用于制造用来检测为机动车辆转向轴的旋转状态的被测量值特征的传感器装置的磁体单元的方法、磁体单元、传感器装置和机动车辆

摘要

本发明涉及一种用于制造用于传感器装置的磁体单元(1)的方法，该传感器装置用于检测测量变量，所述测量变量是机动车辆的转向轴的旋转状态的特征，所述方法通过如下进行：通过设置由塑料连结的磁体材料构成的环形磁体元件(3)，通过设置用于将所述磁体单元(1)连接至转向轴的轴部分的载体套筒(2)，以及通过经由所述磁体元件(3)和所述载体套筒(2)相应的轴向面侧(5、7)将所述磁体元件(3)连接至所述载体套筒(2)，特别是轴向地彼此邻近，其中，塑料元件(8)设置在所述载体套筒(2)上，所述连接包括使塑料元件(8)和磁体元件(3)被粘结地连接至彼此。

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造用于传感器装置的磁体单元的方法，该传感器装置 用于检测测量变量，所述测量变量是机动车辆的转向轴的旋转状态的特征。 由塑料连结的磁体材料构成的环形磁体元件被设置。此外，载体套筒(例如 由金属构成)被设置，磁体单元可通过该载体套筒而被连接至转向轴的轴部 分。磁体元件和载体套筒则(特别是轴向地彼此相邻)通过相应的的轴向面 侧连接至彼此。本发明还涉及一种用于机动车辆的传感器装置的磁体单元， 其具有环形磁体元件且具有载体套筒，该载体套筒连接至该磁体元件，且磁 体单元可通过该载体套筒而被连接至轴部分。本发明还涉及一种传感器装置 和一种机动车辆。

背景技术

用于检测施加至机动车辆转向轴的扭矩的扭矩传感器装置已是现有技 术。这样的扭矩传感器装置可例如被用于电转向系统中。所述类型的扭矩传 感器装置例如从文献US2004/0194560A1和从文献DE10240049A1已知。 在此，扭矩传感器装置被附接至转向轴的、沿轴向方向被定位在彼此对面的 两个轴部分或子轴。磁体，例如环形磁体，被布置在第一轴部分上，而具有 磁性定子的保持器被附接至另一轴部分，该定子沿径向方向以一小的空气隙 被定位在永磁体的对面。磁体的磁通量经由定子(通常由两个单独的定子部 分构成)被传导至第一和第二通量导体，该第一和第二通量导体则释放磁通 量至磁传感器，例如霍尔传感器。

所述类型的扭矩传感器装置还从文献DE102007043502A1已知。

此外，从现有技术，还已知用于检测转向轴的当前转向角度的转向角度 传感器装置。所述类型的装置例如从文献DE102008011448A1出现从而成 为已知的。在该情况下，转向轴的旋转运动经由齿轮机构而被传递到承载磁 体的相对小的齿轮。该相对小的齿轮的旋转则通过磁传感器而被检测。

现有技术还包括这样的装置：在所述装置中，一方面，扭矩传感器装置， 另一方面，转向角度传感器装置，一体地形成为共用单元。

在当前情况下，兴趣焦点在于扭矩传感器装置的磁体单元或组合的扭矩 及转向角度传感器装置的磁体单元。所述类型的磁体单元通常包括所述磁体 元件和金属套筒，该磁体元件是永磁体的形式，磁体单元通过该金属套筒而 被连接至转向轴的相关联的轴部分。因此，当套筒由金属形成时，磁体元件 通常被设置为由填充有磁颗粒的塑料构成，其由于高填充度而相对地易脆。 套筒可例如通过粘结、焊接、填隙或压制而被紧固至相关联的轴部分。

一个特别的挑战在于在一方面的磁体元件和另一方面的套筒之间提供 可靠连接。在磁体元件被直接注射模制到套筒上的情况下，其特别地是这样 的情况：在塑料熔料冷却期间，产生收缩应力，该收缩应力，特别地结合套 筒和磁体元件的不同的热膨胀系数，当存在有于操作期间产生的温差时可导 致在磁体元件中形成裂纹。为此原因，在文献EP1123794A1中，提出磁体 元件不被直接地紧固至套筒，而是经由由弹性材料构成的中间元件被紧固至 套筒。换句话说，在另外的注射模制封装过程中，磁体元件和金属套筒之间 的连接通过弹性中间塑料件产生。但是该方案被证明是相对不利的，因为待 连接的部件的高度复杂的自锁和注射模制封装过程所需的密封表面限制套 筒和磁体元件通常所期望的不同直径，且因此限制相对应的结构空间。此外， 所提出的方案相对复杂且昂贵。

