JP4235894B2

JP4235894B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4235894B2
Application number: JP2003110661A
Authority: JP
Inventors: 健松原; 善和九郎丸; 茂樹長瀬
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: JP2004314766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、運転者からステアリングホイール等の操舵部材に入力される操作トルクの値に応じた操舵補助力を発生するようになっている。
通常、上記操舵部材には入力軸が連結され、さらにこの入力軸にはトーションバーを介して出力軸が同軸上に連結されている。これにより、入力軸と出力軸とは、運転者から操舵部材に入力される操作トルクの値に応じて相対回転し、この相対回転量を検出することで、操作トルクを検出することができる。
【０００３】
上記相対回転量を検出できるものとしては、例えば、入力軸と出力軸との相対回転を軸方向の移動に変換し、この軸方向の移動をポテンショメータで検出する電動パワーステアリングが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、トーションバーの周囲をソレノイドで取り囲んで磁界を発生させ、トーションバーの捩り量に応じた磁界の変化を検出することで、上記入力軸と出力軸との相対回転量を検出する電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１２４０４５号公報。
【特許文献２】
特開２００１−１３３３４３号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、操舵補助力の発生源としてブラシレスモータ等のモータを用いる場合、このモータを駆動制御するために、モータ軸の回転位置（回転角）を検出する必要がある。
また、モータや入力軸等は、例えば車室等の配置スペースが限られた場所に配置されるので、装置を極力小型化する必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２記載の電動パワーステアリング装置では、モータ軸の回転角を検出するためのセンサをさらに設けなければならず、装置が大型化するとともに部品コストが高くついていた。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、装置の小型化を達成できる安価な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、操舵補助用のモータのモータ軸の出力回転を減速機構を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、操舵部材に連なる入力軸と、舵取機構に連なる出力軸と、入力軸の端部と出力軸の端部とを同軸上に相対回転可能に連結するトーションバーと、入力軸の回転角を検出するための第１の回転角検出手段と、出力軸およびモータ軸の何れか一方に設けられ、出力軸およびモータ軸の各回転角をそれぞれ検出するための第２の回転角検出手段とを備え、上記出力軸とモータ軸は互いに平行に配置され、上記減速機構は、出力軸とモータ軸とを動力伝達可能に連結する平行軸歯車機構を含み、上記入力軸および出力軸を収容するステアリングコラムをさらに備え、上記ステアリングコラムは、ユニットハウジングと、ユニットハウジングに固定されるカバーハウジングとを含み、上記ユニットハウジングは、入力軸、トーションバーおよび出力軸を同心的に取り囲んで収容する筒状の本体ハウジングと、本体ハウジングの外周においてこの本体ハウジングに形成されモータ軸を同心的に取り囲む筒状のモータハウジングと、本体ハウジングおよびモータハウジングの一端部に形成され上記平行軸歯車機構を収容するギヤハウジングの一部を構成する第１の部分と、を有し、上記本体ハウジング、モータハウジングおよび第１の部分は、単一の部材を用いて一体に形成されており、上記第１の部分は、本体ハウジングおよびモータハウジングの相隣接する上記一端部に連なる端側壁と、この端側壁の外周縁に沿って形成され軸方向に延びる周側壁とを含み、上記本体ハウジングの他端部に形成された第１の軸受保持孔に第１の軸受が嵌め合わされており、上記本体ハウジングは、第１の軸受を介して