專利名稱：旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)專利權(quán)利要求I的前序的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器。這樣的傳感器從DE 198 34 322 Al 已知。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域為機動車輛的轉(zhuǎn)向，其中不僅要測量轉(zhuǎn)向器軸的轉(zhuǎn)角，而且還要測量施加在轉(zhuǎn)向器軸上充當(dāng)轉(zhuǎn)矩的力。此轉(zhuǎn)矩可測量為置于轉(zhuǎn)向器軸的兩個部段之間的扭桿的轉(zhuǎn)矩角。就此而言，扭桿的其它參數(shù)是已知的。最初提到的DE 198 34 322 Al公開了一種用于同時測量可轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器。在兩個軸段上放置第一齒輪和第二齒輪，它們隨著所分配的軸段轉(zhuǎn)動。第一齒輪與攜帶磁體的第三齒輪嚙合。第一磁性傳感器分配給該磁體。另一軸段的第二齒輪與第四齒輪和第五齒輪嚙合，且也給這些齒輪分配磁體和磁性傳感器。第四齒 輪與第五齒輪的齒數(shù)相差至少1，使得能以已知方式來確定軸段的絕對旋轉(zhuǎn)角，即使是對于大于360°的旋轉(zhuǎn)角而言。在第三齒輪和第四齒輪上的齒數(shù)相同，且同樣第一齒輪和第二齒輪的齒數(shù)也相同，使得對于無轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)，第三齒輪和第四齒輪同步轉(zhuǎn)動。但如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩，那么在第一軸段與第二軸段之間出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)矩角，使得第三齒輪和第四齒輪具有不同的旋轉(zhuǎn)設(shè)置，這可通過評估分配給第三齒輪和第四齒輪的磁性傳感器來確定，因為從這兩個傳感器的輸出信號形成差異信號。簡要地總結(jié)，已知的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器具有五個齒輪、三個磁體和三個磁性傳感器。用于測量旋轉(zhuǎn)角和/或轉(zhuǎn)矩的類似的傳感器也從EP I 426 750 Al和US7, 258,027 B2已知，其中也使用齒輪、磁體和磁性傳感器。在最初提到的傳感器中，問題在于磁體相互屏蔽，這些磁體的磁場允許僅影響所分配的磁性傳感器，而不是鄰接磁性傳感器的磁體。因此關(guān)于這樣的傳感器的小型化，可能出現(xiàn)問題。而且，磁體的材料成本是非常重要的方面。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是為了產(chǎn)生一種更簡單且更少干擾的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其也能以更具有成本效益的方式制造。這個問題由專利權(quán)利要求I所示的特點解決。本發(fā)明的有利實施例和額外形式在附屬權(quán)利要求中給出。如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器使用五個齒輪和三個傳感器，但是僅使用兩個磁體。兩個磁性傳感器分配給磁體之一。第一磁性傳感器直接分配給相對應(yīng)的磁體且檢測其角設(shè)置。本發(fā)明規(guī)定至少兩個圓弧段形磁性引導(dǎo)件分配給第一磁體，每個弧段彼此成一定間隔。這些圓弧段形磁性引導(dǎo)件的磁場由相對應(yīng)數(shù)量的磁通引導(dǎo)件引導(dǎo)到第二磁性引導(dǎo)件，第二磁性傳感器測量磁場強度且優(yōu)選地為霍爾傳感器。


在下文中，使用與附圖有關(guān)的實施例示例來更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。附圖示出
