DE19758861B4

DE19758861B4 - Drehmomentsensor und elektrischer Servolenkapparat

Info

Publication number: DE19758861B4
Application number: DE19758861A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Chikaraishi; Kouichi Satoh
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: KR19980024302A; KR100407697B1; US5796014A; DE19758827B4

Abstract

Drehmomentsensor mit: einer ersten und zweiten drehbaren Welle (2, 3), die koaxial zueinander angeordnet und miteinander durch einen Torsionsstab (4) verbunden sind, einem zylindrischen Bauteil (8) aus einem elektrisch leitenden Material, das mit der zweiten Welle (2) drehfest verbunden ist, und einen Teil einer äußeren Oberfläche der ersten Welle (3) umgibt, zumindest einem umgebenen Abschnitt der ersten Welle (3), welcher durch das zylindrische Bauteil (8) umgeben ist, Nuten (3A), die in Umfangsrichtung des umgebenen Abschnitts eingeformt sind und sich in axialer Richtung erstrecken, Fenstern (8a; 8b), die in dem zylindrischen Bauteil (8) in der Nähe der Nuten (3A) so vorgesehen sind, daß bei Auftreten von Torsion der Überlagerungsgrad der Nuten (3A) entsprechend einer relativen Drehstellung der ersten Welle (3) verändert wird, einer Spule (10, 11), die so angeordnet ist, daß sie einen Abschnitt des zylindrischen Bauteils (8) in einem Bereich der Fenster (8a;...

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor mit einer ersten und zweiten drehbaren Welle, die koaxial zueinander angeordnet und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind, einem zylindrischen Bauteil aus einem elektrisch leitenden Material, das mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist und einen Teil einer äußeren Oberfläche der ersten Welle umgibt, zumindest einem umgebenen Abschnitt der ersten Welle, welcher durch den zylindrischen Abschnitt umgeben ist, Nuten, die in Umfangsrichtung des umgebenen Abschnitts eingeformt sind und sich in axialer Richtung erstrecken, Fenstern, die in dem zylindrischen Bauteil in der Nähe der Nuten so vorgesehen sind, daß bei Auftreten von Torsion der Überlagerungsgrad der Nuten entsprechend einer relativen Drehstellung der ersten Welle verändert wird, einer Spule, die so angeordnet ist, daß sie einen Abschnitt des zylindrischen Bauteil in einem Bereich der Fenster umgibt zur Erfassung eines Drehmomentes der ersten und zweiten Welle infolge der Änderung der Impedanz der Spule. Daneben betrifft die Erfindung einen elektrischen Servolenkapparat für ein Fahrzeug.
Herkömmliche Drehmomentsensoren wurden z. B. in der JP 04-047638 A und der JP 08-005477 A , die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht, offenbart. Die konventionellen Drehmomentsensoren weisen eine Struktur auf, bei der das auf eine sich drehende Welle ausgeübte Drehmoment reflektiert wird, um die Impedanzpegel von Spulenkörpern zu verändern, und Änderungen in dem Impedanzpegel zu ermitteln, um so das Drehmoment zu ermitteln. Das heißt, die Spulenkörper sind derartig angeordnet, daß sie die drehende Welle in solch einer Weise umgeben, daß die Impedanzpegel der Spulen aufgrund einer magnetischen oder mechanisch strukturellen Änderung entsprechend dem Drehmoment der sich drehenden Welle geändert werden. Daher ermöglicht das Ermitteln der Änderung der Impedanz durch Messen der Klemmenspannungen der Spulen, ein Erfassen des in der sich drehenden Welle erzeugten Drehmomentes.
Darüber hinaus ist der obengenannte konventionelle Drehmomentsensor derart ausgeführt, daß Änderungen in der Impedanz der Spulen aufgrund von anderen Faktoren als dem Drehmoment, z. B. der Temperatur, ausgeglichen werden, indem eine Struktur Verwendung findet, bei der zwei Spulen, die jeweils Impedanzpegel aufweisen, die in entgegengesetzte Richtungen durch das Drehmoment geändert werden, angeordnet sind, um eine Brückenschaltung zu bilden, die die beiden Spulen beinhaltet, so daß Drehmoment entsprechend der Differenz zwischen den Ausgängen aus der Brückenschaltung ermittelt wird. Das heißt, sogar wenn die Impedanz aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment geändert wird, erfolgt die Änderung der Impedanzpegel der beiden Spulen in der gleichen Richtung aufgrund der Faktoren. Daher kann die Änderung durch Erhalten des Unterschiedes der Ausgangsspannung aus der Brückenschaltung ausgeglichen werden.
Jedoch ist es bei dem konventionellen Drehmomentsensor, der die beiden Spulen zum Ermitteln der Differenz aufweist, welche um individuelle Spulenkörper herumgewickelt sind, erforderlich, daß er frei von Abweichungen in den Wicklungsspannungen der um die jeweiligen Spulenkörper herumgewickelten Spulen und frei von Abweichungen der Durchmesser der Drähte der Spulen ist. Jedoch erzeugt eine Spulenwicklungsmaschine für die Verwendung in einem gewöhnlichen Herstellungsverfahren zum Wickeln des Drahtes um die Spulenkörper eine Änderung der Wicklungsspannung nach einem Zeitablauf abhängig von einem Verwendungszustand. Normalerweise wird eine Mehrzahl von Spulenwicklungsmaschinen simultan betrieben. Dadurch kann eine Dispersion in den Wicklungsspannungen innerhalb der Maschinen nicht verhindert werden. Was noch schlechter ist, auch die Durchmesser und dergleichen der Drähte zum Bilden der Spulen dispergieren. Wenn hingegen zwei Spulenkörper, um welche die Spulen kontinuierlich durch gleiche Spulenwicklungsmaschine gewickelt werden, in demselben Drehmomentsensor verwendet werden, kann die Änderung des Impedanzpegels der Spule, die aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment auftritt, ausgeglichen werden, da der Drehmomentsensor die beiden im wesentlichen die gleichen Charakteristiken aufweisenden Spulen verwendet. Jedoch können in dem beschriebenen Fall die Fertigungskosten nicht reduziert werden. Wenn die beschriebene Handhabung jedoch nicht durchgeführt wird, muß die Annahme getroffen werden, daß die beiden verwendeten Spulen Charakteristiken aufweisen, die im wesentlichen nicht die gleichen sind. Daher muß ein Einstellen der Balance der komplizierten Brückenschaltung durchgeführt werden, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen.
Daneben ist ein anderer konventioneller Drehmomentsensor, z. B. in der JP 02-089338 U offenbart. Dieser konventionelle Drehmomentsensor ist in solch einer Weise strukturiert, daß ein Drehmoment, welches auf die sich drehende Welle einwirkt, reflektiert wird, um die Impedanz der Spule zu ändern, um so die Änderung der Impedanz und das Drehmoment zu ermitteln.
Die Spule ist derart angeordnet, daß sie die sich drehende Welle umgibt, so daß sich die Impedanz der Spule entsprechend dem Drehmoment der sich drehenden Welle ändert. Sobald eine Änderung in der Impedanz durch Messen der Klemmenspannungen der Spule ermittelt wird, kann somit das Drehmoment, welches in der sich drehenden Welle erzeugt wird, ermittelt werden.
Dieser beschriebene konventionelle Drehmomentsensor weist eine Spule auf, die um einen Spulenkörper herumgewickelt ist, deren eine äußere Oberfläche und zwei Endoberflächen mit einem Jochbauteil aus Eisen abgedeckt sind, um so eine magnetische Kraftlinienstreuung zu verhindern. Da es erforderlich ist, daß die Enden der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles herausgeführt werden, ist das Jochbauteil jedoch mit einem ausgeschnittenen Abschnitt für das Herausführen der Enden der Spule versehen.
Da das magnetische Feld in der Spule in diesem Fall in Umfangsrichtung aufgrund des ausgeschnittenen Abschnittes unregelmäßig ist, erzeugt die Differenz zwischen der Phase der Spule und der Phase der sich drehenden Welle eine Änderung der Anzahl von Feldlinien, welche die Spule schneiden. Als ein Ergebnis wird die Impedanz der Spule in unerwünschter Weise auch unabhängig vom Drehmoment verändert. Dadurch wird die Drehmomentermittlungsgenauigkeit um einen entsprechenden Grad verschlechtert.
Wenn eine Konstruktion, wie sie durch den offenbarten Drehmomentsensor verwendet wurde, in solch einer Weise gebildet wird, daß zwei Spulen vorgesehen sind, deren Impedanzpegel in entgegengesetzte Richtungen verändert werden, um dem Drehmoment zu entsprechen, um so eine Brückenschaltung mit den beiden Spulen zu bilden, so daß das Drehmoment entsprechend der Differenz zwischen den beiden Ausgängen aus der Brückenschaltung ermittelt werden kann, kann die Impedanzänderung, welche aufgrund der Temperatur oder dergleichen auftritt, durch die Differenz ausgeglichen werden. Jedoch wird die Änderung der Impedanz, welche aufgrund des ausgeschnittenen Abschnittes auftritt, in unerwünschter Weise verstärkt und in das ermittelte Drehmoment aufgenommen.
Aus der DE 29 51 148 A1 ist eine Drehmomentmesseinrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes, dem eine Welle ausgesetzt ist, bekannt. An der Welle ist ein erster rohrförmiger Induktionskörper angeordnet, der elektrisch leitend ausgebildet ist und an seiner Außenfläche achsparallele Zähne und Nuten in Art einer Keilwelle aufweist. Ein zweiter hülsenförmiger Induktionskörper umgibt den ersten Induktionskörper und weist mehrere Ausschnitte auf, die benachbart zu den Nuten des ersten Induktionskörpers angeordnet sind. Ein aus Kunststoff bestehendes Tragrohr mit einer Erregerspule ist den ersten und zweiten Induktionskörper umgebend angeordnet.
Das Dokument DE 196 08 740 A1 beschreibt einen Drehmomentsensor mit einer ersten und zweiten drehbaren Welle, die koaxial zueinander angeordnet und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind. Ein zylindrisches Bauteil aus einem elektrisch leitenden Material ist mit der zweiten Welle drehfest verbunden und umgibt einen Teil einer äußeren Oberfläche der ersten Welle, so dass ein umgebender Abschnitt der ersten Welle gebildet ist, der durch das zylindrische Bauteil umgeben ist. In Umfangsrichtung des umgebenden Abschnitts der ersten Welle sind Nuten eingeformt, die sich in axialer Richtung erstrecken. In dem zylindrischen Bauteil sind in der Nähe der Nuten Fenster so vorgesehen, dass bei Auftreten einer Torsion des Torsionsstabs der Überlagerungsgrad der Nuten entsprechend einer relativen Drehstellung der ersten Welle verändert wird. Eine Spule umgibt einen Abschnitt des zylindrischen Bauteils in einem Bereich der Fenster zur Erfassung eines Drehmomentes der ersten und zweiten Welle in Folge der Änderung der Impedanz der Spule. Das zylindrische Bauteil besteht aus einem nichtmagnetischen Material, und der umgebende Abschnitt besteht aus einem magnetischen Material, wobei ein Jochbauteil die Spule bedeckt. Das Jochbauteil weist einen ausgeschnittenen Abschnitt zum Herausführen eines Endes der Spule zu dessen Außenseite hin auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Drehmomentsensor und einen verbesserten elektrischen Servolenkapparat zu schaffen, wobei Herstellungskosten reduziert werden und die Ermittlungsgenauigkeit verbessert werden soll.
Diese Aufgabe wird für einen Drehmomentsensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zylindrische Bauteil aus einem nichtmagnetischen Material und der umgebene Abschnitt aus einem magnetischen Material bestehen und durch ein Jochbauteil, das die Spule bedeckt, wobei das Jochbauteil an mit einem ersten ausgeschnittenen Abschnitt zum Herausführen eines Endes der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles und mit zumindest einem zweiten ausgeschnittenen Abschnitt, der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt getrennt ist, vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Nuten und der ausgeschnittenen Abschnitte und deren Zuordnung zueinander derart ist, daß aus der Position der ausgeschnittenen Abschnitte resultierende Impedanzänderungen der Spule einander gegenseitig reduzieren.
Vorzugsweise ist der Drehmomentsensor so ausgebildet, dass der Winkelabstand zwischen den einzelnen Nuten einerseits und der Winkelabstand zwischen den einzelnen ausgeschnittenen Abschnitten andererseits sich voneinander unterscheiden.
Schließlich wird die Aufgabe hinsichtlich eines elektrischen Servolenkapparates dadurch gelöst, daß dieser einen Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2 aufweist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierin:
1 ist eine Gesamtschnittansicht, welche die vorliegende Erfindung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur einer Spule und einen Abschnitt um die Spule darstellt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand darstellt, in welchem ein Spulenkörper und Jochbauteile montiert wurden.
4 ist eine Draufsicht, welche den Spulenkörper darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 4.
6 ist eine Seitenansicht, welche den Spulenkörper darstellt.
7 ist eine Draufsicht, welche den Spulenkörper in einem Zustand darstellt, wo die Jochbauteile montiert sind.
8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B, die in 7 dargestellt ist.
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C, die in 8 dargestellt ist.
10 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Beispiel eines Motorsteuerungsschaltkreises darstellt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen exemplarischen Zustand darstellt, in welchem der Spulenkörper als geteilter Spulenkörper ausgebildet ist.
12 ist eine perspektivische Ansicht, welche Strukturen der Spule und eines Teiles der Spulen darstellt.
13(a) und 13(b) sind Ansichten, welche die Struktur eines Jochbauteiles darstellen.
