CN100577490C - 电动转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动转向装置，其中通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩，根据检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩以由蜗轮蜗杆机构减小的速度传递至转向机构的输出轴，所述蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和所述转矩传感器的位置在所述输出轴的轴向上大致彼此一致。或者，所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮通过轴承以可转动的方式直接支承在一壳体上。一转向轴和一动力辅助部的输入轴通过塑性变形而固定地连接成紧密接触的状态。

Description

电动转向装置

技术领域

本发明涉及一种电动转向装置，该电动转向装置响应施加在转向盘上的转向转矩而通过电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩以由蜗轮蜗杆机构减小的速度传递至转向机构的输出轴。

背景技术

在汽车转向系统中广泛使用所谓的动力转向系统，该系统使用外部动力源提供转向助力。传统上，使用叶片式液压泵作为动力转向装置的动力源，并且在许多情况下液压泵由发动机驱动。然而，由于液压泵的连续驱动，这种类型的动力转向装置的驱动功率损失大(在最大负荷时可达数马力至十马力)。因此，这种类型的动力转向装置很难用于具有小排量发动机的轻型机动车辆中，即使在用于具有较大排量发动机的汽车中的情况下，不可忽略的燃料经济性的降低也不可避免。

作为这些问题的解决方案，近年来使用电动机作为动力源的电动转向装置(在下文中称作EPS)已经引起人们的注意。由于EPS使用车载电池作为电动机的电源，所以在发动机中不会有直接的驱动功率损失，并且由于只在执行转向辅助时电动机才起动，所以可抑制燃料经济性的降低。此外，它还具有其它的有利特征，例如可非常容易地执行电子控制。

在EPS中，响应施加在转向盘上的转向转矩而通过电动机产生转向辅助转矩，并且该转向辅助转矩以由包括减速器的动力传递机构减小的速度被传递至转向机构的输出轴。

在使用蜗轮蜗杆机构作为动力传递机构(减速器)的EPS中，电动机的驱动轴上的蜗杆与嵌合在转向机构的输出轴(例如小齿轮轴或管柱轴)上的蜗轮相啮合。

图7是在例如日本专利特许公报No.2002-173035中公开的传统的管柱助力式电动转向装置的纵截面图。

在管柱轴由电动机的驱动力以减小的速度施加动力的管柱助力式电动转向装置中，转向管柱由上管柱1和下管柱2组成。下管柱2嵌合于上管柱1的车辆前侧端，通过花键配合的转向轴的上轴3和用作输入轴的下轴4可转动地支承在这些管柱1、2中。

下轴4(输入轴)的车辆前侧端与输出轴5相结合。该输出轴5的车辆前侧端经由万向节(未示出)等与转向器(未示出)相结合。

一扭杆6的基端固定地压配合在下轴4(输入轴)的车辆前侧端中。扭杆6在具有中空结构的输出轴5的内部延伸，且其端部通过固定销7固定在输出轴5的一端。

电动转向装置设有在车辆后侧的壳体11，和覆盖该壳体的车辆前侧的盖件12。壳体11和盖件12内的输出轴5的车辆后侧部分具有转矩传感器检测用的槽8，且转矩传感器的套管9设置在槽8的径向外侧。套管9的车辆后侧端通过例如敛缝/铆接(caulking)或嵌压而固定在下轴4(输入轴)的车辆前侧端上。套管9的径向外侧设有线圈10和电路板(基板)53等。

输入轴4和输出轴5经由扭杆6连接，根据输入转矩在扭杆6中产生一相对扭转。通过该扭转而在线圈10中产生的阻抗变化由电路板53检测出并作为信号输出，电动机(未示出)基于该信号而执行转向辅助。

与一构成电动机(未示出)的驱动轴的蜗杆(未示出)相啮合的蜗轮15通过压配合安装在输出轴5上。

在壳体11的径向内侧和输出轴5之间设有第一轴承13，在盖件12的径向内侧和输出轴5之间设有第二轴承14。这样，在这种传统的结构中，蜗轮15固定在输出轴5上，输出轴5进而通过一对轴承13、14可转动地支承在壳体11和盖件12上。

因此，由驾驶员操作转向盘(未示出)而产生的转向力经由输入轴4、扭杆6、输出轴5和齿轮齿条型转向装置传递至图中未示出的转向轮。电动机(未示出)的旋转力适于经由蜗杆(未示出)和蜗轮15传递至输出轴5，由此通过对电动机(未示出)的旋转力和旋转方向的适当控制而对输出轴5施加适当的转向辅助转矩。

传统上，在安装转矩传感器时，使用弹簧将线圈10安装在壳体11上，此后用螺钉紧固电路板53并对其进行焊接。电路板53的有部件的侧面设置成平行于转向轴3、4的轴向。

当发生二次碰撞而发生转向管柱的溃缩时，上管柱1向车辆前方溃缩一定的溃缩行程。在图7所示的传统结构中，溃缩行程等于上管柱1的车辆前侧端与形成在壳体11的车辆后侧的止挡结构之间的距离(Sa)。

