DE19758827B4 - Drehmomentsensor, Spulenkörper und elektrischer Servolenkapparat - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Spulenkörper nach dem Oberbegriff der Anspruchs 1, einen Drehmomentsensor mit einem Spulenkörper, die Verwendung eines Drehmomentsensors in einem elektrischen Servolenkapparat, und einen elektrischen Servolenkapparat mit einem Drehmomentsensor.
- Herkömmliche Drehmomentsensoren wurden z. B. in der
JP 04-047638 A JP 08-005477 A - Darüber hinaus ist der obengenannte konventionelle Drehmomentsensor derart ausgeführt, daß Änderungen in der Impedanz der Spulen aufgrund von anderen Faktoren als dem Drehmoment, z. B. der Temperatur, ausgeglichen werden, indem eine Struktur Verwendung findet, bei der zwei Spulen, die jeweils Impedanzpegel aufweisen, die in entgegengesetzte Richtungen durch das Drehmoment geändert werden, angeordnet sind, um eine Brückenschaltung zu bilden, die die beiden Spulen beinhaltet, so daß Drehmoment entsprechend der Differenz zwischen den Ausgängen aus der Brückenschaltung ermittelt wird. Das heißt, sogar wenn die Impedanz aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment geändert wird, erfolgt die Änderung der Impedanzpegel der beiden Spulen in der gleichen Richtung aufgrund der Faktoren. Daher kann die Änderung durch Erhalten des Unterschiedes der Ausgangsspannung aus der Brückenschaltung ausgeglichen werden.
- Jedoch ist es bei dem konventionellen Drehmomentsensor, der die beiden Spulen zum Ermitteln der Differenz aufweist, welche um individuelle Spulenkörper herumgewickelt sind, erforderlich, daß er frei von Abweichungen in den Wicklungsspannungen der um die jeweiligen Spulenkörper herumgewickelten Spulen und frei von Abweichungen der Durchmesser der Drähte der Spulen ist. Jedoch erzeugt eine Spulenwicklungsmaschine für die Verwendung in einem gewöhnlichen Herstellungsverfahren zum Wickeln des Drahtes um die Spulenkörper eine Änderung der Wicklungsspannung nach einem Zeitablauf abhängig von einem Verwendungszustand. Normalerweise wird eine Mehrzahl von Spulenwicklungsmaschinen simultan betrieben. Dadurch kann eine Dispersion in den Wicklungsspannungen innerhalb der Maschinen nicht verhindert werden. Was noch schlechter ist, auch die Durchmesser und dergleichen der Drähte zum Bilden der Spulen dispergieren. Wenn hingegen zwei Spulenkörper, um welche die Spulen kontinuierlich durch gleiche Spulenwicklungsmaschine gewickelt werden, in demselben Drehmomentsensor verwendet werden, kann die Änderung des Impedanzpegels der Spule, die aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment auftritt, ausgeglichen werden, da der Drehmomentsensor die beiden im wesentlichen die gleichen Charakteristiken aufweisenden Spulen verwendet. Jedoch können in dem beschriebenen Fall die Fertigungskosten nicht reduziert werden. Wenn die beschriebene Handhabung jedoch nicht durchgeführt wird, muß die Annahme getroffen werden, daß die beiden verwendeten Spulen Charakteristiken aufweisen, die im wesentlichen nicht die gleichen sind. Daher muß ein Einstellen der Balance der komplizierten Brückenschaltung durchgeführt werden, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen.
- Daneben ist ein anderer konventioneller Drehmomentsensor, z. B. in der
JP 02-089338 U - Die Spule ist derart angeordnet, daß sie die sich drehende Welle umgibt, so daß sich die Impedanz der Spule entsprechend dem Drehmoment der sich drehenden Welle ändert. Sobald eine Änderung in der Impedanz durch Messen der Klemmenspannungen der Spule ermittelt wird, kann somit das Drehmoment, welches in der sich drehenden Welle erzeugt wird, ermittelt werden.
- Dieser beschriebene konventionelle Drehmomentsensor weist eine Spule auf, die um einen Spulenkörper herumgewickelt ist, deren eine äußere Oberfläche und zwei Endoberflächen mit einem Jochbauteil aus Eisen abgedeckt sind, um so eine magnetische Kraftlinienstreuung zu verhindern. Da es erforderlich ist, daß die Enden der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles herausgeführt werden, ist das Jochbauteil jedoch mit einem ausgeschnittenen Abschnitt für das Herausführen der Enden der Spule versehen.
- Da das magnetische Feld in der Spule in diesem Fall in Umfangsrichtung aufgrund des ausgeschnittenen Abschnittes unregelmäßig ist, erzeugt die Differenz zwischen der Phase der Spule und der Phase der sich drehenden Welle eine Änderung der Anzahl von Feldlinien, welche die Spule schneiden. Als ein Ergebnis wird die Impedanz der Spule in unerwünschter Weise auch unabhängig vom Drehmoment verändert. Dadurch wird die Drehmomentermittlungsgenauigkeit um einen entsprechenden Grad verschlechtert.
- Wenn eine Konstruktion, wie sie durch den offenbarten Drehmomentsensor verwendet wurde, in solch einer Weise gebildet wird, daß zwei Spulen vorgesehen sind, deren Impedanzpegel in entgegengesetzte Richtungen verändert werden, um dem Drehmoment zu entsprechen, um so eine Brückenschaltung mit den beiden Spulen zu bilden, so daß das Drehmoment entsprechend der Differenz zwischen den beiden Ausgängen aus der Brückenschaltung ermittelt werden kann, kann die Impedanzänderung, welche aufgrund der Temperatur oder dergleichen auftritt, durch die Differenz ausgeglichen werden. Jedoch wird die Änderung der Impedanz, welche aufgrund des ausgeschnittenen Abschnittes auftritt, in unerwünschter Weise verstärkt und in das ermittelte Drehmoment aufgenommen.
- Daneben sind ein Drehmomentsensor und ein elektrischer Servolenkapparat der eingangs genannten Art beispielsweise aus der
DE 195 42 047 A1 bekannt. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Spulenkörper so zu verbessern, dass ein zuverlässiger Anschluss des Spulendrahtes an die Anschlussklemmen des Spulenkörpers erfolgen kann, der beschädigungsfrei, behinderungsfrei und zuverlässig die Montage und den dauerhaften Einsatz des Spulenkörpers gestattet, einen Drehmomentsensor mit einem solchen Spulenkörper zu schaffen, die Verwendung eines solchen Drehmomentsensor anzugeben und einen elektrischen Servolenkapparat mit einem solchen Drehmomentsensor anzugeben.
- Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 5, 7, 8 und 9 angegebenen Merkmale gelöst.
- Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Im Folgenden wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierin:
-
1 ist eine Gesamtschnittansicht, welche die vorliegende Erfindung darstellt. -
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur einer Spule und einen Abschnitt um die Spule darstellt. -
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand darstellt, in welchem ein Spulenkörper und Jochbauteile montiert wurden. -
4 ist eine Draufsicht, welche den Spulenkörper darstellt. -
5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus4 . -
6 ist eine Seitenansicht, welche den Spulenkörper darstellt. -
7 ist eine Draufsicht, welche den Spulenkörper in einem Zustand darstellt, wo die Jochbauteile montiert sind. -
8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B, die in7 dargestellt ist. -
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C, die in8 dargestellt ist. -
10 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Beispiel eines Motorsteuerungsschaltkreises darstellt. -
11 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen exemplarischen Zustand darstellt, in welchem der Spulenkörper als geteilter Spulenkörper ausgebildet ist. -
12 ist eine perspektivische Ansicht, welche Strukturen der Spule und eines Teiles der Spulen darstellt. -
13(a) und13(b) sind Ansichten, welche die Struktur eines Jochbauteiles darstellen. -
14 ist ein Graph, welcher eine Wellenform darstellt, die indikativ für eine Änderungsrate in der Impedanz gemäß der Erfindung ist. -
15 ist ein Graph, welcher eine Wellenform darstellt, die indikativ ist für eine Änderungsrate der Auslaßspannung von dem Differentialverstärker gemäß der Erfindung. -
16 ist ein Graph, welcher eine Wellenform darstellt, die indikativ ist für eine Änderungsrate der Impedanz einer der Spulen eines konventionellen Drehmomentsensors ist. -
17 ist ein Graph, der eine Wellenform darstellt, die indikaiv ist für eine Änderungsrate der Impedanz einer anderen Spule eines konventionellen Drehmomentsensors ist. -
18 ist ein Graph, welcher eine Änderungsrate in der Ausgangsspannung in einem Fall darstellt, wo die in den16 und17 dargestellten Ergebnisse einem Differentialverstärker zugeführt werden. - Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 bis10 sind Darstellungen, welche eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, in welcher ein Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Servolenkungsapparat für ein Fahrzeug angewendet wird. - Zunächst wird nun die Konstruktion beschrieben. In
1 weist ein Gehäuse1 eine Antriebswelle2 und eine Abtriebswelle3 auf, welche miteinander verbunden sind durch einen Torsionsstab4 , und welche durch Lagerungen5a ,5b und5c drehbar unterstützt sind. Die Antriebswelle2 , die Abtriebswelle3 und der Torsionsstab4 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Antriebswelle2 und der Torsionsstab4 sind durch eine Hülse2A miteinander verbunden, mit welcher sich jedes Ende in einer Keilwellenverzahnung befindet. Ein anderes Ende des Torsionsstabes4 ist durch eine Keilwellenverzahnung an einer tiefen Stelle in der Abtriebswelle3 verbunden. Die Antriebswelle2 und die Abtriebswelle3 bestehen aus einem magnetischen Material, wie z. B. Eisen. Es wird angemerkt, daß die Antriebswelle2 , die Abtriebswelle3 und der Torsionsstab4 der sich drehenden Welle der vorliegenden Erfindung entsprechen. - Ein Lenkrad ist in Drehrichtung integral mit einem rechten Ende (nicht dargestellt) der Antriebswelle
