JP7475306B2 - センサ装置、電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載されたセンサ装置は、以下のように構成されている。すなわち、センサ装置は、検出対象である回転軸に対して一体回転可能に設けられている主動歯車と、主動歯車の歯と噛み合う歯車部と、歯車部の側面から突出している軸部とを有するとともに、軸部に永久磁石が設けられている従動歯車とを備える。また、センサ装置は、従動歯車を主動歯車へ向けて付勢する付勢部材と、従動歯車及び付勢部材を支持する支持部材と、従動歯車の回転に基づき電気信号を生成する回転角センサと、軸部を回転可能に取り囲んでいる磁気シールドとを備える。
本発明は、従動歯車の傾きを抑制できるセンサ装置等を提供することを目的とする。
本開示の1つの態様は、回転軸に一体的に回転可能に設けられている主動歯車と、外周部に前記主動歯車の歯と噛み合う複数の歯が形成された円盤状の第1歯部と、前記第1歯部における前記回転軸の軸方向の両側に設けられた一対の第1軸部とを有する第1従動歯車と、外周部に前記主動歯車の歯と噛み合う、前記第1従動歯車の歯数と異なる複数の歯が形成された第2歯部と、前記第2歯部における前記軸方向の両側に設けられた一対の第2軸部とを有する第2従動歯車と、前記第1従動歯車に対応して設けられた第1回転角センサと、前記第2従動歯車に対応して設けられた第2回転角センサと、前記一対の第1軸部それぞれに対応して設けられて前記第1従動歯車に対して前記主動歯車に近づく向きの力を付与する一対の第1腕部と、前記一対の第2軸部それぞれに対応して設けられて前記第2従動歯車に対して前記主動歯車に近づく向きの力を付与する一対の第2腕部と、を有する弾性体と、を備えるセンサ装置である。
ここで、前記一対の第1腕部と連結された一対の第1連結部の形状と、前記一対の第2腕部と連結された一対の第2連結部の形状とが異なっていても良い。
また、前記弾性体は、板ばねであり、板面が前記第1軸部及び前記第2軸部の外周面に接触しても良い。
また、少なくとも前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車を保持する保持部材をさらに備え、前記弾性体は、前記一対の第1連結部及び前記一対の第2連結部にそれぞれ連結されている胴部を有し、前記胴部は、前記保持部材に保持されていても良い。
また、前記第1連結部の形状と、前記第2連結部の形状とが異なっていても良い。
また、前記弾性体に対して、前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車とは反対側に、前記弾性体を支持可能な支持部を有していても良い。
また、少なくとも前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車を保持する保持部材と、前記保持部材が前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車の側から嵌め込まれるハウジングと、をさらに備え、前記弾性体が、前記ハウジングに備えられていても良い。
本開示の他の態様は、ステアリングホイールと、前記ステアリングホイールの回転角度を検出する、上記した態様に係るセンサ装置と、を備える電動パワーステアリング装置である。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成の一例を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施形態においては自動車に適用した構成を例示している。
図2は、センサ装置1を構成する部品の一部を分解した斜視図の一例である。
図3は、センサ装置1の断面の一例を示す図である。
図4は、組み付けられる前のサブユニット50とハウジング90とを、半径方向外側の第2側から斜め方向に見た図の一例である。
図5は、組み付けられる前のセンサユニット40を、半径方向内側の第2側から斜め方向に見た図の一例である。
図6は、第1コレクタ41、第2コレクタ42、磁性体45、第1従動歯車51、第2従動歯車52、基板58の概略構成を、半径方向内側から半径方向に見た図の一例である。
図7は、サブユニット50を、半径方向外側の第2側から回転中心Cに向かう方向に見た図の一例である。
図8は、端子部材59の概略構成を、示す断面の一例を示す図である。
図9は、第1従動歯車51、第2従動歯車52及び弾性体60を、第1側から軸方向に見た図の一例である。
図10は、保持部材70の概略構成を、半径方向内側の第2側から斜め方向に見た図の一例である。
図11は、ハウジング90を、半径方向内側の第2側から斜め方向に見た図の一例である。
マグネットカラー21は、鉄材によって円筒状に形成されていて、外周面21aに永久磁石22が嵌め合わされ、例えば接着によって永久磁石22はマグネットカラー21に固定される。また、マグネットカラー21の内周面21bに下部シャフト108が挿入されて、圧入、溶接、カシメ等により、マグネットカラー21は下部シャフト108に固定される。これにより、永久磁石22は、下部シャフト108とともに回転する。
第2ステータ32も第1ステータ31と同様に、ステータホルダ33の位置決め部33jに位置決めされてカシメられ、第2ステータ32はステータホルダ33に結合される。
