JP5863807B2 - 電動モータ、制御装置及びセンサを備えたステアリングギヤ装置、並びに、当該ステアリングギヤ装置が装備された電動補助ステアリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う電動モータ、制御装置及びセンサを備えたステアリングギヤ装置、並びに、当該ステアリングギヤ装置が装備された電動補助ステアリングシステムに関する。本発明は、特には、電動補助ステアリングシステムのためのヘリカルギヤ装置ないしはウォームギヤ装置として構成されたステアリングギヤ装置に関する。

ＤＥ１９８１４７１９Ａ１から、電動補助ステアリングシステムへの利用のためのウォームギヤ装置の形態の一般的なステアリングギヤ装置が知られている。図１は、ハウジングを備えた公知のステアリングシステム装置１０を示している。当該ハウジング内に、ヘリカルギヤ、すなわちウォームギヤ４０と、当該ウォームギヤ４０に係合するヘリカルピニオン、すなわちウォーム３０とが、配置されている。当該ステアリングギヤ装置には、電動モータ（スタータ９４、ロータ９２）が備え付けられており、当該電動モータは、ウォーム３０の軸に、当該軸を駆動するために接続されている。ここで簡潔に記述されているように（段落２、行４８−４９）、電動モータの調整は、回転数センサ及び回転方向センサを介した公知の態様で行われる。このため、この電動モータの制御ないしは調整をするために、制御装置または調整装置並びにセンサも設けられている。これらは、例えば、電動モータのハウジングカバー１２の中または上部に配置され得る。

電子制御装置及び特にはセンサを、ロータの回転運動を正確に検知するために、電動モータに直接的にまたは少なくとも非常に近くに設けることは、一般的である。なぜなら、電動モータの制御のためには、ロータの回転角、回転数ないしは回転速度及び／または回転方向が、可能な限り正確に検出されて継続的に監視されなければならないからである。電動モータに直接的にまたは少なくとも非常に近くに設けられるセンサの通常の配置は、例えば以下の公報に記載されている：ＤＥ１０２００８０４２２１３Ａ１、ＤＥ１０２００８０４０３１８Ａ１、あるいはＤＥ１００３７４８５Ａ１。ここで、最後に述べた公報は、ヘリカルギヤ装置のステアリングギヤ装置の形態と明確に関係がある。

例えばＤＥ１０２００７０１１６７２Ａ１またはＤＥ１０２２１３４０Ａ１に記述されているように、一般的に、センサとしてホールセンサ及び／または磁気抵抗センサ（ＭＲセンサ）が利用される。

制御装置または調整装置の配置に関しては、これらをも同様に電動モータに直接的にあるいは少なくとも非常に近くに配置することが通例である。これに加えて、例えば、電動モータ８上に配置されている制御装置９を有するＤＥ１０２００８００１５０３Ａ１（図１または図２参照）が参照される。この公報は、確かにステアリング・コラム駆動部のためのステアリングギヤ装置に関するが、制御装置のある配置（図６参照）を伴う異なった実施の形態の配置を示している。制御装置の当該配置は、他のステアリングギヤ装置では典型的な配置である。それによれば、当該制御装置は、電動モータの側方に配置され得る（図１乃至４参照）、または、電動モータの後方終端部に軸方向にずれて配置され得る（図５乃至９参照）。センサシステムの配置は、ここでは詳細には記述されず、当該センサシステムは制御装置に一体化されるということが採用される。

それによれば、（例えばウォームを有する）ヘリカルピニオンを有し、変速機ハウジング内で軸支され、電動モータによって駆動される、という原理的なステアリングギヤ装置が知られている。ここでは、制御装置及び当該制御装置に接続されたセンサシステムもまた、電動モータのロータのロータ位置及び／または回転を検出して制御するために、ステアリングギヤ装置の内部または上部に配置される。

ここで、制御装置とセンサシステムとの配置は、ステアリングギヤ装置の全体サイズ（長さ及び／または幅）に大きな影響を及ぼすので、組み立てを困難にしたり、仕事量を増大したりし得る。特にはヘリカルギヤ装置ないしはウォームギヤ装置として構成されるステアリングギヤ装置と関連付けて、注意を払うべきである。なぜなら、ウォームは通常、その両側の軸端で軸支されており、その軸端の一方を介して電動モータのロータ軸に接続されているからである。そのことにより、非常に注目すべきしばしば邪魔になる全長が軸方向にすでに生じており、多くの場合にステアリングギヤ装置の取付を妨げるまたは全く不可能にする。

