JP2011037326A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】取付ねじを使用することなく、半田付けを用いて回路基板とコイルの端子とを接続した場合に、半田付け個所の確認を容易に行うことができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段を、ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部23,24と、該操舵トルク検出部23,24を駆動して操舵トルク検出値を算出するトルク検出回路41を実装した回路基板42とで構成され、前記操舵トルク検出部23,24と前記回路基板42とが伸縮部材34を介挿した電気的接続部材31a,31bで連結され、当該電気的接続部材31a,31bと前記回路基板42とが半田付けされている。
【選択図】図4

Description

本発明は、ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。
この種の電動パワーステアリング装置としては、例えば操舵トルクを検出するトルク検出装置として、コイルとコイルを収容するハウジング及びハウジングに設けられる台座部を含むコイル組立体と、コイルからの信号を処理する処理回路を含み、台座部によって受けられる回路基板と、回路基板を挿通して台座部にねじ込まれることにより、回路基板を台座部に取付ける導電体製の取付ねじとを備え、取付ねじを用いて回路基板を台座部に取り付ける簡易な作業で、半田付けを行うことなく、取付ねじを介した回路基板の処理回路とコイルとの電気的導通を達成するようにした構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、電磁ヨーク内に配されたコイル巻線を用いてトルクを検出するトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置であって、電磁ヨーク内に収納されるコイルボビンと、該コイルボビンの一部を外方に突出する端子台と、該端子台に突出して設けられた連結ピンとを設け、連結ピンは、センサ回路基板に連結するための連結部材を備え、前記連結ピンが前記センサ回路基板によって覆い隠されないように構成した電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2005−326188号公報 国際公開第2004/009424号パンフレット
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、半田付けを使用することなく、取付ねじによって回路基板の処理回路とコイルとを電気的に接続することができるものであるが、取付ねじの締付け時に金属粉が発生する可能性があり、発生した金属粉により短絡状態を引き起こす可能性があるという未解決の課題があり、また、故障調査などにより取付ねじを外す場合があるが、この場合は、取付ねじに不具合があった場合は不具合部分の保存ができないことがあるとともに、電気的接続状態が変化してしまうことから、その後の調査に多少なりとも影響を与えてしまうという未解決の課題もある。
また、上記特許文献2に記載の従来例にあっては、コイルボビンの一部を突出する端子台に突出形成された連結ピンと、センサ回路基板との間を連結部材で接続することにより、連結ピンがセンサ回路基板によって覆われないように構成することにより、連結ピンと接続部材との間を半田付けした場合に、その半田付け個所を外部から視認することが可能となるので、半田付け状態の確認を行うことができるものであるが、連結部材を設ける必要があるとともに、センサ回路基板の外側で連結ピンと連結部材を半田付けするので、収納面積が大きくなるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、取付ねじを使用することなく、半田付けを用いて回路基板とコイルの端子とを接続した場合に、半田付け個所の確認を容易に行うことができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング機構に対する操舵補助力を発生する電動モータとを備え、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御する電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵トルク検出手段は、前記ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、該操舵トルク検出部を駆動して操舵トルク検出値を算出するトルク検出回路を実装した回路基板とで構成され、
前記操舵トルク検出部と前記回路基板とが伸縮部材を介挿した電気的接続部材で連結され、当該電気的接続部材と前記回路基板とが半田付けされていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記電気的連結部材の少なくとも前記回路基板側に半田付けの際に半田が前記伸縮部材に流れ込むことを阻止する半田阻止部材が配設されていることを特徴としている。
