CN1616938A - 用于车辆的扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

一种扭矩传感器，包括：形成在传感器壳体的内周面上的一第一台阶；形成在探测线圈组的外周面上的一第二台阶，第一和第二台阶彼此轴向支承；以及形成在探测线圈组的外周面上与第二台阶相邻的位置处的一凹槽，且该凹槽形成为面对第一台阶的内表面部分，以使在将探测线圈组压向第一台阶时，第一台阶在塑性变形时嵌入该凹槽，从而使探测线圈组固定在传感器的内周面上。由于探测线圈组可通过对传感器壳体和探测线圈组的结构改型来固定在传感器壳体中，而无需使用单独的固定件，所以可有效地实现探测线圈组的固定，并且从而减少了扭矩传感器中的零件数量。

Description

用于车辆的扭矩传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求2003年11月13日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请第2003-80275号的优先权，该申请所揭示的内容援引于此，以供参考。

技术领域

本发明涉及在车辆的动力转向系统中所用的扭矩传感器，更具体地说，是涉及这样一种车辆的扭矩传感器，其中，包括在扭矩传感器中的探测线圈组的结构进行了改进，以利用传感器壳体来固定，而无需单独的固定件，从而能减少扭矩传感器中的零件数量。

背景技术

一般来说，车辆可根据经由转向轴连接至车轮的转向盘的操作来操纵其行驶方向。不过，当车轮与地面之间的摩擦较大时，因为需要更大的力来操作转向盘，所以就不可能容易和快速地操纵车辆。为了解决这个问题，就使用了动力转向装置。动力转向装置作为辅助动力产生装置安装在转向系统中，以执行伺报操作从而减小转向盘的操作力。

其中装配有动力转向装置的车辆转向轴分成一输入轴和一输出轴。输入轴耦合至转向盘，而输出轴则耦合至与形成在转向横拉杆的齿条啮合的小齿轮。由一扭杆连接输入和输出轴。当转向盘旋转时，输出轴旋转，以使与转向横拉杆耦合的车轮的方向根据小齿轮与齿条之间所实现的传动操作来变化。当车轮与地面之间的摩擦较大时，就无法平滑地进行小齿轮与齿条之间的传动操作。在这种情况下，耦合至小齿轮的输出轴的旋转范围就比耦合至转向盘的输入轴的旋转范围小，从而使扭杆发生扭转。扭杆的扭转范围以电信号的方式被传递到一电子控制单元。电子控制单元基于所传递电信号控制耦合至齿条的动力产生装置，以补偿输出轴的旋转，并因此来增强转向盘的操作力。扭杆的扭转系由一扭矩传感器来传感的。

图1是示出在车辆中所用的一传统的扭矩传感器的结构的剖视图。如图1所示，传统的扭矩传感器包括共轴地连接一输入轴1的下端与一输出轴2的上端的一扭杆3、用磁性材料制成并绕输入和输出轴1和2的连接部分固定地装配成均匀地轴向彼此间隔开的状态的三个探测环4a、4b及4c、以及包围探测环4a、4b及4c的一圆筒形传感器壳体5。

输出轴2在其下端处与一小齿轮2a耦合，该小齿轮2a与形成在连接至车轮(未示出)的一转向横拉杆(未示出)处的一齿条(未示出)啮合。

输入轴1在其上端处与转向盘(未示出)耦合。因此，当转向盘旋转时，连接输入和输出轴1和2的扭杆3发生扭转，从而使输出轴2旋转。

第一和第二探测环4a和4b绕输出轴1固定地装配，以旋转过与转向盘(未示出)相同的角度，而第三探测环4c则绕输出轴2固定地装配，以与输出轴2一起旋转。在第一和第二探测环4a和4b的下表面以及第三探测环4c的上表面处形成有齿4d、4e及4f。齿4d、4e及4f形成为重复的凸起和凹槽的形式。

在传感器壳体5中设有一温度补偿探测线圈组6和一磁阻探测线圈组7，它们设置成探测线圈组6和7包围探测环4a、4b及4c的齿4d、4e及4f。探测线圈组6和7中包括绕线线圈6a和7a，以与齿4d、4e及4f协作，并因而分别形成磁路。温度补偿探测线圈组6布置成包围第一和第二探测环4a和4b的面对部分，而磁阻探测线圈组7则布置成包围第二和第三探测环4b和4c的面对部分。在探测线圈组6和7之间插有一间隔件8。

