專利名稱：具有轉矩傳感器和轉角傳感器的裝置的制作方法
具有轉矩傳感器和轉角傳感器的裝置本發(fā)明涉及一種裝置，尤其用于汽車，其具有用于測定轉向軸轉矩的轉矩傳感器和用于測定轉向軸轉角的轉角傳感器。由DE19506938A1已知一種轉向角傳感器，其在轉向軸轉過多圈的情況下仍能測量絕對轉角的測量。在軸上的旋轉運動傳輸給兩個齒輪，在每個齒輪內安裝磁體。其磁化在齒輪平面內延伸，并且被磁阻式傳感器測量。在此，所述兩個齒輪中的每個齒輪配置一個傳感器，該傳感器通過齒輪安置在第二平面內。在此，該傳感器這樣設計，識別對應的磁場分布。然后，轉向角能夠從所述兩組測量的角度中計算得出。DE19962241A1也闡述了一種用于測量絕對轉向角的布置方式，其中在轉向軸上連接兩個轉動位置傳感器。通過測得的轉動位置角的相位差確定絕對轉向角。所述傳感器包括可轉動支承的磁體，該磁體與轉向軸一起繞著與該軸平行的軸線旋轉。此外，所述傳感器包含固定的組件，其依據磁場產生電輸出信號，并且相對于磁體的旋轉軸線成徑向的安置。在這種布置方式中典型使用的永磁體是圓盤形的，并且由與塑料復合的稀土金屬材料(Selten-Erd-Materialien)制成。此外,所述磁化通常是徑向延伸的。這兩方面導致磁場在空間上是大范圍擴散的(典型地大約是永磁體直徑的4到5倍)，并且導致對鄰近的第二傳感器系統產生不期望的干擾。由此，出現不期望的測量精度。本發(fā)明所要解決的技術問題是，在具有轉矩傳感器和轉角傳感器的裝置內提高測量精度。所述技術問題被具有權利要求1所述特征的裝置所解決。根據本發(fā)明的裝置包括至少一個轉矩傳感器以及一個轉角傳感器。所述轉矩傳感器在此如此設置，可測量轉向軸、尤其汽車的轉向軸的轉矩。與此相類似地，所述轉角傳感器如此設置，可測定轉向軸的轉角。為此，所述轉向軸尤其如此連接在轉矩傳感器和轉角傳感器上，使得其轉動傳遞給傳感器，并且在那兒導致信號的改變。所述轉矩傳感器在借助磁場的情況下工作。為此，它包含磁體裝置，其可依據磁場的強度和/或磁場的方向或方位來測定轉矩。所述轉角傳感器包括永磁體和磁場檢測器，其中，磁場檢測器這樣設計，以用來測量尤其由永磁體產生的磁場的方向。磁場檢測器也尤其不僅能夠測量磁場的強度或絕對值，而且還能夠檢測磁通量的方向或方位。因此，它能夠測定磁場線的方向，并且確定磁體北極和磁體南極的位置。所述轉矩傳感器和轉角傳感器相互鄰近地安置，即，尤其沿著轉向軸的縱向延伸方向相鄰地設置。此外，根據本發(fā)明的裝置的特征為，在轉矩傳感器和轉角傳感器之間存在屏蔽磁場的屏蔽裝置，和/或轉角傳感器的永磁體設計為雙磁極軸向于主軸線磁化。根據具有磁性屏蔽裝置的第一可選方案，兩個傳感器的磁場至少能夠部分被隔離。例如所述屏蔽裝置能夠避免轉矩傳感器產生的磁場影響轉角傳感器的磁場檢測器，干擾測量轉角和導致測量結果有誤。所述屏蔽裝置尤其如此設置，至少部分地屏蔽轉角傳感器的永磁體的磁場，使得轉矩傳感器的測量性質不會受到負面影響。所述屏蔽裝置的存在使得轉矩傳感器和轉角傳感器可以非常鄰近的安置，而不是產生不利的相互影響。因此，兩個基于磁體工作的傳感器系統可在非常緊湊的結構空間內同時存在。這樣使得在裝置內兩個傳感器系統非常緊密的集成，并且因此成為結構上非常緊湊的裝置。根據第二可選方案,轉角傳感器的永磁體具有很確定的磁化方向:它設計為雙磁極軸向于主軸線磁化。雙磁極軸向磁化的永磁體的特征為，在其內部有不同的磁化部分或磁化區(qū)域。磁體的一個分區(qū)分成磁體北極和磁體南極，其中，兩個磁極設計為沿著磁體的主軸線。在此，在該永磁體的與上述那個分區(qū)不同的第二分區(qū)內在關于主軸的軸向方向上還存在磁體北極和磁體南極。