CN1445126A - 齿条辅助类型的电力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿条辅助类型的电力转向系统，尤其是涉及一种改进的齿条辅助类型电力转向系统，该电力转向系统能够通过改进滚珠丝杠的安装位置和结构而减小滚珠丝杠的处理部分，并保护马达组件的连接器和传感器免受热源影响以及防止由于齿条杆降低而引起的任何部件干涉。本发明的系统包括：齿条杆；输入轴；齿条罩；扭矩传感器，该扭矩传感器环绕输入轴的上部环绕部分，并固定在齿条罩的上部上；第二齿条罩，该第二齿条罩环绕齿条杆的直线部分，并通过插入其内径部分中的衬套而与该直线部分接触；以及马达组件。

Description

齿条辅助类型的电力转向系统

发明的背景技术

1.发明领域

本发明涉及一种齿条辅助类型的电力转向系统，尤其是涉及一种改进的齿条辅助类型电力转向系统，该电力转向系统能够通过改进滚珠丝杠的安装位置和结构而减小滚珠丝杠的处理部分，并保护马达组件的连接器和传感器免受热源影响以及防止由于齿条杆降低而引起的任何部件干涉。

2.背景技术的说明

通常，电力转向系统涉及利用电力增加转向力。尤其是，齿条辅助类型的电力转向系统(R-EPS)涉及利用安装在齿条杆和齿条罩之间的马达组件来使该齿条杆往复运动。图1是表示普通的齿条辅助类型电力转向系统的视图。

如图所示，扭矩传感器20安装在从齿条罩10中部垂直伸出的部分中，输入轴21安装在该部分内部，用于在驾驶员转动方向盘时接收旋转力。小齿轮22安装在输入轴21的底部中。

此外，与小齿轮22啮合的齿条22安装在齿条罩内部中并在该齿条罩的中部。支承轭铁安装在该齿条12的后侧，用于沿朝着小齿轮22的方向持续推该齿条12。拉杆30安装在齿条杆11的两侧，并与车辆的有轮胎的车轮相连，以便使该车轮转向。

马达组件40安装在齿条罩10的中部的另一侧中。该马达组件40包括：马达壳体41，该马达壳体41与齿条罩10相连；定子42和转子43，该定子42和转子43安装在马达壳体41的内部；以及马达轴44，该马达轴44固定安装在转子43的内侧中，并与转子43配合。

滚珠丝杠50安装在齿条杆11的外表面上，并由半圆形截面的螺纹形槽而形成，用于将马达轴44的旋转力转换成齿条杆11的往复运动力。有半圆形截面的螺纹形槽和滚珠(未示出)的滚珠螺母60安装在马达轴44的内部，并与滚珠丝杠50相符。

这时，滚珠螺母60包括返回结构，这样，滚珠在该滚珠螺母40内部循环运动。马达轴44的安装有滚珠螺母60的端部向外膨胀，这样，滚珠螺母60插入其中，该端部的前端弯曲，并沿轴向方向和径向方向固定插入的滚珠螺母60。

此外，衬套13安装在齿条罩10中部内，用于防止齿条杆11轴向运动和该齿条杆11中部的下垂。因此，齿条杆11通过一侧的支承轭铁(未示出)、 中部的衬套13以及另一侧的滚珠螺母60而由三点支承

此外，齿条罩10的两端形成为空心，并形成有齿条止动器70，以便使齿条杆11可在其中运动。齿条止动器70的外侧分成两部分，用于连接拉杆30和齿条杆11，内部球接头31安装在这两部分之间。

这时，内部球接头31的直径大于齿条止动器70的内径。因此，当齿条杆11沿朝着一端的方向运动到最大量时执行锁定操作，以便限制运动，从而确定齿条杆11的冲程。

不过，上述普通的齿条辅助类型电力转向系统有以下问题。

第一，存在支承结构相对较薄以及纵向齿条杆11的问题。

齿条杆11沿纵向方向在齿条罩10内部往复运动。该齿条杆11的第一支承点是连接输入轴21的底部的小齿轮22的部分，且上述支承点是装在齿条罩的背面中的支承轭铁的持续受压的部分。

