CN104520686A - 扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

扭矩传感器TS1由固定于第一输出轴3的磁性部件21、以包围该磁性部件21的外周侧的方式固定于输出轴1的一对第一、第二磁轭部件31,32、检测通过该两磁轭部件31,32之间的磁通的磁力计60构成，其中，磁性部件21由套筒23和圆环状的永久磁铁21构成。套筒23具有：多个支承部26，其由金属材料形成为大致圆筒状，在其轴向端缘沿径向延伸；卡合突起27，其在该各支承部26的周向之间沿轴向延伸。永久磁铁21，其在内周面被切开形成有向轴向贯通的多个卡合槽24。该永久磁铁21与套筒23利用以横跨该二者21,23的方式设置的树脂制填充材料22结合。

Description

扭矩传感器

技术领域

本发明涉及适用于例如车辆的动力转向装置且检测驾驶员的转向扭矩的扭矩传感器。

背景技术

作为适用于例如汽车动力转向装置的现有扭矩传感器，以下专利文献1记载的扭矩传感器是公知的。

大致说明如下。该扭矩传感器具备：磁性部件，在周向上具有多个磁极，其与由经由扭杆可相对旋转地连接的两个轴部件构成的转向轴中的一个轴部件的外周结合；第一、第二磁轭部件，其为经由规定的支架与所述两个轴中的另一个轴部件的外周连接的由软磁性体构成的一对环状部件，各自具有向径向内侧延伸的多个爪部，被配置成在轴向上相互对置；一对第一、第二集磁部件，在各所述磁轭部件的周向的一部分范围内，该一对第一、第二集磁部件以在该磁轭部件之间(在轴向上)相互对置的方式被设置，在两者之间产生磁场；磁力计，其收纳配置在形成于这些两集磁部件之间的气隙内，检测通过该集磁部件之间的磁通量；该扭矩传感器根据由磁力计检测到的磁通量(磁通密度)的变化，检测向转向轴输入的扭矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2004－309463号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，在所述扭矩传感器中，所述磁性部件由作为磁环的圆环状磁体和用于将该磁体固定于转向轴的作为磁体保持件的套筒构成，该磁体和套筒经由规定的树脂材料结合。

然而，所述树脂材料经不起温度变化，受老化的影响也大，因此存在例如由于比金属材料的线膨胀系数大的线膨胀系数引起的热膨胀或者冷却时的收缩导致的破损而不能稳定地固定磁体的问题。

本发明鉴于上述技术课题而提出，提供一种能够稳定地维持磁体的固定状态的扭矩传感器。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的扭矩传感器的特征在于，检测在旋转部件中产生的扭矩，该旋转部件由金属材料形成的通过扭杆被连接的第一轴部件和第二轴部件构成，该扭矩传感器包括：金属材料形成的套筒，其由以包围所述第一轴部件的方式形成为圆环状或圆弧状的套筒主体、设置于所述套筒主体将该套筒主体固定于所述第一轴部件的固定部、设置于所述套筒主体且具有使用状态下面向铅直方向上侧的支承面的轴向位置限制部、设置于所述套筒主体且向所述旋转部件的旋转轴方向延伸的径向位置限制部构成；磁体，其由树脂材料和磁性材料的复合材料形成为包围所述第一轴部件的圆环状，并且沿周向交替配置有不同的磁极，该磁体被配置在所述支承面上而限制所述旋转部件的旋转轴向位置，并且被所述径向位置限制部限制该磁体的径向位置；填充材料，其以与所述磁体和所述径向位置限制部二者紧贴的方式设置，由杨氏模量比所述磁体小的树脂材料形成；第一磁轭部件，其由磁性材料形成，具有多个第一爪部和将各该第一爪部彼此连接的第一圆环部，在该第二轴部件上该第一磁轭部件被设置为与所述第二轴部件一体旋转，多个该第一爪部被配置为与所述磁体相对；第二磁轭部件，其由磁性材料形成，具有多个第二爪部和将各该第二爪部彼此连接的第二圆环部，在该第二轴部件上该第二磁轭部件被设置为与所述第二轴部件一体旋转，多个该第二爪部被配置为以在各所述第一爪部的周向之间交替地排列的方式与所述磁体相对；磁力计，其具有霍尔元件，该霍尔元件检测在所述第一磁轭部件和所述第二磁轭部件产生的磁场的变化；该扭矩传感器基于所述磁力计的输出信号检测在所述旋转部件中产生的扭矩。

