組合的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其包括轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊和轉(zhuǎn)向角傳感器模塊，其中，所述轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊借助于磁作用原理工作且在此具有第一磁編碼器（1）和至少一個第一磁場傳感器元件（4），其中，所述轉(zhuǎn)向角傳感器模塊具有至少一個第二磁場傳感器元件（5）和第三磁場傳感器元件（6），其中，第二磁場傳感器元件（5）直接地或間接地檢測第一磁編碼器（1）、即轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊的磁編碼器的磁場，以及其中，第三磁場傳感器元件（6）檢測額外的第二磁編碼器（7）的磁場。
【專利說明】組合的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，或一種組合的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器以及轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器在機動車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]由印刷文獻FR2872896A1已知了一種轉(zhuǎn)矩傳感器，該轉(zhuǎn)矩傳感器通過扭力桿或其偏轉(zhuǎn)檢測差分角。在此，測量作為編碼器的徑向磁化多極永磁體相對于作為定子的導(dǎo)流的齒環(huán)的移動。基于磁編碼器和定子之間的相對角位置影響磁通量并借助于霍爾探針測量。由DE102004023801已知了轉(zhuǎn)向角-和轉(zhuǎn)動力矩傳感器的組合，然而在此需要成本高的和額外的組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的目的在于，提出一種轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其設(shè)計為價廉和/或緊湊的。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器實現(xiàn)。
[0005]第二編碼器優(yōu)選設(shè)計為磁編碼器且第三傳感器元件設(shè)計為磁場傳感器元件，該磁場傳感器元件檢測第二磁編碼器的磁場?？蛇x地，第二編碼器和第三傳感器元件優(yōu)選按照電感或電容測量原理設(shè)計。
[0006]第一磁編碼器優(yōu)選布置在第一可轉(zhuǎn)動的軸區(qū)段上，所述第一可轉(zhuǎn)動的軸區(qū)段具有尤其是形式為外部環(huán)繞的齒部的傳動機構(gòu)部段，借助于所述齒部，第一軸區(qū)段和第一磁編碼器形成第一傳動輪。
[0007]有利地，第一磁編碼器借助于尤其由注射成型形成的連接元件和第一軸區(qū)段連接。在此，該連接元件尤其優(yōu)選是第一傳動輪的一部分。
[0008]第二磁編碼器優(yōu)選布置在第二傳動輪上或者可選地優(yōu)選內(nèi)置在第二傳動輪中，其中，第二傳動輪與第一傳動輪嚙合。
[0009]轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊優(yōu)選如此設(shè)計以用于測量作用在軸上的轉(zhuǎn)矩，即所述軸具有第一軸區(qū)段和第二軸區(qū)段，且這兩個軸區(qū)段能相對彼此轉(zhuǎn)動，其中，在第一軸區(qū)段上布置有第一磁編碼器且在第二軸區(qū)段上布置有定子，其中，所述定子具有兩個定子元件，所述定子元件分別具有突出的指形件，其中，兩個定子元件的所述指形件無接觸地彼此交錯嚙合，所述定子元件尤其分別或共同地分配有通量集中器(Fluss-Konzentrator),該通量集中器直接地或間接地把待檢測的、通過第一磁編碼器產(chǎn)生的磁場至少輸送到所述第一磁場傳感器元件。
[0010]兩個定子元件的指形件有利地設(shè)計為軸向地關(guān)于所述軸突出。在此，定子元件尤其如此設(shè)計，即指形件設(shè)計為同樣大小且等距地布置在基本上為圓形的線上。指形件尤其優(yōu)選設(shè)計為分別從其根部向其尖部漸縮或變窄，更尤其優(yōu)選具有梯形的基面。[0011]轉(zhuǎn)向角傳感器模塊優(yōu)選如此設(shè)計，即轉(zhuǎn)向角傳感器模塊借助于游標原理檢測轉(zhuǎn)向角。
