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CN105593106A - 扭矩传感器 - Google Patents

扭矩传感器 Download PDF

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CN105593106A
CN105593106A CN201480052397.7A CN201480052397A CN105593106A CN 105593106 A CN105593106 A CN 105593106A CN 201480052397 A CN201480052397 A CN 201480052397A CN 105593106 A CN105593106 A CN 105593106A
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Abstract

所公开的是一种扭矩传感器，其包括：包括第一开口的第一外壳；包括第二开口的第二外壳；定子，该定子包括设置在第一外壳和第二外壳的内部中的定子保持件以及被固定至定子保持件的至少一个定子齿；以及转子，该转子以可旋转的方式设置在定子中，其中，定子包括面向第一开口的内周面的突出部。

Description

扭矩传感器
技术领域
本发明涉及一种扭矩传感器，并且更具体地涉及一种安装在车辆上用以测量绕转向轴的扭矩的扭矩传感器。
背景技术
通常，电子动力转向系统(EPS)是一种用于保证车辆的转向稳定性的设备，并且使用发动机沿驾驶员转向的方向提供扭矩以实现平稳操作。
与现有的液压动力转向(HPS)不同的是，EPS可以通过根据驾驶情况控制发动机的操作来改善转向性能和转向感受。
EPS需要测量绕转向轴的扭矩负载、转向角和转向的角速度，以提供合适的扭矩。
常规的转向结构包括与方向盘联接的输入轴；与联接至车轮处的齿条的小齿轮结合的输出轴；以及连接输入轴和输出轴的扭力杆。
当旋转方向盘时，旋转力被传递至输出轴且车轮的方向通过小齿轮和齿条的操作而被改变。此时，当阻力极大时，输入轴被旋转更多而使得扭力杆变得扭曲，并且磁场型扭矩传感器测量扭力杆的扭曲的程度。
扭矩传感器被设置成与转子、定子、集磁件和电路板一起容置在上外壳和下外壳中，并将按上述方式设置的扭矩传感器容置在壳体中以与输入轴和输出轴连接。在此，定子保持件通过联接上外壳和下外壳而沿轴向被固定。
然而，存在的问题是，定子保持件在沿垂直于轴向的方向——即水平方向——上没有被固定的情况下会在壳中摇动。当定子保持件这样摇动时，传递磁力的定子齿的间隙被改变，并且因此存在扭矩传感器操作的可靠性降低的问题。
发明内容
技术问题
本发明提供一种扭矩传感器，其中，通过防止定子在垂直于轴向的横向方向上摇动而提高扭矩传感器操作的可靠性。
技术方案
根据本发明的一方面，扭矩传感器包括：第一外壳，所述第一外壳具有第一开口；第二外壳，所述第二外壳具有第二开口；定子，所述定子包括设置在所述第一外壳和所述第二外壳内的定子保持件以及固定至所述定子保持件的至少一个定子齿；以及转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，其中，所述定子包括面向所述第一开口的内周面的突出部。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述第一开口的直径可以大于所述第二开口的直径。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述突出部可以沿着第一虚拟圆以多个数量形成，并且所述第一虚拟圆的直径可以等于或小于所述第一开口的直径。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述第一开口的直径可以大于所述转子的外周面的直径。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述第一虚拟圆的直径可以大于所述转子的外周面的直径。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述定子的外周面的直径可以大于所述第一开口的直径且大于所述第一虚拟圆的直径。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述突出部可以沿轴向从所述定子齿突出。
在根据本发明的一方面的扭矩传感器中，所述突出部可以沿轴向从所述定子保持件突出。
在根据本发明的一方面的所述扭矩传感器中，所述扭矩传感器可以包括：集磁件，所述集磁件连接至所述定子齿；以及磁性装置，所述磁性装置构造成检测由所述集磁件收集到的磁化量。
根据本发明的另一方面，扭矩传感器包括：第一外壳，所述第一外壳中形成有第一开口；第二外壳，所述第二外壳中形成有第二开口；定子，所述定子包括设置在所述第一外壳和所述第二外壳内的定子保持件以及固定至所述定子保持件的至少一个定子齿；以及转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，其中，所述第一外壳包括形成于所述第一外壳内的第一导向槽，并且所述定子包括可旋转地联接至所述第一导向槽的第一突出部。
