扭矩传感器设备、确定扭矩的方法、定子和定子装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于检测施加到轴上的扭矩的扭矩传感器设备(10)、一种用于通过扭矩传感器设备(10)确定施加到轴上的扭矩的方法、一种定子和一种用于扭矩传感器设备(10)的定子装置(11)，其中所述扭矩传感器设备(10)具有磁性装置、定子装置(11)和磁传感器装置(13)，其中所述磁性装置和所述定子装置(11)被配置和被彼此相对地布置以使得通过所述磁性装置和所述定子装置之间在圆周方向上的相对运动，能够产生具有第一磁通方向的第一磁通量(F1)和具有与所述第一磁通方向相反的第二磁通方向的第二磁通量(F2)，其中所述磁传感器装置(13)包括用于检测所述第一磁通量(F1)的第一磁传感器(13A)和用于检测所述第二磁通量(F2)的第二磁传感器(13B)。二磁传感器(13B)。二磁传感器(13B)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扭矩传感器设备、确定扭矩的方法、定子和定子装置


[0001]本专利技术涉及一种扭矩传感器设备，所述扭矩传感器设备用于检测施加到轴上的扭矩，特别是用于检测施加到机动车辆转向轴上的扭矩，其中所述扭矩传感器设备具有磁性装置、定子装置和磁传感器装置。
[0002]此外，本专利技术涉及一种用于通过扭矩传感器设备确定施加到轴上的扭矩的方法。
[0003]此外，本专利技术涉及一种定子和一种用于扭矩传感器设备的定子装置。

技术介绍

[0004]所讨论类型的扭矩传感器设备，特别是用于机动车辆的转向轴的扭矩传感器设备，在现有技术中基本上是已知的，例如从DE 10 2013 006 379 A1或EP 1 269 133 B1中已知。
[0005]这种类型的扭矩传感器设备例如用于电动转向系统中，以基于驾驶员施加的转向扭矩来激活转向系统的电动发动机，例如以提供相应的转向辅助。
[0006]通常，为此目的，扭矩传感器设备与轴向分开的轴和具有定义的已知扭转刚度的扭杆结合使用，其中扭杆将轴向分开的轴的第一部分连接到轴向分开的轴的第二部分。
[0007]如果将扭矩施加到轴上，则会导致轴的两个部分相对彼此发生扭转角可测量的扭转，其中扭转角取决于施加的扭矩和扭杆的刚度而产生，因此，当扭杆的刚度被定义和已知时，可以根据检测到的扭转角确定施加的扭矩。
[0008]用于测量由施加的扭矩引起的扭转角的各种测量原理和传感器装置是已知的，其中磁传感器装置或系统的使用是非常频繁的，其中具有至少一个磁性元件、通常具有永磁体形式的环绕环形磁体的磁性装置连接到转向轴的第一部分以与其一起旋转，并且具有一个或多个导磁定子的定子装置连接到轴的第二部分以与其一起旋转，其中定子装置通常在径向方向上围绕磁性装置特别是磁性元件同心地布置，其间具有小的间隙。通过磁性装置产生的磁场的磁通量可以通过定子装置传导到至少具有至少一个磁传感器例如霍尔传感器的磁传感器装置并进行评估，所述定子装置通常包括两个单独的定子，每个定子分别具有环形盘形状的区域。
[0009]如果连接到轴的第一部分以与其一起旋转的磁性装置，特别是磁性装置的磁性元件，通过轴相对于连接到轴的第二部分的定子装置的旋转运动而移动，则定子装置中的磁通密度，特别是各个定子中的磁通密度，会发生变化，这些变化可以通过磁传感器装置来检测。定子装置中的磁通密度的变化在此特别地取决于磁性装置相对运动的大小，特别是各个磁性元件相对于定子装置特别是相对于各个定子的相对运动的大小，即，取决于扭转角。因此，根据检测到的磁通密度的变化可以得出关于扭转角的结论，而在扭杆的扭转刚度已知的情况下，则可以根据扭转角确定施加到轴上的扭矩。
[0010]通过将由扭矩传感器设备的磁性装置产生的磁场与附加磁场叠加，例如附加传感器设备的磁场或存在于扭矩传感器设备的周围环境中的、通过例如位于附近的电机(例如电动机或发电机、或高电流线路)产生的磁干扰场，传输到磁传感器设备的磁通量可能会被
影响，特别是不合期望地被影响。因此，所传输的磁通密度可能会被磁干扰场改变，从而导致错误但合理的传感器信号，该信号未被认为是不正确的，因此导致了错误的扭矩值。
[0011]为了补偿由附加传感器设备的磁场引起的干扰，即所谓的“串扰”，US 2016/0091574 A1建议提供相对于附加传感器设备的磁性元件而对称布置的至少一个附加磁性元件，以补偿附加传感器设备的磁性元件的磁场对实际传感器设备的影响。但是，这尤其需要知道干扰磁场的方向。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种替代的特别是改进的扭矩传感器设备，特别是其中减小了在扭矩传感器设备的周围环境中存在的至少一个外部磁干扰场对要确定的扭矩值的影响的扭矩传感器设备。另一目的是提供一种用于确定施加到轴上的扭矩的替代的特别是改进的方法，以及替代的特别是改进的定子，以及用于替代的特别是改进的扭矩传感器设备的替代的特别是改进的定子装置。
[0013]该目的通过具有相应独立权利要求的特征的根据本专利技术的扭矩传感器设备、根据本专利技术的方法、根据本专利技术的定子以及根据本专利技术的定子装置来实现。本专利技术的有利实施例是从属专利权利要求的主题、说明书和附图，并且将在下面更详细地说明。
