本發(fā)明涉及一種具有權利要求1的第一部分的特征的感應扭桿扭矩傳感器。

背景技術：

1、對于馬達驅動交通工具的動力輔助轉向，對控制輔助的要求很高。需要轉向輔助控制來允許基于(除其他以外)轉向柱中的轉向扭矩來計算轉向輔助。為了感測轉向扭矩，已知使用轉向扭矩傳感器或扭桿扭矩傳感器。由于轉向輔助控制對安全至關重要，因此感測的扭矩值必須非常準確。轉向控制概念還必須對來自電場和磁場的干擾是魯棒的，這意味著傳感器必須對任何這樣的干擾是魯棒的。傳感器具有長的使用壽命和故障安全也是不可或缺的要求。

2、為了給傳感器提供長的使用壽命，已經使用了非接觸式傳感器。為了提供對由電動機控制產生的電磁場的傳感器阻抗，避免干擾已經成為問題。

3、用于測量兩個轉向柱區(qū)段相對于交通工具的絕對角度位置以用于根據(jù)絕對角度位置之間的差的計算來確定扭矩的傳感器是已知的。感應位置感測基于至少一個激勵線圈、連接到激勵線圈并產生周期性交變電壓以及在操作期間將其耦合到激勵線圈中的至少一個振蕩器電路、各自具有多個周期性重復的接收器結構的至少兩個定子、可相對于定子旋轉并影響激勵線圈和接收器部件之間的感應耦合強度的至少兩個轉子和適合用于評估接收器部件中感應的信號的評估裝置。

4、因為扭桿扭矩感測原理基于兩個位置傳感器，存在傳感器之一也檢測到另一個轉子位置(所謂的偷聽(over-hearing))而不僅僅是應該檢測的那一個的風險。當存在扭桿扭矩，使得兩個轉子由于扭桿的扭轉而正改變它們的相對位置時，這尤其明顯。

5、de?19941464公開了一種感應角度傳感器，包括布置在一個平面中的兩個接收器線圈和布置在彼此之上的兩個轉子，其中角度周期性不同，并且角度周期性之間的比率是非整數(shù)。

6、在wo2009/095442(us8453518)中，發(fā)現(xiàn)在de?19941464中公開的具有包括布置在一個平面中的兩個接收器線圈的感應角度傳感器的方法不令人滿意，因為角度的測量不夠精確并且不可靠，因為接收器線圈彼此影響，這是角度差的確定時的誤差源，并且測量結果通常包含大的誤差。

7、因此，在wo2009/095442中，提出了一種用于解決偷聽問題的傳感器原理，其包括兩個感應位置傳感器的組合，測量扭桿的每一端的角度，角度差乘以扭桿的剛度是扭桿扭矩，其中不同側上不同數(shù)量的轉子和接收器結構，使得所述第一接收器的所述接收器結構數(shù)量n和所述第二接收器的所述接收器結構的數(shù)量m相對于彼此成大于1的整數(shù)比，這意味著：

8、

9、然而，通過在wo2009/095442中討論的解決方案，偷聽的問題仍然沒有被解決到令人滿意的程度，并且傳感器易于偷聽。相反，比率條件似乎只是對任意解決方案進行詳盡測試的結果，因為其陳述為：“已經發(fā)現(xiàn)，令人驚訝的是，由于第一接收器部件的接收器結構的數(shù)量n與第二接收器部件的接收器結構的數(shù)量m的整數(shù)比率(然而，兩個接收器部件的接收器結構的數(shù)量必須不相同)，可以減小角度測量差中的測量誤差”。

10、此外，如wo2009/095442中所描述，存在與傳感器相關聯(lián)的相當大的制造限制，因為接收器結構的數(shù)量之間的商必須是大于1的整數(shù)，即至少相差一倍。

11、wo20211250510a1示出了具有振蕩器電路的扭矩傳感器，所述振蕩器電路產生周期性電壓信號并將其耦合到至少一個激勵線圈中，第一通道具有第一接收器，所述第一接收器具有周期性重復的接收器結構和第一轉子目標，第二通道具有第二接收器，所述第二接收器具有周期性重復的接收器結構和第二轉子目標。為了減少通道和一個或多個特征之間的干擾，以減少第一和第二通道之間的電磁耦合?；诘诙邮掌鹘Y構的數(shù)量n來確定第一接收器結構的數(shù)量m，使得在一些實施例中，m＝2n+/-1，并且在一些實施例中，m＝2n。為了減少第一通道和第二通道的電磁耦合，使用由不同類型的材料構成的轉子目標，或者使用相對于轉子目標的不同比率的接收器周期，以在轉子目標中創(chuàng)建時變場。

