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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine elektrisch betriebene
Lenkvorrichtung, welche in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann.
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Die
japanische Patentanmeldung
JP 8-164861
A offenbart eine herkömmliche
elektrisch betriebene Lenkvorrichtung, welche aus einem Elektromotor,
der über
einen Drehmomentübertragungsmechanismus
mit einer Lenkwelle bzw. -spindel verbunden ist, einem Drehmomentdetektor,
welcher ein der Lenkwelle hinzugefügtes Drehmoment mißt, und aus
einem Motorkontroller besteht, welcher einen Ausgang des Motors
als Funktion des gemessenen Drehmoments steuert. Der Motor, der
Drehmomentdetektor und der Motorkontroller sind integriert auf einer
Lenksäule
installiert.
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Die
obige Lenkvorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß der Motor,
der Drehmomentdetektor und der Motorkontroller um die Lenkwelle
herum aus unterschiedlichen Richtungen platziert und als Einheit
zusammengebaut sind, wodurch der Zusammenbau unpraktisch ist. Insbesondere
sind die Ausrichtungen der mit dem Steuersubstrat verbundenen elektrischen
Anschlüsse
unterschiedlich, was zu komplizierten Verbindungen zwischen den
Anschlüssen
und dem Steuersubstrat und zu einem Ansteigen der Herstellungskosten
führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die beim Stand der Technik
auftretenden Nachteile zu vermeiden.
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Insbesondere
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Struktur
einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung, welche leicht zusammenzubauen
ist, und elektrische Verbindungen zwischen elektrischen Teilen der
Lenkvorrichtung und einem Steuersubstrat zu schaffen.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Entsprechend
einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrisch
betriebene Lenkvorrichtung bereitgestellt, welche: (a) einen Motor
zum Erzeugen eines Drehmoments zum Unterstützen eines Bedieners beim Drehen
eines Lenkrads; (b) einen Drehmomentübertragungsmechanismus zum Übertragen
des von dem Motor ausgegebenen Drehmoments auf eine mit dem Lenkrad
verbundene Lenkwelle; (c) einen Drehmomentdetektor zum Messen eines
auf die Lenkwelle einwirkenden Drehmoments; und (d) einen Kontroller
zum Steuern eines Ausgangs des Motors als Funktion des von dem Drehmomentdetektor
gemessenen Drehmoments aufweist. Der Motor, der Drehmomentübertragungsmechanimus,
der Drehmomentdetektor und der Kontroller sind integriert als Einheit
angeordnet. Der Kontroller enthält
eine Motoransteuerung, welche einen dem Motor zugeführten Erregerstrom
steuert, und ein Steuersubstrat, an welchem Anschlüsse der
Motoransteuerung elektrisch angeschlossen sind, wobei das Steuersubstrat
derart installiert ist, daß die
Lenkwelle durch einen Abschnitt des Steuersubstrats hindurchtritt.
Die Strom- bzw. Leistungsanschlüsse
des Motors, die Anschlüsse
des Drehmomentdetektors und die Anschlüsse der Motoransteuerung erstrecken
sich in eine axiale Richtung der Lenkwelle und stellen eine elektrische
Verbindung zu dem Steuersubstrat von derselben Seite aus her.
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Die
Lenkwelle tritt wie oben beschrieben durch das Steuersubtrat hindurch.
Insbesondere verläuft
das Steuersubstrat transversal zu der Lenkwelle. Dadurch werden
auf einfache Weise elektrische Verbindungen aller Anschlüsse mit
dem Steuersubstrat bereitgestellt.
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In
der bevorzugten Betriebsart der Erfindung sind der Motor, der Drehmomentübertragungsmechanismus,
der Drehmomentdetektor und der Kontroller koaxial mit der Lenkwelle
konstruiert, wodurch es der Lenkvorrichtung ermöglicht wird, eine kompakte
Struktur als Ganzes zu besitzen, wodurch sich eine verbesserte Anbringbarkeit
der Lenkvorrichtung auf Fahrzeugen ergibt.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
kann durch einen Untersetzungsgetriebemechanismus unter Verwendung
entweder eines Schneckenradgetriebes oder eines Hypoidgetriebes
implementiert werden, welches derart arbeitet, daß das von
dem Motor ausgegebene Drehmoment ansteigt und der Lenkwelle übertragen
wird, wodurch ermöglicht
wird, daß die
Größe des Motors
verringert wird.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
kann ebenfalls entweder durch einen Planetengetriebeuntersetzungsmechanismus
oder einen Wellgetriebeuntersetzungsmechanismus (wave gear speed
reduction mechanism) implementiert werden, wodurch ermöglicht wird,
daß der
Drehmomentübertragungsmechanismus
als Ganzes koaxial mit der Lenkwelle konstruiert wird.
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Der
Drehmomentdetektor ist aus einem Magnet und einem Magnetsensor gebildet.
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Der
Drehmomentdetektor ist in unmittelbarer Nähe eines Rands der Lenkwelle
angeordnet. Insbesondere ist der Drehmomentdetektor abseits von
einem äußeren Magnetfeld befindlich,
wodurch ein Fehler beim Betrieb hervorgerufen durch das Magnetfeld
minimiert wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Dabei dienen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
nicht als Beschränkung
der Erfindung, sondern als Erläuterung.
