本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)矩傳感器，更具體地，涉及用于檢測施加到包括輸入軸和輸出軸的軸的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩傳感器。

背景技術(shù)：

通常，與路面接觸的車輛車輪在車輛行駛或停駛期間根據(jù)方向盤的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。換句話講，當(dāng)方向盤向左或向右旋轉(zhuǎn)時，車輛車輪在與方向盤的旋轉(zhuǎn)方向相同的方向上旋轉(zhuǎn)。然而，可能存在的問題是，因為車輛車輪與路面接觸，所以方向盤和車輛車輪的旋轉(zhuǎn)量由于車輛車輪和路面之間產(chǎn)生的摩擦而變得互不相同。為此原因，駕駛員需要很大的力量來操縱方向盤。

車輛包括作為轉(zhuǎn)向力輔助裝置的動力轉(zhuǎn)向(PS)系統(tǒng)。在動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，使用電動機的EPS方案的覆蓋范圍正推廣到現(xiàn)實生活中使用的乘用車中。

出于動力輔助的目的，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)置有轉(zhuǎn)矩傳感器，該轉(zhuǎn)矩傳感器測量與方向盤連接的輸入軸側(cè)和與車輛車輪連接的輸出軸側(cè)之間的旋轉(zhuǎn)角度偏差，以檢測輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)矩負載。

轉(zhuǎn)矩傳感器被主要劃分成接觸型和非接觸型。因為接觸型牽涉到產(chǎn)生噪聲并且耐久性降低的問題，所以非接觸型是近來優(yōu)選的。另外，非接觸型轉(zhuǎn)矩傳感器被大致分類為磁阻檢測型、磁變形檢測型、電容檢測型和光學(xué)檢測型。

同時，設(shè)置在電動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的傳統(tǒng)磁阻檢測型轉(zhuǎn)矩傳感器包括輸入軸和輸出軸，輸入軸的上端與駕駛員所操縱的方向盤聯(lián)接，輸出軸的上端通過扭力桿與輸入軸的下端聯(lián)接。輸出軸的下端連接到車輛車輪。包括扭力桿的輸入軸的下端和輸出軸的上端被外殼覆蓋，在外殼中容納有如上所述的轉(zhuǎn)矩傳感器和動力裝置。在這種情況下，輸入軸包括磁極性以規(guī)則間隔交替布置的永磁體。另外，輸出軸設(shè)置有具有齒輪結(jié)構(gòu)的檢測環(huán)，該齒輪結(jié)構(gòu)的極性的數(shù)量對應(yīng)于永磁體的極性的數(shù)量并且該齒輪結(jié)構(gòu)由鐵磁物質(zhì)制成，鐵磁物質(zhì)可產(chǎn)生因輸入軸中包括的永磁體所造成的磁感應(yīng)。檢測環(huán)被構(gòu)造成使得用于檢測磁性的傳感器連接到檢測環(huán)。在這種情況下，設(shè)置在輸入軸處的永磁體和設(shè)置在輸出軸處的齒輪結(jié)構(gòu)的檢測環(huán)之間的相對扭轉(zhuǎn)造成永磁體和檢測環(huán)彼此面對的區(qū)域改變。因此，檢測環(huán)中的磁通量改變并且由傳感器來檢測磁通量的變化，使得可檢測輸出軸相對于輸入軸的扭轉(zhuǎn)角度。

然而，傳統(tǒng)的非接觸型轉(zhuǎn)矩傳感器遭遇的問題是，需要過量的構(gòu)成元件并且組裝過程是復(fù)雜的，從而導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤操作的概率和制造成本增加，并且暴露出由于過量的構(gòu)成元件而導(dǎo)致的與轉(zhuǎn)矩傳感器的耐用期關(guān)聯(lián)的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

因此，本發(fā)明致力于解決以上提到的現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，并且本發(fā)明的目的是提供可被制造為具有簡單結(jié)構(gòu)的，可提高靈敏度和檢測可靠性并且可降低制造成本的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置。