发明效果

根据本发明，能够利用由金属材料形成的套筒的支承面和径向位置限制部抑制磁体的轴向及径向的位置偏移，其结果，能够谋求稳定地维持该磁体相对于第一轴部件的固定状态。

附图说明

图1是表示本发明的扭矩传感器的适用对象即动力转向装置结构的示意图；

图2是表示本发明扭矩传感器的第一实施方式，是图1所示的转向***(第一齿轮齿条机构附近)的纵截面图；

图3是图2所示的扭矩传感器的立体图；

图4是图3所示的扭矩传感器的分解立体图；

图5是沿图2的A－A线的剖面图；

图6是图5(a)所示的扭矩传感器附近的主要部分放大图；

图7是表示本发明扭矩传感器的第一实施方式，是如图6所示的磁性部件的分解立体图。

图8是表示如图7所示的永久磁铁与套筒的组装体的立体图。

图9是从B方向看向图8的向视图。

图10是表示在如图7所示的组装体内填充填充材料而成的如图6所示的磁性部件的立体图。

图11是如图6所示的磁性部件附近的主要部分放大图。

图12是如图7所示的组装体的主要部分放大俯视图。

图13是表示本发明扭矩传感器第一实施方式第一变形例的图，是与图11的主要部分放大图相当的图。

图14是表示本发明扭矩传感器第一实施方式的第二变形例的图，是与图11的主要部分放大图相当的图。

图15是表示本发明扭矩传感器第一实施方式的第三变形例的图，是与图11相当的磁性部件的主要部分放大剖面图。

图16是表示本发明扭矩传感器第一实施方式的第四变形例的图，是与图11相当的磁性部件的主要部分放大剖面图。

图17表示本发明扭矩传感器的第二实施方式，是图1所示的转向系(第一齿轮齿条机构附近)的纵截面图。

图18是表示如图17所示的磁性部件的视图，(a)是分解立体图，(b)是表示(a)所示的永久磁铁和套筒的组装体的立体图。

图19是表示如图17所示的磁性部件的剖面图，(a)是如图17所示的磁性部件附近的主要部分放大图，(b)是(a)的C-C线剖面图。

图20是表示本发明第二实施方式第一变形例的磁性部件的视图，(a)是分解立体图，(b)是表示(a)所示的永久磁铁和套筒的组装体的立体图。

图21是同变形例的磁性部件的剖面图，(a)是与如图(17)所示的磁性部件附近的主要部分相当的放大图，(b)是(a)的D-D线剖面图。

图22是表示本发明第二实施方式第二变形例的磁性部件的视图，(a)是分解立体图，(b)是(a)所示的永久磁铁和套筒的组装体的立体图。

图23是同变形例的磁性部件的剖面图，(a)是与如图17所示的磁性部件附近的主要部分相当的放大图，(b)是(a)的E-E线剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的扭矩传感器的实施方式等。需要说明的是，在下述的实施方式等中，以将该扭矩传感器应用于汽车的齿轮齿条式电动动力转向装置为例进行说明。

(第一实施方式)

图1～图12表示本发明扭矩传感器的第一实施方式，首先，如图1所示，本发明的作为扭矩传感器的适用对象的电动动力转向装置构成为，由一端侧与方向盘SW连接的输入轴1(相当于本发明的第二轴部件)和一端侧经由扭杆2与所述输入轴1可相对旋转地连接的第一输出轴3(相当于本发明的第一轴部件)构成的转向轴经由设于车宽方向一侧的第一齿轮齿条机构RP1与未图示的转向轮连接，并且，第二输出轴6经由设于车宽方向另一侧的第二齿轮齿条机构RP2与所述未图示的转向轮连接，其中第二输出轴6经由例如蜗轮蜗杆副等规定的减速机构5与基于配置在所述转向轴外周的扭矩传感器TS的输出信号被ECU4驱动控制的电动机M连接。需要说明的是，构成所述转向轴的两轴1,3利用规定的磁性金属材料形成。

在此，所述第一齿轮齿条机构RP1由设于第一输出轴3的另一端侧的小齿轮3a和在各端经由转向横拉杆7,7分别与未图示的所述转向轮连接的齿条杆8的一端侧设置的未图示的第一齿条构成，第二齿轮齿条机构RP2由与第二输出轴6的前端部连接的第二小齿轮6a和在所述齿条杆8的另一端侧设置的未图示的第二齿条构成。

由于具备如上所述的结构，扭杆2基于自方向盘SW输入到输入轴1的转向扭矩而发生扭转变形，基于伴随该扭转变形而该扭杆2复原时所产生的旋转扭矩旋转的第一输出轴3的旋转运动经由所述第一齿轮齿条机构RP1转换为齿条杆8的直线运动，并且，基于根据所述转向扭矩产生于电动机M的转向辅助扭矩旋转的第二输出轴6的旋转运动经由所述第二齿轮齿条机构RP2转换为齿条杆8的直线运动，由此获得所述电动机M的转向辅助，并且所述转向轮的方向被变更。

特别是如图2所示，所述转向轴构成为输入轴1的另一端侧和第二输出轴3的整体被收纳于收纳所述第一齿轮齿条机构RP1的第一齿轮外壳10内部，该第一齿轮外壳10由使用多个配置在周向上的螺栓9紧固的一对外壳构成部件，即收纳第一输出轴3整体的大致圆筒状的外壳主体11和以闭塞该外壳主体11的上端部即一端侧开口部的方式设置的外壳罩12构成。

所述外壳主体11中一端侧构成为以台阶状扩径的大径部11a，另一端侧构成为比第二输出轴3的外径大若干程度的直径比较小的小径部11b，在将收纳于所述大径部11a内的输入轴1的另一端部和第二输出轴3的一端部对合而成的两轴1,3的连接部的外周区域配置有所述扭矩传感器TS。另外，在所述外壳主体11的小径部11b的两端部配置有一对轴承BR1,BR2，由该一对轴承BR1,BR2旋转自如地支承第二输出轴3。另一方面，在外壳罩12上，在形成于轴向中间部的中间细部12a的内周也配置有轴承BR3，由该轴承BR3旋转自如地支承输入轴1。

