CN115698662A - 扭矩传感装置和方法 - Google Patents

Abstract

扭矩传感器可以被配置为检测转子靶标相对于相应接收器结构的位置的位置。扭矩传感器可以包括与励磁线圈耦合的振荡电路。振荡电路可以被配置为产生周期性电压信号，并利用周期性电压信号为励磁线圈提供电力。感应扭矩传感器可以包括定子电路板，该定子电路板包括具有周期性重复的接收器结构的接收器。感应扭矩传感器可以包括耦合到相应转子的转子靶标，转子靶标可以被配置为影响励磁线圈和相应接收器之间的感应耦合的强度。感应扭矩传感器可以包括处理电路，该处理电路被配置为提供与转子靶标相对于其相应接收器结构的位置相关联的信号。

Description

扭矩传感装置和方法

优先权声明

本申请要求于2020年11月30日提交的、申请号为17/106,720、名称为“扭矩传感装置和方法”的美国专利申请的优先权的权益，其要求于2020年6月11日提交的、申请号为63/037,652、名称为“扭矩传感装置和方法”的美国临时申请的权益，其通过引用结合在本文中。

技术领域

本公开总体上涉及扭矩传感器，更具体地，涉及一种用于感应地检测第一构件和第二构件之间的扭矩的系统和方法。

背景技术

用于检测第一构件与第二构件之间的扭矩的各种形式的扭矩传感器是已知的。在某些情况下，一个构件可以携载感应传感器元件，而另一个构件可以携载磁性或导电靶标。感应传感器元件可以被配置为，基于由于软磁或导电靶标相对于感应传感器元件的位置而引起的电磁场，来检测扭矩。

发明内容

本公开实施例的各方面和优点将在下面的描述中得到部分阐述，或者可从该描述中获知，或者可通过对这些实施例的实践而获知。

本公开的一个示例方面针对一种扭矩传感器。扭矩传感器包括至少一个励磁线圈。扭矩传感器包括与上述励磁线圈耦合的至少一个振荡电路。振荡电路被配置为产生周期性电压信号，并利用周期性电压信号为励磁线圈提供电力。扭矩传感器包括第一通道。第一通道包括第一接收器。第一接收器可以包括周期性重复的多个第一接收器结构。第一通道可以包括第一转子靶标，该第一转子靶标被配置为耦合到第一转子。第一转子靶标可以被配置为影响励磁线圈与第一接收器之间的感应耦合的强度。扭矩传感器可以包括第二通道。第二通道可以包括第二接收器。第二接收器包括周期性重复的多个第二接收器结构。第二接收器包括第二转子靶标，该第二转子靶标被配置为耦合到第二转子。第二转子靶标可以被配置为影响励磁线圈与第二接收器之间的感应耦合的强度。扭矩传感器可以包括处理电路，该处理电路被配置为提供第一信号相关联处理电路，该第一信号相关联处理电路被配置为提供与第一通道相关联的第一信号，该第一信号指示第一转子靶标相对于第一接收器的位置。处理电路可以被配置为提供与第二通道相关联的第二信号，该第二信号指示第二转子靶标相对于第二接收器的位置。扭矩传感器包括一个或多个特征，以减少第一通道和第二通道的电磁耦合。

参考以下描述和所附权利要求，各实施例的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释相关原理。

附图说明

针对本领域的普通技术人员，在说明书中参考附图对实施例进行了详细讨论，在附图中：

图1描绘了根据本公开示例实施例的包括处理电路的扭矩传感器的选择部分的示意图；

图2描绘了根据本公开示例实施例的扭矩传感器的示意图；

图3描绘了根据本公开示例实施例的第一转子靶标和在第一接收器的正弦绕组中产生的电动势的平面图；

图4描绘了根据本公开示例实施例的第二转子靶标和在第二接收器的正弦绕组中产生的电动势的平面图；

图5描绘了根据本公开示例实施例的第二转子靶标的平面图，该第二转子靶标包括铁氧体部分；

图6描绘了根据本公开各方面的多个转子靶标中的一部分的平面图；

图7描绘了根据本公开各方面的多个接收器结构中的一部分的平面图；

图8描绘了根据本公开各方面的多个转子靶标的平面图；以及

图9描绘了根据本公开各方面的多个转子靶标的平面图，这些转子靶标具有各自的谐振靶标结构和非谐振靶标结构。

具体实施方式

现在将详细地参考实施例，这些实施例的一个或多个示例在附图中示出。通过对实施例的解释而不是对本公开的限制来提供每个示例。事实上，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下，对这些实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，旨在本公开的各方面涵盖这些修改和变型。

