专利名称：用于检测转矩的传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测转矩的一种传感器装置和一种方法。
背景技术：
本发明包括一种根据磁性的测量原理来发挥功能的用于对转矩进行检测的传感器装置。在转矩-及旋转角传感器的领域内，目前经常使用磁性的测量原理。对于这些磁性的测量原理来说，一 般用霍耳传感器来识别在旋转运动时变化的磁场。此外，将所产生的信号换算为旋转角-或者转矩信号。公开文献DE 10 2005 031 086 Al说明了一种用于对角差进行检测的传感器装置。在该公开文献中建议，用至少一个对磁场敏感的传感器元件来对磁路的磁场信息进行分析，所述磁路具有磁极转子和设有轮齿的铁磁的磁通环。所述轮齿为了在径向上截获所述磁极转子的磁场信息而沿着径向的方向伸展。对于已知的传感器装置来说，将磁体单元和传导磁通量的环的支座安装在两根轴上，所述两根轴通过扭杆彼此相连接。所述传感器单元通过插头或者说环绕的插头密封件固定在周围的壳体上。但是，由此所述传感器装置在机械方面被过分限定(Uberbestimmen)0此外,在所述周围的具有已安装的传感器单元的壳体与所述处于轴上的传导磁通量的环的支座之间产生很大的公差链，因为在霍耳开关电路与所述由金属构成的传导磁通量的环之间存在着较大的气隙。这又要求强大的磁场，因而要致力于所述公差链的明显的缩小。
发明内容
在这种背景下，介绍按独立权利要求所述的一种传感器装置和一种方法。本发明的其它的实施方式从从属权利要求及说明书中获得。所述传感器装置在设计方案中构造为根据磁性的原理测量的用于轴的转矩传感器，对于所述转矩传感器来说传感器单元(Sensor Unit, SU)在磁通单元(Flux-Tube-Unit,FTU)的传导磁通量的环之间自行导引地一般直接相对于传导磁通量的环并且/或者在所述传导磁通量的环之间得到支承并且在轴向上得到锁止。此外，所述传感器单元可以设计为自由掉落的注塑件。一般这样的自由掉落的注塑件在通过注塑机实施注塑过程之后自动地从注塑模具中掉落出来并且不必从所述注塑模具中移走。在所述传感器装置的一种可能的实施方式中，所述传感器单元包括三个用作滑动元件的以120°C的角距来布置的所谓的滑块，所述滑块布置在所述传导磁通量的环之间。所述传感器单元的滑动的支承和/或定心至少部分地通过所述三个滑块一般在所述磁通单元的仅仅在一个传导磁通量的环比如里面的环上进行，用于对于非圆形的传导磁通量的环来说避免所述传感器单元的机械的过分限定或者说所述传感器单元的夹紧。所述一般由塑料构成的传感器单元的滑块在这里在所述传导磁通量的环的金属上滑动，所述传导磁通量的环则固定在作为所述磁通单元的由塑料制成的组件的环状或者套筒状的支承元件上。在轴向上，所述传感器单元一般滑动地导引在所述里面的传导磁通量的环的端面与锁止环之间。这里所述由塑料制成的传感器单元也在金属上滑动或者朝金属滑动。处于所述锁止环中的槽用于用来进行循环计数的指示功能(Index-Funktion)。在所述传感器装置的另一种实施方式中，与第一种实施方式相反，所述传导磁通量的环完全用塑料来注塑包覆并且相应地埋入到所述支承元件和/或所述支承元件的U形的双环中，使得所述由塑料构成的传感器单元也又在塑料上滑动地得到支承。通过对于用于所述传感器单元和磁通单元的塑料的合适的选择，在所述传感器单元的至少一个滑动元件一般来说一定数目的滑块与所述磁通单元之间能够实现最佳的滑动功能。所述用于轴向的支承结构的锁止环同样由塑料构成并且包括用于用来进行循环计数的指示功能的所注入的金属片。在一种另外设置的实施方式中，所述支承原理是相反的，也就是说，所述传感器单元的滑动功能通过作为所述传感器单元上的滑动元件的环绕了至少270°C的滑轨相对于所述磁通单元的轴颈或者滑动轴颈来实现。由此沿着径向的和轴向的方向在所述传感器单元一般来说所述传感器单元的至少一个支承元件与所述磁通单元之间以最小可能的摩擦系数进行塑料对塑料的逐点的支承。从中尤其产生这一点，即所述传导磁通量的环中的至少一个环的不圆度一般来说对所述支承功能没有影响。作为所述传感器装置的另一个组件的电路板固定在所述传感器单元上并且作为标准组件比如可以包括芯片电阻、芯片电容器、SMD结构形式的霍耳ASICs( surface mouteddevice,能够表面安装的结构元件)，比如罗伯特博世股份有限公司(Robert Bosch GmbH)的TSSSOP或者S0T23等等并且借助于SMT(Surface Mount Technology,表面安装)来装备并且以再熔化钎焊或者说再流焊方法来钎焊。选择性的钎焊过程由此没有必要。