JP2016201913A - 駆動装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取付対象物に固定される小型化可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置１は、ギアハウジング８０に固定されるモータハウジング２０と、モータハウジング２０の内側に収容されたステータ３１、ステータ３１の内側に回転可能に設けられたロータ３３、及び、ロータ３３と一体に回転するシャフト３４を有するモータ部３０とを備える。モータハウジング２０は、シャフト３４の回転軸Ｒと同軸のねじ２５１が形成された嵌合部２５を有する。モータハウジング２０の嵌合部２５は、ギアハウジング８０の被嵌合部８５にねじ嵌合する。このため、従来技術のようなスクリューボルト等の固定部材を必要とせず、モータハウジング２０にフランジ部を設けずともよい。【選択図】図１

Description

本発明は、取付対象物に固定される駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、モータ及びモータハウジングを有する駆動装置において、取付対象物にモータハウジングを固定することが知られている。例えば、特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、モータハウジングがスクリューボルトを介してギアハウジングに固定されている。

特開２００８−３０５８６８号公報

しかしながら、特許文献１のように、取付対象物にモータハウジングを固定するためにスクリューボルト等の固定部材を用いる場合、モータハウジングに固定部材が挿通するためのフランジを設けることが必要になり、モータハウジングの外径が大きくなる。これにより、駆動装置の小型化が妨げられる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、取付対象物に固定される小型化可能な駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の駆動装置は、取付対象物に固定されるモータハウジングと、モータハウジングの内側に収容されたステータ、ステータの内側に回転可能に設けられたロータ、及び、ロータと一体に回転するシャフトを有するモータ部とを備える。モータハウジングは、シャフトの回転軸と同軸のねじが形成され、取付対象物にねじ嵌合可能である嵌合部を有する。

上記構成によれば、取付対象物にモータハウジングを固定するために、従来技術のようなスクリューボルト等の固定部材を必要とせず、モータハウジングにフランジ部を設けずともよい。このため、モータハウジングの外径を従来技術よりも小さくすることができる。
したがって、本発明によれば、取付対象物に固定される駆動装置を小型化することができる。また、本発明によれば、固定部材を必要としないため、部品管理が容易であり、低コスト化可能である。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、上述の駆動装置と、シャフトの出力端に接続される動力伝達機構と、動力伝達機構を収容すると共にモータハウジングが固定された取付対象物としての動力伝達機構ハウジングとを備える。動力伝達機構ハウジングは、シャフトが挿通する開口の周りにねじが形成され、駆動装置の嵌合部とねじ嵌合している被嵌合部を有する。

上記構成によれば、モータハウジング及び動力伝達機構ハウジングが比較例のようなフランジ部を必要としないため、それぞれの最大外径を最小限に抑えることができる。このため、狭いスペースであっても駆動装置及び動力伝達機構ハウジングを好適に搭載することができる。

本発明の第１実施形態による駆動装置及びギアハウジングを模式的に示す断面図である。 図１の駆動装置のＩＩ方向の矢視図である。 図１のＩＩＩ部分の部分拡大図である。 電動パワーステアリング装置を含むステアリングシステムを示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態による駆動装置及びギアハウジングを模式的に示す断面図である。 図５のＶＩ部分の部分拡大図である。 本発明の第３実施形態による駆動装置及びギアハウジングを模式的に示す断面図である。 比較例による駆動装置及びギアハウジングを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図４に示す。本実施形態の駆動装置１は、運転者によるステアリング操作を補助する車両の電動パワーステアリング装置１０に適用される。

まず、本実施形態の電動パワーステアリング装置１０の構成について、図４を参照して説明する。図４は、電動パワーステアリング装置１０を備えるステアリングシステム９０の全体構成を示すものである。運転者による操舵トルクは、ハンドル９１からコラム軸９２を経由してラックアンドピニオン機構９４に伝達され、ラック軸９５の直線運動に変換される。一対の車輪９９は、ラック軸９５の直線運動の変位量に応じて操舵される。

電動パワーステアリング装置１０は、駆動装置１、トルクセンサ７、「動力伝達機構」としてのギアシステム８、及び、「動力伝達機構ハウジング」としてのギアハウジング８０等を備える。駆動装置１は、トルクセンサ７から取得される操舵トルク、及び、車両のＣＡＮ（Controller Area Network）等から取得される車速情報等に基づき、操舵のアシストトルクを出力する。駆動装置１が出力したアシストトルクは、ギアシステム８を経由してラック軸９５に伝達される。

