CN208291330U - 扭矩传感器及包含其的转向装置 - Google Patents

扭矩传感器及包含其的转向装置 Download PDF

Info

Publication number
CN208291330U
CN208291330U CN201590001576.8U CN201590001576U CN208291330U CN 208291330 U CN208291330 U CN 208291330U CN 201590001576 U CN201590001576 U CN 201590001576U CN 208291330 U CN208291330 U CN 208291330U
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
magnetic substance
magnet
open area
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201590001576.8U
Other languages
English (en)
Inventor
全昶遖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Le Star Automotive Technology Co Ltd
Original Assignee
Le Star Automotive Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Le Star Automotive Technology Co Ltd filed Critical Le Star Automotive Technology Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of CN208291330U publication Critical patent/CN208291330U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

本实用新型涉及扭矩传感器及包含其的转向装置，扭矩传感器包括：第一磁性体，其开放区域和未开放区域沿圆形的连接件的周围交替配置且与磁铁相向配置，所述磁铁设置在扭力杆的一端且由N极和S极交替排列而配置为圆形，所述第一磁性体连接在扭力杆的另一端；第二磁性体，隔着所述第一磁性体，沿所述磁铁的外周而与所述磁铁相向配置；第三磁性体，不与所述磁铁相向配置，而与所述第一磁性体相向配置；以及磁检测构件，配置在所述第二磁性体与所述第三磁性体之间。

Description

扭矩传感器及包含其的转向装置
技术领域
本实用新型涉及一种扭矩传感器及包含其的转向装置，更详细而言，涉及一种转向装置用非接触式扭矩传感器及包含其的转向装置，当对方向盘实施操作使输入轴旋转时，以使与车轮连接的输出轴也能够与所述输入轴同等地进行旋转，从而提高转向力。
本实用新型主张2015年8月25日申请的韩国专利申请第 10-2015-0119598号的优先权，并援引该申请的说明书及附图中公开的所有内容。
背景技术
通常，在车辆行驶或者停止时，通过对方向盘实施旋转操作，使与路面接触的车轮也进行旋转。即，若对方向盘实施向左侧方向或右侧方向的旋转操作，则车轮也向同一方向旋转。但是由于车轮处于与路面接触的状态，因此与路面之间产生摩擦力，所以可能会产生方向盘与车轮的旋转量彼此不同的问题。
通过具备用于测定并补偿方向盘与车轮的旋转角的偏差的扭矩传感器 (Torquesensor)来解决上述这些问题。扭矩传感器测定方向盘与车轮旋转角的偏差，利用另设的动力机构使车轮再旋转所测定的偏差量，从而能够将车辆安全准确地转向至想要行进的方向，提高了转向便利性。
扭矩传感器大体分为接触式和非接触式，由于接触式扭矩传感器存在噪音和耐久性降低的问题，最近采用非接触式扭矩传感器。非接触式扭矩传感器大体分为磁阻检测式、磁致伸缩检测式、电容检测式及光学检测式。
电动式动力转向装置所具备的现有的磁阻检测式扭矩传感器中，驾驶员所操作的方向盘与输入轴的上端结合，所述输入轴的下端通过扭力杆 (Torsion bar)与输出轴的上端连接。而且，所述输出轴的下端与车轮连接，包括所述扭力杆在内的所述输入轴的下端及所述输出轴的上端的外部由外壳保护。该外壳的内部设置有之前提及的扭矩传感器及动力机构。作为具有代表性的专利，可以举出韩国公开专利第10-2007-0043000号和美国授权专利第8327722号。但是这些现有的扭矩传感器的构件数多且复杂，在磁诱导(感应)过程中损失大。
实用新型内容
实用新型要解决的问题
本实用新型的目的在于，提供一种构件数少且磁诱导(感应)过程中使磁力损失最小化的非接触式扭矩传感器及包含其的转向装置。
用于解决问题的方案
用于实现所述目的的本实用新型的一方面的车辆转向装置用扭矩传感器包括：第一磁性体，其开放区域和未开放区域沿圆形的连接件的周围交替配置且与磁铁相向配置，所述磁铁设置在扭力杆的一端且由N极和S极交替排列而配置为圆形，所述第一磁性体连接在扭力杆的另一端；第二磁性体，隔着所述第一磁性体，沿所述磁铁的外周而与所述磁铁相向配置；第三磁性体，不与所述磁铁相向配置，而与所述第一磁性体相向配置；以及磁检测构件，配置在所述第二磁性体与所述第三磁性体之间。
