DE112013003921T5

DE112013003921T5 - Drehmomentsensor

Info

Publication number: DE112013003921T5
Application number: DE201311003921
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Automotive Systems St Yoshida Osamu; c/o Hitachi Automotive Syste Maruyama Tatsuyoshi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Steering Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-05-13
Also published as: KR101842754B1; WO2014046076A1; CN104520686B; JPWO2014046076A1; US20150211947A1; KR20150053901A; JP5837699B2; US9448129B2; CN104520686A

Abstract

Eine Drehmomentsensoreinheit TS1 mit einem magnetischen Element 21, das am ersten Ausgangswellenelement 3 fixiert ist, und mit einem Paar erster und zweiter Jochelemente 31 und 32, die an einem Eingangswellenelement 1 fixiert sind und eine äußere Umfangsseite des magnetischen Elements 21 und einen magnetischen Sensor 60 umschließen, die eingerichtet ist, um einen magnetischen Fluss zu erfassen, der zwischen den Jochelementen 31 und 32 hindurchgeht. Das magnetische Element 21 ist mit einer Buchse 23 und einem Permanentmagneten 21 versehen. Die Buchse 23 ist aus einem Metallmaterial in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Abstützbereichen 26 auf, die sich radial an einem axialen Ende davon erstrecken, und weist eine Mehrzahl von Eingriffsvorsprüngen 27 auf, die sich axial an Positionen umfangsmäßig in der Mitte zwischen den Abstützbereichen 26 erstrecken. Der Permanentmagnet 21 ist ringförmig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Eingriffsnuten 24 auf, die in eine innere Umfangsfläche davon geschnitten sind und sich axial über ihre Länge erstrecken. Ein auf Kunstharz basierendes Füllmaterial 22 ist über den Permanentmagneten 21 und die Buchse 23 angeordnet, so dass der Permanentmagnet 21 und die Buchse 23 über das Füllmaterial 22 gekoppelt sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentsensoreinheit, die zum Erfassen eines Lenkdrehmoments eines Fahrers in einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs etc. verwendet wird.
Stand der Technik
Eine Drehmomentsensoreinheit des Typs, der im Patentdokument 1 offenbart ist, ist üblicherweise zur Verwendung in z. B. einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs bekannt.
Eine kurze Erläuterung dieses Typs einer Drehmomentsensoreinheit wird wie folgt abgegeben. Dabei weist eine Lenkwelle der Lenkvorrichtung zwei Wellenelemente auf, die relativ drehbeweglich zueinander über einen Torsionsstab verbunden sind. Die Drehmomentsensoreinheit ist mit einem der Wellenelemente der Lenkwelle gekoppelt und umfasst: ein magnetisches Element mit einer Mehrzahl von Magnetpolen, die in eine Umfangsrichtung angeordnet sind; ein Paar erster und zweiter ringförmiger Jochelemente, die aus einem weichmagnetischen Material mit einer Mehrzahl von sich radial nach innen erstreckenden Klauenbereichen ausgebildet und um das andere Wellenelement herum über einen vorbestimmten Halter gekoppelt sind; ein Paar von ersten und zweiten magneto-sensitiven Elementen, die in einem Umfangsbereich zwischen den ersten und zweiten Jochelementen angeordnet sind, um einander (in axialer Richtung) gegenüberzuliegen und angepasst sind, um ein Magnetfeld zwischen den ersten und zweiten Jochelementen zu entwickeln; und einen magnetischen Sensor, der in einer Luftaussparung zwischen den ersten und zweiten magneto-sensitiven Elementen aufgenommen und angepasst ist, um einen magnetischen Fluss zu erfassen, der zwischen den magneto-sensitiven Elementen hindurchgeht. Durch diese Anordnung bestimmt die Drehmomentsensoreinheit ein Drehmoment, das an der Lenkwelle gemäß einer Änderung im magnetischen Fluss (magnetische Flussdichte), die durch den magnetischen Sensor erfasst wird, eingegeben wird.
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. JP 2004-309463

Zusammenfassung der Erfindung
Problem, dass durch die Erfindung zu lösen ist
In der obigen herkömmlichen Drehmomentsensoreinheit weist das magnetische Element einen ringförmigen Magneten, der Magnetring genannt wird, und eine Buchse auf, die Magnethalter genannt wird, um den Magneten an der Lenkwelle zu fixieren. Der Magnet und die Buchse sind miteinander über ein vorbestimmtes Kunstharzmaterial verbunden.
Das Kunstharzmaterial ist jedoch für Temperaturänderungen anfällig und wird mit der Zeit deutlich abgeschwächt. Somit entsteht ein Problem, dass das Kunstharzmaterial infolge seines Ausdehnungskoeffizienten, der größer ist als derjenige von Metallmaterialien, sich thermisch ausdehnen wird oder durch Schrumpfung während kalter Temperaturen brechen wird, sodass der Magnet nicht stabil in der Position fixiert werden kann.
Angesichts des vorgehenden technischen Problems ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomentsensoreinheit zu schaffen, die den fixierten Zustand eines Magneten stabil aufrechterhalten kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Drehmomentsensoreinheit zum Erfassen eines Drehmoments, das auf ein Drehelement aufgebracht wird, vorgesehen, wobei das Drehelement erste und zweite Wellenelemente aufweist, die aus einem Metallmaterial ausgebildet und miteinander über einen Torsionsstab verbunden sind, wobei die Drehmomentsensoreinheit aufweist: eine Buchse, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und umfasst: einen ringförmigen oder bogenförmigen Buchsenkörper, der das erste Wellenelement umschließt; ein Fixierteil, das am Buchsenkörper vorgesehen ist und den Buchsenkörper am ersten Wellenelement fixiert; ein axiales Positionsbegrenzungsteil, das am Buchsenkörper vorgesehen ist und eine Abstützfläche aufweist, die vertikal nach oben während einer Anwendung der Drehmomentsensoreinheit gerichtet ist; und ein radiales Position-Begrenzungsteil, das am Buchsenkörper vorgesehen ist und sich in eine Richtung einer Drehachse des Drehelements erstreckt; einen ringförmigen Magneten, der aus einem Verbundmaterial von Kunstharz und magnetischen Materialien mit unterschiedlichen Magnetpolen ausgebildet ist, die abwechselnd in eine Umfangsrichtung angeordnet sind und das erste Wellenelement umschließen, wobei der Magnet auf der Abstützfläche angeordnet ist und dadurch in eine Position in die Richtung der Drehachse des Drehelements begrenzt ist, während er in einer Position in eine radiale Richtung durch das radiale Positionsbegrenzungsteil begrenzt ist; ein Füllmaterial, das aus einem Kunstharzmaterial gebildet wird, das ein kleineres Elastizitätsmodul als der Magnet aufweist, und in engem Kontakt mit dem Magneten und dem radialen Positionsbegrenzungsteil gehalten wird; ein erstes Jochelement, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, das am zweiten Wellenelement fixiert ist, um sich zusammen mit dem zweiten Wellenelement zu drehen, und umfasst: eine Mehrzahl von ersten Klauenbereichen, die dem Magneten zugewandt sind; und einen ersten ringförmigen Bereich, der mit den ersten Klauenbereichen verbunden ist; ein zweites Jochelement, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, das am zweiten Wellenelement fixiert ist, um sich somit zusammen mit dem zweiten Wellenelement zu drehen, und umfasst: eine Mehrzahl von zweiten Klauenbereichen, die sich umfangsmäßig mit den ersten Klauenbereichen abwechseln und dem Magneten zugewandt sind; und einen zweiten ringförmigen Bereich, der mit den zweiten Klauenbereichen verbunden ist; und einen Magnetsensor mit einem Hallelement, um eine Änderung im Magnetfeld zwischen den ersten und zweiten Jochelementen zu erfassen und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, sodass das Drehmoment, das auf das Drehelement aufgebracht wird, auf der Basis des Ausgangssignals vom magnetischen Sensor erfasst werden kann.
Wirkungen der Erfindung
Es ist in der vorliegenden Erfindung möglich, eine axiale und radiale Versetzung des Magneten durch die Abstützfläche und das radiale Positionsbegrenzungsteil der metallischen Buchse zu verhindern und dadurch den fixierten Zustand des Magneten relativ zum ersten Wellenelement aufrechtzuerhalten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Hilfskraftlenkungsvorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
2 ist eine vertikale Teilansicht einer Drehmomentsensoreinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Anwendung auf ein Lenksystem (ein erster Zahnstangenmechanismus und sein Umfeld) der Hilfskraftlenkungsvorrichtung aus 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Drehmomentsensoreinheit aus 2.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Drehmomentsensoreinheit aus 3.
5 ist eine Teilansicht der Drehmomentsensoreinheit aus 2, die entlang der Linie A-A aufgenommen ist.
6 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung der Drehmomentsensoreinheit aus 5(a).
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Magnetelements, das in 6 dargestellt ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines Permanentmagneten und einer Buchse im magnetischen Element aus 7.
9 ist eine Seitenansicht der Anordnung aus 8, die in Richtung eines Pfeils B aufgenommen ist.
