CN109708788A - 一种电磁感应式扭矩转角传感器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，包括依次同轴设置的齿轮组件、本体件、芯轴套转子组件、PCBA组件和输出转子；芯轴套转子组件贯穿本体件设置，且与齿轮组件固定连接，齿轮组件卡接在本体件上；芯轴套转子组件卡接在本体件上，PCBA组件与本体件固定连接；输出转子可绕其轴线旋转设置；齿轮组件、本体件、芯轴套转子组件、PCBA组件和输出转子的轴心位置处均设有通孔，所述扭力杆分别与芯轴套转子组件、输出转子固定连接；所述齿轮组件与PCBA组件组成霍尔组件，芯轴套转子组件与PCBA组件、PCBA组件与输出转子均组成电感式传感器。本发明具有结构灵活、零部件之间摩擦小的优点，提高了传感器的可靠性，延长了传感器的使用寿命。

Description

一种电磁感应式扭矩转角传感器结构

技术领域

本发明属于汽车助力转向系统领域，具体地讲涉及一种电磁感应式扭矩转角传感器结构。

背景技术

当传感器安装在汽车上，输入轴与输出轴之间通过一个具有记忆特性的扭力杆连接，俩轴之间套设一个PCB板，输入轴和输出轴之间产生一个差角，PCB板感应并产生扭矩信号，此信号传给ECU控制单元，从而控制电动机输出相应的转动力矩，同时PCB板上设置有霍尔芯片，输入轴转角和霍尔芯片感应信号决定了方向盘的转角绝对位置。

因此，信号的精准决定了传感器的性能，而传感器零部件的组装和结构设计直接影响到信号的精准。现有的传感器，转子部位大多结构不够灵活，可靠度差，且转轴配合的零部件摩擦大，影响信号输出，降低了传感器的使用寿命。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其具有结构灵活、零部件之间摩擦小的优点，提高了传感器的可靠性，延长了传感器的使用寿命。

本发明采用以下技术方案：

一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，包括依次同轴设置的齿轮组件、本体件、芯轴套转子组件、PCBA组件和输出转子；所述芯轴套转子组件贯穿本体件设置，且与齿轮组件固定连接，所述齿轮组件卡接在本体件上；所述芯轴套转子组件绕其轴线可旋转的卡接在本体件上，PCBA组件与本体件固定连接；所述输出转子可绕其轴线旋转设置；

所述齿轮组件、本体件、芯轴套转子组件、PCBA组件和输出转子的轴心位置处均设有用于贯穿扭力杆的通孔，所述扭力杆分别与芯轴套转子组件、输出转子固定连接；所述齿轮组件与PCBA组件组成霍尔组件，芯轴套转子组件与PCBA组件、PCBA组件与输出转子均组成电感式传感器，PCBA组件输出扭矩和角度信号。

优选的，所述齿轮组件包括相互外啮合的大齿轮和小齿轮，且所述大齿轮和小齿轮均可绕各自轴线旋转；所述大齿轮与芯轴套转子组件固定连接，且套接在所述扭力杆上；所述小齿轮卡接在本体件上。

更进一步优选的，所述大齿轮和小齿轮处于同一平面上；所述小齿轮在靠近PCBA组件的一侧面上设有磁铁，所述磁铁与PCBA组件组成霍尔组件。

更进一步优选的，所述芯轴套转子组件包括同轴设置的芯轴套、塑料件和输入转子；所述塑料件和输入转子均套接固定在芯轴套靠近PCBA组件的一端的外围，且塑料件靠近本体件设置，输入转子靠近PCBA组件设置；所述芯轴套贯穿本体件设置，且与大齿轮固定连接；所述塑料件卡接在本体件上，所述输入转子与PCBA组件组成电感式传感器。

更进一步优选的，所述PCBA组件在其与小齿轮相应的位置上设有霍尔芯片，所述霍尔芯片与磁铁组成霍尔组件；所述PCBA组件在靠近输入转子的一面设有输入线圈，PCBA组件在靠近输出转子的一面设有输出线圈，所述输入转子与输入线圈、输出转子与输出线圈均组成电感式传感器，且PCBA组件在输入线圈与输出线圈之间设有用于削弱干扰的铜层；所述霍尔组件得到的角度信号和两个传感器得到的扭矩信号均通过PCBA组件上的插接件输出。

