CN111256897A - 扭矩传感器以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扭矩传感器以及车辆，扭矩传感器包括：磁环、导磁组件、导磁环、集磁件和霍尔传感器，所述导磁组件套在所述磁环外；所述导磁环套在所述导磁组件外，所述导磁环具有导磁环周向缺口；所述集磁件与所述导磁环相邻设置；所述霍尔传感器与所述集磁件感应配合。由此，通过将导磁环设置在导磁组件与集磁件之间，能够增加集磁件与导磁组件的相对投影面积，可以增加导磁组件传递给集磁件的磁通量，并且，通过设置导磁环周向缺口，能够防止磁通传递过程中导磁环中发生震荡，可以提高磁通传递过程的稳定性，也可以提高扭矩传感器抵抗外界磁干扰的能力，从而可以节省磁屏蔽结构的设计，进而可以降低扭矩传感器的制造成本。

Description

扭矩传感器以及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种扭矩传感器以及具有该扭矩传感器的车辆。

背景技术

扭矩传感器是电动助力转向系统的重要组成部分，它能够准确检测到驾驶员作用在方向盘上的扭矩及方向，信号经内部优化处理后，实时传递给控制器，由控制器控制电机转动从而输出扭矩，电机扭矩通过蜗轮蜗杆啮合运动实现减速增扭，进而将扭矩传递给其他转向单元，从而实现转向助力功能。

扭矩传感器采用的是霍尔原理，将电磁信号转换为电信号并传递给控制器，控制器通过电信号的属性从而判断转动扭矩的大小及转动方向，传感器一般包含三大部分：永久磁体、导磁部分、检测部分，并由这三大部分形成磁性回路，从而感知方向盘的转动方向及扭矩大小。其中，永久磁体一般安装在输入轴或者输出轴上，而导磁部分安装在输入轴或者输出轴并与永久磁体相异的一根轴上，检测部分一般安装在传感器壳体上或者通过支架与导磁部分做成一体。输入轴与输出轴间通过扭杆连接，在对输入轴输入扭矩时，由于扭杆的存在造成输入轴与输出轴在传递扭矩过程中产生相对转动角度差，从而引起永久磁体与导磁部分产生相对转动，引起导磁部分本身的磁通量的变化，检测部分通过检测磁通量的变化量并将此变化量转换为电信号传递给控制器，控制器通过电信号的属性判断扭矩的大小及转动的方向。

相关技术中，市场上现有的传感器的检测单元均为两个集磁片与霍尔芯片组成，两个集磁片与导磁部分相对接触面积较小，导致传导的磁通量小，传感器极易受外界磁干扰，会导致传感器在工作过程中不稳定造成错误信号的传递，所以不得不增加磁屏蔽的结构来保证磁通传递的稳定性，造成传感器成本增高及设计制造困难。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种扭矩传感器，可以解决集磁件与导磁组件的相对投影面积小的问题，也可以解决磁通传递过程中稳定性差的问题，还可以解决扭矩传感器制造成本高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种扭矩传感器包括：磁环、导磁组件、导磁环、集磁件和霍尔传感器，所述导磁组件套在所述磁环外；所述导磁环套在所述导磁组件外，所述导磁环具有导磁环周向缺口；所述集磁件与所述导磁环相邻设置；所述霍尔传感器与所述集磁件感应配合。

在本发明的一些示例中，所述导磁组件包括：第一齿环和第二齿环，所述第一齿环和所述第二齿环中的每一个均包括：环形本体和设置在所述环形本体上的多个齿，所述第一齿环的多个所述齿与所述第二齿环的多个所述齿在所述扭矩传感器的周向上交错布置。

在本发明的一些示例中，所述导磁环对应地套在每个所述环形本体外。

在本发明的一些示例中，所述集磁件与所述导磁环一一对应。

在本发明的一些示例中，所述集磁件包括：圆弧形的集磁板。

在本发明的一些示例中，所述集磁板与所述导磁环的曲率相同且同轴布置，所述集磁板对应的圆心角不超过180°。

在本发明的一些示例中，所述集磁件还包括：传感器固定支板，所述传感器固定齿板设置在所述集磁板上且向着远离所述磁环的方向延伸。

在本发明的一些示例中，两个所述集磁件的传感器固定支板彼此相邻且限定形成安装空间，所述霍尔传感器的至少一部分固定在所述安装空间内。

在本发明的一些示例中，所述导磁环周向缺口与所述霍尔传感器在所述磁环的径向上正对，且所述导磁环周向缺口的宽度不小于5mm。

相对于现有技术，本发明所述的扭矩传感器具有以下优势：

根据本发明的扭矩传感器，通过将导磁环设置在导磁组件与集磁件之间，能够增加集磁件与导磁组件的相对投影面积，可以增加导磁组件传递给集磁件的磁通量，并且，通过设置导磁环周向缺口，能够防止磁通传递过程中导磁环中发生震荡，可以提高磁通传递过程的稳定性，也可以提高扭矩传感器抵抗外界磁干扰的能力，从而可以节省磁屏蔽结构的设计，进而可以降低扭矩传感器的制造成本。

