專利名稱：扭矩傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種例如檢測傳遞電動動力轉向裝置等的旋轉動力的機構的軸扭矩的扭矩傳感器。
背景技術：
現(xiàn)在，在這種扭矩傳感器中，提出的方案具備在同軸上連接構成軸體的兩個軸部(輸出軸和輸入軸)的彈性體(扭桿)；安裝在該彈性體的兩端部中的一端部上的硬磁性體(磁鐵)；安裝在另一端部的一對帶齒軟磁性體(磁軛)；以及檢測這一對軟磁性體間產生的磁通密度的磁傳感器(例如專利文獻1-日本特開2003-149062號公報，圖1；專利文獻2-日本特表2004-519672號公報，圖9)。
在這樣的扭矩傳感器中，如果在彈性體上發(fā)生扭轉，則硬磁性體的磁極位置和軟磁性體的齒位置會在周向上相對變化，由于在軟磁性體上感生的磁通量會與之相應變化，由此能夠通過測定該變化量來進行軸體扭矩的檢測。
但是，在扭矩傳感器中，由于傳感器外形尺寸上的制約，磁鐵的大小被限制。另外，為了提高對彈性體的扭轉的檢測精度，要使用磁極數(shù)多的磁鐵，由此磁鐵的磁極寬度變小。
因此，若采用現(xiàn)有(專利文獻1、2)所示的扭矩傳感器，在磁鐵和軟磁性體之間的尺寸精度上特別要求嚴密性。這是因為，如果磁鐵和軟磁性體之間的尺寸具有偏差，則易產生檢測誤差，使質量上的可靠性下降。磁鐵的直徑及磁極寬度越小這種情況越明顯。其結果，磁鐵和軟磁性體的加工及組裝精度增高，在加工及組裝上不僅要花費很多時間，而且還有加工及組裝成本增大的問題。
另外，若采用專利文獻1、2所示的扭矩傳感器，由于有圓周方向的磁極變化，所以磁軛的組裝困難，存在傳感器整體不能得到良好的組裝性的問題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種扭矩傳感器，它能夠實現(xiàn)加工及組裝成本的低廉化，同時，傳感器整體能夠得到良好的組裝性。
(1)為了達到上述目的，本發(fā)明提供的扭矩傳感器是通過檢測在同軸上連接構成作為扭矩檢測對象的軸體的兩個軸部的彈性體的扭轉角度，來檢測作用于上述軸體的扭矩，其特征是，具備在周圍產生磁通的硬磁性體；一對第一軟磁性體，用于與上述硬磁性體一起形成通過上述彈性體的扭轉使磁阻變化的第一磁性回路；一對第二軟磁性體，用于與上述硬磁性體一起形成磁阻為一定的第二磁性回路；以及磁通檢測機構，檢測根據(jù)上述彈性體的扭轉角度而變化的上述第二磁性回路的磁通密度。
(2)為了達到上述目的，本發(fā)明提供的扭矩傳感器是通過檢測在同軸上連接構成作為扭矩檢測對象的軸體的兩個軸部的彈性體的扭轉角度，來檢測作用于上述軸體的扭矩，其特征在于，具備硬磁性圓筒體，固定在上述兩個軸部中任一方的軸部上，且N極及S極在軸向上充磁而成；一對第一軟磁性圓筒體，在軸向上并列配設在上述硬磁性圓筒體的周圍，且分別固定在上述兩個軸部上，用于與上述硬磁性體一起形成通過上述彈性體的扭轉分別在周向上相對變位從而使磁阻變化的第一磁性回路；一對第二軟磁性圓筒體，在軸向并列配設在上述一對第一軟磁性圓筒體的周圍，用于與上述硬磁性圓筒體一起形成磁阻為一定的第二磁性回路；以及磁通檢測機構，配設在上述一對第二軟磁性圓筒體之間，檢測根據(jù)上述彈性體的扭轉角度而變化的上述第二磁性回路的磁通密度。
根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)加工及組裝成本的低廉化，同時，傳感器整體能夠得到良好的組裝性。


圖1是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的剖視圖。
圖2是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的分解立體圖。
圖3是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的磁性回路的立體圖。
圖4(a)及圖4(b)是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的立體圖。
圖5是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的第一軟磁性體的變形例(1)的立體圖。
