具有转矩传感器和转角传感器的装置
阅读：635发布：2020-05-15
专利汇可以提供具有转矩传感器和转角传感器的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种装置，尤其用于 汽车 ，其具有用于测定 转向轴 转矩的转矩 传感器 (1)和用于测定转向轴转 角 的转角传感器(2)，其中，所述转矩传感器(1)借助 磁场 工作，所述转角传感器(2)包括 永磁体 (4)和磁场检测器(3，3a，3b)，其中，所述磁场检测器(3，3a，3b)设计为，可测量磁场的方向，并且相邻地安置所述转矩传感器(1)和所述转角传感器(2)，其特征为，在所述转矩传感器(1)和转角传感器(2)之间安置屏蔽磁场的屏蔽装置(12)，和/或所述转角传感器(2)的永磁体(4)设计为双磁极轴向于 主轴 线(H)地磁化。，下面是具有转矩传感器和转角传感器的装置专利的具体信息内容。
1.一种装置，尤其用于汽车，其具有用于测定转向轴转矩的转矩传感器(1)和用于测定转向轴转角的转角传感器(2)，其中，
-所述转矩传感器(1)借助磁场工作，
-所述转角传感器(2)包括永磁体(4)和磁场检测器(3，3a，3b)，其中，所述磁场检测器(3，3a，3b)设计为可测量磁场的方向，并且
-所述转矩传感器(1)和所述转角传感器(2)相邻地安置，
其特征为，在所述转矩传感器(1)和转角传感器(2)之间安置屏蔽磁场的屏蔽装置(12)，和/或所述转角传感器(2)的永磁体(4)设计为双磁极轴向于主轴线(H)地磁化。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的永磁体(4)安装在绕旋转轴线(R)可转动支承的轮(5，5a，5b，5c)内，尤其是在齿轮内。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征为，所述轮(5，5a，5b，5c)与所述转向轴可转动地连接。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征为，所述转向轴的转动轴线(L)平行于所述轮(5，5a，5b，5c)的旋转轴线(R)延伸。
5.根据权利要求2至4之一所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的永磁体(4)设计为双磁极轴向于主轴线(H)地磁化，并且如此安装在所述轮(5，5a，5b，5c)内，使得所述主轴线(H)平行于所述轮(5，5a，5b，5c)的转轴(R)延伸。
6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的永磁体(4)设计为双磁极轴向于主轴线(H)地磁化，并且所述转角传感器(2)的磁场检测器(3，3a，3b)沿着所述主轴线(H)的方向安置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征为，所述磁场检测器(3，3a，3b)被安置在所述永磁体(4)背向所述转矩传感器(1)一侧的对面。
8.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的永磁体(4)设计为双磁极轴向于主轴线(H)地磁化，并且其具有使在所述永磁体(4)外部的磁场线(F，Fz，Fa)至少局部平行的凹槽(11)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征为，所述凹槽(11)设计为长孔或者设计为回旋椭球体的部段。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征为，所述凹槽(11)设在所述永磁体(4)的朝向所述转角传感器(2)的磁场检测器(3，3a，3b)的外表面内。