10 ist eine perspektivische Ansicht des magnetischen Elements, das in 6 in einem Zustand dargestellt ist, in dem die Anordnung, die in 7 dargestellt ist, mit einem Füllmaterial gefüllt ist.
11 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung des magnetischen Elements, wie in 6 dargestellt.
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der Anordnung, die in 7 dargestellt ist.
13 ist eine vergrößerte Ansicht, die 11 entspricht, und eine erste Modifikation der Drehmomentsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist eine vergrößerte Ansicht, die 11 entspricht, und eine zweite Modifikation der Drehmomentsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine vergrößerte Ansicht, die 11 entspricht, und die eine dritte Modifikation der Drehmomentsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 ist eine vergrößerte Ansicht, die 11 entspricht, und eine vierte Modifikation der Drehmomentsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
17 ist eine vertikale Teilansicht einer Drehmomentsensoreinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Anwendung auf ein Lenksystem (einen ersten Zahnstangenmechanismus und sein Umfeld) der Hilfskraftlenkungsvorrichtung aus 1.
18(a) ist eine perspektivische Explosionsansicht eines magnetischen Elements, das in 17 dargestellt ist; und 18(b) ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines Permanentmagneten und einer Buchse im magnetischen Element aus 18(a).
19(a) ist eine Teilansicht der Umgebung des magnetischen Elements, das in 17 dargestellt ist; und 19(b) ist eine Teilansicht des magnetischen Elements aus 19(a), die entlang einer Linie C-C aufgenommen ist.
20(a) ist eine perspektivische Explosionsansicht eines magnetischen Elements in einem ersten Modifikationsbeispiel der Drehmomentsensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 20(b) ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines Permanentmagneten und einer Buchse im magnetischen Element aus 19(a).
21(a) ist eine Teilansicht der Umgebung des magnetischen Elements im ersten Modifikationsbeispiel der Drehmomentsensoreinheit aus 17; und 21(b) ist eine Teilansicht des magnetischen Elements aus 21(a), die entlang einer Linie D-D aufgenommen ist.
22(a) ist eine perspektivische Explosionsansicht eines magnetischen Elements in einem zweiten Modifikationsbeispiel der Drehmomentsensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 22(b) ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines Permanentmagneten und einer Buchse im magnetischen Element aus 22(a).
23(a) ist eine Teilansicht der Umgebung des magnetischen Elements im zweiten Modifikationsbeispiel der Drehmomentsensoreinheit aus 17; und 23(b) ist eine Teilansicht des magnetischen Elements aus 23(a), die sie entlang einer Linie E-E aufgenommen ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind beispielhaft, wobei sich jede auf eine Drehmomentsensoreinheit bezieht, die auf eine elektrische Zahnstangen-Hilfskraftlenkungsvorrichtung eines Fahrzeugs angewendet wird.
[Erste Ausführungsform]
1 bis 12 stellen die Drehmomentsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In der Hilfskraftlenkungsvorrichtung, auf die die Drehmomentsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wie in 1 dargestellt, wird eine Lenkwelle durch ein Eingangswellenelement 1 (entspricht dem beanspruchten zweiten Wellenelement) und ein erstes Ausgangswellenelement 3 (entspricht dem beanspruchten ersten Wellenelement) gebildet. Das Eingangswellenelement 1 ist an einem Endbereich davon mit einem Lenkrad SW verbunden. Das erste Ausgangswellenelement 3 ist relativ drehbeweglich an einem Endbereich mit dem Eingangswellenelement 1 über einen Torsionsstab 2 verbunden, sodass das Eingangswellenelement 1 und Ausgangswellenelement 3 relativ drehbeweglich zueinander sind. Ein erster Zahnstangenmechanismus RP1 ist an einer Seite der Hilfskraftlenkungsvorrichtung in eine Fahrzeug-Breitenrichtung angeordnet, um eine Verbindung zwischen der Lenkwelle und den Fahrzeugrädern (nicht dargestellt) zu bilden. Die Drehmomentsensoreinheit TS1 ist am Außenumfang der Lenkwelle angeordnet. Ein Elektromotor M wird durch eine ECU 4 auf der Basis eines Ausgangssignals der Drehmomentsensoreinheit TS1 angetrieben. Ein zweites Wellenelement 6 ist mit dem Elektromotor M über einen Untersetzungsgetriebemechanismus 5, wie z. B. ein Schneckengetriebe, verbunden. Ein zweiter Zahnstangenmechanismus RP2 ist an der anderen Seite der Hilfskraftlenkungsvorrichtung in Fahrzeug-Breitenrichtung angeordnet, um eine Verbindung zwischen der zweiten Ausgangswelle 6 und den Fahrzeugrädern (nicht dargestellt) vorzusehen. In der ersten Ausführungsform sind beide Wellenelemente 1 und 3, die die Lenkwelle bilden, aus einem vorbestimmten magnetischen Metallmaterial ausgebildet.
Eine Zahnstange 8 ist an jeweiligen Enden mit den Fahrzeugrädern über Spurstangen 7 und 7 gekoppelt. Der erste Zahnstangenmechanismus RP1 weist ein erstes Zahnritzel 3a, das am anderen Endbereich der ersten Ausgangswelle 3 angeordnet ist, und eine erste Zahnstange (nicht dargestellt) auf, die auf einem Endbereich der Zahnstange 8 angeordnet ist; während der zweite Zahnstangenmechanismus RP2 ein zweites Zahnritzel 6a, das mit einem distalen Endbereich der zweiten Ausgangswelle 6 gekoppelt ist, und eine zweite Zahnstange (nicht dargestellt) aufweist, die auf dem anderen Endbereich der Zahnstange 8 angeordnet ist.
In der obigen Anordnung wird der Torsionsstab 2 verdreht und verformt, wenn ein Lenkdrehmoment vom Lenkrad SW in das Eingangswellenelement 1 eingegeben wird. Wenn der Torsionsstab 2 von diesem verdrehten/verformten Zustand zurückkehrt, tritt ein Drehmoment auf, um eine Drehung des ersten Ausgangswellenelements 3 zu bewirken. Die Drehung des ersten Ausgangswellenelements 3 wird in eine lineare Bewegung der Zahnstange 8 über den ersten Zahnstangenmechanismus RP1 umgewandelt, um somit die Fahrzeugräder zu lenken. Gleichzeitig erzeugt der Elektromotor M ein Lenkunterstützungsdrehmoment auf der Basis des Lenkdrehmoments, um eine Drehung des zweiten Ausgangswellenelements 6 zu bewirken. Die Drehung des zweiten Ausgangswellenelements 6 wird in eine lineare Bewegung der Zahnstange 8 über den zweiten Zahnstangenmechanismus RP2 umgewandelt, um somit das Lenken der Fahrzeugräder zu unterstützen. Die Lenkrichtung der Fahrzeugräder wird durch diese Betätigungsbewegungen geändert.
Wie insbesondere in 2 dargestellt, sind der andere Endbereich des Eingangswellenelements 1 und das gesamte zweite Ausgangswellenelement 3 zusammen mit dem ersten Zahnstangenmechanismus RP1 in einem ersten Getriebegehäuse 10 aufgenommen. Das erste Getriebegehäuse 10 umfasst im Wesentlichen einen zylindrischen Gehäusekörper 11 mit einem Paar von Gehäuseelementen, die umfangsmäßig durch eine Mehrzahl von Bolzen 9 fixiert sind, um darin das gesamte erste Ausgangswellenelement 3 und einen Gehäusedeckel 12 aufzunehmen, der ein oberes Öffnungsende des Gehäusekörpers 11 schließt.
Der Gehäusekörper 11 weist einen großen Durchmesserbereich 11a, der auf einer Endseite angeordnet ist und sich im Durchmesser stufenweise vergrößert, und einen kleinen Durchmesserbereich 11b auf, der auf der anderen Endseite angeordnet ist und einen relativ kleinen Durchmesser aufweist, der etwas größer als ein äußerer Durchmesser des zweiten Ausgangswellenelements 3 ist. Das Eingangswellenelement 1 wird durch den großen Durchmesserbereich 11a eingesetzt, um somit den anderen Endbereich des Eingangswellenelements 1 in Anlage mit dem einen Endbereich des zweiten Ausgangswellenelements 3 zu bringen. Die Drehmomentsensoreinheit TS1 ist um den Verbindungsbereich herum zwischen den Wellenelementen 1 und 3 angeordnet. Ein Paar Lager BR1 und BR2 ist in beiden Enden des kleinen Durchmesserbereichs 11b des Gehäusekörpers 11 angeordnet, sodass das zweite Ausgangswellenelement 3 drehbeweglich durch die Lager BR1 und BR2 abgestützt wird. Ferner ist ein Lager BR3 in einem axialen mittleren schmalen Bereich 12a des Gehäusedeckels 12 angeordnet, sodass das Eingangswellenelement 1 drehbeweglich durch das Lager BR3 abgestützt wird.
