JP2009530595A - Detection device for detecting angular position, electric motor, steering column, and reduction gear - Google Patents

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Abstract

角度位置を検出するための装置、電動機、ステアリングコラムおよび減速装置
である。非回転要素に対する電動機の軸2の角度位置を検出するための検出装置1において、軸2に接続されて回転する入力側、そして出力側を有する減速装置5を備え、減速装置5の出力側には、2πより小さい角度に亘って移動し、減速装置5の出力側の角度を測定するため一回転角度位置センサー26が配設されており、かつ、減速装置5の入力側に角度位置センサー27が配設されている検出装置1。
An apparatus for detecting an angular position, an electric motor, a steering column, and a reduction gear. The detection device 1 for detecting the angular position of the shaft 2 of the motor with respect to the non-rotating element includes a reduction device 5 having an input side connected to the shaft 2 and rotating, and an output side. Is moved over an angle smaller than 2π, a one-rotation angular position sensor 26 is arranged to measure the angle on the output side of the reduction gear 5, and the angular position sensor 27 is arranged on the input side of the reduction gear 5. The detection apparatus 1 in which is disposed.

Description

本発明は、電動機軸の角度位置検出の分野に関する。   The present invention relates to the field of angular position detection of motor shafts.

本発明はまた、角度位置を正確に確認することが求められる電動機車両ステアリングコラムの分野に関する。   The invention also relates to the field of electric vehicle steering columns where it is required to accurately check the angular position.

具体的には、車両は、電力補助ステアリング装置およびステアリングコラムの振れ角度のセンサーを利用して、車輪の角度を判定し、そしてそれにより、ブレーキを作動させて軌道修正を行うようにますますなってきている。電力補助ステアリング装置は、多くの場合、ブラシレス直流電動機を使用しているので、その切換え動作を厳密に制御しなければならず、したがって、回転子の絶対角度位置を知らねばならないものである。したがって、電力補助電動機は、該電力補助電動機が機械的に接続されているゾーンの方向付けのシステムを動作させる。電力補助電動機と車輪方向付けシステムとの間の機械的接続は、車両のタイプおよびメーカーにもよるが、可能的な異なる位置、例えばステアリングコラム軸において、さもなければ、車輪方向付けラックにおいて、行うことができる。ステアリングコラムでは、ステアリングコラムの回転速度と電動機の回転速度との間に、一般に10〜20のオーダーの歯車減速がされており、したがって、ステアリングコラムが一回転する間に、電動機軸は10〜20回転する。ステアリングコラムの一方の終端振れ位置から他方の終端振れ位置までの総回転数は、4回転のオーダーである。したがって、電動機軸の絶対角度は、40〜80軸回転に亘り判定することが必要となり、また、ステアリングコラムの絶対角度は、4回転に亘り判定することが必要となる。   Specifically, vehicles will use power assisted steering devices and steering column deflection angle sensors to determine wheel angles and thereby actuate brakes to correct trajectories. It is coming. Since power assist steering devices often use brushless DC motors, the switching operation must be strictly controlled and therefore the absolute angular position of the rotor must be known. Thus, the power assisted motor operates a zone orientation system to which the power assisted motor is mechanically connected. The mechanical connection between the power assisted motor and the wheel orientation system depends on the type and manufacturer of the vehicle, but at different possible positions, for example at the steering column shaft or else at the wheel orientation rack be able to. In the steering column, the gear speed is generally reduced on the order of 10 to 20 between the rotation speed of the steering column and the rotation speed of the electric motor. Therefore, the motor shaft is rotated by 10 to 20 during one rotation of the steering column. Rotate. The total number of rotations from one end swing position of the steering column to the other end swing position is on the order of 4 rotations. Therefore, it is necessary to determine the absolute angle of the motor shaft over 40 to 80 shaft rotations, and it is necessary to determine the absolute angle of the steering column over four rotations.

特許文献1は、ステアリングシャフト、非整数減速比を有するギヤボックスを介してステアリングシャフトに動作的に接続されている回転子を有する電動機、ステアリングシャフトの角度位置の関数としての出力を生ずる第一の検出手段、および回転子の角度位置の関数としての出力を生ずるよう設計されている第二の検出手段、および二つの出力信号を処理して、完全な1回転より大きな範囲に亘ってステアリングシャフトの角度位置を示す角度位置信号を生ずるよう設計されている処理手段を備える電力補助ステアリングについて述べている。電動機軸またはステアリングコラム軸には、絶対角度センサーを設けることができるが、これは、多回転絶対センサーであるので、高価である。さらに、ステアリングシャフトまたは電動機軸には、指標を設けることができる。しかしながら、この指標は、十分な正確さを有していない。   Patent Document 1 discloses a first that produces an output as a function of an angular position of a steering shaft, a motor having a rotor operatively connected to the steering shaft via a gear box having a non-integer reduction ratio. A detection means and a second detection means designed to produce an output as a function of the angular position of the rotor, and the two output signals are processed so that the steering shaft A power assisted steering with processing means designed to produce an angular position signal indicative of the angular position is described. An absolute angle sensor can be provided on the motor shaft or the steering column shaft, but this is expensive because it is a multi-turn absolute sensor. Furthermore, an index can be provided on the steering shaft or the motor shaft. However, this indicator is not accurate enough.

特許文献2は、ステアリングコラムに二つのセンサーおよび電動機に一つのセンサーが設けられた電力補助ステアリングについて述べている。センサーを3個有することは、高価であり、かつ、比較的高級な処理電子装置も必要となる。   Patent Document 2 describes a power assisted steering in which two sensors are provided in a steering column and one sensor is provided in an electric motor. Having three sensors is expensive and requires a relatively expensive processing electronics.

