专利名称：传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括转角传感器和转矩传感器的传感器装置以及一种用于检测转角和转矩的方法。
背景技术：
对于电子的转向装置或者说EPS系统(electric power steering)来说，需要测量方向盘上的转矩。驾驶员在方向盘上产生的转矩或者说转向力矩使扭力杆扭转了与转矩成比例的角度，该角度通过转矩传感器(TSS、torque steering sensor)来测量。EPS系统相对于传统的基于液压的转向助力系统拥有明显的优点，因而后者在将来可能完全被EPS转向系统所取代。比如对于ESP (电子稳定程序)来说需要测量转角或者说转向角。通过作为事故避免系统的固定的组成部分的ESP的推广，所有的车辆等级都越来越多地配备转向角传感器。对于其它的系统比如PP (停车导航park pilot), ACC (自适应巡航控制技术adaptive cruise control)、4WD (四轮驱动)、DDD (驾驶员倦睡检测系统 driver-drowsiness-detection)等来说，同样要应用转向角信息。根据车辆配置情况，对转向角测量提出不同的要求。罗伯特博世有限公司(Robert Bosch GmbH)的具有很高的分辨率及精度的转向角传感器(LWS)比如是LWS5 (Class 111传感器)。对于有些转矩角传感器(TAS,torque angle sensor)来说，应用用于在感应线圈、 滑动触点或者磁环路的基础上测量转矩的方案。转角传感器和转矩传感器的单个部件通常建立在磁性的原理的基础上。在转矩传感器中，作为附加元件集成了指引信号，该指引信号在转向装置处于“直行一位置”中时提供开关动作脉冲。在罗伯特博世有限公司的转向角传感器LWS5中应用用于进行角度识别的齿轮。角度差在公开文献DE 10 2005 031 086 Al中描述了用于检测角度差的传感器装置。所述传感器装置包括至少一个对磁场敏感的传感器元件，用该传感器元件能够分析磁环路的磁场信息，所述磁环路具有一个能够与轴相连接的磁极转子以及设有齿的铁磁的磁通环。在此所述齿为了在径向上截取磁极转子的磁场信息而沿所述轴的径向方向延伸。公开文献DE 195 06 938 Al描述了用于测量能够旋转360°以上的物体的角度的一种方法和一种装置。这种能够旋转的物体在此与至少两个另外的能够旋转的齿轮共同作用，所述齿轮的角度位置借助于两个传感器来检测。从如此检测到的角度位置中确定所述能够旋转的物体的角度位置。为了能够获得明确的结论，有必要的是，所有三个能够旋转的物体或者说齿轮具有特定的能够预先确定的齿数。所述方法和装置比如可以应用于检测机动车的转向角。在公开文献DE 10 2008 011 448中描述了一种用于用发送器和传感器来检测旋转的构件上的转角的装置，所述发送器和传感器取决于所述旋转的构件的转角变化作为能够数字分析的信号检测到物理参量的由所述发送器产生的变化。所述旋转的构件具有至少一个耦合在其圆周上的通过其旋转而旋转的具有较小的周长的行星齿轮，所述行星齿轮优选具有角度传感器。所述行星齿轮通过在轴向上相耦合的内摆线传动机构 (Hypozykloidgetriebe)驱动着同样旋转的内摆线盘或者内摆线齿轮，所述内摆线盘或者内摆线齿轮的旋转速度能够如此通过所述内摆线传动机构来减速，从而可以从中通过转向摆臂轴的多圈旋转来确定所述旋转的构件的旋转圈数以及绝对的转向角。

发明内容
在这种背景下提出具有独立权利要求所述特征的一种传感器装置和一种方法。本发明的其它设计方案从从属权利要求和说明书中获得。利用本发明在一种设计方案中提供一种作为组合的转矩及转角传感器的通常用于机动车的转向装置的传感器装置，所述组合的转矩及转角传感器也可以称为转矩角度传感器(TAS)并且由此称为转矩或转向力矩传感器(TSS)和转角传感器(LWS)的组合。在此也可以通过所述转角传感器来检测转向角。对于所述传感器装置来说，在一种设计方案中取代磁通量单元(FTU， flux-tube-imit)上的指引磁体包括一个构造为多极转子的环，所述环固定在所述磁通量单元的上棱边上，该环包括圆形布置的作为指引元件的磁体。该环根据LWS原理来构成，其直径可以与相应的应用方案相匹配。TSS的印刷电路板额外地配备了两个、三个或者四个指引ICs或者说定位开关电路来作为对磁场敏感的传感器，这些传感器形成转矩接收器。这些ICs构造为霍耳元件或者霍耳开关，简称霍耳IC，所述霍耳IC以所定义的磁场强度来接通或者说断开。用两个指引ICs就已经可以构成增量的转向角传感器。所述传感器装置的精度随着印刷电路板或者说电路板上的ICs的数目而提高。在与所述传感器装置共同作用的控制仪中，对所述ICs的开关信息进行分析。此外可选地可以规定，通过所述转向角来将用于转矩的信号的误差作为程序输入到所述控制仪中。