(57)【要約】【課題】モータシャフトの振れ回りにより発生する電動モータのトルクリップルを抑制できるモータ装置および電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動モータ８は、ハウジング２３内に収容されたステータ２２と外周に永久磁石が装着された円筒状のロータ２１とを有し、ロータ２１にはモータシャフト２０が一体的に回転可能に挿入される。ハウジング２３の外周面には、複数のプッシュタイプのソレノイド３１がハウジング２３の円周および軸線方向に等間隔に配置されている。固定鉄芯から一定の距離に引き離された可動鉄芯３３は、コイル３２に電流を流したときに作用する吸引力により、軸方向に移動して固定鉄芯に密着し、ソレノイド３１のプッシュバー３４がハウジング２３の側面の貫通穴３５を挿通してステータ２２の外周面を押圧する。モータ制御装置は各ソレノイド３１の通電を制御して、径方向の所定の位置にステータ２２を移動させる。【選択図】図２
2015167447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のハウジング内に収容される円筒状のステータと、回転可能に前記ステータ内に挿通される円筒状のロータと、前記ロータ内に挿通され固定される円柱状のモータシャフトとを有する電動モータと、
前記電動モータを駆動制御するモータ制御装置と、
前記モータシャフトの径方向の変位量を測定する変位量測定装置と、
前記ステータを支持するとともに、径方向の位置を調整する位置調節機構と、を備え、
前記位置調節機構は、前記ハウジングの外周に複数配置され、前記ステータを径方向に移動可能に支持する支持部と、前記モータ制御装置からの指令に基づき前記支持部を径方向に移動させる可動部と、を有することを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ装置において、
前記モータ制御装置は、前記モータシャフトの径方向の変位量に応じて、前記位置調節機構により前記ステータを径方向に移動させることにより、前記ロータと前記ステータとの位置を補正することを特徴とするモータ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモータ装置を備えてな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、モータ装置および電動パワーステアリング装置に関し、特に、電動モータのトルクリップルを抑制する車両用モータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動モータの出力トルクをステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置が知られている。この電動パワーステアリング装置では、電動モータのトルクリップルに起因する振動がステアリングホイールに伝達され、操舵フィーリングを悪化させるおそれがあった。このようなトルクリップルを抑制するべく、各種技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、モータトルクの実測データに基づき補正テーブルを作成し、その補正テーブルから読み取った補正値により電動モータへの電流指令値を補正する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３７１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電動パワーステアリング装置において、電動モータのステータおよびロータを組み付けたときにガタが生じる場合がある。このため、例えば、電動モータの軸中心に対するロータの偏心やロータの回転によるモータシャフトの振れ回りが発生することで、ステータとロータの回転中心位置にずれが生じる。これにより、モータトルクに、ステータの軸中心とロータの回転軸中心とが一致しなくなる（回転軸ずれ）ことによる特定の次数成分のリップルが発生する。したがって、このトルクリップルが車両の異音や振動を発生させ、操舵フィーリングを悪化させるなど悪影響を及ぼしている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に代表される従来の電動パワーステアリング装置では、ロータの偏心やロータの回転によるモータシャフトの振れ回りまでは考慮されておらず、電動モータの回転数が大きくなるにつれてモータシャフトの振れ回りが大きくなると、電動モータのトルクリップルが大きくなる。このため、電動モータのトルクリップルを効果的に抑制できなくなるという問題があった。このような現状から、モータシャフトの振れ回りを補正することが望まれていた。