JP2012237637A - 相対角度検出装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内外を連通する連通孔が形成されたハウジング内に収納され、互いに同軸的に配置された2つの回転軸の相対回転角度に応じた電気信号を出力する相対角度センサと、相対角度センサから出力される電気信号をハウジング外に配置されるECUに伝送する電線と、ハウジングの連通孔に嵌合されて電線を保持するグロメット320と、ハウジングの外側に配置され、互いに結合されることで電線を屈曲させた状態で把持するキャップ400と、を備える。
【選択図】図15
Description
例えば、特許文献1に記載の装置は、トーションバーにより同軸的に連結された第1の回転体及び第2の回転体が有する磁気回路形成部材の外周りに軸線方向へ離隔して配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める2つの集磁環と、各集磁環が集めた磁束の密度に基づいて第1の回転体に加わったトルクを検出する検出部と、集磁環及び検出部を保持し、且つ外周部にハウジングに取着される取着部を有する保持環と、検出部に接続された導線とを備えている。そして、検出部は集磁環の凸片間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、その検出信号は導線を介してマイクロプロセッサを用いてなる制御部に与えられる。
本発明は、ハウジング外において電線に力が作用したとしてもハウジング内の電線の端部に大きな力が及ばないようにすることを簡易な構成で実現する装置を提案することを目的とする。
また、前記電線を複数有するとともに前記ハウジングの外側において当該複数の電線を束ねる電線カバーを備え、前記一対の把持部材は、互いに結合されることで前記複数の電線における前記電線カバーにて束ねられていない部位を覆い、当該電線カバーにて束ねられた部位を前記貫通孔から外部に出すとよい。
また、前記一対の把持部材のうちいずれか一方の部材は、他方の部材側へ突出し、前記電線を屈曲させる突起を有するとよい。
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態に係る検出装置10を適用した電動パワーステアリング装置100の断面図である。図2は、本実施形態に係る検出装置10の斜視図である。なお、図2においては、構成を分かり易くするために後述するベース50およびフラットケーブルカバー60の一部は省略して示している。
第1ハウジング150は、第2の回転軸120を回転可能に支持する軸受け151を、第2の回転軸120の回転軸方向(以下、単に「軸方向」と称する場合もある。)の一方の端部側(図1においては下側)に有し、軸方向の他方の端部側(図1においては上側)が開口した部材である。
また、電動パワーステアリング装置100は、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する検出装置10と、この検出装置10からの出力値に基づいて電動モータ190の駆動を制御する電子制御ユニット(ECU)200とを備えている。
検出装置10については、後で詳述する。
検出装置10は、第1の回転軸110に取り付けられる磁石20と、この磁石20の磁場(磁石20から発生される磁界)に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する相対角度センサ30と、この相対角度センサ30を実装するプリント基板40と、を備えている。また、検出装置10は、第2の回転軸120に取り付けられるとともにプリント基板40を支持するベース50と、後述するフラットケーブル70を収納する有底円筒状のフラットケーブルカバー60と、を備えている。また、検出装置10は、一方の端部がプリント基板40に設けられた端子に接続されるとともに、他方の端部がフラットケーブルカバー60に固定された端子に接続されるフラットケーブル70と、フラットケーブルカバー60に固定された端子とECU200とを接続するハーネスコンプ300と、を備えている。また、検出装置10は、ハウジング140の外側に配置され、互いに結合されることでハーネスコンプ300の後述する複数の電線310を屈曲させた状態で把持するキャップ400(図15参照)と、ハーネスコンプ300の後述するグロメット320がハウジング140から抜け落ちるのを抑制する抜け止め部材500(図15参照)とを備えている。
相対角度センサ30は、第1の回転軸110の回転半径方向には磁石20の外周面の外側であり、第1の回転軸110の軸方向には磁石20が設けられた領域内となるように配置されている。本実施形態に係る相対角度センサ30は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるMRセンサ(磁気抵抗素子)である。そして、この相対角度センサ30が、磁石20の磁場(磁石20から発生される磁界)に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力することで、同軸的に配置された2つの回転軸の相対回転角度を検出する。この相対角度センサ30および相対回転角度の検出手法については後で詳述する。
