JPS6182024A - 電磁型倍力装置の電磁クラツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ｉＩａトルクの大ささに対応させてクラッチ
結合力を生じさせた電磁型倍力装置の電磁クラッチに関
する。

（従来の技術） 電磁型倍力装置は、内部に電動機を備え、入力軸に対し
外部からトルクが加えられたときに電動機を作動して補
助トルクを発生し、出力軸に増倍したトルクを発生する
。斯かる電磁型倍力装置は例えば電磁式パワーステアリ
ング装置に適用され、自動車のハンドルを軽減せしめる
装置として利用される。

上記電磁型倍力装置において、従来電動機と出力軸の間
に電磁クラッチを介設したものが存在する。斯かる電磁
型倍力装置においては、電動機と出力軸との間は作動時
においてのみ電磁クラッチを接続状態としてトルク伝達
を可能な状態となる如く構成する。このような構成によ
ればトルク補助を要しないときにはマニュアルのステア
リング装置として使用することができる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の電磁型倍力装置における電磁クラッチでは、一般
にオン・オフ制御を行うようにしていたためオン時の接
続状態においては電動機が発生する補助トルクとは無関
係に励磁コイルに対して常時大きな励磁電流を流すよう
にしていた。このために必要以上の無駄な電流を消費す
るという欠点と併せ、更に電磁クラッチにおける発熱量
が増大し、その耐久性を劣化させるという不具合を有し
ていた。而して本発明は斯かる問題点を有効に解決すべ
く成されたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、人力軸に加わる外部トルクに比例させて電９
）Ｊ機を作動し補助トルクを発生させ、この補助トルク
を電磁クラッチを介して出方軸に伝達する如く構成され
る電磁型倍力装置において、上記電磁クラッチのトルク
伝達量を上記外部トルクに比例させる如く制御し、上記
補助トルクの大きさに比例させてクラッチ結合力を生じ
させる如く構成したものである。

（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図は本発明に係る電磁型倍力装置の縦断面図であり
、中心部で切断面を８００折曲させて断面を形成してい
る。第２図は第１図中のＡ−Ａ線の一部断面図及び可動
部の側面図を示したものである。

ＣＩ）は、軸受（２）、（３）で回転自在に支承され［
Ｌつ外端にステアリングホイール（不図示）を備えた入
力軸であり、（４）は、軸受（５）、（８）、（７）で
回転自在に支承された出力軸である。入力軸（１）と出
力軸（０は、同軸線上に配置され、各内端は中心軸部分
に位置するトーションバー（８）で連結される。入力軸
（＋）と出力軸（０の対向する各内端は、入力軸（１）
の内端を前記軸受（３）を介し出力軸（４）の拡径開口
端部に嵌合している。

上記トーションバー（８）は、人力軸（１）が出力軸（
４）に対して所定の中間的角度になる如く調整してネジ
（３）で入力軸（１）に固定される。

上記において、入力軸（１）に加えられた外部からの回
転トルクは、トーションバー（８）によって捩れを生じ
つつ出力軸（４）に伝達される。

なお、　（１０）は入力軸（１）を収納し囲繞する、電
磁型倍力装置のケースの一部を成すステアリングコラム
である。

入力軸（１）と出力軸（４）の対向する端部が嵌合する
部分の周囲には、入力軸（１）と出力軸（４）の間に生
じるトルク差を検出するトルク検出部（１１）が設けら
れる。トルク検出部（１１）は、ステアリングコラム（
１Ｇ）の内周面に固定された差動変圧器（１２）と、前
記嵌合関係にある部分の周囲に配置された軸方向につい
て移動自在な筒状の可動部（１３）とから構成される。

