-
Die Offenbarung bezieht sich auf eine Drehmomentdetektionsvorrichtung und insbesondere auf eine Drehmomentdetektionsvorrichtung, die zu einer linearen Verstärkung eines Drehwinkels eines Torsionsstabes fähig ist.
-
Um einem Fahrer zu ermöglichen, ein Fahrzeug einfacher steuern zu können, ist ein Fahrzeuglenksystem mit einer Kraftunterstützungsfunktion versehen. Auf dem bestehenden Markt ist ein gewöhnliches Fahrzeug normalerweise mit einem elektrischen Servolenkungssystem (Electric Power Steering System, abgekürzt als EPS-System) versehen.
-
Die Hauptfunktion eines Drehmomentdetektors, der eine Schlüsselkomponente des EPS-Systems ist, ist es, das Lenkdrehmoment zu detektieren, das durch den Fahrer beim Drehen eines Lenkrads ausgeübt wird. Dieses Ziel wird erreicht, indem der Drehmomentdetektor an einer Torsionswelle (nicht gezeigt) befestigt wird, um die Winkeländerung des Torsionsstabes zu detektieren, um ein Ausgabesignal zu erzeugen, das der Winkeländerung entspricht.
-
Die Drehmomentdetektionsvorrichtungen, die derzeit auf dem Markt verfügbar sind, werden im Allgemeinen nach dem Prinzip des Hall-Effekts betrieben. Eine herkömmliche Drehmomentdetektionsvorrichtung ist mit einem Hall-Induktionssystem ausgerüstet und umfasst einen Rotor, ein Paar von Statoren und ein Hall-Element. Der Rotor ist in einem Ende einer Drehmomentübertragungsvorrichtung (nicht gezeigt) angebracht, in der ein Torsionsstab angeordnet ist, und weist einen Außenring auf, an dem eine Mehrzahl von Magneten befestigt ist, die hintereinander angeordnete N-S-Pole aufweisen. Jeder der Statoren weist eine Mehrzahl von Krallen auf, ist an dem anderen Ende der Drehmomentübertragungsvorrichtung angebracht und ist aus einem Material mit magnetischer Permeabilität hergestellt. Das Hall-Element ist an einem Gehäuse der herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtung angebracht, um den Magnetfluss zu erfassen. Bei einer Drehung einer Eingangswelle bzw. Antriebswelle relativ zu einer Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle wird der Rotor relativ zu den Statoren bewegt, wodurch sich eine Magnetflussänderung ergibt. Auf diese Art kann das Hall-Element Magnetflussänderungen erfassen, um einen Drehmomentwert zu bestimmen.
-
Das Hall-Element kann verwendet werden, um den Drehmomentwert gemäß dem relativen Winkel zu bestimmen, der zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle der Drehmomentübertragungsvorrichtung erzeugt wird. Da die Drehung der Eingangswelle relativ zu der Ausgangswelle relativ klein ist, wird jedoch für den Aufbau des Hall-Elementes und anderer verwandter Elemente ein hoher Grad an Präzision benötigt.
-
Das chinesische Patent Nr.
CN 1 01 825 425 B offenbart eine weitere herkömmliche Drehmomentdetektionsvorrichtung zum Erfassen eines Drehwinkels einer Welle relativ zu einer anderen Welle. Die herkömmliche Drehmomentdetektionsvorrichtung umfasst zwei Planetenzahnradeinheiten. Jede Planetenzahnradeinheit weist ein Sonnenzahnrad, das mit einer jeweiligen der Wellen gekoppelt ist, und ein Detektionszahnrad auf, das mit dem Sonnenzahnrad gekoppelt ist. Die Drehung der Welle relativ zu der anderen Welle hat eine relative Bewegung zwischen den Sonnenzahnrädern der zwei Planetenzahnradeinheiten zur Folge. Da sich die Anzahlen von Zähnen der Detektionszahnräder der zwei Planetenzahnradeinheiten unterscheiden, werden die Detektionszahnräder der zwei Planetenzahnradeinheiten um unterschiedliche Drehwinkel gedreht. Daher kann ein Lenkdrehmoment unter Verwendung der Daten der Drehwinkel und der Anzahlen von Zähnen der Detektionszahnräder der zwei Planetenzahnradeinheiten berechnet werden.
