磁致伸缩扭矩传感器轴及其制造方法技术

本发明专利技术改善了用于磁致扭矩传感器的扭矩传感器轴的磁化屏蔽特性。特别是，根据本发明专利技术，磁致伸缩扭矩传感器轴２具有磁致伸缩检测部分５和与动力传动轴啮合的啮合部分６，其中，扭矩传感器轴２包括磁致伸缩材料，并具有顺磁层，该顺磁层在包括除磁致伸缩检测部分５之外的至少啮合部分６范围内的表面含有残余奥氏体。还提供了一种制造磁致扭矩传感器轴的方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于采用逆磁致伸缩效应的磁致伸缩扭矩传感器的扭矩传感器轴，特别是，涉及中点值输出波动减小的磁致伸缩扭矩传感器轴。
技术介绍
为适当地控制诸如汽车传动系统、4WD扭矩分配器和电子动力转向(EPS)系统之类的系统，必须检测扭矩。例如，EPS是动力转向系统，其中电子马达响应输入到汽车的转向轮的扭矩等而被控制，以便产生转向操作力，并且为实现这种控制必须检测施加于转向轮的扭矩。常规地，将扭矩传感器，特别是在探测应变上具有极高灵敏度并能探测极小应变的磁致伸缩扭矩传感器用于检测扭矩。日本待审专利申请公开JP H1-169983-A和日本已审专利申请公开JP H8-31636-B公开了磁致伸缩扭矩传感器的一些例子。然而，对于这种磁致伸缩扭矩传感器，啮合部分不可避免地从装有扭矩检测部分的外壳内侧露出，该啮合部分位于扭矩传感器轴的端部并用于与其它动力传动轴啮合并传输动力。即，扭矩传感器轴上的扭矩检测部分可以在外壳内，该外壳起磁屏蔽作用，但是，这对于啮合部分是难以实现的，啮合部分对外面部分是磁开放的。由于这个原因，还存在扭矩传感器内的磁力线受外面部分影响的问题。特别是，当诸如结构钢(例如碳钢、铬钢、镍铬钢、镍铬鉬钢、锰钢和锰铬钢)的这类铁磁材料用于传感器轴时，扭矩传感器受到外部部分很大的影响，并且，当啮合部分接近铁磁材料或啮合部分与其它动力传动轴啮合时，扭矩传感器内的磁力线分布会发生变化。通常，调整初始状态的扭矩传感器的中点值以便当扭矩为零时输出为零。但是，如上所述，由于常规的扭矩传感器轴的啮合部分没有被磁屏蔽，当将扭矩传感器轴连接到其它驱动轴时，存在扭矩传感器内的磁力线分布发生变化导致扭矩传感器输出的中点值波动的问题。
技术实现思路
根据上述情况创造出本专利技术，其目的是提供一种用于磁致伸缩扭矩传感器的扭矩传感器轴，它能够以低成本提供具有磁屏蔽的扭矩传感器轴而不损失扭矩检测精度或物理强度的额外优点。本专利技术提供一种包括扭矩检测部分和用于与动力传动轴啮合的啮合部分的磁致伸缩扭矩传感器轴，其中，该扭矩传感器轴包括磁致伸缩材料，至少在啮合部分的表面还包括至少10％体积含量的残余奥氏体的顺磁层，但磁致伸缩检测部分除外。应当注意，顺磁层中残余奥氏体的体积含量优选为50％。还应注意，顺磁层的厚度优选为至少300μm。另外，扭矩传感器轴优选含有铁磁材料，进一步优选该铁磁材料含有3％-30％重量百分比的镍。此处，“磁致伸缩检测部分”指的是磁致扭矩传感器轴上磁特性随扭矩变化的位置。例如，如日本专利169326-B中所公开的，通过设置与铁磁材料扭矩传感器轴的表面的轴向方向倾斜成45°的凹槽，由于该形状的影响使扭矩传感器轴具有磁各向异性，并且能够检测这些部分中的磁变化。这些部分就是通常所说的磁致伸缩检测部分。可选地，如日本专利271065-B和2965628-B所批露的，通过将磁致伸缩层加到扭矩传感器轴的表面也可以构成磁致伸缩检测部分。或者，如未审专利申请公开JP 2002-107240-A中所批露的，可以通过对其磁化强度随温度变化而变化的材料进行局部温度处理来构成磁致伸缩检测部分。不过，虽然根据本专利技术的磁致伸缩检测部分可以包括这些中的任一种，但是并不限于这些例子。另外，“啮合部分”指的是磁致扭矩传感器轴上用于将其他的动力传动轴连接到该扭矩传感器轴的位置。其他动力传动轴的例子包括转向轴、传动轴和驱动轴等，但并不限于此。另外，通过在扭矩传感器轴上形成锯齿或多边形轮廓形状能够实现啮合部分。可选地，通过孔和轴的压配合或通过在法兰上设置的螺栓连接来构成啮合部分。不过，虽然根据本专利技术的啮合部分可以包括这些中的任一种，但是并不限于这些例子。