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1 zeigt
eine partielle Längsquerschnittsansicht,
welche eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung der ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 zeigt
einen partiellen transversal verlaufenden Querschnitt, welcher die
elektrisch betriebene Lenkvorrichtung von 1 darstellt;
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3 zeigt
eine Seitenansicht, welche die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung
von 1 darstellt, die auf einer Lenksäule installiert
ist;
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4 zeigt
eine Längsquerschnittsansicht, welche
eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung der zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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5 zeigt
eine Seitenansicht, welche die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung
von 4 darstellt, die auf einer Lenksäule installiert
ist;
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6 zeigt
eine Längsquerschnittsansicht, welche
eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung der dritten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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7 zeigt
eine partielle transversal verlaufende Querschnittsansicht, welche
eine Anschlußverbindungsstel lenstruktur
einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung der vierten Ausführungsform der
Erfindung darstellt;
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8 zeigt
eine partielle Schnittansicht, welche eine Anschlußverbindungsstellenstruktur
einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung der fünften Ausführungsform
der Erfindung darstellt; und
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9 zeigt
eine partielle Schnittansicht, welche eine Anschlußverbindungsstellenstruktur
einer elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung der sechsten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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In
den Figuren, bei welchen ähnliche
Bezugszeichen ähnliche
Teile in mehreren Ansichten bezeichnen, insbesondere in 1, 2,
und 3, wird eine elektrisch betriebene Lenkvorrichtung 1 der
Erfindung dargestellt, welche in Kraftfahrzeugen verwendet werden
kann.
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Die
elektrisch betriebene Lenkvorrichtung 1 besteht wie in 3 deutlich
dargestellt im wesentlichen aus einem Elektromotor 3, einem
Drehmomentübertragungsmechanismus,
einem Drehmomentdetektor und einem Kontroller. Strukturen des Drehmomentübertragungsmechanismus,
des Drehmomentdetektors und des Kontrollers werden später detailliert
beschrieben. Der Elektromotor 3 erzeugt ein Drehmoment
zum Unterstützen
des Bedieners des Fahrzeugs beim Drehen des Lenkrads 2.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus überträgt das Ausgangsdrehmoment
des Elektromotors 3 wie in 2 dargestellt
auf eine Lenkwelle bzw. -spindel (steering shaft) 4. Der
Drehmomentdetektor mißt
das Drehmoment, welches auf die Lenkwelle 4 zum Lenken
des Fahrzeugs einwirkt. Der Kontroller steuert einen Ausgang des
Elektromotors 3 als Funktion des von dem Drehmomentdetektor
gemessenen Drehmoments. Der Drehmomentübertragungsmechanismus, der
Drehmomentdetektor und der Kon troller sind innerhalb eines äußeren Gehäuses 5 installiert, welches
auf einer Lenksäule 6 (steering
column) zusammen mit dem Elektromotor 3 angebracht ist.
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Die
Lenkwelle 4 ist aus einer Eingangswelle bzw. -spindel (input
shaft) 4a, welche mit dem Lenkrad 2 verbunden
ist, einer Ausgangswelle bzw. -spindel 4b, welche mit einem
Lenkmechanismus (d. h. einem Zahnstangenmechanismus) durch eine
nicht dargestellte universelle Verbindung verbunden ist, und einer
Torsionsstange 7 gebildet, welche die Wellen 4a und 4b miteinander
verbindet.
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Die
Eingangswelle 4a ist in der Lenksäule 6 angeordnet und
besitzt ein Ende gegenüberliegend dem
Lenkrad 2, welches einen kleineren äußeren Durchmesser besitzt und
sich außerhalb
der Lenksäule 6 erstreckt.
Das Ende ist in die Ausgangswelle 4b eingesetzt und drehbar
von einem Lager 8 gehalten.
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Die
Ausgangswelle 4b ist koaxial mit der Eingangswelle 4a angeordnet
und mit der Eingangswelle 4a durch die Torsionsstange 7 verbunden,
um relativ zu der Eingangswelle 4a drehbar zu sein.
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Die
Torsionsstange 7 ist in innere Kammern der Eingangs- und
Ausgangswellen 4a und 4b eingesetzt und besitzt
Enden, die mit den Eingangs- und Ausgangswellen 4a und 4b durch
Stifte 9 und 10 verbunden sind. Wenn das Lenkdrehmoment
von dem Steuerrad 2 auf die Eingangswelle 4a übertragen wird,
wird die Torsionsstange 7 verdreht und die Ausgangswelle 4b relativ
zu der Eingangswelle 4a gedreht.
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Das äußere Gehäuse 5 ist
beispielsweise aus Aluminium gebildet, von einer axialen Richtung der
Lenkwelle 4 aus installiert und mit einem Ende der Lenksäule 6 durch
ein Sensorgehäuse 11 verbunden,
welches innerhalb des äußeren Gehäuses 5 angeordnet
ist.
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Das
Sensorgehäuse 11 schützt den
Drehmomentdetektor vor einem äußeren Magnetfeld
entlang dem äußeren Gehäuse 5 und
umgibt wie in 1 klar dargestellt den Rand
des um die Lenkwelle 4 herum angeordneten Drehmomentdetektors.
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Die
Eingangswelle 4a wird von dem Sensorgehäuse 11 durch ein Lager 12 drehbar
gehalten. Die Ausgangswelle 4b wird von dem Sensorgehäuse 11 und
dem äußeren Gehäuse 5 durch
Lager 13 und 14 drehbar gehalten.
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Der
Elektromotor 3 ist ein Gleichstrommotor, welcher aus einem
Feld mit nicht dargestellten stationären Magnetpolen auf einem inneren
Rand eines Jochs 15, einem drehbar innerhalb des Felds
angeordneten Läufer 16 und
einer Bürste 18 gebildet
ist, welche sich in gleitendem Kontakt mit einem Kollektor 17 befindet,
der auf dem Läufer 16 installiert
ist. Der Elektromotor 3 ist wie in 2 deutlich
dargestellt auf dem äußeren Gehäuse 5 unter
Verwendung von nicht dargestellten Bolzen im Widerlager eines offenen
Endes des Jochs 15 auf einer Seitenwand des äußeren Gehäuses 5 angebracht.
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Der
Motor 3 besitzt metallische Motoranschlüsse 20, die mit der
Bürste 18 über ein
bewegliches Anschlußkabel 19 elektrisch
verbunden sind. Die Motoranschlüsse 20 sind
innerhalb einer harzartigen Halteplatte 21 durch Einspritzformen
installiert.
