DE60306998T2

DE60306998T2 - Drehmomentsensor

Info

Publication number: DE60306998T2
Application number: DE60306998T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Chuo-ku Osaka-shi Nagase; Masahiko Chuo-ku Osaka-shi Sakamaki; Katsutoshi Chuo-ku Osaka-shi Nishizaki; Shirou Chuo-ku Osaka-shi Nakano; Yoshikazu Chuo-ku Osaka-shi Kuroumaru; Ken Chuo-ku Osaka-shi Matsubara
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: US20040020309A1; EP1382950A3; US6892588B2; EP1382950A2; DE60306998D1; EP1382950B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor, der zum Erfassen von beispielsweise dem Lenkmoment bei elektrischen Servolenkvorrichtungen geeignet ist.
Es ist ein Drehmomentsensor bekannt, der eine erste Welle, eine zweite Welle, die sich in Bezug auf die erste Welle elastisch drehen kann, einen ersten Drehmelder zum Erfassen des Drehwinkels der ersten Welle und einen zweiten Drehmelder zum Erfassen des Drehwinkels der zweiten Welle aufweist (japanische offengelegte Patentanmeldungen Nr. 200-194251 und 2001-272204, von welchen die letztere WO-A1-01-71 288) entspricht. Das durch die zwei Wellen übertragene Drehmoment kann aus der Differenz zwischen dem Drehwinkel der ersten Welle, der durch den ersten Drehmelder erfasst wird, und dem Drehwinkel der zweiten Welle, der durch den zweiten Drehmelder erfasst wird, gefunden werden.
Ein Wechselsignal, das proportional zu sinθ ist, und ein Wechselsignal, das proportional zu cosθ ist, werden von den Zweiphasen-Statorwicklungen ausgegeben, wenn ein Sinussignal zu der Rotorwicklung des Drehmelders eingegeben wird, wobei θ für einen Wellen-Drehwinkel steht, der durch den Drehmelder erfasst wird. Der Dreh- winkel θ kann durch Verwenden eines Werts gefunden werden, der durch eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale und durch Berechnen von tan^–1 (sinθ/cosθ) mit einem Computer erhalten wird.
Weil jedoch der Auflösung der A/D-Umwandlung, die durchgeführt wird, wenn das von jedem Drehmelder ausgegebene Wechselsignal A/D-gewandelt und zum Computer eingeführt wird, eine Beschränkung auferlegt wird, ist die Auflösung des Drehmomentsensors beschränkt. Weiterhin wird eine zu einer Signalverarbeitung gehörende Last größer, wenn der Abtastzyklus kürzer wird. Darüber hinaus wird die Verbesserung der Drehmomenterfassungsgenauigkeit behindert, weil sich das Wechselsignal, das proportional zu sinθ oder cosθ ist, nichtlinear mit dem Drehwinkel θ ändert.
Insbesondere offenbart das oben angegebene Dokument WO-A1-01-71 288, welches Dokument derart angesehen wird, dass es das relevanteste Dokument nach dem Stand der Technik ist, einen Drehmomentsensor mit zwei Drehmeldern. Es gibt zwei Wellen mit einer elastischen Verbindung. Die Ausgangswicklung des Stators der Einlassseite und die Ausgangswicklung des Stators der Auslassseite müssen verbunden werden, um einen Drehmomentwert ohne A/D-Wandler zu bestimmen. Daher ist die Herstellung der zwei Drehmelder komplex und kostspielig. Weiterhin können die zwei Drehmelder nicht voneinander getrennt werden und müssen daher beim Zusammenbauprozess für den Drehmomentsensor sorgfältig als eine Einheit behandelt werden, wie beispielsweise bei dem Anbringprozess der Statoren an das Gehäuse.
Weiterhin kann eine Struktur, die durch eine Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors eine Sicherheitsfunktion demonstrieren kann, erwägt werden, wobei eine Drehmomenterfassungsschaltung im Drehmomentsensor aus zwei identischen bestimmten Schaltungen zusammengesetzt ist, die Differenz zwischen den Ausgangswerten der zwei Schaltungen gefunden wird und ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn die Differenz nicht kleiner als ein eingestellter Wert ist. Wenn jedoch zwei identische bestimmte Schaltungen verwendet werden, werden die Größe und die Kosten für den Drehmomentsensor erhöht.
Beispielsweise offenbart EP-A2-1 213 562 eine Fehlerüberwachung durch ein Ergebnis.
Weiterhin müssen dann, wenn ein Übertragungsmoment aus der Differenz zwischen den erfassten Drehwinkeln der ersten Welle und der zweiten Welle wie beim oben beschriebenen herkömmlichen Beispiel gefunden wird, die Drehwinkelerfassung mit dem ersten Drehmelder und die Drehwinkelerfassung mit dem zweiten Drehmelder unabhängig mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Zu diesem Zweck müssen die Anordnung von jedem des ersten und des zweiten Drehmelderstators in Bezug auf das Sensorgehäuse, die Anordnung von jedem des ersten Drehmelderrotors in Bezug auf die zweite Welle und die Anordnung des zweiten Drehmelderrotors in Bezug auf die zweite Welle mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Demgemäß sind eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit von Teilen und eine hohe Genauigkeit beim Zusammenbauen erforderlich und werden die Kosten erhöht. Weiterhin werden die Kosten auch erhöht, weil die Genauigkeit von Drehmeldern erhöht werden muss, um einen Drehwinkel der ersten Welle und den Drehwinkel der zweiten Welle mit hoher Genauigkeit zu finden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehmomentsensor zur Verfügung zu stellen, der die oben beschriebenen Probleme lösen kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Drehmomentsensor gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen des Drehmomentsensors des Anspruchs 1 sind durch die abhängigen Ansprüche 2 bis 11 angegeben.
Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Drehmomentwert aus dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal gefunden. Dieses Signal wird durch Verarbeiten des ersten und des zweiten Logiksignals ausgegeben. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Logiksignal ist gleich derjenigen des ersten und des zweiten Wechselsignals, von welchen sich Phasen gemäß Änderungen bezüglich der Drehwinkel der ersten und der zweiten Welle ändern. Daher kann der Drehmomentwert gemäß der vorliegenden Erfindung ohne A/D-Umwandlung der Wechselsignale basierend auf dem ersten und dem zweiten Wechselsignal bestimmt werden. Weiterhin können das erste und das zweite Wechselsignal jeweils von zwei unabhängigen Detektoren, wie beispielsweise Drehmeldern, ausgegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Drehmomentsensor folgendes auf: eine erste Welle; eine zweite Welle, die sich in Bezug auf die erste Welle elastisch drehen kann; eine erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines ersten Wechselsignals, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der ersten Welle ändert; eine zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines zweiten Wechselsignals, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der zweiten Welle ändert; und eine Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit zum Ausgeben eines Phasendifferenz-Entsprechungssignals, von welchem sich eine Wellenform gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ändert, wobei die Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit eine erste Logiksignal-Umwandlungsschaltung zum Umwandeln des ersten Wechselsignals in ein erstes Logiksignal und eine zweite Logiksignal-Umwandlungsschaltung zum Umwandeln des zweiten Wechselsignals in ein zweites Logiksignal aufweist, so dass eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal gleich einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal und dem zweiten Logiksignal ist, und wobei die Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit das erste Logiksignal und das zweite Logiksignal verarbeitet, um das Phasendifferenz-Entsprechungssignal zu erzeugen, aus welchem ein Wert entsprechend einem Drehmoment gefunden wird, das durch die erste und die zweite Welle übertragen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht deshalb, weil sich die Phase des ersten Wechselsignals entsprechend Änderungen bezüglich des Drehwinkels der ersten Welle ändert und sich die Phase des zweiten Wechselsignals entsprechend Änderungen bezüglich des Drehwinkels der zweiten Welle ändert, die Phasendifferenz zwischen dem Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle. Die Wellenform des Phasendifferenz-Entsprechungssignals ändert sich gemäß Änderungen bezüglich der Differenz zwischen den Drehwinkeln, weshalb das Phasendifferenz-Entsprechungssignal als Signal entsprechend dem Drehmoment verwendet werden kann, das durch die erste und die zweite Welle übertragen wird. Somit kann die Differenz zwischen Drehwinkeln entsprechend dem Übertragungsmoment direkt gefunden werden, ohne den Drehwinkel der ersten Welle und den Drehwinkel der zweiten Welle getrennt zu erfassen. Daher ist es nicht erforderlich, dass die Ausgangswerte von Sinussignal oder Kosinussignalen eingeführt werden, um das Drehmoment zu finden, was unterschiedlich von den herkömmlichen Strukturen ist, und eine zu einer Signalverarbeitung gehörende Belastung kann reduziert werden und nichtlineare Elemente können eliminiert werden. Weiterhin kann ein Signal, das Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal darstellt, als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal ausgegeben werden. Weiterhin kann dieses Signal durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke ausgegeben werden, wie beispielsweise einer Schaltung, die Wechselsignale in Logiksignale umwandelt, und einer Schaltung zum Erzeugen eines Signals entsprechend verarbeiteten Logiksignalen.
Es ist bevorzugt, dass die erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung einen ersten Detektor und eine erste Signalverarbeitungseinheit aufweist; der erste Detektor ein erstes Sinusamplitudensignal ausgibt, das durch KEsin(ωt)sinθ dargestellt wird, und ein erstes Kosinusamplitudensignal, das durch KEsin(ωt)cosθ dargestellt wird, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist t eine Zeit ist und θ ein Drehwinkel der ersten Welle ist; die erste Signalverarbeitungseinheit eine erste Phasenverschiebungsschaltung hat, die ein erstes Phasenverschiebungssignal, das durch KEsin(ωt + n/2)sinθ dargestellt wird, um eine π/2-Phasenverschiebung des ersten Sinusamplitudensignals erzeugt, und eine erste Additionsschaltung, die das erste Wechselsignal, das durch KEsin(ωt + θ) dargestellt wird, durch Addieren des ersten Phasenverschiebungssignals und des ersten Kosinusamplitudensignals erzeugt; die zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung einen zweiten Detektor und eine zweite Signalverarbeitungseinheit aufweist; der zweite Detektor ein zweites Sinusamplitudensignal ausgibt, das durch KEsin(ωt)sin(θ + Δθ) dargestellt wird, und ein zweites Kosinusamplitudensignal, das durch KEsin(ωt)cos(θ + Δθ) dargestellt wird, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist, t eine Zeit ist und θ + Δθ ein Drehwinkel der zweiten Welle ist; und die zweite Signalverarbeitungseinheit eine zweite Phasenverschiebungsschaltung hat, die ein zweites Phasenverschiebungssignal, das durch KEsin(ωt + π/2)sin(θ + Δθ) dargestellt wird, um eine π/2-Phasenverschiebung des zweiten Sinusamplitudensignal erzeugt, und eine zweite Additionsschaltung, die das zweite Wechselsignal, das durch KEsin(ωt + θ + Δθ) dargestellt wird, durch Addieren des zweiten Phasenverschiebungssignals und des zweiten Kosinusamplitudensignals erzeugt.
Mit einer solchen Struktur macht es ein Eingeben eines Sinussignals in den ersten und den zweiten Detektor möglich, das erste und das zweite Wechselsignal, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich der Drehwinkel der ersten und der zweiten Welle ändert, durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke, wie beispielsweise Detektoren, wie z.B. Drehmeldern, Phasenverschiebungsschaltungen und Additionsschaltungen, auszugeben.
Es ist bevorzugt, dass die erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung einen ersten Detektor zum Ausgeben des ersten Wechselsignals hat, das durch KEsin(ωt + θ) dargestellt wird, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist, t eine Zeit ist und eine θ ein Drehwinkel der ersten Welle ist; und die zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung einen zweiten Detektor zum Ausgeben des zweiten Wechselsignals hat, das durch KEsin(ωt + Δθ) dargestellt wird, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignal ist, t eine Zeit ist und θ + Δθ ein Drehwinkel der zweiten Welle ist.
Mit einer solchen Struktur macht es ein Eingeben eines Sinussignals und eines Kosinussignals in den ersten und den zweiten Detektor möglich, das erste und das zweite Wechselsignal, von welchen sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich der Drehwinkel der ersten und der zweiten Welle ändert, durch Verwenden von Detektoren, die beispielsweise Drehmeldern, die allgemeine Komponenten sind, auszugeben.
Es ist bevorzugt, dass der erste Detektor und der zweite Detektor relativ angeordnet sind, so dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ein eingestellter Wert wird, wenn das durch die erste und die zweite Welle übertragene Drehmoment Null ist; und die Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit eine PWM-Verarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines PWM-Signals entsprechend einer Exklusiv-ODER-Verknüpfung des ersten Logiksignals und des zweiten Logiksignals als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal hat.
Mit einer solchen Struktur kann das PWM-Signal, von welchem sich eine Pulsbreite gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ändert, als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal ausgegeben werden. Weiterhin kann dieses PWM-Signal durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke ausgegeben werden, wie beispielsweise eine Schaltung, die Wechselsignale in Logiksignale umwandelt, und eine Schaltung zum Erzeugen eines Signals entsprechend einer Exklusiv-ODER-Verknüpfung von Logiksignalen.
Es ist bevorzugt, dass die Ausgangssignalverarbeitungseinheit eine Schaltung zum Erfassen der vorderen Flanke des ersten Logiksignals hat, eine Schaltung zum Erfassen der hinteren Flanke des zweiten Logiksignals und eine PWM-Verarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines PWM-Signals als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal, bei welchem eine der vorderen Flanke des ersten Logiksignals und der hinteren Flanke des zweiten Logiksignals der vorderen Flanke des PWM-Signals entspricht und die andere der hinteren Flanke des PWM-Signals entspricht.