圖I:從斜上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器的示意透視圖。圖2 :從斜下方觀察的圖I的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器的透視示意圖。圖3:圖I和圖2的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器的截面圖。圖4:沿著圖3的線A-A所截取的放大截面。圖5:本發(fā)明的第二實施例示例的類似于圖4的截面圖。圖6:本發(fā)明的第二實施例示例的類似于圖I的視圖。 圖7:類似于圖6的視圖，但省略了齒輪以使得磁通引導(dǎo)件的布置清楚。
具體實施例方式圖I至圖3的傳感器附連到軸上，該軸具有第一軸段I和第二軸段2，第一軸段I例如為機動車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向器軸，第二軸段2例如為所謂的機動車輛轉(zhuǎn)向的小齒輪軸。兩個軸段I和2由扭桿3而彼此連接。附連帶有多個齒NI的第一齒輪4以便不隨著第一軸段I轉(zhuǎn)動。具有相同齒數(shù)NI的第二齒輪5與第二軸段2連接。第一齒輪4與第三齒輪6嚙合，第三齒輪6具有第二齒數(shù)N2,出于傳動比的目的,第二齒數(shù)N2通常顯著地小于齒數(shù)NI。第二齒輪5與第四齒輪7哨合，第四齒輪7具有與第三齒輪6相同的齒輪模數(shù)。此外，第二齒輪5與第五齒輪8哨合，第五齒輪8的齒數(shù)N3同樣顯著地小于第二齒輪5的齒數(shù)NI，但其不同于齒數(shù)N2且實際上優(yōu)選地相差至少一個齒。第一磁體9分配給第四齒輪7，第一磁體9隨著齒輪7 —起轉(zhuǎn)動且被直徑地磁化。第二磁體10分配給第五齒輪8上，第二磁體10隨著第五齒輪8轉(zhuǎn)動且同樣被直徑地磁化。第一傳感器11分配給第一磁體9，第一傳感器11固定地放置于條形導(dǎo)體板24上且檢測第一磁體9的旋轉(zhuǎn)設(shè)置。此例如可為AMR傳感器。第一傳感器11放置于第四齒輪7的指向第二軸段2的一側(cè)。在第四齒輪7的指向第一軸段I的一側(cè)放置至少兩個圓弧段形磁性引導(dǎo)件12和13，磁性引導(dǎo)件12和13與第一磁體9以磁力耦合。在圓弧段形磁性引導(dǎo)件之間存在間隔14，間隔14形成空氣間隙。由鐵磁材料制成的兩個磁性引導(dǎo)件12和13連接成以便不隨著第四齒輪7轉(zhuǎn)動且被配置為平盤。磁性引導(dǎo)件12由第一磁體9在第一磁方向(例如南向)被磁化，而另一磁性引導(dǎo)件13在相反方向被磁化(例如北向)。因此，在兩個磁性引導(dǎo)件12與13之間的間隔14形成空氣間隙。應(yīng)理解，第四齒輪7可由非磁性材料制成。第三齒輪6和第四齒輪7能繞共同旋轉(zhuǎn)軸線15旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線15平行于軸的旋轉(zhuǎn)軸線。第二磁性傳感器16放置于第三齒輪6的中心開口 20中。此外，匹配圓弧段形磁性引導(dǎo)件12和13的數(shù)量的多個磁通引導(dǎo)件17和18附連到第三齒輪6。在圖3的截面圖中，磁通引導(dǎo)件17和18基本上為L形，且在每種情況下，一個支腿在圓弧段形磁通引導(dǎo)件12和13的方向中突出且在那里止于微小間隔19，此間隔19形成空氣間隙。磁通引導(dǎo)件17和18的其它支腿平行于第三齒輪6的平面延伸，且這些水平支腿之一在第三齒輪6的一側(cè)上延伸且這些平行支腿中的另一個在第三齒輪6的另一側(cè)上延伸。因此，第二傳感器16位于磁通引導(dǎo)件17和18的兩個水平支腿之間，為此，第三齒輪6具有凹口 20。第二磁性傳感器16由引腳21保持，引腳21附連到固定條形導(dǎo)體板22。引腳21穿過在磁通引導(dǎo)件17的水平支腿中的開口 23突出，且電導(dǎo)體通過此引腳被引導(dǎo)到第二磁性傳感器16。作為引腳21的替代，也可僅用電導(dǎo)體來支承第二磁性傳感器16，如果它們具有充分的機械強度。圓弧段形磁性引導(dǎo)件12和13 (—方面)和磁通引導(dǎo)件17和18 (另一方面)放置成使得指向磁性引導(dǎo)件12和13的磁通引導(dǎo)件17和18的支腿處于中立設(shè)置，中立設(shè)置由零轉(zhuǎn)矩角限定，在兩個圓弧段形磁性引導(dǎo)件12和13之間的間隔14正上方。因此，在圓弧段形磁性引導(dǎo)件12與13的極之間的磁路延伸穿過磁通引導(dǎo)件17和18的上文所提到的支腿和其中放置第二傳感器16的間隙，使得在磁通引導(dǎo)件17與18的水平支腿之間不出現(xiàn)磁場且第二傳感器16仍不生成輸出信號。