JP2016121882A - Steering column for electrically-driven power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置用ステアリングコラム内に収容されるトルクセンサの支持構造に関する。 The present invention relates to a support structure for a torque sensor housed in a steering column for an electric power steering apparatus.
自動車用の電動パワーステアリング装置のうち、コラムアシスト型は、ステアリングコラムに操舵補助用の電動モータおよび減速機が備えられたものである。このうち、前記減速機を構成するウォームホイールが、前記ステアリングコラム内に収容された操舵軸に固定されている。前記電動モータおよび前記減速機が駆動することで、前記操舵軸のトルクが増加し、運転者の操舵労力の負担軽減が図られる。 Of the electric power steering devices for automobiles, the column assist type is a steering column provided with an electric motor and a reduction gear for assisting steering. Among these, the worm wheel which comprises the said reduction gear is being fixed to the steering shaft accommodated in the said steering column. Driving the electric motor and the speed reducer increases the torque of the steering shaft, thereby reducing the burden on the driver's steering effort.
前記電動モータおよび前記減速機は、前記ステアリングコラム内に収容されたトルクセンサの検出結果などに基づきECU(電子制御ユニット)において出力された制御信号に応じて駆動する。前記トルクセンサは、前記操舵軸の相対回転変位を検出する装置である。前記トルクセンサには、たとえば特許文献1に開示されている、合成樹脂ケース内にロータおよびステータが収容されているものがある。前記ステアリングコラムの組立における前記トルクセンサの収容にあたっては、一般的に、前記ケースは前記ステアリングコラムのハウジングに、前記ロータおよび前記ステータは前記操舵軸にそれぞれ固定される。この場合、加工時における前記ステアリングコラムの前記ハウジング内面の寸法公差が比較的大きいときは、前記操舵軸直角方向において前記トルクセンサの前記ケースと、前記ロータおよび前記ステータとの間隔に偏りが生じる。したがって、車両走行時の振動などにより、前記ケースと、前記ロータおよび前記ステータとが接触し、前記トルクセンサの作動障害が発生するおそれがある。
The electric motor and the speed reducer are driven in accordance with a control signal output from an ECU (Electronic Control Unit) based on a detection result of a torque sensor housed in the steering column. The torque sensor is a device that detects a relative rotational displacement of the steering shaft. Some of the torque sensors are disclosed in
また、前記トルクセンサは、磁束の変化を利用して前記操舵軸の相対回転変位を検出る。ゆえに、外部からの意図しない磁気などの影響により、前記トルクセンサの検出精度の低下が示唆される。 Further, the torque sensor detects a relative rotational displacement of the steering shaft using a change in magnetic flux. Therefore, it is suggested that the detection accuracy of the torque sensor is lowered due to an unintended magnetic influence from the outside.
本発明は上記事情に鑑み、ステアリングコラムのハウジング内の寸法公差が比較的大きい場合であっても、トルクセンサに作動障害が発生することなく、前記トルクセンサを前記ハウジング内に収容することが可能な電動パワーステアリング装置用ステアリングコラムを提供することをその課題とする。 In view of the above circumstances, the present invention allows the torque sensor to be accommodated in the housing without causing an operational failure even if the dimensional tolerance in the housing of the steering column is relatively large. An object of the present invention is to provide a steering column for an electric power steering apparatus.
本発明によって提供される電動パワーステアリング装置用ステアリングコラムは、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸とを相互に連結するトーションバーと、前記トーションバーのねじれ変形により発生する、前記入力軸に対する前記出力軸の相対回転変位を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサを収容するハウジングと、を備える電動パワーステアリング装置用ステアリングコラムであって、前記トルクセンサと前記ハウジングとの間に弾性部材が配置され、前記弾性部材によって、前記トルクセンサは前記ハウジング内において支持されることを特徴としている。 A steering column for an electric power steering apparatus provided by the present invention is generated by an input shaft, an output shaft, a torsion bar that interconnects the input shaft and the output shaft, and a torsional deformation of the torsion bar. A steering column for an electric power steering apparatus, comprising: a torque sensor that detects a relative rotational displacement of the output shaft with respect to the input shaft; and a housing that houses the torque sensor, wherein the steering column is provided between the torque sensor and the housing. An elastic member is disposed, and the torque sensor is supported in the housing by the elastic member.