2 verbunden, wenn es in der Sichtweise in1 betrachtet wird. Eine Ritzelwelle, die z. B. einen bekannten Zahnstangenlenkungsapparat bildet, ist mit dem linken Ende (nicht dargestellt) der Abtriebswelle3 verbunden, wenn sie in1 betrachtet wird. Dadurch wird die Lenkungskraft, welche erzeugt wird, wenn ein Fahrer das Lenkrad betätigt, auf die Räder (nicht dargestellt) übertragen, welche durch die Antriebswelle2 , den Torsionsstab4 und die Abtriebswelle3 und den Zahnradlenkungsapparat gelenkt werden. - Eine Hülse
2A , welche an dem Ende der Antriebswelle2 gesichert ist, weist eine Länge auf, welche genügend lang ist, um die äußere Oberfläche des Endes der Abtriebswelle3 zu umgeben. Eine Mehrzahl von Vorsprüngen2a , die in axialer Richtung länglich sind, sind auf der inneren Oberfläche eines Abschnittes angeformt, der die äußere Oberfläche des Endes der Abtriebswelle3 der Hülse2A umgibt. Eine Mehrzahl von (gleiche Anzahl wie die der Vorsprünge2a ) von Nuten3a , die in der Axialrichtung länglich sind, sind in die äußere Oberfläche der Abtriebswelle3 gegenüberliegend der Vorsprünge2a geformt. Die Vorsprünge2a und Nuten3a befinden sich miteinander mit Spiel in Eingriff, welches in Umfangsrichtung zugelassen wird. Als ein Ergebnis wird eine relative, einen vorherbestimmten Bereich überschreitende Drehung zwischen der Antriebswelle2 und der Abtriebswelle3 (z. B. ungefähr ±5°) verhindert. - Ein Schneckenrad
6 , welches derart angeordnet ist, um koaxial zur Abtriebswelle3 und integral mit der Abtriebswelle3 gedreht zu werden, ist an der äußeren Oberfläche der Abtriebswelle3 angebracht. Ein Eingriffsabschnitt6a aus Kunststoff des Schneckenrades6 und eine Schnecke7b , welche auf die äußere Oberfläche einer Abtriebswelle7a eines elektrischen Motors7 geformt ist, befinden sich in Eingriff miteinander. Daher wird die Drehkraft des elektrischen Motors7 durch die Abtriebswelle7a , die Schnecke7b und das Schneckenrad6 auf die Abtriebswelle3 übertragen. Wenn die Drehrichtung des Elektromotors7 willkürlich gewechselt wird, kann ein Hilfslenkungsdrehmoment in einer willkürlichen Richtung auf die Abtriebswelle3 aufgebracht werden. - Ein zylindrisches Bauteil
8 , welches eine dünne Wand aufweist, ist integral an der Hülse2A in Drehrichtung in solch einer Weise gesichert, daß das zylindrische Bauteil8 benachbart zur äußeren Oberfläche der Abtriebswelle3 angeordnet ist, um die äußere Oberfläche zu umgeben. - Das heißt, das zylindrische Bauteil
8 besteht aus einem elektrisch leitenden und nichtmagnetischen Material (z. B. Aluminium). Wie ebenso in2 dargestellt ist, welche eine perspektivische Ansicht ist, die das zylindrische Bauteil8 und einen dieses umgebenden Abschnitt darstellt, ist eine Mehrzahl (9 in dieser Ausführungsform) von rechteckigen Fenstern8a vorgesehen, die in gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sie die Abtriebswelle3 an Positionen nahe der Hülse2A umgeben. Darüber hinaus ist eine Mehrzahl (9 in dieser Ausführungsform) von rechteckigen Fenstern8b (die die gleiche Form haben wie die Fenster8a ), die voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind, an Orten ausgebildet, die von der Hülse2A in solch einer Weise beabstandet sind, daß die von den Fenstern8a um 180° phasenverschoben sind. - Eine Mehrzahl (die gleiche Anzahl wie die der Fenster
8a und8b , d. h.9 bei dieser Ausführungsform) von Nuten3A , die jeweils einen im wesentlichen rechtwinkligen horizontalen Querschnitt aufweisen und in Axialrichtung länglich sind, sind in die äußere Oberfläche der Abtriebswelle3 eingeformt, die durch das zylindrische Bauteil8 umgeben ist. - Insbesondere wird angenommen, daß ein Winkel, der durch Teilen des Umfangs des zylindrischen Bauteiles
8 durch N (N = 9 in dieser Ausführungsform) erhalten wird, ein periodischer Winkel θ (= 360/N und θ = 40° in dieser Ausführungsform) ist. Die Fenster8a sind in das zylindrische Bauteil8 in die Abschnitte eingeformt, die von der Abtriebswelle3 in vorbestimmten Winkeln von einem Ende eines periodischen Winkel-θ-Bereiches beabstandet sind, während Restabschnitte geschlossen sind. Die Fenster8b sind in die Abschnitte des zylindrischen Bauteiles8 nahe der Abtriebswelle3 an vorherbestimmten Winkeln vom anderen Ende des einen periodischen Winkel-θ-Bereiches in solch einer Weise eingeformt, daß die Phase der Fenster8a um eine halbe Periode (θ/2) abweicht, während Restabschnitte geschlossen sind. - Jedoch ist die Struktur in solch einer Weise ausgebildet, daß die breitseitig mittigen Abschnitte der Fenster
8a in Umfangsrichtung und eines der Umfangsenden der Nuten3A überlagern und die breitenweise mittigen Abschnitte der Fenster8b in Umfangsrichtung mit den anderen Enden in Umfangsrichtung der Nuten3A überlagert werden, wenn der Torsionsstab4 frei von Torsion ist (wenn das Lenkungsdrehmoment Null ist). Daher ist der Zustand des Überlagerns zwischen den Fenstern8a und den Nuten3A und der Zustand des Überlagerns zwischen den Fenstern8b und den Nuten3A so, daß sie in Umfangsrichtung entgegengesetzt sind. Dadurch sind die breitenweise mittigen Abschnitte der Fenster8a und8b in Umfangsrichtung und die breitenweise mittigen Abschnitte der Nuten3A in Umfangsrichtung gegeneinander um θ/4 versetzt. - Das zylindrische Bauteil
8 ist von einem Spulenkörper9 umgeben, um welchen zwei Spulen10 und11 , die die gleichen Spezifikationen aufweisen, gewickelt sind. Das heißt, die Spulen10 und11 sind koaxial zum zylindrischen Bauteil8 angeordnet. Die Spule10 ist um den Spulenkörper9 herumgewickelt, um die Abschnitte zu umgeben, in welche die Fenster8a eingeformt sind, während die Spule11 um den Spulenkörper9 herumgewickelt ist, um die Abschnitte zu umgeben, in welche die Fenster8b eingeformt sind. - Der Spulenkörper
9 ist ein Bauteil, welches aus einem nichtleitenden Material, wie z. B. Plastik hergestellt ist, und ist an dem Gehäuse1 koaxial zur Antriebswelle2 der Abtriebswelle3 befestigt. Der Spulenkörper9 weist, wie dies in3 , welche eine perspektivische Ansicht ist, in4 , welche eine Draufsicht ist, in5 , welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A, die in4 dargestellt ist, und in6 dargestellt ist, die eine Seitenansicht ist, zwei sich koaxial in Umfangsrichtung erstreckende Nuten9A und9B auf, die in axialer Richtung voneinander beabstandet ausgebildet sind. Die Spule10 ist entlang der Umfangsnut9A herumgewickelt, während die Spule11 entlang der Umfangsnut9B herumgewickelt ist. Insbesondere weist der Spulenkörper9 zwei zylindrische Abschnitte9D und9E auf, die in axialer Richtung durch einen Spalt9C voneinander beabstandet ausgebildet sind und gleiche Abmessungen aufweisen. Äußere Flansche9a sind an den äußeren Enden der zylindrischen Abschnitte9D und9E , die nach außen weisen, angeformt, während innere Flansche9b an den inneren Enden einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Die inneren Flansche9b der zylindrischen Abschnitte9D und9E sind durch Verbindungsabschnitte9c und9d jeweils miteinander verbunden, die an zwei Stellen beabstandet voneinander in Umfangsrichtung um 180° ausgebildet sind. Jeder der Verbindungsabschnitte9c und9d ist in eine zurückspringende Form ausgebildet, die nach außen in radialer Richtung vorspringt, um den Spalt9C zu kreuzen. - Ein im wesentlichen rechteckiger parallelepipedförmiger Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt
9F ist an eine Endoberfläche des Verbindungsabschnitts9c angeformt, der in radialer Richtung nach außen weist, wobei der Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt9F nach außen über die Endoberfläche in radialer Richtung vorsteht. Drei Metallanschlußklemmen12A ,12B und12C sind an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbesfestigungsabschnittes9F in solch einer Weise gesichert, daß sie in radialer Richtung nach außen vorstehen. Die Anschlußklemmen12A bis12C sind derart angebracht, daß sie voneinander um vorherbestimmte Intervalle in Richtung von Tagenten an die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten9A und9B beabstandet sind. Wenn der zylindrische Abschnitt9D von einem Abschnitt benachbart zum äußeren Flansch9a (siehe5 ) betrachtet wird, in einem Zustand, wo der Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt9F an dem oberen Abschnitt angeordnet ist, wird die linke Anschlußklemme eine erste Anschlußklemme12A genannt, die mittige Anschlußklemme eine zweite Anschlußklemme12B und die rechte Anschlußklemme eine dritte Anschlußklemme12C genannt. - Zwei Vorsprünge
