CN106687789A - 力矩传感器以及电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

力矩传感器(100)包括：检测部(50)，其经由贯通外壳(7)的径向侧面地形成的贯通孔(73)检测磁的变化；收纳室(72)，其形成为从外壳(7)的外周面向径向外侧隆起，在内部开设有贯通孔(73)，并且用于收纳检测部(50)；连通孔(74)，其沿外壳(7)的外周上的切线方向延伸设置，将外壳(7)的外部和收纳室(72)的内部连通起来；以及输出端子(81)，其嵌装于连通孔(74)，并且相对于检测部(50)倾斜地连接于检测部(50)，用于向外部输出基于检测信号的信号。

Description

力矩传感器以及电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及力矩传感器以及电动助力转向装置。

背景技术

在日本JP2012－194144A中公开了一种利用磁力检测作用于车辆的电动助力转向装置的转向轴的转向力矩的非接触型的力矩传感器。该力矩传感器包括固定于输入轴的磁产生部、固定于输出轴的旋转磁路部、固定于用于收纳输入轴和输出轴的外壳的固定磁路部以及用于检测引导至固定磁路部的磁通密度的磁传感器。

当力矩作用于将输入轴和输出轴连结起来的扭杆而使扭杆扭转变形时，磁产生部和旋转磁路部之间的旋转方向上的相对位置发生变化。与此同时，从磁产生部经由旋转磁路部向固定磁路部引导的磁通密度发生变化。磁传感器输出与磁通密度相对应的信号。基于从磁传感器输出的信号检测作用于扭杆的力矩。

另外，力矩传感器包括用于一体地收纳固定磁路部的集磁磁轭、磁传感器以及连接于磁传感器的基板的树脂制的传感器保持件。并且，为了将从磁传感器输出到基板的信号向外部的控制器等引导，在传感器保持件的外侧面设有输出端子。

发明内容

在上述以往的技术中，在传感器保持件的外侧面设有输出端子，因此，存在输出端子向转向轴的径向伸出、向车辆搭载的搭载性能降低的可能性。

本发明的目的在于提供一种能够抑制向径向伸出从而提高相对于车辆的搭载性能的力矩传感器。

根据本发明的一技术方案，提供一种力矩传感器，其基于由旋转自如地被支承于外壳内的输入轴与输出轴之间的相对角度位移所引起的磁的变化，而对作用于输入轴的力矩进行检测，其中，该力矩传感器包括：检测部，其经由贯通外壳的径向侧面地形成的贯通孔检测磁的变化；收纳室，其形成为自外壳的外周面向径向外侧隆起，在内部开设有贯通孔，并且用于收纳检测部；连通孔，其沿外壳的外周上的切线方向延伸设置，用于将外壳的外部和收纳室的内部连通起来；以及输出端子，其嵌装于连通孔，并且相对于检测部倾斜地连接于检测部，用于向外部输出基于检测信号的信号。

附图说明

图1是表示应用有本发明的实施方式的力矩传感器的电动助力转向装置的局部的纵剖视图。

图2是磁产生部的仰视图。

图3是旋转磁路部的立体图。

图4是表示从上部外壳的外侧观察检测部的状态的立体图。

图5是表示从上部外壳的内侧观察检测部的状态的立体图。

图6是表示上部外壳的侧面的俯视图。

图7是表示图6的VII－VII截面的剖视图。

图8是分解表示被组装于上部外壳的力矩传感器的分解立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示应用有本实施方式的力矩传感器100的电动助力转向装置1的局部的纵剖视图。

电动助力转向装置1通过连结于方向盘的转向轴2与方向盘联动地旋转、使与设于转向轴2的下端的小齿轮相啮合的齿条轴沿轴向移动，从而使车轮转向。

电动助力转向装置1包括连结于转向轴2的蜗轮、与蜗轮啮合的蜗杆以及驱动蜗杆而使其旋转的电动马达，来作为辅助地施加转向力矩的辅助机构。电动助力转向装置1利用电动马达对转向轴2施加转向辅助力矩。

转向轴2包括作为连结于方向盘的输入轴的输入轴3、一端连结于输入轴3的扭杆4以及作为连结于扭杆4的另一端的输出轴的输出轴5。输入轴3借助滚动轴承6旋转自如地支承于作为外壳的上部外壳7。输出轴5借助滚动轴承8旋转自如地支承于下部外壳9。在输入轴3的下端侧的外周与输出轴5的上端侧的内周之间装设有滑动轴承12。输入轴3和输出轴5在同一轴线上旋转自如地被支承于上部外壳7和下部外壳9。

