CN102749160A - 扭矩传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种扭矩传感器，该扭矩传感器被配置为轴向磁化磁体以及简化面对该磁体的定子结构，由此可以容易地控制能够收集磁力的构件的尺寸和形状来提供操作可靠性上优异的扭矩传感器。该扭矩传感器包括：环状且轴向磁化的磁体，该磁体与方向盘的输入轴以及输出轴中之一相连；以及定子，该定子包括与磁体轴向分离的环状主体以及多个垂直穿透该主体的孔，由此简化扭矩传感器的结构，以便提高磁性变化的汇聚效率。

Description

扭矩传感器
相关申请交叉引用
本申请基于并要求2011年4月15日提交的申请号为10-2011-0034962的韩国申请的优先权，在此通过引用将其公开内容全文并入。
技术领域
本公开涉及扭矩传感器。
背景技术
在常规车辆中，与车轮相连的方向盘被操作来操纵车辆的行进方向。然而，在车轮和路面之间存在大阻力或者生成对转向操作的障碍的情况下，操作力可能降低，从而使得难以快速地操作车辆。为了解决这个问题，提出了动力转向系统。该动力转向系统用来为方向盘的操作提供动力传送设备，由此减小操作力。
为了使动力转向系统提供操作方向盘的力，需要测量施加给转向轴的扭矩、转向角以及角速度。提出了应用各种方法的装置来测量方向盘的扭矩。具体地，出于经济节约的原因，广泛使用一种检测扭矩的方法，其中测量与转向轴耦接的磁体的磁场来检测扭矩。
转向结构通常包括与方向盘耦接的输入轴、与和车轮侧的齿条啮合的齿轮耦接的输出轴以及将输入轴连接到输出轴的扭杆。
在转动方向盘的情况下，转动力被传送到输出轴来响应于齿轮和齿条的操作而改变车轮方向。在这种情况下，如果阻力大，则进一步转动输入轴来扭转扭杆，其中扭杆的扭曲程度通过采用磁场方法的扭矩传感器来测量。
图1是例示根据现有技术的扭矩传感器的透视图。磁体(10)耦接到输入轴，其中磁体(10)的形状为环形。输出轴布置有定子(20，30)，定子(20，30)进而包括分离地布置在磁体(10)的外周上并且轴向弯曲的垂直突出条(21，31)。
在利用耦接到磁体(10)的输入轴和耦接到定子(20，30)的输出轴之间的转动差造成的扭曲生成扭杆的情况下，相对于定子(20，30)转动磁体(10)，其中磁体(10)的外周和突出条(21，31)之间的相对表面被改变来改变磁性值，由此可以测量扭矩。
收集器(40)被布置来收集磁性值，以及磁性元件(50)检测收集器(40)所收集的磁性值。同时，在这种布置下，在获取能够磁化定子(20，30)的区域时存在限制，因此产生了弱扭矩信号(即，弱磁性信号)的缺点。结果是，产生了增加制备定子(20.30)的弯曲表面以及布置收集器(40)的不同过程的缺点，由此使得结构复杂，从而降低了磁性检测效率。
这种结构下的另一缺点在于，因为必须同等地维持突出条(21，31)之间的间隙，所以难以以相同的尺寸和形状与磁体(10)相对地弯曲和布置突出条(21，31)，以及也难以准确地布置突出条(21，31)。
发明内容
本公开旨在解决上述缺点，以及本公开的目的在于提供一种扭矩传感器，该扭矩传感器被配置为轴向磁化磁体以及简化面对该磁体的定子结构，由此可以容易地控制能够收集磁力的构件的尺寸和形状，从而提供操作可靠性上优异的扭矩传感器。
本公开要解决的技术问题不限于上述描述，并且根据下面的描述，迄今没有描述的任何其它问题对于本领域技术人员也将是非常明白的。
在本公开的一个总体方面中，提供了一种扭矩传感器，该扭矩传感器包括：环状且轴向磁化的磁体，该磁体与方向盘的输入轴以及输出轴中之一相连；以及定子，该定子包括与磁体轴向分离的环状主体以及多个垂直穿透该主体的孔，从而简化扭矩传感器的结构来提高磁性变化的汇聚效率(concentrated efficiency)。
优选地，定子包括布置在磁体上侧的上定子以及布置在磁体下侧的下定子，其中磁体通过连接多个磁条形成，并且上定子和下定子的孔的数目与在磁体上形成的电极的数目相同，由此可以提高上定子和下定子的产率，并且可以提高上定子和下定子的尺寸和形状的准确性。
