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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine leicht montierbare Struktur einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, welche zur Unterstützung beim Drehen eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
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2. Stand der Technik
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Typische elektrische Servolenkungsvorrichtungen beinhalten eine Anordnung eines Drehmomentsensors, welcher arbeitet, um ein einem Lenkrad zugefügtes Lenkmoment zu messen, einen Regler bzw. ein Steuergerät, welches arbeitet, um ein Hilfslenkmoment als eine Funktion des gemessenen Lenkmoments zu bestimmen, einen Elektromotor, welcher das Hilfslenkmoment ausgibt, wie es durch das Steuergerät bestimmt ist, und einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher arbeitet, um den Ausgang des Elektromotors auf zu lenkende Räder zu übertragen. Das Steuergerät weist ein Substrat auf, auf welchem ein Schalttransistor arbeitet, um einen Arbeitszyklus (Tastgrad, Tastverhältnis) eines durch den Elektromotor fließenden Stroms zu steuern, und verschiedene elektrische Teile hergestellt sind. Der Schalttransistor ist wegen hierin erzeugter Wärme, die aus demselben entweicht, nicht direkt auf dem Substrat montiert, sondern wird durch ein Gehäuse, innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanismus montiert ist, gehalten. Der Schalttransistor ist auf das Substrat gelötet. Eine solche Struktur wird beispielsweise in der
JP H08-188164 A offenbart.
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Insbesondere offenbart die
JP H08-188164 A eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, welche aufweist: einen Elektromotor; ein Steuergerät, welches einen Schalttransistor, welcher arbeitet, um einen Arbeitszyklus eines Stroms zu steuern, und ein Steuersubstrat, mit welchem der Schalttransistor elektrisch verbunden ist, aufweist, wobei das Steuergerät ein von dem Elektromotor auszugebendes Hilfslenkmoment als eine Funktion eines einer Lenkwelle aufgebrachten Lenkmoments bestimmt; einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher arbeitet, um das von dem Elektromotor ausgegebene Hilfslenkmoment an die Lenkwelle zu übertragen; und eine Umhüllung, innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet ist.
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Die vorgenannte Struktur weist jedoch einen Nachteil dahingehend auf, daß ein Montage- oder Zusammenbauprozeß eines Lötens des Schalttransistors auf das Substrat des Steuergeräts von dem eines Einbauens des Drehmomentübertragungsmechanismus innerhalb des Gehäuses getrennt ist, was zu einer Schwierigkeit führt, den Schalttransistor mit dem Substrat des Steuergeräts zu verbinden.
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ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine leicht montierbare Struktur einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung bereitzustellen, welche in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, welche eingesetzt werden kann, um ein Hilfslenkmoment in Kraftfahrzeugen zu produzieren. Die Lenkvorrichtung weist auf: (a) einen Elektromotor; (b) ein Steuergerät, das einen Schalttransistor, welcher arbeitet, um einen Arbeitszyklus eines Stroms zu steuern, und ein Steuersubstrat, mit welchem der Schalttransistor elektrisch verbunden ist, aufweist, wobei das Steuergerät ein von dem Elektromotor auszugebendes Hilfslenkmoment als eine Funktion eines einer Lenkwelle zugefügten Lenkmoments bestimmt; (c) einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher arbeitet, um das von dem Elektromotor ausgegebene Hilfslenkmoment an die Lenkwelle zu übertragen; (d) eine Umhüllung, innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet ist; und (e) ein Stützelement, welches arbeitet, um die Lenkwelle und das Steuergerät zu stützen. Das Stützelement ist innerhalb der Umhüllung befestigt.
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Insbesondere wird das Steuergerät nicht durch die Umhüllung, innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet ist, gehalten, sondern durch das Stützelement gehalten, was es erlaubt, den Schalttransistor elektrisch mit dem Steuersubstrat zu verbinden, nachdem das Steuersubstrat auf dem Stützelement montiert worden ist. Dies verbessert die Montierbarkeit des Steuergeräts. Zusätzlich erlaubt die Installation des Stützelements innerhalb der Umhüllung, daß das Stützelement die Lenkwelle trägt, ohne daß zusätzliche zum Stützen der Lenkwelle verwendete Teile benötigt werden.
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In der bevorzugten Form der Erfindung weist das Stützelement einen hohlzylindrischen Vorsprung auf, welcher sich in einer Längsrichtung der Lenkwelle erstreckt. Der hohlzylindrische Vorsprung weist eine innere Wand, welche die Lenkwelle mittels eines Lagers drehbar unterstützt, und eine äußere Wand, um welche herum das Steuersubstrat angeordnet ist, auf.
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Die Lenkvorrichtung beinhaltet ferner einen auf der Lenkwelle installierten Drehmomentsensor, welcher arbeitet, um das der Lenkwelle zugefügte Lenkmoment in magnetischer Weise zu messen. Das Stützelement weist eine innere Umfangsoberfläche auf, welche dem Lenksensor gegenübersteht. Die innere Umfangsoberfläche weist darauf angeordnet ein magnetisches Sammelelement auf, welches arbeitet, um einen von dem Drehmomentsensor produzierten magnetischen Fluß zu sammeln.
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Das Steuergerät steuert den Arbeitszyklus eines dem Elektromotor zugeführten Stroms als eine Funktion des bestimmten Hilfslenkmoments, um dafür zu sorgen, daß der Elektromotor das bestimmte Hilfslenkmoment ausgibt. Die Umhüllung ist aus Aluminium hergestellt. Die Lenkvorrichtung beinhaltet ebenfalls Zufuhrleitungen, welche zwischen dem Elektromotor und dem Steuersubstrat angeschlossen sind, um den Strom dem Elektromotor zuzuführen. Die Zufuhrleitungen sind innerhalb der Aluminiumumhüllung angeordnet, wodurch ein Verlust von elektromagnetischen Wellen, welcher von der Steuerung des Arbeitszyklus des dem Elektromotor zugeführten Stroms herrührt, von den Zufuhrleitungen an die Umgebung der Umhüllung minimiert wird.
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Die Lenkvorrichtung beinhaltet ferner ein Motorgehäuse, innerhalb dessen der Elektromotor angeordnet ist. Das Motorgehäuse ist mit der Umhüllung derart verbunden, daß die Verbindungsstelle des Elektromotors mit den Zufuhrleitungen nahe an einer Verbindungsstelle des Steuergeräts mit den Zufuhrleitungen angeordnet ist.
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Der Drehmomentsensor, das Steuergerät, der Elektromotor und der Drehmomentübertragungsmechanismus sind innerhalb der Umhüllung und des Motorgehäuses integral angeordnet. Dies ermöglicht eine Längenreduzierung von Drähten, welche den Drehmomentsensor und den Elektromotor mit dem Steuergerät verbinden, wodurch ein Erfordernis nach zusätzlicher Verdrahtung beseitigt wird.
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Die Umhüllung ist aus einem Gehäuse, an welchem das Stützelement befestigt ist, und einem Deckel, welcher ein offenes Ende des Gehäuses schließt, aufgebaut. Das Stützelement ist in einer Berührungsstelle, welche zwischen dem Gehäuse und dem Deckel ausgebildet ist, angeordnet, welche so gelegen sind, daß sie miteinander in einer Längsrichtung der Lenkwelle überlappen.
