JP2010012953A - 電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置用電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの出力軸にウォーム軸を一体化した構成を有しながら、ウォームとこれに噛合するウォームホイールとの間の歯打ち音を低減するとともに、電動モータ内の音や振動の増加を抑制し、さらに電動モータのコギングトルクやトルクリップルを抑制することができる電動パワーステアリング装置及びこれに使用する電動モータを提供する。
【解決手段】電動モータ１５の出力軸１６３にウォーム２１を一体に形成してウォーム軸２０とし、このウォーム軸２０を電動モータ１５内で２つの軸受１５２及び１６２で回転自在に支持するとともに、ウォーム軸２０のウォーム側の先端を、電動モータを装着する減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２内に配設した第３の軸受２２ａによって回転自在に支持し、ウォーム軸２０を３つの軸受で３点支持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング系に伝達される操舵トルクを検出して電動モータを駆動制御し、電動モータで発生される操舵補助力をステアリング系にウォーム減速機を介して伝達するようにした電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置用電動モータに関する。

近年、車両の燃費向上や統合制御を行うという要求が高まり、小型車だけではなく、大きな操舵補助推力が必要となる大型車にも電動パワーステアリング装置が採用され始めている。操舵補助力を発生させる電動モータを大出力化するためにはモータ電流を増大させる必要があるが、それに伴い電動モータ及び減速機構が大型化してしまう。
このため、従来、操舵トルクに応じた操舵トルクを発生する直流電動モータと、直流電動モータの出力軸に設けられたウォームシャフトと、ウォームシャフトと噛み合ってステアリング系に直流電動モータで発生する補助トルクを伝達するウォームホイールとを備えて電動パワーステアリング装置において、ウォームシャフトが直流電動モータの出力軸と一体に形成されるとともに、ウォームシャフトにおける出力軸とは反対側を軸受による支持なしの開放端とした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１参照）。

また、上記従来例とは逆に、ウォーム軸を一体化した電動モータの出力軸をウォーム軸及びウォームホイールを収容するユニットハウジングに形成した一対の軸受で回転自在に支持し、電動モータ内での出力軸の回転支持を省略した電動パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−７９９５１号公報 特許第４０２３３５２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、ウォーム軸の先端が軸受で支持されない開放端とされているので、ウォーム軸に形成したウォームをウォームホイールに押し付けるような機構が無ければ、ウォーム及びウォームホイールとの歯打ち音が大きくなる可能性があり、電動パワーステアリング装置としても騒音を発生することになる。また、ウォームホイールからの反力によりウォームが曲げられウォームとウォームホイールが適切な噛み合いができないおそれがある。さらに、電動モータ内の２個の軸受に曲げ力が作用し、音や振動が増加する等の未解決の課題がある。

また、特許文献２に記載の従来例にあっては、ウォーム軸側に一対の軸受を配置するようにしており、電動モータ側には軸受が省略されているので、電動モータのウォーム軸とは反対側が支持されておらず、ロータ及び出力軸が片持ち構造となっており、モータロータが振れ回る可能性が高くなり、結果として電動モータのコギングトルクやトルクリップルが増大し、電動パワーステアリング装置として操舵フィーリングが悪化する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、電動モータの出力軸にウォーム軸を一体化した構成を有しながら、ウォームとこれに噛合するウォームホイールとの間の歯打ち音を低減するとともに、電動モータ内の音や振動の増加を抑制し、さらに電動モータのコギングトルクやトルクリップルを抑制することができる電動パワーステアリング装置及びこれに使用する電動モータ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に係る電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング系に伝達される操舵トルクに応じて操舵補助力を発生する電動モータと、前記ステアリングホイールに伝達される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、該操舵トルクトルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御装置と、前記電動モータで発生する操舵補助力を前記ステアリング系に伝達するウォーム減速機を内装する減速ギヤ機構とを備え、前記ウォーム減速機のウォームと前記電動モータの出力軸とを一体化したウォーム軸を有し、該ウォーム軸が前記電動モータ内と前記減速ギヤ機構内とに配設された第１の軸受、第２の軸受及び第３の軸受の３点で回転自在に支持されていることを特徴としている。

この請求項１に係る発明では、ウォーム軸を一体化した電動モータの出力軸を電動モータ内と減速ギヤ機構内との３つの軸受で回転自在に支持するようにしているので、出力軸の振れ回りを確実に抑制して、ウォーム及びウォームホイール間の歯打ち音の発生や電動モータ内での音及び振動の発生を確実に抑制するとともに、電動モータで発生するコギングトルク及びトルクリップを抑制することができる。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記第１の軸受及び第２の軸受は、前記電動モータ内の前側位置及び後側位置に配設されていることを特徴としている。
この請求項２に係る発明では、電動モータ内で第１及び第２の軸受でウォーム軸を回転自在に支持しているので、電動モータ内での出力軸やロータの振れ回りを抑制してコギングトルク及びトルクリップルを抑制することができる。

さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記第３の軸受は、前記減速ギヤ機構に配設されて前記ウォーム軸のウォーム側の先端を回転自在に支持することを特徴としている。
この第３の発明では、減速ギヤ機構にウォーム軸のウォーム側の先端を支持する第３の軸受を設けたので、減速ギヤ機構内でウォーム軸が振れ回ることを確実に抑制することができる。

さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記第２の軸受は、内輪の内周面及び外輪の外周面の少なくとも一方に弾性体を設けたことを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、電動モータ内でウォーム軸のウォームとは反対側を支持する第２の軸受の内輪及び外輪の少なくとも一方に配設した弾性部材によって、ラジアル方向移動を許容することができ、３点支持でありながら軸芯調整が容易となる。すなわち、ウォーム軸を３点支持する場合には、軸受がけんかして作動トルクが大きくなるが、弾性部材を配設することによってウォーム軸を直線状に位置決めすることができるので、電動パワーステアリング装置の作動トルクを抑えることができる。

なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項４に係る発明において、前記弾性部材はＯリングであることを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、弾性部材としてＯリングを適用するので、第２の軸受の内輪と出力軸との間及び外輪とフレームとの間の少なくとも一方への装着が容易となる。しかも、第２の軸受が弾性部材を介して支持されるので、フレッチングが起こりにくくなる。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記第１の軸受及び前記第３の軸受の少なくとも１つに軸方向予圧機構を備えたことを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、ウォーム両端を支持している軸受に予圧を掛けることができるので、軸受のガタがなくなり、ステアリングホイールを反転させたときに発生する反転音を確実に抑制することができる。また、剛性を強くすることが可能となる。

さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至６の何れか１つに係る発明において、前記第２の軸受に軸方向予圧機構を設けたことを特徴としている。
この請求項７に係る発明では、電動モータ内に内装している第２の軸受の軸方向ガタをなくすことができるので、電動モータの音・振動を抑制することができ、電動パワーステアリング装置としても音・振動を抑制することができる。

さらにまた、請求項８に係る電動パワーステアリング装置は、請求項７に係る発明において、前記軸方向予圧機構はウェーブワッシャで構成されていることを特徴としている。
この請求項８に係る発明では、ウェーブワッシャを用いることにより、予圧機構を簡易な構成とすることができる。
なおさらに、請求項９に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至８の何れか１つに係る発明において、前記第１の軸受、第２の軸受及び第３の軸受の何れか１つの内輪両側面と前記ウォーム軸との間又は前記第１の軸受、第２の軸受及び第３の軸受のうち互いに対向する軸受の内側と前記ウォーム軸との間に軸方向弾性体が配設されていることを特徴としている。

この請求項９に係る発明では、軸方向移動を許容する軸方向弾性体が配設されているので、軸方向ガタを抑制するとともに、ステアリングホイールを反転させたときに生じる反転音及び路面からの高周波外力による歯打ち音を抑制するとこができる。
また、請求項１０に係る電動パワーステアリング装置用電動モータは、有底フレームと該有底フレームの開放端を閉塞するフランジとを有し、前記有底フレームの底部及び前記フランジに出力軸を回転自在に支持する第１及び第２の軸受を配設し、前記出力軸の前記フランジより突出する突出部にウォームを一体形成し、該ウォームの先端側に第３の軸受で支持される支持部を形成したことを特徴としている。

この請求項１０に係る発明では、電動モータ単体で組付け状態となっているため、ウォーム軸が一体となっていながら電動モータの性能測定が可能である。また、減速ギヤ機構との組立てが容易であり、ウォーム軸を一体形成しているので、電動パワーステアリング装置として小型化が可能である。
さらに、請求項１１に係る電動パワーステアリング装置用電動モータは、請求項１０に係る発明において、前記有底フレームとフランジとで囲まれる空間内にロータの回転角を検出する回転角検出器が配設されていることを特徴としている。
この請求項１１に係る発明では、ロータの回転角を検出する回転角検出器がモータ内部に配設されているので、別途シールを用意することなく、減速ギヤ機構内のギヤ部のグリースなどにさらされることを防ぐことが可能となる。

