JP2013019828A - トルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク検出部に形成された接続端子を基板のスルーホールに容易に挿通することができるトルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】回転軸に生じるトルクに応じて互いにインピーダンスが変化する複数の検出コイル１３ａ，１３ｂを有し、複数の接続端子１４ａ〜１４ｄを有するトルク検出部１０と、該トルク検出部の接続端子を挿通するスルーホール１７ａ〜１７ｄを有し、前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて検出トルクを演算するトルク演算回路３０を搭載した基板１６とを備え、前記基板１６の前記スルーホール位置におけるトルク検出部１０の前記接続端子１４ａ〜１４ｄを挿通する側に当該接続端子の前記スルーホールへの挿通を案内する端子ガイド部材１８を位置決めして装着した。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の例えば電動パワーステアリング装置に適用されるトルクセンサとして、特許文献１に記載されたトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、コイルを巻回した複数のボビンをヨーク部材に被嵌してなるコイルユニットと、このコイルユニットに電気的に接続される制御基板とから主として構成され、コイルユニットの各ボビンに突設された端子にそれぞれ設けられたほぼＬ字形状の接続端子をその屈曲部近傍を保持部材で一体に保持し、この保持部材で保持された端子を制御基板に接続された構成を有する。

また、特許文献２には、制御基板のスルーホールへのＬ字状に折り曲げられた外部接続端子の挿通を容易にするために、スルーホールの外部接続端子の挿通側に漏斗条の案内面を有するガイド部材を設けるようにしてもよいことが記載されている（段落番号００５８参照）。

特開２００８−３０４２０１号公報 国際公開第ＷＯ２００７／１１９７５６号公報

ところで、上記特許文献１に記載のトルクセンサにあっては、コイルユニットのボビンに突設された例えば４本の各端子にそれぞれ接続されたほぼＬ字形状の接続端子を、その折曲部近傍を保持部材で結束することにより、各接続端子の折曲部よりも制御基板側となる基板側接続部の長さをほぼ均一にとなるようしている。しかしながら、この特許文献１に記載の従来例では、Ｌ字形状の接続端子を保持部材で保持することにより、接続端子を整列させることはできるが、この保持部材で保持した接続端子を制御基板のスルーホールに挿通する際には何らガイド部材が存在しないので、制御基板のスルーホールへの接続端子の挿通を容易に行うことはできないという未解決の課題がある。

また、引用文献２に記載の従来例にあっては、スルーホールを形成した制御基板にガイド部材を設けることが記載されているが、ガイド部材の構造については漏斗状の案内面を有することのみが記載されているだけで、ガイド部材の全体構造については言及されていない。
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、トルク検出部に形成された接続端子を基板のスルーホールに容易に挿通することができるトルクセンサ及びこれを備えた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。

上記目的を解決するために、本発明の一の形態に係るトルクセンサは、回転軸に生じるトルクに応じて互いにインピーダンスが変化する複数の検出コイルを有し、複数の接続端子を有するトルク検出部と、該トルク検出部の接続端子を挿通するスルーホールを有し、前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて検出トルクを演算するトルク演算回路を搭載した基板とを備え、前記基板の前記スルーホール位置におけるトルク検出部の前記接続端子を挿通する側に当該接続端子の前記スルーホールへの挿通を案内する端子ガイド部材を位置決めして装着している。

また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記端子ガイド部材が、前記基板のスルーホールに対向する開口部と該開口部に連通してトルク検出部側に向かって径が大きくなるテーパー孔部とで構成される端子案内孔を有している。
さらに、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記基板の前記スルーホールの周囲に位置決め用孔部と係止用孔部を形成し、前記端子ガイド部材に、前記位置決め用孔部に挿通される位置決めピンと前記係止用孔部に挿通される係止ピンを形成している。

また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記端子ガイド部材に、前記位置決めピン及び係止ピンで基板に装着した状態で、前記スルーホールと開口部との間に半田収納空間が形成されている。
また、本発明の一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記の何れかの構成を有するトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部を備えている。

本発明によれば、トルク検出部に形成された接続端子を挿通するスルーホールが形成された基板に、接続端子を案内する端子ガイド部材を位置決めして装着したので、この外部部材を介してトルク検出部の接続端子を基板のスルーホールに容易に挿通することができる。しかも、端子ガイド部材を基板に外付けするので、接続端子を案内する案内部を基板の厚みに制限されることなく形成することができる。

また、上記効果を有するトルクセンサを使用して電動パワーステアリング装置を構成するので、トルクセンサの組付けを容易にすることができ、全体の組立工数を低減することができる。

本発明の一実施形態を示す電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図である。 上記電動パワーステアリング装置に適用し得るトルク検出部の構成を示す斜視図である。 センサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図である。 トルクと検出コイルのインダクタンスとの関係を示す特性線図である。 回路基板、端子ガイド部材及び接続端子を示す分解斜視図である。 端子ガイド部材を示す斜視図である。 回路基板に端子ガイド部材を装着した状態の断面図である。 トルク演算回路を示すブロック図である。 トルク検出部の他の例を示す斜視図である。

