DE102011056899A1 - Torque sensor device for determining steering torque in steering shaft of steering system of vehicle, has protruding connecting element integrally designed with carrier sleeve, and magnet mounted on connecting element - Google Patents
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- 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
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentsensoreinrichtung für ein Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a torque sensor device for a steering system according to the preamble of claim 1.
In der
Der Kragen kann als eine separat ausgebildete Stahlhülse ausgeführt sein, welche auf der Lenkwelle befestigt wird. Der Magnetring ist auf der Stahlhülse befestigt, gegebenenfalls über einen zwischenliegenden Kunststoffring, welcher in der Lage ist, die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Stahlhülse und Magnetring zu kompensieren. Dies stellt jedoch eine verhältnismäßig aufwändige Ausführung dar. The collar may be designed as a separately formed steel sleeve which is mounted on the steering shaft. The magnetic ring is fastened to the steel sleeve, optionally via an intermediate plastic ring which is able to compensate for the different thermal expansions of steel sleeve and magnetic ring. However, this represents a relatively expensive design.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach aufgebaute Drehmomentsensoreinrichtung für ein Lenksystem anzugeben. The invention has for its object to provide a structurally simple design torque sensor device for a steering system.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Die Drehmomentsensoreinrichtung wird in Lenksystemen eingesetzt, um das bei einer Lenkbewegung vom Fahrer erzeugte Lenkmoment zu ermitteln. Die Drehmomentsensoreinrichtung weist als Gebersystem einen Magneten auf, der auf einer Trägerhülse sitzt, welche auf einen Wellenabschnitt des Lenksystems, insbesondere einen Wellenabschnitt der Lenkwelle aufgeschoben ist. Des Weiteren umfasst die Drehmomentsensoreinrichtung ein Empfängersystem, das ein Sensorelement umfasst, vorzugsweise zum Messen einer Induktivität, und auf einem weiteren Wellenabschnitt mit Abstand zur Trägerhülse mit dem Magneten aufsitzt. Bei einer Drehbewegung der Welle führen die beiden Wellenabschnitte und damit auch der Magnet gegenüber dem Sensorelement eine Relativdrehbewegung zueinander aus, was zu einer Magnetfeldänderung führt, welche im Sensorelement detektiert werden kann. The torque sensor device is used in steering systems to determine the steering torque generated by the driver during a steering movement. The torque sensor device has as a donor system to a magnet which sits on a support sleeve, which is pushed onto a shaft portion of the steering system, in particular a shaft portion of the steering shaft. Furthermore, the torque sensor device comprises a receiver system which comprises a sensor element, preferably for measuring an inductance, and is seated on a further shaft section at a distance from the carrier sleeve with the magnet. During a rotational movement of the shaft, the two shaft sections and thus also the magnet relative to the sensor element from a relative rotational movement of each other, resulting in a magnetic field change, which can be detected in the sensor element.
Bei der erfindungsgemäßen Drehmomentsensoreinrichtung ist der Magnet segmentförmig ausgebildet und erstreckt sich somit über einen definierten, begrenzten Winkelbereich; der segmentförmige Magnet ist im Unterschied zu Ausführungen aus dem Stand der Technik nicht ringförmig ausgebildet. Dies stellt eine signifikante Vereinfachung dar, es wird insbesondere im Vergleich zu einer ringförmigen Ausführung Magnetmaterial eingespart. In the torque sensor device according to the invention, the magnet is segment-shaped and thus extends over a defined, limited angular range; the segment-shaped magnet is not annular in contrast to prior art embodiments. This represents a significant simplification, it is saved in particular in comparison to an annular design magnetic material.
Des Weiteren ist vorteilhaft, dass der segmentförmige Magnet über ein Verbindungselement mit der Trägerhülse verbunden ist. Das Verbindungselement ist einteilig mit der Trägerhülse ausgeführt, über das Verbindungselement kann der segmentförmige Magnet sicher mit der Trägerhülse verbunden werden. Furthermore, it is advantageous that the segment-shaped magnet is connected via a connecting element with the carrier sleeve. The connecting element is designed in one piece with the carrier sleeve, via the connecting element, the segment-shaped magnet can be securely connected to the carrier sleeve.
