JPH0624943B2 - 電磁型倍力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の電動式パワーステアリング装置等と
して利用される電磁型倍力装置に関する。

（従来の技術） 電磁型倍力装置は、内部に電動機を有し、入力軸に回転
トルクが加わったとき電動機を作動し、補助トルクを発
生させて出力軸に大きな回転トルクを出力する作用を有
する。

従来、この種の電磁型倍力装置としては、アメリカ合衆
国特許第3983953号明細書等に記載されたものが知られ
る。この電磁型倍力装置は、操向ハンドルに連結した入
力軸と操向車輪に連結した出力軸とをトーションバーで
相対回動変位可能に連結するとともに、これら入出力軸
の相対回転方向に応動するスイッチと入出力軸の相対回
転角度を検出するセンサとを設け、これらスイッチとセ
ンサとをコンピュータに接続して電動機を制御し、電動
機により操舵を補助する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の電磁型倍力装置にあって
は、スイッチとセンサとの出力信号をコンピュータで演
算処理して電動機を制御するため、コンピュータに故障
が生じるとコンピュータの故障により装置全体として受
ける影響が大きい。したがって、コンピュータの故障時
の対策に種々の機器を付加しなければならず、装置全体
として複雑化するという問題がある。

この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、全体構
成を簡素化できる電磁型倍力装置を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、入力軸に加えられる入力トルクの方向と大
きさに基づき電源から直流電動機の電機子巻線に流れる
電機子電流を制御して出力軸に補助トルクを与えるよう
にした電磁型倍力装置において、 前記入力トルクの有無と方向とに応動して直流電動機の
電機子巻線への通電電流の有無および通電方向を制御す
る切換スイッチと、前記入力トルクの大きさを検出する
トルクセンサと、このトルクセンサの出力信号に応動し
て直流電動機の通電電流の値を増大させるように可変制
御する電流値制御手段を設けるとともに、この電流値制
御手段と前記切換スイッチとを前記電源と電機子巻線と
の間に直列に接続したことを要旨とする。

（作用） この発明の電磁型倍力装置は、電動機への通電の有無が
切換スイッチの作動、即ち運転者による入力トルクの有
無で決定されるため、電流値制御手段が故障を生じた場
合でも切換スイッチが作動しなければ電動機には電流が
通電されず、電流値制御手段の故障による影響をきわめ
て小さくできる。したがって、故障時の対策として付加
する機器も少なくでき、装置全体の簡素化が図れる。

（実施例） 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて説明
する。

第１図中、１は入力軸であり、この入力軸１はケース２
の右端開口部に固定された端面板３に支持された軸受４
によって回転自在に支持される。入力軸１は上記端面板
３の外面に固定されたステアリングコラム５によって囲
繞され、且つその外端にステアリングホイールを備え
る。従って入力軸１にはステアリングホイールからの操
舵トルク（入力トルク）が与えられる。

６は出力軸であり、出力軸６は円筒形状の前記ケース２
の内部に取り付けられた環状隔板７に軸受８で回転自在
に支持される。ケース２の内部には、出力軸６の周囲に
同心円状に電動機９の回転子１０が設けられ、回転子１
０の筒軸１１は軸受１２で回転自在に支持されると共
に、出力軸６と筒軸１１の間にはニードル状の軸受１
３，１４が介設され、出力軸６と筒軸１１の回転を可能
としている。

入力軸１と出力軸６のそれぞれ互いに対向する内端は、
入力軸１の端部が出力軸６の端部の孔に挿入されて互い
に嵌合関係にあり、且つ弾性部材たるトーションバー１
５で連結されている。従って入力軸１が回転すると、そ
のトルクはトーションバー１５で捩れを生じつつ出力軸
６に伝達される。

次いで入力軸１、出力軸６の嵌合部分の外周面には、そ
れぞれにフランジ１６，１７を固設し、このフランジ１
６，１７のそれぞれに例えば３個の同一歯数の遊星歯車
１８…，１９…を回転自在に支承し、また、共通のリン
グ状の内歯車２０を径方向外方に配設し、この内歯車２
０に遊星歯車１８…，１９…を内接噛合させると共に、
各遊星歯車に同一歯数の太陽歯車２１，２２を噛合せし
める。ここで太陽歯車２２は前記隔板７に固定される
一、太陽歯車２１はフランジ部２１ａを有し且つ回転自
在に設けられる。内歯車２０は第１図中右側縁を太陽歯
車２１のフランジ部２１ａで支持すると共に隔板７に固
定されたバネ２３で左側縁を弾性支持されている。

