用于转向系统的非接触式扭矩传感器的制作方法

专利名称：用于转向系统的非接触式扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于转向系统的非接触式扭矩传感器，更具体来说，涉及用于这样的 转向系统的非接触式扭矩传感器当输入轴由于方向盘的操作而旋转时，该转向系统能够 使输出轴以与输入轴相同的方式旋转以便提高转向力。
背景技术：
一般来说，在车辆的行驶或者停车过程中，与路面接触的车轮随着方向盘的旋转 而旋转。也就是说，当方向盘向左或者向右旋转时，车轮向同一方向旋转。然而，由于车轮与路面接触，可能会出现这样的问题由于在车轮和路面之间产生 摩擦，所以方向盘和车轮之间的旋转量变得彼此不同。为了解决这个问题，提供了一种扭矩传感器来对方向盘和车轮之间的旋转角度的 偏差进行测量和补偿。确切地说，扭矩传感器是这样一种装置其对方向盘和车轮之间的旋转角度的偏 差进行测量，并且允许其他的驱动装置使车轮旋转与所测量出的偏差一样多的量，以便使 车辆沿着所设想的方向安全、准确地转向从而提高转向便利性。通常将扭矩传感器分类成接触式和非接触式。然而，由于接触式扭矩传感器具有 产生噪音以及耐久性较差的问题，所以目前优选的是非接触式扭矩传感器。可以将非接触式扭矩传感器分类成磁阻力检测型、磁变形检测型、电容检测型和 光学检测型。设置在电动转向系统中的常规的磁阻力检测型扭矩传感器具有输入轴和输出轴， 该输入轴的上端与由驾驶者操作的方向盘连接，该输出轴的上端通过扭梁与输入轴的下端 连接。输出轴的下端与车轮连接。输入轴的包括扭梁的下端和输出轴的上端被外壳覆盖，上述扭矩传感器和驱动装 置也设置在该外壳中。在这种情况下，输入轴具有永久磁体，在该永久磁体中，极性以规则的间隔变化。此外，输出轴设置有具有齿轮结构的检测环，该检测环与永久磁体的极性数目对 应，并且该检测环由铁磁性物质制成，铁磁性物质能够产生由设置在输入轴上的永久磁体 导致的磁感应。上述传感器设置有待与检测环组合以检测磁性的结构。因此，当驾驶者操作方向盘时，旋转力传递到输入轴。由于输入轴旋转，所以扭梁 旋转。由于扭梁与输出轴连接，所以旋转量还传递到输出轴。从而，车轮沿着操作方向盘 的方向旋转。在这种情况下，设置在输入轴上的永久磁体和设置在输出轴上的具有齿轮结构的 检测环之间的相对扭转导致该永久磁体和该检测环彼此相对的面积的变化。因此，检测环中的磁通量发生变化，并且磁通量的变化可以通过传感器检测，从而可以对输出轴相对于输入轴的扭转角度进行检测。然而，由于上述常规的扭矩传感器具有检测环绕着传感器连续不断地旋转的结 构，所以在由永久磁体产生的磁力中存在很大的波动，并且应当另外安装固定式检测环以 避免旋转的检测环和磁体检测装置之间的干涉。此外，如果另外安装了固定式检测环，则由永久磁体产生的磁通量第一次通过旋 转的检测环发生磁感应，然后第二次通过固定式检测环发生磁感应。因此，磁通量由于经历两次磁感应而减小或失真，从而无法准确地检测输出轴和 输入轴之间的扭转。

发明内容
技术问题本发明的目的在于提供一种用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，可以不 通过磁感应的两个步骤而通过磁感应的仅仅一个步骤来检测输出轴的扭转角度。技术方案本发明的前述目的和/或其他目的可以通过提供一种用于转向系统的非接触式 扭矩传感器来实现，该用于转向系统的非接触式扭矩传感器安装在与方向盘连接的输入轴 和与车轮连接的输出轴之间以对由于所述方向盘的旋转操作而产生的扭转进行检测，所述 用于转向系统的非接触式扭矩传感器包括磁力产生部分，其与所述输入轴连接并且在其 外周面上具有交替布置的多个N极磁体和多个S极磁体；磁屏蔽部分，其具有中空圆筒体的 形状，与所述输出轴连接，并且具有设置在所述N极磁体和所述S极磁体所在的区域内的多 个孔；磁检测部分，其设置为与所述磁屏蔽部分的外表面间隔开并且对穿过所述多个孔的 磁力进行检测；以及磁检测传感器部分，其设置在所述磁检测部分的外表面上以对所述磁 力产生部分和所述磁屏蔽部分之间的相对扭转的变化进行检测。根据本发明的一个方面，所述磁力产生部分包括连接部和磁体安装部，所述连接 部固定在所述输入轴的下端部上，所述磁体安装部设置在所述连接部的下侧并具有圆筒形 状，并且所述多个N极磁体和所述多个S极磁体安装在所述磁体安装部的外表面上。根据本发明的一个方面，所述磁屏蔽部分包括具有第一通孔的第一磁屏蔽部分以 及具有第二通孔的第二磁屏蔽部分，所述第一通孔以预定间隔形成在所述第一磁屏蔽部分 的上部外表面上，所述第二通孔以预定间隔形成在所述第二磁屏蔽部分的下部外表面上从 而与所述第一通孔交替地布置。根据本发明的一个方面，如果所述输出轴旋转的量与所述输入轴旋转的量相同并 且所述输出轴和所述输入轴之间的扭转角度是零，则所述N极磁体和所述S极磁体之间的 边界部分位于所述孔的水平中心。根据本发明的一个方面，如果所述输出轴相对于所述输入轴向左或向右旋转到其 最大量，则所述N极磁体和所述S极磁体中的一个通过所述第一通孔露出，并且所述N极磁 体和所述S极磁体中的另一个通过所述第二通孔露出。根据本发明的一个方面，各个所述第一通孔和各个所述第二通孔具有相同的孔面 积。根据本发明的一个方面，所述N极磁体和所述S极磁体的上端高度以及所述磁检测部分的上端高度与所述第一通孔的上端高度相同，并且所述N极磁体和所述S极磁体的 下端高度以及所述磁检测部分的下端高度与所述第二通孔的下端高度相同。根据本发明的一个方面，所述N极磁体和所述S极磁体的上端高度以及所述磁检 测部分的上端高度不同于所述第一通孔的上端高度，并且所述N极磁体和所述S极磁体的 下端高度以及所述磁检测部分的下端高度不同于所述第二通孔的下端高度。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分包括第一磁检测部件和第二磁检测部 件，所述第一磁检测部件对穿过所述第一通孔的磁力进行检测，所述第二磁检测部件设置 为与所述第一磁检测部件的下侧间隔开并且对穿过所述第二通孔的磁力进行检测。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分还包括用于使由所述磁力产生部分感应 出的磁力最大化的第一磁采集环和第二磁采集环，所述第一磁采集环设置在所述第一磁检 测部件的外表面上，所述第二磁采集环设置在所述第二磁检测部件的外表面上。根据本发明的一个方面，一个或多个所述磁检测传感器部分与所述第一磁采集环 和所述第二磁采集环连接。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分包括第一突出部件和第二突出部件，所 述第一突出部件从所述第一磁采集环的外表面向外突出，所述第二突出部件从所述第二磁 采集环的外表面向外突出而沿竖直方向与所述第一突出部件对应，并且所述磁检测传感器 部分设置在所述第一突出部件和所述第二突出部件之间。根据本发明的一个方面，设置在所述第一磁采集环的外表面上的所述第一突出部 件的数目为多个，设置在所述第二磁采集环的外表面上的所述第二突出部件的数目为多 个，并且所述磁检测传感器部分设置在每一个所述第一突出部件和每一个所述第二突出部 件之间。根据本发明的一个方面，所述磁屏蔽部分具有制造成一体的所述第一磁屏蔽部分 和所述第二磁屏蔽部分。根据本发明的一个方面，所述磁力产生部分在其上部外表面具有交替布置的所述 N极磁体和所述S极磁体，并且在所述N极磁体的下侧布置有其他的S极磁体，在所述S极 磁体的下侧布置有其他的N极磁体。根据本发明的一个方面，所述磁屏蔽部分在布置于所述上部外表面的所述N极磁 体和所述S极磁体以及布置于下部外表面的所述N极磁体和所述S极磁体之间的每个边界 部分处具有所述孔。本发明的前述目的和/或其他目的可以通过提供一种用于转向系统的非接触式 扭矩传感器来实现，该用于转向系统的非接触式扭矩传感器安装在与方向盘连接的输入轴 和与车轮连接的输出轴之间以对由于所述方向盘的旋转操作而产生的扭转进行检测，所述 用于转向系统的非接触式扭矩传感器包括磁力产生部分，其与所述输入轴连接并且在其 外周面上具有交替布置的多个N极磁体和多个S极磁体；磁屏蔽部分，其作为单独的中空圆 筒体布置在所述磁力产生部分的径向外侧并与所述输出轴连接，并且所述磁屏蔽部分包括 上屏蔽表面和下屏蔽表面，所述上屏蔽表面具有以预定间隔布置的多个上通孔，所述上通 孔之间的间隔与所述N极磁体中的一个和所述S极磁体之间的间隔相同，所述下屏蔽表面 具有以预定间隔布置的多个下通孔，所述下通孔之间的间隔与所述N极磁体中的另一个和 所述S极磁体之间的间隔相同；磁检测部分，其包括上磁采集部件和下磁采集部件，所述上磁采集部件具有上磁通量采集环，其采集穿过所述上屏蔽表面的磁通量；上磁通量采集 凸缘，其从所述上磁通量采集环的上端沿径向延伸预定宽度；以及上磁采集端子，其从所述 上磁通量采集凸缘的侧部弯曲，并且所述下磁采集部件具有下磁通量采集环，其采集穿过 所述下屏蔽表面的磁通量；下磁通量采集凸缘，其从所述下磁通量采集环的下端沿径向延 伸预定宽度；以及下磁采集端子，其从所述下磁通量采集凸缘的侧部弯曲，其中，所述上磁 通量采集环和所述下磁通量采集环之间的距离以及所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通 量采集凸缘之间的距离大于所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之间的距离；以及磁检 测传感器部分，其设置在所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之间以对磁通量的强度进 行检测。