(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922275720.X
(22)申请日 2019.12.18
(73)专利权人 罗伯特·博世有限公司
地址 德国斯图加特
(72)发明人 M ·舍尔 梁高峰
(74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司
72002
代理人 蔡洪贵
(51)Int.Cl.
G01L 3/10(2006.01)
G01B 7/30(2006.01)
(54)实用新型名称
(57)摘要
角度感应单元和PCB板，所述扭矩感应单元包括
信号输入转子和信号输出转子，所述角度感应单
元包括主动齿轮以及从动齿轮，所述主动齿轮套
设并固定在信号输出转子上或信号输入转子上，
所述PCB板设置有扭矩磁场产生单元、输入轴信
号采集单元和输出轴信号采集单元，用以感测信
号输入转子和信号输出转子的旋转角度和扭矩，
所述PCB板还设置有角度磁场产生单元和角度采
集单元，用以感测所述主动齿轮和从动齿轮的旋
转角度，所述扭矩磁场产生单元、输入轴信号采
集单元、输出轴信号采集单元、角度磁场产生单
元和角度采集单元均以印刷电路形成的线圈的
形式实现。权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 210981599 U 2020.07.10
C N 210981599
U
1.一种扭矩角度传感器，用于检测车辆的方向盘转向的转向扭矩和角度，所述扭矩角度传感器包括扭矩
感应单元、角度感应单元和PCB板(3)，所述扭矩感应单元包括信号输入转子(4)和信号输出转子(1)，所述角度感应单元包括主动齿轮(6)以及从动齿轮(8)，所述主动齿轮(6)套设并固定在信号输出转子(1)上或信号输入转子(4)上，所述PCB板(3)设置有扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元(31)和输出轴信号采集单元(32)，用以感测信号输入转子(4)和信号输出转子(1)的旋转角度和扭矩，所述PCB板(3)还设置有角度磁场产生单元(33)和角度采集单元(34)，用以感测所述主动齿轮(6)和从动齿轮(8)的旋转角度，所述扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元(31)、输出轴信号采集单元(32)、角度磁场产生单元(33)和角度采集单元(34)均以印刷电路形成的线圈的形式实现。
2.根据权利要求1所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述信号输入转子(4)包括圆筒状第一本体(41)和自第一本体(41)的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第一凸齿(40)，各所述第一凸齿(40)的形状大致相同，所述信号输出转子(1)包括圆筒状的第二本体(11)和自第二本体(11)的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第二凸齿(10)，各所述第二凸齿(10)的形状大致相同。
3.根据权利要求2所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述主动齿轮(6)套设并固定在信号输出转子(1)的第二本体(11)上或信号输入转子(4)的第一本体(41)上，并且与从动齿轮(8)啮合，所述主动齿轮(6)与从动齿轮(8)的轴线平行。
4.根据权利要求3所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述从动齿轮(8)上固定设置有导电片(80)。
5.根据权利要求4所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述角度磁场产生单元(33)和角度采集单元(34)按照一定旋绕规律在所述PCB板(3)上形成，同轴地呈圆环状环绕排布，所述角度采集单元(34)的轴线对应于从动齿轮(8)的轴线。
6.根据权利要求5所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述角度磁场产生单元(33)同轴地环绕于角度采集单元(34)的外侧。
7.根据权利要求2所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述扭矩磁场产生单元是激励线圈，所述输入轴信号采集单元(31)是输入轴接收线圈，所述输出轴信号采集单元(32)是输出轴接收线圈。
8.根据权利要求7所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述输入轴信号采集单元(31)和输出轴信号采集单元(32)的内外径分别大致对应于所述第一凸齿(40)与第二凸齿(10)的内外径。
9.根据权利要求8所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述扭矩磁场产生单元仅包括一个扭矩磁场产生单元，所述输入轴信号采集单元(31)和输出轴信号采集单元(32)共用该扭矩磁场产生单元。
10.根据权利要求8所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述扭矩磁场产生单元包括第一扭矩磁场产生单元(301)和第二扭矩磁场产生单元(302)，其中，所述第一扭矩磁场产生单元(301)是输入轴激励线圈，与所述输入轴信号采集单元(31)设置在PCB板(3)的表面(3A)，面对所述信号输入转子(4)；所述第二扭矩
磁场产生单元(302)是输出轴激励线圈，与所述输出轴信号采集单元(32)设置在PCB板(3)的另一表面(3B)，面对所述信号输出转子(1)。
11.根据权利要求10所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述第一凸齿(40)与第二凸齿(10)的外径大致相等，第一凸齿(40)与第二凸齿(10)分别位于PCB板(3)的不同侧。