14 ist ein Graph, welcher eine Wellenform darstellt, die indikativ für eine Änderungsrate in der Impedanz gemäß der Erfindung ist.
15 ist ein Graph, welcher eine Wellenform darstellt, die indikativ ist für eine Änderungsrate der Auslaßspannung von dem Differentialverstärker gemäß der Erfindung.
16 ist ein Graph, welcher eine Wellenform darstellt, die indikativ ist für eine Änderungsrate der Impedanz einer der Spulen eines konventionellen Drehmomentsensors ist.
17 ist ein Graph, der eine Wellenform darstellt, die indikaiv ist für eine Änderungsrate der Impedanz einer anderen Spule eines konventionellen Drehmomentsensors ist.
18 ist ein Graph, welcher eine Änderungsrate in der Ausgangsspannung in einem Fall darstellt, wo die in den 16 und 17 dargestellten Ergebnisse einem Differentialverstärker zugeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 bis 10 sind Darstellungen, welche eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, in welcher ein Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Servolenkungsapparat für ein Fahrzeug angewendet wird.
Zunächst wird nun die Konstruktion beschrieben. In 1 weist ein Gehäuse 1 eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3 auf, welche miteinander verbunden sind durch einen Torsionsstab 4, und welche durch Lagerungen 5a, 5b und 5c drehbar unterstützt sind. Die Antriebswelle 2, die Abtriebswelle 3 und der Torsionsstab 4 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Antriebswelle 2 und der Torsionsstab 4 sind durch eine Hülse 2A miteinander verbunden, mit welcher sich jedes Ende in einer Keilwellenverzahnung befindet. Ein anderes Ende des Torsionsstabes 4 ist durch eine Keilwellenverzahnung an einer tiefen Stelle in der Abtriebswelle 3 verbunden. Die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 bestehen aus einem magnetischen Material, wie z. B. Eisen. Es wird angemerkt, daß die Antriebswelle 2, die Abtrebswelle 3 und der Torsionsstab 4 der sich drehenden Welle der vorliegenden Erfindung entsprechen.
Ein Lenkrad ist in Drehrichtung integral mit einem rechten Ende (nicht dargestellt) der Antriebswelle 2 verbunden, wenn es in der Sichtweise in 1 betrachtet wird. Eine Ritzelwelle, die z. B. einen bekannten Zahnstangenlenkungsapparat bildet, ist mit dem linken Ende (nicht dargestellt) der Abtriebswelle 3 verbunden, wenn sie in 1 betrachtet wird. Dadurch wird die Lenkungskraft, welche erzeugt wird, wenn ein Fahrer das Lenkrad betätigt, auf die Räder (nicht dargestellt) übertragen, welche durch die Antriebswelle 2, den Torsionsstab 4 und die Abtriebswelle 3 und den Zahnradlenkungsapparat gelenkt werden.
Eine Hülse 2A, welche an dem Ende der Antriebswelle 2 gesichert ist, weist eine Länge auf, welche genügend lang ist, um die äußere Oberfläche des Endes der Abtriebswelle 3 zu umgeben. Eine Mehrzahl von Vorsprüngen 2a, die in axialer Richtung länglich sind, sind auf der inneren Oberfläche eines Abschnittes angeformt, der die äußere Oberfläche des Endes der Abtriebswelle 3 der Hülse 2A umgibt. Eine Mehrzahl von (gleiche Anzahl wie die der Vorsprünge 2a) von Nuten 3a, die in der Axialrichtung länglich sind, sind in die äußere Oberfläche der Abtriebswelle 3 gegenüberliegend der Vorsprünge 2a geformt. Die Vorsprünge 2a und Nuten 3a befinden sich miteinander mit Spiel in Eingriff, welches in Umfangsrichtung zugelassen wird. Als ein Ergebnis wird eine relative, einen vorherbestimmten Bereich überschreitende Drehung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 (z. B. ungefähr ±5°) verhindert.
Ein Schneckenrad 6, welches derart angeordnet ist, um koaxial zur Abtriebswelle 3 und integral mit der Abtriebswelle 3 gedreht zu werden, ist an der äußeren Oberfläche der Abtriebswelle 3 angebracht. Ein Eingriffsabschnitt 6a aus Kunststoff des Schneckenrades 6 und eine Schnecke 7b, welche auf die äußere Oberfläche einer Abtriebswelle 7a eines elektrischen Motors 7 geformt ist, befinden sich in Eingriff miteinander. Daher wird die Drehkraft des elektrischen Motors 7 durch die Abtriebswelle 7a, die Schnecke 7b und das Schneckenrad 6 auf die Abtriebswelle 3 übertragen. Wenn die Drehrichtung des Elektromotors 7 willkürlich gewechselt wird, kann ein Hilfslenkungsdrehmoment in einer willkürlichen Richtung auf die Abtriebswelle 3 aufgebracht werden.
Ein zylindrisches Bauteil 8, welches eine dünne Wand aufweist, ist integral an der Hülse 2A in Drehrichtung in solch einer Weise gesichert, daß das zylindrische Bauteil 8 benachbart zur äußeren Oberfläche der Abtriebswelle 3 angeordnet ist, um die äußere Oberfläche zu umgeben.
Das heißt, das zylindrische Bauteil 8 besteht aus einem elektrisch leitenden und nichtmagnetischen Material (z. B. Aluminium). Wie ebenso in 2 dargestellt ist, welche eine perspektivische Ansicht ist, die das zylindrische Bauteil 8 und einen dieses umgebenden Abschnitt darstellt, ist eine Mehrzahl (9 in dieser Ausführungsform) von rechteckigen Fenstern 8a vorgesehen, die in gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sie die Abtriebswelle 3 an Positionen nahe der Hülse 2A umgeben. Darüber hinaus ist eine Mehrzahl (9 in dieser Ausführungsform) von rechteckigen Fenstern 8b (die die gleiche Form haben wie die Fenster 8a), die voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind, an Orten ausgebildet, die von der Hülse 2A in solch einer Weise beabstandet sind, daß die von den Fenstern 8a um 180° phasenverschoben sind.
Eine Mehrzahl (die gleiche Anzahl wie die der Fenster 8a und 8b, d. h. 9 bei dieser Ausführungsform) von Nuten 3A, die jeweils einen im wesentlichen rechtwinkligen horizontalen Querschnitt aufweisen und in Axialrichtung länglich sind, sind in die äußere Oberfläche der Abtriebswelle 3 eingeformt, die durch das zylindrische Bauteil 8 umgeben ist.
Insbesondere wird angenommen, daß ein Winkel, der durch Teilen des Umfangs des zylindrischen Bauteiles 8 durch N (N = 9 in dieser Ausführungsform) erhalten wird, ein periodischer Winkel θ (= 360/N und θ = 40° in dieser Ausführungsform) ist. Die Fenster 8a sind in das zylindrische Bauteil 8 in die Abschnitte eingeformt, die von der Abtriebswelle 3 in vorbestimmten Winkeln von einem Ende eines periodischen Winkel-θ-Bereiches beabstandet sind, während Restabschnitte geschlossen sind. Die Fenster 8b sind in die Abschnitte des zylindrischen Bauteiles 8 nahe der Abtriebswelle 3 an vorherbestimmten Wnkeln vom anderen Ende des einen periodischen Winkel-θ-Bereiches in solch einer Weise eingeformt, daß die Phase der Fenster 8a um eine halbe Periode (θ/2) abweicht, während Restabschnitte geschlossen sind.
Jedoch ist die Struktur in solch einer Weise ausgebildet, daß die breitseitig mittigen Abschnitte der Fenster 8a in Umfangsrichtung und eines der Umfangsenden der Nuten 3A überlagern und die breitenweise mittigen Abschnitte der Fenster 8b in Umfangsrichtung mit den anderen Enden in Umfangsrichtung der Nuten 3A überlagert werden, wenn der Torsionsstab 4 frei von Torsion ist (wenn das Lenkungsdrehmoment Null ist). Daher ist der Zustand des Überlagerns zwischen den Fenstern 8a und den Nuten 3A und der Zustand des Überlagerns zwischen den Fenstern 8b und den Nuten 3A so, daß sie in Umfangsrichtung entgegengesetzt sind. Dadurch sind die breitenweise mittigen Abschnitte der Fenster 8a und 8b in Umfangsrichtung und die breitenweise mittigen Abschnitte der Nuten 3A in Umfangsrichtung gegeneinander um θ/4 versetzt.
Das zylindrische Bauteil 8 ist von einem Spulenkörper 9 umgeben, um welchen zwei Spulen 10 und 11, die die gleichen Spezifikationen aufweisen, gewickelt sind. Das heißt, die Spulen 10 und 11 sind koaxial zum zylindrischen Bauteil 8 angeordnet. Die Spule 10 ist um den Spulenkörper 9 herumgewickelt, um die Abschnitte zu umgeben, in welche die Fenster 8a eingeformt sind, während die Spule 11 um den Spulenkörper 9 herumgewickelt ist, um die Abschnitte zu umgeben, in welche die Fenster 8b eingeformt sind.
Der Spulenkörper 9 ist ein Bauteil, welches aus einem nichtleitenden Material, wie z. B. Plastik hergestellt ist, und ist an dem Gehäuse 1 koaxial zur Antriebswelle 2 der Abtriebswelle 3 befestigt. Der Spulenkörper 9 weist, wie dies in 3, welche eine perspektivische Ansicht ist, in 4, welche eine Draufsicht ist, in 5, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A, die in 4 dargestellt ist, und in 6 dargestellt ist, die eine Seitenansicht ist, zwei sich koaxial in Umfangsrichtung erstreckende Nuten 9A und 9B auf, die in axialer Richtung voneinander beabstandet ausgebildet sind. Die Spule 10 ist entlang der Umfangsnut 9A herumgewickelt, während die Spule 11 entlang der Umfangsnut 9B herumgewickelt ist. Insbesondere weist der Spulenkörper 9 zwei zylindrische Abschnitte 9D und 9E auf, die in axialer Richtung durch einen Spalt 9C voneinander beabstandet ausgebildet sind und gleiche Abmessungen aufweisen. Äußere Flansche 9a sind an den äußeren Enden der zylindrischen Abschnitte 9D und 9E, die nach außen weisen, angeformt, während innere Flansche 9b an den inneren Enden einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Die inneren Flansche 9b der zylindrischen Abschnitte 9D und 9E sind durch Verbindungsabschnitte 9c und 9d jeweils miteinander verbunden, die an zwei Stellen beabstandet voneinander in Umfangsrichtung um 180° ausgebildet sind. Jeder der Verbindungsabschnitte 9c und 9d ist in eine zurückspringende Form ausgebildet, die nach außen in radialer Richtung vorspringt, um den Spalt 9C zu kreuzen.
Ein im wesentlichen rechteckiger parallelepipedförmiger Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt 9F ist an eine Endoberfläche des Verbindungsabschnitts 9c angeformt, der in radialer Richtung nach außen weist, wobei der Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt 9F nach außen über die Endoberfläche in radialer Richtung vorsteht. Drei Metallanschlußklemmen 12A, 12B und 12C sind an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbesfestigungsabschnittes 9F in solch einer Weise gesichert, daß sie in radialer Richtung nach außen vorstehen. Die Anschlußklemmen 12A bis 12C sind derart angebracht, daß sie voneinander um vorherbestimmte Intervalle in Richtung von Tagenten an die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten 9A und 9B beabstandet sind. Wenn der zylindrische Abschnitt 9D von einem Abschnitt benachbart zum äußeren Flansch 9a (siehe 5) betrachtet wird, in einem Zustand, wo der Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt 9F an dem oberen Abschnitt angeordnet ist, wird die linke Anschlußklemme eine erste Anschlußklemme 12A genannt, die mittige Anschlußklemme eine zweite Anschlußklemme 12B und die rechte Anschlußklemme eine dritte Anschlußklemme 12C genannt.
Zwei Vorsprünge 9e und 9f, die in Richtungen der Tangenten an die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten 9A und 9B vorstehen, sind an die beiden Endoberflächen des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F angeformt. Die Vorsprünge 9e und 9f sind dünne Vorsprünge, die jeweils eine Höhe und eine Breite aufweisen, die schmaler ist als die der Endoberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F. Darüber hinaus ist ein dünner Stufenabschnitt 9g, der sich diagonal nach unten nach rechts von einer Position unterhalb des in 5 dargestellten Vorsprunges 9e aus erstreckt, in die Seitenoberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F und des Verbindungsabschnittes 9c eingeformt, der benachbart der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut 9A ist, dabei der Abschnitt nahe der Umfangsnut 9A etwas verdickt wird. In ähnlicher Weise ist ein dünner Stufenabschnitt 9h, der sich digonal nach unten von einer Position unterhalb des Vorsprunges 9f nach unten erstreckt, in die Seitenoberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F und dem Verbindungsabschnitt 9c eingeformt, der benachbart der Umfangsnut 9B ist, dabei den Abschnitt nahe der Umfangsnut 9B etwas verdickend. Die Spulen 10 und 11 sind entlang der Umfangsnuten 9A und 9B des Spulenkörpers 9 gewickelt, wobei sie die obengenannte Form aufweisen.