9e und9f , die in Richtungen der Tangenten an die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten9A und9B vorstehen, sind an die beiden Endoberflächen des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F angeformt. Die Vorsprünge9e und9f sind dünne Vorsprünge, die jeweils eine Höhe und eine Breite aufweisen, die schmaler ist als die der Endoberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F . Darüber hinaus ist ein dünner Stufenabschnitt9g , der sich diagonal nach unten nach rechts von einer Position unterhalb des in5 dargestellten Vorsprunges9e aus erstreckt, in die Seitenoberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F und des Verbindungsabschnittes9c eingeformt, der benachbart der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut9A ist, dabei der Abschnitt nahe der Umfangsnut9A etwas verdickt wird. In ähnlicher Weise ist ein dünner Stufenabschnitt9h , der sich digonal nach unten von einer Position unterhalb des Vorsprunges9f nach unten erstreckt, in die Seitenoberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F und dem Verbindungsabschnitt9c eingeformt, der benachbart der Umfangsnut9B ist, dabei den Abschnitt nahe der Umfangsnut9B etwas verdickend. Die Spulen10 und11 sind entlang der Umfangsnuten9A und9B des Spulenkörpers9 gewickelt, wobei sie die obengenannte Form aufweisen. - Die Spulen
10 und11 sind kontinuierlich durch eine Spulenwicklungsmaschine gewickelt. Der Vorgang zum Wickeln der Spulen10 und11 wird nun beschrieben mit Bezug auf4 . Anfänglich wird ein Draht entgegen dem Uhrzeigersinn auf die erste Anschlußklemme12A gewickelt, und dann wird der Draht diagonal nach oben links gezogen, wie dies durch1 in4 dargestellt ist, um den Draht von der Seitenoberfläche des Vorsprunges9e benachbart zur Umfangsnut9B in den unteren Oberflächenabschnitt einzubringen, gefolgt von Ziehen des Drahtes zu einer Position benachbart der Umfangsnut9A . Dem in die Position benachbart zur Umfangsnut9A gezogenen Draht ist es erlaubt, graduell sich der Oberfläche der Umfangsnut9A entlang des Stufenabschnitts9g anzunähern. Dann wird der Draht im Uhrzeigersinn um die Umfangsnut9A um eine vorherbestimmte Anzahl von Male herumgewickelt in einen Zustand, wo die Umfangsnut9A von einer Position nahe des äußeren Flansches9a gesehen wird (siehe5 ). - Nachdem der Draht um die Umfangsnut
9A eine vorherbestimmte Anzahl von Male herumgewickelt wurde, wird der Draht wiederum von der Umfangsnut9A getrennt, wie dies durch2 bezeichnet, in4 dargestellt ist. Dann wird der Draht von der unteren Oberfläche des Vorsprunges9f zur oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F durch die Seitenoberfläche benachbart der Umfangsnut9B gezogen. Dann wird der Draht entgegen dem Uhrzeigersinn um die dritte Anschlußklemme12C mehrere Male herumgewickelt. Dann, wie dies mit3 bezeichnet, in4 dargestellt ist, wird der Draht diagonal nach unten rechts gezogen, wenn es wie in4 betrachtet wird. Dann wird der Draht von der Seitenoberfläche des Vorsprunges9f benachbart zur Umfangsnut9A in die untere Oberflächenposition gezogen, und dann wird er in eine Position benachbart zur Umfangsnut9B gezogen. Dem in die Position nahe der Umfangsnut9B gezogenen Draht ist es erlaubt, graduell sich der Oberfläche der Umfangsnut9B entlang des Stufenabschnittes9h zu nähern. Dann, wird der Draht im Uhrzeigersinn um die Umfangsnut9B eine vorherbestimmte Anzahl von Male herumgewickelt in einen Zustand, wo die Umfangsnut9B von einer Position benachbart des äußeren Flansches9a aus gesehen wird. - Nachdem der Draht die vorherbestimmte Anzahl von Male um die Umfangsnut
9B herumgewickelt worden ist, wird der Draht wiederum von der Umfangsnut9B getrennt, wie dies durch4 bezeichnet, in4 dargestellt ist, und dann wird der Draht zum oberen Oberflächenabschnitt des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F von der unteren Oberfläche des Vorsprunges9e aus gezogen durch die Seitenoberfläche benachbart der Umfangsnut9A . Dann wird der Draht entgegen dem Uhrzeigersinn mehrere Male um die zweite Anschlußklemme12B herumgewickelt. Auf diese Weise ist der Vorgang des Wickelns des Drahtes vervollständigt. - In dem oben beschriebenen Zustand ist der Draht in der Form, daß ein elektrisch leitender Draht mit einem Isolierbauteil um jede der Anschlußklemmen
12A bis12C herumgewickelt ist. Dadurch wird kein elektrisches Leiten zwischen jeder der Anschlußklemmen12A bis12C und dem Draht hergestellt. Wenn die Anschlußklemmen12A bis12C von ihren vorn liegenden Enden aus nach dem Vervollständigen des Wickelns in einen Lottank eingetaucht worden sind, wird es für das Lot möglich, an jeder der Anschlußklemmen12A bis12C zu kleben. Darüber hinaus wird die Wicklung mit der Hitze des Lots geschmolzen. Daher kann jede der Anschlußklemmen12A bis12C mit dem Draht elektrisch leitend verbunden werden. Wie aus4 verstanden werden kann, kann durch den oben beschriebenen Wicklungsvorgang in ein Kreuzen der Drähte an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F verhindert werden. Daher kann ein Kurzschluß des Drahtes verhindert werden, wenn das Löten durchgeführt wird. - Wie in
3 in einer explosionsartigen Darstellung darstellt ist, sind Jochbauteile13A und13B , die jeweils eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen, an dem Spulenkörper9 befestigt, um die Umfangsnuten9A und9B von der Außenseite her abzudecken. Darüber hinaus ist ein im wesentlichen ringförmiges Jochbauteil13C in dem Spalt9C des Spulenkörpers9 aufgenommen. - Wie ebenso in
7 dargestellt ist, welche eine Draufsicht ist, welche einen Zustand darstellt, wo jedes der Jochbauteile13A bis13C befestigt ist, in8 , welche eine Schnittansicht entlang der Linie B-B, die in7 dargestellt ist, und9 dargestellt ist, welche eine Schnittansicht entlang der Linie C-C ist, welche in8 dargestellt ist, weist das Jochbauteil13C flache Abschnitte13a und13b auf, die voneinander beabstandet ausgebildet sind um einen Winkelgrad von 180° in Umfangsrichtung der äußeren Oberfläche der Jochbauteile13C , um es ihnen zu erlauben, zu dem in Radialrichtung sich erstreckenden inneren Oberflächen der beiden Verbindungsabschnitte9c und9d zu passen, die quer über den Spalt9C verlaufen. Darüber hinaus ist der innere Durchmesser der Jochbauteile13C der gleiche wie der innere Durchmesser jeder der zylindrischen Abschnitte9D und9E , während der äußere Durchmesser der Jochbauteile13C der gleiche ist wie der äußere Durchmesser des inneren Flanschabschnittes9b . Jedoch haben Vorsprünge13c und13d jeweils die gleiche Breite wie die Jochbauteile13C und erstrecken sich in radialer Richtung nach außen um eine Dicke, die etwas geringer ist als die Wanddicke jeder der Jochbauteile13A und13B ist, und sind an zwei Positionen jeweils beabstandet von den flachen Abschnitten13a und13b auf der äußeren Oberfläche des Jochbauteiles13C um einen Winkelgrad von 90° ausgebildet. Daher, wenn das Jochbauteil13C in dem Spalt9C des Spulenkörpers9 aufgenommen ist, stehen die Vorsprünge13c und13d über den inneren Flansch9b vor (vgl.8 ). - Andererseits haben die Jochbauteile
13A und13B die gleiche Form und bestehen aus einem zylindrischen Abschnitt13d zum Abdecken des Spulenkörpers9 , um welchen die Spulen10 und11 gewickelt wurden, und ein ringförmiger unterer Abschnitt13e ist an einem Ende angeformt, das in axialer Richtung nach außen weist, wenn sie an den Spulenkörper9 angebracht werden. Der innere Durchmesser des unteren Abschnittes13e ist der gleiche wie der innere Durchmesser jeder der zylindrischen Abschnitte9D und9E des Spulenkörpers9 . Darüber hinaus sind vier Ausnehmungen13g ,13h ,13i und13j beabstandet voneinander um einen Winkelgrad von 90° in Umfangsrichtung in einem Endabschnitt gegenüberliegend dem unteren Abschnitt13e des zylindrischen Abschnittes13d eingeformt. - Von den Ausnehmungen
13g bis13j ist die Ausnehmung13g eine Ausnehmung zum Aufnehmen des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F , die Ausnehmung13h eine Ausnehmung zum Aufnehmen des Verbindungsabschnittes9d und die Ausnehmungen13i und13j Ausnehmungen zum Aufnehmen der Vorsprünge13c und13d des Jochbauteiles13C . - Jede der Ausnehmungen
13i und13j weist eine breitenmäßige (eine in Umfangsrichtung verlaufende) Abmessung auf, die etwas geringer ist als ihre längenmäßige (die in Umfangsrichtung verlaufende) Abmessung jeder der Vorsprünge13c und13d . Jedoch, die Abmessung in Richtung der Tiefe (die Axialrichtung) ist halb der Abmessung jeder der Vorsprünge13c und13d in Richtung der Dicke (Axialrichtung). Daher, wenn das Jochbauteil13C an dem Spulenkörper9 gesichert und die Jochbauteile13A und13B angebracht sind, um selbige abzudecken, werden die unteren Oberflächen der Ausnehmungen13i und13j in Kontakt mit den Vorsprüngen13c und13d gebracht. Daher sind die Stellungen in Axialrichtung der Jochbauteile13A und13B fest. - Andererseits weist die Ausnehmung
13g eine Breitenabmessung auf, die gleich der längenmäßigen Abmessung des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F eingeschlossen der Vorsprünge9e und9f ist. Jedoch ist die Abmessung in Richtung ihrer Tiefe größer als die Hälfte der Abmessung des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F in Richtung ihrer Dicke. In gleicher Weise hat die Ausnehmung13h eine breitenmäßige Abmessung die gleich der längenmäßigen Abmessung des Verbindungsabschnittes9d ist. Jedoch ist ihre Abmessung in Richtung ihrer Tiefe geringfügig größer als die Hälfte der Abmessung des Verbindungsabschnittes9d in Richtung ihrer Dicke. Daher, wenn die Jochbauteile13A und13B befestigt werden, um den Spulenkörper9 abzudecken, sind die Stellungen der Jochbauteile13A und13B fest, da die inneren Oberflächen der Ausnehmungen13g und13h in Kontakt mit den Endoberflächen des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes9F und des Verbindungsabschnittes9d gebracht werden. - Da die Ausnehmung
