CN105890833B - 轴向通量聚焦型小直径低成本转矩传感器 - Google Patents

轴向通量聚焦型小直径低成本转矩传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轴向通量聚焦型小直径低成本转矩传感器。一种转矩传感器组件，其具有：上部转子，其安装在上轴上，轴向地设置在旋转轴线周围；下部外转子，其轴向地设置在旋转轴线周围；下部内转子，其轴向地设置在旋转轴线周围在上部转子和下部外转子之间；以及定位在下部外转子和下部内转子之间的至少一个探针，所述至少一个探针测量由上部转子所产生并且由下部外转子和下部内转子所引导的通量。

Description

轴向通量聚焦型小直径低成本转矩传感器
技术领域
本发明涉及轴向通量聚焦型转矩传感器。
背景技术
非接触式转矩传感器产生对应于上轴和下轴之间的相对角位移的输出电压，其中上轴和下轴由扭杆连接。控制系统从该输出电压测量出被提供到车辆的转向辅助值。常规转矩传感器通常依赖于径向通量聚焦型磁体布置，其中径向定向的磁体放置在上部转子中。下部转子径向放置在上部转子外部，从而使转矩传感器的整体直径增加。额外地，将下部转子径向放置在上部转子的外部使得将固有噪声引入传感器输出中。
可替代地，在上部转子中具有轴向磁化的磁体且在下部转子中具有半径不同的同心同轴铁磁环的转矩传感器在该铁磁环之间具有径向通量密度的较大变化。这种类型的设计对磁通量感测元件放置在铁磁环之间高度敏感。
发明内容
在本发明的一个方面中，转矩传感器组件包括：安装在上轴上，设置在旋转轴线周围的上部转子，所述上部转子包括设置在上部转子的非磁性结构内的多个磁体；下部外转子，其轴向地设置在旋转轴线周围；下部内转子，其轴向地设置在旋转轴线周围于上部转子和下部外转子之间；以及定位在下部外转子和下部内转子之间的至少一个探针，所述至少一个探针测量由上部转子所产生并且由下部外转子和下部内转子所引导的轴向通量。
在本发明的另外的方面中，转矩传感器组件包括：安装在上轴上，轴向地设置在旋转轴线周围的上部转子，所述上部转子包括多个磁区；下部外转子，其轴向地设置在旋转轴线周围；下部内转子，其轴向地设置在旋转轴线周围于上部转子和下部外转子之间；以及定位在下部外转子和下部内转子之间的至少一个探针，所述至少一个探针测量由上部转子所产生并且至少部分地由下部外转子和下部内转子所引导的轴向通量。
这些和其它优势及特征将从以下结合附图进行的描述而变得更加清楚的。
附图说明
在说明书结尾的权利要求书中特别指出并清楚地要求保护被视为本发明的主题。本发明的前述和其它特征以及优势将从以下结合附图进行的详细描述变得清楚的，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的转矩传感器的等距视图。
图2是根据本发明的一个实施例的转矩传感器的截面等距视图。
图3是根据本发明的一个实施例的上部转子的等距视图。
图4是根据本发明的另外的实施例的上部转子的等距视图。
图5是根据本发明的一个实施例的转矩传感器的第二等距视图。
图6是根据本发明的一个实施例的下部内转子和下部外转子的视图。
图7是根据本发明的一个实施例的具有强调了通量图的转矩传感器的截面图。
具体实施方式
现参考图1，图示了根据本发明的一个实施例的小直径转矩传感器100。如图1中所示，小直径转矩传感器100包括上部转子102、下部内转子104和下部外转子106。上部转子102、下部内转子104和下部外转子106轴向地设置在旋转轴线周围。如下文更详细描述地，轴向通量由上部转子102产生，并且至少部分地由下部内转子104和下部外转子106所引导。上部转子102、下部内转子104和下部外转子106的相对角位移引起轴向通量密度发生可测量的变化。
现参考图2，图示了根据本发明的一个实施例的小直径转矩传感器200的截面图。如图2中所示，小直径转矩传感器200包括上部转子202，该上部转子202附接到车轴206的上轴204。小直径转矩传感器200进一步包括附接到车轴206的下轴212的下部内转子208和下部外转子210。上部转子202、下部内转子208和下部外转子210设置在旋转轴线211周围。通过扭杆可旋转地附接上轴204和下轴212，且其围绕旋转轴线211旋转。
下部内转子208和下部外转子210通过固持结构214附接到下轴212。在此实施例中，固持结构214为两件式设计。但是，固持结构214能够是具有单个固持结构的单件式设计。
固持结构214固持住下部内转子208和下部外转子210，以使下部内转子208和下部外转子210在轴向方向上分离。能够将感测探针（未示出）放置在下部内转子208和下部外转子210之间。
在此实施例中，使用未磁化、非磁性材料（例如，塑料）来形成下部固持结构214。额外地，在此实施例中，上部转子202包括护铁（back iron）228，该护铁228形成上部转子202的径向面向外表面224。在一个实施例中，上部转子202包括周向地设置在上部转子202的非磁性结构内的磁体。
在运行中，上轴204相对于下轴212的运动产生了上部转子202相对于下部内转子208和下部外转子210的运动。通量从上部转子202轴向行进至下部内转子208和下部外转子210，其中该通量至少部分地由下部内转子208和下部外转子210引导。
上部转子202的磁性布置以及下部内转子208和下部外转子210的结构引起通量在轴向方向上行进回到上部转子202。小直径转矩传感器200的探针（未示出）定位在下部内转子208和下部外转子210之间，以测量由上部转子202相对于下部内转子208和下部外转子210的相对角位移所产生的通量密度的变化。能够基于所测得的通量密度来确定转矩。
