校正误差的转矩传感器制造技术

一种转矩传感器，用于测量一用在两个单独的轴分段部分之间的扭转杆装配的可旋转轴上施加的转矩量值。该传感器包含固定到第一轴分段部分上的第一转子，使第一分段部分的角旋转传递到该转子上。第二转子固定到第二轴分段部分上，使第二轴分段部分的角旋转传递到第二转子上。第一转子上形成两对环绕第一转子表面的圆周上隔开的信号电压接触件。至少一条电阻印刷线在每对电压信号基准之间延伸具有均匀线性分布的电阻。一对接触件托座位于在第一和第二转子之间。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子式转矩传感器，用于测量作用在可旋转轴上的转矩大小。在很多应用场合例如在各种汽车电动式转向系统中需要可靠而价廉的转矩传感器。本专利技术提供的传感器用于测量施加到扭转杆复合系统上的转矩，该系统包含一由分段部分装配的轴，利用一将二分段部分相连接的柔性扭转杆按本
公知的方式装配。在大多数情况下，一个轴分段部分的直径相对小于另一轴分段部分。施加到轴的一端上的转矩由于该扭转杆的柔性使第一轴分段部分相对第二轴分段部分旋转。根据二轴分段部分之间的相对运动可易于求得施加到轴上的转矩的量值。在先技术的转矩传感器采用固定到每一轴分段部分上的二转子的复合机构来测量二轴分段部分之间的相对运动。第一“转矩转子”固定到较小直径的轴分段部分，第二“有线路转子”固定到较大直径的轴分段部分上。通常，有线路转子向电阻印刷线提供信号基准电压和信号地基准。该转矩转子提供一信号接触件，其沿电阻印刷线在由有线路转子提供的信号基准电压和信号地基准之间的一点与之搭接。电阻印刷线用作在正电压基准和转矩测量接触件之间以及转矩测量接触件和地电位基准之间的分压器。因此，在转矩测量接触件处测量的传感器的输出电压处在电压基准电位和地电位之间的某一点。当转矩施加到轴上时，两个轴分段部分彼此相对旋转。两个轴分段部分的相对运动引起转矩测量接触件相对于地和电压基准移动，或者接近地基准而远离信号基准，或者接近信号基准而远离地基准，取决于施加转矩的方向。无论哪一种情况，转矩测量接触件上的输出电压都随接触件沿电阻印刷线的移动而变化。当转矩测量接触件接近信号基准时输出电压增加，而当转矩测量接触件朝地基准移动时则降低。因此，传感器提供的输出电压信号正比于施加到轴上的转矩的量值。按照一种设计，电阻印刷线是由一直接覆在有线路转子的表面上的弧形电阻材料层形成的。信号基准电压施加在弧形层的一端，地电位施加在另一端。由转矩测量转子伸出的转矩测量接触件沿弧形层表面与之搭接。两个转子可自由旋转，以便当轴转动时协调地旋转。然而，当转矩旋加到轴上时，两个转子彼此相对旋转，如上所述，转矩测量接触件沿电阻弧形层移动，因此产生转矩信号。按另一种设计，电阻印刷线是在一单独的固定印刷电路板上形成的。印刷线是圆形的，由两个转子伸出的接触元件当轴组件旋转时沿电阻印刷线表面与之搭接。由有线路转子伸出信号基准电压接触件和地基准用接触件，由转矩测量转子伸出转矩信号接触件。当适当对准就位时，由转矩测量转子伸出的转矩信号接触件直接处在由有线路转子伸出的信号基准电压接触性和地基准用接触件之间的一点。施加到轴组件上的转矩使二转子部分彼此相对旋转，因此，使各接触件彼此相对移动，从而改变它们沿电阻印刷线的相对间隔。电阻印刷线用作一分压器，改变转矩测量接触件和各信号基准用接触件之间电阻比率，从而产生如上所述的与施加到轴组件上的转矩成比例的输出信号。无论按哪一种设计，为了提高传感器的可靠性，都希望产生两个独立的输出信号。通常上述的接触件的各配置方式都与第一组接触件按180°间隔重复。第二组接触件工作与第一组严格相似，除去极性相反之外。因此，当沿一个方向施加的转矩将使第一转矩输出信号增加时，同一转矩将使第二输出信号降低，反之亦然。其结果是两个输出信号具有相反的变化斜率。已有的传感器设计结构的缺点在于，它们对存在的未对准问题是敏感的。通常，两个轴分段部分不是以最佳方式沿轴组件的旋转轴线确定中心。扭转杆的柔性以及制造公差都可能导致二轴分段部分形成的偏移达到1毫米大。由于这种偏移的影响，在转矩测量转子上的转矩测量接触件并不总是与由有线路转子上形成的信号基准用接触件准确排成一行。当二轴分段部分未对准时，各转矩测量用接触件的中心不在各基准之间，传感器输出不真实的转矩信号。为了说明这一点，假设由有线路转子提供的正电压基准为+5.0伏。