JP2004003537A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構造で大きな出力を発生できる電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】出力シャフト３は操舵補助力発生用電動モータ３２のロータ３８により覆われる。ロータ３８と同軸中心に同行回転するキャリア４１により、第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３がロータ３８と平行な軸中心に回転可能に支持される。第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３は同軸中心に同行回転する。第１遊星ギヤ４２に噛み合う内歯を有する第１リングギヤ４４はロータ３８を支持するハウジング５ａに対して固定される。第２遊星ギヤ４３に噛み合う内歯を有する第２リングギヤ４５は出力シャフト３と同行回転する。ロータ３８と第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３はロータ３８軸方向に沿って並列する。キャリア４１、両遊星ギヤ４２、４３、両リングギヤ４４、４５を有する減速用遊星ギヤ機構３３を介してロータ３８の回転が出力シャフト３に伝達される。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータのロータの回転を、減速用遊星ギヤ機構を介して出力シャフトに伝達する電動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータと減速用遊星ギヤ機構とを備える電動アクチュエータとを備える電動アクチュエータが汎用されている。例えば、その電動アクチュエータにより操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が用いられている。その電動パワーステアリング装置においては、電動モータの筒状ロータにより出力シャフトであるステアリングシャフトを覆い、そのロータの回転を遊星ギヤ機構を介してステアリングシャフトに伝達している。
【０００３】
そのような電動パワーステアリング装置を大きな操舵補助力が必要な中型や大型の車両において用いる場合、モータの大型化によりロータ径を大きくし、また、ロータの回転速度に対するステアリングシャフトの回転速度の比を小さくする必要がある。そこで、その遊星ギヤ機構として第１遊星ギヤと第２遊星ギヤを有する２段遊星ギヤ機構を用いることで、ロータの回転速度に対するステアリングシャフトの回転速度の比を小さくすることが考えられる。
【０００４】
例えば特公平４−５０２２７号に開示されている電動パワーステアリング装置に用いられている電動アクチュエータの遊星ギヤ機構は、そのロータに同行回転するよう取り付けられるサンギヤと、サンギヤに噛み合う第１遊星ギヤと、第１遊星ギヤを支持する第１キャリアと、第１キャリアと同行回転する第２サンギヤと、第２サンギヤに噛み合う第２遊星ギヤと、第１遊星ギヤと第２遊星ギヤに噛み合うリングギヤと、第２遊星ギヤを支持する第２キャリアとを有する。その第２キャリアがステアリングシャフトに連結されることで、遊星ギヤ機構を介してロータの回転がステアリングシャフトに伝達される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電動アクチュエータにおいては、モータのロータと同行回転するサンギヤの外歯に第１遊星ギヤが噛み合い、その第１遊星ギヤにリングギヤが噛み合う。すなわち、ロータの径方向における外方に第１遊星ギヤが配置され、その第１遊星ギヤの径方向における外方にリングギヤが配置されることになる。そのため、ロータの径方向における遊星ギヤ機構の寸法が大きくなる。また、遊星ギヤ機構の構成部品の支持が不安定であると振動や騒音が発生し、部品点数が多くなると組立や加工に要する手間とコストが増大する。さらに、２段遊星ギヤ機構においては入力速度に対する出力速度の比が小さくなると回転伝達効率が急激に低下する。そのため、製造誤差が大きいと回転伝達効率が低下する。
本発明は、上記課題を解決することのできる電動アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動アクチュエータは、出力シャフトと同行回転する出力部材と、出力シャフトを覆うと共に出力シャフトと同軸心に配置される筒状ロータを有する電動モータと、そのロータを支持するハウジングと、キャリア、第１遊星ギヤ、第１リングギヤ、第２遊星ギヤおよび第２リングギヤを有する減速用遊星ギヤ機構とを備える。そのキャリアはロータと同軸中心に同行回転し、その第１遊星ギヤはキャリアによりロータと平行な軸中心に回転可能に支持され、その第２遊星ギヤは第１遊星ギヤと同軸中心に同行回転すると共にキャリアにより支持され、その第１リングギヤは第１遊星ギヤに噛み合う内歯を有すると共にハウジングに対して固定され、その第２リングギヤは出力シャフトと同行回転すると共に第２遊星ギヤに噛み合う内歯を有し、そのロータと第１遊星ギヤと第２遊星ギヤはロータ軸方向に沿って並列され、その遊星ギヤ機構を介してロータの回転が出力シャフトに伝達される。
