扭矩傳感器裝置的製作方法

2023-09-19 03:02:40 4

專利名稱：扭矩傳感器裝置的製作方法
扭矩傳感器裝置技術領域
本公開涉及一種扭矩傳感器裝置。
背景技術：
已知在例如電動轉向單元中設置有扭矩傳感器裝置。扭矩傳感器裝置通過磁傳感器來感測由旋轉軸的旋轉引起的磁場強度的變化，從而感測施加到旋轉軸的軸扭矩。磁傳感器保持在兩個磁通量收集體之間。特別地，在磁傳感器保持在磁通量收集體的磁阻相對較低的兩個磁通量收集部之間的情況下，磁通量集中在磁通量收集部中。其中一個磁通量收集部中收集的磁通量從該其中一個磁通量收集部導向其中另一個磁通量收集部，並且該磁通量通過磁傳感器來感測。
例如，JP2007-263871A(US2007/0240521A1)教示了一種包括有兩個磁通量收集部(磁性收集部)的結構，所述兩個磁通量收集部分別對應於兩個磁傳感器並且形成磁通量集流環(磁通量收集體)。替代性地，JP2008-232728A 和JP2009-080020A(US2009/0078058A1)教示了一種包括有三個磁通量收集部的結構，所述三個磁通量收集部分別對應於三個磁傳感器並且形成磁通量集流環。進一步可替代地，JP2006-38767A(US2006/002145IAl)教示了一種包括有矩形磁通量收集部的結構，該矩形磁通量收集部從磁通量集流環徑向向外突出，並且兩個磁傳感器彼此臨近地設置在磁通量收集部中。
磁通量收集部中收集的磁通量並非僅僅被導向磁傳感器。具體地，磁通量收集部中收集的磁通量還釋放到圍繞磁通量收集部的周圍空間中。例如，在JP2007-263871A(US2007/0240521A1)的結構中，由磁通量集流環收集的磁通量的一部分釋放到位於兩個磁通量收集部之間的空間中。釋放到該空間中的磁通量成為未被導向磁傳感器的洩漏磁通量。因此，能夠通過磁傳感器有效感測的磁通量的量被減少了洩漏磁通量的量。此外，在JP2008-232728A 和 JP2009-080020A (US2009/0078058A1)的結構中，各磁通量收集部之間限定的空間的數目為兩個。因此，洩漏磁通量的量進一步增加。
相比之下，在JP2006-38767A (US2006/0021451A1)的結構中，兩個磁傳感器彼此鄰近地設置在單個磁通量收集部中。因此，能夠減少磁通量向與磁通量收集部相鄰的空間中的洩漏。然而，磁通量還是從連接磁通量集流環與傳感器安裝部的連接部釋放到周圍空間中，使得所釋放的磁通量變成洩漏磁通量。在JP2006-38767A (US2006/0021451A1)的結構中，矩形磁通量收集部具有相對較寬的連接部，該連接部對應於兩個磁傳感器。因此，從該連接部洩漏到周圍空間的洩漏磁通量的量增加了。此外，在矩形磁通量收集部一體地形成為磁通量集流環的情況下，磁通量集流環難以形成為圓形形式。發明內容
鑑於上述幾點做出了本公開。本公開的目的是提供一種扭矩傳感器裝置，在此裝置中來自磁通量收集部的磁通量洩漏被減少或最小化。
根據本公開，提供了一種扭矩傳感器裝置，該扭矩傳感器裝置包括第一軸和第二軸、扭力杆、多極磁體、第一磁軛和第二磁軛、第一磁通量收集體和第二磁通量收集體、以及磁傳感器。扭力杆具有第一端部部分和第二端部部分。第一端部部分和第二端部部分分別固定到第一軸和第二軸，以同軸地連接在第一軸與第二軸之間，並且當在第一軸與第二軸之間施加扭矩時，扭力杆是可扭轉變形的。多極磁體固定到第一軸以及扭力杆的第一端部部分中的一個上。第一磁軛和第二磁軛位於多極磁體的徑向外側並且固定到第二軸以及扭力杆的第二端部部分中的一個上。第一磁軛和第二磁軛在扭力杆的軸向方向上彼此相對，使得在第一磁軛和第二磁軛之間沿軸向方向設置有間隙，並且第一磁軛和第二磁軛在由多極磁體產生的磁場中形成磁路。第一磁通量收集體和第二磁通量收集體與第一磁軛和第二磁軛分開地形成。第一磁通量收集體和第二磁通量收集體中的每個均包括主體部和磁通量收集部。主體部鄰近第一磁軛和第二磁軛中的對應一個放置。磁通量收集部從主體部徑向向外突出並且通過主體部與第一磁軛和第二磁軛中的對應一個磁耦合以在第一磁軛和第二磁軛中的對應一個與磁通量收集部之間傳導磁通量。磁傳感器保持在第一磁通量收集體的磁通量收集部與第二磁通量收集體的磁通量收集部之間並且包括磁感應裝置，該磁感應裝置感測在第一磁通量收集體的磁通量收集部與第二磁通量收集體的磁通量收集部之間產生的磁場的強度。第一磁通量收集體和第二磁通量收集體中的每個的磁通量收集部均包括安裝部和連接部。磁傳感器安裝到該安裝部。連接部從磁通量收集體的主體部沿與扭力杆的軸線垂直的虛平面中的第一方向延伸，以結合在主體部與安裝部之間。第一磁通量收集體和第二磁通量收集體中的每個的連接部和安裝部構造成使得在位於虛平面中且與第一方向垂直的第二方向上測得的連接部的寬度小於在第二方向上測得的安裝部的寬度。


文中所描述的附圖僅用於說明的目的，而非意在以任何方式限制本公開的範圍。
圖1是根據本公開的第一實施方式的扭矩傳感器裝置的分解立體圖2的示意圖示出了第一實施方式的扭矩傳感器裝置所應用到的電動轉向單元；
圖3A是處於一個運轉狀態的扭矩傳感器裝置的示意圖，其用於描述根據第一實施方式的扭矩傳感器裝置的工作原理；
圖3B是沿著圖3A中的線III B-1II B截取的截面圖4A是處於另一運轉狀態的扭矩傳感器裝置的示意圖，其用於描述根據第一實施方式的扭矩傳感器裝置的工作原理；