关于套筒可被如何连接至磁体元件的另一方案在DE19836451C2中有 所描述。在此，套筒通过注射模制用塑料连结的磁性材料而被封装，其中， 套筒具有凸片形部分，其被高度填充的塑料围绕且被布置在高度填充的塑料 中，以便适应塑料的收缩应力。在此，套筒至磁体元件的连接因此在注射模 制过程中被执行，由此再次可能产生收缩应力。

此外从文献DE102008047466A1已知具有磁体环的磁体组件，其通过 载体套筒被附接至轴。在此，磁体环径向地位于载体套筒的上方，且通过至 少一个中间件另外连接至载体套筒。

此外磁体组件从文献DE102007050258A1和DE102008014985A1 已知。

在当前情况下，磁体组件特别是这种：其中，一方面磁体元件、另一方 面载体套筒轴向地邻近于彼此定位，因此在径向上不是一个在另一个上方， 且通过相应的轴向面侧被彼此连接。由于可用的结构空间，在一些类型的扭 矩传感器的情况下需要这种类型的磁体单元构造。磁体元件和载体套筒轴向 地彼此邻近的这种布置从如上引用的文献EP1123794B1已知。然而，如前 所述，所述方案已被证明是相对不利的，因为高度复杂的自锁和注射模制封 装过程所需要的密封表面限制通常所需要的、套筒和磁体元件的不同直径， 并因此限制相对应的结构空间。特别地，在特别受限的结构空间条件的情况 下，在注射模制封装过程期间，密封作用所需的表面还可能是不可能形成在 部件上或在工具中。

发明内容

本发明的目的是在介绍中所提到的通用类型的方法的情况下，明确提出 一种关于如何可以无需大的连接成本且以特别可靠的方式将载体套筒和磁 体元件连接至彼此的方案。

根据本发明，所述目的通过具有根据各独立权利要求的特征的方法、磁 体单元、传感器装置和机动车辆而被实现。本发明的有利实施例在从属权利 要求、说明书和附图中被详细说明。

在根据本发明的方法的情况下，磁体单元被制造，该磁体单元被设计为 特别地用于传感器装置，该传感器装置用于检测测量变量，该测量变量是机 动车辆的转向轴的旋转状态的特征，特别是扭矩和/或转向角度。设置了由塑 料连结的磁体材料构成的环形磁体元件和例如由金属构成的载体套筒。带状 套筒用于将磁体单元连接至转向轴的相关的轴部分。在设置磁体元件和载体 套筒之后，所述构件通过相应的轴向面侧而被连接至彼此，特别是轴向地彼 此邻近。一方面的套筒和另一方面的磁体则优选地被布置为轴向地彼此邻 近。根据本发明设置为，塑料元件设置在载体套筒上—特别是在载体套筒的 轴向面侧—且将磁体元件连接至载体套筒包括磁体元件的塑料连结的磁体 材料和塑料元件被粘结地连接至彼此。优选的是，一方面的塑料元件的轴向 面侧和磁体元件的轴向面侧被粘结地连接至彼此。

根据本发明，由塑料构成的塑料元件被紧固至载体套筒，特别是被紧固 至套筒的轴向面侧，该塑料元件随后通过粘结而被连接至磁体元件，特别是 被连接至磁体元件的面侧。这相对于现有技术减少了制造成本，因为使塑料 元件和磁体元件之间的自锁(诸如在EP1123794B1中所提出的)成为多余 的。具体地，塑料元件不需要被嵌置进入磁体元件的相对应的沟槽或开口中。 相反，提出粘结连接，其可以相对于根据现有技术的自锁连接以减少的成本 而被制造。

可选地，磁体元件和塑料元件之间的连接也可以仅仅以粘结的方式实 现。

原则上，粘结连接可通过磁体元件粘结连结至塑料元件而实现。然而因 为在此的情况是粘结剂作为另外的成分必须被添加然后被硬化，因此在一个 实施例中提出粘结连接通过焊接而被执行，特别是通过激光焊接和/或超声波 焊接而被执行。以该方式，制造过程可以是自动化的而没有很大的成本，且 无需随后等待硬化时间逝去。因此，也无需使粘结剂以费劲的方式添加，这 额外地进一步减少用于制造过程的成本。此外，通过激光焊接和/或超声波焊 接，可以在磁体元件和塑料元件之间产生特别可靠和鲁棒的连接。这两个焊 接方法的很大的优势还是进入该两个构件的相对低的能量输入，这则引起较 少的热扭曲。此外，激光焊接和超声波焊接的工艺技术是工业上可用的，从 而，使用这两个方法，两侧的塑料部件可固定地连接至彼此，而无需大的成 本。