优选地，磁体包括布置在上定子下侧的上磁体以及布置在下定子上侧的下磁体，从而可以极好地提高磁性变化的检测效率和节省磁性变化的检测成本。
优选地，扭矩传感器还包括上收集器和下收集器，分别耦接到上定子和下定子，用于汇聚磁性变化，从而可以使得磁性变化的检测变得更加准确。
优选地，扭矩传感器还包括与上收集器和下收集器耦接的磁性元件，用于检测定子的磁性变化。
优选地，扭矩传感器还包括与上定子和下定子耦接的磁性元件，用于检测定子的磁性变化，从而简化扭矩传感器的结构来提高产率。
优选地，孔的径向长度比磁体的径向宽度长，从而磁体中的磁性变化的汇聚可以变得更为准确。
在本公开的另一总体方面，提供了一种扭矩传感器，该扭矩传感器包括：环状且轴向磁化的磁体；以及上定子和下定子，定子的形状为环状板，布置在磁体的上侧和下侧，并且周边布置有多个垂直穿透孔。
优选地，磁体包括布置在上定子的下侧的上磁体以及布置在下定子的上侧的下磁体，从而可以极好地提高磁体变化的检测效率以及节省磁性变化的检测成本。
优选地，磁体周边布置有多个磁条。
优选地，孔的数目被形成为与磁体上的电极的数目相同。
优选地，孔的径向长度比磁体的径向宽度长，从而磁体中的磁性变化的汇聚可以变得更为准确。
如根据前述显而易见的，根据本公开的示例实施例的扭矩传感器的优点在于，轴向形成磁通量，并且测量磁体的磁性变化的定子包括板状主体以及穿透该主体的孔，从而使得布置关系简单，并且磁性变化的测量可以变得更准确。
考虑到在定子的制造和加工过程中常规定子需要弯曲定子条的事实，另一优点在于通过在主体上形成孔的简单过程形成定子，从而进一步改进对尺寸和形状的控制以及提高随后的产率。
附图说明
附图与描述一起用来说明本公开的原理，该附图被包括来提供对本公开的进一步理解并且并入在本公开中且构成本申请的一部分。在附图中：
图1是例示根据现有技术的扭矩传感器的透视图；
图2是例示根据本公开的扭矩传感器的平面图；
图3是例示根据本公开的扭矩传感器的侧面图；和
图4是例示根据本公开的扭矩指数的透视图。
具体实施方式
通过参考下述示例实施例的详细描述以及附图，更容易理解本发明的优点和特征。为了简单和清楚，省略了公知功能、配置或构造的详细描述，以便避免具有不必要的细节而使得本公开的描述不清楚。因此，本公开不限于下面描述的示例实施例，而可以以其它形式实现。
在附图中，为了便利，可以夸大或缩小组件的宽度、长度、厚度等。此外，在整个描述中，在说明附图时相同的参考标记将被分配给相同的组件，并且彼此重复的说明将被省略。
相应地，在说明书和权利要求中使用的特定术语或词语的含义应该不限于字面或通常使用层面的含义，而应该根据用户或操作者的意图或定制用法解释或根据用户或操作者的意图或定制用法而可以不同。因此，特定术语或词语的定义应该基于说明符中的内容。本文中的术语“一”不是表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所引用项。
此外，“示例性”仅仅意在表示一个示例，而不是最优示例。还要明白的是，为了简化和理解容易，本文中描述的特征、层和/或元件相对于彼此以特定尺寸和/或方位例示，以及实际尺寸和/或方位可以与所例示的显著不同。如本文中所使用的，术语“基本上”和“近似地”为对应项目和/或项目之间的相对性提供工业上接受的容限。
现在将参照附图详细描述根据本公开的示例实施例的扭矩传感器。
图2是例示根据本公开的扭矩传感器，以及图3是根据本公开的扭矩传感器的侧面图。
参见图2和图3，磁体(120，130)中的每个的形状为环状，并且通常布置在耦接在一起来转动的输入轴的外周上。此外，定子(200，300)中的每个连接到输出轴，以便一起转动。
如果由于阻力而造成输入轴和输出轴之间的转动量不同，则理所当然地生成转矩，并且利用磁场测量差值。然而，应该显而易见的是，磁体(120，130)连接到输出轴，以及定子(200，300)连接到输入轴。
磁体(120)优选由两个或多个磁条连接。因此，每个为弧形的多个磁条构成环状磁体(120，130)。在这种情况下，根据本公开，每个磁条被轴向磁化。
