CN116659717A - 扭矩确定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定扭矩的系统，所述系统包括：测试主体，具有两个衬套(1、2)；编码器，具有两个多极磁道(7、8)，两个多极磁道分别具有极宽Lpi和Lpe；传感器，相应地具有布置在距内部磁道(7)的读取距离ei处的相应的第一敏感元件图案(20)和布置在距外部磁道(8)的读取距离ee处的相应的第二敏感元件图案(21)；以及用于比较由传感器递送的信号的装置，所述装置用于确定取决于所施加的扭矩的衬套(1、2)之间的角度，磁道(7、8)具有相同数量的径向对准的极对，在所述敏感元件图案(20、21)与所述磁道(7、8)之间的读取距离ee和ei是这样的：
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定扭矩的系统和一种制造用于这种系统的编码器的方法。
背景技术
具体地，本发明适用于确定在围绕几何旋转轴线旋转的两个构件之间、具体的被集成成用于向车辆传输马达扭矩的两个构件之间(例如，在电动助力自行车的电动马达与机械传动装置之间)施加的扭矩。
为此目的，已知使用测试主体，所述测试主体具有内部衬套和外部衬套，所述内部衬套的旋转被固定并且具有用于将所述测试主体安装在一个构件上的装置，所述外部衬套围绕内部衬套延伸同时具有用于将所述测试主体安装在另一个构件上的装置，所述衬套由可变形结构连接，所述可变形结构被布置成在构件之间传输扭矩，同时根据在构件之间施加的扭矩实现在所述衬套之间的角位移。
这样的测试主体可以通过为衬套中的每一者装备分别承载内部磁道和外部磁道的环来加上编码器，所述磁道能够发出表示对应衬套的旋转移动的周期信号。具体地，磁道中的每一者具有一系列成对的南北极以形成多极磁道，从而递送伪正弦形磁信号。
然后，确定系统包括传感器，所述传感器相应地具有布置在距所述内部磁道读取距离处的相应的第一敏感元件图案和布置在距所述外部磁道的读取距离处的相应的第二敏感元件图案，以形成代表对应环的角位置的信号。
文档FR-2 821 931描述了用于比较此类信号的装置的用途，所述装置能够确定衬套的相对位移的角度，并且因此确定施加的扭矩，因为该施加的扭矩通过衬套的扭转引起所述角度。
该解决方案的限制性在于扭矩确定的准确度，具体的对于非常刚性的测试主体来说，以避免感觉到传动装置中的扭转角。
具体地，多极磁道不递送完美正弦形信号，这具体的取决于在敏感元件图案与所述磁道之间的读取距离，这可能在比较位置信号以确定取决于施加的扭矩的角度时可能导致误差。
本发明旨在具体的通过提供一种用于确定施加的扭矩的系统来解决现有技术的问题，其中所递送的磁信号的正弦性缺陷不影响确定的准确性。
发明内容
为此，根据第一方面，本发明提供了一种用于确定在围绕几何旋转轴线旋转的两个构件之间施加的扭矩的系统，所述系统包括：
-测试主体，所述测试主体具有内部衬套和外部衬套，所述内部衬套的旋转被固定并且具有用于将所述测试主体安装在一个构件上的装置，所述外部衬套围绕所述内部衬套延伸同时具有用于将所述测试主体安装在另一个构件上的装置，所述衬套由可变形结构连接，所述可变形结构被布置成在所述构件之间传输扭矩，同时根据在所述构件之间施加的扭矩实现在所述衬套之间的角位移；
-编码器，所述编码器通过为所述衬套中的每一者装备分别承载内部磁道和外部磁道的环来制成，所述磁道能够发出表示对应衬套的旋转移动的周期信号，所述磁道中的每一者具有分别具有极宽Lpi和Lpe的一系列成对的南北极以形成多极磁道；
-传感器，所述传感器相应地包括布置在距所述内部磁道读取距离ei处的相应的第一敏感元件图案和布置在距所述外部磁道读取距离ee处的相应的第二敏感元件图案，以形成代表对应环的角位置的信号；