磁体元件和塑料元件的塑料材料优选地是热塑性塑料或塑性体，其在预 定的温度范围中能够变形，其中，所述过程是可逆的。

在塑料元件和/或磁体元件的轴向面侧上，优选地形成有轴向钉状件，粘 结连接通过该轴向钉状件被执行。这样的钉状件或肋构成用于连接过程的能 量集中器，因此特别地有助于焊接过程。特别对于超声波焊接过程，钉状件 是特别地有利的。

如果执行超声波焊接，磁体元件和塑料元件由于轴向压力在接触表面处 熔化，并因此连接至彼此。

对比地，如果使用激光焊接，在连结过程期间，用于连接的两个部件不 相对于彼此移动，从而精确的定位是可行的。

总体上，为了磁体元件和塑料元件相对于彼此的改进的定位，定心结构 可形成在磁体元件和/或塑料元件的面侧上，该定心结构特别地独立于连结表 面。这种定心结构可例如是台阶部，通过该台阶部，磁体元件和塑料元件可 在组装位置中相对于彼此而被牢固地保持。然而，其他定心辅助也是可以的， 例如一方面是销的形式、而另一方面是相对应的孔的形式。

特别地对于激光焊接，塑料元件被设置为由透明的塑料材料构成被证明 是特别有利的。激光束则可通过塑料元件而被引导到接触表面上，因此将磁 体元件的光吸收磁体材料加热到熔点。塑料元件的塑料材料同样稍微熔化， 并形成粘结连接。

塑料元件的塑料材料可例如注射模制到载体套筒的轴向面侧上。在此， 载体套筒可具有环绕凸缘，塑料元件的塑料材料注射模制到该环绕凸缘之 上。因此，在一方面的塑料元件和另一方面的载体套筒之间形成自锁连接。

已被证明特别有利的是，在将塑料元件连接至载体套筒的过程中，具有 旋转结合动作的自锁在塑料元件和载体套筒之间产生。通过这种自锁，可以 防止载体套筒相对于塑料元件的相对移动或相对旋转。

具有旋转结合动作的自锁可例如通过形成在载体套筒中的开口实现，塑 料元件的塑料材料延伸进入该开口中。这样的开口可例如设置在载体套筒的 所述凸缘中，从而塑料元件的塑料穿过所述开口轴向地突出。

此外或替换地，具有旋转结合动作的自锁可通过载体套筒的波状和/或齿 状外边缘产生，特别是所述凸缘的外边缘。该实施例也确保可靠地防止相对 旋转。

本发明还涉及一种用于传感器装置的磁体单元，其具有环形磁体元件且 具有载体套筒，该环形磁体元件由塑料连结的磁体材料构成，该载体套筒连 接至磁体元件，且磁体单元可通过该载体套筒连接至轴部分。磁体元件和载 体套筒特别地被布置为轴向地彼此相邻，且通过相应的轴向面侧连接至彼 此。在载体套筒上，特别是在载体套筒的轴向面侧上，布置有塑料元件，其 粘结地连接至磁体元件，特别地至磁体元件的轴向面侧。

根据本发明的传感器装置被设计为用于检测测量变量，所述变量是机动 车辆的转向轴的旋转状态的特征，且所述传感器装置包括根据本发明的磁体 单元。

根据本发明的机动车辆，特别是乘用机动车辆，包括根据本发明的传感 器装置。

所呈现的关于根据本发明的方法的优选实施例和它们的优势，相应地应 用于根据本发明的磁体单元、根据本发明的传感器装置和根据本发明的机动 车辆。

附图说明

本发明的进一步特征将从权利要求、附图和附图的说明显现。在以上描 述中所提及的所有特征和特征组合以及以下在附图的描述中提及的、和/或在 附图中单独示出的特征和特征组合，不仅可以用在分别指出的组合中，也可 以用在其他组合中或单独使用。

现在将基于优选的示例性实施例以及参考附图更详细地讨论本发明，在 附图中：

图1和2在示意图中示出穿过根据本发明的一个实施例的磁体单元的截 面图，其中，超声焊接过程将被更详细地讨论；

图3在示意图中示出穿过根据本发明的另一实施例的磁体单元的截面 图；和

图4在示意图中示出根据图3的磁体单元，其中，激光焊接过程将被更 详细地讨论。

具体实施方式

在图1中示出的磁体单元1被设计为用于机动车辆中，特别是用于乘用 机动车辆中。磁体单元1是传感器装置的构成部件，该传感器装置用于检测 转向轴的转向角度和/或扭矩。在此，磁体单元1紧固至转向轴的轴部分。

