JP2018161940A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置において、モータのロータの偏心方向と、ステータの内径寸法の関係を調整できるようにする。【解決手段】電動パワーステアリング装置１０は、ウォームホイール２８と、ウォーム３０と、モータ２４と、ウォーム３０を収容して保持するウォーム収容部３６とを有する。モータ２４は、ロータ４８と、ステータ５０と、ステータ５０を保持するモータハウジング６２と、前方モータ軸受８０を保持し、モータハウジング６２と別体の前方軸受プレート７６と、を有する。モータハウジング６２は、ウォーム収容部３６に対して、モータ軸線周りの複数の向きで結合可能である。前方軸受プレート７６は、モータハウジング６２とウォーム収容部３６に挟持されて固定され、モータハウジング６２とウォーム収容部３６に対して、モータ軸線周りの任意の向きで固定可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に関し、特にその構造に関する。

自動車のステアリング装置において、運転者の操舵力をモータのトルクにより補助する電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、下記特許文献１）。下記特許文献１に示された装置において、ステアリングシャフト（３）上にウォームホイール（２５）が設けられ、ウォームホイール（２５）と噛み合うウォーム（２６）をモータ（２１）で駆動することによって操舵力の補助が行われる。ウォーム（２６）とウォームホイール（２５）の間のがたであるバックラッシュを詰めるために、ウォーム（２６）はウォームホイール（２５）に向けて付勢されている。なお、（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられたものであり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１０−１００１２９号公報

ウォームに加わる付勢力によってモータのロータが偏心する場合がある。また、モータのステータの内径寸法は、製作時の誤差等により均一ではない。

電動パワーステアリング装置において、ロータの偏心方向と、ステータの内径寸法の関係を調整できる構造が望まれている。

本発明の電動パワーステアリング装置は、ウォームホイールと、ウォームホイールと噛み合うウォームと、ウォームを回転駆動するモータと、ウォームを収容し、保持するウォーム収容部と、を有する。モータは、ウォームに結合されたロータと、ロータを囲むように配置されたステータと、ステータを保持するモータハウジングと、ロータをウォーム側の端部で支持する前方モータ軸受を保持し、モータハウジングと別体の前方軸受プレートと、を有する。モータハウジングは、ウォーム収容部に対して、モータ軸線周りの複数の向きで結合可能である。また、前方軸受プレートは、モータハウジングとウォーム収容部に挟持されて固定され、モータハウジングとウォーム収容部に対してモータ軸線周りの任意の向きで固定可能である。

モータハウジングが、ウォーム収容部に対して、モータ軸線周りの複数の向きで結合可能であるので、モータハウジングが保持するステータのウォーム収容部に対する向きを調整することができる。また、前方軸受プレートがモータ軸線周りの任意の向きで固定され得るので、前方軸受プレートのウォーム収容部に対する向きを調整することができる。

また、ウォーム収容部と前方軸受プレートの接合部と、モータハウジングと前方軸受プレートの接合部との少なくとも一方を互いに嵌まり合うテーパ形状とすることができる。

さらに、モータハウジングが、ステータの内径が最も小さくなる方向がウォームホイールの軸線に沿う方向に最も近くなるようにウォーム収容部と結合されようにすることができる。

さらにまた、前方軸受プレートは、軸受を保持する部分の中心線が、モータの軸線の延びる方向とウォームホイールの軸線の延びる方向のそれぞれに直交する方向にずれるよう固定されるようにすることができる。

モータハウジングが保持するステータと、ロータを支持する軸受を保持する軸受プレートのそれぞれのウォーム収容部に対するモータ軸線周りの向きを調整することができるので、ステータ内径寸法とロータの偏心方向の関係を調整することができる。

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。 アシストユニットの要部構造を示す一部断面斜視図である。 ウォームギアハウジング３２とモータハウジング６２の結合部分の詳細を示す断面図である。 モータの軸線直交断面を示す図である。 モータのロータの偏心の方向および量とトルク変動の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、電動パワーステアリング装置１０の概略構成を示す模式図である。ステアリングホイール１２はステアリングシャフト１４を介してステアリングギア１６に接続される。ステアリングギア１６は、タイロッド１８を介して操舵車輪２０に接続されている。ステアリングホイール１２が操作されると、タイロッド１８が進退し、操舵車輪２０の向きが変わる。ステアリングシャフト１４には、操舵力を補助するアシストユニット２２が設けられている。アシストユニット２２は、モータ２４とモータ２４の駆動力をステアリングシャフト１４に伝達するウォームギア２６を含む。ウォームギア２６は、ステアリングシャフト１４に固定されたウォームホイール２８と、モータ２４の出力軸と結合され、ウォームホイール２８と噛み合うウォーム３０を含む。

