JPS63541Y2 - - Google Patents

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JPS63541Y2
JPS63541Y2 JP1980147783U JP14778380U JPS63541Y2 JP S63541 Y2 JPS63541 Y2 JP S63541Y2 JP 1980147783 U JP1980147783 U JP 1980147783U JP 14778380 U JP14778380 U JP 14778380U JP S63541 Y2 JPS63541 Y2 JP S63541Y2
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shaft
pinion
pinion shaft
steering
displacement
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はマニユアルステアリング装置との部品
共用化が図れるラツク・ピニオン型ステアリング
ギヤを用いた電動式パワーステアリング装置に関
する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an electric power steering device using a rack and pinion type steering gear that can share parts with a manual steering device.

従来、ステアリングシヤフトの操舵トルクをセ
ンサによつて電気的に検知し、このステアリング
シヤフトに連結した操向ギヤ装置に前記センサで
検知した信号に応じて回転駆動するモータによつ
て増力作用を与えるようにした電動式パワーステ
アリング装置が知られている。
Conventionally, a sensor electrically detects the steering torque of a steering shaft, and a motor that rotates and drives a steering gear device connected to the steering shaft in response to a signal detected by the sensor provides a force-increasing effect. Electric power steering devices are known.

ところが、このような回転駆動形モータを用い
たものでは、ラツク・ピニオン型のステアリング
ギヤによるステアリング装置に適用する場合、構
成が複雑化、大型化して一般のマニユアルステア
リング装置との部品共用化が困難であるという問
題がある。即ち、ラツク・ピニオン型ステアリン
グギヤを用いたステアリング装置においては、ス
テアリングシヤフトに連結したピニオン軸の回転
駆動を、操向車輪側のラツク軸の往復運動にピニ
オン、ラツクを介して直接的に変換するものであ
る。従つて、回転駆動形モータは軸心をピニオン
軸と平行にギヤボツクス内に配置して所定のギヤ
装置を介してこのピニオン軸に連結するようにし
ており、このためピニオン軸、ギヤボツクス等が
複雑、大形化し、殆ど専用部品が必要になると共
に、部品点数も増加する。しかも大形化により重
量が増加すると共に大きい設置スペースを要し適
用範囲が制約され、さらに装置全体のコストが高
くなるなどの問題もある。
However, when a device using such a rotary drive type motor is applied to a steering device using a rack-and-pinion type steering gear, the configuration becomes complicated and large, making it difficult to share parts with a general manual steering device. There is a problem that. That is, in a steering device using a rack and pinion type steering gear, the rotational drive of a pinion shaft connected to the steering shaft is directly converted into reciprocating motion of the rack shaft on the steered wheel side via the pinion and rack. It is something. Therefore, the shaft center of a rotary drive motor is placed in a gearbox parallel to the pinion shaft, and connected to the pinion shaft via a predetermined gear device, which makes the pinion shaft, gearbox, etc. complicated. The size increases, almost all dedicated parts are required, and the number of parts also increases. Moreover, the increased size increases the weight, requires a large installation space, limits the scope of application, and increases the overall cost of the device.

本考案はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、ラツク・ピニオン型ステアリングギヤを用い
るものであつて、一般のマニユアルステアリング
装置との部品共用化が図れ、生産及び部品交換等
の便宜が図れると共に、構成を簡単化及び小形、
軽量化し、スペースを有効に利用し、かつコスト
を低下できる電動式パワーステアリング装置を提
供することを目的とする。
The present invention was developed in view of these circumstances, and uses a rack-and-pinion type steering gear, which allows parts to be shared with general manual steering devices, and facilitates production and parts replacement. At the same time, the configuration is simplified and smaller.
The purpose of the present invention is to provide an electric power steering device that is lightweight, makes effective use of space, and reduces costs.

このような目的を達成する本考案の特徴は、ピ
ニオン軸に、ステアリングを操向すべき回転トル
クに応じた変位を検出する検出装置を設け、ラツ
ク軸をリニヤモータによつて軸心方向に補助駆動
するようにし、これによつてピニオン軸、ギヤボ
ツクス等を余計な構造を必要としないでマニユア
ルステアリング装置と同様な簡素な部品構成にす
ることができるようにしたことにある。
The feature of this invention that achieves these objectives is that the pinion shaft is equipped with a detection device that detects displacement according to the rotational torque that should be used to steer the steering wheel, and the easy shaft is auxiliary driven in the axial direction by a linear motor. By doing so, the pinion shaft, gearbox, etc. can be made into a simple component structure similar to a manual steering device without requiring any extra structure.