Mit einer solchen Struktur kann das PWM-Signal, von welchem sich eine Pulsbreite gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ändert, als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal ausgegeben werden. Weiterhin kann dieses PWM-Signal durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke ausgegeben werden, wie beispielsweise einer Schaltung, die Wechselsignale in Logiksignale umwandelt, einer Schaltung zum Erfassen der vorderen Flanke und der hinteren Flanke von Logiksignalen und beispielsweise eines SR-Flip-Flops zum Erzeugen von Signalen mit einer vorderen Flanke und einer hinteren Flanke entsprechend der vorderen Flanke und der hinteren Flanke von Logiksignalen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Drehmomentsensor weiterhin mit einer Fehlerüberwachungsfunktion versehen und weist folgendes auf: eine Computervorrichtung, zu welcher das Ausgangssignal des ersten Detektors, das Ausgangssignal des zweiten Detektors und das Phasendifferenz-Entsprechungssignal eingegeben werden, wobei ein Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen aus den Ausgangssignalen der zwei Detektoren gefunden wird, und auch die Abweichung zwischen dem erfassten Drehmomentwert entsprechend dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal und der Referenz-Drehmomentwert mit der Computervorrichtung gefunden wird; und wobei die Computervorrichtung ein Fehlersignal ausgibt, wenn der Absolutwert der Abweichung nicht kleiner als ein eingestellter Wert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Drehmomentsensor weiterhin mit einer Fehlerübennrachungsfunktion versehen, wobei das Ausgangssignal des ersten Detektors, das Ausgangssignal des zweiten Detektors und das erste Wechselsignal und das zweite Wechselsignal ohne Digitalisierung verarbeitet werden, und er weist weiterhin folgendes auf: eine Einrichtung zum Finden eines Refe renz-Drehmomentwerts entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen aus den Werten, die durch eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale der zwei Detektoren erhalten werden; eine Einrichtung zum Finden der Abweichung zwischen dem erfassten Drehmomentwert entsprechend dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal und dem Referenz-Drehmomentwert; und eine Einrichtung zum Ausgeben eines Fehlersignals, wenn der Absolutwert der Abweichung nicht kleiner als ein eingestellter Wert ist.
Weil der Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen dem Drehmoment entspricht, das durch die zwei Wellen übertragen wird, kann entschieden werden, dass der Drehmomentsensor in einem normalen oder anormalen Zustand ist, wenn der Absolutwert der Abweichung des erfassten Drehmomentwerts von dem Referenz-Drehmomentwert jeweils kleiner oder nicht kleiner als ein eingestellter Wert ist.
Unter einem Berechnen des Referenz-Drehmomentwerts für eine Fehlerüberwachung eliminiert der Drehmomentsensor mit der Computervorrichtung die Notwendigkeit, eine Vielzahl von Ausgangssignal-Verarbeitungseinheiten zum Ausgeben von Phasendifferenz-Entsprechungssignalen entsprechend den erfassten Drehmomentwerten vorzusehen, vermeidet er die Notwendigkeit für bestimmte Schaltungen zur Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors und macht es möglich, die Größe des Drehmomentsensors zu erniedrigen.
Weil die Phasendifferenz-Entsprechungssignale durch Verarbeiten des analogen Ausgangssignals des ersten Detektors und des analogen Ausgangssignals des zweiten Detektors ohne Digitalisierung ausgegeben werden, kann die Auflösung des Drehmomentsensors erhöht werden, ohne die Rechenbelastung zu erhöhen, im Vergleich mit dem Fall, in welchem ein Wert entsprechend dem durch die zwei Wellen übertragenen Drehmoment aus dem Wert gefunden wird, der durch eine A/D-Umwandlung und durch Einführen der Ausgangssignale von jedem Detektor erhalten wird. Weiterhin ist es, obwohl der Referenz-Drehmomentwert aus dem Wert gefunden wird, der durch eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale der zwei Detektoren erhalten wird, ausreichend, wenn dieser Referenz-Drehmomentwert für eine Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors verwendet wird, weshalb es nicht nötig ist, diesen Wert mit hoher Genauigkeit zu finden. Somit gibt es keine Notwendigkeit zum Reduzieren des Abtastzyklus zum Einführen der A/D-gewandelten Werte um mehr als es erforderlich ist, und daher wird die Rechenbelastung nicht erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Drehmomentsensor folgendes auf: ein Sensorgehäuse; die erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung mit einem ersten Detektor und die zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung mit einem zweiten Detektor; wobei der erste Detektor einen ersten Detektorrotor und einen ringartigen ersten Detektorstator, der den ersten Detektorrotor bedeckt, hat; wobei der zweite Detektor einen zweiten Detektorrotor und einen ringartigen zweiten Detektorstator, der den zweiten Detektorrotor bedeckt, hat; wobei die erste Welle in den ersten Detektorrotor gedrückt wird, wobei die zweite Welle in den zweiten Detektorrotor gedrückt wird und wobei der erste Detektorstator und der zweite Detektorstator in Bezug auf das Sensorgehäuse fest sind; und wobei ein Wert entsprechend dem durch die erste und die zweite Welle übertragenen Drehmoment aus dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal gefunden wird, wobei ein erster Ausschnitt bzw. eine erste Vertiefung in einem des inneren Umfangs des ersten Detektorrotors und des äußeren Umfangs der ersten Welle ausgebildet ist, und ein erster Vorsprung, der von der axialen Richtung der ersten und der zweiten Welle aus über einen Freiraum in der Drehrichtung in den zweiten Ausschnitt einzupassen ist, in dem anderen des inneren Umfangs des zweiten Detektorrotors und des äußeren Umfangs der zweiten Welle ausgebildet ist; wobei ein rohrförmiger Abstandshalter zwischen dem ersten Detektorstator und dem zweiten Detektorstator angeordnet ist; wobei ein dritter Ausschnitt in einem des ersten Detektorstators und des Abstandshalters ausgebildet ist, und ein dritter Vorsprung, der von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der Drehrichtung in den dritten Ausschnitt einzupassen ist, in dem anderen des ersten Detektorstators und des Abstandshalters ausgebildet ist; und wobei ein vierter Ausschnitt in einem des zweiten Detektorstators und des Abstandshalters ausgebildet ist, und ein vierter Vorsprung, der von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der Drehrichtung in den vierten Ausschnitt einzupassen ist, in dem anderen des zweiten Detektorstators und des Abstandshalters ausgebildet ist.
Der Freiraum in jeder Drehrichtung beträgt beispielsweise etwa 0,05 mm.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Position des ersten Detektorrotors relativ zu der ersten Welle in der Drehrichtung durch Einpassen des ers ten Vorsprungs in den ersten Ausschnitt eingestellt, wird die Position des zweiten Detektorrotors relativ zur zweiten Drehwelle in der Drehrichtung durch Einpassen des zweiten Vorsprungs in den zweiten Ausschnitt eingestellt, und wird die Position des ersten Detektorstators relativ zum zweiten Detektorstator in der Drehrichtung durch Einpassen des dritten Vorsprungs in den dritten Ausschnitt und durch Einpassen des vierten Vorsprungs in den vierten Ausschnitt eingestellt. Als Ergebnis macht es ein näherungsweises Einstellen der Position der ersten Welle relativ zur zweiten Welle in der Drehrichtung möglich, eine näherungsweise Einstellung der Positionen des ersten Detektors relativ zu dem zweiten Detektor in der Drehrichtung einzustellen.
Der dritte Vorsprung und der vierte Vorsprung können monolithisch mit dem Abstandshalter ausgebildet sein, oder können die Elemente sein, die von dem Abstandshalter getrennt sind. Beispielsweise wird ein Stift in ein Durchgangsloch eingefügt, das in einem ringartigen Abstandshalter ausgebildet ist, wobei ein Ende des Stifts, das von einer Endfläche des Abstandshalters vorsteht, als der dritte Vorsprung verwendet, und wird das andere Ende des Stifts, das von der anderen Endfläche vorsteht, als der vierte Vorsprung verwendet.
Von einem Standpunkt eines Einsparens von Raum aus ist es bevorzugt, dass die Signalkabel der zwei Detektoren von zwischen den zwei Detektoren zu der Außenseite des Sensorgehäuses über eine im Sensorgehäuse ausgebildete Kerbe geführt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Drehmomentsensor ein Detektor-Stoßelement aufweist, das in dem Sensorgehäuse von der axialen Richtung ausgedrückt wird, wobei der erste Detektorstator, der zweite Detektorstator und der Abstandshalter zu dem inneren Umfang des Sensorgehäuses von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der radialen Richtung von der ersten und der zweiten Welle eingepasst werden; und die zwei Detektorstoren und der Abstandshalter in Sandwichbauweise zwischen dem Detektor-Stoßelement und einer Stufe, die an der inneren Peripherie des Sensorgehäuses ausgebildet ist, ausgebildet sind.
Mit einer solchen Struktur können der erste und der zweite Detektorstator und der Abstandshalter auf einfache Weise in das Sensorgehäuse angeordnet und in Bezug auf das Sensorgehäuse durch ledigliches Drücken der Detektor-Stoßelemente im Sensorgehäuse fixiert werden.
Die Eindrücklast des Detektor-Stoßelements kann derart eingestellt werden, dass sie klein ist, um ein Zusammenbauen zu erleichtern, und ein Teil des Detektor-Stoßelements kann nach einem Drücken verstemmt werden, um eine plastische Deformation und eine Anbringung an dem Sensorgehäuse zu veranlassen. Weiterhin können die Detektor-Stoßelemente eine ringartige Form haben und kann die zweite Welle durch die innere Periphere davon über ein Lager gelagert sein. Als Ergebnis lässt ein Einstellen des inneren Durchmessers der Detektor-Stoßelemente zu, dass der äußere Durchmesser des Stützlagers der zweiten Welle gleich dem äußeren Durchmesser des Stützlagers der ersten Welle gemacht wird. Somit können das Stützlager der ersten Welle und das Stützlager der zweiten Welle vom selben Modell sein und können Kosten reduziert werden.
Es ist bevorzugt, dass die erste Welle und die zweite Welle über ein elastisches Element verbunden werden; ein zentraler Ausschnitt in der Endfläche von einer der ersten Welle und der zweiten Welle ausgebildet ist, so dass ein Wellenachsenzentrum durch ihn verläuft, und der Endteil der anderen der ersten Welle und der zweiten Welle als ein Einfügeteil in den zentralen Ausschnitt eingefügt wird; eine relative Drehung der ersten und der zweiten Welle durch einen wechselseitigen Kontakt einer Drehbeschränkungsfläche, die an der inneren Peripherie des zentralen Ausschnitts ausgebildet ist, und einer Drehbeschränkungsfläche, die an der äußeren Peripherie des Einfügeteils ausgebildet ist, aufgrund der relativen Drehung auf einen festen Bereich beschränkt ist; und die innere Peripherie des zentralen Ausschnitts und die äußere Peripherie des Einfügeteils über einen Raum über dem gesamten Bereich einander gegenüberliegen, bis die relative Drehung der zwei Wellen beschränkt wird.
Mit einer solchen Struktur kann dann, wenn der Einfügeteil der Welle in den zentralen Ausschnitt in der Welle zum Beschränken der relativen Drehung der zwei Wellen eingefügt ist, um zu verhindern, dass das elastische Element beschädigt wird, die wechselseitige Anordnung der zwei Wellen in der Drehrichtung annähernd in dem Zentrum des relativen Drehbereichs eingestellt werden, um es dadurch möglich zu machen, die näherungsweise wechselseitige Anordnung der zwei Wellen in der Drehrichtung auf einfache Weise einzustellen. Weiterhin tritt deshalb, weil die innere Peripherie des zentralen Ausschnitts und die äußere Peripherie des Einfügeteils einander über einen Raum über den gesamten Bereich einander gegenüberliegen, bis die relative Drehung der zwei Wellen beschränkt wird, keine Reibung zwischen den zwei Wellen auf. Daher kann eine Hysterese der Wechselsignale jedes Detektors verhindert werden, und kann eine Verschlechterung eines Lenkgefühls verhindert werden, wenn der Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung verwendet wird.
Es ist bevorzugt, dass ein ringartiger Abschirmteil, der sich von der inneren Peripherie des Abstandshalters aus nach innen erstreckt, aus einem magnetischen Abschirmmaterial ausgebildet ist, das mit dem Abstandshalter integriert ist, und eine magnetische Abschirmung zwischen dem ersten Detektor und dem zweiten Detektor durch den magnetischen Abschirmteil durchgeführt wird.
Mit einer solchen Struktur sind der Abstandshalter und der magnetische Abschirmteil integriert, wird die Anzahl von Teilen reduziert und wird die Anzahl von Zusammenbauoperationen erniedrigt, um dadurch reduzierte Kosten zuzulassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein hochgenauer Drehmomentsensor, der die Erhöhung bezüglich einer Auflösung ohne ein Erhöhen der Rechenbelastung möglich macht, mit niedrigen Kosten zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin resultiert ein Eliminieren unnötiger bestimmter Schaltungen für eine Fehlerüberwachung in einer reduzierten Größe. Darüber hinaus kann ein Drehmomentsensor, der mit niedrigen Kosten hergestellt wird, zur Verfügung gestellt werden, ohne eine hohe Genauigkeit von Teilen zu erfordern, die eine Bearbeitung und einen Zusammenbau durchführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Drehmomentsensors des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine erklärende Ansicht, die die Struktur des Drehmomentsensors des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 stellt die Struktur einer Signalverarbeitungseinheit im Drehmomentsensor des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar;
4 ist eine erklärende Ansicht, die die Teilstruktur des Drehmomentsensors eines Modifikationsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
5(1) bis 5(3) beziehen sich auf den Drehmomentsensor des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 5(1) stellt das erste Logiksignal, das zweite Logiksignal und das PWM-Signal in dem Fall dar, in welchem das Übertragungsmoment Null ist. 5(2) stellt das erste Logiksignal, das zweite Logiksignal und das PWM-Signal in dem Fall dar, in welchem das Drehmoment in einer Richtung übertragen wird. 5(3) stellt das erste Logiksignal, das zweite Logiksignal und das PWM-Signal in dem Fall dar, in welchem das Drehmoment in der anderen Richtung übertragen wird.
