JP2015058756A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レイアウト性が高く、３６０度以上の絶対角検出が可能な舵角センサを備える電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ウォーム減速機を構成するウォームホイール１１ａの軸方向端面にフェースギヤ１１ｂを形成する。アングルセンサユニットは、フェースギヤ１１ｂと噛み合う検出用歯車２１と、検出用歯車２１と噛み合う検出用歯車２２と、角度検出用基板２３と、歯車支持部材と、センサハウジング（アングルセンサハウジング、アングルセンサカバー）と、備える。ギヤボックスハウジングは、ウォーム減速機を収容した状態でフェースギヤ１１ｂの一部が露出し、アングルセンサユニットが嵌合する嵌合穴を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、操舵軸回転角を検出する舵角センサを有する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて電動モータから補助操舵トルクを発生し、これを動力伝達機構（ウォーム減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達している。
このような電動パワーステアリング装置に搭載する舵角センサ（以下、アングルセンサともいう）として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、ウォームホイールに設けた歯車（センサ用歯車）にアングルセンサの歯車（センサピニオン）を噛合し、ウォームホイールの回転角を検出するものである。ここでは、センサ用歯車をウォームホイール外径側又は内径側に設け、当該センサ用歯車にセンサピニオンを噛み合わせる形態が提案されている。また、ウォームホイール側面にフェースギヤを設け、これにセンサピニオンを噛合する形態も提案されている。

特開２００４−１６１１５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、センサ用歯車をウォームホイール外径側又は内径側に設けた形態の場合、アングルセンサの歯車の外径に制約が出てしまうという共通の問題がある。センサ用歯車を外径側に設けた場合、センサピニオンを大きくすると、その分アングルセンサの突出量が大きくなり、センサ用歯車を内径側に設けた場合は、操舵軸の間にレイアウトする必要があるため、センサピニオンの外径が限られてしまう。ウォームホイールに設けられたセンサ用歯車に対してセンサピニオンの径が小さいと、減速比が大きくなるため、舵角センサの角度検出体の回転速度が速くなる。すると、センサ検出誤差、センサピニオンやその支持構造体の磨耗、各部作動音といった弊害が起こるおそれがある。

これに対し、ウォームホイール側面のフェースギヤにセンサピニオンを噛合する形態では、センサピニオンの外径自由度は比較的大きく、センサ検出精度などの要件に合わせて、任意の減速比設計が可能となる。
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、センサピニオンの軸方向に伸びたシャフトを介して舵角センサの角度検出体に回転が伝達されており、ＥＰＳ（電動パワーステアリング）に搭載した際のレイアウト性が問題となる。また、３６０度以上の絶対角を検出するためには、複数の回転角から演算を行うなどの方策が必要であり、角度センサ部が大型化してしまう。

そこで、本発明は、レイアウト性が高く、３６０度以上の絶対角検出が可能な舵角センサを備える電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、前記舵角検出部は、前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う第一の回転検出用歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車及び前記第一の回転検出用歯車の何れか一方と噛み合う少なくとも１つの第二の回転検出用歯車と、前記中間歯車及び複数の前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、前記回転検出用歯車の各磁石とそれぞれ対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、備え、前記ギヤボックスハウジングは、前記ウォーム減速機を収容した状態で前記フェースギヤの一部が露出し、前記センサハウジングが嵌合する嵌合穴を有することを特徴としている。

このように、ウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤを設け、そのフェースギヤと噛み合う中間歯車に第一の回転検出用歯車を噛み合わせると共に、中間歯車又は第一の回転検出用歯車と噛み合う少なくとも１つの第二の回転検出用歯車を設ける。この構成により、回転検出用歯車の外径自由度を大きくすることができる。また、舵角検出部をコンパクトにユニット化することができるので、ＥＰＳ周辺部品への影響を最小限に抑えながら３６０度以上の絶対角検出が可能となる。さらに、センサハウジングをギヤボックスハウジングの嵌合穴に挿入固定する構造であるため、舵角検出部を電動パワーステアリング装置に容易に組付けることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、前記舵角検出部は、径方向に着磁された磁石が固着され、前記フェースギヤと噛み合う第一の回転検出用歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記第一の回転検出用歯車と噛み合う少なくとも１つの第二の回転検出用歯車と、複数の前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、前記回転検出用歯車の各磁石とそれぞれ対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、少なくとも前記第一の回転検出用歯車、前記第二の回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記第一の回転検出用歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、備え、前記ギヤボックスハウジングは、前記ウォーム減速機を収容した状態で前記フェースギヤの一部が露出し、前記センサハウジングが嵌合する嵌合穴を有することを特徴としている。

このように、ウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤを設け、そのフェースギヤに第一の回転検出用歯車を噛み合わせると共に、その第一の回転検出用歯車と噛み合う少なくとも１つの第二の回転検出用歯車を設ける。この構成により、回転検出用歯車の外径自由度を大きくすることができる。また、舵角検出部をコンパクトにユニット化することができるので、ＥＰＳ周辺部品への影響を最小限に抑えながら３６０度以上の絶対角検出が可能となる。さらに、センサハウジングをギヤボックスハウジングの嵌合穴に挿入固定する構造であるため、舵角検出部を電動パワーステアリング装置に容易に組付けることができる。

