JP4451523B2

JP4451523B2 - 電気式パワーステアリング・ギア

Info

Publication number: JP4451523B2
Application number: JP34584299A
Authority: JP
Inventors: エッケハルト、ボルト; フランク、ピーター、エンゲルス; ヘルベルト、メッケル; ポール、ハイン; フォルカー、ヴェー、ローレンツ
Original assignee: ティードライブホールディングビーヴィ
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: US6273211B1; EP1013534A1; BR9904456A; WO2000034108A1; DE59805635D1; EP1013534B1; AU1060700A; JP2000168594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自動車用の電気式パワーステアリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
国際特許出願公開公報WO 98/12097号は、本発明の前提構成を形成するのに用いられた、特に自動車用の電気式パワーステアリング・ギアを開示する。
【０００３】
この公知のパワーステアリング・ギアにおいて、電気モーターが、ステアリング・シャフトに関して同軸に配列されたハーモニック・ドライブを駆動し、電気モーターのステーター及びハーモニック・ドライブのステーターが車両に固定され、入力要素のステアリング・シャフトは、入力要素を形成すると同時に、増幅した操舵運動を対応するステアリング・ギアへ伝達するハーモニック・ドライブの出力要素を形成する。
【０００４】
公知の電気式パワーステアリング・ギアは、電気モーターのステーターが車両内のある位置に固定されなければならず、そして、ハーモニック・ドライブのステーターを固定するために、例えば電磁的に制御可能なクラッチの形態を持つことがある制御可能なリンク又はロック装置が設けられなければならない、という欠点を持つ。
【０００５】
公知の電気パワーステアリング・ギアは更に、円盤形ローター・モーターとしての電気モーター及び円盤形機構としてのハーモニック・ドライブとしての構成故に、自動車のステアリング・シャフトの領域内にかなりの径方向の取付スペースを必要とする、という問題点を持つ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、必要とする径方向の取付スペースを小さくし、加えて、電気モーターのステーターを車両へ取付けることも、ハーモニック・ドライブのステーターを固定する制御可能なクラッチ配列を必要とすることがない様に、具体的には自動車用である電気式パワーステアリング・ギアを改良することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、以下の特徴を持つ本発明に従い達成される。すなわち、出力要素が操舵要素により形成されるパワーステアリング・ギアのための入力を形成しそしてステアリング・ホイールにより作動されるステアリング・シャフトと、加えられる操舵トルクに従い信号を発生し、捩じれ要素上に配列され、対応する増幅回路を介して電気モーターへ接続するセンサーとを持ち、上記電気モーターは、ハーモニック・ドライブの形態を持つパワーステアリング・ギアを駆動するために、上記ステアリング・シャフト及び操舵要素に関して同軸上に配列され、上記ハーモニック・ドライブの、弾性的に変形可能で外歯を持つスリーブ形状の柔軟ローターを該外歯で上記ハーモニック・ドライブの環状ステーターの内歯と移動噛合状態とするために、上記電気モーターのローターが上記ハーモニック・ドライブの楕円ジェネレーターを駆動するように構成され、上記ハーモニック・ドライブは、上記ステアリング・シャフト及び上記操舵要素に対し回転に関して固定的に接続される出力ドライブ要素を持つ、電気式パワーステアリング・ギアである。
【０００８】
そして、上記電気モーターのステーターが、上記ステアリング・シャフトへ不変的に接続され上記ステアリング・シャフト及び上記操舵要素に対し回転に関して固定的に接続される、上記ドライブ要素としてのスリーブ形状外歯形の柔軟ローター内での回転に関して固定的に配列され、そして、内歯形環状ステーターがステアリング・ケーシング上で回転に関して固定的に配列され、そして電力が、スリップ・リング又は渦巻き配線を介して、上記電気モーターへ供給される。