根据现有的技术规格，溃缩行程的长度(Sa)足以保证所需的行程。

然而近年来，各种情形都要求增大溃缩行程。

另一方面，希望防止电动转向装置尺寸的增加并确保能足够容易地将其安装在车辆上。此外，还希望在不对转矩传感器和其它部件作任何改动的情况下使用它们。

鉴于上述情况，需要这样一种转向装置，该装置可在不增加电动转向装置尺寸的情况下增大溃缩行程，以确保能容易地将电动转向装置安装在车辆上。

随着安装有电动转向装置的车辆的尺寸的增加以及由此导致的输出功率的增大，需要增大构成减速器的蜗轮的尺寸。

此外，蜗轮的树脂齿轮部分变成由包含强化纤维的高强度材料制成的部分。

相反地，要求减小电动转向装置的尺寸和重量，并且例如有时减小电动转向装置的部件的厚度以减小部件的重量。

然而，使用上述包含强化纤维的树脂齿轮会带来由树脂齿轮表面上的纤维和蜗杆之间的摩擦导致的树脂齿轮的振动，且可能产生振动噪声。

此外，削减蜗轮的芯部金属部的厚度会导致其固有频率的减小，且振动噪声会变得更加显著。

而且，振动有可能通过转向轴传递至转向盘，噪声也会从转向盘产生。

另外，有大量部件要组装且在组装过程中需要进行焊接，这会导致工作的低效率。

另外，需要小心操作电子部件，这导致工时的增加。

另外，如图7所示，由于电路板53的有部件的侧面设置成平行于转向轴3、4的轴线，所以电路板53沿轴向延伸范围很大，这不利于布局。

用于汽车的传统的电动转向装置配有：转向轴，该转向轴的一端与转向盘互连；具有一壳体的管柱部，所述转向轴以可转动的方式容纳在该壳体内；以及一动力辅助部，该动力辅助部包括基于施加在转向盘上的转向转矩而以受控方式被驱动的用于动力辅助的电动机和一动力辅助机构的输出轴，该输出轴与所述电动机互连。

构成动力辅助部的输入侧端的输入轴设有涂有树脂的花键。该输入轴嵌合在管柱部的转向轴上。该花键提供使得可相对于转向轴沿轴向滑动的伸缩式功能。动力辅助部还设有基于扭杆的扭转来检测转向转矩的转矩传感器和一动力辅助部壳体，该壳体支承动力侧输出轴并容纳所述转矩传感器。

存在一种电动转向装置，如图14所示，该装置具有动力辅助部和管柱部的结合结构，其中结合部容纳在管柱111中。在该结合结构中，动力辅助部110的输入轴(未示出)和管柱部120的转向轴(未示出)结合在一起，然后在下一步中使管柱111滑动并使用螺栓112将其紧固在动力侧壳体113的一凸缘部113a上。

如图15所示，还存在一种动力转向装置，其中动力辅助部110和管柱部120的结合部114暴露在外。在该结合部114中，由于输入轴(未示出)和转向轴121通过敛缝或嵌压而结合，所以管柱111不覆盖结合部114，从而留有工作空间。

就此而言，在图14和15中的管柱120的右侧设有支承支架机构130，该机构以允许沿上下方向和轴向调节管柱120的所谓的倾斜/伸缩调节的方式将该管柱支承在车体的一强度构件(未示出)上。由于这种机构是传统已知的并且不直接涉及本发明，所以省略其说明。

然而在上述传统的电动转向装置中，管柱部120的类型根据车辆的类型而发生很大的变化，并且有必要将管柱部120与动力辅助部110结合而设计成一个单元。因此，产生了部件不能通用以及设计的自由度很小的问题，这会导致设计所需工时的增加和部件数量的增加。

此外，有必要保证在管柱部120和动力辅助部110组装成一个单元的状态下的性能。如果在制造过程的中途发生会损害性能的故障，则有时只有到它们组装成最终完成的整个产品时才能发现有缺陷的产品，这会耗费工作时间。

相反地，在日本专利特许公报No.2000-85596公开的结构中，管柱部和动力辅助部可分离并再次结合。然而，这会导致部件数量的增加和组装所需的工时的增加，从而不可避免地导致成本的增加。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种电动转向装置，其中可增大溃缩行程，同时保持将该装置容易地安装在车辆上而不增加该装置的尺寸。

根据用于实现第一目的的本发明的第一方面，提供这样一种电动转向装置，其中通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩，根据检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩以由蜗轮蜗杆机构减小的速度传递至转向机构的输出轴，该电动转向装置的特征在于，所述蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和所述转矩传感器的位置在所述输出轴的轴向上大致彼此一致。

根据用于实现第一目的的本发明的第二方面，提供这样一种电动转向装置，其中通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩，根据检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩以由蜗轮蜗杆机构减小的速度传递至转向机构的输出轴，该电动转向装置的特征在于，所述转矩传感器设置在所述蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置的大致径向内侧。

如上所述，根据用于实现第一目的的本发明，蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和转矩传感器的位置在输出轴的轴向上大致彼此一致，且与传统结构(图7)相比，转矩传感器的位置向车辆前方移置。

因此，根据用于实现第一目的的本发明，如图4所示，蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和设在壳体31的车辆后侧部上的止挡部31a的位置之间的距离可从传统结构中的长度La减至长度Lb。

因此，在上管柱1的车辆前侧端和设在壳体31的车辆后侧部上的止挡部31a之间延伸的溃缩行程可从传统结构中的行程Sa大大延长至行程Sb。

因此，可增大溃缩行程而不增大电动转向装置的尺寸，同时保持能将电动转向装置容易地安装在车辆上。此外，转矩传感器和其它部件可不经改动地使用。

本发明的第二目的是提供一种电动转向装置，其中从蜗轮产生的振动噪声被抑制，蜗轮与输出轴的结合可简化，且整个装置沿轴向的长度可减小。

根据用于实现第二目的的本发明的第一方面，提供这样一种电动转向装置，其中通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩，根据检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩以由蜗轮蜗杆机构减小的速度传递至转向机构的输出轴，该电动转向装置的特征在于，所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮通过轴承以可转动的方式直接支承在一壳体上。

在根据用于实现第二目的的本发明的电动转向装置中，优选地，所述蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和所述轴承的位置在所述输出轴的轴向上大致彼此一致。

