[實用新型]車用光電式轉矩傳感器

無效

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• 申請日: 2001-09-28
• 公開（公告）號: CN2505330Y
• 公開（公告）日: 2002-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 季學武;陳奎元
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60P3/00
• 分類號: B60P3/00;G01L3/12
• 代理公司: 北京清亦華專利事務所
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本實用新型屬于運輸車輛專用電子設備技術領域，特別涉及電動助力轉向系統(tǒng)中的光電式轉矩傳感器結構設計。

背景技術

電力電子技術的飛快發(fā)展，有力地促進了汽車電子化的進程。在現(xiàn)代汽車的各種系統(tǒng)中，采用了相當數(shù)量的電子裝置。然而，由于尺寸、價格等方面的原因，把市場上已有的儀器化的電子裝置原封不動地安裝在汽車上是不可取的，因此，日、美、英等先進工業(yè)國都在大力開展汽車專用電子設備的研究與開發(fā)。

在這方面，有代表性的是英國盧卡斯(Lucas)公司于1992年推出的汽車電動助力轉向系統(tǒng)(EPS)專用光電式轉矩傳感器。此類傳感器具有電磁兼容性好、抗干擾能力強、小型輕量化、價格比較合適等特點。

該傳感器的結構如圖1、圖2所示，主要由扭桿1、光源2、碼盤3和4、光接收器5和6等組成。碼盤3和4分別固定在扭桿1的兩端，每個碼盤上均有沿圓周方向的兩圈透光孔7和遮光區(qū)8，二者交替布置。碼盤3上的兩圈透光孔7相差一個透光孔距(圖2a)，碼盤4上的兩圈透光孔7同相位(圖2b)。來自光源2的光線穿過碼盤3和4的兩圈透光孔7，分別投射在光接收器5和6上。碼盤3和4上兩圈透光孔7的重疊度隨扭桿1的相對轉角而變化，因而由光接受器5和6轉換成的輸出電壓也隨之變化。此輸出電壓不會由于碼盤3和4隨其軸旋轉受到影響，僅隨作用于扭桿1上的轉矩而變化。

該傳感器的碼盤3和4，之所以各設兩圈透光孔7，并配置兩個光接收器5和6，其目的是為了確定所測轉矩的方向，并經(jīng)過信號差動放大，消除由于光源光強的變化而引起的測量誤差以及便于故障檢測。

該傳感器存在如下問題：

其一，兩個碼盤3和4各設兩圈透光孔7，為了保持一定的測量精度，同一圈和不同圈上每個透光孔7的面積S₁必須相等，由于光電轉換器5和6轉化成的電壓與透光孔7和遮光區(qū)8重疊后的透光面積成比例，因此，對兩圈透光孔7的尺寸精度、形狀精度和位置精度要求相當高，使得碼盤及相關部件的機械加工費遠遠高出電子器件的費用。

其二，該傳感器的精度約10％，如此低的精度難以提高EPS整個系統(tǒng)的控制水平。

發(fā)明內容

本實用新型的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種車用光電式轉矩傳感器，具有結構簡單、成本低廉、精度較高的特點。

本實用新型提出一種車用光電式轉矩傳感器，包括扭桿、光源、兩個碼盤、光電傳感器、以及固定連接部件，其特征在于，還包括兩個帶有一導光槽孔的導光盤。所說的兩個碼盤相疊合固定在扭桿的兩端部，所說的導光盤分別置于兩個碼盤的外側，所說的光電轉換器及光源相對設置在所說的兩個導光盤的外側。

所說的至少一個碼盤可具有細長的扇形透光孔和遮光區(qū)交錯而均勻地分布在靠近碼盤外圓的一圈圓環(huán)上，并且透光孔與遮光區(qū)的平均周向弧長相等；扇形透光孔面積的寬度小于等于碼盤圓環(huán)寬度的一半。

所說的至少一個碼盤也可具有寬大的扇形透光孔和遮光區(qū)交錯而均勻地分布在碼盤圓環(huán)上，并且透光孔與遮光區(qū)的平均周向弧長相等，該扇形透光孔面積的寬度大于碼盤圓環(huán)寬度的一半。

所說的至少一個碼盤還可具有雙圈的透光孔和遮光區(qū)，均勻而交錯地分布在碼盤圓環(huán)上，并且內圈每個透光孔的面積與外圈每個透光孔的面積相等，內圈透光孔與遮光區(qū)的平均周向弧長相等，外圈透光孔和遮光區(qū)的平均周向弧長相等，內外圈上透光孔相錯一個周向弧長。

所說的導光盤的導光槽孔可為在該導光盤的圓環(huán)上開一個窄而短的扇形槽孔，該扇形槽孔的面積等于該碼盤一個透光孔的面積與一個遮光區(qū)的面積之和。

所說的導光盤的導光槽孔也可為在該導光盤的圓環(huán)上開一個窄而長的扇形槽孔，該扇形槽孔的面積等于該碼盤兩個透光孔距所包容的面積。

所說的導光盤的導光槽孔還可為在該導光盤的圓環(huán)上開一個較寬的扇形槽孔，該扇形槽孔的面積等于該碼盤一個透光孔距所包容的面積。

所說的導光盤的導光槽孔還可為在該導光盤的圓環(huán)上開兩個相位相同、面積相等的扇形槽孔，每個扇形槽孔的面積等于該碼盤一個透光孔距所包容的面積。

所說的固定連接部件可包括：與所說的扭桿的兩端相連的輸出軸和輸入軸，分別套于該輸出軸和輸入軸的外端部的兩個頭部帶有牙嵌的套筒，分別將該扭桿、輸出軸和輸入軸、套筒穿合在一起的銷釘；分別安裝兩個導光盤的導光盤座。

所說的光源可采用激光器或發(fā)光二極管組件或聚光燈泡之一種，所說的光電轉換器可采用市場上已標準化的方形或長形光電池。