CN2929648Y

CN2929648Y - 电容式相对角度传感器

Info

Publication number: CN2929648Y
Application number: CN 200620104160
Authority: CN
Inventors: 林观建
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2016-05-31

Abstract

本实用新型具体涉及一种电容式相对角度传感器。包括外壳和设置在外壳内部的上、下转动轴，所述上、下转动轴之间通过扭杆相连接，在所述上、下转动轴和外壳内部的一侧分成若干等份，间隔均匀排列有源极板；另外一侧分成上下两部分，所述上下两部分分成若干等份，上下间隔交错排列有源极板，转动的时候通过电容变化信号的比较反映出相对角度变化。本实用新型由于采用电容的形式具有适应性强，灵敏度高，动态响应速度快的优点，而且总体结构上采用转动轴和外壳相结合的结构使得结构简单，安装方便，易于维修。

Description

电容式相对角度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其是涉及一种电容式相对角度传感器。

背景技术

随着经济的发展，社会的进步，汽车已经越来越多的进入寻常百姓家，同时汽车的性能也越来越受到关注。虽然汽车有了上百年的历史，但在各方面一直在不断的完善着，尤其是近几年汽车的普及，人们对汽车的安全性，舒适性等方面要求越来越高。在汽车方向控制方面，从过去的无助力到现在的液压助力、电子助力无不朝着舒适化的方向发展。在电子助力方面目前大部分是用电位器作为转矩传感器，而它是靠滑套的上下移动，把转矩传给电位器，通过电位器转化成电信号，由于要求的精度相当高，所以滑套里面的蜗杆也要求有很高的精度，这使得产品的报废率相当高；同时电位器是一种有触点的装置，存在着一定的损耗。上述机构存在结构复杂，制造成本高，安装维修不方便，报废率高的缺点。出于上述原因考虑，利用电容来角度扭转等方面的传感器便应运而生，如“一种电容式角度扭距双信号车用传感器”，专利号为200520007587.5，它是利用在测量扭杆的敏感轴上安装双角位移测量机构的方法，实现角度和扭距信号同时采集输出；其角度测量通过在一种变结构电容极板上形成多相电场后，经过电场合成耦合实现，在结构上具有以下特征：轴联动片固定于轴套上，插入外接扭杆后跟随扭杆转动；壳联动片由外接扭杆敏感轴另一端拨动；定片上的源极板沿圆周紧密排列，均匀分布，且面积相等；激励源电路、信号处理鉴相电路及信号差分电路是其基本附属电路，集成或组合安装与定片上；极板制作在覆铜板上。由于采用了轴联动片和定片的形式，在结构上过于复杂，而且不好安装，一旦出现问题需要维修的话重新更换零件相当不方便。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的结构复杂，安装不方便，维修麻烦等的技术问题，从而提供一种结构简单，安装方便，易于维修，适应性强，响应速度快的电容式相对角度传感器。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：包括外壳和设置在外壳内部的转动轴，所述转动轴分为上转动轴和下转动轴，上转动轴和下转动轴之间通过扭杆相连接，在所述上转动轴和下转动轴上均设置有源极板，在对应的外壳内部也相应的设置有源极板。在所述上、下转动轴和对应的外壳内部设置源极板，在转动轴转动的时候源极板之间会产生电容的变化，从而可以反映出相对角度的变化，在上、下转动轴对应外壳上的源极板上可以分别引出两个电容，电容值通过转换电路转换成相应的电压；采用电容的形式使得本实用新型适应性强，灵敏度高，动态响应速度快的优点。

作为优选，所述源极板通过绝缘层附在上、下转动轴和外壳内部，所述上下转动轴和外壳内部的一侧分成若干等份，间隔均匀排列有源极板；另外一侧分成上下两部分，所述上下两部分分成若干等份，上下间隔交错排列有源极板。绝缘层可以采用陶瓷作为材料，有必要的时候也可以采用其他代替。

作为优选，上、下转动轴附有源极板处的圆周均匀分为36等份，以中心为线分为上下两部分，上下两部分间隔交错排列有源极板，所述上下两部分的源极板各自连成一片；对应的外壳内部附有源极板处的圆周均匀分为36等份，以中心为线分为上下两部分，上下两部分间隔均匀的分布有源极板，上下两部分的源极板在相同等份内。所述外壳内部的源极板和上、下转动轴上的源极板分别构成相同的差分电容，源极板一般可以采用铜片，根据需要也可以采用其他形式。

作为优选，所述上、下转动轴和外壳的轴心在同一直线上，上、下转动轴和外壳之间的间隙在0.1-0.3mm之间。根据灵敏度的需要，可以调整上、下转动轴和外壳之间的间隙，而且采用上、下转动轴和外壳的轴心在同一直线的形式在结构上比较简单，而且安装以目前的技术并不复杂。

作为优选，上、下转动轴的外端通过销孔分别和上方向柱，下方向柱相连接。上、下转动轴的外端分别与上、下方向柱相连接，连接的方式可以是多样的，并不一定要采用销孔的形式。