ベース50は、円盤状の部材であり、第2の回転軸120に嵌合され、この第2の回転軸120と共に回転する。
フラットケーブルカバー60は、有底円筒状の部材であり、ハウジング140に固定される。フラットケーブルカバー60をハウジング140に固定する態様としては、以下の態様を例示することができる。すなわち、フラットケーブルカバー60の外周面に、円周方向に等間隔に複数個(本実施形態においては90度間隔に4個)の凸部61を、外側に延出するように形成する。一方、ハウジング140の第1ハウジング150に、凸部61が嵌合される凹部151を、凸部61と同数個形成する。そして、フラットケーブルカバー60の凸部61を第1ハウジング150に形成した凹部151に嵌合することで、第2の回転軸120の回転方向の位置決めを行う。そして、第2ハウジング160でフラットケーブルカバー60の上面を押さえることで軸方向の位置決めを行う。あるいは、フラットケーブルカバー60を、例えばボルトなどにより第1ハウジング150または第2ハウジング160に固定してもよい。
ハーネスコンプ300は、相対角度センサ30からの出力信号をECU200に伝送する機能を有する。このハーネスコンプ300については後で詳述する。
本実施形態に係る相対角度センサ30は、磁場(磁界)によって抵抗値が変化することを利用したMRセンサ(磁気抵抗素子)である。
MRセンサは、Si若しくはガラス基板と、その上に形成されたNi−Feなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されており、その薄膜強磁性金属の抵抗値は、特定方向の磁界の強度に応じて抵抗値が変化する。
図3に示すように、基板の上に矩形状に形成した薄膜強磁性金属に、矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流す。一方、磁界Hを、電流方向(Y方向)に対して垂直方向(図中X方向)に印加し、その状態で、磁界の強さを変更する。このときに、薄膜強磁性金属の抵抗値がどのように変化するかを示したのが図4である。
以下では、抵抗値変化量(ΔR)が、近似的に「ΔR∝H2」の式で表すことができる領域外を「飽和感度領域」と称す。そして、飽和感度領域においては、ある磁界強度(以下、「規定磁界強度」と称す。)以上になると3%の抵抗値変化は変わらない。
図5のように、矩形状に形成した薄膜強磁性金属の矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流し、磁界の方向として電流方向に対して角度変化θを与える。このとき、磁界の向きに起因する薄膜強磁性金属の抵抗値の変化を知るために、印加する磁界強度は、磁界強度に起因しては抵抗値が変化しない上述した規定磁界強度以上とする。
R=R0−ΔRsin2θ・・・(1)
ここで、R0は、規定磁界強度以上の磁界を電流方向と平行(θ=0度あるいは180度)に印加した場合の抵抗値である。
式(1)により、規定磁界強度以上の磁界の方向は、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握することで検出することができる。
図7(a)は、規定磁界強度以上の磁界強度で磁界の方向を検出する原理を利用するMRセンサの一例を示す図である。図7(b)は、図7(a)に示すMRセンサの構成を等価回路で示した図である。
図7(a)に示すMRセンサの薄膜強磁性金属は、縦方向が長くなるように形成された第1のエレメントE1と横方向が長くなるように形成された第2のエレメントE2とが直列に配置されている。
R1=R0−ΔRsin2θ・・・(2)
R2=R0−ΔRcos2θ・・・(3)
図7に示すように、第1のエレメントE1の、第2のエレメントE2と接続されていない方の端部をグランド(Gnd)とし、第2のエレメントE2の、第1のエレメントE1と接続されていない方の端部の出力電圧をVccとした場合に、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutは式(4)で与えられる。
Vout=(R1/(R1+R2))×Vcc…(4)
Vout=Vcc/2+α×cos2θ…(5)
ここで、αは、α=(ΔR/(2(2×R0−ΔR)))×Vccである。
式(5)により、磁界の方向は、Voutを検出することで把握することができる。
図8(a)に示すように、N極とS極が交互に配列された磁石に対して、図7に示したMRセンサを、規定磁界強度以上の磁界強度が印加されるギャップ(磁石とMRセンサとの距離)Lで、かつ磁界の方向変化がMRセンサのセンサ面に寄与するように配置する。
図7に示したエレメント構成の代わりに図9(a)に示すようなエレメント構成にすれば、図9(b)に示すように、一般的に知られているホイートストン・ブリッジ(フルブリッジ)の構成にすることができる。ゆえに、図9(a)に示すエレメント構成のMRセンサを用いることにより検出精度を高めることが可能となる。