上記遊星歯車１８…，１９…、太陽歯車２１，２２、内
歯車２０の機構によれば次の作用を生じる。まず、入出
力軸１，６の間に相対的な回転が生じない場合には、入
出力軸１，６の回転に無関係に太陽歯車２１は静止状態
に保持される。しかし、出力軸６に体して相対的に入力
軸１が捩られると、フランジ１６，１７の間に相対的な
回転角度差が生じることになり、この結果太陽歯車２１
は、フランジ１７に対するフランジ１６の相対的な回転
角よりも大きな回転角で固定側に対して同方向に回転す
る。すなわち入力軸１と出力軸６の間に生じた相対的な
回転角度は、増幅されて太陽歯車２１の回転角度として
生じる。

太陽歯車２１のフランジ２１ａの右側面には検出板２４
が取り付けられる。この検出板２４は太陽歯車２１とと
もに回転する。

上記検出板２４の正面図を第２図に示す。検出板２４の
内周縁部には半円弧状の導体板２５，２６が対称的位置
に設けられると共に、検出板２４の外周縁部には円弧状
の抵抗板２７，２８が対称的位置に設けられる。そして
導体板２５，２６に対しては接触子２９，３０が設けら
れ、接触子２９，３０は第３図に示すごとく対称的な位
置で検出板２４に当接し、前記端面板３の内面に固設さ
れた取付板３１に固定されたバネ板３２で支持される。
接触子２９，３０は入力軸１と出力軸６の間に相対的角
度差がない時には導体板２５，２６の間隙に位置し、相
対的角度差が生じた時にはそれぞれの接触子２９，３０
が導体板２５又は２６に接触し摺動する。接触子２９，
３０には導線３３，３４が接続され、端子ａ，ｂが引き
出され、一方導体板２５，２６の中央点に導線３５，３
６が接続され、端子ｃ，ｄが引き出される。また抵抗板
２７，２８には接触子３７，３８が設けられ、同様に取
付板３１に固設されたバネ板で支持される。接触子３
７，３８は通常は抵抗板２７，２８の中央位置にあり、
入出力１，６が捩れを生じて回転するとき抵抗板２７，
２８上を摺動する。接触子２７の中央点と接触子３８を
接続し、更に抵抗板２８の中央点を設置する如くしてい
る。抵抗板２７，２８と接触子３７，３８の結線関係に
よれば、入出力軸１，６の間に相対的角度差が生じると
き接触子３７，３８が抵抗板２７，２８の中央点から移
動した距離の分だけこの距離に比例して抵抗値が生じ
る。接触子３７，３８が抵抗板２７，２８の中央点にあ
る限りは抵抗は０である。

上述した抵抗板２７，２８及び接触子３７，３８はトル
クセンサ６５を構成し、また、導体板２５，２６および
接触子２９，３０は切換スイッチ６８を構成する。

電動機９は、ケース２の内周面の対称的位置に配設され
た例えば一対の磁石４０，４０と出力軸６に回転自在に
設けられた前記回転子１０とからなる。従ってケース２
は電動機のヨークを成す。また回転子１０においては、
前記筒軸１１に積層鉄芯４１を設け、これに回転子巻線
４２を設けている。回転子巻線４２の端子は整流子４３
に接続し、整流子４３には給電用ブラシ４４が圧接され
る。ブラシ４４は隔板７に絶縁板４５を介して取り付け
たブラシホルダ４６内にコイルスプリング４７で支持さ
れて整流子４３に摺接される。

ケース２の第１図中左側部に設けられるのは遊星歯車減
速装置４８であり、２段の遊星歯車機構４８Ａ，４８Ｂ
から成る。前段の遊星歯車機構４８Ａは筒軸１１の左端
に形成した歯車５０を太陽歯車とする。後段の遊星歯車
機構４８Ｂは第１キャリア５１の筒軸５１ａに形成した
歯車５２を太陽歯車とする。そして第２キャリア５３の
筒軸５３ａが出力軸６にボルト５４で固定される。また
前後段の遊星歯車５５…，５６…はケース２内部に固設
した内歯車部材５７に内接噛合させている。

電動機９で発生したトルクは減速装置４８を介して減速
されて出力軸６に伝達される。

ケース２の左端開口部には、ネジ５８で蓋体５９が取り
付けられている。

次に第４図に基づいて制御回路を説明する。

６０はバッテリであり、バッテリ６０の電流はキースイ
ッチ６１、ヒューズ６２を介して２段のトランジスタか
ら成るトランジスタ回路（電流値制御手段）６３に供給
される。一方、定電流回路６４から出力される一定電流
はトルクセンサ６５に与えられ、トルクセンサ６５に発
生する端子電圧Ｖ₁が演算増幅器６６の非反転端子に入
力される。前述したように、トルクセンサ６５は入力ト
ルクに応じて抵抗値が可変となるもので、前記抵抗板２
７，２８によって合成された抵抗である。