但是，該磁場方位在此正好與在第一分區(qū)內的磁場方位相反。至少在永磁體的內部，磁場線在所述兩個分區(qū)內平行于主軸延伸。例如所述雙磁極軸向磁化的永磁體設計為具有底面和頂面的直圓筒形。所述底面和頂面垂直于主軸線，該主軸線平行于所述圓筒的圓柱外表面延伸。在底面的第一部分內設有磁體南極，并且在頂面的第一部分內設有磁體北極，所述頂面的第一部分與底面的第一部分垂直于主軸地相對設立。此夕卜，在底面的第二部分內設有磁體北極，并且在頂面的第二部分內設有磁體南極，所述頂面的第二部分與底面的第二部分也垂直于主軸地相對設立。尤其能夠將圓筒形永磁體的底面和頂面設計為圓形的，其中，底面或頂面的第一和第二部分都限定為半圓，它們共同構成底面或頂面的整圓。磁極間較短的間距決定了空間上在永磁體外部有較少擴散的漏磁場或散射場(Streufeld)。這樣將這種雙磁極軸向磁化的永磁體尤其與徑向磁化的永磁體區(qū)別開來，徑向磁化的永磁體有空間上擴散的散射場。所述雙磁極的軸向磁化導致在相對較小的空間容積內磁場線的聚集或壓縮。由此，減少或完全避免對于鄰近轉矩傳感器的磁干擾影響。此外，可產生較大的磁通量密度，其可改進在磁場檢測器內的信號強度。所述較大的磁場密度還一方面避免在轉矩傳感器內的測量錯誤，另一方面提高了在轉角傳感器內的測量精度。優(yōu)選在可轉動支承的輪內安裝轉角傳感器的永磁體。所述輪，尤其設置為齒輪，在此可繞旋轉軸線轉動地支承。永磁體與該輪的固定連接決定了，輪的轉動直接導致永磁體的旋轉。測定的所述輪圍繞其旋轉軸線的轉角可導致永磁體相同的轉角。這個實施方式可容易地和簡單地將旋轉運動傳輸給永磁體，尤其在所述輪與轉向軸可轉動地連接后。接著，轉向軸的旋轉運動直接引起永磁體的旋轉。因此，在已知轉向軸和輪之間傳動比的情況下，轉向軸的每個轉角都明確地對應一個永磁體的旋轉角。對于適當磁化的永磁體，該永磁體磁場線的特征定向或特征方位與轉向軸確定的轉向位置相對應。當轉向軸的轉動軸線平行于所述輪的旋轉軸線延伸時，在此是尤其優(yōu)選的。然后，可特別直接和簡單地將所述輪耦合在轉向軸上。這種情況尤其發(fā)生在，當所述輪為齒輪時，其直接與在轉向軸上徑向環(huán)繞固定的第二齒輪一起作用。然后，所述轉向軸的齒輪與具有永磁體的齒輪設在共同平面內，并且圍繞相互平行的轉動軸線或旋轉軸線轉動。較少的機械組件導致轉角傳感器較低的錯誤率，并且可實現直接和毫無問題地將轉向軸的旋轉運動傳輸給永磁體。尤其優(yōu)選的是，轉角傳感器的永磁體雙磁極軸向地磁化，并且在所述輪內如此安裝，使得它的主軸線平行于所述輪的轉動軸線延伸。這種情況尤其發(fā)生在，當永磁體是圓筒形或盤形并且必要時關于圓筒主軸線或主軸線旋轉對稱時。當所述輪圍繞其旋轉軸線旋轉時，由此永磁體也圍繞其圓筒主軸線轉動。然后，出現一種非常對稱的情況，其中，永磁體的磁場線也以確定的方式和類型圍繞共同的轉動軸線旋轉。接著，所述輪的旋轉運動(并由此還有轉向軸的旋轉運動)與永磁體外部磁場線某個定向方位相對應，該方位能夠通過磁場檢測器來確定。能夠以這種方法尤其簡單地測量轉向軸的轉角。根據特別優(yōu)選的實施方式，轉角傳感器的永磁體設計為雙磁極軸向于主軸磁化，并且轉角傳感器的磁場檢測器如此安置，其沿著所述主軸線的方向設置。然后，永磁體和磁場檢測器在共同的軸線上相互對置。例如，永磁體是圓筒形的具有頂面，該頂面在第一平面內。接著，磁場檢測器相對于頂面在與其平行的第二平面內。從永磁體頂面射出的磁場線進入磁場檢測器，并且可進行其優(yōu)先磁化方向的檢測。