JP2006051913A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、モータと減速機構部との連結部で発生する騒音を低減する電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering device, and more particularly to an electric power steering device that reduces noise generated at a connecting portion between a motor and a speed reduction mechanism.
自動車のステアリング装置をモータの回転力で補助力(アシストトルク)を付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機構部を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシストトルクを付勢するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成の一例を図6を参照して説明する。操向ハンドル101のステアリングシャフト102(ステアリングシャフト102a、ステアリングシャフト102b)は減速機構部103、ユニバーサルジョイント104a及び104b、ピニオンラック機構105を経て操向車輪のタイロッド106に結合されている。ステアリングシャフト102aには,操向ハンドル101の操舵トルクを検出するトルクセンサ107が設けられており、操向ハンドル101の操舵力を補助するモータ108が、減速機構部103を介してステアリングシャフト102bに連結されている。
An electric power steering device for energizing a steering device of an automobile with an assisting force (assist torque) by a rotational force of a motor uses a transmission mechanism such as a gear or a belt to drive the driving force of the motor via a speed reduction mechanism. An assist torque is applied to the shaft. An example of a simple configuration of such an electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. A steering shaft 102 (
このような電動パワーステアリング装置において、アシストトルクを発生するモータ108の出力軸と減速機構部103の入力軸との嵌合は、スプライン嵌合で接触式が主であり、操向車輪からの逆入力に対してステアリングシャフトが微少回転するごとに、減速機構部を介して、モータの出力軸まで到達して異常音(騒音)を発生する恐れがあった。このような騒音の大きさを低減するため、特許文献1では、モータ108の出力軸と減速機構部103の入力軸との間に弾性体を設置することにより騒音を低減する改善策を施していた。
In such an electric power steering apparatus, the engagement between the output shaft of the
また、電動パワーステアリング装置のトルク伝達経路には、車輌の運転操舵中の路面状態によって外部から大きな衝撃トルクが加わる恐れがあり、その衝撃トルクを遮断するために、特許文献2では、電動パワーステアリング装置のモータにトルクリミッタを取り付けて遮断するようにしている。
Further, a large impact torque may be applied to the torque transmission path of the electric power steering apparatus from the outside depending on the road surface state during the steering operation of the vehicle. In order to cut off the impact torque,
しかし、上述した弾性体による騒音の低減策を実施した電動パワーステアリング装置では、期待するほどに騒音を低減できなかったり、また、外部からの衝撃トルクの課題に対しては、取り付けるトルクリミッタのコストが高いことや、トルクリミッタ自体の慣性により衝撃トルクが増幅されるという問題がある。 However, with the electric power steering device that implements the above-mentioned noise reduction measures using an elastic body, the noise cannot be reduced as much as expected. And the impact torque is amplified due to the inertia of the torque limiter itself.
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、モータの出力軸と減速機構部の入力軸で発生する騒音を充分低減し、また、外部からの衝撃トルクに関し、車輌からの振動が剛体を介してモータへ伝達しない、逆に、モータからの振動が剛体を介して機構部へ伝達しない電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made for the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to sufficiently reduce the noise generated at the output shaft of the motor and the input shaft of the speed reduction mechanism, and also relates to an external impact torque. Another object of the present invention is to provide an electric power steering device in which vibration from a vehicle is not transmitted to a motor via a rigid body, and conversely, vibration from the motor is not transmitted to a mechanism portion via a rigid body.
本発明は、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータと、前記モータの出力軸に発生するトルクを前記ステアリング機構に伝達する減速機構部とを備えた電動パワーステアリング装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記モータの出力軸と前記減速機構部の入力軸とが非接触で嵌合され、前記モータの出力軸に発生したトルクを前記減速機構部の入力軸に伝達するトルク伝達手段を備えたことによって達成される。
また、上記目的は、前記トルク伝達手段が、磁力を介して前記トルクを伝達することによって効果的に達成される。
また、上記目的は、前記伝達されるトルクの量に制限を課するために前記磁力の強さを所定量とすることによってさらに効果的に達成される。
The present invention relates to an electric power steering apparatus including a motor that applies a steering assist force to a steering mechanism, and a speed reduction mechanism that transmits torque generated on an output shaft of the motor to the steering mechanism. The above-mentioned object is that the output shaft of the motor and the input shaft of the speed reduction mechanism section are fitted in a non-contact manner, and torque transmission means for transmitting torque generated on the output shaft of the motor to the input shaft of the speed reduction mechanism section Achieved by having
Moreover, the said objective is effectively achieved when the said torque transmission means transmits the said torque via magnetic force.
