JP5574194B2

JP5574194B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5574194B2
Application number: JP2012262661A
Authority: JP
Inventors: 剛将落合
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2027-08-01
Also published as: JP2013060201A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の静粛技術に関するものである。

自動車用操舵系において、油圧式や電動式のパワーステアリング装置が実用化されている（特許文献１参照。）。そして近年では、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータで補助操舵トルクを発生し、この補助操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置も普及している。

例えばコラムタイプの電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムの一部がギアボックスで構成され、このギアボックスに電動モータ及びＥＣＵ（制御装置）が取り付けられている。電動モータの回転は、制御装置によって制御され、ギアボックスに収納された例えばウォーム減速機構により減速された後、ステアリング軸に伝達される。

ところで、操舵に伴い、電動パワーステアリング装置では、電動モータや減速機構から作動音が発生する。近年においては、ハイブリッド車を始めとして車両の静粛性が高く、電動パワーステアリング装置の作動音低減の要求も高まっている。しかし、電動パワーステアリング装置の作動音の低減のために、モータ制御技術や減速機構の精度を向上しようとすると、部品のコストアップを招いてしまう。

そこで、低コストでモータ音を低減する構造として、例えば特許文献２に記載のものが提案されている。この構造は、モータハウジングの外周をカップ状の防音カバー（吸音材）で着脱式に覆うというものであり、これにより、モータ音の主要因である電磁加振力によるステータコアの振動がモータハウジングに伝達して発生する放射音を抑制しようとするものである。この場合、予めモータハウジングの外径を防音カバーの内径よりも小さく設計し、それにより発生する緊迫力を利用して、防音カバーをモータハウジングの外周に密着固定している。また、モータハウジングに二つの突起を形成し、これら突起を防音カバーの貫通孔に挿入することで、防音カバーを抜止め状態にしている。

特開２００４−２７０４９８号公報特許第２６６７８０８号

しかしながら、防音カバーの抜止めのためにモータハウジングに突起を設ける必要があり、このような構造では電動パワーステアリング装置の車両搭載性を悪化させてしまう。もっとも、モータハウジングから突起をなくし、緊迫力を利用して、筒状の防音カバーを有底筒状のモータハウジングの外周に密着固定することも考えられる。しかし、そのように設計変更すると、防音カバーの固定力として緊迫力を利用しただけの構造となり、振動や膨張収縮によって、防音カバーが軸方向に動くおそれがあり、信頼性のある固定を確保し難くなってしまう。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置の作動音低減を低コストで実現すると共に、簡易な構成で吸音材の固定の信頼性を向上することを目的とする。

上記目的を達成するべく、本発明の電動パワーステアリング装置は、モータハウジングを有し、ステアリング軸に補助操舵トルクを付与するための電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、前記制御装置から前記モータハウジングの外周面に向かって突出するとともに、前記電動モータの軸方向と平行に延在した固定部を有し、前記制御装置を収納する筐体と、前記モータハウジングの外周面を覆うように配置された吸音材と、外周の一部が前記軸方向に切欠きを有する断面筒状で前記吸音材の外周を覆う被覆部と、前記被覆部の前記切欠きの両端からそれぞれ径方向外側に突出して形成され前記固定部に固定される取付け部と、を有する固定部材と、を備え、前記固定部は、前記切欠き部分で、前記吸音材を介在させて前記モータハウジングの外周面と対向しており、前記吸音材は、前記固定部材による固定時に、前記モータハウジングの外周面に密接するように構成されているものである。

この構成によれば、電動モータから発生する作動音を吸音材で吸収できるので、モータ制御のための高価な制御ソフトや、精密な部品を用いることなく、低コストで作動音低減を実現できる。また、吸音材を保持する固定部材を制御装置用の筐体に固定するので、制御装置用の筐体を有効に利用しつつ、簡易な構成で固定時の信頼性を高めることができる。また、このような固定方法であるので、従来のようなモータハウジングの突起を不要にでき、車両等への搭載性を向上することが可能となる。

加えて、吸音材は、固定部材による固定時に、モータハウジングの外周面に密接する。したがって、モータハウジングの振動を吸音材に直接吸収させることができるので、吸音効果を向上できる。

さらに、筐体は、モータハウジングの外周面に向かって突出する固定部を有し、この固定部に固定部材の取付け部が固定されるので、筐体とモータハウジングとの間のスペースを有効に利用して、固定部材の取付け部が固定される固定部を設けることができる。これにより、電動パワーステアリング装置の搭載性をより一層向上することが可能となる。

本発明の好ましい一態様によれば、固定部材は、吸音材の外周を覆う被覆部と、被覆部に連接され固定部に固定される取付け部と、で構成されるとよい。これにより、固定部材の簡素化を図ることができる。