図２は、アシストユニット２２の概略構成を示す一部を破断した斜視図である。ウォームホイール２８とウォーム３０はウォームギアハウジング３２内に収容されている。ウォームギアハウジング３２は、ウォームホイール２８を収容するホイール収容部３４と、ウォーム３０を収容するウォーム収容部３６を有する。ホイール収容部３４とウォーム収容部３６は一体に設けられてもよく、別体とされてもよい。

ウォーム収容部３６は、ウォーム３０の両端部を支持するウォーム軸受３８，４０を保持する円筒部４２と、円筒部４２の一端に接続して設けられ、モータ２４に向けて円錐状に広がる円錐部４４を有する。ウォーム軸受３８，４０は、ウォーム３０とウォームホイール２８の噛み合い位置を挟むようにして配置され、ウォーム３０の両端部を支持する。モータ２４に近い側のウォーム軸受３８を第１ウォーム軸受３８、遠い側のウォーム軸受４０を第２ウォーム軸受４０と記す。ウォーム３０は、第１および第２ウォーム軸受３８，４０を介してウォーム収容部３６に保持される。第２ウォーム軸受４０の外径とウォーム収容部３６の内径との間には隙間が形成されており、この隙間に付勢部材４６が挿入されている。付勢部材４６は、第２ウォーム軸受４０を図中において下向きに付勢しており、これによりウォーム３０がその左端においてウォームホイール２８に向けて付勢されている。この付勢により、ウォーム３０とウォームホイール２８の歯は両歯面で接触し、バックラッシュ、つまりがたが詰められている。これにより、ウォームの回転の向きが反転したときにも、直ちに、つまりがた区間なく操舵力の補助を行うことができる。

モータ２４は、略円柱形状のロータ４８と、ロータ４８を取り囲むように配置される略円筒形状のステータ５０を有する。ロータ４８の外周には、１０個の永久磁石５１（図４参照）が周方向に配列されている。また、ロータ４８は、モータ２４の出力軸となるロータ軸５２を有している。ステータ５０は、ステータコア５４とコイル５６を有する。ステータコア５４は、円筒形状のヨーク５８と、各々がヨーク５８の内周面から径方向内側に延び、周方向に配列されている１２個のティース６０（図４参照）を有する。コイル５６は、各ティース６０に装着されている。この例のように、ティースの数と、永久磁石の数が異なるモータは、分数スロットモータと呼ばれている。なお、スロットとは、ティース間の空間部分であり、スロットの数はティースの数と同じである。ロータ４８の永久磁石の数と、ステータ５０のティース６０の数（スロットの数）は、上記に限られない。

モータ２４は、モータハウジング６２に収容されている。モータハウジング６２は、概略円筒形のモータハウジング本体６４と、モータハウジング本体６４の両端にそれぞれ設けられた前方フランジ６６および後方フランジ６８を含む。モータハウジング本体６４の内側にステータ５０が固定され、一体となっている。モータハウジング本体６４の中心軸線をモータ軸線と記す。前方フランジ６６は、ウォームギアハウジング３２の円錐部４４の開放端に設けられた円錐部フランジ７０に、ボルト等の締結部材７２を用いて結合される。モータハウジング６２の前方、つまりウォーム３０側には、更に嵌合部７４が設けられる。嵌合部７４には、前方軸受プレート７６が嵌合されている。前方軸受プレート７６は、概略円環形状を有し、円環外周縁には、モータハウジング６２の嵌合部７４と嵌合する外周筒部７８が設けられ、円環内周縁には前方モータ軸受８０を保持する内周筒部８２を有する。外周筒部７８の端縁には、径方向外側に外周フランジ８３が設けられている。前方軸受プレート７６は、モータハウジング６２に対してモータ軸線周りの任意の向きで配置可能である。

モータハウジング６２の前方部分が前方軸受プレート７６と共にウォームギアハウジング３２の円錐部４４の開口に嵌まり込み、モータ２４とウォームギアハウジング３２が結合される。

