DE10206702A1

DE10206702A1 - Drehmomenterfassungsvorrichtung und elektrische Servolenkung mit Drehmomenterfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10206702A1
Application number: DE10206702A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu; Shunichiro Sueyoshi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: US6595074B2; JP2002257648A; US20020117348A1; DE10206702B4

Abstract

In einer Drehmomenterfassungsvorrichtung (10) ist an einer Drehwelle (20) ein Paar von Halteabschnitten (21, 22) mit vorbestimmtem Abstand in der axialen Längsrichtung vorgesehen. Ein Dauerspannungsabschnitt (23), der zwischen den Halteabschnitten (21, 22) vorgesehen ist, ändert seine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment. Eine mehrlagige Solenoidwicklung (30) zum elektrischen Erfassen eines magnetostriktiven Effekts, der in dem Dauerspannungsabschnitt erzeugt wird, umgibt den Dauerspannungsabschnitt. Der Dauerspannungsabschnitt (23) ist ein Abschnitt der Drehwelle (20), der durch Verdrehen der Halteabschnitte (21, 22) dauerhaft verspannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomenterfassungsvorrichtung und eine Servolenkvorrichtung, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung angebracht ist.

Unter einer großen Anzahl von Drehmomenterfassungsvorrichtungen zum Erfassen eines auf eine Drehwelle ausgeübten Drehmoments wird typischerweise eine Torsionsstangenfeder verwendet. Als Drehmomenterfassungsvorrichtung dieser Art ist z. B. aus der JP-A- 7333082 ein "Lenkdrehmomentsensor" bekannt geworden, der nachfolgend als "Stand der Technik" bezeichnet wird.

Bei diesem Stand der Technik sind, wie in Fig. 20 gezeigt, eine Eingangswelle 6 und eine Ausgangswelle 7 durch eine Torsionsstangenfeder 8 miteinander gekoppelt, und ein relativer Drehwinkel zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle 6 und 7 wird durch Erfassungsspulen 2a und 2b erfasst.

Die Drehmomenterfassungsvorrichtung kann an einer elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht sein. Insbesondere wird ein Lenkdrehmoment, das zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle 6 und 7 durch ein Lenkrad ausgeübt wird, von der Drehmomenterfassungsvorrichtung erfasst, und durch einen Elektromotor wird ein Hilfsdrehmoment entsprechend dem Lenkdrehmoment erzeugt und an das Lenksystem durch einen Untersetzungsgetriebemechanismus angelegt, sodass das Lenkdrehmoment durch das Hilfsdrehmoment unterstützt werden kann. Im Ergebnis kann die Lenkkraft eines Fahrers reduziert werden, um ein komfortables Lenkgefühl zu erhalten.

In dem Stand der Technik, in dem die Torsionsstangenfeder 8 verwendet wird, wird ein relativer Winkelversatz zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle 7 und 8 durch die Torsion der Torsionsstangenfeder 8 entsprechend dem Drehmoment erzeugt. Falls die Drehmomenterfassungsvorrichtung an der elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht ist, entsteht bei der Betätigung der Fahrzeugräder in Bezug auf die Lenkbetätigung des Lenkrads eine leichte Zeitverzögerung.

Insbesondere, falls das Hilfsdrehmoment entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, um den Lenkradwiderstand zu erhöhen, wird der Torsionsbetrag der Torsionsstangenfeder 8 während des Lenkens erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Die Zeitverzögerung, die entsprechend dem Betrag der Torsion erzeugt wird, führt zu einer leichten Beeinflussung des Lenkgefühls.

Andererseits ist es in der elektrischen Servolenkvorrichtung erforderlich, das Lenkgefühl des Fahrers so weit wie möglich zu verbessern. Wenn die herkömmliche Drehmomenterfassungsvorrichtung angebracht ist, ist jedoch eine weitere Verbesserung des Lenkgefühls eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, 1. eine Drehmomenterfassungsvorrichtung anzugeben, in der die Zeitverzögerung der Drehmomentübertragung von der Drehmomenteingabeseite zur Drehmomentausgabeseite beseitigt werden kann, und die Richtung und der Betrag des angelegten Drehmoments mit einer einfachen Struktur zuverlässig erfasst werden kann, und 2. eine elektrische Servolenkvorrichtung anzugeben, bei der eine solche Drehmomenterfassungsvorrichtung anwendbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung eine Drehmomenterfassungsvorrichtung vorgeschlagen, worin ein Paar fester Abschnitte an einer Drehwelle mit vorbestimmtem Abstand in der axialen Längsrichtung derselben vorgesehen ist; ein Dauerspannungsabschnitt, dem durch Verdrehen der Halteabschnitte eine Dauerspannung anliegt und der eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ändert, zwischen dem ersten und dem zweiten Halteabschnitt angeordnet ist; und ein Erfassungsabschnitt den ersten Dauerspannungsabschnitt umgibt, um einen in dem ersten Dauerspannungsabschnitt erzeugten Magnetostriktionseffekt elektrisch zu erfassen.

Die Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung ist eine integrale Welle, die nicht in die Drehmomenteingabeseite und die Drehmomentausgabeseite unterteilt ist. Wenn daher das Drehmoment angelegt wird, genügt ein sehr kleiner Torsionswinkel (Winkelversatz). Auch wenn der Torsionswinkel der Drehwelle klein ist, ist es möglich, das Drehmoment schnell zu erfassen, indem durch den Erfassungsabschnitt der magnetostriktive Effekt erfasst wird, der in dem Dauerspannungsabschnitt entsprechend dem Drehmoment erzeugt wird. Demzufolge lässt sich die Verzögerung einer Drehmomentübertragungszeit von der Drehmomenteingabeseite zur Drehmomentausgabeseite der Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung beseitigen.

Ferner ist der Dauerspannungsabschnitt vorgesehen, um ein Werkzeug oder einen Spanner an einem Paar von Halteabschnitten aufzuhängen und diese zu verdrehen, um hierdurch an die Halteabschnitte in der Drehwelle eine akkurate machanische Dauerspannung bzw. Dauerverspannung anzulegen. In dem Dauerspannungsabschnitt ändert sich die Magnetostriktionscharakteristik entsprechend dem angelegten Drehmoment. Durch Vorsehen des Dauerspannungsabschnitts an der Drehwelle verschiebt sich der Ursprung der Magnetostriktionskennlinie des Dauerspannungsabschnitts von dem Ursprung, der vor dem Anlegen der Dauerspannung gesetzt war. Indem man durch den Erfassungsabschnitt den magnetostriktiven Effekt erfasst, der in dem Dauerspannungsabschnitt erzeugt wird, lässt sich bei Betrieb die Richtung und der Betrag des an die Drehwelle angelegten Drehmoments erfassen.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Drehmomenterfassungsvorrichtung vorgeschlagen, worin ein Paar von Halteabschnitten an einer Drehwelle mit vorbestimmtem Abstand in der axialen Längsrichtung vorgesehen ist, ein Magnetostriktionsfilm, der aus einer plattierten Schicht gebildet ist, um die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend einem angelegten Drehmoment zu ändern, und auf den durch Verdrehen der Halteabschnitte eine mechanische Spannung ausgeübt wird, auf einer Oberfläche der Drehwelle und zwischen den Halteabschnitten mit einer vorbestimmten Breite über den Gesamtumfang vorgesehen ist, und ein Erfassungsabschnitt zum elektrischen Erfassen eines magnetostriktiven Effekts, der bei Betrieb an dem Magnetostriktionsfilm erzeugt wird, um den Magnetostriktionsfilm herum vorgesehen ist.

Die Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung ist eine integrale Welle, die nicht in die Drehmomenteingabeseite und die Drehmomentausgabeseite unterteilt ist. Wenn daher das Drehmoment angelegt wird, genügt ein sehr kleiner Torsionswinkel. Auch wenn der Torsionswinkel der Drehwelle klein ist, kann das Drehmoment schnell erfasst werden, indem durch den Erfassungsabschnitt der magnetostriktive Effekt erfasst wird, der in dem Magnetostriktionsfilm entsprechend dem Drehmoment erzeugt wird. Demzufolge ist es möglich, die Verzögerung einer Drehmomentübertragungszeit von der Drehmomenteingabeseite zur Drehmomentausgabeseite der Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung zu beseitigen.

Ferner ist der magnetostriktive Film vorgesehen, um ein Werkzeug oder einen Spanner an einem Paar von Halteabschnitten anzuhängen und diese zu verdrehen, um hierdurch auf die Halteabschnitte der Drehwelle eine akkurate mechanische Spannung auszuüben. In dem Magnetostriktionsfilm ändert sich die Magnetostriktionscharakteristik entsprechend dem angelegten Drehmoment. Indem man den Magnetostriktionsfilm, an den eine mechanische Spannung angelegt worden ist, an der Drehwelle vorsieht, wird der Ursprung der Magnetostriktionskennlinie des Magnetostriktionsfilms von dem Ursprung verschoben, der vor dem Anlegen der Spannung gesetzt wurde. Durch Erfassung des magnetostriktiven Effekts, der bei Betrieb in der Drehwelle durch den Erfassungsabschnitt erzeugt wird, lässt sich die Richtung und der Betrag des an die Drehwelle angelegten Drehmoments schnell und zuverlässig mit einer einfachen Struktur erfassen.

Ferner reicht es aus, dass das Drehmoment zum Verdrehen der Drehwelle so klein ist, dass auf den Magnetostriktionsfilm eine Spannung ausgeübt wird. Das Drehmoment ist so, dass es die Drehwelle in einem elastischen Bereich lose bzw. geringfügig verdreht. Da es nicht notwendig ist, ein Überdrehmoment in den Halteabschnitt einzugeben, kann das Drehmoment leichter gehandhabt werden, und ferner kann die Präzision des Drehmoments verbessert werden. Zusätzlich ist das Drehmoment so, dass es die Drehwelle in dem elastischen Bereich geringfügig verdreht. Daher kann das Gerät zum Eingeben eines Drehmoments an den Halteabschnitt . eine einfache und leichte Struktur haben. Da das Eingangsdrehmoment klein ist, kann die Größe des an der Drehwelle vorzusehenden Halteabschnitts reduziert werden. Daher lässt sich die Torsionssteifigkeit der Drehwelle weiter erhöhen, indem der (kleinste) Durchmesser der Drehwelle vergrößert wird.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung nach dem dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung als Lenkdrehmomentsensor angebracht ist, um ein Lenkdrehmoment eines Lenksystems zu erfassen, das an einem Fahrzeugrad erzeugt wird.

Bei dem dritten Aspekt der Erfindung ist die Drehwelle eine Ritzelwelle, die durch ein Universalgelenk mittels des Lenkrads zu drehen ist, wobei einer der Halteabschnitte ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt ist, der an dem mit dem Universalgelenk zu koppelnden Ende der Ritzelwelle ausgebildet ist, und der andere Halteabschnitt ein mit einem Lenkrad zu koppelndes Ritzel eines Zahnstangen-Ritzelmechanismus ist.

Die Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung, die an der elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht ist, ist eine integrale Welle, die nicht in die Drehmomenteingabeseite und die Drehmomentausgabeseite unterteilt ist. Wenn daher ein Lenkdrehmoment angelegt wird, genügt ein sehr kleiner Torsionswinkel. Aus diesem Grund kommt es zu keiner Zeitverzögerung bei der Lenkbetätigung des Rads im Vergleich zu der Lenkbetätigung eines Lenkrads. Demzufolge lässt sich die Verzögerung einer Drehmomentübertragungszeit von der Drehmomenteingabeseite zur Drehmomentausgabeseite der Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung beseitigen.

Hierdurch ist es möglich, das Ansprechverhalten der elektrischen Servolenkvorrichtung zu verbessern, da ein dem Lenkdrehmoment entsprechendes Hilfsdrehmoment erzeugt und dieses unterstützt wird. Demzufolge kann das Lenkgefühl noch weiter verbessert werden.

Auch, falls das Lenkrad-Widerstandsgefühl erhöht wird, indem das Hilfsdrehmoment entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, kann der Torsionswinkel der Drehwelle sehr klein sein. Demzufolge kann beim Lenken des Lenkrads dessen Lenkwinkel direkt auf das Rad übertragen werden, sodass komfortabel bei gutem Ansprechverhalten gelenkt werden kann.

Ferner wird auch der Längsverzahnungs-Kupplungsabschnitt oder der Kerbverzahnungs-Kupplungsabschnitt in der Drehwelle für einen der Halteabschnitte verwendet, und das Ritzel der Drehwelle wird auch für den anderen Halteabschnitt verwendet. Daher ist es nicht notwendig, den Halteabschnitt vorzusehen, der durch Anhängen eines Werkzeugs oder eines Spanners daran zu verdrehen ist. Demzufolge kann die Steifigkeit der Drehwelle noch weiter verbessert werden.

Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Drehmomenterfassungsvorrichtung vorgeschlagen, worin ein erster Halteabschnitt, ein zweiter Halteabschnitt und ein dritter Halteabschnitt aufeinanderfolgend an einer Drehwelle vorgesehen sind, sodass sie in der axialen Längsrichtung einen vorbestimmten Abstand haben; wobei ein erster Dauerspannungsabschnitt, an dem durch Verdrehen der ersten und zweiten Halteabschnitte eine mechanische Dauerspannung anliegt und der eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend dem angelegten Drehmoment ändert, zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten vorgesehen ist; ein zweiter Dauerspannungsabschnitt, an dem eine mechanische Dauerspannung, die sich von jener des ersten Dauerspannungsabschnitts unterscheidet, durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte anliegt und der eine Magnetostriktionscharakteristik . entsprechend dem angelegten Drehmoment ändert, zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten vorgesehen ist; und ein Erfassungsabschnitt zum elektrischen Erfassung eines magnetostriktiven Effekts, der bei Betrieb in den ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitten erzeugt wird, um die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte herum vorgesehen ist. Die Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung ist eine integrale Welle, die nicht in eine Drehmomenteingabeseite und eine Drehmomentausgabeseite unterteilt ist. Wenn daher das Drehmoment angelegt wird, genügt ein sehr kleiner Torsionswinkel. Demzufolge lässt sich die Richtung und die Höhe des an die Drehwelle angelegten Drehmoments mit einer einfachen Struktur schnell und zuverlässig erfassen, indem man durch den Erfassungsabschnitt den in den ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitten erzeugten Magnetostriktionseffekt erfasst.

Auch wenn der Torsionswinkel der Drehwelle klein ist, kann das Drehmoment schnell erfasst werden, indem durch den Erfassungsabschnitt der magnetostriktive Effekt erfasst wird, der in dem Dauerspannungsabschnitt entsprechend dem Drehmoment erzeugt wird.

Ferner werden die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte, an denen voneinander unterschiedliche, akkurate Dauerspannungen bzw. Dauerverspannungen anliegen, zwischen den ersten, zweiten und dritten Halteabschnitten in der Drehwelle vorgesehen, indem die Werkzeuge oder Spanner, die an den ersten, zweiten und dritten Halteabschnitten hängen, verdreht werden. In den ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitten ändern sich die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend dem angelegten Drehmoment. Indem man die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte an der Drehwelle vorsieht, werden die Ursprünge der Magnetostriktionskennlinien der ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte von dem Ursprung weg verschoben, der vor dem Anlegen der Dauerspannung gesetzt wurde.

Die Magnetostriktionscharakteristik des zweiten Dauerspannungsabschnitts unterscheidet sich von jener des ersten Dauerspannungsabschnitts. Es besteht die Möglichkeit, die Richtung und den Betrag des an die Drehwelle angelegten Drehmoments zu erfassen, indem man durch den Erfassungsabschnitt jeden der magnetostriktiven Effekte erfasst, die in den ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitten mit voneinander unterschiedlichen Magnetostriktionscharakteristiken erzeugt werden, und ferner um eine Fehlerdiagnose der Drehmomenterfassungsvorrichtung auszuführen, indem man zwei verschiedene Erfassungswerte vergleicht.

Wenn darüber hinaus eine Differenz zwischen den zwei unterschiedlichen Erfassungswerten innerhalb eines Drehmomentmessbereichs variiert wird, lässt sich der Einfluss der Temperaturcharakteristik beseitigen, um hierdurch eine stabile Signalcharakteristik auf der Basis der Differenz zwischen den zwei Erfassungswerten zu erhalten. Somit ist es möglich, ein noch besseres Drehmomenterfassungssignal zu erhalten, das sich bei einer Änderung der Umgebungstemperatur nicht ändert.

Nach einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Drehmomenterfassungsvorrichtung vorgeschlagen, in der ein erster Halteabschnitt, ein zweiter Halteabschnitt und ein dritter Halteabschnitt aufeinanderfolgend an einer Drehwelle vorgesehen sind, sodass sie in axialer Längsrichtung einen vorbestimmten Abstand haben; ein erster Magnetostriktionsfilm, der aus einer plattierten Schicht zum Ändern einer Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ausgebildet ist und an dem ein durch Verdrehen der ersten und zweiten Halteabschnitte eine mechanische Spannung anliegt, auf einer Oberfläche der Drehwelle und zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten mit einer vorbestimmten Breite über einen Gesamtumfang vorgesehen ist; ein zweiter Magnetostriktionsfilm, der aus einer plattierten Schicht zum Ändern einer Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ausgebildet ist und an dem eine sich von dem ersten Magnetostriktionsfilm unterscheidende, mechanische Spannung durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte anliegt, auf der Oberfläche der Drehwelle und zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten mit einer vorbestimmten Breite über einen Gesamtumfang vorgesehen ist; und ein Erfassungsabschnitt zum elektrischen Erfassen eines magnetostriktiven Effekts, der bei Betrieb in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen erzeugt wird, um den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilm herum vorgesehen ist.

Die Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung ist eine integrale Welle, die nicht in die Drehmomenteingabeseite und die Drehmomentausgabeseite unterteilt ist. Wenn daher das Drehmoment angelegt wird, genügt ein sehr kleiner Torsionswinkel. Demzufolge lässt sich die Verzögerung einer Drehmomentübertragungszeit von der Drehmomenteingabeseite zur Drehmomentausgabeseite der Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung beseitigen.

Auch wenn der Torsionswinkel der Drehwelle klein ist, kann das Drehmoment schnell erfasst werden, indem durch den Erfassungsabschnitt der magnetostriktive Effekt erfasst wird, der im den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen entsprechenden Drehmoment erzeugt wird.

Ferner werden auf die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme voneinander unterschiedliche akkurate, mechanische Spannungen zwischen den ersten, zweiten und dritten Halteabschnitten in der Drehwelle durch Verdrehwerkzeuge oder Spanner ausgeübt, die an den ersten, zweiten und dritten Halteabschnitten angehängt sind. In den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen werden die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend dem angelegten Drehmoment geändert. Durch Vorsehen der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme auf der Drehwelle verschieben sich die Ursprünge der Magnetostriktionskennlinien der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme von dem Ursprung, der vor dem Anlegen der Spannung gesetzt wurde. Demzufolge ist es möglich, die Richtung und die Höhe des an die Drehwelle angelegten Drehmoments mit einer einfachen Struktur zuverlässig und schnell zu erfassen, indem man durch den Erfassungsabschnitt die in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen erzeugten Magnetostriktionseffekte erfasst.

Die Magnetostriktionscharakteristik des zweiten Magnetostriktionsfilms unterscheidet sich von jener des ersten Magnetostriktionsfilms. Es ist möglich, die Richtung und den Betrag des an die Drehwelle angelegten Drehmoments zu erfassen, indem man durch den Erfassungsabschnitt jeden der magnetostriktiven Effekte erfasst, die in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen mit voneinander unterschiedlichen Magnetostriktionscharakteristiken erzeugt werden, und um ferner die Fehlerdiagnose der Drehmomenterfassungsvorrichtung durchzuführen, indem man die zwei verschiedenen Erfassungswerte vergleicht.

Wenn darüber hinaus eine Differenz zwischen den zwei unterschiedlichen Erfassungswerten innerhalb eines Drehmomentmessbereichs variiert wird, lässt sich der Einfluss einer Temperaturcharakteristik beseitigen, um hierdurch eine stabile Signalcharakteristik auf der Basis der Differenz der zwei Erfassungswerte zu erhalten. Somit lässt sich ein noch besseres Drehmomenterfassungssignal erhalten, das sich bei einer Änderung der Umgebungstemperatur nicht ändert.

Ferner genügt es, dass das Drehmoment zum Verdrehen der Drehwelle so klein ist, um eine mechanische Spannung an die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme anzulegen. Das Drehmoment ist so, dass es die Drehwelle im elastischen Bereich lose bzw. geringfügig verdreht. Da es . nicht notwendig ist, ein Überdrehmoment an die ersten, zweiten und dritten Halteabschnitte anzulegen, kann das Drehmoment leichter gehandhabt werden, und ferner kann die Drehmomentpräzision verbessert werden. Da ferner das Eingangsdrehmoment klein ist, können die Abmessungen der ersten, zweiten und dritten Halteabschnitte der Drehwelle reduziert werden. Daher ist es möglich, die Torsionssteifigkeit der Drehwelle weiter zu erhöhen, indem man den (kleinsten) Durchmesser der Drehwelle erhöht. Zusätzlich ist das Drehmoment so, dass es die Drehwelle im elastischen Bereich geringfügig verdreht. Daher kann das Gerät zum Anlegen eines Drehmoments an die ersten, zweiten und dritten Halteabschnitte eine einfache und leichte Struktur haben.

Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung nach dem vierten oder fünften Aspekt der Erfindung als Lenkdrehmomentsensor angebracht ist, um ein Lenkdrehmoment eines Lenksystems zu erfassen, das an einem Fahrzeugrad erzeugt wird.

In dem sechsten Aspekt der Erfindung ist die Drehwelle eine Ritzelwelle, die durch ein Universalgelenk mittels des Lenkrads zu drehen ist; der erste Halteabschnitt ist ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt, der an dem mit dem Universalgelenk zu koppelnden Ende der Ritzelwelle ausgebildet ist, und der dritte Halteabschnitt ist ein mit einem Lenkrad zu koppelndes Ritzel eines Zahnstangen- und Ritzelmechanismus.

Die Drehwelle der Drehmomenterfassungsvorrichtung, die an der elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht ist, ist eine integrale Welle, die nicht in die Drehmomenteingabeseite und die Drehmomentausgabeseite unterteilt ist. Wenn daher ein Lenkdrehmoment angelegt wird, genügt ein sehr kleiner Torsionswinkel. Aus diesem Grund entsteht keine Zeitverzögerung bei der Lenkbetätigung des Fahrzeugrads im Vergleich zur Lenkbetätigung des Lenkrads. Demzufolge ist es möglich, das Ansprechverhalten der elektrischen Servolenkvorrichtung weiter zu verbessern, die ein Hilfsdrehmoment entsprechend dem Lenkdrehmoment erzeugt und dies unterstützt. Demzufolge kann das Lenkgefühl noch weiter verbessert werden.

Auch, falls das Widerstandsgefühl des Lenkrads erhöht wird, indem das Hilfsdrehmoment entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, kann der Torsionswinkel der Drehwelle sehr klein gemacht werden. Demzufolge kann beim Lenken des Lenkrads dessen Lenkwinkel direkt auf das Rad übertragen werden, sodass man komfortabel mit gutem Ansprechverhalten lenken kann.

Ferner wird der Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder der Kerbverzahnungskupplungsabschnitt in der Drehwelle auch für den ersten Halteabschnitt benutzt, und das Ritzel der Drehwelle wird auch für den dritten Halteabschnitt benutzt. Daher genügt es, den zweiten Halteabschnitt durch Anhängen eines Werkzeugs oder Spanners daran zu verdrehen. Demzufolge kann die Steifigkeit der Drehwelle weiter verbessert werden.

Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Die Fig. 1A bis 1E zeigen eine Struktur einer Drehmomenterfassungsvorrichtung (erste Ausführung) und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung;

Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm der Drehmomenterfassungsvorrichtung (erste Ausführung);

Fig. 3 zeigt ein Magnetostriktionskenndiagramm der Drehmomenterfassungsvorrichtung (erste Ausführung);

Fig. 4 ist eine typische Ansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (erste Ausführung);

Fig. 5 zeigt die Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung (erste Ausführung);

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang Linie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7A bis 7F zeigen eine Struktur einer Drehmomenterfassungsvorrichtung (zweite Ausführung) und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung;

Fig. 8 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (zweite Ausführung);

Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (dritte Ausführung);

Fig. 10 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (vierte Ausführung);

Fig. 11A bis 11E zeigen eine Struktur einer Drehmomenterfassungsvorrichtung (fünfte Ausführung) und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung;

Fig. 12 zeigt ein Schaltdiagramm der Drehmomenterfassungsvorrichtung (fünfte Ausführung);

Fig. 13A bis 13C sind Magnetostriktionskenndiagramme der Drehmomenterfassungsvorrichtung (fünfte Ausführung);

Fig. 14 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (fünfte Ausführung);

Fig. 15A bis 15F zeigen die Struktur einer Drehmomenterfassungsvorrichtung (sechste Ausführung) und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung;

Fig. 16 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (sechste Ausführung);

Fig. 17 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (siebte Ausführung);

Fig. 18 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung (achte Ausführung);

Fig. 19A bis 19C sind Magnetostriktionskenndiagramme einer Drehmomenterfassungsvorrichtung (Modifikation der fünften Ausführung), und

Fig. 20 zeigt eine herkömmliche Drehmomenterfassungsvorrichtung.

