CN102607748B - 具有集成电连接器的扭矩传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有集成电连接器的扭矩传感器系统。具体地，提供了用于机动车辆中的变速器和其它动力系部件的扭矩传感器系统，其包括接收器和发送器。接收器可操作以引入和检测来自发送器的信号，所述信号表示了发送器上的扭矩负载。接收器为圆筒形并且具有带最大恒定直径的外表面。外表面限定一个或多个流体传递槽和用于电连接的对接端口。流体传递槽和对接端口不延伸超过外表面的最大外径。因此，接收器能够压配合在部件内，并且能够引导流体流动。电连接器通过接入孔被输送并且与接收器连接。

Description

具有集成电连接器的扭矩传感器系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月20日递交的美国临时申请61/434,595的权益。上述申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及扭矩传感器，更具体而言，涉及一种扭矩传感器系统，其具有与扭矩传感器的接收器上的集成接触垫连接的电连接器。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，可以或可以不构成现有技术。

汽车中的变速器和其它动力系部件是由液压系统和电子控制模块控制的复杂机械。为了提供合适的控制，需要在变速器操作时反馈变速器的操作状况和性能。例如，变速器典型地包括将指示了变速器操作状态的信息通信给电子控制器的多个传感器。这些传感器采取了很多形式，并且执行各种功能。例如，经常期望的是确定相对于静止部件（固定件）旋转的轴（旋转体）上的扭矩。因此，扭矩传感器被用于测量扭矩。通用扭矩传感器包括应变仪、磁或光传感器、和表面声波（SAW）传感器。这些扭矩传感器各自测量各种参数，例如局部应变、角位移、或在声波上由应变引发的变化。典型地，这些扭矩传感器具有两个部件，包括通常所称的发送器和接收器。接收器典型地联接到固定件，并且发送器联接到旋转体。在磁性传感器和SAW传感器的情况下，电流被引入并通过接收器，并且施加在旋转体上的扭矩以随后被转换成所估计的扭矩的电流、无线电信号或磁场的形式被发送回到接收器。

然而，为了改善成本、质量、燃料经济性等，变速器设计变得更紧凑。为了正确地操作，变速器通常要求提供加压油来润滑、冷却或操作系统。与上述扭矩传感器相关的一个问题是：在具有紧凑设计的当前和未来变速器中封装和组装扭矩传感器而不会阻碍加压油流动或其它必需的变速器操作的能力。

尽管当前的变速器传感器对于它们的预期目的而言是有用的，但是本领域中还有改进传感器系统的空间，该传感器系统用于动力系部件，允许扭矩传感器被封装在变速器的困难区域中。

发明内容

提供了一种用于机动车辆中的变速器和其它动力系部件的扭矩传感器系统。该扭矩传感器系统包括接收器和发送器。接收器可操作以引入和检测来自发送器的信号，所述信号表示了所述发送器上的扭矩负载。接收器为圆筒形并且具有带有最大恒定直径的外表面。外表面限定一个或多个流体传递槽和用于电连接的对接端口。流体传递槽和对接端口不延伸超过外表面的最大外径。因此，接收器能够压配合在部件内，并且能够引导流体流动。电连接器通过接入孔被输送并且与接收器连接。

本发明还包括以下方案：

1. 一种用于测量相对于构件的轴上的扭矩和用于将测量的扭矩通信到控制器的装置，所述装置包括：

联接到所述构件的接收器，所述接收器具有传感电路和外表面，所述外表面具有对接端口，所述对接端口带有第一电连接器，所述第一电连接器布置在所述对接端口中并且与所述传感电路电连通，其中所述对接端口凹入在所述外表面内；

联接到所述轴的发送器；和

连接器，所述连接器与所述对接端口接口并且具有与第二电连接器电连通的导线，其中所述第二电连接器与所述第一电连接器电连通，并且所述导线与所述控制器电连通；和

其中电流由所述控制器供应通过所述连接器并且供应到所述接收器的传感电路，由此将所述发送器磁化，并且其中当由于扭矩的缘故使得应力被施加到所述轴并且因此施加到所述发送器时，所述接收器的传感电路检测磁场并且将所述磁场的大小通过所述连接器通信给所述控制器，以便估计所述轴上的扭矩。