第二和第三探测环4b和4c的齿4e和4f的面对面积根据扭杆3的扭转而变化。由于面对面积的变化，磁阻探测线圈组7的电感发生变化。通过电感的变化来测量输入和输出轴1和2之间的旋转偏差。

为了精确地探测对扭杆3所施加的扭矩，探测线圈组6和7必须固定在传感器壳体5中，以使探测线圈组6和7的位置不会改变。因此，在传感器壳体5中磁阻探测线圈组7的下面固定地安装一“.C”形固定环9a，以固定探测线圈组6和7的位置。还有，在固定环9a与磁阻探测线圈组7之间有一波形垫圈9b。通过固定环9a和波形垫圈9b，可固定探测线圈组6和7在传感器壳体中的轴向位置。

不过，由于必须使用诸如固定辊9a和波形垫圈9b之类的单独的固定件来固定探测线圈组6和7，传统的扭矩传感器的构成零件的数量增加，因而使生产率降低。

发明内容

鉴于上述的问题而作出了本发明，本发明的一个方面是提供一种用于车辆的扭矩传感器，其中一传感器壳体和安装在传感器壳体中的一探测线圈组的结构进行了改型，以使探测线圈组被固定而无需单独的固定件，从而能减少扭矩传感器中的零件数量，并因而使生产率得以提高。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种扭矩传感器，该扭矩传感器包括：连接与转向盘耦合的一输入轴和与转向机构耦合的一输出轴的一扭杆、绕输入和输出轴固定地装配的至少两个探测环、具有包围探测环的相邻部分的一环形结构的至少一个探测线圈组、以及接纳探测线圈组的一传感器壳体，并且还包括：形成在传感器壳体的内周面上的一第一台阶；形成在探测线圈组的外周面上的一第二台阶，第一和第二台阶彼此轴向支承；以及形成在探测线圈组的外周面上与第二台阶相邻的位置处的一凹槽，且该凹槽形成为面对第一台阶的内表面部分，以使在将探测线圈组压向第一台阶时，第一台阶在塑性变形时嵌入该凹槽。

探测线圈组可用硬度比传感器壳体大的材料制成。

探测线圈组可用钢材料制成，传感器壳体用铝材料制成。

第一台阶可周向地形成在传感器壳体上，第二台阶和凹槽可周向地形成在探测线圈组上。

至少一个探测线圈组可包括多个探测线圈组，第一台阶可形成在传感器壳体的内周面上、最下一个探测线圈组的旁边，第二台阶和凹槽形成在最下的探测线圈组的外周面上，以使放置在最下的探测线圈组之上的其余探测线圈组可通过最下的探测线圈组来固定。

各探测线圈组可通过传感器壳体的下端组装在传感器壳体中，并且放置在最下的探测线圈组之上的其余探测线圈组的外径可比传感器壳体在第一台阶处的内径小。

至少一个探测线圈组可包括多个探测线圈组。在这种情况下，第一台阶可形成在传感器壳体的内周面上、每一探测线圈组的旁边，第二台阶可形成在每一探测线圈组的外周面上，以使诸探测线圈组可分别以独立的方式固定。

各探测线圈组可通过传感器壳体的下端组装在传感器壳体中。在这种情况下，相应于彼此垂直相邻的诸探测线圈组中的上面的一个的第一台阶的内径可比相应于诸垂直相邻的探测线圈组中的下面一个的第一台阶的内径小，并且上面和下面的探测线圈组的外径可分别相应于第一台阶的内径，以使在组装探测线圈组的过程中，上面的探测线圈组不会与相应于下面的探测线圈组的第一台阶相干扰。

本发明的其它方面和/或优点一部分将在下面的描述中提出，一部分将从说明书中变得明显，或可通过实现本发明而得知。

附图简述

结合附图，本发明的这些和/或其它的方面和优点但从下面对实施例的详细描述中变得根据明白和易于理解。在诸附图中，

图1是示出在车辆中使用的一传统的扭矩传感器的结构的剖视图；

图2是示出根据本发明一个实施例的、用于车辆的扭矩传感器的整体结构的剖视图；

图3是示出图2所示的扭矩传感器的一部分的放大和分解的剖视图；

图4是示出图3所示的扭矩传感器的放大剖视图；以及

图5是示出根据本发明的另一个实施例的、用于车辆的扭矩传感器的一部分的放大剖视图。

具体实施方式

现将详细参见本发明的实施例，在附图中示出了这些实施例的例子。下面参照附图对这些实施例进行描述以说明本发明。

参见图2，图中示出了根据本发明一个实施例的用于车辆的扭矩传感器。如图2所示，该扭矩传感器包括共轴地连接一输入轴10的下端与一输出轴20的上端的一扭杆30、绕输入和输出轴10和20固定地装配的多个探测环(在所示情况中，为三个探测环41、42及43)、以及包围探测环41、42及43的一传感器壳体50。

