JP2008100642A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力化と小型軽量化を図りつつ、組立性を向上させた電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】回転軸１０９ａは、その端部から中央に向かうにつれて径が段階状に増大している複数の外径部（ここでは第４円筒部１０９ｓ、第３円筒部１０９ｑ、第２円筒部１０９ｐ、第１円筒部１０９ｎ、ロータ部１０９ｅ）を形成しており、かかる外径部に嵌合する内径部を有する複数の部品（磁極部２５７，ゴムダンパＧＰ２、４点接触式玉軸受１１２、カシメコマ１３０、レゾルバロータ２２２ｒ）を、その内径が大きい順に回転軸１０９ａに挿入しいるので、回転軸１０９ａを治具ＪＧに固定した状態で、かかる複数の部品を容易に組み付けることができる。従って、組立の自動化を容易に実現できる。
【選択図】図９

Description

本発明は電動式パワーステアリング装置に関し、特に小型・軽量な電動式パワーステアリング装置に関する。

電動式パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクやその他の信号を検出し、その検出信号に基づいて電動モータを駆動し、減速機を介して出力軸を回転させ、操舵力を補助するものである。

近年の電動式パワーステアリング装置においては、人間の操舵力の何倍ものアシスト力を出力しながらも良好なフィーリングを得るために、高出力モータを高度に制御することが要求されている。また、車体の軽量化、衝突時の安全確保といった点から、モータを小型軽量化することが要求される。そのため、電動式パワーステアリング装置で用いられるモータも、ブラシ付きＤＣモータに替わり、制御性に優れ、小型軽量化しやすい。ブラシレスモータが好適に用いられるようになってきている。
特開２００５−３１２０８７号公報

ところで、現在の電動式パワーステアリング装置用ブラシレスモータは徹底した最適設計が施されているので、モータ定数（単位銅損あたりの発生トルク、Ｎｍ／√Ｗ）はほぼ上限に達しており、同じ容積のモータであればモータ定数もほぼ同じ傾向である。これに対し、近年は更なる小型軽量化が望まれ、同時に高出力化の要求も高くなってきている。

ここで、特許文献１に示す電動パワーステアリング装置において、モータの回転軸とウォームは別体構造となっており、スプライン等によって互いに連結されている。この構造であると、ウォームとモータの回転軸の支持のために軸受が４個必要となり、電動パワーステアリング装置が、モータの回転軸方向に比較的長い構成となる。また、ウォームを収容するハウジングとモータフレームとが別体となっており、モータの伝熱性が比較的悪い構成となっている。

これに対し、ウォームとモータの回転軸を一体化させ、軸受の数を減らすことで電動式パワーステアリング装置のコンパクト化を図り、部品点数を削減すると共に、ハウジングとモータフレームを一体化させて、モータの伝熱性を高めて高出力化に対応できる新規な構成が考えられている。

しかしながら、ウォームとモータの回転軸を一体化すると、ウォーム軸にモータロータ等のモータ部品を取り付けなければならないという問題が生じる。特に、ブラシレスモータの場合、モータロータは磁性体であるために、組み立て時にモータロータに他の磁性体が吸引されないよう注意する必要がある。かかる問題の他、組み立て時の工数低減等を考えると、ウォームギヤ軸を初期位置から動かさずにすべての部品を組み付けることが必要であると考えられる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高出力化と小型軽量化を図りつつ、組立性を向上させた電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
前記モータの前記回転軸に設けられたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを含み、前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結するウォームギヤ機構と、からなり、
前記モータの回転軸と前記ウォームとは一体的に形成されており、
前記回転軸は、その端部から中央に向かうにつれて径が段階状に増大している複数の外径部を形成しており、前記外径部に嵌合する内径部を有する複数の部品を、前記内径部が大きい順に前記回転軸に挿入したことを特徴とする。

本発明の電動式パワーステアリング装置によれば、前記モータの回転軸と前記ウォームとを一体的に形成することにより、前記回転軸を支持する軸受の数を例えば２個と少なくでき、それによりモータの構成を簡素且つコンパクトにできる。

前記回転軸は、その端部から中央に向かうにつれて径が段階状に増大している複数の外径部を形成しており、前記外径部に嵌合する内径部を有する複数の部品を、前記内径部が大きい順に前記回転軸に挿入してなると、前記回転軸を治具に固定した状態で、前記複数の部品を容易に組み付けることができる。従って、組立の自動化を容易に実現できる。

