JP2009113536A

JP2009113536A - トルクセンサ

Info

Publication number: JP2009113536A
Application number: JP2007285830A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Isobe; 晋一磯部; Kotaro Shiino; 高太郎椎野; Haruhiko Fujita; 治彦藤田; Toshiro Yoda; 敏郎與田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】レイアウト上の自由度を確保しつつ容易にコイルと回路基板を接続可能としたトルクセンサを提供する。
【解決手段】入力軸と出力軸とを接続するトーションバーと、前記入力軸への入力トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段を収容するハウジングと、前記トルク検出手段の検出信号を処理する制御基板と、前記トルク検出手段と前記制御基板を接続するハーネスとを有するトルクセンサにおいて、前記ハウジングに、前記トルク検出手段と前記制御基板とに開口する作業用窓を設け、この作業用窓に前記ハーネスを挿通することとした。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサのコイルと回路基板との接続構造に関する。

従来、特許文献１に開示される電動パワーステアリング装置にあっては、トルクセンサのコイルと回路基板とを接続するため、コイル端子ピンと基板を直接接合する方法が用いられている。また、特許文献２の技術にあっては、コイル端子ピンにハーネスを接続し、このハーネスを介して回路基板との接続を行っている。
特開２００４−１１４７０７号公報特開２００５−３３５５１７号公報

しかしながら上記特許文献１にあっては、コイルと回路基板とを隣接配置しなければならないためレイアウト上の制約が生じる。また、特許文献２の技術にあっては、コイルをハウジングに組みつける際にハーネスをハウジングのコイル収納孔に通す必要があり、組みつけ性が悪いという問題があった。また、組みつけ後にもハウジング内でのハーネスの取り回しが煩雑である。

本発明は上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、レイアウト上の自由度を確保しつつ容易にコイルと回路基板を接続可能としたトルクセンサを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、入力軸と出力軸とを接続するトーションバーと、前記入力軸への入力トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段を収容するハウジングと、前記トルク検出手段の検出信号を処理する制御基板と、前記トルク検出手段と前記制御基板を接続するハーネスとを有するトルクセンサにおいて、前記ハウジングに、前記トルク検出手段と前記制御基板とに開口する作業用窓を設け、この作業用窓に前記ハーネスを挿通することとした。

よって、レイアウト上の自由度を確保しつつ容易にコイルと回路基板を接続可能としたトルクセンサを提供できる。

以下、本発明のトルクセンサを図面に示す実施例に基づいて説明する。

［電動パワーステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき説明する。図１は電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。電動パワーステアリング装置は、モータ制御装置１、ステアリングホイールＳＷ、ステアリングシャフトＳＳ、トルクセンサＴＳ、入力軸ＩＮ、ラック＆ピニオン（操舵機構：ラックＲ、ピニオンＰ）、転舵輪ＦＬ，ＦＲを有する。モータ制御装置１内にはモータ３（他の負荷）が設けられ、電源ＢＡＴＴにより駆動される。

運転者によりステアリングホイールＳＷが操舵されると、ステアリングシャフトＳＳおよび入力軸ＩＮを介して操舵トルクがトルクセンサＴＳにより検出される。検出された操舵トルクに基づき、モータ制御装置１内の制御基板４００（図２参照）はモータ３に対し駆動信号を出力し、モータ制御装置１内のモータ３が駆動されてピニオンＰが回転し、ラックＲを軸方向移動させて操舵アシストを行う。

［軸方向および径方向断面図］
図２は電動パワーステアリング装置の軸方向断面図（図３のＩＩ−ＩＩ断面）、図３は径方向断面図（図２のＩ−Ｉ断面）である。なお、図２における電動パワーステアリング装置の軸方向と平行にｙ軸をとり、図２の図面に平行かつｙ軸と直交する方向をｘ軸と定義する。また、図２の法線方向をｚ軸と定義する。

モータ制御装置１は、ハウジング２、入力軸ＩＮ、ピニオンＰ、ウォームホイール５、ウォームシャフト６、トルクセンサＴＳを有する。制御基板４００はウォームホイール５に対し垂直に設けられ、トルクセンサＴＳのコイル２００（トルク検出手段）と接続する。ハウジング２は第１、第２ハウジング２ａ，２ｂを有する。