ギアシステム８は、ギアハウジング８０内に設けられており、駆動装置１のシャフト３４に連結された駆動ギア８１の回転を減速しつつ従動ギア８２に伝達する。従動ギア８２の回転は、図示しない変換機構によりラック軸９５の直線運動をアシストする。

次に、駆動装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１では、駆動ギア８１及び従動ギア８２の詳細構成を省略し、これらを模式的に図示している。
以下では、ギアハウジング８０に組み付けられた状態の駆動装置１について説明する。組み付け前の駆動装置１を観察する場合、「ギアハウジング８０側」とは、「将来組み付けられる予定のギアハウジング８０が存在する側」という意味になる。

駆動装置１は、モータハウジング２０、モータ部３０、制御部５０、及び、制御部カバー５６等を備えており、これらが一体的に構成された、いわゆる「機電一体型」のアクチュエータである。

モータハウジング２０は、例えばアルミニウムを主成分とするアルミ合金等の金属によりに形成されており、ケース２１及び蓋体２２を有する。
ケース２１は、有底筒状であり、筒部２１２と、筒部２１２の一方側に配置された底部２１４とを有している。筒部２１２の外周面２１６には、シャフト３４の回転軸Ｒを挟んで互いに反対側に面する平面部２３、２４が形成されている。底部２１４の中央には軸孔２１８が形成されており、軸孔２１８にはベアリング３８が設けられている。
蓋体２２は、ケース２１の開口を塞ぐように配置されている。蓋体２２の中央には軸孔２２８が形成されており、軸孔２２８にはベアリング３９が設けられている。

モータ部３０は、例えば３相交流モータであり、ステータ３１、２系統の巻線３２、ロータ３３、及び、シャフト３４等を備える。

ステータ３１は、例えば積層鋼板等により略円環状に形成され、ケース２１の筒部２１２の内側に固定されている。ステータ３１には、２系統の巻線３２が巻回されている。巻線３２は、３相のコイルを形成しており、各相のコイルから延びるモータ線は制御部５０に接続されている。巻線３２に交流電流が流れることでステータ３１に回転磁界が発生する。

ロータ３３は、ステータ３１と同様に、例えば積層鋼板等で略円柱状に形成され、ステータ３１の内側に回転可能に設けられている。ロータ３３の外壁には、図示しない複数の永久磁石が、周方向に所定の間隔を空けて、Ｎ極とＳ極とが交互になるように設けられている。

シャフト３４は、例えば金属で棒状に形成されている。シャフト３４は、ロータ３３と同軸に固定され、ロータ３３と一体に回転する。ギアハウジング８０側に位置するシャフト３４の端部を第１端３４１といい、制御部５０側に位置するシャフト３４の端部を第２端３４２という。

シャフト３４の第１端３４１は、ケース２１の軸孔２１８及びギアハウジング８０の開口８３を挿通し、ギアハウジング８０内で駆動ギア８１に連結される。すなわち、シャフト３４の第１端３４１は、特許請求の範囲に記載の「出力端」に相当する。シャフト３４の第２端３４２は、蓋体２２の軸孔２２８を挿通し、例えば回転角センサによりロータ回転角を検出するための図示しない磁石が設けられる。
シャフト３４の第１端３４１側はベアリング３８によって、第２端３４２側はベアリング３９によって、回転可能に支持されている。

制御部５０は、モータハウジング２０に対してシャフト３４の第２端３４２側に設けられており、各種の電子部品が実装された基板５１を有する。基板５１は、例えばプリント基板であり、シャフト３４の回転軸Ｒに対して垂直に配置され、蓋体２２によって支持されている。

制御部５０は、基板５１に実装された各種の電気素子の作用によってモータ部３０への通電を制御する。この電気素子には、チョークコイル、コンデンサ、インバータを構成するＭＯＳＦＥＴ、及び、マイコンや駆動回路を構成するＩＣ等が含まれる。本発明では電気素子の配置や接続等に関する事項は要部ではないため、詳しい説明を省略する。

制御部カバー５６は、例えば樹脂で形成され、基板５１を覆うようにして蓋体２２に固定されている。制御部カバー５６には、バッテリから電力が供給される給電用コネクタ５７、及び、外部からＣＡＮ信号やトルク信号等が入力される信号用コネクタ５８が一体に形成されている。制御部カバー５６は、外部の衝撃から各種の電子部品を保護したり、埃や水等の浸入を防止したりする。

