JP3681315B2

JP3681315B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3681315B2
Application number: JP2000010997A
Authority: JP
Inventors: 太森村; 和彦藤田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP2001199355A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータによって駆動される油圧ポンプからの圧油を操舵補助用のパワーシリンダへ供給し、操舵を補助するパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車には、動力舵取装置または自動変速装置等、油圧により作動し、運転操作を補助するための多くの補機が装備されており、これらの補機の作動油圧を発生すべく油圧ポンプが搭載されている。この油圧ポンプとしては、小型でありながら高油圧を発生し得るものとして、ベースポンプまたは、ギアポンプ等の回転容積型のポンプが用いられている。
【０００３】
またこの種の油圧ポンプは、一般的にエンジンを駆動源として駆動されるが、走行中に広範囲に回転速度を変えるエンジンは好ましいものではなく、特に近年においては、米国での燃費規制の強化に対処すべく、燃費の向上を図ることが重要な課題となっており、前記エンジンに代えて車載バッテリーからの給電により駆動される電動モータを駆動源として利用し、エンジンの無為な動力の消費を可及的に抑えるようにした電動ポンプが用いられるようになっている。
【０００４】
また一方、排ガスによる環境悪化を防ぐべく、エンジンに代えて電動モータを駆動源とする電気自動車（ＥＶ）の実用化が進められている。この電気自動車においても油圧により作動する補機が備えられていることがあり、このような補機の作動油圧の発生源としては、電動モータを駆動源とする電動ポンプが必然的に用いられることとなる。
【０００５】
さて、以上のごとく車両に搭載して用いられる電動ポンプにおいては、その設置スペースに限りがあることから、本願出願人による特開平10-82377号公報等に開示されている如く、ポンプ本体の一側に筒型のカップリングを介して電動モータを取り付け、該電動モータのモータ軸をポンプ本体の同側に突出するポンプ軸に連結すると共に、ポンプ本体の他側に有底の筐体を装着して吸込タンクを構成し、電動モータ及び吸込タンクを含めてユニット化することにより、車両への搭載性を高めた電動ポンプが用いられている。
【０００６】
また、以上の如く構成された電動ポンプの本体は、ギアポンプまたはベーンポンプ等の回転容積形のポンプとして構成されており、この種のポンプにおいてはロータの回転に応じて間欠的な吐出動作が行われるために、吐出油に脈動成分が含まれることが避けられない。一方、ポンプ本体の一側に筒型のカップリングを介して取り付けられている電動モータにおいても、リラクタンス（磁気抵抗）が回転角に対応して変動するためトルクに脈動成分が含まれることとなる。かかる油圧ポンプ及び電動モータによる脈動成分が存在するとパワーシリンダに供給される油圧が脈動する結果、操舵感に悪影響を及ぼすほか騒音の発生等の不都合を招来することとなる。特に、電動モータにより発生する脈動成分とポンプにより発生する脈動成分が、同期した場合パワーシリンダに供給される脈動油圧成分が共振する結果、車両の操舵に悪影響を及ぼすこととなる。
【０００７】
ポンプ側の脈動トルクを防止する方法として前記特開平10-82377号公報にはポンプ本体の他側に構成された油タンクの内部に、内容積を有するダンパ室を構成し、ポンプ本体の吐出側に連通させてアキュムレータとしての作用を行わせ、このダンパ室の通過により脈動を軽減させた圧油を吐出側に送り出す構成とする電動ポンプが開示されている。
【０００８】
これに対しモータ側の脈動トルクを防止する方法としてスロット（巻線用溝）にスキュー（ねじり）をかけて磁極の磁束分布を緩和する方法、モータをステータコア形状とする方法、またはマグネットを偏心する方法が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ダンパ室がポンプ本体の他側（電動モータの取り付け側と逆側）に吸引タンクと共に配してあり、電動モータ、ポンプ本体、ダンパ室及び吸引タンクが軸長方向に並設された構成となっていることから、ユニット全体の軸長方向寸法の削減に制限があり、車載用としての小型化要求に十分応え得ないという問題があった。
【００１０】
