专利名称：扭矩传感器的制作方法
技术领域：
扭矩传感器技术领域：
本实用新型涉及一种扭矩传感器，具体是涉及一种造价低，使用寿命 长并且精度高的扭矩传感器。背景技术：
用于汽车工业的电动助力转向系统一般包括方向盘、扭矩传感器、电 控单元及助力电动机。电动助力系统需要将方向盘的扭矩大小转换为电信 号，传送给电控单元，电控单元产生合适的电流，驱动助力电机产生合适 的助力，完成助力转向。电动助力转向系统是一种具有设置在汽车转向系 上的电动机，以便通过使用电控单元控制给电动机提供的动力从而减轻驾 驶员操纵工作的系统。在传统的一般电动助力转向系统中，都要用到扭矩传感器。扭矩传感 器是一种将方向盘上的扭矩转换成电信号的单元。通常的扭矩传感器使用 电位器，采用机械接触的方式来触动电位器电位发生变化。具体来讲，当 方向盘上有扭矩时，连接方向盘的扭杆产生相对扭转，扭杆相对转动后带 动扭杆下方连接的圆环上下移动，上下移动的圆环再带动电位器旋转。在 电位器上加上恒定的电压，就产生了一个随扭矩变化而变化的电压。但是， 传统的扭矩传感器由于电位器、圆环与固定壁面不断摩擦，经常转动电位 器、圆环都会产生磨损，大大降低了传感器的使用寿命。而且，由于摩擦 阻力的作用，方向盘使用时的手感比较差，同时传感器对方向盘的扭转感 应精度也比较低。进一步的传统中使用的电位式扭矩传感器其从扭矩到电 信号的转变过程里中间环节很多，零件数量很多，成本很高。在传统的高挡电动助力转向系统中，采用光学式扭矩传感器。所述光 学式扭矩传感器通过光栅的相对位移来测量扭杆扭转的角度，再将光线的 变化转化为电信号，经过放大和调理电路，输出相对应的扭矩信号。但是， 虽然光学式扭矩传感器是非接触式的，没有磨损的问题寿命长，而且精度 高。但其制作的成本很高，而且光栅的精度要求高制作工艺也相应的比较 复杂。在一般的电动助力转向系统中，很少采用。
发明内容本实用新型的目的是提出一种造价低，使用寿命长并且精度高的扭矩 传感器。实现上述目的的技术方案是 一种扭矩传感器，包括扭杆、固定在扭 杆一端的第一导磁装置及连接在扭杆另一端的第二导磁装置，可通电的第 一线圈在第一导磁装置内形成恒定磁通量，可通电的第二线圈在第二导磁 装置内形成可变磁通量，所述第二导磁装置的可变磁通量随着扭杆的扭转 而发生变化，所述第二线圈的电流及电压随着可变磁通量的变化而变化， 所述扭矩传感器输出第一线圈及第二线圈的电流或者电压。所述扭杆一端套设有第一连接轴，另一端套设有第二连接轴，所述第 一导磁装置包括彼此相向的形成恒定磁通面的第一导磁环及第二导磁环， 所述第一连接轴外部纵向依次紧固所述第一导磁环及第二导磁环，所述第 二导磁装置包括第三导磁环，所述第二连接轴外部紧固所述第三导磁环， 所述第三导磁环与所述第二导磁环之间彼此相向形成可变磁通面。所述第二导磁环的上下缘都设置有导磁的突起部与隔磁的凹陷部，所 述第三导磁环在靠近第二导磁环的一侧边缘处也形成与第二导磁环相对设置的导磁的突起部与隔磁的凹陷部，所述第二导磁环的上缘的突起部与第 一导磁环之间形成恒定磁通面，所述第二导磁环的下缘的突起部与第三导 磁环上缘突起部之间随着扭杆的扭转形成所述可变磁通面。所述扭矩传感器还包括一信号发生电路，所述信号发生电路包括振荡 器和与振荡器串联的放大器，所述振荡器的信号经过放大器放大后分别输 给第一线圈与第二线圈。所述扭矩传感器还包括一信号输出电路，所述信号输出电路包括主输 出电路与付输出电路，主、付输出电路分别包括相互串联的信号放大器与 信号调理器。所述第一线圈的电流或者电压信号依次经过主输出电路的主 信号放大器及用来去扰和信号整形的主信号条理器然后输出；所述第二线 圈的电流或者电压信号依次经过付输出电路的付信号放大器及用来去扰和 信号整形的付信号条理器然后输出。一种电动助力转向系统，包括方向盘、扭矩传感器、电控单元及助力 电动机。所述扭矩传感器包括连接方向盘的扭杆、固定在扭杆一端的第一 导磁装置及连接在扭杆另一端的第二导磁装置，可通电的第一线圈在第一
