CN104870958A - 具有用于机动车辆的转向角传感器设备和扭矩传感器设备的装置、机动车辆、以及用于制造这样的装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的装置(1)，其具有用于记录施加至机动车辆的转向轴的扭矩的扭矩传感器装置，并具有用于记录转向轴的当前转向角的转向角传感器装置，其中，扭矩传感器装置具有磁定子(11)，该磁定子设计为将磁流从磁体朝向至少一个流导体(32、33)传导，且由此传导至扭矩传感器装置的至少一个磁传感器(27)和两个定子部分(10、17)，该两个定子部分设置为在轴向方向上相对于彼此偏移，每个定子部分具有在径向方向上延伸的环状边界元件(18、19)，并且其中，转向角传感器装置具有至少一个带有永磁体(49)的扭矩传输元件(38、39、40)和用于检测旋转传输元件(38、39、40)的旋转运动的磁场检测器(29、30)，其中，该至少一个带有永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)在轴向方向上设置在边界元件(18、19)之间。

Description

具有用于机动车辆的转向角传感器设备和扭矩传感器设备的装置、机动车辆、以及用于制造这样的装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的装置，其具有用于检测施加至机动车辆的转向轴的扭矩的扭矩传感器装置，并具有用于检测转向轴的当前转向角的转向角传感器装置。扭矩传感器装置包括磁定子，该磁定子设计为将磁通量从磁体传导至至少一个通量导体以及穿过该导体传导至至少一个磁传感器和两个定子部分，该两个定子部分设置为在轴向方向上相对于彼此移位，每个定子部分包括在径向方向上延伸的环状边缘元件。相对照地，转向角传感器装置包括至少一个具有永磁体的旋转传输元件(例如齿轮)和用于检测该旋转传输元件的旋转运动的磁场检测器。
背景技术
用于检测施加到机动车辆的转向轴的扭矩的扭矩传感器装置已是现有技术。这样的扭矩传感器装置可例如与电转向系统一起使用。扭矩传感器装置例如从文件US 2004/0194560 A1以及从文件DE 102 40 049 A1中已知。在该示例中，扭矩传感器装置附接至转向轴的两个轴段或部分轴，所述两个轴段或部分轴在轴向方向上相对并且借助于扭杆而彼此连结。磁体——例如环形磁体——设置在第一轴段上，而具有磁性定子的保持器被附接至另一轴段，在径向方向上跨过小的空气间隙而与永磁体相对。借助于定子(其通常由两个单独的定子部分组成)，磁体的磁通量经过第一和第二通量导体，该第一和第二通量导体则将磁通量传递至磁传感器——例如霍尔传感器。在该示例中，磁传感器设置在两个通量导体之间，例如可从文件US 2004/0194560A1的图7和8中清楚地看出。
这样的扭矩传感器装置也从文件DE 10 2007 043 502 A1中已知。
此外，用于检测转向轴的当前转向角的转向角传感器也从现有技术中已知。这样的装置可例如从文件DE 10 2008 011 448 A1看到并已知。转向轴的旋转运动在这里借助于传动装置而被传递至承载磁体的较小齿轮。较小齿轮的旋转则使用磁传感器而被检测。
目的主要是针对这样的装置，其中，一方面扭矩传感器装置以及另一方面转向角传感器装置作为共同组件一体地形成。具有扭矩传感器和旋转角度传感器的这种装置例如从文件DE 10 2010 033 769 A1已知。
通过组合的装置，诸如从现有技术中已知的，在径向方向上最小化装置的总体高度或尺寸是很大的挑战。特别地，在该情况下，转向角传感构件的齿轮(扭矩传递元件)在轴向方向上占据了相对较大的安装空间的情况下。
发明内容
本发明的目标是提出一种关于针对上述类型的装置、相比与现有技术如何能够减小轴向安装高度的解决方案。
该目标根据本发明通过具有根据相应独立权利要求的特征的装置、机动车辆以及方法而实现。本发明的有利实施例是从属权利要求、说明书和附图中的主题。
根据本发明的用于机动车辆的装置包括设计为检测施加至机动车辆的转向轴的扭矩的扭矩传感器装置，以及设计为检测转向轴的当前转向角的转向角传感器装置。扭矩传感器装置包括磁传感器，该磁传感器设计为将磁通量从磁体传导至至少一个通量导通并且通过该通量导体到至少一个磁传感器。定子包括两个定子部分，该两个定子部分设置为相对于彼此在轴向方向上移位，每个定子部分都包括在径向方向上延伸的环形边缘元件。转向角传感器装置包括至少一个具有永磁体的旋转传输元件(例如齿轮)和用于检测该旋转传输元件的旋转运动的磁场检测器。转向轴的旋转运动可被传递至旋转传输元件。该至少一个具有永磁体的旋转传输元件在轴向方向上设置在边缘元件之间。
根据本发明，因此提出了将转向角传感器装置的基本部件(即该至少一个具有其永磁体的旋转传输元件)设置为不在定子的轴向外侧，而是在轴向方向上在相应的边缘元件之间或在两个定子部分之间。在定子部分之间具有恒定轴向距离的情况下，整个装置的轴向安装高度或轴向尺寸由此相比于现有技术或相比于具有其永磁体的旋转传输元件设置为相对于定子轴向移位的实施例而减小。从而整体上提供了一种在径向方向上非常紧凑并且以节约空间的方式集成的装置，其设计为既检测扭矩也检测转向角。
