JP2000310573A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動式パワーステアリングへの組み付け作業
が容易で、かつ、安定したトルクが検出できるトルク検
出装置及びこれを用いた電動式パワーステアリング装置
を提供する。 【解決手段】 ステアリングホイールに連結された入力
軸３と、操舵輪に操舵力を出力する出力軸５と、この各
々の軸端間に介在するトルク検出装置７と、このトルク
検出装置７の検出トルクに応じて前述した出力軸５に補
助操舵力を付与する電動モータ９と、これら各部材を収
納する主枠体１１とを有する電動式パワーステアリング
装置１であって、前述したトルク検出装置７は、前述し
た入力軸３に接続されて回転可能に支持されたセンサ軸
と、このセンサ軸に形成された磁歪層と、この磁歪層の
透磁率を検出する検出コイルと、この検出コイルが巻装
されたコイルボビンと、前述した検出コイルから出力さ
れた信号を増幅する増幅回路を担持する電子回路基板
と、この電子回路基板を固定する枠体とを備え、前述し
たコイルボビンと前述した枠体とを一体に加工形成する
という構成を採っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動式パワーステ
アリング装置に関し、特に、磁歪式のトルク検出装置を
用いた電動式パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動式パワーステアリング装置の
トルク検出装置として、トーションバー式のものが使用
されている。このトーションバー式の電動式パワーステ
アリングは、図５（Ａ）に示すように、ステアリングホ
イールの操舵力が伝達される入力軸１０２と、この入力
軸１０２と同心に配置され、車両の車輪を操舵する出力
軸１０４と、各々の軸１０２，１０４に内挿されたトー
ションバー１００とを有している。さらに、前述した入
力軸１０２には、この入力軸１０２と一体に回転すると
共にトーションバー１００のねじれと共に入力軸１０２
の軸方向に摺動する円筒部材１０６と、この円筒部材１
０６に所定の間隙を介して配置される検出コイル１０８
とが備えられている。さらに、この検出コイル１０８に
は、ケーブル１１０を介して接続される基板１１２が接
続されている。このため、ステアリングホイールにより
出力軸１０４に操舵力が与えられると、円筒部材１０６
が軸方向に摺動し、これにより、検出コイル１０８と円
筒部材１０６が相対対向位置を変えることで、トルクが
検出される。この検出されたトルクに応じて電動モータ
１１４が駆動され、補助トルクを発生する。また、トー
ションバー１００が弾性破壊してしまった時の対策とし
て、ある一定のねじれ以上変形させないストッパ等のフ
ェールセーフ機構が設けられている。さらに、トーショ
ンバー式のトルク検出装置の調整は、電動式パワーステ
アリング装置を全て組立た後でなければできないため、
基板１１２を調整が行い易い場所に配置する必要があ
る。このため、レイアウトの自由度を確保すべく、検出
コイル１０８と基板１１２との間は、ハーネスを介して
接続されている。

