CN106794871B - 转矩传感器装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种转矩传感器装置，该转矩传感器装置布置在输入轴和输出轴之间并且通过输入轴和输出轴之间的相对旋转位移来检测输入轴和输出轴之间的转矩。该转矩传感器装置包括：外壳，其容纳所述输入轴和所述输出轴的端部部分，被固定就位，并且能相对于所述输入轴和所述输出轴旋转；磁体单元，其与所述输入轴和所述输出轴中的一个的一端连接并且容纳在所述外壳中，以便能在外壳内旋转；收集器单元，其具有与所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端连接的一个或更多个部分，被布置成能在所述外壳内旋转，并且与所述磁体单元一起形成磁路；以及感测单元，其具有转矩传感器，所述转矩传感器围绕所述收集器单元的周缘布置并且检测由所述收集器单元集中的磁场，其中，所述收集器单元包括下收集器，所述下收集器具有环状下收集器环，所述下收集器环布置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端的径向方向上的外周缘上。

Description

转矩传感器装置
技术领域
本发明涉及转矩传感器，更具体地，涉及用于检测施加到包括输入轴和输出轴的轴的转矩的转矩传感器。
背景技术
通常，与路面接触的车辆车轮在车辆行驶或停驶期间根据方向盘的旋转而旋转。换句话讲，当方向盘向左或向右旋转时，车辆车轮在与方向盘的旋转方向相同的方向上旋转。然而，可能存在的问题是，因为车辆车轮与路面接触，所以方向盘和车辆车轮的旋转量由于车辆车轮和路面之间产生的摩擦而变得互不相同。为此原因，驾驶员需要很大的力量来操纵方向盘。
车辆包括作为转向力辅助装置的动力转向(PS)***。在动力转向***中，使用电动机的EPS方案的覆盖范围正推广到现实生活中使用的乘用车中。
出于动力辅助的目的，动力转向***设置有转矩传感器，该转矩传感器测量与方向盘连接的输入轴侧和与车辆车轮连接的输出轴侧之间的旋转角度偏差，以检测输入轴和输出轴之间的转矩负载。
转矩传感器被主要划分成接触型和非接触型。因为接触型牵涉到产生噪声并且耐久性降低的问题，所以非接触型是近来优选的。另外，非接触型转矩传感器被大致分类为磁阻检测型、磁变形监测型、电容检测型和光学检测型。
同时，设置在电动力转向***中的传统磁阻检测型转矩传感器包括输入轴和输出轴，输入轴的上端与驾驶员所操纵的方向盘联接，输出轴的上端通过扭力杆与输入轴的下端联接。输出轴的下端连接到车辆车轮。包括扭力杆的输入轴的下端和输出轴的上端被外壳覆盖，在外壳中容纳有如上所述的转矩传感器和动力装置。在这种情况下，输入轴包括磁极性以规则间隔交替布置的永磁体。另外，输出轴设置有具有齿轮结构的检测环，该齿轮结构的极性的数量对应于永磁体的极性的数量并且该齿轮结构由铁磁物质制成，铁磁物质可产生因输入轴中包括的永磁体所造成的磁感应。检测环被构造成，使得用于检测磁性的传感器连接到检测环。在这种情况下，设置在输入轴处的永磁体和设置在输出轴处的具有齿轮结构的检测环之间的相对扭转造成永磁体和检测环彼此面对的区域改变。因此，检测环中的磁通量改变并且由传感器来检测磁通量的变化，使得可检测输出轴相对于输入轴的扭转角度。
然而，传统的非接触型转矩传感器遭遇的问题是，需要过量的构成元件并且组装过程是复杂的，从而导致出现错误操作的概率和制造成本增加，并且暴露出由于过量的构成元件而导致的与转矩传感器的耐用期关联的问题。
另外，传统类型的转矩传感器牵涉到的问题是，永磁体和与永磁体对应的两个齿圈彼此交错，从而导致漏磁通量增加。
发明内容
技术问题
因此，本发明致力于解决以上提到的现有技术中出现的问题，并且本发明的目的是提供可被制造为具有简单结构，可提高灵敏度和检测可靠性并且可降低制造成本的转矩传感器装置。
技术方案
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种转矩传感器装置，该转矩传感器装置设置在输入轴和输出轴之间，并且被配置成通过所述输入轴和所述输出轴之间的相对旋转位移来检测所述输入轴和所述输出轴之间的转矩，该转矩传感器装置包括：外壳，该外壳被配置成容纳所述输入轴的端部和所述输出轴的端部并且被固定就位，以能够执行相对于所述输入轴和所述输出轴的相对旋转；磁体单元，该磁体单元以与所述输入轴和所述输出轴中的一个的一端连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中；收集器单元，该收集器单元以与所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端至少部分连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中，所述收集器单元被配置成与所述磁体单元一起形成磁路；以及感测单元，该感测单元包括转矩传感器，所述转矩传感器设置在所述收集器单元的外周缘处并且被配置成检测由所述收集器单元集中的磁场，其中，所述收集器单元包括下收集器，所述下收集器包括环状下收集器环，所述下收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处。