更进一步优选的，所述塑料件包括内圈和外圈；所述内圈与外圈之间，在靠近PCBA组件的位置处相互固定连接，在靠近本体件的位置处呈开口状设置；所述内圈在靠近外圈的内表面设为台阶状，且内圈与外圈之间的间距在开口处最大；所述外圈沿圆周方向呈间断状设置，且外圈的外表面在沿圆周方向的位置上设有用于卡接在本体件上的凹槽。

更进一步优选的，所述内圈与外圈之间卡设有箍簧，所述外圈在其靠近开口处的内表面设有用于限位箍簧的凸起；所述本体件的通孔内壁设有用于卡接在凹槽内的凸齿。

更进一步优选的，还包括有均与本体件同轴设置的上盖和底盖；所述上盖设置在齿轮组件远离本体件的一侧，所述底盖设置在PCBA组件远离芯轴套转子组件的一侧；所述上盖与本体件固定连接，所述大齿轮和小齿轮均卡设在由上盖与本体件组成的空腔内；所述底盖与本体件固定连接，且PCBA组件通过底盖进而抵靠和固定在本体件上。

更进一步优选的，所述上盖在靠近小齿轮的表面上设有弹性结构，所述小齿轮在靠近上盖的表面上设有柱状凹槽；所述弹性结构的一端固定在小齿轮上，另一端沿小齿轮的轴线方向抵靠在柱状凹槽内。

更进一步优选的，所述上盖和底盖的轴心位置处均设有用于贯穿扭力杆的通孔，所述输出转子卡接在底盖远离PCBA组件的一侧，且输出转子与扭力杆固定连接。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的传感器的齿轮组件、本体件、芯轴套转子组件、PCBA组件之间套接紧密，齿轮组件的大齿轮通过与芯轴套固定连接进而卡接在本体件上，同时齿轮组件的小齿轮通过上盖使其卡接在本体件上，PCBA组件通过底盖抵靠固定在本体件上，输出转子卡接在底盖上。上述的结构设置，使得结构的各部件设置比较灵活、各零部件之间摩擦较小，提高了传感器的可靠性，延长了传感器的使用寿命。

2)本发明的塑料件包括内圈和外圈；所述内圈与外圈之间，在靠近PCBA组件的位置处相互固定连接，在靠近本体件的位置处呈开口状设置；所述内圈在靠近外圈的内表面设为台阶状，且内圈与外圈之间的间距在开口处最大；所述外圈沿圆周方向呈间断状设置，且外圈的外表面在沿圆周方向的位置上设有用于卡接在本体件上的凹槽；所述内圈与外圈之间卡设有箍簧，所述外圈在其靠近开口处的内表面设有用于限位箍簧的凸起；所述本体件的通孔内壁设有用于卡接在凹槽内的凸齿。本发明的传感器实际工作时，输入轴和输出轴通过所述扭力杆连接，当输入轴、输出轴连同扭力杆在旋转时，因客观存在的零部件机加工误差、塑件变形、装配误差，导致输入轴和输出轴的轴线偏离旋转轴的轴线；而本体件与芯轴套转子组件的上述结构设置，使得扭力杆带动芯轴套转动时，芯轴套的小幅度偏移会对箍簧有个反方向的撑开，而箍簧的回弹力又将芯轴套拉回原位，从而对芯轴套在转动过程中的小幅度偏移实现了弹性偏移，也就是对输入轴和输出轴的轴线偏离进行了弹性补偿，提高了传感器在工作过程中的可靠性。

3)本发明的所述PCBA组件上同时设有霍尔芯片、输入线圈和输出线圈，所述霍尔芯片与磁铁组成霍尔组件，所述输入线圈与输入转子、输出线圈与输出转子均组成电感式传感器，且PCBA组件在输入线圈与输出线圈之间设有用于削弱干扰的铜层。所述PCBA组件上述结构设置，在保证干扰影响较小的条件下，使得霍尔芯片、输入线圈和输出线圈集成在同一PCBA组件上，实现了传感器的小型化、提高了传感器的集成度。

