(57)【要約】【課題】ステアリングシャフトの基準回転位置を高分解能で検出でき、かつ車両への搭載性に優れたインデックスセンサを提供する。【解決手段】ステアリングシャフト２の基準回転位置を検出するインデックスセンサ１００であって、ステアリングシャフト２の回転に伴って回転する基準部３１と、ステアリングシャフト２の回転の過程で基準部３１が対面した際に信号を出力する信号出力部３２と、を備え、基準部３１は、ステアリングシャフト２に連結され電動モータ１０の回転トルクが伝達されるウォームホイール２０に固定され、信号出力部３２はウォームホイール２０を収容するケース３７に固定される。【選択図】図２
2013199146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトの基準回転位置を検出するインデックスセンサであって、
前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転する基準部と、
前記ステアリングシャフトの回転の過程で前記基準部が対面した際に信号を出力する信号出力部と、を備え、
前記基準部は、前記ステアリングシャフトに連結され電動モータの回転トルクが伝達されるウォームホイールに固定され、
前記信号出力部は、前記ウォームホイールを収容するケースに固定される
ことを特徴とするインデックスセンサ。
【請求項２】
前記基準部を保持するホルダをさらに備え、
前記ホルダは、
前記ウォームホイールに固定される環状の本体部と、
前記本体部の外周から前記ウォームホイールの端面に沿って径方向へ延びる延長部と、を備え、
前記基準部は、前記延長部の先端部に固定されることを特徴とする請求項１に記載のインデックスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングシャフトの基準回転位置を検出するインデックスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、操舵操作により回転するステアリングシャフトが回転基準位置に来たとき回転基準位置信号を発生するインデックスセンサが開示されている。インデックスセンサは、ステアリングシャフトの外周側の所定位置に取り付けられ磁束を発生させる磁束発生手段としての磁石と、ステアリングシャフトを臨むことができる静止系の所定位置に設置された磁気検出手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０９１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示のようなインデックスセンサは回転する磁石が磁気検出手段を横切る際に信号を出力するものであるため、インデックスセンサの分解能は磁石の回転半径に依存する。そのため、インデックスセンサの分解能を高くするためには、磁石の回転半径が大きくなるように磁石を配置すればよい。しかし、磁石の回転半径を大きくすると、大型化して車両への搭載性が損なわれる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ステアリングシャフトの基準回転位置を高分解能で検出でき、かつ車両への搭載性に優れたインデックスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ステアリングシャフトの基準回転位置を検出するインデックスセンサであって、前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転する基準部と、前記ステアリングシャフトの回転の過程で前記基準部が対面した際に信号を出力する信号出力部と、を備え、前記基準部は、前記ステアリングシャフトに連結され電動モータの回転トルクが伝達されるウォームホイールに固定され、前記信号出力部は、前記ウォームホイールを収容するケースに固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基準部は回転半径が大きいウォームホイールに固定されるため、ステアリングシャフトの基準回転位置を高分解能で検出できる。また、ウォームホイールは電動パワーステアリング装置の構成部品の１つであり、既存の部品を利用してインデックスセンサを固定することができるため、大型化することなく車両への搭載性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るインデックスセンサが設けられる電動パワーステアリング装置の構成図である。
【図２】同じく電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図３】同じく電動パワーステアリング装置の斜視図である。
【図４】リング磁石の平面図である。
【図５】（ａ）はリング磁石が発生する磁力の変化を示す図であり、（ｂ）は第１角度センサ（上図）と第２角度センサ（下図）の出力信号を示す図である。
【図６】ステアリングシャフトの回転角度に対するインデックスセンサの出力信号を示す図である。
【図７】ウォームホイールとホルダの分解図である。