另一方面，本发明提供了一种转矩传感器装置，该转矩传感器装置设置在输入轴和输出轴之间，并且被配置成通过所述输入轴和所述输出轴之间的相对旋转位移来检测所述输入轴和所述输出轴之间的转矩，该转矩传感器装置包括：外壳，该外壳被配置成容纳所述输入轴的端部和所述输出轴的端部并且被固定就位，以能够执行相对于所述输入轴和所述输出轴的相对旋转；磁体单元，该磁体单元包括磁体环，所述磁体环以与所述输入轴和所述输出轴中的一个的一端连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中；收集器单元，该收集器单元以与所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端至少部分连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中，所述收集器单元被配置成与所述磁体单元一起形成磁路；以及感测单元，该感测单元包括转矩传感器，所述转矩传感器设置在所述收集器单元的外周缘处并且被配置成检测由所述收集器单元集中的磁场。所述收集器单元可包括：下收集器，该下收集器能旋转地设置成与所述磁体环相对；以及固定收集器，该固定收集器以按分隔方式设置在所述下收集器处这样的方式固定就位于所述外壳，并且所述转矩传感器设置在所述固定收集器的端部侧。所述下收集器可包括：环状下收集器环，所述下收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处；以及下收集器齿阵列，所述下收集器齿阵列由多个下收集器齿构成，所述下收集器齿被形成为以彼此以相等的角间隔沿周缘分隔开这样的方式，从所述下收集器环的内周缘端部径向延伸。所述下收集器齿阵列可形成在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的径向方向上。
在该转矩传感器装置中，所述固定收集器可包括：下固定收集器，该上固定收集器以分隔方式设置在所述下收集器环上，从而面对所述下收集器环；以及上固定收集器，该上固定收集器被设置成与所述下收集器齿阵列的至少一部分相对，其中，所述磁体环插在所述上固定收集器和所述下收集器齿阵列的所述至少一部分之间。
在该转矩传感器装置中，所述上固定收集器可包括：弧形形状的上固定板，该上固定板被设置成与所述下收集器齿阵列的所述至少一部分相对；以及上固定端子，该上固定端子被形成为从所述上固定板的端部延伸。所述下固定收集器可包括：弧形形状的下固定板，该下固定板被设置成与所述下收集器环的至少一部分相对；以及下固定端子，该下固定端子被形成为从所述下固定板的端部延伸。所述转矩传感器可设置在所述上固定端子和所述下固定端子之间。
在该转矩传感器装置中，所述上固定板的径向长度可大于所述下固定板的径向长度。
另一方面，本发明提供了一种转矩传感器装置，该转矩传感器装置设置在输入轴和输出轴之间，并且被配置成通过所述输入轴和所述输出轴之间的相对旋转位移来检测所述输入轴和所述输出轴之间的转矩，该转矩传感器装置包括：外壳，该外壳被配置成容纳所述输入轴的端部和所述输出轴的端部并且被固定就位，以能够执行相对于所述输入轴和所述输出轴的相对旋转；磁体单元，该外壳包括磁体块，所述磁体块以与所述输入轴和所述输出轴中的一个的一端连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中；收集器单元，该收集器单元以与所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端至少部分连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中，所述收集器单元被配置成与所述磁体单元一起形成磁路；以及感测单元，该感测单元包括转矩传感器，所述转矩传感器设置在所述收集器单元的外周缘处并且被配置成检测由所述收集器单元集中的磁场。所述收集器单元可包括：下收集器，该下收集器能旋转地设置成与所述磁体块相对；以及固定收集器，该固定收集器以按分隔方式设置在所述下收集器处这样的方式固定就位于所述外壳，并且包括设置在其端部处的所述转矩传感器。所述下收集器可包括：环状下收集器环，所述下收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处；以及下收集器齿阵列，所述下收集器齿阵列由多个下收集器齿构成，所述下收集器齿被形成为以彼此以相等的角间隔沿周缘分隔开这样的方式，从所述下收集器环的内周缘端部径向延伸。所述下收集器齿阵列可形成在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的径向方向上。
在该转矩传感器装置中，所述固定收集器可包括：下固定收集器，该下固定收集器以分隔方式设置在所述下收集器环上，从而面对所述下收集器环；以及上固定收集器，该上固定收集器被设置成与所述下收集器齿阵列的至少一部分相对，其中，所述磁体环插在所述上固定收集器和所述下收集器齿阵列的所述至少一部分之间。
在该转矩传感器装置中，所述上固定收集器可包括：弧形形状的上固定板，该上固定板被设置成与所述下收集器齿阵列的所述至少一部分相对；以及上固定端子，该上固定端子被形成为从所述上固定板的端部延伸。所述下固定收集器可包括：弧形形状的下固定板，该下固定板被设置成与所述下收集器环的至少一部分相对；以及下固定端子，该下固定端子被形成为从所述下固定板的端部延伸。所述转矩传感器可设置在所述上固定端子和所述下固定端子之间。
在该转矩传感器装置中，所述上固定板的径向长度可大于所述下固定板的径向长度。
