JP2004322814A - 電動ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、部品点数を増加することなく、回転検出器からの出力変動を抑制することで、コストの低下および操舵フィーリングの向上に寄与する電動ステアリング装置を課題とする。
【解決手段】電動パワーステアリング装置は、ステアリング系に減速機構４を介してトルクを付与するブラシレスモータ３と、ブラシレスモータ３の出力軸３１の回転角度を検出するレゾルバ７とを備えている。そして、レゾルバ７は、ブラシレスモータ３と減速機構４との間に配置され、かつブラシレスモータ３の本体部３２とは離間されて配置されている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング系に減速機構を介してトルクを付与する電動機と、この電動機の回転軸の回転角度を検出する回転検出器とを備えた電動ステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の動力を減速機構（倍力装置）を介して操舵軸に作用させる電動ステアリング装置として、たとえば運転者によるハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング装置がある。このような電動パワーステアリング装置としては、図４に示すように、ブラシレスモータ１００を有する装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３３１９４６号公報（段落番号〔００３２〕，〔００３３〕、図４）
【０００４】
このブラシレスモータ１００を利用した電動パワーステアリング装置２００では、ブラシ付きモータで生じていた問題（経年劣化でブラシが磨耗することによるブラシとコミテータ間の電圧降下）が解消されるため、モータ出力の低下や変動が無く、安定した操舵補助力が得られるといったメリットを有している。また、ブラシレスモータ１００の慣性モーメントがブラシ付きモータに比べて小さいため、高速直進時やハンドルの切り返し時に良好な操舵フィーリングが得られるといったメリットも有している。
【０００５】
ただし、このようなブラシレスモータ１００では、ブラシ付きモータのようにブラシとコミテータとの摩擦により停止や回転速度の低下などを行うことができないので、回転軸１０１の回転に応じて通電電流を正確に制御する必要があった。そのため、このブラシレスモータ１００では、回転軸１０１の回転速度等を検出する回転検出器３００や、ブラシレスモータ１００に流れる電流を検出する電流検出器（図示せず）を設け、これらの検出器からの出力信号に基づいてブラシレスモータ１００を駆動制御していた。
【０００６】
ところで、このようなブラシレスモータ１００では、仮に前記回転検出器３００からの電動機回転信号にノイズが生じると、モータ出力に変動が生じ、滑らかな操舵フィーリングが得られなくなるおそれがあった。たとえば、仮に回転検出器３００が、結露による錆や、埃または外力による影響を受けることで変形した場合には、電動機回転信号にノイズが生じ、滑らかな操舵フィーリングが得られなくなることが予想されていた。そこで、従来においては、回転検出器３００をカバーＣで覆うことにより、回転検出器３００への錆等の影響を防止し、回転検出器３００からの電動機回転信号を安定に出力させ、滑らかな操舵フィーリングを得ることを実現している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、ブラシレスモータ１００を収納するモータハウジング４００とは別個にカバーＣを設けていたため、その分コストが高くなっていた。これに対して、ブラシレスモータ１００の回転軸１０１を支持するベアリング５００，５０１間にブラシレスモータ１００に隣接させて回転検出器３００を配置することで、モータハウジング４００内に収納することも考えられるが、この場合、ベアリング５００，５０１間の距離（軸間距離）が伸びることで回転軸１０１も伸ばす必要があるため、ブラシレスモータ１００が大型化するとともに、回転軸１０１の剛性が低下して振動が発生しやすくなっていた。また、この振動を抑えるために回転軸１０１の軸径を大きくすると、重量が増加し、操舵フィーリングを低下させていた。ちなみに、このような回転軸１０１の振動、軸間距離、および軸径（軸の太さ）の関係は、図５に示すように、軸間距離が大きくなるほど振動が大きくなり、軸径が細くなるほど振動が大きくなる関係となっている。また、逆に軸間距離が小さくなるほど振動が小さくなり、軸径が太くなるほど振動が小さくなる関係となっている。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、部品点数を増加することなく、回転検出器からの出力変動を抑制することで、コストの低下および操舵フィーリングの向上に寄与する電動ステアリング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、ステアリング系に減速機構を介してトルクを付与する電動機と、運転者の入力に応じて前記電動機を駆動制御する制御手段と、前記電動機の回転軸の回転角度を検出する回転検出器とを備えた電動ステアリング装置において、前記回転検出器は、前記電動機と前記減速機構との間に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、電動機と減速機構との間に回転検出手段を配置するので、従来のように電動機の外側にある回転検出器を別途用意したカバーにより覆う必要がなくなり、その分コストを下げることができる。また、回転検出器は電動機と減速機構との間、すなわち電動機と減速機構を収納するハウジング内に配置されることとなるので、結露による錆などによって変形することがない。