專利名稱：磁電式非接觸扭矩傳感器以及使用該傳感器的電動轉向裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及車輛的助力轉向裝置，具體涉及一種用于車輛助力轉向的磁電式非接觸扭矩傳感器以及使用該傳感器的電動轉向裝置。
背景技術：
在作為汽車轉向系統而提供的電動轉向裝置中，轉向扭矩傳感器通常用于感應通 過駕駛的轉向操作從轉向輪施加到轉向軸的轉向扭矩。電動轉向裝置根據從轉向扭矩傳感 器感應的扭矩信號控制轉向力輔助電機，并且減少駕駛員的轉向力，以便提供舒適的轉向 感受。磁電式非接觸扭矩傳感器作為在電動轉向裝置中使用的轉向扭矩傳感器是眾所 周知的。在這種磁電式非接觸扭矩傳感器中，兩個磁電式非接觸檢測環安裝在轉向軸上的 兩個特定位置。在磁電式非接觸扭矩傳感器的制造過程中，在部分轉向軸的特定表面的整 個周邊表面上，即圓柱形旋轉軸中的特定軸向寬度上，裝配磁電式非接觸檢測環。兩個檢測 環相對位置中的變化對應于當將扭矩從轉向輪施加于轉向軸時該轉向軸的扭矩。磁電式非接觸扭矩傳感受器具有圓柱形傳感線圈，在圓柱形旋轉軸的整個周邊上 安裝檢測環，旋轉軸軸向的磁電式非接觸檢測環的寬度實質上與相同軸向上傳感線圈寬度 相匹配。將磁電式非接觸檢測環寬度和傳感線圈寬度以及扭矩檢測環和傳感線圈的內周表 面之間的間隙限定為與磁電式非接觸扭矩傳感器中的磁電式非接觸檢測環和傳感線圈的 大小和方位放置之間的關系有關的尺寸。下面參照附圖9和10，對與磁電式非接觸檢測環寬度、傳感線圈寬度和磁電式非 接觸扭矩傳感器中的間隙有關的問題進行了描述。附圖9表示在磁電式非接觸檢測環和傳感線圈之間的旋轉軸軸向方向上的失調 (水平軸mm)和傳統的磁電式非接觸扭矩傳感器(垂直軸)的靈敏度變化率之間的關系。 附圖10表示磁電式非接觸檢測環和傳感線圈之間的間隙(旋轉軸徑向上的空間，水平軸 mm)和相同的磁電式非接觸扭矩傳感器(垂直軸)的靈敏度變化率之間的關系。在附圖9中的曲線101中，將不具有位置失調(水平軸上為0.0，垂直軸上的靈敏 度變化率為“1”)的情況作為參考，如果向上(附圖9中的右側)或向下(附圖9中的左 側)出現位置失調時，靈敏度的變化率展現出降到0.98以下的特性。磁電式非接觸扭矩傳 感器是需要高傳感精度的裝置。因此，如果靈敏度的變化率降0.98以下，則在實際上將該 傳感器安裝到車輛中的情況下，駕駛者對于轉向響應會經歷不舒適的感覺。根據附圖10中的曲線102，當水平軸上的間隙是0.5mm時，靈敏度的變化率同樣 是1. 0。基于該值，當該間隙兩倍于Imm時，即當該間隙以0. 5mm失調時，靈敏度的變化率展 現出降到大約0. 85的不良特性。在磁電式非接觸扭矩傳感器中，該傳感器的靈敏度特性降 低，當在旋轉軸上形成的磁電式非接觸檢測環和環繞磁電式非接觸檢測環的周邊布置的傳 感線圈之間的位置關系中出現位置失調時，該傳感器的靈敏度特性降低。特別地，當在汽車電動轉向裝置中使用這種磁電式非接觸扭矩傳感器時，不希望出現這種位置失調，因為該電動轉向裝置在操作時會產生不舒適的感覺。在制造電動轉向裝置的環境下，當附著傳感線圈時，裝配過程期間預期的位置失 調大約是0.2mm，而當附著轉向軸(旋轉軸)時，預期的位置失調也大約是0.2mm。因此，允 許將傳感線圈和轉向軸以彼此相對大約0. 4mm的最大值未對準在適當的位置。依據使用該 裝置的環境，包括制造期間的位置失調，合并到汽車中的電動轉向裝置會出現大約Imm的 最大位置失調，這是由于隨時間的變化或者來自路面的過度轉向造成的。因此，需要在汽車 電動轉向裝置中使用的磁電式非接觸扭矩傳感器中提供結構電阻，以使得位置失調(包括 在制造和隨后的操作期間出現的失調)即使在最大時也小于1mm。因此，需要開發一種磁電式非接觸扭矩傳感器，以及一種使用該傳感器的電動轉 向裝置，其中可以優化磁電式非接觸檢測環的形狀和在旋轉軸上形成的傳感線圈之間的尺 寸關系，以便提高該傳感器的靈敏度特性，并且可以增加該裝置裝配期間的位置失調容差。
