DE10118153A1 - Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung eines Magnetostriktions-Drehmomentsensors zum Detektieren einer Lenkkraft, und betrifft insbesondere die Unterdrückung einer Streuung der (magnetischen) Kraftlinien und die Verbesserung der mechanischen Festigkeit.

Es ist bereits ein Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft bekannt, der dazu dient, ein Lenkservosystem dadurch zu betreiben und zu steuern, daß die Lenkkraft detektiert wird, die auf eine Lenkwelle einwirkt, um ein entsprechendes Drehmomentmeßsignal auszugeben.

Diese Art eines Magnetostriktions-Drehmomentsensors weist auf: eine magnetische Anisotropie einer Oberfläche der Sensorwelle, die mit einer Lenkwelle verbunden ist; und eine Erregerspule und eine Detektorspule, die um die magnetische Anisotropie herum angeordnet sind, so daß ein Drehmoment, das an der Oberfläche der Sensorwelle entsprechend dem Lenkdrehmoment eines Fahrers erzeugt wird, als Änderung der magnetischen Permeabilität der magnetischen Anisotropie detektiert wird, wodurch die Lenkkraft detektiert wird, die auf die Lenkwelle einwirkt.

Da ein herkömmlicher Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft nicht mit einer speziellen Magnetfeldabschirmvorrichtung versehen ist, wird der Magnetostriktions-Drehmomentsensor, der bei einem Fahrzeug vorgesehen ist, durch eine Änderung der äußeren magnetischen Umgebung beeinflußt. In dieser Hinsicht ergibt sich in der Stufe vor dem Anbringen des Drehmomentsensors die eine Schwierigkeit, nämlich daß es schwierig ist, ein Nulldrehmomentsignal (ein Ausgangssignal, wenn keine externe Kraft einwirkt) des Sensors einzustellen.

Zur Lösung dieses Problems wurde ein Magnetostriktions- Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft vorgeschlagen, der eine Detektorspule und eine Erregerspule aufweist, deren Außenumfang durch eine Abschirmung abgedeckt wird, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, wodurch eine Streuung der Kraftlinien von der Detektorspule und der Erregerspule vermieden wird, und ebenfalls externes Rauschen, so daß man eine magnetisch stabile Umgebung um den Sensor herum erhält.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist bei diesem Magnetostriktions- Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft der Außenumfang von einer Abschirmung 102 abgedeckt, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, wodurch eine Streuung der Kraftlinien von der Detektorspule 101 unterdrückt wird, und der Außenumfang der Abschirmung 102 ist durch ein Joch 103 abgedeckt, das aus weichmagnetischem Material besteht, wodurch externes Rauschen verhindert wird.

Da die Abschirmung 102 aus einem unmagnetischen und hochleitfähigen Material in enger Berührung mit dem Außenumfang der Detektorspule 101 angeordnet ist, sind allerdings die Energieverluste infolge der Wärmeabstrahlung groß, wodurch die Empfindlichkeit des Magnetostriktions- Drehmomentsensors verringert wird.

Da das Joch 103 in freigelegtem Zustand angebracht ist, kann darüber hinaus auf diesen Abschnitt eine externe Kraft einwirken, welche die magnetischen Eigenschaften des Jochs 103 ändert. Dies erfordert besondere Sorgfalt bei der Handhabung.

Weiterhin ist zur Anbringung der Detektorspule 101 und der Abschirmung 102 ein Spulenkörper 100 so ausgebildet, daß er verschiedene Durchmesserwerte aufweist. Die Sensorwelle 105 ist als einstückiger Block an diesem Spulenkörper über ein Lager 104 befestigt. Wenn daher eine zu starke Belastung auf den Spulenkörper 100 einwirkt, durch eine Exzentrizität der Lenkwelle und der Lenkausgangswelle, kann der Spulenkörper 100 selbst verformt oder verkratzt werden. Darüber hinaus werden Relativpositionsänderungen zwischen der Detektorspule 101, der Abschirmung 102, dem Joch 103 und dergleichen hervorgerufen, was zu einer Schwankung der Meßeigenschaften führt.

Daher besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Magnetostriktions-Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft, der magnetisch stabil ist, und ausreichende mechanische Festigkeit und verringerte Energieverluste infolge der Wärmeabstrahlung aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Magnetostriktions- Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft zur Verfügung, welcher aufweist: eine Sensorwelle, die zwischen einer Lenkwelle und einer Lenkausgangswelle angebracht ist eine magnetische Anisotropie an der Oberfläche der Sensorwelle; einen Spulenkörper, bei welchem eine Erregerspule und eine Detektorspule so gewickelt sind, daß sie die magnetische Anisotropie umgeben; und ein Joch, das den Spulenkörper umgibt, wobei der Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft weiterhin ein Gehäuse aufweist, das einen Gehäusehauptkörper aufweist, der aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, als Behälter, bei dem eine Seitenöffnung und eine Abdeckplatte zur Abdeckung der Öffnung vorgesehen sind, wobei der Spulenkörper und das Joch eine Magnetismusdetektoreinheit bilden, die innerhalb des Gehäusehauptkörpers angeordnet ist, und ein Durchgangsloch an zwei Endabschnitten in Axialrichtung der Magnetismusdetektoreinheit in dem Gehäusehauptkörper zum Einführen der Sensorwelle vorgesehen ist, so daß die Sensorwelle drehbar an den Durchgangslöchern über ein Lager angebracht ist.

