CN107031704B

CN107031704B - 驱动装置

Info

Publication number: CN107031704B
Application number: CN201610868323.1A
Authority: CN
Inventors: 藤崎胜也; 矶谷康次; 富泽弘贵; 谷口真; 后藤昌宏
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2019-05-14
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: JP2017073909A; JP6601127B2; US10305344B2; US20170104383A1; CN107031704A

Abstract

本公开提供了一种驱动装置(1)，其包括轴(10)，该轴由第一轴承(31)和第二轴承(32)以可旋转的方式支承。第一轴承(31)设置在输出框架端部(22)的轴孔(26)中。第二轴承(32)设置在输出对向框架端部(23)的轴承箱(27)中。在轴孔(26)中固定有油封(34)，该油封比第一轴承(31)更靠近输出端(11)，并且该油封与轴(10)的外周滑动接触。在轴承箱(27)中容置有偏置构件(33)，并且该偏置构件将第二轴承(32)的外圈朝向输出端(11)偏置。因此，可以减小所述轴(10)的在设置油封(34)的位置处的偏转量和弯曲量。

Description

驱动装置

技术领域

本公开涉及用在电动助力转向系统中的驱动装置。

背景技术

常规地，已知一种电动助力转向系统，该电动助力转向系统利用马达的转矩辅助驾驶员的转向。

发明内容

在美国2007/0251793 A1中描述的马达包括设置在轴承与传动装置之间的油封。轴承设置在与转子一起旋转的轴的输出端上。传动装置固定至轴的输出端。

在此，轴中存在轴向跳动，其作为马达——其在轴的输出端处包括油封——的设计参数。如果轴的轴向跳动较大，则存在下述问题：油封的唇状部与轴的外周之间的配合裕度(margin)可能会劣化，或者油封的水密性能可能由于唇状部的过度变形而劣化，从而导致水密性能的丧失。

在美国2007/0251793 A1中所描述的马达包括设置在轴的输出端的弹簧，并且该弹簧将轴沿与输出端相反的方向偏置。为此，马达构造成使得轴中产生的轴向跳动的支点位于与输出端相反的一侧的轴承处。因此，在该马达中，位于轴的输出端上的轴承与位于轴的与输出端相反的一侧的轴承之间的距离被增大，从而减小了轴中的轴向跳动。

然而，如果在美国2007/0251793 A1中所描述的马达用在电动助力转向系统中，则由于例如车辆安装限制而可能存在马达的轴向方向上的空间不足。在这种情况下，位于轴的输出端上的轴承与位于轴的与输出端相反的一侧的轴承之间的距离可以被减小，并且存在下述问题：轴中的轴向跳动可能因此被增大。因此，存在下述问题：可能难以将水密性油封设置在马达中。

另外，用在电动助力转向系统中的马达可以安装至齿条壳体，该齿条壳体容置车辆的齿条。在这种情况下，如果齿条壳体的防水性失效，则诸如水之类的液体可以进入到齿条壳体中。随后，假设马达中的油封的防水性已经劣化，则存在下述问题：积聚在齿条壳体内部的液体(例如，水)可能进入并穿过支承轴的输出端的轴承，并且进入到马达壳体中。在这种情况下，马达可能由于形成在其中的铁锈而卡住，或者可能发生短路。此外，如果控制马达的通电的电路浸没在水中，则可能出现各种问题，比如电动助力转向系统被中断。

鉴于上述情况，本公开的目的在于提供一种可以防止诸如水之类的液体侵入的驱动装置。

根据本公开的方面，用在电动助力转向系统中的驱动装置包括：定子，该定子呈环形形状；转子，该转子以可旋转的方式设置在定子的径向内部；轴，该轴固定至转子以与该转子一起旋转，该轴包括朝向轴向方向上的一侧的输出端；输出框架端部，该输出框架端部朝向输出端设置，该输出框架端部包括轴孔，该轴插入穿过该轴孔；输出对向框架端部，该输出对向框架端部设置在轴的与输出端相反的一侧，该输出对向框架端部包括轴承箱；第一轴承，第一轴承设置在输出框架端部的轴孔内部，第一轴承以可旋转的方式支承轴；第二轴承，第二轴承设置在该输出对向框架端部的轴承箱内部，第二轴承以可旋转的方式支承轴；密封构件，该密封构件固定在轴孔内部，该密封构件比第一轴承更靠近输出端，该密封构件与轴的外周滑动接触；以及偏置构件，该偏置构件容置在轴承箱中，该偏置构件将第二轴承的外圈朝向输出端偏置。