又一方面，本发明提供了一种转矩传感器装置，该转矩传感器装置设置在输入轴和输出轴之间，并且被配置成通过所述输入轴和所述输出轴之间的相对旋转位移来检测所述输入轴和所述输出轴之间的转矩，该转矩传感器装置包括：外壳，该外壳被配置成容纳所述输入轴的端部和所述输出轴的端部并且被固定就位，以能够执行相对于所述输入轴和所述输出轴的相对旋转；磁体单元，该磁体单元包括磁体环，所述磁体环以与所述输入轴和所述输出轴中的一个的一端连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中；收集器单元，该收集器单元以与所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端至少部分连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中，所述收集器单元被配置成与所述磁体单元一起形成磁路；以及感测单元，该感测单元包括转矩传感器，所述转矩传感器设置在所述收集器单元的外周缘处并且被配置成检测由所述收集器单元集中的磁场。所述收集器单元可包括：上收集器，该上收集器被设置成向着所述输入轴和所述输出轴中的一个取向；下收集器，该下收集器被设置成与所述上收集器分隔开；以及固定收集器，该固定收集器固定就位于所述外壳从而按分隔方式设置在所述上收集器和所述下收集器的外周缘处，其中，所述转矩传感器插在所述固定收集器的端部之间。所述上收集器可包括：环状上收集器环，所述上收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处；以及上收集器齿阵列，所述上收集器齿阵列由多个上收集器齿构成，所述上收集器齿被形成为以彼此以相等的角间隔沿周缘分隔开这样的方式，从所述上收集器环的内周缘端部向下延伸。所述下收集器可包括：环状下收集器环，所述下收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处；以及下收集器齿阵列，所述下收集器齿阵列由多个下收集器齿构成，所述下收集器齿被形成为以彼此以相等的角间隔沿周缘分隔开这样的方式，从所述下收集器环的内周缘端部径向延伸。所述上收集器齿阵列和所述下收集器齿阵列中的一个可形成在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上，并且所述上收集器齿阵列和所述下收集器齿阵列中的另一个可形成在所述输入轴和所述输出轴的径向方向上。
在该转矩传感器装置中，所述上收集器齿阵列可在所述输出轴的纵向方向上形成在所述输出轴处。
在该转矩传感器装置中，所述磁体环可被设置成一对，并且这两个磁体环的在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上的长度可互不相同。
在该转矩传感器装置中，这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上具有较大长度的磁体环可设置在所述上收集器齿阵列处，并且所述上收集器齿阵列的在所述输出轴的纵向方向上的长度可大于这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上具有较大长度的磁体环的轴向长度。
在该转矩传感器装置中，这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上具有较小长度的磁体环可设置在所述下收集器齿阵列处，并且所述下收集器齿阵列的在所述输出轴的径向方向上的长度可大于这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的径向方向上具有较小长度的磁体环的径向长度。
在该转矩传感器装置中，所述磁体环可包括：上磁体环，该上磁体环被设置成对应于所述上收集器；以及下磁体环，该下磁体环被设置成面对所述下收集器。所述上磁体环和所述下磁体环中的每个的N极和S极可在周缘方向上交替布置，并且关于在所述输入轴和所述输出轴的纵向方向上形成的横截面，所述上磁体环的宽高比 (ARu)可小于所述下磁体环的宽高比(AB1)。
在该转矩传感器装置中，所述上磁体环的磁力线可在周缘方向上形成在所述上磁体环的周缘表面上，所述上磁体环与所述输入轴和所述输出轴的纵向方向平行，并且所述下磁体环的磁力线可在所述输入轴和所述输出轴的纵向方向上形成在所述下磁体环的周缘表面上，所述下磁体环与所述输入轴和所述输出轴的纵向方向垂直。
有益效果
如上构造的根据本发明的实施方式的转矩传感器装置具有以下的有益效果。
第一，本发明的转矩传感器装置采取以下结构：收集器单元的收集器被垂直设置，使得泄露的磁通量的量可最小并且传递到转矩传感器的磁通量的量可增大，由此实现转矩的更准确检测。
第二，本发明的转矩传感器装置可通过利用其中设置单个下收集器的结构在提高和保持装置性能的同时显著减少所消耗的材料量，从而简化产品制造过程并且大幅降低制造成本。
第三，本发明的转矩传感器装置可通过利用除了磁体环结构外的分隔开的磁体块结构在提高和保持装置性能的同时显著减少所消耗的材料量，从而简化产品制造过程并且大幅降低制造成本。
附图说明
根据下面结合附图对本发明的优选实施方式的详细描述，将清楚本发明的以上和其他目的、特征和优点，在附图中：
图1是示出根据本发明的一个实施方式的转矩传感器装置的示意性分解立体图；
图2是示出根据本发明的一个实施方式的转矩传感器装置的收集器单元的部分分解立体图；
图3是示出根据本发明的一个实施方式的转矩传感器装置的部分组装视图；
图4是示出根据本发明的另一个实施方式的转矩传感器装置的示意性分解立体图；
图5是示出根据本发明的另一个实施方式的转矩传感器装置的收集器单元的部分分解立体图；
图6是示出根据本发明的又一个实施方式的转矩传感器装置的示意性分解立体图；
图7是示出根据本发明的又一个实施方式的转矩传感器装置的收集器单元的部分分解立体图；以及
