感应扭矩传感器及在该感应扭矩传感器中使用的定子制造技术

本实用新型专利技术涉及感应扭矩传感器及在该感应扭矩传感器中使用的定子。本实用新型专利技术描述了用于使用感应扭矩传感器确定目标上的扭矩的系统和设备。感应扭矩传感器可包括励磁线圈、两个转子、以及两个或更多个接收线圈。接收线圈和转子中的每一者可电感耦合。两个或更多个接收线圈可被配置为产生接收电压，该接收电压可基于每个转子上的线圈的角度变化、接收线圈与转子相距的距离以及接收线圈之间的距离而通过正弦波形函数来近似。集成电路可被配置为基于第一转子与第二转子在给定周期内的角度旋转之间的计算差值来确定在目标上产生的扭矩。

Induction torque sensor and stator used in the induction torque sensor

【技术实现步骤摘要】
感应扭矩传感器及在该感应扭矩传感器中使用的定子
本技术涉及感应扭矩传感器及在该感应扭矩传感器中使用的定子。本文所述的技术整体涉及用于确定施加在物体上的扭矩的设备和系统。更具体地讲，本文所述的技术整体涉及利用电磁原理(诸如感应)来确定施加在物体上的扭矩的电子设备和系统。
技术介绍
扭矩感测设备，包括感应扭矩传感器，如今已被广泛使用。各种用途包括但不限于汽车和其他车辆、工厂环境等等。感应扭矩传感器用于确定施加在物体上的扭矩，该物体诸如为方向盘、轮轴或物体的其他传动系部件、旋转组件诸如飞轮等，在后文中被定义为“目标”。现今，感应扭矩传感器通常包括：励磁线圈，该励磁线圈被配置为当电流流过线圈时产生电磁场；两个或更多个接收线圈，所述接收线圈被配置为检测电势(一种电压，由流过励磁线圈的电流在接收线圈中感生)；以及两个转子。转子被配置为基于每个转子的位置干扰在接收线圈中的每个线圈中感生的电势的量。转子通常直接或间接地附接到目标的第一构件和第二构件，使得在目标旋转时，可基于每个转子在给定时间的相对位置在目标上检测扭矩。为了检测扭矩，通常目标包括扭力杆或元件，该扭力杆或元件设置在目标的第一构件与第二构件之间并且连接第一构件和第二构件。扭力杆通常被配置为反射施加在目标上的扭矩，该扭矩可基于附接到相应的第一构件和第二构件的两个转子的相对位置，使用电感耦合原理来测量。转子位置的此类变化继而唯一地干扰在接收线圈中感生的电压，使得可基于接收线圈中感生的电势的变化来确定转子的位置。简而言之，转子可被限定为通过数学函数(各自为“传递函数”)影响励磁线圈与每个接收线圈之间的电感耦合。通常，感应扭矩传感器利用两个绝对位置传感器，这两个绝对位置传感器被配置为测量每个转子的角度位置并计算角度差以确定施加在目标上的扭矩。然而，这些测量方法常常导致重大误差，尤其是在每分钟转数(RPM)高的应用中。例如，如果目标以高RPM旋转，而扭矩是恒定的，则即使角度差恒定，两个转子的角度也会改变。如本文所用，应用是指低RPM和高RPM。低RPM应用是指其中旋转构件以小于1,200RPM或20转/秒旋转的应用。低速RPM的示例包括但不限于汽车方向盘、自行车曲柄等。相比之下，高RPM应用通常包括涉及数千RPM的那些应用，诸如其中12,000RPM是常见的电机，等等。应当理解，高RPM和低RPM之间的区别不是固定的，并且仅用于说明和讨论的目的。因此，需要能解决这些和其他需求的感应扭矩传感器。此类需求通过本公开的一个或多个实施方案来解决。
技术实现思路
本公开的各种实施方案整体涉及感应扭矩传感器和在该感应扭矩传感器中使用的定子。根据本公开的至少一个实施方案，感应扭矩传感器包括附接到目标的第一构件的第一转子、附接到目标的第二构件的第二转子、以及相对于第一转子和第二转子对齐的定子。定子可包括至少一个磁场励磁元件、被配置为输出第一接收信号(ST)的第一接收器元件、以及被配置为输出第二接收信号(SB)的第二接收器元件。处理器可耦接到定子并且被配置为接收第一接收信号(ST)和第二接收信号(SB)，并且基于接收信号将施加在目标上的扭矩确定为角度增量(ΔΘ)的函数。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置用于与目标一起使用，该目标具有轮轴和扭力杆，该轮轴包括第一构件和第二构件，该扭力杆机械地连接第一构件与第二构件。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为其中在给定时间，角度增量(ΔΘ)代表在第一转子的旋转位置的变化(ΘRT)与在第二转子的旋转位置的变化(ΘRB)之间的相对角度变化。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可包括被近似为第一所得平均定子的第一接收器。