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分具有从所述上磁通量采集环的上端延伸 的所述上磁通量采集凸缘以及从所述下磁通量采集环的下端延伸的所述下磁通量采集凸 缘，所述上磁采集端子从所述上磁通量采集凸缘向下延伸，经过所述上磁通量采集环的下 端并弯曲而沿径向延伸，并且所述下磁采集端子从所述下磁通量采集凸缘向上延伸，经过 所述下磁通量采集环的上端并弯曲而沿径向延伸从而与所述上磁采集端子对应。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分还包括由非铁磁性物质制成的磁采集部 件保持器，所述磁采集部件保持器具有中空圆筒体的形状并且具有与所述上磁采集部件连 接的上表面以及与所述下磁采集部件连接的下表面。根据本发明的一个方面，所述磁采集部件保持器至少在其上表面和下表面分别具 有与所述上磁通量采集凸缘连接的上保持凸缘以及与所述下磁通量采集凸缘连接的下保 持凸缘。根据本发明的一个方面，所述上磁采集部件和所述下磁采集部件通过嵌件成型与 所述磁采集部件保持器连接。根据本发明的一个方面，所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸缘分别具 有两种尺寸的组合孔，所述组合孔形成为在所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸 缘之间沿竖直方向对称，并且所述上保持凸缘和所述下保持凸缘分别具有预定数目的贯通 孔，所述贯通孔沿竖直方向延伸并与形成在所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸 缘中的所述组合孔对应。根据本发明的一个方面，所述磁力产生部分包括磁体环和由非铁磁性物质制成的 磁体保持器，所述磁体环包括多个所述N极磁体和多个所述S极磁体，所述磁体保持器在其 外表面上具有容纳并支撑所述磁体环的安装部，并且所述磁体保持器还包括多个第一连接 件，所述第一连接件设置在所述安装部的上侧并沿轴向延伸以容纳所述第一连接件内侧的 所述输入轴。根据本发明的一个方面，所述磁力产生部分还包括由铁磁性物质制成的背轭，所 述背轭设置在所述磁体环和所述磁体保持器之间并具有环形形状，并且所述背轭具有安装 在所述磁体环上的外表面以及固定地安装在所述磁体保持器的所述安装部上的内表面。根据本发明的一个方面，每一个所述第一连接件具有连接突起，所述连接突起形 成在所述第一连接件的内侧而与所述输入轴连接，并且所述磁力产生部分还包括第一卡 环，当所述第一连接件与所述输入轴连接时，所述第一卡环防止所述第一连接件向外弯曲。根据本发明的一个方面，所述磁屏蔽部分还包括由非铁磁性物质制成的屏蔽环保持器，所述屏蔽环保持器具有保持部和多个第二连接件，所述保持部具有中空圆筒形状并 且以其内表面容纳并支撑磁屏蔽环，所述第二连接件设置在所述保持部的下侧并沿轴向延 伸以容纳所述第二连接件内侧的所述输出轴。根据本发明的一个方面，所述保持部具有预定数目的连接突起，所述连接突起形 成在所述保持部的内侧从而相应地插入所述磁屏蔽环的上通孔和下通孔。根据本发明的一个方面，所述磁屏蔽环通过嵌件成型与所述屏蔽环保持器连接。根据本发明的一个方面，每一个所述第二连接件具有连接突起，所述连接突起形 成在所述第二连接件的下端内侧而与所述输出轴连接，并且所述磁屏蔽部分还包括第二卡 环，当所述第二连接件与所述输出轴连接时，所述第二卡环防止所述第二连接件向外弯曲。根据本发明的一个方面，所述用于转向系统的非接触式扭矩传感器还包括上盖 和下盖，其分别设置在上侧和下侧以容纳并支撑所述磁力产生部分、所述磁屏蔽部分、所述 磁检测部分和所述磁检测传感器部分。本发明的前述目的和/或其他目的可以通过提供一种用于转向系统的非接触式 扭矩传感器来实现，该用于转向系统的非接触式扭矩传感器安装在与方向盘连接的输入轴 和与车轮连接的输出轴之间以对由于所述方向盘的旋转操作而产生的扭转进行检测，所述 用于转向系统的非接触式扭矩传感器包括磁力产生部分，其与所述输入轴连接，在其上部 外周面和下部外周面上分别具有交替布置的多个N极磁体和多个S极磁体，并且在相邻的 上部磁体和下部磁体之间具有极性相反的磁极；磁屏蔽部分，其与所述输出轴连接并且具 有布置在所述磁力产生部分的径向外侧的作为单独的中空圆筒体的磁屏蔽环，所述磁屏蔽 环具有以预定间隔沿着周向布置的多个通孔，所述多个通孔中的每一个具有在其中容纳一 个上部磁体和一个下部磁体的尺寸，并且所述多个通孔之间的间隔与所述上磁体中的一个 和所述下磁体之间的间隔相同；磁检测部分，其包括上磁采集部件和下磁采集部件，所述上 磁采集部件具有上磁通量采集环，其采集穿过上屏蔽表面的磁通量；上磁通量采集凸缘， 其从所述上磁通量采集环的上端沿径向延伸预定宽度；以及上磁采集端子，其从所述上磁 通量采集凸缘的侧部弯曲，并且所述下磁采集部件具有下磁通量采集环，其采集穿过下屏 蔽表面的磁通量；下磁通量采集凸缘，其从所述下磁通量采集环的下端沿径向延伸预定宽 度；以及下磁采集端子，其从所述下磁通量采集凸缘的侧部弯曲，其中，所述上磁通量采集 环和所述下磁通量采集环之间的距离以及所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸 缘之间的距离大于所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之间的距离；以及磁检测传感器 部分，其设置在所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之间以对磁通量的强度进行检测。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分具有从所述上磁通量采集环的上端延伸 的所述上磁通量采集凸缘以及从所述下磁通量采集环的下端延伸的所述下磁通量采集凸 缘，所述上磁采集端子从所述上磁通量采集凸缘向下延伸，经过所述上磁通量采集环的下 端并弯曲而沿径向延伸，并且所述下磁采集端子从所述下磁通量采集凸缘向上延伸，经过 所述下磁通量采集环的上端并弯曲而沿径向延伸从而与所述上磁采集端子对应。根据本发明的一个方面，所述磁检测部分还包括由非铁磁性物质制成的磁采集部 件保持器，所述磁采集部件保持器具有中空圆筒体的形状并且具有与所述上磁采集部件连 接的上表面以及与所述下磁采集部件连接的下表面。根据本发明的一个方面，所述磁力产生部分包括磁体环和由非铁磁性物质制成的磁体保持器，所述磁体环包括多个所述上部磁体和多个所述下部磁体，所述磁体保持器在 其外表面上具有容纳并支撑所述磁体环的安装部，并且所述磁体保持器还包括多个第一连 接件，所述第一连接件设置在所述安装部的上侧并沿轴向延伸以容纳所述第一连接件内侧 的所述输入轴。根据本发明的一个方面，所述磁力产生部分还包括由铁磁性物质制成的背轭，所 述背轭设置在所述磁体环和所述磁体保持器之间并具有环形形状，并且所述背轭具有安装 在所述磁体环上的外表面以及固定地安装在所述磁体保持器的所述安装部上的内表面。根据本发明的一个方面，所述磁屏蔽部分还包括由非铁磁性物质制成的屏蔽环保 持器，所述屏蔽环保持器具有保持部和多个第二连接件，所述保持部具有中空圆筒形状并 且以其内表面容纳并支撑所述磁屏蔽环，所述第二连接件设置在所述保持部的下侧并沿轴 向延伸以容纳所述第二连接件内侧的所述输出轴，所述屏蔽环保持器通过嵌件成型与所述 磁屏蔽环连接。有益效果根据本发明的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，在与输入轴连接的磁力产生 部分上设置有N极和S极的磁体，并且在与输出轴连接的磁屏蔽部分中形成有多个上通孔 和多个下通孔。因此，如果存在输出轴相对于输入轴的扭转，则磁力产生部分的磁通量穿过形成 在磁屏蔽部分中的多个上通孔和多个下通孔并到达位于外侧的磁检测部分，然后在磁检测 传感器部分中作为扭转信号被检测。也就是说，从N极和S极发出并穿过多个通孔的磁通量的强度根据输入轴和输出 轴之间的扭转角度而变化，并且该磁通量穿过磁检测部分而在磁检测传感器部分中被检 测。因此，由于从磁力产生部分的永久磁体产生的磁通量通过磁屏蔽部分的磁屏蔽环 直接地发送到磁检测部分，所以磁通量减小或失真的可能性较低。从而，可以准确地检测输入轴和输出轴之间的扭转。此外，根据本发明的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，由于上磁通量采集环 和下磁通量采集环之间的距离以及上磁采集凸缘和下磁采集凸缘之间的距离大于上磁采 集端子和下磁采集端子之间的距离，所以可以防止被采集和检测的磁通量的强度的降低。此外，根据本发明的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，由于通过改进用于转 向系统的非接触式扭矩传感器的总体结构减少了部件的数目，所以可以降低制造成本。此外，由于减少了所需的制造步骤，所以可以缩短制造时间。