如图2～图6所示，所述扭矩传感器TS主要包括：磁性部件20，其构成为大致圆筒状，通过安装固定于第一输出轴3的一端部外周而与该第一输出轴3可一体旋转；一对第一、第二磁轭部件31,32，均由软磁性体构成为大致圆筒状，通过被安装固定于输入轴1的另一端部外周而与该输入轴1可一体旋转，一端侧(图6中的下端部侧)在所述磁性部件20的径向上与该磁性部件20对置且相互分离(不直接连接)；形成为大致圆环状的一对第一、第二集磁环51,52，其在这些磁轭部件31,32的另一端侧(图6中的上端部侧)被收纳配置于形成在该两磁轭部件31,32之间的径向间隙间，将向该两磁轭部件31,32的另一端侧泄漏的所述磁性部件20产生的磁场(磁通量)聚集在规定的范围内；一对磁力计60,60，隔着规定的间隙即气隙收纳配置在这两个集磁环51,52之间，检测通过该两集磁环51,52之间的所述磁通量。

如图7、图10及图11所示，所述磁性部件20由树脂材料和磁性材料的复合材料形成为圆环状的磁体即永久磁铁21以及由金属材料形成为大致圆筒状且将永久磁铁21向第一输出轴3固定的套筒23利用在该二者21,21之间填充的由树脂材料构成的填充材料22一体地塑模成型，通过对外嵌于大径部3b的套筒23的固定部即锥状前端部23a沿周向进行激光焊接，经由该套筒23，将磁性部件20固定于第一输出轴3的外周，其中大径部30b在第一输出轴3的一端部外周扩径形成为台阶状。

更具体而言，所述永久磁铁21沿周向交替配置有多个(在本实施方式中各八极，共十六极)不同的磁极(N极、S极)，其外周面21a构成为平坦状，在其内周面21b上的周向90度等间隔的位置，切开形成有四个卡合槽24，该卡合槽24沿轴向贯通，形成为截面呈大致矩形凹状。

需要说明的是，该永久磁铁21的内径设定为至少比该永久磁铁21的冷收缩量大，从而能够避免在该永久磁铁21冷收缩时，基于因与该第一输出轴3压接而产生的内部应力所产生的该永久磁铁21的磁场特性的变化。

所述套筒23例如由不锈钢或铝这样的非磁性金属材料成型为薄壁状，由设置成与所述大径部3b可嵌合的圆筒状套筒主体25、具有四个从该套筒主体25的基端(与永久磁铁21接近侧的端部)沿径向彼此独立地延伸而支承永久磁铁21的支承面26a的作为轴向位置限制部的凸缘部即支承部26、四个在该各支承部26的周向间沿轴向延伸且通过与各永久磁铁的各卡合槽24卡合来限制永久磁铁21的径向位置偏移的径向位置限制部即卡合突起27构成。

在此，所述各支承部26分别设定为沿周向具有较大的周向宽度，设定成与永久磁铁21具有同等的径向宽度，利用这样的规定的尺寸结构，能够稳定地支承永久磁铁21。

所述各卡合突起27在各支承部26的周向间大致中间位置，以与邻接的支承部26之间具有规定的周向间隙C1(参照图12)的方式配置，并且以从套筒主体25的基端向径向外侧偏离的方式立设为纵截面呈大致L形，由通过从该套筒主体25的基端向径向外侧水平状地延伸而支承后述卡合部29使其可弹性变形的弹性基部28以及从该弹性基部28的前端呈弯曲状地立设且通过嵌插于各卡合槽24而与该各卡合槽24卡合的卡合部29构成。需要说明的是，该各卡合突起27通过如前所述由薄壁的金属材料形成，能够以所述弹性基部28的基端部为支点比较容易地弹性变形。

另外，如图12所示，作为所述各卡合突起27与所述各卡合槽24的尺寸关系，在径向上该二者24,27之间形成有规定的径向间隙C2。即，该径向间隙C2设定为至少比永久磁铁21的冷收缩量大，由此，能够避免在永久磁铁21冷收缩时，基于与卡合突起27压接而产生的内部应力所产生的磁场特性的变化。需要说明的是，此时，该各卡合突起27因为如上所述具有良好的弹性特性，所以即使在上述径向间隙C2较小，由于永久磁铁21的冷收缩而在该各卡合突起27上作用有按压力的情况下，该按压力由于上述弹性特性而被降低，从而能够谋求抑制在永久磁铁21中产生的内部应力。

并且，在周向上，在所述各卡合突起27与所述各卡合槽24之间也形成有一对周向间隙C3,C3。即，该周向间隙C3,C3也设定为比永久磁铁21的冷收缩量大，由此，与上述径向间隙C2的情况同样地，能够避免基于永久磁铁21的内部应力所产生的磁场特性的变化。

另外，在本实施方式中，因为对具有十六个磁极的永久磁铁21沿周向等间隔地配置有四个卡合突起27，即在N，S四个磁极间配置一个卡合突起27，所以能够谋求使永久磁铁21中各卡合突起27的影响均匀化，从而还能够避免磁场不平衡的问题。

所述填充材料22由杨氏模量比永久磁铁21小的规定树脂材料形成，如图10、图11所示，其被填充(形成)为纵截面呈コ形，由内周覆盖部22a、上方覆盖部22b及下方覆盖部22b构成，从而覆盖永久磁铁21的内周面侧及上下表面侧的大致整体。该填充材料22以包含所述两周向间隙C1,C3而横跨永久磁铁21和卡合突起27的方式填充该二者21,27之间的凹凸，并且设置成与该二者21,27紧贴。