特に、前記モータがブラシレスモータであると、そのロータが磁性体となるために、組立時にはロータに他の磁性体部品が吸引され、それにより組立が困難となる恐れがある。かかる場合、前記回転軸を初期位置から動かさずに全ての部品を組み付けるようにすると、組立を容易にすることができコスト低減を図ることができる。

一体的に形成された前記ウォームギヤ機構のハウジングが、前記モータのフレームの少なくとも一部を兼ねると、コンパクトな構成となるので好ましい。

前記ウォームギヤ機構のハウジングは、アルミ、アルミ合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金から形成されていると、一般的に鉄よりも高い熱伝導率を有するため、伝熱性を高めることができ、またモータの小型軽量化することができるので好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。図１において、車体２６に対して、ブラケット２４を介してチューブ状のコラム１５が、チルト方向（矢印Ａ方向）及びテレスコ方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に支持されている。上端部にステアリングホイール１を取り付けたステアリングシャフト１７は、ステアリングコラム１５に挿通され、それに対して回転自在に支持されている。ステアリングコラム１５とステアリングシャフト１７とは、二次衝突時などに軸線方向に大きな荷重を受けたとき縮長するように変形する、いわゆるコラプシブル構造を備えている。

ステアリングシャフト１７の下端は、車体２６に対してブラケット１８により取り付けられた電動式パワーステアリング装置１００の入力軸１０２に連結されている。一方、電動式パワーステアリング装置１００の出力軸１０３は、ユニバーサルジョイント７Ａを介して中間軸８の上端に連結され、中間軸８の下端は、ユニバーサルジョイント７Ｂを介してピニオンシャフト１０に連結されている。ピニオンシャフト１０に形成されたピニオンは、ラック軸９のラック歯に噛合している。ラック軸９の両端は、それぞれタイロッド１３を介して、不図示の車輪を操舵する操舵機構に連結されている。

図２は、図１の矢印IIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の軸線方向断面図である。本体１０１ｂと蓋部材１０１ａとからなるアルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金から形成されたハウジング１０１内に、入力軸１０２および出力軸１０３が配置されている。入力軸１０２は、不図示の軸受によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。中空の出力軸１０３は、軸受１０４，１１０によりハウジング１０１に対して回転自在に支持されている。図２で右端を入力軸１０２に圧入し、左端を出力軸１０３にピン結合させることで連結したトーションバー１０５が、出力軸１０３内を延在している。

出力軸１０３の図２で右端近傍外周に対向する位置に、受けたトルクに比例してトーションバー１０５がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ１０６が設けられている。このトルクセンサ１０６は、ロータリー式非接触トルクセンサであって、トーションバー１０５のねじれに基づく入力軸１０２と出力軸１０３との相対角度変位を、所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイルにより検出し、電気信号として不図示の制御回路へ出力するものである。

出力軸１０３の中央部において軸受１０４，１１０の間には、ウォームホイール１０７が配置されている。ウォームホイール１０７は、圧入などにより出力軸１０３に一体的に回転するように取り付けられた芯金１０７ａと、その外周にインサート成形されてなる樹脂の歯部１０７ｂとからなる。ウォームホイール１０７の歯部１０７ｂは、ハウジング１０１に取り付けられたモータ１０９の回転軸に一体的に形成されたウォーム１０８と噛合している。ウォームホイール１０７とウォーム１０８とで動力伝達機構（ウォームギヤ機構）を構成する。従って、ハウジング１０１は動力伝達機構を収容するハウジングとなる。

図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図３において、ハウジング１０１と一体的に形成されたフレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａ内に、ブラシレスモータ１０９が配置されている。ブラシレスモータ１０９は、図３に示すように、ステータ２２１及びロータ回転角を検出する回転角検出器としてのレゾルバ２２２とを収容するフレーム２２３を有している。フレーム２２３は、ウォーム機構を収容するハウジング１０１と一体的に形成され且つステータ２２１を収容するフレーム本体２２３Ａと、レゾルバ２２２を収容するフレーム蓋部２２３Ｂとに２分割され、両者はインロー嵌めにより固定されている。

フレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａの内周面には、フレーム蓋部２２３Ｂ側端面から軸方向にステータ２２１の軸方向長さと略等しい長さで延長するブラシレスモータのスロット数と同数の断面円弧状の凹部（不図示）が等間隔に形成されている。

また、フレーム蓋部２２３Ｂには、図３で明らかなように、フレーム本体２２３Ａとは反対端側の内周面にレゾルバ２２２を収容する内径部２２３ｂが形成され、この内径部２２３ｂと連通して、シール付きの４点接触式玉軸受１１２に嵌合する小径部２２３ｃが形成されている。外周部におけるレゾルバ２２２と対向する位置に半径方向に突出するフィン状のリブ（不図示）が円周方向に所定間隔を保って多数一体成形されている。なお、フレーム蓋部２２３Ｂも、フレーム本体２２３Ａ及びハウジング１０１と同様にアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つをダイキャスト機による鋳造によって一体成形され、またインロー部などは機械加工されていると好ましい。

フレーム本体２２３Ａの内径部２２３ａ内にステータ２２１が嵌合配置されている。このステータ２２１は、１２個の電磁鋼板を積層したＴ形の分割コア２４１を円環状に連接させた構成を有する。

このように、ステータ２２１を分割コア方式にすることにより、一体コア方式に巻線を施す際に必要な巻線ノズルを通すための空間や、巻線をスロットに落とし込む際のガイドのための空間など、巻線構成のためだけに生じる無駄なスロット空間が不要となるので、高密度な巻線が可能となる。

また、分割コア２４１において、ステータヨーク（不図示）のフレーム本体２２３Ａに形成される面を、フレーム嵌合時に２点で線接触する形状としたことにより、トルク発生時に磁極部２５７に反力がかかってもＴ形の分割コア２４１が倒れにくいので、騒音、振動を低減することができる。

さらに、Ｔ形の分割コア２４１において、ステータヨークのスロット側を磁極部２５７の首部中心線に直交する直線形状としたことにより、巻線時にステータヨークが干渉しないので、高密度な巻線が可能である。

一方、モータ１０９の回転軸１０９ａの端部には、フレーム蓋部２２３Ｂの内径部２２３ｂに取り付けられたレゾルバステータ２２２ｓと対向してレゾルバロータ２２２ｒが一体的に回転するようにナット２２２ｎで固定されている。レゾルバステータ２２２ｓとレゾルバロータ２２２ｒとで、レゾルバ２２２を構成する。

ここで、回転軸１０９のロータ部１０９ｅの外周に配置される磁極部２５７は、回転軸１０９ａを挿通する円筒状のロータヨーク２５８と、このロータヨーク２５８の外周面に円周方向に等間隔で接着された８枚の永久磁石２５９と、これら永久磁石２５９の外周面を覆うオーステナイト系の非磁性ステンレスでなるキャップ２６０とで構成されている。磁極となる永久磁石２５９は極毎に分割されたセグメント磁石であり、その形状は外周側の円弧中心を意図的に回転中心からシフトした蒲鉾型に形成されている。

磁極部２５７を構成する永久磁石２５９の外周部はキャップ２６０で覆われており、キャップ２６０はすきまばめであるが、接着剤を併用することで永久磁石２５９に固定されており、さらに、キャップ２６０の端面をリベットでかしめることによりさらに強固に固定されている。

ウォーム１０８を切削加工で形成した回転軸１０９ａの一端（図３で左端）は、フレーム蓋部２２３Ｂに対して４点玉接触式軸受１１２で支持されている。

４点接触式玉軸受１１２の軸線方向両側には、回転軸１０９ａの外周に取り付けられた２つのゴムダンパＧＰ１，ＧＰ２が（ＧＰ２はカシメコマ１３０を介して）配置されており、回転軸１０９ａに対して４点接触式玉軸受１１２が軸線方向両方向に変位することを許容すると共に、軸線方向の変位量に応じた付勢力を与えるようになっている。ゴムダンパＧＰ１，ＧＰ２は、タイヤ側から微小振動が入力された場合、または中立付近で小刻みにステアリングホイールを切るような場合など、自身が弾性変形することによって回転軸１０９ａを軸線方向に変位させることでその動きを逃がすことができ、モータ１０９の慣性の影響を及ぼさないようにできる。又、４点接触式玉軸受１１２の内輪内径と、それが嵌合する回転軸１０９ａの外径とはスキマ嵌合であり、回転軸１０９ａの外周には周溝１０９ｇが形成され、ここにＯ−リングＯＲが配置されている。このような構成とすることで、トルク伝達時にウォーム機構からの反力を回転軸１０９ａが受けたときに、４点接触式玉軸受１１２に対して傾きやすくしている。更に、ゴムダンパＧＰ１，ＧＰ２へのモーメントも小さくできるので、回転軸１０９ａの軸線方向への変位もスムーズに行える。