本発明によれば、操舵補助力を発生する電動モータの出力軸に減速ギヤ機構のウォームを一体形成してウォーム軸を形成し、このウォーム軸を電動モータ内及び減速ギヤ機構内で３点支持するので、ウォームを形成した軸と電動モータの出力軸とを別個に回転自在に支持する場合に比較して軸受点数を減少させることができ、ウォーム軸の軸方向長さを減少させることができる。このため、電動モータを減速ギヤ機構に装着する場合に、電動モータの外部への突出長さを短くして電動パワーステアリング装置全体の構成を小型化することができる。

また、ウォーム軸が３点支持されているので、ウォーム軸の曲がりによる振れ回りを抑制することができ、ウォーム及びウォームホイールの噛み合いを適正にすることができるとともに、電動モータ内でのウォーム軸及びこれに装着されるロータの振れ回りを抑制して、ウォーム及びウォームホイール間で発生する歯打ち音を低減することができるとともに、電動モータ内での音及び振動の発生を抑制し、さらに電動モータのコギングトルク及びトルクリップルを抑制することができるという効果が得られる。

また、出力軸にウォームを一体形成し、有底フレーム内で第１及び第２の軸受で回転自在に支持し、出力軸のウォーム側の先端に第３の軸受で回転自在に支持する支持部を形成したので、ウォームをウォームホイールに噛合させながらウォーム側の先端を減速ギヤ機構に設けた第３の軸受に支持させることにより、電動モータの減速ギヤ機構への装着を容易に行うことができるという効果が得られる。

さらに、第２の軸受の内輪の内周面及び外輪の外周面に弾性体を配設することにより、ウォーム軸を３点支持でありながら直線状に容易に位置決めすることができるので、電動パワーステアリング装置の作動トルクを抑制することができる。
さらにまた、第１乃至第３の軸受とウォーム軸との間に軸方向弾性体を設けることにより、高周波外力による減速ギヤ機構での歯打ち音を低減させることができる。

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右ハンドル車に適用した場合の一例を示す斜視図、図２は図１の右側面図、図３は図２のＡ−Ａ線上の断面図、図４は減速ギヤボックスの図２のＡ−Ａ線上の断面図、図５は電動モータの図２のＡ−Ａ線上の断面図である。
図１及び図２において、１０はコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置であり、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２を回転自在に内装するステアリングコラム１３に、減速ギヤ機構としての減速ギヤボックス１４が連結され、この減速ギヤボックス１４に、軸方向がステアリングコラム１３の軸方向と直交する方向に延長されたブラシレスモータで構成される電動モータ１５が装着されている。

ここで、ステアリングコラム１３は、減速ギヤボックス１４との連結部にコラプス時の衝撃エネルギを吸収して所定のコラプスストロークを確保する内管１３ａ及び外管１３ｂの２重管構造となっている。そして、ステアリングコラム１３の外管１３ｂ及び減速ギヤボックス１４がアッパ取付ブラケット１６及びロア取付ブラケット１７によって車体側に取付けられている。

ロア取付ブラケット１７は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部１７ａと、この取付板部１７ａの下面に所定間隔を保って平行に延長する一対の支持板部１７ｂとで形成されている。そして、支持板部１７ｂの先端が、図１に示すように、減速ギヤボックス１４の下端側即ち車体前方側に一体形成された支持部１４ａに枢軸１７ｃを介して回動自在に連結されている。

また、アッパ取付ブラケット１６は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部１６ａと、この取付板部１６ａに一体に形成された方形枠状支持部１６ｂと、この方形枠状支持部１６ｂに形成されたステアリングコラム１３の外管１３ｂを支持するチルト機構１６ｃとを備えている。
ここで、取付板部１６ａは、車体側部材（図示せず）に取付けられる左右一対のカプセル１６ｄと、これらカプセル１６ｄに樹脂インジェクション１６ｅによって固定された摺動板部１６ｆとで構成され、衝突時にステアリングコラム１３を車体前方に移動させる衝撃力が作用したときに、カプセル１６ｄに対して摺動板部１６ｆが車体前方に摺動して樹脂インジェクション１６ｅが剪断され、その剪断荷重がコラプス開始荷重となるように構成されている。

また、チルト機構１６ｃはチルトレバー１６ｇを回動させて支持状態を解除することにより、ステアリングコラム１３をロア取付ブラケット１７の枢軸１７ｃを中心として上下にチルト位置調整可能とされている。
さらに、ステアリングシャフト１２は、図２に示すように、上端がステアリングホイール１１に連結される入力軸１２ａと、この入力軸１２ａの下端にトーションバー（図示せず）を介して連結された出力軸１２ｂとで構成されている。