また、前記スロットスキュー、ステータコア形状及びマグネット偏心によるモータの脈動トルク防止方法には、モータ出力トルクの低下及び小型化要求に応えられないという問題があった。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電動モータにより発生する脈動トルク成分の周波数と油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の周波数とを整合させ、さらに電動モータにより発生する脈動トルク成分の位相と、油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の位相とを逆位相に移相し、双方の脈動成分を相殺することによってパワーシリンダに供給される脈動油圧成分を平滑化し良好な操舵感を得ることができると共に静粛性及び小型化等の要求に応えることができるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また本発明の他の目的はこれに加えて電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅と油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅を略同一となるよう調整することにより、逆位相である両脈動成分の振幅を相殺しパワーシリンダに供給される脈動油圧成分を平滑化し良好な操舵感を得ることができると共に静粛性及び小型化等の要求に応えることができるパワーステアリング装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
第１発明に係るパワーステアリング装置は、電動モータによって駆動される油圧ポンプから供給される圧油により動作し、操舵補助力を発生するパワーシリンダを備えるパワーステアリング装置において、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の周波数及び前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の周波数を整合させる周波数整合手段と、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の位相又は前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の位相をシフトする移相手段とを備え、前記周波数整合手段が、前記電動モータの出力軸が一回転する間に発生するコギングの回数と、前記油圧ポンプ内の圧油を吐出するギアの歯数とが同一となるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
第１発明にあっては、電動モータにより発生する脈動トルク成分の周波数と油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の周波数との整合を図るべくいずれか一方又は双方の成分を整合すると共に、電動モータにより発生する脈動トルク成分の位相と、油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の位相とを逆位相にすべくいずれか一方又は双方の成分を移相させたので、双方の脈動成分が相殺されパワーシリンダに供給される脈動油圧成分が平滑化される結果、第１発明に係るパワーステアリング装置は良好な操舵感を得ることができるとともに静粛性及び小型化等の要求に応えることができる。そして、前記電動モータの出力軸が一回転する間に発生するコギングの回数と、前記油圧ポンプ内の圧油を吐出するギアの歯数とが同一となるよう構成する周波数整合手段を設けたので、双方の成分の周波数が整合する結果、この発明に係るパワーステアリング装置は良好な操舵感を得ることができると共に静粛性及び小型化等の要求に応えることができる。
【００１５】
第２発明に係るパワーステアリング装置は、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅又は前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅を調整する振幅調整手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
第２発明にあっては第１発明に加えて電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅と油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅を略同一とすべくいずれか一方又は双方の成分を調整する振幅調整手段を設けたので、逆位相である両脈動成分の振幅が相殺されパワーシリンダに供給される脈動油圧成分が平滑化される結果、第２発明に係るパワーステアリング装置は良好な操舵感を得ることができると共に静粛性及び小型化等の要求に応えることができる。
【００１９】
第３発明に係るパワーステアリング装置は、前記振幅調整手段が、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅と前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅とが略同一となるように出力トルクを制御するモータ制御部を備えることを特徴とする。
【００２０】