Wie in 2 bis 6 dargestellt, umfasst die Drehmomentsensoreinheit TS: ein im Wesentlichen zylindrisches magnetisches Element 20, das um einen Endbereich des ersten Ausgangswellenelements 3 herum fixiert ist, um sich somit zusammen mit dem ersten Ausgangswellenelement 3 zu drehen; ein Paar von ersten und zweiten, im Wesentlichen ringförmigen Jochelementen 31 und 32, die aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet und um den anderen Endbereich des Eingangswellenelements 1 herum fixiert sind, um sich somit zusammen mit dem ersten Eingangswellenbereich 1 zu drehen, wobei die einen Endseiten (untere Endseiten in 6) der Jochelemente 31 und 32 radial dem magnetischen Element 20 gegenüberliegen und ständig voneinander beabstandet sind (ferngehalten vom direkten Kontakt miteinander); ein Paar von ersten und zweiten, im Wesentlichen ringförmigen magneto-sensitiven Elementen 51 und 52, die in einem radialen Raum zwischen den anderen Endseiten (obere Endseiten in 6) der Jochelemente 31 und 32 angeordnet und eingerichtet sind, um sich einem magnetischen Feld (magnetischen Fluss) anzunähern, das vom magnetischen Element 20 zu einem vorbestimmten Bereich austritt; und ein Paar von magnetischen Sensoren 60 und 60, die in einem Luftzwischenraum zwischen den ersten und zweiten magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 aufgenommen und eingerichtet sind, um den magnetischen Fluss zu erfassen, der zwischen den ersten und zweiten magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 hindurchgeht.
Das magnetische Element 20 weist einen ringförmigen Permanentmagneten 21, der aus einem Verbundmaterial aus Kunstharz und magnetischen Materialien ausgebildet ist, eine im Wesentlichen zylindrische metallische Buchse 23, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und am ersten Ausgangswellenelement 3 fixiert ist, und ein auf Kunstharz basierendes Füllmaterial 22 auf, das zwischen dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 eingefüllt ist, um somit den Permanentmagneten 21 und die Buchse 23 in einem Modul einstückig zu formen, wie in 7, 10 und 11 dargestellt. Um das magnetische Element 20 am äußeren Umfang des ersten Ausgangswellenelements 3 durch die Buchse 23 zu fixieren, ist ein verjüngter distaler Endbereich 23a als Fixierteil der Buchse 23 um einen stufenweisen, einen Durchmesser vergrößernden großen Durchmesserbereich 3b des ersten Ausgangswellenbereichs 3 herum eingepasst und umfangsmäßig mit diesem laserverschweißt.
Insbesondere weist der Permanentmagnet 21 eine Mehrzahl von unterschiedlichen Magnetpolen (N- und S-Pole; 16 Magnetpole, die insgesamt 8 N-Pole und 8 S-Pole in der ersten Ausführungsform umfassen) auf, die in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Eine äußere Umfassungsfläche 21a des Permanentmagneten 21 ist eben ausgeführt, während vier Eingriffsnuten 24 mit im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitten in eine innere Umfangsfläche 21b des Permanentmagneten 21 an umfangsmäßig gleich beabstandeten Positionen um 90° voneinander geschnitten sind, um sich somit axial über die gesamte Länge zu erstrecken.
Ein innerer Durchmesser des Permanentmagneten 21 ist größer als das Ausmaß der Kaltschrumpfung des Permanentmagneten 21 festgelegt, sodass eine Änderung der Magnetfeldeigenschaften des Permanentmagneten 21 durch Eigenspannung infolge des Druckkontakts zwischen dem Permanentmagneten 21 und dem ersten Ausgangswellenelement 3 während einer Kaltschrumpfung des Permanentmagneten 21 verhindern werden kann.
Die Buchse 23 ist aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial, wie z. B. Edelstahl oder Aluminium, mit einer kleinen Dicke ausgebildet und weist einen zylindrischen Buchsenkörper 25, der um den großen Durchmesserbereich 3b des ersten Ausgangswellenelements 3 herum einrastbar ist, vier geflanschte Abstützbereiche 26 als axiales Positionsbegrenzungsteil auf, das sich unabhängig radial von einem Basisende des Buchsenkörpers 25 (benachbart zum Permanentmagneten 21) erstreckt und mit jeweiligen Abstützflächen 26a versehen ist, um somit darauf den Permanentmagneten 21 abzustützen, und vier Eingriffsvorsprünge 27 als radiales Positionsbegrenzungsteil auf, das sich unabhängig axial an Positionen erstreckt, die sich umfangsmäßig in einer Mitte zwischen den Abstützbereichen 26 befinden, um somit eine radiale Verschiebung des Permanentmagneten 21 durch einen Eingriff der Eingriffsvorsprünge 27 in die Eingriffsnuten 24 des Permanentmagneten 21 zu verhindern.
Eine Umfangsbreite der jeweiligen Abstützbereiche 26 wird relativ groß festgelegt; und eine radiale Breite der jeweiligen Abstützbereiche 26 wird gleich oder ähnlich einer des Permanentmagneten 21 festgelegt. Durch diese Dimensionskonfiguration kann der Permanentmagnet 21 stabil auf den Abstützbereichen 26 abgestützt werden.
Die Eingriffsvorsprünge 27 sind an wesentlichen Mittelpunkten zwischen den benachbarten Abstützbereichen 26 in Umfangsrichtung mit vorbestimmten Umfangsaussparungen C1 angeordnet, die zwischen den Eingriffsvorsprüngen 27 und Abstützbereichen 26 ausgebildet sind (sh. 12). In der ersten Ausführungsform erstrecken sich die Eingriffsvorsprünge 27 vertikal an Positionen, die radial nach außen relativ zum Basisende des Buchsenkörpers 25 versetzt sind, sodass jeder der Eingriffsvorsprünge 27 im Wesentlichen eine L-ähnliche Form bei Betrachtung im vertikalen Querschnitt aufweist. Die Eingriffsvorsprünge 27 umfassen nämlich elastische Basisbereiche 28 und Eingriffsbereiche 29. Die elastischen Basisbereiche 28 erstrecken sich radial nach außen in eine horizontale Ausrichtung vom Basisende des Buchsenkörpers 26, um somit die Eingriffsbereiche 29 elastisch verformbar abzustützen. Die Eingriffsbereiche 29 erstrecken sich in einer gekrümmten Form von einem distalen Ende des elastischen Basisbereichs 28, um somit durch Einsetzen in die Eingriffsnuten 24 in Eingriff zu stehen. Wenn die Eingriffsvorsprünge 27 aus einem dünnen Metallmaterial sind, wie oben erwähnt, ist jeder der Eingriffsvorsprünge 27 um ein Basisende des elastischen Basisbereichs 28 herum mühelos verformbar.
Wie in 12 dargestellt, ist das Dimensionsverhältnis der Eingriffsvorsprünge 27 und der Eingriffsnuten 24 in radialer Richtung festgelegt, um eine vorbestimmte radiale Aussparung C2 zwischen dem Eingriffsvorsprung 27 und der Eingriffsnut 24 zu bilden. Mit anderen Worten, die radiale Aussparung C2 wird größer als das Ausmaß der Kaltschrumpfung des Permanentmagneten 21 festgelegt, sodass eine Änderung der Magnetfeldeigenschaften des Permanentmagneten 21 durch Eigenspannung infolge des Druckkontakts mit den Eingriffsvorsprüngen 27 während einer Kaltschrumpfung des Permanentmagneten 21 verhindert werden kann. Ferner weisen die Eingriffsvorsprünge 27 eine gute Elastizität auf, wie oben erwähnt. Auch in dem Fall, in dem die radiale Aussparung C2 so klein ist, dass eine Druckkraft auf die Eingriffsvorsprünge 27 durch Schrumpfung des Permanentmagneten 21 aufgebracht wird, kann die Druckkraft durch die Elastizität der Eingriffsvorsprünge 27 reduziert werden, um somit die Eigenspannung des Permanentmagneten 21 zu begrenzen.
Das Dimensionsverhältnis der Eingriffsvorsprünge 27 und der Eingriffsnuten 24 in Umfangsrichtung ist festgelegt, um ein Paar von Umfangsaussparungen C3 zwischen dem Eingriffsvorsprung 27 und den Eingriffsnuten 27 zu bilden. Mit anderen Worten, die Umfangsaussparung C3 wird größer als das Ausmaß der Kaltschrumpfung des Permanentmagneten 21 festgelegt, sodass eine Änderung der Magnetfeldeigenschaften des Permanentmagneten 21 durch Eigenspannung, wie im Fall der radialen Aussparung C2, verhindert werden kann.
In der ersten Ausführungsform sind vier Eingriffsvorsprünge 27 umfangsmäßig um den Permanentmagneten 21 mit 16 Magnetpolen herum gleichmäßig beabstandet. Ein Eingriffsvorsprung 27 ist nämlich zwischen vier N- und S-Polen angeordnet. Der Einfluss der Eingriffsvorsprünge 27 auf den Permanentmagneten 21 kann somit einheitlich sein, um somit ein Ungleichgewicht des magnetischen Flusses zu vermeiden.