Further, the above object is more effectively achieved by setting the strength of the magnetic force to a predetermined amount in order to impose a limit on the amount of torque transmitted.
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、モータの出力軸と減速機構部の入力軸が非接触なので、騒音が発生しない電動パワーステアリング装置を提供できる。
また、伝達に利用する磁力の量に制限を課するので、衝撃トルクが操向車輪からモータへ伝達しない、或いはモータからの振動が機構部へ伝達せず、モータなどの破壊を防止できる電動パワーステアリング装置を提供できる。
According to the electric power steering apparatus of the present invention, since the output shaft of the motor and the input shaft of the speed reduction mechanism section are not in contact with each other, an electric power steering apparatus that does not generate noise can be provided.
In addition, since there is a limit on the amount of magnetic force used for transmission, the electric power that prevents the impact torque from being transmitted from the steered wheels to the motor, or the vibration from the motor is not transmitted to the mechanism, and prevents the motor from being destroyed. A steering device can be provided.
この発明の実施の形態を図を参照して以下説明する。
図1は、本発明を適用したモータ108と減速機構部103を示した図である。操向ハンドル101に接続されるモータステアリングシャフト102bには、これに回転方向に一体となるようにウォームホイール10が同軸に固定されており、このウォームホイール10と噛み合うウォーム11が、ハウジング12内に軸受12a,12bによって回転自在に支持されている。即ち、ウォーム11を回転方向及び軸方向に一体となるように減速機構部103の減速機構入力軸2が貫通しており、その減速機構入力軸2の一端部が軸受12aを介してハウジング12内に回転自在に支持され、減速機構入力軸2の他端部よりも若干内側に入った位置が軸受12bを介してハウジング12内に回転自在に支持されている。そして、モータ108のモータ出力軸1と減速機構部103の減速機構入力軸2は、図1に示すように、非接触で嵌合されている。この非接触であることが本発明の重要な点である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a
次に、モータ108の出力トルクを減速機構部103に非接触で伝達する手段を説明する。この実施例では、そのトルク伝達手段として、磁力を利用しており、具体的には、永久磁石の磁力を利用している。図2(A)は、モータ出力軸1と減速機構入力軸2の嵌合部Aを拡大したものである。そして、図2(B)は、図2(A)の矢印X−Xの断面図である。図2において、モータのモータ出力軸1には、モータ出力軸1の中心軸を対称にして永久磁石3−1(S極)と3−2(N極)とが埋め込まれている。一方、減速機構部103の減速機構入力軸2の先端部2aには、永久磁石3−1と3−2にそれぞれ対向する位置に永久磁石3−3(N極)と3−4(S極)が埋め込まれている。なお、永久磁石3−3(N極)と3−4(S極)は、外周に貼り付けられてあっても良い。図2(A)と図2(B)に示すように、永久磁石3−1,3−2,3−3,3−4の形状は、実施例の一例として、筒状の一部を切り取った形状をしている。
Next, means for transmitting the output torque of the
このように構成されたモータ出力軸1の回転トルクが、どのようにして減速機構入力軸2に伝達されるかを以下説明する。モータ出力軸1が回転すると、それに伴ってモータ出力軸1に埋め込まれた永久磁石3−1(S極)と3−2(N極)が回転する。永久磁石3−1と3−2が回転すると、それらに対向する位置にある永久磁石3−3(N極)と3−4(S極)は、永久磁石3−1と3−2との吸着力によって回転する。永久磁石3−3と3−4に回転力が加わると、永久磁石3−3と3−4が埋め込まれた減速機構入力軸2も一緒に回転する。このようにしてモータ出力軸1の回転トルクは、減速機構入力軸2の回転へと伝達される。ただし、伝達できるトルクには以下説明する理由により限界がある。
How the rotational torque of the
モータ出力軸1から減速機構入力軸2への伝達できるトルクの強さは、永久磁石3−1,3−2,3−3,3−4の磁力の強さ、或いは、永久磁石3−1と3−3、永久磁石3−2と3−4との距離Dによって決定される。永久磁石の磁力が強いほど、磁石間の距離Dが短いほど伝達できるトルクは強くなる。従って、伝達すべきトルクの最大値(所定量)を考慮して、永久磁石3−1,3−2,3−3,3−4の磁力の強さ、或いは距離Dを決定すべきである。