また、このモータシャフトの振れ回りの問題は、上記電動パワーステアリング装置に限らず、その他の装置に使用される電動モータにおいても生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータシャフトの振れ回りにより発生する電動モータのトルクリップルを抑制できるモータ装置および電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータ装置において、円筒状のハウジング内に収容される円筒状のステータと、回転可能に前記ステータ内に挿通される円筒状のロータと、前記ロータ内に挿通され固定される円柱状のモータシャフトとを有する電動モータと、前記電動モータを駆動制御するモータ制御装置と、前記モータシャフトの径方向の変位量を測定する変位量測定装置と、前記ステータを支持するとともに、径方向の位置を調整する位置調節機構と、を備え、前記位置調節機構は、前記ハウジングの外周に複数配置され、前記ステータを径方向に移動可能に支持する支持部と、前記モータ制御装置からの指令に基づき前記支持部を径方向に移動させる可動部と、を有することを要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、電動モータのハウジングの外周に設けた複数の位置調節機構を動作させることにより、ステータを径方向に移動させるようにしたので、モータシャフトに振れ回りがある場合に、所定の位置の位置調節機構の可動部により移動する支持部を径方向内側に突出させステータの側面を押圧することにより、ステータの位置を調整しステータの軸中心とロータの回転中心位置とを一致させることができる。これにより、ロータとステータとの回転軸ずれにより発生するトルクリップルを抑制することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ装置において、前記モータ制御装置は、前記モータシャフトの径方向の変位量に応じて、前記位置調節機構により前記ステータを径方向に移動させることにより、前記ロータと前記ステータとの位置を補正することを要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、モータシャフトに設けた変位量測定装置により検出されたモータシャフトの径方向の変位量から測定されたロータの径方向移動量に応じて、モータ制御装置はステータの移動量を算出し、ステータを移動させるようにしたので、モータシャフトに振れ回りがある場合に、ロータの移動量に基づきステータの位置を調整し、ステータの軸中心とロータの回転中心位置とを一致させることができる。これにより、ロータとステータとの回転軸ずれにより発生するトルクリップルを抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、電動パワーステアリング装置において、請求項１または請求項２に記載のモータ装置を備えてなることを要旨とする。
【００１２】
請求項１または請求項２に記載のモータ装置を備えた電動パワーステアリング装置によれば、モータ装置は、電動モータのトルクリップルを抑制することで、電動パワーステアリング装置を搭載した車両において発生する異音や振動を低減するとともに、操舵フィーリングを向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モータシャフトの振れ回りにより発生する電動モータのトルクリップルを抑制できるモータ装置および電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ装置を搭載する電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図。
【図２】図１の電動モータの概略構成を示す断面図。
【図３】（ａ）は、図２の電動モータの上面から見た位置調節機構の配置箇所を示す概略図、（ｂ）は、図２の電動モータの側面から見た位置調節機構の配置箇所を示す概略図。
【図４】モータ制御装置の処理手順を説明するブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態に係る車両に搭載されるモータ装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ装置１を搭載する電動パワーステアリング装置１５の概略構成を示す図である。
図１に示すように、この電動パワーステアリング装置１５は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構９と、運転者のステアリング操作を補助する操舵補助機構２とを備えている。
【００１６】
