专利名称：Eps用非接触式扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车用电动转向系统必需的扭矩传感器，用于提供控制器ECU相关转向信号。
背景技术：
电动转向系统EPS基本包含转向机构、扭矩传感器和 控制器ECU。其中扭矩传感器作为EPS系统的神经元，感知驾驶员施加在方向盘上的扭矩，是EPS关键零部件之一。国内外对EPS用传感器的研究从未停歇。20世纪90年代，日本NSK公司研发出电位计式扭矩传感器，采用机械结构接触，缺点是磨损严重，寿命短，且有异音。1992年，英国Lucas公司推出光电式转矩传感器，非接触式，解决了机械接触结构的磨损及有异音问题，但光电式转矩传感器对加工及安装精度要求很高，成本较高。1996年日本NSK公司又推出了电感式转矩传感器，虽然安装较为简单，但后续电路较为复杂。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，安装方便，且非机械结构接触式的扭矩传感器。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提出一种EPS用非接触式扭矩传感器，包括电路和机械结构，所述机械结构包括转子组件、集磁环组件、导磁环组件、扭杆和定子；所述集磁环组件与所述电路连接，套于所述导磁环组件外，与所述导磁环组件配合固定，所述导磁环组件套于所述转子组件外，所述扭杆一端连接定子，一端连接转子组件，带动转子组件相对定子、导磁环组件、集磁环组件转动。作为优选，所述转子组件包括转子和永磁体，两者通过注塑工艺固定；所述永磁体为环状结构，沿中心轴方向将圆环均匀等分，间隔命名分别为a区域和b区域，按a、b、a、b规律交叉注入南极、北极、南极、北极磁场。作为优选，所述导磁环组件包括上下两个导磁环和衬套，导磁环和衬套通过注塑工艺固定；所述导磁环为一端锯齿形的环状结构，齿的大小间距相同，上下两个导磁环的放置为齿相对咬合且有齿间有间隙，且沿导磁环圆周方向齿间间隙相等，齿间距离相等。作为优选，所述导磁环组件中导磁环的齿间距离等于所述转子组件中永磁体的均匀等分的间距。作为优选，所述集磁环组件包括上下两个并列放置的集磁环和芯片，两者通过注塑工艺固定；所述集磁环为非封闭圆环，环上有向外凸起面，所述芯片固定于上下两个集合环的凸起面中间。作为优选，所述集磁环有两个向外凸起面，所述芯片有两块，所述芯片分别固定于上下两个集合环的两个凸起面中间。作为优选，所述集磁环组件与所述导磁环组件配合固定的方式为所述集磁环组件中一个集磁环的内侧正好对应于所述导磁环组件中一个导磁环的外侧，两者相对成套而不连接。所述EPS用非接触式扭矩传感器，在静止时，所述导磁环齿中心正好对应于所述永磁体的a区域与b区域的中间线位置，即南极与北极磁场的中间，即磁场为O处，所述集磁环组件中一个集磁环的内侧正好对应于所述导磁环组件中一个导磁环的外侧，集磁环通过导磁环收集磁场,此时上下导磁环感应到磁场强度均为0，由此集磁环及芯片感应的磁场也为O。当所述转子组件转过一定角度时，即转子组件中的永磁体相对导磁环组件转过一定角度时，所述导磁环的上下齿中心均不再对应于所述永磁体的a区域与b区域的中间线位置，即导磁环的上下齿分别对应于a区域或b区域，即上齿对应于a区域，下齿对应于b区域，或者上齿对应于b区域，下齿对应于a区域，此时上下齿均感应到一定的磁场，或者是上齿感应到南极，下齿感应到北极，或者是上齿感应到北极，下齿感应到南极，上部导磁环与集磁环对应，上部的集磁环也感应到区域a或区域b的磁场，下部导磁环与下部集磁环对应，下部的集磁环也感应到区域a或区域b的磁场，当然,上下的集磁环不可能感应到一样的磁场，上下集磁环感应到的磁场通过集磁环上的凸起面传递到芯片，芯片中也感应到磁场，并且由上至下为南极到北极或者北极到南极。·[0013]在区域a或区域b的一个区域内，导磁环感应到的磁场与转子组件转过的角度成正比。