JP2018197750A - トルクセンサのステータ取付具 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸周りの周方向において位置によって変化する磁場を案内するステータ（固定子）を提供する。【解決手段】前記ステータは、同軸上に周方向に配置された第１および第２のステータリングを備える。第１の爪部は、第１のステータリングから軸方向に第２のステータリングに向かって延び、回転軸周りの周方向に沿って、第１の爪間ギャップから離間して配置され、第２のステータリングの回転軸周りの周方向に沿って配置された第２の爪部の間に形成された第２の爪間ギャップに噛み合い、軸方向に第１のステータリングに向かって突出する。第１および第２の爪部は、第１および第２のステータリングに対して軸方向に対向する面に爪頭を有し、ステータは、爪頭に対向する少なくとも１つの第１の爪間ギャップおよび第２の爪間ギャップにおいて、第１および第２のステータリングを固定するためのキャリアの上に配置されたステータ固定手段を備える。【選択図】図３ａ

Description

本発明は、回転軸周りの周方向において位置によって変化する（location-dependent）磁場を案内するステータ（固定子）に関する。

有効なクレーム１のプレアンブルに係るステータは、欧州特許第1870684号に記載されている。

欧州特許第1870684号明細書

本発明は、ステータを改良することを課題とする。

この課題は、独立請求項の特徴によって実現される。好適な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明によれば、ステータ取付具は、有効なクレーム１のブレアンブルに係るステータ内に配置され、少なくとも１つの第１の爪間ギャップおよび第２の爪間ギャップにおいて、対応する爪頭に対して、第１および第２のステータリングをキャリアの上に固定するようにステータ内に配置される。

前記ステータは、ステータリングに貫通孔の形態を有する固定部品からなる。したがって前記ステータにおいて、ステータリングを介して、磁束を測定センサに誘導するコレクタシートを配置することは不可能である。そのため、磁束コレクタは、前記ステータは半径方向の外側に周方向に配置される。しかしながら、この構成は、外部からの干渉磁場が磁束コレクタを妨害し、干渉磁場をもたらすものであるため、電磁的な干渉が生じるため、最適なものではない。

ステータリングを用い、磁束コレクタをステータリングの間に軸方向に配置された場合、外部からの干渉磁場は各なくとも減衰させることができる。しかしながら、固定具は、ステータと干渉するため、前記ステータは可能ではない。このため、前記ステータの固定具は、ステータリングの半径方向内側の爪間ギャップに配置される。このように、磁束コレクタは、ステータリングの間に軸方向に干渉しないように配置することができる。

前記ステータの実施形態において、ステータ取付具は、周方向に作用するステータ固定部品であり、キャリア上に配置されたキャリア固定部品は、軸方向に噛み合うことができる。このように、ステータは、キャリア上により簡便に配置し、実装することができる。

前記ステータの別の実施形態において、ステータ固定部品は、回転軸に向かって半径方向に延びるヨーク部である。これは、ステータの半径方向内側で開口し、センサの励起磁場の磁場誘導部材が、ステータと干渉することがなく、不要な磁気的短絡が生じない。

前記ステータのさらに別の実施形態において、ヨーク部は、ステータリングと一体に成形される。このように前記ステータは、各ステータは、事前に成形または打抜加工して、ステータリング上に後に固定具を取り付ける必要がなく、効率的な製造方法により簡便に製造することができる。

前記ステータのさらに別の実施形態において、ステータ固定具は、隣接する２つの爪部の間の半径方向ギャップに配置される。こうして、ステータ固定具は、爪半径方向に部のレベルに配置するとともに、ステータをキャリア上に実装するために、全体のアセンブリスペースを利用することができる。また、ステータ固定具は、爪部の上に半径方向に突出しないので、上述の短絡を効率的に回避することができる。

前記ステータの特別の実施形態において、ステータ固定具は、隣接する２つの爪部の間の半径方向ギャップの中心に配置される。このようにして、ステータ固定具は、半径方向ギャップにおいて周方向に軸対称に配置され、ステータ部品を含むセンサの回転方向とは関係なく、常に均等に負荷が加わる。

