专利名称：扭矩传感器装置的制作方法
扭矩传感器装置技术领域
本公开涉及一种扭矩传感器装置。
背景技术：
已知在例如电动转向单元中设置有扭矩传感器装置。扭矩传感器装置通过磁传感器来感测由旋转轴的旋转引起的磁场强度的变化，从而感测施加到旋转轴的轴扭矩。磁传感器保持在两个磁通量收集体之间。特别地，在磁传感器保持在磁通量收集体的磁阻相对较低的两个磁通量收集部之间的情况下，磁通量集中在磁通量收集部中。其中一个磁通量收集部中收集的磁通量从该其中一个磁通量收集部导向其中另一个磁通量收集部，并且该磁通量通过磁传感器来感测。
例如，JP2007-263871A(US2007/0240521A1)教示了一种包括有两个磁通量收集部(磁性收集部)的结构，所述两个磁通量收集部分别对应于两个磁传感器并且形成磁通量集流环(磁通量收集体)。替代性地，JP2008-232728A 和JP2009-080020A(US2009/0078058A1)教示了一种包括有三个磁通量收集部的结构，所述三个磁通量收集部分别对应于三个磁传感器并且形成磁通量集流环。进一步可替代地，JP2006-38767A(US2006/002145IAl)教示了一种包括有矩形磁通量收集部的结构，该矩形磁通量收集部从磁通量集流环径向向外突出，并且两个磁传感器彼此临近地设置在磁通量收集部中。
磁通量收集部中收集的磁通量并非仅仅被导向磁传感器。具体地，磁通量收集部中收集的磁通量还释放到围绕磁通量收集部的周围空间中。例如，在JP2007-263871A(US2007/0240521A1)的结构中，由磁通量集流环收集的磁通量的一部分释放到位于两个磁通量收集部之间的空间中。释放到该空间中的磁通量成为未被导向磁传感器的泄漏磁通量。因此，能够通过磁传感器有效感测的磁通量的量被减少了泄漏磁通量的量。此外，在JP2008-232728A 和 JP2009-080020A (US2009/0078058A1)的结构中，各磁通量收集部之间限定的空间的数目为两个。因此，泄漏磁通量的量进一步增加。
相比之下，在JP2006-38767A (US2006/0021451A1)的结构中，两个磁传感器彼此邻近地设置在单个磁通量收集部中。因此，能够减少磁通量向与磁通量收集部相邻的空间中的泄漏。然而，磁通量还是从连接磁通量集流环与传感器安装部的连接部释放到周围空间中，使得所释放的磁通量变成泄漏磁通量。在JP2006-38767A (US2006/0021451A1)的结构中，矩形磁通量收集部具有相对较宽的连接部，该连接部对应于两个磁传感器。因此，从该连接部泄漏到周围空间的泄漏磁通量的量增加了。此外，在矩形磁通量收集部一体地形成为磁通量集流环的情况下，磁通量集流环难以形成为圆形形式。发明内容
鉴于上述几点做出了本公开。本公开的目的是提供一种扭矩传感器装置，在此装置中来自磁通量收集部的磁通量泄漏被减少或最小化。
根据本公开，提供了一种扭矩传感器装置，该扭矩传感器装置包括第一轴和第二轴、扭力杆、多极磁体、第一磁轭和第二磁轭、第一磁通量收集体和第二磁通量收集体、以及磁传感器。扭力杆具有第一端部部分和第二端部部分。第一端部部分和第二端部部分分别固定到第一轴和第二轴，以同轴地连接在第一轴与第二轴之间，并且当在第一轴与第二轴之间施加扭矩时，扭力杆是可扭转变形的。多极磁体固定到第一轴以及扭力杆的第一端部部分中的一个上。第一磁轭和第二磁轭位于多极磁体的径向外侧并且固定到第二轴以及扭力杆的第二端部部分中的一个上。第一磁轭和第二磁轭在扭力杆的轴向方向上彼此相对，使得在第一磁轭和第二磁轭之间沿轴向方向设置有间隙，并且第一磁轭和第二磁轭在由多极磁体产生的磁场中形成磁路。第一磁通量收集体和第二磁通量收集体与第一磁轭和第二磁轭分开地形成。第一磁通量收集体和第二磁通量收集体中的每个均包括主体部和磁通量收集部。主体部邻近第一磁轭和第二磁轭中的对应一个放置。磁通量收集部从主体部径向向外突出并且通过主体部与第一磁轭和第二磁轭中的对应一个磁耦合以在第一磁轭和第二磁轭中的对应一个与磁通量收集部之间传导磁通量。磁传感器保持在第一磁通量收集体的磁通量收集部与第二磁通量收集体的磁通量收集部之间并且包括磁感应装置，该磁感应装置感测在第一磁通量收集体的磁通量收集部与第二磁通量收集体的磁通量收集部之间产生的磁场的强度。第一磁通量收集体和第二磁通量收集体中的每个的磁通量收集部均包括安装部和连接部。磁传感器安装到该安装部。连接部从磁通量收集体的主体部沿与扭力杆的轴线垂直的虚平面中的第一方向延伸，以结合在主体部与安装部之间。第一磁通量收集体和第二磁通量收集体中的每个的连接部和安装部构造成使得在位于虚平面中且与第一方向垂直的第二方向上测得的连接部的宽度小于在第二方向上测得的安装部的宽度。
文中所描述的附图仅用于说明的目的，而非意在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开的第一实施方式的扭矩传感器装置的分解立体图2的示意图示出了第一实施方式的扭矩传感器装置所应用到的电动转向单元；
图3A是处于一个运转状态的扭矩传感器装置的示意图，其用于描述根据第一实施方式的扭矩传感器装置的工作原理；
图3B是沿着图3A中的线III B-1II B截取的截面图4A是处于另一运转状态的扭矩传感器装置的示意图，其用于描述根据第一实施方式的扭矩传感器装置的工作原理；