即在一个区域中，从区域边缘线开始，转过角度越大，所感应到的磁场越强，由此依据建立芯片感应到的磁场大小与转子组件的角度之间的对应关系。在区域a或区域b的一个区域内，芯片感应到的磁场方向与转子组件转的方向有关系，一个方向转，芯片感应到的磁场方向为由南极到北极，另一个方向转，芯片感应到的磁场方向位由北极到南极，由此依据建立芯片感应到的磁场方向与转子组件的旋转方向之间的对应关系。依据芯片感应到的磁场大小和方向不同，得出转子的输入扭矩和方向，实现扭矩传感器功能。有益效果本实用新型公开了一种磁感应非接触式扭矩传感器，可适用于各种EPS系统中，具有如下优点1)非接触式结构，使用寿命远大于整机使用寿命，不会由于磨损引起的传感器漂移而影响系统性能；2)扭矩传感器工艺、结构简单，且无复杂后续处理电路；3)扭矩传感器根据实际感应的磁场建立输出信号对应关系，对零部件各项工艺参数要求不高。
结合附图，本实用新型的其他特点和优点可从下面通过举例来对本实用新型的原理进行解释的优选实施方式的说明中变得更清楚。图I为本实用新型EPS用非接触式扭矩传感器的一种实施方式的结构示意图；图2为本实用新型EPS用非接触式扭矩传感器的一种实施方式中转子组件组成示意图；图3为本实用新型EPS用非接触式扭矩传感器的一种实施方式中导磁环组件示意图；图4为本实用新型EPS用非接触式扭矩传感器的一种实施方式中集磁环组件示意图；图5为本实用新型EPS用非接触式扭矩传感器的一种实施方式中传感器装配示意图；[0021]图6为本实用新型EPS用非接触式扭矩传感器的一种实施方式中传感器动作时的示意图；图中1_转子组件、2-集磁环组件、3-导磁环组件、4-扭杆、5-定子、11-转子、12-永磁体、21-集磁环、22-芯片、31-导磁环、32-衬套。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述如图I所示，一种EPS用非接触式扭矩传感器，包括电路和机械结构，所述机械结构包括转子组件I、集磁环组件2、导磁环组件3、扭杆4和定子5 ;所述集磁环组件与所述电路连接，套于所述导磁环组件外，与所述导磁环组件配合固定，所述导磁环组件套于所述转子组件外，所述扭杆一端连接定子，一端连接转子组件，带动转子组件相对定子、导磁环组件、集磁环组件转动。 如图2所示，转子组件包括转子11和永磁体12，两者通过注塑工艺固定；所述永磁体为环状结构，沿中心轴方向将圆环均匀等分，间隔命名分别为a区域和b区域，按a、b、a、b规律交叉注入南极、北极、南极、北极磁场。如图3所示，导磁环组件包括上下两个导磁环31和衬套32，导磁环和衬套通过注塑工艺固定；所述导磁环为一端锯齿形的环状结构，齿的大小间距相同，上下两个导磁环的放置为齿相对咬合且有齿间有间隙，且沿导磁环圆周方向齿间间隙相等，齿间距离相等。所述导磁环组件中导磁环的齿间距离等于所述转子组件中永磁体的均匀等分的间距。如图4所示，集磁环组件包括上下两个并列放置的集磁环21和芯片22，两者通过注塑工艺固定；所述集磁环为非封闭圆环，环上有两个向外凸起面，所述芯片有两块，分别固定于上下两个集合环的两个凸起面中间。选择两块芯片的好处是当一块芯片出现故障时，另一块芯片仍能起作用，同时为ECU对传感器状态提供判定条件。如图5所示，EPS用非接触式扭矩传感器的装配示意图，所述集磁环组件中一个集磁环的内侧正好对应于所述导磁环组件中一个导磁环的外侧。在静止时,所述导磁环齿中心正好对应于所述永磁体的a区域与b区域的中间线位置，即南极与北极磁场的中间，即磁场为O处，所述集磁环组件中一个集磁环的内侧正好对应于所述导磁环组件中一个导磁环的外侧，集磁环通过导磁环收集磁场，此时上下导磁环感应到磁场强度均为0，由此集磁环及芯片感应的磁场也为O。如图6所示，当所述转子组件转过一定角度时，即转子组件中的永磁体相对导磁环组件转过一定角度时，所述导磁环的上齿对应于a区域，下齿对应于b区域，此时上下齿均感应到一定的磁场，或者是上齿感应到南极，下齿感应到北极，或者是上齿感应到北极，下齿感应到南极，上部导磁环与集磁环对应，上部的集磁环也感应到区域a的磁场，下部导磁环与下部集磁环对应，下部的集磁环也感应到区域b的磁场，上下集磁环感应到的磁场通过集磁环上的凸起面传递到芯片，芯片中也感应到磁场，并且由上至下为从区域a到区域b。