[0012]有利地，具有規(guī)定的尤其大于360°的旋轉(zhuǎn)角測量范圍的、用于測量軸的旋轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向角傳感器模塊如此設(shè)計，即具有至少一個編碼器軌道的第一磁編碼器和第一傳動輪隨著軸轉(zhuǎn)動，該編碼器軌道具有多個極偶，其中，所述第二傳動輪和第二磁編碼器共同轉(zhuǎn)動且所述第一傳動輪與第二傳動輪相對彼此嚙合，其中，為了檢測角度，所述第一磁編碼器分配有第二磁場傳感器元件，所述第二磁編碼器分配有第三磁場傳感器元件，其中，所述第一傳動輪和第二傳動輪在其共同的傳動比方面以及所述第一磁編碼器和第二磁編碼器在其極數(shù)量方面如此設(shè)計，即在角檢測方面配屬于第一磁編碼器或第二磁編碼器的磁場傳感器元件關(guān)于角傳感器布置的整個旋轉(zhuǎn)角測量范圍檢測η個極或極偶，以及在角檢測方面配屬于第二磁編碼器或第一磁編碼器的磁場傳感器元件關(guān)于角傳感器布置的整個旋轉(zhuǎn)角測量范圍檢測n-1+Λ個極或極偶，其中，Λ為O和I之間的實數(shù)，η為自然數(shù)。
[0013]優(yōu)選地，所述第一傳動輪和第二傳動輪在其共同的傳動比方面以及所述第一磁編碼器和第二磁編碼器在其極數(shù)量/極偶數(shù)量方面如此設(shè)計，即為△分配大于O且小于0.5的值，尤其是大于O且小于0.04的值。
[0014]第一傳動輪和第二傳動輪優(yōu)選兩個都設(shè)計為齒輪。
[0015]第一傳動輪和第一磁編碼器的連接元件優(yōu)選結(jié)合為一結(jié)構(gòu)部件。
[0016]第一磁編碼器和第二磁編碼器優(yōu)選分別包括至少一個設(shè)計為永磁體的且磁化的編碼器軌道，該編碼器 軌道包括交替地磁化的磁極，所述磁極尤其優(yōu)選基本上布置在圓周上。
[0017]優(yōu)選在使用游標算法或游標原理的情況下由磁場傳感器元件的輸出信號或信息計算絕對角信息。為此，轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器尤其優(yōu)選包括信號處理裝置。
[0018]有利地，用于在第一磁編碼器處進行測量的第二磁場傳感器元件沿徑向方向或可選地優(yōu)選沿軸向方向(端側(cè))布置在第一磁編碼器之前。
[0019]通量集中器優(yōu)選理解為集電極或集電極板。
[0020]第一軸區(qū)段和第二軸區(qū)段優(yōu)選借助于扭力桿彼此連接或者直接地或間接地彼此耦聯(lián)且相對彼此可轉(zhuǎn)動地耦聯(lián)。
[0021]兩個軸區(qū)段優(yōu)選分別設(shè)計為固定在軸上或扭力桿上的套管的形式。
[0022]定子元件和至少一個通量集中器有利地至少部分地由軟磁性材料形成。在此，定子元件尤其優(yōu)選至少部分地通過由第一磁編碼器產(chǎn)生的磁場穿過且引導(dǎo)磁通量。
[0023]磁場傳感器元件優(yōu)選理解為磁電換能元件，優(yōu)選是霍爾元件或磁阻傳感器元件。這種磁場傳感器元件尤其具有內(nèi)置的、電子的信號處理電路。
[0024]磁編碼器有利地是編碼器環(huán)且尤其是一件式的且如此設(shè)計，即該磁編碼器分配有兩個定子元件?？蛇x地，傳感器布置優(yōu)選具有兩個或更多的在第一軸區(qū)段上并排布置的、磁編碼器或編碼器環(huán)。磁編碼器尤其優(yōu)選被交替地磁化或者是多極編碼器。
[0025]定子元件優(yōu)選分別包括尤其關(guān)于軸區(qū)段徑向突出的環(huán)。在此，每個定子元件分配有通量集中器或共同的通量集中器。通量集中器尤其優(yōu)選分別通過氣隙與定子元件的兩個環(huán)耦聯(lián)且如此設(shè)計，即通量集中器減少由定子轉(zhuǎn)向的磁場或相應(yīng)的磁通量并輸入第一磁場傳感器元件中。[0026]第一磁編碼器優(yōu)選設(shè)計為多極編碼器，而第二磁編碼器設(shè)計為雙極編碼器。
[0027]第一傳動輪和第二傳動輪在其共同的傳動比方面以及第一和第二磁編碼器在其極數(shù)量或極偶數(shù)量方面有利地如此設(shè)計，即為η分配8和60之間的值，以及尤其是14和40之間的值。
[0028]定子優(yōu)選理解為引導(dǎo)磁通量的傳送器，該傳送器有利地靜止地布置在兩個軸區(qū)段之一上且被分配給第一磁編碼器。在此，定子可選地優(yōu)選如此設(shè)計，即其可轉(zhuǎn)動可偏轉(zhuǎn)地布置。
[0029]定子和可選的通量集中器有利地設(shè)計為由軟磁性材料制成。本發(fā)明還涉及轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器在機動車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0030]附圖標記列表
[0031]I第一磁編碼器
[0032]2第一軸區(qū)段或支架套管
[0033]3連接元件(包括齒輪結(jié)構(gòu))
[0034]4第一磁場傳感器元件(轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊)
[0035]5第二磁場傳感器元件(轉(zhuǎn)向角傳感器模塊)
[0036]6第三磁場傳感器兀件(轉(zhuǎn)向角傳感器模塊)
[0037]7第二磁編碼器
[0038]8第一傳動輪
[0039]9第一軸區(qū)段的環(huán)繞的齒部
[0040]10第二傳動輪
[0041]11 定子
[0042]12兩個定子元件
[0043]13定子元件的指形件
[0044]14通量集中器
