CN112204353A - 有注塑编码器磁体的探测旋转轴旋转位置的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于探测旋转轴(12)的旋转位置的传感器装置，其具有环形的编码器磁体(13)，该环形的编码器磁体固定到与轴(12)连接的承载销(14)上，其中该承载销(14)被编码器磁体(13)沿周向环绕，其中在承载销(14)和编码器磁体(13)之间设置通过注塑工艺塑入的塑料套筒(28)，该塑料套管将承载销(14)和编码器磁体(13)旋转固定地相互连接。

Description

有注塑编码器磁体的探测旋转轴旋转位置的传感器装置
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分特征的、用于探测旋转的轴的旋转位置的传感器装置，具有权利要求10的前序部分特征的用于组装这种传感器装置的方法以及机电伺服转向装置。
背景技术
机电式机动车伺服转向系统具有伺服单元，该伺服单元可以作为辅助助力装置布置在转向驱动装置的小齿轮或齿条上。伺服单元的电动机具有转子位置传感器(RPS)，该传感器测量转子轴的旋转角度。RPS信号用于控制电动机。
RPS通常具有以压配合固定在电机轴上的环形磁铁。这里，应尽可能不将任何机械应力传递到环形磁铁上，以使其不会从基体上脱落或断裂。使用环形磁铁作为电动机磁铁，必须确保防止旋转和轴向位移。需要力配合或形状配合的连接，因为胶粘连接不能保证永久固定。
从EP 2 350 573 B1中已知一种用于探测旋转轴的旋转位置的传感器装置，该传感器装置具有一个环形的编码器磁体，该环形的编码器磁体安置在承载销上，其中该编码器磁体被构造为注塑件并且直接注塑在承载销上。还规定，通过承载销和编码器磁体之间的径向凹部和伸入凹部中的径向凸部形成形状配合。这使得能够在承载销和编码器磁体之间建立特别良好的连接。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于探测旋转的轴的旋转位置的传感器装置，该传感器装置在环形磁体和轴之间具有易于产生的，非旋转的连接，其中可以防止部件中的张力或裂纹。
该目的通过具有权利要求1的特征的用于探测旋转的轴的旋转位置的传感器装置以及具有权利要求10的特征的组装这种传感器装置的方法和电动伺服转向装置来实现。从属权利要求给出有利的扩展方案。
因此，提供了一种用于探测旋转的轴，尤其是电动机轴的旋转位置的传感器装置，该传感器装置具有环形的编码器磁体，该环形的编码器磁体固定在与该轴连接的承载销上，其中该承载销被编码器磁体包围，并且其中在承载销和编码器磁体之间设置有通过注塑成型工艺注塑的塑料套筒，该塑料套筒将承载销和编码器磁体彼此不可旋转地连接。因此可以在注塑过程中成本有利地大量制造编码器磁体。在组装过程中，其通过注塑成型牢固地与承载销连接，因此可以通过塑料防止组件中的张力和裂纹。该连接优选是形状配合的。编码器磁体优选同心地围绕承载销。
为了产生不可旋转的连接，承载销优选地在其外侧或外周面上具有由塑料注塑包覆的滚花，以便与包覆成型的塑料形成形状配合。该滚花优选地设置在承载销的第一端上。可以想到并且可以在承载销的第二端上形成滚花。更优选地，在承载销的第一端和/或第二端上区段性地提供滚花。承载销具有第一直径并且在区段性的滚花区域中具有第二直径，其中第二直径小于第一直径。滚花可以是例如交叉或纵向滚花。此外，滚花可以被设计为直的和/或横向的和/或倾斜的滚花。滚花可以区段性设计。编码器磁体优选具有中央缺口，该中央缺口的横截面具有非圆形轮廓，由此也可以建立不可旋转的连接。在一个优选的实施形式中，内部横截面不是圆形的。例如，内部横截面可以对应于塑料套筒的外横截面多边形地构造，优选地具有所谓的苜蓿叶形轮廓，其由具有弧形的径向凸形和/或凹形的圆柱形或多边形基础轮廓形成。在一个优选的实施方式中，该连接形成旋转锁定和轴向方向上的移动锁定。
编码器磁体优选在远离轴的一端处布置在承载销上。承载销优选插入到在轴的端面中形成的缺口中。承载销因此以不可旋转的方式将编码器磁体与轴连接，其中在编码器磁体与轴的端面之间存在第一气隙，从而可以避免磁短路。第一气隙优选具有在0.5mm和2mm之间的范围内的值，并且特别优选具有1mm的值。承载销在承载销的背离编码器磁体的一侧上容纳在轴的开口中，使得在承载销的端面和轴之间设置第二气隙，从而可以通过压入将空气在轴的钻孔中压缩。换句话说，轴的钻孔必须比承载销的压入长度深。第二气隙优选小于或等于第一气隙。
