JP6183151B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵軸回転角を検出する舵角センサを有する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて電動モータから補助操舵トルクを発生し、これを動力伝達機構（ウォーム減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達している。ここで、電動パワーステアリング装置の構成を、図１を基に説明する。電動パワーステアリング装置は、所定軸周りに回転するステアリングシャフト２の回転角度を取得するアングルセンサユニット３０を備えている。ステアリングシャフト２は、ウォーム減速機１１、ユニバーサルジョイント４・６、ラックアンドピニオン機構６を介してタイロッド９に連結されている。ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール１に印加された操舵トルクＴを検出するトルクセンサユニット１４が設けられており、操舵トルクＴによって図示しないトーションバーが捩れると、トルクセンサユニット１４は操舵トルクＴに応じた電気信号を出力する。ステアリングシャフト２には、操舵トルクＴを補助する電動モータ１２がウォーム減速機１１を介して連結されている。アングルセンサユニット３０及びトルクセンサユニット１４から出力された各信号は、図２に示すＥＰＳコントロールユニット１５に伝達され、前記各信号に基づき、ＥＰＳコントロールユニット１５は電動モータ１２の制御を行う。
このような電動パワーステアリング装置に搭載するアングルセンサユニット３０として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この技術は、ステアリングシャフトと一体に回転する環状駆動ギヤとマグネットが固定された従動ギヤが噛合し、従動ギヤに固定されたマグネットの磁束方向を磁気変化検出素子（センサ）で検知して、ステアリングシャフト２の回転角を検出するものである。このとき、従動ギヤはユニットハウジングの従動ギヤ収容孔に納められ、磁気変化検出素子が実装された基板が近接して配置される。

特開２００３−２９４４０９

ここで、ステアリングシャフトの舵角情報は、操舵系の下流（タイヤに近い側）でセンシングするのが理想であり、例えば図１において、図示しないトーションバーによる捩れの影響を受けない、ウォーム減速機１１から下流側にアングルセンサユニット３０を配置することが望ましい。さらに、近年、電動パワーステアリング装置のコンパクト化が求められており、構成部品や配線を少なくするために、アングルセンサユニット３０及びトルクセンサユニット１４と、電動モータ１２及びウォーム減速機１１、ＥＰＳコントロールユニット１５とを、近接させて配置する必要がある。特に、ウォーム減速機１１のステアリングシャフト側の歯車にアングルセンサユニット３０を近接させることが考えられる。
しかしながら、ウォーム減速機１１を納めるハウジング内には潤滑の為にグリース等の潤滑剤が封入されており、ウォーム減速機１１のハウジング内に特許文献１に記載の技術からなる舵角センサを配置した場合、潤滑剤や、潤滑剤から離油した油分が飛散し、舵角センサの磁気変化検出素子に接触して磁気変化検出素子の動作不良を誘引する虞がある。

そこで、本発明は、ステアリングシャフトの回転角を伝達する歯車に近接したセンサ素子や基板にグリース等の潤滑剤及び潤滑剤の油分が飛散するのを防止した舵角検出部を備える電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決する為に、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、前記舵角検出部は、前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う回転検出用歯車と、前記中間歯車及び前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、前記回転検出用歯車の磁石と対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、を備え、前記センサハウジングは、前記回転検出用歯車の収容空間と、前記角度検出用基板の収容空間との間を空間的に隔離していることを特徴とする。
また、この発明の電動パワーステアリングにおいて、前記センサハウジングは、樹脂で形成されていることが好ましい。
また、上記電動パワーステアリング装置において、前記フェースギヤおよび、前記中間歯車、前記回転検出用歯車の各歯面がグリース潤滑されていることが好ましい。
また、上記電動パワーステアリング装置において、前記回転検出用歯車に使用されるグリースは、前記ウォーム減速機に使用されるグリースと同じものであることが好ましい。

このように、回転検出用歯車の収容空間と、角度検出用基板の収容部との間に隔壁を設けることで、回転検出用歯車等に塗布されたグリース等の潤滑剤及び、潤滑剤から離油した油分が飛散しても磁気検出素子や角度検出用基板に付着するのを防止することができる。

本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 操舵補助機構周辺の主要部を示す図である。 アングルセンサの関連部品を示す図である。 アングルセンサの具体的構成を示す斜視図である。 アングルセンサの具体的構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図である。
図中、符号ＳＭはステアリング機構である。ステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１を備え、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力はステアリングシャフト２に伝達される。ステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装されている。また、このステアリングシャフト２は、入力軸２ａと出力軸２ｂとを有する。入力軸２ａの一端はステアリングホイール１に連結され、入力軸２ａの他端は図示しないトーションバーを介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって転舵輪ＷＲ及びＷＬが転舵する。ここで、ステアリングギヤ８は、ハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。すなわち、ステアリングギヤ８は、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結したウォーム減速機１１と、このウォーム減速機１１に連結された電動モータ１２とを備えている。ここで、電動モータ１２は、操舵補助力を発生する電動機であり、例えばブラシレスモータで構成する。