【０００３】一方、磁歪式トルクセンサは、図５（Ｂ）
に示すように、軸に加えられたトルク量を磁気の通過量
に変換する磁歪層１２０と、この磁気量を電気信号に変
換する検出コイル１２２と、この検出コイル１２２に接
続されて検出コイルからの信号を増幅する電子回路基板
１２４とで形成されている（特許平７−１９８５０８号
公報参照）。この磁歪式トルクセンサは、軸に加えられ
たトルク量を磁歪層１２０で磁気の通過量に変換し、検
出コイル１２２で磁気量を電気信号に変換し電子回路基
板１２４で増幅して出力する。ここで、この磁歪式トル
クセンサは、検出コイル１２２と電子回路基板１２４と
の間の浮遊容量によるノイズを押さえるため、検出コイ
ル１２２と電子回路基板１２４との間隔を小さくし、直
接接合する等の手段が講じられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に、トーションバー式の電動式パワーステアリングの場
合には、ストッパ等のフェールセーフ機構を設ける必要
があり、構成が複雑となり組み立にくいという不都合を
生じている。また、このトーションバーは、弾性部材で
形成されているため、ステアリングホイールを操舵した
際に、弾性部材が弾性変形し、運転者に違和感を与えて
しまうという不都合を生じている。これらの対策とし
て、磁歪式トルクセンサをトルク検出装置に用いること
も考えられるが、磁歪式トルクセンサの電子回路基板は
電動式パワーステアリング装置の組立完了後に回路調整
が必要となるため、電子回路基板は外部より調整し易い
ところに配置する必要があり、検出コイルと電子回路基
板との間隔をハーネスで接続する必要がある。このた
め、浮遊容量を押さえることができず、回路基板の誤動
作の原因となり、高精度のトルク検出装置を構成できな
いという不都合を生じている。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記従来の課題を解決するた
めになされたものであり、高精度で安定してトルクが検
出でき、かつ、組み付け作業が容易な電動式パワーステ
アリング装置を提供することをを、その目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、ステアリングホイールに連結された
入力軸と、操舵輪に操舵力を出力する出力軸と、この各
々の軸端間に介在するトルク検出装置と、このトルク検
出装置の検出トルクに応じて前述した出力軸に補助操舵
力を付与する電動モータと、これら各部材を収納する主
枠体とを有する電動式パワーステアリング装置である。
そして、前述したトルク検出装置は、前述した入力軸に
接続されて回転可能に支持されたセンサ軸と、このセン
サ軸に形成された磁歪層と、この磁歪層の透磁率を検出
する検出コイルと、この検出コイルが巻装されたコイル
ボビンと、前述した検出コイルから出力された信号を増
幅する増幅回路を担持する電子回路基板と、この電子回
路基板を固定する枠体とを備え、前述したコイルボビン
と前述した枠体とを一体に加工形成するという構成を採
っている。

【０００７】このように構成することにより、ステアリ
ングホイールからセンサ軸に操舵力が付与されると、磁
歪層が磁気の透磁率に変換し、検出コイルがこの透磁率
の差を検出して電気信号に変換する。この電気信号は電
子回路基板により増幅されて電圧信号として出力され
る。この時に、検出コイルが巻装されたコイルボビンと
電子回路基板を固定する枠体とが一体に加工形成されて
いるため、浮遊容量が形成されることがない。そして、
電子回路基板からの電圧信号に応じて電動モータが出力
軸に補助操舵力を付与して、この出力軸が操舵輪に操舵
力を付与する。一方、電動式パワーステアリング装置の
組立時には、トルク検出装置が枠体で一体に加工形成さ
れているため、一体で電動式パワーステアリング装置に
組み込み可能となるため、電動式パワーステアリング装
置の組立が容易となる。

【０００８】さらに、前述した枠体のトルク検出装置の
軸と垂直な断面を略矩形状に形成すると共に、前述した
主枠体の前述した枠体との係合部を略矩形状断面に対応
する形状に形成するとこのましい。

【０００９】このように形成することで、電動式パワー
ステアリング装置にトルク検出装置を組み込んだ場合
に、略矩形状の枠体が電動式パワーステアリング装置の
主枠体に対して回り止めとして作用する。

【００１０】また、前述した枠体をトルク検出装置の軸
と垂直な断面を略Ｕ字状に形成すると共に、前述した主
枠体の前述した枠体との係合部を略Ｕ字状断面と対応す
る形状に形成してもよい。

【００１１】このように形成することにより、主枠体の
加工形状が円形状を基準にできるため、加工が容易とな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１乃
至図４に基づいて説明する。

【００１３】［電動式パワーステアリング装置概略］ま
ず、図１及び図２において、符号１は、電動式パワース
テアリング装置を示す。電動式パワーステアリング装置
１は、図１に示すように、ステアリングホイール（図示
を省略する）に連結された入力軸３と、車輪（図示を省
略する）に操操舵力を付与する出力軸５と、入力軸３と
出力軸５との間に設けられてステアリングホイールに加
えられたトルクを電圧信号に変換するトルク検出装置７
とを備えて構成されている。さらに、この電動式パワー
ステアリング装置１は、トルク検出装置７からの電圧信
号に応じてステアリングホイールのトルクアシストを行
う電動モータ９と、この電動モータ９の出力トルクを出
力軸５に伝達する一対の歯車１３とを備えている。