附图说明

图1为本发明的结构爆炸图。

图2a为本发明的结构图一。

图2b为本发明的结构图二。

图3a、图3b、图3c分别为芯轴套转子组件的结构图、主视图和剖视图。

图4a、图4b、图4c分别为小齿轮的剖视图、俯视图、结构图。

图5a、图5b分别为上盖的结构图、仰视图。

附图标记：1-齿轮组件，2-本体件，3-芯轴套转子组件，4-PCBA组件，5-输出转子，6-上盖，7-底盖，11-大齿轮，12-小齿轮，13-磁铁，13-柱状凹槽，21-凸齿，31-芯轴套，32-塑料件，33-输入转子，34-箍簧，41-霍尔芯片，42-插接件，61-弹性结构，321-内圈，322-外圈，323-凹槽，324-凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2a、图2b所示，一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，包括依次同轴设置的齿轮组件1、本体件2、芯轴套转子组件3、PCBA组件4和输出转子5；所述芯轴套转子组件3贯穿本体件2设置，且与齿轮组件1固定连接，所述齿轮组件1卡接在本体件2上；所述芯轴套转子组件3绕其轴线可旋转的卡接在本体件2上，PCBA组件4与本体件2固定连接；所述输出转子5可绕其轴线旋转设置；

所述齿轮组件1、本体件2、芯轴套转子组件3、PCBA组件4和输出转子5的轴心位置处均设有用于贯穿扭力杆的通孔，所述扭力杆分别与芯轴套转子组件3、输出转子5固定连接；所述齿轮组件1与PCBA组件4组成霍尔组件，芯轴套转子组件3与PCBA组件4、PCBA组件4与输出转子5均组成电感式传感器，PCBA组件4输出扭矩和角度信号；

如图4a、图4b、图4c所示，所述齿轮组件1包括相互外啮合的大齿轮11和小齿轮12，且所述大齿轮11和小齿轮12均可绕各自轴线旋转；所述大齿轮11与芯轴套转子组件3固定连接，且套接在所述扭力杆上；所述小齿轮12卡接在本体件2上。

所述大齿轮11和小齿轮12处于同一平面上；所述小齿轮12在靠近PCBA组件4的一侧面上设有磁铁13，所述磁铁13与PCBA组件4组成霍尔组件。

如图3a、图3b、图3c所示，所述芯轴套转子组件3包括同轴设置的芯轴套31、塑料件32和输入转子33；所述塑料件32和输入转子33均套接固定在芯轴套31靠近PCBA组件4的一端的外围，且塑料件32靠近本体件2设置，输入转子33靠近PCBA组件4设置；所述芯轴套31贯穿本体件2设置，且与大齿轮11固定连接；所述塑料件32卡接在本体件2上，所述输入转子33与PCBA组件4组成电感式传感器。

所述PCBA组件4在其与小齿轮12相应的位置上设有霍尔芯片41，所述霍尔芯片41与磁铁13组成霍尔组件；所述PCBA组件4在靠近输入转子33的一面设有输入线圈，PCBA组件4在靠近输出转子5的一面设有输出线圈，所述输入转子33与输入线圈、输出转子5与输出线圈均组成电感式传感器，且PCBA组件4在输入线圈与输出线圈之间设有用于削弱干扰的铜层；所述霍尔组件得到的角度信号和两个传感器得到的扭矩信号均通过PCBA组件4上的插接件42输出。

所述塑料件32包括内圈321和外圈322；所述内圈321与外圈322之间，在靠近PCBA组件4的位置处相互固定连接，在靠近本体件2的位置处呈开口状设置；所述内圈321在靠近外圈322的内表面设为台阶状，且内圈321与外圈322之间的间距在开口处最大；所述外圈322沿圆周方向呈间断状设置，且外圈322的外表面在沿圆周方向的位置上设有用于卡接在本体件2上的凹槽323。

所述内圈321与外圈322之间卡设有箍簧34，所述外圈322在其靠近开口处的内表面设有用于限位箍簧34的凸起324；所述本体件2的通孔内壁设有用于卡接在凹槽323内的凸齿21。