Der Gehäusehauptkörper, der aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, und die Magnetismusdetektoreinheit aufweist, dient als magnetische Abschirmung, um so eine Streuung der Kraftlinien von der Detektorspule und der Erregerspule zu unterdrücken, und auch das Eindringen von externem Rauschen zu verhindern. Hierdurch wird eine Änderung der externen magnetischen Umgebung ausgeschaltet, die vor und nach der Montage des Magnetostriktions-Drehmomentsensors an einem Fahrzeug auftritt.

Darüber hinaus kann ausreichender Raum um die Erregerspule und die Detektorspule herum in dem Gehäusekörper erhalten werden, der von der Abdeckplatte abgedeckt wird. Daher ist es möglich, die Energieverluste, beispielsweise durch Wärmeerzeugung, zu verringern, die durch Wechselwirkung zwischen den Wicklungen und dem Gehäusehauptkörper und der Abdeckplatte hervorgerufen werden, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, und dies führt dazu, daß eine Verringerung der Empfindlichkeit des Magnetostriktions-Drehmomentsensors verhindert wird.

Darüber hinaus ist das Joch, das am äußersten Abschnitt der Magnetismusdetektoreinheit angeordnet ist, durch den Gehäusehauptkörper und die Abdeckplatte geschützt. Daher besteht keine Möglichkeit dafür, daß eine unnötige externe Kraft auf das Joch ausgeübt wird, und wird die Handhabung der gesamten Einrichtung einfacher.

Weiterhin ist die Sensorwelle, welche die magnetische Anisotropie aufweist, drehbar über Lager an Durchgangslöchern angebracht, die an den beiden Wänden des Gehäusehauptkörpers vorgesehen sind, die an den beiden Endabschnitten der Magnetismusdetektoreinheit in Axialrichtung angeordnet sind. Selbst wenn eine Exzentrizität zwischen der Lenkwelle und der Sensorwelle oder zwischen der Lenkausgangswelle und der Sensorwelle auftritt, besteht keine Gefahr, die Erregerspule oder den Spulenkörper zu verformen oder zu verkratzen, der die Detektorspule aufweist, oder das Joch, durch eine externe Kraft. Daher kann eine ausreichende mechanische Festigkeit erhalten werden, und können Eigenschaftsänderungen infolge von Schwankungen der Positionsbeziehung zwischen den Teilen ausgeschaltet werden.

Die Abdeckplatte, welche die Öffnung des Gehäusehauptkörpers abdeckt, kann durch eine mehrschichtige Leiterplatte gebildet werden, auf welcher ein elektrisches Bauteil zur Verarbeitung eines Signals von der Detektorspule angebracht ist.

Diese Art einer mehrschichtigen Leiterplatte weist eine Kupferfolienschicht in der Leiterplatte selbst auf, und kann daher anstelle der magnetischen Abschirmung verwendet werden, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht. Es ist daher nicht erforderlich, eine spezielle Abdeckplatte zur Verfügung zu stellen, die aus einem unmagnetischen, äußerst leitfähigen Material besteht, und dient daher die Leiterplatte auch als die magnetische Abschirmung. Hierdurch werden die Kosten der gesamten Einrichtung verringert.

Weiterhin ist es ebenfalls möglich, eine Abschirmplatte einzuführen, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, und zwar zwischen die Abdeckplatte und die Magnetismusdetektoreinheit.

In diesem Fall werden die Kosten geringfügig erhöht, verglichen mit einem Fall, in welchem nur die Kupferfolienschicht der mehrlagigen Leiterplatte selbst als die magnetische Abschirmung verwendet wird. Allerdings wird es möglich, eine Abschirmwirkung sicherzustellen, wodurch die magnetische Stabilität des Magnetostriktions- Drehmomentsensors verbessert wird.

Weiterhin kann das Lager, welches die Sensorwelle haltert, ein übliches Lager sein, oder eine Buchse, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht.

Unter Verwendung einer Buchse aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material anstelle eines normalen Lagers ist es möglich, eine Streuung der magnetischen Kraftlinien noch weiter zu verringern, sowie das Rauschen, wodurch die magnetische Stabilität des Magnetostriktions- Drehmomentsensors verbessert wird. Als unmagnetisches, hochleitfähiges Material für den Gehäusehauptkörper und die Abschirmplatte ist es vorzuziehen, eine Aluminiumlegierung und dergleichen zu verwenden, unter Berücksichtigung des Gewichts und der Bearbeitbarkeit. Die Buchse, die als das Lager dient, wird vorzugsweise aus einem Material des Typs JIS TBC2 hergestellt, unter Berücksichtigung des Abriebwiderstands.

Weiterhin ist ein konvex/konkaver Eingriffsabschnitt auf Innenseiten von zwei Wänden des Gehäusehauptkörpers vorgesehen, die an beiden Endabschnitten der Magnetismusdetektoreinheit in Axialrichtung angeordnet sind, um die Magnetismusdetektoreinheit in Bezug auf den Gehäusehauptkörper zu positionieren, und sind beide Endabschnitte der Magnetismusdetektoreinheit in Axialrichtung durch einen Kleber an den beiden Innenseiten der beiden Wände befestigt.