また、上記において、前記ウォームホイールは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形して構成されており、前記フェースギヤは、前記樹脂部に形成されていることが好ましい。これにより、ウォームホイールの軽量化と良好な加工性とを実現することができる。
さらに、上記において、前記トルク検出部は、トルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルと、前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて、前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載したトルク検出用基板と、を備え、前記角度検出用基板と前記トルク検出用基板とは、前記検出コイルと前記回転検出用歯車との間に配置されていることが好ましい。これにより、舵角検出部を追加することによるＥＰＳシステムの外寸拡大を抑えることができ、ＥＰＳ周辺部品への影響を最小限に抑えることができる。

また、上記において、前記トルク検出部及び前記舵角検出部は、前記操舵軸から当該操舵軸の径方向外側に向かって、前記検出コイル、前記トルク検出用基板、前記角度検出用基板、前記回転検出用歯車の順に配置するように、前記ギヤボックスハウジングに取り付けられていることが好ましい。
このように、舵角検出部の回転検出用歯車を、角度検出用基板を挟んでトルク検出部のトルク検出用基板の反対側に配置するので、回転検出用歯車に固着した磁石の磁気がトルク検出部の出力信号に影響を与えてしまうのを抑制することができる。

さらにまた、上記において、前記トルク検出部は、前記ギヤボックスハウジングに組付けられて前記検出コイル及び前記トルク検出用基板を収容するトルクセンサハウジングを備え、前記舵角検出部の前記センサハウジングが、前記トルクセンサハウジングを覆うように当該トルクセンサハウジングに重ねて配置されていることが好ましい。
これにより、舵角検出部のセンサハウジングが、トルク検出部のトルクセンサハウジングのカバーを兼ねることができる。その結果、部品点数を削減することができる。

また、上記において、前記角度検出用基板は、前記トルク検出用基板と共通のコネクタに接続されていることが好ましい。これにより、舵角検出部に角度検出用基板の信号コネクタを設ける必要がなくなる。そのため、部品点数を抑えることができると共に、ＥＣＵへ接続するハーネスを減らすこともできるため、組立作業性も向上する。
さらに、上記において、前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板との間に、磁気を遮断する磁気遮断部材を備えることが好ましい。これにより、回転検出用歯車に固着した磁石の磁気がトルク検出部の出力信号に影響を与えてしまうのを防止することができ、トルク検出部によるトルク検出精度を確保することができる。

また、上記において、前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板とは１枚の基板によって構成されていることが好ましい。このように、センサ基板を１枚に集約することで、部品点数の削減になると共に、組立作業効率の向上を図ることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置では、回転検出用歯車の外径自由度を大きくすることができるので、センサ検出精度やその他要件に合わせて任意の減速比を設定することができ、適切に３６０度以上の絶対角を検出することができる。また、舵角検出部をコンパクトにユニット化することができるので、電動パワーステアリング装置に搭載する際のレイアウト性が高い。

本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 操舵補助機構周辺の主要部を示す図である。 アングルセンサの関連部品を示す図である。 アングルセンサユニットの具体的構成を示す分解斜視図である。 アングルセンサユニットをギヤボックスハウジングに組付ける工程を説明する図である。 第２の実施形態の操舵補助機構周辺の主要部を示す図である。 第２の実施形態のトルクセンサ及びアングルセンサの関連部品を示す図である。 第２の実施形態のアングルセンサユニットの具体的構成を示す分解斜視図である。 第２の実施形態のアングルセンサユニットをギヤボックスハウジングに組付ける工程を説明する図である。 アングルセンサユニットの別の例を示す分解斜視図である。 第３の実施形態のアングルセンサユニットの具体的構成を示す分解斜視図である。 第３の実施形態のアングルセンサユニットをギヤボックスハウジングに組付ける工程を説明する図である。 第４の実施形態のアングルセンサユニットをギヤボックスハウジングに組付ける工程を説明する図である。 検出用歯車のレイアウト例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図である。
図中、符号ＳＭはステアリング機構である。ステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１を備え、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力はステアリングシャフト２に伝達される。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ている。また、このステアリングシャフト２は、入力軸２ａと出力軸２ｂとを有する。入力軸２ａの一端はステアリングホイール１に連結され、入力軸２ａの他端は図示しないトーションバーを介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、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に伝達され、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を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって転舵輪ＷＲ及びＷＬが転舵する。ここで、ステアリングギヤ８は、ハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。すなわち、ステアリングギヤ８は、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結したウォーム減速機１１と、このウォーム減速機１１に連結された電動モータ１２とを備えている。ここで、電動モータ１２は、操舵補助力を発生する電動機であり、例えばブラシレスモータで構成する。

