(57)【要約】【課題】電動パワーステアリング装置に外部から入力があったときのモータのトルクリップルの増大を抑える。【解決手段】軸継手５８は、ウォームとモータの間に介在し、モータ側に設けられた第１伝達部材６０と、ウォーム側に設けられた第２伝達部材６２とを有する。径方向において、第１伝達部材６０の小径円筒部７０と第２伝達部材６２の大径円筒部７８に挟まれた領域に径方向中間部材８４が配置される。径方向中間部材８４は、弾性材料により構成され、周方向に凸部が間隔をあけて配列される。凸部が高剛性部８６、凸部の間の凹部が低剛性部８８である。トルクのピークが生じる位置に略対応して低剛性部８８が配置される。ウォームからモータのロータを偏心させる力が入力されるとき、低剛性部８８により偏心力が伝わりにくくなり、ロータの偏心が抑えられ、トルクリップルの増大が抑えられる。【選択図】図４
2018008545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動パワーステアリング装置であって、
ステアリングシャフトに固定されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールと噛み合うウォームと、
前記ウォームを回転駆動するモータであって、磁極となる周方向に配列されたティースを有し、回転磁界を発生させるステータと、永久磁石が周方向に沿って配列され、前記ステータにより発生する回転磁界と前記永久磁石が相互作用して回転するロータとを有する分数スロットモータと、
前記ウォームと前記モータの間に介在する軸継手であって、前記モータ側に設けられ、前記ロータと一体となって回転し、第１円筒面を有する第１伝達部材と、前記ウォーム側に設けられ、前記第１円筒面に径方向において対向する第２円筒面を有する第２伝達部材と、前記第１円筒面と前記第２円筒面の間に配置され、周方向に高剛性部と低剛性部が交互に配列された径方向中間部材とを有する軸継手と、
を含み、
前記径方向中間部材の前記高剛性部は、全周を前記ティースの数と前記永久磁石の数の最小公倍数で割った角度間隔で配列され、さらに、各前記永久磁石の周方向中心位置に対応した位置に一部の前記高剛性部が位置する、
電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に関し、特にその構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリング装置において、運転者の操舵力をモータのトルクにより補助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、下記特許文献１）。下記特許文献１に示された装置において、ステアリングシャフト（３）上にウォームホイール（２５）が設けられ、ウォームホイール（２５）と噛み合うウォーム（２６）をモータ（２１）で駆動することによって操舵力の補助が行われる。ウォーム（２６）とウォームホイール（２５）の間のがたであるバックラッシュを詰めるために、ウォーム（２６）はウォームホイール（２５）に向けて付勢されている。このとき、モータ（２１）の軸線とウォーム（２６）の軸線が傾き、この傾きを許容するため、モータ軸（２１ａ）とウォーム（２６）の間に軸継手（４７）が設けられている。軸継手（４７）は、弾性体（４６）を有し、この弾性体によってモータ軸（２１ａ）とウォーム（２６）の傾きが許容されている。なお、（  ）内の符号は、下記特許文献１で用いられたものであり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１００１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動パワーステアリング装置のモータ軸に外部からの入力があると、ロータに偏心が生じ、モータのトルクリップルが大きくなる場合がある。例えば、操舵車輪から入力があると、入力がウォームホイールを介してウォームに伝わる。この力がモータ軸に伝わると、ロータに偏心が生じ、モータのトルクリップルが大きくなる。
【０００５】
本発明は、電動パワーステアリング装置において、操舵車輪から入力があったときのモータのトルクリップルを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに固定されたウォームホイールと、ウォームホイールと噛み合うウォームと、ウォームを回転駆動するモータと、ウォームとモータの間に介在する軸継手と含む。モータは、スロット数（ティースの数）と永久磁石の数が異なる分数スロットモータである。また、モータは、磁極となる周方向に配列されたティースを有し、回転磁界を発生させるステータと、永久磁石が周方向に沿って配列され、ステータにより発生する回転磁界と永久磁石が相互作用して回転するロータとを有する。軸継手は、モータ側に設けられて第１円筒面を有する第１伝達部材と、ウォーム側に設けられて第１円筒面に径方向において対向する第２円筒面を有する第２伝達部材と、第１円筒面と第２円筒面の間に配置され、周方向に高剛性部と低剛性部が交互に配列された径方向中間部材とを有する。第１伝達部材はモータのロータと一体なって回転する。径方向中間部材の高剛性部は、全周をティースの数と永久磁石の数の最小公倍数で割った角度間隔で配列され、さらに、各永久磁石の周方向中心位置に対応した位置に一部の高剛性部が位置する。
【０００７】
分数スロットモータにおいては、全周をスロットの数と永久磁石の数の最小公倍数で割った値の２倍の周期のトルクリップルが生じる。例えば、スロットの数が１２、永久磁石の数が１０の場合、１２°周期のトルクリップルが発生する。この場合、トルクの節が６°周期で現れ、節の間、つまり腹の位置でトルクがピークを有する。また、周方向において、いずれかの永久磁石の中心がティースの中心に一致するときトルクの節となる。ある永久磁石の中心がティースの中心に一致するときのロータ回転角を０°とすると、ロータが６°回転するごとにトルクリップルの節が現れる。
【０００８】
ロータが偏心すると、一部のトルクのピーク値がより大きくなり、トルクリップルが大きくなる。トルクのピークの位置、つまりトルクの腹の位置において、ロータの偏心を抑えるようにすれば、トルクの振幅が小さくなり、トルクリップルが抑えられる。径方向中間部材の高剛性部は、トルクリップルの節に対応する位置に配置され、その間に低剛性部が配置される。低剛性部を介してロータを偏心させようとする力が作用するときには、ウォームからロータへの力が伝わりにくくなるため、トルクの振幅が小さくなる。
【発明の効果】
【０００９】
径方向中間部材の低剛性部が、トルクのピークが現れる位置に配置されることにより、ウォームからロータに伝わる力が小さくなり、ロータの偏心量が抑えられ、トルクリップルの増大が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】アシストユニットの概略構成を示す断面図である。
【図３】アシストユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図４】軸継手の構成を示す分解斜視図である。
【図５】組み立てられた軸継手を軸直交面で破断して示す斜視図である。
【図６】モータの軸直交断面図である。
【図７】軸継手の軸直交断面図である。
【図８】トルクリップルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、電動パワーステアリング装置１０の概略構成を示す模式図である。ステアリングホイール１２はステアリングシャフト１４を介してステアリングギア１６に接続される。ステアリングギア１６は、タイロッド１８を介して操舵車輪２０に接続されている。ステアリングホイール１２が操作されると、タイロッド１８が進退し、操舵車輪２０の向きが変わる。ステアリングシャフト１４には、操舵力を補助するアシストユニット２２が設けられている。アシストユニット２２は、モータ２４とモータ２４の駆動力をステアリングシャフト１４に伝達するウォームギア２６を含む。ウォームギア２６は、ステアリングシャフト１４に固定されたウォームホイール２８と、モータ２４の出力軸と結合され、ウォームホイール２８と噛み合うウォーム３０を含む。
【００１２】
図２および図３は、アシストユニット２２の概略構成を示す図であり、図２は断面図、図３は要部の斜視図である。ウォームホイール２８とウォーム３０はケース３２内に収容されており、モータ２４はケース３２に設けられた開口３４に一部が嵌め込まれて固定されている。ウォーム３０は、ウォームホイール２８との噛み合い位置を挟むようにして配置された２個の軸受３６，３８に支持されている。２個の軸受３６，３８の内、モータ２４側（図中の右側）の軸受を第１軸受３６、他方を第２軸受３８と記す。第１軸受３６は、ケース３２に設けられた第１軸受収容部４０内に配置されている。第２軸受３８は、ケース３２に設けられた第２軸受収容部４２内に配置されている。第２軸受３８の外径と第２軸受収容部４２の内径には隙間が形成されており、この隙間に付勢部材４４が挿入されている。付勢部材４４は、第２軸受３８を図中において下向きに付勢しており、これによりウォーム３０がその左端においてウォームホイール２８に向けて付勢されている。この付勢により、ウォーム３０とウォームホイール２８の歯は両歯面で接触し、がたが詰められている。がたが詰められていることにより、ウォームの回転の向きが反転したときにも、直ちに、つまりがた区間なく操舵力の補助を行うことができる。
【００１３】
モータ２４は、略円柱形状のロータ４６と、ロータ４６を取り囲むように配置される略円筒形状のステータ４８を有する。ロータ４６の外周には、１０個の永久磁石５０が周方向に配列されており、ステータ４８の円筒内周面には、それぞれコイル５２が装着された１２個のティース５４が周方向に配列されている（図６参照）。ロータ４６は、モータ２４の出力軸となるロータ軸５６を有している。この例のように、ティースの数と、永久磁石の数が異なるモータは、分数スロットモータと呼ばれている。なお、スロットとは、ティース間の空間部分であり、スロットの数はティースの数と同じである。
