DE19908459C2 - Drehmomentsensor - Google Patents
DrehmomentsensorInfo
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- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentsensor zur Erfassung ei
nes in einer Drehwelle erzeugten Drehmomentes und insbesondere zielt sie darauf ab,
einen Drehmomentsensor bereitzustellen, bei dem nicht nur die Arbeit beim Zusam
menbau vereinfacht, sondern auch die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei.
10-60404 und 10-60406, die hiermit durch in Bezugnahme in ihrer Vollständigkeit mit
aufgenommen sind.
Als eine verwandte Technik dieser Art gibt es beispielsweise eine Technik, wie sie in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 offenbart ist. Bei diesem Dreh
momentsensor sind erste und zweite koaxial angeordnete Drehwellen miteinander über
einen Torsionsstab verbunden. Des weiteren ist ein zylindrisches Teil aus einem elek
trisch leitenden, nichtmagnetischen Werkstoff mit der zweiten Drehwelle in deren Dreh
richtung integriert, so daß es eine äußere Umfläche der ersten Drehwelle umschließt.
Zumindest ein Abschnitt der ersten Drehwelle, der durch das zylindrische Teil umschlos
sen ist, ist aus einem magnetischen Material gefertigt. Sich axial erstreckende Nuten
sind in dem umschlossenen Abschnitt ausgebildet. Im zylindrischen Teil sind Fenster
ausgebildet, so daß sich der Überlappungszustand der Fenster mit den Nuten in Über
einstimmung mit der Drehstellung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle
ändert. Des weiteren sind Spulen so angeordnet, daß sie den Abschnitt des zylindri
schen Teils, in dem die Fenster ausgebildet sind, umschließen. Das Drehmoment wird
basierend auf der Induktion in den Spulen erfaßt. Dementsprechend entsteht der Effekt,
daß nicht nur eine hochgenaue Drehmomenterfassung durch einen einfachen Aufbau
ermöglicht wird, sondern daß auch eine Verringerung in der Größe der Vorrichtung er
zielt wird.
Sicherlich kann ein derartiger Drehmomentsensor mit einer verwandten Technik, wie er
in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 offenbart ist, den obenge
nannten Effekt aufweisen. Es wurde jedoch als ein Ergebnis von ernsthaften Nachfor
schungen, die von den vorliegenden Erfindern angestellt wurden, gefunden, daß der
Aufbau der Befestigung des zylindrischen Teils zur Drehwelle wichtig ist, um die Zuver
lässigkeit des Drehmomentsensors hoch zu halten.
Dies bedeutet, daß im Falle eines Drehmomentsensors, wie er in der japanischen Pa
tentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 offenbart ist, das zylindrische Teil aus Aluminium
oder ähnlichem gefertigt ist, wohingegen die Drehwelle zur Befestigung des zylindri
schen Teils auf derselben aus Eisen oder ähnlichem hergestellt ist. Dementsprechend
weichen die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden oft voneinander ab. Als Er
gebnis kann bei einem derartig einfachen Aufbau, bei dem das zylindrische Teil auf die
Drehwelle aufgepreßt ist, die Haltekraft, mit der das zylindrische Teil auf der Drehwelle
gehalten ist, in Abhängigkeit von der Temperatur variieren, so daß die Haltekraft nicht
beibehalten werden kann. Wenn sich die Haltekraft verringert, verändern sich sowohl
die Drehstellung als auch die axiale Stellung des zylindrischen Teils relativ zur Drehwel
le, so daß die Erfassungsgenauigkeit verringert ist.
Unter den anderen Drehmomentsensoren gibt es beispielsweise die, die in den japani
schen Patentveröffentlichungen Nr. Hei. 4-47638, 8-5477 usw. offenbart sind. Bei die
sen Drehmomentsensoren wird ein auf die Drehmomentwelle wirkendes Drehmoment
dazu veranlaßt, sich in einer Änderung der Impedanz einer Spule zu reflektieren, so daß
die Änderung der Impedanz erfaßt wird, um dadurch das Drehmoment zu erfassen.
Dies bedeutet, daß die Spule so angeordnet ist, daß sie die Drehwelle umschließt, so
daß sich die Impedanz der Spule basierend auf einer Änderung im magnetischen oder
mechanischen Aufbau in Übereinstimmung mit dem Drehmoment der Drehwelle sich
ändert. Wenn entsprechend eine Spannung zwischen Anschlüssen der Spulen gemessen
wird, um dadurch die Impedanzänderung festzustellen, so kann ein in der Drehwelle
erzeugtes Drehmoment erfaßt werden. Des weiteren sind bei den Drehmomentsenso
ren, die einen ähnlichen Aufbau aufweisen, zwei Spulen angeordnet, um den Impedan
zwechsel der Spule auszulöschen, der durch andere Faktoren als dem Drehmoment,
beispielsweise der Temperatur etc. verursacht wird, so daß Impedanzänderungen, die
durch das Drehmoment verursacht werden, sich in Richtung zueinander umkehren. Ei
ne Brückenschaltung, die diese beiden Spulen enthält, ist so ausgebildet, daß das
Drehmoment basierend auf dem Unterschied zwischen den beiden Ausgängen des
Brückenschaltkreises erfaßt wird. Dies bedeutet, daß selbst in dem Fall, in dem Impe
danzänderungen der Spulen durch andere Faktoren als ein Drehmoment verursacht
werden, die durch derartige Faktoren verursachten Impedanzänderungen einander
auslöschen, wenn sich zwischen den Ausgangsspannungen des Brückenschaltkreises
eine Differenz ergibt, da aufgrund derartiger Faktoren in den beiden Spulen die Impe
danzänderungen in ein und derselben Richtung erzeugt werden.
Hierbei weist der obengenannte Drehmomentsensor einen Spulenkörper auf, auf dem
eine jede Spule aufgewickelt ist. Am Spulenkörper sind Stifte zur Verbindung von Spu
lenendabschnitten mit einem Substrat befestigt. Dies bedeutet, daß der Spulenkörper im
allgemeinen aus Kunststoff gefertigt ist. Beispielsweise sind entsprechend der Spule
zwei Metallstifte an einem Anschlußabschnitt des Spulenkörpers aus Kunststoff befe
stigt. Die Endabschnitte der Spule sind auf die Grundflächen der Stifte gewickelt. Die
obersten Enden der Stifte sind in das Substrat eingesetzt, so daß eine elektrische Lei
tung zwischen dem Substrat und der Spule stattfindet. Des weiteren ist der Spulenkör
per im allgemeinen in einem Spulenjoch aufgenommen, welches am Gehäuse befestigt
ist, um so einen magnetischen Kreis zu bilden.
Bei dem obenerwähnten Aufbau kann zwischen dem Spulenkörper und dem Spulenjoch
in Abhängigkeit von der Herstellgenauigkeit oder ähnlichem der verschiedenen Teile ei
ne Lücke entstehen, wenn der Spulenkörper in das Spulenjoch eingesetzt wird. In eini
gen Fällen wird die Kombination so hergestellt, daß sich der Spulenkörper in axialer
Richtung relativ zum Spulenjoch bewegen kann. Wenn dann das Spulenjoch am Ge
häuse befestigt wird, sind die Lagen der Stifte nicht bestimmt. Dies ist dann nachteilig,
wenn die Stifte in vorbestimmte Positionen des Substrats eingesetzt wurden, und stellt
ein Hindernis bezüglich einer Automatisierung oder ähnlichem wurden. Selbst nach
dem die Stifte am Substrat mittels Löten oder ähnlichem befestigt wurden, bewegte
sich der Spulenkörper in axialer Richtung, so dass eine Last auf einem Verbindungs
abschnitt zwischen einem jeden Stift und dem Substrat wirkte und die Wahrscheinlich
keit des Auftretens eines Versagens der Verbindung oder ähnlichem relativ groß war.
In der US 5,046,372 ist ein Drehmomentsensor mit zwei an zwei Wellen befestigten
Zylindern offenbart. Die Zylinder sind miteinander über ein Torsionsstab verbunden.
Eine magnetische Kopplung der beiden Zylinder verändert sich in Abhängigkeit von
der Relativdrehung der beiden Wellen und wird über eine Spulenimpedanz erfasst. Die
Spulenimpedanz ist ein Maß für den auf die Wellen wirkenden Drehmoment. Die Zy
linder sind unter Verwendung von Führungsstiften und entsprechenden Nuten in
Längsrichtung gleitend an der Welle befestigt, sodass eine Durchbiegung der Welle
möglich ist.