具体而言，在从如图7所示的状态以使各卡合部29与各卡合槽24卡合的方式将永久磁铁21载置在套筒主体25的支承部26上之后，将该组装体21a(参照图8)设置在未图示的成型模具内，在向该成型模具内填充填充材料22之后，将其冷却固化，从而如图10所示成型为所述组装体21a被填充材料22包围而成的所述磁性部件20。需要说明的是，在使用该填充材料22塑模成型的磁性部件20顶部的填充材料22的正面以与各卡合槽24对应的方式设置的四个凹部30在所述成型模内通过经由所述各卡合槽24定位固定所述组装体21a而形成。

如图2～图6所示，所述第一磁轭部件31由多个第一爪部41和第一圆环部43构成，该第一爪部41形成为一端侧直径较大而另一端侧直径较小的纵截面为曲柄状的形状，在一端侧向径向外侧扩径而纵截面大致呈倒L形，且在磁性部件20的外周区域，多个第一爪部41以隔开规定周向间隔的方式排列在所述转向轴(旋转轴Z)的同心圆上；该第一圆环部43在另一端侧沿所述旋转轴Z的周向形成为连续的圆环状，通过与各所述第一爪部41的基部连接而将各该第一爪部41彼此相互连接。

所述第二磁轭部件32由多个第二爪部42和第二圆环部44构成，该第二爪部42形成为一端侧直径较小而另一端侧直径较大的纵截面为曲柄状的形状，在一端侧向径向内侧缩径而纵截面大致呈倒L形，且在磁性部件20的外周区域，在所述旋转轴Z的同心圆上且各所述第一爪部41的周向之间，以隔开规定周向间隔的方式在与各该第一爪部41同一圆周上交替地排列；第二圆环部44在另一端侧沿所述旋转轴Z的周向形成为连续的圆环状，通过与各所述第二爪部42的基部连接而将各该第二爪部42彼此相互连接。

而且，该第一磁轭部件31和第二磁轭部件32使邻接的各所述爪部41,42彼此经由由与所述磁性部件20相同的树脂材料构成的绝缘部33相结合，并且，经由该绝缘部33在第一圆环部43的内周侧结合由规定的金属材料形成为大致圆筒状的套筒34，并经由该套筒34固定于输入轴1的外周，从而使得各所述第一爪部41和各所述第二爪部42在同一圆周上交替地整齐排列，并且，在第一圆环部43的外周侧以分开对置的方式配置有第二圆环部44。作为此时具体的固定方法，与所述磁性部件20同样，通过对套筒34的前端部34a沿周向进行激光焊接，经由所述套筒34固定于第一输出轴3的外周，其中套筒34的前端部34a外嵌于在输入轴1的另一端部外周扩径形成为台阶状的大径部1a。

另外，所述第一、第二爪部41,42分别由第一、第二轴向延伸部41a,42a和第一、第二径向延伸部41b,42b构成，该第一、第二轴向延伸部41a,42a分别沿所述旋转轴Z的轴向延伸且在径向上与永久磁铁21对置，该第一、第二径向延伸部41b,42b从各该轴向延伸部41a,42a以弯曲的方式沿所述旋转轴Z的径向延伸。而且，所述两轴向延伸部41a,42a设定为至少比永久磁铁21的轴向长度长的轴向长度，由该两轴向延伸部41a,42a从径向外侧完全地包围永久磁铁21。

所述第一、第二集磁环51,52均构成为周向有端的圆弧状，以在超过180度的周向范围包围所述旋转轴Z，并且，将第一集磁环51设在内周侧，而将第二集磁环52设在外周侧，使该两集磁环51，52在径向上彼此重合，所述一对磁力计60,60收纳配置于由在周向的一部分对置而形成的后述的第一、第二平坦部51a、52a形成的径向间隙内。

即，所述第一集磁环51形成为包围320度左右的周向大范围的大致圆环状，并且，在沿周向被切断而成的第一缺口部51b的相反侧(点对称的位置)设置有第一平坦部51a，该第一平坦部51a向径向外侧突出而形成为该位置的规定周向范围的横截面大致呈矩形状，另一方面，所述第二集磁环52形成为包围比所述第一集磁环51的包围范围窄的290度左右的周向范围的大致圆环状，并且，在沿周向被切断而成的第二缺口部52b的相反侧(点对称的位置)设置有第二平坦部52a，该第二平坦部52a向径向内侧挤压而形成为使该位置的规定周向范围呈平坦状。

在此，如上所述，第一、第二集磁环51,52彼此形成为，配置于内周侧的第一集磁环51的第一缺口部51b的周向范围变窄，而配置于外周侧的第二集磁环52的第二缺口部52b的周向范围变宽，从而这两个集磁环51,52的周长大致相等，由此该两集磁环51,52间的磁阻被均匀化。

而且，所述第一、第二集磁环51,52经由与所述磁性部件20及所述两磁轭部件31,32相同的树脂材料构成的绝缘部53相互连接，并且经由所述绝缘部53通过规定的固定方法(例如螺栓的紧固)被安装固定于外壳主体11的大径部11a，使得至少其轴向区域的一部分在所述两圆环部43,44内与该两圆环部43,44在径向上重合。

