JP4023352B2

JP4023352B2 - モータ付き減速機ユニット及び電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4023352B2
Application number: JP2003091911A
Authority: JP
Inventors: 邦洋岡; 貞明森
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004304877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの出力回転をウォーム軸およびウォームホイールからなる減速機を介して減速するモータ付き減速機ユニットおよびこれを含む電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動パワーステアリング装置では、操舵補助用のモータのモータ軸の回転を減速機を介して減速してラックアンドピニオン機構等の舵取り機構に伝えている。上記の減速機としては、ウォームおよびウォームホイールを有する減速機が用いられる場合が多い。
電動パワーステアリング装置に用いるモータ付きのウォーム伝動装置において、モータの出力軸とウォーム軸とを一体の長尺の回転軸に形成し、この長尺の回転軸がモータハウジングおよび減速機ハウジングの概ね全長を占めて横たわるようにし、該回転軸の一端と軸方向中間部とをそれぞれ軸受にて支持することで、軸方向中間部から他端までの部分をオーバーハングさせて片持ち支持することが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
この場合、従来用いていたモータの出力軸とウォーム軸とを連結するための継手を廃止でき、また、軸受の個数を減らすことができるという利点がある。
一方、減速機内蔵のモータにおいて、減速機の出力歯車に回転角検出センサを設けることが提案されている（例えば特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−５０５７１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５４８８５公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、中・大型の車両にも電動パワーステアリング装置が適用されるようになってきており、これに伴って、モータや減速機の部品が大型化し、実車へ搭載するときにレイアウトが困難になったり、重量が問題になったりしている。
また、大型になった部品の慣性の影響で、操舵フィーリングが悪くなるという問題もある。
【０００６】
これに対して、上記の特許文献１では、モータの出力軸とウォーム軸とを一体に形成した長尺で大型の回転軸を用いているため、質量が重く、これにロータの質量が加算されたものが回転すると、その回転慣性が非常に大きく、応答性等、操舵フィーリングに悪影響を与えるおそれがある。
回転慣性の問題は電動パワーステアリング装置に限らず、一般のモータ付き減速機にも存在する。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、回転慣性を低減することができるモータ付き減速機ユニットおよびこれを含む電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の目的を達成するため、第１発明は、モータの出力回転をウォーム軸およびウォームホイールからなる減速機を介して減速するモータ付き減速機ユニットにおいて、一体に形成されるユニットハウジングを備え、このユニットハウジングは、上記ウォーム軸およびウォームホイールを収容する第１の部分とモータのステータおよび中空ロータを収容する第２の部分とを含み、ウォーム軸の一端部が中空ロータの近接する端部と直接連結される延伸部を有して中空ロータと一体回転するようにしてあり、上記ユニットハウジングの第２の部分はウォーム軸と反対側に開放部を有する円筒部を含み、さらに円筒部の開放部を閉じる蓋が設けられ、中空ロータは、上記近接する端部に設けられ上記ウォーム軸の延伸部を一体回転可能に連結する連結部と、蓋側の端部に設けられる開放部と、上記連結部から上記開放部にわたって同じ内径を有する円筒部とを備え、ウォーム軸の上記延伸部と中空ロータの連結部とを中空ロータの開放部側から固定締結するための固定締結手段が設けられ、上記ユニットハウジングの第１の部分に保持され、ウォーム軸の上記一端部と他端部とをそれぞれ回転自在に支持する一対の軸受を備え、互いに締結された上記ウォーム軸および中空ロータは、上記一対の軸受のみによってハウジングに支持されていることを特徴とするモータ付き減速機ユニットを提供するものである。
【０００９】
本発明では、ウォーム軸の一端部の延伸部を中空ロータに直接連結することにより、従来構造のモータ軸を廃止することができ、中空ロータの使用と相まって回転部分の質量を大幅に低減でき、軽量化を達成できる。また、回転部分の慣性を格段に低減できるので、電動パワーステアリング装置に適用した場合に、回転慣性が操舵フィーリングに悪影響を与えることを防止することができる。
また、上記ユニットハウジングの第２の部分はウォーム軸と反対側に開放部を有する円筒部を含み、さらに円筒部の開放部を閉じる蓋が設けられ、中空ロータは、上記近接する端部に設けられ上記ウォーム軸の延伸部を一体回転可能に連結する連結部と、蓋側の端部に設けられる開放部とを備え、ウォーム軸の上記延伸部と中空ロータの連結部とを中空ロータの開放部側から固定締結するための固定締結手段を有しているので、下記の利点がある。
【００１０】
すなわち、ユニットハウジングの第２の部分の蓋を開放した状態で、予め組み込まれているウォーム軸の一端部に、第２の部分の開放部を通して、中空ロータを仮組みした後、第２の部分および中空ロータの各開放部を通して固定締結手段を用いてウォーム軸の一端部に中空ロータを一体回転可能に取り付けることができ、組立作業性を非常に良くすることができる。