图4B是沿着图4A中的线IV B-1V B截取的截面图5A是第一实施方式的磁通量集流环的平面图5B是图5A中所示的磁通量集流环的侧视图6A的局部示意图示出了第一实施方式的磁通量集流环的磁通量收集部；
图6B的局部示意图示出了一个比较例的磁通量集流环的磁通量收集部；
图6C的局部示意图示出了另一比较例的磁通量集流环的磁通量收集部；
图7A的平面图示出了根据第一实施方式的改型的磁通量集流环；
图7B的平面图示出了根据本公开的第二实施方式的磁通量集流环；
图8A的平面图示出了根据本公开的第三实施方式的磁通量集流环；
图SB的平面图示出了根据本公开的第四实施方式的磁通量集流环；
图SC的平面图示出了根据本公开的第五实施方式的磁通量集流环；
图9A的平面图示出了根据本公开的第六实施方式的磁通量集流环；
图9B的平面图示出了根据本公开的第七实施方式的磁通量集流环；
图9C的平面图示出了根据本公开的第八实施方式的磁通量集流环；
图1OA的平面图示出了根据本公开的第九实施方式的磁通量集流环；
图1OB的平面图示出了根据本公开的第十实施方式的磁通量集流环；
图1lA的侧视图示出了根据本公开的第十一实施方式的磁通量集流环；
图1lB的侧视图示出了根据本公开的第十二实施方式的磁通量集流环；以及
图12A至图12C的局部平面图分别示出了本公开的实施方式的改型中的磁通量集流环的安装部。
具体实施方式
将参照附图对本公开的各种实施方式进行描述。
(第一实施方式)
参照图2，本公开的第一实施方式的扭矩传感器装置3被应用到辅助车辆的转向操作的电动转向单元。
图2的示意图示出了包括有电动转向单元5的转向系统的整体结构。感测转向扭矩的扭矩传感器装置3设置在与手柄(方向盘)93连接的转向轴94处。小齿轮96设置在转向轴94的远端部分并且与齿条轴97啮合。两个驱动轮98通过例如拉杆分别可旋转地连接到齿条轴97的两个相对的端部部分。转向轴94的旋转运动通过小齿轮96转变为齿条轴97的直线运动从而使轮98转向。
扭矩传感器装置3放置在转向轴94的输入轴11与输出轴12之间。扭矩传感器装置3感测施加在转向轴94上的转向扭矩，并且扭矩传感器装置3将所感测到的转向扭矩输出到电子控制单元(ECU) 6。ECU 6基于所感测到的转向扭矩来控制电动马达7的输出。由电动马达7产生的转向辅助扭矩传输到减速齿轮组件95。电动马达7输出的旋转的转速通过减速齿轮组件95减小并且之后传送到转向轴94。
接下来，将参照图1及图3A至图5B对扭矩传感器装置3的结构进行描述。
如图1所示，扭矩传感器装置3包括:扭力杆13 ;多极磁体14 ;两个磁轭(作为第一磁轭和第二磁轭)31,32 ;两个磁通量集流环(作为第一磁通量收集体和第二磁通量收集体)701以及两个磁传感器41。在此情况下，磁传感器41通常彼此相同，并且磁传感器41中的每一个均可以形成为例如霍尔集成电路(Hall IC)传感器或磁阻(MR)传感器。
扭力杆13的一个端部部分(第一端部部分)13a通过固定销15固定到输入轴(作为第一轴)11，并且与扭力杆13的一个端部部分13a在轴向上相对的扭力杆13的另一端部部分(第二端部部分)13b通过固定销15固定到输出轴(作为第二轴)12。因此，扭力杆13沿着旋转轴线O同轴地连接在输入轴11与输出轴12之间。扭力杆13是构造成杆形的弹性构件。扭力杆13将施加在转向轴94上并传输到扭力杆13上的转向扭矩转变为扭力杆13的扭转位移(扭转变形或扭转扭曲)。具体地，当在连接到转向轴94的输入轴11的方向盘93操作的时候扭矩施加在输入轴11和输出轴12之间时，扭力杆13能够扭转变形或扭转扭曲。
构造成圆筒形管状形状的多极磁体14固定到输入轴11并且磁化为具有沿周向方向依次交替设置的多个N极和多个S极。例如，在本实施方式中，N极的数量为12，并且S极的数量也是12，所以多极磁体14具有24个磁极(见图3A至图4B)。然而，多极磁体的磁极数量不限于24个，而是可以换成任意其它适合的偶数。
每个磁轭31、32均由软磁性材料制成并且构造成环形形状。磁轭31、32在多极磁体14的径向向外的位置处固定到输出轴12。每个磁轭31、32均具有沿着磁轭31、32的环形部的内周边缘以大致等间距依次设置的多个爪(齿)31a、32a。每个磁轭31、32的爪31a、32a的数量(本实施方式中为12)与多极磁体14的N极或S极的数量相同。磁轭31的爪31a和磁轭32的爪32a沿周向方向依次交替设置，同时沿周向彼此错开。因此，磁轭31与磁轭32在轴向方向上相对，同时在磁轭31与磁轭32之间沿轴向方向设置有气隙。磁轭31和磁轭32在由多极磁体14产生的磁场中形成磁路。
在本实施方式中，如图3A至图4B所示，磁轭31和磁轭32与模制树脂33 —体地模制，从而形成轭单元30。
在此情况下，多极磁体14和磁轭31、32设置成使得每个磁轭31、32的爪31a、32a的周向方向上的中心在扭力杆13中没有产生扭转位移(扭转扭曲)——即，在转向扭矩未施加在输入轴11与输出轴12之间-的情况下与多极磁体14的N极中的相应一个和S极中的相应一个之间的边界相一致。
每个磁通量集流环701均由软磁性材料制成，并且具有主体部721和磁通量收集部731。磁通量集流环701设置成使得主体部721在轴向方向上彼此相对并且磁通量收集部731在轴向方向上彼此相对。在本实施方式中，每个磁通量集流环701的主体部721均构造成环形形状(弓形弯曲形状)，该环形形状围绕旋转轴线O周向延伸一整圈并且位于磁轭31、32的径向外侧。