2. 如方案1所述装置，其中所述对接端口和所述至少一个电连接器不延伸超过所述接收器的最外直径。

3. 如方案1所述的装置，其中所述连接器为弹簧加载的连接器。

4. 如方案1所述的装置，其中所述连接器包括插头部分，所述插头部分具有所述第二电连接器，所述第二电连接器布置在所述插头部分的末端处，并且其中所述插头部分被配置为与所述接收器的对接部分接口。

5. 如方案1所述的装置，其中所述发送器包括至少一个磁致弹性环。

6. 如方案1所述的装置，其中所述接收器为圆筒形，并且包括第一开口端和第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相反，并且其中所述对接端口在所述第一开口端和所述第二开口端中的一个处定位在所述外表面上。

7. 如方案1所述的装置，进一步包括被布置在所述连接器周围用于将所述连接器密封至所述构件的环密封件。

8. 一种用于在机动车辆中测量扭矩的组件，所述组件包括：

控制器；

具有限定了孔的内表面的第一构件；

接收器，所述接收器位于所述孔内并且具有与所述第一构件的内表面密封地接合的外表面，其中所述接收器包括传感电路，并且所述外表面包括对接端口，所述对接端口带有第一电连接器，所述第一电连接器被布置在所述对接端口中并且与所述传感电路电连通，其中所述对接端口凹入在所述外表面内；

被布置为穿过所述接收器的第二构件；

联接到所述第二构件的发送器；和

布置成穿过所述第一构件从而进入到所述孔中的连接器，其中所述连接器与所述对接端口接口，并且包括与第二电连接器电连通的导线，并且其中所述第二电连接器与所述第一电连接器电连通，并且所述导线与所述控制器电连通；和

其中电流通过所述控制器被供应通过所述连接器并且供应到所述接收器的传感电路，从而将所述发送器磁化，并且其中当由于扭矩的缘故使得应力被施加到所述第二构件并且因此施加到所述发送器时，所述接收器的传感电路检测来自所述发送器的磁场，并且将所述磁场的大小通过所述连接器通信给所述控制器，以便估计所述第二构件上的扭矩。

9. 如方案8所述的组件，其中所述第一构件为变速器壳体，并且所述第二构件为轴。

10. 如方案8所述的组件，其中所述接收器为圆筒形，并且包括第一开口端和第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相反，并且其中所述第二构件被布置成穿过所述接收器。

11. 如方案10所述的组件，其中所述对接端口在所述第一开口端和所述第二开口端中的一个处定位在所述外表面上。

12. 如方案8所述的组件，其中所述对接端口和所述至少一个电连接器不延伸超过所述接收器的最外直径。

13. 如方案8所述的装置，其中所述连接器为弹簧加载的连接器。

14. 如方案8所述的装置，其中所述连接器包括插头部分，所述插头部分具有所述第二电连接器，所述第二电连接器布置在所述插头部分的末端处，并且其中所述插头部分被配置为与所述接收器的对接端口接口。

15. 如方案8所述的装置，其中所述发送器包括至少一个磁致弹性环。

16. 如方案9所述的装置，进一步包括被布置在所述连接器周围用于将所述连接器密封至所述第一构件的环密封件。

更多的应用领域从下文提供的说明将变得明显。应该理解的是，该说明和具体示例仅旨在用于例示目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于例示目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1为示例性轴组件的一部分的截面图；

图2为示例性轴组件的一部分的剖切透视图；

图3为扭矩传感器的部件的第一侧的透视图；

图4为图3中所示的部件的第二侧的透视图；

图5为连接器的侧向透视图；和

图6为具有图4和图5所示的部件和连接器的示例性轴组件的一部分的剖切透视图。

具体实施方式

下面的说明本质上仅为示例性的，而不旨在限制本公开、其应用或使用。

参见图1，示例性轴组件或扭矩传递组件被描绘并且由附图标记10指示。在所提供的示例中，轴组件10可为变矩器和变速器的一部分，然而应该认识到，在不脱离本发明范围的情况下，可在车辆动力系的各种部件中采用各种其它的轴或构件。轴组件10限定直线的轴线11。

