JP3832574B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングの操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来技術】
これまでの電動パワーステアリング装置(以下、EPSと略す)は、特開平8−175403号公報に記載されているように、トルクセンサ、制御回路、電動モータ、及び動力伝達部を一体に構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のEPSでは、ハウジング内周に入力軸を支持するベアリング、及び出力軸を支持するベアリングを配設しており、ウォームホイールの径が大きいため、ハウジングを別体に分割してないと組付けることができない。そのため、別体のハウジング同士を結合させる必要があるため、組付ける際の組付け工数が増加するという問題がある。さらに、ネジ等の部品点数の増加を招き、コストも増加するという問題がある。
【0004】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ハウジングの内周に階段状に径が広がる第1、第2、及び第3の円筒形状部を設けることで、単一のハウジングにすることにより、部品点数の削減、及び組付け工数の低減を図り、組付け可能なEPSを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項1では、ステアリング(6)からの操舵トルクを検出するトルクセンサ(2)と、トルクセンサで検出された検出値に基づいて、操舵補助力を決定する制御回路(3)と、制御回路で決定された操舵補助力を出力軸(52)に付与する電動モータ(4)と、電動モータで出力された操舵補助力を転舵輪側に伝達するウォームホイール(59)を有する動力伝達部(5)とを備えた電動パワーステアリング装置において、トルクセンサ、及び動力伝達部を格納する単一のハウジング(11)を備えており、ハウジングの内周には、操舵軸方向の出力軸側に径が階段状に広がる多段略円筒形状で形成され、トルクセンサを配設する第1円筒形状部(14)、出力軸を支持するベアリング(13)が設けられる第2円筒形状部(15)、及びウォームホイールを配設する第3円筒形状部(16)の順に形成されていることを特徴としている。
【0006】
この構成により、ハウジングの内周は、操舵軸方向の出力軸側に径が広がる多段略円筒形状で形成される。そして、第1円筒形状部にトルクセンサ、第2円筒形状部に出力軸を支持するベアリング、及び第3円筒形状部に動力伝達部をなすウォームホイールの順に組付ける。そのため、トルクセンサ、及び動力伝達部の各構成部品を単一のハウジング内に組付け可能にすることができる。よって、単一のハウジングで形成されることから組付ける際に、ハウジング同士を結合させるためのネジ止めを行う必要がなくなる。そのため、部品点数の削減と組付け工数の低減が図れる。
【0007】
また、請求項2では、トルクセンサは、磁気センサであるホールIC(22)を用いて操舵トルクを検出することを特徴としている。
【0008】
この構成により、入力軸に固定されている硬磁性体のマグネットから発生する磁束を直接検出する必要がなくなる。そのため、ホールICに対して電気的な接触部を設けることがなくなるため、信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。また、従来知られていた回転式可変抵抗を利用したトルクセンサやインダクタンス変化を利用したトルクセンサに比べて小さく構成することができる。
【0009】
また、請求項3では、制御回路は、軟磁性体であるカバー(33)を有しており、且つホールICと電動モータとの間に制御回路を配設することを特徴としている。
【0010】
この構成により、ホールICは、磁気遮蔽手段を果たすことができる軟磁性体のカバーにより、電動モータの構成部品であるマグネットから発生する磁力の影響を防止することができる。また、新規に磁気遮蔽手段を設ける必要がないため、部品点数の増加を招くことがない。さらに、ホールICを制御回路近傍に配設することが可能になるため、ホールICと制御基板とを接続する配線を短くすることができる。
【0011】
また、請求項4では、ハウジングの内周面には、ホールICと制御回路の制御基板(32)とを接続する信号線を配設するための案内溝(25)が形成されていることを特徴としている。
【0012】
この構成により、制御基板と接続するホールICの信号線を容易に配線することができるため、組付け性が向上する。
【0013】
また、請求項5では、集磁リング(21)は、ホールICに磁束密度を集中させるものであり、ハウジングには、ホールIC、及び集磁リングを位置決めするための切欠き(26)が形成されていることを特徴としている。
【0014】
この構成により、ホールIC、及び集磁リングを配設する位置関係を正確に決定することができる。そのため、ホールIC、及び集磁リングを配設する際の位置ずれを防止することができる。また、集磁リングにホールICをはめ込み易くなるため、組付け性が向上する。
