HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrische
Lenkvorrichtung für Motorfahrzeuge.
2. Stand der Technik
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Ein elektrisches Lenkrad für Motorfahrzeuge ist mit einem
Mechanismus ausgerüstet, der die Rotation einer Lenkspindel,
die durch ein Lenkrad gedreht wird, an eine Zahnstange über
ein Ritzel überträgt, wodurch Fahrzeugräder über eine
Spurstange gelenkt werden, die mit beiden Enden der
Zahnstange verbunden ist. Ferner ist ein Hilfsmotor für die
Lenkeinrichtung vorgesehen. Beim Erfassen eines
Lenkdrehmoments, das an der Lenkspindel erzeugt wird, wird
der Motor entsprechend einem erfassten Signal angeregt. Das
Antriebsdrehmoment des Motors wird an eine Lenkzahnstange
übertragen, wodurch die Lenkkraft des Lenkrads unterstützt
wird.
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Für die elektrische Lenkvorrichtung mit dem oben
beschriebenen Aufbau sind verschiedene Arten von
Konfigurationen vorgeschlagen worden, wie sie der japanischen
offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H7-165089, der
japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. H8-301130,
der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. H10-95354 und der japanischen offengelegten
Patentveröffentlichung Nr. 2000-168581 zu entnehmen sind. Ein
Beispiel einer Konfiguration einer solchen elektrischen
Lenkvorrichtung des Stands der Technik wird unter Verweis auf
Fig. 3 erklärt.
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich
der Konfiguration der Lenkzahnstange und des Motorabschnitts
der elektrischen Lenkvorrichtung zeigt. In Fig. 3 bezeichnet
Referenzziffer 101 eine Lenkzahnstange und 102 eine
Lenkspindel. Die Lenkspindel 102 weist ein nicht
dargestelltes Ritzel auf, das mit den Zähnen der Verzahnung
auf der Zahnstange 101 kämmt.
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In Fig. 3 ist eine Schraube 107 eines später zu
beschreibenden Kugelumlaufspindelmechanismus auf der linken
Seite der Zahnstange 101 gebildet. Ferner ist das linke Ende
der Zahnstange 101 mit einer nicht dargestellten Spurstange
verbunden.
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Referenzziffern 103 und 104 bezeichnen Gehäuse. Ein erstes
Gehäuse 103 und ein zweites Gehäuse 104 sind so gestaltet,
dass sie lösbar mit dem Teil A verbunden sind. In dem ersten
Gehäuse 103 ist ein später zu beschreibender Motor zum
Unterstützen der Lenkkraft montiert. Im zweiten Gehäuse 104
ist ein später zu beschreibender
Kugelumlaufspindelmechanismus 107 angeordnet. Die Zahnstange
101 dringt durch das Innere des ersten Gehäuses 103 und des
zweiten Gehäuses 104 und ist axial verschiebbar gelagert.
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Referenzziffer 105 stellt einen Motor dar, der koaxial zur
Zahnstange 101 montiert ist, um die Lenkkraft zu
unterstützen. Ein Stator 105a ist fest in dem ersten Gehäuse
103 montiert, während ein Rotor 105b koaxial außerhalb der
Zahnstange 101 angebracht ist und drehbar durch Lager 106a
und 106b im Inneren des ersten Gehäuses 103 gelagert ist.
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Referenzziffer 107 bezeichnet einen
Kugelumlaufspindelmechanismus, der eine hohle zylindrische
Mutter 107a umfasst, die mit einer Innennut mit im
wesentlichen halbkreisförmiger Gestalt im Querschnitt auf der
inneren Oberfläche versehen ist, eine Schraube 107b mit einer
Außennut von im wesentlichen halbkreisförmiger Gestalt im
Querschnitt auf der äußeren Oberfläche der Zahnstange 101 und
mehrere Kugeln 107, die in der Spiralnut unter Abwälzen
umlaufen, wobei die Spiralnut durch die innere und Nut
gebildet wird.
