JP2006242758A - レゾルバと車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レゾルバの検出精度を高める。
【解決手段】 ステアリングモータ６０の回転角度を検出するレゾルバ６２において、複数の一般プレート７２を積層してなる略円筒状のレゾルバステータ７０の軸方向端部エンドプレート７１を一体に設け、このエンドプレート７１のフランジ部７１ｃに、レゾルバステータ７０を固定するための取付用孔を設けた。
【選択図】 図２

Description

この発明は、レゾルバと、レゾルバをモータの回転角検出手段として用いた車両用操舵装置に関するものである。

モータの回転角度を検出する手段としてＶＲ型レゾルバが知られている。このレゾルバは、モータの回転軸に連結されて回転するレゾルバロータと、レゾルバロータの外側に配置されたレゾルバステータとの間に形成されるギャップのパーミアンスが、レゾルバロータの回転に伴って正弦波状に変動することを利用して、モータの回転角度を検出する。
レゾルバステータは一般的にモータハウジングに取り付けられており、従来は、レゾルバステータの軸方向の寸法公差を吸収するために、レゾルバステータの軸方向一端側に弾性体を配置して、レゾルバロータを所謂フローティングの状態に支持している（特許文献１参照）。

図６に、前記フローティング式のレゾルバステータの取付構造の一例を示す。この例では、モータハウジング１０１の端部に設けられたレゾルバ収容凹部１０２の底部１０２ａに弾性部材１０３を配置し、複数のプレート１０４ａを積層し巻き線１０４ｂを巻回してなるレゾルバステータ１０４を弾性部材１０３の上に配置し、さらにその上にレゾルバステータ１０４の軸方向一端部周縁に係止する押さえ板１０５を配置し、この押さえ板１０５をボルト１０６によってモータハウジング１０１の取付座１０１ａに固定している。
特開２００４−４８８２１号公報

しかしながら、このようにレゾルバステータをフローティング状態に支持すると、レゾルバステータ１０４が弾性部材１０３によってレゾルバ収容凹部１０２から脱出する方向に付勢される構造上、押さえ板１０５がレゾルバステータ１０４の一端部周縁における角部を押圧するようになり、押さえ板１０５からレゾルバステータ１０４に斜め内側に向かう力Ｆが作用することとなる。その結果、レゾルバステータ１０４を構成する各プレート１０４ａには、径方向内側に向かう分力と軸方向の分力が作用する。

この径方向内側に向かう分力はプレート１０４ａに径方向のずれを生じさせる原因となる。プレート１０４ａに径方向のずれが生じていると、図７において実線で示すようにレゾルバの出力特性にバラツキが生じ、検出精度が低下する。
また、このレゾルバを電動パワーステアリング装置におけるステアリングモータの回転角度検出手段として使用し、ステアリングモータの各相の巻き線に流す電流の位相制御を行う場合には、図７において破線で示すように、レゾルバの検出精度の低下に起因してステアリングモータの出力トルクにトルクリップルが発生し、その結果、操舵フィーリングが低下するという課題が生じる。
そこで、この発明は、積層されたプレートがレゾルバステータの取り付け時に径および周方向にずれないようにすることができるレゾルバと、操舵フィーリングを向上することができる車両用操舵装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、モータ（例えば、後述する実施例におけるステアリングモータ６０）の回転角度を検出するレゾルバ（例えば、後述する実施例におけるレゾルバ６２）において、複数のプレート（例えば、後述する実施例における一般プレート７２）を積層してなる略円筒状のレゾルバステータ（例えば、後述する実施例におけるレゾルバステータ７０）の軸方向端部に、このレゾルバステータを固定するための取付用孔（例えば、後述する実施例における取付用孔７１ｄ）を有し径方向外側に延出する取り付け部（例えば、後述する実施例におけるフランジ部７１ｃ）が、該レゾルバステータと一体に設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、レゾルバステータと取り付け部が一体になっているため、取り付け部を介してレゾルバステータをモータハウジング等に取り付けた際に、レゾルバステータに径方向の力が作用することがない。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、互いに隣接して積層される前記プレート同士は、１回転をティース数で除した角度の任意の整数倍分だけ一方のプレートを他方のプレートに対して周方向に回転し積層したときにも重合する形状をなすことを特徴とする。
このように構成することにより、プレートを積層する際に、１回転をティース数で除した角度の任意の整数倍分（例えば、９個のティースを有する場合であれば４０度の整数倍）だけ周方向に回転させながら積層することが可能になる。