导磁装置内形成恒定磁通量，可通电的第二线圈在第二导磁装置内形成可 变磁通量，所述第二导磁装置的可变磁通量随着扭杆的扭转而发生变化， 所述第二线圈的电流及电压随着可变磁通量的变化而变化，所述电控单元根据第一线圈及第二线圈输出的电流或者电压计算出助力电动机的转向和 助力电流的大小，完成转向助力控制。所述扭杆一端套设有第一连接轴，另一端套设有第二连接轴，所述第 一导磁装置包括彼此相向的形成恒定磁通面的第一导磁环及第二导磁环， 所述第一连接轴外部纵向依次紧固所述第一导磁环及第二导磁环，所述第 二导磁装置包括第三导磁环，所述第二连接轴外部紧固所述第三导磁环， 所述第三导磁环与所述第二导磁环之间彼此相向形成可变磁通面。所述第二导磁环的上下缘都设置有导磁的突起部与隔磁的凹陷部，所 述第三导磁环在靠近第二导磁环的一侧边缘处也形成与第二导磁环相对设 置的导磁的突起部与隔磁的凹陷部，所述第二导磁环的上缘的突起部与第 一导磁环之间形成恒定磁通面，所述第二导磁环的下缘的突起部与第三导 磁环上缘突起部之间随着扭杆的扭转形成所述可变磁通面。所述扭矩传感器还包括一信号发生电路，所述信号发生电路包括振荡 器和与振荡器串联的放大器，所述振荡器的信号经过放大器放大后分别输 给第一线圈与第二线圈。所述扭矩传感器还包括一信号输出电路，所述信号输出电路包括主输 出电路与付输出电路，主、付输出电路分别包括相互串联的信号放大器与 信号调理器。所述第一线圈的电流或者电压信号依次经过主输出电路的主 信号放大器及用来去扰和信号整形的主信号条理器然后输出到电控单元； 所述第二线圈的电流或者电压信号依次经过付输出电路的付信号放大器及 用来去扰和信号整形的付信号条理器然后输出到电控单元。本实用新型采用上述技术方案，其有益的技术效果在于l)本实用新 型中，当扭杆在方向盘扭矩作用下产生角位移时，直接改变了第二导磁装 置磁通量的大小，直接产生了电参数的改变，减少了中间环节、信号传输 环节，从而减少了输出信号的误差，提高了扭矩传感器的精度；2)本实用 新型的扭矩传感器中，相对旋转的第二导磁环和第三导磁环彼此之间以及 与线圈之间没有机械的连接和接触，而是通过磁的传导产生信号的联系， 所以无机械磨损，延长了扭矩传感器的使用寿命；3)本实用新型中，当扭
杆产生一定的相对角位移时，第二导磁环和第三导磁环之间也产生了角位 移，这样第二导磁环和第三导磁环之间的相对导磁面积发生改变，引起通 过的磁通量的改变，而磁通量的改变直接在第二线圈中产生了相应的反生 电动势。从而实现了机械的变化通过磁的传导直接转化成了电参数的变化。 扭矩到电的变换环节少，所用零件少，大大降低了成本。
下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步的详细说明 图1是本发明的扭矩传感器的机械结构示意图。 图2是本发明的扭矩传感器的第二及第三导磁环的结构示意图。 图3是本发明的扭矩传感器的电路原理图。
具体实施方式本实用新型涉及一种用于汽车助力转向系统的扭矩传感器。 所述助力转向系统包括方向盘、扭矩传感器、电控单元及助力电动机。 其基本工作原理是当转动方向盘时，所述扭矩传感器将检测到的方向盘 的转矩信号转化为电信号送至电控单元，电控单元再根据扭矩信号、车速 信号、轴重信号等进行计算，得出助力电动机的转向和助力电流的大小， 完成汽车的转向助力控制。请参考图1至图2，所述扭矩传感器包括一扭杆10、第一导磁装置、 第二导磁装置、围绕第一导磁装置的第一线圈40、围绕第二导磁装置的第二线圈50及支撑扭杆10及固定第一、第二线圈40、50的支撑体(图未示)。扭杆10 —端套设第一连接轴20，扭杆10的另一端套设第二连接轴60。 所述第一连接轴20延伸伸出支撑体外并与方向盘连接。