所述一对磁力计60,60均收纳配置在所述第一、第二集磁环51,52之间的径向间隙内，由霍尔IC即检测部61和连接端子62构成，该检测部61由被收纳于该间隙内部的霍尔元件检测通过该两集磁环51,52(所述两平坦部51a、52a)之间的磁场(磁通)，该连接端子62用于将该检测部61与配置于所述扭矩传感器TS上方的控制基板63(参照图2)连接。即，该磁力计60,60本身分别通过经由各所述连接端子62,62与控制基板63连接而被固定，在所述两集磁环51,52之间的径向间隙内，以隔开所述规定的气隙的方式收纳配置在各所述集磁环51,52(各所述平坦部51a、52a)之间。该两磁力计60,60利用所述霍尔元件的霍尔效果，由各所述检测部61,61检测通过所述两集磁环51,52间的磁通密度，根据随着该磁通密度变化的来自各所述检测部61,61的输出信号计算控制基板63的扭矩。

需要说明的是，如图2所示，所述控制基板63经由板对板(board to board)连接器64与ECU4(参照图1)连接，该板对板连接器64通过贯穿形成于外壳主体11的大径部11a侧的窗孔11c被引入到该外壳主体11内。

下面，基于图1～图6对本实施方式的所述扭矩传感器TS1的作用及与之相伴的效果进行说明。

在所述扭矩传感器TS1中，当在输入轴1(所述两轴1,3之间)上未作用转向扭矩而所述转向轴处于中立状态时，永久磁铁21的各极边界位于第一、第二爪部41,42的周向正中间位置，该永久磁铁21对各所述爪部41,42形成的磁阻相等。其结果是，由于在该永久磁铁21中产生的磁场不会在第一、第二爪部42之间短路而向各所述圆环部43,44泄漏，因此，各所述磁力计60,60检测不到该磁场的磁通量。

接着，在方向盘SW被转向而对输入轴1(所述两轴1,3之间)作用了转向扭矩的情况下，永久磁铁21的各极边界向第一、第二爪部41,42的周向一侧偏离，永久磁铁21对各所述爪部41,42产生的磁阻中所述极边界所偏离的周向一侧的磁阻变大。由此，产生于该永久磁铁21的磁场向各所述圆环部43、44泄漏，经过各该圆环部43、44流向邻接的磁极。其结果是，在各所述集磁环51,52之间，磁通量从一侧向另一侧通过，各所述磁力计60,60检测到该磁通密度，基于利用各该磁力计60,60的输出信号运算的转向扭矩，ECU4运算电动机M的转向辅助扭矩。这时，基于通过各所述集磁环51,52之间的磁通量的方向，确定转向方向及基于该转向方向被赋予的所述转向辅助扭矩的赋予方向。

如上所述，根据本实施方式的扭矩传感器TS1，利用由金属材料构成的套筒23的支承部26及卡合突起27以及第一磁轭部件31的爪部41(径向延伸部41b)，即使填充材料22老化或随着温度变化而破损，也能够限制永久磁铁21的轴向、径向乃至周向(旋转位置)的位置偏移。

即，在本实施方式中，通过将永久磁铁21载置在各支承部26上而使该各支承部26作为防止永久磁铁21向铅直下方移动的止动部发挥作用，其结果，能够抑制填充材料22劣化等而导致的永久磁铁21向铅直下方侧的移动。

并且，此时，因为所述各支承部26设置成相对于套筒主体25向径向外侧延伸，所以能够将载置其上的永久磁铁21的外径设定成较大，从而也能提高扭矩传感器TS1的灵敏度。

并且，通过使各卡合突起27与各卡合槽24卡合，利用该两者24,27的卡合，限制该二者24,27之间的径向相对移动，限制该两者24,27之间的周向相对移动(相对旋转)，其结果，能够限制填充材料22劣化等而引起的永久磁铁21向周向和径向两个方向的移动。

需要说明的是，此时，在套筒23侧设置有各卡合突起27，在永久磁铁21侧设置有各卡合槽24，从而与在永久磁铁21侧配置卡合突起的情况相比，能够抑制该卡合突起的破损，也能提高扭矩传感器TS1的耐久性。

除此之外，通过在磁性部件20的铅直上方以与该磁性部件20较接近的方式配置第一磁轭部件31，从而能够使该第一磁轭部件31的径向延伸部41b作为防止永久磁铁21向铅直上方移动的止动部发挥作用，其结果，能够限制填充材料22在劣化等而引起的永久磁铁21向铅直上方侧的移动。

另外，通过利用填充材料22进行永久磁铁21与套筒23的连接，能够利用该填充材料22吸收所述二者21,23之间的杨氏模量的差，不仅如此，尤其是在本实施方式中，通过作为该填充材料22使用杨氏模量比永久磁铁21小的树脂材料，并且使该填充材料22构成为以横跨永久磁铁21和套筒23的方式包含该二者21,23地进行填充，能够利用该填充材料22随温度变化的膨胀或收缩，提高永久磁铁21与套筒23的结合力。

具体而言，填充材料22填充在永久磁铁21与套筒23之间形成的间隙，例如所述径向间隙C2及所述各周向间隙C1,C3，从而在高温时填充材料22在所述各间隙C1,C2,C3内膨胀的程度比永久磁铁21更大，使该填充材料22以在所述二者21,23之间突出的方式与该二者21,23更加紧贴，其结果，能够提高永久磁铁21与套筒23之间的结合力。

