JPH0649459B2 - 電動パワステアリングの電磁クラツチ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、電動パワステアリングに用いる電磁クラッチ
装置に関する。

「従来技術およびその問題点」 電動パワステアリング装置は、油圧式の従来装置に代わ
る簡易なパワステアリングとしては、最近注目されてい
る。第２図にその原理を示す。

同図において、１１はハンドルによって回転駆動される
ステアリングシャフトで、このシャフト１１の回転によ
り、先端のステアリングギヤを介し、操舵輪が左右に方
向を変える。このステアリングシャフト１１の外周に
は、キー１２を介し従動板１３が回転を拘束して嵌めら
れており、また支持板１４およびベアリング１４ａを介
して回転自由に、この従動板１３と対向する駆動板１５
が支持されている。従動板１３および駆動体１５はとも
に、磁性材料から構成されるもので、駆動板１５内には
コイル１６が嵌められている。１７はこの駆動体１５を
駆動するモータである。このコイル１６を有する駆動板
１５と、従動板１３が電磁クラッチ２０を構成する。

他方この電磁クラッチ２０より先端側のステアリングシ
ャフト１１外周には、トルクセンサ２１が設けられ、こ
のトルクセンサ２１からの出力によって、モータ１７お
よびコイル１６が制御される。

すなわちこの電動パワステアリングは、トルクセンサ２
１で検出されるステアリングシャフト１１のトルクが一
定値を超えると、つまりステアリングシャフト１１の回
動抵抗が一定値以上であると、ステアリングシャフト１
１の回転方向に応じた方向にモータ１７が回動し、同時
にコイル１６に通電される。すると、駆動板１５がステ
アリングシャフト１１の回転方向と同一の方向に回転す
ると同時に磁化されて、従動板１３を吸着し、駆動板１
５の回転をステアリングシャフト１１に伝達する。した
がってステアリングシャフト１１にはモータ１７による
回動補助力が与えられ、ステアリングシャフト１１をよ
り軽い力で回転させることができる。

以上の原理で作動する電動パワステアリングは、簡易性
を最大のメリットとすべく、その電磁クラッチ２０はオ
ンオフ制御される。勿論コイル１６への通電の初期に
は、、従動板１３と駆動板１５の間に滑りが発生する
が、これは電磁クラッチ２０の本来の使用態様ではな
く、電磁クラッチ２０の従動板１３と駆動板１５間には
滑りがないことが理想とされている。従動板１３と駆動
板１５は互いに密着する平板からなるため、両者が滑る
という状況は本来考慮されていない。しかしパワステア
リングである以上、油圧式のそれがそうであるように、
車速の増大に伴ない、ステアリングシャフト１１に与え
る補助回動力を減らすことができる。回動補助力逓減式
のパワステアリングであることが好ましいのは、明らか
である。

他方、この電動パワステアリングにおいても、駆動板１
５から従動板１３に伝達されるトルクは、可及的に大き
いことが望ましい。ステアリングシャフト１１に補助回
転力を与えることが目的である以上、当然の要求であ
る。しかし上記従来の電磁クラッチ２０における伝達ト
ルクは、コイル１６による磁気吸引力、および従動板１
３と駆動板１５の接触面積に依存する。磁気吸引力を増
すためには、コイル１６に大電流を流さなければならな
いため、消費電流が大きくなるという問題が生じ、また
従動板１３と駆動板１５の接触面積を大きくすると、装
置が大型化してしまうため、パワステアリングとして十
分な伝達トルクを得ることは事実上困難であった。また
従来の従動板１３と駆動板１５は、磁性材料から構成す
る必要があり、摩擦特性に優れた材料を用いることがで
きないことも、伝達トルクを増大させることができない
原因となっている。

「発明の目的」 本発明は、電動パワステアリングに用いられる従来の電
磁クラッチのこのような問題点に鑑み、電磁クラッチで
ありながら、従来品に比し大きい伝達トルクが得られ、
しかもこの伝達トルクの調節が可能な電磁クラッチ装置
を得ることを目的とする。

「発明の概要」 本発明は、電磁クラッチは本来、駆動板と従動体が平板
状であって、接続状態では両者が一体に回転するもので
あるという常識を破り、むしろ駆動板と従動板を必要に
応じて積極的に滑らせることにより、車速に応じた適切
な操舵補助力を得、しかも完全接続状態では、滑りをな
くして高トルクを伝達するという発想に基づいてなされ
たもので、駆動体を、ステアリングシャフトと直交する
吸引面と、円錐状の外周接触面とを有する駆動側コーン
体から構成するとともに、従動体を、駆動体の吸引面お
よび外周接触面に対向する吸引面および内周接触面を有
する従動側コーン体から構成し、駆動体と従動体のいず
れか一方に設けた電磁体への通電量を制御する電流制御
装置を設け、かつ、駆動側コーン体と従動側コーン体
を、電磁体に通電したとき、その互いにの接触面が接触
して吸引面が非接触となるようにし、さらに電流制御装
置による通電量の調整により、接触面の滑り量を可変と
したことを特徴としている。