-
Die Konfiguration, bei der zwei Planetenzahnradeinheiten genutzt werden, hat jedoch einen relativ komplizierten Aufbau und hohe Kosten zur Folge, die mit der zuvor erwähnten herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtung verbunden sind. Darüber hinaus ist das Berechnungsverfahren zum Erhalten des Lenkdrehmoments recht komplex.
-
Die Druckschrift
US 2009/ 0 224 500 A1 bezieht sich auf eine geteilte Lenksäule mit Torsionsstab und Drehmomentsensor. Die Druckschrift
US 2013/0 113 471 A1 beschreibt eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung, die in der Lage ist, den absoluten Drehwinkel eines Rotationskörpers auch dann zu erfassen, wenn der Drehwinkel größer oder gleich 360 Grad ist. Die Druckschrift
JP 2014 - 16 222 A bezieht sich auf eine ähnliche gattungsgemäße Vorrichtung.
-
Daher ist es die Aufgabe der Offenbarung, eine Drehmomentdetektionsvorrichtung zu schaffen, die zweckmäßig betrieben werden kann, und die zu einer linearen Verstärkung eines Detektionsbereiches fähig ist, um die Detektionsgenauigkeit zu erhöhen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Drehmomentdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung ist im beigefügten Anspruchssatz beschrieben.
-
Demgemäß ist eine Drehmomentdetektionsvorrichtung dazu angepasst, an einer Drehmomentübertragungsvorrichtung befestigt zu sein. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung umfasst eine drehbare Eingangswelle bzw. Antriebswelle und eine drehbare Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle. Die Drehmomentdetektionsvorrichtung umfasst ein Eingangszahnrad bzw. Antriebszahnrad, das dazu angepasst ist, auf der Eingangswelle aufgestülpt zu sein, ein Ausgangszahnrad bzw. Abtriebszahnrad, das dazu angepasst ist, auf der Ausgangswelle aufgestülpt zu sein, und eine Planetenzahnradeinheit.
-
Die Planetenzahnradeinheit umfasst ein Ringzahnrad, das mit dem Eingangszahnrad in Eingriff steht, ein Sonnenzahnrad, das in dem Ringzahnrad angeordnet ist, ein Trägerzahnrad, das mit dem Ausgangszahnrad in Eingriff steht, und eine Mehrzahl von Planetenzahnrädern. Die Planetenzahnräder sind mit dem Trägerzahnrad drehbar gekoppelt, sind zwischen dem Sonnenzahnrad und dem Ringzahnrad angeordnet und stehen mit dem Ringzahnrad und dem Sonnenzahnrad derart in Eingriff, dass, wenn das Eingangszahnrad in einer Drehrichtung relativ zu dem Ausgangszahnrad um einen ersten Winkel gedreht wird, das Sonnenzahnrad dahin gehend angetrieben wird, sich in einer entgegengesetzten Drehrichtung um einen zweiten Winkel zu drehen, der größer ist als der erste Winkel.
