CN102420039B - 与转向齿轮一起使用的传感器目标磁体组件 - Google Patents

与转向齿轮一起使用的传感器目标磁体组件 Download PDF

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Abstract

与转向齿轮一起使用的传感器目标磁体组件，一种目标磁体组件，其配置成紧固至转向齿轮组件的旋转轴。所述目标磁体组件包括一具有安装件的引导毂和一由所述安装件紧固的磁体。所述安装件包括一搭接片，具有从该搭接片伸出的突起；一指状物；以及一止挡。所述磁体包括一接收指状物的轴向保持凹槽、一邻接止挡的上表面、以及一接收所述突起的径向保持凹槽。

Description

与转向齿轮一起使用的传感器目标磁体组件
相关申请的交叉引用
本申请涉及美国申请第xx/xxx，xxx，其发明名称为“三件式扭矩传感器”，以律师文案号017341-9016US00进行申请备案。
技术领域
本发明涉及一种与转向齿轮一起使用的目标磁体组件。该目标磁体组件用来提供一种能够检测磁场的传感器目标磁体。
背景技术
传统的扭矩传感器组件被设计成一种集成传感器组件，其装配及固定至汽车转向齿轮或类似车辆转向系统的输入轴及输出轴组件上。因此，如果需要保养来修复扭矩传感器组件或其元件，例如传感器，则必须从车辆上拆卸整个转向齿轮并拆解。如下所述的扭矩传感器提供了一种三件套式扭矩传感器组件，包括定子副组件、磁体副组件、以及传感器模块。传感器模块可独立于定子副组件和磁体组件进行装配及保养，而不必移除整个转向齿轮。传感器模块包括一传感器模块定位器，其起到通过关于定子副组件定位传感器模块来减少定子副组件、磁体副组件、以及传感器模块之间的公差累加的作用。
发明内容
本发明提供了一种目标磁体组件，其配置成固定至转向齿轮组件的转轴。该目标磁体组件包括一具有安装件的引导毂和一由所述安装件固定的磁体。所述安装件包括一搭接片，其具有从该搭接片伸出的突起；一指状物；以及一止挡。所述磁体包括一收纳指状物的轴向保持凹槽、一邻接止挡的上表面、以及一接收所述突起的径向保持凹槽。
本发明亦提供了一种定子组件，其配置成用作转向齿轮组件的扭矩传感器的构件。所述定子组件包括一定子副组件和一固定至所述定子副组件的目标磁体组件。该目标磁体组件包括一具有安装件的引导毂和一由所述安装件固定的磁体。所述安装件包括一搭接片，其具有从该搭接片伸出的突起；一指状物；以及一止挡。所述磁体包括一收纳指状物的轴向保持凹槽、一邻接止挡的上表面、以及一接收所述突起的径向保持凹槽。
本发明亦提供了一种用来将目标磁体紧固至一毂的方法。所述方法包括提供一具有安装件的毂的步骤。所述安装件包括一搭接片，其具有从所述搭接片伸出的突起；一指状物；以及一止挡。所述方法亦包括提供一目标磁体的步骤。所述磁体包括一用来收纳指状物的轴向保持凹槽、一用来邻接止挡的上表面、以及一用来接收所述突起的径向保持凹槽。所述方法进一步包括步骤：将目标磁体插入所述安装件，从而使得所述轴向保持凹槽接收所述指状物、所述上表面邻接所述止挡、以及所述径向保持凹槽接收所述突起。
考虑详细说明和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1是三件套式扭矩传感器组件的分解图。
图2是图1的三件套式扭矩传感器组件的立体图。
图3是图1的三件套式扭矩传感器组件的定子副组件的分解图。
图4是图1的三件套式扭矩传感器组件的传感器模块的分解图。
图5是图1的三件套式扭矩传感器组件的一部分的立体图。
图6是图1的三件套式扭矩传感器组件的立体图，所述组件位于转向齿轮壳中，所述转向齿轮壳的顶部未示出。
图7是位于转向齿轮壳中的图1的三件套式扭矩传感器组件的立体图。
图8是图1的目标磁体组件的前视图，传感器模块定位器处于移出位置。
图9是图1的目标磁体组件的前视图，传感器模块定位器处于接合位置。
图10是一目标磁体组件的正面立体图。