在根据本发明的另一方面的所述扭矩传感器中，所述突出部可以沿着第一虚拟圆以多个数量形成，并且所述第一虚拟圆的直径可以大于所述第一开口的直径。
在根据本发明的另一方面的所述扭矩传感器中，所述第一突出部可以沿轴向从所述定子保持件突出。
在根据本发明的另一方面的所述扭矩传感器中，所述第二外壳可以包括形成于所述第二外壳内的第二导向槽，并且所述定子可以包括可旋转地联接至所述第二导向槽的第二突出部。
在根据本发明的另一方面的所述扭矩传感器中，所述扭矩传感器可以包括：集磁件，所述集磁件连接至所述定子齿；以及磁性装置，所述磁性装置构造成检测由所述集磁件收集到的磁化量。
根据本发明的又一方面，扭矩传感器包括：第一外壳，所述第一外壳中形成有第一开口；第二外壳，所述第二外壳中形成有第二开口；定子，所述定子包括设置在所述第一外壳和所述第二外壳内的定子保持件以及固定至所述定子保持件的至少一个定子齿；以及转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，其中，所述定子包括第一突出部和第二突出部，所述第一突出部沿轴向突出而面向所述第一开口的内周面，所述第二突出部可旋转地联接至形成于所述第二外壳中的导向槽。
有益效果
根据本发明的实施方式，能够防止定子在垂直于轴向的横向方向上在壳内摇动，并且因此能够提高扭矩传感器操作的可靠性。
附图说明
图1为根据本发明一实施方式的扭矩传感器的分解的立体图；
图2为根据本发明一实施方式的扭矩传感器的横截面图；
图3为根据本发明另一实施方式的扭矩传感器的分解的立体图；
图4为根据本发明又一实施方式的扭矩传感器的分解的立体图；
图5为根据本发明又一实施方式的扭矩传感器的改型示例。
具体实施方式
而本发明容许各种改型和替代性实施方式，本发明的具体实施方式在附图中作为示例被示出并进行描述。然而，应当理解的是，无意于将本发明限制于所公开的特定的实施方式，相反，本发明意欲涵盖落在本发明的精神和范围内的所有的改型、等同物和替代物。
将理解的是，尽管包括诸如“第一”、“第二”等的序数词的词语可能在本文中用以描述各种元件，但这些元件不受这些词语的限制。这些词语仅用以将元件彼此区分。例如，第二元件可以被命名为第一元件而不背离本发明构思的教导，并且类似地，第一元件也可以被命名为第二元件。词语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个项目的任一个或所有组合。
将理解的是，当指出元件或层位于另一元件或层“上”、或者“连接至”另一元件或层、或者与另一元件或层“联接”时，该元件或层能够直接位于该另一元件或层上，或者该元件或层能够与该另一元件或层直接连接或联接，或者可以存在居间元件或层。相反，当元件被指“直接”位于另一元件或层“上”、或者“直接连接至”另一元件或层，或者与另一元件或层“直接联接”时，则不存在居间元件或层。
本文中所使用的术语仅用于说明特定实施方式的目的而非意在限制本发明。除非本文中另外明确指出，否则，如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在也包括复数形式。还应当理解的是，术语“包括”在本文中使用时指定所阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。
除非另有限定，否则包括本文中所使用的技术术语或科学术语的所有术语具有与由本发明构思所属技术领域中的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。还要理解的是，术语——诸如常用词典中限定的那些术语——应当被解释为具有与该术语在相关领域的背景下的含义一致的含义且不应解释为理想化的或过于正式的含义，除非本文中清楚地如此限定。
下文中将参照附图详细说明本发明的实施方式，并且不论图号如何，相同的或对应的元件将被指定相同的附图标记，并且将省去重复说明。
图1为根据本发明实施方式的扭矩传感器的分解的立体图，图2为根据本发明实施方式的扭矩传感器的横截面图。同时，图3为根据本发明另一实施方式的扭矩传感器的分解的立体图。
参照图1和图2，根据本发明实施方式的扭矩传感器包括第一外壳110、第二外壳120、定子200和转子300。在此，第一外壳110可以是上外壳且第二外壳120可以是下外壳，但是没有严格的限制。
第一外壳110和第二外壳120彼此联接以形成扭矩传感器的外部，且定子200和转子300被置于第一外壳110和第二外壳120内。在此，第一外壳110和第二外壳120可以通过形成于一侧的联接装置112和122联接。
在第一外壳110和第二外壳120中分别形成有第一开口111和第二开口121。输入轴(未示出)通过第一外壳110的第一开口111连接至转子300，且输出轴(未示出)通过第二外壳120的第二开口121连接至定子200。
在此，形成于第一外壳110和第二外壳120中的第一开口111和第二开口121的直径可以小于定子200的外直径。因此，通过联接第一外壳110和第二外壳120可以沿轴向z固定定子200。