磁通量收集部731从主体部721径向向外突出并且具有连接部74和安装部751。磁通量集流环701将磁通量收集到磁通量收集部731中。
磁传感器41安装在磁通量集流环701的安装部751之间。在此情况下，安装部751是大致平面的。在每个磁通量集流环701中，连接部74连接即结合在主体部721与安装部751之间。在本实施方式中，每个磁通量集流环701的连接部74在弯曲部分74a处弯曲，以将磁通量集流环701的安装部751放置在每个磁传感器41均能够在彼此轴向相对的磁通量集流环701的相对的安装部751之间夹紧的位置处(见图5B)。换言之，磁通量集流环701的连接部74弯曲以将安装部751放置成使得在扭力杆13的轴向方向上测得的安装部751的相对的轴向内表面之间的轴向距离小于在扭力杆13的轴向方向上测得的主体部721的相对的轴向内表面之间的轴向距离。
下文中，从主体部721沿径向向外延伸的连接部74的延伸方向(虚延伸线X的方向)将称为第一方向(在附图中表不为“第一方向”)。此外，在垂直于旋转轴线O的虚平面V(见图1)上与第一方向垂直的方向将称为第二方向(在附图中表示为“第二方向”)。在本实施方式中，第一方向是旋转轴线O的径向方向，S卩，是主体部721的曲线(弓形曲线)的法线。第二方向是与主体部721的曲线(弓形曲线)相切的方向。因此，连接部74的沿第二方向测得的宽度Wc小于安装部751的沿第二方向测得的宽度We。因此，连接部74构造成颈部的形式，该颈部的宽度比邻近颈部(即，连接部74)定位的磁通量集流环701的邻近的径向内部部分的宽度和邻近颈部定位的磁通量集流环701的邻近的径向外部部分的宽度更小(见图5A)。此外，如图5B所示，安装部751的板厚度通常与连接部74的板厚度相同。安装部751的板厚度是沿与安装部751的平行于虚平面V的平面垂直的方向测量的。
理想的是，每个磁传感器41尽量靠近磁通量集流环701的主体部721放置，以实现磁传感器41的高灵敏度。然而，在某些情况下，必需避免磁传感器41与其他部件的干涉以及/或者必需提供合适的空间以使得电线能够连接到磁传感器41。因此，需要通过连接部74在磁传感器41与每个磁通量集流环701的主体部721之间提供所需的最小距离。
每个磁传感器41均位于磁通量收集部731的安装部751之间，并且磁传感器41的磁感应装置41a感测磁通量收集部731之间产生的磁通量密度(磁通量的强度)并且将所感测到的磁通量密度转变为相应的电压信号，该电压信号随之通过相应的引出线(导电线)42从磁传感器41输出。例如，霍尔元件或磁阻元件可以用作磁传感器41的磁感应装置41a。
在本实施方式中，磁传感器41沿着安装部751在第二方向上依次放置。在本实施方式中，如图3A至图4B所示，磁通量集流环701和磁传感器41通过模制树脂43结合在一起以形成传感器单元40。然而，在某些情况下，磁通量集流环701和磁传感器41可以不利用树脂模制在一起。
与例如JP2007-263871A (US2007/0240521A1)中的技术类似，其中一个磁传感器41可以用于感测施加在输入轴11和输出轴12上的扭矩。另一个磁传感器41可以用于失效判定目的。具体地，对于失效判定目的，可以定期地比较这两个磁传感器41的输出。在这两个磁传感器41的输出之间存在实质性差别的情况下，这两个磁传感器41中的一个的输出与该一个磁传感器41之前的输出或之后的输出相比可以显示出异常变化，并且这两个磁传感器41中的另一个的输出与该另一个磁传感器41之前的输出或之后的输出相比可以显示出正常变化。因此，在这种情况下，这两个磁传感器41中的在输出方面显示出异常变化的一个被判定为处于失效状态，并且因而可以采取所需的对策。替代性地，与JP2006-38767A(US2006/0021451A1)中的技术类似，磁传感器41中的一个的感应方向可以设定成与磁传感器41中的另一个的感应方向相反。在这种情况下，通过获得这两个磁传感器41的输出之间的差异，可以减少或消除例如多极磁体14和磁轭31、32的离心旋转、单个磁传感器41的温度特性变化、以及单个磁传感器41的轴向敏感度变化对单个磁传感器41的感测结果的影响。因此，可以增加扭矩传感器装置3的感测精度。
接下来，将参照图3A至图4B对扭矩传感器装置3的运转进行描述。图3A和图3B示出了磁轭32的爪32a与多极磁体14的N极分别径向相对的状态。图4A和图4B示出了磁轭32的爪32a与多极磁体14的S极分别径向相对的另一种状态。
在图3A和图4A中，从图1中的顶侧沿轴向方向观察轭单元30和多极磁体14，并且传感器单元40被视作沿着磁通量集流环701截取的截面图。此外，在轭单元30中，爪32a由虚线表不，而爪31a为间明起见没有绘出。
在转向扭矩未施加在输入轴11与输出轴12之间从而扭力杆13中没有产生扭转位移(扭转扭曲)的中性状态下，磁轭31、32保持在中间状态，该中间状态在周向方向上位于图3A和图3B的状态与图4A和图4B的状态之间的对中位置。即，磁轭32的每个爪32a的周向方向上的中心与多极磁体14的对应的N极和对应的S极之间的边界在周向方向上一致。此外,这时,磁轭31的每个爪31的周向方向上的中心与多极磁体14的对应的N极和对应的S极之间的边界在周向方向上一致。
