CN218496025U - 一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及转向系统技术领域，具体地说是一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器。一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：输入转子的上部套设有驱动齿轮及壳体，所述的驱动齿轮的一侧连接磁铁齿轮组件；输入转子的下部套设有PCB板、盖板及输出转子；所述的壳体与盖板配合连接，并且所述的PCB板、输入转子的中部、驱动齿轮及磁铁齿轮组件位于壳体及盖板之间的连接腔体内。同现有技术相比，将输入转子，PCB板，磁铁齿轮组件均置于壳体内部，实现单方向安装，从而简化了工艺流程；同时将连接器框口直接集成在壳体上，取消了顶盖板，取消了防转结构上的金属弹片，从而减少了零件数量，降低了成本。

Description

一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器

技术领域

本实用新型涉及转向系统技术领域，具体地说是一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器。

背景技术

随着汽车“新四化”浪潮的兴起，汽车中电子电气系统数量越来越多，每个电子电气系统本身也朝着轻量化、集成化、冗余性、高精度方向发展。低重量可大大减轻整车负载；紧凑型产品所需外包络尺寸更小，进而能为用户提供更大的自由空间；冗余的系统架构大大的提升了车辆功能安全，高精度的性能输出表现提高了驾驶员的舒适性。

在汽车转向领域，电动助力转向系统（EPS）包含着传统机电一体化系统的五个基本部分，传感部分（扭矩角度传感器、扭杆等）、动力部分（电机）、驱动部分（齿轮齿条、涡轮蜗杆、皮带等传动机构）、执行部分（球头拉杆等）、控制及信息部分（电子控制单元）。基本工作原理为：通过检测施加在方向盘上产生的扭矩和转角的大小和方向，将信号输入给电子控制单元，电子控制单元结合整车CAN信号处理运算后得到一个与行驶工况匹配的力矩，最后发出指令驱动电机，电机的输出转矩通过传动机构作用实现助力。因此扭矩角度传感器作为转向系统的核心零件，其信号精度直接影响到转向系统助力表现，决定着行车的安全性和驾驶员的手感。

在汽车电动助力转向的扭矩角度传感器的现有技术中，有方案采用输入转子悬臂卡槽与壳体滑轨配合的方式实现旋转限位，此外还需圆形钢丝弹簧弥补输入转子磨损带来的间隙。输入转子、PCBA组件、下盖板需要从下方装入，磁铁齿轮需要从壳体上方装入后再焊接固定到输入转子上。另需加装顶盖板用于磁铁齿轮高度限位和传感器整体防护。其连接器组件采用单独接头形式安装在PCB上，成本较高。其防转结构需加装金属弹片。已有方案的主要缺点为输入转子运转时摩擦扭矩大，整体噪音表现差，结构复杂，不利于装配和制造稳定性。

发明内容

本实用新型为克服现有技术的不足，提供一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，将输入转子，PCB板，磁铁齿轮组件均置于壳体内部，实现单方向安装，从而简化了工艺流程；同时将连接器框口直接集成在壳体上，取消了顶盖板，取消了防转结构上的金属弹片，从而减少了零件数量，降低了成本；另一方面，输入转子与壳体采用简易轴向滑轨滑槽配合方式，降低了摩擦噪音，改善了摩擦力矩偏大的问题；磁铁齿轮组件通过柔性支架限位安装在壳体内部，可以有效的补偿齿轮组啮合间隙。

为实现上述目的，设计一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，包括输入转子、驱动齿轮、壳体、PCB板、盖板、输出转子，其特征在于：输入转子的上部套设有驱动齿轮及壳体，所述的驱动齿轮的一侧连接磁铁齿轮组件；输入转子的下部套设有PCB板、盖板及输出转子；所述的壳体与盖板配合连接，并且所述的PCB板、输入转子的中部、驱动齿轮及磁铁齿轮组件位于壳体及盖板之间的连接腔体内。

所述的输入转子包括输入转子套筒、转子塑胶、输入转子叶片，所述的输入转子套筒呈圆筒形结构，位于输入转子套筒的下部外侧套设有转子塑胶，转子塑胶的外缘均布连接输入转子叶片。

