JP6031839B2 - モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及び電動パワーステアリング装置に関する。さらに詳述すると、本発
明は、電動パワーステアリング装置などに好適なモータの構造の改良に関する。

従来、自動車用操舵系において、電動式のパワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric
Power
Steering）が提案され、実用化されている。現在においては、ステアリングホイ
ールに付加された操舵トルクに応じて、電動モータで補助操舵トルクを発生し、この補助
操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置の開発が進められて
いる。このような電動パワーステアリング装置では、電動モータが減速機構を介してステ
アリング軸に接続され、電動モータの回転は、減速機構により減速された後、ステアリン
グ軸に伝達される。

電動モータの回転（シャフトの回転角や回転量）は、例えばレゾルバステータとレゾル
バロータとからなるレゾルバによって検出されている。レゾルバロータはシャフトに固定
されて同量回転するようになっており、当該レゾルバロータを介してシャフトの回転量が
検出できるようになっている。

レゾルバロータとシャフトの固定方法としては、例えば特許文献１のように、電動パワ
ーステアリング装置（ＥＰＳ）の減速機構のウォームとシャフトとの結合がボス（メスス
プライン）を利用したものである場合、レゾルバとボスとの間にスペーサを介してボスで
レゾルバロータの軸方向位置を規制し、回転方向の保持は、レゾルバロータの外周形状が
圧入により変形しない程度の軽圧入によるものが用いられている（特許文献１参照）。レ
ゾルバロータの軸方向と回転方向の締結力を同時に満足するには、圧入圧を高くする必要
があり、そのような電動パワーステアリング装置用モータも市場では見られる。

ここで、高い圧入圧の下で行うレゾルバロータの圧入時の変形を抑制する手法として、
圧入部の形状を工夫して変形を抑制するものが提案されている（例えば特許文献２参照）
。また、レゾルバステータをフランジの外側に設けた構造で、シャフトの減速機ウォーム
と締結するスプライン構造の場合、レゾルバロータの軸方向の動きを規制するために、厚
みを持ったスペーサを圧入するという手法もある（例えば特許文献２参照）。さらに、他
には、特許文献３，４のように、レゾルバロータの軸方向の動きを規制するためにネジで
固定する手法や、特許文献５のように、マグネットホルダにレゾルバロータを保持する構
造とする手法なども提案されている。

特開２００３−２０４６５４号公報 特開２０１０−４８７７５号公報 特開２００８−１１５９９号公報 特開２００８−１１６６１号公報 特開２００８−１８２８６２号公報

しかしながら、上述したような従来技術によると、電動モータのコストが嵩んだり、ネ
ジの軸力による応力でレゾルバロータの磁気特性が悪化したりすることから、電動パワー
ステアリング装置向けの電動モータの技術として最適なものではない。

また、特許文献２のごときスペーサは、レゾルバロータとスプラインとの間に配置され
るので、減速機構とモータとを固定する場合には、スペーサとウォームが接触しないよう
シャフトの出しろ（モータ取付面からシャフト先端までの距離）を長くする必要があり、
結果としてモータのエンド付近の寸法が長くなって車両への搭載性（搭載しやすさ）が悪
化してしまう。また、シャフトの出しろを長く設定すると、減速機構のモータ固定部の寸
法も長くなるのでコストアップと重量増加を招く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低コスト化、軽量化を可能としたモ
ータ及び電動パワーステアリング装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は種々の検討を行い、かかる課題の解決に結び付く
新たな知見を得るに至った。本発明のモータはかかる知見に基づくものであり、回転位置
検出センサを構成するレゾルバステータおよびレゾルバロータと、該レゾルバロータのシ
ャフトに配置された弾性部材と、該弾性部材の移動を抑止する段部と、を有し、弾性部材
をレゾルバロータに当接させてシャフトの軸方向への動きを規制する、というものである
。