图1是根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传感器 的透视图；图2是图1所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的分解视图；图3是沿着图1中的A-A线截取的剖视图；图4是图1所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的平面视图；图5是图1所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的2维展开视12
图6是图5所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的重叠展开视图；图7是沿着图6中的B-B线截取的剖视图；图8是沿着图6中的C-C线截取的剖视图；图9是示出根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的中立状态的2维展开视图；图10是示出根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的扭转状态的2维展开视图，其中，输出轴向左方扭转；图11是示出根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的扭转状态的2维展开视图，其中，输出轴向左方扭转到最大程度；图12是示出根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的扭转状态的2维展开视图，其中，输出轴向右方扭转；图13是示出根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的扭转状态的2维展开视图，其中，输出轴向右方扭转到最大程度；图14是示出设置在根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式 扭矩传感器中的磁力产生部分和磁屏蔽部分的变型实施例的中立状态的2维展开视图；图15是示出根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的安装状态的透视图；图16是图15所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的安装状态的分解视图；图17是根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传感器 的透视图；图18是根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传感器 的剖视图；图19是根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传感器 的透视图；图20是图19所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的平面视图(其中，图18 是沿着图20中的D-D线截取的剖视图)；图21是根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传感器 的主要部分的放大透视图；图22是图21所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器的主要部分的剖视图；图23是示出根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的主要部件之间的关系的示意性分解视图；图24是示出根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器的主要部件之间的关系的示意性视图，其中，该非接触式扭矩传感器处于中立状态；图25至图28分别是示出根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接 触式扭矩传感器的主要部件之间的关系的示意性视图，其中，该非接触式扭矩传感器处于 扭转状态；图29是用于说明根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭 矩传感器的主要部件的变型实施例的示意性分解视图；图30是示出图29所示主要部件的变型实施例之间的关系的示意性视图，其中，用于转向系统的非接触式扭矩传感器处于中立状态；以及图31至图34分别是示出图29所示主要部件的变型实施例之间的关系的示意性 视图，其中，非接触式扭矩传感器处于扭转状态。
具体实施例方式在下文中，参照附图对根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触 式扭矩传感器的构造和操作进行描述。如图1至图3所示，根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式 扭矩传感器100包括磁力产生部分110、磁屏蔽部分120、磁检测部分130和磁检测传感器 部分140。磁力产生部分110与输入轴10连接，输入轴10与车辆的方向盘连接；磁屏蔽部分 120与输出轴20连接，输出轴20与车轮连接；并且输入轴10和输出轴20经由扭梁30连
接在一起。在本实施例中，输入轴10在其底端具有插入部11，在插入部11中形成有连接中空 部12以使扭梁30的上端插入。此外，在插入部11的上侧形成有贯穿输入轴10的外表面 的连接孔13。在这种情况下，设置在输入轴10上的插入部11的形状可以随着磁力产生部分110 的形状而变化。也就是说，在附图中，尽管磁力产生部分110被输入轴10的底端部插入并且连接 中空部12被扭梁30的上端部插入从而输入轴10和扭梁30通过销40a连接在一起，然而对 所有这些结构进行描述是为了说明本发明的示例性实施例，也可以根据磁力产生部分110 的形状改变磁力产生部分110和输入轴10之间的连接方法或连接状态。磁力产生部分110包括连接部112、磁体安装部113、多个N极磁体114和多个S 极磁体115，连接部112在其中心处具有贯通孔111。连接部112的贯通孔111被设置在输入轴10的底端部的插入部11插入。在这种 情况下，插入部11和连接部112可以通过连接装置(未示出)或者通过形成在插入部11 的外表面以及连接部112的内表面上的连接螺钉连接在一起。磁体安装部113位于连接部112的下侧。磁体安装部113可以与连接部112形成 为一体。磁体安装部113的内侧形成为具有单一半径的圆筒形状。所设置的N极磁体114和S极磁体115的数目分别为多个，N极磁体114和S极 磁体115交替地布置在磁体安装部113的外表面上，并且N极磁体114和S极磁体115的 数目之和为偶数。也就是说，如果N极磁体114的数目是8，则S极磁体115的数目是8。而如果N 极磁体114的数目是9，则S极磁体115的数目是9。此外，N极磁体114和S极磁体115可以一开始设置为彼此分离的磁体然后安装 在磁体安装部113的外表面上。或者，原本不具有极性的铁磁性物质可以安装在磁体安装 部113的外表面上然后对铁磁性物质施加分隔开的N、S极性，从而能够构成N极磁体114 和S极磁体115。在附图中，所设置的N极磁体114和S极磁体115的数目分别为8。然而，该数目可以变化。N极磁体114和S极磁体115在其所有区域上具有相同的厚度。磁屏蔽部分120设置在磁力产生部分110的外侧并且具有第一磁屏蔽部分120a 和第二磁屏蔽部分120b。然而，第一磁屏蔽部分120a和第二磁屏蔽部分120b形成为一体 而具有圆筒形状。也就是说，磁屏蔽部分120设置为与N极磁体114和S极磁体115间隔开。如后 所述，磁屏蔽部分120的下端部与输出轴20连接。在附图中，附加的连接部件150与磁屏 蔽部分120的下端部连接，并且输出轴20与连接部件150连接。磁屏蔽部分120具有多个孔121和多个孔122，多个孔121和多个孔122分别是位 于N极磁体114和S极磁体115所在的区域内的多个第一通孔121和多个第二通孔122。 在下文中，多个第一通孔121也被称为第一通孔121，并且多个第二通孔122也被称为第二 通孔122。第一通孔121位于磁屏蔽部分120的上侧，并且第二通孔122位于磁屏蔽部分120 的下侧。也就是说，第一通孔121以均勻的间隔设置在第一磁屏蔽部分120a的表面上，并 且第二通孔122以均勻的间隔设置在第二磁屏蔽部分120b的表面上。