CN104515635A - 转矩转位传感器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施方式的一种转矩转位传感器，包括：转子，该转子随第一轴转动，该第一轴为输入轴和输出轴中的一者，转子在其外周表面上具有第一磁体；定子，该定子设置在第一磁体的外侧上并且随第二轴转动，该第二轴为输入轴和输出轴中的另一者；屏蔽件，该屏蔽件设置在定子的下侧上并且随第二轴转动；以及第二磁体，该第二磁体与屏蔽件的下侧相结合并且随第二轴转动。转矩转位传感器屏蔽磁场干扰并且提高了操作可靠性。

Description

转矩转位传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年9月27日提交的韩国专利申请No.2013-0115019的优先权和权益，该申请的全部内容通过参引并入本文。

背景技术

1.发明领域

本发明涉及转矩转位传感器(torque index sensor)。更具体地，本发明涉及通过对转矩传感器与转位传感器(index sensor)之间的磁场干扰进行屏蔽而具有改进的操作可靠性的转矩转位传感器。

2.相关技术的讨论

通常，电动动力转向(EPS)系统是用于确保车辆的转向稳定性的装置，该系统通过使用马达提供沿着由驾驶员进行转向的方向的转矩而有助于驾驶员转向并且使操纵容易。

与常规的液压动力转向(HPS)系统不同，这种EPS系统可以根据行驶状态控制马达操作以提高转向性能和转向舒适度。

为了使EPS系统提供合适的转矩，可以对施加至转向轴的转矩、转向角以及转向角速度进行测量。

通常的转向结构包括与方向盘相结合的输入轴、与小齿轮——该小齿轮与方向盘侧的齿杆啮合——相结合的输出轴、以及将输入轴连接至输出轴的扭力杆。

当方向盘转动时，转动力被传递至输出轴，并且车轮的方向通过小齿轮和齿杆的作用而改变。此时，当施加大的阻力时，输入轴更大程度地转动以使扭力杆扭转。在此，磁性转矩传感器测量扭力杆的扭转度。

另外，转位传感器通过检测随输出轴转动的磁体的转动而测量转动角速度或角加速度。通常，上文描述的转矩传感器和转位传感器可以被结合并且被一体地构造。其被称为转矩转位传感器。

这种转矩转位传感器是简单的并且是经济节约的。然而，由于两种类型的磁性检测装置设置成接近彼此，因而会发生磁场干扰。

同样地，如果在转矩传感器与转位传感器之间发生磁场干扰，则由传感器测得的值会发生错误，并且因此使整体的操作可靠性劣化。

发明内容

本发明涉及能够通过对在转矩传感器与转位传感器之间产生的磁场干扰进行屏蔽来提高操作可靠性的转矩转位传感器。

根据本发明的一个方面，提供了转矩转位传感器，包括：转子，该转子随第一轴转动，该第一轴为输入轴和输出轴中的一者，转子在其外周表面上具有第一磁体；定子，该定子设置在第一磁体的外侧上并且随第二轴转动，该第二轴为输入轴和输出轴中的另一者；屏蔽件，该屏蔽件设置在定子的下侧上并且随第二轴转动；以及第二磁体，该第二磁体与屏蔽件的下侧相结合并且随第二轴转动。

屏蔽件可以包括环形的屏蔽构件和支承件，该环形的屏蔽构件具有与第二磁体相结合的下侧，该支承件从屏蔽构件的下侧突出并且支承第二磁体。

屏蔽构件的外径可以等于或大于由第二磁体形成的圆的外径。

屏蔽构件可以具有0.2mm或更大的厚度。

屏蔽构件可以延伸至第二磁体的内径侧或外径侧中的至少一者。

支承件可以包括第一支承钩部和至少一个第二支承钩部，该第一支承钩部呈环形并且支承第二磁体的内径侧，该至少一个第二支承钩部从第一支承钩部突出以支承第二磁体的两侧中的至少一侧。

转矩转位传感器还可以包括固定单元，该固定单元设置在屏蔽构件上并且与定子相结合。

固定单元可以包括至少一个联接突出部，该至少一个联接突出部固定地插入至形成在定子的下侧上的联接凹槽。

根据本发明的另一方面，提供了转矩转位传感器，包括：转子，该转子随输入轴转动并且在其外周表面上具有第一磁体；齿部，该齿部设置成与第一磁体的外侧间隔开；模制构件，该模制构件插入至齿部中以固定齿部，该模制构件具有与保持器的外周表面相结合的下侧并且具有形成在该模制构件的下表面上的环形的凹槽；以及设置在凹槽中的第二磁体。在凹槽与第二磁体的上表面之间设置有环形的屏蔽构件。