發明內容本實用新型的目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種提高傳感器的靈敏度，并 且可以增加裝置裝配期間的位置失調容差的磁電式非接觸扭矩傳感器以及使用該傳感器 的電動轉向裝置。為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下一種磁電式非接觸扭矩傳感器，包 括通過施加扭矩而旋轉的旋轉軸，以及環繞該旋轉軸的磁電式非接觸檢測環，磁電式非接 觸檢測環外側設有與旋轉軸同軸向的傳感線圈，傳感線圈與磁電式非接觸檢測環之間具有 一段間隙，傳感線圈的信號輸出端與扭矩計算單元連接，其中，所述的磁電式非接觸檢測環 的軸向寬度Wl大于傳感線圈的軸向寬度W2。進一步，如上所述的磁電式非接觸扭矩傳感器，其中，所述的磁電式非接觸檢測環 的軸向寬度Wl與傳感線圈的軸向寬度W2滿足如下關系式1. 1 < (W1/W2) < 1. 2o進一步，如上所述的磁電式非接觸扭矩傳感器，其中，所述的磁電式非接觸檢測環 是在所述旋轉軸表面上形成的Al-Ni-Fe磁性材料伸縮薄膜。一種使用上述磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，包括與轉向輪連接的轉 向軸，以及以轉向軸作為旋轉軸的磁電式非接觸扭矩傳感器，磁電式非接觸扭矩傳感器與 由計算機構成的控制裝置連接，控制裝置連接用于將輔助轉向力施加于轉向軸的電機，其 中，所述的磁電式非接觸扭矩傳感器包括環繞轉向軸的磁電式非接觸檢測環，磁電式非接 觸檢測環外側設有與轉向軸同軸向的傳感線圈，傳感線圈與磁電式非接觸檢測環之間具有 一段間隙，傳感線圈的信號輸出端與控制裝置的扭矩計算單元連接，所述的磁電式非接觸 檢測環的軸向寬度Wl大于傳感線圈的軸向寬度W2。進一步，如上所述的使用磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，其中，所述的 磁電式非接觸扭矩傳感器的磁電式非接觸檢測環的軸向寬度Wl與傳感線圈的軸向寬度W2 滿足如下關系式1. 1 < (W1/W2) < 1. 2。進一步，如上所述的使用磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，其中，所述的 將輔助轉向力施加于轉向軸的電機通過動力傳送機構與轉向軸連接，動力傳送機構包括固定在電機傳送軸上的蝸桿齒輪，以及固定在轉向軸上的蝸輪，蝸桿齒輪與蝸輪相互連接。進一步，如上所述的使用磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，其中，所述的 轉向軸的下部通過齒條和齒輪機構連接拉桿，拉桿的外端與車輛的前輪連接。本實用新型的有益效果如下本實用新型通過設置磁電式非接觸扭矩傳感器的磁 電式非接觸檢測環的軸向寬度Wl與傳感線圈的軸向寬度W2之間的尺寸關系，從而，可以提 高磁電式非接觸扭矩傳感器的靈敏度，并且可以增加該傳感器裝配期間的位置失調容差。 使得在制造該傳感器裝置時，該容差更易于管理。通過使用這種磁電式非接觸扭矩傳感器 構成的電動轉向裝置，可以適當地保持該磁電式非接觸扭矩傳感器的靈敏度變化率，即使 出現該轉向軸和傳感線圈之間的軸向位置關系在隨后的使用中變成相對未對準的情況，也 可以長時間地將該電動轉向裝置的轉向感覺保持在滿意的水平。