Die Spulen 10 und 11 sind kontinuierlich durch eine Spulenwicklungsmaschine gewickelt. Der Vorgang zum Wickeln der Spulen 10 und 11 wird nun beschrieben mit Bezug auf 4. Anfänglich wird ein Draht entgegen dem Uhrzeigersinn auf die erste Anschlußklemme 12A gewickelt, und dann wird der Draht diagonal nach oben links gezogen, wie dies durch ➀ in 4 dargestellt ist, um den Draht von der Seitenoberfläche des Vorsprunges 9e benachbart zur Umfangsnut 9B in den unteren Oberflächenabschnitt einzubringen, gefolgt von Ziehen des Drahtes zu einer Position benachbart der Umfangsnut 9A. Dem in die Position benachbart zur Umfangsnut 9A gezogenen Draht ist es erlaubt, graduell sich der Oberfläche der Umfangsnut 9A entlang des Stufenabschnitts 9g anzunähern. Dann wird der Draht im Uhrzeigersinn um die Umfangsnut 9A um eine vorherbestimmte Anzahl von Male herumgewickelt in einen Zustand, wo die Umfangsnut 9A von einer Position nahe des äußeren Flansches 9a gesehen wird (siehe 5).
Nachdem der Draht um die Umfangsnut 9A eine vorherbestimmte Anzahl von Male herumgewickelt wurde, wird der Draht wiederum von der Umfangsnut 9A getrennt, wie dies durch ➁ bezeichnet, in 4 dargestellt ist. Dann wird der Draht von der unteren Oberfläche des Vorsprunges 9f zur oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F durch die Seitenoberfläche benachbart der Umfangsnut 9B gezogen. Dann wird der Draht entgegen dem Uhrzeigersinn um die dritte Anschlußklemme 12C mehrere Male herumgewickelt. Dann, wie dies mit ➂ bezeichnet, in 4 dargestellt ist, wird der Draht diagonal nach unten rechts gezogen, wenn es wie in 4 betrachtet wird. Dann wird der Draht von der Seitenoberfläche des Vorsprunges 9f benachbart zur Umfangsnut 9A in die untere Oberflächenposition gezogen, und dann wird er in eine Position benachbart zur Umfangsnut 9B gezogen. Dem in die Position nahe der Umfangsnut 9B gezogenen Draht ist es erlaubt, graduell sich der Oberfläche der Umfangsnut 9B entlang des Stufenabschnittes 9h zu nähern. Dann, wird der Draht im Uhrzeigersinn um die Umfangsnut 9B eine vorherbestimmte Anzahl von Male herumgewickelt in einen Zustand, wo die Umfangsnut 9B von einer Position benachbart des äußeren Flansches 9a aus gesehen wird.
Nachdem der Draht die vorherbestimmte Anzahl von Male um die Umfangsnut 9B herumgewickelt worden ist, wird der Draht wiederum von der Umfangsnut 9B getrennt, wie dies durch ➃ bezeichnet, in 4 dargestellt ist, und dann wird der Draht zum oberen Oberflächenabschnitt des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F von der unteren Oberfläche des Vorsprunges 9e aus gezogen durch die Seitenoberfläche benachbart der Umfangsnut 9A. Dann wird der Draht entgegen dem Uhrzeigersinn mehrere Male um die zweite Anschlußklemme 12B herumgewickelt. Auf diese Weise ist der Vorgang des Wickelns des Drahtes vervollständigt.
In dem oben beschriebenen Zustand ist der Draht in der Form, daß ein elektrisch leitender Draht mit einem Isolierbauteil um jede der Anschlußklemmen 12A bis 12C herumgewickelt ist. Dadurch wird kein elektrisches Leiten zwischen jeder der Anschlußklemmen 12A bis 12C und dem Draht hergestellt. Wenn die Anschlußklemmen 12A bis 12C von ihren vom liegenden Enden aus nach dem Vervollständigen des Wickelns in einen Lottank eingetaucht worden sind, wird es für das Lot möglich, an jeder der Anschlußklemmen 12A bis 12C zu kleben. Darüber hinaus wird die Wicklung mit der Hitze des Lots geschmolzen. Daher kann jede der Anschlußklemmen 12A bis 12C mit dem Draht elektrisch leitend verbunden werden. Wie aus 4 verstanden werden kann, kann durch den oben beschriebenen Wicklungsvorgang in ein Kreuzen der Drähte an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F verhindert werden. Daher kann ein Kurzschluß des Drahtes verhindert werden, wenn das Löten durchgeführt wird.
Wie in 3 in einer explosionsartigen Darstellung darstellt ist, sind Jochbauteile 13A und 13B, die jeweils eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen, an dem Spulenkörper 9 befestigt, um die Umfangsnuten 9A und 9B von der Außenseite her abzudecken. Darüber hinaus ist ein im wesentlichen ringförmiges Jochbauteil 13C in dem Spalt 9C des Spulenkörpers 9 aufgenommen.
Wie ebenso in 7 dargestellt ist, welche eine Draufsicht ist, welche einen Zustand darstellt, wo jedes der Jochbauteile 13A bis 13C befestigt ist, in 8, welche eine Schnittansicht entlang der Linie B-B, die in 7 dargestellt ist, und 9 dargestellt ist, welche eine Schnittansicht entlang der Linie C-C ist, welche in 8 dargestellt ist, weist das Jochbauteil 13C flache Abschnitte 13a und 13b auf, die voneinander beabstandet ausgebildet sind um einen Winkelgrad von 180° in Umfangsrichtung der äußeren Oberfläche der Jochbauteile 13C, um es ihnen zu erlauben, zu dem in Radialrichtung sich erstreckenden inneren Oberflächen der beiden Verbindungsabschnitte 9c und 9d zu passen, die quer über den Spalt 9C verlaufen. Darüber hinaus ist der innere Durchmesser der Jochbauteile 13C der gleiche wie der innere Durchmesser jeder der zylindrischen Abschnitte 9D und 9E, während der äußere Durchmesser der Jochbauteile 13C der gleiche ist wie der äußere Durchmesser des inneren Flanschabschnittes 9b. Jedoch haben Vorsprünge 13c und 13d jeweils die gleiche Breite wie die Jochbauteile 13C und erstrecken sich in radialer Richtung nach außen um eine Dicke, die etwas geringer ist als die Wanddicke jeder der Jochbauteile 13A und 13B ist, und sind an zwei Positionen jeweils beabstandet von den flachen Abschnitten 13a und 13b auf der äußeren Oberfläche des Jochbauteiles 13C um einen Winkelgrad von 90° ausgebildet. Daher, wenn das Jochbauteil 13C in dem Spalt 9C des Spulenkörpers 9 aufgenommen ist, stehen die Vorsprünge 13c und 13d über den inneren Flansch 9b vor (vgl. 8).
Andererseits haben die Jochbauteile 13A und 13B die gleiche Form und bestehen aus einem zylindrischen Abschnitt 13d zum Abdecken des Spulenkörpers 9, um welchen die Spulen 10 und 11 gewickelt wurden, und ein ringförmiger unterer Abschnitt 13e ist an einem Ende angeformt, das in axialer Richtung nach außen weist, wenn sie an den Spulenkörper 9 angebracht werden. Der innere Durchmesser des unteren Abschnittes 13e ist der gleiche wie der innere Durchmesser jeder der zylindrischen Abschnitte 9D und 9E des Spulenkörpers 9. Darüber hinaus sind vier Ausnehmungen 13g, 13h, 13i und 13j beabstandet voneinander um einen Winkelgrad von 90° in Umfangsrichtung in einem Endabschnitt gegenüberliegend dem unteren Abschnitt 13e des zylindrischen Abschnittes 13d eingeformt.
Von den Ausnehmungen 13g bis 13j ist die Ausnehmung 13g eine Ausnehmung zum Aufnehmen des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F, die Ausnehmung 13h eine Ausnehmung zum Aufnehmen des Verbindungsabschnittes 9d und die Ausnehmungen 13i und 13j Ausnehmungen zum Aufnehmen der Vorsprünge 13c und 13d des Jochbauteiles 13C.
Jede der Ausnehmungen 13i und 13j weist eine breitenmäßige (eine in Umfangsrichtung verlaufende) Abmessung auf, die etwas geringer ist als ihre längenmäßige (die in Umfangsrichtung verlaufende) Abmessung jeder der Vorsprünge 13c und 13d. Jedoch, die Abmessung in Richtung der Tiefe (die Axialrichtung) ist halb der Abmessung jeder der Vorsprünge 13c und 13d in Richtung der Dicke (Axialrichtung). Daher, wenn das Jochbauteil 13C an dem Spulenkörper 9 gesichert und die Jochbauteile 13A und 13B angebracht sind, um selbige abzudecken, werden die unteren Oberflächen der Ausnehmungen 13i und 13j in Kontakt mit den Vorsprüngen 13c und 13d gebracht. Daher sind die Stellungen in Axialrichtung der Jochbauteile 13A und 13B fest.
Andererseits weist die Ausnehmung 13g eine Breitenabmessung auf, die gleich der längenmäßigen Abmessung des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F eingeschlossen der Vorsprünge 9e und 9f ist. Jedoch ist die Abmessung in Richtung ihrer Tiefe größer als die Hälfte der Abmessung des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F in Richtung ihrer Dicke. In gleicher Weise hat die Ausnehmung 13h eine breitenmäßige Abmessung die gleich der längenmäßigen Abmessung des Verbindungsabschnittes 9d ist. Jedoch ist ihre Abmessung in Richtung ihrer Tiefe geringfügig größer als die Hälfte der Abmessung des Verbindungsabschnittes 9d in Richtung ihrer Dicke. Daher, wenn die Jochbauteile 13A und 13B befestigt werden, um den Spulenkörper 9 abzudecken, sind die Stellungen der Jochbauteile 13A und 13B fest, da die inneren Oberflächen der Ausnehmungen 13g und 13h in Kontakt mit den Endoberflächen des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes 9F und des Verbindungsabschnittes 9d gebracht werden.
Da die Ausnehmung 13g die obengenannten Abmessungen aufweist, wird die innere Oberfläche der Ausnehmenung 13g in Kontakt mit den Endoberflächen der Vorsprünge 9e und 9f gebracht. Jedoch sind Lücken zwischen den Seitenoberflächen und unteren Oberflächen der Vorsprünge 9e und 9f und der inneren Oberfläche der Ausnehmung 13g ausgebildet. Als ein Ergebnis ist der Draht für die Spulen 10 und 11, der entlang der äußeren Oberflächen der Vorsprünge 9e und 9f angeordnet ist, nicht zwischen der inneren Oberfläche der Ausnehmung 13g und den Vorsprüngen 9e und 9f gehalten. Daher kann ein Brechen der Isolation des Drahtes und somit ein Verursachen eines Kurzschlusses zwischen den Jochbauteilen 13A und 13B verhindert werden.
Es wird angemerkt, daß ein Raum in dem Gehäuse 1, in welchem das Schneckenrad 6 angeordnet ist, und ein Raum in demselbigen, in welchem der Spulenkörper 9 angeordnet ist, durch ein Metalldichtungsbauteil 17 voneinander isoliert sind, so daß Schmieröl, welches zu einem Eingriffsabschnitt zwischen dem Schneckenrad 7 und dem elektrischen Motor zugeführt wird, daran gehindert wird, in dem Abschnitt, der den Spulenkörper 9 aufweist, einzudringen.
Die Enden der Anschlußklemmen 12A bis 12C erreichen einen Sensorkasten 18 durch das Gehäuse 1. Die Spulen 10 und 11 sind mit einer Motorsteuerungsschaltung, die auf einer Steuerungsplatine 19 in dem Sensorkasten 18 angeordnet ist, durch die Anschlußklemmen 12A bis 12C verbunden. Der Motorsteuerungsschaltkreis, wie in 10 dargestellt, weist z. B. einen oszillierenden Abschnitt 21, für ein Zuführen von Wechselstrom, der eine vorherbestimmte Frequenz aufweist, zu den Spulen 10 und 11 durch einen Abschnitt 20 für Gleichstrom, einen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis 22 zum Gleichrichten und Glätten der Anschlußklemmenspannung der Spule 10 zum Übertragen der Spannung, einen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis 23 zum Gleichrichten und Glätten der Anschlußklemmenspannung der Spule 11, um die Spannung zu übertragen, einen Differentialverstärker 24A und 24B zum Verstärken der Differenz zwischen dem Ausgang des Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreises 22 und dem des Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreises 23, um die verstärkte Differenz zu übertragen, einen Rauschfilter 25A zum Eliminieren einer hochfrequenten Rauschkomponente aus dem Ausgang des Differentialverstärkers 24A, einen Rauscheliminiationsfilter 25B zum Eliminieren einer hochfrequenten Rauschkomponente aus dem Auslaß des Differentialverstärkers 24B, einen Drehmomentberechnungsabschnitt 26, welcher die Richtung und den Grad des relativen, rotativen Versatzes zwischen der Antriebswelle 2 und dem zylindrischen Bauteil 8 entsprechend der Ausgaben, z. B., ein Mittelwert aus den Rauscheliminiationsfiltern 25A und 25B, und multipliziert ein Ergebnis der Berechnung mit einer vorherbestimmten proportionalen Konstante, um das Lenkungsdrehmoment zu ermitteln, welches in dem Lenkungssystem erzeugt wird, und einen Motorantriebsabschnitt 27 zum Zuführen eines Antriebsstromes I zum Elektromotor 7 auf, der in der Lage ist, ein Lenkungsunterstützungsdrehmoment zum Reduzieren des Lenkungsdrehmomentes gemäß einem Ergebnis der durch den Drehmomentberechnungsabschnitt 26 durchgeführten Berechnung.
