JPWO2005049407A1

JPWO2005049407A1 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JPWO2005049407A1
Application number: JP2005515690A
Authority: JP
Inventors: 大西　晶; 晶大西; 隆司不破
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2007-11-29
Also published as: US20070107975A1; WO2005049407A1; EP1686040A1; EP1686040A4; KR100814053B1; KR20060086409A; US7475755B2

Abstract

車両搭載性の良好な電動パワーステアリング装置を提供する。電動パワーステアリング装置１は、往復運動するよう構成したラックシャフト２０と、ラックシャフト２０を収容するラックハウジング１０と、ボールねじ機構３０を介在して、ラックシャフト２０の外周側に同軸上に配置されたスリーブ４１と、スリーブ４１を回転させるように構成した略円筒状を呈するブラシレスモータ４０と、ブラシレスモータ４０の回転角を検出するよう構成された回転角センサ５０とを有してなる。そして、ラックハウジング１０には、ブラシレスモータ４０に電力を供給するためのパワーコネクタ４２と、回転角センサ５０の検出信号を出力するためのセンサコネクタ５２とを配設してある。パワーコネクタ４２及び上記センサコネクタ５２は、ブラシレスモータ４０に対してラックシャフト２０の軸方向における同じ側にずらして配置してある。

Description

本発明は，ラックシャフトの外周側に同軸上に配置されたブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、例えば、ラックシャフトの外周側に同軸上に配置されたブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置がある。
ブラシレスモータは機械的な電気接点を排除できるため、その耐久性や信頼性に優れている。その一方、滑らかなモータ回転を実現するには、その回転角に応じた適切なタイミングでモータコイルに通電する必要がある。
それ故、上記ブラシレスモータでは、一般に、その回転角を検知するための回転角センサが必要になる（例えば、特開２００３−１５８８５６号公報参照。）。
しかしながら、上記従来の電動パワーステアリング装置では、次のような問題がある。すなわち、上記ブラシレスモータに駆動電力を供給するための電力端子を収容するパワーコネクタに加えて、上記回転角センサの検出信号を出力するための出力端子を収容したセンサコネクタを設ける必要がある。
例えば、特開２００３−１５８８５６号公報に記載された電動パワーステアリング装置のように、上記ブラシレスモータの軸方向の両側に上記パワーコネクタと上記センサコネクタとを配置する場合には、上記ラックシャフトに沿って軸方向に長く車両側の搭載スペースを確保する必要がある。
それ故、上記ラックシャフトに沿って軸方向に長い搭載スペースを確保できない車両に対しては、上記のように構成された電動パワーステアリング装置を搭載することが困難であった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、車両搭載性の良好な電動パワーステアリング装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、ステアリングピニオンと係合し、該ステアリングピニオンの回転運動に従動して往復運動するよう構成したラックシャフトと、該ラックシャフトを移動可能に収容するラックハウジングと、上記ラックシャフトの外周側に形成したボールねじ機構を介在して、上記ラックシャフトの外周側に同軸上に配置された略円筒状を呈するスリーブと、上記ラックハウジングと上記スリーブとの間に略同軸上に配置してあると共に、上記スリーブを回転させるように構成した略円筒状を呈するブラシレスモータと、上記ラックハウジングの内部に収容され、上記ブラシレスモータの回転角を検出するよう構成された回転角センサとを有し、上記ラックハウジングには、上記ブラシレスモータに電力を供給するための電力端子を収容したパワーコネクタと、上記回転角センサの検出信号を出力する出力端子を収容したセンサコネクタとを配設してあり、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタは、上記ブラシレスモータに対して上記ラックシャフトの軸方向における同じ側にずらして配置してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置にある。