输出轴20与连接至车辆的车轮(未示出)的一转向机构(未示出)耦合。输出轴20在其下端形成有一小齿轮2a，该小齿轮2a与形成在连接至车轮(未示出)的一转向横拉杆(未示出)处的一齿条(未示出)啮合。输入轴10在其上端处与转向盘(未示出)耦合。因此，当转向盘在车轮与地面之间的摩擦较大的状况下旋转时，扭杆30旋转输出轴20，且根据转向盘的旋转而发生扭转。扭杆30的上端经由一平行销10a固定至输入轴10。扭杆30的下端紧配合在向上伸入传感器壳体50的下部中的输出轴20的上端上。在传感器壳体50的上部中装配有一滚子轴承件10b，以可旋转地支承输入轴10。

探测环41、42及43用磁性材料制成，并围绕输入和输出轴10和20的连接部分固定地装配。第一和第二探测环41和42在输入轴10的下端处绕输入轴10固定装配，而第三探测环43则在输出轴20的上端处绕输出轴20固定地装配。在第一和第二探测环41和42的下端以及第三探测环43的上端处形成有齿41a、42a及43a。齿41a、42a及43a形成为重复的凸起和凹槽的形式。

传感器壳体50呈在其上和下端处敞开的圆筒形结构。传感器壳体50有一内周表面，以包围探测环41、42及43。探测线圈组60和70装配在传感器壳体50中，以包围探测环41、42及43的齿41a、42a及43a。探测线圈组60和70与齿41a、42a及43a协作以形成磁路。为温度补偿探测线圈组的探测线圈组60插入设置在第一和第二探测环41和42之间。为磁阻探测线圈组的探测线圈组70插入设置在第二和第三探测环42和43之间。探测线圈组60和70呈环形，并分别包括绕线线圈61和71。

探测线圈组60和70的线圈61和71电气连接至一信号处理器(未示出)，所述信号处理器经由安装台40安装在车辆的合适部分上。在传感器壳体50的周面的一部分处形成有一安装台孔51，以使安装台40能延伸穿过安装台孔51。

第二和第三探测环42和43的齿42a和43a的面对面积根据扭杆30的扭转而变。由于面对面积的变化，磁阻探测线圈组70的电感发生变化。通过测量电感的变化来探测输入和输出轴10和20之间的旋转偏差。另一方面，第一和第二探测环41和42的齿41a和42a的面对面积是恒定不变的。因此，温度补偿探测线圈组60的电感仅根据温度变化。因此，温度补偿探测线圈组60补偿由于温度变化所引起的输入和输出轴10和20之间的旋转偏差。为了防止探测线圈组60和70彼此干扰，在探测线圈组60和70之间插入设置一间隔件80，以将探测线圈组60和70彼此间隔开一预定的距离。

为了精确地探测对扭杆3所施加的扭矩，探测线圈组60和70必须固定在传感器壳体5中，以使探测线圈组60和70的位置不会改变。根据本发明的所示实施例，修改了传感器壳体50的内周面结构和磁阻探测线圈组70的外部结构，以将探测线圈组60和70固定在传感器50中，而不使用单独的固定件。通过根据本发明的所示实施例的探测线圈组60和70的固定结构，探测线圈组60和70可有效地固定在传感器壳体50中，而无需使用单独的固定件。因此，扭矩传感器中的构成零件的数量减小，以使扭矩传感器的生产率得以提高。

详细地说，探测线圈组60和70以及间隔件80穿过传感器壳体50的下端，以温度补偿探测线圈组60、间隔件80以及磁阻探测线圈组70的顺序装配在传感器壳体50中。当将磁阻探测线圈组70固定在传感器壳体50的最下位置处时，就完成了探测线圈组60和70和间隔件80的组装。