Die folgenden Zeichnungen sind in Richtung ihrer Bezeichnungen zu betrachten.

Zuerst wird eine Drehmomenterfassungsvorrichtung und eine Servolenkvorrichtung, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung angebracht ist, nach einer ersten Ausführung anhand der Fig. 1A bis 6 beschrieben.

Die Fig. 1A bis 1E zeigen eine Struktur der Drehmomenterfassungsvorrichtung nach der ersten Ausführung und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 nach der in Fig. 1E gezeigten ersten Ausführung ist ein Magnetostriktions-Drehmomentsensor. Ein Dauerspannungsabschnitt 23, an dem eine mechanische Dauerspannung anliegt, um die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend einem angelegten Drehmoment zu ändern, ist an einer zylindrischen Drehwelle 20 angeordnet. Ein Erfassungsabschnitt 30 zur elektrischen Erfassung eines Magnetostriktionseffekts, der in dem Dauerspannungsabschnitt 23 erzeugt wird, ist um den Dauerspannungsabschnitt 23 herum angeordnet. Das Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 30 wird von einer Ausgabeschaltung 40 verarbeitet, um ein Drehmomenterfassungssignal auszugeben.

Die Drehwelle 20 ist aus ferromagnetischem Material gebildet, wie etwa einem Nickel-Chrom-Molybdän-Stahlprodukt (JIS-G-4103, Mark; SNCM). In der ersten Ausführung ist die Drehwelle 20 mit einem Paar von Halteabschnitten 21 und 22 versehen, die einen vorbestimmten Abstand in axialer Längsrichtung haben. Ferner ist zwischen den Halteabschnitten 21 und 22 ein Dauerspannungsabschnitt 23 vorgesehen, auf den durch Verdrehen der Halteabschnitte 21 und 22 eine Dauerspannung ausgeübt wird.

Der Erfassungsabschnitt 30 umgibt den Dauerspannungsabschnitt 23 der Drehwelle 20. Der Erfassungsabschnitt 30 enthält eine zylindrische Wickelspule 31, durch die die Drehwelle 21 eingesetzt ist, eine mehrlagige Solenoidwicklung 32 (nachfolgend "als Wicklung 32" bezeichnet), die um die Wickelspule 31 herum gewickelt ist, sowie ein Gegenjoch 33 zur magnetischen Abschirmung der Umgebung der Wicklung.

Die Wicklung 32 ist in dem Magnetkreis der Drehwelle 21 mit einem sehr kleinen Spalt von der Außenumfangsfläche der Drehwelle 20 angeordnet, um hierdurch die Impedanz entsprechend der Permeabilitätsänderung zu ändern, wenn auf den Dauerspannungsabschnitt 23 ein Drehmoment ausgeübt wird.

Nachfolgend wird der Prozess zum Herstellen des Dauerspannungsabschnitts 23 auf der Drehwelle 20 und der Montage des Erfassungsabschnitts 30 anhand der Fig. 1A bis 1E beschrieben.

Fig. 1B ist eine Schnittansicht entlang Linie b-b von Fig. 1A. Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt, sind ein Paar von Halteabschnitten 21 und 22 jeweils an zumindest einem Paar von zwei oder vier flachen Flächen angebracht, die durch Abflachen der Außenumfangsflächen der Drehwelle 20 ausgebildet sind. Um an der Drehwelle 20 den Dauerspannungsabschnitt 23 herzustellen, werden Werkzeuge 51 und 52 an die oberen und unteren Halteabschnitte 21 und 22 gehängt, um die Drehwelle 20 um einen vorbestimmten Winkel zu verdrehen, um hierdurch eine vorbestimmte Dauerspannung anzulegen.

Beispielsweise werden in Fig. 1A zwei geteilte (Halb-)Werkzeuge 51 und 52 zuerst an den oberen und unteren Halteabschnitten 21 und 22 angelegt und werden daran mit Bolzen 53 zusammengebaut. Das Werkzeug 51 ist ein scheibenförmiges Element mit rechten und linken Werkzeughälften 51A und 51B, die miteinander kombiniert sind. Das Werkzeug 52 ist ein scheibenförmiges Element, das durch Kombinieren der linken und rechten Werkzeughälften 52A und 52B erhalten ist.

Zum leichteren Verständnis des "Verdrehzustands" der Drehwelle 20 ist auf der Oberfläche der Drehwelle 20 eine Referenzlinie SL aufgezeichnet, die sich in der axialen Längsrichtung erstreckt. Da die Drehwelle 20 in Fig. 1 A nicht verdreht ist, ist die Referenzlinie SL eine gerade Linie. Dann wird, wie in Fig. 1 C gezeigt, ein Werkzeug 51 befestigt, und das andere Werkzeug 52 wird verdreht. Alternativ werden die oberen und unteren Werkzeuge 51 und 52 in zueinander entgegengesetzten Richtungen verdreht, um für eine vorbestimmte Zeit ein Überdrehmoment anzulegen und die Drehwelle 20 plastisch zu verformen, um eine Dauerspannung anzulegen. Hierbei beträgt das Drehmoment z. B. angenähert 30 bis 40 kgf.m.

Dann wird das Drehmoment aufgehoben, und die Werkzeuge 51 und 52 werden von den oberen und unteren Halteabschnitten 21 und 22 entfernt. Somit liegt die Dauerspannung zwischen den Halteabschnitten 21 und 22 und der Drehwelle 20 an, wie in Fig. 1D gezeigt. Ein Abschnitt der Drehwelle 20, an dem die Dauerspannung anliegt, wirkt als der Dauerspannungsabschnitt 23. Da die Drehwelle 20 in diesem Zustand verdreht ist, wird die Referenzlinie SL spiralig.

Danach wird der Erfassungsabschnitt 30 an der Drehwelle 20 montiert, die mit dem Dauerspannungsabschnitt 23 versehen ist, wie in Fig. 1E gezeigt. Somit wird die Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 erhalten.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist die erste Ausführung dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Halteabschnitten 21 und 22 an der Drehwelle 20 mit vorbestimmtem Abstand in axialer Längsrichtung vorgesehen ist und durch Verdrehen der Halteabschnitte 21 und 22 ein Dauerspannungsabschnitt 23 erzeugt wird, an dem die vorbestimmte Dauerspannung anliegt.

Die Werkzeuge 51 und 52 oder Spanner können zuverlässig und stabil an dem Paar von Halteabschnitten 21 und 22 aufgehängt werden. Demzufolge ist es möglich, eine vorbestimmte Dauerspannung akkurat und zuverlässig zwischen den Halteabschnitten 21 und 22 in der Drehwelle 20 auszuüben, indem die Werkzeuge 51 und 52 oder die Spanner um einen vorbestimmten Winkel verdreht werden.

Fig. 2 ist ein Schaltdiagramm, das die Drehmomenterfassungsvorrichtung nach der ersten Ausführung zeigt.

In dem Ausgabeschaltungsabschnitt 40 der Drehmomenterfassungsvorrichtung wird eine Wechselstromspannung (nachfolgend als "AC-Spannung" bezeichnet) von einer Wechselstrom (AC)-Spannungsquelle 43 an eine serielle Schaltung 42 angelegt, in der die Wicklung 32 und ein Widerstand 41 mit einem konstanten Widerstandswert in Serie geschlossen sind, und die Impedanzänderung der Wicklung 32 wird in die AC-Spannung umgewandelt. Die so umgewandelte Impedanzänderung wird als das Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 30 aufgenommen, und das Erfassungssignal mit der AC-Spannung wird durch eine Diode 44 gleichgerichtet und wird dann durch einen Tiefpassfilter 45 in ein Erfassungssignal mit weniger Rauschen und einer Gleichstromspannung (nachfolgend als "DC-Spannung" bezeichnet) umgewandelt. Das Erfassungssignal mit der DC-Spannung wird mit einem Verstärker 46 verstärkt, und das so verstärkte Signal wird als das Drehmomenterfassungssignal von einem Ausgabeanschluss 47 ausgegeben.

Die Diode 44 ist mit der Serienschaltung 42 zum Erhalt einer Gleichrichterschaltung verbunden. Der Tiefpassfilter 45 ist eine Glättungsschaltung mit einem Widerstand 48 und einem Kondensator 49.

Fig. 3 zeigt eine Magnetostriktionskennlinie der Drehmomenterfassungsvorrichtung der ersten Ausführung, worin die Abszissenachse eine Änderung des an die Drehwelle angelegten Drehmoments T angibt und die Ordinatenachse eine Impedanzänderung der Wicklung angibt.

In der Magnetostriktionskennlinie SP ist die rechte Hälfte ab dem Drehmomentursprung T1 (ein Punkt mit Drehmoment = 0) in der Abszissenachse eine Charakteristik, die man erhält, wenn ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf die Drehwelle 20 ausgeübt wird, und die linke Hälfte ab dem Drehmomentursprung T1 bezeichnet eine Charakteristik, die man erhält, wenn ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf die Drehwelle 20 ausgeübt wird, und die linken und rechten Charakteristiken sind linear symmetrisch zu einer vertikalen Linie, die durch den Drehmomentursprung T1 hindurchgeht. Aus diesem Grund ist es unmöglich, aus dem Absolutwert der Impedanz der Wicklung 32 zu entscheiden, d. h. dem Absolutwert der Permeabilität der Drehwelle 20, ob ein Drehmoment im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn ausgeübt wird.

Daher haben die Erfinder die Beziehung zwischen dem angelegten Drehmoment und der Permeabilität der magnetischen Drehwelle 20 untersucht. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass der Drehmomentursprung T1 der Drehwelle 20, die für die Drehmomenterfassungsvorrichtung zu verwenden ist, zu einem Drehmomentursprung T2 (Drehmoment T ≠ 0) verschoben werden kann, indem man die Drehwelle 20 verdreht, um eine Dauerspannung anzulegen. Anders gesagt, der Drehmomentanlage- Ausgangspunkt ist verschoben.

Als Folge der Anlage der Dauerspannung hat die Magnetostriktionskennlinie SP eine derartige Charakteristik, dass die linken und rechten Charakteristiken in Bezug auf eine vertikale Linie asymmetrisch sind, die durch den Drehmomentursprung T2 hindurchgeht. Durch Verwendung linker und rechter konstanter Bereiche A1 und A2 in der Magnetostriktionskennlinie SP, bei der der Drehmomentursprung T2 als Referenz gesetzt ist, kann daher die Richtung und der Betrag des Drehmoments aus dem Absolutwert der Impedanz ermittelt werden.

Wie oben beschrieben, wird durch Verwendung der Drehwelle 20, an der die akkurate Dauerspannung anliegt, die Permeabilität des Dauerspannungsabschnitts 23 entsprechend dem bei Betrieb an die Drehwelle 20 angelegten Drehmoment geändert, wie in Fig. 2 gezeigt, und die Impedanzänderung in der Wicklung 32, die zu dieser Zeit erzeugt wird, wird von dem Ausgabeschaltungsabschnitt 40 erfasst. Demzufolge ist es möglich, die Richtung und den Wert des Drehmoments akkurat zu erfassen.

Es folgt eine Beschreibung eines Beispiels, in der die Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 der ersten Ausführung an der elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht ist.

Fig. 4 ist eine typische Ansicht, die die elektrische Servolenkvorrichtung nach der ersten Ausführung zeigt.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung 60 nach der ersten Ausführung umfasst ein Lenksystem 70, das von einem Lenkrad 71 eines Fahrzeugs zu Rädern (Vorderrädern) 79 und 79 reicht, sowie einen Hilfsdrehmomentmechanismus 80 zum Anlegen eines Hilfsdrehmoments an das Lenksystem 70.

In dem Lenksystem 70 ist die Drehwelle 20 mit dem Lenkrad 71 durch eine Lenkwelle 72 und Universalgelenke 73 und 73 gekoppelt, und eine Zahnstange 76 ist mit der Drehwelle 20 durch einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 75 gekoppelt. Ferner sind linke und rechte Räder 79 und 79 mit beiden Enden der Zahnstange 76 durch linke und rechte Spurstangen 77 und 77 und Achsschenkel 78 und 78 gekoppelt.