在这种情况下，第一通孔121和第二通孔122的数目分别与N极磁体114和S极 磁体115的数目相同。因此，如果N极磁体114的数目是8，则第一通孔121的数目是8。此外，第一通孔121和第二通孔122设置为彼此相反(交错)。也就是说，一个第二通孔122形成在两个相邻的第一通孔121之间。此外，第一通孔121和第二通孔122具有相同的形状和面积。在附图中，所有的第 一通孔121和第二通孔122都具有同一种矩形形状。然而，第一通孔121和第二通孔122也可以具有同一种“〇”、“□”、“Δ”、" ▽”、 “ ”形状或者可以具有其他任何形状，例如椭圆形、细长孔和梯形。在这种情况下，上述各种形状应当形成为沿着水平方向对称(以孔121和孔122 所在的各个区域的中心线作为对称轴)。此外，孔121和孔122可以制备成具有2种或更多种上述形状，但是同一种单一的 形状是优选的。根据一个实施例，磁屏蔽部分120的高度可以与N极磁体114和S极磁体115以 及后述磁检测部分130的高度相同。也就是说，N极磁体114和S极磁体115的上端高度以及磁检测部分130的上端 高度与形成在磁屏蔽部分120中的第一通孔121的上端高度相同。此外，N极磁体114和 S极磁体115的下端高度以及磁检测部分130的下端高度与形成在磁屏蔽部分120中的第 二通孔122的下端高度相同。然而，该高度条件仅仅是示例性的描述。因而，N极磁体114和S极磁体115的上 端高度以及磁检测部分130的上端高度也可以与第一通孔121的上端高度不同，并且N极 磁体114和S极磁体115的下端高度以及磁检测部分130的下端高度也可以与第二通孔 122的下端高度不同。如上所述，磁屏蔽部分120的下部与连接部件150连接，连接部件150的中心部分 向下突出而被待与连接部件150连接的输出轴20插入。
连接部件150和输出轴20可以通过连接装置(未示出)连接在一起。输出轴20在其待插入连接部件150中的上端具有插入部21。在插入部21的待被 扭梁30的下端部插入的中心部分处形成有连接中空部22。输出轴20具有贯穿连接中空部 22的连接孔23。扭梁30和输出轴20通过插入连接孔23中的销40b连接在一起。磁检测部分130设置为与磁屏蔽部分120的外表面隔开并且对穿过第一通孔121 和第二通孔122的磁力执行检测。这样的磁检测部分130包括均由具有环形的铁磁性物质制成的第一磁检测部件 131a和第二磁检测部件131b。第一磁检测部件131a通到第一磁采集环132a，并且第二磁检测部件131b通到第 二磁采集环132b。第一磁检测部件131a和第二磁检测部件131b设置为彼此隔开。第一磁检测部件 131a的上端的高度和第二磁检测部件131b的下端的高度可以分别与N极磁体114的上端 的高度和S极磁体115的下端的高度相同，或者前者分别小于后者。对于后一种情况，即当第一磁检测部件131a的上端的高度和第二磁检测部件 131b的下端的高度分别小于N极磁体114的上端的高度和S极磁体115的下端的高度时， 第一磁检测部件131a的上端不应当从第一通孔121的上端突出，并且第二磁检测部件131b 的下端不应当从第二通孔122的下端突出。因此，第一磁检测部件131a对穿过第一通孔121的磁力进行检测，第二磁检测部 件131b对穿过第二通孔122的磁力进行检测。第一磁采集环132a与第一磁检测部件131a的外表面连接，并且第二磁采集环 132b与第二磁检测部件131b的外表面连接。第一磁采集环132a和第二磁采集环132b用 于使从靠近磁检测传感器部分140周围的磁力产生部分110感应出的磁力最大化。第一磁采集环132a在其外表面上具有向外突出的第一突出部分132a’，并且第二 磁采集环132b在其外表面上具有向外突出并且沿着竖直方向与第一突出部分132a’重叠 的第二突出部分132b，。可以在竖直方向上的同一位置处制备出多个这样的第一突出部分132a’和第二突 出部分132b，。磁检测传感器部分140位于磁检测部分130的外侧以便根据磁力产生部分110和 磁屏蔽部分120彼此相对的面积的变化来检测相对扭转。尽管在附图中仅仅示出了一个磁检测传感器部分140，然而磁检测传感器部分 140的数目随着第一突出部分132a’和第二突出部分132b’的数目而变化。也就是说，由于磁检测传感器部分140安装在第一突出部分132a’和第二突出部 分132b’之间，所以磁检测传感器部分140的数目取决于第一突出部分132a’和第二突出 部分132b，的数目。由于上述用于检测磁力的磁检测传感器部分140是在机械行业中广泛采用的一 种传感器，所以在本说明书中省略了对磁检测传感器部分140的详细描述。在下文中，对根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩传 感器100的操作进行描述。图5是用于说明根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭
16矩传感器100的操作和检测理论的非接触式扭矩传感器100的2维展开视图，该视图在2维 平面内表现环形的扭矩传感器100。图6是图5所示用于转向系统的非接触式扭矩传感器 的重叠展开视图，图7是沿着图6中的B-B线截取的剖视图，并且图8是沿着图6中的C-C 线截取的剖视图。如图5至图8所示，磁屏蔽部分120位于磁力产生部分110所在的区域内。设置 在磁检测部分130中的第一磁检测部件131a位于第一通孔121所在的区域内，并且设置在 磁检测部分130中的第二磁检测部件131b位于第二通孔122所在的区域内。此外，每一个第一通孔121的水平宽度落入N极磁体114的宽度之内，并且每一个 第二通孔122的水平宽度落入S极磁体115的宽度之内。第一通孔121的水平宽度可以落入S极磁体115的宽度之内。在这种情况下，第 二通孔122的水平宽度落入N极磁体114的宽度之内。图9是示出非接触式扭矩传感器100的中立状态的2维展开视图，其中，输入轴10 和输出轴20之间不存在扭转。图9表现方向盘和车轮以相同的角度值旋转的状态或者在车辆静止不动的情况 下输入轴10和输出轴20的扭转量都是零的状态。更具体来说，如果驾驶者操作方向盘，则与方向盘连接的输入轴10旋转。并且，输 出轴20通过扭梁30旋转从而改变车轮的方向。当由于输入轴10和输出轴20之间的等量旋转而使扭转角度为零时，N极磁体114 和S极磁体115之间的边界部分位于第一通孔121的中心和第二通孔122的中心。从而，设置在磁力产生部分110中的N极磁体114和S极磁体115以恰好相同的 面积值向第一通孔121和第二通孔122露出。因此，在磁检测部分130中接收到的两种极性的磁力互相抵消而变为零极性。更具体来说，第一通孔121和第二通孔122中的每一个使N极磁力穿越其50%的 面积并使S极磁力穿越其剩余的50%的面积。因此，穿过每个孔并在磁检测部分130中被 检测的极性变为零。图10是示出输出轴20相对于输入轴10向左方扭转的扭转状态的2维展开视图， 并且图11是示出输出轴20相对于输入轴10向左方扭转到其最大程度的扭转状态的2维 展开视图。图10和图11所示向左方产生的扭转的状态表明当驾驶者使方向盘向左方旋转 时，由于车轮和路面之间的摩擦而使得输入轴10和输出轴20之间存在扭转。也就是说，扭转状态是在连接输入轴10和输出轴20的扭梁30中产生扭转的状 态。如果扭转量逐渐增大，则S极磁体115在每一个第一通孔121内的露出面积增大。并 且，随着S极磁体115的露出面积增大，N极磁体114的露出面积减小。同样地，N极磁体114在每一个第二通孔122内的露出面积增大。并且，随着N极 磁体114的露出面积增大，S极磁体115的露出面积减小。从而，在设置在磁检测部分130中的第一磁检测部件131a中由N极磁体114感应 出的磁力和由S极磁体115感应出的磁力之间出现差异。因此，第一磁检测部件131a具有 N极性。同样地，第二磁检测部件131b具有S极性，与在第一磁检测部件131a中感应出的磁力相比，第二磁检测部件131b的S极性表现出极性相反但是量值恰好相同的磁力。如图11所示，当向左方的扭转达到其最大程度时，第一磁检测部件131a只具有N 极性并且第二磁检测部件131b只具有S极性。首先在第一磁检测部件131a中感应出的N极性还通过第一磁采集环132a在磁检 测传感器部分140的上端中进行感应。此外，首先在第二磁检测部件131b中感应出的S极 性还通过第二磁采集环132b在磁检测传感器部分140的下端中进行感应。于是，在磁检测传感器部分140周围形成了磁场，并且磁检测传感器部分140对此 时的磁通量进行检测。如上所述，输入轴10和输出轴20之间的扭转量在从扭转开始到达到其最大程度 的期间内线性地增大。同时，磁力产生部分110通过形成在磁屏蔽部分120中的第一通孔121和第二通 孔122与磁检测部分130相对的面积线性地变化，从而形成在磁检测传感器部分140周围 的磁通量也可以线性地变化。以上是对输出轴20相对于输入轴10向左方扭转的情况进行的描述。然而，由于极性会随着N极磁体114和S极磁体115的布置方式的变化而变化，所 以对向左方的扭转的以上描述同样可以适用于向右方的扭转。