專利名稱：扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及扭矩傳感器。
背景技術(shù)：
在常規(guī)車輛中，與車輪相連的方向盤被操作來操縱車輛的行進(jìn)方向。然而，在車輪和路面之間存在大阻力或者生成對(duì)轉(zhuǎn)向操作的障礙的情況下，操作力可能降低，從而使得 難以快速地操作車輛。為了解決這個(gè)問題，提出了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用來為方向盤的操作提供動(dòng)力傳送設(shè)備，由此減小操作力。為了使動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供操作方向盤的力，需要測量施加給轉(zhuǎn)向軸的扭矩、轉(zhuǎn)向角以及角速度。提出了應(yīng)用各種方法的裝置來測量方向盤的扭矩。具體地，出于經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原因，廣泛使用一種檢測扭矩的方法，其中測量與轉(zhuǎn)向軸耦接的磁體的磁場來檢測扭矩。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)通常包括與方向盤耦接的輸入軸、與和車輪側(cè)的齒條嚙合的齒輪耦接的輸出軸以及將輸入軸連接到輸出軸的扭桿。在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)力被傳送到輸出軸來響應(yīng)于齒輪和齒條的操作而改變車輪方向。在這種情況下，如果阻力大，則進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸來扭轉(zhuǎn)扭桿，其中扭桿的扭曲程度通過采用磁場方法的扭矩傳感器來測量。圖I是例示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的扭矩傳感器的透視圖。磁體(10)耦接到輸入軸，其中磁體(10)的形狀為環(huán)形。輸出軸布置有定子(20，30)，定子(20，30)進(jìn)而包括分離地布置在磁體(10)的外周上并且軸向彎曲的垂直突出條(21，31)。在利用耦接到磁體(10)的輸入軸和耦接到定子(20，30)的輸出軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)差造成的扭曲生成扭桿的情況下，相對(duì)于定子(20,30)轉(zhuǎn)動(dòng)磁體(10),其中磁體(10)的外周和突出條(21，31)之間的相對(duì)表面被改變來改變磁性值，由此可以測量扭矩。收集器(40)被布置來收集磁性值，以及磁性元件(50)檢測收集器(40)所收集的磁性值。同時(shí)，在這種布置下，在獲取能夠磁化定子(20，30)的區(qū)域時(shí)存在限制，因此產(chǎn)生了弱扭矩信號(hào)(即，弱磁性信號(hào))的缺點(diǎn)。結(jié)果是，產(chǎn)生了增加制備定子(20.30)的彎曲表面以及布置收集器(40)的不同過程的缺點(diǎn)，由此使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從而降低了磁性檢測效率。這種結(jié)構(gòu)下的另一缺點(diǎn)在于，因?yàn)楸仨毻鹊鼐S持突出條(21，31)之間的間隙，所以難以以相同的尺寸和形狀與磁體(10)相對(duì)地彎曲和布置突出條(21，31)，以及也難以準(zhǔn)確地布置突出條(21，31)
發(fā)明內(nèi)容
本公開旨在解決上述缺點(diǎn)，以及本公開的目的在于提供一種扭矩傳感器，該扭矩傳感器被配置為軸向磁化磁體以及簡化面對(duì)該磁體的定子結(jié)構(gòu)，由此可以容易地控制能夠收集磁力的構(gòu)件的尺寸和形狀，從而提供操作可靠性上優(yōu)異的扭矩傳感器。本公開要解決的技術(shù)問題不限于上述描述，并且根據(jù)下面的描述，迄今沒有描述的任何其它問題對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也將是非常明白的。