本発明によれば、ロータと同軸中心に同行回転するキャリアによって第１遊星ギヤと第２遊星ギヤを支持することで、ロータと第１遊星ギヤと第２遊星ギヤをロータ軸方向に沿って並列させることができる。その第１遊星ギヤと第２遊星ギヤはリングギヤの内歯に噛み合う。よって、ロータの径方向における外方に第１遊星ギヤが配置される場合に比べ、ロータ径方向における遊星ギヤ機構の寸法を小型化できる。この場合、ロータの軸方向から視て、ロータと両遊星ギヤとが互いに重なる部分を有するのが好ましい。これによって径方向寸法をより小さくできる。
【０００７】
そのロータの一端側は、そのハウジングにより第１ベアリングを介して支持され、そのロータの他端側は前記キャリアと一体化され、そのキャリアは、そのハウジングにより第２ベアリングを介して支持されるのが好ましい。
これにより、キャリアは第１、第２ベアリングとロータを介してハウジングにより安定して支持されるので、振動や騒音の発生を抑制できる。さらに、ロータとキャリアを共通の第２ベアリングにより支持することで部品点数を少なくし、組立に要する手間とコストを低減できる。
そのロータとキャリアを単一素材から一体成形するのが好ましい。これにより部品点数を低減し、組立に要する手間とコストをより低減できる。
【０００８】
図１は、本発明における遊星ギヤ機構の回転伝達効率Ｅと回転伝達比Ｊとの関係を示す。図１において、Ｅはロータから出力シャフトへの回転伝達効率、Ｒｒはロータ回転速度、Ｒｓは出力シャフト回転速度、第１遊星ギヤの歯数をＺ１ａ、第２遊星ギヤの歯数をＺ２ａ、第１リングギヤの歯数をＺ１ｂ、第２リングギヤの歯数をＺ２ｂとしてＪ＝Ｚ１ａ・Ｚ２ｂ／（Ｚ２ａ・Ｚ１ｂ）である。なお、Ｚ１ｂ＞Ｚ２ｂである。図１において実線はＥとＪとの関係を示し、破線はＲｓ／ＲｒとＪとの関係を示す。この図１より、Ｒｓ／Ｒｒを小さくし、且つ、Ｅが小さくなり過ぎるのを防止するためには、Ｊの変動、すなわち遊星ギヤ機構での回転伝達比の変動を抑制する必要があるのを確認できる。よって、そのキャリアは第２ベアリングの内周に圧入され、その第２ベアリングは前記ハウジングの内周に圧入されるのが好ましい。これにより、キャリアの回転中心とロータの回転中心との同心精度が組立誤差により大きくなるの抑制できるので、遊星ギヤ機構の回転伝達比が変動することによる回転伝達効率の低下を防止できる。
そのキャリアを支持する第２ベアリングは、ハウジングの内周に形成された段差と、そのハウジングに圧入された前記第１リングギヤとにより挟み込まれるのが好ましい。これにより、第２ベアリングの振動を抑制でき、しかも第１リングギヤを利用するので部品点数を低減できる。さらに、遊星ギヤ機構により伝達される回転力を受ける第１リングギヤの組立誤差を小さくでき、回転力を伝達する第１遊星ギヤの運動を安定させ、振動や騒音を抑制できる。そのハウジングへの第１リングギヤの圧入は軽圧入とし、ピンによりそのハウジングに対して第１リングギヤを固定するのが好ましい。これにより組み立てを容易に行うことができる。
【０００９】
前記第１遊星ギヤの個数は複数とされ、各第１遊星ギヤは前記ロータの周方向において互いに等間隔に配置され、前記第２遊星ギヤの個数は第１遊星ギヤの数と同数とされ、各第２遊星ギヤは前記ロータの周方向において互いに等間隔に配置され、各第１遊星ギヤのモジュールと各第２遊星ギヤのモジュールとは互いに等しくされ、各第１遊星ギヤの歯数は第１遊星ギヤの個数の整数倍とされ、各第２遊星ギヤの歯数は第２遊星ギヤの個数の整数倍とされているのが好ましい。これにより、複数の第１遊星ギヤの回転中心と複数の第２遊星ギヤの回転中心を円周上に等間隔に配置することで、安定し且つ効率の良い回転伝達ができる。
さらに、互いに同行回転する第１遊星ギヤと第２遊星ギヤは、それぞれの周方向における少なくとも一つの歯の位置が互いに等しくされているのが好ましい。これにより、組立工数において第１リングギヤに第１遊星ギヤを噛み合わせた後に、第１遊星ギヤと同行回転する第２遊星ギヤに第２リングギヤを噛み合わせるのが容易になる。よって、組立工数を低減し、組み立て誤差に起因してギヤの噛み合い部に作用するストレスを小さくすることで耐久性を向上し、回転伝達時における部品のアライメントの狂いによる回転伝達効率低下を防止できる。
互いに同行回転する第１遊星ギヤと第２遊星ギヤとが単一素材から歯切り成形されるのが好ましい。これにより、部品点数を低減し、組立に要する手間とコストをより低減できる。
【００１０】
