用于测量驱动轴的力矩的传感器制造技术

本发明专利技术的主题是一种组件，其包括用于车辆的驱动轴（10）和用于测量施加到所述驱动轴（10）的力矩的值的传感器（20），所述传感器（20）包括磁场产生机构和由第一线圈（26‑1）、第二线圈（26‑2）、第三线圈（26‑3）和第四线圈（26‑4）形成的布置（26），所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈并排设置在所述轴的第一齿轮（13）和所述轴的第二齿轮（15）之间，平行于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15），所述线圈布置被安置成浸在所述磁场中，所述第一线圈（26‑1）、所述第二线圈（26‑2）、所述第三线圈（26‑3）和所述第四线圈（26‑4）的总长度等于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）的节段（P）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量驱动轴的力矩的传感器
本专利技术涉及电子测量传感器的领域，且更具体地涉及一种用于测量施加于驱动轴的力矩测量传感器。本专利技术尤其适用于测量机动车辆的驱动轴的力矩以及测量脚踏车的踏板轴的力矩，例如自行车。
技术介绍
力矩表示方向相反并且强度相等的两个共线力的系统。力矩的特征在于它的力矩，其等于其中一个力的强度与将这两个力分隔开的距离的乘积。已知使用传感器来测量安装在车辆中的驱动轴的力矩，例如机动车辆或脚踏车等。此类驱动轴可以是发动机的动力传递轴、变速箱轴、曲柄轴、踏板轴等。此类传感器（也称为“力矩计”或“转矩传感器”，英语中的torquesensor）测量经受该力矩的轴的变形，以便由此推断所述力矩的值。在这些力矩传感器中，可以区分变形仪传感器和磁性传感器。在变形仪传感器（例如具有旋转变压器的力矩计或具有远程测量系统的力矩计等）中，执行测量的电子部分安装在驱动轴上。这样显著降低了它们的鲁棒性，并且增加了它们对维护的需求，这样具有较大的缺点。称为“非接触式”传感器的磁性传感器允许部分减轻这些缺点。在磁性传感器之中，已知基于轴的磁化的力矩计和具有差动变压器的力矩计。根据定义，基于轴的磁化的力矩计需要由铁磁材料制成的轴，然而现在此类轴不一定能满足用于机动车辆或脚踏车的轴的坚固性和可靠性的条件，轴尤其可能随着时间而失去其磁化，这带来了一些缺点。关于具有差动变压器的力矩计，轴包括直径相同的第一部分和第二部分，以及连接第一部分和第二部分的直径较小的中间扭转部分。该中间部分使得可以集中由施加到轴的力矩所产生的扭转，以便允许对其进行测量。传感器的具有筒状的第一元件安装在轴的第一部分上，并且部分地围绕中间部分延伸，而传感器的也具有筒状的第二元件安装在轴的第二部分上，并且也部分地围绕中间部分延伸，使得第一部分、第一元件、第二部分和第二元件是同轴的，并且第一元件和第二元件在中间部分处彼此覆盖。在传感器的第一元件和传感器的第二元件中形成开口，并且在传感器的第一元件和传感器的第二元件的两侧将初级线圈和次级线圈安装成彼此相对。在没有扭转施加到轴上的情况下，第一元件和第二元件的开口不重合，使得在初级线圈和次级线圈之间没有磁场流通。相反，当轴传递一定的动力时，中间部分变形，使得传感器的第一元件和第二元件相对于彼此成角度地位移。该角位移使得第一元件和第二元件的开口重叠，使得磁通量于是与施加到轴的力矩成比例地在初级线圈和次级线圈之间流通。然而，制造此类传感器是复杂和耗时的，尤其是因为在初级线圈、次级线圈、开口、传感器的第一元件和传感器的第二元件之间的必需的布置和对准，这具有较大的缺点。尤其，事实证明，将第一筒状元件和第二筒状元件分别同轴地安装在轴的第一部分和第二部分上是复杂且不准确的。此外，第一元件和第二元件可能在轴旋转期间产生不平衡，这又会导致另外的明显的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是通过提出一种简单、可靠、有效并且准确的用于测量施加到机动车辆或脚踏车型的驱动轴的力矩的值的解决方案来至少部分地解决这些缺点。