集成有旋转元件的角度位置传感器的扭矩传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种旨在安装在机动车辆中的旋转元件（2）上的扭矩传感器（1），其包括至少一个应变仪，并且发射根据由旋转元件（2）经受的扭转而变化的电信号，所述扭矩传感器（1）具有运动部分和固定部分，其中运动部分旨在与旋转元件（2）一起被驱动旋转并包括所述至少一个应变仪，固定部分包括第一印刷电路板。所述扭矩传感器（1）还用作角度位置传感器（1），运动部分承载靶子（4），所述靶子是成角度分布的，并且接连面对面地经过由第一板所承载的第一环形区段，第一环形区段包括产生正弦信号的次级接收器绕组，产生余弦信号的次级接收器绕组，和在所述接收器绕组中感应出电压的初级发射器绕组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成有旋转元件的角度位置传感器的扭矩传感器
本专利技术涉及一种旨在安装在机动车辆中的旋转元件上的扭矩传感器，该扭矩传感器集成有旋转元件的角度位置传感器。
技术介绍
通常，动力传输机械的控制可能需要实时测量与运行点相关联的物理参数。寻求更强的性能以及更强的操作安全性（且尤其是与电子控制相关联时），可以解释测量这些系统的运行条件的需求，并且该需求变得更加重要。通常明智的是不仅测量扭矩而且也测量旋转元件的角度位置。作为具体的示例，这已经在现代机动车辆发动机上广泛执行。具体地，在不限制本专利技术的范围的情况下，（通常与凸轮轴的位置的测量有关的）测量机动车辆内燃发动机上的曲柄角在数年前变得有必要，这是源于出现了电子控制喷射，以及源于了解发动机及其活塞位置的需求。了解该位置使得可以非常精细地控制燃料的喷射以及点火，并且使得可以在非常精确的时刻启动这些动作。电子控制的引入带来了许多进步，特别是增加了发动机提供的功率或降低了其燃料消耗。类似地，知道如何测量涉及电动马达的发动机的位置，速度或电流已经使得创建新的发动机布局或显著提高这种发动机的性能成为可能。通过相关的示例，对同步马达的角度位置的足够精确的测量允许对其产生的扭矩进行更精细的控制，并且波动被限制。因此，已知的实践是，使用感应型角度位置传感器来测量机动车辆中的电动马达的轴或燃烧发动机的曲轴的角度位置。文献FR-A-3023611特别公开了这一点。图2示出了定位在电动马达6上的角度位置传感器1，电动马达6包括定子部分11和连接至输出轴2的转子部分12。角度位置传感器1相对于马达的定子部分11固定地安装，并且适合于检测固定在马达6的转子部分12上的靶子4的位置。以已知的方式，通过测量位置传感器1的输出电压来检测靶子4的位置。尽管使用简单，可靠和低成本的技术来测量角度位置已经广为流传地被实践很多年了，但是在测量扭矩时却绝对不是这种情况。用于测量动力轴上或组件上的扭矩的性能更好的技术的出现使人们有可能设想将这种测量作为标准纳入系统中，并设计出新的、更有效、可靠和性能更好的控制方法。在汽车领域，这种趋势不仅限于发动机/马达。例如，对于与动力传输有关的所有系统，例如变速箱齿轮箱尤其是自动变速箱，差速器，……，直至车轮系统和制动系统，都是如此。但是，有一些因素限制了这种传感器在动力传输系统中的发展，这些因素主要是它们的成本和尺寸。具体而言，就尺寸而言，即使制造商为减小传感器的尺寸做出了巨大的努力，这些仍需要被集成到其尺寸和因此的可用空间越来越受到限制的系统中。制造商的明确目标是优化尺寸并减轻车辆的重量。因此，在同一根轴上，必须使用角度位置传感器和扭矩传感器，这使得它们在尺寸和价格上难以组合。然而，在扭矩传感器和角度位置传感器之间存在类比，存在传感器的运动部分和固定部分，角度位置传感器的运动部分承载旋转的靶子。从现有技术中已知的实践是，将扭矩传感器和角度位置传感器用于机动车辆转向柱。该解决方案包括许多位置传感器，其中至少一个位置传感器可以测量传感器转子（作为其中心部分）相对于作为其固定部分的传感器主体旋转的位置。