在根据用于实现第二目的的本发明的电动转向装置中，优选地，所述蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和蜗轮与所述输出轴的结合位置在所述输出轴的轴向上彼此错开。

根据用于实现第二目的的本发明的第二方面，提供这样一种电动转向装置，其中通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩，根据检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩以由蜗轮蜗杆机构减小的速度传递至转向机构的输出轴，该电动转向装置的特征在于，所述转矩传感器构造为使用合成树脂与其线圈和电路板一体模制而成的传感器组件。

在根据用于实现第二目的的本发明的第二方面的电动转向装置中，优选地，所述电路板设置成大致垂直于转向轴的轴向。

在根据用于实现第二目的的本发明的第二方面的电动转向装置中，优选地，在所述传感器组件中使用合成树脂一体地模制有一连接器。

在根据用于实现第二目的的本发明的第二方面的电动转向装置中，优选地，所述传感器组件与其线圈和电路板使用合成树脂一体地模制在一壳体上。

如上所述，根据用于实现第二目的的本发明，蜗轮蜗杆机构的蜗轮通过轴承以可转动的方式直接支承在壳体上，由此，即使由于蜗轮和蜗杆之间发生的振动而产生振动噪声，也可将蜗轮芯部金属部的固有振动的影响抑制到最小。因此，可以抑制振动噪声。此外，所产生的振动主要通过轴承而被壳体吸收。因而，减小了传递至转向轴的振动，并且可以减小从转向盘产生的噪声。

根据用于实现第二目的的本发明，由于蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和轴承的位置在输出轴的轴向上大致彼此一致，所以可减小蜗轮、输出轴和轴承的轴向长度。此外，啮合时在蜗轮上产生的径向载荷被轴承承受，且该径向载荷不被传递至输出轴。因此，仅旋转转矩被传递至输出轴，从而蜗轮的芯部金属部和输出轴的结合方式可简化。

此外，根据用于实现第二目的的本发明，蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和蜗轮与输出轴的结合位置在输出轴的轴向上彼此错开。这使得可以将转矩传感器的线圈的位置改变到壳体中央附近的一位置，由此可减小动力转向装置的轴向长度。

另外，根据用于实现第二目的的本发明，蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和蜗轮与输出轴的结合位置在输出轴的轴向上彼此错开，且与传统结构(图7)相比，转矩传感器的位置向车辆前方移置。因此，如图4所示，蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和设在壳体31的车辆后侧部上的止挡部31a的位置之间的距离可从传统结构中的长度La减至长度Lb。从而，在上管柱1的车辆前侧端和设在壳体31的车辆后侧部上的止挡部31a之间延伸的溃缩行程可从传统结构中的行程Sa大大延长至行程Sb。因此，可增大溃缩行程而不增大电动转向装置的尺寸，同时保持能将电动转向装置容易地安装在车辆上。此外，转矩传感器和其它部件可不经改动地使用。

而且，由于转矩传感器构造为与其线圈和电路板使用合成树脂一体模制而成的传感器组件，所以可免除组装时的焊接过程，从而使组装过程更简单。此外，可使操作电子部件变得容易从而减少工时。

另外，由于电路板设置成大致垂直于转向轴的轴向，所以可减小其轴向长度，还可增加布局的自由度。

本发明的第三目的是提供一种具有简单结构的电动转向装置，其中一动力辅助部和一管柱部可容易且稳固地结合，而不增加部件的数量和组装时所耗费的工时。

根据用于实现第三目的的本发明，提供这样一种电动转向装置，其具有：管柱部，该管柱部以这样的方式支承在一端与转向盘相连接的转向轴，即，允许该转向轴转动及沿轴向滑动；以及动力辅助部，该动力辅助部具有与该转向轴的另一端相连接的输入轴和根据输入至该输入轴的转矩输出动力辅助转矩的输出轴，所述管柱部和所述动力辅助部通过结合所述输入轴和所述转向轴而成一体，所述电动转向装置的特征在于，所述输入轴和所述转向轴通过使它们中的一个或两个发生塑性变形而彼此紧密接触，由此所述输入轴和所述转向轴以它们之间不能相对转动和不能沿轴向相对移动的方式结合在一起。

在根据用于实现第三目的的本发明的电动转向装置中，优选地，所述输入轴和所述转向轴中的一个或两个具有平面部，所述平面部具有通过沿轴向切削圆柱体形状的至少一部分而获得的形状。

在根据用于实现第三目的的本发明的电动转向装置中，优选地，所述输入轴和所述转向轴设有位移限制装置，该位移限制装置使得不能发生所述轴向相对移动。

根据用于实现第三目的的本发明，所述输入轴和所述转向轴中的一个或两个发生塑性变形，由此可消除结合中的不牢固性并以不可拆卸的方式容易而稳固地使动力辅助部和管柱部相结合而不增加部件数量或工时。因此，根据用于实现第三目的的本发明，可将动力辅助部和管柱部作为独立的单元进行组装并在最后阶段使它们结合或成一体。因而，可容易地保证每个单元的性能。此外，根据用于实现第三目的的本发明，可将动力辅助部设计成通用单元并独立设计管柱部。因此，可增加设计的自由度并降低成本。

本发明特别提供了这样一种电动转向装置，该电动转向装置具有：通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩、根据该检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩传递至转向机构的输出轴的蜗轮蜗杆机构；以及覆盖该蜗轮蜗杆机构的壳体。其中：用于所述转矩传感器的线圈、用于所述转矩传感器的电气连接的连接器以及分别与所述线圈和所述连接器连接的接线端子集成在一铁板上以构成一转矩传感器组件，所述各接线端子通过焊接与一传感器电路板相连；所述传感器电路板通过第一螺栓固定在所述铁板的铁板凸缘上，从而与所述铁板凸缘电气连接；所述传感器电路板设置成大致垂直于转向轴的轴向；并且所述铁板凸缘通过第二螺栓固定于所述蜗轮蜗杆机构的壳体。