In der DE 33 44 385 A1 ist eine berührungsfreie Messvorrichtung für einen Drehmo
ment oder einen Drehwinkel an stehenden oder rotierenden Wellen beschrieben. Die
Messvorrichtung arbeitet nach dem Wirbelstromprinzip und ist auf einem relativ torsi
onsweichen Rohr aufgebaut. Sie kann als eine Einheit auf eine Torsionswelle aufge
schoben werden, wobei die Enden des torsionsweichen Rohres drehfest beidseitig mit
der Torsionswelle verbunden sind. Die Rohrenden des torsionsweichen Rohres kön
nen mit der Torsionswelle durch Schrauben, Stifte, Klemmmittel, Klebverbindungen
oder dergleichen verbunden sein.
In der DE 43 29 199 C2 ist ebenfalls eine Messeinrichtung zur Erfassung eines Dreh
moments mittels zweier Messhülsen beschrieben. Eine das zu erfassende Drehmo
ment übertragende Torsionswelle weist einen torsionselastischen Abschnitt auf, der
von zwei axial beabstandeten Wellenbünden begrenzt ist. Die Messhülsen koaxial zur
Torsionswelle angeordnet, greifen ineinander und sind gegenseitig verdrehbar. Insbe
sondere sind die Wellenbündel mit einem Ringfortsatz versehen, an dessen Außenfläche
die Messhülsen aufgeklebt sind.
In der DE 37 07 831 A1 ist eine Drehmomentdetektorvorrichtung mit einer Drehmo
mentdetektorwelle beschrieben. Auf die Drehmomentdetekorwelle ist eine Hülse auf
gepasst, deren eines Ende durch einen Stift an der Welle gehalten ist, sodass sie sich
zusammen mit der Welle dreht. Das andere Ende der Hülse ist durch ein Lager so
gehalten, dass es sich relativ bezüglich des Ausgangsendes verdrehen kann. Über ein
Magnetfeld kann die relative Drehversetzung zwischen dem Eingangsende und dem
Ausgangsende der Drehmomentdetektorwelle erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, indem darauf geachtet wurde, die obigen
Probleme zu lösen. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehmomentsen
sor bereitzustellen, bei dem nicht nur die Arbeiten zum Zeitpunkt des Zusammenbaus
vereinfacht werden können, sondern auch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit er
reicht werden kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Drehmomentsensor
vorgesehen, der einen Torsionsstab, eine erste Drehwelle, eine koaxial angeordnete
und über den Torsionsstab mit der ersten Drehwelle verbundene zweite Drehwelle um
fasst. Außerdem ist ein zylindrisches Teil an einem Endabschnitt der ersten Drehwelle
so befestigt, dass es zumindest einen Abschnitt der zweiten Drehwelle umschließt, um
dadurch das Drehmoment basierend auf einem Überlappungszustand des zylindri
schen Teils mit der zweiten Drehwelle zu erfassen. Eine Vielzahl von axialen Nuten
sind an einer äußeren Umfläche des Endabschnittes der ersten Drehwelle ausgebildet,
an der das zylindrische Teil befestigt ist, so dass es sich in einer axialen Richtung der
ersten Drehwelle erstreckt. Des weiteren ist eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut
durchgängig und in Umfangsrichtung verlaufend an der äußeren Umfläche des Endabschnittes
der ersten Drehwelle ausgebildet. Des weiteren ist eine Vielzahl von Vor
sprüngen an einerinneren Umfläche des zylindrischen Teils ausgebildet, um in die
Vielzahl von axial verlaufenden Nuten jeweils eingepasst zu werden. Die Vorsprünge
sind jeweils in die axial verlaufenden Nuten eingesetzt, um dadurch eine Drehung des
zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle zu verhindern. Ein Abschnitt des zylind
rischen Teils, der außerhalb der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut angeordnet ist,
ist verformt, um in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut zu passen und dadurch
eine axiale Verschiebung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle zu ver
hindern.
Übrigens ist es bevorzugt, die sowohl die in axialer Richtung verlaufenden Nuten als
auch den Stopperaufbau auszubilden, der bei der ersten Drehwelle ausgebildet ist. Dabei
ist unter dem Begriff "Stopper" ein Stopper zur Begrenzung des Drehwinkels der ersten
Drehwelle relativ zur zweiten Drehwelle innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches
(ungefähr ±5 Grad) zu verstehen. Beispielsweise besteht der Stopper aus konvexen Ab
schnitten (Steckerteil des Stoppers, männlicher Stopper), die an der äußeren Umfläche
eines Abschnittes der zweiten Drehwelle ausgebildet sind, so dass sie in radialer Rich
tung hervorstehen sowie konkave Abschnitte (aufnehmende Teile, weibliche Stopper),
die in einer Endfläche der ersten Drehwelle und etwas weiter als die konvexen Abschnitte
ausgebildet sind.
Wenn des weiteren die in axialer Richtung verlaufenden Nuten zusammen mit dem Stop
peraufbau (weibliche Stopper im obengenannten Beispiel) mittels Kaltschmieden herge
stellt sind, dann werden die ersten und zweiten Drehwellen miteinander in Übereinstim
mung mit der neutralen Stellung der Stopper kombiniert, wenn die jeweiligen Teile zu
sammengebaut werden. Wenn des weiteren die Vorsprünge jeweils in die axial verlau
fenden Nuten der ersten Drehwelle eingesetzt sind, um dadurch eine Lagebestimmung
des zylindrischen Teils in Umfangsrichtung zu bewirken, dann ist die Zusammenbaulage
(Phasenlage) des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle sichergestellt. Im Ge
gensatz dazu ist bei dem Aufbau, bei dem das zylindrische Teil in die erste Drehwelle
eingepresst wird, das Zusammenbauverfahren zu komplex, um eine Kostenersparnis zu
bewirken, da das zylindrische Teil in die erste Drehwelle eingepresst werden muss, wäh
rend eine Lageanpassung (Phasenanpassung) zwischen der zweiten Drehwelle und dem
zylindrischen Teil durchgeführt wird, nachdem die ersten und zweiten Drehwellen mitein
ander kombiniert sind.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann der Drehmomentsensor zu
sätzlich ein Gehäuse, eine am Gehäuse drehbar gelagerte Drehwelle, eine Spuleneinheit
mit einer Spule, die so angeordnet ist, dass sie die Drehwelle umschließt, und eine Impe
danzänderungsvorrichtung zur Änderung der Spulenimpedanz in Übereinstimmung mit
einer Drehmomentänderung, die an der Drehwelle wirkt, umfassen, bei der ein in der
Drehwelle erzeugtes Drehmoment basierend auf einer Spannung zwischen Anschlüssen
der Spule erfaßt wird. Die Spuleneinheit umfaßt einen Spulenkörper, auf den
die Spule gewickelt ist, und ein Spulenjoch zur Aufnahme des Spulenkörpers. Das Spu
lenjoch umfaßt ein ringförmiges Teil mit einem U-förmigen Abschnitt, der in radialer
Richtung auf einer inneren Seite geöffnet ist, so daß der Spulenkörper darin zwischen
einander gegenüberliegenden Grundflächen des U-förmigen Abschnittes aufgenommen
ist. Des weiteren ist eine Andrückvorrichtung im Spulenkörper und/oder im Spulenjoch
zum axialen Andrücken des jeweils anderen Teils (Spulenkörper oder Spulenjoch) vor
gesehen, wenn der Spulenkörper im Spulenjoch aufgenommen ist.
Das heißt, daß die Andrückkraft eine axiale Bewegung des Spulenkörpers im Spulen
joch verhindert, wenn die im Spulenkörper vorgesehene Andrückvorrichtung das Spu
lenjoch oder wenn die im Spulenjoch vorgesehene Andrückvorrichtung den Spulenkör
per in axialer Richtung drückt.
Des weiteren kann der Spulenkörper beispielsweise als ein ringförmiges Teil mit U-
förmigen Querschnitt ausgebildet sein, welches zu der Seite der äußeren Umfläche ge
öffnet ist. Des weiteren kann der Spulenkörper beispielsweise aus einem Kunstharz ge
fertigt sein, welches durch ein Fasermaterial, wie beispielsweise Glasfaser, Carbonfaser
oder ähnlichem verstärkt ist und eine gewisse Stärke und Elastizität aufweist.