11.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的永磁体(4)设计为双磁极轴向于主轴线(H)地磁化，并且其由铁素体制成。
12.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征为，在所述转矩传感器(1)和转角传感器(2)之间安置屏蔽磁场的屏蔽装置(12)，并且所述屏蔽装置(12)由导磁性材料、尤其钢制成。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征为，所述屏蔽装置由导磁性材料制成的盘片(12)，尤其圆形的盘片构成。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的永磁体(4)是圆筒形的并具有直径为d1的圆形底面，并且所述屏蔽装置(12)是圆筒形的并具有直径为d2的圆形底面，并且d2=m*d1，其中，m的值能够在区间1.0至3.0，尤其在区间1.8至2.2中选取。
15.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征为，所述转角传感器(2)的磁场检测器(3，3a，3b)根据霍尔原理或基于磁阻原理工作。
具有转矩传感器和转角传感器的装置
[0002] 由DE19506938A1已知一种转向角传感器，其在转向轴转过多圈的情况下仍能测量绝对转角的测量。在轴上的旋转运动传输给两个齿轮，在每个齿轮内安装磁体。其磁化在齿轮平面内延伸，并且被磁阻式传感器测量。在此，所述两个齿轮中的每个齿轮配置一个传感器，该传感器通过齿轮安置在第二平面内。在此，该传感器这样设计，识别对应的磁场分布。然后，转向角能够从所述两组测量的角度中计算得出。
[0003] DE19962241A1也阐述了一种用于测量绝对转向角的布置方式，其中在转向轴上连接两个转动位置传感器。通过测得的转动位置角的相位差确定绝对转向角。所述传感器包括可转动支承的磁体，该磁体与转向轴一起绕着与该轴平行的轴线旋转。此外，所述传感器包含固定的组件，其依据磁场产生电输出信号，并且相对于磁体的旋转轴线成径向的安置。
[0004] 在这种布置方式中典型使用的永磁体是圆盘形的，并且由与塑料复合的稀土金属材料(Selten-Erd-Materialien)制成。此外，所述磁化通常是径向延伸的。这两方面导致磁场在空间上是大范围扩散的(典型地大约是永磁体直径的4到5倍)，并且导致对邻近的第二传感器系统产生不期望的干扰。由此，出现不期望的测量精度。
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，在具有转矩传感器和转角传感器的装置内提高测量精度。
[0007] 根据本发明的装置包括至少一个转矩传感器以及一个转角传感器。所述转矩传感器在此如此设置，可测量转向轴、尤其汽车的转向轴的转矩。与此相类似地，所述转角传感器如此设置，可测定转向轴的转角。为此，所述转向轴尤其如此连接在转矩传感器和转角传感器上，使得其转动传递给传感器，并且在那儿导致信号的改变。所述转矩传感器在借助磁场的情况下工作。为此，它包含磁体装置，其可依据磁场的强度和/或磁场的方向或方位来测定转矩。所述转角传感器包括永磁体和磁场检测器，其中，磁场检测器这样设计，以用来测量尤其由永磁体产生的磁场的方向。磁场检测器也尤其不仅能够测量磁场的强度或绝对值，而且还能够检测磁通量的方向或方位。因此，它能够测定磁场线的方向，并且确定磁体北极和磁体南极的位置。所述转矩传感器和转角传感器相互邻近地安置，即，尤其沿着转向轴的纵向延伸方向相邻地设置。此外，根据本发明的装置的特征为，在转矩传感器和转角传感器之间存在屏蔽磁场的屏蔽装置，和/或转角传感器的永磁体设计为双磁极轴向于主轴线磁化。