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Die
Halteplatte 21 ist zum Halten eines Bürstenhalters 22 vorgesehen,
welcher die Bürste 18 gleitend
hält, und
ist wie in 2 deutlich dargestellt in einem
offenen Ende des Jochs 15 installiert. Die Installierung
wird durch Einsetzen der Halteplatte 21 in ein äußeres Gehäuse 5 durch
eine in einer Seitenwand des äußeren Gehäuses 5 gebildete Öffnung erreicht,
wenn der Motor 3 auf dem äußeren Gehäuse 5 angebracht wird.
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Die
Motoranschlüsse 20 sind
wie in 1 dargestellt mit dem Steuersubstrat 23 des
Kontrollers verbunden. Die Verbindung wird durch Biegen der Motoranschlüsse 20 in
rechten Winkeln in einer axialen Richtung der Lenkwelle 4 innerhalb
des äußeren Gehäuses 5 erzielt,
nachdem der Motor 3 auf dem äußeren Gehäuse 5 installiert
worden ist.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
verringert die Geschwindigkeit des Läufers 16, um das Ausgangsdrehmoment
des Motors 3 zu erhöhen,
und überträgt es der
Ausgangswelle 4b. Der Drehmomentübertragungsmechanismus ist
wie in 1 dargestellt aus einer Schnecke 24,
welche auf einer Motorausgangswelle angebracht ist (d. h. einer nicht
dargestellten Läuferwelle),
und einem Schneckenrad 25 gebildet, welches auf der Ausgangswelle 4b gebildet
ist und sich mit der Schnecke 24 im Zahneingriff befindet.
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Der
Drehmomentdetektor ist aus einem Magnet 26, welcher auf
der Eingangswelle 4a installiert ist, einem Magnetjoch 27,
welches aus einer weichen, magnetischen Substanz gebildet ist, die
auf der Ausgangswelle 4b installiert ist, einem Flußsammelring 28,
welcher den Magnetflur von dem Magnetjoch 27 sammelt, und
einem Magnetsensor 29 gebildet, welcher die Magnetflußdichte
in dem Flußsammelring 28 mißt. Der
Magnet 26 ist aus einem ringförmigen Magneten gebildet, welcher
koaxial mit der Eingangswelle 4 angeordnet ist und S- und
N-Pole besitzt, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung davon angeordnet
sind.
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Das
Magnetjoch 27 ist aus einem Paar ringförmiger Teile gebildet, welche
koaxial miteinander um den Magneten 26 über einen konstanten Luftspalt angeordnet
sind. Jeder der ringförmigen
Teile besitzt so viele Polklauen wie N-Pole oder S-Pole des Magneten 26,
die über
den Rand davon in regelmäßigen Intervallen
angeordnet sind. Die ringförmigen
Teile sind derart in die Umfangsrichtung davon verschoben, daß jeder
der Polklauen eines der ringförmigen Teile
zwischen zwei benachbarten Polklauen eines anderen ringförmigen Teils
befindlich sein kann.
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Der
Flußsammelring 28 ist ähnlich wie
das Magnetjoch 27 aus einem Paar ringförmiger Teile gebildet, die
um den Rand des Magnetjochs 27 in unmittelbarer Nähe davon
angeordnet sind. Die ringförmigen
Teile besitzen (nicht dargestellte) flache, plattenähnliche
Flußsammelabschnitte
einander gegenüberliegend
in der Richtung einer Mittellinie des Flußsammelrings 28 (d.
h. der axialen Richtung der Lenkwelle 4).
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Der
Magnetsensor 29 ist zwischen den Flußsammelabschnitten des Flußsammelrings 28 angeordnet
und mißt
die Dichte des zwischen den Flußsammelabschnitten
erzeugten Magnetflusses und wandelt sie in ein elektrisches Signal
um (beispielsweise in ein Spannungssignal). Der Magnetsensor 29 kann
durch einen Hall-IC implementiert werden. Der Magnetsensor 29 wird
von dem Sensorgehäuse 11 gehalten
und besitzt Anschlüsse 30,
welche wie in 1 deutlich dargestellt, in rechten
Winkeln auf das Lenkrad 2 zu gebogen sind und mit dem Steuersubstrat 23 elektrisch
verbunden sind.
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Der
Kontroller ist aus dem Steuersubstrat 23, einem Mikrocomputer
und Elektrolytkondensatoren, welche auf dem Steuersubstrat 23 angebracht
sind, und einer Ansteue rungsvorrichtung 31 gebildet, welche
den Strom steuert, der dem Motor 3 zugeführt wird.
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Das
Steuersubstrat 23 besitzt wie aus 2 ersichtlich
einen rechtwinkligen Plattenabschnitt und einen halbkreisförmigen Plattenabschnitt.
Der halbkreisförmige
Plattenabschnitt besitzt in seiner Mitte ein kreisförmiges Loch 23a,
durch welches die Eingangswelle 4a hindurchtritt. Das Steuersubstrat 23 besitzt
darin eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 23b für elektrische
Verbindungen.
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Die
Ansteuerungsvorrichtung 31 ist beispielsweise aus MOSFETs
gebildet, welche unter Verwendung von Schrauben auf dem äußeren Gehäuse 5 durch
ein Metallsubstrat befestigt sind, dessen Oberfläche mit einem thermisch leitenden
Isoliermaterial zum Erleichtern einer Wärmeableitung umgeben ist, und
Anschlüsse 32 besitzen,
welche wie in 1 deutlich dargestellt sich
von einer Seite davon erstrecken. Jeder der Anschlüsse 32 ist
in rechten Winkeln auf das Lenkrad 2 zu gebogen und mit
dem Steuersubstrat 23 verbunden.
