JP2011183941A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二個の電動モータを備える電動パワーステアリング装置を簡便に構成すること。
【解決手段】軸方向への移動で車輪が操舵されるラックシャフト１と、ラックシャフト１を移動させる駆動力を発生する駆動ユニット１０と、駆動ユニット１０の駆動力によって回転する駆動プーリ２２と、駆動プーリ２２との間に掛け回されたベルト２３によって回転する従動プーリ２４と、従動プーリ２４の回転をラックシャフト１の軸方向への移動へと変換するボールねじ機構３０とを備え、駆動ユニット１０は、出力軸１１ａが回転して駆動プーリ２３を回転させる第１電動モータ１１と、第１電動モータ１１と対向して設けられ出力軸１２ａが回転して駆動プーリ２３を回転させる第２電動モータ１２と、出力軸１１ａと出力軸１２ａとを直列に結合するカップリング１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の電動パワーステアリング装置に関するものである。

ドライバーが行うハンドル操作をアシストするパワーステアリング装置として、電動モータの回転力を利用してハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング装置が知られている。

電動パワーステアリング装置において、大容量の電動モータを用いた場合には、大きなアシスト力を発揮できるが、電動モータが大きくなる分だけ装置が大きくなる。

特許文献１には、二個の電動モータを備え、それぞれの電動モータがベルトを介してボールナットを駆動する電動パワーステアリング装置が開示されている。この電動パワーステアリング装置では、容量の小さな二個の電動モータを並行して使用することで、アシスト力を大きくすると共に、各々の電動モータを小さくして装置の大きさを抑制している。

特開２００４−７４８３１号公報

しかしながら、特許文献１では、二個の電動モータの各々の出力軸にプーリが設けられ、各々のプーリにベルトが設けられるためベルトも二本になり、電動パワーステアリング装置が大型化していた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、二個の電動モータを備える電動パワーステアリング装置を簡便に構成することを目的とする。

本発明は、軸方向への移動によって車輪が操舵されるラックシャフトと、前記ラックシャフトを移動させるための駆動力を発生する駆動ユニットと、前記駆動ユニットによって駆動されて回転する駆動回転体と、前記駆動回転体の回転が伝達されて回転する従動回転体と、前記従動回転体の回転を前記ラックシャフトの軸方向への移動へと変換する変換機構と、を備え、前記ラックシャフトの軸方向への移動を前記駆動ユニットの駆動力によってアシストする電動パワーステアリング装置であって、前記駆動ユニットは、出力軸が回転して前記駆動回転体を回転させる第１電動モータと、前記第１電動モータと対向して設けられ、出力軸が回転して前記駆動回転体を回転させる第２電動モータと、前記第１電動モータの出力軸と前記第２電動モータの出力軸とを直列に結合するカップリングと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１電動モータの出力軸と第２電動モータの出力軸とが、カップリングを介して直列に結合され、共通の駆動回転体を回転させることで、二個の電動モータに対してベルトを一本にできるため、それぞれの電動モータに個々に駆動回転体が設けられる場合と比べて、電動パワーステアリング装置を簡便に構成することができる。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 （ａ）は、カップリング本体の正面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）における側面図である。 （ａ）は、ジョイントの正面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 電動パワーステアリング装置のケーシングカバーを外した状態を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１を参照して、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の全体構成について説明する。電動パワーステアリング装置１００は、車両に搭載され、ドライバーが行うハンドル操作をアシストするものである。

電動パワーステアリング装置１００は、両端にタイロッド（図示省略）を介して左右の車輪が連結されるラックシャフト１と、ハンドル操作をラックシャフト１に伝達するためのステアリング装置（図示省略）とを備える。

ラックシャフト１は、車体に締結されラックシャフト１の軸方向端部が開口して形成される略円筒状のケーシング２と、ケーシング２の開口を閉塞するケーシングカバー３とに組み込まれ、ラックシャフト１はケーシング２及びケーシングカバー３を挿通する。ラックシャフト１にはラック（図示省略）が形成される。

