JP2002541011A - コンパクトな平歯車装置を備えた電動式パワーステアリング - Google Patents
コンパクトな平歯車装置を備えた電動式パワーステアリングInfo
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
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Abstract
(57)【要約】
本発明はディスクタイプの電動機と特に大きな減速比ならびに遊びのない優れたステアリング特性を可能とするコンパクトで経済的な構造の平歯車装置との組合わせから成る、ステアリングシャフト軸と同軸配置された駆動ユニットを備えた自動車用パワーステアリングに関する。これは電動機（１０）のディスクロータ（１３）がステアリングシャフト（４）を中心に回転し得るように配置されてシャフト（４）と同軸配置された中空シャフトピニオン（３１）を駆動し、該中空シャフトピニオンはシャフト（４）に対して偏心配置された平歯車装置に作用し、該平歯車装置から再びシャフト（４）に伝力が行われることによって実現される。電動機（１０）と歯車装置（３０）とは自動車シャーシに固定取付けされているキャリアプレート（２０）に取付けられる。
Description
【０００１】 本発明は同軸配置されたディスクロータ電動機を備えたステアリングシャフト
とステアリングシャフトに作用する減速歯車装置とを備えた自動車用パワーステ
アリングシステムに関する。
とステアリングシャフトに作用する減速歯車装置とを備えた自動車用パワーステ
アリングシステムに関する。
【０００２】 ステアリングシャフトに同軸取付けされた電動駆動装置を備えたパワーステア
リングはＥＰ ０ １２４ ７９０により公知となっている。サーボパワーの伝
達は遊星歯車装置を経てステアリングシャフトに作用するサーボモータによって
行われる。この歯車装置とモータとはステアリングシャフトに対して同軸配置さ
れており、ステアリングシャフトはシステムの中心を貫通している。モータと歯
車装置とは別々の合成ユニットとして形成されていることから、システムは大型
化すると同時に多数の部品から構成されており、これは経済性と信頼度の点から
見て不利である。特に不利なのは遊星歯車装置のサンギアが電動機のロータに固
定され、ロータとサンギアとがシャフト軸と同軸配置されて回転式に支持されて
いることである。この点から、この実施形態においてサンギアは常に相対的に大
きな直径を持ち得るが、少なくともステアリングシャフト自体よりも小さな直径
を有することは決してできないことが判明する。遊星歯車装置の減速比は先ずサ
ンギアとプラネットギアとの直径比によって決定されることから、この実施形態
においてはサンギア自体が常に相対的に大きな直径を有するために大きなギア直
径比を実現することはできないことが明らかである。ところで前記出願の明細書
には実際に１：１〜１：１０の減速比が挙げられているが、前記実施形態におい
て大きな減速比を実現することができるのは歯車装置全体の直径が大幅に引き上
げられる場合のみであり、これはステアリングシステムを許容し得ないほど大型
化する結果となろう。
リングはＥＰ ０ １２４ ７９０により公知となっている。サーボパワーの伝
達は遊星歯車装置を経てステアリングシャフトに作用するサーボモータによって
行われる。この歯車装置とモータとはステアリングシャフトに対して同軸配置さ
れており、ステアリングシャフトはシステムの中心を貫通している。モータと歯
車装置とは別々の合成ユニットとして形成されていることから、システムは大型
化すると同時に多数の部品から構成されており、これは経済性と信頼度の点から
見て不利である。特に不利なのは遊星歯車装置のサンギアが電動機のロータに固
定され、ロータとサンギアとがシャフト軸と同軸配置されて回転式に支持されて
いることである。この点から、この実施形態においてサンギアは常に相対的に大
きな直径を持ち得るが、少なくともステアリングシャフト自体よりも小さな直径
を有することは決してできないことが判明する。遊星歯車装置の減速比は先ずサ
ンギアとプラネットギアとの直径比によって決定されることから、この実施形態
においてはサンギア自体が常に相対的に大きな直径を有するために大きなギア直
径比を実現することはできないことが明らかである。ところで前記出願の明細書
には実際に１：１〜１：１０の減速比が挙げられているが、前記実施形態におい
て大きな減速比を実現することができるのは歯車装置全体の直径が大幅に引き上
げられる場合のみであり、これはステアリングシステムを許容し得ないほど大型
化する結果となろう。
【０００３】 さらに小さなギア減速比は、モータ出力が相応して大きくなければならず且つ
相応したコストを要する緩速回転モータしか使用できないという短所を有する。
この場合のもう一つの短所は応答特性の低下であり、これはシステムの不活性を
招くこととなる。
相応したコストを要する緩速回転モータしか使用できないという短所を有する。
この場合のもう一つの短所は応答特性の低下であり、これはシステムの不活性を
招くこととなる。
【０００４】 もう一つの公知の実施形態は減速歯車装置としてウォーム歯車装置を使用する
ことを特徴としている。しかしながらこの場合には総効率が劣ることから大きな
駆動出力が必要であり、そのためサーボユニット全体の構造はまたもや大型化す
ることとなり、経済的な実現が制限される。またウォーム歯車装置において回転
軸が９０°転位する点からしてもコンパクトなシステムの実現は困難である。
ことを特徴としている。しかしながらこの場合には総効率が劣ることから大きな
駆動出力が必要であり、そのためサーボユニット全体の構造はまたもや大型化す
ることとなり、経済的な実現が制限される。またウォーム歯車装置において回転
軸が９０°転位する点からしてもコンパクトなシステムの実現は困難である。
【０００５】 構造が大型化することにより特にシャフト軸方向に供されるスペースも制限さ
れることとなり、これはとりわけ安全性にとって不適である。ドライバーがステ
アリングホイールに衝突する際に自動車ドライバーの負傷を防止するにはエネル