さらに、上記ユニットハウジングの第１の部分に保持され、ウォーム軸の上記一端部と他端部とをそれぞれ回転自在に支持する一対の軸受を備えるので、下記の利点がある。すなわち、ウォーム軸の両端を支持する一対の軸受のみで良く、ユニットハウジングの第２の部分に軸受を設ける必要がないので、部品点数の低減と軽量化を達成することができる。
第２発明は、第１発明において、上記中空ロータの回転角を検出するための回転角検出手段を備え、この回転角検出手段が、中空ロータの蓋側の端部に一体回転可能に設けられるロータ部と、ユニットハウジングの第２の部分の円筒部又は蓋の裏面に固定されるステータ部とを含むことを特徴とする。本発明では、蓋により閉じられる第２の部分の開放部の近傍に回転角検出手段を配置するので、回転角検出手段の配線の取り回し等が行ない易い。
【００１１】
第３発明は、第１または第２発明の何れかのモータ付き減速機ユニットのモータの出力回転を減速機により減速して舵取り機構に伝えることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。本発明では、電動パワーステアリング装置において、第１、第２発明の効果を奏することができ、回転慣性の影響による操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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は本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略断面図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１００では、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸としての第１の操舵軸２と、舵取り機構６０に連結される出力軸としての第２の操舵軸３とがトーションバー４を介して同軸的に連結されている。
【００１３】
舵取り機構６０は、例えば、第２の操舵軸３に中間軸を介して一体回転可能に設けられたピニオン６１と、ピニオン６１に噛み合い車両の左右方向に延びるラック軸６２とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸６２が軸長方向に移動することより、タイロッド６３を介して車輪６４が転舵される。
第１及び第２の操舵軸２，３を支持するハウジング５は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング５は、センサハウジング６と、後述するモータ付き減速機ユニットＵのユニットハウジング７とを嵌め合わせて構成されている。
【００１４】
ユニットハウジング７は、減速機ハウジング部としてウォームギヤ機構８（減速機構）を収容するための第１の部分７１と、モータハウジング部としての第２の部分７２とを一体成形したハウジングからなる。
第１の部分７１は概ね筒状をなし、その上端の環状縁部７１ａがセンサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。センサハウジング６はトルクセンサ９及び制御基板１０等を収容している。
【００１５】
上記ウォームギヤ機構８は、図２に示すように、後述するモータ５０の中空ロータに一体回転可能に直接連結される鋼製のウォーム軸１１と、このウォーム軸１１と噛み合い、且つ図１に示すように、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能で且つ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２とを備える。ウォームホイール１２は第２の操舵軸３に一体回転可能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１２ａ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１２ｂとを備えている。芯金１２ａは例えば合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされ、芯金１２ａと成形された合成樹脂部材１２ｂは一体回転可能に結合される。
【００１６】
ユニットハウジング７の第１の部分７１内において、ウォーム軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部分Ａを少なくとも含む領域に潤滑剤が充填されている。すなわち、潤滑剤は噛み合い部分Ａのみに充填しても良いし、噛み合い部分Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充填しても良いし、ユニットハウジング７の第１の部分７１内全体に充填しても良い。
第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される第１及び第２の転がり軸受１３，１４により回転自在に支持されている。
【００１７】
第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に嵌め入れられて保持されている。第１の転がり軸受１３の外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされている。内輪１８の下端面はウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接している。
【００１８】
また、第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ユニットハウジング７の第１の部分７１の軸受保持孔２０に嵌め入れられて保持されている。第２の転がり軸受１４の外輪１９の下端面は、環状の段部２１に当接し、ユニットハウジング７の第１の部分７１に対する軸方向下方への移動が規制されている。第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回転可能で且つ軸方向相対移動を規制されて取り付けられている。内輪２２は第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締め込まれるナット２４との間に挟持されている。
