JP2015058756A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような電動パワーステアリング装置に搭載する舵角センサ(以下、アングルセンサともいう)として、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、ウォームホイールに設けた歯車(センサ用歯車)にアングルセンサの歯車(センサピニオン)を噛合し、ウォームホイールの回転角を検出するものである。ここでは、センサ用歯車をウォームホイール外径側又は内径側に設け、当該センサ用歯車にセンサピニオンを噛み合わせる形態が提案されている。また、ウォームホイール側面にフェースギヤを設け、これにセンサピニオンを噛合する形態も提案されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術にあっては、センサピニオンの軸方向に伸びたシャフトを介して舵角センサの角度検出体に回転が伝達されており、EPS(電動パワーステアリング)に搭載した際のレイアウト性が問題となる。また、360度以上の絶対角を検出するためには、複数の回転角から演算を行うなどの方策が必要であり、角度センサ部が大型化してしまう。
さらに、上記において、前記トルク検出部は、トルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルと、前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて、前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載したトルク検出用基板と、を備え、前記角度検出用基板と前記トルク検出用基板とは、前記検出コイルと前記回転検出用歯車との間に配置されていることが好ましい。これにより、舵角検出部を追加することによるEPSシステムの外寸拡大を抑えることができ、EPS周辺部品への影響を最小限に抑えることができる。
このように、舵角検出部の回転検出用歯車を、角度検出用基板を挟んでトルク検出部のトルク検出用基板の反対側に配置するので、回転検出用歯車に固着した磁石の磁気がトルク検出部の出力信号に影響を与えてしまうのを抑制することができる。
これにより、舵角検出部のセンサハウジングが、トルク検出部のトルクセンサハウジングのカバーを兼ねることができる。その結果、部品点数を削減することができる。
さらに、上記において、前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板との間に、磁気を遮断する磁気遮断部材を備えることが好ましい。これにより、回転検出用歯車に固着した磁石の磁気がトルク検出部の出力信号に影響を与えてしまうのを防止することができ、トルク検出部によるトルク検出精度を確保することができる。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における電動パワーステアリング装置(EPS)の概略構成図である。
図中、符号SMはステアリング機構である。ステアリング機構SMは、ステアリングホイール1を備え、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力はステアリングシャフト2に伝達される。ステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装されている。また、このステアリングシャフト2は、入力軸2aと出力軸2bとを有する。入力軸2aの一端はステアリングホイール1に連結され、入力軸2aの他端は図示しないトーションバーを介して出力軸2bの一端に連結されている。
このピニオンシャフト7に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ8を介して左右のタイロッド9に伝達され、これらタイロッド9によって転舵輪WR及びWLが転舵する。ここで、ステアリングギヤ8は、ハウジング8a内に、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8bとこのピニオン8bに噛合するラック軸8cとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。すなわち、ステアリングギヤ8は、ピニオン8bに伝達された回転運動をラック軸8cで直進運動に変換している。
さらに、ウォーム減速機11を収容するギヤボックスハウジング13には、アングルセンサユニット20が配設されている。このアングルセンサユニット20は、運転者がステアリングホイール1を操舵したときの操舵軸の回転角を検出するものである。このアングルセンサユニット20の具体的構成については後述する。
図2は、操舵補助機構10周辺の主要部を示す図である。
ウォーム減速機11はウォーム及びウォームホイールを備え、これらはギヤボックスハウジング13に収容されている。また、トルクセンサユニット14及びアングルセンサユニット20は、ギヤボックスハウジング13の側面(ギヤボックスカバー13a)に取り付けられている。これらトルクセンサユニット14及びアングルセンサユニット20は、それぞれEPSコントロールユニット(ECU)15に図示しないハーネスで接続されている。