所述电路板沿着轴向的方向固定地安装在所述传感器单元上。对于转矩测量来说必需的霍耳ASICs(特定用途集成电路)或者说霍耳开关电路在此处于所述电路板的称为凸块(Finger)的区段上，该区段布置在所述磁通 单元的两个环之间。为了实现可选的转向角功能，可以在所述传感器单元上固定锥齿轮，该锥齿轮啮合到处于所述磁通单元上的锥齿部中。在此所述锥齿部通常集成在所述环状的或者套筒状的支承元件中。这可以通过所述传感器单元、一般来说所述传感器单元的至少一个支承元件与所述磁通单元之间的直接的支承结构来实现。在这种情况下可以将永久磁体安装在所述电路板上。作为替代方案，可以在所述锥齿轮的里面或者上面布置NiFe金属片，该NiFe金属片在所述轴旋转时改变磁通量。用本发明尤其在所述传感器单元、一般来说所述至少一个滑动元件与所述磁通单元的传导磁通量的环之间设置了直接支承结构和/或滑动支承结构。所述电路板沿着轴向的方向布置在所述环之间。在这种情况下使用相应的结构元件，所述相应的结构元件可以借助于标准-表面安装来装备并且以再流焊方法来钎焊。可选可以设置转向角信号(LWS)的积分。在一种可能的实施方式中，在所述传感器单元与所述环之间产生了较短的公差链，因为所述传感器单元与所述环直接并排布置并且由此相对于彼此容许公差，其中为所述传感器单元分配了具有作为对磁场敏感的传感器的霍耳开关电路的电路板。所述电路板的布局用所述标准-表面安装来设计，由此不需要任何布线的(bedrahtet)结构元件(THT),由此节省成本。一般来说，对于轴的所有可能的直径来说仅仅需要一种标准化的传感器单元。此夕卜，可以通过对所述锁止环的改动来实现用于对所述轴进行循环计数的指示功能的简单的集成。用于所述功能的永久磁体的安装可以在所述电路板上进行。这比所述永久磁体的在锁止环上的安装成本低廉。也可以设置比较简单的用于提供所述传感器装置的构造及连接技术。不仅沿着径向的而且沿着轴向的方向来将所述传感器单元直接支承在所述磁通单元的传导磁通量的环的里面和/或上面，由此可以减小所述测量用的霍耳开关电路与所述磁通单元的环之间的气隙。可以在所述电路板上放弃麻烦的选择性-钎焊过程，比如抽吸焊(Sch5pfl0ten)、波纹焊(WellenlSten)等等。一般来说，所述第一轴通过扭杆与另一根第二轴相连接，其中可以为所述第一轴求得作用于该第一轴上的转矩。这两根提到的轴可以围绕着共同的旋转轴线彼此同轴地旋转，其中所述扭杆绞转或者扭转并且由此在所述两根轴之间产生转矩。所述传感器装置的所提到的组件也就是说所述传感器单元、所述具有传导磁通量的环以及所述锁止环的磁通单元分配给所述两根轴之一。这在本发明的一种实施方式中意味着，所述磁通单元固定在所述第一轴上。在此所述环状的或者套筒状的支承元件同轴地将所述轴包围。所述两个传导磁通量的环同样关于所述轴同轴地布置并且 通过所述支承元件与所述第一轴固定在一起，其中所述传导磁通量的环中的至少一个环至少部分地被一般由塑料构成的支承元件所包围并且由此至少部分地用塑料来注塑包覆。所述锁止环在设计方案中同样固定在所述第一轴上并且关于该第一轴同轴地布置。因此在所述第一轴旋转时，所述磁通单元的组件以及所述锁止环的组件同样随着所述第一轴旋转。所述传感器单元位置固定地并且/或者在一个构件上得到固定，所述第一轴以及由此所述磁通单元的和所述锁止环的组件可以相对于所述构件旋转。在此，所述传感器单元包括套筒，该套筒也可以称为环并且同轴地将所述第一轴包围。在所述套筒上环绕地固定了至少一个滑动元件，其中所述至少一个滑动元件和所述套筒构造为一体的结构。如果所述传感器单元具有作为滑动元件的滑块，那么所述滑块就可以以360° /n的角度以相对于彼此旋转对称的方式布置在所述套筒上。如果所述至少一个滑动元件构造为环绕轨(Umlaufschiene)，那么该环绕轨就可以围成一个可以合适地选择的角度范围。但是也可以考虑滑块和/或环绕轨的组合，所述滑块和/或环绕轨相对于彼此以任意合适的角度布置在所述套筒上并且沿着所述套筒围成可以合适地选择的圆弧区段。在不取决于所述至少一个滑动元件的具体的设计方案的情况下，所述至少一个滑动元件沿着径向的方向布置在所述传导磁通量的环之间，其中在所述至少一个滑动元件与所述磁通单元的环中的至少一个环之间存在着并且/或者设置了支承间隙，使得所述至少一个滑动元件和所述环和/或所述用于环的支承元件可以相对于彼此无摩擦地旋转。所述传感器单元的套筒沿着轴向的方向布置在所述锁止环与所述磁通单元的两个环之一、通常里面的环之间，其中在所述套筒与所述锁止环之间并且在所述套筒与所述磁通单元的环之间同样布置了支承间隙。由此同样可以在所述第一轴旋转时使所述传感器单元的套筒相对于所述传感器装置的固定在第一轴上的另外的组件进行同样无摩擦的旋转。
