JP3832574B2

JP3832574B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3832574B2
Application number: JP2001378726A
Authority: JP
Inventors: 彰男安田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: JP2003175839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングの操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
これまでの電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略す）は、特開平８−１７５４０３号公報に記載されているように、トルクセンサ、制御回路、電動モータ、及び動力伝達部を一体に構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のＥＰＳでは、ハウジング内周に入力軸を支持するベアリング、及び出力軸を支持するベアリングを配設しており、ウォームホイールの径が大きいため、ハウジングを別体に分割してないと組付けることができない。そのため、別体のハウジング同士を結合させる必要があるため、組付ける際の組付け工数が増加するという問題がある。さらに、ネジ等の部品点数の増加を招き、コストも増加するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ハウジングの内周に階段状に径が広がる第１、第２、及び第３の円筒形状部を設けることで、単一のハウジングにすることにより、部品点数の削減、及び組付け工数の低減を図り、組付け可能なＥＰＳを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１では、ステアリング（６）からの操舵トルクを検出するトルクセンサ（２）と、トルクセンサで検出された検出値に基づいて、操舵補助力を決定する制御回路（３）と、制御回路で決定された操舵補助力を出力軸（５２）に付与する電動モータ（４）と、電動モータで出力された操舵補助力を転舵輪側に伝達するウォームホイール（５９）を有する動力伝達部（５）とを備えた電動パワーステアリング装置において、トルクセンサ、及び動力伝達部を格納する単一のハウジング（１１）を備えており、ハウジングの内周には、操舵軸方向の出力軸側に径が階段状に広がる多段略円筒形状で形成され、トルクセンサを配設する第１円筒形状部（１４）、出力軸を支持するベアリング（１３）が設けられる第２円筒形状部（１５）、及びウォームホイールを配設する第３円筒形状部（１６）の順に形成されていることを特徴としている。
【０００６】
この構成により、ハウジングの内周は、操舵軸方向の出力軸側に径が広がる多段略円筒形状で形成される。そして、第１円筒形状部にトルクセンサ、第２円筒形状部に出力軸を支持するベアリング、及び第３円筒形状部に動力伝達部をなすウォームホイールの順に組付ける。そのため、トルクセンサ、及び動力伝達部の各構成部品を単一のハウジング内に組付け可能にすることができる。よって、単一のハウジングで形成されることから組付ける際に、ハウジング同士を結合させるためのネジ止めを行う必要がなくなる。そのため、部品点数の削減と組付け工数の低減が図れる。
【０００７】
また、請求項２では、トルクセンサは、磁気センサであるホールＩＣ（２２）を用いて操舵トルクを検出することを特徴としている。
【０００８】
この構成により、入力軸に固定されている硬磁性体のマグネットから発生する磁束を直接検出する必要がなくなる。そのため、ホールＩＣに対して電気的な接触部を設けることがなくなるため、信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。また、従来知られていた回転式可変抵抗を利用したトルクセンサやインダクタンス変化を利用したトルクセンサに比べて小さく構成することができる。
【０００９】
また、請求項３では、制御回路は、軟磁性体であるカバー（３３）を有しており、且つホールＩＣと電動モータとの間に制御回路を配設することを特徴としている。
【００１０】
この構成により、ホールＩＣは、磁気遮蔽手段を果たすことができる軟磁性体のカバーにより、電動モータの構成部品であるマグネットから発生する磁力の影響を防止することができる。また、新規に磁気遮蔽手段を設ける必要がないため、部品点数の増加を招くことがない。さらに、ホールＩＣを制御回路近傍に配設することが可能になるため、ホールＩＣと制御基板とを接続する配線を短くすることができる。
【００１１】
また、請求項４では、ハウジングの内周面には、ホールＩＣと制御回路の制御基板（３２）とを接続する信号線を配設するための案内溝（２５）が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
この構成により、制御基板と接続するホールＩＣの信号線を容易に配線することができるため、組付け性が向上する。
【００１３】
また、請求項５では、集磁リング（２１）は、ホールＩＣに磁束密度を集中させるものであり、ハウジングには、ホールＩＣ、及び集磁リングを位置決めするための切欠き（２６）が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