さらに、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記電気的接続部材は、前記伸縮部材を伸長させることにより、前記回路基板の裏面側の半田付け状態が視認可能となるように前記伸縮部材の伸長量が設定されていることを特徴としている。
さらにまた、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記電気的接続部材は、前記伸縮部材の少なくとも伸長過程で前記電気的接続状態を維持可能に構成されていることを特徴としている。
本発明によれば、ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出するトルク検知部と、このトルク検知部で検知したトルク検知信号を信号処理して操舵トルク検出値を演算する信号処理回路を実装した回路基板とを備えた操舵トルク検出手段を備え、トルク検知部と回路基板とを伸縮部材を介挿した電気的接続部材で連結し、電気的接続部材と回路基板とを半田付けするようにしたので、電気的接続部材の伸縮部材を伸長させることにより、回路基板の裏面側の半田付け状態を視認することが可能となり、半田付けの良否を正確に判断することができるという効果が得られる。
このとき、伸縮部材の少なくとも伸長過程で、電気的接続部材によるトルク検知部及び回路基板間の電気的接続状態を維持可能に構成することにより、通電状態で、半田付け個所の確認を行うことができる。
本発明による電動パワーステアリング装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。 図1のステアリングギヤ機構を示す拡大断面図である。 トルク検出部を示す斜視図である。 トルク検出部と回路基板との連結関係を示す図である。 電気的接続部材の具体的構成を示す断面図である。 トルクセンサのトルクの大きさと2つの検出コイルのインダクタンス変化とを説明する図である。 トルク検出回路を示す回路図である。 本発明の第2の実施形態を示す図4と同様の図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明による電動パワーステアリング装置を示す斜視図であって、図中、SMはステアリング機構である。このステアリング機構SMは、運転者から操舵トルクが伝達されるステアリングホイール1と、このステアリングホイール1を支持するステアリングシャフト2とを備えている。このステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装され、ステアリングシャフト2のステアリングホイール1とは反対側の端部が2つのヨーク4a,4bとこれらを連結する十字連結部4cとで構成されるユニバーサルジョイント4を介して中間シャフト5に連結され、さらに、2つのヨーク6a,6bとこれらを連結する十字連結部6cとで構成されるユニバーサルジョイント6を介して例えばラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構8に連結されている。そして、ステアリングギヤ機構8の左右のタイロッド9が図示しない左右の転舵輪に連結されている。
ステアリングギヤ機構8は、図2に示すように、ハウジング11が入力側半体11aと出力側半体11bとに2分割されて構成されている。ハウジング11の内部には、ユニバーサルジョイント6のヨーク6bに連結された入力軸12と、この入力軸12にトーションバー13を介して連結された出力軸14とが軸受15a、15b及び15cによって回転自在に支持されている。
入力軸12、トーションバー13及び出力軸14は、同軸に配置されており、入力軸12とトーションバー13とはスプライン結合され、トーションバー13と出力軸14ともスプライン結合されている。また、図2において出力軸14のトーションバー13とは反対側にピニオン軸16が一体的に形成されており、ピニオン軸16はラック17と噛合してラックアンドピニオン式ステアリング機構を構成している。
また、出力軸14のトーションバー13側には、これと同軸でかつ一体に回転するウォームホイール18が固定されており、このウォームホイール18に電動モータ19によって駆動されるウォーム20が噛合している。ウォームホイール18は金属製のハブ18aに合成樹脂製の歯部18bが一定に固定されている。
電動モータ19の回転力は、ウォーム20及びウォームホイール18を介して出力軸14に伝達され、電動モータ19の回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸14に任意の方向の操舵補助力が付与される。
そして、図2に示すように、入力側半体11aの入力軸12の出力軸14との係合端部の外周面に対向する内周面に操舵トルクセンサ21が配設されている。この操舵トルクセンサ21は、図3に示すように、入力軸12の出力軸14側に形成された磁性材料製の磁気量可変部としてのセンサシャフト部22と、ハウジング11の入力側半体11aの内側に配置された検出コイル23及び24を内装する一対の磁気ヨーク部25及び26とから構成されるトルク検出部DTを有する。
センサシャフト部22には、図3に示すように、外周面に軸方向に延びた比較的狭い幅の複数例えば9個の凸条22aが円周方向に等間隔で突出形成されている。また、センサシャフト部22の外側には、センサシャフト部22に接近して導電性で且つ非磁性の材料、例えばアルミニウムで構成された円筒部材27がセンサシャフト部22と同軸に配置されており、円筒部材27の延長部27eは出力軸14の端部14eの外側に固定されている。
