专利名称：用于检测角度差的传感器装置的制作方法
用于检测角度差的传感器装置背景技术本发明涉及一种按独立权利要求前序部分所述的用于检测角度差 的传感器装置，尤其是用于检测由作用在轴上的扭矩产生的并且优选 能由对磁场敏感的传感器检测到的角度差的传感器装置。所述传感器装置已经被用在不同的实施方式中例如在汽车中用于 检测角度差以及用于检测旋转的轴上的扭矩。例如可以使用以霍尔效 应为基础的传感器检测通过角度变化或者说扭矩引起的磁场变化。尤其是具有用电力辅助的转向系统的汽车一般情况下需要一种扭 矩信号，该扭矩信号可以作为调节参数用以支持汽车驾驶员的转向。EP 1 269 133 Bl中描述了一种磁性装置，借助于该装置可以产生 一种扭矩信号。该装置的磁路由一个磁环、两个焊环和一个或者说多 个霍尔元件组成。通过磁铁在焊环中的扭转，在焊环之间的磁场强度 发生变化并用一个或多个霍尔元件测量出。分别与各自的焊环连接的 轮齿在轴向方向上相互咬合并在圃周上截取磁场信息，以便将磁场信 息输入霍尔元件。因此几何形状在切向和径向方向上相对不敏感。但 是霍尔元件对于焊环的轴向容差会对测量效果产生严重的影响。例如 气隙增大会引起较小的磁通量从而对扭矩传感器产生不利的影响。DE 202 20 388 Ul中公开了另 一种用于检测扭矩的磁性装置。在该 装置中，两个焊环构造为管状。由于管与管之间的径向距离构造为近 似相同的，所以磁铁就构造得较大，这样就为磁铁的充磁和分极增加 了难度。没有使用磁性接地金属片，该接地金属片通过背面的磁极的 短接来提高磁通量，这样传感器对于外部的干扰场缺乏抵抗力。此外 处于焊管和磁铁之间的气隙增大，因为这两个具有各自的偏心率和容 差的管子必须通过磁铁得以运动。本发明的任务是把所述在现有技术中的缺点减小到最低程度.这 一任务通过独立权利要求中的特征得以解决。按本发明，具有优选为 相互咬合的轮齿的焊环在端面汇聚磁极轮的磁信息。焊环的轮齿是径 向定向的。磁极轮是这样来设置的，即磁极轮的磁信息可以由径向定 向的轮齿来截取以用于构建磁通路。焊环优选为具有不同的半径，其
中与相应的焊环连接的轮齿在径向上相互咬合。在这里，轮齿的径向 方向上的长度是这样来选择的，即磁极轮的磁铁在径向方向上可靠被 磁覆盖.此外，两个焊环根据在轴向上的容差可以浸入汇聚片之间， 而基本上不改变磁通量。通过按本发明的传感器装置在轴向上出现了 磁路的优化的容差特性。因此轴向的机械的移动对信号检测的质量的 影响程度更小。此外所迷装置的安装更简单，因为所有的部件都可以 从一侧进行安装.此外这种设计能以简单的方式使用磁性接地金属片，以便使得传 感器能可靠地抵抗外部的干扰场，因为磁通量被提高了。其它适宜的改进方案在其它的从属权利要求和说明中获得。
借助附图对本发明的实施例进行说明。其中 图l是传感器装置的部件的透视图， 图2是传感器部件的分解图， 图3是磁通量-汇聚元件，图4a是轮齿相对于磁铁的磁性零位的从上面看的平面图， 图4b是轮齿相对于磁铁的磁性零位的从下面看的平面图， 图5和图6是用以说明一种实施例的剖面图，在该实施例中，焊 环的连接片在轴向上移动用于减小焊环之间的分路磁通， 图7是传感器装置的剖面图， 图8是固定在轴上的传感器装置的透视图， 图9是一种作为替代方案的实施例的传感器部件的分解图以及图io是该替代实施例中的磁通量-汇聚元件，具体实施方式
图1示出了传感器装置8的部件，磁极轮10和磁通量-接地元件11 与图中未示出的第一轴41相连。如图7和8示例性所示，第二轴48 与第一焊环14和第二焊环16相连。轴41、 48的轴线定义了一个轴向 方向，根据轴41、 48的旋转轴线定义了一个径向方向.第一焊环14 设置在内半径上并由一个设置在外半径上的第二焊环16包围.从第一 焊环14出发，沿圆周方向以均匀的距离构造有第一轮齿18，这些笫一 轮齿在径向方向上从第一焊环的直径出发向外延伸。从第二焊环l6出 发，也以均匀的距离延伸出第二轮齿20，这些第二轮齿也沿径向方向
