專利名稱：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兼具轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)位傳感器(index sensor)的功能的小型的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器。
背景技術(shù)：
車輛的電動動力轉(zhuǎn)向裝置具有駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作的轉(zhuǎn)向盤；依靠轉(zhuǎn)向盤而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的輸入軸；依靠輸入軸的旋轉(zhuǎn)而被施加轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩)的連接軸(扭桿)；依靠施加在連接軸上的轉(zhuǎn)矩而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的輸出軸；對施加在連接軸的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)矩傳感器；以及根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測出的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩而被驅(qū)動的操作輔助用電動機(jī)。通過向與輸出軸連接的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)傳遞操作輔助用電動機(jī)的驅(qū)動力，對駕駛員的轉(zhuǎn)向操作進(jìn)行輔助。另外，在電動動力轉(zhuǎn)向裝置中，對轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測的同時，還可以通過轉(zhuǎn)向角傳感器對伴隨轉(zhuǎn)向操作而發(fā)生變化的轉(zhuǎn)向用車輪方向(轉(zhuǎn)向角)進(jìn)行檢測。在日本特開2007_26擬81中記載了將轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)向角傳感器做成一體型的技術(shù)。在日本特開2007-26擬81中，關(guān)于轉(zhuǎn)矩傳感器，記載了下述內(nèi)容，即具有圓筒磁鐵， 其被設(shè)置在輸入軸，且由N極及S極在周向上交替地并列設(shè)置的多極磁鐵構(gòu)成；一對具有磁性材料特性的軛環(huán)(yoke ring)，設(shè)置在輸出軸上且被配置在圓筒磁鐵的磁場內(nèi)而形成磁路；一對具有磁性材料特性的集磁環(huán)，其與軛環(huán)進(jìn)行磁耦合而引導(dǎo)來自軛環(huán)的磁力線，從而使磁力線聚集；以及磁檢測元件(磁傳感器)，其對集磁環(huán)所引導(dǎo)的磁力線進(jìn)行檢測，并基于磁檢測元件的輸出，檢測出施加在連接軸的轉(zhuǎn)矩。另外，關(guān)于轉(zhuǎn)向角傳感器，記載了下述內(nèi)容，即，具有一對齒輪，與輸出軸的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動地繞與輸出軸平行的兩個軸上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且齒數(shù)互不相同；以及多個磁檢測元件，對各個齒輪的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測；并基于通過各磁檢測元件檢測出的各個旋轉(zhuǎn)角度的組合，進(jìn)行轉(zhuǎn)向角的檢測。將日本特開2007-26擬81中記載的轉(zhuǎn)向角傳感器稱之為機(jī)械式轉(zhuǎn)向角傳感器。除了如同日本特開2007_26擬81中的機(jī)械式轉(zhuǎn)向角傳感器之外，作為其它方式， 存在一種轉(zhuǎn)位(index)式轉(zhuǎn)向角傳感器，其對輸出軸的旋轉(zhuǎn)位置設(shè)定基準(zhǔn)位置，通過檢測 (轉(zhuǎn)位檢測)輸出軸是否位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置，從而檢測出輸出軸的轉(zhuǎn)速并用于轉(zhuǎn)向角的檢測。例如，在電動動力轉(zhuǎn)向裝置中，具有操作輔助用電動機(jī)，雖然可以根據(jù)操作輔助用電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角得到輸出軸的相對角度，但在使用了轉(zhuǎn)位式轉(zhuǎn)向角傳感器的情況下，可以基于輸出軸的相對角度(從該操作輔助用電動機(jī)得到)和輸出軸的轉(zhuǎn)速(通過檢測輸出軸是否位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置而檢測出)，得到輸出軸的絕對角，由此進(jìn)行轉(zhuǎn)向角的檢測。本發(fā)明的發(fā)明人，著眼于轉(zhuǎn)位式轉(zhuǎn)向角傳感器的技術(shù)，想到了在電動動力轉(zhuǎn)向裝置上一并設(shè)置轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)位式轉(zhuǎn)向角傳感器用轉(zhuǎn)位傳感器。但是，單單將轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)位傳感器一并設(shè)置的方法，只不過是將兩個傳感器并列設(shè)置而已，存在不僅部件數(shù)增加，還無法小型化的問題
