CN105823412B - 非接触式转角传感器 - Google Patents
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Abstract
一种非接触式转角传感器，包括外壳以及位于外壳内的太阳轮轴、固定内齿环、行星轮组、传动轮组、测量齿轮、磁体和磁感应元件元件。非接触式转角传感器整合性强，径向尺寸较小，通过检测测量齿轮的转角以及简单的传动比换算，可使传感器直接输出转角位置测量信号，太阳轮轴的转角与测量齿轮的转角有较大的传动比，可检测的转角范围较大。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体地说，涉及用于转向***转角位置的非接触式传感器。
背景技术
汽车转向***的性能对于确保车辆的安全驾驶、操纵稳定性和改善驾驶的舒适性等方面起到了重要的作用。
在汽车的电动助力转向***、电子稳定控制***，自适应前照明***，自动驾驶***，导航和辅助停车***等***中，需要检测转向***中转向轴杆的转角位置，各类***的控制器根据转角位置传感器输出的反馈信号计算并输出所需的控制信号，执行机构按控制器输出控制信号实施控制任务。
通常将转角位置传感器分类成接触式和非接触式。然而，由于接触式转角位置传感器具有产生噪音以及耐久性较差的问题，所以目前优选的是非接触式转角位置传感器。
由于汽车转向***方向盘的转向最大转角较大，一般在±540o至1080o之间，所以现有技术的转向***的转角传感器一般采用以与转向柱连接的主动齿轮分别啮合两个不同齿数的从动齿轮的结构。转角位置传感器的输出信号主要是利用两个具有不同齿数的从动齿轮的转动周期信号(正弦波或锯齿波)的相位差计算方向盘的转向角度位置。这种转角位置传感器导致了较复杂的角度位置的计算公式，同时这种转角位置传感器的结构导致了安装和标定的复杂性。
发明内容
本发明针对现有转角传感器角度位置的计算公式复杂，安装和标定的复杂性等问题，提出了一种新的非接触式传感器。
本发明的非接触式转角传感器，包括外壳以及位于外壳内的太阳轮轴、固定内齿环、行星轮组、传动轮组、测量齿轮、磁体和磁感应元件元件。
行星轮组为一体结构，安装在太阳轮轴设置的安装座上，行星轮组由第一行星齿轮和第二行星齿轮构成，第一行星齿轮和第二行星齿轮同轴。
传动轮组为一体结构，套装在太阳轮轴上，传动轮组由传动内齿环和传动齿轮构成，传动轮组与太阳轮同轴。
固定内齿环固定于外壳上或与外壳为一体结构，固定内齿环与太阳轮轴同轴。
测量齿轮的轮轴安装在壳体上。
磁体安装在测量齿轮上，磁感应元件与磁体对应，并安装于壳体上。
第一行星齿轮和第二行星齿轮分别与固定内齿环和传动内齿环啮合。
传动齿轮与测量齿轮啮合。
优选的是，所述固定内齿环与第二行星齿轮的齿数之和等于传动内齿环与第一行星齿轮的齿数之和。
优选的是，所述磁***于测量齿轮轴向表面上，磁感应元件位于磁体上方，与磁体之间设有间隙。
优选的是，所述测量齿轮上安装有磁屏蔽罩，所述磁***于磁屏蔽罩内。
本发明的有益效果是：非接触式转角传感器整合性强，径向尺寸较小，通过检测测量齿轮的转角以及简单的传动比换算，可使传感器直接输出转角位置测量信号，太阳轮轴的转角与测量齿轮的转角有较大的传动比，可检测的转角范围较大。
内齿环与行星齿轮的齿数之和相等，使两个行星齿轮和两个内齿环保证同轴的同时，还使内齿环的径向尺寸较小，减小传感器的体积。磁***于测量齿轮轴向表面上，使其能够随着测量齿轮同步且准确地转动，磁体、磁感应元件、磁体与磁感应元件之间的间隙形成闭合的磁路，使磁感应元件能够准确检测出磁体转动的角度，无需计算角度值，降低了传感器安装和标定的复杂性。安装的磁屏蔽罩使磁体、磁感应元件和磁屏蔽罩形成闭合的磁路，进一步提高了传感器的抗干扰能力、灵敏度和测量精度。
附图说明
附图1为本非接触式转角传感器的结构示意图一；
附图2为本非接触式转角传感器的结构示意图二；
附图3为本非接触式转角传感器的结构示意图三；
附图4为本非接触式转角传感器的结构示意图四；
附图5为本非接触式转角传感器的结构示意图五；
附图6为本非接触式转角传感器的结构示意图六；
图中：太阳轮轴-1，第二行星齿轮-2，第一行星齿轮-3，固定内齿环-4，传动内齿环-5，传动齿轮-6，测量齿轮-7，磁体-8，磁感应元件-9，磁屏蔽罩-10。
具体实施方式
为了能进一步了解本发明的结构、特征及其它目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
本发明的具体实施方式如下：