本発明の電動パワーステアリング装置では、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタは、上記ブラシレスモータに対して上記ラックシャフトの軸方向における同じ側にずらして配設してある。
すなわち、上記電動パワーステアリング装置では、上記ラックハウジングの外周面から比較的大きく突出する上記の２部品を、上記軸方向においてほぼ同じ位置にまとめて配置してあるのである。
そのため、上記電動パワーステアリング装置は、例えば、上記ラックハクジングの外周面に面して、上記軸方向の１箇所のみにしかスペース的な余裕がない車両等に対して取り付け可能である。また、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタを上記のごとく同じような位置に配置すれば、例えば、上記各コネクタに連結するべき各車両側ハーネスを束ねて取り回すことが可能になり、その取り回し性を良好にすることができる。
第２の発明は、第１の発明に係る電動パワーステアリング装置において、上記ラックハウジングは、上記ブラシレスモータ及び上記回転角センサを収容すると共に、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタを固定した第１のラックハウジングと、該第１のラックハウジングと上記軸方向に連結される第２のラックハウジングとからなり、上記第１のラックハウジングに固定された上記回転角センサ、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタは、上記ブラシレスモータよりも上記第２のラックハウジングに近い位置に配置してあることが好ましい。
この場合には、上記第２のラックハウジング側に開口する上記第１のラックハウジングの端部側からのアクセスにより、上記ブラシレスモータと上記パワーコネクタとの間及び、上記回転角センサと上記センサコネクタとの間の結線作業を効率良く実施することができる。そして、例えば、上記ブラシレスモータを挟んで上記パワーコネクタと上記センサコネクタとを配置した場合のように、上記第１のラックハウジングにおける軸方向の両端側から上記結線作業等を実施する必要を解消することができる。
そのため、上記のごとく構成した上記電動パワーステアリング装置では、上記第１のラックハウジングにおける上記第２のラックハウジング側とは反対側の端部を上記ラックハウジング全体の端部として活用でき、それ故、上記第１のラックハウジングと上記第２のラックハウジングとの２分割構造として上記ラックハウジングを構成することができる。
このように上記ラックハウジングを２分割構造によって構成すると、上記ラックシャフトを上記ラックハウジングに収容した収容構造における組付け精度、特に操舵輪のアライメント精度等に影響が大きい上記ラックシャフトの軸方向の組付け精度を十分に向上することができる。
さらに、上記ラックハウジングを２分割構造によって構成すれば、例えば、３分割以上の構造でラックハウジングを構成する場合と比べて、上記ラックシャフトの軸方向の組み付け精度を向上して、上記ボールねじ機構や、軸受用のベアリング等に負荷させる予荷重のばらつきを抑制することができる。
そのため、上記電動パワーステアリング装置では、上記スリーブと上記ラックシャフトとの間にがたつき等が発生するおそれを抑制できると共に、上記ボールねじ機構を介在した上記ブラシレスモータから上記ラックシャフトへの力の伝達効率を、予め定めた設計仕様に沿ったものとすることができる。
それ故、上記電動パワーステアリング装置は、設計仕様に沿って動作し得る特性のばらつきの少ない優れた品質を有するものとなる。
第３の発明は、第１の発明に係る電動パワーステアリング装置において、上記センサコネクタと上記パワーコネクタとは、上記ラックハウジングの外周面において、周方向に０度以上１８０度以下の間隔を空けて配設してあることが好ましい。