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Der Schalttransistor ist auf dem Stützelement montiert.
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Die Umhüllung weist auf einer Innenwand hiervon ausgebildet eine Verlängerung auf, welche sich in einer radialen Richtung der Lenkwelle erstreckt, um eine in dem Drehmomentübertragungsmechanismus vorgesehene Schnecke eines Schneckengetriebes abzudecken, welche arbeitet, um die Drehzahl des Elektromotors zu reduzieren. Das Stützelement weist einen Anschlagabschnitt auf, welcher auf die Verlängerung des Gehäuses trifft.
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Der Schalttransistor ist in der Nähe des Anschlagabschnitts angeordnet, wodurch die Ableitung von durch den Schalttransistor erzeugter Wärme von dem Stützelement erleichtert wird.
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Der Schalttransistor ist auf einer Oberfläche des Stützelements im Wesentlichen gegenüber dem Anschlagabschnitt installiert.
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Das Stützelement weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, welche in einer Längsrichtung der Lenkwelle einander gegenüberliegen. Das erste Ende weist darauf angebracht das Steuergerät auf. Das zweite Ende weist eine Schnecke des Drehmomentübertragungsmechanismus hierauf angebracht auf. Das Stützelement befindet sich mit seinem gesamten Umfang mit einer inneren Wand der Umhüllung in berührendem Kontakt, wodurch ein Eindringen eines in das Schneckengetriebe eingebrachten Schmiermittels in das Steuergerät ausgeschlossen wird. Die Innenwand der Umhüllung dient auch dazu, das Stützelement in der radialen Richtung der Lenkwelle zu positionieren.
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Der Drehmomentsensor weist einen nicht drehbaren Abschnitt auf, welcher auf einer inneren Umfangsoberfläche des Stützelements vorgesehen ist. Dies erlaubt, daß der Drehmomentsensor mit dem Steuergerät verbunden wird, bevor das Stützelement innerhalb der Umhüllung plaziert wird.
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Die Lenkwelle umfaßt eine erste Welle, eine zweite Welle, und ein elastisches Bauelement, welches die erste und die zweite Welle fluchtend miteinander verbindet und unter Einwirkung einer Eingabe des Lenkmoments auf entweder die erste oder die zweite Welle tordiert bzw. sich verwindet. Der Drehmomentsensor beinhaltet (a) ein hartmagnetisches Bauteil, welches mit der ersten Welle verbunden ist und darum herum ein Magnetfeld erzeugt, (b) ein weichmagnetisches Bauteil, welches mit der zweiten Welle verbunden ist, innerhalb des Magnetfelds so angeordnet ist, daß sich ein magnetischer Kreis ausbildet, und arbeitet, um eine Dichte von in dem magnetischen Kreis erzeugtem magnetischem Fluß zu ändern, wenn das weichmagnetische Bauteil in einer Relativposition zu dem hartmagnetischen Bauteil aufgrund einer Verwindung des elastischen Bauelements verändert wird, (c) ein Paar von weichmagnetischen Hilfsbauteilen, welches nahe dem weichmagnetischen Bauteil angeordnet ist, und (d) einen Magnetsensor, welcher arbeitet, um eine Dichte von zwischen den weichmagnetischen Hilfsbauteilen fließendem magnetischen Fluß als eine Funktion des Lenkmoments zu messen. Eines der weichmagnetischen Hilfsbauteile weist einen Magnetflußsammelabschnitt auf, welcher dem anderen weichmagnetischen Hilfsbauteil in einer radialen Richtung der Lenkwelle gegenüberliegt und arbeitet, um den magnetischen Fluß von dem weichmagnetischen Bauteil zu sammeln. Der Magnetsensor ist zwischen dem Magnetflußsammelabschnitt und dem anderen weichmagnetischen Hilfsbauteil angeordnet.
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Die vorgenannte Struktur beseitigt das Bedürfnis, den von dem hartmagnetischen Bauteil erzeugten magnetischen Fluß direkt zu erfassen, wodurch ein Einbau des Magnetsensors an einem feststehenden Ort möglich wird.
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Die weichmagnetischen Hilfsbauteile können ersatzweise jeweils Magnetflußsammelabschnitte aufweisen, welche einander in der radialen Richtung der Lenkwelle gegenüberliegen und arbeiten, um den magnetischen Fluß von dem weichmagnetischen Bauteil zu sammeln. Der Magnetsensor ist zwischen den Magnetflußsammelabschnitten angeordnet, wodurch ein Anwachsen der Größe des Drehmomentsensors vermieden wird.
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Die weichmagnetischen Hilfsbauteile sind innerhalb eines Harzformteils mit einer Öffnung installiert. Das Harzformteil weist darin ausgebildet eine Kammer auf, innerhalb deren der Magnetsensor angeordnet ist. Die Kammer weist eine konische Wand auf, welche sich in Richtung der Öffnung im Durchmesser erweitert und als eine Führung zum Einsetzen des Magnetsensors in die Kammer dient, wenn der Magnetsensor innerhalb der Kammer installiert wird.
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Der Magnetsensor weist Anschlüsse auf, welche elektrisch mit einem Substrat des Steuergeräts verbunden sind. Das Steuergerät bestimmt das Hilfslenkmoment als eine Funktion der Dichte eines magnetischen Flusses, welcher von dem Drehmomentsensor gemessen wird.
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Das Substrat erstreckt sich senkrecht zu den Anschlüssen des Magnetsensors.
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Das Substrat erstreckt sich senkrecht zu den Anschlüssen des Magnetsensors, wodurch eine Vereinfachung der Verbindung zwischen den Anschlüssen des Magnetsensors und dem Substrat des Steuergeräts ermöglicht wird.
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Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, welche aufweist: (a) einen Elektromotor; (b) ein Steuergerät, das einen Schalttransistor, welcher arbeitet, um einen Arbeitszyklus von Strom zu steuern, und ein Steuersubstrat, mit welchem der Schalttransistor elektrisch verbunden ist, beinhaltet, wobei das Steuergerät ein von dem Elektromotor auszugebendes Hilfslenkmoment als eine Funktion eines einer Lenkwelle zugefügten Lenkmoments bestimmt; (c) einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher arbeitet, um das von dem Elektromotor ausgegebene Hilfslenkmoment an die Lenkwelle zu übertragen; und (d) eine Umhüllung, welche aus einem Gehäuse, innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanismus angeordnet ist, und einer ein offenes Ende des Gehäuses schließenden Abdeckung gebildet ist. Die Abdeckung stützt die Lenkwelle mittels eines Lagers und weist das Steuergerät an einer inneren Wand hiervon befestigt derart auf, daß das Steuergerät innerhalb der Umhüllung angeordnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen genauen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vollständiger verstanden werden, welche jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu begrenzen, sondern nur zum Zwecke der Erläuterung und zur Erleichterung des Verständnisses angeführt sind.