操舵アシスト時には、モータ３の駆動力はモータ３の回転軸上に設けられたウォームシャフト６を介してウォームホイール５に伝達される。ウォームシャフト６はピニオンＰと一体回転するウォームホイール５と噛合っており、またピニオンＰはｙ軸負方向側においてラックと接続する。これにより、モータ３の駆動力は操舵アシスト力としてラックを駆動する。

［第１ハウジングの詳細］
第１ハウジング２ａはセンサハウジング１１、モータハウジング１２、および基板ハウジング１３を有する。モータハウジング１２と基板ハウジング１３は一体に形成されている。モータハウジング１２はセンサハウジング１１に対しｚ軸負方向側に設けられ、基板ハウジング１３はセンサハウジング１１のｚ軸負方向側であってモータハウジング１２のｘ軸正方向側に設けられている。

センサハウジング１１は有底カップ形状であり、底面であるｙ軸正方向側には入力軸ＩＮを貫通させる貫通孔１１ａが設けられている。またｙ軸負方向側には開口部１１ｂが設けられ、この開口部１１ｂから順にピニオンＰ、ウォームホイール５、制御基板４００、トルクセンサＴＳが収装される。

入力軸ＩＮは中空円筒部材であり、内部にはトーションバー８が設けられている。この入力軸ＩＮはステアリングシャフトＳＳを介してステアリングホイールＳＷと接続し、トーションバー８を介してピニオンＰと接続している。また、センサハウジング１１内部であって入力軸ＩＮの外周側にはトルクセンサＴＳのコイル２００が設けられ、運転者の操舵に伴う入力軸ＩＮ、ピニオンＰ間の相対回転を検出して制御基板４００に出力する。

モータハウジング１２はモータ３を収容する。モータ３は回転センサによる位置検出値に基づいて駆動され、ｚ軸正方向側においてウォームシャフト６と接続する。第２ハウジング２ｂはｙ軸負方向からピニオンＰを収容するとともに、第１ハウジング２ａの開口部１１ｂを閉塞する。

基板ハウジング１３は放熱性を考慮したアルミダイキャスト部材であり、内部に制御基板４００を収容する。また基板ハウジング１３には、この基板ハウジング１３内部とセンサハウジング１１内部を接続する作業用窓１００が設けられている。

この作業用窓１００はセンサハウジング１１内においてトルクセンサＴＳのコイル２００に開口し、制御基板４００とコイル２００とを接続するハーネス３００を通す穴となる。コイル２００は端子ピン２１０に接続された中継基板２２０を介してハーネス３００と接続する。センサハウジング１１側の開口部を制御基板側開口部１１０、コイル２００側の開口部をコイル側開口部１２０（トルク検出手段側開口部）とする。

作業用窓１００はコイル側開口部１２０から制御基板側開口部１１０に向かって拡幅し、拡幅部分にハーネス収容部１３０が形成される。ハーネス３００接続後はこのハーネス収容部１３０にたるんだハーネス３００を収容することで、センサハウジング１１と基板ハウジング１３の接合面Ａへのハーネス３００の噛みこみを回避する

なお、センサハウジング１１にはコイル２００を挿入するコイル挿入窓１１ｃ（図２参照）が設けられている。このコイル挿入窓１１ｃはセンサハウジング１１のｘ軸正方向側に開口し、このコイル挿入窓１１ｃからコイル２００を挿入した後に入力軸ＩＮを第１ハウジング２ａの開口部１１ｂから挿入する。

［制御構成］
図４は制御基板４００における操舵トルク検出の制御構成である。制御基板４００には発振回路４０１、差動増幅回路４０２、全波整流回路４０３、および平滑化回路４０４が設けられている。なお、図４ではコイル２００、ピン２１０、中継基板２２０、およびハーネス３００をコイル部２０と総称する。

発振回路４０１は電源ＢＡＴＴからの電流を振動させてトルクセンサＴＳのコイル２００に供給し、差動増幅回路４０２はコイル部２０を通過した電流を増幅する。増幅された電流を全波整流回路４０３および平滑化回路４０４を介して電圧変化として出力し、操舵トルクを検出する。

コイル部２０を形成するコイル２００、ピン２１０、中継基板２２０、およびハーネス３００は基板ハウジング１３に格納されているため、これらが外部磁界などからのノイズの影響を受けることがなく、良好な出力を得るものである。