In dieser Ausführungsform sind die Spulen 10 und 11 zum Motorsteuerungsschaltkreis durch die drei Anschlußklemmen 12A und 12C verbunden. Von diesen drei Anschlußklemmen ist die erste Anschlußklemme 12A, mit welcher eines der Enden (das Ende an welchem die Windung des Drahtes begonnen wird) der Spule 10 verbunden ist, über den elektrischen Widerstand R mit dem Abschnitt verbunden, der den oszillierenden Abschnitt 21 aufweist, ist die zweite Anschlußklemme 12B, mit welcher eines der Enden (das Ende an welchem die Windung des Drahtes beendet ist) der Spule 11 verbunden ist, durch den anderen elektrischen Widerstand R mit dem Abschnitt verbunden, der den oszillierenden Abschnitt 21 aufweist; und ist die Anschlußklemme 12C, welche eine gemeinsame Anschlußklemme ist, mit welcher das andere Ende (der mittlere Abschnitt des Drahtes) der Spulen 10 und 11 verbunden ist, mit der Erde verbunden.
Der Betrieb dieser Ausführungsform wird nun beschrieben.
Angenommen, daß das Lenkungssytem sich in einem geradeaus-Fahrtzustand befindet und daher das Lenkungsdrehmoment Null ist, dann findet keine relative Drehung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 statt. Daher findet keine relative Drehung zwischen der Abtriebswelle 3 und dem zylindrischen Bauteil 8 statt.
Wenn Drehkraft in der Antriebswelle 2 erzeugt wird, da das Lenkrad betätigt wurde, wird die Drehkraft auf die Abtriebwelle 3 durch den Torsionsstab 4 übertragen. Zu dieser Zeit wird ein Widerstand, der der Reibkraft zwischen den gesteuerten Rädern und der Oberfläche der Straße und der Reibkraft, die aufgrund des Eingriffs zwischen den Zahnrädern und des Zahnstangenlenkungsapparates (nicht dargestellt), der am linken Ende der Zeichnung ausgebildet ist, in der Abtriebswelle 3 erzeugt. Daher findet eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebwelle 3 in solch einer Weise statt, daß die Abtriebswelle 3 nachläuft, da der Torsionsstab 4 verdreht ist. Darüber hinaus findet eine relative Rotation auch zwischen der Abtriebswelle 3 und dem zylindrischen Bauteil 8 statt.
In einem Bereich, wo das zylindrische Bauteil 8 kein Fenster aufweist, wird ein Erzeugen eines Wechselmagnetfeldes in den Spulen durch den Spulen zugeführten Wechselstrom einen Wirbelstrom erzeugen, der auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Bauteiles 8 in einer Richtung entgegengesetzt einer Richtung fließt, in welcher der Spulenstrom fließt, da das zylindrische Bauteil 8 aus elektrisch leitendem und nichtmagnetischem Material hergestellt ist.
Wenn das magnetische Feld, welches durch den Wirbelstrom erzeugt wird, und das magnetische Feld, welches durch die Spulen erzeugt wird, überlagert werden, wird das magnetische Feld in dem zylindrischen Bauteil 8 ausgeglichen.
Dort wo die Fenster 8a und 8b in dem zylindrischen Bauteil 8 vorgesehen sind, kann der Wirbelstrom, welcher auf der äußeren Oberfläche des zylindrischen Bauteiles 8 erzeugt wird, nicht entlang der äußeren Oberfläche fließen, da die Fenster 8a und 8b ausgebildet sind. Daher wird der Wirbelstrom in den inneren Abschnitt des zylindrischen Bauteiles 8 entlang der Endoberflächen der Fenster 8a und 8b eingebracht und fließt entlang der inneren Oberfläche in derselben Richtung wie die Richtung des Spulenstromes. Dann fließt der Wirbelstrom entlang der Endoberflächen der benachbarten Fenster 8a und 8b und kehrt dann an die äußere Oberfläche zurück. Dadurch wird ein Kreislauf gebildet.
Das heißt, es wird ein Zustand realisiert, in welchem der Kreislauf des Wirbelstromes periodisch (θ = 360/N) in der Spule angeordnet ist.
Die magnetischen Felder, welche durch den Spulenstrom und den Wirbelstrom erzeugt werden, werden überlagert, so daß periodisch die Stärkung und Schwächung des magnetischen Feldes in Umfangsrichtung und ein magnetisches Feld, welches einen Gradienten aufweist, der in Richtung zur Mitte reduziert ist, in den äußeren und inneren Abschnitten des zylindrischen Bauteiles 8 ausgebildet wird. Die Stärkung und Schwächung des magnetischen Feldes in Umfangsrichtung findet in solch einer Weise statt, daß das magnetische Feld in den mittigen Abschnitten der Fenster 8a und 8b intensiviert wird; was erheblich beeinflußt wird durch die benachbarten Wirbelströme, und wird in den Abschnitten geschwächt, die gegenüber den mittigen Abschnitten um eine halbe Periode (θ/2) versetzt sind. Innerhalb des zylindrischen Bauteiles 8, ist die Abtriebswelle 3, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, koaxial angeordnet. Die Abtriebswelle 3 ist mit ihren Vorsprüngen und Ausnehmungen derart angeordnet, daß sie dieselbe Periode aufweisen wie die Fenster 8a und 8b bei der Nut 3A. Das magnetische Bauteil, welches in dem magnetischen Feld angeordnet ist; wird magnetisiert und wird dadurch dazu veranlaßt, eine spontane Magnetisierung (magnetischer Fluß) in einer Menge zu erzeugen, die vergrößert wird gemäß der Intenstität des magnetischen Feldes, bis es gesättigt ist.
Daher veranlaßt das periodische Verstärken und Schwächen in Umfangsrichtung, was durch das zylindrische Bauteil 8 und das magnetische Feld erzeugt wird, das die Gradienten in radialer Richtung aufweist, ein Vergrößern oder Reduzieren der spontanen Magnetisierung der Abtriebswelle 3 gemäß der relativen Phase bezüglich des zylindrischen Bauteiles 8. Die spontane Magnetisierung ist so ausgelegt, daß sie maximal in einer Phase ist, in welcher die Mitten der Fenster 8a und 8b und die Mitten der Vorsprünge zusammenfallen.
Entsprechend der Änderung in der spontanen Magnetisierung, wird auch die Induktivität jeder der Spulen 10 und 11 in Form von im wesentlichen Sinuswellen geändert. In einem Zustand, wo kein Drehmoment auftritt, wird ein Zustand, der gegenüber der Phase, in welcher die spontane Magnetisierung (Induktivität) bei einer 1/4 Periode (θ/4) maximal ist, versetzt ist, realisiert. Darüber hinaus wird die Phase der Fensterreihe benachbart zur Hülse 2A und die der anderen Fensterreihe derart ausgelegt, daß sie um 1/2 Periode (θ/2) zueinander verschieden sind, wie dies oben beschrieben ist.
Daher bewirkt ein Erzeugen der Differenz in der Phase zwischen dem zylindrischem Bauteil 8 und der Abtriebswelle 3 aufgrund des Drehmoments, daß die Induktivität einer der Spulen 10 und 11 vergrößert wird. Auf der anderen Seite wird die Induktivität der anderen Spule um die gleiche Rate reduziert. Wenn die Induktivität jeder der Spulen 10 und 11 wie oben beschrieben, geändert wird, werden auch die Impedanzpegel der Spulen 10 und 11 in ähnlicher Weise geändert unter der Bedingung, daß die Frequenzen der zugeführten elektrischen Ströme aus dem Stromverstärkungsabschnitt 26 konstant sind. Darüber hinaus werden die selbstinduktiven elektromagnetischen Kräfte der Spulen 10 und 11 in ähnlicher Weise geändert. Dadurch werden die Ausgänge der Differentialverstärker 24A und 24B zum Erhalten der Differenz zwischen den Anschlußklemmenspannungen zwischen den Spulen 10 und 11 gemäß der Richtung und der Größe des Lenkungsdrehmomentes geändert. Da die Differentialverstärker 24A und 24B die Differenz zwischen dem Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis 22 und dem Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis 23 ermitteln, kann eine Änderung der Selbstinduktivität, die aufgrund der Temperatur oder dergleichen auftritt, ausgeglichen werden.
Der Drehmomentberechnungsabschnitt 26 errechnet einen Mittelwert der Ausgänge aus den Differentialverstärkern 24A und 24B, die durch die Rauscheliminiationsfilter 25A und 25B zugeführt werden, und multipliziert dann die Mittelwerte mit, z. B. einer vorherbestimmten proportionalen Konstanten, um das Lenkungsdrehmoment zu erhalten, gefolgt von Zuführen des Ergebnisses zu dem Motorantriebsabschnitt 27. Der Motorantriebsabschnitt 27 führt dem elektrischen Motor 7 Antriebsstrom I entsprechend der Richtung und der Größe des Lenkungsdrehmomentes zu.
Als Ergebnis wird eine Rotationskraft entsprechend der Richtung und der Größe des Lenkungsdrehmomentes, welches in dem Steuerungssystem erzeugt wird, durch den elektrischen Motor 7 erzeugt. Die Rotationskraft wird der Abtriebswelle 3 durch das Schneckenrad usw. zugeführt. Dadurch wird ein die Lenkung unterstützendes Drehmoment der Abtriebswelle 3 zugeführt und dadurch kann das Lenkungsdrehmoment reduziert werden und die Last, welche durch den Fahrer aufgebracht werden muß, kann reduziert werden.
In dieser Ausführungsform sind die Spulen 10 und 11 vorgesehen, um die Änderung der Selbstinduktivität, die aufgrund von Temperaturen oder dergleichen auftritt, auszugleichen. Die Spulen 10 und 11 sind um einen gemeinsamen Spulenkörper 9 gewickelt. Darüber hinaus sind die zwei Spulen 10 und 11 kontinuierlich durch eine Wicklungsmaschine gewickelt. Daher wird Dispersion in den Spannungen und den Durchmessern des Drahtes der Spulen 10 und 11 signifikant verhindert. Dadurch wird jegliche komplizierte Handhabung und dergleichen nicht benötigt, um die beiden Spulen 10 und 11, welche derart betrachtet werden, als daß sie die gleichen Spezifikationen aufweisen, in einem Drehmomentsensor anzubringen. Da auch Deviation der Achsen der Spulen 10 und 11 verhindert werden kann, wird ein Einstellen der Balance des Brückenschaltkreises, das durchgeführt werden muß, wenn sie an den Motorsteuerungsschaltkreis wie in 10 angeschlossen werden, nicht benötigt oder vereinfacht. Dadurch, ohne die Kosten exzessive zu erhöhen, ist es möglich, zuverlässig die Änderung der Induktivität in jeder der Spulen 10 und 11 auszugleichen, die aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment auftritt. Als Ergebnis kann ein Drehmomentsensor ermöglicht werden, der eine exzellente Ermittlungsgenauigkeit aufweist.
Da diese Ausführungsform in solch einer Weise angeordnet ist, daß der oben beschriebene Vorgang zum Wickeln des Drahtes um die drei Anschlußklemmen 12A bis 12C angewendet wird, und die Spalte um die Vorsprünge 9e und 9f eingeformt sind, um den Draht aufzunehmen, kann das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen mittleren Abschnitten des Drahtes und zwischen dem Draht und den Jochbauteilen 13A oder 13B zuverlässig verhindert werden.
Darüber hinaus, da diese Ausführungsform in solch einer Weise angeordnet ist, daß die zylindrischen Jochbauteile 13A und 13B und das ringförmige Jochbauteil 13C beliebig miteinander in Eingriff gebracht sind, wird ein Abweichen der Achsen der Gesamtkörper der Jochbauteile 13A und 13C verhindert. Darüber hinaus, wird eine Abweichung zwischen den Achsen jedes der Jochbauteile 13A bis 13C und der des Spulenkörpers 9 verhindert. Die oben beschriebenen Vorteile tragen dazu bei, die Ermittlungsgenauigkeit des Drehmomentsensors zu erhöhen.
Da der Spulenkörper 9 gemeinsam von den beiden Spulen 10 und 11 verwendet wird, kann die Anzahl der Elemente reduziert und die Anzahl der Herstellungsvorgänge, die notwendig sind, um die Elemente an dem Gehäuse 1 zu montieren, reduziert werden. Auch diese Tatsache trägt zum Reduzieren der Kosten bei.
Da der Draht in dieser Ausführungsform um den Spulenkörper 9 durch den oben beschriebenen Vorgang gewickelt ist, wird jede, die erste Anschlußklemme 12A und die zweite Anschlußklemme 12B mit dem Stromversorgungsabschnitt durch den elektrischen Widerstand R und die dritte Anschlußklemme 12C verbunden, welche eine gemeinsame Anschlußklemme für die Spulen 10 und 11 ist, die mit der Erde verbunden ist. Daher fließen elektrische Ströme in den Spulen 10 und 11 in dieselbe Richtung, sogar wenn der Draht um die Spulen 10 und 11 in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt ist. Als Ergebnis haben die Spulen 10 und 11 die gleiche Polarität.
Obwohl die oben beschriebene Auführungsform in solch einer Weise strukturiert ist, daß jede, die erste Anschlußklemme 12A und die zweite Anschlußklemme 12B mit der Stromquelle durch den elektrischen Widerstand R und die dritte Anschlußklemme 12C, mit der Erde verbunden sind, ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine Konstruktion verwendet werden, bei der die dritte Anschlußklemme 12C mit dem Abschnitt, der den oszillierenden Abschnitt 21 aufweist; durch den Gleichstromabschnitt 20 verbunden ist, daß die erste Anschlußklemme 12A mit der Erde durch den elektrischen Widerstand R ist und die zweite Anschlußklemme 12B mit der Erde durch den elektrischen Widerstand R verbunden ist, um das Drehmoment zu ermitteln.
Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform eine Struktur aufweist, bei welcher der Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Servolenkungsapparat für ein Fahrzeug angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Konstruktion kann auch für einen Drehmomentsensor für einen anderen Zweck verwendet werden.
In dieser Ausführungsform bilden die Antriebswelle 2, die Hülse 2A, die Abtriebswelle 3, die Nut 3A, der Torsionsstab 4 und das zylindrische Bauteil 8 die Impedanzänderungseinrichtung.
Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform eine Struktur aufweist, bei der der Spulenkörper 9 ein integral gegossenes Produkt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine in 11 dargestellte Struktur verwendet werden, bei welcher der Spulenkörper 9 geteilt werden kann für jeden der zylindrischen Abschnitte 9D und 9E an den Verbindungsabschnitten 9c und 9d. Das heißt, jedes der zwei gegossenen Elemente, die durch Teilen jeden der zylindrischen Abschnitte 9D und 9E erhalten werden, können miteinander kombiniert werden, so daß der Spulenkörper 9 gebildet wird, auf welchen die Spulen 10 und 11 gewickelt werden. In dem Fall, wo der Spulenkörper 9 derart gestaltet ist, um ein Element des geteilten Typs zu sein, kann er leicht zu niedrigen Kosten hergestellt werden, sogar wenn er eine komplizierte Form aufweist. Um die benötigte Arbeit zum Montieren des Spulenkörpers 9 zu reduzieren, können eine Ausnehmung 9i und ein Vorsprung 9j, die derart angeordnet sind, um mit der Kontaktoberfläche jeder der geteilten Verbindungsabschnitte 9c und 9d in Eingriff gebracht zu werden, ausgebildet werden, wie dies in 11 dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die beiden Nuten in axialer Richtung voneinander beabstandet sind und koaxial zur sich drehenden Welle für den Spulenkörper, der am Gehäuse befestigt ist, vorgesehen sind, und jede der Spulen um jede der beiden Nuten herumgewickelt ist, eine Abweichung der Spannungen in den Spulen und der Durchmesser der Drähte signifikant reduziert werden. Daher können die beiden Spulen, von welchen angenommen wird, daß sie dieselben Spezifikationen aufweisen, in einen Drehmomentsensor eingebracht werden, ohne eine komplizierte Handhabung. Daher kann ein Effekt in der Weise erzielt werden, daß eine Änderung der Induktivität der Spulen, welche aufgrund von anderen Faktoren als Drehmoment auftritt, zuverlässig ausgeglichen werden kann, ohne eine exzessive Erhöhung der Kosten.
Eine zweite Ausführungsform eines Drehmomentsensors gemäß der vorliegenden Erfindung wird als nächstes beschrieben.
Wie in 12 dargestellt, weist der Drehmomentsensor der zweiten Ausführungsform eine ähnliche Struktur auf wie der der ersten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist. Das Merkmal der zweiten Ausführungsform liegt in der Konstruktion des Jochbauteiles, welches die äußere Oberfläche und beide Endoberflächen der jeweiligen Spulen 10 und 12 abdeckt. Die anderen Komponenten des Drehmomentsensors der zweiten Ausführungsform können dieselben sein wie bei dem Drehmomentsensor der ersten Ausführungsform oder denen eines konventionellen Drehmomentsensors. In 12 werden die gleichen Komponenten wie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird ausgelassen.
Die Jochbauteile bestehen aus Eisen. Da die Jochbauteile ähnliche Strukturen aufweisen, wird die folgende Beschreibung nur für das Jochbauteil 14 gegeben, welches die Spule 11 abdeckt.
Das heißt, 13(a) ist eine Schnittansicht des Jochbauteiles 14 und 13(b) ist eine Vorderansicht des Jochbauteiles 14. Es wird angemerkt, daß 13(a) einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A entspricht, die in 3(b) dargestellt ist.
Wie in den 13(a) und 13(b) dargestellt, besteht das Jochbauteil 14 aus einem ringförmigen Bauteil 14A zum Abdecken der äußeren Oberfläche und einem Abschnitt einer Endoberfläche der Spule 11 und weist einen L-förmigen Querschnitt auf; und ein ringförmiges Bauteil 14B weist eine rechteckige Querschnittsform auf zum Abdecken einer anderen Endoberfäche der Spule 11. Der Abschnitt des ringförmigen Bauteiles 14A zum Abdecken der äußeren Oberfläche der Spule 11 deckt auch die äußere Oberfläche des ringförmigen Bauteiles 14B ab. Als ein Ergebnis werden die gesamte äußere Oberfläche und die beiden Endoberflächen der Spule 11 durch das Jochbauteil 14 abgedeckt.
Es wird angemerkt, daß drei ausgeschnittene Abschnitte 16A, 16B und 16C in dem Abschnitt des ringförmigen Bauteiles 14A zum Abdecken des ringförmigen Bauteiles 14B mit den gleichen Intervallen in Umfängsrichtung (d. h. Winkelgrade von 120°) ausgebildet sind. Es wird angemerkt, daß die ausgeschnittenen Abschnitte 16A, 16B und 16C Abmessungen aufweisen, die in solch einer Weise bestimmt sind, daß sie ein wenig die äußere Oberfläche der Spule 11 überlagern. Ein Anschlußklemmenhaltebauteil 17, welches aus einem nichtleitenden Material, wie z. B. Plastik, hergestellt ist, ist an der äußeren Oberfläche des ringförmigen Bauteiles 14B in solch einer Weise befestigt, daß das Anschlußklemmenhaltebauteil 17 in dem ausgeschnittenen Abschnitt 16A aufgenommen ist. Zwei Anschlußklemmen 17A und 17B weisen vordere Enden auf, die in radialer Richtung vorstehen, die an der Oberfläche des Anschlußklemmenhaltebauteiles 17 befestigt sind, wobei sie in radialer Richtung nach außen weisen. Ein Basisabschnitt der Anschlußklemme 17A ist mit einem der Endabschnitte der Spule 11 verbunden, während der Basisabschnitt der anderen Anschlußklemme 17B mit einem anderen Endabschnitt der Spule 11 verbunden ist. Als ein Ergebnis der oben beschriebenen Struktur werden die beiden Enden der Spule 11 zur Außenseite des Jochbauteiles 14 gezogen.
Obwohl jeder der ausgeschnittenen Abschnitte 16B und 16C die gleichen Abmessungen aufweist wie der des ausgeschnittenen Abschnittes 16A, ist kein Anschlußklemmenhaltebauteil oder dergleichen vorgesehen, um jedem der ausgeschnittenen Abschnitte 16B und 16C zu entsprechen. Daher sind Abschnitte der Spulenkörper 9'A und 9'B nach außen in den Abschnitten freigelegt, in welchen die ausgeschnittenen Abschnitte 16B und 16C ausgebildet sind.
Auch das andere Jochbauteil, welches die Spule 10 abdeckt, weist eine Struktur auf, die ähnlich zu der des Jochbauteiles 14 ist. Die beiden Jochbauteile können in dem Gehäuse 1 eines elektrischen Servolenkungsapparates für Fahrzeuge (siehe 1) in solch einer Weise angeordnet sein, daß die ringförmigen Bauteile der zugehörigen Jochbauteile sich in Kontakt miteinander befinden, und daß die Anschlußklemmenbefestigungsbauteile der zugehörigen Jochbauteile übereinanderliegen und aneinander angrenzen.
Den vorderen Enden jeder vier Anschlußklemmen 17A und 17B ist es möglich, sich durch das Gehäuse 1 hindurchzuerstrecken und den inneren Abschnitt des Sensorkastens 18 zu erreichen. Die Spulen 10 und 11 sind durch die Anschlußklemmen 17A und 17B mit einem Motorsteuerungsschaltkreis verbunden, der auf einer Steuerungsplatine 19 in dem Sensorkasten 18 angebracht ist.
Der Betrieb des Drehmomentsensors der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform sind die Jochbauteile zum Halten der Spulen 10 und 11 in ihrem inneren Abschnitt, zusätzlich zu dem ausgeschnittenen Abschnitt 16A zum Nach-Außen-Ziehen der Anschlußklemmen der Spulen 10 und 11, mit ausgeschnittenen Abschnitten 16B und 16C in solch einer Weise versehen, so daß Stellungen der ausgeschnittenen Abschnitte 16A bis 16C um Winkelgrade von 120° in Umfangsrichtung versetzt sind. Daher kann eine Änderung der Impedanz jeder der Spulen 10 und 11, welche aufgrund von Irregularität des magnetischen Feldes im inneren Abschnitt jeder der Spulen 10 und 11 auftritt, die durch jeden der ausgeschnittenen Abschnitte 16A bis 16C hervorgerufen wird, reduziert werden.
Das heißt, es wird angenommen, daß der Drehmomentsensor dieser Ausführungsform auf den in 1 dargestellten Servolenkungsapparat angewendet wird, bei welchem der Wechsel des Zustandes des Überlagerns der Nut 3A und der Fenster 8a und 8b ein Ändern der Impedanz jeder Spulen 10 und 11 verursacht. Wenn acht Sätze der Nuten 3A und der Fenster 8a und 8b in Umfangsrichtung existieren, verursacht eine Irregularität in den Spulen 10 und 11, welche z. B. aufgrund des ausgeschnittenen Außenabschnittes 16A hervorgerufen wird, daß acht Wellen von Änderung in der Impedanz auftreten, unabhängig vom Drehmoment, welches für jede Rotation der Abtriebswelle 3 auftritt.
Es wird angemerkt, daß die Änderung der Impedanz unabhängig vom Drehmoment und Auftreten aufgrund der Irregularität des magnetischen Flusses in den Spulen 10 und 11, auch aufgrund des ausgeschnittenen Abschnittes 16B und des ausgeschnittenen Abschnittes 16C stattfindet. Daher kann eine Änderung der Impedanz unabhängig vom Drehmoment, die durch jeden der ausgeschnittenen Abschnitte 16A bis 16C auftritt, intensiviert oder geschwächt werden durch beliebiges Auswählen der Anzahl und der Positionen der ausgeschnittenen Abschnitte 16A bis 16C.
Wenn die jeweiligen Jochbauteile mit einem ausgeschnittenen Abschnitt, der dieselben Abmessungen wie die des ausgeschnittenen Ausschnittes 16A aufweist, zusätzlich zu dem ausgeschnittenen Ausschnitt 16A an einer Position, die von derselbigen um 180° abweicht, zusätzlich versehen sind, und wenn acht Sätze von Nuten 3A und von Fenstern 8a und 8b in Umfangsrichtung in gleichen Intervallen vorgesehen sind, werden Änderungen der Impedanz, welche aufgrund der beiden ausgeschnittenen Abschnitte erzeugt werden, gleichzeitig erzeugt. Daher intensivieren Änderungen in der Impedanz gegenseitig den Grad.
Wenn die drei ausgeschnittenen Abschnitte 16A bis 16C in dieser Ausführungsform ausgebildet sind und wenn acht Sätze von Nuten 3A und der Fenster 8a und 8b in Umfangsrichtung an gleichen Intervallen existieren, wird die Phase der positionsbezogenen Zuordnung zwischen dem ausgeschnittenen Abschnitt 16B und jeder Nut 3A um 2π/3 verzögert, relativ zur positionsbezogenen Anordnung, z. B. des ausgeschnittenen Abschnittes 16A zu jeder Nut 3A. Darüber hinaus ist die Phase des positionsbezogenen Verhältnisses zwischen dem ausgeschnittenen 16C und jeder Nut 3A um 4π/3 verschoben. Daher werden Änderungen der Impedanz, unhängig vom Drehmoment und aufgrund jeder der ausgeschnittenen Ausschnitte 16A bis 16C, gegeneinander geschwächt. Das Ergebnis ist die Änderung der Impedanz signifikant reduziert.
14 zeigt Ergebnisse des Messens einer Änderungsrate der Impedanz der Spule 10, wenn acht Sätze von Nuten 3A und Fenster 8a und 8b vorgesehen sind und wenn die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 einmal in einen Zustand gedreht wurden, wo das erhaltene Drehmoment Null ist. Gemäß den Ergebnissen werden Änderungen kleiner Amplitude und niedriger Frequenz (ein Zyklus pro Rotation) und Änderungen hoher Frequenz (acht Zyklen pro Umdrehung), die eine geringe Amplitude aufweisen, der Impedanz beobachtet. Da Änderung niedriger Frequenz aufgrund von Fehlern, die beim Herstellen der Nut 3A, des zylindrischen Bauteils 8 und dergleichen begangen wurden, auftreten, ermöglicht es die Elimination der Differenz beim Differenzverstärker 24A und 24B, der wie in 10 strukturiert ist, daß die Änderungsrate der Ausgabespannung nur von hochfrequenter Änderung ist, die eine sehr geringe Amplitude aufweist, wie dies in 15 dargestellt. Dadurch kann eine signifikant genaue Ermittlung des Drehmoments durchgeführt werden. Daher kann ein passendes, lenkungsassistierendes Drehmoment dem Lenkungssystem zugeführt werden.
Wenn der ausgeschnittene Ausschnitt 16A ausgebildet ist und die ausgeschnittenen Abschnitte 16B und 16C ausgelassen werden, ähnlich wie bei einem konventionellen Drehmomentsensor, treten Änderungen kleiner Amplitude und niedriger Frequenz (ein Zyklus pro Umdrehung) und Änderungen großer Amplitude und hoher Frequenz (acht Zyklen pro Umdrehung) in der Impedanz der Spule 10 auf, wie dies in 16 dargestellt ist, sogar wenn das Drehmoment Null ist. Auch treten Änderungen in der Impedanz der Spule 11 von kleiner Amplitude und niedriger Frequenz (ein Zyklus pro Umdrehung) und Änderungen großer Amplitude und hoher Frequenz (acht Zyklen pro Minute) auf, wie dies in 17 dargestellt ist. Da die Fenster 8a und 8b eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, werden die Phasen der Komponenten der hochfrequenten Änderungen der Impedanz der Spule 11 um 180° verschoben bezüglich der hochfrequenten Komponente der Änderungen der Impedanz der Spule 10.
