DE19951185B4

DE19951185B4 - Drehmomentsensor

Info

Publication number: DE19951185B4
Application number: DE19951185A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Maebashi Chikaraishi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: US6301975B1; DE19908459C2; DE19908459A1

Abstract

Drehmomentsensor umfassend:
ein Gehäuse (1);
eine Drehwelle (2, 3), die drehbar am Gehäuse (1) gelagert ist;
eine Spuleneinheit (16) mit einer Spule, die derart angeordnet ist, dass sie die Drehwelle (2, 3) umschließt; und
eine Impedanzänderungsvorrichtung zur Änderung der Impedanz der Spule (20A, 20B) in Abhängigkeit von einer Änderung des Drehmoments, das auf die Drehwelle (2, 3) wirkt, wobei ein in der Drehwelle (2, 3) erzeugtes Drehmoment basierend auf einer Spannung zwischen Anschlüssen (19A, 19B) der Spule (20A, 20B) erfasst ist,
wobei die Spuleneinheit (16) umfasst:
einen Spulenkörper (18A, 18B), auf den die Spule (20A, 20B) gewickelt ist;
ein Spulenjoch (17A, 17B) zur Aufnahme des Spulenkörpers (18A, 18B), wobei das Spulenjoch (17A, 17B) ein ringförmiges Teil mit einem U-förmigen Querschnitt aufweist, der in radialer Richtung auf einer inneren Seite geöffnet ist, so dass der Spulenkörper (18A, 18B) darin zwischen einander gegenüberliegenden Grundflächen des...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentsensor zur Erfassung eines in einer Drehwelle erzeugten Drehmomentes und insbesondere zielt sie darauf ab, einen Drehmomentsensor bereitzustellen, bei dem nicht nur die Arbeit beim Zusammenbau vereinfacht, sondern auch die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei. 10-60404 und 10-60406 , die hiermit durch in Bezugnahme in ihrer Vollständigkeit mit aufgenommen sind.
2. Beschreibung der verwandten Techniken
Als eine verwandte Technik dieser Art gibt es beispielsweise eine Technik, wie sie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 offenbart ist. Bei diesem Drehmomentsensor sind erste und zweite koaxial angeordnete Drehwellen miteinander über einen Torsionsstab verbunden. Des weiteren ist ein zylindrisches Teil aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Werkstoff mit der zweiten Drehwelle in deren Drehrichtung integriert, so daß es eine äußere Umfläche der ersten Drehwelle umschließt. Zumindest ein Abschnitt der ersten Drehwelle, der durch das zylindrische Teil umschlossen ist, ist aus einem magnetischen Material gefertigt. Sich axial erstreckende Nuten sind in dem umschlossenen Abschnitt ausgebildet. Im zylindrischen Teil sind Fenster ausgebildet, so daß sich der Überlappungszustand der Fenster mit den Nuten in Übereinstimmung mit der Drehstellung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle ändert. Des weiteren sind Spulen so angeordnet, daß sie den Abschnitt des zylindrischen Teils, in dem die Fenster ausgebildet sind, umschließen. Das Drehmoment wird basierend auf der Induktion in den Spulen erfaßt. Dementsprechend entsteht der Effekt, daß nicht nur eine hochgenaue Drehmomenterfassung durch einen einfachen Aufbau ermöglicht wird, sondern daß auch eine Verringerung in der Größe der Vorrichtung erzielt wird.
Sicherlich kann ein derartiger Drehmomentsensor mit einer verwandten Technik, wie er in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 offenbart ist, den obengenannten Effekt aufweisen. Es wurde jedoch als ein Ergebnis von ernsthaften Nachforschungen, die von den vorliegenden Erfindern angestellt wurden, gefunden, daß der Aufbau der Befestigung des zylindrischen Teils zur Drehwelle wichtig ist, um die Zuverlässigkeit des Drehmomentsensors hoch zu halten.
Dies bedeutet, daß im Falle eines Drehmomentsensors, wie er in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 offenbart ist, das zylindrische Teil aus Aluminium oder ähnlichem gefertigt ist, wohingegen die Drehwelle zur Befestigung des zylindrischen Teils auf derselben aus Eisen oder ähnlichem hergestellt ist. Dementsprechend weichen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden oft voneinander ab. Als Ergebnis kann bei einem derartig einfachen Aufbau, bei dem das zylindrische Teil auf die Drehwelle aufgepreßt ist, die Haltekraft, mit der das zylindrische Teil auf der Drehwelle gehalten ist, in Abhängigkeit von der Temperatur variieren, so daß die Haltekraft nicht beibehalten werden kann. Wenn sich die Haltekraft verringert, verändern sich sowohl die Drehstellung als auch die axiale Stellung des zylindrischen Teils relativ zur Drehwelle, so daß die Erfassungsgenauigkeit verringert ist.
Unter den anderen Drehmomentsensoren gibt es beispielsweise die, die in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Hei. 4-47638 , 8-5477 usw. offenbart sind. Bei diesen Drehmomentsensoren wird ein auf die Drehmomentwelle wirkendes Drehmoment dazu veranlaßt, sich in einer Änderung der Impedanz einer Spule zu reflektieren, so daß die Änderung der Impedanz erfaßt wird, um dadurch das Drehmoment zu erfassen. Dies bedeutet, daß die Spule so angeordnet ist, daß sie die Drehwelle umschließt, so daß sich die Impedanz der Spule basierend auf einer Änderung im magnetischen oder mechanischen Aufbau in Übereinstimmung mit dem Drehmoment der Drehwelle sich ändert. Wenn entsprechend eine Spannung zwischen Anschlüssen der Spulen gemes sen wird, um dadurch die Impedanzänderung festzustellen, so kann ein in der Drehwelle erzeugtes Drehmoment erfaßt werden. Des weiteren sind bei den Drehmomentsensoren, die einen ähnlichen Aufbau aufweisen, zwei Spulen angeordnet, um den Impedanzwechsel der Spule auszulöschen, der durch andere Faktoren als dem Drehmoment, beispielsweise der Temperatur etc. verursacht wird, so daß Impedanzänderungen, die durch das Drehmoment verursacht werden, sich in Richtung zueinander umkehren. Eine Brückenschaltung, die diese beiden Spulen enthält, ist so ausgebildet, daß das Drehmoment basierend auf dem Unterschied zwischen den beiden Ausgängen des Brückenschaltkreises erfaßt wird. Dies bedeutet, daß selbst in dem Fall, in dem Impedanzänderungen der Spulen durch andere Faktoren als ein Drehmoment verursacht werden, die durch derartige Faktoren verursachten Impedanzänderungen einander auslöschen, wenn sich zwischen den Ausgangsspannungen des Brückenschaltkreises eine Differenz ergibt, da aufgrund derartiger Faktoren in den beiden Spulen die Impedanzänderungen in ein und derselben Richtung erzeugt werden.
Hierbei weist der obengenannte Drehmomentsensor einen Spulenkörper auf, auf dem eine jede Spule aufgewickelt ist. Am Spulenkörper sind Stifte zur Verbindung von Spulenendabschnitten mit einem Substrat befestigt. Dies bedeutet, daß der Spulenkörper im allgemeinen aus Kunststoff gefertigt ist. Beispielsweise sind entsprechend der Spule zwei Metallstifte an einem Anschlußabschnitt des Spulenkörpers aus Kunststoff befestigt. Die Endabschnitte der Spule sind auf die Grundflächen der Stifte gewickelt. Die obersten Enden der Stifte sind in das Substrat eingesetzt, so daß eine elektrische Leitung zwischen dem Substrat und der Spule stattfindet. Des weiteren ist der Spulenkörper im allgemeinen in einem Spulenjoch aufgenommen, welches am Gehäuse befestigt ist, um so einen magnetischen Kreis zu bilden.