通過磁場線在頂面上方(亦即在永磁體外部)的延伸規(guī)定一個平行于頂面的確定的磁場方向。該磁場方向依賴于永磁體關于其主軸線的轉角位置。該磁場方向能夠毫無問題地由對磁場方向敏感的磁場檢測器測量。由此，這種永磁體和磁場檢測器特殊的相對位置，使特別準確的、容易的和可靠的對永磁體磁場方位的測量成為可能。此外優(yōu)選的是，將磁場檢測器安置在永磁體背向轉矩傳感器的一側上。因此，轉矩傳感器和磁場檢測器在永磁體相互對立的兩側定位。這樣使得通過在傳感器之間安置的屏蔽裝置能夠特別有效地為轉矩傳感器屏蔽轉角傳感器的磁場。在永磁體朝向磁場檢測器的一側需要也是必須存在磁場；但是，在對置的另一側磁場則是多余的、并且甚至是有干擾的。即，它能夠對同樣是利用磁性工作的轉矩傳感器產生負面影響。所以這是符合目地的，借助屏蔽裝置在此屏蔽這種不期望的磁場，提高轉矩傳感器的工作能力。因此，所述屏蔽裝置和磁場檢測器被安置在永磁體不同的、相互對置的兩側，使得測量功能和屏蔽功能清楚地彼此分開。此外優(yōu)選的是，當轉角傳感器的永磁體設計為雙磁極軸向于主軸地磁化，并且具有附加地凹槽。這種凹槽可導致表征永磁體外部磁通的磁場線至少局部的平行化。所述凹槽尤其設在圓盤形或圓筒形永磁體的底面和/或頂面內。該凹槽可以是凹孔(Ausnehmung),其既可由磁體北極區(qū)域限定還可由磁體南極區(qū)域限定。通過永磁體雙磁極的軸向磁化可產生通常在相對較小的空間區(qū)域上磁場線的聚集。這種磁場線的聚集決定了表征磁場強度或磁場方向的梯度的提高，這能夠對永磁體涉及其空間定位的公差關系產生負面作用。尤其在離主軸更遠的區(qū)域內磁場線不再相互平行延伸，而是發(fā)生彎曲。這種彎曲的磁場線在通過磁場檢測器測定轉向角時能夠影響測量精確度。因此有利的是，永磁體的結構通過適當的凹口或凹槽如此成型，使得在永磁體外部的磁場線至少局部平行。該凹槽導致，磁場線至少在一個分區(qū)內繞著永磁體的主軸線平行定向。所述凹槽的另一個優(yōu)點是，在與磁場檢測器的間距縮小時磁通量密度也不再如此強烈地升高，從而將磁場檢測器被過度激勵的危險最小化或避免。凹槽的精確形狀根據相應的情況，例如相對于磁場檢測器的偏心度或距離來相應地調整適配。出于制造技術上的原因也可以考慮旋轉對稱的凹槽形狀。但是，特別優(yōu)選的是，所述凹槽設計為長孔或者設計為回旋橢球體的部段。在此，特別優(yōu)選的是，長孔或回旋橢球體相應的長軸線設立在磁體北極和磁體南極之間的磁極分界線上。這種凹槽形狀導致特別顯著的磁場線的平行化。當然，也能夠考慮其他凹槽形狀，即永磁體的其它表面結構。已知特別有利的是，凹槽設在永磁體的朝向轉角傳感器的磁場檢測器的外表面上。磁場在磁場檢測器周圍分布得越均勻，在測定磁場方向時潛在的測量不精確度越低。這一技術措施很重要，特別是當磁場檢測器和永磁體不是關于永磁體的旋轉軸線完美對稱地安置時，亦即尤其是當永磁體的主軸線不與其旋轉軸線重合時。在這種情況下，在永磁體旋轉時會出現擺動運動，這會導致在永磁體和磁場檢測器之間相對位置的改變。在磁場定向方面的不均勻性能夠被磁場檢測器錯誤地測算為永磁體的旋轉角的改變。均勻的磁場，即具有盡量平行延伸的磁場線的磁場，降低了這種誤差的出現和保證了基本正確的轉角測量，即使在永磁體和磁場檢測器不是很理想的相對定位的情況下。優(yōu)選當該永磁體是雙磁極軸向磁化時，轉角傳感器的永磁體由鐵素體構成。現有技術中已知的具有永磁體的轉角傳感器使用與塑料復合的稀土金屬材料，其雖然價格相對較高，但是可達到較高的磁場強度。永磁體通常是徑向磁化的。通過按照本發(fā)明的雙磁極軸向磁化可將磁場線聚集在較小的空間區(qū)域內。