ギーが可能な限り効果的に吸収されなければならない。このことはそうした場合
にステアリングシャフトが自在に伸縮してエネルギーを吸収するように構成する
ことによって実現される。この点から、エネルギー吸収装置にできるだけ長い伸
縮動程を保障し得ることが要求されるが、これは現下の技術水準による公知のサ
ーボ駆動装置では容易に実現することはできない。したがって軸方向に要される
大きな取付けスペースは衝突時に望まれるエネルギー吸収動程を犠牲にすること
となる。
れることとなり、これはとりわけ安全性にとって不適である。ドライバーがステ
アリングホイールに衝突する際に自動車ドライバーの負傷を防止するにはエネル
ギーが可能な限り効果的に吸収されなければならない。このことはそうした場合
にステアリングシャフトが自在に伸縮してエネルギーを吸収するように構成する
ことによって実現される。この点から、エネルギー吸収装置にできるだけ長い伸
縮動程を保障し得ることが要求されるが、これは現下の技術水準による公知のサ
ーボ駆動装置では容易に実現することはできない。したがって軸方向に要される
大きな取付けスペースは衝突時に望まれるエネルギー吸収動程を犠牲にすること
となる。
【０００６】 公知の装置におけるもう一つの短所は、これらの装置が複雑な構造を有するこ
とにより機械的な遊び以外に――大きな慣性質量を有する点からして――一定の
不活性を示すことであり、これはステアリング特性と経済性にマイナスの効果を
もたらすこととなる。この不活性はたとえばステアリング応答時間を長引かせる
こととなり、これはたとえば迅速な回避操作が行われるべき場合に欠点となる。
さらに公知のシステムのコスト高構造は不適な形で多くの運転エネルギーを消費
する。所要エネルギーを供するために要されるコスト以外に当該熱損失を排除す
るための付加的なコストも必要である。
とにより機械的な遊び以外に――大きな慣性質量を有する点からして――一定の
不活性を示すことであり、これはステアリング特性と経済性にマイナスの効果を
もたらすこととなる。この不活性はたとえばステアリング応答時間を長引かせる
こととなり、これはたとえば迅速な回避操作が行われるべき場合に欠点となる。
さらに公知のシステムのコスト高構造は不適な形で多くの運転エネルギーを消費
する。所要エネルギーを供するために要されるコスト以外に当該熱損失を排除す
るための付加的なコストも必要である。
【０００７】 公知のシステムのもう一つの短所は駆動部品の遊びの補償にコストを要するか
もしくはそうした補償が限定的にしか行えない点にある。これはステアリング特
性の精度を低下させると共に反応時間の増大をもたらし、自動車ドライバーにと
っての良好な操縦感覚を減ずることとなる。
もしくはそうした補償が限定的にしか行えない点にある。これはステアリング特
性の精度を低下させると共に反応時間の増大をもたらし、自動車ドライバーにと
っての良好な操縦感覚を減ずることとなる。
【０００８】 本発明の目的は前記先行技術の短所を取除くことである。特に本発明の目的は
、きわめてコンパクトな構造を有し、敏速な応答特性と優れた動特性を以ってド
ライバーに反応するステアリング特性の実現を可能とし且つ高効率で作動すると
同時に経済的に製作することのできるステアリングシステム用電動式パワーステ
アリングを実現することである。
、きわめてコンパクトな構造を有し、敏速な応答特性と優れた動特性を以ってド
ライバーに反応するステアリング特性の実現を可能とし且つ高効率で作動すると
同時に経済的に製作することのできるステアリングシステム用電動式パワーステ
アリングを実現することである。
【０００９】 前記課題は本発明により請求項１に記載の特徴を備えたシステムによって解決
される。下位請求項はその他の好適な実施形態を記載したものである。
される。下位請求項はその他の好適な実施形態を記載したものである。
【００１０】 前記課題は本発明によりディスクタイプの電動機を平歯車装置と組み合わせる
ことによって解決され、その際、電動機はステアリングスピンドル、ステアリン
グシャフトまたはステアリングギアシャフトに同軸取付けされ、平歯車装置はシ
ャフトに対して偏心配置されて該シャフトと連結される。
ことによって解決され、その際、電動機はステアリングスピンドル、ステアリン
グシャフトまたはステアリングギアシャフトに同軸取付けされ、平歯車装置はシ
ャフトに対して偏心配置されて該シャフトと連結される。
【００１１】 シャフトを中心に回転し得るように支持・配置されているロータは同じくシャ
フトを中心に同軸回転するピニオンとして形成された短円筒状歯車を駆動する。
このピニオンは偏心配置されて同ピニオンと噛合っている、より大きな直径の平
歯車と共に第一段の平歯車減速歯車装置を形成する。この平歯車は同一回転する
もう一個の歯車を備えており、該歯車は、ステアリングシャフトと結合された―
―したがって電動機パワーを減速ないし回転数減速してステアリングシャフトに
作用させる――さらに別な歯車のリムに作用する。ステアリングシャフトは中断
されず、その軸を以ってシステムを貫通している。歯車装置は一段式または多段
式に形成することが可能である。所要の歯車装置減速は公知のように互いに噛合
った歯車対の歯数の比によるかまたは歯車対の直径比および歯車装置の段数によ
って定まる。
フトを中心に同軸回転するピニオンとして形成された短円筒状歯車を駆動する。
このピニオンは偏心配置されて同ピニオンと噛合っている、より大きな直径の平
歯車と共に第一段の平歯車減速歯車装置を形成する。この平歯車は同一回転する
もう一個の歯車を備えており、該歯車は、ステアリングシャフトと結合された―
―したがって電動機パワーを減速ないし回転数減速してステアリングシャフトに
作用させる――さらに別な歯車のリムに作用する。ステアリングシャフトは中断
されず、その軸を以ってシステムを貫通している。歯車装置は一段式または多段
式に形成することが可能である。所要の歯車装置減速は公知のように互いに噛合
った歯車対の歯数の比によるかまたは歯車対の直径比および歯車装置の段数によ
って定まる。