圖1為本實用新型的磁電式非接觸扭矩傳感器的基本結構示意圖；圖2為本實用新型的磁電式非接觸扭矩傳感器的電原理示意圖；圖3為本實用新型的磁電式非接觸扭矩傳感器在電動轉向裝置中的裝配圖；圖4為本實用新型的磁電式非接觸扭矩傳感器中的傳感線圈的檢測特性和磁電 式非接觸特性曲線的曲線圖。圖5為本實用新型的電動轉向裝置的整體構造示意圖；圖6為實施例中磁電式非接觸檢測環和傳感線圈的位置關系示意圖；圖7為表示靈敏度變化率中的變量相對于磁電式非接觸檢測環寬度(Wl)和傳感 線圈寬度(W2)之間的比率D( = W1/W2)的曲線圖；圖8為表示比率D的靈敏度變化率和位置失調之間的關系的曲線圖；圖9為表示傳感器的靈敏度變化率和傳統的磁電式非接觸扭矩傳感器中的旋轉 軸軸向上的磁電式非接觸檢測環與傳感線圈之間的位置失調關系的曲線圖；圖10為表示傳感器的靈敏度變化率和傳統的磁電式非接觸扭矩傳感器中磁電式 非接觸檢測環與傳感線圈之間的間隙的關系曲線圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。首先，參照圖1至圖3，描述磁電式非接觸扭矩傳感器的構造。磁電式非接觸扭矩傳感器10由旋轉軸11以及環繞旋轉軸11的周邊布置的兩個 傳感線圈13A、13B構成。當磁電式非接觸扭矩傳感器10用作汽車電動轉向裝置中的轉向 傳感器時，旋轉軸11構成轉向軸的一部分。在圖3中表示這種狀態。旋轉軸11具有圓柱桿形狀，并且繞軸Ila受到右手旋轉(順時針)或左手旋轉 (逆時針)的旋轉力(扭矩)，如箭頭A所示。旋轉軸11由例如鎳鉻鋼制成的金屬扭力桿 形成。磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C由三部分組成，均在旋轉軸11的軸向上具有特定 的寬度，并裝配在旋轉軸11的整個周向上，根據特定的條件任意地設置三個磁電式非接觸 檢測環14A、14B、14C之間的空間的尺寸。例如，通過銷釘將磁電式非接觸檢測環的三部分14A、14B、14C作為磁電式非接觸檢測環部分銷接在旋轉軸11的表面上即可形成磁電式非接觸檢測環的磁電式非接觸區 域。在磁電式非接觸扭矩傳感器10中，將旋轉軸11的軸向上的磁電式非接觸檢測環 14A、14B、14C的寬度Wl設置成大于相同軸向上的傳感線圈13A、13B的寬度W2。本實施例中 提出，磁電式非接觸檢測環的軸向寬度Wl與傳感線圈的軸向寬度W2滿足如下關系式1. 1 < (W1/W2) < 1. 2。如圖1、圖6所示，傳感線圈13A、13B的寬度尺寸小于磁電式非接觸檢測環14A、 14BU4C的寬度尺寸。檢測環14C中間帶有凹槽，它與14A、14B之間存在一定裝配間隙，由 此來定位Wl的變化范圍。傳感線圈13A與檢測環14A之間、13B與14B之間具有一插入間 隙。使用環形支架15A、15B將傳感線圈13A、13B環繞磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C周 圍的周邊空間纏繞，將所述支架15A、15B設置到旋轉軸11的周邊，以便環繞該旋轉軸11。 在圖2中，示意性地示出傳感線圈13A、13B與旋轉軸11的磁電式非接觸檢測環14A、14B、 14C的電關系。將不斷地提供AC激勵電流的AC電源16連接到由磁電式非接觸檢測環14A、 14B、14C各自的激勵線圈13A、13B。同樣，從分別提供到磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C 的傳感線圈13A、13B的輸出終端輸出對應于感應的扭矩的感生電壓VA、VB。將從傳感線圈 13AU3B輸出的感生電壓VA、VB提供至扭矩計算單元17。扭矩計算單元在感生電壓VA、VB 的基礎上計算施加于旋轉軸11的扭矩，并且根據該扭矩輸出信號(T)。扭矩計算單元17由 微處理器或者其它計算裝置或計算電路構成。在旋轉軸11的表面上固定的磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C是通過使用 AL-Ni-Fe磁性材料伸縮薄膜形成的齒型磁電式非接觸檢測環。