さらにまた、減速ギヤボックス１４は、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを例えばダイキャスト成型することにより形成されている。この減速ギヤボックス１４は、電動モータ１５の出力軸１６３と一体化されたウォーム２１を収納するウォーム収納部２２と、このウォーム収納部２２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム２１に噛合するウォームホイール２３を収納する円筒状部としてのウォームホイール収納部２４と、このウォームホイール収納部２４の後方側に一体に同軸的に連結されたトルクセンサ２５（図２参照）を収納するトルクセンサ収納部２６と、ウォーム収納部２２の開放端面におけるウォームホイール収納部２４の円筒面の接線方向に形成された電動モータ１５を取付けるモータ装着部２７と、ウォーム収納部２２とウォームホイール収納部２４の一部に跨がってウォームホイール収納部２４及びトルクセンサ収納部２６の中心軸線と直交する平面内に形成された制御装置としての制御ユニット（ＥＣＵ）２９を装着する制御ユニット装着部３０とを備えている。ここで、制御ユニット装着部３０は制御ユニット２９との密着性を高めるために平面状に切削加工されている。そして、減速ギヤボックス１４が、ステアリングコラム１３に固定されている。

また、電動モータ１５は、図３及び図５に示すように、前端を開放した有底円筒状のフレーム１５０と、このフレーム１５０の前端を覆い減速ギヤボックス１４に装着されるフランジとしての連結部１６０とを備えている。
フレーム１５０の内周面には、３相コイルを巻装したモータステータ１５１が固定されている。また、フレーム１５０の底部中央位置には、後述する出力軸１６３を回転自在に支持する第２の軸受としての後側転がり軸受１５２を収容する軸受収納部１５３が形成されている。後側転がり軸受１５２の外輪１５４には、外周面における軸方向中央部にＯリング収納溝１５５が形成され、このＯリング収納溝１５５内に弾性部材としてのＯリング１５６が配設され、このＯリング１５６が軸受収納部１５３の内周面に係合することにより、出力軸１６３の軸直角方向の移動を許容して、後述するウォーム軸２０の軸芯ずれを吸収して、軸受のトルクの増加を防ぐことができる。電動パワーステアリング装置１０全体の作動トルクの増加を抑制することができる。また、ウォーム軸２０の電動モータ１５内での振れ回りを抑制することができる。

また、後側転がり軸受１５２と軸受収納部１５３の底面との間に後側転がり軸受１５２を介してウォーム軸２０を軸方向に連結部１６０側に押圧する軸方向弾性部材としてのウェーブワッシャ１５７が配設されている。
また、連結部１６０には、モータ装着部２７にインロー結合される円筒上のインロー部１６１が突出形成され、このインロー部１６１内に第１の軸受としての前側転がり軸受１６２が配設されている。この前側転がり軸受１６２及び前述した後側転がり軸受１５２によって出力軸１６３が回転自在に支持されている。

この出力軸１６３には、モータステータ１５１に対向する位置に固定された表面側に永久磁石１６４を形成した表面磁石型のモータロータ１６５が固定されている。なお、１６５ａは永久磁石１６４の飛散を防止するための磁石カバーである。
また、連結部１６０のインロー部１６１とは反対側に内方に突出延長する円筒支持部１６６が形成され、この円筒支持部１６６にロータ回転角を検出するロータ回転角検出器としてのレゾルバ１６７が配設されている。このレゾルバ１６７は円筒支持部１６６の内周面に固定されたレゾルバステータ１６８と、このレゾルバステータ１６８と対向する出力軸１６３に固定されたレゾルバロータ１６９とで構成されている。

このレゾルバ１６７は、連結部１６０とフレーム１５０に囲まれた空間（電動モータ内部）に配置されているので、ウォームギヤ部のグリースにさらされることがない。また、別途シールのための部材も必要としない。
レゾルバステータ１６８は、外部の信号処理回路から正弦波の励磁信号ｆ（ｔ）＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）が入力されると、ロータの回転角θに応じた正弦波及び余弦波のレゾルバ信号Ｙｓ（＝ｋ・ｓｉｎ（θ）・ｆ（ｔ））及びＹｃ（＝ｋ・ｓｉｎ（θ）・ｆ（ｔ））を出力する。