一方、回転軸１０９ａの他端（図３で右端）は、ハウジング１０１に開口した円筒孔１０１ｈから突き出ており、その近傍がハウジング１０１に対して支持部材１２０Ａ及びウォーム予圧機構１２０を介して一般的な玉軸受１１３で支持されている。

回転軸１０９ａのロータ部１０９ｅとウォーム１０８との間であって、ハウジング１０１と回転軸１０９ａとの間にラビリンスシール２００が設けられている。多段式のラビリンスシール２００は、回転軸１０９ａの外周に設けられた３つの鍔部（凸部）１０９ｊと、隣接する鍔部１０９ｊ間に形成された周溝１０９ｋとを有する。鍔部１０９ｊの外周縁は、ハウジング１０１の円筒孔１０１ｈの内周面に対して、僅かなスキマを持って対向している。ラビリンスシール２００は、ラビリンス効果により、ウォームギヤ機構側からモータ１０９に異物が侵入することを阻止している。

図３において、玉軸受１１３の内輪と、回転軸１０９ａの端部との間には、弾性部材から形成されたブッシュ１２１が介在している。一方、玉軸受１１３と、ハウジング１０１の円筒孔１０１ｈに嵌合した支持部材１２０Ａとの間には、ホルダ１２２が介在している。

図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５は、ウォーム予圧機構１２０の斜視図であり、図６は、ウォーム予圧機構１２０の分解図である。図３に示すように、回転軸１０９ａの端部には、第１先端部１０９Ａと、それより小径の第２先端部１０９Ｂとが設けられており、ホルダ１２２から、第２先端部１０９Ｂが突き出しており、その周囲には予圧パッド１２３が配置されている（図４参照）。

予圧パッド１２３は、固体潤滑材を混入した合成樹脂を射出成形する等により形成されており、内周に奥側に向かって拡径するテーパ状内周面１２３ｂを有している（図５，６）。このテーパ状内周面１２３ｂに、回転軸１０９ａの第２先端部１０９Ｂが嵌合している。予圧パッド１２３は、図４に図示する方向から見て逆Ｔ字形状を有しており、即ちその外周に、軸を挟んで両側に平行に設けた平面部１２３ａ、１２３ａと、その下端に接続する段部１２３ｃ、１２３ｃとを有している。

予圧パッド１２３の外周面で、図４の下方においては、円周面から突出した突起１２３ｅが設けられている。予圧パッド１２３は、ハウジング１０１に内嵌固定自在なホルダ１２２に組み合わせている。即ち、このホルダ１２２は、軸線方向に突出する４つの爪部１２２ｃを有しており、図４で左側の爪部１２２ｃ、１２２ｃは、予圧パッド１２３の左の平面部１２３ａに近接して配置され、一方、右側の爪部１２２ｃ、１２２ｃは、予圧パッド１２３の右の平面部１２３ａに近接して配置されている。爪部１２２ｃは、予圧パッド１２３に組み合わされた状態で、概ね予圧パッド１２３の円周面に一致する外表面をそれぞれ有している。

左側の爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に折り曲げた一端１２４ａを挿入し、右側の爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に折り曲げた他端１２４ｂを挿入すると共に、予圧パッド１２３の外周を何重にも取り巻くようにして、ねじりコイル１２４が配置されている。