本発明は、冒頭で述べられたタイプのステアリングギヤ装置とヘリカルピニオン軸ないしはウォーム軸の自在軸受とを著しく改良することを課題とする。ここで、好適には、従来の解決策の言及された欠点が、克服されるべきである。特には、部材は節約されるべきであり、コンパクトな構造が提案されるべきである。

本課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴を有するステアリングギヤ装置によって解決される。

本発明によれば、（例えばウォームを有する）ヘリカルピニオンを有するステアリングギヤ装置が提案される。当該ヘリカルピニオンは、変速機ハウジング内で軸支され、電動モータによって駆動可能な一つの軸を有しており、軸の駆動側の部分は、軸方向に延びて、変速機ハウジングから突き出ており、駆動側の部分の当該突き出た一端が、電動モータのロータ軸として構成されており、制御装置及び／またはセンサシステムは、変速機ハウジング上に配置されている。当該センサシステムは、特には、ヘリカルピニオンの軸の駆動側ではない部分に配置されている。

変速機ハウジング内でヘリカルピニオン軸受ないしはウォーム軸受が実現し、駆動側の軸端が延びてロータに構成される、という典型的なギヤ構造に基づいて、電動モータは直接的に変速機ハウジング上に配置され得る。これにより、ウォーム軸受の固定軸受は、構成要素を節約して、ロータの軸受としても利用される。ウォーム軸の対応する部分は、従来技術と比較して、明らかにより短く構成され得る。更に、特には制御装置をモータハウジングにではなくラジエーター変速機ハウジングに配置すること、従って、発熱した電子出力装置をより効果的に冷却すること、を可能とする。発熱した電子制御装置の出力部材が変速機ハウジング上に配置される場合も、特には変速機ハウジングの冷却面上に配置される場合も、有利である。更に、センサシステムもまた、モータ軸に配置される必要がなくなり、ヘリカルピニオンの軸の駆動側ではない部分に配置可能である。このことは、構造可能性に関して高い柔軟性を提供する。更に、以下の利点が生じる：貫通するウォーム軸もモータ軸として同時に機能するので、そのように配置されたセンサシステムは、直接的に及び正確にモータ軸のロータ位置及び／またはロータ速度を検出可能である。従って、センサの測定精度を損失することなくセンサをウォーム軸の自由端に配置でき、そのため、より多くの構造上のバリエーションの可能性をもたらす。

その上、変速機ハウジング内で実現されるヘリカルピニオン軸ないしはウォーム軸の自在軸受は、本質的に、従来のヘリカルギヤのように寸法づけられ得る。軸の他方端、すなわちウォーム軸の駆動側ではない端に、ロータ位置ないしはロータ速度の監視のためのセンサシステムが配置される。

好適には、モータハウジングと変速機ハウジングとは、一つのハウジングとして一体化して構成される。この場合、モータのロータは、ポット形状に構成され得て、その結果、当該モータのロータは、固定軸受を包み込む（ｕｍｇｒｅｉｆｔ）。全体として、当該構造は、非常にコンパクトに実現され得る。固定軸受はまた、変速機ハウジング部からモータハウジング部に移動され得る。この場合、モータのロータは、ポット形状に構成され得て、その結果、当該モータのロータは、固定軸受を包み込む（ｕｍｇｒｅｉｆｔ）。全体として、当該構造は、非常にコンパクトに実現され得る。

以上の及び更なる好適な及び有利な実施の形態は、従属請求項から明らかである。

本発明によれば、制御装置とセンサシステムとは、変速機ハウジングの異なった部分に配置され得る。この場合、制御装置とセンサシステムとは、好適にはハウジング（制御ハウジング）内で一体化され、当該ハウジングは、例えばＬ字型またはＴ字型のハウジングであり得る。

また、制御装置または少なくとも出力部材は、センサシステムから分離して、変速機ハウジングの異なった部分に配置可能である。この場合、制御装置または少なくとも出力部材は、信号線を介してセンサシステムに接続されている。

