TW202344817A - 裝備有編碼器的測試主體 - Google Patents

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克里斯多夫 杜瑞特
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Abstract

本發明涉及一種用於確定在兩個旋轉構件之間的施加的扭矩的系統的測試主體，所述測試主體具有由可變形結構連接的內部襯套（1）和外部襯套（2），該可變形結構被布置成以便在所述構件之間傳輸扭矩，同時根據所施加的扭矩實現在所述襯套之間的角位移，所述測試主體裝備有兩個環（5、6），每個環承載磁道（7、8），所述磁道能夠發出表示所述環的旋轉移動的信號，所述環（5、6）分别緊固在一個襯套（1、2）上，並且所述磁道（7、8）同心地磁化，使得它們具有共同的繞轉軸線（P），以便分别形成編碼器的內部磁道（7）和外部磁道（8）。

Description

裝備有編碼器的測試主體
發明領域
本發明涉及一種裝備有編碼器的測試主體、一種用於製成這種測試主體的方法和一種包括這種測試主體的用於確定扭矩的系統。
發明背景
具體地，本發明適用於確定在圍繞幾何旋轉軸線旋轉的兩個構件、具體的被集成成用於向車輛傳輸馬達扭矩的兩個構件之間（例如，在電動助力自行車的電動馬達與機械傳動裝置之間）施加的扭矩。
爲此目的，已知使用測試主體，所述測試主體具有內部襯套和外部襯套，所述內部襯套的旋轉被固定並且具有用於將所述主體安裝在一個構件上的裝置，所述外部襯套圍繞內部襯套延伸，同時具有用於將所述測試主體安裝在另一個構件上的裝置，所述襯套由可變形結構連接，所述可變形結構被布置成在構件之間傳輸扭矩，同時根據在構件之間施加的扭矩實現在所述襯套之間的角位移。
這種測試主體可以加上用於確定扭矩的系統的編碼器，所述編碼器包括用於測量襯套之間的角位移的感測器。
此外，已知一種編碼器，所述編碼器包括兩個環，每個環承載磁道，所述磁道能夠發出表示對應環的旋轉移動的信號，然後，扭矩確定系統包括感測器，所述感測器具有兩個敏感元件圖案，所述兩個敏感元件圖案分别布置在距一個磁道讀取距離處以形成表示對應環的角位置的信號。
文檔FR-2 821 931描述了用於比較此類信號的裝置的用途，所述裝置能夠確定襯套的相對位移的角度，並且因此確定施加的扭矩，因爲該施加的扭矩引起所述角度。
該解決方案的限制性在於扭矩確定的準確度，因爲磁道可能具有相對於幾何旋轉軸線的偏心缺陷，具體的以下兩種不同種類： - 由磁道的中心與零件的幾何旋轉軸線之間的距離引起的磁偏心；以及 - 由環的中心與和幾何旋轉軸線之間的距離引起的機械偏心； 當比較位置信號時，所述缺陷可能導致誤差，特别是關於確定減小的扭轉角時。
本發明旨在具體的通過提供一種裝備有編碼器的測試主體來解決現有技術的問題，所述編碼器包括兩個環，每個環承載磁道，磁道的可能的偏心缺陷仍不影響扭矩確定的準確度。
發明概要
爲此，根據第一方面，本發明提供了一種用於確定在圍繞幾何旋轉軸線旋轉的兩個構件之間施加的扭矩的系統的測試主體，所述測試主體具有內部襯套和外部襯套，所述內部襯套的旋轉被固定並且具有用於將所述測試主體安裝在一個構件上的裝置，所述外部襯套圍繞所述內部襯套延伸，同時具有用於將所述測試主體安裝在另一個構件上的裝置，所述襯套由可變形結構連接，所述可變形結構被布置成在所述構件之間傳遞扭矩，同時根據在所述構件之間施加的扭矩實現在所述襯套之間的角位移，所述測試主體裝備有兩個環，每個環承載磁道，所述磁道能夠發出表示所述環的旋轉移動的信號，所述環分别緊固在一個襯套上，並且所述磁道同心地磁化，使得它們具有共同的繞轉軸線，以便分别形成編碼器的內部磁道和外部磁道。
根據第二方面，本發明提供了一種用於製成這種測試主體的方法，所述方法提供將所述環分别緊固在一個襯套上，然後同心地磁化磁道中的每一者，使得它們具有共同的繞轉軸線。