定向。第二轮齿20到磁极轮10的轴向距离与第一轮齿18到磁极轮10 的轴向距离相同。轮齿18、 20之间的距离是这样来选择的，即第一轮 齿18与第二轮齿20相互咬合。第一轮齿18与其相邻的第二轮齿20 之间的距离是这样来选择的，即该距离基本上与磁极轮10的磁铁的几 何形状相一致，也就是说，例如与从一个北极磁段的中心到相邻的南 极磁段的中心的距离相一致。在第一焊环14和第二焊环16之间设置 有至少一个用于检测磁场的传感器元件12。在传感器元件12的区域中 设有笫一磁通量-汇聚元件22，该第一磁通量-汇聚元件由第一外壳26 和第二外壳28组成，这两个外壳分别在内部和外部以扇形形状平行于 第一焊环14设置。第二磁通量-汇聚元件24同样平行于第二焊环16设 置。两个磁通量-汇聚元件22、 24构造为扇形形状，也就是说，基本上 如图1至图3中示出的环形形状，第一磁通量-汇聚元件22由第一外壳26和第二外壳28组成，所述 外壳通过磁通量块30机械地和磁性地相互连接。该磁通量块30与焊 环14有一个轴向距离，以便能容纳焊环14的轴向容差。两个外壳26、 28的半径在这里是这样来选择的，即在这两个外壳之间可以设置第一 焊环14。在指向传感器元件12的第二外壳28上安置有两个优选为平 整的拔梢32，通过该拔梢，磁通量被引向第一和另外一个传感器元件 12。这两个磁通量-汇聚元件22、 24用于为传感器元件12降温，因为 它们在它们的两个拔梢32上优选与传感器元件12完全接触。如从图2 中可以看出，第二磁通量-汇聚元件24在指向传感器元件12的外壳上 也具有这样的拔梢32。图4a和图4b示出的是轮齿18、20相对于磁极轮10的磁铁的磁性 零位的从上面和从下面看的平面图。磁极轮10的不同的色彩设计是表 示磁性的南极和北极相互交替地设置。在磁性零位时，轮齿18、 20处 于磁极过渡区域的中间，也就是说，轮齿18、 20的中间刚好处于南极 到北极的过渡区域中。这样在两个焊环14、 16上施加了相同的磁化力。 这样处于第一焊环14和第二焊环16之间的气隙中的场强也为零mT。在根据图5和图6的实施例中，设有用于减小分路磁通的措施。 这样就能减小分路磁通，具体方法是将第一和第二焊环14、 16或者说 焊环14、 16的相应的连接片之间的距离34增大。这通过焊环连接片 的轴向偏移得以实现，这样分路磁阻就增大。
为测量扭矩，扭转棒40在一侧通过磁极支架42与磁极轮10和第 一轴41相连。在扭转棒40的另一侧，焊环支架44通过第二轴48与集 成的焊环14、 16相连。相应的装置在图8中示出，在图8中，传感器 装置8设有传感器模件50，在该传感器模件中集成有传感器元件12和 磁通量-汇聚元件22、 24。在图9和图10中示出的作为替代方案的实施例在这里与图1至图 8中的实施例的不同之处一方面在于，只设置有一个套筒52，该套筒 52与磁通量-接地元件11相连。套筒52和磁通量-接地元件11优选构 成为一个部件。套筒52用于将磁极轮10固定在第一轴41上。此外磁 通量-汇聚元件22，的笫二外壳28，具有构造54，该构造相对于第二 外壳28'的扇形结构沿径向方向偏置地设置。这一构造54承担了第一 实施例中的拔梢32的功能.构造54的形状与传感器元件12的邻接的 表面相匹配，在这里是一个平整的表面。相应地，与传感器元件最近 的外壳具有一个相应的构造，用于输送汇聚的磁通量以及在必要时输 送由传感器元件12产生的热量。在附图中所示的实施例如下工作。如果在笫一轴41和笫二轴48 之间产生了一个扭矩，那么扭转棒40就会发生扭转。这样就在磁极轮 10和焊环14、 16之间产生了一个角度差.通过该角度差，在传感器元 件12的区域里产生了磁场强度变化，该传感器元件可以转换为取决于 扭矩的电信号。处于两个轴41、 48之间的支座46可以对气隙容差产 生有利的影响。磁极轮10的磁场现在在端面或者说径向被截取，具体 方法是第一和第二轮齿18、 20沿径向方向定向并且基本上与磁极轮10 的磁铁处于相同的半径上。相互咬合的、指向磁极轮10的第一和第二 轮齿18、 20的表面基本上保持与磁极轮10相同的轴向距离。