差動変圧器（１２）の出力端子はトルクを電気的に検出
する電気回路に接続され。

この電気回路は操舵トルクの大きさ及びその作用方向に
応じ電機子電流の通電量及び通電方向を決定する制御機
能を有する。

上記ＬＩｒ５ｈ部（１３）は、第２図に示される如くピ
ン（＋４）、（＋４）によって人力軸（１）と係合し、
且つピン（＋５）、（１５）によって出力軸（４）と係
合している。ピン（＋４）　、　（＋４）とピン（１５
）　、　（＋５）の取付位置は、９０６の位相差が設け
られている。そしてこの場合、ビア　（＋４）　、　（
１４）と係合する長孔（１３ａ）はトーションバー（８
）の軸線と平行に形成され、ピン（１５）　、　（＋５
）と係合する長孔（１３ｂ）は８該軸線と所定角度でね
じれの位置となるように形成される。また可動部（１３
）はコイルスプリング（１６）によって第１図中左方向
に弾発付勢されている。

上記構成において、ピン（１５）と長孔（ｔ３ｂ）の間
には間隙（Ｑ）が生じる。このオフセット量は上記コイ
ルスプリング（１Ｂ）で解消され、ピン（１５）は面（
１３ｂ−１）に当接し５面（１３ｂ−２）は遊んでいる
。

上記構成によれば、入力軸（１）が回転するトーション
バー（８）を介して出力軸（０に回転トルクが伝達され
るが、このとき人力軸（１）と出力軸（０との間に相対
的な角度差が生じ２人力軸（＋）の回転方向及び上記角
度差に対応して１通常中央位置に存する可動部（１３）
が第１図中左右方向へ移動する。［ｒｒ動部（１３）の
移動量は人力軸（１）と出力軸（４）の間で生じるトル
ク差に比例するものであり、当該移！ｉＪｔを差動変圧
器（１２）で電気的に検出することによって上記トルク
を検出することが可能となる。

出力軸（４）の周囲には１円筒形ケース（１７）内に収
納された電動機（１８）のＭＩｉ成が配設される。ケー
ス（１７）の内周面には１例えば磁極をなす一対の磁イ
］（１９）が固設される。また出力軸（４）の周囲には
、軸受（６）　、（？）、（２０）で回転自在に設けら
れた筒袖（２１）に鉄芯（２２）、巻線（２３）を備え
て成る回転子（２４）が備わる。上記巻線（２３）は、
磁石（ｉｌｌ）　、　（Ｉｌｌ）が形成する磁束を直角
に切る如く回転移動する。

また（２５）は整筬子で、整流子（２５）には巻線（２
３）の端子（２３ａ）が、巻線（２３）に対し所要の方
向のｔ＊゛子電流が流れる如く結線される。整流子（２
５）にはコイルスプリング（２日）によって付勢された
ブラシ（２７）が圧接せしめられ、このブラシ（２７）
によって電源から１！機子電流が供給される。

入力軸（１）に対し外部からトルクが加えられ。

入力軸（１）と出力軸（０との間においてトルク検出部
（１１）によりトルクが検出されると、制御回路の作用
に基づき巻線（２３）に電機子電流が供給される。そう
すると電動機（１８）が作動し、回転子（２０が入力軸
（１）の回転方向と同方向に回転する。

なお回転子（２０の筒袖（２１）の図中左側部を回転自
在に支持する軸受（２０）は、減速装！（２８）を構成
する２段の遊星歯車機構（２８Ａ）、（２８８）の筒状
の内歯車（２９）の右端開口部（２９ａ）に固設される
。また内歯車（２９）自体はケース（１７）の内面に固
定されている。

次に前記減速装置（２８）は上述の如く２最の遊星歯車
機構（２８Ａ）　、（２８Ｂ）から成る。前段の遊星歯
車機構（２８Ａ）は、前記筒袖（２１）の左端部に形成
された太陽歯車（３０）と前記内歯車（２９）とこれら
の間に噛合された例えば３側の遊星歯車（３１）・・・
とから構成される。また後段の遊星歯車機構（２８Ｂ）
は、上記遊星歯車（３１）・・・を枢着したキャリヤ部
材（３２）の筒袖（３２ａ）の周囲に形成した太陽歯車
（３３）と前記内歯車（２９）とこれらの間に噛合され
た遊星歯車（３４）・・・とから構成される。更に遊星
歯車（３０・・・は、出力軸（４）の周囲に軸受（３５
）で回転自在に設けられた第２のキャリヤ部材（３８）
に枢着される。