图8是收集器单元的部分剖视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图来详细描述本发明的转矩传感器装置10的构造和操作。
本发明的转矩传感器装置10包括外壳100、磁体单元200、收集器单元300和感测单元400。本发明的转矩传感器装置10设置在输入轴2和输出轴3之间，并且通过输入轴2和输出轴3之间的相对旋转位移来检测输入轴2和输出轴3之间的转矩。
首先，下文中，将参照图1至图3来描述本发明的一个实施方式。
外壳100容纳输入轴2的端部和输出轴3的端部，并且被固定就位，从而能够执行相对于输入轴2和输出轴3的相对旋转。
外壳100包括外壳盖110和外壳底座120。外壳盖110与外壳底座120接合，以限定容纳其他构成元件的内部空间。
外壳盖110设置在输入轴处，并且外壳底座120设置在输出轴3处以面对外壳盖110。外壳盖110包括形成在其外周缘处的外壳盖安装部分(未示出)，并且外壳底座120包括形成在其外周缘处的外壳盖安装部分(未示出)，以形成相互接合结构。
外壳盖110和外壳底座120分别包括穿通开口113和穿通开口(未示出)，使得输入轴2和输出轴3以及用于将输入轴2和输出轴3直接互连的扭力杆5可贯穿地设置在其中。
磁体单元200包括磁体环220，磁体环220可按与输入轴2和输出轴3中的一个的一端连接这样的方式旋转地容纳在外壳100中。
换句话讲，磁体单元200与输入轴和输出轴中的任一个连接，即，在这个实施方式中，与输入轴2连接，使得磁体单元200与输入轴2一起旋转，以形成磁体单元 200设置在外壳100内以执行相对于外壳100的相对旋转的结构。
磁体单元200可按各种方式配置，但在这个实施方式中包括磁体环220。
虽然在这个实施方式中未示出，但磁体单元可包括磁体支架，以采取磁体支架将磁体环220支撑于输入轴侧的配置。虽然在附图中未清楚示出，但本发明的磁体环 220形成其中N极和S极或S极和N极被排列或布置成被磁化以在输入轴2和输出轴3的纵向方向上形成磁场的结构。
磁体环可被设置成多个，但在这个实施方式中，被设置成单个。磁体环220被配置成使得N极和S极交替地布置。磁体环220被磁化，使得在输入轴和输出轴的纵向方向上形成磁场。
收集器单元300以至少部分固定安装于输入轴和输出轴中的另一个的一端(即，在这个实施方式中，输出轴3侧)这样的方式被容纳在外壳中，使得可相对于外壳 100执行相对旋转。
另外，收集器单元300至少部分设置在输入轴2和输出轴3的径向方向上的磁体环220的外侧，使得收集器单元300形成在磁体单元200的磁体环220处形成的磁场的磁路，或者收集器单元300将磁场集中以将磁场传递到感测单元400来实现更准确的检测功能。
感测单元400被实现为转矩传感器，转矩传感器设置在收集器单元300的外周缘处并且检测收集器单元300所集中的磁场。感测单元400被实现为诸如霍尔传感器的非接触型传感器。如有必要，则感测单元400还可包括单独的传感器。
在这个实施方式中，感测单元被实现为单个转矩传感器，但可采取以下构造：设置两个转矩传感器，以提高灵敏度的准确性，并且当转矩传感器中的一个失效时，通过从另一个输出的信号来实现自动防故障功能。
同时，本发明的收集器单元300包括下收集器320和固定收集器330。
下收集器320连接到输出轴，以与输出轴一起旋转。
下收集器套筒(未示出)和下收集器支架(未示出)可设置在下收集器320和输出轴3之间。下收集器套筒的一端连接到输出轴3。可在防止下收集器套筒和输出轴 3之间有相对旋转的范围内，按诸如焊接、塑料卡扣装配和压紧的各种联接方式来实现下收集器套筒和输出轴3之间的连接。
另外，可根据设计规范，按各种方式来修改下收集器套筒，诸如被实现为钢结构或合成树脂结构。
另外，下收集器支架连接到下收集器套筒的外周缘。下收集器支架是将下收集器套筒和下收集器互连的构成元件，并且最终实现了防止输入轴和下收集器320之间相对旋转的连接功能。
下收集器320由诸如导磁合金、硅钢板或不锈钢板的磁性材料制成。可在形成预定结构的范围内，按各种方式来改变下收集器320的材料和制造方法，诸如被冲压加工或被浇铸。
下收集器320包括下收集器环321和下收集器齿阵列323。
下收集器环321具有在输出轴3的旋转方向上形成的预定环状形状。下收集器齿阵列323由多个下收集器齿构成，这些齿从下收集器环321的内周缘表面向内径向形成，以在与输出轴垂直的平面上沿周缘彼此以相等的角间隔分隔开。
同时，固定收集器330以在上收集器310和下收集器320的外周缘处以分隔方式设置这样的方式被固定就位于外壳100，使得被实现为转矩传感器的感测单元400设置在固定收集器330的相应端部之间。
固定收集器330包括上固定收集器340和下固定收集器350。
上固定收集器340包括上固定板341和上固定端子343。
上固定板341在磁体环220的外周缘处形成为弧形形状，并且上固定端子343 被形成为从上固定板341的外周缘端向着转矩传感器400延伸。上固定板341可采取以下配置：当从与输入轴和输出轴垂直的平面看时，上固定板341重叠在磁体环220 上，更优选地，上固定板341的内弧形表面和外弧形表面之间的距离大于磁体环220 的内周缘表面和外周缘表面之间的距离，由此使从磁体环220泄露的磁通量最少。
上固定端子343被形成为从上固定板341的外周缘端向着转矩传感器400延伸。上固定端子343具有预定弯曲形状，使得上固定端子343的端部靠近转矩传感器400，使气隙减小，由此增加集中的磁通量传递到转矩传感器400的能力，从而实现转矩的更准确检测。
上固定板341和上固定端子343彼此一体地形成。上固定板341的一端设置成接近磁体环220，并且上固定端子343的一端设置成接近转矩传感器400，以磁体环220 相对。