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In den Zeichnungen:
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ist 1 eine Teilschnittansicht, welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 2 eine Längsschnittansicht der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist;
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ist 3 eine Teillängsschnittansicht, welche ein Steuersubstrat und ein Stützelement der elektrischen Servolenkungsvorrichtung von 1 zeigt;
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ist 4(a) eine Vorderansicht, welche das Steuersubstrat in 3 zeigt;
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ist 4(b) eine Seitenansicht von 4(a);
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ist 5 eine Schnittansicht, wie sie in einer radialen Richtung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung von 1 genommen ist;
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ist 6 eine Teilschnittansicht, welche eine elektrische Verbindung eines Substrats eines Steuergeräts mit einem Elektromotor zeigt;
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ist 7 eine Teilschnittansicht, welche eine Modifizierung einer Verbindung eines Substrats eines Steuergeräts mit einem Elektromotor zeigt;
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ist 8 eine Längsschnittansicht, welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 9 eine Längsschnittansicht, welche eine modifizierte Form der elektrischen Servolenkungsvorrichtung von 8 zeigt;
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ist 10 eine Längsschnittansicht, welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 11 eine Längsschnittansicht, welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 12 eine Längsschnittansicht, welche eine. elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 13 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, welche eine Struktur eines Drehmomentsensors der elektrischen Servolenkungsvorrichtung in der fünften Ausführungsform zeigt;
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ist 14 eine teilweise geschnittene Seitenansicht von 13;
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ist 15 eine vergrößerte Teilansicht von 2, und zeigt eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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ist 16 eine vergrößerte Teilansicht, welche eine modifizierte Form einer Pfanne zeigt, die zum Speichern von Lecköl aus einem Lager an einer Eingangswelle befestigt ist; und
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ist 17 eine Teilschnittansicht, wie sie in einer radialen Richtung der elektrischen Servolenkungsvorrichtung von 1 genommen ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern in unterschiedlichen Ansichten gleiche Teile bezeichnen, insbesondere auf 1 und 2, ist dort eine elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 ist innerhalb einer Kabine eines Kraftfahrzeugs eingebaut und besteht im Wesentlichen aus einem Drehmomentsensor 2, einem Steuergrät 3, einem Elektromotor 4 und einem Drehmomentübertragungsmechanismus 5. Der Drehmomentsensor 2, das Steuergerät 3 und der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 sind innerhalb einer Kammer eingebaut, welche durch ein Gehäuse 6 und eine Abdeckung 7 definiert ist. Der Elektromotor 4 ist auf einem Joch 49 installiert.
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Eine Lenkwelle ist aus einer Eingangswelle 51, einer Ausgangswelle 52 und einem Torsionsstab 53 aufgebaut und durch Lager 11, 12, 13 und 14 unterstützt. Die Eingangswelle 51 ist typischerweise mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) gekoppelt und ist, wie in 2 deutlich gezeigt, mittels des Lagers 14 drehbar innerhalb der Ausgangswelle 52 angeordnet.
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Die Ausgangswelle 52 ist mit der Eingangswelle 51 ausgerichtet und mittels des Torsionsstabs 53 hiermit drehbar gekoppelt.
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Der Torsionsstab 53 ist in zylindrische Kammern der Eingangs- und der Ausgangswelle 51 und 52 eingepaßt und an Enden mittels Stiften 9 und 10 hiermit verbunden. Der Torsionsstab 53 dient als ein elastisches Element. Insbesondere erzeugt eine Drehung der Lenkwelle ein Drehmoment, welches wiederum auf die Eingangswelle 51 übertragen wird, wodurch der Torsionsstab 53 dazu veranlaßt wird, sich elastisch um eine longitudinale Mittenlinie hiervon zu verdrehen, so daß die Eingangs- und Ausgangswelle 51 und 52 sich relativ zueinander drehen.
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Der Drehmomentsensor 2 arbeitet, um ein von einem Fahrzeugführer manuell auf das Lenkrad aufgebrachtes Lenkmoment zu messen, und ist aus einem Magneten 21, einem Magnetjoch 22, einem Paar von Magnetflußsammelringen 23 und einem Magnetsensor 24 aufgebaut.
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Der Magnet 21 ist aus einem ringformigen hartmagnetischen Material hergestellt und mittels eines magnetischen Halters 21a in Preßpassung über den Umfang der Eingangswelle 51 gebracht. Der Magnet 21 weist wechselweise angeordnete N- und S-Pole auf.
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Das Magnetjoch bzw. Poljoch 22 ist mit der Ausgangswelle 52 verbunden und besteht aus einem Paar von Ringen, von denen jeder aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und eine Mehrzahl von magnetischen Zähnen (nicht gezeigt) aufweist, die als die N-Pole oder die S-Pole des auf dem gesamten Umfang hiervon angeordneten Magneten 21 in regelmäßigen Abständen dienen. Das Magnetjoch 22 befindet sich koaxial mit dem Magneten 21 um einen gegebenen Luftspalt von dem Umfang desselben entfernt. Jeder der Zähne eines der Ringe des Magnetjochs 22 ist in einer Umfangsrichtung des Magnetjochs 22 gegenüber einem der Zähne des anderen Rings verschoben. Insbesondere ist jeder der Zähne eines der Ringe des Magnetjochs 22 zwischen zwei aneinandergrenzenden Zähnen des anderen Rings angeordnet. Das Magnetjoch 22 ist innerhalb des von dem Magneten 21 produzierten Magnetfelds angeordnet, um zusammen mit dem Magneten 21 einen magnetischen Kreis auszubilden, und arbeitet, um die Dichte des innerhalb des magnetischen Kreises fließenden magnetischen Flusses zu andern, wenn das Magnetjoch 22 in einer Relativposition zu dem Magneten 21 aufgrund einer Verdrehung des Torsionsstabs 53 verändert wird.
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Die Magnetflußsammelringe 23 sind, wie das Magnetjoch 22, aus einem weichmagnetischen Material hergestellt und befinden sich nahe dem Umfang des Magnetjochs 22. Die Magnetflußsammelringe 23 arbeiten als ein Hilfsmagnetjoch, um magnetische Flüsse, welche aus dem Magneten 21 durch das Magnetjoch 22 entfliehen, zu sammeln. Die Magnetflußsammelringe 23 sind mittels einer Ringhalterung 23b auf einer inneren Umfangswand eines Stützelements 8 montiert, wie später im Detail beschrieben werden wird. Insbesondere sind die Magnetflußsammelringe 23 integral mit der Ringhalterung 23b montiert. Beispielsweise sind die Magnetflußsammelringe 23 innerhalb der Ringhalterung 23b einsatzgegossen. Einer der Magnetflußsammelringe 23 weist eine magnetische Sammelplatte 23a auf, welche auf einem Umfangsende hiervon ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung der Eingangs- und Ausgangswellen 51 und 52 erstreckt.
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Der Magnetsensor 24 ist zwischen der magnetischen Sammelplatte 23a eines der Magnetflußsammelringe 23 und dem anderen Magnetflußsammelring 23 angeordnet und arbeitet, um die Dichte des hierdurch fließenden magnetischen Flusses zu messen und ein elektrisches Signal (z. B. ein Spannungssignal), welches dies anzeigt, auszugeben. Der Magnetsensor 24 ist aus einem Hall-IC hergestellt und ist mittels der Ringhalterung 23b an dem Stützelement 8 befestigt. Der Magnetsensor 24 weist L-förmige Hall-IC-Anschlüsse auf, welche sich in Richtung des Lenkrads erstrecken und welche an ein Steuersubstrat 31 des Steuergeräts 3 gelötet sind.
