专利名称：磁电式非接触扭矩传感器以及使用该传感器的电动转向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车辆的助力转向装置，具体涉及一种用于车辆助力转向的磁电式非接触扭矩传感器以及使用该传感器的电动转向装置。
背景技术：
在作为汽车转向系统而提供的电动转向装置中，转向扭矩传感器通常用于感应通 过驾驶的转向操作从转向轮施加到转向轴的转向扭矩。电动转向装置根据从转向扭矩传感 器感应的扭矩信号控制转向力辅助电机，并且减少驾驶员的转向力，以便提供舒适的转向 感受。磁电式非接触扭矩传感器作为在电动转向装置中使用的转向扭矩传感器是众所 周知的。在这种磁电式非接触扭矩传感器中，两个磁电式非接触检测环安装在转向轴上的 两个特定位置。在磁电式非接触扭矩传感器的制造过程中，在部分转向轴的特定表面的整 个周边表面上，即圆柱形旋转轴中的特定轴向宽度上，装配磁电式非接触检测环。两个检测 环相对位置中的变化对应于当将扭矩从转向轮施加于转向轴时该转向轴的扭矩。磁电式非接触扭矩传感受器具有圆柱形传感线圈，在圆柱形旋转轴的整个周边上 安装检测环，旋转轴轴向的磁电式非接触检测环的宽度实质上与相同轴向上传感线圈宽度 相匹配。将磁电式非接触检测环宽度和传感线圈宽度以及扭矩检测环和传感线圈的内周表 面之间的间隙限定为与磁电式非接触扭矩传感器中的磁电式非接触检测环和传感线圈的 大小和方位放置之间的关系有关的尺寸。下面参照附图9和10，对与磁电式非接触检测环宽度、传感线圈宽度和磁电式非 接触扭矩传感器中的间隙有关的问题进行了描述。附图9表示在磁电式非接触检测环和传感线圈之间的旋转轴轴向方向上的失调 (水平轴mm)和传统的磁电式非接触扭矩传感器(垂直轴)的灵敏度变化率之间的关系。 附图10表示磁电式非接触检测环和传感线圈之间的间隙(旋转轴径向上的空间，水平轴 mm)和相同的磁电式非接触扭矩传感器(垂直轴)的灵敏度变化率之间的关系。在附图9中的曲线101中，将不具有位置失调(水平轴上为0.0，垂直轴上的灵敏 度变化率为“1”)的情况作为参考，如果向上(附图9中的右侧)或向下(附图9中的左 侧)出现位置失调时，灵敏度的变化率展现出降到0.98以下的特性。磁电式非接触扭矩传 感器是需要高传感精度的装置。因此，如果灵敏度的变化率降0.98以下，则在实际上将该 传感器安装到车辆中的情况下，驾驶者对于转向响应会经历不舒适的感觉。根据附图10中的曲线102，当水平轴上的间隙是0.5mm时，灵敏度的变化率同样 是1. 0。基于该值，当该间隙两倍于Imm时，即当该间隙以0. 5mm失调时，灵敏度的变化率展 现出降到大约0. 85的不良特性。在磁电式非接触扭矩传感器中，该传感器的灵敏度特性降 低，当在旋转轴上形成的磁电式非接触检测环和环绕磁电式非接触检测环的周边布置的传 感线圈之间的位置关系中出现位置失调时，该传感器的灵敏度特性降低。特别地，当在汽车电动转向装置中使用这种磁电式非接触扭矩传感器时，不希望出现这种位置失调，因为该电动转向装置在操作时会产生不舒适的感觉。在制造电动转向装置的环境下，当附着传感线圈时，装配过程期间预期的位置失 调大约是0.2mm，而当附着转向轴(旋转轴)时，预期的位置失调也大约是0.2mm。因此，允 许将传感线圈和转向轴以彼此相对大约0. 4mm的最大值未对准在适当的位置。依据使用该 装置的环境，包括制造期间的位置失调，合并到汽车中的电动转向装置会出现大约Imm的 最大位置失调，这是由于随时间的变化或者来自路面的过度转向造成的。因此，需要在汽车 电动转向装置中使用的磁电式非接触扭矩传感器中提供结构电阻，以使得位置失调(包括 在制造和随后的操作期间出现的失调)即使在最大时也小于1mm。因此，需要开发一种磁电式非接触扭矩传感器，以及一种使用该传感器的电动转 向装置，其中可以优化磁电式非接触检测环的形状和在旋转轴上形成的传感线圈之间的尺 寸关系，以便提高该传感器的灵敏度特性，并且可以增加该装置装配期间的位置失调容差。