特許文献3は、ステアリングコラム軸と連係した精密センサーおよび近接センサーを備え、精密センサーは、対応するエンコーダをより迅速に駆動することを可能にする歯車によって、4倍の歯車減速をもたらす、車輪の振れの角度位置を判定する装置について述べている。この装置は、比較的複雑であり、電動機の極の位置を確認することを可能にするものではない。   US Pat. No. 6,057,034 includes a precision sensor and proximity sensor associated with a steering column shaft that provides four times the gear reduction by means of a gear that allows the corresponding encoder to be driven more quickly. An apparatus for determining the angular position of shake is described. This device is relatively complex and does not make it possible to confirm the position of the poles of the motor.

特許文献4は、二つのセンサーユニットを備え、一方が振れ回転の全範囲の角度セグメントにおける角度位置を検出し、他方のユニットは1以外の比を有する歯車を介して振れ回転を検出し、したがって、二つのセンサーによって検出される回転速度が異なることによって、絶対角度位置が検出される、車輪の振れの絶対角度位置を判定するための振れ角度センサーについて述べている。この文献もまた、電気駆動電動機の回転子の絶対角度位置を確認することを可能にするものではない。   Patent document 4 comprises two sensor units, one of which detects the angular position in the angular segment of the full range of shake rotation and the other unit detects the shake rotation via a gear having a ratio other than 1. The deflection angle sensor for determining the absolute angular position of the wheel deflection in which the absolute angular position is detected by the difference in rotational speed detected by the two sensors is described. This document also does not make it possible to confirm the absolute angular position of the rotor of the electric drive motor.

特許文献5は、全電動ステアリングタイプの車両用振れ装置について述べている。この電動ステアリング電動機は、二つの減速装置と連係しており、一方は車輪の振れ用、他方は中立位置からの1回転に亘る回転、すなわち、合計2回転に亘る回転で、回転の検出を行うものである。
EP1026068(TRW) EP1413499(Toyoda) US5646523(Kaiser) US6248993(Leopold Kostal) JP2005053416(Toyoda Mach Works)
Patent Document 5 describes an all-electric steering type vehicle shaker. This electric steering motor is linked to two reduction gears, one for wheel runout and the other for rotation over one rotation from the neutral position, ie, rotation over a total of two rotations. Is.
EP1026068 (TRW) EP141499 (Toyoda) US56464623 (Kaiser) US62448993 (Leopold Kostal) JP2005053416 (Toyoda Mach Works)

本発明の目的は、上記文献の欠点および限界を無くすことである。   The object of the present invention is to eliminate the drawbacks and limitations of the above document.

本発明の目的は、単一のモジュールを用いることにより、電動ステアリング電動機の軸の絶対角度位置およびステアリング車輪の振れの角度を得ることである。一般に、ステアリング車輪の振れの角度は、ステアリングコラムの角度位置と1対1の関係となっている。   An object of the present invention is to obtain an absolute angular position of a shaft of an electric steering motor and an angle of deflection of a steering wheel by using a single module. In general, the steering wheel deflection angle has a one-to-one relationship with the steering column angular position.

本発明の目的は、信頼性そして原価効果の高い手段で前記角度位置を得ることである。   The object of the present invention is to obtain the angular position in a reliable and cost effective way.

非回転要素に対する電動機の軸の角度位置を検出するための検出装置は、軸が接続されて回転する入力側、そして出力側を有する減速装置を備え、減速装置の出力側には、2πより小さい角度に亘って移動し、減速装置の出力側の角度を測定するため一回転角度位置センサーが配設されており、かつ、減速装置の入力側に角度位置センサーが配設されている。したがって、この検出装置は、入力角度位置センサーおよび出力角度位置センサーが設けられ、かつ、ステアリング機構内に取り付けられたとき、電動機の回転子の角度位置および車輪の振れの角度位置を十分な正確さで判定することを可能にする二つの信号を供給することができる減速装置を提供する。したがって、車両の軌道上で、補助システムによって動作することができる。その二つのセンサーが付与されている減速装置は、従来のタイプの電動ステアリング電動機に取り付けることができるサブアセンブリを形成している。   A detection device for detecting an angular position of a shaft of a motor with respect to a non-rotating element includes a reduction device having an input side and an output side to which a shaft is connected and rotates, and the output side of the reduction device is less than 2π An angular position sensor is disposed on the input side of the speed reducer, and a one-rotation angular position sensor is disposed to measure the angle on the output side of the speed reducer. Therefore, this detection device is provided with an input angular position sensor and an output angular position sensor, and when mounted in the steering mechanism, the angular position of the motor rotor and the angular position of the wheel runout are sufficiently accurate. It is possible to provide a speed reducer that can supply two signals that can be determined by Therefore, it can be operated by the auxiliary system on the track of the vehicle. The speed reducer provided with the two sensors forms a subassembly that can be attached to a conventional type of electric steering motor.

減速装置の減速比は、5と100との間で設定されていることができる。   The reduction ratio of the reduction gear can be set between 5 and 100.

一形態では、減速装置は、転がり軸受およびケーシングを備えている。転がり軸受は、軸に取り付けられた内輪およびケーシング内に取り付けられた外輪を備えることができる。エンコーダは、内輪によって支持し、かつ、角度位置センサーと協働することができる。   In one form, the speed reducer includes a rolling bearing and a casing. The rolling bearing can comprise an inner ring attached to the shaft and an outer ring attached in the casing. The encoder can be supported by the inner ring and cooperate with the angular position sensor.

一形態では、一回転センサーは、絶対角度位置センサーである。一回転絶対角度位置センサーは、多回転絶対角度位置センサーより大幅に安価である。   In one form, the single rotation sensor is an absolute angular position sensor. Single-turn absolute angular position sensors are significantly less expensive than multi-turn absolute angular position sensors.