Durch diese Anordnung zum exakten Positionieren der Magnetismusdetektoreinheit in Bezug auf den Gehäusehauptkörper ist es daher möglich, die Positionsbeziehung der Erregerspule und der Detektorspule in Bezug auf die Sensorwelle ordnungsgemäß aufrecht zu erhalten, die auf dem Gehäusehauptkörper über ein Lager oder eine Buchse angebracht ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Perspektivansicht des Aufbaus eines Magnetostriktions-Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2(a) eine Teilquerschnittsansicht des Innenaufbaus des Magnetostriktions-Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft gemäß der Ausführungsform;

Fig. 2(b) eine Seitenansicht des Magnetostriktions- Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft gemäß dieser Ausführungsform;

Fig. 3(a) eine Teilquerschnittsansicht des Magnetostriktions- Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft, der eine Abschirmplatte aufweist, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, und zwischen die Abdeckplatte und die Magnetismusdetektoreinheit eingefügt ist;

Fig. 3(b) eine Seitenansicht des Magnetostriktions- Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft, der eine Buchse verwendet, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, anstelle eines üblichen Lagers;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Verbindungsabschnitts zwischen der Lenkwelle und der Lenkeinheit in einem Lenkservosystem für ein Fahrzeug; und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines herkömmlichen Magnetostriktions-Drehmomentsensors zum Detektieren der Lenkkraft.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine vereinfachte Anordnung eines Verbindungsabschnitts zwischen einer Lenkwelle und einer Lenkeinheit in einem Lenkservosystem für ein Fahrzeug zeigt.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weist eine Lenkausgangswelle 3 ein Stirnrad 1 und ein Ritzel 2 als einstückigen Block auf, und ist drehbar an einer Lenkradsäule über mehrere Lager 4 und 5 angebracht. Über eine Sensorwelle 8, die durch Keilpassung mit der Lenkausgangswelle 3 verbunden ist, und eine Lenkwelle 9, deren eines Ende durch Keileingriff an der Sensorwelle befestigt ist, wird die Lenkausgangswelle 3 dadurch gedreht und angetrieben, daß ein Lenkrad (nicht gezeigt) betätigt wird, das am anderen Ende der Lenkradsäule angebracht ist.

Weiterhin ist das Ritzel 2, das auf der Lenkausgangswelle 3 angebracht ist, in eine Zahnstange der Lenkeinheit (nicht gezeigt) eingepaßt, so daß der Lenkwinkel eines Fahrzeugs mit einer bekannten Zahnstangengetriebeanordnung eingestellt wird, entsprechend der Drehung des Ritzels 2.

Bei diesem Lenkvorgang wird eine geringfügige Torsion in der Sensorwelle hervorgerufen, welche die Lenkwelle 9 mit der Lenkausgangswelle 3 verbindet. Der Magnetostriktions- Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft detektiert magnetisch diese Torsion, und gibt sie als Drehmomentdetektorsignal an eine Lenkservosteuerung (nicht gezeigt) aus.

Die Lenkservorsteuerung bestimmt eine Lenkrichtung und eine Lenkkraft durch einen Fahrer entsprechend dem Drehmomentdetektorsignalwert, und treibt einen Servohilfselektromotor 11 an, so daß das Ritzel 2 der Lenkausgangswelle 3 über das Stirnrad 1 durch ein Ritzel (nicht gezeigt) gedreht wird, das an der Welle des Elektromotors 11 angebracht ist, um so eine Servounterstützung des Lenkvorgangs eines Fahrers zu bewirken.

Voranstehend wurde der allgemeine Aufbau des Fahrzeuglenkservosystems beschrieben, welches den Magnetostriktions-Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft verwendet. Mechanische Einzelheiten der Lenkeinheit, welche nicht direkt die vorliegende Erfindung betreffen, und der elektrische Aufbau der Lenkservosteuerung sind bereits bekannt, so daß hier keine erneute Erläuterung erfolgt.

Als nächstes werden Einzelheiten des Magnetostriktions- Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, welche den Aufbau des Magnetostriktions- Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft zeigt.

Der Magnetostriktions-Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft besteht im wesentlichen aus einer Sensorwelle 8, einer Magnetismusdetektoreinheit 12, einem Gehäusehauptkörper 13, der ein Gehäuse 15 bildet, und eine Abdeckplatte 14.

Die Sensorwelle 8, welche die Lenkwellen 9 mit der Lenkausgangswelle 3 verbindet, ist ebenso aufgebaut wie im herkömmlichen Fall (sh. Fig. 4). Im Zentrumsabschnitt der Sensorwelle 8 in Axialrichtung ist daher ein Paar magnetischer Anisotropien 16 und 17 in einem Winkel von 45° in Bezug auf das Wellenzentrum befestigt. Weiterhin ist eine Keilnut 18 zum Verbinden mit der Lenkausgangswelle 3 und eine Keilnut 19 zum Verbinden der Lenkwelle 9 am einen bzw. anderen Endabschnitt der Sensorwelle 8 vorgesehen.

Es wird darauf hingewiesen, daß Umfangsnuten 39 und 30 dazu dienen, einen C-förmigen Ring anzubringen, damit eine Positionsverschiebung verhindert wird. In diesem Abschnitt werden C-förmige Ringe 38a und 38b (die in Fig. 1 gezeigt sind) in der letzten Stufe des Zusammenbaus des Magnetostriktions-Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft angebracht.