このため、これら励磁信号ｆ（ｔ）及びレゾルバ信号Ｙｓ，Ｙｃを入出力するための夫々１対の励磁信号入力端子とレゾルバ信号出力端子とでなるレゾルバ端子も直接制御ユニット２９に接続されている。
ここで、フレーム１５０には、図１に示すように、開放端側における外周面の１８０度離間した位置にフランジ部１５８が形成されている。
また、電動モータ１５のモータステータ１５１に巻回された三相コイルの末端に接続する駆動電流供給用の電気的接点としてのモータ端子が直接制御ユニット２９に接続されている。

また、電動モータ１５の出力軸１６３は、図３に示すように、前述したウォーム２１が一体に形成されてウォーム軸２０とされ、このウォーム軸２０のウォーム２１側の先端が減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２の底部に配設された第３の軸受としての転がり軸受２２ａによって回転自在に支持されている。結局、出力軸１６３及びウォーム２１を一体に形成したウォーム軸２０は、３個の転がり軸受１５２、１６２及び２２ａによって３点支持されている。このため、出力軸１６３とウォーム２１とを分離した場合には、夫々について２個ずつ計４個の軸受を必要とするとともに、出力軸１６３とウォーム２１とを連結するカップリングを必要とするので、軸受１個分の距離を短くすることができるとともに、出力軸１６３とウォーム２１とを連結するカップリング部を省略でき、この分の長さも短縮することができる。

また、制御ユニット２９は、図示しないが、パワーモジュール基板、制御基板、コンデンサ、リレー等の電気回路素子が内装され、トルクセンサから入力される操舵トルク及び車速に基づいて電動モータ１５を駆動制御する３相駆動電流を電動モータ１５に出力する。なお、制御ユニット２９には図示しないが外部の電源に接続される電源端子及び車体側の制御装置（ＥＣＵ）と例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信によって接続するＥＣＵ接続端子とが配設されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、電動パワーステアリング装置１０を組立てるには、図４に示す減速ギヤボックス１４と、図５に示す電動モータ１５とが分離されている状態で、減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２の底部に第３の軸受となる転がり軸受２２ａを装着する。
この状態で、図５に示す電動モータ１５のウォーム軸２０をウォーム２１側の先端に形成した軸受支持部２０ａ側から減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２に挿通する。そして、軸受支持部２０ａを転がり軸受２２ａの内輪に挿入させるとともに、ウォーム２１をウォームホイール２３に噛合させ、且つインロー部１６１をモータ装着部２７に形成したインロー孔部２７ａにインロー結合させることにより、電動モータ１５を減速ギヤボックス１４に装着し、ボルト締め等の固着手段で固定する。

その後、又はその前に減速ギヤボックス１４の制御ユニット装着部３０に制御ユニット２９を装着し、制御ユニット２９と電動モータ１５の３相巻線に接続された駆動電流供給端子及びレゾルバ１６７の外部接続端子とを電気的に接続する。
このように、電動モータ１５を減速ギヤボックス１４のモータ装着部２７にその端面と直交する方向から装着するだけで、ウォーム２１とウォームホイール２３とを噛合させることができるとともに、電動モータ１５の駆動電流供給用端子及びレゾルバ１５ｊの外部接続端子を制御ユニット２９に接続することができ、これらの接続工数を削減することができる。

そして、電動モータ１５としてブラシレスモータを適用しているので、軸方向長さをブラシ付きモータに比較して短くすることができるとともに、ブラシの接触抵抗による損失が無く、モータ通電のためのワイヤハーネスを省略したことと相俟って、どちらか一方の低損失の手法のみでは成し得ない高出力効率を実現する電動パワーステアリング装置を提供することができる。

しかも、ブラシレスモータのフレーム１５０の外径Ｄをφ７０ｍｍ〜１００ｍｍに設定することにより、モータステータ１５１とモータロータ１６５によって必要とする十分なトルクを得ることができるとともに、ステアリングシャフト１２の中心軸からフレーム１５０の最遠部までの距離を十分に小さくすることができる。このため、電動パワーステアリング装置１０を小型化することができるとともに、車両に装着する際のレイアウトの自由度を向上させることができる。

さらに、電動モータ１５の出力軸１６３にウォーム２１を一体に形成したので、両者間を接続するカップリングを省略することができるとともに、回転自在に支持する軸受数を３個に減少させることができるので、電動モータ１５を減速ギヤボックス１４のウォーム収納部２２に接近させて装着することができ、この分電動モータ１５のフレーム１５０の底部側の突出長を短くすることができる。