为此，本专利技术的目标首先是一种组件，其包括用于车辆的驱动轴和用于测量施加到所述驱动轴的力矩的值的传感器，所述驱动轴包括：•具有第一直径的筒状的第一部分，•具有第二直径的筒状的第二部分，•中间扭转部分，其连接所述第一部分和所述第二部分，并且具有小于所述第一直径和所述第二直径的截面尺寸，以便集中由施加到所述轴的力矩所产生的扭转，•第一齿轮，其同轴地安装在所述第一部分上，所述第一齿轮在其周边上包括与齿隙交替的多个齿，并且其节段对应于在所述齿的周边处所测量的由连续的一个齿和一个齿隙所限定的圆弧的长度，•第二齿轮，其与所述第一齿轮相同且与所述第一齿轮平行，所述第二齿轮同轴地安装在所述第二部分上，所述传感器包括磁场产生机构和由第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈形成的布置，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈并排布置在所述第一齿轮和所述第二齿轮之间，平行于所述第一齿轮和所述第二齿轮，所述布置被安置成浸在所述磁场中并且被配置成使得所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈的总长度等于所述第一齿轮和所述第二齿轮的节段。第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈分别在其端子处限定第一电压、第二电压、第三电压和第四电压，然后只需进行如下操作：一方面将第一电压和第三电压之间的差值的绝对值与第二电压和第四电压之间的差值的绝对值的总和与在不存在轴的扭转的情况下预先测量的所述总和的初始值进行比较，以获得第一齿轮和第二齿轮之间的开度值，即角位移的值，这表示施加到轴的力矩的值。此外，此类布置使得可以确保第一电压、第二电压、第三电压和第四电压的总和是恒定的，而不管施加到驱动轴的力矩如何，这尤其使得可以容易地校准传感器。实际上，由于传感器所测量的信号一方面取决于传感器和第一齿轮之间的距离以及另一方面取决于传感器和第二齿轮之间的距离，所以由于机械间隙对这些距离造成的任何改变都可能会造成传感器的测量出现误差。然而，第一电压、第二电压、第三电压和第四电压的总和也根据这些距离而变化，但是当这些距离不随所施加的扭转的值变化时，该总和保持恒定，这使得可以自动的方式控制传感器的灵敏度，使得当这些距离变化时，传感器不再受到干扰。此外，利用根据本专利技术的传感器，力矩信息与轴的旋转无关。因此，对于所施加的同一个力矩，无论轴是否旋转，并且当其旋转时无论其转速如何，测量值都是相同的。开度值与施加到轴上的扭转成正比，该扭转本身与施加至轴的力矩值成正比。因此，可以使用由线圈感知的磁场和施加至轴的力矩之间的对应表来提供施加至轴的力矩的值，能够以经验的方式确定该表。此类力矩值然后可以由计算机使用，例如用于管理机动车辆或机动助力脚踏车的发动机的运行参数。应当注意，根据本专利技术的传感器有利地是“非接触式传感器”类型的传感器，也就是说传感器的电子元件没有安装在轴上，这使得可以让传感器变得鲁棒且可靠，特别是在轴高速转动的时候。还将注意到，使用两个解析器类型的感应传感器，每个感应传感器各自测量靶标的位置，以便由此推断出角度偏移，将无法精确地测量力矩。实际上，解析器是一种小型旋转变压器，其一般具有一个初级线圈和电气偏移90°的两个次级线圈。初级线圈以正弦电压供电，使得次级线圈的端子处的电压是相位偏移90°的两个正弦曲线，并且其与初级线圈的相位偏移是期望进行测量的角位置的图像。然而，特别是在机动车辆领域，可能需要以小于最大力矩值的5％的精度来测量力矩，这需要以很高的精度了解两个目标的相对位置，例如小于0.04°的精度。然而，两个解析器之间的校准差以及两个传感器在测量上的噪声的总和将导致无法实现此类精度水平，特别是由于当力矩变化时靶标正在运动。在根据本专利技术的传感器的一个实施例中，线圈布置具有设置在第一齿轮和第二齿轮之间的环状扇形区的形式，平行于所述第一齿轮和所述第二齿轮。该环状扇形区由外半径和小于该外半径的内半径限定，并且设置成面对第一齿轮和第二齿轮的齿，使得扇形区的由其外半径限定的圆弧的长度对应于第一齿轮和第二齿轮的节段。