CN116481689A - 扭矩传感器设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扭矩传感器设备，即使当磁铁和套筒之间的黏着剂剥落时也能够抑制车辆发生故障时的车辆的行为。所述扭矩传感器设备具备可相对旋转且分别固定在输入轴和输出轴的转子和定子，所述扭矩传感器设备包括：套筒，固定在所述输入轴且与所述转子的磁铁固定；位置规制部，设置在所述磁铁且限制所述磁铁与所述套筒的旋转位置；以及突起部，设置在所述套筒且与所述位置规制部对应地安装；且所述突起部的前端沿着所述套筒的圆周方向扩大。

Description

扭矩传感器设备

技术领域

本发明涉及一种扭矩传感器设备，尤其涉及一种用于车辆的转向轴的扭矩传感器设备。

背景技术

近年来，随著车辆排气法规和二氧化碳/燃油效率法规的限制，需要同时实现发动机排气的干净化和提高燃料消耗的效率。在所有国家加强建设安全的城市和人类住区，以加强所有国家的包容和可持续的城市建设、可持续的人类住区规划和管理能力。因此，在所有国家需要加强向所有人提供安全、负担得起的、易于利用、可持续的交通运输系统，改善道路安全，特别是扩大公共交通，减少城市的人均负面环境影响，包括特别关注空气质量，以及城市废物管理等。在交通领域，在车辆的制造业方面，迫切需要采取措施应对环境问题，以开发能够提高全球能源效率的改善率的技术。

现有技术的车辆的制造业中，汽车通常使用动力转向装置做为一种装置，以减少方向盘的转向力道及确保一转向状态的稳定性。在此方面，一种使用液压的传统液压动力转向系统(hydraulic power steering system(HPS))广泛的被用于所述汽车的HPS系统中。然而，相对于所述使用液压的方案，一种电子动力转向系统(electronic powersteering system(EPS))则使用马达的转动力量使驾驶员的转向表现变得容易且对环境无害，故最近EPS系统已被广泛组装用于汽车内。

此外，EPS系统通过电子控制单元(Electronic Control Unit(ECU))根据汽车速度传感器、转向角度传感器、转向转矩传感器或其相似物所感测到的汽车的驾驶情况来驱动马达，因而其可在低速驾驶时提供轻便及舒适的转向感受，在高速驾驶时提供沉重的转向感受及令人满意的方向稳定性，并且根据方向盘的转动角度来提供恢复力以迅速的恢复方向盘。因此，所述EPS 系统可在紧急状况下迅速转向，因而提供给驾驶员一最佳的转向条件。

同时，在所述EPS系统中，所述马达组装在转向柱的外侧，所述转向柱位于所述方向盘及齿轮箱之间，以向下传送所述驾驶员的方向盘的转动力量，因此所述马达转动所述转向柱内的转向轴，故可根据所述方向盘的转向来弥补所述驾驶员的转向力道。

此外，专利文献1所提出的用于转矩传感器结构的转矩转子结构中，磁铁是黏附地固定到固定在输入轴的轭铁的外周部，组装在定子的管体则是插入地固定于轭铁的内周部，如此由将三个部件进行填缝嵌合(caulking)的方式而组成的结构。在专利文献1所提出的结构中，旋转方向上的旋转位置的定位是通过轭铁或管体上设置的凸部和磁铁上设置的凹槽互相卡合来执行的。此外，所有部件均采用压制(pressing)或模压(molding)的方式形成，并且使所有的凸部分别的嵌入在凹槽内的方式进行部件的装配。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]：日本特许5207322号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，现有技术中，由于所有部件均采用压制或模压的方式形成，故零件公差无法减小，并且由于在组装过程中需使所有的凸部分别的嵌入在凹槽中，因此为了凸部嵌入在凹槽内，必须设置较大的间隙。由于所述的间隙即是当磁铁和轭铁之间的黏着剂剥落而已无黏附作用时的磁铁的旋转量(亦即部件之间的由凸部和凹槽之间所产生的可活动量等于所述的间隙)。若所述的间隙越大黏着剂剥离时的磁铁的旋转量也就会越大，这样意味着扭矩的变动量会越大，如此存在有当转矩传感器结构的功能故障时的车辆的行为颇令人担忧的问题。由此，需要一种能够抑制当转矩传感器结构的功能故障时的车辆的行为的扭矩传感器设备。

鉴于以上方面，本发明的目的在于提供一种扭矩传感器设备，通过使磁铁的凹部和套筒的突起部之间的可活动的间隙变小，即使当磁铁和套筒之间的黏着剂剥落时也能够抑制车辆发生故障时的车辆的行为。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，本发明是一种扭矩传感器设备，具备可相对旋转且分别固定在输入轴和输出轴的转子和定子，所述扭矩传感器设备包括：套筒，固定在所述输入轴且与所述转子的磁铁固定；位置规制部，设置在所述磁铁且限制所述磁铁与所述套筒的旋转位置；以及突起部，设置在所述套筒且与所述位置规制部对应地安装；且所述突起部的前端沿着所述套筒的圆周方向扩大。