本发明的另一目的在于提出一种车辆。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，包括上述的扭矩传感器。

所述车辆与上述扭矩传感器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的扭矩传感器的示意图；

图2为本发明实施例所述的扭矩传感器的剖视图；

图3为本发明实施例所述的扭矩传感器的第一齿环的示意图；

图4为本发明实施例所述的扭矩传感器的导磁环的示意图；

图5为本发明实施例所述的扭矩传感器的集磁件的示意图；

图6为本发明实施例所述的扭矩传感器的零位磁路结构示意图；

图7为本发明实施例所述的扭矩传感器的磁环顺时针旋转后磁路结构示意图；

图8为本发明实施例所述的扭矩传感器的磁环顺时针旋转后磁路结构的剖视图；

图9为本发明实施例所述的扭矩传感器的磁环逆时针旋转后磁路结构示意图；

图10为本发明实施例所述的扭矩传感器的磁环逆时针旋转后磁路结构的剖视图。

附图标记说明：

扭矩传感器10；

磁环1；

导磁组件2；第一齿环21；第二齿环22；环形本体23；齿24；

导磁环3；导磁环周向缺口31；第一导磁环32；第二导磁环33；

集磁件4；集磁板41；传感器固定支板42；第一集磁件43；第二集磁件44；

霍尔传感器5；安装空间6。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图10所示，根据本发明实施例的扭矩传感器10包括：磁环1、导磁组件2、导磁环3、集磁件4和霍尔传感器5。导磁组件2可以套在磁环1外，导磁环3可以构造为C型环，套在导磁组件2外，导磁环3可以具有导磁环周向缺口31，集磁件4可以与导磁环3相邻设置，需要说明的是，导磁环3设置在集磁件4与导磁组件2之间，霍尔传感器5可以与集磁件4感应配合。

磁传导路径为：具有永久磁性的磁环1将自身磁通传递到导磁组件2，然后导磁环3感应导磁组件2上的磁通并将磁通传递到集磁件4上，然后霍尔传感器5通过检测集磁件4的磁通量的变化量，然后霍尔传感器5将此变化量转化为相应的电信号传递给控制器。

其中，导磁环3为软磁材料冲压卷制而成，在空间布置中，导磁环3在圆周方向上包围着导磁组件2，由于导磁环3设置在集磁件4与导磁组件2之间，这样设置能够增加集磁件4与导磁组件2的相对投影面积，可以增加导磁组件2传递给集磁件4的磁通量，从而可以提高扭矩传感器10抵抗外界磁干扰的能力，并且，通过在导磁环3上设置导磁环周向缺口31，能够防止磁通传递过程中导磁环3发生震荡，可以提高磁通传递过程的稳定性，也可以提高扭矩传感器10抵抗外界磁干扰的能力，从而可以节省磁屏蔽结构的设计，进而可以降低扭矩传感器10的制造成本。

由此，通过将导磁环3设置在导磁组件2与集磁件4之间，能够增加集磁件4与导磁组件2的相对投影面积，可以增加导磁组件2传递给集磁件4的磁通量，并且，通过设置导磁环周向缺口31，能够防止磁通传递过程中导磁环3发生震荡，可以提高磁通传递过程的稳定性，也可以提高扭矩传感器10抵抗外界磁干扰的能力，从而可以节省磁屏蔽结构的设计，进而可以降低扭矩传感器10的制造成本。

在本发明的一些实施例中，如图1、图2、图3、图6、图7、图8、图9和图10所示，导磁组件2可以包括：第一齿环21和第二齿环22，第一齿环21和第二齿环22的结构可以相同，第一齿环21和第二齿环22中的每一个均可以包括：环形本体23和设置在环形本体23上的多个齿24，第一齿环21的多个齿24与第二齿环22的多个齿24在扭矩传感器10的周向上交错布置。其中，扭矩传感器10工作时，第一齿环21和第二齿环22的多个齿24接收磁环1传递的磁通，然后环形本体23将此磁通传递给导磁环3，然后导磁环3将磁通传递给集磁件4使集磁件4本身被磁化，并且，当磁环1转动时，第一齿环21和第二齿环22的多个齿24可以切割磁感线，从而可以产生磁场。

在本发明的一些实施例中，导磁环3对应地套在每个环形本体23外。需要说明的是，第一齿环21外可以套有一个导磁环3，第二齿环22外也可以套有一个导磁环3，如此设置能够增大导磁环3与导磁组件2的接触面积，可以进一步增加集磁件4与导磁组件2的相对投影面积，从而可以进一步增加导磁组件2传递给集磁件4的磁通量。

