JP2010089631A - ギヤ機構付電動モータ及びこれを使用した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤ軸と電動モータの回転軸を一体構成とした場合に、電動モータで発生するトルクリップルによる振動や電磁振動がギヤ軸に伝達されることを抑制することができるギヤ機構付電動モータ及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ギヤハウジング１３ａに前後一対の転がり軸受で支持されギヤを一体に形成したギヤ軸１３ｄの自由端をモータ回転軸３０として、当該モータ回転軸３０にロータ３１を配置し、該ロータ３１の外周面に対向する固定部にステータ３２を配置し、前記モータ回転軸３０及び前記ロータ３１間に振動緩衝材５８を配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ギヤハウジングに前後一対の転がり軸受で支持されギヤを一体に形成したギヤ軸の自由端にロータを配置し、該ロータの外周面に対向する固定部にステータを配置したギヤ機構付電動モータ及びこれを使用した電動パワーステアリング装置に関する。

この種のギヤ機構付電動モータ及びこれを使用した電動パワーステアリング装置としては、たとえばモータ付減速機ユニットの一体形成されたユニットハウジングが、ウォームギヤ機構を主に収容する第１の部分と電動モータを主に収容する第２の部分とを含み、ウォーム軸の第２の端部に延伸部を設けてこれを中空ロータの近接する第１の端部に直接連結するようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３０４８７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、ユニットハウジングに設けた一対の転がり軸受でウォーム軸を回転自在に支持し、このウォーム軸の自由端にロータを一体に形成するので、電動モータ側で回転軸を支持する転がり軸受を必要としない利点を有すると共に、中空ロータを有するので、回転慣性特性を改善することができるものであるが、電動モータで発生するトルクリップルによる振動や電磁振動がギヤ軸に伝達されることを絶縁することができないという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ギヤ軸と電動モータの回転軸を一体構成とした場合に、電動モータで発生するトルクリップルによる振動や電磁振動がギヤ軸に伝達されることを抑制することができるギヤ機構付電動モータ及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係るギヤ機構付電動モータは、ギヤハウジングに前後一対の転がり軸受で支持されギヤを形成したギヤ軸の自由端をモータ回転軸とし、当該モータ回転軸にロータを配置し、該ロータの外周面に対向する固定部にステータを配置し、前記モータ回転軸及び前記ロータ間に振動緩衝材を配置したことを特徴としている。

また、請求項２に係るギヤ機構付電動モータは、請求項１に係る発明において、前記ステータを構成するステータコアの一端が前記ギヤハウジングにインロー結合されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係るギヤ機構付電動モータは、請求項１又は２に係る発明において、前記ギヤハウジングの前記ロータ側の転がり軸受と前記ロータとの間に当該ロータの回転角を検出する回転角検出器を収容する検出器収容部を配設したことを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係るギヤ機構付電動モータは、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記ギヤ軸に形成したギヤはウォームホイールに噛合するウォームで構成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係るギヤ機構付電動モータは、請求項４に係る発明において、前記ギヤ軸を支持する一方の転がり軸受位置に当該ギヤ軸のウォームを前記ウォームホイール側に予圧する予圧機構が配設され、他方の転がり軸受位置に軸方向反力を緩和する反力緩和機構が配設されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、前記請求項１乃至５の何れか１項に記載のギヤ機構付電動モータを操舵系に対して操舵補助力を伝達する操舵補助機構に適用したことを特徴としている。

本発明によれば、ギヤハウジングに前後一対の転がり軸受で支持されギヤを一体に形成したギヤ軸の自由端をモータ回転軸とし、当該モータ回転軸にロータを配置し、該ロータの外周面に対向する固定部にステータを配置し、前記モータ回転軸及び前記ロータ間に振動緩衝材を配置したので、ギヤハウジングにギヤ軸を片持ち状態で支持することができ、ロータ及びステータ側に転がり軸受保持部を設ける必要がないので、モータ構成を簡易小型化することができるという効果が得られる。

また、電動モータで発生するトルクリップルによる振動や電磁振動を振動緩衝材で吸収することができ、これら振動や電磁振動がギヤ軸に伝達されることを抑制することができ、作動音を小さくすることができ、モータ回転軸とギヤ軸との連結部に別部品の振動絶縁機構を設ける必要がなく、この分一体型のギヤ軸の軸方向長さを短くすることができるという効果が得られる。

