CN103112490A - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动动力转向装置，其具备：弹性部件（34），该弹性部件（34）分别设置于第一轴承（18）的轴向两端，第一轴承（18）将作为中空轴的马达轴（16）支承为能够旋转，从而该弹性部件（34）相对于齿条罩（5）在轴向弹性支承第一轴承（18）；以及支承部件（41），该支承部件（41）设置于第一轴承（18）的外周，并以限制该第一轴承向径向位移的状态支承第一轴承（18）。而且，马达轴（16）被设置为：第一轴承（18）使弹性部件（34）弹性变形并相对于支承部件（41）滑动，并且第二轴承沿轴向移动，由此使马达轴（16）相对于齿条罩（5）沿轴向移动。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及电动动力转向装置。

背景技术

在日本特开2006-213280号公报中公开了齿条辅助型的电动动力转向装置（EPS），该电动动力转向装置（EPS）具有插通有齿条轴并且利用马达驱动而旋转的中空轴，并通过滚珠丝杠机构将该中空轴的旋转转换成齿条轴的往复移动从而转向系统将辅助力施加于。

在这样的EPS中，很多的情况下，中空轴的一端侧被承受径向载荷以及轴向载荷的轴承支承为能够旋转，并且，中空轴的另一端侧被承受径向载荷的轴承支承为能够旋转。而且，承受轴向载荷以及径向载荷的轴承在齿条罩内以轴向移动受到限制的状态设置，承受径向载荷的轴承在容纳齿条轴的齿条罩内以允许轴向移动的状态设置。另外，在承受径向载荷的轴承的外周设置有O型圈等，该轴承在径向被弹性支承。由此，防止例如因伴随着车辆的行驶的振动等而导致轴承与齿条罩接触从而产生异响的情况（参照日本特开2006-213280号公报的第二图）。

在上述的EPS中，在开始施加辅助力前的微小的范围内的转向中，由于未利用马达驱动中空轴，所以驾驶员施加的转向力经由滚珠丝杠机构使中空轴旋转，并且使齿条轴轴向移动。换句话说，在开始转向时，为了利用齿条轴的轴向移动使滚珠丝杠机构工作从而使中空轴旋转，需要驾驶员施加较大的转向力。

因此，例如如图7所示，在上述承受轴向载荷以及径向载荷的轴承71的外圈71b的轴向两端分别设置弹性部件72从而相对于齿条罩73在轴向弹性支承轴承71，并且，在轴承71的外周设置O型圈74从而对轴承71在径向弹性支承。而且，考虑构成为通过使弹性部件72以及O型圈74弹性变形，能够使中空轴75与轴承71一体地相对于齿条罩73沿轴向移动。由此，不使中空轴75旋转，就能够使齿条轴76轴向移动微小量，从而能够提高开始转向时的转向感觉。

但是，在该图所示的构成中，中空轴75的两端的外周经由由橡胶材料构成的O型圈74被支承，由于中空轴75的径向的支承刚性较低，所以中空轴75容易抖振。其结果，在转向操作时，往往轴承71与中空轴75一同倾斜，成为该轴承71被按压于齿条罩73的内周面并发生剐蹭的状态。而且，若从该状态回正转向，则在轴承71的剐蹭解除其姿势恢复时，可能会导致使齿条轴76往复移动所需要的转向力瞬间地降低，从而导致转向感觉的降低。另外，在中空轴75构成马达的转子的情况下，由于中空轴75抖振，从而马达的转子与固定于齿条罩73的内周的定子之间的间隙会发生变化，例如会导致齿槽扭矩的增大等。

发明内容

本发明提供能够将中空轴相对于齿条罩支承为能够沿轴向移动并且能够抑制中空轴的抖振的电动动力转向装置。

根据本发明的一实施例，在电动动力转向装置中，具备：弹性部件，弹性部件分别设置于各轴承中的至少一个轴承的轴向两端，并相对于齿条罩在轴向弹性支承该轴承；以及支承部件，支承部件设置于被弹性支承的轴承的外周，以限制轴承向径向位移的状态支承该轴承，中空轴被设置为：支承部件与齿条罩以及被弹性支承的轴承中的至少一方相互滑动，从而该中空轴相对于齿条罩沿轴向移动。