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Das
Steuersubstrat 23 besitzt wie in 2 dargestellt
ebenfalls darauf angeordnet ein Leistungsrelais 33, welches
die Stromzufuhr zu dem Motor 3 abschneidet, ein Strom-
bzw Leistungsanschlußstück 34 für einen
Anschluß an
eine in dem Fahrzeug installierte Batterie und ein Übertragungsanschlußstück 35 für den Empfang
von Signalen, welche die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs und des
Motors anzeigen. Die Installation des Steuersubstrats 23 wird
durch Hindurchtreten der Eingangswelle 4a durch das Loch 23a des
Steuersubstrats 23 von der Seite des Lenkrads 2 aus
und durch Sichern des Steuersubstrats 23 auf einer inneren
Wand des äußeren Gehäuses 5 unter
Verwendung von Schrauben erzielt.
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Zusammenbauschritte
der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 werden unten
beschrieben.
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Zuerst
wird das äußere Gehäuse 5 an
der Lenkwelle 4 von der axialen Richtung der Lenkwelle 4 aus
befestigt. Vor der Befestigung des äußeren Gehäuses 5 an der Lenkwelle 4 werden
der Magnet 26 und das Magnetjoch 27 des Drehmomentdetektors auf
den Eingangs- und Ausgangswellen 4a und 4b gesichert.
Die Ansteuerungsvorrichtung 31 wird ebenfalls in dem äußeren Gehäuse 5 mit
den in rechten Winkeln gebogenen Anschlüssen 32 installiert.
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Als
nächstes
wird der Motor 3 an dem äußeren Gehäuse 5 befestigt und
unter Verwendung von Bolzen gesichert. Abschnitte der Motoranschlüsse 20,
welche sich auf das äußere Gehäuse 5 zu
von der Halteplatte 21 aus erstrecken, werden in rechten Winkeln
gebogen.
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Darauffolgend
wird das Gehäuse 11,
auf welchem der Flußsammelring 28 und
der Magnetsensor 29 installiert sind, in das äußere Gehäuse 5 platziert. Die
Anschlüsse 30 des
Magnetsensors 29 werden in rechte Winkel gebogen. Das Biegen
kann alternativ vor der Installierung des Sensorgehäuses 11 durchgeführt werden.
Die Installierung des Sensorgehäuses 11 kann
alternativ vor der Installierung des Motors 3 durchgeführt werden.
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Das
Steuersubstrat 23 wird von der Seite des Lenkrads 2 aus
in axiale Richtung der Lenkwelle 4 installiert. Insbesondere
wird die Lenkwelle 4a in das Loch 23a des Steuersubstrats 23 von
der Seite des Lenkrads 2 aus eingesetzt. Der runde Vorsprung (boss) 11a des
Sensorgehäuses 11 wird
wie in 1 dargestellt in das Loch 23a eingesetzt,
um das Steuersubstrat 23 innerhalb des äußeren Gehäuses 5 zu platzieren.
Die Motoranschlüsse 20,
die Anschlüsse 30 des
Magnetsensors 29 und die Anschlüsse 32 der Ansteuervorrichtung 31 werden
in die Durchgangslöcher 23b des
Steuersubstrats 23 auf die Seite des Lenkrads 2 zu
eingesetzt.
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Das
innerhalb des äußeren Gehäuses 5 angeordnete
Steuersubstrat 23 wird auf einer Stufe 11b positioniert,
die auf dem Sensorgehäuse 11 gebildet und
auf dem äußeren Gehäuse 5 unter
Verwendung von Schrauben gesichert ist.
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Darauffolgend
werden Enden der Anschlüsse 20, 30 und 32,
welche von dem Steuersubstrat 23 aus auf die Seite des
Lenkrads 2 vorspringen, auf das Steuersubstrat 23 elektrisch
gelötet.
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Schließlich wird
die Abdeckung 36 auf dem offenen Ende des äußeren Gehäuses 5 angebracht und
durch Vernieten oder unter Verwendung von Bolzen gesichert. Das
Stromanschlußstück 34 und
das Übertragungsanschlußstück 35 werden
außerhalb der
Abdeckung 36 durch Öffnungen
freigelegt.
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Aus
der obigen Erörterung
ist ersichtlich, daß das
Steuersubstrat 23 in der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 mit
dem Loch 23a, durch welches die Lenkwelle 4 hindurchtritt,
aufgenommen wird, wodurch es allen Anschlüssen 20, 30 und 32 ermöglicht wird,
an das Steuersubstrat 23 von derselben Seite aus in axialer
Richtung (d. h. in Längsrichtung)
der Lenkwelle 4 elektrisch angeschlossen zu werden, wodurch
die elektrische Verbindung zwischen dem Steuersubstrat 23 und
jedem der Anschlüsse 20, 30 und 32 erleichtert
wird. Dies führt
zu einer Verringerung der Herstellungskosten und einer verbesserten Herstellbarkeit
der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1.
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Der
Drehmomentdetektor ist um die Lenkwelle 4 herum in unmittelbarer
Nähe dazu
angeordnet. Das Sensorgehäuse 11 und
das äußere Gehäuse 5 bilden
eine doppelwandige Struktur, welche den Rand des Drehmomentdetektors
umgibt, wodurch ungünstige
Wirkungen eines äußeren Magnetfelds auf
den Drehmomentdetektor, welches zu einem Fehler beim Betrieb des
Drehmomentdetektors führt, verringert
werden.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
ist wie oben beschrieben aus einer Kombination der Schnecke 24 und
des Schneckenrads 25 gebildet, er kann alternativ jedoch
durch ein Untersetzungsgetriebe unter Verwendung eines Hypoidgetriebes
beispielsweise implementiert werden.
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4 veranschaulicht
eine innere Struktur der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung. 5 veranschaulicht die auf der
Lenksäule 6 installierte
elektrisch betriebene Lenkvorrichtung 1. Die elektrisch betriebene
Lenkvorrichtung 1 ist derart entworfen, daß sie den
Motor 3, den Drehmomentübertragungsmechanismus,
den Drehmomentdetektor und den koaxial mit der Lenkwelle 4 angeordneten
Kontroller aufweist. Dieselben Bezugszeichen wie die bei der ersten
Ausführungsform
verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile, und es wird
eine detaillierte Erläuterung
davon hier ausgelassen.