図6に示した磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係および式(1)「R=R0−ΔRsin2θ」からすると、図5で見た場合に、磁界の向きを電流の方向に対して時計回転方向に回転させても反時計回転方向に回転させても薄膜強磁性金属の抵抗値は同じである。ゆえに、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握できても磁石の運動の方向は把握できない。
図11は、MRセンサの配置の例を示す図である。図11に示すように2つのMRセンサを重ね、一方のセンサを他方のセンサに対して45度傾けて配置することも好適である。
すなわち、運転者がステアリングホイールを回転すると、これに伴って第1の回転軸110が回転し、トーションバー130が捩れる。そして、第2の回転軸120が第1の回転軸110より少し遅れて回転する。この遅れは、トーションバー130に連結された第1の回転軸110と第2の回転軸120との回転角度の差となって現れる。検出装置10は、この回転角度の差に応じた、1/4周期の位相差の、余弦曲線および正弦曲線となるVoutA,VoutBを出力する。
なお、相対角度センサ30の感磁面とは、相対角度センサ30において磁場を検出することができる面のことである。
θt=arctan(VoutB/VoutA)…(6)
このようにして、相対角度演算部210は、相対角度センサ30からの出力値に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度及び捩れ方向、つまりはステアリングホイールに加わるトルクの大きさ及び向きを把握することが可能となる。
このように、検出装置10を予めユニット化が可能な構造とすることで組み付け性を向上させることができる。
図13は、第1の実施形態に係るハーネスコンプ300の外観図である。
ハーネスコンプ300は、複数の電線310と、これら複数の電線310を保持する電線保持部材の一例としてのグロメット320と、複数の電線310の一方の端部に連結される第1のコネクタ350と、複数の電線310の他方の端部に連結される第2のコネクタ360と、を備えている。また、ハーネスコンプ300は、グロメット320と第1のコネクタ350との間において複数の電線310を束ねる第1のカバー370と、グロメット320と第2のコネクタ360との間において複数の電線310を束ねる電線カバーの一例としての第2のカバー380と、を備えている。
すなわち、先ず、グロメット320に形成された複数の電線孔320aそれぞれに電線310を挿入する。その後、複数の電線310を、第1のカバー370および第2のカバー380で束ねる。そして、第1のカバー370で束ねられた複数の電線310の先端を第1のコネクタ350に接続し、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310の先端を第2のコネクタ360に接続する。
図14は、キャップ400の概略構成を示す図である。
キャップ400は、外面から突出する突出部411を有する雄側部材410と、外面の外側に突出部411の先端部を受け入れる受け部421が設けられた雌側部材420とから構成される。このキャップ400が、互いに結合されることでハーネスコンプ300の複数の電線310を屈曲させた状態で把持する一対の把持部材として機能する。
なお、キャップ400は、樹脂をインジェクション成形することで上記形状に成形されている。
抜け止め部材500は、板状の部材であり、その外形は第2ハウジング160の外側連通孔161bの大きさよりも大きい。抜け止め部材500の厚さおよび横幅は、それぞれ第2ハウジング160の被挿入部164の厚さおよび横幅よりも小さく、上方より、第2ハウジング160の被挿入部164に挿入される。抜け止め部材500には、中央下部に下端から切り欠かれた下側切り欠き部501(図15参照)が形成されている。下側切り欠き部501の大きさは、グロメット320の四角柱部321の大きさよりも大きい。ただ、下側切り欠き部501の横幅の大きさは、グロメット320の楕円柱部322の楕円の長辺よりも小さく、抜け止め部材500は、グロメット320の楕円柱部322を覆うように形成されている。
なお、抜け止め部材500は、樹脂をインジェクション成形することで上記形状に成形されている。
図15は、ハーネスコンプ300、キャップ400および抜け止め部材500を組み付ける様子を示す図である。
第1ハウジング150および第2ハウジング160に、第1の回転軸110、第2の回転軸120、フラットケーブルカバー60などを組み付け、第3ハウジング170を組み付ける前の状態で、第1のコネクタ350側から第2ハウジング160に形成された連通孔161に通す。そして、グロメット320の突起324が連通孔161の外側連通孔161bの周囲の壁163の内周面に接触するように嵌合し、グロメット320の楕円柱部322の端面が内側連通孔161aの端面に突き当たるまでグロメット320を押し込んでいく。このようにして、グロメット320を第2ハウジング160に装着する。そして、第1のコネクタ350をフラットケーブルカバー60の接続端子62に差し込む。また、抜け止め部材500を第2ハウジング160の被挿入部164に挿入する。