如图1至6所示，该非接触式转角传感器包括非磁性材料的外壳，外壳内安装的部件包括：(1)非磁性材料的太阳轮轴1，其与转向轴连接，其上至少安装一组非磁性材料的行星轮组，行星轮组为一体结构，其包括第一行星齿轮3和第二行星齿轮2；(2)非磁性材料的固定内齿环4，其与太阳轮轴1同轴，固定于外壳或与外壳为一体结构；(3)非磁性材料的传动轮组，传动轮组为一体结构，其与太阳轮轴1同轴安装，包括传动内齿环5和传动齿轮6；(4)测量组件，包括非磁性材料的测量齿轮7、磁体8和磁感应元件9，磁体8安装在测量齿轮7上，磁感应元件9通过测量磁体8，生成与测量齿轮7旋转位置所对应的转角输出信号。太阳轮轴1随着转向轴转动，太阳轮轴1上的行星轮组随太阳轮轴1公转。第一行星齿轮3与固定不动的固定内齿环4啮合，使行星轮组的第一行星齿轮3和第二行星齿轮2产生与公转反向的自转。自转的第二行星齿轮2作为主动齿轮，通过与其啮合的传动内齿环5，驱动传动轮组的传动内齿环5和传动齿轮6旋转。旋转的传动齿轮6作为主动齿轮，驱动与其啮合的测量齿轮7旋转。磁体8随着测量齿轮7旋转，通过磁感应元件9检测磁体8的转动角度，测得测量齿轮7旋转位置，从而得出转向轴的转角。
为保证太阳轮轴的转角与测量齿轮的转角有较大的传动比，行星轮组中第一行星齿轮3和第二行星齿轮2的齿数不同，固定内齿环-4和传动内齿环-5的齿数不同，通过第一行星齿轮3、第二行星齿轮2、固定内齿环4、传动内齿环5、传动齿轮6及测量齿轮7齿数的匹配，使太阳轮轴1转动±720度至±1080度时，对应的测量齿轮7转动±180度之内。
实施例二：
实施例二与实施例一的结构组成基本相同，区别在于：
固定内齿环与第二行星齿轮的齿数之和等于传动内齿环与第一行星齿轮的齿数之和。使两个行星齿轮和两个内齿环保证同轴，同时还使内齿环的径向尺寸较小，减小传感器的体积。
实施例三：
实施例三与实施例一的结构组成基本相同，区别在于：
测量齿轮7轴向表面至少安装一个磁体8，磁体8上方至少安装一个磁感应元件9，磁感应元件9固定于传感器的外壳中，磁体8和磁感应元件9之间留有一定的间隙。
透过磁感应元件9的磁力线从磁体8的N级出发，经过磁体8的N级与磁感应元件9之间的间隙，透过磁感应元件9后，经过磁感应元件9与磁体8的S级之间的间隙到达磁体8的S级，最后磁体8的S级经过磁体8的S级与N级之间的间隙到达磁体8的N级，构成了一个闭合的磁路。
如图4所示，转向轴转角为机械零位时，磁体8转角位置对应磁感应元件9的相对角位移，若磁体8的转角位置产生的磁力线与磁感应元件9的测量平面的x轴方向平行。
如图5所示，转向轴转角为左转α度时，磁体8转角位置对应磁感应元件9的相对角位移β，若太阳轮轴1与测量齿轮7的齿比为n，磁体8在转角位置产生的磁力线与磁感应元件9的测量平面的x轴方向的夹角为β＝α/n。
如图6所示，转向轴转角为右转α度时，磁体8转角位置对应磁感应元件9的相对角位移β，若太阳轮轴1与测量齿轮7的齿比为n，磁体8在转角位置产生的磁力线与磁感应元件9的测量平面的x轴方向的夹角为β＝-α/n。
通过上述换算公式，磁感应元件9通过检测磁体8在转角位置产生的磁力线与磁感应元件9的测量平面的x轴方向的夹角，即可得出转向轴的转角，产生相应的转角输出信号并发出。
例如当太阳轮轴1与测量齿轮7的齿比为n＝6，则如图5所示，转向柱左转540度对应磁体8在转角位置产生的磁力线与磁感应元件9的测量平面的x轴方向的夹角为β＝90度；如图6所示，转向柱右转540度对应磁体8在转角位置产生的磁力线与磁感应元件9的测量平面的x轴方向的夹角为β＝-90度。
实施例四：
实施例四与实施例一的结构组成基本相同，区别在于：
测量齿轮7上安装有磁屏蔽罩10，磁体8位于磁屏蔽罩10内。透过磁感应元件9的磁力线从磁体8的N级出发，经过磁体8的N级与磁感应元件9之间的间隙，透过磁感应元件9后，经过磁感应元件9与磁体8的S级之间的间隙到达磁体8的S级，最后磁体8的S级经过磁屏蔽罩10到达磁体8的N级，构成了一个闭合的磁路。减小了磁路路径，提高了磁感应元件检测的灵敏度和测量精度。
Claims (4)
1.一种非接触式转角传感器，其特征在于，包括外壳以及位于外壳内的太阳轮轴、固定内齿环、行星轮组、传动轮组、测量齿轮、磁体和磁感应元件，
行星轮组为一体结构，安装在太阳轮轴设置的安装座上，行星轮组由第一行星齿轮和第二行星齿轮构成，第一行星齿轮与第二行星齿轮同轴；
传动轮组为一体结构，套装在太阳轮轴上，传动轮组由传动内齿环和传动齿轮构成，传动轮组与太阳轮同轴；
固定内齿环固定于外壳上或与外壳为一体结构，固定内齿环与太阳轮轴同轴；
测量齿轮的轮轴安装在壳体上；
磁体安装在测量齿轮上，磁感应元件与磁体对应，并安装于壳体上；
第一行星齿轮和第二行星齿轮分别与固定内齿环和传动内齿环啮合；
传动齿轮与测量齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的非接触式转角传感器，其特征在于，所述固定内齿环与第二行星齿
轮的齿数之和等于传动内齿环与第一行星齿轮的齿数之和。
3.根据权利要求1所述的非接触式转角传感器，其特征在于，所述磁***于测量齿轮轴向表
面上，磁感应元件位于磁体上方，与磁体之间设有间隙。
4.根据权利要求1所述的非接触式转角传感器，其特征在于，所述测量齿轮上安装有磁屏蔽
罩，所述磁***于磁屏蔽罩内。
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