JP2010012952A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングシャフトの中心軸から最遠部までの半径を小さくして、レイアウトの自由度を向上させるとともに、重心位置をステアリングシャフト側に近づけ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。
【解決手段】トルクセンサ、電動モータ１５及び制御ユニット２９は、減速ギヤボックス１４に組付けられ、減速ギヤボックス１４は、減速機構及びステアリングシャフト１２を内装する収納部２４と、この収納部２４の外周部に形成された電動モータ１５をその軸方向をステアリングシャフト１２の軸方向と交差する方向とし、且つモータフレーム１５ａを収納部２４より外方に突出させて装着するモータ装着部２７と、収納部２４のモータ装着部２７と近接させて形成され、制御ユニット２９をモータ装着部２７の近傍位置から電動モータ１５の突出方向とは逆方向に突出させて装着する制御ユニット装着部３０とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを検出して電動モータを駆動制御し、電動モータで発生される操舵補助力をステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して伝達するようにした電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両の燃費向上や統合制御を行うという要求が高まり、小型車だけではなく、大きな操舵補助推力が必要となる大型車にも電動パワーステアリング装置が採用され始めている。操舵補助力を発生させる電動モータを大出力化するためにはモータ電流を増大させる必要があるが、それに伴い電動モータを駆動制御する制御ユニットと電動モータとを接続しているモータハーネスの配線損失が大きくなり、効率が低下してしまう。

このため、従来、ステアリング側に連結され、歯部が樹脂材で形成されたウォームホイールと、これと噛合する歯部を有するウォーム軸を備えたウォーム減速機構と、ウォーム軸に連結され、減速比がウォーム減速機構よりも小さい歯車減速機構と、歯車減速機構に連結される回転軸を有するブラシレスモータとを備え、ブラシレスモータの通電制御を行う制御装置をブラシレスモータと一体化して構成した電動パワーステアリング装置がしられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２８３８９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、ウォーム減速機構に歯車減速機構を介してブラシレスモータを接続するようにしているので、コラム軸の中心からウォーム軸を収納する収納部までの高さに対してブラシレスモータのコラム軸の中心からの高さを低くすることができるものの、ブラシレスモータに制御装置を一体化するので、コラム軸の中心から制御装置の最外側部との高さを低くすることはできないとともに、ブラシレスモータが歯車減速機構の外側に装着されるので、ウォーム減速機構からの突出長さの長くなり、電動パワーステアリング装置を配置する場合に他部品と干渉し易くレイアウトの自由度が大幅に制限されるという未解決の課題がある。このため、ステアリングホイールの左右装着仕様や他車種に搭載する際の互換性を確保することができない。

さらに、ブラシレスモータや制御装置がコラム軸回りに配設されたウォーム機構より一方に突出形成されていることから、ブラシレスモータや制御装置などの重量物の重心がウォーム減速機構への取付点に対してオーバーハングする構造となり、振動に対して弱くなるとともに、ステアリング機構を車体側に支持するブラケットの機械的強度を高める必要があるという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、電動モータ及び制御ユニットの減速機構からの突出長さを短くして、ステアリングシャフトの中心軸から最遠部までの半径を小さくして、レイアウトの自由度を向上させるとともに、重心位置をステアリングシャフト側に近づけ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している。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータと、前記トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記減速ギヤボックスは、前記減速機構及び前記ステアリングシャフトを内装する収納部と、該収納部の外周部に形成された前記電動モータをその軸方向を前記ステアリングシャフトの軸方向と交差する方向とし、且つモータフレームを当該収納部より外方に突出させて装着するモータ装着部と、前記収納部の前記モータ装着部と近接させて形成され、前記制御ユニットを前記モータ装着部近傍位置から前記電動モータの突出方向とは逆方向に突出させて装着する制御ユニット装着部とを備えていることを特徴としている。