[0008] 根据具有磁性屏蔽装置的第一可选方案，两个传感器的磁场至少能够部分被隔离。例如所述屏蔽装置能够避免转矩传感器产生的磁场影响转角传感器的磁场检测器，干扰测量转角和导致测量结果有误。所述屏蔽装置尤其如此设置，至少部分地屏蔽转角传感器的永磁体的磁场，使得转矩传感器的测量性质不会受到负面影响。所述屏蔽装置的存在使得转矩传感器和转角传感器可以非常邻近的安置，而不是产生不利的相互影响。因此，两个基于磁体工作的传感器系统可在非常紧凑的结构空间内同时存在。这样使得在装置内两个传感器系统非常紧密的集成，并且因此成为结构上非常紧凑的装置。
[0009] 根据第二可选方案，转角传感器的永磁体具有很确定的磁化方向：它设计为双磁极轴向于主轴线磁化。双磁极轴向磁化的永磁体的特征为，在其内部有不同的磁化部分或磁化区域。磁体的一个分区分成磁体北极和磁体南极，其中，两个磁极设计为沿着磁体的主轴线。在此，在该永磁体的与上述那个分区不同的第二分区内在关于主轴的轴向方向上还存在磁体北极和磁体南极。但是，该磁场方位在此正好与在第一分区内的磁场方位相反。至少在永磁体的内部，磁场线在所述两个分区内平行于主轴延伸。例如所述双磁极轴向磁化的永磁体设计为具有底面和顶面的直圆筒形。所述底面和顶面垂直于主轴线，该主轴线平行于所述圆筒的圆柱外表面延伸。在底面的第一部分内设有磁体南极，并且在顶面的第一部分内设有磁体北极，所述顶面的第一部分与底面的第一部分垂直于主轴地相对设立。此外，在底面的第二部分内设有磁体北极，并且在顶面的第二部分内设有磁体南极，所述顶面的第二部分与底面的第二部分也垂直于主轴地相对设立。尤其能够将圆筒形永磁体的底面和顶面设计为圆形的，其中，底面或顶面的第一和第二部分都限定为半圆，它们共同构成底面或顶面的整圆。
[0010] 磁极间较短的间距决定了空间上在永磁体外部有较少扩散的漏磁场或散射场(Streufeld)。这样将这种双磁极轴向磁化的永磁体尤其与径向磁化的永磁体区别开来，径向磁化的永磁体有空间上扩散的散射场。所述双磁极的轴向磁化导致在相对较小的空间容积内磁场线的聚集或压缩。由此，减少或完全避免对于邻近转矩传感器的磁干扰影响。此外，可产生较大的磁通量密度，其可改进在磁场检测器内的信号强度。所述较大的磁场密度还一方面避免在转矩传感器内的测量错误，另一方面提高了在转角传感器内的测量精度。
[0011] 优选在可转动支承的轮内安装转角传感器的永磁体。所述轮，尤其设置为齿轮，在此可绕旋转轴线转动地支承。永磁体与该轮的固定连接决定了，轮的转动直接导致永磁体的旋转。测定的所述轮围绕其旋转轴线的转角可导致永磁体相同的转角。这个实施方式可容易地和简单地将旋转运动传输给永磁体，尤其在所述轮与转向轴可转动地连接后。接着，转向轴的旋转运动直接引起永磁体的旋转。因此，在已知转向轴和轮之间传动比的情况下，转向轴的每个转角都明确地对应一个永磁体的旋转角。对于适当磁化的永磁体，该永磁体磁场线的特征定向或特征方位与转向轴确定的转向位置相对应。
[0012] 当转向轴的转动轴线平行于所述轮的旋转轴线延伸时，在此是尤其优选的。然后，可特别直接和简单地将所述轮耦合在转向轴上。这种情况尤其发生在，当所述轮为齿轮时，其直接与在转向轴上径向环绕固定的第二齿轮一起作用。然后，所述转向轴的齿轮与具有永磁体的齿轮设在共同平面内，并且围绕相互平行的转动轴线或旋转轴线转动。较少的机械组件导致转角传感器较低的错误率，并且可实现直接和毫无问题地将转向轴的旋转运动传输给永磁体。
