JP2009262848A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増大及び組み付け工数の増大を抑制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。
【解決手段】車両のステアリング系の舵角を検出する舵角センサ４４と、車両のステアリング系に操舵補助トルクを与える電動モータとを有する電動パワーステアリング装置において、ステアリング出力軸１１ｂ側の減速ギアボックス３０内に、該ステアリング出力軸１１ｂのウォームホイール３１に形成された内歯３１ｂとこれに噛み合う外歯３７ａ，３８ａを有するピニオンギヤ３７，３８とを設けて、舵角センサ４４の駆動が、この内外歯車によりなされるように組み込まれている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリング系に導入されたドライバの操舵トルクを電動モータの駆動トルクで補助して出力させるものである。このような電動パワーステアリング装置にはステアリングシャフトの回転角を検出するために舵角センサが設けられている。この舵角センサを設ける際に、ステアリングシャフトにその回転を取り出すための専用のギヤを取り付け、このギヤに噛み合うことでステアリングシャフトと同期回転するギヤ、あるいはこのギヤにさらに噛み合う部品の回転を、舵角センサで検出する構造のものがある（例えば、特許文献１，２参照）。
特表平８−５１１３５０号公報 特表平１１−５００８２８号公報

上記のように、ステアリングシャフトにその回転を取り出すための専用のギヤを取り付ける構造では、部品点数が増大してしまうばかりか、ステアリングシャフトにギヤを組み付けるという面倒な作業が必要となり、組み付けの工数が増大し製造コストが増大してしまう。

本発明は、部品点数の増大及び組み付け工数の増大を抑制することができる電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、車両のステアリング系の舵角を検出する舵角センサと、上記ステアリング系に操舵補助トルクを与える電動モータとを有する電動パワーステアリング装置において、上記ステアリング系に設けられた減速ギヤボックス内に上記舵角センサが組み込まれていることを特徴とする。

かかる構成とすることにより、減速ギヤボックス内で回転する部品を利用して舵角センサを構成することができるため、部品点数の増大及び組み付け工数の増大を抑制することができる。また、減速ギヤボックス内に舵角センサを組み込むことで、外乱からのダメージを抑制でき、信頼性を向上できる。

また、上記ステアリング系のステアリングシャフトがステアリングホイールと同期回転する入力軸と上記電動モータによって駆動される出力軸とを有している場合、上記出力軸側の減速ギヤボックス内に上記舵角センサが組み込まれていても良い。
かかる構成とすることにより、出力軸側の舵角を舵角センサで検出することができる。

また、上記ステアリング系のステアリングシャフトがステアリングホイールと同期回転する入力軸と上記電動モータによって駆動される出力軸とを有している場合、上記入力軸側の減速ギヤボックス内に上記舵角センサが組み込まれていても良い。
かかる構成とすることにより、入力軸側の舵角を舵角センサで検出することができる。

また、上記舵角センサの駆動が内外歯車によりなされるようにしても良い。
かかる構成とすることにより、減速ギヤボックス内のスペースを有効に利用して舵角センサを組み込むことができる。

本発明によれば、部品点数の増大及び組み付け工数の増大を抑制することができるとともに、信頼性を向上することができる。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明に係る電動パワーステアリング装置の第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

図１は、コラム式の電動パワーステアリング装置１０を示したものであり、符号１１はステアリングシャフト、１２はステアリングシャフト１１のハウジング、２０はラック・ピニオン式運動変換機構、３０は減速ギヤボックスであり、これらは車両のステアリング系を構成している。また、１３はステアリング系に操舵補助トルクを与えるパワーアシスト用の電動モータである。

ステアリングシャフト１１は、ステアリング入力軸（入力軸）１１ａとステアリング出力軸（出力軸）１１ｂとを備えており、ハウジング１２の内部に軸心回りに回転自在に支持されている。ハウジング１２は車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。ステアリング入力軸１１ａは、その上端にステアリングホイール（図示せず）が固定されることになり、ステアリングホイールと同期回転する。

さらに、ステアリング入力軸１１ａとステアリング出力軸１１ｂとは図示略のトルクセンサのトーションバーを介して連結されており、ステアリングホイールからステアリング入力軸１１ａを経てステアリング出力軸１１ｂに伝達される操舵トルクがトルクセンサにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力が制御される。

ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部を有するピニオン軸２２と、ラック軸２１及びピニオン軸２２を支承する筒状のケース２３とを備えている。ラック・ピニオン式運動変換機構２０のラック軸２１の両端側に設けられた図示略のナックルに、前輪のホイールが取り付けられる。