技術(shù)方案

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)矩傳感器裝置，該轉(zhuǎn)矩傳感器裝置設(shè)置在輸入軸和輸出軸之間，并且被配置成通過所述輸入軸和所述輸出軸之間的相對旋轉(zhuǎn)位移來檢測所述輸入軸和所述輸出軸之間的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩傳感器裝置包括：外殼，該外殼被配置成容納所述輸入軸的端部和所述輸出軸的端部并且被固定就位，以能夠執(zhí)行相對于所述輸入軸和所述輸出軸的相對旋轉(zhuǎn)；磁體單元，該磁體單元包括磁體塊，所述磁體塊以被固定就位于所述外殼這樣的方式容納在所述外殼中；收集器單元，該收集器單元包括收集器，所述收集器以與所述輸入軸和所述輸出軸中的每個部分地連接從而能旋轉(zhuǎn)這樣的方式，在所述輸入軸和所述輸出軸的徑向方向上至少部分設(shè)置在所述輸入軸和所述磁體塊之間以及所述輸出軸和所述磁體塊之間，所述收集器被配置成將由所述磁體單元產(chǎn)生的磁場集中；以及感測單元，該感測單元包括轉(zhuǎn)矩傳感器，所述轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)置在所述收集器單元的外周緣處并且被配置成檢測由所述收集器單元集中的磁場。所述收集器單元包括：上收集器，該上收集器連接到所述輸入軸，以與所述輸入軸一起旋轉(zhuǎn)；下收集器，該下收集器連接到所述輸出軸，以與所述輸出軸一起旋轉(zhuǎn)；以及固定收集器，該固定收集器以間隔地設(shè)置在所述上收集器和所述下收集器的外周緣上這樣的方式固定就位于所述外殼，其中，所述轉(zhuǎn)矩傳感器插在所述固定收集器的相應(yīng)端部之間，并且其中，所述磁體塊在所述輸入軸和所述輸出軸的軸向縱向方向上具有不同極性。

在該轉(zhuǎn)矩傳感器裝置中，所述上收集器可包括：上收集器環(huán)，該上收集器環(huán)形成在所述輸入軸的旋轉(zhuǎn)方向上；以及上收集器齒陣列，該上收集器齒陣列由多個上收集器齒構(gòu)成，所述多個上收集器齒被形成為按沿周緣以相等的角間隔彼此分隔開這樣的方式，在所述輸入軸的縱向方向上從所述上收集器環(huán)的周緣端向著所述輸出軸延伸。所述下收集器可包括：下收集器環(huán)，該下收集器環(huán)形成在所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向上；以及下收集器齒陣列，該下收集器齒陣列由多個下收集器齒構(gòu)成，所述多個下收集器齒被形成為按沿周緣以相等的角間隔彼此分隔開這樣的方式，在所述輸出軸的縱向方向上從所述下收集器環(huán)的周緣端向著所述輸入軸延伸。如果所述輸入軸和所述輸出軸之間沒有相對旋轉(zhuǎn)，則所述上收集器齒陣列和所述下收集器齒陣列可在投影到與所述輸入軸和所述輸出軸垂直的平面上時彼此重疊。

在該轉(zhuǎn)矩傳感器裝置中，所述磁體塊可以是弧形形狀的結(jié)構(gòu)。

在該轉(zhuǎn)矩傳感器裝置中，所述固定收集器可包括：上固定收集器，該上固定收集器包括上固定板和上固定端子，所述上固定板設(shè)置在所述上收集器的外周緣處，所述上固定端子被形成為從所述上固定板的外周緣端向著所述轉(zhuǎn)矩傳感器延伸；以及下固定收集器，該下固定收集器包括下固定板和下固定端子，所述下固定板設(shè)置在所述下收集器的外周緣處，所述下固定端子被形成為從所述下固定板的外周緣端向著所述轉(zhuǎn)矩傳感器延伸。

在該轉(zhuǎn)矩傳感器裝置中，在所述輸入軸和所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)半徑上，所述磁體塊與所述上收集器和所述下收集器之間的距離可小于所述磁體塊與所述轉(zhuǎn)矩傳感器之間的距離。

有益效果

如上構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明的實施方式的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置具有以下的有益效果。

第一，本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置可通過磁體的位置固定結(jié)構(gòu)來提高組裝能力并且防止材料被浪費，從而致使裝置的制造成本降低。

第二，本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置可通過上收集器和下收集器被布置成彼此相對的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)更簡單且準(zhǔn)確地檢測轉(zhuǎn)矩。

附圖說明

根據(jù)下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的詳細描述，將清楚本發(fā)明的以上和其他目的、特征和優(yōu)點，在附圖中：