图3示出了根据本发明的一个实施例的上部转子202的示例性实施例。上部转子202包括周向地设置在上部转子300周围的多个磁体302。在此实施例中，多个磁体302设置在上部转子300的非磁性结构304内且位于上部转子300的较小圆周306和较大圆周308之间。在此实施例中，较小圆周306和较大圆周308两者在上部转子300的径向面向内表面310和径向面向外表面312之间以一径向距离间隔开。在此实施例中，护铁326附接到径向面向外表面312。
上部转子300的多个磁体302中的至少一个磁体316被轴向地磁化。因此，通量路径从上部转子300的轴向向内的上部转子表面314轴向地行进，该上部转子表面314邻近下部内转子208。在此实施例中，多个磁体302间隔开，从而相对于邻近的磁体318和磁体316限定磁体间隔距离322。
额外地，多个磁体302中的磁体316轴向延伸穿过上部转子300，从而形成轴向向外的上部转子表面324的一部分。在此实施例中，如在轴向上所观察到的，多个磁体302中的至少一个磁体316为梯形形状，以使通量泄漏最少。但是，在其它实施例中，多个磁体302中的至少一个磁体316能够为矩形形状、圆形形状等。
设置在上部转子300中的多个磁体302中的磁体磁极是不同的。举例说明，如果磁体316具有南磁化，则在周向上定位成邻近磁体316的相邻的磁体318、320具有北磁化。可替代地，如果磁体316具有北磁化，则在周向上定位成邻近磁体316的相邻的磁体318、320具有南磁化。相邻磁体318、320的极性交替促进在可测量方向上的通量行进。额外地，多个磁体302中的至少一个磁体316能够形成为非磁性结构304，或烧结和结合到非磁性结构304。
图4中示出根据本发明的另外的实施例的上部转子400。上部转子400包括磁环402和环状非磁性结构408。磁环402具有周向地设置在磁环402周围的多个磁区404。在此实施例中，磁环402为单件式结构。在另外的实施例中，以对应于多个磁区404的结合的磁体来形成磁环402。在此实施例中，上部转子400的环状非磁性结构408定位成从磁环402的径向向内并且附接到磁环402。
磁环402的多个磁区404中的至少一个磁区410被轴向地磁化。与磁区410相邻的磁区412、414的磁极是不同的。因此，如果磁区410具有南磁化，则在周向上定位成邻近磁区410的相邻的磁区412、414具有北磁化，且反之亦然。
图5图示根据本发明的一个实施例的下部内转子108和下部外转子110的等距视图。下部内转子108沿旋转轴线511布置于下部外转子110和上部转子102之间。在下部内转子108和下部外转子110之间形成测量空间509。
下部内转子108包括环状内框架502，且下部外转子110包括环状外框架504。多个齿506周向地设置在下部内转子108周围，从而限定多个齿506之间的多个间隙507。多个齿506从环状内框架502径向向内地延伸。
在此实施例中，多个齿506中的至少一个齿510附接到环状内框架502，从而径向向内地延伸。在另外的实施例中，齿510包括朝上部转子102轴向延伸的弧形表面和从该弧形表面径向向内延伸的直表面。齿510的弧形表面提供在轴向上从环状内框架502朝上部转子102的偏移。
周向地设置在下部外转子110的周围的多个U形齿520从环状外框架504延伸。多个U形齿520中的至少一个U形齿522周向地设置于多个间隙507中的至少一个间隙523内，其中多个间隙507由下部内转子108的多个齿506所限定。
多个U形齿520中的至少一个U形齿522包括齿外表面524，该齿外表面524从下部外转子110的环状外框架504径向向内地延伸。U形齿522进一步包括沟槽表面526，该沟槽表面526从齿外表面524朝下部内转子108轴向延伸。U形齿522的齿内表面528径向向外延伸。沟槽表面526延伸以使U形齿522的齿内表面528与下部内转子108的齿510的直表面512轴向地对准。
图6示出下部内转子600的另外的实施例。下部内转子600包括带凹口的环状内框架602。该带凹口的环状内框架602包括周向地设置在带凹口的环状内框架602周围的多个齿604。邻近多个齿604中的至少一个齿606处，形成有邻近至少一个齿606的凹口608、610，从而形成带凹口的环状内框架602。凹口608、610限定下部内转子600的多个粗短的内齿612。
图7示出根据本发明的一个实施例的小直径转矩传感器100的侧视图。探针702设置在形成于下部内转子108和下部外转子110之间的测量空间711中。在此实施例中，探针702被放置成邻近环状内框架502和环状外框架504。上部转子102产生在由箭头705所示的下部内转子108和下部外转子110的方向上行进的通量。
该通量是至少部分地由于上部转子102的多个磁体302的轴向磁化以及上部转子102相对于下部内转子108和下部外转子110的相对角位移所产生的。下部内转子108的多个齿506和下部外转子110的多个U形齿520将通量引导朝向探针702以供由探针702进行测量。通量至少部分地行进穿过测量空间711。
虽然已结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应该容易理解到，本发明并不限于此类公开的实施例。相反地，能够修改本发明以并入迄今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等效布置。额外地，虽然已描述了本发明的各种实施例，但应理解到，本发明的方面可仅包括一些所描述的实施例。因此，本发明将不被视为由前述描述所限制。