12.根据权利要求10或11所述的扭矩角度传感器，其特征在于，所述第一扭矩磁场产生单元(301)同轴地位于输入轴信号采集单元(31)的外侧，所述第二扭矩磁场产生单元(302)同轴地位于输出轴信号采集单元(32)的外侧。
扭矩角度传感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种传感器、一种被配置用于监测车辆的转向状况的集成的扭矩角度传感器。
背景技术
[0002]扭矩角度传感器，将扭矩传感器和角度传感器集成组合在一起，用于测量车辆方向盘转动的角度和受到的扭矩大小。现有的扭矩角度传感器具有扭矩测量模块、角度测量模块、电路板和壳体。电路板上设置有霍尔传感元件、电磁传感元件等元件，用以感测扭矩和角度信号。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型提供了扭矩角度传感器，其元件数量少。
[0004]首先，根据本实用新型的一个方面，它提供了一种扭矩角度传感器，用于检测车辆的方向盘转向的转向扭矩和角度，所述扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板，所述扭矩感应单元包括信号输入转子和信号输出转子，所述角度感应单元包括主动齿轮以及从动齿轮，所述主动齿轮套设并固定在信号输出转子上或信号输入转子上，所述PCB板设置有扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元和输出轴信号采集单元，用以感测信号输入转子和信号输出转子的旋转角度和扭矩，所述PCB板还设置有角度磁场产生单元和角度采集单元，用以感测所述主动齿轮和从动齿轮的旋转角度，所述扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元、输出轴信号采集单元、角度磁场产生单元和角度采集单元均以印刷电路形成的线圈的形式实现。
[0005]根据一个可行实施方式，其中，所述信号输入转子包括圆筒状第一本体和自第一本体的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第一凸齿，各所述第一凸齿的形状大致相同，所述信号输出转子包括圆筒状的第二本体和自第二本体的外圆周沿径向均匀延伸设置的若干第二凸齿，各所述第二凸齿的形状大致相同。
[0006]根据一个可行实施方式，其中，所述主动齿轮套设并固定在信号输出转子的第二本体上或信号输
入转子的第一本体上，并且与从动齿轮啮合，所述主动齿轮与从动齿轮的轴线平行。
[0007]根据一个可行实施方式，其中，所述从动齿轮上固定设置有导电片。
[0008]根据一个可行实施方式，其中，所述角度磁场产生单元和角度采集单元按照一定旋绕规律在所述PCB板上形成，同轴地呈圆环状环绕排布，所述角度采集单元的轴线对应于从动齿轮的轴线。
[0009]根据一个可行实施方式，其中，所述角度磁场产生单元同轴地环绕于角度采集单元的外侧。
[0010]根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩磁场产生单元是激励线圈，所述输入轴信号采集单元是输入轴接收线圈，所述输出轴信号采集单元是输出轴接收线圈。
[0011]根据一个可行实施方式，其中，所述输入轴信号采集单元和输出轴信号采集单元的内外径分别大致对应于所述第一凸齿与第二凸齿的内外径。
[0012]根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩磁场产生单元仅包括一个扭矩磁场产生单元，所述输入轴信号采集单元和输出轴信号采集单元共用该扭矩磁场产生单元。[0013]根据一个可行实施方式，其中，所述扭矩磁场产生单元包括第一扭矩磁场产生单元和第二扭矩磁场产生单元，其中，所述第一扭矩磁场产生单元是输入轴激励线圈，与所述输入轴信号采集单元设置在PCB板的表面，面对所述信号输入转子；所述第二扭矩磁场产生单元是输出轴激励线圈，与所述输出轴信号采集单元设置在PCB板的另一
表面，面对所述信号输出转子。
[0014]根据一个可行实施方式，其中，所述第一凸齿与第二凸齿的外径大致相等，第一凸齿与第二凸齿分别位于PCB板的不同侧。
[0015]根据一个可行实施方式，其中，所述第一扭矩磁场产生单元同轴地位于输入轴信号采集单元的外侧，所述第二扭矩磁场产生单元同轴地位于输出轴信号采集单元的外侧。[0016]与现有技术相比较，本实用新型传感器的PCB板上的角度磁场产生单元、角度采集单元和扭矩磁场产生单元、输入轴信号采集单元、输出轴信号采集单元均以印刷电路形成的线圈的形式实现，省略了现有技术中的霍尔传感元件、电磁传感元件，因此减少了本实用新型扭矩角度传感器的元件数量、从而降低了成本，简化了产品结构，提高了生产效率。
附图说明
[0017]通过以下结合附图所作的详细描述，将更全面地理解本实用新型的前述和其它方面，附图包括：
[0018]图1示出了被构造成检测方向盘转动的转向扭矩和角度的扭矩角度传感器的剖视示意图。
[0019]图2示出了车辆的转向柱和图1所示的扭矩角度传感器的立体组装示意图。[0020]图3示出了图2的立体爆炸示意图，其中未显示车辆转向柱的输入轴和扭杆。[0021]图4示出了图2的的剖视示意图。
具体实施方式
[0022]下面通过示范性实施例详细描述本实用新型。
[0023]下面，将参看附图更为详细地描述本实用新型的一些示例性实施例，以便更好地理解本实用新型的基本思想和优点。
[0024]请参照图1至图4，车辆的转向柱包括自方向盘(未示出)的输入轴21、至转向轴连接器(未示出)的输出轴22以及连接在输入轴21与输出轴22之间的扭杆23。当方向盘受力后，扭杆23发生形变，利用扭杆23的材料的已知的力学特性，可以基于输入轴21相对于输出轴22的相对旋转角度来确定方向盘转向的转向扭矩，该相对旋转角度可表征扭杆23的扭转变形。
[0025]本实用新型一实施方式的扭矩角度传感器，用于检测车辆方向盘转动的转向扭矩和角度，扭矩角度传感器包括扭矩感应单元、角度感应单元和PCB板3。
[0026]扭矩角度传感器还包括上盖7与传感器壳2，二者之间形成收容空间，用以收容角
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