當通過旋轉力將扭矩施加于 旋轉軸11時，使用環繞磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C的周邊布置的傳感線圈13A、13B 感應在磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C中產生的相反的磁電感應特性。下面參照圖3對特定結構進行描述，其中將磁電式非接觸扭矩傳感器10作為轉向 扭矩傳感器合并到電動轉向裝置的轉向軸。圖3中與圖1和2所述的實質上相同的構件用 相同的附圖標記表示。圖3及圖5示出轉向扭矩轉感器及用于轉向軸21的支撐結構、小齒輪齒條結構 34、動力傳送機構35以及轉向力輔助電機42的具體構造。在圖3中，將轉向軸21的頂部連接到車輛的轉向輪(未示出)。配置轉向軸21的 底部，以便將轉向力經由齒條和齒輪機構34傳送到包括齒條軸的車輛軸。磁電式非接觸扭 矩傳感器20配置在齒輪箱體的項部。轉向扭矩傳感器20對應組件包括磁電式非接觸檢測 環 14A、14B、14C、14C 及線圈 13AU3B 等。在形成齒輪箱31的殼體37中，由兩個軸承可旋轉地支撐轉向軸21。將齒條和齒 輪機構34以及動力傳送機構35容納在殼體37的內部。將轉向軸21 (對應于旋轉軸11) 的轉向扭矩傳感器20設置到殼體37的上側。將上述磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C形 成在轉向軸21上，并且通過擋板15和軛36A、36B支撐與磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C 對應的傳感線圈13A、13B。在轉向扭矩傳感器20中，將所示的磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C的寬度相對 于傳感線圈13A、13B的寬度放大，并且設置磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C的寬度和傳 感線圈13A、13B的寬度之間的尺寸關系被設置為滿足稍后所述的條件。[0044]動力傳送機構35包括在傳送軸43上固定的蝸桿齒輪44，該傳送軸連接到轉向力 輔助電機42的輸出軸，并且還包括在轉向軸21上固定的蝸輪45。將轉向扭矩傳感器20附 著在齒輪箱殼體37的圓柱形部分的內部。轉向扭矩傳感器20感應施加于轉向軸21的轉向扭矩，將感應的值輸入到控制裝 置(在圖3中未示出)，并且用作參考信號，以便在電機42中產生適當的輔助轉向扭矩。 當來自轉向輪的轉向扭矩施加于轉向軸21時，轉向扭矩傳感器20電感應磁電式 非接觸檢測環14A、14B、14C的磁特性變化，該變化對應于轉向軸21的扭轉。將該變化做為 來自傳感線圈13A、13B的輸出終端的感生電壓VA、VB的變化而感應。圖4示出根據兩個傳感線圈13A、13B中的每一個獲得的電信號而做出的磁電式非 接觸特性曲線51A、51B。該磁電式非接觸特性曲線51A、51B對應于感生電壓的變化特性，并 且其分別來自傳感線圈13A、13B的傳感輸出。轉向扭矩傳感器20在兩個磁電式非接觸特性曲線51A、51B的基礎上計算來自兩 個傳感線圈的輸出感生電壓之間的差異，并且依據計算值的符號和大小，感應施加于轉向 軸21的轉向扭矩的旋轉方向(向右或向左)和大小。當轉向扭矩作用于轉向軸21時，在轉向軸21中出現扭轉彈性形變。從而，在磁電 式非接觸檢測環14A、14B、14C中產生磁電式感應效應。由于在轉向扭矩傳感器20中不斷地 將激勵電流從AC電源16提供至線圈13A、13B，因此由于磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C 中的磁電式非接觸效應引起的磁場變化被傳感線圈13A、13B感應并表現為感生電壓VA、VB 的變化。根據轉向扭矩傳感器20，在感生電壓VA、VB的變化的基礎上將兩個感生電壓VA、 VB之間的差作為傳感電壓值輸出。