請求項３に係る発明は、繰舵入力に応じてステアリングモータ（例えば、後述する実施例におけるステアリングモータ６０）を駆動し、発生した駆動力によって車両の転舵を行う車両用操舵装置（例えば、後述する実施例における車両用操舵装置１００）において、請求項１または請求項２に記載のレゾルバ（例えば、後述する実施例におけるレゾルバ６２）を、前記ステアリングモータの回転角度検出手段として用いたことを特徴とする。
このように構成することにより、ステアリングモータの回転角度の検出精度が向上するので、ステアリングモータの出力トルクが安定する。

請求項１に係る発明によれば、取り付け部を介してレゾルバステータをモータハウジング等に取り付けた際に、レゾルバステータに径方向の力が作用することがないので、レゾルバステータの径方向ずれを防止することができ、その結果、レゾルバの検出精度が向上する。

請求項２に係る発明によれば、１回転をティース数で除した角度の任意の整数倍分だけ周方向に回転させながら積層することが可能になるので、レゾルバステータの角度誤差を減少させ、レゾルバの検出精度を向上させることができる。

請求項３に係る発明によれば、ステアリングモータの出力トルクが安定するので、操舵フィーリングが向上する。

以下、この発明に係るレゾルバおよび車両用操舵装置の実施例を図１〜図５の図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１００はステアリングホイール（操舵手段）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。
ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。

ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられている。ピニオン７は車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端に設けられたラックエンド８ｂにそれぞれタイロッド９が連結され、タイロッド９に転舵輪としての前輪１０が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０，１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、タイロッド９は転舵機構を構成する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータからなるステアリングモータ（以下、モータと略す）６０を備えている。モータ６０はステアリングギヤボックスのハウジング（以下、ギヤボックスハウジングと略す）２０のモータ取付座２０ａに３本のボルト（図示略）で締結されている。モータ６０については後で詳述する。

そして、モータ６０の出力軸６１（図２参照）は、カップリング（図示略）を介して、ギヤボックスハウジング２０に軸支されたウォームギヤ１２に連結されており、このウォームギヤ１２は、ピニオン軸５に一体的に設けられたウォームホイールギヤ１３に噛合している。ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３は減速機構を構成し、モータ６０で発生したトルクは、ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３により倍力されてピニオン軸５に伝達される。

また、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂと上部の軸受６ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて操舵トルク（操舵入力）を検出する磁歪式の操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段、操舵入力検出手段）３０が配置されている。
操舵トルクセンサ３０は、ピニオン軸５の外周面に設けられた２つの磁歪膜３１，３２と、各磁歪膜３１，３２に対向配置された２つの検出コイル３３，３４と、各検出コイル３３，３４にそれぞれ接続された検出回路３５，３６を備え、検出回路３５，３６は、磁歪に起因して生じる各検出コイル３３，３４のインダクタンスの変化を電圧変化に変換してＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０は各検出回路３５，３６の出力に基づいてステアリングシャフト１に作用する操舵トルクを算出する。
なお、ピニオン軸５、ラック８、ウォームギヤ１２、ウォームホイールギヤ１３はギヤボックスハウジング２０に収容されている。

次に、モータ６０について詳述する。図２に示すように、モータ６０は、出力軸６１の回転角を検出するためのレゾルバ６２を備えている。詳述すると、モータハウジング６３のベース部６３ａには、モータ取付座２０ａに取り付けられるフランジ部６５と、フランジ部６５よりも外側に突出するレゾルバ取付座６６と、レゾルバ取付座６６に開口するレゾルバ収容孔６７とが設けられている。出力軸６１はこのレゾルバ収容孔６７に突き出ていて、そこにレゾルバ６２のロータ（以下、レゾルバロータという）６８が取り付けられている。また、レゾルバ収容孔６７に、レゾルバロータ６８の外側に配置されるレゾルバ６２のステータ（以下、レゾルバステータという）７０が収容されている。