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Die Mutter 107a des Kugelumlaufspindelmechanismus 107 ist
drehbar durch ein Lager 108 gelagert, das im Inneren des
zweiten Gehäuses 104 montiert ist.
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In Fig. 3 sind im Inneren des rechten Endbereichs der Mutter
107a Innenkeilnuten 107s gebildet, die mit Keilzähnen 105s
kämmen, die auf dem linken Endbereich des Rotors 105b des
Motors 105, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, gebildet sind.
Die Mutter 107a und der Rotor 105b sind als ein Körper in der
Rotationsrichtung verbunden und verschiebbar in der axialen
Richtung verkeilt.
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Die Zahnstange 101 ist axial verschiebbar an lediglich zwei
Positionen gelagert: an einer nicht dargestellten Führung,
die sich in einem Abschnitt befindet, wo ein Ritzel, das auf
einer Lenkspindel 102 vorgesehen ist, mit den
Zahnstangenzähnen kämmt, die auf der Zahnstange 101 gebildet
sind, und am Kugelumlaufspindelmechanismus 107.
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Wenn bei der oben beschriebenen Konfiguration der
entsprechend dem Lenkdrehmoment erfasste elektrische Strom an
den Motor 105 zugeführt wird, dreht sich der Rotor 105b, so
dass dadurch die Mutter 107a des
Kugelumlaufspindelmechanismus 107 gedreht wird, die mit dem
Rotor 105 verkeilt ist. Die Rotation der Mutter 107a bewegt
die Zahnstange 101 axial, wodurch somit der Lenkmechanismus
durch die Zahnstange betätigt wird.
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Die oben beschriebene elektrischen Lenkvorrichtung des Stands
der Technik wird entsprechend dem im folgenden beschriebenen
Vorgang zusammengefügt. Das bedeutet, dass zunächst der
Stator 105a des Motors 105 in dem ersten Gehäuse 103
befestigt wird und dann die Lager 106a und 106b in dem ersten
Gehäuse 103 festgelegt werden, so dass dadurch der Rotor 105b
des Motors 105 drehbar gelagert wird.
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Ferner wird das Lager 108 in dem zweiten Gehäuse 104
festgelegt, so dass dadurch drehbar die Mutter 107a des
Kugelumlaufspindelmechanismus 107 gelagert wird.
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Als nächstes werden das erste Gehäuse 103 und das zweite
Gehäuse 104 am Bereich A angeschlossen. Gleichzeitig werden
die Mutter 107a und der Rotor 105b in ihrer Position
justiert, so dass sie in der gleichen Phase in
Rotationsrichtung sind, so dass die innere Keilnut 107s am
rechten Endbereich der Mutter 107a gebildet wird, wie es in
Fig. 3 gezeigt ist, und dass die Keilzähne 105s, die auf dem
linken Endbereich des Rotors 105b gebildet sind, wie es in
Fig. 3 gezeigt ist, wechselseitig kämmen, und dass die Mutter
107a und der Rotor 105b gleichzeitig mit dem Verbinden des
Gehäuseabschnitts verkeilt werden.
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Bei der Konfiguration des Stands der Technik werden die zwei
Komponentenelemente, d. h. der äußere Gehäuseabschnitt und die
in dem Gehäuse angeordneten Elemente, gleichzeitig verbunden.
Zusätzlich benötigen beim Verbinden diese zwei Elemente, die
in dem Gehäuse angeordnet sind, eine Phasenjustierung in der
Rotationsrichtung und werden anschließend verbunden. Dieser
Vorgang ist kompliziert und schwierig durchzuführen und
bietet daher eine geringe Arbeitseffizienz. Diese Erfindung
soll daher den oben beschriebenen Nachteil behandeln.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Hauptaufgabe dieser Erfindung ist es, eine neue
elektrische Lenkvorrichtung vorzusehen, die einfach montiert
und zusammengefügt werden kann, eine
Leistungsübertragungsvorrichtung, die mehrere Elemente
umfasst, die die Rotation des Motors zum Unterstützen der
Lenkkraft an die Lenkspindel durch einen
Kugelumlaufspindelmechanismus übertragen.