また、ウォーム減速機１１を収容するギヤボックスハウジング１３には、トルクセンサユニット１４が配設されている。このトルクセンサユニット１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するものである。
さらに、ウォーム減速機１１を収容するギヤボックスハウジング１３には、アングルセンサユニット２０が配設されている。このアングルセンサユニット２０は、運転者がステアリングホイール１を操舵したときの操舵軸の回転角を検出するものである。このアングルセンサユニット２０の具体的構成については後述する。

なお、上記において、トルクセンサユニット１４がトルク検出部に対応し、アングルセンサユニット２０が舵角検出部に対応している。
図２は、操舵補助機構１０周辺の主要部を示す図である。
ウォーム減速機１１はウォーム及びウォームホイールを備え、これらはギヤボックスハウジング１３に収容されている。また、トルクセンサユニット１４及びアングルセンサユニット２０は、ギヤボックスハウジング１３の側面（ギヤボックスカバー１３ａ）に取り付けられている。これらトルクセンサユニット１４及びアングルセンサユニット２０は、それぞれＥＰＳコントロールユニット（ＥＣＵ）１５に図示しないハーネスで接続されている。

ＥＣＵ１５には、トルクセンサユニット１４で検出した操舵トルクやアングルセンサユニット２０で検出した舵角の他に、車速センサ等で検出した車速を入力する。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御（操舵アシスト）を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ１２で発生するための操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ１２の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック制御する。

図３は、ウォームホイールとアングルセンサユニット２０の関連部品とを示す図である。
図３に示すように、ウォームホイール１１ａには、その側面にフェースギヤ１１ｂが形成されている。このウォームホイール１１ａは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形した構成を有し、当該樹脂部にフェースギヤ１１ｂが形成されている。これにより、ウォームホイール１１ａの軽量化と良好な加工性とを実現することができる。なお、フェースギヤ１１ｂは芯金に成形されていてもよく、熱膨張や吸水膨張による芯間距離の変化という点では、芯金に成形される方が好ましい。

また、アングルセンサユニット２０の搭載位置は、このウォームホイール１１ａに設けられたフェースギヤ１１ｂのピッチ円周上であれば、任意に設定可能である。但し、周辺部品との関係や、配線取回し等を考慮してレイアウトすることが望ましい。
アングルセンサユニット２０は、図３に示すように、第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）２１、第二検出用歯車（第二の検出用歯車）２２、及び角度検出用基板２３を少なくとも備える。第一検出用歯車２１はフェースギヤ１１ｂに噛合しており、第一検出用歯車２１には、第二検出用歯車２２が噛合している。これにより、操舵軸（出力軸２ｂ）の回転が検出用歯車２１及び２２に伝達される。

検出用歯車２１及び２２には径方向に着磁された磁石が埋設されており、これら検出用歯車２１及び２２に対向して配置された角度検出用基板２３上のホールＩＣや磁気抵抗素子といった磁気検出素子（角度検出素子）を用いて、各検出用歯車２１，２２の回転角を検出可能となっている。
ここで、各検出用歯車２１，２２は平歯車であり、第一検出用歯車２１の歯数と第二検出用歯車２２の歯数とは、異なる枚数に設定されている。そして、この２つの検出用歯車２１及び２２によってそれぞれ検出した２つの検出角度の関係から、ウォームホイール１１ａ（操舵軸）の３６０度以上の回転角（操舵軸の絶対角）を演算することができるようになっている。なお、回転角の演算方法については公知であるため（例えば、特許第３７９２７１８号など）、ここでは説明を省略する。

また、ＥＰＳのアングルセンサとしては、ステアリングホイールの中立位置を０度として、±７２０度（計４回転）の範囲で絶対角検出が可能であることが条件となる。したがって、４回転の範囲で２つの検出用歯車２１，２２の位相の組み合わせに重複が無いように、それぞれの歯数を設定するものとする。
次に、アングルセンサユニット２０の具体的構成について詳細に説明する。

図４は、アングルセンサユニット２０の具体的構成を示す分解斜視図である。
この図４に示すように、アングルセンサユニット２０は、第一検出用歯車２１、第二検出用歯車２２、及び角度検出用基板２３の他に、歯車支持部材（歯車支持部）２４、アングルセンサハウジング２５及びアングルセンサカバー２６を備える。
アングルセンサハウジング２５には、アングルセンサユニット２０をＥＣＵ１５に接続するためのハーネスが着脱される信号コネクタ２５ａが一体成型されており、ここに角度検出用基板２３を組付ける。角度検出用基板２３と検出用歯車２１，２２との間には歯車支持部材２４を配置し、この歯車支持部材２４によって角度検出用基板２３上にレイアウトされた角度検出素子と検出用歯車２１，２２との軸方向位置及び軸直角方向位置を決める。そして、これらをアングルセンサカバー２６で覆うことで、アングルセンサユニット２０を構成する。