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Im Betrieb wird, wenn das Lenkmoment auf die Lenkwelle 51 aufgebracht wird und der Torsionsstab 53 tordiert bzw. verdreht wird, dies bewirken, daß das Magnetjoch 22 seine Relativposition zu dem Magneten 21 in der Umgangsrichtung hiervon ändert. Der von dem Magneten 21 produzierte magnetische Fluß wird durch das Magnetjoch 22 zu der magnetischen Sammelplatte 23a der Magnetflußsammelringe 23 geführt. Die Änderung in der Relativposition des Magnetjochs 22 bezüglich des Magneten 21 bewirkt, daß sich die Dichte des magnetischen Flußes zwischen der magnetischen Sammelplatte 23a und dem gegenüberliegenden. Magnetflußsammelring 23 ändert. Der Magnetsensor 24 erfaßt eine solche Änderung als eine Funktion des auf die Eingangswelle 51 aufgebrachten Lenkmoments und gibt ein dieses anzeigendes Signal an das Steuergerät 3 aus.
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Das Steuergerät 3 arbeitet, um den Arbeitszyklus (den Tastgrad, das Tastverhältnis) eines durch den Elektromotor 4 fließenden Stroms als eine Funktion des von dem Drehmomentsensor 2 (d. h. dem Magnetsensor 24) gemessenen Lenkmoment zu steuern bzw. zu regeln.
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Das Steuersubstrat 31 ist, wie in 4(a) deutlich gezeigt, aus einem rechteckigen Abschnitt und einem halbkreisförmigen Abschnitt gebildet. Der halbkreisförmige Abschnitt weist in einem mittleren Abschnitt hiervon ausgebildet ein Loch 31a auf, durch welches die Eingangswelle 51 verläuft. Das Steuersubstrat 31 weist darin ausgebildet Löcher 31b auf, mit welchen Motoranschlüsse 41 des Elektromotors 4, wie in 1 gezeigt, verbunden sind.
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Ein Schalttransistor 32 ist, wie in 3 deutlich gezeigt, mittels einer Schraube direkt auf einer abgeschrägten Oberfläche 82 des Stützelements 8 befestigt. Der Schalttransistor 32 arbeitet, um den Arbeitszyklus von dem Elektromotor 4 zugeführtem Strom zu steuern. Der Schalttransistor 32 weist, wie in 2 gezeigt, Anschlüsse auf, welche sich von einer Seitenwand hiervon erstrecken, in Richtung des Lenkrads gebogen sind und an das Steuersubstrat 31 gelötet sind.
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Das Steuersubstrat 31 weist hierauf hergestellt, wie in 3 und 4(a) deutlich gezeigt, eine Steuervorrichtung 33, Relais 34 und 35 sowie einen Kondensator 36 auf. Das Steuersubstrat 31 ist zur Aufnahme eines das Lenkmoment anzeigenden Ausgangs des Drehmomentsensors 2 mit Anschlüssen des Drehmomentsensors 2 verbunden.
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Die Steuervorrichtung 33 ist durch einen Mikrocomputer implementiert, welcher den dem Elektromotor 4 zugeführten Strom als eine Funktion des Lenkmoments, wie es durch den Drehmomentsensor 2 gemessen wird, bestimmt und ein arbeitszyklusgesteuertes Signal an den Schalttransistor 32 erzeugt. Das Relais 34 spricht auf eine Ein/Aus-Betätigung eines Zündschalters (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs an, um die Zufuhr des Stroms an den Elektromotor 4 selektiv zu trennen. Das Relais 35 arbeitet, um den Stromfluß zwischen dem Schalttransistor 32 und dem Elektromotor 4 zu unterbrechen, um eine von einer Eingabe des Lenkmoments in den Elektromotor 4 herrührenden Erzeugung einer Leistungsabgabe des Elektromotors 4 zu vermeiden, wenn eine Treiberschaltung des Elektromotors 4 versagt. Der Kondensator 36 arbeitet, um eine Variation in einer Spannung einer Energieversorgung zu minimieren.
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Der Elektromotor 4 arbeitet, um zur Unterstützung eines Fahrzeugbetreibers beim Drehen des Lenkrads ein Drehmoment an die Ausgangswelle 52 bereitzustellen. Der Elektromotor 4 ist, wie in 5 gezeigt, ein Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsmotor, welcher aus einem Feld, einem Anker 47 und Bürsten 43 aufgebaut ist. Das Feld weist einen Magneten 48 auf, der auf einem inneren Umfang des Jochs 49 installiert ist, welches aus einem magnetischen Material hergestellt ist und als ein Motorgehäuse dient. Der Anker 47 ist durch den inneren Umfang des Feldes drehbar gelagert. Die Bürsten 43 befinden sich in Kontakt mit einem auf dem Anker 47 montierten Kommutator oder Kollektor 46. Die Bürsten 43 werden durch innerhalb von Bürstenhaltern 43a montierten Federn 44 in einen konstanten Kontakt mit dem Kommutator 46 gedrängt. Das Joch 49 weist ein offenes Ende auf, welches an einer Seitenoberfläche des Gehäuses 6 angebracht ist, und ist mittels einer Schraube 18 an einer Rahmenseite 70 befestigt.
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Der Elektromotor 4 weist, wie in 1 gesehen werden kann, mit den Bürsten 43 elektrisch verbundene Anschlußlitzen (Pigtails) 42 auf und ist mit innerhalb des Gehäuses 6 installierten metallischen Motoranschlüssen 41 ausgerüstet. Die Motoranschlüsse 41 sind durch Widerstandsschweißen mit einer Platte 19a verbunden, welche in einer Halteplatte 19 aus einem Harzmaterial einsatzgegossen ist.
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Die Halteplatte 19 dient dazu, die Bürstenhalter 43a zu halten, welche die Bürsten 43 so stützen, daß sie gleiten können, und, wie in 5 gezeigt, innerhalb des an dem offenen Ende des Elektromotors 4 befestigten Rahmenkopfstücks 70 angeordnet sind. Bei der Befestigung des Elektromotors 4 an dem Gehäuse 6 wird zuerst der Elektromotor 4 durch eine Öffnung 20 in das Gehäuse 6 eingesetzt.
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Die Motoranschlüsse 41 arbeiten, um dem Elektromotor 4 Energie bzw. Strom zuzuführen. Die Motoranschlüsse 41 sind unter im Wesentlichen rechten Winkeln gebogen und an Enden hiervon mit einer Anschlußplatte 43c verbunden, wie in 6 gezeigt, welche zwischen dem Endrahmen 43d und den Bürstenhaltern 43c mittels eines Montageelements 42b aus Gummi gehalten wird. Die anderen Enden der Motoranschlüsse 41 werden an das Steuersubstrat 31 des Steuergeräts 3 gelötet, nachdem der Elektromotor 4 an dem Gehäuse 6 befestigt worden ist. Das Joch 49 und das Gehäuse 6 sind derart aneinander befestigt, daß sich das Steuersubstrat 31 nahe der Anschlußplatte 43c befindet.
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Der Endrahmen 43d ist aus einer Metallplatte hergestellt und ist an dem Joch 49 zwischen dem Joch 49 und dem Gehäuse 6 befestigt. Das Gummi-Montageelement 43b arbeitet, um von einer Gleitbewegung der Bürsten 43 auf dem Umfang des Kommutators 46 herrührende Vibrationen zu absorbieren. Die Anschlußplatte 43c ist aus einem Harzbauteil mit darin angeordneten Metallanschlüssen hergestellt. Die Metallanschlüsse sind zwischen den Motoranschlüssen 41 und den Anschlußlitzen 42 zum Zuführen des Stroms von der Batterie zu den Bürsten 43 angeschlossen.
