JP3921567B2

JP3921567B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3921567B2
Application number: JP35605098A
Authority: JP
Inventors: 浩二安藤; 敏昭野村
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: JP2000177609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールに連結され車輪の方向を制御するラックシャフトに対して同じ軸線上にアシストモータを装着した電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールの操舵力を軽減して快適な操舵性を付与するため電動パワーステアリング装置が多用されている。
【０００３】
さらに近年、車輪の方向を制御するラックシャフトと同じ軸線上にアシストモータを装着した電動パワーステアリング装置が利用されている。
【０００４】
例えば、特開平１０−１９４１４０号に開示された電動パワーステアリング装置がある。これは、ラックシャフトに整流子モータを直結したものである。即ち、前記シャフトと同じ軸線上に中空出力軸を設け、この中空出力軸に巻線形回転子を固定している。また、ギヤーボックスにはモータケースを取着し、これの内部に固定子としての永久磁石を嵌合している。そして、回転子巻線には整流子を介して通電している。
【０００５】
一方、ラックシャフトは、モータに対して一方にラックギヤを、他方にボールねじを設けている。そして、モータの回転に応じてボールねじを回転させて、前記シャフトにアシストトルクとしての推力を付加している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のものは、一般に次のようにして組み立てられる。
【０００７】
▲１▼中空出力軸に対してコイルを巻回した回転子とブラシ部を取り付ける。
【０００８】
▲２▼この中空出力軸をギヤボックスに固定する。
【０００９】
▲３▼ギヤボックスと一体化された中空出力軸内にボールねじが取り付けられたラック軸を挿入（図示左方向から）する。
【００１０】
▲４▼内側に永久磁石が取り付けられたモーターケースを取り付ける。
【００１１】
このとき、これらを組み立てる場合、上記▲１▼〜▲４▼の工程が、例えば、ギヤボックスの左方からのみの組み立て作業としてできることが、組み立て作業の効率化や自動化ができるという利点から望まれている。
【００１２】
しかしながら、上記構成のものは、コイルが巻回された回転子が中空出力軸の外周に設けられており、ボールねじが収納される大径部より外径が大きくなっているので、次に示す問題点を持っていた。
【００１３】
（１）モータは、巻線回転子であるので、通電のための整流子を必要とし、コストがかさみ、また、整流子の磨耗問題も生じ、その保守に手間がかかる。
【００１４】
（２）コイルが巻回された回転子となっているので、モータ慣性が大きく操舵フィーリングに悪影響を与える。
【００１５】
そこで、これらの問題点を解決するため、ブラシレスタイプのモータを使用することが考えられているが、その場合、新たな問題点が発生する。
【００１６】
即ち、構造上、モーターケース側にコイルを巻回した固定子が取り付けられ、中空出力軸側に永久磁石よりなる回転子が取り付けられることになるため、固定子側の内径が上記従来タイプよりも非常に小さくなる。すると、ボールねじ収納用の大径部が回転子の内径より径の大きな状態で、中空出力軸の左端（固定子より左端）にあることになり、モーターケースを中空出力軸に取り付ける際、この大径部がモーターケースの固定子と干渉し、上述した一方向からの組付け作業が出来ないという問題点を生ずることになる。
【００１７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、中空ブラシレスモーターの固定子と回転子をユニット化して、組み立てやすく、操舵フィーリングの良いパワーステアリングシステムを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付して説明すると、ギヤーボックス２に装着されラックギヤ５ｂ及びピニオンギヤ５ａを介してステアリングホイール１に連結されたラックシャフト５と、前記ギヤーボックス２に取着されるモーターケース４１内に嵌合される固定子スリーブ４６内に巻線を環状に配してなる固定子４３と、前記シャフト５が貫通する中空の回転軸５１の外周に嵌合される回転子スリーブ４８に永久磁石４９を固定してなる回転子４７とから構成された中空ブラシレスモータ４０と、前記シャフト５に設けられたねじ状ボール溝５５及ボールと、前記回転軸５１のラックギヤ５ｂ側端部の内周部に設けられたボールナット５４とから構成されたボールねじ５３とを備え、前記ボールねじ５３をラックギヤ５ｂとモータ４０との間に設けたところに第１の発明の特徴を有する。