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Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine neue und
einfach zusammenzufügende elektrische Lenkvorrichtung der
folgenden Konstruktion vorzusehen. Das Gehäuse ist in eine
erste und eine zweite Kammer geteilt. In der ersten Kammer
wird der Motor zum Unterstützen der Lenkkraft von einem Ende
des Gehäuses eingeführt. In der zweiten Kammer wird eine
Zahnstangenanordnung einschließlich einer Zahnstange, die mit
der Lenkspindel zu verbinden ist, und ein
Kugelumlaufmechanismus vom anderen Ende des Gehäuses
eingeführt. Der Rotor des Motors zum Unterstützen der
Lenkkraft und die Zahnstange werden durch den
Kugelumlaufspindelmechanismus so verbunden, dass die
Zahnstange durch die erste und zweite Kammer führt.
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Weitere Aufgaben dieser Erfindung werden deutlicher aus der
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen.
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Andere Aufgaben und Vorteile neben den oben diskutierten
werden für die Fachleute auf dem Gebiet aus der Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im folgenden
deutlich. In der Beschreibung wird auf die beigefügten
Zeichnungen verwiesen, die einen Teil davon bilden, und die
ein Beispiel der Erfindung veranschaulichen. Ein derartiges
Beispiel ist jedoch nicht erschöpfend bezüglich verschiedener
Ausführungsformen der Erfindung und es wird daher auf die
Ansprüche verwiesen, die der Beschreibung folgen, um den
Rahmen der Erfindung zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung
eingefügt sind und einen Teil von ihr bilden,
veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen
zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der
Erfindung zu erklären.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen
Hauptbereich der Konfiguration einer Zahnstange und
eines Motorabschnitts einer elektrischen
Lenkvorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausführungsformen dieser Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine der in Fig. 1 gezeigten elektrischen
Lenkvorrichtung im Ausschnitt und vergrößert; und
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen
Hauptbereich der Konfiguration der Zahnstange und
eines Motorabschnitts einer elektrischen
Lenkvorrichtung des Stands der Technik zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun werden bevorzugte Ausführungsformen einer elektrischen
Lenkvorrichtung gemäß dieser Erfindung unter Verweis auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine
Querschnittsansicht, die einen Hauptbereich der Konfiguration
einer Zahnstange und eines Motorabschnitts einer elektrischen
Lenkvorrichtung zeigt. Fig. 2 ist eine
Teilquerschnittsansicht im vergrößerten Maßstab.
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In Fig. 1 und 2 bezeichnet Referenzziffer 11 eine Zahnstange
und Referenzziffer 12 eine Lenkspindel. Auf der Lenkspindel
12 ist ein nicht dargestelltes Ritzel angebracht, das mit den
Zahnstangenzähnen der Zahnstange 11 kämmt. Auf der linken
Seite der Zahnstange 11 in Fig. 1 ist eine Schraube 17b eines
später zu beschreibenden Kugelumlaufspindelmechanismus
gebildet, und weiter ist am linken Endbereich eine nicht
dargestellte Spurstange angeschlossen.
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Referenzziffer 14 ist ein Gehäusekörper, der ein einziger
zylindrischer Körper mit einem Bereich kleinen Durchmessers H
ist, der in etwa im mittleren Teil gebildet ist, und mit
einem Bereich größeren Durchmessers, der in Richtung auf
beiden Enden gebildet ist. In Fig. 1 befindet sich ein
Motorgehäuseabschnitt 14a zum Unterbringen eines Motors zum
Unterstützen einer später zu beschreibenden Lenkkraft auf der
rechten Seite des Bereichs kleinen Durchmessers H, und ein
Muttergehäuseabschnitt 14b zum Aufnehmen einer Mutter eines
später zu beschreibenden Kugelumlaufspindelmechanismus 17 ist
auf der linken Seite des Bereichs kleinen Durchmessers H
positioniert. Die Zahnstange 11 wird durch das Innere des
Gehäusekörpers 14 eingeführt und ist axial verschiebbar
gelagert.