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、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図であり、図２は、本発明に係るトルクセンサの構成を示す斜視図である。
図１において、５は電動パワーステアリング装置ＥＰＳを構成するハウジングであって、このハウジング５は入力軸側ハウジング部５ａと出力軸側ハウジング部５ｂとに２分割された構造を有する。入力軸側ハウジング部５ａの内部の中心開口５ｄには、入力軸１が軸受６ａによって回転自在に支持されている。また、出力軸側ハウジング部５ｂの内部には出力軸２が軸受６ｂ及び６ｃによって回転自在に支持されている。

そして、入力軸１及び出力軸２は入力軸１の内部に配設されたトーションバー３を介して連結されている。
入力軸１、トーションバー３及び出力軸２は同軸に配置されており、入力軸１とトーションバー３とはピン結合し、また、トーションバー３と出力軸２とはスプライン結合又はセレーション結合している。図１において、入力軸１の突出端には、図示されていないステアリングホイールが一体的に取り付けられている。また、出力軸２には入力軸１とは反対側にピニオン軸２ａが一体的に形成されており、ピニオン軸２ａはラック４と噛合して公知の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２には、これと同軸で且つ一体に回転するウォームホイール７が固着されており、図示されていない電動モータで駆動されるウォーム８と出力軸側ハウジング部５ｂ内で噛合している。ウォームホイール７は金属製のハブ７ａに合成樹脂製の歯部７ｂが一体的に固定されている。電動モータの回転力は、ウォーム８及びウォームホイール７を介して出力軸２に伝達され、電動モータの回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸２に任意の方向の操舵補助トルクが付与される。

次に、図１及び図２を参照して入力軸１及び出力軸２間のトルクを検出するトルクセンサＴＳを構成するトルク検出部１０の構成を説明する。トルク検出部１０は入力軸１に形成されたセンサシャフト部１１と、入力軸側ハウジング部５ａの内側に配置された１対の検出コイル１３ａ及び１３ｂと、センサシャフト部１１及び検出コイル１３ａ，１３ｂの間に配置された円筒部材１２とから構成される。

センサシャフト部１１の表面には、図２及び図３に示すように、軸方向に延びた複数例えば９本の凸条１１ａを円周方向に沿って等間隔に形成するように軸方向溝１１ｂが形成されている。
また、センサシャフト部１１の外側には、センサシャフト部１１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１２がセンサシャフト部１１と同軸に配置されており、円筒部材１２の延長部１２ｅは出力軸２の端部２ｅの外側に固定されている。

円筒部材１２には、前記したセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａに対向する位置に、円周方向に凸条１１ａに対応する等間隔で配置された複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ａからなる第１の窓列と、前記第１の窓列から軸方向にずれた位置に、前記窓１２ａと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ｂからなる第２の窓列とが設けられている。

円筒部材１２の外周は、同一規格の検出コイル１３ａ及び１３ｂが個別に内部に巻回され、各検出コイル１３ａ及び１３ｂは内周面を開放するヨーク１５ａ及び１５ｂで包囲されている。すなわち、検出コイル１３ａ及び１３ｂは円筒部材１２と同軸に配置され、検出コイル１３ａは窓１２ａからなる第１の窓列部分を包囲し、検出コイル１３ｂは窓１２ｂからなる第２の窓列部分を包囲する。ヨーク１５ａ及び１５ｂは入力軸側ハウジング部５ａの内部に固定されている。

図３（ａ）及び（ｂ）は出力軸２側から見たセンサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図で、図３（ａ）は、基準位置（トーションバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２における第１の窓列の窓１２ａとの位置関係を示し、図３（ｂ）は基準位置（トーションバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２における第２の窓列の窓１２ｂとの位置関係を示す図である。

窓１２ａ、１２ｂの角度ａは軸方向溝１１ｂに対向し窓１２ａ、１２ｂのない部分の角度ｂよりも小さく設定（ａ＜ｂ）され、凸条１１ａの先端の角度ｃは軸方向溝１１ｂの開放端の角度ｄよりも小さく設定（ｃ＜ｄ）される。これは、検出コイル１３ａ及び１３ｂのインピーダンスの変化を急峻にするためである。
図３（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、トーションバー３が捩れていない状態、即ち操舵トルクが零（０）の状態では、窓１２ａの時計方向端部にセンサシャフト部１１の凸条１１ａの円周方向の反時計方向端部が位置し、窓１２ｂの反時計方向端部に凸条１１ａの時計方向端部が位置するように、窓１２ａ及び１２ｂの円周方向の幅と凸条１１ａの幅、及び窓１２ａ及び１２ｂとの円周方向の相対位置関係が設定される。即ち、凸条１１ａに対する窓１２ａと１２ｂとの円周方向の位置関係は互いに逆になっている。

操舵系が直進状態にあって操舵トルクが零である場合はトーションバー３には捩れが発生せず、入力軸１と出力軸２とは相対回転しない。したがって入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと、出力軸２の側にある円筒部材１２との間にも相対回転が生じない。
一方、ステアリングホイールを操作して入力軸１に回転力が加わると、その回転力はトーションバー３を経て出力軸２に伝達される。このとき、出力軸２には舵輪と路面との間の摩擦力や出力軸２に結合されているステアリング機構のギヤの噛み合い等の摩擦力が作用する。このため、入力軸１と出力軸２との間を結合するトーションバー３に捩れが発生し、入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと出力軸２の側にある円筒部材１２との間に相対回転が生じる。

