TWI577977B - Magnetic torque sensing device for steering system - Google Patents

Description

用於轉向系統的磁性扭力感應裝置

本發明與扭力感測器有關，特別是指一種具有良好線性表現之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置。

就感測器而言，按照輸出量與輸入量之間的關係可以得到感測器的靜態特性，靜態特性的主要指標有線性度、磁滯性、重複性、靈敏度、準確度和再現性等，至於感測器的動態特性指的是輸入量隨著時間變化所產生的響應特性，通常是採用傳遞函數等自動控制的模型來描述。

在靜態特性當中所提到的線性度(Linearity)是代表感測器的實際測量曲線與理想曲線之間的差異程度，差異程度越低表示感測器的線性度越好。有鑑於此，本案之申請人遂提供一種可以在線性度方面具有良好表現之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置。

本發明之主要目的在於提供一種用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其具有良好的線性度表現。

為了達成上述目的，本發明所提供之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置包含有一外殼、一磁性單元、一集磁單元，以及一磁性感測元件。該磁性單元具有一固設於該外殼內之固定托架與一設於該固定托架之磁性環；該集磁單元具有一可轉動地設於該外殼內之活動托架、 一固設於該活動托架之內集磁環，以及一固設於該活動托架之外集磁環，使得該內、外集磁環能隨著該活動托架轉動，此外，該內集磁環具有多數個呈間隔排列之內集磁部，該外集磁環具有多數個呈間隔排列之外集磁部，該內集磁環之內集磁部與該外集磁環之外集磁部之間呈交錯排列，而且，該內集磁環之內集磁部具有一面對該磁性環之第一側面與一背對該磁性環之第二側面，該外集磁環之外集磁部具有一面對該磁性環之第三側面與一背對該磁性環之第四側面，其中，該內集磁環之內集磁部的第一側面與該磁性環之間具有一預定間隔，且該內集磁環之內集磁部的第一側面齊平於該外集磁環之外集磁部的第三側面；該磁性感測單元具有一設於該外殼之安裝座與一設於該安裝座內之磁性感測元件，該磁性感測元件對應於該內集磁環之內集磁部的第二側面與該外集磁環之外集磁部的第四側面，用以感測該內、外集磁環在相對於該磁性環轉動時所產生的磁場變化。藉此，本發明之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置可以產生良好的線性表現。

有關本發明所提供之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

10‧‧‧磁性扭力感測裝置

20‧‧‧外殼

21‧‧‧第一半殼體

22‧‧‧第二半殼體

23‧‧‧第一中心孔

24‧‧‧第二中心孔

25‧‧‧軸孔

30‧‧‧磁性單元

31‧‧‧固定托架

32‧‧‧第一固定環座

322‧‧‧嵌卡槽

324‧‧‧環槽

33‧‧‧第二固定環座

332‧‧‧嵌卡部

34‧‧‧磁鐵

35‧‧‧內拘束環

36‧‧‧外拘束環

37‧‧‧墊片

38‧‧‧磁性環

40‧‧‧集磁單元

41‧‧‧活動托架

42‧‧‧軸部

43‧‧‧環部

44‧‧‧第一承接面

45‧‧‧第二承接面

452‧‧‧內定位槽

454‧‧‧外定位槽

46‧‧‧內集磁環

48‧‧‧外集磁環

49‧‧‧外集磁部

P1‧‧‧第一側面

P2‧‧‧第二側面

P3‧‧‧第三側面

P4‧‧‧第四側面

G‧‧‧預定間隔

47‧‧‧內集磁部

第1圖為本發明之外觀立體圖。

第2圖為本發明之立體分解圖。

第3圖為本發明之平面圖。

第4圖為第3圖沿4-4剖線之剖視圖。

第5圖為第4圖之局部放大圖。

第6圖為第3圖沿6-6剖線之剖視圖。

請先參閱第1及2圖，本發明之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置10包含有一外殼20、一磁性單元30、一集磁單元40，以及一磁性感測單元50。