以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

ステアリングシヤフト1に連結したピニオン軸
2のピニオン3と、操向車輪側に連結したラツク
軸4のラツク5とを、ギヤハウジング6内で所定
の捩れ交差角θで噛合させている。ラツク軸4は
スプリング装置7によつてピニオン3側に押圧し
ている。ピニオン軸2には、ステアリングを操向
すべき回転トルクに応じて、ピニオン軸2とラツ
ク軸4による捩れ交差角θでの噛合によつて生ず
るピニオン軸2の軸方向変位を生じさせる変位発
生手段と、ステアリングを操向すべき回転トルク
が零のときに、前記ピニオン軸2の軸方向変位を
零に保持するセンタリング機構8と、前記ピニオ
ン軸2の軸方向変位を電気的出力量に変換するセ
ンサ9とを設けている。即ち、センタリング機構
8はピニオン軸2に遊嵌したセンタリングプレー
ト10を、ピニオン軸2に固定した一対の保持部
材11によつて両側面側からロール12を介して
挾持し、このセンタリングプレート10をピニオ
ン軸2と共に軸方向に一体移動可能に、かつピニ
オン軸2と相対回転し得るようにしたものであ
る。そして、センタリングプレート10の外周近
傍を圧縮コイルスプリング13,14を用いたス
プリング手段15,16によつて軸方向両側つま
り進退方向に所定の押圧力で付勢している。これ
によつて、ステアリングシヤフト1を介してピニ
オン軸2を回転させた場合、即ち操向操作時に、
このピニオン軸2が捩れ交差角θに起因するラツ
ク軸4からの反力で軸方向に微小進退移動するよ
うにしている。一方、ステアリングシヤフト1か
ら回転力を除去した場合、つまり操向操作を停止
した場合はスプリング手段15,16によつてセ
ンタリングプレート10が反力を除去する方向に
押圧され、ピニオン軸2が進退中立位置に戻され
るようにしている。このピニオン軸2が中立位置
から変化する変位量を、センタリングプレート1
0に突設されスプリング手段の一方15の圧縮コ
イルスプリング13を支持するピンの先端に設け
た磁気スケール17の動作により検出する。つま
り補助駆動すべき回転トルクが生じていることを
このスケール17の移動によつて機械的に検出す
るようにしている。
A pinion 3 of a pinion shaft 2 connected to a steering shaft 1 and a rack 5 of a rack shaft 4 connected to a steering wheel side are meshed within a gear housing 6 at a predetermined torsional intersection angle θ. The rack shaft 4 is pressed against the pinion 3 by a spring device 7. The pinion shaft 2 is provided with a displacement generating means for generating an axial displacement of the pinion shaft 2 caused by the meshing of the pinion shaft 2 and the rack shaft 4 at a torsional intersection angle θ in accordance with the rotational torque for steering the steering wheel. and a centering mechanism 8 that maintains the axial displacement of the pinion shaft 2 at zero when the rotational torque for steering the steering wheel is zero, and a centering mechanism 8 that converts the axial displacement of the pinion shaft 2 into an electrical output amount. A sensor 9 is provided. That is, in the centering mechanism 8, a centering plate 10 loosely fitted to the pinion shaft 2 is held between both sides by a pair of holding members 11 fixed to the pinion shaft 2 via rolls 12, and this centering plate 10 is attached to the pinion shaft 2. It is designed to be able to move integrally with the shaft 2 in the axial direction and to rotate relative to the pinion shaft 2. The vicinity of the outer periphery of the centering plate 10 is urged by spring means 15 and 16 using compression coil springs 13 and 14 with a predetermined pressing force in both axial directions, that is, in the forward and backward directions. As a result, when the pinion shaft 2 is rotated via the steering shaft 1, that is, during a steering operation,
This pinion shaft 2 is caused to move slightly forward and backward in the axial direction by a reaction force from the rack shaft 4 caused by the torsional intersection angle θ. On the other hand, when the rotational force is removed from the steering shaft 1, that is, when the steering operation is stopped, the centering plate 10 is pressed by the spring means 15 and 16 in a direction to remove the reaction force, and the pinion shaft 2 is moved to the forward/backward neutral position. I'm trying to get it back in place. The amount of displacement of this pinion shaft 2 from its neutral position is determined by the centering plate 1.
Detection is performed by the operation of a magnetic scale 17 provided at the tip of a pin that protrudes from the spring means 15 and supports the compression coil spring 13 of one of the spring means 15. In other words, the occurrence of rotational torque for auxiliary driving is mechanically detected by the movement of the scale 17.