定子200设置在第一外壳110和第二外壳120内而随输出轴旋转。
定子200包括定子保持件210和定子齿220。定子齿220成对(221和222)形成，并且每一对分别被固定在定子保持件210的上部和下部中。定子齿220设置成面向设置在转子300的外周面上的磁体310。
定子保持件210形成定子200的本体并与输出轴联接。定子保持件210可通过注塑成型法制造以固定定子齿220。定子齿220和定子保持件210的联接方式对于所有构型的常规扭矩传感器都可适用。
根据本发明的实施方式的定子200包括由形成于第一外壳110中的第一开口111的内周面支承的突出部230。然而，突出部230不局限于此且可以在形成于第二外壳120中的第二开口121处被支承。
突出部230可以形成为沿着第一虚拟圆C1在轴向z上以多个突出。在此情况下，形成于第一外壳110和第二外壳120中的开口111和121的直径可以等于或小于突出部230的旋转直径(第一虚拟圆的直径)。
可以在突出部230的旋转受到支承的容差范围内灵活选择第一开口111和第二开口121的直径。例如，在旋转时，突出部230可以与第一开口111的内周面接触或分开一定的距离。
转子300设置在定子200内并随输入轴旋转。呈环形的磁体310附接在转子300的外周面上，且定子齿220设置在磁体310的外部表面上。
当扭力杆由于输入轴和输出轴的旋转角之间的差异而扭曲时，安装在转子300上的磁体310的旋转角变得不同于定子200的旋转角，并且因此，磁体310和定子齿220之间的彼此相向的表面相对运动。因此，通过检测定子200的磁化量的改变可以测量扭矩。
为了达到此目的，扭矩传感器进一步包括：至少一个集磁件(未示出)，该集磁件与定子齿220联接以收集磁通量；用以检测由集磁件收集到的磁化量的磁性装置(未示出)；以及其中设置磁性装置的电路板(未示出)。
参照图2，第一开口的直径R1可以形成为大于第二开口的直径R3，且第一虚拟圆的直径R2可以等于或小于第一开口的直径R1。在这样的构造中，沿第一虚拟圆设置的突出部230被设置成面向第一开口的内周面111a以支承定子的旋转。
在此，由于定子的外周面的直径R4被制成大于第一开口的直径R1和第二开口的直径R3，因此定子可以被牢固地禁闭在第一外壳110和第二外壳120内。
此外，第一开口的直径R1可以大于转子300的外周面的直径R5。在此结构中，由于转子300不是禁闭在第一外壳110和第二外壳120内且易于与定子分离，因此存在易于制造和维护的优势。此外，当扭矩传感器被安装在车辆上时，由于转子300和定子200沿转向轴(输入轴和输出轴)的轴向方向被禁闭，因此传感器的性能不会降低。
突出部230可以形成为从定子保持件210或定子齿220突出。在此，突出部230沿轴向z或横向x和横向y形成为被第一外壳110或第二外壳120的内周面支承。
在这样的构造中，定子200可以沿垂直于轴向z的横向x和横向y固定在第一外壳110和第二外壳120内。也就是说，由于定子200可以在被第一外壳110或第二外壳120的内周面支承的同时旋转，从而防止定子200在旋转过程中沿水平方向x和水平方向y摇动。因此，可以提高扭矩传感器操作的可靠性。
参照图3，突出部230还可以朝向第二外壳120突出。因此，突出部230可以被第二开口121的内周面支承。
图4为根据本发明的又一实施方式的扭矩传感器的分解的立体图，图5为根据本发明的又一实施方式的扭矩传感器的改型示例。
在该实施方式中，外壳的构造和沿第一虚拟圆以多个的形式形成的突出部的构造与以上所描述的相同，并且由于仅支承突出部的结构与上述的结构不同，因而将详细说明该结构。
参照图4，在第一外壳110的内周面上可以形成呈环形的第一导向槽113以引导第一突出部231的旋转，并且由定子200形成的第一突出部231可以由第一导向槽113可旋转地支承。
在此，突出部231可以形成为沿轴向z从定子保持件210突出，并且形成于第一外壳110中的开口111的直径可以小于由突出部231的旋转勾勒出的路径的直径(第一虚拟圆的直径)。
在这样的构造中，由于定子200可以在被形成于第一外壳110的内周面中的导向槽113支承的同时旋转，因而可以防止定子200在旋转过程中沿横向x和横向y摇动。因此，可以提高扭矩传感器操作的可靠性。
然而，突出部的支承结构不是必须局限于以上所述结构。例如，如图5所示，形成于第二外壳120的内周面上的第二导向槽123可以引导第二突出部232。
此外，第一突出部231和第二突出部232可以形成在定子200中且构造成被第一外壳110的第一导向槽113和第二外壳120的第二导向槽123支承。
此外，形成于定子200中的第一突出部231可以设置成面向第一外壳110的第一开口111的内周面(参见图1)，且形成于定子200中的第二突出部232可以设置成以可旋转的方式联接至形成于第二外壳120中的导向槽123。在这种构造中，可以进一步有效地控制定子在水平方向上的摇动。
尽管上文参考并描述了本发明的示例性实施方式，将理解的是，本领域普通技术人员能够对本发明实施改型和变体而不背离所附权利要求中列出的本发明的理念和范围。