在本公開的一個(gè)總體方面中，提供了一種扭矩傳感器，該扭矩傳感器包括環(huán)狀且軸向磁化的磁體，該磁體與方向盤的輸入軸以及輸出軸中之一相連；以及定子，該定子包括與磁體軸向分離的環(huán)狀主體以及多個(gè)垂直穿透該主體的孔，從而簡化扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)來提高磁性變化的匯聚效率(concentrated efficiency)。 優(yōu)選地，定子包括布置在磁體上側(cè)的上定子以及布置在磁體下側(cè)的下定子，其中磁體通過連接多個(gè)磁條形成，并且上定子和下定子的孔的數(shù)目與在磁體上形成的電極的數(shù)目相同，由此可以提高上定子和下定子的產(chǎn)率，并且可以提高上定子和下定子的尺寸和形狀的準(zhǔn)確性。優(yōu)選地，磁體包括布置在上定子下側(cè)的上磁體以及布置在下定子上側(cè)的下磁體，從而可以極好地提高磁性變化的檢測效率和節(jié)省磁性變化的檢測成本。優(yōu)選地，扭矩傳感器還包括上收集器和下收集器，分別耦接到上定子和下定子，用于匯聚磁性變化，從而可以使得磁性變化的檢測變得更加準(zhǔn)確。優(yōu)選地，扭矩傳感器還包括與上收集器和下收集器耦接的磁性元件，用于檢測定子的磁性變化。優(yōu)選地，扭矩傳感器還包括與上定子和下定子耦接的磁性元件，用于檢測定子的磁性變化，從而簡化扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)來提高產(chǎn)率。優(yōu)選地，孔的徑向長度比磁體的徑向?qū)挾乳L，從而磁體中的磁性變化的匯聚可以變得更為準(zhǔn)確。在本公開的另一總體方面，提供了一種扭矩傳感器，該扭矩傳感器包括環(huán)狀且軸向磁化的磁體；以及上定子和下定子，定子的形狀為環(huán)狀板，布置在磁體的上側(cè)和下側(cè)，并且周邊布置有多個(gè)垂直穿透孔。優(yōu)選地，磁體包括布置在上定子的下側(cè)的上磁體以及布置在下定子的上側(cè)的下磁體，從而可以極好地提高磁體變化的檢測效率以及節(jié)省磁性變化的檢測成本。優(yōu)選地，磁體周邊布置有多個(gè)磁條。優(yōu)選地，孔的數(shù)目被形成為與磁體上的電極的數(shù)目相同。優(yōu)選地，孔的徑向長度比磁體的徑向?qū)挾乳L，從而磁體中的磁性變化的匯聚可以變得更為準(zhǔn)確。如根據(jù)前述顯而易見的，根據(jù)本公開的示例實(shí)施例的扭矩傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于，軸向形成磁通量，并且測量磁體的磁性變化的定子包括板狀主體以及穿透該主體的孔，從而使得布置關(guān)系簡單，并且磁性變化的測量可以變得更準(zhǔn)確?？紤]到在定子的制造和加工過程中常規(guī)定子需要彎曲定子條的事實(shí)，另一優(yōu)點(diǎn)在于通過在主體上形成孔的簡單過程形成定子，從而進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)尺寸和形狀的控制以及提高隨后的產(chǎn)率。


附圖與描述一起用來說明本公開的原理，該附圖被包括來提供對(duì)本公開的進(jìn)一步理解并且并入在本公開中且構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分。在附圖中圖I是例示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的扭矩傳感器的透視圖；圖2是例示根據(jù)本公開的扭矩傳感器的平面圖；圖3是例示根據(jù)本公開的扭矩傳感器的側(cè)面圖；和圖4是例示根據(jù)本公開的扭矩指數(shù)的透視圖。
