JPH1120716A - 動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で低コストな、ステアリングホイ
ールの操舵トルクに応じた所定の出力トルクを操舵出力
軸へ出力して最適なパワーアシストを行うことができる
動力舵取装置を得る。 【解決手段】 動力舵取装置１０では、モータ部３４の
第２の磁極子４０は第１の磁極子と相対回転可能であ
り、小型モータ６０によって回転される。小型モータ６
０は、揺動センサ５２Ａ、５２Ｂによる入力トルク検出
信号に基づいて駆動される。ステアリングホイールが操
舵されると、操舵トルクに応じて小型モータ６０が駆動
され、第２の磁極子４０が第１の磁極子と相対回転さ
れ、磁束密度が変化して操舵力に応じたモータ駆動力が
転舵棒２４へ付与される。また、リミットスイッチ２１
４によって、操舵方向に応じてモータ部３４への通電方
向が切り換えられ、左右の操舵に対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータによって操舵
入力軸からの入力トルクに基づいたパワーアシストを行
って（補助駆動力を発生して）所定の出力トルクを操舵
出力軸へ出力する動力舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に用いられる動力舵取装置（所謂、
パワーステアリング装置）のうち、モータによって操舵
補助力（アシスト力）を発生する構成のものが一般的に
知られている（一例として、特開平６−１７１５１８号
公報）。

【０００３】この動力舵取装置（電動パワーステアリン
グ装置）では、ステアリングシャフト等から成るかじ取
り機構に加えて、操舵補助力を発生するモータを備えて
いる。このモータは、ステアリングシャフトに連結配置
されており、駆動トルクを伝達可能な構成となってい
る。また、ステアリングシャフトの途中部分にはトーシ
ョンバーが介装されており、さらにこのトーションバー
にはトルク検出機構（トルクセンサ）が設けられてい
る。ステアリングホイールが操舵されると、この操舵ト
ルクがトルク検出機構によって検出され、検出された操
舵トルクに基づいてモータが駆動され、モータの駆動ト
ルクがステアリングシャフトに伝達されて操舵補助力が
得られるようになっている。このような電動パワーステ
アリング装置では、ステアリングホイールの操舵トルク
に応じてモータが駆動されて、操舵力の補助を良好に行
うことができる。

【０００４】しかしながら、前記公報に示された従来の
電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイー
ルの操舵トルクに応じてモータを制御するために、トル
クセンサあるいは大電流を供給する大型のモータコント
ローラ等の部品が不可欠な構成であり、このためシステ
ムが全体として大型かつ複雑でコスト高になる欠点があ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、簡単な構造で低コストな、操舵入力軸からの操舵
トルクに応じた所定の出力トルクを操舵出力軸へ出力し
て最適なパワーアシストを行うことができる動力舵取装
置を得ることが目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の動
力舵取装置は、電機子と前記電機子の両側に対向して設
けられた第１及び第２の磁極子とから成るモータによっ
て、操舵手段に連結される操舵入力軸からの入力トルク
に基づいたパワーアシストを行って所定の出力トルク
を、転舵輪を転舵するための操舵出力軸へ出力する動力
舵取装置において、前記操舵入力軸の左右の回転方向に
応じて前記モータの給電ブラシへの通電方向を切り換え
る通電切換機構と、前記操舵入力軸の入力トルクの大き
さに応じた左右の回転に起因する揺動を検出する入力ト
ルク検出手段と、前記第１及び第２の磁極子の何れかに
連結され、前記入力トルク検出手段による検出結果に基
づいて、前記第１の磁極子と第２の磁極子との対向位置
を軸線周りに相対的に変更し、前記モータのパワーアシ
スト力を制御する磁極子駆動手段と、を備えたことを特
徴としている。

【０００７】請求項１記載の動力舵取装置では、転舵輪
に連結された操舵出力軸にはモータが連結されている。
操舵入力軸が操舵されると、通電切換機構が作動してモ
ータへ通電され、モータが駆動される。これにより、操
舵出力軸へモータの駆動力が作用し、補助駆動力として
操舵出力軸（転舵輪）へ付与される。したがって、操舵
入力軸（操舵手段）の操舵力が軽減される。また、操舵
入力軸が左右で切り換えられた場合には、通電切換機構
によってモータへの通電方向が切り換えられ、操舵出力
軸の回転方向が切り換えられて、操舵入力軸の操舵方向
に対応できる。