上記センサコネクタと上記パワーコネクタとを上記の角度範囲に配置した場合には、上記センサコネクタと上記パワーコネクタとが相互に干渉するおそれを抑制しながら、これらのコネクタを上記軸方向にコンパクトに配置することができ、上記電動パワーステアリング装置全体の軸方向の体格を小型化することができる。
第４の発明は、第２の発明に係る電動パワーステアリング装置において、上記センサコネクタと上記パワーコネクタとは、上記ラックハウジングの外周面において、周方向に０度以上１８０度以下の間隔を空けて配設してあることが好ましい。
上記センサコネクタと上記パワーコネクタとを上記の角度範囲に配置した場合には、上記センサコネクタと上記パワーコネクタとが相互に干渉するおそれを抑制しながら、これらのコネクタを上記軸方向にコンパクトに配置することができ、上記電動パワーステアリング装置全体の軸方向の体格を小型化することができる。

第１図は、実施例１における、電動パワーステアリング装置の断面構造を示す断面図である。第２図は、実施例１における、パワーアシスト部の断面構造を示す断面図である。第３図は、比較例１における、従来の電動パワーステアリング装置の断面構造を示す断面図である。

本例は、２分割構造を呈するラックハウジング１０を有する電動パワーステアリング装置１に関する例である。本例の内容について、第１図〜第２図を用いて説明する。
本例の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングピニオン２５と係合し、該ステアリングピニオン２５の回転運動に従動して往復運動するよう構成したラックシャフト２０と、該ラックシャフト２０を移動可能に収容するラックハウジング１０と、ラックシャフト２０の外周側に形成したボールねじ機構３０を介在して、ラックシャフト２０の外周側に同軸上に配置された略円筒状を呈するスリーブ４１と、ラックハウジング１０とスリーブ４１との間に略同軸上に配置してあると共に、スリーブ４１を回転させるように構成した略円筒状を呈するブラシレスモータ４０と、ラックハウジング１０の内部に収容され、ブラシレスモータ４０の回転角を検出するよう構成された回転角センサ５０とを有してなる。
そして、上記ラックハウジング１０には、上記ブラシレスモータ４０に電力を供給するための電力端子４２１を収容したパワーコネクタ４２と、上記回転角センサ５０の検出信号を出力する出力端子５２１を収容したセンサコネクタ５２とを配設してある。ここで、上記パワーコネクタ４２及び上記センサコネクタ５２は、ブラシレスモータ４０に対してラックシャフト２０の軸方向における同じ側にずらして配置してある。
以下に、この内容について詳しく説明する。
本例の電動パワーステアリング装置１は、第１図に示すごとく、ラックハウジング１０に形成した図示しない取付部を介して、図示しない車両側ブラケットにボルト固定できるように構成してある。
上記ラックハウジング１０は、ブラシレスモータ４０を収容する第１のラックハウジング１１と、該第１のラックハウジング１１の上記軸方向の開口端部１１０に対して、同軸上に連結する第２のラックハウジング１２とからなる２分割構造を呈している。
そして、本例のラックハウジング１０は、上記各ラックハウジング１１、１２の軸方向の端部に形成したフランジ部１１９、１２９を相互に対面させてボルト結合するように構成してある。
同図に示すごとく、第１のラックハウジング１１と第２のラックハウジング１２とを組み合わせると全体として略円筒状を呈する。そして、その内部空間には、該内部空間を貫通し、軸方向に往復運動可能な状態でラックシャフト２０を配置してある。このラックシャフト２０は、軸回りの回転を規制された状態でラックハウジング１０に組み付けてある。そして、上記ラックハウジング１０を貫通して突出する上記ラックシャフト２０の両端側には、図示しないタイロッドを介して左右前輪に接続してある。
また、本例のラックシャフト２０は、第２のラックハウジング１２に配設したステアリングピニオン２５を介してステアリングホイール（図示略）に連結してある。そして、ラックシャフト２０とステアリングピニオン２５との間には、周知のラックアンドピニオン機構の係合部２５０を形成してある。