一形態では、一回転センサーは、減速装置のケーシングによって支持されている電子回路ボードに取り付けられている。二つのセンサーは、電子回路ボードに取り付けることができる。エンコーダは、転がり軸受に取り付けることができる。   In one form, the single turn sensor is mounted on an electronic circuit board supported by the casing of the speed reducer. The two sensors can be attached to the electronic circuit board. The encoder can be attached to a rolling bearing.

一形態では、検出装置は、軸に取り付けられて回転する内輪および非回転外輪を有する転がり軸受を備えている。   In one form, the detection device includes a rolling bearing having an inner ring that is attached to the shaft and rotates, and a non-rotating outer ring.

一形態では、減速装置は、少なくとも一つの遊星歯車列を備えている。これは、5〜20のオーダーの減速比を得ることを可能にする。   In one form, the speed reducer comprises at least one planetary gear train. This makes it possible to obtain a reduction ratio on the order of 5-20.

別の形態では、減速装置は、少なくとも一つの調和減速歯車を備えている。これは、15と100との間に在る減速比を得ることを可能にする。   In another form, the speed reducer comprises at least one harmonic reduction gear. This makes it possible to obtain a reduction ratio that lies between 15 and 100.

一形態では、出力側は、減速装置それ自体の抗力トルクに対応するトルクで設計されている。検出装置の抗力トルクは、本質的に減速装置の転がり軸受の抗力トルクおよび減速装置の歯車の抗力トルクから成る。減速装置の抗力トルクは、非常に僅かである。   In one form, the output side is designed with a torque corresponding to the drag torque of the reduction gear itself. The drag torque of the detector essentially consists of the drag torque of the reduction gear rolling bearing and the drag torque of the gear of the reduction gear. The drag torque of the reduction gear is very small.

一形態では、入力角度位置は、2πの角度を測定可能である。したがって、絶対タイプまたはインクレメンタルタイプの経済的な角度位置センサーを使用することができる。   In one form, the input angular position can measure an angle of 2π. Thus, an absolute or incremental type economical angular position sensor can be used.

一形態では、軸は、減速比が1と5との間の歯車伝動によって駆動される要素に接続されている。   In one form, the shaft is connected to an element driven by a gear transmission with a reduction ratio between 1 and 5.

一形態では、入力角度位置センサーは、多極エンコーダを備えている。   In one form, the input angular position sensor includes a multipole encoder.

角度位置センサーは、半径方向でエンコーダの外側に配置することができる。一回転角度位置センサーは、エンコーダと軸方向エアーギャップを形成しているようにすることができる。   The angular position sensor can be arranged radially outside the encoder. The one-turn angular position sensor may form an axial air gap with the encoder.

一回転角度位置センサーは、半径方向で角度位置センサーの外側に配設することができる。   The single rotation angular position sensor may be disposed radially outside the angular position sensor.

センサーは、エンコーダ要素の反対側に配設される一つまたはそれ以上の高感度な要素、例えば、多極磁気エンコーダリングの反対側に配設される一つまたはそれ以上のホール効果セルを備えるようにすることができる。   The sensor comprises one or more sensitive elements disposed on the opposite side of the encoder element, for example one or more Hall effect cells disposed on the opposite side of the multipole magnetic encoder ring. Can be.

電動機は、回転子、固定子、回転子を支持する軸および非回転要素に対する軸の角度位置を検出するための検出装置を備えている。減速装置は、軸に接続されて回転する入力側、そして出力側を備えている。減速装置の減速比は、5と100との間で設定され、したがって、減速装置の出力は、2πより小さい角度に亘って移動する。また、減速装置の出力側の角度を測定するため、一回転角度位置センサーが配設されており、また、減速装置の入力側に、角度位置センサーが配設されている。   The electric motor includes a rotor, a stator, a shaft that supports the rotor, and a detection device for detecting the angular position of the shaft relative to the non-rotating element. The speed reducer includes an input side that is connected to a shaft and rotates, and an output side. The reduction gear ratio of the reduction gear is set between 5 and 100, so the output of the reduction gear moves over an angle less than 2π. Further, in order to measure the angle on the output side of the speed reducer, a one-rotation angular position sensor is disposed, and an angle position sensor is disposed on the input side of the speed reducer.

電力補助ステアリング装置は、上記の電動機を備えることができ、電動機によって駆動される軸は、車両の車輪の振れを生ずるよう設けられている。   The power auxiliary steering device can include the above-described electric motor, and the shaft driven by the electric motor is provided so as to cause the wheel of the vehicle to shake.

本発明によれば、減速装置は、減速機構、入力側、出力側、出力側の角度を測定するよう配設されている一回転角度位置センサー、および入力側に配設されている角度位置センサーを備えるようにすることができ、減速装置の減速比は、減速装置の出力が2πより小さい角度に亘って移動するよう、選択できる。   According to the present invention, the speed reduction device includes a speed reduction mechanism, an input side, an output side, a rotation angle position sensor arranged to measure an angle on the output side, and an angle position sensor arranged on the input side. The reduction gear ratio of the reduction gear can be selected such that the output of the reduction gear moves over an angle that is less than 2π.

減速装置は、転がり軸受およびケーシング、軸に取り付けられる内輪を備える転がり軸受、ケーシングに取り付けられた外輪、そして内輪によって支持され、かつ、角度位置センサーと協働するエンコーダを備えるようにすることができる。   The speed reducer may comprise a rolling bearing and casing, a rolling bearing with an inner ring attached to the shaft, an outer ring attached to the casing, and an encoder supported by the inner ring and cooperating with the angular position sensor. .

