DE10307703A1

DE10307703A1 - Drehmomentsensor mit Fluss-Abnehmer-Bürste

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Publication number: DE10307703A1
Application number: DE10307703A
Authority: DE
Inventors: John F Laidlaw; Stephen T Hung; Bruce A Bowling
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2003-09-25
Also published as: US6644134B2; US20030154800A1; FR2836219A1; GB0300993D0; GB2387914B; GB2387914A

Abstract

Ein Drehmoment-Sensor weist ein Gehäuse (12), eine Eingangswelle (14) und eine Ritzelwelle (16) auf. Ein Torsionsstab (18) verbindet die Wellen (14, 16) und erlaubt die Drehung der Wellen (14, 16) gegeneinander. Die Wellen (14, 16) sind so gelagert, dass eine axiale Bewegung innerhalb des Gehäuses (12) möglich ist. Eine Vielzahl von Magneten (20) ist im radialen Abstand von der Eingangswelle (14) angeordnet, und eine Stator-Baugruppe (22), die an der Ritzelwelle (16) befestigt ist, erstreckt sich axial über die Magnete (20). Ein Paar von Flussringen (50, 52) ist am Gehäuse (12) befestigt und erstreckt sich ringförmig um die Stator-Baugruppe (22) in einem radialen Abstand von der Stator-Baugruppe (22). Von einem Paar von Flussbürsten (42, 44) ist jede magnetisch ausgerichtet auf einen der Flussringe (50 bzw. 52). Die Flussbürsten (42, 44) sind voneinander durch einen Spalt (46) getrennt. Ein Paar von Sensoren (48) innerhalb des Spalts (46) misst Richtung und Größe des magnetischen Flusses zwischen den Flussbürsten (42, 44).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zur Messung des Drehmoments zwischen zwei rotierbaren Wellen. In speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Einrichtung, die das Drehmoment zwischen einer Eingangswelle, die mit einem Lenkrad verbunden ist, und einer Ritzelwelle, die mit dem Lenkgetriebe eines Automobils verbunden ist, misst.
Eine große Anzahl von Automobilen ist ausgestattet mit Servolenkung. Das am häufigsten heute eingesetzte System für die Servolenkung ist die hydraulische Servolenkung. Der Steuerungsmechanismus eines Fahrzeugs besitzt eine Eingangswelle, die mit dem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden ist. Dazu ist eine Ritzelwelle mechanisch mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden in einer Weise, dass die Drehbewegung der Ritzelwelle Lenkbewegungen des Fahrzeugs erzeugt. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle sind durch einen Torsions-Stab miteinander verbunden. In hydraulischen Servo- Lenkungssystemen stellt eine Pumpe Hydraulik-Flüssigkeit unter Druck zur Verfügung, mit der Kraft erzeugt wird, um die Drehbewegung der Ritzelwelle zu unterstützen. Die von der Hydraulik-Flüssigkeit zur Verfügung gestellte unterstützende Kraft wird kontrolliert durch die Verdrehung des Torsions- Stabs, der die Eingangswelle und die Ritzelwelle miteinander verbindet. In der Weise, wie das Drehmoment zwischen beiden Wellen sich vergrößert, stellt das Servolenkungs-System mehr Kraft zur Verfügung, um die Drehbewegung der Ritzelwelle zu unterstützen. Auf diese Weise wird die Größe des Drehmoments, die der Fahrer des Fahrzeugs für das System aufwenden muss, gesteuert.
