JP2010188887A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立性の良い車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】ウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側の端面２０１が、軸方向Ｘ１に関して、ステータコア４３の第１の端面４３１からウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側へオフセット長Ｌ２だけ、ずらされている。ロータ４１が、延設部４９を有する内筒部４５と、磁極形成部４８を有する外筒部４６とを備える。延設部４９の延設長Ｌ１は、軸方向Ｘ１に関して、内筒部４５および外筒部４６の第２の端面４５２，４６２間の距離である。延設長Ｌ１がオフセット長Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。外筒部４６の磁極形成部４８がステータコア４３に対向する前に、延設部４９がウォーム軸２０に嵌合する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用操舵装置に関する。

一般に、車両用操舵装置としての例えば電動パワーステアリング装置では、操舵補助用の電動モータの回転軸の回転を減速機構を介して減速してラックアンドピニオン機構等の転舵機構に伝えている。上記の減速機構としては、ウォーム軸およびウォームホイールが用いられる場合が多い。
上記ウォーム軸の端部に設けられた延伸部を中空ロータの端部に直接連結した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特許第４０２３３５２号公報

上記の電動パワーステアリング装置を組み立てるときには、モータハウジングによって保持されたステータ内に、モータハウジングの端部の開放部を通して、中空ロータを挿通し、挿通された中空ロータをウォーム軸の端部の延伸部に固定するようにしている。
しかし、中空ロータをウォーム軸の軸方向に沿ってステータ内に挿入する工程において、ロータの磁極とステータコアとの磁気吸引力によって、ロータがステータ側に引き寄せられ、その結果、ロータがステータコア（具体的にはステータコアのティースの内径部）を擦るおそれがある。

これを防止するため、通例、特殊な治具を用いて挿入工程のロータを支持し、ロータとステータの接触を回避している。しかし、特殊治具を用いた組立には手間がかかり、電動パワーステアリング装置の組立性が悪いという問題がある。
そこで、本発明の目的は、組み立て易い車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、操舵力を発生する電動モータ（１８）を備え、上記電動モータは、ロータ（４１）と、上記ロータを取り囲むステータ（４２）と、上記ステータを保持した筒状のモータハウジング（３８）と、を含み、上記ステータは、ステータコア（４３）と、ステータコアに巻回されたコイル（４４）と、を含み、上記ロータは、所定軸（２０）の第１の端部（２０ａ）の外周に嵌合された内筒部（４５）と、上記内筒部と同心の外筒部（４６）と、内筒部および外筒部を連結する連結部（４７）と、を含み、上記外筒部に、上記ステータコアと対向する磁極形成部（４８）が設けられ、上記内筒部は、上記所定軸の軸方向（Ｘ１）の位置に関して、上記外筒部よりも、上記所定軸の第２の端部（２０ｂ）側へ延びる延設部（４９）を有し、上記延設部の延設長（Ｌ１）は、上記所定軸の軸方向に沿って上記ロータを上記所定軸の第１の端部に装着するときに、上記外筒部の上記磁極形成部が上記ステータコアと対向するに先立って、上記延設部が上記所定軸の上記第１の端部に嵌合可能な長さに設定されていることを特徴とするものである。

また、請求項２記載の発明は、上記ステータコアは、上記所定軸の軸方向に対向する第１および第２の端面（４３１，４３２）を有し、上記第２の端面は、上記第１の端面よりも、上記第２の端部側に配置され、上記所定軸の軸方向に関して、上記所定軸の第１の端部側の端面（２０１）が、上記ステータコアの上記第１の端面から、上記第２の端部側へ所定のオフセット長（Ｌ２）ずらされた位置に配置され、上記延設長は、上記オフセット長よりも長いことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、上記電動モータの動力を転舵機構（４）に伝達するための伝達機構（１９）を備え、上記伝達機構は、上記所定軸としてのウォーム軸（２０）を含み、上記内筒部は、上記所定軸としての上記ウォーム軸に嵌合されていることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明では、モータハウジングによって保持されたステータコア内に、ロータを挿入する前に、すなわち、ロータの磁極形成部がステータコアと対向する前に、ロータの内筒部の延設部を上記所定軸の第１の端部に嵌合させることができる。したがって、所定軸によってロータを案内しながら、ロータをステータコア内へ挿入することができる。このため、ロータの磁極形成部がステータコアの内径部を擦るようなことがない。したがって、従来のように特殊な治具を用いた作業をする必要がなく、組立が容易になる。