前記ステータの好適な実施形態において、ステータリングは、軸方向に折り曲げられた爪部を有する打抜き加工部品である。このように、個々のステータリングは、シートパックのように製造することができ、例えば深絞法を用いて折り曲げるだけでよい。

本発明に係るさらに別の態様において、トーションバーを介して連結された第１のシャフトと第２のシャフトの間のトルクを検出するために、センサは、キャリア連結部品が設けられた２つの対向する端面を有する円筒状キャリアと、第１のシャフトに固定可能な前記ステータであって、そのステータリングがキャリアの端面上に配置され、キャリア連結部品およびステータ固定手段を介してキャリアに固定された前記ステータと、第２のシャフトに固定可能であって、回転軸と同軸上に配置され、磁場を生成し、ステータに供給する磁気トランスデューサと、ステータを通り、磁気トランスデューサからの磁場を検出する磁気センサと、を備える。

前記ステータの１つの実施形態では、キャリア連結部品は、ステータ固定手段を用いて加締められるスピゴットである。加締め方法によれば、キャリアとステータとを互いに容易に連結することができる。

別の実施形態において、連結コラムは、キャリアの一方の端面の上に配置され、第１のシャフトのキャリア上に保持部材を有する。連結コラムは、センサが回転するとき、十分な機械的強度を実現するのに十分に安定し、同時に、センサ部品を収容するために、２つのシャフトを軸方向に分離することができる。

添付図面に詳細に図示された例示的な実施形態に関する以下の説明を参照すると、上述の本発明に係る特性、特徴ならびに利点、および本発明の実施態様が、より明確に理解される。
ステアリングシステムを備えた車両の斜視図である。 図１のステアリングシステムのためのトルクセンサの分解斜視図である。 図２ａのトルクセンサの概略的な断面斜視図である。 図２ａおよび図２ｂのトルクセンサのステータの斜視図である。 図２ａおよび図２ｂのトルクセンサのステータの斜視図である。 図２ａおよび図２ｂのトルクセンサのステータの斜視図である。 打抜き加工部品として成形されたステータリングの平面図である。

上記図面において、同一の技術的部品については、同一の参照符号を用いて、一度限り説明する。これらの図面は、純粋に概略的なものであり、特に、実際の幾何学的な相対比率を反映するものではない。

ステアリングシステム２を備えた車両１の概略的な斜視図である図１を参照する。

この例示的な実施形態において、車両１は、２つの前輪３および２つの後輪４によって支持されるシャーシ（車体）５を備える。ステアリングシステム４を用いて前輪３を操作することにより、車両１をカーブするように運転することができる。

ステアリングシステム２は、ステアリングホイール６を有し、ステアリングホイール６は第１のステアリングシャフト７に取り付けられ、第１のステアリングシャフト７は回転軸８の周りをピボット回転できるように取り付けられている。第１のステアリングシャフト７は、トルクセンサ９にガイドされ、図示しない手法で、トーション部品（捻れ部品）１０に接続される。第２のステアリングシャフト１１は、回転軸８上の第１のステアリングシャフト７とは反対側においてトーション部品１０に接続され、ステアリングギア１２に接続されている。ステアリングトルク（操舵トルク）１３によって、ステアリングホイール６を回転させると、ステアリングトルクがステアリングギア１２に伝達され、ステアリングギア１２が前輪３を操舵し、ステアリング角（操舵角）１４に応じてカーブするように運転することができる。

ステアリング処理（操舵処理）が補助モータ１５で支援され、補助モータ１５は第２のステアリングシャフト１１の回転をアシスト（補助）することができる。このため、トルクセンサ９は、ステアリングトルク１３を検出する。そして補助モータ１５が、とりわけ検出されたステアリングトルク１３に呼応して、第２のステアリングシャフト１１を駆動する。