ステアリング装置は、ステアリングホイールに連動して回転しピニオン（図示省略）が外周に形成されるピニオン軸（図示省略）を備える。このピニオン軸がラックシャフト１のラックと噛合するため、ドライバーがステアリングホイールを操作することによって、ラックとピニオンを介してラックシャフト１が軸方向へと移動し、車輪が操舵される。

ステアリング装置には、ステアリングホイールから入力されるトルクを検出するためのトルクセンサ（図示省略）が設けられる。

ラックシャフト１は、ピニオンとの噛合部で一端をケーシング２に支持され、ケーシングカバー３内に設けられたブッシュ（図示省略）で他端をケーシングカバー３に支持される。このように、ラックシャフト１は、ケーシング２及びケーシングカバー３に支持されて径方向への移動が規制され、軸方向へのみ移動可能に設けられる。ケーシングカバー３は、ケーシング２に締結されるボルト４によって固定される。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ハンドル操作をアシストするための駆動力を発生する駆動ユニット１０と、駆動ユニット１０の駆動力を伝達するアシスト機構２０と、アシスト機構２０を介して伝達された駆動ユニット１０の駆動力をラックシャフト１の軸方向への移動に変換する変換機構としてのボールねじ機構３０とを備える。

電動パワーステアリング装置１００では、トルクセンサにて検出されたトルクに基づいてコントローラ（図示省略）が駆動ユニット１０を駆動し、この駆動力がアシスト機構２０とボールねじ機構３０とを介してラックシャフト１に伝達される。つまり、電動パワーステアリング装置１００では、ドライバーのステアリングホイールの操作に基づいて、ドライバーがステアリングホイールに加える操舵力を補助するアシスト力が、ラックシャフト１に付与される。

駆動ユニット１０は、出力軸１１ａに回転力を発生させることで、ラックシャフト１を軸方向に移動させるための駆動力を発生するものである。駆動ユニット１０の構成については、後で詳細に説明する。

アシスト機構２０は、駆動ユニット１０の出力軸１１ａに固定され駆動ユニット１０によって駆動されて回転する駆動回転体としての駆動プーリ２２と、駆動プーリ２２の回転が伝達され後述するボールねじ機構３０のナットホルダ３４に固定されて一体として回転する従動回転体としての従動プーリ２４と、駆動プーリ２２と従動プーリ２４との間に掛け回され駆動プーリ２２の回転を従動プーリ２４に伝達するためのベルト２３とを備える。アシスト機構２０は、ケーシングカバー３内に収装される。駆動プーリ２２及び従動プーリ２４の代わりに、噛合するギアを駆動回転体及び従動回転体として用いてもよい。

従動プーリ２４の径は駆動プーリ２２より大きく設定され、従動プーリ２４には駆動ユニット１０の回転が伝達される。伝達される駆動ユニット１０の回転は、減速されトルクが増幅される。従動プーリ２４の回転は、ナットホルダ３４に伝達され、ボールねじ機構３０を介してラックシャフト１の軸方向への移動に変換される。

ボールねじ機構３０は、ステアリング装置のピニオンとの噛合部と、ケーシングカバー３の内周に設けられたブッシュ（図示省略）との二箇所の支持部の間に配置される。ボールねじ機構３０は、ケーシング２内に収装される。

ボールねじ機構３０は、ラックシャフト１の外周に形成された螺旋溝１ａと、ラックシャフト１の外周を覆う円筒状に形成され内周に螺旋溝３１ａが形成されたボールナット３１と、ラックシャフト１の螺旋溝１ａとボールナット３１の螺旋溝３１ａとの間に介装された複数のボール３２とを備え、駆動ユニット１０の駆動力をボールナット３１及びボール３２を介してラックシャフト１の軸方向への移動へと変換するものである。なお、ラックシャフト１とボールナット３１は、互いの螺旋溝１ａ，３１ａがボール３２を介して螺合するものであるが、ボール３２を介さずに直接螺合するように構成してもよい。

