JPH0343111B2

JPH0343111B2 -

Info

Publication number: JPH0343111B2
Application number: JP2553882A
Authority: JP
Inventors: Norimichi Kasegawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1991-07-01
Also published as: JPS58141963A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、車両のステアリングシヤフトに電動
機により補助トルクを与える電動式パワーステア
リング装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electric power steering device that applies auxiliary torque to a steering shaft of a vehicle using an electric motor.

［従来の技術］電動式パワーステアリング装置において、補助
トルクを与えるための電動機をステアリングシヤ
フトと同軸上に配置することにより装置を小型化
する構造が提案されており、これが実開昭56−
4973号公報に開示されている。[Prior Art] In an electric power steering device, a structure has been proposed in which the electric motor for providing auxiliary torque is placed coaxially with the steering shaft, thereby making the device more compact.
It is disclosed in Publication No. 4973.

同公報記載の技術では、ステアリングシヤフト
の周囲に貫通孔を有する鉄心を配置し、この鉄心
に巻線を施すとともに、鉄心と巻線で構成される
電機子（回転子）の周囲に界磁巻線を固定してい
る。そして電機子とステアリングシヤフト間に減
速装置を設け、電機子のトルクがステアリングシ
ヤフトに伝達される構造を採用している。 In the technology described in the publication, an iron core with a through hole is placed around the steering shaft, winding is applied to this iron core, and field winding is applied around an armature (rotor) consisting of the iron core and the winding. Fixed line. A reduction gear is installed between the armature and the steering shaft, and a structure is adopted in which the torque of the armature is transmitted to the steering shaft.

［発明が解決しようとする課題］前記構造によると、電動機の電機子（回転子）
が鉄心をコイルとで構成されているために電機子
の慣性モーメントが大きくなり、電動機の応答性
に問題を残す他、運転者がステアリングホイール
を介して電機子の慣性モーメントによる回転力の
作用を強く感じる。このため運転フイーリングが
良好でない。[Problem to be solved by the invention] According to the above structure, the armature (rotor) of the electric motor
Since the armature consists of an iron core and a coil, the moment of inertia of the armature becomes large, which causes problems with the responsiveness of the motor. I feel it strongly. For this reason, the driving feeling is not good.

そこで本発明では、電機子ないしは回転子の慣
性モーメントを可及的に小さくし、電動機の応答
性を改善するとともに、操作者に異和感を与える
ことの少ないフイーリングの改善された電動式パ
ワーステアリング装置を提供せんとするものであ
る。 Therefore, in the present invention, the moment of inertia of the armature or rotor is reduced as much as possible to improve the responsiveness of the electric motor, and an electric power steering system with an improved feeling that causes less discomfort to the operator has been developed. The aim is to provide the equipment.

［課題を解決するための手段］そのために本発明では、ステアリングホイール
を介して回転力が与えられるステアリングシヤフ
トと、前記ステアリングシヤフトのまわりで車体
に対して回転不能に固定される磁石と、前記磁石
を貫通する部位で前記ステアリングシヤフトと一
体回転する鉄心と、前記磁石と前記鉄心間の環状
空間内で回転可能な電機子巻線と、前記電機子巻
線の回転力を前記ステアリングシヤフトに伝達す
る伝達装置と、前記ステアリングシヤフトの回転
運動を直線運動に換えてタイロツドに伝達する歯
車機構を有することを特徴とする電動式パワース
テアリング装置を創出した。[Means for Solving the Problems] To achieve this, the present invention provides a steering shaft to which a rotational force is applied via a steering wheel, a magnet fixed non-rotatably to a vehicle body around the steering shaft, and a magnet. an iron core that rotates integrally with the steering shaft at a portion passing through the iron core, an armature winding that is rotatable within an annular space between the magnet and the iron core, and transmits the rotational force of the armature winding to the steering shaft. An electric power steering device has been created that is characterized by having a transmission device and a gear mechanism that converts the rotational motion of the steering shaft into linear motion and transmits it to the tie rod.