这些误差通过转角或者说转向角信息得到补偿。通过总线线路比如PSIS-同步，所有的ICs经由引线对(Leitungspaar)与控制仪进行通信，该控制仪为了对转角传感器和转矩传感器的信号进行分析而与所述传感器装置共同作用。在本发明的一种设计方案中规定，至少一个第一环作为转矩传感器的转矩发送器具有作为指引元件圆形地布置的磁体，所述磁体在总体上形成也可以称为磁体单元的多磁极转子。在这个多磁级转子围绕着轴线旋转时，提供旋转的磁场，该磁场通过所述磁体的单个的磁场的叠加来形成。这个磁场通过作为所述转矩传感器的其它组件的磁通量单元得到增强。所述磁通量单元同轴于通常相对于多磁极转子轴向偏移的轴线来布置并且比如包括两个由铁磁的材料制成的环。在按本发明的方法的一种实施方式中，所述作为转矩发送器的第一环以及所述磁通量单元相对于彼此围绕着所述轴线旋转。在这过程中在所述第一环与磁通量单元之间产生角度差并且因此产生与有待检测的转矩成比例的相对的角度。所述得到增强的磁场通过所述转矩传感器的至少一个构造为霍耳开关的对磁场敏感的传感器来检测。由所述至少一个霍耳开关提供的信号为确定转矩而传输给与所述传感器装置共同作用的控制仪。一般为检测磁场而设置了至少两个霍耳开关来作为对磁场敏感的传感器。由此所述控制仪可以比较由所述至少两个霍耳开关提供的冗余的信号并且可以识别所述霍耳开关中的至少一个的必要时存在的有错误的信号。如果为了通过所述转矩传感器来确定转角而使用构造为多磁极转子的转角发送器，其中该多磁极转子包括由作为指引元件的磁体构成的环，那么在所述多磁级转子旋转时提供的、同样旋转的磁场就由至少一个同样构造为霍耳开关的转角接收器来检测，其中所述至少一个霍耳开关作为对磁场敏感的传感器相对于所述旋转的多磁级转子位置固定地来布置。在出现通过所述旋转的磁场产生的极性变换时，所述至少一个霍耳开关改变其开关状态。在通过所述至少一个霍耳开关检测到的旋转的磁场的基础上，所述霍耳开关提供一种信号并且将该信号同样传输给所述控制仪。在此规定，所述转矩传感器的磁通量单元以及所述转角传感器的比如构造为磁体的指引元件在结构上相组合并且通常彼此抗扭地连接在一起。在分析关于转角的信号时， 所述控制仪可以将旋转的磁体的极性变换也计算在内并且从中计算所述转角传感器的多磁极转子的转角。在这种情况下，以递增的方式对所述转角进行计数。但是也可以规定，为了对多磁极转子的磁场进行检测而使用至少两个构造为霍耳开关的转角接收器，从而同样可以冗余地测定转角。作为替代方案，所述转角的确定可以通过第二物理参量的检测来进行。为此可以规定，所述磁通量单元与作为转角发送器的第二环相组合，该第二环构造为第一齿轮。在此所述磁通量单元和第一齿轮彼此抗扭地相连接。在这种情况下，所述用于测定转角的转角传感器具有至少一个构造为第二齿轮的转角接收器，其中所述转角发送器的第一齿轮的轮齿啮合到所述至少一个作为转角接收器的第二齿轮的轮齿中。因而，在所述转角接收器的第一齿轮旋转时也将所述转角接收器的至少一个第二齿轮置于旋转之中。此外检测所述至少一个第二齿轮的旋转运动，从中形成一个信号并且将该信号传输给所述控制仪以便计算所述转角。在一种设计方案中，所述用于测定转角的转角传感器可以包括至少两个作为转角接收器的第二齿轮，所述第二齿轮的轮齿啮合到所述转角发送器的第一齿轮的轮齿中，从而在所述转角发送器的第一齿轮旋转时同样将所述至少两个作为转角传感器的转角接收器的第二齿轮置于旋转之中。通过所述转角传感器的第二齿轮的多重结构，可以同样冗余地检测所述转角。为测定所述转角传感器的至少一个第二齿轮的旋转运动，在这种状态下可以布置一个磁体，该磁体的旋转同样通过霍耳开关来检测，从而从中形成一个信号并且将该信号传输给所述控制仪以进行进一步分析。在另一种设计方案中，所述转角传感器的至少一个第二齿轮可以通过在轴向上相耦合的内摆线传动机构来驱动着同样能够旋转的内摆线盘或者内摆线齿轮。在这种情况下，旋转速度通过所述内摆线传动机构来减速，其中所述转角传感器的旋转的第一齿轮的合成的转速以及绝对的转角通常可以通过所述第一齿轮的多圈旋转来求得。在本发明的另一种设计方案中，所述转角传感器的第二环作为指引元件具有标记，所述标记圆形地布置在所述转角传感器的多磁极转子的外壁体上，例如外壁上。这些作为指引元件的标记的运动可以通过至少一个光学的传感器比如光电池以光学方式来检测， 其中为测定转角而将所述至少一个光学的传感器的信号传输给所述控制仪。在这种情况下，也可以设置至少两个光学的传感器来作为转角接收器，从而这里也能够通过转角传感器来冗余地测定所述转角。罗伯特博世有限公司的LWS6与TSS的在本发明的范围内设置的组合能够紧凑地构建用于进行转矩测量和转角测量的功能。通过这种结构此外沿所述传感器装置的径向形成微小的结构大小。此外，可以使用LWS6和TSS的标准组件。