此外，所述传感器单元包括至少一个对磁场敏感的传感器，该对磁场敏感的传感器在所述套筒的位置处布置在所述传感器单元上。为此，可以通过电路板来将所述对磁场敏感的传感器固定在所述套筒上，在所述电路板上又布置了所述对磁场敏感的传感器。在此，此外所述对磁场敏感的传感器布置在所述磁通单元的两个传导磁通量的环之间。此外，作为所述传感器装置的另外的组件，可以设置所谓的磁极转子。在此这个磁极转子构造为由永久磁体构成的环状的装置，该环状的装置布置在所述可以相对于所述第一轴旋转的第二轴上。在所述两根轴相对于彼此旋转时，所述磁极转子相对于所述传导磁通量的环旋转，由此在所述磁极转子与所述传导磁通量的环之间产生角差。通过这个角差，在所述相对于两根轴位置固定地布置的对磁场敏感的传感器的区域中引起通过所述环增强的磁性的场强的变化，该变化可以转化为取决于所述转矩的信号。所述按本发明的传感器装置构造用于实施所介绍的方法的所有步骤。在此这种方法的各个步骤也可以由所述传感器装置的各个组件来实施。此外，所述传感器装置的功能或者所述传感器装置的各个组件的功能可以作为所述方法的步骤来实现。此外可以这样安排，即所述方法的步骤作为所述传感器装置的至少一个组件的或者整个传感器装置的功能来实现。 本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中获得。不言而喻，前面提到的和下面还要解释的特征不仅能够在相应所表明的组合中而且能够在其它的组合中或者单独地使用，而不离开本发明的范围。
附图示出如下:
图1是所述按本发明的传感器装置的第一种实施方式的示意 图2是所述按本发明的传感器装置的第一种实施方式的磁通单元的细节的示意 图3是所述按本发明的传感器装置的第一种实施方式的细节的示意 图4是所述按本发明的传感器装置的第一种实施方式的锁止环的细节的示意 图5是关于所述按本发明的传感器装置的第一种实施方式的支承结构的细节的示意
图6是关于所述按本发明的传感器装置的第一种实施方式的电路板的细节的示意图； 图7是另一种用于作为所述按本发明的传感器装置的组件的电路板的实施例的示意
图8是关于图7的电路板的在所述按本发明的传感器装置的一种实施方式内部的布置方式的实施例；
图9是所述按本发明的传感器装置的第二种实施方式的示意 图10是所述按本发明的传感器装置的第二种实施方式的磁通单元的细节的示意图； 图11是所述按本发明的传感器装置的第二种实施方式的锁止环的细节的示意 图12是关于所述按本发明的传感器装置的第二种实施方式的支承结构的细节的示意
图13是关于所述按本发明的传感器装置的第二种实施方式的电路板的细节的示意 图14是所述按本发明的传感器装置的第三种实施方式的磁通单元的一种实施例的示意 图15是所述按本发明的传感器装置的第三种实施方式的传感器单元的一种实施例的示意 图16是所述传感器装置的第四种实施方式连同用于一种用于检测旋转角的装置的第一实施例的不意 图17是图16的细节的示意 图18是用于确定旋转角的装置的第二种实施例的示意图，该装置可以用在所述按本发明的传感器装置的一种实施方式中；
图19是图18的细节；
图20是所述按本发明的传感器装置的第五种实施方式的示意 图21是图20的细节；
图22是图20的另一细节；
图23是一种从现有技术中知道的转矩传感器的一种实施例；并且 图24是图23的细节。本发明借助于实施方式在附图中示意性地示出并且下面参照附图进行详细描述。连续地并且全面地对附图进行说明 ，相同的附图标记表示相同的组件。
具体实施例方式对于所述按本发明的传感器装置2的在图1中示意性地示出的第一种实施方式来说，图1a示出了传感器单元4、磁通单元6、电路板8和指示磁体(Indexmagnet) 10以及磁体单元12。在图1b中放弃了所述磁体单元12。图1c则以俯视图示出了所述传感器装置2。在此规定，所述磁通单元6布置、一般来说固定在第一轴14上，该第一轴围绕着旋转轴线16旋转。所述传感器单元4固定在未进一步示出的构件上并且由此相对于所述第一轴14位置固定地布置。在所述轴14旋转时，该轴也相对于所述构件旋转。由此产生这一点，即所述磁通单元6相对于所述传感器单元4旋转。所述磁体单元12布置在第二轴18上，该第二轴可以关于所述第一轴14同轴地围绕着共同的旋转轴线16旋转。所提到的两根轴14、18通过扭杆20彼此相连接。在所述第一轴14相对于所述第二轴18旋转时，出现所述扭杆20的绞转，由此产生转矩。这种转矩可以用所述按本发明的传感器装置2的所有也在其它的附图中所介绍的实施方式来检测。此外，图1作为所述传感器装置2的另一组件示出了布置比如固定在所述轴14上的锁止环22。