所述的输入转子与驱动齿轮之间通过焊接工艺连接。

所述的磁铁齿轮组件包括磁轮、磁体、柔性支架，所述的磁轮与驱动齿轮啮合连接，磁轮的中部嵌设有磁体，位于磁轮的上部套设有柔性支架。

所述的柔性支架呈n形结构，柔性支架的中部为弹性臂结构，位于弹性臂的中部设有安装磁轮的通孔，弹性臂的左右两端分别连接圆柱体结构，位于圆柱体结构的中部设有固定孔。

所述的PCB板上嵌设有激励线圈，激励线圈的内缘嵌设有感应线圈；位于PCB板上的一侧连接Pin针组件；位于激励线圈一侧的PCB板上连接角度芯片。

所述的壳体上部的一侧连接连接器框口，位于连接器框口一侧的壳体的侧边连接卡爪。

位于输入转子的输入转子套筒内设有输入轴，输入轴的底部设有输出轴，所述的输入轴及输出轴通过扭杆贯穿输入轴及输出轴的中心连接；位于扭杆的上部套设有轴承，所述的轴承位于扭杆与输入轴之间。

位于扭矩角度传感器的外侧套设有机壳，所述的机壳内缘设有防转限位槽，扭矩角度传感器通过壳体上的卡爪嵌入至机壳的防转限位槽内连接。

本实用新型同现有技术相比，提供一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，将输入转子，PCB板，磁铁齿轮组件均置于壳体内部，实现单方向安装，从而简化了工艺流程；同时将连接器框口直接集成在壳体上，取消了顶盖板，取消了防转结构上的金属弹片，从而减少了零件数量，降低了成本；另一方面，输入转子与壳体采用简易轴向滑轨滑槽配合方式，降低了摩擦噪音，改善了摩擦力矩偏大的问题；磁铁齿轮组件通过柔性支架限位安装在壳体内部，可以有效的补偿齿轮组啮合间隙。

附图说明

图1为本实用新型结构爆炸示意图。

图2为本实用新型中壳体的结构示意图。

图3为本实用新型中输入转子的结构示意图。

图4为本实用新型中磁铁齿轮组件的结构示意图。

图5为输入转子与磁铁齿轮组件安装到壳体中的结构示意图。

图6为本实用新型中PCB板的结构示意图。

图7为本实用新型结构剖视图。

图8为本实用新型结构在EPS中的结构示意图。

图9为图8的结构剖视图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1至图9所示，输入转子23的上部套设有驱动齿轮22及壳体21，所述的驱动齿轮22的一侧连接磁铁齿轮组件24；输入转子23的下部套设有PCB板61、盖板27及输出转子13；所述的壳体21与盖板27配合连接，并且所述的PCB板61、输入转子23的中部、驱动齿轮22及磁铁齿轮组件24位于壳体21及盖板27之间的连接腔体内。

输入转子23包括输入转子套筒、转子塑胶、输入转子叶片，所述的输入转子套筒31呈圆筒形结构，位于输入转子套筒31的下部外侧套设有转子塑胶33，转子塑胶33的外缘均布连接输入转子叶片32。

输入转子23与驱动齿轮22之间通过焊接工艺连接。

磁铁齿轮组件包括磁轮、磁体、柔性支架，所述的磁轮41与驱动齿轮22啮合连接，磁轮41的中部嵌设有磁体42，位于磁轮41的上部套设有柔性支架25。

柔性支架25呈n形结构，柔性支架25的中部为弹性臂252结构，位于弹性臂252的中部设有安装磁轮41的通孔，弹性臂252的左右两端分别连接圆柱体结构253，位于圆柱体结构253的中部设有固定孔251。

PCB板61上嵌设有激励线圈612，激励线圈612的内缘嵌设有感应线圈613；位于PCB板61上的一侧连接Pin针组件63；位于激励线圈612一侧的PCB板61上连接角度芯片62。

壳体21上部的一侧连接连接器框口212，位于连接器框口212一侧的壳体21的侧边连接卡爪211。

位于输入转子23的输入转子套筒31内设有输入轴11，输入轴11的底部设有输出轴14，所述的输入轴11及输出轴14通过扭杆16贯穿输入轴11及输出轴14的中心连接；位于扭杆16的上部套设有轴承17，所述的轴承17位于扭杆16与输入轴11之间。