The strength of torque that can be transmitted from the
このように、モータ出力軸1と減速機構入力軸2とが非接触となることで、騒音が発生せず、また、トルクリミッタとしての機能を有するので、車輪からの過大入力に対してモータの損傷などを防止する効果が得られる。
As described above, since the
図3は、モータ出力軸1と減速機構入力軸2とのトルク伝達手段の構成が異なった実施例である。この実施例では、モータ出力軸1と減速機構入力軸2の先端部1bと先端部2bは、円柱の形状をしており、先端部1bに永久磁石3−5(S極)と3−6(N極)が埋め込まれ、それぞれに対向するように先端部2bに永久磁石3−7(N極)と3−8(S極)が埋め込まれている。
FIG. 3 shows an embodiment in which the configuration of torque transmission means between the
この構成の場合も、永久磁石3−5と永久磁石3−7との吸着力、及び永久磁石3−6と永久磁石3−8との吸着力により、モータ出力軸1が回転すると減速機構入力軸2が回転してトルクが伝達される。
Also in this configuration, when the
この実施例の場合も、モータ出力軸1から減速機構入力軸2への伝達できるトルクの強さは、永久磁石3−9,3−6,3−7,3−8の磁力の強さ、或いは、永久磁石3−5と3−7、永久磁石3−6と3−8との距離Dによって決定される。永久磁石の磁力が強いほど、磁石間の距離Dが短いほど伝達できるトルクは強くなる。従って、伝達すべきトルクの最大値(所定量)を考慮して、永久磁石3−5,3−6,3−7,3−8の磁力の強さ、或いは距離Dを決定すべきである。
Also in this embodiment, the strength of torque that can be transmitted from the
このように、モータ出力軸1と減速機構入力軸2とが非接触となることで、騒音が発生せず、また、トルクリミッタとしての機能を有するので、車輪からの過大入力に対してモータの損傷などを防止する効果が得られる。
As described above, since the
図4は、モータ出力軸1と減速機構入力軸2とのトルク伝達手段の構成がさらに異なった実施例である。この実施例では、モータ出力軸1の先端部1cは、板状の形状をしており、一方、減速機構入力軸2の先端部2cは、先端部1cと嵌合されるように、円柱を平面で刳りぬいた形状をしている。先端部1cに板状の永久磁石3−9(S極)と3−10(N極)が埋め込まれ、それぞれに対向するように先端部2cに板状の永久磁石3−11(N極)と3−12(S極)が埋め込まれている。
FIG. 4 shows an embodiment in which the configuration of torque transmission means between the
この構成の場合も、永久磁石3−9と永久磁石3−11との吸着力、及び永久磁石3−10と永久磁石3−12との吸着力により、モータ出力軸1が回転すると減速機構入力軸2が回転してトルクが伝達される。
Also in this configuration, when the
この実施例では、回転方向には、機械的抑制手段を有しておりながら、モータ出力軸と減速機構入力軸は非接触とすることができる。 In this embodiment, the motor output shaft and the speed reduction mechanism input shaft can be brought into non-contact with each other while having a mechanical restraining means in the rotational direction.
図5は、図2の実施例のモータのモータ出力軸1の軸表面に三角錐の突起物を付設した構造になっている。一方、及減速機構部の減速機構入力軸2の形状が、上記突起物と互い違いとなる三角錐の突起物が入力軸の内側に付設されている。モータのモータ出力軸1には、モータ出力軸1の中心軸を対称にして永久磁石3−13(S極)と3−14(N極)とが埋め込まれている。一方、減速機構部の減速機構入力軸2の先端部には、永久磁石3−13と3−14にそれぞれ対向する位置に永久磁石3−15(N極)と3−16(S極)が埋め込まれている。この場合もモータ出力軸1の回転に伴い、各永久磁石の吸着力によって、減速機構入力軸2も回転トルクが伝達される。
FIG. 5 shows a structure in which a triangular pyramid protrusion is provided on the shaft surface of the
この実施例では、回転方向には、機械的抑制手段を有しておりながら、モータ出力軸と減速機構入力軸は非接触とすることができる。 In this embodiment, the motor output shaft and the speed reduction mechanism input shaft can be brought into non-contact with each other while having a mechanical restraining means in the rotational direction.