如图3所示，传感器壳体50的内周面在相应于磁阻探测线圈组70的外周面的一部分处设有一台阶。也就是说，传感器壳体50具有周向地形成在传感器壳体50的内周面上的一第一台阶90。磁阻探测线圈组70具有周向地形成在其外周面上的一第二台阶100。第一和第二台阶90和100轴向地彼此支承，以使磁阻探测线圈组70由传感器壳体50支承。在磁阻探测线圈组70的外周面上、与第二台阶100相邻的位置处周向地形成有一凹槽110，且使该凹槽110面对第一台阶90的内周面部分。当在第一和第二台阶90和100轴向彼此支承的状态下利用一按压工具将磁阻探测线圈组70压向第一台阶90时，第一台阶嵌入(penetrate)凹槽110且同时塑性变型，如图4所示。

当第一台阶90塑性变形地嵌入凹槽110时，磁阻探测线圈组70就固定在传感器壳体50中。由于磁阻探测线圈组70固定在传感器壳体50中，设置在磁阻探测线圈组70之上的温度补偿探测线圈组60和间隔件80就轴向地固定传感器壳体50中。因此，在传感器壳体50中固定在位的探测线圈组60和70就能更加精确地探测施加在扭杆30上的扭矩。

所希望的是，磁阻探测线圈组70采用硬度比传感器壳体50的材料硬度高的材料来制成，以在将磁阻探测线圈组70压向第一台阶90时，第一台阶90在受到第二台阶100按压时发生变形。为此，磁阻探测线圈组70用高硬度的钢材料制成，而传感器壳体50则用硬度相比钢材料为较小、但同时在伸长率和可延展性方面较优的铝材料制成。

为了防止温度补偿探测线圈组60和间隔件80在穿过传感器壳体50的下端将插入温度补偿探测线圈组60和间隔件80插入传感器壳体50时与第一台阶90相干扰，所希望的是，温度补偿探测线圈组60和间隔件80的直径稍小于传感器壳体50在台阶90处的内径。

下面将描述根据本发明的所示实施例的、具有上述构造的扭矩传感器的工作情况。

当驾驶者在车辆行驶的过程中操纵装配有根据本发明所示实施例的扭矩传感器的车辆转向盘(未示出)时，经由输入轴10和通过扭杆30连接至输入轴10的输出轴20操作一转向机构(未示出)，以改变车轮(未示出)的方向。当对转向盘施加一等于或大于一预定水平的转向力时，由于车轮和地面之间所产生的摩擦的影响，经由扭杆30连接至输入轴10的输出轴20的旋转角度，要比等于转向盘的旋转角度的输入轴10的旋转角度小，所以扭杆30就发生扭转。第二和第三探测环42和43的齿42a和43a的面对面积随扭杆30的扭转而变化。由于面对面积的变化，磁阻探测线圈组70的电感就发生变化。还有，分别在线圈61和71中感生的电压也变化。分别由线圈61和71的磁阻变化引起这样的感生电压变化。感生电压的变化以电信号的形式经由信号处理器(未示出)而输入至一控制器(未示出)。控制器(未示出)基于输入的电信号测量转向偏差，并控制辅助动力产生装置(未示出)，以补偿该转向偏差。

当在设在传感器壳体50的内周面上、磁阻探测线圈组70的旁边的第一和第二台阶90和100彼此轴向支承的状态下将磁阻探测线圈组70压向第一台阶90时，第一台阶90嵌入磁阻探测线圈组70的凹槽110。结果，磁阻探测线圈组70就固定在传感器壳体50中，因而温度补偿探测线圈组60也固定在传感器壳体50中。因此，探测线圈组60和70能由于它们的固定结构而精确地探测施加在扭杆30上的扭矩。因为无需使用单独的固定件，扭矩传感器中的构成零件的数量就减少，从而提高了扭矩传感器的生产率。

如图5所示，根据本发明的另一实施例，还可以在传感器壳体50的内周面上、温度补偿探测线圈组60的旁边周向地形成第一台阶90，并且还可以在磁阻探测线圈组70的外周面上周向地形成第二台阶100。在这种情况下，在温度补偿探测线圈组60的外周面上、在与磁阻探测线圈组70的第二台阶100相邻的位置处也周向地形成凹槽110，且使凹槽110面对形成在温度补偿探测线圈组60旁边的第一台阶90的内周面部分。在这种情况下，当探测线圈组60和70被压向第一台阶90时，第一台阶90嵌入凹槽110，以使探测线圈组60和70分别固定在传感器壳体50中。因此，探测线圈组60和70可固定在传感器壳体50中且彼此间隔开一所想要的距离而不使用间隔件80。因此，可以进一步减少扭矩传感器的构成零件的数量。