此外，通过借助于角度信号进行的平衡可以对TSS的旋转误差进行补偿并且可以在使用总线装置时减少插座连接。在一种设计方案中，对于所述传感器装置来说不需要滑动轴承。由此TSS功能保持无接触。此外在包括转向摆臂轴的转向柱上不需要用于LWS的第二安装位置。由此通过所述传感器装置中的信号的可信性检测获得更高程度的功能可靠性。通过本发明可以在包括转角传感器以及转矩传感器的传感器装置中将两种用于转矩和转角的测量组合起来。所述按本发明的传感器装置具有微小的直径。此外，可以在总体上减小安装尺寸并且降低成本。可以使用所述TSS和LWS6的标准组件。至少一个多磁极转子至少可以用作转矩发送器并且也可以用作转角发送器，所述多磁极转子作为指引元件包括精细分解的部件，所述部件可以通过磁体来实现并且对于转矩要求以及必要时对于转向角要求也是受到期望的，其中所述至少一个多磁极转子由所述磁体构成。所述转角传感器和转矩传感器的组合也能够在传输用于转角和转矩的信号时实现协同作用。由此可以将补偿算法用于改进用于转角的信号以及用于转矩的信号。在按本发明的传感器装置的一种设计方案中，仅仅需要一块共同的用于转矩传感器和转向角传感器的印刷电路板。在此仅仅需要一个插头和一根线缆，用于将两个由所述转角接收器和转矩接收器检测到的信号发送给所述控制仪。由此在本发明的一种实施方式中，将转角传感器和转矩传感器以模块方式组合为转角及转矩传感器，该转角及转矩传感器在机动车领域内也称为转向角及转矩传感器。转矩的信号会在转向角范围内具有偏差。如果比如通过以前的学习或者说教育已知所述偏差，那就可以用所述转向角信息来对用于转矩的信号中的偏差进行补偿。对于在本发明的范围内设置的组合来说，所述转矩传感器在磁通量单元与也称为传感器单元的转矩接收器之间具有滑动轴承。所述磁通量单元和传感器单元由此不再是无接触的。通过这种支承结构，可以将齿圈喷注到磁通量单元上或者说可选地喷注到构造为多磁极转子的磁体单元上并且由此提供第一齿轮。所述作为用于对转角进行检测的转角接收器的传感器单元包括两个第二齿轮，这两个第二齿轮具有不同数目的轮齿，这些轮齿与所述磁通量单元或者磁体单元上的齿圈相啮合。通过这种组合，可以在考虑到所述LWS5的计算算法的情况下求取转向角位置。所述按本发明的传感器装置构造用于实施所介绍的方法的所有步骤。在此该方法的各个步骤也可以由所述传感器装置的各个组件来实施。此外所述传感器装置的功能或者所述传感器装置的各个组件的功能可以作为所述方法的步骤进行转换。此外可以将所述方法的步骤作为所述传感器装置的至少一个组件或者整个传感器装置的功能来实现。本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中获得。不言而喻，前面所提到的并且接下来还有待解释的特征不仅能够以各个经过说明的组合的形式而且也能够以其它的组合的形式或者单独地来使用，而不离开本发明的范围。


图1是从现有技术中已知的转矩传感器(TSS)的一种实例的示意图； 图2是按本发明的传感器装置的第一种实施方式的组件的示意图3示出了图2的传感器装置的组件的细节； 图4是按本发明的传感器装置的第二种实施方式的细节的示意图； 图5是按本发明的传感器装置的第三种实施方式的细节的示意图； 图6是按本发明的传感器装置的第四种实施方式的示意图； 图7是图6的传感器装置的细节的示意图； 图8是按本发明的传感器装置的第五种实施方式的示意图。借助于实施方式在附图中示意性地示出本发明并且下面参照附图对本发明进行详细说明。连续地并且全面地对附图进行描述，相同的附图标记表示相同的组件。
具体实施例方式在图1中示意性地示出的并且从现有技术中已知的转矩传感器100包括三个组件，这三个组件在与这里未进一步示出的扭力杆和壳体组装在一起，允许对转矩进行测量。 所述组件是磁体单元102 (MU, magnet unit)、磁通量单元104 (FTU, flux-tube-unit)和传感器单元106(SU，sensor unit)。在此所述磁体单元102固定在一根在图1中未示出的第一轴上并且所述磁通量单元104固定在一根在图1中未示出的第二轴上。所述传感器单元106位置固定地布置在所述磁通量单元104的旁边。这两根提到的轴通过扭力杆彼此相连接并且可以通过共同的轴相对于彼此旋转，其中通过所述扭力杆的扭转来产生转矩。由包括一圈磁体并且因此构造为多磁极转子的磁体单元102产生磁场，该磁场通过所述磁通量单元104得到增强并且通过用于确定转矩的传感器单元106来检测。按本发明的传感器装置200的在图2中示意性地示出的第一种实施方式包括转矩传感器和转角传感器。所述转矩传感器和转角传感器在这里通过发送器装置202和接收装置204来实现，所述发送器装置202和接收装置204在图2中为一目了然起见彼此分开地示出。图2也示出了构造为转向摆臂轴的第一轴206。