位于扭矩角度传感器的外侧套设有机壳15，所述的机壳15内缘设有防转限位槽151，扭矩角度传感器通过壳体21上的卡爪211嵌入至机壳15的防转限位槽151内连接。

本实用新型位于输入轴11和输出轴14之间，在输入轴11和输出轴14内部使用扭杆16连接，本实用新型包含壳体21，驱动齿轮22，输入转子23，磁铁齿轮组件24，柔性支架25，PCB板61，盖板27，输出转子13。输入转子23通过输入转子套筒31固定在输入轴11上，同时，驱动齿轮22通过焊接固定在输入转子23上，形成输入转子组一并安装在壳体21内，进一步地，磁轮41和磁体42与柔性支架25预装后形成磁铁齿轮组件24一并安装到壳体21内，输入转子23通过滑轨滑槽方式可在壳体21内转动，盖板27与壳体21焊接固定后限制了输入转子23的轴向运动，同时驱动齿轮22与磁铁齿轮组件24良好啮合，PCB板61固定在壳体21上，PCB板61上角度芯片62位于磁体42正下方。壳体21上设有卡爪211，与机壳15的防转限位槽151柔性配合，限制壳体21与PCB板61的转动。输出转子13固定在输出轴14上。PCB板61上设有产生磁场的激励线圈612，接收磁通的感应线圈613。当输入轴11上输入一个角度时，输入转子23与输出转子13均会对应地转动一个角度，对磁力线产生切割效果，根据电磁感应原理，通过检测出感应电动势的大小，可获知输入转子23和输出转子13的旋转角度，进一步的输入转子23的转动会带动磁铁齿轮组件24的转动，角度芯片62可获知磁铁齿轮组件24的转动角度，根据传动比算出驱动齿轮22的绝对转动角度，当输入轴11传入扭矩后，扭杆16发生变形，根据扭杆刚度结合输入轴11与输出轴14的差角度可算出扭矩大小，进一步的，输入轴11与输出轴14同轴转动，输入转子23与输出转子13同轴转动，使得输入轴11与输出轴14之间的扭矩转化为输入转子23与输出转子13之间的扭矩。PCB板61上设有Pin针组件63，准确的装入到连接器框口212中，实现了扭矩角度传感器与外部的电信号传递。

驱动齿轮22通过激光焊接固定在输入转子23上形成输入转子组后安装到壳体21中，磁铁齿轮组件24与柔性支架25预装后安装到壳体21中，再使用热熔工艺将柔性支架25固定。盖板27与壳体21通过激光焊接固定。

壳体21外设有卡爪211，与机壳15的防转限位槽151柔性配合，实现壳体21转动方向限位。

输入转子23由输入转子套筒31，输入转子叶片32，转子塑胶本体33组成，具体地，嵌入注塑成一体式。

驱动齿轮22通过孔轴配合装入输入转子套31中，在通过激光焊接形成转子焊接区，固定在输入转子23中。

驱动齿轮22顶部设有滑槽，壳体21内设有滑轨，输入转子组装到壳体21中后，通过滑轨滑槽配合实现输入转子23的转动。

磁铁齿轮组件24由磁轮41，磁体42，柔性支架25组成，具体地，嵌入注塑成一体式，优选地，磁铁齿轮组件24正反不区分极性，简化了安装工序。

柔性支架25上设有两处柔性支架固定孔251，上下两个弹性臂252，优选地，柔性支架25正反不区分极性，简化了安装工序。

磁轮41上设有磁铁齿轮安装环，磁体42上设有磁铁齿轮装夹孔，装配时通过磁铁齿轮装夹孔装夹磁体42，磁轮41安装到柔性支架25的弹性臂252中间，上下弹性臂252限制了磁轮41的轴向运动，此时磁轮41的外侧与弹性臂252贴合，再通过柔性支架25的固定孔251装夹柔性支架25，一并将磁铁齿轮组安装到壳体21中，此时壳体21中柔性支架固定柱216与柔性支架固定孔251一一实现孔轴配合，磁轮41的内壁与壳体21中的磁铁齿轮安装柱为间隙配合，此时磁铁齿轮组件24可在壳体21中转动，进一步地，将柔性支架25的圆柱体结构253进行热熔，形成柔性支架25的热熔区，实现了柔性支架25的固定，也限制了磁铁齿轮组件24的轴向运动，优选地，弹性臂252的侧向弹力使得磁铁齿轮组件24紧贴驱动齿轮22，能补偿由于制造或安装中心距误差，实现良好啮合即平稳传动。

壳体21中集成有连接器框口212，连接器框口212底部设有若干Pin针限位孔，壳体21中还设有若干PCB固定柱。

PCB板61上的Pin针组件63由Pin针塑胶及若干Pin针组成，具体地，嵌入注塑成一体式。Pin针组件63通过Pin针塑胶上导向柱安装到PCB板61上，再通过波峰焊形成Pin焊接区实现电连接。

PCB板61上设有若干PCB固定孔，与壳体21中的PCB固定柱位置一一对应，将PCB板61安装到壳体21后，再将PCB固定柱进行热熔，实现PCB板61的固定。同时，角度芯片62位于磁轮41正上方，Pin针的位置与Pin针限位孔位置一一对应，Pin针穿过Pin针限位孔后到达连接器框口212内，构成连接器，实现了扭矩角度传感器与外部的电信号传递。