本発明によれば、そのようなステアリングギヤ装置を備える電動補助ステアリングシステムもまた提案される。

本発明は、実施の形態に基づいて、添付の図面に関連して、以下において詳述される。

従来のステアリングギヤ構造を示している。 本発明によるステアリングギヤ構造を再現するための図であって、センサシステムの第１配置の図。 本発明によるステアリングギヤ構造を再現するための図であって、図解するための２つのバリエーションの図。 本発明によるステアリングギヤ構造を再現するための図であって、図解するための更なるバリエーションの図。

図１に図示された従来のステアリングギヤ構造と比較して、図２に図示された本発明による実施の形態は、ステアリングギヤ装置１００を以下の構造で示している：
変速機ハウジング１１０ないしは当該変速機ハウジング１１０に直接的に接続されたモータハウジング１１９は、ウォームとして構成されたヘリカルピニオン１３０を軸支している。ウォーム１３０の軸１３は、モータハウジングの駆動側で固定軸受１２１内で軸支されている。そのため、軸の駆動側の部分１３１は、対応する第１軸受１２１内に収容されており、当該第１軸受１２１は、自在軸受として構成されている。駆動側の部分１３１は、電動モータ１９０のロータ１９２の一部を構成するロータ軸として構成されている。ロータ１９２は、ポット形状に構成されて、軸端１３１を包み込んでいる。言い換えれば、固定軸受１２１は、モータ１９０のほぼ中央に存在している。なぜなら、ロータ１９２ないしは少なくとも一つの永久磁石は、ポット形状に構成されており、そのため、固定軸受１２１が包み込まれるからである。このことにより、モータの更に頑丈な軸受並びにコンパクトな構成が達成され、重いまたは長いロータの場合に、追加の支持軸受なしに済ませ得る。

軸１３の駆動側でない端には、フローティング軸受１２２があり、当該フローティング軸受１２２の軸受ブシュは、径方向の弾性を有し得る。更に、当該フローティング軸受ないしは軸受１２２は、軸方向のバネ付勢を与えられ得る。ウォーム１３０は、ウォームギヤ１４０と係合しており、当該ウォームギヤ１４０は、回転可能な軸受を介して固定軸受側に最適化される。

図２でも示されているように、駆動側の部分１３１は、変速機ハウジング１１０から延びており、当該変速機ハウジング１１０の終端領域で電動モータ１９０のための（自由な）ロータ軸として機能している。軸１３は、変速機ハウジング１１０もモータハウジング１１９も貫通して突き抜けている。これは、貫通する軸１３が、ウォーム軸及びロータ軸として一体化して構成されているということを意味している。固定軸受ないしは第１軸受１２１は、好適には自在軸受として構成されており、ウォーム軸の本来的な軸受にもロータ軸受にも使われる。これらのここで提案された構造は、非常にコンパクトに構成され得る。

通常の構造に対する更なる相違は、変速機ハウジング１１０、制御装置２００及びセンサシステム２１０にある。当該センサシステム２１０は、自由な軸端上に直接的に、すなわち、軸１３の駆動側ではない部分１３２に配置されており、ロータ位置と場合によってはロータの速度とが正確に検出される。そのすぐ近くに、つまり、変速機ハウジング１１０上ないしは変速機ハウジング１１０の冷却面上に、電動モータ１９０を制御するための電子制御装置２００がある。好適には、当該電動モータ１９０は、ブラシレス直流電動機として構成されている。このことにより、センサシステム２１０から電子制御装置２００への配線が短く保持され得る。このことは、コスト及び損傷に対する感受性を低減する。その上、モータ１９０のステータコイル１９４への電力供給配線も、短く保持され得る。このことにより、電力損失は、わずかなままに保たれる。

例えば図２に示されるように、好適には、電子制御装置の発熱したないしは高温の部分、つまり、制御装置の出力部材２２０ないしは出力部は、変速機ハウジングの表面によって冷却されるために、変速機ハウジング１１０に直接的に配置されている。このために、当該表面は、冷却要素ないしはクーリングフィンを有するヒートシンクとして構成され得る。このことにより、モジュール式構造における制御装置部材の効果的な冷却及びコンパクトな配置が提案される。