另一方面，在低温时，通过填充材料22的收缩程度比永久磁铁21更小，从外侧覆盖永久磁铁21的所述各覆盖部22a,22,22c与该二者21,23更紧贴，从而从外侧按压永久磁铁21和套筒23，其结果，即使在低温时，也能够提高该永久磁铁21和套筒23的结合力。特别是，利用所述上方覆盖部22b与下方覆盖部22c的冷收缩，以夹入所述二者21,23的方式施加作用，所以能够更稳定地维持永久磁铁21的轴向位置。

另外，在本实施方式中，通过将各卡合槽24配置在永久磁铁21的内周部，并且将第一、第二磁轭部件31,32的各爪部41,42配置在永久磁铁21的外周侧，还能够利用各卡合槽24抑制磁场特性变化的不良情况。

并且，通过使用非磁性材料形成套筒23，套筒23不会被永久磁铁21的磁场磁化，通过设置该套筒23，也不必担心磁场特性变化。

除此之外，在本实施方式中，因为固定有磁性部件20(永久磁铁21)的第一输出轴3使用磁性材料形成，所以在永久磁铁21的内周侧也配置有磁性体，从而还能够提高该永久磁铁21的磁导率。另一方面，因为用于扭矩检测的第一、第二爪部41,42配置在相对于磁性体即第一输出轴3较远地分开的永久磁铁21的外周侧，所以能够将因第一输出轴3由磁性材料形成而对扭矩检测精度产生的影响降低到最小。

图13表示本发明扭矩传感器的所述第一实施方式的第一变形例，扩大了所述各卡合突起27的径向偏移量。

即，在本变形例中，所述各卡合槽24从下方呈方孔状穿设永久磁铁21的径向中间部，从而永久磁铁21的内外周面21a,21b均形成为平坦状。

因此，在本变形例的情况下，也同样地不会因为所述各卡合槽24及与其卡合的所述各卡合突起27面向永久磁铁21的外周面21a而与第一、第二磁轭部件31,32的爪部41,42对置，所以尽管在加工作业效率方面不如所述第一实施方式，但是能够得到与该第一实施方式相同的作用效果。

另外，特别是在本实施方式中，通过使所述各卡合槽24形成为袋状，能够提高所述径向间隙C2及周向间隙C3内的所述热膨胀效果，从而能够进一步谋求提高高温时永久磁铁21与套筒23的结合力。

图14表示本发明扭矩传感器的所述第一实施方式的第二变形例，所述各卡合突起27在径向上的偏移量比所述第一变形例更加扩大。

即，在本变形例中，在所述永久磁铁21的外周面21a穿设有所述各卡合槽24，使所述各弹性基部28延长，从而构成为所述各卡合部29从永久磁铁21的内周侧向该各卡合槽24内嵌插。

因此，在本变形例的情况下，也同样地能够消除所述各卡合槽24及与其卡合的所述各卡合突起27面向永久磁铁21的外周面21a而与第一、第二磁轭部件31,32的爪部41,42相对所带来的对磁场的影响，能够得到与所述第一实施方式相同的作用效果。

图15表示本发明扭矩传感器的第一实施方式的第三变形例，改变了所述第一实施方式的填充材料22的结构。

即，相对于利用所述填充材料22覆盖永久磁铁21的内周侧的所述第一实施方式，在本实施方式中，利用填充材料22覆盖永久磁铁21的外周侧，该填充材料22由上方覆盖部22b、下方覆盖部22c及外周覆盖部22d构成。

这样，即使在利用填充材料22覆盖永久磁铁21的外周侧的情况下，也能够得到与所述第一实施方向相同的作用效果。

图16表示本发明扭矩传感器第一实施方式的第四变形例，改变了所述第一实施方式的填充材料22的结构。

即，在本实施方式中，废弃了所述第一实施方式的填充材料22的上方覆盖部22b，取而代之，在永久磁铁21的内周面21b切开形成沿周向连续的周向槽21c，通过包含该周向槽21c在内填充填充材料22而作为内周覆盖部22a构成。

利用所述结构，在稳定地保持永久磁铁21的这方面，能够得到与所述第一实施方式相同的作用效果，在随温度变化的填充材料22的膨胀或收缩的观点来看，还能够在高温时使所述周向槽21c内的填充材料22热膨胀而提高所述永久磁铁21与套筒23的结合力，另一方面，在低温时，能够提高填充于所述周向槽21c内的槽内充填部22e与下方覆盖部22c的冷收缩作用所带来的所述永久磁铁21与套筒23的结合力。

〔第二实施方式〕

图17～图19表示本发明扭矩传感器的第二实施方式。需要说明的是，在本实施方式中，扭矩传感器及使用该扭矩传感器的电动动力转向装置的基本结构与所述第一实施方式相同，对与所述第一实施方式相同的结构标注相同的符号并省略其具体说明。

作为本实施方式的扭矩传感器的适用对象的动力转向装置与所述第一实施方式不同，所述轴承BR1由滚珠轴承构成，并且，该轴承BR1利用螺纹连接于外壳主体11的大径部11a的内周的锁紧螺母14固定，在该锁紧螺母14的内周侧收纳配置有本实施方式的扭矩传感器TS2。

并且，所述扭矩传感器TS2与所述第一实施方式的扭矩传感器TS1相反地，所述套筒23的支承部26及卡合突起27均从套筒主体25的基端向径向内侧延伸，构成为所述永久磁铁21的直径比套筒主体25的直径小。