本発明は、いかなる点でも限定的でなく、かつ、添付の図面によって説明されている例として示された実施形態の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解されよう。   The invention is not limited in any way and will be better understood by reading the detailed description of the embodiments given by way of example which is illustrated by the attached drawings.

図で判るように、角度位置検出装置1は、電動機の軸2に取り付けられている。また、軸2はキー4によってキー固定されているピニオン3を支持しており、例えば、ステアリングコラムの追加の歯車を駆動するようになっている。   As can be seen, the angular position detection device 1 is attached to the shaft 2 of the motor. The shaft 2 supports a pinion 3 that is fixed by a key 4 and drives, for example, an additional gear of a steering column.

検出装置1は、減速装置5(この例では、調和減速装置)、転がり軸受6および検出部分7を備えている。   The detection device 1 includes a reduction gear 5 (in this example, a harmonic reduction gear), a rolling bearing 6 and a detection portion 7.

減速装置5(この例では、調和減速装置)は、内径面に歯が設けられているクラウン歯車8、直径方向で正反対に位置する二つの域でクラウン歯車8と噛み合い半径方向での可撓性を有する可撓性歯車9(図3参照)、そして同心に取り付けられた信号波発生器10を備えている。可撓性歯車9は、軸方向内側面が設けられている。信号波発生器10は、キー12によって内径部が軸2に取り付けられて軸2とともに回転するリング11を備えてる。リング11からは、直径方向で正反対の二位置でアームが半径方向に外方に延出している。信号波発生器10は、それぞれアームに取り付けられた二つの支持フィンガー13を備えている。リング、アームおよびフィンガーは、一体にすることができる。信号波発生器10は、それぞれフィンガー13に補助的に取り付けられた低摩擦なブッシュ14を有している。ブッシュ14は、可撓性歯車9の内側の面と接触しており、前記可撓性歯車9を直径方向で正反対の二位置で半径方向に変形させてクラウン歯車8の歯と該二位置で噛み合わせている。ブッシュ14の代わりに軸受を用いることも考えられる。信号波発生器10は、キー12によって軸2にキー固定されている。   The speed reducer 5 (in this example, a harmonic speed reducer) is a crown gear 8 having teeth on the inner diameter surface, and meshes with the crown gear 8 in two regions located opposite to each other in the diametrical direction and is flexible in the radial direction. And a signal wave generator 10 mounted concentrically. The flexible gear 9 has an inner side surface in the axial direction. The signal wave generator 10 includes a ring 11 whose inner diameter portion is attached to the shaft 2 by a key 12 and rotates together with the shaft 2. From the ring 11, arms extend radially outward at two diametrically opposite positions. The signal wave generator 10 includes two support fingers 13 each attached to an arm. The ring, arm and finger can be united. The signal wave generator 10 has low-friction bushings 14 attached to the fingers 13 in an auxiliary manner. The bush 14 is in contact with the inner surface of the flexible gear 9, and the flexible gear 9 is deformed in the radial direction at two diametrically opposite positions so that the tooth of the crown gear 8 and the two positions are deformed. I'm biting. It is also conceivable to use a bearing instead of the bush 14. The signal wave generator 10 is keyed to the shaft 2 by a key 12.

転がり軸受6は、軸方向においてピニオン3と減速装置5との間で軸2に取り付けられている。転がり軸受6は、例えば、軸2にスリーブ嵌めされた内輪15、外輪16、保持器によって円周方向に均等に間隔を保って配列された転動体17(この場合はボール)、および外輪16の溝に取り付けられ、内輪15の軸方向円筒外面と狭い通路を形成しているシールフランジ18を備えている。内輪15および外輪16は、それぞれ、転動体17を受け入れるために、円環面の一部分の形状をなしている軌道面を有している。内輪15および外輪16は、深溝タイプの軸受輪である。転がり軸受6は、大量生産で経済的に製造された標準タイプのものとすることができる。   The rolling bearing 6 is attached to the shaft 2 between the pinion 3 and the speed reducer 5 in the axial direction. The rolling bearing 6 includes, for example, an inner ring 15 and an outer ring 16 that are sleeve-fitted on the shaft 2, rolling elements 17 (in this case, balls) that are arranged at equal intervals in the circumferential direction by a cage, and the outer ring 16. A seal flange 18 is provided which is attached to the groove and forms a narrow passage with the outer cylindrical surface of the inner ring 15 in the axial direction. Each of the inner ring 15 and the outer ring 16 has a raceway surface that is in the form of a part of an annular surface for receiving the rolling elements 17. The inner ring 15 and the outer ring 16 are deep groove type bearing rings. The rolling bearing 6 can be of a standard type that is economically manufactured in mass production.

検出装置1は、減速装置5および転がり軸受6を包囲しているケーシング19(例えば、合成材料で作られている)を備えている。図示の実施形態では、ケーシング19は、環状であり、小径軸方向部分20を有しており、その内径部には、転がり軸受6の外輪16が固定的に取り付けられている。ピニオン3の側では、小径軸方向部分20が、半径方向内方に延びて、外輪16の前面と接触している短い半径方向リム21を有していて、該半径方向リム21により、軸方向ストッパを形成している。ケーシング19はまた、軸方向で半径方向リム21と反対側で、小径軸方向部分20の端部から半径方向外方に延び、転がり軸受6の内輪15そして外輪16の側端面を含む平面上に位置する面を有している半径方向部分22を備えている。ケーシング19は、半径方向部分22の外径部から、ピニオン3と反対側で軸方向に延びている大径軸方向部分23を備えている。クラウン歯車8は、大径軸方向部分23に固定的に取り付けられている。   The detection device 1 includes a casing 19 (for example, made of a synthetic material) that surrounds the reduction gear 5 and the rolling bearing 6. In the illustrated embodiment, the casing 19 is annular and has a small-diameter axial portion 20, and the outer ring 16 of the rolling bearing 6 is fixedly attached to the inner diameter portion thereof. On the pinion 3 side, the small-diameter axial portion 20 has a short radial rim 21 extending radially inward and in contact with the front surface of the outer ring 16. A stopper is formed. The casing 19 also extends radially outward from the end of the small diameter axial portion 20 on the opposite side of the radial rim 21 in the axial direction and on a plane that includes the side end faces of the inner ring 15 and the outer ring 16 of the rolling bearing 6. A radial portion 22 having a located surface is provided. The casing 19 includes a large-diameter axial portion 23 that extends in the axial direction on the opposite side of the pinion 3 from the outer diameter portion of the radial portion 22. The crown gear 8 is fixedly attached to the large-diameter axial portion 23.