Claims (15)

1.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
第一外壳，所述第一外壳具有第一开口；
第二外壳，所述第二外壳具有第二开口；
定子，所述定子包括设置在所述第一外壳和所述第二外壳内的定子保持件以及固定至所述定子保持件的至少一个定子齿；以及
转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，
其中，所述定子包括面向所述第一开口的内周面的突出部。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述第一开口的直径大于所述第二开口的直径。
3.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述突出部沿着第一虚拟圆以多个的方式形成，并且所述第一虚拟圆的直径等于或小于所述第一开口的直径。
4.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中，所述第一开口的直径大于所述转子的外周面的直径。
5.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中，所述第一虚拟圆的直径大于所述转子的外周面的直径。
6.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其中，所述定子的外周面的直径大于所述第一开口的直径且大于所述第一虚拟圆的直径。
7.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述突出部沿轴向从所述定子齿突出。
8.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中，所述突出部沿轴向从所述定子保持件突出。
9.根据权利要求1所述的扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
集磁件，所述集磁件连接至所述定子齿；以及
磁性装置，所述磁性装置构造成检测由所述集磁件收集到的磁化量。
10.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
第一外壳，所述第一外壳中形成有第一开口；
第二外壳，所述第二外壳中形成有第二开口；
定子，所述定子包括设置在所述第一外壳和所述第二外壳内的定子保持件以及固定至所述定子保持件的至少一个定子齿；以及
转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，
其中，所述第一外壳包括形成于内表面中的第一导向槽，并且所述定子包括可旋转地联接至所述第一导向槽的第一突出部。
11.根据权利要求10所述的扭矩传感器，其中，所述第一突出部沿着第一虚拟圆以多个的方式形成，并且所述第一虚拟圆的直径大于所述第一开口的直径。
12.根据权利要求10所述的扭矩传感器，其中，所述第一突出部沿轴向从所述定子保持件突出。
13.根据权利要求10所述的扭矩传感器，其中，所述第二外壳包括形成于内表面中的第二导向槽，并且所述定子包括可旋转地联接至所述第二导向槽的第二突出部。
14.根据权利要求10所述的扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
集磁件，所述集磁件连接至所述定子齿；以及
磁性装置，所述磁性装置构造成检测由所述集磁件收集到的磁化量。
15.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
第一外壳，所述第一外壳中形成有第一开口；
第二外壳，所述第二外壳中形成有第二开口；
定子，所述定子包括设置在所述第一外壳和所述第二外壳内的定子保持件以及固定至所述定子保持件的至少一个定子齿；以及
转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，
其中，所述定子包括第一突出部和第二突出部，所述第一突出部沿轴向突出而面向所述第一开口的内周面，所述第二突出部可旋转地联接至形成于所述第二外壳中的导向槽。
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