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
【課題】接続端子と回路基板のスルーホールの間に位置ずれが発生しても、接続端子のコイル導線を巻付けている巻付け部位へのストレスを緩和し、接続端子及び回路基板の半田付け部位への影響を低減する。
【解決手段】回転軸に生じるトルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイル１３ａを備えているトルク検出部１５ａと、検出コイルを構成するコイル導線の始端部及び終端部を一端に巻き付け、他端が前記トルク検出部から外方に突出している一対の接続端子１９ａ，１９ｂと、スルーホール２０ａを有する回路基板２０とを備えている。接続端子１９ａは、連結部１９ａ１に連結されて互いに平行に延在する巻付け部１９ａ２と、基板接続部１９ａ３とを有する棒状部材であり、巻き付け部の基部及び連結部の一部が端子固定部１６ｄで固定され、端子固定部に沿って基板接続部が回路基板のスルーホールに向けて延在している。
【解決手段】回転軸に生じるトルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイル１３ａを備えているトルク検出部１５ａと、検出コイルを構成するコイル導線の始端部及び終端部を一端に巻き付け、他端が前記トルク検出部から外方に突出している一対の接続端子１９ａ，１９ｂと、スルーホール２０ａを有する回路基板２０とを備えている。接続端子１９ａは、連結部１９ａ１に連結されて互いに平行に延在する巻付け部１９ａ２と、基板接続部１９ａ３とを有する棒状部材であり、巻き付け部の基部及び連結部の一部が端子固定部１６ｄで固定され、端子固定部に沿って基板接続部が回路基板のスルーホールに向けて延在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、コイルユニットと、このコイルユニットに電気的に接続される回路基板とから主として構成されている。
コイルユニットは、コイルボビンと、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と、ヨーク部材とを備えている。
コイルボビンは、円筒状に形成され、外周にコイル導線を巻回して検出コイルを形成するコイル巻回部と、このコイル巻回部の軸方向両端部に設けた一対のフランジ部とを備えている。
【０００３】
巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子は、一方のフランジに設けた接続端子取付部から径方向外側に突出して固定されている直線状の棒部材であり、コイル導線の始端部及び終端部がそれぞれ巻付け接続されている。また、ヨーク部材は、コイルボビンを被嵌する部材である。
そして、コイルユニットの接続端子取付部から径方向外側に突出した巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子が、回路基板の所定位置に形成したスルーホールに差し込まれ、半田付けで接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動パワーステアリング装置は、回路基板、検出コイル及びその他の周辺部品の形状誤差により、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と回路基板のスルーホールの間に位置ずれが発生しやすい。
近年、電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサには冗長性が必要とされ、複数の検出コイルを用いてフェールセーフを実現しているが、検出コイルの数が多くなると接続端子の数も増大するので、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と回路基板のスルーホールとの位置ずれ量も大きくなる。
【０００６】
巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と回路基板のスルーホールとの位置ずれ量が大きくなると、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子の開放端側が変位しながらスルーホールに係合するので、接続端子のコイル導線を巻付けた部位（巻付け部）に大きなストレスが加わるとともに、半田付け部位に悪影響を与えるおそれがある。
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、接続端子と回路基板のスルーホールの間に位置ずれが発生しても、接続端子のコイル導線を巻付けている巻付け部位へのストレスを緩和し、接続端子及び回路基板の半田付け部位への影響を低減する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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るトルクセンサは、回転軸に生じるトルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルを備えているトルク検出部と、前記検出コイルを構成するコイル導線の始端部及び終端部を一端に巻き付け、他端が前記トルク検出部から外方に突出している一対の接続端子と、前記一対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前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載した回路基板と、を備え、前記接続端子は、連結部に連結されて互いに平行に延在する短尺な巻付け部と長尺な基板接続部とを有する略Ｊ字形状に折曲された棒状部材であり、前記巻き付け部の基部及び前記連結部の一部が前記トルク検出部の端子固定部で固定され、前記端子固定部に沿って前記基板接続部が前記回路基板の前記スルーホールに向けて延在している。
【０００８】
また、本発明に係るトルクセンサは、前記トルク検出部が、前記コイル導線が巻き付いて前記検出コイルを形成する中空円筒形状のコイルボビンを備え、前記端子固定部は、前記コイルボビンの軸方向の一端に形成したフランジの外周の一部に一体に設けられていることが好ましい。
また、本発明に係るトルクセンサは、前記トルク検出部が、同一形状及び同一寸法の前記検出コイル、前記一対の接続端子及び前記端子固定部を備えた一対のコイルユニットで構成されており、一方のコイルユニットの正面に他方のコイルユニットの裏面を対面させて配置し、前記一方のコイルユニットの前記端子固定部と、前記他方のコイルユニットの前記端子固定部とが、これらコイルユニットの中心点を通る線に対して偏倚した位置に設けられていることが好ましい。
