JP2002234449A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ボールスクリュー式ラックアシスト
タイプにおける電動モータとしてのブラシレスマグネッ
トモータであり、駆動用マグネットとロータシャフト
（回転子）間の接着耐久性の強化を得るモータ組立てを
なし、平坦な磁束の位相範囲を増大させて矩形波形状の
着磁波形を改善し、トルク特性の向上を得られる電動式
パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】ラック軸２２に対して補助操舵力を発生さ
せるブラシレスマグネットモータ１０と、このモータの
ロータシャフト１０ｃおよび、このシャフト周面に嵌め
込まれ一体化をなす駆動用マグネット１０ｂと、シャフ
トとマグネットとの接合面に設けられ、軸方向に沿って
隙間を存する溝部３０とを具備し、溝部はマグネットの
極数と同一数だけ設けられ、溝部の円周方向の幾何学的
中心はマグネットの磁極中心と合致するように位置設定
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動式パワーステ
アリング装置に係わり、特に、電動モータとして用いら
れるブラシレスマグネットモータの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に用いられるパワーステアリング装
置として、従来の油圧式に代って、電動式が多用される
傾向にある。この種の電動式パワーステアリング装置は
複数種の形態があるが、電動モータをラック・アンド・
ピニオン式ステアリング機構を構成するラック軸に直接
的に連結させたタイプがある。

【０００３】すなわち、上記電動モータは、その回転出
力をボールスクリュー機構を介してラック軸に伝達し、
このラック軸の長手方向の推力に変換するようにした、
ボールスクリュー式ラックアシストタイプである。

【０００４】このような構造の電動式パワーステアリン
グ装置では、電動モータのモータシャフトがラック軸と
同軸となるので、ステアリングコラム周囲に電動モータ
を設けたタイプと比較して、ステアリングコラム周辺の
構成をよりコンパクトにでき、またアシスト力を効率的
に伝達できるという利点がある。

【０００５】ところで、上記電動モータとして、車両に
搭載されるＤＣモータは、始動から定格回転までの低回
転域において高いトルクと自由な回転数が得られ、急速
な立上りに対応できる特徴がある。

【０００６】このＤＣモータのうちの、特に、ブレシレ
スマグネットモータは、回転子の巻線に電流を送るため
の整流子やブラシに代って、トランジスタでスイッチン
グするので運転騒音が低く耐久性があり、故障に対する
信頼性が高い。

【０００７】このブラシレスマグネットモータでは、回
転子であるロータ組立ての一部を構成するロータシャフ
ト外周面に駆動用マグネットが嵌め込まれ、互いに一体
化をなしている。

【０００８】そして、上記駆動用マグネットの外周面と
狭小の間隙を介して、固定子が配置される。この固定子
には、複数の励磁相からなるコイルが巻装され、かつラ
ックハウジング内に取付け固定されている。

【０００９】上記駆動用マグネットは軸方向に所定の長
さを有し、断面はリング状に形成される。このマグネッ
トを上記ロータシャフトに固定するには、両者間に接着
剤を介在させる接着固定による。

【００１０】これらの組み立てにあたって、はじめ、ロ
ータシャフトの外周と駆動用マグネットの内周を、それ
ぞれ完全円形となし、少なくともいずれか一方の周面に
接着剤を塗布して嵌め込んでいた。

【００１１】しかしながら、ロータシャフトとマグネッ
トの両方の周面にたとえ多量の接着剤を塗布しても、互
いに嵌め込んだ状態で接着剤のほとんど大部分がづれ出
てしまい、実際に有効な接着剤量はわずかであって、信
頼性が低い。

【００１２】そこで、図７（Ａ）に示すように、ロータ
シャフトＲ外周面に、これと同心の円周方向に沿って凹
部である溜り溝ａを複数設けるようになった。そして、
予めこれら溜り溝ａに接着剤を塗布しておき、図７
（Ｂ）に示すように、軸方向に所定の長さを有し、断面
リング状の駆動用マグネットＭをロータシャフトＲに嵌
め込んでいる。

【００１３】一方、従来から、マグネットに矩形波状着
磁を行うことが知られている。これは、リング状マグネ
ットにおいて、いそうに対する磁束の変化を観察した場
合、磁束波形形状が矩形（方形）をなす、もしくは台形
等の近似形状をなす着磁方法である。

