專利名稱：一種緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器，應(yīng)用于汽車助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，其信號感應(yīng)精度直接影響到駕駛的安全性與舒適度。
背景技術(shù)：
隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)得到迅猛發(fā)展。傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)逐漸被轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)代替。助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三種形式:第一類機(jī)械式液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第二類是電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；第三類電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第三類是目前汽車上應(yīng)用最廣泛的。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)英文全稱是Electronic Power Steering,簡稱EPS,它利用電動機(jī)產(chǎn)生的動力協(xié)助駕車者進(jìn)行動力轉(zhuǎn)向。EPS的構(gòu)成，不同的車盡管結(jié)構(gòu)部件不一樣，但大體是雷同。一般是由轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器、電子控制單元、電動機(jī)、減速器、機(jī)械轉(zhuǎn)向器、以及蓄電池電源所構(gòu)成。而且目前市場上扭矩和角度傳感器多采用分體結(jié)構(gòu)，不能集成在同一個模塊，從而結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)模塊化，小型化設(shè)計(jì)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種可實(shí)現(xiàn)扭矩與角度集成一體化的緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器。本實(shí)用新型提供的緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器，用于檢測輸入/輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度及扭矩，所述輸入軸與輸出軸之間還連有一扭力棒，所述的傳感器包含一 PCB板，套設(shè)在所述輸入軸上的信號輸入轉(zhuǎn)子以及套設(shè)在所述輸出軸的信號輸出轉(zhuǎn)子，當(dāng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子與信號輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述PCB板能感應(yīng)信號輸入轉(zhuǎn)子以及信號輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度，并分別處理產(chǎn)生第一和第二角度信號，且所述PCB板將第一和第二角度信號乘以所述扭力棒的扭桿系數(shù)得到兩路扭矩信號。所述PCB板可通過電磁感應(yīng)，電阻應(yīng)變式傳感，電感式傳感，電容式傳感，壓電式傳感，光電式傳感或霍爾式傳感感應(yīng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子及信號輸出轉(zhuǎn)子的角度信號，優(yōu)選電磁感應(yīng)方式。在本實(shí)用新型中，所述PCB板產(chǎn)生的扭矩信號為兩路交叉扭矩信號。在本實(shí)用新型中，所述傳感器還包含套設(shè)在所述輸入軸的中間齒輪及帶有磁體的感應(yīng)齒輪，其中，所述信號輸入轉(zhuǎn)子的一側(cè)具有一凸起，所述中間齒輪套設(shè)并固定在所述信號輸入轉(zhuǎn)子的凸起上，且所述中間齒輪與所述感應(yīng)齒輪嚙合，在本實(shí)用新型中，所述PCB板感應(yīng)中間齒輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，并處理產(chǎn)生一圈數(shù)信號。在本實(shí)用新型中，所述PCB板感應(yīng)信號輸入轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動角度為正負(fù)360度。所述PCB板感應(yīng)中間齒輪的最大轉(zhuǎn)動圈數(shù)為正負(fù)兩圈。在本實(shí)用新型中，所述傳感器號還包含一與PCB相連的信號輸出接口，以及與所述信號輸出接口相連的ECU控制單元，所述扭矩信號，以及第一和第二角度信號經(jīng)由所述信號輸出接口輸出至所述E⑶控制單元。[0012]在本實(shí)用新型中，所述信號輸入轉(zhuǎn)子與中間齒輪通過激光焊接的方式固定。[0013]在本實(shí)用新型中，所述外殼包含一本體，用于收容所述磁體，中間齒輪，信號輸入轉(zhuǎn)子和信號輸出接口。[0014]在本實(shí)用新型中，所述外殼還包含一齒輪蓋和上蓋，用于包覆所述磁體，中間齒輪，感應(yīng)齒輪，信號輸出接口，PCB板和本體。[0015]本實(shí)用新型還提供了一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包含:[0016]一轉(zhuǎn)向盤；一輸入/輸出軸，所述輸入軸與輸出軸之間還連有一扭力棒；一傳感器，包含PCB板，套設(shè)在所述輸入軸上的信號輸入轉(zhuǎn)子以及套設(shè)在所述輸出軸的信號輸出轉(zhuǎn)子，及一與所述PCB板相連接的信號輸出接口 ；一 E⑶控制單元；以及一電動機(jī)。[0017]在本實(shí)用新型中，當(dāng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子與信號輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述PCB板能感應(yīng)信號輸入轉(zhuǎn)子以及信號輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度，并分別處理產(chǎn)生第一和第二角度信號，且所述PCB板將第一和第二角度信號乘以所述扭力棒的扭桿系數(shù)得到兩路扭矩信號，經(jīng)由所述信號輸出接口輸出至所述ECU控制單元,從而控制所述電動機(jī)輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動力矩。[0018]在本實(shí)用新型中，信號輸出轉(zhuǎn)子的作用是幫助識別扭矩差，從而使感應(yīng)器計(jì)算扭矩，通過信號輸出接口發(fā)送信號給ECU，ECU發(fā)送信號給驅(qū)動單元，執(zhí)行助力驅(qū)動，從而減輕轉(zhuǎn)動扭矩，達(dá)到助力目的。[0019]本實(shí)用新型的緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器的技術(shù)特點(diǎn)是:[0020]1.模塊化設(shè)計(jì):本實(shí)用新型技術(shù)將扭矩與角度集成在同一模塊中，通過更換不同的PCB板，可以獲得扭矩傳感器或扭矩與角度傳感器兩種不同的感應(yīng)器，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不需要任何更改，不影響客戶接口設(shè)計(jì)，通用性與互換性高；[0021]2.信號感應(yīng)精度高，本傳感器的信號精度為:扭矩小于0.1度，所有測量范圍都可達(dá)到同樣的精度；[0022]3.角度測量:測量量程大，精度高，可測絕對角度1440度，精度小于I度，可從根本上解決EPS系統(tǒng)回正性問題。[0023]4.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)小巧，模塊化設(shè)計(jì)，扭矩與角度集成一體化設(shè)計(jì)；[0024]5.通過軸孔連接，扭矩測量范圍大，可達(dá)±16Nm (2Nm/度扭桿)；[0025]6.附加值高，數(shù)字接口，對外部磁場敏感度低。


[0026]圖1為本實(shí)用新型感應(yīng)傳感器一實(shí)施例的分解圖；[0027]圖2為本實(shí)用新型感應(yīng)傳感器一實(shí)施例中主體的外形圖；[0028]圖3為圖2的后視圖 。[0029]附圖標(biāo)記:[0030]1.信號輸出轉(zhuǎn)子2.上蓋 3.PCB板[0031]4.信號輸入轉(zhuǎn)子5.本體 6.中間齒輪[0032]7.齒輪蓋8.感應(yīng)齒輪 9.磁體[0033]10.信號輸出接11.凸起具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。請參見圖1，為本實(shí)用新型一實(shí)施例的分解圖，本實(shí)用新型以感應(yīng)傳感器為例。感應(yīng)傳感器包含信號輸入轉(zhuǎn)子4，PCB板3，信號輸出接口 10，信號輸出轉(zhuǎn)子1，其中，PCB板具有IC計(jì)算功能，信號輸出接口 10與PCB板3相連接。進(jìn)一步地，該傳感器應(yīng)用在汽車的輸入/輸出軸(圖中為顯示)上，輸入軸與輸出軸之間通過一扭力棒連接，信號輸入轉(zhuǎn)子4以及PCB板3套設(shè)在輸入軸上，信號輸出轉(zhuǎn)子I套設(shè)在所述輸出軸上。其中，所述PCB板包含兩塊HISW芯片(圖中未顯示)和一塊MeLeXis芯片(圖中未顯示)。當(dāng)信號輸入與輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，其產(chǎn)生的角度通過PCB板的兩塊HISW芯片處理并乘以扭桿系數(shù)，經(jīng)由信號輸出接口向ECU控制單元(圖中未顯示)輸出兩路交叉扭矩信號和角度信號。其中PCB板通過電磁感應(yīng)原理感應(yīng)輸入及輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度，也可采用其他常規(guī)方式，如電阻應(yīng)變式傳感，電感式傳感，電容式傳感，壓電式傳感，光電式傳感或霍爾式傳感感應(yīng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子及信號輸出轉(zhuǎn)子的角度信號。