【０００９】
【発明の効果】
電気モーターのステーターが、ステアリング・シャフトへ不変的に接続されステアリング・シャフト及び操舵要素に対し回転に関して固定的に接続されるスリーブ形状外歯形の柔軟ローター内で回転に関して固定的に配列され、そして、内歯形環状ステーターがステアリング・ケーシング上で回転に関して固定的配列され、そして電力が、スリップ・リング又は渦巻き配線を介して、上記電気モーターへ供給される、という事実により、公知の構成では必要である、車両内の電気モーターのステーターの固定と、ハーモニック・ドライブのステーターを固定する制御クラッチを、省略することが可能であり、その結果として、電気式パワーステアリングの組込みが非常に容易になる。
【００１０】
なお、上記構成のハーモニック・ドライブのステーターと出力ドライブ要素の機能を入れ替えても良い。本発明の更なる詳細は、請求項に記載されている。そして、本発明は、図面に示された実施例に関連して、より詳細に説明される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１及び２に示される第１実施例において、不図示のステアリング・ホイールにより作動されるステアリング・シャフト１は、ハーモニック・ドライブ２つまりその出力要素つまり操舵要素３に対し、回転に関し固定的に直接接続され、そのハーモニック・ドライブは、ステアリング・シャフト１に関して同軸状に構成される。
【００１２】
ハーモニック・ドライブの形態を持つ電気式パワーステアリング・ギアは、ステアリング・シャフト１の形態のギア入力及び、操舵要素３の形態のギア出力を持ち、本実施例においては、弾性変形可能で外歯形のスリーブ形状の柔軟ローター４が、ステアリング・シャフト１及び操舵要素３に対し固定的に接続される。
【００１３】
知られている様に、ハーモニック・ドライブ２は、柔軟ローター４だけでなく、内歯形の環状ステーター５及び楕円ジェネレーター６も有し、楕円ジェネレーターは、上記柔軟ローター４の外歯８を固定環状ステーター５の内歯９と噛合わさせるために、適切なボールベアリング構成を介して、弾性変形可能なスリーブ状の柔軟ローター４に、作用する。
【００１４】
楕円ジェネレーター６はここで電気モーター10により駆動され、電気モーターは、スリーブ状の柔軟ローター４内に同軸状に配列され、例えば、ステアリング・シャフト１上のスリップ・リング11及び12を介して、適切に制御された電力が供給される。
【００１５】
ハーモニック・ドライブ２はまた、車両内で位置的に固定して配列されなければならない環状ステーター５を有する。
【００１６】
ジェネレーター６が回転すると、楕円の長径そして、柔軟ローター４の歯と環状ステーター５の歯との間の噛合い領域が、移動する。
【００１７】
固定した環状ステーター５と協働して、柔軟ローター４が、ハーモニック・ドライブと反対方向に、出力ドライブ要素として回転する。
【００１８】
実際のステアリング・ギアは、例えば本実施例においては、ラック・アンド・ピニオン・ギアとして設計されるが、電気式パワーステアリング・ギアの出力要素である、操舵要素３が、別の公知のステアリング・ギアに作用することもあることは自明である。
【００１９】
ラック・アンド・ピニオン・ギア13は本質的にステアリング・ケーシング14からなり、その中で歯付きラック15がベアリング16及び17内に軸方向に移動可能に配置され、ステアリング・ケーシングはピニオン・コネクター18を持ち、その中に、ステアリング・シャフト１が柔軟ローター４及び操舵要素３と共に、ベアリング構成19を用いた対応する回転自在な態様で、取付けられ、ここでは操舵要素３が歯付きラック15に対応するピニオン20の形態で構成される。
【００２０】
ハーモニック・ドライブ２の環状ステーター５は、例えばスクリューを用いた適切な方法でピニオン・コネクター18に対し回転に関して固定された態様で、固定される。
【００２１】
ステアリング・シャフトを介してある操舵トルクが加えられると、導かれる操舵トルクの信号が、それ自体知られているセンサーを介して出力され、対応する増幅回路を介して電気モーター10へ伝えられ、そして、モーターにハーモニック・ドライブ２のジェネレーター６を回転させる。
【００２２】