そのキャリアに形成されたシャフト支持孔に、そのロータの軸心に平行な軸心を有する支持シャフトの一端が圧入され、その支持シャフトは前記第１遊星ギヤと第２遊星ギヤとに同軸中心に相対回転可能に挿入され、その支持シャフトの他端は、そのキャリアに固定される受け部材に形成されたシャフト支持孔に圧入されるのが好ましい。
これにより、ロータの軸方向から第１遊星ギヤと第２遊星ギヤとを容易にキャリアに組み付けることができる。また、複数の第１遊星ギヤの回転中心と複数の第２遊星ギヤの回転中心を円周上に等間隔に配置する場合、その配置精度を向上できる。よって、組み立て誤差に起因してギヤの噛み合い部に作用するストレスを小さくし、複数の遊星ギヤに伝達荷重を極力均等に配分することで耐久性を向上し、さらなる小型化が可能になる。
【００１１】
前記出力部材は、第２リングギヤが圧入される外筒部と、前記出力シャフトが同行回転するように挿入される内筒部と、その外筒部と内筒部とを連結する連結部とを有するのが好ましい。
これにより第２リングギヤと出力シャフトとの連結を容易に且つ精度良く行うことができ、振動や騒音の発生を抑制できる。
その出力部材の外筒部への第２リングギヤの圧入は軽圧入とし、ピンによりその外筒部に対して第２リングギヤを固定するのが好ましい。その内筒部の内周と出力シャフトの外周にセレーションやスプライン等の凹凸を設け、その凹凸を介して内筒部に出力シャフトを同行回転するように圧入するのが好ましい。これにより、さらに組み立てを容易に行うことができると共に振動や騒音の発生を抑制できる。
さらに、その連結部とキャリアとの間に第１、第２遊星ギヤと第１、第２リングギヤとを配置するのが好ましい。これにより小さいスペースに遊星ギヤ機構を配置することができる。
【００１２】
第１、第２遊星ギヤ、第１、第２リングギヤは平歯車とするのが好ましい。これにより、組立が容易になり組立工数を大幅に低減できる。あるいは、第１、第２遊星ギヤ、第１、第２リングギヤをハスバ歯車とし、第１遊星ギヤと第１リングギヤの歯すじ方向と第２遊星ギヤと第２リングギヤの歯すじ方向とを互いに逆方向とすることで、第１遊星ギヤと第１リングギヤとの噛み合いにより生じるスラスト力と第２遊星ギヤと第２リングギヤとの噛み合いにより生じるスラスト力とを相殺してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２〜図４に示す電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２と、そのステアリングホイール２の操舵により回転するステアリングシャフト（出力シャフト）３と、そのステアリングシャフト３により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４と、その検出トルクに応じて駆動される電動アクチュエータ５と、そのステアリングシャフト３を覆うステアリングコラム６とを備える。そのステアリングシャフト３の回転はステアリングギヤ（図示省略）により舵角が変化するように車輪に伝達される。そのステアリングギヤは公知のものを用いることができ、例えばラックピニオン型ステアリングギヤを用いることができる。
【００１４】
図３、図４に示すように、ステアリングシャフト３は筒状第１シャフト３ａ、筒状第２シャフト３ｂおよび筒状第３シャフト３ｃを有する。第１シャフト３ａの一端はステアリングホイール２に連結され、他端はピン１２を介して第２シャフト３ｂの一端に連結されている。第２シャフト３ｂの他端は第３シャフト３ｃの一端に形成された凹部３ｃ′に挿入されている。第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとにトーションバー１５が挿入され、そのトーションバー１５の一端が第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとにピン１２を介して連結され、他端が第３シャフト３ｃにピン１７を介して連結されている。本実施形態では第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとの相対的な傾きはトーションバー１５のみにより規制され、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとの間に傾き規制のためのブッシュ等は介在しないものとされている。第１シャフト３ａはベアリング１１を介してステアリングコラム６により支持され、ステアリングコラム６はトルクセンサ４のセンサハウジング４ａに圧入されることで固定されている。第２シャフト３ｂはベアリング１４を介してセンサハウジング４ａにより支持されている。第３シャフト３ｃの一端はベアリング１８を介してセンサハウジング４ａに圧入されたレゾルバ押さえ７により支持され、他端側はニードルベアリング１９を介してアクチュエータ５のハウジング５ａに圧入されたレゾルバ押さえ３９ａにより支持されている。