此外，信號輸入轉(zhuǎn)子4還套設(shè)并固定有一中間齒輪6，中間齒輪6與一帶有磁體的感應(yīng)齒輪8嚙合，其中，信號輸入轉(zhuǎn)子4的一側(cè)具有一凸起11，中間齒輪6套設(shè)并固定在信號輸入轉(zhuǎn)子4的凸起11上，且中間齒輪6與感應(yīng)齒輪8嚙合，信號輸入軸轉(zhuǎn)子與中間齒輪可激光焊接。當(dāng)輸入/輸出軸轉(zhuǎn)動角度大于360度時，且中間齒輪與一帶有磁體的感應(yīng)齒輪嚙合并驅(qū)動該感應(yīng)齒輪，MeLeXis芯片將感知和計(jì)算該感應(yīng)齒輪的位置并向ECU控制單元輸出一路圈數(shù)跟隨信號，該信號與HISW芯片的計(jì)算出一路初始的轉(zhuǎn)角信號，在ECU內(nèi)部在通過游標(biāo)算法耦合計(jì)算得出最終所需的精確角度信號。采用該角度傳感器測量量程大，精度高，可測絕對角度1440度，精度小于I度，可從根本上解決EPS系統(tǒng)回正性問題。除此以外,該傳感器還包含一收容磁體9,中間齒輪6,信號輸入轉(zhuǎn)子4和信號輸出接口 10的本體5，并通過一齒輪蓋7和上蓋3通過扣合以包覆上述部件。在上蓋2以外，還設(shè)有一信號輸出轉(zhuǎn)子I。請參見附圖2和3，為本實(shí)施例`的外殼形狀。另簡述傳感器應(yīng)用在汽車中的主要工作原理:汽車在轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器會“感覺”到轉(zhuǎn)向盤的力矩和擬轉(zhuǎn)動的方向，這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會根據(jù)傳動力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號，向電動機(jī)控制器發(fā)出動作指令，從而電動機(jī)就會根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動力矩，從而產(chǎn)生了助力轉(zhuǎn)向。如果不轉(zhuǎn)向，則本套系統(tǒng)就不工作，處于standby (休眠)狀態(tài)等待調(diào)用。由于電動助力轉(zhuǎn)向的工作特性，駕駛員會感覺到開這樣的車，方向感更好，高速時更穩(wěn)，俗話說方向不發(fā)飄。又由于它不轉(zhuǎn)向時不工作，所以，也多少程度上節(jié)省了能源。一般高檔轎車使用這樣的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比較多。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于使轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便，在設(shè)計(jì)汽車時對轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)形式的選擇靈活性增大，能吸收路面對前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn)，因此已在各國的汽車制造中普遍采用。綜上所述，本實(shí)用新型技術(shù)將扭矩與角度集成在同一模塊中，通過更換不同的PCB板，可以獲得純扭矩傳感器，角度與扭矩組合傳感器兩種不同的感應(yīng)器，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不需要任何更改，不影響客戶接口設(shè)計(jì)，通用性與互換性高。[0042]以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型。在上述實(shí)施例中，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用 新型中模塊化設(shè)計(jì)的方法和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器，用于檢測輸入/輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度及扭矩，所述輸入軸與輸出軸之間還連有一扭力棒，其特征在于:所述傳感器包含一 PCB板，套設(shè)在所述輸入軸上的信號輸入轉(zhuǎn)子以及套設(shè)在所述輸出軸的信號輸出轉(zhuǎn)子，當(dāng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子與信號輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述PCB板能感應(yīng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子以及信號輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度，并處理產(chǎn)生第一和第二角度信號，且所述PCB板將第一和第二角度信號乘以所述扭力棒的扭桿系數(shù)得到兩路扭矩信號。