所述第二磁性体可以包括：磁诱导面，隔着所述开放区域及所述未开放区域，与所述磁铁相向配置；以及集磁部，从所述磁诱导面向外侧方向延伸。
所述第三磁性体可以包括：磁诱导面，与所述第一磁性体的所述连接件相向配置；以及集磁部，从所述第三磁性体的磁诱导面向外侧方向延伸。
所述磁检测构件可以设置在所述第二磁性体的集磁部与所述第三磁性体的集磁部之间的空隙。
在轴的长度方向上，所述第一磁性体的所述连接件可以与所述第三磁性体的所述磁诱导面相向配置。
所述第二磁性体和所述第三磁性体可以为弓形。
为了实现上述目的，本实用新型的另一方面的车辆转向装置用扭矩传感器包括：第一磁性体，具备与磁铁相向配置的开放区域和未开放区域，所述开放区域使磁力线通过，所述未开放区域对磁力线进行诱导，所述磁铁连接在扭力杆的一端且由N极和S极交替排列而配置为圆形，用于产生并吸收磁力线，所述第一磁性体连接在所述扭力杆的另一端；第二磁性体，对通过所述开放区域的磁力线进行诱导，且将磁力线传递至所述开放区域或所述未开放区域；第三磁性体，将被所述第二磁性体诱导传递来的磁力线传递至所述第一磁性体，将被所述第一磁性体诱导传递来的磁力线传递至所述第二磁性体；以及磁检测构件，配置在所述第二磁性体与所述第三磁性体之间，用于检测磁力线的变化。
所述扭矩传感器在所述扭力杆未发生扭转的情况下，形成：第一闭环，所述磁铁产生的磁力线被诱导至所述未开放区域之后，再返回到所述磁铁；以及第二闭环，所述磁铁产生的磁力线通过所述开放区域并被诱导至所述第二磁性之后，再通过所述开放区域返回到所述磁铁。
所述扭矩传感器在所述扭力杆的扭转为正值的情况下，形成：第一闭环，所述磁铁产生的磁力线被诱导至所述未开放区域之后，再返回到所述磁铁；第二闭环，所述磁铁产生的磁力线通过所述开放区域并被诱导至所述第二磁性体之后，通过所述未开放区域返回到所述磁铁；以及第三闭环，所述磁铁产生的磁力线通过所述开放区域依次被诱导至所述第二磁性体、所述第三磁性体及所述未开放区域之后，再传递至所述磁铁。
所述扭矩传感器在所述扭力杆的扭转为负值的情况下，形成：第一闭环，所述磁铁产生的磁力线被诱导至所述未开放区域之后，再返回到所述磁铁；第二闭环，所述磁铁产生的磁力线依次被诱导至所述未开放区域及所述第二磁性体之后，通过所述未开放区域返回到所述磁铁；以及第三闭环，所述磁铁产生的磁力线依次被诱导至所述未开放区域、所述第三磁性体及所述第二磁性体之后，通过所述开放区域传递至所述磁铁。
所述第一磁性体、所述第二磁性体，可以与所述磁铁相向配置；所述第三磁性体可以不与所述磁铁相向配置，而与所述第一磁性体相向配置。
所述第二磁性体及所述第三磁性体可以为弓形。
为了实现上述目的，本实用新型的另一方面的转向装置包括上述扭矩传感器。
实用新型的效果
与现有技术相比，本实用新型磁路结构简单，整体的构件数少。因此磁性材料的使用量比现有技术少。
而且，与现有技术相比，本实用新型中，用于降低磁力线传递(Magnetic ForceFlow)及磁通量密度的空隙(磁阻)的数量少，可变磁阻构件的数量也少，因此磁铁产生的磁力在诱导(感应)过程中损失少，能够提高磁诱导(感应)效率。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的扭矩传感器的分解立体图。
图2是图1的扭矩传感器的结合立体图。
图3是沿图2的A-A'线的剖视图。
图4是表示本实用新型一实施例的扭矩传感器的磁力线的方向的部分俯视图。
图5是表示本实用新型的另一实施例的扭矩传感器的磁力线的方向的部分俯视图。
图6是图5的整体立体图。
图7是表示本实用新型的又一实施例的扭矩传感器的磁力线的方向的部分俯视图。
图8是图7的整体立体图。
图9是表示图1及图2所示的扭矩传感器的等效磁路的磁路图。
图10至图12是将与扭矩传感器的扭转角对应的闭环示于图9等效磁路的图。
图13至图15表示现有技术的等效磁路及闭环的图。
图16至图18是表示另一现有技术的等效磁路及闭环的图。
具体实施方式
上述目的、特征及优点通过附图和相关的以下详细说明变得更加明确，由此本领域技术人员能够容易实施本实用新型的技术思想。而且，本实用新型的说明中，当判断为对本实用新型相关的公知技术的具体说明可能不必要地使本实用新型的主旨不清楚的情况下，省略其详细的说明。以下，参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。
图1是本实用新型一实施例的扭矩传感器的分解立体图，图2是图1 的扭矩传感器的结合立体图。
参照图1及图2，本实用新型的扭矩传感器包括磁铁10、第一磁性体 20、第二磁性体30、第三磁性体40及磁检测构件50。
所述磁铁10配置为圆形。如图1及图2所示，所述磁铁10是不同磁极N极与S极左右交替配置排成一列而非上下两列的永磁铁。所述磁铁10 中N极和S极的和为偶数。例如若N极为8个，则S极也为8个。这样的磁铁10与连接在车辆方向盘的输入轴相连，当方向盘旋转时，磁铁10也能够与输入轴一同旋转，但并不限定于此，磁铁10也可与连接在车轮的输出轴相连，当车轮旋转时，与输出轴一同旋转。