上記第１のラックハウジング１１は、第１図に示すごとく、上記ブラシレスモータ４０及び上記回転角センサ５０（以下、適宜レゾルバ５０と記載。）を上記軸方向に隣接して配設するように構成してある。本例の第１のラックハウジング１１では、上記第２のラックハウジング１２側に近づけて上記レゾルバ５０を配置するようにしてある。
上記第１のラックハウジング１１は、上記第２のラックハウジング１２側とは反対側の端部に向けて窄まり形状を呈してなり、この端部の内周側には上記ラックシャフト２０を摺動支持するための略円筒状のシャフトブッシュ１１５を配置してある。また、上記第１のラックハウジング１１は、上記シャフトブッシュ１１５側に近い内周面に、上記スリーブ４１を回転支持するための第１ベアリング６１を嵌入するための支持面１１６を形成してなる。
一方、上記第２のラックハウジング１２は、第１図に示すごとく、上記第１のラックハウジング１１側とは反対側の端部付近に、ステアリングピニオン２５とラックシャフト２０との係合部２５０を収容するように構成してある。
また、上記第２のラックハウジング１２は、第２図に示すごとく、フランジ部１２９側の端部の内周面に、上記スリーブ４１を回転自在に支持する第２ベアリング６２の外周面に当接する支持面１２６を有している。
上記ブラシレスモータ４０は、第２図に示すごとく、巻線４３１を巻回したモータ固定子としての駆動ステータ４３と、外周に永久磁石４１５を配置したモータ回転子としてのスリーブ４１とを有してなるモータである。なお、本例では、上記駆動ステータ４３は、上記第１のラックハウジング１１の内周に配置した後、焼き嵌め加工処理を施すことにより嵌合固定してある。
そして、上記第１のラックハウジング１１には、電極端子４２１を収容したパワーコネクタ４２を固定するためのコネクタ取付穴１１４を穿孔してある。該コネクタ取付穴１１４は、上記第１のラックハウジング１１の外周壁を貫通するよう穿孔してある。そして、上記電力端子４２１には、上記駆動ステータ４３に巻回した巻線４３１の端部を溶接してある。すなわち、本例のブラシレスモータ４０は、上記パワーコネクタ４２に収容した上記電極端子４２１を経由して外部から駆動電力を供給するように構成してある。
また、上記レゾルバ５０は、第２図に示すごとく、上記ブラシレスモータ４０の回転角を検出するためのセンサである。このレゾルバ５０は、検出用固定子を構成する略円筒状の検出ステータ５３と、検出用回転子を構成するよう上記検出ステータ５３の内径よりも小径に形成した略円筒状の検出ロータ５４とを有してなる。
そして、本例では、上記検出ステータ５３は、上記第１のラックハウジング１１の内周面に嵌合固定してある。また、上記検出ロータ５４は、上記検出ステータ５３の内周面に対面するように上記スリーブ４１の外周側に嵌合固定してある。
上記第１のラックハウジング１１には、第２図に示すごとく、出力端子５２１を収容したセンサコネクタ５２を固定するためのコネクタ取付穴１１５を穿孔してある。該コネクタ取付穴１１５は、上記コネクタ取付穴１１４と同様に、上記第１のラックハウジング１１の外周壁を貫通するように穿孔してある。そして、上記出力端子５２１には、上記検出ステータ５３に巻回した巻線の端部が溶接され、電気的に接続されている。
本例の第１のラックハウジング１１では、第２図に示すごとく、上記ブラシレスモータ４０の配設位置を基準として、上記軸方向における同じ側に上記コネクタ取付穴１１４及び上記コネクタ取付穴１１５を穿孔してある。
すなわち、本例の電動パワーステアリング装置１においては、ブラシレスモータ４０の配設位置を基準として、上記軸方向における同じ側にずらして上記パワーコネクタ４２及び上記センサコネクタ５２を配置してある。
上記スリーブ４１は、第２図に示すごとく、中空円筒状を呈する部材であって、ラックシャフト２０の外周側に同軸上に配置するように構成してある。このスリーブ４１は、ステアリングピニオン２５（第１図参照。）側の端部の外周に支持部４１２を形成してある。一方、反対側の端部の外周には、支持部４１２よりも大径の支持部４１１を形成してある。そして、スリーブ４１は、支持部４１１に外挿した第１ベアリング６１と、支持部４１２に外挿した第２ベアリング６２を介設してラックハウジング１０の内部に回動自在に支持されるように構成してある。