屏蔽构件可以在凹槽与第二磁体的外径侧之间延伸。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述目的、特征和优点和其他目的、特征和优点对于本领域技术人员而言将变得更明显，在附图中：

图1为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的侧视截面图；

图2为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的从顶侧观察到的分解立体图；

图3为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的从底侧观察到的分解立体图；

图4为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的屏蔽件的立体图；

图5为图示了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器中的、屏蔽构件与定子之间的距离以及屏蔽构件的厚度的视图；

图6为图示了在图5中图示的屏蔽构件与定子之间的距离和屏蔽构件的厚度之间的关系、以及在第二磁体的磁通量与屏蔽构件的厚度之间的关系的曲线图；

图7为示出了根据本发明的另一实施方式的转矩转位传感器的侧视截面图；以及

图8为示出了根据本发明的又一实施方式的转矩转位传感器的侧视截面图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。然而，本发明的示例性实施方式可以以许多替代形式实施，并且应当理解为不限于文中阐述的本发明的示例性实施方式。

将理解的是，尽管术语第一、第二等可以在文中用于描述不同的元件、部件和/或部段，但这些元件、部件和/或部段应当不受这些术语限制。这些术语仅用于将元件、部件和/或部段与另一元件、部件和/或部段区分。因此，第一元件、第一部件或第一部段在本发明的范围内可以称为第二元件、第二部件或第二部段。

将理解的是，当元件或层被称为“连接至”或“联接至”另一元件或层时，该元件或层能够直接地连接至或联接至另一元件或层，或者可以存在中间的元件或层。相比之下，当元件被称为“直接地连接至”或“直接地联接至”另一元件或层时，不存在中间的元件或层。术语“和/或”包括一个或多个指示对象的任何组合或所有组合。

文中使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的而不意在限制本发明。如文中使用的，单数形式“一”、“一个”、“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确地指出。将进一步理解的是，当在文中使用术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其构成的组的存在或添加。

除非另有限定，否则文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，术语、比如那些在常用字典中限定的术语应当理解为具有与在相关技术的情景下的含义一致的含义，并且不应当解释为理想的或过度正式的含义，除非文中如此特意地限定。

图1为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的侧视截面图。图2为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的从顶侧观察到的分解立体图。图3为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的从底侧观察到的分解立体图。

参照图1至图3，根据本发明的实施方式的转矩转位传感器——其整体构型由上壳体10和下壳体20形成——包括转子110、第一磁体111、定子120、收集器130、第一磁性装置140、屏蔽件150、第二磁体160、第二磁性装置170以及电路板180。

在此，第一磁体111和第一磁性装置140分别代表在转矩传感器中使用的磁体和磁性装置，而第二磁体160和第二磁性装置170分别代表在转位传感器中使用的磁体和磁性装置。

转子110连接至输入轴(未示出)以随输入轴转动，并且环形的第一磁体111设置在转子110的外周表面上。

定子120包括第一齿部121a、第二齿部121b、模制构件122、以及保持器123。

第一齿部121a和第二齿部121b设置成在第一磁体111的外侧上彼此间隔开并且分别固定至模制构件122的上侧和下侧。第一齿部121a和第二齿部121b中的每一者均包括形成为沿轴向方向弯曲的多个突出部，并且所述突出部设置成与设置在转子110的外周表面上的第一磁体111相对。

连接至输出轴(未示出)的保持器123与模制构件122的下侧相结合。因此，定子120连接至输出轴以随输出轴转动。

当扭力杆被扭转了输入轴与输出轴之间的转动量之差时，可以改变第一磁体111和附接至转子110的定子120的转动量，这会导致第一磁体111与第一齿部121a的突出部和第二齿部121b的突出部的相对的表面改变。因此，可以通过检测定子120的磁化量的改变来测量转矩。

为此，收集器130与第一齿部121a和第二齿部121b的一侧相结合以收集磁通量。收集器130包括与第一齿部121a的上侧相结合的第一收集器131以及与第二齿部121b的下侧相结合的第二收集器132。

第一磁性装置140可以设置在第一收集器131与第二收集器132之间以检测定子120的磁化量。第一磁性装置140与第一收集器131和第二收集器132电接触并且检测由第一磁体111与第一齿部121a的突出部和第二齿部121b的突出部之间的磁相互作用磁化的定子120的磁化量。第一磁性装置140可以是能够检测磁场强度的Hall IC(霍尔集成电路)。