磁体单元1包括由金属形成的载体套筒2，且包括磁体元件3，该磁体 元件3是由塑料连结的磁体材料构成的永磁体。磁体元件3因此由填充有磁 颗粒的塑料形成。

磁体元件3具有环形和带状形式。磁体元件3具有轴向面侧5，其沿轴 向方向指向，并因此沿旋转轴线4的方向指向，且磁体元件3通过该轴向面 侧5而被连接至载体套筒2。

载体套筒2同样是带状和环形的形式，且具有环绕的径向凸缘6，径向 凸缘6垂直于旋转轴线4延伸且径向向外地指向。凸缘6形成载体套筒2的 轴向面侧7，且用于将塑料元件8紧固至载体套筒2。塑料元件8可由稍微 有弹性的塑料材料形成。塑料元件8被径向地布置在凸缘6上方，从而凸缘 6径向地延伸进入塑料元件8中。换句话说，塑料元件8绕凸缘6在两侧接 合。

关于塑料元件8至凸缘6的紧固，可设置为将塑料元件8的塑料材料注 射模制到凸缘6之上或到载体套筒2的轴向面侧7之上。在此，优选地产生 具有旋转结合动作的自锁，从而塑料材料8可被旋转结合地保持在载体套筒 2上。为此目的，例如凸缘6的外边缘9可以具有波状和/或齿状的形式，从 而所述外边缘不具有理想的环形形状。在此，波状形式还例如包含椭圆形状。 此外或替换地，可还在凸缘6中设置通道开口，塑料元件8的塑料材料可延 伸穿过该通道开口。

总之，设置为磁体元件3和载体套筒2通过相应的轴向面侧5和7而被 轴向地连接至彼此，以便被布置为轴向地邻近彼此。然而，还可以将磁体元 件3径向地布置在载体套筒2的上方。

凸缘6从载体套筒2的带状主体10径向向外突出。塑料元件8在内直 径和外直径这两方面被设计为使得，塑料元件8的轴向面侧11和磁体元件3 的轴向面侧5被轴向地定位在彼此的对面。磁体元件3的内直径原则上可还 小于载体套筒2的主体10的内直径。

在根据图1的示例性实施例中，肋或沿轴向方向指向的钉状件12形成 在环形塑料元件8的轴向面侧11上。所述钉状件12可以是环绕钉状件。替 换地，钉状件12可具有环段或环形截面的形式。还可以设置多个这样的钉 状件12，它们被设置为沿圆周方向分布。

替换地或此外，所述类型的钉状件12可还形成在磁体元件3的轴向面 侧5上。

钉状件12用作能量集中器，以便有助于通过超声波将磁体元件3和塑 料元件8焊接到彼此。

在根据图1的示例性实施例中，磁体元件3的面侧5通过超声波焊接而 被粘结地连接至塑料元件8的面侧11。在此，根据所示的箭头13，在超声 波的作用下，沿轴向方向产生压力，从而一方面的磁体元件3和另一方面的 塑料元件8在接触表面处熔化并因此粘结地连接至彼此。钉状件12的材料 为此目的而被使用。图2中示出了在超声焊接过程之后的磁体单元1。

参考图3，还可设置为，在所有实施例中，磁体单元1具有定心结构14， 定心结构14用于磁体元件3和塑料元件8相对于彼此的相互取向或定位。 如图中3所示，所述类型的定心结构14可具有轴向突出部15，其可被放置 为与相对应的台阶部16邻接。在该示例性实施例中，轴向突出部15形成在 塑料元件8上，而台阶部16设置在磁体元件3上。所述定心结构14因此独 立于连结表面。其他定心辅助也是可以的，例如为销和相对应的孔的形式的 定心辅助。

如图3所示，所述类型的定心结构14可还被设置在根据图1和2的实 施例中。

替换地或除了超声波焊接之外，还可设置为将磁体元件3激光焊接到塑 料元件8。在此，塑料元件8由对于激光束透明的塑料材料形成，从而激光 束可穿透塑料元件8的塑料材料。这样的连接过程在图4中示出。在此，激 光焊接装置被取向和定位为使得产生的激光束17可穿过透明的塑料元件8 传播，以能够照到磁体元件3的轴向面侧5。因此，激光束17被朝向接触表 面引导，并因此将磁体元件3的磁体材料加热至熔点。塑料元件8的塑料材 料同样轻微地熔化。在该方法的情况下，在连结过程期间，该两个部件不相 对于彼此移动，从而精确的定位是可行的。

在所有实施例中，还可设置为，磁体元件3和塑料元件8之间的粘结连 接被完全地在圆周上实现，并因此在整个圆周上被一致地实现。然而，通过 各个环段进行的分段的接触表面也是可行的。在此，塑料元件8可在整个圆 周上连接至构件(磁体元件3或载体套筒2)中的一个，以及通过单独的环 段或突出部连接至另一构件。替换地，中间元件8可还被分成单独的环段， 所述单独的环段则被连接至载体套筒2和磁体元件3。