次に、駆動装置１とギアハウジング８０との固定構造について説明する。駆動装置１は、モータハウジング２０の一方の端部が、「取付対象物」としてのギアハウジング８０に固定されている。

モータハウジング２０は、「雄ねじ嵌合部」としての嵌合部２５を有している。嵌合部２５は、ケース２１と一体に形成されており、ケース２１の底部２１４からギアハウジング８０側に向かって環状に突出している。嵌合部２５の外周には、シャフト３４の回転軸Ｒと同軸の雄ねじ２５１が形成されている。また、嵌合部２５の外径Ｄ１は、筒部２１２の外径Ｄ２よりも小さい。

一方、ギアハウジング８０は、「雌ねじ嵌合部」としての被嵌合部８５を有している。被嵌合部８５は、シャフト３４が挿通する開口８３の周囲において、ギアハウジング８０の隔壁部８９から駆動装置１側に向かって環状に突出している。被嵌合部８５の内周には、シャフト３４の回転軸Ｒと同軸の雌ねじ８５１が形成されている。また、ギアハウジング８０は、雌ねじ８５１のねじ奥側に環状の穴底部８５３を有している。

駆動装置１をギアハウジング８０に固定するとき、モータハウジング２０の嵌合部２５がギアハウジング８０の被嵌合部８５にねじ嵌合する。
ここで、図３に示すように、シャフト３４の回転軸Ｒに平行な方向において、嵌合部２５の長さＬ１は、被嵌合部８５の長さＬ２よりも長い。このため、ねじ嵌合がされたとき、嵌合部２５のねじ先端部２５４は、被嵌合部８５の穴底部８５３に当接する。ねじ先端部２５４と穴底部８５３とは面接触し、これらの間にはＯリング４１が配置されてもよい。

なお、ギアハウジング８０は、例えばアルミニウムを主成分とするアルミ合金等によって形成されている。このため、モータ部３０や制御部５０等が発する熱は、モータハウジング２０を介してギアハウジング８０に放熱される。

（効果）
（１）本実施形態の駆動装置１の効果について、図８に示す比較例の駆動装置１０１と対比しつつ説明する。比較例の駆動装置１０１は、モータハウジング１２０とギアハウジング１８０との固定構造以外、第１実施形態と同様の構成を有する。

比較例のモータハウジング１２０には、フランジ部１２５が、例えば周方向に複数箇所、径外側に突出して形成されている。同様に、ギアハウジング１８０には、フランジ部１８５が、例えば周方向に複数箇所、径外側に突出して形成されている。モータハウジング１２０のフランジ部１２５と、ギアハウジング１８０のフランジ部１８５とは、スクリューボルト４５によって締結される。

これに対し本実施形態の駆動装置１では、上述したように、モータハウジング２０の嵌合部２５とギアハウジング８０の被嵌合部８５とが互いにねじ嵌合する。このため、比較例のようなスクリューボルト４５等の固定部材を必要とせず、モータハウジング２０にフランジ部を設けずともよい。よって、モータハウジング２０について、嵌合部２５の外径Ｄ１を筒部２１２の外径Ｄ２以下に構成することが可能である。

したがって、本実施形態によれば、ギアハウジング１８０に固定される駆動装置１を小型化することができる。また、本実施形態によれば、スクリューボルト４５等の固定部材を必要としないため、部品管理が容易であり、低コスト化可能である。

また、比較例のモータハウジング１２０は、スクリューボルト４５の頭部直下のみにおいてギアハウジング１８０と密着している。これに対して、本実施形態では、嵌合部２５の雄ねじ２５１と被嵌合部８５の雌ねじ８５１とが密着しているため、モータハウジング２０とギアハウジング８０との密着面積が比較例に比べて増加している。このため、駆動装置１からギアハウジング８０への放熱性が向上している。

（２）本実施形態において、モータハウジング２０は、シャフト３４の回転軸Ｒを挟んで互いに反対側を向くように配置された平面部２３、２４を有している。このため、駆動装置１をギアハウジング８０に固定するとき、レンチ等の締結具によって平面部２３、２４を押さえることによって、嵌合部２５と被嵌合部８５とのねじ締めを容易に行うことができる。

（３）本実施形態のモータハウジング２０において、嵌合部２５は、シャフト３４の第１端３４１側に配置されている。また、駆動装置１は、モータハウジング２０においてシャフト３４の第２端３４２側に設けられ、モータ部３０への通電を制御する制御部５０をさらに備えている。
上記構成によれば、機電一体型に構成された駆動装置１をギアハウジング８０に好適に取り付けることができる。