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Die
Lenkwelle 4 ist wie bei der ersten Ausführungsform aus der Eingangswelle 4a,
der Ausgangswelle 4b und der Torsionsstange 7 gebildet, welche
die Eingangs- und Ausgangswellen 4a und 4b miteinander
verbindet.
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Die
Eingangswelle 4a wird von dem Sensorgehäuse 11 durch ein Lager 37 drehbar
gehalten. Die Ausgangswelle 4b wird von einer Ausgangsabdeckung 38 durch
ein Lager 39 drehbar gehalten. Die Eingangswelle 4a und
die Ausgangs welle 4b sind in Ausrichtung zueinander durch
das Lager 8 angeordnet.
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Der
Motor ist mit der Ausgangswelle 4b, welche in eine hohle
zylindrische Läuferwelle 40 eingesetzt
ist, koaxial installiert und wird von der Ausgangswelle 4b durch
ein Paar von Lagern 41 drehbar gehalten.
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Ein
aus einer Aufschichtung von dünnen Stahlplatten
gebildeter Läuferkern 42 ist
in die Läuferwelle 40 eingepreßt. Eine
Spule 43 ist um den Läuferkern 42 gewickelt.
Der Kollektor 17, welcher zu der Spule 43 einen
elektrischen Anschluß bildet,
ist um den Rand der Läuferwelle 40 herum
angeordnet. Die Läuferwelle 40 wird
von dem Sensorgehäuse 11 durch
ein Lager 44 an einem Ende davon getragen, welches dem
Lenkrad 2 gegenüberliegt.
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Eine
Mehrzahl von Permanentmagneten 45 ist an einer inneren
Wand des Jochs 15 derart gesichert, daß der Läuferkern 42 umschlossen
wird. Die Permanentmagneten 45 besitzen N-Pole und S-Pole, welche
abwechselnd in einer Umfangsrichtung des Jochs 15 angeordnet
sind.
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Das
Joch 15 erstreckt sich in eine axiale Richtung (d. h. eine
Längsrichtung)
der Lenkwelle 4 und dient als äußeres Gehäuse, innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanismus,
der Drehmomentdetektor und der Kontroller angeordnet sind. Eine
Eingangsabdeckung 46, welche aus einem metallischen Material
wie Aluminium gebildet ist, ist in ein offenes Ende des Jochs 15 durch
eine Zapfenverbindung (faucet joint) eingebaut. Die Ausgangsabdeckung 38 ist
in das andere offene Ende des Jochs 15 durch eine Zapfenverbindung
eingebaut.
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Die
Bürste 18 befindet
sich in Kontakt mit einem äußeren Rand
des Kollektors 17 und wird von einem auf der Halteplatte 21 gesicherten
Bürstenhalter 22 in
Richtung eines Radius des Motors 3 gleitend gehalten. Die
Bürste 18 wird
von einer nicht dargestellten Bürstenfeder
in einen konstanten Eingriff mit der Oberfläche des Kollektors 17 elastisch
vorgetrieben.
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Die
Halteplatte 21 ist aus einem ringförmigen Teil gebildet und auf
einer äußeren Oberfläche einer Lagerwand 11c in
Kontakt mit einer Oberfläche
einer Trennwand 47, welche dem Motor 3 gegenüberliegt, angebracht.
Die Lagerwand 11c und die Scheidewand 47 sind
integriert mit dem Sensorgehäuse 11 gebildet.
Die Halteplatte 21 besitzt eine Mehrzahl von Vorsprüngen 21a,
welche in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 21a springt von
einem der in der Scheidewand 47 gebildeten Löcher in
Richtung auf das Lenkrad 2 hervor.
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Die
metallischen Motoranschlüsse 20 sind innerhalb
der Halteplatte 21 durch Einspritzen aufgenommen, welche
durch das bewegliche Anschlußkabel 19 einen
elektrischen Kontakt mit der Bürste 18 bilden.
Die Motoranschlüsse 20 erstrecken
sich durch die Vorsprünge 21a der
Halteplatte 21 in die axiale Richtung der Lenkwelle 4 und
bilden wie später
detailliert beschrieben einen Anschluß mit einer Steuersubstratzusammensetzung 23.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
wird durch einen Planetengetriebeuntersetzungsmechanismus implementiert,
welcher sich aus einem auf dem Ende der Läuferwelle 40 gebildeten Sonnenrad 48,
einem inneren Rad 49, welches außerhalb des Sonnenrads 48 in
Richtung eines Radius des Sonnenrads 48 angeordnet und
auf der inneren Wand des Jochs 15 gesichert ist, und Planetenrädern 50 zusammensetzt,
welche sich im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 48 und dem
inneren Rad 49 befinden. Jedes der Planetenräder 50 besitzt
eine integriert gebildete zentrale Welle 51, welche von
einem Planetenradträger 52 mit
großem
Durchmesser, welcher integriert mit der Ausgangswelle 4b gebildet
ist, drehbar gehalten wird.
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Wenn
beim Betrieb des Planetengetriebeuntersetzungsmechanismus die Läuferwelle 40 rotiert, drehen
sich die Planetenräder 50 um
das Sonnenrad 48 im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 48 und
dem inneren Rad 49, um die Ausgangswelle 4b mit
einer reduzierten Geschwindigkeit der Läuferwelle 40 zu drehen.
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Der
Drehmomentdetektor ist wie bei der ersten Ausführungsform aus dem auf der
Ausgangswelle 4b installierten Magneten 26, dem
aus einem weichen magnetischen Material gebildeten Magnetjoch 27,
welches auf der Eingangswelle 4a installiert ist, dem Flußsammelring 28,
welcher den Magnetfluß von
dem Magnetjoch 27 sammelt, und dem Magnetsensor 29 gebildet,
welcher beispielsweise aus einem Hall-IC gebildet ist und die Dichte
des magnetischen Flusses in dem Flußsammelring 28 mißt.