［作用］本構造によると、電動機がステアリングシヤフ
トのまわりに同軸上に配置されるため、組付スペ
ースが節約される他、鉄心と電機子巻線とが分離
され、電動機において実質的に回転駆動される電
機子ないしは回転子は巻線のみで形成される。鉄
心は電機子巻線と無関係に相対回転することが許
容されるため電機子の慣性モーメントは巻線分の
みのものとなる。このため電機子の慣性モーメン
トは可及的に小さくされ、電動機の応答性が改善
される。また電機子の慣性モーメントによる回転
力も減少し操作者に異和感をもたらすことが抑制
される。[Function] According to this structure, since the electric motor is arranged coaxially around the steering shaft, assembly space is saved, and the iron core and armature winding are separated, so that the electric motor is substantially free from rotation. The driven armature or rotor is formed solely of windings. Since the iron core is allowed to rotate relative to the armature windings, the moment of inertia of the armature is only for the windings. Therefore, the moment of inertia of the armature is made as small as possible, and the responsiveness of the motor is improved. Furthermore, the rotational force due to the moment of inertia of the armature is also reduced, thereby suppressing discomfort caused to the operator.

［実施例］本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
好ましい実施例を添付図面に従つて詳説する。[Example] A preferred example of the electric power steering device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図面は、本発明に係る電動式パワーステアリン
グ装置のステアリング歯車部の断面図である。図
に於いてステアリングシヤフトの一部をなすピニ
オンシヤフト１０は、上端部に図示しないステア
リングメインシヤフトと結合するセレーシヨン１
２が形成され、略円筒状のハウジング１４を貫通
し、下方のギヤボツクス１６に挿入されている。
そして、ピニオンシヤフト１０は、ハウジング１
４の上端部に取付けてあるカバー１８に設けた軸
受２０とピニオンシヤフトの下端部に形成したピ
ニオン２２の両端部に配置されたギヤボツクス１
６内の軸受２４，２６とによつて軸支され、ハウ
ジング１４およびギヤボツクス１６に対し回転自
在になつている。さらに、ハウジング１４内に
は、電機子巻線を主体とする電動機の回転子２８
がピニオンシヤフト１０と同軸的に配置されてい
る。この回転子２８は、上部が略円筒状の大径部
３０をなし、下方が小径部３２となつている。回
転子２８の大径部３０は、ピニオンシヤフト１０
の固着された磁気回路の一部をなす鉄心３４とハ
ウジング１４の内周面に固着された永久磁石から
なる磁極３６との間に位置し、また、小径部３２
にはその外周に整流子３８が取付けられている。
そして、整流子３８は、ハウジング１４に設けら
れた保持具４０に取付けられたブラシ４２に接触
し、ブラシ４２から電流を受けるようになつてい
る。尚、回転子２８は、下端部が再びやや径を大
きくされていて、この下端部がハウジング１４の
底部４４に嵌入してある軸受４６によつて、また
上端部が鉄心３４の上端付近に外嵌してある軸受
４８によつてそれぞれ軸支されている。 The drawing is a sectional view of a steering gear portion of an electric power steering device according to the present invention. In the figure, a pinion shaft 10 forming a part of the steering shaft has a serration 1 connected to a steering main shaft (not shown) at its upper end.
2 is formed, passes through the substantially cylindrical housing 14, and is inserted into the gearbox 16 below.
Then, the pinion shaft 10 is connected to the housing 1
A gear box 1 is arranged at both ends of a bearing 20 provided on a cover 18 attached to the upper end of the pinion shaft 4 and a pinion 22 formed at the lower end of the pinion shaft.
The housing 14 and the gearbox 16 are rotatably supported by bearings 24 and 26 in the housing 14 and the gearbox 16. Further, inside the housing 14, a rotor 28 of the electric motor mainly consisting of armature windings is provided.
is arranged coaxially with the pinion shaft 10. The rotor 28 has a substantially cylindrical large-diameter portion 30 at the top and a small-diameter portion 32 at the bottom. The large diameter portion 30 of the rotor 28 is connected to the pinion shaft 10
The small diameter portion 32 is located between the iron core 34 forming a part of the fixed magnetic circuit and the magnetic pole 36 made of a permanent magnet fixed to the inner peripheral surface of the housing 14.
A commutator 38 is attached to its outer periphery.
The commutator 38 comes into contact with a brush 42 attached to a holder 40 provided on the housing 14, and receives current from the brush 42. The lower end of the rotor 28 has a slightly enlarged diameter again, and the lower end is supported by a bearing 46 fitted into the bottom 44 of the housing 14, and the upper end is extended outward near the upper end of the iron core 34. They are each pivotally supported by fitted bearings 48.