Unglücklicherweise sind hydraulische Servo-Lenkungssysteme nicht effizient, primär wegen der Notwendigkeit, die Größe der Komponenten zu beschränken, die erforderlich sind, um die Lenkanforderungen in und durch einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen zu erfüllen. Als Antwort auf die Forderung, mehr Energieeffiziente Steuerungssysteme zur Verfügung zu stellen, sind elektrische Servo-Lenkungssysteme entwickelt worden. In einem System mit elektrischer Hilfsenergie erzeugt ein elektrischer Motor Kraft auf die Lenkwelle des Fahrzeugs, um den Fahrer bei der Drehung der Räder des Fahrzeugs zu unterstützen. Genauso wie mit dem hydraulischen System ist das Resultat letztendlich, dass die Größe des Drehmoments, das der Fahrer aufwenden muss, geregelt wird. Die Größe des Drehmoments, das der Fahrer aufwenden muss, sollte nicht Null sein. Es ist vorzuziehen, dass der Fahrer ein gewisses Drehmoment aufwenden muss, um eine fühlbare Rückkopplung vom Steuerungssystem zu erhalten und ein "Gefühl" für das Fahrzeug zu behalten. Genauso wie das hydraulische System verwendet das elektrische Servo-Lenk-System einen Torsions-Stab, der zwischen der Eingangswelle und der Ritzelwelle positioniert ist, wobei die Verdrillung durch das Drehmoment zwischen den zwei Wellen im Torsions-Stab lokalisiert ist und gemessen werden kann, um die Größe der vom Fahrer aufgewendeten Kraft zu bestimmen.
Traditionell würde der Torsions-Stab ausgerüstet mit Dehnungs-Mess- Systemen, z. B. Dehnmessstreifen, um die Größe der Auslenkung zu bestimmen. Allerdings sind Systeme, die Dehnungs-Messgeräte verwenden, die direkt auf der Welle montiert sind, durch Zerstörung und Abnutzung gefährdet. Die Lenkwelle des Fahrzeugs dreht sich und muss in der Lage sein, eine bestimmte Menge und ein bestimmtes Maß von axialer Bewegung durch die Bewegungen des Fahrzeugs zu überstehen. In einem anderen bekannten System wandelt eine mechanische Pendel-Einrichtung die relativen Winkel- Abweichungen der Eingangs -und Ausgangswelle, die im Torsionsstab auftritt, in eine geradlinige Bewegung der Oberfläche der Pendel-Einrichtung um. Ein Potentiometer oder ein anderer Sensor ist mechanisch verbunden, um die Position der Oberfläche der Pendeleinrichtung zu bestimmen. Diese Systeme haben den Nachteil, dass Probleme bestehen durch den Gebrauch der mechanischen Pendeleinrichtung und dem Messsystem, das kontaktbehaftet ist, namentlich durch Hysterese und Beschränkungen der Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit. Deswegen besteht ein Bedarf für ein Gerät, das die Größe des Drehmoments, das zwischen der Eingangswelle und der Ritzelwelle eines Steuerungsmechanismus übertragen wird, misst und das isoliert ist von den Drehbewegungen und axialen Bewegungen der Eingangswelle und der Ritzelwelle im Fahrzeug.
Ein das Drehmoment messendes Gerät, das in der Lage ist, das Drehmoment zwischen zwei Wellen eines Steuerungs-Mechanismus zu messen und ein entsprechendes Signal an ein elektrisches Servolenkungs-System des Fahrzeugs zu geben, weist ein Gehäuse, eine Eingangswelle, die innerhalb dieses Gehäuses drehbar gelagert ist und ausgeformt ist, mit dem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden zu werden, und eine Ritzelwelle auf, die innerhalb dieses Gehäuses drehbar gelagert ist und ausgeformt ist, mit dem Lenkungssystem des Fahrzeugs verbunden zu sein.
