非接触式扭矩传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车电子领域，特别是涉及一种用于车辆电动助力转向系统中扭矩测量的非接触式扭矩传感器。
【背景技术】
[0002]目前，市场上大量成熟应用的汽车EPS系统扭矩传感器是采用角度测量的方式。角度测量从原理上又分为滑动变阻器式、霍尔式、PCB感应式、旋转变压器式等几种类型。滑动变阻器式采用的是电阻分压的方式来测量角度。PCB感应式由PCB定子、不锈钢转子组成，PCB上有激励线圈与感应线圈，通过两次感应耦合将转子相对于定子的角度信号转化为电压信号。霍尔式采用的是霍尔效应，通过复杂的磁路将磁铁与集磁环之间的相对转动引起的磁感应强度的变化引入到测量点，通过集磁环与导磁片实现信号的传递。主流的霍尔式扭矩传感器厂商的方案都是基于MMT的磁路方案。
[0003]法国专利PCT/FR2005/050571 是由法国 MMT(Moving Magnet Technology)公司设计的磁路方案。这种磁路方案由一个多对极径向充磁的磁铁、两对集磁环、两对导磁片组成，这种磁路方案具有很好的线性度，导磁片的导磁区域在集磁环里面，可以使得集磁片的导磁率对导磁片与集磁环的径向相对位置不敏感，增强了信号的鲁棒性。MMT的方案能得到较好的导磁率及较好的稳定性。但由于集磁环与导磁环均采用昂贵的坡莫合金材料，因此此种磁路方案相对于PCB感应式的扭矩传感器方案在成本方面处于劣势。
[0004]日本Denso的专利JP2002033046220021114，提出了类似于三角形齿的集磁环结构，其磁路方案也包括两对集磁环、两对导磁片及一个多对极径向充磁的磁铁三部分。其方案优点在于集磁环的齿形多，但集磁环与导磁环的整体体积较小，因此其整体能增强传感器的稳定性，但线性度则较弱。成本方面，由于采用的较小体积的集磁环与导磁片，较之MMT方案有优势。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种具有与现有技术相比较具有更好的线性度能降低生产成本的非接触式扭矩传感器。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的非接触式扭矩传感器，包括两个集磁环、一个多对极径向充磁的磁铁和霍尔芯片，其中:所述集磁环内圆的边缘具有与所述集磁环位于同一平面的凹形结构和与所述集磁环位于不同平面的齿形结构，所述齿形结构为单侧设置；
[0007]定义集磁环具有齿形结构的一侧为正向，所述两个集磁环背向设置，两个集磁环的凹形结构和齿形结构交错分布；所述磁铁穿过所述两个集磁环的内圆轴向设置；所述霍尔芯片设置于两个集磁环之间的边缘位置。
[0008]其中，所述齿形结构所处平面与所述磁铁极向垂直。
[0009]其中，所述两个集磁环之间距离为0.5mm?3mm。
[0010]其中，所述两个集磁环的厚度为0.2mm?2mm。
[0011]其中，所述齿形结构的面积为大于等于15mm2。
[0012]其中，所述齿形结构的形状为梯形或矩形，梯形可以为倒置梯形。
[0013]其中，所述霍尔芯片为单路或双路输出。
[0014]其中，所述磁铁极对数为偶数。
[0015]其中，所述磁铁的高度小于等于两个集磁环齿形结构端面之间的距离。
[0016]本发明具备优良的线性度，CAE (计算机辅助工程)计算基于磁场仿真软件，设定磁铁及坡莫合金的材料参数，并定义网格、边界条件及运动形式，模拟在正常工作过程中角度变化与磁场的线性度计算得到的线性度为0.6%。本发明扭矩传感器在磁路上采用新型的磁路设计，更加具备成本优势，本发明的磁路相较于传统的霍尔式磁路减少了坡莫合金导磁片结构，更具成本优势。
【附图说明】
[0017]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0018]图1是本发明非接触式扭矩传感器的结构示意图一。
[0019]图2是本发明非接触式扭矩传感器的结构示意图二。
[0020]图3是本发明非接触式扭矩传感器的结构示意图三。
[0021]图4是本发明非接触式扭矩传感器的结构示意图四。
[0022]图5为本发明非接触式扭矩传感器集磁环的侧向剖视图。
[0023]图6为本发明非接触式扭矩磁铁的极向示意图。
[0024]图7是图6所示A-A剖面图。
[0025]图8为本发明集磁环齿形结构第一实施例示意图。
[0026]图9为本发明集磁环齿形结构第二实施例示意图。
[0027]图10为本发明集磁环齿形结构第三实施例示意图。
[0028]附图标记说明
[0029]集磁环1
[0030]磁铁2