このモータによると、レゾルバロータの軸方向への動きを規制するための規制部品の厚
みが低減できるので、シャフトの出しろを長くする必要がなくなる。この結果、減速機構
側の部品も軽量化することができ、低コスト化が可能となる。また、モータのエンド付近
の寸法が長くなるようなことがないから、車両への搭載性も向上する。しかも、このモー
タでは、シャフトの軸方向への動きを弾性部材によって規制しているため、レゾルバロー
タの厚み公差と軽圧入位置公差、シャフトの溝公差を吸収することが可能である。さらに
は、レゾルバロータは電磁鋼板を積層したもので構成されることから質量が小さく、回転
方向の保持力が小さくてすむ。このように保持力が小さくなると、さらに軽圧入すること
ができ、レゾルバロータの歪みを抑制することができる。また、レゾルバロータとレゾル
バステータのギャップパーミアンスが正弦波状に変化することを利用したレゾルバ信号の
リニアリティも向上する。したがって、リップル、音もよくなり、操舵フィーリングも向
上した電動パワーステアリング装置を提供することが可能となる。

弾性部材は、シャフトのうちレゾルバロータの近傍に設けられた溝部に装着されている
ことが好ましい。

また、本発明にかかる電動パワーステアリング装置は、ステアリングに対して減速機構
を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する装置であって、電動モータとして
、上述のモータを有するというものである。

この電動パワーステアリング装置において、弾性部材は、減速機構のウォームの一部と
接触する位置に配置されていることが好ましい。このような電動パワーステアリング装置
によれば、シャフトの出しろ（モータ取付面からシャフト先端までの距離）を短くして電
動モータ等の全長をさらに短縮することができる。また、この装置によれば、回転伝達部
材（例えばスプライン軸）のグリスが電動モータ側に浸入することを防止することもでき
る。

本発明によれば、モータ及び電動パワーステアリング装置の低コスト化、軽量化が可能
となる。

電動パワーステアリング装置の構成の概略を示す説明図である。 ウォーム減速機構の構成の概略を示す電動パワーステアリング装置の軸（ステアリングシャフト）方向から見た図である。 電動モータの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 軸方向寸法が違う電動モータを比較して示す図で、（Ａ）比較例としての従来の電動モータと、（Ｂ）モータエンドの寸法を低減した本発明にかかる電動モータである。 本発明の第２の実施形態を示す、電動パワーステアリング装置の軸方向から見た図である。 スペーサでレゾルバロータの軸方向を維持する構成の従来型電動モータを比較例として示す図である。 ウォームとレゾルバロータの固定スペーサとが接触しないようにシャフト出しろを長くした従来型電動モータを比較例として示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す、電動モータの構成の概略を示す縦断面の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実
施の形態にかかるモータを有する電動パワーステアリング装置１の構成の概略を示す説明
図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素
については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

電動パワーステアリング装置１は、例えばコラムタイプのものであり、車両のステアリ
ングホイールＨが固定されるステアリングシャフト１０と、ラック・ピニオン運動変換機
構１１と、ステアリングホイールＨに付加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発
生させる電動モータ１２と、電動モータ１２とステアリングシャフト１０との間に介在さ
れ、電動モータ１２の回転を減速させるウォーム減速機構１３等を有している。

ステアリングシャフト１０は、ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂ
を有し、ハウジング２０に覆われている。ステアリング入力軸１０ａの上端にステアリン
グホイールＨが固定されている。ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂ
は、トルクセンサ２１のトーションバーを介して接続されている。ステアリングホイール
Ｈの操作により生じる操舵トルクは、ステアリング入力軸１０ａを通じてトルクセンサ２
１により検出され、その検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１２の出力が制御さ
れる。この電動モータ１２の構成の詳細については後述する。

ウォーム減速機構１３は、ステアリング出力軸１０ｂに取り付けられたウォームホイー
ル３０と、ウォームホイール３０の外周歯車に噛み合うウォーム３１を有している（図２
参照）。ウォーム３１は、ハウジング３２に対して固定されている２つのベアリング（軸
受）３３、３４により支持されている。ウォーム３１の一端は、電動モータ１２の後述す
るシャフト５２に対して同軸上にスプライン構造で結合されている。これにより、例えば
ステアリング出力軸１０ｂ及びウォームホイール３０の駆動によりウォーム３１が受けた
シャフト５２の軸方向Ｘの反力を、ウォーム減速機構１３において吸収できる。