しかも、振動緩衝材がモータ回転軸とロータヨークとの間に介挿されているので、ロータの慣性とバネによる共振周波数での共振ピークを振動緩衝材によってダンピングすることができ、電動モータの作動音を小さくすることができる。
さらに、ステータを構成するステータコアの一端をギヤハウジングにインロー結合することにより、電動モータをギヤハウジングに固定するためのフランジを設ける必要がなく、全体の構成を簡易小型化することができる。

さらにまた、ギヤ軸を支持する一方の転がり軸受にウォームをウォームホイール側に予圧する予圧機構を設けると共に、他方の転がり軸受に軸方向反力を緩和する反力緩和機構を設けることにより、ギヤ軸をフローティング構造で支持することができ、このフローティング構造でも振動緩衝効果を発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は電動パワーステアリング装置であり、この電動パワーステアリング装置１は、運転者が操舵するステアリング機構２を備えている。
このステアリング機構２は、ステアリングホイール３に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸４ａと出力軸４ｂとを有するステアリングシャフト４を有し、このステアリングシャフト４は、入力軸４ａの一端がステアリングホイール３に連結され、他端は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ５を介して出力軸４ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸４ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント６を介してロアシャフト７に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント８を介してピニオンシャフト９に伝達される。このピニオンシャフト９に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構１０を介してタイロッド１１に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。
ここで、ステアリングギヤ機構１０は、ピニオンシャフト９に連結されたピニオン１０ａとこのピニオン１０ａに噛合するラック１０ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン１０ａに伝達された回転運動をラック１０ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト４の出力軸４ｂには、操舵補助力を出力軸４ｂに伝達する操舵補助機構１２が連結されている。この操舵補助機構１２は、出力軸４ｂに連結したウォーム減速機１３と、このウォーム減速機１３に連結された操舵補助力を発生する電動モータとしてのブラシレスモータ１４とを備えている。
そして、このブラシレスモータ１４が、操舵トルクセンサ５で検出されるステアリングホイール３に付与されて入力軸４ａに伝達された操舵トルクが入力されると共に、車速を検出する車速センサ１５から出力される車速検出値が入力された制御装置１６によって駆動制御される。

この制御装置１６は、車速検出値をパラメータとして操舵トルクと操舵補助指令値との関係を記憶した制御マップを参照して、操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値とブラシレスモータに流れるモータ電流とに基づいてフィードバック制御を行ってモータ電流指令値を算出し、算出したモータ電流指令値をインバータ回路で構成されるモータ駆動回路１７に供給して、このモータ駆動回路１７でモータ電流指令値と後述するブラシレスモータ１４のロータ回転角を検出するレゾルバ３６からの角度検出信号とに基づいて３相モータ駆動電流を形成し、この３相モータ駆動電流をブラシレスモータ１４に供給することにより、ブラシレスモータ１４で、操舵補助指令値に応じた操舵補助力を発生する。

ウォーム減速機１３は、図２に示すように、ギヤハウジング１３ａに内装された、出力軸４ｂに連結されたウォームホイール１３ｂ及びこのウォームホイール１３ｂに噛合するウォーム１３ｃを一体に形成したウォーム軸１３ｄで構成されている。ここで、ウォーム軸１３ｄのブラシレスモータ１４とは反対側の端部がギヤハウジング１３ａに固定された転がり軸受１３ｅによって回転自在に支持され、ウォーム軸１３ｄの軸方向の略中央部がギヤハウジング１３ａに固定された転がり軸受１３ｆによって回転自在に支持されている。

また、転がり軸受１３ｅの軸方向外側にウォーム１３ｃをウォームホイール１３ｂ側に一定圧で押圧する予圧機構２１が配設されている。
さらに、ギヤハウジング１３ａの転がり軸受１３ｆの左右両側にウォーム軸１３ｄの軸方向の反力を緩和するダンパーとなるウォーム反力緩和機構２４が配設されている。
一方、ブラシレスモータ１４は、図２に示すように、ウォーム軸１３ｄの自由端がギヤハウジング１３ａより右方に突出されてモータ回転軸３０が一体に形成され、このモータ回転軸３０にロータ３１が固定されている。このため、ロータ３１がウォーム軸１３ｄによって片持ち状態で保持されている。

また、ロータ３１の外周面と対向する位置にステータ３２が配設されている。このステータ３２は、コイル３３を巻装したステータコア３４の左端側の外周面がギヤハウジング１３ａのモータ取付面１３ｈに形成されたインロー孔部１３ｉにインロー結合され、このステータ３２の外周面及び右端面がギヤハウジング１３ａに固定された有底円筒状のケース３５によって覆われている。

また、ギヤハウジング１３ａの転がり軸受１３ｆ及びステータ３２間にロータ３１の回転角を検出する回転角検出器としてのレゾルバ３６を構成するレゾルバステータ３７が固定され、このレゾルバステータ３７に対向するモータ回転軸３０にレゾルバロータ３８が配設されている。
そして、ステータ３２のコイル３３のコイルエンド部に接続されたバスバー４１及びレゾルバステータ３７から導出されるロータ位置検出信号ライン（図示せず）がギヤハウジング１３ａに形成された導出孔１３ｊから外部に導出されている。

また、ロータ３１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、モータ回転軸３０を挿通する円筒状のロータヨーク５１と、このロータヨーク５１の外周面に円周方向に等間隔で接着された例えば８枚の永久磁石５２と、これら永久磁石５２の外周面を覆う合成樹脂製のキャップ５３とで構成されている。
そして、ロータヨーク５１は、軸方向の両端に夫々端板５４及び５５が配設され、これら端板５４，５５及びロータヨーク５１がこれらを貫通する例えば４本の締付シャフト５６で固定されている。また、ロータヨーク５１には、モータ回転軸３０側と永久磁石５２側とを半径方向に分離する十字形状の分離溝５７が貫通して形成され、この分離溝５７内に振動緩衝材５８が充填されている。ここで、分離溝５７は、隣接する締付シャフト５６間に形成された４つの逆Ｕ字状部５７ａと、これら逆Ｕ字状部５７ａのモータ回転軸３０側間を連結する円弧部５７ｂとが連接されて環状に形成されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
ステアリングホイール３を操舵すると、操舵トルクセンサ５で検出された操舵トルクと車速センサ１５で検出した車速とに基づいて制御装置１６で操舵補助指令値が算出される。この操舵補助指令値がモータ駆動回路１７に供給され、このモータ駆動回路１７によってブラシレスモータ１４を回転駆動して操舵補助トルクを発生する。発生した操舵補助トルクはウォーム減速機１３を介してステアリングシャフト４に伝達される。

このとき、ウォーム減速機１３のウォーム軸１３ｄがギヤハウジング１３ａに配設された転がり軸受１３ｅ及び１３ｆで回転自在に支持され、このウォーム軸１３ｄの自由端がモータ回転軸３０とされて、これにロータ３１が一体に形成されているので、ブラシレスモータ１４側に転がり軸受を設ける必要がなく、ウォーム軸１３ｄの全長を短くしてブラシレスモータ１４の軸方向長さを短くすることができ、ブラシレスモータ１４の突出長を短くして小型化することができると共に、部品点数を減少させて組付工数を減少させることができる。

しかも、ブラシレスモータ１４を構成するステータ３２のステータコア３４のギヤハウジング１３ａ側の外周面がギヤハウジング１３ａに形成されたインロー孔部１３ｉにインロー結合されているので、ブラシレスモータ１４をギヤハウジング１３ａに固定するためのフランジを省略することができ、この分全体の構成を簡易小型化することができる。
しかも、ロータ３１のロータヨーク５１内に永久磁石５２側とモータ回転軸３０側とを分離する分離溝５７が形成され、この分離溝５７内に振動緩衝材５８が充填されているので、この振動緩衝材５８によって、ロータ３１で発生するトルクリップルによる振動や電磁振動を絶縁して、トルクリップルによる振動や電磁振動がウォーム軸１３ｄに伝達されることを抑制することができると共に、ロータの慣性とバネによる共振周波数での共振ピークを振動緩衝材によってダンピングすることができ、電動モータの作動音を小さくすることができる。