そして、キャップ400の雄側部材410の下方部位411aを、第2ハウジング160の延出部165の切り欠き部165aに嵌め込むとともに、雄側部材410に設けられた複数の突起414の間に、内側に複数の電線310を有する第2のカバー380を挿入する。図15(b)は、このときの状態を示す図である。そして、その後、雄側部材410の突出部411の傾斜面411cおよび垂直面411dを雌側部材420の受入孔422に挿入することでキャップ400を結合して内部を閉じ、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310を、貫通孔401を介して外部に露出させる。また、第3ハウジング170を第2ハウジング160に固定する。その際、第3ハウジング170の延出部172にて第2ハウジング160の被挿入部164の上方を覆う。また、第2のコネクタ360をECU200の端子に差し込む。
また、ハウジング140の外に出たばかりであって第2のカバー380にて束ねられていない複数の電線310は、キャップ400にて覆われているので、ハウジング140の外側から加えられる力によるグロメット320の電線孔320aの変形が抑制され、ハウジング140内の気密性が保たれる。
また、例えば板金で形成されたプレートをハウジング140の外側に配置することで、ハウジング140に形成された連通孔161に挿入されたグロメット320の抜け止めと、電線310の支持とを行う構成と比較すると、ハウジング140がアルミニウム製であるとしても、ハウジング140との間で電気化学的腐蝕が生じる部品がないことから耐食性を向上させることができる。また、組立て性も向上させることができる。
図16は、第2の実施形態に係るハーネスコンプ300の外観図である。第2の実施形態に係るハーネスコンプ300は、第1の実施形態に係るハーネスコンプ300に対してグロメット320の形状と、後述するソケット330およびOリング340を備えている点が異なる。
図17は、第2の実施形態に係るハウジング140の外観図である。第2の実施形態に係るハウジング140は、第1の実施形態に係るハウジング140に対して第2ハウジング160の連通孔161の形状およびその周辺部位の形状と、第3ハウジング170の延出部172の大きさが異なる。
以下では、第1の実施形態との差異点についてのみ説明する。
第2の実施形態に係る第2ハウジング160は、連通孔161における第1の回転軸110の軸方向の断面形状が円形である点で第1の実施形態に係る第2ハウジング160の連通孔161とは異なる。また、第2の実施形態に係る第2ハウジング160は、被挿入部164や延出部165を備えていない。
第2の実施形態に係る第3ハウジング170の延出部172は、ソケット330の被挿入部332(図18参照)の上方を覆う大きさに設定されている。
グロメット320は、下部が半円柱状であり、上部が四角柱状である。そして、グロメット320の中央部には、電線310を通すために、第2ハウジング160の連通孔161の孔方向に形成された電線孔320aが電線310の数と同数(本実施形態においては4つ)形成されている。
円筒状部331における中心軸方向の途中には、Oリング340が嵌め込まれるリング溝333が周方向の全体に亘って形成されている。リング溝333は、円筒状部331の外周面から中心方向に凹んだ凹部333aと、この凹部333aと円筒状部331の外周面とを繋ぐ傾斜面333bとから形成される。凹部333aの底面およびOリング340の大きさは、ソケット330に装着されたOリング340最外径が第2ハウジング160の連通孔161の大きさよりも大きくなるように設定され、円筒状部331の外周面は第2ハウジング160の連通孔161の大きさと同じかやや小さくなるよう設定されている。円筒状部331における中心軸方向の他方の端部には、この端部の端面から中心軸方向に突出する突出部334が設けられている。突出部334の先端は、円筒状部331の外周面から半径方向の外側に突出した凸部334aを有している。
なお、ソケット330は、樹脂をインジェクション成形することで上記形状に成形されている。
先ず、グロメット320をソケット330の被挿入部332に挿入する。その後、グロメット320に形成された複数の電線孔320aそれぞれに電線310を挿入する。そして、複数の電線310を、第1のカバー370および第2のカバー380で束ねる。そして、第1のカバー370で束ねられた複数の電線310の先端を第1のコネクタ350に接続し、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310の先端を第2のコネクタ360に接続する。
図19は、ハーネスコンプ300およびキャップ400を組み付ける様子を示す図である。