另外，第二接收器可被近似为第二所得平均定子。已知的或可确定的距离(D0)可存在于第一所得平均定子与第二所得平均定子之间。非固定第一距离(D1)可出现在第一所得平均定子与第一转子之间。非固定第二距离(D2)可出现在第二所得平均定子与第二转子之间。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为使得已知的耦合衰减(A0)源自于已知距离(D0)，并且第一耦合衰减(A1)可源自于第一距离(D1)。第二耦合衰减(A2)可源自于第二距离(D2)。第一接收信号(ST)和第二接收信号(SB)中的每一者可以是A0、A1、A2、ΘRT和ΘRB中的每一者的函数。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为使得第一接收器和第二接收器包括线圈，该线圈被配置为用于在两相配置和三相配置中的至少一者中使用。给定相(i)的第一接收信号(ST)可根据以下方程来定义：STi＝A1*sin(ΘRT+i*δ)-A0*A2*sin(ΘRB+i*δ)，其中对于两相第一接收器配置，i＝0或1，且δ＝90，并且其中对于三相第一接收器配置，i＝0、1或2，且δ＝120。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为使得第二接收器的给定相(i)的第二接收信号(SB)可根据以下方程来定义：SBi＝A0*A1*sin(ΘRT+i*δ)-A2*sin(ΘRB+i*δ)，其中对于两相第二接收器配置，i＝0或1，且δ＝90；并且其中对于三相第二接收器配置，i＝0、1或2，且δ＝120。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为使得第一接收器和第二接收器被配置为两相配置，并且处理器被配置为根据以下方程确定角度增量(ΔΘ)：W＝每个相i的第一接收信号的平方和；X＝每个相i的第二接收信号的平方和；Y＝每个相i的第一接收信号乘以第二接收信号的和；并且对于每分钟转数低的目标：Z＝ST0*SB1-ST1*SB0，其中：ST0＝初始相的第一接收信号；ST1＝第一相的第一接收信号；SB0＝初始相的第二接收信号；并且SB1＝第一相的第二接收信号。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为使得第一接收器和第二接收器可被配置为三相配置，并且处理器可被配置为根据以下方程确定角度增量(ΔΘ)：W＝每个相i的第一接收信号的平方和；X＝每个相i的第二接收信号的平方和；Y＝每个相i的第一接收信号乘以第二接收信号的和；并且对于每分钟转数低的目标：Z等于以下各项中的一者：ST0*SB2-ST2*SB0；ST1*SB0-ST0*SB1；或ST2*SB1-ST1*SB2；其中：ST0＝初始相的第一接收信号；ST1＝第一相的第一接收信号；ST2＝第二相的第一接收信号；SB0＝初始相的第二接收信号；SB1＝第一相的第二接收信号；并且SB2＝第二相的第二接收信号。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被配置为使得第一接收器和第二接收器可被配置为两相配置，并且对于每分钟转数高的目标，处理器可被配置为根据以下方程确定角度增量(ΔΘ)：W＝每个相i上第一接收信号的平方平均值的三倍；X＝每个相i上第二接收信号的平方平均值的三倍；Y＝每个相i上第一接收信号乘以第二接收信号的平均值的三倍；并且Z＝初始相的第一接收信号乘以第一相的第二接收信号的平均值减去第一相的第一接收信号乘以初始相的第二接收信号的平均值。根据至少一个实施方案，感应扭矩传感器可被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应扭矩传感器，其特征在于，包括：/n第一转子，所述第一转子附接到目标的第一构件；/n第二转子，所述第二转子附接到所述目标的第二构件；/n定子，所述定子相对于所述第一转子和所述第二转子对齐，所述定子包括：/n至少一个磁场励磁元件；/n第一接收器，所述第一接收器被配置为输出第一接收信号(ST)；和/n第二接收器，所述第二接收器被配置为输出第二接收信号(SB)；/n处理器，所述处理器耦接到所述定子并且被配置为：/n接收所述第一接收信号(ST)和所述第二接收信号(SB)；/n基于所接收的信号将施加在所述目标上的扭矩确定为角度增量(ΔΘ)的函数；并且/n其中在给定时间，所述角度增量(ΔΘ)代表在所述第一转子的旋转位置中感测到的变化(Θ