也就是说，由于上述向左方的扭转基于相应附图中的特定方向，所以以上描述也 适用于向右方的扭转。如图12和图13所示，当存在与以上描述相反的向右方的扭转时，形成在磁检测传 感器部分140周围的磁场的极性变为具有180度相变的相反值。在本说明书中省略了对这 些附图的详细描述。图12是示出输出轴20相对于输入轴10向右方扭转的扭转状态的2维展开视图， 并且图13是示出输出轴20相对于输入轴10向右方扭转到其最大程度的扭转状态的2维 展开视图。然而，如图14所示，根据本发明的第一示例性实施例的用于转向系统的非接触式 扭矩传感器可以具有磁力产生部分110’，在磁力产生部分110’中，沿着磁体安装部的上部 的外表面依次布置有N极磁体114’和S极磁体115’，并且在N极磁体114’下面布置有另 一个S极磁体115”，在S极磁体115’下面布置有另一个N极磁体114”。在这种情况下，磁屏蔽部分120’在磁体114’、114”、115’和115”的公共边界区域 内具有通孔121’。同样的通孔121’形成在每个这样的边界区域中。从而，当存在向左方的扭转时，在每个通孔121’(参见图14)中，右上方的S极磁 体115’的露出表面和右下方的N极磁体114”的露出表面增大。相反地，左上方的N极磁体114’的露出表面和左下方的S极磁体115”的露出表 面同时减小。因此，通过通孔121’在第一磁检测部件131a中感应出的磁力和在第二磁检测部 件131b中感应出的磁力之间存在差异，从而磁检测传感器部分140可以检测出这种差异。如图15所示，根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭矩 传感器200设置在与车辆的方向盘轴对应的输入轴60和与车轮的驱动轴直接连接的输出 轴70之间以便对输入轴60和输出轴70之间的扭转角度执行测量。
输入轴60和输出轴70不是彼此直接连接而是经由图16所示的扭梁80连接。也就是说，扭梁80具有待插入输入轴60中的上端部。当孔81与输入轴60的连 接孔62对应时，连接销(未示出)被插入以将扭梁80与输入轴60连接。此外，扭梁80具有待插入70中的下端部。当孔82与输出轴70的连接孔72对应 时，连接销(未示出)被插入以将扭梁80与输出轴70连接。扭矩传感器200被扭梁80插入并分别与输入轴60和输出轴70连接。如图17所示，扭矩传感器200包括磁力产生部分210，其与输入轴60连接；磁屏 蔽部分220，其设置在磁力产生部分210的外侧并与输出轴70连接；磁检测部分230，其设 置为固定在磁屏蔽部分220的外侧；磁检测传感器部分240，其与磁检测部分230具有预定 的位置关系；以及上盖251和下盖252。磁力产生部分210具有磁体环211，在磁体环211中，N极磁体211a和S极磁体 211b沿着环向交替布置而彼此相邻。磁体环211安装在背轭212的外表面上，背轭212呈环形并由磁性物质制成。背轭212的内表面固定地安装在磁体保持器213的接纳部213a上。如后所述，背轭212可以由钢制成，并且有助于使从磁体环211产生的磁通量沿着 向外的方向更加集中。磁体保持器213由例如塑料等非磁性物质制成，并且在其外表面上具有用于接纳 和固定磁体环211的接纳部213a。此外，磁体保持器213在接纳部213a的上侧具有多个第一连接件213b，第一连接 件213b沿轴向延伸并且沿环向彼此分离。输入轴60插入第一连接件213b的内侧。为了连接输入轴60，每一个第一连接件213b在其上端的内侧具有保持端213c (参 见图18和图19)，保持端213c插入输入轴60的凹槽61中。当多个第一连接件213b与输入轴60组合时，可以在第一连接件213b的外侧添加 第一卡环214以防止各个连接件213b向外弯曲。可以在图15、图18和图19中看到所插入的第一卡环214的视图。磁屏蔽部分220具有磁屏蔽环221和屏蔽环保持器225。磁屏蔽环221是由磁性物质制成的圆筒体并且划分成上屏蔽表面222和下屏蔽表 面 223。上屏蔽表面222和下屏蔽表面223分别具有沿着环向以预定间隔布置的预定数目 的通孔222h和预定数目的通孔223h。此外，在上屏蔽表面222和下屏蔽表面223之间，通 孔222h和通孔223h设置为相反(交错)。更具体来说，通孔222h和通孔223h中的每一个的水平宽度都具有落入一个磁体 21 Ia或21 Ib的宽度内的尺寸，磁体21 Ia或21 Ib包含在位于通孔222h和通孔223h的内侧 的磁体环211中(参见图23)。此外，在屏蔽表面222和223中的每一个上，在沿水平方向相邻的通孔222h之间 存在与一个磁体211a或211b的水平宽度对应的间隔。从而，例如，如果上通孔222h中的任何一个设置为与位于内侧的N极磁体211a对 应，则每个上通孔222h都会设置为与位于其内侧的N极磁体211a对应。在这种情况下，所有的下通孔223h分别与S极磁体211b对应。由非磁性物质制成的屏蔽环保持器225具有第二连接件228和圆筒形状的保持部 226，第二连接件228形成在保持部226的下侧以便与输出轴70连接(参见图18)。保持部226容纳并支撑位于其内侧的磁屏蔽环221。特别地，在保持部226的内侧 形成有预定数目的连接突起227，从而连接突起227与上通孔222h和下通孔223h对应，当 磁屏蔽环221与保持部226连接时，上通孔222h和下通孔223h相应地被连接突起227插 入。此外，屏蔽环保持器225在保持部226的下侧具有多个第二连接件228，第二连接 件228沿轴向延伸并且沿环向彼此分离(参见图18)。第二连接件228的形成和功能与第 一连接件213b的形成和功能相似。输出轴70插入第二连接件228的内侧。为了连接输出轴70，每一个第二连接件228在其下端的内侧具有保持端228a，保 持端228a插入输出轴70的凹槽71 (参见图16)中。当多个第二连接件228与输出轴70组合时，可以在第二连接件228的外侧添加第 二卡环229以防止各个连接件228与输出轴70分离。磁屏蔽环221和屏蔽环保持器225可以通过嵌件成型连接在一起，在嵌件成型过 程中，磁屏蔽环221插入模具中并与工程塑料形成为一体。图18中示出了注射成型之后的 整体成形。如图17所示，磁检测部分230包括均由磁性物质制成的上磁采集部件231和下磁 采集部件232以及由非磁性物质制成的磁采集部件保持器233，磁采集部件保持器233支撑 上磁采集部件231和下磁采集部件232以维持它们之间的预定距离。尽管上磁采集部件231和下磁采集部件232似乎是独立存在然后组合在一起的， 然而它们实际上被埋入磁采集部件保持器233中。因此，上磁采集部件231和下磁采集部件232通过注射成型与磁采集部件保持器 233形成为一体。图21和图22分别是用来描述上磁采集部件231和下磁采集部件232之间的位置 关系的透视图和侧视图。如图所示，上磁采集部件231具有上磁通量采集环231a，其具有竖直宽度小的圆 筒形状；上磁通量采集凸缘231b，其在上磁通量采集环231a的上端以预定宽度向外延伸； 以及上磁采集端子231c，其从上磁通量采集凸缘231b的右端部向下突出。下磁采集部件232设置为沿竖直方向与上磁采集部件231对称。也就是说，下磁采集部件232具有下磁通量采集环232a，其具有竖直宽度小的圆 筒形状；下磁通量采集凸缘232b，其在下磁通量采集环232a的下端以预定宽度向外延伸； 以及下磁采集端子232c，其从下磁通量采集凸缘232b的右端部向上突出。这样的上磁采集部件231和下磁采集部件232在磁屏蔽环221的外侧以预定间隙 上下布置。在这种情况下，上磁采集部件231的上磁通量采集环231a设置为与磁屏蔽环221 的上屏蔽表面222相对，并且对从磁体环211产生并通过上屏蔽表面222的通孔222h离开 的磁通量执行采集。
20