【００１９】
トーションバー４は第１及び第２の操舵軸２，３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン２５により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、トーションバー４の下端４ｂは、連結ピン２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は上述したように中間軸を介して舵取り機構６０に連結されている。
上記の連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。
【００２０】
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１及び第２の操舵軸２，３の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
次いで、図２を参照して、ユニットハウジング７の第１および第２の部分７１，７２は相交差する筒状をなして例えばアルミニウム合金により一体に形成されている。第２の部分７２は、ウォーム軸１１と反対側に開放部７３を有する円筒部７４を含み、上記の開放部７３は蓋７５により閉じられるようになっている。
【００２１】
モータ５０は、第２の部分７２の円筒部７４の内周に固定される円筒状のステータ５１と、このステータ５１内に挿通された中空ロータ５２とを備える。中空ロータ５２は有底円筒状をなし、ウォーム軸１１に近接する第１の端部５２ａに連結部５３を設けると共に、ウォーム軸１１から遠い側（蓋７５側）の第２の端部５２ｂに開放部５４を設けている。
ウォーム軸１１の第１および第２の端部１１ａ，１１ｂは、ユニットハウジング７の第１の部分７１により保持される第４及び第５の転がり軸受３４，３５によりそれぞれ回転自在に支持されている。第４及び第５の転がり軸受３４，３５は例えば玉軸受からなる。
【００２２】
第４及び第５の転がり軸受３４，３５の内輪３６，３７がウォーム軸１１の対応する第１および第２の端部１１ａ，１１ｂに嵌合されている。また、第４及び第５の転がり軸受３４，３５の外輪３８，３９は、ユニットハウジング７の軸受保持孔４０，４１にそれぞれ保持されている。
ウォーム軸１１の第１の端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪３８は、ユニットハウジング７の第１の部分７１の段部４２に当接し位置決めされている。一方、第４の転がり軸受３４の内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接することにより、ウォーム軸１１の第２の端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００２３】
ウォーム軸１１の第２の端部１１ｂの近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７はウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接することにより、ウォーム軸１１の第１の端部１１ａ側への移動が規制されている。
また、第５の転がり軸受３５の外輪３９は予圧調整用のねじ部材４５により、第４の転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ユニットハウジング７の第１の部分７１に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受３４，３５に予圧を付与すると共に、ウォーム軸１１を軸方向に位置決めしている。ロックナット４７は予圧調整後のねじ部材４５を止定するためにねじ部材４５に係合される。
【００２４】
図２および図３を参照して、ウォーム軸１１の第２の端部１１ｂは同軸上に延伸部１１ｃを設けており、この延伸部１１ｃが、上記モータ５０の中空ロータ５２に一体回転可能に連結されている。具体的には、延伸部１１ｃの先端部は段付き部１１ｄを設けたねじ軸１１ｅとなっており、このねじ軸１１ｅを、中空ロータ５２の連結部５３の連結孔５５に挿通させた後、ねじ軸１１ｅに螺合させた固定締結手段としてのナット５６と上記段付き部１１ｄとの間に連結部５３を挟持して、中空ロータ５２をウォーム軸１１の第２の端部１１ｂの延伸部１１ｃに固定締結するようにしている。
【００２５】
図２に示す組立状態において、固定締結手段としてのナット５６が中空ロータ５２の開放部５４を介して蓋７５の裏面７５ａに対向するレイアウトとなる。このことが、ユニットハウジング７の第１の部分７１に予め組み付けられたウォーム軸１１に対して、ユニットハウジング７の第２の部分７２の開放部７３を通して導入した中空ロータ５２を組み付けて固定締結することを実質的に可能としている。
【００２６】
図３を参照して、中空ロータ５２の他、モータ５０のステータ５１、後述する回転角検出手段としての回転角センサ５７、その他の部品もユニットハウジング７の第２の部分７２の円筒部７４の開放部７３を通して、第２の部分７２内へ組み込みが可能である。
回転角センサ５７は中空ロータ５２の回転角を検出するためのセンサであり、例えばレゾルバ又はホール素子からなる。ウォーム軸１１の第２の端部１１ｂの延伸部１１ｃには、回転角センサ５７のロータ部５７ａが一体回転可能に固定締結されている。回転角センサ５７のステータ部５７ｂは、ロータ部５７ａの周囲を取り囲む態様にてユニットハウジング７の第２の部分７２に固定されている。回転角センサ５７の検出信号は、電動パワーステアリング装置の動作を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）に入力されて、モータ５０の制御に利用される。
