CN1701222A - 转动角度和转矩的检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种同时转动角度和扭矩的检测装置，其具有以下构成。将第一齿轮(1)和第二齿轮(3)分别与扭杆单元的输入轴(4)和输出轴(6)连结。在与第一齿轮(1)配合的第一转子(10)上固定向半径方向磁化的第一磁铁(20a)。在与第二齿轮(3)配合的第二转子(16)上固定向半径方向磁化的第二磁铁(20b)。将电路基板(15)设置在第一转子(10)和第二转子(16)之间。在电路基板(15)的一方的面上的与第一磁石对向的位置上配置第一磁检测元件(21a)，在电路基板(15)的另一方的面上的与第二磁石对向的位置上配置第二磁检测元件(21b)。根据本发明，可同时高精度地检测转动角度和转矩，且能紧凑化检测装置。

Description

转动角度和转矩的检测装置
技术领域
本发明涉及安装在扭杆上的同时检测转动角度和转矩的装置。本发明的检测装置用于汽车动力转向装置等。
背景技术
图7是现有的转动角度和转矩的检测装置。齿轮32安装在扭杆的输入轴(未图示)上。与齿轮32配合的齿轮30具有圆形的符号板20，所述符号板29具有多个磁极。符号板29随输入轴的转动而转动。磁检测元件31通过对转动的磁极进行计数来检测输入轴的转动角度。将齿轮42安装在扭杆的输出轴(未图示)上，通过与上述相同的方式检测输出轴的转动角度。启动扭杆使轴发生扭转时，比较输入轴和输出轴的转动角度来检测转矩。
但是，若要获得高精度的转动角度，则代码板需要多个磁极，因而，存在检测装置变大的问题。另外，在代码板29的半径方向上配置磁检测元件31，也使检测装置的尺寸变大。
发明内容
本发明的转动角度和转矩的检测装置，具有：第一及第二齿轮；分别与第一及第二齿轮配合的第一及第二转子；固定在第一及第二转子的中心上的第一及第二磁铁；设置在第一转子和第二转子间的电路基板；在所述电路基板的一方的面上的与所述第一磁铁对向的位置配置的第一磁检测元件；在所述电路基板的另一方的面上的与所述第二磁铁对向的位置配置的第二磁检测元件；容纳上述结构的罩。
附图说明
图1A是本发明的第1实施例的检测装置的俯视图。
图1B是所述检测装置的正面剖视图。
图1C是所述检测装置的侧面剖视图。
图2是表示所述检测装置的臂的构成的分解立体图。
图3是表示臂的构成的分解立体图。
图4是表示臂的其他的构成的分解立体图。
图5A是表示臂制动器的俯视图。
图5B是与臂制动器抵接的臂的俯视图。
图6A是表示第一齿轮和第二齿轮间的松弛嵌合的剖面图。
图6B是表示第一齿轮和第二齿轮间的转动制动器的剖面图。
图7是现有转动角度和转矩的检测装置。
图中，1-第一齿轮、2-扭杆单元、3-第二齿轮、4-输入轴、6-输出轴、7-上罩、8-下罩、10-第一转子、12-枢轴、13-臂、14-轴承、15-电路基板、16-第二转子、20a-第一磁铁、20b-第二磁铁、21a-第一磁检测元件、21b-第二磁检测元件、23-薄壁部、24-弹性片、25-臂制动器。
具体实施例
下面，参照附图说明本发明实施例。
(第一实施例)
图1A、图1B、图1C分别是本实施例的转动角度和转矩的检测装置的俯视图、正面剖视图，以及侧面剖视图。
将第一齿轮1通过螺丝5固定在扭杆单元2的输入轴4上。将第二齿轮3通过螺丝5固定在扭杆单元2的输出轴6上。第一齿轮1的下端松弛地嵌合在第二齿轮3的上端。第一齿轮1和第二齿轮3分别被在上罩7和下罩8的轴承9所支承，并处于上下的罩7、8之间。
将输入轴4通过弹簧销2b固定在扭杆2a的上端上。将输出轴6通过弹簧销2b固定在扭杆2a的下端上。输入轴4的下端松弛地嵌合在输出轴6的上端。
扭杆单元2传达转矩时，扭杆2a扭转，输入轴4和输出轴6的转动角度上就产生差距。
第一齿轮1与第一转子10的齿轮11a配合。第一转子10被在以能围绕枢轴12转动的上罩7上安装的臂13的轴承14所支撑。作用于臂13的前端17的弹簧19的拉伸力，对搭载于臂13上的第一转子10朝第一齿轮1方向加压，使齿轮隙减小。
第二齿轮3与第二转子16的齿轮11b配合。第二转子16夹持电路基板16而配置在第一转子10的相反侧，并搭载于下罩8内的与所述臂13构造相同的臂上。
在第一转子10和第二转子16的中心部分别固定有具有转子半径方向的磁场的第一磁铁20a和第二磁铁20b。第一磁铁20a和第二磁铁20b同时被磁化为1极对(pole pair)。另外，在第一转子10和第二转子16之间配置有电路基板15，而在所述电路基板15的一个面上配置有与第一磁铁20a对向的第一磁检测装置21a，在另一个面上配置有与第二磁铁20b对向的第二磁检测装置21b。
在两面配置有第一磁检测元件21a和第二磁检测元件21b的电路基板15能够放置于上下罩7、8之间的空间内，从而，有效地实现装置的小型化和薄型化。
图2是臂13的分解图。具有齿轮11a的第一转子10，在下臂13a和上臂13b之间，被轴承14可转动地支撑。如上所述，将具有齿轮11b的第二转子16组合到与臂13相同构造的臂上。
在图1B中，第一转子10的转动角度是通过检测第一磁检测元件21a检测第一磁铁20a的磁场的变化来检测。同样，第二转子16的转动角度是通过检测第二磁检测元件21b检测第二磁铁21b的磁场的变化来检测。
另外，通过适当设定第一齿轮1、第二齿轮3、第一转子10的齿轮11a，以及第二转子16的齿轮11b的齿数，可使第一转子10和第二转子16的转动角度发生相对变位，因此，即使在输入轴4的转动角度成1圈(360度)以上时也能够检测转动角度(多回转绝对角度)。
当扭杆2a扭转、在输入轴4和输出轴6之间重叠于所述转动角度而发生相对角度变位时，重叠的转动变位量与作用于扭杆2a的扭矩成比例，因此，通过由第一磁检测元件21a和第二磁检测元件21b的检测信号而进行去掉绝对转动角度的检测信号份的处理，能够求得输入输出轴间的转矩。
通常，扭转力对扭杆2a的转动变位量小于3°以下程度，即很微小。从而，为了提高装置的检测精度，齿轮的啮合精度的提高非常重要。本发明的检测装置中，如图1A所示，将搭载在臂13的第一转子10(或第二转子16)通过弹性体19，例如可用弹簧的力推压第一齿轮1(或者第二齿轮3)来减少齿轮隙引起的误差。
如图2所示，臂13双支承第一转子10或第二转子16，因此，弹性体19的力垂直作用于第一齿轮1或第二齿轮3的齿面上，防止齿轮的倾斜引起的误差。
对于使用本发明的检测装置的汽车动力转向装置，可同时高精度地检测出对转向装置的进行操作时产生的转动角度(绝对角度)和转矩，另外也能够紧凑化检测装置的大小。
(第2实施例)
图3是表示本发明的检测装置的臂的实施例。对与在先实施例相同的构造要素，将加上相同符号并省略。臂13是用树脂成形来一体化形成，并在中央部具有容纳第一转子10的空间22和支承第一转子10的轴承14。薄避部23形成在轴承14的周围。将薄避部23在树脂的弹性力的作用下变形，使第一转子10能够容纳于臂13内。本实施例的臂13的构成简单，且能够短时间内组装。
图4表示臂的其他的实施例，其具有例如聚缩醛树脂制成的臂13和一体化形成的弹性片24。弹性片24，将搭载在能够围绕枢轴12转动的臂13上的第一转子10，朝第一齿轮1推压，减小齿轮隙所带来的误差。
图5A、图5B表示臂的再另一个实施例。臂13的前端附近的上罩7的内面形成有臂制动器25。
臂制动器25与臂13的前端之间的间隙h(图5A)比第一转子10的齿轮11a与第一齿轮1的啮合量要小。从而，比如臂13由于振动而被摇动时也能够用臂制动器25制动(图5B)，齿轮的啮合不会松脱。由此，能够防止第一转子10的第一磁铁20a(图1C)从最初设定的转动位置移动而发生的事故，从而能提高装置的可靠性。
(第3实施例)
如上所述，第一齿轮1的下端与第二齿轮3的上端松弛地嵌合(参照图1C)。图6A表示上述松弛嵌合的断面。如图6B所示，第一齿轮1相对第二齿轮3转动时，两者在角度θ撞挤，从而，转动被制止。换言之，上述松弛嵌合的断面形状构成了将第一齿轮1和第二齿轮3之间的转动限定在规定角度内的转动制动器。转动制动器防止扭杆2a过度扭转。转动制动器不仅限于图6中的形状，只要是能将相对输入轴4和输出轴6的相对转动限定在规定角度内的形状，无论什么形状都可以得到相同的效果。
本发明的转动角度及转矩检测装置适合使用于车辆的动力转向装置。