【００１４】上記駆動用マグネットＭに、上記の矩形波
状着磁を行う場合は、その着磁形状を改善するにあた
り、上記ロータシャフトＲに対しては特別な対策を施し
ていなかった。すなわち、これまでは着磁ヨークの検討
により着磁形状を改善して対応していた。

【００１５】ただし、磁束波形形状が、ほぼ正弦波（Ｓ
ＩＮ波）をなす、もしくは近似形状をなす着磁方式であ
る正弦波状着磁の場合は、たとえば特開平１１−３１３
４５３号に開示されているように、各マグネットの磁極
Ｎ−Ｓ極の磁極分岐位置に対向して、マグネットとロー
タシャフト間に隙間を設けた技術がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図７（Ａ）（Ｂ）に示
すように、上記ロータシャフトＲに溜り溝ａを設けた場
合は、駆動用マグネットＭを嵌め込んだ際にづれ出る接
着剤の量を抑制できるが、軸方向に短いマグネットＭを
複数連ねるのと同様の構成となるので、一部の溜り溝ａ
とマグネットＭ間で接着剤が不足する虞れがある。

【００１７】結局は、両者を固着させるのに充分な量の
接着剤が溜り溝ａ内に停留しない。そのため、モータ内
で発生する熱およびロータシャフトＲの回転トルクによ
って、マグネットＭが円周方向に空転することも起こり
得る。

【００１８】さらには、駆動用マグネットＭなどから構
成される磁気回路において、パーミアンス（透磁性）の
低下があって、ロータシャフトＲの軸方向においてパー
ミアンスのバランスの悪化となる。

【００１９】すなわち、シャフトの全円周に亘ってマグ
ネット内径とエアギャップ（空隙）が存在するため、そ
の箇所ではパーミアンスが低下する。さらにこの空隙
は、軸方向にある間隔をもって飛び飛びに存在するた
め、軸方向に対してのパーミアンスのバラツキが大きく
なる。

【００２０】このことから、ロータシャフトＲの回転バ
ランスの悪化を招き、モータ出力の低下をきたして、回
転性能の低下に繋がってしまう。

【００２１】矩形波着磁波形の改善をなすには、着磁形
状が図６の（Ａ）から（Ｂ）に示すように、形状がより
台形波に近づいて、トルク発生に寄与する有効磁束範囲
を、より拡大させなければならない。

【００２２】これに対して、先に説明した特開平１１−
３１３４５３号によれば、マグネットとロータシャフト
間の隙間を設けることで、マグネットの着磁波形は正弦
波状に近づくが、その隙間がマグネットの磁極分岐位置
に対向して設けられているので、モータのトルク特性が
低下してしまう欠点がある。

【００２３】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、ボールスク
リュー式ラックアシストタイプにおける電動モータは、
ブラシレスマグネットモータを用いることを前提とし
て、駆動用マグネットと回転子間の接着耐久性の強化を
得るモータ組立てをなし、平坦な磁束の位相範囲を増大
させて矩形波形状の着磁波形を改善し、トルク特性の向
上を得られる電動式パワーステアリング装置を提供しよ
うとするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
請求項１の発明のボールスクリュー式ラックアシストタ
イプの電動式パワーステアリング装置は、ラック軸に対
して補助操舵力を発生させる電動モータであるブラシレ
スマグネットモータと、このブラシレスマグネットモー
タのモータシャフトをなす回転子および回転子周面に嵌
め込まれ一体化をなす駆動用マグネットと、回転子と駆
動用マグネットとの接合面に設けられ軸方向に沿って隙
間を存する溝部とを具備し、上記溝部はマグネットの磁
極数と同一数だけ設けられ、その溝部の円周方向の幾何
学的中心はマグネットの磁極中心と合致するように位置
設定されることを特徴とする。

【００２５】請求項２として、請求項１記載の電動式パ
ワーステアリング装置において上記溝部は、上記回転子
の周面に設けられることを特徴とする。

【００２６】請求項３として、請求項１記載の電動式パ
ワーステアリング装置において上記溝部は、互いに任意
で、かつ互いに同一の断面形状をなすことを特徴とす
る。

【００２７】このような課題を解決する手段を採用する
ことにより、ブラシレスマグネットモータにおいて、駆
動用マグネットに対する接着力の増大化による接着耐久
性の強化を得られるモータ組立てをなし、磁束が平坦と
なる位相範囲が増大して矩形波形状の着磁波形を改善で
き、トルク特性の向上を得られる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１は、車両に装備される電動
式パワーステアリング装置の構成を概念的に示す図であ
る。

