CN102435212A - 转矩转位传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种转矩转位传感器，所述转矩转位传感器配置为通过简化转位传感器单元的磁体结构来提高生产率同时具有出色的经济可行性，联结到所述转矩转位传感器的输入轴和输出轴的所述转矩转位传感器包括：外壳；转位磁体，容纳在所述外壳中，所述转位磁体与所述输出轴连接，从而随着所述输出轴转动，并且形成为截面图为矩形的形状；以及磁体设备，固定到所述外壳的内部，以根据所述转位磁体的转动而输出磁化强度信号，使得所述转位磁体的形状简化为矩形以提高生产率和经济可行性。

Description

转矩转位传感器
相关申请的交叉引用
本申请基于2010年9月13日提交的韩国专利申请No.10-2010-0089367，并要求其优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种转矩转位传感器(torque index sensor)，更具体地，涉及一种构造为通过简化转位传感器单元(index sensor unit)的磁体结构来以优异的经济可行性提高生产率的转矩转位传感器。
背景技术
在常规的车辆中，与车轮相连接的方向盘起到操纵行进方向的作用。然而，在车轮与路面之间的阻力大或者出现对转向操作的阻碍情况下，操纵力会减小从而难以快速控制车辆。为了解决这个问题，提出了动力转向系统。动力转向系统用于提供动力传输设备以控制方向盘，由此减小控制力。
为了使动力转向系统提供控制方向盘的力，需要测量作用到转向轴的转矩、转向角和角速度。已经提出了各种方法的装置，用来测量方向盘的转矩。具体地，由于经济的原因，大量采用检测转矩的方法，在该方法中，测量与转向轴相联结的磁体的磁场来检测转矩。此外，用于检测电磁转动的方法被广泛采用，通过采用随着方向盘一起转动的齿轮和与该齿轮啮合的从动齿轮，来检测转向角和角速度。
然而，检测转向角或角速度的设备或系统存在这样的缺点，诸如，制备过程复杂和由于故障或误操作导致的错误概率高，因此采用使用转位传感器的方法。
转向结构通常包括与方向盘相联结的输入轴、联结到与车轮侧的齿条相啮合的小齿轮(pinion)的输出轴和将输入轴与输出轴相连的扭力杆。
在方向盘转动时，转动力被传送到输出轴，从而根据小齿轮和齿条的操作改变车轮方向。在这种情况下，如果阻力很大，更多地转动输入轴来扭转扭力杆，其中，通过转矩传感器用磁场方法的来测量扭力杆的扭转度。
提供一种转位传感器，用来通过检测随着输出轴转动的磁体的转动，测量角速度和角加速度。可以使转矩传感器和转位传感器模块化，模块化的设备被称为转矩转位传感器(TIS)。就是说，转矩转位传感器(TIS)是用于检测转向操纵中转向转矩的转矩传感器和用于检测转向轴的旋转次数的转位传感器的集成设备，其中，这些传感器安装在例如汽车的转向系统中。
TIS的优点在于结构简单和经济性，但是目前的缺点在于由两种类型的磁化检测设备相邻布置的结构所导致的不可避免的磁场干扰的产生。为了克服这个缺点，转矩传感器和转位传感器需要保持预定距离，因此通常确保35mm的距离以避免磁场干扰的产生。
所以，存在的缺点是不必要地增大了TIS的尺寸以及将TIS制备成小巧尺寸时需要考虑到磁场干扰。
图1是示出根据现有技术的转矩转位传感器的透视图，图2是示出图1的转矩转位传感器的转矩传感器单元和转位单元的主要部分的透视图。
参照图1和图2，从上部插入到TIS(转矩转位传感器)中的输入轴与联结到磁体的转子12相联结，转子12呈环形。输出轴通过定子11联结，定子11布置与离转子12的边缘分开，并且包括轴向弯曲的垂直凸片13。
在通过与转子12联结的输入轴和与定子11联结的输出轴之间的转动差异使扭力杆产生扭转时，转子12和定子11相对地转动，转子12的边缘与轴向弯曲的垂直凸片13之间的相对表面改变，以改变磁化强度值(magnetizationvalue)，并且所改变的磁化强度值可以用来测量转矩。