Ein Torsionsstab ist positioniert zwischen Eingangswelle und Ritzelwelle und verbindet die Eingangswelle und die Ritzelwelle und ist ausgeformt, um eine Rotationsbewegung der Eingangswelle und der Ritzelwelle relativ zueinander zu ermöglichen. Die Eingangswelle und die Ritzelwelle sind innerhalb des Gehäuses gelagert, um eine beschränkte axiale Bewegung der Eingangswelle und der Ritzelwelle innerhalb des Gehäuses zu ermöglichen. Wenigstens ein Magnet ist fest auf einer der Wellen montiert, entweder der Eingangswelle oder der Ritzelwelle.
Eine Stator-Baugruppe mit einem ersten Stator-Ring und einem zweiten Stator-Ring ist fest auf entweder der Eingangswelle oder der Ritzelwelle montiert und erstreckt sich axial über den Magneten. Ein paar Flussbürsten sind fix innerhalb des Gehäuses gelagert und sind lokalisiert in entsprechendem Abstand zu dem ersten oder dem zweiten Stator-Ring der Stator- Baugruppe. Die Flussbürsten sind mit axialem Abstand voneinander montiert, wodurch sie eine Lücke zwischen einander definieren. Ein Sensor ist in der Lücke positioniert und eingerichtet, um den magnetischen Fluss zwischen den Flussbürsten zu messen.
Zusätzlicher Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für die Fachleute, die die vorliegende Erfindung verstehen, klar werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung und den beigefügten Patentansprüchen, im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung, in dieser zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Drehmoment-Sensors nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Explosionszeichnung des Drehmomentsensors aus Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 1, gezeigt ohne ein Gehäuse,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 3, ohne eine Stator- Baugruppe,
Fig. 5 eine Schnitt-Ansicht längs Linie 5-5 in Fig. 3,
Fig. 6 eine teilweise Schnitt-Ansicht des eingekreisten Bereichs aus Fig. 5,
Fig. 7 eine Schnitt-Ansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 3,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Paares von Flussringen gekoppelt mit einem Paar von Flussbürsten, mit einem Paar von Hall-Effekt Sensoren, die zwischen den Flussbürsten montiert sind, wobei die Flussbürsten gebogene untere Oberflächen- Formen haben, so dass sie mit den Flussringen in enger Verbindung stehen,
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 8, wobei die Flussbürsten flache untere Oberflächen besitzen und ausgerüstet sind, um zu flachen Stellen in den Flussringen in enger Verbindung zu stehen,
Fig. 10 eine schematische Ansicht der magnetischen Felder, die von einem Magneten in der Nachbarschaft von Fingern der ersten und zweiten Pole erzeugt werden, und
Fig. 11 und 12 schematische Ansichten ähnlich Fig. 10, die den magnetischen Fluss darstellen, der erzeugt wird, wenn der Magnet aus dem Zentrum von den Fingern weg bewegt wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