【００２９】ステアリングホイール１は、ステアリング
シャフト２の入力軸２ａに連結され、この入力軸２ａ下
端は、トルクセンサ３を介してステアリングシャフト２
の出力軸２ｂ上端に連結される。

【００３０】上記トルクセンサ３は、ステアリングシャ
フト２の入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出する
ものであり、運転者がステアリングホイール１を操舵操
作することによってステアリングシャフト２に生じる捩
れの大きさと方向に応じたトルク検出信号をコントロー
ラ１３に出力するようになっている。

【００３１】上記ステアリングシャフト２の出力軸２ｂ
下端は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフ
ト５の上端に連結され、このロアシャフト５下端はユニ
バーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７の上
端に連結されている。

【００３２】上記ピニオンシャフト７下端には図示しな
いピニオンが連結されていて、このピニオンはラック軸
のラック歯に噛合している。そして、ラック軸周囲のラ
ックハウジング８内には、後述する電動モータであるブ
ラシレスマグネットモータ（以下、マグネットモータと
言う）１０が配置されている。

【００３３】上記マグネットモータ１０を駆動制御し、
操舵系への操舵補助力の制御を行うために、上記コント
ローラ１３が備えられる。このコントローラ１３は、バ
ッテリ１１から電源を供給されることにより作動するよ
うになっている。

【００３４】バッテリ１１の負極は接地され、正極はエ
ンジン始動をなすイグニッションスイッチ１２およびヒ
ューズ１４ａを介してコントローラ１３に接続されると
ともに、ヒューズ１４ｂを介してコントローラ１３に直
接接続される。

【００３５】このようにしてコントローラ１３は、トル
クセンサ３からのトルク検出信号と、たとえば図示しな
い変速機の出力軸に配設された車速センサ１５からの車
速検出信号とにもとづき、上記マグネットモータ１０を
駆動制御する。

【００３６】図２は、上記マグネットモータ１０と、ボ
ールスクリュー機構を説明するための断面図である。ラ
ックハウジング８の小径円筒部にボールスクリューナッ
ト２０が内包され、かつ大径円筒部に上記マグネットモ
ータ１０が内包される。また、ラックハウジング８の図
の右側端部は、固定具を介して取付け固定されるピニオ
ン側ハウジング８ａにより閉止される。

【００３７】これらラックハウジング８およびピニオン
側ハウジング８ａ内に、ラック軸２２が挿通される。こ
のラック軸２２の両側端は、タイロッド９ａ，９ｂを介
して図示しない操行機構に連結される。

【００３８】上記マグネットモータ１０は、ラックハウ
ジング８内周に嵌着固定され、複数の励磁相からなるコ
イルが巻装される固定子１０ａと、この固定子１０ａの
内周面とは狭小の間隙を介して対向する位置にあり、か
つ回転子１０ｂの周面に後述するようにして取付けられ
る駆動用マグネット１０ｃから構成される。

【００３９】上記ボールスクリューナット２０は、その
内周面に螺旋状の内ねじ溝２０ａが設けられ、上記ラッ
ク軸２２の一部に形成される外ねじ溝２０ｂに対向して
いる。これら内ねじ溝２０ａと外ねじ溝２０ｂとで転動
路が形成されていて、ここに複数のボール２１が転動自
在に収容されている。

【００４０】上記ボール２１は、ボールスクリューナッ
ト２０とラック軸２２が相対回転する際に生じる摩擦力
の軽減用である。なお、ボールスクリューナット２０
は、その内部に循環路２０ｃを有し、ボールスクリュー
ナット２０の回転時に、循環路２０ｃを介してボール２
１は循環可能となっている。

【００４１】このようにして構成されるボールスクリュ
ー式ラックアシストタイプの電動式パワーステアリング
装置であって、以下に述べるように作用する。車両が直
進状態にあり、ステアリングホイール１からラック軸２
２へ操舵力が入力されていない場合は、トルクセンサ３
から出力されるトルク検出信号はゼロもしくは低い値で
あるため、コントローラ１３はマグネットモータ１０を
回転駆動しない。