他方、ギヤボツクス１６の上部には回転子２８
の回転力をピニオンシヤフトに伝達する伝達機構
である遊星歯車減速機５０が収納されている。こ
の遊星歯車減速機５０の太陽歯車５２は、ピニオ
ンシヤフト１０の同軸的に設けられており、上端
がハウジング１４の底部４４を貫通して回転子２
８の下端部に嵌入し、回転子２８と一体的に回転
するようになつている。そして太陽歯車５２の下
端外周面には遊星歯車５４と噛み合う歯が形成さ
れている。この遊星歯車５４は上端部と下端部と
にそれぞれ歯が形成され、上端部は下端部より径
が大きくなつていて、太陽歯車に噛み合うと共
に、ギヤボツクス上端部の内周面に沿つて取付け
てあるリングギヤ５６に噛み合つている。従つ
て、遊星歯車５４は太陽歯車５２の回転に伴い太
陽歯車５２とリングギヤ５６との噛み合いつつ太
陽遊星の周囲を回転する。 On the other hand, a rotor 28 is located above the gearbox 16.
A planetary gear reducer 50, which is a transmission mechanism that transmits the rotational force of the pinion shaft to the pinion shaft, is housed therein. The sun gear 52 of the planetary gear reducer 50 is provided coaxially with the pinion shaft 10, and its upper end passes through the bottom 44 of the housing 14 and connects the rotor 2.
8 and rotates integrally with the rotor 28. Teeth that mesh with the planetary gear 54 are formed on the outer peripheral surface of the lower end of the sun gear 52 . This planetary gear 54 has teeth formed at its upper and lower ends, with the upper end having a larger diameter than the lower end, meshing with the sun gear, and attached along the inner circumferential surface of the upper end of the gearbox. It meshes with the ring gear 56. Therefore, as the sun gear 52 rotates, the planet gear 54 rotates around the sun planet while meshing with the sun gear 52 and the ring gear 56.

また、遊星歯車５４の径が小さい歯車、即ち、
遊星歯車５４の下端部の歯車は、太陽歯車５２を
介して伝達された回転子２８の回転力をピニオン
シヤフト１０に伝達するリング歯車５８と噛合し
ている。このリング歯車５８は中央部に円筒状の
ボス６０を有し、ピニオンシヤフト１０に外嵌さ
れ、ピニオンシヤフト１０に形成したスプライン
６２によつてピニオンシヤフト１０と結合し、ピ
ニオンシヤフト１０と一体的に回転できるように
なつている。さらに、リング歯車５８は、ボス６
０と一体的に形成された歯車６４が遊星歯車５４
の外方に位置し、歯部６４の内周面に形成された
歯が遊星歯車５４の下端部の歯と噛合している。 In addition, if the planetary gear 54 is a gear with a small diameter, that is,
A gear at the lower end of the planetary gear 54 meshes with a ring gear 58 that transmits the rotational force of the rotor 28 transmitted via the sun gear 52 to the pinion shaft 10. This ring gear 58 has a cylindrical boss 60 in the center, is fitted onto the pinion shaft 10, is connected to the pinion shaft 10 by a spline 62 formed on the pinion shaft 10, and is integrated with the pinion shaft 10. It is designed to be able to rotate. Further, the ring gear 58 is connected to the boss 6
The gear 64 integrally formed with the planetary gear 54
The teeth formed on the inner circumferential surface of the tooth portion 64 mesh with the teeth on the lower end of the planetary gear 54 .