ピニオン軸２２とステアリング出力軸１１ｂの下端とは、２個の自在継手１５，１６及び連結部材１７で連結されている。また、ステアリング出力軸１１ｂの軸方向の中間位置には減速ギヤボックス３０が配置され、この減速ギヤボックス３０を介して電動モータ１３からステアリング出力軸１１ｂに対して操舵補助力が付与される。

減速ギヤボックス３０は、図２及び図３に示すように、ステアリング出力軸１１ｂに固定されてステアリング出力軸１１ｂと一体回転するウォームホイール（内歯車）３１と、このウォームホイール３１に噛み合うウォーム３２と、ウォームホイール３１及びウォーム３２等を収納する金属のギヤケース３３とを備えている。ウォーム３２が電動モータ１３の図示略の出力軸に結合されることになり、その結果、ウォーム３２及びウォームホイール３１は電動モータ１３の回転を減速してステアリング出力軸１１ｂに伝達する歯車減速機構３４を構成する。

ウォーム３２の外周面には外歯３２ａが、ウォームホイール３１の外周面にはウォーム３２の外歯３２ａに噛み合う外歯３１ａが形成されている。また、ウォームホイール３１の軸線方向の一方側には軸線方向に沿って凹む凹部３５が中央部に形成されており、この凹部３５の内周面には、ステアリング出力軸１１ｂの回転を取り出すための内歯３１ｂが形成されている。

ギヤケース３３は、ウォーム３２及びウォームホイール３１を収納する有底筒状のケース本体３３Ａと、ウォーム３２及びウォームホイール３１を覆うようにケース本体３３Ａの開口側を塞ぐカバー３３Ｂとを有しており、カバー３３Ｂの内面には、板状の実装機構３６が取り付けられている。この実装機構３６には、ウォームホイール３１の内歯３１ｂに外歯３７ａ，３８ａで噛み合う二つのピニオンギヤ（外歯車）３７，３８が回転自在に支持されており、これらピニオンギヤ３７，３８に対向する所定の位置に複数のホール素子３９が実装されている。これに対してピニオンギヤ３７，３８にはホール素子３９と対向可能な所定の位置に磁石４１，４２が取り付けられている。

以上により、ステアリング出力軸１１ｂと一体にウォームホイール３１が回転すると、ウォームホイール３１の内歯３１ｂに噛み合う二つのピニオンギヤ３７，３８及びそれぞれに固定された磁石４１，４２がウォームホイール３１と同期回転し、各磁石４１，４２を非回転の実装機構３６に設けられた各ホール素子３９で検出することでステアリング出力軸１１ｂの回転角つまり舵角を検出する。

そして、ウォームホイール３１の内歯３１ｂ、実装機構３６、ピニオンギヤ３７，３８、磁石４１，４２及びホール素子３９が、車両のステアリング系の舵角を検出する舵角センサ４４を構成しており、この舵角センサ４４が、ステアリング系に設けられた減速ギヤボックス３０に組み込まれている。

以上に述べた第１実施形態によれば、減速ギヤボックス３０内で回転するウォームホイール３１を利用して舵角センサ４４を構成することができるため、部品点数の増大及び組み付け工数の増大を抑制することができる。また、減速ギヤボックス３０内に舵角センサ４４を組み込むことで、外乱からのダメージを抑制でき、信頼性を向上できる。

また、電動モータ１３によって駆動されるステアリング出力軸１１ｂ側の減速ギヤボックス３０内に舵角センサ４４が組み込まれているため、ステアリング出力軸１１ｂ側の舵角を舵角センサ４４で検出することができる。

また、舵角センサ４４の駆動が、ウォームホイール３１に形成された内歯３１ｂとこれに噛み合う外歯３７ａ，３８ａを有するピニオンギヤ３７，３８との内外歯車によりなされるため、減速ギヤボックス３０内のスペースを有効に利用して舵角センサ４４を組み込むことができ、コンパクト化が図れる。

（第２実施形態）
本発明に係る電動パワーステアリング装置の第２実施形態について、主に図４を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。

第２実施形態では、ギヤケース３３のカバー３３Ｂの内面に直接、ピニオンギヤ３７，３８及びホール素子３９を取り付けることで、実装機構３６を廃止している。つまり、カバー３３Ｂには、ウォームホイール３１の内歯３１ｂに外歯３７ａ，３８ａで噛み合う二つのピニオンギヤ３７，３８が回転自在に支持されており、これらピニオンギヤ３７，３８に対向する所定の位置に複数のホール素子３９が実装されている。これに対してピニオンギヤ３７，３８にはホール素子３９と対向可能な所定の位置に磁石４１，４２が取り付けられている。