そのため、回転検出器から出力される電動機回転信号にノイズが発生することがなくなり、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成において、前記電動機はブラシレスモータであり、前記回転検出器はレゾルバであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明の構成において、前記回転検出器は、前記電動機の本体部とは離間されて配置されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、「電動機の本体部」とは、電動機の回転軸以外の部分をいう。ちなみに、この本体部は、回転軸を回転自在に支持するベアリング間に配置される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、回転検出器を電動機の本体部とは離間して配置する、すなわち電動機の回転軸を支持するベアリング間から外して配置することで、回転検出器を電動機用のベアリング間に配置する構造のようにベアリング間の距離が大きくなることがないので、電動機の大型化を防止できるとともに、回転軸の剛性低下による振動の発生も防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動ステアリング装置の詳細について説明する。参照する図面において、図１は本実施形態に係る電動ステアリング装置としての電動パワーステアリング装置を示す概略斜視図、図２は図１の減速装置およびラック＆ピニオン機構近傍の構造の詳細を示す縦断面図、図３は図２の減速装置およびブラシレスモータ近傍の構造の詳細を示す横断面図である。
【００１６】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（電動ステアリング装置）Ｍは、ハンドル１から操舵輪Ｗ，Ｗに至るステアリング系Ｓに備えられ、手動操舵力発生手段２による操舵力をアシストする。具体的に、電動パワーステアリング装置Ｍは、ブラシレスモータ（電動機）３を駆動して補助トルク（補助操舵力）を発生させ、この補助トルクを減速機構４で倍力してピニオン軸５ａに伝達させることで、手動操舵力発生手段２による手動操舵力を軽減させるものである。また、この電動パワーステアリング装置Ｍには、運転者のハンドル操作（入力）、すなわち後記する操舵トルクセンサＴＳやハンドル１の回転角度を検知する図示しないハンドル回転角度センサからの信号に応じてブラシレスモータ３を駆動制御する制御手段（図示せず）が設けられている。
【００１７】
手動操舵力発生手段２は、ハンドル１に一体に設けられたステアリング軸２ａに連結軸２ｂを介してラック＆ピニオン機構５のピニオン軸５ａが連結されている。なお、連結軸２ｂは、その両端に自在継ぎ手２ｃ，２ｄを備えている。ラック＆ピニオン機構５は、ピニオン軸５ａの先端のピニオン５ｂに噛み合うラック５ｄがラック軸５ｃに形成され、ピニオン５ｂとラック５ｄの噛み合いにより、ピニオン軸５ａの回転運動をラック軸５ｃの横方向（車両幅方向）の往復運動とする機構である。さらに、ラック軸５ｃには、その両端にボールジョイントＢＪ，ＢＪおよびタイロッドＴＲ，ＴＲを介して、操舵輪Ｗ，Ｗ（たとえば、左右の前輪）が連結されている。
【００１８】
次に、図２を参照してラック＆ピニオン機構５の近傍に配置される減速機構４などについて詳細に説明する。
図２に示すように、ピニオン軸５ａは、ギヤボックス６内に固定されたベアリングＢ１，Ｂ２によって回転自在に支持されている。また、このギヤボックス６内には、その上側（図１のハンドル１側）から順に操舵トルクセンサＴＳ、減速機構４、およびラック＆ピニオン機構５が設けられている。
【００１９】
減速機構４は、主に金属製のウォームギヤ４１と、これに噛み合う樹脂製のウォームホイール４２とで構成されている。ウォームギヤ４１は、ウォームホイール４２の回転軸とは直交する軸回りに回転するギヤであり、ブラシレスモータ３の回転軸先端に回転不能な状態で取り付けられている。また、ウォームホイール４２は、ピニオン軸５ａに回転不能な状態で取り付けられている。なお、本実施形態におけるブラシレスモータ３は、三相正弦波駆動するものを利用している。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば相数や駆動電流方式の異なるブラシレスモータなどが利用可能なことは言うまでもない。
【００２０】
続いて、図３を参照して減速機構４とブラシレスモータ３近傍の構造について詳細に説明する。
図３に示すように、ギヤボックス６は、ピニオン軸５ａの軸方向に直交する方向へ延出する延出部６ａを有するとともに、この延出部６ａの端面に固定されるブラシレスモータ３を収納する第一モータハウジング６１および第二モータハウジング６２を有している。そして、このギヤボックス６、延出部６ａ、およびモータハウジング６１，６２で形成された空間内には、ピニオン軸５ａ側から順に減速機構４、トルクリミッタＴＬ、レゾルバ（回転検出器）７、およびブラシレスモータ３が配設されている。すなわち、レゾルバ７が、減速機構４とブラシレスモータ３の間に配置された構造となっている。
【００２１】
ブラシレスモータ３は、出力軸（回転軸）３１と、この出力軸３１を回転させる本体部３２とを主に有している。出力軸３１は、本体部３２を挟み込むように配置されるベアリングＢｅ１，Ｂｅ２によってモータハウジング６１，６２に回転自在に支持されている。本体部３２は、複数の永久磁石を有するインナロータ３２ａと、巻線が巻き付けられた電磁石となるアウターステータ３２ｂとで主に構成されている。そして、アウターステータ３２ｂが第二モータハウジング６２の内周面に固定され、インナーステータ３２ａが出力軸３１に固定されることで、出力軸３１が第二モータハウジング６２に対して回転する構造となっている。
【００２２】
トルクリミッタＴＬは、その一部にウォームギヤ４１が形成されたウォーム軸４３の一端に回転不能な状態で固定されるアウタ部材ＴＬ１に、ブラシレスモータ３の出力軸３１の端部に回転不能に、かつ軸方向に摺動可能な状態で固定されたインナ部材ＴＬ２を皿ばねＴＬ３で付勢させることでトルクを伝達させる構造となっている。そのため、トルクリミッタＴＬに所定値以上の大きなトルクが作用すると、インナ部材ＴＬ２とアウタ部材ＴＬ１とがスリップし、ブラシレスモータ３からの補助トルクを制限し、オーバトルクをカットすることができるようになっている。なお、アウタ部材ＴＬ１とインナ部材ＴＬ２は、その接触面がともにセレーション形状となって互いに嵌合する構造となっている。
