JP2013137252A - 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】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、内外を連通する連通孔が形成されたハウジング外に配置される装置に伝送する電線と、ハウジングの連通孔に嵌合されるとともに、電線を保持するグロメット320と、連通孔におけるグロメット320よりも外側の部位に配置されるソケット330と、を備え、ソケット330は、電線を内部に導き入れる導入部を構成する通路用下側凹部344、通路用上側凹部334および中心線上に配置された延出部344bと、導入部を介して導き入れた電線を外部にそれぞれ異なる方向に出す複数の導出部を構成する複数の出口、メイン通路および複数の分岐路を備える。
【選択図】図14
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。
かかる場合、この相対回転角度を検出する装置が搭載される機種毎に、ハウジングの外部において他の部品が存在する位置が異なることを考慮することが重要となる。
また、前記外側部材の前記導入部は複数有り、前記複数の延出部は、異なる当該導入部から導き入れられ前記複数の導出部の内の同じ導出部から出された異なる前記電線の当該外側部材の外部における長さを略同じにすることが可能なように設けられているとよい。
また、前記外側部材は、前記ハウジングの前記連通孔の孔方向と交差する方向に分割可能な一対の分割部材を有し、前記複数の延出部は、当該一対の分割部材の一方の分割部材に、他方の分割部材の方へ延びるように形成されているとよい。
図1は、実施の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、実施の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。
第3ハウジング170は、第1の回転軸110を回転可能に支持する軸受け171を、軸方向の他方の端部側(図1においては上側)に有し、軸方向の一方の端部側(図1においては下側)が開口した部材である。そして、軸方向の一方の端部側の開口部が第2ハウジング160における軸方向の他方の端部側の開口部と対向するように配置されるとともに、例えばボルトなどにより第2ハウジング160に固定される。
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。
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。本実施の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(本実施の形態においては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。
本実施の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(a)に示すように2つのMRセンサを重ね、図11(b)に示すように、これら2つのMRセンサの内の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、本実施の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、グロメット320の移動を抑制するソケット330と、を備えている。また、ハーネスコンプ300は、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を束ねる第2のカバー380と、を備えている。
図15(a)は、第2ハウジング160の概略構成図である。図15(b)は、(a)におけるB−B断面図である。図15(c)は、ハーネスコンプ300が第2ハウジング160に装着された状態を示す図である。
また、支持部341には、この通路用下側凹部344の底部から電線孔方向に交差する方向(本実施の形態においては、軸方向の他方の端部方向(図14では上方向))に延びる複数の延出部344bが設けられている。これら通路用下側凹部344および複数の延出部344bについては後で詳述する。
上側部材331の突起332が下側部材340の突起用凹部341dに嵌合され、上側部材331の上側対向面331aと下側部材340の下側対向面341aとが接触した状態では、上側部材331および下側部材340の支持部341の外周面は、楕円柱部342の外周面と同じとなるように形成されている。
屈曲部336bは、ソケット330の楕円の長辺方向に対して傾斜した傾斜面を、その先端であって、電線孔方向の内側に有している。屈曲部336bには、屈曲部336bの軸方向の中央部には先端から凹んだ凹部336fが形成されている。
図16は、下側部材340を、上側部材331側から見た図である。図16では、楕円柱部342が上側となるように示している。以下では、楕円柱部342側を上側、下側開口部344a側を下側、楕円柱部342の貫通孔342aの孔中心の中心線を横方向の中心線として説明する。
通路用下側凹部344は、横方向の中心線に対して対称形状である。3つの下側開口部344aの内の1つは中心線上に存在し、他の2つの下側開口部344aは、左右両側にそれぞれ存在する。貫通孔342aから中央の下側開口部344aに至る通路をメイン通路330aとした場合に、左右2つの下側開口部344aの上側にはメイン通路330aから分岐した分岐路330bがそれぞれ設けられている。分岐路330bは、それぞれ中心線方向と交差する方向に外側へ延びるように形成されている。通路用上側凹部334は、軸方向に直交する面に対して通路用下側凹部344と対称形状である。そして、下側部材340の下側開口部344aと上側部材331の上側開口部334aとが協働して電線310の出口330cを形成する。
本実施の形態に係るソケット330においては、複数の延出部344bが設けられているので、ソケット330内部で、ソケット330外部に出る電線310の長さを調整することが可能になっている。例えば、図17(a)に示すように、全ての電線310を左側の出口330cから出す際には、左側の入口から入ってきた電線310を、左上側の延出部344bの左側を通し、左下側の延出部344bの右側を通して、左側の出口330cの上側の分岐路330bを介して左側の出口330cから出すようにする。他方、右側の入口から入ってきた電線310を、右上側の延出部344bの左側を通し、右下側の延出部344bの右側を通して、左側の出口330cの上側の分岐路330bを介して左側の出口330cから出すようにする。
また、全ての電線310を左側の出口330cから出す際に、図17(a)に示すように電線310を通すことで、ソケット330外部で電線310に力が作用したとしても、グロメット320が電線310を保持している部位にはその力が伝わり難くなる。すなわち、ソケット330外部で電線310に力が作用したとしても、左側の入口から入ってきた電線310は、左下側の延出部344bや左上側の延出部344bと接触することで移動し難くなり、グロメット320の電線保持部には力が伝わり難くなる。また、右側の入口から入ってきた電線310は、右下側の延出部344bや右上側の延出部344bと接触することで移動し難くなり、グロメット320の電線保持部には力が伝わり難くなる。