【０００８】さらにここで、この動力舵取装置では、操
舵入力軸の入力トルクの大きさに応じた左右の回転に起
因する揺動が、入力トルク検出手段によって検出され、
さらに、この入力トルク検出手段により検出された検出
結果に基づいて、磁極子駆動手段が作動される。これに
より、第１の磁極子と第２の磁極子との対向位置が軸線
周りに相対的に変更される。この場合、磁極子駆動手段
の作動は、操舵入力軸からの入力トルクの大きさに対応
しており、第１の磁極子と第２の磁極子との対向位置は
入力トルクの大きさに対応して変更される。したがっ
て、入力トルクに応じてモータ（第１及び第２の磁極子
と電機子）の磁束密度（磁界の強さ）が変化する。この
ため、操舵出力軸へ出力されるパワーアシスト力（モー
タの駆動力）は、操舵入力軸からの入力トルクの大きさ
に比例して増減することになり、従来のパワーアシスト
装置と同様に、操舵入力軸からの入力トルクに基づいた
パワーアシストを行って所定の出力トルクを操舵出力軸
へ出力することができる。

【０００９】このように、請求項１記載の動力舵取装置
では、簡単な構造で低コストな、操舵入力軸からの（操
舵手段の）操舵トルクに応じた所定の出力トルクを操舵
出力軸へ出力して最適なパワーアシストを行うことがで
きる。

【００１０】請求項２に係る発明の動力舵取装置は、請
求項１記載の動力舵取装置において、前記通電切換機構
は、前記モータに一体に設けられると共に前記磁極子駆
動手段に連結され磁極子駆動手段によって作動されるこ
とを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の動力舵取装置では、モータ
に一体に設けられた通電切換機構は、磁極子駆動手段に
よって作動される。すなわち、第１及び第２の磁極子の
対向位置の変更及び通電切換機構の作動は、磁極子駆動
手段によって行なわれる。したがって、装置の構造を簡
素化することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１乃至図３には本発明の実施の
形態に係る動力舵取装置１０の全体構成が概略的に断面
図にて示されている。

【００１３】この動力舵取装置１０は、例えば、車両の
電動パワーステアリング装置として用いられており、入
力軸（操舵軸）１２を備えている。入力軸１２は、一端
が操舵出力軸としてのラックバー２４に略直交する向き
に配置され軸受１９２によってハウジング１９４に支持
され、他端は図示しないステアリングホイール（操舵手
段）が取り付けられている。入力軸１２を支持する軸受
１９２は自動調心形とされており、入力軸１２はこの軸
受１９２を支点として僅かに揺動可能である。入力軸１
２にはピニオン１９６が設けられており、操舵出力軸と
してのラックバー２４のラックギヤ１９８に噛み合って
いる。また、入力軸１２の先端部には、これに対応して
左右に移動可能な保持筒２００が設けられている。

【００１４】また、図４に示す如く、入力軸１２の先端
部にはマグネット５０が取り付けられており、さらに、
マグネット５０に対向して入力トルク検出手段としての
揺動センサ５２Ａ、５２Ｂが配置されている。揺動セン
サ５２Ａ、５２Ｂは、例えばホール素子センサとされて
おり、入力軸１２の例えば右操舵時には図４（Ａ）に示
す如くマグネット５０が揺動センサ５２Ａの側へ移動
し、一方入力軸１２の例えば左操舵時には図４（Ｂ）に
示す如くマグネット５０が揺動センサ５２Ｂの側へ移動
し、このマグネット５０の左右移動によって揺動センサ
５２Ａ、５２Ｂは起電力を発生する。すなわち、揺動セ
ンサ５２Ａは、図５に線Ａにて示す如くマグネット５０
の左右移動によって起電力を発生し、また、揺動センサ
５２Ｂは、図５に線Ｂにて示す如くマグネット５０の左
右移動によって起電力を発生する。これにより、揺動セ
ンサ５２Ａ、５２Ｂは、マグネット５０の左右移動、す
なわち入力軸１２の軸受１９２を支点とした左右の揺動
（換言すれば、入力軸１２の左右の切り換え状態）を検
出することができる構成である。