本公开的示例方面针对扭矩传感器，扭矩传感器基于与位于装置上的接收器相对于相应转子靶标的位置相关联的信号，确定上述装置的扭矩。所公开的技术可以使用多种技术来提高扭矩测量的准确性。特别地，所公开的技术使用各种技术和配置来确保扭矩传感器中不同通道的多个接收线圈和/或多个靶标结构之间的解耦(例如，电磁耦合)。例如，这些技术可以包括：具有由不同类型的材料构成的转子靶标，使用不同的、接收器周期相对于转子靶标的比率，在一转子靶标中产生相对于另一个转子靶标的时变磁场相移的时变磁场，以及设置转子以使得转子靶标在几何上解耦。

扭矩传感器可以被配置为确定装置的扭矩，这些装置包括用于操作机动车辆的那些装置。例如，准确地确定装置(例如，机动车辆的转向柱)的扭矩可以使得提高相关机动车辆的操作安全性。扭矩传感器可以通过使用设置在汽车的转向柱中的扭矩传感器的转子靶标与相应接收器结构之间的感应耦合强度，来基于转子靶标的相对位置确定扭矩，从而确定转向柱上的扭矩。

扭矩传感器可以包括多个通道，例如第一通道和第二通道。与励磁线圈耦合的振荡电路可以被配置为产生周期性电压信号。扭矩传感器还可以包括定子电路板，该定子电路板包括多个接收器，例如与每个通道相关联的一个或多个接收器。扭矩传感器可以包括用于各个通道的相应转子靶标，例如耦合到不同转子的第一转子靶标和第二转子靶标。此外，扭矩传感器可以包括处理电路，该处理电路被配置为对于每个通道，提供与转子靶标相对于接收器结构的位置相关联、并因此与转子的位置相关联的信号。可以对这些信号进行处理，以确定扭矩。

更具体地，扭矩传感器可以包括至少一个励磁线圈，该至少一个励磁线圈与至少一个振荡电路耦合。振荡电路可以被配置为产生周期性电压信号，并利用周期性电压信号为励磁线圈提供电力。周期性电压信号(和随之而来的电流)可以在多个接收器中感应出电动势，该多个接收器各自包括多个接收器结构。这些接收器结构中的每个可以在接收器内周期性地重复。该多个接收器中的每个接收器可以是接收线圈(例如，正弦绕组和/或余弦绕组)。多个接收线圈中的每个接收线圈可以具有各自的周期，并且可以被配置为与对应的转子靶标电磁耦合。在一些实施例中，该多个接收器可以包括第一接收器和第二接收器。第一接收器可以与第一通道相关联。第二接收器可以与第二通道相关联。

由流经励磁线圈的电流产生的磁场可以在每个接收器中感应出电动势(例如，通过电磁场)，该电动势产生信号，该信号取决于相应转子靶标相对于多个接收器中的相应接收器和励磁线圈的位置。例如，第一转子靶标可以基于第一转子靶标相对于第一接收器的位置以可检测的方式调整电磁场。此外，第二转子靶标可以基于第二转子靶标相对于第二接收器的位置以可检测的方式调整电磁场。可以对在第一接收器和第二接收器中感应出的信号进行处理，以确定扭矩。

本公开的一个示例方面针对一种扭矩传感器。扭矩传感器包括至少一个励磁线圈。扭矩传感器包括与上述励磁线圈耦合的至少一个振荡电路。振荡电路被配置为产生周期性电压信号，并利用周期性电压信号为励磁线圈提供电力。扭矩传感器包括第一通道。第一通道包括第一接收器。第一接收器可以包括周期性重复的多个第一接收器结构。第一通道可以包括第一转子靶标，该第一转子靶标被配置为耦合到第一转子。第一转子靶标可以被配置为影响励磁线圈与第一接收器之间的感应耦合的强度。扭矩传感器可以包括第二通道。第二通道可以包括第二接收器。第二接收器包括周期性重复的多个第二接收器结构。第二接收器包括第二转子靶标，该第二转子靶标被配置为耦合到第二转子。第二转子靶标可以被配置为影响励磁线圈与第二接收器之间的感应耦合的强度。扭矩传感器可以包括处理电路，该处理电路被配置为提供第一信号相关联处理电路，该第一信号相关联处理电路被配置为提供与第一通道相关联的第一信号，该第一信号指示第一转子靶标相对于第一接收器的位置。处理电路可以被配置为提供与第二通道相关联的第二信号，该第二信号指示第二转子靶标相对于第二接收器的位置。扭矩传感器包括一个或多个特征，以减少第一通道和第二通道的电磁耦合。