Der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 75 hat eine derartige Struktur, dass eine an der Zahnstange 76 ausgebildete Verzahnung 76a mit einem an der Drehwelle 20 ausgebildeten Ritzel 26 in Eingriff steht.

Wenn ein Fahrer das Lenkrad 71 lenkt, können die linken und rechten Räder 79 und 79 mit dem Lenkdrehmoment durch den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 75 und die linken und rechten Spurstangen 77 und 77 gelenkt werden.

In dem Hilfsdrehmomentmechanismus 80 erfasst die Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 das Lenkdrehmoment des Lenksystems 10, das auf das Lenkrad 71 ausgeübt wird. Ein Steuermittel 81 erzeugt ein Steuersignal auf der Basis eines Drehmomenterfassungssignals, und dann erzeugt ein Elektromotor 82 ein Hilfsdrehmoment entsprechend dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Steuersignals. Das Hilfsdrehmoment wird auf den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 75 des Lenksystems 70 durch ein Untersetzergetriebe 84 und die Drehwelle 20 übertragen. Dann können die rechten und linken Räder 79 und 79 durch den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 75 und die rechten und linken Spurstangen 77 und 77 gelenkt werden.

Demzufolge können die Räder 79 und 79 mit einem gemeinsamen Drehmoment gelenkt werden, das durch Addition des Hilfsdrehmoments des Elektromotors 82 zu dem Lenkdrehmoment des Fahrers erhalten ist.

Fig. 5 ist eine Ansicht, die die Gesamtstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung der ersten Ausführung zeigt, wobei in dem Schnitt die linken und rechten Enden weggelassen sind. Fig. 5 zeigt, dass die Zahnstange 76 der elektrischen Servolenkvorrichtung 60 in axialer Richtung verschiebbar in einem Gehäuse 91 aufgenommen ist, das sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs (in Querrichtung der Zeichnung) erstreckt. An beiden Längsenden der Zahnstange 76, die von dem Gehäuse 91 vorstehen, sind die Spurstangen 77 und 77 durch Kugelgelenke 92 und 92 gekoppelt. Die Bezugszahlen 93 und 93 bezeichnen Manschetten zur Staubabdichtung.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang Linie VI-VI in Fig. 5 und zeigt die Längsschnittstruktur der elektrischen Servolenkvorrichtung 60.

Die elektrische Servolenkvorrichtung 60 hat einen derartigen Aufbau, dass die Drehmomenterfassungsvorrichtung 10, die Drehwelle 20, der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 75 und das Untersetzergetriebe 84 in dem Gehäuse 91 aufgenommen sind und die obere Öffnung des Gehäuses 91 durch einen oberen Deckelabschnitt 94 verschlossen ist. Die Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 ist an dem oberen Deckelabschnitt 94 angebracht.

Das Gehäuse 91 trägt drehbar den oberen Abschnitt, den Längsmittelabschnitt und das Unterende der Drehwelle 20, die sich vertikal durch drei Lager 95 bis 97 erstreckt, hält den Elektromotor 82 und enthält eine Zahnstangenführung 100.

Die Drehwelle 20 ist eine Ritzelwelle, die durch das Universalgelenk 73 vom Lenkrad 71 gedreht wird, wie in Fig. 4 gezeigt. Insbesondere weist die Drehwelle 20 einen Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder einen Kerbverzahnungsabschnitt 25 auf zur Kupplung mit dem Universalgelenk 73, das am Oberende (einem der Enden) ausgebildet ist, wobei an ihrem Unterende (dem anderen Ende) ein Ritzel 26 ausgebildet ist.

Die Zahnstangenführung 100 bewirkt, dass ein Führungsabschnitt 101 die Zahnstange 76 an der entgegengesetzten Seite der Verzahnung 76a abstützt und auf den Führungsabschnitt 101 mit einem Einstellbolzen 103 durch eine Druckfeder 102 drückt, um hierdurch eine Vorlast an der Verzahnung 76a zu erzeugen und die Verzahnung 76a gegen das Ritzel 26 zu drücken. Die Bezugszahl 104 bezeichnet eine Sperrmutter.

Das Untersetzergetriebe 84 ist ein Schneckengetriebe zur Übertragung des im Elektromotor 82 erzeugten Hilfsdrehmoments auf die Drehwelle 20, das ist ein Servomechanismus. Im Detail enthält das Untersetzergetriebe 84 eine Schnecke 85, die an der Ausgangswelle 83 des Elektromotors 82 vorgesehen ist, und ein Schneckenrad 86, das mit der Drehwelle 20 gekoppelt ist und mit der Schnecke 85 in Eingriff steht. Das Schneckenrad 86 ist durch Schrumpfpassung mit der Drehwelle 20 im Wesentlichen integral gekoppelt.

In der Zeichnung bezeichnet die Bezugszahl 111 eine Öldichtung, 112 bis 114 bezeichnen einen Schnappring, 115 bezeichnet einen Abstandshalter und 116 bezeichnet einen O-Ring.

Es folgt nun eine Beschreibung einer anderen Ausführung der Drehmomenterfassungsvorrichtung und der Servolenkvorrichtung, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung angebracht ist. Gleiche Strukturen wie in der ersten Ausführung der Fig. 1 bis 6 sind mit gleichen Bezugszahlen versehen, und ihre Beschreibung ist weggelassen.

Die Fig. 7A bis 7F sind Ansichten, die die Struktur der Drehmomenterfassungsvorrichtung einer zweiten Ausführung und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung zeigen.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 200 nach der in Fig. 7F gezeigten, zweiten Ausführung ist ein Magnetostriktions-Drehmomentsensor. Ein Magnetostriktionsfilm 201 ist auf der Oberfläche einer Drehwelle 20 mit einer vorbestimmten Breite W über deren Gesamtumfang angeordnet. Ein Erfassungsabschnitt 30 zum elektrischen Erfassen eines in dem Magnetostriktionsfilm 201 erzeugten, magnetostriktiven Effekt umgibt den Magnetostriktionsfilm 201. Ein Ausgabeabschnitt 40 verarbeitet das Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 30 und gibt ihn als Drehmomenterfassungssignal aus.

Der Magnetostriktionsfilm 201 umfasst eine plattierte Schicht mit vorbestimmter Dicke, die zwischen einem Paar von Halteabschnitten 21 und 22 vorgesehen ist. Die plattierte Schicht ist ein Film (oder eine Folie), in der sich die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend dem angelegten Drehmoment ändert und ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Verdrehen der Halteabschnitte 21 und 22 eine mechanische Spannung angelegt wird.

Der Magnetostriktionsfilm 201 ist aus einem Material gebildet, das eine starke Änderung in der Magnetflussdichte entsprechend der mechanischen Spannungsänderung erzeugt, z. B. ein Film auf Ni-Fe-Legierungsbasis, der auf der Außenumfangsfläche der Drehwelle 20 durch ein Dampfplattierungsverfahren gebildet ist. Der Legierungsfilm hat eine Dicke von z. B. angenähert 5 bis 20 µm.

In solchen Fällen, in denen der Film auf Ni-Fi-Legierungsbasis zwischen angenähert 20 Gew.-% Ni und angenähert 50 Gew.-% Ni enthält, steigt die Magnetostriktionskonstante, sodass der Magnetostriktionseffekt verbessert werden kann. Bevorzugt sollte ein Material verwendet werden, das eine solche Ni-Gehaltsrate aufweist. Z. B. wird für den Film auf Ni-Fe- Legierungsbasis ein Material verwendet, das 50 bis 60 Gew.-% Ni und Fe als Rest enthält. Der Magnetostriktionsfilm 201 kann ein ferromagnetischer Film oder ein Permalloy sein (angenähert 78 Gew.-% Ni, Rest Fe) oder Supermalloy (78 Gew.-% Ni, 5 Gew.-% Mo, Rest Fe). Ni repräsentiert Nickel, Fe repräsentiert Eisen und Mo repräsentiert Molybdän.

Wie oben beschrieben, ist die Drehwelle 20 mit dem Magnetostriktionsfilm 201 versehen, auf den eine mechanische Spannung ausgeübt wird. Wenn daher bei Betrieb ein Drehmoment auf den Magnetostriktionsfilm 201 durch die Drehwelle 20 ausgeübt wird, ändert sich die Permeabilität des Magnetostriktionsfilms 201 entsprechend dem Drehmoment. Dann wird die Impedanzänderung in der in Fig. 2 erzeugten Wicklung 32, die zu dieser Zeit erzeugt wird, von dem Ausgabeschaltungsabschnitt 40 erfasst, sodass die Richtung und der Wert des Drehmoments erfasst werden können.

Nun wird anhand der Fig. 7A bis 7F ein Prozess beschrieben, um den Magnetostriktionsfilm 201 mit mechanischer Spannung an der Drehwelle 20 herzustellen, der die oben erwähnte Struktur hat, um den Erfassungsabschnitt 30 zusammenzubauen. Fig. 7B ist eine Schnittansicht entlang Linie b-b von Fig. 7A.

Da der in den Fig. 7A bis 7C gezeigte Prozess der gleiche wie der in den Fig. 1 A bis 1 C gezeigte Prozess ist, wird die Beschreibung weggelassen. Jedoch sind ein Drehmoment, das beim Verdrehen der Drehwelle 20 angelegt wird, und eine Drehmomentanlagezeit kleiner als jene der ersten Ausführung und sind so, dass in der Drehwelle 20 selbst keine Dauerspannung verbleibt. Insbesondere wird die Drehwelle 20 im elastischen Bereich lose bzw. geringfügig verdreht. Das Drehmoment beträgt z. B. angenähert 3 bis 6 kgf.m.

Fig. 7D zeigt einen Zustand, in dem die Drehwelle 20 verdreht ist. Da die Drehwelle 20 in diesem Zustand verdreht ist, ist eine Referenzlinie SL spiralig. In dem verdrehten Zustand wird dann auf der Außenumfangsfläche der Drehwelle 20 und in einer vorbestimmten Position zwischen den Halteabschnitten 21 und 22 eine Plattierung ausgeführt, sodass der Magnetostriktionsfilm 201 gebildet wird, der eine plattierte Schicht aufweist.

Zum leichteren Verständnis von "Verdrehzustand" des Magnetostriktionsfilms 201 ist auf der Oberfläche des Magnetostriktionsfilms 201 eine Referenzlinie SL1 angegeben, die sich in der axialen Längsrichtung erstreckt. Da in Fig. 7D der Magnetostriktionsfilm 201 nicht verdreht ist, ist die Referenzlinie SL1 in der axialen Längsrichtung eine gerade Linie.

Dann wird das Drehmoment aufgehoben, um den Verdrehzustand der Drehwelle 20 wieder herzustellen, und die Werkzeuge 51 und 52 werden von den oberen und unteren Halteabschnitten 21 und 22 entfernt. Da die Drehwelle 20 in diesem Zustand nicht verdreht ist, kehrt die Referenzlinie SL zu der in axialer Längsrichtung geraden Linie zurück, wie in Fig. 7E gezeigt. Da ferner der Magnetostriktionsfilm 201 verdreht ist, wird die Referenzlinie SL1 spiralig.

Durch Dauerverformung des Magnetostriktionsfilms 201, wie in Fig. 7E gezeigt, unterliegt somit der Magnetostriktionsfilm 201 einer permanenten, mechanischen Spannung. Anders gesagt, die mechanische Spannung bleibt in dem Magnetostriktionsfilm 201 dauerhaft, indem lediglich die verdrehte Drehwelle 20 in ihren nicht verdrehten Zustand zurückversetzt wird.

Dann lässt sich die Drehmomenterfassungsvorrichtung 200 erhalten, indem man den Erfassungsabschnitt 30 an die mit dem Magnetostriktionsfilm 201 versehene Drehwelle 20 montiert, wie in Fig. 7F gezeigt.

Bei der zweiten Ausführung kann das die Drehwelle 20 Verdrehmoment so klein sein, dass im Ergebnis auf den Magnetostriktionsfilm 201 eine mechanische Spannung ausgeübt wird. Das Drehmoment ist so, dass die Drehwelle 20 im elastischen Bereich geringfügig verdreht wird. Da es nicht notwendig ist, an die Halteabschnitte 21 und 22 ein Überdrehmoment anzulegen, kann daher, wie in der ersten Ausführung, das Drehmoment leichter gehandhabt werden. Da ferner die Drehwelle 20 im elastischen Bereich lose verdreht wird, kann das Gerät zum Anlegen eines Drehmoments an die Halteabschnitte 21 und 22 eine einfache und leichte Struktur haben.