Das Füllmaterial 22 wird aus einem vorbestimmten Kunstharzmaterial mit einem kleineren Elastizitätsmodul als das des Permanentmagneten 21 zubereitet. Wie in 10 und 11 dargestellt, wird das Füllmaterial 22 U-förmig mit einem inneren umfangsmäßigen Abdeckungsbereich 22a, einem oberen Abdeckungsbereich 22b und einem unteren Abdeckungsbereich 22c bei Betrachtung im vertikalen Querschnitt eingefüllt (ausgebildet), um somit fast die gesamte Umfangsseite und die oberen und unteren Seiten des Permanentmagneten 21 abzudecken. Ferner wird das Füllmaterial 22 in engem Kontakt mit dem Permanentmagneten 21 und den Eingriffsvorsprüngen 27 gehalten, um sich somit über den Permanentmagneten 21 und die Eingriffsvorsprünge 27 einschließlich beider Umfangsaussparungen C1 und C3 zu erstrecken und einen unebenen Raum zwischen dem Permanentmagneten 21 und der Eingriffsvorsprünge 27 zu füllen.
Der Permanentmagnet 21 und die Buchse 23 sind hier in einem Zustand von 7 durch Anordnen des Permanentmagneten auf den Abstützbereichen 26 der Buchse 23 montiert, während die Eingriffsbereiche 29 der Buchse 23 mit jeweiligen Eingriffsnuten 24 des Permanentmagneten 21 in Eingriff stehen. Nachdem die sich ergebende Anordnung 21a (sh. 8) in einem Formgebungswerkzeug (nicht dargestellt) festgelegt ist, wird das Füllmaterial in das Formgebungswerkzeug eingespritzt und durch Kühlen verfestigt. Anschließend wird das magnetische Element 20, in dem die Anordnung 21a durch Umformen mit dem Füllmaterial 22 abgedeckt ist, wie in 10 dargestellt, erhalten. Während der Fertigung des magnetischen Elements 22 durch Umformen des Füllmaterials 22, werden vier Vertiefungen 30 an Positionen, die den Eingriffsnuten 24 in der Vorderseite des Füllmaterials 22 entsprechen, an der Oberseite des magnetischen Elements 22 infolge des Positionierens der Anordnung 21 im Formgebungswerkzeug über die Eingriffsnuten 24 ausgebildet.
Das erste Jochelement 31 weist bei Betrachtung im vertikalen Querschnitt eine Kurbelform mit einem Ende mit einem relativ großen Durchmesser und mit dem anderen Ende mit relativ kleinem Durchmesser auf, wie in 2 bis 6 dargestellt. In der ersten Ausführungsform umfasst das erste Jochelement 31 eine Mehrzahl von ersten Klauenbereichen 41 auf einer Endseite davon und einen ersten ringförmigen Bereich 43 auf der anderen Endseite davon. Die ersten Klauenbereiche 41 sind im Wesentlichen in einer umgekehrten L-förmigen Querschnittsform ausgebildet, um somit im Durchmesser radial nach außen größer zu werden. Diese ersten Klauenbereiche 41 sind mit der Lenkwelle (Drehachse Z) an vorbestimmten Umfangsabständen um das magnetische Element 21 herum angeordnet. Der erste ringförmige Bereich 43 ist kontinuierlich ringförmig entlang einer Umfangsrichtung der Drehachse Z ausgebildet und mit den Basisenden der ersten Klauenbereiche 41 verbunden, um somit die ersten Klauenbereiche 41 zu verbinden.
Das zweite Jochelement 32 weist ebenfalls bei Betrachtung im vertikalen Querschnitt eine Kurbelform mit einem Ende mit relativ kleinem Durchmesser und mit dem anderen Ende mit relativem großem Durchmesser auf. In der ersten Ausführungsform umfasst das zweite Jochelement 32 eine Mehrzahl von zweiten Klauenbereichen 42 auf einer Endseite davon und einen zweiten ringförmigen Bereich 44 auf der anderen Endseite davon. Die zweiten Klauenbereiche 42 sind in einer im Wesentlichen umgekehrten L-förmigen Querschnittsform ausgebildet, um somit im Durchmesser radial nach innen kleiner zu werden. Diese zweiten Klauenbereiche sind koaxial mit der Lenkwelle (Drehachse Z) an vorbestimmten Umfangsabständen um das magnetische Element 21 herum angeordnet und wechseln sich mit den ersten Klauenbereichen 41 umfangsmäßig ab. Der zweite ringförmige Bereich 44 ist kontinuierlich ringförmig entlang der Umfangsrichtung der Drehachse Z ausgebildet und mit den Basisenden der zweiten Klauenbereiche 42 verbunden, um somit die zweiten Klauenbereiche 42 zu verbinden.
Die ersten und zweiten Jochelemente 31 und 32 sind angeordnet, sodass die ersten und zweiten Klauenbereiche 41 und 42 abwechselnd und koaxial miteinander ausgerichtet sind, und sodass der zweite ringförmige Bereich 44 von einer äußeren Umfangsseite des ersten ringförmigen Bereichs 43 beabstandet ist und dieser zugewandt ist. In dieser Anordnung sind die benachbarten Klauenbereiche 41 und 42 miteinander durch ein isolierendes Teil 34 verbunden. Das isolierende Teil 33 ist aus demselben oder einem ähnlichen Kunstharzmaterial wie das des magnetischen Elements 22 ausgebildet. Die Jochelemente 31 und 32 werden dann am Außenumfang des Eingangswellenelements 1 durch eine Buchse 34 fixiert. Die Buchse 34 ist aus einem vorbestimmten Metallmaterial in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und in eine Umfangsseite des ersten ringförmigen Bereichs 43 eingepasst. Als spezifisches Mittel, um die Jochelemente 31 und 32 am Außenumfang des Eingangswellenelements 1 durch die Buchse 34 zu fixieren, ist ein verjüngter vorderer Endbereich 34a der Buchse 34 um einen stufenweisen, einen Durchmesser vergrößernden Bereich 1a mit großem Durchmesser des Eingangswellenelements 1 herum eingepasst und an diesem umfangsmäßig lasergeschweißt, wie im Fall des magnetischen Elements 20.
Außerdem weisen die ersten und zweiten Klauenbereiche 41 und 42 erste und zweite, sich axial erstreckende Bereiche 41a und 42a, die sich in eine axiale Richtung der Drehachse Z erstrecken und radial dem Permanentmagneten 21 zugewandt sind, und erste und zweite, sich radial erstreckende Bereiche 41b und 42b auf, die von den sich axial erstreckenden Bereichen 41a und 42a gekrümmt sind und sich jeweils in eine radiale Richtung der Drehachse Z erstrecken. Eine axiale Länge der jeweiligen sich axial erstreckenden Bereiche 41a und 42a ist größer als zumindest eine axiale Länge des Permanentmagneten 21 festgelegt, sodass der Permanentmagnet 21 durch die sich axial erstreckenden Bereiche 41a und 42a von der radialen Außenseite vollständig umschlossen werden kann.
Jedes der ersten und zweiten magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 weist eine Ringform auf, die mit Umfangsenden ausgebildet ist und sich über einen Umfangsbereich von über 180° um die Drehachse Z herum erstreckt. Die ersten und zweiten magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 sind auf inneren und äußeren Umfangsseiten angeordnet, um sich somit bei Betrachtung in radialer Richtung einander zu überlappen und nehmen das Paar von magnetischen Sensoren 60 und 60 im Raum zwischen den zuvor erwähnten ersten und zweiten ebenen Bereichen 51a und 52a auf.
In der ersten Ausführungsform weist das erste magneto-sensitive Element 51 eine im Wesentlichen ringförmige Form, die sich über einen breiten Umfangsbereich von ungefähr 320° erstreckt, mit einem ersten Ausschnitt 51b auf, der im verbleibenden Umfangsbereich ausgebildet ist. Der erste ebene Bereich 51a ist auf einer Seite des ersten magneto-sensitiven Elements 51, das vom ersten Ausschnitt 51b entgegengesetzt ist (d. h., an einer Position, an der der erste ebene Bereich 51a und der erste Ausschnitt 51a bezüglich eines Punkts symmetrisch sind) durch radiales Verformen nach außen in einer im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnittsform ausgebildet. Andererseits weist das zweite magneto-sensitive Element 52 eine im Wesentlichen ringförmige Form, die sich in einen schmaleren Umfangsbereich von ungefähr 290° als der des ersten magneto-sensitiven Elements 51 erstreckt, mit einem zweiten Ausschnitt 52b auf, der im verbleibenden Umfangsbereich ausgebildet ist. Der zweite ebene Bereich 52a ist auf einer Seite des zweiten magneto-sensitiven Elements 52, das vom zweiten Ausschnitt 52b entgegengesetzt ist (d. h., an einer Position, an der der zweite ebene Bereich 52a und der zweite Ausschnitt 52a bezüglich eines Punkts symmetrisch sind) durch radiales Verformen nach innen in einer im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnittsform ausgebildet.