在所述轴14旋转时，所述锁止环22同样相对于所述传感器单元4进行旋转。借助于图2对关于所述按本发明的传感器装置2的第一种实施方式的磁通单元6的细节进行描述，其中图2a以剖视图、图2b以第一俯视图并且图2c以第二俯视图示意性地示出了所述磁通单元6。所述磁通单元6包括环状的具有在轮廓方面为U形的双环26的支承元件24，一个里面的传导磁通量的环28和一个外面的传导磁通量的环30埋入到所述双环26中。此夕卜，所述两个环28、30具有反向弯曲的径向定向的凸块32。所述里面和外面的环28、30像所述凸块32 —样由铁磁的金属制成,一般来说由像比如NiFe —样的合金制成。所述环28、30以窄小的公差用所述支承元件24的塑料和/或所述U形的双环26的塑料作为所述支承元件24的组件注塑而成。图3示意性地示出了关于所述按本发明的传感器装置2的第一种实施方式的传感器单元4的细节。在此图3a以剖视图示出了所述传感器单元4，图3b以第一俯视图示出了所述传感器单元4并且图3c以第二俯视图示出了所述传感器单元4以及所述两个环28、30。所述传感器单元4同样构造为圆形并且包括套筒34，在当前的实施方式中在所述套筒34上布置了三个彼此偏置了 120°的滑块36。在不取决于所述传感器装置2的实施方式的情况下，所述传感器单元4可以包括任意合适的数目η的滑块36，所述滑块36沿着所述套筒34以360° /n的角距彼此对称地布置。此外，图3示出了用于所述电路板8的轴颈38、用于所述电路板8的接触面40以及锁止孔41，用所述锁止孔可以将所述传感器单元4位置固定地固定在将所述轴14包围的壳体上并且/或者固定在所述构件上。所述传感器单元4的在图3中示出的实施方式构造为自由掉落的注塑件，将所述具有电子的线路、霍耳开关电路、无源的组件和插头的电路板8垂直地固定在所述注塑件上。在所示出的实施例中，所述电路板8可以通过轴颈38的热压制固定在所述传感器单元4上。所述三个布置在传感器单元4的套筒34上的滑块36构造用于能够在所述传感器单元4与所述磁通单元6的环28、30之间实现部分的支承功能。在所述传感器装置2的第一种实施方式中，所述传感器单元4的套筒34及滑块36自行导引地支承在所述磁通单元6的传导磁通量的环28、30之间。图4a以 剖面截取部分并且图4b以俯视图示意性地示出了关于所述传感器装置2的第一种实施方式的锁止环22的细节。这个在这里由金属制成的锁止环22包括一具有法兰44的套筒42。此外，所述法兰44作为指示元件而具有槽46，该槽在所述锁止环22与所述轴14 一起相对于所述传感器单元4旋转时构造为用于用来对所述轴14的转数进行计数的指示件(Index)的转换点。仅仅在图1b中示出的磁体单元12包括支承环47，在该支承环上布置了由磁体49构成的环以及由此所谓的磁极转子。在所述两根在图1中示出的轴14、18相对于彼此旋转时，通过所述磁体49产生的磁场相对于所述传感器单元4和电路板8旋转。所述旋转的磁体49的磁场的磁通量通过所述磁通单元6 —般集中于处于所述传导磁通量的环28、30之间的区域上，所述霍耳开关电路60 (图6)布置在所述区域中。如在图1中示出的那样，所述传感器单元4相对于所述磁通单元6在轴向上锁止。为此所述由金属制成的锁止环22安装在所述轴4上，所述锁止环相对于所述传感器单元4又具有滑动性能。通过所述处于锁止环22中的槽46，可以通过所述传感器装置2作为用于对所述轴14的转数进行计数的循环计数功能来实现指示功能。图5以示意图示出了所述套筒34的以及作为滑动元件的一种设计方案的布置在所述套筒34上的滑块36的、相对于所述锁止环22的法兰44以及所述磁通单元6的两个环28、30的支承结构。在此为了沿着轴向的方向45在所述锁止环22的法兰44与所述传感器单元4的套筒34之间提供轴向的支承结构，设置了轴向的第一支承间隙48。同样沿着轴向的方向45在所述传感器单元4的套筒34与所述磁通单元6的里面的环28之间设置了轴向的第二支承间隙50。沿着径向的方向52在所述磁通单元6的里面的环28与所述滑块36之间设置了径向的第一支承间隙54并且在所述滑块36与所述磁通单元6的外面的环30之间设置了径向的第二支承间隙56。所述支承间隙48、50、54、56可以是处于所述传感器装置2的上面提到的组件之间的环状的气隙，利用所述支承间隙在所述传感器单元4与所述磁通单元6之间实现自行导引的支承结构。所述传感器单元4的三个滑块36以所定义的间隙在径向上在所述磁通单元6的传导磁通量的环28、30之间滑动，所述间隙用所述两条径向的支承间隙54、56来提供。