JP7024879B2 - アシスト機構及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アシスト機構及び電動パワーステアリング装置に関する。
車両の操舵に必要なトルクを電動機でアシストする電動パワーステアリング装置が知られている(例えば特許文献1)。
特開2005-067371号公報
従来の電動パワーステアリング装置では、電動機が生じさせる振動、騒音に加えて、電動機からステアリングの出力軸まで駆動力を伝達する継手、ギヤ等が生じさせる振動、騒音が相乗効果を生じることで、看過し難い振動、騒音が生じることがあった。
本発明は、振動、騒音を抑制することができるアシスト機構及び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。
上記の目的を達成するための本発明のアシスト機構は、電動機と、ウォームホイールと噛み合うウォームが形成された軸状部材と、前記電動機の出力軸と前記軸状部材とを連結するカップリングと、を備え、前記電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数と、前記ウォームの回転次数とが互いに素であり、前記電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、前記ウォームの回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、前記ウォームの回転次数は3であり、前記カップリングの回転次数は5又は7である。
また、上記の目的を達成するための本発明の電動パワーステアリング装置は、係るアシスト機構を有し、ステアリングの出力軸に前記ウォームホイールが設けられている。
従って、回転する構成の回転次数を異ならせて振動、騒音の発生タイミングをずらすことができる。このため、これらの構成の振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることを抑制することができる。従って、振動、騒音を抑制することができる。
本発明のアシスト機構では、前記ウォームの回転次数は、前記軸状部材の一回転に応じて進む前記ウォームホイールの歯数であり、前記電動機の回転次数は、前記回転子が有する磁石又は整流子の極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数のn倍数であり、nは、1以上の自然数であり、前記カップリングは、前記出力軸に固定される第1伝達部材と、前記軸状部材に固定される第2伝達部材と、前記第1伝達部材及び前記第2伝達部材が有する所定数の突起と噛み合って前記第1伝達部材と前記第2伝達部材とを連結する第3伝達部材と、を有し、前記カップリングの回転次数は、前記所定数である。
従って、回転する構成の各々の回転に伴い各々の回転軸から離れた位置で運動する構成の数に基づいて回転次数を特定し、これらの回転次数を異ならせて振動、騒音の発生タイミングをずらすことができる。このため、これらの構成の振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることをより確実に抑制することができる。従って、振動、騒音をより確実に抑制することができる。
本発明のアシスト機構では、前記電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数は10であり、前記カップリングの回転次数は7である。
また、本発明のアシスト機構では、前記電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数は8であり、前記カップリングの回転次数は5である。
従って、電動機、ウォーム及びカップリングの全ての回転次数を異ならせることができる。このため、これらからの振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることをより確実に抑制することができる。従って、振動、騒音をより確実に抑制することができる。
本発明によれば、振動、騒音を抑制することができる。
図1は、実施形態1のアシスト機構を備える電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 図2は、アシスト機構の構成例を示す図である。 図3は、実施形態1のウォーム及びウォームホイール96の構成例を示す図である。 図4は、カップリング付近の構成例を示す図である。 図5は、実施形態1のカップリングの斜視図である。 図6は、実施形態1のカップリングの分解斜視図である。 図7は、実施形態1の電動機の構成例を示す図である。 図8は、変形例のカップリングの斜視図である。 図9は、変形例のカップリングの分解斜視図である。 図10は、変形例の電動機の構成例を示す図である。 図11は、実施形態2の電動機の構成例を示す図である。 図12は、実施形態3の電動機の構成例を示す図である。 図13は、実施形態4の電動機の構成例を示す図である。 図14は、実施形態2の変形例のアシスト機構でウォームギヤシャフトが一回転する期間に生じる荷重変動を示す概念的なグラフである。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
(実施形態1)
図1は、実施形態1のアシスト機構83を備える電動パワーステアリング装置80の構成例を示す図である。電動パワーステアリング装置80は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール81と、ステアリングシャフト82と、アシスト機構83と、ユニバーサルジョイント84と、ロアシャフト85と、ユニバーサルジョイント86と、ピニオンシャフト87と、ステアリングギヤ88と、タイロッド89とを備える。また、電動パワーステアリング装置80は、ECU(Electronic Control Unit)90と、トルクセンサ91aと、車速センサ91bとを備える。
ステアリングシャフト82は、入力軸82aと、出力軸82bとを含む。入力軸82aは、一方の端部がステアリングホイール81に連結され、他方の端部がトルクセンサ91aを介してアシスト機構83に連結される。出力軸82bは、一方の端部がアシスト機構83に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント84に連結される。実施形態1では、入力軸82a及び出力軸82bは、鉄等の磁性材料から形成される。