有利には、ケーシング19およびクラウン歯車8は、例えば、成型によって一体に作られている。ケーシング19は、鉱物充填材によって補強されたポリアミドで作ることができる。   Advantageously, the casing 19 and the crown gear 8 are made in one piece, for example by molding. The casing 19 can be made of polyamide reinforced with mineral filler.

検出部分7は、概略、軸方向では、一方の側が減速装置5によって、そして、他方の側が転がり軸受6によって限界付けられ、かつ、半径方向では、一方の側が軸2によって、そして、他方の側がケーシング19の大径軸方向部分23によって限界付けられた空間内に配設されている。検出部分7は、限定された角度セクター(例えば90°のオーダーのセクター)を占有し、ケーシング19の半径方向部分22の内方側の半径方向面に対して取り付けられ、減速装置5の側の、転がり軸受16の外輪の側端面と接触している電子回路ボード24(図2および3参照)を備えている。別法として、電子回路ボードは、外輪16に取り付け、ケーシング19に接触した状態にすることができる。   The detection part 7 is generally limited in the axial direction on one side by the speed reducer 5 and on the other side by the rolling bearing 6 and in the radial direction on one side by the shaft 2 and on the other side. The casing 19 is disposed in a space limited by the large-diameter axial portion 23. The detection part 7 occupies a limited angular sector (e.g. a sector on the order of 90 °) and is mounted against the inward radial surface of the radial part 22 of the casing 19 and on the side of the reduction gear 5. The electronic circuit board 24 (see FIGS. 2 and 3) is in contact with the side end face of the outer ring of the rolling bearing 16. Alternatively, the electronic circuit board can be attached to the outer ring 16 and in contact with the casing 19.

電子回路ボード24は、電子処理回路25および二つのセンサー26および27(例えば、磁気感知性タイプのセンサー)を支持している。センサー26は、周方向では電子回路ボード24の略中央、そして半径方向では可撓性歯車に対応する位置で上記電子回路ボード24に取り付けられている。センサー27は、周方向では電子回路ボード24の略中央、そして半径方向では該電子回路ボード24の内縁部の位置で半径方向内方に向け取り付けられている。したがって、センサー26は、センサー27の半径方向外側に配設されている。センサー26および27は、それぞれ、光学または磁気タイプのものとすることができる。以下の記述では、二つのセンサー26および27が磁気感知性タイプの場合を想定している。   The electronic circuit board 24 supports an electronic processing circuit 25 and two sensors 26 and 27 (eg, a magnetic sensitive type sensor). The sensor 26 is attached to the electronic circuit board 24 at a position substantially corresponding to the flexible gear in the radial direction and in the center of the electronic circuit board 24 in the circumferential direction. The sensor 27 is attached toward the substantially center of the electronic circuit board 24 in the circumferential direction and radially inward at the position of the inner edge of the electronic circuit board 24 in the radial direction. Therefore, the sensor 26 is disposed outside the sensor 27 in the radial direction. Sensors 26 and 27 can each be of the optical or magnetic type. In the following description, it is assumed that the two sensors 26 and 27 are of the magnetic sensitive type.

検出部分7は、環状の二つのエンコーダ28および29を備えている。エンコーダ28は、例えば接着によって、あるいはオーバーモールディングによって、可撓性歯車9の半径方向面に半径方向に取り付けられ、かつ、僅かな軸方向エアーギャップでセンサー26に対向している長方形断面の多極リングをなしている。エンコーダ28は、可撓性歯車9より剛性が低いので、該可撓性歯車9の半径方向変形に追随して、センサー26は磁気信号を生成することができる。   The detection part 7 comprises two annular encoders 28 and 29. The encoder 28 is a multi-pole with a rectangular cross section that is mounted radially on the radial face of the flexible gear 9, for example by gluing or overmolding, and that faces the sensor 26 with a slight axial air gap. It has a ring. Since the encoder 28 is less rigid than the flexible gear 9, the sensor 26 can generate a magnetic signal following the radial deformation of the flexible gear 9.

エンコーダ28と歯車9とは、一つにして、一体の部品とすることができる。   The encoder 28 and the gear 9 can be integrated into a single component.

エンコーダ29は、転がり軸受6の内輪15によって支持されており、センサー27にて磁気信号を生成する。エンコーダ29は、支持体30と能動部分31とを有している。支持体30は、内輪15の外周面にスリーブ嵌めされる大径軸方向部分、減速装置5の側にて内輪15の側端面に当接している半径方向部分、および減速装置5の方向に延びているより小さな直径の小径軸方向部分を有していて、例えば金属シートブッシュの形態として作られている。能動部分31は、上記支持体30の小径軸方向部分および大径軸方向部分の一部を囲むように該支持体30にオーバーモールドされており、センサー27に小さな半径方向エアギャップで対向する軸方向外面を有する、例えば、プラストフェライトタイプとして作られている。   The encoder 29 is supported by the inner ring 15 of the rolling bearing 6, and a magnetic signal is generated by the sensor 27. The encoder 29 has a support 30 and an active portion 31. The support 30 extends in the direction of the reduction gear 5, a large-diameter axial portion that is sleeve-fitted to the outer peripheral surface of the inner ring 15, a radial portion that is in contact with the side end face of the inner ring 15 on the reduction gear 5 side. It has a smaller axial portion with a smaller diameter, for example, made in the form of a metal sheet bush. The active portion 31 is overmolded on the support 30 so as to surround a part of the small-diameter axial direction portion and the large-diameter axial direction portion of the support 30, and is an axis facing the sensor 27 with a small radial air gap. It has a directional outer surface, for example, made as a plastferrite type.