さらに、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上述したトルクセンサを備え、前記トルクセンサが検出した前記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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るトルクセンサによると、接続端子の基板接続部は、変形自在な十分な長さを有しているので基板接続部と回路基板のスルーホールとの位置ずれを吸収し、容易に半田付け作業を行なうことができる。また、検出コイルのコイル導線が巻き付けられている接続端子の巻付け部の基部は端子固定部に固定されているので、前述した位置ずれによるストレスを緩和することができ、接続端子とスルーホールの接続部位に悪影響を与えない。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】トルク検出部を構成する一方のコイルユニットを示す図である。
【図４】他方のコイルユニットを示す図である。
【図５】同一形状及び同一寸法の一対のコイルユニットからなるトルク検出部を軸方向から示した図である。
【図６】トルク検出部を上方から示した図である。
【図７】接続端子と回路基板のスルーホールとを示した図である。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】トルク演算回路を示すブロック図である。
【図１１】トルク検出部の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
次に、図１〜図７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を備えたコイルユニット１５と、センサシャフト部１１及びコイルユニット１５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。
【００１５】
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、入力軸側ハウジング部５ａの内部に固定されたコイルユニット１５で包囲されている。
【００１６】
コイルユニット１５は、検出コイル１３ａを収容した第１コイルユニット１５ａと、検出コイル１３ｂを収容した第２コイルユニット１５ｂとで構成されている。
第１コイルユニット１５ａは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、軸方向両端側の外径がそれぞれ拡径した非磁性材料からなる段付き中空円筒状のコイルボビン１６と、コイルボビン１６の外周にコイル導線を巻回して形成した検出コイル１３ａと、検出コイル１３ａを覆うようにコイルボビン１６の軸方向一方側から被嵌した磁性材料からなるヨーク部材１７と、コイルボビン１６の軸方向他方側に配置した円環状のカバー部材１８と、検出コイル１３ａの両端に接続した一対の接続端子１９ａ，１９ｂとを備えている。
【００１７】
コイルボビン１６は、図３（ｂ）に示すように、コイル巻回部１６ａと、このコイル巻回部１６ａの一端に設けられ、ヨーク部材１７に覆われる第１フランジ部１６ｂと、コイル巻回部１６ａの他端に設けられた第２フランジ部１６ｃと、第２フランジ部１６ｃの外周の一部から突出して設けられた接続端子取付け部１６ｄとで構成されている。
接続端子取付け部１６ｄは、図３（ａ）に示すように、第１コイルユニット１５ａの中心点Ｏを通る垂直線ＶＬに対して所定距離ΔＬだけ左方に偏倚した位置とされている。
【００１８】
この接続端子取付け部１６ｄには、接続端子１９ａ，１９ｂの一部が、例えばインサート成形により埋め込まれて外方に突出しており、一対の接続端子１９ａ，１９ｂの一部を埋め込んだ接続端子取付け部１６ｄ、コイル巻回１６ａ、第１フランジ部１６ｂ及び第２フランジ部１６ｃが、樹脂モールド成型によって一体成型されている。
コイルボビン１６のコイル巻回部１６ａ、第１フランジ部１６ｂ及び第２フランジ部１６ｃで画成された凹部に、コイル導線が巻回されて検出コイル１３ａが形成されている。
【００１９】
一対の接続端子１９ａ，１９ｂの一方の接続端子１９ａは、図３（ｂ）に示すように、連結部１９ａ１に一端側が連結されながら互いに平行に延在している短尺な巻付け部１９ａ２及び長尺な基板接続部１９ａ３を備えた略Ｊ字形状に折曲された棒状部材である。
この接続端子１９ａは、巻き付け部１９ａ２の基部及び連結部１９ａ１の一部が接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれ、巻き付け部１９ａ２の先端が接続端子取付け部１６ｄの外方を向く端面から外方に突出し、接続端子取付け部１６ｄの側面に沿って基板接続部１９ａ３が外方に突出した状態で配置されている。
【００２０】
また、一対の接続端子１９ａ，１９ｂの他方の接続端子１９ｂも、一方の接続端子１９ａと同一形状の連結部（不図示）、巻付け部１９ｂ２及び基板接続部１９ｂ３を有している。
そして、図３（ｂ）に示すように、検出コイル１３ａの巻始め端部が一方の接続端子１９ａの巻付け部１９ａ２に接続され、検出コイル１３ａの巻終り端部が他方の接続端子１９ｂの巻付け部１９ｂ２（図６参照）に接続されている。
【００２１】
第２コイルユニット１５ｂは、図４に示すように、第１コイルユニット１５ａと同形状のコイルボビン１６と、コイルボビン１６の外周にコイル導線を巻回して形成した検出コイル１３ｂと、検出コイル１３ｂを覆うようにコイルボビン１６の軸方向一方側から被嵌した磁性材料からなるヨーク部材１７と、コイルボビン１６の軸方向他方側に配置した円環状のカバー部材１８と、検出コイル１３ｂの両端に接続した一対の接続端子１９ｃ，１９ｄ（図５参照）とを備えている。
【００２２】
コイルボビン１６は、コイル巻回部１６ａと、このコイル巻回部１６ａの一端に設けられ、ヨーク部材１７に覆われる第１フランジ部１６ｂと、コイル巻回部１６ａの他端に設けられた第２フランジ部１６ｃと、第２フランジ部１６ｃの外周の一部から突出して設けられた接続端子取付け部１６ｄとで構成されている。
第２コイルユニット１５ｂの接続端子取付け部１６ｄも、図示しないが、第１コイルユニット１５ａの接続端子取付け部１６ｄと同様に、中心点Ｏを通る垂直線ＶＬに対して所定距離ΔＬだけ左方に偏倚した位置とされている。
【００２３】
