CN104655338B - 非接触式扭矩传感器磁路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式扭矩传感器磁路结构，包括：单侧具有齿形结构的上集磁环和下集磁环,上集磁环的齿形结构和下集磁环的齿形结构相互对应呈咬合状交错设置；设置于上集磁环和下集磁环内侧的多对径向充磁的磁铁,设置于上、下集磁环之间位于所述齿形结构旁侧的单导磁片，以及固定在导磁片上的芯片；其中，所述上集磁环的边缘具有凸形折弯结构。本发明能使非接触式扭矩传感器磁场均匀化，增加传感器的稳定性，减小磁力线传导路径，增强磁力线的磁感应强度。

Description

非接触式扭矩传感器磁路结构

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于非接触式扭矩传感器的磁路结构。

背景技术

现有扭矩传感器从测量方式上可分为角度测量和应力测量。应力测量采用的是应变片的原理，用应变片电桥测量转轴上的扭转应力，这种方式成本高、稳定性差，这种方式在汽车系统中应用的较少；针对汽车EPS系统的扭矩传感器，目前市场上大量成熟应用的是角度测量的方式。角度测量从原理上又分为电阻式、感应式及Hall式，电阻式采用的是分压的方式测量角度，缺点是电刷与电阻板之间是接触的，易磨损。感应式采用的是电磁感应原理，通过激励线圈与转子、转子与接收线圈之间的两次感应耦合来完成。第二次感应耦合，定子感应到的电压幅值相对于转子的转动角度成正弦周期变化。Hall式采用的是霍尔效应原理，利用线性Hall芯片将垂直方向的磁感应强度转换成对应的电压输出。因此扭矩传感器的线性度与磁路方案的磁感应强度的线性度有很大关系。这种方式的角度测量基于一个良好的磁路方案，这种磁路方案必须能提供理论上合适的线性度及稳定性。

法国专利PCT/FR2005/050571是由法国MMT（Moving Magnet Technology）公司设计的磁路方案。这种磁路方案具有很好的线性度，导磁片的导磁区域在集磁环里面，可以使得集磁片的导磁率对导磁片与集磁环的相对位置不敏感，增强了信号的鲁棒性。MMT的方案能得到较好的导磁率及较好的稳定性，但其稳定性可以得到更好的加强，成本方面也可以再优化。

日本Denso的专利JP2002033046220021114，提出了类似于三角形齿的集磁环结构，采用12对极的磁铁及对应的集磁结构，多对极能将每个齿上的磁感应强度的波动均匀化，其方案整体能增强传感器的稳定性，但由于每个齿的导磁面积小，线性度则较弱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能使非接触式扭矩传感器磁场均匀化，增加传感器的稳定性，减小磁力线传导路径，增强磁力线的磁感应强度的非接触式扭矩传感器的单导磁路结构。

所述稳定性是指当方向盘在转动并且扭矩信号的输出为一定值时，扭矩信号由于磁路及外界干扰而产生的信号波动。

为解决上述技术问题，本发明的非接触式扭矩传感器的磁路结构，包括：单侧具有齿形结构h的上集磁环a和下集磁环b,上集磁环a的齿形结构h和下集磁环b的齿形结构h相互对应呈咬合状交错设置；设置于上集磁环a和下集磁环b内侧的多对径向充磁的磁铁d,设置于上、下集磁环之间位于所述齿形结构h旁侧的导磁片c，以及固定在导磁片c上的芯片i；所述上集磁环a的边缘具有凸形折弯结构g。

其中，所述导磁片c是单片导磁片，其一端具有至少一个折弯结构f,另一端是弧形导磁结构k。

其中，所述弧形导磁结构（k）的弧度为所对应的磁感应强度周期信号的整数倍，是45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度或360度。

其中，所述磁铁d对数为偶数。

本发明的齿形h的集磁面积S在条件允许的情况下，应尽可能大，较大的齿形面积有利于磁场的传导，磁场传导的越多则信号的鲁棒性越强；梯形齿的顶边弧长相对于集磁环一个齿形周期的弧长F的长度不能太小，相对长度越小则对线性度有影响。综合考虑传感器的线性度及传感器的经济性，集磁环的厚度应选择合适，太小对其输出有影响，太大则增加了产品的成本。