カラー34は、例えば鉄材によって円筒状に形成されている。カラー34は、インサート成形により、ステータホルダ33と一体化されている。
主動歯車35は、平歯車であり、インサート成形により、ステータホルダ33と一体化されている。
図3に示すように、カラー34の内周面34bに、ピニオンシャフト106が挿入されて、圧入、溶接、カシメ等により、ステータユニット36はピニオンシャフト106に固定される。
なお、入力軸側のマグネットカラー21及び永久磁石22と、出力軸側のステータユニット36とは、図3に示すように、ステアリングギアボックス107によって覆われている。
以下に、主に図3~図8を用いてセンサユニット40について詳述する。
センサユニット40は、第1ステータ31で導かれた磁束を集める第1コレクタ41と、第2ステータ32で導かれた磁束を集める第2コレクタ42と、トルク検出用の第1センサ43及び第2センサ44とを備える。また、センサユニット40は、第1センサ43と第2センサ44との間に配置された磁性体45を備える。
また、センサユニット40は、第1コレクタ41、第2コレクタ42、磁性体45、第1従動歯車51、第2従動歯車52、基板58、弾性体60等を保持する保持部材70を備える。
これら第1コレクタ41、第2コレクタ42、磁性体45、第1従動歯車51、第2従動歯車52、基板58、弾性体60、及び、保持部材70でサブユニット50を構成する。
以下、各部品について詳述する。
第1コレクタ41は、図5に示すように、平板の円弧状に形成された円弧部410と、円弧部410における周方向の中央部から半径方向及び軸方向に突出した第1突出部411と、第1突出部411の周方向の両側に設けられて半径方向に突出した第2突出部412とを備える。
第1突出部411は、直方体状の先端部415を有する。先端部415は、円弧部410と平行な平板状である。
第1突出部421は、直方体状の先端部425を有する。先端部425は、円弧部420と平行な平板状である。
第1センサ43及び第2センサ44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ことを例示することができる。第1センサ43及び第2センサ44は、第1コレクタ41で導かれた磁束と第2コレクタ42で導かれた磁束との量に応じた電気信号、すなわち下部シャフト108とピニオンシャフト106との間の相対的な回転角度に対応した電気信号を出力する。
第2センサ44は、基板58における第2側の面である第2面582に実装されている。第2センサ44は、第2コレクタ42の先端部425と、磁性体45との間に配置されている。
第1従動歯車51は、外周部に主動歯車35の歯と噛み合う複数の歯が形成された円盤状の第1歯部511と、第1歯部511における軸方向の両側に設けられた一対の第1軸部512とを有する。
第2従動歯車52は、外周部に主動歯車35の歯と噛み合う複数の歯が形成された円盤状の第2歯部521と、第2歯部521における軸方向の両側に設けられた一対の第2軸部522とを有する。
一対の第1軸部512と、一対の第2軸部522の外径は全て同一である。
第1従動歯車51及び第2従動歯車52は、樹脂にて成形されていることを例示することができる。
第1永久磁石53及び第2永久磁石54は、それぞれ、N極及びS極を有する円盤状の永久磁石である。
図9に示すように、第1永久磁石53は、第1従動歯車51の一対の第1軸部512における第1側の第1軸部512の端部に、N極及びS極の少なくとも一部が露出するように嵌め込まれている。また、第2永久磁石54は、第2従動歯車52の一対の第2軸部522における第1側の第2軸部522の端部に、N極及びS極の少なくとも一部が露出するように嵌め込まれている。
第1センサ55及び第2センサ56は、基板58の第2面582に実装されている。
そして、第1センサ55は、第1従動歯車51の第1軸部512に嵌め込まれた第1永久磁石53に対向するように設けられている。第2センサ56は、第2従動歯車52の第2軸部522に嵌め込まれた第2永久磁石54に対向するように設けられている。
基板58には、図5に示すように、半径方向内側の端部に、ステータユニット36の外周部に沿うように切り欠かれた第1部583が形成されている。また、基板58には、第1部583における周方向の中央部から半径方向外側に直方体状に切り欠かれた第2部584が形成されている。また、基板58には、幅方向における第3側の端部に、半径方向内側の端部から半径方向外側に直方体状に切り欠かれた第3部585が形成されている。また、基板58には、幅方向における第4側の端部に、半径方向内側の端部から半径方向外側に直方体状に切り欠かれた第4部586が形成されている。第3部585、第4部586により、基板58における幅方向の両端部には、それぞれ突起587が形成されている。
基板58は、処理回路によって、第1センサ43及び第2センサ44から出力された電気信号を操舵トルクに対応する電気信号に変換処理し、後述する端子591から電線を通じて制御装置120(図1参照)に出力する。
基板58は、処理回路によって、第1センサ55及び第2センサ56から出力された電気信号を操舵角に対応する電気信号に変換処理し、後述する端子591から電線を通じて制御装置120に出力する。