図１に示すようにステアリング出力軸１０ｂとラック・ピニオン運動変換機構１１とは
、２つの自在継手４０、４１と連結部材４２により連結されている。また、ラック・ピニ
オン運動変換機構１１は、ラック・ピニオンギアによりステアリング出力軸１０ｂと操作
車輪のタイロッドを接続している。

電動モータ１２により出力された回転力は、ウォーム減速機構１３を介して、補助操舵
トルクとしてステアリング出力軸１０ｂに伝達され、当該補助操舵トルクは、ステアリン
グ出力軸１０ｂからラック・ピニオン運動変換機構１１を介して操作車輪のタイロッドに
伝達される。

次に、上述の電動モータ１２の構成について説明する。電動モータ１２は、例えば図３
に示すようにステータ（固定子）５４と、ステータ５４の一の開口部を閉鎖するフランジ
５１を有している。ステータ５４の内部には、シャフト（回転軸）５２を回転させるロー
タ（回転子）５３が設けられている。符号１５は、ステータ５４の筐体を形成する金属製
のステータケースである。

ステータ５４は、一体、分割、焼結コアのいずれかで構成される筒形状のステータコア
６０を有している。必要枚数分が積み重ねられたステータコア６０には、外側からテープ
が巻き付けられてからインシュレータ６１が挿入され、その状態でコイル６２が巻き付け
られている。本実施形態ではステータコア６０の端部コアの継鉄部（バックヨーク）に径
方向に延伸した凸部を設け、ステータコア６０を積層後、この延仲部の凸部を軸方向に折
り曲げてコアと接触させている。折り曲げ自体は、コイル６２の巻線の前後どちらでもよ
い。

また、本実施形態のように電動パワーステアリング装置１に用いられる電動モータ１２
において、特に詳しい図示はしていないが、ステータ５４は、分割コアの接合面バックヨ
ーク部に径方向に延伸した凸部同士を当接させ、折り曲げ前後でレーザー溶接またはＴＩ
Ｇ溶接等で接合し一体化されている。ステータ５４の片側端部には端子台９０が設けられ
、端子台９０に挿入またはインサートモールドされたバスバーと各相コイルは、ヒュージ
ングや抵抗溶接等で電気的に接続される。さらに、ステータ５４はステータケース１５に
圧入、接着、焼きばめ等で固定される。

また、本実施形態の電動モータ１２は３相モータであることから、３ｎ個のステータコ
ア６０は、継鉄部（バックヨーク）毎に圧入または溶接されて一体化されている。このス
テータ５４の軸方向Ｘのフロント側（モータ出力側となる図３中の左側）には、フランジ
５１が圧入、接着、かしめ、焼ばめ等により固定されている。これらステータ５４とフラ
ンジ部材５１との間に弾性部材を介在させることも好ましい。また、特に詳しく図示して
いないが、ステータ５４とフランジ５１の相対回転を防止するための凹凸などからなる回
り止めが形成されていることも好ましい。また、ステータ５４のリア側（上述のフロント
側とは反対となる図３中右側のモータエンド側）のベアリングハウジング内にはベアリン
グ７０が収容されている。

フランジ５１は、ステータ５４側の開口部側に、ステータケース１５が圧入、接着、か
しめ等で固定される構造となっている。フランジ５１の略中央部分のベアリングハウジン
グ内にはベアリング７１が収容されている。