本発明によれば、前記トルクセンサのケースは、前記弾性部材を介して前記ハウジング内において支持されている。よって、前記ハウジングの内面に前記ケースが接していない状態で、前記トルクセンサは前記ハウジング内に収容されている。仮に、加工時における前記ハウジング内の寸法公差が比較的大きくなっても、前記弾性部材が前記ハウジングの内面の形状に追随して変形し、該変形により前記寸法公差が吸収される。このとき、前記ハウジング内に収容された前記トルクセンサにおいて、前記ケースと、前記トルクセンサのロータおよびステータとの操舵軸直角方向の間隔は、該軸の周方向にわたって一定に確保される。したがって、前記ハウジング内の前記寸法公差が比較的大きくなっても、前記トルクセンサに作動障害が発生することなく、前記トルクセンサを前記ハウジング内に収容することができる。 According to the present invention, the case of the torque sensor is supported in the housing via the elastic member. Therefore, the torque sensor is accommodated in the housing in a state where the case is not in contact with the inner surface of the housing. Even if a dimensional tolerance in the housing at the time of processing becomes relatively large, the elastic member deforms following the shape of the inner surface of the housing, and the dimensional tolerance is absorbed by the deformation. At this time, in the torque sensor housed in the housing, the distance in the direction perpendicular to the steering axis between the case and the rotor and stator of the torque sensor is kept constant over the circumferential direction of the shaft. Therefore, even if the dimensional tolerance in the housing becomes relatively large, the torque sensor can be accommodated in the housing without causing an operation failure in the torque sensor.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
本発明に係るステアリングコラムの実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。 An embodiment of a steering column according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1〜図4に基づき、本発明にかかるステアリングコラムA1について説明する。本実施形態のステアリングコラムA1は、操舵軸1、トルクセンサ2、ハウジング3、弾性部材4および減速装置5を備えている。図1は、ステアリングコラムA1の操舵軸1方向(図1のN1−N2方向)の縦断面図である。図2は、ステアリングコラムA1を構成するトルクセンサ2を示す要部斜視図である。図3は、図1のIII−III線に沿う断面図である。図4は、ステアリングコラムA1を構成する弾性部材4を示す要部正面図である。本実施形態においては、ステアリングコラムA1が、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の主要構成となっている。
The steering column A1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. The steering column A1 of this embodiment includes a
操舵軸1は、ステアリングホイール(図示略)より入力された操舵力を、ラック・ピニオン機構によるステアリングギア(図示略)に伝達するための回転軸である。前記ステアリングギアによって、操舵軸1回りの回転運動が、車両の左右方向に沿った直線運動に変換される。これにより、車輪(図示略)の転舵が達成される。操舵軸1は、入力軸11、出力軸12およびトーションバー13を有している。
The
入力軸11は、操舵軸1の入力側N1に位置し、入力側N1の端に前記ステアリングホイールが連結されている。出力軸12は、操舵軸1の出力側N2に位置し、出力側N2の端に前記ステアリングギアに繋がる中間軸(図示略)が、自在継手(図示略)を介して連結されている。トーションバー13は、入力軸11と出力軸12とが相対回転するための部材で、入力軸12と出力軸13との間に位置している。トーションバー13により、入力軸11および出力軸12は、同一軸上に相互に連結されている。本実施形態においては、トーションバー13は、入力軸11および出力軸12に内包されている。入力軸11に前記ステアリングホイールからの操舵力が入力されたときに、トーションバー13が弾性ねじり変形することで、入力軸11と出力軸12とが相対回転する。
The
トルクセンサ2は、操舵軸1のトーションバー13の弾性ねじり変形により発生する、操舵軸1の入力軸11に対する出力軸12の相対回転変位を検出する装置である。トルクセンサ2は、ケース21、ロータ22、ステータ23、コレクタ24および回路基板25を有している。トルクセンサ2は、操舵軸1の入力軸11の出力側N2と、出力軸12の入力側N1との、それぞれの端部に固定されている。
The
ケース21は、ロータ22、ステータ23、コレクタ24および回路基板25を収容する部材である。ケース21は、上部ケース21aおよび下部ケース21bを備えている。上部ケース21aと下部ケース21bは、各々の中央に操舵軸1を貫通させるための孔が形成されている。上部ケース21aおよび下部ケース21bは、互いに係合してケース21となる。ケース21は、たとえば合成樹脂からなる。