ロアシャフト85は、一方の端部がユニバーサルジョイント84に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント86に連結される。ピニオンシャフト87は、一方の端部がユニバーサルジョイント86に連結され、他方の端部がステアリングギヤ88に連結される。
ステアリングギヤ88は、ピニオン88aと、ラック88bとを含む。ピニオン88aは、ピニオンシャフト87に連結される。ラック88bは、ピニオン88aに噛み合う。ステアリングギヤ88は、ラックアンドピニオン形式として構成される。ステアリングギヤ88は、ピニオン88aに伝達された回転運動をラック88bで直進運動に変換する。タイロッド89は、ラック88bに連結される。
図2は、アシスト機構83の構成例を示す図である。図2では、ハウジング93の内部構成を図示する目的で、ハウジング93の一部を切り開いた図を示している。アシスト機構83は、電動機10と、ハウジング93と、ウォームギヤシャフト94と、ウォームホイール96と、カップリング16とを備える。
ハウジング93は、ウォームギヤシャフト94、ウォームホイール96、カップリング16を収納する。電動機10は、ハウジング93に固定されている。電動機10の出力軸11は、ハウジング93の内側に延出する。電動機10は、出力軸11を回転駆動する。出力軸11は、カップリング16を介してウォームギヤシャフト94と連結されている。出力軸11が回転すると、ウォームギヤシャフト94が回転する。ウォームギヤシャフト94は、ウォームホイール96と噛み合っている。ウォームギヤシャフト94が回転すると、ウォームホイール96が回転する。ウォームホイール96は、出力軸82bと回転軸が一致するように固定されている。ウォームホイール96が回転すると、出力軸82bにウォームホイール96の回転駆動力が加わる。このように、アシスト機構83は、電動機10の回転駆動力で出力軸82bの回転をアシストする。すなわち、アシスト機構83は、ステアリングホイール81を介して行われた操舵を補助するトルクを出力軸82bに与える。
実施形態1の電動パワーステアリング装置80は、ステアリングシャフト82と、トルクセンサ91aと、アシスト機構83とによりステアリングコラムが構成されている。すなわち、実施形態1の電動パワーステアリング装置80は、例えばコラムアシスト方式である。
図1に示すトルクセンサ91aは、ステアリングホイール81を介して入力軸82aに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出する。車速センサ91bは、電動パワーステアリング装置80が搭載される車両の走行速度を検出する。ECU90は、電動機10と、トルクセンサ91aと、車速センサ91bとが電気的に接続される。
ECU90は、電動機10の動作を制御する。また、ECU90は、トルクセンサ91a及び車速センサ91bのそれぞれから信号を取得する。すなわち、ECU90は、トルクセンサ91aから操舵トルクTを取得し、かつ、車速センサ91bから車両の走行速度Vを取得する。ECU90は、イグニッションスイッチ98がオンの状態で、電源装置(例えば車載のバッテリ)99から電力が供給される。ECU90は、操舵トルクTと走行速度Vとに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出する。そして、ECU90は、その算出された補助操舵指令値に基づいて電動機10へ供給する電力値Xを調節する。ECU90は、電動機10から誘起電圧の情報又は後述するレゾルバからロータの回転の情報を動作情報Yとして取得する。
ステアリングホイール81に入力された操舵者(運転者)の操舵力は、入力軸82aを介してアシスト機構83に伝わる。この時に、ECU90は、入力軸82aに入力された操舵トルクTをトルクセンサ91aから取得し、かつ、走行速度Vを車速センサ91bから取得する。そして、ECU90は、電動機10の動作を制御する。電動機10が作り出した補助操舵トルクは、アシスト機構83に伝えられる。
出力軸82bを介して出力された操舵トルクT(補助操舵トルクを含む)は、ユニバーサルジョイント84を介してロアシャフト85に伝達され、さらにユニバーサルジョイント86を介してピニオンシャフト87に伝達される。ピニオンシャフト87に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ88を介してタイロッド89に伝達され、操舵輪を転舵させる。
以下、アシスト機構83の各構成について説明する。ウォームギヤシャフト94は、ウォーム94aと、回転軸部94bとを備える軸状部材である。ウォームギヤシャフト94は、ハウジング93に固定された軸受95a,95bに回転軸部94bを軸支されている。軸受95a,95bは、ウォームギヤシャフト94を回転可能に軸支する。ウォームギヤシャフト94が有するウォーム94aは、軸受95aと軸受95bとの間に形成されている。
図3は、実施形態1のウォーム94a及びウォームホイール96の構成例を示す図である。ウォーム94aは、3条ウォームである。すなわち、図3の半回転分ピッチP1が示すように、ウォーム94aの半回転に応じてウォームホイール96の歯車が1.5つ分進むよう形成されている。従って、ウォーム94aの一回転に応じてウォームホイール96の歯車が3つ進む。従って、ウォーム94aの回転次数は、3である。
図4は、カップリング16付近の構成例を示す図である。カップリング16は、第1伝達部材17と、第2伝達部材18と、第3伝達部材19とを備える。第1伝達部材17は、出力軸11に固定される。具体的には、第1伝達部材17は、電動機10から延出する出力軸11の端部を内側に収める円環を描く部材である。第1伝達部材17の円環の中心は、理想的には出力軸11の回転軸中心11a(図7参照)と一致する。第2伝達部材18は、回転軸部94bに固定される。具体的には、第2伝達部材18は、出力軸11に近い側でウォームギヤシャフト94を軸支する軸受95aから出力軸11側に延出する回転軸部94bの端部を内側に収める円環を描く部材である。第2伝達部材18の円環の中心は、理想的には回転軸部94bの回転軸中心と一致する。