Wenn der Spulenkörper aus einem Kunstharz mit einer gewissen Stärke und Elastizität
als ein ringförmiges Teil mit U-förmigen Querschnitt, der sich zur Seite der äußeren Um
fläche öffnet, ausgebildet ist, ist es bevorzugt, die Andrückvorrichtung als eine Vielzahl
von Vorsprüngen auszubilden, die an einer Vielzahl von Positionen in Umfangsrichtung
am in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitt der Endfläche des Spulenkörpers
ausgebildet sind. Der Grund, aus dem die Andrückvorrichtung im Spulenkörper vorge
sehen ist, besteht darin, daß die Endbehandlung des Spulenkörpers aus Kunstharz
leichter bewerkstelligt werden kann als die des Spulenjochs aus Eisen.
Wenn des weiteren die obengenannten Vorsprünge in der Spule vorgesehen sind, dann
stoßen die Vorsprünge an die Grundfläche des Spulenjochs an, wenn der Spulenkörper
im Spulenjoch aufgenommen ist. Im Ergebnis wird die Endfläche des Spulenkörpers
nach innen gebogen. Die Grundfläche des Spulenjochs wird in axialer Richtung durch
die Wiederherstellkraft des gebogenen Spulenkörpers gedrückt, so daß die axiale Be
wegung des Spulenkörpers verhindert wird. Wenn des weiteren die Positionen, an de
nen die Vorsprünge ausgebildet sind, an den in Umfangsrichtung verlaufenden Kanten
abschnitt der Endfläche verlegt werden, ist der Mittelabschnitt, an dem die Spule gewic
kelt ist, nur gering betroffen, da sich selbst in dem Fall hauptsächlich der Abschnitt in der
Nähe der in Umfangsrichtung verlaufenden Kante verbiegt, in dem die Endfläche des
Spulenkörpers durch die Vorsprünge, die gegen die Grundfläche des Spulenjochs drüc
ken, nach innen gebogen wird.
Wenn des weiteren Nuten, die zum Außenumfang der Endfläche führen, an den linken
und rechten Seiten der obengenannten Vorsprünge ausgebildet sind, wenn die oben
genannten Vorsprünge in Spulenkörper ausgebildet sind, dann kann die Funktion der
vorliegenden Erfindung noch besser erfüllt werden, da die zwischen den Nuten ausge
bildeten Abschnitte so leicht wie Blattfedern gebogen werden können.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden genauen Beschrei
bung der bevorzugten Ausführungsbeispiele hervor, die in Verbindung mit den beilie
genden Zeichnungen beschrieben werden.
Bei den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht, in der der Gesamtaufbau eines erfindungsge
mäßen Ausführungsbeispiels dargestellt ist;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von jeweiligen Teilen, die ein Hauptbestandteil
der vorliegenden Erfindung bilden;
Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Endabschnittes der Ausgangswelle aus einer
Richtung, die sich von der der Fig. 2 unterscheidet;
Fig. 4A und 4B Ansichten, in denen der Aufbau des Endabschnittes der Ausgangswelle dar
gestellt ist;
Fig. 5A und 5B Ansichten, in denen der Aufbau des Endabschnittes der Ausgangswelle in
dem Zustand dargestellt ist, in dem der Torsionsstab mit der Ausgangswelle
zusammengebaut ist;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht, in der der Aufbau der Spuleneinheit als einen weite
ren Hauptbestandteil der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Spulenkörpers;
Fig. 8A und 8B Ansichten, in denen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit dar
gestellt ist;
Fig. 9A bis 9C Ansichten, in denen ein anderes Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit dar
gestellt ist; und
Fig. 10A bis 10C Ansichten, in denen noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Spuleneinheit
dargestellt ist.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezug
nahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 bis 7 zeigen Ansichten, in denen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein erfindungsgemäßer
Drehmomentsensor bei einer elektrischen Servolenkung eines Fahrzeugs verwendet.
Die Fig. 1 zeigt eine senkrechte Schnittansicht, in der ein Hauptbestandteil eines Lenk
systems dargestellt ist.
Als erstes wird der Aufbau beschrieben. In einem Gehäuse 1, das durch ein oberes Ge
häuse 1A und ein unteres Gehäuse 1 B gebildet ist, sind eine Eingangswelle 2 und eine
Ausgangswelle 3, die miteinander über einen Torsionsstab 4 verbunden sind, drehbar
durch Wellenlager 5a, 5b und 5c gelagert. Diese Antriebswelle 2, Ausgangswelle 3 und
der Torsionsstab 4 sind koaxial angeordnet. Die obere Endseite des Torsionsstabes 4 ist
über Stifte mit der Eingangswelle 2 in einer Position verbunden, in der der Torsionsstab
4 tief in die Eingangswelle 2 reicht, so daß der Torsionsstab 4 mit der Eingangswelle 2 in
Drehrichtung derselben integriert ist. Des weiteren ist das untere Ende des Torsions
stabes 4 über eine Keilverzahnung mit der Ausgangswelle 3 verbunden, so daß der Tor
sionsstab 4 mit der Ausgangswelle 3 in Drehrichtung derselben integriert ist. Die Ein
gangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 sind aus einem magnetischen Material wie bei
spielsweise Eisen oder ähnlichem hergestellt.
Des weiteren ist ein Lenkrad einstückig am oberen Endabschnitt der Eingangswelle 2
über ein Kugelgelenk, eine Lenkwelle oder ähnlichem, nicht gezeigt, befestigt. Des wei
teren ist eine Triebwelle 3a einstückig im unteren Endabschnitt der Ausgangswelle 3
ausgebildet, so daß sich die Triebwelle im Eingriff mit einer Zahnstange 6 befindet. Die
Triebwelle 3a und die Zahnstange 6 bilden eine herkömmliche Lenkvorrichtung von der
Bauart mit einem Zahnstangengetriebe. Entsprechend wird eine Lenkkraft, die beim
Lenken des Lenkrads durch einen Fahrer erzeugt wird, an ein nicht gezeigtes Antriebs
rad über die Eingangswelle 2, den Torsionsstab 4, die Ausgangswelle 3 und die Zahn
stangenlenkvorrichtung übertragen.
Des weiteren ist ein Schneckenrad 7 auf die Ausgangswelle 3 gesetzt, so daß es mit der
Ausgangswelle 3 koaxial und einstückig rotiert. Ein Eingriffsabschnitt 7a aus Harz des
Schneckenrades 7 befindet sich mit einer Schnecke 8b im Eingriff, die an einer äußeren
Umfläche einer Ausgangswelle 8a eines Elektromotors 8 ausgebildet ist. Die Drehkraft
des Elektromotors 8 ist entsprechend ausgelegt, daß sie über die Ausgangswelle 8a, die
Schnecke 8b und das Schneckenrad 7 an die Ausgangswelle 3 übertragen wird. Wenn
die Kraft und Richtung der Drehung des Elektromotors 8 auf geeignete Weise kontrol
liert werden, kann der Ausgangswelle 3 ein Drehmoment mitgeteilt werden, das auf op
timale Weise die Lenkung unterstützt.
Wie des weiteren in der Fig. 1 und in der Fig. 2 dargestellt ist, die eine perspektivische
Ansicht eines Zustandes dargestellt ist, bei dem der Drehmomentsensor in Einzelteile,
wie beispielsweise die Eingangswelle 2, die Ausgangswelle 3 (nur ein Endabschnitt) und
den Torsionsstab 4 explodiert ist. Ein Abschnitt 2A von großem Durchmesser ist an der
äußeren Umfläche der Eingangswelle 2 in einem Abschnitt nahe der Ausgangswelle 3
ausgebildet, so daß er koaxial zur Eingangswelle 2 verläuft. Ein dünnes zylindrisches
Teil 10 ist nahe der äußeren Umfläche des Abschnittes 2A von großem Durchmesser
angeordnet, so daß es den Abschnitt 2A von großem Durchmesser umschließt.
Das zylindrische Teil 10 ist aus einem elektrisch leitenden, nichtmagnetischem Werk
stoff (beispielsweise Aluminium) gefertigt und der untere Endabschnitt des zylindrischen
Teils 10 ist an der äußeren Umfläche des eingangswellenseitigen 2 Endabschnittes der
Ausgangswelle 3 befestigt.