この構成により、ホールＩＣ、及び集磁リングを配設する位置関係を正確に決定することができる。そのため、ホールＩＣ、及び集磁リングを配設する際の位置ずれを防止することができる。また、集磁リングにホールＩＣをはめ込み易くなるため、組付け性が向上する。
【００１５】
また、請求項６では、ハウジングは、操舵軸のステアリングラック（５４）近傍に配設されていることを特徴としている。
【００１６】
この構成により、出力軸とピニオンギヤ間の距離は、微小になるため、操舵軸の捩じれの影響を受け難くなる。そのため、ステアリングラックに直接的にＥＰＳから出力される操舵補助力を伝達させることができ、大きな操舵補助力を伝達することができる。
【００１７】
また、請求項７では、ハウジングは、ステアリングラックが貫通していることを特徴としている。
【００１８】
このことにより、ＥＰＳのハウジングとステアリングラックハウジングとを一体に形成することができるため、部品点数の削減ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態について図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、ラックタイプのＥＰＳの構成を示した図である。この図に基づき、ＥＰＳの構成について説明する。
【００２１】
図１に示すラックタイプのＥＰＳの一体型ＥＰＳ１は、操舵軸のステアリングラック５４近傍に配設されている。また、運転者からステアリング６に加えられた操舵力は、入力軸５１に伝達され、ユニバーサルジョイント６０を介して一体型ＥＰＳ１に伝達される。そして、一体型ＥＰＳ１により決定、及び出力された操舵補助力は、出力軸５２（図５参照）に伝達される。なお、一体型ＥＰＳ１の構造、及び作動については、後述する。そして、その操舵補助力は、操舵軸の反ステアリング側先端に固定されているピニオンギヤ（図示しない）に伝達される。そして、ピニオンギヤに伝達された操舵補助力は、ステアリングラック５４に伝達され、車両の左右方向の直線運動に変換される。そして、ステアリングラック５４の両先端部に配設されていて、蝶番になっているタイヤヒンジ５５を介して、タイヤ５６を転舵する。また、一体型ＥＰＳ１は、＋と−の電源線を接続するための１つの車両ハーネス１７がバッテリ７と接続されている。また、その車両ハーネス１７のコネクタ１０（図２参照）には、ＥＰＳの故障等の情報を運転者に知らせるための１乃至２本のシリアル通信線を接続させることも可能である。
【００２２】
図２は、一体型ＥＰＳ１の軸方向上方から見た平面図である。また、図３は、トルクセンサ２の軸方向上方から見た平面図である。また、図４は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図５は、図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。また、図６は、図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。これらの図に基づき、本発明の一体型ＥＰＳ１の構造について説明する。
【００２３】
図２に示すように、一体型ＥＰＳ１は、トルクセンサ２、制御回路３、電動モータ４、動力伝達部５、及びハウジング１１等から構成されている。
【００２４】
ハウジング１１は、トルクセンサ２、及び動力伝達部５を覆うものである。図５に示すように、ハウジング１１の内周には、第１円筒形状部１４、第２円筒形状部１５、及び第３円筒形状部１６が形成されている。
【００２５】
第１円筒形状部１４には、トルクセンサ２の構成部品を配設する。また、第２円筒形状部１５には、出力軸５２を回転自在に支持するベアリング１３が設けられる。また、第３円筒形状部には、動力伝達部５をなすウォームホイール５９を配設する。
【００２６】
第１円筒形状部１４の内径は、第２円筒形状部１５の内径よりも小さく形成されており、第２円筒形状部１５の内径は、第３円筒形状部１６の内径よりも小さく形成されている。このことにより、ハウジング１１の内周は、操舵軸方向の出力軸５２側に径が階段状に広がる多段略円筒形状で形成されている。また、ハウジング１１の出力軸５２側は、一体化ＥＰＳ１の各構成部品を収容するための収容穴が空けられている。そして、各構成部品の収容完了時に分割ハウジング１２により、その収容穴を塞いでいる。
【００２７】
また、図３に示すように、ハウジング１１には、ホールＩＣ２２と制御基板３２とを接続する信号線の案内溝２５が形成されている。さらに、ホールＩＣ２２と集磁リング２１との位置ずれを防止するための切欠き２６が形成されている。
【００２８】
トルクセンサ２は、ステアリング６（図１参照）からの操舵トルクを検出するものである。図５に示すように、トルクセンサ２は、集磁リング２１、ホールＩＣ２２、ヨーク２３、及びマグネット２４等から構成されている。
【００２９】
ヨーク２３は、円筒状であり、入力軸５１の外周に配設されている。集磁リング２１は、リング状であり、ヨーク２３の外周に配設されている。また、周方向の一箇所に平板状の集磁部２１ａが設けられ、互いの集磁部２１ａ同士が軸方向に対向して配置される。但し、集磁部２１ａは、集磁リング２１の他の部位より軸方向に接近して設けられている。ホールＩＣ２２は、軸方向に対向する集磁部２１ａ同士の間に挿入されている。マグネット２４は、円筒状であり、入力軸５１の外周に固定されている。