ホルダ１２２と予圧パッド１２３との組み合わせにより、互いの軸線方向の相対移動が阻止される。更に、このホルダ１２２の一部に設けた、互いに隣り合う爪部１２２ｃ、１２２ｃの間に、ねじりコイル１２４の両端部１２４ａ、１２４ｂを配置しつつ、爪部１２２ｃ、１２２ｃの外径側側面と予圧パッド１２３の外周面とにねじりコイルばね１２４を外嵌すると、この予圧パッド１２３に設けた下側外周面１２３ｆがこのねじりコイル１２４の内周縁に接触しない状態では、この予圧パッド１２３に設けたテーパ状内周面１２３ｂの中心軸は、ホルダ１２２の中心軸に対し、片側（図の上側）に片寄っている。この為、このホルダ１２２に、予圧パッド１２３とねじりコイル１２４とを組み合わせた状態でこのホルダ１２２をハウジング１０１の所定部分に固定し、更に、予圧パッド１２３に設けたテーパ状内周面１２３ｂの内側に上記ウォーム軸１０９ａの第２先端部１０９Ｂを挿入すると、この予圧パッド１２３に設けた下側外周面１２３ｆによりねじりコイル１２４の直径が弾性的に押し広げられる。そして、このねじりコイル１２４が巻き戻る（直径を縮める）方向に弾性復帰する傾向となる事により、このねじりコイル１２４から予圧パッド１２３に、ウォームホイール１０７に向かう方向の弾力が付与されることとなる。それによりウォームホイール１０７を外嵌固定した出力軸１０３と回転軸１０９ａとの軸間距離は縮まる。この結果、ウォーム１０８とウォームホイール１０７との歯面同士が、予圧を付与された状態で当接する。

このように、本実施の形態のウォームホイール機構を組み込んだ電動式パワーステアリング装置の場合、ウォーム予圧機構１２０を介して予圧を付与することにより、ウォーム１０８とウォームホイール１０７との歯面同士の噛合を適正に調整しているので、車輪などから入力される衝撃や振動に対して、この噛合部でのラトル音の発生を抑えることができる。

ここで、回転軸１０９ａの組立方法を説明する。図７は、回転軸１０９ａの側面図であり、図８は、図７の構成をVIII-VIII線で切断して示す図である。又、図９は、回転軸１０９ａに取り付ける部品を分解した状態で示す斜視図であり、図１０は、回転軸１０９ａに部品を取り付けた状態で示す斜視図である。

図７において、回転軸１０９ａにはウォーム１０８が一体的に形成されている。更に、回転軸１０９ａは、ウォーム１０８とロータ部１０９ｅとの間に、治具固定部１０９ｍを形成している。治具固定部１０９ｍは、円筒外周面を軸線に平行な二面で削ぎ落としたごとき形状を有する。

回転軸１０９ａは、外径φＡのロータ部１０９ｅの図７で左方に隣接して外径φＢの第１円筒部１０９ｎを形成し、第１円筒部１０９ｎの図７で左方に隣接して外径φＣの第２円筒部１０９ｐを形成し、第２円筒部１０９ｐの図７で左方に隣接して外径φＤの第３円筒部１０９ｑを形成し、第３円筒部１０９ｑの図７で左方に隣接して外径φＥの第４円筒部１０９ｓを形成している。ここで、φＡ＞φＢ＞φＣ＞φＤ＞φＥという関係が成立する。尚、第２円筒部１０９ｐは軸線方向に分かれており、その間にＯ−リング用の溝１０９ｇが形成されている。又、第３円筒部１０９ｑには、カシメコマ１３０の係合用の周溝１０９ｔが形成されている。

組立時には、図９において、まず治具固定部１０９ｍを治具ＪＧで挟んで回転軸１０９ａを固定し、内径φＡの２つの磁極部２５７を直接に、図で回転軸１０９ａの左端から挿通しロータ部１０９ｅの外周に嵌合させる。続いて、内径φＢの環状のゴムダンパＧＰ２を図で回転軸１０９ａの左端から挿通し第１円筒部１０９ｎに嵌合させる。ここで、溝１０９ｇにＯ−リング（不図示）を配置した後、内径φＣの４点接触式玉軸受１１２を図で回転軸１０９ａの左端から挿通し第２円筒部１０９ｐに嵌合させる。更に、内径φＤである環状のカシメコマ１３０の外周に環状のゴムダンパＧＰ１を配置して、図で回転軸１０９ａの左端から挿通し第３円筒部１０９ｑに嵌合させ、端部の爪を周溝１０９ｔにカシメて係合させる。カシメコマ１３０は、４点接触式玉軸受１１２の抜け止めの機能を有する。次に、内径φＥのレゾルバロータ２２２ｒを図で回転軸１０９ａの左端から挿通し第４円筒部１０９ｓに嵌合させ、ワッシャ２２２ｗを介してナット２２２ｎを、回転軸１０９ａの端部に螺合させ、治具ＪＧから取り外すことで、回転軸１０９ａへの部品組付けが終了する。

