JP2008006867A - 車両用操舵装置 - Google Patents

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加寿也 吉岡
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Abstract

【課題】電動モータを小型化できて安価な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】本電動パワーステアリング装置1は、ステアリングシャフト4と同軸に設けられた電動モータ18を有する。電動モータ18は、ロータ28を回転可能に支持する軸受26,27と、ロータ28の回転位置を検出するためのレゾルバ30とを有している。レゾルバ30は、ステアリングシャフト4の外周23aに嵌合された環状のレゾルバロータ42を含む。レゾルバロータ42の内周42bに、ステアリングシャフト4の外周23aに形成された雄ねじ39に嵌合する雌ねじ44が形成されている。レゾルバロータ42によって、上記軸受26の内輪26bが、軸方向S2に付勢されている。軸受26の移動規制に、レゾルバロータ42を兼用できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。
車両用操舵装置として、ステアリングシャフトに同軸に配置された操舵補助用の電動モータを有する電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。上記電動モータは、軸受を介してステアリングシャフトを支持するモータハウジングと、このモータハウジングにより保持された環状のステータと、ステアリングシャフトに固定されたロータとを有している。
特開2006−109677号公報
ところで、ステアリングシャフトの軸方向についてのステアリングシャフトと軸受との相対移動を規制するために、以下の構造が考えられている。すなわち、ステアリングシャフトの外周には、軸受に隣接して雄ねじが形成され、この雄ねじにねじ嵌合するナットによって、軸受の内輪の軸方向移動を規制する。
しかし、上述のナットは、軸受を固定するためだけの専用部品である。また、電動モータ内にレゾルバが設けられる場合には、ナットが、ステアリングシャフトの軸方向に関して、レゾルバと軸受との間に介在するので、電動モータがステアリングシャフトの軸方向に大型化する傾向にあった。
このため、電動パワーステアリング装置のための限られたスペースのなかで、衝突時の衝撃吸収のためのスペースを確保することが困難になる。従って、ステアリングシャフトの軸方向に関して電動モータの小型化が要請されている。
また、小型で高出力の電動モータを用いることも考えられるが、このような電動モータは高価である。
そこで、本発明の目的は、小型化できて安価な電動モータを有する車両用操舵装置を提供することである。
本発明の車両用操舵装置は、操舵部材に連なるステアリングシャフトと同軸に設けられた電動モータを備え、この電動モータは、ステアリングシャフトと一体回転するロータと、ロータの周囲を取り囲む筒状のモータハウジングと、モータハウジングによって支持され、ロータを回転可能に支持する軸受と、ロータの回転位置を検出するための回転位置検出手段とを含み、この回転位置検出手段は、ステアリングシャフトの外周に嵌合された環状の検出用ロータを含み、この検出用ロータの内周に、ステアリングシャフトの外周に形成された雄ねじに嵌合する雌ねじが形成されており、検出用ロータによって、上記軸受の内輪が、モータハウジングの軸方向に付勢されていることを特徴とする。
本発明によれば、検出用ロータが、軸受の内輪の軸方向移動を規制する機能を果たすので、内輪の移動規制のための専用部品として別途にナット等を設ける必要がない。従って、部品点数を削減でき、製造コストを低減でき、しかも、検出用ロータを軸受の内輪に近接して配置できるので、電動モータをステアリングシャフトの軸方向に関して小型化することができる。
また、上記検出用ロータの外周に、複数の突起が周方向に互いに等しい間隔を隔てて配置され、検出用ロータの、上記軸受とは反対側の側面に、工具係合用の凹部が形成されている場合がある。この場合、工具を用いて、検出用ロータを容易に回動させることができる。また、工具により突起が傷む虞はない。
また、上記検出用ロータの一端の外周に、複数の突起が周方向に等しい間隔を隔てて配置され、検出用ロータの他端の外周に工具係合面が形成されている場合がある。この場合、工具を用いて、検出用ロータを容易に回動させることができる。また、工具により突起が傷む虞はない。