Bei dem obenerwähnten Aufbau kann zwischen dem Spulenkörper und dem Spulenjoch in Abhängigkeit von der Herstellgenauigkeit oder ähnlichem der verschiedenen Teile eine Lücke entstehen, wenn der Spulenkörper in das Spulenjoch eingesetzt wird. In einigen Fällen wird die Kombination so hergestellt, daß sich der Spulenkörper in axialer Richtung relativ zum Spulenjoch bewegen kann. Wenn dann das Spulenjoch am Gehäuse befestigt wird, sind die Lagen der Stifte nicht bestimmt. Dies ist dann nachteilig, wenn die Stifte in vorbestimmte Positionen des Substrats eingesetzt wurden, und stellt ein Hindernis bei einer Automatisierung oder ähnlichem dar. Selbst nachdem die Stifte am Substrat mittels Löten oder ähnlichem befestigt wurden, bewegte sich der Spulenkörper in axialer Richtung, so dass eine Last auf einem Verbindungsabschnitt zwischen einem jeden Stift und dem Substrat wirkte und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Versagens der Verbindung oder ähnlichem relativ groß war.
In der US 5,526,704 ist ein magnetostriktiver Drehmomentsensor beschrieben, der ein Spulenpaar aufweist. Das Spulenpaar ist in einem Gehäuse aufgenommen und die beiden Spulen werden in axialer Richtung in das Gehäuse durch elastische Abstandshalter eingedrückt.
In der JP 6-258155 ist ein Drehmomentsensor mit zwei Spulen und einer Wellenscheibe als Federelement beschrieben. Durch die Wellenscheibe werden die Spulen in axialer Richtung vorgespannt.
Die nachveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 197 38 349 A1 offenbart einen Drehmomentsensor mit einem Spulenpaar in einem Spulenkörper auf einer Welle. Jochbauteile decken den Spulenkörper ab und werden an einer Seite durch ein Metalldichtungsbauteil in axialer Richtung gesichert, wobei die andere Seite der Jochbauteile an einer Aufnahmeoberfläche im Gehäuse anliegt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 196 40 822 A1 offenbart eine Befestigungsanordnung für eine Spule zur Messung eines Drehmoments in einer Welle durch die Impedanzänderung der Spule. Dabei wird auch hier ein Dichtungsteil für die Befestigung der Spulenjoche verwendet. Das Dichtungsteil weist einen Blattfederabschnitt auf, der in axialer Richtung eine Federkraft auf ein Spulenjoch aufbringt, so dass die Spulenjoche in Richtung einer Aufnahmeoberfläche des Gehäuses gedrückt werden, mittels der das zweite Spulenjoch axial gesichert ist. Hierin wird in einem Ausführungsbeispiel die Elastizität der Blattfedern durch ein gummielastisches Teil ersetzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hatte zur Aufgabe, die obigen Probleme zu lösen. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehmomentsensor bereitzustellen, bei dem nicht nur die Arbeiten zum Zeitpunkt des Zusammenbaus vereinfacht werden können, sondern auch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht werden kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Drehmomentsensor vorgesehen, der einen Torsionsstab, eine erste Drehwelle, eine koaxial angeordnete und über den Torsionsstab mit der ersten Drehwelle verbundene zweite Drehwelle umfasst. Außerdem ist ein zylindrisches Teil an einem Endabschnitt der ersten Drehwelle so befestigt, dass es zumindest einen Abschnitt der zweiten Drehwelle umschließt, um dadurch das Drehmoment basierend auf einem Überlappungszustand des zylindrischen Teils mit der zweiten Drehwelle zu erfassen. Eine Vielzahl von axialen Nuten sind an einer äußeren Umfläche des Endabschnittes der ersten Drehwelle ausgebildet, an der das zylindrische Teil festigt ist, so dass es sich in einer axialen Richtung der ersten Drehwelle erstreckt. Des weiteren ist eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut durchgängig und in Umfangsrichtung verlaufend an der äußeren Umfläche des Endabschnittes der ersten Drehwelle ausgebildet. Des weiteren ist eine Vielzahl von Vorsprüngen an einer inneren Umfläche des zylindrischen Teils ausgebildet, um in die Vielzahl von axial verlaufenden Nuten jeweils eingepasst zu werden. Die Vorsprünge sind jeweils in die axial verlaufenden Nuten eingesetzt, um dadurch eine Drehung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle zu verhindern. Ein Abschnitt des zylindrischen Teils, der außerhalb der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut angeordnet ist, ist verformt, um in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut zu passen und dadurch eine axiale Verschiebung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle zu verhindern.
Übrigens ist es bevorzugt, die sowohl die in axialer Richtung verlaufenden Nuten als auch den Stopperaufbau auszubilden, der bei der ersten Drehwelle ausgebildet ist. Dabei ist unter dem Begriff "Stopper" ein Stopper zur Begrenzung des Drehwinkels der ersten Drehwelle relativ zur zweiten Drehwelle innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches (ungefähr ±5 Grad) zu verstehen. Beispielsweise besteht der Stopper aus konvexen Abschnitten (Steckerteil des Stoppers, männlicher Stopper), die an der äußeren Umfläche eines Abschnittes der zweiten Drehwelle ausgebildet sind, so daß sie in radialer Richtung hervorstehen sowie konkave Abschnitte (aufnehmende Teile, weibliche Stopper), die in einer Endfläche der ersten Drehwelle und etwas weiter als die konvexen Abschnitte ausgebildet sind.
Wenn des weiteren die in axialer Richtung verlaufenden Nuten zusammen mit dem Stopperaufbau (weibliche Stopper im obengenannten Beispiel) mittels Kaltschmieden hergestellt sind, dann werden die ersten und zweiten Drehwellen miteinander in Übereinstimmung mit der neutralen Stellung der Stopper kombiniert, wenn die jeweiligen Teile zusammengebaut werden. Wenn des weiteren die Vorsprünge jeweils in die axial verlaufenden Nuten der ersten Drehwelle eingesetzt sind, um dadurch eine Lagebestimmung des zylindrischen Teils in Umfangsrichtung zu bewirken, dann ist die Zusammenbaulage (Phasenlage) des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle sichergestellt. Im Gegensatz dazu ist bei dem Aufbau, bei dem das zylindrische Teil in die erste Drehwelle eingepreßt wird, das Zusammenbauverfahren zu komplex, um eine Kostenersparnis zu bewirken, da das zylindrische Teil in die erste Drehwelle eingepreßt werden muß, während eine Lageanpassung (Phasenanpassung) zwischen der zweiten Drehwelle und dem zylindrischen Teil durchgeführt wird, nachdem die ersten und zweiten Drehwellen miteinander kombiniert sind.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Drehmomentsensor vorgesehen, der ein Gehäuse, eine am Gehäuse drehbar gelagerte Drehwelle, eine Spuleneinheit mit einer Spule, die so angeordnet ist, daß sie die Drehwelle umschließt, und eine Impedanzänderungsvorrichtung zur Änderung der Spulenimpedanz in Übereinstimmung mit einer Drehmomentänderung, die an der Drehwelle wirkt, umfaßt, bei der ein in der Drehwelle erzeugtes Drehmoment basierend auf einer Spannung zwischen An schlüssen der Spule erfaßt wird. Die Spuleneinheit umfaßt einen Spulenkörper, auf den die Spule gewickelt ist, und ein Spulenjoch zur Aufnahme des Spulenkörpers. Das Spulenjoch umfaßt ein ringförmiges Teil mit einem U-förmigen Abschnitt, der in radialer Richtung auf einer inneren Seite geöffnet ist, so daß der Spulenkörper darin zwischen einander gegenüberliegenden Grundflächen des U-förmigen Abschnittes aufgenommen ist. Des weiteren ist eine Andrückvorrichtung im Spulenkörper und/oder im Spulenjoch zum axialen Andrücken des jeweils anderen Teils (Spulenkörper oder Spulenjoch) vorgesehen, wenn der Spulenkörper im Spulenjoch aufgenommen ist.