【００１２】 ディスクロータ電動機のステータならびに歯車装置はキャリアプレートに取付
けられ、歯車は回転式に支持されている。キャリアプレートは基本的にステアリ
ングシャフト軸に対して直角に且つロータディスク面に対して平行に配置され、
電動機・歯車装置を被覆保護するケーシングも収容する。キャリアプレートまた
は同プレート上に配置されたカバーケーシングは、キャリアプレートを電動機ス
テータおよび歯車装置要素と共に自動車シャーシに固定するため、好ましくは中
間に配置されたゴム軸受けと共に取付け手段、たとえば取付けフランジを有して
いる。システムを貫通しているステアリングシャフト自体は両側の出入り部にお
いてケーシングないしキャリアプレートに対して支持されているのが好ましい。
このための軸受けとしては摩擦の少ないころがり軸受け、たとえば玉軸受けを使
用するのが好ましい。
けられ、歯車は回転式に支持されている。キャリアプレートは基本的にステアリ
ングシャフト軸に対して直角に且つロータディスク面に対して平行に配置され、
電動機・歯車装置を被覆保護するケーシングも収容する。キャリアプレートまた
は同プレート上に配置されたカバーケーシングは、キャリアプレートを電動機ス
テータおよび歯車装置要素と共に自動車シャーシに固定するため、好ましくは中
間に配置されたゴム軸受けと共に取付け手段、たとえば取付けフランジを有して
いる。システムを貫通しているステアリングシャフト自体は両側の出入り部にお
いてケーシングないしキャリアプレートに対して支持されているのが好ましい。
このための軸受けとしては摩擦の少ないころがり軸受け、たとえば玉軸受けを使
用するのが好ましい。
【００１３】 駆動電動機としてはステータ巻線が固定配置され、フラットな永久磁石を含ん
だ回転ディスクがロータとしてステータ巻線の間に設けられている電子整流式デ
ィスクロータ電動機を使用するのが好ましい。高トルクを発生し得るようにする
ため、６０００ガウス以上の磁気エネルギーを有する強力な永久磁石たとえば希
土類元素含有磁性材料たとえばコバルトサマリウム材料および特にネオジム磁性
材料を使用するのが好適である。電動機は制御システムを備えた電子出力制御系
を経て制御され、該出力制御系はステアリングシャフトのステアリングホイール
側でのトルク測定によって自動車ドライバーから伝達されたステアリングトルク
を測定し、ステアリングパワーが適正に増強されるように制御器を介して電動機
−歯車装置−ユニットを制御する。トルク測定はサーボユニット前方のステアリ
ングホイール側で、たとえばひずみゲージ（ＤＭＳ）を用いるかまたは好ましく
はステアリングシャフトに組込まれたトーションバーの変形測定によって行われ
る。
だ回転ディスクがロータとしてステータ巻線の間に設けられている電子整流式デ
ィスクロータ電動機を使用するのが好ましい。高トルクを発生し得るようにする
ため、６０００ガウス以上の磁気エネルギーを有する強力な永久磁石たとえば希
土類元素含有磁性材料たとえばコバルトサマリウム材料および特にネオジム磁性
材料を使用するのが好適である。電動機は制御システムを備えた電子出力制御系
を経て制御され、該出力制御系はステアリングシャフトのステアリングホイール
側でのトルク測定によって自動車ドライバーから伝達されたステアリングトルク
を測定し、ステアリングパワーが適正に増強されるように制御器を介して電動機
−歯車装置−ユニットを制御する。トルク測定はサーボユニット前方のステアリ
ングホイール側で、たとえばひずみゲージ（ＤＭＳ）を用いるかまたは好ましく
はステアリングシャフトに組込まれたトーションバーの変形測定によって行われ
る。
【００１４】 サーボシステムは５０Ｎｍを超え、好ましくは１００Ｎｍまでのトルクをシャ
フトに付与することができる必要があろう。この場合、軽快なステアリングを可
能とするため、ドライバーはｍａｘ．１０Ｎｍ未満、好ましくは６Ｎｍ未満の力
しか要しないようにすることが必要であろう。さらに、高精度のステアリングを
保障するため、トルクセンサは回転角度を１°より小さく、好ましくは０．５°
より小さくしてすでに応答すべきであろう。前記のトルク値はディスクロータ電
動機と当該平歯車装置との本発明に基づく好適な組合わせによって達成すること
ができる。段数と各段の減速比とを媒介とした電動機寸法設計および歯車装置寸
法設計にかかわる先述した自由度により適切なトルクを達成することが可能であ
る。この場合、特にコンパクトなシステム構造が考慮され、さらにシステムは過
大な消費電力を要しない必要があろう。高い電動機出力は構造サイズ以外に冷却
コストも高め、電子制御系コストの増大を招来するであろう。これはさらに、よ
り強力な発電機、より大きなバッテリおよびより太い給電線を必要とさせること
になろう。こうした場合にはもはや経済性は論外となろう。本発明に基づくシス
テムによればｍａｘ．７５Ａの電動機供給電流と１２Ｖの電圧で少なくとも５０
Ｎｍ、それどころか６５Ｎｍを上回りさえするトルクを容易に達成することがで
きる。効率の点で電動機−歯車装置システムの全体を適正に最適化すれば前記の
電動機給電で７５Ｎｍまでのトルクを達成することが可能である。この場合、電
動機−歯車装置−サーボシステムの寸法はｍａｘ．厚さ１００ｍｍ、ｍａｘ．高
さ３００ｍｍ、ｍａｘ．幅２００ｍｍの範囲内におさめることができる。図示し
たように２段式歯車装置を使用した典型的な実施例においてｍａｘ．高さ２４６
ｍｍ、ｍａｘ．幅１７３ｍｍにてｍａｘ．厚さ８４ｍｍを実現することができた
。したがってこの実施例に応じた２段式システムは本適用例に特に適した実施形
態である。この実施例においてトルク出力８０Ｎｍにて８０％を超える電動機−
歯車装置−総効率が達成された。
フトに付与することができる必要があろう。この場合、軽快なステアリングを可
能とするため、ドライバーはｍａｘ．１０Ｎｍ未満、好ましくは６Ｎｍ未満の力
しか要しないようにすることが必要であろう。さらに、高精度のステアリングを
保障するため、トルクセンサは回転角度を１°より小さく、好ましくは０．５°
より小さくしてすでに応答すべきであろう。前記のトルク値はディスクロータ電
動機と当該平歯車装置との本発明に基づく好適な組合わせによって達成すること