為了達到較大的磁通量密度，因此不再必需使用稀土金屬材料。成本低廉的硬鐵素體已經能在磁場檢測器的位置上達到足夠大的磁通量密度。根據本發(fā)明在轉矩傳感器和轉角傳感器之間安置屏蔽裝置。優(yōu)選這種屏蔽裝置由導磁性材料，尤其鋼構成。導磁性材料是指具有較高磁導率的材料，其首先在鐵磁性固體中存在。尤其除了較高的磁導率外還具有較低的磁化率的鐵磁性材料(所謂的軟磁材料)，可特別有效地屏蔽穩(wěn)定的磁場。這種屏蔽裝置能夠容易地和成本低廉地通過由普通鋼板沖裁制成的盤片來實現。尤其由導磁性材料制成的圓形盤片是有利的。它們很薄、可非常有效地屏蔽磁性散射場，可簡單地制造，并且容易地集成在具有所述傳感器構件的裝置內。在此，特別優(yōu)選的是，所述屏蔽裝置在其尺寸方面與永磁體的大小相調適。根據優(yōu)選實施方式轉角傳感器的永磁體是圓筒形或圓盤形，具有直徑為dl的圓形底面。優(yōu)選橫截面同樣是圓形的圓盤形的屏蔽裝置，其橫截面的直徑為d2。d2是dl的m倍，其中m的值能夠在從 1.0 到 3.0 的區(qū)間內選取，例如 1.0, 1.1, 1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0,
2.1, 2.2，2.3，2.4，2.5，2.6，2.7，2.8，2.9 和 3.0。尤其 m 的值在區(qū)間 1.9 至 2.2 內是優(yōu)選的，即例如1.8，1.9，2.0, 2.1和2.2。這種屏蔽裝置也是優(yōu)選的，圓形的并且具有大約兩倍于圓盤形永磁體的直徑。因此，使其在一方面減少了屏蔽裝置所需的空間，還能達到非常有效地屏蔽磁性發(fā)散場。最后，這種裝置是優(yōu)選的，其中轉角傳感器的磁場檢測器根據霍爾原理或基于磁阻工作。兩種傳感器類型能夠作為集成的轉換電路，少量地、成本低廉地和具有較高可靠性的被制造。對于所述兩種系統設置標準組件，其可節(jié)省成本地在所述裝置內起作用?；魻杺鞲衅骱痛抛鑲鞲衅骺煞浅蚀_地測定磁場方向。本發(fā)明其他的特征由權利要求、附圖和


給出。上述在說明書中闡述的特征和特征組合，以及在

中闡述的特征和特征組合，和/或在附圖中單獨示出的特征和特征組合，不僅可在各個已經給出的組合中被使用，也可在其他組合中或者單獨地被使用，只要不脫離本發(fā)明的保護范圍即可。下面根據實施例進一步詳細地闡述本發(fā)明。附圖為:圖1示出根據本發(fā)明實施例具有轉矩傳感器和轉角傳感器的裝置的組件相互分開的立體示意圖；圖2示出圖1所示裝置的示意性俯視圖，其中，為了更好的表示轉角傳感器，省去了個別組件；圖3示出圖1所示裝置的組件相互分開的立體示意圖，其中，為了更好的表示，省去了個別組件；圖4示出從下往上觀察圖1所示裝置得到的立體示意圖；圖5示出圖1所示裝置的剖面圖；圖6A示出根據現有技術徑向磁化的圓盤磁體的俯視圖；圖6B示出沿著線6B-6B剖切圖6A所示的圓盤磁體所得的剖面圖；圖7A示出兩磁極軸向磁化的圓盤磁體的俯視圖；圖7B示出沿著線7B-7B剖切圖7A所示的圓盤磁體所得的剖面圖；圖8示出圖7B所示圓盤磁體的磁場線的示意性分布圖；圖9A示出在所述圓盤磁體的第一轉動位置上圖7A所示圓盤磁體的磁場線的示意性分布圖；圖9B示出在所述圓盤磁體的第二轉動位置上圖7A所示圓盤磁體的磁場線的示意性分布圖；圖9C示出在圖9B所示轉動位置上具有凹槽的圓盤磁體的磁場線的示意性分布圖；在附圖中，相同的或功能相同的部件用相同的附圖標記表示。在圖1中以組件相互分開的示意圖，或者說是局部分解圖，示出具有磁性轉矩傳感器I和磁性轉角傳感器2的用于機動車的集成的傳感器裝置。