第二霍尔IC 33的元件部分33a相对应的部分具有凹槽38。每个凹槽38具有梯形横截面。以每个霍尔IC 33布置在两个突出部分22之间的方式来布置磁通量集中环20的突出部分22。换言之，突出部分22之一和突出部分22的另一突出部分被布置在霍尔IC 33之一的相对侧。由于凹槽38，减小了磁通量集中环20的突出部分22与霍尔IC 33之间的间隙。
如上所述，通过将连接器31、霍尔IC 33和电容器36焊接到印刷电路板32来形成传感器单元30。因此，例如，通过使用表面贴装器件(SMD)，能够通过将连接器31、霍尔IC 33和电容器36布置在印刷电路板32上并使印刷电路板32在回流熔炉中通过，来形成传感器单元30。
因此，不再需要在传统传感器单元的制造过程中需要的母线的压力加工、霍尔IC的凸焊和线束的电阻焊接，并且与传统传感器单元相比，能够减少制造传感器单元30所需的时间。还可以使用通孔器件(THD)来替代SMD。还在使用THD的情况下，能够减少制造传感器单元30所需的时间。
在本实施例中，每个霍尔IC 33以元件部分33a与印刷电路板32平行布置的方式被布置在印刷电路板32上。因为每个元件部分33a具有板状，所以通过与印刷电路板32平行地布置元件部分33a能够减小印刷电路板32的高度。因此，传感器单元30能够具有以印刷电路板32为中心的薄的形状，并且与传统传感器单元相比，能够减小传感器单元30的尺寸。
在本实施例中，第一霍尔IC 33被布置在印刷电路板32的前表面，并且第二霍尔IC 33被布置在印刷电路板32的后表面。因为能够从两个霍尔IC 33获取传感器输出，所以能够改进检测准确度。
第一霍尔IC 33以由J示出的感测元件37的前表面方向向上的方式被布置在印刷电路板32的前表面。第二霍尔IC 33以感测元件37的与由J示出的前表面相对的后表面方向向上的方式被布置在印刷电路板32的后表面。因此，能够获取两个反相的传感器输出。此外，因为第一霍尔IC 33和第二霍尔IC 33被分别布置在印刷电路板32的前表面和后表面，所以第一霍尔IC 33和第二霍尔IC 33可具有相同的形状(参见图5A)，并且不需要区别地处理第一霍尔IC 33和第二霍尔IC 33。
在本实施例中，用树脂构件34模塑印刷电路板32。因此，能够保护连接器31、霍尔IC和电容器36。例如，在连接器31中，能够限制应力集中到端子连接部分。
如图6A所示，以使得树脂构件34的与霍尔IC 33的元件部分33a相对应的部分比树脂构件34的其它部分薄的方式形成树脂构件34。例如，树脂构件34在印刷电路板32的与霍尔IC 33相对的侧具有凹槽38，凹槽38具有梯形横截面。因此，能够减小磁通量集中环20的突出部分22与霍尔IC 33之间的间隙，并且能够改进霍尔IC 33的检测准确度。
在本实施例中，铜箔图案35能够用作导电图案，连接器31能够用作端子构件，并且凹槽38能够用作凹入部分。
(第二实施例)
将参照图7描述根据本发明的第二实施例的传感器单元300。在传感器单元300中，印刷电路板320的配置不同于第一实施例中描述的印刷电路板32。因此，下面将描述印刷电路板320的配置。对与第一实施例相同的部件给出相同的附图标记，并且省略相同部件的说明。
如图7所示，印刷电路板320具有从印刷电路板320的端部设置的两个切口部分320a。这两个切口部分320a被设置在对应于两个霍尔IC 33的部分处。
如图8所示，印刷电路板320具有铜箔图案35。连接器31、两个霍尔IC 33和电容器36被焊接到铜箔图案35。
还在本实施例中，第一霍尔IC 33被布置在印刷电路板32的前表面并且第二霍尔IC 33被布置在印刷电路板32的后表面。电气连接与第一实施例相同。如图8所示，切口部分320a被布置在对应于霍尔IC 33的元件部分33a的部分处。
如图9B所示，第一霍尔IC 33被布置在印刷电路板320的前表面，并且第二霍尔IC 33被布置在印刷电路板320的后表面。树脂构件34在对应于第一霍尔IC 33和第二霍尔IC 33的部分处具有凹槽38，并且每个凹槽38具有梯形横截面。
还在本配置中，能够实现类似于第一实施例的效果。此外，因为印刷电路板320具有切口部分320a，所以能够改进霍尔IC 33的元件部分33a处的磁通量的磁导率，并且能够改进检测准确度。
(其它实施例)
虽然参照附图，结合本发明的优选实施例全面描述了本发明，但是应注意，对于本领域的技术人员，各种修改和变型将变得清楚。