ステアリングトルク１３を検出するために、トルクセンサ９は、第１のステアリングシャフト７に接続され、磁場１７を誘導する磁気トランスデューサ部品１６を有する。ステアリングトルクセンサ９は、第２のステアリングシャフト１１に接続された磁場フィルタ１８を有し、磁場フィルタ１８は、第２のステアリングシャフト１１に対する第１のステアリングシャフト７および磁気トランスデューサ部品１６の相対的な角度位置に呼応して、磁気トランスデューサ部品１６からの磁場を減衰させ、減衰させた磁場２０を少なくとも１つの磁気センサ２１に伝達する。こうしてセンサは、減衰させた磁場２０を検出し、この検出された磁場に基づいて、２つのシャフト７，１１の間の角度位置１９を検出し、または角度位置１９に基づく信号を生成する。この角度位置１９または角度位置１９に基づく信号は、検出すべきステアリングトルク１３に直接的に呼応するため、補助モータは、この情報を迅速に処理することができる。

以下の説明において、磁場フィルタ１８は、ステータ１８ともいう。それは、図２ａおよび図２ｂを参照して以下説明すべきトルクセンサ９に関連して、ステータはより一般的な用語であるためである。

トルクセンサ９は、回転軸８の周りにあるハウジング２３を有し、ハウジング２３はハウジング蓋２２を用いて固定することができ、ハウジング蓋２２は、保護部品２４を用いて、車両１にねじ留め（ねじで固定）することができる。ハウジング２３は、回転軸８に位置合わせされるが、第１のステアリングシャフト７を摩擦係合して取り付けるための第１のベアリングブッシュ２５と、第２のステアリングシャフト１１を摩擦係合して取り付けるための第２のベアリングブッシュ２６とを有する。

第１のベアリングブッシュ２５は、接着剤等の接合部材２７を用いて、磁気トランスデューサ部品１６にしっかりと接合されるため、磁気トランスデューサ部品１６は、第１のベアリングブッシュ２５に圧入されたとき、第１のステアリングシャフト７に確実に保持される。

第２のベアリングブッシュ２６は、連結部品２９（キャリアともいう。）のクランプ部材２８にしっかりと保持され、クランプ部材２８は、後述する手法を用いて、ステータ１８を第２のベアリングブッシュ２６に連結する。このため、連結部品２９は、実質的な管状形状を有する。スピゴット（栓またはピン）３１のような形状を有するキャリア取付部品は、連結部品２９の２つの端面３０から軸方向に突出するが、図面を分かりやすくするために、図２ａは、すべてのキャリア取付部品に符号を付して図示していない。詳細後述するが、これらのスピゴット３１は、ステータ１８を連結部品２９上の固定位置に保持する。また連結部品２９は、スリーブ面に第１の軸方向支持部材３２を有し、その上に連結部品２９をハウジング２３の支持リング３３上に軸方向に取り付けることができる。ハウジング蓋２２上に連結部品を軸方向に取り付けるために、小さい脚の形状を有する第２の軸方向支持部材３４が、ハウジング蓋２２に対向する連結部品２９の端面３０上に形成されている。

トルクセンサ９の動作時、第１のステアリングシャフト７が回転して、回転力がトーション部品１０を介して第２のステアリングシャフト１１に伝わると、支持リング３３上に支持された連結部品２９およびハウジング蓋２２は、ステータ１８および磁気トランスデューサ部品１６とともに、ハウジング２３内で回転する。第１のステアリングシャフト７を回転させたとき、第２のステアリングシャフト１１の慣性に起因して、第１のステアリングシャフト７を第２のステアリングシャフト１１に対して捻ることができる。よって、第１のステアリングシャフト７を回転させたとき、磁気トランスデューサ部品１６およびステータ１８を互いに対して回転させることができる。トルクセンサ９は、基本的に、ステータ１８がこの捻れに依存した磁場生成部品１６からの磁場を受け、磁束伝達部品３５を介してステータ１８に接続された２つの磁気センサ２１に伝達するように動作する。磁場センサ２１は、ハウジング２３の内部において、蓋３６で覆われる回路基板３７上で静止した状態で配置され、かつステアリング処理中に回転してはならないので、磁束伝達部品３５は必要である。したがって、磁束伝達部品３５は、回転するステータ１８と摩擦係合するため、ステータ１８によって減衰された磁場２０を受け、静止した磁気センサ２１に磁場を伝達する。