图11是图10的目标磁体组件的后视图。
图12是图10的目标磁体组件的分解图。
图13是一定子组件的立体图，该定子组件包括图10的目标磁体组件。
图14是一扭矩传感器的分解图，该扭矩传感器包括图10的目标磁体组件。
图15是转向齿轮组件的一部分的立体图，该转向齿轮组件包括图10的目标磁体组件。
图16是转向齿轮组件的一部分的立体图，该转向齿轮组件包括图10的目标磁体组件，转向齿轮壳的顶部未示出。
图17是转向齿轮组件的一部分的立体图，该转向齿轮组件包括图10的目标磁体组件。
图18是处于初始位置的图10的目标磁体组件的俯视图。
图19是不处于初始位置的图10的目标磁体组件的俯视图。
具体实施方式
在详细阐述本发明的任意实施方式之前，应该理解的是，在本申请中，本发明不局限于下列描述中阐述或者在下列附图中图解的组件的详细构造及布置的应用。本发明能够采用其他实施方式并且能够以多种方式实施或实现。
如图1和2所示，扭矩传感器组件20包括定子副组件25、磁体组件30、以及传感器模块35。所述扭矩传感器组件20可与各种机械组件一起使用，但将按照与汽车的转向齿轮组件一起使用来进行描述。
如图1所示，所述磁体组件30包括一环状毂40和一紧固至所述毂40的多磁极磁体45。所述毂40包括三个搭接片(tab)50，其从所述毂40的上表面55伸出。磁体45包括多个等尺寸的磁极60。磁极60在北极性和南极性之间交替变化。
如图3所示，定子副组件25包括环状定子制模65、第一定子70、第二定子75、以及定子磁轭80。每个定子70和75包括磁性指状物85、87，所述指状物实质上从环状基部90、92垂直伸出。指状物85、87围绕基部90、92的内周95、97等间距分布，在每两个邻近指状物85、87之间产生间隙100、102。指状物85和87的间隔与所述多磁极磁体45的磁极60的间隔对齐。通过第二定子75的磁性指状物87通过定子制模65由关联孔洞105接收，使得定子70和75均紧固至定子制模65。如图1所示，当定子70和75均紧固至所述定子制模65时，第一定子70的指状物85位于第二定子75的间隙102中，第二定子75的指状物87位于第一定子70的间隙100中。定子磁轭80是环状的并且在定子制模65的第一端110处紧固至定子制模65，从而使得定子磁轭80的外表面115接合定子制模65的内表面120。定子制模65包括两个接合孔125，所述接合孔从定子制模65的外表面130伸入定子制模65中。
另外，定子副组件25包括一紧固至定子制模65的目标磁体组件135。目标磁体组件135包括一环状引导毂(index hub)140和一紧固至引导毂140的目标磁体145。引导毂140紧固至定子制模65，从而使得引导毂140的内表面150接合定子制模65的第二外表面155。
如图4所示，传感器模块35包括传感器壳160、传感器模块定位器165、连接器170、印刷电路板(PCB)175、位置传感器壳180、位置传感器185、支座190、两个扭矩传感器195和197、两个磁集极200和202以及盖205。PCB 175固定在传感器壳160与支座190之间。位置传感器185紧固至所述位置传感器壳180并电气连接至PCB 175。所述位置传感器壳180紧固至支座190并定位以感测所述目标磁体145。所述扭矩传感器195和197紧固至支座190并电气连接至PCB 175。所述盖205紧固至支座190的后表面210，以保护传感器模块35的电子构件免于曝露于各元件。连接器170通过穿过传感器壳160的连接器开口215插入。连接器170包括接合PCB 175的插脚220，从而将连接器170电气连接至PCB175。连接器175也电气连接至控制模块(未示出)，例如电源转向控制模块，位于汽车中的任意地方。一对轴衬(bushing)225通过传感器壳160固定在一对孔洞230内部。