因此，当向轴的输出端施加径向方向上的力时，轴绕第一轴承的中央位置处的支点偏转。在该驱动装置中，密封构件与第一轴承处的支点之间的距离被减小。因此，可以减小轴的设置有密封构件的位置处的偏转量和弯曲量。为此，可以减少密封构件的过盈配合方面的劣化并且减少密封构件的过度变形和不均匀磨损。因此，该驱动装置可以防止水等从输出端穿过密封构件进入。

附图说明

将通过以下的描述、所附权利要求和附图最佳地理解本公开及其另外的目的、特征和优点，在附图中：

图1是包括根据第一实施方式的驱动装置的电动助力转向系统的示意图；

图2是根据第一实施方式的驱动装置的截面图；

图3是弹簧构件的立体图；

图4是根据第一实施方式的驱动装置的示意图；

图5是对比例的截面图；

图6是对比例的示意图；

图7是根据第二实施方式的驱动装置的截面图；以及

图8是根据第三实施方式的驱动装置的截面图。

具体实施方式

接下来，将参照附图对本公开的多个实施方式进行说明。另外，在所述多个实施方式中，大致相同的构型以相同的附图标记来指示，并且为了简洁起见，省去对大致相同的构型的说明。

(第一实施方式)

将参照图1至图4对本公开的第一实施方式进行说明。第一实施方式的驱动装置1用在车辆的电动助力转向系统2中。

首先，将对电动助力转向系统2进行说明。

如图1中所示，当驾驶员操作方向盘3时，所产生的旋转运动通过转向轴4被传递至小齿轮5。随后，该旋转运动通过与小齿轮5啮合的齿条6被转换成直线运动。齿条6的两个端部通过球接头7和拉杆8连接至转向轮9。

当驾驶员操纵方向盘3时，驱动装置1基于驾驶员施加在转向轴4上的转矩并且基于车辆的诸如车辆速度之类的信息而输出用于辅助驾驶员转向的转矩。驱动装置1包括轴10，并且马达带轮12固定至轴10的输出端11。来自驱动装置1的转矩从马达带轮12通过带13被传递至设置在齿条6上的齿条带轮14。在齿条带轮14内设置有滚珠丝杠机构(未示出)，并且齿条带轮14的转矩通过该滚珠丝杠机构被转换成直线运动。转向轮9的转向角根据齿条6的位移量进行控制。因此，驱动装置1能够辅助驾驶员的转向操作。

上述的马达带轮12、带13、齿条带轮14和滚珠丝杠机构容置在传动装置壳体15中。齿条6容置在大致圆筒状的齿条壳体16中。齿条壳体16内部的空间与传动装置壳体15内部的空间连通。在齿条壳体16的两端设置有罩17，罩17由例如橡胶或树脂形成并且具有波纹管形状。罩17保持润滑脂并且防止外部的沙、泥、水等进入到齿条壳体16和传动装置壳体15中。

接下来，将对驱动装置1进行描述。

如图2中所示，驱动装置1包括壳体20、定子24、转子25、轴10、第一轴承31、第二轴承32、偏置构件33、用作密封构件的油封34、以及控制电路单元40。

壳体20包括圆筒状外壳21、输出框架端部22、以及输出对向框架端部23。另外，外壳21、输出框架端部22以及输出对向框架端部23可以一体地形成或者可以构造为单独的部件。

输出框架端部22由例如铝制成并且呈大致盘状。输出框架端部22固定至外壳21的轴向方向上的一个端部。轴10包括沿着轴向方向的输出端11，输出端11插入穿过输出框架端部22。另外，输出框架端部22中形成有轴孔26。第一轴承31和油封34安装在轴孔26中。

输出对向框架端部23也由例如铝形成并且也呈大致盘状。输出对向框架端部23固定至外壳21的轴向方向上的另一端部。输出对向框架端部23包括轴承箱27。第二轴承32和偏置构件33安装在轴承箱27中。