このキャリヤ部材（３６）は、そのＦ！！！縁部に図中
左方に延設された例えば３債の突片（３８ａ）・・・を
形成している。

一方出力軸（０には、前記キャリヤ部材（３Ｂ）の突片
（３８ａ）・・・に対して内側にて対向する一定幅を有
したＣ部（３７ａ）を形成し、￥Ｌつほぼケース（１７
）の内面に接する如く半径方向に延設され図中左側に環
状の空所（Ｓｌ）を形成する如き断面コ字型の環体（３
７ｂ）を備えた筒体（３７）が固設される。筒体（３７
）と出力軸（４）とは、出力軸の円周方向について固定
されたスプライン嵌合によって連結される。

また上記環部（３７ａ）の外周面には、一定の間隔を開
けて例えば３個の突！（３７ａ−１）・・・が形成され
る。このＥ１部（３？ａ）と前記キャリヤ部材（３Ｂ）
の突片（３８ａ）・・・の間には、例えば４枚のクラッ
チ板（３８）・・・が配設される。４枚のクラッチ板は
重ね合せられ層状に配設される。このうち２枚のクラッ
チはキャリヤ部材（３６）に係合し、他のクラッチ板は
筒体（３７）の環部（３７ａ）に係合する。

環体（３７ｂ）の形成する空所（Ｓｌ）にはＭ、ｆｊｉ
コイル（３９）が配置される。この？１ｉｌａコイル（
３９）は、ケース（１７）の内周面に固設され比つ磁性
材料で形成された断面コ字型をした環体（４０）の内部
に固設される。この電磁コイル（３９）には、人力軸（
１）と出力軸（４）の間でトルク差が生じたときトルク
検出部（１１）、前記制御回路の作用に基づき適当なタ
イミングで励磁電流が供給される。

上記電磁コイル（３３）とクラ−、多板（３８）・・・
によって多板電磁クラッチ（４１）が形成され、電磁コ
イル（３８）がＭｈ磁されることによって電磁クラッチ
（４Ｉ）は接続状態となる。

次に第３図に基づき制御回路について説明する。トルク
検出部（１１）の差動変圧器（１２）は−次コイル（１
２ａ）と二次コイル（１２ｂ）、（＋２ｃ）を有する。

−次コイル（Ｌ２ａ）には発振回路（４２）から交流信
号が与えられる。二次コイル（１２ｂ）、（＋２ｃ）に
は可動部（１３）の変位によって振幅が互いに反対に変
化する交ｍ信号が出力される。二次コイル（＋２ｂ）。

（１２ｃ）の出力信号は整流回路（４３）、ローパスフ
ィルタ（４４）を介して減算回路（４５）　、（４Ｂ）
にそれぞれ入力される。減算回路（４５）では、Ｆ’Ｔ
動部（１３）において中央位ｆｉｔ（！ｏ）から（÷り
への変位（右回り操舵トルクと対応する）が生じたとき
、操舵トルクに比例したＩｔ電機子電流Ｍ、動機（１８
）に供給するための信号（Ｖａｚ）が出力される。また
減算回路（４Ｂ）では　ｌｑ動ｆ２（１３）において中
央位２１（ｉｏ）から（−Ｉ）への変位（左回り操舵ト
ルクと対応する）が生じたとき、操舵トルクに比例した
電機子電流を電動機（１８）に供給するための信号（Ｖ
Ｉ１２）が出力される。

すなわち減算回路（４５）の出力信号（Ｖａｚ）は、Ｖ
、２”ＶＱ＋−Ｖｂｌ（ただＬ／　Ｖ　ａ＋　≦Ｖ　ｂ
＋　ｆ）　ト、、−＊　ニ４ｆ　Ｖ　ａｔ：Ｏ）で与え
られ、減算回路（４Ｂ）の出力信号（Ｖ１１２）は、Ｖ
ｂ２＝Ｖｂｚ　　Ｖａｔ　ＣただＬＶｂ＋≦Ｖａ＋のと
きにはＶｂｌ中Ｏ）で与えられる。信号（Ｖａｔ）。