如果在兩個軸段I與2之間出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩角，那么第三 齒輪6與第四齒輪7不同地扭轉(zhuǎn)，使得磁通引導(dǎo)件17和18的朝向圓弧段形磁性引導(dǎo)件12和13突出的支腿穿過間隔14所形成的空氣間隙而扭出，且經(jīng)由磁通引導(dǎo)件17和18，磁場導(dǎo)向至第二傳感器16，第二傳感器16傳遞與磁場強度成比例的輸出信號，該輸出信號為待測量的轉(zhuǎn)矩角的測量值。分配給第二磁體10的第三傳感器25被設(shè)計成類似于第一傳感器11且附連到固定條形導(dǎo)體板24上，第一傳感器11和第三傳感器25能附連到共同條形導(dǎo)體板24上。由于第四齒輪7與第五齒輪8具有不同齒數(shù)(N2和N3)，其優(yōu)選地差別為至少1，那么以已知方式，對于第二軸段2的旋轉(zhuǎn)角也能檢測到超過360°的角范圍。負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩角的第二傳感器16的靈敏度基本上取決于齒輪的N1:N2傳動比。傳動比越大，兩個齒輪6與7相對于彼此的相對扭轉(zhuǎn)就越大(若存在轉(zhuǎn)矩角)。但是，高傳動比必需要很小直徑和因此第三齒輪6和第四齒輪7的齒數(shù)較少。由于這些齒輪6和7實際上由塑料制成，齒數(shù)不能制成為像所需要那樣小，因為如果軸段I和2迅速旋轉(zhuǎn)，那么會由于摩擦而出現(xiàn)高溫，且因此對齒輪的更大磨損。盡管如此，為了獲得對轉(zhuǎn)矩角更高的測量靈敏度和更高的分辨能力，根據(jù)圖5至圖7的本發(fā)明的另外的實施例規(guī)定使用多極軸向磁化磁體和更大量的磁通引導(dǎo)件。在圖5的實施例示例中，在第四齒輪7上放置具有六個圓弧段形磁性區(qū)段26、27、28、29、30、31的多極磁體，這些磁性區(qū)段在北向和南向中交替磁化。對應(yīng)于圓弧段形磁性區(qū)段的數(shù)量，設(shè)置相對應(yīng)的多個磁通引導(dǎo)件32、33、34、35、36，37，且磁通引導(dǎo)件32、34、36彼此連接且其水平支腿在第三齒輪6的一側(cè)上延伸，而其它磁通引導(dǎo)件33、35和37連接到彼此且其水平支腿在第三齒輪6的另一側(cè)上延伸。由于這種布置，在第三齒輪6與第四齒輪7之間較小的相對旋轉(zhuǎn)角導(dǎo)致在第二傳感器16上磁場的更大變化且因此導(dǎo)致提高的對于轉(zhuǎn)矩角測量的分辨能力。對于此實施例示例，根據(jù)一變型，第一磁體9可提供為雙極直徑磁化的磁體，如在圖I和圖3的實施例示例中那樣，且在第四齒輪7 —側(cè)上的第一磁體9和在第四齒輪7另一側(cè)上的多極磁體通過磁屏蔽板39而彼此解稱,使得第一磁體9具有與第一實施例不例相同的功能。根據(jù)一替代方案，第一磁體9也可由磁性電纜替換，磁性電纜延伸穿過多極磁體的南極和北極，多極磁體穿過第四齒輪7且穿過磁屏蔽板39中的開口，以將雙極磁體的相對應(yīng)的磁場效應(yīng)傳到第一磁性傳感器11。而且，使用多極磁體具有以下優(yōu)點當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩時，所造成的作用于第二傳感器16上的磁場強度比使用圖I至圖3的實施例示例的雙極磁體9的情況更強。
為了全面起見，再次提到所有齒輪4至8由如塑料的非磁性材料制成。齒輪6、7和8保持在已知設(shè)計的張緊框架中，諸如在DE 199 62 241 Al中所述的那樣。
權(quán)利要求
1.旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其具有兩個軸段(1，2)，在所述兩個軸段(1，2)之間放置扭桿(3)， 第一齒輪(4)，以防扭的方式與所述第一軸段(I)連接， 第二齒輪(5)，以防扭的方式與所述第二軸段(2)連接，所述第一齒輪和第二齒輪(4，5)具有相同的齒數(shù)(NI)， 第三齒輪(6),與所述第一齒輪(4)卩齒合， 第四齒輪(7)和第五齒輪(8)，與所述第二齒輪(5)嚙合， 其中所述第三齒輪和所述第四齒輪出，7)具有相同的齒數(shù)(N2)，所述齒數(shù)(N2)小于所述第一齒輪和第二齒輪(4，5)的齒數(shù)(NI), 