该至少一个旋转传输元件优选地具有至连接至一个轴段的转子的相互工作连接部。借助于该转子，转向轴的旋转运动可被传递至较小直径的旋转传输元件，并且该旋转传输元件的旋转运动可被磁场检测器检测，并且转向角可由此确定。该至少一个旋转传输元件优选地为具有周边齿结构的齿轮形式，所述周边齿结构接合转子，该转子旋转固定地连结到转向轴并且包括周边齿结构。转子可被设置在也附接有磁定子的保持器上。
所述磁体，磁通量借助于定子从所述磁体传导至通量导体并且同过所述通量导体而传导至磁传感器，所述磁体可例如被连接至转向轴的第一轴段。相对照地，磁定子可被设置在所述保持器上并且可被旋转固定地连接至所述保持器，所述保持器可被连接至转向轴的第二轴段。两个轴段可特别地借助于扭杆而联接在一起。可选地，滑动件可用于保持器，其设计为承载该至少一个通量导体，其中，保持器与定子相对于滑动件旋转地设置且因此相对于通量导体旋转地设置。
在一个实施例中，设置为，该至少一个具有其永磁体的旋转传输元件设置为至少部分地与定子部分的边缘元件相互轴向重叠。这意味着旋转传输元件在轴向方向上在两个边缘元件上突起。通过该至少一个旋转传输元件的这样的布置，装置的尺寸在径向方向上也被减小。
另外地或替代地，至少一个具有其相关联的永磁体的旋转传输元件可被设置为相对于边缘元件在径向方向上移位。这继而意味着，旋转传输元件在定子部分的两个边缘元件上没有轴向突起。所述实施例具有这样的优点，永磁体和扭矩传感器装置的磁传感器之间通过磁定子产生的串扰可被防止。扭矩检测的错误也因此被防止。
如果磁场检测器被设置在轴向地设置在两个边缘元件之间或轴向设置在定子部分之间且特别地还平行于边缘元件的电路板上时，轴向安装高度被进一步减小。
两个定子部分从而每个包括环形边缘元件，该环状边缘元件在径向方向上延伸或径向向外指向，并且特别地带有凸缘并形成相应定子部分的轴向边缘。所述边缘元件从而垂直于转向轴或装置的旋转轴线并且彼此平行。在周边方向上分布设置的多个齿元件可每一个在轴向方向上从相应的边缘元件上突出。一个定子部分的齿元件与另一定子部分的齿元件在周边方向上交错分布设置，使得一个定子部分的齿元件轴向地延伸进另一定子部分的齿元件之间的相应的间隙中。在该示例中，带凸缘的边缘元件优选地在轴向方向上彼此重叠，并且相应的齿元件优选地轴向指向相反的方向。环状边缘元件在该示例中用于将磁通量传递至相应的通量导体。通量导体的板状接收区域优选地为此目的设置在距相应定子部分的带凸缘的边缘元件非常短的距离处。相对照地，齿元件用于从附接至一个轴段的磁体接收磁通量。
在一个实施例中，旋转传输元件的永磁体在轴向方向上在两个边缘元件之间偏心设置。优选地，在该示例中，扭矩传感器装置的该至少一个磁传感器轴向居中地设置在两个定子部分或相应的边缘元件之间。这意味着，该至少一个磁传感器位于距两个边缘元件相同的轴向距离处。在该实施例中，旋转传输元件的永磁体优选地设计或表面磁化为使得其在定子部分的相应的边缘元件处提供具有相同场强度的磁场。磁场从而在两个边缘元件的相应轴向高度处具有相同的幅度，使得永磁体的所述磁场在边缘元件处在两侧上彼此抵消。借助于定子而传导至磁传感器的磁通量的影响以这种方式被防止。因此能够防止扭矩检测期间的错误。
根据替代实施例，旋转传输元件的磁体可被轴向居中地设置在两个定子部分或相应的边缘元件之间，使得扭矩传感器装置的磁传感器和转向角传感器的磁场检测器轴向偏心设置。在所述实施例的情况下，两个通量导体优选地相对于定子部分的边缘元件之间的中心平面或对称平面在两侧上不对称地设置。一个通量导体可完全轴向地位于定子中并且从而轴向地位于边缘元件之间，而另一通量导体可被设置为至少其接收区域轴向地位于定子外侧或相对于其轴向移位。这种永磁体在边缘元件之间的中心轴向地布置具有这样的优点，在两个边缘元件处磁场的场强度与没有特殊表面磁化的“正常”永磁体的情况下相同，使得在两种类型的传感器之间没有串扰发生。
通常，两个通量导体可以是相同的部件，或者它们可以甚至有不同的设计。
可选的，用于磁场的屏蔽构件也可轴向地设置在一方面旋转传输元件的永磁体和另一方面至少一个边缘元件之间。这样的屏蔽构件可特别地被设置为平行于电路板延伸的屏蔽板的形式。屏蔽构件具有这样的优势，两个传感器部分之间通过定子产生的串扰可被有效地最小化。其还可通过电路板本身的金属化而被形成或可以是与电路板分立的部件。
如已所述，转向角传感器装置优选地包括具有齿结构的转子。旋转传输元件可以为可被带至与转子的齿结构接合的齿轮的形式，并且借助于该齿轮，转子以及因此转向轴的旋转运动可被转换为永磁体的旋转运动。优选地，具有其周边齿结构的转子可被直接模制在所述保持器上，所述定子设置在该保持器上，并且该保持器连接至转向轴的一个轴段。这消除了作为独立部件的额外齿轮以及将转子连结至保持器的相关过程。此外，由于转子与保持器的所述一件式实施例，齿元件的同心性被改善。
