组合的转向力矩-转向角传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种转向力矩-转向角传感器，其包括转向力矩传感器模块和转向角传感器模块，其中，所述转向力矩传感器模块借助于磁作用原理工作且在此具有第一磁编码器（1）和至少一个第一磁场传感器元件（4），其中，所述转向角传感器模块具有至少一个第二磁场传感器元件（5）和第三磁场传感器元件（6），其中，第二磁场传感器元件（5）直接地或间接地检测第一磁编码器（1）、即转向力矩传感器模块的磁编码器的磁场，以及其中，第三磁场传感器元件（6）检测额外的第二磁编码器（7）的磁场。
【专利说明】组合的转向力矩-转向角传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的转向力矩-转向角传感器，或一种组合的转向力矩-转向角传感器以及转向力矩-转向角传感器在机动车的转向系统中的应用。
【背景技术】
[0002]由印刷文献FR2872896A1已知了一种转矩传感器，该转矩传感器通过扭力杆或其偏转检测差分角。在此，测量作为编码器的径向磁化多极永磁体相对于作为定子的导流的齿环的移动。基于磁编码器和定子之间的相对角位置影响磁通量并借助于霍尔探针测量。由DE102004023801已知了转向角-和转动力矩传感器的组合，然而在此需要成本高的和额外的组件。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的目的在于，提出一种转向力矩-转向角传感器，其设计为价廉和/或紧凑的。
[0004]根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的转向力矩-转向角传感器实现。
[0005]第二编码器优选设计为磁编码器且第三传感器元件设计为磁场传感器元件，该磁场传感器元件检测第二磁编码器的磁场。可选地，第二编码器和第三传感器元件优选按照电感或电容测量原理设计。
[0006]第一磁编码器优选布置在第一可转动的轴区段上，所述第一可转动的轴区段具有尤其是形式为外部环绕的齿部的传动机构部段，借助于所述齿部，第一轴区段和第一磁编码器形成第一传动轮。
[0007]有利地，第一磁编码器借助于尤其由注射成型形成的连接元件和第一轴区段连接。在此，该连接元件尤其优选是第一传动轮的一部分。
[0008]第二磁编码器优选布置在第二传动轮上或者可选地优选内置在第二传动轮中，其中，第二传动轮与第一传动轮啮合。
[0009]转向力矩传感器模块优选如此设计以用于测量作用在轴上的转矩，即所述轴具有第一轴区段和第二轴区段，且这两个轴区段能相对彼此转动，其中，在第一轴区段上布置有第一磁编码器且在第二轴区段上布置有定子，其中，所述定子具有两个定子元件，所述定子元件分别具有突出的指形件，其中，两个定子元件的所述指形件无接触地彼此交错啮合，所述定子元件尤其分别或共同地分配有通量集中器(Fluss-Konzentrator),该通量集中器直接地或间接地把待检测的、通过第一磁编码器产生的磁场至少输送到所述第一磁场传感器元件。
[0010]两个定子元件的指形件有利地设计为轴向地关于所述轴突出。在此，定子元件尤其如此设计，即指形件设计为同样大小且等距地布置在基本上为圆形的线上。指形件尤其优选设计为分别从其根部向其尖部渐缩或变窄，更尤其优选具有梯形的基面。[0011]转向角传感器模块优选如此设计，即转向角传感器模块借助于游标原理检测转向角。
[0012]有利地，具有规定的尤其大于360°的旋转角测量范围的、用于测量轴的旋转角的转向角传感器模块如此设计，即具有至少一个编码器轨道的第一磁编码器和第一传动轮随着轴转动，该编码器轨道具有多个极偶，其中，所述第二传动轮和第二磁编码器共同转动且所述第一传动轮与第二传动轮相对彼此啮合，其中，为了检测角度，所述第一磁编码器分配有第二磁场传感器元件，所述第二磁编码器分配有第三磁场传感器元件，其中，所述第一传动轮和第二传动轮在其共同的传动比方面以及所述第一磁编码器和第二磁编码器在其极数量方面如此设计，即在角检测方面配属于第一磁编码器或第二磁编码器的磁场传感器元件关于角传感器布置的整个旋转角测量范围检测η个极或极偶，以及在角检测方面配属于第二磁编码器或第一磁编码器的磁场传感器元件关于角传感器布置的整个旋转角测量范围检测n-1+Λ个极或极偶，其中，Λ为O和I之间的实数，η为自然数。