在上述电动转向装置中，优选地，所述转矩传感器组件是一模制部件，其中所述线圈、所述用于电气连接的连接器和所述各接线端子使用合成树脂集成在所述铁板上。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的管柱助力式电动转向装置的相关部分的纵截面图；

图2是根据本发明第二实施例的管柱助力式电动转向装置的相关部分的纵截面图；

图3是根据本发明第三实施例的管柱助力式电动转向装置的相关部分的纵截面图；

图4是根据本发明的管柱助力式电动转向装置的纵截面图；

图5A是根据本发明第四实施例的管柱助力式电动转向装置的相关部分的纵截面图，图5B是传感器组件的截面图；

图6A是根据本发明第五实施例的管柱助力式电动转向装置的相关部分的纵截面图，图6B是传感器组件的截面图；

图7是传统的管柱助力式电动转向装置的纵截面图；

图8是根据本发明第六实施例的EPS的动力辅助部和管柱部的结合部的分解图；

图9A和9B分别是第六实施例中的输入轴和转向轴的正视图；

图10A-10C分别是输入轴和转向轴的结合结构在组装状态、通过敛缝或嵌压而发生塑性变时形的状态和通过敛缝或嵌压而发生塑性变形后的状态下的截面图；

图11是根据本发明第七实施例的EPS的动力辅助部和管柱部的结合部的分解图；

图12A和12B是本发明第七实施例中的输入轴的正视图和转向轴的正视图；

图13A-13C分别是输入轴和管柱轴的结合结构在通过敛缝或嵌压而发生塑性变形前的状态、通过敛缝或嵌压而发生塑性变形后的状态和通过铆钉固定的状态下的截面图；

图14是传统EPS的动力辅助部和管柱部的结合部(容纳在管柱中)的侧视图；

图15是传统EPS的动力辅助部和管柱部的结合部(暴露在外)的侧视图；

图16是根据本发明第八实施例的管柱助力式电动转向装置的动力辅助部和管柱部的结合部的中央纵截面图；

图17是图16所示的结合部的右侧视图；

图18是传感器组件的中央纵截面图；

图19是图18所示的传感器组件的左侧视图；

图20是图18所示的传感器组件的右侧视图。

具体实施方式

下面参考附图对根据本发明的实施例的电动转向装置进行说明。

图1是根据本发明第一实施例的管柱助力式电动转向装置的相关部分的纵截面图。

如图1所示，构成输入轴的下轴4在其车辆前侧端与输出轴5相连。输出轴5在其车辆前侧端通过万向节(未示出)等与转向器(未示出)相连。一扭杆6的基端通过压配合固定在下轴4(输入轴)的车辆前侧端。扭杆6延伸通过输出轴5的空心内部，且扭杆的端部使用固定销7固定在输出轴5的一端。

在该实施例中，减速器机构的蜗轮20包括嵌合在输出轴5上的芯部金属部21和设在芯部金属部21上的树脂齿轮部22。

芯部金属部21的基部21a沿轴向向车辆前方突出并且直径最小。基部21a嵌合在输出轴5上。芯部金属部21朝其端部向车辆后方倾斜，且其直径成阶梯式地增大至具有最大直径的端部阶梯部21c和中间阶梯部21b，后面将要说明的第一和第二轴承41、42分别固定在所述端部阶梯部21c和中间阶梯部21b上。树脂齿轮部22设在端部阶梯部21c的径向外侧部上。

芯部金属部21的基部21a的径向内周设有配合在设在输出轴5上的转矩检测用的槽8内的槽21d，由此输出轴5和芯部金属部21的相对转动被阻止。

输出轴5和芯部金属部21通过压配合而彼此固定。芯部金属部21上的槽21d的小直径大于输入轴4的最大直径，因此发生溃缩时，输入轴4可向车辆前方移动而不发生干涉。

电动转向装置的壳体包括车辆后侧壳体元件31、设在该车辆后侧壳体元件31的车辆前侧的中间壳体元件32和从前方覆盖中间壳体元件32的盖件33。

车辆后侧壳体31在其车辆后侧端设有止挡部31a。溃缩时，上管柱1的端部抵靠在止挡部31a上。在该实施例中，一用于密封输入轴4的密封件34设置在壳体31的止挡部31a的大致径向内侧。

中间壳体32具有延伸至后面将要说明的树脂套环或树脂模制部51的外周的延伸部32a。下面将要说明的第一轴承41固定地安装在延伸部32a的径向外侧。

被密封的第一轴承41设在芯部金属部21的端部阶梯部21c的径向内侧和中间壳体32的延伸部32a的径向外侧之间，由此芯部金属部21可转动地支承在中间壳体32上。

被密封的第二轴承42设在芯部金属部21的中间阶梯部21b的径向外侧和盖件33的径向内侧之间，由此芯部金属部21可转动地支承在盖件33上。通过上述结构，芯部金属部21的基部21a在包括中间壳体元件31和盖件33的壳体之外固定地嵌合在输出轴5上。蜗轮20的树脂齿轮部22和构成动力辅助用电动机的输出轴的蜗杆17彼此啮合的位置与蜗轮20的芯部金属部21固定地安装在输出轴5上的位置在轴向上相错开。