第二支承点是装在齿条杆另一侧端部处的滚珠螺母组件部分。该部分安装在该罩的内径侧。

在第一和第二点进行支承的情况下，在中部产生下垂问题。为了防止上述在中部的下垂问题，衬套13放入齿条罩的内径部分中。

不过，当通过将衬套13插入中部而进行装配时，制造方法和装配方法都很复杂。

在更优选的实例中，通过将滚珠螺母布置在齿条杆的中部而由支承齿条部分的支承轭铁来提供第一支承点，由中部的滚珠螺母60来提供第二支承点，并由插入端部的衬套13来提供第三支承点。

不过，为了根据上述方式而将滚珠螺母布置在齿条杆的中部，形成于齿条杆中的滚珠丝杠部分比滚珠螺母实际运行部分更长，因此，不必要地延长了滚珠丝杠部分，并使制造成本增加。

此外，因为滚珠螺母布置在齿条杆的端部，在三个点(支承轭铁、衬套和滚珠螺母)中，施加在齿条杆上的垂直负载大部分施加在该滚珠螺母上，因此在滚珠螺母处产生振动和噪音，并降低滚珠丝杠的使用寿命。

第二，连接器和马达组件的传感器布置在转向系统的中部，该转向系统的中部包括齿条杆，传感器布置成最靠近位于发动机室中部的发动机的排气歧管(未示出)。因此，即使使耐热性能最大，传感器也很容易受到发动机排气热量的损害，并降低它的使用寿命。

即，如图1所示，在该结构中，滚珠螺母布置在齿条杆的端部，马达组件位于中部，作为布置在中部的马达组件的附件的连接器将布置在中部，系统将受到在排气总管中产生的排气热量的很大影响。

第三，由于垂直施加在车辆的齿条杆上的自重，将引起齿条杆下垂的问题。由于上述下垂问题，在齿条杆的滚珠丝杠和齿条止动器之间可能发生某种干涉。同时，由于干涉，可能引起异常摩擦的问题。