一方、センサ9は、ギヤハウジングとともに固
定され、スケール17の機械的変位を電気信号と
して取出すようにしている。なお、センサ9は、
差動変圧器型変位計、磁気スケール、非接触型微
少変位計等を任意に適用し得るものである。ま
た、センタリング機構8はセンタリングプレート
10の同一円周上に、6等分された位置に交互に
押圧用スプリング13、及び吸引用スプリング1
4を配置しているが、センサ9とスケール17は
スプリング13と14との間に設けてもよいし、
スプリング13,14と反対側に設けてもよい。
On the other hand, the sensor 9 is fixed together with the gear housing and extracts the mechanical displacement of the scale 17 as an electrical signal. Note that the sensor 9 is
A differential transformer type displacement meter, a magnetic scale, a non-contact type minute displacement meter, etc. can be arbitrarily applied. Moreover, the centering mechanism 8 has a pressing spring 13 and a suction spring 1 arranged alternately at six equal parts on the same circumference of the centering plate 10.
Although the sensor 9 and the scale 17 may be provided between the springs 13 and 14,
It may be provided on the opposite side to the springs 13 and 14.

このセンサ9を増幅器18、特性回路19を介
して、所定のモータ制御信号を発するサーボ装置
20に接続している。特性回路19では、例えば
走行速度或いは操向角度等に応じた特性を前記信
号に加え、サーボ装置20で種々の条件に基づく
適正なモータ制御信号を発生させるようにしてい
る。
This sensor 9 is connected via an amplifier 18 and a characteristic circuit 19 to a servo device 20 that generates a predetermined motor control signal. The characteristic circuit 19 adds characteristics depending on, for example, the traveling speed or the steering angle to the signal, so that the servo device 20 generates appropriate motor control signals based on various conditions.

増力作用を行なうためのモータは、ラツク軸4
を移動子とするリニヤモータ21としている。即
ち、ラツク軸ハウジング22の内周部に励磁コイ
ル23を配装し、ラツク軸4の外周部に永久磁石
層24を形成している。この励磁コイル23をサ
ーボ装置20にリード線25を介して接続し、サ
ーボ装置20の出力に基づく信号電流によつてラ
ツク軸4に、その永久磁石層24との間の電磁誘
導による軸方向の推力を生じさせるようにしてい
る。なお、リニヤモータ21はDCサーボ型、AC
サーボ型、又はパルスモータ型のいずれでも適用
し得る。なお、ラツク軸4は、ハウジング22の
先端側に、弾性体40を介して、ブツシユ41に
よつて摺動自在に支持している。
The motor for performing the force-increasing action is the rack shaft 4.
A linear motor 21 is used as a moving element. That is, an excitation coil 23 is disposed on the inner periphery of the rack shaft housing 22, and a permanent magnet layer 24 is formed on the outer periphery of the rack shaft 4. This excitation coil 23 is connected to the servo device 20 via a lead wire 25, and a signal current based on the output of the servo device 20 causes the rack shaft 4 to move in the axial direction due to electromagnetic induction between it and the permanent magnet layer 24. It is designed to generate thrust. Note that the linear motor 21 is a DC servo type or an AC
Either a servo type or a pulse motor type can be applied. The rack shaft 4 is slidably supported by a bush 41 on the distal end side of the housing 22 via an elastic body 40.