[0013]优选地，所述第一传动轮和第二传动轮在其共同的传动比方面以及所述第一磁编码器和第二磁编码器在其极数量/极偶数量方面如此设计，即为△分配大于O且小于0.5的值，尤其是大于O且小于0.04的值。
[0014]第一传动轮和第二传动轮优选两个都设计为齿轮。
[0015]第一传动轮和第一磁编码器的连接元件优选结合为一结构部件。
[0016]第一磁编码器和第二磁编码器优选分别包括至少一个设计为永磁体的且磁化的编码器轨道，该编码器 轨道包括交替地磁化的磁极，所述磁极尤其优选基本上布置在圆周上。
[0017]优选在使用游标算法或游标原理的情况下由磁场传感器元件的输出信号或信息计算绝对角信息。为此，转向力矩-转向角传感器尤其优选包括信号处理装置。
[0018]有利地，用于在第一磁编码器处进行测量的第二磁场传感器元件沿径向方向或可选地优选沿轴向方向(端侧)布置在第一磁编码器之前。
[0019]通量集中器优选理解为集电极或集电极板。
[0020]第一轴区段和第二轴区段优选借助于扭力杆彼此连接或者直接地或间接地彼此耦联且相对彼此可转动地耦联。
[0021]两个轴区段优选分别设计为固定在轴上或扭力杆上的套管的形式。
[0022]定子元件和至少一个通量集中器有利地至少部分地由软磁性材料形成。在此，定子元件尤其优选至少部分地通过由第一磁编码器产生的磁场穿过且引导磁通量。
[0023]磁场传感器元件优选理解为磁电换能元件，优选是霍尔元件或磁阻传感器元件。这种磁场传感器元件尤其具有内置的、电子的信号处理电路。
[0024]磁编码器有利地是编码器环且尤其是一件式的且如此设计，即该磁编码器分配有两个定子元件。可选地，传感器布置优选具有两个或更多的在第一轴区段上并排布置的、磁编码器或编码器环。磁编码器尤其优选被交替地磁化或者是多极编码器。
[0025]定子元件优选分别包括尤其关于轴区段径向突出的环。在此，每个定子元件分配有通量集中器或共同的通量集中器。通量集中器尤其优选分别通过气隙与定子元件的两个环耦联且如此设计，即通量集中器减少由定子转向的磁场或相应的磁通量并输入第一磁场传感器元件中。[0026]第一磁编码器优选设计为多极编码器，而第二磁编码器设计为双极编码器。
[0027]第一传动轮和第二传动轮在其共同的传动比方面以及第一和第二磁编码器在其极数量或极偶数量方面有利地如此设计，即为η分配8和60之间的值，以及尤其是14和40之间的值。
[0028]定子优选理解为引导磁通量的传送器，该传送器有利地静止地布置在两个轴区段之一上且被分配给第一磁编码器。在此，定子可选地优选如此设计，即其可转动可偏转地布置。
[0029]定子和可选的通量集中器有利地设计为由软磁性材料制成。本发明还涉及转向力矩-转向角传感器在机动车的转向系统中的应用。
[0030]附图标记列表
[0031]I第一磁编码器
[0032]2第一轴区段或支架套管
[0033]3连接元件(包括齿轮结构)
[0034]4第一磁场传感器元件(转向力矩传感器模块)
[0035]5第二磁场传感器元件(转向角传感器模块)
[0036]6第三磁场传感器兀件(转向角传感器模块)
[0037]7第二磁编码器
[0038]8第一传动轮
[0039]9第一轴区段的环绕的齿部
[0040]10第二传动轮
[0041]11 定子
[0042]12两个定子元件
[0043]13定子元件的指形件
[0044]14通量集中器
[0045]15电路板或PCB (印刷电路板)
[0046]I6第二轴区段
[0047]17定子元件-连接元件
[0048]18定子元件的环
【专利附图】