6 ist eine erklärende Ansicht, die die Teilstruktur des Drehmomentsensors des Modifikationsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
7(1) bis 7(3) beziehen sich auf den Drehmomentsensor des Modifikationsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 7(1) stellt das erste Logiksignal, das zweite Logiksignal, das PWM-Signal, das Voreilflanken-Erfassungssignal und das Nacheilflanken-Erfassungssignal in dem Fall dar, in welchem das Übertragungsmoment Null ist. 7(2) stellt das erste Logiksignal, das zweite Logiksignal und das PWM-Signal in dem Fall dar, in welchem das Drehmoment in einer Richtung übertragen wird. 7(3) stellt erste Logiksignal, das zweite Logiksignal und das PWM-Signal in dem Fall, in welchem das Drehmoment in der anderen Richtung übertragen wird.
8 ist eine Querschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die mit dem Drehmomentsensor des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
9 ist eine Querschnittsansicht des Drehmomentsensors des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Querschnittsansicht eines elektrischen Stellglieds bei der elektrischen Servolenkvorrichtung, die mit dem Drehmomentsensor des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
11 ist eine laterale Teilschnittansicht des Drehmomentsensors des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Teil-Querschnittsansicht des Drehmomentsensors des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
13 stellt die Beziehung zwischen der Drehübertragungseffizienz und dem Drehübertragungsverhältnis eines Planetengetriebemechanismus in der elektrischen Servolenkvorrichtung dar, die mit dem Drehmomentsensor des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist; und
14 ist eine Querschnittsansicht eines elektrischen Stellglieds in Bezug auf ein Modifikationsbeispiel der elektrischen Servolenkvorrichtung ist, die mit dem Drehmomentsensor des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Ein Drehmomentsensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels, das durch 1 dargestellt ist, wird zum Erfassen des Drehmoments verwendet, das durch eine Lenkwelle der elektrischen Servolenkvorrichtung übertragen wird, und weist eine erste rohrförmige Welle 3 und eine zweite rohrförmige Welle 4 auf, die als Teile der Lenkwelle verwendet werden. Die Drehung eines Lenkrads (in der Figur nicht gezeigt), das an die erste Welle 3 angeschlossen ist, wird zu den Fahrzeugrädern über ein Lenkgetriebe (in der Figur nicht gezeigt) übertragen, das mit der zweiten Welle 4 verbunden ist, um dadurch den Lenkwinkel des Fahrzeugs zu ändern.
Eine Torsionsfeder (ein elastisches Element) 5 ist in die erste Welle 3 und die zweite Welle 4 eingefügt. Ein Ende der Torsionsfeder 5 ist mit der ersten Welle 3 mit einem Stift oder einer Planradverzahnung verbunden und das andere ist mit der zweiten Welle 4 mit einem Stift oder einer Planradverzahnung verbunden. Als Ergebnis können sich die erste Welle 3 und die zweite Welle 4 in Bezug zueinander um dieselbe Achse elastisch drehen. Die erste Welle 3 wird durch ein Sensorgehäuse 7 über ein Lager 6 gestützt und die zweite Welle 4 wird über ein Lager 8 durch ein ringartiges Drehmelder-Stoßelement 9, das in das Sensorgehäuse 7 gedrückt ist, gestützt. Ein erster Drehmelder (erster Detektor) 21 und ein zweiter Drehmelder (zweiter Detektor) 22 sind durch das Sensorgehäuse 7 abgedeckt.
Der erste Drehmelder 21 weist einen ersten Drehmelderrotor 21a auf, der an die äußere Peripherie der ersten Welle 3 angebracht ist, um sich zusammen damit zu drehen, und einen ringartigen ersten Drehmelderstator 21b, der den ersten Drehmelderrotor 21a bedeckt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drehen sich der erste Drehmelderrotor 21a und die erste Welle 3 zusammen, weil die erste Welle 3 in den ersten Drehmelderrotor 21a gedrückt wird. Der zweite Drehmelder 22 weist einen zweiten Drehmelderrotor 22a auf, der an die äußere Peripherie der zweiten Welle 4 angebracht ist, um sich zusammen damit zu drehen, und einen ringartigen zweiten Drehmelderstator 22b, der den zweiten Drehmelderrotor 22a bedeckt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel drehen sich der zweite Drehmelderrotor 22a und die zweite Welle 4 zusammen, weil die zweite Welle 4 in den zweiten Drehmelderrotor 22a gedrückt wird. Ein rohrförmiger Abstandshalter 23 ist zwischen dem ersten Drehmelderstator 21b und dem zweiten Drehmelderstator 22b angeordnet.
Der erste Drehmelderstator 21b, der zweite Drehmelderstator 22b und der Abstandshalter 23 sind an die innere Peripherie des Sensorgehäuses 7 von der axialen Richtung der Welle aus mit einem Freiraum in der radialen Richtung der ersten und der zweiten Welle 3, 4 angebracht. Die zwei Drehmelderstatoren 21b, 22b und der Abstandshalter 23 sind dadurch an das Sensorgehäuse 7 fixiert, dass sie in Sandwichbauweise zwischen dem Drehmelder-Stoßelement 9 und einer Stufe 7a, die an der inneren Peripherie des Sensorgehäuses 7 ausgebildet ist, angeordnet sind. Ein ringartiger magnetischer Abschirmteil 24, der sich von der inneren Peripherie des Abstandshalters 23 aus nach innen erstreckt, ist aus einem magnetischen Abschirmmaterial integriert mit dem Abstandshalter 23 ausgebildet. Eine magnetische Abschirmung zwischen dem ersten Drehmelder 21 und dem zweiten Drehmelder 22 wird durch den magnetischen Abschirmteil 24 durchgeführt.
Der erste Drehmelder 21 gibt ein erstes Sinusamplitudensignal und ein erstes Kosinusamplitudensignal aus, von welchem jedes ein analoges Wechselsignal ist, von welchem sich eine Amplitude gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der ersten Welle 3 ändert. Somit werden dann, wenn ein Erregungssignal zu einer Wicklung (in den Figuren nicht gezeigt), die an dem ersten Drehmelderrotor 21a vorgesehen ist, eingegeben wird, das erste Sinusamplitudensignal und das erste Kosinusamplitudensignal von Zweiphasen-Wicklungen (in den Figuren nicht gezeigt), die an dem ersten Drehmelderstator 21b vorgesehen sind, ausgegeben. Das erste Sinusamplitudensignal kann durch KEsin(ωt)sinθ dargestellt werden, wobei das Erregungssignal durch Esin(ωt) bezeichnet ist und der Drehwinkel der ersten Welle 3 durch θ bezeichnet ist, und die Amplitude KEsinθ ändert sich gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels θ. Weiterhin kann das erste Kosinusamplitudensignal durch KEsin(ωt)cosθ dargestellt werden und ändert sich die Amplitude KEcosθ gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels θ. In diesen Formeln ist E eine Spannungsamplitude, ist K ein Transformationsverhältnis, ist ω eine Winkelfrequenz einer Erregung ist und t eine Zeit.
Der zweite Drehmelder 22 gibt ein zweits Sinusamplitudensignal und ein zweites Kosinusamplitudensignal aus, von welchen jedes ein analoges Wechselsignal ist, von welchem sich eine Amplitude gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der zweiten Welle 4 ändert. Somit werden dann, wenn ein Erregungssignal zu einer Wicklung (in den Figuren nicht gezeigt), die an dem zweiten Drehmelderrotor 22a vorgesehen ist, eingegeben wird, das zweite Sinusamplitudensignal und das zweite Kosinusamplitudensignal von Zweiphasen-Wicklungen (in den Figuren nicht gezeigt), die an dem zweiten Drehmelderstator 22b vorgesehen sind, ausgegeben. Das zweite Sinusamplitudensignal kann durch KEsin(ωt)sin(θ + Δθ) dargestellt werden, wobei das Erregungssignal durch Esin(ωt) bezeichnet ist und der Drehwinkel der zweiten Welle 4 durch θ + Δθ bezeichnet ist, und die Amplitude KEsin(θ + Δθ) ändert sich gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels θ. Weiterhin kann das zweite Kosinusamplitudensignal durch KEsin(ωt)cos(θ + Δθ) dargestellt werden und ändert sich die Amplitude Kecos(θ + Δθ) gemäß Äderungen Änderungen bezüglich des Drehwinkels θ.
Die Ausgangssignale der zwei Drehmelder 21, 22 werden über Signalkabel 25 zu einer in 2 gezeigten Steuereinheit 20 eingegeben, welche auf der Außenseite des Sensorgehäuses 7 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 20 weist eine Computervorrichtung bzw. Berechnungsvorrichtung 20a und eine Signalverarbeitungsvorrichtung 20b zur Drehmomenterfassung auf. Die Computervorrichtung 20a weist einen bekannten Mikrocomputer 20a' und A/D-Wandler 41a, 41b, 41c, 41d, 41e auf. Die Sig nalverarbeitungsvorrichtung 20b für eine Drehmomenterfassung weist, wie es in 3 gezeigt ist, eine erste Signalverarbeitungseinheit 26, eine zweite Signalverarbeitungseinheit 27 und eine Ausgangssignalverarbeitungseinheit 28 auf. Die Computervorrichtung 20a ist mit der Ausgangssignalverarbeitungseinheit 28 verbunden.
Die Computervorrichtung 20a findet einen Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen 3, 4 aus den Ausgangssignalen der zwei Drehmelder 21, 22. Um genauer zu sein, wird von dem ersten Drehmelder 21 zu dem Mikrocomputer 20a' das vorgenannte erste Sinusamplitudensignal über die Eingangsschnittstelle 40a und den A/D-Wandler 41a gesendet und wird das oben angegebene erste Kosinusamplitudensignal über die Eingangsschnittstelle 40b und den A/D-Wandler 41b gesendet. Von dem zweiten Drehmelder 22 zu dem Mikrocomputer 20a' wird das oben angegebene zweite Sinusamplitudensignal über die Eingangsschnittstelle 40c und den A/D-Wandler 41c gesendet und wird das oben angegebene zweite Kosinusamplitudensignal über die Eingangsschnittstelle 40d und den A/D-Wandler 41d gesendet. Die Computervorrichtung 20a berechnet den Drehwinkel der ersten Welle 3 aus dem inversen Tangens des Quotienten des durch eine A/D-Umwandlung des ersten Sinusamplitudensignals erhaltenen Amplitudenwerts, geteilt durch die durch eine A/D-Umwandlung des ersten Kosinusamplitudensignals erhaltenen Amplitudenwert, und berechnet den Drehwinkel der zweiten Welle 4 aus dem inversen Tangens des Quotienten aus dem durch eine A/D-Umwandlung des zweiten Sinusamplitudensignals erhaltenen Amplitudenwerts, geteilt durch den durch eine A/D-Umwandlung des zweiten Kosinusamplitudensignals erhaltenen Amplitudenwert. Beispielsweise berechnet die Computervorrichtung 20a den Drehwinkel der ersten Welle 3 aus tan^–1 (sinθ/cosθ) und den Drehwinkel der zweiten Welle 4 aus tan^–1(sinθ + Δθ)/cos(θ + Δθ)), wobei θ für einen Drehwinkel der ersten Welle 3 steht und θ + Δθ für einen Drehwinkel der zweiten Welle 4 steht. Bei diesem Prozess werden Werte entsprechend sinθ, cosθ, sin(θ + Δθ), cos(θ + Δθ) durch eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale der zwei Drehmelder 21, 22 gefunden. Die Computervorrichtung 20a findet den Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz bezüglich der berechneten Drehwinkel zwischen den zwei Wellen 3, 4 aus einer vorbestimmten und gespeicherten Beziehung zwischen der Differenz bezüglich der Drehwinkel und dem durch die zwei Wellen 3, 4 übertragenen Drehmoment.
Alternativ dazu kann eine Signalverarbeitungsschaltung zum Durchführen einer synchronen Erfassung mit den Erregungssignalen der Drehmelder 21, 22 als die Referenzsignale für eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale der Drehmelder 21, 22 verwendet werden. Um genauer zu sein sind, wie es durch das Modifikationsbeispiel in 4 gezeigt ist, Synchronisations-Erfassungsschaltungen 50a, 50b, 50c, 50d und DC-Verstärkungsschaltungen 51a, 51b, 51c, 51d zwischen dem Mikrocomputer 20a' und den jeweiligen Eingangsschnittstellen 40a, 40b, 40c, 40d eingeführt und werden die Erregungssignale, die zu den Drehmeldern 21, 22 von einer Oszillationsschaltung 52 über einen Erregungstreiber 53 eingegeben sind, zu den Synchronisations-Erfassungsschaltungen 50a, 50b, 50c, 50d eingegeben. In den Synchronisations-Erfassungsschaltungen 50a, 50b, 50c, 50d werden Werte entsprechend sinθ, cosθ, sin(θ + Δθ), cos(θ + Δθ) in den Ausgangssignalen der Drehmelder 21, 22 durch Durchführen einer synchronen Erfassung gefunden, wobei die Erregungssignale als die Referenzsignale dienen.