【００１９】
第２の発明は、回転センサ６１を、前記中空の回転軸５１に前記回転子スリーブ４８により挟着される回転子４７と、前記モーターケース４１内に嵌合されるセンサスリーブ６６に装着される固定子４３とから構成したところに特徴を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明する。
まず、電動式パワーステアリングシステムに関して図８及び図９を参照して説明する。
【００２１】
ステアリングホイール１を操作すると、その操舵トルクはギヤーボックス２の入力軸３に伝達され、後述するトーションバー２１を介して出力軸４に伝達され、出力軸４の下端のピニオンギヤ５ａを経てラックギヤ５ｂを備えたラックシャフト５を駆動する。このシャフト５は操舵リンク６を介して両側の車輪７の方向を変える。
【００２２】
このトーションバー２１は操舵トルクに応じてねじれ角（トルクの検出量）が生じる。このねじれ角に応じてポテンショメータ３０が回動される。このポテンショメータ３０は、図示はしないが回転するブラシとこれに接触する抵抗とから構成されており、回転角に応じた電圧を出力する。この出力電圧は電気制御装置（以下ＥＣＵと云う）８に入力される。そして、ＥＣＵ８からの信号に基づいてモータ４０が駆動される。
【００２３】
モータ４０のアシストトルクはシャフト５に付加されるので、操作性が著しく改善される。
【００２４】
つぎに、トーションバー方式の操舵トルク検出装置２０について図１０をも参照して説明する。
【００２５】
入力軸３及び出力軸４は、それぞれトルク検出装置用ギヤーボックス５２に回転可能に取付けられている。トーションバー２１は上端部がピン２２により入力軸３に一体化され、下端が出力軸４の孔部４ａに一体的に圧入されている。従って、入力軸３に入力されたトルクは、トーションバー２１を介して出力軸４に伝達される。
【００２６】
一方、入力軸３の外側にはスリーブ２３が嵌合されている。このスリーブ２３には軸方向に平行な長溝２４と、傾斜溝２５が形成されている。そして、長溝２４には出力軸４に固定されたピン２６が挿入され、傾斜溝２５には入力軸３に固定されたピン２７が挿入されている。即ち、スリーブ２３は出力軸４に対して軸方向には移動するが、円周方向には回転しない。
【００２７】
ここで操舵トルクが入力軸３から出力軸４へ伝達されるとき、トーションバー２１にねじり角が発生して、入力軸３と出力軸４との間に円周方向のずれが発生する。従って、入力軸３に固定されたピン２７は傾斜溝２５内を移動して、スリーブ２３が寸法Ｈだけ上昇する。操舵トルク検出装置２０は、この寸法Ｈを検出量として取り出すもので、スリーブ２３の外周面には段部２８が形成されている。この段部２８にはレバー３１が接していてスリーブ２３の移動量（寸法Ｈ）を回転角としてポテンショメータ３０に伝える。
【００２８】
つぎにモータ４０について図１，図５及び図６を参照して説明する。その原理は、周知のブラシレスモータであるが、以下に本発明の特徴である固定子４３と回転子４７のユニット化について詳述すると共に、後述する回転センサ６１により回転子４７の位置を検知して、図示しない制御装置により三相用固定子巻線４５を切り換えて回転磁界を形成するものである。
【００２９】
モータケース４１は筒状をなしており、ギヤーボックス２の外周部２ｂに挿入されてねじ４２により固定される。
【００３０】
本発明の固定子４３は、固定子鉄心４４に三相用の固定子巻線４５を巻回したものを、磁性体からなる固定子スリーブ４６内に環状に配置嵌合されて予めユニットとして構成した後、モータケース４１に挿入されて適宜な手段例えば接着、ねじ止めなどにより固定される。
【００３１】
本発明の回転子４７は、磁性体からなる回転子スリーブ４８の外周面にＮ極、Ｓ極の永久磁石４９を交互に配置して予めユニットとして構成したもので、この回転子スリーブ４８を中空の回転軸５１の外周に例えば接着により固定している。この回転軸５１の中心部にはラックシャフト５が貫通している。
【００３２】
巻線４５にはモータケース４１を貫通する電源線５０から給電される。尚、回転軸５１には、回転子スリーブ４８とモータケース４１との間に位置してボールベアリング６０が介装されている。