図示の実施形態では、転がり軸受6は、エンコーダ29の側にはシールフランジを備えていない。しかしながら、エンコーダ29の一部分と協働する適切な形状の摩擦シールまたはフランジを設けることができる。   In the illustrated embodiment, the rolling bearing 6 does not include a seal flange on the encoder 29 side. However, a suitably shaped friction seal or flange that cooperates with a portion of the encoder 29 can be provided.

したがって、検出部分7は、二つのセンサーと、該センサーからの出力信号を受け、例えば、有線または無線リンク(図示せず)を介して、軸2の絶対角度位置を表す情報のアイテムおよび振れの角度に対する情報のアイテムを外部に伝達することができる電子回路を支持する同じタイプの電子回路ボード25とを備えている。電子回路ボード25は、簡単なフォーマッティング後に、センサー26およびセンサー27からの出力信号を伝達することができ、あるいは、別法として、一方では、センサー27によって供給される情報に基づいて、他方では、車両車輪の振れの角度をセンサー26の出力信号およびセンサー27の出力信号の関数として、電動機の軸2の絶対角度位置を所望の正確さで判定することを可能にする処理を行うことができる。   Thus, the detection part 7 receives two sensors and an output signal from the sensors and, for example, via a wired or wireless link (not shown), an item of information representing the absolute angular position of the axis 2 and a shake And an electronic circuit board 25 of the same type that supports an electronic circuit capable of transmitting an item of information about the angle to the outside. The electronic circuit board 25 can transmit the output signals from the sensor 26 and sensor 27 after simple formatting, or alternatively, on the one hand, based on the information supplied by the sensor 27, on the other hand, As a function of the vehicle wheel deflection angle as a function of the output signal of the sensor 26 and the output signal of the sensor 27, processing can be performed that allows the absolute angular position of the shaft 2 of the motor to be determined with the desired accuracy.

したがって、検出装置1は、単一の転がり軸受、減速装置、二つのエンコーダ、二つのセンサーおよび該センサーを支持する単一の電子回路ボード(これは、具体的には経済的およびコンパクトである)を備えることができる。また、検出装置1は、電動機の軸2の一端部で、例えば、ステアリングコラム駆動ピニオンと電動機のケーシング(図示せず)との間で、容易に組み立てられるサブアセンブリを形成する。したがって、これは、従来技術では、ステアリングコラムに亘って分散配置され、又、電力補助ステアリング電動機に分散配置されたシステムに代わって、単一でコンパクトなシステムを用いることとするものである。   Thus, the detection device 1 comprises a single rolling bearing, a speed reducer, two encoders, two sensors and a single electronic circuit board that supports the sensors (this is specifically economical and compact) Can be provided. Moreover, the detection apparatus 1 forms the subassembly easily assembled in the one end part of the axis | shaft 2 of an electric motor between a steering column drive pinion and the casing (not shown) of an electric motor, for example. Therefore, in the prior art, a single, compact system is used instead of a system distributed over the steering column and distributed over the power-assisted steering motor.

動作中、電動機の軸2は、回転しながらピニオン3を駆動して、車輪振れ装置を動作させることができるが、これは、電動機の軸2は、電動機の軸2の角度移動とステアリングコラム軸の角度移動との間の減速比が、10〜20のオーダーとなるよう、車輪方向付けシステムに機械的に接続されているためである。転がり軸受6の内輪15、したがって、エンコーダ29は、軸2と同じ速度で駆動される。したがって、軸2の角度移動は、センサー27によって検出され、電子回路25に伝達され、外部部材に伝達されて、適宜処理される。減速装置5の信号波発生器10も、軸2と同じ回転速度で駆動され、軸2は、可撓性歯車9を5〜100の減速比で、好ましくは40〜80のオーダーで回転させる。換言すれば、可撓性歯車9およびエンコーダ28は、軸2の移動角度40〜80°に対して、1°の角度移動をする。エンコーダ28および可撓性歯車9の角度移動は、センサー26によって検出され、電子回路25に伝達され、外部部材に伝達されて、適宜処理される。   During operation, the motor shaft 2 can rotate and drive the pinion 3 to operate the wheel run-out device. This is because the motor shaft 2 is driven by the angular movement of the motor shaft 2 and the steering column shaft. This is because the gear ratio is mechanically connected to the wheel directing system so that the reduction ratio with respect to the angular movement is on the order of 10 to 20. The inner ring 15 of the rolling bearing 6 and thus the encoder 29 are driven at the same speed as the shaft 2. Therefore, the angular movement of the shaft 2 is detected by the sensor 27, transmitted to the electronic circuit 25, transmitted to the external member, and appropriately processed. The signal wave generator 10 of the reduction gear 5 is also driven at the same rotational speed as that of the shaft 2, and the shaft 2 rotates the flexible gear 9 at a reduction ratio of 5 to 100, preferably on the order of 40 to 80. In other words, the flexible gear 9 and the encoder 28 move at an angle of 1 ° with respect to the movement angle 40 to 80 ° of the shaft 2. The angular movement of the encoder 28 and the flexible gear 9 is detected by the sensor 26, transmitted to the electronic circuit 25, transmitted to the external member, and appropriately processed.