所述轉矩傳感器I設計為帶有磁性裝置，其能夠通過磁場強度和/或方向的改變來確定轉矩的值。在此，所述轉矩傳感器I設計為徑向環(huán)繞一根轉向軸(未示出)，該轉向軸通過圓筒形的軸套7延伸。與轉矩傳感器I直接相鄰地在所述轉向軸上安置轉角傳感器2的組件。該轉向軸還通過圓筒形的軸套7延伸進入轉子6，該轉子與轉向軸固定連接。在轉子6上徑向地安置兩個齒輪5a和5b，它們的齒咬合轉子6的齒，并且以這種方式與轉子6可轉動地連接。在齒輪5a內安置圓盤形的永磁體4。在此，齒輪5a的旋轉軸線R平行于圓盤形或圓筒形永磁體4的圓筒主軸線。轉角傳感器2的第二部分傳感系統包括齒輪5b，該齒輪作為中間齒輪與驅動齒輪5c可轉動地連接。所述齒輪5c也設有圓盤形的永磁體4。齒輪5a、5b和5c安裝在殼體10內，并且在此可轉動地被支承。在殼體10內設有內嚙合齒13，在該內嚙合齒上齒輪5c能夠沿著擺線滾動。在此，齒輪5b的穿孔設計為偏心的。固定裝置8和蓋板9設計為殼體10的配合件，并且從上面包封齒輪5，該固定裝置8是電路板或電路單元(Schaltkreis)。在固定裝置8上固定兩個磁場檢測器3a和3b。在該實施例中使用基于微芯片的霍爾探測器(Hall-1C)作為磁場檢測器。但是，也可以使用磁阻檢測器。在固定裝置8配合地固定在殼體10上后,磁場檢測器3a和3b就與齒輪5a或5c的永磁體4相對置。在此，磁場檢測器垂直于齒輪5a、5b和永磁體4的旋轉軸線。磁場檢測器3a安置在齒輪5a的轉動軸線上，同時磁場檢測器3b垂直于齒輪5b或5c的轉動軸線安置。磁場檢測器3相對于齒輪5a、5b的安置方式還能夠清楚地從圖2中看出，因為在這個示意圖中省去了固定裝置8以及蓋板9。尤其如圖1和圖2所示,所有的轉動軸線相互平行。延伸通過軸套7的轉向軸的轉動軸線L，例如平行于齒輪5a的旋轉軸線R。轉動軸線L也是轉子6的旋轉軸線。在典型的汽車轉向中，必須清楚地測量轉向軸在5至7整圈之間的轉動范圍。為了在轉向軸轉動多于一整圈時也可明確地確定絕對轉角，設置兩組組件。其中一組組件構成轉動傳感器(轉數傳感器，RS)，并且包括齒輪5b、5c和磁場檢測器3b。轉子6與齒輪5c的傳動比通常選擇為6:1。另一組組件用于轉角(角度傳感器，AS)的精確測量，并且基本上包括具有永磁體4的齒輪5a和磁場檢測器3a。轉子6與齒輪5a的傳動比可選擇為1:
3。由所述兩種借助磁場檢測器3a和3b測得的齒輪角(Zahnradwinkel),能夠以已知的方法通過諾紐斯原則(Nonius-Prinzip)直接地計算轉向軸的轉角。對此，適合的計算方法可由現有技術已知，并且例如由在DE19506938A1和DE19962241A1中所公開的內容已知。圖3的分解示意圖再一次示出永磁體4和殼體10的細節(jié)。永磁體4是具有圓形底座的圓筒形，并且中心對稱地安置在齒輪5a、5b內。該永磁體與所述齒輪固定連接，其中，永磁體4的圓筒主軸線與齒輪5a、5b的轉動軸線重疊。此外，永磁體4在其頂面上具有凹槽11，該凹槽設計為長孔的形狀。因此，凹槽11位于朝向磁體檢測器3的永磁體4的表面上。在兩個齒輪5a、5b的下面安裝兩個鋼盤12樣式的圓盤狀的屏蔽板，在實施例中直接在殼體10內壓鑄形成所述屏蔽板?？蛇x地為了包封，能夠通過熱封或超聲波熱封工藝粘接地固定所述鋼盤12，或者將其插進槽(Tasche)內并夾緊。所述鋼盤12使對于磁場敏感的轉矩傳感器能屏蔽永磁體4的磁場。在圖4和圖5的示意圖中出現了鋼盤12在轉矩傳感器I和轉角傳感器2之間的相對位置。由圖4清楚地看出，鋼盤12插入槽內，該槽位于殼體10的下側。