図5は、実施形態1のカップリング16の斜視図である。図6は、実施形態1のカップリング16の分解斜視図である。第3伝達部材19は、第1伝達部材17及び第2伝達部材18が有する所定数の突起24,28と噛み合って第1伝達部材17と第2伝達部材18とを連結する。具体的には、第3伝達部材19は、例えば第1伝達部材17と第2伝達部材18の円環の外径よりも大きい径の外周部31を有する。外周部31は、円柱又は円筒の外周面状である。外周部31の内側には、外周部31よりも小さい径の内周部34が形成されている。外周部31が描く円環の中心と内周部34が描く円環の中心は一致する。第3伝達部材19は、外周部31と内周部34との差に応じた壁面の厚みを有する円筒状又は内周部34の内径に応じた孔を有する円柱状である。以下、第3伝達部材19の中心軸と記載した場合、当該円筒又は円柱の中心軸をさす。
第3伝達部材19は、内周部34から外周部31側に向かって放射状に形成された複数の窪み33を有する。窪み33は、第3伝達部材19の中心軸から放射状に広がるよう内周部34に穿たれた窪みである。内周部34に対する窪み33の放射方向の端部の位置(深さ)は、第3伝達部材19の壁面の厚み未満である。複数の窪み33の端部は、第3伝達部材19の中心軸を中心とした円環状に並ぶ。窪み33の放射方向の端部は、例えば円弧状であるが、角が形成されていてもよい。
第1伝達部材17は、第1伝達部材17の円環の中心から外周側に向かって放射状に形成された複数の突起24を有する。より具体的には、第1伝達部材17は、その内側に固定された出力軸11を取り巻く円筒部23を有する。突起24は、円筒部23の外周面から外側に向かって放射状に延出するよう形成されている。言い換えれば、複数の突起24は、円筒部23の外周面に形成された歯車状の構造物である。1つの突起24は、その歯である。延出する複数の突起24の端部は、例えば第1伝達部材17の円環に沿うように並ぶ。複数の突起24の端部が描く円環の径は、第1伝達部材17の円環の径未満であってもよい。円筒部23及び突起24が有する出力軸11の回転軸方向の厚みは、第3伝達部材19の中心軸方向の厚みの半分以下である。
第1伝達部材17と第2伝達部材18とは、第3伝達部材19を挟んだ鏡面対称の形状になっている。具体的には、第2伝達部材18は、第2伝達部材18の円環の中心から外周側に向かって放射状に形成された複数の突起28を有する。より具体的には、第2伝達部材18は、その内側に固定された回転軸部94bを取り巻く円筒部27を有する。突起28は、円筒部27の外周面から外側に向かって放射状に延出するよう形成されている。延出する複数の突起28の端部は、例えば第2伝達部材18の円環に沿うように並ぶ。複数の突起28の端部が描く円環の径は、第2伝達部材18の円環の径未満であってもよい。円筒部27及び突起28が有する回転軸部94bの回転軸方向の厚みは、第3伝達部材19の中心軸方向の厚みの半分以下である。
実施形態1の突起24及び突起28の数並びに窪み33の数は、7つである。複数の突起24の端部が描く円環の径及び複数の突起28の端部が描く円環の径は、複数の窪み33の端部が描く径以下である。また、突起24及び突起28の端部の形状は、窪み33の内側に収まる形状である。具体的には、突起24及び突起28の端部の形状は、例えば円弧状である。図4に示すように、突起24及び突起28が窪み33の内側に収まるよう嵌め込まれることで、第3伝達部材19が第1伝達部材17と第2伝達部材18とを連結している。
より具体的には、実施形態1では、複数の突起24の端部が描く円環の径及び複数の突起28の端部が描く円環の径と、複数の窪み33の端部が描く径との間にはマージンが設けられている。これによって、第3伝達部材19を挟んで第1伝達部材17と第2伝達部材18とが同一軸上に限らない位置関係で連結されることを許容することができる。従って、出力軸11と回転軸部94bとの間に生じる軸のずれによる出力軸11及び回転軸部94bの湾曲を抑制することができる。
また、図5及び図6に示す例では、第3伝達部材19の円筒(又は円柱)の両端面に弾性部材20,21が取り付けられている。例えば弾性部材21は、第3伝達部材19側に延出する円環状の突出部60を有する。突出部60は、第3伝達部材19の外周部31と窪み33との間に位置するよう形成された円環状の溝48に嵌め込まれる。第3伝達部材19に嵌め込まれた弾性部材21は、第2伝達部材18と第3伝達部材19との間に位置する。弾性部材21には、内周部34と同径の内周部58が形成されている。また、弾性部材21には、第3伝達部材19の窪み33と同様、内周部58から外側に向かって放射状に形成された複数の窪み55を有する。また、第3伝達部材19には、円環状に並ぶ複数の窪み33の間に位置するよう設けられた突起42が設けられている。突起42は、内周部34から第3伝達部材19の中心軸方向に沿って回転軸部94b側に延出している。弾性部材21の板面59には、突起42を内側に嵌め込むための孔57が形成されている。窪み33と突起42との位置関係と、窪み55と孔57との位置関係とは対応する。これによって、図5に示すように、突起28が窪み55の内側に収まるよう嵌め込まれる。
第1伝達部材17と第2伝達部材18とは、第3伝達部材19を挟んだ鏡面対称の形状になっている。また、第3伝達部材19の円筒(又は円柱)の両端面は、鏡面対称の形状になっている。具体的には、弾性部材20は、第3伝達部材19側に延出する円環状の突出部54を有する。弾性部材20には、内周部34と同径の内周部52が形成されている。また、弾性部材20には、第3伝達部材19の窪み33と同様、内周部52から外側に向かって放射状に形成された複数の窪み49を有する。また、弾性部材21の板面59には、内周部34から出力軸11側に延出している突起35を内側に嵌め込むための孔51が形成されている。第3伝達部材19に嵌め込まれた弾性部材20は、第1伝達部材17と第3伝達部材19との間に位置し、突起24が窪み49の内側に収まるよう嵌め込まれる。
第1伝達部材17及び第2伝達部材18は、必要に応じて強化繊維を混入した合成樹脂や、鉄合金、銅合金、アルミニウム合金などの金属により造られている。第1伝達部材17及び第2伝達部材18は、射出成形、鋳造、鍛造、焼結、切削などの方法によって、全体を円環状に造られている。第1伝達部材17は、出力軸11に、締り嵌め、スプライン嵌合、かしめなどにより、相対回転及び軸方向の相対変位を阻止された状態で外嵌固定されている。第1伝達部材17は、出力軸11に一体に形成することもできる。第2伝達部材18は、回転軸部94bに、締り嵌め、スプライン嵌合、かしめなどにより、相対回転及び軸方向の相対変位を阻止された状態で外嵌固定されている。第2伝達部材18は、回転軸部94bに一体に形成することもできる。