そのセンサハウジング４ａとアクチュエータ５のハウジング５ａは車体に対してブラケット等を介して固定される。これにより、ステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じたトーションバー１５の捩れにより、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは弾性的に相対回転する。図５に示すように、第２シャフト３ｂの他端外周と第３シャフト３ｃの凹部３ｃ′の内周とは非円形に沿い、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの相対回転角が大きくなると互いに当接する。これにより、第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃの相対回転範囲が制限されることでトーションバー１５の破損が防止される。
【００１５】
図３に示すように、トルクセンサ４は、第２シャフト３ｂの回転角を検出する第１レゾルバ２１と、第３シャフト３ｃの回転角を検出する第２レゾルバ２２とを有する。
【００１６】
第１レゾルバ２１は、第２シャフト３ｂの外周に同行回転するように嵌め合わされる環状の第１レゾルバロータ２１ａと、センサハウジング４ａの内周に嵌め合わされる環状の第１レゾルバステータ２１ｂとを有する。第１レゾルバロータ２１ａの内周と第２シャフト３ｂの外周の中の一方に少なくとも一つの凹部が形成され、他方にその凹部に周方向のクリアランスを介して嵌め合わされる凸部が形成される。これにより第１レゾルバロータ２１ａの第２シャフト３ｂに対する周方向における概略の位置決めが行われる。本実施形態では、図６に示すように第１レゾルバロータ２１ａの内周に形成された凸部２１ａ′が、第２シャフト３ｂの外周に形成された凹部３ｂ′に嵌め合わされている。その概略の位置決め後に第１レゾルバロータ２１ａが第２シャフト３ｂに圧入されることで、第１レゾルバロータ２１ａと第２シャフト３ｂは同行回転する。
【００１７】
第２レゾルバ２２は、第３シャフト３ｃの外周に同行回転するように嵌め合わされる環状の第２レゾルバロータ２２ａと、センサハウジング４ａの内周に嵌め合わされる環状の第２レゾルバステータ２２ｂとを有する。第２レゾルバロータ２２ａの内周と第３シャフト３ｃの外周の中の一方に少なくとも一つの凹部が形成され、他方にその凹部に周方向のクリアランスを介して嵌め合わされる凸部が形成される。これにより第２レゾルバロータ２２ａの第３シャフト３ｃに対する周方向における概略の位置決めが行われる。本実施形態では、第２レゾルバロータ２２ａの内周に形成された凸部２２ａ′に第３シャフト３ｃの外周に形成された凹部３ｃ″が嵌め合わされている。その概略の位置決め後に第２レゾルバロータ２２ａが第３シャフト３ｃに圧入されることで、第２レゾルバロータ２２ａと第３シャフト３ｃは同行回転する。
【００１８】
第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂとの間に筒状のスペーサ２３が配置されている。第１レゾルバステータ２１ｂとスペーサ２３の中の一方に少なくとも一つの凹部が形成され、他方にその凹部にクリアランスを介して嵌め合わされる凸部が形成される。第２レゾルバステータ２２ｂとスペーサ２３の中の一方に少なくとも一つの凹部が形成され、他方にその凹部にクリアランスを介して嵌め合わされる凸部が形成される。第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂとスペーサ２３は、センサハウジング４ａの内周にクリアランスを介して嵌め合わされる。これにより、第１レゾルバステータ２１ｂの第２レゾルバステータ２２ｂに対する周方向における概略の位置決めが行われる。本実施形態では、第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂに形成された凹部２１ｂ′、２２ｂ′に、スペーサ２３に一体的に形成された凸部２３ａ′、２３ｂ′が嵌め合わされている。その概略の位置決め後に、両レゾルバステータ２１ｂ、２２ｂとスペーサ２３は、センサハウジング４ａに圧入されるレゾルバ押さえ７とセンサハウジング４ａの内周に形成された段差４ａ′とにより挟み込まれ、センサハウジング４ａに固定される。
そのスペーサ２３に形成される凸部２３ａ′、２３ｂ′に代えて、スペーサ２３に取り付けたピンを、凸部としてレゾルバステータ２１ｂ、２２ｂに形成された凹部に嵌め合わせてもよい。センサハウジング４ａへのレゾルバ押さえ７の圧入荷重を組立容易なように小さくし、圧入後にレゾルバ押さえ７の一部をかしめることで塑性変形させてセンサハウジング４ａに押し付けてもよい。
【００１９】