請求項２記載の発明では、所定軸によってロータを案内しながら、ステータコア内へロータを挿入することが実質的に可能となる。すなわち、仮に、上記所定軸の第１の端部側の端面と上記ステータコアの上記第１の端面とが、上記所定軸の軸方向に関して同じ位置に配置されているとすると（オフセット長が０の場合に相当）、延設長は０よりも大きければよいことになるが、請求項２記載の発明のようにオフセット長（＞０）がある場合には、そのオフセット長に見合う分だけ、延設長を長くしなければならない。

請求項３記載の発明では、従来用いていたウォーム軸とモータ軸との間の継手を廃止でき、また、所定軸としてのウォーム軸の軸方向に関して電動パワーステアリング装置を小型化することができる。

本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 電動パワーステアリング装置の要部の概略断面図である。 図２の要部の拡大図である。 電動パワーステアリング装置の組立ての一工程を示す概略断面図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト３にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明するが、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造に適用することが可能である。
ステアリングシャフト６は、直線状に延びている。また、ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、制御装置としてのＥＣＵ１２（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、所定軸としてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同行回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が同行回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

図２を参照して、ウォーム軸２０およびウォームホイール２１は、ギヤハウジング２２内に収容されている。ギヤハウジング２２は、ウォーム軸２０を収容した筒状のウォーム軸収容部２３と、ウォームホイール２１を収容した筒状のウォームホイール収容部２４とを有している。ウォーム軸収容部２３およびウォームホイール収容部２４は、単一の材料で一体に形成されている。

ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６の出力軸９と同行回転可能に結合される環状の芯金２１ａと、芯金２１ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材２１ｂとを備えている。芯金２１ａは、例えば合成樹脂部材２１ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされる。芯金２１ａと成形された合成樹脂部材２１ｂは、同行回転可能に結合されている。尚、ウォームホイール２１の歯は金属製であってもよい。

ウォーム軸２０は、第１および第２の端部２０ａ，２０ｂを有している。第１の端部２０ａは電動モータ１８側に配置されている。第１の端部２０ａは、ウォーム軸２０の軸方向Ｘ１の外方に延びる細軸からなる延伸部２５を有している。
ウォーム軸２０の第１の端部２０ａは、ウォーム軸収容部２３の内周に保持された第１の軸受２６によって回転可能に支持されている。ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂは、ウォーム軸収容部２３の内周に保持された第２の軸受２７によって回転可能に支持されている。第１の軸受２６および第２の軸受２７は、例えばアンギュラ玉軸受からなる。

第２の軸受２７の外輪２８は、ウォーム軸収容部２３に形成された環状の位置決め段部２９に当接し位置決めされている。第２の軸受２７の内輪３０は、ウォーム軸２０に形成された位置決め段部３１に当接することにより、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側への移動が規制されている。
第１の軸受２６の内輪３２は、ウォーム軸２０の位置決め段部３３に当接することにより、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側への移動が規制されている。また、第１の軸受２６の外輪３４は、予圧調整用のねじ部材３５により、例えば皿ばねからなる付勢部材３６を介して、第２の軸受２７側へ弾性的に付勢されている（定圧付勢に相当）。

ねじ部材３５は、ウォーム軸収容部２３に形成されたねじ部にねじ込まれることにより、第１および第２の軸受２６，２７に一括して予圧を付与すると共に、ウォーム軸２０を軸方向に位置決めしている。ロックナット３７は予圧調整後のねじ部材３５を止定するためにねじ部材３５に係合される。
電動モータ１８のロータ４１の回転角を検出するための回転角センサ５０が、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂに関連して設けられている。具体的には、回転角センサ５０の被検出部５１が、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂの端面に同行回転可能に保持され、上記被検出部５１に対向する検出部５２が、ウォーム軸収容部２３の端部開口を塞ぐ蓋５３の裏面に固定されている。被検出部５１および検出部５２がウォーム軸２０の軸方向Ｘ１に対向している。被検出部５１として、ウォーム軸２０の回転方向に並ぶ複数の磁極を有する永久磁石を用い、検出部としてホール素子を用いてもよい。

電動モータ１８は、上記ギヤハウジング２２に固定された筒状のモータハウジング３８を備えている。モータハウジング３８は、底に開口３９ａ（図４参照）を有する筒状のモータハウジング本体３９と、上記開口３９ａを閉塞する蓋４０とを有している。電動モータ１８は、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａの延伸部２５に同行回転可能に連結されたロータ４１と、モータハウジング３８によって保持され、ロータ４１を取り囲む環状のステータ４２とを備えている。