この請求項１に係る発明では、電動モータ及び制御ユニットを夫々熱容量が大きく且つ表面積の大きい減速ギヤボックスに形成したモータ装着部及び制御ユニット装着部に組付け、電動モータ装着部が減速ギヤボックスの収納部の外周部にモータフレームを外方に突出させて装着するように形成され、制御ユニット装着部で制御ユニットをモータ装着部位置から電動モータとは反対側に突出させて装着するので、減速ギヤボックスからの電動モータ及び制御ユニットの突出長さを短くしてレイアウトの自由度を向上させることができ、電動パワーステアリング装置の小型軽量化を図ることができる。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記ステアリングシャフトの中心軸から前記電動モータの最遠部までの半径と、前記ステアリングシャフトの中心軸から制御ユニットの最遠部までの半径とが等しく設定されていることを特徴としている。
この請求項２に係る発明では、ステアリングシャフトの中心軸から電動モータ及び制御ユニットの最遠部までの半径が等しくされているので、減速ギヤボックスの回りに電動モータ及び制御ユニットが同じ突出量で配置されることになり、電動モータ及び制御ユニットを含めた重心位置をステアリングシャフトの中心軸に近づけることができ、電動パワーステアリング装置を車両に搭載する際の取付ブラケットの機械的強度を低下させることができるとともに、電動パワーステアリング装置のレイアウトの自由度をより向上させることができる。

さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記ステアリングシャフトの中心軸から前記制御ユニットの外側周縁までの高さが、前記ステアリングシャフトの中心軸から前記電動モータの取付フランジの外周縁までの高さ以下に設定されていることを特徴としている。
この請求項３に係る発明では、制御ユニット外側周縁までの高さが電動モータの取付フランジの外周縁までの高さ以下に設定されているので、制御ユニットの外側周縁が前述した従来例のように外側に突出することがない。

さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記減速機構は前記ステアリングシャフトに連結されたウォームホイールと、該ウォームホイールに噛合し前記電動モータの出力軸に連結されたウォームとで構成されていることを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、減速機構がウォーム減速機構で構成されているので、ステアリングシャフトに連結されたウォームホイールに噛合するウォームに電動モータの出力軸が連結されているで、減速ギヤボックスのウォームホイールの接線上に電動モータが配設されることになり、電動パワーステアリング装置全体の構成を小型化することができる。

なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、接点ウォームの前記電動モータの外径がφ７０ｍｍ〜φ１００ｍｍに設定されていることを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、電動モータの外径がφ７０ｍｍ〜φ１００ｍｍに設定されているので、前述したように減速機構としてウォーム減速機構を適用した場合に、電動モータの外周部がウォームの軸芯から３５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に収まることになり、電動パワーステアリング装置全体の構成をより小型化することができる。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記制御ユニットは、衝突時の前記ステアリングコラムのエネルギ吸収ストローク領域から外れた位置に配置されていることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、制御ユニットの配置位置が衝突時のステアリングコラムのエネルギ吸収ストローク領域から外れた位置に配置されているので、ステアリングコラムが衝突時にエネルギ吸収ストローク分移動したときに、制御ユニットに影響を与えることがない。

さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至６の何れか１つに係る発明において、前記電動モータはブラシレスモータであることを特徴としている。
この請求項７に係る発明では、電動モータをブラシレスモータで構成することにより、モータ装着部からの突出長さを短くして電動パワーステアリング装置全体をより小型化することができ、車両搭載時のレイアウトの自由度をより向上させることができる。

本発明によれば、減速ギヤボックスに電動モータが一方向に突出し、制御ユニットが電動モータとは反対方向に突出して装着されるので、ステアリングシャフトの中心軸を中心とする最小円内に電動モータ及び制御ユニットを収納することができ、減速ギヤボックスに対する電動モータ及び制御ユニットの突出長を抑制して、車両搭載時のレイアウトの自由度を向上させることができるとともに、車両に対するステアリングホイールの装着が左右で異なる場合でも、個別の電動パワーステアリング装置を用意することなく同一の電動パワーステアリング装置でレイアウトの自由度を確保しながら装着することができるという効果が得られる。