可撓性歯車9およびエンコーダ28の角度移動を1回転よりも小さい回転に限定するには、減速装置5の減速比が、ステアリングコラムに対する軸2の減速比に、ステアリングコラムの一つのストップから別のストップまで(すなわち、車両車輪の左側への振れの終端位置から右側への振れの終端位置まで)の回転数を掛けた値を超えるか、あるいは、等しいように設計する。これは、エンコーダ28が、360°を下回る回転範囲を有することを確実とする。したがって、明らかに多回転センサーよりも経済的である一回転タイプのエンコーダ28およびセンサー26を用いることができる。センサー26およびエンコーダ28が、正確さがより低い信号しか与えなくても、軸2の正確な角度位置が、センサー27およびエンコーダ29によって供給されるので、センサー26およびエンコーダ28の分解能は、比較的低くすることができる。歯車減速は減速装置5によってなされるため、したがって、0.1°のオーダーという非常に高い正確さで、ステアリングコラムの角度位置を判定することが可能である。   In order to limit the angular movement of the flexible gear 9 and the encoder 28 to a rotation smaller than one rotation, the reduction ratio of the reduction gear 5 is changed from the one stop of the steering column to the reduction ratio of the shaft 2 to the steering column. It is designed to exceed or be equal to the value multiplied by the number of revolutions up to the stop (that is, from the end position of the leftward deflection of the vehicle wheel to the end position of the rightward deflection). This ensures that the encoder 28 has a rotation range below 360 °. Thus, a one-turn type encoder 28 and sensor 26 can be used, which is clearly more economical than a multi-turn sensor. Even though sensor 26 and encoder 28 provide a less accurate signal, the precise angular position of axis 2 is provided by sensor 27 and encoder 29 so that the resolution of sensor 26 and encoder 28 is relatively Can be lowered. Since the gear reduction is performed by the reduction gear 5, it is possible to determine the angular position of the steering column with a very high accuracy of the order of 0.1 °.

エンコーダ28は、極が円周方向で交番するタイプか、さもなければ、外装N極および内蔵S極を180°に、かつ、内蔵N極および外装S極を180°に有する4極タイプとすることができる。センサーによって感知される磁界は、可撓性歯車9の半径方向の変形のため、エンコーダ28の角度位置および半径方向位置にしたがって変化する。   The encoder 28 is a type in which the poles alternate in the circumferential direction, or a 4-pole type having the exterior N pole and the built-in S pole at 180 ° and the built-in N pole and the exterior S pole at 180 °. be able to. The magnetic field sensed by the sensor changes according to the angular position and the radial position of the encoder 28 due to the radial deformation of the flexible gear 9.

電動機2(これは、ブラシレス直流タイプとすることができる)を制御するには、回転子の、したがって、軸2の極の角度位置を正確に知ることが望ましい。センサー27およびエンコーダ29は、高い分解能を有するか、さもなければ、絶対角度を供給する多回転タイプである。   In order to control the electric motor 2 (which can be a brushless DC type), it is desirable to know exactly the angular position of the rotor and thus the pole of the shaft 2. The sensor 27 and encoder 29 are of the multi-rotation type with high resolution or otherwise providing an absolute angle.

図示の実施形態では、ケーシング19は、非回転であるように、例えば、電動機のケーシングに回転が固定的に取り付けられるように設計されているが、エンコーダの一方は、転がり軸受の内輪と連係し、他方が、減速装置の可撓性歯車と連係している。変形例としては、エンコーダ29は、信号波発生器10の軸方向環状部分11に、さもなければ、軸2に直接取り付けることができ、したがって、二つの標準タイプのシール要素を有する標準タイプの転がり軸受を使用することができる。これは、クラウン歯車が、センサーを支持するよう設計することができる減速装置をもたらし、したがって、転がり軸受で、クラウン歯車と電動機の軸との同心性が保証される。   In the illustrated embodiment, the casing 19 is designed to be non-rotating, for example, such that the rotation is fixedly attached to the casing of the motor, but one of the encoders is linked to the inner ring of the rolling bearing. The other is linked to the flexible gear of the reduction gear. As an alternative, the encoder 29 can be mounted directly on the axial annular part 11 of the signal wave generator 10, or directly on the shaft 2, and thus a standard type rolling element with two standard type sealing elements. Bearings can be used. This results in a reduction gear that the crown gear can be designed to support the sensor, thus ensuring concentricity between the crown gear and the motor shaft at the rolling bearing.

図1では、より明瞭にするために、電動機のケーシング32およびステアリングコラム33を破線で示してある。   In FIG. 1, for the sake of clarity, the casing 32 and the steering column 33 of the electric motor are indicated by broken lines.

本発明により、ユーザーは、電力補助ステアリングまたは全電動ステアリングの電動機軸にサブアセンブリとして取り付けられ、かつ、電動機軸の正確な角度位置を表す信号および車輪の振れの角度を表す信号の両方を供給する電子回路ボードが設けられた非常にコンパクトで経済的な装置を有することになる。これらのデータを供給するには、二つのセンサーだけで十分である。加えて、例えば、ステアリングコラムの転がり軸受、あるいは、ステアリングラックに配設された他の追加の検出システムを不要にすることが可能となる。   In accordance with the present invention, a user is attached as a subassembly to a motor shaft of a power-assisted steering or all-electric steering and provides both a signal representing the exact angular position of the motor shaft and a signal representing the angle of wheel runout. You will have a very compact and economical device with an electronic circuit board. Only two sensors are sufficient to supply these data. In addition, it is possible to dispense with, for example, rolling bearings for the steering column or other additional detection systems arranged on the steering rack.