【技术特征摘要】
20180410 US 15/949,7621.一种感应扭矩传感器，其特征在于，包括：
第一转子，所述第一转子附接到目标的第一构件；
第二转子，所述第二转子附接到所述目标的第二构件；
定子，所述定子相对于所述第一转子和所述第二转子对齐，所述定子包括：
至少一个磁场励磁元件；
第一接收器，所述第一接收器被配置为输出第一接收信号(ST)；和
第二接收器，所述第二接收器被配置为输出第二接收信号(SB)；
处理器，所述处理器耦接到所述定子并且被配置为：
接收所述第一接收信号(ST)和所述第二接收信号(SB)；
基于所接收的信号将施加在所述目标上的扭矩确定为角度增量(ΔΘ)的函数；并且
其中在给定时间，所述角度增量(ΔΘ)代表在所述第一转子的旋转位置中感测到的变化(ΘRT)与在所述第二转子的旋转位置中感测到的变化(ΘRB)之间的相对角度变化。


2.根据权利要求1所述的感应扭矩传感器，
其中，所述目标为轮轴，所述轮轴包括所述第一构件、所述第二构件和扭力杆；并且
其中，所述扭力杆机械地连接所述第一构件与所述第二构件。


3.根据权利要求1所述的感应扭矩传感器，
其中，所述第一接收器近似为第一所得平均定子；
其中，所述第二接收器近似为第二所得平均定子；
其中，所述第一所得平均定子与所述第二所得平均定子之间存在已知距离(D0)；
其中，已知耦合衰减(A0)源自于所述已知距离(D0)；
其中，第一距离(D1)出现在所述第一所得平均定子与所述第一转子之间；
其中，第一耦合衰减(A1)源自于所述第一距离(D1)；
其中，第二距离(D2)出现在所述第二所得平均定子与所述第二转子之间；
其中，第二耦合衰减(A2)源自于所述第二距离(D2)；并且
其中，所述第一接收信号(ST)和所述第二接收信号(SB)中的每一者是A0、A1、A2、ΘRT和ΘRB中的每一者的函数。


4.根据权利要求3所述的感应扭矩传感器，
其中，所述第一接收器和所述第二接收器包括被配置成在两相配置和三相配置中的至少一者中使用的线圈；
其中给定相(i)的所述第一接收信号(ST)根据以下方程来定义：
STi＝A1*sin(ΘRT+i*δ)-A0*A2*sin(ΘRB+i*δ)；
其中所述给定相(i)的所述第二接收信号(SB)根据以下方程来定义：
SBi＝A0*A1*sin(ΘRT+i*δ)-A2*sin(ΘRB+i*δ)；
其中对于初始相，i＝0，对于第一相，i＝1，并且对于第二相，i＝2；
其中对于所述两相配置，i＝0或1，且δ＝90，并且所述处理器被配置为根据以下方程确定所述角度增量(ΔΘ)：



对于所述三相配置，i＝0、1或2，且δ＝120，并且所述处理器被配置为根据以下方程确定所述角度增量(ΔΘ)：



其中：
W＝每个相i的所述第一接收信号(ST)的平方和；
X＝每个相i的所述第二接收信号(SB)的平方和；
Y＝每个相i的所述第一接收信号(ST)乘以所述第二接收信号(SB)的和；并且
其中对于每分钟转数低的两相目标：
Z＝ST0*SB1-ST1*SB0；
其中对于每分钟转数低的三相目标：
Z等于以下各项中的一者：
(a)ST0*SB2-ST2*SB0；
(b)ST1*SB0-ST0*SB1；以及
(c)ST2*SB1-ST1*SB2；
其中：
ST0＝初始相的第一接收信号(ST)；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·伯廷，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US