操舵機構９は、ステアリングホイール１０の回転軸となるステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１の下端部にはラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３が連結されている。運転者のステアリングホイール１０の操作にともないステアリングシャフト１１が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１３の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１４を介して転舵輪３に伝達される。これにより、転舵輪３の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
【００１７】
アシスト機構２は、ステアリングシャフト１１にアシストトルクを付与する電動モータ８（図中Ｍ）を備えている。電動モータ８は３相巻線を有する３相ブラシレスモータからなる。電動モータ８におけるモータシャフト２０の回転が減速機（ギヤ機構）１９を介してステアリングシャフト１１に伝達される。減速機１９は、ウォームギヤが用いられ、駆動ギヤとしてのウォーム軸と、このウォーム軸と噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイールとを含む。これにより、ステアリングシャフト１１にモータトルクが付与され、ステアリングの回動操作が補助される。
【００１８】
また、ステアリングシャフト１１には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト１１に付与される操舵トルクτを検出するトルクセンサ５が設けられている。電動モータ８には、モータ回転角θを検出する回転角センサ６が設けられている。さらに、電動モータ８には、モータシャフト２０の振れ回り変位量Ｄ（図２参照）を検出する振れ回り変位量測定装置３０が設けられている。
【００１９】
車両には、その車速Ｖを検出する車速センサ７が設けられている。これらセンサ５，６，７および振れ回り変位量測定装置３０の検出結果はモータ制御装置（ＥＣＵ）４に出力される。モータ制御装置４は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）を含む構成であり、このＣＰＵによるプログラム処理により電動モータ８に供給すべき電流値に応じた電流指令値Ｉが設定される。そして、モータ制御装置４は各センサ５，６，７および振れ回り変位量測定装置３０の検出結果に基づいて電動モータ８を駆動制御する。
【００２０】
次に、図２は、図１の電動モータ８の概略構成を示す断面図である。
図２に示すように、電動モータ８は、円筒状のハウジング２３内に収容された円筒状のステータ２２と、回転可能にステータ２２内に挿通され外周に永久磁石（図示せず）が装着された円筒状のロータ２１とを有する。ロータ２１には円柱状のモータシャフト２０が挿入され、ロータ２１とモータシャフト２０とは、一体的に回転するように固定されている。モータシャフト２０は、軸線方向に離れて配置された２つの軸受２４，２５を介してステータ２２に対してわずかな空隙（エアギャップ）を有して軸回転可能に支持されている。モータ制御装置４は、ステータ２２に対して通電することでモータシャフト２０を回転させることができる。ここで、電動モータ８の一径方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する径方向をＺ方向、および軸線方向をＹ方向にそれぞれ設定する。
【００２１】
モータシャフト２０には、図示しない振れ回り変位量測定装置３０（図１参照）が設置されている。振れ回り変位量測定装置３０は、例えば、モータシャフト２０の端面（図中下側）から軸線方向に延びる穴の底面に形成された図示しない被照射面（被照射部）と、この被照射面に対向するように固定部であるハウジング２３側に設置されたレーザ変位センサとによりモータシャフト２０先端（図中上側）の振れ回り変位量Ｄを検出する。被照射面は、モータシャフト２０の振れ回りによる変位量が大きくなる２つの軸受２４，２５の略中央に位置することが望ましい。被照射面は円錐状に形成され、モータシャフト２０の回転軸線から外周側に離間するにつれてモータシャフト２０の端面やレーザ変位センサとの距離が短くなるように形成されている。
【００２２】
ハウジング２３の外周面には、位置調節機構として可動鉄芯３３（可動部）およびプッシュバー（支持部）３２を有する複数のソレノイド３１がハウジング２３の円周方向および軸線方向に等間隔に配置されている。ソレノイド３１は、コイル３２内に磁性体の鉄芯を設置し電流を流すことで電磁力が得られ、例えば、直流電源で駆動するプッシュタイプのＤＣソレノイドが使用される。ＤＣソレノイドの対向する固定鉄芯（図示せず）から一定のストローク（距離）に引き離された可動鉄芯（プランジャー）３３は、コイル３２に電流を流したときに発生する磁束によって固定鉄芯との間に作用する吸引力により、固定鉄芯に向って軸方向に急速かつ直線的に固定鉄芯に密着するまで移動する。