扭矩测量，就其本身而言，通常是从这些位置传感器中的至少两个的测量值推导出的。它要求该柱足够柔韧，以至于当在柱上施加扭矩时，柱会受到扭转，从而导致转向杆的两个不同部分之间的角度位置不同。挠度的测量是各自固连在两个不同部分中的一个上的两个单元之间的相对位置的差别，它给出了柱上的扭矩的图像。通常，这两个单元是磁集中器电路，这使得可以根据它们的相对位置来调节整个电路的磁阻，从而调节磁传感器（尤其是霍尔效应传感器）处的磁场强度。这种扭矩测量的解决方案不能按原样传递给用于测量动力扭矩的应用，因为动力传动轴或组件上的挠度太小，无法提供足够的信号分辨率和精度。可以设想光学替代方案，但是成本高昂。最后，这种结构会遇到针对变速器中存在的油和污染物的密封问题。
技术实现思路
本专利技术所基于的问题是设计一种扭矩传感器，该扭矩传感器能够集成有角度位置传感器，以对机动车辆中的旋转元件上的扭矩和角度位置进行双重测量，同时使两个传感器的元件尽可能多的为两者共有，以便不增加传感器的尺寸。为此，本专利技术涉及一种旨在安装在机动车辆中的旋转元件上的扭矩传感器，该扭矩传感器包括布置在粘合性材料层上的至少一个应变仪，所述至少一个应变仪发射根据由旋转元件在扭矩作用下经受的扭转而变化的电信号，电信号的发射和接收使得可以在通过传输装置进行处理之后测量旋转元件的扭矩，扭矩传感器具有运动部分和固定部分，其中运动部分旨在与旋转元件一起被驱动旋转并包括所述至少一个应变仪，固定部分包括第一印刷电路板，其特征在于，扭矩传感器还用作角度位置传感器，运动部分承载靶子，所述靶子是成角度分布的，并且在运动部分的旋转期间面对面地接连经过由固定的第一印刷电路板所承载的第一环形区段，第一环形区段包括设计成在靶子面对面地经过它时产生正弦信号的至少一个环形第一次级接收器绕组，设计成在靶子面对面地经过它时产生余弦信号的至少一个第二次级接收器绕组，和设计成在所述次级接收器绕组中感应出电压的至少一个环形初级发射器绕组。如何修改扭矩传感器以使其具有作为角度位置传感器的附加功能，同时将传感器中的两个功能组合在一起，这一点并不明显。例如，发送到传感器固定部分的检测到的扭力值的传输必须不干扰每个靶子通过的次级绕组的余弦和正弦值的计算。传感器固定部分的印刷电路板需要专门重新设计，以便使该板的一个区域专用于测量扭矩，而另一区域专用于初级和次级绕组。所有这些都非常不利于在同一传感器内将扭矩测量功能与角度位置测量功能结合在一起的想法。通过在印刷电路板上限定专用于角度位置测量的环形区段，可以解决该问题。这使得可以避免专用于测量扭矩的信号与专用于测量角度位置的信号之间的干扰。获得的技术效果是具有了一种扭矩传感器，该扭矩传感器也可以用作角度位置传感器。由于扭矩传感器的元件用作角度位置传感器的元件，因此在扭矩传感器和角度位置传感器之间具有高度协同的效果，并且由此获得的传感器不是两个不同传感器的简单并置。例如，构成扭矩传感器的运动部分的一部分的压力装置或印刷电路板可以用作角度位置传感器所需的靶子的支撑件，这意味着最终的传感器所占空间不会超过扭矩传感器，却同时执行了第二功能。因此，这实现了传感器的成本和尺寸的限制，该传感器用于同时测量包括旋转驱动元件的动力传输系统的角度位置和扭矩。可以认为这种合并的附加成本是可忽略的，因为已经确定了可以作为两个传感器所共有的元件。感应式位置传感器的有源部分可以集成到扭矩传感器的固定部分中的第一印刷电路板上。唯一的附加成本是用于测量角度位置的功能所需的电子部件，以及可能需要用于放置这些部件的印刷电路板的附加表面积。位置传感器的运动部分可以有利地被加工到扭矩传感器中已经存在的元件中。这样，附加的成本在于进行这种修改所需的机加工和处理步骤，并且可能在于形成靶子的材料的额外体积。