圖4B是沿著圖4A中的線IV B-1V B截取的截面圖5A是第一實施方式的磁通量集流環的平面圖5B是圖5A中所示的磁通量集流環的側視圖6A的局部示意圖示出了第一實施方式的磁通量集流環的磁通量收集部；
圖6B的局部示意圖示出了一個比較例的磁通量集流環的磁通量收集部；
圖6C的局部示意圖示出了另一比較例的磁通量集流環的磁通量收集部；
圖7A的平面圖示出了根據第一實施方式的改型的磁通量集流環；
圖7B的平面圖示出了根據本公開的第二實施方式的磁通量集流環；
圖8A的平面圖示出了根據本公開的第三實施方式的磁通量集流環；
圖SB的平面圖示出了根據本公開的第四實施方式的磁通量集流環；
圖SC的平面圖示出了根據本公開的第五實施方式的磁通量集流環；
圖9A的平面圖示出了根據本公開的第六實施方式的磁通量集流環；
圖9B的平面圖示出了根據本公開的第七實施方式的磁通量集流環；
圖9C的平面圖示出了根據本公開的第八實施方式的磁通量集流環；
圖1OA的平面圖示出了根據本公開的第九實施方式的磁通量集流環；
圖1OB的平面圖示出了根據本公開的第十實施方式的磁通量集流環；
圖1lA的側視圖示出了根據本公開的第十一實施方式的磁通量集流環；
圖1lB的側視圖示出了根據本公開的第十二實施方式的磁通量集流環；以及
圖12A至圖12C的局部平面圖分別示出了本公開的實施方式的改型中的磁通量集流環的安裝部。
具體實施方式
將參照附圖對本公開的各種實施方式進行描述。
(第一實施方式)
參照圖2，本公開的第一實施方式的扭矩傳感器裝置3被應用到輔助車輛的轉向操作的電動轉向單元。
圖2的示意圖示出了包括有電動轉向單元5的轉向系統的整體結構。感測轉向扭矩的扭矩傳感器裝置3設置在與手柄(方向盤)93連接的轉向軸94處。小齒輪96設置在轉向軸94的遠端部分並且與齒條軸97嚙合。兩個驅動輪98通過例如拉杆分別可旋轉地連接到齒條軸97的兩個相對的端部部分。轉向軸94的旋轉運動通過小齒輪96轉變為齒條軸97的直線運動從而使輪98轉向。
扭矩傳感器裝置3放置在轉向軸94的輸入軸11與輸出軸12之間。扭矩傳感器裝置3感測施加在轉向軸94上的轉向扭矩，並且扭矩傳感器裝置3將所感測到的轉向扭矩輸出到電子控制單元(ECU) 6。ECU 6基於所感測到的轉向扭矩來控制電動馬達7的輸出。由電動馬達7產生的轉向輔助扭矩傳輸到減速齒輪組件95。電動馬達7輸出的旋轉的轉速通過減速齒輪組件95減小並且之後傳送到轉向軸94。
接下來，將參照圖1及圖3A至圖5B對扭矩傳感器裝置3的結構進行描述。
如圖1所示，扭矩傳感器裝置3包括:扭力杆13 ;多極磁體14 ;兩個磁軛(作為第一磁軛和第二磁軛)31,32 ;兩個磁通量集流環(作為第一磁通量收集體和第二磁通量收集體)701以及兩個磁傳感器41。在此情況下，磁傳感器41通常彼此相同，並且磁傳感器41中的每一個均可以形成為例如霍爾集成電路(Hall IC)傳感器或磁阻(MR)傳感器。
扭力杆13的一個端部部分(第一端部部分)13a通過固定銷15固定到輸入軸(作為第一軸)11，並且與扭力杆13的一個端部部分13a在軸向上相對的扭力杆13的另一端部部分(第二端部部分)13b通過固定銷15固定到輸出軸(作為第二軸)12。因此，扭力杆13沿著旋轉軸線O同軸地連接在輸入軸11與輸出軸12之間。扭力杆13是構造成杆形的彈性構件。扭力杆13將施加在轉向軸94上並傳輸到扭力杆13上的轉向扭矩轉變為扭力杆13的扭轉位移(扭轉變形或扭轉扭曲)。具體地，當在連接到轉向軸94的輸入軸11的方向盤93操作的時候扭矩施加在輸入軸11和輸出軸12之間時，扭力杆13能夠扭轉變形或扭轉扭曲。
構造成圓筒形管狀形狀的多極磁體14固定到輸入軸11並且磁化為具有沿周向方向依次交替設置的多個N極和多個S極。例如，在本實施方式中，N極的數量為12，並且S極的數量也是12，所以多極磁體14具有24個磁極(見圖3A至圖4B)。然而，多極磁體的磁極數量不限於24個，而是可以換成任意其它適合的偶數。
每個磁軛31、32均由軟磁性材料製成並且構造成環形形狀。磁軛31、32在多極磁體14的徑向向外的位置處固定到輸出軸12。每個磁軛31、32均具有沿著磁軛31、32的環形部的內周邊緣以大致等間距依次設置的多個爪(齒)31a、32a。每個磁軛31、32的爪31a、32a的數量(本實施方式中為12)與多極磁體14的N極或S極的數量相同。磁軛31的爪31a和磁軛32的爪32a沿周向方向依次交替設置，同時沿周向彼此錯開。因此，磁軛31與磁軛32在軸向方向上相對，同時在磁軛31與磁軛32之間沿軸向方向設置有氣隙。磁軛31和磁軛32在由多極磁體14產生的磁場中形成磁路。
在本實施方式中，如圖3A至圖4B所示，磁軛31和磁軛32與模製樹脂33 —體地模製，從而形成軛單元30。
在此情況下，多極磁體14和磁軛31、32設置成使得每個磁軛31、32的爪31a、32a的周向方向上的中心在扭力杆13中沒有產生扭轉位移(扭轉扭曲)——即，在轉向扭矩未施加在輸入軸11與輸出軸12之間-的情況下與多極磁體14的N極中的相應一個和S極中的相應一個之間的邊界相一致。
每個磁通量集流環701均由軟磁性材料製成，並且具有主體部721和磁通量收集部731。磁通量集流環701設置成使得主體部721在軸向方向上彼此相對並且磁通量收集部731在軸向方向上彼此相對。在本實施方式中，每個磁通量集流環701的主體部721均構造成環形形狀(弓形彎曲形狀)，該環形形狀圍繞旋轉軸線O周向延伸一整圈並且位於磁軛31、32的徑向外側。