[0031]霍尔芯片3
[0032]凹形结构1.1
[0033]齿形结构1.2
[0034]导磁边区域1.3
[0035]两个集磁环之间距离h
[0036]集磁环的厚度为t
[0037]齿形结构的面积S
[0038]磁铁的高度p小
[0039]齿形结构端面之间的距离k
【具体实施方式】
[0040]如图1、图2所示，本发明的非接触式扭矩传感器，包括两个集磁环1、一个多对径向充磁的磁铁2和霍尔芯片3，所述集磁环内圆的边缘具有与所述集磁环位于同一平面的凹形结构1.1和与所述集磁环位于不同平面的齿形结构1.2，所述齿形结构1.2为单侧设置，所述霍尔芯片为单路或双路输出，所述磁铁极对数为偶数；所述两个集磁环1的边缘部分形成导磁边区域1.3。
[0041]定义集磁环1具有齿形结构1.2的一侧为正向，所述两个集磁环1背向设置，如图3所示，两个集磁环1的凹形结构1.1和齿形结构1.2交错分布；所述磁铁3穿过所述两个集磁环1的内圆轴向设置；所述霍尔芯片3设置于两个集磁环1之间的边缘位置；如图4所示，所述齿形结构所处平面与所述磁铁极向垂直。
[0042]如图5、图7所示，所述两个集磁环之间距离h为0.5mm?3mm,优选为1mm, 1.25mm,2mm, 2.5mm ;所述两个集磁环的厚度为t为0.2mm?2mm,优选为0.8mm, 1mm, 1.5mm, 1.8mm。所述齿形结构的面积S为大于等于15mm2，优选为20mm2, 30mm2,40mm2 ;所述磁铁2的高度小于等于两个集磁环齿形结构端面之间的距离k。
[0043]如图8至图10所示，所述齿形结构的形状为梯形、矩形或倒置梯形。
[0044]以上通过【具体实施方式】和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种非接触式扭矩传感器，具有:两个集磁环、一个多对极径向充磁的磁铁和霍尔芯片，其特征是: 所述集磁环内圆的边缘具有与所述集磁环位于同一平面的凹形结构和与所述集磁环位于不同平面的齿形结构，所述齿形结构为单侧设置； 定义集磁环具有齿形结构的一侧为正向，所述两个集磁环背向设置，两个集磁环的凹形结构和齿形结构交错分布；所述磁铁穿过所述两个集磁环的内圆轴向设置；所述霍尔芯片设置于两个集磁环之间的边缘位置。2.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述齿形结构所处平面与所述磁铁极向垂直。3.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述两个集磁环之间距离为0.5mm ?3mmο4.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述两个集磁环的厚度为0.2mm ?2mmο5.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述齿形结构的面积为大于等于15mm2 ο6.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述齿形结构的形状为梯形或矩形。7.如权利要求6所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述齿形结构的为倒置梯形。8.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述霍尔芯片为单路或双路输出。9.如权利要求1所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述磁铁极对数为偶数。10.如权利要求8所述的非接触式扭矩传感器，其特征是:所述磁铁的高度小于等于两个集磁环齿形结构端面之间的距离。
【专利摘要】本发明公开了一种非接触式扭矩传感器，具有两个集磁环、一个多对极径向充磁的磁铁和霍尔芯片，所述集磁环内圆的边缘具有与所述集磁环位于同一平面的凹形结构和与所述集磁环位于不同平面的齿形结构，所述齿形结构为单侧设置；所述两个集磁环背向设置，两个集磁环的凹形结构和齿形结构交错分布；所述磁铁穿过所述两个集磁环的内圆轴向设置；所述霍尔芯片设置于两个集磁环之间的边缘位置。本发明具有良好的线性度能降低非接触式扭矩传感器生产成本。
【IPC分类】G01L3/00
【公开号】CN105403340
【申请号】CN201410468658
【发明人】钱杰, 黄波, 牛俊杰, 李燃灯, 邓健
【申请人】联创汽车电子有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年9月15日