在这种状态下，在多极磁体14处从每个对应的N极流向对应的S极的相同数量的磁力线在磁轭31的爪31a处和在磁轭32的爪32a处输入和输出。因此,在磁轭31的内部和磁轭32的内部产生闭环磁力线。因此，磁通量不会泄漏到磁轭31与磁轭32之间的间隙中，从而通过磁传感器41感测的磁通量密度为零。
当转向扭矩施加在输入轴11与输出轴12之间从而在扭力杆13中产生扭转位移(扭转扭曲)时，固定到输入轴11的多极磁体14与固定到输出轴12的磁轭31、32之间的相对位置沿周向方向产生变化。因此，如图3A和图3B或者图4A和图4B所示，每个爪31a、32a的周向方向上的中心从对应的N极和对应的S极之间的边界沿周向方向移位。因此,在磁轭31和磁轭32中，极性相反的磁力线增加了。
在图3A中示出的位置，磁轭32中的N极磁力线增加，而磁轭31中的S极磁力线增加。因此，当磁轭32与下磁通量集流环701的主体部721之间的磁通量耦合以及上磁通量集流环701的主体部721与磁轭31之间的磁通量耦合时，产生了在图3B中自下而上穿过磁传感器41的磁通量密度Φ I。
在图4A和图4B中示出的位置，磁轭32中的S极磁力线增加，而磁轭31中的N极磁力线增加。因此,产生了在图4B中自上而下穿过磁传感器41的磁通量密度Φ2。
如上所述，穿过磁传感器41的磁通量密度与扭力杆13的扭转位移(扭转扭曲)量大致成比例，并且磁通量的极性响应于扭力杆13的扭转方向而颠倒。磁传感器41感测该磁通量密度并且将所感测的磁通量密度输出为电压信号。因此，扭矩传感器装置3能够感测输入轴11与输出轴12之间的转向扭矩。
接下来，将对照比较例描述本实施方式的扭矩传感器3的优点。
(I)将针对本实施方式的磁通量集流环和比较例的磁通量集流环描述从磁通量收集部泄漏的泄漏磁通量。此处，图6A示出了本实施方式的磁通量集流环。图6B示出了与JP2007-263871A (US2007/0240521A1)的磁通量集流环类似的磁通量集流环。图6C示出了与JP2006-38767A (US2006/0021451A1)的磁通量集流环类似的磁通量集流环。
在图6B示出的比较例的磁通量集流环781中，两个磁通量收集部791从主体部721沿径向向外延伸。磁传感器41安装到每个磁通量收集部791，并且每个磁通量收集部791的宽度(图6B中的从左到右的宽度)恒定。此外，在磁通量收集部791之间形成间隙Sp。
通过该结构，由磁通量集流环781收集的磁通量Φ的一部分释放到间隙Sp中，形成没有被磁传感器41感测到的泄漏磁通量。此外，磁通量还将从主体部721与磁传感器41之间的连接部泄漏。磁通量泄漏的区域将称为泄漏区域LZ并且在图6B中用虚线表示。从泄漏区域LZ泄漏的磁通量没有施加到磁传感器41。因此，能够被磁传感器41有效感测的磁通量的量减少了。
在图6C示出的比较例的磁通量集流环782中，在第二方向上具有相对较大宽度的单个磁通量收集部792从主体部721沿径向向外延伸。两个磁传感器41彼此邻近地放置在磁通量收集部792上，并且磁通量收集部792的宽度沿着其在第一方向上的突出长度大致恒定。
通过该结构，可以减少在图6B的情况下出现的磁通量向磁通量收集部之间的间隙的泄漏。然而，连接在主体部721与磁传感器41之间的连接部的宽度与磁通量Φ的通路的宽度相比过大。因此，从连接部泄漏的泄漏磁通量的量增加。
与图6B和图6C中的比较例不同，在图6A的磁通量集流环701中，如参照图5A在上面所描述的，在第二方向上测得的磁通量收集部731的连接部74的宽度Wc小于在第二方向上测得的磁通量收集部731的安装部751的宽度We。因此，磁通量Φ通过具有相对较小宽度的连接部74从主体部721导向磁传感器41。
因此，泄漏区域LZ的表面积被最小化，并且因此来自磁通量收集部731的泄漏磁通量的量能够被最小化。因此，从磁轭31、32收集到磁通量集流环701的磁通量能够通过磁传感器41有效地感测。因此，能够增加通过磁传感器41感测的磁通量密度。
(2)本实施方式的磁通量集流环701如下构造。具体地,每个磁通量集流环701的连接部74相对于主体部721弯曲，使得磁通量集流环701的在轴向方向上彼此相对的安装部751之间的轴向距离与主体部721之间的轴向距离相比减小了。以此方式，在轴向方向上彼此相对的安装部751之间的磁阻减小，从而能够提高磁传感器41的灵敏度。
在本实施方式中，磁传感器41沿第二方向依次设置在安装部751上。以此方式，从主体部721到其中一个磁传感器41的磁性感应装置41a的距离和从主体部721到另一个磁传感器41的磁性感应装置41a的距离彼此大致相等。因此，可以限制或最小化两个磁传感器41之间的感测结果的变化。
(4)在本实施方式的每个磁通量集流环701中，磁通量收集部731从主体部721沿第一方向——即，主体部721的曲线(弓形曲线)的法线方向——延伸。因此，磁通量集流环701对称地形成，使得磁通量能够以良好的平衡传导通过磁通量集流环701。
接下来，将参照图7A至图12C对本公开的第一实施方式的改型以及第二实施方式至第十二实施方式进行描述。在以下的第一实施方式的改型以及第二实施方式至第十二实施方式中，每个磁通量集流环的磁通量收集部的形状、磁传感器的数量、以及/或者磁传感器的布置与第一实施方式相比将有所改变。在接下来的讨论中，与第一实施方式中的部件类似的部件将以相同的附图标记来表示，并且不再赘述。
(第一实施方式的改型)