ができる。段数と各段の減速比とを媒介とした電動機寸法設計および歯車装置寸
法設計にかかわる先述した自由度により適切なトルクを達成することが可能であ
る。この場合、特にコンパクトなシステム構造が考慮され、さらにシステムは過
大な消費電力を要しない必要があろう。高い電動機出力は構造サイズ以外に冷却
コストも高め、電子制御系コストの増大を招来するであろう。これはさらに、よ
り強力な発電機、より大きなバッテリおよびより太い給電線を必要とさせること
になろう。こうした場合にはもはや経済性は論外となろう。本発明に基づくシス
テムによればｍａｘ．７５Ａの電動機供給電流と１２Ｖの電圧で少なくとも５０
Ｎｍ、それどころか６５Ｎｍを上回りさえするトルクを容易に達成することがで
きる。効率の点で電動機−歯車装置システムの全体を適正に最適化すれば前記の
電動機給電で７５Ｎｍまでのトルクを達成することが可能である。この場合、電
動機−歯車装置−サーボシステムの寸法はｍａｘ．厚さ１００ｍｍ、ｍａｘ．高
さ３００ｍｍ、ｍａｘ．幅２００ｍｍの範囲内におさめることができる。図示し
たように２段式歯車装置を使用した典型的な実施例においてｍａｘ．高さ２４６
ｍｍ、ｍａｘ．幅１７３ｍｍにてｍａｘ．厚さ８４ｍｍを実現することができた
。したがってこの実施例に応じた２段式システムは本適用例に特に適した実施形
態である。この実施例においてトルク出力８０Ｎｍにて８０％を超える電動機−
歯車装置−総効率が達成された。
【００１５】 前記実施形態において７５％を超える電動機−歯車装置−総効率を容易に達成
することが可能である。８５％を上回る効率を達成することさえも可能であり、
これは経済的な操作にとって特に好適である。さらに、伝動の円滑性と歯車の遊
びを最適化するため、噛合っている歯車対をはすば噛合いさせることが提案され
る。噛合っているすべての歯車対がはすば噛合いさせられる場合には特にきわめ
てスムーズな伝動が達成される。平歯車装置を備えた本構造形態には、さらに、
歯車の遊びを最適調整することを可能とする手段を設けることができる。先述し
たようにすぐれたステアリング特性を達成するためにはできるだけ遊びのないサ
ーボ駆動装置が重要である。しかしながらこれは遊びの無さが摩擦値の増大を結
果する場合には高い歯車装置効率と両立し得ないことがある。それゆえ歯車の遊
びの調整は一方で歯車の遊びを最小化すると共に他方で歯車装置効率の最大化を
可能としなければならない。前記の値と２段式実施形態において２０〜３０の減
速比が歯車装置にとって特に適切であることが判明した。
することが可能である。８５％を上回る効率を達成することさえも可能であり、
これは経済的な操作にとって特に好適である。さらに、伝動の円滑性と歯車の遊
びを最適化するため、噛合っている歯車対をはすば噛合いさせることが提案され
る。噛合っているすべての歯車対がはすば噛合いさせられる場合には特にきわめ
てスムーズな伝動が達成される。平歯車装置を備えた本構造形態には、さらに、
歯車の遊びを最適調整することを可能とする手段を設けることができる。先述し
たようにすぐれたステアリング特性を達成するためにはできるだけ遊びのないサ
ーボ駆動装置が重要である。しかしながらこれは遊びの無さが摩擦値の増大を結
果する場合には高い歯車装置効率と両立し得ないことがある。それゆえ歯車の遊
びの調整は一方で歯車の遊びを最小化すると共に他方で歯車装置効率の最大化を
可能としなければならない。前記の値と２段式実施形態において２０〜３０の減
速比が歯車装置にとって特に適切であることが判明した。
【００１６】 システム全体はステアリングシャフトの操作時にセンサエレメント、電子解析
系および電子出力制御系を経て作動させられる結果、ドライバーによるステアリ
ングシャフトの操作に応じてステアリングシャフトへの伝力が行われ、スムーズ
なハンドリングが可能となる。このシステムは高い効率を許容すると同時にさら
に低コストで良好な冷却を可能とする非常にコンパクトな構造をもたらす。所要
の人間工学的に適正なステアリング特性を実現すると共に――特に軸方向長さが
僅かにすぎない――コンパクトな実施形態により衝突時に不可欠なエネルギー吸
収エレメントの最適な実現ならびに取付けが可能である。
系および電子出力制御系を経て作動させられる結果、ドライバーによるステアリ
ングシャフトの操作に応じてステアリングシャフトへの伝力が行われ、スムーズ
なハンドリングが可能となる。このシステムは高い効率を許容すると同時にさら
に低コストで良好な冷却を可能とする非常にコンパクトな構造をもたらす。所要
の人間工学的に適正なステアリング特性を実現すると共に――特に軸方向長さが
僅かにすぎない――コンパクトな実施形態により衝突時に不可欠なエネルギー吸
収エレメントの最適な実現ならびに取付けが可能である。
【００１７】 以下に本発明をたとえば図面を用いて詳細に説明する。 図１は好ましくは２段式平歯車装置３０を備えた本発明によるパワーステアリ
ングシステムの断面を示したものである。ステアリングシャフト軸１を中心に回
転するステアリングシャフト４はパワーステアリングシステム１０，３０を貫通
し、同システムに対してころがり軸受け、好ましくは玉軸受け５，７で支持され
ている。同図の左側はステアリングホイール側２を表わし、右側はシャフト４の
車輪側３を表わしている。電動機１０はステアリングホイール側２にポジショニ
ングされているのが好適であり、他方、歯車装置３０はシャフトの車輪側３に設
けられている。ステアリングホイール側２の領域にはハンドリング時にドライバ
ーからステアリングシャフト４に付与されるトルクを検出するための手段８も設
けられている。このトルク測定手段８は当該信号を発生し、該信号は電子制御系
に送られてさらに処理され、これにより電動機１０が適正に制御される。トルク
の測定にはたとえばひずみゲージを使用することができる。特に適切なトルク測
定はシャフト４に組込まれたトーションバーによるトルクに応じたねじれの測定
によって行われる。ディスクロータ電動機１０はステアリングシャフト４に同軸
配置された電子整流式電動機として形成されている。ロータディスク１３はシャ