有利地，蚀刻到固定的第一印刷电路板中的是：一方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旨在安装在机动车辆中的旋转元件（2）上的扭矩传感器（1），所述扭矩传感器（1）包括布置在粘合性材料层上的至少一个应变仪（3），所述至少一个应变仪（3）发射根据由旋转元件（2）在扭矩作用下经受的扭转而变化的电信号，电信号的发射和接收使得可以在通过传输装置进行处理之后测量所述旋转元件的（2）扭矩，所述扭矩传感器（1）具有运动部分和固定部分，其中运动部分旨在与旋转元件（2）一起被驱动旋转并包括所述至少一个应变仪（3），固定部分包括第一印刷电路板（8），其特征在于，所述扭矩传感器（1）还用作角度位置传感器（1），运动部分承载靶子（4），所述靶子是成角度分布的，并且在运动部分的旋转期间接连面对面地经过由固定的第一印刷电路板（8）所承载的第一环形区段（8a），第一环形区段（8a）包括设计成在靶子（4）面对面地经过它时产生正弦信号的至少一个环形第一次级接收器绕组（25），设计成在靶子（4）面对面地经过它时产生余弦信号的至少一个第二次级接收器绕组（26），和设计成在所述次级接收器绕组（25、26）中感应出电压的至少一个环形初级发射器绕组（24）。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180215 FR 18512701.一种旨在安装在机动车辆中的旋转元件（2）上的扭矩传感器（1），所述扭矩传感器（1）包括布置在粘合性材料层上的至少一个应变仪（3），所述至少一个应变仪（3）发射根据由旋转元件（2）在扭矩作用下经受的扭转而变化的电信号，电信号的发射和接收使得可以在通过传输装置进行处理之后测量所述旋转元件的（2）扭矩，所述扭矩传感器（1）具有运动部分和固定部分，其中运动部分旨在与旋转元件（2）一起被驱动旋转并包括所述至少一个应变仪（3），固定部分包括第一印刷电路板（8），其特征在于，所述扭矩传感器（1）还用作角度位置传感器（1），运动部分承载靶子（4），所述靶子是成角度分布的，并且在运动部分的旋转期间接连面对面地经过由固定的第一印刷电路板（8）所承载的第一环形区段（8a），第一环形区段（8a）包括设计成在靶子（4）面对面地经过它时产生正弦信号的至少一个环形第一次级接收器绕组（25），设计成在靶子（4）面对面地经过它时产生余弦信号的至少一个第二次级接收器绕组（26），和设计成在所述次级接收器绕组（25、26）中感应出电压的至少一个环形初级发射器绕组（24）。


2.根据前一项权利要求所述的扭矩传感器（1），其特征在于，蚀刻到固定的第一印刷电路板中（8）的是：一方面，与扭矩测量相关联的至少一个线圈，且该线圈使得能够发射交变磁场，通过感应为运动部分供电并接收有关旋转元件（2）的电扭矩测量信号；且另一方面，在第一环形区段（8a）中的与角度位置测量相关联的至少三个线圈，其中有为环形初级发射器绕组（24）发射交变磁场的至少一个初级线圈，以及蚀刻到所述至少一个初级线圈内的分别用于第一次级接收器绕组（25）和所述至少一个第二次级接收器绕组（26）的至少两个次级线圈，与扭矩测量相关联的所述至少一个线圈和所述至少一个初级线圈以不同的各自的频率发射。


3.根据前一项权利要求所述的扭矩传感器（1），其特征在于，固定的第一印刷电路板（8）被容纳在固定的读取构件（9）中，并且被分成两个同心的环形区段（8a，8b），第二环形区段（8b）包括与扭矩测量相关联的所述至少一个线圈，并且是两个环形区段（8a，8b）中的最外侧，第二环形区段（8b）经由集成到固定的读取构件（9）中的电子接收和处理装置来接收由容纳在运动部分中的旋转的检测构件（10）的电磁发射装置发射的信号，所述旋转的检测构件（10）面对固定的读取构件（9）。


4.根据前一项权利要求所述的扭矩传感器（1），其特征在于，粘合性材料层搁置在由刚性材料制成的基板（5）的一个面上，基板能够确保其经由其与承载粘合性材料层的面相对的面通过摩擦而保持抵靠旋转元件（2），运动部分包括压力装置（6a，6b），压力装置（6a，6b）围绕粘合性材料层和基...

【专利技术属性】
技术研发人员：SD·文扎尔，P·格拉斯，
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