從而，可以在轉向扭矩傳感器20的輸出電壓(VA-VB)的 基礎上感應施加于轉向軸21的轉向扭矩(T)的方向和大小。現在進一步詳細地描述附圖4。如上所述，附圖4是分別表示磁電式非接觸檢測 環14A、14B、14C的磁電式非接觸特性曲線51A、51B的示圖。在圖4中，水平軸表示施加于 轉向軸21的轉向扭矩，其中正側(+)對應于右旋轉，而負側(_)對應于左旋轉。圖4中的 垂直軸表示電壓軸。磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C的磁電式非接觸特性曲線51A、51B同步表示 出傳感線圈13A、13B的傳感輸出特性。特別地，通過激勵線圈13A、13B將激勵交變電流提 供給具有磁電式非接觸特性曲線51A、51B的磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C ；傳感線圈 13A、13B通過輸出感生電壓而對應響應于該激勵交變電流。因此，傳感線圈13A、13B的感生 電壓的變化特性對應于磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C的磁電式非接觸特性曲線51A、 51B。換句話說，磁電式非接觸特性曲線51A表示從傳感線圈13A輸出的感生電壓VA的變 化特性，而的磁電式非接觸特性曲線51B表示從傳感線圈13B輸出的感生電壓VB的變化特 性。根據磁電式非接觸特性曲線51A，隨著轉向扭矩的值從負值變成正值，并且接近正 值轉向扭矩值Tl時，從傳感線圈13A輸出的感生電壓VA的值以大致線性的方式增加，然后 當轉向扭矩達到正值Tl時達到峰值，并且隨著該轉向扭矩超過Tl而逐漸降低。根據磁電 式非接觸特性曲線51B，從傳感線圈13B輸出的感生電壓VB的值隨著轉向扭矩的值接近負 值-Tl而逐漸增加，然后當該轉向扭矩達到負值-Tl時達到峰值，并且隨著該轉向扭矩進一 步超過-Tl并且從負值變成正值時以大致線性的方式降低。[0053]如圖4所示，與傳感線圈13A有關的磁電式接觸特性曲線51A和與傳感線圈13B 有關的磁電式非接觸特性曲線51B反映了磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C具有彼此相反 的磁各向異性，并且具有相對于垂直軸實質上線性的對稱關系，該垂直軸包括所述兩個磁 電式非接觸特性曲線的交叉點。圖4中所示的線52表示一曲線圖，該曲線圖基于在磁電式非接觸特性曲線51A、 51B共有的區域中獲得的值而產生，并且有實質上線性的特性。通過從作為傳感線圈13A的 輸出電壓獲得的磁電式非接觸特性曲線51A的值中減去作為傳感線圈13B的輸出電壓獲得 的磁電式非接觸特性曲線51B的對應值而獲得該曲線的值。當該轉向扭矩為零時，從傳感 =線圈13A、13B輸出的感生電壓相等，因此它們的差是零。在轉向扭矩傳感器20中，通過使 用磁電式非接觸特性曲線51A、51B在該轉向扭矩的平均點(零點)具有大致恒定的斜率。 圖4中的垂直軸表示指出線52的特性圖的電壓差的零值的軸。線52是特性曲線圖，其是 穿過原點(0，0)，并且位于垂直軸和水平軸的正向側的直線。由于將轉向扭矩傳感器20的 傳感輸出值作為從傳感線圈13A、13B輸出的感生電壓之間的差(VA-VB)而獲得，如上所述， 因此可以基于使用直線52的使用而感應施加于轉向軸21的轉向扭矩的方向和大小。如上所述可以獲得與輸入到轉向軸21 (旋轉軸11)的轉向扭矩的旋轉方向和大小 對應的傳感信號。基于轉向扭矩傳感器20的輸出值獲得該信號。特別地，可以從轉向扭矩 傳感器20輸出的傳感值知道施加于轉向軸21的轉向扭矩的旋轉方向和大小。換句話說，將 轉向扭矩傳感受器20的傳感值以與轉向扭矩一致的垂直線52上的任一點而輸出。當該傳 感值位于水平軸的正側時，確定該轉向扭矩向右旋轉，且當該傳感值位于水平軸的負側時， 確定該轉向扭矩向左旋轉。垂直軸上傳感值的絕對值即該轉向扭矩的大小。