Daher, sogar wenn die Differentialverstärker 24A und 24B die Differenz eliminieren, werden die hochfrequenten Komponenten unerwünscht verstärkt, obwohl die niederfrequenten Komponenten der Änderungen ausgeglichen werden können. Als ein Ergebnis wurden die Ausgangsspannungen von dem Differentialverstärker 24A, 24B, wie dies in 18 dargestellt ist, erheblich geändert, unabhängig vom Drehmoment. Dadurch verschlechtert sich die Genauigkeit des Drehmomentermittelns und ein Problem entsteht, wenn eine zufriedenstellende Steuerung des die Lenkung unterstützenden Drehmomentes durchgeführt werden soll.
In dieser Ausführungsform entspricht der Antriebswelle 2 der zweiten sich drehenden Welle, die Abtriebswelle 3 entspricht der ersten sich drehenden Welle, der Abschnitt der Abtriebswelle 3, der durch das zylindrische Bauteil 8 umgeben ist, entspricht dem umgebenden Abschnitt, der ausgeschnittene Abschnitt 16A entspricht dem ersten ausgeschnittenen Ausschnitt und die ausgeschnittenen Abschnitte 16B und 16C entsprechen dem zweiten ausgeschnittenen Abschnitt.
Die obenbeschriebene Ausführungsform ist in solch einer Weise strukturiert, daß wenn acht Sätze von Nuten 3A und der Fenster 8a und 8b in Umfangsrichtung existieren, die drei ausgeschnittenen Ausschnitte 16A bis 16C an den gleichen Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet sind, so daß sie gegenseitig die Phasen der Änderungen der Impedanz schwächen. Jedoch die Anzahl und die Positionen der ausgeschnittenen Abschnitte, welche in den Jochbauteilen ausgebildet sind, sind nicht auf die gemäß der Ausführungsform beschränkt. Sie können beliebig gewählt werden, um der Anzahl von Struktursätzen der Nut 3A und der Fenster 8a und 8b zu entsprechen, um die Impedanz entsprechend dem Drehmoment zu ändern. Kurz gesagt sind die ausgeschnittenen Abschnitte derart ausgebildet, um in der Lage zu sein, gegenseitig die Änderungen der Impedanz, welche aufgrund der ausgeschnittenen Abschnitte zum Herausführen der Enden der Spulen 10 und 11 zu der Außenseite der Jochbauteile und die aufgrund anderer ausgeschnittener Abschnitte entsteht, zu reduzieren.
Obwohl die Beschreibung für eine Konstruktion durchgeführt wurde, bei welcher der Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen elektrischen Servolenkungsapparat für ein Fahrzeug angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dies beschränkt Die Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einen Drehmomentsensor für einen anderen Zweck verwendet werden. Wie oben beschrieben, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher das Jochbauteil mit einem ersten ausgeschnittenen Ausschnitt versehen ist, zum Führen der Enden der Spule zur Außenseite, und zwei oder mehreren ausgeschnittenen Abschnitten, die sich von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt unterscheiden, so daß eine Änderung in der Impedanz der Spule, die aufgrund der Irregularität des magnetischen Feldes in der Spule auftritt, die durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt und die Änderung in der Impedanz der Spule, die aufgrund der Irregularität des magnetischen Feldes in der Spule, welches durch den zweiten ausgeschnittenen Abschnitt gegenseitig reduziert wird, kann ein Effekt darin erhalten werden, daß ein genaues Drehmomentermitteln durchgeführt werden kann.
Die vorangehenden Ausführungen lehren einen Spulenkörper mit einer Spule für einen Drehmomentsensor, wobei der Spulenkörper eine Umfangsnut und zwei Flanschbereiche aufweist, mit: einem Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt, der an einem der Flanschbereiche des Spulenkörpers ausgebildet ist und sich in einer Radialrichtung des Spulenkörpers auswärts erstreckt, wobei Anschlussklemmen an einer oberen, in Radialrichtung nach außen gerichteten Oberfläche des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes angeordnet sind, und daß der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt zumindest einen Vorsprung in Verbindung mit einem Drahtmaterial für die Spule aufweist.
Vorzugsweise weist ein Drehmomentsensor gemäß einer Ausführungsform eine sich drehende Welle auf, die drehbar in einem Gehäuse gestützt ist, zwei Spulen, die die sich drehende Welle umgebend angeordnet sind, eine Impedanzänderungseinrichtung zum Ändern des Impedanzpegels der beiden Spulen in entgegengesetzte Richtungen gemäß der Änderung des Drehmomentes, welches auf die sich drehende Welle einwirkt, um ein Drehmoment zu ermitteln, welches in der sich drehenden Welle gemäß der Differenz zwischen den Klemmenspannungen der beiden Spulen erzeugt wird, auf, und darüber hinaus weist der Drehmomentsensor auf: einen Spulenkörper, der an dem Gehäuse gesichert ist, um koaxial zur sich drehenden Welle zu sein, wobei zwei Nuten in den Spulenkörper eingeformt sind, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind und koaxial zur sich drehenden Welle sind, und die Spule ist entlang jeder der beiden Nuten gewickelt.
Der Spulenkörper kann ein integral gegossenes Erzeugnis sein, oder die Spulen können aufgewickelt worden sein, nachdem zwei oder mehrere Teile montiert wurden.
Vorzugsweise sind die Spulen jeweils entlang der beiden Nuten in dem Spulenkörper aufgewickelt. Daher wird irgendeine komplizierte Handhabung und dergleichen nicht erforderlich, wenn zwei Spulen, die im wesentlichen die gleichen Spezifikationen aufweisen, in einen Drehmomentsensor eingebaut werden. Daher können Impedanzfehler zwischen den beiden Spulen erheblich reduziert werden. Sogar wenn, z. B., eine Brückenschaltung gebildet wird, kann ein Einstellen der Balance der Schaltung ausgelassen oder auf einfache Weise durchgeführt werden.
Eine Lücke kann zwischen die beiden Nuten in den Spulenkörper eingeformt sein, um z. B. ein ringförmiges Jochbauteil aufzunehmen. Darüber hinaus können zwei zylindrische Jochbauteile angeordnet sein, um die beiden Nutabschnitte in dem Spulenkörper zu umgeben, so daß Teile jeder Spule, ausgenommen des inneren Abschnittes, durch die Joche abgedeckt sind.
Ein Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt, der drei Anschlußklemmen aufweist, die nach außen in radialer Richtung vorstehen, ist für einen Abschnitt zwischen den beiden Nuten des Spulenkörpers in solch einer Weise vorgesehen, daß ein Ende einer der Spulen, an welchem die Windung der Spule beginnt, an der ersten Anschlußklemme befestigt ist. Darüber hinaus ist ein Ende der anderen Spule, bei welchem die Wicklung endet, an der zweiten Anschlußklemme befestigt. Ein Ende der Spule, an welchem die Windung endet, und ein Ende der anderen Spule, an welchem die Windung beginnt, ist an der dritten Anschlußklemme befestigt. Als Ergebnis ist die dritte Anschlußklemme als eine gemeinsame Anschlußklemme ausgebildet, an welcher die Enden von zwei Spulen befestigt sind. Daher, wenn die Wicklungsordnung bestimmt wird als, z. B., erste Anschlußklemme → dritte Anschlußklemme → zweite Anschlußklemme, können die beiden Spulen kontinuierlich gebildet werden durch Wickeln eines Drahtes. In dem Fall, wo der Draht in der obengenannten Wicklungsordnung gewickelt ist, wird es bevorzugt, daß die Richtung, in welcher der Draht entlang der beiden Nuten an dem Spulenkörper gewickelt wird, an einer Stelle nahe der dritten Anschlußklemme umgekehrt wird. Das heißt, wenn die obengenannte Wicklungsanordnung verwendet wird, bei welcher, z. B., die dritte Anschlußklemme, welche die gemeinsame Anschlußklemme ist, als Erdklemme verwendet wird, wird die erste Anschlußklemme als eine stromquellenseitige Anschlußklemme für eine der Spulen verwendet und wird die zweite Anschlußklemme als eine stromquellenseitige Anschlußklemme der anderen Anschlußklemme verwendet, wobei Antriebsströme, die in die gleiche Richtung fließen, den beiden Spulen zugeführt werden können.
Weiterhin weist ein Antriebssensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erste und zweite sich drehende Wellen auf, die koaxial angeordnet sind und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind, ein zylindrisches Bauteil, bestehend aus einem elektrisch leitenden und nichtmagnetischen Material und welches mit der zweiten sich drehenden Welle in Richtung der Drehung integriert ist, um die äußere Oberfläche der ersten sich drehenden Welle zu umgeben ein umgebender Abschnitt der ersten sich drehenden Welle, der durch zumindest den zylindrischen Abschnitt umgeben ist und aus einem magnetischen Material besteht, eine Nut, die in den umgebenden Abschnitt eingeformt ist und sich in axialer Richtung erstreckt, ein Fenster, welches in das zylindrische Bauteil in solch einer Weise eingeformt ist, daß ein Zustand des Überlagerns der Nut entsprechend einer relativen Rotationsstellung bezüglich der ersten sich drehenden Welle geändert wird, und eine Spule auf, die angeordnet ist, um einen Abschnitt des zylindrischen Bauteiles zu umgeben, in welches das Fenster eingeformt wurde, so daß Drehmoment, welches in den ersten und zweiten sich drehenden Wellen erzeugt wurde, entsprechend der Änderung der Impedanz der Spule ermittelt wird, wobei ein Jochbauteil, welches die Spule aufweist, mit einem ersten ausgeschnittenen Abschnitt, um ein Ende der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles herauszuführen und zumindest einem zweiten ausgeschnittenen Abschnitt versehen ist, der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt getrennt ist, so daß eine Änderung in der Impedanz der Spule, die aufgrund der Unregelmäßigkeit eines magnetischen Feldes in der Spule auftritt, welche durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, und eine Änderung in der Impedanz der Spule, welche aufgrund der Unregelmäßigkeit des magnetischen Feldes in der Spule auftritt, welche durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, gegeneinander reduziert werden.
Das nichtmagnetische Material gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein paramagnetisches Material mit etwas diamagnetischen Substanzen. Das magnetische Material ist ein ferromagnetisches Material. Die magnetische Permeabilität des nichtmagnetischen Materiales ist gleich der von Luft oder geringer als die magnetische Permeabilität des magnetischen Materiales.
Demzufolge wird ein Drehmomentsensor erläutert, mit ersten und zweiten sich drehenden Wellen, die koaxial zueinander angeordnet sind und miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind; einem zylindrischen Bauteil, welches aus einem elektrisch leitenden und nichtmagnetischen Material hergestellt ist und mit der zweiten sich drehenden Welle in einer Drehrichtung integriert ist, um die äußere Oberfläche der ersten sich drehenden Welle zu umgeben; zumindest einem umgebenden Abschnitt der ersten sich drehenden Welle, welcher durch den zylindrischen Abschnitt umgeben ist und aus magnetischem Material besteht; einer Nut, welche in den umgebenden Abschnitt eingeformt ist und sich in axialer Richtung erstreckt; einem Fenster, welches in das zylindrische Bauteil in solch einer Weise eingeformt ist, daß ein Zustand des Überlagerns der Nut geändert wird entsprechend einer relativen Drehstellung bezüglich der ersten sich drehenden Welle; einer Spule, die angeordnet ist, um einen Abschnitt des zylindrischen Bauteils zu umgeben, wo das Fenster derart ausgebildet ist, so daß Drehmoment, welches in den ersten und zweiten sich drehenden Wellen erzeugt wird, entsprechend der Änderung der Impedanz in der Spule ermittelt wird; einem Jochbauteil, welches die Spule abdeckt; bei dem das Jochbauteil mit einem ersten ausgeschnittenen Abschnitt versehen ist zum Herausführen eines Endes der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles und zumindest einen zweiten ausgeschnittenen Abschnitt, der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt getrennt ist, so daß eine Änderung der Impedanz der Spule, die aufgrund von Irregularität eines magnetischen Feldes in der Spule, die durch den ersten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, und eine Änderung der Impedanz der Spule, die aufgrund der Irregularität des magnetischen Feldes in der Spule auftritt, die durch den zweiten ausgeschnittenen Abschnitt erzeugt wird, gegenseitig reduziert werden.
Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das Jochbauteil aus einem ersten ringförmigen Bauteil zum Abdecken einer äußeren Oberfläche und einer von Endoberflächen der Spule besteht und einen L-förmigen Querschnitt aufweist, und einen zweiten ringförmigen Bauteil zum Abdecken einer anderen Endoberfläche der Spule, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei das erste ringförmige Bauteil auch die äußere Oberfläche des zweiten ringförmigen Bauteiles abdeckt, und mit den ersten und zweiten ausgeschnittenen Abschnitten versehen ist, die die gleichen Abmessungen aufweisen und in gleichen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet sind.