Die Magnetismusdetektoreinheit 12, wie sie in Fig. 2(a) gezeigt ist, besteht im wesentlichen aus den Detektorspulen 20 und 21 für die magnetischen Anisotropien 16 und 17, den Erregerspulen 22a und 22b entsprechend den Detektorspulen 20 und 21, einem Spulenkörper 23, auf den diese Spulen 20, 21, 22a und 22b gewickelt sind, und einem Joch 24, das so angeordnet ist, daß es den Spulenkörper 23 umgibt.

Das Joch 24 besteht aus zwei Jochteilen 24a und 24b (sh. Fig. 1), die einen bogenförmigen Querschnitt für den Zusammenbau aufweisen. Diese beiden Jochteile 24a und 24b werden durch beide Enden des Spulenkörpers 23 befestigt, auf den die Detektorspulen 20 und 21 und die Erregerspulen 22a und 22b gewickelt sind, wodurch eine einheitliche oder einstückige Magnetismusdetektoreinheit 12 gebildet wird. Es wird darauf hingewiesen, daß der Flansch 45 als Abstandsstück dient, und als Positionierungsteil verwendet wird, wenn die Jochteile 24a und 24b montiert werden.

Leitungen 25 von den Detektorspulen 20 und 21 und den Erregerspulen 22a und 22b sind im Zentrumsabschnitt des Spulenkörpers 23 zusammengeführt, und gehen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, nach oben durch einen ausgeschnittenen Abschnitt, der an der Grenze zwischen den Jochteilen 24a und 24b vorgesehen ist.

Das Gehäuse besteht, wie in. Fig. 1 gezeigt, aus dem Gehäusehauptkörper 13 und der Abdeckplatte 14.

Der Gehäusehauptkörper 13 ist aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt, und weist die Form eines Quaders mit einer offenen Seite auf. Darin ist die Magnetismusdetektoreinheit 12 parallel zur Abdeckplatte 14 angebracht.

Durchgangslöcher 26a und 26b sind in den beiden Seiten, die sich an den beiden Endabschnitten der Magnetismusdetektoreinheit 12 in Axialrichtung befinden, geöffnet, also in den Seiten 13a und 13b des Gehäusehauptkörpers 13, so daß Außenringe der Lager 27a und 27b drehbar die Sensorwelle 8 haltern.

Wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, ist jedes dieser Durchgangslöcher 26a und 26b als abgestuftes Loch ausgebildet, das einen Abschnitt mit größerem Durchmesser außen und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser innen aufweist. Die Außenringe der Lager 27a und 27b, die durch den Abschnitt mit größerem Durchmesser eingeführt werden, werden durch den stufenförmigen Abschnitt zwischen dem Abschnitt mit größerem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser gehaltert.

Da der Gehäusehauptkörper 13 eine einfache Form aufweist, kann er einfach durch Abstanzen eines Gußteils oder dergleichen hergestellt werden. Nur jene Abschnitte, die eine bestimmte Genauigkeit in der letzten Stufe benötigen, etwa die Abschnitte der Durchgangslöcher 26a und 26b, benötigen eine mechanische Endbearbeitung. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, den Gehäusehauptkörper 13 durch eine Schneidbearbeitung herzustellen, unter Verwendung einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist auf der Oberfläche 13a des Gehäusehauptkörpers 13 ein konvex/konkaver Eingriffsabschnitt 28 durch eine Stufe gebildet, um die Magnetismusdetektoreinheit 12 zu positionieren. Weiterhin ist auch innerhalb der Oberfläche 13b ein konvex/konkaver Eingriffsabschnitt 28 (nicht dargestellt) mit identischer Form vorgesehen.

Entsprechend sind an beiden Seiten der Magnetismusdetektoreinheit 12, also an den beiden Endabschnitten des Spulenkörpers 23, Flanschabschnitte 29a und 29b und Ausschnitte 30a und 30b vorgesehen, um eine Kontaktoberfläche zur Verfügung zu stellen, um den Spulenkörper 23 an den Oberflächen 13a und 13b des Gehäusehauptkörpers 13 anzubringen. Diese Flanschabschnitte 29a und der Ausschnitt 30a, und der Flanschabschnitt 29b und der Ausschnitt 30b, bilden die konvex/konkaven Eingriffsabschnitte 31a und 31b an den beiden Enden der Magnetismusdetektoreinheit 12.

Bei der Montage der Magnetismusdetektoreinheit 12 in dem Gehäusehauptkörper 13 wird die Magnetismusdetektoreinheit 12 durch das offene Loch an der Oberseite des Gehäusehauptkörpers 13 eingeführt, und der konvex/konkave Eingriffsabschnitt 31a der Magnetismusdetektoreinheit 12 wird in Eingriff mit dem konvex/konkaven Eingriffsabschnitt 28 der Oberfläche 13a des Gehäusehauptkörpers 13 gebracht.

Gleichzeitig wird der konvex/konkave Eingriffsabschnitt 31b der Magnetismusdetektoreinheit 12 in Eingriff mit dem konvex/konkaven Abschnitt der Oberfläche 13b des Gehäusehauptkörpers 13 gebracht, und wird der Flanschabschnitt 29a der Magnetismusdetektoreinheit 12 an der Oberfläche 13a des Gehäusehauptkörpers 13 angebracht, während der Flanschabschnitt 29 der Magnetismusdetektoreinheit 12 an der Oberfläche 13b des Gehäusehauptkörpers 13 angebracht wird.

