CN108931327B - 在扭矩传感器中紧固定子 - Google Patents

Abstract

一种定子，周向地绕旋转轴导引基于位置的磁场且包括绕旋转轴旋转的第一定子环及与其同心设置且绕轴线旋转的第二定子环，第一、第二定子环位于第一轴向平面和与其隔开的第二轴向平面上并绕旋转轴周向地形成，从第一定子环沿第二定子环的方向轴向突出的第一爪绕旋转轴周向地设置且在与第一爪间隙相距一定距离处啮合在第二爪之间的第二爪间隙中，第二爪从第二定子环绕旋转轴周向地布置且沿第一定子环的方向在与第二爪间隙相距一定距离处轴向突出，第一、第二爪在与定子环轴向相对的一侧包括爪头，在至少一个第一爪间隙和一个第二爪间隙中，针对与相应的第一、第二爪间隙啮合的相应爪头，定子紧固元件被设置在载体上以紧固第一、第二定子环。

Description

在扭矩传感器中紧固定子

技术领域

本发明涉及一种定子，该定子在圆周方向上围绕旋转轴引导取决于位置的磁场。

背景技术

由EP1870684B1已知有效权利要求1的前序部分中所述的定子。

发明内容

本发明旨在对定子进行改进。

本发明的主要任务通过以下各个权利要求特征来实现。

优选实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明，在有效权利要求1的前序部分中提及的定子中，针对与相应的第一和第二爪间隙啮合的的对应爪头，定子紧固元件被设置在第一爪间隙中的至少一个和第二爪间隙中的至少一个中，以将第一和第二定子环安装在载体上。

所述定子基于这样的构思：前文所述定子包括位于定子环上呈通孔形状的紧固元件。因此，在上述定子中无法设置能够将磁通量通过定子环传导至测量传感器的收集器。鉴于此，通量收集器沿圆周方向利用上述定子设置在传感器中的定子的径向外侧。然而，这种安排对于电磁干扰并不是最佳的，因为来自外部干扰磁源的磁场可以无阻碍地到达通量收集器，从而引发干扰磁场。

如果定子环被用作电磁屏蔽并且通量收集器轴向地布置在定子环之间，便可以在一定程度上抑制外部磁干扰。但是，对于上述定子来讲这一点是无法实现的，因为紧固元件将对定子造成干扰。鉴于此，上述定子的紧固元件被设置在定子环径向内侧的爪间隙中，这样，通量收集器便可以实现在定子环间而无轴向干扰。

在所述定子的一个实施例中，定子紧固元件是一种沿圆周方向作用的定子紧固元件，设置在载体上的载体紧固元件可与其轴向啮合。通过这种方式，定子可以容易地被定位并安装在载体上。

在所述定子的附加实施例中，定子紧固元件是一种径向指向旋转轴的轭。由于该结构在定子的径向内侧是敞开的，因此传感器的励磁磁体中的导磁材料不会对定子产生干扰并导致我们不期望看到的磁短路。

在所述定子的另一个实施例中，轭与相应的定子环一体形成。在这种方式下，所述定子可以以简单的方式通过有效的制造工艺，例如初级成形或切割来制造，而无需后期将紧固元件安装在定子环上。

在所述定子的另一个实施例中，定子紧固元件被布置在两个相邻爪之间的径向间隙中。在这种方式下，紧固元件可以径向设置在与爪相同的高度上，这使得一方面，组装空间可以全部被用于将定子安装在载体上，并且可以使得爪径向靠近激励磁体，另一方面，由于定子紧固元件不会在径向上突出于爪，因此可以有效避免上述短路现象的发生。

在所述定子的一个特殊的实施例中，定子紧固元件被设置在两个相邻爪之间径向间隙的正中央。在这种方式下，当沿圆周方向观察时，定子紧固元件被呈轴对称地固定在间隙之中，并且无论具有定子元件的传感器的旋转方向如何，它总是能够被均匀地加载。