アングルセンサカバー２６をアングルセンサハウジング２５に取り付けた状態では、アングルセンサハウジング２５とアングルセンサカバー２６とによって開口部が形成される。そして、この開口部から、第一検出用歯車２１の径方向において、第一検出用歯車２１の第二検出用歯車２２との噛合側とは反対側の一部が露出した状態となる。
このアングルセンサユニット２０は、電動パワーステアリング装置に着脱可能に構成されている。

図５は、アングルセンサユニット２０をギヤボックスハウジング１３に組付ける工程を説明する図である。
ギヤボックスカバー１３ａには、フェースギヤ１１ｂのピッチ円周上に対応する位置に、操舵軸２ｂの軸方向にセンサ取付用の嵌合穴１３ｂを設けている。そして、この嵌合穴１３ｂに、アングルセンサユニット２０を第一検出用歯車２１が露出している側から挿入固定することで、ウォームホイール１１ａのフェースギヤ１１ｂと、アングルセンサユニット２０の第一検出用歯車２１（アングルセンサハウジング２５から露出した部分）とが噛合する構造となっている。

このように、アングルセンサユニット２０の筐体は、検出用歯車２１及び２２の軸方向両側から、検出用歯車２１及び２２をアングルセンサハウジング２５とアングルセンサカバー２６とで覆うように構成されている。すなわち、筐体の分割方向と、ギヤボックスハウジング１３へのアングルセンサユニット２０の挿入方向とが直角方向となる。したがって、万が一、アングルセンサユニット２０の着脱時に筐体接合面の接合に不具合が発生した場合でも、筐体が完全に分割してしまうことを防ぐことができる。

以上のように、操舵力アシストのための減速機構を構成するウォームホイール１１ａの側面にフェースギヤ１１ｂを設け、このフェースギヤ１１ｂに回転角検出体（磁石）を回転させる第一検出用歯車２１を噛み合せる。また、第一検出用歯車２１は、フェースギヤ１１ｂとは別に第二検出用歯車２２とも噛合する。
このように、フェースギヤ１１ｂに検出用歯車を噛合して角度検出を行う構成とすることで、検出用歯車２１，２２の外径自由度を大きくすることができると共に、センサ検出精度やその他要件に合わせて任意の減速比を設定することができる。また、検出用歯車を複数設けるので、３６０度以上の絶対角検出が可能となる。

また、第一検出用歯車２１と、第二検出用歯車２２と、角度検出用基板２３と、検出用歯車２１，２２を回転可能に支持する歯車支持部材２４と、これらを収納するアングルセンサハウジング２５及びアングルセンサカバー２６とでアングルセンサユニット２０を構成する。そして、このアングルセンサユニット２０を電動パワーステアリング装置に着脱可能に構成する。このように、アングルセンサユニット２０をコンパクトにユニット化するので、レイアウト性を向上させることができる。したがって、アングルセンサユニット２０を配置することによるＥＰＳ周辺部品への影響を最小限に抑えることができる。

また、アングルセンサユニット２０を操舵補助機構１０に設けるため、トーションバーよりも下流側で舵角をセンシングすることが可能となる。舵角情報は、横滑り防止制御（ＥＳＣ）やトラクションコントロール、レーンキープ、パーキングアシストといった車両制御や、端当て防止、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）アシストといったＥＰＳ制御に用いられる。そのため、本質的には操舵系の下流（タイヤに近い側）の舵角をセンシングするのが理想である。ステアリングホイールからタイヤに至るまでには、トーションバーがあるため、タイヤの切れ角とハンドル操舵角にはトーションバーの捩れ分のズレが生じることになる。本実施形態では、トーションバーよりも下流側で舵角をセンシングするため、センサ検出精度を向上し、上記の各制御を適切に実施することができる。

さらに、アングルセンサは検出用歯車の摺動部にフリクションを持っているため、仮に操舵補助機構１０よりも上流にセンサを配置すると、そのフリクションは操舵フリクションとしてハンドルに伝わるが、本実施形態では、アングルセンサをアシスト領域に配置するため、ＥＰＳが機能している間はセンサフリクションがハンドルに伝わることがない。
さらにまた、本実施形態では、フェースギヤ１１ｂを用いてウォームホイール１１ａから検出用歯車２１，２２への動力伝達を行っているため、図３に示すように、第一検出用歯車２１にウォームホイール１１ａに設けたフェースギヤ１１ｂと第二検出用歯車２２との両方を噛合し、歯車列を構成することが可能となっている。仮に、フェースギヤ１１ｂと噛合する第一検出用歯車２１として傘歯車を用いた場合、第一検出用歯車２１と第二検出用歯車２２とを噛合させるためには、第一検出用歯車２１に傘歯車と平歯車の両方を成形する必要がある。そのため、この場合には歯車の厚みが増すと共にコスト増にも繋がってしまうが、本実施形態ではこのような問題はない。

