具有注射模制磁體的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器的制造方法
【專利摘要】一種非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器包括磁通量生成轉(zhuǎn)子和磁通量檢測探針。磁通量生成轉(zhuǎn)子在軸向安置于第一定子與第二定子之間并且具有徑向外側(cè)表面和靠近徑向外側(cè)表面交替地安置的多個N極磁體和S極磁體。每個定子具有多個定子齒，所述多個定子齒中的每一個對應(yīng)于所述多個N極磁體和S極磁體中獨特的一個。磁通量檢測探針安置在離徑向外側(cè)表面一定距離處并且被配置成檢測由磁通量生成轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通量變化以檢測在磁通量生成轉(zhuǎn)子與第一定子和第二定子之間的相對扭轉(zhuǎn)變化。多個N極磁體和S極磁體為注射模制的。
【專利說明】具有注射模制磁體的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)矩傳感器并且更特定而言涉及安置于基板轉(zhuǎn)子上具有注射模制的 磁體的小直徑轉(zhuǎn)矩傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在常規(guī)轉(zhuǎn)矩傳感器中，在轉(zhuǎn)矩造成其所作用于的軸桿的變形時感測到轉(zhuǎn)矩。在軸 桿變形時，在沿著軸桿的位置處在軸桿的角位置之間形成差異。非接觸式小直徑轉(zhuǎn)矩傳感 器提供取決于在第一軸桿位置與第二軸桿位置之間的角位置變化的通量密度輸出。當(dāng)希望 測量施加到軸桿(諸如車輛的電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制軸桿）上的轉(zhuǎn)矩時，可由扭桿轉(zhuǎn)矩傳感器 來聯(lián)接轉(zhuǎn)向控制軸桿的上區(qū)段和轉(zhuǎn)向控制軸桿的下區(qū)段，使得可確定出施加到方向盤上的 轉(zhuǎn)矩并且將轉(zhuǎn)矩提供給控制器以輔助控制待供應(yīng)給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩協(xié)助。
[0003] 在這樣的系統(tǒng)中，通常希望具有非接觸式傳感器，其提供相對較高的磁場（高斯/ 度）和旋轉(zhuǎn)準確度(低諧波/轉(zhuǎn))。不利地的是，先前滿足這些要求的嘗試已成功地改進了 磁場響應(yīng)但也需要顯著的成本、制造復(fù)雜性并且也造成信號噪音（即，紋波)。常規(guī)小直徑轉(zhuǎn) 矩傳感器的這些缺陷的一個原因在于它們依賴于傳統(tǒng)徑向定向的、燒結(jié)的釹磁體來形成用 作傳感器輸入的磁場。燒結(jié)釹磁體的成本很高并且這繼而增加了轉(zhuǎn)矩傳感器的制造成本。
[0004] 因此，希望有一種非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，其提供相對較高的磁場和旋轉(zhuǎn)準確度，而 不造成與燒結(jié)釹磁體相關(guān)聯(lián)的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明的一示例性實施例中，一種非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器包括磁通量生成轉(zhuǎn)子和 磁通量檢測探針。磁通量生成轉(zhuǎn)子在軸向安置于第一定子與第二定子之間并且具有徑向外 側(cè)表面和靠近徑向外側(cè)表面交替地安置的多個N極磁體和S極磁體。每個定子具有多個定 子齒，所述多個定子齒中的每一個對應(yīng)于所述多個N極磁體和S極磁體中獨特的一個。磁 通量檢測探針安置在離徑向外側(cè)表面一定距離處并且被配置成用于檢測由磁通量生成轉(zhuǎn) 子產(chǎn)生的磁通量變化以檢測在磁通量生成轉(zhuǎn)子與第一定子和第二定子之間的相對扭轉(zhuǎn)的 變化。多個N極磁體和S極磁體為注射模制的。