【００１４】この電動式パワーステアリング装置１は、
枠体、即ち、ハンドルコラムハウジング１１で覆われて
いる。このハンドルコラムハウジング１１は、ステー２
５を介して車両本体のハンドルコラム（図示を省略す
る）に固定されている。

【００１５】この電動式パワーステアリング装置１の入
力軸３は、一方がステアリングホイールに連結され、他
方がトルク検出装置７のセンサ軸７２の入力側と連結部
材１５で連結されている。この連結部材１５は、ベアリ
ング１７を介してハンドルコラムハウジング１１に結合
された筒体１９に固定されている。このため、入力軸３
から連結部材１５を介して伝達された回転トルクは、ト
ルク検出装置７に入力される。

【００１６】このトルク検出装置７のセンサ軸７２の出
力側は、歯車１３Ａの略中央部にスプライン結合されて
いる。この歯車１３Ａは一対のベアリング２０，２１で
ハンドルコラムハウジング１１に回動可能に軸支されて
いる。この歯車１３Ａは、電動モータ９の回転軸に接合
された歯車１３Ｂに噛合している。さらにこの歯車１３
Ａのセンサ軸７２との結合部側面の反対側面には、出力
軸５が結合されている。この出力軸５には、十字トラニ
オン２３がスプライン結合されている。

【００１７】このため、センサ軸７２の出力側から出力
された回転トルクは、歯車１３Ａに結合された出力軸５
に伝達される。また、これと共に、電動モータ９からの
補助トルクが歯車１３Ｂを介して歯車１３Ａに伝達さ
れ、出力軸５に伝達される。この出力軸５の回転トルク
は、十字トラニオン２３等を介して操舵輪に付与され
る。

【００１８】コラムハウジング１１は、図１及び図３に
示すように、トルク検出装置７が設けられるトルク検出
装置部１１Ａと、電動モータ９が固定される電動モータ
部１１Ｂと、一対の歯車１３が係合される歯車部１１Ｃ
とで概略形成されている。この内、トルク検出装置部１
１Ａは、コイルボビン７６に応じた形状とされている。
例えば、コイルボビン７６のセンサ軸に垂直な断面が略
矩形形状の場合には、これを嵌合可能に略断面矩形状の
凹部が形成されている。次に、電動モータ部１１Ｂに
は、フランジ部が形成され、このフランジ部に電動モー
タのフランジ部がボルトで螺着されている。さらに、歯
車部１１Ｃには、出力軸５方向に開口する開口部が設け
られており、この開口部から歯車１３Ａ，１３Ｂが挿入
された後に、カバー１１Ｄが装着される。

【００１９】［トルク検出装置］トルク検出装置７は、
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、磁歪式トルク
センサが使用されている。磁歪式トルクセンサは、枠
体、即ち、コイルボビン７６と、このコイルボビン７６
に軸支されたセンサ軸７２と、このセンサ軸７２に形成
された磁歪層７４と、この磁歪層７４に対向するように
前記コイルボビン７６に巻装されたコイル７８と、コイ
ルボビン７６の上部に配置された電子回路基板８２とを
備えて構成されている。

【００２０】この磁歪式トルクセンサは、センサ軸７２
に加えられたトルク量を一対の磁歪層７４で磁気の透磁
率に変換し、検出コイル７８でこの透磁率の差を検出し
て電気信号に変換する。この電気信号は電子回路基板８
２により増幅され、図示しないトルク制御手段に出力さ
れる。このトルク制御手段により電動モータ９から出力
される補助トルクが制御される。この磁歪式トルクセン
サは、トーションバー式のトルク検出装置の様に弾性体
からなるトーションバーを必要としないため、機械的ス
トッパ等の部品削減が可能であると共に、ステアリング
ホイールを回動させた際の軸剛性感が向上する。