そのスペーサ２３の内周から内方に環状の磁気遮蔽部２４が延びる。その磁気遮蔽部２４により第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２との間の磁気遮蔽がなされる。第１レゾルバ２１は第２シャフト３ｂの回転角の変化に対応して位相が変化する交番信号を出力する。第２レゾルバ２２は第３シャフト３ｃの回転角の変化に対応して位相が変化する交番信号を出力する。両レゾルバ２１、２２の出力信号は信号ケーブルを介して制御装置（図示省略）に入力される。第１レゾルバ２１の信号ケーブルと第２レゾルバ２２の信号ケーブルは、両レゾルバ２１、２２の間においてまとめられ、そのまとめられたケーブル２５はスペーサ２３とセンサハウジング４ａに形成された切欠きを介してセンサハウジング４ａの外部に引き出されている。
【００２０】
図７の（１）〜（４）は、第１レゾルバ２１の出力値と時間との関係を実線で、第２レゾルバ２２の出力値と時間との関係を破線で示す。図７の（１）は、ステアリングシャフト３が右操舵方向に回転し、ステアリングホイール２側からステアリングシャフト３にトルクが作用する場合を示す。図７の（２）は、ステアリングシャフト３が左操舵方向に回転し、ステアリングホイール２側からステアリングシャフト３にトルクが作用する場合を示す。図７の（３）は、ステアリングシャフト３が右操舵方向に回転し、路面と車輪との摩擦に基づきステアリングシャフト３にトルクが作用する場合を示す。図７の（４）は、ステアリングシャフト３が左操舵方向に回転し、路面と車輪との摩擦に基づきステアリングシャフト３にトルクが作用する場合を示す。なお、ステアリングシャフト３によりトルクが伝達されていない時は第１レゾルバ２１の出力の位相と第２レゾルバ２２の出力の位相とが一致するように調節する。両レゾルバ２１、２２の励磁電圧の出力値と変化率が一定値である基準時点から一定時間経過した第１測定時点ｔ１における第１レゾルバ２１の出力値をａ１、第２レゾルバ２２の出力値をｂ１、その第１測定時点ｔ１から一定時間経過した第２測定時点ｔ２における第１レゾルバ２１の出力値をａ２、第２レゾルバ２２の出力値をｂ２とする。本実施形態の基準時点は、図７の（１）の場合は第１レゾルバ２１の出力が零で減少する時とされ、図７の（２）の場合は第１レゾルバ２１の出力が最小で変化しない時とされ、図７の（３）の場合は第２レゾルバ２２の出力が零で減少する時とされ、図７の（４）の場合は第２レゾルバ２２の出力が最小で変化しない時とされる。
【００２１】
制御装置は、その第２測定時点ｔ２における両レゾルバ２１、２２の出力値とその増減傾向から操舵方向とステアリングシャフト３へのトルクの入力側とを判断し、その判断結果に基づいてステアリングシャフト３の伝達トルクと操舵補助力を演算する。すなわち、ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＜０である場合、ステアリングホイール２側からａ２−ｂ２の大きさに対応する右操舵方向のトルクが入力されていると判断する。両レゾルバ２１、２２の出力差とトルクとの関係は予め求めて記憶し、その記憶した関係と両レゾルバ２１、２２の出力差とからトルクを求める。そのトルクの大きさに応じた右操舵方向の操舵補助力を、予め定められて記憶したトルクの大きさと操舵補助力との関係から演算する。ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＞０である場合、ステアリングホイール２側からａ２−ｂ２の大きさに対応する左操舵方向のトルクが入力されていると判断し、そのトルクの大きさに応じた左操舵方向の操舵補助力を演算する。ａ２−ａ１＜０、ｂ２−ｂ１＜０、ａ２−ｂ２＞０である場合、車輪側からａ２−ｂ２の大きさに対応する右操舵方向のトルクが入力されていると判断し、そのトルクの大きさを打ち消す左操舵方向の操舵補助力を演算する。ａ２−ａ１＞０、ｂ２−ｂ１＞０、ａ２−ｂ２＜０である場合、車輪側からａ２−ｂ２の大きさに対応する左操舵方向のトルクが入力されていると判断し、そのトルクの大きさを打ち消す右操舵方向の操舵補助力を演算する。制御装置は、その演算した操舵補助力を発生するように電動アクチュエータ５を制御する。
【００２２】
図４に示すように、電動アクチュエータ５は、操舵補助力発生用電動モータ３２と減速用遊星ギヤ機構３３とを備える。ハウジング５ａは、ボルト３０によって互いに連結される２部材５ａ′、５ａ″を有し、一方の部材５ａ′は上記センサハウジング４ａと一体成形されている。そのハウジング５ａの内周に固定されるステータ３５と、ステアリングシャフト３を覆うと共にステアリングシャフト３と同軸心に配置される筒状ロータ３８とを有する。また、本実施形態のモータ３２はブラシレスモータとされているので、ロータ３８の回転位置検出用レゾルバ３９が設けられ、このレゾルバ３９の出力信号はケーブル３９′を介して制御装置に出力される。