本発明の好ましい一態様によれば、固定部材は、モータハウジングの外周と非接触であるとよい。この構成によれば、固定部材とモータハウジングとが共振等することによる異音の発生を防止できる。

本発明によれば、電動パワーステアリング装置の作動音低減を低コストで実現でき、さらには吸音材を簡易な構成で固定でき、その固定の信頼性を向上できる。

実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す斜視図である。第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置まわりの構造を示す平面図である。第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置まわりの構造を示す斜視図である。図３の一部を分解して示す分解斜視図である。第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置まわりの構造を示す平面図である。第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置まわりの構造を示す斜視図である。図６の一部を分解して示す分解斜視図である。

以下、添付図面を用いて、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、実施形態に係るコラム式の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２に印加された操舵トルクに応じて駆動される電動モータ１０と、電動モータ１０による補助操舵トルクをステアリング軸３に伝達するウォーム減速機構２０と、電動モータ１０を制御するＥＣＵ３０と、を備えている。ウォーム減速機構２０は、ステアリングコラムの一部であるギアボックス５０に収納され、このギアボックス５０の側面に、電動モータ１０及びＥＣＵ３０が隣接して取り付けられている。

ステアリング軸３は、入力軸３ａ、アッパー側出力軸３ｂ及びロア側出力軸３ｃで構成されている。入力軸３ａは、上端がステアリングホイール２に固定され、下端が図示省略したトーションバーを介してアッパー側出力軸３ｂの上端に連結されている。アッパー側出力軸３ｂの下端は、ユニバーサルジョイント４ａを介してロア側出力軸３ｃに連結され、ロア側出力軸３ｃが、ユニバーサルジョイント４ｂ及びピニオンラック機構５等を介して走行車両のタイロッド６に連結されている。

運転者によってステアリングホイール２が操舵されてトーションバーがねじれると、このねじれに基づいて、図示省略したトルクセンサがステアリングホイール２に印加された操舵トルクを検知する。ＥＣＵ３０は、トルクセンサが検知した操舵トルクや車速センサからの車速に基づいて、電動モータ１０による補助操舵トルク（アシストトルク）を演算し、この演算した補助操舵トルクを発生するように電動モータ１０を駆動する。これにより、電動モータ１０からの補助操舵トルクが、ギアボックス５０に収納されたウォーム減速機構２０を介してアッパー側出力軸３ｂに付与され、運転者の操舵トルクが補助される。

次に、図２ないし図４を参照して、電動モータ１０、ウォーム減速機構２０及びＥＣＵ３０について詳述する。

電動モータ１０は、ロータ及びステータコア等のモータ主要部を収容する有底円筒状のモータハウジング１１を有している。モータハウジング１１は、円筒状の外周面１２を有する胴部１３と、胴部１３の一端を閉塞する底部１４と、胴部１３の開口端から径方向外側に延在するフランジ部１５と、を有している。フランジ部１５は、板状のフランジ１６にネジ１７で固定されている。フランジ１６は、ウォーム減速機構２０を収納するギアボックス５０（図１参照）に、ボルト１８，１８により電動モータ１０の軸心を挟む二箇所を固定されるようになっている。

ウォーム減速機構２０は、ウォーム２１と、ウォーム２１に噛合するウォームホイール２２と、を有している。ウォーム２１は、電動モータ１０の出力軸にスプライン結合又はセレーション結合される。なお、図示省略したが、電動モータ１０の出力軸は、フランジ１６から外側に突出している。ウォームホイール２２の軸心にはアッパー側出力軸３ｂが連結されており、電動モータ１０の出力軸の回転がウォーム減速機構２０で減速されてアッパー側出力軸３ｂに伝達されるようになっている。なお、他の実施態様では、減速機構としてウォーム減速機構２０以外のものを用いてもよい。

ＥＣＵ３０は、制御装置たる電子制御基板３１と、電子制御基板３１を内部に収納するＥＣＵ筐体３２と、を有している。電子制御基板３１は、ＣＰＵ等を備え、電気的に接続された電動モータ１０を制御する。

ＥＣＵ筐体３２は、全体として縦長の箱型形状からなり、底部４１がギアボックス５０に固定されるようになっている。ＥＣＵ筐体３２は、モータハウジング１１に面する側面４２の中間部に、モータハウジング１１に向かって突出する固定片４４（固定部）を有している。固定片４４は、略直方体形状からなり、側面４２の長手方向、すなわち電動モータ１０の軸方向と平行に延在している。固定片４４は、二つの円柱状の固定ピン４５，４５が側面４６、４７に突設されている。二つの固定ピン４５、４５は、側面４６、４７の長手方向の中間部に、この長手方向と直交する方向に背合わせとなるように突出している。

次に、吸音材６０及びそのカバー７０について詳述する。

吸音材６０は、モータハウジング１１の外周側に配置され、電動モータ１０から発生するモータ音（作動音）を吸収する。主に、吸音材６０は、電磁加振力によるステータコアの振動を吸収して、電動モータ１０外への音の伝播を抑制する。吸音材６０は、例えばゴム材料や樹脂材料から構成された発泡体であり、スポンジ状樹脂、例えばＥＰＤＭを発泡させつつ硬化して内部に気泡を有する公知のものを用いることができる。

吸音材６０の厚さは、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下のものを使用すると好適である。発泡体の厚さが２ｍｍ未満であると吸音効果が充分に得られないことがあり、発泡体の厚さが１５ｍｍを超えるとコストが比較的高くなり、好ましくないからである。本実施形態においては、一様な厚さを有する吸音材６０を採用している。なお、電動モータ１０の種類によって発生する作動音が異なるので、吸音材６０の種類、厚み、容積又は材料は、吸音対象であるモータ音の周波数帯に合わせて選定すればよい。

吸音材６０は、電動モータ１０の軸方向において、その胴部１３と同程度の長さで形成されている。また、吸音材６０は、周方向において不連続の筒状に形成されている。換言すれば、吸音材６０は、筒状壁の一部が軸方向に沿って隙間６１として形成され、全体として断面略Ｃ字状に形成されている。吸音材６０は、その内径がモータハウジング１１の外径と同程度又はこれよりも僅かに小さく設計されており、内周面が径方向において外周面１２に隙間無く密接するように構成されている。

カバー７０（固定部材）は、吸音材６０をその外側から覆いこれを保持する。カバー７０は、吸音材６０の外周面を覆う被覆部７１と、被覆部７１に連接された一対の取付け部７２，７２と、からなる。被覆部７１は、吸音材６０と相似の筒状の断面形状からなる。一対の取付け部７２，７２は、被覆部７１の両端からそれぞれ径方向外側に突出した板状部材であり、互いに隙間を存して対向している。一対の取付け部７２，７２間の距離は、固定片４４の幅と同程度となっている。また、一対の取付け部７２、７２の各中間部には、固定ピン４５，４５が挿通される貫通孔７４，７４が形成されている。

吸音材６０及びカバー７０の取付け方法について説明する。先ず、吸音材６０を、その隙間６１が固定片４４に対応する位置にくるように位置合わせして、モータハウジング１１の外周面１２を覆うようにする。このとき、吸音材６０の内径とモータハウジング１１の外径との関係によっては、吸音材６０の内周面は、隙間６１に対応する領域を除く外周面１２の全面に密接するか、あるいは微小な隙間を存することになる。

次いで、カバー７０の被覆部７１で吸音材６０の外周面を覆い、一対の取付け部７２、７２で固定片４４を挟持するようにする。このとき、一対の取付け部７２，７２を外側に一旦広げて、その貫通孔７４，７４に固定ピン４５、４５を挿通させ、その後の復元力により、取付け部７２，７２の内面を固定片４４の側面４６，４７に面接触させることで、カバー７０がＥＣＵ筐体３２に固定される。なお、その後、必要に応じて、固定ピン４５，４５に留め具を装着してもよい。

このようにして取り付けられた状態（カバー７０による固定時）では、吸音材６０の内周面は、モータハウジング１１の外周面１２に押し付けられてこれに強く密接するようになる。また、吸音材６０は、モータハウジング１１とカバー７０との間に挟みこまれ、ＥＣＵ筐体３２に固定されたカバー７０によって、軸方向及び周方向への移動を抑制された抜止め状態で保持されることになる。一方で、カバー７０は、モータハウジング１１の外周面１２と直接接触しないようになる。

以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１によれば、吸音材６０が設けられているので、電動モータ１０によって発生した作動音を吸収できる。よって、モータ制御のための高価な制御ソフトや、精密な部品を用いることなく、低コストで作動音を低減できる。また、電動モータ１０の近傍にあるＥＣＵ筐体３２を有効に利用して、吸音材６０を保持するカバー７０を固定できる。これにより、簡易な構成で固定時の信頼性を高めることができると共に、カバー７０自体の部品の簡素化を図ることができる。

さらに、モータハウジング１１の外側にカバー７０が大きく突出せず、カバー７０の固定位置をモータハウジング１１と筐体３２との間のスペースに設定しているので、装置構造をコンパクトにでき、車両等への搭載性を向上できる。また、カバー７０がモータハウジング１１の外周面１２と非接触であるので、両者が共振等することによる異音の発生を防止できる。