入力軸を回転自在に支持し、上記第１の部分の端側壁に形成された第２の軸受保持孔には第２の軸受が嵌め合わされており、上記第１の部分の端側壁は、上記第２の軸受を介して出力軸を回転自在に支持し、上記第１の部分の端側壁に形成された第３の軸受保持孔には第３の軸受が嵌め合わされており、上記第１の部分の端側壁は、上記第３の軸受を介してモータ軸を回転自在に支持しており、上記第１の回転角検出手段は、第１の軸受の近傍に配置され且つ入力軸の上記端部から離隔して配置されており、第２の回転角検出手段は、第２の軸受の近傍に配置され且つ出力軸の上記端部から離隔して配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、出力軸およびモータ軸の各回転角を共通の回転角検出手段で検出するので、例えば第２の回転角検出手段を出力軸に設けることにより、従来モータ軸に設けられていた回転角センサを廃止でき、装置を格段に小型化できる。さらに、部品点数の削減を通じて製造コストを格段に低減することができる。
第２の発明は、第１の発明において、上記カバーハウジングは、上記ユニットハウジングの第１の部分と対向して配置されており、上記カバーハウジングは、上記ギヤハウジングの第２の部分を構成しており、端側壁と、端側壁の外周縁に沿って形成され軸方向に延びる周側壁とを含み、上記カバーハウジングの周側壁は、ユニットハウジングの第１の部分の周側壁に固定されており、上記第１の部分および第２の部分を含むギヤハウジングは、上記平行軸歯車機構を収容する収容室を形成しており、上記カバーハウジングの端側壁に形成された第４の軸受保持孔に、出力軸と同心となるように第４の軸受が保持されており、上記カバーハウジングの端側壁は、第４の軸受を介して出力軸を回転自在に支持しており、上記カバーハウジングの端側壁に形成された第５の軸受保持孔に、モータ軸と同心となるように第５の軸受が保持されており、上記カバーハウジングの端側壁は、第５の軸受を介してモータ軸を回転自在に支持していることを特徴とする。
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記第１の回転角検出手段の出力と、上記第２の回転角検出手段の出力の差を、上記操舵部材に加えられたトルク値に対応する変量とすることを特徴とする。本発明によれば第１および第２の回転角検出手段の出力の差を用いることで、運転者から操舵部材に加えられたトルク値を精度よく検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式的な断面側面図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連結される入力軸３と、この入力軸３のうち、操舵部材２が連結されている側の端部と反対側の端部にトーションバー４を介して同軸上に相対回転可能に連結される出力軸５とを備える。
【００１３】
また、出力軸５のうち、トーションバー４が連結されている側の端部と反対側の端部には、自在継手６および中間軸（図示せず）を介して、ピニオン、ラック軸等を含む舵取機構（図示せず）が連結されている。
これにより、操舵部材２の操舵による回転力が、入力軸３、トーションバー４、出力軸５および中間軸を介して舵取機構に伝達され、車輪を操向することができる。
【００１４】
本電動パワーステアリング装置１は、操舵補助用のモータとしてのブラシレスモータ７を備えており、このブラシレスモータ７のモータ軸８の出力回転は、減速機構である平行軸歯車機構としてのはすば歯車機構９を介して出力軸５に伝えられ、さらに舵取機構に伝えられるようになっている。
入力軸３および出力軸５、ならびにブラシレスモータ７のモータ軸８を支持するステアリングコラム１０は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。
【００１５】
ステアリングコラム１０は、ユニットハウジング４０と、ユニットハウジング４０に固定されるカバーハウジング２１とを備える。
ユニットハウジング４０は、入力軸３、トーションバー４および出力軸５を同心的に取り囲んで収容する筒状の本体ハウジング１１と、本体ハウジング１１の外周においてこの本体ハウジング１１に形成され、モータ軸８を同心的に取り囲む筒状のモータハウジング１２と、本体ハウジング１１およびモータハウジング１２の一端部に形成され、はすば歯車機構９を収容するギヤハウジング４１の一部を構成する第１の部分４２とを含む。ユニットハウジング４０は、本体ハウジング１１、モータハウジング１２および第１の部分４２を単一の部材を用いて一体に形成してなる。