【００２３】
レゾルバ７は、ブラシレスモータ３の出力軸３１に取り付けられたインナロータ３２ａの回転角度および回転方向を検出するセンサであり、出力軸３１の適所に取り付けられている。具体的に、このレゾルバ７は、出力軸３１の適所（トルクリミッタＴＬと第一モータハウジング６１との間）に取り付けられた積層コアロータ７１と、この積層コアロータ７１の回転角度を磁気的に検知する検知素子（励磁コイルと検出コイルの組合せ）７２を備えている。なお、検知素子７２は、取付板７３を介して第一モータハウジング６１にボルト７４で固定されている。そして、このようにレゾルバ７が配設されることで、レゾルバ７とブラシレスモータ３の本体部３２との間に、第一モータハウジング６１が介在することとなるとともに、レゾルバ７とブラシレスモータ３の本体部３２とが所定距離だけ離間されて配置されることとなる。
【００２４】
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
ブラシレスモータ３と減速機構４との間にレゾルバ７を配置するので、従来のようにカバーを別途用意する必要がなくなり、その分コストを下げることができる。また、レゾルバ７がギヤボックス６内に配置されることとなるので、結露による錆や、埃または外力の影響によってレゾルバ７から出力される電動機回転信号にノイズが発生することがなくなり、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００２５】
レゾルバ７とブラシレスモータ３の本体部３２とが所定距離だけ離間されて配置されるので、ブラシレスモータ３を支持するベアリングＢｅ１，Ｂｅ２間にレゾルバ７を配置する構造に比べ、ブラシレスモータ３（第二モータハウジング６２）の大型化を防止できるとともに、出力軸３１の剛性低下による振動の発生を防止して滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。また、レゾルバ７とブラシレスモータ３の本体部３２とを離間させるだけでなく、これらの間に第一モータハウジング６１が介在するので、レゾルバ７とブラシレスモータ３とが相互に作用して電気的影響を与え合うことも防止することができる。
【００２６】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、電動ステアリング装置として電動パワーステアリング装置Ｍを適用したが、本発明はこれに限定されず、たとえばステア・バイ・ワイヤ式の電動ステアリング装置に本発明を適用してもよい。また、本実施形態ではピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置Ｍに本発明を適用したが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも適用できる。
本実施形態では、トルクリミッタＴＬとブラシレスモータ３との間にレゾルバ７を配置したが、本発明はこれに限定されず、たとえば減速機構４とトルクリミッタＴＬとの間にレゾルバ７を配置してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電動機と減速機構との間に回転検出手段を配置するので、カバーを別途用意する必要がなくなり、その分コストを下げることができる。また、回転検出器が電動機と減速機構との間、すなわちハウジング内に配置されることとなるので、回転検出器から出力される電動機回転信号にノイズが発生することがなくなり、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、回転検出器を電動機の本体部とは離間して配置することで、回転軸を支持するベアリング間の距離が大きくなることがないので、電動機の大型化を防止できるとともに、回転軸の剛性低下による振動の発生も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る電動ステアリング装置としての電動パワーステアリング装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１の減速装置およびラック＆ピニオン機構近傍の構造の詳細を示す縦断面図である。
【図３】図２の減速装置およびブラシレスモータ近傍の構造の詳細を示す横断面図である。
【図４】従来の電動パワーステアリング装置におけるブラシレスモータ近傍の構造を示す断面図である。
【図５】モータ回転軸の振動、軸間距離、および軸の太さの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ 電動パワーステアリング装置（電動ステアリング装置）
Ｓ ステアリング系
３ ブラシレスモータ（電動機）
３１ 出力軸（回転軸）
３２ 本体部
４ 減速機構
７ レゾルバ（回転検出器）

Claims (3)

1. ステアリング系に減速機構を介してトルクを付与する電動機と、
   運転者の入力に応じて前記電動機を駆動制御する制御手段と、
   前記電動機の回転軸の回転角度を検出する回転検出器とを備えた電動ステアリング装置において、
   前記回転検出器は、前記電動機と前記減速機構との間に配置されていることを特徴とする電動ステアリング装置。
2. 前記電動機はブラシレスモータであり、前記回転検出器はレゾルバであることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
3. 前記回転検出器は、前記電動機の本体部とは離間されて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ステアリング装置。

Images