変速機ハウジング１１０及びモータハウジング１１９は、好適には、一体化されたハウジングとして実現され、各ハウジング部分１１０乃至１１９は、それぞれの機能のために最適化されて実装される。

ここで提案される軸受の全体構造は、ウォーム及びロータとして一体化して構成された軸のフローティング軸受を示しており、電動補助ステアリングシステム内で非常にコンパクト及び低コストに実現され得る。

図２が示すように、センサシステム２１０は、ロータ位置を検出するためにウォーム１３０の自由軸端に配置されている。センサシステム２１０と制御装置２００ないしは出力部材２２０ともまた、ハウジング（制御ハウジング）内で一体化されて配置され得る。

図３は、以下の二つのバリエーションに基づいて、これらの原理を図解する：
第１バリエーション（実線）において、電子制御装置２００のハウジングは、Ｌ字型に構成されて、出力部材２２０並びにセンサシステム２１０ないしは本来のセンサシステム２１２（ホールセンサ及び／またはＭＲセンサ）を対応する回路と共に有している。ピックアップ用マグネット２１１もセンサシステム２１０に属しており、当該ピックアップ用マグネット２１１は、軸端に配置されており、そのため、軸１３と一緒に回転する。電子制御装置２００（制御ユニットないしは制御装置）の電力供給ないしはバッテリ接続のために、Ｌ字型ハウジングに、ここではセンサシステム２１０の領域内に、適切な電気コネクタ２１６が設けられている。

第２バリエーション（破線）において、電子制御装置２００のハウジングは、Ｔ字型にも形成され得て、電気コネクタないしは電気プラグソケット２１６が、出力部材２２０の近くに配置されている。

設置状況に応じて、当該構造は、ここで示されたバリエーションまたは更なる類似のバリエーションに対応して、現存する構造空間に適合され得る。

図４は、更なるバリエーションの部分図の形態を図解している。ここでは、出力部材２２０ないしは当該出力部材２２０の構成部材とセンサシステムないしは本来のセンサ２１２とが、異なった、空間的に分離されたハウジングに配置されている。このことにより、当該配置は、更に良く異なった構造状況に適合され得る。特には、センサが、更にフレキシブルに、ピックアップ用マグネットに対して整列及び調節され得る。更に、出力部材２２０からセンサシステム２１０への熱伝導が発生しない。センサシステム２１０は、例えばフラットバンドケーブルまたはフラットバンドワイヤのような配線を介して、制御ないしは出力部材２２０に接続されている。

本発明がウォームギヤ装置について例示的に記載されている場合でも、本発明は、ウォームギヤ装置には限定されず、あらゆるタイプのヘリカルギヤ装置に適用され得る。ここに示された実施の形態は、特には車両のための電動補助ステアリングシステムへの利用のために好適である。

１０ ウォーム３０とウォームギヤ４０とウォーム軸のための固定軸受２１とフローティング軸受２２と、を有する通常のステアリングギヤ装置；更には、ロータ９２及びスタータ９４並びにハウジングカバー１２を有する電動モータを有する。

１００ ステアリングギヤ装置（ここではウォームギヤ装置として構成されている）
１１０ ウォーム軸受のための変速機ハウジングないしはハウジング部
１２１ 第１軸受（固定軸受）
１２２ 第２軸受（フローティング軸受）
１３０ ヘリカルピニオン（ここではウォームとして構成されている）
１３ ウォーム軸（軸）
１３１ 駆動側の部分
１３２ 軸の自由端
１４０ ヘリカルギヤ（ここではウォームギヤとして構成されている）
１９０ 電動モータ（ここではブラシレス直流電動機として構成されている）
１９ （ウォーム軸１３の延長部分に対応する）ロータ軸
１９２ （ロータ軸上の）ロータないしは永久磁石
１９４ モータのステータコイル
１１９ モータのためのモータハウジングないしはハウジング部
２００ 電子制御装置（制御ユニットないしは制御装置）
２２０ （冷却のために離された）制御装置の出力部材
２１０ ピックアップ用マグネット２１１及びセンサ２１２（ホールセンサ及び／またはＭＲセンサ）を有する（軸の自由端上の）ロータ位置の検出のためのセンサシステム
２１５ センサシステムと出力部材との間の接続線
２１６ 電力供給のための電気コネクタないしはプラグソケット（バッテリ）