在一个优选实施例中，扭矩传感器装置的该至少一个磁传感器为SMD部件(表面安装装置)的形式，其设置在电路板上，即特别是用于扭矩传感器装置和转向角装置的共同电路板，在该电路板上还安装有转向角传感器装置的磁场检测器。在该示例中，该至少一个通量导体优选地包括凸片，该凸片设置为与磁传感器相互重叠。而因为通量导体的构造，磁传感器在现有技术中必须为THT部件(通孔技术)的形式，而在该实施例中提出将磁传感器设计为SMD部件并且将通量导体配置为使得其包括凸片，特别是在径向方向上延伸，所述凸片设置为与磁传感器相互重叠。因此，带导线的部件的安装和钎焊以及相关联的缺点也被消除。所有的部件可在一个共同的生产步骤中作为SMD部件安装至电路板，使得总体上生产成本相比于现有技术而言显著降低。由于SMD部件也可被制造为特别平的，因此装置在垂直于电路板的方向上、特别是在轴向方向上的尺寸可被进一步减小。特别地，如果电路板设置为垂直于轴向方向或位于径向平面中，则存在轴向安装高度的显著减小。优选地，这样做，电路板轴向地设置在定子部分的两个边缘元件之间。
为了进一步减小轴向安装高度，在一个实施例中设置为，通量导体的凸片是轴向或径向或在径向方向上指向的突片，其设置为与磁传感器轴向相互重叠。
凸片可从而是指向径向方向的径向凸片。然而，替代地，也可设置为凸片基本上指向轴向方向并且因此轴向地取向而不包括特殊的径向段。这里在凸片和磁传感器之间，即特别是在轴向方向上或替代地在径向方向上也存在相互重叠，取决于电路板的取向。
该至少一个通量导体优选地包括用于从定子接收磁通量的板状接收区域，所述接收区域被设置为与定子相互轴向重叠。平行于接收区域延伸的凸片则可设置为相对于接收区域在轴向方向上移位。这意味着，通量导体的径向凸片借助于连结板或桥元件而连接至接收区域，其中，连结板以一角度设置，特别是垂直于接收区域和垂直于凸片两者。在该示例中，通量导体优选地整体成一件，使得一方面接受区域以及另一方面连结板和径向凸片彼此形成为一件。由于径向凸片设置为相对于通量导体的接收区域在轴向方向上移位，一方面，接收区域可在距定子非常短的距离处，另一方面，凸片可被设置在距磁传感器非常短的距离处，使得确保磁通量从定子到磁传感器的可靠的传递。
该至少一个通量导体可——类似于定子——由磁性材料制成，例如软磁材料。
扭矩传感器装置也可包括两个通量导体，每个具有至少一个所述凸片，该两个通量导体设置在电路板的相反侧上。相应的凸片可被设置为与磁传感器相互重叠，特别是轴向地相互重叠。因此，磁传感器有效地设置为在一方面一个通量导体的凸片和另一方面另一通量导体的凸片之间的夹持元件，并且与该两个凸片重叠，特别是在轴向方向上重叠。磁通量借助于两个单独的定子部分以及借助于相应的通量导体到磁传感器的传递可从而能够进行，使得确保了扭矩的可靠的检测。
为了允许从设置在电路板的后侧上的通量导体至磁传感器的有效磁通传递，该电路板可包括形成在磁传感器下方用于通量导体的凸片的切口。切口优选的是电路板中的贯穿开口。所述通量导体的凸片可延伸进电路板的切口，特别是轴向地延伸进电路板的切口。以这种方式，一方面磁传感器或其后侧和另一方面通量导体的凸片之间的轴向距离可被最小化，并且传递效果可被优化。此外，轴向安装高度也可因此而减小。
替代该切口，电路板还可制造为如所谓的柔性电路板的薄膜的形式。其则优选地具有小于0.2mm的厚度，使得磁通量可通过所述薄膜被传递，而无需必须要特殊提供的贯穿开口。到磁传感器的有效通量传递可通过设置在电路板的后侧上的通量导体而实现。
磁通量可从而在定子的相应的边缘元件处由总共两个通量导体流通(tap)并且借助于相应的窄凸片而传导至磁传感器并且在那里集中。凸片在该示例中优选地到达尽可能靠近磁传感器的顶部和底部以获得非常窄的空气间隙。为此，优选地设计为电路板中的贯穿开口的所述切口，可在电路板中设置在磁传感器下方。
扭矩传感器装置也可包括两个为SMD部件形式的磁传感器，每个用于检测磁通量，并且该至少一个通量导体可包括两个优选径向的凸片，特别是被设置在共同的径向平面中，并且每个设置为与一个磁传感器相互重叠，特别是轴向相互重叠。通过提供两个单独的磁传感器以及用于将磁通量传导至相应磁传感器的两个凸片，允许磁通量的冗余检测以及从而转向轴上的扭矩的冗余确定，使得由于特定的冗余，扭矩确定中的错误可被排除。
扭矩传感装置的至少一个磁传感器可以是具有两个集成的传感器元件的双传感器的形式，该两个传感器元件被集成到SMD部件内并且可单独地检测磁通量。在这种双磁传感器的情况下，能够实现关于检测扭矩的额外冗余和/或扭矩传感器装置可通过包含两个集成的传感器元件的仅单个磁传感器进行工作。
如果总共两个单独的磁传感器作为单独的SMD部件被提供，那么所述磁传感器中的至少一个可为具有两个传感器元件的双传感器的形式。可选地，甚至两个磁传感器可为双传感器的形式。
如果扭矩传感器装置仅包括一个磁传感器，那么其可为具有两个传感器元件的双传感器的形式，所述两个传感器元件用于单独地检测磁通量。
所使用的磁传感器的数量优选地对应于与单个通量导体一起使用的凸片的数量。该至少一个通量导体的相应的凸片从而与每个磁传感器相关联。
此外，本发明涉及具有根据本发明的装置的机动车辆。
根据本发明的方法用于制造根据本发明的装置。
参考根据本发明的装置展示的实施例以及其优势相应地应用至根据本发明的机动车辆以及应用至根据本发明的方法。
本发明的其他特征从权利要求、附图和附图的描述中得出。在说明书中上面提到所有特征和特征组合，以及以下在附图描述中和/或仅在图中示出的特征和特征组合，不仅能够在每一个特定组合中使用，而且能够在其他组合甚至其本身中使用。
附图说明