在一些实施方式中，M是第一接收器结构的数量，N是第二接收器结构的数量，使得M＝2N±1。在这些实施方式中，第一转子靶标可以具有周期性重复的多个靶标凸角(lobe)。每个靶标凸角可以具有角宽。第一转子靶标中的每个靶标凸角的角宽大约等于第二接收器中的多个第二接收器结构的单个周期对应的角宽。

在一些实施方式中，第一接收器的结构相位沿第一接收器的周向和径向变化。第一接收器的径向上的结构相移发生在沿第一接收器的该径向的特定点处。结构相移可以为大约180°(例如，相反的相位)。

在一些实施例中，第一转子靶标的结构相位以与第一接收器相对应的方式，沿转子靶标的周向和径向变化。第一转子靶标的第一部分可以包括例如导电材料，第一转子靶标的第二部分包括磁性且不导电材料。

在一些实施例中，第二接收器的结构相位可以沿第二接收器的周向变化，并且沿第二接收器的径向恒定。第二转子靶标的结构相位以与第二接收器相对应的方式，沿第二转子靶标的周向变化，并且沿第二转子靶标的径向恒定。

在一些实施例中，第一接收器的结构相位沿第一接收器的径向的至少一部分连续变化。第二接收器的结构相位沿第二接收器的径向的至少一部分连续变化。在一些情况下，第一接收器和第二接收器在第一接收器结构和第二接收器结构中具有径向上的结构相位变化，这些结构相位变化具有大致相等的幅度，但相对于彼此的方向相反。

在一些实施例中，由第一转子靶标产生的时变磁场相对于由第二转子靶标产生的时变磁场相移。由第一转子靶标产生的时变磁场可以相对于由第二转子靶标产生的时变磁场相移约90°。第二转子靶标包括谐振电路，该谐振电路具有电感和电容。

在一些实施例中，多个靶标凸角没有围绕第一接收器的整个圆周连续重复。第一转子靶标中的多个靶标凸角与第二转子靶标中的多个靶标凸角具有小于120°的累积重叠。例如，多个靶标凸角包括第一组靶标凸角和第二组靶标凸角，第一组靶标凸角位于距第二组靶标凸角大约180°的位置。

所公开的技术提供了许多技术效果和益处，这些技术效果和益处包括提高使用扭矩传感器的扭矩检测的准确性。特别地，所公开的技术使用各种技术和配置，以确保扭矩传感器中的第一通道和第二通道之间的电磁解耦。这可以使得更准确地确定应用于各种应用(例如汽车应用)的扭矩(例如，转向柱中的扭矩)。

现在将参考图1至图9，对根据本公开示例实施例的扭矩传感器进行描述。

图1描绘了根据本公开示例实施例的包括处理电路的扭矩传感器的单个通道的选择部分的示意图。如图1所示，在该示例中，扭矩传感器100包括由励磁绕组1形成的励磁线圈、由第一检测绕组3(以下称为正弦绕组3)和第二检测绕组5(以下称为余弦绕组5)形成的一个或多个接收线圈、以及转子靶标7。此外，转子靶标7可以与正弦绕组3和余弦绕组5相关联。励磁线圈和接收线圈可以形成在第一构件(未示出)上，并且转子靶标7可以形成在第二构件(也未示出)上，以这种方式，第一构件和第二构件之间的相对运动引起了，一方面励磁线圈和接收线圈与另一方面转子靶标7之间的相应的相对运动(例如，旋转运动)。

出于说明和讨论的目的，参考具有正弦绕组和余弦绕组的多个接收线圈来讨论本公开的各方面。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解的是，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以使用具有任何合适间距的任何数量的绕组/线圈(例如，具有120°间距的三个绕组)。