【００２３】
プッシュソレノイドは、可動鉄芯３３の先端に固定鉄芯を貫通したプッシュバー３４を取り付け、可動鉄芯３３が吸引されると反対方向外側にプッシュバー３４が突き出るソレノイドであり、可動鉄芯３３の吸引を利用し、プッシュバー３４を押し出すため、プッシュバー３４が突出しているほど（ストロークが短い）吸引力は大きくなる。コイル３２の通電を継続すれば可動鉄芯３３は固定鉄芯に吸着した状態を保ち、コイル３２の通電を停止すれば可動鉄芯３３に結合している外部負荷の力で元の位置に引き戻される。また、あらかじめ、復帰バネを組込むことにより、非通電状態のときにバネの戻し力(復帰力)により元の定位置まで可動鉄芯３３を戻すことができる。
【００２４】
ここで、ソレノイド３１のプッシュバー３４は、ハウジング２３の側面に設けられた貫通穴３５を挿通して移動可能（図中矢印方向）なステータ２２の外周面を押圧し、ステータ２２を保持する。これにより、各ソレノイド３１のコイル３２の通電を制御して径方向の所定の位置（方向）にステータ２２を移動させることが可能になる。
【００２５】
図３（ａ）は、図２の電動モータ８の上面から見たソレノイド３１の配置箇所を示す概略図、図３（ｂ）は、図２の電動モータ８の側面から見たソレノイド３１の配置箇所を示す概略図である。
【００２６】
本実施形態では、図３（ａ）に示すように、ハウジング２３の外周面に円周方向に等角度（例えば、９０°間隔）に４個、および図３（ｂ）に示すように、ハウジング２３の軸線方向側面に均等に、例えば、各３個のソレノイド３１（合計で１２個）が配置されている。これらのソレノイド３１は、例えば、ネジ止めなどによりハウジング２３の外周面に固定されている。
【００２７】
次に、ソレノイド３１によるステータ２２の位置調整について説明する。
図４は、モータ制御装置４の処理手順を説明するブロック図である。
図４に示すように、振れ回り変位量測定装置３０は、モータシャフト２０の変位量（レーザ入射光の入射角）を測定し、モータ制御装置４に出力する。モータ制御装置４は、移動量測定部３６、移動量設定部３７、および補正量設定部３８を備え、移動量測定部３６は、レーザ変位センサに対して投光信号を出力するとともに、受光信号を受け、三角測量を応用した方式（例えば、拡散反射された光線の一部により形成された光スポットの位置変化を検出する）で被照射面の変位量（振れ回り変位量Ｄ）を測定する。
【００２８】
続いて、モータシャフト２０の変位量に基づいて測定されたロータ２１の２方向、例えば、Ｘ、Ｚ方向（図２参照）の移動量から移動量設定部３７はステータ２２の２方向のＸ、Ｚ方向（図２参照）の移動量を算出する。次に、補正量設定部３８はステータ２２のＸ、Ｚ方向の移動量からステータ２２の位置を補正するソレノイド３１を設定する。そして、配置箇所のソレノイド３１のコイル３２に電流が供給され所定のソレノイド３１が駆動される。
【００２９】
以上のように、モータ制御装置４により駆動されたソレノイド３１の可動鉄芯３３が移動し、可動鉄芯３３に取り付けられたプッシュバー３４が径方向内側に突出する。これにより、ステータ２２が径方向に移動して軸中心位置が調整される。その結果、ロータ２１とステータ２２との相対的な位置を補正することによってステータ２２の軸中心とロータ２１の回転中心位置とを一致させることができるようになる。
【００３０】
次に、上記のように構成された一実施形態であるモータ装置１および電動パワーステアリング装置１５の作用および効果について説明する。
【００３１】
上記実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）電動モータ８のハウジング２３の外周に配置した複数のソレノイド３１を動作させることにより、ステータ２２を径方向に移動させるようにする。このため、例えば、ロータ２１をステータ２２に組み付けたときのガタに起因してモータシャフト２０に振れ回りがある場合に、所定の位置のソレノイド３１の可動鉄芯（可動部）３３を移動させプッシュバー（支持部）３４を径方向内側に突出させることによりステータ２２の側面を押圧させ、ステータ２２の位置を調整することにより、ステータ２２の軸中心とロータ２１の回転中心位置とを一致させることができる。
これにより、ロータ２１とステータ２２との回転軸ずれにより発生する電動モータ８のトルクリップルを抑制することができる。
【００３２】
