JP2012131487A - 操向角感知ユニット付きｅｐｓモータ - Google Patents

Abstract

【課題】筐体の内部に操向角を感知し得る感知ユニットが配設できるように構造が改善されたＥＰＳモータを実現する。
【解決手段】操向角感知ユニット付きＥＰＳモータは、筐体１と、ブラケット２と、回転軸３と、ステータ４およびロータ５を備える電動式操向装置のＥＰＳモータにおいて、筐体１は、内部空間部にステータ４およびロータ５が設けられ、上側に２ブラケットが取り着けられ、下側に回転軸３が突き出るように取り着けられる上筐体１ａと、上筐体１ａの下側に配置されて内部に操向角感知ユニット１００が設けられる下筐体１ｂと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の電動式操向装置（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に係り、さらに詳しくは、電動式操向装置に取り付けられる操向角感知ユニット付きＥＰＳモータに関する。

一般に、自動車の操向安定性を保証するために、別の動力にて運転者を助力する動力補助操向装置が用いられる。従来より、このような動力補助操向装置を油圧を用いた装置として用いてきたものの、最近では、動力の損失が少なく、しかも正確性に優れた電動式操向装置を用いている。

この種の電動式操向装置（ＥＰＳ）は、車速センサ、トルクアングルセンサおよびトルクセンサなどで感知した運行条件に応じて、電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）でモータを駆動・制御して、自動車の旋回安定性を保証し、かつ、迅速な復元力を提供することにより、運転者をして安全でかつ便利な走行を可能ならしめる。

図１は、通常の電動式操向装置の構成を示す概略図である。

同図に示すように、電動式操向装置（ＥＰＳ）は、操向ホイール１０と、操向軸１０ａと、ＥＰＳモータ１１と、操向角センサ１２および電子制御装置（ＥＣＵ）１３と、を備える。

操向ホイール１０は、一般にハンドルと呼ばれ、運転者が自動車の方向を切り替えるために回転させるものである。前記操向ホイール１０は操向軸１０ａと連結されるが、運転者が前記操向ホイール１０を回転させると、前記操向軸１０ａは前記操向ホイール１０と同じ方向につれ回転する。

ＥＰＳモータ１１は、運転者が操向をするために操向ホイール１０を操作するトルクを補助するためのモータであり、運転者が一層手軽に自動車の操向作業を行うための一助となる。一般に、ＥＰＳモータ１１としては、ＢＬＤＣモータが用いられるが、ＢＬＤＣモータ（ブラシレスＤＣモータ）とは、直流モータからブラシ、整流子などの機械的な接触部を除外し、電子的な整流機構を設けた直流モータのことをいう。前記ＥＰＳモータ１１の一方の端には、減速機およびトルクセンサ（図示せず）が取り着けられる。前記トルクセンサは、操向ホイール１０の回転に伴う入力軸および出力軸の相対回転変位を感知して電気的な信号を生成した後、該信号を前記電子制御装置１３へと送信する。

操向角センサ１２は、前記操向ホイール１０の近傍に設けられて、運転者の操作によって回転する操向ホイール１０の回転角を直接的に測定して得られた信号を前記電子制御装置１３へと送信する。

前記電子制御装置１３は、図示しない自動車速度感知センサと、前記トルクおよび操向角センサ１２の情報に踏まえて、前記ＥＰＳモータ１１をはじめとする電動式操向装置の各種の駆動源を電子制御する。

ところが、このような構成を有する電動式操向装置には、操向角センサ１２が別設されるため、操向ホイール１０の近傍に操向角センサ１２を設けるための別途の空間を空けておくことを余儀なくされ面倒であり、しかも、部品数の増加に起因して組立工程と部品費用が増大してしまうという不都合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＰＳモータ筐体の内部に操向角を感知し得る感知ユニットが配設できるように構造が改善されたＥＰＳモーターを提供するところにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る操向角感知ユニット付き電動式操向装置のＥＰＳモータは、筐体と、ブラケットと、回転軸と、ステータおよびロータを備え、前記筐体は、内部空間部に前記ステータおよびロータが設けられ、上側に前記ブラケットが取り着けられ、下側に前記回転軸が突き出るように取り着けられる上筐体と、前記上筐体の下側に配置されて内部に操向角感知ユニットが設けられる下筐体と、を備えることを特徴とする。

前記下筐体は、上側が開放された筒状に設けられて、前記上筐体の底面に取り着けられてもよく、下筐体の壁面は前記上筐体と一体に形成され、底面は、基板とともに併設されてもよい。

前記操向角感知ユニットは、前記下筐体の底面に設けられる基板と、前記上筐体から突き出た前記回転軸の外周面に形成されたウォームギヤと、前記ウォームギヤと噛合するウォームホイールと、前記上筐体から突き出た前記回転軸の先端に取り着けられた第１のマグネット部材と、前記ウォームホイールに設けられる第２のマグネット部材と、前記基板の前記第１のマグネット部材と対応する個所に設けられた第１のホールセンサ（Ｈａｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）と、前記基板から所定の距離だけ離れて、前記第２のマグネット部材と対応する個所に設けられた第２のホールセンサと、を備えることが好ましい。