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態の車両用操舵装置である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、操向輪2を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール3に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4からの操舵トルクにより操向輪2を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構5と、ステアリングシャフト4および操舵機構5の間に設けられこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸6とを有している。
ステアリングシャフト4は、ステアリングコラム7の内部を挿通して、ステアリングコラム7により回転自在に支持されている。ステアリングコラム7はブラケット8を介して車体9に支持されている。ステアリングシャフト4の一方の端部4aにステアリングホイール3が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト4の他方の端部4bに中間軸6が連結されている。
中間軸6は、動力伝達軸10と、中間軸6の一方の端部に設けられた自在継手11と、中間軸6の他方の端部に設けられた自在継手12とを有している。
操舵機構5は、入力軸としてのピニオン軸13と、自動車の横方向(直進方向と直交する方向である。)に延びる転舵軸としてのラックバー14と、ピニオン軸13およびラックバー14を支持するラックハウジング15とを有している。ピニオン軸13のピニオン歯13aと、ラックバー14のラック歯14aとが互いに噛み合っている。
ステアリングホイール3が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト4等を介して操舵機構5に伝達される。これにより操向輪2を操舵することができる。
電動パワーステアリング装置1は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、電動パワーステアリング装置1は、操舵トルクを検出するトルクセンサ16と、制御部としてのECU(Electronic Control Unit :電子制御ユニット)17と、操舵補助用のブラシレスモータからなる電動モータ18とを有している。
本実施形態では、電動モータ18は、ステアリングコラム7に関連して設けられていて、ステアリングシャフト4に同軸に配置されている。電動モータ18は、モータハウジング19を有している。
ステアリングコラム7は、コラムチューブ20と、ハウジング21とを有している。ハウジング21が、トルクセンサ16を収容して支持するとともに、電動モータ18のモータハウジング19の少なくとも一部を構成している。
ステアリングシャフト4の軸方向下部は、入力軸22と、出力軸23と、トーションバー24とを有している。入力軸22および出力軸23は、トーションバー24を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸22は、ステアリングシャフト4の軸方向上部としての連結軸25を介して、ステアリングホイール3に連なっている。出力軸23は、中間軸6を介して、ピニオン軸13に連なっている。入力軸22に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー24が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸22および出力軸23が相対回転する。
トルクセンサ16は、ステアリングシャフト4のトーションバー24に関連して設けられ、トーションバー24を介する入力軸22および出力軸23間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出する。トルク検出結果は、ECU17に与えられる。
ECU17は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ18を制御する。
ステアリングホイール3が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ16により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ18が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、出力軸23からピニオン軸13に伝達され、ステアリングホイール3の動きとともに操舵機構5に伝わり、操向輪2が操舵されるとともに、操舵が補助される。