Wie insbesondere in der Fig. 3 gezeigt ist, die eine perspektivische Ansicht des Endab
schnittes der Ausgangswelle 3 aus einer unterschiedlichen Richtung von der der Fig. 2
zeigt, wie des weiteren in der Fig. 4A gezeigt ist, die eine Schnittansicht des Endab
schnittes der Ausgangswelle 3 darstellt, und wie ferner in der Fig. 5 gezeigt ist, welche
eine Schnittansicht darstellt, in der ein Zustand gezeigt ist, in dem der Torsionsstab 4
und das zylindrische Teil 10 eingebaut sind, ist ein Abschnitt 3A von großem Durchmes
ser am eingangswellenseitigen 2 Endabschnitt der Ausgangswelle 3 ausgebildet. Eine
Vielzahl (bei diesem Beispiel vier) von in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11, die
sich in axialer Richtung erstrecken, und eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12,
die in Umfangsrichtung durchgängig ist, sind an der äußeren Umfläche des Abschnittes
3A von großem Durchmesser ausgebildet. Übrigens stellt die Fig. 4B eine Ansicht aus
der Richtung A der Fig. 4A dar, so daß die Fig. 4A einer Schnittansicht entlang der Linie
B-B der Fig. 4B entspricht. Des weiteren entspricht die Fig. 5A einer Schnittansicht ent
lang der Linie C-C der Fig. 5B.
Des weiteren sind jeweils in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 zwischen einander
entgegengesetzten Endabschnitten des Abschnittes 3A von großem Durchmesser aus
gebildet, so daß sie an in Umfangsrichtung gleichen Abstandsintervallen (90 Grad) an
geordnet sind. Des weiteren ist die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 nahe einer
Position ausgebildet, an der sich der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 befindet,
wenn das zylindrische Teil 10 befestigt ist.
Außerdem ist eine Vielzahl (bei diesem Beispiel vier) von halbkugelförmigen Vorsprün
gen 13 an der inneren Umfläche des zylindrischen Teils 10 an Positionen ausgebildet,
die etwas tief vom unteren Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 eintreten. Die Anzahl
und die Positionen der Ausbildungen dieser Vorsprünge 13 entsprechen denen der in
axialer Richtung verlaufenden Nuten 11 der Ausgangswelle 3. Entsprechend sind die
Vorsprünge 13 in Umfangsrichtung in gleichen Intervallen (90 Grad) angeordnet. Des
weiteren entspricht die Höhe der jeweiligen Vorsprünge 13 im wesentlichen der Tiefe der
jeweiligen in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11.
Um des weiteren das zylindrische Teil 10 am Abschnitt 3A von großem Durchmesser zu
befestigen, werden die Vorsprünge 13 in die jeweiligen in axialer Richtung verlaufenden
Nuten 11 eingesetzt, um dadurch eine Lagebestimmung in Umfangsrichtung des zylin
drischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 durchzuführen. Dann wird derart auf das
zylindrische Teil 10 gedrückt, daß der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 nahe der
in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 12 zu liegen kommt. In diesem Zustand ist der
Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 nach innen gekrümmt, so daß er in die in Um
fangsrichtung verlaufende Nut 12 eingreift. Dies bedeutet, daß die Lage in Umfangs
richtung des zylindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 durch das Einsetzen der
Vorsprünge 13 in die jeweiligen in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11 und die Lage
in axialer Richtung des zylindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 durch Eingriff
des Endabschnittes in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 fixiert wird.
Des weiteren ist eine keilverzahnte Öffnung 3B für eine Keilverbindung mit dem Torsi
onsstab 4 koaxial am eingangswellenseitigen 2 Endabschnitt der Ausgangswelle 3 aus
gebildet. Außerdem ist ein weiblicher Stopper 14 an einer inneren, endflächenseitigen
Umfläche der Keilverzahnungsöffnung 3B ausgebildet. Wie im Detail in der Fig. 4 ge
zeigt ist, besteht der weibliche Stopper 14 aus einer kreuzförmigen Öffnung mit einer in
neren Umfläche, die in radialer Richtung nach außen zurückspringt, so daß vier konka
ve Abschnitte 14A gebildet werden.
Des weiteren ist ein männlicher Stopper 15 an einem Endabschnitt der Eingangswelle 2
so ausgebildet, daß er dem weiblichen Stopper 14 entspricht. Wie im Detail in der Fig. 2
gezeigt ist, besteht der männliche Stopper 15 aus einer kreuzförmigen Welle mit einer
äußeren Umfläche, die radial nach außen vorspringt, so daß vier konvexe Abschnitte
15A gebildet werden. Die Weite in Umfangsrichtung eines jeden konvexen Abschnittes
15A ist etwas kleiner als die Weite in Umfangsrichtung eines jeden konkaven Abschnit
tes 14A. Entsprechend ist die Drehung der Eingangswelle 2 relativ zur Ausgangswelle 3
auf einen vorbestimmten Winkelbereich begrenzt (von ungefähr ±5 Grad).
Andererseits sind in einem Abschnitt des zylindrischen Teils 10, der den Abschnitt 2A
von großem Durchmesser nach dem Zusammenbau umschließen wird, eine Vielzahl
von rechteckigen Fenstern 10a an in Umfangsrichtung gleichen Intervallen an einer von
den Vorsprüngen 13 entfernten Seite ausgebildet. Außerdem ist eine Vielzahl von recht
eckigen Fenstern 10b in in Umfangsrichtung gleichen Intervallen an einer Seite nahe
den Vorsprüngen 13 ausgebildet, so daß die Phasen der Fenster 10b, . . ., 10b um 180 Grad
gegenüber denen der Fenster 10a, . . ., 10a verschoben sind.
Im Gegensatz dazu ist eine Vielzahl von Nuten 2a, die sich in axialer Richtung erstrec
ken, in gleichen Intervallen am Abschnitt 2A der Eingangswelle von großem Durchmes
ser 2 ausgebildet. Übrigens ist die Anzahl der Nuten 2a gleich der Anzahl von Fenstern
10a und gleich der Anzahl von Fenstern 10b.
Des weiteren sind die Nuten 2a derart angeordnet, daß der Phasenunterschied zwi
schen dem Mittelpunkt in Weitenrichtung einer jeden Nut 2a und dem Mittelpunkt in
Weitenrichtung eines entsprechenden Fensters 10a 90 Grad beträgt und der Phasen
unterschied zwischen dem Mittelpunkt in Weitenrichtung einer jeden Nut 2a und dem
Mittelpunkt in Weitenrichtung eines entsprechenden Fensters 10b umgekehrt 90 Grad
beträgt, wenn keine relative Drehung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangs
welle 3 erzeugt wird (wenn das Lenkmoment Null beträgt).
Dies bedeutet, daß es notwendig ist, eine Phasenjustierung zwischen der Eingangswelle
2 und dem zylindrischen Teil 10 durchzuführen, so daß die Nuten 2a die Fenster 10a
und 10b auf die oben beschriebene Weise überlappen, wenn die Eingangswelle 2, die
Ausgangswelle 3, der Torsionsstab 4 und das zylindrische Teil 10 zusammengebaut
werden. Da das zylindrische Teil 10 an der Ausgangswelle 3 befestigt ist und die Ein
gangswelle 2 und die Ausgangswelle 3 miteinander durch den Torsionsstab 4 verbun
den sind, wird die Phasenbeziehung zwischen diesen jeweiligen Teilen wie folgt be
stimmt.
Wenn zunächst das Lenkmoment Null ist, werden der männliche Stopper 15, der an der
Eingangswelle 2 ausgebildet ist, und der weibliche Stopper 14, der an der Ausgangs
welle 3 ausgebildet ist, miteinander in einer Neutralstellung zusammengesetzt. Dies be
deutet, daß die konvexen Abschnitte 15A jeweils in den mittleren Abschnitten der kon
kaven Abschnitte 14A angeordnet sind. Daher werden die Positionen in Umfangsrich
tung der jeweiligen konvexen Abschnitte 15A der männlichen Stopper 15 als eine Basis
der Phasen der jeweiligen Abschnitte der Eingangswelle 2 verwendet. Die Positionen in
Umfangsrichtung der jeweiligen konkaven Abschnitte 14a der weiblichen Stopper 14
werden als eine Basis der Phasen der jeweiligen Abschnitte der Ausgangswelle 3 ver
wendet.