【００２７】
本実施の形態によれば、ウォーム軸１１の第２の端部１１ｂに延伸部１１ｃを設けてこれを直接中空ロータ５２に連結することにより、従来構造のモータ軸を廃止することができ、中空ロータ５２の使用と相まって回転部分の質量を大幅に低減でき、その結果、軽量化を達成できる。
また、回転部分の慣性を格段に低減できるので、電動パワーステアリング装置に適用した場合に、回転慣性が操舵フィーリングに悪影響を与えることを防止することができる。
【００２８】
さらに、上述した如く、図３に示すように、ユニットハウジング７の第２の部分７２の蓋７５を開放した状態で、予め組み込まれているウォーム軸１１の第２の端部１１ｂの延伸部１１ｃに、第２の部分７２の開放部７３を通して、中空ロータ５２を仮組みした後、第２の部分７２および中空ロータ５２の各開放部７３，５４を通して固定締結用のナット５６を用いてウォーム軸１１に中空ロータ５２を一体回転可能に取り付けることができるので、組立作業性を非常に良くすることができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では、中空ロータ５２をウォーム軸１１の第２の端部１１ｂの延伸部１１ｃにねじを用いて固定締結したが、これに限らず、図４に示すように、例えば、ねじ軸１１ｅに代えて丸又は角軸１１ｆとし、前記丸又は角軸１１ｆの先端部を中空ロータ５２の挿通後にかしめ付けたかしめ部５６０を設けて固定締結するようにしても良い。この場合、かしめ部５６０が固定締結手段を構成し、中空ロータ５２の開放部５４を通して蓋７５の裏面７５ａに対向することになる。
【００３０】
また、図５に示すように、上記中空ロータ５２の回転角を検出するための回転角センサ５７０を、蓋７５の裏面７５ａに近接して配置することができる。この回転角センサ５７０では、中空ロータ５２の第２の端部５２ｂ（蓋側の端部）に一体回転可能にロータ部５７ａを設け、このロータ部５７ａの周囲を取り囲んで、蓋７５の裏面７５ａにステータ部５７ｂを固定するようにしても良い。
この場合、回転角センサ５７０からの信号配線をユニットハウジング７の外部へ取り出すための取り回しが容易になるという利点がある。また、図６に示すように、ステータ部５７ｂを第２の部分７２の円筒部７４の内周に固定する回転角センサ５７１とすることもできる。
【００３１】
その他、本発明は上記各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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るモータ付き減速ユニットを含む電動パワーステアリング装置の要部の模式的断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】モータ付き減速機ユニットの分解断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態に係るモータ付き減速機ユニットの要部の概略断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態に係るモータ付き減速機ユニットの断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態に係るモータ付き減速機ユニットＵの要部の断面図である。
【符号の説明】
Ｕモータ付き減速機ユニット
７ユニットハウジング
１１ウォーム軸
１１ａ第１の端部（他端部）
１１ｂ第２の端部（一端部）
１１ｃ延伸部
１１ｄ段付き部
１１ｅねじ軸
１１ｆ丸又は角軸
１２ウォームホイール
５０モータ
５１ステータ
５２中空ロータ
５２ａ第１の端部（近接する端部）
５２ｂ第２の端部（蓋側の端部）
５３連結部
５４開放部
５５連結孔
５６ナット（固定締結手段）
５７回転角センサ（回転角検出手段）
５７ａロータ部
５７ｂステータ部
６０舵取り機構
７１第１の部分
７２第２の部分
７３開放部
７４円筒部
７５蓋
７５ａ（蓋の）裏面
１００電動パワーステアリング装置
５６０かしめ部（固定締結手段）
５７０，５７１回転角センサ

Claims

モータの出力回転をウォーム軸およびウォームホイールからなる減速機を介して減速するモータ付き減速機ユニットにおいて、
一体に形成されるユニットハウジングを備え、このユニットハウジングは、上記ウォーム軸およびウォームホイールを収容する第１の部分とモータのステータおよび中空ロータを収容する第２の部分とを含み、
ウォーム軸の一端部が中空ロータの近接する端部と直接連結される延伸部を有して中空ロータと一体回転するようにしてあり、
上記ユニットハウジングの第２の部分はウォーム軸と反対側に開放部を有する円筒部を含み、さらに円筒部の開放部を閉じる蓋が設けられ、
中空ロータは、上記近接する端部に設けられ上記ウォーム軸の延伸部を一体回転可能に連結する連結部と、蓋側の端部に設けられる開放部と、上記連結部から上記開放部にわたって同じ内径を有する円筒部とを備え、
ウォーム軸の上記延伸部と中空ロータの連結部とを中空ロータの開放部側から固定締結するための固定締結手段が設けられ、
上記ユニットハウジングの第１の部分に保持され、ウォーム軸の上記一端部と他端部とをそれぞれ回転自在に支持する一対の軸受を備え、
互いに締結された上記ウォーム軸および中空ロータは、上記一対の軸受のみによってハウジングに支持されていることを特徴とするモータ付き減速機ユニット。
請求項１において、上記中空ロータの回転角を検出するための回転角検出手段を備え、この回転角検出手段が、中空ロータの蓋側の端部に一体回転可能に設けられるロータ部と、ユニットハウジングの第２の部分の円筒部又は蓋の裏面に固定されるステータ部とを含むことを特徴とするモータ付き減速機ユニット。
請求項１または２に記載のモータ付き減速機ユニットのモータの出力回転を減速機により減速して舵取り機構に伝えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。