下固定收集器350包括下固定板351和下固定端子353。下固定收集器350的整个结构与上固定收集器340的整个结构相同，但如有必要，可采取与上固定收集器 340的构造略有不同的构造。
下固定板351在下收集器320的外周缘处形成为弧形形状。下固定板351可采取以下构造：当从与输入轴和输出轴垂直的平面看时，下固定板351重叠在下收集器 320的下收集器环321上，更优选地，下固定板351的内弧形表面和外弧形表面之间的距离大于下收集器环321的内周缘表面和外周缘表面之间的距离，由此使从下收集器环泄露的磁通量最少。
下固定端子353被形成为从下固定板351的外周缘端向着转矩传感器400延伸。下固定端子353具有预定弯曲形状，使得下固定端子353的端部靠近转矩传感器400，使气隙减小，由此增加集中的磁通量传递到转矩传感器400的能力，从而实现转矩的更准确检测。
下固定板351和下固定端子353彼此一体地形成。下固定板351的一端设置成接近下收集器320，并且下固定端子353的一端设置成接近转矩传感器400，与下收集器320相对。
上固定收集器的上固定板和下固定收集器的下固定板在径向宽度方面互不相同，并且固定收集器可采取上固定板的长度大于下固定板的长度的结构。
本发明的特征在于单个磁体环、与磁体环对应的单个下收集器以及固定收集器结构。因此，本发明可降低制造成本并且提高或保持转矩感测性能。
另外，在输入轴和输出轴的轴向方向上将磁体环磁化的情况下，当在输入轴和输出轴之间没有扭转时，下收集器所收集的磁场的N极和S极以50∶50的比率布置，从而形成磁中性状态(参见图3)。
另一方面，当在输入轴和输出轴之间存在扭力时，下收集器所收集的磁场的N 极和S极以超出50∶50的比率布置，从而形成非均匀的磁状态。另外，下收集器齿阵列造成N极和S极的对应区域改变，以形成磁路，与区域改变成正比的磁力是由固定收集器引起的并且通过该磁路返回到磁体环220的上部部分，此时，转矩传感器可检测磁场的改变，以感测所产生的给定量的扭力。
同时，本发明可采取除了如图1至图3中示出的一个实施方式中描述的磁体环外的另一个结构，即，被实现为包括磁体块的磁体单元的结构。下文中，将参照图4 和图5描述本发明的另一个实施方式。使用相同的参考标号和名称来指代相同的元件，因此将省略重复描述。
不同于以上提到的被实现为磁体环的实施方式，磁体单元200包括磁体块220，磁体块220能以与输入轴2和输出轴3中的一个的一端连接这样的方式旋转容纳在外壳100中。
换句话讲，磁体单元200与输入轴和输出轴中的任一个连接，即，在这个实施方式中，与输入轴2连接，使得磁体单元200与输入轴2一起旋转，以形成磁体单元 200设置在外壳100内以执行相对于外壳100的相对旋转的结构。磁体单元200可按各种方式配置，但在这个实施方式中包括磁体块220。
虽然在这个实施方式中未示出，但磁体单元可包括磁体支架，以采取磁体支架将磁体块220支撑于输入轴侧的配置。本发明的磁体块220形成以下结构：不同极性布置在输入轴2和输出轴3的周缘方向上，即，N极和S极或S极和N极被排列或布置成在周缘方向上被磁化。
磁体块可被设置成多个，并且采取以下结构：多个磁体块被布置成在输入轴和输出轴的旋转方向上以相等的角间隔沿周缘彼此分隔开。多个磁体块可采取以下结构：它们被布置成彼此等距离地分隔开，但在以上实施方式中，磁体环的数量被设置成单个。虽然在附图中没有清楚示出，但磁体块220中的每个被构造成，使得N极和S 极被布置成在竖直方向上(即，在输入轴和输出轴的纵向方向上)磁化，以致磁体块 220在输入轴和输出轴的纵向方向上形成磁场。
收集器单元300以至少部分固定安装于输入轴和输出轴中的另一个的一端(即，在这个实施方式中，输出轴3侧)这样的方式被容纳在外壳中，使得可相对于外壳 100执行相对旋转。
另外，收集器单元300至少部分设置在输入轴2和输出轴3的径向方向上的磁体块220的外侧，使得收集器单元300形成磁体单元200的磁体块220处形成的磁场的磁路，或者收集器单元300将磁场集中以将磁场传递到感测单元400来实现更准确的检测功能。
感测单元400被实现为转矩传感器，转矩传感器设置在收集器单元300的外周缘处并且检测收集器单元300所集中的磁场。如有必要，则感测单元400还可包括单独的传感器。
在这个实施方式中，感测单元被实现为单个转矩传感器，但可采取以下构造：设置两个转矩传感器，以提高灵敏度的准确性，并且当转矩传感器中的一个失效时，通过从另一个输出的信号来实现自动防故障功能。
同时，本发明的收集器单元300包括下收集器320和固定收集器330。
下收集器320连接到输出轴，以与输出轴一起旋转。
下收集器套筒(未示出)和下收集器支架(未示出)可设置在下收集器320和输出轴3之间。下收集器套筒的一端连接到输出轴3。可在防止下收集器套筒和输出轴 3之间有相对旋转的范围内，按诸如焊接、塑料卡扣装配和压紧的各种联接方式来实现下收集器套筒和输出轴3之间的连接。
另外，可根据设计规范，按各种方式来修改下收集器套筒，诸如被实现为钢结构或合成树脂结构。
另外，下收集器支架连接到下收集器套筒的外周缘。下收集器支架是将下收集器套筒和下收集器互连的构成元件，并且最终实现了防止输入轴和下收集器320之间相对旋转的连接功能。
下收集器320由诸如导磁合金、硅钢板或不锈钢板的磁性材料制成。可在形成预定结构的范围内，按各种方式来改变下收集器320的材料和制造方法，诸如被冲压加工或被浇铸。
下收集器320包括下收集器环321和下收集器齿阵列323。
下收集器环321具有在输出轴3的旋转方向上形成的预定环状形状。下收集器齿阵列323由多个下收集器齿构成，这些齿从下收集器环321的内周缘表面向内径向形成，以在与输出轴垂直的平面上沿周缘彼此以相等的角间隔分隔开。
