CN104245477A - 电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动动力转向装置，其包括：转向轴，方向盘连结于该转向轴；输出轴，其借助扭杆而与转向轴连结；力矩传感器，其用于检测作用于扭杆的转向力矩；传感器外壳，磁性材料固定于该传感器外壳，该磁性材料是上述力矩传感器的构成部件；上部柱管，其将转向轴支承为旋转自如；以及下部柱管，其能够与上部柱管之间进行相对移动；下部柱管与传感器外壳是由树脂材料构成的一体部件。

Description

电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动动力转向装置。
背景技术
作为以往的电动动力转向装置，在日本JP2009－126440A中公开了一种在下部柱(lower column)的外周安装有树脂制的套筒的电动动力转向装置。该套筒以防止下部柱与上部柱(upper column)之间的应力集中为目的设置。
在套筒上沿轴向设有狭缝。该狭缝是为了容易向下部柱的外周安装套筒、并且将套筒紧固于下部柱与上部柱之间而设置的。下部柱被压入传感器外壳中，在该传感器外壳中安装有力矩传感器的传感器部件。该压入作业是以安装于下部柱的套筒的狭缝的周向位置基于某种设计构思而成为特定的位置的方式进行的。这样，在将下部柱压入传感器外壳时需要周向上的相位管理，因此会导致制造成本增加。
另一方面，在将传感器部件安装于金属制的传感器外壳时，需要在传感器外壳上加工安装用的槽，另外，需要进行用于将传感器部件固定于传感器外壳的内周面的铆接加工以避免传感器部件旋转以及脱落。如此，为了将传感器部件安装于金属制的传感器外壳需要多个加工，因此会导致制造成本增加。
发明内容
本发明的目的在于降低电动动力转向装置的制造成本。
根据本发明的某实施方式，提供一种电动动力转向装置，其利用电动马达的转矩对驾驶员施加于方向盘的转向力进行辅助，其中，该电动动力转向装置包括：转向轴，上述方向盘连结于该转向轴；输出轴，其借助扭杆而与上述转向轴连结；力矩传感器，其用于检测作用于上述扭杆的转向力矩；传感器外壳，磁性材料固定于该传感器外壳，该磁性材料是上述力矩传感器的构成部件；上部柱管，其将上述转向轴支承为旋转自如；以及下部柱管，其能够与上述上部柱管之间进行相对移动；上述下部柱管与上述传感器外壳是由树脂材料构成的一体部件。
以下，参照附图对本发明的实施方式以及优点进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电动动力转向装置的侧视图。
图2是本发明的实施方式的电动动力转向装置的剖视图。
图3是图2的局部放大图。
图4是环形磁体、旋转磁路部、固定磁路部、以及磁传感器的立体图。
图5是树脂成形体的立体图。
图6是树脂成形体的立体图。
图7是树脂成形体的剖视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式的电动动力转向装置100进行说明。
首先，参照图1以及图2对电动动力转向装置100的整体结构进行说明。
电动动力转向装置100是利用电动马达13的转矩对驾驶员施加于方向盘8的转向力进行辅助的装置。
电动动力转向装置100包括：转向轴1，方向盘8连结于该转向轴1；转向柱2，其将贯穿其内部的转向轴1支承为旋转自如；以及输出轴4，其借助扭杆3而与转向轴1连结。
输出轴4借助万向接头5、6、中间轴7、小齿轮、齿条等而连结于车轮。驾驶员对方向盘8进行转向，从而使齿条沿轴向移动而改变车轮的朝向。此外，以下，以方向盘8侧为上方，以车轮侧为下方进行说明。
电动动力转向装置100设有对驾驶员施加于方向盘8的转向力进行辅助的辅助机构。辅助机构包括：蜗轮9，其连结于输出轴4；蜗杆10，其与蜗轮9相啮合；电动马达13，其用于对蜗杆10进行旋转驱动；力矩传感器14，其用于检测作用于扭杆3的转向力矩；以及控制器，其基于力矩传感器14的检测结果而控制电动马达13的驱动。电动马达13所输出的转矩自蜗杆10传递至蜗轮9并作为辅助力矩而施加于输出轴4。基于由力矩传感器14检测出的转向力矩而运算电动马达13所输出的转矩。
力矩传感器14容纳于传感器外壳31，蜗轮9以及蜗杆10容纳于齿轮外壳32。传感器外壳31与齿轮外壳32借助螺栓而紧固。齿轮外壳32借助托架(未图示)支承于车身。