【００２３】
遊星ギヤ機構３３は、トルクセンサ４とモータ３２との間に配置され、キャリア４１と、複数の第１遊星ギヤ４２と、複数の第２遊星ギヤ４３と、第１リングギヤ４４と、第２リングギヤ４５とを有する。第１遊星ギヤ４２の数と第２遊星ギヤ４３の数は同数とされ、例えば３とされる。
【００２４】
ロータ３８の一端側は第１ベアリング３６を介してハウジング５ａにより支持され、そのロータ３８の他端側はキャリア４１と一体化されている。そのキャリア４１はハウジング５ａにより第２ベアリング３７を介して支持されている。すなわち、キャリア４１は第２ベアリング３７の内周に圧入され、第２ベアリング３７はハウジング５ａの内周に圧入されている。これによりキャリア４１はロータ３８と同軸中心に同行回転する。本実施形態のキャリア４１はロータ３８の他端から径方向外方に向かい延びるリング形状を有する。そのロータ３８とキャリア４１を単一素材から一体成形することで部品点数を低減し、組立に要する手間とコストを低減している。
【００２５】
そのキャリア４１により複数の第１遊星ギヤ４２と、第１遊星ギヤ４２と同数の第２遊星ギヤ４３が、ロータ３８と平行な軸中心に回転可能に支持されている。ロータ３８と第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３はロータ軸方向に沿って並列され、各第１遊星ギヤ４２はロータ３８と第２遊星ギヤ４３との間に配置される。各第１遊星ギヤ４２はロータ３８の周方向において互いに等間隔に配置され、また、各第２遊星ギヤ４３もロータ３８の周方向において互いに等間隔に配置される。これにより、第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３はステアリングシャフト３の第３シャフト３ｃを囲むように配置される。
【００２６】
各第１遊星ギヤ４２と各第２遊星ギヤ４３は一つずつ対とされ、対とされた第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３は同軸中心に同行回転する。本実施形態においては、互いに同行回転する第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３は単一素材から歯切り成形され、部品点数と組立に要する手間とコストが低減されている。また、キャリア４１に形成された複数のシャフト支持孔４１ａそれぞれに、ロータ３８の軸心と平行な軸心を有する支持シャフト４６の一端が圧入される。各支持シャフト４６はニードルベアリング４７ａ、４７ｂを介して第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３とに同軸中心に相対回転可能に挿入されている。各支持シャフト４６の他端は、環状の受け部材５２に形成されたシャフト支持孔５２ａに圧入される。その受け部材５２はキャリア４１に、例えば支柱やボルト等の連結部材（図示省略）を介して固定される。各第１遊星ギヤ４２のギヤモジュールと各第２遊星ギヤ４３のギヤモジュールとは互いに等しくされ、各第１遊星ギヤ４２の歯数は第１遊星ギヤ４２の個数の整数倍とされ、各第２遊星ギヤ４３の歯数は第２遊星ギヤ４３の個数の整数倍とされている。複数の第１遊星ギヤ４２の回転中心と複数の第２遊星ギヤ４３の回転中心を円周上に等間隔に配置することで、安定し且つ効率の良い回転伝達ができる。
【００２７】
第１リングギヤ４４はハウジング５ａの内周に圧入されている。本実施形態では第１リングギヤ４４のハウジング５ａへの圧入荷重は組立容易なように小さくされ、ピン４８によりハウジング５ａから抜け止めされている。これにより第１リングギヤ４４はハウジング５ａに対して固定される。第１リングギヤ４４の内歯に各第１遊星ギヤ４２が噛み合う。
【００２８】
上記第２ベアリング３７は、ハウジング５ａの内周に形成された段差５ｂと第１リングギヤ４４とにより挟み込まれている。これにより第２ベアリング３７の振動を抑制でき、しかも第１リングギヤ４４を利用するので部品点数を低減できる。さらに、遊星ギヤ機構３３により伝達される回転力を受ける第１リングギヤ４４の組立誤差を小さくでき、回転力を伝達する第１遊星ギヤ４２の運動を安定させ、振動や騒音を抑制できる。
【００２９】
第２リングギヤ４５は、ステアリングシャフト３の第３シャフト３ｃと同行回転する出力部材４９に固定されることで、ステアリングシャフト３と同行回転する。その第２リングギヤ４５の内歯に各第２遊星ギヤ４３が噛み合う。その出力部材４９は、内筒部４９ａと、外筒部４９ｂと、内筒部４９ａの一端と外筒部４９ｂの一端とを連結する環状連結部４９ｃとを有する。第２リングギヤ４５は外筒部４９ｂの内周に圧入されている。本実施形態では第２リングギヤ４５の外筒部４９ｂへの圧入荷重は組立容易なように小さくされ、ピン５０により外筒部４９ｂから抜け止めされている。第３シャフト３ｃは内筒部４９ａの内周に圧入されている。本実施形態では第３シャフト３ｃの内筒部４９ａへの圧入荷重は組立容易なように小さくされ、ピン５１により内筒部４９ａから抜け止めされている。これにより出力部材４９はステアリングシャフト３に同行回転するように連結される。その連結部４９ｃとキャリア４１との間に第１、第２遊星ギヤ４２、４３と第１、第２リングギヤ４４、４５が配置されるので、小さいスペースに遊星ギヤ機構３３を配置することができる。