Wenn der Umfangsbereich des ersten Ausschnitts 51 in der inneren Umfangsseite des ersten magneto-sensitiven Elements 51 schmaler als der Umfangsbereich des zweiten Ausschnitts 52 im äußeren umfangsseitigen zweiten magneto-sensitiven Elements 52 ist, wie oben erwähnt, sind die ersten und zweiten magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 im Umfang im Wesentlichen gleich zueinander. Somit kann der Magnetpfadwiderstand zwischen den ersten und zweiten magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 einheitlich sein.
Die ersten und zweiten magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 sind miteinander durch ein isolierendes Teil 53 gekoppelt. Das isolierende Teil 53 ist aus demselben oder einem ähnlichen Kunstharzmaterial wie dasjenige des magnetischen Elements 20 und der Jochelemente 31 und 32 ausgebildet. Die ersten und zweiten magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 sind dann am Bereich 11a mit großem Durchmesser des Gehäusekörpers 11 über das isolierende Teil 53 durch ein vorbestimmtes Fixiermittel (z. B. durch Befestigen mit einem oder mehreren Bolzen) fixiert, sodass diese magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 innerhalb der ringförmigen Bereiche 43 und 44 angeordnet sind und axial zumindest teilweise die ringförmigen Bereiche 43 und 44 bei Betrachtung in radialer Richtung überlappen.
Jeder der magnetischen Sensoren 60 und 60 umfasst einen Erfassungsbereich 61, der im radialen Raum zwischen den ersten und zweiten magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 aufgenommen ist, und einen Hall IC aufweisen, der mit einem Hallelement ausgerüstet ist, um ein Magnetfeld (magnetischen Fluss) zu erfassen, das durch die ersten und zweiten magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 (ebene Bereiche 51a und 52a) und einem Verbindungsanschluss 62, der den Erfassungsbereich 61 mit einer Schalttafel 63 verbindet, hindurchgeht, die oberhalb des Drehmomentsensors TS1 angeordnet ist (sh. 2). Die magnetischen Sensoren 60 und 60 sind nämlich in einer Position durch Verbinden der Verbindungsanschlüsse 62 mit der Schalttafel 63 fixiert und im radialen Raum zwischen den magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 mit einem vorbestimmten Luftspalt angeordnet, der zwischen dem magnetischen Sensor 60 und dem magneto-sensitiven Element 51, 52 hinterlassen ist. In jedem dieser magnetischen Sensoren 60 und 60 erfasst der Erfassungsbereich 61 die Dichte des magnetischen Flusses, der zwischen den magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 durch den Halleffekt des Hallelements hindurchgeht und ein Ausgangssignal erzeugt, das auf die Dichte des magnetischen Flusses für die Drehmomentberechnung durch die Schalttafel 63 reagiert.
Die Schalttafel 63 ist hier mit einer ECU 4 (sh. 1) über einen Board-to-Board-Connector 64 verbunden, der in den Gehäusekörper 11 über eine Fensteröffnung 11c des Bereichs 11a mit großem Durchmesser des Gehäusekörpers 11 geführt wird, wie in 2 dargestellt.
Der Betrieb und die Wirkungen der Drehmomentsensoreinheit TS1 gemäß der ersten Ausführungsform wird nachstehend durch Bezugnahme auf 1 bis 6 erläutert.
In der Drehmomentsensoreinheit TS1 sind die Polgrenzen des Permanentmagneten 21 exakt in der Mitte zwischen den ersten und zweiten Klauenbereichen 41 und 42 in Umfangsrichtung angeordnet, wenn sich die Lenkwelle im neutralen Zustand befindet, wobei kein Lenkdrehmoment auf das Eingangswellenelement 1 aufgebracht wird (d. h., auf die Wellenelemente 1 und 3). In diesem Zustand ist der Magnetpfadwiderstand des Permanentmagneten 21 bezüglich der ersten Klauenbereichen 41 gleich dem Magnetpfadwiderstand des Permanentmagneten 21 bezüglich der zweiten Klauenbereichen 42. Folglich wird das Magnetfeld des Permanentmagneten 21 zwischen den ersten und zweiten Klauenbereichen 41 und 42 kurzgeschlossen und nicht zu den ringförmigen Bereichen 43 und 44 austreten. Folglich wird der magnetische Fluss des Magnetfeldes nicht durch die magnetischen Sensoren 60, 60 erfasst.
Wenn das Lenkdrehmoment auf das Eingangswellenelement 1 (d. h., auf die Wellenelemente 1 und 3) durch eine Lenkbetätigung des Lenkrades SW aufgebracht wird, werden die Polgrenzen des Permanentmagneten 21 zu einem der ersten und zweiten Klauenbereiche 41 und 42 in Umfangsrichtung vorgespannt. Der Magnetpfadwiderstand des Permanentmagneten 21 bezüglich einer der Klauenbereiche 41 und 42, zu denen die Polgrenzen vorgespannt sind, wird größer als der Magnetpfadwiderstand des Permanentmagneten 21 bezüglich den anderen Klauenbereichen 41, 42. Folglich tritt das Magnetfeld des Permanentmagneten 21 zu den ringförmigen Bereichen 43 und 44 aus und fließt von den ringförmigen Bereichen 43 und 44 zu den benachbarten Magnetpolen, sodass der magnetische Fluss des Magnetfeldes von dem einen magneto-sensitiven Element 51, 52 zum anderen magneto-sensitiven Element 51, 52 hindurchgeht. Die Dichte des magnetischen Flusses wird folglich durch die magnetischen Sensoren 60, 60 erfasst. Das Lenkdrehmoment wird auf der Basis des Ausgangssignals des magnetischen Sensors 60, 60 berechnet. Danach wird das Hilfskraftlenkungsdrehmoment des Elektromotors M auf der Basis des berechneten Lenkdrehmoments bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Lenkrichtung der Fahrzeugräder und die Richtung der Aufbringung des Hilfskraftlenkdrehmoments gemäß der Richtung des magnetischen Flusses spezifiziert, der durch die magneto-sensitiven Elemente 51 und 52 hindurchgeht.
Der Drehmomentsensor TS1 gemäß der ersten Ausführungsform, wie oben erwähnt, ermöglicht den Abstützbereichen 26 und den Eingriffsvorsprüngen 27 der Metallbuchse 23 und den Klauenbereichen 41 (radial erstreckende Bereiche 41b) des ersten Jochelements 31, um ein Verschieben des Permanentmagneten 21 nicht nur in die axialen und radialen Richtungen, sondern auch in Umfangsrichtung (Drehrichtung) zu verhindern, auch wenn das Füllmaterial 22 mit der Zeit schlechter wird oder durch Temperaturänderungen bricht.
Im Einzelnen wird der Permanentmagnet 21 auf den Abstützbereichen 26 angeordnet, sodass die Abstützbereiche 26 als Anschlag gegen eine vertikale, nach unten gerichtete Bewegung des Permanentmagneten 21 dienen kann. Es ist somit möglich, eine vertikal nach unten gerichtete Verschiebung des Permanentmagneten 21 zu verhindern, auch im Fall von z. B. einer Verschlechterung des Füllmaterials 22.
Wenn sich die Abstützbereiche 36 radial nach außen bezüglich des Buchsenkörpers 25 erstrecken, kann der Durchmesser des Permanentmagneten, der auf den Abstützbereichen 26 angeordnet ist, zur Verbesserung bei der Sensitivität der Drehmomentsensoreinheit TS1 groß festgelegt werden.
Ferner sind die Eingriffsvorsprünge 27 mit den jeweiligen Eingriffsnuten 24 in Eingriff, sodass die Eingriffsvorsprünge 27 und Eingriffsnuten 24 von einer relativen radialen Bewegung und einer relativen Umfangsbewegung (relative Drehung) abgehalten werden können. Es ist somit möglich, eine radiale und umfangsmäßige Verschiebung des Permanentmagneten 21 im Fall von z. B. einer Verschlechterung des Füllmaterials 22 zu verhindern.
Wenn die Eingriffsvorsprünge 27 auf der Buchse 23 ausgebildet sind; und die Eingriffsnuten 24 im Permanentmagneten 21 ausgebildet sind, können die Eingriffsvorsprünge 27 effektiv vor einem Bruch zur Verbesserung der Lebensdauer des Drehmomentsensors TS1 im Vergleich zu dem Fall geschützt werden, in dem die Eingriffsvorsprünge auf dem Permanentmagneten 21 ausgebildet sind.
Außerdem ist das erste Jochelement 31 vertikal oberhalb und relativ nahe zum Permanentmagneten 21 angeordnet, sodass sich die radial erstreckenden Bereiche 41b des ersten Jochelements 31 als Anschlag gegen eine vertikale, nach oben gerichtete Bewegung des Permanentmagneten 21 dienen können. Es ist somit möglich, eine vertikal nach oben gerichtete Verschiebung des Permanentmagneten 21 im Fall von z. B. einer Verschlechterung des Füllmaterials 22 zu verhindern.