例如從圖5中清楚地看出，鋼盤12相對于永磁體4如此安置，使得轉矩傳感器I能夠不受磁場干擾。為此，例如提供一種永磁體4和鋼盤12共同的中心對稱的安置方式。本發(fā)明的重要特征是，永磁體4如此設計，使其磁場可改進在由轉矩傳感器I和轉角傳感器2組成的裝置內的測量特性。根據現有技術，磁體4通常是圓盤狀的和徑向磁化的。這正如圖6A和6B所示。在圖6A中示出圓盤形永磁體4的俯視圖，圖6B示出永磁體4的截面圖。該永磁體4基本上是具有圓形底面和頂面的圓筒形。該永磁體典型地具有7至9毫米的直徑，其中，圓筒的高是1.5至2.5毫米。永磁體4是相對于主軸線H旋轉對稱的。垂直于永磁體4的底面和頂面并有主軸線H在其中延伸的平面E1，將該永磁體分成具有磁體北極的區(qū)域NI和具有磁體南極的區(qū)域SI。由此，表現出典型的徑向磁化。在該永磁體4內磁場線基本上垂直于平面El延伸。這種圓盤形的永磁體4根據現有技術通常由與塑料復合的稀土金屬材料制成。由此，在永磁體4外部形成具有伸展很開的磁場線的空間上大范圍擴展的磁場，該磁場線從所述磁體北極區(qū)域NI延伸到磁體南極區(qū)域S2。所述磁場的空間尺寸在數量級上是永磁體4的直徑的4至5倍。這種擴散的磁場能夠導致干擾鄰近的轉矩傳感器I。因此根據本發(fā)明的一方面，將圓盤形永磁體4設計為雙磁極軸向磁化。在圖7A和7B中示出這種永磁體4的示意圖。通過垂直于底面并包含永磁體4的主軸線H延伸的平面El，將該永磁體也是分成兩個半部分。垂直于主軸H和平面El延伸的平面E2將所述兩個半部分再分別分成兩個區(qū)域。具有磁體北極的區(qū)域N2在具有磁體南極的區(qū)域S3對面，其中，這兩個區(qū)域被平面E2分開，并且位于平面El的同一側。與此相似地，具有磁體北極的區(qū)域N3和具有磁體南極的區(qū)域S2在平面El的另一側，它們關于平面E2相對稱。如從圖8的示意圖中可以看出，磁場線F在具有雙磁極軸向磁化的永磁體4內大約在軸向方向上延伸，即平行于主軸線H。與圖6A和6B中徑向磁化的永磁體4相比，這種磁極更緊密地相鄰。在永磁體4外部表現出空間上明顯較少擴散的散射場。這尤其適用于這種永磁體，其高度在軸向方向上明顯小于它的直徑，亦即適用于設計為薄圓盤的永磁體。磁場線F總體上比較密，或者比較集中，并且在永磁體4的周圍產生更高的磁通量。例如在測量點P上的磁通量與徑向磁化的永磁體4相比升高了。如果圖8中雙磁極軸向磁化的永磁體4由與塑料復合的稀土金屬材料制成，則在測量點P上的磁通量密度，例如在磁場檢測器3上的測量結果，高于所需要的值或者過高。因此，能夠選擇具有較小剩磁的物質作為磁體材料，由此可明顯降低成本。但在測量點P上仍然能夠達到與使用徑向磁化的永磁體4相同的磁通量密度的值。此外，通過該磁場線F在相對較小空間區(qū)域內的聚集，避免對于鄰近的磁性轉矩傳感器I的干擾影響。在圖7至8所述的實施例中，永磁體4由具有較小剩磁的硬鐵素體制成。如圖3中的示意圖所示，永磁體4具有長孔形式的凹槽11。該凹槽11導致轉角傳感器2的測量精確進一步提升，這可以根據圖9A至9C來解釋:圖9A和9B示出雙磁極軸向磁化的永磁體4的類似于圖7A示意圖的俯視圖。所示的永磁體4沒有設置凹槽11。虛擬的參考面R包含永磁體4的主軸線H，并且在圖9A中垂直于平面El。從磁體北極區(qū)域N2延伸到磁體南極S2的中心磁場線Fz，是直線并且垂直于主軸線H。相反地，沒有通過主軸線H延伸的外部磁場線Fa是彎曲的。磁場線Fa離主軸H越遠延伸，其彎曲地越強烈。這將導致在測量點P處檢測的角度的不精確性。