図3に示すように、ウォームホイール11aには、その側面にフェースギヤ11bが形成されている。このウォームホイール11aは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形した構成を有し、当該樹脂部にフェースギヤ11bが形成されている。これにより、ウォームホイール11aの軽量化と良好な加工性とを実現することができる。なお、フェースギヤ11bは芯金に成形されていてもよく、熱膨張や吸水膨張による芯間距離の変化という点では、芯金に成形される方が好ましい。
アングルセンサユニット20は、図3に示すように、第一検出用歯車(第一の回転検出用歯車)21、第二検出用歯車(第二の検出用歯車)22、及び角度検出用基板23を少なくとも備える。第一検出用歯車21はフェースギヤ11bに噛合しており、第一検出用歯車21には、第二検出用歯車22が噛合している。これにより、操舵軸(出力軸2b)の回転が検出用歯車21及び22に伝達される。
ここで、各検出用歯車21,22は平歯車であり、第一検出用歯車21の歯数と第二検出用歯車22の歯数とは、異なる枚数に設定されている。そして、この2つの検出用歯車21及び22によってそれぞれ検出した2つの検出角度の関係から、ウォームホイール11a(操舵軸)の360度以上の回転角(操舵軸の絶対角)を演算することができるようになっている。なお、回転角の演算方法については公知であるため(例えば、特許第3792718号など)、ここでは説明を省略する。
次に、アングルセンサユニット20の具体的構成について詳細に説明する。
この図4に示すように、アングルセンサユニット20は、第一検出用歯車21、第二検出用歯車22、及び角度検出用基板23の他に、歯車支持部材(歯車支持部)24、アングルセンサハウジング25及びアングルセンサカバー26を備える。
アングルセンサハウジング25には、アングルセンサユニット20をECU15に接続するためのハーネスが着脱される信号コネクタ25aが一体成型されており、ここに角度検出用基板23を組付ける。角度検出用基板23と検出用歯車21,22との間には歯車支持部材24を配置し、この歯車支持部材24によって角度検出用基板23上にレイアウトされた角度検出素子と検出用歯車21,22との軸方向位置及び軸直角方向位置を決める。そして、これらをアングルセンサカバー26で覆うことで、アングルセンサユニット20を構成する。
このアングルセンサユニット20は、電動パワーステアリング装置に着脱可能に構成されている。
ギヤボックスカバー13aには、フェースギヤ11bのピッチ円周上に対応する位置に、操舵軸2bの軸方向にセンサ取付用の嵌合穴13bを設けている。そして、この嵌合穴13bに、アングルセンサユニット20を第一検出用歯車21が露出している側から挿入固定することで、ウォームホイール11aのフェースギヤ11bと、アングルセンサユニット20の第一検出用歯車21(アングルセンサハウジング25から露出した部分)とが噛合する構造となっている。
このように、フェースギヤ11bに検出用歯車を噛合して角度検出を行う構成とすることで、検出用歯車21,22の外径自由度を大きくすることができると共に、センサ検出精度やその他要件に合わせて任意の減速比を設定することができる。また、検出用歯車を複数設けるので、360度以上の絶対角検出が可能となる。
さらにまた、本実施形態では、フェースギヤ11bを用いてウォームホイール11aから検出用歯車21,22への動力伝達を行っているため、図3に示すように、第一検出用歯車21にウォームホイール11aに設けたフェースギヤ11bと第二検出用歯車22との両方を噛合し、歯車列を構成することが可能となっている。仮に、フェースギヤ11bと噛合する第一検出用歯車21として傘歯車を用いた場合、第一検出用歯車21と第二検出用歯車22とを噛合させるためには、第一検出用歯車21に傘歯車と平歯車の両方を成形する必要がある。そのため、この場合には歯車の厚みが増すと共にコスト増にも繋がってしまうが、本実施形態ではこのような問題はない。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
本実施形態では、アングルセンサユニット30を、ギヤボックスハウジング13に取り付けたトルクセンサユニット14を覆うように重ねて配置する。
アングルセンサユニット30は、図7に示すように、中間歯車31、第一検出用歯車(第一の回転検出用歯車)32、第二検出用歯車(第二の回転検出用歯車)33、及び角度検出用基板34を少なくとも備える。中間歯車31は、角度検出機能を有しない回転伝達用歯車であり、フェースギヤ11bに噛合している。この中間歯車31には、第一検出用歯車32と第二検出用歯車33とが噛合している。これにより、操舵軸(出力軸2b)の回転が中間歯車31を介して検出用歯車32及び33に伝達される。
ここで、各検出用歯車32,33は平歯車であり、上述した第1の実施形態の検出用歯車21,22と同様に、第一検出用歯車32の歯数と第二検出用歯車33の歯数とは、異なる枚数に設定されている。そして、この2つの検出用歯車32及び33によってそれぞれ検出した2つの検出角度の関係から、ウォームホイール11a(操舵軸)の360度以上の回転角(操舵軸の絶対角)を演算することができるようになっている。
図8は、アングルセンサユニット30の具体的構成を示す分解斜視図である。