输入轴3形成为圆筒状，在输入轴3的内部同轴地收纳有扭杆4。扭杆4的上端部借助销10连结于输入轴3的上端部。扭杆4的下端部比输入轴3的下端开口部突出，借助锯齿形花键11连结于输出轴5。扭杆4将经由方向盘输入至输入轴3的转向力矩向输出轴5传递，并与该转向力矩相对应地以旋转轴线O为中心发生扭转变形。

电动助力转向装置1还包括用于检测作用于将输入轴3和输出轴5连结起来的扭杆4的转向力矩的非接触式的力矩传感器100。

力矩传感器100包括：磁产生部20，其固定于输入轴3，并与输入轴3一同旋转；旋转磁路部30，其固定于输出轴5，并与输出轴5一同旋转；固定磁路部40，其固定于上部外壳7；以及检测部50，其用于检测随着扭杆4的扭转变形而从磁产生部20经由旋转磁路部30向固定磁路部40引导的磁通密度。力矩传感器100基于检测部50的输出值检测作用于扭杆4的转向力矩。

另外，也可以代替上述结构，而设为如下结构：将磁产生部20固定于输出轴5以使其与输出轴5一同旋转，将旋转磁路部30固定于输入轴3以使其与输入轴3一同旋转。

图2是磁产生部20的仰视图。图3是旋转磁路部30的立体图。

如图1和图2所示，磁产生部20包括压套于输入轴3的环状的背磁轭21以及与背磁轭21的下端面相结合的环状的环状磁体22。

环状磁体22是沿输入轴3的旋转轴线O方向产生磁的环状的永磁体。环状磁体22是通过朝向旋转轴线O方向对硬磁性体进行磁化而形成的多极磁体，具有以相等的宽度沿周向形成的12个磁极。也就是说，在环状磁体22的上端面和下端面沿周向交替配置有6个N极和6个S极。另外，形成于环状磁体22的端面的磁极数量在两个以上的范围内能够任意地设定。

在背磁轭21的下端面借助粘接剂固定有作为环状磁体22的上端面的上部磁极面。另外，背磁轭21由软磁性体形成，被环状磁体22所带来的磁场磁化，并吸附于环状磁体22。如此，环状磁体22和背磁轭21被粘接剂的粘接力和磁力结合起来。背磁轭21具有作为将环状磁体22连结于输入轴3的连结构件的功能以及作为连结环状磁体22的相邻的磁极而引导磁通的轭铁的功能，使磁力集中于作为环状磁体22的下端面的下部磁极面。

如图1和图3所示，旋转磁路部30包括：第1软磁性环31和第2软磁性环32，其用于引导从磁产生部20的环状磁体22产生的磁通；安装构件33，其安装于输出轴5；以及模制树脂34，其用于将第1软磁性环31和第2软磁性环32固定于安装构件33。

第1软磁性环31包括：环状的第1磁路环部31a；第1磁路柱部31b，其从第1磁路环部31a朝下突出；以及第1磁路顶端部31c，其从各第1磁路柱部31b的下端分别向内弯折而与环状磁体22的下端面相对。第2软磁性环32包括：环状的第2磁路环部32a；第2磁路柱部32b，其从第2磁路环部32a朝上突出；以及第2磁路顶端部32c，其从各第2磁路柱部32b的上端分别向内弯折而与环状磁体22的下端面相对。

第1软磁性环31和第2软磁性环32分别利用冲压加工形成。另外，第1软磁性环31和第2软磁性环32不限于冲压加工，也可以利用铸造、烧结等形成。

第1磁路顶端部31c和第2磁路顶端部32c形成为平板状。第1磁路顶端部31c和第2磁路顶端部32c在与扭杆4的旋转轴线O正交的同一平面上以旋转轴线O为中心沿周向交替隔开相等间隔而配置。

另外，第1磁路顶端部31c和第2磁路顶端部32c配置为：在力矩未作用于扭杆4的中立状态下，沿扭杆4的径向延伸的各自的中心线指向环状磁体22的N极和S极之间的分界。