收集器(collector)14被布置用来聚集磁化强度值，转矩传感器磁体设备15检测收集器14所聚集的磁化强度值。
同时，转位单元布置在转矩传感器单元的下部。该转位单元包括转位磁体31和转位磁体设备35，转位磁体31与沿着定子11的输出轴连接并且随着该输出轴转动。
尽管转矩传感器单元和转位单元在外壳22内部被模块化并且形成一体构造，但是转矩传感器单元和转位单元各自的作用不同。就是说，转矩传感器单元测量根据磁化强度值变化的转矩变化并且向PCB(印刷电路板)21发送检测信号，而转位单元发送磁化强度量的检测信号，该磁化强度量被转位磁体设备根据转位磁体31的转动而改变。
图3包括在转矩转位传感器中的转位单元的主要部分的剖视图和根据现有技术的转位磁体(index magnet)的放大图。
参照图3，转位磁体40被构造为与转位外壳(index housing)32的边缘联结，或者被构造为形成转位外壳32的边缘的一部分。转位磁体也可以靠近或远离固定到外壳32的转位磁体元件35，以便产生脉冲信号。
转位磁体40主要包括用来产生脉冲信号的三个单独的磁体。图3示出了转位磁体40的放大图。转位磁体40吸住外壳32并且呈弧形，以使转位磁体设备35的磁化强度量保持恒定水平。
同时，为了形成转位磁体40，每个磁体被制成呈弧形并且在接触表面41联结。然而，出现了在制造和加工转位磁体40的过程中自然地增大了制造成本和降低了操作效率的问题。这个问题导致转矩转位传感器用来降低制造成本和简化结构的益处减小。
发明内容
本公开旨在解决上述问题和缺点，并且本公开的目的提供一种转矩转位传感器，所述转矩转位传感器被构造为通过简化转矩转位传感器单元的转位磁体结构来提高生产率并且增加经济可行性。
本公开要解决的技术问题不限于以上描述，本领域技术人员可以通过下面的描述将清楚地理解到目前为止未提及的任何其它技术问题。
在本公开的一个概括的方面，提供一种转向系统的转矩转位传感器，所述转矩转位传感器与输入轴和输出轴连接，包括：外壳；转位磁体，容纳在所述外壳中，所述转位磁体与输出轴连接，从而随着所述输出轴转动，并且形成为截面图为矩形的形状；以及磁体设备，固定到所述外壳的内部，以根据所述转位磁体的转动而输出磁化强度信号，由此将所述转位磁体的形状简化为矩形，从而提高生产率和经济可行性。
优选地，所述转矩转位传感器被插置于所述输出轴与所述输入轴之间，并且呈环形，其中，所述转位磁体进一步包括与所述边缘的一部分联结的转位外壳，由此形成为矩形的所述转位磁体可以被稳定地磁化。
优选地，所述转位磁体布置有互相接触的多个磁体，其中所述多个磁体中的每个具有与相邻磁体相反的极性，并且呈矩形，由此各个所述磁体可以容易地联结，从而提高生产率。
优选地，纵向布置三个互相接触的转位磁体，并且各个磁体的接触表面互相平行，由此可以容易地实现磁体的联结和磁化。
优选地，所述磁体设备根据所述转位磁体的转动产生脉冲信号，由此可以简化结构从而提高角度感测效率。
优选地，所述磁体设备是霍尔(Hall)元件或霍尔集成电路。
从前面明显可以看出，根据本公开示例性实施例的转矩转位传感器的优点在于，转位磁体被简化为矩形，从而提高了生产率和经济可行性，以及相互联结和布置，由此可以提高角度检测效率。
附图说明
所包含的附图用以提供对本公开的进一步理解，并且附图并入本公开中而且与说明书一起构成本申请的一部分，用于说明本公开的原理。在附图中：
图1是示出根据现有技术的转矩转位传感器的透视图；
图2是示出图1的转矩转位传感器的转矩传感器单元和转位单元的主要部分的透视图；
图3是在转矩转位传感器中的转位单元的主要部分的剖视图和根据现有技术的转位磁体的放大图；
图4是根据本公开一个示例性实施例的转矩转位传感器中的转位单元的主要部分的剖视图；
图5是根据现有技术的转矩转位传感器的示意图，以及直观地示出根据本公开一个示例性实施例的转矩转位传感器的磁化强度量的示意图；
图6是根据现有技术的转矩转位传感器的示意图，以及示出根据本公开一个示例性实施例的转矩转位传感器中的磁体器件的磁化强度值的曲线图；
具体实施方式