13g die obengenannten Abmessungen aufweist, wird die innere Oberfläche der Ausnehmenung13g in Kontakt mit den Endoberflächen der Vorsprünge9e und9f gebracht. Jedoch sind Lücken zwischen den Seitenoberflächen und unteren Oberflächen der Vorsprünge9e und9f und der inneren Oberfläche der Ausnehmung13g ausgebildet. Als ein Ergebnis ist der Draht für die Spulen10 und11 , der entlang der äußeren Oberflächen der Vorsprünge9e und9f angeordnet ist, nicht zwischen der inneren Oberfläche der Ausnehmung13g und den Vorsprüngen9e und9f gehalten. Daher kann ein Brechen der Isolation des Drahtes und somit ein Verursachen eines Kurzschlusses zwischen den Jochbauteilen13A und13B verhindert werden. - Es wird angemerkt, daß ein Raum in dem Gehäuse
1 , in welchem das Schneckenrad6 angeordnet ist, und ein Raum in demselbigen, in welchem der Spulenkörper9 angeordnet ist, durch ein Metalldichtungsbauteil17 voneinander isoliert sind, so daß Schmieröl, welches zu einem Eingriffsabschnitt zwischen dem Schneckenrad7 und dem elektrischen Motor zugeführt wird, daran gehindert wird, in dem Abschnitt, der den Spulenkörper9 aufweist, einzudringen. - Die Enden der Anschlußklemmen
12A bis12C erreichen einen Sensorkasten18 durch das Gehäuse1 . Die Spulen10 und11 sind mit einer Motorsteuerungsschaltung, die auf einer Steuerungsplatine19 in dem Sensorkasten18 angeordnet ist, durch die Anschlußklemmen12A bis12C verbunden. Der Motorsteuerungsschaltkreis, wie in10 dargestellt, weist z. B. einen oszillierenden Abschnitt21 , für ein Zuführen von Wechselstrom, der eine vorherbestimmte Frequenz aufweist, zu den Spulen10 und11 durch einen Abschnitt20 für Gleichstrom, einen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis22 zum Gleichrichten und Glätten der Anschlußklemmenspannung der Spule10 zum Übertragen der Spannung, einen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis23 zum Gleichrichten und Glätten der Anschlußklemmenspannung der Spule11 , um die Spannung zu übertragen, einen Differentialverstärker24A und24B zum Verstärken der Differenz zwischen dem Ausgang des Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreises22 und dem des Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreises23 , um die verstärkte Differenz zu übertragen, einen Rauschfilter25A zum Eliminieren einer hochfrequenten Rauschkomponente aus dem Ausgang des Differentialverstärkers24A , einen Rauscheliminiationsfilter25B zum Eliminieren einer hochfrequenten Rauschkomponente aus dem Auslaß des Differentialverstärkers24B , einen Drehmomentberechnungsabschnitt26 , welcher die Richtung und den Grad des relativen, rotativen Versatzes zwischen der Antriebswelle2 und dem zylindrischen Bauteil8 entsprechend der Ausgaben, z. B., ein Mittelwert aus den Rauscheliminiationsfiltern25A und25B , und multipliziert ein Ergebnis der Berechnung mit einer vorherbestimmten proportionalen Konstante, um das Lenkungsdrehmoment zu ermitteln, welches in dem Lenkungssystem erzeugt wird, und einen Motorantriebsabschnitt27 zum Zuführen eines Antriebsstromes I zum Elektromotor7 auf, der in der Lage ist, ein Lenkungsunterstützungsdrehmoment zum Reduzieren des Lenkungsdrehmomentes gemäß einem Ergebnis der durch den Drehmomentberechnungsabschnitt26 durchgeführten Berechnung. - In dieser Ausführungsform sind die Spulen
10 und11 zum Motorsteuerungsschaltkreis durch die drei Anschlußklemmen12A und12C verbunden. Von diesen drei Anschlußklemmen ist die erste Anschlußklemme12A , mit welcher eines der Enden (das Ende an welchem die Windung des Drahtes begonnen wird) der Spule10 verbunden ist, über den elektrischen Widerstand R mit dem Abschnitt verbunden, der den oszillierenden Abschnitt21 aufweist, ist die zweite Anschlußklemme12B , mit welcher eines der Enden (das Ende an welchem die Windung des Drahtes beendet ist) der Spule11 verbunden ist, durch den anderen elektrischen Widerstand R mit dem Abschnitt verbunden, der den oszillierenden Abschnitt21 aufweist; und ist die Anschlußklemme12C , welche eine gemeinsame Anschlußklemme ist, mit welcher das andere Ende (der mittlere Abschnitt des Drahtes) der Spulen10 und11 verbunden ist, mit der Erde verbunden. - Der Betrieb dieser Ausführungsform wird nun beschrieben.
- Angenommen, daß das Lenkungssytem sich in einem geradeaus-Fahrtzustand befindet und daher das Lenkungsdrehmoment Null ist, dann findet keine relative Drehung zwischen der Antriebswelle
2 und der Abtriebswelle3 statt. Daher findet keine relative Drehung zwischen der Abtriebswelle3 und dem zylindrischen Bauteil8 statt. - Wenn Drehkraft in der Antriebswelle
2 erzeugt wird, da das Lenkrad betätigt wurde, wird die Drehkraft auf die Abtriebwelle3 durch den Torsionsstab4 übertragen. Zu dieser Zeit wird ein Widerstand, der der Reibkraft zwischen den gesteuerten Rädern und der Oberfläche der Straße und der Reibkraft, die aufgrund des Eingriffs zwischen den Zahnrädern und des Zahnstangenlenkungsapparates (nicht dargestellt), der am linken Ende der Zeichnung ausgebildet ist, in der Abtriebswelle3 erzeugt. Daher findet eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle2 und der Abtriebwelle3 in solch einer Weise statt, daß die Abtriebswelle3 nachläuft, da der Torsionsstab4 verdreht ist. Darüber hinaus findet eine relative Rotation auch zwischen der Abtriebswelle3 und dem zylindrischen Bauteil8 statt. - In einem Bereich, wo das zylindrische Bauteil
8 kein Fenster aufweist, wird ein Erzeugen eines Wechselmagnetfeldes in den Spulen durch den Spulen zugeführten Wechselstrom einen Wirbelstrom erzeugen, der auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Bauteiles8 in einer Richtung entgegengesetzt einer Richtung fließt, in welcher der Spulenstrom fließt, da das zylindrische Bauteil8 aus elektrisch leitendem und nichtmagnetischem Material hergestellt ist. - Wenn das magnetische Feld, welches durch den Wirbelstrom erzeugt wird, und das magnetische Feld, welches durch die Spulen erzeugt wird, überlagert werden, wird das magnetische Feld in dem zylindrischen Bauteil
8 ausgeglichen. - Dort wo die Fenster
8a und8b in dem zylindrischen Bauteil8 vorgesehen sind, kann der Wirbelstrom, welcher auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Bauteiles8 erzeugt wird, nicht entlang der äußeren Oberfläche fließen, da die Fenster8a und8b ausgebildet sind. Daher wird der Wirbelstrom in den inneren Abschnitt des zylindrischen Bauteiles8 entlang der Endoberflächen der Fenster8a und8b eingebracht und fließt entlang der inneren Oberfläche in derselben Richtung wie die Richtung des Spulenstromes. Dann fließt der Wirbelstrom entlang der Endoberflächen der benachbarten Fenster8a und8b und kehrt dann an die äußere Oberfläche zurück. Dadurch wird ein Kreislauf gebildet. - Das heißt, es wird ein Zustand realisiert, in welchem der Kreislauf des Wirbelstromes periodisch (θ = 360/N) in der Spule angeordnet ist.
- Die magnetischen Felder, welche durch den Spulenstrom und den Wirbelstrom erzeugt werden, werden überlagert, so daß periodisch die Stärkung und Schwächung des magnetischen Feldes in Umfangsrichtung und ein magnetisches Feld, welches einen Gradienten aufweist, der in Richtung zur Mitte reduziert ist, in den äußeren und inneren Abschnitten des zylindrischen Bauteiles
8 ausgebildet wird. Die Stärkung und Schwächung des magnetischen Feldes in Umfangsrichtung findet in solch einer Weise statt, daß das magnetische Feld in den mittigen Abschnitten der Fenster8a und8b intensiviert wird, was erheblich beeinflußt wird durch die benachbarten Wirbelströme, und wird in den Abschnitten geschwächt, die gegenüber den mittigen Abschnitten um eine halbe Periode (θ/2) versetzt sind. Innerhalb des zylindrischen Bauteiles8 , ist die Abtriebswelle3 , die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, koaxial angeordnet. Die Abtriebswelle3 ist mit ihren Vorsprüngen und Ausnehmungen derart angeordnet, daß sie dieselbe Periode aufweisen wie die Fenster8a und8b bei der Nut3A . Das magnetische Bauteil, welches in dem magnetischen Feld angeordnet ist, wird magnetisiert und wird dadurch dazu veranlaßt, eine spontane Magnetisierung (magnetischer Fluß) in einer Menge zu erzeugen, die vergrößert wird gemäß der Intenstität des magnetischen Feldes, bis es gesättigt ist. - Daher veranlaßt das periodische Verstärken und Schwächen in Umfangsrichtung, was durch das zylindrische Bauteil
8 und das magnetische Feld erzeugt wird, das die Gradienten in radialer Richtung aufweist, ein Vergrößern oder Reduzieren der spontanen Magnetisierung der Abtriebswelle3 gemäß der relativen Phase bezüglich des zylindrischen Bauteiles8 . Die spontane Magnetisierung ist so ausgelegt, daß sie maximal in einer Phase ist, in welcher die Mitten der Fenster8a und8b und die Mitten der Vorsprünge zusammenfallen. - Entsprechend der Änderung in der spontanen Magnetisierung, wird auch die Induktivität jeder der Spulen