第３発明にあっては前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅と前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅とを略同一とすべくトルクを制御するモータ制御部を設けたので、逆位相である両脈動成分の振幅が相殺されパワーシリンダに供給される脈動油圧成分が平滑化される結果、この発明に係るパワーステアリング装置は良好な操舵感を得ることができると共に静粛性及び小型化等の要求に応えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るパワーステアリング装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２４】
図示のパワーステアリング装置は、舵輪１の操作に応じたピニオン７の回動を車体前部に左右方向に延設されたラック軸８に伝え、該ラック軸の軸長方向の移動により左右の車輪Ｗ、Ｗを操舵する構成としたラックピニオン式の舵取機構を備える車両への適用例であり、前記ラック軸８の中途に構成された操舵補助用のパワーシリンダＳと、モータ制御部６と、該モータ制御部６に制御されるブラシレスモータ等の電動モータＭによって駆動される油圧ポンプＰとを備え、該油圧ポンプＰの吐出油を前記パワーシリンダＳに送給し、この送給により前記パワーシリンダＳが発生する油圧力をラック軸８に加えて操舵補助を行う構成としてある。
【００２５】
油圧ポンプＰの吐出油は、舵輪１からピニオン７への伝動系の中途に構成された油圧制御弁４の動作により、前記パワーシリンダＳと、排油先となる油タンクＴとに分配されるようになしてある。この油圧制御弁４は、舵輪１に舵輪軸１ａを介して連結された操舵入力軸２と、前記ピニオン７を下端に備える操舵出力軸３と、トーションバー５とを同軸上に連結する構成としている。かかる油圧制御弁４は、操舵のために舵輪１に加えられる入力トルクにより、前記トーションバー５の捻れを伴って操舵入力軸２と操舵出力軸３との間に発生する相対角変位を利用して油圧の給排動作をおこなう。
【００２６】
図２は電動モータＭの要部を破断して示した縦断面図である。電動モータＭは出力軸１０、該出力軸１０と一体的に回転するロータ９及びロータ９の外周上に配置されているマグネット１１とから構成されている。図１におけるモータ制御部６は、図示しないバッテリー電源と接続されており、電動モータＭの固定子巻線に供給される電流を制御し、ロータ９及び出力軸１０を適宜のトルクで回転させる。モータ制御部６における電流制御はスイッチング素子としてＦＥＴ等のトランジスタが用いられており、また前記電動モータＭにより発生する脈動トルク成分の振幅と前記油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分の振幅とを略同一とすべく適宜の電流値が設定されている。
【００２７】
図３は図２の III−III 線による縦断面図である。図３において、２６はステータを示し、該ステータ２６にはコギング（モータのロータとステータに関係するぎくしゃくした動き）を減少させるためのスロット（巻線用溝）２６ａ，２６ａ…が設けられており、ロータ９の外壁にはマグネット１１，１１，…が設けられている。モータが一回転する間に発生するコギングの回数は前記スロット２６ａの数及びマグネット１１の極数によって決定される。図３ではマグネット１１の極数が４であり、スロット２６ａの数が６となっている。前記コギングの回数は、電動モータＭにより発生する脈動トルク成分と油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の周波数が同一となるよう適宜の値に設計する。
【００２８】
図４は油圧ポンプＰの要部を破断して示した側面図である。油圧ポンプＰは、その一面側に油圧ポンプＰ本体を支持する短寸円筒形の支持ブラケット１２の他面側に駆動用の電動モータＭを取り付け、油圧ポンプＰ本体への入力軸としてのポンプ軸１３と、電動モータＭの出力軸としての出力軸１０とを、前記支持ブラケット１２の内側にて同軸上につきあわせ、出力軸１０をはめ込み式のカップリング１４一面側のモータカップリング１４ａにより連結し、ポンプ軸１３をはめ込み式のカップリング１４他面側のポンプカップリング１４ｂに連結して、出力軸１０に取り出される電動モータＭの駆動力を、モータカップリング１４ａ及びポンプカップリング１４ｂを介してポンプ軸１３に伝え、油圧ポンプＰ本体を駆動する構成となっている。
【００２９】
図５は図４のＶ−Ｖ線による横断面図である。油圧ポンプＰ本体はハウジング１５に形成された長円形断面の空洞部（ギア室）に駆動ギア１６と従動ギア１７とを互いに噛合させて配し、これらの噛合部の一側に設けた吸込室１８内の作動油を、両ギアの回転によりそれぞれの歯間と前記空洞部の内周面との間に閉じ込めて搬送しつつ昇圧し、噛合部の他側に設けた吐出室２５（図６参照）に吐出する公知のギアポンプとして構成されている。ここで前記駆動ギア１６及び前記従動ギア１７は電動モータＭにより発生する脈動トルク成分の周波数と、油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分の周波数とが等しくなるように、ギア歯数が決定されている。
【００３０】