図2は、図1の電動パワーステアリング装置1の要部としての電動モータ18の一部断面図である。図1および図2を参照して、本電動モータ18は、筒状のモータハウジング19と、このモータハウジング19に保持された軸受26,27と、モータハウジング19内に回転自在に保持された円筒形状のロータ28と、このロータ28に対向してモータハウジング19内に固定される環状のステータ29と、ロータ28の回転位置を検出する回転位置検出手段としてのレゾルバ30とを有している。このレゾルバ30は、後述するようにレゾルバステータ41と、レゾルバロータ42とを有している。また、電動モータ18は、ステアリングシャフト4の出力軸23により貫通されている。
また、モータハウジング19と、ロータ28と、ステータ29と、レゾルバステータ41と、レゾルバロータ42とは、ステアリングシャフト4の出力軸23と互いに同心に配置されている。モータハウジング19の軸方向、径方向、および周方向は、ステアリングシャフト4の軸方向S、径方向、および周方向にそれぞれ互いに一致している。また、ロータ28と、ステータ29と、レゾルバステータ41と、レゾルバロータ42との軸方向、径方向、および周方向についても同様に、ステアリングシャフト4の軸方向S(単に軸方向Sともいう。)、径方向、および周方向にそれぞれ互いに一致している。
モータハウジング19は、軸受26,27を支持している。この軸受26,27は、出力軸23を回転自在に支持している。出力軸23とロータ28とは、互いに一体回転するように互いに固定されている。このように、モータハウジング19は、軸受26,27および出力軸23を介して、ロータ28を回転自在に支持している。また、モータハウジング19と出力軸23とロータ28とステータ29とが、モータ本体としてのブラシレスモータを構成している。
モータハウジング19は、ステアリングシャフト4の軸方向Sについての両端が開放された筒部31と、第1の端部材32と、第2の端部材33とを有している。第1の端部材32の外周縁部が、筒部31の一方の端部に固定されている。第2の端部材33の外周縁部が、筒部31の他方の端部に固定されている。
モータハウジング19は、ロータ28およびステータ29の周囲を取り囲んでいる。筒部31の内周に、ステータ29の外周が固定されている。軸方向Sについて、第1および第2の端部材32,33の間に、ロータ28およびステータ29が配置されている。
また、モータハウジング19は、レゾルバ30を収容している。第1の端部材32には、軸方向Sについてステータ29がある側とは反対側に、レゾルバ30を収容する凹部が形成されている。この凹部はカバー34により覆われている。
第1の端部材32は、軸受26を保持する保持部を有している。この保持部は、第1の端部材32の内周の円筒面からなり軸受26の外周に嵌合する嵌合面32aと、この嵌合面32aに接続された環状の端壁32bとを有している。また、嵌合面32aには、周溝が形成されている。周溝は、軸方向Sについて、端壁32bとは軸受26を挟んで反対側に配置されている。周溝に止め輪35が嵌められている。
第2の端部材33は、軸受27を保持する保持部を有している。この保持部は、第2の端部材33の内周の円筒面からなり軸受27の外周に嵌合する嵌合面33aと、この嵌合面33aに接続された環状の端壁33bとを有している。
軸受26は、外輪26aと、内輪26bと、内輪26bおよび外輪26aの間に転動自在に介在する転動体としての複数のボール26cとを有している。軸受27は、外輪27aと、内輪27bと、内輪27bおよび外輪27aの間に転動自在に介在する転動体としての複数のボール27cとを有している。各軸受26,27は深溝型の玉軸受である。
一方の軸受26の外輪26aの外周が、第1の端部材32の保持部の嵌合面32aに嵌合されている。外輪26aの一方の端面が、保持部の端壁32bに当接している。これにより、軸方向Sの一方の向きへの外輪26aの移動が規制されている。また、外輪26aの他方の端面が、止め輪35に当接している。これにより、軸方向Sの他方の向きへの外輪26aの移動が規制されている。
他方の軸受27の外輪27aの外周は、第2の端部材33の保持部の嵌合面33aに嵌合されている。外輪27aの一方の端面が、保持部の端壁33bに当接している。これにより、軸方向S2への外輪27aの移動が規制されている。