每个扭矩传感器195和197均是线性霍尔效应传感器，检测由定子副组件25和磁体组件30感应进入磁集极200和202的磁场强度。亦可以使用其他能够检测磁场变化的传感器。所述两个扭矩传感器195和197提供了一种双通道冗余扭矩感测功能。可替代地，如果不需要冗余，则传感器模块35可构造成带有单个扭矩传感器。
位置传感器185是一能够检测由目标磁体145产生的磁场的变化的线性霍尔效应传感器。亦可以使用其他能够检测磁场变化的传感器。
所述传感器模块定位器165包括一主体235，具有两个从主体235伸出的突起240和242以及一对偏置元件245和247。所述传感器模块定位器165通过传感器壳160滑动接收，其中，每个突起240和242穿过传感器壳160由关联突起开口250和252接收。所述偏置元件245和247接合传感器壳160的前表面255。
第一磁集极200和第二磁集极202相同。因此，将仅详细描述第一磁集极200。第一磁集极200包括一曲线部分260，两条腿265从所述曲线部分260伸出。所述腿265是S形的，从而使得每条腿265的第一节270垂直于每条腿265的第二节275，第一节270平行于搭接片280，该搭接片形成每条腿265的第三节。所述磁集极紧固至传感器壳，从而使得第一磁集极200的每个搭接片280位于对应扭矩传感器195和197之上，第二磁集极202的每个搭接片280位于对应扭矩传感器195和197之下。
如图5所示，定子副组件25紧固至输入轴285，磁体副组件30紧固至输出轴290。输入轴285和输出轴290通过扭力杆(未显示)连接。扭力杆允许输入轴285相对于输出轴290旋转。磁体副组件30通过卷曲所述搭接片50紧固至输出轴290，从而使得所述搭接片50接合输出轴290的轴环295。替代地，磁体副组件30焊接至输出轴290。替代地，不使用毂40并且磁体45直接紧固至输出轴290。定子副组件25通过定子磁轭80与输入轴285之间的压合来紧固至输入轴285。替代地，定子副组件25不包括定子磁轭80，定子组件25通过焊接、胶合或者其它现有技术中已知的方法来紧固至输入轴285。可按照上述任意方法，磁体组件30紧固至输入轴285以及定子副组件25，所述定子副组件25紧固至输出轴290。
如图6所示，紧固至输入轴285的定子副组件25和紧固至输出轴290的磁体副组件30位于包括轴承305的转向齿轮壳300之内。输入轴285和输出轴290穿过转向齿轮壳300伸出。如图7所示，传感器模块35通过一对螺钉315紧固至转向齿轮壳300的顶部310。
扭矩传感器组件20用来通过测量输入轴285与输出轴290之间的差动位置变化来感测施加到输入轴285上的扭矩。扭矩传感器195和197检测在由扭矩传感器195与197、磁体副组件30、定子副组件25、以及磁集极200与202限定出的磁路之内的磁场强度。这个磁场与输入轴285和输出轴290之间的差动位移成比例。通过将由定子副组件25与磁体副组件30感应产生的磁场从曲线部分260导向位于邻近扭矩传感器195与197的搭接片280，磁集极200与202最优化所述两个扭矩传感器195与197的性能。所述多磁极磁体45的磁极60的宽度确定关于输入轴285与输出轴290之间的相对旋转位移的扭矩传感器组件20的差动位置测量范围。
当定子副组件225处于初始位置时，位置传感器185感测由附接于定子副组件225的目标磁体145产生的磁场的存在。在初始位置处，位置传感器185定位于邻近目标磁体145。当连接至输入轴285的方向盘被转动时，输入轴285旋转，从而将目标磁体145旋出初始位置。