這樣，可以能 過利用垂直線52的特性在傳感受線圈13A、13B的輸出電壓值的基礎上感應轉向扭矩。下面參照圖5對安裝在汽車中的電動轉向裝置的一般構造和操作進行的示意性 描述，并且該描述與圖3中的結構關聯。圖5中與圖3中描述的構件大致相同的構件用相 同的附圖標記表示。圖5所示電動轉向裝置60，包括以便將輔助轉向力(轉向扭矩)提供到與轉向輪 61連接的轉向軸21。該轉向軸21包括頂端連接到轉向輪61的上部轉向軸21a，底端設 置有花鍵軸38，以及連接花鍵軸38和下部轉向軸21b的萬向聯軸器21c。下部轉向軸21b 的齒輪軸48具有齒條軸39，該齒條軸具有與該小齒輪嚙合的齒條39a。通過齒輪軸48和 齒條軸39 (齒條39a)形成齒條和齒輪機構34。在齒條軸39的兩端設置拉桿46，并有將前 輪62附著于該拉桿46的外端。將電機42經由動力傳送機構35提供到下部轉向軸21b。通過蝸桿齒輪44和蝸 輪45形成動力傳送機構35。電機42輸出補充轉向扭矩的旋轉力(扭矩)，并且通過動力 傳送機構35將該旋轉力施加于下部轉向軸21b。將轉向扭矩傳感器20設置到下部轉向軸21b。當駕駛者操作轉向輪61并且將轉 向扭矩施加于轉向軸21時，轉向扭矩傳感器20感應施加于轉向軸21的轉向扭矩。附圖標記63表示用于感應汽車速度的速度傳感器，64表示由計算機構成的控制 裝置。控制裝置64接收從轉向扭矩傳感器20輸出的轉向扭矩信號T以及從速度傳感器63 輸出的速度信號V，并且輸出驅動控制信號SG1，以便在基于與轉向扭矩有關的信息和與車 輛速度有關的信息的基礎上控制電機42的操作。[0061]電動轉向裝置60包括轉向扭矩傳感器20、速度傳感器63、控制裝置64、電機42、 齒條和齒輪機構34以及其它添加到規則常規轉向系統的裝置結構的組件。當駕駛者操作轉向輪61以便改變車輛進行的方向時，基于施加于轉向軸21的轉 向扭矩的旋轉力通過齒條和齒輪機構34被轉變成沿齒條軸39的軸向上的線性運動，并且 通過拉桿46改變前輪62的行進方向。此時，設置到轉向軸21a的轉向扭矩傳感器20同時 感應轉向扭矩，根據駕駛者對轉向輪61的轉向，將該轉向扭矩轉換成電轉向扭矩信號T，并 且將轉向拒矩信號T傳遞到控制裝置64。速度傳感器63感應車輛速度，將該速度轉換成速 度信號V，然后將該速度信號V輸出到控制裝置64。控制裝置64在轉向扭矩信號T和速度 信號V的基礎上產生驅動電機42的電機電流。由電機電流驅動的電機42經由動力傳送機 構35將輔助轉向力施加于下部轉向軸21c。如上所述，通過驅動電機42降低了由駕駛者施 加于轉向輪61的轉向力。其次，參照圖6至圖8描述根據本實用新型的磁電式非接觸扭矩傳感器10的特性構造。圖6是圖1中所示磁電式非接觸扭矩傳感器10的構造的側視圖，其以放大的形式選 擇性地示出磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C和傳感線圈13A、13B的安裝位置關系。圖7 示出靈敏度變化率相對于磁電式非接觸檢測環的寬度(Wl)和傳感線圈的寬度(W2)的比率 D( = ffl/W2)的變化曲線圖。附圖8示出比率D的靈敏度變化率和位置失調之間的關系曲 線圖。在圖1中描述過的構件在圖6中用相同的附圖標記表示。圖6中磁電式非接觸檢 測環14A、14B、14C的寬度尺寸由Wl'，Wl 〃表示，傳感線圈13A、13B的寬度尺寸由W2 ‘， W2"表示。在圖6中，箭頭71表示提供到磁電式非接觸檢測環14A的磁各向異性的方向， 而箭頭72表示提供到磁電式非接觸檢測環14B的磁各向異性的方向。如圖6所示，磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C的寬度Wl( = Wl' +Wl〃)大于 傳感線圈13A、13B的寬度W2( = W2' +W2〃)，設置所述寬度，以使得比率D( = W1/W2)滿 足下面的條件1. 