磁通量收集部731從主體部721徑向向外突出並且具有連接部74和安裝部751。磁通量集流環701將磁通量收集到磁通量收集部731中。
磁傳感器41安裝在磁通量集流環701的安裝部751之間。在此情況下，安裝部751是大致平面的。在每個磁通量集流環701中，連接部74連接即結合在主體部721與安裝部751之間。在本實施方式中，每個磁通量集流環701的連接部74在彎曲部分74a處彎曲，以將磁通量集流環701的安裝部751放置在每個磁傳感器41均能夠在彼此軸向相對的磁通量集流環701的相對的安裝部751之間夾緊的位置處(見圖5B)。換言之，磁通量集流環701的連接部74彎曲以將安裝部751放置成使得在扭力杆13的軸向方向上測得的安裝部751的相對的軸向內表面之間的軸向距離小於在扭力杆13的軸向方向上測得的主體部721的相對的軸向內表面之間的軸向距離。
下文中，從主體部721沿徑向向外延伸的連接部74的延伸方向(虛延伸線X的方向)將稱為第一方向(在附圖中表不為「第一方向」)。此外，在垂直於旋轉軸線O的虛平面V(見圖1)上與第一方向垂直的方向將稱為第二方向(在附圖中表示為「第二方向」)。在本實施方式中，第一方向是旋轉軸線O的徑向方向，S卩，是主體部721的曲線(弓形曲線)的法線。第二方向是與主體部721的曲線(弓形曲線)相切的方向。因此，連接部74的沿第二方向測得的寬度Wc小於安裝部751的沿第二方向測得的寬度We。因此，連接部74構造成頸部的形式，該頸部的寬度比鄰近頸部(即，連接部74)定位的磁通量集流環701的鄰近的徑向內部部分的寬度和鄰近頸部定位的磁通量集流環701的鄰近的徑向外部部分的寬度更小(見圖5A)。此外，如圖5B所示，安裝部751的板厚度通常與連接部74的板厚度相同。安裝部751的板厚度是沿與安裝部751的平行於虛平面V的平面垂直的方向測量的。
理想的是，每個磁傳感器41儘量靠近磁通量集流環701的主體部721放置，以實現磁傳感器41的高靈敏度。然而，在某些情況下，必需避免磁傳感器41與其他部件的幹涉以及/或者必需提供合適的空間以使得電線能夠連接到磁傳感器41。因此，需要通過連接部74在磁傳感器41與每個磁通量集流環701的主體部721之間提供所需的最小距離。
每個磁傳感器41均位於磁通量收集部731的安裝部751之間，並且磁傳感器41的磁感應裝置41a感測磁通量收集部731之間產生的磁通量密度(磁通量的強度)並且將所感測到的磁通量密度轉變為相應的電壓信號，該電壓信號隨之通過相應的引出線(導電線)42從磁傳感器41輸出。例如，霍爾元件或磁阻元件可以用作磁傳感器41的磁感應裝置41a。
在本實施方式中，磁傳感器41沿著安裝部751在第二方向上依次放置。在本實施方式中，如圖3A至圖4B所示，磁通量集流環701和磁傳感器41通過模製樹脂43結合在一起以形成傳感器單元40。然而，在某些情況下，磁通量集流環701和磁傳感器41可以不利用樹脂模製在一起。
與例如JP2007-263871A (US2007/0240521A1)中的技術類似，其中一個磁傳感器41可以用於感測施加在輸入軸11和輸出軸12上的扭矩。另一個磁傳感器41可以用於失效判定目的。具體地，對於失效判定目的，可以定期地比較這兩個磁傳感器41的輸出。在這兩個磁傳感器41的輸出之間存在實質性差別的情況下，這兩個磁傳感器41中的一個的輸出與該一個磁傳感器41之前的輸出或之後的輸出相比可以顯示出異常變化，並且這兩個磁傳感器41中的另一個的輸出與該另一個磁傳感器41之前的輸出或之後的輸出相比可以顯示出正常變化。因此，在這種情況下，這兩個磁傳感器41中的在輸出方面顯示出異常變化的一個被判定為處於失效狀態，並且因而可以採取所需的對策。替代性地，與JP2006-38767A(US2006/0021451A1)中的技術類似，磁傳感器41中的一個的感應方向可以設定成與磁傳感器41中的另一個的感應方向相反。在這種情況下，通過獲得這兩個磁傳感器41的輸出之間的差異，可以減少或消除例如多極磁體14和磁軛31、32的離心旋轉、單個磁傳感器41的溫度特性變化、以及單個磁傳感器41的軸向敏感度變化對單個磁傳感器41的感測結果的影響。因此，可以增加扭矩傳感器裝置3的感測精度。
接下來，將參照圖3A至圖4B對扭矩傳感器裝置3的運轉進行描述。圖3A和圖3B示出了磁軛32的爪32a與多極磁體14的N極分別徑向相對的狀態。圖4A和圖4B示出了磁軛32的爪32a與多極磁體14的S極分別徑向相對的另一種狀態。
在圖3A和圖4A中，從圖1中的頂側沿軸向方向觀察軛單元30和多極磁體14，並且傳感器單元40被視作沿著磁通量集流環701截取的截面圖。此外，在軛單元30中，爪32a由虛線表不，而爪31a為間明起見沒有繪出。
在轉向扭矩未施加在輸入軸11與輸出軸12之間從而扭力杆13中沒有產生扭轉位移(扭轉扭曲)的中性狀態下，磁軛31、32保持在中間狀態，該中間狀態在周向方向上位於圖3A和圖3B的狀態與圖4A和圖4B的狀態之間的對中位置。即，磁軛32的每個爪32a的周向方向上的中心與多極磁體14的對應的N極和對應的S極之間的邊界在周向方向上一致。此外,這時,磁軛31的每個爪31的周向方向上的中心與多極磁體14的對應的N極和對應的S極之間的邊界在周向方向上一致。