另外，“磁致伸缩材料”是指当受到物理力作用时具有其导磁率变化的性质的金属。可以使用诸如铁铝基合金、铁镍基合金和铁钴基合金的合金，但不限于此。优选地，磁致伸缩材料为铁磁材料。“铁磁材料”是指具有铁磁性的金属，并且可以使用诸如碳钢、铬钢、镍铬钢、镍铬钼钢、锰钢和锰铬钢的金属，但不限于此。另外，“残余奥氏体”是指淬火钢中保持为未转换的奥氏体的部分，并且残余奥氏体的体积百分比含量可以通过用X射线衍射测量残余奥氏体相中的衍射强度或者利用显微镜观测钢的剖面来测量。根据本专利技术，磁致伸缩扭矩传感器轴的啮合部分用有含有残余奥氏体的顺磁层覆盖，并且被磁屏蔽，从而抑制外部部分对扭矩传感器内的磁力线的影响。另外，本专利技术提供包括磁致伸缩扭矩传感器轴的磁致伸缩扭矩传感器。通过分别结合适当的激励装置、检测装置和屏蔽壳，扭矩传感器轴能实现更加有效的屏蔽。此外，本专利技术提供一种制造磁致伸缩扭矩传感器轴的方法。即，本专利技术提供一种制造磁致伸缩扭矩传感器轴的方法，该磁致伸缩扭矩传感器轴包括磁致伸缩检测部分和用于与另一个动力传动轴啮合的啮合部分，其中，通过对除磁致伸缩检测部分之外的至少啮合部分的表面进行渗碳处理来形成含有残余奥氏体的顺磁层。优选地，渗碳处理中的碳势为至少0.8％重量百分比。另外，优选地，在渗碳处理前对磁致伸缩检测部分进行防渗碳处理，并且在渗碳处理后可将防渗碳处理部分去掉以露出磁致伸缩检测部分表面上的磁致伸缩材料。这里，“渗碳处理”是指将碳扩散到金属表面的处理，除固体渗碳(活性炭)、气体渗碳和液体渗碳外，也可以用其他方法，包括真空渗碳(一种用真空炉进行渗碳的方法)、等离子渗碳(也称离子渗碳)和滴注法渗碳(其中基于C-H-O的液体有机媒剂被滴入炉子里并且使用热分解碳)，但不限于此。特别是，通常使用气体渗碳并且是优选的。另外，“碳势(CP)”也称作平衡碳的数量，并且是指炉内气氛的渗碳能力。例如，1.2％的碳势定义为碳的浓度允许渗碳达到1.2％的状态。因为炉内氧气、一氧化碳气体和碳势维持在平衡状态，所以可以通过测量氧气的分压来控制炉内的气氛。碳势越高，能够进行越强的渗碳。另外，“防渗碳处理”是指在渗碳处理前预先在材料上进行的一种处理以便渗碳不会发生在该材料上。除了镀铜处理外，也可使用镀铬和镀镍等，但不限于此。此外，“防渗碳部分”是指通过上述防渗碳处理提供在矩传感器轴的磁致伸缩检测部分表面上的层。通过利用渗炭处理形成含有残余奥氏体的顺磁层，可以容易地在除磁致伸缩检测部分之外的扭矩传感器的至少啮合部分的表面上形成磁屏蔽，而且，还有，这允许扭矩传感器轴材料一定的自由度。特别是，当通过对除磁致伸缩检测部分之外的扭矩传感器的至少啮合部分进行渗碳处理以形成顺磁层，由于在扭矩传感器轴结构的表面添加新层不是必须的，所以能够制造能承受过量扭矩输入的扭矩传感器。另外，通过增加碳势，可以促进残余奥氏体的生产，并减少扭矩传感器轴结构中昂贵的镍的使用量。此外，通过在防渗碳处理后进行渗碳处理能够在只需要的位置形成顺磁层。如下面描述中非常明显的，根据本专利技术的磁致伸缩扭矩传感器的扭矩传感器轴能以低成本提供具有磁屏蔽的扭矩传感器轴而不损失扭矩检测精度或物理强度的额外优点。换言之，通过在与动力传动轴啮合的啮合部分的渗碳处理形成具有屏蔽磁效果的奥氏体层可以抑制中点值的波动，以便因此能够消除中点值调节并且提高检测灵敏度。此外，由于可以在需要的位置利用热处理形成具有磁屏蔽效果的奥氏体层，所以可以将结构钢用于传感器轴，其能够提供稳定的检测灵敏度，这是因为磁滞现象和非线性的原因，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致伸缩扭矩传感器轴，包括磁致伸缩检测部分和与动力传动轴啮合的啮合部分，其中，所述扭矩传感器轴包括磁致伸缩材料并在除磁致伸缩检测部分之外的至少啮合部分的表面处包括具有超过１０％体积百分比的残余奥氏体的顺磁层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黑田明浩，金田裕光，水村雄一，
申请(专利权)人：铃木株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]