在磁体(120，130)被轴向磁化的情况下，磁通量也被输入或输出到轴向，从而可以测量磁体(120，130)上的磁通量。
环状磁体耦接到输入轴的外周，其中应该明白的是，磁体可以由单行磁条构成，并且两个磁体可以轴向分离，以便形成上磁体(120)和下磁体(130)，如图3所示。
因此，优点在于，如果上磁体(120)面对上定子(200)和下磁体(130)面对下定子(300)，则磁化检测可以更准确。
如上所述，定子包括上定子和下定子(300)，分别布置在磁体(120，130)的上末端和下末端。定子(200，300)中的每个包括环板状主体(210，310)以及在轴向上穿透主体的多个孔(220，320)。
本公开呈现了一种概念，在该概念中，每个面对磁体(120，130)的电极的孔(220，320)汇聚响应于磁体(120，130)和定子(200，300)之间的相对转动而产生的磁性变化。上定子(200)和下定子(300)被配置为使得环状主体(210)和下主体(310)连接到输出轴，并且与上磁体(120)的上末端和下磁体(130)的下末端分离布置。
现在，将首先具体描述上定子(200)。上定子(200)穿透环状上主体(210)，从而允许多个上孔(220)垂直穿透，其中上孔(220)被布置为与上磁体(120)的磁化电极相对。
因此，可以说明的是，基于上孔(220)的布置，上主体(210)在外周侧包括环状外周单元，以及在内周侧包括环状内周单元，其中外周单元和内周单元形成每个孔的侧面，并且通过径向延伸的延伸单元相互连接。
此外，基于下孔(320)的布置，下主体(310)包括外周单元、内周单元以及延伸单元。外周单元(即，上主体(210)的外周侧)布置在上收集器(420)上来汇聚磁性值，并且与连接到下主体(310)的下收集器(430)一起，连接到磁性元件(未示出)。磁性元件优选是霍尔(Hall)元件或Hall IC。
同时，尽管本公开的示例实施例说明了一种概念，在该概念中，通过允许上收集器(420)连接到上定子(200)以及下收集器(430)连接到下定子(300)来汇聚正在变化的磁化，由此利用磁性元件来检测磁化，但是省略收集器(420，430)并且将磁性元件直接连接到主体(310，310)，应该是显而易见的。
此外，如所说明的，通过连接多个磁条形成环状而形成磁体(120，130)，以及与上磁体(120)和下磁体(130)相对的上孔(220)和下孔(320)分别面对N极和S极，或者它们的延长线。结果是，上孔(220)和下孔(320)的数目被布置为与布置在磁体(120，130)上的磁极的数目相同。
同时，孔(220，320)的每个径向宽度优选地形成为具有能够覆盖磁体(120，130)的每个径向厚度的长度。
继续参见图2，上定子(200)上的上孔(220)的宽度被形成为比上磁体(120)的厚度长，从而当从上侧观看时，沿着上孔(220)的内周侧和外周侧延伸的虚环形状覆盖上磁体(120)的整个区域。
图3是例示根据本公开的扭矩传感器的透视图。
与常规技术不同，磁体上的磁通量的方向转到轴向方向，并且每个垂直面对磁体的上定子(200)和下定子(300)被形成为使得多个孔(220，320)形成在主体(210，310)上，而无需任何弯曲部分。
基于上述配置，如果方向盘被操纵来转动车轮，则根据本公开的扭矩传感器响应于来自车轮的阻力而扭转扭杆，从而通过连接到磁体(120，130)的输入轴以及连接到定子(200，300)的输出轴生成转动偏差。也就是，响应于扭杆的扭转，磁体(120，130)相对于定子(200，300)转动。如上所述，基于定子(200，300)的孔(220，320)，通过磁体(120，130)的转动改变磁性变化。
因此，由于根据本公开的扭矩传感器呈现了形成沿着轴向的磁通量，以及测量磁体的磁性变化的定子包括板状主体和穿透主体的孔的概念，所以可以更准确和容易地执行对磁性变化的测量。