このとき、操向ホイールが合計で５回転するように構成され、前記操向ホイールと連結される前記回転軸と連動するＥＰＳ減速機の減速比が１５：１である場合、前記回転軸に形成されたウォームギヤとウォームホイールとの減速比は７５：１になるように設けられることが好ましい。

本発明によれば、操向角感知ユニットがＥＰＳモータに一体に組み付けられることから、操向角センサを別設することが不要になり、その結果、電動式操向装置の設計自由度を高めることができる。

また、操向角センサが削除されることから、電動式操向装置のコストが節減されて製品の価格競争力および収益性の向上を図ることができる。

通常の電動式操向装置の一例を示す概略図である。 本発明に係る電動式操向装置に設けられるＥＰＳモーターを概略的に示す断面図である。 本発明に係る電動式操向装置に設けられるＥＰＳモーターを概略的に示す断面図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態による操向角感知ユニット付きＥＰＳモータを説明する。

図２に示すように、本発明にかかるＥＰＳモータは、筐体１と、ブラケット２と、回転軸３と、ステータ４と、ロータ５と、を備え、前記筐体１は上筐体１ａおよび下筐体１ｂから構成されて、前記下筐体１ｂに操向角感知ユニット１００が設けられたことを特徴とする。

前記上筐体１ａおよび下筐体１ｂは一体の胴体として形成されてもよく、下筐体１ｂを別に製作して、前記上筐体１ａの下方に取り着けしてもよい。

上筐体１ａは、上部が開放された概ね筒状を有し、内部空間部に前記ステータ４およびロータ５が設けられ、上側に前記ブラケット２が取り着けられて、ＥＰＳモータの外観を形成する。なお、前記上筐体１ａの中心には、前記ロータ５を支持する回転軸３が前記上筐体１ａの底面を貫通して取り着けられる。

下筐体１ｂは前記上筐体１ａの下方に配置されて、その内部に操向角感知ユニット１００が設けられる。前記操向角感知ユニット１００の構造の詳細については、後述する。前記下筐体１ｂは、上述したように、上側が開放された筒状に設けられて、前記上筐体１ａの底面に取り着けられてもよく、壁面は前記上筐体１ａと一体に形成され、底面は、後述する操向角感知ユニット１００の基板１０１とともに併設されてもよい。

回転軸３は、前記上筐体１ａおよびブラケット２によって両端が回転自在に支持されるものであり、前記上筐体１ａおよびブラケット２によって支持される個所に軸受３ａを介して設けられることが好ましい。なお、前記回転軸３は、上述したように、上筐体１ａの底面を貫通して、前記上筐体１ａの外部に所定の長さ以上に突き出るように取り着けられる。

ステータ４は、前記上筐体１ａの内周面に配置され、コアと、前記コアに巻取されるコイルおよび絶縁材から構成される。一般に、前記ステータ４の上筐体１ａへの取付に際しては、熱間押込方式が用いられる。すなわち、ステータ４を上筐体１ａに取り付けるために上筐体１ａを熱間加熱すれば、上筐体１ａを構成する金属材質が熱膨張し、これにより、内径が拡径される。この状態で、ステータ４を挿入し、前記上筐体１ａを冷却すれば、上筐体１ａが収縮しつつステータ４と接触・摩擦して、前記ステータ４が上筐体１ａの内周面において支持可能となる。

ロータ５は、前記回転軸３の外周面に設けられるものであり、前記ステータ４と対応する面に配置される。前記ロータ５は、コアおよびマグネットから構成される。

このため、前記ステータ４に電流が加えられると、ステータ４とロータ５との間の電磁気的な相互作用によってロータ５が回転し、これに伴い、回転軸３がロータ５につれ回転する。前記回転軸は、図示しない減速ギヤを介して操向軸１０ａ（図１参照）と連結されるため、操向軸１０ａが前記回転軸３につれ回転することができる。このため、ＥＰＳモータは、運転者の操向ホイール１０につれ回転する操向軸１０ａの回転を補助することとなる。

操向角感知ユニット１００は、運転者によって回転する操向ホイール１０の操向角を間接的に測定するものであり、基板１０１と、ウォームギヤＷ１と、ウォームホイールＷ２と、第１および第２のマグネット部材Ｍ１、Ｍ２と、第１および第２のホールセンサ１１０、１２０と、を備えることが好ましい。

基板１０１には、第１および第２のホールセンサ１１０、１２０が設けられ、前記下筐体１ｂと上筐体１ａとが別途に製作されて組み合わせられる構造である場合には前記下筐体１ｂの底面に設けられ、下筐体１ｂと上筐体１ａとが互いに一体に形成される構造である場合には別途のカバー手段とともに下筐体１ｂの開口部を閉塞するように取り着けられる。

