专利名称：一种紧凑型非接触式感应传感器及电动助力转向系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种紧凑型非接触式感应传感器，应用于汽车助力转向系统，是转向系统的核心部件，其信号感应精度直接影响到驾驶的安全性与舒适度。
背景技术：
随着汽车行业的迅猛发展，汽车的转向系统技术得到迅猛发展。传统机械转向系统逐渐被转向助力系统代替。助力转向系统的三种形式:第一类机械式液压动力转向系统；第二类是电子液压助力转向系统；第三类电动助力转向系统。第三类是目前汽车上应用最广泛的。电动助力转向系统(EPS)英文全称是Electronic Power Steering,简称EPS,它利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向。EPS的构成，不同的车尽管结构部件不一样，但大体是雷同。一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器、以及蓄电池电源所构成。而且目前市场上扭矩和角度传感器多采用分体结构，不能集成在同一个模块，从而结构较为复杂，很难实现模块化，小型化设计。
实用新型内容本实用新型为解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种可实现扭矩与角度集成一体化的紧凑型非接触式感应传感器。本实用新型提供的紧凑型非接触式感应传感器，用于检测输入/输出轴的旋转角度及扭矩，所述输入轴与输出轴之间还连有一扭力棒，所述的传感器包含一 PCB板，套设在所述输入轴上的信号输入转子以及套设在所述输出轴的信号输出转子，当所述信号输入转子与信号输出转子转动时，所述PCB板能感应信号输入转子以及信号输出转子的转动角度，并分别处理产生第一和第二角度信号，且所述PCB板将第一和第二角度信号乘以所述扭力棒的扭杆系数得到两路扭矩信号。所述PCB板可通过电磁感应，电阻应变式传感，电感式传感，电容式传感，压电式传感，光电式传感或霍尔式传感感应所述信号输入转子及信号输出转子的角度信号，优选电磁感应方式。在本实用新型中，所述PCB板产生的扭矩信号为两路交叉扭矩信号。在本实用新型中，所述传感器还包含套设在所述输入轴的中间齿轮及带有磁体的感应齿轮，其中，所述信号输入转子的一侧具有一凸起，所述中间齿轮套设并固定在所述信号输入转子的凸起上，且所述中间齿轮与所述感应齿轮啮合，在本实用新型中，所述PCB板感应中间齿轮的转动圈数，并处理产生一圈数信号。在本实用新型中，所述PCB板感应信号输入转子的最大转动角度为正负360度。所述PCB板感应中间齿轮的最大转动圈数为正负两圈。在本实用新型中，所述传感器号还包含一与PCB相连的信号输出接口，以及与所述信号输出接口相连的ECU控制单元，所述扭矩信号，以及第一和第二角度信号经由所述信号输出接口输出至所述E⑶控制单元。[0012]在本实用新型中，所述信号输入转子与中间齿轮通过激光焊接的方式固定。[0013]在本实用新型中，所述外壳包含一本体，用于收容所述磁体，中间齿轮，信号输入转子和信号输出接口。[0014]在本实用新型中，所述外壳还包含一齿轮盖和上盖，用于包覆所述磁体，中间齿轮，感应齿轮，信号输出接口，PCB板和本体。[0015]本实用新型还提供了一种电动助力转向系统，包含:[0016]一转向盘；一输入/输出轴，所述输入轴与输出轴之间还连有一扭力棒；一传感器，包含PCB板，套设在所述输入轴上的信号输入转子以及套设在所述输出轴的信号输出转子，及一与所述PCB板相连接的信号输出接口 ；一 E⑶控制单元；以及一电动机。[0017]在本实用新型中，当所述信号输入转子与信号输出转子转动时，所述PCB板能感应信号输入转子以及信号输出转子的转动角度，并分别处理产生第一和第二角度信号，且所述PCB板将第一和第二角度信号乘以所述扭力棒的扭杆系数得到两路扭矩信号，经由所述信号输出接口输出至所述ECU控制单元,从而控制所述电动机输出相应大小的转动力矩。[0018]在本实用新型中，信号输出转子的作用是帮助识别扭矩差，从而使感应器计算扭矩，通过信号输出接口发送信号给ECU，ECU发送信号给驱动单元，执行助力驱动，从而减轻转动扭矩，达到助力目的。[0019]本实用新型的紧凑型非接触式感应传感器的技术特点是:[0020]1.模块化设计:本实用新型技术将扭矩与角度集成在同一模块中，通过更换不同的PCB板，可以获得扭矩传感器或扭矩与角度传感器两种不同的感应器，产品结构不需要任何更改，不影响客户接口设计，通用性与互换性高；[0021]2.信号感应精度高，本传感器的信号精度为:扭矩小于0.1度，所有测量范围都可达到同样的精度；[0022]3.角度测量:测量量程大，精度高，可测绝对角度1440度，精度小于I度，可从根本上解决EPS系统回正性问题。[0023]4.产品结构小巧，模块化设计，扭矩与角度集成一体化设计；[0024]5.通过轴孔连接，扭矩测量范围大，可达±16Nm (2Nm/度扭杆)；[0025]6.附加值高，数字接口，对外部磁场敏感度低。