定子24是环状磁体并且固定至外壳21的内部。在沿着周向方向设置在定子24中的多个槽(未示出)中缠绕有线圈28。当线圈28通电时，定子24产生使转子25旋转的旋转磁场。

转子25是圆筒状磁体并且径向地设置在定子24的内部。转子25被磁化有沿周向方向交替布置的相反磁极。转子25能够相对于转子24旋转并且根据由定子24产生的旋转磁场正向(forward)旋转及反向旋转。

轴10固定在转子25的轴向中央部处。轴10包括大直径部101和小直径部102。大直径部101包括轴10的中央部，该中央部固定至转子25并且持续至输出端11。小直径部102从轴10的中央部沿远离输出端11的方向突出。小直径部102的外径小于大直径部101的外径。

第一轴承31的内圈通过过盈配合而与轴10的大直径部101的从转子25朝向输出端11突出的部段固定。第一轴承31的外圈通过过盈配合而与输出框架端部22中的轴孔26的内壁固定。第一轴承31以可旋转的方式支承轴10。

输出框架端部22包括止挡部29，止挡部29从呈圆筒状形状的轴孔26的内壁径向向内地突出。止挡部29位于输出端11与第一轴承31之间。第一轴承31通过抵靠止挡部29而定位。

第二轴承32的内圈通过过盈配合而与轴10的小直径部102固定。在此，在轴10的小直径部102与大直径部101之间的接合处形成有台阶103。台阶103与第二轴承32之间设置有固定的间隙。

第二轴承32的外圈通过间隙配合而松弛地配装在输出对向框架端部23的轴承箱27内部。第二轴承32以可旋转的方式支承轴10。

轴10的固定至第二轴承32的小直径部102的外径小于轴10的固定至第一轴承31的大直径部101的外径。换言之，轴10的固定至第二轴承32的部分的外径小于轴10的固定至第一轴承31的部分的外径。因此，第二轴承32的内径减小，并且同时，第二轴承32的外径可以设定成小于第一轴承31的外径。因此，可以减小第二轴承32的外壁与轴承箱27的内壁之间的间隙δ2(参照图4)，将其设定得较小。因此，可以减小驱动装置1的轴10的偏转量δ1。

偏置构件33可以是例如多螺旋波状垫圈。偏置构件33设置在轴承箱27中并且定位成比第二轴承32更远离输出端11。偏置构件33将第二轴承32的外圈朝向输出端11偏置。

如图3中所示，用作偏置构件33的多螺旋波状垫圈是这样的扁线材：该扁线材沿着厚度方向形成为波浪形状并且以多匝螺旋的方式沿边缘缠绕。另外，偏置构件33以示例性的方式示出为具有4.5匝。偏置构件33包括沿着轴向方向彼此叠置的若干部分，并且在这些位置中，上方的扁平线材部分形成波峰331并且下方的扁平线材部形成波谷332。偏置构件33构造成使得：在沿着周向方向的相同位置处，波峰331和波谷332在轴向方向上彼此面对。

多螺旋波状垫圈的弹簧常数可以通过将每匝的弹簧载荷设定为较小而被设定为较小。此外，全部的多个绕线(winding)的弹簧载荷可以通过增大多螺旋波状垫圈的匝数而被设定为较大，而不需要增大多螺旋波状垫圈的在径向方向上的物理尺寸。为此，通过将多螺旋波状垫圈用作偏置构件33，可以减小偏置构件33的外径。因此，也可以减小第二轴承32的外径。另外，即使轴10沿轴向方向显著地位移，也可以通过偏置构件33在第二轴承32的外圈上恒定地施加相对较大的弹簧载荷。

如图2中所示，油封34固定至轴孔26的内壁。油封34位于输出端11与抵靠第一轴承31的止挡部29之间。油封34包括圆筒状密封件本体35和从密封件本体35径向向内地延伸的唇状部36。密封件本体35形成为圆筒状形状，并且密封件本体35的外周通过压配合而固定至轴孔26的内壁。唇状部36从密封件本体35的内壁径向向内地延伸成环形形状，并且唇状部36与轴10的外周滑动接触。当油封34从轴10上取下时，唇状部36的内径小于轴10的外径。换言之，唇状部36设计成与轴10的外周具有固定的过盈量(interference)。当轴10旋转时，油封34用以每次将少量的油从壳体20的内部排放至壳体20的外部，从而防止外部的水等进入壳体20。