円錐状の接触面は、コーンクラッチの従来例から明らか
なように、小型を維持して高トルクを伝達するのに効果
的である。そして本発明は、この円錐状の接触面が接触
しているとき、吸引面は非接触の状態を保持させること
により、コイルに流す電流の大小に応じて接触面を適当
に滑らせることが可能となり、しかも滑らせても、吸引
面に摩耗は生ぜず、長期の使用に耐える。またこのよう
に吸引面と接触面に機能を分離すると、接触面の材質の
選定に自由度が高くなり、摩擦特性に優れた材料を用い
たり、表面処理を行なうことが容易にできる。

「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第１図にお
いて、従来装置と同一のステアリングシャフト１１の外
周には、固定されたモータハウジング３０が設けられて
いる。このモータハウジング３０には、ステアリングシ
ャフト１１と同心で一定のクリアランスｃを有するスリ
ーブ３１が、ベアリング３２を介して回転自在に支持さ
れている。モータハウジング３０内には、電動モータに
よって駆動されるウォーム３３が位置し、このウォーム
３３と噛み合うウォームホイル３４がスリーブ３１にキ
ー３５で結合されている。

このスリーブ３１には、さらに駆動側コーン体４０がキ
ー３６で結合されている。この駆動側コーン体４０は、
その先端のステアリングシャフト１１に直交する吸引面
４１と、円錐状の外周接触面４２とを有し、その内部に
電磁体としてのコイル４３を収納している。以上の要素
は、スリーブ３１に対して定位置で回転し、軸方向には
移動しない。

ステアリングシャフト１１の外周には、スプリング押え
リング３７が固定され、、このスプリング押えリング３
７の外周に、従動側コーン体５０が回転を拘束され軸方
向に微小距離移動可能に嵌められている。この従動側コ
ーン体５０は、駆動側コーン体４０の吸引面４１および
外周接触面４２に対向する、吸引面５１および内周接触
面５２を有しており、スプリング押えリング３７との間
に挿入した圧縮ばね３８によって、これらの吸引面５
１、内周接触面５２が吸引面４１、外周接触面４２から
離れる方向に移動付勢されている。外周接触面４２（内
周接触面５２）の角度θは、平板に比べて特に大きい伝
達トルクが得られる角度、例えば10〜20゜程度に定める
とよい。

そしてこの駆動側コーン体４０と従動側コーン体５０
は、コイル４３に通電して従動側コーン体５０を駆動側
コーン体４０側に吸引し、外周接触面４２と内周接触面
５２を接触させたとき、吸引面４１と吸引面５１は、微
小な隙間ｌを保持して接触しないように、その形状が設
定されている。周知のように、磁気吸引力は、吸引され
る材料間の間隔が増加すると、指数関数的に減少するか
ら、この吸引面４１と吸引面５１間の間隔ｌは必要な吸
引力が得られるように小さく設定する。

またコイル４３に流す電流は、電流調整装置４４によっ
て調整可能となっている。この電流調整装置４４は、ト
ルクセンサ２１の信号を受けるパワー制御装置４５によ
って制御することができる。

上記構成の本電動パワーステアリングは、コイル４３に
通電しない状態では、圧縮ばね３８の力により、従動側
コーン体５０は駆動側コーン体４０から離れており、ハ
ンドルを回転させると、その回転がそのままステアリン
グシャフト１１を介して操舵輪に伝達される。

ところがトルクセンサ２１で検出されるステアリングシ
ャフト１１のトルクが一定値を超えると、ステアリング
シャフト１１の回転方向に応じた方向にウォーム３３が
回動し、同時にコイル４３に通電される。すると、ウォ
ーム３３の回転がスリーブ３１から駆動側コーン体４０
に伝達されて、駆動側コーン体４０がステアリングシャ
フト１１の回転方向と同一の方向に回転し、同時に駆動
側コーン体４０が磁化されて従動側コーン体５０を吸引
する。すると従動側コーン体５０は、その内周接触面５
２を外周接触面４２に接触させ、吸引面５１は吸引面４
１とは非接触の状態を保持する。そして駆動側コーン体
４０から従動側コーン体５０に伝達される回転トルク
は、コイル４３に与える電流の大小によって制御され
る。つまりコイル４３に最大電流を流せば従動側コーン
体５０は僅かな滑りの後、駆動側コーン体４０と一体に
回動する。コイル４３に小電流を流せば、吸引面５１を
吸引する力は小さくなるから、外周接触面４２と内周接
触面５２間には滑りが生じる。したがって、パワー制御
装置４５に例えば車速情報を与えることにより、低速走
行時には大きい操舵補助力を、高速走行時には小さい操
舵補助力を与えることができる。特に一定速度を超えた
ときは、トルクセンサ２１によって検知されるトルクの
如何に拘わらず、コイル４３には通電されないようにし
てもよい。またハンドルをきるスピード（ステアリング
シャフト１１の回転スピード）をパワー制御装置４５に
入力することにより、そのスピードに応じた回転トルク
を従動側コーン体５０に与えることができる。