10 und11 in Form von im wesentlichen Sinuswellen geändert. In einem Zustand, wo kein Drehmoment auftritt, wird ein Zustand, der gegenüber der Phase, in welcher die spontane Magnetisierung (Induktivität) bei einer 1/4 Periode (θ/4) maximal ist, versetzt ist, realisiert. Darüber hinaus wird die Phase der Fensterreihe benachbart zur Hülse2A und die der anderen Fensterreihe derart ausgelegt, daß sie um 1/2 Periode (θ/2) zueinander verschieden sind, wie dies oben beschrieben ist. - Daher bewirkt ein Erzeugen der Differenz in der Phase zwischen dem zylindrischem Bauteil
8 und der Abtriebswelle3 aufgrund des Drehmoments, daß die Induktivität einer der Spulen10 und11 vergrößert wird. Auf der anderen Seite wird die Induktivität der anderen Spule um die gleiche Rate reduziert. Wenn die Induktivität jeder der Spulen10 und11 wie oben beschrieben, geändert wird, werden auch die Impedanzpegel der Spulen10 und11 in ähnlicher Weise geändert unter der Bedingung, daß die Frequenzen der zugeführten elektrischen Ströme aus dem Stromverstärkungsabschnitt26 konstant sind. Darüber hinaus werden die selbstinduktiven elektromagnetischen Kräfte der Spulen10 und11 in ähnlicher Weise geändert. Dadurch werden die Ausgänge der Differentialverstärker24A und24B zum Erhalten der Differenz zwischen den Anschlußklemmenspannungen zwischen den Spulen10 und11 gemäß der Richtung und der Größe des Lenkungsdrehmomentes geändert. Da die Differentialverstärker24A und24B die Differenz zwischen dem Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis22 und dem Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis23 ermitteln, kann eine Änderung der Selbstinduktivität, die aufgrund der Temperatur oder dergleichen auftritt, ausgeglichen werden. - Der Drehmomentberechnungsabschnitt
26 errechnet einen Mittelwert der Ausgänge aus den Differentialverstärkern24A und24B , die durch die Rauscheliminiationsfilter25A und25B zugeführt werden, und multipliziert dann die Mittelwerte mit, z. B. einer vorherbestimmten proportionalen Konstanten, um das Lenkungsdrehmoment zu erhalten, gefolgt von Zuführen des Ergebnisses zu dem Motorantriebsabschnitt27 . Der Motorantriebsabschnitt27 führt dem elektrischen Motor7 Antriebsstrom I entsprechend der Richtung und der Größe des Lenkungsdrehmomentes zu. - Als Ergebnis wird eine Rotationskraft entsprechend der Richtung und der Größe des Lenkungsdrehmomentes, welches in dem Steuerungssystem erzeugt wird, durch den elektrischen Motor
7 erzeugt. Die Rotationskraft wird der Abtriebswelle3 durch das Schneckenrad usw. zugeführt. Dadurch wird ein die Lenkung unterstützendes Drehmoment der Abtriebswelle3 zugeführt und dadurch kann das Lenkungsdrehmoment reduziert werden und die Last, welche durch den Fahrer aufgebracht werden muß, kann reduziert werden. - In dieser Ausführungsform sind die Spulen
10 und11 vorgesehen, um die Änderung der Selbstinduktivität, die aufgrund von Temperaturen oder dergleichen auftritt, auszugleichen. Die Spulen10 und11 sind um einen gemeinsamen Spulenkörper9 gewickelt. Darüber hinaus sind die zwei Spulen10 und11 kontinuierlich durch eine Wicklungsmaschine gewickelt. Daher wird Dispersion in den Spannungen und den Durchmessern des Drahtes der Spulen10 und11 signifikant verhindert. Dadurch wird jegliche komplizierte Handhabung und dergleichen nicht benötigt, um die beiden Spulen10 und11 , welche derart betrachtet werden, als daß sie die gleichen Spezifikationen aufweisen, in einem Drehmomentsensor anzubringen. Da auch Deviation der Achsen der Spulen10 und11 verhindert werden kann, wird ein Einstellen der Balance des Brückenschaltkreises, das durchgeführt werden muß, wenn sie an den Motorsteuerungsschaltkreis wie in10 angeschlossen werden, nicht benötigt oder vereinfacht. Dadurch, ohne die Kosten exzessive zu erhöhen, ist es möglich, zuverlässig die Änderung der Induktivität in jeder der Spulen10 und11 auszugleichen, die aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment auftritt. Als Ergebnis kann ein Drehmomentsensor ermöglicht werden, der eine exzellente Ermittlungsgenauigkeit aufweist. - Da diese Ausführungsform in solch einer Weise angeordnet ist, daß der oben beschriebene Vorgang zum Wickeln des Drahtes um die drei Anschlußklemmen
12A bis12C angewendet wird, und die Spalte um die Vorsprünge9e und9f eingeformt sind, um den Draht aufzunehmen, kann das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen mittleren Abschnitten des Drahtes und zwischen dem Draht und den Jochbauteilen13A oder13B zuverlässig verhindert werden. - Darüber hinaus, da diese Ausführungsform in solch einer Weise angeordnet ist, daß die zylindrischen Jochbauteile
13A und13B und das ringförmige Jochbauteil13C beliebig miteinander in Eingriff gebracht sind, wird ein Abweichen der Achsen der Gesamtkörper der Jochbauteile13A und13C verhindert. Darüber hinaus, wird eine Abweichung zwischen den Achsen jedes der Jochbauteile13A bis13C und der des Spulenkörpers9 verhindert. Die oben beschriebenen Vorteile tragen dazu bei, die Ermittlungsgenauigkeit des Drehmomentsensors zu erhöhen. - Da der Spulenkörper
9 gemeinsam von den beiden Spulen10 und11 verwendet wird, kann die Anzahl der Elemente reduziert und die Anzahl der Herstellungsvorgänge, die notwendig sind, um die Elemente an dem Gehäuse1 zu montieren, reduziert werden. Auch diese Tatsache trägt zum Reduzieren der Kosten bei. - Da der Draht in dieser Ausführungsform um den Spulenkörper
9 durch den oben beschriebenen Vorgang gewickelt ist, wird jede, die erste Anschlußklemme12A und die zweite Anschlußklemme12B mit dem Stromversorgungsabschnitt durch den elektrischen Widerstand R und die dritte Anschlußklemme12C verbunden, welche eine gemeinsame Anschlußklemme für die Spulen10 und11 ist, die mit der Erde verbunden ist. Daher fließen elektrische Ströme in den Spulen10 und11 in dieselbe Richtung, sogar wenn der Draht um die Spulen10 und11 in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist. Als Ergebnis haben die Spulen10 und11 die gleiche Polarität. - Obwohl die oben beschriebene Auführungsform in solch einer Weise strukturiert ist, daß jede, die erste Anschlußklemme
12A und die zweite Anschlußklemme12B mit der Stromquelle durch den elektrischen Widerstand R und die dritte Anschlußklemme12C , mit der Erde verbunden sind, ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine Konstruktion verwendet werden, bei der die dritte Anschlußklemme12C mit dem Abschnitt, der den oszillierenden Abschnitt21 aufweist, durch den Gleichstromabschnitt20 verbunden ist, daß die erste Anschlußklemme12A mit der Erde durch den elektrischen Widerstand R ist und die zweite Anschlußklemme12B mit der Erde durch den elektrischen Widerstand R verbunden ist, um das Drehmoment zu ermitteln. - Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform eine Struktur aufweist, bei welcher der Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Servolenkungsapparat für ein Fahrzeug angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Konstruktion kann auch für einen Drehmomentsensor für einen anderen Zweck verwendet werden.
- In dieser Ausführungsform bilden die Antriebswelle
2 , die Hülse2A , die Abtriebswelle3 , die Nut3A , der Torsionsstab4 und das zylindrische Bauteil8 die Impedanzänderungseinrichtung. - Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform eine Struktur aufweist, bei der der Spulenkörper
9 ein integral gegossenes Produkt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine in11 dargestellte Struktur verwendet werden, bei welcher der Spulenkörper9 geteilt werden kann für jeden der zylindrischen Abschnitte9D und9E an den Verbindungsabschnitten9c und9d . Das heißt, jedes der zwei gegossenen Elemente, die durch Teilen jeden der zylindrischen Abschnitte9D und9E erhalten werden, können miteinander kombiniert werden, so daß der Spulenkörper9 gebildet wird, auf welchen die Spulen10 und11 gewickelt werden. In dem Fall, wo der Spulenkörper9 derart gestaltet ist, um ein Element des geteilten Typs zu sein, kann er leicht zu niedrigen Kosten hergestellt werden, sogar wenn er eine komplizierte Form aufweist. Um die benötigte Arbeit zum Montieren des Spulenkörpers9 zu reduzieren, können eine Ausnehmung9i und ein Vorsprung9j , die derart angeordnet sind, um mit der Kontaktoberfläche jeder der geteilten Verbindungsabschnitte9c und9d in Eingriff gebracht zu werden, ausgebildet werden, wie dies in11 dargestellt ist. - Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die beiden Nuten in axialer Richtung voneinander beabstandet sind und koaxial zur sich drehenden Welle für den Spulenkörper, der am Gehäuse befestigt ist, vorgesehen sind, und jede der Spulen um jede der beiden Nuten herumgewickelt ist, eine Abweichung der Spannungen in den Spulen und der Durchmesser der Drähte signifikant reduziert werden. Daher können die beiden Spulen, von welchen angenommen wird, daß sie dieselben Spezifikationen aufweisen, in einen Drehmomentsensor eingebracht werden, ohne eine komplizierte Handhabung. Daher kann ein Effekt in der Weise erzielt werden, daß eine Änderung der Induktivität der Spulen, welche aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment auftritt, zuverlässig ausgeglichen werden kann, ohne eine exzessive Erhöhung der Kosten.
- Eine zweite Ausführungsform eines Drehmomentsensors gemäß der vorliegenden Erfindung wird als nächstes beschrieben.