Bezüglich der Eingangswelle 2 werden daher die Positionen in Umfangsrichtung der
Nuten 2a, . . ., 2a, die im Abschnitt 2A von großem Durchmesser ausgebildet sind, basie
rend auf den konvexen Abschnitten 15A bestimmt.
Bezüglich der Ausgangswelle 3 werden andererseits die Positionen in Umfangsrichtung
der in axialer Richtung verlaufenden Nuten 11, . . ., 11, die an der äußeren Umfläche des
Abschnittes 3A von großem Durchmesser ausgebildet sind, basierend auf den konka
ven Abschnitten 14A bestimmt.
Bezüglich des zylindrischen Teils 10 werden des weiteren die Positionen der Fenster
10a, . . ., 10a und 10b, . . ., 10b in Umfangsrichtung, basierend auf den Vorsprüngen 13
bestimmt.
Wenn die Positionen in Umfangsrichtung der jeweiligen Abschnitte auf die obener
wähnte Weise bestimmt sind, werden die Phasenbeziehungen der Nuten 2a, . . ., 2a mit
den Fenstern 10a, . . ., 10a und mit den Fenstern 10b, . . ., 10b wie oben beschrieben
durch neutrales Setzen der Stopper selbst in dem Fall festgelegt, in dem keine Phasen
justierung des zylindrischen Teils 10 speziell nicht zum Zeitpunkt des Zusammenbaus
durchgeführt wird.
Um des weiteren die obengenannten Phasenbeziehungen sicher zu erhalten, ist die
Herstellgenauigkeit der jeweiligen Abschnitte sehr wichtig. Daher sind bei diesem erfin
dungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Eingangswelle 12, die Nuten 2a und der männ
liche Stopper 15 einstückig mit der Eingangswelle 2 mittels Kaltschmieden ausgebildet.
Die Ausgangswelle 3, die Nuten 11 sind einstückig mit der Ausgangswelle 3 mittels Kalt
schmieden ausgebildet.
Unter Verweis zurück auf Fig. 1 ist eine Spuleneinheit 16 mit Spulen 20A und 20B des
selben Standards an der Innenseite des oberen Gehäuses 1A befestigt, so daß das zy
lindrische Teil 10 umschlossen ist.
Wie in der Fig. 5 gezeigt ist, die eine Schnittansicht der Spuleneinheit 16 darstellt (nur
eine Seite bezüglich der Mittelachse ist dargestellt, und die linke/rechte Richtung der
Fig. 6 ist die Axialrichtung), umfaßt die Spuleneinheit 16 zwei Spulenjoche 17A und 17B
und zwei Spulenkörper 18A und 18B, die jeweils in den Spulenjochen 17A und 17B auf
genommen sind.
Ein jedes Spulenjoch 17A und 17B wird durch ein ringförmiges Teil gebildet, welches
aus Eisen gefertigt ist und einen U-förmigen Querschnitt aufweist, der sich zur in radialer
Richtung inneren Seite hin öffnet. Ein jedes Spulenjoch 17A und 17B besteht aus einem
Jochteil 17a, das einen L-förmigen Querschnitt aufweist und das die Seitenfläche und
eine Grundfläche des obigen U-förmigen Querschnittes bildet, und aus einem Jochteil
17b, das in einen axialen Endabschnitt des Jochteils 17a eingepreßt ist, so daß es die
andere Grundfläche des obigen U-förmigen Querschnittes bildet.
Andererseits wird ein jeder Spulenkörper 18A und 18B aus einem Teil gebildet, welches
einen U-förmigen Querschnitt aufweist, der sich zur in radialer Richtung äußeren Seite
hin öffnet und der aus einem synthetischen, durch Fasern wie beispielsweise Glasfa
sern, Carbonfasern und ähnlichem verstärkten Harz gefertigt ist. Wie in der Fig. 7 ge
zeigt ist, die eine Perspektivansicht eines Spulenkörpers darstellt, sind Flanschab
schnitte 18b und 18c an einander gegenüberliegenden Endabschnitten eines zylindri
schen Abschnittes 18a so vorgesehen, daß die Spule 20A (20B) an einem vom zylindri
schen Abschnitt 18a und von den Flanschabschnitten 18B und 18C umgebenen Ab
schnitt gewickelt ist. Übrigens verlaufen die Spulen 20A und 20B koaxial zum zylindri
schen Teil 10. Eine Spule 20A umschließt einen Abschnitt des zylindrischen Teils 10, in
dem die Fenster 10a, . . ., 10a ausgebildet sind, während die andere Spule 20B einen
Abschnitt des zylindrischen Teils umschließt, in dem die Fenster 10b, . . ., 10b ausgebil
det sind.
Übrigens ist die Größe eines jeden Spulenkörpers 18A und 18B in axialer Richtung, d. h.
der Abstand zwischen den beiden Flanschabschnitten 18b und 18c, so ausgebildet, daß
sie im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen zwei Grundflächen eines jeden Spu
lenjoches 17A und 17B ist, d. h. dem Abstand zwischen der inneren Fläche der Grund
fläche, die durch das Jochteil 17a gebildet wird, und der inneren Fläche der Grundflä
che, die durch das Jochteil 17b gebildet wird, gebildet wird.
Des weiteren ist ein Anschlußbefestigungsabschnitt 18d, der im wesentlichen wie ein
rechteckiges Parallelpipedon ausgeformt ist, in einer Position in Umfangsrichtung eines
Flanschabschnittes 18b bei einem jeden Spulenkörper 18a und 18b ausgebildet. Zwei
Metallstifte 19a und 19b sind an der oberen Fläche des Anschlußbefestigungsabschnit
tes 18d befestigt, so daß sie in radialer Richtung nach außen vorstehen. Ein Endab
schnitt der Spule 20A (20B) ist um einen Grundabschnitt von einem der Stifte 19a und
19b gewickelt. Der andere Endabschnitt der Spule 20A (20B) ist an einem Grundab
schnitt des anderen Stiftes 19a und 19b gewickelt. Entsprechend ist der Aufbau derge
stalt, daß eine Spannung von außen auf die einander gegenüberliegenden Endabschnitte
einer jeden Spule 20A und 20B aufgebracht werden kann. Übrigens ist eine Nut
17c zum Herausführen des Anschlußbefestigungsabschnittes 18d aus einem jeden
Spulenjoch 17A und 17B im Jochteil 17a eines jeden Spulenjoches 17A und 17B aus
gebildet.
Des weiteren sind am in Umfangsrichtung gelegenen Kantenabschnitt einer in axialer
Richtung äußeren Fläche des anderen Flanschabschnittes 18c eines jeden Spulenkör
pers 18A und 18B eine Vielzahl (bei diesem Beispiel drei) von säulenförmigen Vor
sprüngen 21 einstückig mit dem Flanschabschnitt 18c an in Umfangsrichtung gleichen
Intervallen ausgebildet.
Des weiteren sind die jeweiligen Stifte 19a und 19b mit dem Substrat 22 verbunden, das
im Sensorgehäuse 21 aufgenommen ist, welches im oberen Gehäuse 1A ausgebildet
ist. Ein Steuerkreis für den Motor, nicht gezeigt, ist auf dem Substrat 22 ausgebildet. Der
genaue Aufbau des Steuerkreises des Motors wird nicht im Detail beschrieben, da er
vom Kern der vorliegenden Erfindung abweicht. Wie beispielsweise in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. Hei. 8-240491 beschrieben, kann der Steuerkreis für den
Motor umfassen: einen Schwingungsabschnitt zur Zufuhr eines Wechselstromes von
vorbestimmter Frequenz an die Spulen 20A und 20B; einen ersten Gleichricht- und
Glättungsschaltkreis zum Gleichrichten und Glätten der eigeninduzierten elektromotori
schen Kraft der Spule 20A, um diese auszugeben; einen zweiten Gleichricht- und Glät
tungsschaltkreis zum Gleichrichten und Glätten der eigeninduzierten elektromotorischen
Kraft der Spule 20B, um diese auszugeben; einen Differentialverstärker zum Verstärken
der Ausgangsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichricht- und Glät
tungsschaltkreis; einen Rauschunterdrückungsfilter zum Unterdrücken von hochfre
quentem Rauschen im Ausgang des Differentialverstärkers; einen Drehmomentarithme
tik-Funktionsabschnitt zum Durchführen einer arithmetischen Operation, um die Rich
tung und die Größe der Drehverschiebung der Eingangswelle 2 relativ zum zylindri
schen Teil 10 basierend auf dem Ausgang des Rauschunterdrückungsfilters zu erhalten,
und zum Multiplizieren des Ergebnisses der arithmetischen Operation, beispielsweise
durch einen vorbestimmten Proportionalfaktor, um das im Lenksystem erzeugte Lenk
moment zu erhalten, und einen Motorantriebsabschnitt zur Zufuhr eines Antriebsstroms
an den Elektromotor 8, so daß ein Lenkunterstützungsdrehmoment zur Verringerung
des Lenkmoments basierend auf dem Ergebnis der arithmetischen Operation erzeugt
wird, die durch den Drehmomentarithmetik-Funktionsabschnitt durchgeführt wurde.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels wird im folgenden beschrieben.
