扭矩角度传感器的制作方法

本实用新型涉及一种传感器、一种被配置用于监测车辆的转向状况的集成的扭矩角度传感器。

背景技术：

扭矩角度传感器，将扭矩传感器和角度传感器集成组合在一起，用于测量车辆方向盘转动的角度和受到的扭矩大小。现有的扭矩角度传感器具有扭矩测量模块、角度测量模块、电路板和壳体。电路板上设置有霍尔传感元件、电磁传感元件等元件，用以感测扭矩和角度信号。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了扭矩角度传感器，其元件数量少。

首先，根据本实用新型的一个方面，它提供了一种扭矩角度传感器，用于检测车辆的方向盘转向的转向扭矩和角度，所述扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和pcb板，所述扭矩感应单元包括信号输入转子和信号输出转子，所述角度感应单元包括主动齿轮以及从动齿轮，所述主动齿轮套设并固定在信号输出转子上或信号输入转子上，所述pcb板设置有扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元和输出轴信号采集单元，用以感测信号输入转子和信号输出转子的旋转角度和扭矩，所述pcb板还设置有角度磁场产生单元和角度采集单元，用以感测所述主动齿轮和从动齿轮的旋转角度，所述扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元、输出轴信号采集单元、角度磁场产生单元和角度采集单元均以印刷电路形成的线圈的形式实现。

根据一个可行实施方式，其中，所述信号输入转子包括圆筒状第一本体和自第一本体的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第一凸齿，各所述第一凸齿的形状大致相同，所述信号输出转子包括圆筒状的第二本体和自第二本体的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第二凸齿，各所述第二凸齿的形状大致相同。

根据一个可行实施方式，其中，所述主动齿轮套设并固定在信号输出转子的第二本体上或信号输入转子的第一本体上，并且与从动齿轮啮合，所述主动齿轮与从动齿轮的轴线平行。

根据一个可行实施方式，其中，所述从动齿轮上固定设置有导电片。

根据一个可行实施方式，其中，所述角度磁场产生单元和角度采集单元按照一定旋绕规律在所述pcb板上形成，同轴地呈圆环状环绕排布，所述角度采集单元的轴线对应于从动齿轮的轴线。

根据一个可行实施方式，其中，所述角度磁场产生单元同轴地环绕于角度采集单元的外侧。

根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩磁场产生单元是激励线圈，所述输入轴信号采集单元是输入轴接收线圈，所述输出轴信号采集单元是输出轴接收线圈。

根据一个可行实施方式，其中，所述输入轴信号采集单元和输出轴信号采集单元的内外径分别大致对应于所述第一凸齿与第二凸齿的内外径。

根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩磁场产生单元仅包括一个扭矩磁场产生单元，所述输入轴信号采集单元和输出轴信号采集单元共用该扭矩磁场产生单元。

根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩磁场产生单元包括第一扭矩磁场产生单元和第二扭矩磁场产生单元，其中，所述第一扭矩磁场产生单元是输入轴激励线圈，与所述输入轴信号采集单元设置在pcb板的表面，面对所述信号输入转子；所述第二扭矩磁场产生单元是输出轴激励线圈，与所述输出轴信号采集单元设置在pcb板的另一表面，面对所述信号输出转子。

根据一个可行实施方式，其中，所述第一凸齿与第二凸齿的外径大致相等，第一凸齿与第二凸齿分别位于pcb板的不同侧。

根据一个可行实施方式，其中，所述第一扭矩磁场产生单元同轴地位于输入轴信号采集单元的外侧，所述第二扭矩磁场产生单元同轴地位于输出轴信号采集单元的外侧。

与现有技术相比较，本实用新型传感器的pcb板上的角度磁场产生单元、角度采集单元和扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元、输出轴信号采集单元均以印刷电路形成的线圈的形式实现，省略了现有技术中的霍尔传感元件、电磁传感元件，因此减少了本实用新型扭矩角度传感器的元件数量、从而降低了成本，简化了产品结构，提高了生产效率。