モータハウジング本体６４の後端には、後方軸受プレート８４が、後方軸受プレートホルダ８６によって保持されている。後方軸受プレートホルダ８６は、概略円環形状であり、略円筒形状の保持部８８と、保持部８８の端縁の径方向外側に設けられた装着フランジ９０を有する。装着フランジ９０は、モータハウジング６２の後方フランジ６８にボルト等の締結部材９２を用いて結合されている。保持部８８は、装着フランジ９０から前方に向けて延び、後方軸受プレート８４を保持する。後方軸受プレート８４は、概略円環形状を有し、円環外周縁には、後方軸受プレートホルダ８６の保持部８８と接合する外周筒部９４が設けられ、円環内周縁には後方モータ軸受９６を保持する内周筒部９８を有する。後方モータ軸受９６は、前方モータ軸受８０と共にロータ軸５２を回転可能に支持する。外周筒部９４の端縁には、径方向外側に外周フランジ９７が設けられている。後方軸受プレート８４は、モータハウジング６２に対してモータ軸線周りの任意の向きで配置可能である。

ウォーム３０とロータ軸５２は、軸継手１００を介して結合されている。前述のように、ウォーム３０は、付勢部材４６によりウォームホイール２８に向けて付勢されており、この付勢力によってウォーム３０の軸線は、ロータ軸５２の軸線に対して傾く。軸継手１００はこの傾きを許容するように構成される。

図３は、ウォームギアハウジング３２のウォーム収容部３６とモータハウジング６２の結合部の拡大断面図である。モータハウジング６２の嵌合部７４の外周面は、前方（図３において左方）に向かって径が小さくなるテーパ面となっている。ウォームギアハウジング３２の円錐部４４の、嵌合部７４を囲むように位置する結合端部１０２の内周面も前方に向かって径が小さくなるテーパ面となっている。これら２つのテーパ面に挟まれる前方軸受プレート７６の外周筒部７８の内周面および外周面も前方に向かって径が小さくなるテーパ面となっている。テーパ形状によって、ウォーム収容部３６、モータハウジング６２および前方軸受プレート７６の組み付けに伴うそれぞれの中心軸線のずれ（心ずれ）を抑えることができる。前方軸受プレート７６の外周フランジ８３が、ウォーム収容部３６の円錐部フランジ７０とモータハウジング６２の前方フランジ６６に挟持され、また外周筒部７８が結合端部１０２の嵌合部７４に挟持されて、前方軸受プレート７６が固定される。テーパ面は、嵌合部７４と外周筒部７８、または結合端部１０２と外周筒部７８の一方の組にのみ設けるようにもできる。この場合、前方軸受プレート７６は、主に、円錐部フランジ７０と前方フランジ６６に挟持されて固定される。また、前方軸受プレート７６に外周フランジ８３を設けず、外周筒部７８のみがモータハウジング６２とウォームギアハウジング３２に挟持されて固定されてもよい。

円錐部フランジ７０と前方フランジ６６を結合する締結部材７２は、図示する例では互いにねじ結合するボルトとナットである。ボルトとナットを締めることによって円錐部フランジ７０と前方フランジ６６の間隔を狭めて、前方軸受プレート７６を挟持し固定する。締結部材７２は上記に限らず、例えば、円錐部フランジ７０と前方フランジ６６の一方に設けられたねじ孔と、これにねじ結合するボルトとすることもできる。締結部材７２による締結箇所は、周方向に複数箇所、例えば１０箇所に等間隔で配置される。

後方軸受プレート８４も前方軸受プレート７６と同様の手法でモータハウジング６２に装着される。モータハウジング本体６４の後方フランジ６８近傍の内周面には、前方に向けて径が小さくなるテーパ面が形成されている。また、後方軸受プレートホルダ８６の保持部の外周面にも前方に向けて径が小さくなるテーパ面が形成されている。これら２つのテーパ面に挟まれる後方軸受プレート８４の外周筒部９４の内周面および外周面も前方に向かって径が小さくなるテーパ面となっている。テーパ形状によって、モータハウジング６２と後方軸受プレート８４の組み付けに伴う中心軸線のずれ（心ずれ）を抑えることができる。後方軸受プレート８４の外周フランジ９７が、モータハウジング６２の後方フランジ６８と後方軸受プレートホルダ８６の装着フランジ９０に挟持され、また外周筒部９４がモータハウジング本体６４の後端部と保持部８８に挟持されて、後方軸受プレート８４が固定される。テーパ面は、保持部８８と外周筒部９４、またはモータハウジング本体６４の後端部と外周筒部９４の一方の組にのみ設けるようにもできる。この場合、後方軸受プレート８４は、主に、後方フランジ６８と装着フランジ９０に挟持されて固定される。また、後方軸受プレート８４に外周フランジ９７を設けず、外周筒部９４のみがモータハウジング６２と後方軸受プレートホルダ８６に挟持されて固定されてもよい。後方フランジ６８と装着フランジ９０を結合する締結部材９２は、前方軸受プレート７６を固定するための締結部材７２と同様の構成とすることができ、その説明は省略する。