Wenn der Permanentmagnet 21 und die Buchse 23 über das Füllmaterial 22 verbunden sind, wird die Differenz beim Elastizitätsmodul zwischen dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 durch das Füllmaterial 22 absorbiert. Das Füllmaterial 22 ist insbesondere aus dem Kunstharzmaterial mit einem kleineren Elastizitätsmodul als das des Permanentmagneten 21 hergestellt, um sich somit über den Permanentmagneten 21 und die Buchse 23 zu erstrecken und diese abzudecken. Folglich kann die Verbindungskraftkraft des Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 mit der Ausdehnung oder Schrumpfung des Füllmaterials 22 durch Temperaturänderungen erhöht werden.
Das Füllmaterial 21 wird insbesondere in die Aussparungen, wie z. B. eine radiale Aussparung C2 und die Umfangsaussparungen C1 und C3, zwischen dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23, wie oben in der ersten Ausführungsform erwähnt, gefüllt. In diesen jeweiligen Aussparungen C1, C2 und C3 weist das Füllmaterial 21 einen höheren Wärmeausdehnungsgrad als der des Permanentmagneten 21 bei Hochtemperaturbedingungen auf. Durch diese Ausdehnung wird das Füllmaterial zu einem engeren Kontakt mit dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 gezwungen und mit ihnen gebracht, um somit die Verbindungskraft des Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 zu erhöhen.
Dagegen weist das Füllmaterial 21 bei Niedrigtemperaturbedingungen einen kleineren Schrumpfungsgrad als der des Permanentmagneten 21 bei niedrigen Temperaturen auf. Durch diese Schrumpfung wird das Füllmaterial 21 in engeren Kontakt mit dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 gebracht, um dazwischen den Permanentmagneten 21 und die Buchse 23 von außen her zu halten und dadurch die Verbindungskraft des Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 zu erhöhen. Der Permanentmagnet 21 und die Buchse 23 werden insbesondere zwischen dem oberen Abdeckbereich 22b und dem unteren Abdeckbereich 22c durch Kaltschrumpfung dieser Abdeckbereiche 22b und 22c gehalten. Die axiale Position des Permanentmagneten 21 kann somit stabiler aufrechterhalten werden.
Die Magnetfeldeigenschaften des Permanentmagneten 21 können davon abgehalten werden, durch die Eingriffsnuten 24 verändert zu werden, wenn die Eingriffsnuten 24 auf der inneren Umfangsseite des Permanentmagneten 21 angeordnet sind; und die Klauenbereiche 41 und 42 der ersten und zweiten Jochelemente 31 und 32 sind auf der äußeren Umfangsseite des Permanentmagneten 21 angeordnet.
In der ersten Ausführungsform besteht die Buchse 23 aus einem nicht magnetischen Material. Die Buchse 23 kann somit davor geschützt werden, vom magnetischen Feld des Permanentmagneten 21 magnetisiert zu werden. Es besteht keine Sorge, dass die Magnetfeldeigenschaften durch die Adaption der Buchse 23 verändert werden.
Das erste Ausgangswellenelement 3, an dem das magnetische Element 20 (Permanentmagnet 21) fixiert ist, besteht zusätzlich aus magnetischem Material in der ersten Ausführungsform. Durch die Anordnung dieses magnetischen Elements auf der inneren Umfangsseite des Permanentmagneten 21 kann der Durchlässigkeitskoeffizient des Permanentmagneten 21 verbessert werden. Andererseits sind die ersten und zweiten Klauenbereiche 41 und 42, die zur Drehmomenterfassung verwendet werden, auf der äußeren Umfangsseite des Permanentmagneten 21 angeordnet und vom magnetischen ersten Ausgangswellenelement 3 weit entfernt. Durch diese Anordnung kann der Einfluss des magnetischen ersten Ausgangswellenelements 3 auf die Drehmomenterfassungsgenauigkeit minimiert werden.
13 stellt ein erstes Modifikationsbeispiel des Drehmomentsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in dem das Ausmaß einer radialen Verschiebung der jeweiligen Eingriffsvorsprünge 27 vergrößert ist.
Im vorliegenden ersten Modifikationsbeispiel sind die Eingriffsnuten 24 in einen radialen mittleren Bereich der unteren Endfläche des Permanentmagneten 21 geschnitten, sodass sich jede der Eingriffsnuten 24 in einer rechtwinkligen Bohrungsform von der unteren Seite her erstrecken; und sowohl die inneren als auch äußeren Umfangsflächen 21a und 21b des Permanentmagneten 21 sind eben ausgeführt.
Folglich sind die Eingriffsnuten 24 und Eingriffsvorsprünge 27, die damit in Eingriff stehen, angeordnet, um der äußeren Umfangsfläche 21a des Permanentmagneten 21 gegenüberzuliegen, aber nicht den Klauenbereichen 41 und 42 der ersten und zweiten Jochelemente 31 und 32 gegenüberzuliegen. Es ist somit möglich, im vorliegenden ersten Modifikationsbeispiel dieselben Effekte wie in der ersten Ausführungsform zu erreichen, auch wenn das erste Modifikationsbeispiel bei der Verarbeitbarkeit keiner als die der ersten Ausführungsform ist.
Die Eingriffsnuten 24 sind im vorliegenden ersten Modifikationsbeispiel insbesondere beutelförmig. Die Wärmeausdehnungseffekte des Füllmaterials in den radialen und umfangsmäßigen Aussparungen C2 und C3 können somit zur weiteren Verbesserung bei der Verbindungskraft des Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 bei Hochtemperaturbedingungen erhöht werden.
14 stellt ein zweites Modifikationsbeispiel des Drehmomentsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in dem das Ausmaß der radialen Verschiebung der jeweiligen Eingriffsvorsprünge 27 erheblich vergrößert ist als im ersten Modifikationsbeispiel.
Im vorliegenden zweiten Modifikationsbeispiel sind die Eingriffsnuten 24 in die äußere Umfangsfläche 21a des Permanentmagneten 21 geschnitten; und die elastischen Basisbereiche 28 der Eingriffsvorsprünge 27 sind verlängert, sodass die Eingriffsbereiche 29 der Eingriffsvorsprünge 27 in die jeweiligen Eingriffsnuten 24 von der inneren Umfangsseite des Permanentmagneten 21 eingesetzt sind und damit in Eingriff stehen.
Auch wenn die Eingriffsnuten 24 und Eingriffsvorsprünge 27, die damit in Eingriff stehen, angeordnet sind, um der äußeren Umfangsfläche 21a des Permanentmagneten 21 zugewandt und den Klauenbereichen 41 und 42 der ersten und zweiten Jochelemente 31 und 32 im vorliegenden zweiten Modifikationsbeispiel zugewandt zu sein, ist es im vorliegenden zweiten Modifikationsbeispiel möglich, dieselben Effekte wie in der ersten Ausführungsform zu erreichen, ohne dass das Magnetfeld des Permanentmagneten 21 durch die gegenüberliegende Anordnung der Eingriffsnuten und Vorsprünge 24 und 27 beeinflusst wird.
15 stellt ein drittes Modifikationsbeispiel des Drehmomentsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in dem die Konfiguration des Füllmaterials 22 modifiziert ist.
Im vorliegenden dritten Modifikationsbeispiel ist das Füllmaterial 22 mit den oberen und unteren Abdeckbereichen 22b und 22c und einem äußeren umfangsmäßigen Abdeckbereich 22d ausgebildet, um somit die äußere Umfangsseite des Permanentmagneten 21 abzudecken, während das Füllmaterial 22 ausgebildet ist, um die innere Umfangsseite des Permanentmagneten 21 in der ersten Ausführungsform abzudecken.
Es ist möglich, denselben Effekt wie in der ersten Ausführungsform zu erreichen, auch wenn das Füllmaterial 22 auf der äußeren Umfangsseite des Permanentmagneten 21 im vorliegenden dritten Modifikationsbeispiel angeordnet ist.
16 stellt ein viertes Modifikationsbeispiel des Drehmomentsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in dem die Konfiguration des Füllmaterials 22 modifiziert ist.
Obwohl der obere Abdeckbereich 22b auf dem Füllmaterial 22 in der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, ist der obere Abdeckbereich 22b vom Füllmaterial 22 im vorliegenden vierten Modifikationsbeispiel entfernt. Stattdessen ist eine kontinuierliche Umfangsnut 21c in die innere Umfangsfläche 21b des Permanentmagneten 21 entlang der Umfangsrichtung geschnitten, sodass das Füllmaterial 22 zwischen dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 einschließlich der Umfangsnut 21 gefüllt ist, um den inneren umfangsmäßigen Abdeckbereich 22a zu bilden.
Es ist möglich, auch im vorliegenden vierten Modifikationsbeispiel dieselben Effekte wie in der ersten Ausführungsform hinsichtlich des stabilen Haltens des Permanentmagneten 21 zu erreichen. Wenn die Verbindungskraft des Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 durch die Wärmeausdehnung des Füllmaterials 21 in der Umfangsnut 21 bei Hochtemperaturbedingungen erhöht und durch Kaltschrumpfung des unteren Abdeckbereichs 22c und dem Nut-füllenden Bereich 22e des Füllmaterials 22, das in die Umfangsnut 22c gefüllt ist, bei Niedrigtemperaturbedingungen erhöht werden kann, ist es auch möglich, dieselben Effekte hinsichtlich einer Ausdehnung oder Schrumpfung des Füllmaterials 22 durch Temperaturänderungen zu erreichen.