发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种提高传感器的灵敏度，并 且可以增加装置装配期间的位置失调容差的磁电式非接触扭矩传感器以及使用该传感器 的电动转向装置。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种磁电式非接触扭矩传感器，包 括通过施加扭矩而旋转的旋转轴，以及环绕该旋转轴的磁电式非接触检测环，磁电式非接 触检测环外侧设有与旋转轴同轴向的传感线圈，传感线圈与磁电式非接触检测环之间具有 一段间隙，传感线圈的信号输出端与扭矩计算单元连接，其中，所述的磁电式非接触检测环 的轴向宽度Wl大于传感线圈的轴向宽度W2。进一步，如上所述的磁电式非接触扭矩传感器，其中，所述的磁电式非接触检测环 的轴向宽度Wl与传感线圈的轴向宽度W2满足如下关系式1. 1 < (W1/W2) < 1. 2o进一步，如上所述的磁电式非接触扭矩传感器，其中，所述的磁电式非接触检测环 是在所述旋转轴表面上形成的Al-Ni-Fe磁性材料伸缩薄膜。一种使用上述磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，包括与转向轮连接的转 向轴，以及以转向轴作为旋转轴的磁电式非接触扭矩传感器，磁电式非接触扭矩传感器与 由计算机构成的控制装置连接，控制装置连接用于将辅助转向力施加于转向轴的电机，其 中，所述的磁电式非接触扭矩传感器包括环绕转向轴的磁电式非接触检测环，磁电式非接 触检测环外侧设有与转向轴同轴向的传感线圈，传感线圈与磁电式非接触检测环之间具有 一段间隙，传感线圈的信号输出端与控制装置的扭矩计算单元连接，所述的磁电式非接触 检测环的轴向宽度Wl大于传感线圈的轴向宽度W2。进一步，如上所述的使用磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，其中，所述的 磁电式非接触扭矩传感器的磁电式非接触检测环的轴向宽度Wl与传感线圈的轴向宽度W2 满足如下关系式1. 1 < (W1/W2) < 1. 2。进一步，如上所述的使用磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，其中，所述的 将辅助转向力施加于转向轴的电机通过动力传送机构与转向轴连接，动力传送机构包括固定在电机传送轴上的蜗杆齿轮，以及固定在转向轴上的蜗轮，蜗杆齿轮与蜗轮相互连接。进一步，如上所述的使用磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，其中，所述的 转向轴的下部通过齿条和齿轮机构连接拉杆，拉杆的外端与车辆的前轮连接。本实用新型的有益效果如下本实用新型通过设置磁电式非接触扭矩传感器的磁 电式非接触检测环的轴向宽度Wl与传感线圈的轴向宽度W2之间的尺寸关系，从而，可以提 高磁电式非接触扭矩传感器的灵敏度，并且可以增加该传感器装配期间的位置失调容差。 使得在制造该传感器装置时，该容差更易于管理。通过使用这种磁电式非接触扭矩传感器 构成的电动转向装置，可以适当地保持该磁电式非接触扭矩传感器的灵敏度变化率，即使 出现该转向轴和传感线圈之间的轴向位置关系在随后的使用中变成相对未对准的情况，也 可以长时间地将该电动转向装置的转向感觉保持在满意的水平。