在本发明的一些实施例中，集磁件4与导磁环3一一对应，需要解释的是，每个导磁环3的外部都可以设置有一个集磁件4，这样设置能够使集磁件4的设置位置和数量更加合理，可以增大集磁件4接收的磁通量，从而可以进一步提高扭矩传感器10抵抗外界磁干扰的能力。

在本发明的一些实施例中，如图1、图2、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，集磁件4由与导磁环3相同的软磁材料冲压而成，集磁件4可以包括：圆弧形的集磁板41，集磁板41与导磁环3相邻设置，由于导磁环3被构造为C型环，因此，如此设置能够使集磁板41与导磁环3的结构更加统一，可以保证集磁板41与导磁环3之间的相对投影面积，从而可以保证有效的磁通传导。

在本发明的一些实施例中，集磁板41与导磁环3的曲率相同，而且集磁板41与导磁环3可以同轴布置，集磁板41对应的圆心角不超过180°，这样设置能够进一步使集磁板41与导磁环3的结构更加统一，可以进一步保证集磁板41与导磁环3之间的相对投影面积，从而可以进一步保证有效的磁通传导。

在本发明的一些实施例中，集磁件4可以还包括：传感器固定支板42，传感器固定齿24板可以设置在集磁板41上，集磁板41上可以同时设置有三个传感器固定支板42，并且传感器固定支板42向着远离磁环1的方向延伸。其中，传感器固定支板42可以为霍尔传感器5提供检测位置，也可以为扭矩传感器10冗余技术提供基础，从而可以降低扭矩传感器10检测的错误率，进而可以提高扭矩传感器10检测的准确率及工作的稳定性。

在本发明的一些实施例中，两个集磁件4的传感器固定支板42彼此相邻设置，而且两个集磁件4的传感器固定支板42限定形成安装空间6，如此设置能够使两个集磁件4的传感器固定支板42之间具有一定的相对距离，可以保证在两个集磁件4的传感器固定支板42之间形成磁场的稳定性。并且，霍尔传感器5的至少一部分固定在安装空间6内，也就是说，霍尔传感器5可以有一部分固定在安装空间6内，也可以全部固定在安装空间6内，霍尔传感器5可以更好地检测出磁通量的变化，从而可以提升扭矩传感器10的工作稳定性。

在本发明的一些实施例中，导磁环周向缺口31与霍尔传感器5在磁环1的径向上正对，而且导磁环周向缺口31的宽度不小于5mm，如此设置能够保证磁传导过程中磁通在导磁环3内不会发生震荡，可以进一步提高导磁环3导磁的稳定性，从而可以进一步提高扭矩传感器10抵抗外界磁干扰的能力。

在本发明的一些实施例中，第一齿环21与磁环1、第一齿环21与磁环1、导磁环3与第一齿环21、第二齿环22、集磁件4与导磁环3之间间隔的距离相同，这样设置可以保证磁通传递过程中的导磁率，也可以保证磁通稳定的传递。

磁通的具体传导路径为：多极径向磁性的磁圈将不同的极性的磁通分别传递到第一齿环21和第二齿环22上，并将第一齿环21、第二齿环22磁化成不同的磁极，然后第一齿环21和第二齿环22作为两个导磁环3的磁源将两个导磁环3磁化成不同的磁极，而被磁化后的两个导磁环3作为集磁件4的磁源将两个集磁件4磁化成不同的磁极，在两个集磁件4相对的三个传感器固定支板42之间形成磁场，霍尔传感器5检测这三对传感器固定支板42之间磁场的变化量，然后霍尔传感器5将磁场的变化量转换为电信号传递给控制器。

在本发明的一些实施例中，图6是扭矩传感器10的零位磁路结构示意图，如果输入轴与输出轴没有相对转动，此时磁环1的N极与S极的分界线正处于第一齿环21的齿24内面的中心与第二齿环22的齿24内面的中心，N极与S极的磁通在第一齿环21与第二齿环22上相互中和，此时第一齿环21和第二齿环22不具有磁通，无法将磁通传递到导磁环3上。