[Zweite Ausführungsform]
17 bis 19 stellen die Drehmomentsensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In der zweiten Ausführungsform sind die Grundanordnungen der Drehmomentsensoreinheit und der elektrischen Hilfskraftlenkungsvorrichtung denjenigen in der ersten Ausführungsform ähnlich. Somit sind dieselben Bezugsziffern zu den Teilen und Bereichen zugeordnet, die mit denjenigen in der ersten Ausführungsform identisch sind; und detaillierte Erläuterungen dieser Teile und Bereiche werden hiermit weggelassen.
Die Hilfskraftlenkungsvorrichtung, für die die Drehmomentsensoreinheit gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird, weist eine Kontermutter 14, mit der der innere Umfang des Bereichs 11a mit großem Durchmesser des Gehäusekörpers 11 verschraubt ist, und ein Kugellager auf, das als Kugellager BR1 durch die Kontermutter 14, die sich von der gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, fixiert ist. Die Drehmomentsensoreinheit TS2 ist in einer inneren Umfangsseite der Kontermutter 14 aufgenommen.
Die Drehmomentsensoreinheit TS2 unterscheidet sich von der Drehmomentsensoreinheit TS1 wie folgt: sowohl die Abstützbereiche 26 als auch die Eingriffsvorsprünge 27 der Buchse 23 erstrecken sich radial vom Basisende des Buchsenkörpers 25 nach innen; und der Permanentmagnet 21 weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der des Buchsenkörpers 25 ist.
Die Abstützbereiche 26 sind insbesondere stufenweise radial nach innen im Durchmesser verringert. Jeder der Abstützbereiche 26 umfasst einen ersten Abstützbereich 71, der sich vom Basisende des Buchsenkörpers 25 radial nach innen erstreckt und mit einer Endfläche des Bereichs 3b mit großem Durchmesser in Kontakt gebracht wird, einen Basisbereich 72, der sich vertikal vom ersten Abstützbereich 71 und zweiten Abstützbereich 73 nach oben erstreckt, der sich radial von einem distalen Ende des Basisbereichs 72 nach innen erstreckt und in der Form geflanscht ist, um darauf den Permanentmagneten 21 direkt abzustützen. Die ebenen Abstützflächen 73a sind auf oberen Seiten der jeweiligen Abstützbereiche 6 ausgebildet, sodass der Permanentmagnet 21 auf den Abstützflächen 73a angeordnet ist.
Wenn sich die Abstützbereiche 26 der Buchse 23 radial nach innen zum Basisende des Buchsenkörpers 25 erstrecken, können die radialen Dimensionen der Drehmomentsensoreinheit TS2 reduziert werden. Es ist somit in der zweiten Ausführungsform möglich, eine Verbesserung bei der Montierbarkeit der Drehmomentsensoreinheit TS2 an der Zielapplikation, z. B. einer Hilfskraftlenkungsvorrichtung, zu erreichen, und eine Verkleinerung der Zielapplikation zu erhalten.
Ferner sind die Abstützbereiche 26 ausgebildet, um die Bereiche zum Abstützen des Permanentmagneten 21 (d. h., die zweiten Abstützbereiche 73) vom Buchsenkörper 25 durch die Basisbereiche 72 zu erhöhen, sodass sich der untere Abdeckbereich 22c des Kunstharzmaterials 22 in die erhöhten Räume zwischen dem Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 und unterhalb der zweiten Abstützbereiche 73 erstrecken kann, um somit Teile des Kunstharzmaterials 22 mit den zweiten Abstützbereichen 75 axial in Eingriff zu bringen. Es ist somit möglich, den Permanentmagneten 21 und die Buchse 23 zum verbesserten Halten des Permanentmagneten 21 stabiler zu verbinden.
20 und 21 stellen ein erstes Modifikationsbeispiel des Drehmomentsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in dem die Eingriffsbereiche 27 entfernt sind; und die Abstützbereiche 26 modifiziert sind, um jeweils die Funktion der Eingriffsvorsprünge 27 auszuführen.
Im vorliegenden ersten Modifikationsbeispiel ist jeder der Abstützbereiche 26 wie folgt konfiguriert: der Basisbereich 72 ist einstückig mit dem zweiten Abstützbereich 73 ausgebildet; und der zweite Abstützbereich 73 ist im Wesentlichen in einer konisch verjüngten Form ausgebildet, um somit allmählich im Durchmesser zur Basisendseite größer zu werden. In Übereinstimmung mit dieser Konfiguration der zweiten Abstützbereiche 73 sind die Eingriffsnuten 24 in einer inneren Umfangskante des unteren Ende des Permanentmagneten 21 mit einer Tiefe ausgeschnitten, die kleiner als eine Höhe der zweiten Abstützbereiche 73 ist, um somit mit den zweiten Abstützbereichen 26 in den jeweiligen Eingriffsnuten 24 in Eingriff zu stehen.
Wie oben erwähnt, sind die zweiten Abstützbereiche 73 in der Form konisch verjüngt. Der Permanentmagnet 21 kann somit von einer axialen (vertikal nach unten gerichteten) Bewegung und radialen Bewegung relativ zur Buchse 23 durch äußere seitliche Abstützflächen 73a der zweiten Abstützbereiche 73 abgehalten werden. Der Permanentmagnet 21 kann auch von einer Umfangsbewegung relativ zur Buchse 23 durch umfangsmäßige Endflächen der zweiten Abstützbereiche 73 abgehalten werden. Es ist somit möglich, die Konfiguration der Buchse 23 zu vereinfachen und zusätzlich zu denselben Effekten wie in der zweiten Ausführungsform eine Produktivitätsverbesserung und Kostenreduzierung der Drehmomentsensoreinheit TS2 zu erreichen.
Wenn die zweiten Abstützbereiche 73 in der Form konisch verjüngt sind, ist es möglich, eine Zentrierung (Achsenausrichtung) des Permanentmagneten 21 durch die konisch verjüngten Abstützflächen 73a im Fall von z. B. einer Verschlechterung des Füllmaterials 22 zu ermöglichen, und dadurch ist es möglich, die Koaxialität des Permanentmagneten 21 zu gewährleisten.
22 und 23 stellen ein zweites Modifikationsbeispiel des Drehmomentsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in dem die Eingriffsvorsprünge 27 entfernt sind; und die Abstützbereiche 26 modifiziert sind, um jeweils die Funktion der Eingriffsvorsprünge 27 auszuführen.
Im vorliegenden zweiten Modifikationsbeispiel ist jeder der Abstützbereiche 26 konfiguriert, um darin den Eingriffsvorsprung 27 einzubinden. Ferner sind die Eingriffsnuten 24 als konkave Nuten in einen radialen mittleren Bereich der unteren Endfläche des Permanentmagneten 21 geschnitten, um sich somit bogenförmig entlang der Umfangsrichtung zu erstrecken und um darin mit den Abstützbereichen 26 in Eingriff zu stehen.
Wenn die zweiten Abstützbereiche 73 mit den konkaven Eingriffsnuten 24 der unteren Endfläche des Permanentmagneten 21, wie oben erwähnt, in Eingriff sind, kann der Permanentmagnet 21 von einer vertikal nach unten gerichteten Bewegung bezüglich der Buchse 23 durch die Abstützflächen 73a der zweiten Abstützbereiche 73, die unterhalb des Permanentmagneten 21 angeordnet sind, und von einer radialen und umfangsmäßigen Bewegung bezüglich der Buchse 23 durch einen Eingriff der zweiten Abstützbereiche 73 in die konkaven Eingriffsnuten 24 abgehalten werden. Es ist somit möglich, im vorliegenden zweiten Modifikationsbeispiel eine Produktivitätsverbesserung und Kostenreduzierung der Drehmomentsensoreinheit TS2, wie im Fall des obigen ersten Modifikationsbeispiels, zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt. Solange die oben erwähnten Effekte der vorliegenden Erfindung erreicht werden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen bei den Konfigurationen der Jochelemente 31 und 32, den magneto-sensitiven Elementen 51 und 52 etc. ausgeführt werden, die nicht direkt relevant zu den charakteristischen Merkmalen der vorliegenden Erfindung sind und Konfigurationen des Permanentmagneten 21 und der Buchse 23 ausgeführt werden, die relevant zu den charakteristischen Merkmalen der vorliegenden Erfindung sind. Die Konfiguration dieser strukturellen Komponenten können frei in Abhängigkeit der Spezifikationen der verwendeten Drehmomentsensoreinheit geändert werden.