また、ウォーム減速機１１を収容するギヤボックスハウジング１３には、トルクセンサユニット１４が配設されている。このトルクセンサユニット１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するものである。
さらに、ウォーム減速機１１を収容するギヤボックスハウジング１３には、アングルセンサユニット３０が配設されている。このアングルセンサユニット３０は、運転者がステアリングホイール１を操舵したときの操舵軸の回転角を検出するものである。このアングルセンサユニット３０の具体的構成については後述する。

なお、上記において、トルクセンサユニット１４がトルク検出部に対応し、アングルセンサユニット３０が舵角検出部に対応している。
図２は、操舵補助機構１０周辺の主要部を示す図である。
ウォーム減速機１１はウォーム及びウォームホイールを備え、これらはギヤボックスハウジング１３に収容されている。ギヤボックスハウジング１３の中にはウォーム及びウォームホイールの潤滑の為に図示しないグリースが封入されている。また、トルクセンサユニット１４及びアングルセンサユニット３０は、ギヤボックスハウジング１３の側面（ギヤボックスカバー１３ａ）に取り付けられている。アングルセンサユニット３０は、ギヤボックスハウジング１３に取り付けたトルクセンサユニット１４を覆うように重ねて配置する。
これらトルクセンサユニット１４及びアングルセンサユニット３０は、それぞれＥＰＳコントロールユニット（ＥＣＵ）１５に図示しないハーネスで接続されている。

ＥＣＵ１５には、トルクセンサユニット１４で検出した操舵トルクやアングルセンサユニット３０で検出した舵角の他に、車速センサ等で検出した車速を入力する。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御（操舵アシスト）を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ１２で発生するための操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ１２の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック制御する。

図３は、ウォームホイールとアングルセンサユニット３０の関連部品とを示す図である。
図３に示すように、ウォームホイール１１ａには、その側面にフェースギヤ１１ｂが形成されている。このウォームホイール１１ａは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形した構成を有し、当該樹脂部にフェースギヤ１１ｂが形成されている。これにより、ウォームホイール１１ａの軽量化と良好な加工性とを実現することができる。なお、フェースギヤ１１ｂは芯金に成形されていてもよく、熱膨張や吸水膨張による芯間距離の変化という点では、芯金に成形される方が好ましい。

また、アングルセンサユニット３０の搭載位置は、このウォームホイール１１ａに設けられたフェースギヤ１１ｂのピッチ円周上であれば、任意に設定可能である。但し、周辺部品との関係や、配線取回し等を考慮してレイアウトすることが望ましい。
アングルセンサユニット３０は、図３に示すように、中間歯車３１、第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）３２、第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）３３、及び角度検出用基板３４を少なくとも備える。中間歯車３１は、角度検出機能を有しない回転伝達用歯車であり、フェースギヤ１１ｂに噛合している。この中間歯車３１には、第一検出用歯車３２と第二検出用歯車３３とが噛合している。これにより、操舵軸（出力軸２ｂ）の回転が中間歯車３１を介して検出用歯車３２及び３３に伝達される。
アングルセンサユニット３０の、中間歯車３１、第一検出用歯車３２、第二検出用歯車の歯面にはグリースが塗布され、潤滑される。中間歯車３１は直接フェースギヤ１１ｂと直接噛合しており、ウォーム減速機１１側のグリースがアングルセンサユニット３０側に飛散、流動するため、使用するグリースはウォーム減速機１１で使用されるグリースと同じものを使用することが好ましい。

検出用歯車３２及び３３には径方向に着磁された磁石が埋設されており、これら検出用歯車３２及び３３に対向して配置された角度検出用基板３４上のホールＩＣや磁気抵抗素子といった磁気検出素子（角度検出素子）を用いて、各検出用歯車３２，３３の回転角を検出可能となっている。
ここで、各検出用歯車３２，３３は平歯車であり、第一検出用歯車３２の歯数と第二検出用歯車３３の歯数とは、異なる枚数に設定されている。そして、この２つの検出用歯車３２及び３３によってそれぞれ検出した２つの検出角度の関係から、ウォームホイール１１ａ（操舵軸）の３６０度以上の回転角（操舵軸の絶対角）を演算することができるようになっている。

また、ＥＰＳのアングルセンサとしては、ステアリングホイールの中立位置を０度として、±７２０度（計４回転）の範囲で絶対角検出が可能であることが条件となる。したがって、４回転の範囲で２つの検出用歯車３２，３３の、位相の組み合わせに重複が無いようにそれぞれの歯数を設定するものとする。
次に、アングルセンサユニット３０の具体的構成について詳細に説明する。