图1为本实用新型的磁电式非接触扭矩传感器的基本结构示意图；图2为本实用新型的磁电式非接触扭矩传感器的电原理示意图；图3为本实用新型的磁电式非接触扭矩传感器在电动转向装置中的装配图；图4为本实用新型的磁电式非接触扭矩传感器中的传感线圈的检测特性和磁电 式非接触特性曲线的曲线图。图5为本实用新型的电动转向装置的整体构造示意图；图6为实施例中磁电式非接触检测环和传感线圈的位置关系示意图；图7为表示灵敏度变化率中的变量相对于磁电式非接触检测环宽度(Wl)和传感 线圈宽度(W2)之间的比率D( = W1/W2)的曲线图；图8为表示比率D的灵敏度变化率和位置失调之间的关系的曲线图；图9为表示传感器的灵敏度变化率和传统的磁电式非接触扭矩传感器中的旋转 轴轴向上的磁电式非接触检测环与传感线圈之间的位置失调关系的曲线图；图10为表示传感器的灵敏度变化率和传统的磁电式非接触扭矩传感器中磁电式 非接触检测环与传感线圈之间的间隙的关系曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。首先，参照图1至图3，描述磁电式非接触扭矩传感器的构造。磁电式非接触扭矩传感器10由旋转轴11以及环绕旋转轴11的周边布置的两个 传感线圈13A、13B构成。当磁电式非接触扭矩传感器10用作汽车电动转向装置中的转向 传感器时，旋转轴11构成转向轴的一部分。在图3中表示这种状态。旋转轴11具有圆柱杆形状，并且绕轴Ila受到右手旋转(顺时针)或左手旋转 (逆时针)的旋转力(扭矩)，如箭头A所示。旋转轴11由例如镍铬钢制成的金属扭力杆 形成。磁电式非接触检测环14A、14B、14C由三部分组成，均在旋转轴11的轴向上具有特定 的宽度，并装配在旋转轴11的整个周向上，根据特定的条件任意地设置三个磁电式非接触 检测环14A、14B、14C之间的空间的尺寸。例如，通过销钉将磁电式非接触检测环的三部分14A、14B、14C作为磁电式非接触检测环部分销接在旋转轴11的表面上即可形成磁电式非接触检测环的磁电式非接触区 域。在磁电式非接触扭矩传感器10中，将旋转轴11的轴向上的磁电式非接触检测环 14A、14B、14C的宽度Wl设置成大于相同轴向上的传感线圈13A、13B的宽度W2。本实施例中 提出，磁电式非接触检测环的轴向宽度Wl与传感线圈的轴向宽度W2满足如下关系式1. 1 < (W1/W2) < 1. 2。如图1、图6所示，传感线圈13A、13B的宽度尺寸小于磁电式非接触检测环14A、 14BU4C的宽度尺寸。检测环14C中间带有凹槽，它与14A、14B之间存在一定装配间隙，由 此来定位Wl的变化范围。传感线圈13A与检测环14A之间、13B与14B之间具有一插入间 隙。使用环形支架15A、15B将传感线圈13A、13B环绕磁电式非接触检测环14A、14B、14C周 围的周边空间缠绕，将所述支架15A、15B设置到旋转轴11的周边，以便环绕该旋转轴11。 在图2中，示意性地示出传感线圈13A、13B与旋转轴11的磁电式非接触检测环14A、14B、 14C的电关系。将不断地提供AC激励电流的AC电源16连接到由磁电式非接触检测环14A、 14B、14C各自的激励线圈13A、13B。同样，从分别提供到磁电式非接触检测环14A、14B、14C 的传感线圈13A、13B的输出终端输出对应于感应的扭矩的感生电压VA、VB。将从传感线圈 13AU3B输出的感生电压VA、VB提供至扭矩计算单元17。扭矩计算单元在感生电压VA、VB 的基础上计算施加于旋转轴11的扭矩，并且根据该扭矩输出信号(T)。扭矩计算单元17由 微处理器或者其它计算装置或计算电路构成。在旋转轴11的表面上固定的磁电式非接触检测环14A、14B、14C是通过使用 AL-Ni-Fe磁性材料伸缩薄膜形成的齿型磁电式非接触检测环。