In Fig. 1 wird ein Drehmoment-Sensor aus der vorliegenden Erfindung im Überblick gezeigt als Nummer 10. Der Drehmoment-Sensor 10 enthält ein Gehäuse 12, eine Eingangswelle 14, die drehbar gelagert ist innerhalb des Gehäuses und ausgerüstet, um mit dem Lenkrad des Fahrzeugs zu koppeln, und eine Ritzelwelle 16, die drehbar gelagert innerhalb des Gehäuses 12 und ausgerüstet ist, um mit der Lenkeinrichtung des Fahrzeugs zu koppeln. Ein Stecker 17 ist auf dem Gehäuse 12 montiert und ist ausgerüstet, um das Gerät 10 mit einem elektrischen Servosystem zu verbinden.
In Fig. 2 ist ein Torsionsstab 18 zwischen der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16, der beide Wellen verbindet, positioniert. Der Torsionsstab 18 ist ausgerüstet, um eine Drehbewegung der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16 gegeneinander zuzulassen, und dabei die Auslenkung zwischen der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16 auf der Länge des Torsionsstabes 18 zu konzentrieren. Zusätzlich zu der drehbaren Lagerung innerhalb des Gehäuses 12 sind die Eingangswelle 14 und die Ritzelwelle 16 so gelagert, dass eine beschränkte axiale Bewegung der Wellen 14, 16 relativ zum Gehäuse 12 ermöglicht wird.
Mindestens ein Magnet ist auf einer der Wellen, auf der Eingangswelle 14 oder der Ritzelwelle 16, montiert. In Bezug auf die Fig. 2 und 5 ist in der bevorzugten Ausführung eine Vielzahl von Magneten 20 auf einem Reifen 21 fest montiert, der auf der Eingangswelle 14 montiert ist. Die Magnete 20 sind radial mit Abstand von der Eingangswelle angeordnet. Eine Stator- Baugruppe 22 mit einem ersten Pol 24 und einem zweiten Pol 26 ist fest montiert auf derjenigen Welle, nämlich entweder der Eingangswelle 14 oder der Ausgangswelle 16, auf der nicht die Magnete montiert sind. In der bevorzugten Ausführung ist die Stator-Baugruppe auf die Ritzelwelle fest montiert und sie erstreckt sich axial über die Magnete 20. Der erste Pol 24 der Stator- Baugruppe 22 ist definiert durch einen ersten Stator-Ring 28 mit einem Ringkörper 30, der eine Vielzahl von Fingern 32 trägt, die sich axial von dem Ringkörper 30 weg erstrecken und radial mit Abstand vom Ringkörper 30 angeordnet sind. Der zweite Pol 26 der Stator-Baugruppe 22 ist definiert durch einen zweiten Stator-Ring 34 mit einem Ringkörper 36, der eine Vielzahl von Fingern 38 trägt, die sich axial von dem Ringkörper 36 weg erstrecken und radial mit Abstand vom Ringkörper 36 angeordnet sind. Die Finger 32 des ersten Stator-Rings 28 sind axial ausgerichtet und wechselseitig angeordnet mit den Fingern 38 des zweiten Stator-Rings 34, wie in Fig. 4 gezeigt.
Bevorzugt werden der erste und zweite Stator-Ring 28, 34 innerhalb des Stator-Baugruppen-Körpers 40 angeordnet, der aus nicht-magnetischem Material hergestellt ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In der bevorzugten Ausführung sind der erste und zweite Stator-Ring 28, 34 in einen aus Plastik gefertigten Stator-Baugruppen-Körper 40 eingeschmolzen, wobei die äußere Oberfläche der Ringkörper 30, 36 der Stator-Ringe 28, 34 sich radial von dem Stator-Baugruppen-Körper 40 weg erstreckt und die inneren Oberflächen der Finger 32, 38 nach innen gerichtet sind, weg von dem besagten Stator-Baugruppen-Körper 40. Während des Lenkvorgangs sind sowohl die Eingangswelle 14 und die Ritzelwelle 16 drehbar, und sie reagieren auf die Lenkbewegungen vom Lenker des Fahrzeugs. Die Magnete 20 und die Stator-Baugruppe 22 drehen sich ebenfalls entsprechend den Lenkbewegungen.
In den Fig. 5 und 6 sind die die ersten und zweiten Flussbürsten 42, 44 durch den Stecker 17 gehalten. Wenn der Stecker auf das Gehäuse montiert ist, befindet sich jede der Flussbürsten 42, 44 im Abstand zu jeweils dem ersten oder dem zweiten Stator-Ring 28, 34 der Stator-Baugruppe 22. Die Flussbürsten 42, 44 sind innerhalb des Gehäuses 12 befestigt und drehen sich nicht mit den Wellen (Eingangswelle und Ritzelwelle) 14, 16. Die Flussbürsten 42, 44 haben voneinander einen Abstand in axialer Richtung, wodurch ein Spalt 46 zwischen ihnen definiert ist, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Ein Sensor 48 ist innerhalb des Spaltes 46 angeordnet, um alle magnetischen Flüsse zu messen, die zwischen den Flussbürsten 42, 44 verlaufen. Bevorzugt weist der Sensor 48 ein Paar Hall-Effekt Sensoren auf, die eingerichtet sind, um die Richtung und Größe des magnetischen Flusses zwischen den Flussbürsten 42, 44 zu messen.