如图8和9所示，在将传感器模块35紧固至转向齿轮壳300的顶部310之前，传感器模块35相对于定子副组件25轴向对齐。如图8所示，定子副组件25紧固至输入轴285，磁体副组件30紧固至输出轴290。纵轴线320穿过定子副组件25、磁体副组件30、输入轴285和输出轴290的中心，从而使得定子副组件25、磁体副组件30、输入轴285和输出轴290同轴。传感器模块35并未紧固至转向齿轮壳300的顶部310。在第一定子70与第一磁集极200之间形成第一空隙325。在第二定子75与第二磁集极202之间形成第二空隙330。如图9所示，当在传感器模块定位器35上施力时，挤压偏置元件245和247，并且突起240和242朝着定子副组件25伸至接合位置。在接合位置处，每个突起240与242都接合定子制模65的对应接合孔125。突起240和242与接合孔125之间的接合将传感器模块35相对于定子副组件25轴向对齐，并且最优化所述两个空隙325和330的尺寸。当突起240和242接合所述接合孔125时，拧紧螺钉315，从而将传感器模块35紧固至转向齿轮壳300的顶部310。在已紧固所述传感器模块35之后，从传感器模块35上撤除施力。如图8所示，随着施力撤除，偏置元件245和247被推动而倚靠传感器外壳160的前表面255，从而将突起240和242从接合位置缩回到移开位置，在移开位置处，突起240和242无法影响或接触定子副组件25。
如图10和11所示，目标磁体组件320包括一带有安装件330的引导毂325以及一由所述安装件330紧固的目标磁体335。引导毂325限定出一具有中心轴线345的中心开口340。中心开口340由环350围绕。轴向切口355从环350的前表面360伸入环350中的部分路程。保持搭接片(retention tab)365从环350的内表面370伸出。凸缘375从环350向外伸出。凸缘375实质上垂直于所述环350。安装件330从所述凸缘375伸出。
如图12最佳示出，所述安装件330包括搭接片380、止挡385(图11所示)、以及一对指状物390和395。突起400从所述搭接片380的后表面405伸出。所述搭接片380至少挠性地连接至凸缘375，从而允许所述搭接片380相对于两个指状物390和395枢轴转动。
目标磁体335由前表面410、后表面415、上表面420、底面425、左表面430、以及右表面435限定。在前表面410中形成径向保持凹槽440以接收突起410。在左表面430中形成第一轴向对准凹槽445以接收第一指状物390。在右表面435中形成第二轴向对准凹槽450以接收第二指状物395。所述安装件330将目标磁体335定位在实质上垂直于中心轴线345的平面中。替代地，所述安装件330将目标磁体335定位在实质上平行于中心轴线345的平面中。
通过将目标磁体335滑入所述安装件330，由安装件330紧固目标磁体335。第一轴向对准凹槽445接收第一指状物390。第二轴向对准凹槽450接收第二指状物395。每个指状物390与395均接合关联的轴向对准凹槽445和450，从而相对于中心轴线345沿轴向定位所述目标磁体335。替代地，单个指状物390可由凹槽或孔洞接收，所述凹槽或孔洞从上表面420穿过目标磁体335到下表面425，从而将目标磁体335相对于中心轴线345沿轴向定位。上表面420邻接止挡385，从而相对于中心轴线345沿径向定位目标磁体335。径向保持凹槽440按照咬合关系接合所述搭接片380的突起400，从而将目标磁体335紧固在安装件330中，并固定目标磁体335相对于中心轴线345的径向位置。另外，粘合剂可用作用来将目标磁体335紧固至所述安装件330的辅助方法。
如图13所示，目标磁体组件320紧固至定子副组件455以形成定子组件460。定子副组件455包括一限定出中心开口470的环465。中心开口470有一中心轴线475。所述环465的外表面480包括多个对准搭接片485，所述对准搭接片在尺寸及形状上适于接合在引导毂325的环350中的切口355。多个止挡490从外表面480伸出。定子副组件455还包括两个磁性定子457。