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，使其能夠兼具轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)位傳感器的功能，并且有助于部件數(shù)的縮減以及小型化。本發(fā)明的第一實(shí)施方式為一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其具有轉(zhuǎn)矩檢測部，其通過磁檢測方向相反地配置的一對磁檢測元件，對連接軸所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測，該連接軸將因轉(zhuǎn)向操作而旋轉(zhuǎn)的第一軸與第二軸進(jìn)行連接；以及旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部，其通過所述轉(zhuǎn)矩檢測部的所述一對磁檢測元件，對所述連接軸的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置進(jìn)行檢測；其中，所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部具有一對磁鐵，以同極性的磁極對置的方式設(shè)置在所述第二軸的周向上；第一磁性元件，其位于所述一對磁鐵與所述一對磁檢測元件之間，且設(shè)置成與所述第二軸一體旋轉(zhuǎn)，用于在所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置上形成所述一對磁鐵的磁力線用磁路；及第二磁性元件，其設(shè)置在所述一對磁檢測元件之間，用于使來自所述第一磁性元件的磁力線均勻地流經(jīng)所述一對磁檢測元件。優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)矩檢測部具有轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵，設(shè)置在所述第一軸上，且為N極與S 極在周向上以規(guī)定的間距交替配置的圓筒狀的磁鐵；上下一對磁軛，設(shè)置在所述第二軸上， 并且以覆蓋所述轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵的周圍的方式進(jìn)行設(shè)置，對應(yīng)所述連接軸的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)入來自轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵的磁力線；上下一對集磁環(huán)，隔著間隔而固定設(shè)置在所述上下一對磁軛的外周上，并且導(dǎo)入來自上下一對磁軛的磁力線；以及上下一對鄰接部，以夾持一對磁檢測元件的方式設(shè)置，從而將導(dǎo)入到所述上下一對集磁環(huán)的磁力線分別聚磁到所述一對磁檢測元件內(nèi)；其中，所述一對磁檢測元件并列地配置在所述上下一對集磁環(huán)之間的外周周向上。優(yōu)選，所述第二磁性元件包括縱向延伸部，其設(shè)置在所述一對磁檢測元件的中間，導(dǎo)入來自所述第一磁性元件的磁力線；第一橫向延伸部，其在所述縱向延伸部的一個端部，沿著一個集磁環(huán)而延伸到所述磁檢測元件上；以及第二橫向延伸部，形成為朝向兩個所述磁檢測元件并與所述第一橫向延伸部平行。優(yōu)選，在對置的所述一對磁鐵之間，配置用于將磁力線引導(dǎo)到所述第一磁性元件的磁鐵間磁性元件。根據(jù)本實(shí)施方式，由于使用共用的部件而兼具轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)位傳感器的功能， 因此可以提供一種部件數(shù)少且小型的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器。


下文將參考

本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記代表相似的元件，其中，圖1為顯示本發(fā)明一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的側(cè)視圖。圖2為圖1的主視圖。圖3為圖1的立體圖。圖4A為本發(fā)明一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器的轉(zhuǎn)矩檢測部的分解說明圖。圖4B為圖4A的局部放大圖。圖5A、圖5B為用于說明根據(jù)圖4A中的轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵與檢測軛(yoke)的旋轉(zhuǎn)位置偏移而發(fā)生的磁通量變化的示意圖。圖6為在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中用于對轉(zhuǎn)矩檢測所涉及的磁通量進(jìn)行說明的磁檢測元件附近的放大側(cè)視圖。