如上所述采集到的磁通量被发送到位于上磁通量采集环231a的上端周缘的上 磁通量采集凸缘231b，然后集中到位于上磁通量采集凸缘231b的右端部的上磁采集端子 231c。同样地，下磁采集部件232的下磁通量采集环232a设置为与磁屏蔽环221的下屏 蔽表面223相对，并且对从磁体环211产生并通过下屏蔽表面223的通孔223h离开的磁通 量执行采集。如上所述采集到的磁通量被发送到位于下磁通量采集环232a的下端周缘的下 磁通量采集凸缘232b，然后集中到位于下磁通量采集凸缘232b的右端部的下磁采集端子 232c。因此，磁检测部分230执行将上述磁通量集中在一个部位的操作。如图22所示，为此目的，上磁通量采集环231a和下磁通量采集环232a之间的距 离Y以及上磁通量采集凸缘231b和下磁通量采集凸缘232b之间的距离Z需要大于上磁采 集端子231c和下磁采集端子232c之间的距离X。凭借这种构造，由磁检测部分230采集到的磁通量可以集中到上磁采集端子231c 和下磁采集端子232c。但是，如果上磁通量采集环231a和下磁通量采集环232a之间的距离Y小于上磁 采集端子231c和下磁采集端子232c之间的距离X，则由磁检测部分230采集到的磁通量集 中在上磁通量采集环231a和下磁通量采集环232a之间，这意味着上磁采集端子231c和下 磁采集端子232c之间的磁通量的强度减弱。从而，在检测值中出现错误，即导致扭矩传感器200的性能降低。此外，当上磁通量采集凸缘231b和下磁通量采集凸缘232b之间的距离Z小于上 磁采集端子231c和下磁采集端子232c之间的距离X时，会出现同样的问题。参照图22中的分解视图，上磁采集端子231c从上磁通量采集凸缘231b向下延 伸，在上磁通量采集环231a的下端处转为径向从而向右方延伸。下磁采集端子232c从下磁通量采集凸缘232b向上延伸，在下磁通量采集环232a 的上端处转为径向从而向右方延伸以便与上磁采集端子231c对应。如图18所示，磁采集部件保持器233通过嵌件成型在其内侧的上部和下部容纳上 磁采集部件231和下磁采集部件232。此外，如图17所示，磁采集部件保持器233在其上端和下端分别具有上保持凸缘 233a和下保持凸缘233b。如图18所示，上保持凸缘233a通过嵌件成型在其中容纳上磁采集部件231的上 磁通量采集环231a。下保持凸缘233b通过嵌件成型在其中容纳下磁采集部件232和下磁 通量采集环232a。在上保持凸缘233a和下保持凸缘233b之间沿着环向以预定间隔形成有预定数目 的贯通孔233h。每一个贯通孔233h都沿着竖直方向延伸。如图21所示，与贯通孔233h对应，上磁通量采集凸缘231b和下磁通量采集凸缘 232b分别具有尺寸不同的两种组合孔hi和h2。在这种情况下，上磁通量采集凸缘231b的组合孔hi和h2形成为沿竖直方向与下 磁通量采集凸缘232b的组合孔hi和h2对称。
因此，上磁通量采集凸缘231b和下磁通量采集凸缘232b具有恰好相同的形状以 便提高制造的效率。这些组合孔hi和h2用于在磁检测部分230的注射成型过程中将上磁采集部件 231和下磁采集部件232良好地定位在模具中。也就是说，参照图21，如果能够穿过较大的组合孔hi但是不能穿过较小的组合孔 h2的支撑销(未示出)在模具中设置在上磁采集部件231和下磁采集部件232之间，则上 磁采集部件231和下磁采集部件232中的较小的组合孔h2受到支撑销向上和向下的支撑。因此，上磁采集部件231和下磁采集部件232可以在注射成型的过程中维持其间 的预定竖直距离。由于图22中示出的X、Y、Z之间的位置关系的精度对执行磁通量的采集、发送和集 中的磁检测部分230有很大的影响，所以上述注射成型处理有助于提高精度。在图21中，孔h3用于设置上磁采集部件231和下磁采集部件232在模具中的位置。磁检测传感器部分240 (参见图17)设置在上磁采集端子231c和下磁采集端子 232c之间以便对形成在端子231c和232c之间的磁通量的强度进行检测。如图17所示，扭矩传感器200具有上盖251和下盖252，上盖251和下盖252在 其中容纳并支撑磁力产生部分210、磁屏蔽部分220、磁检测部分230和磁检测传感器部分 240。与图17所示的扭矩传感器200的分解状态相比，在图19中示出了扭矩传感器200 的组装状态的透视图，并且在图20中示出了组装好的扭矩传感器200的平面视图。如图17、图19和图20所示，磁力产生部分210位于外部呈现为磁采集部件保持器 233的磁检测部分230内。外部呈现为屏蔽环保持器225的磁屏蔽部分220位于磁力产生部分210和磁检测 部分230之间。在下文中，对上述根据本发明的第二示例性实施例的用于转向系统的非接触式扭 矩传感器200的操作进行描述。图23是用于说明根据本发明的第二示例性实施例的扭矩传感器200的主要部分 之间的构造关系的假想示意性视图。也就是说，通过2维展开视图表现圆筒形状。磁屏蔽环221的上通孔222h和下通孔223h分别设置为与磁体环211的磁体对应。从磁体环211产生的磁通量穿过磁屏蔽环221的通孔222h和通孔223h并且分别 到达位于另一侧的上磁采集部件231和下磁采集部件232。如图24所示，正常状态即中立状态下的位置关系是磁屏蔽环221的上通孔222h 和下通孔223h中的每一个通孔在该通孔的中心位于N极磁体和S极磁体的边界线上的情 况下跨越N极磁体的一半和S极磁体的一半。因此，穿过通孔222h和通孔223h中的每一个通孔的磁通量的N极性和S极性具 有相同的量值，从而由上磁采集部件231和下磁采集部件232中的每一个采集并集中的磁 通量分别为零。从而，检测到的磁通量是零，这意味着输入轴60和输出轴70的旋转角度相同。图25表现输入轴60相对于输出轴70向左方的扭转。图26表现输入轴60相对于输出轴70向左方的最大程度扭转。如图所示，在图25的状态下，固定在输入轴60上的磁体环211相对于固定在输出 轴70上的磁屏蔽环221向左略微倾斜。因此，穿过上通孔222h的磁通量具有更多的S极 性，而穿过下通孔223h的磁通量具有更多的N极性。因此，上磁采集部件231和下磁采集部件232接收并采集其间不同的预定磁通量， 从而根据检测到的磁通量得到相应的值。在描述最大程度扭转的图26的状态下，只有S极的磁通量穿过所有的上通孔 222h，并且只有N极的磁通量穿过所有的下通孔223h，从而检测到的磁通量是其最大值。在这种情况下，重要的是在图24的中立状态下或者在图25或图26的扭转状态 下，在磁屏蔽环221中感应出的磁通量总是零。也就是说，在磁屏蔽环221中，在上屏蔽表面222中感应出的磁通量与在下屏蔽表 面223中感应出的磁通量具有相反的极性和恰好相同的量值。此外，上屏蔽表面222和下 屏蔽表面223在其间形成为一体。从而，磁屏蔽环221中的磁通量之和总是为零。因此，由于磁屏蔽环221的存在使得不会在上磁采集部件231和下磁采集部件232 中发生第二次磁感应。图27表现输入轴60相对于输出轴70向右扭转。图28表现输入轴60相对于输 出轴70向右扭转到其最大程度。由于图27和图28的状态与图25和图26的状态恰好相反，所以根据以上描述足 以推断出对图27和图28的状态的描述，在此作了省略。图29是示出根据本发明的第二示例性实施例的扭矩传感器的主要部件的变型实 施例的假想示意性视图。在图29中，如同图23 —样，在2维分解视图中表现圆筒形状。在本变型实施例中，磁力产生部分的磁体环311包括上磁体和下磁体，在该上磁 体中沿着环向依次设置有N极磁体311a和S极磁体311b，在该下磁体中沿着环向依次设置 有N极磁体311c和S极磁体31 Id。在这种情况下，在上磁体31 Ia和311b以及下磁体311c和31 Id之间相邻的磁体 在彼此之间具有相反的极性。也就是说，N极磁体和S极磁体中的每一个磁体的极性与其 左右相邻的磁体的极性以及其上方或下方相邻的磁体的极性相反。与上述磁力产生部分对应，磁屏蔽部分包括具有通孔321h的磁屏蔽环321，在图 29中可以看到，通孔321h中的每一个沿竖直方向延伸，并且每一个通孔321h的尺寸是一个 上磁体311a或311b及其相邻的一个下磁体311c或311d的尺寸之和。所形成的通孔321h的数目为多个，并且通孔321h以与N极磁体或S极磁体的宽 度对应的间隔沿着环向设置。通过这种构造，从磁体环311产生的磁通量穿过磁屏蔽环321的通孔321h并且分 别到达上磁采集部件331和下磁采集部件332。在这种情况下，如图30所示，在正常状态(即中立状态)下，磁屏蔽环321的每一 个通孔321h在其中心位于N极磁体和S极磁体的边界线上的情况下跨越N极磁体的一半 和S极磁体的一半。因此，穿过每一个通孔321h的磁通量具有量值相同的N极性和S极性，从而由上磁采集部件331 (图29)和下磁采集部件332 (图29)中的每一个采集并集中的磁通量分别为零。因此，检测到的磁通量是零，这意味着输入轴和输出轴的旋转角度相同。图31表现输入轴60相对于输出轴70向左方的扭转。图32表现输入轴60相对 于输出轴70向左方的最大程度扭转。如图所示，在图31的状态下，固定在输入轴60上的磁体环311相对于固定在输出 轴70上的磁屏蔽环321向左略微倾斜。在此时，如果每一个通孔321h被假想沿着其水平中心线切割成两个部分，则穿过 通孔321h的上面部分的磁通量具有更多的S极性，而穿过通孔321h的下面部分的磁通量 具有更多的N极性。因此，上磁采集部件331和下磁采集部件332接收并采集其间不同的预定磁通量， 从而根据检测到的磁通量得到相应的值。在描述最大程度扭转的图32的状态下，只有S极的磁通量穿过通孔321h的所有 上面部分，并且只有N极的磁通量穿过通孔321h的所有下面部分，从而检测到的磁通量是
其最大值。在本变型实施例中，如同在以上实施例中所描述的一样，无论在图30的中立状态 下或者在图31或图32的扭转状态下，在磁屏蔽环321中感应出的磁通量总是零。也就是说，如果磁屏蔽环321被假想沿着其水平中心线切割成两个部分，则在上 面部分中感应出的磁通量与在下面部分中感应出的磁通量具有相反的极性和恰好相同的 量值。此外，上面部分和下面部分形成一个完整的磁屏蔽环321。从而，磁屏蔽环321中的 磁通量之和总是为零。因此，由于磁屏蔽环321的存在使得不会在上磁采集部件331和下磁采集部件332 中发生第二次磁感应。图33表现输入轴60相对于输出轴70向右扭转。图34表现输入轴60相对于输 出轴70向右扭转到其最大程度。由于图33和图34的状态与图31和图32的状态恰好相反，所以根据以上描述足 以推断出对图33和图34的状态的描述，在此作了省略。上述用于转向系统的非接触式扭矩传感器100和200仅仅作为为了帮助理解本发 明而给出的示例性实施例，而不应当理解为是对本发明的专利权范围或技术范围的限制。本发明的专利权范围或技术范围由所附的权利要求及其等同内容来限定。