作为变矩器和变速器的一部分，轴组件10包括涡轮轴或旋转构件12、固定件或壳体14、和扭矩传感器组件16。涡轮轴12被联接到变矩器（未示出）的涡轮（未示出），并且向变速器（未示出）提供扭矩。涡轮轴12可绕轴线11旋转。壳体14相对于涡轮轴12被旋转地固定，并且优选被互联到变速器（未示出）的壳体。在可替代构造中，壳体14可为旋转套轴，并且涡轮轴12可为旋转固定的构件。壳体14具有内表面18和外表面20。内表面18限定了与轴线11同轴的孔或腔22。在所提供的示例中，壳体14包括每一个均连通在壳体14的外表面20与孔22之间的第一径向延伸流体通道24a和第二径向延伸流体通道24b。流体通道24a、24b优选沿壳体14的轴向长度分隔开，但流体通道24a、24b在外表面20上的位置可变化，而不脱离本发明的范围。另外，流体通道24a、24b的数量可变化，而不脱离本发明的范围。流体通道24a、24b可操作以接收诸如变速器油之类的加压液压流体的一个或多个流体流。多个径向密封件26密封地接合到外表面20以及密封地接合到套筒（未示出）或支撑轴组件10的其它结构。径向密封件26轴向地定位在流体通道24b的任一侧上，以便轴向地将流体通道24b液压地隔离。流体通道24a也可通过使用径向密封件（未示出）或其它密封件构造被密封，而不脱离本发明的范围。最后，壳体14的外表面20可包括各种其它特征，例如齿轮的齿、孔口、台肩、法兰（或凸缘）、支撑构件、槽等，以便接合、支撑或互连变速器的各种其它部件，而不脱离本发明的范围。

旋转轴12设置在孔22内，并且与壳体14同心。旋转轴12通过轴承（未示出）支撑在孔22内，使得旋转轴12可操作，以围绕轴线11相对于壳体14旋转。旋转轴12可为实心的，或者可以具有各种流体通道、孔、或者没有具体示出的其它特征。

如上面所提到的那样，旋转轴12例如在变矩器的涡轮和定位在变速器内的轴、齿轮、离合器或制动器之间传递扭矩。扭矩传感器组件16被配置为在任何给定的时间感测旋转轴12上的扭矩。扭矩传感器组件16一般包括接收器30和发送器32。在所提供的示例中，扭矩传感器组件16是测量磁通量的磁致弹性扭矩传感器。然而，应该认识到，可采用其他类型的扭矩传感器组件，例如表面声波（SAW）传感器、体声波（BAW）传感器、表面声波过滤器、表面声波谐振器、表面声波延迟线、体声波谐振器、应变计或光学传感器。

转到图3并且继续参照图1和图2，接收器30具有圆筒形或管形主体31，并且包括第一端34、与第一端34相反的第二端36、内表面38和外表面40。管形主体31为复合材料，例如塑料。第一和第二端34和36具有开口，所述开口与由内表面38限定的内孔42连通。接收器30压配合在壳体14的孔22内，使得接收器30的外表面40与壳体14的内表面18压配合地接触。接收器30与轴线11同轴。因此，轴12延伸穿过接收器30的内孔42。

接收器30的外表面40限定多个流体槽50，包括第一流体槽50a、第二流体槽50b和第三流体槽50c。流体槽50a-c平行于轴线11延伸。在所提供的特定示例中，接收器30包括三个流体槽50a-c，其被定尺寸为和分隔成与位于壳体14中的任何位置和任何数量的流体通道24a和24b连通。应该认识到，可包括任何数量的流体槽50而不脱离本发明的范围。

流体槽50a-c的每一个由底表面52、侧表面54和56以及端表面58和60限定。另外，当接收器30压配合在孔22内时，流体槽50a-c具有由壳体14的内表面38限定的顶表面。流体槽50a-c延伸进入接收器30并到达预定深度“d”和宽度“w”，并且具有预定长度“L”。因此，流体槽50a-c中的每个可具有不同的深度和宽度来适应各种流体流的量，以及具有不同的长度来适应流体通道24a-b的位置，如将要在下面进一步详细描述的那样。在所提供的示例中，流体槽50a-c沿接收器30的周界被不对称地分组在一起，但是流体槽50a-c可以沿着外表面40被周向地均等分隔开。