しかも、第２の軸受としての後側転がり軸受１５４と、フレーム１５０に形成した軸受収納部１５３の底部との間に予圧機構としてのウェーブワッシャ１５７を配設したので、このウェーブワッシャ１５７によって、後側転がり軸受１５２を介してウォーム軸２０を第３の軸受としての転がり軸受１６２側に予圧することができ、これら軸受１５２及び１６２の内部すきまがなくなり、モータの音振動を抑制することができる。よって、電動パワーステアリング装置１０としても音振動を抑制することができ、特に音振動の要求厳しいコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に有用である。

また、ウォーム軸２０が３つの転がり軸受１５２、１６２及び２２ａで３点支持されており、電動モータ１５内では第１及び第２の軸受としての前側転がり軸受１６２及び後側転がり軸受１５２とでウォーム軸２０を回転自在に支持しているので、電動モータ１５内でウォーム軸２０すなわち出力軸１６３が振れ回ることを抑制することができ、モータロータ１６５の磁気アンバランス振動力のダンピング効果もあるため、ラジアル振動を低減し、音・振動を低減することが可能となり、特に音振動の要求が厳しいコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置１０で有用である。
また、ウォーム収納部２２側でも、ウォーム軸２０が転がり軸受２２ａ及び１６２で回転自在に支持されているので、モータ駆動による動力伝達時にウォームがウォームホイールからの反力を受けて、このウォーム２１が曲がることを確実に防止することができる。

さらに、ウォーム軸２０を転がり軸受２２ａ、１５２及び１６２によって３点支持する際に、第２の軸受となる後側転がり軸受１５２の外周面と軸受収納部１５３との間に弾性部材としてのＯリング１５６が配設されているので、後側転がり軸受１５２が軸直角方向の移動が許容されることにより、ウォーム軸２０を転がり軸受２２ａ、１５２及び１６２で支持する際に、軸芯を直線上に位置決めすることができ、ウォーム軸２０が軸芯ずれ状態で、各転がり軸受２２ａ、１５２及び１６２に支持される場合のように軸受のトルクが増加し、電動パワーステアリング装置１０としての作動トルクが増大するが、Ｏリング１５６を使用することにより、後側転がり軸受１５２の芯ずれを吸収して軸受の作動トルクの増加を抑制することができ、電動パワーステアリング装置１０の作動トルクの増加を抑制することができる。

また、減速ギヤボックス１４と電動モータ１５とを分離することが可能であるので、電動モータ１５の性能測定が可能となり、電動パワーステアリング装置１０の組立ても容易となる。
なお、組立て時にウォーム軸２０とウォームホイール２３との隙間測定や調整を行なうことがあるが、ウォーム２１とモータ出力軸１６３とが一体構造となってウォーム軸２０が形成され、このウォーム軸２０にレゾルバ１６７が直接取付けられているので、測定時にウォームホイール２３にエンコーダなどの角度検出器を取付けることにより、電動モータ１５を回しながらウォーム軸２０とウォームホイール２３のガタ・すきま測定や調整を行なうことが可能となる。これは、ウォーム軸２０と電動モータ１５の出力軸１６３とが一体構造となっているため、連結するためのカップリング等によるガタがないので、可能となる。

また、上記のように電動モータ１５の第１の軸受がモータフランジ端面よりウォーム２１側に突出するインロー部１６１に配置されているので、減速ギヤボックス１４と電動モータ１５との間を短くすることができ、ウォーム軸２０の軸長を短くすることが可能となる。よって電動パワーステアリング装置として小型化が可能となる。
そして、上記構成を有する電動パワーステアリング装置１０の車両への搭載が完了すると、アッパ取付ブラケット１６のチルトレバー１６ｇを回動させることにより、チルトロック状態を解除し、この状態でステアリングコラム１３をロア取付ブラケット１７の枢軸１７ｃを中心として回動させることにより、チルト位置を調整することができる。

そして、車両の図示しないイグニッションスイッチをオン状態としてパワー基板２０ｃ及び制御基板にバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行されて、トルクセンサ及び図示しない車速センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワー基板のゲート駆動回路に供給してインバータ回路を制御することにより、電動モータ１５に三相交流駆動電流が流れて電動モータ１５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。

このため、電動モータ１５からステアリングホイール１１の操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム２１及びウォームホイール２３を介してステアリングシャフト１２の出力軸１２ｃに伝達されることにより、ステアリングホイール１１を軽い操舵力で操舵することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、弾性部材としてＯリング１５６を適用し、このＯリングを外輪に装着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、Ｏリング１５６を内輪とウォーム軸２０との間に装着するようにしてもよく、Ｏリング１５６に代えて合成樹脂製のスペーサなどの弾性部材を適用することができる。