因此，本实用新型由于采用电容的形式具有适应性强，灵敏度高，动态响应速度快的优点，而且总体结构上采用转动轴和外壳相结合的结构使得结构简单，安装方便，易于维修。

附图说明

附图1是本实用新型的一种结构示意图；

附图2是本实用新型源极板的排列结构示意图；

附图3是本实用新型源极板展开示意图；

附图4是本实用新型工作示意图；

附图5是本实用新型的电容变化示意图；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：如图1所示，本实用新型整体结构上成上下对称的结构，上转动轴11和下转动轴12设置在外壳4的内部，扭杆2将上转动轴11和下转动轴12连接在一起，所述扭杆2的两头呈长方体状；在扭杆2与上、下转动轴11，12连接处，上、下转动轴11，12的内孔也成长方体状与扭杆2的两头相配合：同时上、下转动轴11，12齿合，上转动轴11保留上半齿而下转动轴12保留下半齿，所述上半齿和下半齿并不接触，留有间隙，保证上转动轴11做出转动的时候齿合部分上半齿不会与下半齿相碰；在所述上、下转动轴11，12的外端均设置有连接口8和销孔5。在上、下转动轴11，12上均设置有轴承，同时外壳4两端用外盖9封住，在外盖9和轴承之间设置有弹簧垫。在所述上转动轴11和下转动轴12上分别设置有源极板3，在对应的外壳4内部也相应的设置有源极板3；源极板3采用铜片，所述铜片均通过陶瓷层附在上、下转动轴11，12和外壳4内部；上、下转动轴11，12附有源极板3处的圆周均匀分为36等份，以中心为线分为上下两部分，上下两部分间隔交错排列有源极板3，所述上下两部分的源极板3各自连成一片；对应的外壳4内部附有源极板3处的圆周均匀分为36等份，以中心为线分为上下两部分，上下两部分间隔均匀的分布有源极板3，上下两部分的源极板3在相同等份内。即外壳4内部圆周上有36片铜片，分成上下一起的18组间隔排列；上、下转动轴11，12圆周上各有36片铜片，分成上下两部分间隔交错排列，所述铜片为长方形状(参见图2，3)。在上转动轴11对应的外壳4内部两组铜片上分别引出两组电容C₁、C₂；在下转动轴12对应的外壳4内部两组铜片上也分别引出两组电容C₃、C₄。上、下转动轴11，12和外壳4形成的结构相同。

如图4所示，上转动轴11与上方向柱6相连接，下转动轴12与下方向柱7相连接，上方向柱6上连接有方向盘而下方向柱7则控制着轮胎的方向，同时连接有MCU，所述MCU与一电机10相连接。在无助力的情况下，当方向盘转动带动上方向柱6转动时，而下方向柱7由于地面的阻力，无法跟着转动，就产生了相对运动。即上方向柱6带动上转动轴11转动，而外壳4是固定不动的，通过陶瓷附在上转动轴11和与之对应外壳4内部上的铜片之间的电容的面积就发生了变化而电容量也发生了相应变化，即C₁、C₂发生了相应的变化(参见图5)，将这个变化通过转换电路转换成相应的电压变化。虽然上转动轴11通过扭杆2将力传给了下转动轴12，但下转动轴12由于地面阻力的作用不能转动，所以通过陶瓷附在下转动轴12和与之对应外壳4内部上的铜片之间的电容不发生变化，即C₃、C₄不发生变化，电压也就不发生变化。这样通过上下两个电压的比较，反应出相应的相对角度。当相对角度超过5°的时候，由于上转动轴11和下转动12轴齿合，力就直接传递过去了，所以相对转角在5°范围内。

当有助力的时候，上方向柱6带动上转动轴11，使上转动轴11发生偏转，上转动轴11上的铜片与对应外壳4内部的铜片所形成的电容就会产生变化，通过转换电路转换成相应的电压变化，而下转动轴12上的铜片与对应外壳4内部的铜片所形成的电容不会产生变化，即电压信号也不会有变化，将两个电压信号做比较，并把结果传递给MCU，MCU根据此信号，结合车速，发动机等信号，通过处理输出相应的电流，控制电机10转动去助力，而这个助力带动下转动轴12朝上方向柱6转动方向运动，在整个过程中传感器一直监视着上、下转动轴11，12相对角度的变化，并传送给MCU，使得MCU能准确的提供助力，直到相对角在方向设计允许的范围内。

Claims

1.一种电容式相对角度传感器，包括外壳和设置在外壳内部的转动轴，其特征是所述转动轴(1)分为上转动轴(11)和下转动轴(12)，上转动轴(11)和下转动轴(12)之间通过扭杆(2)相连接，在所述上转动轴(11)和下转动轴(12)上均设置有源极板(3)，在对应的外壳(4)内部也相应的设置有源极板(3)。

2.根据权利要求1所述的电容式相对角度传感器，其特征是所述源极板(3)通过绝缘层附在上、下转动轴(11，12)和外壳(4)内部，所述上、下转动轴(11)，12)和外壳(4)内部的一侧分成若干等份，间隔均匀排列有源极板(3)；另外一侧分成上下两部分，所述上下两部分分成若干等份，上下间隔交错排列有源极板(3)。

3.根据权利要求2所述的电容式相对角度传感器，其特征是上、下转动轴(11，12)附有源极板(3)处的圆周均匀分为36等份，以中心为线分为上下两部分，上下两部分间隔交错排列有源极板(3)，所述上下两部分的源极板(3)各自连成一片；对应的外壳(4)内部附有源极板(3)处的圆周均匀分为36等份，以中心为线分为上下两部分，上下两部分间隔均匀的分布有源极板(3)，上下两部分的源极板(3)在相同等份内。

4.根据权利要求1或2或3所述的电容式相对角度传感器，其特征是所述上、下转动轴(11，12)和外壳(4)的轴心在同一直线上，上、下转动轴(11，12)和外壳(4)之间的间隙在0.1-0.3mm之间。

5.根据权利要求1所述的电容式相对角度传感器，其特征是上、下转动轴(11，12)的外端通过销孔(5)分别和上方向柱(6)，下方向柱(7)相连接。