レゾルバステータ７０は、出力軸６１の軸方向に沿って積層される多数のプレートを備えている。プレートはいずれも電磁鋼板を打ち抜き加工などして形成されるが、一番外側に配置される１枚のプレート（以下、エンドプレートという）７１は、他の多数のプレート（以下、一般プレートという）７２と形状を異にしている。
図３に示すように、エンドプレート７１は、円環状のヨーク部７１ａと、周方向等分割に配置されヨーク部７１ａから径方向内側に突出する多数（実施例では９個）のティース７１ｂと、ヨーク部７１ａの周方向に１８０度離間して配置されヨーク部７１ａから径方向外側に突出するフランジ部（取り付け部）７１ｃとから構成されており、各フランジ部７１ｃにはボルト挿通孔（取付用孔）７１ｄが設けられている。

これに対して、一般プレート７２は、図４に示すように、円環状のヨーク部７２ａと多数（この実施例では８個）のティース７２ｂは備えているが、フランジ部７１ｃは備えておらず、一般プレート７２を積層すると円筒形になる。エンドプレート７１におけるヨーク部７１ａの内外径と一般プレート７２におけるヨーク部７２ａの内外径は同一寸法にされており、エンドプレート７１のティース７１ｂと一般プレート７２のティース７２ｂは同数に設定されていて、同一形状、同一寸法に形成されている。したがって、エンドプレート７１と一般プレート７２を積層する際に、ヨーク部７１ａとヨーク部７２ａとを重合させ、ティース７１ｂとティース７２ｂとを重合させることができる。

また、一般プレート７２を積層する際には、同一の電磁鋼板から形成された多数の一般プレート７２を１つ積層する毎に、３６０度（１回転）をティース７２ｂの数（この実施例では８個）で除した角度（この実施例では４５度）だけ同一周方向に回転させて積層している。このように同一素材から形成され互いに隣接して重ね合わされる２つの一般プレート７２同士を相対回転させて積層すると、レゾルバステータ７０の角度誤差を減少させ、レゾルバの検出精度を向上させることができる。
なお、このように互いに隣接して重ね合わされる２つの一般プレート７２同士の相対回転角度は、３６０度をティース７２ｂの数で除した角度（４５度）に限るものではなく、該角度の任意の整数倍（この実施例では、例えば９０度、１３５度、１８０度・・・）であればいずれの角度でもよい。

レゾルバステータ７０は、モータハウジング６３のベース部６３ａに取り付けられる前に予め、１つのエンドプレート７１と多数の一般プレート７２を前述したようにして同心上に積層した後、ティース７１ｂ，７２ｂに巻き線７３を巻き付けてユニット化されている。
そして、レゾルバステータ７０は、エンドプレート７１のボルト挿通孔７１ｄに挿通したボルト６９を介してベース部６３ａに取り付けられる。つまり、この実施例のレゾルバ６２においては、略円筒状のレゾルバステータ７０の軸方向端部に、レゾルバステータ７０を固定するためのボルト挿通孔７１ｄを有するフランジ部７１ｃが、レゾルバステータ７０と一体に設けられている。
このレゾルバステータ７０の取り付け状態において、レゾルバ収容孔６７の内周面と一般プレート７２の外周面との間には若干の隙間が形成され、レゾルバ収容孔６７の底面６７ａとレゾルバステータ７０の軸方向端部との間に若干の隙間が形成されるように、レゾルバ収容孔６７の大きさが設定されている。

なお、図２において、符号８１は出力軸６１に固定されたモータ６０ロータを示し、符号８２はモータハウジング６３のカバー部６３ｂに固定されたモータ６０のステータを示し、符号８３はステータ８２のティースに巻き付けられた巻き線を示し、符号８４は出力軸６１を回転自在に支持する軸受を示す。
このレゾルバ６２は、レゾルバロータ６８とレゾルバステータ７０との間に形成されるギャップのパーミアンスの変動から、出力軸６１の回転角度を検出し、検出した回転角度に対応する電気信号をステアリング電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す）５０に出力する。ＥＣＵ５０は、レゾルバ６２で検出されるモータ６０の回転角度に基づいて、モータ６０の各相の巻き線に流す電流の位相を制御する。