また、上記第１の実施形態においては、軸受として転がり軸受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、すべり軸受や他の任意の軸受を適用することができる。
さらに、上記第１の実施形態においては、軸方向弾性部材としてウェーブワッシャ１５７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、皿ばね等のバネ要素や他の弾性部材を適用することができる。

また、上記第１の実施形態においては、減速ギヤボックス１４に電動モータ１５とは反対側に突出するように制御ユニット２９を装着する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、制御ユニット２９の減速ギヤボックス１４の任意の位置に装着するようにしてもよく、さらには、電動モータ１５に装着したり、減速ギヤボックス１４から離れた位置の車両側に装着するようにしたりしても良い。

次に、本発明の第２の実施形態を図６について説明する。
この第２の実施形態では、前述した第１の軸受及び第３の軸受の内側とウォーム軸２０との間に軸方向弾性部材を介装するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図６に示すように、ウォーム軸２０の転がり軸受１６２及び２２ａの内側に所定間隔を保って対向するフランジ部１７０及び１７１が装着され、これらフランジ部１７０及び１７１と転がり軸受２２ａ及び１６２の内輪との間に円筒状の軸方向弾性部材としてのゴムダンパ１７３及び１７４がそれぞれスペーサ１７５を介して介装されていることを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図３との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

この第２の実施形態によると、第１及び第３の軸受としての転がり軸受１６２及び２２ａのウォーム２１側とウォーム軸２０との間にゴムダンパ１７３及び１７４がそれぞれ介装されているので、路面からの高周波数の外力がステアリングシャフト１２を介し、ウォームホイール２３を介して、ウォーム軸２０に伝達されたときに、モータロータ１６５が回転することなく、ウォーム軸２０が軸方向に移動できるため、電動モータ１５のロータイナーシャの慣性力による歯打ち音（ラトル音）を低減することができる。

また、第１の軸受としての転がり軸受１６２及び第３の軸受としての転がり軸受２２ａのウォーム２１側とウォーム軸２０との間にそれぞれゴムダンパ１７３及び１７４が設けられているので、ウォーム軸２０の軸方向ガタが少なく、ステアリングホイール１１を反転させたときに生じる反転音を抑制することが可能となり、特に、音振動の要求が厳しいコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置１０に有用である。

なお、上記第２の実施形態では、転がり軸受２２ａ及び１６２のウォーム２１側にそれぞれゴムダンパ１７３及び１７４を設け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、第１の軸受としての転がり軸受１６２及び第３の軸受としての転がり軸受２２ａのウォーム２１とは反対側とウォーム軸２０との間にゴムダンパ１７３及び１７４を設けるようにしても、上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記第２の実施形態では、軸方向弾性体としてゴムダンパ１７３及び１７４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、コイルばねなどのバネ部材を適用したり、他の弾性部材を適用したりすることができる。

次に、本発明の第３の実施形態を図７について説明する。
この第３の実施形態では、第１の軸受の軸方向の両端とウォーム軸との間に軸方向弾性部材を配設するようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態では、前述した第２の実施形態におけるゴムダンパ１７３を省略し、これに代えて第１の軸受としての転がり軸受１６２のウォーム２１とは反対側とウォーム軸２０に装着したフランジ部１８０との間に円筒状のゴムダンパ１８１をそれぞれスペーサ１８２を介して配設したことを除いては前述した第２の実施形態と同様の構成を有し、図６との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

この第３の実施形態によると、第２の軸受としての転がり軸受１６２の軸方向の両端とウォーム軸２０との間にゴムダンパ１７４及び１８１を設けたので、路面からの高周波数の外力がステアリングシャフト１２を介し、ウォームホイール２３を介して、ウォーム軸２０に伝達されたときに、モータロータ１６５が回転することなく、ウォーム軸２０が軸方向に移動できるため、電動モータ１５のロータイナーシャの慣性力による歯打ち音（ラトル音）を低減することができる。

また、第１の軸受としての転がり軸受１６２の軸方向両側とウォーム軸２０との間にそれぞれゴムダンパ１７４及び１８１が設けられているので、ウォーム軸２０の軸方向ガタが少なく、ステアリングホイール１１を反転させたときに生じる反転音を抑制することが可能となり、特に、音振動の要求が厳しいコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置１０に有用である。
この第３の実施形態では、第１の軸受１５２を４点接触玉軸受で構成すると、軸受内部隙間が小さくなり、反転音を抑制する効果を更に高めることができる。