根据本发明，当磁铁和套筒之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，转子的旋转方向上的位置变化量也会减小。因此，即使发生磁铁的黏着剂剥离，能够使对车辆行为产生的影响最小化。

并且，在本发明中，所述位置规制部为在所述磁铁的侧缘上形成的凹槽，形成所述凹槽的且呈面对面的壁表面与所述突起部的所述前端平行。

根据所述结构，即使当套筒的突起部与磁铁的凹槽的壁表面有互相接触时，由于这样的接触可以说是面接触，且套筒的突起部的弹性力也会降低接触时所产生的应力，能够防止磁铁的损坏。

并且，在本发明中，所述突起部形成为朝向所述套筒的径方向的外侧弯曲。

根据所述结构，即使在磁铁和套筒之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，能够防止磁铁的脱落。

并且，在本发明中，所述突起部的所述前端指向所述套筒的圆周方向。

如此，在扭转时突起部是以面接触的方式与磁铁进行接触，能够避免磁铁的损坏，若是经由比较尖锐的侧缘与磁铁接触或碰撞的话，磁铁可能会破裂。

[发明的效果]

基于上述，本发明的扭矩传感器设备，通过将套筒的突起部对应的位在磁铁的位置规制部内，且使套筒的突起部设置成沿圆周方向扩大，能够使套筒的突起部和磁铁的位置规制部之间的间隙变小，当磁铁和套筒之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，转子的旋转方向上的位置变化量也会减小。此外，根据套筒的突起部和磁铁的凹槽的设计，本发明的扭矩传感器设备不易受到如现有技术的结构中会存在的磁铁和磁铁的两个固定部件之间的可互相嵌合的嵌合结构中的尺寸公差的影响，并且能够有效减少了当磁铁和磁铁固定构件之间的黏着剂剥离时的旋转量，故即使在已无黏附作用时，能够最大限度的减少了对车辆行为产生的影响。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是用来说明本发明的一种实施方式的扭矩传感器设备适用在车辆的电子动力转向系统的一例的概要示意图。

图2是示意性的绘示图1的扭矩传感器设备的一例。

图3是示意性的将图2的扭矩传感器设备的套筒和磁铁分开绘示的一例。

图4是示意性的绘示套筒的突起部的前端的一例。

图5是示意性的绘示套筒的突起部的前端的另一例。

[符号的说明]

100：扭矩传感器设备

110：转子

120：定子

112：磁铁

114：套筒

112R：位置规制部

114P：突起部

114T：前端

IS：输入轴

OS：输出轴

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下说明的各实施方式中，对于共同部分标注同一附图标记，省略重复的说明。以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中，当提及个数、量等时，除了有特殊的记载以外，本发明的范围不一定限于该个数、量等。另外，在以下的实施方式中，各构成要素除了有特殊的记载以外，对本发明来说不一定是必须的。另外，以下当存在多个实施方式时，除了有特殊的记载以外，能够适当地组合各实施方式的特征部分从最初就是预先确定的。

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。以下，利用附图描述本实施方式的扭矩传感器设备。图1是用来说明本发明的一种实施方式的扭矩传感器设备适用在车辆的电子动力转向系统的一例的概要示意图。如图1 所示，车辆的电子动力转向系统10包含转向系统102和辅助动力机构104，转向系统102由方向盘S延伸至两侧的车轮，辅助动力机构104以供应转向辅助动力至所述转向系统102。转向系统102包含转向轴106，其一侧连接方向盘S，以便与方向盘S共同转动，及其另一侧通过一对连结接头(例如万向接头)(未图示)连接小齿轮轴(pinion shaft)(未图示)。再者，小齿轮轴例如可通过齿条-齿轮机构件连接齿条杆，此外齿条杆的两侧例如可通过拉杆及转向节臂(knuckle arm)连接车辆的车轮。

如图1所示，本实施方式的扭矩传感器设备100可设置在辅助动力机构 104中，用以感测驾驶员施加至方向盘S的转矩，并依转矩的比例输出电子信号。辅助动力机构还包括电子控制单元ECU、马达(motor)M和减速器 (reducer)R。电子控制单元ECU用以基于由扭矩传感器设备100传来的电子信号产生控制信号。马达M用以基于由所述电子控制单元ECU传来的控制信号产生辅助动力。减速器R可通过蜗形齿轮(worm gear)及蜗轮齿轮 (wormwheel gear)将所述马达M内产生的辅助动力传送至所述转向轴106。