这样，蜗轮20通过第一和第二轴承41、42以可转动的方式直接支承在中间壳体32和盖件33上，因而如果由于蜗轮20和蜗杆17之间发生的振动而产生振动噪声，则蜗轮20的芯部金属部21的固有振动的影响会被抑制到最小。因此，可以抑制振动噪声。此外，产生的振动主要通过第一和第二轴承41、42由中间壳体32和盖件33吸收。因此，减少了传递至转向轴1、2的振动，并且可减小从转向盘(未示出)产生的噪声。

由于蜗杆17和蜗轮20的啮合位置与第一和第二轴承41、42的位置在输出轴5的轴向上大致彼此一致，所以可减小输出轴5和蜗轮20包括第一和第二轴承41、42的轴向长度。此外，啮合时在蜗轮20上产生的径向载荷由第一和第二轴承41、42承受，且该径向载荷不被传递至输出轴。因此，只有旋转转矩被传递至输出轴5，从而蜗轮20的芯部金属部21和输出轴5的结合方式可简化，正如上述的槽配合和压配合。

输出轴5具有设在其车辆后侧部的转矩传感器检测用的槽8。转矩传感器的套管9设在槽8的径向外侧。套管9的车辆后侧端部通过例如由敛缝或嵌压引起的塑性变形而固定在下轴4(输入轴)的车辆前侧端上。

一线圈10设在套管9的径向外侧。线圈10压配合在设在中间壳体32的延伸部32a的内周上的树脂模制部51中。在树脂模制部51的相对侧焊接有固定盖52。树脂模制部51可与线圈10一体制成。

树脂模制部51上设有一环状电路板53，且树脂模制部51的外周部上设有连接器54(线束)。在树脂模制部51上可设置用于使用设在车轮上的待检测装置来检测车轮转角的传感器。

蜗杆17和蜗轮20彼此啮合的位置与转矩传感器的位置在输出轴5的轴向上大致彼此一致。(即转矩传感器设在齿轮啮合位置的径向内侧。)

蜗杆17和蜗轮20的啮合位置与蜗轮20和输出轴5的嵌合位置(芯部金属部21的基部21a)在输出轴5的轴向上相错开。这使得可以将转矩传感器的线圈10的位置改变至靠近中间壳体32的中央的某一位置，由此可减小电动转向装置的轴向长度。

因此，与传统结构(图7)相比，转矩传感器的位置向车辆前侧移置。这样在该实施例中，蜗轮蜗杆机构中的齿轮啮合位置和设在壳体31的车辆后侧部上的止挡部31a的位置之间的距离可从传统结构中的长度La减小至长度Lb。从而，在上管柱1的车辆前侧端和设在壳体31的车辆后侧部上的止挡部31a之间延伸的溃缩行程可从传统结构中的行程Sa大大延长至行程Sb。因此，可增大溃缩行程而不增大电动转向装置的尺寸，同时保持能将电动转向装置容易地安装在车辆上。转矩传感器和其它部件可不经改动地使用。

图2是根据本发明第二实施例的管柱助力式电动转向装置的纵截面图。

该实施例的基本结构与上述第一实施例的基本结构相同，只对与第一实施例不同的部分进行说明。

在该实施例中，第一轴承41通过紧固环61固定在中间壳体32的延伸部32a上，并通过由于敛缝或嵌压而使芯部金属部21的端部阶梯部21c的端部发生的塑性变形而固定在所述端部阶梯部21c上。

期望第一轴承41的内部间隙小，且四点接触式轴承可用作第一轴承41。

盖件33和芯部金属部21的中间阶梯部21b之间设有密封件62，由此可防止润滑剂流出。此外，不使用第二轴承42使得能够减小减速器部分的尺寸。

图3是根据本发明第三实施例的管柱助力式电动转向装置的纵截面图。在图3中，未示出蜗杆和电动机。

该实施例的基本结构与上述第一和第二实施例的基本结构相同，只对与第一和第二实施例不同的部分进行说明。

在该实施例中，不使用中间壳体32，蜗轮20和转矩传感器等容纳在彼此结合的壳体31和盖件壳体33的内部。

在芯部金属部21的中间阶梯部21b和盖件壳体33的内周之间设有被密封的第一轴承71，由此芯部金属部21可转动地支承在盖件壳体33上。第一轴承71通过紧固环71a固定在芯部金属部21上。

在第三实施例中，设有被密封的第二轴承72来代替第一和第二实施例中的密封件34。该被密封的第二轴承72设在壳体31的止挡部31a的大致内周和下轴4(输入轴)的车辆前侧部之间。

图5A是根据本发明第四实施例的管柱助力式电动转向装置的纵截面图。图5B是传感器组件的截面图。

该实施例的基本结构与上述第一至第三实施例的基本结构相同，只对与第一至第三实施例不同的部分进行说明。该实施例尤其与第三实施例相类似。

在该实施例中，如图5B所示，通过把使用合成树脂模制而成的树脂模制部51与线圈10、电路板53和连接器54一体形成而将转矩传感器构造成传感器组件SA。传感器组件SA通过螺钉55固定地安装在齿轮盖31(即壳体)上。

因此，可免除组装时的焊接过程，从而使组装过程变得更简单。此外，可容易地操作电子部件从而减少工时。具体地，由于电路板53的有部件的侧面不暴露在外，所以无需采取防静电措施，且部件的操作更加简单。