当目标磁体组件320紧固至定子副组件455时，切口355接收所述对准搭接片485，从而在目标磁体组件320与定子副组件455之间提供旋转对准。引导毂325的环350的前表面360邻接定子副组件455的止挡490，从而提供目标磁体组件320与定子副组件455之间的轴向对准。引导毂325的保持搭接片365使形成定子副组件455的环465的材料移位，从而将目标磁体组件320紧固至定子副组件455。当目标磁体组件320紧固至定子副组件455时，定子副组件455的中心轴线475与目标磁体组件320的中心轴线345同轴。如所述，定子副组件455是三件套式移动磁体扭矩传感器中的一个元件。在其他实施方式中，定子副组件可以是单件式移动磁体扭矩传感器、时钟弹簧(clockspring)扭矩传感器、或者其中一元件被安装至轴的任意类型传感器中的一个元件。
如图14所示，定子组件460是扭矩传感器495的一元件。扭矩传感器495通过比较第一轴与第二旋转轴之间的相对旋转位移来感测施加在第一旋转轴的扭矩，第二旋转轴通过扭力杆连接至所述第一轴。所述扭矩传感器495可与各种机械组件一起使用，但将描述为与汽车的转向齿轮组件一起使用。所述扭矩传感器495包括定子组件460、多极磁体组件500、以及一传感器模块505。
如图15所示，定子组件460紧固至输入轴510，以及所述多极磁体组件500紧固至输出轴515。输入轴510和输出轴515通过扭力杆(未示出)连接。
如图16所示，当定子组件460紧固至输入轴510时，定子组件460位于转向齿轮壳520之内。输入轴510和输出轴515通过转向齿轮壳520伸出。
如图17所示，当装配所述扭矩传感器495时，传感器模块505紧固至转向齿轮壳520的顶部525。如图18所示，所述传感器模块505包括一位置传感器530。典型地，所述位置传感器530是一能够检测磁场变化的霍尔效应传感器。在其它实施方式中，亦可以使用其他能够检测磁场变化的传感器。在初始位置处，位置传感器230定位于邻近目标磁体35。当连接至输入轴510的方向盘被转动时，输入轴510旋转，从而将目标磁体335旋出初始位置，如图19所示。
位置传感器530检测由目标磁体335所产生的磁场的强度。通过比较在目标磁体335处于初始位置时由位置传感器530所检测出的磁场与在目标磁体335未处于初始位置时由位置传感器530所检测出的磁场，位置传感器530配置成当目标磁体335处于初始位置时发信号通知。在一些实施方式中，位置传感器530配置成当目标磁体335不处于初始位置时发信号通知。在其他实施方式中，位置传感器530配置成基于由目标磁体335所产生的磁场的相对强度，发信号通知目标磁体335相对于初始位置的位置。在一些实施方式中，传感器模块505包括一个或多个扭矩传感器。典型地，所述扭矩传感器是一能够检测由多极磁体组件500与定子副组件455的磁性定子457所产生的磁场的变化的霍尔效应传感器。
在一种实施方式中，所述目标磁体组件320不是扭矩传感器495的一元件。代替地，目标磁体组件320是独立的位置传感器的一元件，并且以类似于将目标磁体组件320附接于定子副组件455的方式直接紧固至一旋转轴。
因此，除此以外，本发明提供了一种三件套式扭矩传感器和传感器模块定位器。在下面的权利要求中阐明了本发明的多种特征和优势。

Claims (20)

1.一种目标磁体组件，其配置成紧固至转向齿轮组件的旋转轴，所述目标磁体组件包括：
一具有安装件的引导毂，所述引导毂限定出一具有中心轴线的中心开口，所述安装件包括：
一搭接片，具有从该搭接片伸出的突起，
一指状物，以及
一止挡；以及
由所述安装件紧固的磁体，所述磁体包括：一轴向对准凹槽，该轴向对准凹槽接收所述指状物从而相对于中心轴线沿轴向方向定位所述磁体；一上表面，该上表面面向所述引导毂并邻接所述止挡；以及一径向保持凹槽，该径向保持凹槽接收所述突起从而固定所述磁体相对于所述中心轴线的径向位置。
2.根据权利要求1所述的目标磁体组件，其特征在于，所述安装件进一步包括第二指状物，并且所述磁体进一步包括一第二轴向对准凹槽，该第二轴向对准凹槽接收所述第二指状物从而相对于中心轴线沿轴向方向定位所述磁体。
3.根据权利要求1所述的目标磁体组件，其特征在于，所述径向保持凹槽按照咬合关系接合所述突起。