第3伝達部材19は、弾性部材20及び弾性部材21を構成する弾性材料よりも剛性が高い材料で造られている。第3伝達部材19は、例えば、布でゴムを強化したベルト材料や、必要に応じて強化繊維を混入した合成樹脂(PPS、PEEK、ポリアミドなど)や、鉄合金、銅合金、アルミニウム合金などの金属で造られている。第3伝達部材19は、射出成形、鋳造、鍛造、焼結、切削などの方法によって、円筒(又は円柱)状に造られている。
弾性部材20,21は、第3伝達部材19よりも剛性が低い弾性材料で造られている。弾性部材20,21は、例えば、ゴム(NBR、HNBRなど)、エラストマー(ポリウレタン、シリコンなど)などの弾性材により、全体を円輪状に造られている。
弾性部材20及び弾性部材21が弾性材料で造られていることで、弾性部材20,21を挟んで第1伝達部材17と第2伝達部材18とが同一軸上に限らない位置関係で連結される許容度をより高めることができる。また、第3伝達部材19は弾性部材20,21よりも剛性が高いものの、例えば合成樹脂で構成されることで、弾性により第1伝達部材17と第2伝達部材18とが同一軸上に限らない位置関係で連結される許容度をより高めることができる。
図7は、実施形態1の電動機10の構成例を示す図である。電動機10は、回転子12と、固定子14とを備える。図7に示す電動機10は、回転子12の外周側に固定子14が設けられている。回転子12は、外周側に設けられた多極の磁石13を有する。固定子14は、電動機10の筐体10aの内側に設けられた複数の巻線15を有する。巻線15は、例えば固定子14に設けられた溝(スロット)に巻回されている。回転子12は、巻線15の励磁に応じて、出力軸11を中心に回転する。
実施形態1の磁石13の極数は、20である。すなわち、回転軸中心11aを中心として60度毎にN極とS極とが交互に円環状に10ずつ配置されている。実施形態1の巻線15の数は、24である。実施形態1の電動機10は、所謂20極24スロットである。
電動機10の回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォーム94aの回転次数とは、互いに素である。電動機10の回転次数のうち最も小さい回転次数と、カップリング16の回転次数とは、互いに素である。ウォーム94aの回転次数と、カップリング16の回転次数とは、互いに素である。回転次数とは、回転体の一回転あたりに現れる周期的成分の数(整数)である。例えば、回転体の一回転あたり1周期として現れる成分を1次という。つまり、1周期として現れる成分が生じる回転体の回転次数は、1である。同様に、回転体の一回転あたりn周期として現れる成分をn次(nは、0以上の整数)という。n周期として現れる成分が生じる回転体の回転次数は、nである。
電動機10の回転次数は、回転子12が有する磁石13の極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数のn倍数である。nは、1以上の自然数である。ここで、回転子12が有する磁石13の極数は、20である。20=2×10と表すことができる。従って、実施形態1において、磁石13の極数(20)を1ではない2つの自然数の乗算(2×10)で表した場合における、当該2つの自然数(2,10)のうち大きい方の自然数は、10である。ウォーム94aの回転次数は、ウォームギヤシャフト94の一回転に応じて進むウォームホイール96の歯数である。すなわち、実施形態1におけるウォーム94aの回転次数は、3である。カップリング16の回転次数は、第1伝達部材17及び第2伝達部材18が有する突起24,28の数である。すなわち、実施形態1におけるカップリング16の回転次数は、7である。
電動機10等の電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数をAとし、ウォーム94a等のウォームの回転次数をBとし、カップリング16等のカップリングの回転次数をCとすると、実施形態1では、A:B:C=10:3:7である。電動機10、ウォーム94aとウォームホイール96とにより構成されるウォームギヤ、カップリング16は、それぞれ、A、B、Cが示す回転次数に応じた周期で振動を生じることがある。
回転体の回転に伴う振動を抑えるためには、理想的には、回転体は回転軸を中心として全周に均等な重量配分になっていることが望ましい。しかしながら、実際には形状の形成、組み立て等の工程で重量配分の誤差、偏りを完全に排除することは困難である。このため、重量配分の誤差、偏りによる振動は生じ得る。電動機10の場合、磁石13の極数に起因する誤差、偏りに伴う振動が生じ得る。ウォームギヤの場合、ウォーム94a及び96の歯の誤差、偏りに伴う振動が生じ得る。カップリング16の場合、突起24,28の配置、形状(厚み等)の誤差、偏りに伴う振動が生じ得る。また、ウォームギヤシャフト94を完全な直線状にすることは困難である。このため、理想的な回転軸中心に対するウォームギヤシャフト94の歪みに起因する振動(1次変動)が生じ得る。m次変動(mは、自然数)とは、電動機の出力軸の一回転の周期に対してm倍の周期で生じる荷重変動をさす。この荷重変動は、振動の原因になり得る。回転体に生じるr次変動のうち最も小さいrをmとした場合、このmが、当該回転体の回転次数と等しい。
実施形態1では、これらの回転次数A、B、Cが互いに素であるため、振動の周期が重なりにくくなっている。すなわち、複数の構成の振動が同一タイミングに生じることで振動が増幅される可能性を低減している。
具体的には、実施形態1では、A=10、20極24スロットの電動機である。このため、出力軸11の一回転に応じて、電動機10が10次変動、20次変動を生じる。また、実施形態1では、B=3である。このため、出力軸11の一回転に応じて、ウォームギヤが3次変動、6次変動を生じる。また、実施形態1では、C=7である。このため、出力軸11の出力軸の一回転に応じて、カップリング16が7次変動を生じる。これによって、実施形態1では、電動機10、ウォームギヤ、カップリング16の荷重変動が極めて重複し難い。
このように、出力軸11の一回転、すなわち、ウォームギヤシャフト94の一回転に応じて回転する各構成の回転次数を互いに素とすることで、アシスト機構83の荷重変動、振動及び振動に伴う騒音を抑制することができる。
以上、実施形態1によれば、電動機10、ウォームギヤ、カップリング16の各々の回転次数を異ならせて振動、騒音の発生タイミングをずらすことができる。このため、これらの構成の振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることを抑制することができる。従って、振動、騒音を抑制することができる。