外殼20具有一第一半殼體21與一對接於第一半殼體21之第二半殼體22，其中的第一半殼體21具有一第一中心孔23，第二半殼體22具有一第二中心孔24，第一、第二中心孔23、24相互連通而形成一軸孔25(如第3圖所示)。

磁性單元30具有一固定托架31，固定托架31具有一第一固定環座32與一第二固定環座33，第一固定環座32朝第二半殼體22之一側面具有多數個呈間隔排列之嵌卡槽322，第一固定環座32背對於第二半殼體22之一側面具有一環槽324，第二固定環座33設於第二半殼體22之第二中心孔24內，而且，第二固定環座33之周緣具有多數個嵌卡部332，第二固定環座33藉由嵌卡部332卡接於第一固定環座32之嵌卡槽322內，使第一、第二固定環座32、33能組裝固定在一起。此外，磁性單元30更具有一磁性環38，在本實施例中，磁性環38是由多數個永久磁鐵34串接而成，相鄰兩個永久磁鐵34之間相互吸引，磁性環38被侷限在一內拘束環35與一外拘束環36之間且連同內、外拘束環35、36及一墊片37 一起安裝於第一固定環座32之環槽324內。在此需要補充說明的是，磁性環38不一定要使用多數個永久磁鐵34，也可以使用單一磁性結構直接充磁而成，如此亦能達到相同的效果。

集磁單元40具有一活動托架41，活動托架41具有一軸部42與一環部43，活動托架41之軸部42可轉動地安裝於第一半殼體21之第一中心孔23內且同軸對應於外殼20之軸孔25，用以供一主軸(圖中未示)進行組裝，活動托架41之環部43連接於活動托架41之軸部42的外周面且具有一第一承接面44與一背對於第一承接面44之第二承接面45，如第2及4圖所示，活動托架41之環部43的第一承接面44抵接於磁性環38，活動托架41之環部43的第二承接面45具有多數個呈間隔排列之內定位槽452與多數個呈間隔排列之外定位槽454，內、外定位槽452、454之間呈交錯排列且具有相反的開口方向。

此外，如第2、4及5圖所示，集磁單元40更具有一內集磁環46與一外集磁環48，內集磁環46套設於活動托架41之軸部42且具有多數個呈間隔排列之內集磁部47，內集磁部47嵌設於活動托架41之內定位槽452內，外集磁環48環繞於內集磁環46之周圍且具有多數個呈間隔排列之外集磁部49，外集磁部49嵌設於活動托架41之外定位槽454內，藉此，內集磁環46之內集磁部47與外集磁環48之外集磁部49之間呈交錯排列，使得內、外集磁環48、49在跟著活動托架41一起轉動的過程中可以產生磁場變化。

再如第5圖所示，內集磁環46之內集磁部47具有一面對磁性環38之第一側面P1與一背對磁性環38之第二側面P2，內集磁環46之內集 磁部47的第一側面P1與磁性環38之間具有一預定間隔G，此一預定間隔G介於0.2mm~0.8mm之間，其中又以0.2~0.6mm之間為最佳範圍，測試結果如下表所示。

另外，如第5圖所示，外集磁環48之外集磁部49具有一面對磁性環38之第三側面P3與一背對磁性環38之第四側面P4，外集磁環48之外集磁部49的第三側面P3齊平於內集磁環46之內集磁部47的第一側面P1，外集磁環48之外集磁部49的第四側面P4齊平於內集磁環46之內集磁部47的第二側面P2。

如第2、5及6圖所示，磁性感測單元50具有一安裝座51、一第一支撐件54、一第二支撐件55，以及一磁性感測元件56。安裝座51具有一第一蓋板52與一第二蓋板53，第一蓋板52固設於外殼20之第一半殼體21，第二蓋板53對接於第一蓋板52；第一支撐件54鎖設於第一蓋板52朝第二蓋板53之一側面，第二支撐件55鎖設於第二蓋板53朝第一蓋板52之一側面；磁性感測元件56(在此以霍爾元件為例)鎖設於安裝座51之第一、第二蓋板52、53之間且被第一、第二支撐件54、55夾持定位住，使得磁性感測元件56的所在位置可以對應於內集磁環46之內集磁部47的第二側面P2與外集磁環48之外集磁部49的第四側面P4，用以感測內、外集磁環47、48在相對於磁性環38轉動時所產生的磁場變化。