Weiterhin ist die Abdeckplatte 14 bei der vorliegenden Ausführungsform als Schaltungssubstrat mit mehreren Lagen ausgebildet, auf welchem elektrische Bauteile angebracht sind, um Signale von den Detektorspulen 20 und 21 zu verarbeiten. Das mehrlagige Schaltungssubstrat weist eine Kupferfolie im Substrat selbst auf, und kann daher anstelle einer Abschirmung eingesetzt werden, die aus einem unmagnetischen, hochleitenden Material besteht. Durch Abdeckung des offenen Loches des Gehäusehauptkörpers 13 mit diesem mehrlagigen Schaltungssubstrat (Abdeckplatte 14) ist es möglich, wirksam eine Streuung der magnetischen Kraftlinien von den Detektorspulen 20 und 21 und den Erregerspulen 22a und 22b zu verhindern, und auch das Eindringen von Rauschen von außerhalb.

Es wird darauf hingewiesen, daß die elektrischen Bauteile beispielsweise ein Gleichrichter zum Gleichrichten von Signalen von den Detektorspulen 20 und 21, ein Komparator zur Ermittlung einer Signalabweichung, und eine Glättungsschaltung wie beispielsweise ein Tiefpaßfilter sein können, und eine Verstärkungseinstellschaltung und eine Nulldrehmomentsignaleinstellschaltung umfassen können.

Die Abdeckplatte 14 wird auf den Gehäusehauptkörper 13 mit Kopfschrauben 32 geschraubt, die in vier Schraubenlöcher eingeführt werden, die an den vier Ecken der Abdeckplatte 14 vorgesehen sind.

Hierbei sind die Leitungen 25 von den Detektorspulen 20 und 21 und den Erregerspulen 22a und 22b im Eingriff mit einem Verbinderabschnitt 33, der auf der Abdeckplatte 14 vorgesehen ist, und aus einer mehrlagigen Leiterplatte besteht, damit eine elektrische Verbindung zwischen den Detektorspulen 20 und 21 und den Erregerspulen 22a und 22b mit der mehrlagigen Leiterplatte zur Verfügung gestellt wird.

Die Sensorwelle wird in den Spulenkörper 23 eingeführt, und die C-förmigen Ringe 38a und 38b werden von beiden Enden der Sensorwelle 8 aus eingeführt. Ein C-förmiger Ring 38a wird in eine Umfangsnut 39 der Sensorwelle 8 eingeführt. Weiterhin wird ein C-förmiger Ring 38b in die Umfangsnut 40 der Sensorwelle 8 eingeführt. Die Sensorwelle 8 ist in Axialrichtung der Sensorwelle 8 in Bezug auf den Innenring der Lager 27a und 27b fixiert, damit eine Verschiebung der Sensorwelle 8 in ihrer Axialrichtung in Bezug auf den Gehäusehauptkörper 13 verhindert wird. Fig. 2(b) zeigt den Magnetostriktions-Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft nach dem Zusammenbau.

Bei der Montage des wie geschildert zusammengebauten Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft an einem Lenkrad wird zuerst, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, eine Luke 35 der Lenkradsäule 6 und der Lenkwelle entfernt, und wird der Magnetostriktions- Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft durch ein offenes Loch des Gehäuseanbringungsraums 37 eingeführt, so daß die Keilnut 18 der Sensorwelle 8 in Eingriff mit dem Sockelabschnitt 3a der Lenkausgangswelle 3 gelangt. Es wird darauf hingewiesen, daß in Fig. 4 die getrennte Position der Lenksäule 6, wenn die Lenkwelle 9 entfernt ist, durch eine doppelt gepunktete, gestrichelte Linie angedeutet ist.

Der Sockelabschnitt 9a der Lenkwelle 9 steht im Eingriff mit der Keilnut 19 der Sensorwelle 8. Die getrennte Position der Lenksäule 6, die in Fig. 4 mit der doppelt gepunkteten, gestrichelten Linie angedeutet ist, wird durch eine Schraube fixiert.

Dann wird ein am Verbinder angebrachtes Kabel 34 von dem Magnetostriktions-Drehmomentsensor 7 zum Detektieren der Lenkkraft in das Loch der Luke 35 eingeführt, und an der Luke 35 mit einer Gummibuchse befestigt. Über dieses am Verbinder angebrachte Kabel 34 wird die mehrlagige Leiterplatte des Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft elektrisch mit dem Lenkservosystem (nicht dargestellt) verbunden.

Wie voranstehend geschildert wurde, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Magnetismusdetektoreinheit 12, welche die Detektorspulen 20 und 21 und die Erregerspulen 22a und 22b aufweist, magnetisch durch das Gehäuse 15 abgeschirmt, das den Gehäusehauptkörper 13 aufweist, der aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen besteht, sowie die Abdeckplatte 14, die aus einer mehrlagigen Leiterplatte besteht, die eine magnetische Abschirmwirkung aufweist. Hierdurch wird eine Streuung der magnetischen Kraftlinien von den Detektorspulen 20 und 21 und den Erregerspulen 22a und 22b unterdrückt, und wird auch das Eindringen von Rauschen von außerhalb verhindert.