[0006] 通過下文的描述，結(jié)合附圖理解，這些和其它優(yōu)點和特點將變得更顯然。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 被認為是本發(fā)明的主題在說明書末尾處所附的權(quán)利要求中特別地指出且明確地 要求保護。通過結(jié)合附圖來理解下文的詳細的描述，本發(fā)明的前述和其它特點和優(yōu)點將顯 然，附圖中： 圖1示出了示例性小直徑轉(zhuǎn)矩傳感器的軸向視圖，其具有包括注射模制的磁體的轉(zhuǎn) 子； 圖2示出了包括注射模制的磁體的示例性轉(zhuǎn)子的軸向視圖； 圖3示出了示例性小直徑轉(zhuǎn)矩傳感器的徑向（側(cè)）視圖，其具有被定位成用以測量來自 傳感器的通量密度輸出的探針； 圖4示出了包括傳統(tǒng)燒結(jié)釹磁體的轉(zhuǎn)子的軸向視圖； 圖5示出了包括注射模制的磁體的示例性轉(zhuǎn)子的軸向視圖；以及 圖6示出了示例性小直徑轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出響應(yīng)曲線，其具有包括注射模制磁體的轉(zhuǎn) 子。

【具體實施方式】
[0008] 現(xiàn)參考附圖，其中將參考具體實施例來描述本發(fā)明但并不限制本發(fā)明，如在圖1 和圖3中所示，在一示例性實施例中，非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器100包括了在軸向安置于第一定 子104與第二定子106之間的磁通量生成轉(zhuǎn)子102。非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器100還包括磁通 量檢測探針108。如圖2所示，在一示例性實施例中，所述磁通量生成轉(zhuǎn)子102具有徑向外 側(cè)表面100和靠近徑向外側(cè)表面110交替地安置的多個N極磁體112和S極磁體114。如 圖1所示的那樣，每個定子104、106具有多個定子齒116,多個定子齒116中的每一個對應(yīng) 于多個N極磁體112和S極磁體114中獨特的一個。
[0009] 還如圖3所示，磁通量檢測探針108安置在離徑向外側(cè)表面110 -定距離118處。 磁通量檢測探針108被配置成用于檢測由磁通量生成轉(zhuǎn)子102產(chǎn)生的磁通量變化以檢測在 磁通量生成轉(zhuǎn)子102與第一定子104與第二定子106之間的相對扭轉(zhuǎn)的變化。多個N極磁 體112和S極磁體114可為注射模制的。
[0010] 在一示例性實施例中，磁通量生成轉(zhuǎn)子102可聯(lián)接到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未圖示）的輸入軸 桿，而定子聯(lián)接到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(未圖示)的輸出軸桿。因此，非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器100安裝于輸 入軸桿與輸出軸桿之間，輸入軸桿可連接到方向盤，輸出軸桿連接到車輛的可轉(zhuǎn)向的輪，由 此可以檢測在轉(zhuǎn)矩傳感器中的扭轉(zhuǎn)，并且可以從其推導(dǎo)出在軸桿中的轉(zhuǎn)矩。
[0011] 在一示例性實施例中，多個N極磁體112和S極磁體114中的每一個包括內(nèi)部段 120和外部段122,內(nèi)部段120安置于外部段122的徑向內(nèi)部并且外部段122安置于內(nèi)部段 120的徑向外部。內(nèi)部段120在周向方向126上具有內(nèi)部段長度124 (S卩，磁體長度)，并且 外部段122類似地限定了在周向方向126上的外部段長度128 (S卩，磁體開口）。應(yīng)意識到 在內(nèi)部段長度124與外部段長度128之間的關(guān)系的變化可能會對磁通量生成轉(zhuǎn)子102的通 量生成特征造成影響。在一實施例中，內(nèi)部段長度124大于外部段長度128。在另一實施例 中，內(nèi)部段長度124至少以20%大于外部段長度128。在又一示例性實施例中，內(nèi)部段長度 124至少以50%大于外部段長度128,并且在再一示例性實施例中，內(nèi)部段長度124至少為 外部段長度128二倍大。