控制电路单元40设置在输出对向框架端部23的背向输出端11的一侧，并且对缠绕在定子24上的线圈28的通电进行控制。控制电路单元40包括基板41和盖42。形成在基板41上的控制电路电连接至从线圈28突出的线端子43。该控制电路包括旋转角度传感器44、微处理器45和逆变器电路(未示出)。旋转角度传感器44检测设置在轴10的端部上的磁体46的磁场，并且将该信号传送至微处理器45。微处理器45利用来自旋转角度传感器44的信号来检测轴10的旋转角度，并且微处理器45控制逆变器电路的操作。当线圈28通过逆变器电路经由线端子43被通电时，定子24产生使转子25旋转的旋转磁场。因此，转子25与轴10一起旋转。因此，由驱动装置1输出的转矩通过设置在轴10的输出端11上的马达带轮12、带13等被传送至齿条6。

马达带轮12包括与带13啮合的齿。因此，当轴10旋转时，马达带轮12向轴10施加轴向载荷。该载荷的方向根据轴10的旋转方向而在轴10的轴向方向上的两侧之间变化。

此外，当轴10旋转时，由于绕马达带轮12缠绕的带13的旋转，轴10被力朝向齿条带轮14牵拉。该力的大小根据轴10的转矩的大小、齿条带轮14的振动等变化。

因此，电动助力转向装置2中所使用的驱动装置1被施以使轴10偏转的力以及使轴10弯曲的力。

就这一点而言，对于本实施方式的驱动装置1和对比例的驱动装置50来考虑轴10的偏转量和弯曲量。

如图5中所示，对比例的驱动装置50构造成使得：固定在轴10的输出端11附近的第一轴承31通过间隙配合设置在轴孔26内部。另外，远离轴10的输出端11固定的第二轴承32通过过盈配合与轴承箱27的内壁相固定。对比例的驱动装置50的偏置构件33将第一轴承31的外圈朝向第二轴承32偏置。

图6示出了对比例的驱动装置50的示意图，而图4示出了第一实施方式的驱动装置1的示意图。另外，在图4和图6中，出于说明的目的，在第一轴承31或第二轴承32的外圈处由间隙配合形成的间隙被示意性地放大。实际上，仅存在微小的间隙。

如图4中所示，根据第一实施方式，第一轴承31的外圈通过过盈配合而与轴孔26的内壁固定。因此，轴10绕第一轴承31的中央位置处的支点偏转。根据第一实施方式，δ1定义为轴10的一个端部——该端部位于油封34的唇状部36抵靠轴10的位置处——处的最大偏转宽度。此外，δ2定义为第二轴承32的外圈与轴承箱27的内壁之间的间隙。另外，L1是第一轴承31与油封34的唇状部36之间的距离，而L2是第一轴承31与第二轴承32之间的距离。

在这种情况下，应用以下等式(1)：

δ1＝δ2x L1/L2 (1)

相反地，根据如图6中所示的对比例，第二轴承32的外圈通过过盈配合与轴承箱27的内壁固定。因此，轴10绕第二轴承32的中央位置处的支点偏转。根据对比例，δ3定义为轴10的一个端部——该端部位于油封34的唇状部36抵靠轴10的位置处——处的最大偏转宽度，并且δ4定义为第二轴承32的外圈与轴承箱27的内壁之间的间隙。此外，L3是第一轴承31与油封34的唇状部36之间的距离，而L4是第一轴承31与第二轴承32之间的距离。

在这种情况下，应用以下等式(2)：

δ3＝δ4x(L3+L4)/L4 (2)

于是，等式(2)可以变换成以下等式(3)：

δ3＝(δ4x L3/L4)+δ4 (3)

以上等式(3)的左侧的项(δ4x L3/L4)相当于等式(1)的右侧的项(δ2x L1/L2)。因此，当将等式(1)与等式(3)进行比较时，第一实施方式的轴10的最大偏转宽度δ1小于对比例的轴10的最大偏转宽度δ3。此外，这些最大偏转宽度是在油封34的唇状部36与轴10接触的位置处测量的。