[0013] 尤其优选的是，转角传感器的永磁体双磁极轴向地磁化，并且在所述轮内如此安装，使得它的主轴线平行于所述轮的转动轴线延伸。这种情况尤其发生在，当永磁体是圆筒形或盘形并且必要时关于圆筒主轴线或主轴线旋转对称时。当所述轮围绕其旋转轴线旋转时，由此永磁体也围绕其圆筒主轴线转动。然后，出现一种非常对称的情况，其中，永磁体的磁场线也以确定的方式和类型围绕共同的转动轴线旋转。接着，所述轮的旋转运动(并由此还有转向轴的旋转运动)与永磁体外部磁场线某个定向方位相对应，该方位能够通过磁场检测器来确定。能够以这种方法尤其简单地测量转向轴的转角。
[0014] 根据特别优选的实施方式，转角传感器的永磁体设计为双磁极轴向于主轴磁化，并且转角传感器的磁场检测器如此安置，其沿着所述主轴线的方向设置。然后，永磁体和磁场检测器在共同的轴线上相互对置。例如，永磁体是圆筒形的具有顶面，该顶面在第一平面内。接着，磁场检测器相对于顶面在与其平行的第二平面内。从永磁体顶面射出的磁场线进入磁场检测器，并且可进行其优先磁化方向的检测。通过磁场线在顶面上方(亦即在永磁体外部)的延伸规定一个平行于顶面的确定的磁场方向。该磁场方向依赖于永磁体关于其主轴线的转角位置。该磁场方向能够毫无问题地由对磁场方向敏感的磁场检测器测量。由此，这种永磁体和磁场检测器特殊的相对位置，使特别准确的、容易的和可靠的对永磁体磁场方位的测量成为可能。
[0015] 此外优选的是，将磁场检测器安置在永磁体背向转矩传感器的一侧上。因此，转矩传感器和磁场检测器在永磁体相互对立的两侧定位。这样使得通过在传感器之间安置的屏蔽装置能够特别有效地为转矩传感器屏蔽转角传感器的磁场。在永磁体朝向磁场检测器的一侧需要也是必须存在磁场；但是，在对置的另一侧磁场则是多余的、并且甚至是有干扰的。即，它能够对同样是利用磁性工作的转矩传感器产生负面影响。所以这是符合目地的，借助屏蔽装置在此屏蔽这种不期望的磁场，提高转矩传感器的工作能力。因此，所述屏蔽装置和磁场检测器被安置在永磁体不同的、相互对置的两侧，使得测量功能和屏蔽功能清楚地彼此分开。
[0016] 此外优选的是，当转角传感器的永磁体设计为双磁极轴向于主轴地磁化，并且具有附加地凹槽。这种凹槽可导致表征永磁体外部磁通的磁场线至少局部的平行化。所述凹槽尤其设在圆盘形或圆筒形永磁体的底面和/或顶面内。该凹槽可以是凹孔(Ausnehmung)，其既可由磁体北极区域限定还可由磁体南极区域限定。通过永磁体双磁极的轴向磁化可产生通常在相对较小的空间区域上磁场线的聚集。这种磁场线的聚集决定了表征磁场强度或磁场方向的梯度的提高，这能够对永磁体涉及其空间定位的公差关系产生负面作用。尤其在离主轴更远的区域内磁场线不再相互平行延伸，而是发生弯曲。这种弯曲的磁场线在通过磁场检测器测定转向角时能够影响测量精确度。因此有利的是，永磁体的结构通过适当的凹口或凹槽如此成型，使得在永磁体外部的磁场线至少局部平行。该凹槽导致，磁场线至少在一个分区内绕着永磁体的主轴线平行定向。所述凹槽的另一个优点是，在与磁场检测器的间距缩小时磁通量密度也不再如此强烈地升高，从而将磁场检测器被过度激励的危险最小化或避免。凹槽的精确形状根据相应的情况，例如相对于磁场检测器的偏心度或距离来相应地调整适配。出于制造技术上的原因也可以考虑旋转对称的凹槽形状。
[0017] 但是，特别优选的是，所述凹槽设计为长孔或者设计为回旋椭球体的部段。在此，特别优选的是，长孔或回旋椭球体相应的长轴线设立在磁体北极和磁体南极之间的磁极分界线上。这种凹槽形状导致特别显著的磁场线的平行化。当然，也能够考虑其他凹槽形状，即永磁体的其它表面结构。