図４は、アングルセンサユニット３０の具体的構成を示す分解斜視図である。
アングルセンサユニット３０は、中間歯車３１、第一検出用歯車３２、第二検出用歯車３３、角度検出用基板３４、アングルセンサハウジング３８、及びアングルセンサカバー３９を備える。
アングルセンサハウジング３８には、歯車支持部３８ａと信号コネクタ３８ｂとが一体成型されており、ここに中間歯車３１及び検出用歯車３２，３３が組み込まれる。また、アングルセンサハウジング３８の裏側（歯車支持部３８ａが成型された面とは反対側）には、角度検出用基板３４が組み込まれる。このとき、中間歯車３１と検出用歯車３２，３３とを、歯車支持部３８ａによって支持し、角度検出用基板３４を信号コネクタ３８ｂに接続する。そして、アングルセンサハウジング３８に、中間歯車３１及び検出用歯車３２，３３を配置した側からアングルセンサカバー３９を取り付けることで、アングルセンサユニット３０を構成する。

検出用歯車３２，３３と、歯車支持部３８ａ，３８ａとの係合部は、図５に示すような構成となっている。検出用歯車３２，３３の歯車支持部３８ａ，３８ａとの係合部には、検出用歯車３２，３３にそれぞれに埋設された磁石３２ａ，３３ａの周囲を取り囲む様に円環状の突起３２ｂ，３３ｂが設けられている。この突起３２ｂ，３３ｂにより検出用歯車３２，３３は、歯車支持部３８ａ，３８ａと係合し、アングルセンサハウジング３８に対して回転可能に支持される。

歯車支持部３８ａ，３８ａの内側は隔壁３８ｃ，３８ｃによって、検出用歯車３２，３３及び磁石３２ａ，３３ａと、角度検出用基板３４上と磁気検出素子との間を所定の間隔で近接可能に隔離している。また、アングルセンサハウジング３８は、検出用歯車３２,３３と、角度検出用基板３４との間に貫通穴を形成せず、空間的に隔離する構造となっている。

アングルセンサユニット３０のアングルセンサハウジング３８の材質については、樹脂やアルミダイカストといった非磁性材料が適宜選択可能であるが、非磁性且つ非導電性の樹脂が好ましい。また、アングルセンサユニット３０の中間歯車３１及び検出用歯車３２,３３の各歯面の潤滑はグリース潤滑が好ましい。特に、ウォーム減速機１１に使用されるグリースと同じものを使用することがより好ましい。

上記の様な構成により、検出用歯車３２,３３と、角度検出用基板３４とが、隔てられているため、検出用歯車３２,３３が収容されている空間から飛散するグリース等の潤滑剤及び、潤滑剤から離油した油分が、角度検出用基板３４が収容されている空間に入り込むことがなく、上記油分により角度検出用基板３４及び角度検出用基板３４上の磁気検出素子が動作不良や故障、等の悪影響を受けることを防止することが出来る。

ＳＭ…ステアリング機構
１…ステアリングホイール
２…ステアリングシャフト
３…ステアリングコラム
４，６…ユニバーサルジョイント
５…中間シャフト
８…ステアリングギヤ
１０…操舵補助機構
１１…ウォーム減速機
１１ａ…ウォームホイール
１１ｂ…フェースギヤ
１２…電動モータ
１３…ギヤボックスハウジング
１３ａ…ギヤボックスカバー
１４…トルクセンサユニット
１５…ＥＰＳコントロールユニット（ＥＣＵ）
３０…アングルセンサユニット
３１…中間歯車
３２…第一検出用歯車（第一の回転検出用歯車）
３２ａ…磁石
３２ｂ…突起
３３…第二検出用歯車（第二の回転検出用歯車）
３３ａ…磁石
３３ｂ…突起
３４…角度検出用基板
３８…アングルセンサハウジング
３８ａ…歯車支持部
３８ｃ…隔壁
３９…アングルセンサカバー

Claims (4)

1. ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、
   前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、
   前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
   前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、
   前記舵角検出部は、前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う回転検出用歯車と、前記中間歯車及び前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、前記回転検出用歯車の磁石と対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、を備え、
   前記センサハウジングは、前記回転検出用歯車の収容空間と、前記角度検出用基板の収容空間との間を隔離し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. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記センサハウジングは、樹脂で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。
3. 請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記フェースギヤおよび、前記中間歯車、前記回転検出用歯車の各歯面がグリース潤滑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。
4. 請求項３に記載の電動パワーステアリング装置において、前記回転検出用歯車に使用されるグリースは、前記ウォーム減速機に使用されるグリースと同じものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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