第一磁性体20具备沿所述磁铁10的外周面与所述磁铁10相向配置的开放区域23和未开放区域21，并具有连接开放区域23和未开放区域21的环状连接件22。所述开放区域23和未开放区域21以所述磁铁10为中心，以规定角度间隔沿连接件22与磁铁10相向排列。即，第一磁性体20是多个齿朝向轴长方向突出的皇冠结构，多个所述齿沿连接件22的周围以规定角度间隔与所述磁铁10相向配置。这种第一磁性体20与连接在车辆车轮的输出轴相连，当车轮旋转时，第一磁性体20与输出轴一同旋转，但并不限定于此，第一磁性体20也可与连接在车辆方向盘的输入轴相连，当方向盘旋转时，与输入轴一同旋转。
在磁铁10连接在输入轴的情况下，第一磁性体20连接在输出轴，或者在磁铁10连接在输出轴的情况下，第一磁性体20连接在输入轴。此时，输入轴和输出轴连接在扭力杆。因此，磁铁10与第一磁性体20以扭力杆为基准，设置在彼此相反侧。当输入轴与输出轴的旋转角不同时，所述扭力杆产生扭转，从而磁铁10与第一磁性体20的位置发生变化。
所述第一磁性体20的所述未开放区域21即多个齿是对从所述磁铁10 产生或者返回到所述磁铁10的磁力线进行诱导(感应)的磁诱导(感应) 区域，磁诱导区域个数为所述磁铁10的磁极个数的一半。例如，若磁铁10 具有16个磁极即8个极对(Pole pair)，则所述磁诱导区域为8个。
所述第一磁性体20的连接件22将所述磁铁10产生并被所述未开放区域21即齿诱导的磁力线传递至相邻的齿，或者传递至后述的第三磁性体40。并且，所述第一磁性体20的连接件22将从所述第三磁性体40传递来的磁力线传递至齿21。为了将磁力线传递至所述第三磁性体40或者接收来自所述第三磁性体40的磁力线，所述第一磁性体20的连接件22与所述第三磁性体40隔开规定空隙(air gap)相向配置。为此，所述连接件22具有大致与所述开放区域23和所述未开放区域21垂直的面。即，所述连接件22在轴的半径方向上具有面积，如后述，第三磁性体40在轴的长度方向与所述连接件22相向配置。
第二磁性体30是隔着所述第一磁性体20沿所述磁铁10的外周面与所述磁铁10隔开规定距离且与所述磁铁10的外周面相向配置的磁诱导(感应)构件。如图1及图2所示，第二磁性体30包括：磁诱导(感应)面31，呈弓形(segment of a circle)，与所述磁铁10的外周面相向配置且与第一磁性体20隔开规定空隙(air gap)配置；集磁部32，从该磁诱导面31向与朝向所述磁铁10的方向相反的方向即向外侧方向延伸。
所述第二磁性体30的磁诱导面31对从所述磁铁10产生并通过所述第一磁性体20的开放区域23的磁力线进行诱导，将其再次传递至所述开放区域23或者所述第一磁性体20的齿21或将部分磁力线传递至所述集磁部 32。并且，所述第二磁性体30的磁诱导面31使从所述集磁部32传递来的磁力线通过所述开放区域23传递至所述磁铁10或者所述第一磁性体20的齿21。所述集磁部32将被所述第二磁性体30的磁诱导面31诱导(感应) 传递来的磁力线进行集中后传递至第三磁性体40，或者将从第三磁性体40 传递来的磁力线传递至所述磁诱导面31。
第三磁性体40是与所述第一磁性体20隔开规定距离且与所述第一磁性体20相向配置而非与所述磁铁10相向配置的磁诱导构件。即，第三磁性体位于磁铁10的上下宽度之外的位置，因此不与磁铁10相向配置。如图1及图2所示，第三磁性体40包括：磁诱导面41，呈弓形，与所述第一磁性体20的连接件22隔开规定空隙(air gap)相向配置；以及集磁部42，从该磁诱导面41向与朝向所述磁铁10的方向相反的方向即向外侧方向延伸。
所述第三磁性体40的磁诱导面41对从所述磁铁10产生并通过所述第一磁性体20出来的磁力线或者进入所述第一磁性体20的磁力线进行诱导。所述第三磁性体40的集磁部42对从所述第一磁性体20出来并被所述第三磁性体40的磁诱导面41诱导的磁力线进行集中后传递至所述第二磁性体 30的集磁部32，或者接收从所述第二磁性体30的集磁部32传递来的磁力线并将其传递至所述第三磁性体40的磁诱导面41。所述第三磁性体40的集磁部42与所述第二磁性体30的集磁部32隔开规定空隙(air gap)并彼此相向配置。
本实施例中，虽然说明为第三磁性体40的磁诱导面41位于第一磁性体20的连接件22的下部，即位于输出轴方向并与第一磁性体20的连接件 22相向配置，但不限定于此，第三磁性体40的磁诱导面41可以位于第一磁性体20的连接件22的上部，即输入轴方向并与第一磁性体20的连接件 22相向配置。此时，即使第三磁性体40的磁诱导面41位于第一磁性体20 的连接件22的上部，只要不与磁铁10相向配置即可。此处，所谓不与磁铁10相向配置是指，在轴的长度方向及半径方向上不与磁铁10相向配置，也就是第三磁性体40的磁诱导面41位于磁铁10的上下宽度之外的位置。
磁检测构件50设置于所述第二磁性体30的集磁部32与所述第三磁性体40的集磁部42之间的空隙。磁检测构件50对两个集磁部32、42之间形成的磁力线的大小及方向的变化进行检测。磁检测构件50例如可以利用霍尔传感器、AMR传感器或者GMR传感器等。
图3是沿图2的A-A'线的剖视图。参照图3，磁铁10与第一磁性体20 的齿21隔开规定空隙110相向配置。并且，第二磁性体30的磁诱导面31 隔着所述第一磁性体20与所述磁铁10相向配置。此时，第二磁性体30的磁诱导面31与第一磁性体20的齿21隔开规定空隙120相向配置。并且，第三磁性体40的磁诱导面41与所述第一磁性体20的连接件22隔开规定空隙140相向配置。第二磁性体30的集磁部32与第三磁性体40的集磁部 42隔开规定空隙100相向配置。这些空隙100、110、120、140作为磁阻 (Reluctance)相对较大的介质发挥作用，第一磁性体20、第二磁性体30及第三磁性体4由软磁材料制成，从而作为具有相对较小的磁阻的介质来发挥作用。