Der Referenz-Drehmomentwert kann aus einem Wert gefunden werden, der durch Ableiten des Produkts des Amplitudenwerts des ersten Kosinusamplitudensignals und des Amplitudenwerts des zweiten Sinusamplitudensignals aus dem Produkt des Amplitudenwerts des ersten Sinusamplitudensignals und des Amplitudenwerts des zweiten Kosinusamplitudensignals erhalten wird. Anders ausgedrückt kann deshalb, weil sinθ·cos(θ + Δθ) – cosθ·sin(θ + Δθ) = –sin(Δθ) gilt, der Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz Δθ bezüglich der Drehwinkel zwischen den zwei Wellen 3, 4 aus der negativen Größe des inversen Sinus des Werts gefunden werden. Nimmt man Bezug auf 3, weist die erste Signalverarbeitungseinheit 26 der Signalverarbeitungsvorrichtung 20b für eine Drehmomenterfassung eine erste Phasenverschiebungsschaltung 26a und eine erste Additionsschaltung 26b auf und gibt das erste Wechselsignal, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der ersten Welle 3 ändert, durch Durchführen der Signalverarbeitung der Ausgangssignale des ersten Drehmelders 21 ohne Digitalisierung aus. Somit erzeugt die erste Phasenverschiebungsschaltung 26a ein erstes Phasenverschiebungssignal, das durch KEsin(ωt + π/2)sinθ dargestellt wird, durch Durchführen einer π/2-Phasenverschiebung des von dem ersten Drehmelder 21 über die Eingangsschnittstelle 40a gesendeten ersten Sinusamplitudensignals. Die erste Additionsschaltung 26b addiert dieses Phasenverschiebungssignal und das von dem ersten Drehmelder 21 über die Eingangsschnittstelle 40b gesendete erste Kosinusamplitudensignal, um das erste Wechselsignal zu erzeugen, das durch KEsin(ωt + π/2)sinθ + KEsin(ωt)cosθ = KEcos(ωt)sinθ + KEsin(ωt)cosθ = KEsin(ωt + θ) dargestellt wird. Somit wird eine Einrichtung zum Ausgeben des ersten Wechselsignals wird gebildet.
Die zweite Signalverarbeitungseinheit 27 weist eine zweite Phasenverschiebungsschaltung 27a und eine zweite Additionsschaltung 27b auf und gibt das zweite Wechselsignal, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der zweiten Welle 4 ändern, durch Durchführen der Signalverarbeitung der Ausgangssignale des zweiten Drehmelders 22 ohne Digitalisierung aus. Somit erzeugt die zweite Phasenverschiebungsschaltung 27a ein zweites Phasenverschiebungssignal, das durch KEsin(ωt + π/2)sin(θ + Δθ) dargstellt wird, durch Durchführen einer π/2-Phasenverschiebung des von dem zweiten Drehmelder 22 über die Eingangsschnittstelle 40c gesendeten zweiten Sinusamplitudensignals. Die zweite Additionsschaltung 27b addiert dieses zweite Phasenverschiebungssignal und das von dem zweiten Drehmelder 22 über die Eingangsschnittstelle 40d gesendete zweite Kosinusamplitudensignal, um das zweite Wechselsignal zu erzeugen, das durch KEsin(ωt + π/2)sin(θ + Δθ) + KEsin(ωt)cos(θ + Δθ) = Kecos(ωt)sin(θ + Δθ) + KEsin(ωt)cos(θ + Δθ) = KEsin(ωt + θ + Δθ) dargestellt wird. Somit wird eine Einrichtung zum Ausgeben des zweiten Wechselsignals gebildet.
Der erste Drehmelder 21 und der zweite Drehmelder 22 sind relativ so angeordnet, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal π/2 wird, wenn das durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragene Drehmoment Null ist.
Die Ausgangssignalverarbeitungseinheit 28 weist eine erste Logiksignal-Umwandlungsschaltung 28a, eine zweite Logiksignal-Umwandlungsschaltung 28b und eine PWM-Verarbeitungsschaltung 28c auf.
Die erste Logiksignal-Umwandlungsschaltung 28a wandelt das erste Wechselsignal in ein erstes Logiksignal um. Das erste Logiksignal wird durch eine Rechteckwelle mit zwei Pegeln, H und L, und einer Frequenz gleich derjenigen des ersten Wechselsignals dargestellt. Die zweite Logiksignal-Umwandlungsschaltung 28b wandelt das zweite Wechselsignal in ein zweites Logiksignal um. Das zweite Logiksignal wird durch eine Rechteckwelle mit zwei Pegeln, H und L, und einer Frequenz gleich derjenigen des zweiten Wechselsignals dargestellt. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal wird gleich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal und dem zweiten Logiksignal eingestellt.
Die PWM-Verarbeitungsschaltung 28c gibt ein PWM-Signal entsprechend einer Exklusiv-ODER-Verknüpfung (EXOR) des ersten Logiksignals und des zweiten Logiksignals aus. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das PWM-Tastverhältnis, das aus dem PWM-Signal gefunden wird, als der Wert entsprechend dem Drehmoment verwendet, das durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragen wird. Um genauer zu sein, zeigt 5(1) ein erstes Logiksignal S1, ein zweites Logiksignal S2 und ein PWM-Signal S3, das von der PWM-Verarbeitungsschaltung 28c ausgegeben wird, in dem Fall, in welchem das Übertragungsmoment Null ist. In diesem Fall ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal S1 und dem zweiten Logiksignal S2 π/2 und ist das PWM-Tastverhältnis 50%. 5(2) zeigt das erste Logiksignal S1, das zweite Logiksignal S2 und das PWM-Signal S3 in dem Fall, in welchem ein Drehmoment in einer Richtung durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragen wird. In diesem Fall ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal S1 und dem zweiten Logiksignal S2 π/2 + Δθ (Δθ > 0), und je größer das Übertragungsmoment ist, umso höher ist das PWM-Tastverhältnis oberhalb von 50%. 5(3) zeigt das erste Logiksignal S1, das zweite Logiksignal S2 und das PWM-Signal S3 in dem Fall, in welchen ein Drehmoment in der anderen Richtung durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragen wird. In diesem Fall ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal S1 und dem zweiten Logiksignal S2 π/2 + Δθ (Δθ < 0), und je größer das Übertragungsmoment ist, umso niedriger ist das PWM-Tastverhältnis unterhalb von 50%.
Die Phasenänderungen des ersten Wechselsignals entsprechen den Änderungen bezüglich des Drehwinkels der ersten Welle 3 und die Phasenänderungen des zweiten Wechselsignals entsprechen den Änderungen bezüglich des Drehwinkels der zweiten Welle 4. Daher entspricht die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal dem Übertragungsmoment entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen 3, 4. Weil die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal gleich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal S1 und dem zweiten Logiksignal S2 ist, ist das PWM-Signal S3 entsprechend der Exklusiv-ODER-Verknüpfung des ersten Logiksignals S1 und des zweiten Logiksignals S2 ein Phasendifferenz-Entsprechungssignal. Die Pulsbreite, das heißt eine Wellenform des Phasendifferenz-Entsprechungssignals, ändert sich gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal. Anders ausgedrückt gibt die Ausgangssignalverarbeitungseinheit 28 das PWM-Signal S3, das das Phasendifferenz-Entsprechungssignal ist, durch Verarbeiten des ersten Wechselsignals und des zweiten Wechselsignals ohne die Digitalisierung aus. Das PWM-Signal S3 kann als das Signal entsprechend dem durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragenen Drehmoment verwendet werden.
Die Computervorrichtung 20a findet den erfassten Drehmomentwert entsprechend dem PWM-Tastverhältnis aus der vorbestimmten und gespeicherten Beziehung zwischen dem aus dem PWM-Signal S3 gefundenen PWM-Tastverhältnis und dem Übertragungsmoment entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen 3, 4 und findet die Abweichung dieses erfassten Drehmomentwerts von dem Referenz-Drehmomentwert. Weiterhin führt die Computervorrichtung 20a eine Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors 1 durch Treffen einer Entscheidung diesbezüglich durch, ob der Absolutwert dieser Abweichung nicht kleiner als ein vorbestimmter eingestellter Wert ist. Um genauer zu sein, gibt die Computervorrichtung 20a ein Fehlersignal aus, wenn der Absolutwert dieser Abweichung nicht kleiner als der eingestellte Wert ist, und gibt sie ein Steuersignal entsprechend dem erfassten Drehmomentwert aus, wenn der Absolutwert dieser Abweichung kleiner als der eingestellte Wert ist. Dieses Fehlersignal aktiviert beispielsweise eine Alarmeinrichtung, wie beispielsweise eine Lampe oder ähnliches, oder löscht die Steuerung eines elektrischen Stellglieds zum Erzeugen der Lenkhilfskraft. Die Lenkhilfskraft der elektrischen Servolenkvorrichtung wird durch das Steuersignal entsprechend dem erfassten Drehmomentwert gesteuert. Anders ausgedrückt berechnet die Computervorrichtung 20a die Lenkhilfskraft entsprechend dem erfassten Drehmomentwert aus der vorbestimmten und gespeicherten Beziehung zwischen dem PWM-Tastverhältnis und der Lenkhilfskraft und steuert das elektrische Stellglied (in den Figuren nicht gezeigt) zum Erzeugen der Lenkhilfskraft, um die berechnete Lenkhilfskraft zu erzeugen. Ein bekanntes elektrisches Stellglied zum Erzeugen der Lenkhilfskraft kann zu diesem Zweck verwendet werden. Beispielsweise kann eine Vorrichtung verwendet werden, bei welcher die durch einen Elektromotor erzeugte Lenkhilfskraft über einen Untersetzungsgetriebemechanismus zu einer Lenkwelle übertragen wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Differenz bezüglich des Drehwinkels entsprechend dem Übertragungsmoment direkt durch die Signalverarbeitungsvorrichtung 20b für eine Drehmomenterfassung gefunden werden, ohne den Drehwinkel der ersten Welle 3 und den Drehwinkel der zweiten Welle 4 unabhängig zu erfassen. Als Ergebnis kann der erfasste Drehmomentwert entsprechend dem Übertragungsmoment ohne Digitalisierung und Einführung der Wechselsignalausgabe, die Proportional zu einem Sinuswert und einem Kosinuswert ist, gefunden werden. Daher kann die Rechenbelastung für eine Signalverarbeitung reduziert werden und können nichtlineare Elemente eliminiert werden. Das erste und das zweite Wechselsignal können durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke ausgegeben werden, wie beispielsweise von Drehmeldern 21, 22, von Phasenverschiebungsschaltungen 26a, 27a und Additionsschaltungen 26b, 27b. Weiterhin kann das PWM-Signal, von welchem sich eine Pulsbreite gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ändert, durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke ausgegeben werden, wie beispielsweise von Logik-Umwandlungsschaltungen 28a, 28b zum Umwandeln von Wechselsignalen in Logiksignale und der PWM-Verarbeitungsschaltung 28c zum Erzeugen eines Signals entsprechend der Exklusiv-ODER-Verknüpfung von Logiksignalen.
Weiterhin entspricht der Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen 3, 4 dem durch die zwei Wellen 3, 4 übertragenen Drehmoment. Daher kann eine Entscheidung getroffen werden, dass der Drehmomentsensor 1 in einem normalen Zustand ist, wenn der Absolutwert der Abweichung des erfassten Drehmomentwerts von dem Referenz-Drehmomentwert kleiner als der eingestellte Wert ist, und dass der Drehmomentsensor 1 in einem anormalen Zustand ist, wenn er nicht kleiner als der eingestellte Wert ist.
Ein Berechnen des Referenz-Drehmomentwerts, der für eine Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors 1 nötig ist, mit der Computervorrichtung 20a macht es unnötig, eine Vielzahl von Ausgangssignalverarbeitungseinheiten 28 zum Ausgeben der Signale entsprechend einer Phasendifferenz vorzusehen, die dem erfassten Drehmoment entsprechen. Daher ist keine bestimmte Schaltung für eine Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors 1 erforderlich und kann der Drehmomentsensor 1 miniaturisiert werden.
Weiterhin kann deshalb, weil das Phasendifferenz-Entsprechungssignal durch Verarbeiten der analogen Ausgangssignale der Drehmelder 21, 22 ohne Digitalisierung ausgegeben wird, die Auflösung des Drehmomentsensors 1 erhöht werden, ohne die Rechenbelastung zu erhöhen, im Vergleich mit derjenigen in dem Fall, in welchem der Wert entsprechend dem durch die zwei Wellen 3, 4 übertragenen Drehmoment aus dem Wert gefunden wird, der durch eine A/D-Umwandlung und durch Einführen der Ausgangssignale von jedem Drehmelder 21, 22 erhalten wird. Weiterhin ist es, obwohl der Referenz-Drehmomentwert aus dem Wert gefunden wird, der durch eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale jedes Drehmelders 21, 22 erhalten wird, ausreichend, wenn dieser Referenz-Drehmomentwert für eine Fehlerüberwachung des Drehmomentsensors 1 verwendet wird, weshalb es nicht erforderlich ist, dass dieser Wert mit hoher Genauigkeit gefunden wird. Somit gibt es keine Notwendigkeit zum Reduzieren des Abtastzyklus zum Einführen der A/D-gewandelten Werte um mehr als es erforderlich ist. Daher wird die Rechenbelastung nicht erhöht.
Die 6, 7(1), 7(2) und 7(3) stellen ein Modifikationsbeispiel der Steuereinheit 20 dar. Der Unterschied gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die wechselseitige Anordnung des ersten Drehmelders 21 und des zweiten Drehmelders 22 so ist, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal Null wird, wenn das durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragene Drehmoment Null ist. Die Ausgangssignalverarbeitungseinheit 28 weist eine Voreil- bzw. Anstiegsflanken-Erfassungsschaltung 28d für das von der ersten Logiksignal-Umwandlungsschaltung 28a ausgegebene erste Logiksignal und eine Nacheil- bzw. Abfallflanken-Erfassungsschaltung 28e für das von der zweiten Logiksignal-Umwandlungsschaltung 28b ausgegebene zweite Logiksignal auf. Ein SR-(Setz/Rücksetz-)Flip-Flop wird als die PWM-Verarbeitungsschaltung 28c' anstelle der Schaltung verwendet, die das PWM-Signal entsprechend der Exklusiv-ODER-Verknüpfung des ersten Logiksignals und des zweiten Logiksignals ausgibt. Das Erfassungssignal der vorderen bzw. Anstiegsflanke des ersten Logiksignals wird zu dem S-Anschluss des Flip-Flops, das die PWM-Verarbeitungsschaltung 28c' bildet, eingegeben und das Erfassungssignal der hinteren bzw. Abfallflanke des zweiten Logiksignals wird zu seinem R-Anschluss angegeben. Als Ergebnis wird das PWM-Signal von der PWM-Verarbeitungsschaltung 28c' ausgegeben. Das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals entspricht dem durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragenen Drehmoment.