所述传感器单元4的轴向的锁止通过该传感器单元4的在所述里面的环28的端面(通过所述轴向的第二支承间隙50)与所述锁止环22 (通过所述轴向的第一支承间隙48)之间的支承来实现。所述传感器单元4与所述磁通单元6通过经由所提到的支承间隙48、50、54,56进行的耦合而形成一个单元。图6示意性地示出了关于所述电路板8的在所述按本发明的传感器装置2的第一种实施方式内部的布置方式的细节。在此图6示出，在所述电路板8的里面的一侧或者上侧面上在所述锁止环22的法兰44的附近作为对磁场敏感的传感器布置了霍耳开关58。同样在相同的轴向的高度上，在所述电路板8的下侧面或者说外面的一侧上布置了所述指示磁体10。在所述磁通单元6的两个环28、30之间，在所述电路板8的上侧面上作为另一个对磁场敏感的传感器布置了构造为双霍耳开关电路的霍耳开关电路60。此外，在图6中在所述下侧面上勾画出了可选的收集器62。所述电路板8垂直地安装在所述传感器单元4上并且在此如此固定在所述传感器单元4上，使得所述电路板8的凸块布置在所述磁通单元6的传导磁通量的环28、30之间并且由此可以直接测量磁通量，其中所述霍耳开关电路60布置在所述电路板8的凸块上。为了实现所述指示功能，在所述电路板8上安装了霍耳开关58，其中在所述电路板8的配对侧上比如通过粘合来安装了所述构造为较小的永久磁体的指示磁体10。所述霍耳开关58刚好处于所述锁止环22的平面中。一旦所述处于锁止环22中的槽46在所述轴14旋转时从所述霍耳开关58的旁边经过，那就影响所述指示磁体10的磁通量并且在所述霍耳开关58中产生信号。所述电路板8通过热压制的轴颈63固定在所述传感器单元4上，所述轴颈63通过热压制从所述在图3中示出的轴颈38中伸出来。在所述按本发明的传感器装置2的借助于图1到6所介绍的第一种实施方式运行时规定，所述第一轴14相对于所述第二轴18旋转，由此所述扭杆20作为所述两根轴14、18之间的连接用的元件而绞转，由此又产生转矩，其中在所述第一轴14上同轴地布置了所述传感器单元4、所述磁通单元6以及所述锁止环22并且在所述第二轴18上同轴地布置了所述磁体单元12。在此所述磁体单元12的磁体49相对于所述传感器单元4、所述磁通单元6、所述电路板8以及所述锁止环22旋转。通过所述磁体48产生的旋转的磁场通过所述环28、30以及所述磁通单元6的凸块32得到增强。此外，所述变化的磁场通过作为所述传感器单元4的组件的霍耳开关电路60来探测。图7以示意图示出了电路板70的另一种实施例，该电路板可以用在按本发明的装置的不同的实施方 式中。在该电路板70上布置了相应于图6的霍耳开关58的用于对所述轴14的相对于所述传感器单元4的转数进行检测的霍耳开关72以及相应于图6的霍耳开关电路60的霍耳开关电路74。此外，所述电路板70包括两个固定孔76，通过所述固定孔可以将所述电路板70比如通过所述热压制的轴颈63固定在传感器单元4上。所述电路板70具有T形状，其中所述霍耳开关电路74或者说霍耳开关电路60布置在所述电路板70的具有减小的宽度的凸块77上。所述具有霍耳开关电路74或者说霍耳开关电路60的凸块77可以布置在所述磁通单元2的一种实施方式的环28、30之间。图8a和8b以示意图示出了所述电路板70如何比如相对于所述磁通单元6的环
28、30来布置。在此，在图8b中还额外地示出了一种用于收集器78的实施例，该收集器布置在所述电路板70的下侧面或者说背面上。如果作用于所述霍耳开关电路74上的磁通量不够大，那么可选在所述电路板8上固定所述构造为比如由NiFe构成的金属片的形式的收集器78，所述金属片额外地收集磁
通量。 所述按本发明的传感器装置80的在图9a中以剖视图并且在图9b中以俯视图示出的第二种实施方式同样具有传感器单元4。所述传感器装置80的第二种实施方式与所述按本发明的传感器装置2的第一种实施方式的区别在于所述锁止环82的另一种实施方式以及所述磁通单元84的另一种实施方式。所述传感器单元4自行导引地支承在所述磁通单元84的传导磁通量的环28、30之间，其中所述传导磁通量的环28、30完全用塑料来注塑包覆。所述传感器单元4的塑料与所述磁通单元6的塑料之间的滑动轴承功能在所述环28、30之间实现。图1Oa以剖视图并且图1Ob以俯视图示意性地示出了关于所述磁通单元84的第二种实施方式的细节。这里所述磁通单元84同样包括支承元件24以及与其同轴地环绕的U形的双环86，所述两个环28、30以及所述凸块32埋入到所述双环86中。在当前的实施例中，所述支承元件24和所述U形的双环86形成一个连续的构件。所述磁通单元84的第二种实施方式也包括由金属比如NiFe构成的外面的和里面的环28、30以及反向弯曲的凸块32。