磁気トランスデューサ部品１６は、Ｎ極とＳ極（図示せず）を有し、Ｎ極とＳ極は、回転軸８の周りにおいて周方向に沿って交互に配置されている。ステータ１８は、２つのステータ部品１８’，１８’’を有する。第１のステータ部品１８’は、回転軸８を含む軸平面上に平坦に延びる第１のステータリング３８を有する。複数の第１の爪部４０は、第１のステータリング３８の半径方向の内側面において、第１の爪間ギャップ３９だけ互いに離間し、回転軸８の周方向において、第１のステータリング３８から所定の軸方向距離だけ延びている。図面を分かりやすくするために、図２ａは、すべての第１の爪間ギャップ３９および第１の爪部４０に符号を付して図示していない。第２のステータ部品１８’’は、回転軸８に対して軸平面上（第１のステータリング３８が延びる平面とは異なる）に平坦に延びる第２のステータリング４１を有する。複数の第２の爪部４３は、第２のステータリング４１の半径方向の内側面において、第２の爪間ギャップ４２だけ互いに離間し、回転軸８の周方向において、第２のステータリング４１から所定の軸方向距離だけ延びている。図面を分かりやすくするために、図２ａは、すべての第２の爪間ギャップ４２および第２の爪部４３に符号を付して図示していない。各爪部４０，４３は、それぞれのステータ部品１８’，１８’’の対向する端面に爪頭（爪先端部）４５を有する。図面を分かりやすくするために、図２ａは、すべての爪頭に符号を付して図示していない。

組み立てられた状態において、第１の爪部４０が第２の爪間ギャップ４２に軸方向に対向し、第２の爪部４３が第１の爪間ギャップ３９に軸方向に対向する（噛み合う）ように、トルクセンサの２つのステータ部品１８’，１８’’は、回転軸上で互いに対して位置合わせされる。２つのステータ部品１８’，１８’’は、（Ｕ字状の）ヨーク部４４の形状を有するステータ取付部品を用いて、連結部品２９のスピゴット３１上で保持される。その結果、２つのステータ部品１８’，１８’’は、互いに対して、回転軸の周りで周方向に捻ることができない。図面を分かりやすくするために、図２ａは、すべてのヨーク部４４に符号を付して図示していない。

ゼロ位置において、第１のステアリングシャフト７が第２のステアリングシャフト１１に対して捻られていない場合、磁気トランスデューサ部品１６のＮ極およびＳ極の一方（例えばＮ極）が、第１のステータ部品１８’の第１の爪部４０の半径方向の内側面に対向する。対照的に、ゼロ位置において、磁気トランスデューサ部品１６のＮ極およびＳ極の他方（例えばＳ極）が、第２のステータ部品１８’’の第２の爪部４３の半径方向の内側面に対向する。すなわちゼロ位置において、磁気トランスデューサ部品１６の磁場１７は、ほとんど完全に第１のステータ部品１８’の第１の爪部４０に作用し、ほとんど減衰されない磁場２０として、磁束伝達部品３５を介して磁気センサ２１まで伝達される。

しかし、２つのステアリングシャフト７，１１が互いに対して捻られたとき、磁気トランスデューサ部品１６のＮ極およびＳ極も同様に爪部４０，４３に対して周方向に変位する（位置がずれる）ため、磁場生成部品１６のＮ極およびＳ極の両方が半径方向において各爪部４０，４３を覆う。このとき、磁気トランスデューサ部品１６の磁場１７の一部が爪部４０，４３で短絡するため、実質的に減衰した磁場２０が磁気センサ２１に作用する。２つのステアリングシャフト７，１１の相対的な回転が大きくなるほど、磁気トランスデューサ部品１６からのより大きな磁場１７が爪部４０，４３に短絡する。すなわち減衰する磁場２０は、２つのステアリングシャフト７，１１の相対的な回転に直接的に依存する。