在這種狀態下，在多極磁體14處從每個對應的N極流向對應的S極的相同數量的磁力線在磁軛31的爪31a處和在磁軛32的爪32a處輸入和輸出。因此,在磁軛31的內部和磁軛32的內部產生閉環磁力線。因此，磁通量不會洩漏到磁軛31與磁軛32之間的間隙中，從而通過磁傳感器41感測的磁通量密度為零。
當轉向扭矩施加在輸入軸11與輸出軸12之間從而在扭力杆13中產生扭轉位移(扭轉扭曲)時，固定到輸入軸11的多極磁體14與固定到輸出軸12的磁軛31、32之間的相對位置沿周向方向產生變化。因此，如圖3A和圖3B或者圖4A和圖4B所示，每個爪31a、32a的周向方向上的中心從對應的N極和對應的S極之間的邊界沿周向方向移位。因此,在磁軛31和磁軛32中，極性相反的磁力線增加了。
在圖3A中示出的位置，磁軛32中的N極磁力線增加，而磁軛31中的S極磁力線增加。因此，當磁軛32與下磁通量集流環701的主體部721之間的磁通量耦合以及上磁通量集流環701的主體部721與磁軛31之間的磁通量耦合時，產生了在圖3B中自下而上穿過磁傳感器41的磁通量密度Φ I。
在圖4A和圖4B中示出的位置，磁軛32中的S極磁力線增加，而磁軛31中的N極磁力線增加。因此,產生了在圖4B中自上而下穿過磁傳感器41的磁通量密度Φ2。
如上所述，穿過磁傳感器41的磁通量密度與扭力杆13的扭轉位移(扭轉扭曲)量大致成比例，並且磁通量的極性響應於扭力杆13的扭轉方向而顛倒。磁傳感器41感測該磁通量密度並且將所感測的磁通量密度輸出為電壓信號。因此，扭矩傳感器裝置3能夠感測輸入軸11與輸出軸12之間的轉向扭矩。
接下來，將對照比較例描述本實施方式的扭矩傳感器3的優點。
(I)將針對本實施方式的磁通量集流環和比較例的磁通量集流環描述從磁通量收集部洩漏的洩漏磁通量。此處，圖6A示出了本實施方式的磁通量集流環。圖6B示出了與JP2007-263871A (US2007/0240521A1)的磁通量集流環類似的磁通量集流環。圖6C示出了與JP2006-38767A (US2006/0021451A1)的磁通量集流環類似的磁通量集流環。
在圖6B示出的比較例的磁通量集流環781中，兩個磁通量收集部791從主體部721沿徑向向外延伸。磁傳感器41安裝到每個磁通量收集部791，並且每個磁通量收集部791的寬度(圖6B中的從左到右的寬度)恆定。此外，在磁通量收集部791之間形成間隙Sp。
通過該結構，由磁通量集流環781收集的磁通量Φ的一部分釋放到間隙Sp中，形成沒有被磁傳感器41感測到的洩漏磁通量。此外，磁通量還將從主體部721與磁傳感器41之間的連接部洩漏。磁通量洩漏的區域將稱為洩漏區域LZ並且在圖6B中用虛線表示。從洩漏區域LZ洩漏的磁通量沒有施加到磁傳感器41。因此，能夠被磁傳感器41有效感測的磁通量的量減少了。
在圖6C示出的比較例的磁通量集流環782中，在第二方向上具有相對較大寬度的單個磁通量收集部792從主體部721沿徑向向外延伸。兩個磁傳感器41彼此鄰近地放置在磁通量收集部792上，並且磁通量收集部792的寬度沿著其在第一方向上的突出長度大致恆定。
通過該結構，可以減少在圖6B的情況下出現的磁通量向磁通量收集部之間的間隙的洩漏。然而，連接在主體部721與磁傳感器41之間的連接部的寬度與磁通量Φ的通路的寬度相比過大。因此，從連接部洩漏的洩漏磁通量的量增加。
與圖6B和圖6C中的比較例不同，在圖6A的磁通量集流環701中，如參照圖5A在上面所描述的，在第二方向上測得的磁通量收集部731的連接部74的寬度Wc小於在第二方向上測得的磁通量收集部731的安裝部751的寬度We。因此，磁通量Φ通過具有相對較小寬度的連接部74從主體部721導向磁傳感器41。
因此，洩漏區域LZ的表面積被最小化，並且因此來自磁通量收集部731的洩漏磁通量的量能夠被最小化。因此，從磁軛31、32收集到磁通量集流環701的磁通量能夠通過磁傳感器41有效地感測。因此，能夠增加通過磁傳感器41感測的磁通量密度。
(2)本實施方式的磁通量集流環701如下構造。具體地,每個磁通量集流環701的連接部74相對於主體部721彎曲，使得磁通量集流環701的在軸向方向上彼此相對的安裝部751之間的軸向距離與主體部721之間的軸向距離相比減小了。以此方式，在軸向方向上彼此相對的安裝部751之間的磁阻減小，從而能夠提高磁傳感器41的靈敏度。
在本實施方式中，磁傳感器41沿第二方向依次設置在安裝部751上。以此方式，從主體部721到其中一個磁傳感器41的磁性感應裝置41a的距離和從主體部721到另一個磁傳感器41的磁性感應裝置41a的距離彼此大致相等。因此，可以限制或最小化兩個磁傳感器41之間的感測結果的變化。
(4)在本實施方式的每個磁通量集流環701中，磁通量收集部731從主體部721沿第一方向——即，主體部721的曲線(弓形曲線)的法線方向——延伸。因此，磁通量集流環701對稱地形成，使得磁通量能夠以良好的平衡傳導通過磁通量集流環701。
接下來，將參照圖7A至圖12C對本公開的第一實施方式的改型以及第二實施方式至第十二實施方式進行描述。在以下的第一實施方式的改型以及第二實施方式至第十二實施方式中，每個磁通量集流環的磁通量收集部的形狀、磁傳感器的數量、以及/或者磁傳感器的布置與第一實施方式相比將有所改變。在接下來的討論中，與第一實施方式中的部件類似的部件將以相同的附圖標記來表示，並且不再贅述。