本发明下文中将使用优选的示例性实施例，以及参考附图而进行详细地阐述。
在图中：
图1以示意性分解图示出了用于机动车辆的具有扭矩传感器装置和转向角传感器装置的集成装置；
图2以放大视图示出了根据图1的装置的一区域；
图3以放大视图示出了根据图1的装置的另一区域；
图4和5出了通量导体的不同实施例；
图6以示意性透视图示出了处于组装状态的根据图1的装置；
图7以示意性部分剖面图示出了装置的电子部件的第一轴向布置；以及
图8和9以示意性部分剖面图示出了装置的电子部件的第二轴向布置；其中，电路板的剖面图沿着不同的截平面示出；
图10以示意性部分剖面图示出了装置的电子部件的另一轴向布置，其中，柔性电路板用作电路板，
图11以示意性部分剖面图示出了装置的电子部件的另一轴向布置，其中，不同的通量导体被使用；
图12以示意性部分剖面图示出了装置的电子部件的又一轴向布置，其中，电路板平行于轴向方向延伸；以及
图13以示意图示出了示例性通量导体。
具体实施方式
在图1中示出的且总体上以1表示的根据本发明实施例的装置包括扭矩传感器装置以及转向角传感器装置两者。扭矩传感器装置用于施加至机动车辆的转向轴的扭矩的测量。转向角传感器装置用于检测转向轴的当前转向角。装置1是一体式单元的形式，使得提供了一种设计为既检测扭矩又测量转向角的一体式传感器装置。
车辆的转向轴包含两个轴段。该两个轴段借助于扭杆(图中未示出)而彼此连结。保持器2旋转固定地附接至轴段中的一个，而磁体(图中未示出)——即永磁体，例如为环形磁体的形式——旋转固定地安装在另一轴段上。保持器2可以是一件式塑料零件和/或铸造部件的形式。可选地，保持器2还可设置有套管47，例如金属套管，或甚至其他的附接元件，诸如凸片、钩、夹等，以将保持器2附接至相关联的轴段。
扭矩传感器装置的部件主要为：所述永磁体，具有两个相同定子部分10、17的磁定子11，两个通量导体32、33以及位于电路板28上的磁传感器27。相对照地，转向角传感器装置包含：两个磁场检测器或磁传感器29、30，具有旋转传递元件的传动装置37，所述旋转传递元件形成为齿轮38、39、40的形式，以及模制在保持器2上的转子15。
保持器2包括，如特别地从图2中显而易见的，两个轴向相邻设置的柱形区域，即，一方面第一柱形轴向区域3以及第二轴向区域4，该第二轴向区域设置为在轴向方向上移位并且与第一区域3同心，并且该第二轴向区域具有略小的直径。第一轴向区域3借助于多个支杆状或辐条状的连接元件5而连接至第二轴向区域4，该连接元件5被设置为沿周边方向分布。为贯穿开口形式的径向切口6形成在连接元件5之间。
第一轴向区域3具有两个轴向周边边缘，即，一方面第一外周边边缘7，以及另一方面面向第二轴向区域4的第二轴向周边边缘8。
多个轴向销或螺栓9形成在第一轴向周边边缘7上，其在轴向方向上作为轴向突出部平行于彼此从边缘7突出。保持器2借助于所述销而连接至定子的第一定子部分10，该定子作为整体标记为11。
此外，装置1包含壳体12，壳体12还具有滑动件的功能。壳体12具有内套管13，内套管13具有环状周边形式并且其中容纳有保持器2的第一轴向区域3，使得保持器2的第一区域3的外周边可在套管13的内周边上滑动。在该示例中，保持器2的第一轴向区域3被插入至套管13中，直到保持器2的凸缘14，该凸缘14由具有齿状结构16的转子15而形成。具有齿状结构16的转子15在该示例中被模制在第一轴向区域3上。
除了第一定子部分10之外，定子11还包括第二定子部分17。每个定子部分10、17制成一件并且包括在径向方向上向外延伸的环形凸缘状边缘元件18或19，以及多个齿元件20或21。齿元件20、21从相应的边缘元件18、19在轴向方向上突出，并且实际上朝向保持器2的第一轴向区域3突出。齿元件20、21从而在大致平行于转向轴的旋转轴线的轴向方向上延伸。在该示例中，两个转子部分有相同的形式，使得第一定子部分10的齿元件20的数量与第二定子部分17的齿元件21的数量相同。
为了将定子11附接至保持器2，一方面，定子部分17被装配在保持器2的第二轴向区域4上，使得齿元件21轴向地装配通过连接元件5之间的切口6并且被支撑在保持器2的第一轴向区域3的内周边上。在将定子部分17装配到保持器2的第二区域4上之后，齿元件21被设置在保持器2的第一轴向区域3的内部，使得仅边缘元件19径向向外突出，并且轴向地支撑在保持器2的第一轴向区域3的轴向周边边缘8上。
当将定子部分17装配到保持器2的第二轴向区域4上之后，形成在周边边缘8的区域中的连接元件5上的第一轴向区域3的销22被容纳在相应的贯穿开口23中，并且被插入通过所述贯穿开口23，所述贯穿开口23形成在定子部分17的边缘元件19中。所述贯穿开口23形成在相应的凸片24中，所述凸片24在朝向定子11的中心的方向上径向向内突出或指向中心。在该实例中，每个具有贯穿开口23的这种凸片24设置在每两个相邻的齿元件21之间。
在将定子部分17装配在保持器2的第二轴向区域4之后，且因此在将销22容纳在贯穿开口23后，销22的自由端可被重新成形并且从而被处理以形成铆钉头，以便确保定子部分17在保持器2上的固定就位。