なお、カバー７０をＥＣＵ筐体３２に固定する方法は上記に限るものではなく、ネジ等の機械式のもの、バンド、両面テープ、接着剤（粘着剤）、リブなどを用いてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図５ないし図７を参照して、本発明の第２実施形態について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、吸音材６０とは別の第２の吸音材１００を設けたことである。なお、第１実施形態と共通する構成については、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

吸音材１００は、上記した吸音材６０と同様の材料により成形、加工することができ、ここでは、吸音材６０と同じ材料で同じ厚みに形成されている。ただし、もちろん、吸音材１００の種類、厚み、容積又は材料を、吸音すべきモータ音の周波数帯に対応して吸音材６０と違うものを用いてもよい。

吸音材１００は、高さが吸音材６０と同じ長さで形成され、幅が吸音材６０の隙間６１に相当する長さで形成され、全体として断面円弧状に形成されている。すなわち、吸音材１００は、モータハウジング１１の円形の外形に対応して、吸音材６０と一つの筒を画成するように形成されており、吸音材６０と共同してモータハウジング１１の外周面１２を周方向に亘って覆うように構成されている。吸音材１００は、固定片４４と外周面１２との間に挟みこまれるように配置される。このため、固定片４４では、外周面１２に面する正面１１１が、吸音材１００の外周面に整合するように円弧状に窪んでいる。

以上のような吸音材１００を吸音材６０と共に所定位置に配置し、カバー７０をＥＣＵ筐体３２に固定したときには、吸音材１００の周方向の両端部１０１，１０１が吸音材６０の周方向の両端部に相対的に押し付けられることになる。これは、カバー７０による固定により、吸音材６０が周方向に伸び、それによって吸音材１００が周方向から圧縮力を受けるからである。また、この圧縮力によって、吸音材１００は径方向に伸びるので、その内周面はモータハウジング１１の外周面１２に強く密接し、且つその外周面は固定片４４の正面１１１に強く密接するようになる。なお、図５及び図６では、吸音材６０と吸音材１００とを区別して表すために、両者の間に僅かな隙間を描いている。

したがって、本実施形態によれば、吸音材１００及び吸音材６０が、モータハウジング１１の外周面１２を隙間無く覆うことになるので、吸音性をより一層向上できる。また、吸音材６０及び吸音材１００の変形を利用して吸音材１００を抜止め状態に保持できるので、吸音材１００のための専用の固定部品を設けなくて済む。その他の作用効果は第１実施形態と同様である。

なお、以上説明した第１実施形態及び第２実施形態では、モータハウジング１１の近傍にＥＣＵ筐体３２を配置し、いずれもギアボックス５０に固定したが、これに限るものではない。例えば、モータハウジング１１とＥＣＵ筐体３２とを別個の部材に固定する構造であってもよいし、あるいは、モータハウジング１１にＥＣＵ筐体３２を固定する構造であってもよい。また、モータハウジング１１、ＥＣＵ筐体３２、吸音材６０，１００、及びカバー７０の形状も上記に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。例えば、モータハウジング１１の外形は上記の円形に限られず、略円形であってもよいし、多角形であってもよい。そして、このモータハウジング１１の外形に対応して、吸音材６０，１００の断面形状を適宜設計すればよい。

１…電動パワーステアリング装置、３…ステアリング軸、１０…電動モータ、１１…モータハウジング、１２…外周面、２０…ウォーム減速機構、３０…ＥＣＵ、３１…電子制御基板（制御装置）、３２…ＥＣＵ筐体、４４…固定片（固定部）、５０…ギアボックス、６０…吸音材、７０…カバー（固定部材）、７１…被覆部、７２…取付け部、１００…吸音材（第２の吸音材）

Claims

モータハウジングを有し、ステアリング軸に補助操舵トルクを付与するための電動モータと、
前記電動モータを制御する制御装置と、
前記制御装置から前記モータハウジングの外周面に向かって突出するとともに、前記電動モータの軸方向と平行に延在した固定部を有し、前記制御装置を収納する筐体と、
前記モータハウジングの外周面を覆うように配置された吸音材と、
外周の一部が前記軸方向に切欠きを有する断面筒状で前記吸音材の外周を覆う被覆部と、前記被覆部の前記切欠きの両端からそれぞれ径方向外側に突出して形成され前記固定部に固定される取付け部と、を有する固定部材と、を備え、
前記固定部は、前記切欠き部分で、前記吸音材を介在させて前記モータハウジングの外周面と対向しており、
前記吸音材は、前記固定部材による固定時に、前記モータハウジングの外周面に密接するように構成されている、電動パワーステアリング装置。
前記取付け部は、一対あり、
前記固定部材は、前記一対の取付け部で前記固定部を挟持する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記固定部材は、前記モータハウジングの外周面と非接触である、請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。