【００１５】この揺動センサ５２Ａ、５２Ｂは、図示を
省略した簡易なコントローラを介して後述する小型モー
タ６０に接続されている。

【００１６】さらに、動力舵取装置１０は、モータ部３
４を備えている。モータ部３４は所謂プリントモータと
されており、電機子３６とこの電機子３６の両側に対向
して設けられた第１の磁極子３８及び第２の磁極子４０
とから構成されている。電機子３６の中心にはモータ回
転軸４２が固着されており、このモータ回転軸４２がハ
ウジング１６に回転自在に支持されている。電機子３６
のモータ回転軸４２にはギヤ２０４が設けられており、
さらに、減速ギヤ２０６及びピニオン２０８を介してラ
ックバー２４のラックギヤ２１０に連結されている。

【００１７】これに対し、第１の磁極子３８は、電機子
３６に対向してハウジング１６に固定されている。一
方、第２の磁極子４０には保持板１７６が取り付けられ
ており、この保持板１７６が回動可能にハウジング１６
に支持されている。このため、第２の磁極子４０は、保
持板１７６と共に回転することで、第１の磁極子３８に
対する対向位置を軸線周りに相対的に変更可能となって
いる。また、保持板１７６にはギヤ２１２が設けられて
いる。

【００１８】また、モータ部３４には、磁極子駆動手段
としての小型モータ６０が一体的に設けられている。小
型モータ６０の回転軸６２にはウォームギヤ６４が取り
付けられており、さらにこのウォームギヤ６４は前述し
たギヤ２１２に噛み合っている。このため、小型モータ
６０が駆動されることにより、ギヤ２１２すなわち第２
の磁極子４０が回転移動される構成である。

【００１９】また、モータ部３４には、通電切換機構と
してのリミットスイッチ２１４が一体的に設けられてい
る。リミットスイッチ２１４は、作動接点２１６を備え
ている。この作動接点２１６はレバー２１５によって保
持されており、レバー２１５と共に移動する。さらに、
レバー２１５の上端部にはギヤ部２１８が形成されてお
り、前述したギヤ２１２に噛み合っている。このため、
ギヤ２１２が回転されることにより、レバー２１５すな
わち作動接点２１６が左右にそれぞれ移動される構成で
ある。この作動接点２１６は、モータ部３４のブラシ７
６、ブラシ７８に接続されている。また、リミットスイ
ッチ２１４では、作動接点２１６に対向して固定接点２
１７、２１９が設けられている。これらの固定接点２１
７、２１９は電源に接続されている。これにより、小型
モータ６０の駆動によって作動接点２１６が左右それぞ
れに移動して固定接点２１７、２１９に接触し、モータ
部３４（電機子３６）への通電方向を切り換えることが
できる構成である。

【００２０】次に本実施の形態の作用を説明する。上記
構成の動力舵取装置１０では、ステアリングホイール
（入力軸１２）の非操舵時（車両直進状態）には、揺動
センサ５２Ａ、５２Ｂは入力軸１２の回転（揺動）を検
出していないため、小型モータ６０は駆動されず、さら
に、リミットスイッチ２１４の作動接点２１６は移動し
ておらず、リミットスイッチ２１４はＯＦＦ状態を維持
するのでモータ部３４へは通電されない。

【００２１】ステアリングホイール（入力軸１２）が操
舵されると、操舵トルクに応じてモータ部３４が作動さ
れる。

【００２２】すなわち、入力軸１２が左右何れかの方向
に操舵されると、例えば、図１矢印Ａ方向にて示す如く
右切り時には、入力軸１２の操舵力はピニオン１９６及
びラックギヤ１９８を介してラックバー２４へ伝達され
て、ラックバー２４が軸線方向（矢印Ｄ方向）に駆動さ
れ転舵輪が転舵される。