本実施の形態によれば、回転軸１０９ａは、図７で左端部から中央に向かうにつれて径が段階状に増大している複数の外径部（ここでは第４円筒部１０９ｓ、第３円筒部１０９ｑ、第２円筒部１０９ｐ、第１円筒部１０９ｎ、ロータ部１０９ｅ）を形成しており、かかる外径部に嵌合する内径部を有する複数の部品（磁極部２５７，ゴムダンパＧＰ２、４点接触式玉軸受１１２、カシメコマ１３０、レゾルバロータ２２２ｒ）を、その内径が大きい順に回転軸１０９ａに挿入しているので、回転軸１０９ａを治具ＪＧに固定した状態で、かかる複数の部品を容易に組み付けることができる。従って、組立の自動化を容易に実現できる。

特に、モータ１０９がブラシレスモータであると、そのロータ部１０９ｅの周囲に磁極部２５７を配置してロータとするために、組立時にはロータに他の磁性体部品が吸引され、それにより組立が困難となる恐れがある。かかる場合、回転軸１０９ａを治具ＪＧに固定して初期位置から動かさずに全ての部品を組み付けるようにすると、組立を容易にすることができコスト低減を図ることができる。

更に、ウォーム予圧機構１２０により回転軸１０９ａが径方向にシフトされると、円筒孔１０１ｈと回転軸１０９ａとのスキマが全周で異なることとなるので、従来技術のような接触式シールの場合、動作時に異物が通過する恐れがある。これに対し、本実施の形態によれば、回転軸１０９ａのロータ部１０９ｅとウォーム１０８との間において、非接触式のシールであるラビリンスシール２００が設けられているので、回転軸１０９ａが回転することで、鍔部１０９ｊと円筒孔１０１ｈの内周面との間の小さなスキマを異物（グリースや塵埃等）が通過できないため、モータ１０９側において異物の影響を回避できる。

このとき、ロータ部１０９ｅとステータ２２１間のスキマよりも、鍔部１０９ｊと円筒孔１０１ｈの内周面との間のスキマΔＳを小さくすることで、モータ１０９の駆動をロックするようなゴミがモータ１０９内部へ入り込むことを防ぐことができる。又、ラビリンスシール２００は多段式であるため、モータロータとモータステータ間に入り込むと大きな摺動抵抗となるグリースが、モータ内部へ入り込むことを効果的に抑制できる。特に、鍔部１０９ｊの幅（軸線方向厚さ）よりも、周溝１０９ｋの幅を大きく確保することで、周溝１０９ｋに多くのグリースを貯留することができ、これによりグリースのシール効果が高くなる。更に、ラビリンスシール２００は非接触式であるため、回転軸１０９ａと円筒孔１０１ｈの内周面との間に摺動抵抗が生じないので、モータの省エネを図ることができ、また摩耗なども生じない。

又、ウォーム１０８側からグリースがモータ１０９側へと移動しにくくなるようにするためには、回転軸１０９ａが水平方向に延在しているか、又はウォーム１０８側よりもモータ１０９側の方が重力方向に高くなるように、回転軸１０９ａの軸線が傾いているように配置することが望ましい。即ちウォーム１０８とウォームホイール１０９との噛合位置は、モータ１０９より重力方向下方に配置されていると好ましい。

次に、本実施の形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、ステアリングホイール１から、ステアリングシャフト１７を介して入力軸１０２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ１０６は出力信号を発生せず、従ってモータ１０９は補助操舵力を発生しない。

これに対し、車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイール１を操作すると、その力に応じてトーションバー１０５がねじれ、入力軸１０２と出力軸１０３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ１０６は、この相対回動の方向および量に応じてトルク信号を出力する。このトルク信号と、不図示のセンサからの車速信号とから予め設定された制御マップ等に基づいて、不図示の制御回路は、レゾルバ２２２で検出されるロータ回転角に応じた三相モータ電流をモータ１０９に供給するので、モータ１０９は所望の補助操舵力を発生する。かかるモータ１０９の発生したトルクは、ウォームギヤ機構（１０８、１０７）により減速されて出力軸１０３に伝達され、中間軸８を介してラック軸９の移動を支援する。それによりタイロッド１３を介して操舵機構が動作し、不図示の車輪を操舵できるようになっている。