另一定子部分10被附接至保持器2，使得齿元件20从保持器2的相反于定子部分17的轴向端部或从周边边缘7侧被插入到保持器2的第一轴向区域3的内部中。在这期间，齿元件20在柱形区域3的内周边上滑动。在已组装状态下，齿元件20每个被设置在另一定子部分17的两个相邻的齿元件21之间，并且与区域3的内周边接触。定子部分10还包括多个凸片25，在每个凸片25中形成有贯穿开口26。形成在保持器2的周边边缘7上的相应的销9被插入通过所述贯穿开口26。所述销9的自由端部被重新成形以形成铆钉头，并且从而确保了定子部分到保持器2的牢固附接。
原则上，两个定子部分10、17可以各种方式被固定在保持器2上。销9或22和贯穿开口26或23的组合仅构成了一个示例性实施例。例如还可以借助于通过激光焊接或甚至超声焊接而固定至保持器2的固持环来将定子部分10、17固定至保持器2。
扭矩传感器装置包括设置在电路板28上的磁传感器27。磁传感器27形成为电子SMD部件的形式，其借助于可焊接的连接表面而直接钎焊至电路板28。适当的技术被称为“表面安装”(表面安装技术)。电路板28是用于扭矩传感器装置的磁传感器27和用于转向角传感器装置的部件的共用电路板。也就是说，也形成为SMD部件形式的、转向角传感器装置的磁场检测器或传感器元件29、30也设置在电路板28上。
装置1包括用于闭合壳体12的盖31。
此外，在示例性实施例中，装置1包括两个通量导体32、33，其是扭矩传感器装置的一部分。两个通量导体32、33一方面附接至盖31，另一方面附接至壳体12。盖31包括两个为此目的的销34，所述销34被插入通过通量导体32中的相应的贯穿开口35。相应的销也设置在壳体12侧以用于第二通量导体33。通过将销34重新成形，可形成确保通量导体32、33到壳体12的盖31的有效和可靠固定的铆钉头。
壳体12包括容纳构件36，其中容纳有具有部件27、29、30的电路板28以及转向角传感器装置的齿轮传动装置37二者。齿轮传动装置37具有两个齿轮38、39，该两个齿轮的齿接合转子15的齿，并且以这种方式旋转地联接至转子15或保持器12。永磁体设置在齿轮38中。在该示例中，齿轮38的旋转轴线平行于转向轴的旋转轴线。转向角传感器装置的第二局部传感器系统包括齿轮39，齿轮39作为中间齿轮旋转地联接至驱动齿轮或小齿轮40。驱动齿轮40也包含永磁体。齿轮38、39、40被安装在壳体12的容纳构件36中并且旋转地支撑在其中。在容纳构件36中具有内齿圈(toothing)，驱动齿轮40可在所示内齿圈上沿摆线滚动。为此，齿轮39的孔洞具有偏心形式。电路板28和盖31形成为容纳构件36的配对件并且从上方围绕传动装置37。在示例性实施例中，磁场检测器29、30是霍尔传感器。磁场检测器29、30放置为对着齿轮40和38的永磁体。在该示例中，它们垂直于齿轮38、39的旋转轴线安置。磁场检测器29位于齿轮39的旋转轴线上，而磁场检测器30垂直于齿轮38的旋转轴线落座。
在典型的车辆转向构件中，转向轴的五到七个完整的绕转的范围被唯一地检测。为了还能够唯一地确定对于转向轴的多于一个完整的绕转的绝对旋转角度，使用两个组件。一个组件形成绕转传感器并且包括齿轮39、40和磁场检测器29。例如，转子15与齿轮40的传动比选择为6:1。另一组件用于旋转角度的精确确定(角度传感器)并且主要包括具有其永磁体的齿轮38以及磁场检测器30。例如，转子15与齿轮38的传动比被选为1:3的值。转向轴的旋转角度则可直接从通过磁场检测器29、30测量的两个齿轮角度以已知的方式借助于游标原则(Nonius principle)而计算。用于此的适当的计算方法可从现有技术中已知，并且例如在DE 195 06 938 A1和DE 199 62 241A1中公开。
替代的，也可选择“小游标”用于传动比以能够确定当前的转向角。在该示例中，齿轮40可被省略，并且两个齿轮38、39可每个设置有磁体。齿轮38、39则包括不同数量的齿，使得例如在转向柱的5至7个绕转的全转向角范围上，齿轮39比齿轮38常多旋转一圈。因此，可得出实际的转向角。
插头41也可被集成在盖31中，借助于该插头，部件27、29、30可被电连接至外部控制器。一方面装置1和另一方面控制器之间的电连接从而借助于插头41提供。
如果通量导体32、33被附接至盖31或壳体12，那么通量导体32、33在径向方向上并且从而平行于边缘元件18、19延伸。在该示例中，该两个通量导体32、33设置在电路板28的互相相反的轴向侧上，其中，通量导体32、33中的至少一个也轴向地位于边缘元件18、19之间。在该示例中，通量导体32位于距边缘元件18的较短距离处，而第二通量导体33设置在距边缘元件19的较短距离处。
通量导体32、33的配置现在参考图4-5详细地描述。通量导体33在图4中根据一个实施例示出，其中通量导体32具有相应相同的设计。通量导体33具有板状和基本上矩形的接收区域42，在该接收区域中形成有贯穿开口35。连结板43以直角从接收区域42突出，并且径向凸片44接着以直角从该连结板43突出并且平行于接收区域42延伸。凸片44显著地小于接收区域42并且也是板状形式。其设置为相对于接收区域42在轴向方向上移位。凸片44与扭矩传感器装置的磁传感器27相互轴向重叠，并且同时设置在距磁传感器27的非常短的轴向距离处。