［作業用窓の詳細］
図５は基板ハウジング１３およびセンサハウジング１１の斜視図である。なお、入力軸ＩＮも示す。作業用窓１００のコイル側開口部１２０からはコイル２００の端子ピン２１０に接続された中継基板２２０が視認可能である。また、組みつけ時には作業用窓１００にハーネス３００を通し、一端をコイル側開口部１２０から中継基板２２０に接続する。ハーネス３００の他端は制御基板側開口部１１０から引き出され、制御基板４００に接続される。

［組みつけ工程］
（コイル挿入）
コイル２００を単体でセンサハウジング１１のコイル挿入窓１１ｃから挿入することでトルクセンサＴＳを形成する。

（中継基板装着）
コイル２００を挿入後、中継基板２２０を作業用窓１００のコイル側開口部１２０から挿入し、中継基板２２０をコイル２００の端子ピン２１０に接続する。半田付けを行う際は、コイル２００を挿入した後に中継基板２２０と端子ピン２１０とを半田付けすることとなるため、あらかじめ端子ピン２１０と中継基板２２０を半田付けしてからコイル２００を挿入する場合と比べて作業性がよい。

（ハーネス接続）
ハーネス３００を作業用窓１００に通し、一端を中継基板２２０に接続するとともに他端を制御基板側開口部１１０から引き出して制御基板４００と接続する。コイル２００とハーネス３００とが別工程で組みつけられ、また作業用窓１００の開口部１１０，１２０を用いて作業可能であるため作業性がよい。

［実施例１の効果］
（１）入力軸ＩＮとピニオンＰとを接続するトーションバー８と、入力軸ＩＮへの入力トルクを検出するコイル２００（トルク検出手段）と、コイル２００を収容するハウジング２と、コイル２００の検出信号を処理する制御基板４００と、コイル２００と制御基板４００を接続するハーネス３００とを有するトルクセンサＴＳにおいて、ハウジング２に、コイル２００と制御基板４００とに開口する作業用窓１００を設け、この作業用窓１００にハーネス３００を挿通することとした。

これにより、制御基板４００とコイル２００とを隣接配置する必要がなく、コイル２００とハーネス３００とが別工程で組みつけられるとともに作業用窓１００の開口部１１０，１２０を用いて作業可能となる。よって、レイアウト上の自由度を確保しつつ容易にコイルと回路基板を接続可能としたトルクセンサを提供することができる。

（２）ハーネス３００とコイル２００の端子ピン２１０とを中継する中継基板２２０を有し、作業用窓１００であってコイル２００側に開口するコイル側開口部１２０は、コイル２００外周であってセンサハウジング１１（ハウジング２）外側に開口することとした。

これにより、コイル２００を挿入した後に中継基板２２０と端子ピン２１０とを半田付けすることとなるため、あらかじめ端子ピン２１０と中継基板２２０を半田付けしてからコイル２００を挿入する場合と比べて作業性を向上させることができる。

（３）作業用窓１００であって制御基板４００側に開口する制御基板側開口部１１０は、ハウジング２の内側に開口することとした。これにより、制御基板側開口部１１０を閉塞するためのカバー等を別途設ける必要がない。

（４）制御基板４００は、トルク信号を処理するとともにモータ３（他の負荷）を制御し、ハーネス３００は、制御基板４００に直接接続されることとした。

モータ３の制御とトルク信号の制御を制御基板４００で共用するため、別々の基板を用いる場合と比べて基板および回路構成を省略することができる。

（５）作業用窓１００は、ハーネス３００を収容するハーネス収容部１３０を有することとした。作業用窓１００内でたるんだハーネス３００を収容することで、センサハウジング１１と基板ハウジング１３の接合面Ａ−Ａへのハーネス３００の噛みこみを回避することができる。

（６）作業用窓１００は、コイル側開口部１２０から制御基板側開口部１１０に向かって拡幅する形状であることとした。拡幅部をハーネス収容部１３０とすることで、たるんだハーネス３００をハーネス収容部１３０に入りやすい形状とすることができる。

実施例２につき説明する。基本構成は実施例１と同様である。実施例２の中継基板２２０は、作業用窓１００の制御基板側開口部１１０まで延在する点で実施例１と異なる。

図６は実施例２における基板ハウジング１３およびセンサハウジング１１の斜視図である。実施例２における中継基板２２０はｚ軸負方向側に延在する延在部２２１を有し、コイル２００の端子ピン２１０に接続した際にも制御基板側開口部１１０よりもｚ軸負方向側に延在する。