- Wie in
12 dargestellt, weist der Drehmomentsensor der zweiten Ausführungsform eine ähnliche Struktur auf wie der der ersten Ausführungsform, die in2 dargestellt ist. Das Merkmal der zweiten Ausführungsform liegt in der Konstruktion des Jochbauteiles, welches die äußere Oberfläche und beide Endoberflächen der jeweiligen Spulen10 und12 abdeckt. Die anderen Komponenten des Drehmomentsensors der zweiten Ausführungsform können dieselben sein wie bei dem Drehmomentsensor der ersten Ausführungsform oder denen eines konventionellen Drehmomentsensors. In12 werden die gleichen Komponenten wie in2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird ausgelassen. - Die Jochbauteile bestehen aus Eisen. Da die Jochbauteile ähnliche Strukturen aufweisen, wird die folgende Beschreibung nur für das Jochbauteil
14 gegeben, welches die Spule11 abdeckt. - Das heißt,
13(a) ist eine Schnittansicht des Jochbauteiles14 und13(b) ist eine Vorderansicht des Jochbauteiles14 . Es wird angemerkt, daß13(a) einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A entspricht, die in3(b) dargestellt ist. - Wie in den
13(a) und13(b) dargestellt, besteht das Jochbauteil14 aus einem ringförmigen Bauteil14A zum Abdecken der äußeren Oberfläche und einem Abschnitt einer Endoberfläche der Spule11 und weist einen L-förmigen Querschnitt auf; und ein ringförmiges Bauteil14B weist eine rechteckige Querschnittsform auf zum Abdecken einer anderen Endoberfäche der Spule11 . Der Abschnitt des ringförmigen Bauteiles14A zum Abdecken der äußeren Oberfläche der Spule11 deckt auch die äußere Oberfläche des ringförmigen Bauteiles14B ab. Als ein Ergebnis werden die gesamte äußere Oberfläche und die beiden Endoberflächen der Spule11 durch das Jochbauteil14 abgedeckt. - Es wird angemerkt, daß drei ausgeschnittene Abschnitte
16A ,16B und16C in dem Abschnitt des ringförmigen Bauteiles14A zum Abdecken des ringförmigen Bauteiles14B mit den gleichen Intervallen in Umfangsrichtung (d. h. Winkelgrade von 120°) ausgebildet sind. Es wird angemerkt, daß die ausgeschnittenen Abschnitte16A ,16B und16C Abmessungen aufweisen, die in solch einer Weise bestimmt sind, daß sie ein wenig die äußere Oberfläche der Spule11 überlagern. Ein Anschlußklemmenhaltebauteil17 , welches aus einem nichtleitenden Material, wie z. B. Plastik, hergestellt ist, ist an der äußeren Oberfläche des ringförmigen Bauteiles14B in solch einer Weise befestigt, daß das Anschlußklemmenhaltebauteil17 in dem ausgeschnittenen Abschnitt16A aufgenommen ist. Zwei Anschlußklemmen17A und17B weisen vordere Enden auf, die in radialer Richtung vorstehen, die an der Oberfläche des Anschlußklemmenhaltebauteiles17 befestigt sind, wobei sie in radialer Richtung nach außen weisen. Ein Basisabschnitt der Anschlußklemme17A ist mit einem der Endabschnitte der Spule11 verbunden, während der Basisabschnitt der anderen Anschlußklemme17B mit einem anderen Endabschnitt der Spule11 verbunden ist. Als ein Ergebnis der oben beschriebenen Struktur werden die beiden Enden der Spule11 zur Außenseite des Jochbauteiles14 gezogen. - Obwohl jeder der ausgeschnittenen Abschnitte
16B und16C die gleichen Abmessungen aufweist wie der des ausgeschnittenen Abschnittes16A , ist kein Anschlußklemmenhaltebauteil oder dergleichen vorgesehen, um jedem der ausgeschnittenen Abschnitte16B und16C zu entsprechen. Daher sind Abschnitte der Spulenkörper9'A und9'B nach außen in den Abschnitten freigelegt, in welchen die ausgeschnittenen Abschnitte16B und16C ausgebildet sind. - Auch das andere Jochbauteil, welches die Spule
10 abdeckt, weist eine Struktur auf, die ähnlich zu der des Jochbauteiles14 ist. Die beiden Jochbauteile können in dem Gehäuse1 eines elektrischen Servolenkungsapparates für Fahrzeuge (siehe1 ) in solch einer Weise angeordnet sein, daß die ringförmigen Bauteile der zugehörigen Jochbauteile sich in Kontakt miteinander befinden, und daß die Anschlußklemmenbefestigungsbauteile der zugehörigen Jochbauteile übereinanderliegen und aneinander angrenzen. - Den vorderen Enden jeder vier Anschlußklemmen
17A und17B ist es möglich, sich durch das Gehäuse1 hindurchzuerstrecken und den inneren Abschnitt des Sensorkastens18 zu erreichen. Die Spulen10 und11 sind durch die Anschlußklemmen17A und17B mit einem Motorsteuerungsschaltkreis verbunden, der auf einer Steuerungsplatine19 in dem Sensorkasten18 angebracht ist. - Der Betrieb des Drehmomentsensors der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform.
- In dieser Ausführungsform sind die Jochbauteile zum Halten der Spulen
10 und11 in ihrem inneren Abschnitt, zusätzlich zu dem ausgeschnittenen Abschnitt16A zum Nach-Außen-Ziehen der Anschlußklemmen der Spulen10 und11 , mit ausgeschnittenen Abschnitten16B und16C in solch einer Weise versehen, so daß Stellungen der ausgeschnittenen Abschnitte16A bis16C um Winkelgrade von 120° in Umfangsrichtung versetzt sind. Daher kann eine Änderung der Impedanz jeder der Spulen10 und11 , welche aufgrund von Irregularität des magnetischen Feldes im inneren Abschnitt jeder der Spulen10 und11 auftritt, die durch jeden der ausgeschnittenen Abschnitte16A bis16C hervorgerufen wird, reduziert werden. - Das heißt, es wird angenommen, daß der Drehmomentsensor dieser Ausführungsform auf den in
1 dargestellten Servolenkungsapparat angewendet wird, bei welchem der Wechsel des Zustandes des Überlagerns der Nut3A und der Fenster8a und8b ein Ändern der Impedanz jeder Spulen10 und11 verursacht. Wenn acht Sätze der Nuten3A und der Fenster8a und8b in Umfangsrichtung existieren, verursacht eine Irregularität in den Spulen10 und11 , welche z. B. aufgrund des ausgeschnittenen Außenabschnittes16A hervorgerufen wird, daß acht Wellen von Änderung in der Impedanz auftreten, unabhängig vom Drehmoment, welches für jede Rotation der Abtriebswelle3 auftritt. - Es wird angemerkt, daß die Änderung der Impedanz unabhängig vom Drehmoment und Auftreten aufgrund der Irregularität des magnetischen Flusses in den Spulen
10 und11 , auch aufgrund des ausgeschnittenen Abschnittes16B und des ausgeschnittenen Abschnittes16C stattfindet. Daher kann eine Änderung der Impedanz unabhängig vom Drehmoment, die durch jeden der ausgeschnittenen Abschnitte16A bis16C auftritt, intensiviert oder geschwächt werden durch beliebiges Auswählen der Anzahl und der Positionen der ausgeschnittenen Abschnitte16A bis16C . - Wenn die jeweiligen Jochbauteile mit einem ausgeschnittenen Abschnitt, der dieselben Abmessungen wie die des ausgeschnittenen Ausschnittes
16A aufweist, zusätzlich zu dem ausgeschnittenen Ausschnitt16A an einer Position, die von derselbigen um 180° abweicht, zusätzlich versehen sind, und wenn acht Sätze von Nuten3A und von Fenstern8a und8b in Umfangsrichtung in gleichen Intervallen vorgesehen sind, werden Änderungen der Impedanz, welche aufgrund der beiden ausgeschnittenen Abschnitte erzeugt werden, gleichzeitig erzeugt. Daher intensivieren Änderungen in der Impedanz gegenseitig den Grad. - Wenn die drei ausgeschnittenen Abschnitte
16A bis16C in dieser Ausführungsform ausgebildet sind und wenn acht Sätze von Nuten3A und der Fenster8a und8b in Umfangsrichtung an gleichen Intervallen existieren, wird die Phase der positionsbezogenen Zuordnung zwischen dem ausgeschnittenen Abschnitt16B und jeder Nut3A um 2π/3 verzögert, relativ zur positionsbezogenen Anordnung, z. B. des ausgeschnittenen Abschnittes16A zu jeder Nut3A . Darüber hinaus ist die Phase des positionsbezogenen Verhältnisses zwischen dem ausgeschnittenen16C und jeder Nut3A um 4π/3 verschoben. Daher werden Änderungen der Impedanz, unhängig vom Drehmoment und aufgrund jeder der ausgeschnittenen Ausschnitte16A bis16C , gegeneinander geschwächt. Das Ergebnis ist die Änderung der Impedanz signifikant reduziert. -
14 zeigt Ergebnisse des Messens einer Änderungsrate der Impedanz der Spule10 , wenn acht Sätze von Nuten3A und Fenster8a und8b vorgesehen sind und wenn die Antriebswelle2 und die Abtriebswelle3 einmal in einen Zustand gedreht wurden, wo das erhaltene Drehmoment Null ist. Gemäß den Ergebnissen werden Änderungen kleiner Amplitude und niedriger Frequenz (ein Zyklus pro Rotation) und Änderungen hoher Frequenz (acht Zyklen pro Umdrehung), die eine geringe Amplitude aufweisen, der Impedanz beobachtet. Da Änderung niedriger Frequenz aufgrund von Fehlern, die beim Herstellen der Nut3A , des zylindrischen Bauteils8 und dergleichen begangen wurden, auftreten, ermöglicht es die Elimination der Differenz beim Differenzverstärker24A und24B , der wie in10 strukturiert ist, daß die Änderungsrate der Ausgabespannung nur von hochfrequenter Änderung ist, die eine sehr geringe Amplitude aufweist, wie dies in15 dargestellt. Dadurch kann eine signifikant genaue Ermittlung des Drehmoments durchgeführt werden. Daher kann ein passendes, lenkungsassistierendes Drehmoment dem Lenkungssystem zugeführt werden. - Wenn der ausgeschnitte Ausschnitt
16A ausgebildet ist und die ausgeschnittenen Abschnitte16B und16C ausgelassen werden, ähnlich wie bei einem konventionellen Drehmomentsensor, treten Änderungen kleiner Amplitude und niedriger Frequenz (ein Zyklus pro Umdrehung) und Änderungen großer Amplitude und hoher Frequenz (acht Zyklen pro Umdrehung) in der Impedanz der Spule10 auf, wie dies in16 dargestellt ist, sogar wenn das Drehmoment Null ist. Auch treten Änderungen in der Impedanz der Spule11 von kleiner Amplitude und niedriger Frequenz (ein Zyklus pro Umdrehung) und Änderungen großer Amplitude und hoher Frequenz (acht Zyklen pro Minute) auf, wie dies in17 dargestellt ist. Da die Fenster8a und8b eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, werden die Phasen der Komponenten der hochfrequenten Änderungen der Impedanz der Spule11 um 180° verschoben bezüglich der hochfrequenten Komponente der Änderungen der Impedanz der Spule10 . - Daher, sogar wenn die Differentialverstärker
24A und24B die Differenz eliminieren, werden die hochfrequenten Komponenten unerwünscht verstärkt, obwohl die niederfrequenten Komponenten der Änderungen ausgeglichen werden können. Als ein Ergebnis wurden die Ausgangsspannungen von dem Differentialverstärker24A ,24B , wie dies in18 dargestellt ist, erheblich geändert, unabhängig vom Drehmoment. Dadurch verschlechtert sich die Genauigkeit des Drehmomentermittelns und ein Problem entsteht, wenn eine zufriedenstellende Steuerung des die Lenkung unterstützenden Drehmomentes durchgeführt werden soll. - In dieser Ausführungsform entspricht der Antriebswelle
2 der zweiten sich drehenden Welle, die Abtriebswelle3 entspricht der ersten sich drehenden Welle, der Abschnitt der Abtriebswelle3 , der durch das zylindrische Bauteil8 umgeben ist, entspricht dem umgebenden Abschnitt, der ausgeschnittene Abschnitt16A entspricht dem ersten ausgeschnittenen Ausschnitt und die ausgeschnittenen Abschnitte16B und16C entsprechen dem zweiten ausgeschnittenen Abschnitt. - Die obenbeschriebene Ausführungsform ist in solch einer Weise strukturiert, daß wenn acht Sätze von Nuten
3A und der Fenster8a und8b in Umfangsrichtung existieren, die drei ausgeschnittenen Ausschnitte16A bis16C an den gleichen Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet sind, so daß sie gegenseitig die Phasen der Änderungen der Impedanz schwächen. Jedoch die Anzahl und die Positionen der ausgeschnittenen Abschnitte, welche in den Jochbauteilen ausgebildet sind, sind nicht auf die gemäß der Ausführungsform beschränkt. Sie können beliebig gewählt werden, um der Anzahl von Struktursätzen der Nut3A und der Fenster8a und8b zu entsprechen, um die Impedanz entsprechend dem Drehmoment zu ändern. Kurz gesagt sind die ausgeschnittenen Abschnitte derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, gegenseitig die Änderungen der Impedanz, welche aufgrund der ausgeschnittenen Abschnitte zum Herausführen der Enden der Spulen10 und11 zu der Außenseite der Jochbauteile und die aufgrund anderer ausgeschnittener Abschnitte entsteht, zu reduzieren. - Obwohl die Beschreibung für eine Konstruktion durchgeführt wurde, bei welcher der Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Servolenkungsapparat für ein Fahrzeug angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dies beschränkt. Die Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einen Drehmomentsensor für einen anderen Zweck verwendet werden. Wie oben beschrieben, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher das Jochbauteil mit einem ersten ausgeschnittenen Ausschnitt versehen ist, zum Führen der Enden der Spule zur Außenseite, und zwei oder mehreren ausgeschnittenen Abschnitten, die sich von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt unterscheiden, so daß eine Änderung in der Impedanz der Spule, die aufgrund der Irregularität des magnetischen Feldes in der Spule auftritt, die durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt und die Änderung in der Impedanz der Spule, die aufgrund der Irregularität des magnetischen Feldes in der Spule, welches durch den zweiten ausgeschnittenen Abschnitt gegenseitig reduziert wird, kann ein Effekt dann erhalten werden, daß ein genaues Drehmomentermitteln durchgeführt werden kann.
