CN103196607A

CN103196607A - 传感器装置

Info

Publication number: CN103196607A
Application number: CN2013100732683A
Authority: CN
Inventors: R·塞茨; H·弗朗克; L·邵丹; H·贝伦斯
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2013-07-10
Also published as: FR2985567A1; JP2013142702A; DE102012200244A1

Abstract

本发明涉及用于检测转矩的传感器装置(2)，它具有用于聚束磁场的磁通单元(18)，其中，所述磁通单元(18)具有两个磁通导体(20、22)，其中，每一个磁通导体(20、22)包括一个具有设置在其上的、径向向内定向的指(28、30)的环(24、26)，其中，环(24、26)具有相同的半径并且在轴向上彼此错开地设置，其中，两个磁通导体(20、22)的指(28、30)的端部区段设置在同一平面内，并且其中至少一个磁通导体(20、22)的指(28、30)从所述至少一个磁通导体(20、22)的环(24、26)出发、在轴向上台阶状地弯曲。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及用于检测转矩的传感器装置。

背景技术

为检测具有电子助力转向的转矩存在不同的装置，在这些装置中根据磁原理检测输入轴和输出轴之间的角度变化。在所有装置中使用多极磁铁和包括磁通导体(Flussleitstücke)的磁通单元(Magnetflusseinheit)。

在由DE10 2005 031 086A1公开的传感器装置中，一个磁通单元包括作为磁通导体的两个彼此同轴设置的具有不同半径的圆筒。在此，具有较小半径的圆筒具有径向向外定向的指，具有较大半径的圆筒具有径向向内定向的指，其中两个磁通导体的指交替地相邻呈轮辋形设置。

一种用于确定在轴上施加的转矩的装置是EP1 464 935B1的技术方案。所述装置的磁通单元包括两个相同构造的磁通环，其在轴向方向上彼此错开地设置，其中在所述磁通环的每一个上设有在径向向内定向的指。在两个磁通环的指之间设置多极磁铁环。此外，每一个磁通环由一个磁通集中器包围。

发明内容

在此背景下提出一种具有独立权利要求1的特征的传感器装置。本发明的扩展方案从从属权利要求和说明书中得出。

通过非常平地实施磁通导体作为磁通单元的部件以及轴向地设置磁极和磁通导体，可以提供具有小的轴向和径向结构尺寸的传感器装置。磁通导体的实施方式——其中两个磁通导体的指的端部区段以轮辋形式交替相邻地设置在一个共同的平面内，避免使用用于磁场的其它集中器元件。这通过使用具有一个在电路板中反转及由此反着安装的开关电路(IC)或者一个在电路板上以SMT工艺标准安装的开关电路的电路板实现。这种开关电路被构造成对磁场敏感的传感器元件。通过所设置的磁通导体的构造，存在至少两种用于设置至少一个对磁场敏感的传感器元件的实施方式。

在此，电路板为接收至少一个对磁场敏感的传感器元件能够通过滑动轴承与一个轴连接。因此可能的是，所述轴能够相对于具有传感器元件的电路板转动。可替代或者作为补充地，所述电路板可以从侧面***穿过传感器装置的壳体或者转向设备，所述转向设备包括至少一个轴、通常两个轴。借助这些实施方式，在壳体内安装和在补偿转向设备内的公差时能够达到最大程度的灵活性。

上述传感器装置被构造用于检测和/或确定在两个彼此同轴设置的轴之间的转矩，所述轴能够围绕一个共同的转动轴线转动并且借助一个扭力杆彼此连接。在两个轴彼此相对转动时扭力杆扭转，其中产生了转矩。在此，两个轴中的一个可以称为输入轴，两个轴中的另一个可以称为输出轴。此外，在两个轴中的第一个上设置有所述磁通单元，该磁通单元包括磁通导体。在第二轴上设置有一个用于提供多个磁极的磁极环，其中磁极环的各个磁极被在轴向上磁化。