当通过旋转力将扭矩施加于 旋转轴11时，使用环绕磁电式非接触检测环14A、14B、14C的周边布置的传感线圈13A、13B 感应在磁电式非接触检测环14A、14B、14C中产生的相反的磁电感应特性。下面参照图3对特定结构进行描述，其中将磁电式非接触扭矩传感器10作为转向 扭矩传感器合并到电动转向装置的转向轴。图3中与图1和2所述的实质上相同的构件用 相同的附图标记表示。图3及图5示出转向扭矩转感器及用于转向轴21的支撑结构、小齿轮齿条结构 34、动力传送机构35以及转向力辅助电机42的具体构造。在图3中，将转向轴21的顶部连接到车辆的转向轮(未示出)。配置转向轴21的 底部，以便将转向力经由齿条和齿轮机构34传送到包括齿条轴的车辆轴。磁电式非接触扭 矩传感器20配置在齿轮箱体的项部。转向扭矩传感器20对应组件包括磁电式非接触检测 环 14A、14B、14C、14C 及线圈 13AU3B 等。在形成齿轮箱31的壳体37中，由两个轴承可旋转地支撑转向轴21。将齿条和齿 轮机构34以及动力传送机构35容纳在壳体37的内部。将转向轴21 (对应于旋转轴11) 的转向扭矩传感器20设置到壳体37的上侧。将上述磁电式非接触检测环14A、14B、14C形 成在转向轴21上，并且通过挡板15和轭36A、36B支撑与磁电式非接触检测环14A、14B、14C 对应的传感线圈13A、13B。在转向扭矩传感器20中，将所示的磁电式非接触检测环14A、14B、14C的宽度相对 于传感线圈13A、13B的宽度放大，并且设置磁电式非接触检测环14A、14B、14C的宽度和传 感线圈13A、13B的宽度之间的尺寸关系被设置为满足稍后所述的条件。[0044]动力传送机构35包括在传送轴43上固定的蜗杆齿轮44，该传送轴连接到转向力 辅助电机42的输出轴，并且还包括在转向轴21上固定的蜗轮45。将转向扭矩传感器20附 着在齿轮箱壳体37的圆柱形部分的内部。转向扭矩传感器20感应施加于转向轴21的转向扭矩，将感应的值输入到控制装 置(在图3中未示出)，并且用作参考信号，以便在电机42中产生适当的辅助转向扭矩。 当来自转向轮的转向扭矩施加于转向轴21时，转向扭矩传感器20电感应磁电式 非接触检测环14A、14B、14C的磁特性变化，该变化对应于转向轴21的扭转。将该变化做为 来自传感线圈13A、13B的输出终端的感生电压VA、VB的变化而感应。图4示出根据两个传感线圈13A、13B中的每一个获得的电信号而做出的磁电式非 接触特性曲线51A、51B。该磁电式非接触特性曲线51A、51B对应于感生电压的变化特性，并 且其分别来自传感线圈13A、13B的传感输出。转向扭矩传感器20在两个磁电式非接触特性曲线51A、51B的基础上计算来自两 个传感线圈的输出感生电压之间的差异，并且依据计算值的符号和大�。杏κ┘佑谧� 轴21的转向扭矩的旋转方向(向右或向左)和大小。当转向扭矩作用于转向轴21时，在转向轴21中出现扭转弹性形变。从而，在磁电 式非接触检测环14A、14B、14C中产生磁电式感应效应。由于在转向扭矩传感器20中不断地 将激励电流从AC电源16提供至线圈13A、13B，因此由于磁电式非接触检测环14A、14B、14C 中的磁电式非接触效应引起的磁场变化被传感线圈13A、13B感应并表现为感生电压VA、VB 的变化。根据转向扭矩传感器20，在感生电压VA、VB的变化的基础上将两个感生电压VA、 VB之间的差作为传感电压值输出。从而，可以在转向扭矩传感器20的输出电压(VA-VB)的 基础上感应施加于转向轴21的转向扭矩(T)的方向和大小。现在进一步详细地描述附图4。如上所述，附图4是分别表示磁电式非接触检测 环14A、14B、14C的磁电式非接触特性曲线51A、51B的示图。