-用于比较由所述传感器递送的所述信号的装置，所述装置能够确定取决于所施加的扭矩的所述衬套之间的角度；
所述磁道具有相同数量的径向对准的极对，在所述敏感元件图案与所述磁道之间的所述读取距离ee和ei是这样的：
根据第二方面，本发明提供了一种用于制成根据第一方面的确定系统的编码器的方法，所述方法提供：
-将所述环紧固在测试主体的所述衬套上，所述测试主体具有内部衬套和外部衬套，所述内部衬套的旋转被固定并且具有用于将所述测试主体安装在一个构件上的装置，所述外部衬套围绕所述内部衬套延伸同时具有用于将所述测试主体安装在另一个构件上的装置，所述衬套由可变形结构连接，所述可变形结构被布置成在所述构件之间传输扭矩，同时根据在所述构件之间施加的扭矩实现在所述衬套之间的角位移，然后
-同心地磁化所述磁道中的每一者，使得它们具有共同的绕转轴线。
附图说明
本发明的其他目的和优点将在以下参考附图进行的描述中出现，其中：
-图1是根据本发明的确定系统的测试主体的前视表示；
-图2是根据本发明的实施例的图1的测试主体的剖视图，示出了传感器的布置，图2a是图2的放大视图；
-图2b是根据本发明的类似于图2a的视图，示出了传感器相对于测试主体的另一种布置。
具体实施方式
参考这些图，下文描述了用于确定在围绕几何旋转轴线R旋转的两个构件之间施加的扭矩的系统。
具体地，该系统使得能够确定在被集成成用于向车辆传输马达扭矩的两个构件之间(例如，在电动助力自行车的电动马达与机械传动装置之间)施加的扭矩。
所述系统包括测试主体，所述测试主体具有内部衬套1和外部衬套2，所述内部衬套的旋转被固定并且具有用于将所述测试主体安装在一个构件上的装置，所述外部衬套围绕所述内部衬套1延伸同时具有用于将所述测试主体安装在另一个构件上的装置。
衬套1、2由可变形结构连接，所述可变形结构被布置成在构件之间传输扭矩，同时根据在构件之间施加的扭矩实现在衬套之间的角位移。
在所表示的实施例中，衬套1、2围绕安装套筒3(例如，用于将扭矩传输到其上安装有外部衬套2的另一个轴的轴)在几何旋转轴线R上同心，可变形结构包括在至少一个径向臂4(在图中以均匀方式成角度分布的四个臂)，该至少一个径向臂连接衬套1、2。
因此，在轴之间传输的扭矩引起衬套1、2的扭转并因此根据取决于所述扭矩的扭转角引起所述衬套的相对角移动，系统基于所述扭转角的测量来确定所述扭矩。
为此，对于测试主体，编码器通过为衬套1、2中的每一者装备分别承载内部磁道7和外部磁道8的内部环5和外部环6来制成，所述磁道能够发出表示所述旋转环的移动的周期信号，系统包括用于测量所述环中的每一者的角位置的传感器。
具体地，一系列成对的南北极9分别在一个环5、6上被磁化以形成能够发出伪正弦形磁信号的多极磁道7、8。内部磁道7和外部磁道8具有分别具有极宽Lpi和Lpe的磁极9，这些磁极被布置成使得所述磁道具有相同数量的极对9，这些极对径向地对准以递送同相磁信号。
例如，如果外部环6的直径是内部环5的直径的两倍，则所述外部环的极9的极宽Lpe将是宽度Lpi的两倍。
环5、6可以包括例如基于塑料或弹性体材料制成的环形基质，其中分散有磁颗粒，具体的铁氧体或稀土颗粒(例如NdFeB)，所述颗粒被磁化以便形成磁道7、8。
传感器相应地包括布置在距内部磁道7读取距离ei处的相应的第一敏感元件图案20和布置在距外部磁道8读取距离ee处的相应的第二敏感元件图案21，以形成代表对应环5、6的角位置的信号。
具体地，每个图案20、21可以包括至少两个敏感元件，具体的多个对准的敏感元件，如文档FR-2 792 403、EP-2 602 593和EP-2 602594所述。