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Der Strom, welcher im Arbeitszyklus von dem Steuergerät 3 bestimmt und von dem Schalttransistor 32 eingestellt wird, wird mittels der Motoranschlüsse 41, der Platte 19a, den Anschlußlitzen 42 und den Bürsten 43 dem Anker 47 zugeführt.
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Der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 arbeitet, um ein von dem Elektromotor 4 produziertes Hilfslenkmoment an zu lenkende Räder zu übertragen. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 ist aus der Eingangswelle 51, der Ausgangswelle 52, der Torsionsstab 53, einem Schneckenrad 54, einer Schnecke 55, einer Ankerwelle 45 und einer Hülse 16 aufgebaut. Die Ankerwelle 45, die Hülse 16 und die Schnecke 55 sind senkrecht zu der Eingangswelle 51, der Ausgangswelle 52 und dem Torsionsstab 53 ausgerichtet.
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Die Ankerwelle 45 ist mit dem Anker 47 verbunden und weist einen geringeren Durchmesser als der Anker 47 auf. Die Ankerwelle 45 ist in die Hülse 16 preßgepaßt.
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Die Schnecke 55 wird, wie in 1 gesehen werden kann, durch ein Ausgangsdrehmoment der Ankerwelle 45 des Elektromotors 4, welches durch die über die Ankerwelle 45 montierte Hülse 16 übertragen wird, gedreht. Die Schnecke 55 weist in einer äußeren Oberfläche hiervon ausgebildet Schraubenkeile auf, welche mit der Hülse 16 verzahnt sind.
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Das Schneckenrad 54 ist, wie in 2 gezeigt, auf dem Umfang der Ausgangswelle 52 montiert und ist mit der Schnecke 55 so verzahnt, daß es durch eine Drehung der Schnecke 55 gedreht wird.
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Das Gehäuse 6 definiert eine Aluminiumumhüllung, innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 und das Stützelement 8 angeordnet sind. Das Gehäuse 6 stützt die Ausgangswelle 52 drehbar mittels des Lagers 12.
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Die Abdeckung 7 definiert eine Aluminiumumhüllung, welche ein in eine axiale Richtung der Lenkwelle orientieres offenes Ende des Gehäuses 6 abdeckt. Die Abdeckung 7 weist darin installiert das Lager 13 auf, welches die Eingangswelle 51 drehbar trägt. Bei Montage auf dem Gehäuse 6 drängt die Abdeckung 7 das Stützelement 8 im anstoßenden Kontakt mit einer Innenwand des Gehäuses 6. Dies bewirkt, daß das Stützelement 8 in einer Berührungsstelle zwischen einer Endoberfläche 7a der Abdeckung 7 und einer Innenwand 6a des Gehäuses 6 angeordnet ist. Die Abdeckung 7 ist, wie in 5 gezeigt, an Flanschen 71a und 71b des Gehäuses 6 befestigt. Der Flansch 71a befindet sich in der Nähe einer Linie 300 eines Kontakts mit einer äußeren Wand des Gehäuses 6 und einer äußeren Wand des Jochs 49. Der Flansch 71b befindet sich diametral gegenüber dem Flansch 71a auf der anderen Seite des Torsionsstabs 53.
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Das Stützelement 8 ist aus einem Aluminiummaterial hergestellt und besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Abschnitt und einem Rechteckquaderabschnitt und ist innerhalb einer zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 definierten Kammer angeordnet. Das Stützelement 8 trägt, wie in 2 deutlich gezeigt, das Steuergerät 3 auf einer dem Lenkrad gegenüberliegenden Oberfläche hiervon und ist innerhalb des Gehäuses 6 in anstoßendem Kontakt einer der Innenwand des Gehäuses 6 gegenüberliegenden Oberfläche hiervon gehalten. Das Stützelement 8 weist, wie bereits beschrieben, die Ringhalterung 23b auf, in welcher die Magnetflußsammelringe 23 angeordnet sind, und hält mittels des Lagers 11 die Ausgangswelle 52 in drehbarer Lagerung. Das Stützelement 8 weist einen Halteflansch 81 auf, welcher an eine Verlängerung 61 anstößt, welche auf der Innenwand des Gehäuses 6 ausgebildet ist und sich einwärts erstreckt, um die Schnecke 55 abzudecken. Der Halteflansch 81 weist eine Oberfläche gegenüber der Verlängerung 61 auf, auf welcher der Schalttransistor 32 montiert ist. Das Stützelement 8 weist, wie in 4(b) gezeigt, darauf montiert einen Verbinder 15 auf, welcher Energieversorgungs- oder Zuführungsanschlüsse, die zu der Batterie (nicht gezeigt) führen, und Signalanschlüsse zum Empfangen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals aufweist. Das Stützelement 8 weist einen ringförmigen Vorsprung 84 auf, welcher an dem Ende des Stützelements 8, welches zu den zu lenkenden Rädern zeigt, ausgebildet ist, und ragt in der axialen Richtung der Eingangs- und Ausgangswelle 51 und 52 hervor. Der Vorsprung 84 weist einen äußeren Umfang auf, welcher an die Innenwand des Gehäuses 6 insgesamt stößt, und weist ebenfalls eine innere Kammer auf, innerhalb deren das Lager 11 eingepaßt ist.
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Das Stützelement 8, auf welchem das Steuergerät 3, wie in 3 gezeigt, montiert ist, ist innerhalb der Kammer zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 angeordnet.
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Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich, weist die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 das Steuergerät 3 auf dem Stützelement 8 montiert auf, welches unabhängig von dem Gehäuse 6 ist, innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 angeordnet ist, was es erlaubt, die Anschlüsse des Schalttransistors 32 an das Steuersubstrat 31 zu löten, nachdem der Schalttransistor 32 und das Steuersubstrat 31 auf dem Stützelement 8 montiert worden sind. Dies ermöglicht eine Erleichterung der Montage des Steuergeräts 3 im Vergleich mit der herkömmlichen Struktur, bei welcher die Anschlüsse des Schalttransistors 32 an das Steuersubstrat 31 gelötet werden, nachdem der Schalttransistor 32 und das Steuersubstrat 31 an dem Gehäuse 6 montiert worden sind.
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Es ist auch möglich, einen Betrieb des Steuergeräts 3, welches auf dem Stützelement 8 montiert ist, zu prüfen, bevor es in dem Gehäuse 6 plaziert wird. Insbesondere gibt es keine Notwendigkeit, den Betrieb des Steuergeräts 3 nach Anordnung innerhalb des Gehäuses 6 zu prüfen.
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Die Montage des Stützelements 8 innerhalb der Kammer, welche zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 definiert ist, ermöglicht es dem Stützelement 8, die Ausgangswelle 52 mittels des Lagers 11 drehbar zu halten, wodurch das Bedürfnis nach einem zusätzlichen Bauelement zum Stützen der Ausgangswelle 52 beseitigt ist.