PCB板61上还设有激励线圈612和感应线圈613，与输入转子23，输出转子13同轴，用于产生感应电动势。

PCB板61中间设有通孔614，输出转子套筒31穿过通孔614。

盖板27与壳体21外圈整周通过激光焊接形成壳体焊接区，实现盖板27与壳体21的固定连接，盖板27上还设有支撑筋，支撑筋穿过通孔614与转子塑胶33上的支撑面接触，依靠盖板27本身中部的弹性变形提供支撑力，从而实现输入转子23的轴向限位。

本实用新型整体结构简单紧凑，空间尺寸小，零件数量少，重量轻，降低了成本；装配工序为单向安装，不用翻转，且返工互换性好，降低了整体报废率，提高了制程稳定性；输入转子与壳体之间为简易轴向滑轨滑槽配合，机械摩擦小，对整体精度及噪音表现均有提高；磁铁齿轮组件通过柔性支架方式固定在壳体内部，柔性支架的侧向弹力可较好的补偿齿轮啮合间隙，提高了传动平稳性。

本实用新型的连接器采用分体式，即连接器框口直接集成在壳体上，Pin针通过Pin针组件焊接到PCB板上，再进行装配，与单独开发连接器方案相比降低了成本，与连接器直接集成在壳体上方案相比，PCB焊点应力更小提高了可靠性；PCB直接通过热熔方式固定在壳体内，保证了感应线圈与输入输出转子之间较高的相对位置精度。

Claims (9)

1.一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，包括输入转子、驱动齿轮、壳体、PCB板、盖板、输出转子，其特征在于：输入转子（23）的上部套设有驱动齿轮（22）及壳体（21），所述的驱动齿轮（22）的一侧连接磁铁齿轮组件（24）；输入转子（23）的下部套设有PCB板（61）、盖板（27）及输出转子（13）；所述的壳体（21）与盖板（27）配合连接，并且所述的PCB板（61）、输入转子（23）的中部、驱动齿轮（22）及磁铁齿轮组件（24）位于壳体（21）及盖板（27）之间的连接腔体内。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：所述的输入转子（23）包括输入转子套筒、转子塑胶、输入转子叶片，所述的输入转子套筒（31）呈圆筒形结构，位于输入转子套筒（31）的下部外侧套设有转子塑胶（33），转子塑胶（33）的外缘均布连接输入转子叶片（32）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：所述的输入转子（23）与驱动齿轮（22）之间通过焊接工艺连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：所述的磁铁齿轮组件（24）包括磁轮、磁体、柔性支架，所述的磁轮（41）与驱动齿轮（22）啮合连接，磁轮（41）的中部嵌设有磁体（42），位于磁轮（41）的上部套设有柔性支架（25）。

5.根据权利要求4所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：所述的柔性支架（25）呈n形结构，柔性支架（25）的中部为弹性臂（252）结构，位于弹性臂（252）的中部设有安装磁轮（41）的通孔，弹性臂（252）的左右两端分别连接圆柱体结构（253），位于圆柱体结构（253）的中部设有固定孔（251）。

6.根据权利要求1所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：所述的PCB板（61）上嵌设有激励线圈（612），激励线圈（612）的内缘嵌设有感应线圈（613）；位于PCB板（61）上的一侧连接Pin针组件（63）；位于激励线圈（612）一侧的PCB板（61）上连接角度芯片（62）。

7.根据权利要求1所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：所述的壳体（21）上部的一侧连接连接器框口（212），位于连接器框口（212）一侧的壳体（21）的侧边连接卡爪（211）。

8.根据权利要求1所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：位于输入转子（23）的输入转子套筒（31）内设有输入轴（11），输入轴（11）的底部设有输出轴（14），所述的输入轴（11）及输出轴（14）通过扭杆（16）贯穿输入轴（11）及输出轴（14）的中心连接；位于扭杆（16）的上部套设有轴承（17），所述的轴承（17）位于扭杆（16）与输入轴（11）之间。

9.根据权利要求1所述的一种用于汽车电动助力转向系统的扭矩角度传感器，其特征在于：位于扭矩角度传感器的外侧套设有机壳（15），所述的机壳（15）内缘设有防转限位槽（151），扭矩角度传感器通过壳体（21）上的卡爪（211）嵌入至机壳（15）的防转限位槽（151）内连接。

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