図４は、モータ２４の軸線直交断面を示す図であり、ロータ４８がステータ５０に対して偏心している状態を示している。偏心を強調するために、ロータ４８は、実際よりステータ５０に対して小さく描かれている。モータハウジング６２の中心軸線（モータ軸線）がＯ_Sで表され、ロータ４８の中心軸線がＯ_Rで表されている。偏心量εは、中心軸線Ｏ_S，Ｏ_R間の距離である。製作誤差のために、ステータ５０の内径には、ばらつきが生じる。ステータ５０の内径、すなわち中心軸線Ｏ_Sとティース６０の距離が最も小さい方向（以下、「最小内径方向」と記す。）を基準（０°）として、反時計回りに角度θをとる。

図５は、電動パワーステアリング装置１０のトルク変動を示す図である。１８０〜３６０°の範囲は繰り返しとなるので省略する。１０極１２スロットの分数スロットモータにおいては、１０次成分の変動が支配的になる。横軸は、ステータ５０の最小内径方向を基準とした偏心方向（θ）であり、縦軸は、トルク変動の１０次成分の最大振幅である。偏心量εが大きい場合も小さい場合も、偏心方向θが９０°の近傍で、トルク変動が小さくなることが分かる。

前述のように、ウォーム３０は、付勢部材４６によってモータ２４とは反対側の端をウォームホイール２８に向けて付勢されているため、モータ２４側の端は、逆にウォームホイール２８から離れる方向に動く。よって、軸継手１００を介してロータ軸５２およびロータ４８もウォームホイール２８から離れる方向に動く。この方向は、図２において、ｅ_Vで示す方向における正の向きであり、モータ軸線と、ウォームホイール２８の回転中心軸線のそれぞれに直交する方向である。したがって、電動パワーステアリング装置１０においては、ロータ４８は、ウォームホイール２８から離れる向きに偏心する傾向がある。

前述のように、ステータ５０の最小内径方向とロータの偏心の方向の関係によって、トルク変動が変化する。ロータ４８の偏心方向は、ウォームホイール２８から離れる方向となる傾向がある。一方、ステータ５０の内径寸法は製作誤差で生じるものであるから、内径が最小となる方向は、一意に定まらない。そこで、ステータ５０をモータの軸線周りに回転させることができるようにし、ステータ５０の内径が最小となる方向と、ロータ４８の偏心方向の関係を調節可能とする。この調節によって、トルク変動を抑えることができる可能性がある。

ロータ４８の偏心方向は、前述の付勢部材４６の作用に加え、モータ軸受、特に前方モータ軸受８０のモータ軸線に直交する平面内の位置によっても影響を受ける。前方モータ軸受８０の位置は、前方軸受プレート７６の寸法精度、特にモータハウジング６２に嵌合される外周筒部７８に対する前方モータ軸受８０を保持する内周筒部８２の中心線の位置（心ずれ）に影響を受ける。前方軸受プレート７６を、モータ軸線周りに回動させることで、前方軸受プレート７６の心ずれに起因する偏心の方向を調節することができる。前方モータ軸受８０の偏心の方向を、ウォーム３０を付勢することにより生じる偏心の方向にそろえ、これと、ステータ５０の内径が最小となる方向の関係を調節することで、トルク変動を抑えることができる可能性がある。

前述のように、偏心方向θを９０°近傍とすることでトルク変動が小さくなる。まず、前方モータ軸受８０の偏心方向を、ウォーム３０の付勢により生じる偏心の方向（ｅ_V）にそろえる。方向ｅ_Vの正の向き、負の向きいずれであってもよい。前方軸受プレート７６の寸法を測定し、測定値に基づき前方軸受プレート７６のモータ軸線周りにおける向きを定めることで、偏心方向をそろえることができる。ウォーム３０を付勢することで生じる偏心方向と、前方モータ軸受８０の位置ずれによる偏心方向をそろえることで、実際のロータ４８の偏心が方向ｅ_Vに沿って生じるようになる。一方において、ステータ５０とモータハウジング６２を一体にした状態で、ステータ５０の最小内径方向を測定し、その方向がウォームホイール２８の軸線方向（ｅ_H）に沿うように、モータハウジング６２をウォームギアハウジング３２に結合する。最小内径方向が、正の向き、負の向きいずれを向いてもよい。この電動パワーステアリング装置１０においては、締結部材７２が１０個設けられているので、３６°おきに向きを調整することができ、最小内径方向が方向ｅ_Hと最も近くなる向きでモータハウジング６２を固定する。以上により、ロータ４８の偏心方向と、ステータ５０の最小内径方向が直交するようになり、トルク変動を抑えることができる。