在图4中，水平轴表示施加于 转向轴21的转向扭矩，其中正侧(+)对应于右旋转，而负侧(_)对应于左旋转。图4中的 垂直轴表示电压轴。磁电式非接触检测环14A、14B、14C的磁电式非接触特性曲线51A、51B同步表示 出传感线圈13A、13B的传感输出特性。特别地，通过激励线圈13A、13B将激励交变电流提 供给具有磁电式非接触特性曲线51A、51B的磁电式非接触检测环14A、14B、14C ；传感线圈 13A、13B通过输出感生电压而对应响应于该激励交变电流。因此，传感线圈13A、13B的感生 电压的变化特性对应于磁电式非接触检测环14A、14B、14C的磁电式非接触特性曲线51A、 51B。换句话说，磁电式非接触特性曲线51A表示从传感线圈13A输出的感生电压VA的变 化特性，而的磁电式非接触特性曲线51B表示从传感线圈13B输出的感生电压VB的变化特 性。根据磁电式非接触特性曲线51A，随着转向扭矩的值从负值变成正值，并且接近正 值转向扭矩值Tl时，从传感线圈13A输出的感生电压VA的值以大致线性的方式增加，然后 当转向扭矩达到正值Tl时达到峰值，并且随着该转向扭矩超过Tl而逐渐降低。根据磁电 式非接触特性曲线51B，从传感线圈13B输出的感生电压VB的值随着转向扭矩的值接近负 值-Tl而逐渐增加，然后当该转向扭矩达到负值-Tl时达到峰值，并且随着该转向扭矩进一 步超过-Tl并且从负值变成正值时以大致线性的方式降低。[0053]如图4所示，与传感线圈13A有关的磁电式接触特性曲线51A和与传感线圈13B 有关的磁电式非接触特性曲线51B反映了磁电式非接触检测环14A、14B、14C具有彼此相反 的磁各向异性，并且具有相对于垂直轴实质上线性的对称关系，该垂直轴包括所述两个磁 电式非接触特性曲线的交叉点。图4中所示的线52表示一曲线图，该曲线图基于在磁电式非接触特性曲线51A、 51B共有的区域中获得的值而产生，并且有实质上线性的特性。通过从作为传感线圈13A的 输出电压获得的磁电式非接触特性曲线51A的值中减去作为传感线圈13B的输出电压获得 的磁电式非接触特性曲线51B的对应值而获得该曲线的值。当该转向扭矩为零时，从传感 =线圈13A、13B输出的感生电压相等，因此它们的差是零。在转向扭矩传感器20中，通过使 用磁电式非接触特性曲线51A、51B在该转向扭矩的平均点(零点)具有大致恒定的斜率。 图4中的垂直轴表示指出线52的特性图的电压差的零值的轴。线52是特性曲线图，其是 穿过原点(0，0)，并且位于垂直轴和水平轴的正向侧的直线。由于将转向扭矩传感器20的 传感输出值作为从传感线圈13A、13B输出的感生电压之间的差(VA-VB)而获得，如上所述， 因此可以基于使用直线52的使用而感应施加于转向轴21的转向扭矩的方向和大小。如上所述可以获得与输入到转向轴21 (旋转轴11)的转向扭矩的旋转方向和大小 对应的传感信号。基于转向扭矩传感器20的输出值获得该信号。特别地，可以从转向扭矩 传感器20输出的传感值知道施加于转向轴21的转向扭矩的旋转方向和大小。换句话说，将 转向扭矩传感受器20的传感值以与转向扭矩一致的垂直线52上的任一点而输出。当该传 感值位于水平轴的正侧时，确定该转向扭矩向右旋转，且当该传感值位于水平轴的负侧时， 确定该转向扭矩向左旋转。垂直轴上传感值的绝对值即该转向扭矩的大小。这样，可以能 过利用垂直线52的特性在传感受线圈13A、13B的输出电压值的基础上感应转向扭矩。下面参照图5对安装在汽车中的电动转向装置的一般构造和操作进行的示意性 描述，并且该描述与图3中的结构关联。图5中与图3中描述的构件大致相同的构件用相 同的附图标记表示。图5所示电动转向装置60，包括以便将辅助转向力(转向扭矩)提供到与转向轮 61连接的转向轴21。