【００３３】
モータ４０の長さは、電動パワーステアリング装置が利用される車種により種々異なるものであるが、本実施例においては、予め、固定子４３及び回転子４７を標準品種よりも長めの固定子スリーブ４６及び回転子スリーブ４８に圧入して在庫部品として保管しておけば、必要に応じて固定子スリーブ４６及び回転子スリーブ４８の端部を所定の寸法に加工して利用することができるので、種々のものにも対応できる。
【００３４】
中空の回転軸５１には、図１及び図２に示すように、ラックギヤ５ｂ側の端部に大径部５２が形成されている。ボールねじ５３は、ボールナット５４とラックシャフト５に設けられたねじ状ボール溝５５及びボールとから構成された周知の構成であって、このうちボールナット５４は大径部５２に装着されている。
【００３５】
中空の回転軸５１は、予めボールねじ５３がねじ状ボール溝５５に受支されたボールを介して相互に螺合されたラックシャフト５を図中右方向から挿入し、回転軸５１の内周部のねじ部に穴あきナット５６を螺合させて締め込むことによって、ボールナット５４をユニット化している。
【００３６】
尚、回転軸５１の外周部には大径部５２に接してスラストベアリング５７が取着されている。そして、ギヤーボックス２の内周部２ａにユニット化された回転軸５１を挿入し、ナット５８を締め付けることにより、回転軸５１はギヤーボックス２に対して回転可能に固定される（図４参照）。
【００３７】
本発明の回転センサ６１は、図１，図５及び図７に示すように、中空ブラシレスモータ４０とボールねじ５３との間に取着されている。これは、鉄心６２に巻線６３を巻回した固定子６４と、非円形な外形を有する回転子６５とから構成されており、回転子６５の回転に応じて固定子巻線６３に正弦波電圧を発生するものである。
【００３８】
この固定子６４は、センサスリーブ６６に挿入された後、センサスリーブ６６とともにモータケース４１に挿入され、固定子スリーブ４６とギヤーボックス２との間に挿着されている。
【００３９】
固定子６４は、センサスリーブ６６に挿入された状態では円周方向に回動可能であり、端部に固定リング６７を圧入することにより固定子スリーブ４６との間で軸方向に圧接・固定される。従って、固定子６４の内径は、センサスリーブ６６に挿入されたときの圧入応力により半径方向に変形することがないので、回転子６５間のギャップは均等に保たれる。
【００４０】
また、センサスリーブ６６にはモータ４０側の端面部に両者を仕切る磁気シールド部６８が形成されている。また、本発明の回転子６５は、回転軸５１の外周に装着され回転子スリーブ４８と回転軸５１の段部との間で挟着固定されている。
【００４１】
つぎにこれらの組立手順について説明する。
【００４２】
（１）回転子４７の組立
図２に示すように、回転軸５１の外周部に、図示左方向からスラストベアリング５７を挿入し、大径部５２に当接させてナット８０にて固定する。次いで、回転センサ６１の回転子６５を挿入するとともに永久磁石４９を取付た回転子スリーブ４８を挿入して、回転センサ６１の回転子６５を挟着する。回転子スリーブ４８は回転軸５１に接着剤により固定される。尚、モータ４０の回転子４７と回転センサ６１の回転子６５とは、円周方向の取付角度を予め設定された関係位置に調節して固定しておく。
【００４３】
（２）モータケース４１及び固定子４３の組立
図３に示すように、モータケース４１の内周部に、図示右方向からボールベアリング６０を挿入し、ついで固定子４３を取着した固定子スリーブ４６を挿入する。最後に回転センサ６１の固定子６４を取付けたセンサスリーブ６６を挿入する。この場合、固定子６４はセンサスリーブ６６に対して円周方向に移動可能である。
【００４４】
（３）回転子４７の組み付け
図４に示すように、回転軸５１の大径部５２にボールナット５４を装着し、大径部５２の内周部のねじ部（図示せず）に穴あきナット５６を螺合させてしめ込むと、ボールナット５４が回転軸５１に固定される。その後、このユニットを図示左側からギヤーボックス２の内周部２ａに挿入し、リング状の固定用ナット５８を螺合させてしめ込むと、ボールナット５４を組み込まれた回転軸がギヤボックス２に回転可能に固定される。
【００４５】
（４）モータケース４１の組み付け
図１及び図５に示すように、回転センサ６１の固定子６４を円周方向に移動させ回転子６５との取付角度を微調整した後、固定リング６７を圧入してセンサスリーブ６６に固定する。
【００４６】
ついで、回転軸５１の外周部に図示左側からモータケース４１を挿入してギヤーボックス２の外周部２ｂに嵌合させてねじ４２により固定する。