即，本实施方式的支承部26构成为向径向内侧缩径成台阶状，从套筒主体25的基端向径向内侧延伸，由与大径部3b的端面抵接的第一支承部71、从该第一支承部71向铅直方向上侧立设的基部72、从该基部72的前端向径向内侧延伸且直接支承永久磁铁21的作为凸缘的第二支承部73构成，在构成于所述第二支承部73的上表面的平坦状的支承面73a上载置有永久磁铁21。

因此，根据本实施方式，使所述套筒23的支承部26构成为从套筒主体25的基端向径向内侧延伸，从而能够实现扭矩传感器TS2的径向尺寸的小型化，能够提高向所述动力转向装置等该扭矩传感器TS2的适用对象的搭载性及该适用对象自身的小型化等。

另外，所述支承部26以利用基部72使永久磁铁21的支承部(第二支承部73)使底部从套筒主体25提高的方式构成，通过底部提高，可以使所述树脂材料22的下方覆盖部22c也进入永久磁铁21与套筒主体25之间的第二支承部73的下侧。这样，通过在轴向上使树脂材料22的一部分与第二支承部73卡合，能够更稳固地使永久磁铁21与套筒23结合，从而也能够谋求提高永久磁铁21的保持性。

图20、图21表示本发明扭矩传感器的所述第二实施方式的第一变形例，废弃了所述第二实施方式的各卡合突起27，使该各卡合突起27的功能包含在各支承部26中。

即，在本变形例中，在所述各支承部26中基部72与第二支承部73一体构成，并且，该第二支承部73形成为向基端侧逐渐扩径的大致圆锥形。并且，伴随该第二支承部72的构成，在所述永久磁铁21的下端部内周缘切开形成有各卡合槽24，该各卡合槽24形成为比各第二支承部72的高度尺寸浅且构成为能够与该各第二支承部26卡合。

这样，通过使所述各第二支承部73构成为圆锥状，能够使用由该各第二支承部73的外侧面构成的各支承面73a，限制永久磁铁21相对于套筒23的轴向(铅直下方)及径向的相对移动，并且，能够利用该第二支承部73的周向侧面，限制永久磁铁21相对于套筒23的周向相对移动。由此，能够谋求简化套筒23的结构，在第二实施方式的作用效果的基础上，还能实现扭矩传感器TS2的生产性提高及成本降低。

并且，通过使所述各第二支承部73形成为圆锥状，在填充材料22劣化等时，能够利用该圆锥状的支承面73a对永久磁铁21进行定心(调芯)，从而也能够确保该永久磁铁21的同轴性。

图22、图23表示本发明扭矩传感器的所述第二实施方式的第二变形例，废弃了所述第二实施方式的各卡合突起27，使该各卡合突起27的功能包含在各支承部26中。

即，在本变形例中，使与所述各卡合突起27一体化而成支承部26通过与凹状的卡合槽24卡合而构成，该卡合槽24在永久磁铁21的下端面的径向中间部沿周向以圆弧状切口而形成。

这样，在永久磁铁21的下端面设置所述凹状的各卡合槽24，使该各卡合槽24与各第二支承部73卡合，也能够利用配置在该下端侧的第二支承部73的支承面73a，限制永久磁铁21相对于套筒23的铅直下方侧的相对移动，并且能够通过该第二支承部73与凹状卡合槽24内的卡合，限制永久磁铁21相对于套筒23的径向及周向的相对移动。因此，根据本变形例，也能够与所述第一变形例同样地实现套筒23的结构简化，从而实现扭矩传感器TS2的生产性提高及成本降低。

本发明不限于所述实施方式等的结构，例如与本发明特征无直接关系的所述各磁轭部件31,32及所述各集磁环51，52等的具体结构自不用说，成为本发明特征的所述永久磁铁21及所述套筒23这样的具体结构只要能够起到所述本发明作用效果，能够采用各种方式，可以根据适用扭传感器的规格等自由变更。

符号说明

1  输入轴(第一轴部件)

2  扭杆

3  第一输出轴(第二轴部件)

20  磁性部件

21  永久磁铁(磁体)

22  填充材料

23  套筒

23a  锥状前端部(固定部)

25  套筒主体

26  支承部(轴向位置限制部)

26a  支承面

27  卡合突起(径方向位置限制部)

31  第一磁轭部件

32  第二磁轭部件

41  第一爪部

42  第二爪部

43  第一圆环部

44  第二圆环部

60  磁力计

TS1,TS2  扭矩传感器

Z  旋转轴(旋转部件的旋转轴)

Claims (19)

1.一种扭矩传感器，其特征在于，检测在旋转部件中产生的扭矩，该旋转部件由金属材料形成的通过扭杆被连接的第一轴部件和第二轴部件构成，该扭矩传感器包括：

金属材料形成的套筒，其由以包围所述第一轴部件的方式形成为圆环状或圆弧状的套筒主体、设置于所述套筒主体将该套筒主体固定于所述第一轴部件的固定部、设置于所述套筒主体且具有使用状态下面向铅直方向上侧的支承面的轴向位置限制部、设置于所述套筒主体且向所述旋转部件的旋转轴方向延伸的径向位置限制部构成；

磁体，其由树脂材料和磁性材料的复合材料形成为包围所述第一轴部件的圆环状，并且沿周向交替配置有不同的磁极，该磁体被配置在所述支承面上而限制所述旋转部件的旋转轴向位置，并且被所述径向位置限制部限制该磁体的径向位置；