[0012] 除了在周向方向126上所述磁體部段的長度的變化之外，磁體部段中每一個的高 度也可被調(diào)整以實現(xiàn)磁通量生成轉(zhuǎn)子102的所希望的通量生成特征。舉例而言，在一實施 例中，內(nèi)部段120具有在徑向方向的內(nèi)部段高度130,并且外部段122具有在徑向方向的外 部段高度132,并且內(nèi)部段高度130大于外部段長度128。在另一實施例中，內(nèi)部段高度130 至少以20%大于外部段高度132。在又一實施例中，內(nèi)部段高度130至少以50%大于外部 段高度132。內(nèi)部段高度130也至少為外部段高度132二倍大。
[0013] 在一示例性實施例中，多個η極磁體112和s極磁體114中的每一個安置成限定 在其外邊緣與徑向外側(cè)表面110之間的轉(zhuǎn)子空隙134 ;并且轉(zhuǎn)子空隙134小于外部段高度 132的一半。應(yīng)意識到多個η極磁體112和s極磁體114中的每一個可安置成在磁體之間 在沿著周向方向126的內(nèi)部段120的外邊緣處限定空間136。在一示例性實施例中，在磁體 之間沿著周向方向126的內(nèi)部段120的外邊緣處的空間136近似等于內(nèi)部段高度130。
[0014] 在一示例性實施例中，多個η極磁體112和s極磁體114具有帶正方形拐角138 的內(nèi)部段120。在另一實施例中，多個η極磁體112和s極磁體114具有帶正方形拐角140 的外部段122。
[0015] 在一示例性實施例中，磁通量生成轉(zhuǎn)子102的徑向外側(cè)表面110基本上為圓柱形 并且限定多個缺口 142,多個缺口 142中的每一個缺口 142安置于多個η極磁體112與s極 磁體114的兩個相鄰磁體之間。舉例而言，徑向外側(cè)表面110可限定用于多個η極磁體112 和s極磁體中每一個的缺口 114。在一實施例中，多個η極磁體112和s極磁體114包括 十二個磁體；并且多個缺口 142包括十二個缺口 142。
[0016] 在一示例性實施例中，多個缺口 142中的每一個缺口 142具有V形的形狀，具有大 約30度的圓心角（central angle) 144。在另一實施例中，多個缺口 142中的每一個缺口 142具有V形的形狀，具有大約45度的圓心角144。
[0017] 如上文所提到的那樣，徑向外側(cè)表面110為基本上圓柱形并且限定多個缺口 142， 多個缺口 142中的每一個缺口 142安置于多個η極磁體112與s極磁體114的兩個相鄰磁 體之間。在一示例性實施例中，多個缺口 142中的每個缺口 142具有近似等于外部段高度 132的深度146。此外，多個缺口 142中的每個缺口 142具有近似等于內(nèi)部段高度130的寬 度 148。
[0018] 因此，可發(fā)展一種注射模制磁體的關(guān)鍵設(shè)計特點以產(chǎn)生一種轉(zhuǎn)矩傳感器，其提供 合適的性能而同時以比常規(guī)傳感器更低的成本利用注射模制的磁體。如附圖所示，可以在 磁體的形狀和尺寸、磁體開口、在轉(zhuǎn)子外圓弧中圍繞磁體的缺口 142的數(shù)量、缺口 142的形 狀、缺口開口尺寸、缺口深度146、在磁體112與外轉(zhuǎn)子半徑之間的最小距離134、磁體拐角 138的成形、磁體長度、磁體的拐角寬度分布和磁體開口的拐角寬度分布方面對設(shè)計特點進 行調(diào)整。
[0019] 可調(diào)整磁體成形參數(shù)，諸如磁體拐角的成形、在磁體與外轉(zhuǎn)子半徑之間的最小距 離、內(nèi)部段的拐角寬度分布和外部段的拐角寬度分布以改進傳感器輸出響應(yīng)而同時減少紋 波。缺口 142的數(shù)量和位置影響傳感器響應(yīng)和紋波。在附圖中示出的特點和元件的組合提 供穩(wěn)固并且具有成本效益的小直徑轉(zhuǎn)矩傳感器。圖6示出了圖示傳感器的輸出響應(yīng)曲線 150。如圖6所示，由注射模制傳感器所產(chǎn)生的通量密度152在4度為大約66G。響應(yīng)曲線 在操作限度（+/_4度)內(nèi)為線性的。在4度，紋波為大約5飛高斯。應(yīng)意識到這些特征類似 于使用昂貴的傳統(tǒng)磁體所產(chǎn)生的結(jié)果。