同时，固定收集器330以在上收集器310和下收集器320的外周缘处以分隔方式设置这样的方式被固定就位于外壳100，使得感测单元400设置在固定收集器330的相应端部之间。
固定收集器330包括上固定收集器340和下固定收集器350。
上固定收集器340包括上固定板341和上固定端子343。
上固定板341在磁体块220的外周缘处形成为弧形形状，并且上固定端子343 被形成为从上固定板341的外周缘端向着转矩传感器400延伸。上固定板341可采取以下配置：当从与输入轴和输出轴垂直的平面看时，上固定板341重叠在磁体环220 上，更优选地，上固定板341的内弧形表面和外弧形表面之间的距离大于磁体环220 的内周缘表面和外周缘表面之间的距离，由此使从磁体环220泄露的磁通量最少。
上固定端子343被形成为从上固定板341的外周缘端向着转矩传感器400延伸。上固定端子343具有预定弯曲形状，使得上固定端子343的端部靠近转矩传感器400，使气隙减小，由此增加集中的磁通量传递到转矩传感器400的能力，从而实现转矩的更准确检测。
上固定板341和上固定端子343彼此一体地形成。上固定板341的一端设置成接近磁体块220，并且上固定端子343的一端设置成接近转矩传感器400，以与磁体块 220相对。
下固定收集器350包括下固定板351和下固定端子353。下固定收集器350的整个结构与上固定收集器340的整个结构相同，但如有必要，可采取与上固定收集器 340的构造略有不同的构造。
下固定板351在下收集器320的外周缘处形成为弧形形状。下固定板351可采取以下构造：当从与输入轴和输出轴垂直的平面看时，下固定板351重叠在下收集器 320的下收集器环321上，更优选地，下固定板351的内弧形表面和外弧形表面之间的距离大于下收集器环321的内周缘表面和外周缘表面之间的距离，由此使从下收集器环泄露的磁通量最少。
下固定端子353被形成为从下固定板351的外周缘端向着转矩传感器400延伸。下固定端子353具有预定弯曲形状，使得下固定端子353的端部靠近转矩传感器400，使气隙减小，由此增加集中的磁通量传递到转矩传感器400的能力，从而实现转矩的更准确检测。
下固定板351和下固定端子353彼此一体地形成。下固定板351的一端设置成接近下收集器320，并且下固定端子353的一端设置成接近转矩传感器400，与下收集器320相对。
上固定收集器的上固定板和下固定收集器的下固定板在径向宽度方面互不相同，并且固定收集器可采取上固定板的长度大于下固定板的长度的结构。
本发明的特征在于单个磁体环、与磁体环对应的单个下收集器以及固定收集器结构。因此，本发明可降低制造成本并且提高或保持转矩感测性能。
另外，在输入轴和输出轴的轴向方向上将磁体块磁化的情况下，当在输入轴和输出轴之间没有扭力时，下收集器所收集的磁场的N极和S极以50∶50的比率布置，从而形成磁中性状态。
另一方面，当在输入轴和输出轴之间存在扭力时，下收集器所收集的磁场的N 极和S极以超出50∶50的比率布置，从而形成非均匀的磁状态。另外，下收集器齿阵列造成N极和S极的对应区域改变，以形成磁路，与区域改变成正比的磁力是由固定收集器引起的并且通过该磁路返回到磁体块220的上部部分，此时，转矩传感器可检测磁场的改变，以感测所产生的给定量的扭力。
另外，同时，在以上提到的实施方式中，本发明的收集器单元采取以下结构：该结构包括下收集器，下收集器包括在径向中心方向上延伸的下收集器齿阵列和包括下收集器齿阵列的下收集器环，但收集器单元还可包括上收集器。类似于以上提到的情况，使用相同的参考标号和名称来指代相同的、基本上相同的或等效的元件，因此将省略重复描述。
参照图6至图8，根据本发明的又一个实施方式的转矩传感器装置10包括外壳100、磁体单元200、收集器单元300和感测单元400。本发明的转矩传感器装置10 设置在输入轴2和输出轴3之间，并且通过输入轴2和输出轴3的相对旋转位移来检测输入轴2和输出轴3之间的转矩。
在该实施方式中，磁体单元200包括磁体环220，磁体环220按与输入轴2和输出轴3中的一个的一端连接这样的方式能旋转地容纳在外壳100中。
换句话讲，磁体单元200与输入轴和输出轴中的任一个连接，即，在这个实施方式中，与输入轴2连接，使得磁体单元200与输入轴2一起旋转，以形成磁体单元 200设置在外壳100内以能够执行相对于外壳100的相对旋转的结构。
磁体单元200可按各种方式配置，但在这个实施方式中包括磁体环220。
虽然在这个实施方式中未示出，但磁体单元可包括磁体支架，以采取磁体支架将磁体环220支撑于输入轴侧的配置。本发明的磁体环220形成以下结构：不同极性布置在输入轴2和输出轴3的周缘方向上，即，N极和S极或S极和N极被排列或布置成在周缘方向上被磁化。
在这个实施方式中，磁体环被设置成多个。更具体地，磁体环被设置成一对。磁体环220包括上磁体环2210和下磁体环2220。上磁体环2210被设置成对应于随后将描述的收集器单元的上收集器310，并且下磁体环2220被设置成面对下收集器320。上磁体环2210和下磁体环2220中的每个的N极和S极交替布置在周缘方向上，并且相对于输入轴2和输出轴3的纵向方向上形成的横截面，上磁体环2210的宽高比 (ARu)小于下磁体环2220的宽高比(AR1)。
换句话讲，如图8所示，上磁体环2210的宽高比(AR1＝d1/t1)小于下磁体环 2220的宽高比(AR2＝d2/t2)。