Ein Paar von Flussringen 50, 52 ist fest innerhalb des Gehäuses 12 angebracht. Die Flussringe 50, 52 erstrecken sich kreisförmig um die Stator- Baugruppe 22 und befinden sich in einem radialen Abstand davon. Ein erster Flussring 50 ist radial auf den Ring 30 des ersten Stator-Rings 28 ausgerichtet und ein zweiter Flussring 52 ist radial auf den Ring 36 des zweiten Stator-Rings 34 ausgerichtet. Jede der Flussbürsten 42, 44 befindet sich in kurzer Distanz zu dem jeweiligen Flussring 50, 52. Die Flussbürste 42 ist benachbart zum ersten Flussring 50, und die zweite Flussbürste 44 ist benachbart zum zweiten Flussring 52. Die Flussbürsten 42, 44 können eine gebogene untere Oberfläche 54 aufweisen, die darauf ausgerichtet ist, mit der gebogenen äußeren Oberfläche 56 der Flussringe 50 und 52 zu koppeln, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Alternativ können die Fluss Bürsten 42, 44 eine flache untere Oberfläche 58 aufweisen, die darauf ausgerichtet ist, mit der flachen äußeren Oberfläche 60 der Flussringe 50 und 52 zu koppeln, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Obwohl es aus Gründen der wirtschaftliche Fertigung wünschenswert ist, separate Flussringe 50, 52 und Flussbürsten 42, 44 zu haben, gelten die Konzepte der vorliegende Erfindung genauso gut, wenn der erste Flussring 50 und die erste Flussbürste 52 eine einteilige Komponente ist und der zweite Flussring 52 und die zweite Flussbürste 44 eine einteilige Komponente ist.
Die Flussringe 50, 52 ermöglichen es, dass magnetische Felder von den Stator-Ringen 28, 34 durch die Flussringe 50, 52 in die Flussbürsten 42, 44 verlaufen. Magnetische Felder zwischen den Fingern 32 des ersten Stator- Rings 28 fließen in die erste Fluss Bürste 42 und magnetische Felder zwischen den Fingern 38 des zweiten Stator-Rings 34 fließen in die zweite Flussbürste 44.
Die Anwesenheit der Finger 32, 38 in der Nachbarschaft der Magnete 20führt dazu, dass sich magnetische Felder zwischen den Fingern 32, 38 und den Magneten 20 ausformen. Die Richtung der Magneten ist so orientiert, dass das nördliche Ende (Nordpol) der Magneten 20 auf die Finger 32, 38 der Stator-Baugruppe 22 zeigt, und das südliche Ende (Südpol) der Magneten 20 radial nach innen zeigt. Die Prinzipien der Arbeitsweise des magnetischen Feldes sind in den schematischen Ansichten der Fig. 10, 11 und 12 dargestellt. Die Fig. 10, 11 und 12 sind vereinfachte schematische Ansichten, die zeigen sollen, wie der magnetische Fluss von den Magneten 20 zu den Flussbürsten 42, 44 verläuft und wie der Verlauf dazwischen aussieht.
Wenn ein Magnet 20 sich in der Mitte befindet (zentriert ist) zwischen einem ersten Pol 24 und einem zweiten Pol 26 mit einem Spalt 46 zwischen beiden Polen, wie in Fig. 10 gezeigt, sind die magnetischen Felder 70 zwischen dem Magneten 20 und den ersten und zweiten Polen 24, 26 gleich und es fließt kein magnetische Fluss über den Spalt 46. Wenn jedoch der Magnet 20 aus der Mittelstellung heraus bewegt wird, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt, ist das magnetische Feld 70 in einem der Pole 24, 26 stärker als in dem anderen Pol 24, 26, wodurch ein magnetischer Fluss 72 über den Spalt 46 zwischen den beiden Polen 24, 26 hervorgerufen wird. Die Richtung des magnetischen Flusses 72 hängt davon ab, wie (in welche Richtung) der Magnet 20 bewegt wird, und die Stärke des magnetischen Flusses 72 hängt davon ab, wie weit der Magnet 20 aus der Mittel-Stellung weg bewegt wird.