敏感元件可以基于磁阻材料，磁阻材料的电阻根据要检测的磁道7、8的磁信号而变化，例如AMR、TMR或GMR类型的，或者是霍尔效应探头。
根据一个实施例，角位置可以借助由磁道7、8发出的信号递增地确定。根据另一个实施例，可以通过在环5、6上提供次级磁道或特定编码来以绝对方式(即，相对于参考位置)确定角位置。
所述系统还包括用于比较由传感器递送的信号的装置，所述装置能够确定取决于施加的扭矩的衬套1、2之间的角度。参考附图，传感器包括板23，在该板上敏感元件图案20、21嵌入在电子电路中。
根据一个实施例，传感器递送处于正交相位的增量方波信号，比较装置包括指示所述环5、6中的每一者的角位置的计数装置和允许计算在所述角位置之间的差异的减法装置。
具体地，传感器可以包括用于将内插因子fi和fe应用于分别由第一敏感元件图案和第二敏感元件图案递送的信号的装置，所述计数装置测量所述内插信号中的每一者中的波前(fronts)的数量ni和ne，所述减法装置执行例如运算fe.ni–ne.fi以计算在环5、6的角位置之间的差异。
当插值因子相同时(fi＝fe)，计算可以通过波前ni和ne的简单减法来进行。
在敏感元件图案20、21与磁道7、8之间的读取距离ee和ei是这样的：以便补偿由所述图案读取的磁信号的正弦性误差。
此外，为了减少因磁场的正弦性差而造成的误差，读取距离ee和ei可以分别等于Lpe/2和Lpi/2+/-10％。在该最佳位置的任一侧，磁场的作为读取距离的函数的形状恶化。在短读取距离时，信号的形状变得更“方形”，在长读取距离时，该形状变得更“三角形”。
参考图2b，通过将图案20、21中的每一者设置成从板23轴向地突出对于外部图案21的距离de和对于内部图案20的距离di来满足关系距离de和di不同，并且环5、6紧固在衬套1、2上，使得它们的磁道7、8布置在平面L中。
该实施例可以通过设定传感器的高度或通过制成包括多个层级的印刷电路板来实现(图2b)。此外，如果印刷电路板是非常薄且柔性的，则印刷电路板的变形也可以允许满足关系
参见图2a，环5、6紧固在衬套1、2上，使得它们的磁道7、8分别布置在轴向地间隔开距离l的平面Li和Le中以满足关系图案20、21嵌入在板23上，突出相同距离d。
根据一个实施例，可以通过将不同距离de和di与非零距离l组合来满足关系
上述编码器可以通过首先将环5、6紧固在衬套1、2上、然后同心地磁化磁道7、8中的每一者以使得它们具有共同的绕转轴线来制成。
有利地，该方法用于将环5、6同心地紧固在衬套1、2上，使得它们具有与几何旋转轴线R共同的绕转轴线。
在先紧固使得环5、6具有相同的机械偏心率(机械偏心率是由它们的中心与几何旋转轴线R之间的可能距离引起的)，并且磁道的后续磁化允许在它们的共同绕转轴线与几何旋转轴线R之间获得相同的磁偏心率。
因此，偏心率相同，它们可能的缺陷不会将通过比较环5、6中的每一者的角位置来确定扭矩的准确度影响到位置误差将随后是相同的程度，并且因此可以通过减法消除。
根据一个实施例，磁道7、8借助具有分别用于磁化紧固在主体上的一个环5、6的两个冠状部(crown)的工具磁化，冠状部可以有利地分别具有类似于一个环5、6的几何形状的几何形状。
该实施例允许同时地磁化磁道7、8，同时以简单方式符合它们的同心度达到其由磁化冠状部的几何形状施加的程度以及在磁道7、8上的相同数量的径向对准的极对9。
Claims (9)
1.一种用于确定在围绕几何旋转轴线(R)旋转的两个构件之间施加的扭矩的系统，所述系统包括：
-测试主体，所述测试主体具有内部衬套(1)和外部衬套(2)，所述内部衬套的旋转被固定并且具有用于将所述测试主体安装在一个构件上的装置，所述外部衬套围绕所述内部衬套(1)延伸，同时具有用于将所述测试主体安装在另一个构件上的装置，所述衬套由可变形结构连接，所述可变形结构被布置成在所述构件之间传输所述扭矩，同时根据在所述构件之间施加的扭矩实现在所述衬套之间的角位移，