[0045]15電路板或PCB (印刷電路板)
[0046]I6第二軸區(qū)段
[0047]17定子元件-連接元件
[0048]18定子元件的環(huán)
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]以示意性圖示示出:
[0050]圖1以示意性剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的組合的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器的實施例；以及
[0051]圖2示出示例性設(shè)計的定子。
【具體實施方式】
[0052]圖1示出示例性的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器的剖視圖，其包括第一磁編碼器1，該第一磁編碼器通過連接元件3與作為第一軸區(qū)段2的支架套管連接。
[0053]關(guān)于轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊，第一磁編碼器I的磁場在定子11和編碼器I之間的差分角測量方面被定子11影響。定子11包括分別具有突出的指形件的兩個定子元件12，其中，兩個定子元件的指形件無接觸地彼此交錯嚙合，定子元件分別分配有通量集中器14，該通量集中器把待檢測的、通過第一磁編碼器I產(chǎn)生的磁場無接觸地輸送到第一磁場傳感器元件4。
[0054]第一磁編碼器I沿側(cè)向或沿軸向方向相對于軸區(qū)段2伸出配屬于定子11的區(qū)域。第二磁場傳感器元件5額外地、以徑向間隔開的方式配屬于第一編碼器I。利用這種構(gòu)造可以測量360°范圍內(nèi)的角信息/極偶數(shù)量。額外地需要傳動機構(gòu)、優(yōu)選是圓柱齒輪傳動機構(gòu)以用于通過多次轉(zhuǎn)動進行絕對角測量，由此同樣才能實現(xiàn)每個明確的測量范圍，該測量范圍超出極偶的區(qū)域。為了相對價廉地實現(xiàn)該傳動機構(gòu)，利用連接元件3，除了傳統(tǒng)的功能一連接支架套管2和第一磁編碼器1，以及傳遞來自兩個元件的不同的溫度-膨脹特性的應(yīng)力——外，還實現(xiàn)了另一種功能。通過借助于至齒輪或第一傳動輪的、環(huán)繞的齒部9形成連接元件3同樣在沒有額外的結(jié)構(gòu)部件的情況下實現(xiàn)了傳動機構(gòu)的初級部分，也就是說，變速級的驅(qū)動組件。次級輪或第二傳動輪，也就是說變速級的從動組件例如設(shè)計為簡單的齒輪10，在該齒輪上布置了第二磁編碼器7，該第二磁編碼器可以提供編譯的角信息。該另外的角信息通過第三磁場傳感器元件6測量或獲得?？蛇x地，次級角信息也可以通過電感或電容方式測量。傳感器元件4、5、6的電連接例如借助于電路板15進行。由第二和第三磁場傳感器兀件5、6的信息借助于游標算法在傳感器的信號處理電路中在大于360°的測量范圍上計算絕對角度。
[0055]作為圖1中示出的第二磁場傳感器元件5相對于磁編碼器I的徑向布置的備選，還提出了第二磁場傳感器元件5相對于編碼器I的軸向或端側(cè)的布置。
[0056]在此可以根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計取消第一磁編碼器I的上文所述的延長部。在兩種情況下，價廉的實施方案的基礎(chǔ)在于，盡可能多重利用對用于轉(zhuǎn)矩測量的差分角傳感器已經(jīng)是必要的部件，所述部件在此同樣用于構(gòu)建絕對角傳感器。
[0057]圖2中繪出具有兩個定子元件12的示例性的定子11，該定子包括由塑料制成的定子元件-連接元件17，通過該定子元件-連接元件固定了兩個定子元件12。定子元件12示例性地是具有軸向突出的指形件13的、軟磁性的、鐵磁性的輪，所述指形件一件式地固定在分別一個至少也徑向定向的環(huán)18上。定子元件12示例性地作為嵌入部件嵌入在注射的塑料連接元件中，所述塑料連接元件具有作為第二軸區(qū)段的套筒或套管16。具有相應(yīng)的環(huán)18的定子元件12伸出或引導(dǎo)磁場，所述磁場通過未示出的磁編碼器產(chǎn)生。隨后，磁場示例性地由環(huán)18通過氣隙傳遞至未示出的通量集中器。
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其包括轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊和轉(zhuǎn)向角傳感器模塊，其中，所述轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊借助于磁作用原理工作且在此具有第一磁編碼器(I)和至少一個第一磁場傳感器元件(4)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向角傳感器模塊具有至少一個第二磁場傳感器元件(5)和第三傳感器元件(6)，其中，第二磁場傳感器元件(5)直接地或間接地檢測第一磁編碼器(I)、即所述轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊的磁編碼器的磁場，而第三傳感器元件(6)檢測第二編碼器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述第二編碼器(7)同樣設(shè)計為磁編碼器且所述第三傳感器元件(6)同樣設(shè)計為檢測第二磁編碼器(7)的磁場的磁場傳感器兀件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述第一磁編碼器(I)布置在第一可轉(zhuǎn)動的軸區(qū)段(2)上，所述第一可轉(zhuǎn)動的軸區(qū)段具有尤其形式為外部環(huán)繞的齒部(9)的傳動機構(gòu)部段，借助于所述齒部，第一軸區(qū)段(2)和第一磁編碼器(I)形成第一傳動輪(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述第一磁編碼器(I)借助于尤其由注射成型形成的連接元件(3)和第一軸區(qū)段(2)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，該連接元件(3)是所述第一傳動輪(8)的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1至5中至少一項所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述第二編碼器(7)布置在第二傳動輪(10)上，所述第二傳動輪與第一傳動輪(8)嚙合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中至少一項所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向力矩傳感器模塊如此設(shè)計以用于測量作用在軸上的轉(zhuǎn)矩，即所述軸具有第一軸區(qū)段(2)和第二軸區(qū)段(16)，且這兩個軸區(qū)段能相對彼此轉(zhuǎn)動，其中，在所述第一軸區(qū)段(2)上布置有第一磁編碼器(I)且在所述第二軸區(qū)段(16)上布置有定子(11)，其中，所述定子(11)具有兩個定子元件(12)，所述定子元件分別具有突出的指形件(13)，其中，兩個定子元件(12)的所述指形件(13)無接觸地彼此交錯嚙合，所述定子元件分別或共同地分配有通量集中器(14)，所述通量集中器直接地或間接地把待檢測的、通過所述第一磁編碼器(I)產(chǎn)生的磁場至少輸送到所述第一磁場傳感器元件(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中至少一項所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向角傳感器模塊如此設(shè)計，即所述轉(zhuǎn)向角傳感器模塊借助于游標原理檢測轉(zhuǎn)向角。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中至少一項所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，具有規(guī)定的尤其大于360°的旋轉(zhuǎn)角測量范圍的、用于測量軸的旋轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)向角傳感器模塊如此設(shè)計，即具有至少一個編碼器軌道的第一磁編碼器(I)和第一傳動輪(8)隨著軸轉(zhuǎn)動，該編碼器軌道具有多個極偶，其中，所述第二傳動輪(10)和第二磁編碼器(7)共同轉(zhuǎn)動且所述第一傳動輪(8)與第二傳動輪(10)相對彼此嚙合，其中，為了檢測角度，所述第一磁編碼器(I)分配有第二磁場傳感器元件(5 )，所述第二磁編碼器(7 )分配有第三磁場傳感器元件(6)，其中，所述第一傳動輪(8)和第二傳動輪(10)在其共同的傳動比方面以及所述第一磁編碼器(I)和第二磁編碼器(7)在其極數(shù)量方面如此設(shè)計，即在角檢測方面配屬于第一磁編碼器(I)的第二磁場傳感器元件(5)關(guān)于角傳感器布置的整個旋轉(zhuǎn)角測量范圍檢測η個極或極偶，配屬于所述第二磁編碼器(7)的第三磁場傳感器元件(6)關(guān)于角傳感器布置的整個旋轉(zhuǎn)角測量范圍檢測η-1+Λ個極或極偶，其中，Λ為O和I之間的實數(shù)，η為自然數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向力矩-轉(zhuǎn)向角傳感器，其特征在于，所述第一傳動輪(8 )和第二傳動輪(10 )在其共同的傳動比方面以及所述第一磁編碼器(I)和第二磁編碼器(7)在其極數(shù)量/極偶數(shù)量方面如此設(shè)計，即為Λ分配大于O且小于0.5的值，尤其是大于O且小于0.04 的值。
【文檔編號】B62D15/02GK103764484SQ201280041192
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月24日
【發(fā)明者】H·阿克爾, H·安東尼 申請人:大陸-特韋斯貿(mào)易合伙股份公司及兩合公司