（Ｖｂ＋　）、　（Ｖａｚ）、　（Ｖ１１２）を第４図
で示す。

Ｍ　Ｘ　Ｄｏ　Ｗｓ　（４５）　、（４８）　ｔｙ＞出
力信号（Ｖａｔ）、（Ｖａｔｚ）はそれぞれＯＲ回路（
４７）、比較回路（４８）、（４１１）に入力さＪする
。ＯＲ回路（４７）Ｉｆ上−ｔｉｅ号（Ｖａｚ　）　、
　（Ｖａｔ）を合成して電機子電流を制御する信号（Ｖ
＋）を電動機駆動回路（５０）に供給する。電機子電流
は信号（ｖｌ）に比例して流れる。また比較回路（４８
）は信号（Ｖａｚ）が信号（Ｖａｔ）よりも大きくなっ
たときにｒｌ（Ｊ、それ以外のときには「Ｌ」となる信
号（ｌｈ）を出力し、一方比較回路（４９）は信号（Ｖ
ａｔ）　力信号（Ｖａｚ）よりも人きくなったときにの
み「Ｈ」、それ以外のときには「Ｌ」となる信号（ｖ３
）を出力する。これらの信号（Ｖ２）　、　（ＶＪ）も
電動機駆動回路（５ｏ）に供給される。信号（Ｖｔ）が
「Ｈ」になると電動機（１８）は右方向に回転し、信号
（Ｖ））がｒＨＪになると左方向に回転する。

また前記信号（Ｖ＋）　、　（ｌｈ）　、　（ｌｈ）は
クラッチ駆動回路（５１）にも供給され、これによって
電磁クラ−。

チ（４１）の作動を制御する。

次に第５図に基づいてクラッチ駆動回路（５１）につい
て説明する。このクラッチ駆動回路（５１）は前記多板
電磁クラッチ（４１）用のものである。

端子（５２）に入力する前記信号（Ｖ＋）は、抵抗（５
３）を介して加算回路（５４）内の演算増幅器（５５）
の非反転端子に入力される。また端子（５６）に入力す
る前記信号（ＶＪ及び端子（５７）に入力する前記信号
（ｖ３）はＯＲ回路（５８）を通って抵抗（５８）に与
えられる。

抵抗（５９）は電圧調整のための分圧抵抗であり、抵抗
（５Ｂ）で得られた電圧信号（ｖ４）は抵抗（６０）を
介して前記演算増幅器（５５）の非反転端子に入力され
る。すなわち　加算回路（５４）では信−；−（Ｖ＋）
と抵抗（５８）で得られた電圧信号（ｖ４）とが加算さ
れる。演算増幅器（５５）の出力信号は次最の演算増幅
器（Ｂ１）を通った後、？役のトランジスタから成る励
磁電流を供給するトランジスタ回路（６２）に与えられ
る。トランジスタ回路（６２）は入力信号に比例してそ
のａ電量を変化させ、これにより電源（８３）から電磁
クラッチ（４１）に供給される励磁電流の量を制御する
。

また抵抗（６４）において珈り出される電圧は上記ｗＪ
ｌａ電流に比例して発生するもので、この電圧は非反転
ｍｍ回路（８５）、ローパスフィルタ（６６）を介して
ｍｊ記演算増幅器（６１）の反転端子に人力される。

以上においてトランジスタ回路（８２）によって制御さ
れる電磁クラ−、チ（４１）の励磁電流は、第６図にお
ける（＾）の如き特性を有する。すなわち第６図におい
て横軸は入力軸（１）に加わるトルクを意味し、この特
性（＾）によれば、多板電磁クラッチ（４１）のクラッ
チ結合力を決める励磁電流は人力軸（１）に加わるトル
クに比例して増大する。特に１（Ａ）は、加算回路（５
４）に人力される信号（ｖｌ）と抵抗（５８）で得られ
る電圧信号（ｖ４）によって形成される。このため、電
磁クラッチ（４１）を流れる励磁電流は電機子電流に比
例することになる。