一方、ピニオンシヤフト１０の下端部に形成さ
れたピニオン２２は、ピニオンシヤフト１０とほ
ぼ直交する方向に移動可能なラツクバー６６と噛
み合つている。このラツクバー６６は、ラツクガ
イド６８とプレロード調整用キヤツプ７０との間
に圧縮介在しているばね７２からの押圧力をラツ
クガイド６８を介して受け、プレロード調整用キ
ヤツプ７０によつて調節された適度の押圧力によ
り、ピニオンシヤフト１０のピニオン２２に押圧
されている。 On the other hand, the pinion 22 formed at the lower end of the pinion shaft 10 is engaged with a rack bar 66 that is movable in a direction substantially perpendicular to the pinion shaft 10. The rack bar 66 receives a pressing force from a spring 72 which is compressed between the rack guide 68 and the preload adjusting cap 70, and receives the appropriate pressing force adjusted by the preload adjusting cap 70. The pinion 22 of the pinion shaft 10 is pressed by the pressure.

尚、ハウジング１４とギヤボツクス１６とは、
複数のボルト７４とナツト７６とによつて結合さ
れている。即ち、ハウジング１４上部のカバー１
８とギヤボツクス１６の上端部との間には、ボル
ト７４が挿通され、ボルト７４の下方から螺入さ
れたナツト７６によつてハウジング１４とギヤボ
ツクス１６とが結合している。そして、遊星歯車
減速機５０のリングギヤ５６は、フランジ部がハ
ウジング１４の底部４４とギヤボツクス１６の上
端との間において挾持され、ギヤボツクス１６に
固定されている。 In addition, the housing 14 and gearbox 16 are
They are connected by a plurality of bolts 74 and nuts 76. That is, the cover 1 on the upper part of the housing 14
A bolt 74 is inserted between the housing 14 and the upper end of the gearbox 16, and the housing 14 and the gearbox 16 are connected by a nut 76 screwed into the bolt 74 from below. The ring gear 56 of the planetary gear reducer 50 is fixed to the gear box 16 with its flange portion held between the bottom 44 of the housing 14 and the upper end of the gear box 16.

上記の如く構成された実施例の作用は次の通り
である。 The operation of the embodiment configured as described above is as follows.