【図８】磁気センサの内部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るインデックスセンサ１００について説明する。
【００１０】
図１〜図３に示すように、インデックスセンサ１００は、車両のステアリングホイール１の操作に伴って回転するステアリングシャフト２の基準回転位置を検出するものであり、ステアリングシャフト２が１回転する毎に１パルスの信号を出力する。
【００１１】
車両には、ステアリングシャフト２の絶対回転角度（以下、単に「回転角度」と称する。）を検出する回転角度検出装置１０１（図１参照）が搭載されており、回転角度検出装置１０１にて検出されたステアリングシャフト２の回転角度は車両における各種の制御に用いられる。回転角度検出装置１０１は、ドライバがステアリングホイール１に加える操舵力を補助する電動パワーステアリング装置１０２のシステムを利用してステアリングシャフト２の回転角度を検出する。
【００１２】
電動パワーステアリング装置１０２は、ドライバによるステアリングホイール１の操作に伴って回転する入力シャフト７と、入力シャフト７とトーションバー４を介して接続された出力シャフト３と、を有し、出力シャフト３の下端に設けられるピニオン３ａと噛合するラック軸５を軸方向に移動させることで車輪６を操舵するものである。入力シャフト７と出力シャフト３とによってステアリングシャフト２が構成される。
【００１３】
電動パワーステアリング装置１０２は、ドライバによるステアリングホイール１の操舵を補助する電動モータ１０と、電動モータ１０の回転をステアリングシャフト２に減速して伝達する減速機１１と、入力シャフト７と出力シャフト３との相対回転によってトーションバー４に作用する操舵トルクを検出するトルクセンサ１２と、トルクセンサ１２の検出結果を基に電動モータ１０の駆動を制御するコントローラ１３とを備える。
【００１４】
減速機１１は、電動モータ１０の出力軸に連結されるウォームシャフトと、出力シャフト３に連結されウォームシャフトに噛み合うウォームホイール２０とからなる。減速機１１の減速比は１：１５である。つまり、ステアリングシャフト２が１回転すると電動モータ１０は１５回転する。
【００１５】
電動モータ１０が出力する回転トルクは、ウォームシャフトからウォームホイール２０に伝達されて出力シャフト３に補助トルクとして付与される。電動モータ１０が出力する回転トルクは、トルクセンサ１２にて検出された操舵トルクに基づいて演算される。
【００１６】
回転角度検出装置１０１は、インデックスセンサ１００の出力信号、電動モータ１０に設けられる角度センサ２２の出力信号、及び減速機１１の減速比に基づいてステアリングシャフト２の回転角度を演算する。具体的には、回転角度検出装置１０１は、インデックスセンサ１００の出力信号に基づいてステアリングシャフト２の基準回転角度を設定すると共に、角度センサ２２の出力信号に基づいて演算される電動モータ１０の回転角度の変化量と減速機１１の減速比とに基づいてステアリングシャフト２の回転角度変化量を演算する。そして、基準回転角度に回転角度変化量を加算することによってステアリングシャフト２の回転角度を演算する。
【００１７】
コントローラ１３は、回転角度検出装置１０１による演算及び電動パワーステアリング装置１０２の動作の制御を行うＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭと、トルクセンサ１２，インデックスセンサ１００，及び角度センサ２２等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭとを備える。
【００１８】
以下では、主に図４及び図５を参照して、ステアリングシャフト２の回転角度変化量の演算方法について説明する。
【００１９】
電動モータ１０の回転軸には、回転方向に着磁された環状の永久磁石であるリング磁石２１が取り付けられる。リング磁石２１は、内周面が電動モータ１０の回転軸の外周面に嵌合し、電動モータ１０の回転軸と一体に回転する。
【００２０】
リング磁石２１には、６個の磁極が周方向にわたって等間隔に形成される。つまり、３個のＮ極と３個のＳ極が周方向に交互に配設される。したがって、図５（ａ）に示すように、電動モータ１０が１回転する間に、リング磁石２１が発生する磁力は正弦波３周期分変化する。
【００２１】
角度センサ２２は、リング磁石２１の回転に伴い信号を出力するものであり、リング磁石２１の外周に対峙して周方向に所定角度離れて配置された第１角度センサ２２ａと第２角度センサ２２ｂとからなる。第１角度センサ２２ａと第２角度センサ２２ｂは同じセンサであり、図５（ｂ）に示すように、リング磁石２１の回転に応じて正弦波信号（電圧）を出力する。第１角度センサ２２ａと第２角度センサ２２ｂは、それぞれの正弦波信号の位相が９０度ずれるように配置される。リング磁石２１は６個の磁極を有するため、電動モータ１０が１回転すると、第１角度センサ２２ａと第２角度センサ２２ｂは正弦波３周期分の信号を出力する。つまり、電動モータ１０の電気角周期数は３である。
【００２２】