円筒部材１２に窓がない部位では、円筒部材１２は導電性で且つ非磁性材で構成されていることから、検出コイル１３ａ及び１３ｂに交流電流を流して交番磁界を発生させると、円筒部材１２の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。この渦電流による磁界とコイル電流による磁界とを重畳すると、円筒部材１２の内側の磁界は相殺される。
円筒部材１２に窓が形成されている部位では、円筒部材１２の外周面に発生した渦電流は、窓１２ａ及び１２ｂによって外周面を周回できないため、窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿って円筒部材１２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１２ａ及び１２ｂ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１３ａ及び１３ｂ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。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１２の内外には、円周方向に周期的に強弱変化する磁界と、中心に向かうほど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１２ａ及び１２ｂの中心で強く、そこからずれるに従い弱くなる。

円筒部材１２の内側には、磁性材料からなるセンサシャフト部１１が同軸に配置されており、その凸条１１ａは、窓１２ａ及び１２ｂと同じ周期で配置されている。磁界中に置かれた磁性体は磁化して磁束を生じるが、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１２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１１に発生する磁束は、円筒部材１２とセンサシャフト部１１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１２の窓１２ａ及び１２ｂの中心とセンサシャフト部１１の凸条１１ａ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１３ａ及び１３ｂ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小となる位相（窓１２ａ及び１２ｂと凸条１１ａとが重なっていない位相）に位置に設定されているから、トルクが作用してトーションバー３が捩れ、センサシャフト部１１と円筒部材１２との間に位相差が生じると、２つの検出コイル１３ａ及び１３ｂのインダクタンスは、一方は増加し、他方は減少する。

図４は操舵トルクＴと検出コイル１３ａ（又は１３ｂ）のインダクタンスの変化との関係を示す特性線図で、横軸は操舵トルクＴ、縦軸はインダクタンスＬを示す。
右操舵トルク発生時は、図３（ａ）及び（ｂ）においてセンサシャフト部１１が時計方向に回転するから、図４に示すように、操舵トルクＴが増大するにつれ検出コイル１３ａのインダクタンスＬ１３ａは減少し、検出コイル１３ｂインダクタンスＬ１３ｂは増加する。

また、左操舵トルク発生時は、図３（ａ）及び（ｂ）においてセンサシャフト部１１が反時計方向に回転するから、図４に示すように操舵トルクＴが増大するにつれ検出コイル１３ａのインダクタンスＬ１３ａは増加し、検出コイル１３ｂのインダクタンスＬ１３ｂのインダクタンスは減少する。
図４のインダクタンスＬ１３ａ、Ｌ１３ｂの特性は比例して出力される電圧にそのまま置き換えることができる。

そして、ヨーク１５ａ及び１５ｂは、内装する検出コイル１３ａ及び１３ｂの巻き始め及び巻き終わりがそれぞれ接続されたそれぞれ２本ずつ計４本の接続端子１４ａ〜１４ｄが上方に導出されている。これら接続端子１４ａ〜１４ｄが入力軸側ハウジング部５ａの上部側に形成された基板装着凹部５ｃに装着された回路基板１６に接続されている。
この検出コイル１３ａ及び１３ｂの接続端子１４ａ〜１４ｄの回路基板１６への接続は図５〜図７に示すようにして行われる。すなわち、回路基板１６には、検出コイル１３ａ及び１３ｂの接続端子１４ａ〜１４ｄを接続する４つのスルーホール１７ａ〜１７ｄが接続端子１４ａ〜１４ｄに対向して形成されている。そして、回路基板１６のスルーホール１７ａ〜１７ｄに対向して検出コイル１３ａ及び１３ｂ側に検出コイル１３ａ及び１３ｂの接続端子１４ａ〜１４ｄを案内する端子ガイド部材１８が装着されている。

この端子ガイド部材１８は、図５〜図７に示すように、直方体状の案内板部１９と、この案内板部１９の左右端部に形成された位置決めピン２０Ａ，２０Ｂ及び係止ピン２１Ａ，２１Ｂとで構成されている。
案内板部１９は、図６及び図７に示ように、回路基板１６と対面する上面にスルーホール１７ａ〜１７ｄに対向して形成されたスルーホール１７ａ〜１７ｄより小径で接続端子１４ａ〜１４ｄの外径より大きい径で比較的浅い深さの４つの開口部１９ａ〜１９ｄを有するとともに、これら開口部１９ａ〜１９ｄの下面側に連通してトルク検出部側に向うに従って徐々に径が大きくなるテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈを有する。

位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂは、案内板部１９の一方の対角位置に形成されている。これら位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂは、案内板部１９の上部側から外方に一体に突出形成された基部２０ａと、この基部２０ａ上に上方に突出した円柱部２０ｂと、この円柱部２０ｂの上部に連続する上方に向かうに従って径が細くなる裁頭円錐部２０ｃとで構成されている。ここで、基部２０ａは、図６に示すように、上面が案内板部１９の上面より僅かに高く設定され、後述するように端子ガイド部材１８を回路基板１６に装着したときに、回路基板１６の下面と接触して案内板部１９の上面との間に半田収納空間２４を形成する。また、円柱部２０ｂは回路基板１７の厚み以上の高さに設定されている。