此外，由于电路板53大致垂直于转向轴3、4的轴向设置，所以可减小其轴向长度并增加布局的自由度。

线圈10与电路板53相连并与其一体模制而成。

用于与电子控制单元ECU(未示出)相连的连接器54也可在传感器组件SA中一体模制而成。也可模制出一线束来代替连接器54。

图6A是根据本发明第五实施例的管柱助力式电动转向装置的纵截面图。图6B是传感器组件的截面图。

该实施例的基本结构与上述第一至第四实施例的基本结构相同，只对与第一至第四实施例不同的部分进行说明。该实施例尤其与第一和第四实施例相类似。

在该实施例中，如图6B所示，通过把使用合成树脂模制而成的树脂模制部51与线圈10、电路板53和连接器54一体形成而将转矩传感器构造成传感器组件SA。

传感器组件SA与其中的线圈10和电路板53等一体地模制在壳体31(齿轮盖)上。

因此，可免除组装时的焊接过程，从而使组装过程变得更简单。此外，可更容易地操作电子部件从而减少工时。特别地，由于电路板53的有部件的侧面不暴露在外，所以无需采取防静电措施，且部件的操作更加简单。

此外，由于电路板53大致垂直于转向轴3、4的轴向设置，所以可减小其轴向长度并增加布局的自由度。

线圈10与电路板53相连并与其一体模制而成。用于与电子控制单元ECU(未示出)相连的连接器54也可在传感器组件SA中一体模制而成。也可模制出一线束来代替连接器54。

在该实施例中，输入轴4具有设在其车辆前侧部上的转矩传感器检测用的槽8。转矩传感器的套管9设在槽8的径向外侧。套管9的车辆前侧端部通过例如由敛缝或嵌压引起的塑性变形而固定在输出轴5的车辆后侧端部上。

蜗轮20(21、22)通过第一和第二轴承41、42以可转动的方式直接支承在壳体31(齿轮盖)和壳体33上，此外，输入轴4通过第三轴承81可转动地支承在壳体31(齿轮盖)上。

图8是根据本发明第六实施例的电动转向装置(在下文中有时称作EPS)的动力辅助部和管柱部的结合部的分解图。图9A和9B分别是第六实施例中的输入轴和管柱轴的正视图。

参考图8、9A和9B对本发明的第六实施例进行说明。可转动地支承在电动转向装置(EPS)的动力辅助部110的壳体101上的输入轴102具有用于检测该轴的旋转转矩的转矩传感器(未示出)。动力辅助用电动机以及包括安装在该电动机的轴上的蜗杆和与所述蜗杆等相啮合的蜗轮的动力辅助减速器机构构建在壳体101中。动力辅助减速器机构本身可具有公知的结构。由于该结构不直接涉及本发明，因此在图中未示出。安装和固定有动力辅助减速器机构的蜗轮并可转动地支承在壳体101上的输出轴103适于将根据由转矩传感器检测出的转矩而驱动的电动机的驱动力传递至一齿轮机构(未示出)，该齿轮机构设在位于车辆下部内的转向齿轮箱中。

在该实施例中，动力辅助部110和管柱部(见图14和15)作为独立的单元进行组装，并在最终阶段彼此接合。接合后的动力辅助部110和管柱部120的外观基本上与图14或15中所示的一样，因此不显示该实施例在接合后的状态。

如图9A所示，动力辅助部110的输入轴102具有带有四个平面部102b的形状，所述四个平面部102b通过以规则的周向间隔沿轴向切削实体圆柱形轴而获得，在每个平面部102b的中央沿轴向形成有具有凹圆弧形横截面的轴向槽102c。在输入轴102的横截面中，以规则的周向间隔设有从轴心计具有相同半径的四个倒圆部102a，且倒圆部102a之间的部分是直线形的。每个直线形部的中央部分都具有向轴心凹进的凹圆弧形状。换句话说，输入轴102的横截面是一正方形，该正方形在其顶角处具有倒圆部102a，在其各边的中央具有凹圆弧形部。轴向槽102c设置在沿轴向的预定长度上，且在轴向槽102c的位于输出轴103一侧的端部处(见图8)沿周向在倒圆部102a中形成有接合槽102d，该接合槽102d具有比倒圆部的半径小的最小半径。轴向槽102c可容易地通过锻造形成。

另一方面，柱侧的转向轴104的结合部104a将嵌合在输入轴102上，且其内径等于输入轴102的外径。结合部104a具有设在与输入轴102的平面部102b上的轴向槽102c相对应的位置处的切口部104b，切口部104b具有预定的轴向长度(例如大致等于倒圆部102a的长度)。如图9B所示，结合部104a的位于切口部104b之间的配合部104c的轴向端部沿径向向内弯曲以形成第一接合部104d。各配合部104c的一个周向端侧部也沿径向向内弯曲以形成第二接合部104e。第一接合部104d和输入轴102上的接合槽102d构成位移限制装置。第一接合部104d具有使结合部104a相对于输入轴102沿轴向定位的功能，而第二接合部104e具有使结合部104a沿旋转方向定位的功能。

图10A至10C分别是输入轴102和转向轴104的结合结构在组装状态、通过敛缝或嵌压而发生塑性变形时的状态和通过敛缝或嵌压而发生塑性变形后的状态下的截面图。

在上述结构中，当动力辅助部110和管柱部结合时，如图8所示，一圆筒形套环105安装在转向轴104的结合部104a上，结合部104a配合在输入轴102上，如图10A所示，结合部104a的切口部104b的相位和输入轴102的倒圆部102a的相位对齐，且结合部104a被推入直到其第一接合部104d到达输入轴102的接合槽102d的位置。

然后，如图10B所示，输入轴102和结合部104a彼此相对转动，使得结合部104a的第一接合部104d配合在输入轴102的接合槽102d中，其中在该实施例中，结合部104a沿一箭头所示的方向(在该实施例中为逆时针方向)转动。通过使结合部104a的第一接合部104d配合在输入轴102的接合槽102d中并使它们转过预定量，输入轴的倒圆部102a的轴向延伸的侧表面被结合部104a的第二接合部104e所接合，从而转动被限制。这时由于输入轴102的倒圆部102a的外径和结合部104a的配合部104c的内径相等，所以不会发生输入轴102的轴线与结合部104a的轴线不重合的情况。