优选地，第一齿轮和第二齿轮各自包括第一参考齿，第一齿轮的第一参考齿和第二齿轮的第一参考齿均在非零且小于第一齿轮和第二齿轮的节段的长度部分上面对第一线圈，以便限定对应于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组件，其包括用于车辆的驱动轴（10）和用于测量施加到所述驱动轴（10）的力矩的值的传感器（20），所述驱动轴（10）包括：• 具有第一直径（D1）的筒状的第一部分（12），• 具有第二直径（D2）的筒状的第二部分（14），• 中间扭转部分（16），其连接所述第一部分（12）和所述第二部分（14），并且具有小于所述第一直径（D1）和所述第二直径（D2）的截面尺寸，以便集中由施加到所述轴（10）的力矩所产生的扭转，• 第一齿轮（13），其同轴地安装在所述第一部分（12）上，所述第一齿轮在其周边上包括与齿隙交替的多个齿（18‑1），并且其节段（P）对应于在所述齿（18‑1）的周边处所测量的由连续的一个齿（18‑1）和一个齿隙（19‑1）所限定的圆弧的长度，•第二齿轮（15），其与所述第一齿轮（13）相同且与所述第一齿轮（13）平行，所述第二齿轮同轴地安装在所述第二部分（14）上，所述传感器（20）包括磁场产生机构和由第一线圈（26‑1）、第二线圈（26‑2）、第三线圈（26‑3）和第四线圈（26‑4）形成的布置（26），所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈并排布置在所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）之间，平行于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15），所述布置（26）被安置成浸在所述磁场中并且被配置成使得所述第一线圈（26‑1）、所述第二线圈（26‑2）、所述第三线圈（26‑3）和所述第四线圈（26‑4）的总长度等于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）的节段（P）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.21 FR 15535621.一种组件，其包括用于车辆的驱动轴（10）和用于测量施加到所述驱动轴（10）的力矩的值的传感器（20），所述驱动轴（10）包括：•具有第一直径（D1）的筒状的第一部分（12），•具有第二直径（D2）的筒状的第二部分（14），•中间扭转部分（16），其连接所述第一部分（12）和所述第二部分（14），并且具有小于所述第一直径（D1）和所述第二直径（D2）的截面尺寸，以便集中由施加到所述轴（10）的力矩所产生的扭转，•第一齿轮（13），其同轴地安装在所述第一部分（12）上，所述第一齿轮在其周边上包括与齿隙交替的多个齿（18-1），并且其节段（P）对应于在所述齿（18-1）的周边处所测量的由连续的一个齿（18-1）和一个齿隙（19-1）所限定的圆弧的长度，•第二齿轮（15），其与所述第一齿轮（13）相同且与所述第一齿轮（13）平行，所述第二齿轮同轴地安装在所述第二部分（14）上，所述传感器（20）包括磁场产生机构和由第一线圈（26-1）、第二线圈（26-2）、第三线圈（26-3）和第四线圈（26-4）形成的布置（26），所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈并排布置在所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）之间，平行于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15），所述布置（26）被安置成浸在所述磁场中并且被配置成使得所述第一线圈（26-1）、所述第二线圈（26-2）、所述第三线圈（26-3）和所述第四线圈（26-4）的总长度等于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）的节段（P）。2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述布置（26）具有设置在所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）之间的环状扇形区的形状，且平行于所述第一齿轮（13）和所述第二齿轮（15）。3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述环状扇形...

【专利技术属性】
技术研发人员：X乌尔内，
申请(专利权)人：法国大陆汽车公司，大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR