JP2009202613A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

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申康 佐治
Takeaki Yonetani
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Abstract

【課題】モータ軸の軸振れを抑制するとともに製造コストを低減し得る電気式動力舵取装置を提供する。
【解決手段】ウォーム側軸受46は、その外輪46aにてモータブラケット42の負荷側断部42aにかしめて固定されるとともに、その内輪46bにてモータ軸45のウォーム側部位45aにすきまばめにより取り付けられる。また、反ウォーム側軸受47は、その外輪47aの軸方向端面47cにてモータハウジング41の中央底部41bに当接される。そして、モータ軸45は、動力伝達継手60の伝達部材90により、反ウォーム側に当該モータ軸45が軸振れを生じない程度に付勢されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、モータで発生したアシスト力を減速機を介して操舵機構に伝達する電気式動力舵取装置に関するものである。
従来より、モータで発生したアシスト力を減速機を介して操舵機構に伝達する電気式動力舵取装置として、下記特許文献1に示す電動式舵取装置が知られている。この電気式動力舵取装置では、モータの出力軸に形成されるウォームが、コラム軸に嵌着されたウォームホイールに噛合されている。そして、モータの回転が、ウォームとウォームホイールの噛合部において所定の減速比にて減速されて、当該ウォームホイールが嵌着されたコラム軸を介して舵取機構に伝達されることにより、舵取機構の動作による操舵が補助される。
また、下記特許文献2に示す電動パワーステアリング装置では、モータの出力軸と、ステアリングシャフトに一体回転可能に連結されたウォームホイールに噛合されたウォーム軸とが、動力伝達継手を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。そして、モータの回転が、動力伝達継手を介してウォーム軸に伝達され、ウォーム軸とウォームホイールの噛合部において所定の減速比にて減速されて、当該ウォームホイールが連結されたステアリングシャフトを介して舵取機構に伝達されることにより、舵取機構の動作による操舵が補助される。このとき、動力伝達継手は、弾性部材を介してモータの出力軸とウォーム軸とを、ウォーム軸の偏倚を許容しつつ、動力伝達可能に連結している。
特開2003−327143号公報 特開2005−319922号公報
ところで、ウォームとウォームホイールとのアラインメント不良によるモータ軸(出力軸)の偏心により軸振れが生じると、モータ軸の反ウォーム側端部を支持する反ウォーム側軸受とこの反ウォーム側軸受を支持するハウジングとの間で打音が発生する。そこで、特許文献1の電動式舵取装置の様に、モータ軸の偏心に起因する打音の発生を抑制するために、板ばね状の弾性体を、モータ軸の反ウォーム側端部を軸支する反ウォーム側軸受の外輪の反ウォーム側端面とハウジングとの間に介装させている。この弾性体の介装に加えて、モータ軸のウォーム側端部を軸支するウォーム側軸受を、その内輪にてモータ軸に圧入等で固定するとともにその外輪にてハウジングにかしめ等で固定することで、モータ軸の偏心を抑制している。
しかしながら、適切なばね力を有する板ばね状の弾性体を介装する必要があることから、板ばね状の弾性体の材料費だけでなく取付作業やばね力の管理作業等の費用も必要となり、製造コスト低減の障害となっていた。一方、特許文献2の電動パワーステアリング装置でも、動力伝達継手により、上述のアラインメント不良によるモータ軸の偏心を多少抑制できるものの、板ばね状の弾性体を介装する必要があり、同様の問題が発生していた。
一方、反ウォーム側端部を支持する反ウォーム側軸受の外周にOリングを設けて、モータ軸の偏心による打音の発生を抑制することも考えられるが、Oリングの材料費や取付作業・管理作業による費用等、製造コスト低減の障害になってしまう。
本発明は、上述した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、モータ軸の軸振れを抑制するとともに製造コストを低減し得る電気式動力舵取装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項1の電気式動力舵取装置では、車両のステアリングホイール(21)による操舵を補助可能なアシスト力を出力するモータ(40)と、前記モータのモータ軸(45)の回転により駆動されるウォーム軸(32)とこのウォーム軸の回転を減速して操舵機構(23)に伝達するウォームホイール(33)とを含む減速機構(30)と、を備える電動式動力舵取装置(20)において、前記モータ軸のウォーム側部位(45a)をモータハウジング(41)の開口部(41a)に取り付けられるモータブラケット(42)に対して回転可能に支持するウォーム側軸受(46)であって、その外輪(46a)にて当該モータブラケットに固定されるとともにその内輪(46b)にて前記モータ軸にすきまばめにより取り付けられるウォーム側軸受と、前記モータ軸の反ウォーム側部位(45b)を前記モータハウジングに対して回転可能に支持する反ウォーム側軸受(47)であって、その外輪(47a)の軸方向端面(47c)にて当該モータハウジングに当接する反ウォーム側軸受と、前記モータ軸と前記ウォーム軸とを同軸的であって動力伝達可能に連結する動力伝達部材(60)であって、前記モータ軸の軸振れを抑制するための付勢力を当該モータ軸に与える付勢部材(90)を有する動力伝達部材と、を備えることを技術的特徴とする。
請求項1の発明では、ウォーム側軸受は、その外輪にてモータブラケットに固定されるとともにその内輪にてモータ軸にすきまばめにより取り付けられる。また、反ウォーム側軸受は、その外輪の軸方向端面にてモータハウジングに当接される。そして、モータ軸には、動力伝達部材の付勢部材により、モータ軸の軸振れを抑制するための反ウォーム側への付勢力、例えば、上述した板ばね状の弾性体によるモータ軸のウォーム側への付勢力に相当する付勢力が与えられている。
このように、モータ軸は、すきまばめにより軸方向の移動が許容された状態でウォーム側軸受に支持されている。そのため、モータ軸は、動力伝達部材の付勢部材による付勢により、反ウォーム側軸受の外輪の軸方向端面を介してモータハウジングに当該モータ軸が軸振れを生じない程度に付勢されることとなる。これにより、反ウォーム側軸受の外輪の軸方向端面とモータハウジングとの間に上述した板ばね状の弾性体を介在させることなく、モータ軸の軸振れを抑制することができる。
その結果、上述した板ばね状の弾性体の廃止による製造コストの低減はもちろんのこと、板ばね状の弾性体のばね力を例えば板厚等で管理する管理工程も廃止されて、製造コストを低減することができる。また、ウォーム側軸受が取り付けられるモータ軸のウォーム側部位は、すきまばめ用の加工が施されるので、従来の圧入用の加工と比較して低い加工精度で加工でき、製造コストをさらに低減することができる。
したがって、モータ軸の軸振れを抑制するとともに製造コストを低減することができる。
また、従来、モータのウォーム側軸受は、外輪および内輪ともにモータブラケットおよびモータ軸に固定されていたので振動音が発生しやすい状態であったが、ウォーム側軸受の内輪がモータ軸にすきまばめにより取り付けられているので振動が減少することから振動音が抑制され得る。また、上述のようにモータ軸の軸振れが抑制されるので、トルクリップルが改善され得る。
請求項2の発明では、動力伝達部材は、付勢部材に加えて、モータ軸のウォーム側端部に連結される第1の係合部材とウォーム軸のモータ側端部に連結される第2の係合部材とを備えている。第1の係合部材には、そのウォーム側端面からウォーム側に複数の係合突起が突出形成されており、第2の係合部材には、そのモータ側端面からモータ側に複数の係合突起が突出形成されている。そして、付勢部材は、例えば、弾性材等で構成されて、第1の係合部材の係合突起と第2の係合部材の係合突起との双方に係合するとともに、ウォーム側端面およびモータ側端面の双方を弾性的に付勢する。
このため、付勢部材の軸方向長さをモータ軸の軸振れを抑制するために必要な付勢力に応じて設定することにより、動力伝達部材は、付勢部材の弾性によりモータ軸を反ウォーム側に弾性的に付勢する付勢機能と、付勢部材の両係合部材への係合による動力伝達機能とを確実に実現することができる。
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。図1(A)は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置20の全体構成例を示す構成図であり、図1(B)は、ECU50等の構成例を示す回路ブロック図である。
電気式動力舵取装置20は、主に、ステアリングホイール21、ステアリング軸22、ピニオン入力軸23、ステアリングセンサ24、ラックアンドピニオン25、ロッド26、減速機30、モータ40およびECU50等から構成されている。
図1(A)に示すように、ステアリングホイール21には、ステアリング軸22の一端側が接続されており、このステアリング軸22の他端側にはステアリングセンサ24の入力側が接続されている。またこのステアリングセンサ24の出力側には、ラックアンドピニオン25のピニオン入力軸23の一端側が接続されている。ステアリングセンサ24は、図略のトーションバーとこのトーションバーを挟むようにトーションバーの両端に取り付けられた2つのレゾルバとからなり、トーションバーの一端側を入力、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバーの捻れ量等を当該2つのレゾルバにより検出することで、ステアリングホイール21による操舵トルクや操舵角を検出し得るように構成されている。
ステアリングセンサ24の出力側に接続されるピニオン入力軸23の途中には、減速機30が連結されており、モータ40から出力されるアシスト力をこの減速機30により減速してピニオン入力軸23に伝達し得るように構成されている。
モータ40には、当該モータ40の回転角を検出可能なモータ回転角センサ48が取り付けられており、このモータ回転角やステアリングセンサ24による操舵トルク、操舵角等に基づいてECU50によるモータ40の駆動制御が行われている。
一方、このピニオン入力軸23の他端側には、ラックアンドピニオン25を構成する図略のラック軸のラック溝に噛合可能なピニオンギヤが形成されている。このラックアンドピニオン25では、ピニオン入力軸23の回転運動をラック軸の直線運動に変換可能にしており、またこのラック軸の両端にはロッド26が連結され、さらにこのロッド26の端部には図略のナックル等を介して操舵輪FR、FLが連結されている。これにより、ピニオン入力軸23が回転すると、ラックアンドピニオン25、ロッド26等を介して操舵輪FR、FLの実舵角を変化させることができるので、ピニオン入力軸23の回転量および回転方向に従った操舵輪FR、FLの操舵を可能にしている。
図1(B)に示すように、ECU50は、主に、A/D変換器等の周辺LSIやメモリ等を備えたMPU(Micro Processor Unit)51、ステアリングセンサ24やモータ回転角センサ48等による各種センサ情報(操舵トルク信号、操舵角信号、モータ回転角信号)等を入出力可能な入出力インタフェイスI/F52、およびMPU51から出力されるモータ電流指令に基づいてPWM制御によるモータ電流をモータ40に供給可能なモータ駆動回路53から構成されている。なお、図1(B)に示す符号54は、モータ40に実際に流れるモータ電流IMを検出し得る電流センサ54であり、この電流センサ54により検出されたモータ電流IMに関するセンサ情報は、モータ電流信号として入出力インタフェイスI/F52を介してMPU51に入力され得るように構成されている。
このように構成することにより、電気式動力舵取装置20では、ステアリングホイール21による操舵状態をステアリングセンサ24により検出し、その操舵状態に応じたモータ指令電流をモータ40に出力するようにECU50によって制御する。これにより、電気式動力舵取装置20は、操舵状態に応じたアシスト力をモータ40により発生させて運転者のステアリングホイール21による操舵をアシスト可能にしている。
ここで、上述した減速機30およびモータ40の構成について、図2を用いて詳細に説明する。図2は、減速機30およびモータ40の詳細断面図である。なお、モータ40としては、回転子側に界磁用永久磁石が設けられた3相ブラシレスモータが用いられている。
図2に示すように、減速機30は、主に、ハウジング31と、モータ40により回転駆動される入力軸としてのウォーム軸32と、このウォーム軸32に噛合するとともにピニオン入力軸23に一体回転可能に連結されるウォームホイール33とを備えている。
ウォーム軸32には、その軸方向中間部位に歯部32aが形成されており、ウォーム軸32は、反モータ側部位32b,モータ側部位32cに嵌合された軸受34,35を介してハウジング31に回転可能に支持されている。
ウォームホイール33は、ピニオン入力軸23の軸方向中間部に一体回転可能にかつ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール33は、ピニオン入力軸23に一体回転可能に結合される環状の芯金33aと、この芯金33aの周囲を取り囲み外周に歯部33cを形成した合成樹脂部材33bとを備える。芯金33aは、例えば合成樹脂部材33bの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
図2に示すように、モータ40は、主に、有底筒状に形成されるモータハウジング41と、このモータハウジング41の開口部41aに固定されるモータブラケット42と、回転磁界を発生するステータ43と、この回転磁界に応じて回転するロータ44と、このロータ44に同軸的に圧入されるモータ軸45と、このモータ軸45をモータブラケット42およびモータハウジング41に対して回転可能に支持するウォーム側軸受46および反ウォーム側軸受47とを備えている。
モータハウジング41の内周面には、略円筒状のステータ43が固定されるとともに、このステータ43の内側には、モータ軸45が圧入されたロータ44が配置されている。ロータ44の外周面にはステータ43と対向するように周方面に複数の磁極を有するセグメント磁石44aが外嵌されている。
モータブラケット42は、モータ軸45が後述する動力伝達継手60を介してウォーム軸32に同軸的に連結されるように、減速機30のハウジング31に嵌合されている。
図3は、ウォーム側軸受46とモータブラケット42およびモータ軸45との嵌合関係を説明するための部分断面図である。図4は、反ウォーム側軸受47とモータハウジング41およびモータ軸45との嵌合関係を説明するための部分断面図である。
図3に示すように、ウォーム側軸受46は、その外輪46aにてモータブラケット42の負荷側断部42aにかしめて固定されるとともに、その内輪46bにてモータ軸45のウォーム側部位45aにすきまばめにより取り付けられている。このため、ウォーム側部位45aは、すきまばめにより軸方向の移動が許容された状態でウォーム側軸受46に支持されることとなる。なお、モータブラケット42の反負荷側断部42bには、モータ軸45の回転位置を検出するモータ回転角センサ48が配置されている。
図4に示すように、反ウォーム側軸受47は、その外輪47aの軸方向端面47cにてモータハウジング41の中央底部41bに当接されるとともに、その内輪47bにてモータ軸45の反ウォーム側部位45bに圧入により固定されている。
図5は、動力伝達継手60の分解斜視図である。
動力伝達継手60は、モータ軸45のウォーム側部位45aに一体回転可能に連結されたモータ側係合部材70と、ウォーム軸32のモータ側部位32cに一体回転可能に連結されたウォーム側係合部材80と、モータ側係合部材70およびウォーム側係合部材80の間に介在して両係合部材70,80間にトルクを伝達する伝達部材90とを備えている。モータ側係合部材70およびウォーム側係合部材80は、例えば、金属製である。
モータ側係合部材70は、モータ軸45のウォーム側部位45aを嵌合して連結させるための嵌合孔71aが形成された円筒部71と、この円筒部71のウォーム側端面71bからウォーム側係合部材80に向けて周方向等間隔に突出形成された3つの係合突起72とを備えている。
ウォーム側係合部材80は、ウォーム軸32のモータ側部位32cを嵌合して連結させるための嵌合孔81aが形成された円筒部81と、この円筒部81のモータ側端面81bからモータ側係合部材70に向けて周方向等間隔に突出形成された3つの係合突起82とを備えている。
伝達部材90は、例えば、弾性材等で構成されており、円筒部91と、この円筒部91から放射方向に突出する6つの係合片92とを備えている。各係合片92は円筒部91の周方向に等間隔で配置されている。伝達部材90の軸方向長さは、各係合突起72の軸方向長さおよび各係合突起82の軸方向長さよりも長くなるように形成されている。伝達部材90の軸方向長さは、後述するようにこの伝達部材90の弾性によりモータ側係合部材70を介してモータ軸45を反ウォーム側に付勢して当該モータ軸45の軸振れを抑制するために必要な付勢力、具体的には、上述した板ばね状の弾性体によるモータ軸のウォーム側への付勢力に相当する付勢力に応じた長さに設定されている。