如图5a、图5b所示，还包括有均与本体件2同轴设置的上盖6和底盖7；所述上盖6设置在齿轮组件1远离本体件2的一侧，所述底盖7设置在PCBA组件4远离芯轴套转子组件3的一侧；所述上盖6与本体件2固定连接，所述大齿轮11和小齿轮12均卡设在由上盖6与本体件2组成的空腔内；所述底盖7与本体件2固定连接，且PCBA组件4通过底盖7进而抵靠和固定在本体件2上。

所述上盖6在靠近小齿轮12的表面上设有弹性结构61，所述小齿轮12在靠近上盖6的表面上设有柱状凹槽14；所述弹性结构61的一端固定在小齿轮12上，另一端沿小齿轮12的轴线方向抵靠在柱状凹槽14内。

所述上盖6和底盖7的轴心位置处均设有用于贯穿扭力杆的通孔，所述输出转子5卡接在底盖7远离PCBA组件4的一侧，且输出转子5与扭力杆固定连接。

本发明在装配使用时，首先将芯轴套转子组件3的芯轴套31穿过本体件2，并将大齿轮11卡接在本体件2上，使大齿轮11固定在芯轴套31上。再将小齿轮12卡接在本体件2上，且小齿轮12与大齿轮11之间相互啮合，然后使上盖6的弹性结构61抵压在小齿轮12的柱状凹槽13内，从而通过上盖6完成对小齿轮12和大齿轮11的固定和保护。

对于PCBA组件4，通过底盖7使其卡接在底盖7与本体件2之间，从而实现对PCBA组件4的固定，同时输出转子5卡接在底盖7上。所述扭力杆均与芯轴套31和输出转子5焊接固定。

当本发明的传感器用于测量扭矩和角度时，输入转子33与输入线圈组成的是20度周期的电感式传感器，输出转子5与输出线圈组成的是40度的电感式传感器，当扭力杆旋转时，同时带动输入转子33和输出转子5旋转，从而分别对输入线圈和输出线圈的磁场进行切割，从而同时得到这两个传感器的角度信号，可以得出扭力杆的扭矩信号；

同时霍尔芯片41与磁铁13组成霍尔组件，扭力杆带动大齿轮11转动，大齿轮11带动小齿轮12转动，小齿轮12进而带动磁铁13转动，从而产生霍尔信号。通过输入转子33产生的20度信号和霍尔信号，经过游标算法，最终得到方向盘的角度信号。

本发明的传感器实际工作时，输入轴和输出轴通过所述扭力杆连接，当输入轴、输出轴连同扭力杆在旋转时，因客观存在的零部件机加工误差、塑件变形、装配误差，导致输入轴和输出轴的轴线偏离旋转轴的轴线；而内圈321在靠近外圈322的内表面设为台阶状，所述内圈321与外圈322之间卡设有箍簧34，所述外圈322在其靠近开口处的内表面设有用于限位箍簧34的凸起324；扭力杆带动芯轴套31转动时，芯轴套31的小幅度偏移会对箍簧34有个反方向的撑开，而箍簧34的回弹力又将芯轴套31拉回原位，从而对芯轴套31在转动过程中的小幅度偏移实现了弹性偏移，也就是对输入轴和输出轴的轴线偏离进行了弹性补偿，提高了传感器在工作过程中的可靠性。

综上所述，本发明提供了一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其具有结构灵活、零部件之间摩擦小的优点，提高了传感器的可靠性，延长了传感器的使用寿命。

Claims (10)

1.一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：包括依次同轴设置的齿轮组件(1)、本体件(2)、芯轴套转子组件(3)、PCBA组件(4)和输出转子(5)；所述芯轴套转子组件(3)贯穿本体件(2)设置，且与齿轮组件(1)固定连接，所述齿轮组件(1)卡接在本体件(2)上；所述芯轴套转子组件(3)绕其轴线可旋转的卡接在本体件(2)上，PCBA组件(4)与本体件(2)固定连接；所述输出转子(5)可绕其轴线旋转设置；

所述齿轮组件(1)、本体件(2)、芯轴套转子组件(3)、PCBA组件(4)和输出转子(5)的轴心位置处均设有用于贯穿扭力杆的通孔，所述扭力杆分别与芯轴套转子组件(3)、输出转子(5)固定连接；所述齿轮组件(1)与PCBA组件(4)组成霍尔组件，芯轴套转子组件(3)与PCBA组件(4)、PCBA组件(4)与输出转子(5)均组成电感式传感器，PCBA组件(4)输出扭矩和角度信号。

