專利名稱：一種利用磁路的轉矩傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據磁感應元件獲得的磁場強度信息來檢測出轉矩信息的轉矩傳感器。
背景技術：
轉矩傳感器廣泛應用在機械工業領域，在汽車的電動助力轉向系統中所使用的轉矩傳感器，目前常使用的有如下幾種:電阻電位器，常用的轉矩傳感器采用電位器方式，采用機械接觸的方式來觸動，電位器點位發生變化；由于電位器、圓環與固定壁面不斷摩擦，經常轉動電位器、圓環都會產生磨損，大大降低了傳感器的使用壽命；同時，由于摩擦阻力，方向盤使用過程中手感就比較差，同時傳感器對方向盤的扭矩感應精度也會降低；進一步地，傳統中使用的電位式轉矩傳感器從轉矩到電信號的轉變過程里中間環節很多，零件數量也很多，成本比較高。光柵式轉矩傳感器，其是通過光柵的相對位移來測量扭轉角度，再將光線的變化轉換成電信號，經過放大和相應處理電路，輸出相應的轉矩信號，但是，雖然光柵式轉矩傳感器是非接觸式的，沒有磨損的問題壽命長，而且精度高；但其制作的成本很高，而且光柵的精度要求高制作工藝也是比較復雜，其在一般的電動助力轉向系統中，很少采用。磁路轉矩傳感器，美國專利US2004/0011138，公開了一種磁路轉矩傳感器，該傳感器主要用于汽車的電動助力轉向系統中，但是其存在如下缺點:1.主動級由若干個磁體安裝在轉子上形成一個環狀結構，將磁體生產制成弧形帶狀結構，宜采用軟型磁材，磁場強度難以做高，不利用磁場信號的提取；2.主動級與從動級采用大小兩層，安裝前分離可分開，雖然安裝容易，但是其軸心難以定準，必須增加輔助安裝工具；3.磁路采集路徑均在外圓環上交錯設置，外層磁路采集，不論加工還是安裝，對機械加工要求高，生產成本較高；
4.該磁路轉矩傳感器使用到汽車的電動助力轉向系統中，主動軸與從動軸內通過一根可變形的彈性軸進行連接，使轉向后的主動軸與從動軸在可變形的彈性軸的彈力的作用下進行復位，其結構復雜，且對該可變形的彈性軸要求較高，使成本較大。
發明內容
本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種結構簡單，安裝簡便，工藝簡單，精度高，壽命長，可靠性高，磁場路徑簡潔，適用范圍廣的利用磁路的轉矩傳感器。本發明的利用磁路的轉矩傳感器，包括主動級、從動級、磁信息采集電路和永磁體，所述主動級為中心可與主動軸連接的盤形結構(所述主動級可設置為圓盤形結構，以便于生成，但主動級的結構不局限于圓盤形)，在主動級的同一側面上布置有T個永磁體，T為^ 4的整數，永磁體分布于以主動級中心為圓心的圓周上，使得永磁體在盤形結構邊緣所產生的綜合磁場呈現周期性的分布，例如可設置相鄰的永磁體，在主動級的同一側面上其
5、N極性呈周期性交錯；可與從動軸連接的從動級，為可將主動級容納入其內部的空心盤結構，所述從動級的兩端面均由T/2整數個相互間隔的扇面形高磁導齒片組成，兩端面上的齒片位置相對，同一側面上的齒片之間相互間隔，并均布于以從動級中心為圓心的圓周上，所述主動級位于從動級內且二者之間可相對轉動，所述主動級上的永磁體與從動級上的齒片相對；所述從動級的邊部外套有磁信息采集電路，從動級可相對于磁信息采集電路轉動，所述磁信息采集電路上安裝有磁感應芯片，所述磁感應芯片連接到轉換電路，通過控制電路與電機連接，并通過電機驅動從動級轉動。