【００１６】
モータハウジング１２は、その中心軸線Ｃ２が本体ハウジング１１の中心軸線Ｃ１と平行になるように形成されている。
第１の部分４２は、本体ハウジング１１およびモータハウジング１２の相隣接する端部に連なる端側壁４３と、端側壁４３の外周縁に沿って形成され、軸方向に延びる周側壁４４とを有している。
本体ハウジング１１の他端部の内周には第１の軸受１３が嵌め合わされており、この第１の軸受１３を介して入力軸３を回転自在に支持している。
【００１７】
第１の部分４２の端側壁４３の一方の軸受保持孔４５には第２の軸受１４が嵌め合わされており、この第２の軸受１４およびその径方向内方に配置されるカラー１５を介して出力軸５を回転自在に支持している。上記の構成により、本体ハウジング１１の中心軸線Ｃ１と、入力軸３および出力軸５の中心軸線とは一致している。
第１の部分４２の端側壁４３の他方の軸受保持孔４６には第３の軸受１６が嵌め合わされており、この第３の軸受１６を介してモータ軸８を回転自在に支持している。上記の構成により、モータハウジング１２の中心軸線Ｃ２とモータ軸８の中心軸線とは一致し、出力軸５とモータ軸８とは、互いに平行に配置される。
【００１８】
カバーハウジング２１は、ユニットハウジング４０の第１の部分４２と対向して配置されている。カバーハウジング２１は、端側壁２２と、端側壁２２の外周縁に沿って形成され、軸方向に延びる周側壁２３とを備える。
このカバーハウジング２１は、ギヤハウジング４１の第２の部分４７を構成しており、その周側壁２３がユニットハウジング４０の第１の部分４２の周側壁４４に例えば嵌め合わされることにより固定されている。上記の構成により、ユニットハウジング４０の第１の部分４２および第２の部分４７を含むギヤハウジング４１は、はすば歯車機構９を収容する収容室Ｓを形成している。
【００１９】
カバーハウジング２１の端側壁２２の一方の軸受保持孔２５は、出力軸５と同心に第４の軸受２６を保持しており、この第４の軸受２６を介して出力軸５を回転自在に支持している。また、端側壁２２の他方の軸受保持孔２７は、モータ軸８と同心に第５の軸受２８を保持しており、この第５の軸受２８を介してモータ軸８を回転自在に支持している。
ブラシレスモータ７は、上述のモータ軸８およびモータハウジング１２に加え、モータ軸８の外周の一部に一体回転可能に固定されるロータ１７と、ロータ１７の外周を取り囲むようにしてモータハウジング１２の内周に固定されるステータ１８と、モータハウジング１２の他端部に着脱可能に可能に取り付けられ、開口１９を覆う蓋２０とを備える。
【００２０】
はすば歯車機構９は、出力軸５とブラシレスモータ７のモータ軸８とを動力伝達可能に連結しており、モータ軸８に軸方向移動を規制されて一体回転可能に連結される第１のはすば歯車２９と、第１のはすば歯車２９に噛み合うとともに、出力軸５の軸方向中間部に、軸方向移動を規制されて一体回転可能に連結される第２のはすば歯車３０とを含む。
すなわち、モータ軸８には、第１のはすば歯車２９の歯車軸（ピニオン軸）が単一の部材を用いて一体に形成されており、出力軸５に対するモータ軸８の回転位置を精度よく一定に保つことができる。
【００２１】
第１のはすば歯車２９は、第３および第５の軸受１６，２８の間に配置されており、第２のはすば歯車３０は、第２および第４の軸受１４，２６の間に配置されている。これにより、第１および第２のはすば歯車２９，３０の回転駆動時においても、モータ軸８および出力軸５は十分な支持剛性が確保され、これらモータ軸８および出力軸５が互いに心ずれを起こすことを防止できる。したがって、出力軸５に対するモータ軸８の回転位置をより精度よく一定に保つことができる。
【００２２】
本電動パワーステアリング装置１において、ブラシレスモータ７に発生させる操舵補助力は、運転者の操舵により操舵部材２に加えられた操作トルク（トルク値）に基づいて決定される。また、ブラシレスモータ７の駆動制御は、モータ軸８の回転位置（回転角）を検出しつつ行われる。
上記操作トルクの検出は、入力軸３の回転角θ１を検出するための第１の回転角検出手段としての第１のレゾルバ３１、ならびに出力軸５およびブラシレスモータ７のモータ軸８の各回転角θ２，θ３をそれぞれ検出するための第２の回転角検出手段としての第２のレゾルバ３２により行われるようになっている。
【００２３】