Es wird nun angenommen, daß sich das Lenksystem in einem Zustand der geradlinigen
Bewegung befindet, bei dem das Lenkmoment Null beträgt. Dann wird keine Relativdre
hung zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 erzeugt. Entsprechend
wird keine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10
erzeugt.
Wenn im Gegensatz dazu das Lenkrad betätigt wird, um eine Drehkraft in der Ein
gangswelle 2 zu erzeugen, dann wird die Drehkraft zur Ausgangswelle 3 über den Tor
sionsstab 4 übertragen. Bei dieser Gelegenheit wird eine Widerstandskraft, die einer
Reibkraft zwischen dem Antriebsrad und der Straßenoberfläche oder der Reibkraft beim
Eingriff oder ähnlichem von Zahnrädern in der Zahnstangen-Lenkvorrichtung entspricht,
in der Ausgangswelle 3 erzeugt. Entsprechend wird eine Relativdrehung zwischen der
Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 durch Tordieren des Torsionsstabes 4 er
zeugt, so daß die Ausgangswelle 3 verzögert reagiert. Eine relative Drehung wird auch
zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10 erzeugt. Die Richtung und
Größe der Relativdrehung werden in Übereinstimmung mit sowohl der Richtung der
Betätigung des Lenkrades als auch dem erzeugten Lenkmoment bestimmt.
Wenn eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10
erzeugt wird, ändert sich der Überlappungszustand der Nuten 2a mit den Fenstern 10a,
. . ., 10a und mit den Fenstern 10b, . . ., 10b gegenüber dem anfänglichen Zustand. Des
weiteren ändert sich der Überlappungszustand der Nuten 2a mit den Fenstern 10a, . . .,
10a und der Überlappungszustand der Nuten 2a mit den Fenstern 10b, . . ., 10b in um
gekehrter Richtung zueinander, da die Phasenbeziehungen zwischen den Fenstern
10a, . . ., 10a und den Fenstern 10b, . . ., 10b wie oben beschrieben festgesetzt sind.
Als Ergebnis ändert sich die Eigeninduktion der Spule 20A und die Eigeninduktion der
Spule 20B in umgekehrten Richtungen zueinander in Übereinstimmung mit der Relativdrehung
zwischen der Eingangswelle 2 und dem zylindrischen Teil 10. Entsprechend
ändern sich die eigeninduzierten elektromotorischen Kräfte der Spulen 20A und 20B in
umgekehrter Richtung zueinander. Wenn entsprechend die Differenz zwischen der ei
geninduzierten elektromotorischen Kraft der Spule 20A und 20B gemessen wird, dann
ändert sich diese Differenz linear in Abhängigkeit von der Richtung und Größe des
Lenkmoments. Andererseits wird die Änderung der Eigeninduktion, die durch die Tem
peratur oder ähnlichem erzeugt wird, im Differentialverstärker, der im Steuerkreis für den
Motor enthalten ist, ausgelöscht.
Des weiteren wird mittels des Drehmomentarithmetik-Funktionsabschnittes im Steuer
kreis für den Motor das Lenkmoment basierend auf dem Ausgang des Differentialver
stärkers erhalten. Des weiteren versorgt der Motorantriebsabschnitt den Elektromotor 8
mit einem Antriebsstrom in Übereinstimmung mit der Richtung und Größe des Lenkmo
ments. Dann wird im Elektromotor in Übereinstimmung mit der Richtung und Größe des
Lenkmoments, das im Lenksystem erzeugt wurde, eine Drehkraft erzeugt. Die Drehkraft
wird an die Ausgangswelle 3 sowohl über die Schnecke 8b als auch das Schneckenrad
7 übertragen. Als Ergebnis wird der Ausgangswelle 3 ein Drehmoment zur Unterstüt
zung der Lenkung zugeführt. Entsprechend wird das Lenkmoment verringert, so daß die
auf den Fahrer wirkende Last erleichtert wird.
Des weiteren sind bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von in axialer Richtung
verlaufende Nuten 11 und eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 in einem Endab
schnitt der Ausgangswelle 3 ausgebildet, so daß nicht nur die Vorsprünge 13 des zylin
drischen Teils 10 in die in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 jeweils eingepaßt sind,
sondern auch der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 gekrümmt ist, so daß er in die
in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 eingreift. Daher wird selbst in dem Fall, in dem
Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise eine Ausgangswelle 3 aus Ei
sen und ein zylindrisches Teil 10 aus Aluminium, verwendet werden, eine Verringerung
der Haltekraft durch einen Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten oder
ähnlichem der Teile verhindert. Entsprechend kann die Wahrscheinlichkeit stark verrin
gert werden, daß sich die Positionen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des zy
lindrischen Teils 10 relativ zur Ausgangswelle 3 von den anfänglichen Positionen ver
schieben und daß sich die Verschiebung im erfaßten Drehmomentwert niederschlägt.
Daher ist dieses Ausführungsbeispiel sehr geeignet für einen Drehmomentsensor, der
bei einer Elektroservolenkung verwendet wird, die eine hohe Zuverlässigkeit in Punkto
Sicherheit erfordert.
Des weiteren sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nur die Nuten 2a und der
männliche Stopper 15 einstückig mit der Eingangswelle 2 mittels Kaltschmieden ausge
bildet, sondern auch die in axialer Richtung verlaufende Nuten 11 sind einstückig mit der
Ausgangswelle 3 mittels Kaltschmieden ausgebildet. Entsprechend kann eine Phasen
justierung zur Zeit des Zusammenbaus leicht durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil,
daß durch diese Tatsache zu einer Reduzierung der Herstellkosten beigetragen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Eingangswelle 2 der zweiten Drehwelle
und die Ausgangswelle 3 entspricht der ersten Drehwelle.
Übrigens ist der Endabschnitt des zylindrischen Teils 10 so gekrümmt, daß er in die in
Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 bei diesem Ausführungsbeispiel eingreift. Ist je
doch die Länge des zylindrischen Teils 10 oder die Lage der in Umfangsrichtung ver
laufenden Nut 12 verändert, so kann ein Nuteneingriffsabschnitt an der inneren Umflä
che des zylindrischen Teils 10 an einer willkürlichen Position des zylindrischen Teils 10
in axialer Richtung desselben ausgebildet sein. Dies bedeutet, daß ein Abschnitt des zy
lindrischen Teils 10, welcher außerhalb der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 12
angeordnet ist, in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 12 eingreift, um dadurch eine
axiale Verschiebung des zylindrischen Teils relativ zur ersten Drehwelle zu verhindern.
Als nächstes wird im folgenden der Zusammenbau der Spuleneinheit 16 beschrieben.
Nachdem die Spulenkörper 18A und 18B mit den darauf gewickelten Spulen 20A und
20B jeweils so positioniert sind, daß die Anschlußbefestigungsabschnitte 18d jeweils in
den Nuten 17c aufgenommen sind, werden die Spulenkörper 18A und 18B jeweils in die
Innenseite der Jochteile 17a eingedrückt und die Jochteile 17b werden jeweils in die
Endabschnitte der Jochteile 17a eingepreßt. Dann werden, wie dies in der Fig. 6 gezeigt
ist, die Spulenjoche 17A und 17B, die die Spulenkörper 18A und 18B enthalten, jeweils
in das obere Gehäuse 1A eingepaßt, während die Spulenjoche 17A und 17B zum Aneinanderstoßen
gebracht werden, so daß die Anschlußbefestigungsabschnitte 18d ein
ander gegenüberliegen.