-
Aufgrund des Vorhandenseins der Planetenzahnradeinheit und der Anordnungen zwischen inneren Zähnen des Ringzahnrads, dem Sonnenzahnrad, den Planetenzahnrädern, dem Trägerzahnrad, dem Eingangszahnrad und dem Ausgangszahnrad kann der zusätzliche Drehwinkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle mittels des Sonnenzahnrads vergrößert werden, wodurch eine Drehmomentberechnung vereinfacht wird und eine lineare Verstärkung eines Detektionsbereiches möglich ist, um die Detektionsgenauigkeit zu erhöhen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Drehmomentdetektionsvorrichtung gemäß der Offenbarung, die an einer Drehmomentübertragungsvorrichtung befestigt ist;
- 2 eine Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels;
- 3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels;
- 4 eine Teildraufsicht auf das Ausführungsbeispiel;
- 5 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels; und
- 6 ein schematisches Diagramm, das die strukturelle Beziehung zwischen einem ersten Zahnrad, einem zweiten Zahnrad, einem Ausgangszahnrad und einem Trägerzahnrad des Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
-
Unter Bezugnahme auf 1, 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Drehmomentdetektionsvorrichtung 200 gemäß der Offenbarung dazu angepasst, an einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 befestigt zu sein. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 umfasst eine Eingangswelle 81, die drehbar ist, eine Ausgangswelle 82, die relativ zu der Eingangswelle 81 drehbar ist, und einen Torsionsstab 83, der zwischen der Eingangswelle 81 und der Ausgangswelle 82 angeordnet und mit denselben verbunden ist. Die Eingangswelle 81 weist einen ersten Wellenkörper 811 auf, der mit einem Paar erster Führungsrillen 812 gebildet ist. Die Ausgangswelle 82 weist einen zweiten Wellenkörper 821 auf, der mit einem Paar zweiter Führungsrillen 822 gebildet ist.
-
Der Torsionsstab 83 weist die gleichen physikalischen Charakteristika wie eine Torsionsfeder auf, d. h., eine Torsion des Torsionsstabs 83 ist gleich dem Produkt einer Steifheit des Torsionsstabs 83 und einem Verdrehwinkel, dem der Torsionsstab 83 ausgesetzt ist. Ein Anschlagmechanismus (nicht gezeigt) ist zwischen der Eingangswelle 81 und der Ausgangswelle 82 angeordnet, um einen Verdrehwinkel des Torsionsstabs 83 auf einen Bereich zu beschränken, der normalerweise zwischen +/- 5 Grad liegt.
-
Falls die Ausgangswelle 82 unbelastet ist, ist die Ausgangswelle 82 gemeinsam mit der Eingangswelle 81 drehbar, d. h., die Drehung der Eingangswelle 81, wenn auf dieselbe eine Lenkkraft ausgeübt wird, für nicht zu der Deformation des Torsionsstabs 83.
-
Wenn die Ausgangswelle 82 beschränkt ist, führt eine Drehung der Eingangswelle 81, wenn auf dieselbe eine Lenkkraft ausgeübt wird, zu einer Deformation des Torsionsstabs 83, und ein zusätzlicher Drehwinkel der Eingangswelle 81 und ein Drehmoment der Eingangswelle 81 relativ zu der Ausgangswelle 82 stehen in einer linearen proportionalen Beziehung.
-
Die Drehmomentdetektionsvorrichtung 200 umfasst ein Eingangszahnrad 2, ein Ausgangszahnrad 3, eine Planetenzahnradeinheit 4, eine erste Winkelerfassungseinheit 5, eine Berechnungseinheit 6 und eine zweite Winkelerfassungseinheit 7.
-
Das Eingangszahnrad 2 ist dazu angepasst, auf der Eingangswelle 81 aufgestülpt zu sein, und weist ein erstes Erstreckungsloch 21, das zur Erstreckung des ersten Wellenkörpers 811 der Eingangswelle 81 durch dasselbe angepasst ist, und ein Paar erster Vorsprünge 22 auf, die nach innen in das erste Erstreckungsloch 21 vorstehen und die jeweils zur Ineingriffnahme der ersten Führungsrillen 812 angepasst sind.
-
Das Ausgangszahnrad 3 ist dazu angepasst, auf der Ausgangswelle 82 aufgestülpt zu sein, und weist ein zweites Erstreckungsloch 31, das zur Erstreckung des zweiten Wellenkörpers 821 der Eingangswelle 81 durch dasselbe angepasst ist, und ein Paar zweiter Vorsprünge 32 auf, die nach innen in das zweite Erstreckungsloch 31 vorstehen und die jeweils zur Ineingriffnahme der zweiten Führungsrillen 822 angepasst sind.