第1磁路柱部31b和第2磁路柱部32b分别形成为平板状，沿旋转轴线O方向延伸设置。第1磁路柱部31b配置为隔开预定的间隙地包围环状磁体22的外周面。第1磁路柱部31b设置为不使环状磁体22的磁通短路。另外，第2磁路柱部32b沿着旋转轴线O向与第1磁路柱部31b相反的方向延伸设置。

第1磁路环部31a和第2磁路环部32a配置于与旋转轴线O正交的平面上，形成为整周相连的环状。第1磁路环部31a和第2磁路环部32a不限于该形状，也可以是局部形成有狭缝的C字形状。

第1磁路环部31a配置于比环状磁体22的下端面靠上方的位置，第2磁路环部32a配置于比环状磁体22靠下方的位置。也就是说，环状磁体22配置于旋转轴线O方向上的第1磁路环部31a与第2磁路环部32a之间的位置。

如图1所示，固定磁路部40包括沿着第1软磁性环31的第1磁路环部31a的外周设置的第1集磁环41以及沿着第2软磁性环32的第2磁路环部32a的外周设置的第2集磁环42。

第1集磁环41和第2集磁环42是局部形成有狭缝的C字形状，铆接固定于上部外壳7的内周面。第1集磁环41的内周面与第1软磁性环31的第1磁路环部31a相对，第2集磁环42的内周面与第2软磁性环32的第2磁路环部32a相对。

如此，第1集磁环41和第2集磁环42配置于旋转磁路部30的外周，具有缓和旋转磁路部30的旋转振动、偏心的影响并向检测部50侧引导磁通的功能。

检测部50配置于上部外壳7的径向侧面。检测部50包括：第1集磁磁轭51，其抵接于第1集磁环41；第2集磁磁轭52，其抵接于第2集磁环42；磁传感器53，其设于第1集磁磁轭51与第2集磁磁轭52之间的间隙；电路基板54，其与磁传感器53电连接；以及模制树脂55，其一体地承载该第1集磁磁轭51、第2集磁磁轭52、磁传感器53以及电路基板54。

第1集磁磁轭51形成为具有抵接于第1集磁环41的外周面的圆弧状的内周面的块状。第2集磁磁轭52形成为具有抵接于第2集磁环42的外周面的圆弧状的内周面的块状。

第1集磁磁轭51和第2集磁磁轭52之间具有作为预定的间隙的磁隙并彼此相对，在该磁隙内配置有磁传感器53。第1集磁磁轭51和第2集磁磁轭52具有将来自旋转磁路部30的磁通经由第1集磁环41和第2集磁环42向磁传感器53集中的功能。

磁传感器53连接于电路基板54，用于检测被引导至固定磁路部40的磁通密度。磁传感器53是霍尔元件，输出与经过该磁传感器53的磁通密度相对应的电压作为信号。

电路基板54包括构成用于对霍尔元件的信号进行增幅的电路、用于进行温度补偿的电路以及噪声滤波器的电路等的一个以上的电子部件(未图示)。电路基板54用于处理从磁传感器53输出的与磁隙的磁场的大小以及方向相对应的电压。处理好的信号经由与形成于电路基板54的通孔54a(图5)相连接的输出端子81(图8)向外部输出。

图4是表示从上部外壳7的外侧观察检测部50的状态的立体图。图5是表示从上部外壳7的内侧观察检测部50的状态的立体图。

如图4所示，检测部50的外侧面利用模制树脂55形成为平面状。电路基板54配置于比检测部50的外侧面向内侧偏预定深度的位置。预定深度被设定为比设于电路基板54的电子部件的安装高度深。

如图5所示，检测部50的内侧面具有利用模制树脂55形成为平面状的平面部55a以及从平面部55a呈圆形突出的突出部55b。在突出部55b配置有第1集磁磁轭51和第2集磁磁轭52。在平面部55a以电路基板54的通孔54a露出的方式形成有凹部55c。

接下来，说明安装有检测部50的上部外壳7的构造。

图6是表示从侧方观察上部外壳7的状态的侧视图。图7是表示图6的VII－VII截面的剖视图。

如图1所示，上部外壳7整体形成为具有与转向轴2平行的轴心的圆筒形状。

如图6、图7所示，在上部外壳7的径向侧面形成有隆起部71，该隆起部71形成为从上部外壳7的外周面朝向径向外侧呈环状隆起。隆起部71与上部外壳7一体地形成，在内部划分形成有用于收纳检测部50的收纳室72。