转向轴1由大致圆筒状的上部轴11和大致圆筒状的下部轴12构成，该上部轴11在其上端部11a连结有方向盘8，该下部轴12与上部轴11同轴连接，并在下端部连结有扭杆3。下部轴12的上部侧插入到上部轴11的中空部中，两者花键结合。上部轴11与下部轴12通过花键结合而能够一体地旋转，并且能够沿轴向相对移动。在下部轴12的下部侧与传感器外壳31的内周面之间安装有轴承24。
转向柱2由大致圆筒状的上部柱管21和大致圆筒状的下部柱管22构成，该上部柱管21借助轴承23而将上部轴11支承为旋转自如，该下部柱管22配置为与上部柱管21同轴。下部柱管22的上部侧插入上部柱管21的下部侧，两者能够沿轴向相对移动。上部轴11与上部柱管21被轴承23限制了轴向上的相对移动。下部柱管22与传感器外壳31利用由树脂材料构成的一体部件构成。之后详细叙述这一点。
上部柱管21借助柱托架(未图示)以能够沿轴向移动的方式支承于车身。由此，从驾驶员角度来看方向盘8能够沿前后方向移动。
输出轴4分别借助轴承15、16而以旋转自如的方式支承于传感器外壳31以及齿轮外壳32。输出轴4为圆筒状，并在中空部中插入有扭杆3。
扭杆3的上端部自输出轴4的上端开口部突出，并被压入下部轴12的下端部而连结于下部轴12的下端部。扭杆3的下端部借助销28而连结于输出轴4的下端部。下部轴12与输出轴4借助扭杆3而以同轴状的方式连结。扭杆3借助方向盘8而将输入到转向轴1的转向力矩传递至输出轴4，并根据该转向力矩在轴中心产生扭转变形。
力矩传感器14基于伴随着扭杆3的扭转变形的大小而变化的磁通密度检测出作用于扭杆3的转向力矩。以下，参照图3以及图4对力矩传感器14进行说明。
力矩传感器14包括：磁产生部40，其固定于下部轴12，并与下部轴12一起旋转；旋转磁路部41，其固定于输出轴4，并与输出轴4一起旋转；固定磁路部42，其固定于传感器外壳31；以及作为磁检测器的磁传感器43，其用于检测伴随着扭杆3的扭转变形而自磁产生部40通过旋转磁路部41导入固定磁路部42的磁通密度。力矩传感器14基于磁传感器43的输出而检测作用于扭杆3的转向力矩。
也可以取代上述结构，将磁产生部40固定于输出轴4以便其与输出轴4一起旋转，并将旋转磁路部41固定于下部轴12以便其与下部轴12一起旋转。
磁产生部40包括压入下部轴12的环状的背磁轭46、以及结合于背磁轭46的下端面的环状的环形磁体47。环形磁体47是具有多个沿周向以相等的宽度形成的磁极的永磁体，且N极与S极沿周向交替配设。
旋转磁路部41包括：第1软磁性环48以及第2软磁性环49，其被导入自磁产生部40的环形磁体47产生的磁通；安装构件70，其安装于输出轴4；以及模制树脂71，其将第1软磁性环48以及第2软磁性环49固定于安装构件70。
第1软磁性环48由环状的第1磁路环部48C、六个自第1磁路环部48C朝下突出的第1磁路柱部48B、以及分别自各第1磁路柱部48B的下端朝内弯折而与环形磁体47的下端面相对的第1磁路顶端部48A构成。第2软磁性环49由环状的第2磁路环部49C、六个自第2磁路环部49C朝上突出的第2磁路柱部49B、以及分别自各第2磁路柱部49B的上端朝内弯折而与环形磁体47的下端面相对的第2磁路顶端部49A构成。
第1磁路顶端部48A以及第2磁路顶端部49A形成为平板状。第1磁路顶端部48A与第2磁路顶端部49A在与扭杆3的旋转轴线正交的同一平面上以旋转轴线为中心沿周向隔开相等间隔交替配置。
另外，第1磁路顶端部48A与第2磁路顶端部49A被配置为，在力矩未作用于扭杆3的中立状态下，第1磁路顶端部48A与第2磁路顶端部49A沿扭杆3的径向延伸的各自的中心线指向环形磁体47的N极与S极的交界。
固定磁路部42包括沿第1软磁性环48的第1磁路环部48C的外周设置的第1集磁环51、沿第2软磁性环49的第2磁路环部49C的外周设置的第2集磁环52、连接于第1集磁环51的第1集磁磁轭53、以及连接于第2集磁环52的第2集磁磁轭54。第1集磁环51、第2集磁环52和第1集磁磁轭53、第2集磁磁轭54由软磁材料形成。
第1集磁环51以及第2集磁环52呈局部形成有狭缝的C字形状，并固定于传感器外壳31的内周面。第1集磁环51的内周面与第1软磁性环48的第1磁路环部48C相对，第2集磁环52的内周面与第2软磁性环49的第2磁路环部49C相对。