また、アングルセンサハウジング２５及びアングルセンサカバー２６を、アングルセンサユニット２０を組み立てた状態において、第一検出用歯車２１の一部が露出する開口部を有するように構成し、ギヤボックスハウジング１３の軸方向端面（ギヤボックスカバー１３ａ）に、フェースギヤ１１ｂの一部が露出し、アングルセンサユニット２０と嵌合する嵌合穴１３ｃを設ける。このように、フェースギヤ１１ｂの歯面がアングルセンサユニット２０の挿入側を向くようにするため、噛合する２つの歯車の位相合わせが容易となり、アングルセンサユニット２０の組付けを容易に行うことができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態におけるアングルセンサユニット２０に代えて、アングルセンサユニット３０を適用したものである。そして、この第２の実施形態では、トルクセンサユニット１４のトルク検出用基板とアングルセンサユニット３０の角度検出用基板とを、トルクセンサユニット１４のトルクセンサ受感部とアングルセンサユニット３０の検出用歯車との間に配置する。

図６は、第２の実施形態における操舵補助機構１０周辺の主要部を示す図である。
本実施形態では、アングルセンサユニット３０を、ギヤボックスハウジング１３に取り付けたトルクセンサユニット１４を覆うように重ねて配置する。
アングルセンサユニット３０は、図７に示すように、中間歯車３１、第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）３２、第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）３３、及び角度検出用基板３４を少なくとも備える。中間歯車３１は、角度検出機能を有しない回転伝達用歯車であり、フェースギヤ１１ｂに噛合している。この中間歯車３１には、第一検出用歯車３２と第二検出用歯車３３とが噛合している。これにより、操舵軸（出力軸２ｂ）の回転が中間歯車３１を介して検出用歯車３２及び３３に伝達される。

検出用歯車３２及び３３には径方向に着磁された磁石が埋設されており、これら検出用歯車３２及び３３に対向して配置された角度検出用基板３４上のホールＩＣや磁気抵抗素子といった磁気検出素子（角度検出素子）を用いて、各検出用歯車３２，３３の回転角を検出可能となっている。
ここで、各検出用歯車３２，３３は平歯車であり、上述した第１の実施形態の検出用歯車２１，２２と同様に、第一検出用歯車３２の歯数と第二検出用歯車３３の歯数とは、異なる枚数に設定されている。そして、この２つの検出用歯車３２及び３３によってそれぞれ検出した２つの検出角度の関係から、ウォームホイール１１ａ（操舵軸）の３６０度以上の回転角（操舵軸の絶対角）を演算することができるようになっている。

また、トルクセンサユニット１４は、トルク検出用基板１４ａと、トルクセンサ受感部（検出コイル）１４ｂとを少なくとも備える。トルクセンサ受感部１４ｂは、トルクに応じてインピーダンスが変化するものである。また、トルク検出用基板１４ａは、トルクセンサ受感部１４ｂの出力信号（インピーダンス変化）に基づいて操舵トルクを演算するためのトルク信号増幅回路等を含むトルク演算回路が搭載された基板である。

そして、角度検出用基板３４とトルク検出用基板１４ａとは、トルクセンサ受感部１４ｂと検出用歯車３２及び３３との間に挟まれるようにレイアウトされる。すなわち、操舵軸２ｂ側から当該操舵軸２ｂの径方向外側（図７の上方向）に向かって、トルクセンサ受感部１４ｂ、トルク検出用基板１４ａ、角度検出用基板３４、検出用歯車３２及び３３の順に配置される。

次に、アングルセンサユニット３０の具体的構成について詳細に説明する。
図８は、アングルセンサユニット３０の具体的構成を示す分解斜視図である。
この図８に示すように、アングルセンサユニット３０は、中間歯車３１、第一検出用歯車３２、第二検出用歯車３３、及び角度検出用基板３４の他に、歯車支持部材（歯車支持部）３５、アングルセンサハウジング３６及びアングルセンサカバー３７を備える。

アングルセンサカバー３７には、検出用歯車支持部３７ａと信号コネクタ３７ｂとが一体成型されており、このアングルセンサカバー３７に、中間歯車３１、検出用歯車３２及び３３、歯車支持部材３５、角度検出用基板３４をこの順に組付ける。このとき、中間歯車３１と検出用歯車３２，３３とを、検出用歯車支持部３７ａと歯車支持部材３５とによって回転可能に支持し、角度検出用基板３４を信号コネクタ３７ｂに接続する。

すなわち、角度検出用基板３４と検出用歯車３２，３３との間に歯車支持部材３５を配置し、この歯車支持部材３５によって角度検出用基板３４上にレイアウトされた角度検出素子と検出用歯車３２，３３との軸方向位置及び軸直角方向位置を決める。そして、これらをアングルセンサカバー３７で覆うことで、アングルセンサユニット３０を構成する。
アングルセンサカバー３７をアングルセンサハウジング３６に取り付けた状態では、アングルセンサハウジング３６とアングルセンサカバー３７とによって開口部が形成される。そして、この開口部から、中間歯車３１の径方向において、中間歯車３１の検出用歯車３２，３３との噛合側とは反対側の一部が露出した状態となる。