Das heißt, daß die Andrückkraft eine axiale Bewegung des Spulenkörpers im Spulenjoch verhindert, wenn die im Spulenkörper vorgesehene Andrückvorrichtung das Spulenjoch oder wenn die im Spulenjoch vorgesehene Andrückvorrichtung den Spulenkörper in axialer Richtung drückt.
Des weiteren kann der Spulenkörper beispielsweise als ein ringförmiges Teil mit U-förmigen Querschnitt ausgebildet sein, welches zu der Seite der äußeren Umfläche geöffnet ist. Des weiteren kann der Spulenkörper beispielsweise aus einem Kunstharz gefertigt sein, welches durch ein Fasermaterial, wie beispielsweise Glasfaser, Carbonfaser oder ähnlichem verstärkt ist und eine gewisse Stärke und Elastizität aufweist.
Wenn der Spulenkörper aus einem Kunstharz mit einer gewissen Stärke und Elastizität als ein ringförmiges Teil mit U-förmigen Querschnitt, der sich zur Seite der äußeren Umfläche öffnet, ausgebildet ist, ist es bevorzugt, die Andrückvorrichtung als eine Vielzahl von Vorsprüngen auszubilden, die an einer Vielzahl von Positionen in Umfangsrichtung am in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitt der Endfläche des Spulenkörpers ausgebildet sind. Der Grund, aus dem die Andrückvorrichtung im Spulenkörper vorgesehen ist, besteht darin, daß die Endbehandlung des Spulenkörpers aus Kunstharz leichter bewerkstelligt werden kann als die des Spulenjochs aus Eisen.
Wenn des weiteren die obengenannten Vorsprünge in der Spule vorgesehen sind, dann stoßen die Vorsprünge an die Grundfläche des Spulenjochs an, wenn der Spulenkörper im Spulenjoch aufgenommen ist. Im Ergebnis wird die Endfläche des Spulenkörpers nach innen gebogen. Die Grundfläche des Spulenjochs wird in axialer Richtung durch die Wiederherstellkraft des gebogenen Spulenkörpers gedrückt, so daß die axiale Bewegung des Spulenkörpers verhindert wird. Wenn des weiteren die Positionen, an denen die Vorsprünge ausgebildet sind, an den in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitt der Endfläche verlegt werden, ist der Mittelabschnitt, an dem die Spule gewickelt ist, nur gering betroffen, da sich selbst in dem Fall hauptsächlich der Abschnitt in der Nähe der in Umfangsrichtung verlaufenden Kante verbiegt, in dem die Endfläche des Spulenkörpers durch die Vorsprünge, die gegen die Grundfläche des Spulenjochs drücken, nach innen gebogen wird.
Wenn des weiteren Nuten, die zum Außenumfang der Endfläche führen, an den linken und rechten Seiten der obengenannten Vorsprünge ausgebildet sind, wenn die obengenannten Vorsprünge in Spulenkörper ausgebildet sind, dann kann die Funktion der vorliegenden Erfindung noch besser erfüllt werden, da die zwischen den Nuten ausgebildeten Abschnitte so leicht wie Blattfedern gebogen werden können.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele hervor, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bei den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
1 eine senkrechte Schnittansicht, in der der Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dargestellt ist;
2 eine perspektivische Ansicht von jeweiligen Teilen, die ein Hauptbestandteil der vorliegenden Erfindung bilden;
3 eine Perspektivansicht eines Endabschnittes der Ausgangswelle aus einer Richtung, die sich von der der 2 unterscheidet;
4A und 4B Ansichten, in denen der Aufbau des Endabschnittes der Ausgangswelle dargestellt ist;
5A und 5B Ansichten, in denen der Aufbau des Endabschnittes der Ausgangswelle in dem Zustand dargestellt ist, in dem der Torsionsstab mit der Ausgangswelle zusammengebaut ist;
6 eine Querschnittsansicht, in der der Aufbau der Spuleneinheit als einen weiteren Hauptbestandteil der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
7 eine perspektivische Ansicht des Spulenkörpers;
8A und 8B Ansichten, in denen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit dargestellt ist;
9A bis 9C Ansichten, in denen ein anderes Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit dargestellt ist; und
10A bis 10C Ansichten, in denen noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit dargestellt ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 1 bis 7 zeigen Ansichten, in denen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein erfindungsgemäßer Drehmomentsensor bei einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs verwendet. Die 1 zeigt eine senkrechte Schnittansicht, in der ein Hauptbestandteil eines Lenksystems dargestellt ist.
Als erstes wird der Aufbau beschrieben. In einem Gehäuse 1, das durch ein oberes Gehäuse 1A und ein unteres Gehäuse 1B gebildet ist, sind eine Eingangswelle 2 und eine Ausgangswelle 3, die miteinander über einen Torsionsstab 4 verbunden sind, drehbar durch Wellenlager 5a, 5b und 5c gelagert. Diese Antriebswelle 2, Ausgangswelle 3 und der Torsionsstab 4 sind koaxial angeordnet. Die obere Endseite des Torsionsstabes 4 ist über Stifte mit der Eingangswelle 2 in einer Position verbunden, in der der Torsionsstab 4 tief in die Eingangswelle 2 reicht, so daß der Torsionsstab 4 mit der Eingangswelle 2 in Drehrichtung derselben integriert ist. Des weiteren ist das untere Ende des Torsionsstabes 4 über eine Keilverzahnung mit der Ausgangswelle 3 verbunden, so daß der Torsionsstab 4 mit der Ausgangswelle 3 in Drehrichtung derselben integriert ist. Die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 sind aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen oder ähnlichem hergestellt.
Des weiteren ist ein Lenkrad einstückig am oberen Endabschnitt der Eingangswelle 2 über ein Kugelgelenk, eine Lenkwelle oder ähnlichem, nicht gezeigt, befestigt. Des weiteren ist eine Triebwelle 3a einstückig im unteren Endabschnitt der Ausgangswelle 3 ausgebildet, so daß sich die Triebwelle im Eingriff mit einer Zahnstange 6 befindet. Die Triebwelle 3a und die Zahnstange 6 bilden eine herkömmliche Lenkvorrichtung von der Bauart mit einem Zahnstangengetriebe. Entsprechend wird eine Lenkkraft, die beim Lenken des Lenkrads durch einen Fahrer erzeugt wird, an ein nicht gezeigtes Antriebsrad über die Eingangswelle 2, den Torsionsstab 4, die Ausgangswelle 3 und die Zahnstangenlenkvorrichtung übertragen.
Des weiteren ist ein Schneckenrad 7 auf die Ausgangswelle 3 gesetzt, so daß es mit der Ausgangswelle 3 koaxial und einstückig rotiert. Ein Eingriffsabschnitt 7a aus Harz des Schneckenrades 7 befindet sich mit einer Schnecke 8b im Eingriff, die an einer äußeren Umfläche einer Ausgangswelle 8a eines Elektromotors 8 ausgebildet ist. Die Drehkraft des Elektromotors 8 ist entsprechend ausgelegt, daß sie über die Ausgangswelle 8a, die Schnecke 8b und das Schneckenrad 7 an die Ausgangswelle 3 übertragen wird. Wenn die Kraft und Richtung der Drehung des Elektromotors 8 auf geeignete Weise kontrolliert werden, kann der Ausgangswelle 3 ein Drehmoment mitgeteilt werden, das auf optimale Weise die Lenkung unterstützt.