係止ピン２１Ａ及び２１Ｂは、案内板部１９の他方の対角部に形成されている。これら係止ピン２１Ａ及び２１Ｂは．案内板部１９の下部側から外方に一体に突出する下板部２１ａとこの下板部２１ａの先端から上方に延長し可撓性を有する断面方形の垂直板部２１ｂと、この垂直板部２１ｂの上端部に形成されたフック部２１ｃとで構成されている。フック部２１ｃは、垂直板部２１ｂの案内板部１９側の半分程度の断面積を有する上面２１ｄと、この上面の案内板部１９とは反対側の端縁から斜め外方に垂直板部２１ｂの外面より外方に延長する傾斜面２１ｅと、この傾斜面２１ｅから僅かに下方に延長する垂直面２１ｆと、この垂直面２１ｆの下端から水平方向に垂直板部２１ｂの外面に達する係止面２１ｇとで構成されている。

一方、回路基板１６には、図５及び図７に示すように、スルーホール１７ａ〜１７ｄの外側に端子ガイド部材１８の位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂを挿通する円柱部２０ｂの外径と同一の内径とされた位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂが形成されているとともに、端子ガイド部材１８の係止ピン２１Ａ及び２１Ｂを挿通するフック部２１ｃを挿通可能で、垂直板部２１ｂの外面が係合する係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂが形成されている。

そして、上記構成を有する端子ガイド部材１８を回路基板１６に装着するには、先ず、回路基板１６の下側に端子ガイド部材１８を位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂと係止ピン２１Ａ及び２１Ｂとをそれぞれ回路基板１６の位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂと係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂとに対向させて配置する。
この状態で、位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂを位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂに挿通するとともに、係止ピン２１Ａ及び２１Ｂを係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂに挿通する。このとき、位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂの先端に裁頭円錐部２０ｃが形成され、係止ピン２１Ａ及び２１Ｂの先端に係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂより小さい上面２１ｄが形成されているので、位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂの位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂへの挿通と係止ピン２１Ａ及び２１Ｂの係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂへの挿通とを容易に行うことができる。

そして、端子ガイド部材１８を回路基板１６にさらに近付けると、係止ピン２１Ａ及び２１Ｂにおけるフック部２１ｃの傾斜面２１ｅが係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂの外側縁に接触することになり、これによって垂直板部２１ｂが内側に撓む。その後、位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂの円柱部２０ｂが位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂに係合し、ついには係止ピン２１Ａ及び２１Ｂにおけるフック部２１ｃの垂直面２１ｆが係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂの外側縁に接触する。最後に、位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂの基部２０ａの上面が回路基板１６の下面に接触し、これと同時に係止ピン２１Ａ及び２１Ｂの係止面２１ｇが回路基板１６の上面に達し、これによって垂直板部２１ｂが弾性復帰し、図７に示すように、係止面２１ｇが回路基板１６の上面に接触して係止される。この状態では、図７に示すように、端子ガイド部材１８の開口部１９ａ〜１９ｄと回路基板１６のスルーホール１７ａ〜１７ｄとが正確に対向するとともに、端子ガイド部材１８の位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂの基部２０ａの上面が回路基板１６の下面に接触して、端子ガイド部材１８の案内板部１９の上面と回路基板１６の下面との間に半田収納空間２４が形成される。

このとき、端子ガイド部材１８の位置決めピン２０Ａ，２０Ｂの基部２０ａの上面とフック部２１ｃの係止面２１ｇとの距離を、回路基板１６の厚みより僅かに短くすることにより、端子ガイド部材１８を回路基板１６に装着した後の端子ガイド部材１８のガタツキを防止することができる。
そして、端子ガイド部材１８を装着した回路基板１６を、ヨーク１５ａ及び１５ｂが装着されて接続端子１４ａ〜１４ｄが基板装着凹部５ｃ内に突出した入力軸側ハウジング部５ａに装着する。この装着は、回路基板１６に装着された端子ガイド部材１８のテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈを接続端子１４ａ〜１４ｄに上方から対向させた状態で、回路基板１６を下降させる。

これにより、接続端子１４ａ〜１４ｄの先端がテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈに案内されて開口部１９ａ〜１９ｄに達し、次いで回路基板１６のスルーホール１７ａ〜１７ｄ内に挿通される。この状態で、回路基板１６を基板装着凹部５ｃ内にねじ止め等の固定手段によって固定し、最後に、スルーホール１７ａ〜１７ｄと接続端子１４ａ〜１４ｄとを半田２５によって半田付けすることにより、電気的に接続する。

また、回路基板１６には、接続端子１４ａ〜１４ｄが電気的に接続されてトルクを演算するトルク演算回路３０が搭載されている。
このトルク演算回路３０は、トルク検出部１０の一対の検出コイル１３ａ及び１３ｂを使用して操舵トルクを検出するトルク検出系統を有するトルク演算部３１を備えている。
また回路基板１６は、トルク演算部３１に所定周波数の交流信号を出力する交流信号源３００と、トルク演算部３１からそれぞれ出力されるメイントルク及びサブトルクが入力されるノイズフィルタ３０２及びノイズフィルタ３０２から出力されるフィルタ出力を、操舵補助用電動モータ４１を操舵補助制御するコントロールユニット４０に出力するコネクタ３０３を備えている。また、コネクタ３０３に入力される電源及び基準電源がノイズフィルタでフィルタ処理されて電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖｒｅｆとして交流信号源３００とトルク演算部３１とに供給される。