如上面所提到的那样，接收器30被定尺寸为压配合在壳体14的孔22内。更具体而言，接收器30被插入孔22内，使得接收器30的第一端34或第二端36邻接孔22的端部或阶梯部。当接收器30被压配合在孔22内时，发送器22偏斜，其引发将接收器30的外表面40密封到壳体14的内表面18的压缩应变。接收器30可通过卡环（未示出）保持在位置上，但是也可以采用将接收器30紧固在壳体14内的各种其它方法，而不脱离本发明的范围。

在所提供的特定示例中，流体传递管30与壳体14对齐或关于壳体14来定向，使得流体槽50b与流体通道26a和26b对齐和连通。因此，液压流体或油经由流体槽50b在流体通道24a和24b之间传送。因此，任何给定的流体槽50b的长度“L”至少等于与给定的流体槽50a-c连通的任何两个流体端口24之间的距离。应该认识到，流体流可通过流体槽50a-c在任何方向上传送，而不脱离本发明的范围。

转到图4，接收器30还包括被定位为在第一端34附近的对接端口62。对接端口62是形成在外表面40中的凹进处，并且包括电气垫64。电气垫64基本为平面的，并且包括多个电连接器66。电连接器66与定位在接收器30的主体31内的电子器件包（electronicspackage）或扭矩测量电路（未示出）连通。对接端口62和电连接器66不延伸超过外表面40的外径，从而不干涉接收器30和壳体14之间的压配合式接合。

转到图5，电连接器由附图标记70表示。电连接器70选择性地可连接到对接端口62，以将接收器30电联接到外部控制器，例如变速器控制模块或变速器内的其它控制模块（未示出）。电连接器70优选为弹簧加载（弹针式（pogo-pin）类型）的连接器，其在基本为圆柱形的插头部分74的末端处具有多个电连接器72。绝缘的导线或线缆76从插头部分74延伸，并且将来自接收器30的电信号通过多个电连接器72通信到变速器或动力系部件的外部控制。示例性电连接器70是由Solarbotics制造的Push Pogo Pin-1。然而，应该认识到，可以采用其它电连接器。

参见图6，电连接器70布置在由壳体14限定的孔78内。孔78连通在壳体14的外表面80与壳体14的中心孔22之间。在所提供的示例中，孔78具有与轴线11成锐角相交的轴线83。接收器30包括这样的特征部，如图3所示，其接触中心孔22中的特征部（未示出），以便将接收器30径向地定向在壳体14内，使得对接端口64与孔78对齐。如图6所示，孔78被定尺寸为接纳电连接器70的插头部分74。

在组装期间，一旦接收器30已经被压配合在壳体14内，则电连接器70被插入孔78中，直到电连接器72接触接收器30的电气垫64或与所述电气垫64配对时为止。径向密封件84将插头部分74密封至孔78，以防止流体泄漏出壳体14。另外，插头部分74可以通过与形成在孔78中的槽88接合的保持环86来保持在位置上。电连接器70消除了盲目地通过孔78来供应导线的需要，也消除了对壳体14中的任何其它接入孔的需要。

转到图1，发送器32包括被紧固到轴12并且位于接收器30内的一个或多个磁致弹性环。电流被引入并且通过接收器30，从而将磁致弹性环32磁化。在轴12上没有施加扭矩并且因此磁致弹性环32上没有施加扭矩的情形中，所述磁致磁力弹性环的磁场被包含在所述环内。当由于扭矩的缘故使得应力被施加到轴12并且因此施加到环32时，磁场扭转，并且被接收器30检测到。接收器30将检测到的磁场值通信给控制器（未示出）。因为检测到的磁场的特性与施加到轴12上的扭矩成比例，所以轴12上的扭矩可被估计。

扭矩传感器组件16允许将接收器30封装在很多之前不可能的区域中，这是因为接收器30的能力没有受到影响，而且还提供了流过变速器的液压油流。另外，由于具有恒定的外径，接收器30能够被容易和简单地压配合在轴组件中，由此减少了组装成本。提供电连接器以允许将导线配线盲组装至深度定位的多接触垫装置，这也减少了组装成本和复杂性，其中所述多接触垫装置连接到扭矩测量电路。