圖6是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的第一軟磁性體的變形例(2)的剖視圖。
圖7(a)及圖7(b)是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的第一軟磁性體的變形例(3)的立體圖和仰視圖。
圖8是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的第一軟磁性體的變形例(4)的剖視圖。
圖9是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的第一軟磁性體的變形例(5)的剖視圖。
圖10是表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的第一軟磁性體的變形例(6)的正視圖。
圖中1-扭矩傳感器；2-軸體；3-輸入軸；4-輸出軸；5-彈性體；6-硬磁性體；7、8-第一軟磁性體；9、10-第二軟磁性體；11-第三軟磁性體；11A、11B-凸緣；12-磁通檢測機構；13、14-突體群；13A、13B-突體；15、16-延伸片；15A、16B-垂直部；15B、16A-水平部；G1～G5-空隙；H1-第一磁性回路；H2-第二磁性回路具體實施方式
圖1表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的剖視圖。圖2表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的分解立體圖。圖3表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的磁性回路的立體圖。
首先，說明扭矩傳感器的整體結構。
在圖1及圖2中，由符號1表示的扭矩傳感器具備彈性體5，其在同軸上連接構成作為扭矩檢測對象的軸體2的兩個軸部3、4(輸入軸3和輸出軸4)；在周圍產生磁通的硬磁性體6；一對第一軟磁性體7、8，其用于與硬磁性體6一起形成通過彈性體5的扭轉使磁阻變化的第一磁性回路H1(圖3所示)；一對第二軟磁性體9、10，其用于與硬磁性體6一起形成磁阻為一定的第二磁性回路H2(圖3所示)；第三軟磁性體11，其用于防止第一磁性回路H1及第二磁性回路H2的磁力低下；以及磁通檢測機構12，其檢測根據(jù)彈性體5的扭轉角度變化的第二磁性回路H2的磁通密度。而且，其結構為，通過檢測彈性體5的扭轉角度，以檢測作用于軸體2(輸入軸3和輸出軸4之間)的扭矩。
其次，說明彈性體5的結構。
彈性體5如圖1所示，是由穿過輸入軸3的扭桿組成的，其兩端部通過銷軸(未圖示)等分別固定在輸入軸3和輸出軸4上。而且，如前所述，做成在同軸上連接輸入軸3和輸出軸4餓結構。
接著，說明硬磁性體6的結構。
硬磁性體6如圖1～圖3所示，是由N極及S極在軸向充磁的無底圓筒狀的磁鐵組成的，其配設在第一軟磁性體7和第三軟磁性體11之間，且固定在輸入軸3的外周面。另外，關于硬磁性體6，如果準備多個同種類的磁鐵，并選擇性地使用它們，則能夠實現(xiàn)長壽命化。在這種情況下，如果選擇性地使用不同種類的磁鐵，則能夠補充完備各磁鐵的消磁特性，能改善傳感器的溫度特性。
下面，說明第一軟磁性體7、8的結構。
第一軟磁性體7、8如圖1～圖3所示，由無底圓筒狀的磁軛構成，在軸向上相互并列配設在硬磁性體6的外周圍，且分別固定在輸入軸3及輸出軸4上。而且，其結構是，與硬磁性體6及第三磁性體11一起形成通過彈性體5的扭轉分別在周向相對移位并使磁阻變化的第一磁性回路H1。
第一軟磁性體7如圖2所示，具備由突出在下方的多個突體13A構成的突體群13，并通過對磁軛形成用的帶孔圓筒體(未圖示)的下端部在周向上間斷地切口來形成的。多個突體13A是由正面為矩形的凸片構成的，在第一軟磁性體7的周向上以等間隔配置在并列的位置上。突體13A的前端面(自由端面)具備由內外兩條曲線及左右兩條直線包圍的平面形狀，以直角的扁平面形成在軸體2(第一軟磁性體7的軸線)上。