【００１４】
ウォーム３０とモータ２４は、軸継手５８を介して結合されている。軸継手５８は、ロータ軸５６に固定的に結合された第１伝達部材６０と、ウォーム３０に固定的に結合された第２伝達部材６２と、第１伝達部材６０と第２伝達部材６２の間に介在する中間部材６４（図４参照）を有する。中間部材６４は、弾性材料から構成され、ロータ軸５６の軸線に対するウォーム３０の軸線の傾きを許容している。これにより、付勢部材４４の付勢力によるウォーム３０の動きが許容され、ウォーム３０が傾いてウォームホイール２８に近づき、両歯面接触が実現する。
【００１５】
図４および図５は、軸継手５８の構造を示す斜視図である。図４は分解斜視図であり、図５では組み立てられた状態が第１伝達部材６０の一部を省略して示されている。第１伝達部材６０は、軸部６６とフランジ部６８を有する。軸部６６は、ロータ軸５６に結合される。フランジ部６８の第２伝達部材６２側には、小径円筒部７０が設けられ、小径円筒部７０の内壁面には径方向内側に延びる爪７２が設けられている。第２伝達部材６２は、軸部７４とフランジ部７６を有する。軸部７４は、ウォーム３０に結合される。フランジ部７６の第１伝達部材６０側には、大径円筒部７８が設けられている。さらにフランジ部７６の第１伝達部材６０に対向する面には、爪８０が設けられている。爪８０は、大径円筒部７８から径方向内側に間隔をあけて配置されている。第１伝達部材６０の爪７２と、第２伝達部材６２の爪８０は、軸継手５８が組み立てられたとき、図５に示されるように互いに間隔をあけて周方向に交互に配置される。小径円筒部７０の外周面７０ａと、大径円筒部７８の内周面７８ａは、軸継手５８が組み立てられたとき、間隔をあけて径方向において対向する。
【００１６】
第１伝達部材６０と第２伝達部材６２の間には、中間部材６４が介在する。中間部材６４は、変形可能な材料、例えば弾性材料から形成され、これにより、第１および第２伝達部材６０，６２同士の軸線の傾きが許容される。中間部材６４は、第１および第２伝達部材６０，６２のそれぞれの爪７２，８０の間に介在する部分を有する周方向中間部材８２と、小径円筒部７０と大径円筒部７８の間に介在する径方向中間部材８４を含む。周方向中間部材８２はモータ２４のトルクの伝達を担い、径方向中間部材８４は第１および第２伝達部材６０，６２の相互の同軸性の保持に役立つ。
【００１７】
図６は、モータ２４の軸直交断面図である。ロータ４６の外周面には周方向に１０個の永久磁石５０が配列されている。ロータ４６の周囲を取り囲むように配置されるステータ４８は、径方向内側に、ロータ４６に向けて延びる１２個のティース５４を有する。ティース５４にはコイル５２（図３参照）が装着され、コイル５２に所定の電流を流すことにより、ステータ４８の内側に回転する磁界が形成される。この回転磁界と永久磁石５０の磁界が相互作用してロータ４６が回転する。
【００１８】
図７は、軸継手５８の軸直交断面図である。第１および第２伝達部材６０，６２のそれぞれの爪７２，８０は、周方向に交互に配列され、その間を周方向中間部材８２が埋めている。第１伝達部材６０の小径円筒部７０と、第２伝達部材６２の大径円筒部７８の間の円環形状の空間には径方向中間部材８４が配置されている。径方向中間部材８４は、周方向に凸部と凹部が交互に配列されている。凸部は凹部に比して径方向に高い剛性を有する。この凸部が高剛性部８６であり、凹部が低剛性部８８である。硬い弾性材料（高弾性率材料）と柔らかい弾性材料（低弾性率材料）を交互に配列して高剛性部８６と低剛性部８８を形成してもよい。
【００１９】
高剛性部８６と低剛性部８８は、それぞれティース５４の数と永久磁石５０の数の最小公倍数で全周を割った角度間隔で配置される。この実施形態では、ティース５４は１２個、永久磁石５０は１０個であり、これらの最小公倍数は６０である。６０で全周３６０°を割ると６°であり、この間隔で高剛性部８６と低剛性部８８がそれぞれ配列されている。
【００２０】
図６に示す、ロータ４６の中心Ｏから放射状に延びる１０本の直線Ｒは、各永久磁石５０の周方向の中央を通る。この直線Ｒを永久磁石中心線Ｒと記す。永久磁石中心線Ｒは、ロータ４６上に固定され、ロータ４６と一体となって回転する。この永久磁石中心線Ｒを図７にも示す。第１伝達部材６０はロータ４６と一体に回転するので、永久磁石中心線Ｒは、第１伝達部材６０と一体となって回転する。また、第１伝達部材６０と第２伝達部材６２は、弾性体である周方向中間部材８２および径方向中間部材８４を介しているため、これらの部材の変形によってわずかに相対的に運動するが、基本的には一体に回転する。したがって、永久磁石中心線Ｒは、軸継手５８と一体に回転する。この永久磁石中心線Ｒの位置に高剛性部８６が配置される。そして、この永久磁石中心線Ｒから６°ごとに高剛性部８６が配置され、高剛性部８６の間が低剛性部８８となる。