另外，根据第一实施方式，偏置构件33没有设置在油封34与第一轴承31之间。因此，第一实施方式中的从第一轴承31至油封34的唇状部36的距离L1比对比例中的从第一轴承31至油封34的唇状部36的距离L3短。因此，与对比例的轴10相比，第一实施方式的轴10在油封34的唇状部36与轴10接触的位置处具有更小的偏转量。因此，第一实施方式的驱动装置1能够减小油封34与轴10的外周之间的过盈配合方面的劣化，并且能够减小油封34的过度变形和不均匀磨损。

如上所述的第一实施方式的驱动装置1至少呈现以下效果。

(1)在第一实施方式中，第一轴承31设置在轴孔26内部，并且第二轴承32设置在轴承箱27中。偏置构件33将第二轴承32的外圈朝向输出端11偏置。油封34固定至轴孔26的内壁并且与轴10的外周滑动接触。

由此，当向轴10的输出端11被施加径向方向上的力时，轴10绕第一轴承31的中央位置处的支点偏转。在驱动装置1中，油封34与第一轴承31的中央位置处的支点之间的距离L1减小。因此，可以减小在油封34的唇状部36与轴10接触的位置处、轴10的偏转量δ1和弯曲量。为此，可以减少在油封34的过盈配合方面的劣化并且减小油封34的过度变形和不均匀磨损。因此，驱动装置1可以防止水等从输出端11穿过油封34进入。

(2)在第一实施方式中，第二轴承32的外径小于第一轴承31的外径。

由于第二轴承32的外径减小，因此可以在第二轴承32的外圈与轴承箱27的内壁之间设定较小的间隙δ2。因此，驱动装置1可以减小轴10的偏转量δ1。

(3)在第一实施方式中，第二轴承32固定至轴10的小直径部102，并且第一轴承31固定至轴10的大直径部101。小直径部102的外径小于大直径部101的外径。

因此，可以较小第二轴承32的内径，并且可以减小第二轴承32的外径。因此，可以减小第二轴承32的外圈与轴承箱27的内壁之间的间隙δ2。

(4)在第一实施方式中，输出框架端部22在第一轴承31与油封34之间包括止挡部29。止挡部29从轴孔26的内壁径向向内地突出。

因此，由于止挡部29，驱动装置1可以防止第一轴承31朝向输出端11滑出。

(5)在第一实施方式中，偏置构件33是多螺旋波状垫圈。

通过将多螺旋波状垫圈用作偏置构件33，可以减小偏置构件33的外径。因此，也可以使用具有小外径的第二轴承32。此外，通过使用多螺旋波状垫圈，即使由于例如公差变化而存在轴向载荷的变化，也可以向第二轴承32持续地施加相对较大的弹簧载荷。

(第二实施方式)

图7中示出了本公开的第二实施方式。根据第二实施方式的驱动装置1，控制电路单元40被置于输出对向框架端部23与定子24/转子25之间。第二轴承32和偏置构件33设置在输出对向框架端部23的轴承箱27中。控制电路单元40设置在第一轴承31与第二轴承32之间。更具体地，控制电路单元40设置成比定子24和转子25更靠近第二轴承32。

此外，在壳体20中，在控制电路单元40与定子24/转子25之间设置有间隔构件47。间隔构件47从壳体20的内壁径向向内地延伸。

在第二实施方式中同样，第二轴承32的外圈通过间隙配合设置在轴承箱27内部。相反地，第一轴承31的外圈通过过盈配合固定在轴孔26中。因此，在第二实施方式中同样，轴10绕第一轴承31的中央位置处的支点偏转。因此，轴10的在油封34的唇状部36抵靠轴10的位置处的最大偏转宽度δ1由第一实施方式的等式(1)来表示。在第二实施方式中，与第一实施方式的距离L2相比，第一轴承31与第二轴承32之间的距离L2可以增大。因此，驱动装置1可以进一步地减小轴10的偏转量δ1和弯曲量。

(第三实施方式)