ロータ５３は、ステータ５４の内側に設置されている。ロータ５３は、内部にロータコ
アを有し、その軸心にはシャフト５２が貫通した状態で設けられている。また、ロータコ
アの外周面には、マグネットやマグネットカバーが設けられている。ロータコアはシャフ
ト５２が圧入され、あるいはシャフト５２と一体成形されている。シャフト５２のコア外
周面には、接着あるいは保持部材等により偶数個のマグネットが等間隔で配置されている
。なお、マグネットが埋込み磁石型である場合は、ロータコア内に配置されている。さら
にこれらマグネットの外周にはマグネット飛散防止用のカバーが設けられている。マグネ
ット飛散防止用のカバーは例えば非磁性であるＳＵＳ材、アルミニウム、熱収縮チューブ
等で形成されている。

シャフト５２のリア側は、ベアリング７０により支持されている。シャフト５２のフロ
ント側は、フランジ５１の軸心を貫通し、当該フランジ５１に固定されたベアリング７１
により支持されている。シャフト５２のフロント側の先端は、上述のウォーム減速機構１
３のウォーム３１と同軸上で連結されている。

シャフト５２のベアリング７１よりもフロント側には、回転位置検出センサ８０が設け
られている。回転位置検出センサ８０は、シャフト５２に圧入（例えば、軽圧入）された
円筒状のレゾルバロータ８１と、そのレゾルバロータ８１の外周を囲むレゾルバステータ
８２を有している。レゾルバステータ８２は、フランジ５１に固定されたレゾルバホルダ
に、またはフランジ５１に取り付けられている。レゾルバステータ８２には、電動モータ
１２の外部に通じるセンサハーネス８４が電気的に接続されている。

シャフト５２のレゾルバロータ８１よりもフロント側の表面には環状の溝部５２ａが形
成され、該溝部５２ａには弾性を有するＯリング５６が配置されている。溝部５２ａは、
シャフト５２のうちレゾルバロータ８１の近傍に設けられており、Ｏリング５６は、レゾ
ルバロータ８１のフロント側端面に当接するように配置されている（図３参照）。

図３に示すようにステータ５４のフロント側には、ステータ５４のコイル６２に電気的
に接続された端子台９０が設置されている。また、端子台９０には、コイル６２に給電す
るためのパワーハーネス９１が電気的に接続されている。パワーハーネス９１は、フラン
ジ５１に設けられたグロメット（図示省略）の穴部を貫通し、電動モータ１２の外部に通
じている。この端子台９０に挿入またはインサートモールドされたバスバーと各相コイル
は、ヒュージングやＴＩＧ溶接などで電気的に接続されている。

電動モータ１２の固定対象であるウォーム減速機構１３のハウジング３２と、フランジ
５１は、周方向の例えば２か所の透孔５１ａにねじがねじ込まれることによって固定され
ている。

本実施形態のように、シャフト５２のうちレゾルバロータ８１の近傍に溝部５２ａを設
け、レゾルバロータ８１のフロント側端面に当接するようにＯリング５６を配置した電動
モータ１２によると、レゾルバロータ８１の軸方向への動きを規制するための部品（規制
部品）の厚みが低減できるので、シャフト５２の出しろ（モータ取付面からシャフト先端
までの距離）を長くする必要がなくなる。以上について、比較例を挙げて説明すると以下
のとおりである。

図６に示す比較例（従来例）の電動モータ（符号１２’で示す）のように、スペーサ１
０１でレゾルバロータ８１の軸方向位置を維持しようとすると、ウォーム３１とレゾルバ
ロータ８１の固定スペーサとが接触しないよう（図７中の特に矢示部分参照）、シャフト
出しろ（モータ取付面からシャフト先端までの距離）を長くする必要がある。そうすると
、結果としてＥＣＵまたはモータエンドの寸法が長くなり、搭載性に劣る。この点、本実
施形態の電動モータ１２によれば、上述のようにシャフト５２の出しろを長くする必要が
なく、そのぶんモータエンドの寸法を低減することができる（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）
。この結果、ウォーム減速機構１３側の部品も軽量化することができ、低コスト化が可能
となる。また、電動モータ１２のモータエンド付近の寸法が長くなるようなことがないか
ら、車両への搭載性も向上する。しかも、この電動モータ１２では、シャフト５２の軸方
向への動きをＯリング５６によって規制しているため、レゾルバロータ８１の厚み公差と
軽圧入位置公差、シャフト５２の溝公差を吸収することが可能である。さらには、レゾル
バロータ８１の回転方向の保持力も小さくてすむ構造のため、操舵フィーリングも向上し
た電動パワーステアリング装置１を提供することが可能となる。