圖7為顯示在本發(fā)明一實(shí)施方式中連接軸所受的轉(zhuǎn)矩與磁檢測元件的輸出的相互關(guān)系的轉(zhuǎn)矩-磁檢測輸出特性圖。圖8為顯示本發(fā)明一實(shí)施方式涉及的從第二磁性元件向磁檢測元件的磁力線流的圖。圖9為顯示圖8的第二磁性元件的尺寸的一個例子的圖。圖10為顯示旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一圈的過程中的磁檢測元件的輸出電壓(電壓比)的變化的圖。圖11為顯示將圖2的磁鐵的方向進(jìn)行了變更的變形例的圖。圖12為顯示在圖2的磁鐵之間設(shè)置了磁性元件的變形例的圖。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明一實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1為涉及本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的側(cè)視圖，圖2為圖1 的主視圖，圖3為其立體圖。另外，圖4是轉(zhuǎn)矩檢測部的分解說明圖。此外，在圖2 4中， 省略了后述的旋轉(zhuǎn)軸以及樹脂。如圖1 4所示，本發(fā)明的一個實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1具有轉(zhuǎn)矩檢測部 4，其通過磁檢測方向相反地配置的一對磁檢測元件3a、3b，對連接軸(Torsion bar) 2所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測，其中，連接軸2將通過轉(zhuǎn)向操作而旋轉(zhuǎn)的輸入軸(第一軸)50a和輸出軸 (第二軸)50b進(jìn)行連接；以及旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5，其通過轉(zhuǎn)矩檢測部4的一對磁檢測元件3a、3b，對連接軸2的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置進(jìn)行檢測，其中，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5具有一對磁鐵6，以同極性的磁極對置的方式設(shè)置在輸出軸50b的周向上；第一磁性元件7，其位于一對磁鐵6與一對磁檢測元件3a、!3b之間，且設(shè)置成與連接軸2 —體旋轉(zhuǎn)，用于在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置上形成一對磁鐵6的磁路；以及第二磁性元件8，其設(shè)置在一對磁檢測元件3a、!3b之間，用于使來自第一磁性元件7的磁力線均勻地流經(jīng)一對磁檢測元件3a、3b。由輸入軸50a、輸出軸50b以及連接軸2構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軸50。如圖1 4所示，轉(zhuǎn)矩檢測部4具有轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41，其安裝在輸入軸上；上下一對檢測軛42a、42b，安裝在輸出軸上并以覆蓋的方式將轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的周圍非接觸地進(jìn)行包圍；上下一對集磁環(huán)9a、9b，以隔開間隔的方式非接觸地包圍各個檢測軛42a、42b 的外周；以及上下一對接近部10a、10b，分別安裝在各集磁環(huán)9a、9b的外周上，分別夾持設(shè)置在集磁環(huán)9a、9b之間的外周上的磁檢測元件3a、3b。磁檢測元件3a、!3b的前端部朝向集磁環(huán)9a、9b的半徑方向外側(cè)。磁檢測元件3a、!3b形成為彼此接近。集磁環(huán)9a、9b、鄰接部10a、 IOb以及磁檢測元件3a、北通過用樹脂來模鑄而一體地組裝成子組件(subassembly) 11。轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41是多個N極和S極在周向上以規(guī)定的間距交替配置而成的圓筒狀磁鐵。轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41與輸入軸同軸，且與輸入軸一體旋轉(zhuǎn)。此外，在圖1 3中， 省略了轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41。檢測軛42a、42b是與轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41相隔適當(dāng)?shù)莫M窄間隙而非接觸地包圍轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的外周的圓環(huán)，在所述檢測軛42a、42b的圓環(huán)上以與轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41 的同極性磁極的配置間距相同的間距形成有多個爪43a、43b。其中，爪43a形成在檢測軛 4 上，爪4 形成在檢測軛4 上。各個檢測軛42a、42b配置在軸向上的互不相同的位置