Wie des weiteren in der 1 und in der 2 dargestellt ist, die eine perspektivische Ansicht eines Zustandes dargestellt ist, bei dem der Drehmomentsensor in Einzelteile, wie beispielsweise die Eingangswelle 2, die Ausgangswelle 3 (nur ein Endabschnitt) und den Torsionsstab 4 explodiert ist. Ein Abschnitt 2A von großem Durchmesser ist an der äußeren Umfläche der Eingangswelle 2 in einem Abschnitt nahe der Ausgangswelle 3 ausgebildet, so daß er koaxial zur Eingangswelle 2 verläuft. Ein dünnes zylindrisches Teil 10 ist nahe der äußeren Umfläche des Abschnittes 2A von großem Durchmesser angeordnet, so daß es den Abschnitt 2A von großem Durchmesser umschließt.
Das zylindrische Teil 10 ist aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischem Werkstoff (beispielsweise Aluminium) gefertigt und der untere Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 ist an der äußeren Umfläche des eingangswellenseitigen 2 Endabschnittes der Ausgangswelle 3 befestigt.
Wie insbesondere in der 3 gezeigt ist, die eine perspektivische Ansicht des Endabschnittes der Ausgangswelle 3 aus einer unterschiedlichen Richtung von der der 2 zeigt, wie des weiteren in der 4A gezeigt ist, die eine Schnittansicht des Endabschnittes der Ausgangswelle 3 darstellt, und wie ferner in der 5 gezeigt ist, welche eine Schnittansicht darstellt, in der ein Zustand gezeigt ist, in dem der Torsionsstab 4 und das zylindrische Teil 10 eingebaut sind, ist ein Abschnitt 3A von großem Durchmesser am eingangswellenseitigen 2 Endabschnitt der Ausgangswelle 3 ausgebildet. Eine Vielzahl (bei diesem Beispiel vier) von in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11, die sich in axialer Richtung erstrecken, und eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12, die in Umfangsrichtung durchgängig ist, sind an der äußeren Umfläche des Abschnittes 3A von großem Durchmesser ausgebildet. Übrigens stellt die 4B eine Ansicht aus der Richtung A der 4A dar, so daß die 4A einer Schnittansicht entlang der Linie B-B der 4B entspricht. Des weiteren entspricht die 5A einer Schnittansicht entlang der Linie C-C der 5B.
Des weiteren sind jeweils in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 zwischen einander entgegengesetzten Endabschnitten des Abschnittes 3A von großem Durchmesser ausgebildet, so daß sie an in Umfangsrichtung gleichen Abstandsintervallen (90 Grad) angeordnet sind. Des weiteren ist die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 nahe einer Position ausgebildet, an der sich der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 befindet, wenn das zylindrische Teil 10 befestigt ist.
Außerdem ist eine Vielzahl (bei diesem Beispiel vier) von halbkugelförmigen Vorsprüngen 13 an der inneren Umfläche des zylindrischen Teils 10 an Positionen ausgebildet, die etwas tief vom unteren Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 eintreten. Die Anzahl und die Positionen der Ausbildungen dieser Vorsprünge 13 entsprechen denen der in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11 der Ausgangswelle 3. Entsprechend sind die Vorsprünge 13 in Umfangsrichtung in gleichen Intervallen (90 Grad) angeordnet. Des weiteren entspricht die Höhe der jeweiligen Vorsprünge 13 im wesentlichen der Tiefe der jeweiligen in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11.
Um des weiteren das zylindrische Teil 10 am Abschnitt 3A von großem Durchmesser zu befestigen, werden die Vorsprünge 13 in die jeweiligen in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11 eingesetzt, um dadurch eine Lagebestimmung in Umfangsrichtung des zylindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 durchzuführen. Dann wird derart auf das zylindrische Teil 10 gedrückt, daß der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 nahe der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 12 zu liegen kommt. In diesem Zustand ist der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 nach innen gekrümmt, so daß er in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 eingreift. Dies bedeutet, daß die Lage in Umfangsrichtung des zylindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 durch das Einsetzen der Vorsprünge 13 in die jeweiligen in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11 und die Lage in axialer Richtung des zylindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 durch Eingriff des Endabschnittes in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 fixiert wird.
Des weiteren ist eine keilverzahnte Öffnung 3B für eine Keilverbindung mit dem Torsionsstab 4 koaxial am eingangswellenseitigen 2 Endabschnitt der Ausgangswelle 3 ausgebildet. Außerdem ist ein weiblicher Stopper 14 an einer inneren, endflächenseitigen Umfläche der Keilverzahnungsöffnung 3B ausgebildet. Wie im Detail in der 4 gezeigt ist, besteht der weibliche Stopper 14 aus einer kreuzförmigen Öffnung mit einer inneren Umfläche, die in radialer Richtung nach außen zurückspringt, so daß vier konkave Abschnitte 14A gebildet werden.
Des weiteren ist ein männlicher Stopper 15 an einem Endabschnitt der Eingangswelle 2 so ausgebildet, daß er dem weiblichen Stopper 14 entspricht. Wie im Detail in der 2 gezeigt ist, besteht der männliche Stopper 15 aus einer kreuzförmigen Welle mit einer äußeren Umfläche, die radial nach außen vorspringt, so daß vier konvexe Abschnitte 15A gebildet werden. Die Weite in Umfangsrichtung eines jeden konvexen Abschnittes 15A ist etwas kleiner als die Weite in Umfangsrichtung eines jeden konkaven Abschnittes 14A. Entsprechend ist die Drehung der Eingangswelle 2 relativ zur Ausgangswelle 3 auf einen vorbestimmten Winkelbereich begrenzt (von ungefähr ±5 Grad).
Andererseits sind in einem Abschnitt des zylindrischen Teils 10, der den Abschnitt 2A von großem Durchmesser nach dem Zusammenbau umschließen wird, eine Vielzahl von rechteckigen Fenstern 10a an in Umfangsrichtung gleichen Intervallen an einer von den Vorsprüngen 13 entfernten Seite ausgebildet. Außerdem ist eine Vielzahl von rechteckigen Fenstern 10b in in Umfangsrichtung gleichen Intervallen an einer Seite nahe den Vorsprüngen 13 ausgebildet, so daß die Phasen der Fenster 10b, ..., 10b um 180 Grad gegenüber denen der Fenster 10a, ..., 10a verschoben sind.
Im Gegensatz dazu ist eine Vielzahl von Nuten 2a, die sich in axialer Richtung erstrecken, in gleichen Intervallen am Abschnitt 2A der Eingangswelle von großem Durchmesser 2 ausgebildet. Übrigens ist die Anzahl der Nuten 2a gleich der Anzahl von Fenstern 10a und gleich der Anzahl von Fenstern 10b.
Des weiteren sind die Nuten 2a derart angeordnet, daß der Phasenunterschied zwischen dem Mittelpunkt in Weitenrichtung einer jeden Nut 2a und dem Mittelpunkt in Weitenrichtung eines entsprechenden Fensters 10a 90 Grad beträgt und der Phasenunterschied zwischen dem Mittelpunkt in Weitenrichtung einer jeden Nut 2a und dem Mittelpunkt in Weitenrichtung eines entsprechenden Fensters 10b umgekehrt 90 Grad beträgt, wenn keine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 erzeugt wird (wenn das Lenkmoment Null beträgt).