また、減速ギヤボックスに、その減速機構及びステアリングシャフトを内装する円筒状部の接線位置に形成したモータ装着部に電動モータのケースを外側として装着し、円筒状部の一方の端面側に形成された制御ユニット装着部に制御ユニットをモータ装着部位置から電動モータとは反対側に突出させて装着するので、電動モータ及び制御ユニットを含めた重心位置をステアリングシャフトの中心軸に近づけることができ、ステアリング機構に伝達される振動に対して影響を受け難い構造とすることができるという効果が得られる。
さらには、電動モータとしてブラシレスモータを適用することにより、電動モータの減速ギヤボックスからの突出長をさらに短くして電動パワーステアリング装置全体をより小型化することができる。

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、本発明の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の一例を示す斜視図、図２は図１の右側面図、図３は図２のＡ−Ａ線上の断面図、図４は減速ギヤボックス位置における要部を拡大して示す縦断面図、図５は図２のＢ−Ｂ線上の断面図、図６はコラプス時の電動パワーステアリング装置を示す斜視図、図７はコラプス時の電動パワーステアリング装置の右側面図である。

図１において、１０はコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置であり、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２を回転自在に内装するステアリングコラム１３に、減速ギヤボックス１４が連結され、この減速ギヤボックス１４に、軸方向がステアリングコラム１３の軸方向と直交する方向に延長されたブラシレスモータで構成される電動モータ１５が配設されている。

ここで、ステアリングコラム１３は、減速ギヤボックス１４との連結部にコラプス時の衝撃エネルギを吸収して所定のコラプスストロークを確保する内管１３ａ及び外管１３ｂの２重管構造となっている。そして、ステアリングコラム１３の外管１３ｂ及び減速ギヤボックス１４がアッパ取付ブラケット１６及びロア取付ブラケット１７によって車体側に取付けられている。

ロア取付ブラケット１７は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部１７ａと、この取付板部１７ａの下面に所定間隔を保って平行に延長する一対の支持板部１７ｂとで形成されている。そして、支持板部１７ｂの先端が、図４に示すように、減速ギヤボックス１４の下端側即ち車体前方側に配設したカバー１４ａに一体形成された支持部１４ｂに枢軸１７ｃを介して回動自在に連結されている。

また、アッパ取付ブラケット１６は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部１６ａと、この取付板部１６ａに一体に形成された方形枠状支持部１６ｂと、この方形枠状支持部１６ｂに形成されたステアリングコラム１３の外管１３ｂを支持するチルト機構１６ｃとを備えている。
ここで、取付板部１６ａは、車体側部材（図示せず）に取付けられる左右一対のカプセル１６ｄと、これらカプセル１６ｄに樹脂インジェクション１６ｅによって固定された摺動板部１６ｆとで構成され、衝突時にステアリングコラム１３を車体前方に移動させる衝撃力が作用したときに、カプセル１６ｄに対して摺動板部１６ｆが車体前方に摺動して樹脂インジェクション１６ｅが剪断され、その剪断荷重がコラプス開始荷重となるように構成されている。

また、チルト機構１６ｃはチルトレバー１６ｇを回動させて支持状態を解除することにより、ステアリングコラム１３をロア取付ブラケット１７の枢軸１７ｃを中心として上下にチルト位置調整可能とされている。
さらに、ステアリングシャフト１２は、図４に示すように、上端がステアリングホイール１１に連結される入力軸１２ａと、この入力軸１２ａの下端にトーションバー１２ｂを介して連結されたトーションバー１２ｂを覆う出力軸１２ｃとで構成されている。

さらにまた、減速ギヤボックス１４は、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニウム、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つを例えばダイキャスト成型することにより形成されている。この減速ギヤボックス１４は、電動モータ１５の出力軸１５ｇに連接されたウォーム２１を収納するウォーム収納部２２と、このウォーム収納部２２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム２１に噛合するウォームホイール２３を収納する円筒状部としてのウォームホイール収納部２４と、このウォームホイール収納部２４の後方側に一体に同軸的に連結されたトルクセンサ２５を収納するトルクセンサ収納部２６と、ウォーム収納部２２の開放端面におけるウォームホイール収納部２４の円筒面の接線方向に形成された電動モータ１５を取付けるモータ装着部２７と、トルクセンサ収納部２６の後端面に形成されたステアリングコラム１３の前端部に形成された圧入部１３ｃを圧入するコラム圧入部２８と、ウォーム収納部２２とウォームホイール収納部２４の一部に跨がってウォームホイール収納部２４及びトルクセンサ収納部２６の中心軸線と直交する平面内に形成された制御ユニット（ＥＣＵ）２９を装着する制御ユニット装着部３０とを備えている。ここで、制御ユニット装着部３０は制御ユニット２９との密着性を高めるために平面状に切削加工されている。

そして、減速ギヤボックス１４は、図４に示すように、そのステアリングホイール１１側に形成された円筒状のコラム圧入部２８を有し、このコラム圧入部２８にステアリングコラム１３の先端の圧入部１３ｃを圧入することにより、ステアリングコラム１３と一体化されている。
ここで、トルクセンサ２５は、図４で拡大図示するように、ステアリングシャフト１２の入力軸１２ａ及び出力軸１２ｃ間の捩じれ状態を磁気的に検出してステアリングシャフト１２に伝達された操舵トルクをトルク検出素子としての一対の検出コイル２５ａ及び２５ｂで検出するように構成されている。

これら一対の検出コイル２５ａ及び２５ｂの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム１３の中心軸と直交する方向に平行に外部に突出する外部接続端子２５ｃ，２５ｄ及び２５ｅ，２５ｆが接続され、これら外部接続端子２５ｃ〜２５ｆの突出部が中央部でステアリングコラム１３の中心軸と平行に折り曲げられてＬ字状に形成されて、図４に示すように、制御ユニット装着部３０と直角に形成された制御ユニット２９の下面を案内する案内面３１に形成された開口３２から上方に突出されている。

また、電動モータ１５は、図５に示すように、前端を開放した有底円筒状のモータフレーム１５ａと、このモータフレーム１５ａの前端を覆い減速ギヤボックス１４に装着される連結部１５ｂと、モータフレーム１５ａ内に配設されたモータステータ１５ｃと、このモータステータ１５ｃ内に挿通されてモータフレーム１５ａの底部に固定される後側軸受１５ｄ及び連結部１５ｂに突出形成されたインロー部１５ｅに固定される前側軸受１５ｆによって回転自在に支持された出力軸1５ｇと、この出力軸１５ｇのモータステータ１５ｃに対向する位置に固定された表面に永久磁石１５ｈを形成した表面磁石型のモータロータ１５ｉと、このモータロータ１５ｉの連結部１５ｂに対向する位置に配設されたロータ回転角を検出するロータ回転角検出器としてのレゾルバ１５ｊとで構成されている。

ここで、モータフレーム１５ａには、図1に示すように、開放端側における外周面の１８０度離間した位置にフランジ部1５ｋが形成されている。
また、電動モータ１５のモータステータ１５ｃに巻回された三相コイルの末端に接続する駆動電流供給用の電気的接点としてのモータ端子が直接制御ユニット２９に接続されている。さらに、レゾルバ１５ｊは、連結部１５ｂ内にインロー部１５ｅと逆側に延長して一体に形成された円筒部１５ｕの内周面に固定されたレゾルバステータ１５ｖと、このレゾルバステータ１５ｖ内に挿通される出力軸１５ｇに固定されたレゾルバロータ１５ｗとを有する。

レゾルバステータ１５ｖは、外部の信号処理回路から正弦波の励磁信号ｆ（ｔ）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）が入力されると、ロータの回転角θに応じた正弦波及び余弦波のレゾルバ信号Ｙｓ（＝ｋ・ｓｉｎ（θ）・ｆ（ｔ））及びＹｃ（＝ｋ・ｓｉｎ（θ）・ｆ（ｔ））を出力する。
このため、これら励磁信号ｆ（ｔ）及びレゾルバ信号Ｙｓ，Ｙｃを入出力するための夫々１対の励磁信号入力端子とレゾルバ信号出力端子とでなるレゾルバ端子も直接制御ユニット２９に接続されている。

また、電動モータ１５の出力軸１５ｇには、図５に示すように、前述したウォーム２１が一体に形成されており、このウォーム２１の他端が減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２の底部に配設された軸受２２ａによって回転自在に支持されている。結局、ウォーム２１を一体に形成された出力軸１５ｇは３個の軸受１５ｄ、１５ｆ及び２２ａによって支持されており、出力軸１５ｇとウォーム２１とを分離した場合には、夫々について２個ずつ計４個の軸受を必要とするので、軸受１個分の距離を短くすることができるとともに、出力軸１５ｇとウォーム２１とを連結するカップリング部を省略できるので、この分の長さも短縮することができる。

また、制御ユニット２９は、減速ギヤボックス１４の制御ユニット装着部３０に装着される熱伝動性の良好な例えばアルミニウムなどの導電性材料を鋳造して形成された制御ユニット装着部３０とは反対側が開放された略直方体状の筐体２９ａを有する。この筐体２９ａには、制御ユニット装着部３０に装着される座面２９ｂに接触してパワーモジュール基板２９ｃが配設され、このパワーモジュール基板２９ｃに対して所定距離離間して制御基板２９ｄが平行に配設されている。
なお、筐体２９ａには図示しないが外部の電源に接続される電源端子及び車体側の制御装置（ＥＣＵ）と例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信によって接続するＥＣＵ接続端子とが配設されている。

そして、減速ギヤボックス１４に装着された電動モータ１５及び制御ユニット２９は、図３に示すように、電動モータ１５がそのモータフレーム１５ａをステアリングシャフト１２の中心軸を通る平面Ｐに対して一方例えば左側に突出させ、制御ユニット２９が前記平面Ｐに対して他方例えば右側に突出するように互いに逆方向に突出した構成とされている。ステアリングシャフト１２の中心軸から電動モータ１５のモータフレーム１５ａの最遠部までの半径Ｌａと、ステアリングシャフト１２の中心軸から制御ユニット２９の筐体２９ａの最遠部までの半径Ｌｂとが等しく設定されている。また、電動モータ１５のモータフレーム１５ａの外径Ｄはφ７０ｍｍ〜φ１００ｍｍに設定されている。さらに、ステアリングシャフト１２の中心軸から制御ユニット２９の上端面までの高さｈｂがステアリングシャフト１２の中心軸から電動モータ１５のフランジ部１５ｋの上端との間の高さｈａ以下に設定されている。このため、ステアリングシャフト１２の中心軸から半径Ｌａ＝Ｌｂの円内に電動モータ１５及び制御ユニット２９が配置されることになる。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、電動パワーステアリング装置１０を組立てるには、図４に示すように、減速ギヤボックス１４のトルクセンサ収納部２６内に、トルクセンサ２５をその外部接続端子２５ｃ〜２５ｆの先端が案内面３１に沿って車体後方に延長するように固定配置する。
次いで、減速ギヤボックス１４の制御ユニット装着部３０に制御ユニット２９を装着する。この制御ユニット２９の装着は、座面２９ｂを制御ユニット装着部３０側としてこの座面２９ｂに必要に応じて熱伝導率の高い放熱グリースを塗布した状態で、制御ユニット装着部３０と直交方向から筐体２９ａの下面を案内面３１に接触させながら減速ギヤボックス１４の制御ユニット装着部３０にその垂直方向から装着することにより行なう。このように、制御ユニット２９を減速ギヤボックス１４の制御ユニット装着部３０に対して直交する方向から組付けることにより、制御ユニット２９と制御ユニット装着部３０との間に伝熱性を高めるための放熱グリースを容易に挟み込むことができる。