【００４７】
（５）この後、図示はしないが、ピニオンギヤ５ａがラックギヤ５ｂに組み付けられる。
【００４８】
上記実施例によれば、つぎの効果を奏する。
（１）ボールねじ５３をピニオンギヤ５ａ及びラックギヤ５ｂとモータ４０との間に設けたので、ラックギヤ５ｂ及びボールねじ５３がユニット化された中空の回転軸５１、モータケース４１をギヤボックス２に対して一方向から順次組み付けることができるので、組立てが容易で組立工数を少なくすることができる。
（２）モータ４０をブラシレスモータとしたので、整流子を必要とせず、その機械磨耗がなく構造が簡単であり、コストを低減できる。
（３）モータ４０の固定子４３及び回転子４７をそれぞれ固定子スリーブ４６及び回転子スリーブ４８に取付けて予めユニット化したので、回転子４７の慣性を小さくできると共に、ユニット生産効率が向上して、モータ４０をラックシャフト５と同軸上に配置する作業が極めて容易にできる。
（４）回転センサ６１も夫々回転子６５側と固定子６４側とで夫々独立してユニット組立できるので、組立と調整作業が容易にできる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、ギヤーボックスに装着されラックギヤ及びピニオンギヤを介してステアリングホイールに連結されたラックシャフトと、
前記ギヤーボックスに取着されるモーターケース内に嵌合される固定子スリーブ内に巻線を環状に配してなる固定子と、前記シャフトが貫通する中空の回転軸の外周に嵌合される回転子スリーブに永久磁石を固定してなる回転子とから構成された中空ブラシレスモータと、
前記シャフトに設けられたねじ状ボール溝及ボールと、前記回転軸のラックギヤ側端部の内周部に設けられたボールナットとから構成されたボールねじとを備え、
前記ボールねじをラックギヤとモータとの間に設けたので、モータは整流子を必要とせず、その機械磨耗が少なく、かつ構造が簡単であり、中空の回転軸及び固定子側と回転子側とで夫々ユニット化できるので、モータの組立は、一方向から順次組み付けることができると共に、組立てが容易で組立工数を少なくすることができ、かつ、多品種への対応も容易にできてコストを低減できるという実用上優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す一部を破断して示す正面図である。
【図２】組立過程を示す第１の工程の正面図である。
【図３】組立過程を示す第２の工程の正面図である。
【図４】組立過程を示す第３の工程の正面図である。
【図５】モータ及び回転角検知センサ部分の拡大断面図である。
【図６】モータの拡大縦断側面図である。
【図７】回転角検知センサ部分の拡大縦断側面図である。
【図８】電動パワーステアリング装置のシステムを説明する図である。
【図９】操舵トルク検出装置の縦断面図である。
【図１０】ポテンショメータの取付状態を示す図である。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ギヤーボックス
５ラックシャフト
５ａピニオンギヤ
５ｂラックギア
４０モータ
４１モーターケース
４３巻線型固定子
４４固定子鉄心
４５固定子巻線
４６固定子スリーブ
４７回転子
４８回転子スリーブ
４９永久磁石
５１中空の回転軸
５２大径部
５３ボールねじ
５４ボールナット
５５ねじ状ボール溝
６１回転センサ
６２鉄心
６３巻線
６４固定子
６５回転子
６６センサスリーブ
６７固定リング

Claims

ギヤーボックスに装着されラックギヤ及びピニオンギヤを介してステアリングホイールに連結されたラックシャフトと、
前記ギヤーボックスに取着されるモーターケース内に嵌合される固定子スリーブ内に巻線を環状に配してなる固定子と、前記シャフトが貫通する中空の回転軸の外周に嵌合される回転子スリーブに永久磁石を固定してなる回転子とから構成された中空ブラシレスモータと、
前記シャフトに設けられたねじ状ボール溝及ボールと、前記回転軸のラックギヤ側端部の内周部に設けられたボールナットとから構成されたボールねじとを備え、
前記ボールねじをラックギヤとモータとの間に設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
回転センサを、前記中空の回転軸に前記回転子スリーブにより挟着される回転子と、前記モーターケース内に嵌合されるセンサスリーブに装着される固定子とから構成したことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。