【００３０】
そして、ヨーク２３は、入力軸５１が回転すると、入力軸５１に固定されているマグネット２４により、磁束密度が変化する。その磁束密度の変化を集磁リング２１の集磁部２１ａに集めて、ホールＩＣ２２が電気的な信号として検出することにより、相対角度を検出することで操舵トルクを検出するトルクセンサ２をなす。
【００３１】
制御回路３は、トルクセンサ２で検出された操舵トルク検出値に基づいて、操舵補助力を決定するものである。図４に示すように、制御回路３は、パワートランジスタ３１、制御基板３２、及びカバー３３等から構成されている。
【００３２】
パワートランジスタ３１は、ハウジング１１に固定されていて、電動モータ４を作動させるための給電のスイッチングの役割を果たしている。また、制御基板３２は、ホールＩＣ２２の信号線等が接続され、ホールＩＣ２２の検出値に基づいて、パワートランジスタ３１を制御している。また、カバー３３は、軟磁性体のスチールの薄い板であり、パワートランジスタ３１と制御基板３２等を覆っていて、電動モータ４とホールＩＣ２２との間に配設している。これら制御回路３は、車両のバッテリ７（図１参照）からの電源を供給するコネクタ１０（図２参照）と接続されている。このコネクタ１０は、カバー３３側面に形成されている接続部と接続する。
【００３３】
電動モータ４は、制御回路３で決定された操舵補助力を出力するものである。図６に示すように、電動モータ４は、ブラシ４１、ブラシホルダ４２、マグネット４３、コンミテータ４４、及びコア４５等から構成されている。
【００３４】
ブラシ４１は、制御回路３からの給電線（図示しない）と接続されていて、給電の役割を果たす。ブラシホルダ４２は、ブラシ４１を固定するものである。マグネット４３は、円筒状であり、複数のＮ極とＳ極が交互に着磁されている。コンミテータ４４は、ブラシ４１の内周に固定されている。コア４５は、積層であり、マグネット４３の内周に配設されている。
【００３５】
そして、コンミテータ４４からコア４５内に設けられたコイルに電流が流れ、マグネット４３の磁束により、コア４５が回転する。
【００３６】
また、トーションバー５７の軸方向の一端部は、ピン８を介して入力軸５１と結合されており、他端部は、ピン９を介して出力軸５２と結合されている。また、出力軸５２は、ベアリング１３を介して回転自在に支持されている。
【００３７】
動力伝達部５は、電動モータ４で出力された操舵補助力を転舵輪側に伝達するものである。図６に示すように、動力伝達部５は、ウォーム５８、ウォームホイール５９等から構成されている。
【００３８】
ウォーム５８は、電動モータ４の回転軸と結合されている。ウォームホイール５９は、ウォーム５８と噛合していて、出力軸５２と結合されている。
【００３９】
そして、ウォーム５８は、電動モータ４の回転と同時に回転する。そして、ウォームホイール５９は、ウォーム５８の回転により回転し、出力軸５２に操舵補助力を伝達する動力伝達部５をなす。
【００４０】
以上のように構成されたＥＰＳは、一体型ＥＰＳ１は、ステアリング６からの操舵力により、入力軸５１が回転された場合には、トーションバー５７が捩じられ、出力軸５２は回転する。そして、マグネット２４とヨーク２３との間に生じる相対角度の変化をホールＩＣ２２で検出し、制御回路３に出力する。その制御回路３によってホールＩＣの検出された操舵トルク検出値に応じた操舵補助力が決定される。そして、電動モータ４により操舵補助力を出力し、その出力は、動力伝達部５の減速機構により倍力され、出力軸５２に操舵補助力が伝達される。
【００４１】
本実施形態では、ステアリングラック５４近傍に一体型ＥＰＳ１が配設されるため、出力軸５２とピニオンギヤまでの間は、微小になる。そのため、操舵軸の捩じれの影響を受け難くなるため、ステアリングラックに直接的に一体型ＥＰＳ１から出力される操舵補助力を伝達させることができる。そのことにより、大きな操舵補助力を伝達することができる。そのため、ラックタイプのＥＰＳは、主に大型車両に適用される。
【００４２】
また、車両との外部接続部は、１つの車両ハーネス１７のみで済むため、容易に接続することができる。さらに、その車両ハーネス１７のコネクタ１０は、シリアル通信線を接続させることも可能であるため、部品点数の増加を招くことない。
【００４３】
また、一体型ＥＰＳ１にステアリングラック５４が貫通している構造でもよい。そのため、一体化ＥＰＳ１のハウジング１１とステアリングラックハウジング５３とを一体に形成することができるため、部品点数の削減ができる。
【００４４】
また、ハウジング１１は、単一に形成されている。このことにより、組付ける際に、ハウジング同士を結合させるためのネジ止めを行う必要がなくなるため、部品点数の削減と組付け工数の低減が図れる。また、ハウジング１１の内周には、操舵軸方向の出力軸５２側に径が広がる多段略円筒形状で形成されることから、ＥＰＳの各構成部品をハウジング１１内に組付け可能にすることができる。
【００４５】
また、トルクセンサ２は、ホールＩＣ２２を用いて操舵トルクを検出している。このことにより、入力軸５１に固定されている硬磁性体のマグネット２４から発生する磁束を直接検出する必要がなくなるため、ホールＩＣ２２に対して電気的な接触部を設けることがなくなる。そのため、信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。