根据本发明的另一实施例，在支承部件形成有能够沿径向弹性变形的弹簧状部，从而产生与弹簧状部的弹力对应的滑动阻力。

附图说明

根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本发明的上述以及更多的特点和优点，在附图中，对相同的元素标注相同的附图标记。

图1是表示电动动力转向装置的简要结构的剖视图。

图2是一实施方式的第一轴承附近的扩大剖视图。

图3是一实施方式的支承部件的立体图。

图4是第二实施例的支承部件的立体图。

图5是第三实施例的第一轴承附近的扩大剖视图。

图6是第四实施例的变更例的第一轴承附近的扩大剖视图。

图7是现有的承受轴向载荷以及径向载荷的轴承附近的扩大剖视图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的具体实施例进行说明。

如图1所示，EPS1具备：小齿轮轴2，其通过转向操作而旋转；以及齿条轴3，其根据小齿轮轴2的旋转沿轴向往复移动从而改变转向轮（省略图示）的转向角。

EPS1具备大致圆筒状的齿条罩5，并在齿条罩5内插通有齿条轴3。另外，齿条罩5由大致圆筒状地形成的中心罩6、固定于中心罩6的一端侧（图1中的右侧）的齿轮罩7、以及固定于中心罩6的另一端侧（图1中的左侧）的端部罩8构成。

齿条轴3被设置于齿轮罩7的齿条导块9以及设置于端部罩8的未图示的滑动轴承（sliding bearing）支承为能够沿着其轴向进行往复移动。另外，在齿条罩5内，小齿轮轴2被支承为能够旋转，且齿条轴3被齿条导块9施力从而与小齿轮轴2啮合。另外，在小齿轮轴2的一端连结有转向轴，并在转向轴的前端固定有方向盘（均省略图示）。而且，小齿轮轴2伴随着转向操作而旋转，通过将该旋转转换成齿条轴3的往复移动，来改变转向轮的转向角即车辆的行进方向。

另外，EPS1具备：马达11，其成为该驱动源；以及滚珠丝杠机构12，其将马达11的旋转转换成齿条轴3的往复移动。马达11构成为具备了定子14与转子15的无刷马达，定子14固定于中心罩6的内周，转子15设定为能够在定子14的内侧旋转。转子15具有中空圆筒状的马达轴16以及固定于马达轴16的外周的磁铁17，且马达轴16被设置于马达轴16的两端附近的第一轴承18以及第二轴承19支承为能够相对于齿条罩5旋转。另外，通过在马达轴16内插通齿条轴3，从而马达11与齿条轴3同轴地配置。

滚珠丝杠机构12由形成于齿条轴3的螺纹部21、固定于马达轴16的内周的滚珠丝杠螺母22、以及夹设于这些螺纹部21与滚珠丝杠螺母22之间的多个滚珠23构成。

滚珠丝杠螺母22形成为大致圆筒状，并在滚珠丝杠螺母22的内周以及螺纹部21的外周分别形成有螺纹槽。各滚珠23被设置为能够在由这些对置的各螺纹槽构成的螺旋状的滚动路径内滚动。由此，伴随着齿条轴3与滚珠丝杠螺母22（马达轴16）之间的相对旋转，各滚珠23承受载荷并在滚动路径内滚动。而且，通过各滚珠23的滚动，齿条轴3与滚珠丝杠螺母22的轴向的相对位置发生变化，从而将马达轴16的旋转转换成齿条轴3的往复移动，将辅助力施加于转向系统。即，在本实施方式中，马达轴16相当于中空轴。

接下来，对马达轴的支承构造进行说明。如在图1中放大表示的那样，对第二轴承19采用单列的滚珠轴承。而且，第二轴承19以在中心罩6（齿条罩5）内允许轴向移动的状态将马达轴16支承为能够旋转，并承受径向载荷。

在马达轴16中的端部罩8侧的端部形成有固定部31，该固定部31的外径形成为与第二轴承19的内圈19a的内径大致相等。而且，马达轴16通过将固定部31压入内圈19a而固定于第二轴承19。另外，第二轴承19的外圈19b的外径形成为比中心罩6的内径稍小。由此，第二轴承19以允许相对于中心罩6的沿轴向移动的状态，将马达轴16支承为能够旋转。另外，在外圈19b的外周，设置有O型圈32，其在径向弹性支承第二轴承19。