駆動ギア１６と従動ギア１７とは、それぞれの両側からハウジング１５の空洞部に嵌挿された図４に示す一対のサイドプレート１９，１９により、前述した噛合状態を保って回転自在に両持ち支持されており、このように構成された油圧ポンプＰ本体は、ハウジング１５の一側端面を支持ブラケット１２の支持面に突き当て、他測端面に重ねたエンドプレート２０と共に、周方向に複数本（図においては４本）の固定ボルト２１，２１…により前記支持ブラケット１２の端面に共締めして固定されている。
【００３１】
前記ポンプ軸１３は、駆動ギア１６の軸心部に嵌着され、一方のサイドプレート１９を貫通して支持ブラケット１２の側に突出せしめられ、電動モータＭの出力軸１０に前記モータカップリング１４ａ及びポンプカップリング１４ｂを介して連結されており、油圧ポンプＰ本体によるポンプ動作は電動モータＭの回転が、出力軸１０，モータカップリング１４ａ、ポンプカップリング１４ｂ及びポンプ軸１３を介して駆動ギア１６に伝達され、該駆動ギア１６がこれに噛合する従動ギア１７と共にハウジング１５の内側空洞部内にて回転することにより生じるようになしてある。
【００３２】
以上の如き油圧ポンプＰ本体を支持する支持ブラケット１２には、薄肉の板材により有底の円筒形をなして構成されたタンク筒２２が、その開口側端部を支持ブラケット１２に固定し油圧ポンプＰ本体の外側を囲むように取り付けてあり、このタンク筒２２の内側に作動油を貯留するリザーブタンクＴが構成されている。
【００３３】
図６は駆動ギア１６及び従動ギア１７の動作図である。電動モータＭの駆動によりポンプ軸１３を介して駆動ギア１６及び従動ギア１７が図６の矢印方向へ回転し、吸込口２３からギア室１８の吸込室２４へ吸い込まれた作動油は、各ギア１６，１７の駆動ギア油閉込み部１６ａ、又は従動ギア油閉じ込み部１７ａに閉込まれ、これらの油閉込み部１６ａ，１７ａの作動油が各ギア１６，１７の回転に伴い昇圧して吐出室２５に吐出され、該吐出室２５からハウジング１５外の吐出先に供給される。この油閉じ込み部１６ａ，１７ａのギア溝は電動モータＭにより発生する脈動トルク成分の振幅と、油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分の振幅とが等しくなるように、適宜の大きさのギア溝が形成されている。つまり該ギア溝は振幅を大きくする場合はギア溝を深く、振幅を小さくする場合はギア溝を浅く形成する。
【００３４】
図７はカップリング１４の詳細図である。出力軸１０とモータカップリング１４ａとは一体的に回転するよう嵌合せしめられており、同じくポンプ軸１３とポンプカップリング１４ｂとは一体的に回転するよう嵌合せしめられている。モータカップリング１４ａとポンプカップリング１４ｂとの結合部には後述する移相手段が設けられており、その動作は以下のとおりである。まず電動モータＭの駆動力により出力軸１０及びこれに嵌合されているモータカップリング１４ａが回転し該モータカップリング１４ａが所定角度回転した後、ポンプカップリング１４ｂ及び該ポンプカップリング１４ｂに嵌合されているポンプ軸１３が出力軸１０及びモータカップリング１４ａと共に回転する構成となっている。前記所定角度は、油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分の位相と電動モータＭにより発生する脈動トルク成分の位相とが逆位相となるように、適宜の角度とする。
【００３５】
図８はモータカップリング１４ａ及びポンプカップリング１４ｂを分離し、その結合部を詳細に表した構造図である。モータカップリング１４ａにはポンプカップリング１４ｂとの結合部に突起部１４ｃが設けられている。またポンプカップリング１４ｂには、突起部１４ｃよりも容積の大きい空洞部１４ｄが設けられている。該空洞部１４ｄには、突起部１４ｃを所定角度空転させる非噛合部１４ｆ及び該突起部１４ｃと噛み合う噛合部１４ｇを有している。さらに空洞部１４ｄには後述する弾性体１４ｅが装着されている。扇形の空洞部１４ｄの弧度は油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分の位相と電動モータＭにより発生する脈動トルク成分の位相とが逆位相となるように、適当な角度を設定する。もちろん、モータカップリング１４ａに位相を逆相とするための空洞部１４ｄを設けポンプカップリング１４ｂに突起部１４ｃを設ける構成としてもよい。要はモータカップリング１４ａが所定角度回転した後、ポンプカップリング１４ｂが回転すればよいのである。なお、図８では突起部１４ｃ及び空洞部１４ｄが一組しか示されていないが、トルク伝達を確実にすべく、突起部１４ｃ及び空洞部１４ｄをモータカップリング１４ａ及びポンプカップリング１４ｂ上にそれぞれ複数組設ける構成としてもよい。さらに本実施の形態ではモータカップリング１４ａ及びポンプカップリング１４ｂをそれぞれ設けているが、これらを特別に設けることなく出力軸１０及びポンプ軸１３の結合部に突起部１４ｃ又は空洞部１４ｄを設ける構成としてもよい。
【００３６】