ここで、上記スリーブ４１の外周面のうち上記駆動ステータ４３に対面する外周には、永久磁石４１５を配設してあり、スリーブ４１自体がブラシレスモータ４０のモータ回転子として機能するように構成してある。上記駆動ステータ４３の巻線４３１に通電されたとき、スリーブ４１は、その軸芯回りに回転トルクを生じるように構成してある。
スリーブ４１の支持部４１１の内周側は、第２図に示すごとく、ボールねじナット３１を同軸上に配置するように構成してある。該ボールねじナット３１は、その内周面に螺旋状のボールねじ溝３１０を形成してなり、スリーブ４１とラックシャフト２０とを係合するボールねじ機構３０を構成する部材である。一方、ラックシャフト２０の外周面には、その軸方向における所定の範囲に螺旋状のボールねじ溝２００を設けてある。
そして、ラックシャフト２０の外周面のボールねじ溝２００と、ボールねじナット３１の内周面のボールねじ溝３１０とを組み合わせてなる略円形断面形状の間隙には、多数の転動ボール３２を転動自在に配置してある。
このようにラックシャフト２０とスリーブ４１との間には、同図に示すごとく、ボールねじ機構３０を形成してある。そして、このボールねじ機構３０は、スリーブ４１の正逆回転の回転トルクを、ラックシャフト２０の往復運動の駆動力に変換するように構成してある。
そして、本例の電動パワーステアリング装置１は、上記のように変換された往復運動の駆動力を、ステアリングピニオン２５（第１図参照。）に連結された図示しないステアリングホイールの操作力を軽減するためのアシスト力として利用するように構成してある。
以上のように、本例の上記第１のラックハウジング１１は、上記ブラシレスモータ４０に対して上記開口端部１１０側に隣接して上記レゾルバ５０を配置するように構成してある。さらに、ブラシレスモータ４０に駆動電力を供給するパワーコネクタ４２及び、レゾルバ５０の計測信号を出力するセンサコネクタ５２は、上記ブラシレスモータ４０よりも開口端部１１０側に近づけて取り付けてある。
そのため、本例の電動パワーステアリング装置１では、上記第１のラックハウジング１１内へのブラシレスモータ４０及びレゾルバ５０の配設、上記パワーコネクタ４２１及び、上記センサコネクタ５２１の内部配線作業を全て、上記第１のラックハウジング１１の開口端部１１０側から効率良く実施することができる。
それ故、本例の電動パワーステアリング装置１では、上記第１のラックハウジング１１における上記開口端部１１０とは反対側の端部を上記ラックハウジング１０全体の端部として窄まり形状に形成できる。そしてそれ故、上記第１のラックハウジング１１と上記第２のラックハウジング１２との２分割構造として上記ラックハウジング１０を構成することができるのである。
上記電動パワーステアリング装置１のように、上記ラックハウジング１０を２分割構造によって構成すれば、上記ラックシャフト２０を上記ラックハウジング１０に収容した収容構造における組付け精度、特に操舵輪のアライメント精度等に影響が大きい上記ラックシャフト２０の軸方向の組付け精度を十分に向上することができる。
さらに、上記ラックハウジング１０を２分割構造によって構成すれば、上記のごとく上記ラックシャフト２０の軸方向の組み付け精度を向上して、上記ボールねじ機構３０や、ベアリング６１、６２等に負荷する軸方向の予荷重のばらつきを抑制することができる。
そのため、上記本例の電動パワーステアリング装置１では、上記スリーブ４１と上記ラックシャフト２０との間にがたつき等が発生するおそれを抑制できると共に、上記ボールねじ機構３０を介在した上記ブラシレスモータ４０から上記ラックシャフト２０への力の伝達効率を、予め定めた設計仕様に沿ったものとすることができる。
それ故、上記電動パワーステアリング装置１は、設計仕様に沿って動作する特性のばらつきの少ない優れた品質を有するものとなる。
さらにまた、上記パワーコネクタ４２及び上記センサコネクタ５２という、上記ラックハウジング１０の外周面において、比較的大きく突出する２部品をほぼ同じような位置に配置すれば、例えば、ラックハウジング１０の外周面に面して、上記軸方向の１箇所のみにしかスペース的な余裕がない車両等に対して取り付け可能になる。さらに、上記パワーコネクタ４２及び上記センサコネクタ５２を同じような位置に配置すれば、例えば、上記各コネクタ４２、５２に連結するべき各車両側ハーネスを束ねて取り回すことが可能になり、その取り回し性を良好にすることができる。