Wenn dann die Spulenkörper 18A und 18B in den Spulenjochen 17A und 17B jeweils
aufgenommen sind, dann stoßen die Vorsprünge 21, die an den Spulenkörpern 18A
und 18B ausgebildet sind, an die Jochteile 17a, so daß die in Umfangsrichtung verlau
fenden Kantenabschnitte der Flanschabschnitte 18c der Spulenkörper 18A und 18B, die
elastisch sind, nach innen gebogen sind, wie dies im Detail auch in der Fig. 6 gezeigt ist,
da die Größen in axialer Richtung der Spulenkörper 18A und 18B so gewählt sind, wie
oben beschrieben. Als Ergebnis drücken die Vorsprünge 21 die Jochteile 17a über die
elastische Wiederherstellkraft der gebogenen Flanschabschnitte 18c in axialer Richtung.
Da jedoch die Bewegungen in axialer Richtung der Spulenkörper 18A und 18B durch
die Jochteile 17b, die jeweils in die Jochteile 17a eingesetzt sind, verhindert werden,
sind die axialen Positionen der Spulenkörper 18A und 18B durch die obenerwähnte An
drückkraft begrenzt.
Entsprechend können die Stifte 19a und 19b in vorbestimmte Positionen am Substrat 22
im wesentlichen sicher ohne Lageverschiebung der Stifte 19a und 19b eingesetzt wer
den, auch wenn die Spuleneinheit 16 im oberen Gehäuse 1A eingesetzt und das
Substrat 22 angeordnet ist, wenn das Substrat 22 in einer vorbestimmten Position an
geordnet ist.
Nachdem des weiteren die Stifte 19a und 19b in das Substrat 22 eingesetzt sind, wer
den die oberen Endabschnitte der Stifte 19a und 19b am Substrat 22 mittels Schweißen
befestigt. Wenn jedoch die axialen Bewegungen der Spulenkörper 18A und 18B in der
oben beschriebenen Weise verhindert werden, kann eine unnötige Last auf die obener
wähnten geschweißten/befestigten Abschnitte selbst bei Verwendung verhindert wer
den. Dies kann entsprechend zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit eines elektri
schen Schaltkreises beitragen, der die geschweißten/befestigten Abschnitte beinhaltet.
Auf diese Weise kann ein sehr zuverlässiger Drehmomentsensor erhalten werden.
Da des weiteren die Vorsprünge 21 an den in Umfangsrichtung verlaufenden Kantenab
schnitten der Flanschabschnitte 18c ausgebildet sind, können die Flanschabschnitte
18c relativ leicht gebogen werden. Da das Biegen der Flanschabschnitte 18c haupt
sächlich auf den in radialer Richtung außenliegenden Abschnitten wirkt, wird der Einfluß
auf die Spulen 20A und 20B klein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel stellen die Eingangswelle 2, die Ausgangswelle 3, der
Torsionsstab 4, die Nuten 2a und das zylindrische Teil 10 eine Impedanzänderungsvor
richtung und die Vorsprünge 21 eine Andrückvorrichtung dar.
Des weiteren ist die Ausgestaltung der Spulenkörper 18A und 18B nicht auf das oben
genannte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise, wie in den Fig. 8A und 8B
gezeigt ist, können drei oder mehr (bei diesem Beispiel acht) halbkugelförmige Vor
sprünge 21 in Umfangsrichtung vorgesehen sein.
Alternativ können, wie dies in den Fig. 9A bis 9C gezeigt ist, Nuten 21a, die auf den äu
ßeren, in Umfangsrichtung liegenden Abschnitt des Flanschabschnittes 18c führen, in
Positionen ausgebildet sein, an denen die Vorsprünge 21 zwischen linken und rechten
Nuten gesetzt sind. Dies bedeutet, daß die Abschnitte, in denen die Vorsprünge 21
ausgebildet sind, als Blattfedern dienen, wenn die Nuten 21a ausgebildet sind. Entspre
chend kann die Andrückwirkung des Jochteiles 17a in axialer Richtung wesentlich bes
ser erfüllt werden. Da des weiteren die zu biegenden Abschnitte auf die obengenannten
Abschnitte begrenzt sind, die als Blattfedern dienen, kann der Einfluß der Abschnitte,
um die die Spulen 20A und 20B gewickelt sind, im wesentlichen auf Null begrenzt wer
den.
Des weiteren kann die Form der Vorsprünge 21 beispielsweise halbzylinderförmig sein,
wie dies in den Fig. 10A bis 10C gezeigt ist, oder es können auch andere Formen ver
wendet werden.
Obwohl das oben geschilderte Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, bei
dem zwei Spulenkörper 18A und 18B als getrennte Teile vorgesehen sind, ist die vorlie
gende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch in dem Fall verwendet
werden, bei dem beispielsweise ein Spulenkörper mit zwei Nuten verwendet wird, in die
zwei Spulen 20A und 20B gewickelt sind, so daß die Jochteile von außen am Spulen
körper angesetzt werden.
Obwohl das obengenannte Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, in dem
Vorsprünge 21 als Andrückvorrichtung an den Spulenkörpern 18A und 18B vorgesehen
sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, sondern kann auch
in dem Fall verwendet werden, bei dem beispielsweise derartige Vorsprünge am Jochteil
17a oder sowohl an den Spulenkörpern 18A und 18B als auch an den Jochteilen 17a
ausgebildet sind, wie es jeweils die Umstände erfordern. Die Ausbildung der Spulenkör
per 18A und 18B aus Kunstharz hat jedoch einen Kostenvorteil angesichts der Leichtig
keit der Bearbeitung usw.
Obwohl das obengenannte Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben wurde, bei
dem ein erfindungsgemäßer Drehmomentsensor bei einer Elektroservolenkung für ein
Fahrzeug verwendet wird, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht
darauf beschränkt ist, sondern auch für Drehmomentsensoren für andere Zwecke ver
wendet werden kann.
Wie oben beschrieben wurde sind erfindungsgemäß eine Vielzahl von Axialnuten, die
sich in axialer Richtung erstrecken, und eine in Umfangsrichtung durchgängig verlau
fende Nut in einer äußeren Umfläche eines Endabschnittes einer ersten Drehwelle an
einer Seite ausgebildet, bei der ein zylindrisches Teil befestigt ist; eine Vielzahl von Vor
sprüngen sind an einer inneren Umfläche des zylindrischen Teils so ausgebildet, daß sie
in die Vielzahl von in axialer Richtung verlaufenden Nuten jeweils eingesetzt werden; die
Vorsprünge werden in die in axialer Richtung verlaufenden Nuten jeweils eingesetzt, um
dadurch die Drehung des zylindrischen Teils zu verhindern; und ein Abschnitt des zylin
drischen Teils, der in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut eingesetzt wird, ist einge
stemmt, um dadurch die Verschiebung in axialer Richtung des zylindrischen Teils zu
verhindern. Dementsprechend kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, daß sich
die Positionen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des zylindrischen Teils relativ
zur ersten Drehwelle sich ändern. Auf diese Weise kann ein sehr zuverlässiger
Drehmomentsensor erhalten werden.
Wie oben beschrieben ist erfindungsgemäß der Spulenkörper und/oder das Spulenjoch
mit einer Andrückvorrichtung zum Andrücken des jeweils anderen von Spulenkörper
oder Spulenjoch in axialer Richtung vorgesehen, wenn der Spulenkörper im Spulenjoch
aufgenommen ist. Entsprechend hat dies die Wirkung zur Folge, daß nicht nur der Ar
beitsaufwand zum Zeitpunkt des Zusammenbaus verringert, sondern auch die Zuver
lässigkeit nach dem Zusammenbau verbessert ist.
Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit bestimmten Besonderheiten be
schrieben wurde, ist es klar, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form
sich in Konstruktionsdetails und in der Kombination und Anordnung von Teilen ändern
kann, ohne daß vom Geist und dem Umfang der Erfindung abgewichen wird, wie sie im
folgenden beansprucht sind.