[0018] 已知特别有利的是，凹槽设在永磁体的朝向转角传感器的磁场检测器的外表面上。磁场在磁场检测器周围分布得越均匀，在测定磁场方向时潜在的测量不精确度越低。这一技术措施很重要，特别是当磁场检测器和永磁体不是关于永磁体的旋转轴线完美对称地安置时，亦即尤其是当永磁体的主轴线不与其旋转轴线重合时。在这种情况下，在永磁体旋转时会出现摆动运动，这会导致在永磁体和磁场检测器之间相对位置的改变。在磁场定向方面的不均匀性能够被磁场检测器错误地测算为永磁体的旋转角的改变。均匀的磁场，即具有尽量平行延伸的磁场线的磁场，降低了这种误差的出现和保证了基本正确的转角测量，即使在永磁体和磁场检测器不是很理想的相对定位的情况下。
[0019] 优选当该永磁体是双磁极轴向磁化时，转角传感器的永磁体由铁素体构成。现有技术中已知的具有永磁体的转角传感器使用与塑料复合的稀土金属材料，其虽然价格相对较高，但是可达到较高的磁场强度。永磁体通常是径向磁化的。通过按照本发明的双磁极轴向磁化可将磁场线聚集在较小的空间区域内。为了达到较大的磁通量密度，因此不再必需使用稀土金属材料。成本低廉的硬铁素体已经能在磁场检测器的位置上达到足够大的磁通量密度。
[0020] 根据本发明在转矩传感器和转角传感器之间安置屏蔽装置。优选这种屏蔽装置由导磁性材料，尤其钢构成。导磁性材料是指具有较高磁导率的材料，其首先在铁磁性固体中存在。尤其除了较高的磁导率外还具有较低的磁化率的铁磁性材料(所谓的软磁材料)，可特别有效地屏蔽稳定的磁场。这种屏蔽装置能够容易地和成本低廉地通过由普通钢板冲裁制成的盘片来实现。尤其由导磁性材料制成的圆形盘片是有利的。它们很薄、可非常有效地屏蔽磁性散射场，可简单地制造，并且容易地集成在具有所述传感器构件的装置内。
[0021] 在此，特别优选的是，所述屏蔽装置在其尺寸方面与永磁体的大小相调适。根据优选实施方式转角传感器的永磁体是圆筒形或圆盘形，具有直径为d1的圆形底面。优选横截面同样是圆形的圆盘形的屏蔽装置，其横截面的直径为d2。d2是d1的m倍，其中m的值能够在从1.0到3.0的区间内选取，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的值在区间1.9至2.2内是优选的，即例如1.8,1.9,2.0,2.1和2.2。这种屏蔽装置也是优选的，圆形的并且具有大约两倍于圆盘形永磁体的直径。因此，使其在一方面减少了屏蔽装置所需的空间，还能达到非常有效地屏蔽磁性发散场。
[0022] 最后，这种装置是优选的，其中转角传感器的磁场检测器根据霍尔原理或基于磁阻工作。两种传感器类型能够作为集成的转换电路，少量地、成本低廉地和具有较高可靠性的被制造。对于所述两种系统设置标准组件，其可节省成本地在所述装置内起作用。霍尔传感器和磁阻传感器可非常准确地测定磁场方向。
[0023] 本发明其他的特征由权利要求、附图和附图说明给出。上述在说明书中阐述的特征和特征组合，以及在附图说明中阐述的特征和特征组合，和/或在附图中单独示出的特征和特征组合，不仅可在各个已经给出的组合中被使用，也可在其他组合中或者单独地被使用，只要不脱离本发明的保护范围即可。
[0024] 下面根据实施例进一步详细地阐述本发明。附图为：
[0025] 图1示出根据本发明实施例具有转矩传感器和转角传感器的装置的组件相互分开的立体示意图；
[0026] 图2示出图1所示装置的示意性俯视图，其中，为了更好的表示转角传感器，省去了个别组件；
[0027] 图3示出图1所示装置的组件相互分开的立体示意图，其中，为了更好的表示，省去了个别组件；
[0028] 图4示出从下往上观察图1所示装置得到的立体示意图；
[0029] 图5示出图1所示装置的剖面图；
[0030] 图6A示出根据现有技术径向磁化的圆盘磁体的俯视图；