在区域a或区域b的一个区域内，导磁环感应到的磁场与转子组件转过的角度成正t匕。即在一个区域中，从区域边缘线开始，转过角度越大，所感应到的磁场越强，由此依据建立芯片感应到的磁场大小与转子组件的角度之间的对应关系。扭杆一端连接转子组件，一端连接定子，从而将转子组件的角度转化为转动扭矩T=KX θ，其中T是转动扭矩，单位是Nm，K是扭杆刚度，单位是Nm/deg，Θ是转子转过角度，单位是deg。在 区域a或区域b的一个区域内，芯片感应到的磁场方向与转子组件转的方向有关系，一个方向转，芯片感应到的磁场方向为从上至下由区域a到区域b，另一个方向转，芯片感应到的磁场方向从上至下由区域b到区域a，由此依据建立芯片感应到的磁场方向与转子组件的旋转方向之间的对应关系。依据芯片感应到的磁场大小和方向不同，得出转子的输入扭矩和方向，实现扭矩传感器功能。虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。
权利要求1.一种EPS用非接触式扭矩传感器，包括电路和机械结构，其特征在于所述机械结构包括转子组件、集磁环组件、导磁环组件、扭杆和定子；所述集磁环组件与所述电路连接，套于所述导磁环组件外，与所述导磁环组件配合固定，所述导磁环组件套于所述转子组件外，所述扭杆一端连接定子，一端连接转子组件，带动转子组件相对定子、导磁环组件、集磁环组件转动。
2.根据权利要求I所述的EPS用非接触式扭矩传感器，其特征在于所述转子组件包括转子和永磁体，两者通过注塑工艺固定；所述永磁体为环状结构，沿中心轴方向将圆环均匀等分，间隔命名分别为a区域和b区域，按a、b、a、b规律交叉注入南极、北极、南极、北极磁场。
3.根据权利要求I所述的EPS用非接触式扭矩传感器，其特征在于所述导磁环组件包括上下两个导磁环和衬套，导磁环和衬套通过注塑工艺固定；所述导磁环为一端锯齿形的环状结构，齿的大小间距相同，上下两个导磁环的放置为齿相对咬合且齿间有间隙，且沿导磁环圆周方向齿间间隙相等，齿间距离相等。
4.根据权利要求3所述的EPS用非接触式扭矩传感器，其特征在于所述导磁环组件中导磁环的齿间距离等于所述转子组件中永磁体的均匀等分的间距。
5.根据权利要求I所述的EPS用非接触式扭矩传感器，其特征在于所述集磁环组件包括上下两个并列放置的集磁环和芯片，两者通过注塑工艺固定；所述集磁环为非封闭圆环，环上有向外凸起面，所述芯片固定于上下两个集合环的凸起面中间。
6.根据权利要求5所述的EPS用非接触式扭矩传感器，其特征在于所述集磁环有两个向外凸起面，所述芯片有两块，所述芯片分别固定于上下两个集合环的两个凸起面中间。
7.根据权利要求5或6所述的EPS用非接触式扭矩传感器，其特征在于所述集磁环组件与所述导磁环组件配合固定的方式为所述集磁环组件中一个集磁环的内侧正好对应于所述导磁环组件中一个导磁环的外侧，两者相对成套而不连接。
专利摘要本实用新型公开了一种应用于车用电动转向系统中的EPS用非接触式扭矩传感器，包括电路和机械结构，机械结构包括转子组件、集磁环组件、导磁环组件、扭杆和定子；所述集磁环组件与所述电路连接，套于所述导磁环组件外，与所述导磁环组件配合固定，所述导磁环组件套于所述转子组件外，所述扭杆一端连接定子，一端连接转子组件，带动转子组件相对定子、导磁环组件、集磁环组件转动。本实用新型提供了一种结构简单的非接触式扭矩传感器，不会由于磨损引起的传感器漂移而影响系统性能，扭矩传感器根据实际感应的磁场建立输出信号对应关系，对零部件各项工艺参数要求不高。
文档编号G01L3/00GK202582801SQ20122021346
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者蔡黎明 申请人:杭州新世宝电动转向系统有限公司