Da ferner das Eingangsdrehmoment klein ist, können die Abmessungen der Halteabschnitte 21 und 22 der Drehwelle 20 reduziert werden. Insbesondere ist es möglich, die Abflachungen für die Halteabschnitte 21 und 22 weniger tief zu machen, wie in Fig. 7B gezeigt. Demzufolge kann der Durchmesser der Drehwelle 20 vergrößert werden, sodass die Torsionssteifigkeit der Drehwelle 20 noch weiter erhöht werden kann.

Bei dem Prozess der Fig. 7A bis 7F kann die Dauerspannung an den Magnetostriktionsfilm 201 derart angelegt werden, dass 1. die Halteabschnitte 21 und 22 der Drehwelle 20 bzw. der dazwischenliegende Bereich der Plattierung unterzogen werden bzw. wird, um den Magnetostriktionsfilm 201 zu bilden, 2. dann die Werkzeuge 51 und 52 an die Halteabschnitte 21 und 22 gehängt werden, um die Drehwelle 20 zu verdrehen, und 3. der Magnetostriktionsfilm 201 plastisch verformt wird, um eine vorbestimmte Dauerspannung auszuüben.

Es folgt nun eine Beschreibung eines Beispiels, in dem die Drehmomenterfassungsvorrichtung 200 mit der oben beschriebenen Struktur und Funktion an einer elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht ist.

Fig. 8 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung nach der zweiten Ausführung entsprechend Fig. 6.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung 260 der zweiten Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetostriktionsfilm 201, an den eine mechanische Spannung angelegt wird, in der Drehwelle 20 vorgesehen ist. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie die in den Fig. 4 bis 6, und ihre Beschreibung wird weggelassen.

Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung einer dritten Ausführung entsprechend Fig. 6.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 300 und eine elektrische Servolenkvorrichtung 360, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung nach der dritten Ausführung angebracht ist, sind dadurch gekennzeichnet, dass 1. das Paar von Halteabschnitten 21 und 22 nicht vorgesehen ist, 2. ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt 25 einer Drehwelle 20 auch für den Halteabschnitt 21 verwendet wird und 3. ein Ritzel 26 der Drehwelle 20 auch für den Halteabschnitt 22 verwendet wird, im Vergleich zur Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 und der elektrischen Servolenkvorrichtung 60 nach der in den Fig. 1 bis 6 gezeigten, ersten Ausführung.

Wie oben beschrieben, ist die Drehwelle 20 an ihrem axialen Längsmittelabschnitt im Wesentlichen integral mit einem Schneckenrad 86 gekoppelt. Im Ergebnis ist die Steifigkeit in dem Abschnitt der Drehwelle 20, mit dem das Schneckenrad 86 gekoppelt ist, sehr groß.

Ein Werkzeug wird an den Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder den Kerbverzahnungsabschnitt 25 angehängt, und ein weiteres Werkzeug wird an das Ritzel 26 angehängt. Wenn diese Werkzeuge gedreht werden, um die Drehwelle 20 zu verdrehen, wird die Drehwelle 20 in der axialen Längsrichtung insgesamt nicht plastisch gleichmäßig verformt. Die Drehwelle 20 wird plastisch verformt zwischen dem Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder dem Kerbverzahnungskupplungsabschnitt 25 und dem Kupplungsabschnitt des Schneckenrads 86, das in einem Abschnitt, in dem die Querschnittsfläche in der radialen Richtung angenähert gleich ist. Demzufolge kann auch bei der dritten Ausführung der Dauerspannungsabschnitt 23 die gleiche Magnetostriktionscharakteristik erhalten, wie in der in Fig. 6 gezeigten, ersten Ausführung.

Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, gesondert einen Halteabschnitt zum Anhängen eines Werkzeugs oder eines Spanners an der zu verdrehenden Drehwelle 20 vorzusehen. Demzufolge kann die Steifigkeit der Drehwelle 20 noch weiter verbessert werden.

Fig. 10 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung einer vierten Ausführung entsprechend Fig. 8.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 400 und eine elektrische Servolenkvorrichtung 460, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung 400 angebracht ist, nach der vierten Ausführung sind dadurch gekennzeichnet, dass 1. ein Paar von Halteabschnitten 21 und 22 nicht vorgesehen ist, 2. ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt 25 einer Drehwelle 20 auch für den Halteabschnitt 21 benutzt wird und 3. ein Ritzel 26 der Drehwelle 20 auch für den Halteabschnitt 22 benutzt wird, im Vergleich zur Drehmomenterfassungsvorrichtung 200 und der elektrischen Servolenkvorrichtung 260 nach der in den Fig. 7A bis 8 gezeigten, zweiten Ausführung.

Auch bei der vierten Ausführung ist es, genauso wie in der dritten Ausführung, nicht notwendig, gesondert einen Halteabschnitt zum Anhängen eines Werkzeugs oder eines Spanners an der zu verdrehenden Drehwelle 20 vorzusehen. Demzufolge kann die Steifigkeit der Drehwelle 20 noch weiter verbessert werden.

Die Fig. 11A bis 11E zeigen die Struktur einer Drehmomenterfassungsvorrichtung einer fünften Ausführung und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung.

Die in Fig. 11E gezeigte Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 der fünften Ausführung ist ein Magnetostriktions-Drehmomentsensor. Eine Drehwelle 20 ist mit einem ersten Dauerspannungsabschnitt 524 und einem zweiten Dauerspannungsabschnitt 525 versehen, auf die eine Dauerspannung ausgeübt wird, und bei denen sich die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend einem angelegten Drehmoment ändern. Ein Erfassungsabschnitt 530 zum elektrischen Erfassen magnetostriktiver Effekte, die in den ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitten 524 und 525 erzeugt werden, umgibt die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525. Ein Ausgabeschaltungsabschnitt 540 verarbeitet das Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 530 und gibt es als ein Drehmomenterfassungssignal aus.

Die fünfte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Halteabschnitt 521, ein zweiter Halteabschnitt 522 und ein dritter Halteabschnitt 523 aufeinanderfolgend an der Drehwelle 20 mit vorbestimmtem Abstand in axialer Längsrichtung angeordnet sind, der erste Dauerspannungsabschnitt 524, auf den eine Dauerspannung durch Verdrehen der ersten und zweiten Befestigungsabschnitte 521 und 522 anliegt und der eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ändert, zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten 521 und 522 vorgesehen ist, und ein zweiter Dauerspannungsabschnitt 525, auf den eine Dauerspannung durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte 522 und 523 in entgegengesetzte Richtungen zu den ersten und zweiten Halteabschnitten 521 und 522 anliegt und der die Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ändert, zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten 522 und 523 vorgesehen ist.

Die Richtung der Dauerspannung des zweiten Dauerspannungsabschnitts 525 ist entgegengesetzt zur Richtung der Dauerspannung des ersten Dauerspannungsabschnitts 524.

Der Erfassungsabschnitt 530 umgibt die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 der Drehwelle 20. Im Detail enthält der Erfassungsabschnitt 530 eine zylindrische Wicklungsspule 531, in die die Drehwelle 20 eingesetzt ist, eine erste, mehrlagige Solenoidwicklung 532A und eine zweite, mehrlagige Solenoidwicklung 532B, die auf die Wicklungsspule 531 gewickelt sind, und ein Gegenjoch 533 zur magnetischen Abschirmung, das die ersten und zweiten, mehrlagigen Solenoidwicklungen 532A und 532B umgibt.

Nachfolgend wird die erste, mehrlagige Solenoidwicklung 532 als "erste Wicklung 532A" bezeichnet, und die zweite, mehrlagige Solenoidwicklung 532B wird als "zweite Wicklung 532B" bezeichnet.

Die erste Wicklung 532A ist in dem Magnetkreis der Drehwelle 20 mit einem sehr kleinen Spalt von der Außenumfangsfläche der Drehwelle 20 vorgesehen, sodass eine Impedanz entsprechend der Permeabilitätsänderung variiert wird, die beim Anlegen eines Drehmoments an den ersten Dauerspannungsabschnitt 524 entsteht.

Die zweite Wicklung 532B ist in dem Magnetkreis der Drehwelle 20 mit einem sehr kleinen Spalt von der Außenumfangsfläche der Drehwelle 20 vorgesehen, sodass eine Impedanz entsprechend der Permeabilitätsänderung geändert wird, die beim Anlegen eines Drehmoments an den zweiten Dauerspannungsabschnitt 525 entsteht. Nun wird der Prozess zur Herstellung der ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 an der Drehwelle 20 zur Montage des Erfassungsabschnitts 530 anhand der Fig. 11A bis 11E beschrieben.

Fig. 11B ist eine Schnittansicht entlang Linie b-b von Fig. 11A. Wie in den Fig. 11A und 11B gezeigt, sind ein Paar erster, zweiter und dritter Befestigungsabschnitte 521 bis 523 an zumindest einem Paar von zumindest drei oder vier Abflachungen vorgesehen, die durch Abflachen von Außenumfangsflächen der Drehwelle 20 gebildet sind. Um die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 an der Drehwelle 20 vorzusehen, werden Werkzeuge 551 und 553 an die oberen und unteren, ersten, zweiten und dritten Halteabschnitte 521 bis 523 gehängt, um die Drehwelle 20 um einen vorbestimmten Winkel zu verdrehen, um hierdurch eine vorbestimmte Dauerspannung bzw. Dauerverspannung anzulegen.

In Fig. 11A werden z. B. zweigeteilte (Halb-)Werkzeuge 551 bis 553 zuerst an die oberen und unteren Halteabschnitte 521 bis 523 angelegt und daran mit Bolzen 554 zusammengebaut. Das Werkzeug 551 ist ein scheibenförmiges Element, das durch Kombination linker und rechter Werkzeughälften 551A und 551B erhalten ist. Das Werkzeug 552 ist ein scheibenförmiges Element, das durch Kombination linker und rechter Werkzeughälften 552A und 552B erhalten ist. Das Werkzeug 553 ist ein scheibenförmiges Element, das durch Kombination linker und rechter Werkzeughälften 553A und 553B erhalten ist.

Dann werden in Fig. 11C die oberen und unteren Werkzeuge 551 und 553 befestigt, und das mittlere Werkzeug 552 wird verdreht, oder die oberen und unteren Werkzeuge 551 und 553 und das mittlere Werkzeug 552 werden in einander entgegengesetzte Richtungen verdreht, um hierdurch ein Überdrehmoment für eine vorbestimmte Zeit anzulegen und die Drehwelle 20 plastisch zu verformen, um eine Dauerspannung anzulegen. Hierbei beträgt ein an das mittlere Werkzeug 552 anzulegendes Drehmoment z. B. angenähert 60 bis 80 kgf.m. Ein Drehmoment, das an die oberen und unteren Werkzeuge 551 und 553 anzulegen ist, beträgt z. B. angenähert 30 bis 40 kgf.m.

Dann wird das Drehmoment aufgehoben, und die Werkzeuge 551 bis 553 werden von den Halteabschnitten 521 bis 523 entfernt. Somit kann eine Dauerspannung zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten 521 und 522 und zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten 522 und 523 in der Drehwelle 20 angelegt werden, wie in Fig. 11D gezeigt. Ein Abschnitt der Drehwelle 20, auf den die Dauerspannung ausgeübt wird, wirkt als der erste Dauerspannungsabschnitt 524 und der zweite Dauerspannungsabschnitt 525.

In diesem Zustand sind Verdrehungen in entgegengesetzte Richtungen zur axialen Längsrichtung der Drehwelle 20 vorhanden, indem der zweite Halteabschnitt 522 als Grenze gesetzt wird. Daher ist eine Referenzlinie SL in vertikaler Gegenrichtung spiralig.

Danach wird der Erfassungsabschnitt 530 an der Drehwelle 20 montiert, die mit den ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitten 524 und 525 versehen ist, wie in Fig. 11E gezeigt. Somit lässt sich die Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 erhalten.

Fig. 12 ist ein Schaltdiagramm, das die Drehmomenterfassungsvorrichtung nach der fünften Ausführung zeigt.

Der Ausgabeschaltungsabschnitt 540 der Drehmomenterfassungsvorrichtung der fünften Ausführung wird durch Kombination der zwei Sätze von Schaltungsabschnitten (erster Schaltungsabschnitt 540A und zweiter Schaltungsabschnitt 540B) und einem Verstärker 546 erhalten.