通过对 磁极轮10的磁场的径向截取，在磁极轮10和焊环14、 16之间的需分 析的扭转方面，轴向偏移不会产生严重的影响。由此传感器装置8的 性能得到改善，因为轴向的机械移动或者说轮齿18、 20和磁极轮10 之间的容差减小了。磁通量-汇聚元件22、 24相对于相应的焊环14、 16位置固定地i殳 置，也就是说，焊环14、 16可以围绕着旋转轴线自由转动而不会触碰 到位置固定的磁通量-汇聚元件22、 24。在这两个磁通量-汇聚元件22、 24之间有传感器元件12，该传感器元件同样被位置固定地布置在汇 元件22、 24之间用于测量磁场强度的变化。这些位置固定地设置的部 件(传感器元件12，磁通量-汇聚元件22、 24)根据图8被集成在传感 器模件50中。磁通量-汇聚元件22、 24由两个外壳26、 28组成，这两 个外壳在径向方向上相对于相应的焊环14、 16设置在内部和外部。外 壳26、 28朝着传感器元件12的方向具有拔梢32，用于通过传感器元 件12有针对性地控制磁通量。拔梢32的形状在这里与传感器元件12 的紧挨着设置在拔梢32附近的区段的形状相匹配。除了有针对性地引 导磁通量的功能外，与外壳26、 28相连的拔梢32还用作传感器元件 12的散热片。此外，拔梢32与传感器元件12的距离是直接接触的或 者至少选择得非常小，例如在0.5到Omm之间。传感器元件12的热量 尤其被外壳26、 28所吸收。作为替代方案，可以使用在图9和图10 中示出的构造54，该构造承担了拔梢的功能，但是可以更简单地制造。在外壳26、 28之间有磁通量块30，该磁通量块将两个外壳26、 28 机械地和磁性地连接，在通用的转向传动装置支座中，轴向移动和容 差比径向的或者说切向的移动和容差高，因为支座在轴向方向上具有 较小的刚度。磁通量块30与对应的焊环14、 16的轴向距离是这样来 选择的，即容差在轴向方向上可以补偿。这一距离例如处于1到2mm 之间数量级。由此磁通量块30不用于汇聚磁通量，因为它设置得离焊 环14、 16太远.尤其设计将磁通量从第一外壳26进一步引向第二外 壳28，以便通过拔梢32引入到传感器元件12处以进一步进行分析。通过轮齿18、20相对于磁极轮IO的端面的或者说径向的对齐就可 以准确地将所述元件与定义的气隙对齐。这样气隙就减小了，这就对 总磁通量和循环调制起到积极的影响。两个焊环14、 16的轮齿18、 20 优选处在同一平面上，相互咬合并径向设置。在焊环14、 16和磁极轮 IO之间的径向运动几乎不会引起磁通量的改变，因为轮齿18、 20在径 向方向上将磁极轮10的磁铁覆盖，这样径向移动就不会引起气隙改 变。因为焊环14、 16的轮齿18、 20相对于磁极轮10的磁铁定位在端 面，所以可以将磁通量-接地元件11集成在磁极轮10的背对轮齿18、 20的一侧上，该磁通量-接地元件提高了总磁通量并且由此使得该装置 更可靠地对抗外部干扰磁场。磁通量-汇聚元件22、 24的外壳构造26、 28实现了使相应的焊环 14、 16在轴向方向上能浸入磁通量-汇聚元件22、 24,这样就可以补偿
焊环14、 16相对于磁通量-汇聚元件22、 24的轴向运动而不会由此对 磁通量造成影响。此外通过增大焊环14、 16的两个连接片之间的距离 能减小分路磁通。通过轴向偏移焊环14、 16的连接片，距离以及由此 分路磁阻增大.在挤压包封焊环14、 16和焊环支架44时，在位置固 定的传感器元件l2的循环区域里不会产生接缝，因为在模具中不必使 用径向的滑标。这就是说，通过这样一种这样的管接头避免了塑料毛 刺。这样传感器元件12就不会在焊环14、 16的气隙里卡住。这种解 决方案的另一个优点是减少了焊环14、 16的材料量，因为不必从板材 中冲出圃形几何形状，那样会产生更多脚料，在沖压后，板材区段被 弯曲，并在端部与烊环14、 16相连。焊环14、 16(例如用镍铁填充的 塑料)和其烀环支架44可以同时在双成分注塑模具中进行注塑。这样 就可以实现焊环14、 16之间的高位置精度。这一设计结构就可以在轴 向方向上安装包括磁极轮10的磁铁和焊环14、 16的整个传感器装置 8。不需要其它安装方向。