Um genauer zu sein zeigt die 7(1) das erste Logiksignal S1, das zweite Logiksignal S2, das von der PWM-Verarbeitungsschaltung 28c' ausgegebene PWM-Signal S3, das Voreilflanken-Erfassungssignal S4 und das Nacheilflanken-Erfassungssignal S5, wenn das Übertragungsmoment Null ist. In diesem Fall ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal und dem zweiten Logiksignal bei Δθ = 0 Null und ist die Zeitperiode t1 von der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals zu der Abfallflanke des zweiten Logiksignals gleich der Zeitperiode t2 von der Abfallflanke des zweiten Logiksignals zu der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals. Daher ist das PWM-Tastverhältnis 50%. Die 7(2) zeigt das erste Logiksignal S1, das zweite Logiksignal S2 und das PWM-Signal S3, wenn ein Drehmoment in einer Richtung durch die erste und die zweite Welle 3, 4 übertragen wird. In diesem Fall wird die Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal und dem zweiten Logiksignal Δθ (> 0) und ist die Zeitperiode t1 von der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals zu der Abfallflanke des zweiten Logiksignals länger als die Zeitperiode t2 von der Abfallflanke des zweiten Logiksignals zu der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals. Daher ist, umso größer das Übertragungsmoment ist, das PWM-Tastverhältnis umso höher über 50%. Die 7(3) zeigt das erste Logiksignal S1, das zweite Logiksignal S2 und das PWM-Signal S3, wenn ein Drehmoment in der anderen Richtung durch die erste und zweite Welle 3, 4 übertragen wird. In diesem Fall wird die Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal und dem zweiten Logiksignal Δθ (< 0) und ist die Zeitperiode t1 von der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals zu der Abfallflanke des zweiten Logiksignals kürzer als die Zeitperiode t2 von der Abfallflanke des zweiten Logiksignals zu der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals. Daher ist, umso größer das Übertragungsmoment ist, das PWM-Tastverhältnis umso niedriger unter 50%. Als Ergebnis kann das PWM-Signal, von welchem sich eine Pulsbreite gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ändert, durch Verwenden von Komponenten für allgemeine Zwecke ausgegeben werden, wie beispielsweise von Logiksignal-Umwandlungsschaltungen 28a, 28b zum Umwandeln von Wechselsignalen in Logiksignale, von Schaltungen 28d, 28e zum Erfassen der Anstiegsflanke und der Abfallflanke von Logiksignalen und von dem SR-Flip-Flop zum Erzeugen von Signalen mit der Anstiegsflanke und der Abfallflanke entsprechend der Anstiegflanke und der Abfallflanke von Logiksignalen. Andere Merkmale sind gleich denjenigen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels und identischen Komponenten sind dieselben Symbole zugeordnet. Alternativ dazu kann das Erfassungssignal der Abfallflanke des zweiten Logiksignals zu dem S-Anschluss des SR-Flip-Flops, das die PWM-Verarbeitungsschaltung 28c' bildet, eingegeben werden und kann das Erfassungssignal der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals zum R-Anschluss eingegeben werden. Als Ergebnis gibt die PWM-Verarbeitungsschaltung 28c' das PWM-Signal als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal aus, bei welchem eine der Anstiegsflanke des ersten Logiksignals und der Abfallflanke des zweiten Logiksignals der Anstiegsflanke des PWM-Signals entspricht und die andere der Abfallflanke des PWM-Signals entspricht. Andere Merkmale sind gleich denjenigen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung 101 des zweiten Ausführungsbeispiels, das in den 8 bis 10 gezeigt ist, weist ein Lenkrad 102, eine Lenkwelle 103, die durch eine Lenkoperation des Lenkrads 102 gedreht wird, einen Drehmomentsensor 104 zum Erfassen des durch die Lenkwelle 103 übertragenen Drehmoments, ein gemäß dem erfassten Drehmoment angetriebenes elektrisches Stellglied 105 und eine Lenksäule 106, die die Lenkwelle 103 bedeckt, auf. Eine Drehung der Lenkwelle 103 wird durch ein Lenkgetriebe (in den Figuren nicht gezeigt) zu den Fahrzeugrädern übertragen, um dadurch den Lenkwinkel zu ändern. Das herkömmliche Lenkgetriebe, wie beispielsweise ein Zahnstangen-Lenkgetriebe, kann als das Lenkgetriebe verwendet werden.
Wie es in 9 und 10 gezeigt ist, weist die Lenkwelle 103 eine rohrförmige obere Welle 103a, eine rohrförmige erste Welle 103b und eine rohrförmige zweite Welle 103c auf. Ein Ende der oberen Welle 103a ist mit dem Lenkrad 102 verbunden und das andere Ende ist mit einem Ende der ersten Welle 103b über einen Stift 112 verbunden. Ein zentraler Ausschnitt 103c' ist in der Endfläche der zweiten Welle 103c ausgebildet, so dass das Wellenachsenzentrum durch ihn verläuft, und das andere Ende der ersten Welle 103b ist als Einfügeteil in diesen zentralen Ausschnitt 103c' eingefügt. Eine Torsionsfeder (ein elastisches Element) 115 ist in die erste Welle 103b und die zweite Welle 103c eingefügt, und ein Ende der Torsionsfeder 115 ist über den Stift 112 mit der oberen Welle 103a und der ersten Welle 103b verbunden und ihr anderes Ende ist über einen Stift 117 mit der zweiten Welle 103c verbunden. Als Ergebnis drehen sich die erste Welle 103b und die zweite Welle 103c in Bezug zueinander elastisch um dieselbe Achse unter dem Effekt eines Verdrehens der Torsionsfeder 115 gemäß dem durch die Lenkwelle 103 übertragenen Lenkmoment. Wie es in 11 gezeigt ist, sind Drehbeschränkungsflächen 103b'', 103c'', die entlang einer nichtrunden Form, wenn es in der Wellenachsenrichtung angeschaut wird, angeordnet sind, an der äußeren Peripherie des Einfügeteils der ersten Welle 103b und der inneren Peripherie des zentralen Ausschnitts 103c' der zweiten Welle 103c ausgebildet. Die zwei Drehbeschränkungsflächen 103b'' und 103c'' werden durch eine relative Drehung der ersten Welle 103b und der zweiten Welle 103c in Kontakt miteinander gebracht, um dadurch die relative Drehung der ersten Welle 103b und der zweiten Welle 103c auf einen festen Bereich zu begrenzen. Als Ergebnis wird die Torsionsfeder 115 vor einer Beschädigung bewahrt. Die äußere Peripherie des Einfügeteils der ersten Welle 103b und die innere Peripherie des zentralen Ausschnitts 103c' der zweiten Welle 103c sind so ausgebildet, um über einen Raum über den gesamten Bereich einander gegenüber zu liegen, bis die relative Drehung der zwei Wellen 103b, 103c beschränkt wird. Als Ergebnis wird die relative Neigung der ersten Welle 103b und der zweiten Welle 103c nur durch die Torsionsfeder 115 beschränkt und ist keine Muffe bzw. Spannhülse oder ähnliches für eine Neigungsbeschränkung zwischen der ersten Welle 103b und der zweiten Welle 103c eingefügt.
Die obere Welle 103a wird durch die Lenksäule 106 über ein Lager 111 gestützt und die Lenksäule 106 ist durch Drücken des Sensorgehäuses 104a des Drehmomentsensors 104 fixiert. Die erste Welle 103b ist durch das Sensorgehäuse 104a über ein Lager 114 gestützt. Ein Ende der zweiten Welle 103c ist durch ein ringartiges Drehmelder-Stoßelement (Detektor-Stoßelement) 107 gestützt, das in das Sensorgehäuse 104a über ein Lager 118 gedrückt ist, und das andere Ende ist durch ein ringartiges Drehmelder-Stoßelement 139a gestützt, das in das Gehäuse 105 des Stellglieds 105 über ein Nadellager 119 gedrückt ist. Das Sensorgehäuse 104a und das Gehäuse 105a des Stellglieds 105 sind an der Fahrzeugkarosserie über eine Klammer oder ähnliches fixiert.
Wie es in 9 gezeigt ist, weist der Drehmomentsensor 104 einen ersten Drehmelder (ersten Detektor) 121 und einen zweiten Drehmelder (zweiten Detektor) 122, der mit dem Sensorgehäuse 104a bedeckt ist, auf.
Der erste Drehmelder 121 weist einen ersten Drehmelderrotor (ersten Detektorrotor) 121a auf, der an die äußere Peripherie der ersten Welle 103b angebracht ist, um sich zusammen damit zu drehen, und einen ringartigen ersten Drehmelderstator (ersten Detektorstator) 121b, der den ersten Drehmelderrotor 121a bedeckt. Wie es in 12 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen 121a', die in gleichen Intervallen an der inneren Peripherie des ersten Drehmelderrotors 121a ausgebildet sind, in eine Vielzahl von nutenartigen ersten Ausschnitten 103b' angebracht, die an der äußeren Peripherie der ersten Welle 103b von der axialen Richtung der ersten und der zweiten Welle aus (die hierin nachfolgend "Wellenachsenrichtung" genannt wird) über einen Freiraum in der Drehrichtung der ersten und der zweiten Welle (die hierin nachfolgend "Wellendrehrichtung" genannt wird) ausgebildet sind. Als Ergebnis macht es ein Einpassen der ersten Vorsprünge 121a' in die ersten Ausschnitte 103b' möglich, etwa die Position des ersten Drehmelderrotors 121a in der Wellendrehrichtung in Bezug auf die erste Welle 103b einzustellen. Der erste Rotor 121a und die erste Welle 103b drehen sich zusammen, weil die erste Welle 103b in den ersten Drehmelderrotor 121a gedrückt ist. Alternativ dazu können die ersten Ausschnitte in dem ersten Drehmelderrotor 121a ausgebildet sein und können die ersten Vorsprünge in der ersten Welle 103b ausgebildet sein. Der Anzahl der ersten Vorsprünge 121a' und der ersten Ausschnitte 103b' ist keine Begrenzung auferlegt.
Der zweite Drehmelder 122 weist einen zweiten Drehmelderrotor (zweiten Detektorrotor) 122a auf, der an die äußere Peripherie der zweiten Welle 103c angebracht ist, um sich zusammen damit zu drehen, und einen ringartigen zweiten Drehmelderstator (zweiten Detektorstator) 122b, der den zweiten Drehmelderrotor 122a bedeckt. Wie es in 12 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von zweiten Vorsprüngen 122a', die in gleichen Intervallen an der inneren Peripherie des zweiten Drehmelderrotors 122a ausgebildet sind, in eine Vielzahl von nutenartigen zweiten Ausschnitten 103c'' eingepasst, die an der äußeren Peripherie der zweiten Welle 103c von der Wellenachsenrichtung aus über einen Freiraum in der Wellendrehrichtung ausgebildet sind. Als Ergebnis macht es ein Einpassen der zweiten Vorsprünge 122a' in die zweiten Ausschnitte 103c'' möglich, etwa die Position des zweiten Drehmelderrotors 122a in der Wellendrehrichtung in Bezug auf die zweite Welle 103c einzustellen. Der zweite Drehmelderrotor 122a und die zweite Welle 103c drehen sich zusammen, weil die zweite Welle 103c in den zweiten Drehmelderrotor 122a gedrückt ist. Alternativ dazu können die zweiten Ausschnitte in dem zweiten Drehmelderrotor 122a ausgebildet sein und können die zweiten Vorsprünge in der zweiten Welle 103c ausgebildet sein. Der Anzahl der zweiten Vorsprünge 122a' und der zweiten Ausschnitte 103c'' ist keine Begrenzung auferlegt.
Ein rohrförmiger Abstandshalter 123 ist zwischen dem ersten Drehmelderstator 121b und dem zweiten Drehmelderstator 122b angeordnet. Eine Vielzahl von dritten Vorsprüngen 123a', die in gleichen Intervallen an einem Ende des Abstandshalters 123 integriert ausgebildet sind, ist in eine Vielzahl von dritten Ausschnitten 121b' eingepasst, die an der äußeren Peripherie des ersten Drehmelderstators 121b von der Wellenachsenrichtung aus über einen Freiraum in der Wellendrehrichtung ausgebildet sind. Eine Vielzahl von vierten Vorsprüngen 123b', die integral in gleichen Intervallen am anderen Ende des Abstandshalters 123 ausgebildet sind, ist in eine Vielzahl von vierten Ausschnitten 122b' eingepasst, die an der äußeren Peripherie des zweiten Drehmelderstators 122b von der Wellenachsenrichtung aus über einen Freiraum in der Wellendrehrichtung ausgebildet sind. Ein Einpassen der dritten Vorsprünge 123a' in die dritten Ausschnitte 121b' und ein Einpassen der vierten Vorsprünge 123b' in die vierten Ausschnitte 122b' macht es möglich, etwa die Position des ersten Drehmelderstators 121b in der Wellendrehrichtung in Bezug auf den zweiten Drehmelderstator 122b einzustellen. Alternativ dazu können die dritten Vorsprünge in dem ersten Drehmelderstator 121b ausgebildet sein, können die dritten Ausschnitte im Abstandshalter 123 ausgebildet sein, können die vierten Vorsprünge im zweiten Drehmelderstator 122b ausgebildet sein und können die vierten Ausschnitte im Abstandshalter 123 ausgebildet sein. Der Anzahl der dritten Vorsprünge 123a', der dritten Ausschnitte 121b', der vierten Vorsprünge 123b' und der vierten Ausschnitte 122b' ist keine Begrenzung auferlegt.