由于两个轴分段部分适当对准以及没有转矩施加到轴组件上，两转矩测量接触件中的每一个位于在它们各自的+5.0伏和地基准之间严格半程的点处贴靠电阻印刷线。在5.0伏信号电压基准和信号地基准之间的5.0伏电压降将由转矩测量接触件均衡分压，使得在每个转矩测量接触件上形成的电压为+2.5伏。换句话说，当采用+5.0伏信号基准时，+2.5伏的输出电压表示没有转矩施加到轴上。如果沿顺时针方向向轴组件施加转矩，转矩测量转子将相对有线路转子旋转。第一转矩测量接触件将沿电阻印刷线朝+5.0伏基准旋转，第二转矩测量接触件将朝地基准旋转。取决于施加转矩的量值，第一转矩测量接触件上的电压将朝+5.0伏增加，第二转矩测量接触件上的电压将朝0.0伏降低。在第一转矩信号上大于+2.5伏的输出电压和在第二转矩信号上小于+2.5伏的输出电压将表明沿顺时针方向施加转矩，施加的转矩的量值与由+2.5伏到在转矩测量接触件上测量的输出电压变化成比例。相反，在第一转矩信号上小于+2.5伏的输出电压和在第二转矩信号上大于+2.5伏的输出电压将表明沿逆时针方向施加转矩，转矩的量值与距+2.5伏的电压变化大小成比例。无论在哪一种情况，由于两个接触件安装在同一个转子上和一致地移动，在一个转矩测量接触件上的正电压变化量等于在另一个转矩测量接触件上的负电压变化量。然而，如果两个轴分段部分是未对准的，在两个转矩输出测量接触件上的电压将不是预期的。由于两个轴分段部分偏离中心，各转矩测量接触件将不是在信号电压基准用接触件和地基准用接触件之间正好排成一行。因此，在静止位置或在零转矩下的信号测量多少不同于二分之一的信号基准电压。例如，同样采用+5.0伏的信号基准，在每个转矩输出接触件上转矩信号可以预期为+2.5伏。然而，如果两个轴分段部分未对准，这样两个转矩输出接触件朝它们各自的地基准位移，即使没有向轴施加转矩，两个输出用接触件上的电压也将小于+2.5伏。很明显，利用两个低于+2.5伏的信号是不正确的，这是由于在正常的状态下，施加到轴上的转矩应使一个信号上升超过+2.5伏，另一个下降低于+2.5伏。在这些条件下，由于两个信号相等，可以认为没有转矩施加到轴上。然而，如果两个信号不相等，就不可能确定施加多大的转矩。因此需要一种转矩传感器，其能适应偏移的两个轴分段部分，仍然可以提供与施加到轴上的转矩量值成比例的精确的输出信号。这种传感器将能监测利用柔性扭转杆连接的两个单独的轴分段部分的相对位置。这种传感器还能使轴自由旋转，还产生至少一个与施加到轴上的转矩量值成比例的输出信号，与两个轴分段部分是否按最佳方式对准无关。根据上述现有技术，本专利技术的主要目的之一是提供一种可靠，低廉的转矩传感器。本专利技术的另一个目的是提供一种转矩传感器，其能提供与施加到可旋转轴上的转矩量值成比例的精确的输出电压信号。本专利技术的再一个目的是提供一种转矩传感器，其形成两个具有相反变化斜率的独立的转矩信号，两个信号可平均以补偿由于各传感器的元件的未对准引起的信号误差。本专利技术的又一个目的是提供一种转矩传感器，其具有两个独立的由第一轴分段部分驱动的接触件托座，并与由第二轴分段部分驱动的有线路转子相互作用以形成两个独立的转矩信号。本专利技术的再一个目的是提供一种转矩传感器，其中两个独立的接触件托座直接耦合到有线路转子，使接触件托座相对于有线路转子的移动被限制在围绕有线路转子的旋转轴线的旋转角范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转矩传感器，用于测量施加到一可旋转轴上的转矩量值，通过测量在由柔性扭转杆连接的第一轴分段部分和第二轴分段部分之间的角位移来测量该转矩，所述传感器包含：固定到所述第一轴分段部分上的第一转子；固定到所述第二轴分段部分上的第二转子； 第一和第二接触件托座，位于在所述第一和第二转子之间，所述二接触件托座由所述第二转子旋动；用于产生与所述第一接触件托座相对于所述第一转子的位置对应的第一独立转矩信号的装置；以及用于产生与所述第二接触件托座相对于所述第一转子的位置对应 的第二独立转矩信号的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H吴，JA德弗兰科，MJ德沙恩，MB拉考瑟，刘欧源，
申请(专利权)人：梅索德电子有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]