(57)【要約】【課題】操舵フィーリングに優れ聴感上の不快感を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ロータ２８が第１回転方向Ｚ１に回転したときに生ずる電磁力Ｆ１が、スキュー角θ分だけ傾く。電磁力Ｆ１の分力として、回転トルクＴ１と、ロータ２８を継手３２から離隔させる第１軸方向力Ｇ１とを発生する。継手３２の雌部材３３の凹条３５がスキュー角θと同じ方向に傾斜し、減速機の入力軸２３に連結された雄部材３４の凸条３６がスキュー角θと同じ方向に傾斜する。雄部材３４が、雌部材３３に対する嵌合長を短くし、雌部材３３に対して入力軸２３側へ引き寄せる第２軸方向力Ｇ２を付与する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸を有する減速機と、
回転軸、前記回転軸と一体のロータ、およびステータを含み、前記ステータおよび前記ロータの少なくとも一方がスキューを有する電動モータと、
前記回転軸と前記減速機の入力軸とを同軸上に連結する継手と、を備え、
前記継手は、凹条が設けられ前記回転軸および前記入力軸の何れか一方に連結された雌部材と、前記凹条に嵌合した凸条が設けられ前記回転軸および前記入力軸の他方に連結された雄部材と、を含み、
前記凹条は、前記ステータに対する前記ロータのスキュー角と同じ方向に傾斜している電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、前記継手は、スプライン継手、セレーション継手およびキー継手のうち何れか１つ選択され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】
本発明は電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動パワーステアリング装置では、電動モータの出力軸を継手を介して減速機の入力軸（例えばウォーム軸）に伝達している。
入力軸に軸方向にがたつきが生じたり、前記出力軸と入力軸との間に円周方向にがたつきが生じたりするおそれがある。
そこで、特許文献１では、電動パワーステアリング装置において、電動モータの出力軸と減速機の入力軸との間に撓み角が発生した場合に、前記出力軸と前記入力軸の対向端部間を連結する撓み継手としての弾性部材によって、軸方向力を受け止めて、前記入力軸に軸方向のがたつきが生ずることを防止する技術が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２では、減速機の入力軸であるウォーム軸の基端面に開口するスプライン孔と、電動モータの出力軸の先端部に形成したスプライン軸部とをスプライン係合させ、スプライン孔の内周とスプライン軸部の外周との間に、スプライン係合部の円周方向のがたつきを抑える弾性体製の予圧付与部材を介在させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２９９７１８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電動モータの振動や騒音を低減するために、例えばロータの外周に設けられるラジアル配向の円筒磁石において、軸方向の両端での磁極位置を周方向にずらすようにスキューを設ける場合がある。
ロータの回転方向に応じて、電動モータの出力軸を継手側へ押す軸方向力が働く場合と、出力軸を継手とは反対側へ押す軸方向力が働く場合とがある。前者の場合と比較して、後者の場合には、出力軸の振れ回りが大きくなる傾向にある。このため、ロータの回転方向によって、振れ回りの大小に起因して、電動モータのトルクむらが変動したり、電動モータの作動音の周波数に変動が生じる。その結果、操舵フィーリングが低下したり、運転者に聴感上の違和感や不快感を与えたりするおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、操舵フィーリングに優れ聴感上の不快感を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、入力軸（２３；１２３）を有する減速機（１９）と、回転軸（２７；１２７）、前記回転軸と一体のロータ（２８）、およびステータ（２９）を含み、前記ステータおよび前記ロータの少なくとも一方がスキューを有する電動モータ（１８）と、前記回転軸と前記減速機の入力軸とを同軸上に連結する継手（３２；１３２）と、を備え、前記継手は、凹条（３５；１３５）が設けられ前記回転軸および前記入力軸の何れか一方に連結された雌部材（３３；１３３）と、前記凹条に嵌合した凸条（３６；１３６）が設けられ前記回転軸および前記入力軸の他方に連結された雄部材（３４；１３４）と、を含み、前記凹条は、前記ステータに対する前記ロータのスキュー角と同じ方向に傾斜している電動パワーステアリング装置（１）を提供する。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記継手は、スプライン継手、セレーション継手およびキー継手のうち何れか１つ選択されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、雌部材が回転軸に連結されている場合、雌部材の凹条がスキュー角と同じ方向に傾斜する一方、入力軸に連結された雄部材の凸条が、スキュー角とは同じ方向に傾斜する。継手の雄部材が回転軸に連結されている場合にも、その回転軸に連結された雄部材の凸条が、スキュー角とは同じ方向に傾斜する。