[0014]根据本专利技术的用于检测施加到轴上的扭矩，特别是用于检测施加到机动车辆转向轴上的扭矩的扭矩传感器设备具有磁性装置、定子装置和磁传感器装置，其中所述磁性装置被配置为用于产生至少一个磁场，其中在所述定子装置中能够产生磁通量，并且其中所述磁性装置和所述定子装置可在圆周方向上彼此相对地移动。
[0015]根据本专利技术，所述磁性装置和所述定子装置被配置和被彼此相对地布置，使得通过所述磁性装置和所述定子装置在圆周方向上的、围绕所述扭矩传感器设备的中心轴线的相对运动，能够在所述定子装置中产生并且特别是同时产生具有第一磁通方向的第一磁通量和具有与所述第一磁通方向相反的第二磁通方向的第二磁通量。
[0016]在此，所述定子装置被配置为将在所述定子装置中产生的所述第一磁通量和在所述定子装置中产生的所述第二磁通量传导到所述磁传感器装置。其中根据本专利技术的扭矩传感器设备的所述磁传感器装置包括用于检测所述第一磁通量的第一磁传感器和用于检测所述第二磁通量的第二磁传感器。
[0017]在根据本专利技术的扭矩传感器设备的特别有利的改进方案中，所述磁性装置和所述定子装置被配置和被彼此相对地布置以使得所产生的第一磁通量和第二磁通量的大小完全相同或强度完全相同，即，尺寸完全相同，并且仅沿相反的方向取向。
[0018]对于本领域技术人员而言，基本上能够从现有技术了解到用于检测施加到轴上的扭矩、特别是用于检测施加到机动车辆的转向轴上的扭矩的扭矩设备，尤其是所述扭矩设备的设计和功能，特别是从关于根据本专利技术的扭矩传感器设备的基本功能和基本设计的更多信息在此明确引用于其的DE 10 2013 006 379 A1或EP 1 269 133 B1了解到。
[0019]在此，根据本专利技术的扭矩传感器设备优选地被配置为用于检测施加到轴上的扭矩，其中所述轴具有第一部分和相对于所述第一部分可扭转的第二部分，特别地所述轴的所述第一部分和所述第二部分通过扭杆相互连接。在此，根据本专利技术的扭矩传感器设备优选地被配置为用于检测所述轴的所述第一部分相对于所述轴的所述第二部分的扭转。当所
述轴的所述扭杆的扭转刚度已知时，可以从检测到的所述轴的扭转来确定施加的扭矩。
[0020]所述磁性装置优选地具有用于产生至少一个磁场的至少一个磁性元件，并且特别地，所述磁性装置的所述至少一个磁性元件能够特别地相对于所述轴同心地布置，即，使得所述扭矩传感器设备的中心轴线与所述轴的旋转轴线对准，其中所述磁性装置，特别是所述磁性装置的所述至少一个磁性元件，特别地可连接到所述轴的第一部分以与其一起旋转。
[0021]所述磁性装置的所述至少一个磁性元件优选地是永磁体，特别是完全闭合的环形磁铁或类似于环形磁体并且实际上在圆周方向上闭合的磁铁，其中所述磁性元件特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，用于检测施加到轴上的扭矩，特别是用于检测施加到机动车辆转向轴上的扭矩，其中所述扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)具有磁性装置、定子装置(11，21)和磁传感器装置(13)，其中所述磁性装置被配置为用于产生至少一个磁场，其中在所述定子装置(11，21)中能够产生磁通量，其中所述磁性装置和所述定子装置(11，21)在圆周方向上能够彼此相对地移动，其特征在于所述磁性装置和所述定子装置(11，21)被配置和被彼此相对地布置，以使得通过所述磁性装置和所述定子装置(11，21)在圆周方向上的、围绕所述扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)的中心轴线(Z)的相对运动，能够在所述定子装置(11，21)中产生具有第一磁通方向的第一磁通量(F1，F1')和具有与所述第一磁通方向相反的第二磁通方向的第二磁通量(F2，F2')，其中所述定子装置被配置为将在所述定子装置(11，21)中产生的所述第一磁通量(F1，F1')和在所述定子装置(11，21)中产生的所述第二磁通量(F2，F2')传导到所述磁传感器装置(13)，以及其中所述磁传感器装置(13)包括用于检测所述第一磁通量(F1，F1')的第一磁传感器(13A)和用于检测所述第二磁通量(F2，F2')的第二磁传感器(13B)。2.根据权利要求1所述的扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，其特征在于，所述定子装置(11，21)具有分别沿所述中心轴线(Z)彼此同心地布置的第一定子(11A)、第二定子(11B)和第三定子(11C，21C)，其中所述第三定子(11C，21C)相对于所述定子装置(11，21)的所述中心轴线(Z)在所述第一定子(11A)和所述第二定子(11B)之间沿轴向方向布置，其中通过所述磁性装置和所述定子装置(11，21)在圆周方向上的相对运动，能够在所述定子装置(11，21)中在所述第一定子(11A)和所述第三定子(11C，21C)之间产生具有所述第一磁通方向的所述第一磁通量(F1，F1')，并且能够在所述定子装置(11，21)中在所述第二定子(11B)与所述第三定子(11C，21C)之间产生具有与所述第一磁通方向相反的所述第二磁通方向(F2，F2')的所述第二磁通量(F2)。3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，其特征在于，所述第一定子(11A)和所述第二定子(11B)分别具有环形盘形状的定子主体(R1，R2)和凸片(L1，L2)，所述凸片分别在轴向方向上远离相关的定子主体(R1，R2)而延伸，其中所述第一定子(11A)和所述第二定子(11B)被配置且布置为使得所述第一定子(11A)和所述第二定子(11B)的凸片(L1，L2)各自从相关的定子主体(R1，R2)沿轴向方向、向所述第三定子(11C，21C)的方向上延伸。4.根据前述权利要求中的任一项所述的扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，其特征在于，所述第三定子(11C，21C)包括定子环以及第一凸片(L3