端子部材59は、図4に示すように、複数の端子591と、複数の端子591によって貫通されるとともに貫通している複数の端子591を固定する板状部592とを有する。
端子591は、図8に示すように、L字状であり、一方の端部が基板58に接続され(図4参照)、他方の端部が半径方向外側に配置されて、ハウジング90の後述する外側周壁93の内部に配置される。そして、端子591の他方の端部に、半径方向外側から電線のコネクタ130(図4参照)が嵌め込まれる。端子591は、基板58に実装された、第1センサ43、第2センサ44、第1センサ55及び第2センサ56に電力を供給するとともに、これらセンサの検出値に応じた電気信号を制御装置120に出力する。
弾性体60は、図5に示すように、板が折り曲げられることにより成形された、所謂板ばねであることを例示することができる。弾性体60は、幅方向の中央部に設けられた胴部61と、幅方向の第3側に設けられて第1従動歯車51に対して力を付与する第1腕部62と、幅方向の第4側に設けられて第2従動歯車52に対して力を付与する第2腕部63とを有する。また、弾性体60は、胴部61と第1腕部62とを連結する第1連結部64と、胴部61と第2腕部63とを連結する第2連結部65とを有する。
保持部材70は、図4及び図10に示すように、第1コレクタ41、第2コレクタ42、磁性体45、第1従動歯車51、第2従動歯車52、基板58、弾性体60等を保持した状態で、ハウジング90内部に挿入される。図4に示すように、センサユニット40は、基板58に実装された端子部材59が半径方向外側、第1コレクタ41及び第2コレクタ42が半径方向内側となる状態で、端子部材59側から、ハウジング90における半径方向内側に形成された後述する内側周壁92に挿入される。
第1保持部71は、第1コレクタ41の第2突出部412が嵌め込まれる、半径方向内側が開口した凹部を有し、図10に示すように、第1突出部411を露出した状態で第1コレクタ41を保持する。
第2保持部72は、第2コレクタ42の第2突出部422が嵌め込まれる、半径方向内側が開口した凹部を有し、図10に示すように、第1突出部421を露出した状態で第2コレクタ42を保持する。
第1コレクタ41及び第2コレクタ42は、半径方向内側から、それぞれ、第1保持部71、第2保持部72に嵌め込まれる。
また、保持部材70は、図10に示すように、基板58を保持する第4保持部74を有する。第4保持部74は、幅方向の両端部それぞれに、基板58における幅方向の両端部それぞれを保持する凹部を有する。基板58は、半径方向外側から、第4保持部74に嵌め込まれる。
保持部材70は、第1コレクタ41の移動を制限する制限部77を有する。制限部77は、第1コレクタ41の第1突出部411を露出させる部位に対して、幅方向の両側にそれぞれ設けられた壁を有する。
また、保持部材70は、第2コレクタ42の移動を制限する制限部78を有する。制限部78は、第2コレクタ42の第1突出部421を露出させる部位に対して、幅方向の両側にそれぞれ設けられた壁を有する。
ハウジング90は、平板状の基部91と、基部91から半径方向内側に突出した長円筒状の内側周壁92と、基部91から半径方向外側に突出した長円筒状の外側周壁93とを有する。
内側周壁92の内部に、サブユニット50が半径方向内側から嵌め込まれる。
外側周壁93の内部に、端子部材59の複数の端子591の端部が配置される。そして、外側周壁93の内部に、半径方向外側から電線のコネクタ130(図4参照)が嵌め込まれる。
ハウジング90と保持部材70とは、突起99が保持部材70の円環状部76の貫通孔に通されて、円環状部76が台座98に突き当てられた状態で、突起99の先端が溶かされることによりカシメられる。つまり、ハウジング90と保持部材70とは、熱カシメが施されることにより一体化される。
これらにより、第1従動歯車51は、主動歯車35から力F1及び力F1と線対称な力を受けたとしても、移動し難いので、第1センサ55は精度高く第1従動歯車51の回転角度を検出することが可能となる。
これらにより、第2従動歯車52は、主動歯車35から力F2及び力F2と線対称な力を受けたとしても、移動し難いので、第2センサ56は精度高く第2従動歯車52の回転角度を検出することが可能となる。
図12は、第2の実施形態に係るセンサ装置2のセンサユニット240の概略構成の一例を示す図である。
第2の実施形態に係るセンサユニット240は、第1の実施形態に係るセンサユニット40に対して、第1従動歯車51及び第2従動歯車52に対し、主動歯車35に近づく向きの力を付与する構造が異なる。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。第1の実施形態と第2の実施形態とで、同じものについては同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。
第2腕部263は、第2従動歯車52の一対の第2軸部522それぞれに接触するように一対設けられている。つまり、第2腕部263は、第2従動歯車52の第2歯部521をその厚さ方向に挟むように配置される。軸方向に見た場合には、第2腕部263は、第2軸部522の外周面の曲率と同じ曲率の円弧状部を有する。つまり、第2腕部263は、第1腕部262と同様の形状である。なお、第2腕部263は、第2軸部522の外周面の曲率よりも大きくても良い。