如图7A所示，在第一实施方式的改型中，两个磁传感器41中的每个均没有整个地放置在磁通量集流环700的磁通量收集部730的安装部750上。具体地，磁传感器41的外周边缘区域的一部分从磁通量收集部730的安装部750的外周边缘向外突出。然而，磁传感器41的磁感应装置41a整个地放置在磁通量收集部730的安装部750之内。如上所述，仅需要将磁感应装置41a整个地放置在安装部750之内。对于以下实施方式中的每个亦是如此。
(第二实施方式)
如图7B所示，在第二实施方式的每个磁通量集流环(也称为磁通量收集弧)702中，主体部722构造成半圆形形状(至少局部为弓形弯曲的形状)。第二实施方式的磁通量收集部731的结构与第一实施方式的结构大致相同。
通过第二实施方式的上述结构，磁传感器41安装到磁通量集流环702的传感器单元40 (见图3A至图4B)能够沿径向方向安装到扭矩传感器装置3。因此能够使传感器单元40的组装变得容易。
此外，磁通量集流环702轴向地放置在轭单元30 (见图3A至图4B)的磁轭31、32的环形部之间，使得每个磁通量集流环702的内周边缘722a位于轭单元30的外周边缘30a的径向内侧。因此，每个磁通量集流环702的构造成半圆形形状的主体部722与磁轭31、32中的对应一个的环形部轴向相对，使得磁通量穿过磁轭31、32中的对应一个通过磁轭31、32中的该对应一个与磁通量集流环702之间沿轴向方向相对较宽的重叠区域传导到磁通量集流环702。
(第三实施方式)
如图8A所示，在第三实施方式的每个磁通量集流环703中，磁通量收集部733的连接部74从安装部753的中心在第二方向上移位。同样在此实施方式中，连接部74和安装部753不必关于公轴线(公用线)对称设置。即使在第三实施方式中，在第二方向上测得的连接部74的宽度Wc也仍小于在第二方向上测得的安装部753的宽度We。
(第四实施方式)
如图SB所示，在第四实施方式的每个磁通量集流环704中，连接部74设置在安装部754的在第二方向上彼此相对的两端中的每个处。此处，假定在第三实施方式中在第二方向上测得的图8A中的单个连接部74的宽度Wc是在第四实施方式中在第二方向上测得的图8B中的两个连接部74中每一个的宽度Wc'的两倍。因此，在第四实施方式中，在第二方向上测得的各连接部74的宽度Wc'(以及两个连接部74的宽度Wc'之和)小于在第二方向上测得的安装部754的宽度We。因此，与第一实施方式类似，可以减小磁通量从连接部74的泄漏。
(第五实施方式)
如图SC所示，在第五实施方式的每个磁通量集流环705中，两个磁传感器41沿第一方向依次设置在磁通量收集部735的安装部755上。具体地，两个磁传感器41的磁感应装置41a沿第一方向依次设置。即使在该实施方式中，在第二方向上测得的连接部74的宽度Wc也仍小于在第二方向上测得的安装部755的宽度We。
如上面所讨论的，将磁传感器41的磁感应装置41a沿第二方向依次设置不是绝对必要的，并且这些磁感应装置41a可以沿任何其他适合的方向依次设置。具体地，例如，磁感应装置41a可以沿相对于第一方向例如朝向第二方向或远离第二方向倾斜的倾斜方向依次设置。
(第六实施方式)
如图9A所示，在第六实施方式的每个磁通量集流环706中，磁传感器41的数量由二增加到三。这三个磁传感器41沿第二方向依次设置在磁通量收集部736的安装部756上。
这三个磁传感器41可以如下使用。具体地，与例如JP2008-232728A的技术类似，磁传感器41中的第一个可以用于感测作用到——即，施加在——输入轴11与输出轴12之间的扭矩。磁传感器41中的第二个可以用于失效判定目的。磁传感器41中的第三个可以用作辅助磁传感器。在磁传感器41中的用于扭矩感测目的的第一个的输出与磁传感器41中的用于失效判定目的的第二个的输出相同的情况下，判定磁传感器41中的用于扭矩感测目的的第一个的输出是正常的。在磁传感器41中的用于扭矩感测目的的第一个的输出与磁传感器41中的用于失效判定目的的第二个的输出不同，并且磁传感器41中的用于失效判定目的的第二个的输出与磁传感器41中的用作辅助传感器的第三个的输出相同的另一情况下，判定磁传感器41中的用于扭矩感测目的的第一个失效。因此，在这种情况下，磁传感器41中的用作辅助传感器的第三个的输出现在用于控制操作中以替代磁传感器41中的最初用于扭矩感测目的的第一个。
在第六实施方式中，这三个磁传感器41相对于连接部74对称地设置。因此，从主体部721到磁传感器41中的第一个的距离、从主体部721到磁传感器41中的第二个的距离以及从主体部721到磁传感器41中的第三个的距离可以尽可能的彼此接近，从而限制或最小化了这三个磁传感器41中的感应变化。
(第七实施方式)
如图9B所示，在第七实施方式的每个磁通量集流环707中，所述三个磁传感器41安装在磁通量收集部737的安装部757上，使得所述三个磁传感器41中的两个沿第一方向放置在连接部74侧，并且所述三个磁传感器41中剩下的一个沿第一方向放置在与连接部74相对的另一侧。安装部757构造成所有三个磁传感器41都可以完全放置在其中的四边形形状(更具体地，在该实施方式中是正方形形状)。安装部757中的没有安装所述三个磁传感器41中的任何一个的空的区域形成泄漏区域LZ。
(第八实施方式)
