[發明專利]一種磁敏式扭矩傳感器的磁路結構

有效

• 申請號: 201410824363.7
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104483052A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 孫增智;蔣建平
• 申請（專利權）人: 南京華敏電子有限公司
• 主分類號: G01L3/10
• 分類號: G01L3/10
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

技術領域

本發明涉及位置傳感器的采樣技術，具體涉及一種磁敏式扭矩傳感器的磁路結構，適合用于轉軸扭矩的角位移測量，尤其適合用于電動助力轉向系統的扭矩傳感器。

背景技術??

電動助力轉向系統具有顯著的節能環保優勢，扭矩傳感器作為電動助力轉向系統的關鍵部件，是傳感器的研究熱點。目前，扭矩傳感器多采用相對角位移的方法實現扭矩傳感，主要類型有：磁敏式、電位器式、電感式、電容式、磁致伸縮式、光電式等類型，磁敏式具有結構比較簡單、性價比好的諸多優勢，應用前景良好。

磁敏式扭矩傳感器通常有2個可以相對旋轉的轉子結構，分別安裝了永磁體和導磁體，在傳感器磁路中設置磁敏元件，檢測由于旋轉軸之間角位移產生的磁通變化，磁路結構的優劣對磁敏式扭矩傳感器品質具有決定性影響；經過檢索，相關的專利如下：

美國專利US6810336?B2說明了磁敏式扭矩傳感器的三種結構：其第一實施方案采用軸向充磁的多極磁環，其磁敏元件與磁匯聚環之間的間隙很大，造成磁路磁阻很大；其第二實施方案也是采用軸向充磁的多極磁環，在第一實施方案的磁通匯聚環外徑以外增加了集束環，集束環與磁通匯聚環間需要較大間隙，振動環境中間隙的隨機變化會造成磁路磁通的隨機波動，而且需要增大傳感器空間；其第三實施方案采用徑向充磁的多極磁環，利用磁通匯聚環的齒頂端面收集磁通，由于磁通匯聚環的厚度有限，所以，磁通收集效率比較低。

美國專利US6912923?B2說明了一種磁敏式扭矩傳感器的磁通集中器結構，其磁通集中器包含兩對凹形槽，兩個磁匯聚環分別設置在凹形槽的中間，其目的在于振動時，磁匯聚環兩側的間隙變化互補，抑制間隙變化對磁通的影響。這種設計，磁通匯聚環兩側的間隙是并聯方式，平衡狀態時，磁通匯聚環兩側的間隙磁阻R相等，并聯間隙磁阻為R/2，振動發生時，磁通匯聚環兩側的間隙不等，一側間隙磁阻＞R，另一側間隙磁阻＜R，造成并聯間隙磁阻必定小于平衡狀態時的R/2，間隙磁阻會隨振動變化，磁通勢必同時變化。

中國專利CN100468024?C說明了采用徑向充磁多極磁環的扭矩傳感器，其磁通匯聚環具有折彎的磁通匯聚齒，兩個磁通匯聚環的磁通匯聚齒需要交錯分布，相鄰的磁通匯聚齒之間存在磁短路效應，如果磁通匯聚齒面積小，則磁通收集效率低；如果磁通匯聚齒面積大，則磁短路影響顯著。這種磁路結構，磁通收集效率和磁短路效應的矛盾難以兼顧，而且成型加工比較復雜，占用空間也比較大。上述三種結構均存在各種各樣的技術問題，尤其是磁通收集效率比較低，針對該技術問題，本領域的技術人員也在不斷的嘗試，但是效果均不理想。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明公開了一種磁敏式扭矩傳感器的磁路結構，該設備整體設計巧妙，結構緊湊、體積較小，妥善解決了磁通采集效率低的技術問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種磁敏式扭矩傳感器的磁路結構，所述磁路結構包括磁通采集結構，磁性轉子結構以及磁通匯聚轉子結構，其特征在于，所述磁通采集結構包括兩個對稱設置在測量間隙兩側的立柱式集束器，所述立柱式集束器包括一個采集面、至少一個集束面以及至少一個聚焦面，所述磁性轉子結構包括多極磁環和支架，所述磁通匯聚轉子結構包括磁通匯聚環，所述多極磁環和支架設置在磁通匯聚環和磁通匯聚環之間。該技術方案中，磁通采集結構采用立柱式集束器，沒有折彎延伸的變形。與現有技術采用的片式集束器比較，本發明的立柱式集束器，磁通路徑短，沿磁通路徑的磁通發散少，磁短路影響小；構造簡潔，體積小，沒有磁通匯聚環的環寬所限定的空間以外的延伸，磁通采集效率提高。

作為本發明的一種改進，所述立柱式集束器設置在由磁通匯聚環的環寬所限定的環形空間內，沒有環形空間以外的延伸和變形，徑向振動時，采集面不會越出磁通匯聚環的環寬，可以保持采集面磁通的穩定性。

作為本發明的一種改進，所述立柱式集束器的采集面通過耦合間隙采集磁通匯聚環的徑向內齒所匯聚的磁通，所述采集面被磁通匯聚環的環寬完全覆蓋。立柱式集束器的采集面被磁通匯聚環的環寬完全覆蓋，徑向振動時，采集面不會越出磁通匯聚環的環寬，可以保持采集面磁通的穩定性。

作為本發明的一種改進，所述立柱式集束器的采集面和聚焦面之間有一個集束面或者多個集束面，用于縮窄增強采集面收集的磁通密度。

作為本發明的一種改進，所述測量間隙內插入磁敏元件，所述磁敏元件有敏感區域，所述立柱式集束器的聚焦面的面積大于磁敏元件的敏感區域的面積，確保聚焦面將敏感區域完全覆蓋。