The
ロータ22およびステータ23は、ともに磁石を備えた円形の回転部材である。また、ロータ22およびステータ23は、各々の中心が操舵軸1の軸X上となるように配置されている。ロータ22は、第1磁石部22aおよび第1係合部22bを有している。第1磁石部22aは、ロータ22の外周面に沿って配置されている、円筒状の磁石である。第1係合部22bは、ロータ22の内縁に沿って、かつ軸X方向に突出した部位であり、操舵軸1の端部が該部位に固定される。本実施形態においては、操舵軸1の出力軸12の入力側N1の端部が、第1係合部22bに固定される。
The
ステータ23は、第2磁石部23aおよび第2係合部23bを有している。第2磁石部23aは、ステータ23の内周面に沿って、櫛歯状に配置されている磁石である。第2係合部23bは、ステータ23の前記内周よりも径が小さい内縁に沿って、かつ軸X方向に突出した部位であり、操舵軸1の端部が該部位に固定される。本実施形態においては、操舵軸1の入力軸11の出力側N2の端部が、第2係合部23bに固定される。
The
ロータ22およびステータ23は、ケース21内において、ロータ22の外周面を、ステータ23の内周面が覆うように配置されている。よって、ロータ22の第1磁石部22aとステータ23の第2磁石部23aとは、互いに面している。また、第1磁石部22aと第2磁石部23aとは、互いに非接触状態で配置されているため、該磁石部との間に隙間が形成されている。ロータ22およびステータ23は、操舵軸1と一体となって回転するため、ロータ22とステータ23とが相対回転する。該相対回転により、第1磁石部22aと第2磁石部23aとの間に形成される磁束に変化が生じる。
The
コレクタ24および回路基板25は、前記磁束の変化を基に操舵軸1の相対回転変位を検出し、該検出結果を電圧信号としてECU(図示略)に入力する部品である。前記ECUには、該検出結果以外に、自動車の走行速度および前記ステアリングホイールの回転角などの検出結果が入力される。コレクタ24は、前記磁束の変化を集約する機能を果たす金属片である。コレクタ24は、ステータ23の外縁の一部に沿った形状をなして、ケース21の下部ケース21bの内面に配置されている。回路基板25は、下部ケース21b側に固定されている。回路基板25に、ホール素子25aが搭載されている。ホール素子25aは、コレクタ24により集約された前記磁束の変化を、電圧信号に変換する機能を有する。ホール素子25aとコレクタ24とは、ケース21内において、互いに非接触状態にて近接配置されている。
The
ハウジング3は、操舵軸1、トルクセンサ2、弾性部材4および減速装置5を収容する部材である。本実施形態においては、減速装置5はトルクセンサ2の出力側N2に配置されている。
The
弾性部材4は、トルクセンサ2とハウジング3との間に配置された、ハウジング3内においてトルクセンサ2を支持するための部材である。本実施形態においては、弾性部材4は、曲線部を有した板ばねとなっている。また、本実施形態においては、弾性部材4の材質は、たとえば軟鋼である。弾性部材4は、それぞれ一対の第1支持部41および第2支持部42を有する。
The
図3および図4に示すとおり、弾性部材4の第1支持部41は、トルクセンサ2のケース21の外面を挟持する部位であり、その形状は平たんである。また、弾性部材4の第2支持部42は、ハウジング3の内面と当接する部位であり、その形状は弾性部材4の外側に向かって山形に突出している。なお、トルクセンサ2のロータ22およびステータ23は、操舵軸1の入力軸11および出力軸12にそれぞれ固定されているため、弾性部材4はトルクセンサ2のケース21を支持している。図4は、外力が作用していない状態における弾性部材4を示している。該状態において、第1支持部41の離間距離laよりも、第2支持部42の離間距離lbの方が長く設定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ハウジング3内における、弾性部材4によるトルクセンサ2の支持手順について説明する。最初に、操舵軸1の入力軸11および出力軸12に、トルクセンサ2のロータ22およびステータ23をそれぞれ固定する。次いで、弾性部材4の端部に、該部材の曲線部が閉じる方向に外力を作用させ、弾性部材4の第1支持部41でトルクセンサ2のケース21の外面を挟持する。このとき、弾性部材4において、第1支持部41の離間距離laと、第2支持部42の離間距離lbとがともに短くなる。
A procedure for supporting the
次いで、弾性部材4に前記外力を作用させたまま、ハウジング3内にトルクセンサ2および弾性部材4を収容する。次いで、前記外力の作用を終了すると、弾性部材4の復元力により、第2支持部42がハウジング3の内面に当接する。このとき、第1支持部41は、ケース21を挟持した状態を保持している。以上の手順により、ハウジング3内において、弾性部材4によりトルクセンサ2が支持される。
Next, the
減速装置5は、操舵補助のための電動駆動装置である。減速装置5は、電動モータ51および減速機52を有している。電動モータ51は、前記ECUから出力された制御信号に応じて駆動する、操舵補助力を発生させるための駆動源である。本実施形態においては、電動モータ51は、操舵軸1に対して上方に配置されている。
The
減速機52は、電動モータ51の出力回転を減速し、操舵軸1の出力軸12のトルクを増加させる機構である。減速機52は、ウォーム52aおよびウォームホイール52bを備えている。ウォーム52aは、電動モータ51の出力軸(図示略)と同心に連結され、電動モータ51の出力回転をウォームホイール52bに伝達する。ウォームホイール52bは、ウォーム52aと噛み合うことで電動モータ51の出力回転を減速し、出力軸12のトルクを増加させる。ウォームホイール52bの中心に設けられた孔に出力軸12が貫通し、ウォームホイール52bは、嵌合により出力軸12に固定されている。本実施形態においては、ウォーム52aは金属製、ウォームホイール52bは合成樹脂製である。
The speed reducer 52 is a mechanism that decelerates the output rotation of the
次に、ステアリングコラムA1の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the steering column A1 will be described.
