JPH11115779A - 電動パワーステアリングのパワーアシスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動パワーステアリングのパワーアシスト装
置を小型でコンパクトに構成すること。 【解決手段】 パワーアシスト装置５は、中空型の電動
モータ６と、中空型の撓み噛み合い式歯車装置７とを同
軸状態に配列し、それらの中心に、ステアリングシャフ
ト２を貫通させてある。電動モータ６の中空出力軸６１
の回転は波動発生器７４に入力され、カップ状の可撓性
外歯歯車７３から減速回転出力が得られ、この回転がス
テアリングシャフト２に操舵用のアシスト力として伝達
される。小型でコンパクトな撓み噛み合い式歯車装置を
用いると共に、モータ６および撓み噛み合い式歯車装置
７を中空型として、ステアリングシャフト２の外周に同
軸状態に取り付け可能としてあるので、パワーアシスト
装置を小型でコンパクトに構成でき、その設置スペース
を大幅に節約できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ回転力をス
テアリングホイールの操舵力をアシストするために用い
る形式の電動パワーステアリングのパワーアシスト装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のステアリング機構は一般にステ
アリングホイールが取りつけられているステアリングシ
ャフトの先端にピニオンが形成されている。ステアリン
グホイールを操作すると、その回転がピニオンに噛み合
うラックの車幅方向への移動運動に変換され、この移動
運動によって左右の操舵輪が操舵される。ステアリング
ホイールの操舵をアシストするための電動パワーステア
イングのパワーアシスト装置は、電動モータと、この出
力回転を減速して出力する減速機構と、減速出力回転に
より回転するピニオンとを備え、このピニオンが上記の
操舵用のラックに噛み合っている。減速機構としては遊
星歯車機構が一般に採用されている。

【０００３】また、ステアリングシャフトの側にピニオ
ンには歪みセンサが取り付けられており、この歪みセン
サで検出した信号をコントローラに供給し、コントロー
ラの側では検出信号に基づき電動モータの駆動を制御し
て、操舵力に応じた最適のアシスト力を発生することが
可能となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、この
ような電動パワーステアリングのパワーアシスト装置を
従来に比べて小型、コンパクトに構成することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願の請求項１に係る発明では、ステアリングホ
イールからステアリングシャフトに加わる操舵力に応じ
て、モータを駆動制御し、当該モータの回転出力を、減
速機を介して、前記ステアリングシャフトに対して操舵
アシスト力として伝達する電動パワーステアリングのパ
ワーアシスト装置において、前記減速機として撓み噛み
合い式歯車装置を採用するようにしている。撓み噛み合
い式歯車装置は構成部品が少なく、小型でコンパクトな
構成であるから、遊星歯車装置を用いる場合に比べて、
パワーアシスト装置を小型でコンパクトに構成すること
ができる。

【０００６】本願の請求項２に係る発明では、撓み噛み
合い式歯車装置をステアリングシャフトに対して同軸状
態に配置してある。従って、従来のように減速機構をス
テアリングシャフトの側方位置に配置する場合に比べ
て、パワーアシスト装置をコンパクトに構成することが
できる。

【０００７】本願の請求項３に係る発明では、前記モー
タを、中心に形成された貫通孔と、この貫通孔を規定し
ている中空出力軸を備えた中空型モータとし、前記撓み
噛み合い式歯車装置の前記波動発生器も中心に貫通孔が
形成されたものを採用し、前記モータと前記撓み噛み合
い式歯車装置を、前記モータの中空出力軸と前記波動発
生器とが隣接した状態で同軸状態に配列することによ
り、前記ステアリングシャフトを、前記モータの中空出
力軸および前記波動発生器の貫通孔を回転自在の状態で
貫通させて、前記可撓性外歯歯車に連結するようにして
いる。

【０００８】この構成によれば、ステアリングホイール
の外周に同軸状態にモータおよび撓み噛み合い式歯車装
置を配置することができるので、パワーアシスト装置を
小型でコンパクトに構成でき、その設置スペースが少な
くて済む。

【０００９】本願の請求項４に係る発明では、ステアリ
ングシャフトを、撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯
歯車を貫通させて、直接にステアリング用のギヤボック
スの側に連結した構成を採用している。この構成によれ
ば、パワーアシスト装置に不具合が発生して動作しない
場合においても、ステアリングホイールによる操舵をそ
のまま保持することができる。