【００４２】一方、車両がカーブを曲ろうとする場合
は、ステアリングホイール１が操舵されて操舵力がラッ
ク軸２２に伝達され、トルクセンサ３から操舵トルクに
応じたトルク検出信号がコントローラ１３へ出力され
る。

【００４３】上記コントローラ１３は、速度センサ１５
からの検出信号も判断材料として、適切なトルクとなる
ようマグネットモータ１０を制御する。これにより、ラ
ック軸２２とボールスクリューナット２０が回転駆動さ
れ、ラック軸２２を左もしくは右方向に移動させて補助
操舵力を発生させる。

【００４４】つぎに、図３（Ａ）（Ｂ）にもとづいて、
マグネットモータ１０を構成する駆動用マグネット１０
ｂと、回転子（以下、ロータシャフトと言う）１０ｃと
の組立て一体化構造について説明する。

【００４５】上記駆動用マグネット１０ｂは、断面リン
グ状に形成され、所定の軸方向長さを有する筒体形状で
あって、それ単体、もしくは複数個を同軸上に連ねた構
成をなしている。駆動用マグネット１０ｂの磁極Ｎ−Ｓ
の数は、２ｎ極（ｎ＝１，２，３，……）に着磁されて
いて、ここでは、たとえば４極からなる。

【００４６】一方、ロータシャフト１０ｃの駆動用マグ
ネット１０ｂを嵌め込むべき部位には、マグネット１０
ｂ内周面と対向する周面を軸方向に平面的に切断する溝
部３０が設けられている。

【００４７】なお説明すれば、上記溝部３０はロータシ
ャフト１０ｃの外周面に軸方向に沿って、複数、所定間
隔を存して削成される平坦面である。上記溝部３０の数
は、マグネット１０ｂに着磁された極数と同じ数だけ設
けられていて、ここではマグネット１０ｂが４極である
ので、溝部は４ヶ所設けられる。

【００４８】しかも、溝部３０を形成する平坦面の幾何
学的中心が駆動用マグネット１０ｂのそれぞれの磁極Ｎ
−Ｓの中心と位相が一致するように組立てられる。この
ことにより、ロータシャフト１０ｃとマグネット１０ｂ
との間に隙間Ｋが形成される。この隙間Ｋの中心は、す
なわち溝部３０の中心Ａａであり、かつマグネット１０
ｂの磁極Ｎ−Ｓの中心Ａｂでもある。

【００４９】なお、ロータシャフト１０ｃと駆動用マグ
ネット１０ｂを互いに固定するのに、接着手段が用いら
れる。すなわち、少なくとも、いずれか一方の接合面に
接着剤を塗布したあと、互いに嵌め込む。

【００５０】接着剤が凝固すれば、ロータシャフト１０
ｃと駆動用マグネット１０ｂは互いに接着固定されるの
だが、特に、ロータシャフト１０ｃ周面に溝部３０を設
けてマグネット１０ｂに対し隙間Ｋを形成したので、こ
の隙間Ｋに他の接合面よりも多い量の接着剤が溜まっ
て、より強固な接着固定がなされる。

【００５１】このようにして構成することにより、マグ
ネット１０ｂの着磁波形が改善される。すなわち、着磁
波形が図６（Ｂ）に示すように、着磁波形の頂点が、よ
り平坦になり、より台形波に近づくこととなり、マグネ
ット１０ｂのトルク発生に寄与する有効磁束の位相範囲
が増加して、トルク向上が得られる。

【００５２】そして、ロータシャフト１０ｃの軸方向に
おけるパーミアンスの変化が減少する。すなわち、ロー
タシャフト１０ｃの断面（磁路）形状を軸方向に見たと
きの形状の変化が無くなり、どの部位での断面（磁路）
も同一形状をなす。

【００５３】ロータシャフト１０ｃの各部において、ト
ルクリップルや振動の発生が従来のものよりも抑制し
て、トルク特性の安定化が得られる。

【００５４】さらに、上記溝部３０を備えたので、ロー
タシャフト１０ｃとマグネット１０ｂ間により多くの接
着剤を停留させるための隙間Ｋを確保でき、熱や回転ト
ルクによってマグネット１０ｂが円周方向に空転するよ
うなこともない。