圖9B所示的永磁體4圍繞主軸線H轉過角度a。中心的磁場線Fz與參考面R圍成實際上的旋轉角a。但是，在測量點P處測得外部磁場線Fa的方向。在測量點P處與外部磁場線Fa相切的切面T與參考面R圍成角b。由于外部磁場線Fa的彎曲所述角b大于實際上的轉角a。因此，檢測到較大的轉角b，并且將其作為實際上的轉角a。這種不希望出現的情況能夠通過在永磁體內設置凹槽11來明顯的改善或完全的避免。所述凹槽11促使外部磁場線Fa在圍繞主軸H的一定區(qū)域內平行于中心磁場線Fz定向。這種情況在圖9c中示出。因此，在測量點P處檢測到的角b’與實際上的旋轉角a相一致:a=b’。因此，相互平行的磁場線提高了測量精度，并且改進了轉角的測定。因此，通過凹槽11實現的磁場線的平行化使得轉角傳感器2的公差關系得到改進。在理想情況下磁場檢測器3始終設置成與永磁體4或齒輪5相對置，測量點P位于主軸線H(同時也是永磁體的旋轉軸線)上。在使用實際技術的情況中，這種理想的情況是不可能實現的。例如，磁場檢測器3會相對于齒輪5的旋轉軸線R偏心地定位。永磁體4也可能在齒輪5內略有錯移地安置，因此其主軸線不再與旋轉軸線R重合。由此導致的永磁體4相對于磁場檢測器3的擺動運動會導致在圖9A和9B中示出的困難，但這樣的困難可被圖9C中的實施例所克服。即便在內擺線驅動齒輪內安置永磁體4也會導致上述的問題。一方面使用屏蔽磁場的鋼盤12，另一方面特殊設計永磁體4可導致，包含轉矩傳感器I和轉角傳感器2的裝置的測量精度得到明顯地改進。附加地所述兩種傳感器還能夠集成在很緊湊的結構空間內。考慮到永磁體4的結構設計，可以將其按照圖1至5設計為雙磁極軸向磁化的結構，并且可選地還具有凹槽11。如果在傳感器裝置內設有這種磁體，因此這種磁體能夠沒有屏蔽板，或者可選地設有屏蔽板。如果永磁體4根據在圖6A和6B中所示的實施例不設計為雙磁極軸向磁化的結構，其也能夠有選擇地具有凹槽11。如果在傳感器裝置內設有這種磁體，則尤其要設計屏蔽裝置。
權利要求
1.一種裝置，尤其用于汽車，其具有用于測定轉向軸轉矩的轉矩傳感器(I)和用于測定轉向軸轉角的轉角傳感器(2)，其中， -所述轉矩傳感器(I)借助磁場工作， -所述轉角傳感器(2)包括永磁體(4)和磁場檢測器(3，3a，3b)，其中，所述磁場檢測器(3，3a，3b)設計為可測量磁場的方向，并且 -所述轉矩傳感器(I)和所述轉角傳感器(2)相鄰地安置， 其特征為，在所述轉矩傳 感器(I)和轉角傳感器(2)之間安置屏蔽磁場的屏蔽裝置(12)，和/或所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)設計為雙磁極軸向于主軸線(H)地磁化。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)安裝在繞旋轉軸線(R)可轉動支承的輪(5，5a，5b，5c)內，尤其是在齒輪內。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征為，所述輪(5，5a，5b，5c)與所述轉向軸可轉動地連接。
4.根據權利要求2或3所述的裝置，其特征為，所述轉向軸的轉動軸線(L)平行于所述輪(5，5a，5b，5c)的旋轉軸線(R)延伸。
5.根據權利要求2至4之一所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)設計為雙磁極軸向于主軸線(H)地磁化，并且如此安裝在所述輪(5，5a，5b，5c)內，使得所述主軸線(H)平行于所述輪(5，5a，5b，5c)的轉軸(R)延伸。