【００１０】本願の請求項５に係る発明では、撓み噛み
合い式歯車装置として、可撓性外歯歯車がカップ状をし
たカップ型のものを採用している。

【００１１】本願の請求項６および７に係る発明では、
前記ステアリングシャフトの操舵状態を検出する検出手
段と、当該検出手段による検出結果に基づき前記モータ
に供給する電力を制御することにより、適切な操舵用の
アシスト力を発生するようになっている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１には、本発明による電動パワ
ーステアリングのパワーアシスト装置を備えた自動車の
パワーステアリング機構の主要部分を示してある。パワ
ーステアリング機構の全体的な構成は一般的なステアリ
ング機構と同様であり、車体１に対して回転自在に支持
されているステアリングシャフト２の上端２ａに、ステ
アリングホイール３が取り付けられ、その下端２ｂはス
テアリング用のギヤボックス３に連結されている。ギヤ
ボックス４内には、図示を省略してあるが、ステアリン
グシャフト２の下端２に形成されたピニオンに噛み合う
ラックが配置され、このラックの車幅方向への移動によ
って、左右の操作輪が転舵されるようになっている。ス
テアリングシャフト２の外周部分にはパワーアシスト装
置５が組付けられている。

【００１３】図２にはパワーアシスト装置５の断面構成
を示してある。パワーアシスト装置５は、ステアリング
シャフト２の外周部分に沿って同軸状態に配列された中
空型の電動モータ６と、中空型のカップ型撓み噛み合い
式歯車装置７とを有しており、電動モータ６がステアリ
ングホイール３の側に配置されている。

【００１４】中空型の電動モータ６は、その中心を貫通
して延びる中空出力軸６１と、この中空出力軸６１の外
周部分に一体形成されているモータロータ６２と、この
モータロータ６２の外周を取り囲む状態に同軸状に配置
したモータステータ６３とを備え、モータステータ６３
は円筒状のモータケース６４の内周面に取り付け固定さ
れている。

【００１５】撓み噛み合い式歯車装置７は、全体として
円筒状をした装置ケース７１と、この装置ケーシング７
１に取り付け固定された環状の剛性内歯歯車７２と、こ
の内側に同軸状に配置されているカップ状の可撓性外歯
歯車７３と、この内側に同軸状に配置されている波動発
生器７４とを備えている。カップ状の可撓性外歯歯車７
３は、円筒状の胴部７３１と、この一端を封鎖している
環状のダイヤフラム７３２と、このダイヤフラムの中心
部分に一体形成した厚肉の環状のボス７３３と、胴部７
３１の他端側の開口部の外周面に形成した外歯７３４と
を備えている。ボス７３３の中心にはステアリングシャ
フト貫通用の貫通孔７３３ａが形成されている。波動発
生器７４は一般的には楕円形輪郭の剛性カム板７４１
と、この外周に嵌めたウエーブベアリング７４２を備え
ており、剛性カム板７４１の中心にも、ステアリングシ
ャフト貫通用の貫通孔７４１ａが形成されている。

【００１６】電動モータ６と撓み噛み合い式歯車装置７
の間は次のように連結されている。まず、電動モータ６
のモータケース６４の端には半径方向の外側に広がった
環状フランジ６４１が形成されている。この環状フラン
ジ６４１と、撓み噛み合い式歯車装置の装置ケース７１
の環状端面７１１との間には、環状の剛性内歯歯車７２
が挟まれている。この状態で、締結ボルト群８によっ
て、これらの三部材が締結固定されている。撓み噛み合
い式歯車装置の装置ケース７１は、反対側の端部に半径
方向の外側に広がった環状フランジ７１２が形成されて
おり、この環状フランジ７１２が車体１に固着されてい
る。

【００１７】また、電動モータ６の中空出力軸６１の一
端６１１は、波動発生器７４の剛性カム板７４１から突
出している環状突起７４１ａの内側にはめ込まれ、そこ
に連結されている。中空出力軸６１の他端６１２はベア
リング６５を介して、モータケース６４の端壁内周面に
対して回転自在の状態で支持されている。中空出力軸６
１が連結されている波動発生器の剛性カム板７４１の環
状突起７４１ａの外周部分もベアリング６６を介して、
モータケース６４の他方の端壁内周面に回転自在の状態
で支持されている。

【００１８】次に、ステアリングシャフト２と撓み噛み
合い式歯車装置７の間の連結状態を説明する。ステアリ
ングシャフト２は、同軸状態に連結された電動モータ６
および撓み噛み合い式歯車装置７の中心には、中空出力
軸６１、波動発生器の貫通孔７４１ａおよび可撓性外歯
歯車のボス７３３の貫通孔７３３ａによって、ステアリ
ングシャフト２の貫通孔が構成されている。この貫通孔
を通して、ステアリングシャフト２が配置されている。

【００１９】ステアリングシャフト２の途中位置には、
半径方向の外側に突出した環状フランジ２１が形成され
ており、この環状フランジ２１が、可撓性外歯歯車のボ
ス７３３に締結固定されている。また、この締結固定さ
れた部分に隣接した位置においては、装置ケース７１の
端壁内周面に取りつけたベアリング７７によって、ステ
アリングシャフト２は回転自在に支持されている。