【００３０】
互いに同行回転する第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３は、それぞれの周方向における少なくとも一つの歯の位置が互いに等しくされている。これにより、第１リングギヤ４４に第１遊星ギヤ４２を噛み合わせた後に、第１遊星ギヤ４２と同行回転する第２遊星ギヤ４３に第２リングギヤ４５を噛み合わせるのが容易になり、組立工数を低減し、組み立て誤差に起因してギヤの噛み合い部に作用するストレスを小さくすることで耐久性を向上し、回転伝達時における部品のアライメントの狂いによる回転伝達効率低下を防止できる。
【００３１】
トルクセンサ４により検出されたトルクに応じて制御装置がアクチュエータ５を制御することで、モータ３２の回転は遊星ギヤ機構３３を介してステアリングシャフト３に伝達される。これによりステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクに応じた操舵補助力が付与される。
【００３２】
上記実施形態によれば、ロータ３８と同軸中心に同行回転するキャリア４１によって第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３を支持することで、ロータ３８と第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３をロータ軸方向に沿って並列させることができる。その第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３はリングギヤ４４、４５の内歯に噛み合う。これにより、ロータ３８の径方向における外方に第１遊星ギヤ４２が配置される場合に比べ、ロータ径方向における遊星ギヤ機構３３の寸法を小型化できる。さらに、ロータ軸方向から視て、ロータ３８と両遊星ギヤ４２、４３とが互いに重なる部分を有することで、より径方向寸法を小さくできる。
また、キャリア４１は第１、第２ベアリング３６、３７とロータ３８を介してハウジング５ａにより安定して支持されるので、振動や騒音の発生を抑制できる。さらに、ロータ３８とキャリア４１を共通の第２ベアリング３７により支持することで部品点数を少なくし、組立に要する手間とコストを低減できる。
また、キャリア４１は第２ベアリング３７の内周に圧入され、その第２ベアリング３７はハウジング５ａの内周に圧入されるので、キャリア４１の回転中心とロータ３８の回転中心との同心精度が組立誤差により大きくなるの抑制できるので、遊星ギヤ機構３３の回転伝達比が変動することによる回転伝達効率の低下を防止できる。
また、支持シャフト４６の一端はキャリア４１のシャフト支持孔４１ａに圧入され、他端は受け部材５２のシャフト支持孔５２ａに圧入されるので、ロータ３８の軸方向から第１遊星ギヤ４２と第２遊星ギヤ４３とを容易にキャリア４１に組み付けることができる。
さらに、出力部材４９の外筒部４９ｂに第２リングギヤ４５が圧入され、内筒部４９ａにステアリングシャフト３が同行回転するように挿入されるので、第２リングギヤ４５とステアリングシャフト３との連結を容易に且つ精度良く行うことができ、振動や騒音の発生を抑制できる。
例えば、電動アクチュエータ５のロータ３８の内径を２０ｍｍ、ロータ３８の回転速度に対するステアリングシャフト３の回転速度の比を１／１０、モータ３２の回転速度を３０００ｒｐｍ、最大出力トルクを４０Ｎｍ、第１遊星ギヤ４２の歯数を２１枚、第２遊星ギヤ４３の歯数を１８枚、第１リングギヤ４４の歯数を６３枚、第２リングギヤ４５の歯数を６０枚、各ギヤのギヤモジュールを１、基準ラック圧力角を２０度、基準ピッチを３．１４２ｍｍとする。この場合、上記従来の電動パワーステアリング装置における電動モータと遊星ギヤ機構を用いる場合に比べて、回転伝達効率が同一であればアクチュエータ５の外径を３５％〜４０％、軸方向寸法を１０％〜１５％低減できる。