このような構成によれば、図示しないステアリ
ングホイールの操向操作時に、ピニオン軸2に回
転トルクが生じていることを、変位発生手段とセ
ンタリング機構8を介して、そのピニオン軸2の
軸方向変位としてセンタプレート10の変位を検
出することができる。そして、その変位はセンサ
9によつて電気的信号、例えば電圧変化に変換さ
れ、サーボ装置20等を介してリニヤモータ21
に伝達され、移動子であるラツク軸4をピニオン
軸2の回転トルクを除去する方向、つまり所定の
補助駆動回転すべき方向に移動することができ
る。
According to such a configuration, when a steering wheel (not shown) is operated, the fact that rotational torque is generated on the pinion shaft 2 is detected by detecting the axial displacement of the pinion shaft 2 through the displacement generating means and the centering mechanism 8. The displacement of the center plate 10 can be detected as follows. Then, the displacement is converted into an electrical signal, for example, a voltage change, by the sensor 9, and is sent to the linear motor 21 via the servo device 20, etc.
The rack shaft 4, which is a mover, can be moved in a direction in which the rotational torque of the pinion shaft 2 is removed, that is, in a direction in which a predetermined auxiliary drive rotation is to be performed.

この増力作用が行なわれると、ピニオン軸2は
軸方向中立位置に戻されるようになり、操向終了
位置ではセンタリングプレート10も中立位置に
戻るようになつて、センサ9の出力が零となり、
これによつてサーボ制御が行なわれる。
When this force-increasing action is performed, the pinion shaft 2 is returned to the axial neutral position, and at the end of steering position, the centering plate 10 is also returned to the neutral position, and the output of the sensor 9 becomes zero.
Servo control is thereby performed.

従つて、このような実施例の装置によれば、動
作応答性が良く、高効率の増力作用を得ることが
可能となるものである。
Therefore, according to the device of this embodiment, it is possible to obtain a force increasing effect with good operational responsiveness and high efficiency.

しかも、装置構成としては、ピニオン軸2に増
力すべき回転トルクに応じた変位を検出するため
のセンタリング機構8と、これを電気的に取出す
センサ9部を設けるだけであり、増力駆動用モー
タをリニヤモータ21として、ピニオン軸2から
離れたラツク軸4部に配設したので、ピニオン軸
2及びギヤボツクス等の構成は、一般のマニユア
ルステアリング装置と殆ど共通な簡素、小形なも
のにすることができる。従つて、生産、部品交換
等に際して、部品を一般のマニユアルステアリン
グ装置と共用することができるから、実用上、多
大な利点を得ることが明らかである。しかも、こ
のようにコンパクトなものであるから、従来の回
転駆動型モータを使用するものと異なり、部品点
数が少なく、重量軽減化や、或いは、設置スペー
スの縮少等も図れる。また、本考案によれば、操
向操作トルクをラツク・ピニオン機構そのものか
ら生じるピニオン軸方向変位としてとらえ、なお
かつ、補助駆動すべきラツク軸に推力そのものを
与えるので特別の動力方向変換装置を用いること
なく効率よく構成できる。
Moreover, the device configuration is only provided with a centering mechanism 8 for detecting displacement in accordance with the rotational torque to be increased on the pinion shaft 2, and a sensor 9 for electrically extracting the centering mechanism 8, and a power-increasing drive motor is provided. Since the linear motor 21 is disposed on the rack shaft 4 part away from the pinion shaft 2, the configuration of the pinion shaft 2, gearbox, etc. can be made simple and compact, almost the same as a general manual steering device. Therefore, it is clear that during production, parts replacement, etc., parts can be shared with general manual steering devices, which provides great practical advantages. Moreover, since it is so compact, unlike the conventional rotary drive type motor, the number of parts is small, the weight can be reduced, and the installation space can be reduced. Further, according to the present invention, since the steering operation torque is regarded as the pinion axial displacement generated from the rack and pinion mechanism itself, and the thrust itself is applied to the rack shaft to be auxiliary driven, a special power direction conversion device is not required. It can be configured efficiently without any problems.

なお、前記実施例では、センタリングプレート
10の変位検出手段として、センタリングプレー
ト10に突設した磁気スケール17をセンサ9に
挿入する差動変圧器型のものを示したが、センタ
リングプレート10の変位検出手段はそのような
ものに限らず、前述の如く他の型式のものにして
もよい。例えば第6図は、非接触変位計29によ
りセンタリングプレート10とのギヤツプを直接
検出するものを示している。
In the embodiment described above, a differential transformer type device in which a magnetic scale 17 protruding from the centering plate 10 is inserted into the sensor 9 was used as a means for detecting the displacement of the centering plate 10. The means are not limited to this type, but may be of other types as described above. For example, FIG. 6 shows a system in which a gap with the centering plate 10 is directly detected by a non-contact displacement meter 29.