演算増幅器６６の出力端子は抵抗６７を介してトランジ
スタ回路６３の制御端子６３ａに接続される。トランジ
スタ回路６３の出力端子６３ｂ前記切換スイッチ６８の
端子ｃに接続され、切換スイッチ６８は端子ｃが上流端
子６８ａ₁，６８ａ₂に接続される。また、切換スイッチ
６８は、下流側の端子６８ｂ₁，６８ｂ₂が前記端子ｄに
接続され、端子ａ，ｂが電動機９に接続される。端子ｄ
は抵抗６９を介して接地され、抵抗６９に生じる端子電
圧Ｖ₂は前記演算増幅器６６の反転端子に入力される。
切換スイッチ６８は、端子ａ，ｂ，ｃ，ｄの関係から明
らかなように前記検出板２４の導体板２５，２６及び接
触子２９，３０の機能を電気的に示したものであり、入
力軸１と出力軸６との相対回転方向、すなわち入力トル
クの作用方向に応じ端子６８ａ1，６８ｂ2の一方と端子
６８ａ2，６８ｂ2の一方とが選択的に端子ａ，ｂと導通
して電動機９への電機子電流の通電方向を切換え、ま
た、入力軸６との相対的な回転角度が０、すなわち入力
トルクが０の場合に電動機９への通電を停止する。

この実施例の電磁型倍力装置は、入力軸１と出力軸６の
間に相対的角度差が生じると、検出板２４が太陽歯車２
１と共に回転し、トルクセンサ６５の抵抗値が大きくな
ることによって入力トルクに比例した電圧Ｖ₁がトルク
センサ６５に生じる。この電圧Ｖ₁は演算増幅器６６を
介してトランジスタ回路６３に入力され、電機子電流を
制御して電動機９に供給する。このとき切換スイッチ６
８が、前記導体板２５，２６と接触子２９，３０の関係
により所用の位置関係で接続され、入力軸１の回転方向
と一致するように電動機９が回転動作する。電機子電流
によって抵抗６９によって生じた電圧Ｖ₂は演算増幅器
６６にフィードバックされる。このフィードバックによ
って電機子電流が流れすぎると、電機子電流が制御さえ
ることになる。

そして、この電磁型倍力装置は、バッテリ６０と電動機
９との間にトランジスタ回路６３と切換スイッチ６８と
を直列に接続し、トランジスタ回路６３で入力トルク応
じた値に制御された電流を切換スイッチ６８で入力トル
クの有無及び方向に応じてＯＮ，ＯＦＦと通電方向の切
換とを行う。このため、トランジスタ回路６３に故障
（特に、ＯＮ故障）が生じた場合、あるいは演算増幅器
６６などに故障が生じた場合でも、運転者がステアリン
グホイールに入力トルクを加えなければ電動機９が通電
されることは無く、トランジスタ回路６３などの故障に
よる影響がきわめて小さい。したがって、故障時の対策
としては、例えば過大電流を制御する機器等の付加のみ
で足り、故障対策用の機器で全体構成が複雑化すること
もない。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、この発明によれば、切換
スイッチと電流値制御手段とを電源と電動機との間で直
列に接続し、電流値制御手段で入力トルクに応じた値に
制御された電流を切換スイッチにより入力トルクの有無
及び作用方向に応じてＯＮ，ＯＦＦと通電方向の切換と
を行うようにしたため、電流値制御手段あるいはセンサ
等に故障が生じた場合にも運転者がステアリングホイー
ルを操作しなければ電動機が通電されることはなく、故
障の影響をきわめて小さくでき、故障対策を簡素化でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁型倍力装置の縦断面を示し、
電動機の部分では切断線を９０゜折曲させて断面を形成
した縦断面図、第２図は検出板の正面図、第３図は第２
図のＡ−Ａ線断面図、第４図は制御回路図である。 図面中、１は入力軸、５はステアリングコラム、６は出
力軸、９は電動機、１０は回転し、１５はトーションバ
ー、２４は検出板、２５，２６は導体板、２７，２８は
抵抗板、６３はトランジスタ回路（電流値制御手段）、
６５はトルクセンサ、６８は切換スイッチである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸に加えられる入力トルクの方向と大
   きさに基づき電源から直流電動機の電機子巻線に流れる
   電機子電流を制御して出力軸に補助トルクを与えるよう
   にした電磁型倍力装置において、 前記入力トルクの有無と方向とに応動して直流電動機の
   電機子巻線への通電電流の有無および通電方向を制御す
   る切換スイッチと、前記入力トルクの大きさを検出する
   トルクセンサと、このトルクセンサの出力信号に応動し
   て直流電動機の通電電流の値を増大させるように可変制
   御する電流値制御手段を設けるとともに、この電流値制
   御手段と前記切換スイッチとを前記電源と電機子巻線と
   の間に直列に接続したことを特徴とする電磁型倍力装
   置。