其中所述第五齒輪(8)具有與所述第四齒輪(7)的齒數(shù)(N2)相差至少I的齒數(shù)(N3)， 兩個磁體(9，10)，分配給所述第四齒輪和第五齒輪(7，8)， 以及磁性傳感器(11，16，25)，分配給所述第三齒輪、第四齒輪和第五齒輪出，7，8)， 其特征在于，在所述第四齒輪(7)上附連有圓弧段形磁性引導(dǎo)件(12，13)，在所述第三齒輪(6)上附連有磁通引導(dǎo)件(17，18)，其端部放置成相對于所述圓弧段形磁性引導(dǎo)件(12，13)處于一間隔(19)，其中所述磁性引導(dǎo)件(17，18)的支腿位于分配給所述第三齒輪(6)的磁性傳感器(16)的兩側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述圓弧段形磁性引導(dǎo)件(12，13)在它們之間具有一間隔(14)，所述間隔(14)形成空氣間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述磁通引導(dǎo)件(17，18)位于所述第四齒輪(7)的指向所述第三齒輪(6)的一側(cè)，且所述第一傳感器(11)位于所述第四齒輪(7)的與它們相反的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述磁通引導(dǎo)件(17，18)具有L形截面，具有平行于所述第三齒輪(6)延伸的支腿和垂直于所述第三齒輪(6)延伸的支腿，所述平行延伸的支腿之一在所述第三齒輪(6)的一側(cè)延伸且所述另一磁通引導(dǎo)件的一個平行延伸的支腿在所述第三齒輪(6)的另一側(cè)延伸，且所述第二傳感器(16 )放置于這些平行的支腿之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述第二傳感器(16)放置于所述第三齒輪(6)的開口(20)中且經(jīng)由引腳(23)和/或電導(dǎo)體而與固定條形導(dǎo)體板(22 )連接，所述引腳(23 )和/或電導(dǎo)體通過在平行于所述第三齒輪(6 )延伸的所述支腿之一中的開口(23)突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述第一傳感器(11)為AMR傳感器且所述第二傳感器(16)為霍爾傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述圓弧段形磁性引導(dǎo)件由多極磁體形成，其具有多個磁性區(qū)段(26，27，28，29，30，31)，所述多個磁性區(qū)段在北向和南向中交替磁化，且設(shè)置兩組磁通引導(dǎo)件(32，33，34，35，36，37)，第一組(32，34，36)具有在所述第三齒輪(6)—側(cè)的水平支腿和另一組(33，35，37)具有放置于所述第三齒輪(6)的另一側(cè)的水平支腿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述多極磁體由面對所述第一傳感器(11)的磁屏蔽板(39 )磁屏蔽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其特征在于，所述多極磁體的北極(27)和南極(30)通過磁導(dǎo)體(40)連接，所述磁導(dǎo)體(40)在所述第一傳感器(11)的方向中延伸穿過所述第四齒輪(7)和所述磁屏蔽板(39)。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩傳感器，其具有兩個齒輪(4,5)，兩個齒輪(4,5)連接以便不隨著軸段(1,2)轉(zhuǎn)動，齒輪(4,5)與齒輪(6,7)嚙合。在其中一個齒輪(7)上附連單極或多極磁體(12,13)。在另一齒輪(6)上，附連與極數(shù)匹配的磁通引導(dǎo)件(17,18)，所述磁通引導(dǎo)件(17,18)被配置為L形。所述磁通換能器(17,18)的一個支腿指向多極磁體(12,13)的方向，而另外的支腿平行于齒輪(6)延伸且實際上在齒輪(6)一側(cè)存在一個支腿且在齒輪(6)的另一側(cè)存在另一支腿，且這些支腿之間圍繞有位于齒輪(6)中的第二傳感器(16)。
文檔編號G01L3/10GK102889852SQ201210252358
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者V.克利門科, J.雅爾斯托費爾 申請人:波恩斯公司