接続端子１９ｃは、連結部１９ｃ１に一端側が連結されながら互いに平行に延在している短尺な巻付け部１９ｃ２及び長尺な基板接続部１９ｃ３を備えた略Ｊ字形状に折曲された棒状部材であり、巻き付け部１９ｃ２の基部及び連結部１９ｃ１の一部が接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれ、巻き付け部１９ｃ２の先端が接続端子取付け部１６ｄの外方を向く端面から外方に突出し、接続端子取付け部１６ｄの側面に沿って基板接続部１９ｃ３が外方に突出した状態で配置されている。
【００２４】
また、他方の接続端子１９ｄも、一方の接続端子１９ｃと同一形状の連結部（不図示）、巻付け部１９ｄ２及び基板接続部１９ｄ３を有している。
そして、検出コイル１３ｂの巻始め端部が一方の接続端子１９ｃの巻付け部１９ｃ２に接続され、検出コイル１３ｂの巻終り端部が他方の接続端子１９ｄの巻付け部１９ｄ２（図６参照）に接続されている。
【００２５】
上記構成の同一形状及び同一寸法とした第１コイルユニット１５ａ及び第２コイルユニット１５ｂを、一方のユニットをその正面を向けて配置した状態でその裏面側に他方をそのユニットの裏面を対面させて配置することで、コイルユニット１５が形成される。
このコイルユニット１５は、図６に示すように、第１コイルユニット１５ａの基板接続部１９ａ３，１９ｂ３及び第２コイルユニット１５ｂの基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３が、コイルユニット１５の厚さ方向中央において周方向に整列した状態となる。
【００２６】
そして、コイルユニット１５は、図１に示すように、接続端子１９ａ〜１９ｄを上方に向けた状態で入力軸側ハウジング部５ａの内側に配置し、入力軸側ハウジング部５ａの上部側に形成した基板装着凹部５ｃに装着された回路基板２０に接続されている。
コイルユニット１５の接続端子１９ａ〜１９ｄと回路基板２０との接続は、図７に示すようにして行われる。すなわち、回路基板２０には、コイルユニット１５の接続端子１９ａ〜１９ｄを接続する４つのスルーホール２０ａ〜２０ｄが基板接続部１９ａ３〜１９ｄ３に対向して形成されている。そして、回路基板２０を下降させてスルーホール２０ａ〜２０ｄに基板接続部１９ａ３〜１９ｄ３を挿通し、回路基板２０を基板装着凹部５ｃ内にねじ止め等の固定手段で固定し、最後に、スルーホール２０ａ〜２０ｄと基板接続部１９ａ３〜１９ｄ３とを半田２１によって半田付けすることにより電気的に接続する（図３（ｂ）、図４参照）。
【００２７】
図８（ａ），（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８（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８（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。
【００２８】
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８（ａ），（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。
【００２９】
ここで、本発明に係る端子固定部が、接続端子取付け部１６ｄに対応している。
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図９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８（ａ），（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。
【００３６】
また、左操舵トルク発生時は、図８（ａ），（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９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９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。
【００３７】
また、回路基板２０には、接続端子１９ａ〜１９ｄ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。
図１０に示すように、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。
【００３８】
また、回路基板２０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。
【００３９】
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１９ａ及び１９ｃが互い接続されて接地され、他端例えば接続端子１９ｂ及び１９ｄ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
コントロールユニット４０は、図１０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。
【００４６】
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９に示す電圧クロス特性から外れる異常を検出する。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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８（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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８（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。
【００５５】
次に、本実施形態のトルクセンサＴＳのトルク検出部１０の作用効果について説明する。
トルク検出部１０のコイルユニット１５を構成する第１コイルユニット１５ａの一対の接続端子１９ａ，１９ｂは、連結部１９ａ１，１９ｂ１に一端側が連結されながら互いに平行に延在している短尺な巻付け部１９ａ２，１９ｂ２及び長尺な基板接続部１９ａ３，１９ｂ３を備えた略Ｊ字形状に折曲された棒状部材である。そして、巻き付け部１９ａ２，１９ｂ２の基部及び連結部１９ａ１，１９ｂ１の一部が、接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれ、巻き付け部１９ａ２，１９ｂ２の先端が接続端子取付け部１６ｄの外方を向く端面から外方に突出し、接続端子取付け部１６ｄの側面に沿って基板接続部１９ａ３，１９ｂ３が外方に突出した状態で配置されている。
【００５６】