所述第一连接轴 20通过轴承固定在支撑体上。所述第二连接轴60向下延伸伸出支撑体并 连接到汽车的转向机上。所述第二连接轴60通过轴承固定在支撑体上。所述第一导磁装置包括彼此相向设置的可形成恒定磁通面的第一导磁 环30及第二导磁环32。所述第一导磁环30及第二导磁环32纵向依次紧 固在所述第一连接轴20外圆周围，并与第一连接轴20同步转动。所述第 一导磁环30及第二导磁环32之间间隔一定的距离，使得第一线圈40产生 的磁通量能很好的通过第一导磁环30及第二导磁环32之间形成的恒定磁 通面。 所述第二导磁装置包括第三导磁环34，所述第三导磁环34紧固在所 述第二连接轴外部，并与第二连接轴60同步扭转。所述第三导磁环34与 所述第一导磁装置的第二导磁环32之间彼此相向设置，并形成可变磁通 面。所述第三导磁环34与所述第二导磁环32之间形成有合适的间距，并 且所述第三导磁环34与所述第二导磁环32之间的突起部38相对有一定的 错位。可通电的第一线圈40在第一导磁装置内形成恒定磁通量，可通电的第 二线圈50在第二导磁装置内形成可变磁通量，所述第二导磁装置的可变磁 通量随着扭杆10的扭转而发生变化，可变磁通量的变化改变第二线圈50 的电流及电压，所述电控单元根据第一线圈40及第二线圈50输出的电流 或者电压计算出助力电动机的转向和助力电流的大小，完成转向助力控制。所述第二导磁环32的上下缘都设置有导磁的突起部38与隔磁的凹陷 部36，所述第三导磁环34在靠近第二导磁环32的一侧边缘处也设置有与 第二导磁环32相对的导磁的突起部38与隔磁的凹陷部36。所述第二导磁 环32的上缘的突起部38与第一导磁环30之间形成所述恒定磁通面，所述 第二导磁环32的下缘的突起部38与第三导磁环34上缘突起部38之间随 着扭杆10的扭转形成所述可变磁通面。所述第一导磁环30的下缘与第二导磁环32上缘突起部38相接位置处 被所述第一线圈40包围。所述第二导磁环32的下缘的突起部38与第三导 磁环34上缘突起部38相接位置处被所述第二线圈50包围。第一线圈40 和第二线圈50输出的扭矩信号，即电压或者电流信号，通过电线连接到控 制电路上。请参考图3，所述控制电路包括给第一线圈40及第二线圈50提供振 荡信号的信号发生电路与输出第一线圈40及第二线圈50信号的信号输出所述信号发生电路包括振荡器、与振荡器串接的放大器、与放大器并 接的两路分路电阻，每一路电阻连接一线圈。振荡器产生振荡信号，送入 放大器进行能量放大。放大后的振荡信号分别送入二个分路电阻，再送入 第一及第二线圈中。所述输出电路包括主输出电路与付输出电路。所述主输出电路包括相 互串接的主信号放大器、主信号调理电路。所述第一线圈的信号从分路电
阻处采集并由主信号放大器放大，然后由主信号调理电路去扰和信号整形后经接口电路从扭矩信号1端口输出。所述付输出电路包括相互串接的付 信号放大器、付信号调理电路。所述第二线圈的信号从分路电阻处采集并 由付信号放大器放大，然后由付信号调理电路去扰和信号整形后经接口电 路从扭矩信号2端口输出。电源供应电路从电动助力转向系统的电控单元处获得12V直流电源，处理后送到信号发生电路和输出电路的各个模块。当电动助力系统的方向盘上加上手力，方向盘上的扭矩传递到第一连接轴20，第一连接轴20上的扭矩传递到扭杆10，扭杆10上的扭矩传递到 第二连接轴6，第二连接轴6上的扭矩再传递到转向机。这样，方向盘的 扭矩就传递到了汽车前轮的转向杆上，产生了转向动作。当扭杆10上作用有扭矩时，扭杆10二端就产生一定的相对转角。扭 杆10的相对转角和扭杆10上的扭矩大小成正比。当扭杆10有相对转角发 生时，第一导磁环30和第二导磁环32在同一第一连接轴20上，彼此之间 没有相对扭转。但是，第二导磁环32连在第一连接轴20上，第一连接轴 20连在扭杆10的一端；第三导磁环34连在第二连接轴60上，第二连接 轴60连在扭杆10的另一端。