【0015】
また、請求項6では、ハウジングは、操舵軸のステアリングラック(54)近傍に配設されていることを特徴としている。
【0016】
この構成により、出力軸とピニオンギヤ間の距離は、微小になるため、操舵軸の捩じれの影響を受け難くなる。そのため、ステアリングラックに直接的にEPSから出力される操舵補助力を伝達させることができ、大きな操舵補助力を伝達することができる。
【0017】
また、請求項7では、ハウジングは、ステアリングラックが貫通していることを特徴としている。
【0018】
このことにより、EPSのハウジングとステアリングラックハウジングとを一体に形成することができるため、部品点数の削減ができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態について図面に基づき説明する。
【0020】
図1は、ラックタイプのEPSの構成を示した図である。この図に基づき、EPSの構成について説明する。
【0021】
図1に示すラックタイプのEPSの一体型EPS1は、操舵軸のステアリングラック54近傍に配設されている。また、運転者からステアリング6に加えられた操舵力は、入力軸51に伝達され、ユニバーサルジョイント60を介して一体型EPS1に伝達される。そして、一体型EPS1により決定、及び出力された操舵補助力は、出力軸52(図5参照)に伝達される。なお、一体型EPS1の構造、及び作動については、後述する。そして、その操舵補助力は、操舵軸の反ステアリング側先端に固定されているピニオンギヤ(図示しない)に伝達される。そして、ピニオンギヤに伝達された操舵補助力は、ステアリングラック54に伝達され、車両の左右方向の直線運動に変換される。そして、ステアリングラック54の両先端部に配設されていて、蝶番になっているタイヤヒンジ55を介して、タイヤ56を転舵する。また、一体型EPS1は、+と−の電源線を接続するための1つの車両ハーネス17がバッテリ7と接続されている。また、その車両ハーネス17のコネクタ10(図2参照)には、EPSの故障等の情報を運転者に知らせるための1乃至2本のシリアル通信線を接続させることも可能である。
【0022】
図2は、一体型EPS1の軸方向上方から見た平面図である。また、図3は、トルクセンサ2の軸方向上方から見た平面図である。また、図4は、図2のA−A矢視断面図である。また、図5は、図2のB−B矢視断面図である。また、図6は、図4のC−C矢視断面図である。これらの図に基づき、本発明の一体型EPS1の構造について説明する。
【0023】
図2に示すように、一体型EPS1は、トルクセンサ2、制御回路3、電動モータ4、動力伝達部5、及びハウジング11等から構成されている。
【0024】
ハウジング11は、トルクセンサ2、及び動力伝達部5を覆うものである。図5に示すように、ハウジング11の内周には、第1円筒形状部14、第2円筒形状部15、及び第3円筒形状部16が形成されている。
【0025】
第1円筒形状部14には、トルクセンサ2の構成部品を配設する。また、第2円筒形状部15には、出力軸52を回転自在に支持するベアリング13が設けられる。また、第3円筒形状部には、動力伝達部5をなすウォームホイール59を配設する。
【0026】
第1円筒形状部14の内径は、第2円筒形状部15の内径よりも小さく形成されており、第2円筒形状部15の内径は、第3円筒形状部16の内径よりも小さく形成されている。このことにより、ハウジング11の内周は、操舵軸方向の出力軸52側に径が階段状に広がる多段略円筒形状で形成されている。また、ハウジング11の出力軸52側は、一体化EPS1の各構成部品を収容するための収容穴が空けられている。そして、各構成部品の収容完了時に分割ハウジング12により、その収容穴を塞いでいる。
【0027】
また、図3に示すように、ハウジング11には、ホールIC22と制御基板32とを接続する信号線の案内溝25が形成されている。さらに、ホールIC22と集磁リング21との位置ずれを防止するための切欠き26が形成されている。
【0028】
トルクセンサ2は、ステアリング6(図1参照)からの操舵トルクを検出するものである。図5に示すように、トルクセンサ2は、集磁リング21、ホールIC22、ヨーク23、及びマグネット24等から構成されている。
【0029】
ヨーク23は、円筒状であり、入力軸51の外周に配設されている。集磁リング21は、リング状であり、ヨーク23の外周に配設されている。また、周方向の一箇所に平板状の集磁部21aが設けられ、互いの集磁部21a同士が軸方向に対向して配置される。但し、集磁部21aは、集磁リング21の他の部位より軸方向に接近して設けられている。ホールIC22は、軸方向に対向する集磁部21a同士の間に挿入されている。マグネット24は、円筒状であり、入力軸51の外周に固定されている。
【0030】
そして、ヨーク23は、入力軸51が回転すると、入力軸51に固定されているマグネット24により、磁束密度が変化する。その磁束密度の変化を集磁リング21の集磁部21aに集めて、ホールIC22が電気的な信号として検出することにより、相対角度を検出することで操舵トルクを検出するトルクセンサ2をなす。