運転者が図示しないステアリングホイールを回
転させるとその回転力（トルク）は、図示しない
ステアリングメインシヤフトを介してピニオンシ
ヤフト１０に伝達される。そして、そのトルク
は、従来の一般的な方法と同様に図示しないトル
ク検出器により検出され、その検出信号が同じく
図示しない制御部に送られる。図示しない制御部
は、トルク検出信号を受けると、電動機の出力ト
ルクがステアリングホイールの操作トルクに比例
して回転子２８が回転するように、電動機駆動電
気信号をブラシ４２を介して整流子３８に与え
る。そして、回転子２８は、整流子３８からの電
動機駆動電記信号（電流）を受けると、運転者が
ステアリングホイールから予め設定された適度な
反力を受けるように、遊星歯車減速機５０の減速
比で定められる回転数をもつてピニオンシヤフト
１０の周囲をピニオンシヤフトの回転に伴つて回
転する。この回転子２８の回転に伴うトルクは、
回転子２８と一体的に回転する太陽歯車５２をピ
ニオンシヤフト１０の周囲に回転させ、それに伴
い遊星歯車５４が太陽歯車５２の周囲を自転しつ
つ公転する。さらに、遊星歯車５４の回転運動
は、遊星歯車５４の下端部に於いて噛合している
リング歯車５８に伝達される。そして、図示しな
い制御部の指示により回転子２８に於いて発生し
た所定のトルクは、太陽歯車５２、遊星歯車５４
を介してリング歯車５８に伝達され、この間に遊
星歯車減速機の減速比分だけ倍増されてピニオン
シヤフト１０に伝達される。即ち、前記したよう
にリング歯車５８は、スプライン６２を介してピ
ニオンシヤフト１０と結合してピニオンシヤフト
と一体的に回転するようになつており、回転子２
８に於いて発生させたトルクが遊星歯車減速機５
０により倍増されてリング歯車５８を介して伝達
される。従つて、ピニオンシヤフト１０の受ける
トルクは、運転者のステアリングホイールの操作
トルクと回転子２８が発生した遊星歯車減速機に
於いて倍増されたトルクとであり、ピニオンシヤ
フト１０の下端部のピニオン２２を介してラツク
バー６６に伝達され、ラツクバー６６に結合され
た図示しないタイロツドを操作する。このため、
運転者のステアリングホイールを操作する操作ト
ルクを軽減することができる。 When the driver rotates a steering wheel (not shown), the rotational force (torque) is transmitted to the pinion shaft 10 via a steering main shaft (not shown). Then, the torque is detected by a torque detector (not shown) in the same way as in the conventional general method, and the detection signal is sent to a control section (also not shown). Upon receiving the torque detection signal, the control section (not shown) sends a motor drive electric signal to the commutator 38 via the brush 42 so that the rotor 28 rotates in proportion to the operating torque of the steering wheel. give. When the rotor 28 receives the electric motor drive signal (current) from the commutator 38, the rotor 28 decelerates the planetary gear reducer 50 so that the driver receives a preset appropriate reaction force from the steering wheel. It rotates around the pinion shaft 10 at a rotation speed determined by the ratio as the pinion shaft rotates. The torque accompanying the rotation of the rotor 28 is
The sun gear 52, which rotates integrally with the rotor 28, is rotated around the pinion shaft 10, and the planetary gears 54 revolve around the sun gear 52 while rotating. Furthermore, the rotational motion of the planetary gear 54 is transmitted to a ring gear 58 meshing with the lower end of the planetary gear 54. A predetermined torque generated in the rotor 28 according to an instruction from a control unit (not shown) is applied to the sun gear 52 and the planet gear 54.
During this time, the signal is multiplied by the reduction ratio of the planetary gear reducer and is transmitted to the pinion shaft 10. That is, as described above, the ring gear 58 is coupled to the pinion shaft 10 via the spline 62 and rotates integrally with the pinion shaft, and the ring gear 58
The torque generated in step 8 is transmitted to the planetary gear reducer 5.
It is multiplied by 0 and transmitted via the ring gear 58. Therefore, the torque received by the pinion shaft 10 is the operating torque of the driver's steering wheel and the doubled torque in the planetary gear reducer in which the rotor 28 is generated, and the torque received by the pinion shaft 10 is doubled by the torque generated by the planetary gear reducer generated by the rotor 28. The power is transmitted to the rack bar 66 via the link bar 66 to operate a tie rod (not shown) connected to the rack bar 66. For this reason,
It is possible to reduce the operating torque required by the driver to operate the steering wheel.

また、電動機の回転子に鉄心を用いない所謂コ
アレスモータを使用し、回転子２８をピニオンシ
ヤフト１０の周囲に同軸的に配設し、回転子の回
転トルクをピニオンシヤフト１０と同軸的に設け
た遊星歯車減速機５０を介してピニオンシヤフト
１０に伝達することにより、ピニオンシヤフト１
０に与える補助トルクを伝達する機構が小型、か
つコンパクトな形状にすることができる。さら
に、回転子２８に鉄心を用いないことにより、電
動機の応答性を良くし、かつ運転者がステアリン
グホイールを介して感じる電動機回転子の慣性モ
ーメントを小さくすることができるので、運転操
作に於けるフイーリングを良くすることができ
る。 In addition, a so-called coreless motor that does not use an iron core is used for the rotor of the electric motor, and the rotor 28 is arranged coaxially around the pinion shaft 10, so that the rotational torque of the rotor is provided coaxially with the pinion shaft 10. By transmitting the signal to the pinion shaft 10 via the planetary gear reducer 50, the pinion shaft 1
The mechanism for transmitting the auxiliary torque applied to zero can be made small and compact. Furthermore, by not using an iron core in the rotor 28, it is possible to improve the responsiveness of the electric motor and to reduce the moment of inertia of the electric motor rotor that the driver feels through the steering wheel. Feeling can be improved.