また、電動機10、ウォームギヤ、カップリング16の各々の回転に伴い各々の回転軸から離れた位置で運動する構成の数に基づいて回転次数を特定し、これらの回転次数を異ならせて振動、騒音の発生タイミングをずらすことができる。このため、これらの構成の振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることをより確実に抑制することができる。従って、振動、騒音をより確実に抑制することができる。
また、A:B:C=10:3:7とすることで、電動機、ウォーム及びカップリングの全ての回転次数を異ならせることができる。このため、これらからの振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることをより確実に抑制することができる。従って、振動、騒音をより確実に抑制することができる。
また、カップリング16の回転次数を他の構成の回転次数と重複させにくくすることができる。このため、これらの構成の振動、騒音が同時に生じて相乗効果により振動、騒音がより大きくなることをより確実に抑制することができる。従って、振動、騒音をより確実に抑制することができる。
(変形例)
次に、変形例について、図8、図9、図10を参照して説明する。図8は、変形例のカップリング116の斜視図である。図9は、変形例のカップリング116の分解斜視図である。変形例では、実施形態1のカップリング16に代えて、カップリング116が採用されている。カップリング116は、第1伝達部材117と、第2伝達部材118と、第3伝達部材119とを備える。第3伝達部材119は、第1伝達部材117及び第2伝達部材118が有する5つの突起124,128と噛み合って第1伝達部材117と第2伝達部材118とを連結する。変形例におけるカップリング116の回転次数は、5である。
図10は、変形例の電動機10Aの構成例を示す図である。変形例の電動機10Aは、実施形態1の電動機10が備えていた磁石13、固定子14に代えて磁石13A、固定子14Aを備える。電動機10Aは、磁石13と磁石13Aとの差異及び固定子14と固定子14Aとの差異を除いて、電動機10と同様の構成である。磁石13と磁石13Aとは、磁石の極数を除いて同様の構成である。固定子14と固定子14Aとは、巻線15の数及び巻線15が設けられる溝の数を除いて同様の構成である。
変形例の磁石13Aの極数は、16である。すなわち、回転軸中心11aを中心として60度毎にN極とS極とが交互に円環状に8つずつ配置されている。変形例の巻線15の数は、12である。変形例の電動機10Aは、所謂16極12スロットである。16=2×8と表すことができる。従って、変形例において、磁石13Aの極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数は、8である。
カップリング16とカップリング116との差異及び電動機10と電動機10Aとの差異を除いて、変形例のアシスト機構及び電動パワーステアリング装置の構成は、実施形態1と同様である。すなわち、変形例では、A:B:C=8:3:5である。このように、変形例において、電動機10Aの回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォーム94aの回転次数と、カップリング116の回転次数とは、互いに素である。
変形例では、A=8、16極8スロットの電動機である。このため、出力軸11の一回転に応じて、電動機10が8次変動、16次変動を生じる。また、変形例では、実施形態1と同様、B=3である。このため、出力軸11の一回転に応じて、ウォームギヤが3次変動、6次変動を生じる。また、変形例では、C=5である。このため、出力軸11の出力軸の一回転に応じて、カップリング116が5次変動を生じる。これによって、実施形態1では、電動機10、ウォームギヤ、カップリング116の荷重変動が極めて重複し難い。従って、変形例によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができる。
具体的には、第3伝達部材119は、例えば第1伝達部材117と第2伝達部材118の円環の外径よりも大きい径の外周部131を有する。外周部131は、円柱又は円筒の外周面状である。外周部131の内側には、外周部131よりも小さい径の内周部134が形成されている。外周部131が描く円環の中心と内周部134が描く円環の中心は一致する。第3伝達部材119は、外周部131と内周部134との差に応じた壁面の厚みを有する円筒状又は内周部134の内径に応じた孔を有する円柱状である。以下、第3伝達部材119の中心軸と記載した場合、当該円筒又は円柱の中心軸をさす。
第3伝達部材119は、内周部134から外周部131側に向かって放射状に形成された複数の窪み133を有する。窪み133は、第3伝達部材119の中心軸から放射状に広がるよう内周部134に穿たれた窪みである。内周部134に対する窪み133の放射方向の端部の位置(深さ)は、第3伝達部材119の壁面の厚み未満である。複数の窪み133の端部は、第3伝達部材119の中心軸を中心とした円環状に並ぶ。窪み133の放射方向の端部は、例えば円弧状であるが、角が形成されていてもよい。
第1伝達部材117は、第1伝達部材117の円環の中心から外周側に向かって放射状に形成された複数の突起124を有する。より具体的には、第1伝達部材117は、その内側に固定された出力軸11を取り巻く円筒部123を有する。突起124は、円筒部123の外周面から外側に向かって放射状に延出するよう形成されている。延出する複数の突起124の端部は、例えば第1伝達部材117の円環に沿うように並ぶ。複数の突起124の端部が描く円環の径は、第1伝達部材117の円環の径未満であってもよい。円筒部123及び突起124が有する出力軸11の回転軸方向の厚みは、第3伝達部材119の中心軸方向の厚みの半分以下である。
第1伝達部材117と第2伝達部材118とは、第3伝達部材119を挟んだ鏡面対称の形状になっている。具体的には、第2伝達部材118は、第2伝達部材118の円環の中心から外周側に向かって放射状に形成された複数の突起128を有する。より具体的には、第2伝達部材118は、その内側に固定された回転軸部94bを取り巻く円筒部127を有する。突起128は、円筒部127の外周面から外側に向かって放射状に延出するよう形成されている。延出する複数の突起128の端部は、例えば第2伝達部材118の円環に沿うように並ぶ。複数の突起128の端部が描く円環の径は、第2伝達部材118の円環の径未満であってもよい。円筒部127及び突起128が有する回転軸部94bの回転軸方向の厚みは、第3伝達部材119の中心軸方向の厚みの半分以下である。