在扭矩的作用下，扭杆的二端间有相对转角， 即第二导磁环32和第三导磁环34之间有相对旋转发生。又由于第二导磁 环32和第三导磁环34突起部38之间相对有一定的错位，当第二导磁环 32和第三导磁环34有相对扭转时，第二导磁环32和第三导磁环34的突 起部38的相对面积有改变，导致第二线圈50的磁通量有改变。而第一导 磁环30和第二导磁环32总是同步扭转，第一线圈40的磁通量总是恒定值。当扭矩传感器工作时，电源供应电路从电动助力转向系统的电控单元 处得到12V的直流电源，然后向各个模块供电，使之可靠地工作。振荡器 在电源正常时，产生14.7KHZ的正弦波信号，并将此信号传送到放大器。 放大器将输入的信号作功率放大，并将放大的信号分别传送到二个分路电 阻，再传送到第一及第二线圈40、 50，最后到地。主信号输出电路从一个 分路电阻上采样信号，再传送到主信号放大电路。经过主信号放大电路的放大后，再进入主信号调理电路，然后通过接口电路将扭矩信号l送到电 动助力转向的电控单元。付信号输出电路从一个分路电阻上采样信号，再 传送到付信号放大电路。经过付信号放大电路的放大后，再进入付信号调
理电路，然后通过接口电路将扭矩信号2送到电动助力转向的电控单元。 当方向盘上没加手力时，扭杆上的扭矩为零，扭杆没有相对转角。第一导磁环30和第二导磁环32之间的导磁面积和第二导磁环32和第三导磁 环34之间的导磁面积相等。第一线圈40和第二线圈50中的电流相等，在 电阻上产生的信号相等。经过放大器放大后，主付二路扭矩信号1、 2相等 并且是2.5V。当方向盘上有手力时，扭杆产生一定的相对扭转，第二导磁 环32和第三导磁环34也有相对扭转。圆第二导磁环32和第三导磁环34 的突出部38的相对面积发生改变，则第二线圈50的磁通面积发生改变， 磁通量发生改变。相应地第二线圈50中的电流发生改变，相应分路电阻上 的电压也发生改变。经过放大器放大，再调理电路去扰和信号整形后，产 生相对应的电压信号，这扭矩信号1、 2就表示了扭矩的大小。将扭矩信号 1、 2送到电动助力转向的电控单元，就可以产生助力动作了。本实施方式中，主、付信号调理电路将扭矩为零时的电压钳位在2。 5V。当扭矩为正时，电压从2。 5V增加，当扭矩为负时，电压从2。 5V 下降。
权利要求1、 一种扭矩传感器，其特征在于包括扭杆、固定在扭杆一端的第一导 磁装置及连接在扭杆另一端的第二导磁装置，可通电的第一线圈在第一导 磁装置内形成恒定磁通量，可通电的第二线圈在第二导磁装置内形成可变 磁通量，所述第二导磁装置的可变磁通量随着扭杆的扭转而发生变化，所 述第二线圈的电流及电压随着可变磁通量的变化而变化，所述扭矩传感器 输出第一线圈及第二线圈的电流或者电压。
2、 根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于所述扭杆一端套设 有第一连接轴，另一端套设有第二连接轴，所述第一导磁装置包括彼此相 向的可形成恒定磁通面的第一导磁环及第二导磁环，所述第一连接轴外部 纵向依次紧固所述第一导磁环及第二导磁环，所述第二导磁装置包括第三 导磁环，所述第二连接轴外部紧固所述第三导磁环，所述第三导磁环与所 述第二导磁环之间彼此相向形成可变磁通面。
3、 根据权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于所述第二导磁环的 上下缘都设置有导磁的突起部与隔磁的凹陷部，所述第三导磁环在靠近第 二导磁环的一侧边缘处也形成与第二导磁环相对设置的导磁的突起部与隔 磁的凹陷部，所述第二导磁环的上缘的突起部与第一导磁环之间形成所述 恒定磁通面，所述第二导磁环的下缘的突起部与第三导磁环上缘突起部之 间随着扭杆的扭转形成所述可变磁通面。