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Das Stützelement 8 ist aus einem Aluminiummaterial hergestellt und weist die abgeschrägte Oberfläche 82 auf, auf welcher der Schalttransistor 32 direkt montiert ist, was eine Ableitung von Wärme, die von dem Schalttransistor 32 erzeugt wird, von dem Stützelement 8 erleichtert. Zusätzlich weist das Stützelement 8 den Halteflansch 81 auf, welcher sich in anstoßendem Kontakt mit der Verlängerung 61 des Gehäuses 6 befindet, die vorgesehen ist, um die Schnecke 55 abzudecken, wodurch eine Übertragung der von dem Schalttransistor 32 erzeugten Wärme durch das Stützelement 8 auf die Verlängerung 61 erleichtert wird, um die Wärme abzuleiten.
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Der Halteflansch 81 befindet sich mit der Oberfläche hiervon, welche der Oberfläche, auf welcher der Schalttransistor 32 montiert ist, gegenüberliegt, in anstoßendem Kontakt mit der Verlängerung 61 des Gehäuses 6, wodurch die Ableitung der von dem Schalttransistor 32 erzeugten Wärme durch das Stützelement 8 auf das Gehäuse 6 erleichtert wird, womit eine weitere Erleichterung der Wärmeableitung ermöglicht wird.
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Die Ringhalterung 23b, in welcher die Magnetflußsammelringe 23 angeordnet sind, ist direkt an der Innenwand des Stützelements 8 angebracht, was das Bedürfnis nach einer zusätzlichen Halterung für den Magnetflußsammelring beseitigt.
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Die Motoranschlüsse 41, die als Zufuhrleitungen verwendet werden, um dem Elektromotor 4 die Energie oder den Strom zuzuführen, sind in dem aus Aluminium hergestellten Gehäuse 6 angeordnet, was einen Verlust elektromagnetischer Wellen, der erzeugt wird, wenn das Steuergerät 3 den Arbeitszyklus des durch den Elektromotor 4 fliehenden Stroms steuert, an die Umgebung des Gehäuses 6 minimiert. Dies minimiert nachteilige Wirkungen auf äußere Einrichtungen wie etwa einen in dem Fahrzeug installierten Radioempfänger.
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Das Joch 49 des Elektromotors 4 und das Gehäuse 6 sind so befestigt, daß sich das Steuersubstrat 31, mit welchem die Motoranschlüsse 41 verbunden sind, nahe der Anschlußplatte 43c befindet, wodurch eine Verkürzung der Motoranschlüsse 41 möglich wird. Dies führt zu einer Abnahme elektromagnetischer Wellen, welche von der Steuerung des Arbeitszyklus des dem Elektromotor 4 zugeführten Stroms durch das Steuergerät 3 herrühren.
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Der Drehmomentsensor 2, das Steuergerät 3, der Elektromotor 4 und der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 sind integral zusammengebaut, wodurch eine Verkleinerung der Größe der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1 sowie von Drähten oder Leitern zwischen dem Drehmomentsensor 2 und dem Steuergerät 3 und zwischen dem Elektromotor 4 und dem Steuergerät 3 ermöglicht wird. Die Motoranschlüsse 41 und die Anschlüsse des Magnetsensors 24 sind direkt mit dem Steuersubstrat 31 verbunden, was das Bedürfnis nach zusätzlicher Verdrahtung beseitigt.
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Das Gummi-Montageelement 43b ist zwischen der Anschlußplatte 43c und den Bürstenhaltern 43a angeordnet und arbeitet, um von einer Gleitbewegung der Bürsten 43 auf dem Kommutator 46 herrührende Vibrationen zu absorbieren, um eine Übertragung der Vibrationen auf die Anschlußplatte 43c zu minimieren, was es vermeidet, die zwischen der Anschlußplatte 43c und dem Steuersubstrat 31 angeordneten Motoranschlüsse 41 einer durch die Vibrationen hervorgerufenen Belastung zu unterwerfen, wodurch die Stabilität der Verbindung zwischen den Motoranschlüssen 41 und dem Steuersubstrat 31 sichergestellt wird.
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Das Stützelement 8 weist, wie zuvor beschrieben, den Vorsprung 84, welcher durch einen Abschnitt des Endes hiervon, welches den zu lenkenden bzw. zu steuernden Rädern gegenüberliegt, ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung der Lenkwelle (d. h. der Eingangs- und Ausgangswelle 51 und 52 und dem Torsionsstab 53) erstreckt. Der Vorsprung 84 weist einen äußeren Umfang in Kontakt mit der inneren Wand des Gehäuses 6 insgesamt auf, wodurch die Genauigkeit einer Positionierung des Stützelements 8 in der radialen Richtung der Lenkwelle sichergestellt wird. Dies beseitigt ein Bedürfnis nach einer Erhöhung eines Zwischenraums zwischen dem inneren Umfang der Magnetflußsammelringe 23 und dem Magnetjoch 22, um einen physikalischen Kontakt hierzwischen zu vermeiden, und minimiert auch eine Verringerung des durch die Magnetflußsammelringe 23 fließenden magnetischen Flusses, was in einer verbesserten Genauigkeit einer Messung der magnetischen Flußdichte in dem Magnetsensor 24 resultiert. Der anstoßende Kontakt des gesamten Umfangs des Vorsprungs 84 mit der Innenwand des Gehäuses 6 minimiert das Eindringen eines auf die Schnecke 55 aufgebrachten Schmiermittels in das Steuergerät 3, um nachteilige Wirkungen des Schmiermittels auf auf dem Steuersubstrat 31 hergestellte Schaltungselemente zu vermeiden.
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Das Stützelement 8 wird durch eine Verbindungsstelle gehalten, welche durch das Gehäuse 6 und die Abdeckung 7 ausgebildet ist, welche so gelegt sind, daß sie in der axialen Richtung der Lenkwelle überlappen, wodurch eine unerwünschte physikalische Verschiebung hiervon in der axialen Richtung beseitigt wird.
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Das Stützelement 8 weist den Magnetsensor 24 des Drehmomentsensors 2 und das Steuersubstrat 31 des Steuergeräts 3 hierauf montiert auf, wodurch eine elektrische Verbindung der Hall-IC-Anschlüsse 24a des Magnetsensors 24 mit dem Steuersubstrat 31 möglich wird, bevor sie innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet werden. Dies erlaubt es, den Betrieb des Steuergeräts 3 zu testen, bevor das Stützelement 8 innerhalb des Gehäuses 6 montiert wird. Die direkte Verbindung des Magnetsensors 24 mit dem Steuersubstrat 31 minimiert das Erfordernis für Drähte oder Verbinder.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 kann ein Schmiermittel aufweisen, welches zwischen dem Halteflansch 81 des Stützelements 8 und der Innenwand des Gehäuses 6 angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
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Das Stützelement 8 kann ersatzweise aus einem magnetischen Material hergestellt sein, wodurch magnetisches Rauschen, welches von außerhalb des Gehäuses 6 zugeführt wird, vermindert wird.
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Ein magnetisches Schild kann zwischen den Magnetflußsammelringen 23 und dem Stützelement 8 angeordnet sein, um einen durch den Drehmomentsensor 2 fließenden externen magnetischen Fluß, welcher durch das aus Aluminium hergestellte Gehäuse 6 hindurchgetreten und in das Stützelement 8 eingetreten ist, zu minimieren, was einen Fehler bei der Messung des Drehmomentsensors 2 hervorrufen könnte.
