[发明专利]用于测量转向杆的扭力的扭矩传感器和使用其的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量转向杆的扭力的扭矩传感器和使用该扭矩传感器的测量方法，并且更具体而言，涉及一种用于测量转向杆的扭力的扭矩传感器和使用该扭矩传感器的测量方法，该扭矩传感器构造成允许由磁铁磁化的定子单元的磁通量沿一个方向流动，从而使滞后损失最小化并且提高测量准确度。

背景技术

根据本实施例的扭矩传感器为用于电子动力转向系统的非接触式扭矩传感器，即，提供以测量方向盘和轮的旋转偏转的非接触式扭矩传感器。

通常，在车辆中，当方向盘旋转时，轮也与方向盘相关联地旋转。即，当方向盘向左旋转时，轮向左旋转。当方向盘向右旋转时，轮向右旋转。

然而，由于轮与道路表面接触，故方向盘的旋转角度由于轮与道路表面之间的摩擦而变化。

即，当车辆的转向系统通过旋转方向盘来使轮转向时，摩擦在轮与道路表面之间起作用，从而引起方向盘与轮之间的旋转角度的差异。因此，生成了旋转偏转。

最近，将该问题考虑在内，转向系统中的大多数采用电子动力转向(EPS)系统，其使用扭矩传感器来测量旋转偏转，且将对应于测得的旋转偏转的专用旋转力供应至输出轴，从而补偿旋转偏转。

即，由于EPS系统使用扭矩传感器测量方向盘与轮之间的旋转偏转，且使用专用动力单元使轮旋转与测得的旋转偏转一样多，故车辆可沿期望的方向安全地且准确地转向。

图1为示出根据常规技术的EPS系统的结构的截面图。如图所示，转向杆包括与方向盘连接的输入轴10、与小齿轮21(其与轮的横拉杆的齿条啮合)连接的输出轴20、和使输入轴10与输出轴20同轴地连接的扭力杆30。

在EPS系统中，当轮与道路表面之间的阻力较大时，输入轴10比输出轴20旋转更多。因此，扭力杆30扭曲。扭力杆30的扭曲由对磁铁检测环41,42和43提供的扭矩传感器以粗糙表面类型检测到，且作为电信号输入至电子控制单元(ECU)。在ECU中计算输入电信号，从而驱动辅助动力单元(APU)。因此，可补偿输出轴20的旋转角度的不足。

通常在EPS系统中使用的扭矩传感器可包括接触型传感器，其直接测量扭力杆的变形，诸如应变仪和电位计，以及非接触型传感器，其使用磁性方法或光学方法来间接地测量扭力杆的变形。

图2为示出根据另一种常规技术的非接触式扭矩传感器的主结构元件的分解立体图。参看附图，常规的非接触式扭矩传感器包括环型转子50，其与输入轴连接且包括沿周向方向交替地极化的N极和S极的多极磁铁51布置在其上；和定子52和53，其与输出轴连接，且分成上部和下部，以分别包括对应于多极磁铁51的突出块52a和53a和相对于突出块52a和53a相对凹入的凹口部分52b和53b。在定子52与53之间，可提供收集器单元30以形成用于磁通量流的回路。在非接触式扭矩传感器中，当扭力杆通过方向盘的旋转而扭曲时，转子50和定子52和53相对旋转。此时，多极磁铁51和突出块52a和52b的相对位置变化。因此，非接触式扭矩传感器可通过检测流至收集器单元30的磁通量的密度来测量输入轴和输出轴的旋转偏转。

图3a至3c为示出根据图2所示的非接触式扭矩传感器的突出块和转子的位置的磁通量流的图表。如图3a所示，当突出块52a和52b与N极和S极重叠相同的面积时，几乎没有磁通量流至收集器单元30。

然而，当如图3b所示，N极重叠上定子52的突出块52a而S极重叠下定子53的突出块53a时，从N极发出的磁通量通过上定子52的突出块52a流至上定子52，且流至上定子52的磁通量通过收集器单元30流至下定子53，且然后集中至S极。即，在如图3b所示的情况下，在收集器单元30中流动的磁通量可向下流动。

此外，如图3c所示，当S极重叠上定子52的突出块52a而N极重叠下定子53的突出块53a时，从N极发出的磁通量通过下定子53的突出块53a流至下定子53。流至下定子53的磁通量通过收集器单元流至上定子52，且然后集中至S极。即，在如图3c所示的情况下，在收集器单元30中流动的磁通量可向上流动。

因此，在对收集器单元30提供以测量磁通量密度的磁性传感器中，磁通量的方向根据转子的旋转而交替地向上和向下。因此，增大了滞后损失。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供了一种测量转向杆的扭力的扭矩传感器，该扭矩传感器设置在转子单元与定子单元之间，以允许磁通量沿一个方向流动，从而使由磁通量的方向变化引起的滞后损失最小化，且提供了使用该扭矩传感器的测量方法。