この図8に示すように、アングルセンサユニット30は、中間歯車31、第一検出用歯車32、第二検出用歯車33、及び角度検出用基板34の他に、歯車支持部材(歯車支持部)35、アングルセンサハウジング36及びアングルセンサカバー37を備える。
アングルセンサカバー37をアングルセンサハウジング36に取り付けた状態では、アングルセンサハウジング36とアングルセンサカバー37とによって開口部が形成される。そして、この開口部から、中間歯車31の径方向において、中間歯車31の検出用歯車32,33との噛合側とは反対側の一部が露出した状態となる。
図9は、アングルセンサユニット30をギヤボックスハウジング13に組付ける工程を説明する図である。
ギヤボックスカバー13aには、フェースギヤ11bのピッチ円周上に対応する位置に、操舵軸2bの軸方向にセンサ取付用の嵌合穴13cを設けている。そして、この嵌合穴13cにアングルセンサユニット30を、中間歯車31が露出している側から挿入固定する。このとき、ウォームホイール11aのフェースギヤ11bと、アングルセンサユニット30の中間歯車31(アングルセンサハウジング36から露出した部分)とが噛合した状態で、アングルセンサユニット30がトルクセンサユニット14のトルクセンサハウジング14cに固定される。
なお、上記第2の実施形態においては、検出用歯車32,33に埋設された磁石の磁気がトルクセンサに影響を与えるのを防止するために、角度検出用基板34とトルク検出用基板14aとの間に、磁気シールド部材(磁気遮断部材)を介装するようにしてもよい。
更には、アングルセンサユニット30をトルクセンサハウジング14cに固定する際に、シール部材を介装または塗布してもよい。
すなわち、アングルセンサユニット30は、中間歯車31、第一検出用歯車32、第二検出用歯車33、角度検出用基板34、アングルセンサハウジング38、及びアングルセンサカバー39を備える。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態は、上述した第2の実施形態において、アングルセンサを構成する角度検出用基板を、トルク検出用基板と共通の信号コネクタに接続するようにしたものである。
アングルセンサユニット40は、中間歯車41、第一検出用歯車(第一の回転検出用歯車)42、第二検出用歯車(第二の回転検出用歯車)43、歯車支持部材(歯車支持部)44、及びアングルセンサハウジング45を備える。ここで、中間歯車41、第一検出用歯車42及び第二検出用歯車43は、上述した第2の実施形態における中間歯車31、第一検出用歯車32及び第二検出用歯車33と同様の機能を有するものとする。
図12は、アングルセンサユニット40をギヤボックスハウジング13に組付ける工程を説明する図である。
先ず、アングルセンサを構成する角度検出用基板46を、トルクセンサハウジング14cに格納固定する。このとき、角度検出用基板46を、トルク検出用基板14aの上に配置し、トルク検出用基板14aと共通の信号コネクタに接続する。その後、ギヤボックスカバー13aに設けられた嵌合穴13cにアングルセンサユニット40を挿入固定する。このとき、ウォームホイール11aのフェースギヤ11bと、アングルセンサユニット40の中間歯車41(アングルセンサハウジング45から露出した部分)とが噛合した状態で、アングルセンサユニット40がトルクセンサユニット14のトルクセンサハウジング14cに固定される。
これにより、操舵軸2b側から当該操舵軸2bの径方向外側(図7の上方向)に向かって、トルクセンサ受感部14b、トルク検出用基板14a、角度検出用基板46、検出用歯車42及び43の順に配置される。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
ここで、本実施形態におけるアングルセンサユニットは、図11に示すアングルセンサユニット40と同一構成を有するものとする。
この図13に示すように、アングルセンサユニット40の角度検出用基板と、トルクセンサユニット14のトルク検出用基板とを1枚に集約したセンサ基板14dを、トルクセンサユニット14のトルクセンサハウジング14cに格納固定した状態で、アングルセンサユニット40を組付ける。
(変形例)
上記各実施形態においては、回転角検出体(磁石)を埋設した検出用歯車の数を2個とする場合について説明したが、3個以上であってもよい。
さらに、第2〜4の実施形態では、図14(c)に示すように、中間歯車Aをフェースギヤ11bに噛合すると共に、中間歯車Aに2つの検出用歯車B,Cを噛合させているが、図14(d)に示すように、中間歯車Aをフェースギヤ11bに噛合し、検出用歯車Bを中間歯車Aに噛合し、検出用歯車Cを検出用歯車Bに噛合させるようにしてもよい。すなわち、複数の検出用歯車のうち第二検出用歯車Cは、中間歯車A及び第一検出用歯車Bの何れか一方と噛み合えばよい。
さらにまた、図14(c)及び(d)に示す配置において、歯車Aにも回転角検出体(磁石)を埋設し、歯車A,B,Cでそれぞれ角度検出を行って、相互監視や異常検出を行うようにしてもよい。
Claims (9)
- ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、
前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、