具體實(shí)施例方式通過參考下述示例實(shí)施例的詳細(xì)描述以及附圖，更容易理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特 征。為了簡單和清楚，省略了公知功能、配置或構(gòu)造的詳細(xì)描述，以便避免具有不必要的細(xì)節(jié)而使得本公開的描述不清楚。因此，本公開不限于下面描述的示例實(shí)施例，而可以以其它形式實(shí)現(xiàn)。在附圖中，為了便利，可以夸大或縮小組件的寬度、長度、厚度等。此外，在整個(gè)描述中，在說明附圖時(shí)相同的參考標(biāo)記將被分配給相同的組件，并且彼此重復(fù)的說明將被省略。相應(yīng)地，在說明書和權(quán)利要求中使用的特定術(shù)語或詞語的含義應(yīng)該不限于字面或通常使用層面的含義，而應(yīng)該根據(jù)用戶或操作者的意圖或定制用法解釋或根據(jù)用戶或操作者的意圖或定制用法而可以不同。因此，特定術(shù)語或詞語的定義應(yīng)該基于說明符中的內(nèi)容。本文中的術(shù)語“一”不是表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個(gè)所引用項(xiàng)。此外，“示例性”僅僅意在表示一個(gè)示例，而不是最優(yōu)示例。還要明白的是，為了簡化和理解容易，本文中描述的特征、層和/或元件相對(duì)于彼此以特定尺寸和/或方位例示，以及實(shí)際尺寸和/或方位可以與所例示的顯著不同。如本文中所使用的，術(shù)語“基本上”和“近似地”為對(duì)應(yīng)項(xiàng)目和/或項(xiàng)目之間的相對(duì)性提供工業(yè)上接受的容限?，F(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本公開的示例實(shí)施例的扭矩傳感器。圖2是例示根據(jù)本公開的扭矩傳感器，以及圖3是根據(jù)本公開的扭矩傳感器的側(cè)面圖。參見圖2和圖3，磁體(120，130)中的每個(gè)的形狀為環(huán)狀，并且通常布置在耦接在一起來轉(zhuǎn)動(dòng)的輸入軸的外周上。此外，定子(200，300)中的每個(gè)連接到輸出軸，以便一起轉(zhuǎn)動(dòng)。如果由于阻力而造成輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)量不同，則理所當(dāng)然地生成轉(zhuǎn)矩，并且利用磁場測量差值。然而，應(yīng)該顯而易見的是，磁體(120，130)連接到輸出軸，以及定子(200，300)連接到輸入軸。磁體(120)優(yōu)選由兩個(gè)或多個(gè)磁條連接。因此，每個(gè)為弧形的多個(gè)磁條構(gòu)成環(huán)狀磁體(120，130)。在這種情況下，根據(jù)本公開，每個(gè)磁條被軸向磁化。在磁體(120，130)被軸向磁化的情況下，磁通量也被輸入或輸出到軸向，從而可以測量磁體(120，130)上的磁通量。環(huán)狀磁體耦接到輸入軸的外周，其中應(yīng)該明白的是，磁體可以由單行磁條構(gòu)成，并且兩個(gè)磁體可以軸向分離，以便形成上磁體(120)和下磁體(130)，如圖3所示。
因此，優(yōu)點(diǎn)在于，如果上磁體(120)面對(duì)上定子(200)和下磁體(130)面對(duì)下定子(300)，則磁化檢測可以更準(zhǔn)確。如上所述，定子包括上定子和下定子(300)，分別布置在磁體(120，130)的上末端和下末端。定子(200，300)中的每個(gè)包括環(huán)板狀主體(210，310)以及在軸向上穿透主體的多個(gè)孔(220，320)。本公開呈現(xiàn)了一種概念，在該概念中，每個(gè)面對(duì)磁體(120，130)的電極的孔(220，320)匯聚響應(yīng)于磁體(120，130)和定子(200，300)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的磁性變化。上定子(200)和下定子(300)被配置為使得環(huán)狀主體(210)和下主體(310)連接到輸出軸，并且與上磁體(120)的上末端和下磁體(130)的下末端分離布置。現(xiàn)在，將首先具體描述上定子(200)。上定子(200)穿透環(huán)狀上主體(210)，從而允許多個(gè)上孔(220)垂直穿透，其中上孔(220)被布置為與上磁體(120)的磁化電極相對(duì)。因此，可以說明的是，基于上孔(220)的布置，上主體(210)在外周側(cè)包括環(huán)狀外周單元，以及在內(nèi)周側(cè)包括環(huán)狀內(nèi)周單元，其中外周單元和內(nèi)周單元形成每個(gè)孔的側(cè)面，并且通過徑向延伸的延伸單元相互連接。此外，基于下孔(320)的布置，下主體(310)包括外周單元、內(nèi)周單元以及延伸單元。