このとき、ブラシレスモータ１０９におけるステータ２２１のモータコイル２４４に比較的大電流のモータ電流を供給することにより、回転磁界を発生させて、回転軸１０９ａを回転駆動するが、モータ駆動電流が大電流となることにより、このモータコイル２４４で発熱を生じる。この発熱は、ステータ２２１の分割コア２４１を介してフレーム本体２２３Ａに伝導され、このフレーム本体２２３Ａが通常の鋼製のフレームより高い熱伝導率のアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つで構成され、しかもハウジング１０１と鋳造により一体成形されているので、フレーム本体２２３Ａを介して、モータコイル２４４で発生した熱を効果的にハウジング１０１に伝熱させて、モータコイル２４４が許容できる銅損を従来例よりも大きくすることができる。

さらに、上記実施形態では、ハウジング１０１とフレーム本体２２３Ａを、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを用いてダイキャスト機で鋳造するようにしているので、従来例のように薄鋼板を絞る場合のように肉厚の制限がなく、且つ比重は薄鋼板に対して約１／３であるので、従来例の薄鋼板フレームの円筒部厚さに対し、約３倍の肉厚にすることができる。その上、アルミニウム合金は、鉄の３倍の熱伝導率を有する材質であり、さらにステータ先端突き当て部２４８を設け、コイルエンドとの間に伝熱体２４９を充填することで、銅損によるコイルエンドの熱をステータ先端突き当て部２４８及び伝熱体２４９を介してフレーム本体２２３Ａへ伝熱できる。これらの効果により、従来例と同じ重さのフレームでありながら、更に多くの熱量をハウジング１０１へ伝熱できるので、モータコイル２４４が許容できる銅損を従来例より大幅に大きくすることができる。

また、ロータの磁極部２５７及びステータ２２１が８極１２スロットというスロットコンビネーションとされているので、最も基本的な２極３スロット形式の４倍の構成である。このように磁極部２５７とステータ２２１の構成を基本構成の２ｎ倍（ｎは整数）としたことにより径方向の磁気吸引力が相殺されるため回転時のロータ振動を小さくできるという利点がある。また、このスロットコンビネーションの巻線係数は「０．８６６」であり、且つ集中巻であることから、銅損に対して大きなトルクを得ることができるという利点がある。

しかし、各々の磁極による鎖交磁束の変化量がそのままコギングトルク及びトルクリップルとして現れるため、電動式パワーステアリング装置に適用するためには運転者に不快な振動と騒音を与えるコギングトルク及びトルクリップルを低減する必要がある。本実施形態では、磁極となる永久磁石２５９は極毎に分割されたセグメント磁石であり、その形状は外周側の円弧中心を意図的に回転中心からずらした蒲鉾型に形成されている。このような磁極により、鎖交磁束の変化量を正弦波化し、コギングトルク及び正弦波通電時のトルクリップルを低減することができる。

また、フレーム蓋部２２３Ｂでは、フィン状のリブをレゾルバ２２２が内包される位置に設けているので、この部位の雰囲気環境への伝導、対流、放射による伝熱を従来例よりも増すことができ、レゾルバ２２２の固定側はモータコイル２４４の銅損によって生じた熱の影響を受けにくくなり、レゾルバ信号のドリフトや精度低下、誤動作を防ぐことができる。

さらに、レゾルバ２２２は、４点接触式玉軸受１１２の近傍に配置したので、モータ温度が変化した際のフレーム材質とシャフト材質の線膨張係数差によりレゾルバステータ２２２ｓとレゾルバロータ２２２ｒの軸方向ズレを防止することができる。特に、本実施形態のようにシャフト材質とフレーム材質の線膨張係数差が大きい組み合わせの場合、その効果は顕著である。

また、磁極部２５７とレゾルバロータ２２２ｒを機械的に位置決めすることで、両者の位相がずれた際に生じるトルク低下やトルクリップル、回転方向によるトルク差、さらには電動式パワーステアリング装置においてはあってはならないセルフステアといった現象を確実に防止することができる。

更に、磁極部２５７を構成する永久磁石２５９をキャップ２６０で覆うことにより、永久磁石２５９に欠けや割れが生じたり、永久磁石２５９がロータヨーク２５８から剥がれたりした場合であっても永久磁石２５９がエアギャップに噛み込まないので、電動式パワーステアリング装置においてあってはならない故障であるモータロックによるホイールステアリングロックを確実に防止することができる。