根據第三方面，本發明提供了一種用於確定在圍繞幾何旋轉軸線的兩個旋轉構件之間施加的扭矩的系統，所述系統包括根據第二方面的測試主體和感測器，所述感測器相應地包括布置在距所述內部磁道讀取距離處的相應的第一敏感元件圖案和布置在距所述外部磁道讀取距離處的相應的第二敏感元件圖案，以形成表示對應環的角位置的信號，所述系統還包括用於比較由所述感測器遞送的所述信號的裝置，所述裝置能夠確定所述環之間的角度，所述角度取決於所施加的扭矩。
具體實施方式
參考這些圖，下文描述了用於確定在圍繞幾何旋轉軸線R旋轉的兩個構件之間施加的扭矩的系統。
具體地，該系統使得能夠確定在被集成成用於向車輛傳輸馬達扭矩的兩個構件之間（例如，在電動助力自行車的電動馬達與機械傳動裝置之間）施加的扭矩。
所述系統包括測試主體，所述測試主體具有內部襯套1和外部襯套2，所述內部襯套的旋轉被固定並且具有用於將所述測試主體安裝在一個構件上的裝置，所述外部襯套圍繞所述內部襯套1延伸，同時具有用於將所述測試主體安裝在另一個構件上的裝置。
襯套1、2由可變形結構連接，所述可變形結構被布置成在構件之間傳輸扭矩，同時根據在所述構件之間施加的扭矩實現在所述環之間的角位移。
在所表示的實施例中，環1、2圍繞安裝套筒3（例如，用於將扭矩傳輸到其上安裝有外部襯套2的另一個軸的軸）在幾何旋轉軸線R上同心，所述可變形結構包括在至少一個徑向臂4（在圖中以均勻方式成角度分布的四個臂），該至少一個徑向臂連接襯套1、2。
因此，在軸之間傳輸的扭矩引起襯套1、2的扭轉並且因此根據取決於所述扭矩的扭轉角引起所述襯套的相對角移動，系統基於所述扭轉角的測量來確定所述扭矩。
爲此，編碼器通過分别爲襯套1、2中的每一者裝備分别承載內部磁道7和外部磁道8的內部環5和外部環6來製成，所述磁道能夠發出表示所述旋轉環的移動的信號（例如，周期信號），所述系統包括用於測量所述環中的每一者的角位置的感測器。
具體地，一系列相應的Npp i對和Npp e對南北極9在環5、6上被磁化以形成能夠發出僞正弦形磁信號的多極磁道7、8。
環5、6可以包括例如基於塑料或彈性體材料製成的環形基質，其中分散有磁顆粒，具體的鐵氧體或稀土顆粒（例如NdFeB），所述顆粒被磁化以便形成磁道7、8。
感測器相應地包括布置在距內部磁道7讀取距離處的相應的第一敏感元件圖案和布置在距外部磁道8讀取距離處的相應的第二敏感元件圖案，以形成表示對應環5、6的角位置的信號。
具體地，每個圖案可以包括至少兩個敏感元件，具體的多個對準的敏感元件，如文檔FR-2 792 403、EP-2 602 593和EP-2 602 594所述。
敏感元件可以基於磁阻材料，磁阻材料的電阻根據要檢測的磁道7、8的磁信號而變化，例如AMR、TMR或GMR類型的，或者是霍爾效應探頭。
根據一個實施例，角位置可以借助由磁道7、8發出的信號遞增地確定。根據另一個實施例，可以通過在環5、6上提供次級磁道或特定編碼來以絕對方式（即，相對於參考位置）確定角位置。
所述系統還包括用於比較由感測器遞送的信號的裝置，所述裝置能夠確定取決於所施加的扭矩的襯套1、2之間的角度。
根據一個實施例，感測器傳遞處於正交相位的增量方波信號，比較裝置包括指示所述環5、6中的每一者的角位置的計數裝置和允許計算在所述角位置之間的差異的減法裝置。
感測器可以包括用於將內插因子f i和f e應用於分别由第一敏感元件圖案和第二敏感元件圖案傳遞的信號的裝置，所述計數裝置測量所述內插信號中的每一者中的波前（counts）數量n i和n e。
考慮分别包括Npp i對和Npp e對南北極9的內部磁道7和外部磁道8，減法裝置執行例如運算Npp e.f e.n i–Npp i.f i.n e以計算環5、6的角位置之間的差異。