【００２３】この場合、入力軸１２の操舵直後において
は、ラックバー２４（すなわち、タイヤ側）の抵抗が大
きいためラックバー２４は不動であり、このため入力軸
１２が軸受１９２を支点として僅かに揺動する。このた
め、入力軸１２の揺動が揺動センサ５２Ａ、５２Ｂによ
って検出されて小型モータ６０が駆動され、第２の磁極
子４０が回転移動される。これにより、第１の磁極子３
８と第２の磁極子４０との対向位置が軸線周りに相対的
に変更され、各磁極子の極性が同極状態（Ｎ極−Ｎ極状
態、またはＳ極−Ｓ極状態）から異極状態（Ｎ極−Ｓ極
状態、またはＳ極−Ｎ極状態）へ次第に変更される。

【００２４】さらにこの際に、小型モータ６０の駆動に
伴ってリミットスイッチ２１４の作動接点２１６が移動
し、リミットスイッチ２１４がＯＮしてモータ部３４
（電機子３６）へ通電され、モータ部３４の電機子３６
が回転する。

【００２５】これにより、モータ回転軸４２が連結され
たラックバー２４へモータ部３４の駆動力が作用し、補
助駆動力として付与される。したがって、入力軸１２
（ステアリングホイール）の操舵力が軽減される。

【００２６】一方、入力軸１２が左方向（図１矢印Ｃ方
向）に操舵されると、入力軸１２の操舵力はピニオン１
９６及びラックギヤ１９８を介してラックバー２４へ伝
達されて、ラックバー２４が軸線方向（矢印Ｂ方向）に
駆動され転舵輪が転舵される。

【００２７】この場合にも、入力軸１２の操舵直後にお
いては、ラックバー２４（すなわち、タイヤ側）の抵抗
が大きいためラックバー２４は不動であり、このため入
力軸１２が軸受１９２を支点として僅かに揺動する。こ
のため、入力軸１２の揺動が揺動センサ５２Ａ、５２Ｂ
によって検出されて小型モータ６０が前述とは逆向きに
駆動され、第２の磁極子４０が回転移動される。これに
より、第１の磁極子３８と第２の磁極子４０との対向位
置が軸線周りに相対的に変更され、各磁極子の極性が同
極状態から異極状態へ次第に変更される。さらにこの際
に、小型モータ６０の駆動に伴ってリミットスイッチ２
１４の作動接点２１６が前述とは逆向きに移動してリミ
ットスイッチ２１４がＯＮし、モータ部３４（電機子３
６）へ通電されてモータ部３４の電機子３６が前述とは
逆向きに回転する。

【００２８】これにより、モータ回転軸４２が連結され
たラックバー２４へモータ部３４の駆動力が作用し、補
助駆動力として付与される。したがって、入力軸１２
（ステアリングホイール）の操舵力が軽減される。

【００２９】この場合、小型モータ６０の駆動は、入力
軸１２からの入力トルクの大きさに対応しており、第１
の磁極子３８と第２の磁極子４０との対向位置は入力ト
ルクの大きさに対応して変更される。したがって、モー
タ部３４の駆動力は入力トルクに応じて増減することに
なり、従来のパワーアシスト装置（動力舵取装置）と同
様に、入力軸１２からの入力トルクに基づいたパワーア
シストを行って所定の出力トルクをラックバー２４へ付
与することができる。

【００３０】また、ステアリングホイール（入力軸１
２）の操舵方向が左右で切り換えられた場合には、前述
の如く小型モータ６０及びリミットスイッチ２１４の作
動によりモータ部３４の電機子３６への通電方向が切り
換えられ、モータ回転軸４２の回転方向が切り換えられ
て入力軸１２の操舵方向に対応できる。

【００３１】このように、本実施の形態に係る動力舵取
装置１０では、簡単な構造で低コストな、ステアリング
ホイールの操舵トルクに応じた所定の出力トルクを操舵
出力軸へ出力して最適なパワーアシストを行うことがで
きる。

【００３２】また、動力舵取装置１０では、入力軸１２
からの入力トルクに基づいて小型モータ６０を駆動して
第２の磁極子４０を軸線周りに回転させる構成であるた
め、モータ部３４の駆動力（すなわち、補助操舵力）
を、磁束の影響の下であっても入力軸１２の操舵力に影
響することなく変更することができ、運転者の負荷が増
えたり操舵感が悪化することがない。