转向轴106由与方向盘S连结的输入轴IS(input shaft)和与减速器R连结的输出轴OS(output shaft)构成，而扭矩传感器设备100设置在转向轴106 的输入轴IS和输出轴OS连结的位置。若驾驶员转动方向盘S，连接方向盘 S的输入轴IS将转动，及连接输入轴IS的输出轴OS也将随着输入轴IS转动。扭矩传感器设备100检测转向轴106的输入轴IS及输出轴OS的转矩，并将检测到的转矩传送到电子控制单元ECU。接着，电子控制单元ECU操作驱动马达，并供应转向辅助动力。如此，扭矩传感器设备100以非接触式的方式对检测转向轴106的转矩，检测磁场的变化量，基于检测到的磁场的变化量来检测转矩变化。

扭矩传感器设备100包括可相对旋转的转子110和定子120，例如转子110固定在输入轴IS，定子120固定在输出轴OS。扭矩传感器设备100还包括磁荷检测元件(magneticcharge detecting member)(未图式)，例如电子控制单元ECU接收磁荷检测单元检测到的磁通量的变化量(variation quantity of magnetic flux)，并基于所接收的磁通量变化量来控制驱动马达，以补偿驾驶员的转向动力。磁荷检测单元例如可以安装于定子120的外周面且包含集讯器(concentrator)，磁荷检测单元可相对定子120转动。

此时，若在输入轴IS及输出轴OS之间产生扭力，则在定子120及输入轴IS之间将产生转动角度差，其中定子120例如是压入及安装于输出轴OS 上。若产生所述转动角度差，则在扭矩传感器设备100(例如沿所述定子120 及转子110的磁铁之间)形成的磁场将会改变。因此，可通过由磁荷检测单元的集讯器内所收集的磁通量的数量来检测扭力。

图2是示意性的绘示图1的扭矩传感器设备的一例。图3是示意性的将图2的扭矩传感器设备的套筒和磁铁分开绘示的一例。如图1到图3所示，本实施方式的扭矩传感器设备100具备可相对旋转且分别固定在输入轴IS和输出轴OS的转子110和定子120，扭矩传感器设备100由磁铁112和套筒114 的组装构成，其中套筒114固定在输入轴IS，并且套筒114与磁铁112固定。磁铁112上形成位置规制部112R，用于限制磁铁112和套筒114的旋转位置。套筒114上形成突起部114P，用于与位置规制部112R对应地安装，以使磁铁112和套筒114的旋转位置受到限制。套筒114的突起部114P的前端114T 沿着套筒114的圆周方向扩大。

磁铁112和套筒114之间的固定，可使用黏着剂，例如将黏着剂涂布在磁铁112的内周面及套筒114的外周面，通过黏着剂可以避免磁铁112及套筒114在相互组装时发生空转。此外，磁铁112的位置规制部112R内可插入套筒114的对应突起部1114P，因而套筒114的突起部114P的前端114T位在磁铁112的位置规制部112R内，以使磁铁112和套筒114的旋转位置受到限制。

如此，如图2所示，在套筒114上设置突起部114P，在磁铁112设置位置规制部112R，通过将套筒114的突起部114P对应的定位在磁铁112的位置规制部112R，且将套筒114的突起部114P设置成沿圆周方向扩大，能够使套筒114的突起部114P和磁铁112的位置规制部112R之间的间隙变小，当磁铁112和套筒114之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，转子110的旋转方向上的位置变化量也会减小。因此，即使发生磁铁112的黏着剂剥离，能够使对车辆行为产生的影响最小化。

在本实施方式中，如图2和图3所示，套筒114可以由管状的材料形成，套筒114包含小径部1142、大径部1146和连续于小径部1142和大径部1146 之间的台阶部1144，其中大径部1146的内径大于小径部1142的内径。当套筒114和磁铁112进行组装时大径部1146插入于磁铁112的内周面中，并通过大径部1146组装到定子120，且通过小径部1142固定到输入轴IS。台阶部1144是由连接小径部1142及大径部1146而形成。

如图3所示，套筒114的突起部114P形成在套筒114的管体的管壁上，例如以将一部分的管壁的材料去除的方式，形成如同舌片形状的构件，其具备与套筒114的管壁的材料有连续的连接端和与管壁的材料没有连接的自由端(例如图3的前端114T)。此外，突起部114P(所述的舌片形状的构件) 形成为自小径部1142沿轴方向朝向大径部1146延伸，连续地越过台阶部1144 并到达大径部1146。换言之，突起部114P由自小径部1142延伸的连接端P1、越过台阶部1144的弯曲部P2和位在大径部1146的自由端P3构成。