第四，在普通结构中，因为齿条罩、与齿条罩相连的马达壳体以及包括马达壳体的马达组件都同时装配，马达的测试(耐久性、防振性、噪音、性能等)将在装配处理之后进行。

因此，在由于马达状态差而导致测试不成功的情况下，整个转向系统可能产生错误。

发明简介

因此，本发明的一个目的是提供一种齿条辅助类型的电力转向系统，该电力转向系统克服了在普通技术中遇到的问题。

本发明的另一目的是提供一种齿条辅助类型的电力转向系统，该电力转向系统能够通过将滚珠丝杠安装在齿条杆的中部而减少滚珠丝杠的处理部分，并减小齿条杆端部的直径。

本发明的还一目的是提供一种齿条辅助类型的电力转向系统，该电力转向系统能够保护马达组件的连接器和传感器，使它们免受由发动机的排气总管发出的废热的影响。

本发明的还一目的是提供一种齿条辅助类型的电力转向系统，该电力转向系统能够减小齿条杆的下垂，减小由于齿条杆下垂而引起的干涉，并分散集中在滚珠螺母上的负载。

本发明的还一目的是提供一种齿条辅助类型的电力转向系统，该电力转向系统能够通过在齿条罩整体装配之前进行马达组件测试，以便减小错误率。

为了实现上述目的，提供了一种齿条辅助类型的电力转向系统，该电力转向系统包括：

齿条杆，该齿条杆包括在左右端的端表面中的螺纹孔，用于连接内部球接头，且该齿条杆包括在中部的滚珠丝杠、在其一侧的齿条以及在其另一侧的直线部分；

输入轴，该输入轴底部的小齿轮与齿条杆的齿条部分啮合；

齿条罩，该齿条罩形成为同时环绕齿条杆的齿条部分和输入轴，并有支承轭铁，用于支承该齿条的后部；

扭矩传感器，该扭矩传感器环绕输入轴的上部环绕部分，并固定在齿条罩的上部上；

第二齿条罩，该第二齿条罩环绕齿条杆的直线部分，并通过插入其内径部分中的衬套而与该直线部分接触；以及

马达组件，该马达组件包括：

柱形马达壳体，该马达壳体在齿条罩和第二齿条罩之间，且它的两端部分分别与该齿条罩和第二齿条罩相连；

定子，该定子固定在马达壳体的内径部分上；

空心马达轴，该空心马达轴插入到在马达壳体内部中的、环绕齿条杆的滚珠丝杠的部分内；

转子，该转子包括多个沿马达轴的外周表面安装的磁体；

滚珠螺母，该滚珠螺母固定在马达轴的内径部分上，并包括多个滚珠；以及

马达组件，该马达组件包括多个轴承，这些轴承布置在马达轴和马达壳体之间；以及

连接器，该连接器包括在马达壳体一侧中的通孔，定子的电源线圈穿过该通孔伸出，并与该连接器连接。

附图的简要说明

参考附图能够更好地理解本发明，这些附图只是为了举例说明，因此不是对本发明的限定，附图中：

图1是表示普通的齿条辅助类型电力转向系统的正视图；

图2是表示本发明的齿条辅助类型电力转向系统的正视图；

图3是表示本发明的齿条杆的正视图；

图4是表示本发明的马达组件的结构的视图；

图5是表示本发明的齿条杆的负载分布的视图；

图6是本发明的齿条杆的下垂程度的曲线图；以及

图7是表示本发明的安装状态的视图。

附图的主要元件参考标号的说明

100：传动系统；110：齿条罩；112：齿条；114：衬套；121：输入轴；131：内部球接头；141：马达壳体；144：马达轴；146：传感器；151：直线部分；162：锁定螺纹；101：排气管；111：齿条杆；113：支承轭铁；120：扭矩传感器；130：拉杆；140：马达组件；142：定子；145：连接器；150：滚珠丝杠；160：滚珠螺母；170：齿条止动器。

优选实施例的详细说明

图2是本发明的齿条辅助类型电力转向系统的正视图。

如图所示，本发明的转向系统包括：齿条杆111；输入轴121，用于引导齿条杆的操作方向；齿条罩110，用于容纳该齿条；以及马达组件140，该马达组件140向齿条杆的提供驱动力。

具有螺纹孔111a的齿条杆包括中间的滚珠丝杠150、一侧部分上的齿条112以及另一侧部分上的直线部分151，该螺纹孔111a用于使内部球接头131连接到左右侧的端表面上。

此外，输入轴121能够根据在驾驶员座位中的方向盘的操作而可选择地进行向左和向右转动。在下侧的小齿轮122与齿条杆的齿条112的一部分啮合，从而实现向左和向右的操作。

齿条罩110由水平柱形部分和垂直柱形部分形成，该水平柱形部分环绕齿条杆111的齿条112，而该垂直柱形部分环绕输入轴。这时，提供有支承轭铁113，用于在水平柱形部分的后侧持续支承齿条的后侧部分。此外，扭矩传感器120安装在垂直柱形部分的上部中。

马达组件140(后面将介绍)在齿条杆111的中部，即在形成有滚珠丝杠150的部分中。第二齿条罩110a装配到直线部分151上。

马达组件140包括：柱形马达壳体141，该柱形马达壳体141在齿条罩110和第二齿条罩110a之间，且它的两端与该齿条罩110和第二齿条罩110a相连；定子142，该定子142固定在马达壳体141的内径部分上；空心马达轴144，该空心马达轴144插入在马达壳体内部中的、环绕齿条杆的滚珠丝杠150的部分内；转子143(见图4)，该转子143包括沿马达轴的外周表面安装的多个磁体143a；滚珠螺母160，该滚珠螺母160固定在马达轴的内径部分上，并包括多个滚珠161；以及多个轴承180，这些轴承插入马达轴144和马达壳体141之间。