在所述传感器装置200的所示出的实施方式中，所述第一轴206被套筒208所包围，其中所述套筒208和轴206彼此抗扭地相连接。所述发送器装置202作为转矩发送器包括磁体单元210 (MU)和磁通量单元212 (FTU)0在此这里构造为多磁极转子的磁体单元210包括环形地布置的磁体。所述磁体单元210与第二轴213抗扭地相连接。这两根轴 206,213通过这里被所述发送器装置202遮盖的扭力杆彼此相连接并且可以围绕着共同的轴线相对于彼此旋转。所述同样构造为环的磁通量单元212由铁磁的材料制成并且增强所述磁体单元 210的磁体的磁场。在此规定，所述磁通量单元212抗扭地与所述第一轴206相连接并且由此与所述套筒208相连接，相反所述接收装置204则与这里未进一步示出的位置固定的构件相连接。此外，图2示出了所述发送器装置202与接收装置204之间的连接情况，其中大齿轮222以凸缘2 插入到所述套筒208的凹槽226中。所述发送器装置202和接收装置204由此彼此相连接，从而将所述磁通量单元212的相对于所述第二轴213的旋转同样传递到所述大齿轮222上。 此外，所述接收装置204包括壳体220，在该壳体220上布置有霍耳开关221，作为用于确定转矩的转矩接收器。在所述传感器装置200的组装的状态中这个霍耳开关221布置在作为磁通量单元212的组件的第一外环223与第二内环225之间，这两个环相对于彼此同轴布置并且由铁磁的材料构成。在所述第一轴206相对于所述第二轴213围绕着共同的轴线旋转时，在这两根轴 206,213之间产生角度差。此外，所述扭力杆扭转，其中所述两根轴206、213通过该扭力杆彼此相连接，由此产生与所述两根轴206、213之间的角度差成比例的转矩。此外，由此产生这样的情况，即所述磁体单元210相对于所述磁通量单元212的两个环223、225旋转。通过所述磁体单元210的磁体产生的磁场通过所述磁通量单元212的两个环223、225得到增强。这种得到增强的磁场通过霍耳开关221来检测。由此可以通过所述霍耳开关221来检测第一轴206的相对于第二轴213的相对旋转，从中又提供用于确定转矩的信号。此外，所述构造为转角发送器的齿轮222作为所述接收装置204的组件在内壁上具有凸缘224。相反，所述第一套筒208作为发送器装置202的组件在外壁上包括凹槽226。 在所述传感器装置200的组装的状态中，所述凸缘2 插在凹槽2 中。由此所述套筒208 和第一齿轮222在总体上形成轮毂。通过该轮毂也就是说通过由凸缘2M和凹槽2 形成的连接，所述套筒208和齿轮222彼此在径向上固定在一起。但是也可以考虑套筒208与齿轮222之间的其它的不可相对转动的连接，比如定位机构。由此将所述轴206的旋转传递到齿轮222上，该齿轮222由此以和轴206相同的方式相对于固定在未示出的构件上的壳体220旋转。图3以示意图示出了图2的接收装置204连同打开的壳体220。该壳体220包括第一壳体件2 和第二壳体件230。所述齿轮222布置在所述两个壳体件228、230的圆形的开口 232、234之间并且以能够相对于壳体220旋转的方式被所述壳体件2观、230所接纳。从图3中也可以看出，所述齿轮222具有齿圈236，该齿圈236环形地或者花圈形地包围着所述齿轮222的外壁。所述齿轮222的轮齿构成用于对所述第一轴206的转角进行检测的指引元件。所述接收装置204在所述壳体220的内部包括两个小齿轮238J40，其中这两个小齿轮238J40中的每个小齿轮都具有磁体。此外，在所述接收装置204的壳体220的内部布置了印刷电路板对2，该印刷电路板242包括两个未进一步示出的对磁场敏感的传感器，其中这样的对磁场敏感的第一传感器分配给具有磁体的第一小齿轮238并且对磁场敏感的第二传感器分配给具有磁体的第二小齿轮M0。此外规定，所述作为转角发送器的大齿轮222的轮齿作为指引元件啮合到两个作为转角接收器的小齿轮238、240的轮齿中。由此产生以下情况，即所述小齿轮238、240作为轮子接触到所述作为接触组件分配给轴206的大齿轮222。在所述轴206旋转时，所述第一套筒208通过由凹槽2M和凸缘2 形成的轮毂旋转并且由此所述抗扭地与套筒208相连接的大齿轮222旋转。这又同样使得所述两个与大齿轮222共同作用的小齿轮238、240旋转。此外，从中产生以下结果，即所述两个小齿轮 238,240中的磁体相对于作为印刷电路板242的组件的对磁场敏感的传感器旋转。通过所述小齿轮238 J40中的磁体的磁场的定向，可以通过所述印刷电路板M2内部的对磁场敏感的传感器来确定所述轴206的绝对的转向角或者说转角。图4以示意图示出了按本发明的传感器装置300的第二种实施方式，利用该传感器装置300可以检测在图4中同样示意性地示出的第一轴302的转角。此外，所述传感器装置300也可以构造用于检测所述第一轴302的相对于所述第二轴304的角度差，其中这两根轴302、304能够通过共同的轴线306相对于彼此旋转。