以上により、ステアリング出力軸１１ｂと一体にウォームホイール３１が回転すると、ウォームホイール３１の内歯３１ｂに噛み合う二つのピニオンギヤ３７，３８及びそれぞれに固定された磁石４１，４２がウォームホイール３１と同期回転し、各磁石４１，４２を非回転のカバー３３Ｂに直接設けられた各ホール素子３９で検出することでステアリング出力軸１１ｂの回転角つまり舵角を検出する。

そして、第２実施形態では、ウォームホイール３１の内歯３１ｂ、カバー３３Ｂ、ピニオンギヤ３７，３８、磁石４１，４２及びホール素子３９が、車両のステアリング系の舵角を検出する舵角センサ４４を構成しており、この舵角センサ４４が、ステアリング系に設けられた減速ギヤボックス３０に組み込まれている。

以上の第２実施形態によれば、第１実施形態に対して部品点数及び組み付け工数をさらに低減することができる。

図５は、上述した第２実施形態のより具体的な構成例を示している。同図において、図４と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
図５に示されるように、ギヤケース３３のカバー３３Ｂがケース本体３３Ａにボルトで固定される。カバー３３Ｂの内面には、舵角センサ４４が２つ設けられている。

舵角センサ４４は、図６に示すように、磁極が周方向において交互に形成された環状の磁石４１を備えるピニオンギア３７、ピニオンギア３７を回転自在に保持する金属の回転軸６１、回転軸６１の固定部と嵌合し、回転軸６１をカバー３３Ｂの凹部に固定する樹脂製の軸固定部材６２、磁石４１に対向する位置に配置されたホールセンサ３２、ホールセンサ３９を載置する回路基板６３、回路基板６３をカバー３３Ｂに取り付けるねじなどによって構成されている。ピニオンギア３７外周の外歯３７ａは図示しないホイール３１の内歯３１ｂと噛合する。なお、図６においては、舵角センサ４４は説明の便宜のために図５に示される舵角センサ４４とは上下方向において逆向きに示されている。

図７は、舵角センサ４４の組立を説明する組立説明図である。同図において図６と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
図７に示すように、舵角センサ４４の組立は、コラムカバー３３Ｂの円筒状部分にホールセンサを３９を載置した、中央が円形に開口した回路基板６３を通し、回路基板６３をネジや接着剤などでコラムカバー３３Ｂに固定する。次に、軸固定部材６２をコラムカバー３３Ｂの円筒部に挿入し、固定する。マグネット４１が設けられたピニオンギア３７を軸固定部材６２の上に載せ、ギア３７に回転軸６１を通して軸固定部材６２に圧入し、固定する。このようにして舵角センサ４４は組み立てられる。

なお、以上の第１，第２実施形態においては、電動モータによって駆動されるステアリング出力軸１１ｂ側の減速ギヤボックス内に舵角センサ４４を組み込む場合を例にとり説明したが、ステアリングホイールと同期回転するステアリング入力軸１１ａ側に減速ギヤボックスが配設される場合には、この減速ギヤボックスに舵角センサ４４を組み込むようにしても良い。このようにすれば、入力軸側の舵角を舵角センサ４４で検出することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の第１実施形態の全体構成を示す正面図である。 同電動パワーステアリング装置の要部を示す軸直交方向における断面図である。 同電動パワーステアリング装置の要部を示す軸方向における断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の第２実施形態の要部の概略を示す軸方向における断面図である。 第２実施形態をより具体的に説明する軸方向における断面図である。 舵角センサの構成を説明する断面図である。 舵角センサの組立を説明する組立説明図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…ステアリング入力軸（入力軸）、１１ｂ…ステアリング出力軸（出力軸）、１３…電動モータ、３０…減速ギヤボックス、３１…ウォームホイール（内歯車）、３２…ウォーム、３３…ギアケース、３３Ａ…ケース本体、３３Ｂ…カバー、３７，３８…ピニオンギヤ（外歯車）、３９…ホール素子、４１，４２…磁石、４４…舵角センサ、６１…回転軸、６２…軸固定部材

Claims (4)

1. 車両のステアリング系の舵角を検出する舵角センサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを与える電動モータとを有する電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリング系に設けられた減速ギヤボックス内に前記舵角センサが組み込まれていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリング系のステアリングシャフトがステアリングホイールと同期回転する入力軸と前記電動モータによって駆動される出力軸とを有しており、
   前記出力軸側の減速ギヤボックス内に前記舵角センサが組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ステアリング系のステアリングシャフトがステアリングホイールと同期回転する入力軸と前記電動モータによって駆動される出力軸とを有しており、
   前記入力軸側の減速ギヤボックス内に前記舵角センサが組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記舵角センサの駆動が内外歯車によりなされる請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置。

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