なお、前記実施例においては、ラツクピニオン
式のステアリングギヤ装置について説明したが、
ステアリングギヤ装置は他の型式、例えば、ボー
ルスクリユ式等であつてもよい。また、ピニオン
シヤフト１０を高透磁率の材質によつて形成し、
鉄心３４を省略することも可能である。 In addition, in the above embodiment, a rack and pinion type steering gear device was explained.
The steering gear system may also be of other types, such as a ball screw type or the like. Further, the pinion shaft 10 is formed of a material with high magnetic permeability,
It is also possible to omit the iron core 34.

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、ステアリ
ングシヤフトに補助トルクを与える電動機をステ
アリングシヤフトのまわりに同軸上に配置すると
ともに、その電機子ないしは回転子を鉄心とは別
に巻線のみで形成していることから、装置の小型
化が実現される他、電動機の慣性モーメントが可
及的に小さくされ、その応答性が改善され、また
電動機の追従遅れによつて運転者に異和感を生じ
させる程度が抑制される。このため運転フイーリ
ングが改善され、電動式パワーステアリング装置
を乗用車等に搭載することが可能となるのであ
る。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the electric motor that provides auxiliary torque to the steering shaft is disposed coaxially around the steering shaft, and its armature or rotor is wound separately from the iron core. In addition to making the device smaller, the motor's moment of inertia is minimized, improving its response, and the motor's follow-up delay makes the driver feel uncomfortable. The extent to which a sense of harmony is created is suppressed. As a result, the driving feeling is improved, and the electric power steering device can be installed in passenger cars and the like.

[Brief explanation of drawings]

図面は本発明に係る電動式パワーステアリング
装置のステアリング歯車部の断面図である。１０…ピニオンシヤフト、２２…ピニオン、２
８…回転子、３４…鉄心、３６…磁極、３８…整
流子、４２…ブラシ、５０…遊星歯車減速機、５
２…太陽歯車、５４…遊星歯車、５８…リング歯
車、６６…ラツクバー。 The drawing is a sectional view of a steering gear portion of an electric power steering device according to the present invention. 10...pinion shaft, 22...pinion, 2
8... Rotor, 34... Iron core, 36... Magnetic pole, 38... Commutator, 42... Brush, 50... Planetary gear reducer, 5
2...Sun gear, 54...Planet gear, 58...Ring gear, 66...Rack bar.

Claims

[Scope of Claims] 1. A steering shaft to which a rotational force is applied through a steering wheel, a magnet fixed to the vehicle body around the steering shaft in a non-rotatable manner, and a portion passing through the magnet that connects the steering shaft to the steering shaft. an iron core that rotates integrally with the steering shaft; an armature winding that is rotatable within an annular space between the magnet and the iron core; a transmission device that transmits the rotational force of the armature winding to the steering shaft; An electric power steering device characterized by having a gear mechanism that converts rotational motion into linear motion and transmits it to a tie rod. 2. A sun gear coaxial with the steering shaft, in which the iron core is integrally formed with the steering shaft made of a magnetically permeable material, the transmission device rotates integrally with the armature winding, and has a large number of teeth formed on its outer peripheral surface. a planetary gear that meshes with the sun gear and rotates around the sun gear; and teeth that mesh with the planetary gear are formed coaxially with the steering shaft on the outside of the planetary gear, and are integral with the steering shaft. The electric power steering device according to claim 1, characterized in that the electric power steering device comprises a ring gear that rotates.