参考下面的示例性实施例的详细描述以及附图可以更容易理解本发明的优点和特征。为简短和清晰起见，公知的功能、配置或构造的详细描述省略，以便不会用不必要的细节模糊了本发明的描述。因此，本公开不限于下面将描述的这些示例性实施例，也可以用其它形式来实现。
为方便起见，在附图中，部件的宽度、长度、厚度等可以被夸大或缩小。此外，在整个说明书中，在说明所述图时，相同的附图标记指示相同的元件，并且重复的说明将被省略。
因此，说明书和权利要求书中所使用的特定术语或词汇的含义不应该限于字面上的或通用的意义，而是应该可以根据使用者或操作者的意图以及习惯用法来解释或有所不同。所以，特定术语或词汇的定义应该基于整个说明书的内容。本文中的术语“a”和“an”并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的事项。
此外，“示例性”仅仅意味着表示例子，而不是最好的。还应当理解，为了简单和易于理解，在本文中所描绘的特征、层和/或元件被例示为相对于另一元件而具有特定尺寸和/或方向，并且实际尺寸和/或方向可以与所示的显著不同。如本文中可以使用的，术语“显著地”和“大约”提供了其对应术语和/或各事物之间相对性的工业容许容差。
下面将参照附图详细描述根据本公开的示例性实施例的转矩转位传感器(在下文中被称为“TIS”)。
如在现有技术中所描述的，根据本公开的TIS包括被模块化并且在外壳中联结的转矩传感器单元和转位单元，该外壳形成TIS的外表。转矩传感器单元是这样的，转子与输入轴连接，定子与输出轴连接，以便测量输入轴和输出轴的转动量，其中该转矩传感器单元根据车轮的阻力而相对地转动，并且利用变化的磁化强度值测量转矩。
就是说，应该理解，在由于车轮的阻力而使输入轴与输出轴之间的转动量不同时，产生了扭转，其中该差异被作为磁场测量。然而，很显然，转子与输出轴连接，定子与输入轴连接。
同时，转位单元与转矩传感器单元相邻地布置，下面将参照图4详细描述根据本公开的示例性实施例的转矩转位传感器的转位单元。
图4是根据本公开一个示例性实施例的转矩转位传感器中的转位单元主要部分的剖视图，其中，上面的图示出转位单元的主要部分，下面的图示出放大的转位磁体。
转矩传感器单元布置在转位单元的下方，并且包括转位磁体140和转位磁体设备135。转位磁体140通常与输出轴连接以随着输出轴转动。转位磁体140被制成仅仅具有圆周方向的预定长度，与转子的磁体的形状不同。
转位磁体设备135固定到转矩传感器单元上，相对地远离转位磁体140，使得转位磁体设备135能够根据转位磁体140的转动检测磁化强度的改变，从而输出脉冲信号。转位磁体设备优选地是霍尔(Hall)元件或霍尔IC(集成电路)。根据本公开的构思，转位磁体140呈矩形。
与现有技术中转位磁体沿着输出轴的圆周呈弧形由此围住该圆周的一部分不同，根据本公开的转位磁体140与输出轴上的点的切线方向平行地形成。就是说，如果该切线方向被定义为纵向时，当从横截面看时转位磁体140呈具有长的长度和窄的宽度的矩形。
同时，尽管转位磁体140可以布置为通过直接与输出轴联结而随着输出轴转动，转位磁体140也可以布置为与包围输出轴的圆周表面的转位外壳132的一侧相联结，如图4上部所示。
转位外壳132呈环形以包围输出轴的圆周，并且转位外壳132的一部分与转位磁体140相联结。转位磁体140可以与转位外壳132的圆周联结，或者与转位外壳132的上端或下端的一侧联结。此外，很显然，转位外壳132被制造为在一侧形成凹槽，并且转位磁体140可以嵌入该凹槽中。
因此，转位磁体140与转位外壳132之间的联结关系可以在不影响转位磁体设备135的磁化强度改变值的测量的范围内可变地进行选择。
同时，图4的下图示出了根据本公开的放大的转位磁体140，其中示出了各个磁体的布置。
尽管图4示出了三个磁体，但是显然，可以选择布置三个以上的磁体。图4的中心布置了S极，与其两侧纵向接触的磁体被磁化为N极。基于本公开的构思，磁体的布置呈矩形，因此各个磁体优选的形状为矩形或正方形。然而，很显然，N极和S极的布置也可以互相改变。因此，磁体之间的磁体接触表面141平行地布置。就是说，接触表面141和转位磁体140的两个末端在与接触转位外壳132的边缘的切线垂直的方向形成。