Der erste Drehmelderstator 121b, der zweite Drehmelderstator 122b und der Abstandshalter 123 sind in der inneren Peripherie des Sensorgehäuses 104a von der Wellenachsenrichtung aus über einen Freiraum in der radialen Richtung der ersten und der zweiten Welle (die hierin nachfolgend "radiale Wellenrichtung" genannt wird) eingepasst. Die zwei Drehmelderstatoren 121b, 122b und der Abstandshalter 123 sind an dem Sensorgehäuse 104a dadurch fixiert, dass sie in Sandwichbauweise zwischen dem in das Sensorgehäuse 104a mittels Presspassung eingefügte Drehmelder-Stoßelement 107 und einer an der inneren Peripherie des Sensorgehäuses 104a ausgebildeten Stufe 104a' angeordnet sind. Eine zum Drücken des Drehmelder-Stoßelements 107 in das Sensorgehäuse 104a angewendete Last kann auf klein eingestellt werden, um ein Zusammenbauen zu erleichtern, und ein Teil des Drehmelder-Stoßelements 107 kann nach einem Drücken verstemmt werden, um eine plastische Deformation und ein Anbringen am Sensorgehäuse 104a zu veranlassen.
Ein ringartiger magnetischer Abschirmteil 124, der sich von der inneren Peripherie des Abstandshalters 123 aus nach innen erstreckt, ist integriert mit diesem Abstandshalter 123 aus magnetischen Abschirmmaterial ausgebildet. Die magnetische Abschirmung zwischen dem ersten Drehmelder 121a und dem zweiten Drehmelder 122 wird mit dem magnetischen Abschirmteil 124 durchgeführt. Ein Integrieren des Abstandshalters 123 mit dem magnetischen Abschirmteil 124 macht es möglich, die Anzahl von Komponenten zu erniedrigen, die Anzahl von Zusammenbauoperationen zu reduzieren und Kosten zu reduzieren.
Wenn ein Erregungssignal zu einer Wicklung (in den Figuren nicht gezeigt), die am ersten Drehmelderrotor 121a vorgesehen ist, eingegeben wird, gibt der erste Drehmelder 121 ein erstes Sinusamplitudensignal und ein erstes Kosinusamplitudensignal von den Zweiphasen-Wicklungen (in den Figuren nicht gezeigt) aus, die an dem ersten Drehmelderstator 121b vorgesehen sind. Somit kann das erste Sinusamplitudensignal durch KEsin(ωt)sinθ dargestellt werden und kann das erste Kosinusamplitudensignal durch KEsin(ωt)cosθ dargestellt werden, wobei das Erregungssignal durch Esin(ωt) bezeichnet ist und der Drehwinkel der ersten Welle 103b durch θ bezeichnet ist. In diesen Formeln ist E eine Signalamplitude, ist K ein Transformationsverhältnis, ist ω eine Winkelfrequenz einer Erregung und ist t eine Zeit.
Wenn ein Erregungssignal zu einer Wicklung (in den Figuren nicht gezeigt) angegeben wird, die an dem zweiten Drehmelderrotor 122a vorgesehen ist, gibt der zweite Drehmelder 122 ein zweites Sinusamplitudensignal und eines Kosinusamplitudensignal von den Zweiphasen-Wicklungen (in den Figuren nicht gezeigt) aus, die an dem zweiten Drehmelderstator 122b vorgesehen sind. Das zweite Sinusamplitudensignal kann durch KEsin(ωt)sin(θ + Δθ) dargestellt werden und das zweite Kosinusamplitudensignal kann durch KEsin(ωt)cos(θ + Δθ) dargestellt werden, wobei das Erregungssignal durch Esin(ωt) bezeichnet ist und der Drehwinkel der zweiten Welle 103c durch θ + Δθ bezeichnet ist.
Die Ausgangssignale der zwei Drehmelder 121, 122 werden über ein Signalkabel 125 zu einer Steuereinheit (in den Figuren nicht gezeigt) eingegeben, die an der Außenseite des Sensorgehäuses 107 vorgesehen ist und identisch zu der Steuereinheit 20 des ersten Ausführungsbeispiels ist. Die Signalkabel 125 für den ersten Drehmelder 121 und den zweiten Drehmelder 122 sind bei der Position zwischen den zwei Drehmeldern 121, 122 gesammelt und zur Außenseite des Sensorgehäuses 104a über Kerben gezogen, die im Abstandshalter 123 und im Sensorgehäuse 104a vorgesehen sind, um dadurch Platz zu sparen.
Die relative Anordnung des ersten Drehmelders 121 und des zweiten Drehmelders 122 ist so, dass die Phasendifferenz zwischen dem oben angegebenen ersten Wechselsignal und dem oben angegebenen zweiten Wechselsignal π/2 wird, wenn das durch die Lenkwelle 103 übertragene Drehmoment Null ist. Nachdem die Position des ersten Drehmelderstators 121b in Bezug auf den zweiten Drehmelderstator 122b etwa in der Wellendrehrichtung eingestellt ist, kann eine Phaseneinstellung elektrisch durchgeführt werden, so dass die Phasendifferenz π/2 wird. Einer solchen Phaseneinstelleinrichtung ist keine spezifische Beschränkung auferlegt.
Wie es in 10 gezeigt ist, weist das elektrische Stellglied 105 einen Elektromotor 132 zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft und einen Untersetzungs-Planetengetriebemechanismus 133 auf. Das Gehäuse 105a weist zwei Elemente 105a', 105a'' auf, die über einen Bolzen 130 miteinander verbunden sind, wobei eines 105a' der Elemente integriert mit dem Sensorgehäuse 104a ausgebildet ist. Ein Stator 135, der an der inneren Peripherie dieses Gehäuses 105a fixiert ist, und ein rohförmiger Rotor 138, der die Lenkwelle 103 bedeckt und koaxial zu der Lenkwelle 103 angeordnet ist, sind vorgesehen. Weil der Motor 132 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein bürstenloser Motor ist, ist ein Drehmelder 139 zum Erfassen der Drehposition des Rotors 138 vorgesehen und wird das Ausgangssignal dieses Drehmelders 139 über ein Kabel 139' zur Steuereinheit ausgegeben.
Der Planetengetriebemechanismus 133 ist zwischen dem Drehmomentsensor 104 und dem Motor 132 angeordnet und weist einen Träger 141, eine Vielzahl von ersten Planetengetrieben 142, eine Vielzahl von zweiten Planetengetrieben 143, ein erstes Ringgetriebe 144 und in zweites Ringgetriebe 145 auf. Die Anzahl der ersten Planetengetriebe 142 ist gleich derjenigen der zweiten Planetengetriebe 143 und ist beispielsweise drei.
Ein Ende des Rotors 138 ist durch das Gehäuse 105a über ein erstes Lager 136 gestützt und das andere Ende dieses Rotors 138 ist mit dem Träger 141 integriert. Der Träger 141 ist durch das Gehäuse 105a über das zweite Lager 137 gestützt. Um genauer zu sein, ist der Träger 141 in die innere Peripherie des zweiten Lagers 137 gedrückt und ist das zweite Lager 137 in die innere Peripherie des Gehäuses 105a gedrückt. Als Ergebnis wird der Träger 141 zusammen mit dem Rotor 138 um dasselbe Achsenzentrum gedreht. Der Träger 141 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat eine ringartige Form und erstreckt sich von dem anderen Ende des Rotors 138 zur Außenseite in der radialen Richtung. Ein monolithisches Ausbilden des Rotors 138 und des Trägers 141 reduziert die Anzahl von Teilen, verkürzt eine Zeit, die für ein Zusammenbauen erforderlich ist, und reduziert Kosten.
Eine Vielzahl von ersten Planetengetrieben 142 und die zweiten Planetengetriebe 143, von welchem eine Anzahl gleich derjenigen der ersten Planetengetriebe 142 ist, sind durch den Träger 141 gestützt, um um die Achse parallel zum Rotor 138 drehbar zu sein. Der Rotor 138, die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 sind in einer Reihe in der axialen Rotorrichtung angeordnet und die ersten Planetengetriebe 142 sind zwischen dem Rotor 138 und den zweiten Planetengetrieben 143 angeordnet. Die ersten Planetengetriebe 142 sind in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung des Rotors 138 angeordnet und die zweiten Planetengetriebe 143 sind auch in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung des Rotors 138 angeordnet. Als Ergebnis sind die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 angeordnet, um die zweite Welle 103c der Lenkwelle 103 zu umgeben.
Die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 sind jeweils einzeln gepaart, und jedes Paar aus dem ersten Planetengetriebe 142 und dem zweiten Planetengetriebe 143 dreht sich zusammen um dieselbe Achse. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedes Paar aus einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe 142, 143, die sich zusammen drehen, durch eine Verzahnung monolithisch ausgebildet, um dadurch die Anzahl von Teilen, eine Zeit, die zum Zusammenbauen erforderlich ist, und Kosten zu reduzieren. Weiterhin ist ein Ende jeder Stützwelle 146 mit einer Achse parallel zu der Achse des Rotors 138 in jeweilige Wellenstützlöcher 141a gedrückt, die im Träger 141 ausgebildet sind. Die Stützwellen 146 sind in die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 über Nadellager 147a, 147b eingefügt, um in Bezug auf die Getriebe um dieselbe Achse drehbar zu sein. Die anderen Enden der Stützwellen 146 sind in Wellenstützlöcher 152a gedrückt, die in einem ringartigen Aufnahmeelement 152 ausgebildet sind. Das Aufnahmeelement 152 ist an dem Träger 141 mit einem Anschlusselement (in den Figuren nicht gezeigt) fixiert, wie beispielsweise eine Stütze oder einen Bolzen. Das Getriebemodul jedes ersten Planetengetriebes 142 ist gleich demjenigen jedes zwei ten Planetengetriebe 143, die Anzahl von Zähnen in jedem ersten Planetengetriebe 142 ist ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der ersten Planetengetriebe 142 und die Anzahl von Zähnen in jedem zweiten Planetengetriebe 143 ist ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der zweiten Planetengetriebe 143. Eine stabile und effiziente Übertragung einer Drehung kann durch Anordnungen der Drehzentren einer Vielzahl von ersten Planetengetrieben 142 und der Drehzentren einer Vielzahl von zweiten Planetengetrieben 143 auf dem Umfang eines Kreises in gleichen Intervallen erhalten werden.
Das erste Ringgetriebe 144 ist in die innere Peripherie des Gehäuses 105a gedrückt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Last zum Drücken des ersten Ringgetriebes 144 in das Gehäuse 105a auf klein eingestellt, um ein Zusammenbauen zu erleichtern, und ist das Getriebe in dem Gehäuse 105a mit einem Stift 148 verriegelt. Als Ergebnis ist das erste Ringgetriebe 144 an dem Gehäuse 105a fixiert. Jedes erste Planetengetriebe 142 ist in Eingriff mit den inneren Zähnen des ersten Ringgetriebes 144.
Das zweite Lager 137 ist in Sandwichbauweise zwischen dem ersten Ringgetriebe 144 und einer an der inneren Peripherie des Gehäuses 105a ausgebildeten Stufe 105b angeordnet. Als Ergebnis werden Schwingungen des zweiten Lagers 137 unterdrückt und kann die Anzahl von Teilen reduziert werden, weil das erste Ringgetriebe 144 verwendet wird. Weiterhin kann ein Genauigkeitsfehler beim Zusammenbauen des ersten Ringgetriebes 144, das die durch den Planetengetriebemechanismus 133 übertragene Drehkraft aufnimmt, erniedrigt werden, wird die Bewegung der ersten Planetengetriebe 142, die die Drehkraft übertragen, stabilisiert und können Schwingungen und ein Rauschen unterdrückt werden.
Das zweite Ringgetriebe 145 ist an einem Ausgabeelement 149 fixiert, das sich zusammen mit der zweiten Welle 103c der Lenkwelle 103 dreht, so dass es sich zusammen mit der Lenkwelle 103 dreht. Jedes zweite Planetengetriebe 143 steht in Eingriff mit inneren Zähnen des zweiten Ringgetriebes 145. Das Ausgabeelement 149 weist einen inneren rohrförmigen Teil 149a, einen äußeren rohrförmigen Teil 149b und einen ringartigen Verbindungsteil 149c, der ein Ende des inneren rohrförmigen Teils 149a mit einem Ende des äußeren rohrförmigen Teils 149b verbindet, auf. Das zweite Ringgetriebe 145 ist in die innere Peripherie des äußeren rohrförmigen Teils 149b gedrückt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zum Drü cken des zweiten Ringgetriebes 145 in den äußeren rohrförmigen Teil 149b aufgewendete Belastung auf klein eingestellt, um ein Zusammenbauen zu erleichtern, und das Getriebe ist in dem äußeren rohrförmigen Teil 149b mit einem Stift 150 verriegelt. Die zweite Welle 103c ist in die innere Peripherie des inneren rohrförmigen Teils 149a gedrückt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zum Drücken der zweiten Welle 103c in dem inneren rohrförmigen Teil 149a aufgewendete Last auf klein eingestellt, um ein Zusammenbauen zu erleichtern, und die Welle ist in dem inneren rohrförmigen Teil 149a mit einem Stift 151 verriegelt. Als Ergebnis ist das Ausgabeelement 149 derart angeschlossen, dass es sich zusammen mit der Lenkwelle 103 dreht. Weil die ersten und zweiten Planetengetriebe 142, 143 und die ersten und zweiten Ringgetriebe 144, 145 zwischen dem Verbindungsteil 149c und dem Träger 141 angeordnet sind, kann der Planetengetriebemechanismus 133 in einem kleinen Raum angeordnet sein.
Bei jedem Paar aus einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe 142, 143, die sich zusammen drehen, sind die Positionen von wenigstens einem Zahn von jeweiligen Getrieben in der Umfangsrichtung gleich zueinander. Als Ergebnis kann, nachdem jedes erste Planetengetriebe 142 in Eingriff mit dem ersten Ringgetriebe 144 ist, das zweite Ringgetriebe 145 auf einfache Weise in Eingriff mit dem zweiten Planetengetriebe 143 gebracht werden, die sich zusammen mit dem ersten Planetengetriebe 142 drehen. Daher wird die Anzahl von Zusammenbauoperationen reduziert und werden Spannungen, die auf die Eingriffsteile der Getriebe aufgrund eines Genauigkeitsfehlers beim Zusammenbauen wirken, reduziert, um dadurch eine Lebensdauer zu erhöhen und einen Abfall bezüglich einer Drehübertragungseffizienz, der durch eine Fehlausrichtung von Teilen während einer Drehübertragung verursacht wird, zu verhindern.
