JP4203797B2

JP4203797B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4203797B2
Application number: JP2003137689A
Authority: JP
Inventors: 健一郎青戸
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP2004338553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにより操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には減速機構が備えられており、操舵補助用のモータの出力（操舵補助力）を増幅するようになっている。このような減速機構として、プーリ・ベルト機構を用いたもの（例えば、特許文献１参照）や、複数の歯車減速機構を用いたもの（例えば、特許文献２および３参照）等が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−２８５８３号公報。
【特許文献２】
実開平７−４４９６８号公報。
【特許文献３】
実開昭６３−１９４７１号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動パワーステアリング装置は、自動車の大型化に伴い更なる高出力化が求められている。これを達成するため、モータ自体の出力（定格容量）をより大きくすることが考えられる。しかしながら、モータ自体の出力をより大きくすると、モータやモータドライバ等の製造コストが増加し、さらに、モータの騒音（いわゆるモータミー音）がより大きくなってしまう。
【０００５】
そこで、モータは変更せずに減速機構の減速比をより高くして、モータの出力をより増幅することが考えられる。しかしながら、自動車は配置スペースが限られているので、特許文献１記載のプーリ・ベルト機構を用いた場合、プーリの径を十分に大きくし難く、十分な減速比を得難い。
一方、特許文献２および３記載の複数の歯車減速機構を用いた場合、各歯車を接近させることでこれらの歯車を限られたスペースに配置でき、さらに、十分な減速比を得ることができる。しかしながら、例えば設計変更等によりモータの減速比を変更する場合、高い精度を要求される歯車を再度設計し直さなければならず、極めて手間がかかっていた。
【０００６】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、騒音を増すことなく更なる高出力化を達成でき、かつ、減速比を容易に変更できる安価な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。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、操舵補助用のモータのモータ軸の回転を、ウォームおよびこのウォームに噛み合うウォームホイールを含む減速機構を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、上記モータ軸に駆動伝達可能に連結される原動車と、上記ウォームに駆動伝達可能に連結される従動車と、上記原動車および従動車に巻き掛けられる無端状の伝動体と、上記伝動体に張力を付与する張力付与機構とを備え、上記原動車の有効径は、上記従動車の有効径よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ウォームおよびウォームホイールを用いることでモータの減速比を十分に高くでき、モータの出力を十分に増幅して更なる高出力化を達成できる。また、モータ自体の出力（定格容量）をより大きくする必要がないので、モータの騒音および製造コストが増加することを防止できる。さらに、原動車または／および従動車の有効径を変更するのみで、モータの減速比を極めて容易に変更できる。また、張力付与機構によって伝動体に適切な張力を付与することができ、モータの出力の伝達効率を十分に高くできる。
【０００９】
さらに、原動車から従動車への動力伝達によってもモータ軸の回転を減速できるので、モータの減速比を更に高くでき、モータの出力をより増幅して一層の高出力化を達成できる。
第２発明は、第１発明において、上記張力付与機構は、付勢手段によって上記伝動体に押圧されるテンショナプーリを含むことを特徴とする。本発明によれば、張力の付与に伴うトルク変動やトルクロスを最小限に抑えることができる。
【００１０】
第３発明は、第１または第２発明において、上記原動車および従動車は歯付プーリからなり、上記伝動体は歯付ベルトからなることを特徴とする。本発明によれば、原動車および従動車に対する伝動体の滑りを防止でき、モータの出力の伝達効率をより一層高くできる。
【００１１】
【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１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、このピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。
【００１２】
ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１１が連結されており、各タイロッド１１は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する車輪１２に連結されている。操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転は、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、車輪１２の転舵が達成される。
【００１３】