由于采用了上述結構，主動級呈盤形結構，在主動級的中心連接有主動軸，當控制主動軸轉動時，可以使主動級隨之轉動，在主動級的同一側面上布置有4個以上的整數個永磁體，其中永磁體均布于以主動級中心為圓心的圓周上,使得永磁體距離主動級中心相等，當主動級轉動時,永磁體可以主動軸為中心轉動,其中可設置主動級的同一側面上的永磁體之間S、N極性呈周期性交錯布置，使得永磁體在盤形結構邊緣所產生的綜合磁場呈現周期性的分布，主動級上設置的呈周期性交錯N、S級性的永磁體，呈一個起伏的磁場分布，當主動級轉動其上分布的磁場部分跟著轉動；所述從動級為空心盤結構，其尺寸略大于主動級，使從動級包于主動級外，且主動級與從動級之間無機械接觸，且主動級與從動級之間可相對轉動，該從動級可與從動軸連接并且該從動級由電機控制其轉動，該空心盤結構的從動級，其兩側面均由多個相互間隔的扇面形齒片組成，其中齒片的個數為T/2整數個，且該齒片采用高磁導制成，形成齒形導磁體，該導磁齒片均布于以從動級中心為圓心的圓周上，所述主動級上的永磁體與從動級上的齒片相對，齒片數量與永磁體數量是1:2的關系，高磁導齒片可以有效接收永磁體產生形成的磁場，無論從動級轉到什么角度，等效磁路是相同的，對于主動級與從動級間物理位置無關，這樣主動級轉動一周(如果從動級不動)可以得到1/2整數個永磁體數量的完整正弦波形，永磁體數量越多，主動級轉動一周內磁場變化的正弦波形數越多，所得到的精度越高。主動級圓周交錯構成一個360度空間若干次交變的磁場，隨主動軸轉動，對應空間磁場發生變化，從動級由高導磁材料構成的磁路中接收到磁場強度也隨之變化。因此為了接收到該磁場強度的變化，在從動級的邊部外側套有磁信息采集電路，該磁信息采集電路與從動級之間無熱任何的機械接觸，該磁信息采集電路是固定不動的，因此從動級可相對于磁信息采集電路轉動，而該磁信息采集電路可以將磁場信息變化匯集到某一規定點，并在該點處設置磁感應芯片(如霍爾芯片)，該磁感應芯片容易檢測出磁場變化量，可以檢測到主動級轉動的角度和角度變化率等磁路信息，可將磁路信息折算出轉矩信息的電信號，送到轉換電路進行處理控制電路啟動電機轉動，該電機可驅動從動級隨主動級轉動，這樣主動級與從動級間的機械角度回到初始值，磁場變化回到初始點，從而實現了機械轉軸的跟蹤。本發明的轉矩傳感器，利用磁路來獲取轉矩信息，在主動級設計一組永磁體，當發生機械轉動時，其附近空間的磁場隨之變化；從動級設計為一個特殊的磁路收集裝置，將主動級轉動引起的磁場變化信息按一定規律收集；磁信息采集電路，先將從動級收集的磁場信息，匯集到一個固定區間，利用磁感應芯片感知匯集到該區間的磁場變化，其磁場的變化反映轉角的變換，可計算出轉矩的變化值。磁感應芯片將磁場信息轉換為電信號，送其到轉換電路處理，并發送指令，控制電機轉動，帶動從動級跟隨轉動，這樣主動級與從動級間的機械角度回到初始值，磁場變化回到初始點，從而實現了機械轉軸的跟蹤。該磁路轉矩傳感器廣泛應用在機械工業領域，除了汽車的電動助力轉向系統之外，也應用到其它需要感知轉矩的機械系統中。本發明的轉矩傳感器，永磁體可采用硬材質制成，磁場強度較高，有利用磁場信號得提取；主動級與從動級不能分離，容易定位，安裝時不用考慮定位軸心問題，各個部件保管時，內設輔助軸，主動級與從動級保持同軸，安裝后，可以抽調輔助軸，也可以保留，不影響傳感器工作，磁路采集路徑在前后兩層，是對稱結構，只需要一種加工模型就可以，制造和安裝極為簡便，并且無需可變形的彈性軸將主動軸與從動軸進行回位操作，結構簡單，精度高，成本低廉。本發明的轉矩傳感器，所述主動級包括盤狀結構和圓柱體，位于盤狀結構中心的圓柱體可與主動軸相連，所述盤狀結構上布置有T個放置有永磁體的孔或空隙，T為> 4的整數，所述設置有永磁體的孔或空隙均布于以盤狀結構中心為圓心的同一圓周上，相鄰孔或空隙內的永磁體在盤狀結構的同一側面上，其磁場之S、N極性呈周期性交錯布置。