如图9C所示，在第八实施方式的每个磁通量集流环708中，所述三个磁传感器41安装在磁通量收集部738的安装部758上，使得所述三个磁传感器41中的两个沿第一方向放置在连接部74侧，所述三个磁传感器41中的剩下的一个沿第一方向放置在与连接部74相对的另一侧。安装部758构造成沿着所述三个磁传感器41的对应的外边缘延伸的T形形状(阶梯状形状)。以此方式，与第七实施方式相比，泄漏区域LZ能够被最小化。
(第九实施方式)
如图1OA所示,在第九实施方式的每个磁通量集流环709中，设置有两个磁通量收集部739。磁通量收集部739从主体部721径向向外突出。所述两个磁通量收集部739中的每个均具有其上安装有所述两个磁传感器41中的对应一个的安装部759。这两个磁通量收集部739中的一个的延伸方向Xl相对于这两个磁通量收集部739中的另一个的延伸方向X2在周向方向上移位，并且这 两个磁通量收集部739中的每个的延伸方向(第一方向)X1、X2是旋转轴线O的对应的径向方向，其与主体部721的曲线(弓形曲线)的法线方向一致。在每个磁通量收集部739中，在第二方向上测得的连接部74的宽度Wc小于在第二方向上测得的安装部759的宽度We。
即使在安装到每个安装部759的磁传感器41的数量为一的该情况下，磁通量泄漏仍能够像上面所讨论的其它实施方式中那样被有利地较小或限制。
(第十实施方式)
如图1OB所示，在第十实施方式的每个磁通量集流环710中，尽管磁通量收集部731的结构与第一实施方式中的结构大致相同，但磁通量收集部731的延伸线X的方向(第一方向)从与主体部721的曲线(弓形曲线)的法线方向一致的旋转轴线O的径向方向偏离。即使在该实施方式中，在第二方向上测得的连接部74的宽度Wc仍小于在第二方向上测得的安装部751的宽度We。
(第^^一实施方式和第十二实施方式)
在第一实施方式至第十实施方式以及第一实施方式的改型的每一个中的所述两个磁通量集流环700-710的每个中，磁通量收集部730、731、733-739从主体部721、722平行于虚平面V延伸。因此，所述两个磁通量集流环700-710的磁通量收集部730、731、733-739在轴向上彼此相对(例如见图5B)。替代性地，磁通量收集部730、731、733_739可以不与虚平面V平行。换言之，磁通量收集部730、731、733-739中的每个均可以沿例如相对于虚平面V的倾斜方向或垂直方向延伸，使得磁通量收集部730、731、733-739可以在除轴向方向以外的其他方向上彼此相对。
例如，在图1lA中所示的第^^一实施方式的两个磁通量集流环711、712中，磁通量收集部761、762分别从主体部721沿轴向方向朝向彼此延伸。此外，每个磁传感器41的安装表面均沿图1lA中的自顶至底的方向(即，与旋转轴线O平行的方向)延伸。
安装部751的结构与第一实施方式中的结构类似，并且所述两个磁传感器41沿第二方向依次设置。此外，在第二方向上测得的连接部741的宽度小于在第二方向上测得的安装部751的宽度。
位于图1lA中的上侧的上磁通量集流环711的磁通量收集部761构造成使得连接部741弯曲成曲柄形状，以将连接部741放置在磁传感器41的径向外侧。位于图1lA中的下侧的下磁通量集流环712的磁通量收集部762构造成使得连接部742沿轴向方向线性延伸，以将连接部742放置在磁传感器41的径向内侧。以此方式，磁通量集流环711的磁通量收集部761以及磁通量集流环712的磁通量收集部762在与旋转轴线O垂直的径向方向上彼此相对。
替代性地，在图1lB中示出的第十二实施方式的两个磁通量集流环713、714中，磁通量收集部763、764最初分别从主体部721沿轴向方向远离彼此延伸，之后沿轴向方向反向地转向(U形转弯)以朝向彼此延伸。此外，每个磁传感器41的安装表面均沿图1lB中的自顶至底的方向(即，与旋转轴线O平行的方向)延伸。扭矩传感器装置的其它剩余结构——更具体地是磁通量集流环713、714以及磁传感器41——与第十一实施方式中的结构相同。
位于图1lB中的上侧的上磁通量集流环713的磁通量收集部763构造成使得连接部743在沿径向方向相对远离主体部721的远位置处反向地转向(U形转弯)以朝向轴向方向的下侧，使得安装部751放置在磁传感器41的径向外侧。位于图1lB中的下侧的下磁通量集流环714的磁通量收集部764构造成使得连接部744在沿径向方向相对靠近主体部721的近位置处反向地 转向(U形转弯)以朝向轴向方向的上侧，使得安装部751放置在磁传感器41的径向内侧。以此方式，磁通量集流环713的磁通量收集部763以及磁通量集流环714的磁通量收集部764在径向方向上彼此相对。
在第^^一实施方式和第十二实施方式中，除了连接部742之外，连接部741、743、744的长度被延长，使得磁通量的泄漏与上面的实施方式相比可能会更容易发生。然而，在每个磁通量收集部761-764中，在第二方向上测得的连接部741-744的宽度小于在第二方向上测得的安装部751的宽度。因此，磁通量的泄漏能够被限制到最小量。