出力軸23は、モータハウジング19の筒部31およびステータ29の内周に同心に配置されている。出力軸23の外周23aには、レゾルバ30のレゾルバロータ42と、スペーサ36と、第1の軸受26と、ロータ28と、第2の軸受27とが嵌合されている。これらは、上述の記載の順に軸方向S2に並んでいる。出力軸23の外周23aは、第1の軸受26を保持する第1の保持部37と、第2の軸受27を保持する第2の保持部38と、第1の保持部に隣接した雄ねじ39とを有している。
第1の保持部37は、軸方向Sに関しての両側への一方の軸受26の内輪26bの移動を規制する。第1の保持部37は、内輪26bの内周面に嵌合する嵌合部と、内輪26bの一方の端面を受けて軸方向Sの一方の向きへの内輪26bの移動を規制する第1の規制部と、内輪26bの他方の端面を受けて軸方向Sの他方の向きへの内輪26bの移動を規制する第2の規制部とを有している。第1の保持部37の嵌合部は、出力軸23の外周23aの円筒面からなる。第1の保持部37の第1の規制部は、スペーサ36およびレゾルバロータ42により構成されている。スペーサ36は、後述するようにレゾルバロータ42により移動を規制されている。第1の保持部37の第2の規制部は、出力軸23の外周23aに形成された周溝に嵌められた止め輪40からなる。
第2の保持部38は、軸受27の内輪27bの内周面に嵌合する嵌合部を有している。この嵌合部は、出力軸23の外周23aの円筒面からなる。
ロータ28は、筒状をなしている。ロータ28は、ロータマグネット28bを有している。ロータマグネット28bは、環状の永久磁石からなり、ロータ28の外周面を形成している。この外周面にN極とS極との磁極が交互に周方向Tに並んで複数箇所に形成されている。ロータマグネット28bは、ロータ本体28aを介して、出力軸23に一体回転できるように互いに同心に配置されて固定されている。
ステータ29の内周は、径方向について、ロータ28の外周に隙間を介して対向して近接し、ロータ28の回転中心軸線に同心に配置されている。ステータ29は、複数のステータコアと、複数のコイルとを有している。コイルが、ステータコアに巻回されている。複数のステータコアは、周方向について均等に、筒状をなすように配置されている。
レゾルバ30は、固定部としての環状のレゾルバステータ41と、可動部であり且つ検出用ロータとしての環状のレゾルバロータ42とを有している。レゾルバ30は、例えば、リラクタンス型のレゾルバからなり、レゾルバステータ41に対するレゾルバロータ42の相対回転角度を検出することができる。
レゾルバステータ41は、レゾルバロータ42の周囲を取り囲むようにして、モータハウジング19の第1の端部材32に固定されている。レゾルバステータ41は、コイルを巻かれた複数のコアを有する。複数のコアが環状に配置されている。
図3Aは、レゾルバロータ42の側面図であり、図3Bは、レゾルバロータ42の断面図である。図2と図3A,図3Bとを参照して、レゾルバロータ42は、レゾルバステータ41により取り囲まれて磁気回路を形成する。レゾルバロータ42の外周42aの全面が、レゾルバステータ41の内周に径方向に対向している。レゾルバロータ42の外周42aに、回転位置検出用の複数の突起43が周方向に互いに等しい間隔を隔てて配置されている。外周42aの全体が、位置検出用領域として機能している。
レゾルバロータ42の内周42bは、ステアリングシャフト4の出力軸23の外周23aに嵌合されている。具体的には、レゾルバロータ42の内周42bに、雌ねじ44が形成されている。この雌ねじ44は、出力軸23の雄ねじ39にねじ嵌合されている。この状態で、レゾルバロータ42は、ロータ28および出力軸23に一体回動できるように、出力軸23に固定されている。
なお、ブラシレスモータでは、ステータ29の励磁タイミングの制御を、ステータ29に対するロータマグネット28bの磁極の位置に応じてなす必要がある。このために、周方向について、レゾルバ30のレゾルバロータ42とロータマグネット28bの磁極とを位置合わせし、レゾルバステータ41とステータ29とを位置合わせしている。この状態で、レゾルバステータ41はモータハウジング19に固定され、レゾルバロータ42は出力軸23に固定されている。
レゾルバロータ42によって、軸受26の内輪26bが、モータハウジング19の軸方向(ステアリングシャフト4の軸方向S2に相当する。)に付勢されている。
レゾルバロータ42は、軸方向Sについて相対向する一対の側面42c,42dを有している。一方の側面42dは、軸受26寄りに配置されていて、スペーサ36に当接している。このスペーサ36は、環状をなし、円筒面からなる内周を有して、出力軸23の外周23aに移動自在に嵌合されていて、軸受26の内輪26bの端面にも当接している。レゾルバロータ42は、軸受26に近づくように雄ねじ39にねじ嵌合して回動されることにより、スペーサ36を介して、軸受26の内輪26bを軸方向S2に付勢することができる。これにより、軸受26の内輪26aは、止め輪40とレゾルバロータ42とにより挟持されて、軸方向移動を規制される。