Hierdurch werden Auswirkungen einer Änderung der äußeren magnetischen Umgebung ausgeschaltet, die vor und nach der Montage des Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft auf einem Fahrzeug hervorgerufen werden, wodurch die magnetische Stabilität des Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft sichergestellt wird.

Da Schwankungen der magnetischen Eigenschaften, die vor und nach der Montage erzeugt werden, ausgeschaltet werden, ist es darüber hinaus, ohne tatsächlich den Magnetostriktions- Drehmomentsensor 7 zu Detektieren der Lenkkraft und die Lenkservosystem (nicht dargestellt) auf einem Fahrzeug zur Verbindung anzubringen, möglich, den Magnetostriktions- Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft als einzelnen Körper einzustellen, um so ordnungsgemäß das Nulldrehmomentpotential des Drehmomentdetektorsignals einzustellen. Durch Montage des auf diese Weise eingestellten Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft auf einem Fahrzeug ist es möglich, eine ausreichende Meßgenauigkeit für das Drehmoment zu erzielen.

Gleichzeitig werden elektrische Bauteile, beispielsweise die Detektorspulen 20 und 21, die Erregerspulen 22a und 22b, und das Joch 24 von der Außenumgebung abgetrennt, wodurch die Standfestigkeit gegen die Einflüsse von Temperaturänderungen und Feuchtigkeit verbessert werden.

Darüber hinaus wird die zylindrische Magnetismusdetektoreinheit 12, einschließlich des Spulenkörpers 23 und des Jochs 24, in dem Gehäuse 15 angeordnet, das die Form eines Quaders hat. Daher ist ein ausreichender Raum um die Erregerspulen 22a, 22b und die Detektorspulen 20, 21 herum in dem Gehäuse 15 vorhanden, das aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht. Hierdurch werden Energieverluste ausgeschaltet, beispielsweise eine Wärmeabstrahlung, die durch die Wechselwirkung zwischen den Spulen 20, 21, 22a, 22b und dem Gehäuse 15 hervorgerufen wird, das aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, wodurch verhindert wird, daß die Empfindlichkeit für die Drehmomentmessung verhindert wird.

Darüber hinaus wird das Joch 24, das im äußersten Abschnitt der Magnetismusdetektoreinheit 12 angeordnet ist, mechanisch durch das Gehäuse 15 geschützt. Hierdurch wird das Einwirken zu hoher externer Kräfte auf das Joch 24 verhindert, wodurch leicht eine magnetische Änderung hervorgerufen werden könnte, wenn das Joch verkratzt oder verformt wird.

Weiterhin ist die Sensorwelle 8 drehbar über die Lager 27a und 27b in den Durchgangslöchern 26a und 26b angeordnet, die in den beiden entgegengesetzten Oberflächen des Gehäusehauptkörpers 13 angeordnet sind. Deswegen besteht keine Gefahr, daß eine Kraft von außen direkt auf die Erregerspulen 22a und 22b oder auf den Spulenkörper 23 einwirkt, an welchem die Detektorspulen 20 und 21 und das Joch 24 angebracht sind. Hierdurch wird die tatsächliche mechanische Festigkeit des Spulenkörpers 23 erhöht. Auf diese Weise werden Schwankungen der Relativposition zwischen den Teilen ausgeschaltet, die durch Verformungen des Spulenkörpers 23 hervorgerufen werden, beispielsweise Positionsverschiebungen der Erregerspulen 22a und 22b und der Detektorspulen 20 und 21 in Bezug auf die magnetischen Anisotropien 16 und 17, was es ermöglicht, die ursprüngliche Genauigkeit des Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7 zum Detektieren der Lenkkraft über lange Zeiträume aufrecht zu erhalten.

Weiterhin ist es infolge des Eingriffs zwischen den konvex/konkaven Abschnitten 31a und 31b der Magnetismusdetektoreinheit 12 und den konvex/konkaven Eingriffsabschnitten 28, 28 des Gehäusehauptkörpers 13 möglich, eine exakte Positionierung zwischen der Magnetismusdetektoreinheit 12, welche die Detektorspulen 20 und 21 und die Erregerspule 22 aufweist, und dem Gehäusehauptkörper 13 zu erreichen. Hierdurch wird eine Relativpositionsbeziehung zwischen den magnetisch anisotropen Teilen 16, 17 an der Oberfläche der Sensorwelle 8 und den Detektorspulen 20 und 21 sowie den Erregerspulen 22a und 22b sichergestellt, die in der Magnetismusdetektoreinheit 12 angeordnet sind. Unabhängig davon, daß die Sensorwelle 8 über den Gehäusehauptkörper 13 als getrenntes Teil von dem Spulenkörper 23 angeordnet ist, ist es möglich, einen sehr genauen Drehmomentsensor zu erzielen.

Nunmehr erfolgt eine Erläuterung einiger Abänderungen der voranstehend beschriebenen Ausführungsform.

