專利名稱：一種電容式角度扭矩雙信號車用傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車助力轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ脗鞲衅鞯慕嵌扰c扭矩測量技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)概念上的扭矩和角度測量一般分兩個傳感器實(shí)現(xiàn)。在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)中，同時獲取方向盤旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動扭矩，有利于EPS控制模型的實(shí)現(xiàn)和控制性能的優(yōu)化。EPS是一個集機(jī)械機(jī)構(gòu)、助力電機(jī)、傳感器、控制器為一體的總成部件，傳感器設(shè)計(jì)必須結(jié)合總成相關(guān)尺寸與技術(shù)要求進(jìn)行，影響一體化安裝空間的傳感器尺寸、扭桿信號獲取方式、傳感器引線等是其中的主要因素。車用傳感器具有量大、可靠性要求高等特點(diǎn)，原理結(jié)構(gòu)與性價比將成為應(yīng)用的關(guān)注點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的提出一種低成本高可靠性、結(jié)構(gòu)工藝簡單、可多圈連續(xù)旋轉(zhuǎn)(無引出線纏繞)的車用角度扭矩雙信號傳感器。
本實(shí)用新型的技術(shù)關(guān)鍵利用一種變結(jié)構(gòu)電容原理方案組對，測量汽車扭桿的多圈旋轉(zhuǎn)角度和扭桿兩端因扭變引起的相對于圓周角起點(diǎn)累計(jì)的角位移差值，獲取對應(yīng)扭矩信號，實(shí)現(xiàn)角度和扭矩同時測量。
為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，擬采用以下的技術(shù)a.變結(jié)構(gòu)電容極板原理的角位移測量將平行結(jié)構(gòu)的電容極板布置在同一個基材平面上，在沿圓周扇形均勻分布排列的多塊正極板(源極板)上通以固定相位差的源信號后，產(chǎn)生等相位差多相電場；負(fù)極板連接成一塊公共極板，且圍繞圓心環(huán)狀布置。當(dāng)某一或多塊源極板平行面上出現(xiàn)導(dǎo)電的過渡極板感應(yīng)耦合其電荷時，電場在過渡極板上合成得到對應(yīng)于角位移量的相位信號，再耦合至公共極板輸出。
——此結(jié)構(gòu)解決了角度測量時運(yùn)動部分以非接觸方式獲取角位移信息，避免引線旋轉(zhuǎn)中纏繞。
b.雙角位移測量的差分結(jié)構(gòu)兩組角位移測量的定片安裝于主殼體上，一個角位移動片安裝于軸聯(lián)動片，另一個角位移動片安裝于殼聯(lián)動片上。兩塊動片可分別聯(lián)接于外接的扭桿敏感軸兩端。利用兩個對應(yīng)于定片位置角位移的相位信號進(jìn)行差分，實(shí)現(xiàn)扭矩大小和方向的測量。角度信號可從任一端動片與定片組合中取出。
——此結(jié)構(gòu)配合特定EPS總成解決了車用傳感器的角度、扭矩雙信號輸出。
c.電相位與空間位置對應(yīng)的鑒相測量源極板(組)形成多相電場，過渡極板移動時合成得到對應(yīng)于角位移量的相位信號，此相位信號理論上不會受到電容變化影響。
——這種原理性設(shè)計(jì)從根本上避免了工藝及環(huán)境條件因素造成的系統(tǒng)性誤差。
最終，構(gòu)成本實(shí)用新型的下述結(jié)構(gòu)它的軸聯(lián)動片固定在軸套上，定片裝于傳感器殼體上，定片上的源極板沿圓周均勻排列，各源極板的面積相等，并且，沿圓周上弧度區(qū)連續(xù)均勻分布源極板的組數(shù)m是≥1的整數(shù)，源極板組內(nèi)的極板數(shù)n是≥3的整數(shù)。其特征在于設(shè)置兩組定片，它們均定位在傳感器殼體上；設(shè)置兩個感應(yīng)動片，它們均為導(dǎo)電材料，其扇翅弧度角α滿足條件β≤α≤γ。
上述的定片，在它上面設(shè)置激勵源電路、信號處理鑒相電路以及信號差分電路。上述的定片，它上面的源極板和公共極板是直接制作在覆銅板上的。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較的特點(diǎn)a.鑒相和差分的測量原理，根本上消除了測量中的結(jié)構(gòu)因素對測量精度的影響，使傳感器的性能得以提高，不僅降低了制作工藝難度，也明顯降低了對使用環(huán)境的要求。