励磁绕组1、正弦绕组3和余弦绕组5中的各个可以由相应的导电绕组形成，每个导电绕组的端部电耦合到处理电路(例如，集成电路9)的相应端子，该处理电路例如为专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或专用标准产品(Application Specific Standard Product，ASSP)。在其他示例中，集成电路9可以替代地利用多个互相连接的设备，和/或可以使用一个或多个合适的元件(例如，多个电子元件，例如分立的多个电子元件)来实现。

如图1所示，集成电路9包括发射(“TX”)驱动级11，该TX驱动级产生交流电信号以提供给励磁线圈。在该示例中，TX驱动级11为自激振荡器(free running oscillator)，该自激振荡器以根据励磁线圈的电感和与励磁绕组1并联的电容器13的电容确定的驱动频率，生成交流电信号。

将交流电提供给励磁绕组1使在正弦绕组3和余弦绕组5中感应出电动势，这使得正弦绕组3和余弦绕组5中有电流流动。由于正弦绕组3和余弦绕组5相对于励磁绕组1的布局，直接在正弦绕组3和余弦绕组5中感应出的电动势是平衡的，并因此使得在正弦绕组3和余弦绕组5中流动可忽略不计的电流。然而，通过转子靶标7感应出的电动势却使得有电流在正弦绕组3和余弦绕组5中流动。如图1所示，正弦绕组3和余弦绕组5是单独的绕组，使得正弦绕组3和余弦绕组5中有单独的电流流动。正弦绕组3和余弦绕组5电耦合到集成电路9的不同端子，在正弦绕组3中流动的电流被处理以提供正弦输出信号23，并且在余弦绕组5中流动的电流被处理以提供余弦输出信号25。正弦输出信号23和余弦输出信号25的相对幅度表示第一构件和第二构件的相对位置。

在正弦绕组3中流动的电流在进入集成电路9时，首先通过电磁兼容(EMC)滤波级15，以减少处于远离驱动频率的信号分量。例如，被滤除的信号分量可以是由来自由周围其他电子元件产生的电信号的干扰引起的。

然后，滤波后的电信号通过同步解调级17，在该同步解调级中，滤波后的电信号与来自TX驱动级11的解调信号混合。然后，解调后的电信号通过低通滤波级19，以去除与驱动信号的谐波对应的高频分量，留下基带分量，然后该电信号通过增益和输出缓冲级21，该增益和输出缓冲级允许在处理电路9输出正弦输出信号23之前施加可调增益。然后，这些信号可以被处理以确定扭矩。从图1中可以明显看出，在余弦绕组5中感应出的电流在被输出作为余弦输出信号25之前，也在处理电路9内经过了EMC滤波15、同步解调17、低通滤波19以及增益和输出缓冲21。

图2描绘了根据本公开示例实施例的扭矩传感器的示意图。扭矩传感器200可以包括多个通道以检测两个转子相对于一构件的位置(例如，如在转向柱中)。如图2所示，扭矩传感器200可以包括定子电路板220。定子电路板220可以设置在第一转子208和第二转子210之间。第一转子208和第二转子210可以被配置为可相对于彼此可旋转和/或相对于定子电路板220可旋转。除了振荡电路(未示出)之外，感应扭矩传感器200还可以包括励磁线圈(未示出)。励磁线圈可以被配置为产生周期性的交流电信号，并且可以在扭矩传感器200的运行期间，将该周期性的交流电信号耦合到励磁线圈中。

在一些实施例中，感应扭矩传感器200可以用于确定转向装置(包括汽车的转向柱)的扭矩(例如，转向扭矩)。如图所示，转向柱222包括可以定位于转向柱部分202与第二转向柱部分204之间的扭力元件206(扭力弹簧元件)。可以至少部分地基于转向柱222中设置有扭力元件206的部分的扭力来确定转向扭矩。此外，可以确定转向柱部分202相对于转向柱部分204相对的扭力。

第一转子208可以设置在扭力元件206的第一端，并且第二转子210可以设置在扭力元件206的与第一端相对的第二端。在面向转子208的一侧上和面向转子210的一侧上，定子电路板220可以包括第一接收器216和第二接收器218。此外，第一转子靶标212可以耦合到第一转子208。第二转子靶标214可以耦合到第二转子210。在一些实施例中，第一转子208和/或第二转子210可以包括相应的多个靶标凸角(如下面将要详细讨论的)。