依据这种构造，上磁体环2210和下磁体环2220形成如图8所示的磁力线。上磁体环2210的磁力线在周缘方向上形成在上磁体环2210的周缘表面上(更具体地，上磁体环2210的外周缘表面上)，该上磁体环与输入轴2和输出轴3的纵向方向平行，以与沿着周缘相邻的另一个极性形成磁力线，并且下磁体环2220的磁力线在输入轴和输出轴的纵向方向上形成在下磁体环的周缘表面上，该下磁体环与输入轴2和输出轴3的纵向方向垂直，同时与沿着周缘相邻的另一个极性形成磁力线。
换句话讲，上磁体环2210主要形成其内周缘表面和外周缘表面上的其他极性之间的磁场，下磁体环2220主要在向着输入轴和输出轴取向的表面上形成磁场。
收集器单元300以至少部分固定安装于输入轴和输出轴中的另一个的一端(即，在这个实施方式中，输出轴3侧)这样的方式被容纳在外壳中，使得可相对于外壳 100执行相对旋转。
另外，收集器单元300至少部分设置在输入轴2和输出轴3的径向方向上的磁体环220的外侧，使得收集器单元300形成在磁体单元200的磁体环220处形成的磁场的磁路，或者收集器单元300将磁场集中将磁场传递到感测单元400来实现更准确的检测功能。
感测单元400被实现为转矩传感器，转矩传感器设置在收集器单元300的外周缘处并且检测收集器单元300所集中的磁场。如有必要，则感测单元400还可包括单独的传感器。
在这个实施方式中，感测单元被实现为单个转矩传感器，但可采取以下构造：设置两个转矩传感器，以提高灵敏度的准确性，并且当转矩传感器中的一个失效时，通过从另一个输出的信号来实现自动防故障功能。
同时，本发明的收集器单元300包括上收集器310、下收集器320和固定收集器330。
上收集器310被设置成向着输入轴和输出轴中的任一个取向，下收集器320被设置成与上收集器310分隔开。固定收集器330以在上收集器310和下收集器320的外周缘处以分隔方式设置这样的方式被固定就位于外壳100，使得被实现为转矩传感器的感测单元400设置在固定收集器330的相应端部之间。
上收集器310包括上收集器环311和上收集器齿阵列313。
上收集器环311具有在输入轴2和输出轴3中的另一个处(即，在这个实施方式中，输入轴2的外周缘上)形成的预定环状形状。上收集器齿阵列313由多个上收集器齿构成，这些齿从上收集器环311的内周缘表面向下延伸地形成，以在输入轴2的纵向方向上沿周缘彼此以相等的角间隔分隔开。
另外，下收集器320连接到输出轴，以与输出轴一起旋转。
下收集器套筒(未示出)和下收集器支架(未示出)可设置在下收集器320和输出轴3之间。以上提到的上收集器可采取与下收集器320的构造相同的构造。下收集器套筒的一端连接到输出轴3。可在防止下收集器套筒和输出轴3之间有相对旋转的范围内，按诸如焊接、塑料卡扣装配和压紧的各种联接方式来实现下收集器套筒和输出轴3之间的连接。
另外，可根据设计规范，按各种方式来修改下收集器套筒，诸如被实现为钢结构或合成树脂结构。
另外，下收集器支架连接到下收集器套筒的外周缘。下收集器支架是将下收集器套筒和下收集器互连的构成元件，并且最终实现了防止输入轴和下收集器320之间相对旋转的连接功能。
下收集器320包括下收集器环321和下收集器齿阵列323。
下收集器环321具有在输出轴3的旋转方向上形成的预定环状形状。下收集器齿阵列323由多个下收集器齿构成，这些齿从下收集器环321的内周缘表面向内径向形成，以在与输出轴垂直的平面上沿周缘彼此以相等的角间隔分隔开。
换句话讲，上收集器齿阵列和下收集器齿阵列建立了垂直布置关系。
同时，在这个实施方式中，磁体环被设置成多个。更具体地，磁体环被设置成一对。磁体环220包括上磁体环2210和下磁体环2220。上磁体环2210和下磁体环2220 在输入轴和输出轴的纵向方向上的长度互不相同。也就是说，上磁体环2210在输入轴和输出轴的纵向方向上的长度(t1)大于下磁体环2220在输入轴和输出轴的纵向方向上的长度(t2)。
在这种情况下，下收集器齿阵列323的与输入轴和输出轴的纵向方向垂直的径向长度(12)大于下磁体环2220的与输入轴和输出轴的纵向方向垂直的径向方向(d2)，使得可促成收集由下磁体环2220产生的磁场。
同时，固定收集器330以在上收集器310和下收集器320的外周缘处以分隔方式设置这样的方式被固定就位于外壳100，使得被实现为转矩传感器的感测单元400设置在固定收集器330的相应端部之间。
固定收集器330包括上固定收集器340和下固定收集器350。
上固定收集器340包括上固定板341和上固定端子343。
上固定板341在上收集器310的外周缘处形成为弧形形状，并且上固定端子343 被形成为从上固定板341的外周缘端向着转矩传感器400延伸。上固定板341可采取以下配置：当从与输入轴和输出轴垂直的平面看时，上固定板341重叠在上收集器 310的上收集器环311上，更优选地，上固定板341的内弧形表面和外弧形表面之间的距离大于上收集器环311的内周缘表面和外周缘表面之间的距离，由此使从上收集器环311泄露的磁通量最少。
上固定端子343具有预定弯曲形状，使得上固定端子343的端部靠近转矩传感器400，使气隙减小，由此增加集中的磁通量传递到转矩传感器400的能力，从而实现转矩的更准确检测。
上固定板341和上固定端子343彼此一体地形成。上固定板341的一端设置成接近上收集器310，并且上固定端子343的一端设置成接近转矩传感器400，以与上收集器310相对。
下固定收集器350包括下固定板351和下固定端子353。下固定收集器350的整个结构与上固定收集器340的整个结构相同，但如有必要，可采取与上固定收集器340的构造略有不同的构造。