［実施例２の効果］
（７）中継基板２２０は、コイル２００の端子ピン２１０に接続された際、制御基板側開口部１１０の外部まで延在する延在部２２１を有することとした。これにより、制御基板側開口部１１０から中継基板２２０を作業用窓１００に挿入し、延在部２２１を保持して中継基板２２０を端子ピン２１０に接続することで接続が完了するため、作業性を向上させることができる。

なお、制御基板側開口部１１０から中継基板２２０を作業用窓１００に挿入することで中継基板２２０と端子ピン２１０とが接続可能であるため、図７に示すように作業用窓１００のコイル側開口部１２０を省略してもよい。この場合、コイル側開口部１２０を加工する工数を低減することができる。

（９）制御基板側開口部１１０は、ハウジング２の内側に開口することとした。これにより上記（３）と同様の作用効果を得ることができる。

実施例３につき説明する。図８は実施例３における基板ハウジング１３およびセンサハウジング１１の斜視図である。実施例３では、実施例２の中継基板２２０に弾性材料で形成された固定部材２２２を設け、中継基板２２０を作業用窓１００に挿入した際にこの固定部材２２２によって中継基板２２０をセンサハウジング１１に固定する。固定部材２２２は作業用窓１００の断面形状とほぼ同一形状に設けられ、作業用窓１００に挿入されて弾性変形することで中継基板２２０を作業用窓１００に固定する。

［実施例３の効果］
（８）中継基板２２０に、この中継基板２２０をセンサハウジング１１に固定する固定部材２２２を設けることとした。これにより、中継基板２２０を確実にセンサハウジング１１に固定することができる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を各実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。電動パワーステアリング装置の軸方向断面図（図３のＩＩ−ＩＩ断面）である。電動パワーステアリング装置の径方向断面図（図２のＩ−Ｉ断面）である。制御基板４００における操舵トルク検出の制御構成である。基板ハウジング１３およびセンサハウジング１１の斜視図である。実施例２における基板ハウジング１３およびセンサハウジング１１の斜視図である。実施例２の変形例である。実施例３における基板ハウジング１３およびセンサハウジング１１の斜視図である。

符号の説明

１モータ制御装置
２ハウジング
３モータ（他の負荷）
８トーションバー
１００作業用窓
１１０制御基板側開口部
１２０コイル側開口部
１３０ハーネス収容部
２００コイル
２１０端子ピン
２２０中継基板
２２１延在部
２２２固定部材
３００ハーネス
４００制御基板
ＩＮ入力軸
Ｐピニオン
ＴＳトルクセンサ

Claims

入力軸と出力軸とを接続するトーションバーと、
前記入力軸への入力トルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルク検出手段を収容するハウジングと、
前記トルク検出手段のトルク検出信号を処理する制御基板と、
前記トルク検出手段と前記制御基板を接続するハーネスと
を有するトルクセンサにおいて、
前記ハウジングに、前記トルク検出手段と前記制御基板とに開口する作業用窓を設け、この作業用窓に前記ハーネスを挿通すること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
前記ハーネスと前記トルク検出手段の端子ピンとを中継する中継基板を有し、
前記作業用窓であって前記トルクセンサ側に開口するトルク検出手段側開口部は、前記トルク検出手段外周であって前記センサハウジング外側に開口すること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項１または請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
前記作業用窓であって前記制御基板側に開口する制御基板側開口部は、前記ハウジングの内側に開口すること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のトルクセンサにおいて、
前記制御基板は、前記トルク検出信号を処理するとともに他の負荷を制御し、
前記ハーネスは、前記制御基板に直接接続されること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のトルクセンサにおいて、
前記作業用窓は、前記ハーネスを収容するハーネス収容部を有すること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項５に記載のトルクセンサにおいて、
前記作業用窓は、前記トルク検出手段側開口部から前記制御基板側開口部に向かって拡幅する形状であること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
前記ハーネスと前記トルク検出手段の端子ピンとを中継する中継基板を有し、
前記中継基板は、前記トルク検出手段に接続された際、前記作業用窓であって前記制御基板側に開口する制御基板側開口部の外部まで延在する延在部を有すること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項７に記載のトルクセンサにおいて、
前記中継端子に、この中継端子を前記ハウジングに固定する固定部材を設けること
を特徴とするトルクセンサ。
請求項７または請求項８に記載のトルクセンサにおいて、
前記制御基板側開口部は、前記ハウジングの内側に開口すること
を特徴とするトルクセンサ。