[0020] 雖然僅關(guān)于有限的幾個實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)易于了解本發(fā)明并不限于這些 公開的實施例。而是，可修改本發(fā)明以合并之前未描述的任意多個變型、更改、替代或等效 布置，但這些仍與本發(fā)明的精神和范圍相符。此外，雖然描述了本發(fā)明的各種實施例，應(yīng)了 解本發(fā)明的方面可僅包括所描述實施例中的某些。因此，本發(fā)明不應(yīng)被認為受到前文的描 述限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，包括： 磁通量生成轉(zhuǎn)子，其在軸向安置于第一定子與第二定子之間；以及 磁通量檢測探針； 所述磁通量生成轉(zhuǎn)子具有徑向外側(cè)表面和靠近所述徑向外側(cè)表面而交替地安置的多 個N極磁體和S極磁體； 每個定子具有多個定子齒，其中所述多個定子齒中的每一個對應(yīng)于所述多個N極磁體 和S極磁體中獨特的一個； 所述磁通量檢測探針安置在離所述徑向外側(cè)表面一定距離處并且配置成用于檢測由 所述磁通量生成轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通量的變化以檢測在所述磁通量生成轉(zhuǎn)子與所述第一定子 和第二定子之間的相對扭轉(zhuǎn)的變化； 其中所述多個N極磁體和S極磁體為注射模制的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器： 其中所述多個N極磁體和S極磁體中的每一個包括內(nèi)部段和外部段，所述內(nèi)部段安置 于所述外部段的徑向內(nèi)部并且所述外部段安置于所述內(nèi)部段的徑向外部；以及 其中所述內(nèi)部段具有在周向方向的內(nèi)部段長度，其中所述外部段具有在周向方向的外 部段長度，并且其中所述內(nèi)部段長度大于所述外部段長度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器： 其中所述多個N極磁體和S極磁體中的每一個包括內(nèi)部段和外部段，所述內(nèi)部段安置 于所述外部段的徑向內(nèi)部并且所述外部段安置于所述內(nèi)部段的徑向外部；以及 其中所述內(nèi)部段具有在徑向方向的內(nèi)部段高度，其中所述外部段具有在徑向方向的外 部段高度，并且其中所述內(nèi)部段高度大于所述外部段長度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器： 其中所述多個N極磁體和S極磁體中的每一個安置成限定在其外邊緣與所述徑向外側(cè) 表面之間的轉(zhuǎn)子空隙；以及 其中所述轉(zhuǎn)子空隙小于所述外部段高度的一半。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，其中所述多個N極磁體和 S極磁體具有帶正方形拐角的內(nèi)部段。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，其中所述多個N極磁體和 S極磁體具有帶正方形拐角的外部段。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述徑向外側(cè)表面為基 本上圓柱形并且限定多個缺口，所述多個缺口中的每一個缺口安置于所述多個N極磁體與 S極磁體的兩個相鄰磁體之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器： 其中所述徑向外側(cè)表面限定用于所述多個N極磁體和S極磁體中每一個的缺口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述多個缺口中的每一 個缺口具有V形的形狀，具有大約30度的圓心角。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器： 所述徑向外側(cè)表面為基本上圓柱形并且限定多個缺口，所述多個缺口中的每一個缺口 安置于所述多個N極磁體與S極磁體的兩個相鄰磁體之間；以及 其中所述多個缺口中的每一個缺口具有近似等于所述外部段高度的深度。
【文檔編號】G01L3/10GK104048789SQ201410094402
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】M.S.伊斯拉姆, M.H.喬扈里 申請人:操縱技術(shù)Ip控股公司