此外，这两根轴302、304通过在图4中被所述传感器装置300遮盖的扭力杆彼此相连接。在所述第一轴302相对于所述第二轴304进行相对的旋转时，所提到的扭力杆扭转或者说扭动， 由此产生转矩，该转矩由所述两个相对于彼此旋转的轴302、304的角度差产生并且可以用所述按本发明的传感器装置300的在图4中示出的第二种实施方式来求得。此外，图4示出了固定在所述第一轴302上的套筒308，在该套筒308上固定了多磁极转子310作为转角发送器。所述与套筒308抗扭地相连接的多磁极转子310包括多个圆形地或者说环形地布置的磁体312来作为指引元件。此外，在所述套筒308上除了所述多磁极转子310之外还固定并且因此抗扭地连接有磁通量单元314，该磁通量单元314在这里包括两个相对于彼此同轴地布置的由铁磁的材料构成的环316、318。此外，图4示出了作为转矩发送器固定在所述第二轴304上的磁体单元320。此外所述两根轴302、304通过扭力杆322彼此相连接。构件3M在借助于图4示出的设备中位置固定地进行布置，使得所述两根轴302、304可以围绕着其共同的轴线306相对于这个构件3M进行旋转。在所述位置固定的构件3M上布置了印刷电路板326，该印刷电路板3 通过连接部3 与这里构造为转角接收器的对磁场敏感的第一传感器330相连接并且与这里构造为转矩接收器的对磁场敏感的第二传感器332相连接。这两个对磁场敏感的传感器330、332 同样固定在所述位置固定的构件3M上。此外，图4示出了控制仪334，该控制仪334通过导线336与所述印刷电路板3 相连接并且由此通过该印刷电路板3 与对磁场敏感的所述两个传感器330、332相连接。所述按本发明的传感器装置300的借助于图4示出的第二种实施方式包括转角传感器以及转矩传感器。在此所述转角传感器作为转角发送器包括多磁极转子310，该多磁极转子310包括作为指引元件的磁体312并且固定在所述套筒308上。此外，所述转角传感器包括固定在构件3M上的对磁场敏感的第一传感器330。在所述第一轴302围绕着轴线 306相对于所述构件3M旋转时，用所述转角传感器来检测所述第一轴302的转角。在此规定，通过作为转角接收器的对磁场敏感的第一传感器330来检测由所述磁体312产生的磁场。在所述轴302围绕着轴线306旋转时，通过同样旋转的磁体312在所述对磁场敏感的传感器330中引起极性变换。此外，对磁场敏感的所述第一传感器330通过连接部3 将信号发送给所述印刷电路板326，所述信号由该印刷电路板3 通过线路336传输给所述控制仪334并且由该控制仪进行分析，其中所述控制仪334在对磁场敏感的所述第一传感器 330的所传输的信号的基础上通过计算求得所述第一轴302的转角。所述传感器装置300的在这里示出的按本发明的实施方式的转矩传感器包括固定在所述第二轴304上的磁体单元320，该磁体单元320同样包括圆形地布置的同样产生磁场的磁体。作为所述转矩传感器的其它组件，设置了所述磁通量单元314并且作为转矩接收器设置了布置在所述磁通量单元314的两个环316、318之间的对磁场敏感的第二传感器 332。利用这个转矩接收器可以在所述第一轴302和第二轴304围绕着共同的轴线306相对于彼此旋转时求得这两根轴302、304之间的角度差。为了检测转矩，由作为转矩发送器的磁体单元320产生的磁场通过所述磁通量单元314的两个环316、318得到增强。这种得到增强的磁场由构造为转矩接收器的对磁场敏感的第二传感器332来检测。在这种检测到的磁场的基础上由对磁场敏感的所述第二传感器332产生的信号通过连接部328同样传输给所述印刷电路板326并且从该印刷电路板 326通过导线336传输给所述控制仪334。对磁场敏感的所述第二传感器332的由所述控制仪334接收的信号通过该控制仪334来分析，其中该控制仪334从对磁场敏感的所述第二传感器332的这个信号中通过计算来求得与所述两根轴302、304的角度差成比例的转矩。通常规定，所述控制仪334与所述传感器装置300的这里示出的实施方式共同作用。但是这样也可以，即所述控制仪334按定义也可以设置为所述传感器装置300的组件。 对于所述传感器装置300来说，所述作为转角发送器的指引元件的磁体312与所述磁通量单元314彼此抗扭地相连接。在图5中示意性地示出了用于对转角和转矩进行检测的按本发明的传感器装置 400的第三种实施方式。在此，图fe示出了这个传感器装置400的侧视图并且图恥示出了该传感器装置400的沿着线条402-402的剖面。此外，图5示出了第一轴404，该第一轴404通过扭力杆406与第二轴408相连接。 这两根轴404、408可以围绕着共同的轴线410相对于位置固定地布置的在这里布置在所述第一轴404旁边的构件412旋转并且由此也相对于彼此旋转。