前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、
前記舵角検出部は、
前記フェースギヤと噛み合う中間歯車と、
径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車と噛み合う第一の回転検出用歯車と、
径方向に着磁された磁石が固着され、前記中間歯車及び前記第一の回転検出用歯車の何れか一方と噛み合う少なくとも1つの第二の回転検出用歯車と、
前記中間歯車及び複数の前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、
前記回転検出用歯車の各磁石とそれぞれ対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、
少なくとも前記中間歯車、前記回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記中間歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、備え、
前記ギヤボックスハウジングは、前記ウォーム減速機を収容した状態で前記フェースギヤの一部が露出し、前記センサハウジングが嵌合する嵌合穴を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - ステアリングホイールから伝達される操舵トルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部で検出した操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する電動モータと、
前記電動モータが発生した操舵補助トルクを減速して車両のステアリング機構の出力軸に伝達するウォーム減速機と、
前記ウォーム減速機を収容するギヤボックスハウジングに組付可能に構成され、操舵軸の回転角を検出する舵角検出部と、を備え、
前記ウォーム減速機を構成するウォームホイールの軸方向端面にフェースギヤが形成されており、
前記舵角検出部は、
径方向に着磁された磁石が固着され、前記フェースギヤと噛み合う第一の回転検出用歯車と、
径方向に着磁された磁石が固着され、前記第一の回転検出用歯車と噛み合う少なくとも1つの第二の回転検出用歯車と、
複数の前記回転検出用歯車を回転可能に支持する歯車支持部と、
前記回転検出用歯車の各磁石とそれぞれ対向する位置に磁気検出素子を配置した角度検出用基板と、
少なくとも前記第一の回転検出用歯車、前記第二の回転検出用歯車及び前記歯車支持部を収容すると共に、これらを収容した状態で前記第一の回転検出用歯車の一部が露出する開口部を有するセンサハウジングと、備え、
前記ギヤボックスハウジングは、前記ウォーム減速機を収容した状態で前記フェースギヤの一部が露出し、前記センサハウジングが嵌合する嵌合穴を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記ウォームホイールは、鋼製の芯金の外周に樹脂部をインサート成形して構成されており、
前記フェースギヤは、前記樹脂部に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記トルク検出部は、
トルクに応じてインピーダンスが変化する検出コイルと、
前記検出コイルのインピーダンス変化に基づいて、前記トルクを演算するトルク演算回路を搭載したトルク検出用基板と、を備え、
前記角度検出用基板と前記トルク検出用基板とは、前記検出コイルと前記回転検出用歯車との間に配置されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記トルク検出部及び前記舵角検出部は、
前記操舵軸から当該操舵軸の径方向外側に向かって、前記検出コイル、前記トルク検出用基板、前記角度検出用基板、前記回転検出用歯車の順に配置するように、前記ギヤボックスハウジングに取り付けられていることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記トルク検出部は、前記ギヤボックスハウジングに組付けられて前記検出コイル及び前記トルク検出用基板を収容するトルクセンサハウジングを備え、
前記舵角検出部の前記センサハウジングが、前記トルクセンサハウジングを覆うように当該トルクセンサハウジングに重ねて配置されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記角度検出用基板は、前記トルク検出用基板と共通のコネクタに接続されていることを特徴とする請求項4〜6の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板との間に、磁気を遮断する磁気遮断部材を備えることを特徴とする請求項4〜7の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク検出用基板と前記角度検出用基板とは1枚の基板によって構成されていることを特徴とする請求項4〜7の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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