权利要求
一种用于转向系统的非接触式扭矩传感器，所述非接触式扭矩传感器安装在与方向盘连接的输入轴和与车轮连接的输出轴之间以对由于所述方向盘的旋转操作而产生的扭转进行检测，所述用于转向系统的非接触式扭矩传感器包括磁力产生部分，其与所述输入轴连接并且在外周面上具有交替布置的多个N极磁体和多个S极磁体；磁屏蔽部分，其具有中空圆筒体的形状，与所述输出轴连接，并且具有设置在所述N极磁体和所述S极磁体所在的区域内的多个孔；磁检测部分，其设置为与所述磁屏蔽部分的外表面间隔开并且对穿过所述多个孔的磁力进行检测；以及磁检测传感器部分，其设置在所述磁检测部分的外表面上以对所述磁力产生部分和所述磁屏蔽部分之间的相对扭转的变化进行检测。
2.根据权利要求1所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁力产生部分包括连接部和磁体安装部，所述连接部固定在所述输入轴的下端部 上，所述磁体安装部设置在所述连接部的下侧并具有圆筒形状，并且所述多个N极磁体和 所述多个S极磁体安装在所述磁体安装部的外表面上。
3.根据权利要求1所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁屏蔽部分包括具有第一通孔的第一磁屏蔽部分以及具有第二通孔的第二磁屏 蔽部分，所述第一通孔以预定间隔形成在所述第一磁屏蔽部分的上部外表面上，所述第二 通孔以预定间隔形成在所述第二磁屏蔽部分的下部外表面上从而与所述第一通孔交替地 布置。
4.根据权利要求3所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，如果所述输出轴旋转的量与所述输入轴旋转的量相同并且所述输出轴和所述输入轴 之间的扭转角度是零，则所述N极磁体和所述S极磁体之间的边界部分位于所述孔的水平 中心。
5.根据权利要求3所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，如果所述输出轴相对于所述输入轴向左或向右旋转到其最大量，则所述N极磁体和所 述S极磁体中的一个通过所述第一通孔露出，并且所述N极磁体和所述S极磁体中的另一 个通过所述第二通孔露出。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，各个所述第一通孔和各个所述第二通孔具有相同的孔面积。
7.根据权利要求6所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述N极磁体和所述S极磁体的上端高度以及所述磁检测部分的上端高度与所述第一 通孔的上端高度相同，并且所述N极磁体和所述S极磁体的下端高度以及所述磁检测部分 的下端高度与所述第二通孔的下端高度相同。
8.根据权利要求6所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述N极磁体和所述S极磁体的上端高度以及所述磁检测部分的上端高度不同于所述 第一通孔的上端高度，并且所述N极磁体和所述S极磁体的下端高度以及所述磁检测部分 的下端高度不同于所述第二通孔的下端高度。
9.根据权利要求3所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分包括第一磁检测部件和第二磁检测部件，所述第一磁检测部件对穿过 所述第一通孔的磁力进行检测，所述第二磁检测部件设置为与所述第一磁检测部件的下侧 间隔开并且对穿过所述第二通孔的磁力进行检测。
10.根据权利要求9所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分还包括用于使由所述磁力产生部分感应出的磁力最大化的第一磁采 集环和第二磁采集环，所述第一磁采集环设置在所述第一磁检测部件的外表面上，所述第 二磁采集环设置在所述第二磁检测部件的外表面上。
11.根据权利要求10所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，一个或多个所述磁检测传感器部分与所述第一磁采集环和所述第二磁采集环连接。
12.根据权利要求11所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分包括第一突出部件和第二突出部件，所述第一突出部件从所述第一磁 采集环的外表面向外突出，所述第二突出部件从所述第二磁采集环的外表面向外突出而沿 竖直方向与所述第一突出部件对应，并且所述磁检测传感器部分设置在所述第一突出部件 和所述第二突出部件之间。
13.根据权利要求12所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，设置在所述第一磁采集环的外表面上的所述第一突出部件的数目为多个，设置在所述 第二磁采集环的外表面上的所述第二突出部件的数目为多个，并且所述磁检测传感器部分 设置在每一个所述第一突出部件和每一个所述第二突出部件之间。
14.根据权利要求3所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁屏蔽部分具有制造成一体的所述第一磁屏蔽部分和所述第二磁屏蔽部分。
15.根据权利要求1所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁力产生部分在其上部外表面具有交替布置的所述N极磁体和所述S极磁体，并 且在所述N极磁体的下侧布置有其他的S极磁体，在所述S极磁体的下侧布置有其他的N 极磁体。
16.根据权利要求15所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁屏蔽部分在布置于所述上部外表面的所述N极磁体和所述S极磁体以及布置于 下部外表面的所述N极磁体和所述S极磁体之间的每个边界部分处具有所述孔。
17.一种用于转向系统的非接触式扭矩传感器，所述非接触式扭矩传感器安装在与方 向盘连接的输入轴和与车轮连接的输出轴之间以对由于所述方向盘的旋转操作而产生的 扭转进行检测，所述用于转向系统的非接触式扭矩传感器包括磁力产生部分，其与所述输入轴连接并且在外周面上具有交替布置的多个N极磁体和 多个S极磁体；磁屏蔽部分，其作为单独的中空圆筒体布置在所述磁力产生部分的径向外侧并与所述 输出轴连接，并且所述磁屏蔽部分包括上屏蔽表面和下屏蔽表面，所述上屏蔽表面具有以 预定间隔布置的多个上通孔，所述上通孔之间的间隔与所述N极磁体中的一个和所述S极 磁体之间的间隔相同，所述下屏蔽表面具有以预定间隔布置的多个下通孔，所述下通孔之 间的间隔与所述N极磁体中的另一个和所述S极磁体之间的间隔相同；磁检测部分，其包括上磁采集部件和下磁采集部件，所述上磁采集部件具有上磁通量采集环，其采集穿过所述上屏蔽表面的磁通量；上磁通量采集凸缘，其从所述上磁通量采集环的上端沿径向延伸预定宽度；以及上磁采集端子，其从所述上磁通量采集凸缘的侧部弯曲，并且所述下磁采集部件具有下磁通量采集环，其采集穿过所述下屏蔽表面的磁通量；下磁通量采集凸缘，其从所述下磁通量采集环的下端沿径向延伸预定宽度；以及下磁采集端子，其从所述下磁通量采集凸缘的侧部弯曲，其中，所述上磁通量采集环和所述下磁通量采集环之间的距离以及所述上磁通量采集 凸缘和所述下磁通量采集凸缘之间的距离大于所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之 间的距离；以及磁检测传感器部分，其设置在所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之间以对磁通量 的强度进行检测。
18.根据权利要求17所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分具有从所述上磁通量采集环的上端延伸的所述上磁通量采集凸缘以 及从所述下磁通量采集环的下端延伸的所述下磁通量采集凸缘，所述上磁采集端子从所述 上磁通量采集凸缘向下延伸，经过所述上磁通量采集环的下端并弯曲而沿径向延伸，并且 所述下磁采集端子从所述下磁通量采集凸缘向上延伸，经过所述下磁通量采集环的上端并 弯曲而沿径向延伸从而与所述上磁采集端子对应。
19.根据权利要求18所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分还包括由非铁磁性物质制成的磁采集部件保持器，所述磁采集部件保 持器具有中空圆筒体的形状并且具有与所述上磁采集部件连接的上表面以及与所述下磁 采集部件连接的下表面。