下固定板351在下收集器320的外周缘处形成为弧形形状。下固定板351可采取以下构造：当从与输入轴和输出轴垂直的平面看时，下固定板351重叠在下收集器 320的下收集器环321上，更优选地，下固定板351的内弧形表面和外弧形表面之间的距离大于下收集器环321的内周缘表面和外周缘表面之间的距离，由此使从下收集器环泄露的磁通量最少。
下固定端子353被形成为从下固定板351的外周缘端向着转矩传感器400延伸。下固定端子353具有预定弯曲形状，使得下固定端子353的端部靠近转矩传感器400，使气隙减小，由此增加集中的磁通量传递到转矩传感器400的能力，从而实现转矩的更准确检测。
下固定板351和下固定端子353彼此一体地形成。下固定板351的一端设置成接近下收集器320，并且下固定端子353的一端设置成接近转矩传感器400，与下收集器320相对。
如上所述，可在通过非接触型转矩传感器来检测施加到轴的转矩的范围内，按各种方式来修改本发明。
工业适用性
本发明可用于各种工业领域和技术领域，诸如，在通过非接触型转矩传感器来检测施加到轴的转矩的范围内，被实现为除了用于机动车辆的方向盘轴外的用于电动自行车或电动摩托车的转矩传感器。

Claims (4)

1.一种转矩传感器装置，该转矩传感器装置设置在输入轴和输出轴之间，并且被配置成通过所述输入轴和所述输出轴之间的相对旋转位移来检测所述输入轴和所述输出轴之间的转矩，该转矩传感器装置包括：
外壳，该外壳被配置成容纳所述输入轴的端部和所述输出轴的端部并且被固定就位，以能够执行相对于所述输入轴和所述输出轴的相对旋转；
磁体单元，该磁体单元以与所述输入轴和所述输出轴中的一个的一端连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中；
收集器单元，该收集器单元以与所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端至少部分连接这样的方式能旋转地容纳在所述外壳中，所述收集器单元被配置成与所述磁体单元一起形成磁路；以及
感测单元，该感测单元包括转矩传感器，所述转矩传感器设置在所述收集器单元的外周缘处并且被配置成检测由所述收集器单元集中的磁场，
其中，所述收集器单元包括下收集器，所述下收集器包括环状下收集器环，所述下收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处，
其中，所述磁体单元包括磁体环，
其中，所述收集器单元还包括：
上收集器，该上收集器被设置成向着所述输入轴和所述输出轴中的一个取向；
固定收集器，该固定收集器固定就位于所述外壳从而按分隔方式设置在所述上收集器和所述下收集器的外周缘处，其中，所述转矩传感器插在所述固定收集器的端部之间，其中，所述下收集器被设置成与所述上收集器分隔开，
其中，所述上收集器包括：
环状上收集器环，该上收集器环沿周缘径向设置在所述输入轴和所述输出轴中的另一个的一端处；以及
上收集器齿阵列，该上收集器齿阵列由多个上收集器齿构成，所述上收集器齿被形成为以彼此以相等的角间隔沿周缘分隔开这样的方式，从所述上收集器环的内周缘端部向下延伸，
其中，所述下收集器还包括下收集器齿阵列，所述下收集器齿阵列由多个下收集器齿构成，所述下收集器齿被形成为以彼此以相等的角间隔沿周缘分隔开这样的方式，从所述下收集器环的内周缘端部径向延伸，
其中，所述上收集器齿阵列和所述下收集器齿阵列中的一个形成在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上，
其中，所述上收集器齿阵列和所述下收集器齿阵列中的另一个形成在所述输入轴和所述输出轴的径向方向上，
其中，所述上收集器齿阵列在所述输出轴的纵向方向上形成在所述输出轴处，
其中，所述磁体环被设置成一对，并且这两个磁体环的在所述输入轴和所述输出轴的轴向纵向方向上的长度互不相同，
其中，所述磁体环包括：
上磁体环，该上磁体环被设置成对应于所述上收集器；以及
下磁体环，该下磁体环被设置成面对所述下收集器，
其中，所述上磁体环和所述下磁体环中的每个的N极和S极在周缘方向上交替布置，并且
其中，关于在所述输入轴和所述输出轴的纵向方向上形成的横截面，所述上磁体环的宽高比(ARu)小于所述下磁体环的宽高比(AB1)。
2.根据权利要求1所述的转矩传感器装置，其中，这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的所述轴向纵向方向上具有较大长度的磁体环设置在所述上收集器齿阵列处，并且其中，所述上收集器齿阵列的在所述输出轴的纵向方向上的长度大于这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的所述轴向纵向方向上具有较大长度的磁体环的轴向长度。
3.根据权利要求2所述的转矩传感器装置，其中，这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的所述轴向纵向方向上具有较小长度的磁体环设置在所述下收集器齿阵列处，并且其中，所述下收集器齿阵列的在所述输出轴的径向方向上的长度大于这两个磁体环中的在所述输入轴和所述输出轴的径向方向上具有较小长度的磁体环的径向长度。
4.根据权利要求1所述的转矩传感器装置，其中，所述上磁体环的磁力线在周缘方向上形成在所述上磁体环的周缘表面上，所述上磁体环与所述输入轴和所述输出轴的纵向方向平行，其中，所述下磁体环的磁力线在所述输入轴和所述输出轴的纵向方向上形成在所述下磁体环的周缘表面上，所述下磁体环与所述输入轴和所述输出轴的纵向方向垂直。
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