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1)和第二凸片(L3
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2)，其中所述第一凸片(L3
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1)和所述第二凸片(L3
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2)分别沿相反的轴向方向远离所述第三定子(11C，21C)的所述定子环而延伸。5.根据权利要求4所述的扭矩传感器设备(10，30，40，50)，其特征在于，所述第三定子(11C)的所述第一凸片(L3
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1)和所述第二凸片(L3
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2)在圆周方向上被分别彼此至少部分错
开地布置，特别是被分别彼此完全错开地布置。6.根据权利要求4所述的扭矩传感器设备(20，60)，其特征在于，所述第三定子(21C)的所述第一凸片(L3
‑
1)和所述第二凸片(L3
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2)在圆周方向上至少部分重叠地布置，优选地完全重叠地布置，特别是沿轴向方向彼此对准地布置。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，其特征在于，所述第三定子(11C，21C)的所述第一凸片(L3
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1)在圆周方向上与所述第一定子(11A)的凸片(L1)错开地布置并且特别地以啮合方式接合在所述第一定子(11A)的凸片(L1)之间的间隙中，和/或所述第三定子(11C，21C)的所述第二凸片(L3
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2)在圆周方向上与所述第二定子(11B)的凸片(L2)错开地布置并且特别地以啮合方式接合在所述第二定子(11B)的凸片(L2)之间的间隙中。8.根据前述权利要求中的任一项所述的扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，其特征在于，所述第三定子(11C，21C)的所述定子环由定子主体(R3)形成，所述定子主体(R3)相对于所述中心轴线(Z)同心地布置，在径向方向上延伸并且呈环形盘形状，并且所述第一凸片(L3
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1)和所述第二凸片(L3
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2)远离所述定子主体(R3)而延伸。9.根据前述权利要求中的任一项所述的扭矩传感器设备(10，20，30，40，50，60)，其特征在于，所述磁性装置具有在轴向方向上延伸的磁性元件(12，22)，特别是在所述第三定子(11C，21C)的整个轴向长度上延伸。10.根据前述权利要求中的任一项所述的扭矩传感器设备(20，60)，其特征在于，所述磁性装置的极性(P1，P2)，特别是所述至少一个磁性元件(22)的极性(P1，P2)，在轴向方向上是恒定的。11.根据权利要求10所述的扭矩传感器设备(20，60)，其特征在于，所述扭矩传感器设备(20，60)还具有第三定子(21C)，所述第三定子(21C)的第一凸片(L3
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1)和第二凸片(L3
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2)在圆周方向上完全重叠地布置，特别是在轴向方向上彼此对齐布置，其中所述第三定子(21C)的第一凸片(L3
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1)和第二凸片(L3
‑
2)特别是在圆周方向上分别至少部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：E弗罗利希，
申请(专利权)人：法雷奥开关和传感器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：