Bei dem Drehmomentsensor ist weiterhin ein Spulenkörper vorgesehen, der an dem Gehäuse derart angebracht ist, um koaxial zur sich drehenden Welle zu sein; bei dem zwei Nuten in den Spulenkörper eingeformt sind, um voneinander in axialer Richtung beabstandet und koaxial zur sich drehenden Welle zu sein, und die Spule ist entlang jeder der beiden Nuten gewickelt.
Der Spulenkörper weist zwei zylindrische Abschnitte auf, die durch einen Spalt beabstandet voneinander in axialer Richtung ausgebildet sind und die gleichen Abmessungen aufweisen; äußere Flansche, die an äußeren Enden der zylindrischen Abschnitte nach außen weisend ausgebildet sind; innere Flansche, die an inneren Enden der zylindrischen Abschnitte einander gegenüberliegend ausgebildet sind; Verbindungsabschnitte, die ausnehmungsförmig sind, nach außen in radialer Richtung vorstehen, um die Lücke zu überqueren, wobei die inneren Flansche durch die Verbindungsabschnitte miteinander verbunden sind; ein Anschlußklemmenbefestigungsabschnitt, der an einer Endoberfläche der einem der Verbindungsabschnitte nach außen weisend in radialer Richtung ausgebildet ist, und erste, zweite und dritte Metallanschlußklemmen, die an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes angebracht sind, wobei ein Ende einer der Spulen um die erste Anschlußklemme gewickelt ist, wobei ein Ende der anderen der Spulen um die zweite Anschlußklemme gewickelt ist und die anderen Enden jeder der beiden Spulen um die dritte Anschlußklemme gewickelt sind.
In anderen Worten, zwei koaxiale, in Umfangsrichtung verlaufende Nuten sind beabstandet voneinander in Axialrichtung für einen Spulenkörper vorgesehen, der aus einem elektrisch, nichtleitenden Material, wie z. B. Plastik, gebildet ist, und sind derart angeordnet, daß sie in einem Gehäuse koaxial mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle befestigt sind. Darüber hinaus ist eine Spule zum Ermitteln eines Drehmomentes um jede der Umfangsnuten herumgewickelt. Ein Anschlußklemmenbefestigungs-abschnitt ist an der Endoberfläche eines Verbindungsabschnittes angebracht, der in radialer Richtung nach außen weist, um weiter nach außen in radialer Richtung vorzustehen.
Drei Metallanschlußklemmen sind an der oberen Oberfläche des Anschlußklemmenbefestigungsabschnittes befestigt. Ein Ende einer der Spulen ist um die erste Anschlußklemme, ein Ende der anderen Spule ist um die zweite Anschlußklemme und andere Enden der beiden Spulen sind um die dritte Anschlußklemme herumgewickelt. Ein Joch besteht aus einem ersten ringförmigen Bauteil zum Abdecken der äußeren Oberfläche und einer Endoberfläche der Spule und weist einen L-förmigen Querschnitt auf und einem zweiten ringförmigen Bauteil zum Abdecken einer anderen Endoberfläche der Spule, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein Abschnitt des ersten ringförmigen Bauteiles zum Abdecken der äußeren Oberfläche der Spule deckt auch die äußere Oberfläche des zweiten ringförmigen Bauteiles ab, und der Abschnitt ist mit drei ausgeschnittenen Abschnitten versehen, die die gleichen Abmessungen aufweisen und an gleichmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Jeder der ausgeschnittenen Abschnitte weist Abmessungen auf, welche ein wenig die äußere Oberfläche der Spule überlappen.
Ein Anschlußklemmenhaltebauteil, welches Anschlußklemmen zum Herausführen des Endes der Spule zur Außenseite aufweist, ist an der äußeren Oberfläche des zweiten ringförmigen Bauteils befestigt, um durch eine der drei ausgeschnittenen Abschnitte aufgenommen zu werden.
Wie zuvor erläutert, offenbart die vorhergehende Beschreibung einen Drehmomentsensor mit einem Gehäuse 1, einer drehbaren Welle 2, 3, die drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist, und einem Paar Spulen 10, 11, die so angeordnet sind, daß sie die drehbare Welle 2, 3 umgeben, wobei ein an der drehbaren Welle 2, 3 anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares 10, 11 erfassbar ist. Der Drehmomentsensor weist einen Spulenkörper 9 auf, der koaxial zu der drehbaren Welle 2, 3 an dem Gehäuse 1 befestigt ist, wobei der Spulenkörper 9 zwei Flanschbereiche 9a, 9b aufweist, zwischen denen eine Nut 9A, 9B ausgebildet ist, in welcher eine der Spulen 10, 11 angeordnet ist, ein Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F an zumindest einem der Flanschbereiche 9a, 9b ausgebildet ist, und sich von dem einem der Flanschbereiche 9a, 9b in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt, wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen, in Radialrichtung auswärts gerichteten und einer anderen Oberfläche, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme 12A, 12B, 12C befestigt ist, und an der anderen Oberfläche ein Vorsprung 9e, 9f angeordnet ist.
Weiterhin wird ein Drehmomentsensor, insbesondere wie zuvor beschrieben, offenbart, mit einem Gehäuse 1, einer drehbaren Welle 2, 3, die drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist, und einem Paar Spulen 10, 11, die so angeordnet sind, daß sie die drehbare Welle 2, 3 umgeben, wobei ein an der drehbaren Welle 2, 3 anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares 10, 11 erfassbar ist.
Hierbei weist der Drehmomentsensor einen Spulenkörper 9 auf, der koaxial zu der drehbaren Welle 2, 3 an dem Gehäuse 1 befestigt ist, wobei ferner der Spulenkörper 9 zwei Flanschbereiche 9a, 9b aufweist, zwischen denen eine Nut 9A, 9B ausgebildet ist, in welcher eine der Spulen 10, 11 angeordnet ist; ein Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F an zumindest einem der Flanschbereiche 9a, 9b ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche 9a, 9b in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt; wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten Oberfläche und zwei Endoberflächen, die in Tangentialrichtung der Nut 9A, 9B gerichtet sind, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme 12A, 12B, 12C befestigt ist, und wobei ein Vorsprung 9e, 9f an den beiden Endoberflächen so ausgebildet ist, daß er sich in der Tangentialrichtung erstreckt.
Auch ist ein Drehmomentsensor offenbart, insbesondere wie zuvor beschrieben, mit einem Gehäuse 1, einer drehbaren Welle 2, 3, die drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist; und einem Paar Spulen 10, 11, die so angeordnet sind, daß sie die drehbare Welle 2, 3 umgeben; wobei ein an der drehbaren Welle 2, 3 anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares 10, 11 erfassbar ist, wobei der Drehmomentsensor einen Spulenkörper 9 aufweist, der koaxial zu der drehbaren Welle 2, 3 an dem Gehäuse 1 befestigt ist; der Spulenkörper 9 zwei Flanschbereiche 9a, 9b aufweist, zwischen denen eine Nut 9A, 9B ausgebildet ist, in welcher eine der Spulen 10, 11 angeordnet ist; ein Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F an zumindest einem der Flanschbereiche 9a, 9b ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche 9a, 9b in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt; wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten und einer seitlichen zu der Nut 9A, 9B gerichteten Oberfläche, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme 12A, 12B, 12C befestigt ist, und wobei die seitliche Oberfläche einen näher an der Nut 9A, 9B angeordneten Abschnitt aufweist, dessen Dicke etwas größer ist, als die eines anderen Abschnittes, so daß ein Stufenabschnitt 9g, 9h, der sich schräg abwärts erstreckt, zwischen dem näher an der Nut 9A, 9B angeordneten Abschnitt und dem anderen Abschnitt ausgebildet ist.
Ferner ist ein Spulenkörper offenbart, insbesondere für einen Drehmomentsensor wie zuvor beschrieben, mit zwei Flanschbereichen 9a, 9b, zwischen denen eine Nut 9A, 9B ausgebildet ist, in welcher eine Spule 10, 11 angeordnet ist; und einem Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F, der an zumindest einem der Flanschbereiche 9a, 9b ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche 9a, 9b in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt; wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten und einer seitlichen zu der Nut 9A, 9B gerichteten Oberfläche; wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme 12A, 12B, 12C befestigt ist; und wobei die seitliche Oberfläche einen näher an der Nut 9A, 9B angeordneten Abschnitt aufweist, dessen Dicke etwas größer ist als die eines anderen Abschnittes, so daß ein Stufenabschnitt 9g, 9h, der sich schräg abwärts erstreckt, zwischen dem näher an der Nut 9A, 9B angeordneten Abschnitt und dem anderen Abschnitt ausgebildet ist.
Weiterhin ist ein Spulenkörper offenbart, insbesondere wie beschrieben, insbesondere für einen Drehmomentsensor wie zuvor beschrieben, mit einem Flanschbereich 9a, 9b; einer entlang des Flanschbereiches 9a, 9b ausgebildeten Nut 9A, 9B; einem Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F, der an dem Flanschbereich 9a, 9b ausgebildet ist und sich von dem Flanschbereich 9a, 9b in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt; wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt 9F äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten Oberfläche und einer anderen Oberfläche; wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme 12A, 12B, 12C befestigt ist; wobei ein Vorsprung 9e, 9f an der anderen Oberfläche ausgebildet ist; und wobei der Vorsprung 9e, 9f eine seitliche Oberfläche aufweist, auf der ein Spulendraht gewunden ist, welcher zwischen der Nut 9A, 9B und der Anschlussklemme 12A, 12B, 12C eine Brücke schlägt.
Der beschriebene Spulenkörper ist vorzugsweise versehen mit einem Paar zylindrischer Abschnitte 9D, 9E; die jeweils einen Flanschbereich 9a, 9b aufweisen, entlang dem eine Nut 9A, 9B ausgebildet ist, in der ein Spulendraht aufgewickelt ist; einem Verbindungsabschnitt 9c, 9d, der die Flanschbereiche 9a, 9b der zylindrischen Abschnitte 9D, 9E in Art einer Brücke mit einander verbindet, und wobei der Verbindungsabschnitt 9c, 9d in zwei Teile teilbar ist, so daß die zylindrischen Abschnitte 9D, 9E von einander trennbar sind.
Hierbei weist vorzugsweise jedes der zwei Teile eine Grenzfläche auf; wobei die Grenzfläche eines der zwei Teile einen Vorsprung 9j aufweist; und die Grenzfläche des anderen der zwei Teile eine Ausnehmung 9i aufweist, der mit dem Vorsprung 9j koppelbar ist.
Die voranstehende Beschreibung offenbart weiterhin einen Drehmomentsensor, insbesondere wie vorher beschrieben, wobei der Drehmomentsensor einen Spulenkörper 9 aufweist, wie insbesondere soeben beschrieben.
Weiterhin offenbart die voranstehende Beschreibung einen elektrischen Servolenkapparat mit einem Drehmomentsensor, wobei der Drehmomentsensor, wie in den voranstehenden Absätzen beschrieben, ausgebildet ist.
Hierbei weist der elektrische Servolenkapparat vorzugsweise eine Eingangswelle 2 und einer Ausgangswelle 3 auf, die durch einen Torsionsstab 4 miteinander verbunden sind, einen elektrischen Motor 7, durch den ein Hilfslenkungsdrehmoment auf die Abtriebswelle 3 aufbringbar ist, und eine Motorkontrolleinheit, zum Kontrollieren des elektrischen Motors 7, wobei der Drehmomentsensor in der Lage ist, ein zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 erzeugtes Drehmoment zu erfassen; und die Motorkontrolleinheit ausgebildet ist, den elektrischen Motor 7 aufgrund des erfaßten Drehmomentes zu kontrollieren.
Insbesondere wird ein Drehmomentsensor geschaffen mit einem Gehäuse, einer drehbaren Welle, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, und einem Paar Spulen, die so angeordnet sind, daß sie die drehbare Welle umgeben, wobei ein an der drehbaren Welle anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares erfassbar ist, wobei der Drehmomentsensor einen Spulenkörper aufweist, der koaxial zu der drehbaren Welle an dem Gehäuse befestigt ist, der Spulenkörper zwei Flanschbereiche aufweist, zwischen denen eine Nut ausgebildet ist, in welcher eine der Spulen angeordnet ist; ein Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt an zumindest einem der Flanschbereiche ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt, wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen, in Radialrichtung auswärts gerichteten und einer anderen Oberfläche, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme befestigt ist, und an der anderen Oberfläche ein Vorsprung angeordnet ist.
Zusätzlich wird in Kombination damit oder alternativ hierzu, insbesondere ein Drehmomentsensor geschaffen, mit einem Gehäuse, einer drehbaren Welle, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist; und einem Paar Spulen, die so angeordnet sind, daß sie die drehbare Welle umgeben, wobei ein an der drehbaren Welle anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares erfassbar ist, wobei der Drehmomentsensor einen Spulenkörper aufweist, der koaxial zu der drehbaren Welle an dem Gehäuse befestigt ist, der Spulenkörper zwei Flanschbereiche aufweist, zwischen denen eine Nut ausgebildet ist, in welcher eine der Spulen angeordnet ist, ein Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt an zumindest einem der Flanschbereiche ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt, wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten Oberfläche und zwei Endoberflächen, die in Tangentialrichtung der Nut gerichtet sind, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme befestigt ist, und wobei ein Vorsprung an den beiden Endoberflächen so ausgebildet ist, daß er sich in der Tangentialrichtung erstreckt.