また、レゾルバロータ42の他方の側面42cは、側面42dとは反対側に配置されている。他方の側面42cには、工具係合用の凹部45が形成されている。この凹部45は、軸方向Sからみたときに6角形をなしている。この凹部45は、工具の係合面に係合して工具により操作されるための複数の工具係合面46を有している。複数の工具係合面46は、凹部45の内周面を形成する6つの平面により構成されている。これらの各平面は、周方向に交差したトルク伝達面として機能する。
また、レゾルバロータ42は、突起43と工具係合面46とを一体に形成し、単一部品により構成されていて、例えば、複数の電磁鋼板が互いに積層されてなる積層鋼板により形成されている。
このように本実施形態の電動パワーステアリング装置1は、操舵部材としてのステアリングホイール3に連なるステアリングシャフト4と同軸に設けられた電動モータ18を備えている。この電動モータ18は、ステアリングシャフト4と一体回転するロータ28と、ロータ28の周囲を取り囲む筒状のモータハウジング19と、モータハウジング19によって支持され、ロータ28を回転可能に支持する軸受26,27と、ロータ28の回転位置を検出するためのレゾルバ30とを含んでいる。このレゾルバ30は、ステアリングシャフト4の出力軸23の外周23aに嵌合された環状のレゾルバロータ42を含んでいる。このレゾルバロータ42の内周42bに、ステアリングシャフト4の外周23aに形成された雄ねじ39に嵌合する雌ねじ44が形成されている。レゾルバロータ42によって、上記軸受26の内輪26bが、モータハウジング19の軸方向S2に付勢されるようにしている。
これにより、レゾルバロータ42が、軸受26の内輪26bの軸方向移動を規制する機能を果たすので、軸受26の内輪26bの移動規制のための専用部品として別途にナット等を設ける必要がない。従って、部品点数を削減でき、製造コストを低減でき、しかも、レゾルバロータ42を軸受26の内輪26bに近接して配置できるので、電動モータ18をステアリングシャフト4の軸方向Sに関して小型化することができる。
また、レゾルバ30は、軸方向Sについて、軸受26,27よりもステアリングシャフト4の端部4b側に配置できるので、ステアリングシャフト4の雄ねじ39に回動し易く、組み付けが容易である。
また、本実施形態では、上記レゾルバロータ42の外周42aに、複数の突起43が周方向Tに互いに等しい間隔を隔てて配置されている。レゾルバロータ42の、軸受26とは反対側の側面42cに、工具係合用の凹部45が形成されている。この場合、工具(図示せず)を用いて、レゾルバロータ42を容易に回動させることができる。また、工具により突起43が傷む虞はない。ここで、上記工具は、レゾルバロータ42の工具係合用の凹部45の工具係合面46に係合できるようにされている。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図4は、本発明の第2の実施形態の電動モータ18の要部の一部断面図である。
第2の実施形態では、レゾルバロータ42の形状が、第1の実施形態と異なっている。また、これに応じて、レゾルバステータ41、およびモータハウジング19の第1の端部材32の形状も異なっている。なお、スペーサ36(図2参照)は廃止されている。
レゾルバロータ42は、軸方向Sについて、軸受26から遠い側にある一端42eと、軸受26に近い側にある他端42fと、中間部42gとを有している。また、レゾルバロータ42の外周42aは、一端42eにある外周42a1と、他端42fにある外周42a2とを有している。
軸方向Sの一端42eの外周42a1は、上述の第1の実施形態の外周42aと同様の形状に形成されていて、複数の突起43を有している。複数の突起43は、周方向に等しい間隔を隔てて配置されている。第2の実施形態では、一端42eの外周42a1のみが、レゾルバステータ41の内周に対向して配置されていて、上述の位置検出領域として機能している。
また、軸方向Sの他端42fの外周42a2は、複数の工具係合面46を有している。複数の工具係合面46は、例えば6角柱形状をなし、周方向T(図3A参照)に交差する複数のトルク伝達面として機能する。工具係合面46は、突起43よりも径方向の外方に位置している。