此外，在第i^一实施方式和第十二实施方式中，磁通量收集部761-764的距离旋转轴线O的最大半径(最大径向尺寸)与第一实施方式至第十实施方式相比能够被减小。特别地，在第十一实施方式中，最大半径(最大径向尺寸)Dl能够被最小化。相比之下，在第十二实施方式中，尽管磁通量收集部763的最大半径(最大径向尺寸)D2大于第十一实施方式的磁通量收集部761的最大半径(最大径向尺寸)D1，但第十二实施方式的主体部721的轴向外表面之间的轴向距离H2与第i^一实施方式的主体部721的轴向外表面之间的轴向距离Hl相比能够被减小。因此，理想的是根据本公开所应用到的扭矩传感器装置的可用安装空间来选择所述实施方式中的合适的一个。此外，在第十一实施方式和第十二实施方式中，在径向方向上测得的安装部751的径向相对的内表面之间的距离小于在轴向方向上测得的主体部721的轴向相对的内表面之间的距离。
(其它实施方式)
图12A至图12C示出了安装部的形状的改型。这些改型的安装部构造成具有圆化的角部(弯曲的角部，即，倒角)的多边形形状或构造成弯曲形状。具体地，图12A示出了安装部765，安装部765为平面的并且构造成具有圆化的角部76r的四边形形状。即，安装部765的每个角部76r都是弯曲的。图12B示出了安装部766，安装部766为平面的并且构造成具有圆化的角部76r的三角形形状。图12C示出了安装部767，安装部767构造成圆形形状(弓形形状)。即，安装部767具有沿着安装部767的整个圆周方向范围(除了安装部767的连接到——即，结合到——连接部74的连接部分之外)具有弯曲的外周边缘。
磁通量容易在尖的或成锐角的边缘部分处泄漏，但却不容易在弯曲部分处泄漏。因此，当安装部改型为具有在这些改型中讨论的形状时，能够减小磁通量的泄漏量。
在以上实施方式中，多极磁体14固定到输入轴11，并且两个磁轭31、32固定到输出轴12。替代性地，多极磁体14可以固定到输出轴12，并且两个磁轭31、32可以固定到输入轴11。进一步替代性地，多极磁体14可以固定到扭力杆13的一个端部部分13a，并且两个磁轭31、32可以固定到扭力杆13的另一端部部分13b。
如上所讨论的，本公开不限于以上实施方式及其变型。即，在不背离本公开的精神和范围的前提下可以以各种方式改进以上实施方式及其变型。例如，本公开的扭矩传感器装置的应用不限于电动转向单元，而是可以应用到感测轴扭矩的各种其它装置。
权利要求
1.一种扭矩传感器装置，包括: 第一轴(11)和第二轴(12)； 扭力杆(13)，所述扭力杆(13)具有第一端部部分(13a)和第二端部部分(13b)，其中，所述第一端部部分(13a)和所述第二端部部分(13b)分别固定到所述第一轴(11)和所述第二轴(12)以同轴地连接在所述第一轴(11)和所述第二轴(12)之间，并且当在所述第一轴(11)和所述第二轴(12)之间施加扭矩时，所述扭力杆(13)是可扭转变形的； 多极磁体(14)，所述多极磁体(14)固定到所述第一轴(11)以及所述扭力杆(13)的所述第一端部部分(13a)中的一个上； 第一磁轭(31)和第二磁轭(32)，所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)位于所述多极磁体(14)的径向外侧并且固定到所述第二轴(12)以及所述扭力杆(13)的所述第二端部部分(13b)中的一个上，其中，所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)在所述扭力杆(13)的轴向方向上彼此相对，使得在所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)之间沿所述轴向方向设置有间隙，并且所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)在由所述多极磁体(14)产生的磁场中形成磁路； 第一磁通量收集体和第二磁通量收集体，所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体与所述第一磁轭(31)和 所述第二磁轭(32)分开地形成，其中，所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个均包括: 主体部(721-722)，所述主体部(721-722)邻近所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)中的对应一个放置；以及 磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)，所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)从所述主体部(721-722)径向向外突出并且通过所述主体部(721-722)与所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)中的对应一个磁耦合以在所述第一磁轭(31)和所述第二磁轭(32)中的所述对应一个与所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之间传导磁通量；以及 磁传感器(41)，所述磁传感器(41)保持在所述第一磁通量收集体的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)与所述第二磁通量收集体的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之间并且包括磁感应装置(41a)，所述磁感应装置(41a)感测在所述第一磁通量收集体的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764 )与所述第二磁通量收集体的所述磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之间产生的磁场的强度，其中: 所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个的所述磁通量收集部(730、·731、733-739、761-764)包括: 安装部(750、751、753-759)，所述磁传感器(41)安装到所述安装部(750、751、·753-759);以及 连接部(74、741-744)，所述连接部(74、741-744)从所述磁通量收集体的所述主体部(721-722)在与所述扭力杆(13)的轴线垂直的虚平面(V)中沿第一方向延伸以结合在所述主体部(721-722)与所述安装部(750、751、753-759)之间；并且 所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个的所述连接部(74、·741-744)和所述安装部(750、751、753-759)构造成使得在所述虚平面(V)中沿与所述第一方向垂直的第二方向测得的所述连接部(74、741-744)的宽度(Wc)小于沿所述第二方向测得的所述安装部(750、751、753-759)的宽度(We)。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器装置，其中，所述第一磁通量收集体的所述连接部(74、741-744)和所述第二磁通量收集体的所述连接部(74、741-744)弯曲以将所述第一磁通量收集体的所述安装部(750、751、753-759)和所述第二磁通量收集体的所述安装部(750、751、753-759)放置成使得所述第一磁通量收集体的所述安装部(750、751、753-759)与所述第二磁通量收集体的所述安装部(750、751、753-759)之间的距离小于所述第一磁通量收集体的所述主体部(721-722)与所述第二磁通量收集体的所述主体部(721-722)之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器装置，其中: 所述磁传感器(41)为彼此大致相同的多个磁传感器(41)中的一个；并且 所述多个磁传感器(41)的所述磁感应装置(41a)在所述第一磁通量收集体的所述安装部(750、751、753-759)与所述第二磁通量收集体的所述安装部(750、751、753_759)之间的位置处沿所述第二方向依次放置。
4.根据权利要求1所述的扭矩传感器装置，其中，所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个的所述安装部(750、751、753-759)是大致平面的并且构造成以下形状中的一种: 多边形形状，所述多边形形状中的每个角部是弯曲的；以及 弯曲形状，所述弯曲形状沿着所述弯曲形状的除了所述弯曲形状与所述连接部(74、741-744)连接的连接部分之外的沿整个圆周方向范围具有弯曲的外周边缘。
5.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器装置，其中: 所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个的所述主体部(721-722)的至少一部分是弓形弯曲的 ； 所述第一方向是所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个的所述主体部(721-722)的曲线的法线方向；并且 所述第二方向是所述第一磁通量收集体和所述第二磁通量收集体中的每个的所述主体部(721-722)的所述曲线的切线方向。
6.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器装置，其中: 所述扭矩传感器装置用于车辆的电动转向单元(5)； 所述第一轴(11)和所述第二轴(12)中的一个是连接到所述车辆的方向盘(93)的输入轴；并且 所述第一轴(11)和所述第二轴(12)中的另一个是连接到所述车辆的驱动轮(98)的输出轴。
全文摘要
本发明涉及一种扭矩传感器装置，在该装置中，扭力杆(13)具有分别固定到输入轴(11)和输出轴(12)以同轴地连接在输入轴(11)与输出轴(12)之间的第一端部部分(13a)和第二端部部分(13b)。多极磁体(14)固定到输入轴。第一磁轭(31)和第二磁轭(32)固定到输出轴。磁传感器(41)保持在分别磁耦合到第一和第二磁轭的第一和第二磁通量集流环的磁通量收集部(730、731、733-739、761-764)之间。在每个磁通量收集部中，连接部(74、741-744)和安装部(750、751、753-759)构造成使得连接部的宽度(Wc)小于安装部的宽度(We)。
文档编号B62D6/10GK103162886SQ20121051371
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月4日 优先权日2011年12月16日
发明者高桥良树, 深谷繁利, 下村修 申请人:株式会社电装