本実施の形態によれば、モータ１０９の後方部で一体型の回転軸１０９ａを支持する軸受１１２を４点接触式玉軸受としているので、別個に軸受予圧装置等を用いることなく、軸線方向の力（両方向）をこの軸受１１２で受けることができ、また４点接触玉軸受であるためガタも少なくウォーム１０８とウォームホイール１０７の歯面を適切に噛み合わせることができる。

ガタをなくす方法としてはアンギュラ玉軸受を２個使用し、一体型の回転軸１０９ａを支持する方法もあるが、予圧機構や寸法管理などが必要となり複雑となってしまい、また軸受でのロスも大きくなる。４点接触玉軸受を用いることは組立や寸法管理の容易性などを考えても望ましく、更に軽量化や摩擦ロスの低減も図れる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

本実施の形態である電動式パワーステアリング装置１００を含むステアリング機構の概略図である。 図１の矢印IIにより示す、本実施の形態に用いる電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 ウォーム予圧機構１２０の斜視図である。 ウォーム予圧機構１２０の分解図である。 回転軸１０９ａの側面図である。 図７の構成をVIII-VIII線で切断して示す図である。 回転軸１０９ａに取り付ける部品を分解した状態で示す斜視図である。 回転軸１０９ａに部品を取り付けた状態で示す斜視図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
７Ａ ユニバーサルジョイント
７Ｂ ユニバーサルジョイント
８ 中間軸
９ ラック軸
１０ ピニオンシャフト
１３ タイロッド
１５ コラム
１５ ステアリングコラム
１７ ステアリングシャフト
１８ ブラケット
２４ ブラケット
２６ 車体
１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ハウジング
１０１ａ 蓋部材
１０１ｂ 本体
１０２ 入力軸
１０３ 出力軸
１０４，１１０ 軸受
１０５ トーションバー
１０６ トルクセンサ
１０７ ウォームホイール
１０７ａ 芯金
１０７ｂ 歯部
１０８ ウォーム
１０９ モータ
１０９ａ 回転軸
１０９ｅ ロータ部
１０９ｎ 第１円筒部
１０９ｐ 第２円筒部
１０９ｑ 第３円筒部
１０９ｓ 第４円筒部
１１２ ４点玉接触式軸受
１１３ 玉軸受
１２０ ウォーム予圧機構
１２１ ブッシュ
１２１ａ 外フランジ
１２１ｂ 内フランジ
１２２ ホルダ
１２２ｃ 爪部
１２３ 予圧パッド
１２３ａ 平面部
１２３ｂ テーパ状内周面
１２３ｃ 段部
１２３ｅ 突起
１２３ｆ 下側外周面
１２４ コイル
１２４ａ 一端
１２４ｂ 他端
１３０ カシメコマ
２００ ラビリンスシール
２２１ ステータ
２２２ レゾルバ
２２２ｓ レゾルバステータ
２２２ｒ レゾルバロータ
２２２ｎ ナット
２２３ フレーム
２２３Ａ フレーム本体
２２３Ｂ フレーム蓋部
２２３ａ 内径部
２２３ｂ 内径部
２２３ｃ 小径部
２５７ 磁極部
２５８ ロータヨーク
２５９ 永久磁石
２６０ キャップ

Claims (4)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ回転軸を回転させるモータと、
   車輪を操舵する為に操舵力を出力する出力軸と、
   ステアリングホイールから前記出力軸へと操舵力を伝達する入力軸と、
   前記モータの前記回転軸に設けられたウォームと、前記出力軸に連結されたウォームホイールとを含み、前記回転軸と前記出力軸とを動力伝達可能に連結するウォームギヤ機構と、からなり、
   前記モータの回転軸と前記ウォームとは一体的に形成されており、
   前記回転軸は、その端部から中央に向かうにつれて径が段階状に増大している複数の外径部を形成しており、前記外径部に嵌合する内径部を有する複数の部品を、前記内径部が大きい順に前記回転軸に挿入したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記モータはブラシレスモータであることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 一体的に形成された前記ウォームギヤ機構のハウジングが、前記モータのフレームの少なくとも一部を兼ねることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記ウォームギヤ機構のハウジングは、アルミ、アルミ合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。

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