4、 根据权利要求1-3任意一项所述的扭矩传感器，其特征在于还包括 一信号发生电路，所述信号发生电路包括振荡器和与振荡器串联的放大器， 所述振荡器的信号经过放大器放大后分别输给第一线圈与第二线圈。
5、 根据权利要求l-3任意一项所述的扭矩传感器，其特征在于还包括 一信号输出电路，所述信号输出电路包括主输出电路与付输出电路，主、 付输出电路分别包括相互串联的信号放大器与信号调理器。所述第一线圈 的电流或者电压信号依次经过主输出电路的主信号放大器及用来去扰和信 号整形的主信号条理器然后输出；所述第二线圈的电流或者电压信号依次 经过付输出电路的付信号放大器及用来去扰和信号整形的付信号条理器然 后输出。
6、 一种电动助力转向系统，包括方向盘、扭矩传感器、电控单元及助力电动机，其特征在于所述扭矩传感器包括连接方向盘的扭杆、固定在扭 杆一端的第一导磁装置及连接在扭杆另一端的第二导磁装置，可通电的第 一线圈在第一导磁装置内形成恒定磁通量，可通电的第二线圈在第二导磁 装置内形成可变磁通量，所述第二导磁装置的可变磁通量随着扭杆的扭转 而发生变化，所述第二线圈的电流及电压随着可变磁通量的变化而变化， 所述电控单元根据第一线圈及第二线圈输出的电流或者电压计算出助力电 动机的转向和助力电流的大小，完成转向助力控制。
7、 根据权利要求6所述的电动助力转向系统，其特征在于所述扭杆一 端套设有第一连接轴，另一端套设有第二连接轴，所述第一导磁装置包括 彼此相向的形成恒定磁通面的第一导磁环及第二导磁环，所述第一连接轴 外部纵向依次紧固所述第一导磁环及第二导磁环，所述第二导磁装置包括 第三导磁环，所述第二连接轴外部紧固所述第三导磁环，所述第三导磁环 与所述第二导磁环之间彼此相向形成可变磁通面。
8、 根据权利要求7所述的电动助力转向系统，其特征在于所述第二导 磁环的上下缘都设置有导磁的突起部与隔磁的凹陷部，所述第三导磁环在 靠近第二导磁环的一侧边缘处也形成与第二导磁环相对设置的导磁的突起 部与隔磁的凹陷部，所述第二导磁环的上缘的突起部与第一导磁环之间形 成所述恒定磁通面，所述第二导磁环的下缘的突起部与第三导磁环上缘突 起部之间随着扭杆的扭转形成所述可变磁通面。
9、 根据权利要求6-8任意一项所述的电动助力转向系统，其特征在于 还包括一信号发生电路，所述信号发生电路包括振荡器和与振荡器串联的 放大器，所述振荡器的信号经过放大器放大后分别输给第一线圈与第二线 圈。
10、 根据权利要求6-8任意一项所述的电动助力转向系统，其特征在于还包括一信号输出电路，所述信号输出电路包括主、付两输出电路，主、 付两输出电路分别包括相互串联的信号放大器与信号调理器。所述第一线 圈的电流或者电压信号依次经过主输出电路的主信号放大器及用来去扰和 信号整形的主信号条理器然后输出到电控单元；所述第二线圈的电流或者 电压信号依次经过付输出电路的付信号放大器及用来去扰和信号整形的付 信号条理器然后输出到电控单元。
专利摘要本实用新型涉及一种扭矩传感器，包括扭杆、固定在扭杆一端的第一导磁装置及连接在扭杆另一端的第二导磁装置，可通电的第一线圈在第一导磁装置内形成恒定磁通量，可通电的第二线圈在第二导磁装置内形成可变磁通量，所述第二导磁装置的可变磁通量随着扭杆的扭转而发生变化，所述第二线圈的电流及电压随着可变磁通量的变化而变化，所述扭矩传感器输出第一线圈及第二线圈的电流或者电压。本实用新型的扭矩传感器采用非接触方式，通过线圈感测磁通量的变化直接将扭矩转变为电信号，提高了扭矩传感器的精度及使用寿命，同时相对传统扭矩传感器大大减少了制作成本。
文档编号B62D6/08GK201021909SQ20062001657
公开日2008年2月13日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者饶文明 申请人:比亚迪股份有限公司