ボールナット３１は、ラックシャフト１の外周を覆う円筒状のナットホルダ３４の内周に支持される。ナットホルダ３４は、ラックシャフト１の軸方向に延在して形成され、一端部の外周が従動プーリ２４の内周に圧入されて従動プーリ２４に連結される。

ナットホルダ３４は、一端部に従動プーリ２４が設けられ、自由端部の内周にボールナット３１を支持する。ナットホルダ３４の自由端部近傍のボールナット３１の外周には、軸受３９が設けられる。これにより、ラックシャフト１の軸方向への移動による力がボール３２を介して伝達されるボールナット３１がケーシング２に回転自在に支持される。

また、ナットホルダ３４の外周とケーシング２の内周との間には軸受３５が介装される。このように、ナットホルダ３４は、軸受３５を介してケーシング２に回転自在に支持され、従動プーリ２４の回転に伴って回転する。

軸受３５は、アンギュラベアリングであり、二個対向した状態で配置される。軸受３５は、ケーシング２の開口に臨んで設けられる。軸受３５の一端はケーシング２の内周に形成された段差部２ａ及びナットホルダ３４の外周に形成された段差部３４ａにて係止されると共に、他端はナットホルダ３４の外周に螺合して締結されたナット３７及びケーシング２の内周に螺合して締結されたプラグ３８によって係止される。このように、軸受３５は、ナットホルダ３４をケーシング２に回転自在に支持すると共に、ナットホルダ３４の軸方向への移動を規制するように構成される。

次に、駆動ユニット１０の構成について詳細に説明する。

駆動ユニット１０は、出力軸１１ａが回転して駆動力を発生する第１電動モータ１１と、第１電動モータ１１と対向して設けられ出力軸１２ａが回転して駆動力を発生する第２電動モータ１２と、第１電動モータ１１の出力軸１１ａと第２電動モータ１２の出力軸１２ａとを直列に結合するカップリング１５と、を備える。駆動ユニット１０は、第１電動モータ１１と第２電動モータ１２とが並行して駆動力を発生し、駆動プーリ２２を回転させるものである。

第１電動モータ１１は、略筒状のモータケーシング１８に固定され、モータケーシング１８と一体にケーシング２に支持される。第１電動モータ１１の出力軸１１ａは、二個のベアリング１８ａ，１８ｂを介してモータケーシング１８の内周に回転自在に支持される。第１電動モータ１１は、ケーシング２からケーシングカバー３を取り外した状態で、その出力軸１１ａがケーシング２に形成された開口に臨むように設けられる。

出力軸１１ａは、第１電動モータ１１の回転軸１１ｂにセレーション嵌合して設けられる。出力軸１１ａをセレーション嵌合する代わりに、出力軸１１ａを回転軸１１ｂと一体に形成してもよい。アシスト機構２０の駆動プーリ２２に固定される。よって、第１電動モータ１１の出力軸１１ａが、駆動ユニット１０の出力軸である。出力軸１１ａの自由端には、第２電動モータ１２からの駆動力を伝達するためのカップリング１５が取り付けられる。なお、駆動プーリ２２は、出力軸１１ａに限られず、出力軸１２ａに固定されてもよい。

モータケーシング１８は、ケーシング２に形成されたモータ取付穴２ｂに電動モータ１１の出力軸１１ａが臨むように取り付けられる。モータケーシング１８は、ケーシング２に対して出力軸１１ａと垂直な方向に移動可能である。よって、第１電動モータ１１の出力軸１１ａは、ケーシング２に対するモータケーシング１８の位置を調整することで径方向に移動可能である。