さらに、ウォーム軸１３ｄとモータ回転軸３０とが一体化されていることで、ウォーム軸１３ｄの軸方向の共振周波数が低周波数化することにより、振動、騒音問題が懸念されるが、ウォーム軸１３ｄに予圧機構２１及びウォーム反力緩和機構２４が設けられているので、これら予圧機構２１及びウォーム反力緩和機構２４がフローティング機構となり、振動緩衝効果を発揮することができる。

このようにブラシレスモータ１４を構成することにより、電動パワーステアリング装置１の構成も小型化することができ、電動パワーステアリング装置１を車両に搭載する際の他部品との緩衝に対する制約を緩和し取付性を向上させることができると共に、標準化を容易にすることができる。また、電動パワーステアリング装置１の全体の部品点数の削減及び小型化を図ることができ、品質の改善、信頼性の向上及びコストダウンを図ることができる。

なお、上記実施形態においては、ロータ回転角を検出する回転角検出器としてレゾルバ３６を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ホール素子などの磁気検出素子や、ロータリエンコーダ等の任意の回転角検出器を適用することができる。
また、上記実施形態においては、ウォーム軸１３ｄにウォーム１３ｃを一体に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ウォーム１３ｃを別体としてウォーム軸１３ｄに溶接、接着等の固定手段で固定するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態ではウォーム１３ｃをウォームホイール１３ｂ側に押圧する予圧機構２１は、上記構成に限定されるものではなく、ウォーム１３ｃをウォームホイール１３ｂ側に予圧できるものであれば任意の構成の予圧機構を適用することができる。
さらにまた、上記実施形態においては、電動モータとしてブラシレスモータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付モータを適用することもでき、この場合にはレゾルバ３６を省略することができる。

なおさらに、上記実施形態においては、ギヤ機構付電動モータ１４をコラム式電動パワーステアリング装置１に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングギヤ機構１０のピニオン軸又はラック軸に操舵補助力を伝達するピニオン式又はラック式電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態においては、本発明のギヤ機構付電動モータ１４を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置やその他の車載機器等の任意の機器の回転駆動源として適用することができ、さらには車載機器以外の任意の機器の回転駆動源として適用することができる。

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明のギヤ機構付電動モータを示す断面図である。 ロータを示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、３…ステアリングホイール、４…ステアリングシャフト、４ａ…入力軸、４ｂ…出力軸、１０…ステアリングギヤ、１２…操舵補助機構、１３…ウォーム減速機、１３ａ…ギヤハウジング、１３ｂ…ウォームホイール、１３ｃ…ウォーム、１３ｄ…ウォーム軸、１３ｅ，１３ｆ…転がり軸受、１４…ブラシレスモータ、１６…制御装置、１７…モータ駆動回路、２１…予圧機構、２２…ウォーム反力緩和機構、３０…モータ回転軸、３１…ロータ、３２…ステータ、３５…ケース、３６…レゾルバ、５１…ロータヨーク、５２…永久磁石、５３…キャップ、５７…分離溝、５８…振動緩衝材

Claims (6)

1. ギヤハウジングに前後一対の転がり軸受で支持されギヤを形成したギヤ軸の自由端をモータ回転軸とし、当該モータ回転軸にロータを配置し、該ロータの外周面に対向する固定部にステータを配置し、前記モータ回転軸及び前記ロータ間に振動緩衝材を配置したことを特徴とするギヤ機構付電動モータ。
2. 前記ステータを構成するステータコアの一端が前記ギヤハウジングにインロー結合されていることを特徴とする請求項１に記載のギヤ機構付電動モータ。
3. 前記ギヤハウジングの前記ロータ側の転がり軸受と前記ロータとの間に当該ロータの回転角を検出する回転角検出器を収容する検出器収容部を配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載のギヤ機構付電動モータ。
4. 前記ギヤ軸に形成したギヤはウォームホイールに噛合するウォームで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のギヤ機構付電動モータ。
5. 前記ギヤ軸を支持する一方の転がり軸受位置に当該ギヤ軸のウォームを前記ウォームホイール側に予圧する予圧機構が配設され、他方の転がり軸受位置に軸方向反力を緩和する反力緩和機構が配設されていることを特徴とする請求項４に記載のギヤ機構付電動モータ。
6. 前記請求項１乃至５の何れか１項に記載のギヤ機構付電動モータを操舵系に対して操舵補助力を伝達する操舵補助機構に適用したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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