ステアリング・シャフト１及び柔軟ローター４そして操舵要素３は、回転に関して固定的に互いに直接接続されている、そして／又は、一品から成形されているので、歯付きラック15を移動するために、固定の環状ステーター５内で柔軟ローター４の回転運動から生じる補助力がピニオン20を形成する操舵要素３に直接作用することが可能で、ドライバーは、自身がステアリング・ホイールを保持する力又は加えられる操舵力を用いて、ステアリング・シャフト１を介して必要な応答トルクを得ることが出来る。
【００２３】
電力供給が故障した場合には、ステアリング・シャフト１から柔軟ローター４を介して操舵要素３への駆動リンクは維持され、操舵力は増加するが、車両の操舵は可能である。クラッチ構成を選択的な態様で解除する必要はない。
【００２４】
図３及び４に示される実施例の場合には、ステアリング・シャフト1’、ハーモニック・ドライブ2’及びラック・アンド・ピニオン・ギア13’が再び示されている。
【００２５】
ハーモニック・ドライブ2’は、今回、内歯形環状ローター5’と噛合う外歯形の柔軟ステーター4’を有し、弾性変形可能柔軟ステーター4’の外歯を回転自在に配置された環状ローター5’の内歯と移動噛合状態とするために、ローラーベアリング構成7’を介して楕円ジェネレーター6’により移動噛合関係がもたらされる。
【００２６】
本実施例においては、弾性変形可能柔軟ステーター4’が、ジャーナル21を介してステアリング・ケーシング13’に対して位置的に固定された態様で固定され、ベアリング構成19’により回転自在に取付けられそして、歯付ラック14’の適切な歯に直接噛合うピニオン歯20’がその外周に設けられる環状ローター5’に対して回転方向に固定された態様で、ステアリング・シャフト1’が接続される。
【００２７】
この構成は、比較的大きなピニオン径を選択するのを可能とする。
【００２８】
図５は、ピニオン歯3,3'及び歯付ラック14,14'における噛合の別のものを提供する外歯形ピニオン20”が、比較的大きな範囲に亘りギアの減速比を変化させる可能性を与えることを、示している。柔軟ステーター5'の固定支持部は、ステアリング・ケーシングに固定されるジャーナル21'を再び用いて、柔軟ステーター5’の固定支持部が設けられる。ベアリング・ブッシュ22を介して、ジャーナル21’は、環状ローター5’へ接続されるピニオン20”用の支持部を形成する。
【００２９】
両方の実施例において、楕円ジェネレーター6’を駆動する電気モーター10’は、スリーブ形状の弾性変形可能な柔軟ステーター4’内に配置され、適切な方法で必要な電力が供給されなければならない。スリーブ形状の柔軟ステーター4’は固定した態様で位置的に固定されるので、単純な配線により電気接続が可能であり、例えば、固定ジャーナル21及び21’を用いて接続配線を配置することが可能である。
【００３０】
パワーステアリング・ギアを図示の様にステアリング・ギア13へ一体化することが可能であるばかりでなく、操舵トルクの伝達経路の他のいかなる所望の場所にも組込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラック・アンド・ピニオンとして設計されたステアリング・ギア上に構成された、本発明による電気式パワーステアリング・ギアの概略断面図である。
【図２】図１の線II-IIに沿う断面図である。
【図３】同じくラック・アンド・ピニオン・ギアに構成されたハーモニック・ドライブの、ステーターとローターの配置を入れ替えた電気式パワーステアリング・ギアの更なる実施例の断面図である。
【図４】図３の線IV-IVに沿う断面図である。
【図５】本発明による電気式パワーステアリング・ギアの更なる実施例の断面図である。
【符号の説明】
１,1’ ステアリング・シャフト
２,2’ パワーステアリング・ギア
３,3’ 操舵要素
４柔軟ローター
4’ 柔軟ステーター
５環状ステーター
5’ 環状ローター
６楕円ジェネレーター
10,10’ 電気モーター
11,12 スリップ・リング
13 ステアリング・ギア
14 ステアリング・ケーシング
20 ピニオン
21 ジャーナル

Claims

出力要素が操舵要素(3)により形成されるパワーステアリング・ギア(2)のための入力を形成しそしてステアリング・ホイールにより作動されるステアリング・シャフト(1)と、
加えられる操舵トルクに従い信号を発生し、捩じれ要素上に配列され、対応する増幅回路を介して電気モーター(10)へ接続するセンサーとを持ち、