此外，衬套114插入第二齿条罩110a的内径部分中，并环绕齿条杆的直线部分151。

此外，在马达壳体141的一侧提供有连接器145，且通孔141a形成于马达壳体141的一侧端中，用于使定子的电源线圈穿过该通孔。

在本发明的系统中，以下几点很重要。

即，在马达组件140中，膨胀部分144a形成于马达轴144的一侧端中，滚珠螺母160固定在内径部分上。

齿条杆111由安装在马达组件140内部的滚珠螺母160支承，以便防止它的中部下垂。该齿条杆111的一侧端由支承轭铁113支承，该支承轭铁113支承齿条112的背面；且该齿条杆111的另一侧端由插入第二齿条罩110a内部的衬套114支承。

此外，连接器145包括在马达壳体141的一侧端处的通孔141a，以便远离排气歧管。定子的电源线圈穿过该通孔伸出。

在附图中，参考标号130表示与内部球接头131相连的拉杆；181表示夹紧螺母，用于支承插入马达轴144和齿条罩110之间的轴承180；而162表示用于固定滚珠螺母的锁定螺母。

如图3所示，在本发明的齿条杆111中，滚珠丝杠150形成于中部，底切(undercut)的直线部分151形成于一端侧，齿条112形成于另一端侧，用于与小齿轮(未示出)啮合，支承轭铁113安装在齿条112的后侧，用于沿朝着小齿轮的方向推动该齿条。

因此，在本发明中，可以减少滚珠丝杠150的处理部分。可以保护马达组件140的连接器145和传感器146。可以防止由于齿条杆111的下垂而引起的部件之间的干涉，且可以有效分散集中在滚珠螺母160上的负载。

即，由于垂直作用在车辆中的齿条杆111上的负载而使该齿条杆111产生下垂问题。特别是，负载主要施加在齿条杆111的端部(大致为图5中的点c)。为了防止上述负载,滚珠丝杠150布置在齿条杆111的中部(点b)并在支承轭铁113和衬套114之间。

图5和6表示了本发明的齿条杆的下垂和下垂程度。当施加垂直重力W时，最大推斥力Rc施加在齿条杆111的直线部分151上。在普通技术中，因为滚珠螺母安装在点C处，该滚珠螺母有最大重量分布。不过，在本发明中，滚珠螺母160安装在齿条杆111的中部(点b)，在该中部施加的负载比部分(点c)更低。

即，衬套114安装在重量分布最高的部分中，从而能以简单结构有效支承齿条杆111的轴向运动。传递驱动力的滚珠丝杠150和滚珠螺母160安装在重力分布相对较低的部分中，以便实现高效的驱动力传递，并防止减小它们的耐久性。

这时，为了在条杆111的中部形成滚珠丝杠150，滚珠丝杠150将从齿条杆111的一端侧一直加工到中部。这样，因为形成于齿条杆111中的滚珠丝杠150部分与滚珠螺母160实际工作的部分相比纵向形成得太长，为了克服上述问题，齿条杆111的一侧进行底切，从而形成直线部分151，该直线部分151的直径小于中间部分的直径。

齿条止动器170形成于齿条罩110的两端处，并在内部球接头131的附近部分中，从而限制齿条杆111的运动。在直线部分151一侧的齿条止动器170布置成靠近安装在该直线部分内侧中的衬套114并由该衬套支承。

即，本发明的滚珠丝杠150远离齿条止动器170。直线部分151形成于在现有技术中提供有滚珠丝杠的部分中。因此，可以防止由于滚珠丝杠150和齿条止动器170之间的干涉(由于齿条杆的下垂而引起齿条止动器和滚珠丝杠之间的接触，以及滚珠丝杠与齿条止动器啮合的状态)而引起异常摩擦和咬合。且因为齿条止动器170由衬套114支承，因此防止下垂。此外，即使当齿条止动器170和直线部分150干涉时也可以防止异常摩擦。

如图7所示，在本发明中，由靠近变速器100的发动机(未示出)产生的废热通过排气管由齿条罩110的中部传递给后侧。马达组件140的连接器145和传感器146都安装在齿条杆111和马达组件140的一端侧，从而远离热源，以便保护马达组件140的连接器145和传感器146免受热源的影响。