在所述构件412上固定了两个构造为霍耳开关416的转角接收器。此外，在所述构件上固定了另一个作为转矩接收器的霍耳开关422，该霍耳开关 422布置在两个集电器420之间。在此规定，所有的霍耳开关416、422都通过这里构造为电缆的连接部似4与印刷电路板426 (PCB, Printed Circuit Board)相连接。在所述传感器装置400的这里所描述的实施方式中，套筒4 与所述第一轴404 相连接。在此在所述套筒似6上在上面的区域中布置了构造为多磁极转子4 的环，该环包括多个作为指引元件的磁体430。在所述套筒426的下面的区域中固定了磁通量单元432， 该磁通量单元432包括两个相对于彼此同轴布置的由铁磁的材料制成的环434、436，其中所述第二霍耳开关422布置在这两个环434、436之间。在所述第一轴404围绕着轴线410旋转时，所述由磁体430构成的多磁极转子4 以及所述磁通量单元432的两个环434、436可以相对于所述构件412旋转。通过所述多磁极转子4 的磁体430产生的磁场在所述第一轴404围绕着轴线410旋转时通过所述两个第一霍耳开关416来检测。由此可以确定所述第一轴404的相对于构件412的转角。在所述第二轴408的外壁上同样固定了作为转矩发送器的磁体单元438，该磁体单元438包括多个圆形和/或花圈形布置的磁体。相反，所述多磁极转子4 的磁体430以及所述磁通量单元432彼此抗扭地固定在所述套筒似6上以及固定在所述第一轴404上。在所述第二轴408相对于所述第一轴404旋转时，通过所述磁体单元438产生的磁场相对于所述磁通量单元432的两个环434、436旋转。通过所述磁通量单元432的两个由铁磁的材料构成的环434、436，来增强通过所述磁体单元438提供的磁场并且由此该磁场可以通过所述第二霍耳开关422来检测。由此可以求得所述两根轴404、408的相对于彼此的旋转的角度差。通过所述两根轴404、408的相对于彼此的相对旋转，所述扭力杆406 在两根轴404、408之间扭转，其中产生与所述角度差成比例的转矩。这个转矩在所述按本发明的传感器装置的在这里示出的实施方式中通过所述第二霍耳开关422来检测。由所述作为对磁场敏感的传感器的两个第一霍耳开关416以及第二霍耳开关422 产生的信号通过连接部似4传输给所述印刷电路板426。这块印刷电路板似6此外与未示出的控制仪相连接，该控制仪继续对所有霍耳开关416、422的所有信号进行处理并且在此从所检测到的信号中求得所述转角和转矩。在图6a中以剖视图并且在图6b中以俯视图示意性地示出了按本发明的传感器装置600的第四种实施方式。在此，图6示出了构造为机动车的转向直拉杆的第一轴602，套筒604以同轴环绕的方式通过轮毂固定在该第一轴602上。这根第一轴602具有轴线603， 所述第一轴602能够围绕着该轴线603旋转。在此在所述套筒604上在上面的区域中固定了作为转角发送器的旋转的大齿轮606并且在下面的区域中固定了磁通量单元608 (FTU， flux-tube-unit)。所述固定在套筒604上的磁通量单元608包括两个同轴布置的环610， 这两个环610构造为所述磁通量单元608的流量导通件(Flussleitstilcke)。在中部的区域中，在所述套筒604上固定了两个同轴环绕的夹紧环612。因此所述大齿轮606的设置为转角发送器的指引元件的轮齿与所述磁通量单元608彼此抗扭地布置在所述套筒604上并且由此布置在所述第一轴602上。在所述第一轴602运转时规定，这根轴602围绕着其自身的轴线603相对于在图6 中未进一步示出的构件旋转。在这个构件上，以能够旋转的方式固定了两个作为转角接收器的小齿轮614。在此在这些小齿轮614中的每个小齿轮上布置了一个磁体616。此外所述小齿轮614的轮齿啮合到所述轴602的套筒604上的大齿轮606的轮齿中。于是规定， 所述大齿轮606的轮齿构成所述转角发送器的指引元件。在所述轴602旋转时，在与所述大齿轮606以及由此与所述环之间的相互作用下也将两个小齿轮614以及布置在所述小齿轮614中的磁体616置于旋转之中。所述磁体 616的旋转的、变化的磁场由两个对磁场敏感的传感器618来检测，这两个对磁场敏感的传感器618在印刷电路板620中布置在所述小齿轮614的下方，所述小齿轮614又固定在所述构件上。在此分别将一个对磁场敏感的传感器618布置在一个小齿轮614的下方并且比如构造为AMR或者霍耳元件或者说霍耳传感器。通过随着小齿轮614旋转的通过磁体616 产生的磁场的检测，可以产生并且检测所述第一轴602的转角。在所述印刷电路板620的下面的区域上固定了另一个作为转矩接收器的对磁场敏感的传感器622。此外，图6a示出了布置在套筒604与印刷电路板620之间的滑动轴承624。此外，图6a示出了第二轴630，该第二轴630能够围绕着和所述第一轴602相同的轴线603旋转。