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置的示意性分解立體圖；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的當(dāng)沒有轉(zhuǎn)矩傳感器裝置的扭力時上收集器齒和下收集器齒的示意性部分側(cè)視圖；

圖3是示出在圖2的情況下的收集器單元和感測單元的部分側(cè)剖視圖；

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的當(dāng)存在轉(zhuǎn)矩傳感器的扭力時上收集器齒和下收集器的示意性部分側(cè)視圖；以及

圖5是示出圖4的情況下的收集器單元和感測單元的部分側(cè)剖視圖。

具體實施方式

下文中，將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置10的構(gòu)造和操作。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置10包括外殼100、磁體單元200、收集器單元300和感測單元400。本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩傳感器裝置10設(shè)置在輸入軸2和輸出軸3之間，并且通過輸入軸2和輸出軸3之間的相對旋轉(zhuǎn)位移來檢測輸入軸2和輸出軸3之間的轉(zhuǎn)矩。

外殼100容納輸入軸2的端部和輸出軸3的端部，并且被固定就位以能夠執(zhí)行相對于輸入軸2和輸出軸3的相對旋轉(zhuǎn)。

外殼100包括外殼蓋110和外殼底座120。外殼蓋110與外殼底座120接合，以限定容納其他構(gòu)成元件的內(nèi)部空間。

外殼蓋110設(shè)置在輸入軸處，并且外殼底座120設(shè)置在輸出軸3處，從而面對外殼蓋110。外殼蓋110包括形成在其外周緣處的外殼蓋安裝部分(未示出)，并且外殼底座120包括形成在其外周緣處的外殼蓋安裝部分(未示出)，以形成相互接合結(jié)構(gòu)。

外殼蓋110和外殼底座120分別包括穿通開口113和穿通開口(未示出)，使得輸入軸2和輸出軸3以及用于將輸入軸2和輸出軸3直接互連的扭力桿5可貫穿地設(shè)置在其中。

磁體單元200以固定就位于外殼100這樣的方式被容納在外殼100中。換句話講，磁體單元形成以下結(jié)構(gòu)：它沒有相對于外殼旋轉(zhuǎn)而是固定就位于外殼。磁體單元可按各種方式構(gòu)造，但在這個實施方式中，磁體單元200包括磁體塊220。

在這個實施方式中，磁體塊被設(shè)置成單個，但不限于此。雖然在這個實施方式中未示出，但磁體單元可包括固定安裝于外殼100內(nèi)側(cè)的磁體支架，以采取磁體支架支撐磁體塊220的構(gòu)造。本發(fā)明的磁體塊220形成以下結(jié)構(gòu)：不同極性布置在輸入軸2和輸出軸3的軸向縱向方向上，即，N極和S極或S極和N極被排列或布置成在輸入軸2和輸出軸3的軸向縱向方向上磁化。

收集器單元300形成以下結(jié)構(gòu)：它以相對于外殼100與輸入軸2和輸出軸3中的每個至少部分連接這樣的方式被容納在外殼100中，以與輸入軸2和輸出軸3一起旋轉(zhuǎn)。

另外，收集器單元300在輸入軸2和輸出軸3的徑向方向上，至少部分設(shè)置在輸入軸2和磁體塊220以及輸出軸3和磁體環(huán)220之間，使得收集器單元300形成在磁體單元200的磁體塊220處形成的磁場的磁路或者將磁場集中，從而將磁場傳遞到感測單元400來實現(xiàn)更準(zhǔn)確的檢測功能。

感測單元400被實現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器，所述轉(zhuǎn)矩傳感器設(shè)置在收集器單元300的外周緣處并且檢測由收集器單元300集中的磁場。感測單元400可包括諸如霍爾傳感器的非接觸型傳感器。如有必要，則感測單元400還可包括單獨的傳感器。

在這個實施方式中，感測單元采取以下構(gòu)造：它包括一對轉(zhuǎn)矩傳感器，以提高靈敏度的準(zhǔn)確性，并且當(dāng)轉(zhuǎn)矩傳感器中的一個失效時，通過從另一個輸出的信號來實現(xiàn)自動防故障功能，但如有必要，則可采取它包括單個轉(zhuǎn)矩傳感器的構(gòu)造。