ここで、交流信号源３００は、所定周波数の交流信号を発生する発振部３０１と、この発振部３０１から出力される交流信号を電流増幅してトルク演算部３１に供給する電流増幅部３１１を備えている。
トルク演算部３１は、一対の検出コイル１３ａ及び１３ｂの一端例えば接続端子１４ａ及び１４ｃが互い接続されて接地され、他端例えば接続端子１４ｂ及び１４ｄに抵抗Ｒ１ａ及びＲ１ｂが直列に接続され、これら抵抗Ｒ１ａ及びＲ１ｂの他端を互いに接続した構成を有するブリッジ回路３１０を備えている。

このブリッジ回路３１０では、入力軸１にトルクが作用していない状態では、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧がそれぞれ等しくなるように、つまり差分電圧が０となるように予め抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの抵抗値が調整されている。
そして、ブリッジ回路３１０の抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの接続点が交流信号源３００の電流増幅部３１１に接続されて、交流電圧信号Ｖｏｓｃが入力される。

また、トルク演算部３１は、ブリッジ回路３１０の検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流電圧信号Ｖｏｓｃが入力されたメイン増幅・全波整流部３１２と、このメイン増幅・全波整流部３１２から出力される整流信号が入力されるメイン平滑・中立調整部３１３を有する。ここで、メイン増幅・全波整流部３１２では、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号の差分信号Ｖｄｅｆを算出し、この差分信号Ｖｄｅｆを増幅するとともに、整流して整流信号をメイン平滑・中立調整部３１３に出力する。また、メイン平滑・中立調整部３１３では、メイン増幅・全波整流部３１２から入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ３０２に出力する。そして、ノイズフィルタ３０２でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ３０３を介してメイントルク検出信号Ｔｍとして操舵補助制御を行うコントロールユニット４０に出力される。

また、トルク演算部３１は、ブリッジ回路３１０の検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流電圧信号Ｖｏｓｃが入力されたサブ増幅・全波整流部３１４と、このサブ増幅・全波整流部３１４から出力される整流信号が入力されるサブ平滑・中立調整部３１５を有する。ここで、サブ増幅・全波整流部３１４では、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号の差分信号Ｖｄｅｆを算出し、この差分信号Ｖｄｅｆを増幅するとともに、整流して整流信号をサブ平滑・中立調整部３１５に出力する。また、サブ平滑・中立調整部３１５では、サブ増幅・全波整流部３１４から入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ３０２に出力する。そして、ノイズフィルタ３０２でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ３０３を介してサブトルク検出信号Ｔｓとして操舵補助制御を行うコントロールユニット４０に出力される。

さらに、トルク演算部３１は、例えば特開２００６−２６７０４５号公報に記載されているように、交流電圧信号Ｖｏｓｃ及びサブ増幅・全波整流部２１４から出力されるブリッジ回路３１０の差分信号Ｖｄｅｆに基づいて検出コイル１３ａ又は１３ｂと抵抗Ｒ１ａ又はＲ１ｂとの接触不良等をブリッジ回路３１０の差分電圧Ｖｄｅｆの変化で検出するとともに、基準電圧Ｖｒｅｆに対する位相ずれに基づいて回路系の異常を検出し、異常を検出したときに異常信号ＡＢを出力する。すなわち、監視部３１６では、印加した交流信号の波形と、ブリッジ回路３１０の差分電圧Ｖｄｅｆの波形との位相差を検出し、位相差が所定値を超えたときに検出コイル１３ａ，１３ｂ、抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ若しくはブリッジ回路３１０が異常であると判定して異常信号ＡＢを出力する。

この監視部３１６から出力される異常信号ＡＢはサブ平滑・中立調整部３１５に供給され、このサブ平滑・中立調整部３１５では、異常信号ＡＢが入力されると、出力するトルク検出信号を０Ｖに設定する。これにより、メイントルク信号との図４に示す電圧クロス特性のバランスが崩れることにより、コントロールユニット４０が故障を検出することができる。このため、コントロールユニット４０で操舵補助用電動モータ４１の駆動に使用するメイン側のメイン平滑・中立調整部３１３には異常信号ＡＢは入力されない。

コントロールユニット４０は、図８に示すように、トルクセンサＴＳからメイントルク検出信号Ｔｍ及びサブトルク検出信号Ｔｓが入力されている。このコントロールユニット４０は、入力されたメイントルク検出信号Ｔｍ及びサブトルク検出信号Ｔｓに基づいて信号監視を行う異常判定部４２と、メイントルク検出信号Ｔｍに基づいて操舵補助制御を行って操舵補助用電動モータ４１を駆動制御する操舵補助制御部３３とを備えている。

異常判定部４２は、メイントルク検出信号Ｔｍが所定値（例えば０．３Ｖ）以下か否かで断線や地絡を検出し、所定値（例えば４．７Ｖ）以上か否かで天絡を検出する。また、サブトルク検出信号Ｔｓが所定値（例えば０．３Ｖ）以下か否かで断線や地絡を検出するとともに、トルク演算回路３０の自己診断を行い、所定値（例えば４．７Ｖ）以上か否かで天絡を検出する。さらに、メイントルク検出信号Ｔｍとサブトルク検出信号Ｔｓの加算値が所定値（例えば５．３Ｖ）以上若しくは所定値（例えば４．７Ｖ）以下か否かで、図４に示す電圧クロス特性から外れる異常を検出する。