[0026]图1为本实用新型感应传感器一实施例的分解图；[0027]图2为本实用新型感应传感器一实施例中主体的外形图；[0028]图3为图2的后视图 。[0029]附图标记:[0030]1.信号输出转子2.上盖 3.PCB板[0031]4.信号输入转子5.本体 6.中间齿轮[0032]7.齿轮盖8.感应齿轮 9.磁体[0033]10.信号输出接11.凸起具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。请参见图1，为本实用新型一实施例的分解图，本实用新型以感应传感器为例。感应传感器包含信号输入转子4，PCB板3，信号输出接口 10，信号输出转子1，其中，PCB板具有IC计算功能，信号输出接口 10与PCB板3相连接。进一步地，该传感器应用在汽车的输入/输出轴(图中为显示)上，输入轴与输出轴之间通过一扭力棒连接，信号输入转子4以及PCB板3套设在输入轴上，信号输出转子I套设在所述输出轴上。其中，所述PCB板包含两块HISW芯片(图中未显示)和一块MeLeXis芯片(图中未显示)。当信号输入与输出转子转动时，其产生的角度通过PCB板的两块HISW芯片处理并乘以扭杆系数，经由信号输出接口向ECU控制单元(图中未显示)输出两路交叉扭矩信号和角度信号。其中PCB板通过电磁感应原理感应输入及输出转子的转动角度，也可采用其他常规方式，如电阻应变式传感，电感式传感，电容式传感，压电式传感，光电式传感或霍尔式传感感应所述信号输入转子及信号输出转子的角度信号。此外，信号输入转子4还套设并固定有一中间齿轮6，中间齿轮6与一带有磁体的感应齿轮8啮合，其中，信号输入转子4的一侧具有一凸起11，中间齿轮6套设并固定在信号输入转子4的凸起11上，且中间齿轮6与感应齿轮8啮合，信号输入轴转子与中间齿轮可激光焊接。当输入/输出轴转动角度大于360度时，且中间齿轮与一带有磁体的感应齿轮啮合并驱动该感应齿轮，MeLeXis芯片将感知和计算该感应齿轮的位置并向ECU控制单元输出一路圈数跟随信号，该信号与HISW芯片的计算出一路初始的转角信号，在ECU内部在通过游标算法耦合计算得出最终所需的精确角度信号。采用该角度传感器测量量程大，精度高，可测绝对角度1440度，精度小于I度，可从根本上解决EPS系统回正性问题。除此以外,该传感器还包含一收容磁体9,中间齿轮6,信号输入转子4和信号输出接口 10的本体5，并通过一齿轮盖7和上盖3通过扣合以包覆上述部件。在上盖2以外，还设有一信号输出转子I。请参见附图2和3，为本实施例`的外壳形状。另简述传感器应用在汽车中的主要工作原理:汽车在转向时，转矩(转向)传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电子控制单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，从而电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于standby (休眠)状态等待调用。由于电动助力转向的工作特性，驾驶员会感觉到开这样的车，方向感更好，高速时更稳，俗话说方向不发飘。又由于它不转向时不工作，所以，也多少程度上节省了能源。一般高档轿车使用这样的助力转向系统的比较多。动力转向系统由于使转向操纵灵活、轻便，在设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此已在各国的汽车制造中普遍采用。综上所述，本实用新型技术将扭矩与角度集成在同一模块中，通过更换不同的PCB板，可以获得纯扭矩传感器，角度与扭矩组合传感器两种不同的感应器，产品结构不需要任何更改，不影响客户接口设计，通用性与互换性高。