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Referenzziffer 15 bezeichnet den Motor zum Unterstützen der
Lenkkraft, der koaxial zur Zahnstange 11 angeordnet ist. Der
Stator 15a des Motors 15 ist am Motorgehäuseabschnitt 14a des
Gehäusekörpers 14 befestigt, während der Rotor 15b koaxial
auf der äußeren Seite der Zahnstange 11 angebracht ist. Der
Rotor 15b ist drehbar durch die Lager 16a und 16b in dem
Gehäusekörper 14 gelagert.
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Referenzziffer 17 bezeichnet den
Kugelumlaufspindelmechanismus, der eine hohle zylindrische
Mutter 17a umfasst, die mit einer Innennut von näherungsweise
halbkreisförmiger Gestalt im Querschnitt auf der inneren
Oberfläche versehen ist, eine Schraube 17b mit einer Außennut
von näherungsweise halbkreisförmiger Gestalt im Querschnitt
auf der äußeren Oberfläche der Zahnstange 11 und mehreren
Kugeln 17c, die in der Spiralnut, die durch die Innen- und
Außennut gebildet wird, durch Abwälzen umlaufen.
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Die Mutter 17a des Kugelumlaufspindelmechanismus 17 ist
drehbar durch ein Lager 18 im Inneren des
Muttergehäuseabschnitts 14b des Gehäusekörpers 14 gelagert.
Dieses Lager 18 besteht aus zwei Innenlaufringen. Das Lager
18 wird axial durch elastische Elemente 18d und 18e gelagert.
Der Innendurchmesser des Muttergehäuseabschnitts 14b ist
etwas größer als der Außendurchmesser des Lagers 18
gestaltet. Daher kann die Mutter 17a axial leicht verschoben
werden.
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Wie es aus Fig. 2 deutlich ist, ist auf der Innenoberfläche
des rechten Endbereichs der Mutter 17a eine Innenkeilnut 17s
gebildet, die mit den Keilzähnen 15s kämmt, die auf dem
linken Endbereich des Rotors 15b des Mutters 15 geformt sind.
Die Mutter 17a und der Rotor 15b sind zu einem Körper in der
Rotationsrichtung verbunden und axial verschiebbar verbunden,
so dass sie einen verkeilten Abschnitt SP bilden.
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Die Zahnstange 11 ist axial verschiebbar an genau zwei
Punkten gelagert: einmal an einer nicht dargestellten
Führung, die in einem Teil positioniert ist, wo das auf der
Lenkspindel 12 vorgesehene Ritzel mit den Zahnstangenzähnen
kämmt, die auf der Zahnstange 11 gebildet sind, und einmal am
Kugelumlaufspindelmechanismus 17.
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Bei der oben beschriebenen Konfiguration dreht sich der Rotor
15b, wenn der entsprechend dem Lenkdrehmoment bestimmte Strom
an den Motor 15 zugeführt wird, so dass die Mutter 17a des
Kugelumlaufspindelmechanismus 17 gedreht wird, die mit dem
Rotor 15b in Eingriff ist. Die Rotation der Mutter 17a bewegt
die Zahnstange 11 in der axialen Richtung, wodurch der
Lenkmechanismus durch Spurstangen betätigt wird, um die Räder
zu lenken.
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Als nächstes wird der Vorgang zum Zusammenfügen der
elektrischen Lenkvorrichtung im folgenden beschrieben.
Zunächst wird der Stator 15a des Motors 15 in den
Motorgehäuseabschnitt 14a des Gehäusekörpers 14 an der
Öffnung eingeführt, die sich in Fig. 1 rechts befindet.
Ferner wird ein nahezu ringförmiges Rückhalteelement 14d
eingeführt, um den Motor 15 von einer axialen Bewegung
abzuhalten.
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Dann wird das Lager 16b an der Öffnung eingeführt, die sich
auf der linken Seite des Gehäusekörpers 14 in Fig. 1
befindet, und wird an einer vorbestimmten Position befestigt.