6上。檢測軛42a、42b與輸出軸同軸，且與輸出軸一體旋轉(zhuǎn)。檢測軛42a、42b以將兩個等邊三角形形狀的爪43a、4!3b在周向上相互各錯開半個間距(轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的同磁性磁極的配置間距的一半)而的方式與輸出軸同軸地進(jìn)行安裝。檢測軛42a、42b用于根據(jù)連接軸2的扭轉(zhuǎn)變形，對來自轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的磁力線以不同的分布進(jìn)行導(dǎo)入(參照圖5)。一對磁檢測元件3a、3b的磁檢測方向被相反地設(shè)置。換句話說，如圖4B所示，一個磁檢測元件3a配置為使檢測面F (檢測部13a)與一個鄰接部IOb對置，另一個磁檢測元件3b配置為使檢測面F (檢測部13b)與另一個鄰接部IOa對置。雖然兩個磁檢測元件3a、 3b在周向上并列地配置在連接軸2的軸向的相同的位置上，但檢測面F的軸向位置不相同。 換句話說，一個檢測面F配置在比第二磁性元件8 (記載在后面)的第二橫向延伸部33的軸向的中心更靠上的位置，另一個檢測面F配置在比第二橫向延伸部33的中心更靠下的位置。利用該配置，磁檢測元件3a對沿著連接軸2向下的磁進(jìn)行檢測，磁檢測元件北對沿著連接軸2向上的磁進(jìn)行檢測。另外，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5具有用于轉(zhuǎn)位檢測的一對磁鐵6，其設(shè)置在磁檢測元件3a、!3b之間的下方，且固定在外殼(housing)上；第一磁性元件7，其隨著輸出軸50b的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；以及第二磁性元件8，其設(shè)置在轉(zhuǎn)矩檢測部4上。用于轉(zhuǎn)位檢測的一對磁鐵6設(shè)置在磁檢測元件3a、北的下方，并且，以同極性的磁極對置的方式配置在輸出軸50b的周向(與連接軸2的切線平行的方向)上。在圖2、3中， 雖然表示了使N極彼此對置的情況，但也可以使S極彼此對置。作為在一對磁鐵6中使用的磁鐵，可以使用兩個相同的磁鐵。第一磁性元件7位于一對磁鐵6與一對磁檢測元件3a、北之間，并被設(shè)置成與輸出軸50b —體旋轉(zhuǎn)的同時在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置形成一對磁鐵6的磁路。第一磁性元件7由沿連接軸2的軸向延伸的棒狀體構(gòu)成。第一磁性元件7設(shè)置成在輸出軸50b旋轉(zhuǎn)一圈的期間內(nèi)， 位于一對磁鐵6與磁檢測元件3a、!3b之間的次數(shù)僅為一次(旋轉(zhuǎn)軸50位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置時)。換句話說，第一磁性元件7被設(shè)置成在連接軸2旋轉(zhuǎn)一圈的期間內(nèi)，與后面將要詳述的第二磁性元件8接近/遠(yuǎn)離的次數(shù)僅有一次(旋轉(zhuǎn)軸50位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置時)。旋轉(zhuǎn)軸50的輸出軸50b上設(shè)置有接箍(collar) 12。旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5的接箍12是安裝在輸出軸50b上的與輸出軸50b同軸的圓筒，其伴隨輸出軸50b的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。接箍12在軸向上具有適當(dāng)?shù)暮穸?。第一磁性元?與接箍12—同用樹脂14模鑄在旋轉(zhuǎn)軸50的輸出軸50b上，使得伴隨旋轉(zhuǎn)軸50的旋轉(zhuǎn)，與接箍12 —起旋轉(zhuǎn)。第二磁性元件8被配置在一對磁檢測元件3a、3b的中間，其與保持為一體的集磁環(huán)9a、9b、磁檢測元件3a、3b以及鄰接部10a、10b磁性連接。另外，這些部件不與旋轉(zhuǎn)軸50 接觸，從而不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。第二磁性元件8在一對磁檢測元件3a、3b的中間沿連接軸2的軸向上下延伸，并且，包括縱向延伸部(狹窄部)31，其設(shè)置在第一磁性元件7的旋轉(zhuǎn)軌道的上方；第一橫向延伸部(第一寬部)32，其在縱向延伸部31的上端部，沿著上部的集磁環(huán)9a 延伸到一對磁檢測元件3a、!3b之上；以及第二橫向延伸部(第二寬部)33，其在第一橫向延伸部32的下方，朝向兩個磁檢測元件并形成為與第一橫向延伸部32平行且比第一橫向延伸部32短。第二磁性元件8的縱向延伸部31和第一磁性元件7可具有大致相同的粗細(xì)。另外，第二磁性元件8的第一橫向延伸部32和第二橫向延伸部33也可以做成與縱向延伸部 31相同的粗細(xì)。優(yōu)選，第一橫向延伸部32以及第二橫向延伸部33相對于縱向延伸部31左右對稱地延伸而成。縱向延伸部31用于將來自第一磁性元件7的磁力線導(dǎo)入到第二橫向延伸部 33和第一橫向延伸部32。第二橫向延伸部33用于將該磁力線導(dǎo)入到磁檢測元件3a、3b的側(cè)面。第一橫向延伸部32是為了使來自第一磁性元件7的磁力線上下對稱(上下均勻) 地通過磁檢測元件3a、3b而設(shè)定的，其比第二橫向延伸部33長，并以覆蓋磁檢測元件3a、!3b 的上方的方式形成。如此，第二磁性元件8是為了導(dǎo)入來自第一磁性元件7的磁力線，且使其均勻地流經(jīng)磁檢測元件3a，3b而設(shè)置的。另外，為了使得磁力線易于通過磁檢測元件3a、3b，優(yōu)選使輸出軸50b位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置時的一對磁鐵6與第一磁性元件7的距離以及第一磁性元件7與第二磁性元件8的