-
Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 5 umfasst die Planetenzahnradeinheit 4 ein Ringzahnrad 41, das mit dem Eingangszahnrad 2 in Eingriff steht, ein Sonnenzahnrad 42, das in dem Ringzahnrad 41 angeordnet ist, ein Trägerzahnrad 43, das mit dem Ausgangszahnrad 3 in Eingriff steht, und eine Mehrzahl von Planetenzahnrädern 44, die mit dem Trägerzahnrad 43 drehbar gekoppelt sind, die zwischen dem Sonnenzahnrad 42 und dem Ringzahnrad 41 angeordnet sind und die mit dem Ringzahnrad 41 und dem Sonnenzahnrad 42 in Eingriff stehen.
-
Das Ringzahnrad 41 weist eine Mehrzahl von äußeren Zähnen 411, die mit dem Eingangszahnrad 2 in Eingriff stehen, und eine Mehrzahl von inneren Zähnen 412 auf, die mit den Planetenzahnrädern 44 in Eingriff stehen.
-
Die Anzahl der äußeren Zähne 411 des Ringzahnrads 41 ist die gleiche wie die der Zähne des Eingangszahnrads 2. Das heißt, eine Beziehung von T(E) = T(I) ist erfüllt, wobei T(E) die Anzahl der äußeren Zähne 411 des Ringzahnrads 41 darstellt und T(I) die Anzahl der Zähne des Eingangszahnrads 2 darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist sowohl die Anzahl der äußeren Zähne 411 des Ringzahnrads 41 als auch die der Zähne des Eingangszahnrads 2 62.
-
Die Anzahl der inneren Zähne 412 des Ringzahnrads 41 ist die Anzahl von Zähnen des Sonnenzahnrads 42 multipliziert mit einer vorbestimmten Konstante, die größer ist als 1. Das heißt, eine Beziehung von T(R) = T(s) × K ist erfüllt, wobei T(R) die Anzahl der inneren Zähne 412 des Ringzahnrads 41 darstellt, T(s) die Anzahl der Zähne des Sonnenzahnrads 42 darstellt und (K) die vorbestimmte Konstante darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Zähne des Sonnenzahnrads 42 6, die vorbestimmte Konstante ist 15 und die Anzahl der inneren Zähne 412 des Ringzahnrads 41 ist 90.
-
Das Trägerzahnrad 43 weist eine Mehrzahl von äußeren Zähnen auf, und eine Beziehung von T(P) × K = T(O) × (K+1) ist erfüllt, wobei T(P) die Anzahl der äußeren Zähne des Trägerzahnrads 43 darstellt und T(O) die Anzahl der Zähne des Ausgangszahnrads 3 darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der äußeren Zähne des Trägerzahnrads 43 64 und die Anzahl der Zähne des Ausgangszahnrads 3 ist 60.
-
Die erste Winkelerfassungseinheit 5 umfasst einen ersten Magneten 51, der an dem Sonnenzahnrad 42 angeordnet ist, und ein erstes Magnetinduktionsmodul 52, das zum Erfassen eines Winkels angeordnet ist, um den der erste Magnet 51 während einer Drehung des Sonnenzahnrads 42 gedreht wird.
-
Die Berechnungseinheit 6 ist mit der ersten Winkelerfassungseinheit 5 elektrisch verbunden und ist zum Berechnen eines Drehmoments der Eingangswelle 81 relativ zu der Ausgangswelle 82 unter Bezugnahme auf den durch die erste Winkelerfassungseinheit 5 erfassten Winkel angeordnet.