第２電動モータ１２は、ケーシングカバー３に形成されたモータ取付穴３ｂに出力軸１２ａが臨むように取り付けられる。第２電動モータ１２の出力軸１２ａは、第１電動モータ１１の出力軸１１ａにカップリング１５を介して結合される。つまり、出力軸１２ａは、駆動プーリ２２にカップリング１５を介して結合される。第２電動モータ１２は、カップリング１５を介して第１電動モータ１１の出力軸１１ａを回転させる駆動力、即ち駆動プーリ２２を回転させる駆動力を発生する。

以上より、第１電動モータ１１及び第２電動モータ１２が並行して駆動力を発生することによって、容量の小さな第１電動モータ１１及び第２電動モータ１２を用いた場合でも、大容量の電動モータを単独で用いた場合と同等の駆動力を発生できる。よって、大容量の電動モータを単独で用いる場合と比べて、それぞれの電動モータ１１，１２の外径を小さくできるため、電動パワーステアリング装置１００の大きさを抑制することが可能である。

また、電動パワーステアリング装置１００では、第１電動モータ１１及び第２電動モータ１２が一個の駆動プーリ２２を回転させる。よって、駆動プーリ２２に掛け回されるベルト２３も一本である。よって、それぞれの電動モータ１１，１２に別々の駆動プーリ２２が設けられる場合と比べて電動パワーステアリング装置１００を簡便に構成することができる。

次に、主に図２及び図３を参照して、カップリング１５について説明する。

カップリング１５は、出力軸１１ａと出力軸１２ａとを両者の中心軸の軸ずれを吸収しながら結合するものである。カップリング１５は、第２電動モータ１２の出力軸１２ａと、第１電動モータ１１の出力軸１１ａに固定される駆動プーリ２２とを、軸方向に非拘束、かつ回転方向に駆動力を伝達可能に結合する。

カップリング１５は、略円形に形成されたカップリング本体１５ａと、カップリング本体１５ａの軸方向両端に挿入される一対のジョイント１６とを備える。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、カップリング本体１５ａは、出力軸１１ａと出力軸１２ａとを中継するための部材である。カップリング本体１５ａには、円周上に４５度間隔に並んだ八個の爪１５ｂが放射状に形成され、隣接する爪１５ｂの間には、八個の凹部１５ｃが形成される。カップリング本体１５ａの軸中心には、軸穴１５ｄが形成される。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、ジョイント１６は、円周上に９０度間隔で形成された四個の爪１６ａを備える。ジョイント１６の軸中心には、軸穴１６ｂが形成され、出力軸１１ａと出力軸１２ａとにそれぞれ圧入等の嵌合によって固定される。

爪１６ａは、カップリング本体１５ａの凹部１５ｃに弾性部材（図示省略）を介して挿入される。弾性部材は、直列に結合される出力軸１１ａと出力軸１２ａとの軸ずれを、その弾性によって吸収可能である。

具体的には、一方からカップリング本体１５ａに挿入されるジョイント１６の爪１６ａは、９０度間隔の四か所の凹部１５ｃに挿入される。他方からカップリング本体１５ａに挿入されるジョイント１６の爪１６ａは、一方から挿入された爪１６ａが挿入されていない９０度間隔の四か所の凹部１５ｃに挿入される。つまり、凹部１５ｃには、ジョイント１６の爪１６ａが軸方向両端から互い違いに挿入される。これにより、爪１６ａが凹部１５ｃに係合するため、第２電動モータ１２の出力軸１２ａと、第１電動モータ１１の出力軸１１ａに固定される駆動プーリ２２とは、回転方向に駆動力を伝達可能である。

また、各爪１６ａと各凹部１５ｃとの間には、弾性部材が設けられているため、第２電動モータ１２の出力軸１２ａからジョイント１６に伝達された駆動力は、爪１６ａから凹部１５ｃに弾性部材を介して伝達される。よって、第２電動モータ１２の出力軸１２ａから伝達された駆動力は、カップリング本体１５ａを介して駆動プーリ２２に伝達される。このとき、爪１６ａと凹部１５ｃとの間には弾性部材が設けられるため、カップリング本体１５ａとジョイント１６との中心軸が多少ずれていても、弾性部材が軸ずれを吸収できる。