本実施形態によれば、トルクセンサ2のケース21は、弾性部材4を介してハウジング3内において支持されている。よって、ハウジング3の内面にケース21が接していない状態で、トルクセンサ2はハウジング3内に収容されている。仮に、加工時におけるハウジング3内の寸法公差が比較的大きくなっても、弾性部材4がハウジング3の内面の形状に追随して変形し、該変形により前記寸法公差が吸収される。このとき、ハウジング3内に収容されたトルクセンサ2において、ケース21と、トルクセンサ2のロータ22およびステータ23との操舵軸1直角方向の間隔は、該軸の周方向にわたって一定に確保される。したがって、ハウジング3内の前記寸法公差が比較的大きくなっても、トルクセンサ2に作動障害が発生することなく、トルクセンサ2をハウジング3内に収容することができる。
According to this embodiment, the
弾性部材4の材質を軟鋼などの磁性体とすることで、弾性部材4は、外部からの意図しない磁気などに対する磁気シールドとしての機能を発揮する。したがって、前記磁気などの影響により、トルクセンサ2の検出精度が低下することを抑制することができる。
By making the material of the elastic member 4 a magnetic material such as mild steel, the
本発明にかかるステアリングコラムは、先述した実施の形態に限定されるものではない。本発明にかかるステアリングコラムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The steering column according to the present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the steering column according to the present invention can be variously changed in design.
A1:ステアリングコラム
1:操舵軸
11:入力軸
12:出力軸
13:トーションバー
2:トルクセンサ
21:ケース
21a:上部ケース
21b:下部ケース
22:ロータ
22a:第1磁石部
22b:第1係合部
23:ステータ
23a:第2磁石部
23b:第2係合部
24:コレクタ
25:回路基板
25a:ホール素子
3:ハウジング
4:弾性部材
41:第1支持部
42:第2支持部
5:減速装置
51:電動モータ
52:減速機
52a:ウォーム
52b:ウォームホイール
N1:入力側
N2:出力側
X:軸
la,lb:離間距離
A1: Steering column 1: Steering shaft 11: Input shaft 12: Output shaft 13: Torsion bar 2: Torque sensor 21:
Claims (1)
出力軸と、
前記入力軸と前記出力軸とを相互に連結するトーションバーと、
前記トーションバーのねじれ変形により発生する、前記入力軸に対する前記出力軸の相対回転変位を検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサを収容するハウジングと、を備える電動パワーステアリング装置用ステアリングコラムであって、
前記トルクセンサと前記ハウジングとの間に弾性部材が配置され、
前記弾性部材によって、前記トルクセンサは前記ハウジング内において支持されることを特徴とする、電動パワーステアリング装置用ステアリングコラム。 An input shaft;
An output shaft;
A torsion bar that interconnects the input shaft and the output shaft;
A torque sensor for detecting a relative rotational displacement of the output shaft with respect to the input shaft, which occurs due to torsional deformation of the torsion bar;
A steering column for an electric power steering device comprising a housing for accommodating the torque sensor,
An elastic member is disposed between the torque sensor and the housing,
The steering column for an electric power steering apparatus, wherein the torque sensor is supported in the housing by the elastic member.
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