この円筒部材27には、前述したセンサシャフト部22の表面に形成された凸条22aに対向する位置に、円周方向に等間隔に配置された複数個例えば9個の長方形の窓27aからなる第1の窓列と、この第1の窓列から軸方向にずれた位置に、前記窓27aと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個例えば9個の長方形の窓27bからなる第2の窓列とが形成されている。
円筒部材27の外周は、同一規格の検出コイル23及び24が巻回された磁気ヨーク部25及び26で包囲されている。すなわち、検出コイル23及び24は円筒部材27と同軸に配置され、検出コイル23は窓27aからなる第1の窓列部分を包囲し、検出コイル24は窓27bからなる第2の窓列部分を包囲する。
磁気ヨーク部25及び26の夫々は、図3及び図4に示すように、内周面に検出コイル23及び24を収容する溝部28を形成して断面凹状に形成された円環状部29と、この円環状部29の外周面の一部から突出する端子支持部30と、この端子支持部30から突出された検出コイル23及び24の両端から夫々導出される2本の棒状端子で構成される電気的連結部材31a,31bとを備えている。
電気的連結部材31a,31bの夫々は、図4に示すように、上下一対の導電性を有する棒部32及び33と、これら棒部32及び33間を連結する導電性を有する伸縮部材としての引張コイルばね34とで構成されている。引張コイルばね34はその上下両端部に夫々半径方向に内方に延長する係止部35が形成され、これら係止部35が棒部32及び33に形成された挿通孔36に圧入されて固定されている。ここで、引張コイルばね34は、後述する回路基板42の裏面側の半田付けを視認可能となるように伸長量が設定されている。また、上側の棒部32には、後述する回路基板に下方から所定距離離れて対向する半田返しとなるリング状の半田阻止部材37が固定されている。
一方、ハウジング11に、図2に示すように、磁気ヨーク部25及び26の電気的接続部材31a,31bと対向する位置に基板収容部40を形成し、この基板収容部40に磁気ヨーク部25及び26に収容された検出コイル23及び24に通電駆動してトルクを検出するトルク検出部としてのトルク検出回路41を実装した回路基板42を入力軸12の軸方向と平行に設置されている。
回路基板42には、電気的接続部材31a,31bの棒部32を挿通するスルーホール43a,43bが形成されており、これらスルーホール43a,43b内に棒部32を下面側から挿通した状態で、回路基板42の裏面を収容部40に形成された支持部材44上に載置して位置決めし、この状態で、回路基板42の上側から棒部32を半田付けする。
そして、回路基板42には、少なくともトルク検出回路41から出力されるトルク検出値に基づいて操舵系に付加された操舵トルクに応じた操舵補助力を電動モータ19で発生させる操舵補助電流指令値を演算するとともに、電圧指令値を算出する演算処理装置45と、この演算処理装置45から出力される電圧指令値に基づいて電動モータ19を駆動するモータ駆動回路46とが実装されている。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
そして、今、ステアリングホイール1を操舵していない操舵トルクが零である状態では、トーションバー13に捩れが発生することはなく、入力軸12と出力軸14とが相対回転しない状態を維持している。この状態では、入力軸2の側にあるセンサシャフト部22の表面の凸条22aと、出力軸14の側にある円筒部材27との間にも相対回転は生じない。
一方、ステアリングホイール1を操作して入力軸12に回転力が加わると、その回転力はトーションバー13を経て出力軸14に伝達される。このとき、出力軸14にはて転舵輪と路面との摩擦力や出力軸14に結合されているステアリング機構8のギヤの噛み合い等の摩擦力が作用するから、入力軸12と出力軸14との間を結合するトーションバー13に捩れが発生し、入力軸12の側にあるセンサシャフト部22の表面の凸条22aと出力軸14との間に相対回転が生じる。
このとき、円筒部材27に窓27a及び27bが形成されているので、検出コイル23及び24に交流電流を流して交番磁界を発生させると、円筒部材27の外周面に発生した渦電流は、窓27a及び27bの端面に沿って円筒部材27の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また隣の窓27a及び27bの端面に沿って円筒部材27の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また、隣の窓27a及び27bの端面に沿って外周面側に戻り、ループを形成する。つまり、検出コイル23及び24の内側に渦電流のループを、円周方向に周期的に配置した状態が発生する。
ここで、コイル電流による磁界と渦電流による磁界とは重畳され、円筒部材27の内外には、円周方向に周期的に強弱変化する磁界と、中心に向かう程小さくなる半径方向に勾配を持った磁界が形成される。円周方向の周期的な磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を受ける窓27a及び27cの中心で強く、そこからずれるに従い弱くなる。