第一軟磁性體8如圖2所示，具備由突出在上方的多個突體14A構成的突體群14，并通過對磁軛形成用的帶孔圓筒體(未圖示)的上端部在周向上間斷地切口來形成的。多個突體14A是由正面為矩形的凸片構成的，在第一軟磁性體8的周向上以等間隔配置在并列的位置上。突體14A的前端面(自由端面)具備與突體13A的前端面形狀相同的平面形狀，通過空隙G1(圖1所示)與突體13A的前端面相對，并且以直角的扁平面形成在軸體2(第一軟磁性體8的軸線)上。
接著，說明第二軟磁性體9、10的結構。
第二軟磁性體9、10如圖1～圖3所示，是由無底圓筒狀的磁軛構成的，在軸向上相互并列配設在第一軟磁性體7、8的外周圍，且配設在未圖示的固定系統(tǒng)上。而且，其結構是，與硬磁性體6及第三軟磁性體11一起形成保持磁阻一定的第二磁性回路H2。
第二軟磁性體9如圖2所示，通過空隙G2(圖1所示)配置在第一軟磁性體7的外周圍。在第二軟磁性體9的外周面上，一體設有鉤形的延伸片15，其是由突出在其軸向(下方)的垂直部15A及突出在與該垂直部15A成直角的方向(第二軟磁性體9的徑向)的水平部15B組成的。
第二軟磁性體10如圖2所示，通過空隙G3(圖1所示，G3＝G2)配置在第一軟磁性體8的外周圍。在第二軟磁性體10的外周面上，一體設有鉤形的延伸片16，其以空隙G4與第二軟磁性體9的延伸片15相對，且是由突出在其軸向(上方)的垂直部16B及突出在與該垂直部16B成直角的方向(第二軟磁性體10的徑向)的水平部16A組成的。
接著，說明第三軟磁性體11的結構。
第三軟磁性體11如圖1～圖3所示，是由在兩端部分別具備凸緣11A、11B的無底圓筒狀的磁軛構成，配設在第一軟磁性體7、8的內周圍，且固定在硬磁性體6的下端面。在第三軟磁性體11的凸緣11B和第二軟磁性體10的內表面之間形成空隙G5。在本實施例中，雖將第三軟磁性體11配設在硬磁性體6和第一軟磁性體8之間，但也可以將其配設在硬磁性體6和第一軟磁性體7之間。另外，如果硬磁性體6和第一軟磁性體8之間形成的空隙尺寸不加大磁阻(從長遠看使磁力降低)，則第三軟磁性體11是不需要的。
最后，說明磁通檢測機構12的結構。
磁通檢測機構12如圖1及圖3所示，其結構為，由非接觸型的磁通檢測器構成，配設在第二軟磁性體9、10的延伸片15、16之間(空隙G4內)，檢測根據(jù)彈性體5的扭轉角度變化的第二磁性回路H2的磁通密度。
下面，用圖1及圖3、圖4說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的動作。
扭矩傳感器1的動作如下。
圖4表示用于說明本發(fā)明的實施例的扭矩傳感器的動作的立體圖。圖4(a)是表示彈性體扭轉變形前的扭矩傳感器的立體圖。圖4(b)是表示彈性體扭轉變形后的扭矩傳感器的立體圖。
在本實施例所示的扭矩傳感器1中，如圖1及圖3所示，分別形成有由硬磁性體6(N極)-第一軟磁性體7-空隙G1-第一軟磁性體8-空隙G5-第三軟磁性體11-硬磁性題6(S極)組成的第一磁性回路H1；以及由硬磁性體6(N極)-第一軟磁性體7-空隙G2-第二軟磁性體9-空隙G4-第二軟磁性體10-空隙G3-第一軟磁性體8-空隙G5-第三軟磁性體11-硬磁性體6(S極)組成的第二磁性回路H2。另外，在本實施例中，從硬磁性體6的N極發(fā)出的磁通中的不經由磁性回路H1、H2返回S極的磁通小到可以忽視的程度。
在此，當扭矩作用于軸體2(輸入軸3)使彈性體5產生扭轉后，第一軟磁性體7配置在與該扭轉角度相應的從圖4(a)所示的位置在周向變位到圖4(b)所示的位置。
這種場合，當?shù)谝卉洿判泽w7變位時，則突體13A和突體14A在周向上相對錯位，其各前端面的相對的面積彼此都減少。由此，第一軟磁性體7、8之間(第一磁性回路H1內)的磁阻增大，流經第一磁性回路H1的磁通減少。與之相反，由于第二軟磁性體9、10之間(第二磁性回路H2內)的磁阻與作用于軸體2上的扭矩的有無無關，是一定的，所以流經第二磁性回路H2的磁通增多。
另一方面，如果突體13A和突體14A在周向上相對錯位，其各前端面的相對的面積彼此增加，則第一軟磁性體7、8之間(第一磁性回路H1內)的磁阻減小，流經第一磁性回路H1的磁通增多。另外，流經第二磁性回路H2的磁通減少。
如此，能夠將彈性體5上產生的扭轉量(扭轉角度)作為流經第二磁性回路H2的磁通的變化量進行檢測，能夠將該檢測量作為扭矩檢測量通過磁通檢測機構12求得。