6.根據上述權利要求之一所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)設計為雙磁極軸向于主軸線(H)地磁化，并且所述轉角傳感器(2)的磁場檢測器(3，3a，3b)沿著所述主軸線(H)的方向安置。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征為，所述磁場檢測器(3，3a，3b)被安置在所述永磁體(4)背向所述轉矩傳感器(I) 一側的對面。
8.根據上述權利要求之一所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)設計為雙磁極軸向于主軸線(H)地磁化，并且其具有使在所述永磁體(4)外部的磁場線(F，Fz, Fa)至少局部平行的凹槽(11)。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征為，所述凹槽(11)設計為長孔或者設計為回旋橢球體的部段。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其特征為，所述凹槽(11)設在所述永磁體(4)的朝向所述轉角傳感器⑵的磁場檢測器(3，3a，3b)的外表面內。
11.根據上述權利要求之一所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)設計為雙磁極軸向于主軸線(H)地磁化，并且其由鐵素體制成。
12.根據上述權利要求之一所述的裝置，其特征為，在所述轉矩傳感器(I)和轉角傳感器(2)之間安置屏蔽磁場的屏蔽裝置(12)，并且所述屏蔽裝置(12)由導磁性材料、尤其鋼制成。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特征為，所述屏蔽裝置由導磁性材料制成的盤片(12)，尤其圓形的盤片構成。
14.根據權利要求12或13所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)是圓筒形的并具有直徑為dl的圓形底面，并且所述屏蔽裝置(12)是圓筒形的并具有直徑為d2的圓形底面，并且d2=m*dl，其中，m的值能夠在區(qū)間1.0至3.0，尤其在區(qū)間1.8至2.2中選取。
15.根據上述權利要求之一所述的裝置，其特征為，所述轉角傳感器(2)的磁場檢測器(3, 3a, 3b)根據霍爾原理或基于磁阻原理工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，尤其用于汽車，其具有用于測定轉向軸轉矩的轉矩傳感器(1)和用于測定轉向軸轉角的轉角傳感器(2)，其中，所述轉矩傳感器(1)借助磁場工作，所述轉角傳感器(2)包括永磁體(4)和磁場檢測器(3，3a，3b)，其中，所述磁場檢測器(3，3a，3b)設計為，可測量磁場的方向，并且相鄰地安置所述轉矩傳感器(1)和所述轉角傳感器(2)，其特征為，在所述轉矩傳感器(1)和轉角傳感器(2)之間安置屏蔽磁場的屏蔽裝置(12)，和/或所述轉角傳感器(2)的永磁體(4)設計為雙磁極軸向于主軸線(H)地磁化。
文檔編號G01D5/14GK103154687SQ201180048857
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權日2010年8月9日
發(fā)明者E.弗羅列赫, C.魯伊茲, R.舍普, F.杰里姆斯, K.哈多巴斯-羅伊賽爾 申請人:法雷奧開關和傳感器有限責任公司