円筒部材27の内側には、磁性材料からなるセンサシャフト部22が同軸に配置されており、その凸条22aは、窓27a及び27bと同じ周期で配置されている。
磁界中におかれた磁性体は磁化して磁束を生ずるが、磁束の量は飽和するまでは磁界の強さに応じて大きくなる。このため、円筒部材27により円周方向の周期的な磁界の強弱と中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界とにより、センサシャフト部22に発生する磁束は、円筒部材27とセンサシャフト部22との相対的な位相により増減する。
磁束が最大となる位相は、円筒部材27の窓27a及び27bの中心とセンサシャフト部22の凸条22aの中心とが一致した状態で、磁束の増減に応じて検出コイル23及び24のインダクタンスも増減し、略正弦波状に変化する。
トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最大となる位相(窓27a及び27bと凸条22aの中心とが一致している位相)に対して、センサシャフト部22の凸条22aの中心は360°/(凸部の数×4)という角度だけずれた位置に設定すると、トルクが作用してトーションバー13が捩れ、センサシャフト部22と円筒部材27との間に位相さが生じると、2つの検出コイル23及び24のインダクタンスは、図6に示すように一方が増加し他方が減少する。
このため、時計方向の操舵トルク発生時は、円筒部材27が時計方向に回転するから、図6に示すように、トルクが増大するにつれて検出コイル23のインダクタンスL23は増加し、検出コイル24のインダクタンスL24は減少する。
また、反時計方向の操舵トルク発生時は、円筒部材27が反時計方向に回転するから、図6に示すように、トルクが増大するにつれて検出コイル23のインダクタンスL23は減少し、検出コイル24のインダクタンスL24は増加する。
そして、トルク検出回路41を、図7に示すように、抵抗R1と検出コイル23とを直列に接続すると共に、抵抗R2と検出コイル24とを直列に接続して、両者を並列に接続してブリッジ回路を構成し、抵抗R1及びR2の接続点を交流電源47に、検出コイル23及び24の接続点を接地するとともに、抵抗R1及び検出コイル23の接続点と抵抗R1及び検出コイル24の接続点から検出コイル23及び24の両端に表れる電圧信号を検出し、この電圧信号を信号処理部48で増幅して平滑化することにより、操舵トルク検出値Tを得ることができる。
そして、得られた操舵トルク検出値Tを演算処理装置45に入力して、操舵補助電流指令値を演算し、この操舵補助電流指令値と電動モータ19に流れるモータ電流を検出したモータ電流検出値との電流偏差を算出し、算出した電流偏差にPI(比例・積分)演算処理することにより、電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値をモータ駆動回路46に供給する。このため、モータ駆動回路46でモータ駆動電流を形成し、形成したモータ駆動電流を電動モータ19に供給することにより、電動モータ19が回転駆動されて、操舵トルク検出値Tに応じた操舵補助力を発生し、この操舵補助力がウォーム20及びウォームホイール18を介して出力軸14に伝達されることにより、ステアリングホイール1を軽い操舵力で操舵することができる。
ところで、本実施形態では、前述したように、操舵トルクセンサ21が、操舵トルク検出部を構成する検出コイル23及び24と、これら検出コイル23及び24を通電駆動して操舵トルク検出値Tを算出するトルク検出回路41を実装した回路基板42とで構成し、検出コイル23及び24と回路基板42との間を電気的接続部材31a及び31bで電気的に接続する。このとき、電気的接続部材31a及び31bの棒部32を回路基板42に形成したスルーホール42a,42bに挿通した状態で、棒部32と回路基板42とを半田付けすることにより、両者を電気的に強固に接続することができる。
このように、電気的接続部材31a及び31bと回路基板42とを半田付けした場合には、半田付けが正常に行われているか否かを検査する必要があり、回路基板42の表面側では、直接半田付け個所を視認することができ、半田付け状態の良否を即座に判定することができるが、回路基板42の裏面側の半田付け状態は直接視認することができない。
このとき、電気的接続部材31a及び31bの棒部32及び33間に引張コイルばね34が介挿されているので、回路基板42を上方に持ち上げることにより、図4で一点鎖線図示のように、引張コイルばね34が伸びて回路基板42の裏面を基板収容部40より上方に移動させることができ、回路基板42の裏面側の半田付け状態を容易に視認することができ、半田付け状態の良否を判断することができる。
しかも、引張コイルバネ34が導電性を有するので、トルク検出回路41で、検出コイル23及び24に交流電源を通電している状態で、半田付けの良否を判断することができ、半田付け状態を正確に判定することができる。