図９（ａ）乃至（ｄ）は図７中IX−IX線による断面図であり、モータカップリング１４ａが所定角度回転した後、ポンプカップリング１４ｂが回転する移相動作を示したものである。図９（ａ）は電動モータＭが駆動していない状態を示した図である。電動モータＭが駆動していない状態では突起部１４ｃが弾性体１４ｅにより空洞部１４ｄの非噛合部１４ｆの初期位置に押圧された状態で待機している。そして電動モータＭが駆動しモータカップリング１４ａが回転すると突起部１４ｃは弾性体１４ｅの抵抗力に抗して、空洞部１４ｄの噛合部１４ｇに向けて回転する（図９（ｂ）参照）。突起部１４ｃが非噛合部１４ｆから噛合部１４ｇに至るまでは、ポンプカップリング１４ｂは位相を逆相とする必要性から回転せずに、待機している。突起部１４ｃが噛合部１４ｇに達した場合は、電動モータＭにより発生したトルクが空洞部１４ｄの溝壁に伝達される結果ポンプカップリング１４ｂがモータカップリング１４ａと共に回転する（図９（ｃ）参照）。そして、電動モータＭの駆動が停止した場合は、噛合部１４ｇにあった突起部１４ｃは弾性体１４ｅの伸圧により非噛合部１４ｆの初期位置に押し戻される（図９（ｄ））。このように弾性体１４ｅを設けることによって、位相を初期化し次回電動モータＭを駆動する場合でも電動モータＭにより発生する脈動トルク成分の位相と、油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分の位相を逆相とすることができる。尚、図示していないが、噛合部１４ｇの側壁にビス等を突出せしめ、これを締め又は緩めることによって前記弧度を微調整するようにしてもよい。
【００３７】
図１０（ａ）は電動モータＭにより発生する脈動トルク成分を、図１０（ｂ）は油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分を、図１０（ｃ）は電動モータＭにより発生する脈動トルク成分及び油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分を合成した結果パワーシリンダＳに供給される油圧成分を示した脈動成分図である。電動モータＭにより発生する脈動トルク成分と油圧ポンプＰにより発生する脈動油圧成分との周波数を周波数整合手段により整合し、振幅を振幅調整手段により調整し、さらに両成分を移相手段により逆位相とすることで、両成分の脈動成分が相殺され図１０（ｃ）に示す如く、パワーシリンダＳに供給される油圧が平滑化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーステアリング装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】電動モータの要部を破断して示した縦断面図である。
【図３】図２の III−III 線による縦断面図である。
【図４】油圧ポンプの要部を破断して示した側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線による横断面図である。
【図６】駆動ギア及び従動ギアの動作図である。
【図７】カップリングの詳細図である。
【図８】モータカップリング及びポンプカップリングを分離して表した構造図である。
【図９】図７のIX−IX線による断面図である。
【図１０】脈動成分図である。
【符号の説明】
１舵輪
Ｐ油圧ポンプ
Ｗ車輪
Ｍ電動モータ
Ｓパワーシリンダ
６モータ制御部
９ロータ
１０出力軸
１３ポンプ軸
１４カップリング
１４ａモータカップリング
１４ｂポンプカップリング
１４ｃ突起部
１４ｄ空洞部
１４ｅ弾性体
１４ｆ非噛合部
１４ｇ噛合部
１６駆動ギア
１６ａ駆動ギア油閉込み部
１７従動ギア
１７ａ従動ギア油閉込み部

Claims

電動モータによって駆動される油圧ポンプから供給される圧油により動作し、操舵補助力を発生するパワーシリンダを備えるパワーステアリング装置において、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の周波数及び前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の周波数を整合させる周波数整合手段と、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の位相又は前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の位相をシフトする移相手段とを備え、前記周波数整合手段は、前記電動モータの出力軸が一回転する間に発生するコギングの回数と、前記油圧ポンプ内の圧油を吐出するギアの歯数とが同一となるように構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅又は前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅を調整する振幅調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
前記振幅調整手段は、前記電動モータにより発生する脈動トルク成分の振幅と前記油圧ポンプにより発生する脈動油圧成分の振幅とが略同一となるように出力トルクを制御するモータ制御部を備えることを特徴とする請求項２記載のパワーステアリング装置。