在所述定子的优选实施例中，定子环是爪在其上轴向弯曲而成的冲压件。在这一方式下，单个定子环可以以板片捆的方式生产，此时单个爪只需通过深冲压等手段实现弯曲即可。

本发明在另一方面，为了记录通过扭力杆彼此连接的第一轴和第二轴之间的扭矩，传感器包括：一个具有两个相对的前侧的圆柱形载体，该载体的每一前侧都设有载体紧固元件；如前所述的可以与第一轴固定连接的定子，它的定子环位于载体的前侧，并且通过对应的载体紧固元件和定子紧固元件安装在载体上；可以与第二轴固定连接的磁换能器，其与旋转轴共轴布置以产生并向定子供应磁场；磁场传感器，用于记录来自磁换能器且通过定子的磁场。

在所述定子的一个实施例中，载体紧固元件是与定子紧固元件相接合的栓塞。该接合过程使得载体与定子能够很容易地彼此连接。

在另一个实施例中，载体的前侧之一配备有连接柱，以在用于第一轴的载体上承载附属元件。这些连接柱足够稳定以确保传感器转动时有足够的机械强度，同时允许两个轴被轴向断开以放置传感器组件。

附图说明

参考对结合附图更加详细描述的实施例的以下说明，本发明的如上所述的特性、特征、效益及它们的实现方式将会更加清晰。所示的是：

图1是具有转向系统的车辆的示意性透视图。

图2A是用于来自图1中的转向系统的扭矩传感器的分解图。

图2B是来自图2A中的扭矩传感器的示意性立体横截面图。

图3A、图3B、图3C是来自图2A和2B的扭矩传感器中的定子的示意性立体图。

图4是用于生产来自图3A、图3B、图3C的定子中的定子环的冲压部件的示意性平面图。

具体实施方式

附图中对相同的技术元件提供相同的附图标记，并且相同的技术元件只被描述一次。附图仅起示意作用，尤其是不反映物体的实际几何比例。

现参考图1，其是具有转向系统2的车辆1的示意性透视图。

在本示例性实施例中，车辆1包括由两个前轮3和两个后轮4所支撑的车架5。前轮3可以通过转向系统4实现转动，从而使得车辆1沿曲线行驶。

转向系统2包括安装在第一转向轴7上的方向盘6，第一转向轴7可围绕旋转轴8枢转地进行安装。第一转向轴7由扭矩传感器9导引，并且以未示出的方式连接到扭转元件10。在旋转轴线8上，在与第一转向轴7相对的一侧上，第二转向轴11连接到该扭转元件10上并且与转向齿轮12连接。如果以转向扭矩13转动方向盘6，该转向扭矩就会相应地转移到转向齿轮12上，作为对转向扭矩的反应，转向齿轮12对前轮3进行转向以按车轮转角14沿曲线行驶。

转向过程由可辅助第二转向轴11转动的辅助马达15予以支持。为此，由扭矩传感器9记录转向扭矩13，然后由辅助马达15除了其他之外还按照记录到的转向扭矩13对第二转向轴11进行转向。

为了记录转向扭矩13，扭矩传感器9包括一个磁换能器元件16，它连接到第一转向轴7且能够产生磁场17。转向扭矩传感器13还包括磁过滤器18，其与第二转向轴11连接，并且按照第一转向轴7（因此磁换能器元件16）相对于第二转向轴11（磁性过滤器18）的相对角位置19来抑制来自磁换能器元件16的磁场17，并将经抑制的磁场20传递到至少一个磁场传感器21。这样记录经抑制的磁场20，并在此基础上产生了轴7与轴11之间的角位置19或取决与此的信号。该角位置19或相关信号直接取决于要记录的转向扭矩13，从而使得辅助电机15能够立即处理相关信息。

在下文中，磁过滤器18也被称为定子18，这是由于其对于图2A与2B中描述的扭矩传感器9来讲是更为常见的术语。

扭矩传感器9包括一个围绕旋转轴8的外壳23，它可以被外壳盖22锁定，该外壳盖可以通过保护元件24拧紧到车辆1。外壳23与旋转轴8对齐，它包括第一轴承衬套25与第二轴承衬套26，其中第一轴承衬套用于第一转向轴7的摩擦锁定附件，第二轴承衬套26用于第二转向轴11的摩擦锁定附件。