12、在其中扭矩傳感器的兩個通道都包括具有相同配置的轉子目標和接收器的一些實施例中，第一接收器結構的數(shù)量m基于第二接收器結構的數(shù)量n來確定，使得m＝2n+/-1，并且第一通道的第一轉子目標的每個目標瓣的角寬度被調整為近似等于對應于第二通道的第二接收器的多個第二接收器結構的單個周期的角寬度。圖6例如示出了第一轉子目標212，其被配置成與第二轉子目標214正交，即，兩個轉子被幾何定位成使得它們僅位于圓周上的一小部分上并且在不同方向上成角度。

13、然而，使用第一接收器結構數(shù)量m＝2n對應于上面討論的wo2009/095442的教導，并且扭矩傳感器將遭受相同的缺點，并且同樣如果使用第一接收器結構的數(shù)量m＝2n±1，扭矩傳感器在兩個角度傳感器上都遭受次優(yōu)的分辨率和噪聲，就好像最優(yōu)設計具有n個周期一樣，那么很明顯，m＝2n±1的設計不是最優(yōu)的(給定n大于1——否則將根本不會存在電磁耦合的任何降低)。此外，由于可用接收器結構的數(shù)量有限，設計自由度也有限。

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進的感應扭矩傳感器，通過所述感應扭矩傳感器可以解決上面提及的問題中的一個或多個問題，并且通過所述感應扭矩傳感器可以克服缺點中的一個或多個缺點。

2、特別地，目的是提供一種感應扭矩傳感器，通過所述感應扭矩傳感器，兩個感應位置感測基本上不會受到偷聽。

3、另外的目的是提供一種感應扭矩傳感器，所述感應扭矩傳感器提供非常精確的感測扭矩值，并且特別是用于測量汽車轉向輔助控制的轉向扭矩值。

4、此外，目的是提供一種改進的扭矩傳感器，所述改進的扭矩傳感器具有增加的分辨率以及減少的噪聲降低。

5、特別地，目的是提供一種感應扭矩傳感器，所述感應扭矩傳感器對于來自磁場和電磁場的干擾并且特別是來自電動機控制的干擾是魯棒的。

6、另一個具體目的是要提供一種制造簡單且廉價的感應扭矩傳感器。

7、又一個目的是要提供一種感應扭矩傳感器，所述感應扭矩傳感器可以定制并且所述感應扭矩傳感器允許很高的設計自由度。

8、更具體地，目的是提供一種感應扭矩傳感器，所述感應扭矩傳感器耐磨損并具有長的使用壽命。

9、因此提供了如最初提到的具有權利要求1的特性特征的感應扭矩傳感器。

10、有利的實施例由所附的從屬權利要求給出，并在詳細描述中描述。

11、將領會到，在不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的特征易于以任何組合進行組合。

技術特征：

1.一種感應扭桿扭矩傳感器(100)，例如用于動力輔助轉向系統(tǒng)，所述感應扭桿扭矩傳感器(100)包括至少各自具有包括分別具有第一和第二周期的周期性重復形狀或結構的接收結構(11，11a)的第一和第二定子布置(10，10a)，以及相對于所述第一和第二定子布置(10，10a)可旋轉地布置從而形成被布置成測量扭桿(5)的每一端的角度并產生相應信號的兩個感應位置傳感器(1，1a)的第一和第二轉子(20，20a)，其中所述兩個感應位置傳感器(1，1a)的測量角度值之間的差與所述扭桿(5)的剛度的乘積是所述扭桿扭矩，所述感應扭桿扭矩傳感器(100)還包括至少一個激勵線圈或傳輸器線圈(40)和至少一個振蕩器電路，所述至少一個振蕩器電路用于在操作期間產生周期性交變電壓并將其耦合到所述(一個或多個)激勵線圈(40)中，其中所述第一接收結構(11)的周期性不同于所述第二接收結構(11a)的周期性，并且所述第一和第二接收結構(11，11a)各自都包括相應第一線圈結構(101，101)和相應第二線圈結構(102，102)，每個線圈結構都具有重復的形狀，所述第一可旋轉轉子(20)用于通過其位置影響所述(一個或多個)激勵線圈(40)和所述第一定子布置(10)的所述接收結構(11)之間的感應耦合的強度的目的，以及所述第二可旋轉轉子(20a)用于通過其位置影響所述(一個或多個)激勵線圈(40)/(一個或多個)激勵線圈(40)和所述第二定子布置(10a)的所述第二接收結構(11a)之間的感應耦合的強度的目的，

2.根據(jù)權利要求1所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，

3.根據(jù)權利要求1或2所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一和第二對接收結構(11，11a)和轉子(12，12a)的重復形狀的最大數(shù)量和最小數(shù)量之間的關系或商是非整數(shù)。

4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一和第二對接收結構(11，11a)和轉子(12，12a)的重復形狀的最大數(shù)量和最小數(shù)量之間的關系或商是1和5之間，特別是1和3之間，甚至更特別是1和2之間的非整數(shù)。

