JP2009248852A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus using an electric motor as a drive source.
図9は、従来の電動パワーステアリング装置の設置状態を示す摸式図である。
図9に示すように、従来、ステアリングホイール200の操舵力を軽減するためのパワーステアリング装置として、電動モータ300,300を動力源とした電動パワーステアリング装置100が使用されている(例えば、特許文献1参照)。電動パワーステアリング装置100は、一般に電動モータ300の回転トルクを減速機構400により倍力してラック・ピニオン機構を介してラック軸500に付与し、運転者のステアリング操作をアシストするものである。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an installation state of a conventional electric power steering apparatus.
As shown in FIG. 9, conventionally, an electric
図10は、従来の電動パワーステアリング装置の設置されている減速機構を示す斜視図である。
図10に示すように、従来の減速機構400は、電動モータ300(図9参照)のロータ軸上に設置されたウォームギヤ410とウォームホイール420とから構成されている。
近年、電動パワーステアリング装置100は、普及の拡大に伴って大型車両への搭載の要望が高まっている。大型車両では、前軸荷重が大きいので、それに対応するために、電動モータ300を大型化して発生トルクを増大させると共に、電動モータ300のトルクの増大に合わせて減速機構400の強度も増大させる必要がある。
FIG. 10 is a perspective view showing a speed reduction mechanism in which a conventional electric power steering apparatus is installed.
As shown in FIG. 10, the
In recent years, the demand for mounting the electric
しかしながら、減速機構400を大きくした場合には、減速機構400が運転者の膝付近の空間や足元の空間を減少させ、運転者の居住空間を減少させるという問題点があった(図9参照)。このため、減速機構400を小型化して、電動パワーステアリング装置100全体を小型化することが望まれている。
減速機構400の強度を向上させた装置としは、例えば、ウォームギヤ410を金属製の1条ねじにして、ウォームホイール420の歯厚を歯たけより大きく設定したものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
However, when the
As an apparatus for improving the strength of the
図11は、従来の電動パワーステアリング装置に使用されているウォームギヤを示す図であり、(a)正面図、(b)はY−Y断面図である。図12は、その他の従来の電動パワーステアリング装置に使用されているウォームギヤを示す図であり、(a)は正面図、(b)はZ−Z断面図である。 11A and 11B are diagrams showing a worm gear used in a conventional electric power steering apparatus, where FIG. 11A is a front view and FIG. 11B is a YY sectional view. FIG. 12 is a view showing a worm gear used in another conventional electric power steering apparatus, where (a) is a front view and (b) is a ZZ cross-sectional view.
その他、減速機構400の強度およびウォームギヤ410の曲げ剛性を増大させる方法としては、図11および図12に示すような軸直角方向の断面積を広くしたウォームギヤ600,700が知られている。
図11(a),(b)に示すウォームギヤ600は、2条ねじからなり、軸直角方向の断面において、歯部断面が軸心Oに対して上下対称に形成されているため、軸心部と歯部とを合わせた断面全体の重心Cの位置が軸心Oと一致している。
これに対して、図12(a)、(b)に示すウォームギヤ700は、軸直角方向の断面積を広くした1条ねじであり、歯部断面が一箇所にのみ形成されるため、軸心部と歯部とを合わせた断面全体の重心Cの位置が軸心Oの位置から半径rずれた位置にある。
The
On the other hand, the
図11(a),(b)に示すような2条ねじからなるウォームギヤ600の場合には、ウォームギヤ600の条数の増加に伴って、ウォームホイールの歯数が増加するため、歯車全体の容積および重量が増加するという問題点があった。
In the case of the
一方、図12(a)、(b)に示す1条ねじのウォームギヤ700は、重心Cが軸心Oから半径rずれた位置にあるので、ウォームギヤ700が回転すると、歯車自体に振動が発生して回転ムラや芯触れがあり、操舵フィーリングを悪化させるという問題点があった。
また、重心Cが軸心Oから半径rずれていることで発生する遠心力によってウォームギヤ700の許容荷重が減少するという問題点があった。
On the other hand, the single
Further, the allowable load of the
そこで、本発明は、前記した問題点を解消すべく創案されたものであり、回転ムラを解消した1条ねじのウォームギヤを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus including a single-thread screw worm gear that eliminates rotation unevenness.
前記課題を解消するために請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の発明は、操舵入力に応じて電動モータを駆動し、前記電動モータの駆動力をウォームギヤを介してステアリング系に伝達することにより車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置であって、前記ウォームギヤは、1条ねじからなり、歯切り長さをピッチ長さの整数倍として前記ウォームギヤの歯の重心を軸心と一致させたことを特徴とする。
ここで、「歯切り長さ」とは、ウォームギヤの歯形が形成されている部分の全体の長さである。
In order to solve the above problems, the electric power steering apparatus according to claim 1 drives an electric motor according to a steering input, and transmits the driving force of the electric motor to a steering system via a worm gear. An electric power steering apparatus for steering a vehicle, wherein the worm gear is composed of a single thread, and the gear cutting length is an integral multiple of the pitch length, and the center of gravity of the teeth of the worm gear is aligned with the axis. It is characterized by.
Here, the “tooth cutting length” is the total length of the portion where the tooth profile of the worm gear is formed.
かかる構成によれば、ウォームギヤは、1条ねじからなり、歯切り長さをピッチ長さの整数倍としてウォームギヤの歯の重心を軸心と一致させて形成されていることによって、歯車全体の重心と軸心とが一致した位置にあり、回転ムラや振動を解消することができる。このようにウォームギヤの重心のアンバランスを解消したことによって、ウォームギヤとウォームホイールとの噛み合いが滑らかになり、作動音を低減させると共に、操舵フィーリングを向上させることができる。また、歯車の重心が軸心からずれていることで発生する遠心力によってウォームギヤの許容荷重が減少するのを抑制することができる。 According to this configuration, the worm gear is composed of a single thread, and the center of gravity of the entire gear is formed by aligning the center of gravity of the teeth of the worm gear with the shaft center with the gear cutting length being an integral multiple of the pitch length. And the shaft center coincide with each other, so that uneven rotation and vibration can be eliminated. Thus, by eliminating the unbalance of the center of gravity of the worm gear, the meshing between the worm gear and the worm wheel becomes smooth, and the operation noise can be reduced and the steering feeling can be improved. Further, it is possible to suppress a reduction in the allowable load of the worm gear due to the centrifugal force generated when the center of gravity of the gear is shifted from the axis.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置であって、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記ウォームギヤは、歯切りの始まり位置と終わり位置とが、径方向の同じ位置に形成されていることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the electric power steering apparatus according to the first aspect, wherein the worm gear includes a gear cutting start position and an end position. Are formed at the same position in the radial direction.
かかる構成によれば、ウォームギヤは、歯切りの始まり位置と終わり位置とが、径方向の同じ位置に形成されていることによって、歯車全体の重心と軸心とが一致するようになり、ウォームギヤ全体の重量バランスがよくなるため、芯振れを抑制することができる。 According to such a configuration, the worm gear has a gear cutting start position and an end position formed at the same radial position so that the center of gravity of the entire gear coincides with the shaft center. Since the weight balance is improved, the runout can be suppressed.
また、請求項3に記載の発明は、操舵入力に応じて電動モータを駆動し、前記電動モータの駆動力をウォームギヤを介してステアリング系に伝達することにより車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置であって、前記ウォームギヤは、1条ねじからなり、歯切り長さを、ピッチ長さの整数倍と、前記ウォームギヤの歯の重心と軸心との位置がずれたオフセット重量(オフセット質量)分を補正する重心オフセット長と、を加算した長さにしたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus for driving a vehicle by driving an electric motor in accordance with a steering input and transmitting a driving force of the electric motor to a steering system via a worm gear. The worm gear is composed of a single thread, and the gear cutting length is an integral multiple of the pitch length, and the offset weight (offset mass) is offset from the position of the center of gravity of the tooth of the worm gear and the axis. The center of gravity offset length for correcting the centroid is added to the centroid offset length.
かかる構成によれば、ウォームギヤは、歯切り長さを、ピッチ長さの整数倍と、ウォームギヤの歯の重心と軸心との位置がずれたオフセット重量分を補正する重心オフセット長と、を加算した長さにしたことにより、歯切り長さを、ピッチ長さの整数倍にしたとしても、ウォームギヤの歯の重心と軸心との位置がずれた場合、重心オフセット長さを加算した長さにすれば、重心のずれを補正することができる。 According to such a configuration, the worm gear adds the gear cutting length, an integral multiple of the pitch length, and the center of gravity offset length that corrects the offset weight offset from the position of the center of gravity of the worm gear teeth and the axis. Even if the gear cutting length is set to an integral multiple of the pitch length, if the position of the center of gravity of the worm gear teeth and the center of the shaft shifts, the length obtained by adding the center of gravity offset length If so, the shift of the center of gravity can be corrected.
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、回転ムラを解消した1条ねじのウォームギヤを備えた電動パワーステアリング装置を提供することができる。また、ウォームギヤの重心のアンバランスを解消したことによって、ウォームギヤとウォームホイールとの噛み合いが良好になり、作動音を低減させると共に、操舵フィーリングを向上させることができる。さらに、ウォームギヤとウォームホイールの間での噛み合いによる発熱が低減されて、耐久性を向上させることができる。その結果、長期にわたって良好な操舵フィーリングを維持することができる。 The electric power steering apparatus according to the present invention can provide an electric power steering apparatus including a single-threaded worm gear that eliminates rotation unevenness. Further, by eliminating the unbalance of the center of gravity of the worm gear, the meshing between the worm gear and the worm wheel becomes good, and the operation noise can be reduced and the steering feeling can be improved. Furthermore, the heat generated by the meshing between the worm gear and the worm wheel is reduced, and the durability can be improved. As a result, good steering feeling can be maintained over a long period of time.
以下、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略構成図である。図2は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の減速機構を示す説明図である。図3は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームギヤを示す説明図である。
Hereinafter, an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a speed reduction mechanism of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory view showing a worm gear of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
≪電動パワーステアリング装置の構成≫
図1に示すように、電動パワーステアリング装置1は、操舵入力に応じて電動モータ7を駆動し、電動モータ7の動力を減速機構6を介してステアリング系に伝達することにより車両の転舵のアシストを行う装置である。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に連結されたステアリング軸3と、ステアリング軸3に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ4と、車速を検出する車速センサ5と、減速機構6を介してステアリング軸3に操舵補助力を付与する電動モータ7と、電動モータ7の駆動を制御する駆動制御装置(ECU)8と、ラック・ピニオン機構9を介して連結されたラック軸10とを備えている。そのラック軸10の両端(図1では、ラック軸10の一方側は図示省略)には、タイロッド11等を介して転舵車輪(前輪)12が連結されている。
≪Configuration of electric power steering device≫
As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus 1 drives an
≪電動モータの構成≫
図1に示すように、電動モータ7は、例えば、回転子の回転角度を検出するレゾルバ(図示省略)を備えたブラシレスDCモータからなり、例えば、減速機構6とラック・ピニオン機構9等を収納したギヤハウジング(図示省略)に収納されている。図2に示すように、電動モータ7の回転子と一体に回転するロータ軸7aには、ゴム等の弾性体やセレーション等によるカップリング7bを介在してウォームギヤ軸61aが連結されて、電動モータ7の回転とトルクがウォームギヤ61に伝達されるようになっている。
≪Electric motor configuration≫
As shown in FIG. 1, the
≪減速機構の構成≫
図2に示す減速機構6は、電動モータ7の回転トルクを倍力させてステアリング軸3に伝達する機能を有しており、減速歯車機構からなる。この減速機構6は、例えば、電動モータ7のロータ軸(出力軸)7aに連設されて同回転するウォームギヤ61と、ステアリング軸3に設けたウォームホイール62と、を噛合させて減速機構を構成している。
≪Deceleration mechanism configuration≫
The speed reduction mechanism 6 shown in FIG. 2 has a function of boosting the rotational torque of the
<ウォームギヤの構成>
図2に示すように、ウォームギヤ61は、1条ねじからなり、ロータ軸7aに連結されたウォームギヤ軸61aと、ウォームギヤ軸61aに一体形成された歯切部61bとを有している。図3に示すように、ウォームギヤ61は、歯切り長さLをピッチ長さPの略整数倍Nとしてウォームギヤ61の歯切部61b全体の重心Cを軸心Oと一致させて形成されている。
なお、図2および図3は、ウォームギヤ61の歯切部61bに4ピッチの歯を形成した場合の一例を示す。この場合、ウォームギヤ61は、歯切り長さLがピッチ長さPの4倍に形成されている。ウォームギヤ61は、歯切部61bにおいて、歯切りの始まり位置61cと終わり位置61dとが、径方向の同じ位置に形成されている。このため、ウォームギヤ61の歯全体の重心Cと軸心Oとが一致するようになっている。
<Configuration of worm gear>
As shown in FIG. 2, the
2 and 3 show an example in which teeth of 4 pitches are formed in the
ウォームギヤ軸61aは、歯切部61bの両端部に設置された軸受63,64によって回転自在に軸支され、電動モータ7のロータ軸7aを同回転するようになっている。
歯切部61bは、ウォームギヤ61の歯形が形成された歯形部であり、歯切りの始まり位置61cから終わり位置61dにわたって形成されている。ウォームギヤ61は、歯切部61bの中央部分でウォームホイール62と噛み合うように配置されている。
The
The
<ウォームホイールおよび軸受の構成>
図2に示すウォームホイール62は、ウォームギヤ61の回転をステアリング軸3に減速させて伝達するための歯車である。ウォームホイール62は、図1に示すようないわゆるコラム型の電動パワーステアリング装置1の場合、ステアリング軸3に一体的に設けられている。なお、図9に示すようなピニオン型の電動パワーステアリング装置100の場合には、ピニオン軸に一体的に設けられるようになっている。
前記軸受63,64は、ボールベアリングからなり、内輪がウォームギヤ軸61aに一体に回転するように設置され、外輪がギヤハウジング(図示省略)の内壁に装着されている。
<Configuration of worm wheel and bearing>
A worm wheel 62 shown in FIG. 2 is a gear for decelerating and transmitting the rotation of the
The
≪作用≫
次に、図1〜図5を参照して本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置1の作用を説明する。
図1に示す電動パワーステアリング装置1は、運転者がステアリングホイール2を操舵すると、ステアリング軸3に付与される操舵トルクによりラック・ピニオン機構9を介してラック軸10が直線往復動し、タイロッド11等を介して転舵車輪12が転舵される。
≪Action≫
Next, the operation of the electric power steering apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the electric power steering apparatus 1 shown in FIG. 1, when the driver steers the steering wheel 2, the rack shaft 10 linearly reciprocates via the rack and pinion mechanism 9 by the steering torque applied to the
この際、駆動制御装置(ECU)8は、操舵トルクセンサ4から入力される操舵トルク信号と車速センサ5から入力される車速信号とに基づいて、電動モータ7に流す目標電流値を設定し、この目標電流値とモータ電流センサ(図示省略)から入力されるモータ電流値との偏差が0になるように電流フィードバック制御して電動モータ7を駆動する。これにより、電動モータ7は適切な操舵補助力(アシスト力)を発生し、この操舵補助力が減速機構6を介してステアリング軸3に付与されることによって、運転者のステアリング操作時における操舵力を低減することができる。
At this time, the drive control unit (ECU) 8 sets a target current value to flow to the
次に、図2〜図5を参照して、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置1の減速機構6の作用を説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のウォームギヤにおける歯部の重心の軌跡を示す説明図である。図5は、図4のX−X断面図である。
Next, the operation of the speed reduction mechanism 6 of the electric power steering apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the locus of the center of gravity of the tooth portion in the worm gear of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
図2に示すように、減速機構6は、1条ねじからなるウォームギヤ61と、このウォームギヤ61に噛合するウォームホイール62とからなる。
図3に示すように、ウォームギヤ61は、歯切り長さLがピッチ長さPの整数倍Nに形成されている。このようなウォームギヤ61の軸直角方向の断面における歯部の重心Cの位置の軌跡は、図4に二点鎖線で示すようになる。つまり、ウォームギヤ61の各所の軸直角方向の断面における重心Cの位置は、図4に示すように、中心線O−Oを中心として歯部の形状に沿って螺旋状に形成されて、軸心Oからずれて偏心している。
As shown in FIG. 2, the speed reduction mechanism 6 includes a
As shown in FIG. 3, the
例えば、ウォームギヤ61の軸平行ピッチをP、角度変数(位相角)をθとすると、歯切部61bの歯切りの始まり位置61cからPθ/2πの位置におけるウォームギヤ61の軸直角方向の断面(X−X)は、図5に示すような形状になっている。つまり、ウォームギヤ61の軸直角方向の断面における重心Cは、図5に示すように、軸心Oから半径Rだけ径方向にずれた位置にある。
For example, assuming that the axial parallel pitch of the
このような1条ねじからなるウォームギヤ61は、歯切り長さLをピッチ長さPの整数倍Nに形成したことによって、ウォームギヤ61の歯形部全体の重心Cが軸心Oと一致するようになる。このように形成されたウォームギヤ61は、歯形部全体の重心Cと軸心Oとが一致しているので、ウォームギヤ61自体の振動や回転ムラを低減し、ウォームギヤ61とウォームホイール62との噛み合いが滑らかになる。その結果、ステアリングホイール2(図1参照)を操作した際の操舵フィーリングを向上させることができる。また、重心Cのずれていることで発生する遠心力によってウォームギヤ61の許容荷重が減少するのを抑制することができる。
The
≪第1変形例≫
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
≪First modification≫
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea. The present invention extends to these modifications and changes. Of course.
図6および図7を参照して、本発明の第1変形例を説明する。第1変形例は、歯切り長さLをピッチ長さPの整数倍Nに形成したウォームギヤ61Aの歯切部61Ab全体の重心Cが軸心Oからずれている場合に、ウォームギヤ61Aの歯切部61Abに重心オフセット部61Aeを形成して、軸心Oからずれた歯切部61Ab全体の重心Cの位置を補正するものである。 A first modification of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first modification, when the center of gravity C of the entire gear cutting portion 61Ab of the worm gear 61A formed with the gear cutting length L being an integral multiple N of the pitch length P is deviated from the axis O, the gear cutting of the worm gear 61A is performed. A center-of-gravity offset portion 61Ae is formed in the portion 61Ab to correct the position of the center of gravity C of the entire gear cutting portion 61Ab shifted from the axis O.
図6は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の第1変形例を示す図であり、歯切部に重心オフセット長さ分の歯切りを形成したウォームギヤの説明図である。図7は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の第1変形例におけるウォームギヤの重心オフセット長さの位相とオフセット重量との関係を示すグラフである。 FIG. 6 is a view showing a first modification of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention, and is an explanatory view of a worm gear in which gear cuts for the center of gravity offset length are formed in the gear cut portions. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the phase of the gravity center offset length of the worm gear and the offset weight in the first modification of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
図6に示すように、ウォームギヤ61Aの歯切部61Abにおける有効な歯切り長さをL、整数をN、ピッチをP、重心Cの位置を補正するために終わり位置61Ad側に形成した重心オフセット部61Aeの重心オフセット長さをL1とすると、
L=NP+L1
となる。
As shown in FIG. 6, the effective gear cutting length at the gear cutting portion 61Ab of the worm gear 61A is L, the integer is N, the pitch is P, and the gravity center offset is formed on the end position 61Ad side to correct the position of the gravity center C. When the center of gravity offset length parts 61Ae and L 1,
L = NP + L 1
It becomes.
つまり、ウォームギヤ61Aの軸並行ピッチの整数倍NPとなる長さを持つ領域の有効な歯切部61Abに、軸心Oから半径Rだけ径方向にずれた位置にある歯切部61Ab全体の重心Cの位置を軸心Oに移動させるために、重心オフセット長さL1分の歯切りを有する重心オフセット部61Aeに余分に形成して補正する。
このように、歯切部61Ab全体の重心Cが軸心Oからずれた分の質量の片寄りを考慮した重心オフセット長さL1分の重心オフセット部61Aeを歯切部61Abに形成して、歯切部61Ab全体の重心Cの位置を軸心Oに一致するように調整する。これにより、ウォームギヤ61Aの軸並行ピッチの整数倍NPとなる長さを持つ領域の有効な歯切部61Abは、歯部全体の重心Cの位置が軸心Oの位置に補正される。このため、歯部全体の重心Cとウォームギヤ61Aの軸心Oとが一致するようになる。
In other words, the center of gravity of the entire gear cutting portion 61Ab at a position shifted in the radial direction from the axis O by the radius R is added to the effective gear cutting portion 61Ab in a region having a length that is an integral multiple NP of the axial parallel pitch of the worm gear 61A. In order to move the position of C to the axis O, an extra center of gravity offset portion 61Ae having a gear cut of the center of gravity offset length L 1 is formed and corrected.
Thus, by forming a gear cutting portion 61Ab of the center of gravity of the whole offset length L 1 minute of the center of gravity offset portion 61Ae center of gravity C it is considering offset of minute mass offset from the axis O to the Hasetsu portion 61Ab, The position of the center of gravity C of the entire gear cutting portion 61Ab is adjusted to coincide with the axis O. As a result, in the effective gear cutting portion 61Ab in the region having a length that is an integral multiple NP of the axis parallel pitch of the worm gear 61A, the position of the center of gravity C of the entire tooth portion is corrected to the position of the axis O. For this reason, the center of gravity C of the entire tooth portion coincides with the axis O of the worm gear 61A.
一方、重心オフセット長さL1の部分は、位相角度θ1を用いると、
L1=Pθ1/2π
となる。
ウォームギヤ61Aの軸直角方向の断面における歯部の面積をA、ウォームギヤ61Aの素材の密度をMとすると、重心オフセット長さL1の長さ部分における歯部の軸心Oからのオフセット重量(オフセット質量)は、
On the other hand, when the phase angle θ 1 is used for the portion of the gravity center offset length L 1 ,
L 1 = Pθ 1 / 2π
It becomes.
Worm gear 61A A the area of the tooth portion in the transverse direction of the cross-section of, when the density of the material of the worm gear 61A M, offset the weight from the axis O of the teeth in the length of the center-of-gravity offset length L 1 (Offset Mass) is
となる。
そして、位相角度θ1=πとすると、オフセット重量は最大となり(図7参照)、その値は、PAM/π[kg]となる。この重心オフセット長さL1の位相とオフセット重量との関係を表したのが図7のグラフである。図7に示すように、位相角度θ1=0(および2π)のときには、オフセット重量が最小となる。
It becomes.
When the phase angle θ 1 = π, the offset weight is maximum (see FIG. 7), and the value is PAM / π [kg]. The representation of the relationship between the phase and offset the weight of the center-of-gravity offset length L 1 is a graph of Figure 7. As shown in FIG. 7, when the phase angle θ 1 = 0 (and 2π), the offset weight is minimum.
次に、電動パワーステアリング装置1の一般例を用いてウォームギヤ61Aを説明する。
一般的に使用されている電動パワーステアリング装置の減速機構では、減速比が約20であり、この減速比を直径が約100[mm]のウォームホイールで成り立たせている。このため、ウォームギヤのウォームギヤ軸は、直径が10[mm]以下に細く形成されている。このようなウォームギヤにオフセット重量がある場合には、ウォームギヤの回転によりオフセット重量による遠心力が発生して、その遠心力によりウォームギヤ軸が撓むのを増長させられる。
Next, the worm gear 61A will be described using a general example of the electric power steering apparatus 1.
In a generally used reduction mechanism of an electric power steering apparatus, the reduction ratio is about 20, and this reduction ratio is formed by a worm wheel having a diameter of about 100 [mm]. For this reason, the worm gear shaft of the worm gear is formed with a diameter of 10 [mm] or less. When such a worm gear has an offset weight, a centrifugal force due to the offset weight is generated by the rotation of the worm gear, and the bending of the worm gear shaft by the centrifugal force is increased.
例えば、ステアリングホイール2(図1参照)の回転数を1.5[rps]、ウォームギヤ61Aの素材密度が7×103[kg/m3]、重心位置の半径Rを5[mm]とすると、遠心力は、約10[kgf]となる。
また、約1[ton]の軸力を持つ電動パワーステアリング装置1では、ウォームギヤ61Aの軸直角方向の撓みを生じさせる荷重は、約50[kgf]である。このため、ウォームギヤ61Aのオフセット重量に起因する遠心力を考慮すると、許容荷重が約20[%]減少する。
ここで、重心オフセット長さL1≒0とすることにより、遠心力の影響を低減され、ウォームギヤ61Aの許容荷重の減少を防ぐことができる。これにより、ウォームギヤ61A自身による遠心力によって芯振れや振動を低減して、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
For example, if the rotation speed of the steering wheel 2 (see FIG. 1) is 1.5 [rps], the material density of the worm gear 61A is 7 × 10 3 [kg / m 3 ], and the radius R of the center of gravity is 5 [mm]. The centrifugal force is about 10 [kgf].
In the electric power steering apparatus 1 having an axial force of about 1 [ton], the load that causes the worm gear 61A to bend in the direction perpendicular to the axis is about 50 [kgf]. For this reason, when the centrifugal force resulting from the offset weight of the worm gear 61A is taken into consideration, the allowable load is reduced by about 20 [%].
Here, by setting the center-of-gravity offset length L 1 ≈0, the influence of the centrifugal force can be reduced, and the reduction of the allowable load of the worm gear 61A can be prevented. As a result, the center shake and vibration can be reduced by the centrifugal force generated by the worm gear 61A itself, and a good steering feeling can be obtained.
以上のように、ウォームギヤ61Aは、歯切部61Abの歯切り長さLをピッチ長さPの整数倍Nとして形成した場合に、ウォームギヤ61Aの歯の重心Cが軸心Oからずれていたとしても、そのずれたオフセット重量分を重心オフセット長さ(L1)分を加算して調整することによって歯車全体の重心Cと軸心Oとが一致した位置に補正できる。これにより、ウォームギヤ61Aの回転ムラや振動を解消することができる。さらに、歯車の重心Cのずれていることで発生する遠心力によってウォームギヤ61Aの許容荷重が減少するのを抑制することができる。その結果、ウォームギヤ61A全体の重量バランスがよくなり、芯振れや振動を抑制して、操舵フィーリングを良好にすることができる。 As described above, in the worm gear 61A, it is assumed that the center of gravity C of the teeth of the worm gear 61A is deviated from the axis O when the gear cutting length L of the gear cutting portion 61Ab is an integral multiple N of the pitch length P. However, the offset weight can be corrected to a position where the center of gravity C and the axis O of the entire gear coincide with each other by adjusting the offset of the center of gravity (L 1 ). Thereby, the rotation nonuniformity and vibration of worm gear 61A can be eliminated. Furthermore, it is possible to suppress a reduction in the allowable load of the worm gear 61A due to the centrifugal force generated by the shift of the center of gravity C of the gear. As a result, the weight balance of the worm gear 61A as a whole is improved, and the center feeling and vibration can be suppressed to improve the steering feeling.
≪第2変形例≫
次に、図8を参照して本発明の第2変形例を説明する。第2変形例は、歯切部61Bbの切り上がり等の不完全な不完全歯切部61Bfがあって、不完全歯切部61Bfによって中心Oからずれた場合に、ウォームギヤ61Bの重心C位置を補正するものである。
図8は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の第2変形例を示す図であり、不完全歯切部を有するウォームギヤを示す断面図である。
≪Second modification≫
Next, a second modification of the present invention will be described with reference to FIG. In the second modified example, when there is an incomplete incomplete gear cut portion 61Bf such as a rise of the gear cut portion 61Bb, and the center of gravity C position of the worm gear 61B is shifted from the center O by the incomplete gear cut portion 61Bf. It is to correct.
FIG. 8 is a view showing a second modification of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a worm gear having an incomplete gear cutting portion.
図8に示すウォームギヤ61Bは、歯切部61Bbの切り上がり等の不完全な不完全歯切部61Bfを有し、歯切りした部分の長さが不完全歯切り長さL2分長く形成されている。このようなウォームギヤ61Bの場合には、不完全歯切部61Bfがある分、重心Cの位置が変化する。このため、ウォームギヤ61Bの不完全歯切部61Bfの断面重心オフセット量を打ち消すように、歯切部61Bbの重心オフセット長さL1を補正長さ分として追加して補正する。 Worm gear 61B shown in FIG. 8 has an incomplete incomplete Hasetsu unit 61Bf, such as cut-up of the gear cutting portion 61Bb, the length of the toothed portion is formed incompletely toothed length L 2 minutes longer ing. In the case of such a worm gear 61B, the position of the center of gravity C changes by the amount of the incomplete gear cutting portion 61Bf. Therefore, to cancel cross-sectional center of gravity offset amount of incomplete Hasetsu portion 61Bf of the worm gear 61B, corrected by adding the centroid offset length L 1 of the gear cutting portion 61Bb as a correction length min.
この場合、例えば、ウォームギヤ61Bの歯切部61Bbにおける有効歯切り長さをL、モジュールをmn、進み角をcosβ、整数をN、重心Cの位置を補正する補正長さをαとすると、
L=πmn/cosβ×N+α
となる。
In this case, for example, if the effective gear cutting length 61Bb of the worm gear 61B is L, the module is m n , the advance angle is cos β, the integer is N, and the correction length for correcting the position of the center of gravity C is α,
L = πm n / cos β × N + α
It becomes.
このように歯切部61Bbに補正長さα分を追加して形成することにより、前記実施形態と同様に、ウォームギヤ61Bが受ける遠心力の影響を低減して、ウォームギヤ61Bの許容荷重の減少を防止することができる。また、ウォームギヤ61B自身の遠心力による芯振れや振動を低減して、良好な操舵フィーリングを得ることができる。 In this manner, by adding the correction length α to the gear cutting portion 61Bb, the influence of the centrifugal force applied to the worm gear 61B is reduced and the allowable load of the worm gear 61B is reduced as in the above embodiment. Can be prevented. Further, it is possible to obtain a good steering feeling by reducing the core runout and vibration due to the centrifugal force of the worm gear 61B itself.
また、図8に示すように、ウォームギヤ61Bに切り上がり等の不完全歯切部61Bfがある場合、重心オフセット部61Beと不完全歯切部61Bfとの境界における軸直角方向の断面での位相角をθ1、不完全歯切部61Bfの終わり位置61Bdにおける位相角θ2、重心オフセット長さをL1、不完全端切り長さをL2とすると、
θ1=2πL1/P
θ2=2π(L1+L2)/P
となる。
不完全歯切部61Bfのオフセット重量分を補正するための重心オフセット長さL1と不完全歯切り長さL2との関係は、
Further, as shown in FIG. 8, when the worm gear 61B has an incomplete gear cutting portion 61Bf such as a round-up, the phase angle in the cross section perpendicular to the axis at the boundary between the gravity center offset portion 61Be and the incomplete gear cutting portion 61Bf. Is θ 1 , the phase angle θ 2 at the end position 61Bd of the incomplete gear cutting portion 61Bf, the gravity center offset length is L 1 , and the incomplete end cutting length is L 2 ,
θ 1 = 2πL 1 / P
θ 2 = 2π (L 1 + L 2 ) / P
It becomes.
Relationship between the center of gravity offset length L 1 and incomplete toothed length L 2 for correcting the offset weight fraction of incompletely Hasetsu part 61Bf is
これを満たす重心オフセット長さL1とすれば、不完全歯切部61Bfのオフセット重量分が重心オフセット長さL1によって打ち消されるようになる。
このようにして、不完全歯切部61Bfのオフセット重量分を調整すれば、前記実施形態同様な作用効果を得ることができる。なお、補正するオフセット重量分は、ウォームギヤ61Bを加工する前に予め設定してもよいし、加工後にウォームギヤ61Bの歯切部61Bb全体の重心Cの位置と軸心O位置とのずれを計測して、そのずれを補正加工してもよい。
If the center-of-gravity offset length L 1 satisfying this is satisfied, the offset weight of the incomplete gear cutting portion 61Bf is canceled out by the center-of-gravity offset length L 1 .
Thus, if the offset weight of the incomplete gear cutting portion 61Bf is adjusted, the same effect as that of the above embodiment can be obtained. The offset weight to be corrected may be set in advance before machining the worm gear 61B, or the deviation between the position of the center of gravity C of the entire gear cutting portion 61Bb of the worm gear 61B and the axis O position is measured after machining. Then, the deviation may be corrected.
この場合、ウォームホイールは、ウォームギヤ61Bの歯切部61Bbの中央部分で噛み合う。このため、重心オフセット部61Beおよび不完全歯切部61Bfは、歯切部61Bがピッチの整数倍に形成されてあれば、歯切部61Bbの端部を切削加工するなどして容易に形成することができる。
また、オフセット重量分のずれを補正加工する場合には、ウォームギヤ61Bの歯部の一部を削り落してもよく、また、ウォームギヤ61Bの軸心に穴を開けてもよい。
In this case, the worm wheel meshes with the central portion of the gear cutting portion 61Bb of the worm gear 61B. Therefore, the center-of-gravity offset portion 61Be and the incomplete gear cutting portion 61Bf are easily formed by cutting the end portion of the gear cutting portion 61Bb or the like if the gear cutting portion 61B is formed with an integral multiple of the pitch. be able to.
In addition, when correcting the offset weight deviation, a part of the tooth portion of the worm gear 61B may be scraped off, or a hole may be made in the shaft center of the worm gear 61B.
≪その他の変形例≫
なお、本発明は、ステアリング系のステアリングホイールと転舵車輪とが機械的に切り離されて、電動モータが転舵車輪に対する転舵力のすべてを発生させる構成のもの(ステアバイワイヤ)についても適用可能である。
≪Other variations≫
The present invention can also be applied to a structure (steer-by-wire) in which the steering wheel and the steered wheel of the steering system are mechanically separated and the electric motor generates all the steered force for the steered wheel. It is.
1 電動パワーステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 ステアリング軸
6,6A 減速機構
7 電動モータ
61,61A,61B ウォームギヤ
61a,61Aa,61Ba ウォームギヤ軸
61b,61Ab、61Bb 歯切部
61c 始まり位置
61d,61Ad,61Bd 終わり位置
61e,61Ae,61Be 重心オフセット部
61Af,61Bf 不完全歯切部
62 ウォームホイール
C ウォームギヤの歯の重心
L 歯切り長さ
L1 重心オフセット長さ
L2 不完全端切り長さ
N 整数
O 軸心
P ピッチ長さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering apparatus 2
Claims (3)
前記ウォームギヤは、
1条ねじからなり、
歯切り長さをピッチ長さの整数倍として前記ウォームギヤの歯の重心を軸心と一致させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric power steering device that drives an electric motor in response to a steering input and steers the vehicle by transmitting a driving force of the electric motor to a steering system via a worm gear,
The worm gear is
It consists of a single thread,
An electric power steering apparatus characterized in that a gear cutting length is an integral multiple of a pitch length, and the center of gravity of the teeth of the worm gear is aligned with the axis.
前記ウォームギヤは、1条ねじからなり、
歯切り長さを、ピッチ長さの整数倍と、
前記ウォームギヤの歯の重心と軸心との位置がずれたオフセット重量分を補正する重心オフセット長さと、
を加算した長さにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric power steering device that drives an electric motor in response to a steering input and steers the vehicle by transmitting a driving force of the electric motor to a steering system via a worm gear,
The worm gear consists of a single thread,
The gear cutting length is an integral multiple of the pitch length,
A center-of-gravity offset length that corrects an offset weight component in which the position of the center of gravity and the center of the tooth of the worm gear shifts,
An electric power steering device characterized by having a length obtained by adding
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