（２）振れ回り変位量Ｄはモータシャフト２０に設置した振れ回り変位量測定装置３０によって検出され、モータ制御装置４により振れ回り変位量Ｄを基に測定されたロータ２１のＸ、Ｚ方向の径方向移動量に応じてステータ２２のＸ、Ｚ方向の径方向移動量を算出し、ステータ２２を径方向に移動させるようにする。このため、モータシャフト２０に振れ回りがある場合に、ステータ２２の位置を調整することにより、ステータ２２の軸中心とロータ２１の回転中心位置とを一致させることができる。
これにより、ロータ２１とステータ２２との回転軸ずれにより発生する電動モータ８のトルクリップルを抑制することができる。
【００３３】
（３）上記モータ装置１を備えた電動パワーステアリング装置１５を構成することができる。したがって、電動モータ８のトルクリップルを抑制することで、電動パワーステアリング装置１５を搭載した車両において発生する異音や振動を低減するとともに、操舵フィーリングを向上させることが可能になる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施形態によれば、モータシャフトの振れ回りにより発生する電動モータのトルクリップルを抑制できるモータ装置および電動パワーステアリング装置を提供できる。
【００３５】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３６】
上記実施形態では、通電タイプのＤＣソレノイドを用いてステータ２２を移動させる場合について説明したが、これに限らず、自己保持タイプのＤＣソレノイドを用いてもよい。自己保持タイプソレノイドは、パルス通電で吸引し、電源を切っても吸引状態を保持し続けるので、動作時の通電が不要で温度上昇がなく、さらに、通電タイプソレノイドを使用した場合に比較して小型・軽量化が可能になる。
【００３７】
上記実施形態では、電動モータ８の円周方向に４箇所、軸線方向に３箇所のソレノイド３１を配置する場合について説明したが、これに限らず、ロータ２１の移動量に応じてステータ２２を移動させる機能を満足する他の個数（例えば、円周方向に等間隔で３個など）で構成されていてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、ソレノイド３１を通電させ、可動鉄芯３３の吸引力によりプッシュバー３４を突出させ、ステータ２２を所定の位置に移動させる場合について説明したが、これに限らず、他の方法により実現してもよい。例えば、複数の小型モータをステータ２２の外周に配置し、所定の位置のモータを回転させ、シャフト先端に連結された外部機構（例えば、ネジなど）を直進運動させてステータ２２を径方向内側に押圧する力を加えることにより、ステータ２２を移動させるようにしてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、振れ回り変位量測定装置３０をモータシャフト２０と一体で構成するようにしたが、これに限らず、被照射面はモータシャフト２０と別体で構成されていてもよい。例えば、被照射面を有する部材をモータシャフト２０の端部に嵌め込み可能としてもよい。また、被照射面は円錐状に限らず、半球面状、あるいは曲面状に形成してもよく、さらに、被照射面を中心から外れるほどレーザ変位センサとの距離が長くなるように形成してもよい。
【００４０】
上記実施形態では、電動パワーステアリング装置１５に用いられるモータ装置１を例に挙げて説明したが、これに限らず、ロータ２１とステータ２２とを備えたハイブリッド車や電気自動車の走行用モータ、あるいは、電動４輪駆動車の後輪駆動ユニットの駆動用モータとして用いられるモータ装置などに適用してもよい。これらの場合でも、モータシャフト２０の振れ回りにともなう電動モータ８のトルクリップルの発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：モータ装置、２：操舵補助機構、３：転舵輪、４：モータ制御装置（ＥＣＵ）、
５：トルクセンサ、６：回転角センサ、７：車速センサ、８：電動モータ、
９：操舵機構、１０：ステアリングホイール、１１：ステアリングシャフト、
１２：ラックアンドピニオン機構、１３：ラックシャフト、１４：タイロッド、
１５：電動パワーステアリング装置、１９：減速機、２０：モータシャフト、
２１：ロータ、２２：ステータ、２３：ハウジング、２４，２５：軸受、
３０：振れ回り変位量測定装置、３１：ソレノイド（位置調節機構）、３２：コイル、
３３：可動鉄芯（可動部）、３４：プッシュバー（支持部）、３５：貫通穴、
３６：移動量測定部、３７：移動量設定部、３８：補正量設定部、
Ｄ：振れ回り変位量
【図１】
2015167447.tif 000003
【図２】
2015167447.tif 000004
【図３】
2015167447.tif 000005
【図４】
2015167447.tif 000006