したがって、所定の回転方向に回転した回転軸が、継手から離隔する方向の第１軸方向力をロータから受けるときに、雄部材が、雌部材に対する嵌合長を増大して回転軸を継手側へ引き寄せる方向の第２軸方向力を回転軸に与える。これにより、第１軸方向力の少なくとも一部を第２軸方向力で相殺して、回転軸の振れ回りを抑制することができる。したがって、回転方向の相違によるトルク変動や作動音の周波数変動を抑制することができるので、操舵フィーリングを向上でき、また聴感上の不快感を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、継手として、スプライン継手、セレーション継手およびキー継手のうち何れか１つを選択して好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】操舵補助機構の断面図である。
【図３】継手の要部の拡大断面図である。
【図４】継手とその周辺の構造の概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る継手とその周辺の構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下には、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の模式的な概略構成図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【００１３】
本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
【００１４】
ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。
【００１５】
転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。
【００１６】
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、前記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。
【００１７】
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、駆動ギヤとしてのウォーム２０と、このウォーム２０と噛み合う被動ギヤとしてのウォームホイール２１とを含む。減速機１９は、ギヤハウジング２２内に収容されている。
【００１８】
ウォーム２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム２０を回転駆動すると、ウォーム２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。
【００１９】
電動モータ１８は、例えば三相ブラシレスモータからなり、制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Cotrol Unit)１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
【００２０】
操舵補助機構５の断面図である図２を参照して、ウォーム２０は、減速機１９の入力軸２３（ウォーム２０の支軸に相当）の軸方向中間部に一体に形成されている。入力軸２３は、電動モータ１８側の第１端部２３１と、第１端部２３１の反対側の第２端部２３２とを有している。入力軸２３の第１端部２３１および第２端部２３２は、それぞれ対応する軸受２４，２５を介して、ギヤハウジング２２によって回転可能に支持されている。
【００２１】
電動モータ１８は、ギヤハウジング２２に固定された筒状のモータハウジング２６と、減速機１９の入力軸２３と同軸上に配置され、モータハウジング２６によって回転可能に支持された回転軸２７と、回転軸２７と一体回転可能に設けられたロータ２８と、モータハウジング２６の内周に固定され、ロータ２８を取り囲むステータ２９とを備えている。  回転軸２７は、電動モータ１８側の第１端部２７１と、第１端部２７１とは反対側の第２端部２７２とを有している。回転軸２７の第１端部２７１および第２端部２７２は、それぞれ対応する軸受３０，３１を介して、モータハウジング２６によって回転可能に支持されている。
【００２２】
また、軸方向Ｘ１に互いに対向する、入力軸２３の第１端部２３１と、回転軸２７の第１端部２７１とは、継手３２を介して、トルク伝達可能に連結されている。継手３２としては、スプライン継手、セレーション継手およびキー継手のうちから何れか１つを選択して用いることができる。本実施形態では、継手３２がスプライン継手である場合に則して説明する。
【００２３】
継手３２は、互いにスプライン嵌合した雌部材３３と雄部材３４により構成されている。図２および拡大断面図である図３に示すように、雌部材３３の内周３３ａには、雌スプラインとしての凹条３５が形成され、雄部材３４の外周３４ａには、凹条３５（雌スプライン）に係合した雄スプラインとしての凸条３６が形成されている。
図２および拡大概略図である図４に示すように、回転軸２７の第１端部２７１が、雌部材３３の一端に圧入により一体回転可能に且つ軸方向の相対移動不能に連結されている。雄部材３４は、減速機１９の入力軸２３の第１端部２３１から同軸上に延設されている。雄部材３４は、入力軸２３と単一の部材で一体に形成されている。
【００２４】
ロータ２８は、回転軸２７に一体に固定されたロータコア（図示せず）の周囲に周方向に異なる磁極を有する永久磁石３７を配列してなる。永久磁石３７は、周方向の交互に磁極を異ならせて着磁されたリング磁石であってもよいし、複数の円弧状の磁石を環状に並べたセグメント磁石であってもよい。