该转向轴21包括顶端连接到转向轮61的上部转向轴21a，底端设 置有花键轴38，以及连接花键轴38和下部转向轴21b的万向联轴器21c。下部转向轴21b 的齿轮轴48具有齿条轴39，该齿条轴具有与该小齿轮啮合的齿条39a。通过齿轮轴48和 齿条轴39 (齿条39a)形成齿条和齿轮机构34。在齿条轴39的两端设置拉杆46，并有将前 轮62附着于该拉杆46的外端。将电机42经由动力传送机构35提供到下部转向轴21b。通过蜗杆齿轮44和蜗 轮45形成动力传送机构35。电机42输出补充转向扭矩的旋转力(扭矩)，并且通过动力 传送机构35将该旋转力施加于下部转向轴21b。将转向扭矩传感器20设置到下部转向轴21b。当驾驶者操作转向轮61并且将转 向扭矩施加于转向轴21时，转向扭矩传感器20感应施加于转向轴21的转向扭矩。附图标记63表示用于感应汽车速度的速度传感器，64表示由计算机构成的控制 装置。控制装置64接收从转向扭矩传感器20输出的转向扭矩信号T以及从速度传感器63 输出的速度信号V，并且输出驱动控制信号SG1，以便在基于与转向扭矩有关的信息和与车 辆速度有关的信息的基础上控制电机42的操作。[0061]电动转向装置60包括转向扭矩传感器20、速度传感器63、控制装置64、电机42、 齿条和齿轮机构34以及其它添加到规则常规转向系统的装置结构的组件。当驾驶者操作转向轮61以便改变车辆进行的方向时，基于施加于转向轴21的转 向扭矩的旋转力通过齿条和齿轮机构34被转变成沿齿条轴39的轴向上的线性运动，并且 通过拉杆46改变前轮62的行进方向。此时，设置到转向轴21a的转向扭矩传感器20同时 感应转向扭矩，根据驾驶者对转向轮61的转向，将该转向扭矩转换成电转向扭矩信号T，并 且将转向拒矩信号T传递到控制装置64。速度传感器63感应车辆速度，将该速度转换成速 度信号V，然后将该速度信号V输出到控制装置64。控制装置64在转向扭矩信号T和速度 信号V的基础上产生驱动电机42的电机电流。由电机电流驱动的电机42经由动力传送机 构35将辅助转向力施加于下部转向轴21c。如上所述，通过驱动电机42降低了由驾驶者施 加于转向轮61的转向力。其次，参照图6至图8描述根据本实用新型的磁电式非接触扭矩传感器10的特性构造。图6是图1中所示磁电式非接触扭矩传感器10的构造的侧视图，其以放大的形式选 择性地示出磁电式非接触检测环14A、14B、14C和传感线圈13A、13B的安装位置关系。图7 示出灵敏度变化率相对于磁电式非接触检测环的宽度(Wl)和传感线圈的宽度(W2)的比率 D( = ffl/W2)的变化曲线图。附图8示出比率D的灵敏度变化率和位置失调之间的关系曲 线图。在图1中描述过的构件在图6中用相同的附图标记表示。图6中磁电式非接触检 测环14A、14B、14C的宽度尺寸由Wl'，Wl 〃表示，传感线圈13A、13B的宽度尺寸由W2 ‘， W2"表示。在图6中，箭头71表示提供到磁电式非接触检测环14A的磁各向异性的方向， 而箭头72表示提供到磁电式非接触检测环14B的磁各向异性的方向。如图6所示，磁电式非接触检测环14A、14B、14C的宽度Wl( = Wl' +Wl〃)大于 传感线圈13A、13B的宽度W2( = W2' +W2〃)，设置所述宽度，以使得比率D( = W1/W2)满 足下面的条件1. 1 < D < 1. 2。该条件的满足大大提高了磁电式非接触扭矩传感器10的灵 敏度。接下来将描述上述比率条件是最优选的原因，并描述和导出该条件的基础。首先，已经发现磁电式非接触检测环14A、14B、14C具有下面的特性穿过旋转轴 11的轴向上检测环的宽度的灵敏度是不统一的，而是中间高两端低。