距離盡量縮短。對轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1的動作進(jìn)行說明。首先，用圖5A、圖5B，對轉(zhuǎn)矩檢測部4的動作進(jìn)行說明。圖5A顯示未進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向操作而連接軸2未受轉(zhuǎn)矩的中立狀態(tài)。檢測軛42a、 42b的各自的爪43a、43b的前端界定轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的N極和S極的邊界。由此，檢測軛42a的爪43a與轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的N極相對的面積和其與S極相對的面積相等。同樣，檢測軛42b的爪4 與轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41的N極相對的面積和其與S極相對的面積相等。換句話說，對檢測軛42a、42b而言，經(jīng)由爪43a、4!3b從N極進(jìn)入的磁力線、與向S極放出的磁力線皆相等，因此在檢測軛42a、42b之間不產(chǎn)生磁通量。圖5B顯示進(jìn)行了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向操作而連接軸2受到轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩附加狀態(tài)。通過在連接軸2上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，安裝在輸入軸50a上的轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41與安裝在輸出軸50b 上的檢測軛4h、42b在周向上的相對位置發(fā)生變化。在檢測軛42a中，爪43a與N極對置的面積變得比與S極對置的面積大。由此，經(jīng)由爪43a從N極進(jìn)入的磁力線，變得比經(jīng)由爪 43a向S極放出的磁力線多。對于檢測軛42b而言，相反地，爪4 與N極對置的面積變得比與S極對置的面積小。由此，經(jīng)由爪4 從N極進(jìn)入的磁力線變得比經(jīng)由爪43b向S極放出的磁力線少。其結(jié)果，在檢測軛42a、42b上產(chǎn)生磁極性的差異，在檢測軛42a、42b之間產(chǎn)生磁通量。該磁通量被集磁環(huán)9a、9b所引導(dǎo)，聚集在鄰接部10a、10b上。其結(jié)果，如圖6所示，在兩個鄰接部10a、10b之間產(chǎn)生磁通量。對產(chǎn)生的磁通量的密度(磁通量密度)使用兩個磁檢測元件3a、!3b分別進(jìn)行檢測。此時，從圖5A的狀態(tài)變化為圖5B的狀態(tài)的期間中的、兩個鄰接部10a、10b之間的磁通量密度和轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵41 與檢測軛42a、42b的周向上的位置偏移量成比例，即與連接軸2的扭轉(zhuǎn)變形的大小成比例。 即，磁檢測元件3a、3b的輸出與連接軸2所受轉(zhuǎn)矩成比例。圖7表示各個磁檢測元件3a、!3b的輸出Vt相對于連接軸2所受的轉(zhuǎn)矩的變化。但是，由于第一磁性元件7離磁檢測元件3a、!3b足夠遠(yuǎn)，因此當(dāng)做不受經(jīng)過一對磁鐵6的、來自第一磁性元件7的磁力線的影響。由于磁檢測元件3a、!3b將檢測出的磁通量密度作為電壓進(jìn)行輸出，所以可以獲得與轉(zhuǎn)矩成比例的輸出Vt0將連接軸2未受轉(zhuǎn)矩的中立狀態(tài)時的輸出Vt的值設(shè)為Voff。由于兩個磁檢測元件3a、北的檢測方向相反，所以檢測出的輸出的增減方向互逆。即，當(dāng)檢測方向為基端方向(圖4的向上方向)的磁檢測元件北的輸出曲線向右上升時，檢測方向為前端方向(圖4的向下方向)的磁檢測元件3a的輸出曲線圖向右下降。如此，轉(zhuǎn)矩檢測部4可對表示轉(zhuǎn)矩的信號進(jìn)行檢測。接下來，對旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5的動作進(jìn)行說明。輸出軸50b位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置時，第一磁性元件7位于第二磁性元件8的縱向延伸部31的下方，且從用于轉(zhuǎn)位檢測的一對磁鐵6導(dǎo)入到磁檢測元件3a，3b的磁力線達(dá)到最
^^ ο這里，在圖8中，顯示了從一對磁鐵6產(chǎn)生并通過第一磁性元件7的磁力線從第二磁性元件8流向磁檢測元件3a、!3b的磁路。來自第一磁性元件7的磁力線從第二磁性元件 8的縱向延伸部31的下方流向上方，并在第二橫向延伸部33和第一橫向延伸部32中被左右均等地分流。通過第二橫向延伸部33的磁力線從磁檢測元件3a、!3b的側(cè)面被導(dǎo)入，并上下對稱地通過磁檢測元件3a、3b。對第二磁性元件8的各個尺寸(第一橫向延伸部32以及第二橫向延伸部33的長度等)進(jìn)行規(guī)定，以使磁力線上下對稱地通過磁檢測元件3a、3b。 在圖9中，顯示了第二磁性元件8的尺寸的一個例子。該情況下，例如，形成為，一對磁鐵6 分別為2 X 2 X 6mm，第一磁性元件7為1 X 1 X 8mm，第二磁性元件8的厚度為1mm。這樣的磁路形成為，即使在第一磁性元件7接近旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的狀態(tài)下也大致相同。