5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一定子布置(10)和所述第二定子布置(20)各自包括電路或定子板(12)，相應接收結構(11，11a)布置在所述電路或定子板(12)上，并且其中每個定子布置包括相應激勵線圈。

6.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一定子布置(10)和所述第二定子布置(20)的所述接收結構(11，11a)布置在公共電路或定子板上，并且其中公共激勵線圈(40)用于激勵所述第一和第二接收結構(11，11a)。

7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，每個轉子(20，20a)包括多個轉子元件(21)或轉子結構周期，與相應、對應的定子布置(10，10a)的相應接收結構(11；11a)的周期數(shù)相同。

8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，每個轉子(20，20a)包括多個轉子元件(21)或轉子結構周期，與相應、對應的定子布置(10，10a)的相應接收結構(11；11a)周期數(shù)匹配，使得所述第一轉子(20)和定子布置(10)結構在正交系統(tǒng)中形成一個函數(shù)，并且所述第二轉子(20a)和定子布置(10a)結構在同一正交系統(tǒng)中形成另一個函數(shù)。

9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一和第二接收結構(11，11a)具有正弦形狀。

10.根據(jù)權利要求9所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，每個相應第一線圈結構(101)包括余弦回路，其具有兩個連接的第一和第二余弦線圈，使得所述第一余弦線圈的完整繞轉與所述第二余弦線圈串聯(lián)，其中每個第二線圈結構(102)包括兩個正弦線圈，連接的第一和第二正弦線圈，使得所述第一正弦線圈的完整繞轉與所述第二正弦線圈串聯(lián)。

11.根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，每個接收結構包括相應第一線圈結構(101，101)和相應第二線圈結構(102，102)，每個線圈結構具有鋸齒形狀。

12.根據(jù)權利要求1-11中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，每個轉子(20，20a)包括多個轉子元件(21)，所述多個轉子元件(21)被布置成在旋轉中在極坐標系中形成方波。

13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，選擇所述第一和第二接收結構(10，10a)的周期數(shù)，使得第一公共泛音是高階的，以具有泛音的偷聽的低風險。

14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，選擇所述第一和第二接收結構(10，10a)的周期數(shù)，使得至少第一泛音是正交的。

15.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一和第二接收結構(10；10a)的周期數(shù)(m，n)以及所述第二接收結構的周期數(shù)至少大于3，優(yōu)選地大于4，最特別地大于5。

16.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一接收結構(10)的周期數(shù)m＝n+/-s，n是所述第二接收結構(10a)的周期數(shù)，或反之亦然，其中s在1和3之間。

17.根據(jù)權利要求16所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，m＝n+/-2，或者特別地m＝n+/-1，即s＝2，或者更特別地，s＝1。

18.根據(jù)權利要求15-17中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，所述第一接收結構(10)的周期m在3和15之間，特別地在6和12之間，特別地在7和9之間。

19.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的感應扭矩傳感器(100)，其特征在于，評估部件包括傳感器芯片(7)，所述傳感器芯片包括mcu，用于評估在所述接收結構(11；11a)中感應的所述信號，以及其中接收結構(11；11a)的所述第一和第二線圈結構(101，101，102，102)的端部和所述激勵線圈(40)的端部連接到所述傳感器芯片(7)。

20.一種根據(jù)權利要求1-19中任一項所述的感應扭矩傳感器的用途，用于感測轉向扭矩以計算交通工具的動力輔助轉向系統(tǒng)中的轉向輔助，或者用于感測機器或類似物中的軸中的扭矩，所述交通工具例如是轎車、公共汽車、卡車、飛機、船或可遠程操作的交通工具。

技術總結
本發(fā)明涉及一種感應扭桿扭矩傳感器(100)，包括至少：各自具有包括具有第一和第二周期的周期性重復結構的接收結構(11，11A)的第一和第二定子布置(10，10A)；相對于第一和第二定子布置(10，10A)可旋轉地布置從而形成用于測量扭桿(5)的每一端的角度并產生相應的信號的兩個感應位置傳感器(1，1A)的第一和第二轉子(20，20A)；至少一個激勵或傳輸器線圈(40)；以及用于產生周期性交變電壓并將其耦合到(一個或多個)激勵線圈(40)中的振蕩器電路。第一接收結構(11)的周期性不同于第二接收結構(11A)的周期性，第一和第二接收結構(11，11A)包括第一和第二線圈結構(101，101；102，102)，第一可旋轉轉子(20)用于影響(一個或多個)激勵線圈(40)和第一接收結構(11)之間的感應耦合的強度的目的，第二可旋轉轉子(20A)用于影響(一個或多個)激勵線圈(40)和第二接收結構(11A)之間的感應耦合的強度的目的。由第一和第二對接收結構(11，11A)和轉子(20，20A)產生的信號是正交的。

技術研發(fā)人員：J·赫爾滕,J·珀爾
受保護的技術使用者：感知公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/20