外周單元(即，上主體(210)的外周側(cè))布置在上收集器(420)上來匯聚磁性值，并且與連接到下主體(310)的下收集器(430) —起，連接到磁性元件(未示出)。磁性元件優(yōu)選是霍爾(Hall)元件或Hall 1C。同時(shí)，盡管本公開的示例實(shí)施例說明了一種概念，在該概念中，通過允許上收集器(420)連接到上定子(200)以及下收集器(430)連接到下定子(300)來匯聚正在變化的磁化，由此利用磁性元件來檢測磁化，但是省略收集器(420，430)并且將磁性元件直接連接到主體(310，310)，應(yīng)該是顯而易見的。此外，如所說明的，通過連接多個(gè)磁條形成環(huán)狀而形成磁體(120，130)，以及與上磁體(120)和下磁體(130)相對(duì)的上孔(220)和下孔(320)分別面對(duì)N極和S極，或者它們的延長線。結(jié)果是，上孔(220)和下孔(320)的數(shù)目被布置為與布置在磁體(120，130)上的磁極的數(shù)目相同。同時(shí)，孔(220，320)的每個(gè)徑向?qū)挾葍?yōu)選地形成為具有能夠覆蓋磁體(120，130)的每個(gè)徑向厚度的長度。繼續(xù)參見圖2，上定子(200)上的上孔(220)的寬度被形成為比上磁體(120)的厚度長，從而當(dāng)從上側(cè)觀看時(shí)，沿著上孔(220)的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)延伸的虛環(huán)形狀覆蓋上磁體(120)的整個(gè)區(qū)域。圖3是例示根據(jù)本公開的扭矩傳感器的透視圖。與常規(guī)技術(shù)不同，磁體上的磁通量的方向轉(zhuǎn)到軸向方向，并且每個(gè)垂直面對(duì)磁體的上定子(200)和下定子(300)被形成為使得多個(gè)孔(220，320)形成在主體(210，310)上，而無需任何彎曲部分。基于上述配置，如果方向盤被操縱來轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，則根據(jù)本公開的扭矩傳感器響應(yīng)于來自車輪的阻力而扭轉(zhuǎn)扭桿，從而通過連接到磁體(120，130)的輸入軸以及連接到定子(200,300)的輸出軸生成轉(zhuǎn)動(dòng)偏差。也就是，響應(yīng)于扭桿的扭轉(zhuǎn)，磁體(120，130)相對(duì)于定子(200,300)轉(zhuǎn)動(dòng)。如上所述，基于定子(200,300)的孔(220，320)，通過磁體(120，130)、的轉(zhuǎn)動(dòng)改變磁性變化。因此，由于根據(jù)本公開的扭矩傳感器呈現(xiàn)了形成沿著軸向的磁通量，以及測量磁體的磁性變化的定子包括板狀主體和穿透主體的孔的概念，所以可以更準(zhǔn)確和容易地執(zhí)行對(duì)磁性變化的測量。此外，盡管現(xiàn)有技術(shù)需要在定子的制造和加工過程中形成并彎曲定子的突出條，但是根據(jù)本公開的扭矩傳感器有利地呈現(xiàn)了僅僅通過在環(huán)狀主體上形成孔的過程而形成的定子，從而可以容易地提高對(duì)尺寸和形狀的控制，從而導(dǎo)致產(chǎn)率提高。簡而言之，根據(jù)本公開的扭矩傳感器可以提供操作可靠性以及結(jié)構(gòu)簡化。盡管本公開已經(jīng)例示了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的扭矩傳感器，但是應(yīng)該明白的是，根據(jù)本公開的扭矩傳感器可以用作測量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及包括相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)件的裝置中的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩的扭矩傳感器。 盡管已經(jīng)參照本公開的多個(gè)例示實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)落在本發(fā)明的原理的精神和范圍內(nèi)的許多其它修改和實(shí)施例。更為具體地，可以在本公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對(duì)組件部分和/或所主張的組合布置的布置進(jìn)行各種變化和修改。除了組件部分和/或布置的變化和修改之外，替換使用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種扭矩傳感器，所述扭矩傳感器包括 環(huán)狀且軸向磁化的磁體，所述磁體與方向盤的輸入軸以及輸出軸中之一相連；以及 定子，所述定子包括與所述磁體軸向分離的環(huán)狀主體以及多個(gè)垂直穿透所述主體的孔。