通常有利的是，环形的编码器磁体的内径大于承载销的外径，从而在承载销和编码器磁体之间形成环形间隙，该环形间隙被塑料套筒占据。
此外，设定一种用于组装用于探测旋转的轴的旋转位置的传感器装置的方法，该轴可旋转地支承在壳体中，该传感器装置具有环形的编码器磁体，该环形的编码器磁体可固定到可连接至轴的承载销上，其中该方法具有以下步骤：
-将承载销部分地插入编码器磁体中，其中在编码器磁体和承载销之间形成环形间隙，
-将塑料注射到编码器磁体和承载销之间的环形间隙中，以在编码器磁体和承载销之间建立不可旋转的连接，
-将承载销插入轴中。
如上所述，这种类型的连接容易建立并且成本有利。另外，其具有所需的抗扭强度，并且可以防止部件的磨损。
优选地，编码器磁体特别是作为单独的部件以注塑工艺制造。
承载销优选地在其外侧上具有滚花，使得塑料在注射期间围绕滚花流动，由此在冷却之后，在塑料与承载销之间形成形状配合的连接。
编码器磁体优选地具有中央缺口，该中央缺口的横截面具有非圆形的，优选为苜蓿叶形的轮廓，并且在注塑成型期间被塑料包围，从而在冷却之后在塑料和编码器磁体之间形成形状配合连接。
此外，提供了一种包括上述传感器装置的用于机动车辆的电动伺服转向装置，其中轴是电动机的转子轴。
附图说明
下面参考附图说明本发明的示例性实施例。相同的构件或具有相同功能的构件具有相同的附图标记。图中：
图1示出了电动伺服转向装置的示意图，
图2示出了带有电动马达，扭矩传感器和转向角传感器的电动伺服转向系统的空间视图，
图3示出了用于探测旋转轴的旋转位置的传感器装置的一部分的组装的第一步的示意图，
图4示出了组装的第二步的示意图，
图5示出了组装的第三步的示意图，
图6示出了处于组装状态的传感器装置的一部分的视图，
图7示出了传感器装置的安装在轴上的部分的视图，以及
图8示出了传感器装置在编码器磁体区域中的部分的横截面图。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了具有方向盘2的机电式机动车辆伺服转向装置1，该方向盘可旋转地联接至转向轴3。驾驶员通过方向盘2将相应的扭矩作为转向指令施加到转向轴3。然后，扭矩通过转向轴3传递到转向小齿轮5。小齿轮5以已知的方式与齿条6的齿段60啮合。转向小齿轮5与齿条6一起形成转向驱动装置。齿条6沿其纵轴方向可移动地支承在转向壳体中。齿条6在其自由端通过未示出的球窝接头与转向横拉杆7连接。转向横拉杆7本身通过转向节以已知的方式分别与机动车辆的转向车轮8相连。方向盘2的旋转通过转向轴3和小齿轮5的连接而导致齿条6的纵向移动，并因此导致转向车轮8的枢转。转向车轮8通过车道80经历反作用力，该车道80抵抗转向运动。因此，为了使车轮8枢转，需要一个力，该力使得方向盘2上的相应扭矩是必要的。为了在这种转向运动中支持驾驶员，设置了带有伺服单元10的转子位置传感器(RPS)的电动机9。
转向轴3具有与方向盘2相连的输入轴30和与转向小齿轮5相连的输出轴31。输入轴30和输出轴31经由未示出的扭杆以扭转弹性的方式彼此联接。如图2所示，扭矩传感器单元11探测输入轴30相对于输出轴31的旋转，以作为手动施加在转向轴3或方向盘2上的扭矩的量度。输入轴30和输出轴31之间的旋转可以使用旋转角度传感器来确定。该旋转角度传感器也称为扭矩传感器。扭矩传感器单元11具有不可旋转地连接至上转向轴3的环形磁体(永磁体)和磁通导体。取决于由扭矩传感器单元11所测量的扭矩，伺服单元10为驾驶员提供转向辅助。这里，伺服单元10可以作为辅助动力支持装置10、100、101与转向轴3，转向小齿轮5或齿条6联接。各个辅助动力支持装置10、100、101将辅助动力扭矩输入到转向轴3，转向小齿轮5和/或齿条6中，从而在转向工作中支持驾驶员。图1所示的三个不同的辅助动力支持装置10、100、101示出了其布置的替代性位置。通常情况下，所示的位置中仅有几个设置有辅助动力支持装置。这里，伺服单元可以作为叠加转向装置布置在转向柱上，或者作为辅助动力支持装置布置在小齿轮5或齿条6上。
图2示出了扭矩传感器单元11，其是包括转向角传感器单元140的整体结构单元110的一部分。扭矩传感器单元12探测上转向轴30相对于下转向轴31的旋转，作为手动施加在上转向轴30上的扭矩的量度。然而，转向角传感器单元140测量下转向轴31的实时转向角。