図３ａおよび図３ｂを参照して、連結部品２９に対するステータ１８の取付具について、より詳細に以下説明する。

ステータ１８を連結部品２９に取り付けるために、２つのステータ部品１８’，１８’’を回転軸８と同軸上に配置し、互いに位置合わせされた爪部４０，４３に位置合わせする。回転軸８の周方向断面で見たとき、第１のステータリング１８’の第１の爪部４０が、第２のステータリング１８’’の第２の爪間ギャップ４２を指向し、同様に、第２のステータリング１８’’の第２の爪部４３が第１のステータリング１８’の第１の爪間ギャップ３９を指向する。回転軸８の周方向断面で見たとき、端面３０上のスピゴット３１が、各端面３０に対して軸方向に対向する各ステータリング１８’，１８’’のヨーク部４４に位置合わせされるように、連結部品２９は、回転軸８と同軸上に、かつ２つのステータリング１８’，１８’’の間に配置される。この状態を図３ａに示す。

ここで、爪部４０，４３が管状の連結部品２９内で軸方向にかみ合うように、２つのステータ部品１８’，１８’’を互いに向かって移動させる。その際、ステータ部品１８’，１８’’が連結部品２９のそれぞれの端面３０に当接するまで、ヨーク部４４をスピゴット３１の上方から軸方向に押し下げる。この状態を図３ｂに示す。

次に、個々のスピゴット３１を加締める。そのために、それぞれの端面３０から突出しているスピゴット３１の軸端部を加熱して、スピゴット３１の構成材料を軟化させる。このとき、回転軸８の方向から見たとき、軟化した構成材料をステータ部品１８’，１８’’に押圧して、軟化した構成材料を軸方向に圧延（展開）させる。こうして、加締められたスピゴット３１とヨーク部４４との間に閉口部が形成され、閉口部は、軸方向に動作し、連結部品２９の上でステータ部品１８’，１８’’を確実に固定する。

第１のステアリングシャフト７または第２のステアリングシャフト１１を連結部品２９に固定するために、連結部品は、保持リング４６の形態を有し、対応するステアリングシャフト７，１１を軸方向に挿入可能な固定部品を有する。この保持リング４６は、圧入嵌め（プレスフィッティング）を介して、ステアリングシャフト７，１１に連結することができる。

保持リング４６は、端面３０から軸方向に延びる数多くのコラム（柱状物）４８を介して、連結部品２９の一方の端面に保持される。図３ａ〜図３ｃでは、複数のコラムのうちいくつかのコラムのみが図示されている。これらのコラム４８は、爪部４０，４３から見て、各ステータリング１８’，１８’’内で半径方向外側に延びる半径方向ギャップ４９に受容される。図面を分かりやすくするために、図中、すべての半径方向ギャップに符号を付しているわけではない。

軸周りの周方向断面で見たとき、コラム４８は、常に、ステータリング１８’の爪部４０の間に挿入することができ、上述のように組み立てられたとき、このステータリングは、コラム４８およびヨーク部４４とともに端面３０の上に設置される。最適な安定性を保証するために、ステアリングシャフト７，１１が回転する方向に関係なく、トルクセンサ９の動作時、個々のコラム４８は同一の軸方向断面を有する。このため、上述の爪部４０とヨーク部４４の間の周方向の間隔５０が一定となり、周方向断面で見たとき、すべてのヨーク部４４は半径方向ギャップの中央に配置される。図面を分かりやすくするために、図中、すべての個々の周方向間隔５０に符号を付しているわけではない。

機械的強度を補強するために、コラム４８は、ヨーク部４４の領域においてブリッジ部５２を組み合わされ、保持リング４６とともに一体のものとして設計／構成することができる。図面を分かりやすくするために、図中、すべてのブリッジ部５２に符号を付しているわけではない。

結論として、第１のステータリング１８’および図４に基づいて、ステータリング１８’，１８’’の突起部について説明する。

第１に、第１のステータリング１８’は、打抜き加工部品５４として一枚の金属シートから成形される。打抜き加工部品５４は、第１のステータリング１８の基本的な形態をすでに有している。ただし、打抜き加工部品５４の第１の爪部４０は、半径方向内側に延びている。