即，因为滚珠丝杠150、滚珠螺母160和马达轴144都布置在马达组件140的另一侧端(齿条杆的中部)，马达组件140的连接器145和传感器146自然布置在马达组件140的一侧(齿条杆的一侧)，从而保护它们免受热源影响。

在这样构成的本发明齿条辅助类型电力转向系统中，当通过连接器145向马达组件140供电时，马达轴144旋转，固定在马达轴144端部的滚珠螺母160也配合旋转。

此外，安装在滚珠丝杠150(和滚珠螺母)之间的滚珠161根据滚珠螺母160的旋转而滚转，这样，滚珠螺母160的旋转力转变成传递给齿条杆11的轴向力，从而产生用于使齿条杆111运动的驱动力。

如上所述，在本发明的齿条辅助类型电力转向系统中，因为滚珠丝杠形成于齿条杆的中部，施加给滚珠丝杠和滚珠螺母的重力减小，从而使它们能够高效工作。此外，可以防止滚珠螺母和滚珠丝杠之间的振动和噪音，从而提高了它们的耐久性。

此外，因为插入齿条止动器内部的直线部分形成为平面形状，因此可以减小齿条止动器的内表面和直线部分的外侧之间的干涉，并能够防止异常摩擦，从而防止它们受损。

而且，因为滚珠丝杠只形成于该滚珠丝杠实际进行操作的部分中，因此能够使通过复杂处理而形成的滚珠丝杠的长度减至最小，从而降低制造成本。此外，因为向马达组件供电的连接器和马达组件的传感器都远离作为热源的排气管，因此能够保护它们。

因为在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下可以以多种方式实施本发明，因此，应当知道，上述实例并不受到前述说明书的详细说明的限制，除非进行特别说明，而是应当在附加的权利要求所确定的精神和范围内，因此，落入权利要求或等效物的范围内的所有变化和改变都将包含在附加的权利要求内。

Claims (4)

1.一种齿条辅助类型的电力转向系统，包括：

齿条杆，该齿条杆包括在左右端的端表面中的螺纹孔，用于连接内部球接头，且该齿条杆包括在中部的滚珠丝杠、在其一侧的齿条以及在其另一侧的直线部分；

输入轴，该输入轴下部的小齿轮与齿条杆的齿条部分啮合；

齿条罩，该齿条罩形成为同时环绕齿条杆的齿条部分和输入轴，并有支承轭铁，用于支承该齿条的后部；

扭矩传感器，该扭矩传感器环绕输入轴的上部环绕部分，并固定在齿条罩的上部上；

第二齿条罩，该第二齿条罩环绕齿条杆的直线部分，并通过插入其内径部分中的衬套而与该直线部分接触；以及

马达组件，该马达组件包括：

柱形马达壳体，该马达壳体在齿条罩和第二齿条罩之间，且它的两端部分分别与该齿条罩和第二齿条罩相连；

定子，该定子固定在马达壳体的内径部分上；

空心马达轴，该空心马达轴插入到在马达壳体内部中的、环绕齿条杆的滚珠丝杠的部分内；

转子，该转子包括多个沿马达轴的外周表面安装的磁体；

滚珠螺母，该滚珠螺母固定在马达轴的内径部分上，并包括多个滚珠；以及

马达组件，该马达组件包括多个轴承，这些轴承布置在马达轴和马达壳体之间；以及

连接器，该连接器包括在马达壳体一侧中的通孔，定子的电源线圈穿过该通孔伸出，并与该连接器连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述马达组件包括在马达轴的一侧端中的膨胀部分，并将滚珠螺母固定在该膨胀部分的内径部分中。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：所述齿条杆在其中部由安装在马达组件内部的滚珠螺母来支承，从而防止下垂问题，该齿条杆的一端由支承齿条背面的支承轭铁来支承，它的另一端由插入到第二齿条罩内部的衬套来支承。

4.根据权利要求1所述的系统，其中：所述连接器包括形成于马达壳体的一侧端处的通孔，以便远离排气总管，从而使定子的电源线圈穿过该通孔伸出。

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