フト４と同軸回転し、ロータディスク１３の両側に対称的に配置されたステータ
巻線１２によって駆動される。ロータディスク１３はたとえば繊維強化プラスチ
ックから成り、永久磁石１４を収容するフライス切削窪みを備えている。永久磁
石１４を収容するためのロータディスク１３への窪み切削は互い違いに行われて
いてよく、したがってこの窪みは貫通しておらず、これによって磁石の容易な固
定とポジショニングが保障されている。プラスチックの使用はディスク１３が非
常に軽量となり、割安な製作が行えるという長所を有する。ディスク１３はこれ
を射出成形品とすれば特に容易に製作することが可能である。ロータディスク１
３に特に高度な平面性が求められる場合にはこれは金属特にできるだけ磁化され
にくいステンレススチール（ＩＮＯＸ）から製作される。電動機１０ならびに歯
車装置３０は共に定置されたキャリアプレート２０に対してポジショニングされ
て固定されている。この場合キャリアプレート２０はシャフト４用の貫通穴を有
し、回転するロータディスク１３に対して平行な平面に配置されており、したが
ってシャフト４に対して垂直に配置されている。キャリアプレート２０は電動機
側にたとえば電動機カバーケーシング１１を有し、該ケーシングは電動機を被覆
保護すると同時に保定具６を介して保持されているステアリングシャフト軸受け
５のキャリアとして形成されている。キャリアプレート２０の貫通穴２２はたと
えばブッシュ状に形成されており、ピニオン中空シャフト軸受け３９，１６を収
容するための軸受け支持ブロック２１の機能を引き受ける。中空シャフトピニオ
ン３１は短円筒として形成され、シャフト４と同軸配置され、ステアリングシャ
フト軸１を中心に回転し得るようにしてキャリアプレート２０ないし軸受け支持
ブロック２１に対して軸受け３９，１６によって支持されている。中空シャフト
ピニオン３１の一端にはロータディスク１３がロータ固定具１５を経て固定され
ている結果、ロータディスク１３は電動機１０のトルクをピニオン３１に伝達す
る。ピニオン３１の他端は歯車として形成されて第一の平歯車３３と噛合ってお
り、該平歯車は所望の減速比に応じピニオンに比べて大きな直径を有している。
この平歯車３３はキャリアプレート２０に固定されている平歯車軸２３に軸受け
３４，３５によって回転支持されている。軸受けはたとえば公知のように保定具
３６，６，１７によって保持されている。第一の平歯車３３に比較して小さな直
径を有したもう一つの歯車３７はピニオン３７として形成されて第一の平歯車３
３に直結しており、同一軸を中心にして回転する。この第二のピニオン３７は噛
合い伝動３８を経て第二の平歯車４０と噛合っており、この平歯車は前記ピニオ
ンに比して大きな直径を有しかつシャフト４と直結されている。所要のトルクと
僅かな消費電力の電動機１０とを実現しつつ好適なシステム寸法を達成するには
２段式歯車装置の総減速比が２０〜３０の範囲にあるように歯車直径寸法を設計
しなければならない。この場合、双方の段がほぼ同じ減速比たとえばそれぞれ５
倍、したがって総じて２５倍の減速比を有しているのが好適である。たとえばこ
の実施形態において給電電圧１２Ｖ、給電電流７５Ａにて６５Ｎｍのトルクがシ
ャフト４に付与され、１００Ａにて８０Ｎｍのトルクがシャフト４に付与された
。歯車の歯をはずすとすれば特にスムーズで正確な回転伝動が保障される。第一
段３１，３３のピニオン３１がシャフト軸１に対して偏心支持された第一の平歯
車３３と噛合うようにするため、短円筒状の軸受け支持ブロック２１の側部の、
第一の平歯車３３が通過しなければならない個所に歯車３３用のスリット状の切
り欠き２２が設けられている。歯車装置３０は歯車装置カバーケーシング４１に
よって被覆・保護されているのが好適であり、この場合該カバーはキャリアプレ
ート２０に固定されていると同時に車両シャーシに固定するためのたとえば取付
けフランジ４２を有している。シャフト４の車輪側３において第二の平歯車４０
が取付けられている個所には汚れの侵入を防止するためにシャフトシール４３を
設けるのが好適である。
ングシステムの断面を示したものである。ステアリングシャフト軸１を中心に回
転するステアリングシャフト４はパワーステアリングシステム１０，３０を貫通
し、同システムに対してころがり軸受け、好ましくは玉軸受け５，７で支持され
ている。同図の左側はステアリングホイール側２を表わし、右側はシャフト４の
車輪側３を表わしている。電動機１０はステアリングホイール側２にポジショニ
ングされているのが好適であり、他方、歯車装置３０はシャフトの車輪側３に設
けられている。ステアリングホイール側２の領域にはハンドリング時にドライバ
ーからステアリングシャフト４に付与されるトルクを検出するための手段８も設
けられている。このトルク測定手段８は当該信号を発生し、該信号は電子制御系
に送られてさらに処理され、これにより電動機１０が適正に制御される。トルク
の測定にはたとえばひずみゲージを使用することができる。特に適切なトルク測
定はシャフト４に組込まれたトーションバーによるトルクに応じたねじれの測定
によって行われる。ディスクロータ電動機１０はステアリングシャフト４に同軸
配置された電子整流式電動機として形成されている。ロータディスク１３はシャ
フト４と同軸回転し、ロータディスク１３の両側に対称的に配置されたステータ
巻線１２によって駆動される。ロータディスク１３はたとえば繊維強化プラスチ
ックから成り、永久磁石１４を収容するフライス切削窪みを備えている。永久磁
石１４を収容するためのロータディスク１３への窪み切削は互い違いに行われて
いてよく、したがってこの窪みは貫通しておらず、これによって磁石の容易な固
定とポジショニングが保障されている。プラスチックの使用はディスク１３が非
常に軽量となり、割安な製作が行えるという長所を有する。ディスク１３はこれ
を射出成形品とすれば特に容易に製作することが可能である。ロータディスク１
３に特に高度な平面性が求められる場合にはこれは金属特にできるだけ磁化され
にくいステンレススチール（ＩＮＯＸ）から製作される。電動機１０ならびに歯