在收纳室72的底部形成有：贯通孔73，其形成为从收纳室72朝向上部外壳7的内部贯通上部外壳7；以及连通孔74，其与贯通孔73相邻地设置，形成为从收纳室72朝向上部外壳7的外周、即收纳室72的外部贯通隆起部71。贯通孔73和连通孔74形成为轴心互相倾斜，两者的开口部在收纳室72的底部相邻地配置。

贯通孔73形成为在从收纳室72的底部到上部外壳7的内部为止的范围内具有同一内径。在贯通孔73中嵌装有收纳于收纳室72的检测部50的突出部55b。

连通孔74沿上部外壳7的外周上的切线方向延伸设置，将收纳室72的内外连通起来。连通孔74包括配置于收纳室72的内部侧的大径部74a和配置于收纳室72的外部侧的小径部74b，在大径部74a与小径部74b之间形成有台阶部74c。

在上部外壳7的外周面且是连通孔74的外部侧附近形成有沿着连通孔74的延伸设置方向向径向内侧弯曲的凹陷75。该凹陷75用于防止输出端子81(图8)与上部外壳7的外周面发生干涉。

图8是分解表示被组装于上部外壳7的力矩传感器100的分解立体图。

力矩传感器100还包括：输出端子81，其与收纳于上部外壳7的收纳室72的检测部50相连接；罩82，其用于封堵收纳室72的开口部71a；以及作为第1密封构件的密封板83，其装设于收纳室72的开口部71a与罩82之间。

输出端子81从收纳室72侧嵌装于上部外壳7的连通孔74，并且相对于检测部50倾斜地连接于检测部50，将在电路基板54中处理好的信号向外部输出。输出端子81具有嵌装于连通孔74的圆柱状的嵌装部81a以及外径比连通孔74的内径大的端子部81b。

在端子部81b突出形成有插入到电路基板54的通孔54a中的四根端子81c。在嵌装部81a与端子部81b之间的分界形成有台阶部81d，在台阶部81d配置有内径与嵌装部81a的外径大致相同的作为第2密封构件的密封环84。密封环84通过从收纳室72侧嵌装输出端子81而被夹持在输出端子81的台阶部81d与连通孔74的台阶部74c之间，用于对连通孔74进行密封。

罩82是金属制，形成为平板状。罩82形成为与上部外壳7的收纳室72的开口部71a大致相同的形状，在外周形成有多个螺栓孔82a。罩82在覆盖隆起部71地设置的状态下螺栓紧固于收纳室72的开口部71a。

密封板83形成为与罩82大致相同的形状，与罩82一起被螺栓紧固于收纳室72的开口部71a。密封板83通过被夹持在罩82与开口部71a之间而对开口部71a在整周上进行密封。

如图8所示，在收纳室72，最初输出端子81被嵌装于连通孔74。由此，连通孔74被密封环84密封。

接下来，检测部50被收纳于收纳室72。由此，输出端子81的端子81c插入到电路基板54的通孔54a中。输出端子81的端子81c和电路基板54之间在该状态下通过软钎焊被固定。

接着，将密封板83和罩82依次盖在收纳室72的开口部71a上，将罩82螺栓紧固于开口部71a。由此，开口部71a被密封板83密封。另外，收纳室72被密封环84和密封板83从外部完全密封。

根据以上的实施方式，起到以下所示的效果。

供输出端子81嵌装的连通孔74沿上部外壳7的外周上的切线方向延伸设置，输出端子81相对于检测部50倾斜地连接于检测部50，因此能够抑制力矩传感器100的输出端子81向径向伸出。由此，能够提高力矩传感器100的向车辆搭载的搭载性能。

并且，设有收纳室72，其形成为从上部外壳7的外周面向径向外侧隆起，且在内部开设有贯通孔73，并且用于收纳检测部50，因此通过利用隆起部71覆盖检测部50的周围，能够提高检测部50的牢固性。

并且，输出端子81从收纳室72的内部侧嵌装于连通孔74，检测部50收纳于收纳室72，从而检测部50和端子部81b连接起来。由此，与将检测部50和端子部81b相互独立地安装于上部外壳7的侧面的情况相比较，能够减少零件数量和组装工时，因此能够削减制造成本。