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Das Steuersubstrat 31 und die Anschlußplatte 43c können alternativ durch Anschlußlitzen (Pigtails) 41a, wie in 7 dargestellt, oder beschichtete Drähte (nicht gezeigt) anstelle der Motoranschlüsse 41 verbunden sein. Die Verwendung solcher Leiter verhindert, daß Vibrationen der Anschlußplatte 43c, welche beispielsweise von der Gleitbewegung der Bürsten 43 herrühren, auf das Steuersubstrat 31 übertragen werden.
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Der Drehmomentsensor 2 kann alternativ von einem Induktanztyp sein, in welchem eine Spule anstelle der Magnetflußsammelringe 23 verwendet wird. Die Spule kann auf dem Stützelement 8 so montiert sein, daß sie im wesentlichen die gleichen Wirkungen wie oben beschrieben zeigt.
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Der Schalttransistor 32 ist direkt auf der abgeschrägten Oberfläche 82 des Stützelements 8 angebracht, kann aber ersatzweise mittels einer Metallplatte montiert sein.
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Der Elektromotor 4 kann ersatzweise durch einen bürstenlosen Motor implementiert sein.
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8 und 9 zeigen die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Steuergerät 3 ist nicht auf dem Stützelement 8 montiert, sondern wird durch die innere Wand der Abdeckung 7 gehalten. Nachdem das Steuergerät 3 auf der Abdeckung 7 montiert ist, wird die Abdeckung 7 an dem offenen Ende des Gehäuses 6 so befestigt, daß das Steuergerät 3 innerhalb einer durch das Gehäuse 6 und die Abdeckung 7 definierten Kammer angeordnet ist. Die Ringhalterung 23b ist an dem Steuersubstrat 31 befestigt. Ein O-Ring 23c ist über die Ringhalterung 23b gepaßt, um das Eindringen eines der Schnecke 55 zugeführten Schmiermittels in das Steuergerät 3 auszuschließen. Nachdem die Abdeckung 7, auf welcher das Steuergerät 3 montiert ist, mit dem offenen Ende des Gehäuses 6 verbunden ist, ist es schwierig, die Motoranschlüsse 41 an das Steuersubstrat 31 zu löten. Die Motaranschlüsse 41 werden mittels eines Verbinders (nicht gezeigt) mit dem Steuersubstrat 31 verbunden. Die Struktur dieser Ausführungsform zeigt im wesentlichen die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die der ersten Ausführungsform.
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Andere Anordnungen sind mit denen in der ersten Ausführungsform identisch, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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Das Stützelement 8 unterstützt, wie in 8 deutlich gezeigt, den Umfang der Ausgangswelle 52 mittels des Lagers 11, aber wie in 9 gezeigt, können das Stützelement 8 und das Lager 11 weggelassen werden, falls die Steifigkeit der Lenkwelle vergleichsweise hoch ist. In diesem Fall ist vorzugsweise eine Trennwand 17 vorgesehen, um ein Auslaufen eines der Schnecke 55 zugeführtes Schmiermittels zu dem Steuersubstrat 31 hin auszuschließen.
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10 zeigt die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Stützelement 8 weist eine Verlängerungshülse 83 auf, welche sich in Richtung der Lenkwelle erstreckt. Die Verlängerungshülse 83 weist darin angeordnet das Lager 13 auf, durch welches die Eingangswelle 51 verläuft. Die Lenksäule 56 ist teilweise in die Verlängerungshülse 83 eingepaßt. Die Verlängerungshülse 83 ist in der Abdeckung 7 in anstoßendem Kontakt einer Außenwand der Abdeckung 7 eingepaßt. Das Steuersubstrat 3 umgibt die Verlängerungshülse 83. Dieser Aufbau verhindert, daß ein in dem Lager 13 enthaltenes Schmiermittel entlang der Lenkwelle zu dem Steuersubstrat 31 zu dem Steuersubstrat 13 hin fließt und minimiert auch eine örtliche Verschiebung des Stützelements in einer radialen Richtung der Lenkwelle.
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Andere Anordnungen sind identisch mit denen in der ersten Ausführungsform, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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11 ist eine Schnittansicht, welche die Lenkwelle der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung quer schneidet.
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Die Eingangswelle 51 verläuft nicht durch das Steuersubstrat 31. Das Steuersubstrat 31 ist aus einer rechteckigen Platte hergestellt. Diese Struktur ist nützlich in einem Fall, in welchem das Steuersubstrat 31 eine kleine Anzahl von darauf hergestellten Teilen aufweist oder eine verringerte Größe aufweist.
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Die Steuervorrichtung 33 ist, wie in 11 dargestellt, aus einem integrierten Chip hergestellt, welcher aus einem Mikrocomputer und einem IC besteht, kann aber ersatzweise, wie in 4 gezeigt, den Mikrocomputer und den IC getrennt auf dem Steuersubstrat 31 hergestellt aufweisen.
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Andere Anordnungen sind identisch mit denen in der ersten Ausführungsform, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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12 zeigt die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Magnetjoch 22 ist wie in der ersten Ausführungsform innerhalb eines Harzformteils 122 angeordnet, welches mittels eines Jochhalters 123 über die Ausgangswelle 52 preßgepaßt ist.
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Die Magnetflußsammelringe 23 sind, wie in 13 und 14 deutlich gezeigt, innerhalb einer Innenwand des Ringhalters 23b, der aus einem Hohlzylinder aus Harz hergestellt ist, angeordnet. Die Magnetflußsammelringe 23 sind so gelegen, daß sie einander in der Längsrichtung der Lenkwelle überlappen. Die Ringhalterung 23b weist darin ausgebildet eine offene Sensormontagekammer 171 auf, innerhalb deren der Magnetsensor 24 montiert ist. Die Ringhalterung 23b ist an der Innenwand der in dem Stützelement 8 ausgebildeten Kammer fest gesichert. Die Ringhalterung 23b weist eine konische Wand 172 auf, welche an einer Seite eines offenen Endes der Sensormontagekammer 171 ausgebildet ist und als eine Führung zur Ermöglichung eines leichteren Einsetzens des Magnetsensors 24 dient. Die konische Wand 172 weist einen Durchmesser auf, welcher zu dem offenen Ende der Sensormontagekammer 171 hin zunimmt.
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Die Installation des Magnetsensors 24 wird durch Einsetzen desselben in die Sensormontagekammer 171 in der Längsrichtung der Lenkwelle und Platzieren desselben zwischen der magnetischen Sammelplatte 23a und einem oberen der Magnetflußsammelringe 23, die in der Längsrichtung beweglich sind, erreicht. Der Magnetsensor 24 weist die Anschlüsse 24a auf, welche sich, wie in 14 deutlich gezeigt, in der Längsrichtung der Lenkwelle erstrecken. Ein Abschnitt des oberen Magnetflußsammelrings 23, welcher der magnetischen Sammelplatte 23a gegenüberliegt, ist von dem Rest des oberen Magnetflußsammelrings 23 aus kontinuierlich gekrümmt und weist eine Funktion auf, die von dem Magneten 21 zusammen mit der magnetischen Sammelplatte 23a generierten magnetischen Flüsse, kann aber alternativ so gearbeitet sein, daß er eine flache Oberfläche aufweist, welche der magnetischen Sammelplatte 23a in der radialen Richtung der Magnetflußsammelringe 23 gegenübersteht.