Claims (8)

1.一种转矩传感器组件，其包括：
上部转子，其安装在上轴上并且轴向地设置在旋转轴线周围，所述上部转子包括多个磁区；
下部外转子，其轴向地设置在所述旋转轴线周围；
下部内转子，其轴向地设置在所述旋转轴线周围在所述上部转子和所述下部外转子之间；以及
至少一个探针，其轴向地定位在所述下部外转子和所述下部内转子之间，所述至少一个探针测量由所述上部转子所产生并且至少部分地由所述下部外转子和所述下部内转子所引导的轴向通量；
其中，所述下部内转子包括环状内框架，所述环状内框架具有周向地设置在所述环状内框架周围的多个齿以限定所述多个齿之间的多个间隙；
其中，所述下部外转子包括环状外框架，所述环状外框架具有周向地设置在所述环状外框架周围的多个U形齿，其中，所述多个U形齿中的至少一个U形齿周向地设置于所述多个间隙中的至少一个间隙内，其中，所述至少一个U形齿包括：齿外表面，其从所述环状外框架径向向内延伸；沟槽表面，其从所述齿外表面朝所述下部内转子轴向延伸；以及齿内表面，其从所述沟槽表面径向向外延伸。
2.根据权利要求1所述的转矩传感器组件，其中，所述多个齿中的至少一个齿的至少一部分径向向内延伸。
3.根据权利要求2所述的转矩传感器组件，其中，所述至少一个齿的一部分为弧形。
4.根据权利要求1所述的转矩传感器组件，其中：
所述多个磁区包括设置在所述上部转子的非磁性结构内的多个磁体；
所述轴向通量由所述下部外转子和所述下部内转子引导。
5.根据权利要求2所述的转矩传感器组件，其中，所述齿外表面与所述至少一个齿的径向向内延伸的一部分轴向地对准。
6.根据权利要求4所述的转矩传感器组件，其中，所述多个磁体中的至少一个磁体被轴向地磁化。
7.根据权利要求6所述的转矩传感器组件，其中，所述至少一个磁体为梯形形状。
8.根据权利要求7所述的转矩传感器组件，其中，所述至少一个磁体具有与相邻磁体相反的磁极。
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