JP2005170249A

JP2005170249A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2005170249A
Application number: JP2003413566A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Maeda; 篤志前田; Kazuo Chikaraishi; 一穂力石
Original assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】鼓形ウォーム減速機の効率低下を解決すること。
【解決手段】鼓形ウォーム１を低歯にしている。これにより、並歯の鼓形ウォームに比べて噛合い位置を鼓形ウォーム１の中心軸に近い部分のみにでき、鼓形ウォーム１は歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果鼓形ウォーム１の進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効率を上げる事が出来き、この結果ハンドルの戻りをよくすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に関する。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

この動力伝達機構（減速機）として、ウォームギヤ機構を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。

ところで、ＥＰＳの高出力化の取り組みにおいて、近年、鼓型ウォーム減速機の開発を進めている。鼓形ウォーム減速機は、ウォームがウォームホイールに沿った鼓形形状をしているので、噛合い歯数が従来の円筒ウォームに対して増やすことができ、噛合い率が大きく取れるという特徴がある。

しかしながら、鼓形ウォーム減速機は、ウォームの中央から両端に行くほど、ウォーム軸に投影したホイールの歯のピッチは小さくなり、その結果、ウォームの進み角が小さくなるので、進み角が一定である円筒ウォームに比べて効率が悪くなり、電動パワーステアリング装置において、効率が悪くなると、ハンドル戻りが悪くなるという問題点があった。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、鼓形ウォーム減速機の効率低下を解決することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動する鼓型ウォームを噛合させ、
当該鼓形ウォームを低歯としたことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動する鼓型ウォームを噛合させ、
当該鼓形ウォームの歯先側捩れ角を歯元側捩れ角より大きくしたことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動する鼓型ウォームを噛合させ、
前記ウォームホイールの歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくしたことを特徴とする。

以上説明したように、請求項１によると、鼓形ウォームを低歯にすることで、並歯の鼓形ウォームに比べて噛合い位置をウォーム中心軸に近い部分のみにでき、ウォームは歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果ウォームの進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォームに比べて効率を上げる事が出来る。

請求項２によると、鼓形ウォームの歯先側捩れ角を歯元側捩れ角より大きくすることによって、ウォームホイールとの噛合い位置を従来品に比べてウォームの歯元側部分のみにすることができ、ウォームは歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果ウォームの進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォームに比べて効率を上げる事が出来る。

請求項３によると、ウォームホイールの歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくすることによって、ウォームとの噛合い位置を従来品に比べてウォームの歯元側部分のみにすることができ、ウォームは歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果ウォームの進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォームに比べて効率を上げる事が出来る。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、本発明の第１実施の形態に係り、鼓形ウォームが低歯である場合の電動パワーステアリング装置の断面図である。

図２（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の拡大断面図であり、（ｂ）は、鼓形ウォームが低歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の拡大断面図である。

図３（ａ）は、図２（ａ）に示した鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）に示した鼓形ウォームが低歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図である。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、鼓形ウォームが並歯又は低歯である場合、図示しないステアリングシャフトの出力軸には、ブラシレスモータＭの駆動軸Ｓに連結した鼓形ウォーム１に噛合したウォームホイール２が取付けてある。

ギヤハウジング３には、ブラシレスモータＭのモータカバー４が連結してあり、モータカバー４の内側には、コイルを巻回したステータ（積層鉄心）５が設けてある。ブラシレスモータＭのロータ６（積層鉄心）の外径側には、筒状の回転駆動用永久磁石７が取付けてある。

ロータ６の駆動軸Ｓと、鼓形ウォーム１とは、スプライン嵌合部により接続してあり、両者は、軸方向移動自在且つ相対回転不能になっている。なお、鼓形ウォーム１は、一対の軸受１０，１１により、ロータ６の駆動軸は、一対の軸受１２，１３により、それぞれ、回転自在に支持してある。

図２及び図３において、本実施の形態では、鼓形ウォーム１を低歯にしている。これにより、並歯の鼓形ウォームに比べて噛合い位置を鼓形ウォーム１の中心軸に近い部分のみにでき、鼓形ウォーム１は歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果鼓形ウォーム１の進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効率を上げる事が出来る。