b.變結(jié)構(gòu)的電容原理，使傳感器易于采用覆銅板材料實(shí)現(xiàn)，便于電極和電路一體化，為傳感器集成小型化和降低成本創(chuàng)造了條件。
c.當(dāng)細(xì)化同一圓周弧度內(nèi)的源極板組數(shù)后，可以進(jìn)一步提高傳感器精度。


圖1示意了傳感器定片上源極板和公共極板布置的一種實(shí)例情況。
圖2示意了一種配合圖1布置的過渡極板(感應(yīng)動片)形狀。
圖3示意了圖1和圖2例下定片與動片的一個配合位置(兩者之間裝配留有徑向小氣隙隔離)。
圖4給出角度扭矩雙信號傳感器結(jié)構(gòu)件裝配工作示意。
1定片源電極；2定片公共電極；3電場合成動片；4動片扇翅；5軸套(可固定于軸上)；6軸聯(lián)動片；7接線插座；8傳感器殼體(外固定)；9源激勵電極與公共電極(定片)；10殼聯(lián)動片；11外連接撥桿；12扭桿(敏感軸)；13外安裝軸；14傳感器封裝體范圍示意；A-B-C-D以四個定片源電極構(gòu)成的排列組合形式；β一片源極板覆蓋的圓周角；γ一組源極板覆蓋的圓周角；α感應(yīng)動片上的扇翅弧度角。
具體實(shí)施方法在覆銅板基材上制作激勵源極板1和公共極板2。激勵源極板1分布區(qū)域視角位移測量范圍而定，而角位移測量范圍又與外接的扭桿敏感軸12兩端最大相對扭變量相關(guān)。當(dāng)需要扭桿12多圈旋轉(zhuǎn)時，敏感軸12兩端的最大扭變?nèi)允怯邢薜?，在動片扇翅合理配置下，激勵源電極1可以只有一組A-B-C-D，也可以由多組A-B-C-D布滿整個圓周。圖1、圖2、圖3給出了激勵源組數(shù)m＝3，每組內(nèi)激勵極板1數(shù)量n＝4時的極板布置。不同組之間對應(yīng)的極板有電連接，以保證源電場沿圓周的等相位差分布。
當(dāng)聯(lián)接有角位移測量機(jī)構(gòu)殼聯(lián)動10部分和軸聯(lián)動6部分分別安裝在扭桿敏感軸12兩端后，采用同一個多相位信號發(fā)生器分別激勵，產(chǎn)生兩組多相電場，在扭桿12轉(zhuǎn)動后兩個公共極板上分別產(chǎn)生兩個對應(yīng)各自軸向位置角度變化的相位信號。經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗螅∫宦分苯虞敵鼋嵌刃盘?；另一路送入差分器，得到相?yīng)扭矩信號輸出。
為簡化電路處理難度，外接的扭桿敏感軸12兩端的扭變角位移限定在一組激勵極板分布的角度范圍內(nèi)。
信號處理與激勵源等電路可集成于極板所在的定片背面。裝配時定片可與傳感器外殼連接，并引出信號線，動片3與外接軸連接。
權(quán)利要求1.一種電容式角度扭矩雙信號車用傳感器，軸聯(lián)動片(6)定位在軸套(5)上，定片(9)裝于傳感器殼體(8)上，定片(9)上的源極板(1)沿圓周均勻排列，各源極板(1)的面積相等，并且，圓周上弧度區(qū)連續(xù)均勻分布的源極板(1)的組數(shù)m是≥1的整數(shù)，源極板組(1)內(nèi)的極板數(shù)n是≥3的整數(shù)，其特征在于a.設(shè)置兩組定片(9)，它們均定位在傳感器殼體(8)上；b.設(shè)置兩個感應(yīng)動片(3)，它們均為導(dǎo)電材料，其扇翅(4)弧度角(α)滿足條件β≤α≤γ內(nèi)的整數(shù)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的電容式角度扭矩雙信號車用傳感器，其特征在于所述的定片(9)，在它反面設(shè)置激勵源電路、信號處理鑒相電路以及信號差分電路。
3.一種如權(quán)利要求1所述的電容式角度扭矩雙信號車用傳感器，其特征在于所述的定片(9)，它上面的源極板(1)和公共極板(2)是直接制作在覆銅板上的。
專利摘要一種電容式角度扭矩雙信號車用傳感器，它是利用在測量扭桿的敏感軸上安裝雙角位移測量機(jī)構(gòu)的方法，實(shí)現(xiàn)角度和扭矩信號同時采集輸出。其角度測量通過在一種變結(jié)構(gòu)電容極板上形成多相電場后，經(jīng)過電場合成耦合實(shí)現(xiàn)。上述原理構(gòu)成的傳感器具有以下特征a.軸聯(lián)動片6固定于軸套5上，插入外接扭桿后跟隨扭桿轉(zhuǎn)動；殼聯(lián)動片10由外接扭桿敏感軸12另一端撥動；b.定片上的源極板1沿圓周緊密排列、均勻分布，且面積相等；c.激勵源電路、信號處理鑒相電路及信號差分電路是其基本附屬電路，集成或組合安裝于定片上；d.極板可直接制作在覆銅板上。
文檔編號G01L1/14GK2771822SQ20052000758
公開日2006年4月12日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者楊其華, 張珂 申請人:楊其華, 張珂