以上のように、本考案によれば、ピニオン軸に
補助駆動すべき回転トルクに応じた変位を検出す
る検出装置を設け、ラツク軸をリニヤモータによ
つて軸心方向に増力駆動するようにし、これによ
つてピニオン軸、ギヤボツクス等を余計な構造を
必要としないで、マニユアルステアリング装置と
同様な簡素な部品構成にしたので、一般のマニユ
アルステアリング装置との部品共用化が図れ、生
産及び部品交換等の便宜が図れると共に、構成を
簡単化及び小形、軽量化し、スペースの有効利
用、或いは低コスト化、高効率化等の実用上の多
大な効果を奏するものとなる。
As described above, according to the present invention, the pinion shaft is provided with a detection device that detects displacement according to the rotational torque to be auxiliary driven, and the rack shaft is driven with increased force in the axial direction by the linear motor. As a result, the pinion shaft, gear box, etc. have a simple component structure similar to that of a manual steering device, without requiring any extra structure, so parts can be shared with general manual steering devices, making production and parts replacement easier. In addition to simplifying the structure, making it smaller and lighter, it has great practical effects such as effective use of space, lower costs, and higher efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第5図は本考案の一実施例を示すもの
で、第1図は一部を省略して示す要部の中央縦断
面図、第2図は同平面図、第3図は第2図の−
線断面図、第4図は第3図の−線断面図、
第5図は第3図の一部を拡大して示す図、第6図
は本考案の他の実施例を示す第5図に対応した図
である。 2……ピニオン軸、3……ピニオン、4……ラ
ツク軸、5……ラツク、8……変位発生手段構成
用センタリング機構、9……センサ、20……サ
ーボ装置、21……リニヤモータ。
1 to 5 show an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a central vertical sectional view of the main part with some parts omitted, FIG. 2 is a plan view of the same, and FIG. Figure 2 -
A line sectional view, FIG. 4 is a - line sectional view of FIG. 3,
FIG. 5 is an enlarged view of a part of FIG. 3, and FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 showing another embodiment of the present invention. 2... Pinion shaft, 3... Pinion, 4... Rack axis, 5... Rack, 8... Centering mechanism for configuring displacement generating means, 9... Sensor, 20... Servo device, 21... Linear motor.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ステアリングシヤフトに連結したピニオン軸
と;操向車輪側に連結され、前記ピニオン軸のピ
ニオンと所定の捩れ交差角でそのラツクに噛合す
るラツク軸と;前記ピニオン軸に回転自在に嵌合
するセンタリングプレートと、前記ピニオン軸に
固定され該センタリングプレートの前記ピニオン
軸方向の移動を回転自在に拘束する保持部材と、
該センタリングプレートの前記ピニオン軸方向の
移動に対し所定の押圧力を付加する弾性体とから
成る変位発生手段と;この変位発生手段に付設さ
れ、その変位を電気的出力量に変換するセンサ
と;このセンサに接続され所定のモータ制御信号
を発するサーボ装置と;前記ラツク軸にこれを移
動子とする如く設けられ、前記サーボ装置の発す
る制御信号に応じて前記ラツク軸に前記ピニオン
軸の回転トルクを軽減する方向の移動力を与える
リニヤモータとを具備してなることを特徴とする
電動式パワーステアリング装置。
a pinion shaft connected to the steering shaft; a rack shaft connected to the steering wheel side and meshing with the pinion of the pinion shaft at a predetermined torsional intersection angle; and a centering plate rotatably fitted to the pinion shaft. a holding member fixed to the pinion shaft and rotatably restraining movement of the centering plate in the pinion shaft direction;
a displacement generating means comprising an elastic body that applies a predetermined pressing force to the movement of the centering plate in the pinion axis direction; a sensor attached to the displacement generating means and converting the displacement into an electrical output amount; a servo device that is connected to the sensor and generates a predetermined motor control signal; and a servo device that is installed on the rack shaft so as to use the servo device as a moving element; An electric power steering device comprising: a linear motor that provides a moving force in a direction that reduces
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JPS5544058A (en) * 1978-09-22 1980-03-28 Kayaba Ind Co Ltd Power steering

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