図２および拡大図である図３を参照して、ステータ４２は、モータハウジング本体３９の内周に嵌合した環状のヨーク４３ａの内周に、複数のティース４３ｂを周方向に並べて配置しているステータコア４３と、ステータコア４３の各ティース４３ｂに巻回されたコイル４４とを有している。
ロータ４１は、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａの外周である、延伸部２５の外周２５ａに嵌合された内筒部４５と、内筒部４５とは同心の外筒部４６と、内筒部４５の一端から径方向外方に延び、内筒部４５および外筒部４６を互いに連結する連結部４７とを含んでいる。

外筒部４６には、ステータ４２（具体的にはステータコア４３の各ティース４３ｂ）と対向する例えばリング状磁石からなる磁極形成部４８が設けられている。内筒部４５は、ウォーム軸２０の軸方向Ｘ１に関して、外筒部４６よりも、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側へ延びる延設部４９を有している。
延設部４９の延設長Ｌ１は、図４に示すように、ロータ４１を、軸方向Ｘ１に沿ってウォーム軸２０の第１の端部２０ａに装着（すなわち、ウォーム軸２０をロータ４１に圧入）するときに、外筒部４６の磁極形成部４８がステータ４２に対向するのに先立って、延設部４９がウォーム軸２０の第１の端部２０ａに嵌合することのできる長さに設定されている。すなわち、延設部４９が、ステータ４２内へのロータ４１の挿入を案内する機能を有している。

より具体的には、拡大図である図４を参照して、内筒部４５は、内筒部４５の軸方向（軸方向Ｘ１に相当）に対向する第１および第２の端面４５１，４５２を有している。内筒部４５の第２の端面４５２は、内筒部４５の第１の端面４５１よりも、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側に配置されている。
外筒部４６は、外筒部４６の軸方向（軸方向Ｘ１に相当）に対向する第１および第２の端面４６１，４６２を有している。外筒部４６の第２の端面４６２は、外筒部４６の第１の端面４６１よりも、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側に配置されている。

一方、ステータコア４３は、軸方向Ｘ１に対向する第１の端面４３１および第２の端面４３２を有している。ステータコア４３の第２の端面４３２は、ステータコア４３の第１の端面４３１よりも、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側に配置されている。
所定軸としてのウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側の端面２０１（延伸部２５の端面に相当）は、軸方向Ｘ１に関して、ステータコア４３の第１の端面４３１から、ウォーム軸２０の第２の端部２０ｂ側へ所定のオフセット長Ｌ２だけ、ずらされた位置に配置されている。

軸方向Ｘ１に関して、内筒部４５の第２の端面４５２と外筒部４６の第２の端面４６２との距離である上記延設長Ｌ１が、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側の端面２０１とステータコア４３の第１の端面４３１との距離である上記オフセット長Ｌ２よりも長くされている（Ｌ１＞Ｌ２）。
仮に、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側の端面２０１とステータコア４３の第１の端面４３１とが、軸方向Ｘ１に関して同じ位置に配置されているとすると（オフセット長が０の場合に相当）、延設部４９が上記案内の機能を果たすためには、延設部４９の延設長Ｌ１は０よりも大きければよいことになる（すなわち、Ｌ１＞０）。

これに対して、本実施の形態のようにオフセット長Ｌ２（Ｌ２＞０）がある場合において、延設部４９が上記案内の機能を果たすためには、オフセット長Ｌ２に見合う分だけ、延設長Ｌ１を長くしておかなければならない。すなわち、Ｌ１＞Ｌ２とすることが必要である。
また、延設部４９の端面である内筒部４５の第２の端面４５２と、ウォーム軸２０の位置決め段部３３との間に、第１の軸受２６の内輪３２が挟持されている。すなわち、ロータ４１の内筒部４５の第２の端面４５２は、内輪３２をウォーム軸２０の軸方向Ｘ１に位置決めする機能を有している。

図４は、電動パワーステアリング装置１を組み立てるときに、蓋４０が取り外された状態のモータハウジング本体３９によって保持されたステータ４２内に、モータハウジング本体３９の開口３９ａを通して、ロータ４１を挿入する工程を示している。
図４では、上記挿入工程において、軸方向Ｘ１に関して、磁極形成部４８を有する外筒部４６の第２の端面４６２の位置が、ステータコア４３の第１の端面４３１の位置と同じ位置になった状態を示している。このとき、すでに、ロータ４１の内筒部４５の延設部４９の少なくとも一部が、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａの延伸部２５に、所定の嵌合長で嵌合している。