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Der
Magnetsensor 29 ist in dem Sensorgehäuse 11 installiert
und besitzt Anschlüsse 30,
welche sich in die Richtung des Radius des Sensorgehäuses 11 erstrecken,
in rechten Winkeln auf das Lenkrad 2 zu gebogen sind und
mit der Steuersubstratzusammensetzung 23 des Kontrollers
elektrisch verbunden sind.
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Die
Steuersubstratzusammensetzung 23 des Kontrollers besteht
aus zwei Substraten: einem ersten Steuersubstrat 23A und
einem zweiten Steuersubstrat 23B. Die ersten und zweiten
Steuersubstrate 23A und 23B sind auf dem Rand
des Sensorgehäuses 11 angeordnet
und erstrecken sich senkrecht zu der Länge der Lenkwelle 4.
Die ersten und zweiten Steuersubstrate 23A und 23B sind
in einem gegebenen Intervall in Längsrichtung der Lenkwelle 4 weg voneinander
angeordnet.
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Auf
das erste Steuersubstrat 23A sind die Anschlüsse 30 des
Magnetsensors 29 elektrisch gelötet. Die ersten und zweiten
Steuersubstrate 23A und 23B sind durch die Anschlüsse 54 elektrisch
verbunden.
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Auf
das zweite Steuersubstrat 23B sind die Motoranschlüsse 20 elektrisch
gelötet.
Die beispielsweise aus MOSFETs gebildete Ansteuerungsvorrichtung 31 wird
auf dem zweiten Steuersubstrat 23B elektrisch hergestellt.
Das zweite Steuersubstrat 23B besitzt ein (nicht dargestelltes)
Anschlußstück, welches
darauf installiert ist, für
eine elektrische Verbindung mit einem externen Gerät.
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Das
zweite Steuersubstrat 23B ist aus einer Metallplatte gebildet,
die mit einem Isoliermaterial beschichtet ist, und ist direkt auf
einer Oberfläche
der Eingangsabdeckung 46 gegenüberliegend der Ansteuerungsvorrichtung 31 befestigt.
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Aus
der obigen Erörterung
ist ersichtlich, daß die
ersten und zweiten Steuersubstrate 23A und 23B in
der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 derart aufgenommen
sind, daß sie
sich senkrecht zu der Lenkwelle 4 erstrecken, wodurch allen
Anschlüssen 20, 30 und 32 ermöglicht wird,
einen elektrischen Anschluß zu
den Steuersubstraten 23A und 23B von derselben
Seite aus in axialer Richtung der Lenksäule 4 zu bilden, wodurch
die elektrische Verbindung zwischen den Steuersubstraten 23A und 23B und den
Anschlüssen 20, 30 und 32 erleichtert
wird. Dies führt
zu einer Verringerung der Herstellungskosten und einer verbesserten
Herstellbarkeit der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1.
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Der
Drehmomentdetektor ist wie bei der ersten Ausführungsform um die Lenkwelle 4 herum
in unmittelbarer Nähe
dazu angeordnet. Das Sensorgehäuse 11 und
das äußere Gehäuse 5 bilden
eine doppelwandige Struktur, welche den Rand des Drehmomentdetektors
umgibt, wodurch ungünstige
Wirkungen eines äußeren Magnetfelds
auf den Drehmomentdetektor, welches einen Fehler beim Betrieb des Drehmomentdetektors
hervorruft, verringert werden.
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Der
Motor 3, der Drehmomentübertragungsmechanismus,
der Drehmomentdetektor und der Kontroller sind koaxial mit der Lenkwelle 4 derart
angeordnet, daß der
Motor 3 ohne ein Vorspringen in die Richtung des Radius
der Lenkwelle 4 installiert ist, was zu einer kompakten
Struktur der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 wie
in 5 dargestellt führt, wodurch die Anbringbarkeit
der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 auf Fahrzeugen
verbessert wird.
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Die
obige koaxiale Anordnung gestattet es ebenfalls der elektrisch betriebenen
Lenkvorrichtung 1, um die Lenkwelle 4 herum gedreht
und in dem Fahrzeug an einer gewünschten
Umfangsposition davon installiert zu werden. Dies ermöglicht den
Anschlußstücken ebenfalls
auf einer äußeren Wand
der Eingangsabdeckung 46 an gewünschten Positionen installiert
zu werden.
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6 veranschaulicht
die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung 1 der dritten
Ausführungsform der
Erfindung. Die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung 1 ist ähnlich wie
die zweite Ausführungsform derart
entworfen, daß sie
den Motor 3, den Drehmomentübertragungsmechanimus, den
Drehmomentdetektor und den koaxial zu der Lenkwelle 4 angeordneten
Kontroller besitzt, sich jedoch von der zweiten Ausführungsform
dahingehend unterscheidet, daß der
Motor 3 ein bürstenloser
Motor ist. Dieselben Be zugszeichen wie diejenigen, die bezüglich der
ersten und zweiten Ausführungsform
verwendet wurden, beziehen sich auf dieselben Teile, und es wird
eine detaillierte Erläuterung
davon hier ausgelassen.
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Der
Motor 3 ist aus einem Feld gebildet, welches als Rotor
arbeitet, und einem Kollektor, welcher als Stator arbeitet. Insbesondere
sind Rotormagnete 56 auf dem Rand einer Rotationswelle 55 derart
gesichert, daß N-Pole
und S-Pole abwechselnd in einer Umfangsrichtung der Rotationswelle 55 angeordnet sind,
wodurch das Feld gebildet wird. Ein beschichteter Kern 57 ist
auf einer inneren Wand des Jochs 15 gesichert. Ein Kern 58 ist
um den Kern 57 gewickelt, um den Kollektor zu bilden. Leitungen 58a des
Kerns 58 erstrecken sich in die axiale Richtung der Lenkwelle 4 und
bilden eine elektrische Verbindung mit der Steuersubstratzusammensetzung 23.