【附图说明】
[0049]以示意性图示示出:
[0050]图1以示意性剖视图示出根据本发明的组合的转向力矩-转向角传感器的实施例；以及
[0051]图2示出示例性设计的定子。
【具体实施方式】
[0052]图1示出示例性的转向力矩-转向角传感器的剖视图，其包括第一磁编码器1，该第一磁编码器通过连接元件3与作为第一轴区段2的支架套管连接。
[0053]关于转向力矩传感器模块，第一磁编码器I的磁场在定子11和编码器I之间的差分角测量方面被定子11影响。定子11包括分别具有突出的指形件的两个定子元件12，其中，两个定子元件的指形件无接触地彼此交错啮合，定子元件分别分配有通量集中器14，该通量集中器把待检测的、通过第一磁编码器I产生的磁场无接触地输送到第一磁场传感器元件4。
[0054]第一磁编码器I沿侧向或沿轴向方向相对于轴区段2伸出配属于定子11的区域。第二磁场传感器元件5额外地、以径向间隔开的方式配属于第一编码器I。利用这种构造可以测量360°范围内的角信息/极偶数量。额外地需要传动机构、优选是圆柱齿轮传动机构以用于通过多次转动进行绝对角测量，由此同样才能实现每个明确的测量范围，该测量范围超出极偶的区域。为了相对价廉地实现该传动机构，利用连接元件3，除了传统的功能一连接支架套管2和第一磁编码器1，以及传递来自两个元件的不同的温度-膨胀特性的应力——外，还实现了另一种功能。通过借助于至齿轮或第一传动轮的、环绕的齿部9形成连接元件3同样在没有额外的结构部件的情况下实现了传动机构的初级部分，也就是说，变速级的驱动组件。次级轮或第二传动轮，也就是说变速级的从动组件例如设计为简单的齿轮10，在该齿轮上布置了第二磁编码器7，该第二磁编码器可以提供编译的角信息。该另外的角信息通过第三磁场传感器元件6测量或获得。可选地，次级角信息也可以通过电感或电容方式测量。传感器元件4、5、6的电连接例如借助于电路板15进行。由第二和第三磁场传感器兀件5、6的信息借助于游标算法在传感器的信号处理电路中在大于360°的测量范围上计算绝对角度。
[0055]作为图1中示出的第二磁场传感器元件5相对于磁编码器I的径向布置的备选，还提出了第二磁场传感器元件5相对于编码器I的轴向或端侧的布置。
[0056]在此可以根据结构设计取消第一磁编码器I的上文所述的延长部。在两种情况下，价廉的实施方案的基础在于，尽可能多重利用对用于转矩测量的差分角传感器已经是必要的部件，所述部件在此同样用于构建绝对角传感器。
[0057]图2中绘出具有两个定子元件12的示例性的定子11，该定子包括由塑料制成的定子元件-连接元件17，通过该定子元件-连接元件固定了两个定子元件12。定子元件12示例性地是具有轴向突出的指形件13的、软磁性的、铁磁性的轮，所述指形件一件式地固定在分别一个至少也径向定向的环18上。定子元件12示例性地作为嵌入部件嵌入在注射的塑料连接元件中，所述塑料连接元件具有作为第二轴区段的套筒或套管16。具有相应的环18的定子元件12伸出或引导磁场，所述磁场通过未示出的磁编码器产生。随后，磁场示例性地由环18通过气隙传递至未示出的通量集中器。
【权利要求】
1.一种转向力矩-转向角传感器，其包括转向力矩传感器模块和转向角传感器模块，其中，所述转向力矩传感器模块借助于磁作用原理工作且在此具有第一磁编码器(I)和至少一个第一磁场传感器元件(4)，其特征在于，所述转向角传感器模块具有至少一个第二磁场传感器元件(5)和第三传感器元件(6)，其中，第二磁场传感器元件(5)直接地或间接地检测第一磁编码器(I)、即所述转向力矩传感器模块的磁编码器的磁场，而第三传感器元件(6)检测第二编码器(7)。
2.根据权利要求1所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述第二编码器(7)同样设计为磁编码器且所述第三传感器元件(6)同样设计为检测第二磁编码器(7)的磁场的磁场传感器兀件。