在此状态下，如图10B所示，执行这样的步骤，即在输入轴102的四个轴向槽102c的位置处从外侧向轴心施加载荷。在此过程中，在将方向改变90度的情况下通过从外侧沿两个相反的方向挤压而向轴心(箭头所示方向)施加载荷的步骤执行两次，使得结合部104a的每个配合部104c的另一侧部104f被敛缝或嵌压并发生塑性变形。

这样，结合部104a的配合部104c配合在输入轴102的四个倒圆部102a上并与这些倒圆部紧密接触，且套环105的与切口部104b相邻的部分沿径向向内凹进以跟随输入轴102的四个轴向槽102c的凹陷。由于这种结构，转向轴104的结合部104a既不能相对于输入轴102沿旋转方向转动，也不能相对于输入轴102沿轴向移动。换句话说，输入轴102和转向轴104是不可拆分的，且不会发生它们的轴线不重合的情况。

优选地，用于通过敛缝或嵌压引起塑性变形的敛缝或嵌压载荷同时施加在相对的切口部104b上。有必要在结合部104a的周围留出空间以使得能够引入用于施加载荷的装置。用于施加载荷的冲头的尖端需要具有圆形或球形的形状以使套环105发生塑性变形后能充分紧贴轴向槽102c的凹陷处从而获得强力的固定作用。

如上所述，输入轴102和转向轴104中的一个或两个发生塑性变形以彼此紧密接触，由此输入轴102和转向轴104以如此方式连接，即它们不能相对转动或轴向相对移动。因此，可以消除结合中的不牢固性，并且动力辅助部110和管柱部可容易地结合而无需增加部件的数量。

此外，由于输入轴102和转向轴104两者都具有同心的圆柱(圆弧)形状，所以它们在转动时不会发生轴线偏心的情况。而且，由于平面部120b具有通过沿轴向切削圆柱而获得的形状，保证了可承受在传递旋转转矩时所产生的转矩的足够的强度。此外，由于存在轴向位移限制装置，所以不会发生输入轴102和转向轴104沿轴向的相对移动。

如上所述，可以把动力辅助部110和管柱部作为独立的单元进行组装并在最终阶段使它们结合或成一体。因此，可容易地保证各单元的性能。此外，可将动力辅助部设计成通用单元并单独设计管柱部。所以，可增加设计的自由度并降低成本。

由于动力辅助部110和管柱部通常具有不同的功能，因此即使在确保了各单元的性能之后再组装成完整的单元，性能下降的可能性也很低，并且即使将管柱部和动力辅助部110以不可拆分的方式接合在一起也不会产生问题。

在该第六实施例中，轴向位移限制装置可以是通过塑性变形形成的结构。

下面将参考图11和12对第七实施例进行说明。

图11是根据本发明第七实施例的EPS的动力辅助部和管柱部的结合部的分解图。图12A和12B是第七实施例中的输入轴的正视图和转向轴的正视图。

第七实施例的某些部分与上述第六实施例中相同，且相同的部件用相同的参考标号表示。该第七实施例中的输入轴102具有两个同心的倒圆部102f，这两个倒圆部102f的直径稍小于该轴的主要部分的直径，在两个倒圆部之间沿周向设有两个彼此平行设置的平面部102g，轴心夹在所述平面部102g之间。输入轴102的倒圆部102f和平面部102g从轴的端部沿轴向在预定长度上形成。在平面部102g的中央设有贯穿至另一侧的平面部102g的通孔102h。

另一方面，转向轴104的结合部104a在对应于输入轴102的倒圆部102f、平面部102g和通孔102h的位置处分别具有倒圆部104g、平面部104h和敛缝或嵌压孔104i。

图13A至13C分别是输入轴和管柱轴的结合结构在敛缝或嵌压前的状态、敛缝或嵌压后的状态和通过铆钉固定的状态下的截面图。

当上述结构中的动力辅助部110和管柱部接合在一起时，如图13A所示，转向轴104的结合部104a配合在输入轴102上，此后销钉形式的冲头沿箭头所示的方向从两侧被推进敛缝或嵌压孔104i部分以对平面部104h的边缘进行敛缝(或嵌压)或使平面部104h的边缘发生塑性变形。这样，转向轴104的平面部104h中的孔104i的边缘如图13B所示发生塑性变形并压配合在输入轴102的通孔102h中。在此状态下，将一铆钉(或螺栓)106插过由塑性变形形成的孔，且铆钉106的端部如图13C所示伸展开，由此转向轴104的结合部104a可牢固地附装在输入轴102上。

如上所述，在第七实施例中，尽管第七实施例具有比第六实施例更简单的结构，但是转向轴104的结合部104a容易而稳固地与动力辅助部110的输入轴102结合成防止旋转和轴向移动。因此，不用说，第七实施例可获得与第六实施例一样有利的效果或获得比第六实施例更有利的效果。

图16是根据本发明第八实施例的管柱助力式电动转向装置的动力辅助部和管柱部的结合部的中央纵截面图，图17是图16所示的结合部的右侧视图。图18是传感器组件的中央纵截面图，图19是图18所示的传感器组件的左侧视图，图20是图18所示的传感器组件的右侧视图。