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Die
Rotationswelle 55 ist ähnlich
wie die Läuferwelle 40 der
zweiten Ausführungsform
aus einem hohlen zylindrischen Teil gebildet, in welches die Ausgangswelle 4b koaxial
eingesetzt ist. Die Rotationswelle 55 ist auf der Ausgangswelle 4b durch
ein Paar von Lagern 41 installiert, um relativ zu der Ausgangswelle 4b drehbar
zu sein.
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Der
Motor 3 ist ein bürstenloser
Motor, welcher derart entworfen ist, daß er ein Magnetfeld auf eine
Versorgung der Spule 58 mit Strom erzeugt, wodurch eine
magnetische Anziehung der Rotormagnete 56 derart entwickelt
wird, daß sie
sich zusammen mit der Rotationswelle 55 drehen.
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Die
Rotationswelle 55 besitzt einen integriert darauf gebildeten
Flansch 59. Magnete 60 sind auf dem Rand des Flansches 59 installiert,
welche N-Pole und S-Pole besit zen, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung
des Flansches 59 angeordnet sind. Eine harzartige hohle
zylindrische Bürste 61 ist
auf der inneren Wand des Jochs 15 derart gesichert, daß die Magnete 60 umschlossen
werden. Ein Hall-IC 62 ist in der Bürste 61 installiert,
welcher als Winkelsensor entlang der Magnete 60 arbeitet,
um eine Winkelposition der Rotationswelle 55 zu messen.
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Ein
nichtmagnetischer Ring 63 ist auf der inneren Wand des
Jochs 15 zwischen dem Hall-IC 62 und der Spule 58 gesichert,
um ungünstige
Wirkungen eines von den Rotormagneten 56 gebildeten Magnetfelds
auf den Hall-IC 62 zu minimieren.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
ist ähnlich
wie bei der zweiten Ausführungsform aus
dem Sonnenrad 48, dem inneren Rad 49 und den Planetenrädern 50 gebildet,
welche sich in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 48 und dem
inneren Rad 49 befinden, und verringert die Geschwindigkeit
der Rotationswelle 55 und überträgt sie auf die Ausgangswelle 4b.
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Der
Drehmomentdetektor ist ähnlich
wie bei der zweiten Ausführungsform
aus dem auf der Ausgangswelle 4b installierten Magneten 26,
dem aus einem weichen magnetischen Material gebildeten und auf der
Eingangswelle 4a installierten Magnetjoch 27,
dem Flußsammelring 28,
welcher den Magnetfluß von
dem Magnetjoch 27 sammelt, und dem beispielsweise aus einem
Hall-IC gebildeten Magnetsensor 29 gebildet, welcher die
Dichte des magnetischen Flusses in dem Flußsammelring 28 mißt.
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Der
Flußsammelring 28 und
der Magnetsensor 29 sind in einer harzartigen Bürste 54 durch
Einpreßformen
installiert. Die Bürste 64 ist
durch Druck in das Joch 15 eingebaut.
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Ein
nichtmagnetischer Ring 65 ist auf der inneren Wand des
Jochs 15 zwischen dem Magnetsensor 29 und der
Spule 58 gesichert, um die ungünstigen Wirkungen des durch
die Rotormagneten 56 erzeugten Magnetfelds auf den Magnetsensor 59 zu
minimieren.
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Die
Steuersubstratzusammensetzung 23 des Kontrollers besteht
wie bei der zweiten Ausführungsform
aus dem ersten Steuersubstrat 23A und dem zweiten Steuersubstrat 233.
Die ersten und zweiten Steuersubstrate 23A und 23B sind
auf der inneren Umfangswand des Jochs 15 gesichert und
erstrecken sich senkrecht zu der Länge der Lenkwelle 4.
Die ersten und zweiten Steuersubstrate 23A und 23B sind
mit einem gegebenen Intervall voneinander weg in Längsrichtung
der Lenkwelle 4 angeordnet.
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An
das erste Steuersubstrat 23A sind Anschlüsse 30 des
Magnetsensors 29 elektrisch gelötet. Die elektrischen Leitungen 66,
welche sich von dem Hall-IC 62 in die axiale Richtung der
Lenkwelle 4 erstrecken, bilden eine elektrische Verbindung
mit dem ersten Steuersubstrat 23A. Darüber hinaus bilden Leitungen 58A der
Spule 58, welche auf dem beschichteten Kern 57 des
Motors 3 installiert sind, eine elektrische Verbindung
mit dem ersten Steuersubstrat 23A.
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Auf
dem zweiten Steuersubstrat 23B ist die Ansteuerungsvorrichtung 31,
welche beispielsweise aus MOSFETs wie bei der zweiten Ausführungsform gebildet
ist, elektrisch hergestellt. Das zweite Steuersubstrat 23B besitzt
ein darauf installiertes Anschlußstück 67 für eine elektrische
Verbindung mit einer Batterie oder einem externen Übertragungsgerät.
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Erste
und zweite Steuersubstrate 23A und 23B sind durch
die Anschlüsse 54 elektrisch
verbunden.
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Aus
der obigen Erörterung
ist ersichtlich, daß die
ersten und zweiten Steuersubstrate 23A und 23B derart
in dem elektrisch betriebenen Steuergerät 1 aufgenommen sind,
daß sie
sich senkrecht zu der Lenkwelle 4 erstrecken, wodurch es
allen Anschlüssen
ermöglicht
wird, mit den Steuersubstraten 23A und 23B von
derselben Seite aus in die axiale Richtung der Lenkwelle 4 elektrisch
verbunden zu werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den
Steuersubstraten 23A und 23B und den Anschlüssen erleichtert
wird. Dies führt
zu einer Verringerung der Herstellungskosten und einer verbesserten
Herstellbarkeit der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1.