動力伝達継手60は、モータ軸45に嵌合されたモータ側係合部材70の各係合突起72と、ウォーム軸32に嵌合されたウォーム側係合部材80の各係合突起82とが周方向に交互に配置され、周方向に相隣接する係合突起72および係合突起82間に、伝達部材90の対応する係合片92が挟持されるようにして組み立てられる。すなわち、周方向に隣接する各係合突起72および係合突起82が、伝達部材90の対応する係合片92を周方向に挟んで互いに噛み合わされる状態となり、動力伝達継手60の動力伝達機能が実現される。
以上のように構成されることにより、モータ軸45は、動力伝達継手60の伝達部材90の弾性によりモータ側係合部材70を介して反ウォーム側に弾性的に付勢されている。このとき、モータ軸45は、すきまばめにより軸方向の移動が許容された状態でウォーム側軸受46に支持されている。そのため、モータ軸45は、伝達部材90による付勢により、反ウォーム側軸受47の外輪47aの軸方向端面47cを介してモータハウジング41の中央底部41bに当該モータ軸45が軸振れを生じない程度に付勢されることとなる。これにより、モータ軸45の軸振れを抑制することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る電気式動力舵取装置20では、ウォーム側軸受46は、その外輪46aにてモータブラケット42の負荷側断部42aにかしめて固定されるとともに、その内輪46bにてモータ軸45のウォーム側部位45aにすきまばめにより取り付けられる。また、反ウォーム側軸受47は、その外輪47aの軸方向端面47cにてモータハウジング41の中央底部41bに当接される。そして、モータ軸45は、動力伝達継手60の伝達部材90により、モータ軸45の軸振れを抑制するための反ウォーム側への付勢力が与えられている。
このように、モータ軸45は、すきまばめにより軸方向の移動が許容された状態でウォーム側軸受46に支持されている。そのため、モータ軸45は、動力伝達継手60の伝達部材90による付勢により、反ウォーム側軸受47の外輪47aの軸方向端面47cを介してモータハウジング41の中央底部41bに当該モータ軸45が軸振れを生じない程度に付勢されることとなる。これにより、反ウォーム側軸受47の外輪47aの軸方向端面47cとモータハウジング41の中央底部41bとの間に上述した板ばね状の弾性体を介在させることなく、モータ軸45の軸振れを抑制することができる。
その結果、上述した板ばね状の弾性体の廃止による製造コストの低減はもちろんのこと、板ばね状の弾性体のばね力を例えば板厚等で管理する管理工程も廃止されて、製造コストを低減することができる。また、ウォーム側軸受46が取り付けられるモータ軸45のウォーム側部位45aは、すきまばめ用の加工が施されるので、従来の圧入用の加工と比較して低い加工精度で加工でき、製造コストをさらに低減することができる。
したがって、モータ軸45の軸振れを抑制するとともに製造コストを低減することができる。
また、従来、モータ40のウォーム側軸受46は、外輪46aおよび内輪46bともにモータブラケット42およびモータ軸45に固定されていたので振動音が発生しやすい状態であったが、ウォーム側軸受46の内輪46bがモータ軸45にすきまばめにより取り付けられているので振動が減少することから振動音が抑制され得る。また、上述のようにモータ軸45の軸振れが抑制されるので、トルクリップルが改善され得る。
また、本実施形態に係る電気式動力舵取装置20では、動力伝達継手60は、伝達部材90に加えて、モータ軸45のウォーム側部位45aに連結されるモータ側係合部材70とウォーム軸32のモータ側部位32cに連結されるウォーム側係合部材80とを備えている。モータ側係合部材70には、その円筒部71のウォーム側端面71bからウォーム側に3つの係合突起72が突出形成されており、ウォーム側係合部材80には、その円筒部81のモータ側端面81bからモータ側に3つの係合突起82が突出形成されている。そして、伝達部材90は、弾性材等で構成されて、モータ側係合部材70の各係合突起72とウォーム側係合部材80の各係合突起82との双方に各係合片92にて係合するとともに、ウォーム側端面71bおよびモータ側端面81bの双方を弾性的に付勢する。
このため、伝達部材90の軸方向長さをモータ軸45の軸振れを抑制するために必要な付勢力に応じて設定することにより、動力伝達継手60は、伝達部材90の弾性によりモータ軸45を反ウォーム側に弾性的に付勢する付勢機能と、伝達部材90の両係合突起72,82への係合による動力伝達機能とを確実に実現することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等の作用・効果が得られる。