另一方面，如图2所示，对第一轴承18中采用多列的滚珠轴承（double row angular contact ball bearing双列角接触球轴承）。而且，第一轴承18通过设置于其轴向两端的弹性部件34，以相对于齿轮罩7（齿条罩5）在轴向被弹性支承的状态将马达轴16支承为能够旋转，并承受径向载荷以及轴向载荷。

在马达轴16中的齿轮罩7侧的端部形成有固定部35，该固定部35的外径形成为与第一轴承18的内圈18a的内径大致相等。在固定部35的外周中的前端侧形成有螺纹部35a。而且，马达轴16通过将固定部35压入第一轴承18的内圈18a，并将螺母36安装于螺纹部35a从而固定于第一轴承18。

在齿轮罩7的内周，形成有圆环状的容纳凹部37，该容纳凹部37的内径形成为比第一轴承18的外圈18b的外径大。在容纳凹部37的内周中的前端侧形成有螺纹部37a。而且，第一轴承18以在其外圈18b的轴向两端分别配置了弹性部件34的状态被容纳于容纳凹部37内，并且，通过将螺母39安装于螺纹部37a，第一轴承18相对于齿轮罩7在轴向被弹性支承。

弹性部件34利用由橡胶材料构成的圆环状的弹性体构成，且在外圈18b与齿轮罩7以及外圈18b与螺母39之间被沿轴向压缩。另外，在外圈18b的两端面与容纳凹部37以及螺母39的各端面之间设置有轴向的空隙。由此，第一轴承18在该空隙的范围内相对于齿轮罩7沿轴向移动，并通过与螺母39的端面或者容纳凹部37的端面抵接，来限制轴向移动并承受轴向载荷。

而且，在第一轴承18的外周设置有支承部件41，该支承部件41限制第一轴承18向径向的位移，并且将其外圈18b支承为能够滑动，马达轴16设置为：通过以外圈18b相对于支承部件41滑动，而使弹性部件34弹性变形，并且马达轴16相对于齿轮罩7沿轴向移动。

如图2以及图3所示，支承部件41具备环主体42，该环主体42使带状的金属板（例如，弹簧钢等）弯曲成沿第一轴承18的周向延伸的大致C字状，在环主体42形成有多个能够向径向弹性变形的弹簧状部43。而且，支承部件41以弹簧状部43沿径向被压缩的状态配置于齿轮罩7的容纳凹部37的内周面与第一轴承18的外圈18b的外周面之间，从而产生与弹簧状部43的弹力相应的滑动阻力。

弹簧状部43分别形成为从环主体42向径向内侧突出的大致四棱锥台形状。另外，弹簧状部43分别设置于环主体42的轴向两端部，并且，在周向隔开间隔设有多个。而且，对于弹簧状部43的作为相对于外圈18b进行滑动的滑动面的前端面43a而言，以具有低摩擦系数的方式对其进行表面处理。具体而言，对前端面43a涂层有例如POM（聚甲醛）、PTFE（聚四氟乙烯）等的自润滑性较高的树脂。并且，支承部件41与弹簧状部43形成为：与外圈18b的接触面积（各前端面43a的面积的总和）充分地小于与齿轮罩7的接触面积（从环主体42的外周面扣除了各弹簧状部43部分的面积）。

如以上所述那样，根据本实施方式，能够起到以下的作用效果。

（1）将马达轴16设置为：第一轴承18使弹性部件34进行弹性变形并且相对于支承部件41进行滑动，并且，第二轴承19沿轴向移动，由此该马达轴16相对于齿条罩5沿轴向移动。由此，由于能够使齿条轴3与马达轴16一体地沿轴向移动微小量，所以在开始施加辅助力前的微小的范围内也不需要较大的转向力，而能够提高开始转向时的转向感觉。

另外，由于支承部件41由金属材料构成，并且，通过滑动允许第一轴承18相对于齿条罩5的沿轴向的移动，所以与如O型圈等那样通过弹性变形而允许第一轴承18的移动的情况相比，能够提高刚性，从而能够限制第一轴承18向径向的位移。换句话说，能够提高马达轴16的径向的支承刚性，从而能够抑制马达轴16的抖振。由此，在向一个方向进行转向操作之后回正转向时，能够防止使齿条轴3往复移动所需要的转向力瞬间地降低的情况。另外，在本实施方式中，通过设置支承部件41，能够抑制马达轴16的抖振，并能够防止定子14与磁铁17之间的间隙变化，例如能够抑制齿槽扭矩的增大。并且，由于第一轴承18的内圈18a相对于马达轴16固定，所以与内圈18a相对于马达轴16能够沿轴向移动的结构相比，能够稳定地支承马达轴16。