-
Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 6 umfasst die zweite Winkelerfassungseinheit 7 ein erstes und ein zweites Zahnrad 71, 72, die mit dem Trägerzahnrad 43 in Eingriff stehen, einen zweiten Magneten 73, der an dem ersten Zahnrad 71 angeordnet ist, einen dritten Magneten 74, der an dem zweiten Zahnrad 72 angeordnet ist, ein zweites Magnetinduktionsmodul 75, das mit der Berechnungseinheit 6 elektrisch verbunden ist und zur Erfassung eines Winkels angeordnet ist, um den der zweite Magnet 73 während einer Drehung des ersten Zahnrads 71 gedreht wird, und ein drittes Magnetinduktionsmodul 76, das mit der Berechnungseinheit 6 elektrisch verbunden ist und zur Erfassung eines Winkels angeordnet ist, um den der dritte Magnet 74 während einer Drehung des zweiten Zahnrads 72 gedreht wird.
-
Die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads 71 unterscheidet sich von der des zweiten Zahnrads 72. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads 71 19 und die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrads 72 ist 17.
-
Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 5 berechnet die Berechnungseinheit 6 einen Drehwinkel der Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 unter Bezugnahme auf die Winkel, um die der zweite bzw. der dritte Magnet 73, 74 gedreht werden und die durch das zweite Magnetinduktionsmodul 75 bzw. das dritte Magnetinduktionsmodul 76 erfasst werden.
-
Unter Bezugnahme auf 1, 3 und 4 ist die Eingangswelle 81 im Allgemeinen mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs verbunden und die Ausgangswelle 82 ist im Allgemeinen mit einem Lenkgehäuse (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden, wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 verwendet wird. Falls die Ausgangswelle 82 unbelastet ist, führt eine Drehung des Lenkrads zu einer gemeinsamen Drehung der Eingangswelle 81 und der Ausgangswelle 82, und ein relativer Drehwinkel zwischen der Eingangswelle 81 und der Ausgangswelle 82 wird nicht existieren. Falls die Ausgangswelle 82 beschränkt ist und die Lenkkraft auf die Eingangswelle 81 ausgeübt wird, und der zusätzliche Drehwinkel der Eingangswelle 81 relativ zu der Ausgangswelle 82, der ein Verdrehwinkel des Torsionsstabs 83 ist, erfasst wird, kann dann das Drehmoment des Torsionsstabs 83 im Rahmen der Beziehung berechnet werden, dass eine Torsion des Torsionsstabs 83 gleich dem Produkt einer Festigkeit des Torsionsstabs 83 und einem Verdrehwinkel ist, dem der Torsionsstab 83 ausgesetzt ist.
-
Mit der Ineingriffnahme zwischen dem Eingangszahnrad 2 und der Eingangswelle 81 und der Ineingriffnahme zwischen dem Ausgangszahnrad 3 und der Ausgangswelle 82 können das Eingangs- und das Ausgangszahnrad 2, 3 ohne weiteres mit der Eingangs- und der Ausgangswelle 81, 82 gekoppelt sein. Zusätzlich dazu ermöglicht der einfache Aufbau der ersten Vorsprünge 22 des Eingangszahnrads 2 und der zweiten Vorsprünge 32 des Ausgangszahnrads 3 verringerte Herstellungskosten des Eingangs- und des Ausgangszahnrads 2, 3.
-
Wenn die Eingangswelle 81 und die Ausgangswelle 82 gedreht werden, werden das Ringzahnrad 41 und das Trägerzahnrad 43 durch die Eingangswelle 81 bzw. die Ausgangswelle 82 dahin gehend angetrieben, sich zu drehen, wodurch eine Drehung des Sonnenzahnrads 42 mittels der Planetenzahnräder 44 angetrieben wird.
-
Gemäß einer ersten Gleichung in Bezug auf die Planetenzahnradeinheit 4 gilt:
wobei T
(s), wie oben erwähnt ist, die Anzahl der Zähne des Sonnenzahnrads 42 ist, T
(R), wie oben erwähnt ist, die Anzahl der inneren Zähne 412 des Ringzahnrads 41 ist, ψ
(S) der Drehwinkel des Sonnenzahnrads 42 ist, ψ
(P) der Drehwinkel des Trägerzahnrads 43 ist und ψ
(R) der Drehwinkel des Ringzahnrads 41 ist.