上記の励磁電流の特性（Ａ）において通電開始のとき一
定値（■θで急に立ち上がる如く流れるが、この偵（■
１）は前記多板電磁クラッチ（４１）に内在するフリク
ションを考慮してこれを補正すべく設定されたもので、
前記抵抗（５９）によって調節設定される。

また第６図において、（Ｂ）は、電動機側の駆動板と出
力板と出力側の被動板との間に駆動板に板バネで支持さ
れた吸着板を設け、？Ｉ！磁コイルで吸着板を吸引して
結合状態となる如く構成した電磁クラッチにおける励ａ
１を流の特性を示したものである。斯かる電磁クラッチ
では吸着板が板バネで支持されているため、復帰用の当
該板バネの弾性力を考慮してこれを補正すべく通電開始
時大きな立上りの電流値（ｈ）が設定されている。この
設定値もＩｉ：Ｉ記抵抗（５９）によって調箇設定され
る。

第８図はクラ−７チ駆動回路の５Ｉ１１実施例を示す。

このり扁ツチ駆動回路（５白は磁性粉体′ｒｒｔ、磁ク
ラッチクラッチものである。従って励磁Ｍｌ流は、第８
図に示す如く通電開始時より０から操舵トルクに比例し
て増大する如く渣れればよい、そこで初期補正をする必
要はないから前記信号（Ｖ２）、　（Ｖ３）を入力する
必要はなく、第５図に示されたクラッチ駆動回路（５１
）においてＯＲ回路（５８）　、抵抗（５８）、加算回
路（５０が除かれ、信号（ｖｌ）が直接に演算増幅器（
Ｂ１）の非反転端子に人力される如く構成される。その
他の構成要素は前記回路（５１）と同一であるため同一
の符号を付している。

上記の各実施例によれば、電磁型倍力装置における各種
の電磁クラッチにおいて、クラッチ結合力、すなわち伝
達トルク量を操舵トルクに比例して生じさせることがで
きる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように本発明によれば、ｔｖＪ機
が発生する補助トルクを電磁クラッチを介して出力軸に
伝達するようにした電磁を倍力装置において、電磁クラ
−、チのクラ−、チ結合力を補助トルクに比例させて変
化するようにしたため、クラッチ結合力を必要最小限に
することができ、消費電力を節約することができ、更に
は発熱量を抑えることができ、装置の耐久性、信頼性を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電５１型倍力装置の、中心線で切
断面を３０°折曲させて形成した縦断面図、第２図は第
１図のＡ−Ａ線の一部断面図及び可動部の側面図、第３
図は制御回路の回路図、第４図は回路各部の信号特性図
、第５図はクラッチ駆動回路の詳細回路図、第６図は本
実施例の電磁クラッチにおける操舵トルクと電磁クラッ
チの励磁電流の関係を示した図、第７図は別実施例に係
る第５図におけると同様な図、第８図は別実施例に係る
第６図と同様な図である。 尚図面中、（１）は入力軸、（０は出力軸、（８）はト
ーションバー、（１１）はトルク検出部、（１２）は差
動変圧器、　（＋３）は可動部、　（１Ｂ）は電動機、
　（２８）は減Ｉ！！装置、（４１）は電磁クラッチ、
（５ｏ）は電動機駆動回路、（５１）はクラッチ駆動回
路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力軸に加わる外部トルクに比例させて電動機を作動し
   補助トルクを発生させ、この補助トルクを電磁クラッチ
   を介して出力軸に伝達する如くした電磁型倍力装置にお
   いて、上記電磁クラッチのトルク伝達量を上記外部トル
   クに比例させる如く制御する電気回路を設けたことを特
   徴とする電磁型倍力装置の電磁クラッチ。