在定子120的下侧上设置有包括第二磁体160和第二磁性装置170的转位传感器。

第二磁体160与定子120一起连接至输出轴并且随输出轴转动。与第一磁体111不同，第二磁体160呈沿周向方向具有预定长度的弧形。

第二磁性装置170设置在第二磁体160的外侧处并且根据输出轴的转动而重复接近第二磁体160和远离第二磁体160的过程。

每当第二磁性装置170变得接近第二磁体160，即在360度的周期内，第二磁性装置170便可以输出检测信号。基于该检测信号，可以计算转动的角速度和角加速度。

然而，当第二磁体160设置成接近定子120时，磁场会影响定子120和收集器130并且产生磁场干扰。

根据本发明的实施方式，在定子120与第二磁体160之间设置有环形的屏蔽件150，并且第二磁体160与屏蔽件150相结合以随输出轴转动。

图4为示出了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器的屏蔽件的立体图；图5为图示了根据本发明的实施方式的转矩转位传感器中的、屏蔽构件与定子之间的距离以及屏蔽构件的厚度的视图；图6为图示了在图5中图示的屏蔽构件与定子之间的距离和屏蔽构件的厚度之间的关系、以及第二磁体的磁通量与屏蔽构件的厚度之间的关系的曲线图。

参照图1至图4，屏蔽件150可以包括屏蔽构件151、固定单元152以及支承单元153，并且支承单元153可以包括第一支承钩部153a和第二支承钩部153b。

屏蔽构件151可以呈环形，并且第二磁体160与屏蔽构件151的下侧相结合。因此，定子120与第二磁体160之间的磁场干扰被屏蔽构件151屏蔽。屏蔽构件151的材料可以优选地为具有高磁导率的铁磁材料，并且屏蔽构件151的外径可以优选地等于或大于由第二磁体160形成的圆的外径以用于有效屏蔽。

参照图1，与第二磁体160的上侧相结合的屏蔽构件151可以朝向第二磁体160的内径侧延伸。即，屏蔽构件151可以呈与第二磁体160的上侧和内径侧相结合的L形。

屏蔽构件151和第二磁体160可以通过镶嵌模而固定。另一方面，屏蔽构件151和第二磁体160可以通过粘合而固定。

同时，参照图6，屏蔽构件151的厚度d2与由第二磁体160发射的磁通量φ成正比，并且和在定子120与屏蔽构件151之间的距离d1成反比。

因此，对磁场干扰进行屏蔽的屏蔽构件151的厚度d2可以基于定子120与屏蔽构件151之间的距离d1以及由第二磁体160发射的磁通量φ来确定，如在下列等式1中所示。

在此，屏蔽构件151的厚度d2可以优选地为至少0.2mm以便确保最小的刚度。

【等式1】

$d_2=A\frac{\mathrm{\φ}}{d_1}$

在此，A表示根据屏蔽构件151的透磁率和第二磁体160的材料特性以实验的方式得到的常数。

固定单元152设置在屏蔽构件151的上侧以及定子120的模制构件122的下侧。由于固定单元152与定子120相结合，因而与屏蔽构件151相结合的第二磁体160随输出轴转动。

参照图3和图4，固定单元152可以包括一个或多个联接突出部，所述一个或多个联接突出部固定地插入至形成在模制构件122的下侧中的联接凹槽中。

支承单元153包括环形的第一支承钩部153a和至少一个第二支承钩部153b，该第一支承钩部153a朝向第二磁体160的内径侧突出以支承第二磁体160的内径侧，该至少一个第二支承钩部153b从第一支承钩部153a朝向第二磁体160的外径侧突出以支承第二磁体160的内径侧和外径侧中的至少一者。

随输出轴转动的第二磁体160可以由第一支承钩部153a和第二支承钩部153b稳定地支承。

同时，固定单元152和支承单元153可以一体地形成或者单独地形成并且然后相结合。

根据本发明的实施方式，环形的屏蔽件150设置在第二磁体160与定子120之间，并且第二磁体160与屏蔽件150相结合以随屏蔽件150转动。因此，无论第二磁体160的转动位置如何，都可以屏蔽磁场干扰。

图7为示出了根据本发明的另一实施方式的转矩转位传感器的侧视截面图。

参照图7，根据发明构思的实施方式的转矩转位传感器的屏蔽构件151可以朝向第二磁体160的外径侧延伸。即，屏蔽构件151可以以U形与第二磁体160的上侧、内径侧和外径侧相结合。

在这种情况下，由于第二磁体160的外径侧被屏蔽构件151屏蔽，因而对第二磁体160的转动进行检测的第二磁性装置170可以设置在第二磁体160的下侧上。

根据发明构思的实施方式，由于屏蔽构件151屏蔽至外径侧，因而可以提高屏蔽效果。

图8为示出了根据本发明的又一实施方式的转矩转位传感器的侧视截面图。

在上文描述的实施方式中，第二磁体160与屏蔽件150相结合，屏蔽件150与定子120的模制构件122相结合，并且第二磁体160和屏蔽件150随输出轴转动。然而，第二磁体160可以穿过屏蔽构件151直接地固定至模制构件122的下侧。