また、調和タイプの減速装置の代わりに、本発明の範囲から逸脱することなく、遊星タイプの減速装置を設けることも可能である。   It is also possible to provide a planetary type speed reducer instead of a harmonized speed reducer without departing from the scope of the present invention.

角度位置検出装置の軸方向断面図である。It is an axial sectional view of an angular position detection device. 図1の装置の分解組立て斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the apparatus of FIG. 1. 図1の装置の側面立面図である。FIG. 2 is a side elevational view of the apparatus of FIG.

Claims (13)

非回転要素に対する電動機の軸(2)の角度位置を検出するための検出装置(1)において、軸(2)に接続されて回転する入力側、そして出力側を有する減速装置(5)を備え、減速装置の出力側に、2πより小さい角度に亘って移動し、減速装置の出力側の角度を測定するため一回転角度位置センサー(26)が配設されており、かつ、減速装置の入力側に角度位置センサー(27)が配設されていることを特徴とする検出装置。   The detection device (1) for detecting the angular position of the shaft (2) of the motor with respect to the non-rotating element includes a reduction device (5) having an input side connected to the shaft (2) and rotating, and an output side. A one-turn angular position sensor (26) is disposed on the output side of the speed reducer to move over an angle smaller than 2π and measures the angle on the output side of the speed reducer, and the input of the speed reducer An angular position sensor (27) is disposed on the side. 減速装置の減速比は、5と100との間で設定されていることとする請求項1に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein a reduction ratio of the reduction gear is set between 5 and 100. 一回転センサー(26)は、絶対角度位置センサーであることとする請求項1または請求項2に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1 or 2, wherein the single rotation sensor (26) is an absolute angular position sensor. 一回転センサー(26)は、減速装置のケーシング(19)によって支持されている電子回路ボードに取り付けられていることとする請求項1、請求項2そして請求項3のうちの一つに記載の検出装置。   The one-turn sensor (26) is mounted on an electronic circuit board supported by a casing (19) of the speed reducer, according to one of claims 1, 2 and 3. Detection device. 減速装置は、少なくとも一つの遊星歯車列または少なくとも一つの調和減速歯車を備えていることとする、請求項1ないし請求項4のうちのいずれか一つに記載の検出装置。   The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the reduction device includes at least one planetary gear train or at least one harmonic reduction gear. 減速装置(5)は、転がり軸受(6)とケーシング(19)を備え、転がり軸受(6)は、軸(2)に取り付けられている内輪(15)とケーシング(19)に取り付けられている外輪(16)とを備え、内輪(15)によって支持されているエンコーダ(29)は、角度位置センサー(27)と協働することとする、請求項1ないし請求項5のうちのいずれか一つに記載の検出装置。   The speed reducer (5) includes a rolling bearing (6) and a casing (19), and the rolling bearing (6) is attached to an inner ring (15) and a casing (19) attached to the shaft (2). An encoder (29) comprising an outer ring (16) and supported by an inner ring (15) cooperates with an angular position sensor (27). The detection device according to one. 角度位置センサー(27)が半径方向でエンコーダ(29)の外側に位置していること、そして一回転角度位置センサー(26)がエンコーダ(28)と軸方向エアーギャップを有していること、の二つの条件のうち少なくとも一方の条件を備えている請求項1ないし請求項6のうちのいずれか一つに記載の検出装置。   The angular position sensor (27) is located radially outside the encoder (29) and the one-turn angular position sensor (26) has an axial air gap with the encoder (28); The detection apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the two conditions is provided. 一回転角度位置センサー(26)は、半径方向で角度位置センサー(27)の外側に配設されていることとする、請求項1ないし請求項8のうちのいずれか一つに記載の検出装置。   9. The detection device according to claim 1, wherein the one-rotation angular position sensor (26) is arranged outside the angular position sensor (27) in the radial direction. . 角度位置センサー(27)は、2πの角度を測定可能であることとする、請求項1ないし請求項8のうちのいずれか一つに記載の検出装置。   The detection device according to any one of claims 1 to 8, wherein the angular position sensor (27) is capable of measuring an angle of 2π. 電動機であって、回転子、固定子、および請求項1ないし請求項9のうちのいずれか一つに記載の検出装置を備え、前記回転子は、減速装置(5)の入力側に接続されていることを特徴とする電動機。   An electric motor comprising a rotor, a stator, and the detection device according to any one of claims 1 to 9, wherein the rotor is connected to an input side of a speed reducer (5). An electric motor characterized by that. 電力補助ステアリング装置であって、請求項10に記載の電動機と、電動機によって駆動されて、車両の車輪をスティアリングする軸(2)とを備えていることを特徴とする電力補助ステアリング装置。   A power auxiliary steering apparatus comprising: the electric motor according to claim 10; and a shaft (2) driven by the electric motor to steer the wheels of the vehicle. 減速機構、入力側および出力側を備える減速装置(5)であって、出力側の角度を測定するよう配設されている一回転角度位置センサー(26)を備え、減速装置の減速比は、該減速装置の出力側が、2πより小さい角度に亘って移動するよう設定され、減速装置の入力側に角度位置センサー(27)が配設されていることを特徴とする減速装置(5)。   A speed reduction device (5) comprising a speed reduction mechanism, an input side and an output side, comprising a one-rotation angular position sensor (26) arranged to measure an angle on the output side, and the speed reduction ratio of the speed reduction device is: The speed reducer (5), wherein the output side of the speed reducer is set to move over an angle smaller than 2π, and an angular position sensor (27) is disposed on the input side of the speed reducer. 単一の転がり軸受を備えていることとする請求項12に記載の減速装置。   The speed reducer according to claim 12, comprising a single rolling bearing.
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