两个磁通导体可被构造成平的盘并且在轴向上错开地设置在磁极环的下方或者上方。在此，每一个磁通导体包括一个环，其中两个磁通导体的环具有相同半径。此外，在所述环的每一个上设置有指，所述指从所述环起、在一个共同的平面内径向向内地定向。因此，所述指位于磁极环的一侧。在此，两个磁通导体的指可被台阶状弯曲地构造。在这种情况下两个磁通导体——其中每一个磁通导体具有一个环以及一些径向向内定向的指，可以相似地并且从而作为相同部件构造。还有可能的是，仅仅两个磁通导体中一个的指被台阶状地构造。在这种情况下，第二磁通导体被平地构造，其中，环以及指同样被设置在同一平面内。

此外，在两个环之间引入至少一个平的电路板，该电路板相对于两个轴以及固定在第一轴上的、具有两个磁通导体的磁通单元抗扭地和/或位置固定地设置并且因此固定。此外，在所述至少一个电路板的一个开口内和/或一个孔内设有例如被构造成集成开关电路的对磁场敏感的传感器元件。在此，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件在所述至少一个电路板中反转及由此反着安装，由此能够为所述至少一个电路板实现小的结构高度。可替代地，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件也可以按照SMT(SurfaceMounted Technology：表面贴装技术)安装标准固定在电路板的表面上。

为确定转矩，一个由固定及由此设置在第二轴上的磁极环产生的磁场通过两个磁通导体的组合、在磁通导体的两个环之间的间隙内聚束从而放大和/或集中，在所述间隙内设置至少一个对磁场敏感的传感器元件。通过检测磁场的空间变化，可以用至少一个对磁场敏感的传感器元件检测两个轴之间的转动角，并且从中推导出转矩，所述磁场在两个轴围绕共同的转动轴线彼此相对转动时产生。

本发明其它的优点和扩展构型可从说明书和附图中得出。

显而易见，上述以及下面还将解释的特征不仅可以以分别说明的组合、而且也可以以其它组合或者单独地应用，而不离开本发明的范畴。

附图说明

图1在示意图中示出了根据本发明的传感器装置的第一实施方式的第一细节。

图2在剖面图中示出了根据本发明的传感器装置的第一实施方式的第二细节。

图3在示意图中示出了根据本发明的传感器装置的第二实施方式。

图4在示意图中示出了图3的第一细节。

图5在示意图中示出了图3的第二细节。

图6在示意性剖面图中示出了根据本发明的传感器装置的第三实施方式。

图7在示意图中示出一个磁通导体，该磁通导体被构造成根据本发明的传感器装置的第三实施方式的部件。

图8从第一其它透视角度示出根据本发明的传感器装置的第三实施方式。

图9从第二其它透视角度示出根据本发明的传感器装置的第三实施方式。

具体实施方式

本发明根据实施方式示意性地示出在附图中并且在下面参照附图被详细说明。

附图被相关联及整体地说明，相同的参考标记表示相同的部件。

传感器装置2的根据图1和2示意性示出的第一实施方式被构造用于检测第一轴4和第二轴6之间的转矩，所述第一轴4和第二轴6可以围绕一个共同的转动轴线8转动，并且通过一个在这里未进一步示出的扭力杆彼此连接。

传感器装置2包括一个磁极环10，其具有轮辋形相邻设置的磁极12、14，这些磁极彼此交替地在北极-南极方向和南极-北极方向上轴向向着转动轴线8定向地设置。在此设定，磁极环10通过轴套16固定及由此设置在第二轴6上。

传感器装置2的磁通单元18固定及由此设置在第一轴4上，并且包括两个磁通导体20、22，其中，这些磁通导体20、22的每一个都具有一个环24、26以及指28、30，这些指分别设置在两个环24、26的一个上并且径向向内地定向。如图1和2所示，第一磁通导体20的第一环24的指28在轴向上台阶状地向下弯曲。第二磁通导体22的第二环26的指30在轴向上向上弯曲。因此，两个磁通导体20、22具有台阶状轮廓。因为设定了，第一环24在轴向上设置在第二环26之上，所以由于两个环24、26的指28、30的轴向弯曲得出，指28、30的端部区段在轴向上设置在一个共同的平面内，其中，两个磁通导体20、22的指28、30的端部区段交替相邻地设置在所述共同的平面内。

在环24、26之间的间隙31内设有一个被构造成霍尔传感器的对磁场敏感的传感器元件34，该传感器元件又设置在电路板32的一个孔和/或开口内。如图2所示，由磁极环10提供的磁场，如通过弯曲的箭头所示，通过指28、30以及两个环24、26，在设置有对磁场敏感的传感器元件34的间隙31内聚束，从而可以由对磁场敏感的传感器元件34检测聚束的磁场。