ウォームギヤＷ１は、前記上筐体１ａから突き出た前記回転軸３の外周面に形成される。

ウォームホイールＷ２は、前記ウォームギヤＷ１と噛合可能に前記下筐体１ｂの一方の壁面と連結される軸部材１０２によって回転可能に設けられる。

一方、前記回転軸３と連動する図示しないＥＰＳ減速機の減速比は、１５：１になるように設けられる場合が多い。ＥＰＳ減速比が１５：１であるとは、ＥＰＳモータが１５回転するときに操向ホイール１０（図１参照）が１回転するということを意味する。このため、操向ホイール１０が左に２．５回転、右に２．５回転の合計で５回転可能であることに鑑みたとき、操向ホイール１０が５回転する場合、前記ＥＰＳモータは７５回転（５×１５＝７５）する。このため、前記回転軸３に形成されたウォームギヤＷ１とウォームホイールＷ２との減速比は７５：１になるように設けられて、操向ホイール１０（図１参照）の１回転に対して、ウォームホイールＷ２が７５回転できるようにする。

第１のマグネット部材Ｍ１は、前記上筐体１ａから突き出た回転軸３の先端部に設けられ、第２のマグネット部材Ｍ２は前記ウォームホイールに設けられる。

前記第１のホールセンサ１１０は、前記基板１０１の前記第１のマグネット部材Ｍ１と対応する個所に配置され、前記第２のホールセンサ１２０は、前記基板１０１と電気的に接続される支持部材１０３の前記第２のマグネット部材Ｍ２と対応する個所に配置される。

このため、前記第１および第２のホールセンサ１１０、１２０は、前記第１および第２のマグネット部材Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ感知して、第１のホールセンサ１１０は前記ロータ５を支持している回転軸３の回転を感知することによりモータの回転精密角度の情報を感知し、第２のホールセンサ１２０はモータのマルチターンを感知する。すなわち、前記第１のホールセンサ１１０は前記回転軸３の回転を感知することによりロータ５の回転角を感知するのに使用し、前記第２のホールセンサ１２０はロータ５が何回転したかを大まかに感知するのに使用する。

以上述べたように、本発明によれば、操向角感知ユニットがＥＰＳモータの筐体の内部に一体に配備されるため、操向角感知ユニットを別設することが不要になる結果、電動式操向装置の組立が一層簡単になり、しかも、部品点数の減少による製造コストの節減効果がある。

以上、実施形態および添付図面に基づいて本発明を詳述したが、これらの実施形態および図面によって本発明の範囲が制限されることはなく、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載の内容によってのみ制限されるであろう。

１ 筐体
１ａ 上筐体
１ｂ 下筐体
２ ブラケット
３ 回転軸
３ａ 軸受
４ ステータ
５ ロータ
１０ 操向ホイール
１０ａ 操向軸
１００ 操向角感知ユニット
１０１ 基板
１０２ 軸部材
１１０ 第１のホールセンサ
１２０ 第２のホールセンサ
Ｍ１ 第１のマグネット部材
Ｍ２ 第２のマグネット部材
Ｗ１ ウォームギア
Ｗ２ ウォームホイール

Claims (5)

1. 内部空間部にステータおよびロータが設けられ、上側にブラケットが取り着けられ、下側に回転軸が突き出るように取り着けられる上筐体と、
   前記上筐体の下側に配置されて内部に操向角感知ユニットが設けられる下筐体と、
   を備えることを特徴とする操向角感知ユニット付きＥＰＳモータ。
2. 前記操向角感知ユニットは、
   前記下筐体の底面に設けられる基板と、
   前記上筐体から突き出た前記回転軸の外周面に形成されたウォームギヤと、
   前記ウォームギヤと噛合するウォームホイールと、
   前記上筐体から突き出た前記回転軸の先端に取り着けられた第１のマグネット部材と、
   前記ウォームホイールに設けられる第２のマグネット部材と、
   前記基板の前記第１のマグネット部材と対応する個所に設けられた第１のホールセンサと、
   前記基板から所定の距離だけ離れて、前記第２のマグネット部材と対応する個所に設けられた第２のホールセンサと、
   を備える請求項１に記載の操向角感知ユニット付きＥＰＳモータ。
3. 操向ホイールが合計で５回転するように構成され、前記操向ホイールと連結される前記回転軸と連動するＥＰＳ減速機の減速比が１５：１である場合、
   前記回転軸に形成されたウォームギヤとウォームホイールとの減速比は７５：１である請求項２に記載の操向角感知ユニット付きＥＰＳモータ。
4. 前記下筐体は、
   上側が開放された筒状に設けられて、前記上筐体の底面に取り着けられる、請求項２に記載の操向角感知ユニット付きＥＰＳモータ。
5. 前記下筐体は、
   壁面は前記上筐体と一体に形成され、
   底面は、基板とともに併設される請求項２に記載の操向角感知ユニット付きＥＰＳモータ。

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