-编码器，所述编码器通过为所述衬套中的每一者装备分别承载内部磁道(7)和外部磁道(8)的环(5、6)来制成，所述磁道能够发出表示对应衬套(1、2)的旋转移动的周期信号，所述磁道中的每一者具有分别具有极宽Lpi和Lpe的一系列成对的南北极(9)以形成多极磁道(7、8)；
-传感器，所述传感器相应地包括布置在距所述内部磁道(7)读取距离ei处的相应的第一敏感元件图案(20)和布置在距所述外部磁道(8)读取距离ee处的相应的第二敏感元件图案(21)，以形成代表对应环(5、6)的角位置的信号；
-用于比较由所述传感器递送的信号的装置，所述装置能够确定取决于所施加扭矩的位于所述衬套(1、2)之间的角度，
其特征在于，所述磁道(7、8)具有相同数量的径向对准的极对(9)，在所述敏感元件图案(20、21)与所述磁道(7、8)之间的所述读取距离ee和ei是这样的：
2.根据权利要求1所述的确定系统，其特征在于，所述传感器递送处于正交相位的增量方波信号，所述比较装置包括指示所述环(5、6)中的每一者的所述角位置的计数装置和允许计算在所述角位置之间的差异的减法装置。
3.根据权利要求2所述的确定系统，其特征在于，所述传感器包括用于将内插因子fi和fe应用于分别由所述第一敏感元件图案(20)和所述第二敏感元件图案(21)递送的信号的装置，所述计数装置测量内插信号中的每一者中的波前的数量ni和ne，所述减法装置执行运算fe.ni–ne.fi以计算在所述环(5、6)的所述角位置之间的差异。
4.根据权利要求1至3任一项所述的确定系统，其特征在于，所述读取距离ee和ei分别等于Lpe/2+/-10％和Lpi/2+/-10％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的确定系统，其特征在于，所述传感器包括板(23)，在所述板上所述敏感元件图案(20、21)嵌入在电子电路中，所述图案中的每一者从所述板径向地突起对于所述第一图案(20)的距离di和对于所述第二图案(21)的距离de。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的确定系统，其特征在于，所述环(5、6)紧固在所述衬套(1、2)上，使得它们的磁道(7、8)分别布置在径向地间隔开距离l的平面Li和Le中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的确定系统，其特征在于，所述可变形结构包括连接所述衬套(1、2)的至少一个径向臂(4)。
8.一种用于制成根据权利要求1至7中任一项所述的用于确定在围绕几何旋转轴线(R)旋转的两个构件之间施加的扭矩的系统的编码器的方法，其特征在于，所述方法提供：
-将所述环(5、6)紧固在测试主体的所述衬套(1、2)上，所述测试主体具有内部衬套(1)和外部衬套(2)，所述内部衬套的旋转被固定并且具有用于将所述测试主体安装在一个构件上的装置，所述外部衬套围绕所述内部衬套(1)延伸，同时具有用于将所述测试主体安装在另一个构件上的装置，所述衬套由可变形结构连接，所述可变形结构被布置成在所述构件之间传输扭矩，同时根据在所述构件之间施加的扭矩实现在所述衬套之间的角位移，然后
-同心地磁化所述磁道(7、8)中的每一者，使得它们具有共同绕转轴线。
9.根据权利要求8所述的用于制成编码器的方法，其特征在于，同时地磁化所述磁道(7、8)。
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