该实施例的基本结构与上述第一至第三实施例的基本结构相同，主要对与第一至第三实施例不同的部分进行说明。

如图16所示，构成输入轴的下轴204在其车辆前侧端与输出轴205相连。输出轴205在其车辆前侧端经由万向节(未示出)等与转向器(未示出)相连。一扭杆206的基端通过压配合固定在下轴204(输入轴)的车辆前侧端。扭杆206延伸通过输入轴204和输出轴205的中空的内部，且扭杆206的端部固定在输出轴205的一端。

在该实施例中，减速器机构的蜗轮220包括嵌合在输出轴205上的芯部金属部221和设在芯部金属部221上的树脂齿轮部222。

芯部金属部221通过其向车辆前方突出的基部221a嵌合在输出轴205上。芯部金属部向车辆后方倾斜地延伸，并具有位于其车辆后侧端的大直径端部221c。树脂齿轮部222固定地设在大直径端部221c的径向外侧部上。后面将要说明的第一轴承241和第二轴承242分别固定地安装在大直径端部221c的径向内周和基部221a的径向外周上。

芯部金属部221通过其基部221a的内周固定地安装在输出轴205上，且不会发生输出轴205和芯部金属部221的相对转动。

电动转向装置的壳体包括从径向外侧覆盖减速器机构的壳体元件232、从前方覆盖壳体元件232的盖件233和通过螺栓240固定地附装在壳体元件232的车辆后侧的转矩传感器组件SA。

壳体元件232在其车辆后侧具有轴承支承部232a，该轴承支承部232a在由芯部金属部221的大直径部221c形成的空间内延伸，并且具有沿径向与大直径部221c的内周表面相对的外周部。第一轴承241设在芯部金属部221的大直径部221c的内周表面与轴承支承部232a的外周表面之间。

另一方面，第二轴承242设在壳体的盖件233的内周表面和芯部金属部221的基部221a的外周表面之间。

转矩传感器组件SA是一模制部件251，它包括使用合成树脂形成为一个单元的以下主要构成部件：铁板凸缘250、线圈210、传感器电路板253和用于外部连接的连接器254。

在转矩传感器组件SA的铁板凸缘250的径向内侧上一体地形成有向车辆后侧突出的圆筒部250a。一轴承260通过压配合固定在所述圆筒部250a的内周和输入轴204的外周之间，由此防止输入轴204的振动。

更具体地，参考图18至20，构成转矩传感器组件SA的模制部件251一体地具有圆筒部251a，该圆筒部251a环绕输入轴204的外周并沿轴向在壳体元件232的轴承支承部232a的径向内部的空间内延伸。另一方面，转矩检测用的槽208形成在输入轴204的外周上，且转矩传感器的固定地安装在输出轴205的后端部的外周上的套管209设在槽208的径向外侧。

转矩传感器的线圈210在圆筒部251a的内侧被设置成环绕套管209并沿径向与套管209相对。

模制部件251一体地具有总体为矩形的电路板支承板部251b，该支承板部251b与圆筒部251a成一体并从圆筒部251a向上延伸。传感器电路板253设在电路板支承板部251b的表面上，该支承板部251b以大致垂直于转向轴的轴线方向的方式面向壳体的内部。传感器电路板253通过螺栓253c固定地安装在铁板凸缘250上。传感器电路板253通过焊接与接线端子253e相连，而接线端子253e通过嵌装在模制部件251中的导线255与线圈210和连接器254相连。

转矩传感器SA通过位于铁板凸缘250上三个位置处的螺栓265a、265b和265c牢固地固定在与之相对的壳体元件232的表面上。

在该结构中，由于传感器电路板253和铁板凸缘250通过螺栓253c固定在一起，且传感器电路板253上的电路图案和铁板凸缘250都接地，所以可防止由电磁噪声引起的故障。铁板凸缘250通过螺栓240固定在壳体元件232上，因此传感器电路板253和壳体都接地。这更加有利。

此外，由于传感器电路板253被壳体和铁板覆盖，所以可防止由于电磁噪声而引起的故障。

根据该实施例，由于在组装转矩传感器时无需焊接，所以组装过程变得简单。由于电路板的装有部件的侧面未暴露在外，所以无需采取防静电措施。由于铁板基本上在整个转矩传感器组件SA的区域内延伸，所以组件SA的强度有所增加，且对组件的操作变得简单。

同样在该实施例中，输出轴205和输入轴204通过扭杆206相连，并且由于扭杆206会根据输入扭转而发生扭转，使得线圈中产生阻抗变化。通过使用指示阻抗变化的信号的转矩传感器组件SA，可对电动机(未示出)进行控制，并且电动机的输出通过蜗轮220传递至输出轴205，从而执行动力辅助。

Claims (2)

1.一种电动转向装置，具有：通过一转矩传感器检测施加在转向盘上的转向转矩、根据该检测出的转向转矩由电动机产生一转向辅助转矩并将该转向辅助转矩传递至转向机构的输出轴的蜗轮蜗杆机构；以及覆盖该蜗轮蜗杆机构的壳体，该电动转向装置的特征在于：

用于所述转矩传感器的线圈、用于所述转矩传感器的电气连接的连接器以及分别与所述线圈和所述连接器连接的接线端子集成在一铁板上以构成一转矩传感器组件，所述各接线端子通过焊接与一传感器电路板相连；

所述传感器电路板通过第一螺栓固定在所述铁板的铁板凸缘上，从而与所述铁板凸缘电气连接；

所述传感器电路板设置成大致垂直于转向轴的轴向；并且

所述铁板凸缘通过第二螺栓固定于所述蜗轮蜗杆机构的壳体。

2.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于，所述转矩传感器组件是一模制部件，其中所述线圈、所述用于电气连接的连接器和所述各接线端子使用合成树脂集成在所述铁板上。

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