【００２１】
ステアリング装置に路面から入力、例えば路面の凹凸などによる操舵車輪の向きを変えるような入力があると、この入力は、ステアリングシャフト１４を伝わり、ステアリングホイール１２を回転させようとする。また、この入力は、アシストユニット２２にも伝わり、ウォームホイール２８を回転させる。ウォームホイール２８の回転は、ウォーム３０をウォームホイール２８から離すように作用し、これが軸継手５８を介してロータ４６に伝わり、ロータ４６を偏心させる力Ｆとなる（図６参照）。この偏心力Ｆによってロータ４６が偏心すると、モータ２４の出力トルクの変動、いわゆるトルクリップルが大きくなり、操舵に違和感を生じさせる場合がある。
【００２２】
図８は、モータ２４の出力トルクの変動を示す図である。モータが１回転する間の平均トルクに対するそのときのトルクの比が相対トルクとして縦軸に表されている。実線は、ロータ４６が偏心していない場合のトルク変動であり、破線がロータ４６が偏心した場合のトルク変動である。ロータ回転角の０°の位置は、ある永久磁石中心線Ｒが、いずれかのティース５４の中心線と一致する位置である。図６で説明すれば、真上に延びる永久磁石中心線Ｒ1 が真上に位置するティース５４-1の中心を通っている。このときのロータ４６の回転角を０°とする。ロータ４６が６°回転すると、次の永久磁石中心線Ｒ2 がティース５４-2の中心を通るようになる。ロータ４６が１２°回転すると、さらに次の永久磁石中心線Ｒ3 がティース５４-3の中心を通るようになる。ロータ回転角が０°の位置から６°ごとにトルク変動の節が現れ、節の間に山または谷となるピークが現れる。図８の実線のグラフと破線のグラフを比べると、ロータ４６が偏心すると、より高い山のピーク、より低い谷のピークが現れ、ピーク−ピークの振幅が大きくなることが分かる。つまり、ロータ４６の偏心によってモータ２４のトルクリップルが大きくなり、ステアリング装置の操作に違和感が生じる可能性がある。
【００２３】
偏心力Ｆが作用したときに、トルクのピークの絶対値が大きくならないようにすれば、トルクリップルの増大を抑制することができる。このために、この実施形態においては、トルクの山および谷のピークの位置に合わせて径方向中間部材８４の低剛性部８８を配置している。偏心力Ｆの方向が、低剛性部８８を通るときには、第２伝達部材６２から第１伝達部材６０に伝わる力が小さくなり、ロータ４６の変位が抑えられ、トルクのピークの値の増加が抑制される。よって、トルクリップルの増大を抑制することができる。一方、偏心力Ｆの方向が、高剛性部８６を通るときには、相対トルクが小さい（１に近い）ときであるので、偏心力Ｆがロータ４６に作用してもトルクのピーク値に与える影響は小さい。
【００２４】
高剛性部８６を設けることによって、第１伝達部材６０と第２伝達部材６２が大きく偏心しないようにされている。第１伝達部材６０と第２伝達部材６２が偏心すると、それぞれの爪７２，８０の間隔がまちまちになり、各爪７２，８０の間に作用する力の軸対称性が悪化する。これにより、モータ２４からウォーム３０へ伝達されるトルクが変動し、ステアリング装置の操作に違和感が生じる場合がある。この実施形態では、高剛性部８６を設けることにより、第１伝達部材６０と第２伝達部材６２の偏心を抑制している。
【００２５】
なお、モータのティースおよび永久磁石の数については、上記に限定されない。
【符号の説明】
【００２６】
１０  電動パワーステアリング装置、１２  ステアリングホイール、１４  ステアリングシャフト、１６  ステアリングギア、１８  タイロッド、２０  操舵車輪、２２  アシストユニット、２４  モータ、２６  ウォームギア、２８  ウォームホイール、３０  ウォーム、３２  ケース、３４  開口、３６  第１軸受、３８  第２軸受、４０  第１軸受収容部、４２  第２軸受収容部、４４  付勢部材、４６  ロータ、４８  ステータ、５０  永久磁石、５２  コイル、５４  ティース、５６  ロータ軸、５８  軸継手、６０  第１伝達部材、６２  第２伝達部材、６４  中間部材、６６  軸部、６８  フランジ部、７０  小径円筒部、７０ａ  小径円筒部の外周面（第１円筒面）、７２  爪、７４  軸部、７６  フランジ部、７８  大径円筒部、７８ａ  大径円筒部の内周面（第２円筒面）、８０  爪、８２  周方向中間部材、８４  径方向中間部材、８６  高剛性部、８８  低剛性部、Ｆ 偏心力、Ｒ 永久磁石中心線。
【図１】
2018008545.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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