変形例の突起124及び突起128の数並びに窪み133の数は、5つである。複数の突起124の端部が描く円環の径及び複数の突起128の端部が描く円環の径は、複数の窪み133の端部が描く径以下である。また、突起124及び突起128の端部の形状は、窪み133の内側に収まる形状である。具体的には、突起124及び突起128の端部の形状は、例えば円弧状である。図4に示すように、突起124及び突起128が窪み133の内側に収まるよう嵌め込まれることで、第3伝達部材119が第1伝達部材117と第2伝達部材118とを連結している。
より具体的には、変形例では、複数の突起124の端部が描く円環の径及び複数の突起128の端部が描く円環の径と、複数の窪み133の端部が描く径との間にはマージンが設けられている。これによって、第3伝達部材119を挟んで第1伝達部材117と第2伝達部材118とが同一軸上に限らない位置関係で連結されることを許容することができる。従って、出力軸11と回転軸部94bとの間に生じる軸のずれによる出力軸11及び回転軸部94bの湾曲を抑制することができる。
また、図8及び図9に示す例では、第3伝達部材119の円筒(又は円柱)の両端面に弾性部材120,121が取り付けられている。例えば弾性部材121は、第3伝達部材119側に延出する円環状の突出部160を有する。突出部160は、第3伝達部材119の外周部131と窪み133との間に位置するよう形成された円環状の溝148に嵌め込まれる。第3伝達部材119に嵌め込まれた弾性部材121は、第2伝達部材118と第3伝達部材119との間に位置する。弾性部材121には、内周部134と同径の内周部158が形成されている。また、弾性部材121には、第3伝達部材119の窪み133と同様、内周部158から外側に向かって放射状に形成された複数の窪み155を有する。また、第3伝達部材119には、円環状に並ぶ複数の窪み133の間に位置するよう設けられた突起142が設けられている。突起142は、内周部134から第3伝達部材119の中心軸方向に沿って回転軸部94b側に延出している。弾性部材121の板面159には、突起142を内側に嵌め込むための孔157が形成されている。窪み133と突起142との位置関係と、窪み155と孔157との位置関係とは対応する。これによって、図5に示すように、突起128が窪み155の内側に収まるよう嵌め込まれる。
第1伝達部材117と第2伝達部材118とは、第3伝達部材119を挟んだ鏡面対称の形状になっている。また、第3伝達部材119の円筒(又は円柱)の両端面は、鏡面対称の形状になっている。具体的には、弾性部材120は、第3伝達部材119側に延出する円環状の突出部154を有する。弾性部材120には、内周部134と同径の内周部152が形成されている。また、弾性部材120には、第3伝達部材119の窪み133と同様、内周部152から外側に向かって放射状に形成された複数の窪み149を有する。また、弾性部材121の板面159には、内周部134から出力軸11側に延出している突起135を内側に嵌め込むための孔151が形成されている。第3伝達部材119に嵌め込まれた弾性部材120は、第1伝達部材117と第3伝達部材119との間に位置し、突起124が窪み149の内側に収まるよう嵌め込まれる。
なお、第1伝達部材117、第2伝達部材118、第3伝達部材119、弾性部材120,121の材料及び形成方法は、それぞれ、第1伝達部材17、第2伝達部材18、第3伝達部材19、弾性部材20,21と同様であってよい。
(実施形態2)
次に、実施形態2について、図11を参照して説明する。図11は、実施形態2の電動機10Aの構成例を示す図である。実施形態2の電動機10Bは、変形例の電動機10Aが備えていた磁石13Aに代えて磁石13Bを備える。電動機10Bは、磁石13Aと磁石13Bとの差異を除いて、電動機10Aと同様の構成である。磁石13Aと磁石13Bとは、磁石の極数を除いて同様の構成である。
実施形態2の磁石13Bの極数は、8である。すなわち、回転軸中心11aを中心として60度毎にN極とS極とが交互に円環状に4つずつ配置されている。実施形態2の電動機10Aは、所謂8極12スロットである。8=2×4と表すことができる。従って、実施形態2において、磁石13Aの極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数は、4である。
以上、特筆した点を除いて、実施形態2のアシスト機構及び電動パワーステアリング装置の構成は、実施形態1と同様である。すなわち、実施形態2では、A:B:C=4:3:7である。このように、実施形態2において、電動機10Aの回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォーム94cの回転次数と、カップリング16の回転次数とは、互いに素である。
実施形態2では、A=4、8極12スロットの電動機である。このため、出力軸11の一回転に応じて、電動機10Aが4次変動、8次変動、24次変動を生じる。また、実施形態2では、B=3である。このため、出力軸11の一回転に応じて、ウォームギヤが3次変動、6次変動を生じる。また、実施形態2では、C=7である。このため、出力軸11の出力軸の一回転に応じて、カップリング16が7次変動を生じる。これによって、実施形態2では、電動機10A、ウォームギヤ、カップリング16の荷重変動が極めて重複し難い。従って、実施形態2によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができる。
なお、実施形態2において、実施形態1と同様に変形例を適用してもよい。すなわち、実施形態2において、カップリング16に代えて、カップリング116を採用してもよい。この場合、A:B:C=4:3:5である。このように、実施形態2の変形例においても、電動機10Aの回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォーム94cの回転次数と、カップリング116の回転次数とは、互いに素である。従って、実施形態2の変形例によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができる。
(実施形態3)
次に、実施形態3について、図12を参照して説明する。図12は、実施形態3の電動機10Cの構成例を示す図である。実施形態3の電動機10Cは、実施形態2の電動機10Bが備えていた磁石13Bに代えて磁石13Cを備える。電動機10Bは、磁石13Bと磁石13Cとの差異を除いて、電動機10Bと同様の構成である。磁石13Bと磁石13Cとは、磁石の極数を除いて同様の構成である。