-
Wenn die Ausgangswelle 82 mit der Eingangswelle 81 gemeinsam drehbar ist, ergibt sich eine zweite Gleichung ψ(S)=16ψ(P)-15ψ(R), da die Anzahl der Zähne des Sonnenzahnrads 42 6 ist und die Anzahl der inneren Zähne 412 des Ringzahnrads 41 90 ist.
-
Der Drehwinkel des Trägerzahnrads 43 und der Drehwinkel des Ringzahnrads 41 sind dahin gehend gestaltet, eine dritte Gleichung ψ(P)/ψ(R)=15/16 zu erfüllen. Wenn die Beziehung in die zweite Gleichung eingesetzt wird, kann daher der Drehwinkel des Sonnenzahnrads 42 als null Grad abgeleitet werden, was bedeutet, dass das Sonnenzahnrad 42 nicht gedreht wird, und demgemäß wird der erste Magnet 51, der an dem Sonnenzahnrad 42 angeordnet ist, nicht gedreht. Das Drehmoment der Eingangswelle 81 relativ zu der Ausgangswelle 82 wird gemäß dem durch das erste Magnetinduktionsmodul 52 erfassten Winkel, um den der erste Magnet 51 gedreht wird, folglich durch die Berechnungseinheit 6 als null berechnet.
-
Wenn die Ausgangswelle 82 beschränkt ist und die Lenkkraft auf die Eingangswelle 81 ausgeübt wird, damit dieselbe um den zusätzlichen Drehwinkel (C) relativ zu der Ausgangswelle 82 gedreht wird, wird das Eingangszahnrad 2 auch um den zusätzlichen Drehwinkel (C) relativ zu dem Ausgangszahnrad 3 gedreht, und folglich wird das Ringzahnrad 41 um den zusätzlichen Drehwinkel (C) relativ zu dem Trägerzahnrad 43 gedreht, so dass eine vierte Gleichung ψ(s)=16ψ(P)-15(ψ(R)+C) von der ersten Gleichung abgeleitet werden kann. Durch Einsetzen der dritten Gleichung in die vierte Gleichung ergibt sich eine fünfte Gleichung ψ(S)=-15C, was bedeutet, dass der Drehwinkel des Sonnenzahnrads 42 das Fünfzehnfache des zusätzlichen Drehwinkels (C) ist, und dass die Drehrichtung des Sonnenzahnrads 42 der der Eingangswelle 81 entgegengesetzt ist. Daher ist der relative Drehwinkel (C) zwischen der Eingangswelle 81 und der Ausgangswelle 82 mittels des Drehwinkels des Sonnenzahnrads 42 vergrößert. Zu diesem Zeitpunkt wird der erste Magnet 51 während der Drehung des Sonnenzahnrads 42 gedreht, und wenn das erste Magnetinduktionsmodul 52 den Drehwinkel des ersten Magneten 51 detektiert, kann das Drehmoment der Eingangswelle 81 relativ zu der Ausgangswelle 82 durch die Berechnungseinheit 6 berechnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Drehbereich des Sonnenzahnrads 42 dahin gehend gestaltet, +/- 120 Grad zu sein, was bedeutet, dass der Bereich des zusätzlichen Drehwinkels (C) +/- 8 Grad ist. Da der zuvor genannte Verdrehwinkel des Torsionsstabs 83 auf zwischen +/- 5 Grad beschränkt ist, überschreitet derselbe die Einschränkung des Bereiches des zusätzlichen Drehwinkels (C) nicht.