【００２１】このトルク検出装置７の内、コイルボビン
７６は、略Ｈ字状の一対の支持部７６Ａ，７６Ｂと、こ
の支持部７６Ａ，７６Ｂを結合する略円筒状の円筒部７
６Ｃとが一体に加工形成されている。このコイルボビン
７６は、センサ軸７２の垂直の断面が略矩形形状に形成
されている。このコイルボビン７６をコラムハウジング
１１のトルク検出装置部１１Ａにはめ込むことにより、
トルク検出装置７がコラムハウジング１１に一体的に固
定される（図３参照）。

【００２２】このコイルボビン７６の支持部７６Ａ，７
６Ｂの略中央部には、各々ベアリング８４，８６が嵌合
されている。この各々ベアリング８４，８６には、セン
サ軸７２が嵌合されている。これにより、センサ軸７２
は、コイルボビン７６に対して回動自在とされる。ま
た、支持部７６Ａ，７６Ｂの上端面には、電子回路基板
８２の支持部が平坦に形成されている。この支持部に電
子回路基板８２がボルトで螺着されている。コイルボビ
ン７６の円筒部７６Ｃには、所定間隔で２個の検出コイ
ル７８が巻装されている。この検出コイル７８は交流で
励磁されると共に、ブリッジ回路により信号を取り出す
ようにされている。この信号差によりトルクを検出す
る。この検出コイル７８の間には、この検出コイル７８
から電気信号を出力するコイルピン８８が直立に設けら
れている。このコイルピン８８には、信号増幅用の電子
回路基板８２が直接接続されている。コイルピン８８で
電子回路基板８２を直接接続することで、ピン（信号
線）が短くてすみ、耐ノイズ特性が良好となる。さらに
コイルボビン７６の円筒部７６Ｃには、この円筒部７６
Ｃ及び検出コイル７８を覆うように、シールドヨーク９
０が設けられている。

【００２３】次に、センサ軸７２は、鉄，ニッケルまた
はそれらの合金の強磁性体で形成されている。このセン
サ軸７２の略中央部に一対の磁歪層７４が設けられてい
る。この磁歪層７４には、トルクが加わると軸の中心方
向にプラスマイナス４５度の引張応力と圧縮応力が作用
する。この引張応力と圧縮応力が加わった方向とでは、
透磁率が変わる。この透磁率の差を前記検出コイルが検
出する。また、センサ軸７２の両軸端部には、スプライ
ン加工が施されている。この両軸端部の中央部側には、
溝が設けられている。この溝には、センサ軸７２をコイ
ルボビン７６の円筒部７６Ｃに嵌合した後にスナップリ
ング９２が結合される。このスナップリング９２によ
り、センサ軸７２がコイルボビン７６に対して左右方向
（図２で左右方向）の抜けが防止される。

【００２４】本発明の第１の実施形態の作用を図１乃至
図３に基づいて簡単に説明する。まず、トルク検出装置
７は電動式パワーステアリング装置１とは別体で組立が
行われる。このトルク検出装置７をハンドルコラムハウ
ジング１１の凹状に形成された溝にあわせて挿入するこ
とにより、トルク検出装置７のハンドルコラムハウジン
グ１１への組み付けが容易に完了する。この際に、トル
ク検出装置７のセンサ軸７２の出力側の軸端をハンドル
コラムハウジング１１の歯車１３Ａの中央部に設けられ
たスプライン溝に挿入することで、歯車１３Ａ、即ち、
出力軸５とトルク検出装置７の連結が行われる。つい
で、トルク検出装置のセンサ軸７２の入力側と入力軸３
をスプライン結合し、ハンドルコラムハウジング１１と
筒体１９とをボルトで螺着する。これにより、電動式パ
ワーステアリング装置１の組立は完了する。そして、電
子回路基板８２の調整が行われるが、電子回路基板８２
の上部がフリーであるため、調整が容易に行われる。

【００２５】本発明の第２の実施形態を図４に基づいて
説明する。第１の実施形態とは、枠体、即ち、コイルボ
ビン７６’のセンサ軸７２と垂直の断面が略Ｕ字形状に
形成されている点で異なる。そして、ハンドルコラムハ
ウジング１１も、このコイルボビン７６’と対応するよ
うに、略Ｕ字状に形成されている。このように、コイル
ボビン７６’の断面をＵ字形状とすることで、ハンドル
コラムハウジングの加工形状が円形状を基準にできるた
め、加工が容易となる。