また、制御ユニット２９を減速ギヤボックス１４の制御ユニット装着部３０に装着すると、これと同時にトルクセンサ２５の外部接続端子２５ｃ〜２５ｆが制御ユニット２９の制御基板２９ｄのスルーホールにワイヤハーネスを介在させる必要はなく、直接電気的接続を行うことができる。
さらに、トルクセンサ２５の外部接続端子２５ｃ〜２５ｆがＬ字状に折り曲げられているので、トルクセンサ２５と制御ユニット２９との組付誤差や各々の部品精度並びに線膨張係数差などによって制御ユニット２９の制御基板２９ｄのスルーホールとトルクセンサ２５の外部接続端子２５ｃ〜２５ｆ及びトルクセンサ２５の接合部へ過大な応力がかかることを回避することができ、耐久性を向上させることができる。

その後、図５の状態に組み上げた電動モータ１５を減速ギヤボックス１４の制御ユニット２９に隣接するモータ装着部２７へウォーム２１をウォームホイール２３に噛合させて装着する。このとき、電動モータ１５の駆動電流供給用端子及びレゾルバ１５ｊの接続端子を直接制御ユニット２９のパワーモジュール基板２９ｃに接続する。
このように、電動モータ１５を減速ギヤボックス１４のモータ装着部２７にその端面と垂直方向から装着するだけで、ウォーム２１とウォームホイール２３とを噛合させることができるとともに、電動モータの駆動電流供給用端子及びレゾルバ１５ｊの外部接続端子を制御ユニット２９に接続することができ、これらの接続工数を削減することができる。

また、制御ユニット２９を熱容量が大きく表面積も広く発熱源となりにくい減速ギヤボックス１４に直接装着したので、制御ユニット２９で生じる発熱を直接減速ギヤボックス１４に効率良く伝熱することができ、制御ユニット２９に設ける放熱フィンを極力小さくしたり省略したりすることができ、制御ユニット２９の構成を小型軽量化することができる。

そして、電動モータ１５としてブラシレスモータを適用しているので、軸方向長さをブラシ付きモータに比較して短くすることができるとともに、ブラシの接触抵抗による損失が無く、モータ通電のためのワイヤハーネスを省略したことと相俟って、どちらか一方の低損失の手法のみでは成し得ない高い出力効率を実現する電動パワーステアリング装置を提供することができる。しかも、ブラシレスモータのモータフレーム１５ａの外径Ｄをφ７０ｍｍ〜１００ｍｍに設定することにより、モータステータ１５ｃとモータロータ１５ｉとによって必要とする十分なトルクを得ることができるとともに、ステアリングシャフト１２の中心軸からモータフレーム１５ａの最遠部までの半径Ｌａを十分に小さくすることができる。このため、電動パワーステアリング装置１０を小型化することができるとともに、車両に装着する際のレイアウトの自由度を向上させることができる。

さらに、電動モータ１５の出力軸１５ｇにウォーム２１を一体に形成したので、両者間を接続するカップリングを省略することができるとともに、回転自在に支持する軸受数を３個に減少させることができるので、電動モータ１５を減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２に接近させて装着することができ、この分電動モータ１５の突出長を短くすることができる。

そして、電動モータ１５のモータフレーム１５ａとは反対側に制御ユニット２９を配設し、ステアリングシャフト１２の中心軸から制御ユニット２９の筐体２９ａの最遠部までの半径Ｌｂを、ステアリングシャフト１２の中心軸から電動モータ１５のモータフレーム１５ａの最遠部までの半径Ｌａと等しく設定することにより、ステアリングシャフト１２の中心軸から半径Ｌａ＝Ｌｂの円内に電動モータ１５及び制御ユニット２９を配置することができる。このため、電動パワーステアリング装置１０をステアリングシャフト１２の中心軸を中心として回転させた場合でも、半径Ｌａ＝Ｌｂの範囲から突出する部品がなく、電動パワーステアリング装置１０を車両に搭載する際のレイアウトの自由度を向上させることができるとともに、ステアリングホイール１１を車両の左右の異なる位置に装着する場合に、左右反転させた電動パワーステアリング装置１０を設けることなく、共通の電動パワーステアリング装置１０で対応することができる。また、他車種にも同一形状で展開しやすい構造となる。