当驾驶者对方向盘实施操作时，旋转力传递至所述输入轴，随着该输入轴旋转，扭力杆发生旋转。并且，由于该扭力杆还与输出轴连接，因此旋转力传递至输出轴，从而车轮方向转换至方向盘被操作的方向。此时，如果车轮未能以方向盘的旋转角量进行旋转，则扭力杆发生扭转，由此连接在输入轴的磁铁10与连接在输出轴的第一磁性体20之间的相对位置发生变化。相对位置发生变化时，引起第一磁性体20的未开放区域21，即齿与磁铁10的N极及S极相向的面积发生变化，并且引起第一磁性体20的开放区域23与磁铁10的N极及S极相向的面积发生变化。由此，集磁部 32、42之间的磁力强度和磁力线的方向发生变化，磁检测构件50则会检测到该变化。具体地，在下面说明基于扭转角的本实施例的扭矩传感器的动作。
图4是表示本实用新型一实施例的扭矩传感器的磁力线的方向的部分俯视图，表示扭转角为0度的情况下的磁力线的方向。
参照图4，扭转角为0度的情况下，第一磁性体20的齿21与磁铁10 的N极及S极的相向面积比为50比50。因此，由磁铁的N极产生的磁力线形成如①那样的闭环(以下，1号闭环)。即，从N极出来的磁力线被诱导 (感应)至第一磁性体20的齿21之后再次进入S极。而且，第二磁性体 30的磁诱导面31通过第一磁性体20的开放区域23而与磁铁10的N极及 S极相向的面积比仍为50比50。因此，从磁铁10的N极产生并经由第一磁性体20的开放区域23出来的磁力线形成如②那样的闭环(以下，2号闭环)。即从N极产生并通过开放区域23出来的磁力线被诱导(感应)至第二磁性体30的磁诱导面31之后再次通过开放区域23返回到S极。该情况下，在第二磁性体30的集磁部32与第三磁性体40的集磁部42可诱导(感应)形成N极磁场，但被诱导至各集磁部32、42的N极磁场的诱导(感应)比为5比5而相同，因此在设置有磁检测构件50的空隙100中不存在磁力线。因此，可以认为在磁检测构件50的磁通量密度(Magnetic Flux Density)为0高斯(Gasuss)。
可以认为磁铁10产生的磁力线均通过1号闭环和2号闭环进行移动。此时，1号闭环和2号闭环中的磁力线的比，即磁通量密度根据磁铁10与第一磁性体20的齿21之间的空隙110的距离、该齿21与第二磁性体30 的磁诱导面31之间的空隙120的距离以及第一磁性体20及第二磁性体30 的磁性材料(Magnetic Material)所具有的磁导率特性而有所不同，因此不另外提及。但是，即使空隙110、120的距离或第一、第二磁性体20、30的材质的磁导率发生变化，但对之前所说明的在设置有磁检测构件50的集磁部32、42之间诱导(感应)形成的磁特性的说明不变。
图5是表示本实用新型的另一实施例的扭矩传感器的磁力线的方向的部分俯视图，图6是图5的整体立体图，表示扭转角正向(+)最大(Max) 的情况下的磁力线的方向。
参照图5及图6，在扭转角正向最大的情况下，第一磁性体20的齿21 与磁铁10的N极及S极相向的面积比为0比100。因此，由磁铁10的N 极产生的磁力线中的一部分形成如①那样的闭环(以下，1号闭环)，即被诱导至与N极相邻的第一磁性体20的齿21之后返回至磁铁10的S极。并且，通过第一磁性体20的开放区域23，第二磁性体30的磁诱导面31与磁铁 10的N极及S极相向的面积比也为100比0。因此，由磁铁10的N极产生并通过所述开放区域23的磁力线形成如②那样的闭环(以下，2号闭环)，即被诱导至第二磁性体30的磁诱导面31之后通过第一磁性体20的齿21 返回至磁铁10的S极。该情况下，在第二磁性体30的集磁部32诱导(感应)形成N极磁场，在第三磁性体40的集磁部42诱导(感应)形成S极磁场。由此，由磁铁10的N极产生的磁力线的一部分形成如③那样的闭环 (以下，3号闭环)，即经过第二磁性体30的集磁部32被诱导至第三磁性体 40的集磁部42。通过这样的3号闭环形成的磁力线穿过设置在集磁部32、 42之间的磁检测构件50，由此磁检测构件50能够检测出磁力线生成的磁通量密度。
由磁铁10产生的磁力线均能够通过1号、2号、3号闭环进行移动。此时，1号、2号、3号闭环中的磁力线的比，即磁通量密度根据磁铁10与第一磁性体20的齿21之间的空隙110的距离、该齿21与第二磁性体30 的磁诱导面31之间的空隙120的距离、第三磁性体40的磁诱导面41与第一磁性体20的连接件22之间的空隙140的距离、集磁部32、42之间的空隙100的距离以及第一磁性体20、第二磁性体30及第三磁性体40的磁性材料(MagneticMaterial)所具有的磁导率特性而有所不同，因此不另外提及。但是，即使空隙110、120、100、140的距离或者第一、第二、第三磁性体 20、30、40的材质的磁导率特性发生变化，但对之前所说明的在设置有磁检测构件50的集磁部32、42之间诱导(感应)形成的磁特性的说明不变。即，在空隙110、120、100、140的距离或第一、第二、第三磁性体20、30、 40的材质的磁导率特性发生变化时，只有磁场强度及变化量相对发生变化，而所形成的闭环、磁力线的路径以及扭转角为正(+)值的情况下集磁部32、 42之间形成的磁通量密度在扭转角正向(+)最大时为最大的特性是相同的。