ここで、一対の接続端子１９ａ，１９ｂの基板接続部１９ａ３，１９ｂ３は、変形自在な十分な長さを有しているので、基板接続部１９ａ３，１９ｂ３と回路基板２０のスルーホール２０ａ，２０ｂとの位置ずれを吸収して半田付けを行なうことができる。
また、検出コイル１３ａのコイル導線が巻き付けられている一対の接続端子１９ａ，１９ｂの巻付け部１９ａ２，１９ｂ２の基部は、接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれているのでストレスを緩和することができ、半田付け部位に悪影響を与えるおそれがない。
【００５７】
一方、コイルユニット１５を構成する第２コイルユニット１５ｂの一対の接続端子１９ｃ，１９ｄも、前述した一対の接続端子１９ａ，１９ｂと同一構成であり、接続端子１９ｃ，１９ｄの基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３が、変形自在な十分な長さを有しているので、基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３と回路基板２０のスルーホール２０ｃ，２０ｄとの位置ずれを吸収して半田付けを行なうことができる。
【００５８】
また、検出コイル１３ｂのコイル導線が巻き付けられている一対の接続端子１９ｃ，１９ｄの巻付け部１９ｃ２，１９ｄ２の基部も接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれているのでストレスを緩和することができ、半田付け部位に悪影響を与えるおそれがない。
また、同一形状及び同一寸法とした第１コイルユニット１５ａ及び第２コイルユニット１５ｂを、一方のユニットをその正面を向けて配置した状態でその裏面側に他方をそのユニットの裏面を対面させてコイルユニット１５を形成すると、第１コイルユニット１５ａの接続端子１９ａ，１９ｂを固定した接続端子取付け部１６ｄと、第２コイルユニット１５ａの接続端子１９ｃ，１９ｄを固定した接続端子取付け部１６ｄとが、中心点Ｏを通る垂直線ＶＬに対して所定距離ΔＬだけ左右に偏倚した位置となり、第１コイルユニット１５ａの基板接続部１９ａ３，１９ｂ３及び第２コイルユニット１５ｂの基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３が、コイルユニット１５の厚さ方向中央において周方向に整列した状態となる。このため、基板接続部１９ａ３，１９ｂ３、１９ｃ３，１９ｄ３に対して回路基板２０のスルーホール２０ａ〜２０ｄを上方から容易に挿通し、半田付け作業を容易に行なうことができる。
【００５９】
また、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、第１及び第２コイルユニット１５ａ，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。
【００６０】
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の第１及び第２コイルユニット１５ａ，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１１に示すように、シールド板部２６を介して検出コイル１３ｃ及び１３ｄを内装する一対の第１及び第２コイルユニット１５ｃ，１５ｄを設けて、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１９ａ〜１９ｈの８本に増加するので、これに応じて、ヨーク部材１７の開口部及び回路基板２０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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
１…入力軸、２…出力軸、２ａ…ピニオン軸、２ｅ…端部、３… トーションバー、４…ラック、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、５ｃ…基板装着凹部、５ｄ…中心開口、５ｅ…ヨーク収納部、５ｆ…スリット、６ａ，６ｂ…軸受、７…ウォームホイール、７ａ…ハブ、７ｂ…歯部、８… ウォーム、１０…トルク検出部、１１…センサシャフト部、１１ａ…凸条、１１ｂ…軸方向溝、１２…円筒部材、１２ａ，１２ｂ…窓、１２ｅ… 延長部、１３ａ，１３ｂ…検出コイル、１５…コイルユニット、１５ａ…第１コイルユニット、１５ｂ…第２コイルユニット、１６…コイルボビン、１６ａ…コイル巻回部、１６ｂ…第１フランジ部、１６ｃ…第２フランジ部、１６ｄ…接続端子取付け部、１７…ヨーク部材、１８…カバー部材、１９ａ〜１９ｄ…接続端子、１９ａ１〜１９ｄ１…連結部、１９ａ２〜１９ｄ２…巻付け部、１９ａ３〜１９ｄ３…基板接続部、２０…回路基板、２０ａ〜２０ｄ…スルーホール、２１…半田、３０…トルク演算回路、３１…トルク演算部、３３…操舵補助制御部、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、２１４…サブ増幅・全波整流部、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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、コイルユニットと、このコイルユニットに電気的に接続される回路基板とから主として構成されている。
コイルユニットは、コイルボビンと、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と、ヨーク部材とを備えている。
コイルボビンは、円筒状に形成され、外周にコイル導線を巻回して検出コイルを形成するコイル巻回部と、このコイル巻回部の軸方向両端部に設けた一対のフランジ部とを備えている。
【０００３】
巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子は、一方のフランジに設けた接続端子取付部から径方向外側に突出して固定されている直線状の棒部材であり、コイル導線の始端部及び終端部がそれぞれ巻付け接続されている。また、ヨーク部材は、コイルボビンを被嵌する部材である。
そして、コイルユニットの接続端子取付部から径方向外側に突出した巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子が、回路基板の所定位置に形成したスルーホールに差し込まれ、半田付けで接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動パワーステアリング装置は、回路基板、検出コイル及びその他の周辺部品の形状誤差により、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と回路基板のスルーホールの間に位置ずれが発生しやすい。