现有技术的缺点在于，磁体接触表面形成弧形从而增大了各个磁体的制造成本并且使联结过程复杂化，而本公开的优点在于，各个磁体和转位磁体140都形成矩形的形状，从而解决了现有技术的缺点。
这样构造的转位单元的转位磁体设备135重复根据输出轴的转动而远离或靠近转位磁体140的过程，并且通过该过程产生磁化强度量的变化。
转位磁体设备135检测磁化强度量的变化并且输出检测信号，以便利用算法分析角速度和角加速度。就是说，转位单元每隔360度输出脉冲信号。
同时，图5是根据现有技术的转矩转位传感器的示意图，以及直观地示出根据本公开一个示例性实施例的转矩转位传感器的磁化强度量的示意图。
图5的上图示出了根据现有技术的布置有圆形转位磁体的转矩转位传感器的磁化强度量，图5的下图示出了布置有矩形转位磁体的转矩转位传感器的磁化量。亮的区域是磁化强度量大的地方，暗的区域是磁化强度量小的地方。
从图中可以看出，应该注意的是，在磁化强度量方面没有明显的直观差异。就是说，即使采用了结构简单的转位磁体，在转矩和角度检测性能方面也没有降低。
图6是根据现有技术的转矩转位传感器的示意图，以及示出根据本公开一个示例性实施例的转矩转位传感器中的磁体器件的磁化强度量的曲线图，其中，转位磁体设备的磁化强度值以高斯为单元示出。
该曲线的整体形状是，脉冲信号在中央处指向下方向，其中，转位磁体设备135的磁化强度量在布置有S极的区域向水平轴中心处在负方向最大化。
在采用根据本公开的矩形转位磁体140的情况下，可以注意到，在负方向和正向峰值与现有技术相比略有减缩。然而，在输出轴每转动一周就产生脉冲信号的磁体设备中，如果磁化强度量超过特定水平，那么磁化强度量对于检测转向轴的角度来说没有意义。
就是说，转位单元对于检测脉冲信号来说有意义，转位单元的尺寸对信息处理没有影响，从而可以忽略大约200高斯的差值。因此，即使根据采用本公开的转位磁体140，也可以产生足够的可检测的脉冲信号，这表明与现有技术相比在角度检测性能方面没有差异。
这样构造的根据本公开的转矩转位传感器的有益效果在于，转位磁体和形成转位磁体的各个磁体形成矩形形状，从而简化了结构并且提高了生产率。
尽管已参照多个示例性实施例描述了本发明的实施例，但应该明白，本领域中的技术人员可以推导出的其它多种修改和实施例将落在本发明的原理的精神和范围之内。更具体地，可以对本公开、附图和所附权利要求书的范围内所讨论的组合排列主题的组成部件和/或排列方式做出各种变型和修改。除了所述组成部件和/或排列方式的变型和修改外，替换使用对于本领域中的技术人员来说也是显而易见的。

Claims (6)

1.一种转向系统的转矩转位传感器，所述转矩转位传感器与输入轴和输出轴连接，所述转矩转位传感器包括：
外壳；
转位磁体，容纳在所述外壳中，所述转位磁体与所述输出轴连接，从而随着所述输出轴转动，并且形成为截面图为矩形的形状；以及
磁体设备，固定到所述外壳的内部，以根据所述转位磁体的转动而输出磁化强度信号。
2.根据权利要求1所述的转矩转位传感器，其中，所述转矩转位传感器被插置于所述输出轴与所述输入轴之间，并且呈环形，其中，所述转位磁体进一步包括与所述边缘的一部分联结的转位外壳。
3.根据权利要求1所述的转矩转位传感器，其中，所述转位磁体布置有互相接触的多个磁体，其中所述多个磁体中的每个具有与相邻磁体相反的极性，并且呈矩形。
4.根据权利要求1所述的转矩转位传感器，其中，三个互相接触的转位磁体纵向布置，并且各个磁体的接触表面互相平行。
5.根据权利要求1所述的转矩转位传感器，其中，所述磁体设备根据所述转位磁体的转动产生脉冲信号。
6.根据权利要求1所述的转矩转位传感器，其中，所述磁体设备是霍尔元件或霍尔集成电路。
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