灵敏度在磁电式非接 触检测环14A、14B、14C的两端低的原因是，因为局部磁力线存在于两端，并且当通过施加 的扭矩在磁电式非接触检测环中产生扭转时，由磁电式非接触检测环14A、14B产生的相反 的磁电特性被磁力线降低。相反地，如果传感线圈太窄，则出现在传感线圈和磁电式非接触 检测环中的磁力线的比率会降低，且灵敏度也会降低。通过将磁电式非接触检测环和传感线圈之间的间隙设置成0. 4mm，测量图7中磁 电式非接触检测环的宽度Wl和传感线圈的宽度W2之间的比率D的灵敏感度变化率的变量 变化。在通过图7所示的最小二乘方法获得的曲线图73中，录敏度的变化率当D= 1时超 过1，随着D从1增加而增加，并且当D = Ll时达到最大值。在此之后，随着D的增加，灵 敏度的变化率随着D的增加而降低，并且当D超过1. 4时小于1. 1。如上所述，磁电式非接 触扭矩传感器10的灵敏度的变化率增加或降低，取决于比率D的值；即取决于磁电式非接 触检测环的宽度Wl和传感线圈的宽度W2的比率(W1/W2)，并且当1. 1 < D < 1. 2时基本大于1。在附图8中表示位置失调和比率D的灵敏度变化率的关系曲线图中，曲线81对应于Omm的位置失调，曲线82对应于0. 5mm的位置失调。术语“位置失调”是指磁电式非接 触检测环14A、14B、14C和传感线圈13A、13B之间沿旋转轴11的轴向的位置失调。从附图 8中的曲线81至84可以清楚地看出，当比率D在1 < D < 1. 2的范围内时，在0至Imm的 位置失调范围内的灵敏度变化率基本大于1。在传统的磁电式非接触扭矩传感器中，当位置失调超过0. 75mm时，灵敏度的变化 率降到0. 98以下。参照图8，通过将D设置为最优值，即使在位置失调超过1. 5mm的情况 下，灵敏度的变化率也不会降到0. 98以下的范围。根据如上所述的图7和图8中的曲线图，使用根据本实施方式的磁电式非接触扭 矩传感器10可以将最优值的范围设置为1 < D < 1. 2，该范围位于传感器的灵敏度变化率 之上。在这里，将其作为传统的转向扭矩传感器20时，基于将1. Omm设置为期望的最大位 置失调，可以将1. 1 < D < 1. 25范围中的值设置为更优选的值，其中，在该范围内，灵敏度 的变化率不会降到0. 98以下。由于对应于灵敏度最大变化率的值D大约是1. 1，如图7所示，如上所述增加磁电 式非接触检测环的宽度Wl使其大于传感线圈的宽度W2，可以获得具有最高可能的传感器 灵敏度特性的磁电式非接触扭矩传感器。同样，将值D设置成最优水平可以使得即使在灵 敏度的变化率随着图10所示的间隙增加而降低的情况下，也可以将灵敏底的变化率保持 在0. 98或者0. 98以上。
权利要求一种磁电式非接触扭矩传感器，包括通过施加扭矩而旋转的旋转轴(11)，以及环绕该旋转轴(11)的磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)，磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)外侧设有与旋转轴同轴向的传感线圈(13A、13B)，传感线圈(13A、13B)与磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)之间具有一段间隙，传感线圈(13A、13B)的信号输出端与扭矩计算单元(17)连接，其特征在于所述的磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)的轴向宽度W1大于传感线圈(13A、13B)的轴向宽度W2。
2.如权利要求1所述的磁电式非接触扭矩传感器，其特征在于所述的磁电式非接触 检测环(14A、14B、14C)的轴向宽度Wl与传感线圈(13A、13B)的轴向宽度W2满足如下关系 式1· 1 < (W1/W2) < 1. 2。