在本发明的一些实施例中，如图7和图8所示，导磁环3可以包括第一导磁环32和第二导磁环33，第一导磁环32套在第一齿环21外，第二导磁环33套在第二齿环22外，集磁件4可以包括第一集磁件43和第二集磁件44，第一集磁件43与第一导磁环32相邻设置，第二集磁件44与第二导磁环33相邻设置。当输入轴与输出轴发生顺时针相对转动，此时磁环1发生顺时针转动，磁环1的N极与S极的分界线将偏离第一齿环21的齿24内面的中心与第二齿环22的齿24内面的中心，此时第一齿环21被磁化成N极，第二齿环22被磁化成S极，第一齿环21通过环形本体23将本身的N极磁通传递到第一导磁环32上，第一导磁环32被磁化成N极；同理：第二齿环22将本身的S极磁通传递到第二导磁环33上，第二导磁环33磁化成S极；第一导磁环32通过外圈面将N极磁通传递到第一集磁件43上，此时第一集磁件43被磁化成N极；同理：第二导磁环33通过外圈面将S极磁通传递到第二集磁件44上,第二集磁件44被磁化成S极；第一集磁件43与第二集磁件44分别作为磁场的N极和S极，在第一集磁件43的传感器固定支板42与第二集磁件44的传感器固定支板42间形成平面间的磁场；随着磁环1相对转动角度的不同，第一集磁件43的传感器固定支板42与第二集磁件44的传感器固定支板42间形成磁场的磁通量不同，霍尔传感器5通过检测磁通量的大小和方向转换成相应的电信号输送给控制器，控制器根据判断电信号给予扭矩传感器10相应的助力。

在本发明的一些实施例中，如图9和图10所示，如果输入轴与输出轴发生逆时针相对转动，此时磁环1发生逆时针转动，磁环1的N极与S极的分界线将偏离第一齿环21的齿24内面的中心与第二齿环22的齿24内面的中心，此时第一齿环21被磁化成S极，第二齿环22被磁化成N极，第一齿环21通过环形本体23将本身的S极磁通传递到第一导磁环32上，第一导磁环32被磁化成S极；同理：第二齿环22将本身的N极磁通传递到第二导磁环33上，第二导磁环33被磁化成N极；第一导磁环32通过将S极磁通传递到第一集磁件43上，此时第一集磁件43被磁化成S极；同理：第二导磁环33将N极磁通传递到第二集磁件44上,第二集磁件44被磁化成N极；第一集磁件43与第二集磁件44分别作为磁场的S极和N极，在第一集磁件43的传感器固定支板42与第二集磁件44的传感器固定支板42间形成平面间的磁场；随着磁环1相对转动角度的不同，第一集磁件43的传感器固定支板42与第二集磁件44的传感器固定支板42间形成磁场的磁通量不同，霍尔传感器5通过检测磁通量的大小和方向转换成相应的电信号输送给控制器，控制器根据判断电信号给予扭矩传感器10相应的助力。

根据本发明实施例的车辆，包括上述实施例的扭矩传感器10，扭矩传感器10设置安装在车辆上，该扭矩传感器10能够增加集磁件4与导磁组件2的相对投影面积，可以增加导磁组件2传递给集磁件4的磁通量，并且，通过设置导磁环周向缺口31，能够防止磁通传递过程中导磁环3中发生震荡，可以提高磁通传递过程的稳定性，也可以提高扭矩传感器10抵抗外界磁干扰的能力，从而可以节省磁屏蔽结构的设计，进而可以降低扭矩传感器10的制造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扭矩传感器(10)，其特征在于，包括：

磁环(1)；

导磁组件(2)，所述导磁组件(2)套在所述磁环(1)外；

导磁环(3)，所述导磁环(3)套在所述导磁组件(2)外，所述导磁环(3)具有导磁环周向缺口(31)；

集磁件(4)，所述集磁件(4)与所述导磁环(3)相邻设置；

霍尔传感器(5)，所述霍尔传感器(5)与所述集磁件(4)感应配合。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述导磁组件(2)包括：第一齿环(21)和第二齿环(22)，所述第一齿环(21)和所述第二齿环(22)中的每一个均包括：环形本体(23)和设置在所述环形本体(23)上的多个齿(24)，所述第一齿环(21)的多个所述齿(24)与所述第二齿环(22)的多个所述齿(24)在所述扭矩传感器(10)的周向上交错布置。

3.根据权利要求2所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述导磁环(3)对应地套在每个所述环形本体(23)外。

4.根据权利要求3所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述集磁件(4)与所述导磁环(3)一一对应。

5.根据权利要求1所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述集磁件(4)包括：圆弧形的集磁板(41)。

6.根据权利要求5所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述集磁板(41)与所述导磁环(3)的曲率相同且同轴布置，所述集磁板(41)对应的圆心角不超过180°。

7.根据权利要求5所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述集磁件(4)还包括：传感器固定支板(42)，所述传感器固定齿(24)板设置在所述集磁板(41)上且向着远离所述磁环(1)的方向延伸。

8.根据权利要求7所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，两个所述集磁件(4)的传感器固定支板(42)彼此相邻且限定形成安装空间(6)，所述霍尔传感器(5)的至少一部分固定在所述安装空间(6)内。

9.根据权利要求1所述的扭矩传感器(10)，其特征在于，所述导磁环周向缺口(31)与所述霍尔传感器(5)在所述磁环(1)的径向上正对，且所述导磁环周向缺口(31)的宽度不小于5mm。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的扭矩传感器(10)。

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