このアングルセンサユニット３０は、電動パワーステアリング装置に着脱可能に構成されている。
図９は、アングルセンサユニット３０をギヤボックスハウジング１３に組付ける工程を説明する図である。
ギヤボックスカバー１３ａには、フェースギヤ１１ｂのピッチ円周上に対応する位置に、操舵軸２ｂの軸方向にセンサ取付用の嵌合穴１３ｃを設けている。そして、この嵌合穴１３ｃにアングルセンサユニット３０を、中間歯車３１が露出している側から挿入固定する。このとき、ウォームホイール１１ａのフェースギヤ１１ｂと、アングルセンサユニット３０の中間歯車３１（アングルセンサハウジング３６から露出した部分）とが噛合した状態で、アングルセンサユニット３０がトルクセンサユニット１４のトルクセンサハウジング１４ｃに固定される。

このような取付構造とすることで、アングルセンサユニット３０がトルクセンサハウジング１４ｃのカバーを兼ねることができ、部品点数を抑えることができる。また、トルクセンサの上方（操舵軸２ｂの径方向外側）にアングルセンサユニット３０を着脱可能に配するため、例えばアングルセンサ有無でＥＰＳ仕様を分けた場合でも、トルクセンサは同一のもので対応が可能となる。

以上のように、本実施形態のアングルセンサユニット３０は、フェースギヤに噛み合う中間歯車３１と、中間歯車３１にそれぞれ噛合する検出用歯車３２，３３とを備える。検出用歯車３２，３３には、径方向に着磁された回転角検出体（磁石）が固着している。そして、トルクセンサユニット１４のトルク検出用基板１４ａとアングルセンサユニット３０の角度検出用基板３４とを、トルクセンサ受感部１４ｂと検出用歯車３２，３３との間に配置する。

したがって、上述した第１の実施形態と同様に、検出用歯車３２，３３の外径自由度を大きくすることができると共に、センサ検出精度やその他要件に合わせて任意の減速比を設定することが容易である。さらに、トルクセンサ受感部１４ｂと検出用歯車３２，３３との間にトルク検出用基板１４ａ及び角度検出用基板３４を配置することで、アングルセンサ追加に伴うＥＰＳシステムの外寸拡大を抑えることができる。そのため、ＥＰＳ周辺部品への影響を最小限に抑えながら３６０度以上の絶対角検出が可能となる。すなわち、車載性を大きく損なうことなくアングルセンサ搭載を可能としている。

また、検出用歯車３２，３３を、角度検出用基板３４を挟んでトルク検出用基板１４ａの反対側にレイアウトするので、検出用歯車３２，３３に埋設した磁石の磁気がトルクセンサ出力に影響を与えるのを抑制することができる。
なお、上記第２の実施形態においては、検出用歯車３２，３３に埋設された磁石の磁気がトルクセンサに影響を与えるのを防止するために、角度検出用基板３４とトルク検出用基板１４ａとの間に、磁気シールド部材（磁気遮断部材）を介装するようにしてもよい。

また、アングルセンサユニット３０の筐体を樹脂やアルミダイカストといった材料で成形し、アングルセンサハウジング３６に磁気シールド部材をインサート成形してもよい。さらに、アングルセンサカバー３７のみ鋼材で成形し、アングルセンサハウジング３６に磁気遮蔽の機能を持たせてもよい。
更には、アングルセンサユニット３０をトルクセンサハウジング１４ｃに固定する際に、シール部材を介装または塗布してもよい。

また、アングルセンサユニット３０は、図１０に示す構成とすることもできる。この図１０に示すアングルセンサユニット３０は、図８に示すアングルセンサユニット３０において、中間歯車３１、第一検出用歯車３２、第二検出用歯車３３及び角度検出用基板３４以外の構成が異なる。
すなわち、アングルセンサユニット３０は、中間歯車３１、第一検出用歯車３２、第二検出用歯車３３、角度検出用基板３４、アングルセンサハウジング３８、及びアングルセンサカバー３９を備える。

アングルセンサハウジング３８には、歯車支持部３８ａと信号コネクタ３８ｂとが一体成型されており、ここに中間歯車３１及び検出用歯車３２，３３が組み込まれる。また、アングルセンサハウジング３８の裏側（歯車支持部３８ａが成型された面とは反対側）には、角度検出用基板３４が組み込まれる。このとき、中間歯車３１と検出用歯車３２，３３とを、歯車支持部３８ａによって支持し、角度検出用基板３４を信号コネクタ３８ｂに接続する。そして、アングルセンサハウジング３８に、中間歯車３１及び検出用歯車３２，３３を配置した側からアングルセンサカバー２６を取り付けることで、アングルセンサユニット３０を構成する。

このような構成の場合にも、図８に示すアングルセンサユニット３０と同様の効果が得られる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、上述した第２の実施形態において、アングルセンサを構成する角度検出用基板を、トルク検出用基板と共通の信号コネクタに接続するようにしたものである。