【００２０】なお、ステアリングシャフト２が突出して
いる電動モータのモータケース６４の端部、および撓み
噛み合い式歯車装置の装置ケース７１の端部には、それ
ぞれオイルシール６７、７８が取り付けられている。

【００２１】次に、図３には、上記構成のパワーアシス
ト装置の制御系の概略構成を示してある。ステアリング
シャフト２には、ステアリングホイール３の操舵状態を
検出するためのセンサ１１が取り付けられている。操舵
状態を示すパラメータとしては、ステアリングシャフト
２に加わる操舵力、それによるねじれ、発生トルク、ス
テアリングシャフト２の回転角、角加速度等を挙げるこ
とができる。これらのパラメータの一つあるいは２つ以
上を検出することにより得られた操舵状態に基づき、モ
ータコントローラ１２では、演算回路１３により算出さ
れた最適なアシスト力が得られるように、モータ６の駆
動電流を制御する。

【００２２】このように構成した本例のパワーアシスト
装置では、電動モータ６の出力回転は、撓み噛み合い式
歯車装置７の波動発生器７４に入力される。波動発生器
７４により、可撓性外歯歯車７３は楕円形に撓められて
おり、その長軸方向の両端部分の外歯が、剛性内歯歯車
７２の内歯に噛み合っている。波動発生器７４が高速で
回転すると、これら両歯車の噛み合い位置も円周方向に
移動する。両歯車の歯数には２ｎ（ｎは正の整数）の
差、一般には２枚の差があり、この歯数差に応じて大幅
に減速された回転が、出力側である可撓性外歯歯車７３
から得られる。従って、ここに連結されているステアリ
ングシャフト２に回転力が伝達される。

【００２３】このように構成した本例のパワーアシスト
装置では、ステアリングシャフト２の外周に、電動モー
タ６と、減速機としての撓み噛み合い式歯車装置７とが
配列されている。従って、パワーアシスト装置をコンパ
クトに配置することができ、その設置スペースが少なく
て済むという利点がある。

【００２４】また、ステアリングシャフト２は電動モー
タ６、撓み噛み合い式歯車装置７を貫通して延びて、ギ
ヤボックス４の側に直接に繋がっている。従って、仮
に、パワーアシスト装置に不具合が発生した場合にはア
シスト力は得られないものの、ステアリング操作は常に
行うことができるので安全である。

【００２５】（その他の実施の形態）図４には、図２の
パワーアシスト装置の変形例を示してある。この図４に
示す例では、電動モータ６をステアリングシャフト２に
同軸状に配列せずに、その側方の位置に配置した構成と
なっている。この場合には、電動モータ６としては中空
型ではなく一般的なモータを使用することができる。ま
た、モータ出力回転は、歯車列１５を介して、撓み噛み
合い式歯車装置７の波動発生器７４に伝達すればよい。
その他の構成は図２の例と同一であるので、説明を省略
する。

【００２６】なお、撓み噛み合い式歯車装置としては、
カップ型の他に、シルクハット状の可撓性外歯歯車を備
えたシルクハット型のもの、環状の可撓性外歯歯車と環
状をした２個の剛性内歯歯車を備えたフラット型のもの
が知られている。これらの何れも使用することが可能で
ある。

【００２７】また、図示の例では、ステアリングシャフ
ト２を一体物としてあるが、例えば、その途中位置にお
いて、ステアリングホイール側のシャフト部分と、ギヤ
ボックス側のシャフト部分とがスプライン結合等によっ
て同軸状態に連結された構成のものを採用することも可
能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパワーア
シスト装置では、モータの回転出力を減速するための減
速機として撓み噛み合い式歯車装置を採用している。撓
み噛み合い式歯車装置は構成部品が少なく、小型でコン
パクトな構成であるから、遊星歯車装置を用いる場合に
比べて、パワーアシスト装置を小型でコンパクトに構成
できるとう効果を奏する。

【００２９】また、本発明では、撓み噛み合い式歯車装
置をステアリングシャフトに対して同軸状態に配置して
ある。従って、従来のように減速機構をステアリングシ
ャフトの側方位置に配置する場合に比べて、パワーアシ
スト装置を一層コンパクトに構成できるという効果を奏
する。

【００３０】さらに、本発明では、モータおよび撓み噛
み合い式歯車装置として中空型のものを採用し、これら
を同軸状態に配置し、これらを貫通するようにステアリ
ングシャフトを配置した構成を採用している。従って、
ステアリングホイールの外周にパワーアシスト装置の構
成要素を全て配置できるので、当該パワーアシスト装置
を小型、コンパクトに構成でき、その設置スペースを大
幅に節約できるという効果を奏する。