[0031] 图6B示出沿着线6B-6B剖切图6A所示的圆盘磁体所得的剖面图；
[0032] 图7A示出两磁极轴向磁化的圆盘磁体的俯视图；
[0033] 图7B示出沿着线7B-7B剖切图7A所示的圆盘磁体所得的剖面图；
[0034] 图8示出图7B所示圆盘磁体的磁场线的示意性分布图；
[0035] 图9A示出在所述圆盘磁体的第一转动位置上图7A所示圆盘磁体的磁场线的示意性分布图；
[0036] 图9B示出在所述圆盘磁体的第二转动位置上图7A所示圆盘磁体的磁场线的示意性分布图；
[0037] 图9C示出在图9B所示转动位置上具有凹槽的圆盘磁体的磁场线的示意性分布图；
[0038] 在附图中，相同的或功能相同的部件用相同的附图标记表示。
[0039] 在图1中以组件相互分开的示意图，或者说是局部分解图，示出具有磁性转矩传感器1和磁性转角传感器2的用于机动车的集成的传感器装置。所述转矩传感器1设计为带有磁性装置，其能够通过磁场强度和/或方向的改变来确定转矩的值。在此，所述转矩传感器1设计为径向环绕一根转向轴(未示出)，该转向轴通过圆筒形的轴套7延伸。
[0040] 与转矩传感器1直接相邻地在所述转向轴上安置转角传感器2的组件。该转向轴还通过圆筒形的轴套7延伸进入转子6，该转子与转向轴固定连接。在转子6上径向地安置两个齿轮5a和5b，它们的齿咬合转子6的齿，并且以这种方式与转子6可转动地连接。在齿轮5a内安置圆盘形的永磁体4。在此，齿轮5a的旋转轴线R平行于圆盘形或圆筒形永磁体4的圆筒主轴线。转角传感器2的第二部分传感系统包括齿轮5b，该齿轮作为中间齿轮与驱动齿轮5c可转动地连接。所述齿轮5c也设有圆盘形的永磁体4。齿轮5a、5b和
5c安装在壳体10内，并且在此可转动地被支承。在壳体10内设有内啮合齿13，在该内啮合齿上齿轮5c能够沿着摆线滚动。在此，齿轮5b的穿孔设计为偏心的。固定装置8和盖板9设计为壳体10的配合件，并且从上面包封齿轮5，该固定装置8是电路板或电路单元(Schaltkreis)。在固定装置8上固定两个磁场检测器3a和3b。在该实施例中使用基于微芯片的霍尔探测器(Hall-IC)作为磁场检测器。但是，也可以使用磁阻检测器。在固定装置8配合地固定在壳体10上后，磁场检测器3a和3b就与齿轮5a或5c的永磁体4相对置。在此，磁场检测器垂直于齿轮5a、5b和永磁体4的旋转轴线。磁场检测器3a安置在齿轮5a的转动轴线上，同时磁场检测器3b垂直于齿轮5b或5c的转动轴线安置。磁场检测器3相对于齿轮5a、5b的安置方式还能够清楚地从图2中看出，因为在这个示意图中省去了固定装置8以及盖板9。
5c安装在壳体10内，并且在此可转动地被支承。在壳体10内设有内啮合齿13，在该内啮合齿上齿轮5c能够沿着摆线滚动。在此，齿轮5b的穿孔设计为偏心的。固定装置8和盖板9设计为壳体10的配合件，并且从上面包封齿轮5，该固定装置8是电路板或电路单元(Schaltkreis)。在固定装置8上固定两个磁场检测器3a和3b。在该实施例中使用基于微芯片的霍尔探测器(Hall-IC)作为磁场检测器。但是，也可以使用磁阻检测器。在固定装置8配合地固定在壳体10上后，磁场检测器3a和3b就与齿轮5a或5c的永磁体4相对置。在此，磁场检测器垂直于齿轮5a、5b和永磁体4的旋转轴线。磁场检测器3a安置在齿轮5a的转动轴线上，同时磁场检测器3b垂直于齿轮5b或5c的转动轴线安置。磁场检测器3相对于齿轮5a、5b的安置方式还能够清楚地从图2中看出，因为在这个示意图中省去了固定装置8以及盖板9。
[0041] 尤其如图1和图2所示，所有的转动轴线相互平行。延伸通过轴套7的转向轴的转动轴线L，例如平行于齿轮5a的旋转轴线R。转动轴线L也是转子6的旋转轴线。