實施例的效果如下。
根據(jù)以上說明的第一實施例，能夠得到如下所述的效果。
(1)由于在硬磁性體6和第二軟磁性體磁鐵9、10之間的相對位置不隨彈性體5的扭轉而變化，因而，對硬磁性體6和第二軟磁性體9、10之間的尺寸精度沒有嚴格的要求。由此，能夠緩和包括硬磁性體6和第二軟磁性體9、10的構成零件加工、組裝精度，能夠縮短加工、組裝時間，同時能夠實現(xiàn)加工、組裝成本的低廉化。
(2)由于沒有在圓周方向上的磁極變化，所以，能夠簡便地進行磁軛的組裝作業(yè)，能夠得到傳感器整體的良好的組裝性。
以上雖基于上述的實施例說明了本發(fā)明的扭矩傳感器，但本發(fā)明并不限定于上述的實施例，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內能夠以各種方式進行實施，例如，還能夠進行如下所示的變形。
(1)本實施例雖對突體13A、14A的正面形狀為矩形的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以是圖5所示的大致鋸齒形。在這種場合，正面大致為鋸齒形的突體13A、14A能夠通過在正面為矩形的突體上，將其自由端邊緣的周向端部進行切口以設置傾斜面51、52來形成。由此，在兩個傾斜面51、52之間形成的空隙尺寸增大，磁阻相應增大。由此，通過磁通檢測機構12檢測的磁通能夠在兩個傾斜面51、52之間相對于彈性體5的扭轉變位發(fā)生很大的變化，能夠得到靈敏度高的扭矩傳感器。
(2)本實施例雖對突體13A、14A的截面形狀為矩形的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以是圖6所示的大致楔形。在這種場合，截面為大致楔形的突體13A、14A能夠通過在截面為矩形的突體上，將其自由端邊緣的徑向端部進行切口以設置傾斜面的方式來形成。由此，能夠使突體13A、14A的相對的面積增大，能夠在確保相同的相對的面積的場合，縮短第一軟磁性體7、8的徑向尺寸，能夠實現(xiàn)傳感器整體的小型化。
(3)本實施例雖對突體13A、14A的前端面形狀為左右對稱形狀的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以如圖7(a)及圖7(b)所示是具有左右非對稱的前端面形狀的突體13A、14A。即，要點在于本發(fā)明的突體13A、14A的前端面形狀可以是根據(jù)彈性體5的扭轉角度使前端面的相對面積變化量發(fā)生變化的形狀。由此，突體13A、14A(前端面)的面積變化能夠相對于彈性體5的扭轉變位發(fā)生很大變化，得到靈敏度高的扭矩傳感器。
(4)本實施例雖對突體13A、14A的前端面形狀為左右對稱形狀的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以如圖8所示，是突體13A的內表面或外表面與突體14A的外表面或內表面相對。在這種場合，如圖9所示，可以分別在突體13A的內表面設置階梯部D1，在突體14A的外表面設置階梯部D2。由此，能夠使突體13A、14A的相對的面積增大，能夠在確保同一的相對的面積的場合縮短第一軟磁性體7、8的徑向尺寸，能夠實現(xiàn)傳感器整體的小型化。
(5)本實施例雖對突體13A、14A以等間隔分別并列在第一軟磁性體7、8的周向的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以如圖10所示，將突體群13、14的突體13A、14A(僅圖示了突體群13及突體13A)中相互相鄰的兩個突體之間的尺寸設定為沿著周向為不同的尺寸。由此，能夠根據(jù)彈性體5的扭轉角度得到靈敏度不同的扭矩傳感器。
(6)本實施例雖對說明了磁通檢測器為非接觸型的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以是接觸型。
(7)本實施例雖對磁通檢測機構12由單一的磁通檢測器構成的情況進行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，也可以由溫度特性各不相同的多個磁通檢測器組成。在這種場合，可選擇性地將多個磁通檢測器配置在第二磁性回路H2內。