In dem ersten Schaltungsabschnitt 540A wird eine AC-Spannung von einer Wechselstromversorgungsquelle 543A an eine serielle Schaltung 542A angelegt, in der die erste Wicklung 532A und ein Widerstand 541A mit konstantem Widerstandswert seriell geschaltet sind. Dann wird die Impedanzänderung der ersten Wicklung 532A in eine AC-Spannung umgewandelt, die als das erste Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 530 abgenommen wird. Das abgenommene Erfassungssignal mit der AC- Spannung wird dann durch eine Diode 544A gleichgerichtet und wird dann durch einen Tiefpassfilter 545A in ein Erfassungssignal mit weniger Rauschen und einer DC-Spannung umgewandelt. Das umgewandelte Erfassungssignal mit der DC-Spannung wird an einen Verstärker 546 ausgegeben.

Der zweite Schaltungsabschnitt 540B hat die gleiche Struktur wie die des ersten Schaltungsabschnitts 540A. Eine AC-Spannung wird von einer Wechselstromversorgungsquelle 543B einer seriellen Schaltung 542B zugeführt, in der die zweite Wicklung 532B und ein Widerstand 541B mit konstantem Widerstandswert in Serie geschaltet sind, wobei die Impedanzänderung der zweiten Wicklung 5328 in eine AC-Spannung umgewandelt wird, die als das zweite Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 530 abgenommen wird. Das abgenommene Erfassungssignal mit der AC-Spannung wird durch eine Diode 544B gleichgerichtet und wird dann durch einen Tiefpassfilter 5454B in ein Erfassungssignal mit weniger Rauschen und DC-Spannung umgewandelt. Das umgewandelte Erfassungssignal mit DC-Spannung wird dann an den Verstärker 546 ausgegeben.

Der Verstärker 546 dient zum Verstärken (differenziellen Verstärken) einer Differenz zwischen den Erfassungssignalen, die von dem ersten Schaltungsabschnitt 540A und dem zweiten Schaltungsabschnitt 540B abgegeben werden, um von einem Ausgangsanschluss 547 ein Drehmomenterfassungssignal auszugeben.

Die Dioden 544A und 544B sind mit den seriellen Schaltungen 542A und 542B verbunden, um eine Gleichrichterschaltung zu erhalten. Die Tiefpassfilter 545A und 545B sind Glättungsschaltungen, die einen Widerstand 548 und einen Kondensator 549 enthalten.

Die Fig. 13A bis C sind Magnetostriktionskenndiagramme der Drehmomenterfassungsvorrichtung der fünften Ausführung, worin die Abszissenachse eine Änderung des an die Drehwelle angelegten Drehmoments T angibt und die Ordinatenachse die Impedanzänderung der Wicklung entsprechend Fig. 3 angibt.

Fig. 13A ist ein Magnetostriktionskenndiagramm, das eine erste Magnetostriktionskennlinie SP1 zeigt, Fig. 13B ist ein Magnetostriktionskenndiagramm, das eine zweite Magnetostriktionskennlinie SP2 zeigt und Fig. 13C ist ein Magnetostriktionskenndiagramm, das durch Synthese der Fig. 13A und 13B erhalten ist.

Die erste Magnetostriktionskennlinie SP1 entspricht der ersten Wicklung 532A und ist mit der in Fig. 3 gezeigten Magnetostriktionskennlinie SP identisch.

Ein Drehmomentursprung T1 der Drehwelle 20, die für die Drehmomenterfassungsvorrichtung zu verwenden ist, wird von einem Drehmomentursprung -T2 (Drehmoment T ≠ 0) verschoben, indem die Drehwelle 20 zum Anlegen einer Dauerspannung verdreht wird. Im Ergebnis hat die erste Magnetostriktionskennlinie SP1 linke und rechte Charakteristiken, die zu einer vertikalen Linie, die durch den Drehmomentursprung -T2 hindurchgeht, asymmetrisch sind. Anders gesagt, der Drehmomentanlagestartpunkt ist verschoben.

Ferner entspricht die zweite Magnetostriktionskennlinie SP2 der zweiten Wicklung 532B und hat eine Charakteristik, die seitlich symmetrisch zu jener der ersten Magnetostriktionskennlinie SP1 in Bezug auf eine vertikale Linie ist, die durch einen Drehmomentursprung T2 hindurchgeht, d. h. eine umgekehrte Charakteristik, wie in Fig. 13C gezeigt.

Der Drehmomentursprung T1 der Drehwelle 20, die für die Drehmomenterfassungsvorrichtung zu verwenden ist, ist von dem Drehmomentursprung T2 (Drehmoment T ≠ 0) gemäß Fig. 13B verschoben, indem die Drehwelle 20 in Rückwärtsrichtung zum Anlegen einer Dauerspannung verdreht wird. Im Ergebnis hat die zweite Magnetostriktionskennlinie SP2 linke und rechte Charakteristiken, die zu einer vertikalen Linie, die durch den Drehmomentursprung T2 hindurchgeht, asymmetrisch sind. Anders gesagt, ein Drehmomentanlage-Ausgangspunkt ist verschoben.

Wie in Fig. 13C gezeigt, lässt sich die Richtung und die Höhe des Drehmoments aus dem Absolutwert der Impedanz herausfinden, indem man linke und rechte, konstante Bereiche A1 und A2 in den ersten und zweiten Magnetostriktionskennlinien SP1 und SP2 verwendet, wobei die Drehmomentursprünge -T2 und T2 als Referenzen gesetzt sind.

Darüber hinaus wird in der fünften Ausführung eine Permeabilitätsänderung, die in jedem der ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 mit zueinander entgegengesetzten Magnetostriktionscharakteristiken erzeugt wird, durch jede der ersten und zweiten Wicklungen 532A und 532B erfasst, und die Erfassungssignale werden durch den Verstärker 546 differenziell verstärkt und werden als Drehmomenterfassungssignale ausgegeben.

Bei einer Temperaturänderung der Außenumgebung ändert sich die erste Magnetostriktionskennlinie SP1 in der gleichen Weise wie die zweite Magnetostriktionskennlinie SP2. Im Falle eines Temperaturanstiegs ändern sie sich z. B. so, wie mit der unterbrochenen Linie gezeigt. Wenn daher jedes der Erfassungssignale entsprechend der ersten und zweiten Magnetostriktionskennlinien SP1 und SP2 durch den Verstärker 536 differenziell verstärkt und eine Ausgabe abgenommen wird, ändert sich der Wert einer Differenz bei einem bestimmten Drehmoment T auch dann nicht, wenn die Temperatur schwankt.

Damit ist es möglich, den Temperatureinfluss zu beseitigen und eine stabile Signalcharakteristik und ein noch besseres Drehmomenterfassungssignal zu erhalten, das sich auch dann nicht ändert, wenn die Umgebungstemperatur schwankt.

Ferner haben in der fünften Ausführung die ersten und zweiten Magnetostriktionskennlinien SP1 und SP2 Charakteristiken, die seitlich symmetrisch zu vertikalen Linien sind, die durch die Drehmomentursprünge -T2 und T2 als Erfassungsreferenzen hindurchgehen. Daher ist es möglich, die Fehlerdiagnose der Drehmomeneterfassungsvorrichtung 500 auszuführen, indem man die zwei Magnetostriktionskennungen vergleicht. Z. B. ist 1/2 eines Werts, der durch Addieren von Erfassungswerten entsprechend der ersten und zweiten Magnetostriktionskennlinien SP1 und SP2 erhalten ist, konstant. Wenn daher ein Wert, der sich von dem oben erwähnten Wert stark unterscheidet, erhalten wird, kann bestimmt werden, dass die Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 fehlerhaft ist.

Zurück zu Fig. 12. Unter Verwendung der Drehwelle 20, an der, wie oben beschrieben, die Dauerspannung anliegt, wird der im ersten Dauerspannungsabschnitt 224 erzeugte Magnetostriktionseffekt durch die erste Wicklung 532A erfasst, und der in dem zweiten Dauerspannungsabschnitt 525 erzeugte Magnetostriktionseffekt wird durch die zweite Wicklung 532B erfasst. Demzufolge ist es möglich, die Richtung und die Höhe des bei Betrieb an die Drehwelle 20 angelegten Drehmoments zu erfassen.

Insbesondere wird die Permeabilität jedes der ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 entsprechend dem an die Drehwelle 20 angelegten Drehmoment geändert, und eine Impedanzänderung in jeder der ersten und zweiten Wicklungen 532A und 532B, die zu dieser Zeit erzeugt wird, wird durch den Ausgabeschaltungsabschnitt 540 erfasst. Demzufolge ist es möglich, die Richtung und den Wert des Drehmoments zu erfassen.

Fig. 14 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung nach der fünften Ausführung entsprechend Fig. 6.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung 560 nach der fünften Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass an ihr die in den Fig. 11 bis 13 gezeigte Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 angebracht ist. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie in den Fig. 4 bis 6, und ihre Beschreibung wird weggelassen.

Die Fig. 15A bis 15F sind Ansichten, die die Struktur einer Drehmomenterfassungsvorrichtung nach einer sechsten Ausführung und einen Prozess zur Herstellung der Drehmomenterfassungsvorrichtung zeigen.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 600 der sechsten Ausführung, wie in Fig. 15F gezeigt, ist ein Magnetostriktions-Drehmomentsensor. Ein erster Magnetostriktionsfilm 601 und ein zweiter Magnetostriktionsfilm 602 sind an der Oberfläche einer Drehwelle 20 mit vorbestimmter Breite W über einen Gesamtumfang vorgesehen. Ein Erfassungsabschnitt 530 zur elektrischen Erfassung von in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602 erzeugter, magnetostriktiver Effekt umgibt die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602. Ein Ausgabeschaltungsabschnitt 540 verarbeitet das Erfassungssignal des Erfassungsabschnitts 530 und gibt es als ein Drehmomenterfassungssignal aus.

Die sechste Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Halteabschnitt 521, ein zweiter Halteabschnitt 522 und ein dritter Halteabschnitt 523 aufeinanderfolgend an der Drehwelle 20 mit vorbestimmtem Abstand in axialer Längsrichtung vorgesehen sind, wobei der erste Magnetostriktionsfilm 601 zwischen dem ersten und dem zweiten Halteabschnitt 521 und 522 vorgesehen ist und der zweite Magnetostriktionsfilm 602 zwischen dem zweiten und dritten Halteabschnitt 522 und 523 vorgesehen ist.

Der erste Magnetostriktionsfilm 601 ändert die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend dem angelegten Drehmoment, und durch Verdrehen der ersten und zweiten Halteabschnitte 521 und 522 wird auf ihn eine Spannung ausgeübt.

Der zweite Magnetostriktionsfilm 602 ändert die Magnetostriktionscharakteristiken entsprechend einem angelegten Drehmoment, und durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte 522 und 523 in einer zu den ersten und zweiten Halteabschnitten 521 und 522 entgegengesetzten Richtung wird auf ihn eine Spannung ausgeübt.

Die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 sind aus einem Material gebildet, das eine starke Änderung der Magnetflussdichte entsprechend einer Änderung in der mechanischen Spannung zeigt, und sie weisen plattierte Schichten auf, die aus dem gleichen Material wie der Magnetostriktionsfilm 201 der ersten Ausführung von Fig. 7 gebildet ist, und die vorbestimmte Dicken aufweisen.

Wie oben beschrieben, ist die Drehwelle 20 mit ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602 versehen, auf die eine mechanische Spannung ausgeübt wird. Wenn daher durch die Drehwelle 20 ein Drehmoment an die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 angelegt wird, ändert sich die Permeabilität jedes der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 entsprechend dem Drehmoment, und die Impedanzänderung jeder der ersten und zweiten Wicklungen 532A und 532B von Fig. 12, die zu dieser Zeit erzeugt wird, wird von dem Ausgabeschaltungsabschnitt 540 erfasst, sodass die Richtung und der Wert des Drehmoments erfasst werden können.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 15A bis 15F ein Prozess beschrieben, um die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 mit einer Spannung an der Drehwelle 20 vorzusehen, die, wie oben beschrieben, aufgebaut ist, um den Erfassungsabschnitt 530 zusammenzubauen. Fig. 15B ist eine Schnittansicht entlang Linie b-b von Fig. 15A.

Da der in den Fig. 15A bis 15C gezeigte Prozess der gleiche ist wie der in den Fig. 11A bis 11C gezeigte Prozess, wird die Beschreibung weggelassen. Ein Drehmoment, das beim Verdrehen der Drehwelle 20 ausgeübt wird, und die Drehmomentanlage zeigt, sind kleiner als jene der fünften Ausführung, sodass keine Dauerspannung an der Drehwelle 20 selbst verbleibt. Hierbei beträgt ein Drehmoment, das an das mittlere Werkzeug 552 anzulegen ist, z. B. angenähert 6 bis 12 kgf.m. Ein Drehmoment, das an die oberen und unteren Werkzeuge 551 und 552 anzulegen ist, beträgt z. B. angenähert 3 bis 6 kgf.m.