そして、操舵補助制御部４３では、上記異常判定部４２によって異常が検出されない正常状態では、メイントルク検出信号Ｔｍを用いて操舵補助電流指令値を演算し、演算した操舵補助電流指令値と、操舵補助用電動モータ４１に供給するモータ電流の検出値との偏差を例えばＰＤ制御処理して操舵補助電圧指令値を算出し、算出した操舵補助電圧指令値に基づいてモータ駆動回路４４を制御する駆動信号を形成し、この駆動信号をモータ駆動回路４４に出力する。

ここで、サブトルク検出信号Ｔｓはトルクセンサの異常監視に利用されるのみで、操舵補助用電動モータ４１の駆動には利用されない。
異常判定部４２で、トルクセンサＴＳのトルク検出系統（トルク演算部３１及びブリッジ回路３１０）の異常が判定された場合に、操舵補助制御部４３で、正常な過去トルク値を使用して操舵補助用電動モータ４１を駆動し、操舵補助トルクを徐々に減少させるトルク漸減処理を行い、安全に操舵補助制御を停止させるフェールセーフモードに移行する。

上記構成を有する電動パワーステアリング装置ＥＰＳを組立てるには、先ず、入力軸側ハウジング部５ａの中心開口５ｄの最深部内に開放端側から軸受６ａを装着し、次いで、中心開口５ｄ内に形成された中心開口５ｄより大径のヨーク収納部５ｅ内に開放端側から検出コイル１３ａ及び１３ｂを巻装したヨーク１５ａ及び１５ｂを装着する。
このとき、ヨーク収納部５ｅには、図１に示すように、開口端側から接続端子１４ａ〜１４ｄを挿通し、基板装着凹部５ｃに開口するスリット５ｆが形成されており、このスリット５ｆ内に接続端子１４ａ〜１４ｄを挿通しながらヨーク１５ａ及び１５ｂをヨーク収納部５ｅに装着する。このヨーク１５ａ及び１５ｂがヨーク収納部５ｅに装着された状態で、接続端子１４ａ〜１４ｄが基板装着凹部５ｃ内に突出している。

一方、回路基板１６には、予め前出したように端子ガイド部材１８を装着しておく。そして、上述したように基板装着凹部５ｃに回路基板１６を端子ガイド部材１８のテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈを接続端子１４ａ〜１４ｄに上方から対向させた状態で、回路基板１６を下降させることにより、接続端子１４ａ〜１４ｄがテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈに案内されて、開口部１９ａ〜１９ｄを通じて回路基板１６のスルーホール１７ａ〜１７ｄに正確に挿通される。

そして、回路基板１６を基板装着凹部５ｃにねじ止め等の固定手段で固定し、接続端子１４ａ〜１４ｄとスルーホール１７ａ〜１７ｄとを半田２５によって半田付けして接続端子１４ａ〜１４ｄとスルーホール１７ａ〜１７ｄとを電気的に接続する。
その後、又はその前に、トーションバー３を内部に装着した入力軸１を、中心開口５ｄ内に開放端部側から挿入して軸受６ａに回転自在に支持する。

そして、入力軸側ハウジング部５ａを、予め出力軸２を軸受６ｂ及び６ｃによって回転自在に支持した出力軸側ハウジング部５ｂに、円筒部材１２をセンサシャフト部１１の凸条１１ａとヨーク１５ａ及び１５ｂとの間に挿通するとともに、トーションバー３と出力軸２とをセレーション又はスプライン結合して装着することにより、電動パワーステアリング装置ＥＰＳを構成することができる。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、入力軸１に連結された図示しないステアリングホイールが操舵されておらず、入力軸１及び出力軸２が相対回転することなく同一回転位相にあるものとする。
この状態では、入力軸１及び出力軸２間に介挿されたトーションバー３に捩じれが生じていない。このため、入力軸１に形成されたセンサシャフト部１１の凸条１１ａは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、先端の反時計方向端部が窓１２ａの時計方向端部に位置するとともに、窓１２ｂの反時計方向端部に位置する。

この状態では、検出コイル１３ａ及び１３ｂで検出するインピーダンスが等しく中央値となり、ブリッジ回路３１０から出力される２つの交流出力電圧が等しくなる。このため、メイン増幅・全波整流部３１２では、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号の差分信号Ｖｄｅｆを算出したときに、この差分信号Ｖｄｅｆが略零となる。この差分信号Ｖｄｅｆを増幅するとともに、整流して整流信号をメイン平滑・中立調整部３１３に出力する。このメイン平滑・中立調整部３１３では、メイン増幅・全波整流部３１２から入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ３０２に出力する。そして、ノイズフィルタ３０２でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ３０３を介してメイントルク検出信号Ｔｍとしてコントロールユニット４０に出力される。

このため、コントロールユニット４０では、操舵補助制御部４３で、メイントルク検出信号Ｔｍに基づいて例えば操舵補助制御指令を演算し、この操舵補助制御電流指令と、電動モータ４１で検出したモータ電流との偏差に基づいて操舵補助制御電圧を算出し、この操舵補助制御電圧に基づいてモータ駆動回路４４に供給するゲート駆動電流を出力する。このとき、メイントルク検出信号Ｔｍが零であるので、ゲート駆動電流も零となり、モータ駆動回路４４からモータ電流の出力が停止される。このため、電動モータ４１は停止状態を継続する。