近年、電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサには冗長性が必要とされ、複数の検出コイルを用いてフェールセーフを実現しているが、検出コイルの数が多くなると接続端子の数も増大するので、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と回路基板のスルーホールとの位置ずれ量も大きくなる。
【０００６】
巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子と回路基板のスルーホールとの位置ずれ量が大きくなると、巻き始め接続端子及び巻き終り接続端子の開放端側が変位しながらスルーホールに係合するので、接続端子のコイル導線を巻付けた部位（巻付け部）に大きなストレスが加わるとともに、半田付け部位に悪影響を与えるおそれがある。
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、接続端子と回路基板のスルーホールの間に位置ずれが発生しても、接続端子のコイル導線を巻付けている巻付け部位へのストレスを緩和し、接続端子及び回路基板の半田付け部位への影響を低減する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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るトルクセンサは、回転軸に生じるトルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルを備えているトルク検出部と、前記検出コイルを構成するコイル導線の始端部及び終端部を一端に巻き付け、他端が前記トルク検出部から外方に突出している一対の接続端子と、前記一対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前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載した回路基板と、を備え、前記接続端子は、連結部に連結されて互いに平行に延在する短尺な巻付け部と長尺な基板接続部とを有する略Ｊ字形状に折曲された棒状部材であり、前記巻き付け部の基部及び前記連結部の一部が前記トルク検出部の端子固定部で固定され、前記端子固定部に沿って前記基板接続部が前記回路基板の前記スルーホールに向けて延在している。
【０００８】
また、本発明に係るトルクセンサは、前記トルク検出部が、前記コイル導線が巻き付いて前記検出コイルを形成する中空円筒形状のコイルボビンを備え、前記端子固定部は、前記コイルボビンの軸方向の一端に形成したフランジの外周の一部に一体に設けられていることが好ましい。
また、本発明に係るトルクセンサは、前記トルク検出部が、同一形状及び同一寸法の前記検出コイル、前記一対の接続端子及び前記端子固定部を備えた一対のコイルユニットで構成されており、一方のコイルユニットの正面に他方のコイルユニットの裏面を対面させて配置し、前記一方のコイルユニットの前記端子固定部と、前記他方のコイルユニットの前記端子固定部とが、これらコイルユニットの中心点を通る線に対して偏倚した位置に設けられていることが好ましい。
さらに、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上述したトルクセンサを備え、前記トルクセンサが検出した前記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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るトルクセンサによると、接続端子の基板接続部は、変形自在な十分な長さを有しているので基板接続部と回路基板のスルーホールとの位置ずれを吸収し、容易に半田付け作業を行なうことができる。また、検出コイルのコイル導線が巻き付けられている接続端子の巻付け部の基部は端子固定部に固定されているので、前述した位置ずれによるストレスを緩和することができ、接続端子とスルーホールの接続部位に悪影響を与えない。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】トルク検出部を構成する一方のコイルユニットを示す図である。
【図４】他方のコイルユニットを示す図である。
【図５】同一形状及び同一寸法の一対のコイルユニットからなるトルク検出部を軸方向から示した図である。
【図６】トルク検出部を上方から示した図である。
【図７】接続端子と回路基板のスルーホールとを示した図である。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】トルク演算回路を示すブロック図である。
【図１１】トルク検出部の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
次に、図１〜図７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を備えたコイルユニット１５と、センサシャフト部１１及びコイルユニット１５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。
【００１５】
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、入力軸側ハウジング部５ａの内部に固定されたコイルユニット１５で包囲されている。
【００１６】
コイルユニット１５は、検出コイル１３ａを収容した第１コイルユニット１５ａと、検出コイル１３ｂを収容した第２コイルユニット１５ｂとで構成されている。
第１コイルユニット１５ａは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、軸方向両端側の外径がそれぞれ拡径した非磁性材料からなる段付き中空円筒状のコイルボビン１６と、コイルボビン１６の外周にコイル導線を巻回して形成した検出コイル１３ａと、検出コイル１３ａを覆うようにコイルボビン１６の軸方向一方側から被嵌した磁性材料からなるヨーク部材１７と、コイルボビン１６の軸方向他方側に配置した円環状のカバー部材１８と、検出コイル１３ａの両端に接続した一対の接続端子１９ａ，１９ｂとを備えている。
【００１７】
コイルボビン１６は、図３（ｂ）に示すように、コイル巻回部１６ａと、このコイル巻回部１６ａの一端に設けられ、ヨーク部材１７に覆われる第１フランジ部１６ｂと、コイル巻回部１６ａの他端に設けられた第２フランジ部１６ｃと、第２フランジ部１６ｃの外周の一部から突出して設けられた接続端子取付け部１６ｄとで構成されている。