4.根据权利要求2所述的目标磁体组件，其特征在于，所述径向保持凹槽按照咬合关系接合所述突起。
5.根据权利要求1所述的目标磁体组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
6.根据权利要求2所述的目标磁体组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
7.根据权利要求3所述的目标磁体组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
8.根据权利要求4所述的目标磁体组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
9.一种定子组件，其配置成用作转向齿轮组件的扭矩传感器的构件，所述定子组件包括：
一定子副组件；与
一紧固至所述定子副组件的目标磁体组件，所述目标磁体组件包括：
一具有安装件的引导毂，所述引导毂限定出一具有中心轴线的中心开口，所述安装件包括：
一搭接片，具有从该搭接片伸出的突起，
一指状物，以及
一止挡，以及
由所述安装件紧固的磁体，所述磁体包括：一轴向对准凹槽，该轴向对准凹槽接收所述指状物从而相对于中心轴线沿轴向方向定位所述磁体；一上表面，该上表面面向所述引导毂并邻接所述止挡；以及一径向保持凹槽，该径向保持凹槽接收所述突起从而固定所述磁体相对于所述中心轴线的径向位置。
10.根据权利要求9所述的定子组件，其特征在于，所述安装件进一步包括第二指状物，并且所述磁体进一步包括一第二轴向对准凹槽，该第二轴向对准凹槽接收所述第二指状物从而相对于中心轴线沿轴向方向定位所述磁体。
11.根据权利要求9所述的定子组件，其特征在于，所述径向保持凹槽按照咬合关系接合所述突起。
12.根据权利要求10所述的定子组件，其特征在于，所述径向保持凹槽按照咬合关系接合所述突起。
13.根据权利要求9所述的定子组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
14.根据权利要求10所述的定子组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
15.根据权利要求11所述的定子组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
16.根据权利要求12所述的定子组件，其特征在于，进一步包括一位置传感器，当所述磁体处于初始位置时所述位置传感器定位于邻近所述磁体。
17.根据权利要求9所述的定子组件，其特征在于，所述引导毂进一步地包括多个切口，所述多个切口从所述引导毂的前表面伸入所述引导毂，该前表面面向所述定子副组件；以及
所述定子副组件包括多个对准搭接片，其在尺寸和形状上适于接合所述切口。
18.根据权利要求17所述的定子组件，其特征在于，所述定子副组件进一步包括多个邻接所述引导毂的前表面的止挡。
19.根据权利要求9所述的定子组件，其特征在于，所述引导毂进一步包括多个保持搭接片，所述保持搭接片使所述定子副组件的一部分移位，以将所述引导毂紧固至所述定子副组件。
20.一种用于将目标磁体紧固至一毂的方法，所述方法包括：
提供一具有安装件的毂，所述毂限定出一具有中心轴线的中心开口，所述安装件包括：
一搭接片，具有从所述搭接片伸出的突起，
一指状物，以及
一止挡；
提供一目标磁体，所述磁体包括：
一用于接收所述指状物的轴向对准凹槽、一用于邻接所述止挡的上表面、以及一用于接收所述突起的径向保持凹槽；并且
将所述目标磁体插入所述安装件，从而使得所述轴向对准凹槽接收所述指状物以相对于中心轴线沿轴向方向定位所述磁体，所述上表面面向所述毂以邻接所述止挡，以及所述径向保持凹槽接收所述突起以固定所述磁体相对于所述中心轴线的径向位置。
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