附图说明

通过以下结合附图所作的详细描述，将更全面地理解本实用新型的前述和其它方面，附图包括：

图1示出了被构造成检测方向盘转动的转向扭矩和角度的扭矩角度传感器的剖视示意图。

图2示出了车辆的转向柱和图1所示的扭矩角度传感器的立体组装示意图。

图3示出了图2的立体爆炸示意图，其中未显示车辆转向柱的输入轴和扭杆。

图4示出了图2的的剖视示意图。

具体实施方式

下面通过示范性实施例详细描述本实用新型。

下面，将参看附图更为详细地描述本实用新型的一些示例性实施例，以便更好地理解本实用新型的基本思想和优点。

请参照图1至图4，车辆的转向柱包括自方向盘(未示出)的输入轴21、至转向轴连接器(未示出)的输出轴22以及连接在输入轴21与输出轴22之间的扭杆23。当方向盘受力后，扭杆23发生形变，利用扭杆23的材料的已知的力学特性，可以基于输入轴21相对于输出轴22的相对旋转角度来确定方向盘转向的转向扭矩，该相对旋转角度可表征扭杆23的扭转变形。

本实用新型一实施方式的扭矩角度传感器，用于检测车辆方向盘转动的转向扭矩和角度，扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和pcb板3。

扭矩角度传感器还包括上盖7与传感器壳2，二者之间形成收容空间，用以收容角度感应单元和pcb板3。

扭矩感应单元包括信号输入转子4和信号输出转子1，信号输入转子4包括圆筒状第一本体41和自第一本体41的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第一凸齿40，第一凸齿40之间设有第一空部，各第一凸齿40的形状大致相同。信号输出转子1包括圆筒状的第二本体11和自第二本体11的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第二凸齿10，第二凸齿10之间设有第二空部，各第二凸齿10的形状大致相同。信号输入转子4、信号输出转子1分别被构造成设置在输入轴21、输出轴20相互相对的端部上，具体地，信号输入转子4的第一本体41套设在输入轴21上，与输入轴21同轴旋转，信号输出转子1的第二本体11套设在输出轴22上，与输出轴22同轴旋转，使得输入轴21与输出轴22间的扭矩可转化为信号输入转子4与信号输出转子1间的扭矩，对信号输入转子4与信号输出转子1间的扭矩测量即可完成方向盘转向的扭矩测量。本实施方式中，第一凸齿40与第二凸齿10的外径大致相等，第一凸齿40与第二凸齿10分别位于pcb板3的不同侧。

本实施方式中，pcb板3套设在输入轴21上，pcb板3包括扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32，用以感测信号输入转子4和信号输出转子1的旋转角度和扭矩。其中在本实施方式中，扭矩磁场产生单元包括第一扭矩磁场产生单元301和第二扭矩磁场产生单元302，第一扭矩磁场产生单元301和输入轴信号采集单元31设置在pcb板3的表面3a，面对信号输入转子4；第二扭矩磁场产生单元302和输出轴信号采集单元32设置在pcb板3的另一表面3b，面对信号输出转子1，即：第一扭矩磁场产生单元301、输入轴信号采集单元31与第二扭矩磁场产生单元302、输出轴信号采集单元32分别位于pcb板3的不同表面。第一、第二扭矩磁场产生单元301、302、输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32均以印刷电路形成的线圈实现，同轴地环绕方向盘的转向柱，例如：第一扭矩磁场产生单元301是输入轴激励线圈，输入轴信号采集单元31是输入轴接收线圈，第二扭矩磁场产生单元302是输出轴激励线圈，输出轴信号采集单元32是输出轴接收线圈，第一、第二扭矩磁场产生单元301、302、输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32按照一定旋绕规律旋绕形成，大致呈同心圆环状排布，其旋绕圈数和旋绕规律根据实际需求和参数确定，第一扭矩磁场产生单元301同轴地位于输入轴信号采集单元31的外侧，第二扭矩磁场产生单元302同轴地位于输出轴信号采集单元32的外侧。输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32的内外径分别大致对应于第一凸齿40与第二凸齿10的内外径。