図１１は、第３の実施形態のアングルセンサユニット４０の具体的構成を示す分解斜視図である。
アングルセンサユニット４０は、中間歯車４１、第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）４２、第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）４３、歯車支持部材（歯車支持部）４４、及びアングルセンサハウジング４５を備える。ここで、中間歯車４１、第一検出用歯車４２及び第二検出用歯車４３は、上述した第２の実施形態における中間歯車３１、第一検出用歯車３２及び第二検出用歯車３３と同様の機能を有するものとする。

アングルセンサハウジング４５には、検出歯車支持部４５ａが一体成型されており、ここに中間歯車４１及び検出用歯車４２，４３が歯車支持部材４４に支持された状態で組み込まれる。この状態では、中間歯車４１の径方向において、中間歯車４１の検出用歯車４２，４３との噛合側とは反対側の一部が、アングルセンサハウジング４５の側面から露出した状態となる。

このアングルセンサユニット４０は、電動パワーステアリング装置に着脱可能に構成されている。
図１２は、アングルセンサユニット４０をギヤボックスハウジング１３に組付ける工程を説明する図である。
先ず、アングルセンサを構成する角度検出用基板４６を、トルクセンサハウジング１４ｃに格納固定する。このとき、角度検出用基板４６を、トルク検出用基板１４ａの上に配置し、トルク検出用基板１４ａと共通の信号コネクタに接続する。その後、ギヤボックスカバー１３ａに設けられた嵌合穴１３ｃにアングルセンサユニット４０を挿入固定する。このとき、ウォームホイール１１ａのフェースギヤ１１ｂと、アングルセンサユニット４０の中間歯車４１（アングルセンサハウジング４５から露出した部分）とが噛合した状態で、アングルセンサユニット４０がトルクセンサユニット１４のトルクセンサハウジング１４ｃに固定される。

また、このとき、アングルセンサユニット４０の第一検出用歯車３２及び第二検出用歯車３３に固着された磁石は、角度検出用基板４６に配置した角度検出素子に対向配置される。
これにより、操舵軸２ｂ側から当該操舵軸２ｂの径方向外側（図７の上方向）に向かって、トルクセンサ受感部１４ｂ、トルク検出用基板１４ａ、角度検出用基板４６、検出用歯車４２及び４３の順に配置される。

このような取付構造とすることで、アングルセンサハウジング４５に角度検出用基板４６の信号コネクタを設ける必要がなくなる。更には、角度検出用基板４６とトルク検出用基板１４ａとの信号コネクタを共通化することが可能となる。これにより、部品点数を抑えることができると共に、ＥＣＵ１５へ接続するハーネスを減らすことができ、組立作業性が向上する。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

この第４の実施形態は、上述した第３の実施形態において、アングルセンサユニットの角度検出用基板と、トルクセンサユニットのトルク検出用基板とを１枚の基板によって構成するようにしたものである。
ここで、本実施形態におけるアングルセンサユニットは、図１１に示すアングルセンサユニット４０と同一構成を有するものとする。

図１３は、第４の実施形態のアングルセンサユニット４０をギヤボックスハウジング１３に組付ける工程を説明する図である。
この図１３に示すように、アングルセンサユニット４０の角度検出用基板と、トルクセンサユニット１４のトルク検出用基板とを１枚に集約したセンサ基板１４ｄを、トルクセンサユニット１４のトルクセンサハウジング１４ｃに格納固定した状態で、アングルセンサユニット４０を組付ける。

このとき、ギヤボックスカバー１３ａに設けられた嵌合穴１３ｃにアングルセンサユニット４０を挿入固定する。これにより、ウォームホイール１１ａのフェースギヤ１１ｂと、アングルセンサユニット４０の中間歯車４１（アングルセンサハウジング４５から露出した部分）とが噛合した状態で、アングルセンサユニット４０がトルクセンサユニット１４のトルクセンサハウジング１４ｃに固定される。

以上のように、アングルセンサの角度検出素子と、トルクセンサのトルク振動増幅回路とを１枚の基板にレイアウトするので、センサ基板を１枚に集約することができ、部品点数の削減と組立作業効率の向上とを図ることができる。
（変形例）
上記各実施形態においては、回転角検出体（磁石）を埋設した検出用歯車の数を２個とする場合について説明したが、３個以上であってもよい。

また、検出用歯車や中間歯車の配置は、図１４に示すように適宜設定可能である。すなわち、第１の実施形態では、図１４（ａ）に示すようにフェースギヤ１１ｂに対する２つの検出用歯車Ａ，Ｂの配列方向を直角としているが、図１４（ｂ）に示すように９０度以外の所定角度をもって２つの検出用歯車Ａ，Ｂを配列するようにしてもよい。
さらに、第２〜４の実施形態では、図１４（ｃ）に示すように、中間歯車Ａをフェースギヤ１１ｂに噛合すると共に、中間歯車Ａに２つの検出用歯車Ｂ，Ｃを噛合させているが、図１４（ｄ）に示すように、中間歯車Ａをフェースギヤ１１ｂに噛合し、検出用歯車Ｂを中間歯車Ａに噛合し、検出用歯車Ｃを検出用歯車Ｂに噛合させるようにしてもよい。すなわち、複数の検出用歯車のうち第二検出用歯車Ｃは、中間歯車Ａ及び第一検出用歯車Ｂの何れか一方と噛み合えばよい。