第一接收器216(例如，正弦绕组和/或余弦绕组)可以与第一转子靶标212相关联，并且第一接收器216的面向第一转子靶标212的一侧可以具有数量为M的周期性重复的接收器结构。第二接收器218(例如，正弦绕组和/或余弦绕组)可以与第二转子靶标214相关联，并且第二接收器218的面向第二转子靶标214的一侧可以具有数量为N的周期性重复的接收器结构。第一接收器216和第二接收器218可以实现为接收线圈，第一接收器216和第二接收器218中的各个接收器包括周期性重复的环形结构，周期性重复的环形结构各自形成第一接收器216的接收器结构和第二接收器218的接收器结构。每个周期性重复的结构形成一接收器结构。在一些实施例中，基于第二接收器结构的数量N，确定第一接收器的第一接收器结构的数量M，使得M＝2N。在一些实施例中，基于第二接收器结构的数量N，确定第一接收器的第一接收器结构的数量M，使得M＝2N±1。

转子208可以包括与扭矩传感器200的第一通道相关联的第一转子靶标212。转子210可以包括与扭矩传感器200的第二通道相关联的第二转子靶标214。转子208的旋转可以改变转子靶标212与第一通道中的相应第一接收器216之间的对准，从而改变第一转子靶标212与第一接收器216之间的感应耦合的强度。转子210的旋转可以改变第二转子靶标214与第二通道中的第二接收器218之间的距离，从而改变第二转子靶标214与第二接收器218之间的感应耦合的强度。可以对感应耦合的这种强度变化进行处理，以确定表示转子208和210的位置的信号。可以至少部分地基于第一转子靶标相对于第一接收器结构的位置(例如，第一测量旋转角度)和第二转子靶标相对于第二接收器结构的位置(例如，第二测量旋转角度)，来确定转向柱部分202和转向柱部分204的扭力(例如，转向扭矩)。两个测量旋转角度之间的差值(例如，角度差值法)可以用于确定扭矩。

图3和图4描绘了根据本公开示例实施例的用于扭矩传感器的不同通道的转子靶标和接收器。例如，当基于第二接收器结构的数量N确定第一接收器中的第一接收器结构的数量M以使得M＝2N时，可以使用参考图3和图4描述的转子靶标和接收器的配置，以减少扭矩传感器中的多个通道之间的干扰。例如，当基于第二接收器结构的数量N确定第一接收器中的第一接收器结构的数量M以使得M＝2N±1时，也可以使用参考图3和图4描述的转子靶标和接收器的配置。

例如，图3描绘了根据本公开示例实施例的用于扭矩传感器(例如，扭矩传感器200)的第一通道的第一转子靶标212的导电材料图案和相应的第一接收器216(例如，正弦绕组)的平面图。如图所示，第一转子靶标212可以包括多个靶标凸角302(例如，四个靶标凸角)。

第一转子靶标212包括周向上的交替结构相位。例如，第一结构相位对应于存在靶标凸角302。第二结构相位对应于不存在靶标凸角302。如图所示，第一转子靶标212的结构相位在径向上恒定，但沿周向变化。例如，在第一转子靶标212中，每45°存在一次结构相移。这样，在接收器216的尺度上可以每180°存在一次电相移。

一个示例靶标凸角306在310和312之间延伸，并且具有角宽308。每个靶标凸角的角宽308在靶标的尺度上在机械方面为约45°，并且在接收器216的尺度上每180°存在一次电相移。可以选择第一转子靶标212中的每个靶标凸角的角宽308以降低与第二接收器218的耦合。例如，在一些实施例中，角宽可以等于第一接收器216上的每个接收器结构的周期。

第一接收器216可以包括成形的接收线圈，使得在该接收线圈上接收到的信号以正弦函数的方式随着靶标位置而变化。像任何正弦曲线一样，接收线圈可以具有幅度和相位这两者。接收线圈的结构相位可以随着测量路径上的位置而变化。更具体地，接收线圈可以具有多个接收器结构，这些接收器结构具有正弦变化。通过使用不同的绕线方向(顺时针和逆时针)，每个接收器结构可以要么与正结构相位相关联、要么与负结构相位相关联。例如，在图3的示例中，第一接收器216可以包括多个正接收器结构316和多个负接收器结构318。如图所示，第一接收器216可以具有在径向上恒定(例如，保持正或负)但在周向上变化(例如，从正变为负或反之亦然)的结构相位。