【００２６】さらに、本発明の第３の実施形態を図４に
基づいて説明する。第１及び第２の実施形態とは、枠
体、即ち、コイルボビンの側面にゴム材３２が装着され
ている点で異なる。このようにコイルボビンに予めゴム
材３２を装着しておき、ハンドルコラムハウジングには
め込むことで、コイルボビンとハンドルコラムハウジン
グとの加工差を補うことができるため、コラムハウジン
グとコイルボビンとのガタがなくなる。またコイルボビ
ンの外面の加工精度が低くてもよいため、加工費が安価
におさえられる。さらに、コラムハウジングにコイルボ
ビンを組み付け後に、ゴム材３０を装着することも可能
である。この場合に、コラムハウジングとコイルボビン
との間に、ゴム材３０を押し込むことで、コラムハウジ
ングとコイルボビンの加工差を補うことができるため、
コラムハウジングとボビンとのガタがなくなる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、以上の構成及び作用に
より、検出コイルが巻装されたコイルボビンと電子回路
基板を固定する枠体とが一体に加工形成されているた
め、浮遊容量が形成されることがないため、耐ノイズ性
能が向上し、安定したトルクを検出できる。さらに、電
動式パワーステアリング装置の組立時には、トルク検出
装置が枠体で一体に加工形成されているため、一体で電
動式パワーステアリング装置に組み込み可能となるた
め、組立が容易となる。さらに、従来のトーションバー
式の電動式パワーステアリングのようにトーションバー
を使用しないため、運転者がステアリングホイールを回
動させる際の軸剛性感が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の電動式パワーステア
リング装置の縦断側面図である。

【図２】図１のトルク検出装置の詳細図であり、図２
（Ａ）は縦断側面図で、図２（Ｂ）は図（Ａ）のＡ−Ａ
矢視図である。

【図３】図１の電動式パワーステアリング装置の分解斜
視図である。

【図４】本発明の第２の実施形態のトルク検出装置であ
る。

【図５】従来例に係る電動式パワーステアリング装置及
び磁歪式トルク検出装置であり、図５（Ａ）はトーショ
ンバー式の電動式パワーステアリング装置で、図５
（Ｂ）は磁歪式トルク検出装置である。

【符号の説明】

１ 電動式パワーステアリング装置 ３ 入力軸 ５ 出力軸 ７ トルク検出装置 ９ 電動モータ １１ 主枠体（ハンドルコラムハウジング） ７２ センサ軸 ７６ 枠体（コイルボビン） ７４ 磁歪層 ７８ 検出コイル ８２ 電子回路基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールに連結された入力
   軸と、操舵輪に操舵力を出力する出力軸と、この各々の
   軸端間に介在するトルク検出装置と、このトルク検出装
   置の検出トルクに応じて前記出力軸に補助操舵力を付与
   する電動モータと、これら各部材を収納する主枠体とを
   有する電動式パワーステアリング装置であって、 前記トルク検出装置は、前記入力軸に接続されて回転可
   能に支持されたセンサ軸と、このセンサ軸に形成された
   磁歪層と、この磁歪層の透磁率を検出する検出コイル
   と、この検出コイルが巻装されたコイルボビンと、前記
   検出コイルから出力された信号を増幅する増幅回路を担
   持する電子回路基板と、この電子回路基板を固定する枠
   体とを備え、 前記コイルボビンと前記枠体とを一体に加工形成するこ
   とを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記枠体の前記トルク検出装置の軸と垂
   直な断面を略矩形状に形成すると共に、前記主枠体の前
   記枠体との係合部を略矩形状断面に対応する形状に形成
   したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記枠体を前記トルク検出装置の軸と垂
   直な断面を略Ｕ字状に形成すると共に、前記主枠体の前
   記枠体との係合部を略Ｕ字状断面と対応する形状に形成
   したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。