その後、図示しないステアリングホイールを例えば左操舵すると、トルクセンサＴＭのセンサシャフト部１１の凸条１１ａが反時計方向に回動することにより、円筒部材１２の窓１２ａに対向する凸条１１ａの外周面の面積が増加するが、窓１２ｂに対向する凸条１１ａは窓１２ｂから遠ざかる。
このため、検出コイル１３ａのインダクタンスＬは増加し、検出コイル１３ｂのインダクタンスＬは減少し、検出コイル１３ａ及び１３ｂのインピーダンスが変化することから、メイン増幅・全波整流部３１２で算出される差分信号Ｖｄｅｆが例えば負方向に増加し、これが増幅されると共に、全波整流されたトルク検出値Ｔｍがメイン平滑・中立調整部３１３に出力される。このメイン平滑・中立調整部３１３で平滑化及び中立位置が調整されてトルク検出値Ｔｍがコントロールユニット４０に出力される。

したがって、操舵補助制御部４３で，検出されるトルク検出値Ｔｍに基づいて操舵補助電流指令値が算出され、この操舵補助電流指令値と、モータ電流検出値との偏差に基づいてＰＩ制御等を行って電圧指令値を算出し、この電圧指令値に基づいてモータ駆動回路４４から駆動電流が電動モータ４１に供給される。このため、電動モータ４１から操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム８及びウォームホイール７を介して出力軸２に伝達されることにより、出力軸２が反計方向に回転駆動されて軽い操舵力で操舵することができる。

同様に、ステアリングホイールを右操舵したときには、入力軸１が図３（ａ）及び（ｂ）で見て時計方向に回転されるので、メイン増幅・全波整流部３１２で算出される差分信号Ｖｄｅｆが例えば正方向に増加し、電動モータ４１で上記とは逆方向の操舵補助力が発生されて、出力軸２が時計方向に回転駆動されて軽い操舵力で操舵することができる。
以上のように、本実施形態によれば、回路基板１６にトルク検出部１０を構成するヨーク１５ａ及び１５ｂから導出された接続端子１４ａ〜１４ｄを案内してスルーホール１７ａ〜１７ｄに案内する端子ガイド部材１８が装着されているので、接続端子１４ａ〜１４ｄに曲がりが生じていたり、接続端子１４ａ〜１４ｄの装着位置がずれていたりした場合でも、接続端子１４ａ〜１４ｄを確実に案内して回路基板１６のスルーホール１７ａ〜１７ｄに正確に挿通することができる。

しかも、端子ガイド部材１８には位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂと係止ピン２１Ａ及び２１Ｂとが形成され、位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂが回路基板１６に形成された位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂに挿通され、係止ピン２１Ａ及び２１Ｂが回路基板１６に形成された係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂに挿通されるように構成されている。
このため、端子ガイド部材１８の位置決めピン２０Ａ及び２０Ｂと係止ピン２１Ａ及び２１Ｂを回路基板１６の位置決め用貫通孔２２Ａ及び２２Ｂと係止用貫通孔２３Ａ及び２３Ｂと対向させた状態で、端子ガイド部材１８を押し上げることにより、端子ガイド部材１８を回路基板１６に容易且つ正確に装着することができる。

また、端子ガイド部材１８が回路基板１６とは別部材で構成されているので、接続端子１４ａ〜１４ｄを案内する案内部の厚みを自在に設定することができ、接続端子１４ａ〜１４ｄの案内を安定して行うことが可能となる。
さらに、端子ガイド部材１８には接続端子１４ａ〜１４ｄを挿通する側にテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈが形成されているので、このテーパー孔部１９ｅ〜１９ｈによって接続端子１４ａ〜１４ｄを確実に案内して開口部１９ａ〜１９ｄに挿通することができる。

また、端子ガイド部材１８を回路基板１６に装着した状態で、回路基板１６の下面と端子ガイド部材１８の案内板部１９の上面との間に半田収納空間２４が形成されているので、スルーホール１７ａ〜１７ｄと接続端子１４ａ〜１４ｄとを半田２５で半田付けする際に、半田２５を回路基板１６の下面側まで回り込ませることができ、接続端子１４ａ〜１４ｄとスルーホール１７ａ〜１７ｄとの電気的接続を強固で確実に行うことができる。

さらに、前述したように、端子ガイド部材１８の位置決めピン２０Ａ，２０Ｂの基部２０ａの上面とフック部２１ｃの係止面２１ｇとの距離を、回路基板１６の厚みより僅かに短くすることにより、端子ガイド部材１８を回路基板１６に装着した後の端子ガイド部材１８のガタツキを防止することができる。
そして、上記効果を有するトルクセンサＴＳを使用して操舵系に入力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操舵補助電流指令値を算出し、算出した操舵補助電流指令値と、電動モータのモータ電流検出値との偏差に基づいてモータ駆動回路４４を駆動する電圧指令値を算出するので、トルクセンサＴＳの装着を容易に行うことができるとともに、トルク検出部１０の接続端子と回路基板との接続を正確に行うことができ、電動パワーステアリング装置の製造コストを低減できるとともに、信頼性を向上させることができる。