權利要求
1.一種扭矩傳感器，通過檢測在同軸上連接構成作為扭矩檢測對象的軸體的兩個軸部的彈性體的扭轉角度，來檢測作用于上述軸體的扭矩，其特征在于，具備在周圍產生磁通的硬磁性體；一對第一軟磁性體，用于與上述硬磁性體一起形成通過上述彈性體的扭轉使磁阻變化的第一磁性回路；一對第二軟磁性體，用于與上述硬磁性體一起形成磁阻為一定的第二磁性回路；以及磁通檢測機構，檢測根據(jù)上述彈性體的扭轉角度而變化的上述第二磁性回路的磁通密度。
2.一種扭矩傳感器，通過檢測在同軸上連接構成作為扭矩檢測對象的軸體的兩個軸部的彈性體的扭轉角度，來檢測作用于上述軸體的扭矩，其特征在于，具備硬磁性圓筒體，固定在上述兩個軸部中任一方的軸部上，且N極及S極在軸向上充磁而成；一對第一軟磁性圓筒體，在軸向上并列配設在上述硬磁性圓筒體的周圍，且分別固定在上述兩個軸部上，用于與上述硬磁性圓筒體一起形成通過上述彈性體的扭轉分別在周向上相對變位從而使磁阻變化的第一磁性回路；一對第二軟磁性圓筒體，在軸向并列配設在上述一對第一軟磁性圓筒體的周圍，用于與上述硬磁性體一起形成磁阻為一定的第二磁性回路；以及磁通檢測機構，配設在上述一對第二軟磁性圓筒體之間，檢測根據(jù)上述彈性體的扭轉角度而變化的上述第二磁性回路的磁通密度。
3.根據(jù)權利要求2所述的扭矩傳感器，其特征在于，還具備介于上述一對第一軟磁性圓筒體中任一方的第一軟磁性圓筒體和上述硬磁性圓筒體之間的第三軟磁性圓筒體。
4.根據(jù)權利要求1～3中的任一項所述的扭矩傳感器，其特征在于上述一對第一軟磁性圓筒體分別具有在周向上并列的突體群，上述一對第一軟磁性圓筒體的各突體群的突體，其前端面在軸向上按規(guī)定的間隔配置在相互相對的位置上。
5.根據(jù)權利要求4所述的扭矩傳感器，其特征在于在上述突體群的各突體上，通過切開形成其自由端邊緣的周向端部來設置傾斜面。
6.根據(jù)權利要求4所述的扭矩傳感器，其特征在于在上述突體群的各突體上，通過切開形成其自由端邊緣的徑向端部來設置傾斜面。
7.根據(jù)權利要求4～6中的任一項所述的扭矩傳感器，其特征在于上述突體群的各突體的前端面形狀是根據(jù)上述彈性體的扭轉角度使上述前端面的相對面積變化量發(fā)生變化的前端面形狀。
8.根據(jù)權利要求1～3中的任一項所述的扭矩傳感器，其特征在于上述一對第一軟磁性圓筒體分別具備在周向上并列的突體群，并配置在上述一對第一軟磁性圓筒體的兩個突體群中的一方突體群的內表面與另一方突體群的外表面相對的位置上。
9.根據(jù)權利要求4所述的扭矩傳感器，其特征在于在上述一方突體群的各突體的內表面及另一方突體群的各突體的外表面上分別設有階梯部。
10.根據(jù)權利要求4～9中的任一項所述的扭矩傳感器，其特征在于上述突體群的突體中在周向上相鄰的兩個突體之間的周向尺寸設定為沿著上述第一軟磁性體的周向為相互不同的尺寸。
11.根據(jù)權利要求1～10中任一項所述的扭矩傳感器，其特征在于上述磁通檢測機構由各溫度特性互不相同的多個磁通檢測器組成，上述多個磁通檢測器可選擇地配置在上述第二磁性回路內。
全文摘要
本發(fā)明提供一種扭矩傳感器，它能夠實現(xiàn)加工、組裝成本的低廉化，同時能夠得到傳感器整體的良好的組裝性。在通過檢測在同軸上連接構成作為扭矩檢測對象的軸體(2)的兩個軸部(3、4)(輸入軸(3)和輸出軸(4))的彈性體(5)的扭轉角度，來檢測作用于軸體的扭矩的扭矩傳感器中，具備在周圍產生磁通的硬磁性體(6)；一對第一軟磁性體(7、8)，用于與硬磁性體(6)一起形成通過彈性體(5)的扭轉使磁阻變化的第一磁性回路H1；一對第二軟磁性體(9、10)，用于與硬磁性體(6)一起形成磁阻為一定的第二磁性回路H2；以及磁通檢測機構(12)，檢測根據(jù)彈性體(5)的扭轉角度而變化的第二磁性回路H2的磁通密度。
文檔編號B62D5/04GK1896704SQ20061010026
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權日2005年7月15日
發(fā)明者松崎敏道, 大高達也, 佐藤晃一, 池田幸雄 申請人:日立電線株式會社