同時，本發(fā)明的收集器單元300包括上收集器310、下收集器320和固定收集器330。

上收集器310連接到輸入軸，以與輸入軸一起旋轉(zhuǎn)。

上收集器套筒301和上收集器支架302可設(shè)置在上收集器310和輸入軸2之間。上收集器套筒301的一端連接到輸入軸2?？稍诜乐股鲜占魈淄?01和輸入軸2之間有相對旋轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，按諸如焊接、塑料卡扣裝配和壓緊的各種聯(lián)接方式來實現(xiàn)上收集器套筒301和輸入軸2之間的連接。

另外，可按各種方式來修改上收集器套筒301，諸如被實現(xiàn)為鋼結(jié)構(gòu)或合成樹脂結(jié)構(gòu)。

另外，上收集器支架302連接到上收集器套筒301的外周緣。上收集器支架302是將上收集器套筒301和上收集器310互連的構(gòu)成元件，并且最終實現(xiàn)了防止輸入軸和上收集器310之間相對旋轉(zhuǎn)的連接功能。

上收集器310包括上收集器環(huán)311和上收集器齒陣列313。

上收集器環(huán)311具有在輸入軸2的旋轉(zhuǎn)方向上形成的預(yù)定環(huán)狀形狀。上收集器齒陣列313由多個下收集器齒構(gòu)成，所述多個下收集器齒被形成為從上收集器環(huán)311的周緣端在輸入軸2的縱向方向上向著輸出軸3延伸，以沿周緣彼此以相等的角間隔分隔開。

另外，下收集器320連接到輸出軸，以與輸出軸一起旋轉(zhuǎn)。

下收集器套筒303和下收集器支架304可設(shè)置在下收集器320和輸出軸3之間。下收集器的該連接結(jié)構(gòu)與如上所述的上收集器的該連接結(jié)構(gòu)相同，但如有必要，可采取不同的構(gòu)造。下收集器套筒303的一端連接到輸出軸3?？稍诜乐瓜率占魈淄?03和輸出軸3之間有相對旋轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，按諸如焊接、塑料卡扣裝配和壓緊的各種聯(lián)接方式來實現(xiàn)下收集器套筒303和輸出軸3之間的連接。

另外，可按各種方式來修改下收集器套筒303，諸如被實現(xiàn)為鋼結(jié)構(gòu)或合成樹脂結(jié)構(gòu)。

另外，下收集器支架304連接到下收集器套筒303的外周緣。下收集器支架304是將下收集器套筒303和下收集器320互連的構(gòu)成元件，并且最終實現(xiàn)了防止輸入軸和下收集器320之間相對旋轉(zhuǎn)的連接功能。

下收集器320包括下收集器環(huán)321和下收集器齒陣列323。

下收集器環(huán)321具有在輸出軸3的旋轉(zhuǎn)方向上形成的預(yù)定環(huán)狀形狀。下收集器齒陣列323由多個下收集器齒構(gòu)成，所述多個下收集器齒被形成為從下收集器環(huán)321的周緣端在輸出軸3的縱向方向上向著輸入軸2延伸，以沿周緣彼此以相等的角間隔分隔開。

同時，在輸入軸2和輸出軸3之間沒有相對旋轉(zhuǎn)的情況下，即，在輸入軸2和輸出軸3在扭力桿不存在任何扭力時在同一旋轉(zhuǎn)速度下一起旋轉(zhuǎn)的情況下，或者在輸入軸2和輸出軸3沒有被施加外力而是處于固定狀態(tài)的情況下，上收集器齒陣列313和下收集器齒陣列323采取以下結(jié)構(gòu)：當(dāng)相應(yīng)的上收集器齒陣列和下收集器齒陣列被投影到與輸入軸2和輸出軸3垂直的平面(即，由上收集器310和下收集器320形成的虛擬平面(未示出))上時，相應(yīng)的兩個收集器齒陣列的區(qū)域彼此重疊，從而占據(jù)幾乎同一區(qū)域A(參見圖2)。

相反地，在存在預(yù)定角位移的情況下，即，在輸入軸和輸出軸之間存在任何扭力的情況下，相應(yīng)兩個收集器齒陣列之間存在非重疊區(qū)，因此相應(yīng)兩個收集器齒陣列之間的重疊區(qū)域B小于以上提到的情況的區(qū)域A。