【００３１】さらにまた、本発明では、ステアリングシ
ャフトを、撓み噛み合い式歯車装置の可撓性外歯歯車を
貫通させて、直接にステアリング用のギヤボックスの側
に連結した構成を採用している。この構成によれば、パ
ワーアシスト装置に不具合が発生して動作しない場合に
おいても、ステアリング操作を保持できるので安全であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したステアリング機構の主要部分
を示す概略構成図である。

【図２】図１のパワーアシスト装置を示す概略縦断面図
である。

【図３】図２のパワーアシスト装置の制御系の概要を示
す概略ブロック図である。

【図４】図２のパワーアシスト装置の変形例を示す部分
断面図である。

【符号の説明】

１ 車体 ２ ステアリングシャフト ３ ステアリングホイール ４ ギヤボックス ５ パワーアシスト装置 ６ 中空型の電動モータ ６１ 中空出力軸 ６２ モータロータ ６３ モータステータ ６４ モータケース ７ 撓み噛み合い式歯車装置 ７１ 装置ケース ７２ 剛性内歯歯車 ７３ 可撓性外歯歯車 ７３３ａ 可撓性外歯歯車に形成した貫通孔 ７４ 波動発生器 ７４１ａ 波動発生器に形成した貫通孔

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールからステアリング
   シャフトに加わる操舵力に応じて、モータを駆動制御
   し、当該モータの回転出力を、減速機を介して、前記ス
   テアリングシャフトに対して操舵アシスト力として伝達
   する電動パワーステアリングのパワーアシスト装置にお
   いて、 前記減速機は撓み噛み合い式歯車装置であり、当該装置
   は、環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置された環状
   の可撓性外歯歯車と、この内側に嵌め込まれた波動発生
   器とを備え、この波動発生器によって前記可撓性外歯歯
   車は半径方向に撓められて前記剛性内歯歯車に対して部
   分的に噛み合わされ、当該波動発生器の回転によって両
   歯車の噛み合い部分が円周方向に移動して両歯車の間に
   歯数差に応じた相対回転が発生するようになっており、 前記剛性内歯歯車および前記可撓性外歯歯車の何れか一
   方の歯車に、前記ステアリングシャフトが連結され、他
   方の歯車が固定側となるように設定されており、 前記波動発生器には前記モータの出力軸が連結されてい
   ることを特徴とする電動パワーステアリングのパワーア
   シスト装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記撓み噛み合い式
   歯車装置は前記ステアリングシャフトに対して同軸状態
   に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリ
   ングのパワーアシスト装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記モータは、中心に形成された貫通孔と、この貫通孔
   を規定している中空出力軸を備えた中空型モータであ
   り、 前記撓み噛み合い式歯車装置の前記波動発生器には中心
   に貫通孔が形成されており、 前記モータと前記撓み噛み合い式歯車装置は、前記モー
   タの中空出力軸と前記波動発生器とが隣接した状態で同
   軸状態に配列されており、 前記ステアリングシャフトは、前記モータの中空出力軸
   および前記波動発生器の貫通孔を回転自在の状態で貫通
   して、前記可撓性外歯歯車に連結されていることを特徴
   とする電動パワーステアリングのパワーアシスト装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記ステアリングシャフトは、前記可撓性外歯歯車の側
   に連結されたステアリングホイール側部分と、ステアリ
   ング用のギヤボックスの側に連結されたギヤボックス側
   部分とを有し、これらステアリングホイール側部分とギ
   ヤボックス側部分は、一体部品として形成されている
   か、あるいは、同軸状態に連結されていることを特徴と
   する電動パワーステアリングのパワーアシスト装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記可撓性外歯歯車は、円筒状の胴部と、この胴部の一
   端側を封鎖している一体形成されたダイヤフラムと、こ
   のダイヤフラムの中心部分に一体形成されたボスと、前
   記胴部の他方の開口端の外周面に形成した外歯とを備え
   ており、 前記ボスの中心に形成された貫通孔に、前記ステアリン
   グシャフトが貫通していることを特徴とする電動パワー
   ステアリングのパワーアシスト装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のうちの何れかの項に
   おいて、 前記ステアリングシャフトの操舵状態を検出する検出手
   段と、当該検出手段による検出結果に基づき前記モータ
   に供給する電力を制御することを特徴とする電動パワー
   ステアリングのパワーアシスト装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記検出手段は、前
   記ステアリングシャフトに作用するねじれ、またはトル
   クを検出するものであることを特徴とする電動パワース
   テアリングのパワーアシスト装置。