【００４６】
また、制御回路３を覆うための軟磁性体であるカバー３３は、ホールＩＣ２２と電動モータ４との間に配設している。このことにより、マグネット４３から発生する磁力の影響を防止することができる。また、ホールＩＣ２２を制御回路３近傍に配設することが可能になるため、ホールＩＣ２２と制御基板３２とを接続する配線を短くすることができる。
【００４７】
また、ハウジング１１内周には、ホールＩＣ２２と制御基板３２を接続する信号線を配設するための案内溝２５が形成されている。このことにより、制御基板３２と接続するホールＩＣ２２の信号線を容易に配線することができるため、組付け性は向上する。
【００４８】
さらに、ハウジング１１には、ホールＩＣ２２、及び集磁リング２１の位置を決定するための切欠き２６が形成されている。このことにより、ホールＩＣ２２、及び集磁リング２１を配設する位置を正確に決定することができるため、位置ずれを防止することができる。また、集磁リング２１にホールＩＣ２２をはめ込み易くなるため、組付け性は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるラックタイプのＥＰＳの構成を示した図である。
【図２】本実施形態における一体型ＥＰＳの軸方向上方から見た平面図である。
【図３】本実施形態におけるトルクセンサの軸方向上方から見た平面図である。
【図４】本実施形態における図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】本実施形態における図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】本実施形態における図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【符号の説明】
１…一体型ＥＰＳ、
２…トルクセンサ、
３…制御回路、
４…電動モータ、
５…動力伝達部、
６…ステアリング、
７…バッテリ、
８、９…ピン、
１０…コネクタ、
１１…ハウジング、
１２…分割ハウジング、
１３…ベアリング、
１４…第１円筒形状部、
１５…第２円筒形状部、
１６…第３円筒形状部、
１７…車両ハーネス、
２１…集磁リング、
２２…ホールＩＣ、
２３…ヨーク、
２４、４３…マグネット、
２５…案内溝、
２６…切欠き、
３１…パワートランジスタ、
３２…制御基板、
３３…カバー、
４１…ブラシ、
４２…ブラシホルダ、
４４…コンミテータ、
４５…コア、
５１…入力軸、
５２…出力軸、
５３…ステアリングラックハウジング、
５４…ステアリングラック、
５５…タイヤヒンジ、
５６…タイヤ、
５７…トーションバー、
５８…ウォーム、
５９…ウォームホイール、
６０…ユニバーサルジョイント。

Claims

ステアリング（６）からの操舵トルクを検出するトルクセンサ（２）と、
前記トルクセンサで検出された検出値に基づいて、操舵補助力を決定する制御回路（３）と、
前記制御回路で決定された前記操舵補助力を出力軸（５２）に付与する電動モータ（４）と、
前記電動モータで出力された前記操舵補助力を転舵輪側に伝達するウォームホイール（５９）を有する動力伝達部（５）とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサ、及び前記動力伝達部を格納する単一のハウジング（１１）を備えており、
前記ハウジングの内周には、操舵軸方向の前記出力軸側に径が階段状に広がる多段略円筒形状で形成され、前記トルクセンサを配設する第１円筒形状部（１４）、前記出力軸を支持するベアリング（１３）が設けられる第２円筒形状部（１５）、及び前記ウォームホイールを配設する第３円筒形状部（１６）の順に形成さ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。
前記トルクセンサは、磁気センサであるホールＩＣ（２２）を用いて前記操舵トルクを検出す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。
前記制御回路は、軟磁性体であるカバー（３３）を有しており、且つ前記ホールＩＣと前記電動モータとの間に前記制御回路を配設することを特徴とする請求項１叉は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングの内周面には、前記ホールＩＣと前記制御回路の制御基板（３２）とを接続する信号線を配設するための案内溝（２５）が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動パワーステアリング装置。
集磁リング（２１）は、前記ホールＩＣに磁束密度を集中させるものであり、前記ハウジングには、前記ホールＩＣ、及び前記集磁リングを位置決めするための切欠き（２６）が形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングは、前記操舵軸のステアリングラック（５４）近傍に配設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングは、前記ステアリングラックが貫通していることを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。