(第一實施方式的改型)
如圖7A所示，在第一實施方式的改型中，兩個磁傳感器41中的每個均沒有整個地放置在磁通量集流環700的磁通量收集部730的安裝部750上。具體地，磁傳感器41的外周邊緣區域的一部分從磁通量收集部730的安裝部750的外周邊緣向外突出。然而，磁傳感器41的磁感應裝置41a整個地放置在磁通量收集部730的安裝部750之內。如上所述，僅需要將磁感應裝置41a整個地放置在安裝部750之內。對於以下實施方式中的每個亦是如此。
(第二實施方式)
如圖7B所示，在第二實施方式的每個磁通量集流環(也稱為磁通量收集弧)702中，主體部722構造成半圓形形狀(至少局部為弓形彎曲的形狀)。第二實施方式的磁通量收集部731的結構與第一實施方式的結構大致相同。
通過第二實施方式的上述結構，磁傳感器41安裝到磁通量集流環702的傳感器單元40 (見圖3A至圖4B)能夠沿徑向方向安裝到扭矩傳感器裝置3。因此能夠使傳感器單元40的組裝變得容易。
此外，磁通量集流環702軸向地放置在軛單元30 (見圖3A至圖4B)的磁軛31、32的環形部之間，使得每個磁通量集流環702的內周邊緣722a位於軛單元30的外周邊緣30a的徑向內側。因此，每個磁通量集流環702的構造成半圓形形狀的主體部722與磁軛31、32中的對應一個的環形部軸向相對，使得磁通量穿過磁軛31、32中的對應一個通過磁軛31、32中的該對應一個與磁通量集流環702之間沿軸向方向相對較寬的重疊區域傳導到磁通量集流環702。
(第三實施方式)
如圖8A所示，在第三實施方式的每個磁通量集流環703中，磁通量收集部733的連接部74從安裝部753的中心在第二方向上移位。同樣在此實施方式中，連接部74和安裝部753不必關於公軸線(公用線)對稱設置。即使在第三實施方式中，在第二方向上測得的連接部74的寬度Wc也仍小於在第二方向上測得的安裝部753的寬度We。
(第四實施方式)
如圖SB所示，在第四實施方式的每個磁通量集流環704中，連接部74設置在安裝部754的在第二方向上彼此相對的兩端中的每個處。此處，假定在第三實施方式中在第二方向上測得的圖8A中的單個連接部74的寬度Wc是在第四實施方式中在第二方向上測得的圖8B中的兩個連接部74中每一個的寬度Wc'的兩倍。因此，在第四實施方式中，在第二方向上測得的各連接部74的寬度Wc'(以及兩個連接部74的寬度Wc'之和)小於在第二方向上測得的安裝部754的寬度We。因此，與第一實施方式類似，可以減小磁通量從連接部74的洩漏。
(第五實施方式)
如圖SC所示，在第五實施方式的每個磁通量集流環705中，兩個磁傳感器41沿第一方向依次設置在磁通量收集部735的安裝部755上。具體地，兩個磁傳感器41的磁感應裝置41a沿第一方向依次設置。即使在該實施方式中，在第二方向上測得的連接部74的寬度Wc也仍小於在第二方向上測得的安裝部755的寬度We。
如上面所討論的，將磁傳感器41的磁感應裝置41a沿第二方向依次設置不是絕對必要的，並且這些磁感應裝置41a可以沿任何其他適合的方向依次設置。具體地，例如，磁感應裝置41a可以沿相對於第一方向例如朝向第二方向或遠離第二方向傾斜的傾斜方向依次設置。
(第六實施方式)
如圖9A所示，在第六實施方式的每個磁通量集流環706中，磁傳感器41的數量由二增加到三。這三個磁傳感器41沿第二方向依次設置在磁通量收集部736的安裝部756上。
這三個磁傳感器41可以如下使用。具體地，與例如JP2008-232728A的技術類似，磁傳感器41中的第一個可以用於感測作用到——即，施加在——輸入軸11與輸出軸12之間的扭矩。磁傳感器41中的第二個可以用於失效判定目的。磁傳感器41中的第三個可以用作輔助磁傳感器。在磁傳感器41中的用於扭矩感測目的的第一個的輸出與磁傳感器41中的用於失效判定目的的第二個的輸出相同的情況下，判定磁傳感器41中的用於扭矩感測目的的第一個的輸出是正常的。在磁傳感器41中的用於扭矩感測目的的第一個的輸出與磁傳感器41中的用於失效判定目的的第二個的輸出不同，並且磁傳感器41中的用於失效判定目的的第二個的輸出與磁傳感器41中的用作輔助傳感器的第三個的輸出相同的另一情況下，判定磁傳感器41中的用於扭矩感測目的的第一個失效。因此，在這種情況下，磁傳感器41中的用作輔助傳感器的第三個的輸出現在用於控制操作中以替代磁傳感器41中的最初用於扭矩感測目的的第一個。
在第六實施方式中，這三個磁傳感器41相對於連接部74對稱地設置。因此，從主體部721到磁傳感器41中的第一個的距離、從主體部721到磁傳感器41中的第二個的距離以及從主體部721到磁傳感器41中的第三個的距離可以儘可能的彼此接近，從而限制或最小化了這三個磁傳感器41中的感應變化。
(第七實施方式)
如圖9B所示，在第七實施方式的每個磁通量集流環707中，所述三個磁傳感器41安裝在磁通量收集部737的安裝部757上，使得所述三個磁傳感器41中的兩個沿第一方向放置在連接部74側，並且所述三個磁傳感器41中剩下的一個沿第一方向放置在與連接部74相對的另一側。安裝部757構造成所有三個磁傳感器41都可以完全放置在其中的四邊形形狀(更具體地，在該實施方式中是正方形形狀)。安裝部757中的沒有安裝所述三個磁傳感器41中的任何一個的空的區域形成洩漏區域LZ。