車装置３０は共に定置されたキャリアプレート２０に対してポジショニングされ
て固定されている。この場合キャリアプレート２０はシャフト４用の貫通穴を有
し、回転するロータディスク１３に対して平行な平面に配置されており、したが
ってシャフト４に対して垂直に配置されている。キャリアプレート２０は電動機
側にたとえば電動機カバーケーシング１１を有し、該ケーシングは電動機を被覆
保護すると同時に保定具６を介して保持されているステアリングシャフト軸受け
５のキャリアとして形成されている。キャリアプレート２０の貫通穴２２はたと
えばブッシュ状に形成されており、ピニオン中空シャフト軸受け３９，１６を収
容するための軸受け支持ブロック２１の機能を引き受ける。中空シャフトピニオ
ン３１は短円筒として形成され、シャフト４と同軸配置され、ステアリングシャ
フト軸１を中心に回転し得るようにしてキャリアプレート２０ないし軸受け支持
ブロック２１に対して軸受け３９，１６によって支持されている。中空シャフト
ピニオン３１の一端にはロータディスク１３がロータ固定具１５を経て固定され
ている結果、ロータディスク１３は電動機１０のトルクをピニオン３１に伝達す
る。ピニオン３１の他端は歯車として形成されて第一の平歯車３３と噛合ってお
り、該平歯車は所望の減速比に応じピニオンに比べて大きな直径を有している。
この平歯車３３はキャリアプレート２０に固定されている平歯車軸２３に軸受け
３４，３５によって回転支持されている。軸受けはたとえば公知のように保定具
３６，６，１７によって保持されている。第一の平歯車３３に比較して小さな直
径を有したもう一つの歯車３７はピニオン３７として形成されて第一の平歯車３
３に直結しており、同一軸を中心にして回転する。この第二のピニオン３７は噛
合い伝動３８を経て第二の平歯車４０と噛合っており、この平歯車は前記ピニオ
ンに比して大きな直径を有しかつシャフト４と直結されている。所要のトルクと
僅かな消費電力の電動機１０とを実現しつつ好適なシステム寸法を達成するには
２段式歯車装置の総減速比が２０〜３０の範囲にあるように歯車直径寸法を設計
しなければならない。この場合、双方の段がほぼ同じ減速比たとえばそれぞれ５
倍、したがって総じて２５倍の減速比を有しているのが好適である。たとえばこ
の実施形態において給電電圧１２Ｖ、給電電流７５Ａにて６５Ｎｍのトルクがシ
ャフト４に付与され、１００Ａにて８０Ｎｍのトルクがシャフト４に付与された
。歯車の歯をはずすとすれば特にスムーズで正確な回転伝動が保障される。第一
段３１，３３のピニオン３１がシャフト軸１に対して偏心支持された第一の平歯
車３３と噛合うようにするため、短円筒状の軸受け支持ブロック２１の側部の、
第一の平歯車３３が通過しなければならない個所に歯車３３用のスリット状の切
り欠き２２が設けられている。歯車装置３０は歯車装置カバーケーシング４１に
よって被覆・保護されているのが好適であり、この場合該カバーはキャリアプレ
ート２０に固定されていると同時に車両シャーシに固定するためのたとえば取付
けフランジ４２を有している。シャフト４の車輪側３において第二の平歯車４０
が取付けられている個所には汚れの侵入を防止するためにシャフトシール４３を
設けるのが好適である。
【００１８】 パワーステアリングシステムの歯車装置３０はできるだけ遊びを少なくするこ
とにより優れたステアリング特性を保障する必要があろう。またそれと同時に、
構造を小型化しわずかな電動機パワーで十分とし、さらに電子制御系を含めたシ
ステム全体のコストを低く抑えることが保障されなければならない。このため、
特に第二のピニオン３７を備えた第一の平歯車３３の個所に歯車遊びの調整装置
を設けるのが好適である。この種の装置により歯車対の双方の歯車噛合い３２，
３８の遊びを最適調整することができる。このためたとえば第二のピニオン３７
を備えた第一の平歯車３３の回転軸にねじりによって調節可能な偏心回転軸２３
，２４，２５，２６ａ，２７が取付けられる。これはたとえば偏心孔２５内にね
じり式に配置された取付け・調整ボルト２７によって行うことができる。偏心孔
を収容した偏心ディスク２４はキャリアプレート２０に接し、同所のセレクトし
たポジションにたとえば留めねじ２８によって取付けることができる。調整ボル
ト２７のねじりによりステアリングシャフト軸１と回転軸２６との半径方向軸間
隔が変化させられる。この詳細は、図３に示したキャリアプレート２０の断面図
と図２に示したキャリアプレート２０の三次元図からもっと正確に読み取ること
ができる。その他にこれらの図からディスクロータ電動機１０のステータ１２が
固定される取付け孔１９を読み取ることができる。さらにステアリングシャフト
軸１を包むブッシュ状の軸受け支持ブロック２１が図示されており、図示した好
ましい実施形態において該軸受け支持ブロック２１は軸受けブロック取付け手段
２９によってキャリアプレート２０に取付けられている独立した要素として表わ
されている。第一の平歯車３３のための切り欠き２２は軸受け支持ブロック２１
にスリット状の切り欠きとして形成されている。歯車装置３０が密閉ケース２０
，４１を有し、シャフト４が両側のケース出入口部にシャフトシールリング４３
を備えていれば、歯車装置は特に潤滑油などの液体を収容することができる。こ
れにより好適な減衰が達成され、騒音発生は大幅に低下させられる。さらに摩擦
が大幅に低減されることにより効率が付加的に高められる。
とにより優れたステアリング特性を保障する必要があろう。またそれと同時に、
構造を小型化しわずかな電動機パワーで十分とし、さらに電子制御系を含めたシ
ステム全体のコストを低く抑えることが保障されなければならない。このため、
特に第二のピニオン３７を備えた第一の平歯車３３の個所に歯車遊びの調整装置
を設けるのが好適である。この種の装置により歯車対の双方の歯車噛合い３２，
３８の遊びを最適調整することができる。このためたとえば第二のピニオン３７
を備えた第一の平歯車３３の回転軸にねじりによって調節可能な偏心回転軸２３
，２４，２５，２６ａ，２７が取付けられる。これはたとえば偏心孔２５内にね
じり式に配置された取付け・調整ボルト２７によって行うことができる。偏心孔