由上述可知，本發明之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置10不需要額外的固定元件就能夠讓內、外集磁環46、48與磁性環38之間 穩定地保持在固定的間隔，使得本發明之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置10可以透過此一固定間隔在線性度方面有良好的表現，進而達到本發明之目的。

34‧‧‧磁鐵

47‧‧‧內集磁部

49‧‧‧外集磁部

56‧‧‧磁性感測元件

P1‧‧‧第一側面

P2‧‧‧第二側面

P3‧‧‧第三側面

P4‧‧‧第四側面

G‧‧‧預定間隔

Claims (9)

1. 一種用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，包含有：一外殼；一磁性單元，具有一設於該外殼內之固定托架與一設於該固定托架之磁性環；一集磁單元，具有一可轉動地設於該外殼內之活動托架、一設於該活動托架之內集磁環，以及一設於該活動托架之外集磁環，該內集磁環具有多數個呈間隔排列之內集磁部，該外集磁環具有多數個呈間隔排列之外集磁部，該內集磁環之內集磁部與該外集磁環之外集磁部之間呈交錯排列，該內集磁環之內集磁部具有一面對該磁性環之第一側面與一背對該磁性環之第二側面，該外集磁環之外集磁部具有一面對該磁性環之第三側面與一背對該磁性環之第四側面，該內集磁環之內集磁部的第一側面與該磁性環之間具有一預定間隔，且該內集磁環之內集磁部的第一側面齊平於該外集磁環之外集磁部的第三側面；以及一磁性感測單元，具有一安裝座與一磁性感測元件，該安裝座設於該外殼，該磁性感測元件設於該安裝座內且對應於該內集磁環之內集磁部的第二側面與該外集磁環之外集磁部的第四側面，用以感測該內、外集磁環在相對於該磁性環轉動時所產生的磁場變化。
2. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該預定間隔介於0.2mm~0.8mm之間。
3. 如請求項2所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該預定間隔介於0.2mm~0.6mm之間。
4. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該內集磁環之內集磁部的第二側面齊平於該外集磁環之外集磁部的第四側面。
5. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該活動托架具有一軸部與一環部，該軸部同軸對應於該外殼之軸孔，該環部連接於該軸部之外周面且具有一第一承接面與一背對於該第一承接面之第二承接面，該環部之第一承接面抵接於該磁性環，該環部之第二承接面具有多數個呈間隔排列之內定位槽與多數個呈間隔排列之外定位槽，該多數個內定位槽與該多數個外定位槽之間呈交錯排列且具有相反的開口方向，該內集磁環之內集磁部設於該些內定位槽內，該外集磁環之外集磁部設於該些外定位槽內。
6. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該固定托架具有一第一固定環座與一第二固定環座，該第一固定環座具有至少一嵌卡槽與一環槽，該第二固定環座具有至少一嵌卡部，該嵌卡部卡接於該第一固定環座之嵌卡槽內，該磁性環設於該第一固定環座之環槽內。
7. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該安裝座具有一第一蓋板、一對接於該第一蓋板之第二蓋板、一設於該第一蓋板之第一支撐件，以及一設於該第二蓋板之第二支撐件，該磁性感測元件設於該安裝座之第一、二蓋板之間且被定位在該第一、第二支撐件之間。
8. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該磁性環是由多數個永久磁鐵串接而成，相鄰二該磁鐵之間相互吸引。
9. 如請求項1所述之用於轉向系統的磁性扭力感應裝置，其中該磁性環由單一磁性結構直接充磁所形成。