3.根据权利要求1或2所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述第一磁编码器(I)布置在第一可转动的轴区段(2)上，所述第一可转动的轴区段具有尤其形式为外部环绕的齿部(9)的传动机构部段，借助于所述齿部，第一轴区段(2)和第一磁编码器(I)形成第一传动轮(8)。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述第一磁编码器(I)借助于尤其由注射成型形成的连接元件(3)和第一轴区段(2)连接。
5.根据权利要求4所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，该连接元件(3)是所述第一传动轮(8)的一部分。
6.根据权利 要求1至5中至少一项所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述第二编码器(7)布置在第二传动轮(10)上，所述第二传动轮与第一传动轮(8)啮合。
7.根据权利要求1至6中至少一项所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述转向力矩传感器模块如此设计以用于测量作用在轴上的转矩，即所述轴具有第一轴区段(2)和第二轴区段(16)，且这两个轴区段能相对彼此转动，其中，在所述第一轴区段(2)上布置有第一磁编码器(I)且在所述第二轴区段(16)上布置有定子(11)，其中，所述定子(11)具有两个定子元件(12)，所述定子元件分别具有突出的指形件(13)，其中，两个定子元件(12)的所述指形件(13)无接触地彼此交错啮合，所述定子元件分别或共同地分配有通量集中器(14)，所述通量集中器直接地或间接地把待检测的、通过所述第一磁编码器(I)产生的磁场至少输送到所述第一磁场传感器元件(4)。
8.根据权利要求1至7中至少一项所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述转向角传感器模块如此设计，即所述转向角传感器模块借助于游标原理检测转向角。
9.根据权利要求2至8中至少一项所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，具有规定的尤其大于360°的旋转角测量范围的、用于测量轴的旋转角的转向角传感器模块如此设计，即具有至少一个编码器轨道的第一磁编码器(I)和第一传动轮(8)随着轴转动，该编码器轨道具有多个极偶，其中，所述第二传动轮(10)和第二磁编码器(7)共同转动且所述第一传动轮(8)与第二传动轮(10)相对彼此啮合，其中，为了检测角度，所述第一磁编码器(I)分配有第二磁场传感器元件(5 )，所述第二磁编码器(7 )分配有第三磁场传感器元件(6)，其中，所述第一传动轮(8)和第二传动轮(10)在其共同的传动比方面以及所述第一磁编码器(I)和第二磁编码器(7)在其极数量方面如此设计，即在角检测方面配属于第一磁编码器(I)的第二磁场传感器元件(5)关于角传感器布置的整个旋转角测量范围检测η个极或极偶，配属于所述第二磁编码器(7)的第三磁场传感器元件(6)关于角传感器布置的整个旋转角测量范围检测η-1+Λ个极或极偶，其中，Λ为O和I之间的实数，η为自然数。
10.根据权利要求9所述的转向力矩-转向角传感器，其特征在于，所述第一传动轮(8 )和第二传动轮(10 )在其共同的传动比方面以及所述第一磁编码器(I)和第二磁编码器(7)在其极数量/极偶数量方面如此设计，即为Λ分配大于O且小于0.5的值，尤其是大于O且小于0.04 的值。
【文档编号】B62D15/02GK103764484SQ201280041192
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】H·阿克尔, H·安东尼 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司