Da die Flussringe 50, 52 und die Stator-Ringe 28, 34 nicht in physikalischen Kontakt treten, erzeugt die axiale Bewegung der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16 relativ zum Gehäuse 12 keinen Verschleiß oder Materialabnutzung. Die Breite der ringförmigen Teile 30, 36 der Statorringe 28, 34 und die Breite der Flussringe 50, 52 erlauben es, dass die ringförmigen Teile 30, 36 sich relativ zu den Flussringen 50, 52 vor und zurück verschieben, während sie immer noch genügend nahe sind, um den Fluss der magnetischen Felder zwischen ihnen aufrecht zu erhalten.
Wenn kein Drehmoment zwischen der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16 übertragen wird, sind die Magnete 20, die auf der Eingangswelle 14 montiert sind, in Mittelstellung zwischen benachbarten Fingern 32, 38 der ersten und zweiten Stator-Ringe 28, 34. Deswegen geht über den Spalt 46 zwischen der ersten und zweiten Fluss Bürste 42, 44 kein magnetischer Fluss, wenn kein Drehmoment übertragen wird. Wenn Drehmoment zwischen der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16 übertragen wird, wird der Torsions- Stab 18 ausgelenkt, um eine relative Verdrehung zwischen den zwei Wellen 14, 16 zu erlauben, und die Magnete 20, die auf der Eingangswelle 14 montiert sind, bewegen sich dann relativ zu den Fingern 32, 38 der ersten und zweiten Statorringe 28, 34, die auf der Ritzelwelle 16 montiert sind, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In dem Maße, wie die Magnete 20 sich bewegen, werden die magnetischen Felder aus der Balance kommen, wodurch ein magnetischer Fluss über dem Spalt 46 zwischen der ersten und zweiten Flussbürste 42, 44 hervorgerufen wird. Die Richtung und Größe des Flusses hängt von der Richtung und Auslenkung der Bewegung der Magnete 20 relativ zu den Fingern 32, 38 ab.
Die Sensoren 48, die innerhalb des Spaltes 46 montiert sind, messen die Richtung und Größe des Flusses, der durch den Spalt 46 verläuft, und senden ein Signal zum elektrischen Servo-System. Das elektrische Servo-System wird dann eine unterstützende Kraft zur Verfügung stellen, um die Lenkeinrichtung proportional zu der Größe des magnetischen Flusses durch den Spalt 46 zwischen der ersten und zweiten Flussbürste 42, 44 zu bewegen.
Die Sensoren sind dafür eingerichtet, ein Signal zu erzeugen als Antwort auf ein magnetisches Feld, das durch die Sensoren fließt. Die Sensoren werden dann ein Signal erzeugen, das proportional zum Strom (des magnetischen Flusses) ist. Das Signal kann analog oder digital sein. Das Signal wird dann an ein Steuergerät gesendet, das den elektrischen Strom durch einen elektrischen Motor des elektrischen Servo-Systems steuert. Deswegen werden, wenn das Drehmoment zwischen der Eingangswelle 14 und der Ritzelwelle 16 ansteigt, die Magneten 20, die auf der Eingangswelle 14 montiert sind, sich relativ zu den Fingern 32, 38 des ersten und zweiten Stator-Rings 28, 34 bewegen. Je mehr die Magneten 20 sich bewegen, desto größer ist der Fluss zwischen der ersten und der zweiten Flussbürste 42, 44, und desto größer ist das Signal, das von den Sensoren 48 übertragen wird. In dem Maße, wie das Signal zum Steuerungsgerät des elektrischen Motors sich vergrößert, wird der elektrische Motor mehr Kraft für die Unterstützung des Drehens der Räder aufwenden. Dadurch wird die Größe des Drehmoments verringert, das der Fahrer am Lenkrad aufwenden muss.
Die obige Beschreibung erklärt die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung. Es ist klar, dass die Erfindung modifiziert, variiert und geändert werden kann, um ohne dass das Blickfeld und die Bedeutung der begleitenden Patentansprüche verlassen wird. Bezugszeichenliste 10 Drehmoment Sensor
12 Gehäuse
14 Eingangswelle
16 Ritzelwelle
17 Stecker
18 Torsionsstab
20 Magnete
21 Reifen
22 Stator-Baugruppe
24 erster Pol
26 zweiter Pol
28 erster Stator-Ring
30 erster Ringkörper
32 erste Finger
34 zweiter Stator-Ring
36 zweiter Ringkörper
38 zweite Finger
40 Stator-Baugruppen-Körper
42 erste Fluss-Brust
44 zweite Fluss-Brust
46 Spalt
48 Sensor
50 erster Fluss-Ring
52 zweiter Fluss-Ring
70 magnetischen Felder
72 magnetischer Fluss