第一轴承衬套25借助于诸如胶的紧固件27牢固地固定在磁换能器元件16上，从而使得当第一转向轴7被压入第一转向轴25时，磁换能器元件16能够牢固地保持在第一转向轴7上。

第二轴承衬套26被牢固地保持在耦合元件29上的夹紧元件28上，耦合元件29也被称作载体29，它通过后面将要描述的方式将定子18连接到第二轴承衬套26上。为此，耦合元件29实质上呈管状。与栓塞31形状相匹配的载体紧固元件从耦合元件29的两个前侧30沿轴向突出，为了清楚起见，上述元件并未全部在图2A中标出。栓塞31将定子18保持在耦合元件29的固定位置上，对此将在下文中详细描述。耦合元件29在套筒一侧还具有第一轴向支撑元件32，耦合元件29可以通过它轴向安装在外壳23的支撑环33上。为了将耦合元件轴向安装在外壳盖22上，在面向外壳盖22的耦合元件29的前侧30形成两个小脚形式的轴向支撑元件34。

如果在扭矩传感器9工作期间第一转向轴7被转动，并且该转动经由扭转元件10传递到第二转向轴11，则会使得被引导在支撑环33上的耦合元件29和外壳盖22随着外壳23中的定子18和磁换能器元件16的转动而一同转动。由于第二转向轴11所具有的惯性，当第一转向轴7转动时，其可以相对于第二转向轴11扭转。这导致磁换能器元件16和定子18也朝彼此的相反方向转动。扭矩传感器9基本上以这样的方式工作，即它按照旋转角度利用定子18从磁换能器元件16接收磁场17，并将其传输到两个通过通量传导元件35连接到定子18的磁场传感器21。需要磁通传导元件35，因为磁场传感器21被静止地设置在外壳23中的可被盖子36覆盖的电路板37上，并且在转向过程中无法转动。磁通传导元件35通过与旋转的定子18摩擦接触的方式接收被定子18抑制的磁场20，并将其传递到静止的磁传感器21。

磁换能器元件16包括沿圆周方向围绕旋转轴8交替设置的南北两个磁极（图中未示明）。定子18包括18'和18''两部分。第一定子部件18'包括一个定子环38，该定子环在旋转轴8的轴向平面上均匀延伸。在第一定子环38的径向内侧，第一爪40利用第一爪间隙39彼此间隔开并且与第一定子环38轴向间隔开地围绕旋转轴线8在圆周方向上延伸。为了清楚起见，在图2A中并未将全部第一爪间隙39和第一爪40进行标记。第二定子部件18''包括定子环41，该定子环在旋转轴8的轴向平面上均匀地延伸，其中，该轴向平面不同于第一定子环38在其上延伸的轴向平面。沿第二定子环41的径向内侧，第二爪43利用第二爪间隙42彼此间隔开并且与第二定子环41轴向间隔开地围绕旋转轴8在圆周方向上延伸。为了清楚起见，在图2A中并未将全部第二爪间隙42和第二爪43进行标记。爪40，43分别在与定子环18'、18''相对的一侧上包括爪头45。为了清楚起见，并非所有爪头都在附图中予以标记。

在组装状态下，扭矩传感器的两个定子部件18'、18''在旋转轴8上彼此对准，这使得第一爪40轴向啮合在第二爪间隙42中，第二爪43轴向啮合在第一爪间隙39中。两个定子部件18'、18''通过与轭元件44形状相符的定子紧固元件保持在耦合元件29的栓塞31上，这使得它们不能围绕旋转轴8沿圆周方向彼此相对扭转。为了清楚起见，并不是所有的轭元件44都在图2A中予以标记。