[0042]以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。在上述实施例中，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用 新型中模块化设计的方法和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种紧凑型非接触式感应传感器，用于检测输入/输出轴的旋转角度及扭矩，所述输入轴与输出轴之间还连有一扭力棒，其特征在于:所述传感器包含一 PCB板，套设在所述输入轴上的信号输入转子以及套设在所述输出轴的信号输出转子，当所述信号输入转子与信号输出转子转动时，所述PCB板能感应所述信号输入转子以及信号输出转子的转动角度，并处理产生第一和第二角度信号，且所述PCB板将第一和第二角度信号乘以所述扭力棒的扭杆系数得到两路扭矩信号。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于:所述PCB板产生的扭矩信号为两路交叉扭矩信号。
3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述PCB板通过电磁感应，电阻应变式传感，电感式传感，电容式传感，压电式传感，光电式传感或霍尔式传感感应所述信号输入转子及信号输出转子的角度信号。
4.如权利要求1-3任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包含套设在所述输入轴的中间齿轮及带有磁体的感应齿轮，其中，所述信号输入转子的一侧具有一凸起，所述中间齿轮套设并固定在所述信号输入转子的凸起上，且所述中间齿轮与所述感应齿轮啮合，当所述信号输入转子带动所述中间齿轮转动时，所述PCB板感应中间齿轮的转动圈数， 并处理产生一圈数信号。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于:所述PCB板感应所述信号输入转子的最大转动角度为正负360度，所述PCB板感应所述中间齿轮的最大转动圈数为正负两圈。
6.如权利要求4所述的传感器，其特征在于:所述传感器还包含一与所述PCB板相连的信号输出接口，以及与所述信号输出接口相连的ECU控制单元，所述扭矩信号，圈数信号，以及第一和第二角度信号经由所述信号输出接口输出至所述ECU控制单元。
7.如权利要求4所述的传感器，其特征在于:所述信号输入转子与中间齿轮通过激光焊接的方式固定。
8.如权利要求4所述的传感器，其特征在于:所述传感器还包含一本体，用于收容所述磁体，中间齿轮，信号输入转子和信号输出接口 ；且所述本体还包含一齿轮盖和上盖，用于包覆所述磁体，中间齿轮，感应齿轮，信号输出接口和PCB板。
9.一种电动助力转向系统，其特征在于，包含:一转向盘；一输入/输出轴，所述输入轴与输出轴之间还连有一扭力棒；一传感器，包含PCB板，套设在所述输入轴上的信号输入转子以及套设在所述输出轴的信号输出转子，及一与所述PCB板相连接的信号输出接口 ；一E⑶控制单元；以及一电动机。
10.如权利要求9所述的电动助力转向系统，其特征在于:当所述信号输入转子与信号输出转子转动时，所述PCB板能感应所述信号输入转子以及信号输出转子的转动角度，并分别处理产生第一和第二角度信号，且所述PCB板将第一和第二角度信号乘以所述扭力棒的扭杆系数得到两路扭矩信号，经由所 述信号输出接口输出至所述ECU控制单元，从而控制所述电动机输出相应大小的转动力矩。
专利摘要本实用新型公开了一种紧凑型非接触式感应传感器，用于检测输入/输出轴的旋转角度及扭矩，该输入轴与输出轴之间还连有一扭力棒，该传感器包含一PCB板，套设在该输入轴上的信号输入转子以及套设在该输出轴的信号输出转子，当该信号输入转子与信号输出转子转动时，该PCB板能感应该信号输入转子以及信号输出转子的转动角度，并处理产生第一和第二角度信号，且该PCB板将第一和第二角度信号乘以该扭力棒的扭杆系数得到两路扭矩信号。该感应传感器可实现扭矩与角度集成一体化的紧凑型非接触式感应传感器。
文档编号G01L5/22GK203148612SQ201220712620
公开日2013年8月21日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者李志凤 申请人:上海海拉电子有限公司