また、棒部32には、回路基板42の下面に所定距離保って対向する半田阻止部材37が形成されているので、棒部32と回路基板42との間の半田付けの際に、半田が棒部32を流下しても、半田阻止部材37でそれより下側への流下が阻止されるので、半田が引張コイルばね34に付着して、引張コイルバネ34が伸びることができなくなることを確実に防止することができる。
次に、本発明の第2の実施形態を図8について説明する。
この第2の実施形態では、電気的接続部材31a及び31bの伸縮部材として引張コイルばね34に代えて入れ子式ロッドを適用したものである。
すなわち、第2の実施形態においては、図8に示すように、電気的接続部材31a及び31bを構成する棒部32及び33間を、伸縮部材としての導電性を有する伸縮可能な入れ子式ロッド51によって連結するようにしたことを除いては、前述した第1の実施形態と同様の構成を有し、図4との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
この第2の実施形態においては、電気的接続部材31a及び31bの上下の棒部32及び33間を導電性を有する入れ子式ロッド51で連結するようにしたので、入れ子式ロッド51を収縮させた状態で、電気的接続部材31a及び31bの棒部32を回路基板42のスルーホール43a及び43bに挿通し、この棒部32と回路基板42とを半田付けすることにより、回路基板42を検出コイル23及び24と電気的に接続した状態で基板収容部40内に保持することができる。
そして、棒部32と回路基板42との間の半田付けが完了して、半田付け状態を検査する場合には、回路基板42の表面側については第1の実施形態と同様に直接視認することにより、半田付け状態の良否を判定することができ、回路基板42の裏面側の半田付け状態を判定するは、回路基板42を上方に持ち上げて入れ子式ロッド51を伸長させることにより、前述した第1の実施形態と同様に、回路基板42の裏面側を基板収容部40の上面より上方に引き出すことができ、この状態で、回路基板42の裏面側の半田付け状態を視認することにより、半田付け状態の良否を判定することができる。
また、入れ子式ロッド51が導電性を有するので、トルク検出回路41で、検出コイル23及び24に通電した状態で、回路基板42の裏面側の半田付け状態を視認することができ、半田付け状態の判定を正確に行うことができる。
なお、上記第1及び第2の実施形態においては、伸縮部材として引張コイルばね34又は入れ子式ロッド51を適用した場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、竹の子ばねや導電性を有さないゴム材等の伸縮部材を適用することもでき、伸縮部材が導電性を有さない場合には、別途棒部32及び33間を電気的に接続するフレキシブル配線を配設するようにすればよい。さらに、棒部32及び33間をスプライン結合やセレーション結合によって伸縮自在とし、収縮方向に弾性部材で付勢するようにしてもよい。
11…ハウジング、11a…入力側半体、11b…出力側半体、12…入力軸、13…トーションバー、14…出力軸、16…ピニオン軸、17…ラック、18…ウォームホイール、19…電動モータ、20…ウォーム、21…トルクセンサ、22…センサシャフト部、23,24…検出コイル、25,26…磁気ヨーク部、27…円筒部材、30…端子支持部、31a,31b…電気的接続部材、32,33…棒部、34…引張コイルばね、40…基板収容空間、41…トルク検出回路、42…回路基板、43a,43b…スルーホール、51…入れ子式ロッド

Claims (4)

  1. ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング機構に対する操舵補助力を発生する電動モータとを備え、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御する電動パワーステアリング装置であって、
    前記操舵トルク検出手段は、前記ステアリング機構に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、該操舵トルク検出部を駆動して操舵トルク検出値を算出するトルク検出回路を実装した回路基板とで構成され、
    前記操舵トルク検出部と前記回路基板とが伸縮部材を介挿した電気的接続部材で連結され、当該電気的接続部材と前記回路基板とが半田付けされていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記電気的連結部材の少なくとも前記回路基板側に半田付けの際に半田が前記伸縮部材に流れ込むことを阻止する半田阻止部材が配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記電気的接続部材は、前記伸縮部材を伸長させることにより、前記回路基板の裏面側の半田付け状態が視認可能となるように前記伸縮部材の伸長量が設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記電気的接続部材は、前記伸縮部材の少なくとも伸長過程で前記電気的接続状態を維持可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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