接続端子取付け部１６ｄは、図３（ａ）に示すように、第１コイルユニット１５ａの中心点Ｏを通る垂直線ＶＬに対して所定距離ΔＬだけ左方に偏倚した位置とされている。
【００１８】
この接続端子取付け部１６ｄには、接続端子１９ａ，１９ｂの一部が、例えばインサート成形により埋め込まれて外方に突出しており、一対の接続端子１９ａ，１９ｂの一部を埋め込んだ接続端子取付け部１６ｄ、コイル巻回１６ａ、第１フランジ部１６ｂ及び第２フランジ部１６ｃが、樹脂モールド成型によって一体成型されている。
コイルボビン１６のコイル巻回部１６ａ、第１フランジ部１６ｂ及び第２フランジ部１６ｃで画成された凹部に、コイル導線が巻回されて検出コイル１３ａが形成されている。
【００１９】
一対の接続端子１９ａ，１９ｂの一方の接続端子１９ａは、図３（ｂ）に示すように、連結部１９ａ１に一端側が連結されながら互いに平行に延在している短尺な巻付け部１９ａ２及び長尺な基板接続部１９ａ３を備えた略Ｊ字形状に折曲された棒状部材である。
この接続端子１９ａは、巻き付け部１９ａ２の基部及び連結部１９ａ１の一部が接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれ、巻き付け部１９ａ２の先端が接続端子取付け部１６ｄの外方を向く端面から外方に突出し、接続端子取付け部１６ｄの側面に沿って基板接続部１９ａ３が外方に突出した状態で配置されている。
【００２０】
また、一対の接続端子１９ａ，１９ｂの他方の接続端子１９ｂも、一方の接続端子１９ａと同一形状の連結部（不図示）、巻付け部１９ｂ２及び基板接続部１９ｂ３を有している。
そして、図３（ｂ）に示すように、検出コイル１３ａの巻始め端部が一方の接続端子１９ａの巻付け部１９ａ２に接続され、検出コイル１３ａの巻終り端部が他方の接続端子１９ｂの巻付け部１９ｂ２（図６参照）に接続されている。
【００２１】
第２コイルユニット１５ｂは、図４に示すように、第１コイルユニット１５ａと同形状のコイルボビン１６と、コイルボビン１６の外周にコイル導線を巻回して形成した検出コイル１３ｂと、検出コイル１３ｂを覆うようにコイルボビン１６の軸方向一方側から被嵌した磁性材料からなるヨーク部材１７と、コイルボビン１６の軸方向他方側に配置した円環状のカバー部材１８と、検出コイル１３ｂの両端に接続した一対の接続端子１９ｃ，１９ｄ（図５参照）とを備えている。
【００２２】
コイルボビン１６は、コイル巻回部１６ａと、このコイル巻回部１６ａの一端に設けられ、ヨーク部材１７に覆われる第１フランジ部１６ｂと、コイル巻回部１６ａの他端に設けられた第２フランジ部１６ｃと、第２フランジ部１６ｃの外周の一部から突出して設けられた接続端子取付け部１６ｄとで構成されている。
第２コイルユニット１５ｂの接続端子取付け部１６ｄも、図示しないが、第１コイルユニット１５ａの接続端子取付け部１６ｄと同様に、中心点Ｏを通る垂直線ＶＬに対して所定距離ΔＬだけ左方に偏倚した位置とされている。
【００２３】
接続端子１９ｃは、連結部１９ｃ１に一端側が連結されながら互いに平行に延在している短尺な巻付け部１９ｃ２及び長尺な基板接続部１９ｃ３を備えた略Ｊ字形状に折曲された棒状部材であり、巻き付け部１９ｃ２の基部及び連結部１９ｃ１の一部が接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれ、巻き付け部１９ｃ２の先端が接続端子取付け部１６ｄの外方を向く端面から外方に突出し、接続端子取付け部１６ｄの側面に沿って基板接続部１９ｃ３が外方に突出した状態で配置されている。
【００２４】
また、他方の接続端子１９ｄも、一方の接続端子１９ｃと同一形状の連結部（不図示）、巻付け部１９ｄ２及び基板接続部１９ｄ３を有している。
そして、検出コイル１３ｂの巻始め端部が一方の接続端子１９ｃの巻付け部１９ｃ２に接続され、検出コイル１３ｂの巻終り端部が他方の接続端子１９ｄの巻付け部１９ｄ２（図６参照）に接続されている。
【００２５】
上記構成の同一形状及び同一寸法とした第１コイルユニット１５ａ及び第２コイルユニット１５ｂを、一方のユニットをその正面を向けて配置した状態でその裏面側に他方をそのユニットの裏面を対面させて配置することで、コイルユニット１５が形成される。
このコイルユニット１５は、図６に示すように、第１コイルユニット１５ａの基板接続部１９ａ３，１９ｂ３及び第２コイルユニット１５ｂの基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３が、コイルユニット１５の厚さ方向中央において周方向に整列した状態となる。
【００２６】
そして、コイルユニット１５は、図１に示すように、接続端子１９ａ〜１９ｄを上方に向けた状態で入力軸側ハウジング部５ａの内側に配置し、入力軸側ハウジング部５ａの上部側に形成した基板装着凹部５ｃに装着された回路基板２０に接続されている。
コイルユニット１５の接続端子１９ａ〜１９ｄと回路基板２０との接続は、図７に示すようにして行われる。すなわち、回路基板２０には、コイルユニット１５の接続端子１９ａ〜１９ｄを接続する４つのスルーホール２０ａ〜２０ｄが基板接続部１９ａ３〜１９ｄ３に対向して形成されている。そして、回路基板２０を下降させてスルーホール２０ａ〜２０ｄに基板接続部１９ａ３〜１９ｄ３を挿通し、回路基板２０を基板装着凹部５ｃ内にねじ止め等の固定手段で固定し、最後に、スルーホール２０ａ〜２０ｄと基板接続部１９ａ３〜１９ｄ３とを半田２１によって半田付けすることにより電気的に接続する（図３（ｂ）、図４参照）。
【００２７】
図８（ａ），（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８（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８（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。
【００２８】
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８（ａ），（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。
【００２９】
ここで、本発明に係る端子固定部が、接続端子取付け部１６ｄに対応している。
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図９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８（ａ），（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。