具體地，感測器包括用於應用內插因子的裝置，使得：f e/f i=Npp i/Npp e。當磁道7、8具有相同數量對的極9（Npp i=Npp e），並且因此一個磁道7與另一個磁道8的極寬不同，計算可以通過用相同內插因子（f i=f e）對波前n i和n e的簡單減法進行。
根據一個實施例，Npp i對和Npp e對極9的數量使得磁道7、8的極9具有相同極寬，其優點是使得能夠以相同構造並在相同操作條件下使用敏感元件圖案。因此，可以補償它們的磁周期相關的誤差，例如它們的非線性或其他常見固有缺陷。
用於製成編碼器的方法提出首先將環5、6緊固在主體上，然後同心地磁化磁道7、8中的每一者，使得它們具有共同的繞轉軸線P。
在所示的實施例中，環5、6在其磁化之前分别緊固在主體的一個襯套1、2上以通過後續磁化分别形成內部磁道7和外部磁道8。
有利地，所述方法提供了用於將環5、6同心地緊固在襯套1、2上，使得它們具有與幾何旋轉軸線R共同的繞轉軸線。
在先緊固使得環5、6能夠具有相同的機械偏心率（所述機械偏心率由它們的中心與幾何旋轉軸線R之間的可能距離引起的），並且磁道的後續磁化允許在它們的共同的繞轉軸線P與幾何旋轉軸線R之間獲得相同的磁偏心率e。
因此，偏心率e相同，它們可能的缺陷不會將通過比較環5、6中的每一者的角位置來確定扭矩的準確度影響到位置誤差將是相同的程度，並且因此可以通過減法消除。
根據一個實施例，磁道7、8借助具有分别用於磁化緊固在主體上的一個環5、6的兩個冠狀部的工具10磁化，冠狀部可以有利地分别具有類似於一個環5、6的幾何形狀的幾何形狀。
該實施例允許同時地磁化磁道7、8，同時以簡單的方式符合它們的同心度達到其由磁化冠狀部的幾何形狀施加的程度。
磁化可以具體地借助工具10進行，以便能夠磁化緊固在襯套1、2上的環5、6，其中該環的磁道7、8布置在平面L中，所述磁道可以包括相同或不同數量的極對9。
根據另一個實施例，磁道7、8借助工具11磁化，主體和所述工具根據共同的繞轉軸線P以相對可旋轉方式安裝。具體地，工具11可以固定，並且主體相對於所述工具可旋轉地安裝。
參考圖3和圖4，該方法提供用於磁化極9、成對的相鄰極9或一系列成角度的極9的工具11，所述工具和相應的一個環5、6相對於彼此移動，以便通過所述工具相對於所述環的相繼相對旋轉來彼此徑向地相對以相繼地磁化磁道7、8的極9。
1:內部襯套,襯套,環 2:外部襯套,襯套,環 3:安裝套筒 4:徑向臂 5:內部環,環 6:外部環,環 7:內部磁道,磁道 8:外部磁道,磁道 9:極,南北極,極對 10,11:工具 e:磁偏心率,偏心率 A-A:線 L:平面 P:繞轉軸線 R:幾何旋轉軸線
本發明的其他目的和優點將在以下參考附圖進行的描述中出現，其中： - 圖1是根據本發明的實施例的在緊固環之前的測試主體的正視圖，圖1a是根據圖1的線A-A的截面，示出了磁化工具相對於所述測試主體的布置； - 圖2是根據本發明的一個實施例的增加了裝置的測試主體的正視表示； - 圖3表示根據本發明的測試主體的內部磁道的磁化的正視圖，圖3a是根據圖3的線A-A的截面； - 圖4表示根據本發明的測試主體的外部磁道的磁化的正視圖。
3:安裝套筒
4:徑向臂
5:內部環，環
6:外部環，環
7:內部磁道，磁道
8:外部磁道，磁道
9:極，南北極，極對
e:磁偏心率，偏心率
P:繞轉軸線
R:幾何旋轉軸線

Claims (15)

  1. 一種用於確定在圍繞幾何旋轉軸線（R）旋轉的兩個構件之間施加的扭矩的系統的測試主體，所述測試主體具有內部襯套（1）和外部襯套（2），所述內部襯套的旋轉被固定並且具有用於將所述測試主體安裝在一個構件上的裝置，所述外部襯套圍繞所述內部襯套（1）延伸，同時具有用於將所述測試主體安裝在另一個構件上的裝置，所述襯套由可變形結構連接，所述可變形結構被布置成在所述構件之間傳遞扭矩，同時根據在所述構件之間施加的扭矩實現在所述襯套之間的角位移， 其特徵在於，所述測試主體裝備有兩個環（5、6），每個環承載磁道（7、8），所述磁道能夠發出表示所述環的旋轉移動的信號，所述環（5、6）分别緊固在一個襯套（1、2）上，並且所述磁道（7、8）被同心地磁化，使得它們具有共同的繞轉軸線（P），以便分别形成編碼器的內部磁道（7）和外部磁道（8）。