第一通量导体32也具有相应的凸片44，其轴向地延伸进形成在电路板28中在磁传感器27之下的切口中，以确保磁通量的可靠传递。第一通量导体32的凸片44从而也设置为与磁传感器27轴向重叠，使得磁传感器27轴向地设置在两个凸片44之间。
在根据图4的示例中，单个磁传感器27可被实施为单个传感器或甚至双传感器。在双磁传感器的情况下，设计为用于磁通量的分开检测并且彼此分别提供传感器信号的两个传感器元件的总体被集成在单个SMD部件中。
在根据图5的示例性实施例中，通量导体33包括总共两个凸片44a、44b，其借助于相应的连结板43a、43b而连接到接收区域42。贯穿开口35现在形成在连结板43a、43b之间。两个连结板44a、44b在该示例中位于共同的平面中并且平行于接收区域42延伸。每个凸片44a、44b设置为轴向地重叠单独的磁传感器27a、27b，该两个磁传感器都作为SMD部件而安装在电路板28上。磁传感器27a、27b可以是单个传感器或双传感器。
在根据图5的示例性实施例中，第一通量导体32也相应地包括两个单独的凸片，所述凸片设置为轴向地重叠相应的磁传感器27a、27b，并且在该示例中例如位于电路板28中的相应的切口中。
通量导体33的另两个示例在图13a到13d中示出。根据图13a和13b的通量导体33也具有凸片44，然而所述凸片44基本上轴向取向并且指向轴向方向。所述凸片44设计为使得槽142大约形成在接收区域42的中心，该槽142将接受区域42分为两个部分42a、42b。在该示例中，轴向突出部144、145从每个部分42a、42b垂直地突出，其中突出144、145在它们的端部合并在一起，并且从而一起形成轴向凸片44。所述凸片44的末端则轴向地重叠磁传感器27。
另一示例在图13c和13d中示出。所述通量导体33基本上对应于根据图4的通量导体，其中，凸片44现在在切向方向上延伸。其借助于连结板43而连接至接收区域42。因此，仅连结板43其因此凸片44的取向与根据图4的实施例不同。
再次参考图1-3，壳体12包括销或轴颈45，所述销或轴颈45被容纳或可被容纳在盖31的相应的贯穿开口46中。将盖31附接至壳体12则通过将销45重新成形以形成铆钉头而进行。
装置1在图6中示出为处于组装状态。其示出了保持器2的第二轴向区域4，该第二轴向区域4轴向地突出于壳体12。保持器2借助于套管47而连接至相关联的轴段，所述套管47在轴向方向上紧邻所述区域4。此外，具有其边缘元件19的定子部分17在图6中示出，所述定子部分17借助于销22而固定至保持器2。通量导体32、33以及具有部件27、29、30的电路板28和传动装置37在壳体12的内部且因此未示出。壳体12与盖31一起被附接至车辆的一部分，且装置1借助于插头41而被电连接。壳体12从而相对于转向轴固定。在该示例中，保持器2以及定子部分10、17可相对于壳体12以及相对于通量导体32、33旋转，即与转向轴一起旋转。此外，在图6中，定子部分10、17在两侧上的相应的齿元件20、21可被识别。所述齿元件20、21可例如被设置在形成在保持器2的第一轴向区域3的内周边上的缺口中。
用于传动装置37的容纳构件36形成在与套管13的相同轴向高度处，并且设置为相对于套管13径向移位。在已组装状态下，电路板28轴向地设置在定子部分10、17的相应的边缘元件18、19之间。现在可提供针对部件27、29、30的轴向布置的不同实施例。
根据第一版本，部件27、29、30可在轴向方向上居中地设置在边缘元件18、19之间。这样的布置在图7中示出，图7示出了穿过电路板28和磁场检测器30的部分截面图。具有相应边缘元件18、19的两个定子部分10、17以透视图的方式示出。齿元件20接合在齿元件21之间。在边缘元件18、19之间正好轴向居中地延伸的中心平面被标记为48，其构成了定子11的对称平面。在所述示例性实施例中，部件27、29、30轴向居中地位于中心平面或对称平面48中。不可避免地，齿轮38、39、40从而相对于中心平面48轴向地移位并且从而不对称地设置。在图7中示出了使用具有其永磁体(49)的齿轮38。
在根据图7的示例中，两个通量导体32、33相对于中心平面48镜像对称地设置。通量导体32、33的相应的接收区域42可轴向地位于定子11中，且因此轴向地位于边缘元件18、19之间，或甚至轴向地位于定子11之外——取决于连结板43的长度。齿轮38、40的永磁体49可被表面磁化，使得磁场在两个边缘元件18、19的轴向高度处具有相同幅值并且从而抵消。从而防止了两种类型的传感器之间的串扰(crosstalk)。齿轮38、39、40也能够可选地的安装为在径向方向上更远以进一步减少串扰。
根据第二版本，部件27、29、30可在轴向方向上偏离中心地设置在边缘元件18、19之间，并且齿轮38、40的永磁体49可轴向居中地位于边缘元件38、40之间。永磁体和边缘元件38之间的轴向距离则对应于永磁体和另一边缘元件40之间的轴向距离。电路板28和传动装置37的这种布置在图8和9中示出。而在磁检测器30的位置处穿过电路板28的截面图在图8示出，图9示出了在在磁传感器27的高度处穿过电路板28的截面图。在每种情况下，定子11以透视图示出。如从图8显而易见的，永磁体49正好位于中心平面48上。即使在常规的而非特定的表面磁化的永磁体49的情况下，也因此在相应的边缘元件18、19处具有基本上相同的磁场。