所述环28、30以窄小的公差用塑料完全注塑到所述U形的双环86中。相对于所述传感器单元4的组件的支承公差由此不再通过所述环28、30的制造过程而是通过用塑料对所述环28、30进行的注塑包覆来确定。所述锁止环82的在图1la中以剖视图并且在图1lb中以俯视图示意性地示出的实施方式在所述按本发明的传感器装置80的第二种实施方式中构造为塑料环，该塑料环包括套筒83以及法兰85。此外，所述锁止环82在下面的区段中包括金属片87，该金属片用作用于所述轴14的旋转的转换点的指示元件。用于提供指示功能的磁通量的变化通过注入在所述法兰85中的金属片87来实现。图12以示意图示出了所述传感器单元4的套筒34以及构造为滑块36的滑动元件的、相对于所述锁止环82的第二种实施方式的法兰85以及所述磁通单元84的两个环28、30的支承结构，所述两个环埋入在所述U形的双环86中。在此，为了沿着轴向的方向45在所述锁止环82的法兰85与所述传感器单元4的套筒34之间提供轴向的支承结构而设置了轴向的第一支承间隙48。同样沿着轴向的方向45在所述传感器单元4的套筒34与所述U形的双环86的第一支臂88之间设置了轴向的第二支承间隙50，在所述U形的双环86的第一支臂88中布置了所述磁通单元84的里面的环28。沿着径向的方向52在所述具有磁通单元84的里面的环28的第一支臂88与所述滑块36之间设置了径向的第一支承间隙54并且在所述滑块36与所述磁通单元84的布置在所述U形的双环86的外面的支臂89中的外面的环30之间设置了径向的第二支承间隙56。所述传感器单元4的三个滑块在所述轴旋转时以所定义的间隙在径向上在所述磁通单元84的完全用塑料注塑包覆的传导磁通量的金属的环28、30之间滑动。所述传感器单元4的轴向的锁止通过该传感器单元4的在所述里面的环28的被注塑包覆的端面与所述锁止环82之间的支承来实现。由此所述传感器单元4和所述磁通单元84形成一个单元。
图13示意性地示出了关于所述电路板8的在所述按本发明的传感器装置80的第二种实施方式上的布置方式的细节。图13在此示出，在所述电路板8的上面的一侧或者内侧面上在所述锁止环82的附近作为对磁场敏感的传感器布置了霍耳传感器58。同样在相同的轴向的高度上，在所述电路板8的外侧面或者说下面的一侧上布置了所述指示磁体
10。在所述磁通单元84的两个环28、30之间，在所述电路板8的内侧面上作为对磁场敏感的传感器布置了霍耳开关电路60。此外，在图13中勾画出了可选的收集器62。一旦所述处于锁止环82中的金属片87在旋转时从所述霍耳开关58的旁边经过，那就影响所述构造为永久磁体的指示磁体10的磁通量并且为了在所述霍耳开关58中实现所述指示功能而产生信号。在所述按本发明的传感器装置的第三种实施方式中，在图14中示意性地示出了磁通单元100的一种设计方案并且在图15中示意性地示出了传感器单元102的一种设计方案。图14a以剖视图并且图14b以俯视图示意性地示出了所述用于磁通单元100的第三种实施例。所述磁通单元100的这种实施方式也示出了具有U形的双环101的支承元件24，在所述双环101上固定了所述环28、30和凸块32。在所述磁通单元100的这第三种设计方案中，所述环28、30仅仅部分地被注塑包覆，其中所述具有总共八个轴颈104的里面的环28以45°的角距部分地被注塑包覆。相反，所述外面的环30如在所述磁通单元6的第一种实施方式中一样没有被注塑包覆。对于所述磁通单元100来说，所述里面的和外面的环28、30由NiFe构成并且具有反向弯曲的凸块32。这些环28、30或者说所述环28、30中的至少一个环以窄小的公差用塑料来如此注塑包覆，使得所述轴颈104具有球状的表面。用所述轴颈104来逐点地将所述传感器单元102的至少一个支承元件(图15)支承在所述磁通单元100上。相对于所述传感器单元102的支承公差由此不再通过所述环28、30的制造过程而是通过用塑料对这些环28,30中的至少一个环的轴颈104进行的部分的注塑包覆来确定。所述传感器单元102的借助于图15a以剖面图并且借助于图15b以俯视图a示意性地示出的第二种设计方案与所述传感器单元4的第一种设计方案的区别在于，这个传感器单元102取代作为滑动元件的滑块而具有环绕轨(Umlaufschiene) 105，该环绕轨包围着< 270°的角度。在所述传感器单元110的在图16a中以剖面截取部分并且在图16b中以俯视图示意性地示出的第四种实施方式中，取代指示功能而集成了转向角功能。按照本发明，为此将较小的锥齿轮112 (图16b或者17b)如此固定在所述传感器单元4上，使得霍耳开关电路113作为所述电路板8上的对磁场敏感的传感器直接布置在所述较小的锥齿轮112的中心的下面，在所述较小的锥齿轮的里面和/或上面固定了永久磁体114。