Dies bedeutet, daß es notwendig ist, eine Phasenjustierung zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10 durchzuführen, so daß die Nuten 2a die Fenster 10a und 10b auf die oben beschriebene Weise überlappen, wenn die Eingangswelle 2, die Ausgangswelle 3, der Torsionsstab 4 und das zylindrische Teil 10 zusammengebaut werden. Da das zylindrische Teil 10 an der Ausgangswelle 3 befestigt ist und die Eingangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 miteinander durch den Torsionsstab 4 verbunden sind, wird die Phasenbeziehung zwischen diesen jeweiligen Teilen wie folgt bestimmt.
Wenn zunächst das Lenkmoment Null ist, werden der männliche Stopper 15, der an der Eingangswelle 2 ausgebildet ist, und der weibliche Stopper 14, der an der Ausgangswelle 3 ausgebildet ist, miteinander in einer Neutralstellung zusammengesetzt. Dies bedeutet, daß die konvexen Abschnitte 15A jeweils in den mittleren Abschnitten der konkaven Abschnitte 14A angeordnet sind. Daher werden die Positionen in Umfangsrichtung der jeweiligen konvexen Abschnitte 15A der männlichen Stopper 15 als eine Basis der Phasen der jeweiligen Abschnitte der Eingangswelle 2 verwendet. Die Positionen in Umfangsrichtung der jeweiligen konkaven Abschnitte 14a der weiblichen Stopper 14 werden als eine Basis der Phasen der jeweiligen Abschnitte der Ausgangswelle 3 verwendet.
Bezüglich der Eingangswelle 2 werden daher die Positionen in Umfangsrichtung der Nuten 2a, ..., 2a, die im Abschnitt 2A von großem Durchmesser ausgebildet sind, basierend auf den konvexen Abschnitten 15A bestimmt.
Bezüglich der Ausgangswelle 3 werden andererseits die Positionen in Umfangsrichtung der in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11, ..., 11, die an der äußeren Umfläche des Abschnittes 3A von großem Durchmesser ausgebildet sind, basierend auf den konkaven Abschnitten 14A bestimmt.
Bezüglich des zylindrischen Teils 10 werden des weiteren die Positionen der Fenster 10a, ..., 10a und 10b, ..., 10b in Umfangsrichtung, basierend auf den Vorsprüngen 13 bestimmt.
Wenn die Positionen in Umfangsrichtung der jeweiligen Abschnitte auf die obenerwähnte Weise bestimmt sind, werden die Phasenbeziehungen der Nuten 2a, ..., 2a mit den Fenstern 10a, ..., 10a und mit den Fenstern 10b, ..., 10b wie oben beschrieben durch neutrales Setzen der Stopper selbst in dem Fall festgelegt, in dem keine Phasenjustierung des zylindrischen Teils 10 speziell nicht zum Zeitpunkt des Zusammenbaus durchgeführt wird.
Um des weiteren die obengenannten Phasenbeziehungen sicher zu erhalten, ist die Herstellgenauigkeit der jeweiligen Abschnitte sehr wichtig. Daher sind bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Eingangswelle 12, die Nuten 2a und der männliche Stopper 15 einstückig mit der Eingangswelle 2 mittels Kaltschmieden ausgebildet. Die Ausgangswelle 3, die Nuten 11 sind einstückig mit der Ausgangswelle 3 mittels Kaltschmieden ausgebildet.
Unter Verweis zurück auf 1 ist eine Spuleneinheit 16 mit Spulen 20A und 20B desselben Standards an der Innenseite des oberen Gehäuses 1A befestigt, so daß das zylindrische Teil 10 umschlossen ist.
Wie in der 5 gezeigt ist, die eine Schnittansicht der Spuleneinheit 16 darstellt (nur eine Seite bezüglich der Mittelachse ist dargestellt, und die linke/rechte Richtung der 6 ist die Axialrichtung), umfaßt die Spuleneinheit 16 zwei Spulenjoche 17A und 17B und zwei Spulenkörper 18A und 18B, die jeweils in den Spulenjochen 17A und 17B aufgenommen sind.
Ein jedes Spulenjoch 17A und 17B wird durch ein ringförmiges Teil gebildet, welches aus Eisen gefertigt ist und einen U-förmigen Querschnitt aufweist, der sich zur in radialer Richtung inneren Seite hin öffnet. Ein jedes Spulenjoch 17A und 17B besteht aus einem Jochteil 17a, das einen L-förmigen Querschnitt aufweist und das die Seitenfläche und eine Grundfläche des obigen U-förmigen Querschnittes bildet, und aus einem Jochteil 17b, das in einen axialen Endabschnitt des Jochteils 17a eingepreßt ist, so daß es die andere Grundfläche des obigen U-förmigen Querschnittes bildet.
Andererseits wird ein jeder Spulenkörper 18A und 18B aus einem Teil gebildet, welches einen U-förmigen Querschnitt aufweist, der sich zur in radialer Richtung äußeren Seite hin öffnet und der aus einem synthetischen, durch Fasern wie beispielsweise Glasfasern, Carbonfasern und ähnlichem verstärkten Harz gefertigt ist. Wie in der 7 gezeigt ist, die eine Perspektivansicht eines Spulenkörpers darstellt, sind Flanschabschnitte 18b und 18c an einander gegenüberliegenden Endabschnitten eines zylindrischen Abschnittes 18a so vorgesehen, daß die Spule 20A (20B) an einem vom zylindrischen Abschnitt 18a und von den Flanschabschnitten 18B und 18C umgebenen Abschnitt gewickelt ist. Übrigens verlaufen die Spulen 20A und 20B koaxial zum zylindrischen Teil 10. Eine Spule 20A umschließt einen Abschnitt des zylindrischen Teils 10, in dem die Fenster 10a, ..., 10a ausgebildet sind, während die andere Spule 20B einen Abschnitt des zylindrischen Teils umschließt, in dem die Fenster 10b, ..., 10b ausgebildet sind.
Übrigens ist die Größe eines jeden Spulenkörpers 18A und 18B in axialer Richtung, d. h. der Abstand zwischen den beiden Flanschabschnitten 18b und 18c, so ausgebildet, daß sie im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen zwei Grundflächen eines jeden Spulenjoches 17A und 17B ist, d. h. dem Abstand zwischen der inneren Fläche der Grundfläche, die durch das Jochteil 17a gebildet wird, und der inneren Fläche der Grundfläche, die durch das Jochteil 17b gebildet wird, gebildet wird.
Des weiteren ist ein Anschlußbefestigungsabschnitt 18d, der im wesentlichen wie ein rechteckiges Parallelpipedon ausgeformt ist, in einer Position in Umfangsrichtung eines Flanschabschnittes 18b bei einem jeden Spulenkörper 18a und 18b ausgebildet. Zwei Metallstifte 19a und 19b sind an der oberen Fläche des Anschlußbefestigungsabschnittes 18d befestigt, so daß sie in radialer Richtung nach außen vorstehen. Ein Endabschnitt der Spule 20A (20B) ist um einen Grundabschnitt von einem der Stifte 19a und 19b gewickelt. Der andere Endabschnitt der Spule 20A (20B) ist an einem Grundabschnitt des anderen Stiftes 19a und 19b gewickelt. Entsprechend ist der Aufbau dergestalt, daß eine Spannung von außen auf die einander gegenüberliegenden Endab schnitte einer jeden Spule 20A und 20B aufgebracht werden kann. Übrigens ist eine Nut 17c zum Herausführen des Anschlußbefestigungsabschnittes 18d aus einem jeden Spulenjoch 17A und 17B im Jochteil 17a eines jeden Spulenjoches 17A und 17B ausgebildet.