2.根据权利要求1所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述齿轮组件(1)包括相互外啮合的大齿轮(11)和小齿轮(12)，且所述大齿轮(11)和小齿轮(12)均可绕各自轴线旋转；所述大齿轮(11)与芯轴套转子组件(3)固定连接，且套接在所述扭力杆上；所述小齿轮(12)卡接在本体件(2)上。

3.根据权利要求2所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述大齿轮(11)和小齿轮(12)处于同一平面上；所述小齿轮(12)在靠近PCBA组件(4)的一侧面上设有磁铁(13)，所述磁铁(13)与PCBA组件(4)组成霍尔组件。

4.根据权利要求3所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述芯轴套转子组件(3)包括同轴设置的芯轴套(31)、塑料件(32)和输入转子(33)；所述塑料件(32)和输入转子(33)均套接固定在芯轴套(31)靠近PCBA组件(4)的一端的外围，且塑料件(32)靠近本体件(2)设置，输入转子(33)靠近PCBA组件(4)设置；所述芯轴套(31)贯穿本体件(2)设置，且与大齿轮(11)固定连接；所述塑料件(32)卡接在本体件(2)上，所述输入转子(33)与PCBA组件(4)组成电感式传感器。

5.根据权利要求4所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述PCBA组件(4)在其与小齿轮(12)相应的位置上设有霍尔芯片(41)，所述霍尔芯片(41)与磁铁(13)组成霍尔组件；所述PCBA组件(4)在靠近输入转子(33)的一面设有输入线圈，PCBA组件(4)在靠近输出转子(5)的一面设有输出线圈，所述输入转子(33)与输入线圈、输出转子(5)与输出线圈均组成电感式传感器，且PCBA组件(4)在输入线圈与输出线圈之间设有用于削弱干扰的铜层；所述霍尔组件得到的角度信号和两个传感器得到的扭矩信号均通过PCBA组件(4)上的插接件(42)输出。

6.根据权利要求4所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述塑料件(32)包括内圈(321)和外圈(322)；所述内圈(321)与外圈(322)之间，在靠近PCBA组件(4)的位置处相互固定连接，在靠近本体件(2)的位置处呈开口状设置；所述内圈(321)在靠近外圈(322)的内表面设为台阶状，且内圈(321)与外圈(322)之间的间距在开口处最大；所述外圈(322)沿圆周方向呈间断状设置，且外圈(322)的外表面在沿圆周方向的位置上设有用于卡接在本体件(2)上的凹槽(323)。

7.根据权利要求6所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述内圈(321)与外圈(322)之间卡设有箍簧(34)，所述外圈(322)在其靠近开口处的内表面设有用于限位箍簧(34)的凸起(324)；所述本体件(2)的通孔内壁设有用于卡接在凹槽(323)内的凸齿(21)。

8.根据权利要求2所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：还包括有均与本体件(2)同轴设置的上盖(6)和底盖(7)；所述上盖(6)设置在齿轮组件(1)远离本体件(2)的一侧，所述底盖(7)设置在PCBA组件(4)远离芯轴套转子组件(3)的一侧；所述上盖(6)与本体件(2)固定连接，所述大齿轮(11)和小齿轮(12)均卡设在由上盖(6)与本体件(2)组成的空腔内；所述底盖(7)与本体件(2)固定连接，且PCBA组件(4)通过底盖(7)进而抵靠和固定在本体件(2)上。

9.根据权利要求8所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述上盖(6)在靠近小齿轮(12)的表面上设有弹性结构(61)，所述小齿轮(12)在靠近上盖(6)的表面上设有柱状凹槽(14)；所述弹性结构(61)的一端固定在小齿轮(12)上，另一端沿小齿轮(12)的轴线方向抵靠在柱状凹槽(14)内。

10.根据权利要求8所述的一种电磁感应式扭矩转角传感器结构，其特征在于：所述上盖(6)和底盖(7)的轴心位置处均设有用于贯穿扭力杆的通孔，所述输出转子(5)卡接在底盖(7)远离PCBA组件(4)的一侧，且输出转子(5)与扭力杆固定连接。