すなわち、従来歯では鼓形ウォーム１とウォームホイール２の噛合い位置は鼓形ウォーム１の歯元から歯先まで、すなわち進み角の大きい部分から小さい部分まで噛合っている。これに対して、本実施の形態のように、低歯にすることで鼓形ウォーム１の歯元部分、すなわち進み角の大きい部分のみで噛合わせることができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効果を上げる事が出来る。なお、ハッチング部は噛合い部を表す。

なお、本明細書及び特許請求の範囲に記載した「低歯」は、歯末のたけを並歯丈（歯ピッチ×２．２５）よりも低くした歯形の歯車をいう。低歯の歯車は、折れにくい丈夫な歯であるので、強力伝動に用いられる。

（第２実施の形態）
図４（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明の第２実施の形態に係り、鼓形ウォームの歯先捩れ角を大きくした場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図である。

本実施の形態では、鼓形ウォーム１の歯先側捩れ角を歯元側捩れ角より大きくしている。これによって、ウォームホイール２との噛合い位置を従来品に比べて鼓形ウォーム１の歯元側部分のみにすることができ、鼓形ウォーム１は歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果鼓形ウォーム１の進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効率を上げる事が出来る。

すなわち、従来歯では鼓形ウォーム１とウォームホイール２の噛合い位置は鼓形ウォーム１の歯元から歯先まで、すなわち進み角の大きい部分から小さい部分まで噛合っている。これに対して、本実施の形態のように、鼓形ウォーム１の歯先捩れ角を大きくすることで鼓形ウォーム１の歯元部分、すなわち進み角の大きい部分のみで噛合わせることができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効率を上げる事が出来る。なお、ハッチング部は噛合い部を表す。

（第３実施の形態）
図５（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施の形態に係り、ウォームホイールの歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくした場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図である。

本実施の形態では、ウォームホイール２の歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくしている。これによって、鼓形ウォーム１との噛合い位置を従来品に比べて鼓形ウォーム１の歯元側部分のみにすることができ、鼓形ウォーム１は歯先よりも歯元の方が進み角が大きいため、その結果鼓形ウォーム１の進み角の大きい部分のみで噛合うことができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効率を上げる事が出来る。

すなわち、従来歯では鼓形ウォーム１とウォームホイール２の噛合い位置は鼓形ウォーム１の歯元から歯先まで、すなわち進み角の大きい部分から小さい部分まで噛合っている。これに対して、本実施の形態では、ウォームホイール２の歯元圧力角を小さくすることで鼓形ウォーム１の歯元部分、すなわち進み角の大きい部分のみで噛合わせることができ、並歯の鼓形ウォーム１に比べて効率を上げる事が出来る。なお、ハッチング部は噛合い部を表す。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、本発明の第１実施の形態に係り、鼓形ウォームが低歯である場合の電動パワーステアリング装置の断面図である。（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の拡大断面図であり、（ｂ）は、鼓形ウォームが低歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の拡大断面図である。（ａ）は、図２（ａ）に示した鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）に示した鼓形ウォームが低歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図である。（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明の第２実施の形態に係り、鼓形ウォームの歯先捩れ角を大きくした場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図である。（ａ）は、鼓形ウォームが並歯である場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施の形態に係り、ウォームホイールの歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくした場合の鼓形ウォームとウォームホイールの噛合部分の更なる拡大断面図である。

符号の説明

１鼓形ウォーム
２ウォームホイール
３ギヤハウジング
４モータカバー
５ステータ
６ロータ
７回転駆動用永久磁石
１０，１１，１２，１３軸受
Ｍブラシレスモータ
Ｓ駆動軸

Claims

ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動する鼓型ウォームを噛合させ、
当該鼓形ウォームを低歯としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動する鼓型ウォームを噛合させ、
当該鼓形ウォームの歯先側捩れ角を歯元側捩れ角より大きくしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータから補助操舵トルクを発生して、ウォームギヤ機構により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記出力軸に設けたウォームホイールに、前記電動モータにより駆動する鼓型ウォームを噛合させ、
前記ウォームホイールの歯元側圧力角を歯先側圧力角より小さくしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。