（2）在支承部件41形成能够沿径向弹性变形的弹簧状部43，并使与弹簧状部43的弹力相应的滑动阻力产生于支承部件41与第一轴承18之间。

此处，在使支承部件41形成如滑动轴承那样的刚体的结构中，例如若支承部件41的尺寸稍有不同，则作用于支承部件41与第一轴承18之间的压力（表面压力）较大地变化，从而滑动阻力大幅度地变化。对于这一点，根据上述结构，由于与弹簧状部43弹性变形所产生的弹力相应地产生滑动阻力，所以即使例如支承部件41的尺寸稍有不同，也能够抑制产生于支承部件41与第一轴承18之间的滑动阻力大幅度地波动的情况。另外，即使经过长期的使用而支承部件41等发生磨损，也能够抑制产生径向的抖振的情况。

（3）由于弹簧状部43的前端面43a以具有低摩擦系数的方式进行了表面处理，所以能够使第一轴承18顺利地滑动，从而能够进一步地提高开始转向时的转向感觉。

（4）由于以使支承部件41的弹簧状部43与外圈18b的接触面积充分地小于支承部件41与齿轮罩7的接触面积的方式形成支承部件41，所以能够抑制作用于与支承部件41的接触面积较大的齿轮罩7的表面压力过大的情况，从而能够实现齿轮罩7的长寿命化。

（5）由于在环主体42的轴向两端部分别设置弹簧状部43，所以能够高效地抑制马达轴16倾斜的情况。

另外，上述实施方式还能够以适当地变更上述实施方式的以下的方式实施。

在上述实施方式中，虽使弹簧状部43形成为大致四棱锥台形状，但并不局限于此，例如如图4所示，也可以形成为沿环主体42的轴向延伸的突条状（第二实施例）。另外，弹簧状部43只要是能够在径向弹性变形的、沿环主体42的轴向延伸的突条状、半球状等，也可以为任意的形状。并且，也可以将弹簧状部43仅设置于环主体42的轴向中央部。

在上述实施方式中，作为前端面43a以具有低摩擦系数的方式实施的表面处理，虽涂层了自润滑性较高的树脂，但并不局限于此，例如也可以实施镜面加工。另外，也可以不对前端面43a实施表面处理。并且，不论有无表面处理，例如也可以对前端面43a涂覆如润滑油那样的润滑剂。

在上述实施方式中，在第一轴承18的外圈18b的轴向两端分别设置弹性部件34，并且，在外圈18b的外周设置支承部件41。但是，并不局限于此，例如如图5所示，也可以在第一轴承18的内圈18a的轴向两端分别设置弹性部件34，并且，在内圈18a的内周设置支承部件41，通过使第一轴承18相对于支承部件41滑动，从而以使马达轴16相对于齿条罩5沿轴向移动的方式设置马达轴16（第三实施例）。另外，在图5所示的例子中，第一轴承18的内圈18a的内径形成为比马达轴16的固定部35的外径大。另外，外圈18b的外径形成为与容纳凹部37的内径大致相等，通过将第一轴承18压入容纳凹部37内来固定于齿轮罩7。并且，在支承部件41形成有多个从其环主体42向径向外侧突出的弹簧状部43。

在上述实施方式中，虽在支承部件41设置了弹簧状部43，但并不局限于此，也可以不设置弹簧状部43，而是将支承部件作为刚体构成（第四实施例）。例如在图6所示的例子中，支承部件51形成为圆筒状，并在支承部件51内压入有第一轴承18。另外，对于作为供第一轴承18的外圈18b滑动的滑动面的支承部件51的内周面51a，以具有低摩擦系数的方式进行表面处理。

在上述实施方式中，虽利用由橡胶材料构成的弹性体构成弹性部件34，但并不局限于此，例如也可以利用盘型弹簧等弹簧部件来构成弹性部件34。

在上述实施方式中，通过使第一轴承18相对于支承部件41滑动，而使马达轴16相对于齿条罩5沿轴向移动。但是，并不局限于此，也可以通过使支承部件41相对于齿轮罩7滑动，或者使第一轴承18相对于支承部件41滑动并且使支承部件41相对于齿轮罩7滑动，从而使马达轴16相对于齿条罩5沿轴向移动。