本公开的各方面是参考正弦接收线圈形状进行讨论的。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解的是，可以在不偏离本公开的范围的情况下，使用来自线圈的正弦响应的其他方法，例如，通过将正弦近似为“方波”形状，合理放置“盒形”线圈或“方形”线圈，与靶标分离以平滑化“方波”响应等。

图4描绘了根据本公开示例实施例的第二转子靶标214和第二接收器218的平面图。如图所示，第二转子靶标214可以包括多个靶标凸角402。第二转子靶标214包括在周向和径向上的交替结构相位。例如，第一相位对应于存在靶标凸角402。第二相位对应于不存在靶标凸角402。如图所示，第二转子靶标214的结构相位可以沿周向变化。例如，在第二转子靶标214中，沿周向每45°存在一次结构相移。此外，第二转子靶标214包括径向上的交替相位。例如，第一结构相位可以对应于第二转子靶标214的包括外凸角部分404的外部。此外，第二结构相位可以对应于第二转子靶标214的包括内凸角部分406(不存在导体)的内部。第二转子靶标214的外部与第二转子靶标214的内部之间的分界线(例如，结构相移)由特定点408表示。如图所示，转子靶标214的相位沿径向以及周向变化。此外，转子靶标214的相位可以以与第二接收器218相对应的方式变化。

示例第二接收器218中的多个示例接收器结构中的正部分和负部分在图4中示出。如图所示，第二接收器218可以具有沿径向和周向变化(例如，从正变为负或反之亦然)的结构相位。作为第二接收器218的在周向上变化的结构相位的示例，第一相位可以对应于第二接收器218的部分410，并且第二相位可以对应于第二接收器218的部分412。作为在径向上变化的相位的示例，第一相位可以对应于第二接收器218的部分414，并且第二相位可以对应于第二接收器218的部分412。此外，第二接收器218的径向上的结构相移可以发生在沿第二接收器218的径向的特定点处。例如，第二接收器218的径向上的结构相移可以发生在点416处。在一些实施例中，径向上的结构相移可以为大约180°(例如，从部分414到部分412的相移)。

图5描绘了根据本公开示例实施例的第二转子靶标的平面图。第二转子靶标214可以包括导电材料的部分、以及磁性且不导电材料的部分。例如，多个靶标凸角502中的一个靶标凸角的外凸角部分506可以包括导电材料。此外，同一凸角的内凸角部分504可以包括磁性且不导电材料。在一些实施例中，内凸角部分504可以包括铁氧体或被铁氧体覆盖，以增强内凸角部分504的磁场。这样，第二转子靶标214的相位可以沿径向和周向变化。

在一些实施例中，扭矩传感器的两个通道可以包括具有相同配置的转子靶标和接收器，例如参考图3描述的配置。然而，在这种情况下，为了减少通道之间的干扰，基于第二接收器结构的数量N来确定第一接收器中的第一接收器结构的数量M，使得M＝2N±1。在这种情况下，在一些实施方式中，可以将第一通道的第一转子靶标的每个靶标凸角的角宽调整为，大约等于与第二通道的第二接收器的多个第二接收器结构的单个周期相对应的角宽。

图6描绘了根据本公开示例方面的示例转子靶标的一部分的平面图。图6示出了第一转子靶标212(也在图2中被描绘出)，该第一转子靶标被配置为与转子靶标214正交。第一转子靶标212可以包括多个靶标凸角606(例如，四个靶标凸角)，该多个靶标凸角包括靶标凸角608。第一转子靶标212包括周向上的交替相位。例如，第一相位对应于存在靶标凸角608。第二相位可以对应于不存在靶标凸角608或不存在该多个凸角606中的任何一个凸角。这样，第一转子靶标212的相位可以沿第一转子靶标212的周向变化。此外，第一转子靶标212的相位可以沿第一转子靶标212的径向连续可变化。

此外，第二转子靶标214可以包括多个靶标凸角610(例如，四个靶标凸角)，该多个靶标凸角包括靶标凸角612。第二转子靶标214包括周向上的交替相位。例如，第一相位对应于存在靶标凸角612。第二相位对应于不存在靶标凸角612或不存在该多个靶标凸角610中的任何一个靶标凸角。此外，第二转子靶标214的相位可以沿第一转子靶标214的径向连续可变化。第一转子靶标212和第二转子靶标214的在径向上的结构相位变化具有大致相等的幅度，但相对于彼此具有相反的方向。