全ての電線310を右側の出口330cから出す際には、図17(c)に示すように、左側の入口から入ってきた電線310および右側の入口から入ってきた電線310を通すことで、上述したのと同様な効果を得ることができる。
全ての電線310を中央の出口330cから出す際には、図18に示すように、左側の入口から入ってきた電線310を、左上側の延出部344bの左側を通し、右下側の延出部344bの右側を通して、中央の出口330cから出すようにする。他方、右側の入口から入ってきた電線310を、右上側の延出部344bの右側を通し、左下側の延出部344bの左側を通して、中央の出口330cから出すようにする。これにより、ソケット330外部で電線310に力が作用したとしても、左側の入口から入ってきた電線310は、左上側の延出部344bや右下側の延出部344bと接触することで移動し難くなり、図17(b)に示した状態よりもグロメット320の電線保持部には力が伝わり難くなる。また、右側の入口から入ってきた電線310は、右上側の延出部344bや左下側の延出部344bと接触することで移動し難くなり、図17(b)に示した状態よりもグロメット320の電線保持部には力が伝わり難くなる。
すなわち、先ず、グロメット320に形成された複数の電線孔323それぞれに電線310を挿入する。その後、グロメット320の円筒部322の内側に接着剤を塗布し、グロメット320に対して複数の電線310が動かないように位置決めを行う。また、複数の電線310を、第1のカバー370で束ねる。
そして、グロメット320の円筒部322側に配置された複数の電線310を、ソケット330の楕円柱部342の貫通孔342aを通過させるとともに、下側部材340の通路用下側凹部344に嵌め込み、いずれかの下側開口部344aから出す。その後、上側部材331を下側部材340に取り付ける。つまり、上側部材331の突起332が下側部材340の突起用凹部341dに嵌合し、上側部材331の上側対向面331aを下側部材340の下側対向面341aに接触させる。そして、ソケット330から飛び出した複数の電線310を、第2のカバー380で束ねる。なお、グロメット320の円筒部322の内側に接着剤が塗布されているので、ソケット330内部に複数の電線310を通す際に複数の電線310に力を加えたとしても電線310がずれることが抑制される。
そして、第2のカバー380にて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。他方、グロメット320の円筒部322が配置された側とは反対に配置された第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に接続する。
すなわち、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、検出装置10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の内周面に接触するように嵌合するとともに、ソケット330のフック390が、第2ハウジング160に形成された凹部162に嵌るまで、グロメット320およびソケット330を押し込んでいく。ソケット330を連通孔161に差し込むと、フック390の傾斜面391が第2ハウジング160における連通孔161の周りの壁に接触して弾性変形し、その後さらに深く差し込まれて傾斜面391が第2ハウジング160の凹部162に嵌り込むことで変形状態から復帰する。グロメット320は、その楕円柱部321における円筒部322が配置された側の面がソケット330の三日月柱部343に押されることにより、連通孔161の周囲の壁163との間に生じる摩擦力に抗して内側へ移動する。このようにして、グロメット320およびソケット330を第2ハウジング160に装着する。そして、抜け止め部材336を、フック390と、下側部材340の下側側面341cおよび上側部材331の上側側面331cとの間に差し込む。また、第1のコネクタ350をフラットケーブルカバー60の端子に、第2のコネクタ360をECU200の端子に差し込む。
図2および図15を用いて説明した外側連通孔161bの一部あるいは全部を、図19に示すように、第2ハウジング160と第3ハウジング170とで形成してもよい。言い換えれば、第3ハウジング170がボルトなどにより第2ハウジング160に固定されることで、第2ハウジング160と第3ハウジング170とが協働して外側連通孔161bを形成するようにしてもよい。つまり、図19(a)に示すように、第2ハウジング160における外側連通孔161bの、軸方向の他方の端部側(図1においては上側)の壁面をなくして、外側連通孔161bを開放する。一方で、第3ハウジング170に、第2ハウジング160との締結面から外側に電線孔方向に延出する延出部172を設ける。
ハーネスコンプ300を取り外す際には、第3ハウジング170を第2ハウジング160から外せば、ソケット330の上面が開放される。したがって、ソケット330およびグロメット320を容易に第2ハウジング160から取り外すことが可能となる。
Claims (5)
- 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るとともに、前記電線を保持する電線保持部材と、
前記ハウジングの前記連通孔における前記電線保持部材よりも外側の部位に配置される外側部材と、
を備え、
前記外側部材は、前記電線を内部に導き入れる導入部と、当該導入部を介して導き入れた当該電線を外部にそれぞれ異なる方向に出す複数の導出部と、を備えることを特徴とする相対角度検出装置。 - 前記外側部材は、前記導入部と前記導出部との間に、前記ハウジングの前記連通孔の孔方向と交差する方向に延びる複数の延出部を備え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。
- 前記外側部材の前記導入部は複数有り、前記複数の延出部は、異なる当該導入部から導き入れられ前記複数の導出部の内の同じ導出部から出された異なる前記電線の当該外側部材の外部における長さを略同じにすることが可能なように設けられていることを特徴とする請求項2に記載の相対角度検出装置。
- 前記外側部材は、前記ハウジングの前記連通孔の孔方向と交差する方向に分割可能な一対の分割部材を有し、前記複数の延出部は、当該一対の分割部材の一方の分割部材に、他方の分割部材の方へ延びるように形成されていることを特徴とする請求項2または3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、
前記センサを収納するとともに、内外を連通する連通孔が形成されたハウジングと、
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るとともに、前記電線を保持する電線保持部材と、
前記ハウジングの前記連通孔における前記電線保持部材よりも外側の部位に配置される外側部材と、
を備え、
前記外側部材は、前記電線を内部に導き入れる導入部と、当該導入部を介して導き入れた当該電線を外部にそれぞれ異なる方向に出す複数の導出部と、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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