次に、本発明の第４の実施形態を図８について説明する。
この第４の実施形態では、第２の軸受としての後側転がり軸受１５２を予圧する場合に代えて第３の軸受としての転がり軸受２２ａに予圧機構を設けたものである。
すなわち、第４の実施形態では、図８に示すように、第３の軸受としての転がり軸受２２ａの外輪側にウォーム収納部２２の開放された底部に予圧部材１９０を螺合させ、この予圧部材１９０によって転がり軸受２２ａの外輪をウォーム２１側に押圧して軸方向に予圧を与えるようにしている。

この第４の実施形態では、転がり軸受２２ａの外輪をウォーム２１側に押圧して予圧を与えるので、ウォーム２１の両端を支持している転がり軸受２２ａ及び１６２の軸方向ガタがなくなるため、ステアリングホイール１１の反転時の反転音を抑制することが可能となる。
この第４の実施形態において、予圧機構としては、予圧部材１９０に限らず、転がり軸受２２ａに対して軸方向に予圧を与えることができる構成であれば、任意の予圧機構を適用することができる。例えばばね部材などで予圧をかける構成としてもよい。
なお、上記各実施形態においては、連結部１６０が円板状である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、扁平な円筒部とその開放端面を閉塞する円板部とでカップ状に形成するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、電動モータ１５として、表面磁石型のモータロータ１６５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、磁石埋め込み型（ＩＰＭ）のブラシレスモータや、誘導モータなど、他の形式のブラシレスモータを適用することができる。
さらに、上記各実施形態においては、第１の軸受としての前側転がり軸受１６２を電動モータ１５側に設け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、ウォーム収納部２２側に配設するようにしてもよい。

本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１の右側面図である。 図２のＡ−Ａ線上の断面図である。 減速ギヤボックスの図２のＡ−Ａ線状の縦断面図である。 電動モータの図２のＡ−Ａ線上の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す図３と同様の断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す図３と同様の断面図である。 本発明の予圧機構の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…ステアリングコラム、１４…減速ギヤボックス、１５…電動モータ、２２ａ…転がり軸受（第３の軸受）、１５０…フレーム、１５１…モータステータ、１５２後側転がり軸受（第２の軸受）、１５３…軸受収納部、１５４…外輪、１５５…Ｏリング収納溝、１５６…Ｏリング、１５７…ウェーブワッシャ、１６０…連結部、１６１…インロー部、１６２…前側転がり軸受（第１の軸受）、１６３…出力軸、１６４…永久磁石、１６５…モータロータ、１６６…円筒支持部、１６７…レゾルバ、１６８…レゾルバステータ、１６９…レゾルバロータ、１７３，１７４，１８１…ゴムダンパ、１９０…予圧機構

Claims (11)

1. 車両のステアリング系に伝達される操舵トルクに応じて操舵補助力を発生する電動モータと、前記ステアリングホイールに伝達される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、該操舵トルクトルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御装置と、前記電動モータで発生する操舵補助力を前記ステアリング系に伝達するウォーム減速機を内装する減速ギヤ機構とを備え、
   前記ウォーム減速機のウォームと前記電動モータの出力軸とを一体化したウォーム軸を有し、該ウォーム軸が前記電動モータ内と前記減速ギヤ機構内とに配設された第１の軸受、第２の軸受及び第３の軸受の３点で回転自在に支持されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１の軸受及び第２の軸受は、前記電動モータ内の前側位置及び後側位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記第３の軸受は、前記減速ギヤ機構に配設されて前記ウォーム軸のウォーム側の先端を回転自在に支持することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記第２の軸受は、内輪の内周面及び外輪の外周面の少なくとも一方に弾性体を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記弾性部材はＯリングであることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記第１の軸受及び前記第３の軸受の少なくとも１つに軸方向予圧機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記第２の軸受に軸方向予圧機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記軸方向予圧機構はウェーブワッシャで構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記第１の軸受、第２の軸受及び第３の軸受の何れか１つの内輪両側面と前記ウォーム軸との間又は前記第１の軸受、第２の軸受及び第３の軸受のうち互いに対向する軸受の内側と前記ウォーム軸との間に軸方向弾性体が配設されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 有底フレームと該有底フレームの開放端を閉塞するフランジとを有し、前記有底フレームの底部及び前記フランジに出力軸を回転自在に支持する第１及び第２の軸受を配設し、前記出力軸の前記フランジより突出する突出部にウォームを一体形成し、該ウォームの先端側に第３の軸受で支持される支持部を形成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置用電動モータ。
11. 前記有底フレームとフランジとで囲まれる空間内にロータの回転角を検出する回転角検出器が配設されていることを特徴とする請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置用電動モータ。

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