Fig. 15D zeigt einen Zustand, in dem die Drehwelle 20 verdreht ist. In diesem Zustand sind Verdrehungen in entgegengesetzte Richtungen zur axialen Längsrichtung der Drehwelle 20 vorhanden, wobei der zweite Halteabschnitt 522 als Grenze gesetzt ist. Daher ist eine Referenzlinie SL in vertikaler Gegenrichtung spiralig.

In dem Verdrehzustand erfolgt dann eine Plattierung über die Außenumfangsfläche der Drehwelle 20 und an vorbestimmten Positionen zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten 521 und 522 und zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten 522 und 523, sodass die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 gebildet werden, die plattierte Schichten aufweisen.

Zum leichteren Verständnis des "Verdrehzustands" der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 sind auf den Oberflächen der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 Referenzlinien SL01 und SL02 angegeben, die sich in der axialen Längsrichtung erstrecken. Da die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 in Fig. 15D nicht verdreht sind, sind die Referenzlinien SL01 und SL02 in der axialen Längsrichtung geradlinig.

Dann wird das Drehmoment aufgehoben, um den Verdrehzustand der Drehwelle 20 wieder herzustellen, und die Werkzeuge 551 bis 553 werden von den oberen und unteren Halteabschnitten 521 bis 523 entfernt. Da die Drehwelle 20 in diesem Zustand nicht verdreht ist, kehrt die Referenzlinie SL zu einer in axialer Längsrichtung geraden Linie zurück, wie in Fig. 15E gezeigt. Da ferner die ersten und zweiten Magnetstriktionsfilme 601 und 602 verdreht sind, werden die Referenzlinien SL01 und SL02 spiralig.

Durch permanente Verformung der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602, wie in Fig. 15E gezeigt, kann somit eine mechanische Spannung dauerhaft an den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602 anliegen. Anders gesagt, die mechanische Spannung verbleibt dauerhaft in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602, indem lediglich die verdrehte Drehwelle in ihren Ausgangszustand zurückversetzt wird.

Dann lässt sich die Drehmomenterfassungsvorrichtung 600 erhalten, indem man den Erfassungsabschnitt 530 an der Drehwelle 20 anbringt, der mit den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602 versehen ist, wie in Fig. 15F gezeigt.

Bei dem Prozess der Fig. 15A bis 15F erfolgt 1. die Plattierung zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten 521 und 522 und zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten 522 und 523 in der Drehwelle 20 zur Bildung der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602, und dann werden 2. die Werkzeuge 551 bis 553 an die Halteabschnitte 521 bis 523 angehängt, um die Drehwelle 20 zu verdrehen, und es werden 3. die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 plastisch verformt, um eine vorbestimmte Dauerspannung anzulegen. Im Ergebnis kann an die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 eine Dauerspannung angelegt werden.

Es folgt nun eine Beschreibung eines Beispiels, in dem die Drehmomenterfassungsvorrichtung 600 mit der oben beschriebenen Struktur und Funktion an einer elektrischen Servolenkvorrichtung angebracht ist.

Fig. 16 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung der sechsten Ausführung entsprechend Fig. 6.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung 660 nach der sechsten Ausführung ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer Drehwelle 20, die mit den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602 versehen ist, auf die eine mechanische Spannung ausgeübt wird. Die anderen Strukturen sind die gleichen wie in Fig. 14, und ihre Beschreibung wird weggelassen.

Fig. 17 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung nach einer siebten Ausführung entsprechend Fig. 14.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 700 und eine elektrische Servolenkvorrichtung 760, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung 700 nach der siebten Ausführung angebracht ist, sind dadurch gekennzeichnet, dass 1. der erste Halteabschnitt 621 und der dritte Halteabschnitt 523 nicht vorgesehen sind, 2. ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt 25 einer Drehwelle 20 als erster Halteabschnitt 521 dient und 3. ein Ritzel 26 der Drehwelle 20 als dritter Halteabschnitt 523 dient, im Vergleich zur Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 und der elektrischen Servolenkvorrichtung 560 der fünften Ausführung, wie in den Fig. 11A bis 14 gezeigt.

Wie oben beschrieben, ist die Drehwelle 20 in ihrem axialen Längsmittelabschnitt im Wesentlichen integral mit einem Schneckenrad 86 gekoppelt. Im Ergebnis ist die Steifigkeit in dem Abschnitt der Drehwelle 20, an dem das Schneckenrad 86 angebracht ist, sehr groß.

Ein Werkzeug wird an den Längsverzahnungsabschnitt 25 oder den Kerbverzahnungsabschnitt 25 angehängt, und ein Werkzeug wird an das Ritzel 26 und den zweiten Halteabschnitt 522 angehängt. Wenn diese Werkzeuge gedreht werden, um die Drehwelle 20 zu verdrehen, wird die Drehwelle 20 in der axialen Längsrichtung insgesamt nicht plastisch gleichmäßig verformt.

Insbesondere wird die Drehwelle 20 zwischen dem Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder dem Kerbverzahnungskupplungsabschnitt 25 und dem zweiten Halteabschnitt 522 sowie zwischen dem zweiten Halteabschnitt 522 und dem Schneckenrad-86-Kupplungsabschnitt plastisch verformt, d. h. in einem . Abschnitt, in dem die Querschnittsfläche in radialer Richtung angenähert gleich ist. Demzufolge können auch die ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 nach der siebten Ausführung die gleichen Magnetostriktionscharakteristiken erhalten, wie jene der in Fig. 14 gezeigten, fünften Ausführung.

Darüber hinaus genügt nur ein Halteabschnitt zum Anhängen eines Werkzeugs oder eines Spanners an der zu verdrehenden Drehwelle 20.

Demzufolge kann die Steifigkeit der Drehwelle 20 noch weiter verbessert werden.

Fig. 18 ist eine Längsschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung einer achten Ausführung entsprechend Fig. 16.

Eine Drehmomenterfassungsvorrichtung 800 und eine elektrische Servolenkvorrichtung 860, an der die Drehmomenterfassungsvorrichtung 800 der achten Ausführung angebracht ist, sind dadurch gekennzeichnet, dass 1. der erste Halteabschnitt 521 und der dritte Halteabschnitt 623 nicht vorgesehen sind, 2. ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt 25 oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt 25 einer Drehwelle 20 als erster Halteabschnitt 521 dient und 3. ein Ritzel 26 der Drehwelle 20 auch als der dritte Halteabschnitt 623 dient, im Vergleich zur Drehmomenterfassungsvorrichtung 600 und der elektrischen Servolenkvorrichtung 660 nach der sechsten Ausführung der Fig. 15A bis 16.

Auch in der achten Ausführung genügt, genauso wie in der siebten Ausführung, nur ein Halteabschnitt zunn Anhängen eines Werkzeugs oder eines Spanners an die zu verdrehende Drehwelle 20. Demzufolge kann die Steifigkeit der Drehwelle 20 noch weiter verbessert werden.

In Bezug auf die fünfte Ausführung der Fig. 11A bis 14 und die siebte Ausführung der Fig. 17 kann 1. die Richtung der Dauerspannung des zweiten Dauerspannungsabschnitts 525 mit der Richtung der Dauerspannung des ersten Dauerspannungsabschnitts 524 in Übereinstimmung gebracht werden und kann 2. der Betrag der Spannung des zweiten Dauerspannungsabschnitts 525 unterschiedlich gemacht werden von dem Betrag der Spannung des ersten Dauerspannungsabschnitts 524.

In Bezug auf die sechste Ausführung der Fig. 15A bis 16 und die achte Ausführung von Fig. 18 kann 1. die Richtung der Spannung des zweiten Magnetostriktionsfilms 602 mit der Richtung der Spannung des ersten Magnetostriktionsfilms 601 in Übereinstimmung gebracht werden, es und kann 2. der Betrag der Spannung des zweiten Magnetostriktionsfilms 602 unterschiedlich gemacht werden vom Betrag der Spannung des ersten Magnetostriktionsfilms 601.

Anhand der Fig. 11A bis 13 folgt nun eine Beschreibung am Beispiel der fünften Ausführung, in der zwei Spannungen in derselben Richtung anliegen.

Z. B. wird in Fig. 11C das ober 08398 00070 552 001000280000000200012000285910828700040 0002010206702 00004 08279e Werkzeug 551 festgelegt, und das mittlere Werkzeug 552 und das untere Werkzeug 553 werden in der gleichen Richtung verdreht, um hierdurch ein Überdrehmoment für eine vorbestimmte Zeit anzulegen und die Drehwelle 20 plastisch zu verformen, um eine Dauerspannung zu erzeugen. In diesem Fall ist das Drehmoment, das an die zweiten und dritten Halteabschnitte 522 und 523 anzulegen ist, unterschiedlich von dem Drehmoment, das an die ersten und zweiten Halteabschnitte 521 und 522 anzulegen ist.

Indem man dann das Drehmoment aufhebt, kann in der in Fig. 11D gezeigten Drehwelle 20 1. die Richtung der Dauerspannung des zweiten Dauerspannungsabschnitts 525 mit der Richtung der Dauerspannung des . ersten Dauerspannungsabschnitts 524 in Übereinstimmung gebracht werden, und es kann 2. der Betrag der Spannung des zweiten Dauerspannungsabschnitts 525 unterschiedlich gemacht werden vom Betrag der Spannung des ersten Dauerspannungsabschnitts 524 (z. B. kleiner als dieser).

In der axialen Längsrichtung der Drehwelle 20 sind in diesem Zustand zwei Verdrehungen in der gleichen Richtung vorhanden. Daher wird eine Referenzlinie SL in derselben, vertikalen Richtung spiralig.

Bevorzugt hat in diesem Fall das Schaltungsdiagramm nach der in Fig. 12 gezeigten, fünften Ausführung eine solche Struktur, dass nur das Erfassungssignal des ersten Schaltungsabschnitts 540A oder das Erfassungssignal des zweiten Schaltungsabschnitts 540B in den Verstärker 546 eingegeben wird und durch den Verstärker 546 verstärkt wird und das so verstärkte Signal als Drehmomenterfassungssignal ausgegeben wird.

Die Magnetostriktionscharakteristiken der ersten und zweiten Wicklungen 532A und 532B nach einer Modifikation der fünften Ausführung sind in einem Magnetostriktionskenndiagramm der Fig. 19A bis 19C gezeigt, anstatt des Magnetostriktionskenndiagramms von Fig. 13.

Die Fig. 19A bis 19C sind Magnetostriktionskenndiagramme einer Drehmomenterfassungsvorrichtung nach einer Modifikation der fünften Ausführung, worin die Abszissenachse eine Änderung im an eine Drehwelle angelegten Drehmoment T angibt und eine Ordinatenachse eine Impedanzänderung der Wicklung entsprechend Fig. 13 angibt.

Fig. 19A ist ein Magnetostriktionskenndiagramm, das eine erste Magnetostriktionskennlinie SP1 zeigt; Fig. 19B ist ein Magnetostriktionskenndiagramm, das eine zweite Magnetostriktionskennlinie SP2 zeigt, und Fig. 19C ist ein Magnetostriktionskenndiagramm, das durch Synthese der Fig. 19A und 19B erhalten ist.

Die erste Magnetostriktionskennlinie SP1 entspricht der ersten Wicklung 532A und ist mit der ersten Magnetostriktionskennlinie SP1 von Fig. 13 identisch, und der Drehmomentursprung T1 ist zum Drehmomentursprung T2 verschoben.

Ferner entspricht die zweite Magnetostriktionskennlinie SP2 der zweiten Wicklung 532B und hat die gleiche Form, wie die erste Magnetostriktionskennlinie SP1, und der Drehmomentursprung T1 ist zum Drehmomentursprung T3 verschoben (Drehmoment T ≠ 0). Da der Betrag der Spannung des zweiten Dauerspannungsabschnitts 525 kleiner festgelegt ist als der Betrag der Spannung des ersten Dauerspannungsabschnitts 524, ist der Drehmomentursprung T3 zwischen dem Drehmomentursprung T1 und dem Drehmomentursprung T2 angeordnet.

Wie in Fig. 19C gezeigt, lassen sich in den ersten und zweiten Magnetostriktionskennlinien SP1 und SP2 mittels der linken und rechten, kontanten Bereiche A1 und A2 mit den Drehmomentursprüngen T2 und T3 als Referenz dementsprechend die Richtung und die Höhe des Drehmoments aus dem Absolutwert der Impedanz herausfinden.