[0042] 在典型的汽车转向中，必须清楚地测量转向轴在5至7整圈之间的转动范围。为了在转向轴转动多于一整圈时也可明确地确定绝对转角，设置两组组件。其中一组组件构成转动传感器(转数传感器，RS)，并且包括齿轮5b、5c和磁场检测器3b。转子6与齿轮5c的传动比通常选择为6：1。另一组组件用于转角(角度传感器，AS)的精确测量，并且基本上包括具有永磁体4的齿轮5a和磁场检测器3a。转子6与齿轮5a的传动比可选择为1：3。由所述两种借助磁场检测器3a和3b测得的齿轮角(Zahnradwinkel)，能够以已知的方法通过诺纽斯原则(Nonius-Prinzip)直接地计算转向轴的转角。对此，适合的计算方法可由现有技术已知，并且例如由在DE19506938A1和DE19962241A1中所公开的内容已知。
[0043] 图3的分解示意图再一次示出永磁体4和壳体10的细节。永磁体4是具有圆形底座的圆筒形，并且中心对称地安置在齿轮5a、5b内。该永磁体与所述齿轮固定连接，其中，永磁体4的圆筒主轴线与齿轮5a、5b的转动轴线重叠。此外，永磁体4在其顶面上具有凹槽11，该凹槽设计为长孔的形状。因此，凹槽11位于朝向磁体检测器3的永磁体4的表面上。
[0044] 在两个齿轮5a、5b的下面安装两个钢盘12样式的圆盘状的屏蔽板，在实施例中直接在壳体10内压铸形成所述屏蔽板。可选地为了包封，能够通过热封或超声波热封工艺粘接地固定所述钢盘12，或者将其插进槽(Tasche)内并夹紧。所述钢盘12使对于磁场敏感的转矩传感器能屏蔽永磁体4的磁场。
[0045] 在图4和图5的示意图中出现了钢盘12在转矩传感器1和转角传感器2之间的相对位置。由图4清楚地看出，钢盘12插入槽内，该槽位于壳体10的下侧。例如从图5中清楚地看出，钢盘12相对于永磁体4如此安置，使得转矩传感器1能够不受磁场干扰。为此，例如提供一种永磁体4和钢盘12共同的中心对称的安置方式。
[0046] 本发明的重要特征是，永磁体4如此设计，使其磁场可改进在由转矩传感器1和转角传感器2组成的装置内的测量特性。根据现有技术，磁体4通常是圆盘状的和径向磁化的。这正如图6A和6B所示。在图6A中示出圆盘形永磁体4的俯视图，图6B示出永磁体4的截面图。该永磁体4基本上是具有圆形底面和顶面的圆筒形。该永磁体典型地具有7至9毫米的直径，其中，圆筒的高是1.5至2.5毫米。永磁体4是相对于主轴线H旋转对称的。垂直于永磁体4的底面和顶面并有主轴线H在其中延伸的平面E1，将该永磁体分成具有磁体北极的区域N1和具有磁体南极的区域S1。由此，表现出典型的径向磁化。在该永磁体4内磁场线基本上垂直于平面E1延伸。这种圆盘形的永磁体4根据现有技术通常由与塑料复合的稀土金属材料制成。由此，在永磁体4外部形成具有伸展很开的磁场线的空间上大范围扩展的磁场，该磁场线从所述磁体北极区域N1延伸到磁体南极区域S2。所述磁场的空间尺寸在数量级上是永磁体4的直径的4至5倍。这种扩散的磁场能够导致干扰邻近的转矩传感器1。
[0047] 因此根据本发明的一方面，将圆盘形永磁体4设计为双磁极轴向磁化。在图7A和7B中示出这种永磁体4的示意图。通过垂直于底面并包含永磁体4的主轴线H延伸的平面E1，将该永磁体也是分成两个半部分。垂直于主轴H和平面E1延伸的平面E2将所述两个半部分再分别分成两个区域。具有磁体北极的区域N2在具有磁体南极的区域S3对面，其中，这两个区域被平面E2分开，并且位于平面E1的同一侧。与此相似地，具有磁体北极的区域N3和具有磁体南极的区域S2在平面E1的另一侧，它们关于平面E2相对称。