爪１６ａは凹部１５ｃに挿入されているだけである。よって、爪１６ａは、凹部１５ｃから軸方向に着脱自在である。つまり、出力軸１２ａと駆動プーリ２２とは、軸方向に非拘束に結合されている。

以下、主に図４を参照しながら、電動パワーステアリング装置１００におけるベルト２３のテンション調整、及びケーシングカバー３の組み付けについて説明する。

電動パワーステアリング装置１００では、駆動プーリ２２と従動プーリ２４との間に掛け回されたベルト２３のテンションが適切になるように、テンションを計測して確認しながら調整する必要がある。ベルト２３のテンション調整は、ケーシング２に対して第１電動モータ１１を出力軸１１ａの径方向に移動させ、駆動プーリ２２と従動プーリ２４との間の距離を調整することで行われる。

ベルト２３のテンション調整は、図４に示すように、ケーシング２からケーシングカバー３を取り外した状態で行われる。ケーシングカバー３が取り外されているため、ケーシングカバー３に固定された第２電動モータ１２も取り外されている。

図４に示された状態で、ケーシング２に対してモータケーシング１８を出力軸１１ａの径方向に移動させながら、ベルト２３のテンションが適切になるように調整を行う。テンションが適切になったら、モータケーシング１８をケーシング２にボルト（図示省略）で締結する。

ここで、電動パワーステアリング装置１００におけるベルト２３のテンション調整を、ケーシング２とケーシングカバー３とを組み立てた後で行う場合には、ベルト２３のテンションを確認するための穴をケーシング２又はケーシングカバー３に形成する必要がある。確認用の穴が形成されると、穴を塞ぐためのプラグが必要になり、部品点数が増加して作業性を悪化させるおそれがあり、また、シール性の面で不利になるおそれがある。

これに対して電動パワーステアリング装置１００では、ケーシングカバー３をケーシング２から取り外した状態でベルト２３のテンション調整を行う。第１電動モータ１１の出力軸１１ａは、ケーシングカバー３を取り外した状態でケーシング２の開口に臨むように設けられているため、出力軸１１ａに固定された駆動プーリ２２を当該開口から視認することが可能である。よって、ケーシングカバー３をケーシング２から取り外した状態でベルト２３のテンションを計測しながら調整できるため、ベルト２３のテンション調整が容易である。

テンション調整が完了してモータケーシング１８がケーシング２に固定されると、次に、ケーシングカバー３がケーシング２に取り付けられる。このとき、ケーシングカバー３に固定された第２電動モータ１２も同時に取り付けられる。第２電動モータ１２をケーシングカバー３と同時に取り付けるのでは無く、ケーシングカバー３をケーシング２に取り付けた後で、第２電動モータ１２をケーシングカバー３に取り付けてもよい。

ケーシングカバー３を取付ける際には、ケーシングカバー３にラックシャフト１を挿通させ、徐々にケーシングカバー３をケーシング２と当接させる。互いの端面が当接すると、第２電動モータ１２の出力軸１２ａに固定されたジョイント１６の爪１６ａは、カップリング本体１５ａの凹部１５ｃに挿入され、出力軸１１ａと出力軸１２ａとが直列に結合させられる（図１に示す状態）。この状態で、ボルト４を締結すると、ケーシングカバー３の取り付けが完了する。なお、第２電動モータ１２の出力軸１２ａに固定されたジョイント１６に弾性体を介してカップリング本体１５ａを取り付けておいて、第２電動モータ１２を取り付けるときに第１電動モータ１１の出力軸１１ａに固定されたジョイント１６を結合させてもよい。