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Das Steuergerät 3 überwacht die Torsion oder das Drehmoment, welches dem Lenkrad hinzugefügt wird, wie es von dem Drehmomentsensor 2 gemessen wird, um den Arbeitszyklus des durch den Elektromotor 4 fließenden Stroms zu steuern.
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Das Steuersubstrat 31 ist senkrecht zu den Anschlüssen 24a des Magnetsensors 24 angeordnet und wird von dem Stützelement 8 gehalten. Die Anschlüsse 24a des Magnetsensors 24 sind an das Steuersubstrat 31 gelötet, um den Ausgang des Drehmomentsensors 2, welcher das Lenkmoment anzeigt, an das Steuergerät 3 zu übertragen. Die Orientierung des Steuersubstrats senkrecht zu den Anschlüssen 24a des Magnetsensors 24 erlaubt es, die Anschlüsse 24a ohne einen zusätzlichen Biegeprozeß direkt mit dem Steuersubstrat 31 zu verbinden. Dies ermöglicht es, daß die Anschlüsse 24a verkürzt sind, und führt zu einer verbesserten Montierbarkeit des Magnetsensors 24.
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15 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 2 und zeigt die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Eine Pfanne 90 ist um einem gesamten Umfang der Eingangswelle 51 herum vorgesehen. Die Pfanne 90 ist durch einen tassenförmigen Zylinder ausgebildet, welcher aus einem elastischen Material wie etwa Gummi hergestellt ist, und ist zwischen dem Lager 13 und dem Steuersubstrat 31 angeordnet. Die Pfanne 90 ist aus einem scheibenförmigen Boden 90a und einer ringförmigen Seitenwand 90b, welche sich im wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Eingangswelle 51, erstreckt, aufgebaut, um eine Kammer mit einer zu dem Lager 13 hin orientierten Öffnung zu definieren. Die Pfanne weist einen Außendurchmesser auf, der größer als ein Innendurchmesser einer Innenwand 72a eines Lagergehäuses 72 ist, welches durch einen integral mit der Abdeckung 7 ausgebildeten Hohlzylinder definiert ist. Die Gesamtheit eines offenen Endes der Pfanne 90 befindet sich nahe der Innenwand der Abdeckung 7.
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Die Pfanne 90 dient dazu, Öl, welches aus dem Lager 13 entlang dem Umfang der Eingangswelle 51 fließt, darin zu sammeln oder zu speichern, um eine Ablagerung des Öls über den Schaltungsteilen des Steuersubstrats 31 auszuschließen. Die Pfanne 90 ist, wie zuvor beschrieben, im Durchmesser größer als das Lager 13 und befindet sich nahe der Innenwand der Abdeckung 7, so daß sie alle Tropfen des Öls, welche von dem Lager 13 und/oder der Oberfläche der Eingangswelle 51 während Drehung der Eingangswelle 51 verstreut werden, aufnehmen kann. Zweckmäßigerweise weist die Kammer der Pfanne 90 eine ausreichende Tiefe auf, um Tropfen des Öls während einer Drehung der Eingangswelle 51 mit vergleichsweise hoher Drehzahl vollständig aufzufangen.
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In einem Fall, in welchem es keine Notwendigkeit von Befürchtungen über ein direktes Fliegen des Öls von dem Lager 13 gibt, kann die Pfanne 90 einen kleineren Durchmesser als den Innendurchmesser der Innenwand 72a des Lagergehäuses 72 aufweisen.
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16 zeigt eine Modifizierung der Pfanne 90.
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Die Pfanne 90 weist eine ringförmige Abdeckung 90d auf, welche sich einwärts von dem Ende der Seitenwand 90b aus erstreckt, um eine Öffnung 90c zu definieren. Die Öffnung 90c ist im Durchmesser kleiner als der Boden 90a.
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In der Struktur von 15 kann eine der Drehung der Eingangswelle 51 folgende Drehung der Pfanne 90 bewirken, daß das Öl innerhalb der Pfanne 90 über die Seitenwand 90b nach außen fliegt bzw. schwappt. Die Abdeckung 90 dient dazu, eine solche Situation zu vermeiden.
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Ein Einbauort des Kondensators 36 und vorteilhafte Wirkungen, welche hierdurch angeboten werden, werden nachstehend im Detail beschrieben werden.
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Der Kondensator 36 ist, wie in 4(b) deutlich gezeigt, von einer zylindrischen Gestalt und weist eine Länge auf, die sich senkrecht zu der Ankerwelle 45 des Elektromotors 4 erstreckt. Insbesondere ist der Kondensator 36 parallel zu der Lenkwelle orientiert, wodurch ein Einbau des Kondensators 36 innerhalb des Gehäuses 6 ermöglicht wird, ohne die Größe der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1 in einer radialen Richtung der Lenkwelle vergrößern zu müssen. Der Kondensator 36 ist, wie in 5 und 17 gezeigt, innerhalb einer Kammer 61 angeordnet, die sich innerhalb des Gehäuses 6 außerhalb des Durchmessers der Hülse 16 und innerhalb des Durchmessers des Elektromotors 4 befindet. In anderen Worten, die Kammer 61 ist zwischen der Eingangswelle 51 innerhalb des Gehäuses 6 und dem Elektromotor 4 definiert. Üblicherweise liegt die Ankerwelle 45 von der Schnecke 55 getrennt vor und ist mit dieser durch die Hülse 16 verbunden, was bewirkt, daß die Kammer 61 unvermeidlich außerhalb des Durchmessers der Hülse 16 definiert ist. Der Einbau des Kondensators 36 innerhalb der Kammer 61 ermöglicht eine effiziente Ausnutzung eines Innenraums des Gehäuses 6 ohne ein Erfordernis, die Größe der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1 zu vergrößern. Der Kondensator 36 ist nahe der Innenwand des Gehäuses 6 mittels eines Füllmaterials gesichert.
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Das Gehäuse 6 ist aus einem Aluminiummaterial hergestellt und weist, wie bereits beschrieben, das Stützelement 8 hierin angeordnet auf. Das Gehäuse 6 stützt die Ausgangswelle 52 drehbar durch das Lager 12. Der Kondensator 36 ist an der Innenwand des Gehäuses 6 mittels des Füllmaterials befestigt, wodurch eine Ableitung von in dem Kondensator 36 erzeugter Wärme an das Gehäuse 6 verbessert wird, was die Ableitung der Wärme von dem Kondensator 36 ermöglicht. Die Innenwand des Gehäuses 6, an welcher der Kondensator 36 befestigt ist, ist rund, d. h., von einem Umriß derart, daß er mit dem Umriß des Kondensators 36 im Einklang steht, wodurch der Kondensator 36 frei von hierauf wirkenden mechanischen Vibrationen fest gehalten wird. Dies minimiert die Belastung, die auf Verbindungsstellen des Kondensators 36 mit dem Steuersubstrat 31 wirkt, was die Zuverlässigkeit eines Betriebs des Kondensators 36 sicherstellt.
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Der Kondensator 36 kann, wie aus 5 ersehen werden kann, teilweise außerhalb des Durchmessers des Elektromotors 4 angeordnet sein. In anderen Worten, der Kondensator 36 ist vorzugsweise hauptsächlich innerhalb des Durchmessers des Elektromotors 4 angeordnet.
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Die Ankerwelle 45 und die Schnecke 55 können ersatzweise ohne Verwendung der Hülse 16 integral ausgebildet sein.