1 < D < 1. 2。該條件的滿足大大提高了磁電式非接觸扭矩傳感器10的靈 敏度。接下來將描述上述比率條件是最優選的原因，并描述和導出該條件的基礎。首先，已經發現磁電式非接觸檢測環14A、14B、14C具有下面的特性穿過旋轉軸 11的軸向上檢測環的寬度的靈敏度是不統一的，而是中間高兩端低。靈敏度在磁電式非接 觸檢測環14A、14B、14C的兩端低的原因是，因為局部磁力線存在于兩端，并且當通過施加 的扭矩在磁電式非接觸檢測環中產生扭轉時，由磁電式非接觸檢測環14A、14B產生的相反 的磁電特性被磁力線降低。相反地，如果傳感線圈太窄，則出現在傳感線圈和磁電式非接觸 檢測環中的磁力線的比率會降低，且靈敏度也會降低。通過將磁電式非接觸檢測環和傳感線圈之間的間隙設置成0. 4mm，測量圖7中磁 電式非接觸檢測環的寬度Wl和傳感線圈的寬度W2之間的比率D的靈敏感度變化率的變量 變化。在通過圖7所示的最小二乘方法獲得的曲線圖73中，錄敏度的變化率當D= 1時超 過1，隨著D從1增加而增加，并且當D = Ll時達到最大值。在此之后，隨著D的增加，靈 敏度的變化率隨著D的增加而降低，并且當D超過1. 4時小于1. 1。如上所述，磁電式非接 觸扭矩傳感器10的靈敏度的變化率增加或降低，取決于比率D的值；即取決于磁電式非接 觸檢測環的寬度Wl和傳感線圈的寬度W2的比率(W1/W2)，并且當1. 1 < D < 1. 2時基本大于1。在附圖8中表示位置失調和比率D的靈敏度變化率的關系曲線圖中，曲線81對應于Omm的位置失調，曲線82對應于0. 5mm的位置失調。術語“位置失調”是指磁電式非接 觸檢測環14A、14B、14C和傳感線圈13A、13B之間沿旋轉軸11的軸向的位置失調。從附圖 8中的曲線81至84可以清楚地看出，當比率D在1 < D < 1. 2的范圍內時，在0至Imm的 位置失調范圍內的靈敏度變化率基本大于1。在傳統的磁電式非接觸扭矩傳感器中，當位置失調超過0. 75mm時，靈敏度的變化 率降到0. 98以下。參照圖8，通過將D設置為最優值，即使在位置失調超過1. 5mm的情況 下，靈敏度的變化率也不會降到0. 98以下的范圍。根據如上所述的圖7和圖8中的曲線圖，使用根據本實施方式的磁電式非接觸扭 矩傳感器10可以將最優值的范圍設置為1 < D < 1. 2，該范圍位于傳感器的靈敏度變化率 之上。在這里，將其作為傳統的轉向扭矩傳感器20時，基于將1. Omm設置為期望的最大位 置失調，可以將1. 1 < D < 1. 25范圍中的值設置為更優選的值，其中，在該范圍內，靈敏度 的變化率不會降到0. 98以下。由于對應于靈敏度最大變化率的值D大約是1. 1，如圖7所示，如上所述增加磁電 式非接觸檢測環的寬度Wl使其大于傳感線圈的寬度W2，可以獲得具有最高可能的傳感器 靈敏度特性的磁電式非接觸扭矩傳感器。同樣，將值D設置成最優水平可以使得即使在靈 敏度的變化率隨著圖10所示的間隙增加而降低的情況下，也可以將靈敏底的變化率保持 在0. 98或者0. 98以上。
權利要求一種磁電式非接觸扭矩傳感器，包括通過施加扭矩而旋轉的旋轉軸(11)，以及環繞該旋轉軸(11)的磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)，磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)外側設有與旋轉軸同軸向的傳感線圈(13A、13B)，傳感線圈(13A、13B)與磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)之間具有一段間隙，傳感線圈(13A、13B)的信號輸出端與扭矩計算單元(17)連接，其特征在于所述的磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)的軸向寬度W1大于傳感線圈(13A、13B)的軸向寬度W2。