配对锥齿轮118在磁通单元116的这里所示出的第四种设计方案中用支承元件120的一种作为替代方案的设计方案来实现。图16的细节在图17中放大示出。图18示意性地示出了按本发明的传感器装置121的第五种实施方式的作为替代方案的转向角功能。这里在所述电路板8上固定了永久磁体。在所述锥齿轮124的里面和/或上面固定了由NiFe并且由此由与所述传导磁通量的环28、30相同的材料构成的金属片126，该金属片在所述轴14旋转时影响着所述永久磁体122的磁场。关于这种实施方式的细节可以由图19中得知。通过所述锥齿轮112和配对锥齿轮118提供的锥齿轮传动机构在另一种这里未示出的实施方式中也可以构造为具有冠状齿轮和配对冠状齿轮的冠状齿轮传动机构。图20a以剖视图并且图20b以俯视图示意性地示出了按本发明的用于确定作用于轴14的转矩的传感器装置130的第五种实施方式。在此所述传感器装置130包括具有固定在所述轴14上的支承元件134的磁通单元132,所述支承元件134具有在轮廓方面为U形的双环26，在所述双环26中埋入了传导磁通量的环28、30以及布置在这些环28、30上的凸块32。此外，在所述支承元件134上布置了锁止环22。这里所示出的传感器装置130也包括所述传感器单元136的一种具有加宽的套筒138的设计方案，所述加宽的套筒138包括用于接纳具有对磁场敏感的传感器也就是霍耳开关58和霍耳开关电路60以及指示磁体10的电路板8的第一壳体件140。在所述加宽的套筒138上，作为滑动元件布置了滑块36。此外，在所述电路板8上布置了压入插脚142。所述电路板8可以在所述传感器单元136的区域中在所述环28、30的外部通过作为第二壳体件的盖板144得到保 护。为此如此设计所述传感器单元136，使得所述电路板8处于朝所述磁通单元132敞开的被所述加宽的套筒138限定的小框中。在此所述盖板144同时具有插头接口 146。由此在结构上通过所述盖板144来提供一种插头壳体。在所述电路板8上,借助于SPI过程(SPI=single pin insertion)将所述压入插脚142压入到所述电路板8上，所述压入插脚142同时代表着插头触点。在安装所述盖板144时，而后将这些插头触点插入穿过处于所述盖板144上的相应的开口。由此所述电路板8在所述环28、30的外部也被很好地遮盖。不需要用于所述电路板8的印刷安装的SMD插头。所述传感器装置2、80、110、121、130的所描述的实施方式之间的区别一般来说在于这样的传感器装置2、80、110、121、130的各个组件的设计方案。在此所述传感器单元4、102、136的、所述磁通单元6、84、100、116、132的以及所述锁止环22、82的设计方案有变化。关于所述按本发明的传感器装置的未进一步示出的第三种实施方式，所述磁通单元100(图14)和所述传感器单元102 (图15)可以以和所述按本发明的传感器装置2、80的前两种实施方式的传感器单元4及磁通单元6、84相类似的方式布置在所述第一轴14上。当然可以这样安排，即传感器单元4、102、136的、磁通单元6、84、100、116、132的以及锁止环22、82的不同的设计方案彼此间相组合，从而可以由所提到的组件提供传感器装置2、80、110、121、130的其它这里未描述的实施方式。图23以示意图示出了一种从现有技术中知道的用于测量转矩的装置150，该装置150包括两个具有由NiFe板构成的折弯的凸块152的测量环154。这个装置150称为罗伯特博世有限公司(Robert Bosch GmbH)的以磁性方式测量的转矩传感器TSS-1。图24示出了图23的装置150的细节，也就是传感器单元156、指示-霍耳元件158、指示磁体160、包括两个测量环154的所谓的磁通管单元162以及磁体单元164。为了制造这种装置150，尤其必须使用抽吸焊方法或者波纹焊方法，所述抽吸焊方法和波纹焊方法通常比标准再流焊过程麻烦和昂贵。对于这种方案来说，不可能额外地集成旋转 角测量。
权利要求
1.用于对作用于轴(14)的转矩进行检测的传感器装置，其中所述传感器装置(2、80、110、121、130)包括具有套筒(34、138)的传感器单元(4、102、136)和具有两个传导磁通量的环(28、30)的磁通单元(6、84、100、116、132)，其中在所述套筒(34、138)上布置了至少一个滑动元件和至少一个对磁场敏感的第一传感器，其中所述至少一个滑动元件布置在所述传导磁通量的环(28、30)之间，其中所述传感器单元(4、102、136)和所述磁通单元(6、84、100、116、132)在所述轴(14)旋转时相对于彼此旋转，并且其中所述至少一个对磁场敏感的传感器检测由所述环(28、30 )传导的磁通量。