(第八實施方式)
如圖9C所示，在第八實施方式的每個磁通量集流環708中，所述三個磁傳感器41安裝在磁通量收集部738的安裝部758上，使得所述三個磁傳感器41中的兩個沿第一方向放置在連接部74側，所述三個磁傳感器41中的剩下的一個沿第一方向放置在與連接部74相對的另一側。安裝部758構造成沿著所述三個磁傳感器41的對應的外邊緣延伸的T形形狀(階梯狀形狀)。以此方式，與第七實施方式相比，洩漏區域LZ能夠被最小化。
(第九實施方式)
如圖1OA所示,在第九實施方式的每個磁通量集流環709中，設置有兩個磁通量收集部739。磁通量收集部739從主體部721徑向向外突出。所述兩個磁通量收集部739中的每個均具有其上安裝有所述兩個磁傳感器41中的對應一個的安裝部759。這兩個磁通量收集部739中的一個的延伸方向Xl相對於這兩個磁通量收集部739中的另一個的延伸方向X2在周向方向上移位，並且這 兩個磁通量收集部739中的每個的延伸方向(第一方向)X1、X2是旋轉軸線O的對應的徑向方向，其與主體部721的曲線(弓形曲線)的法線方向一致。在每個磁通量收集部739中，在第二方向上測得的連接部74的寬度Wc小於在第二方向上測得的安裝部759的寬度We。
即使在安裝到每個安裝部759的磁傳感器41的數量為一的該情況下，磁通量洩漏仍能夠像上面所討論的其它實施方式中那樣被有利地較小或限制。
(第十實施方式)
如圖1OB所示，在第十實施方式的每個磁通量集流環710中，儘管磁通量收集部731的結構與第一實施方式中的結構大致相同，但磁通量收集部731的延伸線X的方向(第一方向)從與主體部721的曲線(弓形曲線)的法線方向一致的旋轉軸線O的徑向方向偏離。即使在該實施方式中，在第二方向上測得的連接部74的寬度Wc仍小於在第二方向上測得的安裝部751的寬度We。
(第^^一實施方式和第十二實施方式)
在第一實施方式至第十實施方式以及第一實施方式的改型的每一個中的所述兩個磁通量集流環700-710的每個中，磁通量收集部730、731、733-739從主體部721、722平行於虛平面V延伸。因此，所述兩個磁通量集流環700-710的磁通量收集部730、731、733-739在軸向上彼此相對(例如見圖5B)。替代性地，磁通量收集部730、731、733_739可以不與虛平面V平行。換言之，磁通量收集部730、731、733-739中的每個均可以沿例如相對於虛平面V的傾斜方向或垂直方向延伸，使得磁通量收集部730、731、733-739可以在除軸向方向以外的其他方向上彼此相對。
例如，在圖1lA中所示的第^^一實施方式的兩個磁通量集流環711、712中，磁通量收集部761、762分別從主體部721沿軸向方向朝向彼此延伸。此外，每個磁傳感器41的安裝表面均沿圖1lA中的自頂至底的方向(即，與旋轉軸線O平行的方向)延伸。
安裝部751的結構與第一實施方式中的結構類似，並且所述兩個磁傳感器41沿第二方向依次設置。此外，在第二方向上測得的連接部741的寬度小於在第二方向上測得的安裝部751的寬度。
位於圖1lA中的上側的上磁通量集流環711的磁通量收集部761構造成使得連接部741彎曲成曲柄形狀，以將連接部741放置在磁傳感器41的徑向外側。位於圖1lA中的下側的下磁通量集流環712的磁通量收集部762構造成使得連接部742沿軸向方向線性延伸，以將連接部742放置在磁傳感器41的徑向內側。以此方式，磁通量集流環711的磁通量收集部761以及磁通量集流環712的磁通量收集部762在與旋轉軸線O垂直的徑向方向上彼此相對。
替代性地，在圖1lB中示出的第十二實施方式的兩個磁通量集流環713、714中，磁通量收集部763、764最初分別從主體部721沿軸向方向遠離彼此延伸，之後沿軸向方向反向地轉向(U形轉彎)以朝向彼此延伸。此外，每個磁傳感器41的安裝表面均沿圖1lB中的自頂至底的方向(即，與旋轉軸線O平行的方向)延伸。扭矩傳感器裝置的其它剩餘結構——更具體地是磁通量集流環713、714以及磁傳感器41——與第十一實施方式中的結構相同。
位於圖1lB中的上側的上磁通量集流環713的磁通量收集部763構造成使得連接部743在沿徑向方向相對遠離主體部721的遠位置處反向地轉向(U形轉彎)以朝向軸向方向的下側，使得安裝部751放置在磁傳感器41的徑向外側。位於圖1lB中的下側的下磁通量集流環714的磁通量收集部764構造成使得連接部744在沿徑向方向相對靠近主體部721的近位置處反向地 轉向(U形轉彎)以朝向軸向方向的上側，使得安裝部751放置在磁傳感器41的徑向內側。以此方式，磁通量集流環713的磁通量收集部763以及磁通量集流環714的磁通量收集部764在徑向方向上彼此相對。
在第^^一實施方式和第十二實施方式中，除了連接部742之外，連接部741、743、744的長度被延長，使得磁通量的洩漏與上面的實施方式相比可能會更容易發生。然而，在每個磁通量收集部761-764中，在第二方向上測得的連接部741-744的寬度小於在第二方向上測得的安裝部751的寬度。因此，磁通量的洩漏能夠被限制到最小量。