  2. 如請求項1所述的測試主體，其特徵在於，所述環（5、6）具有與所述幾何旋轉軸線（R）共同的繞轉軸線。
  3. 如請求項1或2中任一項所述的測試主體，其特徵在於，所述環（5、6）緊固在所述主體上，使得它們的磁道（7、8）布置在平面（L）中。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的測試主體，其特徵在於，所述兩個環（5、6）包括其中分散有磁顆粒的環形基質，所述顆粒被磁化以便形成所述磁道（7、8）。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的測試主體，其特徵在於，所述可變形結構包括連接所述襯套（1、2）的至少一個徑向臂（4）。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的測試主體，其特徵在於，所述內部磁道（7）和外部磁道（8）分别包括Npp i對和Npp e對南北極（9）以形成多極磁道（7、8）。
  7. 如請求項6所述的測試主體，其特徵在於，所述Npp i和Npp e對的極（9）的數量使得所述磁道（7、8）的極（9）具有相同極寬。
  8. 一種用於製成如請求項1至7中任一項所述的測試主體的方法，所述方法提供： - 將所述環（5、6）分别緊固在一個襯套（1、2）上；然後 - 同心地磁化所述磁道（7、8）中的每一者，使得它們具有共同的繞轉軸線（P）。
  9. 如請求項8所述的方法，其特徵在於，同時地磁化所述磁道（7、8）。
  10. 如請求項8所述的方法，其特徵在於，借助工具（11）磁化所述磁道（7、8），所述測試主體和所述工具根據所述共同的繞轉軸線（P）以相對可旋轉方式安裝。
  11. 如從屬於請求項6的請求項10所述的方法，其特徵在於，所述方法提供用於磁化極（9）、成對的相鄰極（9）或一系列成角度的極（9）的工具（11），所述工具和相應的一個環（5、6）相對於彼此移動，以便通過所述工具相對於所述環的相繼相對旋轉來彼此徑向地相對以相繼磁化磁道（7、8）的所述極（9）。
  12. 一種用於確定在圍繞幾何旋轉軸線（R）的兩個旋轉構件之間施加的扭矩的系統，所述系統包括如請求項1至7中任一項所述的測試主體和感測器，所述感測器相應地包括布置在距所述內部磁道（7）讀取距離處的相應的第一敏感元件圖案和布置在距所述外部磁道（8）讀取距離處的相應的第二敏感元件圖案，以形成表示對應環（5、6）的角位置的信號，所述系統還包括用於比較由所述感測器遞送的所述信號的裝置，所述裝置能夠確定所述環（1、2）之間的角度，所述角度取決於所施加的扭矩。
  13. 如請求項12所述的確定系統，其特徵在於，所述感測器遞送處於正交相位的增量方波信號，所述比較裝置包括指示所述環（5、6）中的每一者的所述角位置的計數裝置和允許計算在所述角位置之間的差異的減法裝置。
  14. 如從屬於請求項6的請求項13所述的確定系統，其特徵在於，所述感測器包括用於將內插因子f i和f e應用於分别由所述第一敏感元件圖案和所述第二敏感元件圖案遞送的所述信號的裝置，所述計數裝置測量所述內插信號中的每一者中的波前的數量n i和n e，所述減法裝置執行運算Npp e.f e.n i–Npp i.f i.n e以計算在所述環（5、6）的所述角位置之間的差異。
  15. 如請求項14所述的確定系統，其特徵在於，所述感測器包括用於應用內插因子的裝置，使得：f e/f i=Npp i/Npp e。
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