2.按权利要求1所述的传感器装置，其中所述至少一个滑动元件直接地、滑动地并且/或自行导引地支承在所述磁通单元(6、84、100、116、132)的传导磁通量的环(28、30 )之间。
3.按权利要求1或2所述的传感器装置，其中所述传感器单元(4、102、136)的至少一个对磁场敏感的第一传感器布置在所述传导磁通量的环(28、30)之间。
4.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述传导磁通量的环(28、30)布置在所述磁通单元(6、84、100、116、132)的支承元件(24、120)上,其中所述传导磁通量的环(28、30 )中的至少一个环至少部分地用塑料来注塑包覆。
5.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中在所述传感器单元(4、102、136)的至少一个组件与所述传感器装置(2、80、110、130)的至少一个另外的可以相对于所述传感器单元(4、102、136)旋转的组件之间沿着轴向的和/或径向的方向设置了支承间隙(48、50、54、56)。
6.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，该传感器装置包括锁止环(22、82)，所述锁止环在所述轴(14)旋转时相对于所述传感器单元(4、102、136)旋转，其中所述传感器单元(4、102、136)的套筒(34、138)布置在所述锁止环(22、82)与所述磁通单元(6、84、100、116、132)的传导磁通量的环(28、30)之一之间。
7.按权利要求6所述的传感器装置，其中所述锁止环(22、82)具有指示元件，用该指示元件可以通过所述传感器单元(4、102、136)的至少一个对磁场敏感的传感器来对所述轴(14)的转数进行计数。
8.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中在所述传感器单元(4、102、136)上布置了较小的锥齿轮(112、124)或者冠状齿轮并且在所述磁通单元(6、84、100、116、132)上布置了配对锥齿轮(118)或者配对冠状齿轮，其中所述较小的锥齿轮(112、124)的或者所述冠状齿轮的以及所述配对锥齿轮(118)的或者所述配对冠状齿轮的轮齿插入到彼此当中并且在所述轴(14)旋转时旋转，其中通过所述较小的锥齿轮(112、124)的或者所述冠状齿轮的旋转可以检测所述轴(14)的旋转角。
9.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中在所述传感器单元(4、102、136)上布置了至少一块电路板(8、70)，在所述电路板上则布置了所述至少一个对磁场敏感的第一传感器。
10.用于对作用于轴(14)的转矩进行检测的方法，该方法用传感器装置(2、80、110、.121、130)来实施，所述传感器装置包括具有套筒(34、138)的传感器单元(4、102、136)以及具有两个传导磁通量的环(28、30)的磁通单元(6、84、100、116、132)，其中在所述套筒(34、138)上布置了至少一个滑动元件和至少一个对磁场敏感的第一传感器，其中所述至少一个滑动元件布置在所述传导磁通量的环(28、30)之间，其中所述传感器单元和所述磁通单元(6、84、100、116、132)在所述轴旋转时相对于彼此旋转，并且其中由所述环(28、30)传导的磁通量由所述至少一 个对磁场敏感的传感器来检测。
全文摘要
本发明涉及一种用于对作用于轴(14)的转矩进行检测的传感器装置(2)，其中所述传感器装置(2)包括具有套筒(34)的传感器单元(4)和具有两个传导磁通量的环(28、30)的磁通单元(6)，其中在所述套筒(34)上布置了至少一个滑动元件和至少一个对磁场敏感的第一传感器，其中所述至少一个滑动元件布置在所述传导磁通量的环(28、30)之间，其中所述传感器单元和所述磁通单元(6)在所述轴(14)旋转时相对于彼此旋转，并且其中所述至少一个对磁场敏感的传感器检测由所述环(28、30)传导的磁通量。
文档编号G01L3/10GK103250038SQ201180053593
公开日2013年8月14日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年11月8日
发明者R.路德维希 申请人:罗伯特·博世有限公司