同時，固定收集器330按間隔地設(shè)置在上收集器310和下收集器320的外周緣上這樣的方式固定就位于外殼，其中，轉(zhuǎn)矩傳感器400插在固定收集器的相應(yīng)端部之間。

固定收集器330包括上固定收集器340和下固定收集器350。

上固定收集器340包括上固定板341和上固定端子343。

上固定板341形成在上收集器310的外周緣處，并且上固定端子343被形成為從上固定板341的外周緣端向著轉(zhuǎn)矩傳感器400延伸。

上固定板341形成在上收集器310的外周緣處，并且上固定端子343被形成為從上固定板341的外周緣端向著轉(zhuǎn)矩傳感器400延伸。上固定端子343具有預(yù)定彎曲形狀，使得上固定端子343的端部靠近轉(zhuǎn)矩傳感器400，使氣隙減小，由此增加集中的磁通量傳遞到轉(zhuǎn)矩傳感器400的能力，從而實現(xiàn)更準(zhǔn)確地檢測轉(zhuǎn)矩。

上固定板341和上固定端子343彼此一體地形成。上固定板341的一端設(shè)置成接近上收集器310，并且上固定端子343的一端設(shè)置成接近轉(zhuǎn)矩傳感器400，與上收集器相對。

下固定收集器350包括下固定板351和下固定端子353。下固定收集器350的整個結(jié)構(gòu)與上固定收集器340的整個結(jié)構(gòu)相同，但如有必要，可采取與上固定收集器340的構(gòu)造略有不同的構(gòu)造。

下固定板351形成在下收集器320的外周緣處。下固定板351被形成為從下固定板351的外周緣端向著轉(zhuǎn)矩傳感器400延伸。下固定端子353具有預(yù)定彎曲形狀，使得下固定端子353的端部靠近轉(zhuǎn)矩傳感器400，使氣隙減小，由此增加集中的磁通量傳遞到轉(zhuǎn)矩傳感器400的能力，從而實現(xiàn)更準(zhǔn)確地檢測轉(zhuǎn)矩。

下固定板351和下固定端子353彼此一體地形成。下固定板351的一端設(shè)置成接近下收集器320，并且下固定端子353的一端設(shè)置成接近轉(zhuǎn)矩傳感器400，與下收集器320相對。

同時，在輸入軸2和輸出軸3的旋轉(zhuǎn)半徑上，磁體塊220與上收集器310和下收集器320之間的距離d1小于磁體塊220與轉(zhuǎn)矩傳感器400之間的距離d2。

換句話講，用參考符號d1來指示上固定板341和下固定板351與上收集器310和下收集器320之間的間隙，并且用參考符號d2來指示形成為弧形形狀的磁體塊220與轉(zhuǎn)矩傳感器400之間或磁體塊220與上固定端子343和下固定端子353的豎直內(nèi)壁表面之間的間隙，使得建立了d2＞＞d1的關(guān)系。依據(jù)此構(gòu)造，當(dāng)上收集器齒陣列和下收集器齒陣列彼此緊密靠近時，形成如圖3中所示的磁路，并且轉(zhuǎn)矩傳感器通過輸入軸和輸出軸的重復(fù)連續(xù)旋轉(zhuǎn)來檢測預(yù)定幅度的信號。

另一方面，如圖4所示，當(dāng)輸入軸和輸出軸之間出現(xiàn)扭力時，上收集器齒陣列和下收集器齒陣列之間的重疊區(qū)域減小，使得如圖5所示圍繞轉(zhuǎn)矩傳感器形成磁路，而非在以上提到的情況下形成磁路。結(jié)果，實現(xiàn)了與以上提到的情況下的信號不同的信號的檢測，使得可計算因預(yù)定扭力而造成的轉(zhuǎn)矩值。

如上所述，可在通過非接觸型轉(zhuǎn)矩傳感器來檢測施加到軸的轉(zhuǎn)矩的范圍和上收集器齒陣列和下收集器齒陣列之間的重疊區(qū)域的變化內(nèi)，按各種方式來修改本發(fā)明。

工業(yè)適用性

本發(fā)明可用于各種工業(yè)領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域，諸如，在通過非接觸型轉(zhuǎn)矩傳感器來檢測施加到軸的轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)，被實現(xiàn)為除了用于機動車輛的方向盤軸外的用于電動自行車或電動摩托車的轉(zhuǎn)矩傳感器。