在第二实施例中，使用如图10A所示的、具有从印刷电路板320的端部设置的凹入部分320a的印刷电路板320作为示例。第二实施例中使用的印刷电路板可以至少在对应于霍尔IC 33的元件部分33a的部分处具有凹入部分。例如，还可以使用如图10B所示的、具有窗口321a的印刷电路板321。在此情况下，窗口321a可用作凹入部分。
还可以使用如图10C所示的印刷电路板322。当使用印刷电路板322时，霍尔IC 33的元件部分33a从印刷电路板322的端部突出到外面。
在上述实施例中，第一霍尔IC 33被布置在印刷电路板32、320、321或322的前表面，并且第二霍尔IC 33被布置在印刷电路板32、320、321或322的后表面。因为第一霍尔IC 33和第二霍尔IC 33没有如图2所示被布置同一平面，所以需要在竖直方向上将两对突出部分22附接在环部分21的不同位置处。
因此，如图5B所示，还可以形成霍尔IC 330，霍尔IC 330具有被弯曲成与由J示出的感测元件37的前表面相同的方向的引线部分330b，并且霍尔IC 33和霍尔IC 330还可以布置在印刷电路板的同一平面。
在此情况下，需要区别地处理霍尔IC 33和霍尔IC 330。然而，因为霍尔IC 33和霍尔IC 330能够被布置在同一平面，所以突出部分22的配置可以是简单的。
在上述实施例中，传感器单元20和300各自包括作为与外部装置电气耦合的端子构件的连接器31。传感器单元30和300还可以各自包括例如作为与外部装置电气耦合的端子构件的线束。
在上述实施例中，传感器单元30和300各自包括两个霍尔IC 33。传感器单元30和300还可以各自包括单个霍尔IC或多于两个霍尔IC。

Claims (5)

1.一种传感器单元(30、300)，包括：
具有导电图案(35)的印刷电路板(32、320、321、322)；
布置在所述印刷电路板(32、320、321、322)上的至少一个霍尔IC(33、330)，所述至少一个霍尔IC(33、330)包括检测磁通量的元件部分(33a)，所述元件部分(33a)被布置为与所述印刷电路板(32、320、321、322)平行并且远离所述导电图案(35)；
布置在所述印刷电路板(32、320、321、322)的端部的端子构件(31)，所述端子构件(31)被配置成与外部装置电气耦合；以及
被布置在所述印刷电路板上的电容器(36)，
其中，
所述至少一个霍尔IC(33、330)包括多个霍尔IC(33、330)；
所述多个霍尔IC(33、330)之一被布置在所述印刷电路板(32、320、321、322)的前表面，并且所述多个霍尔IC(33、330)的另一霍尔IC被布置在所述印刷电路板(32、320、321、322)的后表面；
所述印刷电路板(320、321)具有切口部分(320a、321a)；
所述至少一个霍尔IC(33、330)以所述元件部分(33a)对应于所述切口部分(320a、321a)的方式被布置在所述印刷电路板(320、321)上；
所述传感器单元(30、300)还包括树脂构件(34)，所述树脂构件(34)覆盖所述至少一个霍尔IC(33、330)、所述端子构件(31)的与所述印刷电路板(32、320、321、322)连接的部分、以及所述电容器(36)；并且
所述切口部分(320a、321a)具有小于所述霍尔IC(33、330)的宽度的宽度。
2.根据权利要求1所述的传感器单元(300)，其中，
所述至少一个霍尔IC(33、330)以所述元件部分(33a)从所述印刷电路板(322)的端部突出到外面的方式被布置在所述印刷电路板(322)上。
3.根据权利要求1所述的传感器单元(30、300)，其中，
所述树脂构件(34)具有对应于所述元件部分(33a)的部分，并且
所述树脂构件(34)的所述部分比所述树脂构件(34)的其它部分薄。
4.根据权利要求3所述的传感器单元(30、300)，其中，
所述树脂构件(34)在所述印刷电路板(32、320、321、322)的与所述至少一个霍尔IC(33、330)相对的侧具有凹入部分(38)，使得所述树脂构件(34)的与所述元件部分(33a)相对应的所述部分比所述树脂构件(34)的所述其它部分薄。
5.一种磁通量集中模块(1)，包括：
根据权利要求1所述的传感器单元(30、300)；
磁通量集中环(20)，其包括多个突出部分(22)，所述多个突出部分(22)之一和所述多个突出部分(22)的另一突出部分被布置在所述至少一个霍尔IC(30、300)的相对侧；
覆盖所述磁通量的护罩(40)；以及
由树脂制成的外框架(10)。
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