[发明专利]一种磁敏式扭矩传感器的磁路结构

说明书

技术领域

本发明涉及位置传感器的采样技术，具体涉及一种磁敏式扭矩传感器的磁路结构，适合用于转轴扭矩的角位移测量，尤其适合用于电动助力转向系统的扭矩传感器。

背景技术  

电动助力转向系统具有显著的节能环保优势，扭矩传感器作为电动助力转向系统的关键部件，是传感器的研究热点。目前，扭矩传感器多采用相对角位移的方法实现扭矩传感，主要类型有：磁敏式、电位器式、电感式、电容式、磁致伸缩式、光电式等类型，磁敏式具有结构比较简单、性价比好的诸多优势，应用前景良好。

磁敏式扭矩传感器通常有2个可以相对旋转的转子结构，分别安装了永磁体和导磁体，在传感器磁路中设置磁敏元件，检测由于旋转轴之间角位移产生的磁通变化，磁路结构的优劣对磁敏式扭矩传感器品质具有决定性影响；经过检索，相关的专利如下：

美国专利US6810336 B2说明了磁敏式扭矩传感器的三种结构：其第一实施方案采用轴向充磁的多极磁环，其磁敏元件与磁汇聚环之间的间隙很大，造成磁路磁阻很大；其第二实施方案也是采用轴向充磁的多极磁环，在第一实施方案的磁通汇聚环外径以外增加了集束环，集束环与磁通汇聚环间需要较大间隙，振动环境中间隙的随机变化会造成磁路磁通的随机波动，而且需要增大传感器空间；其第三实施方案采用径向充磁的多极磁环，利用磁通汇聚环的齿顶端面收集磁通，由于磁通汇聚环的厚度有限，所以，磁通收集效率比较低。

美国专利US6912923 B2说明了一种磁敏式扭矩传感器的磁通集中器结构，其磁通集中器包含两对凹形槽，两个磁汇聚环分别设置在凹形槽的中间，其目的在于振动时，磁汇聚环两侧的间隙变化互补，抑制间隙变化对磁通的影响。这种设计，磁通汇聚环两侧的间隙是并联方式，平衡状态时，磁通汇聚环两侧的间隙磁阻R相等，并联间隙磁阻为R/2，振动发生时，磁通汇聚环两侧的间隙不等，一侧间隙磁阻＞R，另一侧间隙磁阻＜R，造成并联间隙磁阻必定小于平衡状态时的R/2，间隙磁阻会随振动变化，磁通势必同时变化。

中国专利CN100468024 C说明了采用径向充磁多极磁环的扭矩传感器，其磁通汇聚环具有折弯的磁通汇聚齿，两个磁通汇聚环的磁通汇聚齿需要交错分布，相邻的磁通汇聚齿之间存在磁短路效应，如果磁通汇聚齿面积小，则磁通收集效率低；如果磁通汇聚齿面积大，则磁短路影响显著。这种磁路结构，磁通收集效率和磁短路效应的矛盾难以兼顾，而且成型加工比较复杂，占用空间也比较大。上述三种结构均存在各种各样的技术问题，尤其是磁通收集效率比较低，针对该技术问题，本领域的技术人员也在不断的尝试，但是效果均不理想。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种磁敏式扭矩传感器的磁路结构，该设备整体设计巧妙，结构紧凑、体积较小，妥善解决了磁通采集效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种磁敏式扭矩传感器的磁路结构，所述磁路结构包括磁通采集结构，磁性转子结构以及磁通汇聚转子结构，其特征在于，所述磁通采集结构包括两个对称设置在测量间隙两侧的立柱式集束器，所述立柱式集束器包括一个采集面、至少一个集束面以及至少一个聚焦面，所述磁性转子结构包括多极磁环和支架，所述磁通汇聚转子结构包括磁通汇聚环，所述多极磁环和支架设置在磁通汇聚环和磁通汇聚环之间。该技术方案中，磁通采集结构采用立柱式集束器，没有折弯延伸的变形。与现有技术采用的片式集束器比较，本发明的立柱式集束器，磁通路径短，沿磁通路径的磁通发散少，磁短路影响小；构造简洁，体积小，没有磁通汇聚环的环宽所限定的空间以外的延伸，磁通采集效率提高。

作为本发明的一种改进，所述立柱式集束器设置在由磁通汇聚环的环宽所限定的环形空间内，没有环形空间以外的延伸和变形，径向振动时，采集面不会越出磁通汇聚环的环宽，可以保持采集面磁通的稳定性。

作为本发明的一种改进，所述立柱式集束器的采集面通过耦合间隙采集磁通汇聚环的径向内齿所汇聚的磁通，所述采集面被磁通汇聚环的环宽完全覆盖。立柱式集束器的采集面被磁通汇聚环的环宽完全覆盖，径向振动时，采集面不会越出磁通汇聚环的环宽，可以保持采集面磁通的稳定性。

作为本发明的一种改进，所述立柱式集束器的采集面和聚焦面之间有一个集束面或者多个集束面，用于缩窄增强采集面收集的磁通密度。

作为本发明的一种改进，所述测量间隙内插入磁敏元件，所述磁敏元件有敏感区域，所述立柱式集束器的聚焦面的面积大于磁敏元件的敏感区域的面积，确保聚焦面将敏感区域完全覆盖。