在图3中以剖面图表示的根据本发明的传感器装置40的第二实施方式恰恰如用于检测第一轴42和第二轴44之间的转矩的、根据本发明的传感器装置2的第一实施方式那样构造，所述第一轴42和第二轴44围绕一个共同的转动轴线46转动。这里也在上部的第一轴42上通过轴套48固定一个磁通单元49，该磁通单元如在传感器装置2的第一实施方式中那样，包括两个由铁磁材料、例如镍铁(NiFe)制成的磁通导体50、52，其中，这些磁通导体50、52中的每一个都具有一个连续的环54、56。关于这些环的细节也可从图5得知。

与在根据本发明的传感器装置2的第一实施方式中完全一样地，第一磁通导体50的环54在轴向上设置在第二磁通导体52的环56之上。此外，在第一磁通导体50的第一环54上设置有指58，所述指径向向内地定向及在轴向上台阶状地向下弯曲。第二磁通导体52的指60同样在径向向内地定向，然而在轴向上台阶状地向上弯曲。因此这两个磁通导体50、52同样具有台阶状轮廓。通过两个磁通导体50、52的指58、60和环54、56的在横截面内呈台阶状的构造得出，它们的端部区段设置在同一平面内，尽管两个环54、56在轴向上彼此错开地设置。

如图5特别好地示出了，指58、60具有钻孔62，两个磁通导体50、52的指58、60通过所述钻孔与轴套48连接。由塑料制成的轴套48同样具有钻孔64，两个磁通导体50、52的指58、60的端部区段通过所述钻孔轮辋状地彼此相邻定位在一个共同的平面内。

两个在轴向上错开的环54、56具有直的和/或平的表面66，通过其在两个环54、56之间构成一个环形的间隙67，其中在两个环54、56之间的间隙67内，一个对磁场敏感的传感器元件68设置在一个电路板70上，该传感器元件例如可被构造成霍尔传感器、用于测量各向异性的磁阻的AMR传感器或者用于测量巨磁阻的GMR传感器。

此外，传感器装置40包括一个被构造成滑动轴承的电路板保持器72，在该保持器上一方面固定有具有对磁场敏感的传感器元件68的电路板70。另一方面，被构造成滑动轴承的电路板保持器72通过径向的支承面74和轴向的支承面76与轴套48可转动地连接。此外，电路板保持器72通过轴向环78固定防止提升地并且可相对于轴套48转动地支承。轴向环78通过一个热冲压槽80固定在轴套48上。此外设定，电路板70位置固定地固定在支架81上。因此产生，对磁场敏感的传感器元件68相对于两个轴42、44以及相对于磁通单元49通过滑动轴承位置固定地和抗扭地设置。

如在根据本发明的传感器装置2的第一实施方式中那样，例如由锶铁(SrFe)制成的磁极环84通过轴套82固定在第二轴44上。由该磁极环84产生的、轴向取向的磁场通过两个磁通导体50、52的指58、60以及环54、60在两个环54、56之间的间隙67内聚束，并且可以由对磁场敏感的传感器元件68检测。此外，图5还示出覆盖面86，在制造传感器装置40时，工具可作用到所述覆盖面中，所述传感器装置40的制造包括两个磁通导体50、52的在轴向上弯曲及径向向内定向的指58、60的端部区段与一个共同的平面的定位。

在这里示出的实施方式中，磁极环84具有46mm的外径。环54、56的外径及由此磁通导体50、52的外径为56mm。环54、56的厚度或者说高度为0.5mm以及环54、56之间的间距共计为5mm，所述环54、56之间的间距等于间隙67的高度。因此，对于传感器装置40，总的轴向高度最大可以为20mm，所述总的轴向高度可被从磁极环84的下边缘直到电路板72的上边缘来测量。

根据本发明的传感器装置90的第三实施方式在图6、8和9中从不同的透视角度示意性地表示，并且其如传感器装置2、40的两个第一实施方式那样，包括磁通单元92，该磁通单元同样包括两个磁通导体94、96，其中在图7中单独地示出了上部的第一磁通导体94。每一个磁通导体94、96在这里还包括一个环98、100，其中作为这些磁通导体94、96的每一个的其它部件，在环98、100上设置有指102、104，所述指径向向内地定向以及在轴向上弯曲，使得磁通导体94、96具有台阶状的轮廓。