Ferner wird das Lager 16a an der Öffnung eingeführt, die auf
der rechten Seite des Gehäusekörpers 14 in Fig. 1
positioniert ist, und wird dann in einer vorbestimmten
Position im Inneren des erwähnten Rückhalteelements 14d
befestigt. Der Rotor 15b des Motors 15 wird an der Öffnung
eingeführt, die links in Fig. 1 ist, und wird dann drehbar
durch die Lager 16a und 16b gelagert.
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In der Öffnung auf der rechten Seite des
Motorgehäuseabschnitts 14a des Gehäusekörpers 14 in Fig. 1
ist das Zahnstangengehäuse 21 mit einem Mechanismusabschnitt
21a versehen, an dem ein nicht dargestelltes Ritzel auf der
Lenkspindel 12 mit der Zahnstange 11 kämmt, und ist durch
einen Bolzen 22 befestigt.
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Ferner ist die Zahnstange 11 mit einem Schraubenabschnitt 17b
versehen, der eine Außennut mit nahezu halbkreisförmiger
Gestalt im Querschnitt auf seiner Außenoberfläche hat. In
diesen Schraubenabschnitt 17b ist die hohle zylindrische
Mutter 17a aufgepasst, die eine Innennut mit näherungsweise
halbkreisförmigem Querschnitt hat. Der
Kugelumlaufspindelmechanismus 17 wird über eine Reihe von
Kugeln 17c in der Spiralnut zusammengefügt, die durch die
Innen- und Außennut gebildet wird. Auf der Außenseite der
Mutter 17a sind die inneren Laufringe des Lagers 18 durch
eine bekannte geeignete Einrichtung befestigt. Das heißt, die
Zahnstange 11 mit dem Lager 18, das auf der Außenoberfläche
des Kugelumlaufspindelmechanismus 17 befestigt ist, ist
fertig. Untenstehend wird die somit fertiggestellte Anordnung
als Zahnstangenanordnung bezeichnet.
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In dem Muttergehäuseabschnitt 14b des Gehäusekörpers 14 ist
das elastische Element 18d vorgesehen, das die Endfläche auf
der äußeren Laufringseite des Lagers 18 aufnimmt, in der Nähe
des Bereichs kleinen Durchmessers H. Nachfolgend wird die
beschriebene Zahnstangenanordnung durch die Öffnung
eingeführt, die auf der linken Seite des Gehäusekörpers 15 in
Fig. 1 positioniert ist. Der Keilzahn 15s, der auf dem linken
Endbereich des Rotors 15b in Fig. 1 gebildet ist, wird mit
der inneren Keilnut 17s in Eingriff gebracht, die auf der
Innenoberfläche des rechten Endbereichs der Mutter 17a in
Fig. 1 und Fig. 2 gebildet ist. Somit werden die Mutter 17a
und der Rotor 15b miteinander verkeilt und eine der
Endflächen (die rechte in Fig. 1) des äußeren Laufrings des
Lagers 18 der Zahnstangenanordnung wird in Kontakt mit dem
elastischen Element 18d über eine Unterlegscheibe gehalten.
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Danach wird das elastische Element 18e an der linken Öffnung
des Gehäusekörpers 14 in Fig. 1 eingeführt, bis es mit der
anderen Endfläche des äußeren Laufrings (der linken in Fig.
1) des Lagers 18 über eine Unterlegscheibe in Kontakt kommt.
Eine Arretiermutter 19 wird an dem Gehäusekörper 14
befestigt, um das elastische Element 18e durch die Endfläche
der Arretiermutter 19 zu halten, so dass dadurch der äußere
Laufring des Lagers 18 am Gehäusekörper 14 befestigt wird.
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Ferner ist ein Abdeckkörper 23 mit einem Loch, durch das die
Zahnstange 11 auf der (nicht gezeigten) Spurstangenseite
eingeführt wird, durch einen Bolzen 24 am linken
Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 14 in Fig. 1 befestigt.