探测线圈组60和70用高硬度的钢材料支承，传感器壳体50用硬度相比钢材料为较小的铝材料制成，以致在将探测线圈组60和70分别压向诸第一台阶90时，诸第一台阶90因为在受压时发生变形而嵌入相应的凹槽110。

以温度补偿探测线圈组60和磁阻探测线圈组70的顺序、穿过传感器壳体50的下端将探测线圈组60和70装配在传感器壳体50中。因此，需要防止比磁阻探测线圈组70线先组装的温度补偿探测线圈组60与第一台阶90相干扰。为此，相应于温度补偿探测线圈组60的第一台阶90的直径比相应于磁阻探测线圈组70的第一台阶的直径小。而且，探测线圈组60和70的相应外径必须与第一台阶80的内径相应。

根据在图5中所示的本发明的实施例，改进了传感器壳体50的内周面和探测线圈组60和70的外周面，以将探测线圈组60和70固定在传感器壳体50中，而不使用单独的固定件。因此，扭矩传感器中的构成零件的数量减小，从而提高了扭矩传感器的生产率。

如从上面的描述中可明白的那样，本发明提供一种扭矩传感器，它包括设有一第一台阶的一传感器壳体、以及一探测线圈线组，该探测线圈组设有一第二台阶和形成在与第二台阶相邻的位置处的一凹槽，且该凹槽面对第一台阶的内周面部分。当将探测线圈组压向第一台阶时，第一台阶塑性变形，以嵌入探测线圈组的凹槽。结果，探测线圈组就固定在传感器壳体中。

由于探测线圈组是通过对传感器壳体和探测线圈组的结构改型来将探测线圈组固定在传感器壳体中的，而无需使用单独的固定件，所以可有效地实现探测线圈组的固定，并因而减少了扭矩传感器中的零件数量。

尽管已示出和描述了本发明总体构思的一些实施例，但那些熟悉本技术领域的人们会理解，可不超出本发明的原理和精神实质而在这些实施例中作出修改。本发明的保护范围由所附权利要求书及其等效来限定。

Claims (8)

1.一种扭矩传感器，该扭矩传感器包括：连接与转向盘耦合的一输入轴和与转向机构耦合的一输出轴的一扭杆；绕输入和输出轴固定地装配的至少两个探测环；具有包围探测环的相邻部分的一环形结构的至少一个探测线圈组；以及接纳探测线圈组的一传感器壳体，并且还包括：

形成在传感器壳体的内周面上的一第一台阶；

形成在探测线圈组的外周面上的一第二台阶，第一和第二台阶彼此轴向支承；以及

形成在探测线圈组的外周面上与第二台阶相邻的位置处的一凹槽，且该凹槽形成为面对第一台阶的内表面部分，以使在将探测线圈组压向第一台阶时第一台阶在塑性变形时嵌入该凹槽。

2.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，探测线圈组用硬度比传感器壳体大的材料制成。

3.如权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，探测线圈组用钢材料制成，传感器壳体用铝材料制成。

4.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，第一台阶周向地形成在传感器壳体上，第二台阶和凹槽周向地形成在探测线圈组上。

5.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，

至少一个探测线圈组可包括多个探测线圈组；并且

第一台阶形成在传感器壳体的内周面上、最下一个探测线圈组的旁边，第二台阶和凹槽形成在最下的探测线圈组的外周面上，以使放置在最下的探测线圈组之上的其余探测线圈组通过最下的探测线圈组来固定。

6.如权利要求5所述的扭矩传感器，其特征在于，

各探测线圈组通过传感器壳体的下端组装在传感器壳体中；并且

放置在最下的探测线圈组之上的其余探测线圈组的外径比传感器壳体在第一台阶处的内径小。

7.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，

至少一个探测线圈组包括多个探测线圈组；并且

第一台阶形成在传感器壳体的内周面上、每一探测线圈组的旁边，第二台阶形成在每一探测线圈组的外周面上，以使诸探测线圈组分别以独立的方式固定。

8.如权利要求7所述的扭矩传感器，其特征在于，

各探测线圈组通过传感器壳体的下端组装在传感器壳体中；并且

相应于彼此垂直相邻的诸探测线圈组中的上面的一个的第一台阶的内径比相应于诸垂直相邻的探测线圈组中的下面一个的第一台阶的内径小，并且上面和下面的探测线圈组的外径分别相应于第一台阶的内径，以使在组装探测线圈组的过程中上面的探测线圈组不会与下面的探测线圈组的第一台阶相干扰。

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