在零位上，当第一转向轴7没有相对第二转向轴11扭转时，磁换能器16的两磁极之一与定子部件18'的每一个第一爪40的径向内侧相对，如北磁极。与之相反，在零位，磁换能器元件16的另一磁极与第二定子部件18''的第二爪43的径向内侧相对，例如南磁极。因此在零位上，磁换能器元件16产生的磁场17几乎全部啮合到第一定子部件18'的第一爪40上，并以几乎未经抑制的磁场20通过磁通传导元件35经由磁传感器21进行传输。

然而，如果转向轴7和转向轴11相对于彼此扭转，则磁换能器元件16的磁极也会相对于爪43和爪40移位，此时，爪40与爪43相对于磁换能器元件16的南北两个磁极同时被径向覆盖。这种情况会导致磁换能器元件16产生的磁场17的一部分在爪40、43上短路，进而使得明显经抑制的磁场20到达磁场传感器21。转向轴7与转向轴11的相对转动越强，磁换能器元件16产生的磁场17的越多部分会在爪40、43上短路。这就是为什么经抑制的磁场20直接取决于转向轴7、11彼此间的相对转动。

下面将用图3A至3C来更详细地描述将定子18紧固到耦合元件29的过程。

为了将定子18固定到耦合元件29上，将定子环18'与定子环18''同轴地放置在旋转轴线8上，并使得爪40与爪43在围绕旋转轴8沿圆周方向观察时彼此对准，第一定子环18'上的第一爪40指向第二定子环18''的第二爪间隙42，并且相应地，第二定子环18”上的第二爪43指向第一定子环18'的第一爪间隙39。耦合元件29也与定子环18'与18''之间的旋转轴8同轴布置，并且当围绕旋转轴8沿圆周方向观察时，前侧30上的栓塞31和与之相应的定子环18'、18''上的轭元件44相对齐。其中，所述定子环18'、18''与相应的前侧30轴向相对。上述状态在图3A中予以示明。

现在，通过将爪40、43轴向固定在呈管状的耦合元件29上的方式，使得定子环18'、18''朝向彼此移动。在这种方式下，轭元件44被沿轴向朝栓塞31的上方推动，直到定子环18'、18''向下接触到耦合元件29的对应前侧30。该状态在图3B中予以示明。

随后，栓塞31被逐渐接近。最终，栓塞31的从对应前方30突出的轴向末端被加热，使得在这一点上的材料变软。此时，变软的材料被压向定子环18'、18''，从而使得当沿着旋转轴8的方向观察时，其是沿轴向分布的。通过这种方式，在栓塞31和轭元件44之间形成了封闭结构，该封闭结构沿轴向方向作用，并将定子环18'、18''牢固地固定在耦合元件29上。

为了将第一转向轴7或第二转向轴11附接至耦合元件29，在耦合元件29上设置了支撑环46形式的一个附接元件，对应的转向轴7、11可以轴向插入该支撑环中。支撑环46可以通过压配合技术与转向轴7、11相连接。

支撑环46通过一些由前侧30沿轴向延伸的连接柱48被固定在耦合元件29的一个前侧30上。仅有部分连接柱48在3A到3C中进行了标记。这些连接柱48能够放置在径向间隙49中，当从爪40、43观察时，所述径向间隙49沿径向向外延伸到相应的定子环18'、18''中。为了清楚起见，并非所有径向间隙都用附图标记进行标记。

连接柱48以如下方式被设置：在上述组装方式下，当围绕旋转轴8的圆周方向观察时，连接柱48总是被安插在定子环18'上的爪40之间，其中爪40、连接柱48和轭元件44都被设置在前侧30上。此处为了保证最佳的稳定性，无论转矩传感器9运行时转向轴7、11的转动方向如何，每个连接48都具有相同的轴向横截面。这就是为什么上述爪40与轭元件44之间的沿圆周方向的间隔50也是恒定的，从而当沿圆周方向观察时，所有轭元件44都位于径向间隙的中心处。为了清楚起见，并非每个周向间隔50都在附图中予以标记。

为了增强机械强度，连接柱48在轭元件44的区域中与桥接元件52相结合，桥接元件44可以与支撑环46一体设计。为了清楚起见，并非每个桥接元件52都在图中标有附图标记。