上转向轴30和下转向轴31经由扭杆以扭转弹性的方式彼此联接。上转向轴30和下转向轴31之间的旋转可以使用旋转角度传感器来确定。该旋转角度传感器也称为扭矩传感器。扭矩传感器单元11具有以旋转固定的方式与上转向轴30连接的环形磁体(永磁体)150和磁通导体160。相关的传感器单元170在空间上固定地与电动机9的单元连接。取决于由扭矩传感器单元12测得的扭矩，伺服单元9为驾驶员提供转向支持。
图2还示出了，电动马达或伺服马达9经由转子轴联接至未示出的蜗杆轴。电动机具有转子位置传感器(RPS)90。蜗杆轴通过其蜗杆与蜗轮180啮合，该蜗轮不可旋转地与小齿轮，或者如图所示，与下转向轴31连接。当电动机9运行时，蜗杆轴被驱动并且蜗轮180相应地旋转，以便为下转向轴31提供旋转支持。
在图3至图5中，示出了用于探测旋转的轴12，优选是电动机9的电动机轴的旋转位置的传感器装置的一部分的组装。传感器装置具有编码器磁体13，该编码器磁体不可旋转地与轴12连接。编码器磁体13固定在承载销14上，承载销插入缺口15中，该缺口引入在轴12的端面16中。编码器磁体13是环形磁体，其位于承载销14的远离轴的端部17上。承载销14因此将编码器磁体13与轴12不可旋转地连接，其中在编码器磁体13与轴12的端面16之间具有气隙18，该气隙优选具有在0.5mm至2mm之间的范围内的值，并且特别优选具有1mm的值。
编码器磁体13通过注塑工艺被制造为单独的部件。然后，如图3和4所示，将编码器磁体13推到承载销14上并保持在最终位置。编码器磁体13同心地围绕承载销14。在与编码器磁体13的连接区域中，承载销14的外径小于编码器磁体13的内径。编码器磁体13因此通过环形间隙19与承载销14间隔开。因此，编码器磁体13不直接与承载销14直接接触。
如图5所示，在注塑过程中，沿着箭头将塑料注射到承载销14和编码器磁体13之间，以形成防旋转的、并且在轴向上防移动的连接。为此，承载销14和编码器磁体13的布置被注塑模具20的第一部分包围。注塑模具20的第一部分形成为具有底部21和外套22的罐形。底部21具有中心缺口23，承载销14穿过该中心缺口。底部21在内侧上与编码器磁体的第一端面24接触。注塑模具20的第一部分的外套22径向向外在外侧上覆盖编码器磁体13。注塑模具25的第二部分贴靠编码器磁体的第二端面26。注塑模具25的该第二部分具有环形缺口27，用于将塑料注射到承载销14和编码器磁体13之间的环形间隙19中。在注塑过程中，在支撑销14和编码器磁体13之间形成塑料套筒28，该塑料套筒将两个部件13、14彼此牢固地连接。
图6示出了具有承载销14，编码器磁体13和塑料套筒28的传感器装置的组装了的部分。然后，承载销14以及布置在其上的编码器磁体13被连接至轴12(参见图7)。承载销14在该承载销的背向编码器磁体的一侧上以这样的方式容纳在轴12中，使得在承载销14的端面与轴12之间设置第二气隙180，从而通过挤压可以将空气在轴12的钻孔中压缩。换句话说，轴12的钻孔必须比承载销14的压入长度更深。第二气隙180优选小于或等于第一气隙18。如图7所示，承载销14可以在连接区段中通过滚花29与轴12连接，从而与轴形成形状配合的连接。滚花29设置在承载销14的外周表面上并且可以布置在承载销14的第二端处。滚花29的区域中的直径D2可以形成为小于承载销14的基本直径D1。
在图8中，在优选实施形式中以横截面示出了承载销14，编码器磁体13和塑料套筒28的布置。待插入编码器磁体13中的承载销14的端部在外侧具有滚花29。如图3-8所示，滚花29优选设置在承载销的待被引入到编码器磁体中的第一端上的一个区段中，以便提供与塑料套筒28的形状配合连接。在滚花区域中，可以在金属承载销14中设置一个凹部，以使直径D2小于其余承载销D1的直径D1。编码器磁体13的中央缺口131设计成苜蓿叶的形状。在注塑过程中，熔化的塑料物质流入滚花29和缺口131中，因此在冷却之后，在塑料套筒28与编码器磁体13和承载销14之间建立了形状配合的连接，这间接使得编码器磁体13和承载销14之间是防旋转的、优选也是防轴向移动的。