Der Abdeckkörper 23 ist mit einer Abdeckung 25 versehen, die
die Zahnstange 11 abdeckt.
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Bei der elektrischen Lenkvorrichtung der vorliegenden
Ausführungsform wird wie oben erklärt der Motor 15 zum
Unterstützen der Lenkkraft in dem Gehäusekörper 14 durch
Einführen durch einen Endbereich des Gehäusekörpers 14 (den
rechten Endbereich in Fig. 1) montiert, wodurch eine einfache
Montage des Stators 15a und ebenfalls ein einfaches Lagern
des Rotors 15b durch die Lager 16a und 16b ermöglicht wird.
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Die Zahnstangenanordnung (die Zahnstange 11 mit dem Lager 18,
das auf der äußeren Oberfläche des
Kugelumlaufspindelmechanismus 17 befestigt ist) wird an dem
Gehäusekörper 14 mit dem folgenden Vorgang montiert. Die
Zahnstangenanordnung wird an dem anderen Ende (dem linken
Ende in Fig. 1) des Gehäusekörpers 14 eingeführt. Dabei wird
die Mutter 17a des Kugelumlaufspindelmechanismus 17 drehbar
durch das Lager 18 in der Rotationsrichtung gelagert. Daher
wird die Zahnstangenanordnung durch Einführen in den
Gehäusekörper 14 montiert, wobei die Mutter 17a leicht
gedreht wird. Das heißt, die innere Keilnut 17s der Mutter
17a kann einfach mit dem Keilzahn 15s des Rotors 15b in
Eingriff gebracht werden, so dass dadurch das Montieren der
Zahnstangenanordnung in den Gehäusekörper 14 ermöglicht wird.
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Die elektrische Lenkvorrichtung dieser Erfindung kann wie
oben beschrieben sehr einfach durch den folgenden Vorgang im
Vergleich zum Stand der Technik gefertigt und zusammengefügt
werden.
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Das heißt, die elektrische Lenkvorrichtung dieser Erfindung
ist mit einem näherungsweise zylindrischen Körper versehen,
der an etwa seinem mittleren Teil in die erste Kammer und die
zweite Kammer geteilt ist und an beiden Enden offen ist. In
die erste Kammer des Gehäusekörpers wird der Motor zum
Unterstützen der Lenkkraft eingeführt und an einem offenen
Ende installiert. In die zweite Kammer wird der
Kugelumlaufspindelmechanismus eingeführt und durch das andere
offene Ende installiert. Da der Motor und der
Kugelumlaufspindelmechanismus nicht nur einfach an dem
Gehäusekörper, sondern auch an einem einzigen zylindrischen
Gehäusekörper montiert werden können, können der Motor und
der Kugelumlaufspindelmechanismus einfach in bezug auf die
Achse in der radialen Richtung ausgerichtet werden.
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Der Rotor des Motors und die Mutter des
Kugelumlaufspindelmechanismus können einfach durch Keile
verbunden werden, anders als beim Stand der Technik, der
gleichzeitig sowohl die Verbindung des Gehäusekörpers als
auch das Verkeilen des Rotors und der Mutter erfordert.
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Nebenbei bewegen sich bei der elektrischen Lenkvorrichtung
dieser Erfindung die Mutter des
Kugelumlaufspindelmechanismus, die axial bewegbar durch das
elastische Element nach der Installation an dem Gehäusekörper
gelagert ist, in der Axialrichtung, selbst wenn eine axiale
Pralllast auf die Zahnstange aufgebracht wird, so dass die
Aufprallkraft verringert wird und dadurch ein Schaden und
andere Schwierigkeiten verhindert werden, wobei auch das
elastische Element einen Ausrichtefehler zwischen der
Zahnstange und dem Kugelumlaufspindelmechanismus korrigiert.
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Wenn auch lediglich bevorzugte Ausführungsformen hier
speziell dargestellt und beschrieben worden sind, ist zu
verstehen, dass viele Modifikationen und Variationen der
vorliegenden Erfindung angesichts der obenstehenden Lehren
möglich sind, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.