即，如图8中所示，在模制构件122的与保持器123的外周表面相结合的下侧上形成有环形的凹槽，第二磁体160设置在凹槽中，并且屏蔽构件151置于第二磁体160的上侧与凹槽之间。在此，屏蔽构件151可以在第二磁体160的外径侧与凹槽之间延伸。

在这种情况下，模制构件122可以具有比上文描述的实施方式中的外径更大的外径，使得能够形成该凹槽。另外，由于第二磁体160的外径侧被屏蔽构件151和模制构件122屏蔽，因而对第二磁体160的转动进行检测的第二磁性装置170可以设置在第二磁体160的下侧上。

根据本发明的实施方式，模制构件122或保持器123可以替换固定单元152和支承单元153，该固定单元152将屏蔽件150固定至定子120的模制构件122，并且支承单元153支承第二磁体160。因此，作为一个优点可以减小转矩转位传感器的总高度。另外，由于第二磁体160穿过模制构件122与保持器123直接相结合，因而可以精确地检测输出轴的转动。

同时，作为上文描述的实施方式中的示例，描述了转子110连接至输入轴以随输入轴转动而定子120、屏蔽件150以及第二磁体160连接至输出轴以随输出轴转动。然而，该实施方式可以适用于与这种构型相反的构型。即，转子110可以连接至输出轴，而定子120、屏蔽件150以及第二磁体160可以连接至输入轴。

根据本发明的实施方式，在转矩传感器与转位传感器之间的磁场干扰可以通过将环形的屏蔽件设置在转位传感器磁体与定子之间而被屏蔽。

另外，根据本发明的实施方式，由于转位传感器磁体与屏蔽件相结合并且随屏蔽件转动，因而无论转位传感器磁体的转动位置如何，都可以屏蔽磁场干扰。

对本领域的普通技术人员而言明显的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明的上文描述的示例性实施方式作出各种改型。因此，本发明意在涵盖所有这些改型，只要这些改型在所附权利要求和其等同物的范围内即可。

Claims (10)

1.一种转矩转位传感器，包括：

转子，所述转子随第一轴转动，所述第一轴为输入轴和输出轴中的一者，所述转子在其外周表面上具有第一磁体；

定子，所述定子设置在所述第一磁体的外侧上并且随第二轴转动，所述第二轴为所述输入轴和所述输出轴中的另一者；

屏蔽件，所述屏蔽件设置在所述定子的下侧上并且随所述第二轴转动；以及

第二磁体，所述第二磁体与所述屏蔽件的下侧相结合并且随所述第二轴转动。

2.根据权利要求1所述的转矩转位传感器，其中，所述屏蔽件包括：

环形的屏蔽构件，所述环形的屏蔽构件具有与所述第二磁体相结合的下侧；以及

支承件，所述支承件从所述屏蔽构件的下侧突出并且支承所述第二磁体。

3.根据权利要求2所述的转矩转位传感器，其中，所述屏蔽构件的外径等于或大于由所述第二磁体形成的圆的外径。

4.根据权利要求2所述的转矩转位传感器，其中，所述屏蔽构件具有0.2mm或更大的厚度。

5.根据权利要求2所述的转矩转位传感器，其中，所述屏蔽构件延伸至所述第二磁体的内径侧或外径侧中的至少一者。

6.根据权利要求2所述的转矩转位传感器，其中，所述支承件包括：

第一支承钩部，所述第一支承钩部呈环形并且支承所述第二磁体的所述内径侧；以及

至少一个第二钩部，所述至少一个第二钩部从所述第一支承钩部突出以支承所述第二磁体的两侧中的至少一侧。

7.根据权利要求2所述的转矩转位传感器，还包括固定单元，

所述固定单元设置在所述屏蔽构件上并且与所述定子相结合。

8.根据权利要求7所述的转矩转位传感器，其中，所述固定单元包括至少一个联接突出部，所述至少一个联接突出部固定地插入至形成在所述定子的下侧上的联接凹槽中。

9.一种转矩转位传感器，包括：

转子，所述转子随第一轴转动并且在所述转子的外周表面上具有第一磁体，所述第一轴为输入轴和输出轴中的一者；

齿部，所述齿部设置成与所述第一磁体的外侧间隔开；

模制构件，所述模制构件插入至所述齿部中以固定所述齿部，所述模制构件具有与保持器的外周表面相结合的下侧并且具有形成在所述模制构件的下表面上的环形的凹槽；以及

设置在所述凹槽中的第二磁体，

其中，在所述凹槽与所述第二磁体的上表面之间设置有环形的屏蔽构件。

10.根据权利要求9所述的转矩转位传感器，其中，所述屏蔽构件在所述凹槽与所述第二磁体的外径侧之间延伸。