此外，尽管现有技术需要在定子的制造和加工过程中形成并弯曲定子的突出条，但是根据本公开的扭矩传感器有利地呈现了仅仅通过在环状主体上形成孔的过程而形成的定子，从而可以容易地提高对尺寸和形状的控制，从而导致产率提高。
简而言之，根据本公开的扭矩传感器可以提供操作可靠性以及结构简化。
尽管本公开已经例示了转向系统中的扭矩传感器，但是应该明白的是，根据本公开的扭矩传感器可以用作测量转向系统以及包括相对转动件的装置中的转动扭矩的扭矩传感器。
尽管已经参照本公开的多个例示实施例描述了实施例，但是应该理解的是，本领域技术人员可以设计落在本发明的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。更为具体地，可以在本公开、附图和所附权利要求的范围内，对组件部分和/或所主张的组合布置的布置进行各种变化和修改。除了组件部分和/或布置的变化和修改之外，替换使用对于本领域技术人员也将是显而易见的。

Claims (17)

1.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
环状且轴向磁化的磁体，所述磁体与方向盘的输入轴以及输出轴中之一相连；以及
定子，所述定子包括与所述磁体轴向分离的环状主体以及多个垂直穿透所述主体的孔。
2.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述定子包括布置在所述磁体上侧的上定子以及布置在所述磁体下侧的下定子，其中所述磁体通过连接多个磁条形成，并且所述上定子和所述下定子处的孔的数目与在所述磁体上形成的电极的数目相同。
3.如权利要求2所述的扭矩传感器，其中，所述磁体包括布置在所述上定子下侧的上磁体以及布置在所述下定子上侧的下磁体。
4.如权利要求2所述的扭矩传感器，还包括上收集器和下收集器，分别耦接到所述上定子和所述下定子，用于汇聚磁性变化。
5.如权利要求4所述的扭矩传感器，还包括与所述上收集器和所述下收集器耦接的磁性元件，用于检测所述定子的磁性变化。
6.如权利要求1所述的扭矩传感器，还包括与所述上定子和所述下定子耦接的磁性元件，用于检测所述定子的磁性变化。
7.如权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
8.如权利要求2所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
9.如权利要求3所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
10.如权利要求4所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
11.如权利要求5所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
12.如权利要求6所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
13.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
环状且轴向磁化的磁体；以及
上定子和下定子，其中每一个的形状为环状板，分别布置在所述磁体的上侧和下侧，并且周边布置有多个垂直穿透孔。
14.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中，所述磁体包括布置在所述上定子的下侧的上磁体以及布置在所述下定子的上侧的下磁体。
15.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中，所述磁体周边布置有多个磁条。
16.如权利要求15所述的扭矩传感器，其中，所述孔的数目被形成为与所述磁体上的电极的数目相同。
17.如权利要求13所述的扭矩传感器，其中，所述孔的径向长度比所述磁体的径向宽度长。
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