2.如權(quán)利要求I所述的扭矩傳感器，其中，所述定子包括布置在所述磁體上側(cè)的上定子以及布置在所述磁體下側(cè)的下定子，其中所述磁體通過連接多個(gè)磁條形成，并且所述上定子和所述下定子處的孔的數(shù)目與在所述磁體上形成的電極的數(shù)目相同。
3.如權(quán)利要求2所述的扭矩傳感器，其中，所述磁體包括布置在所述上定子下側(cè)的上磁體以及布置在所述下定子上側(cè)的下磁體。
4.如權(quán)利要求2所述的扭矩傳感器，還包括上收集器和下收集器，分別耦接到所述上 定子和所述下定子，用于匯聚磁性變化。
5.如權(quán)利要求4所述的扭矩傳感器，還包括與所述上收集器和所述下收集器耦接的磁性元件，用于檢測所述定子的磁性變化。
6.如權(quán)利要求I所述的扭矩傳感器，還包括與所述上定子和所述下定子耦接的磁性元件，用于檢測所述定子的磁性變化。
7.如權(quán)利要求I所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
8.如權(quán)利要求2所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
9.如權(quán)利要求3所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
10.如權(quán)利要求4所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
11.如權(quán)利要求5所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
12.如權(quán)利要求6所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
13.一種扭矩傳感器，所述扭矩傳感器包括 環(huán)狀且軸向磁化的磁體；以及 上定子和下定子，其中每一個(gè)的形狀為環(huán)狀板，分別布置在所述磁體的上側(cè)和下側(cè)，并且周邊布置有多個(gè)垂直穿透孔。
14.如權(quán)利要求13所述的扭矩傳感器，其中，所述磁體包括布置在所述上定子的下側(cè)的上磁體以及布置在所述下定子的上側(cè)的下磁體。
15.如權(quán)利要求13所述的扭矩傳感器，其中，所述磁體周邊布置有多個(gè)磁條。
16.如權(quán)利要求15所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的數(shù)目被形成為與所述磁體上的電極的數(shù)目相同。
17.如權(quán)利要求13所述的扭矩傳感器，其中，所述孔的徑向長度比所述磁體的徑向?qū)挾乳L。
全文摘要
本公開提供一種扭矩傳感器，該扭矩傳感器被配置為軸向磁化磁體以及簡化面對(duì)該磁體的定子結(jié)構(gòu)，由此可以容易地控制能夠收集磁力的構(gòu)件的尺寸和形狀來提供操作可靠性上優(yōu)異的扭矩傳感器。該扭矩傳感器包括環(huán)狀且軸向磁化的磁體，該磁體與方向盤的輸入軸以及輸出軸中之一相連；以及定子，該定子包括與磁體軸向分離的環(huán)狀主體以及多個(gè)垂直穿透該主體的孔，由此簡化扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)，以便提高磁性變化的匯聚效率。
文檔編號(hào)G01L3/02GK102749160SQ201210111580
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者李昌煥 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司