Durch Steuern des Stellglieds 105 mit der Steuereinheit gemäß dem durch den Drehmomentsensor 104 erfassten Drehmoment wird die Drehung des Motors 132 über den Planetengetriebemechanismus 133 zur Lenkwelle 103 übertragen. Als Ergebnis wird eine Lenkhilfskraft angewendet, die dem durch die Lenkwelle 103 übertragenen Lenkmoment entspricht.
Ein Stützen der ersten Planetengetriebe 142 und der zweiten Planetengetriebe 143 durch den Träger 141, der sich zusammen mit dem Rotor 138 um dieselbe Achse dreht, macht es möglich, den Rotor 138, die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 in einer Reihe entlang der axialen Rotorrichtung anzuordnen. Die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 stehen in Eingriff mit den inneren Zähnen der Ringgetriebe 144, 145. Als Ergebnis kann die Größe des Planetengetriebemechanismus 133 in der radialen Richtung des Rotors im Vergleich mit dem Fall reduziert werden, in welchem die ersten Planetengetriebe 142 an der Außenseite in der radialen Richtung des Rotors 138 angeordnet sind. Weiterhin kann deshalb, weil der Rotor 138 und beide Planetengetriebe 142, 143 sich wechselseitig überlagernde Teile haben, wenn sie von der axialen Rotorrichtung aus angeschaut werden, die Größe in der radialen Richtung weiter reduziert werden.
Weiterhin kann deshalb, weil der Träger 141 mit guter Stabilität durch das Gehäuse 105a über das erste und das zweite Lager 136, 137 und den Rotor 138 gestützt wird, das Auftreten von Schwingungen und von Rauschen unterdrückt werden. Weiterhin macht es ein Stützen des Rotors 138 und des Trägers 141 mit einem gemeinsamen zweiten Lager 137 möglich, die Anzahl von Teilen zu erniedrigen und die zum Zusammenbauen erforderliche Zeit und die Kosten zu reduzieren.
Weiterhin kann deshalb, weil der Träger 141 in die innere Peripherie des zweiten Lagers 137 gedrückt ist und das zweite Lager 137 in die innere Peripherie des Gehäuses 105a gedrückt ist, die Verschlechterung bezüglich der konzentrischen Genauigkeit des Drehzentrums des Trägers 141 und des Drehzentrums des Rotors 138, die durch einen Genauigkeitsfehler beim Zusammenbauen verursacht wird, unterdrückt werden, und kann eine Erniedrigung der Drehübertragungseffizienz, die durch Variationen des Drehübertragungsverhältnisses des Planetengetriebemechanismus 133 verursacht wird, verhindert werden. Um genauer zu sein, zeigt die 13 die Beziehung zwischen der Drehübertragungseffizienz E und dem Drehübertragungsverhältnis J des Planetengetriebemechanismus 133. In 13 steht E für eine Drehübertragungseffizienz von dem Rotor 138 zur Lenkwelle 103, steht Rr für eine Rotor-Drehzahl, steht Rs für eine Lenkwellen-Drehzahl und gilt J = Z1a·Z2b/(Z2a·Z1b), wobei Z1a die Anzahl von Zähnen bei den ersten Planetengetrieben 142 ist, Z2a die Anzahl von Zähnen bei den zweiten Planetengetrieben ist, und Z1b die Anzahl von Zähnen bei dem ersten Ringgetriebe 144 ist und die Z2b die Anzahl von Zähnen bei dem zweiten Ringgetriebe 145 ist. Hier gilt Z1b > Z2b. In 13 stellt die durchgezogene Linie die Beziehung zwischen E und J dar und stellt die gestrichelte Linie die Beziehung zwischen Rs/Rr und J dar. Gemäß 13 kann bestätigt werden, dass Variationen bezüglich J, das heißt Variationen bezüglich des Drehübertragungsverhältnisses bei dem Planetengetriebemechanismus 133, unterdrückt werden müssen, um Rs/Rr zu erniedrigen und um zu verhindern, dass E zu klein wird. Daher ist es bevorzugt, dass der Träger 141 in die innere Peripherie des zweiten Lagers 137 gedrückt wird und dass das zweite Lager 137 in die innere Peripherie des Gehäuses 105a gedrückt wird. Als Ergebnis kann die Verschlechterung bezüglich der konzentrischen Genauigkeit des Drehzentrums des Trägers 141 und des Drehzentrums des Rotors 138, die durch einen Genauigkeitsfehler beim Zusammenbauen verursacht wird, unterrückt werden und kann die Erniedrigung bezüglich der Drehübertragungseffizienz, die durch Variationen bezüglich des Drehübertragungsverhältnisses des Planetengetriebemechanismus 133 verursacht wird, verhindert werden.
Weiterhin können deshalb, weil ein Ende der Stützwellen 146 in die Wellenstützlöcher 141a des Trägers 141 gedrückt ist und das andere Ende in die Wellenstützlöcher 152a des Aufnahmeelements 152 gedrückt ist, die ersten Planetengetriebe 142 und die zweiten Planetengetriebe 143 auf einfache Weise von der axialen Richtung des Rotors 38 aus mit dem Träger 141 zusammengebaut werden.
Weiterhin kann deshalb, weil das zweite Ringgetriebe 145 in den äußeren rohrförmigen Teil 149b des Ausgabeelements 149 gedrückt wird und die Lenkwelle 103 in das innere rohrförmige Element 149a eingefügt wird, um sich zusammen damit zu drehen, die Verbindung des zweiten Ringgetriebes 145 und der Lenkwelle 103 auf einfache Weise und mit guter Genauigkeit durchgeführt werden und kann das Auftreten von Schwingungen und Rauschen unterdrückt werden.
Beispielsweise wird angenommen, dass der Innendurchmesser des Rotors 138 des elektrischen Stellglieds 105 20 mm ist, das Verhältnis der Drehzahl der Lenkwelle 103 zu der Drehzahl des Rotors 138 1/10 ist, die Drehzahl des Motors 132 3000 U/min ist, das maximale Ausgangsdrehmoment 40 nm ist, die Anzahl von Zähnen beim ersten Planetengetriebe 142 21 ist, die Anzahl von Zähnen beim zweiten Planetengetriebe 143 18 ist, die Anzahl von Zähnen beim ersten Ringgetriebe 144 63 ist, die Anzahl von Zähnen beim zweiten Ringgetriebe 145 60 ist, das Getriebemodul von jedem Getriebe 1 ist, der Standardzahnstangen-Druckwinkel 20 Grad ist und die standardmäßige Steighöhe 3,142 mm ist. In diesem Fall kann der Außendurchmesser des Stellglieds 105 um 35% bis 40% reduziert werden und kann die Größe davon in der axialen Richtung um 10% bis 15% reduziert werden, und zwar im Ver gleich mit dem Fall, in welchem der Elektromotor und der Planetengetriebemechanismus in der herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung verwendet werden, unter der Voraussetzung, dass die Drehübertragungseffizienz dieselbe ist.
Gemäß dem Drehmomentsensor 104 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Position des ersten Drehmelderrotors 121a relativ zur ersten Welle 103b in der Drehrichtung durch Einpassen des ersten Vorsprungs 121a' in den ersten Ausschnitt 103b' eingestellt, ist die Position des zweiten Drehmelderrotors 122a relativ zur zweiten Welle 103c in der Drehrichtung durch Einpassen des zweiten Vorsprungs 122a' in den zweiten Ausschnitt 103c'' eingestellt und ist die Position des ersten Drehmelderstators 121b relativ zum zweiten Drehmelderstator 122b in der Drehrichtung durch Einpassen des dritten Vorsprungs 123a' in den dritten Ausschnitt 121b' und durch Einpassen des vierten Vorsprungs 123b' in den vierten Ausschnitt 122b' eingestellt. Als Ergebnis kann ein ungefähres Einstellen der Position des ersten Drehmelders 121 relativ zu dem zweiten Drehmelder 122 in der Wellendrehrichtung nur durch etwaiges Einstellen der Position der ersten Welle 103b relativ zur zweiten Welle 103c in der Drehrichtung durchgeführt werden.
Die zwei Drehmelderstatoren 121b, 122b und der Abstandshalter 123 können auf einfache Weise in die innere Peripherie des Sensorgehäuses 104a von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der radialen Richtung eingepasst werden. Darüber hinaus kann das Drehmelder-Stoßelement 107 an dem Sensorgehäuse 104a nur durch Drücken in das Sensorgehäuse 104a fixiert werden. Als Ergebnis kann die Anzahl von Zusammenbauoperationen erniedrigt werden und können Kosten reduziert werden. Der Außendurchmesser des Lagers 118 kann derart eingestellt sein, dass er gleich demjenigen des Lagers 114 ist, in dem der Innendurchmesser des Drehmelder-Stoßelements 107 variiert wird, die Modelltypen der zwei Lager 114, 118 können vereinheitlicht werden, und eine Kostenreduzierung kann erreicht werden.
Wenn der einzige Teil der ersten Welle 103b in den zentralen Ausschnitt 103' der zweiten Welle 103c eingefügt wird, um die Beschädigung der Torsionsfeder 115 durch Begrenzen der relativen Drehung der ersten Welle 103b und der zweiten Welle 103c zu verhindern, kann die etwaige wechselseitige Ausrichtung der zwei Wellen 103b, 103c in der Drehrichtung auf einfache Weise eingestellt werden, indem die relative Position der zwei Wellen 103b, 103c in der Drehrichtung etwa im Zentrum des relativen Drehbereichs eingestellt wird. Nach dem Einstellen der wechselseitigen Ausrichtung können die zwei Wellen 103b, 103c über die Torsionsfeder 115 verbunden werden. Als Ergebnis kann die Anzahl von Zusammenbauoperationen erniedrigt werden und können Kosten reduziert werden. Weiterhin kann deshalb, weil es keine Muffe oder eine ähnliche Komponente zwischen der ersten Welle 103b und der zweiten Welle 103c zum Beschränken der relativen Neigung der Wellen gibt, die Hysterese von Wechselsignalen der Drehmelder 121, 122 verhindert werden und kann die Verschlechterung eines Lenkgefühls verhindert werden.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das strukturelle Element 105a' des Gehäuses 105a des elektrischen Stellglieds 105 integriert mit dem Sensorgehäuse 104a ausgebildet, aber es kann als separate Komponente ausgebildet sein, wie es bei dem Modifikationsbeispiel in 14 gezeigt ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass Rillen entlang der axialen Richtung, wie beispielsweise ein Sägezahneinschnitt, Keile und ähnliches, an der inneren Peripherie des inneren rohrförmigen Teils 149a und der äußeren Peripherie der zweiten Welle 103c der Lenkwelle 103c vorgesehen sind und dass die Lenkwelle 103 in das innere rohrförmige Teil 149a über diese Rillen gedrückt wird, um sich zusammen damit zu drehen. Als Ergebnis kann das Zusammenbauen erleichtert werden und kann das Auftreten von Schwingungen und Rauschen unterdrückt werden. Weiterhin ist ein Ende der zweiten Welle 103c durch das Gehäuse 105a über den inneren rohrförmigen Teil 149a und das Lager 118 durch Stützen des inneren rohrförmigen Teils 149a durch die innere Peripherie des Gehäuses 105a über das Lager 118 gestützt. Das Sensorgehäuse 104a ist mit dem Gehäuse 105a beispielsweise durch Drücken verbunden. Andere Merkmale sind gleich denjenigen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels. Identischen Komponenten sind dieselben Symbole zugeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Modifikationsbeispiele beschränkt.
Beispielsweise werden bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationsbeispielen die ersten und zweiten Wechselsignale durch Addieren der ersten und zweiten Phasenverschiebungssignale, die durch eine Phasenverschiebung der ersten und zweiten Sinusamplitudensignale, die von dem ersten und dem zweiten Drehmelder 21, 22 ausgegeben sind, erhalten werden, zu jeweiligen ersten und zweiten Kosinusamplitudensignalen ausgegeben. Jedoch können die ersten und zweiten Wechselsignale direkt von dem ersten und dem zweiten Drehmelder 21, 22 ausgegeben werden. Um genauer zu sein, kann das erste Wechselsignal, das durch KEsin(ωt + θ) dargestellt ist, von der Wicklung des ersten Drehmelderrotors 21a durch Eingeben von Erregungssignalen, die durch Esin(ωt) und Ecos(ωt) zu den Zweiphasen-Wicklungen des ersten Drehmelderrotors 21b ausgegeben werden und kann das zweite Wechselsignal, das durch KEsin(ωt + θ + Δθ) dargestellt ist, von der Wicklung des zweiten Drehmelderrotors 22a durch Eingeben von Erregungssignalen, die durch Esin(ωt) und Ecos(ωt) dargestellt sind, zu den Zweiphasen-Wicklungen des zweiten Drehmelderrotors 22b ausgegeben werden. In diesem Fall sind die erste Signalverarbeitungseinheit 26 und die zweite Signalverarbeitungseinheit 27, die bei den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, als jeweilige Wechselsignal-Ausgabeeinrichtungen unnötig. Als Ergebnis können die ersten und zweiten Wechselsignale durch Verwenden der Drehmelder 21, 22 ausgegeben werden, die Komponenten für allgemeine Zwecke sind, und die Struktur kann weiter vereinfacht werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das PWM-Tastverhältnis des von der Ausgangssignalverarbeitungseinheit 28 ausgegebenen PWM-Signals als Wert entsprechend dem Übertragungsmoment verwendet. Jedoch kann ein zeitintegrierter Wert des PWM-Signals auch als der Wert entsprechend dem Übertragungsmoment verwendet werden.