【００３３】さらに、動力舵取装置１０では、入力軸１
２と独立してモータ部３４がラック部材としてのラック
バー２４に直接連結されており、入力軸１２の揺動が揺
動センサ５２Ａ、５２Ｂによって検出されこれに基づい
て小型モータ６０が駆動されて第２の磁極子４０が軸線
周りに回転される。このように、モータ部３４を入力軸
１２と分離独立して配置することができるため、車両へ
の搭載性が向上する。またこのため、モータ部３４を大
型化して高出力化することが容易に可能になる。さら
に、モータ部３４（電機子３６）への通電方向を切り換
えるリミットスイッチ２１４がモータ部３４に一体的に
設けられており、小型モータ６０の駆動によってリミッ
トスイッチ２１４が作動するという簡単な構成であるた
め、装置の構造を簡素化することができる。

【００３４】なお、前記実施の形態においては、第１の
磁極子３８及び第２の磁極子４０を、８極の着磁部分が
形成された構成としたが、これに限らず、例えば他の極
数であってもよい。

【００３５】また、前記実施の形態においては、第１の
磁極子３８及び第２の磁極子４０の着磁部分の着磁角度
がそれぞれ４５度に形成された構成としたが、各磁極子
の着磁部分の着磁角度はこれに限るものではない。

【００３６】例えば、図６に示す第２の磁極子４０の如
く、着磁部分の着磁角度を３５度に形成する構成として
もよい。この場合には、入力トルクに応じたモータ部３
４の応答性が向上してアシスト力を速やかに発生させる
ことができる。すなわち、第１の磁極子３８と第２の磁
極子４０の極性が同極状態（Ｎ極−Ｎ極状態、またはＳ
極−Ｓ極状態）から異極状態（Ｎ極−Ｓ極状態、または
Ｓ極−Ｎ極状態）へ変更するための（換言すれば、アシ
スト力が零の状態から最大の状態まで変更するための）
第２の磁極子４０の必要移動回転角度が少なくなる。し
たがって、結果的に第１の磁極子３８と第２の磁極子４
０とを速やかに相対回転させることができ、したがっ
て、より一層高応答にシスト力を発生させることがで
き、操舵感を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る動力舵取装置の全体
構成を示す正面側から視た断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る動力舵取装置の全体
構成を示す背面側から視た断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る動力舵取装置のモー
タ部の構成を示す図１の３−３線に沿った断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態に係る動力舵取装置の入力
軸と揺動センサの対応関係を示す正面図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る動力舵取装置の揺動
センサが検出する操舵方向と出力電圧との対応関係を示
す線図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る動力舵取装置の磁極
子の着磁部分の他の例を示す概略的な平面図である。

【符号の説明】

１０ 動力舵取装置 １２ 入力軸（操舵入力軸） ２４ ラックバー（操舵出力軸） ３４ モータ部 ３６ 電機子 ３８ 第１の磁極子 ４０ 第２の磁極子 ４２ モータ回転軸 ５０ マグネット（入力トルク検出手段） ５２Ａ 揺動センサ（入力トルク検出手段） ５２Ｂ 揺動センサ（入力トルク検出手段） ６０ 小型モータ（磁極子駆動手段） ２１４ リミットスイッチ（通電切換機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 修司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子と前記電機子の両側に対向して設
   けられた第１及び第２の磁極子とから成るモータによっ
   て、操舵手段に連結される操舵入力軸からの入力トルク
   に基づいたパワーアシストを行って所定の出力トルク
   を、転舵輪を転舵するための操舵出力軸へ出力する動力
   舵取装置において、 前記操舵入力軸の左右の回転方向に応じて前記モータの
   給電ブラシへの通電方向を切り換える通電切換機構と、 前記操舵入力軸の入力トルクの大きさに応じた左右の回
   転に起因する揺動を検出する入力トルク検出手段と、 前記第１及び第２の磁極子の何れかに連結され、前記入
   力トルク検出手段による検出結果に基づいて、前記第１
   の磁極子と第２の磁極子との対向位置を軸線周りに相対
   的に変更し、前記モータのパワーアシスト力を制御する
   磁極子駆動手段と、 を備えたことを特徴とする動力舵取装置。
2. 【請求項２】 前記通電切換機構は、前記モータに一体
   に設けられると共に前記磁極子駆動手段に連結され磁極
   子駆動手段によって作動されることを特徴とする請求項
   １記載の動力舵取装置。