実施形態3の磁石13Bの極数は、10である。すなわち、回転軸中心11aを中心として60度毎にN極とS極とが交互に円環状に5つずつ配置されている。実施形態3の電動機10Bは、所謂10極12スロットである。10=2×5と表すことができる。従って、実施形態3において、磁石13Bの極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数は、5である。
以上、特筆した点を除いて、実施形態3のアシスト機構及び電動パワーステアリング装置の構成は、実施形態1と同様である。すなわち、実施形態3では、A:B:C=5:3:7である。このように、実施形態3において、電動機10Bの回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォーム94aの回転次数と、カップリング16の回転次数とは、互いに素である。
実施形態3では、A=5、10極12スロットの電動機である。このため、出力軸11の一回転に応じて、電動機10Bが5次変動、10次変動、60次変動を生じる。また、実施形態3では、B=3である。このため、出力軸11の一回転に応じて、ウォームギヤが3次変動、6次変動を生じる。また、実施形態3では、C=7である。このため、出力軸11の出力軸の一回転に応じて、カップリング16が7次変動を生じる。これによって、実施形態3では、電動機10B、ウォームギヤ、カップリング16の荷重変動が極めて重複し難い。従って、実施形態3によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができる。
(実施形態4)
次に、実施形態4について、図13を参照して説明する。図13は、実施形態4の電動機10Dの構成例を示す図である。実施形態4の電動機10Dは、実施形態1の電動機10が備えていた磁石13に代えて磁石13Dを備える。また、実施形態4の電動機10Dは、実施形態1の電動機10が備えていた固定子14に代えて固定子14Bを備える。電動機10Dは、磁石13と磁石13Dとの差異及び固定子14と固定子14Bとの差異を除いて、電動機13Bと同様の構成である。磁石13と磁石13Dとは、磁石の極数を除いて同様の構成である。固定子14と固定子14Bとは、巻線15の数及び巻線15が設けられる溝の数を除いて同様の構成である。
実施形態4の磁石13Bの極数は、12である。また、実施形態4の巻線15の数は、16である。実施形態4の電動機10Dは、所謂12極16スロットである。従って、実施形態4において、磁石13Bの極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数は、6である。
実施形態4では、電動機10Dの回転次数のうち最も小さい回転次数と互いに素の関係となるウォームの回転次数及びカップリングの回転次数が採用される。例えば、実施形態4では、例えば実施形態1と同様のウォーム94a及びカップリング16が採用される。従って、実施形態4では、A:B:C=6:3:7である。以上、特筆した点を除いて、実施形態4のアシスト機構及び電動パワーステアリング装置の構成は、実施形態1と同様である。このように、実施形態4においても、ウォームギヤと、カップリング16又は電動機10Dの荷重変動が重複し難い。従って、実施形態4によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができる。
なお、実施形態4において、実施形態1と同様に変形例を適用してもよい。すなわち、実施形態4において、カップリング16に代えて、カップリング116を採用してもよい。この場合、A:B:C=6:3:5である。このように、実施形態4の変形例においても、ウォームギヤと、カップリング16又は電動機10Dの荷重変動が重複し難い。従って、実施形態4によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができる。
図14は、実施形態2の変形例のアシスト機構83でウォームギヤシャフト94が一回転する期間に生じる荷重変動を示す概念的なグラフである。この荷重変動は、例えばウォームギヤシャフト94を軸支する軸受95a,95bのうち、電動機10Aの出力軸11に近い側でウォームギヤシャフト94を軸支する軸受95aに生じる荷重変動である。図14では、実施形態1のアシスト機構83を備える電動パワーステアリング装置80の荷重変動と、比較例のアシスト機構を備えた電動パワーステアリング装置の荷重変動の一例を示している。比較例は、本実施形態と異なり、電動機10の回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォーム94aの回転次数と、カップリング16の回転次数とが互いに素でない。具体的には、比較例は、A:B:C=4:3:4の関係である。すなわち、比較例のカップリングは、第1伝達部材及び第2伝達部材に相当する構造の数が4である。
比較例では、A=4、8極12スロットの電動機である。このため、電動機の出力軸の一回転に応じて、電動機が4次変動、8次変動、24次変動を生じる。また、比較例では、B=3である。このため、電動機の出力軸の一回転に応じて、ウォームギヤが3次変動、6次変動を生じる。また、比較例では、C=4である。このため、電動機の出力軸の一回転に応じて、カップリングが4次変動を生じる。このように、比較例では、電動機の回転次数とカップリングの回転次数が重複している。また、4次変動が生じるということは、2次変動と重複する荷重変動が生じているということである。このため、比較例では、荷重変動幅W2で示すように、半回転(180°)のタイミングで電動機、ウォームギヤ及びカップリングの荷重変動が全て重なり、特に大きな荷重変動が生じている。
これに対し、実施形態2の変形例では、C=5である。このため、出力軸11の出力軸の一回転に応じて、カップリング16が5次変動を生じる。これによって、実施形態1では、電動機10A、ウォームギヤ、カップリング16の荷重変動が極めて重複し難い。従って、実施形態1が生じる荷重変動のうち大きい荷重変動をピックアップしたとしても、荷重変動幅W2に比して小さい荷重変動幅W1程度の荷重変動に抑えることができている。