【００３３】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では電動アクチュエータ５のハウジング５ａの構成部材５ａ′をセンサハウジング４ａと一体成形したが、図８に示すように別体としてもよい。この場合、内筒部４９ａの内周とステアリングシャフト３の第３シャフト３ｃの外周にセレーションやスプライン等の軸方向に沿う凹凸を設け、その凹凸を介して内筒部４９ａにステアリングシャフト３を同行回転するように圧入するのが好ましい。これにより、組み立てをより容易に行うことができると共に振動や騒音の発生を抑制できる。また、内筒部４９ａがベアリング１８を介してハウジング５ａの内周により支持されることで、第３シャフト３ｃの一端は内筒部４９ａとベアリング１８を介してハウジング５ａにより支持される。なお、センサハウジング４ａはハウジング５ａに例えば圧入により連結される。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００３４】
また、本発明の電動アクチュエータは電動パワーステアリング装置において用いられるものに限定されず、その発生出力を操舵補助力以外にも利用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトな構造で大きな出力を発生でき、しかも製造容易で低コスト、低騒音の電動アクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における遊星ギヤ機構の回転伝達効率と回転伝達比との関係を示す図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサの断面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における電動アクチュエータの断面図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の部分横断面図
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサの部分断面図
【図７】（１）〜（４）は本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサの第１、第２レゾルバの出力値と時間との関係を示す図
【図８】本発明の変形例の電動パワーステアリング装置における電動アクチュエータの断面図
【符号の説明】
３　ステアリングシャフト（出力シャフト）
５ａ　ハウジング
３２　モータ
３６　第１ベアリング
３７　第２ベアリング
３８　ロータ
４１　キャリア
４１ａ　シャフト支持孔
４２　第１遊星ギヤ
４３　第２遊星ギヤ
４４　第１リングギヤ
４５　第２リングギヤ
４６　支持シャフト
４９　出力部材
４９ａ　内筒部
４９ｂ　外筒部
４９ｃ　連結部
５２　受け部材
５２ａ　シャフト支持孔

Claims (5)

1. 出力シャフトと同行回転する出力部材と、
   出力シャフトを覆うと共に出力シャフトと同軸心に配置される筒状ロータを有する電動モータと、
   そのロータを支持するハウジングと、
   キャリア、第１遊星ギヤ、第１リングギヤ、第２遊星ギヤおよび第２リングギヤを有する減速用遊星ギヤ機構とを備え、
   そのキャリアはロータと同軸中心に同行回転し、
   その第１遊星ギヤはキャリアによりロータと平行な軸中心に回転可能に支持され、
   その第２遊星ギヤは第１遊星ギヤと同軸中心に同行回転すると共にキャリアにより支持され、
   その第１リングギヤは第１遊星ギヤに噛み合う内歯を有すると共にハウジングに対して固定され、
   その第２リングギヤは出力シャフトと同行回転すると共に第２遊星ギヤに噛み合う内歯を有し、
   そのロータと第１遊星ギヤと第２遊星ギヤはロータ軸方向に沿って並列され、
   その遊星ギヤ機構を介してロータの回転が出力シャフトに伝達される電動アクチュエータ。
2. そのロータの一端側は、そのハウジングにより第１ベアリングを介して支持され、
   そのロータの他端側は前記キャリアと一体化され、
   そのキャリアは、そのハウジングにより第２ベアリングを介して支持される請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. そのキャリアは第２ベアリングの内周に圧入され、その第２ベアリングは前記ハウジングの内周に圧入される請求項２に記載の電動アクチュエータ。
4. そのキャリアに形成されたシャフト支持孔に、そのロータの軸心に平行な軸心を有する支持シャフトの一端が圧入され、
   その支持シャフトは前記第１遊星ギヤと第２遊星ギヤとに同軸中心に相対回転可能に挿入され、
   その支持シャフトの他端は、そのキャリアに固定される受け部材に形成されたシャフト支持孔に圧入される請求項１〜３の中の何れかに記載の電動アクチュエータ。
5. 前記出力部材は、第２リングギヤが圧入される外筒部と、前記出力シャフトが同行回転するように挿入される内筒部と、その外筒部と内筒部とを連結する連結部とを有する請求項１〜４の中の何れかに記載の電動アクチュエータ。

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