打抜き加工後、第１の爪部４０は、折り曲げ線５６のそれぞれに沿って軸方向に折り曲げられる。

Claims (10)

1. 回転軸（８）周りの周方向において位置によって変化する磁場を案内するステータ（１８）であって、
   回転軸（８）の周りで回転する第１のステータリング（１８’）と、
   回転軸（８）の周りで回転し、第１のステータリング（１８’）と同軸上に配置された第２のステータリング（１８’’）と、を備え、
   第１および第２のステータリング（１８’，１８’’）はそれぞれ、第１および第２の軸面上に互いに離間して、かつ回転軸（８）の周りの周方向に配置され、
   第１の爪部（４０）は、第１のステータリング（１８’）から軸方向に第２のステータリング（１８’’）に向かって延び、回転軸（８）周りの周方向に沿って、第１の爪間ギャップ（３９）から離間して配置され、第２のステータリング（１８’’）の回転軸（８）周りの周方向に沿って配置された第２の爪部（４３）の間に形成された第２の爪間ギャップ（４２）で噛み合い、第２の爪間ギャップ（４２）から離間して軸方向に第１のステータリング（１８’）に向かって突出し、
   第１および第２の爪部（４０，４３）は、第１および第２のステータリング（１８’，１８’’）に対して軸方向に対向する面に爪頭（４５）を有し、
   第１および第２の爪間ギャップ（３９，４２）のそれぞれで噛み合う爪頭（４５）に対向する少なくとも１つの第１の爪間ギャップ（３９）および第２の爪間ギャップ（４２）において、第１および第２のステータリング（１８’，１８’’）を固定するためのキャリア（２９）の上に配置されたステータ固定手段（４４）を備えた、ステータ。
2. ステータ固定手段（４４）は、キャリア（２９）上に配置されたキャリア連結部品（３１）が軸方向に噛み合う、請求項１に記載のステータ。
3. ステータ固定手段（４４）は、回転軸（８）に向かって半径方向に延びるヨーク部である、請求項１または２に記載のステータ。
4. ステータ固定手段（４４）は、第１および第２のステータリング（１８’，１８’’）と一体に成形された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータ。
5. ステータ固定手段（４４）は、隣接する２つの爪部の間の半径方向ギャップに配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータ。
6. ステータ固定手段（４４）は、隣接する２つの爪部の間の半径方向ギャップ（４９）の中心に配置される、請求項５に記載のステータ。
7. 第１および第２のステータリング（１８’，１８’’）のそれぞれは、軸方向に折り曲げられた第１および第２の爪部（４０，４３）を有する打抜き加工部品（５４）である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のステータ。
8. トーションバー（１０）を介して連結された第１のシャフト（７）と第２のシャフト（１１）の間のトルクを検出するセンサ（９）であって、
   キャリア連結部品（３１）が設けられた２つの対向する端面（３０）を有する円筒状キャリア（２９）と、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の第１のシャフト（７）に固定可能なステータ（１８）であって、そのステータリング（１８’，１８’’）がキャリア（２９）の端面（３０）上に配置され、キャリア連結部品（３１）およびステータ固定手段（４４）を介してキャリア（２９）に固定されたステータと、
   第２のシャフト（１１）に固定可能であって、回転軸（８）と同軸上に配置され、磁場を生成し、ステータ（１８）に供給する磁気トランスデューサ（１６）と、
   ステータ（１８）を通り、磁気トランスデューサ（１６）からの磁場を検出する磁気センサと、を備えたセンサ。
9. キャリア連結部品（３１）は、ステータ固定手段（４４）を用いて加締められるスピゴットである、請求項８に記載のセンサ（９）。
10. 連結コラム（４８）は、キャリア（２９）の一方の端面（３０）の上に配置され、第１のシャフト（７）のキャリア（２９）上に保持部材（４６）を有する、請求項８または９に記載のセンサ（９）。

Images