Claims (10)
1. Drehmomentsensor umfassend:
einen Torsionsstab (4);
eine erste Drehwelle (3);
eine zweite Drehwelle (2), die koaxial zur ersten Drehwelle (3) angeordnet und mit der ersten Drehwelle (3) über den Torsionsstab (4) verbunden ist; und
ein zylindrisches Teil (10), das an einem Endabschnitt (3A) der ersten Drehwelle (3) befestigt ist, so daß es zumindest einen Teil der zweiten Drehwelle (2) umschließt, um dadurch ein Drehmoment basierend auf einem Überlappungszustand des zylindrischen Teils (10) mit der zweiten Drehwelle (2) zu erfassen;
eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11), die an einer äußeren Umfläche des Endabschnittes (3A) der ersten Drehwelle (3), an der das zylindrische Teil (10) befestigt ist, ausgebildet sind, so daß sie sich in einer axialen Richtung der ersten Drehwelle (3) erstrecken;
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (12), die in Umfangsrichtung und durchgängig an der äußeren Umfläche des Endabschnittes (3A) der ersten Drehwelle (3) ausgebildet ist; und
eine Vielzahl von Vorsprüngen (13), die an einer inneren Umfläche des zylindrischen Teils (10) ausgebildet sind, um jeweils in die Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) eingesetzt zu werden,
wobei die Vorsprünge (13) jeweils in die sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) eingesetzt sind, um dadurch eine Drehung des zylindrischen Teils (10) relativ zur ersten Drehwelle (2) zu verhindern, und wobei ein Abschnitt des zylindrischen Teils (10), welcher in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (12) einzusetzen ist, verformt ist, um in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (12) zu passen und dadurch eine Verschiebung in axialer Richtung des zylindrischen Teils (10) relativ zur ersten Drehwelle (3) zu verhindern.
einen Torsionsstab (4);
eine erste Drehwelle (3);
eine zweite Drehwelle (2), die koaxial zur ersten Drehwelle (3) angeordnet und mit der ersten Drehwelle (3) über den Torsionsstab (4) verbunden ist; und
ein zylindrisches Teil (10), das an einem Endabschnitt (3A) der ersten Drehwelle (3) befestigt ist, so daß es zumindest einen Teil der zweiten Drehwelle (2) umschließt, um dadurch ein Drehmoment basierend auf einem Überlappungszustand des zylindrischen Teils (10) mit der zweiten Drehwelle (2) zu erfassen;
eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11), die an einer äußeren Umfläche des Endabschnittes (3A) der ersten Drehwelle (3), an der das zylindrische Teil (10) befestigt ist, ausgebildet sind, so daß sie sich in einer axialen Richtung der ersten Drehwelle (3) erstrecken;
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (12), die in Umfangsrichtung und durchgängig an der äußeren Umfläche des Endabschnittes (3A) der ersten Drehwelle (3) ausgebildet ist; und
eine Vielzahl von Vorsprüngen (13), die an einer inneren Umfläche des zylindrischen Teils (10) ausgebildet sind, um jeweils in die Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) eingesetzt zu werden,
wobei die Vorsprünge (13) jeweils in die sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11) eingesetzt sind, um dadurch eine Drehung des zylindrischen Teils (10) relativ zur ersten Drehwelle (2) zu verhindern, und wobei ein Abschnitt des zylindrischen Teils (10), welcher in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (12) einzusetzen ist, verformt ist, um in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (12) zu passen und dadurch eine Verschiebung in axialer Richtung des zylindrischen Teils (10) relativ zur ersten Drehwelle (3) zu verhindern.
2. Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei ein Endabschnitt des zylindrischen
Teils (10) nach innen gekrümmt ist und sich mit der in Umfangsrichtung
erstreckenden Nut (12) im Eingriff befindet.
3. Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die erste Drehwelle
(3) einen weiblichen Stopper (14) aufweist, der an einer Endfläche derselben
ausgebildet ist, wobei der weibliche Stopper (14) eine Öffnung mit einem konkaven
Abschnitt (14A) aufweist, der in einem Querschnitt der ersten Drehwelle (3) in
radialer Richtung nach außen vorspringt, und die zweite Drehwelle (2) einen
männlichen Stopper (15) aufweist, der an einer Endfläche derselben ausgebildet ist,
wobei der männliche Stopper (15) einen konvexen Abschnitt (15A) aufweist, der in
einem Querschnitt der zweiten Drehwelle (2) in radialer Richtung nach außen
vorspringt, so daß er dem konkaven Abschnitt (14A) entspricht.
4. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der
weibliche Stopper (14) und die sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (11)
einstückig mit der ersten Drehwelle (3) durch Kaltschmieden ausgebildet sind und
der männliche Stopper (15) einstückig mit der zweiten Drehwelle (2) durch
Kaltschmieden ausgebildet ist.
5. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der
Drehmomentsensor des weiteren umfaßt:
ein Gehäuse (1);
eine Drehwelle (2, 3), die drehbar am Gehäuse (1) gelagert ist;
eine Spuleneinheit (16) mit einer Spule, die derart angeordnet ist, daß sie die Drehwelle (2, 3) umschließt; und
eine Impedanzänderungsvorrichtung zur Änderung der Impedanz der Spule (20A, 20B) in Abhängigkeit von einer Änderung des Drehmoments, das auf die Drehwelle (2, 3) wirkt, wobei ein in der Drehwelle (2, 3) erzeugtes Drehmoment basierend auf einer Spannung zwischen Anschlüssen (19A, 19B) der Spule (20A, 20B) erfaßt ist,
wobei die Spuleneinheit (16) umfaßt:
einen Spulenkörper (18A, 18B), auf den die Spule (20A, 20B) gewickelt ist;
einen Spulenkörper (17A, 17B) zur Aufnahme des Spulenkörper (18A, 18B) s, wobei das Spulenkörper (17A, 17B) ein ringförmiges Teil mit einem U-förmigen Querschnitt aufweist, der in radialer Richtung auf einer inneren Seite geöffnet ist, so daß der Spulenkörper (18A, 18B) darin zwischen einander gegenüberliegenden Grundflächen des U-förmigen Querschnittes aufgenommen ist; und
eine Andrückvorrichtung (21), die im Spulenkörper (18A, 18B) und/oder Spulenkörper (17A, 17B) zum Andrücken in axialer Richtung des jeweils anderen von Spulenkörper (18A, 18B) und Spulenkörper (17A, 17B) vorgesehen ist, wenn der Spulenkörper (18A, 18B) im Spulenkörper (17A, 17B) aufgenommen ist.
ein Gehäuse (1);
eine Drehwelle (2, 3), die drehbar am Gehäuse (1) gelagert ist;
eine Spuleneinheit (16) mit einer Spule, die derart angeordnet ist, daß sie die Drehwelle (2, 3) umschließt; und
eine Impedanzänderungsvorrichtung zur Änderung der Impedanz der Spule (20A, 20B) in Abhängigkeit von einer Änderung des Drehmoments, das auf die Drehwelle (2, 3) wirkt, wobei ein in der Drehwelle (2, 3) erzeugtes Drehmoment basierend auf einer Spannung zwischen Anschlüssen (19A, 19B) der Spule (20A, 20B) erfaßt ist,
wobei die Spuleneinheit (16) umfaßt:
einen Spulenkörper (18A, 18B), auf den die Spule (20A, 20B) gewickelt ist;
einen Spulenkörper (17A, 17B) zur Aufnahme des Spulenkörper (18A, 18B) s, wobei das Spulenkörper (17A, 17B) ein ringförmiges Teil mit einem U-förmigen Querschnitt aufweist, der in radialer Richtung auf einer inneren Seite geöffnet ist, so daß der Spulenkörper (18A, 18B) darin zwischen einander gegenüberliegenden Grundflächen des U-förmigen Querschnittes aufgenommen ist; und
eine Andrückvorrichtung (21), die im Spulenkörper (18A, 18B) und/oder Spulenkörper (17A, 17B) zum Andrücken in axialer Richtung des jeweils anderen von Spulenkörper (18A, 18B) und Spulenkörper (17A, 17B) vorgesehen ist, wenn der Spulenkörper (18A, 18B) im Spulenkörper (17A, 17B) aufgenommen ist.
6. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei die
Andrückvorrichtung (21) eine Vielzahl von Vorsprüngen umfaßt, die an einem in
Umfangsrichtung verlaufenden Kantenabschnitt des Spulenkörpers (18A, 18B)
vorgesehen sind.
7. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der
Spulenkörper (18A, 18B) eine Vielzahl von Nuten (21a) aufweist, die an beiden
Seiten der Vorsprünge ausgebildet sind und zu einer äußeren, in Umfangsrichtung
verlaufenden Kante des Spulenkörpers (18A, 18B) führen.
8. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der
Vorsprung (21) eine im wesentlichen säulenförmige Gestalt aufweist.
9. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der
Vorsprung (21) eine im wesentlichen halbkugelförmige Form aufweist.
10. Drehmomentsensor nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei der
Vorsprung (21) eine im wesentlichen halbzylindrische Form aufweist.
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