を収容した偏心ディスク２４はキャリアプレート２０に接し、同所のセレクトし
たポジションにたとえば留めねじ２８によって取付けることができる。調整ボル
ト２７のねじりによりステアリングシャフト軸１と回転軸２６との半径方向軸間
隔が変化させられる。この詳細は、図３に示したキャリアプレート２０の断面図
と図２に示したキャリアプレート２０の三次元図からもっと正確に読み取ること
ができる。その他にこれらの図からディスクロータ電動機１０のステータ１２が
固定される取付け孔１９を読み取ることができる。さらにステアリングシャフト
軸１を包むブッシュ状の軸受け支持ブロック２１が図示されており、図示した好
ましい実施形態において該軸受け支持ブロック２１は軸受けブロック取付け手段
２９によってキャリアプレート２０に取付けられている独立した要素として表わ
されている。第一の平歯車３３のための切り欠き２２は軸受け支持ブロック２１
にスリット状の切り欠きとして形成されている。歯車装置３０が密閉ケース２０
，４１を有し、シャフト４が両側のケース出入口部にシャフトシールリング４３
を備えていれば、歯車装置は特に潤滑油などの液体を収容することができる。こ
れにより好適な減衰が達成され、騒音発生は大幅に低下させられる。さらに摩擦
が大幅に低減されることにより効率が付加的に高められる。
【図１】 本発明によるパワーステアリングシステムの断面図。
【図２】 電動機−歯車装置−システムが取付けられるキャリアプレートの
三次元図。
三次元図。
【図３】 図２に示したキャリアプレートの断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA02 CA03 CA04 CA16 CA21 CA28 5H607 AA12 BB01 BB09 BB13 BB26 CC03 DD03 DD17 EE31 EE36 GG08
Claims (15)
- 【請求項１】 ステアリングシャフト軸（１）を中心に回転する同軸配置さ
れたディスクロータ電動機（１０）を備えたステアリングシャフト（４）と軸（
１）に対して偏心配置された平歯車装置（３０）とを有した自動車用パワーステ
アリングシステムにおいて、ロータディスク（１３）を有した電動機（１０）は
歯車装置（３０）の第一のピニオン（３１）と連結され、該ピニオンはシャフト
（４）と同軸回転支持され（１６，３９）、第一の平歯車（３３）とその他の歯
車段（３７，４０）を経て回転数減速されてシャフト（４）と作用連結されてい
るシステム。 - 【請求項２】 平歯車装置（３０）は多段式、特に２段式に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】 対を成して噛合っている歯車列（３１，３３，３７，４０）
はロータ面と平行な面に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記
載のシステム。 - 【請求項４】 噛合っている歯車対（３１，３３）（３７，４０）の少なく
とも一方がはすばとされ、好ましくは歯車対の全体がはすばとされていることを
特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項５】 電動機−歯車装置−効率が７５％、好ましくは８５％である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項６】 システムは電動機給電電圧１２Ｖ、給電電流７５Ａにて５０
Ｎｍ以上、好ましくは６５Ｎｍ以上で好ましくは７５Ｎｍまでのトルクをシャフ
ト（４）に付与することを特徴とする請求項２に記載のシステム。 - 【請求項７】 回転運動部品たとえばシャフト（４）、ロータ（１３）、歯
車装置（３１，３３，３７，４０）はころがり軸受けで支持されていることを特
徴とする請求項１から６のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項８】 電動機（１０）と歯車装置（３０）との間にキャリアプレー
ト（２０）が配置され、該キャリアプレートはシャフト（４）がピニオン（３１
）と共に貫通する穴を有すると共に自動車シャーシに固定するための取付け手段
（４１，４２）を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシ
ステム。 - 【請求項９】 キャリアプレート（２０）のシャフト貫通穴は第一のピニオ
ン（３１）の軸受け（１６，３９）を収容するためにブッシュ状の軸受け支持ブ
ロック（２１）として形成されていることを特徴とする請求項８に記載のシステ
ム。 - 【請求項１０】 ブッシュ状の軸受け支持ブロック（２１）は第一のピニオ
ン（３１）と噛合う第一の平歯車（３３）用の切り欠き（２２）を有することを
特徴とする請求項９に記載のシステム。 - 【請求項１１】 電動機（１０）の電子式整流を行うための手段が設けられ
、ディスクタイプのロータ（１３）は好ましくは希土類元素含有磁性材料タイプ
たとえばコバルトサマリウム磁性材料、特にネオジム磁性材料製の永久磁石（１
４）を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１２】 システムは電動機（１０）を制御するための電子制御系を
含んでいることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のシステム。 - 【請求項１３】 シャフト（４）のステアリングホイール側（２）にトルク
測定手段たとえばＤＭＳ、好ましくはシャフト（４）に組込まれたトーションバ
ー装置が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。 - 【請求項１４】 前記電子制御系は前記ステアリングトルク測定手段と連結
されていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。 - 【請求項１５】 歯車装置（３０）は密閉式ケース（２０，４１）で包まれ
、好ましくは液体特に油を収容し得ることを特徴とする請求項１から１４のいず