即，在連接軸2(或者輸出軸)位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的圖1 3的狀態(tài)中，由于第一磁性元件7最接近向磁檢測元件3a、3b導(dǎo)入磁力線的第二磁性元件8，因此向磁檢測元件3a、!3b 供給的磁通量密度變?yōu)樽畲?。在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5中，來自第一磁性元件7的磁力線從磁檢測元件3a、!3b 的側(cè)面被導(dǎo)入后上下對稱地通過，因此使用磁檢測元件3a、!3b檢測出的輸出的增減變化呈相同的趨勢。如圖10所示，若將磁檢測元件3a、!3b相對于旋轉(zhuǎn)角度的輸出電壓的變化，分別用輸出電壓相對于旋轉(zhuǎn)角度180°的電壓比表示，則磁檢測元件3a、3b的輸出電壓會在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置上變成最大。如此，對于輸出軸50b的旋轉(zhuǎn)角度與磁檢測元件3a、3b的各個輸出 Vi而言，當(dāng)輸出軸50b的旋轉(zhuǎn)角度為0度時變成最大，且不管旋轉(zhuǎn)角度偏向正負(fù)哪一方都會減少。換句話說，當(dāng)輸出Vi為最大值時，或者其超過規(guī)定的閾值時，可以判斷為輸出軸50b 位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置，進(jìn)而旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5能夠檢測旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置。接下來，對同時進(jìn)行轉(zhuǎn)矩檢測和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測的動作進(jìn)行說明。本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1是利用轉(zhuǎn)矩檢測部4的磁檢測元件3a、!3b獲得旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測用的信號的傳感器。如上所述，磁通量相對于轉(zhuǎn)矩的變化由磁檢測元件3a、3b 進(jìn)行反向檢測而得。另一方面，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的磁通量的變化通過磁檢測元件3a，北進(jìn)行同向檢測而得。由此，從磁檢測元件3a、!3b的輸出差可得到表示轉(zhuǎn)矩的信號，從輸出之和可得到旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測用信號。S卩，通過在未圖示的運(yùn)算部中用兩個磁檢測元件3a、3b的輸出而進(jìn)行下式(1)以及下式O)的運(yùn)算，可以求得轉(zhuǎn)矩相關(guān)輸出Vt和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置相關(guān)輸出Vi。[數(shù)1]Vt = (Vl-V2)/2-Voff (1)Vi = (Vl+V2)/2-Voff (2)
其中，V1、V2為磁檢測元件3a、3b的輸出。將連接軸2未受轉(zhuǎn)矩的中立狀態(tài)，且輸出軸50b遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的狀態(tài)(從旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置旋轉(zhuǎn)了 180°的狀態(tài))時的輸出VI、 V2的值設(shè)為偏移(offset)值Voff。如此，通過求出兩個磁檢測元件3a、3b的輸出V1、V2之差，并從其1/2減去偏移值 Voff，得到轉(zhuǎn)矩相關(guān)輸出Vt。轉(zhuǎn)矩可通過將存儲有磁檢測元件3a、3b的輸出之差與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的存儲部(未圖示)的值、與檢測出的輸出之差進(jìn)行比較而得。另一方面，通過從兩個磁檢測元件3a、3b的輸出VI、V2之和的1/2減去偏移值 Voff，可得到旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置相關(guān)輸出Vi。旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置相關(guān)輸出Vi可以通過將適當(dāng)?shù)闹翟O(shè)為閾值，從而對連接軸2 (輸出軸)是否位于旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置進(jìn)行判斷。另外，即使因需對偏離值Voff的數(shù)值進(jìn)行變更，也不會對轉(zhuǎn)矩以及旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的信息有損。如此，可以從磁檢測元件3a、3b的輸出VI、V2導(dǎo)出轉(zhuǎn)矩相關(guān)輸出Vt與旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置相關(guān)輸出Vi，從而可對轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置進(jìn)行檢測。