Claims (8)

1. 電動モータ（１９０）と、当該電動モータ（１９０）に接続された制御ユニット（２００）と、を備えたステアリングギヤ装置（１００）であって、
   当該ステアリングギヤ装置（１００）は、ヘリカルギヤ（１４０）と当該ヘリカルギヤ（１４０）に係合するヘリカルピニオン（１３０）とを有しており、
   当該ヘリカルピニオン（１３０）は、電動モータ（１９０）によって駆動可能な軸（１３）を有し、当該軸（１３）は、変速機ハウジング（１１０）内において第１軸受（１２１）と第２軸受（１２２）とによって軸支されており、
   制御ユニット（２００）と当該制御ユニット（２００）に接続されたセンサシステム（２１０）とが、電動モータ（１９０）のロータ位置及び／またはロータの回転を検出して制御するために、ステアリングギヤ装置（１００）内に配置されており、
   軸（１３）の駆動側の部分（１３１）が、軸方向に延びて、変速機ハウジング（１１０）から突き出ており、
   駆動側の部分（１３１）の当該突き出た一端が、電動モータ（１９０）のロータ軸（１９）として構成されており、
   制御ユニット（２００）及び／またはセンサシステム（２１０）は、変速機ハウジング（１１０）上に配置されており、
   制御ユニット（２００）とセンサシステム（２１０）とは、変速機ハウジング（１１０）上の異なる部分に配置されており、
   制御ユニット（２００）とセンサシステム（２１０）とは、Ｌ字型またはＴ字型のハウジング内に配置されている
   ことを特徴とするステアリングギヤ装置（１００）。
2. センサシステム（２１０）は、ヘリカルピニオン（１３０）の軸（１３）の駆動側ではない部分（１３２）に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングギヤ装置（１００）。
3. 制御ユニット（２００）とセンサシステム（２１０）とは、Ｌ字型またはＴ字型のハウジング内において、一体化されて配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のステアリングギヤ装置（１００）。
4. センサシステム（２１０＊）と当該センサシステム（２１０）から分離されている制御ユニット（２００）または少なくとも出力部材（２２０）とは、変速機ハウジング（１１０）の異なる部分に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のステアリングギヤ装置（１００）。
5. 制御ユニット（２００）または少なくとも出力部材（２２０）は、信号線（２１５）を介してセンサシステム（２１０）に接続されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のステアリングギヤ装置（１００）。
6. 電子制御装置（２００）の出力部材（２２０）は、変速機ハウジング（１１０）の冷却面上に配置されている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のステアリングギヤ装置（１００）。
7. 電動モータ（１９０）と当該電動モータ（１９０）に接続された制御ユニット（２００）とを有するステアリングギヤ装置（１００）を備えた電動パワーステアリングシステムであって、
   ステアリングギヤ装置（１００）は、ヘリカルギヤ（１４０）と当該ヘリカルギヤ（１４０）に係合するヘリカルピニオン（１３０）とを有しており、
   当該ヘリカルピニオン（１３０）は、電動モータ（１９０）によって駆動可能な軸（１３）を有し、当該軸（１３）は、変速機ハウジング（１１０）内において第１軸受（１２１）と第２軸受（１２２）とによって軸支されており、
   制御ユニット（２００）と当該制御ユニット（２００）に接続されたセンサシステム（２１０）とが、電動モータ（１９０）のロータ位置及び／またはロータの回転を検出して制御するために、ステアリングギヤ装置（１００）内に配置されており、
   軸（１３）の駆動側の部分（１３１）が、軸方向に延びて、変速機ハウジング（１１０）から突き出ており、
   駆動側の部分（１３１）の当該突き出た一端が、電動モータ（１９０）のロータ軸（１９）として構成されており、
   制御ユニット（２００）及び／またはセンサシステム（２１０）は、変速機ハウジング（１１０）上に配置されており、
   制御ユニット（２００）とセンサシステム（２１０）とは、変速機ハウジング（１１０）上の異なる部分に配置されており、
   制御ユニット（２００）とセンサシステム（２１０）とは、Ｌ字型またはＴ字型のハウジング内に配置されている
   ことを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
8. ステアリングギヤ装置（１００）は、請求項２乃至６のいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリングシステム。

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