なお、実施形態においては、トルク検出部１０の接続端子が４本である場合について説明したが、ヨーク１５ａ及び１５ｂ側で接地側の端部を互いに接続し、接続端子を３本とすることもできる。
また、上記実施形態においては、トルクセンサＴＳのトルク検出部１０の一対のヨーク１５ａ及び１５ｂに、それぞれ検出コイル１３ａ及び１３ｂを内装する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、一対のヨーク１５ａ及び１５ｂにシールド板部２６を介して検出コイル１３ｃ及び１３ｄを内装する一対のヨーク１５ｃ及び１５ｄ設けて、冗長性を増して信頼性を向上させるようにしてもよい。このときには、トルク検出部１０の接続端子が１４ａ〜１４ｈの８本に増加するので、これに応じて、端子ガイド部材１８の開口部及びテーパー孔部と回路基板１６のスルーホールの数をそれぞれ８個に増加させるとともに、トルク演算回路３０にトルク演算部３１を設けるようにすればよい。この場合にも接続端子数は接地側の接続端子を互いに接続して合計６本とすることができる。

また、上記実施形態においては、位置決めピン２０Ａ，２０Ｂと係止ピン２１Ａ，２１Ｂとを対角線状に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく左右同列に配置するようにしてもよく、さらに位置決めピン及び係止ピンの本数は任意の本数に設定することができる。
また、上記実施形態においては、係止ピン２１Ａ，２１Ｂにフック部２１ｃを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、スナップフィット部を形成するようにしてもよい。このスナップフィット部を形成する場合には、位置決めピンと係止ピンとを兼用して一体に形成することができる。

また、上記実施形態においては、端子ガイド部材１８の案内板部１９を直方体状に形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、扁平な円柱状、多角柱状に形成することができ、必要数の開口部及びテーパー孔部を形成可能な形状であればよい。
また、上記実施形態においては、ストッパ溝１１ｃの溝数Ｂを４に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ストッパ溝１１ｃの溝数Ｂはセンサシャフト部１１の凸条１１ａの本数の約数に設定すればよい。

また、上記実施形態においては、センサシャフト部１１の凸条１１ａを円周方向に不等配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、凸条１１ａを円周方向に所望数（例えば９本）等配置するようにしてもよい。この場合には、円筒部材１２の窓１２ａ及び１２ｂについても円周方向に等配置するようにすればよい。
また、上記実施形態においては、コントロールユニット４０側に異常判定部４２を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トルク演算回路３０側に異常判定部４２を設け、この異常判定部３２の異常判定結果をコントロールユニット４０に通知するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、本発明によるトルクセンサＴＳを電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動パワーステアリング装置以外にも回転軸のトルクを検出する場合に本発明によるトルクセンサＴＳを適用することができる。

１…入力軸、２…出力軸、３…トーションバー、５…ハウジング、５ａ…入力軸側ハウジング部、５ｂ…出力軸側ハウジング部、５ｅ…ヨーク収納部、７…ウォームホイール、８…ウォーム、ＴＳ…トルクセンサ、１０…トルク検出部、１１…センサシャフト部、１１ａ…凸条、１１ｂ…軸方向溝、１１ｃ…ストッパ溝、１２…円筒部材、１３ａ，１３ｂ…検出コイル、１４ａ〜１４ｄ…接続端子、１５ａ，１５ｂ…ヨーク、１６…回路基板、１７ａ〜１７ｄ…スルーホール、１８…端子ガイド部材、１９…案内板部、１９ａ〜１９ｄ…開口部、１９ｅ〜１９ｈ…テーパー孔部、２０Ａ，２０Ｂ…位置決めピン、２０ａ…基部、２０ｂ…円柱部、２０ｃ…裁頭円筒部、２１Ａ，２１Ｂ…係止ピン、２１ａ…下板部、２１ｂ…垂直板部、２１ｃ…フック部、２２Ａ，２２Ｂ…位置決め用貫通孔、２３Ａ，２３Ｂ…係止用貫通孔、２４…半田収納空間、２５…半田、３０…トルク演算回路、３１…トルク演算部、４０…コントロールユニット、４１…操舵補助用電動モータ、４２…異常判定部、４３…操舵補助制御部、４４…モータ駆動回路、３００…交流信号源、３０１……発振部、３０２…ノイズフィルタ、３０３…コネクタ、３１０…ブリッジ回路、３１１…電流増幅部、３１２…メイン増幅・全波整流部、３１３…メイン平滑・中立調整部、３１４…サブ増幅・全波整流部、３１５……サブ平滑・中立調整部、３１６…監視部

Claims (5)

1. 回転軸に生じるトルクに応じて互いにインピーダンスが変化する複数の検出コイルを有し、複数の外部接続ピンを有するトルク検出部と、該トルク検出部の接続端子を挿通するスルーホールを有し、前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて検出トルクを演算するトルク演算回路を搭載した基板とを備え、
   前記基板の前記スルーホール位置におけるトルク検出部の前記接続端子を挿通する側に当該接続端子の前記スルーホールへの挿通を案内する端子ガイド部材を位置決めして装着したことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記端子ガイド部材は、前記基板のスルーホールに対向する開口部と該開口部に連通してトルク検出部側に向かって径が大きくなるテーパー孔部とで構成される端子案内孔を有することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記基板の前記スルーホールの周囲に位置決め用孔部と係止用孔部とを形成し、前記端子ガイド部材に、前記位置決め用孔部に挿通される位置決めピンと前記係止用孔部に挿通される係止ピンとを形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
4. 前記端子ガイド部材は、前記位置決めピン及び係止ピンで基板に装着した状態で、前記スルーホールと開口部との間に半田収納空間が形成されていることを特徴とする前記請求項３に記載のトルクセンサ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部を備えた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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