さらに、減速ギヤボックス１４に電動モータ１５及び制御ユニット２９が互いに逆方向に突出して配設されているので、電動モータ１５及び制御ユニット２９を含めた重心位置がステアリングシャフト１２の中心軸位置に近づくことになり、ステアリングシャフト１２に伝達される振動による電動パワーステアリング装置１０を回転させるモーメントが小さくなって、ステアリングシャフト１２に伝達される振動の影響を受け難くなる。つまり、前述した従来例のように減速ギヤボックス１４の片側に電動モータ及び制御ユニットを設ける場合には重心位置がステアリングシャフトから大きく離れてしまうので、ステアリングシャフト１２に伝達される振動が電動モータに伝達された場合に、電動パワーステアリング装置を回転させるモーメントが大きくなることから振動の影響を受け易くなり、支持ブラケットの機械的強度を大きくする必要がある。しかしながら、上記実施形態では、振動による電動パワーステアリング装置１０を回転させるモーメントを小さくできるので、電動パワーステアリング装置１５を車体側に支持するアッパ取付ブラケット１６及びロア取付ブラケット１７の機械的強度を低下させて簡易な構成とすることができる。

そして、上記構成を有する電動パワーステアリング装置１０の車両への搭載が完了すると、アッパ取付ブラケット１６のチルトレバー１６ｇを回動させることにより、チルトロック状態を解除し、この状態でステアリングコラム１３をロア取付ブラケット１７の枢軸１７ｃを中心として回動させることにより、チルト位置を調整することができる。
そして、車両の図示しないイグニッションスイッチをオン状態としてパワーモジュール基板２０ｃ及び制御基板２９ｄにバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行されて、トルクセンサ２５及び図示しない車速センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワーモジュール基板２９ｃのゲート駆動回路に供給してインバータ回路を制御することにより、電動モータ１５に三相交流駆動電流が流れて電動モータ１５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。

このため、電動モータ１５からステアリングホイール１１の操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム２１及びウォームホイール２３を介してステアリングシャフト１２の出力軸１２ｃに伝達されることにより、ステアリングホイール１１を軽い操舵力で操舵することができる。
この状態で、コラプス発生時に図示しないステアリングホイールに乗員が接触して、ステアリングコラム１３を前方に摺動させる衝撃力が作用すると、図６及び図７に示すように、アッパ取付ブラケット１６のカプセル１６ｄと摺動板部１６ｆとの間の樹脂インジェクション１６ｅが剪断されることにより、ステアリングコラム１３の圧入部１３ｃ側で内管１３ａに対して外管１３ｂが衝撃力を吸収しつつ摺動して減速ギヤボックス１４のトルクセンサ収納部２６の端面に当接することにより必要なコラプスストローク即ちエネルギ吸収ストロークを確保してステアリングコラム１３が収縮する。

このようにステアリングコラム１３が収縮すると、その周辺に取付けてある部材が制御ユニット２９に近接することになるが、この制御ユニット２９は所定のコラプスストロークを確保した状態で移動部品と干渉しない位置に配置されているので、コラプスを妨げるように移動部品に干渉することはなく、必要なコラプスストロークを確保することができる。

因みに、コラプス発生時のコラプスストロークを確保するために制御ユニット２９も潰すことが考えられるが、この制御ユニット２９は合成樹脂製フレームやパワーモジュール基板２９ｃ及び制御基板２９ｄ等の潰れのコントロールが困難であり、コラプス時のエネルギ吸収量にバラツキが出てしまうという問題点があるが、本実施形態では、コラプスストロークの確保に制御ユニット２９の潰れを考慮していないので、コラプス時に安定した設定値通りのエネルギ吸収量を確保することができる。
なお、上記実施形態においては、本発明をコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ピニオンアシスト式やラックアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用しても上記と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態においては、ステアリングシャフト１２の中心軸と電動モータ１５の最遠部との半径Ｌａとステアリングシャフト１２の中心軸と制御ユニット２９の最遠部との半径Ｌｂとが等しい場合について説明したが、これに限定されるものではなく、半径Ｌａと半径Ｌｂとを略等しくすればよいものである。
さらに、上記実施形態においては、電動モータ１５として、表面磁石型のモータロータ１５ｉを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁石埋め込み型（ＩＰＭ）のブラシレスモータや、誘導モータなど、他の形式のブラシレスモータを適用することができる。