また、コラムアシスト方式の場合、操舵の補助動作に伴う振動、騒音が車室内に比較的影響しやすい傾向があるが、実施形態1によれば、荷重変動、振動及び騒音を抑えることができるので、車室内への振動、騒音による影響を抑制することができる。また、電気自動車、ハイブリッドカーのように車両の静粛性が比較的高いために振動、騒音が際立ちやすい環境下においても、車室内への振動、騒音による影響を抑制することができる。また、回転次数が予め定められている構成の振動、騒音による影響を抑制することができるので、他の何らかの理由により振動、騒音が生じた場合に当該振動、騒音を検知しやすくなる。従って、当該振動、騒音を抑えるための対策を講じやすくなる。
なお、電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数、ウォームの回転次数及びカップリングの回転次数の組み合わせは、上述の実施形態及び変形例で例示したものに限られない。電動機の回転次数のうち最も小さい回転次数と、ウォームの回転次数と、カップリングの回転次数の少なくとも2つが互いに素であればよい。また、カップリングの具体的形態はカップリング16,116に限られるものでなく、本発明の発明特定事項を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。また、電動機は、回転子が固定子の外周側に位置する所謂アウターロータであってもよい。その他の構成の具体的形態についても同様に、本発明の発明特定事項を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。
また、上記の電動機はブラシレスモータであるが、ブラシモータであってもよい。電動機がブラシモータである場合、回転子が巻線を有し、固定子が磁石を有する。また、回転子に巻線の極数に応じたコミュテータ(整流子)が設けられ、当該コミュテータと摺接して電流を供給するブラシが設けられる。電動機がブラシモータである場合、電動機の回転次数は、回転子が有するコミュテータ(整流子)の極数を1ではない2つの自然数の乗算で表した場合における大きい方の自然数のn倍数である。例えば、コミュテータ(整流子)が16(2×8)であるブラシモータの回転次数のうち最も小さい回転次数は、8である。また、コミュテータ(整流子)が20(2×10)であるブラシモータの回転次数のうち最も小さい回転次数は、10である。
10,10A,10B,10C,10D 電動機
11,82b 出力軸
12 回転子
13,13A,13B,13C,13D 磁石
14,14A,14B 固定子
15 巻線
16,116 カップリング
17,117 第1伝達部材
18,118 第2伝達部材
19,119 第3伝達部材
24,28,124,128 突起
80 電動パワーステアリング装置
81 ステアリングホイール
82 ステアリングシャフト
83 アシスト機構
93 ハウジング
94 ウォームギヤシャフト
94a ウォーム
96 ウォームホイール

Claims (6)

  1. 電動機と、
    ウォームホイールと噛み合うウォームが形成された軸状部材と、
    前記電動機の出力軸と前記軸状部材とを連結するカップリングと、を備え、
    極数が20であり、回転次数が10である電動機回転次数と、前記ウォームの回転次数とが互いに素であり、前記電動機回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、前記ウォームの回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、
    前記ウォームの回転次数は3であり、
    前記カップリングの回転次数はである
    アシスト機構。
  2. 電動機と、
    ウォームホイールと噛み合うウォームが形成された軸状部材と、
    前記電動機の出力軸と前記軸状部材とを連結するカップリングと、を備え、
    極数が16であり、回転次数が8である電動機回転次数と、前記ウォームの回転次数とが互いに素であり、前記電動機回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、前記ウォームの回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、
    前記ウォームの回転次数は3であり、
    前記カップリングの回転次数はである
    アシスト機構。
  3. 電動機と、
    ウォームホイールと噛み合うウォームが形成された軸状部材と、
    前記電動機の出力軸と前記軸状部材とを連結するカップリングと、を備え、
    極数が12であり、回転次数が6である電動機回転次数と、前記ウォームの回転次数とが互いに素であり、前記電動機回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、前記ウォームの回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、
    前記ウォームの回転次数は3であり、
    前記カップリングの回転次数はである
    アシスト機構。
  4. 電動機と、
    ウォームホイールと噛み合うウォームが形成された軸状部材と、
    前記電動機の出力軸と前記軸状部材とを連結するカップリングと、を備え、
    極数が12であり、回転次数が6である電動機回転次数と、前記ウォームの回転次数とが互いに素であり、前記電動機回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、前記ウォームの回転次数と、前記カップリングの回転次数とが互いに素であり、
    前記ウォームの回転次数は3であり、
    前記カップリングの回転次数はである
    アシスト機構。
  5. 前記ウォームの回転次数は、前記軸状部材の一回転に応じて進む前記ウォームホイールの歯数であり
    は、1以上の自然数であり、
    前記カップリングは、
    前記出力軸に固定される第1伝達部材と、
    前記軸状部材に固定される第2伝達部材と、
    前記第1伝達部材及び前記第2伝達部材が有する所定数の突起と噛み合って前記第1伝達部材と前記第2伝達部材とを連結する第3伝達部材と、を有し、
    前記カップリングの回転次数は、前記所定数である
    請求項1からのいずれか一項に記載のアシスト機構。
  6. 請求項1からのいずれか一項に記載のアシスト機構を有し、
    ステアリングの出力軸に前記ウォームホイールが設けられている
    電動パワーステアリング装置。
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