图8中示出了本公开的第三实施方式。在第三实施方式中同样，控制电路单元40设置在第一轴承31与第二轴承32之间。更具体地，控制电路单元40设置在第一轴承31与定子24/转子25之间。

在第三实施方式中同样，第二轴承32的外圈通过间隙配合设置在轴承箱27内部。相反地，第一轴承31的外圈通过过盈配合固定在轴孔26中。因此，在第三实施方式中同样，轴10绕在第一轴承31的中央位置处的支点偏转。在第三实施方式中同样，与第一实施方式的距离L2相比，第一轴承31与第二轴承32之间的距离L2可以增大。因此，驱动装置1可以进一步地减小轴10的偏转量δ1和弯曲量。

(其他实施方式)

(1)根据以上实施方式，驱动装置1通过带将转矩传送至车辆的齿条6。然而，在其他实施方式中，驱动装置1可以是双齿轮(dual pinion)式或者齿轮齿条(rack mountedpinion)式的助力转向系统(即，不是被带驱动)。

(2)在以上实施方式中，在电动助力转向系统2中，驱动装置1将转矩传递至车辆的齿条6。然而，在其他实施方式中，驱动装置1可以通过将转矩传送至车辆的柱轴而向驾驶员提供转向辅助。

(3)在以上实施方式中，驱动装置1的马达单元是无刷马达。然而，在其他实施方式中，驱动装置1的马达单元可以是线圈绕定子缠绕的有刷型马达。

(4)在以上实施方式中，偏置构件33是多螺旋波状垫圈。然而，在其他实施方式中，偏置构件33可以是盘状垫圈、波状弹簧、螺旋弹簧、橡胶件等。

因此，本公开不限于以上所述的实施方式，并且除了多个实施方式的组合以外，可以设想不背离本发明的主旨的各种其他改型。

Claims

1.一种用在电动助力转向系统中的驱动装置，所述驱动装置包括：

定子(24)，所述定子呈环状的形状；

转子(25)，所述转子以可旋转的方式设置在所述定子的径向内部；

轴(10)，所述轴固定至所述转子以与所述转子一起旋转，所述轴包括朝向轴向方向上的一侧的输出端(11)；

输出框架端部(22)，所述输出框架端部朝向所述输出端设置，所述输出框架端部包括轴孔(26)，所述轴插入穿过所述轴孔；

输出对向框架端部(23)，所述输出对向框架端部设置在与所述轴的输出端相反的一侧，所述输出对向框架端部包括轴承箱(27)；

第一轴承(31)，所述第一轴承设置在所述输出框架端部的所述轴孔的内部，所述第一轴承以可旋转的方式支承所述轴；

第二轴承(32)，所述第二轴承设置在所述输出对向框架端部的所述轴承箱的内部，所述第二轴承以可旋转的方式支承所述轴；

密封构件(34)，所述密封构件固定在所述轴孔的内部，所述密封构件比所述第一轴承更靠近所述输出端，所述密封构件与所述轴的外周滑动接触；以及

偏置构件(33)，所述偏置构件容置在所述轴承箱中，所述偏置构件将所述第二轴承的外圈朝向所述输出端偏置，

其中，

所述第一轴承通过过盈配合固定在所述输出框架端部的所述轴孔的内部，以及

所述第二轴承通过间隙配合设置在所述输出对向框架端部的所述轴承箱中。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，

所述第二轴承的外径小于所述第一轴承的外径。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，

所述轴的固定至所述第二轴承的部分的外径小于所述轴的固定至所述第一轴承的部分的外径。

4.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，

所述输出框架端部包括位于所述第一轴承与所述密封构件之间的止挡部(29)，所述止挡部从所述轴孔的内壁径向向内地突出。

5.根据权利要求1所述的驱动装置，还包括：

控制电路单元(40)，所述控制电路单元(40)对绕所述定子或所述转子缠绕的线圈的通电进行控制，其中，

所述控制电路单元设置在所述第一轴承与所述第二轴承之间。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其中，

所述控制电路单元设置成比所述定子和所述转子更靠近所述第二轴承，以及

所述第二轴承相对于所述控制电路单元设置在与所述定子和所述转子相反的一侧。

7.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，

所述偏置构件是多螺旋波状垫圈。