在其他实施方式中，第一凸齿40与第二凸齿10位于pcb板3的同一侧，第一凸齿40的内径大于第二凸齿10的外径而环绕于第二凸齿10的外侧，所以，第一、第二扭矩磁场产生单元301、302、输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32均设置于pcb板3的同一表面，输入轴信号采集单元31环绕于输出轴信号采集单元32的外侧，分别对应于第一凸齿40与第二凸齿10的位置，扭矩磁场产生单元可以仅包括一个扭矩磁场产生单元，输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32共用该扭矩磁场产生单元。

当信号输入转子4与信号输出转子1转动时，信号输入转子4的第一凸齿40和信号输出转子1的第二凸齿10分别切割第一、第二扭矩磁场产生单元301、302产生的磁场，pcb板3上的输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32分别通过电磁感应原理感应信号输入转子4的第一凸齿40和信号输出转子1的第二凸齿10的旋转角度，并乘以扭杆系数，测得两路交叉扭矩和角度信号。pcb板3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4及信号输出转子1的角度信号。

角度感应单元包括一主动齿轮6以及从动齿轮8，其中从动齿轮8上固定设置有导电片80，主动齿轮6套设并固定在信号输出转子1上，并且与从动齿轮8啮合，主动齿轮6与从动齿轮8的轴线平行。具体地，主动齿轮6套设并固定在信号输出转子1的第二本体11上，信号输出转子1与主动齿轮6可通过焊接、镶件注塑、压入等连接方式固定在一起。可以理解，根据实际需求，主动齿轮6也可以固定套设在信号输入转子4上。

所述pcb板3还包括角度磁场产生单元33和角度采集单元34，用以感测主动齿轮6和从动齿轮8的旋转角度。角度磁场产生单元33和角度采集单元34均以印刷电路形成的线圈实现，按照一定旋绕规律在pcb板3上形成，同轴地呈圆环状环绕排布，角度磁场产生单元33同轴地环绕于角度采集单元34的外侧。角度采集单元34的轴线对应于从动齿轮8的轴线，用以检测从动齿轮8的转角。当输入/输出轴转动角度大于360度时，且主动齿轮6驱动从动齿轮8，角度采集单元34将感知和计算该从动齿轮8上的导电片80的位置并向ecu控制单元输出一路圈数跟随信号，该信号与输入轴信号采集单元31和输出轴信号采集单元32测得的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。例如，本实施方式中，主动齿轮6固定安装在信号输出转子1上，则主动齿轮6的循环角度是360/n，由环绕方向盘的转向柱的输出轴信号采集单元32测量，其中n是信号输出转子1的凸齿数，从动齿轮8的循环角度是(360/z1)*z2，由角度采集单元34测量，其中z1是主动齿轮6的齿数，z2是从动齿轮8的齿数，利用游标算法计算(360/n，(360/z1)*z2)的最小公倍数得出转角主动齿轮的绝对角度，例如当z1＝45，z2＝13，n＝12，则(360/n,(360/z1)*z2)的最小公倍数是1560，即所测得角度范围是1560度。当主动齿轮6固定安装在信号输入转子4上时，则主动齿轮6的循环角度是360/n，由环绕方向盘的转向柱的输入轴信号采集单元31测量，其中n是信号输入转子4的凸齿数。

本实用新型传感器的pcb板上的角度磁场产生单元、角度采集单元和扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元、输出轴信号采集单元均以印刷电路形成的线圈的形式实现，省略了现有技术中的霍尔传感元件、电磁传感元件，因此减少了本实用新型扭矩角度传感器的元件数量、从而降低了成本，简化了产品结构，提高了生产效率。

尽管这里参考特定实施例说明和描述了本实用新型，但是本实用新型并不限于所示的细节。而是，可以在本实用新型的范围内对这些细节进行各种修改。