なお、磁力によるトルク伝達方式では、永久磁石の強さ(磁力の強さ)や永久磁石同士の距離の関係で、伝達できるトルク以上の過大なトルクが加わった場合は、トルクは伝達することなく空転する。従って、永久磁石の強さ(磁力の強さ)や永久磁石同士の距離を調整することにより、設定トルク値(所定量)以上の過大なトルクが加わった場合は空転するように永久磁石の強さや距離を調整すればトルクリミッタの機能も持たせることができる。 In the torque transmission method using magnetic force, the torque is not transmitted when an excessive torque greater than the torque that can be transmitted is applied due to the strength of the permanent magnets (the strength of the magnetic force) and the distance between the permanent magnets. Idle. Therefore, by adjusting the strength of the permanent magnets (the strength of the magnetic force) and the distance between the permanent magnets, if an excessive torque exceeding the set torque value (predetermined amount) is applied, If the sheath distance is adjusted, a torque limiter function can be provided.
以上説明したように、非接触でモータの出力トルクを減速機構部へ伝達できるので騒音を発生しない効果がある。また、非接触なので部品同士の摩耗なども発生しない効果も期待できる。また、トルクリミッタの機能をもたせ逆入力によるモータ軸の破損を防止できる効果がある。 As described above, since the output torque of the motor can be transmitted to the speed reduction mechanism without contact, there is an effect that noise is not generated. Moreover, since it is non-contact, the effect which does not generate | occur | produce abrasion of components can also be expected. In addition, the function of the torque limiter can be provided to prevent the motor shaft from being damaged due to reverse input.
なお、以上の説明では、磁力の発生手段として永久磁石を用いたが、電磁石を用いても同じ効果を得ることができる。また、モータの出力軸と減速機構部の入力軸が非接触である場合、両者の間に空気以外の気体が存在しても、同じ効果を得ることができる。また、両者の間に液体、例えば冷却用の油などが存在しても同じ効果を得ることができる。また、磁石の形状に制限はなく、例えば、四角い形状の磁石を円弧状に並べても良い。また、モータ出力軸、減速機構入力軸の形状にも制限はなく、三角,四角、その他の多角形でも同じ効果を得ることができる。また、実施例のモータ出力軸と減速機構入力軸の形状(オス、メスの関係)を入れ替えても同じ効果を得ることができる。 In the above description, a permanent magnet is used as the magnetic force generating means. However, the same effect can be obtained even if an electromagnet is used. Further, when the output shaft of the motor and the input shaft of the speed reduction mechanism section are not in contact with each other, the same effect can be obtained even if a gas other than air exists between them. In addition, the same effect can be obtained even if a liquid, for example, cooling oil or the like exists between the two. Moreover, there is no restriction | limiting in the shape of a magnet, For example, you may arrange a square-shaped magnet in circular arc shape. Further, the shapes of the motor output shaft and the speed reduction mechanism input shaft are not limited, and the same effect can be obtained with a triangle, square, or other polygon. Further, the same effect can be obtained even if the shapes (relationship between male and female) of the motor output shaft and the speed reduction mechanism input shaft of the embodiment are interchanged.
以上説明したように、本発明を用いれば、非接触でモータの出力トルクを減速機構部に伝達できるので、騒音が発生しない、或いは、部品の摩耗を生じない効果がある。さらに、車輪からの過大入力が剛体を介してモータへ伝達されない、或いは、モータからの振動が剛体を介して機構部に伝達しない効果がある。 As described above, if the present invention is used, the output torque of the motor can be transmitted to the speed reduction mechanism section in a non-contact manner, and there is an effect that no noise is generated or parts are not worn. Furthermore, there is an effect that excessive input from the wheel is not transmitted to the motor via the rigid body, or vibration from the motor is not transmitted to the mechanism portion via the rigid body.
1 モータ出力軸
2 減速機構入力軸
2a 先端部
1b、2b 先端部
1c、2c 先端部
3−1,3−3、3−5,3−7,3−9,3−11、3−14,3−15 N極磁石
3−2,3−4、3−6,3−8,3−10,3−12、3−13,3−16 S極磁石
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モータの出力軸と前記減速機構部の入力軸とが非接触で嵌合され、前記モータの出力軸に発生したトルクを前記減速機構部の入力軸に伝達するトルク伝達手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric power steering apparatus comprising: a motor that applies a steering assist force to a steering mechanism; and a speed reduction mechanism that transmits torque generated on an output shaft of the motor to the steering mechanism.
A torque transmitting means for fitting the output shaft of the motor and the input shaft of the speed reduction mechanism portion in a non-contact manner and transmitting torque generated on the output shaft of the motor to the input shaft of the speed reduction mechanism portion; An electric power steering device.
The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the intensity of the magnetic force is set to a predetermined amount in order to impose a limit on the amount of torque transmitted.
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