[0048] 如从图8的示意图中可以看出，磁场线F在具有双磁极轴向磁化的永磁体4内大约在轴向方向上延伸，即平行于主轴线H。与图6A和6B中径向磁化的永磁体4相比，这种磁极更紧密地相邻。在永磁体4外部表现出空间上明显较少扩散的散射场。这尤其适用于这种永磁体，其高度在轴向方向上明显小于它的直径，亦即适用于设计为薄圆盘的永磁体。磁场线F总体上比较密，或者比较集中，并且在永磁体4的周围产生更高的磁通量。例如在测量点P上的磁通量与径向磁化的永磁体4相比升高了。如果图8中双磁极轴向磁化的永磁体4由与塑料复合的稀土金属材料制成，则在测量点P上的磁通量密度，例如在磁场检测器3上的测量结果，高于所需要的值或者过高。因此，能够选择具有较小剩磁的物质作为磁体材料，由此可明显降低成本。但在测量点P上仍然能够达到与使用径向磁化的永磁体4相同的磁通量密度的值。此外，通过该磁场线F在相对较小空间区域内的聚集，避免对于邻近的磁性转矩传感器1的干扰影响。在图7至8所述的实施例中，永磁体4由具有较小剩磁的硬铁素体制成。
[0049] 如图3中的示意图所示，永磁体4具有长孔形式的凹槽11。该凹槽11导致转角传感器2的测量精确进一步提升，这可以根据图9A至9C来解释：图9A和9B示出双磁极轴向磁化的永磁体4的类似于图7A示意图的俯视图。所示的永磁体4没有设置凹槽11。虚拟的参考面R包含永磁体4的主轴线H，并且在图9A中垂直于平面E1。从磁体北极区域N2延伸到磁体南极S2的中心磁场线Fz，是直线并且垂直于主轴线H。相反地，没有通过主轴线H延伸的外部磁场线Fa是弯曲的。磁场线Fa离主轴H越远延伸，其弯曲地越强烈。这将导致在测量点P处检测的角度的不精确性。
[0050] 图9B所示的永磁体4围绕主轴线H转过角度a。中心的磁场线Fz与参考面R围成实际上的旋转角a。但是，在测量点P处测得外部磁场线Fa的方向。在测量点P处与外部磁场线Fa相切的切面T与参考面R围成角b。由于外部磁场线Fa的弯曲所述角b大于实际上的转角a。因此，检测到较大的转角b，并且将其作为实际上的转角a。
[0051] 这种不希望出现的情况能够通过在永磁体内设置凹槽11来明显的改善或完全的避免。所述凹槽11促使外部磁场线Fa在围绕主轴H的一定区域内平行于中心磁场线Fz定向。这种情况在图9c中示出。因此，在测量点P处检测到的角b’与实际上的旋转角a相一致：a=b’。因此，相互平行的磁场线提高了测量精度，并且改进了转角的测定。
[0052] 因此，通过凹槽11实现的磁场线的平行化使得转角传感器2的公差关系得到改进。在理想情况下磁场检测器3始终设置成与永磁体4或齿轮5相对置，测量点P位于主轴线H(同时也是永磁体的旋转轴线)上。在使用实际技术的情况中，这种理想的情况是不可能实现的。例如，磁场检测器3会相对于齿轮5的旋转轴线R偏心地定位。永磁体4也可能在齿轮5内略有错移地安置，因此其主轴线不再与旋转轴线R重合。由此导致的永磁体4相对于磁场检测器3的摆动运动会导致在图9A和9B中示出的困难，但这样的困难可被图9C中的实施例所克服。即便在内摆线驱动齿轮内安置永磁体4也会导致上述的问题。
[0053] 一方面使用屏蔽磁场的钢盘12，另一方面特殊设计永磁体4可导致，包含转矩传感器1和转角传感器2的装置的测量精度得到明显地改进。附加地所述两种传感器还能够集成在很紧凑的结构空间内。
[0054] 考虑到永磁体4的结构设计，可以将其按照图1至5设计为双磁极轴向磁化的结构，并且可选地还具有凹槽11。如果在传感器装置内设有这种磁体，因此这种磁体能够没有屏蔽板，或者可选地设有屏蔽板。如果永磁体4根据在图6A和6B中所示的实施例不设计为双磁极轴向磁化的结构，其也能够有选择地具有凹槽11。如果在传感器装置内设有这种磁体，则尤其要设计屏蔽装置。
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