由于采用了上述結構，在盤狀結構上布置有孔或空隙，該空隙可以為通孔也可以為盲孔，且所述通孔或盲孔不局限于圓形，用于安裝永磁體，由于盤狀結構的厚度較薄，因此設置盲孔時，與通孔時安裝的永磁體相比，只是磁場強度大小的區別，當然設置通孔時磁場強度更大，所能檢測到的磁場分布變化的情況更準確，設置有永磁體的孔或空隙均布于以盤狀結構中心為圓心的同一圓周上，使主動級上的永磁排列在周邊形成磁場分布，其中主動級上設置了永磁體的N、S級性呈周期性交錯布置，從而呈一個起伏的磁場分布，高磁導齒片可以有效接收永磁體產生形成的磁場，在盤狀結構上的孔或空隙主要用于布置永磁體，使永磁體能夠方便地安裝于盤狀結構上，盤狀結構中心設置有圓柱體，從而使該主動級可與主動軸相連，從而便于手動控制主動級以及其上的永磁體轉動。本發明的轉矩傳感器，設置有永磁體的孔為通孔，但不局限于圓形，所述永磁體呈柱形結構，且所述永磁體位于通孔內。該設置有永磁體的孔可為圓形通孔，從而便于加工生產，同時將該永磁體制成圓形結構，并可以方便快捷地安裝于該圓形通孔中，永磁體與齒片對應，能夠避免盤狀結構轉動時，永磁體與齒片發生干涉，從而保證主動級與從動級之間的相對轉動。本發明的轉矩傳感器，所述從動級包括環片、外圓環和齒片，所述圓盤位于兩環片之間可相對于環片轉動，兩環片的邊部通過外圓環連接，兩環片上分別設置有T/2整數個相互間隔的扇面形齒片，兩環片上的齒片的位置相對，且同一環片上的齒片以環片中心為圓心均布于同一圓周上。由于采用了上述結構，該從動級主要由環片構成，主動級的圓盤通過機械安裝夾于兩環片中間，并且兩環片的邊部通過外圓環連接，圓盤位于兩環片之間可相對于環片轉動，兩個環片上均設置有T/2整數個扇面形齒片，兩環片上的齒片的位置相對，齒片以環片中心為圓心均布于同一圓周上，使主動級兩側面上的永磁體分別與兩個環片的齒片相對應，兩個環片的齒片對稱分布，齒片數量與永磁體數量是1:2關系，這樣主動級轉動一周(如果從動級不動)可以得到1/2整數個永磁體數量的完整正弦波形，永磁體數量越多，主動級轉動一周內磁場變化的正弦波形數越多，所得到的精度越高，使得該轉矩傳感器的適用范圍更廣，從動級上的磁路采集路徑在前后兩層，是對稱結構，只需要一種加工模型就可以，制造和安裝極為簡便，成本低廉。本發明的轉矩傳感器，所述環片上的齒片以及齒片之間的間隔均為尺寸相同的扇面形結構。由于采用了上述結構，環片上的齒片以及齒片之間的間隔均為扇面形結構，且結構相同，尺寸相同，使得扇面形齒片與扇面形間隔依次排列，從而使得齒片與間隔依次均布于以環片中心為圓心的圓周上，齒片與間隔依次排列最終形成整環，齒片與永磁體、間隔相對應，當主動級與從動級之間的角度發生變化時產生的正弦波形數量均勻，保證其精度高。本發明的轉矩傳感器，所述圓盤上設置有12個通孔，每個通孔內均設置有永磁體，使圓盤上布置有12個永磁體，所述環片上設置有6個扇面形齒片和6個扇面形間隔，所述永磁體與扇面形齒片、扇面形間隔相對，所述扇面形齒片與扇面形間隙的扇面夾角α為30。。由于采用了上述結構，主動級圓周片上設置了呈周期性交錯布置的N、S級性的永磁體，呈一個起伏的磁場分布，從動級設計了由高導磁材構成齒狀環，按永磁體數量1/2的對稱扇形，保證扇形在圓周上基本等分，如12個圓形永磁體,等分分布在圓周上(圓心為圓盤的軸線)，相鄰小圓心相距30度，誤差需要根據具體設計要求確定，對應扇面形齒片就是6個，相鄰齒槽中心線相距60度，削去部分的形狀與保留部分的形狀一樣，也即齒片之間的間隔為與齒片結構相同的扇面形結構，在圓周上構成12個對稱扇形，間隔為6個，余下部分為6個齒片，因此使扇面形齒片與扇面形間隙的扇面夾角α為30°。所述永磁體與扇面形齒片、扇面形間隔相對，可以有效接收永磁體產生形成的磁場。當然也可以根據實際需要，設置4個以上的整數個永磁體，以及永磁體數量一半的整數個齒片，使主動級圓周交錯構成一個360度空間若干次交變的磁場，隨轉動體轉動，對應空間磁場發生變化。從動級由高導磁材料構成的磁路中接收到磁場強度也隨之變化。從而保證空間磁場變化均勻，從而使磁信息采集電路收集到的磁場變化情況均勻明顯，從而后續的磁感應芯片的接收和識別，提高其精度，保證其可靠性。本發明的轉矩傳感器，所述磁信息采集電路包括圓環片和安裝塊，兩圓環片分別位于兩環片與外圓環的結合處，且從動級可相對于圓環片轉動，兩圓環片上均設置有安裝塊，兩安裝塊的位置相對，所述磁感應芯片安裝于兩安裝塊之間的間隙內。由于采用了上述結構，在兩環片與外圓環的結合處分別設置有圓環片，圓環片固定不動，因此從動級可相對于該圓環片轉動，且互不干涉，兩個圓環片可以匯集磁路在圓環片上形成兩個個環形磁路，在兩個圓環片上均設置有安裝塊，兩安裝塊的位置相對，且兩安裝塊之間存在一定間隙，從而可以將磁場信息變化匯集到該間隙處，在該間隙處設置磁感應芯片，可以便于檢測出磁場變化量，檢測到主動級轉動的角度和角度變化率等，并將該磁場信號轉變為電信號傳遞至微處理芯片上，并由微處理芯片控制電機轉動，電機再驅動從動級轉動，最終實現主動軸帶動主動級轉動，主動級相對于從動級產生轉動的角度變化，使得原有的磁場發生變化，磁感應芯片將檢測到的該磁場變化，并將磁場信號轉變為電信號，微處理芯片根據該電信號繼而控制電機的轉動，電機的轉動驅動從動級轉動，這樣主動級與從動級間的機械角度回到初始值，磁場變化回到初始點，從而實現了機械轉軸的跟蹤。本發明的轉矩傳感器，所述圓環片為導磁圓環片，所述齒片采用高磁導材料制成。由于采用了上述結構，圓環片為導磁圓環片，使磁信息采集電路可以匯集磁路在圓環片上形成一個環形磁路，并且可以將磁場信息變化匯集到兩安裝塊之間的間隙處，并可以在該空隙處安裝磁感應芯片用于收集，便于檢測出磁場變化量，檢測到主動級轉動的角度和角度變化率等；齒片采用高磁導材料制成，使從動級由于齒片與非導磁材料連接為一體，可沿主軸線轉動，可以有效接收永磁體產生形成的磁場。本發明的轉矩傳感器，所述磁感應芯片包括轉換電路和磁感應傳感器，所述磁感應傳感器安裝于兩安裝塊之間的間隙內檢測磁場信息，所述磁感應傳感器連接到轉換電路上，所述轉換電路將磁場信息轉換為電信號傳遞至控制電路進行處理并控制執行機構驅動從動級。由于采用了上述結構，磁感應傳感器安裝于兩安裝塊之間的間隙內檢測磁場的變化信息，并將磁場變化信息傳遞至轉換電路上，由轉換電路將該磁場信號轉換為電信號，并傳遞至電路控制電機轉動，所述電機的轉動驅動從動級轉動，可以實現助力轉向系統的工作，因此該磁路轉矩傳感器，結構簡單，可靠性高，壽命長，產品成本低，磁場路徑簡潔。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:1、本發明的利用磁路的轉矩傳感器，磁片可采用硬材質制成，磁場強度較高，有利用磁場信號得提取，主動級與從動級不能分離，容易定位，安裝時不用考慮定位軸心問題；2、本發明的利用磁路的轉矩傳感器，各個部件保管時，內設輔助軸，主動級與從動級保持同軸，安裝后，可以抽調輔助軸，也可以保留，不影響傳感器工作；3、本發明的利用磁路的轉矩傳感器，磁路采集路徑在前后兩層，是對稱結構，只需要一種加工模型就可以，制造和安裝極為簡便，并且無需可變形的彈性軸將主動軸與從動軸進行回位操作，結構簡單，精度高，成本低廉；4、本發明的利用磁路的轉矩傳感器，結構簡單，安裝簡便，工藝簡單，精度高，壽命長，可靠性高，磁場路徑簡潔，適用范圍廣。
本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:圖1是本發明中主動級的結構示意圖；圖2是本發明中從動級的結構示意圖；圖3是本發明中電路采集板的結構示意圖；圖4是本發明中主動級、從動級和電路采集板三部分的結構示意圖；圖5是本發明中轉矩傳感器的結構示意圖；圖6是本發明中主動級正面視圖；圖7是本發明中從動級正面視圖；圖8是本發明中電路采集板正面視圖。圖中標記:1_主動級、1-1-圓盤、1-2-圓柱體、2-從動級、2-1-環片、2-2-外圓環、2_3_齒片、3-電路米集板、3-1-圓環片、3_2_安裝塊、4-磁片。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。實施例1如圖1至圖8所示，本發明的利用磁路的轉矩傳感器，包括主動級1、從動級2、電路采集板3和磁片4，其中:所述主動級I包括圓盤1-1和圓柱體1-2，位于圓盤1-1中心連接有圓柱體1-2，該圓柱體1-2可外部的主動軸相連，所述圓盤1-1上布置有T個磁片4，其中T為> 4的偶數，本例中采用磁片4為12個，也即了=12，當然根據實際需要可以選擇1=4、6、10、12、14……的偶數中的任意數，為了安裝方便，可以在圓盤1-1的端面上設置孔用于安裝磁片4，該孔可以為盲孔，也可以為通孔，由于圓盤1-1的厚度較薄，因此即便是盲孔對磁片4產生的磁場而言，也僅僅是效果不如通孔，可以根據實際需要進行設置，本例中采用盲孔，在盲孔中布置有磁片4，因此為了保證磁片4與孔的數量一致，便于安裝，盲孔為T個，本例中選用12個盲孔，其中每個盲孔中均設置有磁片4，盲孔的個數可以根據磁片4的個數多少進行設置，其中盲孔均布于圓盤1_1中心為圓心的同一圓周上，相鄰盲孔內的磁片4在圓盤1-1的同一端面上，其S、N極性相互交錯布置，也即任意兩個響鈴的磁片4的同一端面上的極性相反，從而形成一個起伏的磁場分布，其中上述盲孔設置為圓形盲孔，便于加工，因此為了便于安裝，將磁片4設計為圓柱形結構，將該磁片4安裝于該盲孔內，磁片4的端面與圓盤1-1的兩端面齊平，避免對環片2-1造成干涉。從動級2包括環片2-1、外圓環2-2和齒片2_3，兩環片2_1的邊部通過外圓環2_2連接，使所述從動級2為空圓盤結構，其中所述圓盤1-1位于兩環片2-1之間，圓柱體1-2從一端的環片2-1中穿出 ，使從動級2可將主動級I容納入其內，在兩個環片2-1上均設置有T/2個相互間隔的扇面形齒片2-3，其中本例中T=12，因此在兩個環片2-1上均設置有6個齒片2-3，該齒片2-3為扇面形結構，所述齒片2-3采用高磁導材料制成，且齒片2-3之間相互間隔，其中齒片2-3之間的間隔與齒片2-3的結構相同，均為扇面形結構，并且扇面形間隔與扇面形齒片2-3的尺寸大小相同，因此環片2-1上設置有6個扇面形齒片2-3和6個扇面形間隔，并均布于以環片2-1中心為圓心的同一圓周上，所述磁片4與扇面形齒片
2-3、扇面形間隔相對，所述扇面形齒片2-3與扇面形間隙的扇面夾角α為30°，當然該扇面形齒片2-3和扇面形間隔的個數為Τ/2，根據磁片4的個數而定，扇面夾角α也根據扇面形齒片2-3和扇面形間隔的個數而定，可以為其它值。所述從動級2的邊部外套有環形電路采集板3，其中所述電路采集板3包括圓環片3-1和安裝塊3-2，兩圓環片3-1分別位于兩環片2-1與外圓環2-2的結合處，其中圓環片3-1為導磁圓環片3-1，可以將集磁路在圓環片上形成一個環形磁路，圓環片3-1固定不動，且從動級2可相對于圓環片3-1轉動，兩圓環片3-1上均設置有安裝塊3-2，兩安裝塊
3-2的位置相對，圓環片將磁場信息變化匯集到兩安裝塊之間的間隙處，因此所述霍爾芯片安裝于兩安裝塊3-2之間的間隙內，所述霍爾芯片包括電路芯片和霍爾傳感器，所述霍爾傳感器安裝于兩安裝塊3-2之間的間隙內檢測磁場信息，所述霍爾傳感器連接到電路芯片上，所述電路芯片連接到微處理芯片上，電路芯片將磁場信息轉換為電信號傳遞至微處理芯片，微處理芯片通過控制電路控制電機轉動，所述電機驅動從動級2轉動。實施例2實施例2與實施例1相似，其不同之處在于:本例中，主動級中，所述圓盤1-1的端面上設置孔用于安裝磁片4，該孔為通孔，該通孔均布于以圓盤1-1中心為圓心的圓周上，磁片4安裝于該通孔內，且磁片4的兩端與圓盤1-1的兩端面齊平。其中通孔的個數設置為Τ=14，當然根據實際需要可以選擇Τ=4、6、8、10、12、14、16、18……的偶數中的任意數，從動級中，兩環片2-1的端面上分別設置相互對稱的齒片2-3，其中齒片2-3為高磁導的扇面形結構，其中同一環片2-1上的齒片2-3間相互間隔，其中間隔為與齒片2-3結構相同的扇面形空間，因此齒片2-3以及扇面形間隔的個數分別為7個，同時根據需要可分別選擇Τ/2個，扇面形齒片2-3與扇面形間隔依次相連，并均布于以環片2-1中心為圓心的同一圓周上，與圓盤1-1機械安裝夾于兩個環片2-1之間，且圓盤1-1與環片2-1、外圓環2-2之間并無接觸，使主動級與從動級之間可相對轉動，其圓盤1-1上的磁片4與扇面形齒片2-3、扇面形間隔相對，齒片2-3的數量與磁片4的數量是1:2關系，這樣主動級I轉動一周(如果從動級2不動)可以得到1/2磁片數量的完整正弦波形,磁片4的數量越多，主動級4轉動一周內磁場變化的正弦波形數越多，所得到的精度越高。上述實施例中，所述T可以為大于等于4的任意偶數，根據實際需要進行設定，同時位于將磁片4安裝于圓盤1-1上，避免主動級I和從動級2之間的相對轉動時，磁片4與齒片2-3發生干涉，因此在圓盤1-1上設置有用于安裝磁片的通孔或者盲孔，可以根據實際需要進行設定，扇面形齒片2-3與扇面形間隙的扇面夾角α為根據實際的齒片2-3與間隔數量確定，只需保證齒片2-3與間隔在環片2-1上均布即可，從動級2中主要由兩個設置有齒片2-3的環片2-1與外圓環2-2結合而成，使用時，兩個環片2-1根本安裝于外圓環2_2上，可將圓盤1-1限制于兩個環片2-1之間，當然可以實際需要，可以先將任一設置有齒片2-3的環片2-1與外圓環2-2制成一體，在使用時，只需將另一設置有齒片2-3的環片2_1安裝于外圓環2-2上即可，制造和安裝極為簡便。根據上述實施例，本發明的轉矩傳感器，其基本工作原理為:主動級I受轉矩力作用，開始沿主動軸轉動(順時針或逆時針)，使圓盤1-1發生轉動；從動級2與主動級I間的幾何置位隨之變化，主動級I上的永磁片4排列在周邊形成磁場分布也跟隨變化，由于主動I圓周片上設置了交錯N、S級性的永磁片4，呈一個起伏的磁場分布，從動級2設計了由高導磁材構成齒片2-3，齒片2-3按磁片4數量1/2的對稱扇形，保證扇形在圓周上基本等分，t匕如，例I中，采用12個圓形磁片4,等分分布在圓周上(圓心為軸線),相鄰小圓心相距30度，誤差需要根據具體設計要求確定，因此，對應扇面形間隔就是6個，相鄰的扇面形間隔的中心線相距60度，削去部分的形狀與保留部分的形狀一樣，也就即，在圓周上構成12個對稱扇形，間隔為6個，余下部分的齒片2-3為6個，齒片2-3、間隔與磁片4相對，可以有效接收永磁片產生形成的磁場。主動級I的圓周交錯構成一個360度空間若干次交變的磁場，隨主動軸轉動，對應空間磁場發生變化。從動級2由高導磁材料構成的磁路中接收到磁場強度也隨之變化。電路采集板3制成環狀，將磁場信息變化匯集到某一規定點，該點即為兩個安裝塊之間的間隙，并在這點穿過霍爾芯片。霍爾芯片很容易檢測出磁場變化量，檢測到主動級I轉動的角度和角度變化率等數據，利用霍爾芯片感知磁場變化，其磁場的變化反映轉角的變換，可計算出轉矩的變化值。霍爾芯片將磁場信息轉換為電信號，送其到微處理芯片處理,并發送指令,控制電機轉動，電機帶動從動級2跟隨轉動,這樣主動級I與從動級間2的機械角度回到初始值，磁場變化回到初始點，從而實現了機械轉軸的跟蹤。本發明的轉矩傳感器，廣泛應用在機械工業領域，除了汽車的電動助力轉向系統之外，也應用到其它需要感知轉矩的機械系統中。本發明的轉矩傳感器，結構簡單，安裝簡便，工藝簡單，精度高，壽命長，可靠性高，磁場路徑簡潔，適用范圍廣；磁片可采用硬材質制成，磁場強度較高，有利用磁場信號得提取，主動級與從動級不能分離，容易定位，安裝時不用考慮定位軸心問題；各個部件保管時，內設輔助軸，主動級與從動級保持同軸，安裝后，可以抽調輔助軸，也可以保留，不影響傳感器工作；磁路采集路徑在前后兩層，是對稱結構，只需要一種加工模型就可以，制造和安裝極為簡便，并且無需可變形的彈性軸將主動軸與從動軸進行回位操作，結構簡單，精度高，成本低廉。本發明并不局限于前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:包括主動級(I)、從動級(2)、磁信息采集電路(3)和永磁體(4)，所述主動級(I)為中心可與主動軸連接的盤形結構，在主動級(I)的端面上布置有T個永磁體(4)，T為> 4的整數，永磁體(4)分布于以主動級(I)中心為圓心的圓周上，使得永磁體在盤形結構邊緣所產生的綜合磁場呈現周期性的分布；可與從動軸連接的從動級(2)，為可將主動級(I)容納入其內部的空心盤結構，所述從動級(2)的兩端面均由Τ/2整數個相互間隔的扇面形高磁導齒片(2-3)組成，兩端面上的齒片(2-3)位置相對，同一端面上的齒片(2-3)之間相互間隔，并依據主動級永磁體之分布，排列于以從動級(2)中心為圓心的圓周上，所述主動級(I)位于從動級(2)內且二者之間可相對轉動，所述主動級(I)上的永磁體(4)與從動級(2)上的齒片(2-3)相對；所述從動級(2)的邊部外套有磁信息采集電路(3)，從動級(2)可相對于磁信息采集電路(3)轉動，所述磁信息采集電路(3)上安裝有磁感應芯片。
2.如權利要求1所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述主動級(I)包括盤狀結構(1-1)和圓柱體(1-2)，位于盤狀結構(1-1)中心的圓柱體(1-2)可與主動軸相連，所述盤狀結構(1-1)上布置有T個放置永磁體(4)的通孔或空隙，T為> 4的整數，所述放置永磁體(4)的通孔或空隙分布于以盤狀結構(1-1)中心為圓心的同一圓周上，相鄰通孔或空隙內的永磁體(4)在盤狀結構(1-1)的同一端面上，其磁場之S、N極性呈周期性交錯布置。
3.如權利要求2所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:設置有永磁體(4)的孔為通孔，所述永磁體(4)呈柱形結構，且所述永磁體(4)位于通孔內。
4.如權利要求2或3所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述從動級(2)包括環片(2-1)、外圓環(2-2)和齒片(2-3)，所述圓盤(1-1)位于兩環片(2-1)之間可相對于環片(2-1)轉動，兩環片(2-1)的邊部通過外圓環(2-2 )連接，兩環片(2-1)上分別設置有T/2整數個相 互間隔的扇面形齒片(2-3)，兩環片(2-1)上的齒片(2-3)的位置相對，且同一環片(2-1)上的齒片(2-3)以環片(2-1)中心為圓心均布于同一圓周上。
5.如權利要求4所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述環片(2-1)上的齒片(2-3)以及齒片(2-3)之間的間隔均為尺寸相同的扇面形結構。
6.如權利要求5所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述圓盤(1-1)上設置有12個圓形通孔,每個圓形通孔內均設置有永磁體(4),使圓盤(1-1)上布置有12個永磁體(4)，所述環片(2-1)上設置有6個扇面形齒片(2-3)和6個扇面形間隔，所述永磁體(4)與扇面形齒片(2-3)、扇面形間隔相對，所述扇面形齒片(2-3)與扇面形間隙的扇面夾角α為 30。。
7.如權利要求5或6所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述電路采集系統(3)包括圓環片(3-1)和安裝塊(3-2)，兩圓環片(3-1)分別位于兩環片(2-1)與外圓環(2-2)的結合處，且從動級(2)可相對于圓環片(3-1)轉動，兩圓環片(3-1)上均設置有安裝塊(3-2)，兩安裝塊(3-2)的位置相對，所述磁感應芯片安裝于兩安裝塊(3-2)之間的間隙內。
8.如權利要求7所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述圓環片(3-1)為導磁圓環片(3-1)，所述齒片(2-3)采用高磁導材料制成。
9.如權利要求7所述的利用磁路的轉矩傳感器，其特征在于:所述磁感應芯片包括轉換電路和磁性傳感器，所述磁性傳感器安裝于兩安裝塊(3-2 )之間的間隙內檢測磁場信息，所述磁性傳感器連接到轉換電路上，所述轉換電路將磁場信息轉換為電信號傳遞至控制電路進行處理并控制執行 機構驅動從動級。
全文摘要
本發明公開了一種利用磁路的轉矩傳感器，屬于傳感器技術領域。本發明的轉矩傳感器，在主動級的端面上布置有T個磁片，T為≥4的偶數，磁片均布于以主動級中心為圓心的圓周上；相鄰磁片的S、N極性相互交錯；從動級的兩端面均由T/2個相互間隔的扇面形高磁導齒片組成，兩端面上的齒片位置相對，同一端面上的齒片均布于同一圓周，主動級位于從動級內且二者之間可相對轉動，磁片與齒片相對；從動級的邊部外套有電路采集板，從動級可相對于電路采集板轉動，電路采集板上安裝有磁感應芯片，磁感應芯片連接到微處理芯片上，微處理芯片通過控制電路與電機連接，并通過電機驅動從動級轉動。本發明的磁路轉矩傳感器，工藝簡單，精度高，可靠性高。
文檔編號G01L3/10GK103207039SQ20131007645
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月11日 優先權日2012年10月29日
發明者鐘洪聲, 汪玲, 尤煒, 管立峰, 胡云發, 鐘秀林, 蘇莉 申請人:電子科技大學, 英飛凌科技股份有限公司