Zunächst ist Fig. 3(a) eine Querschnittsansicht eines Magnetostriktions-Drehmomentsensors 7' zum Detektieren der Lenkkraft, der eine Abschirmplatte 41 aufweist, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, und zwischen die Abdeckplatte 14 und die Magnetismusdetektoreinheit 12 eingefügt ist. Die Abschirmplatte 41 weist beispielsweise einen ausgeschnittenen Abschnitt 42 auf, wie dies in Fig. 3(a) gezeigt ist, innerhalb der oberen Endabschnitte der vier Seitenoberflächen neben der Öffnung des Gehäusehauptkörpers 13, und ist an einem abgestuften Abschnitt befestigt, der durch den ausgeschnittenen Abschnitt gebildet wird, unter Verwendung einer Kopfschraube. Weiterhin ist, um eine Berührung der Leitungen 23 mit der Abschirmplatte 41 zu verhindern, wodurch ein Kurzschluß hervorgerufen werden könnte, eine große Öffnung 43 mit geeigneten Abmessungen im Zentrumsabschnitt der Abschirmplatte 41 vorgesehen. Im übrigen ist der Aufbau ebenso wie bei der Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Beim Einsatz der voranstehend geschilderten Ausbildung werden die Herstellungskosten geringfügig erhöht, da zusätzlich die Abschirmplatte 41 vorgesehen ist, und eine größere Anzahl an Bearbeitungsschritten erforderlich ist. Verglichen mit jenem Fall, in welchem als Abschirmung nur eine Kupferfolienschicht der Abdeckplatte 14 verwendet wird, die aus einer mehrlagigen Leiterplatte hergestellt ist, ist es jedoch möglich, signifikant die magnetische Abschirmwirkung zu erhöhen, wodurch der Wirkungsgrad des Magnetostriktions- Drehmomentsensors noch weiter erhöht wird.

Im Gegensatz hierzu ist es ebenfalls möglich, die Abschirmplatte aus unmagnetischem, hochleitfähigem Material an der Öffnung des Gehäusehauptkörpers 13 anzubringen, und eine mehrlagige Leiterplatte zwischen der Abschirmplatte und der Magnetismusdetektoreinheit 12 anzubringen.

Weiterhin zeigt Fig. 3(b) ein abgeändertes Beispiel zur Drehhalterung der Sensorwelle 8 durch Einsatz von Buchsen 44, 44, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material bestehen, anstelle der üblichen Lager 27a und 27b.

Die Buchse 44 kann aus einem Material wie beispielsweise JIS PBC2 (Legierung auf Kupfergrundlage) hergestellt sein. Eine Streuung der magnetischen Kraftlinien und das Eindringen von Rauschen werden noch weiter verringert, wodurch wiederum die magnetische Stabilität des Magnetostriktions- Drehmomentsensors verbessert wird.

Weiterhin wird, wie in Fig. 3(b) gezeigt ist, wenn der Gehäusehauptkörper 13 einen bogenförmigen, abgeschrägten Boden aufweist, der Herstellungsschritt weiter vereinfacht, in welchem ein Abstanzen von einem Gußkörper eingesetzt wird, was es ermöglicht, die Ausbeute und die Herstellungskosten zu verbessern.

Darüber hinaus erleichtert dieser abgeschrägte Abschnitt die Arbeit, wenn der Gehäusehauptkörper 13 in den Gehäuseanbringungsraum 37 der Lenkradsäule 6 eingeführt wird, sowie die Arbeit für den gesamten Zusammenbau.

Der Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Magnetismusdetektoreinheit, die einen Spulenkörper aufweist, auf welchen eine Erregerspule und eine Detektorspule gewickelt sind, sowie ein Joch, wobei diese Teile zu einem einstückigen Block zusammengefügt sind, der in einem Gehäuse angeordnet wird, das aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht. Hierdurch wird eine Streuung der magnetischen Kraftlinien von der Detektorspule und der Erregerspule unterdrückt. Gleichzeitig wird das Eindringen von Rauschen von außen verhindert.

Dies führt dazu, daß es möglich wird, negative Einwirkungen infolge einer Änderung der externen magnetischen Umgebung auszuschalten, die vor und nach Montage des Magnetostriktions-Drehmomentsensors auf einem Fahrzeug hervorgerufen wird, wodurch die magnetische Stabilität des Magnetostriktions-Drehmomentsensors sichergestellt wird, und ermöglicht wird, das Ausgangssignal des Magnetostriktions- Drehmomentsensors als einzelnen Körper einzustellen, bevor er auf einem Fahrzeug angebracht wird.

Da ausreichend viel Raum um die Erregerspule und die Detektorspule herum in dem Gehäuse vorhanden ist, ist es darüber hinaus möglich, die Energieverluste infolge einer Wärmeerzeugung durch die Wechselwirkung zwischen der spule und dem unmagnetischen, hochleitfähigen Material zu verringern. Hierdurch wird verhindert, daß die Empfindlichkeit des Magnetostriktions-Drehmomentsensors absinkt.

Darüber hinaus wird das Joch, das am äußersten Abschnitt der Magnetismusdetektoreinheit angeordnet ist, durch das Gehäuse geschützt. Daher besteht keine Gefahr in der Hinsicht, daß eine zu hohe externe Kraft einwirkt, die zu einer magnetischen Änderung führt, und daher wird die Handhabung der gesamten Einrichtung erleichtert.