3.如权利要求1或2所述的磁电式非接触扭矩传感器，其特征在于所述的磁电式非 接触检测环(14A、14B、14C)是在所述旋转轴(11)表面上形成的Al-Ni-Fe磁性材料伸缩薄 膜。
4.一种使用上述磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，包括与转向轮连接的转向 轴(21)，以及以转向轴(21)作为旋转轴的磁电式非接触扭矩传感器(20)，磁电式非接触扭 矩传感器(20)与由计算机构成的控制装置(64)连接，控制装置(64)连接用于将辅助转 向力施加于转向轴(21)的电机(42)，其特征在于所述的磁电式非接触扭矩传感器(20) 包括环绕转向轴的磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)，磁电式非接触检测环(14A、14B、 14C)外侧设有与转向轴同轴向的传感线圈(13A、13B)，传感线圈(13A、13B)与磁电式非接 触检测环(14A、14B、14C)之间具有一段间隙，传感线圈(13A、13B)的信号输出端与控制装 置(64)的扭矩计算单元连接，所述的磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)的轴向宽度Wl 大于传感线圈(13A、13B)的轴向宽度W2。
5.如权利要求4所述的使用磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，其特征在于 所述的磁电式非接触扭矩传感器(20)的磁电式非接触检测环(14A、14B、14C)的轴向宽度 Wl与传感线圈(13AU3B)的轴向宽度W2满足如下关系式1. 1 < (W1/W2) <1.2。
6.如权利要求4或5所述的使用磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，其特征在 于所述的将辅助转向力施加于转向轴的电机(42)通过动力传送机构(35)与转向轴(21) 连接，动力传送机构(35)包括固定在电机传送轴(43)上的蜗杆齿轮(44)，以及固定在转向 轴(21)上的蜗轮(45)，蜗杆齿轮(44)与蜗轮(45)相互连接。
7.如权利要求6所述的使用磁电式非接触扭矩传感器的电动转向装置，其特征在于 所述的转向轴的下部(21b)通过齿条和齿轮机构(34)连接拉杆(46)，拉杆(46)的外端与 车辆的前轮(62)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种用于车辆助力转向的磁电式非接触扭矩传感器以及使用该传感器的电动转向装置。该磁电式非接触扭矩传感器包括通过施加扭矩而旋转的旋转轴以及环绕该旋转轴的磁电式非接触检测环，磁电式非接触检测环外侧设有与旋转轴同轴向的传感线圈，传感线圈与磁电式非接触检测环之间具有一段间隙，传感线圈的信号输出端与扭矩计算单元连接，所述的磁电式非接触检测环的轴向宽度W1大于传感线圈的轴向宽度W2，且满足关系式1.1＜(W1/W2)＜1.2。本实用新型能够提高传感器的灵敏度，并且可以增加电动转向装置装配期间的位置失调容差。
文档编号G01L3/10GK201594026SQ20092027829
公开日2010年9月29日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者李军, 李军良, 李翊 申请人:东莞市精航达电动转向系统有限公司;东莞市易方鑫达汽车科技有限公司;李军
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