【００５５】図４は、先に説明したロータシャフト１０
ｃに設けられる溝部３０とは異なる断面形状の溝部３０
Ａを備えた例である。すなわち、溝部３０Ａの断面形状
として、両側部が立上り略Ｕ字状に形成される。駆動用
マグネット１０ｂの磁極数は変わらないところから、溝
部３０Ａが設けられる数も変更なく、かつマグネット１
０ｃに対する溝部３０Ａの位置的な限定も同様である。
したがって、上述のものと全く同様の効果が得られる。

【００５６】図５は、駆動用マグネット１０ｂを６極と
した例であり、ロータシャフト１０ｃに設けられる溝部
３０の数も６個になる。また、溝部３０を設けることに
よって形成される隙間Ｋの幾何学的中心が、マグネット
１０ｂの磁極中心と合致するようにマグネット１０ｂと
ロータシャフト１０ｃの相対位置を設定することは変わ
りがない。したがって、上述のものと全く同様の効果が
得られる。

【００５７】なお、駆動用マグネット１０ｂに、マグネ
ットの回転時にステータから見て磁極（Ｎ／Ｓ）の切り
換りが急峻にならぬように、軸中心に対してマグネット
表面において角度をつけて行う、いわゆるスキュウ着磁
を行う場合は、上記溝部に対しても着磁と同位相・同角
度に設定する。また、駆動用マグネット１０ｂの断面形
状については、リング形状ばかりでなく、セグメント形
状のマグネットにおいても同様に適用できる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ボ
ールスクリュー式ラックアシストタイプの電動モータと
してブラシレスマグネットモータを用いることを前提と
して、ロータシャフトとマグネット間に、より多くの接
着剤を溜める空間を軸方向に形成することにより、ロー
タシャフトとマグネット相互の接着力の増大化と、接着
耐久性の強化を得られ、かつ磁束が平坦となる位相範囲
が増大して矩形波形状の着磁波形を改善でき、トルク特
性の向上を得られるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す、電動式パワーステ
アリング装置の概略構成図。

【図２】同実施の形態を示す、電動式パワーステアリン
グ装置におけるマグネットモータと、ボールスクリュー
機構を説明するための断面図。

【図３】同実施の形態の、マグネットモータにおけるロ
ータシャフトと駆動用マグネットとの嵌め合いを説明す
る図。

【図４】他の実施の形態の、マグネットモータにおける
ロータシャフトと駆動用マグネットとの嵌め合いを説明
する図。

【図５】さらに他の実施の形態の、マグネットモータに
おけるロータシャフトと駆動用マグネットとの嵌め合い
を説明する図。

【図６】互いに異なる形状の、矩形波状着磁波形を示す
図。

【図７】従来の、ブラシレスマグネットローラにおける
ロータシャフトと駆動用マグネットとの嵌め合いを説明
する図。

【符号の説明】

２２…ラック軸、 １０…ブラシレスマグネットモータ、 １０ｃ…ロータシャフト（回転子）、 １０ｂ…駆動用マグネット、 Ｋ…隙間、 ３０…溝部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA02 CA03 CA13 CA16 CA28 JB01 JB18 5H002 AA04 AA08 AB07 AC06 AC08 AE08 5H019 AA02 CC03 CC09 5H622 AA02 CA01 CA05 CA10 CA13 PP01 PP10 PP19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールスクリュー式ラックアシストタイプ
   の電動式パワーステアリング装置において、 ラック軸に対して補助操舵力を発生させる電動モータで
   あるブラシレスマグネットモータと、 このブラシレスマグネットモータのモータシャフトをな
   す回転子および、この回転子周面に嵌め込まれ一体化を
   なす駆動用マグネットと、 上記回転子と駆動用マグネットとの接合面に設けられ、
   軸方向に沿って隙間を存する溝部とを具備し、 上記溝部は、上記マグネットの磁極数と同一数だけ設け
   られ、その溝部の円周方向の幾何学的中心は、マグネッ
   トの磁極中心と合致するように位置設定されることを特
   徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】上記溝部は、上記回転子の周面に設けられ
   ることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステア
   リング装置。
3. 【請求項３】上記溝部は、互いに任意で、かつ互いに同
   一の断面形状をなすことを特徴とする請求項１記載の電
   動式パワーステアリング装置。