（４）本実施形態の電動パワーステアリング装置１０は、上述の駆動装置１と、シャフト３４の第１端３４１に接続されるギアシステム８と、ギアシステム８を収容すると共にモータハウジング２０が固定されるギアハウジング８０とを備える。ギアハウジング８０は、シャフト３４が挿通する開口８３の周りに雌ねじ８５１が形成され、嵌合部２５とねじ嵌合している被嵌合部８５を有する。

上記構成によれば、モータハウジング２０及びギアハウジング８０が比較例のようなフランジ部を必要としないため、それぞれの最大外径を最小限に抑えることができる。このため、狭いスペースであっても駆動装置１及びギアハウジング８０を好適に搭載することができる。

特に、本実施形態のようにラック取付型の電動パワーステアリング装置１０では、駆動装置１のモータ部３０がラック軸９５に平行に設けられているため、モータ部３０の径方向における取付スペースの制約が厳しい。このため、本実施形態の駆動装置１がより好適に適用される。

（５）本実施形態では、シャフト３４の回転軸Ｒに平行な方向において、「雄ねじ嵌合部」である嵌合部２５の長さＬ１は、「雌ねじ嵌合部」である被嵌合部８５の長さＬ２よりも長い。また、ギアハウジング８０は、嵌合部２５のねじ先端部２５４が当接する穴底部８５３をさらに有している。

上記構成によれば、ねじ嵌合時、嵌合部２５のねじ先端部２５４をギアハウジング８０の穴底部８５３に対して容易に当接させることができる。また、ねじ先端部２５４と穴底部８５３とが当接することにより、ねじ切り加工時に発生する切り屑がモータハウジング２０及びギアハウジング８０の各内部に侵入することを防止することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態による駆動装置２について、図５及び図６を参照して説明する。
第２実施形態では、モータハウジング２０１とギアハウジング８０１との間で、雄ねじと嵌合部と雌ねじ嵌合部との関係が逆である。

モータハウジング２０１は、「雌ねじ嵌合部」としての嵌合部２６を有する。嵌合部２６は、ケース２１と一体に形成されており、ケース２１の底部２１４からギアハウジング８０１側に向かって環状に突出している。嵌合部２６の内周には、シャフト３４の回転軸Ｒと同軸の雌ねじ２６１が形成されている。嵌合部２６の外径Ｄ３は、筒部２１２の外径Ｄ２と同程度である。

一方、ギアハウジング８０１は、「雄ねじ嵌合部」としての被嵌合部８６を有している。被嵌合部８６は、シャフト３４が挿通する開口８３の周囲において、ギアハウジング８０１の隔壁部８９から駆動装置１側に向かって環状に突出している。被嵌合部８６の外周には、シャフト３４の回転軸Ｒと同軸の雄ねじ８６１が形成されている。

駆動装置２をギアハウジング８０１に固定するとき、モータハウジング２０１の嵌合部２６がギアハウジング８０１の被嵌合部８６にねじ嵌合する。
ここで、図６に示すように、シャフト３４の回転軸Ｒに平行な方向において、「雄ねじ嵌合部」である被嵌合部８６の長さＬ２１は、「雌ねじ嵌合部」であり嵌合部２６の長さＬ１１よりも長い。このため、ねじ嵌合がされたとき、被嵌合部８６のねじ先端部８６４は、ケース２１の底部２１４に当接する。すなわち、第２実施形態では、ケース２１の底部２１４が、特許請求の範囲に記載の「穴底部」に相当する。
第２実施形態によっても、第１実施形態にて上述した効果と同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態による駆動装置３について、図７を参照して説明する。
第３実施形態のモータハウジング２０２では、ケース２１のギアハウジング８０側の一部にシャフト３４の回転軸Ｒと同軸の雄ねじ２７１が形成されている。すなわち、ケース２１のうち、その外周面に雄ねじ２７１が形成されている部分が、「雄ねじ嵌合部」としての嵌合部２７となり、ケース２１の底部２１４が「ねじ先端部」となる。
一方、ギアハウジング８０の構成は第１実施形態と同様であり、「雌ねじ嵌合部」としての被嵌合部８５を有する。