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる筒状の入力軸としての第１の操舵軸１３と、中間軸５等を介してピニオン軸７に駆動伝達可能に連なる出力軸としての第２の操舵軸１４とを有しており、これら第１および第２の操舵軸１３，１４は、トーションバー１５を介して同軸上に互いに連結されている。
トーションバー１５を介する第１の操舵軸１３と第２の操舵軸１４との相対回転変位量を検出するトルクセンサ１６が設けられており、このトルクセンサ１６の検出信号は、制御部１７に与えられる。制御部１７は、トルクセンサ１６からの検出信号や車速検出信号等に基づいて操舵部材２に加えられた操舵トルクの値を算出し、算出した操舵トルクの値等に基づいて、ドライバ１８を介して操舵補助用のモータ１９への印加電圧を制御する。
【００１４】
これにより、モータ１９が駆動し、このモータ１９のモータ軸２０の回転は、第１の減速機構としてのプーリ・ベルト機構２１、および第２の減速機構としてのウォームギヤ機構２２を介して第２の操舵軸１４へ伝達される。第２の操舵軸１４へ伝達されたモータ軸２０の回転は、さらに中間軸５等を介して、ラック軸１０、タイロッド１１およびナックルアーム等を含む舵取機構２３に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
【００１５】
図２は、電動パワーステアリング装置１の要部の断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２および図３を参照して、モータ１９のモータハウジング２４は、プーリ・ベルト機構２１を収容するプーリハウジングとしての第１のハウジング２５に固定され、第１のハウジング２５は、ウォームギヤ機構２２を収容するギヤハウジングとしての第２のハウジング２６に固定されている。
【００１６】
プーリ・ベルト機構２１は、モータ１９のモータ軸２０に、例えばスプラインを用いる継手２７を介して同軸上に一体回転可能に連結される入力軸２８と、入力軸２８の軸方向中間部に一体回転可能に設けられる原動車としての小径プーリ２９と、ウォームギヤ機構２２のウォーム３０と同軸上に一体回転可能に設けられる出力軸３１と、出力軸３１の軸方向中間部に一体回転可能に設けられる従動車としての大径プーリ３２と、小径プーリ２９および大径プーリ３２に巻き掛けられ、小径プーリ２９の回転を大径プーリ３２に伝達する無端状の伝動体としてのベルト３３とを備える。
【００１７】
小径プーリ２９および大径プーリ３２は、例えば圧入嵌合により、対応する入力軸２８および出力軸３１に連結されている。入力軸２８と出力軸３１とは互いに略平行に配置され、小径プーリ２９および大径プーリ３２の軸心Ｃ１，Ｃ２は互いに略平行になっている。
小径プーリ２９は、入力軸２８および継手２７を介してモータ軸２０に駆動伝達可能に連結されている。
【００１８】
図３を参照して、ベルト３３に張力を付与する張力付与機構３４が設けられている。この張力付与機構３４は、ベルト３３の緩み側部分Ｌを張り側部分Ｈに向けて押圧するためのテンショナプーリ３５と、テンショナプーリ３５を付勢するための付勢手段としての付勢部材３６とを備える。
テンショナプーリ３５は、揺動アーム３７の一端に支軸３８を介して回転自在に支持されている。この揺動アーム３７の他端は、第１のハウジング２５に固定される固定ブラケット３９に支軸４０を介して回動自在に支持されている。
【００１９】
揺動アーム３７は例えばねじりコイルばねからなる付勢部材３６によって、ベルト３３に張力を付与できる方向（図３においては、反時計回り）に回転付勢されている。
付勢部材３６は図３では模式化して示してあるが、例えば支軸４０の回りに巻かれるねじりばねを用いても良い。テンショナプーリ３５はベルト３３の駆動に伴い、支軸３８回りに回転する。
【００２０】
図４は、図３の小径プーリ２９およびベルト３３を拡大した図である。図４を参照して、ベルト３３は例えば歯付ベルトからなり、小径プーリ２９はその外周に、ベルト３３に噛み合う歯４０を円周等配に形成した例えば歯付プーリからなる。大径プーリ３２も小径プーリ２９と同様の例えば歯付プーリからなる。
小径プーリ２９の有効径としてのピッチ円直径ＤＰ１に対する、大径プーリ３２の有効径としてのピッチ円直径ＤＰ２（図３参照）の比は、例えば１：１．５〜５、好ましくは１：１．５〜３に設定される。すなわち、小径プーリ２９のピッチ円直径ＤＰ１は、大径プーリ３２のピッチ円直径ＤＰ２よりも小さく（ＤＰ１＜ＤＰ２）設定され、小径プーリ２９の回転が大径プーリ３２で減速されるようになっている。上記の構成により、プーリ・ベルト機構２１の減速比は例えば１．５〜５、好ましくは１．５〜３である。
【００２１】
再び図２を参照して、入力軸２８は、第１および第２の端部４１，４２を有しており、これら第１および第２の端部４１，４２は、それぞれ対応する軸受４３，４４を介して第１のハウジング２５に回転自在に支持されている。
第１のハウジング２５は、モータ１９のモータハウジング２４からモータ軸２０が突出する部分を覆うようにしてこのモータハウジング２４に連結される連結ハウジング４５と、この連結ハウジング４５を固定すると共に、プーリ・ベルト機構２１を取り囲む主ハウジング４６とを備える。
【００２２】
連結ハウジング４５は筒状をなし、内部に上記の継手２７を収容する。連結ハウジング４５は、周壁部４７と端壁部４８とを有し、端壁部４８には、上記軸受４３を支持する支持孔４９が形成されている。
主ハウジング４６は、周壁部５０と、端壁部５１とを有している。周壁部５０は、小径プーリ２９の外周を取り囲む筒状の第１の部分５２と、第１の部分５２と一体に形成されて大径プーリ３２の外周を取り囲む筒状の第２の部分５３とを含む。第１の部分５２内の空間Ｓ１と第２の部分５３内の空間Ｓ２とは互いに連通され、プーリ・ベルト機構２１の収容室Ｓが形成されている。
【００２３】
第１の部分５２は、連結ハウジング４５の周壁部４７に嵌合する第１の嵌合孔５４を有している。主ハウジング４６の端壁部５１は、第１の部分５２の軸方向一端部に設けられ、上記軸受４４を支持する支持孔６０を有している。