在此这两根轴602、630也可以相对于彼此旋转，其中在这两根轴602、630之间产生角度差。此外，这两根轴602、630通过扭力杆632彼此相连接。在所述两根轴602、 630相对于彼此旋转时，这根扭力杆632扭转，其中产生与所述两根围绕着共同的轴线603 相对于彼此扭转的轴602、630之间的角度差成比例的转矩。在关于所述第二轴630同轴的情况下固定了将所述第二轴630包围的磁体单元 634。这个磁体单元634在所述按本发明的传感器装置600的在这里所描述的实施方式中设置为转矩发送器。作为磁体单元634的指引元件的磁体产生磁场，该磁场在所述第二轴 630旋转时相对于所述第一轴602也相对于所述对磁场敏感的传感器622旋转。必要时旋转的由磁体单元634产生的磁场通过所述磁通量单元608的两个环610得到增强并且被作为转矩接收器的对磁场敏感的传感器622检测到。通过对所述磁体单元634的旋转的磁场的检测，也同时检测所述两根轴602、630之间的角度差。将由所述对磁场敏感的传感器622 从所检测到的磁场中导出的信号传输给在这里未进一步示出的控制仪，该控制仪在所传输的信号的基础上计算转矩并且由此可以求得转矩。在所示出的传感器装置600中，所述固定在转向柱的轴602上的磁通量单元608 扩展了一个轮毂。在所述印刷电路板620的上面支承着两个小齿轮614，这两个小齿轮614 与所述轮毂相啮合。在所述小齿轮614的下方布置了构造为AMR或者Planar Hall IC的对磁场敏感的传感器618，所述对磁场敏感的传感器618检测所述小齿轮614中的磁体616 的位置，由此可以计算出所述轮毂的角度位置。图7以示意图示出一种用在按本发明的传感器装置的一种实施方式中比如用在图6的传感器装置600中的印刷电路板700的实例。在此规定，所述印刷电路板700构造为弯折的结构。为此，该印刷电路板700在一个位置上具有深铣部位(Tiefenfrhimg)702， 该深铣部位702允许将所述印刷电路板700在这个位置上折弯90度，使得所述印刷电路板 700具有L形的轮廓。所述印刷电路板700的所示出的实施方式在总体上包括基础印刷电路板704和印制导线区段706，在所述印制导线区段706中布置了印制导线以及通常是霍耳元件的对磁场敏感的传感器708。这些对磁场敏感的传感器708可以在本发明的一种设计方案中构造为转角接收器并且/或者构造为转矩接收器。图8示出了按本发明的传感器装置800的第五种实施方式的细节。这个传感器装置800包括用于在第一轴804围绕着其轴线相对于在图8中未进一步示出的构件旋转时对该第一轴804的转角进行检测的转角传感器802。此外，所述传感器装置800包括作为转矩传感器的组件的磁通量单元806，所述转矩传感器为此构造用于检测在所述轴804旋转时作用在所述轴804上的转矩。在所述第一轴804的外壁上，通过轮毂固定了作为模块的将所述轴804同轴地包围的套筒808。在此在所述套筒808的上面的区域中固定了作为转角发送器的大齿轮810。 这个大齿轮810与两个作为转角传感器802的转角接收器的小齿轮812共同作用。在此， 每个小齿轮812都具有磁体814。这两个小齿轮812能够旋转地固定在所述构件上。在所述小齿轮812的下方布置了印刷电路板816，其中这块印刷电路板816包括两个作为转角接收器的对磁场敏感的传感器，这两个对磁场敏感的传感器布置在所述小齿轮812的磁体 814的下方。所述对磁场敏感的传感器作为印刷电路板816的组件在图8b中被具有磁体 814的小齿轮812所遮盖。此外，在图8a中，所述小齿轮812被壳体818遮盖。根据游尺原理(Noniusprinzip)，可以从所述两个小齿轮812的转角中求得所述第一轴804的绝对角。所述磁通量单元806像大齿轮810 —样布置在所述套筒808上并且包括一个环 820。这个环820由铁磁的材料构成。所示出的磁通量单元806作为转矩传感器822的组件构造用于增强由磁体单元拟4提供的磁场。这个磁体单元拟4构造为转矩发送器822，并且固定在第二轴拟6上。由此所述大齿轮810的轮齿作为用于确定所述第一轴804的转角的指弓I元件与所述磁通量单元806彼此抗扭地布置在所述套筒808上并且因此布置在所述第一轴804上。 所述第一轴804和第二轴拟6可以围绕着共同的轴线相对于彼此旋转。此外，这两根轴804、拟6通过扭力杆彼此相连接，但是这根扭力杆在图8中被传感器装置800所遮盖。如果所述两根轴804、拟6相对于彼此旋转，那么这两根轴804、拟6之间的扭力杆就扭转，由此产生转矩。此外，在这两根轴804、拟6相对于彼此进行相对的旋转时产生这一结果，即在这两根轴804、拟6之间产生角度差。这个角度差与所述转矩成比例。在所述两根轴804、拟6相对于彼此进行相对的旋转时，所述磁体单元拟4也相对于磁通量单元806旋转。由磁体单元拟4产生的旋转的磁场通过所述磁通量单元806得到增强并且通过构造为转矩接收器并且同样固定在所述构件上的对磁场敏感的传感器拟8来检测。在所述按本发明的方法的一种实施方式中，从这个检测到的磁场中求得所述转矩。