Des weiteren wird, insbesondere in Kombination oder alternativ hierzu, ein Drehmomentsensor geschaffen, mit einem Gehäuse, einer drehbaren Welle, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, und einem Paar Spulen, die so angeordnet sind, daß sie die drehbare Welle umgeben, wobei ein an der drehbaren Welle anliegendes Drehmoment aufgrund einer Spannungsdifferenz zwischen Anschlußspannungen des Spulenpaares erfassbar ist, wobei der Drehmomentsensor einen Spulenkörper aufweist, der koaxial zu der drehbaren Welle an dem Gehäuse befestigt ist, der Spulenkörper zwei Flanschbereiche aufweist, zwischen denen eine Nut ausgebildet ist, in welcher eine der Spulen angeordnet ist, ein Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt an zumindest einem der Flanschbereiche ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt, wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten und einer seitlichen zu der Nut gerichteten Oberfläche, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme befestigt ist, und wobei die seitliche Oberfläche einen näher an der Nut angeordneten Abschnitt aufweist, dessen Dicke etwas größer ist, als die eines anderen Abschnittes, so daß ein Stufenabschnitt, der sich schräg abwärts erstreckt, zwischen dem. näher an der Nut angeordneten Abschnitt und dem anderen Abschnitt ausgebildet ist.
Des weiteren wird insbesondere ein Spulenkörper geschaffen, insbesondere für einen Drehmomentsensor, insbesondere wie zuvor beschrieben, wobei der Spulenkörper zwei Flanschbereichen aufweist, zwischen denen eine Nut ausgebildet ist, in welcher eine Spule angeordnet ist, und einen Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt, der an zumindest einem der Flanschbereiche ausgebildet ist und sich von dem einem der Flanschbereiche in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt, wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten und einer seitlichen zu der Nut gerichteten Oberfläche, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme befestigt ist; und wobei die seitliche Oberfläche einen näher an der Nut angeordneten Abschnitt aufweist, dessen Dicke etwas größer ist als die eines anderen Abschnittes, so daß ein Stufenabschnitt, der sich schräg abwärts erstreckt, zwischen dem näher an der Nut angeordneten Abschnitt und dem anderen Abschnitt ausgebildet ist.
Des weiteren wird in Kombination hiermit oder alternativ hierzu insbesondere ein Spulenkörper geschaffen, insbesondere für einen Drehmomentsensor, insbesondere wie zuvor beschrieben, wobei der Spulenkörper einen Flanschbereich aufweist, eine entlang des Flanschbereiches ausgebildete Nut, einen Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt, der an dem Flanschbereich ausgebildet ist und sich von dem Flanschbereich in einer Radialrichtung auswärts und in einer Axialrichtung auswärts erstreckt, wobei der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt äußere Oberflächen aufweist, einschließlich einer oberen in Radialrichtung auswärts gerichteten Oberfläche und einer anderen Oberfläche, wobei auf der oberen Oberflache eine Anschlussklemme befestigt ist, wobei ein Vorsprung an der anderen Oberfläche ausgebildet ist, und wobei der Vorsprung eine seitliche Oberfläche aufweist, auf der ein Spulendraht gewunden ist, welcher zwischen der Nut und der Anschlussklemme eine Brücke schlägt.
Alternativ hierzu oder in Kombination hiermit wird insbesondere ein Spulenkörper geschaffen, insbesondere für einen Drehmomentsensor, insbesondere wie zuvor beschrieben, wobei der Spulenkörper ein Paar zylindrischer Abschnitte aufweist, die jeweils einen Flanschbereich aufweisen, entlang dem eine Nut ausgebildet ist, in der ein Spulendraht aufgewickelt ist, und mit einem Verbindungsabschnitt, der die Flanschbereiche der zylindrischen Abschnitte in Art einer Brücke mit einander verbindet, und wobei der Verbindungsabschnitt in zwei Teile teilbar ist, so daß die zylindrischen Abschnitte von einander trennbar sind.
Bei einem solchen Spulenkörper weist insbesondere jedes der zwei Teile eine Grenzfläche auf, wobei die Grenzfläche eines der zwei Teile einen Vorsprung aufweist, und die Grenzfläche des anderen der zwei Teile eine Ausnehmung aufweist, der mit dem Vorsprung koppelbar ist.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Drehmomentsensor, wie er zuvor beschrieben wurde, so beschaffen, daß der Drehmomentsensor einen Spulenkörper nach zumindest einem der Ansprüche 6 oder 7 aufweist, insbesondere wie zuvor beschrieben.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße elektrische Servolenkapparat auf:
eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, die durch einen Torsionsstab miteinander verbunden sind, einen elektrischen Motor, durch den ein Hilfslenkungsdrehmoment auf die Abtriebswelle aufbringbar ist, und eine Motorkontrolleinheit, zum Kontrollieren (regeln und/oder Steuern) des elektrischen Motors; wobei der Drehmomentsensor in der Lage ist, ein zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle erzeugtes Drehmoment zu erfassen; und wobei die Motorkontrolleinheit ausgebildet ist, den elektrischen Motor aufgrund des erfaßten Drehmomentes zu kontrollieren.
Insbesondere wird somit ein Drehmomentsensor geschaffen mit einer ersten drehbaren Welle und einer zweiten drehbaren Welle, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei erste Ausnehmungen in Umfangsrichtung an einem umgebenden Abschnitt der ersten Welle ausgebildet sind, einem zylindrischen Bauteil das mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist und einen Teil der äußeren Oberfläche der zweiten Welle umgibt, wobei zweite Ausnehmungen in Umfangsrichtung an dem zylindrischen Bauteil ausgebildet sind, und einem ringförmigen Spulenkörper mit einer Spule die in einer Umfangsnut zwischen zwei Flanschbereichen angeordnet ist, der um einen Abschnitt des zylindrischen Bauteil im Bereich der Fenster angeordnet ist, zur Erfassung eines Drehmomentes der ersten und zweiten Welle infolge einer Änderung, der Impedanz der Spule bei einer Verdrehung der beiden Wellen zueinander, wobei der Spulenkörper einem Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt aufweist, der an einem der Flanschbereiche des Spulenkörpers ausgebildet ist und sich in einer Radialrichtung des Spulenkörpers auswärts erstreckt, wobei Anschlussklemmen an einer oberen, in Radialrichtung nach außen gerichteten Oberfläche des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes angeordnet sind.
Vorzugsweise ist der Drehmomentsensor so ausgebildet, daß die erste drehbare Welle und die zweiten drehbare Welle miteinander durch einen Torsionsstab verbunden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentsensor erstrecken sich die ersten Ausnehmungen vorzugsweise in axialer Richtung der Wellen. Ebenso ist bevorzugt, daß sich die zweiten Ausnehmungen in axialer Richtung der Wellen erstrecken. Bei dem Drehmomentsensor ist wünschenswert, daß das zylindrische Bauteil aus einem elektrisch leitenden Material besteht und/oder, daß der umgebende Abschnitt der ersten Welle aus einem magnetischen Material besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Drehmomentsensors ist ein Jochbauteil vorgesehen, das die Spule abdeckt und das an seinem Umfang einen ersten ausgeschnittenen Abschnitt zum Herausführen eines Endes der Spule zur Außenseite des Jochbauteiles aufweist und zumindest einen zweiten ausgeschnittenen Abschnitt, der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt getrennt ist, wobei die Anzahl der Ausnehmungen und der ausgeschnittenen Abschnitte und deren Zuordnung zueinander derart erfolgt, daß aus der Position der ausgeschnittenen Abschnitte resultierende Impedanzänderungen der Spule einander gegenseitig reduzieren.
Hierbei ist bevorzugt, daß der Winkelabstand zwischen den einzelnen Ausnehmungen einerseits und der Winkelabstand zwischen den einzelnen ausgeschnittenen Abschnitten andererseits sich voneinander unterscheiden. Gemäß einer weitem bevorzugten Ausführungsform des Drehmomentsensors ist ein weiteres ringförmiges Jochbauteil in einer Ringnut angeordnet ist, die zwischen den beiden Umfangsnuten des Spulenkörpers ausgebildet ist; und die zylinderförmig ausgebildeten Jochbauteile umschließen die zwei Umfangsnuten des Spulenkörpers und/oder das Jochbauteil von außen her zumindest abschnittsweise.
Es ist auch bevorzugt, daß der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt zumindest einen Vorsprung in Verbindung mit einem Drahtmaterial für die Spule aufweist. Insbesondere ist denkbar, dass der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt in einem Abschnitt des Spulenkörpers angeordnet ist, der zwischen zwei Umfangsnuten mit jeweils einer Spule liegt, wobei ein Endabschnitt einer der beiden Spulen an einer ersten Anschlussklemme befestigt ist, ein Endabschnitt der anderen Spule an einer zweiten Anschlussklemme befestigt ist, und die anderen Endabschnitte beider Spulen an einer dritten Anschlussklemme befestigt sind.
Bei dem Drehmomentsensor nach zumindest einem Ausführungsbeispiel sind an Randbereichen von Seitenflächen der Vorsprünge des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes Lücken ausgebildet, in denen das Drahtmaterial für die Spule angeordnet ist. Auch ist denkbar, daß der Vorsprung an zumindest einer seitlichen Oberfläche des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes, insbesondere in Tangentialrichtung einer mit der Spule umwickelten Umfangsnut des Spulenkörpers ausgebildet ist.
Der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt kann zumindest einen Stufenabschnitt an einer seiner der Umfangsnut zugewandten Seite aufweisen, wobei sich der Stufenabschnitt in Tangentialrichtung der Umfangsnut zu dieser hin schräg abwärts erstreckt, wobei vorzugsweise der Stufenabschnitt an einer Position vorgesehen ist, an der sich die Dicke des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes zur Umfangsnut hin etwas verbreitert, und wobei Drahtmaterial auf dem Stufenabschnitt angeordnet ist.
Bevorzugt ist ferner, dass Drahtmaterial um und zwischen den Anschlussklemmen angeordnet ist, und einen Bereich einer zwischen zwei Umfangsnuten ausgebildeten Ringnut entlang eines der Vorsprünge des Anschlussklemmen-Befestigungsabschnittes überbrückt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Drehmomentsensors ist der Spulenkörper teilbar ausgebildet ist und weist mit einander kombinierbare zylindrische Abschnitte mit einer Spule auf, wobei vorzugsweise jeder der zylindrischen Abschnitte zumindest einen Verbindungsabschnitt aufweist, die insbesondere über Ausnehmungen und Vorsprünge in Eingriff bringbar sind. Auch ist es möglich, daß der Anschlussklemmen-Befestigungsabschnitt an einem der zylindrischen Abschnitte ausgebildet ist.
Hinsichtlich eines Elektrischen Servolenkapparates für ein Fahrzeug ist dieser insbesondere mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle versehen, die durch einen Torsionsstab miteinander verbunden sind; ein elektrischen Motor ist vorgesehen, durch den ein Hilfslenkungsdrehmoment auf die Abtriebswelle aufbringbar ist, und ein Drehmomentsensor, wobei der Drehmomentsensor nach zumindest einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
Hierbei ist bevorzugt, daß ein Schneckenrad an der Abtriebswelle angebracht ist, das mit einer an einer Abtriebswelle des elektrischen Motors geformten Schnecke in Eingriff ist und/oder, daß ein Zahnstangenlenkungsapparat mit einem Ende der Abtriebswelle verbunden ist.

Claims

Drehmomentsensor mit: einer ersten und zweiten drehbaren Welle (2, 3), die koaxial zueinander angeordnet und miteinander durch einen Torsionsstab (4) verbunden sind, einem zylindrischen Bauteil (8) aus einem elektrisch leitenden Material, das mit der zweiten Welle (2) drehfest verbunden ist, und einen Teil einer äußeren Oberfläche der ersten Welle (3) umgibt, zumindest einem umgebenen Abschnitt der ersten Welle (3), welcher durch das zylindrische Bauteil (8) umgeben ist, Nuten (3A), die in Umfangsrichtung des umgebenen Abschnitts eingeformt sind und sich in axialer Richtung erstrecken, Fenstern (8a; 8b), die in dem zylindrischen Bauteil (8) in der Nähe der Nuten (3A) so vorgesehen sind, daß bei Auftreten von Torsion der Überlagerungsgrad der Nuten (3A) entsprechend einer relativen Drehstellung der ersten Welle (3) verändert wird, einer Spule (10, 11), die so angeordnet ist, daß sie einen Abschnitt des zylindrischen Bauteils (8) in einem Bereich der Fenster (8a; 8b) umgibt zur Erfassung eines Drehmomentes der ersten und zweiten Welle (2, 3) infolge der Änderung der Impedanz der Spule (10, 11), dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Bauteil (8) aus einem nichtmagnetischen Material und der umgebene Abschnitt aus einem magnetischen Material bestehen und dass ein Jochbauteil (13A, 13B) vorgesehen ist, das die Spule (10, 11) bedeckt, wobei das Jochbauteil (13A, 13B) an mit einem ersten ausgeschnittenen Abschnitt (16A) zum Herausführen eines Endes der Spule (10, 11) zur Außenseite des Jochbauteiles (13A, 13B) und mit zumindest einem zweiten ausgeschnittenen Abschnitt (16B, 16C), der von dem ersten ausgeschnittenen Abschnitt (16A) getrennt ist, vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Nuten (3A) und der ausgeschnittenen Abschnitte (16A, 16B, 16C) und deren Zuordnung zueinander derart ist, daß aus der Position der ausgeschnittenen Abschnitte (16A, 16B, 16C) resultierende Impedanzänderungen der Spule (10, 11) einander gegenseitig reduzieren.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand zwischen den einzelnen Nuten (3A) einerseits und der Winkelabstand zwischen den einzelnen ausgeschnittenen Abschnitten (16A, 16B, 16C) andererseits sich voneinander unterscheiden.
Elektrischer Servolenkapparat für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2 aufweist.