Des weiteren sind am in Umfangsrichtung gelegenen Kantenabschnitt einer in axialer Richtung äußeren Fläche des anderen Flanschabschnittes 18c eines jeden Spulenkörpers 18A und 18B eine Vielzahl (bei diesem Beispiel drei) von säulenförmigen Vorsprüngen 21 einstückig mit dem Flanschabschnitt 18c an in Umfangsrichtung gleichen Intervallen ausgebildet.
Des weiteren sind die jeweiligen Stifte 19a und 19b mit dem Substrat 22 verbunden, das im Sensorgehäuse 21 aufgenommen ist, welches im oberen Gehäuse 1A ausgebildet ist. Ein Steuerkreis für den Motor, nicht gezeigt, ist auf dem Substrat 22 ausgebildet. Der genaue Aufbau des Steuerkreises des Motors wird nicht im Detail beschrieben, da er vom Kern der vorliegenden Erfindung abweicht. Wie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 beschrieben, kann der Steuerkreis für den Motor umfassen: einen Schwingungsabschnitt zur Zufuhr eines Wechselstromes von vorbestimmter Frequenz an die Spulen 20A und 20B; einen ersten Gleichricht- und Glättungsschaltkreis zum Gleichrichten und Glätten der eigeninduzierten elektromotorischen Kraft der Spule 20A, um diese auszugeben; einen zweiten Gleichricht- und Glättungsschaltkreis zum Gleichrichten und Glätten der eigeninduzierten elektromotorischen Kraft der Spule 20B, um diese auszugeben; einen Differentialverstärker zum Verstärken der Ausgangsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichricht- und Glättungsschaltkreis; einen Rauschunterdrückungsfilter zum Unterdrücken von hochfrequentem Rauschen im Ausgang des Differentialverstärkers; einen Drehmomentarithmetik-Funktionsabschnitt zum Durchführen einer arithmetischen Operation, um die Richtung und die Größe der Drehverschiebung der Eingangswelle 2 relativ zum zylindrischen Teil 10 basierend auf dem Ausgang des Rauschunterdrückungsfilters zu erhalten, und zum Multiplizieren des Ergebnisses der arithmetischen Operation, beispielsweise durch einen vorbestimmten Proportionalfaktor, um das im Lenksystem erzeugte Lenkmoment zu erhalten, und einen Motorantriebsabschnitt zur Zufuhr eines Antriebsstroms an den Elektromotor 8, so daß ein Lenkunterstützungsdrehmoment zur Verringerung des Lenkmoments basierend auf dem Ergebnis der arithmetischen Operation erzeugt wird, die durch den Drehmomentarithmetik-Funktionsabschnitt durchgeführt wurde.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels wird im folgenden beschrieben.
Es wird nun angenommen, daß sich das Lenksystem in einem Zustand der geradlinigen Bewegung befindet, bei dem das Lenkmoment Null beträgt. Dann wird keine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 erzeugt. Entsprechend wird keine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10 erzeugt.
Wenn im Gegensatz dazu das Lenkrad betätigt wird, um eine Drehkraft in der Eingangswelle 2 zu erzeugen, dann wird die Drehkraft zur Ausgangswelle 3 über den Torsionsstab 4 übertragen. Bei dieser Gelegenheit wird eine Widerstandskraft, die einer Reibkraft zwischen dem Antriebsrad und der Straßenoberfläche oder der Reibkraft beim Eingriff oder ähnlichem von Zahnrädern in der Zahnstangen-Lenkvorrichtung entspricht, in der Ausgangswelle 3 erzeugt. Entsprechend wird eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 durch Tordieren des Torsionsstabes 4 erzeugt, so daß die Ausgangswelle 3 verzögert reagiert. Eine relative Drehung wird auch zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10 erzeugt. Die Richtung und Größe der Relativdrehung werden in Übereinstimmung mit sowohl der Richtung der Betätigung des Lenkrades als auch dem erzeugten Lenkmoment bestimmt.
Wenn eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10 erzeugt wird, ändert sich der Überlappungszustand der Nuten 2a mit den Fenstern 10a, ... 10a und mit den Fenstern 10b, ..., 10b gegenüber dem anfänglichen Zustand. Des weiteren ändert sich der Überlappungszustand der Nuten 2a mit den Fenstern 10a, ..., 10a und der Überlappungszustand der Nuten 2a mit den Fenstern 10b, ... 10b in umgekehrter Richtung zueinander, da die Phasenbeziehungen zwischen den Fenstern 10a, ..., 10a und den Fenstern 10b, ..., 10b wie oben beschrieben festgesetzt sind.
Als Ergebnis ändert sich die Eigeninduktion der Spule 20A und die Eigeninduktion der Spule 20B in umgekehrten Richtungen zueinander in Übereinstimmung mit der Relativ drehung zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10. Entsprechend ändern sich die eigeninduzierten elektromotorischen Kräfte der Spulen 20A und 20B in umgekehrter Richtung zueinander. Wenn entsprechend die Differenz zwischen der eigeninduzierten elektromotorischen Kraft der Spule 20A und 20B gemessen wird, dann ändert sich diese Differenz linear in Abhängigkeit von der Richtung und Größe des Lenkmoments. Andererseits wird die Änderung der Eigeninduktion, die durch die Temperatur oder ähnlichem erzeugt wird, im Differentialverstärker, der im Steuerkreis für den Motor enthalten ist, ausgelöscht.
Des weiteren wird mittels des Drehmomentarithmetik-Funktionsabschnittes im Steuerkreis für den Motor das Lenkmoment basierend auf dem Ausgang des Differentialverstärkers erhalten. Des weiteren versorgt der Motorantriebsabschnitt den Elektromotor 8 mit einem Antriebsstrom in Übereinstimmung mit der Richtung und Größe des Lenkmoments. Dann wird im Elektromotor in Übereinstimmung mit der Richtung und Größe des Lenkmoments, das im Lenksystem erzeugt wurde, eine Drehkraft erzeugt. Die Drehkraft wird an die Ausgangswelle 3 sowohl über die Schnecke 8b als auch das Schneckenrad 7 übertragen. Als Ergebnis wird der Ausgangswelle 3 ein Drehmoment zur Unterstützung der Lenkung zugeführt. Entsprechend wird das Lenkmoment verringert, so daß die auf den Fahrer wirkende Last erleichtert wird.
Des weiteren sind bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 und eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 in einem Endabschnitt der Ausgangswelle 3 ausgebildet, so daß nicht nur die Vorsprünge 13 des zylindrischen Teils 10 in die in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 jeweils eingepaßt sind, sondern auch der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 gekrümmt ist, so daß er in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 eingreift. Daher wird selbst in dem Fall, in dem Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise eine Ausgangswelle 3 aus Eisen und ein zylindrisches Teil 10 aus Aluminium, verwendet werden, eine Verringerung der Haltekraft durch einen Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten oder ähnlichem der Teile verhindert. Entsprechend kann die Wahrscheinlichkeit stark verringert werden, daß sich die Positionen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des zylindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 von den anfänglichen Positionen verschieben und daß sich die Verschiebung im erfaßten Drehmomentwert niederschlägt.
Daher ist dieses Ausführungsbeispiel sehr geeignet für einen Drehmomentsensor, der bei einer Elektroservolenkung verwendet wird, die eine hohe Zuverlässigkeit in Punkto Sicherheit erfordert.