本发明的说明书实质上仅为示例性的，并且不脱离本发明主旨的变型都被认为是在本发明的范围内。这些变型不被认为是脱离了本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种用于测量相对于构件的轴上的扭矩和用于将测量的扭矩通信到控制器的装置，所述装置包括：

联接到所述构件并压配合在所述构件的孔内的接收器，所述接收器为圆筒形，且所述接收器具有传感电路和外表面，所述外表面具有对接端口，所述对接端口带有第一电连接器，所述第一电连接器布置在所述对接端口中并且与所述传感电路电连通，其中所述对接端口凹入在所述外表面内；

联接到所述轴的发送器；和

连接器，所述连接器与所述对接端口接口并且具有第二电连接器和与第二电连接器电连通的导线，其中所述第二电连接器与所述第一电连接器电连通，并且所述导线与所述控制器电连通；和

其中电流由所述控制器供应通过所述连接器并且供应到所述接收器的传感电路，由此将所述发送器磁化，并且其中当由于扭矩的缘故使得应力被施加到所述轴并且因此施加到所述发送器时，所述接收器的传感电路检测磁场并且将所述磁场的大小通过所述连接器通信给所述控制器，以便估计所述轴上的扭矩；

其中所述对接端口和所述至少一个电连接器不延伸超过所述接收器的最外直径。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述连接器为弹簧加载的连接器。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述连接器包括插头部分，所述插头部分具有所述第二电连接器，所述第二电连接器布置在所述插头部分的末端处，并且其中所述插头部分被配置为与所述接收器的对接部分接口。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述发送器包括至少一个磁致弹性环。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述接收器包括第一开口端和第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相反，并且其中所述对接端口在所述第一开口端和所述第二开口端中的一个处定位在所述外表面上。

6.如权利要求1所述的装置，进一步包括被布置在所述连接器周围用于将所述连接器密封至所述构件的环密封件。

7.一种用于在机动车辆中测量扭矩的组件，所述组件包括：

控制器；

具有限定了孔的内表面的第一构件；

接收器，所述接收器为圆筒形，且所述接收器位于所述孔内并且具有与所述第一构件的内表面密封地接合的外表面，其中所述接收器包括传感电路，并且所述外表面包括对接端口，所述对接端口带有第一电连接器，所述第一电连接器被布置在所述对接端口中并且与所述传感电路电连通，其中所述对接端口凹入在所述外表面内；

被布置为穿过所述接收器的第二构件；

联接到所述第二构件的发送器；和

布置成穿过所述第一构件从而进入到所述孔中的连接器，其中所述连接器与所述对接端口接口，并且包括第二电连接器和与第二电连接器电连通的导线，并且其中所述第二电连接器与所述第一电连接器电连通，并且所述导线与所述控制器电连通；和

其中电流通过所述控制器被供应通过所述连接器并且供应到所述接收器的传感电路，从而将所述发送器磁化，并且其中当由于扭矩的缘故使得应力被施加到所述第二构件并且因此施加到所述发送器时，所述接收器的传感电路检测来自所述发送器的磁场，并且将所述磁场的大小通过所述连接器通信给所述控制器，以便估计所述第二构件上的扭矩；

其中所述对接端口和所述至少一个电连接器不延伸超过所述接收器的最外直径。

8.如权利要求7所述的组件，其中所述第一构件为变速器壳体，并且所述第二构件为轴。

9.如权利要求7所述的组件，其中所述接收器包括第一开口端和第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相反，并且其中所述第二构件被布置成穿过所述接收器。

10.如权利要求9所述的组件，其中所述对接端口在所述第一开口端和所述第二开口端中的一个处定位在所述外表面上。

11.如权利要求7所述的组件，其中所述连接器为弹簧加载的连接器。

12.如权利要求7所述的组件，其中所述连接器包括插头部分，所述插头部分具有所述第二电连接器，所述第二电连接器布置在所述插头部分的末端处，并且其中所述插头部分被配置为与所述接收器的对接端口接口。

13.如权利要求7所述的组件，其中所述发送器包括至少一个磁致弹性环。

14.如权利要求7所述的组件，进一步包括被布置在所述连接器周围用于将所述连接器密封至所述第一构件的环密封件。