【００３６】
また、左操舵トルク発生時は、図８（ａ），（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９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９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。
【００３７】
また、回路基板２０には、接続端子１９ａ〜１９ｄ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。
図１０に示すように、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。
【００３８】
また、回路基板２０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。
【００３９】
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１９ａ及び１９ｃが互い接続されて接地され、他端例えば接続端子１９ｂ及び１９ｄ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
コントロールユニット４０は、図１０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。
【００４６】
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９に示す電圧クロス特性から外れる異常を検出する。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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８（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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８（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。
【００５５】
次に、本実施形態のトルクセンサＴＳのトルク検出部１０の作用効果について説明する。
トルク検出部１０のコイルユニット１５を構成する第１コイルユニット１５ａの一対の接続端子１９ａ，１９ｂは、連結部１９ａ１，１９ｂ１に一端側が連結されながら互いに平行に延在している短尺な巻付け部１９ａ２，１９ｂ２及び長尺な基板接続部１９ａ３，１９ｂ３を備えた略Ｊ字形状に折曲された棒状部材である。そして、巻き付け部１９ａ２，１９ｂ２の基部及び連結部１９ａ１，１９ｂ１の一部が、接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれ、巻き付け部１９ａ２，１９ｂ２の先端が接続端子取付け部１６ｄの外方を向く端面から外方に突出し、接続端子取付け部１６ｄの側面に沿って基板接続部１９ａ３，１９ｂ３が外方に突出した状態で配置されている。
【００５６】
ここで、一対の接続端子１９ａ，１９ｂの基板接続部１９ａ３，１９ｂ３は、変形自在な十分な長さを有しているので、基板接続部１９ａ３，１９ｂ３と回路基板２０のスルーホール２０ａ，２０ｂとの位置ずれを吸収して半田付けを行なうことができる。
また、検出コイル１３ａのコイル導線が巻き付けられている一対の接続端子１９ａ，１９ｂの巻付け部１９ａ２，１９ｂ２の基部は、接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれているのでストレスを緩和することができ、半田付け部位に悪影響を与えるおそれがない。
【００５７】
一方、コイルユニット１５を構成する第２コイルユニット１５ｂの一対の接続端子１９ｃ，１９ｄも、前述した一対の接続端子１９ａ，１９ｂと同一構成であり、接続端子１９ｃ，１９ｄの基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３が、変形自在な十分な長さを有しているので、基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３と回路基板２０のスルーホール２０ｃ，２０ｄとの位置ずれを吸収して半田付けを行なうことができる。
【００５８】
また、検出コイル１３ｂのコイル導線が巻き付けられている一対の接続端子１９ｃ，１９ｄの巻付け部１９ｃ２，１９ｄ２の基部も接続端子取付け部１６ｄに埋め込まれているのでストレスを緩和することができ、半田付け部位に悪影響を与えるおそれがない。
また、同一形状及び同一寸法とした第１コイルユニット１５ａ及び第２コイルユニット１５ｂを、一方のユニットをその正面を向けて配置した状態でその裏面側に他方をそのユニットの裏面を対面させてコイルユニット１５を形成すると、第１コイルユニット１５ａの接続端子１９ａ，１９ｂを固定した接続端子取付け部１６ｄと、第２コイルユニット１５ａの接続端子１９ｃ，１９ｄを固定した接続端子取付け部１６ｄとが、中心点Ｏを通る垂直線ＶＬに対して所定距離ΔＬだけ左右に偏倚した位置となり、第１コイルユニット１５ａの基板接続部１９ａ３，１９ｂ３及び第２コイルユニット１５ｂの基板接続部１９ｃ３，１９ｄ３が、コイルユニット１５の厚さ方向中央において周方向に整列した状態となる。このため、基板接続部１９ａ３，１９ｂ３、１９ｃ３，１９ｄ３に対して回路基板２０のスルーホール２０ａ〜２０ｄを上方から容易に挿通し、半田付け作業を容易に行なうことができる。
【００５９】
また、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、第１及び第２コイルユニット１５ａ，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。
【００６０】
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の第１及び第２コイルユニット１５ａ，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１１に示すように、シールド板部２６を介して検出コイル１３ｃ及び１３ｄを内装する一対の第１及び第２コイルユニット１５ｃ，１５ｄを設けて、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１９ａ〜１９ｈの８本に増加するので、これに応じて、ヨーク部材１７の開口部及び回路基板２０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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