(1)動力伝達継手60は、伝達部材90の係合片92を、モータ側係合部材70の各係合突起72とウォーム側係合部材80の各係合突起82とにより挟持させることにより、上述した付勢機能および動力伝達機能を実現することに限らず、スプライン状に形成された伝達部材を、このスプライン形状に応じて形成されるモータ側係合部材の係合突起とウォーム側係合部材の係合突起とにより挟持させることで上記付勢機能および動力伝達機能を実現してもよい。
(2)ウォーム側軸受46は、その外輪46aにてモータブラケット42の負荷側断部42aにかしめて固定されることに限らず、例えば、圧入等により固定されてもよい。
図1(A)は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の全体構成例を示す構成図であり、図1(B)は、ECU等の構成例を示す回路ブロック図である。 減速機およびモータの詳細断面図である。 ウォーム側軸受とモータブラケットおよびモータ軸との嵌合関係を説明するための部分断面図である。 反ウォーム側軸受とモータハウジングおよびモータ軸との嵌合関係を説明するための部分断面図である。 動力伝達継手の分解斜視図である。
符号の説明
20…電気式動力舵取装置
30…減速機(減速機構)
32…ウォーム軸
33…ウォームホイール
40…モータ
41…モータハウジング
41b…中央底部
42…モータブラケット
42a…ウォーム側断部
45…モータ軸
45a…ウォーム側部位
45b…反ウォーム側部位
46…ウォーム側軸受
47…反ウォーム側軸受
46a,47a…外輪
46b,47b…内輪
60…動力伝達継手(動力伝達部材)
70…モータ側係合部材(第1の係合部材)
80…ウォーム側係合部材(第2の係合部材)
90…伝達部材(付勢部材)

Claims (2)

  1. 車両のステアリングホイールによる操舵を補助可能なアシスト力を出力するモータと、
    前記モータのモータ軸の回転により駆動されるウォーム軸とこのウォーム軸の回転を減速して操舵機構に伝達するウォームホイールとを含む減速機構と、
    を備える電動式動力舵取装置において、
    前記モータ軸のウォーム側部位をモータハウジングの開口部に取り付けられるモータブラケットに対して回転可能に支持するウォーム側軸受であって、その外輪にて当該モータブラケットに固定されるとともにその内輪にて前記モータ軸にすきまばめにより取り付けられるウォーム側軸受と、
    前記モータ軸の反ウォーム側部位を前記モータハウジングに対して回転可能に支持する反ウォーム側軸受であって、その外輪の軸方向端面にて当該モータハウジングに当接する反ウォーム側軸受と、
    前記モータ軸と前記ウォーム軸とを同軸的であって動力伝達可能に連結する動力伝達部材であって、前記モータ軸の軸振れを抑制するための付勢力を当該モータ軸に与える付勢部材を有する動力伝達部材と、
    を備えることを特徴とする電動式動力舵取装置。
  2. 前記動力伝達部材は、
    前記モータ軸のウォーム側端部に連結される第1の係合部材であって、そのウォーム側端面からウォーム側に複数の係合突起が突出形成される第1の係合部材と、
    前記ウォーム軸のモータ側端部に連結される第2の係合部材であって、そのモータ側端面からモータ側に複数の係合突起が突出形成される第2の係合部材と、を備え、
    前記付勢部材は、前記第1の係合部材の係合突起と前記第2の係合部材の係合突起との双方に係合するとともに前記ウォーム側端面および前記モータ側端面の双方を弾性的に付勢することを特徴とする請求項1に記載の電動式動力舵取装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011068204A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Mitsubishi Electric Corp 電動パワーステアリング装置用モータ装置
JP2012224262A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Jtekt Corp 電動パワーステアリング装置

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