如图3所示，磁铁112例如为圆环状且围绕在套筒114的大径部1146的外周面，可通过黏着剂与套筒114固定。磁铁112的位置规制部112R形成在磁铁112的侧缘(例如图3中的磁铁112的上端缘)，例如将侧缘的一部分的材料去除的方式形成。如图3所示，位置规制部112R为凹槽的形状，例如凹槽的设计可对应预计要收容的突起部114P的前端114T的轮廓和尺寸。

此外，如图3所示，套筒114的突起部114P形成为朝向套筒114的径方向的外侧弯曲。如此，通过将套筒114的突起部114P形成为朝向径方向的外侧弯曲，亦即突起部114P的上述的自由端P3部位朝向径方向的外侧伸出，即使在磁铁112和套筒114之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，能够防止磁铁112的脱落。

在本实施方式中，套筒114上以设置一个突起部114P为举例，但本发明并不限于此。磁铁112上可以设置一个位置规制部112R，也可以设置一个以上的位置规制部112R，以在组装时能够更快速的使突起部114P对应到位置规制部112R。位置规制部112R形成为凹槽的且呈面对面的壁表面WS与突起部114P的前端114T大致上平行。

如此，通过将磁铁112上设置的凹槽的壁表面WS形成为与套筒114的突起部114P的前端114T大致上平行，即使在套筒114与磁铁112有接触的情况时，换言之，即使当套筒114的突起部114P与磁铁112的凹槽的壁表面 WS有互相接触时，由于这样的接触可以说是面接触，且套筒114的突起部 114P的弹性力也会降低接触时所产生的应力，能够防止磁铁112的损坏。

图4是示意性的绘示套筒的突起部的前端的一例。如图4所示，套筒114 的突起部114P的前端114T指向套筒114的圆周方向。如此，通过将套筒114 的突起部114P的前端114T形成为分叉，例如叉子(fork)的形状或者Y字形的形状，而使两个前端114T沿圆周方向分别指向左右。亦即，套筒114的突起部114P在朝向径方向的外侧弯曲(上述的自由端P3部位)。通过将套筒 114设置成突起部114P的前端114T指向套筒114的圆周方向，能够将套筒 114的突起部114P与磁铁的位置规制部112R之间的间隙减小，并且即使当磁铁112和套筒114之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，转子110的旋转方向上的位置变化量也会减小。因此，即使磁铁112和套筒114之间的黏着剂剥离，对车辆的影响也可以最小化。

图5是示意性的绘示套筒的突起部的前端的另一例。图5中所绘示的突起部114P的前端114T与图4中所绘示的前端114T不同的地方仅在于，图5 的前端114T的形成叉子的部位在圆周方向上朝向左右，在扭转时突起部114P 是以面接触的方式与磁铁112进行接触，能够避免磁铁112的损坏，若是经由比较尖锐的侧缘与磁铁112接触或碰撞的话，磁铁112可能会破裂。

综合上述，本发明的扭矩传感器设备，在套筒上设置突起部，在磁铁设置位置规制部，亦即凹槽，通过将套筒的突起部对应的位在磁铁的位置规制部内，且使套筒的突起部设置成沿圆周方向扩大，能够使套筒的突起部和磁铁的位置规制部之间的间隙变小，当磁铁和套筒之间的黏着剂剥离而已无黏附作用时，转子的旋转方向上的位置变化量也会减小。因此，即使发生磁铁的黏着剂剥离，能够使对车辆行为产生的影响最小化。此外，根据套筒的突起部和磁铁的凹槽的设计，本发明的扭矩传感器设备不易受到如现有技术的结构中会存在的磁铁和磁铁的两个固定部件之间的可互相嵌合的嵌合结构中的尺寸公差的影响，并且能够有效减少了当磁铁和磁铁固定构件之间的黏着剂剥离时的旋转量，故即使在已无黏附作用时，能够最大限度的减少了对车辆行为产生的影响。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施方式的技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种扭矩传感器设备，其特征在于，具备可相对旋转且分别固定在输入轴和输出轴的转子和定子，所述扭矩传感器设备包括：

套筒，固定在所述输入轴且与所述转子的磁铁固定；

位置规制部，设置在所述磁铁且限制所述磁铁与所述套筒的旋转位置；以及

突起部，设置在所述套筒且与所述位置规制部对应地安装；且

所述突起部的前端沿着所述套筒的圆周方向扩大。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器设备，其特征在于，

所述位置规制部为在所述磁铁的侧缘上形成的凹槽，形成所述凹槽的且呈面对面的壁表面与所述突起部的所述前端平行。

3.根据权利要求1所述的扭矩传感器设备，其特征在于，

所述突起部形成为朝向所述套筒的径方向的外侧弯曲。

4.根据权利要求1所述的扭矩传感器设备，其特征在于，

所述突起部的所述前端指向所述套筒的圆周方向。