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Der
Drehmomentdetektor wird von der Bürste 64 umgeben. Die
Bürste 64 wird
von dem Joch 15 umgeben. Dadurch werden ungünstige Wirkungen eines
externen Magnetfelds auf den Drehmomentdetektor, wodurch ein Fehler
beim Betrieb des Drehmomentdetektors hervorgerufen wird, verringert.
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Die
nichtmagnetischen Ringe 63 und 65 sind außerhalb
des Läufers
angeordnet, um die ungünstigen
Wirkungen des von den Rotormagneten 56 erzeugten Magnetfelds
auf den Hall-IC 62 und den Magnetsensor 69 zu
minimieren, wodurch Fehler des Hall-ICs 62 und des Magnetsensors 29 beim
Erfassen vermieden werden.
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Der
Motor 3, der Drehmomentübertragungsmechanismus,
der Drehmomentdetektor und der Kontroller sind koaxial zu der Lenkwelle 4 derart
angeordnet, daß der
Motor 3 ohne einen Vorsprung in die Richtung des Radius
der Lenkwelle 4 installiert ist, was zu einer kompakten
Struktur der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 führt und
es dem Anschlußstück 67 ermöglicht,
in der Eingangsabdeckung 56 an einer gewünschten
Position installiert zu werden.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus
in jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen kann alternativ
durch einen Wellgetriebeuntersetzungsmechanismus (wave gear speed
reduction mechanism) anstelle des Planetengetriebeuntersetzungsmechanimus
implementiert werden.
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7 veranschaulicht
eine innere Struktur der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 der vierten
Ausführungsform
der Erfindung von der Richtung des Radius davon aus betrachtet.
Die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung 1 ist derart
entworfen, daß sie
einen verringerten Oberflächenbereich
des Steuersubstrats 23 besitzt.
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In
einem Fall, bei welchem die Möglichkeit besteht,
den Oberflächenbereich
des Steuersubstrats 23 zu verringern, da die Größe der auf
dem Steuersubstrat 23 anzubringenden elektrischen Teile
gering ist, kann das Steuersubstrat 23 wie in der Figur dargestellt,
aus einer rechtwinkligen Platte gebildet sein. Dies führt zu einem
Ansteigen des Herstellungsertrags des Steuersubstrats 23 im
Vergleich mit demjenigen von 2 bestehend
aus dem rechtwinkligen Plattenabschnitt und dem halbkreisförmigen Plattenabschnitt.
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Das
Steuersubstrat 23 besitzt ein halbkreisförmiges Loch 23c,
durch welches eine Hälfte
der Lenkwelle 4 in Richtung des Radius davon hindurchtritt.
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8 veranschaulicht
eine Verbindungsstruktur der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 der
fünften
Ausführungsform
der Erfindung, welche elektrische Verbindungen der Motoranschlüsse 20 zu dem
Steuersubstrat 23 bildet.
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Zwei
positive und negative aufnehmende Anschlüsse 30 sind integriert
mit einem harzartigen Anschlußhalter 29 gebildet.
Der Anschlußhalter 69 ist auf
dem Steuersubstrat 23 unter Verwendung von Schrauben 68 gesichert.
Die Motoranschlüsse 20 (d. h.
die einzuführenden
Anschlüsse
bzw. die Steckanschlüsse)
werden in die aufnehmenden Anschlüsse 70 von der axialen
Richtung der Lenkwelle 4 aus gesteckt, um elektrische Verbindungen
der Motoranschlüsse 70 mit
dem Steuersubstrat 23 zu bilden.
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Jeder
der aufnehmenden Anschlüsse 70 besitzt
eine quadratische Aufnahme, innerhalb der ein elastisch deformierbarer
gekrümmter
Streifen 70a angeordnet ist. Der Motoranschluß 20 wird
zwischen den gekrümmten
Streifen 70a und einem Kontaktstreifen 70b der
Aufnahme gesteckt, so daß der
Motoranschluß 20 durch
den gekrümmten
Streifen 70a in einen elektrischen Kontakt mit dem Kontaktstreifen 70b elastisch
vorgetrieben wird.
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9 stellt
eine Verbindungsstruktur der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung 1 der
sechsten Ausführungsform
der Erfindung dar, welche elektrische Verbindungen der Motoranschlüsse 20 mit dem
Steuersubstrat 23 bildet. Die Verbindungsstruktur dieser
Ausführungsform
ist eine Modifizierung derjenigen von 8 und ist
derart entworfen, daß die
Motoranschlüsse 20 an
die aufnehmenden Anschlüssen 70 von
der axialen Richtung des Motors 3 aus (d. h. der lateralen
Richtung in der Figur) angeschlossen werden.
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Der
Anschlußhalter 69,
welcher die aufnehmenden Anschlüsse 70 hält, ist
auf dem Gehäuse 71 unter
Verwendung von (nicht dargestellten) Schrauben gesichert.
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Bei
den fünften
und sechsten Ausführungsformen
kann eine ähnliche
Verbindungsstruktur ebenfalls für
elektrische Verbindungen der Anschlüsse 30 des Magnetsensors 29 und
der Anschlüsse 32 der
Ansteuerungsvorrichtung 31 mit dem Steuersubstrat 23 verwendet
werden.
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Die
Motoranschlüsse 20 sind
wie oben beschrieben aus Steckanschlüssen gebildet, während die
Anschlüsse 70,
welche zu dem Steuersubstrat 23 führen, aus den aufnehmenden
Anschlüssen
gebildet sind, sie können
jedoch alternativ derart gebildet werden, daß sie eine umgekehrte Beziehung
zueinander besitzen. Insbesondere können die Motoranschlüsse 20 dieselbe
Struktur wie die aufnehmenden Anschlüsse 70 besitzen, während die
Steckanschlüsse
auf dem Steuersubstrat 23 installiert sein können.