第1ハウジング150および第2ハウジング160に、第1の回転軸110、第2の回転軸120、フラットケーブルカバー60などを組み付け、第3ハウジング170を組み付ける前の状態で、第1のコネクタ350側から第2ハウジング160に形成された連通孔161に通す。そして、ソケット330に装着されたOリング340の外周面が連通孔161の周囲の壁163(図17参照)の内周面に接触するように嵌合し、円筒状部331の突出部334の凸部334aが連通孔161を通り過ぎるまで(図18(b)の状態となるまで)ソケット330を押し込んでいく。このようにして、ソケット330を第2ハウジング160に装着する。そして、第1のコネクタ350をフラットケーブルカバー60の接続端子62に差し込む。また、キャップ400の雄側部材410に設けられた複数の突起414の間に、内側に複数の電線310を有する第2のカバー380を挿入する。図19(b)は、このときの状態を示す図である。そして、その後、雄側部材410の突出部411の傾斜面411cおよび垂直面411dを雌側部材420の受入孔422に挿入することでキャップ400を結合して内部を閉じ、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310を、貫通孔401を介して外部に露出させる。また、第3ハウジング170を第2ハウジング160に固定する。その際、第3ハウジング170の延出部172にてソケット330の被挿入部332の上方を覆う。また、第2のコネクタ360をECU200の端子に差し込む。なお、キャップ400は、複数の突起414の間に把持された、内側に複数の電線310を有する第2のカバー380と、複数の突起414との接触力によりハウジング140に対して移動することが抑制される。
また、例えば板金で形成されたプレートをハウジング140の外側に配置することで、ハウジング140に形成された連通孔161に挿入されたグロメット320の抜け止めと、電線310の支持とを行う構成と比較すると、ハウジング140がアルミニウム製であるとしても、ハウジング140との間で電気化学的腐蝕が生じる部品がないことから耐食性を向上させることができる。また、組立て性も向上させることができる。
Claims (6)
- 内外を連通する連通孔が形成されたハウジング内に収納され、互いに同軸的に配置された2つの回転軸の相対回転角度に応じた電気信号を出力するセンサと、
前記センサから出力される電気信号を前記ハウジング外に配置される装置に伝送する電線と、
前記ハウジングの前記連通孔に嵌合されて前記電線を保持する電線保持部材と、
前記ハウジングの外側に配置され、互いに結合されることで前記電線を屈曲させた状態で把持する一対の把持部材と、
を備えることを特徴とする相対角度検出装置。 - 前記一対の把持部材は、互いに結合されることで内部を閉じるとともにその内部を前記電線が貫通する貫通孔を形成し、結合されていない状態で内部を開放するとともに前記ハウジングの外側において当該電線を内部に取り込み可能であることを特徴とする請求項1に記載の相対角度検出装置。
- 前記電線を複数有するとともに前記ハウジングの外側において当該複数の電線を束ねる電線カバーを備え、
前記一対の把持部材は、互いに結合されることで前記複数の電線における前記電線カバーにて束ねられていない部位を覆い、当該電線カバーにて束ねられた部位を前記貫通孔から外部に出すことを特徴とする請求項1または2に記載の相対角度検出装置。 - 前記一対の把持部材のうちいずれか一方の部材は、他方の部材側へ突出し、前記電線を屈曲させる突起を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の相対角度検出装置。
- 前記ハウジングは、前記連通孔と当該連通孔よりも当該連通孔の孔方向の外側に形成された凹部と当該孔方向と交差する方向に開口する開口部とを有する第1の部材と、当該第1の部材に取り付けられることで当該開口部を覆うとともに当該孔方向に突出する突出部を有する第2の部材と、を備え、
前記電線保持部材は、前記ハウジングの前記第1の部材の前記連通孔に嵌合される嵌合部と、当該嵌合部よりも外側に設けられる外側部と、を有するとともに、当該嵌合部および当該外側部を貫通する孔に前記電線を保持し、
前記ハウジングの前記第1の部材の前記凹部に挿入されて前記電線保持部材の前記嵌合部の外面の一部を覆うとともに当該ハウジングの前記第2の部材の前記突出部により覆われる覆い部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の相対角度検出装置。 - 互いに同軸的に配置された2つの回転軸の相対回転角度に応じた電気信号を出力するセンサと、
内外を連通する連通孔が形成され、前記センサを収納するハウジングと、
前記センサから出力される電気信号を前記ハウジング外に配置される装置に伝送する電線と、
前記ハウジングの前記連通孔に嵌合されて前記電線を保持する電線保持部材と、
前記ハウジングの外側に配置され、互いに結合されることで前記電線を屈曲させた状態で把持する一対の把持部材と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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- 2011-05-11 JP JP2011106591A patent/JP2012237637A/ja active Pending
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