尤其如图8和图6所示，这里上部的第一磁通导体94的指102从环98在轴向上向下弯曲，与此相反，第二磁通导体96的指104从第二磁通导体96的环100起、在轴向上向上弯曲，所述第二磁通导体的环100在这里设置在第一磁通导体94的环98之下。此外，两个磁通导体94、96的指102、104的端部区段设置在同一个、与环98、100轴向错开的平面内。

磁通导体94、96在这里通过轴套106固定在第一轴108上，第一轴相对第二轴110同轴地设置。在此，两个轴108、110通过一个扭力杆112彼此连接并且能够围绕共同的转动轴线彼此相对转动。如在传感器装置2、40的前述实施方式中那样，磁极环116通过轴套114设置在第二轴110上。

一个间隙117位于两个环98、100之间，在该间隙内设置至少一个对磁场敏感的传感器元件118。由磁极环116产生的磁场通过磁通导体94、96在间隙117的区域内聚束并且由所述至少一个对磁场敏感的传感器元件118检测。

这里还设定，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件118设置在电路板120的一个开口和/或孔内。传感器装置90的圆筒形壳体122具有开口124，其中在壳体122的侧壁上设有支架126，在支架126上具有所述至少一个对磁场敏感的传感器元件118的电路板120相对于两个可转动的、具有同样可转动的磁传感器单元116的轴108，110位置固定地固定。

所提出的用于检测转矩的全部传感器装置2、40、90都具有一个用于聚束磁场的磁通单元18、49、92，其中，磁通单元18、49、92具有两个磁通导体20、22、50、52、94、96，其中每一个磁通导体20、22、50、52、94、96都具有一个环24、26、54、56、98、100，所述环具有设置在其上的、径向向内定向的指28、30、58、60、102、104，其中，两个磁通导体20、22、50、52、94、96的环24、26、54、56、98、100具有相同的半径并且彼此轴向错开地设置。两个磁通导体20、22、50、52、94、96的指28、30、58、60、102、104的端部区段设置在同一平面内，其中至少一个磁通导体20、22、50、52、94、96的指28、30、58、60、102、104从所述至少一个磁通导体20、22、50、52、94、96的环24、26、54、56、98、100起、在轴向上台阶状地弯曲。因此，所述至少一个磁通导体20、22、50、52、94、96具有台阶状轮廓。

磁通单元18、49、92设置、通常固定在两个轴4、6、42、44、108、110中的第一个上，其中，在两个轴4、6、42、44、108、110中的第二个上设有磁极环10、84、116。相对于两个轴4、6、42、44、108、110位置固定地、在两个环24、26、54、56、98、100之间设置至少一个对磁场敏感的传感器元件34、68、118。

在所有根据图1至9示出的传感器装置2、40、90中，两个磁通导体20、22、50、52、94、96的指28、30、58、60、102、104从环24、26、54、56、98、100起、在轴向上台阶状地弯曲。因此，每一个传感器装置2、40、90的两个磁通导体20、22、50、52、94、96被构造成相似(gleichartig)的零件。为提供传感器装置2、40、90设定，这些相似的磁通导体20、22、50、52、94、96彼此转动180°地设置，其中两个磁通导体20、22、50、52、94、96同轴地包围轴4、6、42、44、108、110的转动轴线8、46。此外，两个磁通导体20、22、50、52、94、96的指28、30、58、60、102、104的端部区段设置在一个平面内。

在根据本发明的传感器装置的另一个未示出的实施方式中设定，仅仅两个磁通导体中的第一个的指从所述第一磁通导体的环起、在轴向上台阶状地弯曲。然而，两个磁通导体中的第二个的指平地构造并且设置在与所述第二磁通导体的环相同的平面内。在这种情况下，第二磁通导体是平的。但是，在所述实施方式中，两个磁通导体的指端部也设置在同一平面内。

至少一个对磁场敏感的传感器元件34、68、118被反转地及因此反着安装在电路板32、70、120的一个开口和/或孔内地设置，并且可以通过电路板32、70、120作为滑动轴承与第一轴4、6、42、44、108、110连接。可替代或者作为补充地，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件34、68、110可以通过电路板32、70、120***穿过传感器装置2、40、90的壳体122。