第2連結部265は、一対の第2腕部263それぞれと胴部261とを連結するように一対設けられている。また、第2連結部265は、幅方向に傾斜する方向に直線的に延びている。
そして、第1連結部264の形状と、第2連結部265の形状とは異なっており、胴部261を境に非対称な形状をしている。例えば、図12に示した形態では、幅方向に対する第1連結部264の傾斜角が、幅方向に対する第2連結部265の傾斜角よりも小さいことにより、胴部261を境に非対称な形状になっている。言い換えれば、半径方向と第1連結部264とのなす角である第1角α21は、半径方向と第2連結部265とのなす角である第2角α22よりも大きいことにより、胴部261を境に非対称な形状になっている。
図13は、第3の実施形態に係るセンサ装置3のセンサユニット340の概略構成の一例を示す図である。
第3の実施形態に係るセンサユニット340は、第1の実施形態に係るセンサユニット40に対して、第1従動歯車51及び第2従動歯車52に対し、主動歯車35に近づく向きの力を付与する構造が異なる。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。第1の実施形態と第3の実施形態とで、同じものについては同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。
一対の第1弾性体361は、第1従動歯車51の一対の第1軸部512それぞれに接触する。また、各第1弾性体361は、第1軸部512の外周面に2点で接触するように、半径方向及び幅方向に傾斜するとともに、なす角が90度の一対の第1腕部363を有している。幅方向における、一対の第1腕部363が交わる位置は、第1従動歯車51の回転中心C1と同じである。
一対の第2弾性体362は、第2従動歯車52の一対の第2軸部522それぞれに接触する。また、各第2弾性体362は、第2軸部522の外周面に2点で接触するように、半径方向及び幅方向に傾斜するとともに、なす角が90度の一対の第2腕部364を有している。一対の第2腕部364が交わる位置は、第2従動歯車52の回転中心C2と同じである。
Claims (8)
- 回転軸に一体的に回転可能に設けられている主動歯車と、
外周部に前記主動歯車の歯と噛み合う複数の歯が形成された円盤状の第1歯部と、前記第1歯部における前記回転軸の軸方向の両側に設けられた一対の第1軸部とを有する第1従動歯車と、
外周部に前記主動歯車の歯と噛み合う、前記第1従動歯車の歯数と異なる複数の歯が形成された第2歯部と、前記第2歯部における前記軸方向の両側に設けられた一対の第2軸部とを有する第2従動歯車と、
前記第1従動歯車に対応して設けられた第1回転角センサと、
前記第2従動歯車に対応して設けられた第2回転角センサと、
前記一対の第1軸部それぞれに対応して設けられて前記第1従動歯車に対して前記主動歯車に近づく向きの力を付与する一対の第1腕部と、前記一対の第2軸部それぞれに対応して設けられて前記第2従動歯車に対して前記主動歯車に近づく向きの力を付与する一対の第2腕部と、を有する弾性体と、
を備えるセンサ装置。 - 前記一対の第1腕部と連結された一対の第1連結部の形状と、前記一対の第2腕部と連結された一対の第2連結部の形状とが異なる、
請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記弾性体は、板ばねであり、板面が前記第1軸部及び前記第2軸部の外周面に接触する
請求項1又は2に記載のセンサ装置。 - 少なくとも前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車を保持する保持部材をさらに備え、
前記弾性体は、前記一対の第1連結部及び前記一対の第2連結部にそれぞれ連結されている胴部を有し、
前記胴部は、前記保持部材に保持されている
請求項2に記載のセンサ装置。 - 前記第1連結部の形状と、前記第2連結部の形状とが異なる、
請求項4に記載のセンサ装置。 - 前記弾性体に対して、前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車とは反対側に、前記弾性体を支持可能な支持部を有する、
請求項1~5のいずれか1項に記載のセンサ装置。 - 少なくとも前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車を保持する保持部材と、
前記保持部材が前記第1従動歯車及び前記第2従動歯車の側から嵌め込まれるハウジングと、
をさらに備え、
前記弾性体が、前記ハウジングに備えられている、
請求項1又は2に記載のセンサ装置。 - ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールの回転角度を検出する、請求項1~7のいずれか1項に記載のセンサ装置と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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