- Die vorangehenden Ausführungen lehren einen Spulenkörper mit einer Spule für einen Drehmomentsensor, wobei der Spulenkörper eine Umfangsnut und zwei Flanschbereiche aufweist, mit: einem Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt, der an einem der Flanschbereiche des Spulenkörpers ausgebildet ist und sich in einer Radialrichtung des Spulenkörpers auswärts erstreckt, wobei Anschlussklemmen an einer oberen, in Radialrichtung nach außen gerichteten Oberfläche des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes angeordnet sind, und daß der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt zumindest einen Vorsprung in Verbindung mit einem Drahtmaterial für die Spule aufweist.
- Vorzugsweise weist ein Drehmomentsensor gemäß einer Ausführungsform eine sich drehende Welle auf, die drehbar in einem Gehäuse gestützt ist, zwei Spulen, die die sich drehende Welle umgebend angeordnet sind, eine Impedanzänderungseinrichtung zum Ändern des Impedanzpegels der beiden Spulen in entgegengesetzte Richtungen gemäß der Änderung des Drehmomentes, welches auf die sich drehende Welle einwirkt, um ein Drehmoment zu ermitteln, welches in der sich drehenden Welle gemäß der Differenz zwischen den Klemmenspannungen der beiden Spulen erzeugt wird, auf, und darüber hinaus weist der Drehmomentsensor auf: einen Spulenkörper, der an dem Gehäuse gesichert ist, um koaxial zur sich drehenden Welle zu sein, wobei zwei Nuten in den Spulenkörper eingeformt sind, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind und koaxial zur sich drehenden Welle sind, und die Spule ist entlang jeder der beiden Nuten gewickelt.
- Der Spulenkörper kann ein integral gegossenes Erzeugnis sein, oder die Spulen können aufgewickelt worden sein, nachdem zwei oder mehrere Teile montiert wurden.
- Vorzugsweise sind die Spulen jeweils entlang der beiden Nuten in dem Spulenkörper aufgewickelt. Daher wird irgendeine komplizierte Handhabung und dergleichen nicht erforderlich, wenn zwei Spulen, die im wesentlichen die gleichen Spezifikationen aufweisen, in einen Drehmomentsensor eingebaut werden. Daher können Impedanzfehler zwischen den beiden Spulen erheblich reduziert werden. Sogar wenn, z. B., eine Brückenschaltung gebildet wird, kann ein Einstellen der Balance der Schaltung ausgelassen oder auf einfache Weise durchgeführt werden.
- Eine Lücke kann zwischen die beiden Nuten in den Spulenkörper eingeformt sein, um z. B. ein ringförmiges Jochbauteil aufzunehmen. Darüber hinaus können zwei zylindrische Jochbauteile angeordnet sein, um die beiden Nutabschnitte in dem Spulenkörper zu umgeben, so daß Teile jeder Spule, ausgenommen des inneren Abschnittes, durch die Joche abgedeckt sind.
- Ein Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt, der drei Anschlußklemmen aufweist, die nach außen in radialer Richtung vorstehen, ist für einen Abschnitt zwischen den beiden Nuten des Spulenkörpers in solch einer Weise vorgesehen, daß ein Ende einer der Spulen, an welchem die Windung der Spule beginnt, an der ersten Anschlußklemme befestigt ist. Darüber hinaus ist ein Ende der anderen Spule, bei welchem die Wicklung endet, an der zweiten Anschlußklemme befestigt. Ein Ende der Spule, an welchem die Windung endet, und ein Ende der anderen Spule, an welchem die Windung beginnt, ist an der dritten Anschlußklemme befestigt. Als Ergebnis ist die dritte Anschlußklemme als eine gemeinsame Anschlußklemme ausgebildet, an welcher die Enden von zwei Spulen befestigt sind. Daher, wenn die Wicklungsordnung bestimmt wird als, z. B., erste Anschlußklemme → dritte Anschlußklemme → zweite Anschlußklemme, können die beiden Spulen kontinuierlich gebildet werden durch Wickeln eines Drahtes. In dem Fall, wo der Draht in der obengenannten Wicklungsordnung gewickelt ist, wird es bevorzugt, daß die Richtung, in welcher der Draht entlang der beiden Nuten an dem Spulenkörper gewickelt wird, an einer Stelle nahe der dritten Anschlußklemme umgekehrt wird. Das heißt, wenn die obengenannte Wicklungsanordnung verwendet wird, bei welcher, z. B., die dritte Anschlußklemme, welche die gemeinsame Anschlußklemme ist, als Erdklemme verwendet wird, wird die erste Anschlußklemme als eine stromquellenseitige Anschlußklemme für eine der Spulen verwendet und wird die zweite Anschlußklemme als eine stromquellenseitige Anschlußklemme der anderen Anschlußklemme verwendet, wobei Antriebsströme, die in die gleiche Richtung fließen, den beiden Spulen zugeführt werden können.
- Weiterhin weist ein Antriebssensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erste und zweite sich drehende Wellen auf, die koaxial angeordnet sind und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind, ein zylindrisches Bauteil, bestehend aus einem elektrisch leitenden und nichtmagnetischen Material und welches mit der zweiten sich drehenden Welle in Richtung der Drehung integriert ist, um die äußere Oberfläche der ersten sich drehenden Welle zu umgeben ein umgebender Abschnitt der ersten sich drehenden Welle, der durch zumindest den zylindrischen Abschnitt umgeben ist und aus einem magnetischen Material besteht, eine Nut, die in den umgebenden Abschnitt eingeformt ist und sich in axialer Richtung erstreckt, ein Fenster, welches in das zylindrische Bauteil in solch einer Weise eingeformt ist, daß ein Zustand des Überlagerns der Nut entsprechend einer relativen Rotationsstellung bezüglich der ersten sich drehenden Welle geändert wird, und eine Spule auf, die angeordnet ist, um einen Abschnitt des zylindrischen Bauteiles zu umgeben, in welches das Fenster eingeformt wurde, so daß Drehmoment, welches in den ersten und zweiten sich drehenden Wellen erzeugt wurde, entsprechend der Änderung der Impedanz der Spule ermittelt wird, wobei ein Jochbauteil, welches die Spule aufweist, mit einem ersten ausgeschnittenen Abschnitt, um ein Ende der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles herauszuführen und zumindest einem zweiten ausgeschnittenen Abschnitt versehen ist, der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt getrennt ist, so daß eine Änderung in der Impedanz der Spule, die aufgrund der Unregelmäßigkeit eines magnetischen Feldes in der Spule auftritt, welche durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, und eine Änderung in der Impedanz der Spule, welche aufgrund der Unregelmäßigkeit des magnetischen Feldes in der Spule auftritt, welche durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, gegeneinander reduziert werden.
- Das nichtmagnetische Material gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein paramagnetisches Material mit etwas diamagnetischen Substanzen. Das magnetische Material ist ein ferromagnetisches Material. Die magnetische Permeabilität des nichtmagnetischen Materiales ist gleich der von Luft oder geringer als die magnetische Permeabilität des magnetischen Materiales.