填充材料，其以与所述磁体和所述径向位置限制部二者紧贴的方式设置，由杨氏模量比所述磁体小的树脂材料形成；

第一磁轭部件，其由磁性材料形成，具有多个第一爪部和将各该第一爪部彼此连接的第一圆环部，在该第二轴部件上该第一磁轭部件被设置为与所述第二轴部件一体旋转，多个该第一爪部被配置为与所述磁体对置；

第二磁轭部件，其由磁性材料形成，具有多个第二爪部和将各该第二爪部彼此连接的第二圆环部，在该第二轴部件上该第二磁轭部件被设置为与所述第二轴部件一体旋转，多个该第二爪部被配置为以在各所述第一爪部的周向之间交替地排列的方式与所述磁体对置；

磁力计，其具有霍尔元件，该霍尔元件检测在所述第一磁轭部件和所述第二磁轭部件之间产生的磁场的变化；

该扭矩传感器基于所述磁力计的输出信号检测在所述旋转部件中产生的扭矩。

2.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述轴向位置限制部由所述套筒主体的向径向内侧或径向外侧延伸的凸缘部构成。

3.如权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，所述凸缘部向所述套筒主体的径向内侧延伸。

4.如权利要求3所述的扭矩传感器，其特征在于，所述轴向位置限制部具有基部，该基部设置成从所述套筒主体向铅直方向上侧延伸；

所述支承面向比所述基部靠近径向内侧的位置延伸；

所述填充材料填充在所述垫圈主体与所述磁体之间。

5.如权利要求2所述的扭矩传感器，其特征在于，所述凸缘部向所述套筒主体的径向外侧延伸。

6.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述磁体具有向其表面开口的凹状的卡合部，

所述径向位置限制部与所述卡合部卡合，

所述树脂材料包围所述径向位置限制部并且填充在所述卡合部内。

7.如权利要求6所述的扭矩传感器，其特征在于，所述卡合部设置在所述磁体的内周侧，

在所述径向位置限制部与所述卡合部之间设置有规定的径向间隙，

所述径向间隙设定为即使在伴随所述磁体的冷却而收缩时也不产生来自所述径向位置限制部的按压所导致的内部应力的程度。

8.如权利要求7所述的扭矩传感器，其特征在于，所述径向位置限制部具有弹性特性。

9.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述填充材料填充在形成于所述套筒与所述磁体之间的间隙内，具有比所述磁体的线膨胀系数大的线膨胀系数。

10.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述径向位置限制部配置在所述磁体的径向内侧，

所述填充材料设置在所述磁体与所述径向位置限制部的径向内侧。

11.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述填充材料具有大致コ形的截面，在与该コ形的截面之间夹持所述套筒与所述磁体。

12.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述套筒由非磁性材料形成。

13.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述凸缘部在所述径向位置限制部的周向两侧以规定距离分开配置，

所述填充材料以沿周向横跨所述径向位置限制部的方式填充在设置于该径向位置限制部的周向两侧的所述凸缘部之间。

14.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述径向位置限制部在周向上等间隔地设置有多个。

15.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一磁轭部件或所述第二磁轭部件以限制所述磁体向铅直方向上侧的移动的方式配置。

16.如权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述第一轴部件由磁性材料构成，

所述第一爪部和所述第二爪部配置在所述磁体的外周侧。

17.一种扭矩传感器，其特征在于，检测在旋转部件中产生的扭矩，该旋转部件由金属材料形成的通过扭杆被连接的第一轴部件和第二轴部件构成，该扭矩传感器包括：

磁体，其由树脂材料和磁性材料的复合材料以包围所述第一轴部件的方式形成为圆环状，并且沿周向交替配置有不同的磁极；

金属材料形成的套筒，其由以包围所述第一轴部件的方式形成为圆环状或圆弧状的套筒主体、设置于所述套筒主体将该套筒主体固定于所述第一轴部件的固定部、限制所述磁体的轴向及径向位置的位置限制部构成；

第一磁轭部件，其由磁性材料形成，具有多个第一爪部和将各该第一爪部彼此连接的第一圆环部，在该第二轴部件上该第一磁轭部件被设置为与所述第二轴部件一体旋转，多个该第一爪部被配置为与所述磁体对置；

第二磁轭部件，其由磁性材料形成，具有多个第二爪部和将各该第二爪部彼此连接的第二圆环部，在该第二轴部件上该被第二磁轭部件设置为与所述第二轴部件一体旋转，多个该第二爪部被配置为以在各所述第一爪部的周向之间交替地排列的方式与所述磁体对置；

填充材料，其以与所述磁体和所述套筒的二者紧贴的方式设置，由杨氏模量比所述磁体小的树脂材料形成；

磁力计，其具有霍尔元件，该霍尔元件检测在所述第一磁轭部件和所述第二磁轭部件之间产生的磁场的变化；

该扭矩传感器基于所述磁力计的输出信号检测在所述旋转部件中产生的扭矩。

18.如权利要求17所述的扭矩传感器，其特征在于，所述位置限制部设置于所述套筒主体且具有与所述磁体抵接的抵接面，

所述抵接面由向轴向一侧扩径的锥面构成。

19.如权利要求17所述的扭矩传感器，其特征在于，所述磁铁具有向其铅直方向下侧开口的凹状的卡合部，

所述位置限制部与所述卡合部卡合。