Bezugszeichenliste

1: Eingangswellenelement (erstes Wellenelement)
2: Torsionsstab
3: erstes Ausgangswellenelement (zweites Wellenelement)
20: magnetisches Element
21: Permanentmagnet (Magnet)
22: Füllmaterial
23: Buchse
23a: verjüngter vorderer Endbereich (Fixierteil)
25: Buchsenkörper
26: Abstützbereich (axiales Positionsbegrenzungsteil)
26a: Abstützfläche
27: Eingriffsvorsprung (radiales Positionsbegrenzungsteil)
31: erstes Jochelement
32: zweites Jochelement
41: erster Klauenbereich
42: zweiter Klauenbereich
43: erster ringförmiger Bereich
44: zweiter ringförmiger Bereich
60: magnetischer Sensor
TS1, TS2: Drehmomentsensoreinheit
Z: Drehachse (Drehachse eines Drehelements)

Claims

Drehmomentsensoreinheit zum Erfassen eines Drehmoments, das auf ein Drehelement aufgebracht wird, wobei das Drehelement erste und zweite Wellenelemente aufweist, die aus einem Metallmaterial ausgebildet und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind, wobei die Drehmomentsensoreinheit aufweist: – eine Buchse, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und umfasst: einen ringförmigen oder bogenförmigen Buchsenkörper, der das erste Wellenelement umschließt; ein Fixierteil, das auf dem Buchsenkörper vorgesehen ist und den Buchsenkörper am ersten Wellenelement fixiert; ein axiales Positionsbegrenzungsteil, das auf dem Buchsenkörper vorgesehen ist und eine Abstützfläche aufweist, die direkt vertikal nach oben während einer Anwendung der Drehmomentsensoreinheit gerichtet ist; und ein radiales Positionsbegrenzungsteil, das auf dem Buchsenkörper vorgesehen ist und sich in eine Richtung einer Drehachse des Drehelements erstreckt; – einen ringförmigen Magneten, der aus einem Verbundmaterial aus Kunstharz und magnetischen Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Polen ausgebildet ist, die abwechselnd in eine Umfangsrichtung angeordnet sind, und das erste Wellenelement umschließen, wobei der Magnet auf der Abstützfläche angeordnet ist und dadurch in einer Position in die Richtung der Drehachse des Drehelements begrenzt ist, während er in der Position in eine Radialrichtung durch das radiale Positionsbegrenzungsteil begrenzt ist; – ein Füllmaterial, das aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet ist, das ein kleineres Elastizitätsmodul als das des Magneten aufweist, und in engem Kontakt mit dem Magneten und dem radialen Positionsbegrenzungsteil gehalten wird; – ein erstes Jochelement, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, am zweiten Wellenelement fixiert ist, um sich somit zusammen mit dem zweiten Wellenelement zu drehen und umfasst: eine Mehrzahl von ersten Klauenbereichen, die dem Magneten zugewandt sind; und einen ersten ringförmigen Bereich, der die ersten Klauenbereiche verbindet; – ein zweites Jochelement, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, das am zweiten Wellenelement fixiert ist, um sich somit mit dem zweiten Wellenelement zu drehen und umfasst: eine Mehrzahl von zweiten Klauenbereichen, die umfangsmäßig mit den ersten Klauenbereichen abwechselnd angeordnet und dem Magneten zugewandt sind; und einen zweiten ringförmigen Bereich, der die ersten Klauenbereiche verbindet; – einen magnetischen Sensor mit einem Hallelement, um eine Änderung im magnetischen Feld zwischen den ersten und zweiten Jochelementen zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, so dass das auf das Drehelement aufgebrachte Drehmoment auf der Basis des Ausgangssignals vom magnetischen Sensor erfasst werden kann.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei das axiale Positionsbegrenzungsteil ein geflanschter Bereich ist, der sich vom Buchsenkörper radial nach innen oder radial nach außen erstreckt.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 2, wobei sich der geflanschte Bereich vom Buchsenkörper radial nach innen erstreckt.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 3, wobei das axiale Positionsbegrenzungsteil einen Basisbereich aufweist, der sich vom Buchsenkörper vertikal nach oben erstreckt; wobei sich die Abstützfläche vom Basisbereich radial nach innen erstreckt; und wobei das Füllmaterial zwischen dem Magneten und dem Buchsenkörper gefüllt ist.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 2, wobei sich der geflanschte Bereich vom Buchsenkörper radial nach außen erstreckt.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Magnet ein konkaves Eingriffsteil aufweist, das an einer Oberfläche davon ausgebildet ist; wobei das radiale Positionsbegrenzungsteil mit dem Eingriffsteil in Eingriff steht; und wobei das Kunstharzmaterial in das Eingriffsteil gefüllt ist, um somit das radiale Positionsbegrenzungsteil zu umschließen.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 6, wobei das Eingriffsteil auf einer inneren Umfangsseite des Magneten angeordnet ist; wobei es eine vorbestimmte radiale Aussparung gibt, die zwischen dem radialen Positionsbegrenzungsteil und dem Eingriffsteil ausgebildet ist; und wobei die radiale Aussparung festgelegt ist, um keine Eigenspannung infolge des Druckkontakts mit dem radialen Positionsbegrenzungsteil während einer Kaltschrumpfung des Magneten zu bewirken.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 7, wobei das radiale Positionsbegrenzungsteil eine Elastizität aufweist.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Füllmaterial zwischen dem Magneten und der Buchse gefüllt ist und ein kleineres Elastizitätsmodul als das des Magneten aufweist.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei das radiale Positionsbegrenzungsteil radial innerhalb des Magneten angeordnet ist; und wobei sich das Füllmaterial radial innerhalb des Magneten und des radialen Positionsbegrenzungsteils befindet.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Füllmaterial einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, um dazwischen den Magneten und die Buchse zu halten.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Material der Buchse ein nichtmagnetisches Material ist.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei der geflanschte Bereich vom radialen Positionsbegrenzungsteil beabstandet ist, um somit vorbestimmte Aussparungen auf beiden Seiten des radialen Positionsbegrenzungsteils in Umfangsrichtung zu bilden; und wobei das Füllmaterial angeordnet ist, um sich somit über das radiale Positionsbegrenzungsteil in Umfangsrichtung zu erstrecken und in die vorbestimmten Aussparungen zwischen dem radialen Positionsbegrenzungsteil und dem geflanschten Bereich gefüllt ist.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl der radialen Positionsbegrenzungsteile an umfangsmäßig gleich beabstandeten Positionen vorgesehen ist.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Jochelemente angeordnet sind, um somit eine vertikale, nach oben gerichtete Bewegung des Magneten zu verhindern.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Material des ersten Wellenelements ein magnetisches Material ist; und wobei die ersten und zweiten Klauenbereiche auf einer äußeren Umfangsseite des Magneten angeordnet sind.
Drehmomentsensoreinheit zum Erfassen eines Drehmoments, das auf ein Drehelement aufgebracht wird, wobei das Drehelement erste und zweite Wellenelemente aufweist, die aus einem Metallmaterial ausgebildet und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind, wobei die Drehmomentsensoreinheit aufweist: – einen ringförmigen Magneten, der aus einem Verbundmaterial aus Kunstharz und magnetischen Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Polen ausgebildet ist, die abwechselnd in eine Umfangsrichtung angeordnet sind, und das erste Wellenelement umschließen, – eine Buchse, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und umfasst: einen ringförmigen oder bogenförmigen Buchsenkörper, der das erste Wellenelement umschließt; ein Fixierteil, das auf dem Buchsenkörper vorgesehen ist und den Buchsenkörper am ersten Wellenelement fixiert; und ein Positionsbegrenzungsteil, das eingerichtet ist, um eine Position des Magneten in axiale und radiale Richtungen zu begrenzen; – ein erstes Jochelement, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, am zweiten Wellenelement fixiert ist, um sich zusammen mit dem zweiten Wellenelement zu drehen, und umfasst: eine Mehrzahl von ersten Klauenbereichen, die dem Magneten zugewandt sind; und einen ersten ringförmigen Bereich, der die ersten Klauenbereiche verbindet; – ein zweites Jochelement, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, das am zweiten Wellenelement fixiert ist, um sich somit zusammen mit dem zweiten Wellenelement zu drehen, und umfasst: eine Mehrzahl von zweiten Klauenbereichen, die umfangsmäßig mit den ersten Klauenbereichen abwechselnd angeordnet und dem Magneten zugewandt sind; und einen zweiten ringförmigen Bereich, der die ersten Klauenbereiche verbindet; – ein Füllmaterial, das aus einem Kunstharzmaterial ausgebildet ist, das ein kleineres Elastizitätsmodul als das des Magneten aufweist und in engem Kontakt mit dem Magneten und der Buchse gehalten wird; und – einen magnetischen Sensor mit einem Hallelement, um eine Änderung im magnetischen Feld zwischen den ersten und zweiten Jochelementen zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, so dass das auf das Drehelement aufgebrachte Drehmoment auf der Basis des Ausgangssignals vom magnetischen Sensor erfasst werden kann.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 17, wobei das Positionsbegrenzungsteil auf dem Buchsenkörper vorgesehen ist und eine Kontaktfläche aufweist, die in Kontakt mit dem Magneten gehalten ist; und wobei die Kontaktfläche einen verjüngten Oberflächenbereich umfasst, der im Durchmesser zu einer Seite in axialer Richtung größer wird.
Drehmomentsensoreinheit gemäß Anspruch 18, wobei der Magnet ein konkaves Eingriffselement aufweist, das an einer vertikalen unteren Seite davon geöffnet ist; und wobei das Positionsbegrenzungsteil mit dem Eingriffsteil in Eingriff steht.