また、図１４（ｃ）に示す配置に対して、図１４（ｅ）に示すように４つめの歯車Ｄを設け、その歯車Ｄに回転角検出体（磁石）を埋設し、歯車Ｂ，Ｃ，Ｄでそれぞれ角度検出を行って、相互監視や異常検出を行うようにしてもよい。
さらにまた、図１４（ｃ）及び（ｄ）に示す配置において、歯車Ａにも回転角検出体（磁石）を埋設し、歯車Ａ，Ｂ，Ｃでそれぞれ角度検出を行って、相互監視や異常検出を行うようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、回転角検出体（磁石）を埋設した２個の検出用歯車の歯数を異ならせる場合について説明したが、歯数を同じとして冗長性を持たせる仕様とすることもできる。この場合、２つの検出用歯車による検出角度は同じになるため、これらを相互監視することで異常を検出することが可能となる。これら２つの検出用歯車の歯数が同じでも、車輪速などの車両側からの情報や、電動モータ１２のレゾルバ信号などを用いることで、絶対角を演算、推定することが可能である。

ＳＭ…ステアリング機構、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４，６…ユニバーサルジョイント、５…中間シャフト、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１１…ウォーム減速機、１１ａ…ウォームホイール、１１ｂ…フェースギヤ、１２…電動モータ、１３…ギヤボックスハウジング、１３ａ…ギヤボックスカバー、１３ｂ，１３ｃ…嵌合穴、１４…トルクセンサユニット、１５…ＥＰＳコントロールユニット（ＥＣＵ）、２０，３０，４０…アングルセンサユニット、２１…第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）、２２…第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）、２３…角度検出用基板、２４…歯車支持部材、２５…アングルセンサハウジング、２６…アングルセンサカバー、３１…中間歯車、３２…第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）、３３…第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）、３４…角度検出用基板、３５…歯車支持部材、３６…アングルセンサハウジング、３７…アングルセンサカバー、３８…アングルセンサハウジング、３９…アングルセンサカバー、４１…中間歯車、４２…第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）、４３…第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）、４４…歯車支持部材、４５…アングルセンサハウジング、４６…角度検出用基板

Claims (9)

1. ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、
   前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、
   前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
   前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、
   前記舵角検出部は、
   前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、
   径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う第一の回転検出用歯車と、
   径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車及び前記第一の回転検出用歯車の何れか一方と噛み合う少なくとも１つの第二の回転検出用歯車と、
   前記中間歯車及び複数の前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、
   前記回転検出用歯車の各磁石とそれぞれ対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、
   少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、備え、
   前記ギヤボックスハウジングは、前記ウォーム減速機を収容した状態で前記フェースギヤの一部が露出し、前記センサハウジングが嵌合する嵌合穴を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、
   前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、
   前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
   前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、
   前記舵角検出部は、
   径方向に着磁された磁石が固着され、前記フェースギヤと噛み合う第一の回転検出用歯車と、
   径方向に着磁された磁石が固着され、前記第一の回転検出用歯車と噛み合う少なくとも１つの第二の回転検出用歯車と、
   複数の前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、
   前記回転検出用歯車の各磁石とそれぞれ対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、
   少なくとも前記第一の回転検出用歯車、前記第二の回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記第一の回転検出用歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、備え、
   前記ギヤボックスハウジングは、前記ウォーム減速機を収容した状態で前記フェースギヤの一部が露出し、前記センサハウジングが嵌合する嵌合穴を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記ウォームホイールは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形して構成されており、
   前記フェースギヤは、前記樹脂部に形成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. 前記トルク検出部は、
   トルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルと、
   前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて、前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載したトルク検出用基板と、を備え、
   前記角度検出用基板と前記トルク検出用基板とは、前記検出コイルと前記回転検出用歯車との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記トルク検出部及び前記舵角検出部は、
   前記操舵軸から当該操舵軸の径方向外側に向かって、前記検出コイル、前記トルク検出用基板、前記角度検出用基板、前記回転検出用歯車の順に配置するように、前記ギヤボックスハウジングに取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記トルク検出部は、前記ギヤボックスハウジングに組付けられて前記検出コイル及び前記トルク検出用基板を収容するトルクセンサハウジングを備え、
   前記舵角検出部の前記センサハウジングが、前記トルクセンサハウジングを覆うように当該トルクセンサハウジングに重ねて配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記角度検出用基板は、前記トルク検出用基板と共通のコネクタに接続されていることを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板との間に、磁気を遮断する磁気遮断部材を備えることを特徴とする請求項４〜７の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板とは１枚の基板によって構成されていることを特徴とする請求項４〜７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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