Des weiteren sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nur die Nuten 2a und der männliche Stopper 15 einstückig mit der Eingangswelle 2 mittels Kaltschmieden ausgebildet, sondern auch die in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 sind einstückig mit der Ausgangswelle 3 mittels Kaltschmieden ausgebildet. Entsprechend kann eine Phasenjustierung zur Zeit des Zusammenbaus leicht durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, daß durch diese Tatsache zu einer Reduzierung der Herstellkosten beigetragen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Eingangswelle 2 der zweiten Drehwelle und die Ausgangswelle 3 entspricht der ersten Drehwelle.
Übrigens ist der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 so gekrümmt, daß er in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 bei diesem Ausführungsbeispiel eingreift. Ist jedoch die Länge des zylindrischen Teils 10 oder die Lage der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 12 verändert, so kann ein Nuteneingriffsabschnitt an der inneren Umfläche des zylindrischen Teils 10 an einer willkürlichen Position des zylindrischen Teils 10 in axialer Richtung desselben ausgebildet sein. Dies bedeutet, daß ein Abschnitt des zylindrischen Teils 10, welcher außerhalb der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 12 angeordnet ist, in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 eingreift, um dadurch eine axiale Verschiebung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle zu verhindern.
Als nächstes wird im folgenden der Zusammenbau der Spuleneinheit 16 beschrieben.
Nachdem die Spulenkörper 18A und 18B mit den darauf gewickelten Spulen 20A und 20B jeweils so positioniert sind, daß die Anschlußbefestigungsabschnitte 18d jeweils in den Nuten 17c aufgenommen sind, werden die Spulenkörper 18A und 18B jeweils in die Innenseite der Jochteile 17a eingedrückt und die Jochteile 17b werden jeweils in die Endabschnitte der Jochteile 17a eingepreßt. Dann werden, wie dies in der 6 gezeigt ist, die Spulenjoche 17A und 17B, die die Spulenkörper 18A und 18B enthalten, jeweils in das obere Gehäuse 1A eingepaßt, während die Spulenjoche 17A und 17B zum An einanderstoßen gebracht werden, so daß die Anschlußbefestigungsabschnitte 18d einander gegenüberliegen.
Wenn dann die Spulenkörper 18A und 18B in den Spulenjochen 17A und 17B jeweils aufgenommen sind, dann stoßen die Vorsprünge 21, die an den Spulenkörpern 18A und 18B ausgebildet sind, an die Jochteile 17a, so daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitte der Flanschabschnitte 18c der Spulenkörper 18A und 18B, die elastisch sind, nach innen gebogen sind, wie dies im Detail auch in der 6 gezeigt ist, da die Größen in axialer Richtung der Spulenkörper 18A und 18B so gewählt sind, wie oben beschrieben. Als Ergebnis drücken die Vorsprünge 21 die Jochteile 17a über die elastische Wiederherstellkraft der gebogenen Flanschabschnitte 18c in axialer Richtung. Da jedoch die Bewegungen in axialer Richtung der Spulenkörper 18A und 18B durch die Jochteile 17b, die jeweils in die Jochteile 17a eingesetzt sind, verhindert werden, sind die axialen Positionen der Spulenkörper 18A und 18B durch die obenerwähnte Andrückkraft begrenzt.
Entsprechend können die Stifte 19a und 19b in vorbestimmte Positionen am Substrat 22 im wesentlichen sicher ohne Lageverschiebung der Stifte 19a und 19b eingesetzt werden, auch wenn die Spuleneinheit 16 im oberen Gehäuse 1A eingesetzt und das Substrat 22 angeordnet ist, wenn das Substrat 22 in einer vorbestimmten Position angeordnet ist.
Nachdem des weiteren die Stifte 19a und 19b in das Substrat 22 eingesetzt sind, werden die oberen Endabschnitte der Stifte 19a und 19b am Substrat 22 mittels Schweißen befestigt. Wenn jedoch die axialen Bewegungen der Spulenkörper 18A und 18B in der oben beschriebenen Weise verhindert werden, kann eine unnötige Last auf die obenerwähnten geschweißten/befestigten Abschnitte selbst bei Verwendung verhindert werden. Dies kann entsprechend zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit eines elektrischen Schaltkreises beitragen, der die geschweißten/befestigten Abschnitte beinhaltet. Auf diese Weise kann ein sehr zuverlässiger Drehmomentsensor erhalten werden.
Da des weiteren die Vorsprünge 21 an den in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitten der Flanschabschnitte 18c ausgebildet sind, können die Flanschabschnitte 18c relativ leicht gebogen werden. Da das Biegen der Flanschabschnitte 18c hauptsächlich auf den in radialer Richtung außenliegenden Abschnitten wirkt, wird der Einfluß auf die Spulen 20A und 20B klein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel stellen die Eingangswelle 2, die Ausgangswelle 3, der Torsionsstab 4, die Nuten 2a und das zylindrische Teil 10 eine Impedanzänderungsvorrichtung und die Vorsprünge 21 eine Andrückvorrichtung dar.
Des weiteren ist die Ausgestaltung der Spulenkörper 18A und 18B nicht auf das obengenannte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise, wie in den 8A und 8B gezeigt ist, können drei oder mehr (bei diesem Beispiel acht) halbkugelförmige Vorsprünge 21 in Umfangsrichtung vorgesehen sein.
Alternativ können, wie dies in den 9A bis 9C gezeigt ist, Nuten 21a, die auf den äußeren, in Umfangsrichtung liegenden Abschnitt des Flanschabschnittes 18c führen, in Positionen ausgebildet sein, an denen die Vorsprünge 21 zwischen linken und rechten Nuten gesetzt sind. Dies bedeutet, daß die Abschnitte, in denen die Vorsprünge 21 ausgebildet sind, als Blattfedern dienen, wenn die Nuten 21a ausgebildet sind. Entsprechend kann die Andrückwirkung des Jochteiles 17a in axialer Richtung wesentlich besser erfüllt werden. Da des weiteren die zu biegenden Abschnitte auf die obengenannten Abschnitte begrenzt sind, die als Blattfedern dienen, kann der Einfluß der Abschnitte, um die die Spulen 20A und 20B gewickelt sind, im wesentlichen auf Null begrenzt werden.
Des weiteren kann die Form der Vorsprünge 21 beispielsweise halbzylinderförmig sein, wie dies in den 10A bis 10C gezeigt ist, oder es können auch andere Formen verwendet werden.
Obwohl das oben geschilderte Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, bei dem zwei Spulenkörper 18A und 18B als getrennte Teile vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch in dem Fall verwendet werden, bei dem beispielsweise ein Spulenkörper mit zwei Nuten verwendet wird, in die zwei Spulen 20A und 20B gewickelt sind, so daß die Jochteile von außen am Spulenkörper angesetzt werden.
Obwohl das obengenannte Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, in dem Vorsprünge 21 als Andrückvorrichtung an den Spulenkörpern 18A und 18B vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann auch in dem Fall verwendet werden, bei dem beispielsweise derartige Vorsprünge am Jochteil 17a oder sowohl an den Spulenkörpern 18A und 18B als auch an den Jochteilen 17a ausgebildet sind, wie es jeweils die Umstände erfordern. Die Ausbildung der Spulenkörper 18A und 18B aus Kunstharz hat jedoch einen Kostenvorteil angesichts der Leichtigkeit der Bearbeitung usw.
Obwohl das obengenannte Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, bei dem ein erfindungsgemäßer Drehmomentsensor bei einer Elektroservolenkung für ein Fahrzeug verwendet wird, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern auch für Drehmomentsensoren für andere Zwecke verwendet werden kann.