第１のレゾルバ３１は第１の軸受１３の近傍に配置されており、入力軸３の外周に一体回転可能に取り付けられる環状のロータ部３３と、ロータ部３３の周囲を取り囲み、ユニットハウジング４０の本体ハウジング１１の内周に固定されるステータ部３４とを含む。この第１のレゾルバ３１は、マイクロコンピュータを含む構成の制御部３５に接続されており、その検出信号（出力）が、入力軸３の回転角θ１の検出信号として制御部３５に与えられるようになっている。
【００２４】
第２のレゾルバ３２は、第２の軸受１４の近傍に配置されており、第１のレゾルバ３１と同様の構成であるが、そのロータ部３３が出力軸５に一体回転可能に取り付けられる点が第１のレゾルバ３１とは異なる。この第２のレゾルバ３２は制御部３５に接続されており、その検出信号（出力）が、出力軸５の回転角θ２の検出信号として制御部３５に与えられるようになっている。
上述のように、第１および第２のレゾルバ３１，３２は、対応する第１および第２の軸受１３，１４の近傍に配置されることで、トーションバー４から極力遠い位置に配置されている。
【００２５】
すなわち、第１および第２のレゾルバ３１，３２は、対応する入力軸３および出力軸５のうち、トーションバー４のねじれの影響を受け易い一端部３６，３７から遠い位置に配置されている。これにより、トーションバー４のねじれの影響を受け難くでき、入力軸３および出力軸５の各回転角θ１，θ２を精度よく検出できる。
また、本電動パワーステアリング装置１は、下記式（１）に示す関係を満たしている。
【００２６】
ｎ＊Ｐｍ／２＝１／Ｇ＊Ｐｒａ・・・・・（１）
なお、ｎ：整数、Ｐｍ：ブラシレスモータ７の極数、Ｇ：はすば歯車機構９の減速比、Ｐｒａ：第２のレゾルバ３２のロータ部３３の極数。
上記式（１）を満たすことで、ブラシレスモータ７の回転位相を、第２のレゾルバ３２の出力信号により判断することが可能となる。したがって、第２のレゾルバ３２の検出信号を、ブラシレスモータ７のモータ軸８の回転角θ３の検出信号としても用いることができる。また、第２のレゾルバ３２を用いることで、ブラシレスモータ７のモータ軸８の回転角θ３を、トーションバー４を介すことなく精度よく検出できる。
【００２７】
制御部３５は、第１および第２のレゾルバ３１，３２によって検出された入力軸３および出力軸５の各回転角θ１，θ２の差（第１および第２のレゾルバ３１，３２の出力の差）、すなわち、入力軸３と出力軸５との相対回転角（θ１−θ２）から得られる、操舵部材２に加えられたトルク値に対応する変量、ならびに制御部３５に接続された車速センサ３８により検出された車速、ならびに第２のレゾルバ３２により検出されたモータ軸８の回転角θ３等に基づいて、モータドライバ３９を介してブラシレスモータ７への印加電圧を制御し、このブラシレスモータ７を駆動制御する。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、出力軸５およびモータ軸８の各回転角θ２，θ３を、第２のレゾルバ３２、すなわち、共通のレゾルバで検出するので、従来モータ軸に設けられていた回転角センサを廃止でき、装置を格段に小型化できる。さらに、部品点数の削減を通じて製造コストを格段に低減することができる。
さらにまた、第１および第２のレゾルバ３１，３２の出力偏差に基づいて運転者から操舵部材２に加えられた操作トルクを精度よく検出できる。
【００２９】
また、出力軸５とモータ軸８とを互いに平行に配置しているので、出力軸５に対するモータ軸８の回転位置を把握し易い。このため、第２のレゾルバ３２に対するモータ軸８の回転位置の位置決め、すなわち、第２のレゾルバ３２の位相に対するブラシレスモータ７の位相の調整を極めて容易に行うことができる。
さらに、第２のレゾルバ３２を用いることで、出力軸５およびモータ軸８の各回転角θ２，θ３をより正確に検出することができる。
【００３０】
また、ブラシレスモータ７を用いることで、このブラシレスモータ７の寿命を極めて長くできるとともに、メンテナンスにかかる労力を格段に低減できる。
さらに、ステアリングコラム１０のユニットハウジング４０の本体ハウジング１１にブラシレスモータ７のモータハウジング１２が一体に形成されるので、これら本体ハウジング１１およびモータハウジング１２に同時に部品を組み付けることができ、組立作業をより効率的に行うことができる。
【００３１】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、平行軸歯車機構として、はすば歯車機構９に代えて平歯車機構や、やまば歯車機構を用いてもよい。