（比較例１）
本例は、ブラシレスモータ９４０の軸方向の両側にセンサコネクタ９５２とパワーコネクタ９４２とを配置した従来の電動パワーステアリング装置９を示す例である。本例の内容について、第３図に基づいて説明する。
本例のラックハウジング９１０は、第１〜第３のラックハウジング９１１〜９１３を組み合わせてなる３分割構造を呈するものである。そして、第１のラックハウジング９１１と第３のラックハウジング９１３との中間に配置される第２のラックハウジング９１２にブラシレスモータ９４０及びレゾルバ９５０を収容するように構成してある。
そして、実施例１と同様に、センサコネクタ９５２に収容した出力端子を介して上記レゾルバ９５０の検出信号を出力し、パワーコネクタ９４２に収容した電力端子を介して上記ブラシレスモータ９４０に電力を供給するようにしてある。
本例の電動パワーステアリング装置９では、上記第２のラックハウジング９１２において、軸方向にブラシレスモータ９４０を挟むようにセンサコネクタ９５２と、パワーコネクタ９４２とを配設してある。
そのため、上記ブラシレスモータ９４０の巻線端部に電力端子を溶接すると共に、上記レゾルバ９５０の巻線端部に出力端子を溶接するに当たっては、ブラシレスモータ９４０を収容する第２のラックハウジング９１２の両端側から結線作業を実施する必要がある。それ故、本例の第２のラックハウジング９１２では、上記軸方向の両端側に、他のラックハウジング９１１、９１３を連結すべき開口部を形成する必要があるのである。
なお、その他の構成については実施例１と同様である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、自動車のハンドルの回転を車輪に伝達する操舵系に適用するのに適している。

Claims

ステアリングピニオンと係合し、該ステアリングピニオンの回転運動に従動して往復運動するよう構成したラックシャフトと、
該ラックシャフトを移動可能に収容するラックハウジングと、
上記ラックシャフトの外周側に形成したボールねじ機構を介在して、上記ラックシャフトの外周側に同軸上に配置された略円筒状を呈するスリーブと、
上記ラックハウジングと上記スリーブとの間に略同軸上に配置してあると共に、上記スリーブを回転させるように構成した略円筒状を呈するブラシレスモータと、
上記ラックハウジングの内部に収容され、上記ブラシレスモータの回転角を検出するよう構成された回転角センサとを有し、
上記ラックハウジングには、上記ブラシレスモータに電力を供給するための電力端子を収容したパワーコネクタと、上記回転角センサの検出信号を出力する出力端子を収容したセンサコネクタとを配設してあり、
上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタは、上記ブラシレスモータに対して上記ラックシャフトの軸方向における同じ側にずらして配置してある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に記載の電動パワーステアリング装置において、上記ラックハウジングは、上記ブラシレスモータ及び上記回転角センサを収容すると共に、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタを固定した第１のラックハウジングと、該第１のラックハウジングと上記軸方向に連結される第２のラックハウジングとからなり、上記第１のラックハウジングに固定された上記回転角センサ、上記パワーコネクタ及び上記センサコネクタは、上記ブラシレスモータよりも上記第２のラックハウジングに近い位置に配置してある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に記載の電動パワーステアリング装置において、上記センサコネクタと上記パワーコネクタとは、上記ラックハウジングの外周面において、周方向に０度以上１８０度以下の間隔を空けて配設してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、上記センサコネクタと上記パワーコネクタとは、上記ラックハウジングの外周面において、周方向に０度以上１８０度以下の間隔を空けて配設してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。