-
Da während der zuvor genannten Bewegung der Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 eine Drehung des Trägerzahnrads 43 Drehungen des ersten Zahnrads 71 und des zweiten Zahnrads 72 antreibt und da die Anzahlen der Zähne zwischen dem ersten Zahnrad 71 und dem zweiten Zahnrad 72 nicht gleich sind, sind darüber hinaus die Drehwinkel des zweiten Magneten 73 und des dritten Magneten 74 darüber hinaus nicht gleich. Die Drehwinkel des zweiten Magneten 73 und des dritten Magneten 74 werden durch das zweite Magnetinduktionsmodul 75 bzw. das dritte Magnetinduktionsmodul 76 erfasst, so dass die Berechnungseinheit 6 den Winkel, um den die Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 gedreht wird, unter Bezugnahme auf die durch den zweiten Magneten 73 und den dritten Magneten 74 erfassten Winkel und das Verhältnis der Anzahl der Zähne zwischen dem ersten Zahnrad 71 und dem zweiten Zahnrad 72 berechnen kann.
-
Da die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads 71 19 ist und die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrads 72 17 ist, dreht sich das zweite Zahnrad 72 einfach gesagt um 19 Umdrehungen, wenn sich das erste Zahnrad 71 um 17 Umdrehungen dreht. Zu diesem Zeitpunkt werden das erste Zahnrad 71 und das zweite Zahnrad 72 jeweils zurück zu den ursprünglichen Positionen derselben bewegt. Da die Differenz der Drehwinkel zwischen dem zweiten Magneten 73 und dem dritten Magneten 74 erfasst wird, kann daher der Winkel, um den die Drehmomentübertragungsvorrichtung 8 gedreht wird, berechnet werden.
-
Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Verhältnis der Anzahlen der Zähne zwischen dem Trägerzahnrad 43 und dem Ausgangszahnrad 3 64/60 ist, ist das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten 60/64, d. h. 0,9375. Wenn ausgebildet ist, dass der Drehwinkel des Ausgangszahnrads 3 in einem Bereich von zumindest 800 Grad bis -800 Grad liegt (d. h., der Bereich des Drehwinkels des Ausgangszahnrads 3 ist zumindest 1600 Grad) und das Ausgangszahnrad 3 bei diesem Ausführungsbeispiel demgemäß dahin gehend veranschaulicht ist, den Bereich des Drehwinkels zwischen 1900 und 3000 Grad aufzuweisen, wird der Bereich des Drehwinkels des Trägerzahnrads 43 zwischen (1900 × 0,9375) und (3000 × 0,9375) Grad sein, d. h. zwischen 1781 und 2812 Grad, wobei, wenn dies durch die Anzahlen der Umdrehungen dargestellt wird, wiederum die durch das Trägerzahnrad 43 gedrehten Umdrehungen zwischen 1781/360 und 2812/360 liegen, d. h. 4,9 bis 7,8.
-
Daher sollte das kleinste gemeinsame Vielfache der Anzahlen der Zähne des ersten Zahnrads 71 und des zweiten Zahnrads 72 zwischen (4,9 × 64) und (7,8 × 64) sein, d. h. zwischen 314 und 499. Unter Bezugnahme auf das kleinste gemeinsame Vielfache von 323 ist die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrads 71 auf 17 festzulegen, und die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrads 72 ist auf 19 festzulegen.
-
Es ist hierbei zu beachten, dass die Verbindung zwischen dem Eingangszahnrad 2 und dem Ringzahnrad 41 und die Verbindung zwischen dem Ausgangszahnrad 3 und den Planetenzahnrädern 44, abgesehen von einer Realisierung mittels Zahnrädern wie in diesem Ausführungsbeispiel, auch mittels Rollen und einem Riemen oder mittels Kettenräder und einer Kette realisiert werden kann, was zu ähnlichen Effekten führen sollte.
-
Abgesehen davon, was bei diesem Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Anzahlen der Zähne, die den integrierten Paaren der Zahnräder zugeordnet sind, offenbart ist, können außerdem andere Anzahlmengen zugeordnet werden, solange ein ähnlicher Effekt erzielt werden kann. Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel alle Zahnräder aus Kunststoffmaterialien hergestellt; das hierin Offenbarte sollte jedoch nicht als eine Einschränkung einer Implementierung aufgefasst werden.