根据图9，两个通量导体32、33相对于中心轴线48不对称地设置。通量导体32、33中的一个的接收区域42在该示例中位于定子11的轴向外部或相对于定子11轴向地移位，而另一通量导体32、33的接收区域42轴向地位于定子11内。此外，在图9中，电路板28中的贯穿切口50可从磁传感器27的下方看出。通量导体32的凸片44设置在电路板28的后侧上，所述凸片设置在在所述切口50中。磁传感器27从而被通量导体32、33的凸片44而非常紧密地围绕，作为夹持构造或轴向地位于两个凸片44之间。
根据图10，使用柔性电路板28，即薄膜形式的电路板28，其厚度优选地小于0.2mm。如可从图10显而易见的，在磁传感器27下方的切口可被省略，因此磁通量可通过薄膜而被传输。两个通量导体32、33相对于中心平面48镜像对称地设置。通量导体32、33的相应的接收区域42在这里轴向地设置在定子11中，且因此轴向地位于边缘元件18、19之间，使得两个通量导体32、33完全轴向地位于边缘元件18、19之间。
另一实施例在图11中示出。所述布置基本上对应于根据图9的布置，但是具有这样的不同：通量导体32、33不对称地形成，且两个通量导体32、33轴向地设置在定子11中且因此轴向地设置在边缘元件18、19之间。这通过将通量导体32形成为具有相比通量导体33更短的连结板43而实现。轴向的安装高度从而进一步地减少。
又一个例子在图12a和12b中示出。在该示例中，电路板28在轴向方向上延伸且因此平行于轴向轴线设置。相应地，磁传感器27也沿着轴向方向延伸，使得磁传感器27和凸片44之间在径向方向上相互重叠。为此，凸片44现在在轴向方向上延伸并且从而平行于电路板28延伸。它们可例如直接从相应的接收区域42垂直地朝向相应地另一通量导体32、33延伸。两个通量导体32、33都轴向地设置在定子11中，并且从而轴向地设置在边缘元件18、19之间，但是是不对称的形式。这里切口50也设置在电路板28中，切口50现在延伸直到电路板28的边缘并且从而形成缺口。在该示例中，通量导体32的接收区域42轴向地延伸进所述缺口以能够将所述通量导体32的凸片44设置在磁传感器27的后侧上。根据图12a和12b的示例证明特别对于如果转向角传感器被省略而仅有扭矩传感器的情况是有利的。电路板的轴向布置则在转向壳体的几何约束的情况下是有利的。因此在这里使用两个不同形状的通量导体32、33，以从径向外侧以及从径向内侧到达磁场传感器27。这里可使用薄的柔性电路板以代替具有切口50的标准电路板28。
在所有的版本中，金属屏蔽构件51，特别是板型屏蔽构件，也能够可选地轴向设置在一方面齿轮38、40的永磁体49和另一方面边缘元件18、19中的至少一个之间。在图7和8中，这样的屏蔽构件51设置在电路板28的后侧上并且平行于中心平面48延伸。然而，屏蔽构件51也可另外地或替代地设置在电路板28的另一侧上。屏蔽构件51也可被形成为直接在电路板28的后侧或前侧上的电路板28的金属化。相应的屏蔽板可例如设置在齿轮38、39、40的两个轴向侧上，其防止通过定子11的两种类型的传感器之间的串扰。在该示例中，永磁体49可以被沿直径磁化。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的装置(1)，具有用于检测施加至机动车辆的转向轴的扭矩的扭矩传感器装置，并具有用于检测转向轴的当前转向角的转向角传感器装置，其中，所述扭矩传感器装置包括磁定子(11)，该磁定子设计为将磁通量从磁体传导至至少一个通量导体(32、33)以及通过所述通量导体传导至扭矩传感器装置的至少一个磁传感器(27)和两个定子部分(10、17)，该两个定子部分设置为在轴向方向上相对于彼此移位，每个定子部分包括在径向方向上延伸的环形边缘元件(18、19)，并且其中，转向角传感器装置包括至少一个具有永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)和用于检测旋转传输元件(38、39、40)的旋转运动的磁场检测器(29、30)，
其特征在于，
该至少一个具有永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)在轴向方向上设置在所述边缘元件(18、19)之间。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，
其特征在于，
至少一个具有其永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)设置为至少部分地与所述边缘元件(18、19)相互轴向重叠。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，
其特征在于，
至少一个具有其永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)设置为相对于所述边缘元件(18、19)在径向方向上移位。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述磁场检测器(29、30)设置在电路板(28)上，该电路板(28)轴向地设置在所述边缘元件(18、19)之间。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述永磁体(49)在轴向方向上在定子部分(10、17)的边缘元件(18、19)之间偏心设置，并且特别地设计为在定子部分(10、17)的相应的边缘元件(18、19)处提供具有相同场强度的磁场。