在上述实施方式中，虽将支承部件41的环主体42形成为大致C字状，但并不局限于此，也可以形成为圆环状（O字状）。

在上述实施方式中，虽以支承部件41与第一轴承18的外圈18b的接触面积比支承部件41与齿轮罩7的接触面积小的方式形成了支承部件41，但并不局限于此，也可以使支承部件41与第一轴承18的外圈18b的接触面积为支承部件41与齿轮罩7的接触面积以上。

在上述实施方式中，虽对第一轴承18采用了多列的滚珠轴承，但并不局限于此，例如也可以采用单列的滚珠轴承等其他的轴承。相同地，对第二轴承19例如也可以采用多列的滚珠轴承等其他的轴承。

在上述实施方式中，虽以允许在齿条罩5内轴向移动的状态设置了第二轴承19，但并不局限于此，也可以以限制其在齿条罩5内轴向移动的状态设置第二轴承19，并且第二轴承19也可以以能够在轴向相对移动的状态支承马达轴16。

在上述实施方式中，也可以不在第二轴承19的外周设置O型圈32，而在第二轴承19的外周或者内周设置支承部件，通过使第二轴承19相对于该支承部件滑动而使马达轴16沿轴向移动。

在上述实施方式中，将本发明具体化成作为中空轴的马达轴16与齿条轴3同轴地配置的同轴齿条辅助型的EPS1。但是，并不局限于此，也可以具体化成所谓齿条交叉型、齿条并行型等的EPS，即通过设置于罩外部的马达来驱动插通有齿条轴的中空轴的形式的EPS。

Claims (4)

1.一种电动动力转向装置，其具备：齿条轴，所述齿条轴被支承为能够沿轴向往复移动；中空轴，所述中空轴供所述齿条轴插通并且通过马达驱动而旋转；以及多个轴承，所述多个轴承相对于容纳有所述齿条轴的齿条罩将所述中空轴支承为能够旋转，该电动动力转向装置通过将所述中空轴的旋转转换成所述齿条轴的往复移动而将用于辅助转向操作的辅助力施加于转向系统，所述电动动力转向装置的特征在于，

具备：

弹性部件，所述弹性部件分别设置于所述多个轴承中的至少一个轴承的轴向两端，并相对于所述齿条罩在轴向弹性支承该轴承；以及

支承部件，所述支承部件设置于被弹性支承的所述轴承的外周，以限制所述轴承向径向位移的状态支承该轴承，

所述中空轴被设置为：所述支承部件与所述齿条罩以及被弹性支承的所述轴承中的至少一方相互滑动，从而该中空轴相对于所述齿条罩沿轴向移动。

2.一种电动动力转向装置，其具备：齿条轴，所述齿条轴被支承为能够沿轴向往复移动；中空轴，所述中空轴供所述齿条轴插通并且通过马达驱动而旋转；以及多个轴承，所述多个轴承相对于容纳有所述齿条轴的齿条罩将所述中空轴支承为能够旋转，该电动动力转向装置通过将所述中空轴的旋转转换成所述齿条轴的往复移动而将用于辅助转向操作的辅助力施加于转向系统，所述电动动力转向装置的特征在于，

具备：

弹性部件，所述弹性部件分别设置于所述多个轴承中的至少一个轴承的轴向两端，并相对于所述中空轴在轴向弹性支承该轴承；以及

支承部件，所述支承部件设置于被弹性支承的所述轴承的内周，以限制所述轴承向径向位移的状态支承该轴承，

所述中空轴被设置为：所述支承部件与所述中空轴以及被弹性支承的所述轴承中的至少一方相互滑动，从而该中空轴相对于所述齿条罩沿轴向移动。

3.根据权利要求1或者2所述的电动动力转向装置，其特征在于，

在所述支承部件形成有能够沿径向弹性变形的弹簧状部，

所述支承部件产生与所述弹簧状部的弹力对应的滑动阻力。

4.根据权利要求1或者2所述的电动动力转向装置，其特征在于，

对所述支承部件的滑动面以使其具有低摩擦系数的方式进行表面处理。

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