2.如權利要求1所述的磁電式非接觸扭矩傳感器，其特征在于所述的磁電式非接觸 檢測環(14A、14B、14C)的軸向寬度Wl與傳感線圈(13A、13B)的軸向寬度W2滿足如下關系 式1· 1 < (W1/W2) < 1. 2。
3.如權利要求1或2所述的磁電式非接觸扭矩傳感器，其特征在于所述的磁電式非 接觸檢測環(14A、14B、14C)是在所述旋轉軸(11)表面上形成的Al-Ni-Fe磁性材料伸縮薄 膜。
4.一種使用上述磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，包括與轉向輪連接的轉向 軸(21)，以及以轉向軸(21)作為旋轉軸的磁電式非接觸扭矩傳感器(20)，磁電式非接觸扭 矩傳感器(20)與由計算機構成的控制裝置(64)連接，控制裝置(64)連接用于將輔助轉 向力施加于轉向軸(21)的電機(42)，其特征在于所述的磁電式非接觸扭矩傳感器(20) 包括環繞轉向軸的磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)，磁電式非接觸檢測環(14A、14B、 14C)外側設有與轉向軸同軸向的傳感線圈(13A、13B)，傳感線圈(13A、13B)與磁電式非接 觸檢測環(14A、14B、14C)之間具有一段間隙，傳感線圈(13A、13B)的信號輸出端與控制裝 置(64)的扭矩計算單元連接，所述的磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)的軸向寬度Wl 大于傳感線圈(13A、13B)的軸向寬度W2。
5.如權利要求4所述的使用磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，其特征在于 所述的磁電式非接觸扭矩傳感器(20)的磁電式非接觸檢測環(14A、14B、14C)的軸向寬度 Wl與傳感線圈(13AU3B)的軸向寬度W2滿足如下關系式1. 1 < (W1/W2) <1.2。
6.如權利要求4或5所述的使用磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，其特征在 于所述的將輔助轉向力施加于轉向軸的電機(42)通過動力傳送機構(35)與轉向軸(21) 連接，動力傳送機構(35)包括固定在電機傳送軸(43)上的蝸桿齒輪(44)，以及固定在轉向 軸(21)上的蝸輪(45)，蝸桿齒輪(44)與蝸輪(45)相互連接。
7.如權利要求6所述的使用磁電式非接觸扭矩傳感器的電動轉向裝置，其特征在于 所述的轉向軸的下部(21b)通過齒條和齒輪機構(34)連接拉桿(46)，拉桿(46)的外端與 車輛的前輪(62)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用于車輛助力轉向的磁電式非接觸扭矩傳感器以及使用該傳感器的電動轉向裝置。該磁電式非接觸扭矩傳感器包括通過施加扭矩而旋轉的旋轉軸以及環繞該旋轉軸的磁電式非接觸檢測環，磁電式非接觸檢測環外側設有與旋轉軸同軸向的傳感線圈，傳感線圈與磁電式非接觸檢測環之間具有一段間隙，傳感線圈的信號輸出端與扭矩計算單元連接，所述的磁電式非接觸檢測環的軸向寬度W1大于傳感線圈的軸向寬度W2，且滿足關系式1.1＜(W1/W2)＜1.2。本實用新型能夠提高傳感器的靈敏度，并且可以增加電動轉向裝置裝配期間的位置失調容差。
文檔編號G01L3/10GK201594026SQ20092027829
公開日2010年9月29日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者李軍, 李軍良, 李翊 申請人:東莞市精航達電動轉向系統有限公司;東莞市易方鑫達汽車科技有限公司;李軍