中間部42gは、一端42eの外周42a1および他端42fの外周42a2の最小径よりも小径の円筒面により形成されていて、一端42eの突起43と、他端42fの工具係合面46とを、軸方向Sに所定距離離隔させている。レゾルバロータ42は、突起43と、工具係合面46とを一体に形成されているとともに、一端42e,他端42fおよび中間部42gを一体に形成されている。
このように、第2の実施形態では、レゾルバロータ42の一端42eの外周42a1に、複数の突起43が周方向Tに等しい間隔を隔てて配置され、レゾルバロータ42の他端42fの外周42a2に工具係合面46が形成されている。この場合、工具(図示せず)を用いて、レゾルバロータ42を容易に回動させることができる。また、工具により突起43が傷む虞はない。ここで、上記工具は、レゾルバロータ42の工具係合面46に係合できるようにされている。
なお、第1の実施形態において、レゾルバロータ42とスペーサ36とを一体に形成し、単一部品により構成してもよい。また、第2の実施形態のレゾルバロータ42の一端42eと他端42fとを、互いに別体に形成し、互いに固定することも考えられる。
また、上述の各実施形態では、ステアリングシャフト4の出力軸23が、電動モータ18を貫通する単一部品からなっていたが、これには限定されず、例えば複数の部品により構成されていてもよい。
また、回転位置検出手段としては、レゾルバに限らず、例えばロータリエンコーダ等の他の構成を採用した場合にも、本発明を適用することができる。また、電動パワーステアリング装置以外の車両用操舵装置、例えば自動操舵装置や、操舵部材の操舵角に対する操向輪の転舵角の比を変更可能な伝達比可変操舵装置等にも、本発明を適用することができる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
本発明の第1の実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成の模式図である。 図1の電動パワーステアリング装置の要部としての電動モータの一部断面図である。 図3Aはレゾルバロータの側面図であり、図3Bはレゾルバロータの断面図である。 本発明の第2の実施形態の電動モータの要部の一部断面図である。
符号の説明
1…電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置)、3…ステアリングホイール(操舵部材)、4…ステアリングシャフト、18…電動モータ、19…モータハウジング、23a…外周(ステアリングシャフトの外周)、26…軸受、26b…内輪、28…ロータ、30…レゾルバ(回転位置検出手段)、39…雄ねじ、42…レゾルバロータ(検出用ロータ)、42a,42a1,42a2…外周(検出用ロータの外周)、42b…内周(検出用ロータの内周)、42c…(レゾルバロータの)側面、42e…(レゾルバロータの)一端、42f…(レゾルバロータの)他端、43…突起、44…雌ねじ、45…凹部、46…工具係合面、S…軸方向、T…周方向

Claims (3)

  1. 操舵部材に連なるステアリングシャフトと同軸に設けられた電動モータを備え、
    この電動モータは、ステアリングシャフトと一体回転するロータと、ロータの周囲を取り囲む筒状のモータハウジングと、モータハウジングによって支持され、ロータを回転可能に支持する軸受と、ロータの回転位置を検出するための回転位置検出手段とを含み、
    この回転位置検出手段は、ステアリングシャフトの外周に嵌合された環状の検出用ロータを含み、
    この検出用ロータの内周に、ステアリングシャフトの外周に形成された雄ねじに嵌合する雌ねじが形成されており、
    検出用ロータによって、上記軸受の内輪が、モータハウジングの軸方向に付勢されていることを特徴とする車両用操舵装置。
  2. 請求項1において、上記検出用ロータの外周に、複数の突起が周方向に互いに等しい間隔を隔てて配置され、検出用ロータの、上記軸受とは反対側の側面に、工具係合用の凹部が形成されていることを特徴とする車両用操舵装置。
  3. 請求項1において、上記検出用ロータの一端の外周に、複数の突起が周方向に等しい間隔を隔てて配置され、検出用ロータの他端の外周に工具係合面が形成されていることを特徴とする車両用操舵装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009296718A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Honda Motor Co Ltd レゾルバを備えた電動機
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