駆動装置３をギアハウジング８０に固定するとき、モータハウジング２０２の嵌合部２７がギアハウジング８０の被嵌合部８５にねじ嵌合する。このとき、ケース２１の底部２１４が、被嵌合部８５の穴底部８５３に当接する。
第３実施形態によっても、第１実施形態にて上述した効果と同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
本発明のモータ部は、永久磁石式の三相交流同期モータに限らず、四相以上の多相モータ、或いは、ＤＣブラシレスモータや誘導モータ等であってもよい。
また、本発明のモータ部は電力を供給されトルクを出力する狭義の「モータ」として機能するものに限らず、トルクを受けて発電する発電機を含めた「回転電機部」として解釈される。

本発明のモータハウジングの全体的な構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、ケースと蓋体との配置が回転軸Ｒに平行な方向において上記実施形態とは逆であり、嵌合部が蓋体と一体に形成されてもよい。また、本発明のモータハウジングは、モータ部の両端に配置された２つのフレーム部材がボルト等を介して結合されることによって構成され、嵌合部は一方のフレーム部材と一体に形成されてもよい。
また、本発明のモータハウジングは、平面部を有さずともよいし、使用される締結具に合わせて２組以上の平面部を有していてもよい。

本発明の駆動装置は、モータ部への通電を制御する制御部を備えなくてもよい。
また、本発明の駆動装置は、ラック取付型に限らず、コラム取付型の電動パワーステアリング装置に適用されてもよい。また、電動パワーステアリング装置以外の車載装置や、車両に搭載される装置以外の各種装置に適用されてもよい。

本発明の動力伝達機構は、ギアに限らずプーリー等によって構成されてもよい。同様に、本発明の取付対象物としての動力伝達機構ハウジングは、ギアを収容するギアハウジングに限られず、プーリーを収容するプーリーハウジング等であってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しな
い範囲において、種々の形態で実施することができる。

１、２、３・・・駆動装置
２０、２０１、２０２・・・モータハウジング
２５、２６、２７・・・嵌合部
２５１、２６１、２７１・・・ねじ
３０・・・モータ部
３１・・・ステータ
３３・・・ロータ
３４・・・シャフト
８０、８０１・・・ギアハウジング（取付対象物）

Claims (7)

1. 取付対象物（８０、８０１）に固定されるモータハウジング（２０、２０１、２０２）と、
   前記モータハウジングの内側に収容されたステータ（３１）、前記ステータの内側に回転可能に設けられたロータ（３３）、及び、前記ロータと一体に回転するシャフト（３４）を有するモータ部（３０）と、
   を備え、
   前記モータハウジングは、前記シャフトの回転軸（Ｒ）と同軸のねじ（２５１）が形成され、前記取付対象物にねじ嵌合可能である嵌合部（２５、２６、２７）を有することを特徴とする駆動装置。
2. 前記ねじは、前記嵌合部の外周面に形成された雄ねじ（２５１、２７１）であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記嵌合部は、前記回転軸に平行な方向に突出した環状形状を有し、
   前記ねじは、前記嵌合部の内周面に形成された雌ねじ（２６１）であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記モータハウジングは、前記回転軸を挟んで互いに反対側を向くように配置された少なくとも２つの平面部（２３、２４）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記嵌合部は、前記モータハウジングにおいて前記シャフトの出力端（３４１）側に配置されており、
   前記モータハウジングにおいて前記シャフトの前記出力端側とは反対側に設けられ、前記モータ部への通電を制御する制御部（５０）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動装置（１、２、３）と、
   前記シャフトの出力端に接続される動力伝達機構（８）と、
   前記動力伝達機構を収容すると共に前記モータハウジングが固定された、前記取付対象物としての動力伝達機構ハウジング（８０、８０１）と、
   を備え、
   前記動力伝達機構ハウジングは、前記シャフトが挿通する開口（８３）の周りにねじ（８５１）が形成され、前記駆動装置の前記嵌合部とねじ嵌合している被嵌合部（８５）を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
7. 互いにねじ嵌合している前記嵌合部及び前記被嵌合部のうち、雄ねじが形成されている一方を雄ねじ嵌合部とし、雌ねじが形成されている他方を雌ねじ嵌合部とするとき、
   前記シャフトの回転軸に平行な方向において、前記雄ねじ嵌合部の長さ（Ｌ１、Ｌ２１）は、前記雌ねじ嵌合部の長さ（Ｌ２、Ｌ１１）よりも長く、
   前記雌ねじ嵌合部を有する前記動力伝達機構ハウジング又は前記モータハウジングは、前記雄ねじ嵌合部のねじ先端部（２５４、８６４）が当接する環状の穴底部（８５３、２１４）をさらに有していることを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。

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