参照图4所说明的实施例是磁铁10与第一磁性体20的相对扭转角为0 度的情况。而且，参照图5及图6所说明的实施例是磁铁10与第一磁性体 20的相对扭转角正向最大的情况。磁铁10与第一磁性体20的扭转角从0 度逐渐增加至正向最大的情况下，沿之前所说明的3号闭环诱导(感应) 至设置有磁检测构件50的空隙100的磁通量密度也逐渐增加。磁检测构件 50检测出这样的磁通量密度的线性变化，从而能够掌握设置在连接于方向盘的输入轴与连接于车轮的输出轴之间的扭力杆的扭转程度。
图7是表示本实用新型的又一实施例的扭矩传感器的磁力线的方向的部分俯视图，图8是图7的整体立体图，表示扭转角为负向最大(Max)的情况下的磁力线的方向。图7及图8所示的扭转角负向最大情况下的闭环与参照图5及图6所说明的扭转角为正向最大的情况下的闭环相比较，只是磁力线的方向相反。即，扭转角正向最大的情况下，3号闭环的磁力线的移动路径是磁铁10的N极-＞第二磁性体30的磁诱导面31-＞第二磁性体30 的集磁部32-＞第三磁性体40的集磁部42-＞第三磁性体40的磁诱导面41- ＞第一磁性体20的连接件22-＞第一磁性体20的齿21-＞磁铁10的S极。相反，扭转角负向最大的情况下，3号闭环的磁力线的移动路径是磁铁10 的N极-＞第一磁性体20的齿21-＞第一磁性体20的连接件22-＞第三磁性体40的磁诱导面41-＞第三磁性体40的集磁部42-＞第二磁性体30的集磁部32-＞第二磁性体30的磁诱导面31-＞磁铁10的S极。磁铁10与第一磁性体20的扭转角从0度逐渐增加至负向最大的情况下，沿着3号闭环诱导至设置有磁检测构件50的空隙100的磁通量密度也逐渐增加。磁检测构件 50检测出这样的磁通量密度的线性变化，从而能够掌握设置在连接于方向盘的输入轴与连接于车轮的输出轴之间的扭力杆的扭转程度。
以上说明中，应理解为扭转角正向最大的情况及负向最大的情况下的正向(+)与负向(-)是相对的。即，将扭转的某一方向定为正向(+)的情况下，其相反的扭转为负向(-)。
整理以上随扭转角而变化的第一磁性体20的齿21和第二磁性体30的磁诱导面31与磁铁10的N极及S极相向的面积、诱导(感应)至集磁部 32、42的极性以及诱导至磁检测构件50的磁通量密度，则如以下[表1]。
[表1]
图9是表示图1及图2所示的扭矩传感器的等效磁路的磁路图。图9 的等效磁路中，与图1及图2相同的附图标记对应于图1及图2的构件。
根据麦克斯韦方程组，磁通量(Magnetic Flux)始终形成闭环(Closed loop)。但是形成闭环的通路(Path)由周边介质的磁阻(reluctance)决定。即，磁通量向磁阻小的一侧集中。由此，比起如空气或真空等磁阻大的介质，磁通量向软磁材料(Soft magneticmaterial)这样的磁阻小的一侧集中，形成闭环。对磁力而言，磁阻是如同电阻这样的物理量，是磁路元件存储磁势能的能力，不仅存在于磁性材料，还存在于空气或真空中。因此如图9所示，本实用新型实施例的扭矩传感器中的空隙100、110、120、140可以在等效磁路中以磁阻表示。由霍普金斯(Hopkins)法则导出的磁阻R(Reluctance) 的公式如下，与磁路的长度l成正比，与磁导率μ和截面积A成反比。
其中，μ0是真空的磁导率，μR是磁性材质的相对磁导率。
根据之前说明的理论，采用磁性材料的第一、第二、第三磁性体20、30、40在图9等效磁路中也应以磁阻元件表示，但是磁性材料的相对磁导率比起空气/真空相对较大，因此磁性材料的磁阻值变得非常小。例如，若真空/空气的相对磁导率为1，则铁/硅钢/坡莫合金的相对磁导率分别为 5000/7000/10，000～100，0000。这与等效磁路中导线(Wire)虽存在微小磁阻，但是不以磁阻元件表示而用实线表示是相同道理。
只是，第一磁性体20的齿21和开放区域23以可变磁阻表示。这是因为，扭矩传感器中产生扭转变化的情况下，第一磁性体20的齿21及开放区域23与磁铁10的N极及S极的相向面积比发生变化，导致磁阻值变化，并且因这些变化导致磁通量的移动路径发生变化。另一方面，就第二磁性体30及第三磁性体40而言，当扭矩传感器发生扭转变化时，磁通量虽产生变化(即，磁通量向集磁部32、42的移动)，但第二、第三磁性体30、40 作为固定结构，只是用于连接随磁铁10与第一磁性体20的相对位置变化而变更的磁通量的移动路径，在图9的等效磁路中起到如电线导电般的作用，因此在等效磁路中不以磁阻元件表示。
结果，可知就磁通量而言，随着磁阻R(Reluctance)的变化，移动路径和强度发生变化，而且能够证实磁阻与磁路的长度l成正比，与磁导率μ和截面积A成反比。
图10至图12是将与扭矩传感器的扭转角对应的闭环显示在图9的等效磁路中的图。图10是扭转角为正向最大的情况，图11是扭转角为0度的情况，图12是扭转角为负向最大的情况。如图10至图12所示，扭转角为0度的情况下，形成1号闭环①和2号闭环②，但不形成经由集磁部32、 42的3号闭环③。而且，在扭转角为正向最大的情况和负向最大的情况下形成3号闭环③，但磁力线的方向相反。