Claims

1. Eine Drehmoment-Sensor-Baugruppe zur Messung des relativen Drehmoments zwischen zwei Wellen (14, 16) und zur Übergabe eines entsprechenden Signals, die aufweist:
ein Gehäuse (12);
eine Eingangswelle (14), die in dem Gehäuse (12) drehbar gelagert ist;
eine Ritzelwelle (16), die in dem Gehäuse (12) drehbar gelagert ist;
einen Torsionsstab (18), der zwischen der Eingangswelle (14) und der Ritzelwelle (16) positioniert ist und diese verbindet und der ausgerüstet ist, um eine Drehbewegung der Eingangswelle (14) und der Ritzelwelle (16) relativ zueinander zu erlauben, wobei die Eingangswelle (14) und die Ritzelwelle (16) innerhalb des Gehäuses (12) so gelagert sind, dass eine beschränkte aale Bewegung der Eingangswelle (14) und der Ritzelwelle (16) innerhalb des Gehäuses (12) möglich ist;
mindestens ein Magnet (20), der fest montiert ist auf entweder der Eingangswelle (14) oder der Ritzelwelle (16), und eine Stator- Baugruppe (22) mit einem ersten Pol (24) und einem zweiten Pol (26), die fest mit der anderen der beiden Wellen, Ritzelwelle (16) oder Eingangswelle (14), verbunden ist und die sich axial über den Magneten (20) erstreckt;
ein Paar von Flussbürsten (42, 44), die innerhalb des Gehäuses (12) befestigt sind, wobei jede der Flussbürsten (42, 44) im Abstand zu einem der ersten und zweiten Pole (24, 26) der Stator-Baugruppe (22) angeordnet ist, wobei die Flussbürsten (42, 44) voneinander in axialer Richtung einen Abstand haben und wobei dadurch ein Spalt (46) zwischen ihnen definiert wird, und
ein Sensor (48), der innerhalb des Spaltes (46) positioniert ist, der eingerichtet ist, um den magnetischen Fluss zu messen, der zwischen den Flussbürsten (42, 44) verläuft, welcher Fluss von der relativen Position des mindestens einen Magneten (20) relativ zu der Stator- Baugruppe (22) abhängt.

2. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Paar von Flussringen (50, 52) vorgesehen ist, die in dem Gehäuse (12) befestigt sind, wobei sich diese Flussringe (50, 52) ringförmig um die Stator-Baugruppe (22) erstrecken und in radialer Richtung einen Abstand von der Stator- Baugruppe (22) haben, und wobei jede der Flussbürsten (42, 44) sich in der Nähe eines der Flussringe (50 bzw. 52) befindet.

3. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator-Baugruppe (22) einen ersten Stator- Ring (28), der ersten Pol (24) definiert, und einen zweiten Stator-Ring (34) aufweist, der zweiten Pol (26) definiert, wobei jeder der Stator- Ringe (28, 34) einen Ringkörper (30, 36) mit einer Vielzahl von axial sich erstreckenden Fingern (32, 38) besitzt, die radial im Abstand angeordnet sind, und wobei die Finger (32, 38) der Stator-Ringe (28, 34) wechselseitig, insbesondere Reißverschlussartig, angeordnet sind.

4. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Flussring (50) des Paares von Flussringen (50, 52) radial auf den Ringkörper (30) des ersten Stator-Rings (28) ausgerichtet ist, und dass ein zweiter Flussring (52) des Paares von Flussringen (50, 52) radial auf den Ringkörper (36) des zweiten Stator-Rings (34) ausgerichtet ist.

5. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Flussbürsten (42, 44) eine gebogene untere Oberfläche aufweist, die dafür eingerichtet ist, magnetisch mit der gebogenen äußeren Oberfläche der Flussringe (50, 52) zu koppeln.

6. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Flussbürsten (42, 44) eine flache untere Oberfläche aufweist, und jeder der Flussringe (50, 52) einen flachen Oberflächen-Bereich aufweist, der dafür eingerichtet ist, magnetisch mit der genannten Oberfläche der Flussbürsten (42, 44) zu koppeln.

7. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (48) ein Paar von Hall-Effekt Sensoren aufweist, um die Richtung und Größe des magnetischen Flusses zu messen, der zwischen den Flussbürsten (42, 44) auftritt.

8. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Magneten (20) befestigt sind an entweder der Eingangswelle (14) oder der Ritzelwelle (16) und im radialen Abstand dazu angeordnet sind.

9. Die Drehmoment-Sensor-Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Magneten (20) polarisiert ist und so orientiert ist, dass ein Nordpol dieses Magneten (20) zu den Fingern (32, 38) des ersten und zweiten Statorrings (28, 34) zeigt, und ein Südpol dieses Magneten (20) radial nach innen zeigt.