Darüber hinaus wird in der obigen Modifikation eine Permeabilitätsänderung, die in jeder der ersten und zweiten Dauerspannungsabschnitte 524 und 525 erzeugt wird, durch jede der ersten und zweiten Wicklungen 532A und 532B erfasst, und eines der Erfassungssignale wird einem Verstärker 546 zugeführt und wird durch den Verstärker 546 verstärkt und somit als Drehmomenterfassungssignal ausgegeben.

In der Modifikation ist es möglich, die Fehlerdiagnose der Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 auszuführen, indem die Erfassungswerte entsprechend den zwei Magnetostriktionskennungen in der gleichen Weise wie in der fünften Ausführung verglichen werden. Insbesondere ist in der Modifikation eine Differenz zwischen den zwei Erfassungswerten entsprechend den ersten und zweiten Magnetostriktionskennlinien SP1 und SP2 in den linken und rechten, konstanten Bereichen A1 und A2 konstant. Wenn daher die zwei Erfassungswerte miteinander verglichen werden und ein Wert erhalten wird, der sich von einer normalen Differenz stark unterscheidet, lässt sich bestimmen, dass die Drehmomenterfassungsvorrichtung 500 fehlerhaft ist.

In der Ausführung ist die Drehmomenterfassungsvorrichtung nicht auf die Anwendung in der elektrischen Servolenkvorichtung beschränkt, sondern ist auch bei anderen Vorrichtungen anwendbar.

In der Drehmomenterfassungsvorrichtung 600 der sechsten Ausführung der Fig. 15A bis 15F und der Drehmomenterfassungsvorrichtung 800 der achten Ausführung von Fig. 18 können ferner Änderungen (Zusammensetzungen) der Permeabilitäten der ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 wechselweise geändert werden, um Magnetostriktionskennungen zu erhalten, deren Steigungen voneinander verschieden sind. Beispielsweise erfolgt die Plattierung mit einem vorbestimmten Drehmoment, das auf die Drehwelle 20 ausgeübt wird, um hierdurch die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme 601 und 602 zu bilden, die voneinander unterschiedliche Änderungen in den Permeabilitäten (Zusammensetzungen) aufweisen.

Als Beispiel der voneinander unterschiedlichen Zusammensetzungen ist der erste Magnetostriktionsfilm 601 ein Ni-Fe-Legierungsbasis-Film, der 50 Gewichts-% Ni enthält, und der zweite Magnetostriktionsfilm 602 ist ein Ni-Fe-Legierungsbasisfilm, der 60 Gewichts-% Ni enthält.

Die Magnetostriktionscharakteristiken, deren Steigungen in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen 601 und 602 unterschiedlich sind, können durch die ersten und zweiten Erfassungswicklungen 532A und 532B erfasst werden. Diese Erfassungssignale können durch den Verstärker 546 in Fig. 12 differenziell verstärkt werden, und die so verstärkten Signale können als Drehmomenterfassungssignale ausgegeben werden.

Auch in diesem Fall ist es möglich, einen Temperatureinfluss zu beseitigen, um hierdurch eine stabile Signalcharakteristik zu erhalten. Ferner ist es möglich, die Fehlerdiagnose der Drehmomenterfassungsvorrichtungen 600 und 800 durch Vergleich der zwei Magnetostriktionskennungen auszuführen.

In einer Drehmomenterfassungsvorrichtung 10 ist an einer Drehwelle 20 ein Paar von Halteabschnitten 21, 22 mit vorbestimmtem Abstand in der axialen Längsrichtung vorgesehen. Ein Dauerspannungsabschnitt 23, der zwischen den Halteabschnitten 21, 22 vorgesehen ist, ändert seine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment. Eine mehrlagige Solenoidwicklung 30 zum elektrischen Erfassen eines magnetostriktiven Effekts, der in dem Dauerspannungsabschnitt erzeugt wird, umgibt den Dauerspannungsabschnitt. Der Dauerspannungsabschnitt 23 ist ein Abschnitt der Drehwelle 20, der durch Verdrehen der Halteabschnitte 21, 22 dauerhaft verspannt ist.

Claims

1. Drehmomenterfassungsvorrichtung (10; 300; 500; 700), umfassend:
eine Drehwelle (20) mit einem ersten Halteabschnitt (21; 25; 521) und einem zweiten Halteabschnitt (22; 26; 522), die darin mit vorbestimmtem Abstand in der axialen Längsrichtung derselben vorgesehen sind; und einem ersten Dauerspannungsabschnitt (23; 524), an dem durch Verdrehen der ersten und zweiten Halteabschnitte eine Dauerspannung anliegt und der eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ändert, wobei der erste Dauerspannungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Halteabschnitt angeordnet ist; und
einen Erfassungsabschnitt (30; 530), der den ersten Dauerspannungsabschnitt umgibt, um einen in dem ersten Dauerspannungsabschnitt erzeugten Magnetostriktionseffekt elektrisch zu erfassen.

2. Drehmomenterfassungsvorrichtung (500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:
die Drehwelle (20) mit einem dritten Halteabschnitt (523) versehen ist, der benachbart dem zweiten Halteabschnitt (522) mit vorbestimmtem Abstand in axialer Längsrichtung vorgesehen ist und mit einem zweiten Dauerspannungsabschnitt (525), an dem durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte (522, 523) eine Dauerspannung anliegt, die sich von jener des ersten Dauerspannungsabschnitts (521) unterscheidet, und der eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ändert,
wobei der zweite Dauerspannungsabschnitt (525) zwischen dem zweiten und dem dritten Halteabschnitt (522, 523) angeordnet ist,
wobei der Erfassungsabschnitt (530) den ersten und den zweiten Dauerspannungsabschnitt (524, 525) umgibt, um einen in dem ersten und dem zweiten Dauerspannungsabschnitt (524, 525) erzeugten Magnetostriktionseffekt elektrisch zu erfassen.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung (60; 360; 560; 760), an der eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 als Lenkdrehmomentsensor zum Erfassen eines an einem Lenkrad (71) erzeugten Lenkdrehmoments eines Lenksystems (70) eines Fahrzeugs angebracht ist, wobei die Drehwelle (20) eine Ritzelwelle ist, die mittels des Lenkrads (71) durch ein Universalgelenk (73) zu drehen ist.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass:
der erste Halteabschnitt (25) ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt ist, der am mit dem Universalgelenk (73) zu koppelnden Ende der Ritzelwelle ausgebildet ist, und
der zweite Halteabschnitt (26) ein Ritzel eines Zahnstangen- und Ritzelmechanismus (75) ist, der mit einem Rad (79) zu koppeln ist.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung (560; 760) nach Anspruch 3, wobei die Drehmomenterfassungsvorrichtung (500; 700) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehwelle (20) mit einem dritten Halteabschnitt (523) versehen ist, der benachbart dem zweiten Halteabschnitt (522) mit vorbestimmtem Abstand in axialer Längsrichtung vorgesehen ist, und einem zweiten Dauerspannungsabschnitt (525), an dem durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte (522, 26) eine Dauerspannung anliegt, die sich von jener des ersten Dauerspannungsabschnitts (521) unterscheidet, und der eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment ändert,
wobei der zweite Dauerspannungsabschnitt (525) zwischen dem zweiten und dem dritten Halteabschnitt (522, 26) angeordnet ist,
wobei der Erfassungsabschnitt (530) den ersten und den zweiten Dauerspannungsabschnitt (524, 525) umgibt, um einen in dem ersten und dem zweiten Dauerspannungsabschnitt (524, 525) erzeugten, magnetostriktiven Effekt elektrisch zu erfassen, und
wobei der erste Halteabschnitt (25) ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt ist, der am mit dem Universalgelenk (73) zu koppelnden Ende der Ritzelwelle ausgebildet ist, und der dritte Halteabschnitt (26) ein Ritzel eines Zahnstangen- und Ritzelmechanismus ist, der mit einem Rad (79) zu koppeln ist.

6. Drehmomenterfassungsvorrichtung (200; 400; 600; 800), umfassend:
eine Drehwelle (20) mit einem ersten Halteabschnitt (21; 25) und einem zweiten Halteabschnitt (22; 26), die daran mit einem vorbestimmten Abstand in der axialen Längsrichtung vorgesehen sind;
einen ersten Magnetostriktionsfilm (201; 601), der aus einer plattierten Schicht gebildet ist, um eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment zu ändern und an dem durch Verdrehen der ersten und zweiten Halteabschnitte eine mechanische Spannung anliegt, wobei der erste Magnetostriktionsfilm (201; 601) auf einer Oberfläche der Drehwelle (20) und zwischen den ersten und zweiten Halteabschnitten mit einer vorbestimmten Breite (W) über deren Gesamtumfang angeordnet ist; und
einen Erfassungsabschnitt (30; 530), der den ersten Magnetostriktionsfilm (201; 601) umgibt, um einen an dem ersten Magnetostriktionsfilm erzeugten Magnetostriktionseffekt elektrisch zu erfassen.

7. Drehmomenterfassungsvorrichtung (200; 400; 600; 800) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass:
die Drehwelle (20) einen dritten Halteabschnitt (523) aufweist, der benachbart dem zweiten Halteabschnitt (22; 26) vorgesehen ist, sodass er einen vorbestimmten Abstand in axialer Längsrichtung aufweist; und
ein zweiter Magnetostriktionsfilm (602) vorgesehen ist, der aus einer plattierten Schicht gebildet ist, um eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment zu ändern und an dem durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte eine mechanische Spannung anliegt, die sich von jener des ersten Magnetostriktionsfilms (601) unterscheidet,
wobei der zweite Magnetostriktionsfilm (602) auf der Oberfläche der Drehwelle (20) und zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten mit einer vorbestimmten Breite (W) über deren Gesamtumfang angeordnet ist,
wobei der Erfassungsabschnitt: (530) die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme (601, 602) umgibt, um einen in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen erzeugten Magnetostriktionseffekt elektrisch zu erfassen.

8. Elektrische Servolenkvorrichtung (260; 460; 660; 860), an der eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach Anspruch 6 als Lenkdrehmomentsensor zum Erfassen eines an einem Lenkrad (71) erzeugten Lenkdrehmoments eines Lenksystems (70) eines Fahrzeugs angebracht ist, wobei die Drehwelle (20) eine Ritzelwelle ist, die mittels des Lenkrads (71) durch ein Universalgelenk (73) zu drehen ist.

9. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halteabschnitt (25) ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt ist, der am mit dem Universalgelenk (73) zu koppelnden Ende der Ritzelwelle ausgebildet ist, und der zweite Halteabschnitt (26) ein Ritzel eines Zahnstangen- und Ritzelmechanismus (75) ist, der mit einem Rad (79) zu koppeln ist.

10. Elektrische Servolenkvorrichtung (660; 860) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehwelle (20) der Drehmomenterfassungsvorrichtung einen dritten Halteabschnitt (523) aufweist, der benachbart dem zweiten Halteabschnitt (26) vorgesehen ist, sodass er einen vorbestimmten Abstand in axialer Längsrichtung aufweist; und
ein zweiter Magnetostriktionsfilm (602) vorgesehen ist, der aus einer plattierten Schicht gebildet ist, um eine Magnetostriktionscharakteristik entsprechend einem angelegten Drehmoment zu ändern und an der durch Verdrehen der zweiten und dritten Halteabschnitte eine mechanische Spannung anliegt, die sich von jener des ersten Magnetostriktionsfilms (601) unterscheidet,
wobei der zweite Magnetostriktionsfilm (602) auf der Oberfläche der Drehwelle (20) und zwischen den zweiten und dritten Halteabschnitten mit einer vorbestimmten Breite (W) über deren Gesamtumfang angeordnet ist,
wobei der Erfassungsabschnitt (530) die ersten und zweiten Magnetostriktionsfilme (601, 602) umgibt, um einen in den ersten und zweiten Magnetostriktionsfilmen erzeugten Magnetostriktionseffekt elektrisch zu erfassen, und
wobei der erste Halteabschnitt (25) ein Längsverzahnungskupplungsabschnitt oder ein Kerbverzahnungskupplungsabschnitt ist, der am mit dem Universalgelenk (73) zu koppelnden Ende der Ritzelwelle ausgebildet ist, und der dritte Halteabschnitt (26) ein Ritzel eines Zahnstangen- und Ritzelmechanismus ist, der mit einem Rad (79) zu koppeln ist.