Vorteilhaft ist es auch, dass aufgrund der segmentförmigen Ausführung des Magneten sowie der Verbindung über das Verbindungselement zur Trägerhülse unterschiedlich hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten von Magnet und Trägerhülse keine negative Auswirkung haben. Aufgrund der segmentförmigen Ausführung kann die Wärme vom Magneten besser an die Umgebung abgegeben werden, so dass die Wärmeleitung zur Trägerhülse reduziert ist. Umgekehrt ist die Trägerhülse lediglich über das Verbindungselement mit dem Magneten verbunden, so dass auch von der Trägerhülse zum Magneten nur eine geringe Wärmeleitung stattfindet und stattdessen die Wärme von der Trägerhülse an die Umgebung abgegeben wird. Der verhältnismäßig geringe Wärmefluss zwischen dem segmentförmigen Magneten und der Trägerhülse ermöglicht es, den Magneten unmittelbar über das Verbindungselement mit der Trägerhülse ohne zwischenliegendes Kunststoffelement zu verbinden. Insgesamt wird dadurch die Konstruktion der Drehmomentsensoreinrichtung erheblich vereinfacht. It is also advantageous that, due to the segment-shaped design of the magnet and the connection via the connecting element to the carrier sleeve, different coefficients of thermal expansion of the magnet and carrier sleeve have no negative effect. Due to the segmented design, the heat from the magnet can be better released to the environment, so that the heat conduction is reduced to the carrier sleeve. Conversely, the carrier sleeve is only connected via the connecting element with the magnet, so that only a small heat conduction takes place from the carrier sleeve to the magnet, and instead the heat is released from the carrier sleeve to the environment. The relatively low heat flux between the segment-shaped magnet and the carrier sleeve makes it possible to connect the magnet directly via the connecting element with the carrier sleeve without intermediate plastic element. Overall, this considerably simplifies the design of the torque sensor device.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement am Außenumfang der Trägerhülse angeordnet ist und radial über den Außenumfang übersteht. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Stirnseiten der Trägerhülse nicht von dem segmentförmigen Magneten überdeckt werden, so dass über die Stirnseiten der Trägerhülse eine wirkungsvolle Wärmeabstrahlung an die Umgebung möglich ist. In gleicher Weise kann auch von dem segmentförmigen Magneten Wärme über die Stirnseiten an die Umgebung abgestrahlt werden. According to an expedient embodiment, it is provided that the connecting element is arranged on the outer circumference of the carrier sleeve and projects radially beyond the outer circumference. This has the advantage that the two end faces of the carrier sleeve are not covered by the segment-shaped magnet, so that over the end faces of the carrier sleeve effective heat radiation to the environment is possible. In the same way, heat can also be emitted by the segment-shaped magnet via the end faces to the surroundings.
Zweckmäßigerweise sind zumindest zwei Verbindungselemente einteilig mit der Trägerhülse ausgeführt, wobei der segmentförmige Magnet auf beiden Verbindungselementen aufsitzt. Conveniently, at least two connecting elements are designed in one piece with the carrier sleeve, wherein the segment-shaped magnet is seated on both connecting elements.
Das Verbindungselement – bzw. die Verbindungselemente, sofern mehr als ein Verbindungselement vorgesehen ist – kann beispielsweise hakenförmig ausgebildet sein, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem segmentförmigen Magneten und der Trägerhülse möglich ist. The connecting element - or the connecting elements, if more than one Connecting element is provided - may for example be hook-shaped, whereby a positive connection between the segment-shaped magnet and the carrier sleeve is possible.
Der segmentförmige Magnet erstreckt sich beispielsweise über ein Winkelsegment, das maximal 90° beträgt, beispielsweise 75°. Es kann zweckmäßig sein, dass der Magnet in Umfangsrichtung mehr als zwei Pole aufweist, wobei der Messpol in der Mitte des Magneten zweckmäßigerweise zumindest eine Breite von 15° besitzt. The segment-shaped magnet extends for example over an angular segment, which is a maximum of 90 °, for example 75 °. It may be expedient that the magnet in the circumferential direction has more than two poles, wherein the measuring pole in the middle of the magnet expediently has at least a width of 15 °.
Die Trägerhülse besteht beispielsweise aus einem Stahlblech wie zum Beispiel einem Edelstahlblech oder DC04. The carrier sleeve consists for example of a steel sheet such as a stainless steel sheet or DC04.
Der segmentförmige Magnet ist gegebenenfalls auf das Verbindungselement bzw. die Verbindungselemente an der Trägerhülse aufgespritzt. Dies ermöglicht es, den Magneten im Spritzgießprozess herzustellen und unmittelbar mit der Trägerhülse zu verbinden. The segment-shaped magnet is optionally sprayed onto the connecting element or the connecting elements on the carrier sleeve. This makes it possible to produce the magnet in the injection molding process and to connect directly to the carrier sleeve.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Die Trägerhülse
Der Magnet
In
Der segmentförmige Magnet
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Lenksystem steering system
- 2 2
- Lenkrad steering wheel
- 3 3
- Lenkwelle steering shaft
- 4 4
- Lenkgetriebe steering gear
- 5 5
- Lenkgestänge steering linkage
- 6 6
- Vorderrad front
- 7 7
- Servoeinrichtung servo
- 8 8th
- Gebersystem encoder system
- 9 9
- Trägerhülse support sleeve
- 10 10
- Kragen collar
- 11 11
- Verbindungselement connecting element
- 12 12
- Magnet magnet
- 13 13
- Drehmomentsensoreinrichtung Torque sensor device
- 14 14
- Empfängersystem receiver system
- 15 15
- Sensorelement sensor element
- 16 16
- Eingangswellenabschnitt Input shaft section
- 17 17
- Drehstab torsion bar
- 18 18
- Ausgangswellenabschnitt Output shaft portion
- 19 19
- Ritzel pinion
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007022282 A1 [0002] DE 102007022282 A1 [0002]
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