図２を参照して、ステータ２９は、モータハウジング２６の内周に固定されたステータコア３８と、ステータコア３８に設けられた複数のティースにそれぞれ巻回されたコイル３９とを備えている。
【００２５】
本発明では、ロータ２８およびステータ２９の少なくとも一方にスキューが設けられている。本実施形態では、ステータ２９にスキューが設けられておらず、ロータ２８にスキュー（斜めスキュー）が設けられている例に則して説明する。
すなわち、図４に示すように、回転軸２７の軸方向Ｘ１に対するスキュー角θが設けられている。一方、継手３２の凹条３５（雌スプライン）は、スキュー角θの方向と同方向に傾斜している。図４では、スキュー角θは、ロータ２８の手前側の半面における傾斜として示されているのに対して、凹条３５は、半断面の雌部材３３の奥側の半面における凹条３５の傾斜として示されているため、見かけ上、凹条３５が、スキュー角θの方向に対して逆向きに傾斜している。図示していないが、半断面の雌部材３３の手前側の面における凹条３５は、ロータ２８の手前側の面におけるスキュー角θの方向と同方向に傾斜している。また、図４に示すように、継手３２の凸条３６（雄スプライン）は、スキュー角θの方向と同方向に傾斜している。
【００２６】
本実施の形態によれば、下記の作用効果を奏する。すなわち、スキューが設けられていると、ロータ２８に誘導される二次電流の方向がスキュー角θ分だけ傾くため、電磁力も同様に傾き、電磁力の分力としての軸方向力の方向は、ロータ２８の回転方向に応じて異なる。
具体的には、ロータ２８が回転軸２７の中心軸線Ｃ１の回りの第１回転方向Ｚ１に回転したときに生ずる電磁力Ｆ１は、スキュー角θ分だけ傾き、電磁力Ｆ１の分力として、回転トルクＴ１と第１軸方向力Ｇ１とを発生する。第１軸方向力Ｇ１は、ロータ２８を継手３２から離隔させる方向に働く。
【００２７】
一方、継手３２の雌部材３３の凹条３５がスキュー角θとは同じ方向に傾斜し、入力軸２３に連結された雄部材３４の凸条３６が、スキュー角θとは同じ方向に傾斜している。したがって、第１回転方向Ｚ１への回転に伴って、雄部材３４は、当該雄部材３４と雌部材３３との嵌合長を短くして、雌部材３３を入力軸２３側へ引き寄せる第２軸方向力Ｇ２を雌部材３３に対して付与する。
【００２８】
これにより、第１軸方向力Ｇ１の少なくとも一部を第２軸方向力Ｇ２で相殺して、回転軸２７の振れ回りを抑制することができる。したがって、回転方向の相違によるトルク変動や作動音の周波数変動を抑制することができるので、操舵フィーリングを向上でき、また聴感上の不快感を抑制することができる。
次いで、図５は本発明の別の実施形態の継手とその周辺の構造を示している。本実施形態が図４の実施形態と主に異なるは下記である。すなわち、図４の実施形態では、継手３２の雌部材３３が電動モータ１８の回転軸２７に一体回転可能且つ軸方向の相対移動不能に連結され、継手３２の雄部材３４が減速機１９の入力軸２３に単一の材料で一体に形成されていた。
【００２９】
これに対して、図５に示す本実施形態では、継手１３２の雌部材１３３が、減速機１９の入力軸１２３の第１端部１２３１に一体回転可能且つ軸方向に相対移動不能に連結され、継手１３２の雄部材１３４が、電動モータ１８の回転軸１２７の第１端部１２７１に単一の材料で一体に形成されている。
本実施形態においても、継手１３２の雌部材１３３の内周１３３ａの凹条１３５は、スキュー角θの方向と同方向に傾斜しており、継手１３２の雄部材１３４の外周１３４ａの凸条１３６は、スキュー角θの方向と同方向に傾斜している。
【００３０】
したがって、第１回転方向Ｚ１に回転した回転軸１２７が、継手１３２から離隔する方向の第１軸方向力Ｆ１をロータ２８から受けるときに、継手１３２の雄部材１３４が、雌部材１３３に対する嵌合長を増大して回転軸１２７を継手１３２側へ引き寄せる方向の第２軸方向力Ｇ２を雌部材１３３を介して回転軸１２７に与える。
これにより、第１軸方向力Ｇ１の少なくとも一部を第２軸方向力Ｇ２で相殺して、回転軸１２７の振れ回りを抑制することができる。したがって、回転方向の相違によるトルク変動や作動音の周波数変動を抑制することができるので、操舵フィーリングを向上でき、また聴感上の不快感を抑制することができる。
【００３１】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、継手として、スプライン継手に代えて、セレーション継手（図示せず）やキー継手（図示せず）を用いてもよい。
また、前記実施形態では、斜めスキューを用いたが、これに代えて、段スキューであってもよい。
また、前記実施形態では、ロータのみにスキューを設けたが、これに代えて、ステータのみにスキューを設けてもよい。また、ロータとステータの双方にスキューを設けてもよい。これらの場合、ステータに対するロータの相対的なスキュー角の方向と同方向に、雌部材の凹条を傾斜させればよい。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、４…転舵機構、５…操舵補助機構、１８…電動モータ、１９…減速機、２０…ウォーム、２１…ウォームホイール、２３；１２３…入力軸、２６…モータハウジング、２７；１２７…回転軸、２８…ロータ、２９…ステータ、３２；１３２…継手、３３；１３３…雌部材、３３ａ；１３３ａ…内周、３４；１３４…雄部材、３４ａ；１３４ａ…外周、３５；１３５…凹条、３６；１３６…凸条、３７…永久磁石、θ…スキュー角、Ｆ１…電磁力、Ｇ１…第１軸方向力、Ｇ２…第２軸方向力、Ｔ１…回転トルク、Ｘ１…軸方向、Ｚ１…回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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