上記電気モーターは、ハーモニック・ドライブの形態を持つパワーステアリング・ギア(2)を駆動するために、上記ステアリング・シャフト(1)及び操舵要素(3)に関して同軸上に配列され、
上記ハーモニック・ドライブ(2)の、弾性的に変形可能で外歯(8)を持つスリーブ形状の柔軟ローター(4)を該外歯(8)で上記ハーモニック・ドライブ(2)の環状ステーター(5)の内歯(9)と移動噛合状態とするために、上記電気モーターのローターが上記ハーモニック・ドライブ(2)の楕円ジェネレーター(6)を駆動するように構成され、
上記ハーモニック・ドライブ(2)は、上記ステアリング・シャフト(1)及び上記操舵要素(3)に対し回転に関して固定的に接続される出力ドライブ要素を持つ、電気式パワーステアリング・ギアであって、
上記電気モーター(10)のステーターが、上記ステアリング・シャフト(1)へ不変的に接続され上記ステアリング・シャフト(1)及び上記操舵要素(3)に対し回転に関して固定的に接続される、上記ドライブ要素としてのスリーブ形状で外歯形の柔軟ローター(4)内で、回転に関して固定的に配置され、そして、
内歯形環状ステーター(5)がステアリング・ケーシング（14）上に回転に関して固定的に配置され、そして電力が、スリップ・リング(11,12)又は渦巻き配線を介して、上記電気モーター(10)へ供給される、
電気式パワーステアリング・ギア。
ステアリング・ギア(13)がラック・アンド・ピニオン・ギア形であり、
上記ステアリング・シャフト(1)、柔軟ローター(4)及び操舵要素(3)が、回転に関して互いに固定的に接続されかつ一品に構成され、上記操舵要素(3)がラック歯の操舵システムのピニオン(20)を直接形成する、
請求項１に記載の電気式パワーステアリング・ギア。
上記弾性変形可能な柔軟ローター(4)が、加えられる操舵トルクを検出するセンサーへ直接相互作用することが可能であるために、凹みや窪みなどに起因し、上記電気モーター(10)より上の領域で限られた程度まで捩じり方向に柔軟である様に構成されている、
請求項１又は２に記載の電気式パワーステアリング・ギア。
出力要素が操舵要素(3’)により形成されるパワーステアリング・ギア(2’)のための入力を形成しそしてステアリング・ホイールにより作動されるステアリング・シャフト(1’)と、
加えられる操舵トルクに従い信号を発生し、捩じれ要素上に配列され、対応する増幅回路を介して電気モーター(10’)へ接続するセンサーとを持ち、
上記電気モーターは、ハーモニック・ドライブの形態を持つパワーステアリング・ギア(2’)を駆動するために、上記ステアリング・シャフト(1’)及び操舵要素(3’)に関して同軸上に配列され、
上記ハーモニック・ドライブ(2’)の、弾性的に変形可能で外歯を持つスリーブ形状の柔軟ステーター(4’)を上記ハーモニック・ドライブ(2’)の内歯形環状ローター(5’)とで移動噛合状態として、一方の要素が車両に固定され、他方の要素が回転に関し固定的に上記ステアリング・シャフト(1)及び上記操舵要素(3)に対して接続されることとするために、上記モーターのローターが上記ハーモニック・ドライブ(2)の楕円ジェネレーターを駆動する電気式パワーステアリングであって、
上記電気モーター(10’)のステーターが、上記スリーブ形状の外歯形の柔軟ステーター(4')内で固定的に配列され、
内歯形環状ローター(5’)が、ステアリング・ケーシング（14’）内に回転自在に取付けられ、そして、上記ステアリング・シャフト(1')及び上記操舵要素(3')に対して回転に関し固定的に接続され、そして
上記外歯形柔軟ステーター(4')が、回転に関して固定的にステアリング・ケーシング(14')に対してジャーナル(21)を介して接続され、そして、電力が上記電気モーター(10)に対し単純な配線接続を介して供給される、
電気式パワーステアリング。
ステアリング・ギア(13’)がラック・アンド・ピニオン・ギア形であり、
上記内歯形で回転自在に取付けられた環状ローター(5')は、その外表面にピニオン歯(3')が設けられ、それにより、歯付ラック(14')の歯に直接噛合う、
請求項４に記載の電気式パワーステアリング。
ステアリング・ギア(13’)がラック・アンド・ピニオン・ギア形であり、
上記内歯形で回転自在に取付けられた環状ローター(5')が滑り軸受け(22)によりジャーナル(21')上に支持される中空ピニオン(20'')へ接続される、
請求項４に記載の電気式パワーステアリング。