【0031】
制御回路3は、トルクセンサ2で検出された操舵トルク検出値に基づいて、操舵補助力を決定するものである。図4に示すように、制御回路3は、パワートランジスタ31、制御基板32、及びカバー33等から構成されている。
【0032】
パワートランジスタ31は、ハウジング11に固定されていて、電動モータ4を作動させるための給電のスイッチングの役割を果たしている。また、制御基板32は、ホールIC22の信号線等が接続され、ホールIC22の検出値に基づいて、パワートランジスタ31を制御している。また、カバー33は、軟磁性体のスチールの薄い板であり、パワートランジスタ31と制御基板32等を覆っていて、電動モータ4とホールIC22との間に配設している。これら制御回路3は、車両のバッテリ7(図1参照)からの電源を供給するコネクタ10(図2参照)と接続されている。このコネクタ10は、カバー33側面に形成されている接続部と接続する。
【0033】
電動モータ4は、制御回路3で決定された操舵補助力を出力するものである。図6に示すように、電動モータ4は、ブラシ41、ブラシホルダ42、マグネット43、コンミテータ44、及びコア45等から構成されている。
【0034】
ブラシ41は、制御回路3からの給電線(図示しない)と接続されていて、給電の役割を果たす。ブラシホルダ42は、ブラシ41を固定するものである。マグネット43は、円筒状であり、複数のN極とS極が交互に着磁されている。コンミテータ44は、ブラシ41の内周に固定されている。コア45は、積層であり、マグネット43の内周に配設されている。
【0035】
そして、コンミテータ44からコア45内に設けられたコイルに電流が流れ、マグネット43の磁束により、コア45が回転する。
【0036】
また、トーションバー57の軸方向の一端部は、ピン8を介して入力軸51と結合されており、他端部は、ピン9を介して出力軸52と結合されている。また、出力軸52は、ベアリング13を介して回転自在に支持されている。
【0037】
動力伝達部5は、電動モータ4で出力された操舵補助力を転舵輪側に伝達するものである。図6に示すように、動力伝達部5は、ウォーム58、ウォームホイール59等から構成されている。
【0038】
ウォーム58は、電動モータ4の回転軸と結合されている。ウォームホイール59は、ウォーム58と噛合していて、出力軸52と結合されている。
【0039】
そして、ウォーム58は、電動モータ4の回転と同時に回転する。そして、ウォームホイール59は、ウォーム58の回転により回転し、出力軸52に操舵補助力を伝達する動力伝達部5をなす。
【0040】
以上のように構成されたEPSは、一体型EPS1は、ステアリング6からの操舵力により、入力軸51が回転された場合には、トーションバー57が捩じられ、出力軸52は回転する。そして、マグネット24とヨーク23との間に生じる相対角度の変化をホールIC22で検出し、制御回路3に出力する。その制御回路3によってホールICの検出された操舵トルク検出値に応じた操舵補助力が決定される。そして、電動モータ4により操舵補助力を出力し、その出力は、動力伝達部5の減速機構により倍力され、出力軸52に操舵補助力が伝達される。
【0041】
本実施形態では、ステアリングラック54近傍に一体型EPS1が配設されるため、出力軸52とピニオンギヤまでの間は、微小になる。そのため、操舵軸の捩じれの影響を受け難くなるため、ステアリングラックに直接的に一体型EPS1から出力される操舵補助力を伝達させることができる。そのことにより、大きな操舵補助力を伝達することができる。そのため、ラックタイプのEPSは、主に大型車両に適用される。
【0042】
また、車両との外部接続部は、1つの車両ハーネス17のみで済むため、容易に接続することができる。さらに、その車両ハーネス17のコネクタ10は、シリアル通信線を接続させることも可能であるため、部品点数の増加を招くことない。
【0043】
また、一体型EPS1にステアリングラック54が貫通している構造でもよい。そのため、一体化EPS1のハウジング11とステアリングラックハウジング53とを一体に形成することができるため、部品点数の削減ができる。
【0044】
また、ハウジング11は、単一に形成されている。このことにより、組付ける際に、ハウジング同士を結合させるためのネジ止めを行う必要がなくなるため、部品点数の削減と組付け工数の低減が図れる。また、ハウジング11の内周には、操舵軸方向の出力軸52側に径が広がる多段略円筒形状で形成されることから、EPSの各構成部品をハウジング11内に組付け可能にすることができる。
【0045】
また、トルクセンサ2は、ホールIC22を用いて操舵トルクを検出している。このことにより、入力軸51に固定されている硬磁性体のマグネット24から発生する磁束を直接検出する必要がなくなるため、ホールIC22に対して電気的な接触部を設けることがなくなる。そのため、信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。
【0046】