如同上述說明，本發(fā)明實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1通過如下部件構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5，即，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5包括一對磁鐵6，在磁檢測方向相反的一對磁檢測元件3a、!3b之間的下方，并且，以同極性磁極對置的方式設(shè)置在連接軸2的周向上；第一磁性元件7，其位于一對磁鐵6與一對磁檢測元件3a、!3b之間，且設(shè)置成與連接軸2 —體旋轉(zhuǎn)，用于在旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置形成一對磁鐵6的磁路；以及第二磁性元件8，其在一對磁檢測元件3a、3b之間，用于使來自第一磁性元件7的磁力線均等地流入一對磁檢測元件3a、3b。 由此，能夠?qū)崿F(xiàn)兼具轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)位傳感器的功能的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1。另外，根據(jù)本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1，能夠減少部件數(shù)，實(shí)現(xiàn)成本的減少。進(jìn)而，與將轉(zhuǎn)矩傳感器和轉(zhuǎn)位傳感器一并設(shè)置的情況相比，能夠有利于小型化。另外，本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器1的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部5的構(gòu)造為非接觸式，因此不同于以往的機(jī)械式轉(zhuǎn)向角傳感器，其不需要齒輪，不會產(chǎn)生元件磨損的問題。尤其，第一磁性元件7、第二磁性元件8均為簡單的構(gòu)造，由于加工容易，從而能減少制造成本。并且，進(jìn)一步，將第二磁性元件8的形狀做成由如下部件所形成的形狀，由此可使通過磁檢測元件的檢測部13a、13b的磁力線相等，且能夠?qū)Υ磐康淖兓M(jìn)行同向檢測。 即，第二磁性元件8包括縱向延伸部31，其在一對磁檢測元件3a、3b的中間，且設(shè)置在第一磁性元件7的旋轉(zhuǎn)軌道的上方；第一橫向延伸部32，其在縱向延伸部31的上端部沿著上部的集磁環(huán)9a延伸到一對磁檢測元件3a，3b的上方；以及第二橫向延伸部33，其在第一橫向延伸部32的下方，朝向兩個磁檢測元件而形成為與第一橫向延伸部32平行且比第一橫向延伸部32短。與此相對，對于基于轉(zhuǎn)矩的磁通量的變化而言，檢測出的輸出的增減方向相反，因此能夠分別檢測出基于轉(zhuǎn)矩的輸出和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置處的輸出。因此，如同圖10中所示的曲線圖中的兩條線，對旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置的檢測而言，能夠使基于一對磁檢測元件3a、3b 的輸出軸50b的旋轉(zhuǎn)的響應(yīng)相同，能夠有助于準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)角的檢測。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，將用于轉(zhuǎn)位檢測的一對的磁鐵6以同極性的磁極對置的方式設(shè)置在一條直線上(主視圖中，連接一對磁鐵6的直線設(shè)置成相對于通過一對磁檢測元件3a、!3b的中間的直線垂直)的情況進(jìn)行了說明，但并不局限于此，也可以不將一對磁鐵6設(shè)置在一條直線上，如圖11所示，在主視圖中，還可以將其設(shè)置成相對于通過一對磁檢測元件3a、3b的中間的直線左右對稱。并且，如圖12所示，還可以在一對磁鐵6之間，配置用于將磁力線引導(dǎo)到第一磁性元件7的新的第三磁性元件21。這樣，通過配置磁鐵間磁性元件21，能夠?qū)⒋帕€聚集在磁鐵間磁性元件21內(nèi)，因此能使通過第一磁性元件7的磁力線增加，結(jié)果，能夠使磁力線易于通過磁檢測元件3a、3b。另外，雖然在上述實(shí)施方式中，將一對磁檢測元件3a、!3b僅設(shè)置一處，但，也可以將一對磁檢測元件3a、3b (磁檢測元件對)設(shè)置多處。在此情況下，只要將第二磁性元件8 和一對磁鐵6設(shè)置在任意一對磁檢測元件3a、!3b (磁檢測元件對)處即可。