-
Bei einer praktischen Anwendung kann die Drehmomentdetektionsvorrichtung bei zahlreichen elektrischen Fahrzeugen angewendet werden, wie z. B. einem elektrischen Fahrrad, einem elektrischen Rollstuhl, usw.
-
Aus den vorstehenden Ausführungen ergeht, dass die Drehmomentdetektionsvorrichtung gemäß der Offenbarung die folgenden Vorteile schafft:
- (1) Die Drehmomentdetektionsvorrichtung kann den zu erfassenden zusätzlichen Drehwinkel (C) um einen Faktor von 15 vergrößern, so dass der Detektionsbereich vergrößert ist und die Erfassungsgenauigkeit im Vergleich zu der in dem Stand der Technik offenbarten herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtung vom Hall-Element-Typ wesentlich verbessert ist.
- (2) Die Drehmomentdetektionsvorrichtung vergrößert den zusätzlichen Drehwinkel (C) mittels eines mechanischen Mechanismus, so dass eine Möglichkeit, dass die herkömmliche Drehmomentdetektionsvorrichtung vom Hall-Element-Typ aufgrund einer äußeren elektrischen Störung fehlerhaft funktioniert, vermieden werden kann.
- (3) Da der zu erfassende zusätzliche Drehwinkel der herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtung vom Hall-Element-Typ sehr klein ist, sind die Anforderungen an die strukturelle Konfiguration und die Präzision des Hall-Elements höher. Darüber hinaus fordert die Ausgestaltung der krallenförmigen Statoren eine Magnetschaltungsanalyse und führt daher zu einem hohen mit dem Herstellungsprozess verbundenen Schwierigkeitsgrad. Darüber hinaus weist die Herstellung der krallenförmigen Statoren einen Nachteil der einfachen Verformung während des Zusammenbaus auf. Im Gegensatz dazu sind die Ausgestaltung und Herstellung der Drehmomentdetektionsvorrichtung der Offenbarung relativ einfach, da der Betrieb der vorliegenden Erfindung durch Kunststoffzahnräder durchgeführt wird und da die Herstellung von Kunststoffzahnrädern eine sehr ausgereifte Technologie ist.
- (4) Im Vergleich zu einer weiteren herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtung, die mit zwei Planetenzahnradeinheiten ausgerüstet ist, weist die Drehmomentdetektionsvorrichtung der Offenbarung mit einer einzelnen Planetenzahnradeinheit einen einfacheren Aufbau auf und kann einfacher betrieben werden. Zusätzlich dazu ist das Berechnungsverfahren zum Erhalten des Lenkdrehmoments relativ einfach.
-
Zusammenfassend kann aufgrund des Vorhandenseins der Planetenzahnradeinheit 4 und der Anordnungen zwischen den inneren Zähnen 412, dem Sonnenzahnrad 42, den Planetenzahnrädern 44, dem Trägerzahnrad 43, dem Eingangszahnrad 2 und dem Ausgangszahnrad 3 der zusätzliche Drehwinkel (C) zwischen der Eingangswelle 81 und der Ausgangswelle 82 mittels des Sonnenzahnrads 42 vergrößert werden, wodurch eine Drehmomentberechnung vereinfacht wird und die Nachteile hinsichtlich hoher Kosten aufgrund der hohen Anforderungen an die strukturelle Konfiguration und die Präzision des Hall-Elements, die den mit Hall-Elementen ausgerüsteten herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtungen zugeordnet sind, vermieden werden. Im Vergleich zu einer weiteren herkömmlichen Drehmomentdetektionsvorrichtung, die mit zwei Planetenzahnradeinheiten ausgerüstet ist, weist die Drehmomentdetektionsvorrichtung der Offenbarung mit einer einzelnen Planetenzahnradeinheit darüber hinaus einen einfacheren Aufbau auf und kann einfacher betrieben werden.