また、制御回路3を覆うための軟磁性体であるカバー33は、ホールIC22と電動モータ4との間に配設している。このことにより、マグネット43から発生する磁力の影響を防止することができる。また、ホールIC22を制御回路3近傍に配設することが可能になるため、ホールIC22と制御基板32とを接続する配線を短くすることができる。
【0047】
また、ハウジング11内周には、ホールIC22と制御基板32を接続する信号線を配設するための案内溝25が形成されている。このことにより、制御基板32と接続するホールIC22の信号線を容易に配線することができるため、組付け性は向上する。
【0048】
さらに、ハウジング11には、ホールIC22、及び集磁リング21の位置を決定するための切欠き26が形成されている。このことにより、ホールIC22、及び集磁リング21を配設する位置を正確に決定することができるため、位置ずれを防止することができる。また、集磁リング21にホールIC22をはめ込み易くなるため、組付け性は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態におけるラックタイプのEPSの構成を示した図である。
【図2】本実施形態における一体型EPSの軸方向上方から見た平面図である。
【図3】本実施形態におけるトルクセンサの軸方向上方から見た平面図である。
【図4】本実施形態における図2のA−A矢視断面図である。
【図5】本実施形態における図2のB−B矢視断面図である。
【図6】本実施形態における図4のC−C矢視断面図である。
【符号の説明】
1…一体型EPS、
2…トルクセンサ、
3…制御回路、
4…電動モータ、
5…動力伝達部、
6…ステアリング、
7…バッテリ、
8、9…ピン、
10…コネクタ、
11…ハウジング、
12…分割ハウジング、
13…ベアリング、
14…第1円筒形状部、
15…第2円筒形状部、
16…第3円筒形状部、
17…車両ハーネス、
21…集磁リング、
22…ホールIC、
23…ヨーク、
24、43…マグネット、
25…案内溝、
26…切欠き、
31…パワートランジスタ、
32…制御基板、
33…カバー、
41…ブラシ、
42…ブラシホルダ、
44…コンミテータ、
45…コア、
51…入力軸、
52…出力軸、
53…ステアリングラックハウジング、
54…ステアリングラック、
55…タイヤヒンジ、
56…タイヤ、
57…トーションバー、
58…ウォーム、
59…ウォームホイール、
60…ユニバーサルジョイント。
Claims (7)
- ステアリング(6)からの操舵トルクを検出するトルクセンサ(2)と、
前記トルクセンサで検出された検出値に基づいて、操舵補助力を決定する制御回路(3)と、
前記制御回路で決定された前記操舵補助力を出力軸(52)に付与する電動モータ(4)と、
前記電動モータで出力された前記操舵補助力を転舵輪側に伝達するウォームホイール(59)を有する動力伝達部(5)とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサ、及び前記動力伝達部を格納する単一のハウジング(11)を備えており、
前記ハウジングの内周には、操舵軸方向の前記出力軸側に径が階段状に広がる多段略円筒形状で形成され、前記トルクセンサを配設する第1円筒形状部(14)、前記出力軸を支持するベアリング(13)が設けられる第2円筒形状部(15)、及び前記ウォームホイールを配設する第3円筒形状部(16)の順に形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記トルクセンサは、磁気センサであるホールIC(22)を用いて前記操舵トルクを検出することを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記制御回路は、軟磁性体であるカバー(33)を有しており、且つ前記ホールICと前記電動モータとの間に前記制御回路を配設することを特徴とする請求項1叉は2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ハウジングの内周面には、前記ホールICと前記制御回路の制御基板(32)とを接続する信号線を配設するための案内溝(25)が形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の電動パワーステアリング装置。
- 集磁リング(21)は、前記ホールICに磁束密度を集中させるものであり、前記ハウジングには、前記ホールIC、及び前記集磁リングを位置決めするための切欠き(26)が形成されていることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ハウジングは、前記操舵軸のステアリングラック(54)近傍に配設されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ハウジングは、前記ステアリングラックが貫通していることを特徴とする請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
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