图13至图15是表示现有技术的等效磁路及闭环的图，是韩国公开专利第10-2007-0043000号的扭矩传感器。图13至图15的附图标记与韩国公开专利第10-2007-0043000号的说明书中所记载的附图标记相同。图13是扭转角正向最大的情况，图14是扭转角为0度的情况，图15是扭转角负向最大的情况。如图13至图15所示，扭转角为0度的情况下，形成2个闭环①、②，但未形成经由集中部(Collecting sector)33、34之间(即， HALL SENSOR)的闭环。而且，扭转角正向最大和负向最大的情况下，形成3个闭环①、②、③，此时3号闭环③的磁力线的方向彼此相反。比较图10至图12的本实用新型实施例与图13至图15的韩国公开专利第 10-2007-0043000号的等效磁路，本实用新型实施例中可变磁阻为一个，而韩国公开专利第10-2007-0043000号中可变磁阻为两个。
图16至图18是表示其它现有技术的等效磁路及闭环的图，是美国授权专利第8327722号的扭矩传感器。图16至图18的附图标记与美国授权专利第8327722号的说明书中所记载的附图标记相同。图16是扭转角正向最大的情况，图17是扭转角为0度的情况，图18是扭转角负向最大的情况。如图16至图18所示，扭转角为0度的情况下，形成5个闭环①、②、③、④、⑤，但未形成经由磁检测构件(即，HALL SENSOR)9的闭环。而且，扭转角正向最大的情况和负值最大情况下，形成6个闭环①、②、③、④、⑤、⑥，此时6号闭环⑥的磁力线的方向彼此相反。比较图10至图12 的本实用新型实施例与图16至图18的美国授权专利第8327722号的等效磁路，本实用新型实施例中可变磁阻为一个，闭环最多为3个，而美国授权专利第8327722号中可变磁阻为2个且闭环为6个。
如此，本实用新型实施例的扭矩传感器与现有技术的扭矩传感器比较，磁路结构简单，整体构件数较少。具体如下。
与韩国公开专利第10-2007-0043000号的扭矩传感器相比较，本实用新型实施例的扭矩传感器中有一个皇冠结构，而韩国公开专利第 10-2007-0043000号的扭矩传感器中有2个皇冠结构。
美国授权专利第8327722号的扭矩传感器中，第一磁性体20、25和第二磁性体30、26应与磁铁10、22相向配置。然而，在本实用新型实施例的扭矩传感器中，相当于美国授权专利第8327722号的扭矩传感器的第二磁性体30、26的第三磁性体40可以不直接与磁铁10相向配置。由此，本实用新型实施例的扭矩传感器的磁铁10的高度与现有技术相比变低。并且，本实用新型实施例的扭矩传感器中第二、第三磁性体磁性体30、40为弓形，所以磁性材料的使用量少。相反，美国授权专利第8327722号的扭矩传感器中第一、第二磁性体25、26为圆形，所以磁性材料的使用量较多。
并且，本实用新型实施例的扭矩传感器中，在整体磁路中，用于降低磁力线传递(Magnetic Force Flow)和磁通量密度的空隙(磁阻)数量比现有技术少。而且，可变磁阻构件的数量也比现有技术少。这意味着磁铁中产生的磁力在诱导(感应)过程中损失得少，与现有技术相比，能够加大磁诱导(感应)效率。
本实用新型中包括很多特征，但这些特征不应解释为限定本实用新型的范围或者权利要求。并且，本实用新型中个别实施例所说明的特征可结合在单一实施例中实现。相反，本说明书中单一实施例中说明的各种特征可在个别的多种实施例中实现，也可以通过适当结合来实现。
如上所述的本实用新型而言，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的技术思想的范围内可以进行各种置换、变换及变更，因此并不限定于前述的实施例和附图。

Claims (13)

1.一种扭矩传感器，用于转向装置，其特征在于，包括：
第一磁性体，其开放区域和未开放区域沿圆形的连接件的周围交替配置且与磁铁相向配置，所述磁铁设置在扭力杆的一端且由N极和S极交替排列而配置为圆形，所述第一磁性体连接在扭力杆的另一端；
第二磁性体，隔着所述第一磁性体，沿所述磁铁的外周而与所述磁铁相向配置；
第三磁性体，不与所述磁铁相向配置，而与所述第一磁性体相向配置；以及
磁检测构件，配置在所述第二磁性体与所述第三磁性体之间。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，
所述第二磁性体包括：
磁诱导面，隔着所述开放区域及所述未开放区域，与所述磁铁相向配置；以及
集磁部，从所述磁诱导面向外侧方向延伸。
3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，
所述第三磁性体包括：
磁诱导面，与所述第一磁性体的所述连接件相向配置；以及
集磁部，从所述第三磁性体的磁诱导面向外侧方向延伸。
4.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其特征在于，
所述磁检测构件设置在所述第二磁性体的集磁部与所述第三磁性体的集磁部之间的空隙。
5.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其特征在于，
在轴的长度方向上，所述第一磁性体的所述连接件与所述第三磁性体的所述磁诱导面相向配置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，
所述第二磁性体和所述第三磁性体为弓形。