如此，第1集磁环51以及第2集磁环52配置于旋转磁路部41的外周，并具有缓和旋转磁路部41的旋转振摆、偏心的影响而向磁传感器43侧引导磁通的功能。
第1集磁磁轭53形成为具有抵接于第1集磁环51的外周面的圆弧状的内周面53a的块状，第2集磁磁轭54形成为具有抵接于第2集磁环52的外周面的圆弧状的内周面54a的块状。
在第1集磁磁轭53中延伸设置有一对集磁凸部53b，在第2集磁磁轭54中延伸设置有一对集磁凸部54b，集磁凸部53b与集磁凸部54b以预定的缝隙即磁隙彼此相对。在磁隙内设有磁传感器43。
第1集磁磁轭53以及第2集磁磁轭54具有将来自旋转磁路部41的磁通经由第1集磁环51以及第2集磁环52向磁传感器43聚集的功能。
第1集磁磁轭53、第2集磁磁轭54、磁传感器43、以及基板55借助模制树脂固定于树脂制的传感器保持件56。对于传感器保持件56，将圆筒部56a插入传感器外壳31的开口部31a，并且借助螺栓33将该传感器保持件56安装于传感器外壳31。
磁传感器43通过基板55以及端子44输出与磁隙的磁场的大小以及方向相应的电压。端子44借助连接于传感器保持件56的布线而连接于控制器。
接下来，对利用力矩传感器14检测作用于扭杆3的转向力矩的检测方法进行说明。
在力矩未作用于扭杆3的中立状态下，第1软磁性环48的第1磁路顶端部48A与第2软磁性环49的第2磁路顶端部49A分别以相同的面积与环形磁体47的N极以及S极相对，从而使两者磁短路。因此，磁通不会被导入旋转磁路部41与固定磁路部42。
在通过驾驶员对方向盘8的操作而使特定方向的力矩作用于扭杆3的情况下，扭杆3根据该力矩的方向扭转变形。若扭杆3扭转变形，则第1磁路顶端部48A以比与S极相对的面积大的面积与N极相对，另一方面，第2磁路顶端部49A以比与N极相对的面积大的面积与S极相对。来自环形磁体47的磁通通过旋转磁路部41而导入固定磁路部42。具体而言，是自N极经由第1软磁性环48、第1集磁环51、第1集磁磁轭53、第2集磁磁轭54、第2集磁环52、第2软磁性环49而朝向S极的路径。设于第1集磁磁轭53与第2集磁磁轭54之间的磁隙的磁传感器43输出与磁通的大小以及方向相应的信号。
另一方面，在通过驾驶员对方向盘8的操作而使与上述相反的方向的力矩作用于扭杆3的情况下，扭杆3根据该力矩的方向向相反方向扭转变形。若扭杆3扭转变形，则第1磁路顶端部48A以比与N极相对的面积大的面积与S极相对，另一方面，第2磁路顶端部49A以比与S极相对的面积大的面积与N极相对。虽然来自环形磁体47的磁通通过旋转磁路部41而导入固定磁路部42，但是成为与上述相反的路径。具体而言，是自N极经由第2软磁性环49、第2集磁环52、第2集磁磁轭54、第1集磁磁轭53、第1集磁环51、第1软磁性环48而朝向S极的路径。设置于第1集磁磁轭53与第2集磁磁轭54之间的磁隙的磁传感器43输出与磁通的大小以及方向相应的信号。
第1磁路顶端部48A的与环形磁体47的N极和S极相对的面积差、以及第2磁路顶端部49A的与环形磁体47的N极和S极相对的面积差越大，引导到磁隙的磁通越大，磁传感器43的输出信号也增大。
如上述那样，下部柱管22与传感器外壳31利用由树脂材料构成的一体部件构成。以下主要参照图5～7对这一点进行详细说明。
作为力矩传感器14的一个构成部件的第1集磁环51以及第2集磁环52通过嵌入成形而与下部柱管22以及传感器外壳31一体成形，构成为树脂成形体101。图5以及图6是树脂成形体101的立体图，图7是树脂成形体101的剖视图。
传感器外壳31包括：大径部34，其形成有供传感器保持件56的圆筒部56a插入的开口部31a；小径部35，其借助滑动轴承24(参照图2以及图3)而支承下部轴12；以及盖体36，其用于封堵齿轮外壳32的开口部。盖体36具有嵌入齿轮外壳32的开口部的配合部36a、抵接于齿轮外壳32的端面的环状的凸缘部36b、以及自凸缘部36b的外周面突出形成并紧固于齿轮外壳32的法兰部36c。
下部柱管22与传感器外壳31的小径部35一体形成。第1集磁环51以及第2集磁环52固定于传感器外壳31的大径部34的内周面。