为制造传感器装置2、40、90，磁通导体20、22、50、52、94、96中至少一个的指28、30、58、60、102、104可以从环24、26、54、56、98、100起、在轴向上台阶状地弯曲，其中，两个磁通导体20、22、50、52、94、96的环24、26、54、56、98、100彼此轴向错开地设置并且两个磁通导体20、22、50、52、94、96的指28、30、58、60、102、104设置在同一平面内。

此外，第一和第二磁通导体20、22、50、52、94、96的指28、30、58、60、102、104在形成轮辋的情况下彼此相邻地设置并且安置在轴套48、100上，其中，磁通导体20、22、50、52、94、96通过轴套48、100与轴4、42、108中的一个抗扭地连接并且固定在所述轴4、42、108上。

对于传感器装置2、40、90的全部实施方式，另外通过磁通单元18、49、92的平的实施仅需要小的轴向结构空间，其中，磁通单元18、49、92可以被简单地装入，其中，需要减小保持力和压力。一个滑动轴承具有小的直径，至少一个对磁场敏感的传感器元件34、68、118通过该滑动轴承与第一轴4、42、108可转动地连接。设置用于接收所述至少一个对磁场敏感的传感器元件34、68、118的电路板32、70、120可水平定位地、简单地集成在传感器装置2、40、90中，此外，可以灵活地选择用于电路板32、70、120的插头。平行设置的环24、26、54、56、98、100可具有大的轴向宽度，由此在任何情况下产生小的旋转调制误差。

Claims

1.用于检测转矩的传感器装置，该传感器装置具有用于聚束磁场的磁通单元(18、92)，其中，所述磁通单元(18、49、92)具有两个磁通导体(20、22、50、52、94、96)，其中，每一个磁通导体(20、22、50、52、94、96)包括一个具有设置在其上的、径向向内定向的指(28、30、58、60、102、104)的环(24、26、54、56、98、100)，其中，两个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的环(24、26、54、56、98、100)具有相同的半径并且在轴向上彼此错开地设置，其中，两个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的指(28、30、58、60、102、104)的端部区段设置在同一平面内，并且其中，至少一个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的指(28、30、58、60、102、104)从所述至少一个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的环(24、26、54、56、98、100)起、在轴向上台阶状地弯曲。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，第一磁通导体(20、22、50、52、94、96)和第二磁通导体(20、22、50、52、94、96)的指(28、30、58、60、102、104)的端部区段在形成轮辋的情况下彼此相邻地设置。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，在所述两个环(24、26、54、56、98、100)之间设置至少一个对磁场敏感的传感器元件(34、68、118)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置，所述传感器装置用于检测两个轴(4、6、42、44、108、110)之间的转矩，其中，所述磁通单元(18、92)设置在所述两个轴(4、6、42、44、108、110)的第一个上，其中，在所述两个轴(4、6、42、44、108、110)的第二个上设置一个磁极环(10、84、116)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，两个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的指(28、30、58、60、102、104)从环(24、26、54、56、98、100)起、在轴向上台阶状地弯曲。

6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中，所述磁通导体(20、22、50、52、94、96)被构造成相似的零件。

7.根据权利要求1至4之一所述的传感器装置，其中，所述两个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的第一个的指(28、30、58、60、102、104)从所述第一磁通导体(20、22、50、52、94、96)的环(24、26、54、56、98、100)起、沿轴向弯曲，及其中，所述两个磁通导体(20、22、50、52、94、96)的第二个的指(28、30、58、60、102、104)被平地构造并且设置在与所述第二磁通导体(20、22、50、52、94、96)的环(24、26、54、56、98、100)相同的平面内。

8.根据权利要求3至7之一所述的传感器装置，其中，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件(34、68、118)被反转安装地设置在一个电路板(32、70、120)中。

9.根据权利要求4至8之一所述的传感器装置，其中，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件(34、68、118)通过滑动轴承与所述轴(4、6、42、44、108、110)中的一个相连接。

10.根据权利要求3至9之一所述的传感器装置，其中，所述至少一个对磁场敏感的传感器元件(34、68、118)***该传感器装置(2、40、90)的壳体(122)中。