Wie oben beschrieben wurde sind erfindungsgemäß eine Vielzahl von Axialnuten, die sich in axialer Richtung erstrecken, und eine in Umfangsrichtung durchgängig verlaufende Nut in einer äußeren Umfläche eines Endabschnittes einer ersten Drehwelle an einer Seite ausgebildet, bei der ein zylindrisches Teil befestigt ist; eine Vielzahl von Vorsprüngen sind an einer inneren Umfläche des zylindrischen Teils so ausgebildet, daß sie in die Vielzahl von in axialer Richtung verlaufenden Nuten jeweils eingesetzt werden; die Vorsprünge werden in die in axialer Richtung verlaufenden Nuten jeweils eingesetzt, um dadurch die Drehung des zylindrischen Teils zu verhindern; und ein Abschnitt des zylindrischen Teils, der in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut eingesetzt wird, ist eingestemmt, um dadurch die Verschiebung in axialer Richtung des zylindrischen Teils zu verhindern. Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, daß sich die Positionen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle sich ändern. Auf diese Weise kann ein sehr zuverlässiger Drehmomentsensor erhalten werden.
Wie oben beschrieben ist erfindungsgemäß der Spulenkörper und/oder das Spulenjoch mit einer Andrückvorrichtung zum Andrücken des jeweils anderen von Spulenkörper oder Spulenjoch in axialer Richtung vorgesehen, wenn der Spulenkörper im Spulenjoch aufgenommen ist. Entsprechend hat dies die Wirkung zur Folge, daß nicht nur der Arbeitsaufwand zum Zeitpunkt des Zusammenbaus verringert, sondern auch die Zuverlässigkeit nach dem Zusammenbau verbessert ist.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit bestimmten Besonderheiten beschrieben wurde, ist es klar, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form sich in Konstruktionsdetails und in der Kombination und Anordnung von Teilen ändern kann, ohne daß vom Geist und dem Umfang der Erfindung abgewichen wird, wie sie im folgenden beansprucht sind.

Claims

Drehmomentsensor umfassend: ein Gehäuse (1); eine Drehwelle (2, 3), die drehbar am Gehäuse (1) gelagert ist; eine Spuleneinheit (16) mit einer Spule, die derart angeordnet ist, dass sie die Drehwelle (2, 3) umschließt; und eine Impedanzänderungsvorrichtung zur Änderung der Impedanz der Spule (20A, 20B) in Abhängigkeit von einer Änderung des Drehmoments, das auf die Drehwelle (2, 3) wirkt, wobei ein in der Drehwelle (2, 3) erzeugtes Drehmoment basierend auf einer Spannung zwischen Anschlüssen (19A, 19B) der Spule (20A, 20B) erfasst ist, wobei die Spuleneinheit (16) umfasst: einen Spulenkörper (18A, 18B), auf den die Spule (20A, 20B) gewickelt ist; ein Spulenjoch (17A, 17B) zur Aufnahme des Spulenkörpers (18A, 18B), wobei das Spulenjoch (17A, 17B) ein ringförmiges Teil mit einem U-förmigen Querschnitt aufweist, der in radialer Richtung auf einer inneren Seite geöffnet ist, so dass der Spulenkörper (18A, 18B) darin zwischen einander gegenüberliegenden Grundflächen des U-förmigen Querschnittes aufgenommen ist; und eine elastisch verformbare Andrückvorrichtung (21), die mit dem Spulenkörper (18A, 18B) und/oder Spulenjoch (17A, 17B) zum Andrücken in axialer Richtung des jeweils anderen von Spulenkörper (18A, 18B) und Spulenjoch (17A, 17B), wenn der Spulenkörper (18A, 18B) im Spulenjoch (17A, 17B) aufgenommen ist, einstückig ausgebildet ist, wobei die Andrückvorrichtung (21) eine Vielzahl von Vorsprüngen umfasst, die in axialer Richtung vorstehen und in Umfangsrichtung des Spulenkörpers (18A, 18B) oder des Spulenjochs (17A, 17B) voneinander beabstandet sind.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei die Vorsprünge an einem in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitts des Spulenkörpers (18A, 18B) vorgesehen sind.
Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der Spulenkörper (18A, 18B) eine Vielzahl von Nuten (21a) aufweist, die an beiden Seiten der Vorsprünge ausgebildet sind und zu einer äußeren, in Umfangsrichtung verlaufenden Kante des Spulenkörpers (18A, 18B) führen.
Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der Vorsprung (21) eine im wesentlichen säulenförmige Gestalt aufweist.
Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der Vorsprung (21) eine im wesentlichen halbkugelförmige Form aufweist.
Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der Vorsprung (21) eine im wesentlichen halbzylindrische Form aufweist.
Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der Drehmomentsensor des weiteren umfaßt: einen Torsionsstab (4); eine erste Drehwelle (3); eine zweite Drehwelle (2), die koaxial zur ersten Drehwelle (3) angeordnet und mit der ersten Drehwelle (3) über den Torsionsstab (4) verbunden ist; und ein zylindrisches Teil (10), das an einem Endabschnitt (3A) der ersten Drehwelle (3) befestigt ist, so daß es zumindest einen Teil der zweiten Drehwelle (2) umschließt, um dadurch ein Drehmoment basierend auf einem Überlappungszustand des zylindrischen Teils (10) mit der zweiten Drehwelle (2) zu erfassen; eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11), die an einer äußeren Umfläche des Endabschnittes (3A) der ersten Drehwelle (3), an der das zylindrische Teil (10) befestigt ist, ausgebildet sind, so daß sie sich in einer axialen Richtung der ersten Drehwelle (3) erstrecken; eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (12), die in Umfangsrichtung und durchgängig an der äußeren Umfläche des Endabschnittes (3A) der ersten Drehwelle (3) ausgebildet ist; und eine Vielzahl von Vorsprüngen (13), die an einer inneren Umfläche des zylindrischen Teils (10) ausgebildet sind, um jeweils in die Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) eingesetzt zu werden, wobei die Vorsprünge (13) jeweils in die sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) eingesetzt sind, um dadurch eine Drehung des zylindrischen Teils (10) relativ zur ersten Drehwelle (2) zu verhindern, und wobei ein Abschnitt des zylindrischen Teils (10), welcher in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (12) einzusetzen ist, verformt ist, um in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (12) zu passen und dadurch eine Verschiebung in axialer Richtung des zylindrischen Teils (10) relativ zur ersten Drehwelle (2) zu verhindern.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei ein Endabschnitt des zylindrischen Teils (10) nach innen gekrümmt ist und sich mit der in Umfangsrichtung erstreckenden Nut (12) im Eingriff befindet.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die erste Drehwelle (3) einen weiblichen Stopper (14) aufweist, der an einer Endfläche derselben ausgebildet ist, wobei der weibliche Stopper (14) eine Öffnung mit einem konkaven Abschnitt (14A) aufweist, der in einem Querschnitt der ersten Drehwelle (3) in radialer Richtung nach außen vorspringt, und die zweite Drehwelle (2) einen männlichen Stopper (15) aufweist, der an einer Endfläche derselben ausgebildet ist, wobei der männliche Stopper (15) einen konvexen Abschnitt (15A) aufweist, der in einem Querschnitt der zweiten Drehwelle (2) in radialer Richtung nach außen vorspringt, so daß er dem konkaven Abschnitt (14A) entspricht.
Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der weibliche Stopper (14) und die sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) einstückig mit der ersten Drehwelle (3) durch Kaltschmieden ausgebildet sind und der männliche Stopper (15) einstückig mit der zweiten Drehwelle (2) durch Kaltschmieden ausgebildet ist.