6.根据权利要求1到4的任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
永磁体(49)在轴向方向上居中地设置在定子部分(10、17)的边缘元件(18、19)之间，且在于，该至少一个磁传感器(27)在所述边缘元件(18、19)之间轴向偏心地设置。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
用于磁场的屏蔽构件(51)可轴向地设置在一方面所述永磁体(49)和另一方面所述边缘元件(18、19)的至少一个之间。
8.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述转向角传感器装置包括具有齿结构(16)的转子(15)，并且所述旋转传输元件(38、39、40)为齿轮的形式，该齿轮能够被带至与转子(15)的齿结构(16)接合，并且借助于该齿轮，转子(15)的旋转运动可被转换为永磁体(49)的旋转运动，其中，具有其齿结构(16)的转子(15)被模制在保持器(2)上，定子(11)设置在该保持器上。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
该至少一个磁传感器(27)是设置在电路板(28)上的SMD部件的形式，该电路板(28)特别地是用于所述扭矩传感器装置和所述转向角传感器装置的共同电路板(28)，其中，该至少一个通量导体(32、33)包括凸片(44)，该凸片(44)设置为与磁传感器(27)相互重叠。
10.根据权利要求1所述的装置(9)，
其特征在于，
所述凸片(44)设置为与磁传感器(27)相互轴向重叠。
11.根据权利要求9或10所述的装置(1)，
其特征在于，
该至少一个通量导体(32、33)包括用于从定子(11)接收磁通量的板状接收区域(42)，所述区域(42)被设置为与定子(11)相互轴向重叠，且在于，平行于所述接收区域(42)延伸的凸片(44)被设置为相对于接收区域(42)在轴向方向上移位。
12.根据权利要求9到11中任意一项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述装置(1)包括两个通量导体(32、33)，每个通量导体具有至少一个凸片(44)，该两个通量导体设置在电路板(28)的相互相反的侧上，其中，相应凸片(44)设置为与磁传感器(27)相互重叠，特别是在轴向方向上相互重叠。
13.根据权利要求12所述的装置(1)，
其特征在于，
电路板(28)包括切口(50)，所述切口(50)用于通量导体(32、33)中的一个的凸片(44)，所述切口形成在磁传感器(27)下方。
14.根据权利要求12所述的装置(1)，
其特征在于，
电路板(28)至少在磁传感器(27)的区域中为膜的形式。
15.一种机动车辆，具有根据前述权利要求中的任一项所述的装置(1)。
16.一种用于制造一装置的方法，所述装置具有用于检测施加至机动车辆的转向轴的扭矩的扭矩传感器装置并具有用于检测转向轴的当前转向角的转向角传感器装置，其中，磁传感器(27)、通量导体(32、33)和磁定子(11)被提供用于扭矩传感器装置，并且所述磁定子(11)设计为将磁通量从磁体传导至通量导体(32、33)以及同过该通量导体传导至磁传感器(27)，并且该磁定子(11)由两个定子部分(10、17)形成，该两个定子部分设置为在轴向方向上相对于彼此移位，每个定子部分包括在径向方向上延伸的环状边缘元件(18、19)，并且其中，用于检测旋转传输元件(38、39、40)的旋转运动的磁场检测器(29、30)和至少一个具有永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)被提供用于转向角传感器装置，
其特征在于，
该至少一个具有永磁体(49)的旋转传输元件(38、39、40)在轴向方向上设置在边缘元件(18、19)之间。
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Denomination of invention: Device with steering angle sensor device and torque sensor device for motor vehicle, motor vehicle, and method for manufacturing such device

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Patentee: VALEO SCHALTER UND SENSOREN GmbH

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