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其特征在于，具有轉(zhuǎn)矩檢測部G)，其通過磁檢測方向相反地配置的一對磁檢測元件(3a、3b)對連接軸( 所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測，該連接軸( 將因轉(zhuǎn)向操作而旋轉(zhuǎn)的第一軸(50a)與第二軸 (50b)進(jìn)行連接；以及旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部(5)，其通過所述轉(zhuǎn)矩檢測部的所述一對磁檢測元件，對所述連接軸的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置進(jìn)行檢測；其中，所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部( 具有一對磁鐵(6)，以同極性的磁極對置的方式設(shè)置在所述第二軸(50b)的周向上； 第一磁性元件(7)，其位于所述一對磁鐵(6)與所述一對磁檢測元件(3a、3b)之間，且設(shè)置成與所述第二軸(50b) —體旋轉(zhuǎn)，用于在所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置上形成所述一對磁鐵的磁力線用磁路；及第二磁性元件(8)，其設(shè)置在所述一對磁檢測元件(3a，3b)之間，用于使來自所述第一磁性元件(7)的磁力線均勻地流經(jīng)所述一對磁檢測元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)矩檢測部(4)具有轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵(41)，設(shè)置在所述第一軸(50a)上，且為N極與S極在周向上以規(guī)定的間距交替配置的圓筒狀的磁鐵；上下一對磁軛Gh、42b)，設(shè)置在所述第二軸(50b)上，并且以覆蓋所述轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵Gl)的周圍的方式進(jìn)行設(shè)置，對應(yīng)所述連接軸的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)入來自轉(zhuǎn)矩檢測用磁鐵的磁力線.一入 ，上下一對集磁環(huán)(9a，9b)，隔著間隔而固定設(shè)置在所述上下一對磁軛的外周上，并且導(dǎo)入來自該上下一對磁軛的磁力線；以及上下一對鄰接部(10a，IOb)，以夾持所述一對磁檢測元件(3a、!3b)的方式設(shè)置，將導(dǎo)入到所述上下一對集磁環(huán)的磁力線分別聚磁到所述一對磁檢測元件；其中，所述一對磁檢測元件(3a、3b)在所述上下一對集磁環(huán)(9a，9b)之間，沿該集磁環(huán)的外周周向并列地配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其特征在于， 所述第二磁性元件(8)包括縱向延伸部(31)，其設(shè)置在所述一對磁檢測元件(3a、!3b)的中間，導(dǎo)入來自所述第一磁性元件(7)的磁力線；第一橫向延伸部(32)，其在所述縱向延伸部的一個端部，沿著一個集磁環(huán)(9a)而延伸到所述磁檢測元件上；以及第二橫向延伸部(33)，形成為朝向兩個所述磁檢測元件并與所述第一橫向延伸部平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其特征在于，所述磁檢測元件的一個檢測面(F)配置為與一個集磁環(huán)對置，所述磁檢測元件的另一個檢測面(F)配置為與另一個集磁環(huán)對置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其特征在于，在對置的所述一對磁鐵(6)之間，配置有用于將磁力線引導(dǎo)到所述第一磁性元件(7)的第三磁性元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其特征在于， 所述連接軸( 的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置是未進(jìn)行所述轉(zhuǎn)向操作而所述連接軸( 未受轉(zhuǎn)矩的中立狀態(tài)的位置，并且是所述第一磁性元件(7)與所述第二磁性元件(8)最接近的位置。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)位傳感器，其具有轉(zhuǎn)矩檢測部，其通過磁檢測方向相反地配置的一對磁檢測元件，對連接軸所受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測，該連接軸將因轉(zhuǎn)向操作而旋轉(zhuǎn)的第一軸與第二軸進(jìn)行連接；以及旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部，其通過所述轉(zhuǎn)矩檢測部的所述一對磁檢測元件，對所述連接軸的旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置進(jìn)行檢測；其中，所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置檢測部具有一對磁鐵，以同極性的磁極對置的方式設(shè)置在所述第二軸的周向上；第一磁性元件，其位于所述一對磁鐵與所述一對磁檢測元件之間，且設(shè)置成與所述第二軸一體旋轉(zhuǎn)，用于在所述旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)位置上形成所述一對磁鐵的磁力線用磁路；及第二磁性元件，其設(shè)置在所述一對磁檢測元件之間，用于使來自所述第一磁性元件的磁力線均勻地流經(jīng)所述一對磁檢測元件。
文檔編號G01L3/10GK102401710SQ20111027605
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者奧山健, 寺坂元壽, 池田幸雄, 真田隆宏 申請人:株式會社捷太格特