以上のように、ケーシングカバー３をケーシング２に取り付けるだけで、カップリング本体１５ａの凹部１５ｃにジョイント１６の爪１６ａが挿入され、出力軸１２ａと出力軸１１ａとを直列に結合させることができる。このとき、ベルト２３のテンション調整によって第１電動モータ１１の出力軸１１ａが動かされたことで、第１電動モータ１１の出力軸１１ａと第２電動モータ１２の出力軸１２ａとの中心軸が微妙にずれている可能性があるが、出力軸１１ａと出力軸１２ａとは、カップリング１５を介して結合されるため、カップリング１５の弾性部材が軸ずれを吸収可能である。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

電動パワーステアリング装置１００では、第１電動モータ１１及び第２電動モータ１２が共通の駆動プーリ２２を回転させることで、駆動プーリ２２に掛け回されるベルト２３を一本にできる。よって、それぞれの電動モータ１１，１２に別々の駆動プーリ２２が設けられる場合と比べて電動パワーステアリング装置１００を簡便に構成することができる。

また、第１電動モータ１１の出力軸１１ａと第２電動モータ１２の出力軸１２ａとをカップリング１５を介して結合したため、ケーシングカバー３をケーシング２に取り付けるだけで、カップリング本体１５ａの凹部１５ｃにジョイント１６の爪１６ａが挿入されて出力軸１２ａと出力軸１１ａとを直列に結合できる。このとき、ベルト２３のテンション調整によって第１電動モータ１１の出力軸１１ａが動かされたことで、第１電動モータ１１の出力軸１１ａと第２電動モータ１２の出力軸１２ａとの中心軸が微妙にずれている可能性があるが、出力軸１１ａと出力軸１２ａとは、カップリング１５を介して結合されるため、カップリング１５の弾性部材が軸ずれを吸収可能である。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に適用することができる。

１００ 電動パワーステアリング装置
１ ラックシャフト
２ ケーシング
３ ケーシングカバー
１０ 駆動ユニット
１１ 第１電動モータ
１２ 第２電動モータ
１５ カップリング
１５ａ カップリング本体
１６ ジョイント
２０ アシスト機構
２２ 駆動プーリ
２３ ベルト
２４ 従動プーリ
３０ ボールねじ機構

Claims (4)

1. 軸方向への移動によって車輪が操舵されるラックシャフトと、
   前記ラックシャフトを移動させるための駆動力を発生する駆動ユニットと、
   前記駆動ユニットによって駆動されて回転する駆動回転体と、
   前記駆動回転体の回転が伝達されて回転する従動回転体と、
   前記従動回転体の回転を前記ラックシャフトの軸方向への移動へと変換する変換機構と、を備え、
   前記ラックシャフトの軸方向への移動を前記駆動ユニットの駆動力によってアシストする電動パワーステアリング装置であって、
   前記駆動ユニットは、
   出力軸が回転して前記駆動回転体を回転させる第１電動モータと、
   前記第１電動モータと対向して設けられ、出力軸が回転して前記駆動回転体を回転させる第２電動モータと、
   前記第１電動モータの出力軸と前記第２電動モータの出力軸とを直列に結合するカップリングと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１電動モータの出力軸は、前記駆動回転体に固定され、
   前記第２電動モータの出力軸は、前記カップリングを介して前記駆動回転体に結合され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. 前記カップリングは、前記第１電動モータの出力軸と、前記第２電動モータの出力軸との軸ずれを吸収可能な弾性部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記第１電動モータを支持し、前記第１電動モータの出力軸が臨む端部が開口して形成されるケーシングと、
   前記第２電動モータを支持し、前記ケーシングの前記開口を閉塞するように前記ケーシングに固定されるケーシングカバーと、を備え、
   前記カップリングは、前記第２電動モータの出力軸と前記駆動回転体とを、軸方向に非拘束、かつ回転方向に駆動力を伝達可能に結合することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。

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