第２の部分５３は、その開口５５を覆う蓋５６に嵌合する第２の嵌合孔５７と、第２のハウジング２６の環状縁部５８に嵌合する第３の嵌合孔５９とを有している。蓋５６は、軸受６１を支持する支持孔６２を有しており、この軸受６１を介して、出力軸３１の一端を回転自在に支持している。
【００２４】
ウォームギヤ機構２２は、上述のウォーム３０と、このウォーム３０に駆動伝達可能に噛み合うウォームホイール６３とを備える。ウォーム３０のウォーム歯部６４の軸方向両端部からは、それぞれ対応する小径軸６５，６６が突出している。一方の小径軸６５は、プーリ・ベルト機構２１の出力軸３１に連結され、ウォームギヤ機構２２の入力軸としての機能を有している。
ウォームギヤ機構２２の減速比は、例えば１０〜２０に設定され、プーリ・ベルト機構２１で減速されたモータ軸２０の回転をさらに減速するようになっている。すなわち、プーリ・ベルト機構２１およびウォームギヤ機構２２の減速比は、例えば併せて１５〜１００となり、ウォームギヤ機構のみでは達成が困難な極めて高い減速比を達成できる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、ウォームギヤ機構２２のウォーム３０の小径軸６５と、プーリ・ベルト機構２１の出力軸３１とを単一の部材により一体に形成する構成を説明するが、これに限定されない。例えば、ウォームギヤ機構のウォームの小径軸とプーリ・ベルト機構の出力軸とを別体に形成し、継手等を介してこれら小径軸と出力軸とを連結するようにしても良い。上記の構成により、大径プーリ３２は、出力軸３１を介してウォームギヤ機構２２のウォーム３０に駆動伝達可能に連結されている。
【００２６】
ウォームホイール６３は、第２の操舵軸１４に一体回転可能に結合される環状の芯金６３Ａと、芯金６３Ａ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６３Ｂとを備えている。芯金６３Ａは、例えば合成樹脂部材６３Ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
ウォーム３０の小径軸６５，６６はそれぞれ、対応する軸受６７，６８を介して、第２のハウジング２６の対応する支持孔６９，７０に回転自在に支持されている。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、ウォームギヤ機構２２を用いることでモータ１９の減速比を十分に高くでき、モータ１９の出力を十分に増幅して更なる高出力化を達成できる。また、モータ１９自体の出力（定格容量）をより大きくする必要がないので、モータ１９の騒音および製造コストが増加することを防止できる。さらに、小径プーリ２９または／および大径プーリ３２のピッチ円直径ＤＰ１，ＤＰ２を変更するのみで、モータ１９の減速比を極めて容易に変更できる。また、張力付与機構３４によって、ベルト３３に適切な張力を付与することができ、モータ１９の出力の伝達効率を十分に高くできる。
【００２８】
さらに、小径プーリ２９から大径プーリ３２への動力伝達によってもモータ軸２０の回転を減速できるので、モータ１９の減速比を更に高くでき、モータ１９の出力をより増幅して一層の高出力化を達成できる。
また、小径プーリ２９および大径プーリ３２として歯付プーリを用い、ベルト３３として歯付ベルトを用いることで、小径プーリ２９および大径プーリ３２に対するベルト３３の滑りを防止でき、モータ１９の出力の伝達効率をより一層高くできる。
【００２９】
さらに、張力付与機構３４のテンショナプーリ３５がベルト３３の駆動に伴い回転することで、張力の付与に伴うトルク変動やトルクロスを最小限に抑えることができる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、ベルト３３、小径プーリ２９および大径プーリ３２は、歯付きのものに限らず、歯無しのものでも良い。また、ベルト３３に代えて、ラダーチェーンやローラーチェーン等のチェーンを用いると共に、小径プーリ２９および大径プーリ３２に代えて鎖歯車を用いても良い。この場合、原動車および従動車に対する伝動体の滑りをより確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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構成を示す模式図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図３の小径プーリおよびベルトを拡大した図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
１９モータ
２０モータ軸
２２ウォームギヤ機構（減速機構）
２３舵取機構
２９小径プーリ（原動車、歯付プーリ）
３０ウォーム
３２大径プーリ（従動車、歯付プーリ）
３３ベルト（伝動体、歯付ベルト）
３４張力付与機構
３５テンショナプーリ
３６付勢部材（付勢手段）
６３ウォームホイール
ＤＰ１ピッチ円直径（有効径）
ＤＰ２ピッチ円直径（有効径）

Claims

操舵補助用のモータのモータ軸の回転を、ウォームおよびこのウォームに噛み合うウォームホイールを含む減速機構を介して舵取機構に伝える電動パワーステアリング装置において、
上記モータ軸に駆動伝達可能に連結される原動車と、
上記ウォームに駆動伝達可能に連結される従動車と、
上記原動車および従動車に巻き掛けられる無端状の伝動体と、
上記伝動体に張力を付与する張力付与機構とを備え、上記原動車の有効径は、上記従動車の有効径よりも小さいことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１において、上記張力付与機構は、付勢手段によって上記伝動体に押圧されるテンショナプーリを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１または２において、上記原動車および従動車は歯付プーリからなり、上記伝動体は歯付ベルトからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。