なお、本実施形態の構造は、レゾルバロータ８１の軸方向の動きを規制するために、レ
ゾルバロータ８１の出力軸方向の端部付近のシャフト５２に段差（溝部５２ａ）を設け、
この段差にＯリング５６を配置したものであるが、これは好適な構造の一例にすぎない。
例えば、Ｏリング５６は、レゾルバロータ８１に当接する弾性部材の好適な一例にすぎず
、弾性を有する他の部材を用いることも可能である。また、溝部５２ａは、Ｏリング５６
等の移動を抑止するための段部の好適な一例にすぎず、例示した以外の形態や形状の溝等
を段部として用いることも可能である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるもので
はなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、上述した実施形態におけるレゾルバロータ８１の位置規制用のＯリン
グ５６と、ウォーム３１のスプライン挿入部のテーパー部（図５中、符号３１ａで示す）
とを接触させている（図５参照）。このような構造は、シャフト５２の出しろを短くして
電動モータ１２等の全長をさらに短縮することに寄与する。また、このような構造は、ス
プライン部のグリスが電動モータ１２側に浸入することを防止することもできる。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、シャフト５２に設けられた段差（溝部５２ａ）を利用してＯリング５６を使用したが、Ｏリング５６に替えて弓Ｅ形止め輪８３を用いても良い。
弓Ｅ形止め輪は、その弓形形状によりスラスト方向に対して動きを抑える機能があるためレゾルバロータ８１のスラスト方向の動きを低トルクで規制する事が出来る。

１…電動パワーステアリング装置、１２…電動モータ（モータ）、１３…ウォーム減速機
構（減速機構）、３１…ウォーム、５２…シャフト、５２ａ…溝部（段部）、５６…Ｏリ
ング（弾性部材）、８０…回転位置検出センサ、８１…レゾルバロータ、８２…レゾルバ
ステータ

Claims (2)

1. 回転位置検出センサを構成するレゾルバステータおよびレゾルバロータと、
   弾性部材と、
   ウォーム減速機構と、
   前記弾性部材を貫通し、前記弾性部材の移動を抑止する溝を外周表面に備えるシャフトと、
   前記シャフトを回転させるロータと、を有し、
   前記シャフトの同軸上には、前記ウォーム減速機構のウォームと、前記弾性部材と、前記レゾルバロータと、前記ロータと、が前記シャフトのフロント側からリア側に順に配置され、
   前記弾性部材は、円環状のＯリングであって、
   前記溝は、前記シャフトの軸方向に前記溝のフロント側段差と前記溝のリア側段差とを前記シャフトの外周表面に備え、
   前記溝のフロント側段差と前記溝のリア側段差と間の溝の長さが装着前の前記弾性部材の直径よりも大きく、前記溝のフロント側段差及び前記溝のリア側段差の深さが装着前の前記弾性部材の半径よりも小さく、
   前記溝のフロント側段差と前記溝のリア側段差と間に位置する前記レゾルバロータのフロント側端面と、前記溝のフロント側段差とに当接するように、前記弾性部材が前記溝に装着されることで、前記シャフトの軸方向への前記レゾルバロータの動きが規制されており、
   前記シャフトのフロント側の先端は、前記ウォームと同軸上で連結され、
   前記ウォーム減速機構のリア側端部が前記溝の近傍まで前記シャフトの軸方向に伸び、
   前記弾性部材は、前記ウォーム減速機構の一部と接触する位置に配置されている、モータ。
2. ステアリングに対してウォーム減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータとして、請求項１に記載のモータを有する、電動パワーステアリング装置。
   
   

Images