旋转的轴12优选是电动机9的转子轴。电动机具有固定在壳体中的定子和旋转地支承的转子轴，该转子轴的旋转位置借助于传感器装置(转子位置传感器)来探测。该传感器装置包括：不可旋转地与转子轴12连接的编码器磁体13；以及固定至壳体的传感器，该传感器能够探测在转子轴和编码器磁体旋转时产生的磁场变化。传感器的相应传感器信号在调节或控制单元中进行分析，并可用于调节电动机。该传感器例如是AMR传感器(各向异性磁阻效应)或霍尔传感器。

Claims (14)

1.用于探测旋转的轴(12)的旋转位置的传感器装置，其具有环形的编码器磁体(13)，所述环形的编码器磁体固定到与轴(12)连接的承载销(14)上，其特征在于，所述承载销(14)被编码器磁体(13)沿周向环绕，其中在承载销(14)和编码器磁体(13)之间设置有通过注塑工艺塑入的塑料套筒(28)，所述塑料套管将承载销(14)和编码器磁体(13)旋转固定地相互连接。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述连接是形状配合的。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，编码器磁体(13)同心地围绕所述承载销(14)。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的传感器装置，其特征在于，所述承载销(14)在其外侧上具有滚花(29)。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的传感器装置，其特征在于，所述编码器磁体(13)具有中央缺口(131)，所述中央缺口的横截面具有非圆形轮廓。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的传感器装置，其特征在于，所述连接形成旋转锁定和轴向方向上的移动锁定。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的传感器装置，其特征在于，所述编码器磁体(13)在远离轴的一端(17)处布置在所述承载销(14)上。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的传感器装置，其特征在于，所述承载销(14)插入到在轴(12)的端面(16)中形成的缺口(15)中。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的传感器装置，其特征在于，所述环形的编码器磁体(13)的内径大于所述承载销(14)的外径，从而在所述承载销(14)和所述编码器磁体(13)之间形成环形间隙(19)，所述环形间隙(19)被塑料套筒(28)占据。
10.用于组装用于探测旋转的轴(12)的旋转位置的传感器装置的方法，所述轴可旋转地支承在壳体中，所述传感器装置具有环形的编码器磁体(13)，所述环形的编码器磁体可固定到可连接至轴(12)的承载销(14)上，其中所述方法具有以下步骤：
-将所述承载销(14)部分地插入所述编码器磁体(13)中，其中在所述编码器磁体(13)和所述承载销(14)之间形成环形间隙(19)，
-将塑料注射到所述环形间隙(19)中，以在所述编码器磁体(13)和所述承载销(14)之间建立不可旋转的连接，
-将所述承载销(14)插入轴(12)中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述编码器磁体(13)以注塑工艺制造。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述承载销(14)在其外侧上具有滚花(29)，并且塑料围绕所述滚花(29)流动，由此在冷却之后，在塑料与所述承载销(14)之间形成形状配合的连接。
13.根据权利要求10至12中任意一项所述的方法，其特征在于，所述编码器磁体(13)具有中央缺口(131)，所述中央缺口的横截面具有非圆形的轮廓，并且在注塑成型期间被塑料包围，从而在冷却之后在塑料和所述编码器磁体(13)之间形成形状配合的连接。
14.包括根据权利要求1至7中任意一项所述的传感器装置的用于机动车辆的电动伺服转向装置(1)，其中轴(12)是电动机(9)的转子轴。
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