7.一种扭矩传感器，用于转向装置，其特征在于，包括：
第一磁性体，具备与磁铁相向配置的开放区域和未开放区域，所述开放区域使磁力线通过，所述未开放区域对磁力线进行诱导，所述磁铁连接在扭力杆的一端且由N极和S极交替排列而配置为圆形，用于产生并吸收磁力线，所述第一磁性体连接在所述扭力杆的另一端；
第二磁性体，对通过所述开放区域的磁力线进行诱导，且将磁力线传递至所述开放区域或所述未开放区域；
第三磁性体，将被所述第二磁性体诱导传递来的磁力线传递至所述第一磁性体，将被所述第一磁性体诱导传递来的磁力线传递至所述第二磁性体；以及
磁检测构件，配置在所述第二磁性体与所述第三磁性体之间，用于检测磁力线的变化。
8.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其特征在于，
在所述扭力杆未发生扭转的情况下，形成：
第一闭环，所述磁铁产生的磁力线被诱导至所述未开放区域之后，再返回到所述磁铁；以及
第二闭环，所述磁铁产生的磁力线通过所述开放区域并被诱导至所述第二磁性之后，再通过所述开放区域返回到所述磁铁。
9.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其特征在于，
在所述扭力杆的扭转为正值的情况下，形成：
第一闭环，所述磁铁产生的磁力线被诱导至所述未开放区域之后，再返回到所述磁铁；
第二闭环，所述磁铁产生的磁力线通过所述开放区域并被诱导至所述第二磁性体之后，通过所述未开放区域返回到所述磁铁；以及
第三闭环，所述磁铁产生的磁力线通过所述开放区域依次被诱导至所述第二磁性体、所述第三磁性体及所述未开放区域之后，再传递至所述磁铁。
10.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其特征在于，
在所述扭力杆的扭转为负值的情况下，形成：
第一闭环，所述磁铁产生的磁力线被诱导至所述未开放区域之后，再返回到所述磁铁；
第二闭环，所述磁铁产生的磁力线依次被诱导至所述未开放区域及所述第二磁性体之后，通过所述未开放区域返回到所述磁铁；以及
第三闭环，所述磁铁产生的磁力线依次被诱导至所述未开放区域、所述第三磁性体及所述第二磁性体之后，通过所述开放区域传递至所述磁铁。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的扭矩传感器，其特征在于，
所述第一磁性体、所述第二磁性体，与所述磁铁相向配置，
所述第三磁性体不与所述磁铁相向配置，而与所述第一磁性体相向配置。
12.根据权利要求11所述的扭矩传感器，其特征在于，
所述第二磁性体和所述第三磁性体为弓形。
13.一种转向装置，其特征在于，包括权利要求1至5、7至10中任一项所述的扭矩传感器。
CN201590001576.8U 2015-08-25 2015-10-22 扭矩传感器及包含其的转向装置 Active CN208291330U (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150119598A KR101717125B1 (ko) 2015-08-25 2015-08-25 조향 장치용 토크 센서
KR10-2015-0119598 2015-08-25
PCT/KR2015/011216 WO2017034074A1 (ko) 2015-08-25 2015-10-22 조향 장치용 토크 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN208291330U true CN208291330U (zh) 2018-12-28

Family

ID=58101113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201590001576.8U Active CN208291330U (zh) 2015-08-25 2015-10-22 扭矩传感器及包含其的转向装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10309848B2 (zh)
KR (1) KR101717125B1 (zh)
CN (1) CN208291330U (zh)
WO (1) WO2017034074A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115452551A (zh) * 2022-08-23 2022-12-09 中国人民解放军空军工程大学 气动式霍普金森扭杆装置及操作方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110945332B (zh) * 2017-07-27 2021-04-20 株式会社安川电机 扭矩传感器、致动器和机器人

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2824910B1 (fr) * 2001-05-18 2005-05-13 Denso Corp Capteur de couple et systeme de direction assistee electrique employant ce capteur