Claims (8)

1.一种转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，具有：
第一齿轮；
具有与所述第一齿轮配合的齿轮的第一转子；
在所述第一转子的中心固定的第一磁铁；
第二齿轮；
具有与所述第二齿轮配合的齿轮的第二转子；
在所述第二转子的中心固定的第二磁铁；
设置在所述第一转子与所述第二转子之间的电路基板；
在所述电路基板的一方的面上的与所述第一磁铁对向的位置配置的第一磁检测元件；
在所述电路基板的另一方的面上的与所述第二磁铁对向的位置配置的第二磁检测元件；
容纳上述结构的罩。
2.根据权利要求1所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，还具备：支撑所述第一转子的轴承的臂、以及向所述臂加压的弹性体，在这里，所述弹性体通过向所述臂加压，将所述第一转子朝所述第一齿轮推压。
3.根据权利要求1所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，还具备：支撑所述第二转子的轴承的臂、以及向所述臂加压的弹性体，在这里，所述弹性体通过向所述臂加压，将所述第二转子朝所述第二齿轮推压。
4.根据权利要求2或3所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，
所述臂用树脂成形将所述轴承的周围形成为薄壁。
5.根据权利要求2或3所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，
将所述臂形成所述弹性体树脂成形为一体。
6.根据权利要求2所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，
还具有限定所述臂的活动的臂制动器，
在这里，所述臂制动器使所述臂的活动范围小于所述第一齿轮和所述第一转子之间的啮合尺寸。
7.根据权利要求3所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，
还具有限制所述臂的活动的臂制动器，
在这里，所述臂制动器使所述臂的活动范围小于所述第二齿轮和所述第二转子之间的啮合尺寸。
8.根据权利要求1所述的转动角度和扭矩的检测装置，其特征在于，
与所述第一齿轮和所述第二齿轮相互对向的端面部设置有一对转动制动器。
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