并且，在输出端子81嵌装于连通孔74且检测部50收纳于收纳室72之后将端子81c和电路基板54通过软钎焊固定起来，因此即使检测部50和输出端子81的组装精度存在偏差也能够防止对软钎焊部分附加有应力。由此，能够更可靠地保持端子81c和电路基板54的连接状态。

并且，在用于封闭收纳室72的开口部71a的罩82与开口部71a之间装设有密封板83，并且，在输出端子81的嵌装部81a与端子部81b之间的分界的台阶部81d装设有密封环84，因此能够保持收纳室72的防水性。

并且，通过保持收纳室72的防水性，能够保持检测部50的防水性，因此检测部50本身不需要具有防水性。由此，能够使检测部50的构造简化且小型化，能够抑制力矩传感器100向径向伸出并提高向车辆搭载的搭载性能。

另外，不需要为了保持检测部50的防水性而采用特殊的防水构造，因此能够使检测部50的构造简化且小型化，并且，能够降低检测部50的制造成本。

并且，用于封堵收纳室72的开口部71a的罩82是金属制，因此能够更稳固地保护收纳于收纳室72的内部的检测部50。另外，罩82通过是金属制而具有耐磁性，因此能够防止检测部50从搭载于上部外壳7的周围的零件等受到磁的影响，而防止力矩传感器100的检测精度降低。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但所述实施方式只不过示出了本发明的应用例之一，其宗旨并不在于将本发明的保护范围限定于所述实施方式的具体结构。

例如，在上述实施方式中，例示了在电动助力转向装置1中应用力矩传感器100的情况，但也能够将该力矩传感器100应用于其他装置。

并且，在上述实施方式中，例示了将输出端子81从收纳室72的内部侧嵌装于连通孔74的情况，但也可以将输出端子81从收纳室72的外部侧嵌装于连通孔74。

并且，在上述实施方式中，检测部50和输出端子81是相互独立的，将输出端子81嵌装于连通孔74之后将检测部50收纳于收纳室72，但也可以是检测部50和输出端子81一体地形成。

并且，在上述实施方式中，在收纳室72的开口部71a与罩82之间装设密封板83，但也可以代替密封板83，使用沿着罩82的外周形成为环状的密封环。

并且，在上述实施方式中，在输出端子81的嵌装部81a与端子部81b之间的分界的台阶部81d配置有密封环84，但只要能够对连通孔74进行密封，就也可以应用除密封环84之外的密封构造。

并且，在上述实施方式中，罩82是金属制，但罩82也可以由其他原材料构成。

本申请基于在2014年7月17日向日本国专利厅所申请的日本特愿2014-146731主张优先权，该申请的全部内容作为参照被编入本说明书。

Claims (5)

1.一种力矩传感器，其基于由旋转自如地被支承于外壳内的输入轴与输出轴之间的相对角度位移所引起的磁的变化，而对作用于所述输入轴的力矩进行检测，其中，

该力矩传感器包括：

检测部，其经由贯通所述外壳的径向侧面地形成的贯通孔检测所述磁的变化；

收纳室，其形成为自所述外壳的外周面向径向外侧隆起，在内部开设有所述贯通孔，并且用于收纳所述检测部；

连通孔，其沿所述外壳的外周上的切线方向延伸设置，将所述外壳的外部和所述收纳室的内部连通起来；以及

输出端子，其嵌装于所述连通孔，并且相对于所述检测部倾斜地连接于所述检测部，用于向外部输出基于检测信号的信号。

2.根据权利要求1所述的力矩传感器，其中，

所述输出端子从所述收纳室的内部侧被嵌装于所述连通孔，所述检测部被收纳于所述收纳室，从而将所述检测部和所述输出端子连接起来。

3.根据权利要求1所述的力矩传感器，其中，

所述输出端子具有嵌装于所述连通孔的嵌装部和外径比所述连通孔的内径大的端子部，

该力矩传感器还包括：

罩，其用于封堵所述收纳室的开口部；

第1密封构件，其装设于所述收纳室的开口部与所述罩之间，用于对所述开口部在整周上进行密封；以及

第2密封构件，其呈环状，配置于所述输出端子的所述嵌装部与所述端子部之间的分界的台阶部，用于对所述连通孔进行密封。

4.根据权利要求3所述的力矩传感器，其中，

所述罩是金属制。

5.一种电动助力转向装置，其中，该电动助力转向装置具备权利要求1所述的力矩传感器。