また、第２のレゾルバ３２を、出力軸５に代えてモータ軸８に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的な断面側面図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
２操舵部材
３入力軸
４トーションバー
５出力軸
７ブラシレスモータ（モータ）
８モータ軸
９はすば歯車機構（減速機構。平行軸歯車機構。）
１０ステアリングコラム
１２モータハウジング
３１第１のレゾルバ（第１の回転角検出手段）
３２第２のレゾルバ（第２の回転角検出手段）
θ１，θ２，θ３回転角

Claims

操舵補助用のモータのモータ軸の出力回転を減速機構を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、
操舵部材に連なる入力軸と、
舵取機構に連なる出力軸と、
入力軸の端部と出力軸の端部とを同軸上に相対回転可能に連結するトーションバーと、
入力軸の回転角を検出するための第１の回転角検出手段と、
出力軸およびモータ軸の何れか一方に設けられ、出力軸およびモータ軸の各回転角をそれぞれ検出するための第２の回転角検出手段とを備え、
上記出力軸とモータ軸は互いに平行に配置され、
上記減速機構は、出力軸とモータ軸とを動力伝達可能に連結する平行軸歯車機構を含み、
上記入力軸および出力軸を収容するステアリングコラムをさらに備え、
上記ステアリングコラムは、ユニットハウジングと、ユニットハウジングに固定されるカバーハウジングとを含み、
上記ユニットハウジングは、入力軸、トーションバーおよび出力軸を同心的に取り囲んで収容する筒状の本体ハウジングと、本体ハウジングの外周においてこの本体ハウジングに形成されモータ軸を同心的に取り囲む筒状のモータハウジングと、本体ハウジングおよびモータハウジングの一端部に形成され上記平行軸歯車機構を収容するギヤハウジングの一部を構成する第１の部分と、を有し、
上記本体ハウジング、モータハウジングおよび第１の部分は、単一の部材を用いて一体に形成されており、
上記第１の部分は、本体ハウジングおよびモータハウジングの相隣接する上記一端部に連なる端側壁と、この端側壁の外周縁に沿って形成され軸方向に延びる周側壁とを含み、
上記本体ハウジングの他端部に形成された第１の軸受保持孔に第１の軸受が嵌め合わされており、
上記本体ハウジングは、第１の軸受を介して入力軸を回転自在に支持し、
上記第１の部分の端側壁に形成された第２の軸受保持孔には第２の軸受が嵌め合わされており、
上記第１の部分の端側壁は、上記第２の軸受を介して出力軸を回転自在に支持し、
上記第１の部分の端側壁に形成された第３の軸受保持孔には第３の軸受が嵌め合わされており、
上記第１の部分の端側壁は、上記第３の軸受を介してモータ軸を回転自在に支持しており、
上記第１の回転角検出手段は、第１の軸受の近傍に配置され且つ入力軸の上記端部から離隔して配置されており、第２の回転角検出手段は、第２の軸受の近傍に配置され且つ出力軸の上記端部から離隔して配置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。
請求項１において、上記カバーハウジングは、上記ユニットハウジングの第１の部分と対向して配置されており、
上記カバーハウジングは、上記ギヤハウジングの第２の部分を構成しており、端側壁と、端側壁の外周縁に沿って形成され軸方向に延びる周側壁とを含み、
上記カバーハウジングの周側壁は、ユニットハウジングの第１の部分の周側壁に固定されており、
上記第１の部分および第２の部分を含むギヤハウジングは、上記平行軸歯車機構を収容する収容室を形成しており、
上記カバーハウジングの端側壁に形成された第４の軸受保持孔に、出力軸と同心となるように第４の軸受が保持されており、
上記カバーハウジングの端側壁は、第４の軸受を介して出力軸を回転自在に支持しており、
上記カバーハウジングの端側壁に形成された第５の軸受保持孔に、モータ軸と同心となるように第５の軸受が保持されており、
上記カバーハウジングの端側壁は、第５の軸受を介してモータ軸を回転自在に支持していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１または２において、上記第１の回転角検出手段の出力と、上記第２の回転角検出手段の出力の差を、上記操舵部材に加えられたトルク値に対応する変量とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。