角度センサ２２の出力信号（電圧）はコントローラ１３に入力され、コントローラ１３はその入力された信号に基づいてステアリングシャフト２の回転角度変化量を演算する。具体的に説明すると、コントローラ１３のＲＯＭには、角度センサ２２の出力電圧とそれに対応する電動モータ１０の電気角との関係が規定されたテーブルが記憶されており、コントローラ１３は、そのテーブルを参照することによって電気角の変化量を演算することができる。例えば、テーブルを参照することによって電気角の変化量が５度であった場合には、電動モータ１０の１回転当たりの電気角周期数が３であるため、電動モータ１０の回転角度の変化量は１．６７度（＝５／３）と演算される。そして、ステアリングシャフト２と電動モータ１０との減速比は１：１５であるため、ステアリングシャフト２の回転角度変化量は０．１１度（＝１．６７／１５）と演算される。このように、角度センサ２２の出力信号に基づいて演算された電動モータ１０の回転角度の変化量と減速機１１の減速比とに基づいて、ステアリングシャフト２の回転角度変化量を演算することができる。
【００２３】
また、第１角度センサ２２ａと第２角度センサ２２ｂが出力する正弦波信号の位相が９０度ずれていることによって、コントローラ１３はステアリングシャフト２の回転方向を識別することができる。
【００２４】
次に、主に図２及び図６を参照して、インデックスセンサ１００によるステアリングシャフト２の基準回転角度の設定方法について説明する。
【００２５】
インデックスセンサ１００は、ステアリングシャフト２の回転に伴って回転し磁気を発生する磁気発生部としての磁石３１と、ステアリングシャフトの回転の過程で磁石３１が対面した際に信号を出力する信号出力部としての磁気センサ３２と、からなる。磁石３１が請求項１の「基準部」に該当する。なお、磁石３１及び磁気センサ３２の構成については後に詳しく説明する。
【００２６】
磁気センサ３２は、ステアリングシャフト２が１回転して磁石３１が対面する毎に１パルスの信号を出力する。磁気センサ３２の出力信号はコントローラ１３に入力される。
【００２７】
一般的に、ステアリングシャフト２は、車輪６が直進方向を向く中立状態を基準として左右にそれぞれ２回転程度するように構成される。したがって、図６に示すように、インデックスセンサ１００は、ステアリングシャフト２の回転に伴って５つのパルス信号（パルスａ〜ｅ）を出力することになる。車両の組み立て時或いは電動パワーステアリング装置１０２の組み立て時には、車輪６が直進方向を向くステアリングシャフト２の中立位置からステアリングシャフト２を左右に回転させ、インデックスセンサ１００がパルス信号を最初に出力するまでの左右の回転角度の測定が行われる。ここでは、仮に、ステアリングシャフト２を中立位置から右回転させた場合に、インデックスセンサ１００が１つ目のパルス信号（パルスｃ）を出力するまでの回転角度の測定値が１０度であり、ステアリングシャフト２を中立位置から左回転させた場合に、インデックスセンサ１００が１つ目のパルス信号（パルスｂ）を出力するまでの回転角度の測定値が−３５０度であったとする。この左右の測定値（１０度と−３５０度）は、インデックスセンサ１００の１つ目のパルス信号（パルスｃ，ｂ）に対応するステアリングシャフト２の基準回転角度としてコントローラ１３のＲＯＭに記憶される。このように、ステアリングシャフト２の基準回転角度は、車両の組み立て時或いは電動パワーステアリング装置１０２の組み立て時に予め設定される。ステアリングシャフト２の回転角度は、中立位置を基準として、右回転を＋の符号、左回転を−の符号にて示す。
【００２８】
次に、ステアリングシャフト２の回転角度の演算方法について説明する。
【００２９】
コントローラ１３は、車両が直進状態であると判定した場合には、角度センサ２２の出力信号に基づいてステアリングシャフト２の回転方向を識別し、インデックスセンサ１００が出力するステアリングシャフト２の中立位置から１つ目のパルス信号（図６のパルスｃ又はｂ）を受信した場合には、ＲＯＭから基準回転角度を読み込むことによって現在のステアリングシャフト２の回転角度を設定する。具体的には、ステアリングシャフト２の回転方向が右方向であると識別し、インデックスセンサ１００の出力信号（パルスｃ）を受信した場合には、ステアリングシャフト２の回転角度を１０度と設定する。また、ステアリングシャフト２の回転方向が左方向であると識別し、インデックスセンサ１００の出力信号（パルスｂ）を受信した場合には、ステアリングシャフト２の回転角度を−３５０度と設定する。このように、インデックスセンサ１００の出力信号に基づいて、ステアリングシャフト２の基準回転角度を設定することができる。
【００３０】
ステアリングシャフト２の基準回転角度が設定された後は、上記にて説明したように、角度センサ２２の出力信号に基づいて演算された電動モータ１０の回転角度の変化量と減速機１１の減速比とに基づいてステアリングシャフト２の回転角度変化量を演算し、その回転角度変化量を基準回転角度に加算することによってステアリングシャフト２の回転角度を演算する。
【００３１】
次に、主に図２，図３，図７，及び図８を参照して、インデックスセンサ１００を構成する磁石３１と磁気センサ３２について詳しく説明する。
【００３２】