此外，在第i^一實施方式和第十二實施方式中，磁通量收集部761-764的距離旋轉軸線O的最大半徑(最大徑向尺寸)與第一實施方式至第十實施方式相比能夠被減小。特別地，在第十一實施方式中，最大半徑(最大徑向尺寸)Dl能夠被最小化。相比之下，在第十二實施方式中，儘管磁通量收集部763的最大半徑(最大徑向尺寸)D2大於第十一實施方式的磁通量收集部761的最大半徑(最大徑向尺寸)D1，但第十二實施方式的主體部721的軸向外表面之間的軸向距離H2與第i^一實施方式的主體部721的軸向外表面之間的軸向距離Hl相比能夠被減小。因此，理想的是根據本公開所應用到的扭矩傳感器裝置的可用安裝空間來選擇所述實施方式中的合適的一個。此外，在第十一實施方式和第十二實施方式中，在徑向方向上測得的安裝部751的徑向相對的內表面之間的距離小於在軸向方向上測得的主體部721的軸向相對的內表面之間的距離。
(其它實施方式)
圖12A至圖12C示出了安裝部的形狀的改型。這些改型的安裝部構造成具有圓化的角部(彎曲的角部，即，倒角)的多邊形形狀或構造成彎曲形狀。具體地，圖12A示出了安裝部765，安裝部765為平面的並且構造成具有圓化的角部76r的四邊形形狀。即，安裝部765的每個角部76r都是彎曲的。圖12B示出了安裝部766，安裝部766為平面的並且構造成具有圓化的角部76r的三角形形狀。圖12C示出了安裝部767，安裝部767構造成圓形形狀(弓形形狀)。即，安裝部767具有沿著安裝部767的整個圓周方向範圍(除了安裝部767的連接到——即，結合到——連接部74的連接部分之外)具有彎曲的外周邊緣。
磁通量容易在尖的或成銳角的邊緣部分處洩漏，但卻不容易在彎曲部分處洩漏。因此，當安裝部改型為具有在這些改型中討論的形狀時，能夠減小磁通量的洩漏量。
在以上實施方式中，多極磁體14固定到輸入軸11，並且兩個磁軛31、32固定到輸出軸12。替代性地，多極磁體14可以固定到輸出軸12，並且兩個磁軛31、32可以固定到輸入軸11。進一步替代性地，多極磁體14可以固定到扭力杆13的一個端部部分13a，並且兩個磁軛31、32可以固定到扭力杆13的另一端部部分13b。
如上所討論的，本公開不限於以上實施方式及其變型。即，在不背離本公開的精神和範圍的前提下可以以各種方式改進以上實施方式及其變型。例如，本公開的扭矩傳感器裝置的應用不限於電動轉向單元，而是可以應用到感測軸扭矩的各種其它裝置。
權利要求
1.一種扭矩傳感器裝置，包括: 第一軸(11)和第二軸(12)； 扭力杆(13)，所述扭力杆(13)具有第一端部部分(13a)和第二端部部分(13b)，其中，所述第一端部部分(13a)和所述第二端部部分(13b)分別固定到所述第一軸(11)和所述第二軸(12)以同軸地連接在所述第一軸(11)和所述第二軸(12)之間，並且當在所述第一軸(11)和所述第二軸(12)之間施加扭矩時，所述扭力杆(13)是可扭轉變形的； 多極磁體(14)，所述多極磁體(14)固定到所述第一軸(11)以及所述扭力杆(13)的所述第一端部部分(13a)中的一個上； 第一磁軛(31)和第二磁軛(32)，所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)位於所述多極磁體(14)的徑向外側並且固定到所述第二軸(12)以及所述扭力杆(13)的所述第二端部部分(13b)中的一個上，其中，所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)在所述扭力杆(13)的軸向方向上彼此相對，使得在所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)之間沿所述軸向方向設置有間隙，並且所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)在由所述多極磁體(14)產生的磁場中形成磁路； 第一磁通量收集體和第二磁通量收集體，所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體與所述第一磁軛(31)和 所述第二磁軛(32)分開地形成，其中，所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個均包括: 主體部(721-722)，所述主體部(721-722)鄰近所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)中的對應一個放置；以及 磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)，所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)從所述主體部(721-722)徑向向外突出並且通過所述主體部(721-722)與所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)中的對應一個磁耦合以在所述第一磁軛(31)和所述第二磁軛(32)中的所述對應一個與所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之間傳導磁通量；以及 