Weiterhin ist die Sensorwelle, welche die magnetische Anisotropie aufweist, durch ein Durchgangsloch angebracht, das in dem Gehäuse vorgesehen ist, und zwar über ein Lager, beispielsweise ein reibungsarmes Lager oder ein übliches Lager. Selbst wenn eine Exzentrizität in der Lenkwelle und der Lenkausgangswelle hervorgerufen wird, gibt es keine Möglichkeit für die direkte Einwirkung einer externen Kraft auf den Spulenkörper, der mit der Erregerspule, der Detektorspule und dem Joch versehen ist, und welche den Spulenkörper verformen oder verkratzen könnte. Daher wird die mechanische Festigkeit des Spulenkörpers sichergestellt, was eine Änderung der magnetischen Eigenschaften infolge von Relativpositionsschwankungen zwischen Teilen wie beispielsweise der Erregerspule, der Detektorspule und dem Joch ausschaltet.

Darüber hinaus wird der Gehäusehauptkörper durch die Abdeckplatte abgedeckt, die durch die mehrlagige Leiterplatte gebildet wird, die elektrische Bauteile zur Verarbeitung eines Signals von der Detektorspule aufweist, wodurch ein abgedichtetes Gehäuse ausgebildet wird. Verglichen mit einem Fall, in welchem eine getrennte Abdeckplatte aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material zur Abschirmung des Gehäusehauptkörpers vorgesehen wird, ist es möglich, die Herstellungskosten für die gesamte Einrichtung zu verringern, und ebenso das Gewicht der Einrichtung.

Durch Verwendung einer Buchse, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, anstelle des Lagers zum Haltern der Sensorwelle, wird eine Streuung der magnetischen Kraftlinien und das Eindringen von Rauschen verringert, wodurch die magnetoelektrische Stabilität des Magnetostriktions-Drehmomentsensors weiter verbessert wird.

Weiterhin ist ein konvex/konkaver Eingriffsabschnitt sowohl auf der Magnetismusdetektoreinheit als auch dem Gehäuse vorgesehen, damit die Magnetismusdetektoreinheit exakt positioniert werden kann, und wird ein Kleber aufgebracht, um die Verbindung zwischen den beiden Endabschnitten der Magnetismusdetektoreinheit und dem Inneren des Gehäuses zu bewirken. Daher ist es möglich, eine ordnungsgemäße Relativpositionsbeziehung zwischen der Erregerspule und der Detektorspule sicherzustellen, die in der Magnetismusdetektoreinheit angeordnet sind, und in Bezug auf die Sensorwelle, die an dem Gehäuse über das Lager und die Buchse angebracht ist, was es ermöglicht, eine stabile Drehmomenterfassung zu erzielen. Es ist daher möglich, die mechanische Festigkeit zu verbessern, die durch Lagerung der Sensorwelle unter Verwendung des Gehäuses erhalten wird, ohne die Drehmomentmeßgenauigkeit zu verringern.

Die Erfindung läßt sich in anderen speziellen Formen verwirklichen, ohne von ihrem Wesen oder ihren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sollen daher in jeglicher Hinsicht als erläuternd, jedoch nicht als einschränkend verstanden werden, da sich der Umfang der Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergibt, und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein soll.

Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-114958 (eingereicht am 17. April 2000), einschließlich Beschreibung, Patentansprüchen, Zeichnungen und Zusammenfassung, werden insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.

Claims (5)

1. Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft, welcher aufweist:
eine Sensorwelle, die zwischen einer Lenkwelle und einer Lenkausgangswelle angebracht ist eine magnetische Anisotropie an einer Oberfläche der Sensorwelle; einen Spulenkörper, auf welchen eine Erregerspule und eine Detektorspule so gewickelt sind, daß sie die magnetische Anisotropie umgeben; und ein Joch, das den Spulenkörper umgibt,
wobei der Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft weiterhin ein Gehäuse aufweist, das einen Gehäusehauptkörper umfaßt, der aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht, und als Behälter mit einer seitlichen Öffnung dient, sowie eine Abdeckplatte zur Abdeckung der Öffnung,
wobei der Spulenkörper und das Joch eine Magnetismusdetektoreinheit bilden, die innerhalb des Gehäusehauptkörpers angeordnet ist, und
ein Durchgangsloch an zwei Endabschnitten in Axialrichtung der Magnetismusdetektoreinheit in dem Gehäusehauptkörper angeordnet ist, um die Sensorwelle einzuführen, so daß die Sensorwelle drehbar an den Durchgangslöchern über ein Lager angebracht ist.

2. Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte durch eine mehrlagige Leiterplatte gebildet wird, die ein elektrisches Bauteil zur Verarbeitung eines Signals von der Detektorspule aufweist.

3. Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmplatte aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material zwischen die Abdeckplatte und die Magnetismusdetektoreinheit eingefügt ist.

4. Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager durch eine Buchse gebildet wird, die aus einem unmagnetischen, hochleitfähigen Material besteht.

5. Magnetostriktions-Drehmomentsensor zum Detektieren der Lenkkraft nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvex/konkaver Eingriffsabschnitt an Innenseiten von zwei Wänden des Gehäusehauptkörpers vorgesehen ist, die an beiden Endabschnitten der Magnetismusdetektoreinheit in Axialrichtung angeordnet sind, und an beiden Endabschnitten der Magnetismusdetektoreinheit in Axialrichtung, zum Positionieren der Magnetismusdetektoreinheit in Bezug auf den Gehäusehauptkörper, und die beiden Endabschnitte der Magnetismusdetektoreinheit in Axialrichtung durch einen Kleber an den beiden Innenseiten der beiden Wände befestigt sind.