このモータ６０においては、前述したようにレゾルバステータ７０のエンドプレート７１にフランジ部７１ｃを設け、このフランジ部７１ｃをボルト６９によってベース部６３ａに締結しているので、レゾルバステータ７０はベース部６３ａに取り付ける前のユニット化された状態に保持され、レゾルバステータ７０の一般プレート７２が径方向にずれることがない。すなわち、このレゾルバ６２の取り付け形態では、レゾルバステータを所謂フローティング状態に取り付けたときのようにレゾルバステータに対して径方向に力が作用しないので、レゾルバステータ７０のエンドプレート７１および一般プレート７２が径方向にずれることがなく、エンドプレート７１と一般プレート７２は同心上に積層された状態に保たれる。
その結果、図５において実線で示すように、レゾルバ６２の出力特性が極めて安定し、検出精度が極めて高くなる。

また、ＥＣＵ５０は、操舵トルクセンサ３０で検出される操舵トルク（操舵入力）の大きさに応じて、モータ６０に供給すべき目標電流を決定し、モータ６０に流れる電流が目標電流と一致するように制御（例えば、ＰＩＤ制御）を行うことにより、モータ６０の出力トルクを制御し、操舵補助力を制御する。これにより、操舵入力と同方向にモータ６０による操舵補助力が作用し、運転者がステアリングホイール３に入力する操舵トルクが比較的に小さくても、容易に操舵が可能になる。
ここで、前述したようにモータ６０の回転角度を検出するレゾルバ６２の検出精度が極めて高いので、モータ６０の各相の巻き線に流す電流の位相制御を正確に行うことができ、その結果、モータ６０の出力トルクにトルクリップルが発生せず、図５において破線で示すように、モータ６０の出力トルクが極めて安定する。したがって、操舵フィーリングが向上する。

また、このレゾルバステータ７０では、モータハウジング６３のレゾルバ取付座６６やレゾルバ収容孔６７の形状、寸法が異なるモータ６０に対しても、レゾルバ取付座６６やレゾルバ収容孔６７の形状、寸法に応じてエンドプレート７１の形状、寸法を変更するだけで対応することができ、一般プレート７２については汎用性を持たせることができる。なお、レゾルバステータ７０はモータハウジング６３に取り付ける代わりに、ギヤボックスハウジング２０の側に取り付けることも可能である。
前述した実施例ではエンドプレート７１も電磁鋼板で構成したが、エンドプレート７１を樹脂で構成してもよい。

また、この発明に係る車両用操舵装置は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステア・バイ・ワイヤ・システムのステアリング装置にも適用可能である。なお、ステア・バイ・ワイヤ・システムとは、ステアリングホイールなどの操作子と転舵機構とが機械的に分離されていて、操作子に反力を作用させる反力モータと、転舵機構に設けられて転舵輪を転舵させる力を発生させるステアリングモータとを備えた操舵システムであり、この場合には、ステアリングモータのレゾルバだけでなく反力モータのレゾルバを、この発明に係るレゾルバで構成することができる。

この発明に係る車両用操舵装置の構成図である。 この発明に係るレゾルバを備えたモータの断面図である。 前記レゾルバの実施例におけるエンドプレートの平面図である。 前記レゾルバの実施例における一般プレートの平面図である。 前記実施例のレゾルバおよびモータの出力特性を示すグラフである。 従来のレゾルバ取り付け部の断面図である。 従来のレゾルバおよびモータの出力特性を示すグラフである。

符号の説明

６０ ステアリングモータ（モータ）
６２ レゾルバ
７０ レゾルバステータ
７１ エンドプレート
７１ｂ ティース
７１ｃ フランジ部（取り付け部）
７１ｄ 取付用孔
７２ 一般プレート（プレート）
１００ 電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）

Claims (3)

1. モータの回転角度を検出するレゾルバにおいて、
   複数のプレートを積層してなる略円筒状のレゾルバステータの軸方向端部に、このレゾルバステータを固定するための取付用孔を有し径方向外側に延出する取り付け部が、該レゾルバステータと一体に設けられていることを特徴とするレゾルバ。
2. 互いに隣接して積層される前記プレート同士は、１回転をティース数で除した角度の任意の整数倍分だけ一方のプレートを他方のプレートに対して周方向に回転し積層したときにも重合する形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ。
3. 繰舵入力に応じてステアリングモータを駆動し、発生した駆動力によって車両の転舵を行う車両用操舵装置において、
   請求項１または請求項２に記載のレゾルバを、前記ステアリングモータの回転角度検出手段として用いたことを特徴とする車両用操舵装置。

Images