図２及び図７に示すように、磁石３１は、樹脂製のホルダ３３を介してウォームホイール２０に固定される。ウォームホイール２０はステアリングシャフト２の一部を構成する出力シャフト３に連結されているため、磁石３１はステアリングシャフト２の回転に伴って回転することになる。
【００３３】
ウォームホイール２０は、出力シャフト３に連結される金属製の芯金２０ａと、芯金２０ａの外周を覆って形成され外周にウォームシャフトと噛み合う歯を有する樹脂製の歯部２０ｂと、からなる。
【００３４】
ホルダ３３は、ウォームホイール２０の芯金２０ａに固定される環状の本体部３３ａと、本体部３３ａの外周からウォームホイール２０の端面に沿って径方向へ延びる延長部３３ｂと、を備える。
【００３５】
本体部３３ａの端面には、軸方向に延びる複数のボス部３３ｃが形成される。各ボス部３３ｃは、ウォームホイール２０の芯金２０ａに形成された穴部２０ｃに挿入され熱カシメによって固定される。このように、ホルダ３３は、ボス部３３ｃを介してウォームホイール２０に固定される。
【００３６】
延長部３３ｂの先端部には、磁石３１が収容される収容部３４が形成される。収容部３４は、ウォームホイール２０の端面に対向する側が開口して形成され、磁気センサ３２に対向する側は磁石３１の脱落を防止するため閉塞して形成される。
【００３７】
磁石３１は、収容部３４内に接着材を介して固定される。これに代わり、磁石３１を収容部３４内に熱カシメによって固定するようにしてもよい。このように、磁石３１はホルダ３３の延長部３３ｂの先端部に固定され、ウォームホイール２０を収容する金属製のケース３７の内部に収容される。磁石３１は、ウォームホイール２０側がＮ極、磁気センサ３２側がＳ極となるように、収容部３４内に固定される。
【００３８】
図２及び図８に示すように、磁気センサ３２は、ウォームホイール２０のケース３７に固定される。具体的には、ケース３７に形成された開口部３７ａに嵌合して固定される。
【００３９】
磁気センサ３２は、ケース３７の開口部３７ａに嵌る樹脂製のハウジング４１に収容されたホール素子４２を有する。ホール素子４２は、ウォームホイール２０と共に回転する磁石３１が１回転して対面する毎に磁石３１から発生する磁気を検出してパルス信号を出力する。ホール素子４２から出力されたパルス信号は、基板４３及び配線４４を介してコントローラ１３に入力される。
【００４０】
以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
【００４１】
磁石３１は、ステアリングシャフト２と共に回転する構成部品のうち外径が大きいウォームホイール２０に固定されるため、回転半径が大きくなる。したがって、ホール素子４２から出力される信号（図６参照）がシャープになり、ステアリングシャフト２の基準回転位置を高分解能で検出できる。
【００４２】
また、磁石３１は電動パワーステアリング装置１０２の構成部品の１つであるウォームホイール２０に固定され、かつ磁気センサ３２はウォームホイール２０のケース３７に固定されるものであり、インデックスセンサ１００は既存の部品を利用して固定される。したがって、磁石３１の回転半径が大きいにもかかわらず、大型化することなく車両への搭載性に優れる。
【００４３】
また、磁石３１は、ウォームホイール２０を収容する金属製のケース３７の内部に収容され、従来はデッドスペースであった位置に配置されるため、他の機器と干渉することがない。
【００４４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、インデックスセンサ１００が磁石３１とその磁石３１が発生する磁気を検出する磁気センサ３２と、からなる構成について説明した。これに代わり、インデックスセンサ１００を、ステアリングシャフト２の回転に伴って回転する基準部としての発光部と、ステアリングシャフトの回転の過程で発光部が対面した際に発光部から発生する光を検出して信号を出力する信号出力部としての受光部と、からなる構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係るインデックスセンサは、ステアリングシャフトの回転角度を演算する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００  インデックスセンサ
１０１  回転角度検出装置
１０２  電動パワーステアリング装置
２      ステアリングシャフト
３      出力シャフト
７      入力シャフト
１０    電動モータ
２０    ウォームホイール
２２    角度センサ
３１    磁石
３２    磁気センサ
３３    ホルダ
３３ａ  本体部
３３ｂ  延長部
３７    ケース
４２    ホール素子
【図１】
2013199146.tif 000003
【図２】
2013199146.tif 000004
【図３】
2013199146.tif 000005
【図４】
2013199146.tif 000006
【図５】
2013199146.tif 000007
【図６】
2013199146.tif 000008
【図７】
2013199146.tif 000009
【図８】
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