磁傳感器(41)，所述磁傳感器(41)保持在所述第一磁通量收集體的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)與所述第二磁通量收集體的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之間並且包括磁感應裝置(41a)，所述磁感應裝置(41a)感測在所述第一磁通量收集體的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764 )與所述第二磁通量收集體的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之間產生的磁場的強度，其中: 所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個的所述磁通量收集部(730、·731、733-739、761-764)包括: 安裝部(750、751、753-759)，所述磁傳感器(41)安裝到所述安裝部(750、751、·753-759);以及 連接部(74、741-744)，所述連接部(74、741-744)從所述磁通量收集體的所述主體部(721-722)在與所述扭力杆(13)的軸線垂直的虛平面(V)中沿第一方向延伸以結合在所述主體部(721-722)與所述安裝部(750、751、753-759)之間；並且 所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個的所述連接部(74、·741-744)和所述安裝部(750、751、753-759)構造成使得在所述虛平面(V)中沿與所述第一方向垂直的第二方向測得的所述連接部(74、741-744)的寬度(Wc)小於沿所述第二方向測得的所述安裝部(750、751、753-759)的寬度(We)。
2.根據權利要求1所述的扭矩傳感器裝置，其中，所述第一磁通量收集體的所述連接部(74、741-744)和所述第二磁通量收集體的所述連接部(74、741-744)彎曲以將所述第一磁通量收集體的所述安裝部(750、751、753-759)和所述第二磁通量收集體的所述安裝部(750、751、753-759)放置成使得所述第一磁通量收集體的所述安裝部(750、751、753-759)與所述第二磁通量收集體的所述安裝部(750、751、753-759)之間的距離小於所述第一磁通量收集體的所述主體部(721-722)與所述第二磁通量收集體的所述主體部(721-722)之間的距離。
3.根據權利要求1或2所述的扭矩傳感器裝置，其中: 所述磁傳感器(41)為彼此大致相同的多個磁傳感器(41)中的一個；並且 所述多個磁傳感器(41)的所述磁感應裝置(41a)在所述第一磁通量收集體的所述安裝部(750、751、753-759)與所述第二磁通量收集體的所述安裝部(750、751、753_759)之間的位置處沿所述第二方向依次放置。
4.根據權利要求1所述的扭矩傳感器裝置，其中，所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個的所述安裝部(750、751、753-759)是大致平面的並且構造成以下形狀中的一種: 多邊形形狀，所述多邊形形狀中的每個角部是彎曲的；以及 彎曲形狀，所述彎曲形狀沿著所述彎曲形狀的除了所述彎曲形狀與所述連接部(74、741-744)連接的連接部分之外的沿整個圓周方向範圍具有彎曲的外周邊緣。
5.根據權利要求1或2所述的扭矩傳感器裝置，其中: 所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個的所述主體部(721-722)的至少一部分是弓形彎曲的 ； 所述第一方向是所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個的所述主體部(721-722)的曲線的法線方向；並且 所述第二方向是所述第一磁通量收集體和所述第二磁通量收集體中的每個的所述主體部(721-722)的所述曲線的切線方向。
6.根據權利要求1或2所述的扭矩傳感器裝置，其中: 所述扭矩傳感器裝置用於車輛的電動轉向單元(5)； 所述第一軸(11)和所述第二軸(12)中的一個是連接到所述車輛的方向盤(93)的輸入軸；並且 所述第一軸(11)和所述第二軸(12)中的另一個是連接到所述車輛的驅動輪(98)的輸出軸。
全文摘要
本發明涉及一種扭矩傳感器裝置，在該裝置中，扭力杆(13)具有分別固定到輸入軸(11)和輸出軸(12)以同軸地連接在輸入軸(11)與輸出軸(12)之間的第一端部部分(13a)和第二端部部分(13b)。多極磁體(14)固定到輸入軸。第一磁軛(31)和第二磁軛(32)固定到輸出軸。磁傳感器(41)保持在分別磁耦合到第一和第二磁軛的第一和第二磁通量集流環的磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之間。在每個磁通量收集部中，連接部(74、741-744)和安裝部(750、751、753-759)構造成使得連接部的寬度(Wc)小於安裝部的寬度(We)。
文檔編號B62D6/10GK103162886SQ20121051371
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月4日 優先權日2011年12月16日
發明者高橋良樹, 深谷繁利, 下村修 申請人:株式會社電裝