すなわち、ロータ４１の磁極形成部４８がステータコア４３（具体的にはティース４３ｂ）と径方向に対向する前に、ロータ４１の内筒部４５の延設部４９をウォーム軸２０の第１の端部２０ａに嵌合させることができる。
したがって、ウォーム軸２０によってロータ４１を案内しながら、ステータコア４３内へロータ４１を挿入することができる。このため、ロータ４１の挿入工程で、ロータ４１の磁極形成部４８が、ステータコア４３の内径部（ティース４３ｂ）を擦るようなことがない。

また、ウォーム軸２０をロータ４１の挿入ガイドに利用するので、従来のように特殊な治具を用いた煩雑な組立作業をする必要がなく、その結果、組立性を格段に向上することができる。
また、軸方向Ｘ１に関して、内筒部４５の第２の端面４５２と外筒部４６の第２の端面４６２との距離である、延設部４９の延設長Ｌ１が、ウォーム軸２０の第１の端部２０ａ側の端面２０１とステータコア４３の第１の端面４３１との距離であるオフセット長Ｌ２よりも長く設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）ので、上記のように、ウォーム軸２０によってロータ４１を案内しながら、ステータコア４３内へロータ４１を挿入することが実質的に可能となる。

さらに、ロータ４１をウォーム軸２０に嵌合させるので、従来用いていたウォーム軸とモータ軸との間の継手を廃止できる。また、ウォーム軸２０の軸方向Ｘ１に関して、電動パワーステアリング装置１を小型化することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、１３…ピニオン軸、１４…ラック軸（転舵軸）、１８…電動モータ、１９…減速機構（伝達機構）、２０…ウォーム軸（所定軸）、２０ａ…第１の端部、２０ｂ…第２の端部、２１…ウォームホイール、２２…ギヤハウジング、２３…ウォーム軸収容部、２５…延伸部、２５ａ…外周（ウォーム軸の第１の端部の外周）、２０１…ウォーム軸の第１の端部側の端面、２６…第１の軸受、２７…第２の軸受、３８…モータハウジング、３９…モータハウジング本体、３９ａ…開口、４０…蓋、４１…ロータ、４２…ステータ、４３…ステータコア、４３１…第１の端面、４３２…第２の端面、４３ａ…ヨーク、４３ｂ…ティース、４４…コイル、４５…内筒部、４５１…第１の端面、４５２…第２の端面、４６…外筒部、４６１…第１の端面、４６２…第２の端面、４７…連結部、４８…磁極形成部、４９…延設部、Ｘ１…軸方向、Ｌ１…延設長（内筒部の第２の端面と外筒部の第２の端面との距離）、Ｌ２…オフセット長（ウォーム軸の第１の端部側の端面とステータコアの第１の端面との距離）

Claims (3)

1. 操舵力を発生する電動モータを備え、
   上記電動モータは、ロータと、上記ロータを取り囲むステータと、上記ステータを保持した筒状のモータハウジングと、を含み、
   上記ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルと、を含み、
   上記ロータは、所定軸の第１の端部の外周に嵌合された内筒部と、上記内筒部と同心の外筒部と、内筒部および外筒部を連結する連結部と、を含み、
   上記外筒部に、上記ステータコアと対向する磁極形成部が設けられ、
   上記内筒部は、上記所定軸の軸方向の位置に関して、上記外筒部よりも、上記所定軸の第２の端部側へ延びる延設部を有し、
   上記延設部の延設長は、上記所定軸の軸方向に沿って上記ロータを上記所定軸の第１の端部に装着するときに、上記外筒部の上記磁極形成部が上記ステータコアと対向するに先立って、上記延設部が上記所定軸の上記第１の端部に嵌合することのできる長さに設定されていることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１において、上記ステータコアは、上記所定軸の軸方向に対向する第１および第２の端面を有し、上記第２の端面は、上記第１の端面よりも、上記第２の端部側に配置され、
   上記所定軸の軸方向に関して、上記所定軸の第１の端部側の端面が、上記ステータコアの上記第１の端面から、上記第２の端部側へ所定のオフセット長ずらされた位置に配置され、
   上記延設長は、上記オフセット長よりも長いことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または２において、上記電動モータの動力を転舵機構に伝達するための伝達機構を備え、
   上記伝達機構は、上記所定軸としてのウォーム軸を含み、
   上記内筒部は、上記所定軸としての上記ウォーム軸に嵌合されていることを特徴とする車両用操舵装置。

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