图7描绘了根据本公开各方面的多个接收器结构中的一部分的平面图。图7示出了第一接收器216(也在图2中描绘出)的多个第一接收器结构702。第一接收器216可以包括周向上的交替相位。例如，第一相位对应于接收器结构714。第二相位对应于接收器结构718。这样，第一接收器216的相位沿第一接收器216的周向变化。此外，第一接收器216的相位可以沿第一接收器216的径向的至少一部分连续变化。例如，部分714(例如，正部分)可以对应于第一相位，并且部分724(例如，负部分)可以对应于第二相位，从而在第一接收器216的径向上改变相位。

第二接收器218可以包括周向上的交替相位。例如，接收器结构720具有第一相位。接收器结构716具有第二相位。这样，第二接收器218的相位沿第二接收器218的周向变化。此外，第二接收器218的相位可以沿第二接收器218的径向的至少一部分连续变化。

在图7中，没有将该多个接收器结构702示出为围绕第一接收器216的整个圆周连续重复。类似地，没有将多个接收器结构704示出为围绕第二接收器218的整个圆周连续重复。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解的是，该多个接收器结构702可以围绕第一接收器216的整个360°圆周连续重复。类似地，该多个接收器结构704可以围绕第一接收器218的整个360°圆周连续重复。

图8描绘了根据本公开各方面的多个转子靶标的平面图。图8示出了转子靶标212和转子靶标214之间的几何解耦的示例。如图所示，第一转子靶标212中的多个靶标凸角802与第二转子靶标214中的多个靶标凸角804正交(该多个靶标凸角802相对于该多个靶标凸角804旋转90°)。通过将该多个靶标凸角802配置为与该多个靶标凸角804正交，可以降低扭矩传感器的不同通道之间的干扰。

在一些实施例中，第一转子靶标212中的该多个靶标凸角802与第二转子靶标214中的该多个靶标凸角804不重叠。在一些实施例中，第一转子靶标212中的该多个靶标凸角802和第二转子靶标215中的该多个靶标凸角804具有围绕周向的小于120°的累积重叠，例如围绕周向的小于90°的累积重叠，例如围绕周向的小于30°的累积重叠，例如围绕周向的小于15°的累积重叠，例如围绕周向的小于10°的累积重叠，例如围绕周向的小于5°的累积重叠。如本文所使用的，累积重叠是指靶标结构之间的周向重叠的总值，而不考虑重叠是连续的还是不连续的。

如图8所示，第一靶标212的该多个靶标凸角802可以包括彼此相隔约180°的第一组靶标凸角和第二组靶标凸角。类似地，第二靶标214的该多个靶标凸角804可以包括彼此相隔约180°的第一组靶标凸角和第二组靶标凸角。

图9描绘了根据本公开各方面的多个转子靶标的平面图，这些转子靶标具有相应的谐振电路和非谐振电路。图9示出了包括第一转子靶标212和第二转子靶标214的多个转子靶标。第一转子靶标212和/或第二转子靶标214可以由固体金属或闭合回路构成，该闭合回路由导电印制线形成。在该示例中，第一转子靶标212是非谐振靶标，并且第二转子靶标214是谐振靶标。此外，第二转子靶标214可以包括谐振电路906，该谐振电路包括电感器和/或电容器。在一些实施例中，第一转子靶标212(其可以是非谐振的)可以通过添加电容器而被转换成谐振靶标，使得第一转子靶标212具有与发射线圈驱动频率的频率大致相等的谐振频率。

由第一转子靶标212(例如，非谐振转子靶标)产生的时变磁场可以相对于由第二转子靶标214(例如，谐振转子靶标)产生的时变磁场相移。此外，第一转子靶标212的时变磁场可以相对于由第二转子靶标214产生的时变磁场相移约90°。

在一些实施例中，基于第二接收器结构的数量N来确定第一接收器的第一接收器结构的数量M，使得M＝2N±1。

尽管已关于本主题的特定示例实施例对本主题进行了详细描述，但是将理解的是，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后，可以很容易地对这些实施例进行改变、变型和等同。因此，本公开的范围采用示例的方式而非限制的方式，并且本主题公开不排除包括对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的、对本主题的这种修改、变型和/或增加。