後方軸受プレート８４についても、前方軸受プレート７６と同様に、モータ軸線周りの向きを調整することができる。これにより、ロータ４８の軸線とステータ５０の軸線を平行に、または平行に近づけるようにできる。

前方軸受プレート７６の向きの調節は、ウォームギアハウジング３２とモータハウジング６２を仮組みした状態で行うことができる。締結部材７２を緩めた状態として前方軸受プレート７６を回動可能にし、その状態でモータ軸線周りに前方軸受プレート７６を回動させて向きを調節し、調節後、締結部材７２を締め付けて固定するようにできる。後方軸受プレート８４についても同様である。

この電動パワーステアリング装置１０において、ウォームギアハウジング３２に対するモータハウジング６２の採り得る向きは離散的な値となるが、連続的な調整を可能とするようにできる。例えば、締結部材７２のボルトが貫通する前方フランジ６６または円錐部フランジ７０に設けられた孔を、周方向に延びる長穴とすることで、長穴の範囲で連続的に調整を可能な向きを採り得る。

１０ 電動パワーステアリング装置、１２ ステアリングホイール、１４ ステアリングシャフト、１６ ステアリングギア、１８ タイロッド、２０ 操舵車輪、２２ アシストユニット、２４ モータ、２６ ウォームギア、２８ ウォームホイール、３０ ウォーム、３２ ウォームギアハウジング、３４ ホイール収容部、３６ ウォーム収容部、３８ 第１ウォーム軸受、４０ 第２ウォーム軸受、４２ 円筒部、４４ 円錐部、４６ 付勢部材、４８ ロータ、５０ ステータ、５１ 永久磁石、５２ ロータ軸、５４ ステータコア、５６ コイル、５８ ヨーク、６０ ティース、６２ モータハウジング、６４ モータハウジング本体、６６ 前方フランジ、６８ 後方フランジ、７０ 円錐部フランジ、７２ 締結部材、７４ 嵌合部、７６ 前方軸受プレート、７８ 外周筒部、８０ 前方モータ軸受、８２ 内周筒部、８３ 外周フランジ、８４ 後方軸受プレート、８６ 後方軸受プレートホルダ、８８ 保持部、９０ 装着フランジ、９２ 締結部材、９４ 外周筒部、９６ 後方モータ軸受、９７ 外周フランジ、９８ 内周筒部
１００ 軸継手、１０２ 結合端部。

Claims (4)

1. ウォームホイールと、
   ウォームホイールと噛み合うウォームと、
   ウォームを回転駆動するモータであって、ウォームに結合されたロータと、ロータを囲むように配置されたステータと、ステータを保持するモータハウジングと、ロータをウォーム側の端部で支持する前方モータ軸受を保持し、モータハウジングと別体の前方軸受プレートと、を有するモータと、
   ウォームを収容し、保持するウォーム収容部と、
   を有し、
   モータハウジングは、ウォーム収容部に対して、モータ軸線周りの複数の向きで結合可能であり、
   前方軸受プレートは、モータハウジングとウォーム収容部に挟持されて固定され、モータハウジングとウォーム収容部に対して、モータ軸線周りの任意の向きで固定可能である、
   電動パワーステアリング装置。
2. 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、ウォーム収容部と前方軸受プレートの接合部と、モータハウジングと前方軸受プレートの接合部との少なくとも一方が互いに嵌まり合うテーパ形状である、電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置であって、モータハウジングは、ステータの内径が最も小さい方向がウォームホイール軸線に沿う方向に最も近くなる向きでウォーム収容部と結合されている、電動パワーステアリング装置。
4. 請求項３に記載の電動パワーステアリング装置であって、前方軸受プレートは、軸受を保持する部分の中心線が、モータ軸線の延びる方向とウォームホイール軸線の延びる方向のそれぞれに直交する方向にずれるよう固定されている、電動パワーステアリグ装置。