集磁环的“凸”形折弯结构g，其作用是：增加集磁环磁力线传导的径向区域，提高传感器的稳定性，因为磁力线在径向方向传导的越远，磁场的分布越均匀，通过导磁片集磁后磁场的变化越小，因此稳定性越强。

本发明采用单导磁片的磁路方案，能有效减少传感器的成本。导磁片c的结构具有至少一个导磁片的折弯结构f，导磁片与集磁环对应的导磁结构k，k的弧形区域的弧度为所对应的磁感应强度周期信号的整数倍，使集磁的均匀性增加。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例结构示意图一；

图2是本发明实施例结构示意图二；

图3是本发明实施例结构示意图三，其显示该实施例的侧视角度视图；

图4是本发明实施例结构示意图四，其为图3的剖视图；

图5是本发明实施例结构示意图五；

图6是本发明实施例结构示意图六；

图7是本发明实施例结构示意图七，其显示实施例磁铁磁极分布；

附图标记说明

a上集磁环

b下集磁环

c导磁片

d磁铁

e上下两集磁环的边缘区域

f折弯结构

k导磁结构

g凸形折弯结构

h齿形结构

i芯片

S集磁环齿形结构h的表面积；

A齿形结构的顶部弧长；

B齿形齿结构的端部弧长；

H齿形齿结构顶部到端部的高度；

F集磁环一个齿形周期的弧长；

D集磁环的厚度；

E两齿形之间的距离。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明一实施例，单侧具有齿形结构h的上集磁环a，其作用是集磁，将多对极磁铁的磁力线引出给芯片；e是上下两集磁环的边缘区域，e越长则磁感应强度信号分布越均匀；

单侧具有齿形结构h下集磁环b,其作用是集磁，将多对极磁铁的磁力线引给导磁片c；

齿形结构h与磁铁相对，作用是吸收磁场产生的磁力线；

上集磁环a的齿形结构h和下集磁环b的齿形结构h相互对应呈咬合状交错设置；

设置于上集磁环a和下集磁环b内侧的多对径向充磁的磁铁d,磁铁d是扭矩传感器的信号源；本实施例中，磁铁d的磁极分布如图7所示。

设置于上、下集磁环之间位于所述齿形结构h旁侧的导磁片c，导磁片c是单片结构，其作用是从下集磁环引出磁力线至芯片i处；

以及固定在导磁片c上的芯片i；所述上集磁环a的边缘具有凸形折弯结构g，折弯结构g能增大集磁环的导磁区域，使磁场分布更加均匀；

所述导磁片c一端具有一折弯结构f,折弯结构f将磁力线导给芯片；

另一端是弧形导磁结构k，导磁结构k的弧形区域的弧度为所对应的磁感应强度周期信号的整数倍，能使集磁的均匀性增加，本实施例采用8对径向充磁的磁铁d，其磁感应强度的周期信号对应的弧度为45度。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种非接触式扭矩传感器磁路结构，其特征是，包括：单侧具有齿形结构（h）的上集磁环（a）和下集磁环（b）,上集磁环（a）的齿形结构（h）和下集磁环（b）的齿形结构（h）相互对应呈咬合状交错设置；设置于上集磁环（a）和下集磁环（b）内侧的多对径向充磁的磁铁（d）,设置于上、下集磁环之间位于所述齿形结构（h）旁侧的导磁片（c），以及固定在导磁片（c）上的芯片（i）；所述上集磁环（a）的边缘具有凸形折弯结构（g）。

2.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器磁路结构，其特征是：所述导磁片（c）是单片导磁片，其一端具有至少一个折弯结构（f）,另一端是弧形导磁结构（k）。

3.如权利要求2所述的非接触式扭矩传感器磁路结构，其特征是：所述弧形导磁结构（k）的弧度是45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度或360度。

4.如权利要求3所述的非接触式扭矩传感器磁路结构，其特征是：所述磁铁（d）对数为偶数。