下面，将基于第一定子环18'和图4更详细地描述定子环18'、18''的生产过程。

首先，第一定子环18'是作为冲压部件54从金属片上切割而来的。此时，除了冲压部件54中的第一爪40仍向内径向弯曲之外，冲压部件54已经具有了第一定子环18的基本形态。

冲压之后，第一爪40便沿着对应的弯曲线56轴向弯曲。

Claims (8)

1.一个定子（18），所述定子在圆周方向上围绕旋转轴（8）导引取决于位置的磁场，所述定子包括：

围绕旋转轴线（8）旋转的第一定子环（18'）；以及

与所述第一定子环（18'）同心设置并围绕所述旋转轴（8）旋转的第二定子环（18''），

其中，所述第一定子环（18'）和所述第二定子环（18''）分别位于第一轴向平面和与所述第一轴向平面间隔开的第二轴向平面上，并围绕所述旋转轴（8）沿圆周方向形成，

其中，从所述第一定子环（18'）沿所述第二定子环（18''）的方向轴向突出的第一爪（40）围绕所述旋转轴（8）沿圆周方向设置，且在与第一爪间隙（39）相距一定距离处啮合在第二爪（43）之间的第二爪间隙（42）中，所述第二爪从所述第二定子环（18''）围绕所述旋转轴（8）周向地布置，并且沿所述第一定子环（18'）的方向在与所述第二爪间隙（42）相距一定距离处轴向突出，

其中，所述第一爪和所述第二爪（40、43）分别在与定子环（18'、18''）轴向相对的一侧包括爪头（45），

其中，在所述第一爪间隙（39）中的至少一个和所述第二爪间隙（42）中的至少一个中，针对与相应的第一爪间隙和第二爪间隙（39，42）啮合的相应的爪头（45），定子紧固元件（44）被设置在载体（29）上，以紧固所述第一定子环和所述第二定子环（18'、18''），并且

所述定子紧固元件（44）沿圆周方向起作用，其中，设置在所述载体（29）上的载体紧固元件（31）与所述定子紧固元件（44）轴向啮合，

其特征在于，所述定子紧固元件（44）是径向指向所述旋转轴（8）的轭。

2.根据权利要求1所述的定子（18），其中，所述定子紧固元件（44）与相应的定子环（18'、18''）一体地形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的定子（18），其中，所述定子紧固元件（44）被设置在两个相邻爪之间的径向间隙中。

4.根据权利要求3所述的定子（18），其中，所述定子紧固元件（44）被设置在两个相邻爪（40、43）之间的径向间隙（49）的中心处。

5.根据权利要求1所述的定子（18），其中，每个定子环（18'、18''）是具有沿轴向弯曲的爪（40、43）的冲压部件（54）。

6.一个传感器（9），所述传感器记录经由扭杆（10）连接的第一轴（7）和第二轴（11）之间的扭矩（13），所述传感器包括：

载体（29），其呈圆柱形且具有两个相对的前侧（30），在所述前侧（30）上分别设置载体紧固元件（31）；

如前述权利要求中任一项所述的定子（18），其能够被固定到所述第一轴（7）上，所述定子的定子环（18'、18''）被定位在所述载体（29）的前侧（30），并且经由相应的所述载体紧固元件（31）和所述定子紧固元件（44）附接到所述载体（29）上；

磁场换能器（16），其能够被固定到所述第二轴（11）上，并且与旋转轴（8）同轴布置以产生磁场（17）并将所述磁场（17）馈送到所述定子（18）中；以及

磁场传感器（21），用于记录来自所述磁场换能器（16）且经过所述定子（18）的磁场（20）。

7.根据权利要求6所述的传感器（9），其中，所述载体紧固元件（31）是与所述定子紧固元件（44）相接合的栓塞。

8.根据权利要求6或7所述的传感器（9），其中，连接柱（48）被定位在所述载体（29）的所述前侧（30）中的一个上，所述连接柱（48）将连接元件（46）承载在用于第一轴（7）的载体（29）上。

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