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于:所述PCB板產(chǎn)生的扭矩信號為兩路交叉扭矩信號。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述PCB板通過電磁感應(yīng)，電阻應(yīng)變式傳感，電感式傳感，電容式傳感，壓電式傳感，光電式傳感或霍爾式傳感感應(yīng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子及信號輸出轉(zhuǎn)子的角度信號。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器還包含套設(shè)在所述輸入軸的中間齒輪及帶有磁體的感應(yīng)齒輪，其中，所述信號輸入轉(zhuǎn)子的一側(cè)具有一凸起，所述中間齒輪套設(shè)并固定在所述信號輸入轉(zhuǎn)子的凸起上，且所述中間齒輪與所述感應(yīng)齒輪嚙合，當(dāng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子帶動所述中間齒輪轉(zhuǎn)動時，所述PCB板感應(yīng)中間齒輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)， 并處理產(chǎn)生一圈數(shù)信號。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于:所述PCB板感應(yīng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動角度為正負(fù)360度，所述PCB板感應(yīng)所述中間齒輪的最大轉(zhuǎn)動圈數(shù)為正負(fù)兩圈。
6.如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于:所述傳感器還包含一與所述PCB板相連的信號輸出接口，以及與所述信號輸出接口相連的ECU控制單元，所述扭矩信號，圈數(shù)信號，以及第一和第二角度信號經(jīng)由所述信號輸出接口輸出至所述ECU控制單元。
7.如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于:所述信號輸入轉(zhuǎn)子與中間齒輪通過激光焊接的方式固定。
8.如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于:所述傳感器還包含一本體，用于收容所述磁體，中間齒輪，信號輸入轉(zhuǎn)子和信號輸出接口 ；且所述本體還包含一齒輪蓋和上蓋，用于包覆所述磁體，中間齒輪，感應(yīng)齒輪，信號輸出接口和PCB板。
9.一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，包含:一轉(zhuǎn)向盤；一輸入/輸出軸，所述輸入軸與輸出軸之間還連有一扭力棒；一傳感器，包含PCB板，套設(shè)在所述輸入軸上的信號輸入轉(zhuǎn)子以及套設(shè)在所述輸出軸的信號輸出轉(zhuǎn)子，及一與所述PCB板相連接的信號輸出接口 ；一E⑶控制單元；以及一電動機(jī)。
10.如權(quán)利要求9所述的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子與信號輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，所述PCB板能感應(yīng)所述信號輸入轉(zhuǎn)子以及信號輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度，并分別處理產(chǎn)生第一和第二角度信號，且所述PCB板將第一和第二角度信號乘以所述扭力棒的扭桿系數(shù)得到兩路扭矩信號，經(jīng)由所 述信號輸出接口輸出至所述ECU控制單元，從而控制所述電動機(jī)輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動力矩。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器，用于檢測輸入/輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度及扭矩，該輸入軸與輸出軸之間還連有一扭力棒，該傳感器包含一PCB板，套設(shè)在該輸入軸上的信號輸入轉(zhuǎn)子以及套設(shè)在該輸出軸的信號輸出轉(zhuǎn)子，當(dāng)該信號輸入轉(zhuǎn)子與信號輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，該P(yáng)CB板能感應(yīng)該信號輸入轉(zhuǎn)子以及信號輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度，并處理產(chǎn)生第一和第二角度信號，且該P(yáng)CB板將第一和第二角度信號乘以該扭力棒的扭桿系數(shù)得到兩路扭矩信號。該感應(yīng)傳感器可實(shí)現(xiàn)扭矩與角度集成一體化的緊湊型非接觸式感應(yīng)傳感器。
文檔編號G01L5/22GK203148612SQ201220712620
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者李志鳳 申請人:上海海拉電子有限公司