通过将下部柱管22、传感器外壳31、第1集磁环51、以及第2集磁环52构成为一体的树脂成形体101，起到以下的效果。
(1)由于利用树脂材料形成下部柱管22，因此不需将套筒安装于下部柱管22的外周，该套筒是在下部柱管22为金属制的情况下所需的、用于改善上部柱管21与下部柱管22的滑动特性。换句话说，能够减少部件数量。另外，作为能够废除套筒的结果，不再需要以往将下部柱管22压入传感器外壳31时进行的、将套筒的狭缝的周向位置调整成特定位置的相位管理。
(2)由于下部柱管22与传感器外壳31是由树脂材料构成的一体部件，因此不再需要以往所需的将下部柱管22压入传感器外壳31的作业。
(3)以往，由于下部柱管22利用钢铁材料形成，传感器外壳31利用铝类材料形成，因此需要考虑双方的热膨胀率的不同来设计下部柱管22以及传感器外壳31的尺寸等。但是，由于下部柱管22与传感器外壳31是由树脂材料构成的一体部件，因此无需考虑热膨胀率。
(4)由于第1集磁环51以及第2集磁环52通过嵌入成形埋入并固定于传感器外壳31的大径部34的内周面，因此无需在传感器外壳31的内周面实施用于固定第1集磁环51以及第2集磁环52的槽加工。另外，也不再需要将第1集磁环51以及第2集磁环52固定于传感器外壳31的内周面的铆接加工。
(5)在通过将第1集磁环51以及第2集磁环52嵌入传感器外壳31的内周面的槽并铆接加工而固定的以往的方法中，存在第1集磁环51以及第2集磁环52因周围的温度变化、铆接不良而旋转以及脱落的隐患。但是，由于第1集磁环51以及第2集磁环52通过嵌入成形而固定于传感器外壳31，因此可防止第1集磁环51以及第2集磁环52的旋转以及脱落，力矩传感器14的可靠性提高。
如以上那样，通过将下部柱管22、传感器外壳31、第1集磁环51、以及第2集磁环52构成为一体的树脂成形体101，能够降低电动动力转向装置100的制造成本。另外，由于下部柱管22以及传感器外壳31由树脂材料形成，因此能够使电动动力转向装置100轻型化。
以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式仅示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
本申请基于2012年3月28日向日本国特许厅提出申请的特愿2012－073932要求优先权，并将该申请的全部内容以参照的方式编入到本说明书中。

Claims (4)

1.一种电动动力转向装置，其利用电动马达的转矩对驾驶员施加于方向盘的转向力进行辅助，其中，该电动动力转向装置包括：
转向轴，上述方向盘连结于该转向轴；
输出轴，其借助扭杆而与上述转向轴连结；
力矩传感器，其用于检测作用于上述扭杆的转向力矩；
传感器外壳，磁性材料固定于该传感器外壳，该磁性材料是上述力矩传感器的构成部件；
上部柱管，其将上述转向轴支承为旋转自如；以及
下部柱管，其能够与上述上部柱管之间进行相对移动；
上述下部柱管与上述传感器外壳是由树脂材料构成的一体部件。
2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，
上述磁性材料与上述下部柱管以及上述传感器外壳嵌入成形。
3.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其中，
上述力矩传感器包括：
磁产生部，其与上述转向轴以及上述输出轴中的一者一起旋转；
旋转磁路部，其与上述转向轴以及上述输出轴中的另一者一起旋转；
固定磁路部，其固定于上述传感器外壳；以及
磁检测器，其用于检测伴随着上述扭杆的扭转变形而自上述磁产生部通过上述旋转磁路部而导入上述固定磁路部的磁通密度；
上述磁性材料是上述固定磁路部的构成部件。
4.根据权利要求3所述的电动动力转向装置，其中，
上述旋转磁路部包括第1软磁性环以及第2软磁性环，伴随着上述扭杆的扭转变形而自上述磁产生部产生的磁通导入该第1软磁性环以及该第2软磁性环，
上述磁性材料是第1集磁环以及第2集磁环，该第1集磁环沿上述第1软磁性环的外周设置、并且固定于上述传感器外壳的内周面，该第2集磁环沿上述第2软磁性环的外周设置、并且固定于上述传感器外壳的内周面。
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