20.根据权利要求19所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁采集部件保持器至少在其上表面和下表面分别具有与所述上磁通量采集凸缘 连接的上保持凸缘以及与所述下磁通量采集凸缘连接的下保持凸缘。
21.根据权利要求19或20所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述上磁采集部件和所述下磁采集部件通过嵌件成型与所述磁采集部件保持器连接。
22.根据权利要求20所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸缘分别具有两种尺寸的组合孔，所述组 合孔形成为在所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸缘之间沿竖直方向对称，并且 所述上保持凸缘和所述下保持凸缘分别具有预定数目的贯通孔，所述贯通孔沿竖直方向延 伸并与形成在所述上磁通量采集凸缘和所述下磁通量采集凸缘中的所述组合孔对应。
23.根据权利要求17所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁力产生部分包括磁体环和由非铁磁性物质制成的磁体保持器，所述磁体环包括 多个所述N极磁体和多个所述S极磁体，所述磁体保持器在其外表面上具有容纳并支撑所 述磁体环的安装部，并且所述磁体保持器还包括多个第一连接件，所述第一连接件设置在 所述安装部的上侧并沿轴向延伸以容纳所述第一连接件内侧的所述输入轴。
24.根据权利要求23所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁力产生部分还包括由铁磁性物质制成的背轭，所述背轭设置在所述磁体环和所 述磁体保持器之间并具有环形形状，并且所述背轭具有安装在所述磁体环上的外表面以及固定地安装在所述磁体保持器的所述安装部上的内表面。
25.根据权利要求23或24所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，每一个所述第一连接件具有连接突起，所述连接突起形成在所述第一连接件的内侧而 与所述输入轴连接，并且所述磁力产生部分还包括第一卡环，当所述第一连接件与所述输 入轴连接时，所述第一卡环防止所述第一连接件向外弯曲。
26.根据权利要求17所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁屏蔽部分还包括由非铁磁性物质制成的屏蔽环保持器，所述屏蔽环保持器具有 保持部和多个第二连接件，所述保持部具有中空圆筒形状并且以其内表面容纳并支撑磁屏 蔽环，所述第二连接件设置在所述保持部的下侧并沿轴向延伸以容纳所述第二连接件内侧 的所述输出轴。
27.根据权利要求26所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述保持部具有预定数目的连接突起，所述连接突起形成在所述保持部的内侧从而相 应地插入所述磁屏蔽环的上通孔和下通孔。
28.根据权利要求26或27所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁屏蔽环通过嵌件成型与所述屏蔽环保持器连接。
29.根据权利要求26或27所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，每一个所述第二连接件具有连接突起，所述连接突起形成在所述第二连接件的下端内 侧而与所述输出轴连接，并且所述磁屏蔽部分还包括第二卡环，当所述第二连接件与所述 输出轴连接时，所述第二卡环防止所述第二连接件向外弯曲。
30.根据权利要求17所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，还包括上盖和下盖，它们分别设置在上侧和下侧以容纳并支撑所述磁力产生部分、所述磁屏 蔽部分、所述磁检测部分和所述磁检测传感器部分。
31.一种用于转向系统的非接触式扭矩传感器，所述非接触式扭矩传感器安装在与方 向盘连接的输入轴和与车轮连接的输出轴之间以对由于所述方向盘的旋转操作而产生的 扭转进行检测，所述用于转向系统的非接触式扭矩传感器包括磁力产生部分，其与所述输入轴连接，在其上部外周面和下部外周面上分别具有交替 布置的多个N极磁体和多个S极磁体，并且在相邻的上部磁体和下部磁体之间具有极性相 反的磁极；磁屏蔽部分，其与所述输出轴连接并且具有布置在所述磁力产生部分的径向外侧的 作为单独的中空圆筒体的磁屏蔽环，所述磁屏蔽环具有以预定间隔沿着周向布置的多个通 孔，所述多个通孔中的每一个具有在其中容纳一个上部磁体和一个下部磁体的尺寸，并且 所述多个通孔之间的间隔与所述上磁体中的一个和所述下磁体之间的间隔相同；磁检测部分，其包括上磁采集部件和下磁采集部件，所述上磁采集部件具有上磁通量采集环，其采集穿过上屏蔽表面的磁通量；上磁通量采集凸缘，其从所述上磁通量采集环的上端沿径向延伸预定宽度；以及上磁采集端子，其从所述上磁通量采集凸缘的侧部弯曲，并且所述下磁采集部件具有下磁通量采集环，其采集穿过下屏蔽表面的磁通量；下磁通量采集凸缘，其从所述下磁通量采集环的下端沿径向延伸预定宽度；以及下磁采集端子，其从所述下磁通量采集凸缘的侧部弯曲，其中，所述上磁通量采集环和所述下磁通量采集环之间的距离以及所述上磁通量采集 凸缘和所述下磁通量采集凸缘之间的距离大于所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之 间的距离；以及磁检测传感器部分，其设置在所述上磁采集端子和所述下磁采集端子之间以对磁通量 的强度进行检测。
32.根据权利要求31所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分具有从所述上磁通量采集环的上端延伸的所述上磁通量采集凸缘以 及从所述下磁通量采集环的下端延伸的所述下磁通量采集凸缘，所述上磁采集端子从所述 上磁通量采集凸缘向下延伸，经过所述上磁通量采集环的下端并弯曲而沿径向延伸，并且 所述下磁采集端子从所述下磁通量采集凸缘向上延伸，经过所述下磁通量采集环的上端并 弯曲而沿径向延伸从而与所述上磁采集端子对应。
33.根据权利要求32所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁检测部分还包括由非铁磁性物质制成的磁采集部件保持器，所述磁采集部件保 持器具有中空圆筒体的形状并且具有与所述上磁采集部件连接的上表面以及与所述下磁 采集部件连接的下表面。
34.根据权利要求31所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁力产生部分包括磁体环和由非铁磁性物质制成的磁体保持器，所述磁体环包括 多个所述上部磁体和多个所述下部磁体，所述磁体保持器在其外表面上具有容纳并支撑所 述磁体环的安装部，并且所述磁体保持器还包括多个第一连接件，所述第一连接件设置在 所述安装部的上侧并沿轴向延伸以容纳所述第一连接件内侧的所述输入轴。
35.根据权利要求34所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁力产生部分还包括由铁磁性物质制成的背轭，所述背轭设置在所述磁体环和所 述磁体保持器之间并具有环形形状，并且所述背轭具有安装在所述磁体环上的外表面以及 固定地安装在所述磁体保持器的所述安装部上的内表面。
36.根据权利要求31所述的用于转向系统的非接触式扭矩传感器，其中，所述磁屏蔽部分还包括由非铁磁性物质制成的屏蔽环保持器，所述屏蔽环保持器具有 保持部和多个第二连接件，所述保持部具有中空圆筒形状并且以其内表面容纳并支撑所述 磁屏蔽环，所述第二连接件设置在所述保持部的下侧并沿轴向延伸以容纳所述第二连接件 内侧的所述输出轴，所述屏蔽环保持器通过嵌件成型与所述磁屏蔽环连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于转向系统的非接触式扭矩传感器。该扭矩传感器安装在与车辆的方向盘连接的输入轴和与车辆的车轮连接的输出轴之间以对由于方向盘的旋转操作而产生的扭转进行检测。该扭矩传感器包括磁力产生部分，其与输入轴连接并且在外周面上交替布置有多个北极磁体和多个南极磁体，这些磁体到中心的距离相同；圆筒形的磁屏蔽部分，其与输出轴连接并且包括分别设置在北极磁体和南极磁体所在的区域内的多个孔；磁检测部分，其与磁屏蔽部分的外表面隔开并且对穿过多个孔的磁力进行检测；以及磁检测传感器部分，其设置在磁检测部分的外表面上以对磁力产生部分和磁屏蔽部分之间的相对扭转变化进行检测。因此，本发明可以在只发生一次磁感应的情况下对输出轴的扭矩的量值进行检测，而无需发生两次磁感应。
文档编号B62D6/10GK101980915SQ200980110867
公开日2011年2月23日 申请日期2009年6月16日 优先权日2008年6月26日
发明者全昶遖, 李锡雨 申请人:大星电机工业株式会社