１…入力軸、２…出力軸、２ａ…ピニオン軸、２ｅ…端部、３… トーションバー、４…ラック、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、５ｃ…基板装着凹部、５ｄ…中心開口、５ｅ…ヨーク収納部、５ｆ…スリット、６ａ，６ｂ…軸受、７…ウォームホイール、７ａ…ハブ、７ｂ…歯部、８… ウォーム、１０…トルク検出部、１１…センサシャフト部、１１ａ…凸条、１１ｂ…軸方向溝、１２…円筒部材、１２ａ，１２ｂ…窓、１２ｅ… 延長部、１３ａ，１３ｂ…検出コイル、１５…コイルユニット、１５ａ…第１コイルユニット、１５ｂ…第２コイルユニット、１６…コイルボビン、１６ａ…コイル巻回部、１６ｂ…第１フランジ部、１６ｃ…第２フランジ部、１６ｄ…接続端子取付け部、１７…ヨーク部材、１８…カバー部材、１９ａ〜１９ｄ…接続端子、１９ａ１〜１９ｄ１…連結部、１９ａ２〜１９ｄ２…巻付け部、１９ａ３〜１９ｄ３…基板接続部、２０…回路基板、２０ａ〜２０ｄ…スルーホール、２１…半田、３０…トルク演算回路、３１…トルク演算部、３３…操舵補助制御部、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、２１４…サブ増幅・全波整流部、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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に生じるトルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルを備えているトルク検出部と、
前記検出コイルを構成するコイル導線の始端部及び終端部を一端に巻き付け、他端が前記トルク検出部から外方に突出している一対の接続端子と、
前記一対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前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載した回路基板と、を備え、
前記接続端子は、連結部に連結されて互いに平行に延在する短尺な巻付け部と長尺な基板接続部とを有する略Ｊ字形状に折曲された棒状部材であり、
前記巻き付け部の基部及び前記連結部の一部が前記トルク検出部の端子固定部で固定され、前記端子固定部に沿って前記基板接続部が前記回路基板の前記スルーホールに向けて延在していることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記トルク検出部は、前記コイル導線が巻き付いて前記検出コイルを形成する中空円筒形状のコイルボビンを備え、
前記端子固定部は、前記コイルボビンの軸方向の一端に形成したフランジの外周の一部に一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記トルク検出部は、同一形状及び同一寸法の前記検出コイル、前記一対の接続端子及び前記端子固定部を備えた一対のコイルユニットで構成されており、
一方のコイルユニットの正面に他方のコイルユニットの裏面を対面させて配置し、前記一方のコイルユニットの前記端子固定部と、前記他方のコイルユニットの前記端子固定部とが、これらコイルユニットの中心点を通る線に対して偏倚した位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルクセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルクセンサを備え、該トルクセンサが検出した前記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。
【請求項１】
回転軸に生じるトルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルを備えているトルク検出部と、
前記検出コイルを構成するコイル導線の始端部及び終端部を一端に巻き付け、他端が前記トルク検出部から外方に突出している一対の接続端子と、
前記一対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前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載した回路基板と、を備え、
前記接続端子は、連結部に連結されて互いに平行に延在する短尺な巻付け部と長尺な基板接続部とを有する略Ｊ字形状に折曲された棒状部材であり、
前記巻き付け部の基部及び前記連結部の一部が前記トルク検出部の端子固定部で固定され、前記端子固定部に沿って前記基板接続部が前記回路基板の前記スルーホールに向けて延在していることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記トルク検出部は、前記コイル導線が巻き付いて前記検出コイルを形成する中空円筒形状のコイルボビンを備え、
前記端子固定部は、前記コイルボビンの軸方向の一端に形成したフランジの外周の一部に一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記トルク検出部は、同一形状及び同一寸法の前記検出コイル、前記一対の接続端子及び前記端子固定部を備えた一対のコイルユニットで構成されており、
一方のコイルユニットの正面に他方のコイルユニットの裏面を対面させて配置し、前記一方のコイルユニットの前記端子固定部と、前記他方のコイルユニットの前記端子固定部とが、これらコイルユニットの中心点を通る線に対して偏倚した位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のトルクセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルクセンサを備え、該トルクセンサが検出した前記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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８８１８９（Ｐ２０１３−８８１８９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７１６８（Ｐ２０１１−２２７１６８）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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