Das Signal entsprechend dem erfassten Drehmomentwert ist nicht auf dasjenige beschränkt, das zum Steuern der Lenkhilfskraft verwendet wird, und kann auch beispielsweise zum Steuern des Stellglieds zum Versorgen des Fahrers mit einer Reaktionskraft entsprechend dem erfassten Drehmomentwert verwendet werden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal dann, wenn das durch die erste und die zweite Welle übertragene Drehmoment Null ist, nicht auf π/2 begrenzt, solange das Signal entsprechend der Exklusiv-ODER-Verknüpfung des ersten Logiksignals und des zweiten Logiksignals dem durch die erste und die zweite Welle übertragenen Drehmoment entspricht.
Der Drehmomentsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch bei Vorrichtungen verwendet werden, die andere als elektrische Servolenkvorrichtungen sind.

Claims

Drehmomentsensor, der folgendes aufweist: eine erste Welle (3, 103b); eine zweite Welle (4, 103c), die sich in Bezug auf die erste Welle (3, 103b) elastisch drehen kann; eine erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) zum Ausgeben eines ersten Wechselsignals, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der ersten Welle (3, 103b) ändert; eine zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) zum Ausgeben eines zweiten Wechselsignals, von welchem sich eine Phase gemäß Änderungen bezüglich des Drehwinkels der zweiten Welle (4, 103c) ändert; und eine Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit (28) zum Ausgeben eines Phasendifferenz-Entsprechungssignals, von welchem sich eine Wellenform gemäß Änderungen bezüglich der Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Signal ändert, wobei die Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit (28) eine erste Logiksignal-Umwandlungsschaltung (28a) zum Umwandeln des ersten Wechselsignals in ein erstes Logiksignal und eine zweite Logiksignal-Umwandlungsschaltung (28b) zum Umwandeln des zweiten Wechselsignals in ein zweites Logiksignal hat, so dass eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal gleich einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Logiksignal und dem zweiten Logiksignal ist, und wobei die Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit (28) das erste Logiksignal und das zweite Logiksignal verarbeitet, um das Phasendifferenz-Entsprechungssignal zu erzeugen, aus welchem ein Wert entsprechend einem durch die erste und die zweite Welle (3, 103b, 4, 103c) übertragenen Drehmoment gefunden wird.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei: die erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) einen ersten Detektor (21, 121) und eine erste Signalverarbeitungseinheit (26) aufweist; der erste Detektor (21, 121) ein erstes Sinusamplitudensignal, das durch KEsin(ωt)sinθ dargestellt wird, und ein erstes Kosinusamplitudensignal, das durch KEsin(ωt)cosθ dargestellt wird, ausgibt, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist, t eine Zeit ist und θ ein Drehwinkel der ersten Welle (3, 103b) ist; die erste Signalverarbeitungseinheit (26) eine erste Phasenverschiebungsschaltung (26a) hat, die ein erstes Phasenverschiebungssignal, das durch KEsin(ωt + π/2)sinθ dargestellt wird, durch eine π/2-Phasenverschiebung des ersten Sinusamplitudensignals erzeugt, und eine erste Additionsschaltung (26b), die das erste Wechselsignal, das durch KEsin(ωt + θ) dargestellt wird, durch Addieren des ersten Phasenverschiebungssignals und des ersten Kosinusamplitudensignals erzeugt; die zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung einen zweiten Detektor (22, 122) und eine zweite Signalverarbeitungseinheit (27) aufweist; der zweite Detektor (22, 122) ein zweites Sinusamplitudensignal, das durch KEsin(ωt)sin(θ + Δθ) dargestellt wird, und ein zweites Kosinusamplitudensignal, das durch KEsin(ωt)cos(θ + Δθ) dargestellt wird, ausgibt, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist, t eine Zeit ist und θ + Δθ ein Drehwinkel der zweiten Welle (4, 103c) ist; und die zweite Signalverarbeitungseinheit (27) eine zweite Phasenverschiebungsschaltung (27a) hat, die ein zweites Phasenverschiebungssignal, das durch KEsin(ωt + π/2)sin(θ + Δθ) dargestellt wird, durch eine π/2-Phasenverschiebung des zweiten Sinusamplitudensignals erzeugt, und eine zweite Additionsschaltung (27b), die das zweite Wechselsignal, das durch KEsin(ωt + θ + Δθ) dargestellt wird, durch Addieren des zweiten Phasenverschiebungssignals und des zweiten Kosinusamplitudensignals erzeugt.
Drehmomentsensor nach Anspruch 1, wobei: die erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) einen ersten Detektor zum Ausgeben des ersten Wechselsignals hat, das durch KEsin(ωt + θ) dargestellt wird, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist, t eine Zeit ist und θ ein Drehwinkel der ersten Welle (3, 103b) ist; und die zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) einen zweiten Detektor (22, 122) zum Ausgeben des zweiten Wechselsignals hat, das durch KEsin(ωt + θ + Δθ) dargestellt wird, hat, wobei KE ein Koeffizient ist, ω eine Winkelfrequenz eines Erregungssignals ist, t eine Zeit ist und θ + Δθ ein Drehwinkel der zweiten Welle (4, 103c) ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei: der erste Detektor (3, 103b) und der zweite Detektor (4, 103c) relativ so angeordnet sind, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Wechselsignal und dem zweiten Wechselsignal ein eingestellter Wert wird, wenn das durch die erste und die zweite Welle (3, 103b, 4, 103c) übertragene Drehmoment Null ist; und die Ausgangssignal-Verarbeitungseinheit (28) eine PWM-Verarbeitungsschaltung (28c, 28c') zum Ausgeben eines PWM-Signals entsprechend einer Exklusiv-ODER-Verknüpfung des ersten Logiksignals und des zweiten Logiksignals als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal hat.
Drehmomentsensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei: die Ausgangsignal-Verarbeitungseinheit (28) eine Schaltung (28d) zum Erfassen der vorderen Flanke des ersten Logiksignals hat, eine Schaltung (28e) zum Erfassen der nacheilenden Flanke des zweiten Logiksignals und eine PWM-Verarbeitungsschaltung (28c, 28c') zum Ausgeben eines PWM-Signals als das Phasendifferenz-Entsprechungssignal, wobei eine der vorderen Flanke des ersten Logiksignals und der hinteren Flanke des zweiten Logiksignals der vorderen Flanke des PWM-Signals entspricht und die andere der hinteren Flanke des PWM-Signals entspricht.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, der mit einer Fehlerüberwachungsfunktion versehen ist und folgendes weist: eine Computervorrichtung (20a), zu welcher das Ausgangssignal des ersten Detektors (21, 121), das Ausgangssignal des zweiten Detektors (22, 122) und das Phasendifferenz-Entsprechungssignal eingegeben werden, wobei ein Referenz-Drehmomentwert entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen (3, 103b, 4, 103c) aus den Ausgangssignalen der zwei Detektoren (21, 121, 22, 122) gefunden wird, und auch die Abweichung zwischen dem erfassten Drehmomentwert entsprechend dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal und dem Referenz-Drehmomentwert mit der Computervorrichtung (20a) gefunden wird; und die Computervorrichtung (20a) ein Fehlersignal ausgibt, wenn der Absolutwert der Abweichung nicht kleiner als ein eingestellter Wert ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, der mit einer Fehlerüberwachungsfunktion versehen ist, wobei das Ausgangssignal des ersten Detektors (21, 121), das Ausgangssignal des zweiten Detektors (22, 122) und das erste Wechselsignal und das zweite Wechselsignal ohne Digitalisierung verarbeitet werden, und der weiterhin folgendes aufweist: eine Einrichtung (20a) zum Finden eines Referenz-Drehmomentwerts entsprechend der Differenz bezüglich des Drehwinkels zwischen den zwei Wellen (3, 103b, 4, 103c) aus den Werten, die durch eine A/D-Umwandlung der Ausgangssignale der zwei Detektoren (21, 121, 22, 122) erhalten sind; eine Einrichtung (20a) zum Finden der Abweichung zwischen dem erfassten Drehmomentwert entsprechend dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal und dem Referenz-Drehmomentwert; und eine Einrichtung (20a) zum Ausgeben eines Fehlersignals, wenn der Absolutwert der Abweichung nicht kleiner als ein eingestellter Wert ist.
Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, der folgendes aufweist: ein Sensorgehäuse (104a); wobei die erste Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) einen ersten Detektor (21, 121) hat und wobei die zweite Wechselsignal-Ausgabeeinrichtung (20) einen zweiten Detektor (22, 122) hat; wobei der erste Detektor (21, 121) einen ersten Detektorrotor (121a) und einen ringartigen ersten Detektorstator (121b), der den ersten Detektorrotor (121a) bedeckt, hat; wobei der zweite Detektor (22, 122) einen zweiten Detektorrotor (122a) und einen ringartigen zweiten Detektorstator (122b), der den zweiten Detektorrotor (122a) bedeckt, hat; wobei die erste Welle (3, 103b) in den ersten Detektorrotor (121a) gedrückt wird, wobei die zweite Welle (4, 103c) in den zweiten Detektorrotor (122a) gedrückt wird, und wobei der erste Detektorstator (121b) und der zweite Detektorstator (122b) in Bezug auf das Sensorgehäuse (104a) fixiert werden; und wobei ein Wert entsprechend dem durch die erste und die zweite Welle übertragenen Drehmoment aus dem Phasendifferenz-Entsprechungssignal gefunden wird, wobei ein erster Ausschnitt (103b') in einer der inneren Peripherie des ersten Detektorrotors (121a) und der äußeren Peripherie der ersten Welle (3, 103b) ausgebildet ist, und ein erster Vorsprung (121a'), der von der axialen Richtung der ersten und der zweiten Welle (3, 103b, 4, 103c) aus über einen Freiraum in der Drehrichtung der ersten und der zweiten Welle (3, 103b, 4, 103c) in den ersten Ausschnitt (103b') einzupassen ist, in der anderen der inneren Periphere des ersten Detektorrotors (121a) und der äußeren Peripherie der ersten Welle (3, 103b) ausgebildet ist; ein zweiter Ausschnitt (103c'') in einer der inneren Peripherie des zweiten Detektorrotors (122a) und der äußeren Peripherie der zweiten Welle (4, 103c) ausgebildet ist, und ein zweiter Vorsprung (122a'), der von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der Drehrichtung in den ersten Ausschnitt (103c'') einzupassen ist, in der anderen der inneren Periphere des zweiten Detektorrotors (122a) und der äußeren Peripherie der zweiten Welle (4, 103c) ausgebildet ist; ein rohrförmiger Abstandshalter (123) zwischen dem ersten Detektorstator (121b) und dem zweiten Detektorstator (122b) angeordnet ist; ein dritter Ausschnitt (121b') in einem des ersten Detektorstators (121b) und des Abstandshalters (123) ausgebildet ist, und ein dritter Vorsprung (123a'), der von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der Drehrichtung in den dritten Ausschnitt (121b') einzupassen ist, in dem anderen des ersten Detektorstators (121b) und des Abstandshalters (123) ausgebildet ist; und ein vierter Ausschnitt (122b') in einem des zweiten Detektorstators (122b) und des Abstandshalters (123) ausgebildet ist, und ein vierter Vorsprung (123b'), der von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der Drehrichtung in den vierten Ausschnitt (112b') einzupassen ist, in dem anderen des zweiten Detektorstators (122b) und des Abstandshalters (123) ausgebildet ist.
Drehmomentsensor nach Anspruch 8, der folgendes aufweist: ein Detektor-Stoßelement (107), das von der axialen Richtung aus in das Sensorgehäuse (104a) gedrückt wird, wobei der erste Detektorstator (121b), der zweite Detektorstator (122b) und der Abstandshalter (123) an die innere Peripherie des Sensorgehäuses (104a) von der axialen Richtung aus über einen Freiraum in der radialen Richtung der ersten und der zweiten Welle (3, 103b, 4, 103c) angebracht sind; und die zwei Detektorstatoren (121b, 122b) und der Abstandshalter (123) in Sandwichbauweise zwischen dem Detektorstoßelement (107) und einer Stufe (104a'), die an der inneren Peripherie des Sensorgehäuses (104a) ausgebildet ist, angeordnet sind.
Drehmomentsensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei: die erste Welle (3, 103b) und die zweite Welle (4, 103c) über ein elastisches Element (115) verbunden sind; ein zentraler Ausschnitt (103c') in der Endfläche von einer der ersten Welle (3, 103b) und der zweiten Welle (4, 103c) ausgebildet ist, so dass ein Wellenachsenzentrum durch ihn verläuft, und der Endteil der anderen der ersten Welle (3, 103b) und der zweiten Welle (4, 103c) als einziger Teil in dem zentralen Ausschnitt (103c') eingefügt ist; eine relative Drehung der ersten und der zweiten Welle (3, 103b, 4, 103c) durch einen wechselseitigen Kontakt einer Drehbeschränkungsfläche, die an der inneren Peripherie des zentralen Ausschnitts (103c') ausgebildet ist, und einer Drehbeschränkungsfläche, die an der äußeren Peripherie des Einfügeteils ausgebildet ist, aufgrund der relativen Drehung auf einen festen Bereich begrenzt ist; und die innere Peripherie des zentralen Ausschnitts (103c') und die äußere Peripherie des Einfügeteils sich einander über einen Raum über dem gesamten Bereich gegenüberliegen, bis die relative Drehung der zwei Wellen (3, 103b, 4, 103c) begrenzt wird.
Drehmomentsensor nach Anspruch 8, wobei: ein ringartiger magnetischer Abschirmteil (24, 124), der sich von der inneren Peripherie des Abstandshalters (123) nach innen erstreckt, aus einem magnetischen Abschirmmaterial ausgebildet ist, das mit dem Ab standshalter (123) integriert ist, und eine magnetische Abschirmung zwischen dem ersten Detektor (21, 121) und dem zweiten Detektor (22, 122) durch den magnetischen Abschirmteil (24, 124) durchgeführt wird.