れかに記載のシステム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH60099 | 1999-03-30 | ||
| CH600/99 | 1999-03-30 | ||
| PCT/CH2000/000158 WO2000059766A1 (de) | 1999-03-30 | 2000-03-20 | Elektrisch unterstützte lenkhilfe mit kompakter stirnradgetriebeanordnung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002541011A true JP2002541011A (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=4190747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000609299A Withdrawn JP2002541011A (ja) | 1999-03-30 | 2000-03-20 | コンパクトな平歯車装置を備えた電動式パワーステアリング |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6564664B1 (ja) |
| EP (1) | EP1165357B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002541011A (ja) |
| CN (1) | CN1144712C (ja) |
| DE (1) | DE50001380D1 (ja) |
| ES (1) | ES2190949T3 (ja) |
| WO (1) | WO2000059766A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2019097363A (ja) * | 2017-11-28 | 2019-06-20 | 住友重機械工業株式会社 | ギヤモータ及び協働ロボット |
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| US10436056B2 (en) | 2015-06-23 | 2019-10-08 | General Electric Company | Relative position measurement |
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| DE102018200522A1 (de) * | 2018-01-15 | 2019-07-18 | Ford Global Technologies, Llc | Lenkhilfevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug |
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| JPWO2020009075A1 (ja) * | 2018-07-02 | 2021-08-02 | 日本精工株式会社 | ステアリングシステム |
| DE102022208115A1 (de) | 2022-08-04 | 2024-02-15 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Servogetriebe für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeugs |
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| FR2492759A1 (fr) * | 1980-10-27 | 1982-04-30 | Citroen Sa | Perfectionnements apportes aux mecanismes d'assistance rotative, notamment pour direction de vehicule |
| JPS58141963A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-23 | Toyota Motor Corp | 電動式パワ−ステアリング装置 |
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| GB9904092D0 (en) * | 1999-02-24 | 1999-04-14 | Adwest Steering Ltd | Improvements in or relating to vehicle steering |
| DE10011140A1 (de) * | 1999-04-19 | 2000-11-02 | Thyssen Krupp Automotive Ag | Rohrförmige, elektrisch unterstützte Lenkhilfe mit hohem Wirkungsgrad |
-
2000
- 2000-03-20 EP EP00908895A patent/EP1165357B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-20 DE DE50001380T patent/DE50001380D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-20 ES ES00908895T patent/ES2190949T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-20 JP JP2000609299A patent/JP2002541011A/ja not_active Withdrawn
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