[實用新型]一種采用軸向充磁磁環的扭矩傳感器

有效

• 申請號: 201921287211.2
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN211527687U
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 孫增智
• 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

本實用新型涉及一種采用軸向充磁磁環的扭矩傳感器，所述扭矩傳感器結構包括輸入轉子組件、輸出轉子組件以及測量組件，所述輸入轉子組件和輸出轉子組件，分別安裝在通過扭力桿連接的輸入軸和輸出軸上；所述輸入轉子組件包括軸向充磁的多極磁環、支架、輻條以及輸入軸環套，所述輻條設置在支架上，所述支架設置在輸入軸環套和軸向充磁的多極磁環之間；所述輸出轉子組件包括磁通匯聚環，支架以及輸出軸環套；所述磁通匯聚環設置在支架的兩端，所述測量組件包括磁通集束器和磁敏元件，所述磁通集束器和磁敏元件軸向設置在磁通匯聚環之間。該方案可以使得軸向磁路類型的傳感器實現工業應用，顯著提高扭矩角信號的采集效率，優化信噪比。

技術領域

本發明涉及一種傳感器，具體涉及一種采用軸向充磁磁環的扭矩傳感器，屬于傳感器技術領域。

背景技術

助力轉向系統按照助力電機的安裝位置分為4類：轉向柱助力式(C-EPS)，小齒輪助力式(P-EPS)，雙小齒輪助力式(D-EPS)和齒條助力式(R-EPS)。由于轉向柱助力式具有結構簡單、緊湊，便于制造和維護保養，成本較低的優勢，得到了廣泛應用。

扭矩傳感器是柱式電動助力轉向系統的關鍵部件，人們已用不同技術原理研究出許多類型的扭矩傳感器，只有非接觸磁敏式扭矩傳感器以結構簡單、性價比好的諸多優勢脫穎而出，成為現在的主流應用。

上海交大的謝程先生在其論文的“國外研究現狀”中指出：目前大部分霍爾式扭矩傳感器都是基于MMT的技術，其中比較有代表性的企業有法國的法雷奧(Valeo)公司，德國的博世(BOSH)公司，美國的BI公司，韓國的LG 公司等。

移動磁體技術公司的專利CN100468024C說明了這種傳感器的結構，其轉子磁體是徑向充磁的類型，定子環延伸有軸向指向并重疊的齒，針對徑向磁路結構的低靈敏度問題，對定子環齒的幾何形狀設計進行了改進。

非接觸磁敏式扭矩傳感器按照多極磁環的磁極取向分為軸向充磁和徑向充磁2種類型。美國專利US6810336B2給出了轉子磁環2種充磁類型的基本結構：其圖1和圖10是軸向充磁類型的分解圖，圖2是軸向充磁類型的剖視圖。圖14 是徑向充磁類型的分解圖，圖15是徑向充磁類型的剖視圖。

2種充磁類型磁路的主要差異是定子環齒的構造：在軸向充磁的磁路中，定子環齒與定子環平面平行，多極磁環的軸向位置被限制在與輸出軸聯動的2個定子環之間，定子環齒覆蓋多極磁環的上下2個端面；在徑向充磁的磁路中，定子環齒被折彎，與定子環平面成直角，定子環齒面的內徑＞多極磁環的外徑。

扭矩角磁場的采集效率是磁敏式扭矩傳感器的關鍵參數，2種充磁類型的基本結構，決定了采集效率有顯著的不同。

軸向充磁結構中，定子環分置在磁環的上下端面的外側，上(或下)定子環的各采集齒，具有相同的磁場極性，不存在相鄰齒之間的磁通短路問題，采集效率比較高。而徑向充磁結構中，2個定子環的采集齒交錯分布在磁環外徑的外側，相鄰齒之間的磁場極性相反(磁環0GS軸除外)，存在相鄰齒之間的磁通短路問題。所以，徑向充磁結構的傳感器，扭矩角磁場的采集效率比較低，信噪比不理想。

雖然，軸向充磁結構的扭矩傳感器具有高采集效率的優勢，但是，在工業應用中卻未見其蹤影，只有徑向充磁結構的扭矩傳感器一枝獨秀。因為，軸向充磁結構的扭矩傳感器，可安裝性差，不適于工業應用。

眾所周知，柱式電動助力轉向系統的轉向柱包括輸入軸、扭力桿和輸出軸，轉向柱的輸出軸是扭矩傳感器的載體，傳感器通過輸出軸環套與轉向柱的輸出軸的過盈配合固定在輸出軸上。

用戶安裝時，要先將輸出軸組件的環套壓裝到轉向柱的輸出軸上，其后，再將輸入軸組件的環套固定在轉向柱的輸入軸上。