Claims (19)

1.一种扭矩传感器，包括：

至少一个励磁线圈；

至少一个振荡电路，所述至少一个振荡电路与所述至少一个励磁线圈耦合，其中，所述振荡电路被配置为产生周期性电压信号，并利用所述周期性电压信号为所述励磁线圈提供电力；

第一通道，所述第一通道包括：

第一接收器，所述第一接收器包括周期性重复的多个第一接收器结构；

第一转子靶标，所述第一转子靶标被配置为耦合到第一转子，所述第一转子靶标被配置为影响所述励磁线圈与所述第一接收器之间的感应耦合的强度；

第二通道，所述第二通道包括：

第二接收器，所述第二接收器包括周期性重复的多个第二接收器结构；

第二转子靶标，所述第二转子靶标被配置为耦合到第二转子，所述第二转子靶标被配置为影响所述励磁线圈与所述第二接收器之间的感应耦合的强度；以及

处理电路，所述处理电路被配置为提供与所述第一通道相关联的第一信号，所述第一信号指示所述第一转子靶标相对于所述第一接收器的位置，所述处理电路被配置为提供与所述第二通道相关联的第二信号，所述第二信号指示所述第二转子靶标相对于所述第二接收器的位置；

其中，扭矩传感器包括一个或多个特征，以减少所述第一通道和所述第二通道的电磁耦合。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，M为所述多个第一接收器结构的数量，N为所述多个第二接收器结构的数量，其中，M＝2N±1。

3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其中，所述第一转子靶标具有周期性重复的多个靶标凸角，每个靶标凸角具有角宽，其中，所述第一转子靶标中的每个靶标凸角的角宽大约等于所述第二接收器中的所述多个第二接收器结构的单个周期对应的角宽。

4.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述第一接收器的结构相位沿所述第一接收器的周向和径向变化。

5.根据权利要求4所述的扭矩传感器，其中，所述第一接收器的所述径向上的结构相移发生在沿所述第一接收器的所述径向的特定点处。

6.根据权利要求5所述的扭矩传感器，其中，所述结构相移为大约180°。

7.根据权利要求5所述的扭矩传感器，其中，第一转子靶标的结构相位以与所述第一接收器相对应的方式，沿所述转子靶标的周向和径向变化。

8.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其中，所述第一转子靶标的第一部分包括导电材料，并且所述第一转子靶标的第二部分包括磁性且不导电材料。

9.根据权利要求4所述的扭矩传感器，其中，所述第二接收器的结构相位沿所述第二接收器的周向变化，并且沿所述第二接收器的径向恒定。

10.根据权利要求9所述的扭矩传感器，其中，所述第二转子靶标的结构相位以与所述第二接收器相对应的方式，沿所述第二转子靶标的周向变化，并且沿所述第二转子靶标的径向恒定。

11.根据权利要求4所述的扭矩传感器，其中，所述第一接收器的所述结构相位沿所述第一接收器的所述径向的至少一部分连续变化。

12.根据权利要求11所述的扭矩传感器，其中，所述第二接收器的结构相位沿所述第二接收器的径向的至少一部分连续变化。

13.根据权利要求12所述的扭矩传感器，其中，所述第一接收器和所述第二接收器具有径向上的结构相位变化，所述结构相位变化具有大致相等的幅度，但相对于彼此的方向相反。

14.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，由所述第一转子靶标产生的时变磁场相对于由所述第二转子靶标产生的时变磁场相移。

15.根据权利要求14所述的扭矩传感器，其中，由所述第一转子靶标产生的所述时变磁场相对于由所述第二转子靶标产生的所述时变磁场相移约90°。

16.根据权利要求14所述的扭矩传感器，其中，所述第二转子靶标包括谐振电路，所述谐振电路具有电感和电容。

17.根据权利要求1至16所述的扭矩传感器，其中，多个靶标凸角没有围绕所述第一接收器的整个圆周连续重复。

18.根据权利要求17所述的扭矩传感器，其中，所述第一转子靶标中的多个靶标凸角与所述第二转子靶标中的多个靶标凸角具有小于120°的累积重叠。

19.根据权利要求17所述的扭矩传感器，其中，所述多个靶标凸角包括第一组靶标凸角和第二组靶标凸角，所述第一组靶标凸角位于距所述第二组靶标凸角大约180°的位置。

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