また、上記実施形態においては、トルクセンサ２５をトルク検出素子のみで構成し、その信号処理回路を制御ユニット２９に内装する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トルクセンサ２５をトルク検出素子２５ａ，２５ｂ及びその信号処理回路で構成し、減速ギヤボックス１４にトルク検出素子２５ａ，２５ｂを内装すると共に、トルク検出素子２５ａ，２５ｂに電気的に接続された信号処理回路を配設するようにしてもよく、この場合には減速ギヤボックス１４単体の状態で、信号処理回路を校正することが可能であり、電動モータの影響を受けることなく信号処理回路の校正を行うことができる。そして、トルクセンサ２５の信号処理回路の校正が済んだ減速ギヤボックス１４へ電動モータ１５を組付け、その後に制御ユニット２９を組付けた段階で制御ユニット２９及びトルク検出素子間の電気的接続並びに制御ユニット２９及び電動モータ１５間の電気的接続を行うことができ、組付け作業を容易に行うことができ、トルクセンサの精度を落とすことなく組付工程を簡略化することができる。
また、上記実施形態においては、電動モータ１５をモータ装着部２７にその軸方向をステアリングシャフト１２と直交する方向として装着する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングシャフト１２と交差する方向であればよい。

本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１の右側面図である。 図２のＡ−Ａ線上の断面図である。 減速ギヤボックスの縦断面図である。 図２のＢ−Ｂ線上の断面図である。 コラプス時の電動パワーステアリング装置を示す斜視図である。 コラプス時の電動パワーステアリング装置の右側面図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…ステアリングコラム、１４…減速ギヤボックス、１５…電動モータ、１５ａ…モータフレーム、１５ｂ…連結部、１５ｃ…モータステータ、１５ｇ…出力軸、１５ｉ…モータロータ、１５ｊ…レゾルバ、１６…アッパ取付ブラケット、１７…ロア取付ブラケット、２１…ウォーム、２１ａ…ウォーム軸、２２…ウォーム収納部、２３…ウォームホイール、２４…ウォームホイール収納部、２５…トルクセンサ、２５ｃ〜２５ｆ…外部接続端子、２６…トルクセンサ収納部、２７…モータ装着部、２８…コラム取付部、２９…制御ユニット、３０…制御ユニット装着部、３１…案内面

Claims (7)

1. 操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータと、前記トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記減速ギヤボックスは、前記減速機構及び前記ステアリングシャフトを内装する収納部と、該収納部の外周部に形成された前記電動モータをその軸方向を前記ステアリングシャフトの軸方向と交差する方向とし、且つモータフレームを当該収納部より外方に突出させて装着するモータ装着部と、前記収納部の前記モータ装着部と近接させて形成され、前記制御ユニットを前記モータ装着部近傍位置から前記電動モータの突出方向とは逆方向に突出させて装着する制御ユニット装着部とを備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングシャフトの中心軸から前記電動モータの最遠部までの半径と、前記ステアリングシャフトの中心軸から制御ユニットの最遠部までの半径とが等しく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ステアリングシャフトの中心軸から前記制御ユニットの外側周縁までの高さが、前記ステアリングシャフトの中心軸から前記電動モータの取付フランジの外周縁までの高さ以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記減速機構は前記ステアリングシャフトに連結されたウォームホイールと、該ウォームホイールに噛合し前記電動モータの出力軸に連結されたウォームとで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記電動モータの外径がφ７０ｍｍ〜φ１００ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御ユニットは、衝突時の前記ステアリングコラムのエネルギ吸収ストローク領域から外れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記電動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乃至６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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