- Demzufolge wird ein Drehmomentsensor erläutert, mit ersten und zweiten sich drehenden Wellen, die koaxial zueinander angeordnet sind und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind; einem zylindrischen Bauteil, welches aus einem elektrisch leitenden und nichtmagnetischen Material hergestellt ist und mit der zweiten sich drehenden Welle in einer Drehrichtung integriert ist, um die äußere Oberfläche der ersten sich drehenden Welle zu umgeben; zumindest einem umgebenden Abschnitt der ersten sich drehenden Welle, welcher durch den zylindrischen Abschnitt umgeben ist und aus magnetischem Material besteht; einer Nut, welche in den umgebenden Abschnitt eingeformt ist und sich in axialer Richtung erstreckt; einem Fenster, welches in das zylindrische Bauteil in solch einer Weise eingeformt ist, daß ein Zustand des Überlagerns der Nut geändert wird entsprechend einer relativen Drehstellung bezüglich der ersten sich drehenden Welle; einer Spule, die angeordnet ist, um einen Abschnitt des zylindrischen Bauteils zu umgeben, wo das Fenster derart ausgebildet ist, so daß Drehmoment, welches in den ersten und zweiten sich drehenden Wellen erzeugt wird, entsprechend der Änderung der Impedanz in der Spule ermittelt wird; einem Jochbauteil, welches die Spule abdeckt; bei dem das Jochbauteil mit einem ersten ausgeschnittenen Abschnitt versehen ist zum Herausführen eines Endes der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles und zumindest einen zweiten ausgeschnittenen Abschnitt, der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt getrennt ist, so daß eine Änderung der Impedanz der Spule, die aufgrund von Irregularität eines magnetischen Feldes in der Spule, die durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, und eine Änderung der Impedanz der Spule, die aufgrund der Irregularität des magnetischen Feldes in der Spule auftritt, die durch den zweiten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, gegenseitig reduziert werden.
- Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das Jochbauteil aus einem ersten ringförmigen Bauteil zum Abdecken einer äußeren Oberfläche und einer von Endoberflächen der Spule besteht und einen L-förmigen Querschnitt aufweist, und einen zweiten ringförmigen Bauteil zum Abdecken einer anderen Endoberfläche der Spule, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei das erste ringförmige Bauteil auch die äußere Oberfläche des zweiten ringförmigen Bauteiles abdeckt, und mit den ersten und zweiten ausgeschnittenen Abschnitten versehen ist, die die gleichen Abmessungen aufweisen und in gleichen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet sind.
- Bei dem Drehmomentsensor ist weiterhin ein Spulenkörper vorgesehen, der an dem Gehäuse derart angebracht ist, um koaxial zur sich drehenden Welle zu sein; bei dem zwei Nuten in den Spulenkörper eingeformt sind, um voneinander in axialer Richtung beabstandet und koaxial zur sich drehenden Welle zu sein, und die Spule ist entlang jeder der beiden Nuten gewickelt.
- Der Spulenkörper weist zwei zylindrische Abschnitte auf, die durch einen Spalt beabstandet voneinander in axialer Richtung ausgebildet sind und die gleichen Abmessungen aufweisen; äußere Flansche, die an äußeren Enden der zylindrischen Abschnitte nach außen weisend ausgebildet sind; innere Flansche, die an inneren Enden der zylindrischen Abschnitte einander gegenüberliegend ausgebildet sind; Verbindungsabschnitte, die ausnehmungsförmig sind, nach außen in radialer Richtung vorstehen, um die Lücke zu überqueren, wobei die inneren Flansche durch die Verbindungsabschnitte miteinander verbunden sind; ein Abschlußklemmenbefestigungsabschnitt, der an einer Endoberfläche der einem der Verbindungsabschnitte nach außen weisend in radialer Richtung ausgebildet ist, und erste, zweite und dritte Metallanschlußklemmen, die an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes angebracht sind, wobei ein Ende einer der Spulen um die erste Anschlußklemme gewickelt ist, wobei ein Ende der anderen der Spulen um die zweite Anschlußklemme gewickelt ist und die anderen Enden jeder der beiden Spulen um die dritte Anschlußklemme gewickelt sind.
- In anderen Worten, zwei koaxiale, in Umfangsrichtung verlaufende Nuten sind beabstandet voneinander in Axialrichtung für einen Spulenkörper vorgesehen, der aus einem elektrisch, nichtleitenden Material, wie z. B. Plastik, gebildet ist, und sind derart angeordnet, daß sie in einem Gehäuse koaxial mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle befestigt sind. Darüber hinaus ist eine Spule zum Ermitteln eines Drehmomentes um jede der Umfangsnuten herumgewickelt. Ein Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt ist an der Endoberfläche eines Verbindungsabschnittes angebracht, der in radialer Richtung nach außen weist, um weiter nach außen in radialer Richtung vorzustehen.
- Drei Metallanschlußklemmen sind an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes befestigt. Ein Ende einer der Spulen ist um die erste Anschlußklemme, ein Ende der anderen Spule ist um die zweite Anschlußklemme und andere Enden der beiden Spulen sind um die dritte Anschlußklemme herumgewickelt. Ein Joch besteht aus einem ersten ringförmigen Bauteil zum Abdecken der äußeren Oberfläche und einer Endoberfläche der Spule und weist einen L-förmigen Querschnitt auf und einem zweiten ringförmigen Bauteil zum Abdecken einer anderen Endoberfläche der Spule, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein Abschnitt des ersten ringförmigen Bauteiles zum Abdecken der äußeren Oberfläche der Spule deckt auch die äußere Oberfläche des zweiten ringförmigen Bauteiles ab, und der Abschnitt ist mit drei ausgeschnittenen Abschnitten versehen, die die gleichen Abmessungen aufweisen und an gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Jeder der ausgeschnittenen Abschnitte weist Abmessungen auf, welche ein wenig die äußere Oberfläche der Spule überlappen.
- Ein Anschlußklemmenhaltebauteil, welches Anschlußklemmen zum Herausführen des Endes der Spule zur Außenseite aufweist, ist an der äußeren Oberfläche des zweiten ringförmigen Bauteils befestigt, um durch eine der drei ausgeschnittenen Abschnitte aufgenommen zu werden.
Claims (9)
- Spulenkörper, insbesondere für einen Drehmomentsensor, mit: zwei Flanschbereichen (
9a ,9b ); einer entlang der Flanschbereiche (9a ,9b ) ausgebildeten Nut (9A ,9B ); einem Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt (9F ), der an zumindest einem der Flanschbereiche (9a ,9b ) ausgebildet ist und sich von dem zumindest einen der Flanschbereiche (9a ,9b ) in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt; wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt (9F ) äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten Oberfläche und einer anderen Oberfläche; wobei auf der oberen Oberfläche eine Anschlussklemme (12A ,12B ,12C ) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorsprung (9e ,9f ) an einer anderen Oberfläche des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes (9F ) an einer Stelle zwischen der oberen Oberfläche und einer Oberkante des Flanschbereiches (9a ,9b ) zur Führung eines Spulendrahtes von der Nut (9A ,9B ) hin zur Anschlussklemme (12A ,12B ,12C ) ausgebildet ist. - Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (
9e ,9f ) eine seitliche Oberfläche aufweist, auf der ein Spulendraht gewunden ist, welcher zwischen der Nut (9A ,9B ) und der Anschlussklemme (12A ,12B ,12C ) eine Brücke schlägt. - Spulenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt (
9F ) äußere Oberflächen aufweist, einschließlich zweier Endoberflächen, die in Tangentialrichtung der Nut (9A ,9B ) gerichtet sind, wobei ein Vorsprung (9e ,9f ) an den beiden Endoberflächen so ausgebildet ist, dass er sich in der Tangentialrichtung erstreckt. - Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt (
9F ) äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer seitlichen zu der Nut (9A ,9B ) gerichteten Oberfläche, wobei die seitliche Oberfläche einen näher an der Nut (9A ,9B ) angeordneten Abschnitt aufweist, dessen Dicke etwas größer ist, als die eines anderen Abschnittes, so dass ein Stufenabschnitt (9g ,9h ), der sich schräg abwärts erstreckt, zwischen dem näher an der Nut (9A ,9B ) angeordneten Abschnitt und dem anderen Abschnitt ausgebildet ist. - Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Paar zylindrischer Abschnitte (
9D ,9E ); die jeweils einen Flanschbereich (9a ,9b ) aufweisen, entlang dem eine Nut (9A ,9B ) ausgebildet ist, in der ein Spulendraht aufgewickelt ist, einen Verbindungsabschnitt (9c ,9d ), der die Flanschbereiche (9a ,9b ) der zylindrischen Abschnitte (9D ,9E ) in Art einer Brücke mit einander verbindet, und wobei der Verbindungsabschnitt (9c ,9d ) in zwei Teile teilbar ist, so dass die zylindrischen Abschnitte (9D ,9E ) von einander trennbar sind. - Spulenkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der zwei Teile eine Grenzfläche aufweist; wobei die Grenzfläche eines der zwei Teile einen Vorsprung (
9j ) aufweist; und wobei die Grenzfläche des anderen der zwei Teile eine Ausnehmung (9i ) aufweist, der mit dem Vorsprung (9j ) koppelbar ist. - Drehmomentsensor mit einem Gehäuse (
1 ); einer drehbaren Welle (2 ,3 ), die drehbar in dem Gehäuse (1 ) gelagert ist; und einem Paar Spulen (10 ,11 ) die so angeordnet sind, dass sie die drehbare Welle (2 ,3 ) umgeben; wobei ein an der drehbaren Welle (2 ,3 ) anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares (10 ,11 ) erfassbar ist, mit einem Spulenkörper (9 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spulenkörper (9 ) koaxial zu der drehbaren Welle (2 ,3 ) an dem Gehäuse (1 ) befestigt ist. - Verwendung eines Drehmomentsensors nach Anspruch 7 in einem elektrischen Servolenkapparat.
- Elektrischer Servolenkapparat gekennzeichnet durch: eine Eingangswelle (
2 ) und einer Ausgangswelle (3 ), die durch einen Torsionsstab (4 ) miteinander verbunden sind, einen elektrischen Motor (7 ), durch den ein Hilfslenkungsdrehmoment auf die Abtriebswelle (3 ) aufbringbar ist, und eine Motorkontrolleinheit zum Kontrollieren des elektrischen Motors (7 ); einen Drehmomentsensor nach Anspruch 7, der in der Lage ist, ein zwischen der Eingangswelle (2 ) und der Ausgangswelle (3 ) erzeugtes Drehmoment zu erfassen, und die Motorkontrolleinheit ausgebildet ist, den elektrischen Motor (7 ) aufgrund des erfaßten Drehmomentes zu kontrollieren.
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