FR2872896B1 (fr) 2004-07-09 2008-01-11 Moving Magnet Tech Capteur de position, notamment destine a la mesure de la torsion d'une colonne de direction
US8327722B2 (en) 2009-08-17 2012-12-11 Panasonic Corporation Rotary torque detecting device
JP5589539B2 (ja) * 2009-08-17 2014-09-17 パナソニック株式会社 回転トルク検出装置
KR101089437B1 (ko) 2009-09-04 2011-12-07 대성전기공업 주식회사 조향장치용 비접촉식 토크센서
KR101238549B1 (ko) * 2010-07-06 2013-02-28 엘지이노텍 주식회사 스티어링 시스템의 토크 센서
JP5480758B2 (ja) * 2010-09-13 2014-04-23 日立金属株式会社 トルクインデックスセンサ
KR101238508B1 (ko) 2010-12-21 2013-03-04 엘지이노텍 주식회사 스티어링 시스템의 토크 센서
KR101814804B1 (ko) 2011-04-15 2018-01-30 엘지이노텍 주식회사 토크 센서
JP5675700B2 (ja) * 2012-05-25 2015-02-25 株式会社日本自動車部品総合研究所 トルクセンサ
JP6268442B2 (ja) * 2015-06-02 2018-01-31 日立オートモティブシステムズ株式会社 トルクセンサおよび電動パワーステアリング装置
JP2017075836A (ja) * 2015-10-14 2017-04-20 日立金属株式会社 トルク操舵角センサ及びトルク操舵角センサの補正方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115452551A (zh) * 2022-08-23 2022-12-09 中国人民解放军空军工程大学 气动式霍普金森扭杆装置及操作方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10309848B2 (en) 2019-06-04
KR101717125B1 (ko) 2017-03-16
US20180224343A1 (en) 2018-08-09
WO2017034074A1 (ko) 2017-03-02
KR20170024396A (ko) 2017-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5675700B2 (ja) トルクセンサ
CN109212439B (zh) 磁场传感器
CN106443063B (zh) 旋转检测装置
CN109141482A (zh) 杂散场鲁棒磁位置传感器装置
CN101680777B (zh) 磁场传感器
JP5218491B2 (ja) 回転角度検出装置
CN104374412B (zh) 一种用于磁感应齿轮编码器的磁场结构
JP2011525630A (ja) 歯車の回転位置および回転速度の検出方法、歯車の回転位置および回転速度の検出装置、回転ホイールのふらつき量測定方法
WO2009157991A1 (en) Highly sensitive amr bridge for gear tooth sensor
JPH11513487A (ja) 対象物の無接触位置検出装置およびこの装置の使用方法
WO2000070300A9 (en) Position encoder utilizing fluxgate sensors
US12007294B2 (en) Operation processing apparatus, angle sensor and power steering apparatus
CN208291330U (zh) 扭矩传感器及包含其的转向装置
US20190242764A1 (en) Magnetic field torque and/or angle sensor
US9400166B2 (en) Sensor arrangement
CN104568257B (zh) 车辆用检测装置
KR20170078449A (ko) 조향 장치용 토크 센서
KR100987896B1 (ko) 조향장치용 비접촉식 토크센서
JP4973869B2 (ja) 移動体検出装置
JP2010527454A (ja) 直線運動又は回転運動を非接触に検出するための装置
JP5348009B2 (ja) 角度センサ
KR20230101134A (ko) 스핀 궤도 결합 토크를 이용한 자기 센서 및 그것을 이용한 센싱 방법
JP4003526B2 (ja) 回転角センサとトルクセンサ
JP2013142569A (ja) 電流センサ
JP5497621B2 (ja) 回転角度検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant