[发明专利]非接触相位差式扭矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体是一种使用霍尔传感器的非接触相位差式扭矩传感器。

背景技术

扭矩传感器是汽车电动助力转向系统(EPS)最重要的部件之一，是电动转向器的核心部件，集机电技术于一体，其性能优劣直接影响到电动助力转向器的性能。现有的EPS扭矩传感器可分为接触式和非接触式两大类，接触式的如金属电阻应变片的扭矩传感器，使用一组应变片作为敏感元件，将应变片以桥式回路的形式粘贴在扭矩传递轴上，但应变片用于回转系统中时，需要用于连接应变片的集流环装置，由于存在机械接触，容易产生机械磨损，随着使用会使传感器精度降低，使用寿命也会缩短，需要经常维护和更换，增加成本。非接触式扭矩传感器则可克服以上的缺点，非接触式的扭矩传感器又可以分为两大类，一种是光电式的，光电式的扭矩传感器对工作环境的要求比较苛刻，安装要求高，抗震性差且价格昂贵。另一种是磁电式的扭矩传感器，测量精度高，安装方便，对环境的要求也不如光电式的苛刻，成本比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触相位差式扭矩传感器，其采用霍尔传感器实现，具有结构简单、测试精确、稳定性好、成本相对低廉的特点。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种非接触相位差式扭矩传感器，其包括：输入套筒、输出套筒、霍尔传感器、第一渐开线齿轮、第二渐开线齿轮，其中：输入套筒通过扭杆与输出套筒连接，第一渐开线齿轮的毂孔与输出套筒过盈配合，第二渐开线齿轮的毂孔与输入套筒过盈配合，输入套筒和输出套筒的第三节轴段分别与对应的轴承内圈配合，轴承的外圈分别和布置于扭杆两侧的两组传感器壳体配合，传感器壳体内表面各自固定有磁路支撑，磁路支撑上固定有磁路组件和线路板，霍尔传感器焊接在线路板上。

所述传感器外壳为两组，上下对称布设且包覆于扭杆外围，将整个磁路封闭在传感器内部。

所述第一渐开线齿轮和第二渐开线齿轮为低碳钢铁磁材料，当扭杆没有发生扭转变形时，固定在输出套筒上的第一渐开线齿轮沿扭杆轴线的投影，和固定在输入套筒上的第二渐开线齿轮完全重合。

所述磁路组件为以扭杆中心为对称点对称布置的两组，分布于扭杆轴线两侧，各自包括永磁体、导磁软铁a和导磁软铁b，其各自与对应的第一渐开线齿轮或第二渐开线齿轮构成一个完整的磁路。

所述磁路，其磁力线由永磁体北极发出，依次经过导磁软铁b、导磁软铁b端面与渐开线齿轮之间的气隙、渐开线齿轮、渐开线齿轮与导磁软铁a端面之间的气隙、导磁软铁b，然后回到永磁体南极。

所述永磁体，为钕铁硼永磁材料，其横截面为正方形。

所述导磁软铁，为低碳铁磁材料，其横截面也为正方形，与永磁体横截面完全相同。

所述磁路支撑为两组，为非导磁材料，分别连接传感器外壳和磁路组件，其内有一通孔贯穿磁路支撑的上下表面，该通孔的横截面与永磁体和导磁软铁a、b的横截面完全相同，永磁体和导磁软铁a、b通过该孔与传感器外壳固定在一起。永磁铁靠磁力将导磁软铁a和导磁软铁b吸附在它的两侧，由于磁力的存在，可以假定永磁体与导磁软铁a和导磁软铁b组成了一个刚性的整体，从图3中的磁路支撑的结构可以看到永磁体与导磁软铁a和导磁软铁b可以完好的固定在磁路支撑上。其中，导磁软铁a和导磁软铁b只是尺寸形状上不同，它们的材料及完成的功能都是相同的，功能都是用来引导磁路流向的。

所述霍尔传感器，为非接触霍尔传感器，其焊接在线路板上，霍尔传感器检测面设置在导磁软铁a的端面和渐开线齿轮齿顶圆正对的气隙中。

所述输出套筒和输入套筒之间并非刚性咬合，存在一定的间隙。

所述线路板可以通过螺钉固定在磁路支撑上。

本发明所使用的非接触霍尔传感器具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，本发明充分利用非接触霍尔传感器这一特点来检测磁场变化检测信号。

本发明具体使用时，原理过程具体如下：

传感器中磁路，其磁力线由永磁体北极发出，依次经过导磁软铁b、导磁软铁b端面与渐开线齿轮之间的气隙、渐开线齿轮、渐开线齿轮与导磁软铁a端面之间的气隙、导磁软铁b，然后回到永磁体南极。磁路组件通过磁路支撑固定在传感器壳体上静止不动，当齿轮发生转动时，设置在导磁软铁a的端面和渐开线齿轮齿顶圆之间气隙中的磁场强度大小会随齿轮的转动成正弦规律变化，霍尔传感器输出成正弦规律变化的电压信号。