なおトルクセンサ２１で検出されるトルクが一定値以上
となると、コイル４３には通電されなくなって磁気吸引
力が消失する。よって従動側コーン体５０は圧縮ばね３
８によって確実に駆動側コーン体４０から離れ、次のス
テアリングシャフトの回転に抵抗を与えることがない。

駆動側コーン体４０および従動側コーン体５０は、磁気
吸引力が得られるように、少なくともその吸引面４１お
よび吸引面５１を磁性材料から構成する。しかし外周接
触面４２および内周接触面５２は、磁気吸引力に与える
影響が無いか少ないため、非磁性材料から構成すること
ができる。もっとも、吸引面４１と外周接触面４２、吸
引面５１と内周接触面５２をそれぞれ全く別の材料から
構成するのが、製造コストおよび強度の点から実際的で
なければ、磁性材料の表面に各種の表面処理を施した
り、、耐摩耗性材料の添着を行なうことができる。表面
処理としては、浸炭、浸炭室化、、軟窒化、浸硫室化、
浸ボロン、金属浸透処理等の耐摩耗性を向上させる表面
処理の他、低摩擦性のコーテイング処理、固体潤滑材の
塗布等を行なうことができる。また添着する耐摩耗性材
料としては、フェノールカーボン材、アスベスト等、ブ
レーキのシュー材料として使用される材料等を利用する
ことができる。このように外周接触面４２、内周接触面
５２の材質は、この両者を主に滑らせるか、一体化する
か等の使用態様に応じ、自由に選択することができる。
耐摩耗性材料を添着する場合には、これが摩耗したと
き、交換することも可能である。

「発明の効果」 以上のように本発明によれば、電動パワーステアリング
において、電動モータによって駆動される駆動側コーン
体の駆動力を、効率良く従動側コーン体に伝達し、ステ
アリングシャフトに操舵補助力を与えることができる。
特に、従動側と駆動側のコーン体に、吸引面と接触面を
別に設定し、接触面が接触しても吸引面は接触しないよ
うにしたので、接触面が摩耗したとしても、吸引力が増
えこそすれ、減ることはない。また接触面の材質には自
由度が得られるので、吸引面と接触面が同一である従来
の平板型の電磁クラッチに比べ、摩擦特性に優れたクラ
ッチが得られる。さらに電磁体への通電量を制御して接
触面の滑り量を調整できるため、電磁クラッチをオンオ
フさせるときのトルク伝達を滑らかにすることができ、
車速等に応じた補助操舵力を得るために最適であり、電
動パワーステアリングの簡易性という特徴を損なうこと
なく、その性能の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電動パワーステアリングの電磁クラッ
チ装置の実施例を示す要部の上半断面図、第２図は電動
パワーステアリングの原理を示す要部の上半断面図であ
る。 １１……ステアリングシャフト、２１……トルクセン
サ、３０……モータハウジング、３１……スリーブ、３
３……ウォーム、３７……スプリング押えリング、４０
……駆動側コーン体、４１……吸引面、４２……外周接
触面、４３……コイル、４４……電流調整装置、４５…
…パワー制御装置、５０……従動側コーン体、５１……
吸引面、５２……内周接触面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭51−91646（ＪＰ，Ｕ) 実公 3454（大正13年）（ＪＰ，Ｙ１ Ｔ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンドルによって回転操作され、回転によ
   って操舵輪の方向を変化させるステアリングシャフトの
   外周に、電動モータによって回転駆動される駆動体を回
   転自在に設け、この駆動体の回転を電磁クラッチ装置を
   介して上記ステアリングシャフトと一体に回動する従動
   体に伝達する電動パワステアリングにおいて、 上記駆動体を、ステアリングシャフトと直交する吸引面
   と、円錐状の外周接触面とを有する駆動側コーン体から
   構成し、 上記従動体を、上記駆動体の吸引面および外周接触面に
   対向する吸引面および内周接触面を有する従動側コーン
   体から構成し、 上記駆動体と従動体のいずれか一方に電磁体を設けると
   ともに、この電磁体への通電量を制御する電流制御装置
   を設け、 かつ上記駆動側コーン体と従動側コーン体を、上記電磁
   体に通電したとき、その互いの接触面が接触して吸引面
   が非接触となるようにし、さらに上記電流制御装置によ
   る通電量の調整により、上記接触面の滑り量を可変とし
   たことを特徴とする電動パワステアリングの電磁クラッ
   チ装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、駆動側コ
   ーン体と従動側コーン体の円錐状の接触面には、非磁性
   材料からなる摺動材料が添着されている電動パワステア
   リングの電磁クラッチ装置。