权利要求
1.用于检测角度差的传感器装置，其具有至少一个对磁场敏感的传感器元件(12)，使用该传感器元件可以分析磁路的磁场信息，所述磁路包括可与轴(41)相连的磁极轮(10)和具有轮齿(18、20)的铁磁性的焊环(14、16)，其特征在于，所述轮齿(18、20)沿轴(41)的径向方向延伸以径向截取磁极轮(10)的磁场信息。
2. 按权利要求l所述的传感器装置，其特征在于，第一轮齿U8) 与第一焊环(l4)相连，并且第二轮齿(20)与第二焊环(16)相连。
3. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，笫 一和第二烊环(14、 16)具有不同的半径。
4. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，径 向定向的第一和第二轮齿(18、 20)到磁极轮(10)具有相同的轴向 距离。
5. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，设 置至少一个磁通量-汇聚元件(22、 24)用于汇聚至少一个焊环(14、 16)的磁通量。
6. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所 述磁通量-汇聚元件(22、 24)具有第一外壳(26)和第二外壳(28)， 这两个外壳与焊环(14、 16)平行并具有不同的半径。
7. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，第 一外壳(26)和第二外壳(28)通过磁通量块U0)机械地和磁性地 连接。
8. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所 述外壳(26、 28)具有拔梢(32)或者构造(54)用于有针对性地将 磁场输入传感器元件(12)。
9. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，设 置有拔梢(32)或者构造(54)和/或者外壳(26、 2S)用于传感器元 件(12)的排热。
10. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于， 所述拔梢(32)或者构造(S4)紧挨着传感器元件(12)附近设置。
11. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于， 所述第一焊环(14)在轴向上与笫二焊环U6)隔开设置。
12. 按以上权利要求中任一项所迷的传感器装置，其特征在于， 至少传感器元件(12)和/或者磁通量-汇聚元件(22、 24)相对于焊环(14、 16)位置固定地设置。
13. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于， 至少一个磁通量-接地元件(11)设置在磁极轮(10)的远离轮齿(18、 20)的一侧上。
14. 按以上权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于， 所述磁通量-接地元件(ll)是套筒(52)的一部分，该套筒用于固定 磁极轮(10)。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测角度差的传感器装置，其具有至少一个对磁场敏感的传感器元件(12)，使用该传感器元件可以分析磁路的磁场信息，该磁路包括磁极轮(10)和具有轮齿(18、20)的铁磁性的焊环(14、16)，其特征在于，所述轮齿(18、20)沿径向方向延伸以径向截取磁极轮(10)的磁场信息。
文档编号G01L3/10GK101213431SQ200680024384
公开日2008年7月2日 申请日期2006年5月22日 优先权日2005年7月4日
发明者A·雷彻特 申请人:罗伯特·博世有限公司