权利要求
1.传感器装置，其具有用于检测转角的转角传感器(802)和用于检测转矩的转矩传感器(822)，其中所述转角传感器(802)具有带有指引元件的可旋转的转角发送器，并且其中所述转矩传感器(822)具有带有产生磁场的磁体的可旋转的转矩发送器以及用于增强所述磁场的磁通量单元(212、314、432、608、806)，其中所述指引元件和磁通量单元(212、314、 432、608、806)彼此抗扭地相连接。
2.按权利要求1所述的传感器装置，其中所述指引元件和磁通量单元(212、314、432、 608、806)布置在第一轴(206、302、404、602、804)上，并且其中所述转矩发送器布置在第二轴上，其中所述转角传感器(802)检测所述第一轴(206、302、404、602、804)的转角，并且其中所述转矩传感器(822)检测所述第一轴(206、302、404、602、804)与所述第二轴(213、 304、408、630、826)之间的角度差。
3.按权利要求1或2所述的传感器装置，其中所述转角传感器(802)具有至少一个用于检测所述指引元件的旋转运动的转角接收器，并且其中所述转矩传感器(822)具有至少一个用于检测磁场的对磁场敏感的传感器(332、708、拟8)，其中所述转角接收器和至少一个对磁场敏感的传感器(332、708、拟8)布置在构件(3M、412)上。
4.按权利要求3所述的传感器装置，其中所述转角接收器和至少一个对磁场敏感的传感器(332、708、828)与印刷电路板(424、3洸、似6、620、700、816)相连接。
5.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述转角发送器构造为具有圆形地布置的指引元件的多磁极转子(310、4观)，并且其中所述转矩发送器构造为具有圆形地布置的磁体的磁体单元(210、320、438、634、拟4)，其中所述多磁极转子(310、428)和磁体单元(210、320、438、6；34、824)具有共同的轴线。
6.按权利要求3到5中任一项所述的传感器装置，其中所述转角发送器的指引元件构造为第一齿轮(222、606、810)的轮齿，并且其中所述至少一个转角接收器构造为第二齿轮 (238、240、614、812)，其中所述第一齿轮(222、606、810)的轮齿和至少一个第二齿轮(238、 240,614,812)的轮齿啮合到彼此当中。
7.按权利要求3到5中任一项所述的传感器装置，其中所述转角发送器的指引元件构造为多磁极转子(310、4观)的磁体(312、430)，并且其中所述至少一个转角接收器构造为对磁场敏感的传感器(330、618、708)。
8.按前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中所述指引元件和磁通量单元 (212、314、432、608、806)布置在抗扭地与所述第一轴(206、302、404、602、804)相连接的套筒(208、308、426、604、808)上。
9.用于用传感器装置(200、300、400、600、800)来检测转角和转矩的方法，所述传感器装置(200、300、400、600、800)具有转角传感器(802)和转矩传感器(822)，其中用所述转角传感器(802)来检测具有指引元件的转角发送器的旋转并且用所述转矩传感器(822)来检测具有磁体的转矩发送器的旋转，其中由所述磁体来产生磁场，该磁场通过磁通量单元 (212、314、432、608、806)得到增强，其中所述指引元件和磁通量单元(212、314、432、608、 806)彼此抗扭地连接。
10.按权利要求9所述的方法，利用该方法作为转角来检测机动车的转向装置的转向角以及转矩。
全文摘要
本发明涉及一种传感器装置(600)，该传感器装置(600)具有用于检测转角的转角传感器和用于检测转矩的转矩传感器，其中所述转角传感器具有带有指引元件的可旋转的转角发送器，并且其中所述转矩传感器具有带有产生磁场的磁体的可旋转的转矩发送器以及用于放大磁场的磁通量单元(608)，其中所述指引元件和磁通量单元(608)彼此抗扭地连接。
文档编号G01L3/10GK102564297SQ20111042617
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月19日 优先权日2010年12月20日
发明者A.卡施纳, H.贝伦斯, J.库尔勒, L.佐丹, U.凯斯 申请人:罗伯特·博世有限公司