JP2012192787A - アクチュエータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増大を抑えつつ、搭載性に優れたアクチュエータ及び電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ＥＰＳアクチュエータ２２は、同軸上に並置される第１モータ２１ａ及び第２モータ２１ｂと、第１モータ２１ａと第２モータ２１ｂとの間に配置され、これら第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂの各第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂに連結されるウォーム軸２６を有する減速機構２５とを備えた。そして、第１モータ２１ａと第２モータ２１ｂとの間で、第１電機子コイル６１ａと第２電機子コイル６１ｂとを接続する接続線６２を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、アクチュエータ及び電動パワーステアリング装置に関する。

従来、モータにウォーム減速機等の減速機構を設けてなるアクチュエータがある。こうしたアクチュエータは、例えば車両用の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）において、操舵系にアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータとして用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、こうしたアクチュエータとして、同軸上に設けられた２つのモータ間に減速機構を配置したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２の構成では、モータが減速機構の一方側にのみ設けられる構成（特許文献１、第３図参照）に比べ、アクチュエータの出力性能を維持しつつ、減速機構からモータが大きく突出することを抑制できるため、車両への搭載性が向上する等の利点がある。

特開２００９−９６２１３号公報 特開２００４−２２４２８０号公報

ところが、上記特許文献２の構成では、減速機構（ウォーム軸）の両側に設けられたモータがそれぞれ独立した別個のモータとして構成されているため、その電機子コイルに駆動電力を供給するための部品（整流子や駆動回路等）が各モータにそれぞれ必要となる。その結果、アクチュエータを構成する部品点数が多くなり、コストの増大を招くといった問題が生じていた。

なお、このような問題は、アクチュエータをＥＰＳに用いた場合に限らず、他の機器に用いた場合にも同様に生じ得る。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コストの増大を抑えつつ、搭載性に優れたアクチュエータ及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、第１モータ及び第２モータと、前記第１モータと前記第２モータとの間に配置され、該第１モータ及び該第２モータの各出力軸に連結される駆動ギアを有する減速機構とを備え、前記第１モータと前記第２モータとの間で、該第１モータの電機子コイルと該第２モータの電機子コイルとを接続する接続線を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、接続線を介して第１モータ及び第２モータの電機子コイル同士が電気的に接続されるため、いずれか一方の電機子コイルに駆動電力を供給することにより、いずれか他方の電機子コイルにも駆動電力が供給されるようになる。そのため、電機子コイルに駆動電力を供給するための部品をいずれか一方のモータに設けることにより、第１及び第２モータの双方を駆動することが可能になる。従って、減速機構の両側にそれぞれモータを配置しても、部品点数が増加することを抑制できるため、コストの増大を抑えつつ、搭載性の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、ステアリング操作を補助するためのアクチュエータとして請求項１に記載のアクチュエータを備えた電動パワーステアリング装置であることを要旨とする。

上記構成によれば、搭載性に優れた電動パワーステアリング装置を低コストで提供することができる。

本発明によれば、コストの増大を抑制しつつ、搭載性に優れたアクチュエータ及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 第１実施形態のＥＰＳアクチュエータを示す断面図。 （ａ）第１実施形態のロータを示す斜視図、（ｂ）ステータを示す斜視図。 第１実施形態の電機子コイルのティースへの巻回状態を示す模式図。 第１実施形態の電機子コイルの結線図。 第２実施形態のＥＰＳアクチュエータを示す断面図。 第２実施形態のロータを示す斜視図。 第２実施形態の電機子コイルのティースへの巻回状態を示す模式図。 第２実施形態の電機子コイルの結線図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。そして、ステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ２２と、同ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御するＥＣＵ２３とを備えている。

ＥＰＳアクチュエータ２２は、所謂コラムアシスト型のＥＰＳアクチュエータとして構成されており、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂは、減速機構２５を介してコラム軸８と駆動連結されている。本実施形態の第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂには、ブラシレスモータが採用されており、ＥＣＵ２３から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。また、減速機構２５には、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂが連結された駆動ギアとしてのウォーム軸２６と、コラム軸８に連結された従動ギアとしてのウォームホイール２７とを噛合してなるウォーム減速機が採用されている。そして、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂの回転を減速機構２５により減速してコラム軸８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成になっている。

一方、ＥＣＵ２３には、車速センサ２８及びトルクセンサ２９が接続されている。そして、ＥＣＵ２３は、これらセンサにより検出される車速Ｖ及び操舵トルクτに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２２の作動、すなわち操舵系に付与するアシスト力の制御を実行する構成になっている。なお、ＥＣＵ２３は、車速Ｖ及び操舵トルクτに基づいてモータ制御信号を出力するマイコン３１と、そのモータ制御信号に基づいて第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂに三相の駆動電力を供給する駆動回路（インバータ）３２とを備えている。

次に、本実施形態におけるＥＰＳアクチュエータの構成について説明する。
図２に示すように、ＥＰＳアクチュエータ２２は、減速機構２５を収容する減速機ハウジング４１を備えている。減速機ハウジング４１は、ウォーム軸２６が収容されるウォーム軸収容部４２、及び同ウォーム軸収容部４２に連続して形成されるとともにウォームホイール２７が収容されるウォームホイール収容部４３を有している。ウォーム軸収容部４２は、ウォーム軸２６の軸方向（図２における左右方向）両端が開口した略円筒状に形成されている。そして、ウォーム軸２６は、ウォーム軸収容部４２内において回転可能に収容されるとともに、ステアリングシャフト３に連結されたウォームホイール２７に噛合されている。

一方、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂは、同性能、同重量及び同形状であり、ウォーム軸２６（ウォーム軸収容部４２）の両端に同ウォーム軸２６と同軸配置されている。つまり、同軸上に配置された第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂの間に減速機構２５が配置されている。

詳述すると、ウォーム軸収容部４２の各開口端には、有底円筒状の第１及び第２ハウジング４４ａ、４４ｂが固定されている。そして、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂは、第１及び第２ハウジング４４ａ、４４ｂ内に収容される第１及び第２ステータ４５ａ，４５ｂと、同第１及び第２ステータ４５ａ，４５ｂの径方向内側において回転可能に支持される第１及び第２ロータ４６ａ，４６ｂとをそれぞれ備えている。

図２及び図３（ａ）に示すように、第１ロータ４６ａは、ウォーム軸２６の一端（図２における左端）からその軸方向に一体的に延出された第１出力軸５１ａとともに一体回転する円筒状の第１ロータコア５２ａと、第１ロータコア５２ａの外周に固定される第１マグネット５３ａとを備えている。同様に、第２ロータ４６ｂは、ウォーム軸２６の他端（図２における右端）からその軸方向に一体的に延出された第２出力軸５１ｂとともに一体回転する円筒状の第２ロータコア５２ｂと、第２ロータコア５２ｂの外周に固定される第２マグネット５３ｂとを備えている。すなわち、ウォーム軸２６と、第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂとは一体形成されている。なお、第１及び第２マグネット５３ａ，５３ｂには、円筒状のリングマグネットが用いられるとともに、第１及び第２マグネット５３ａ，５３ｂの外周には、着磁により複数（本実施形態では、４つ）の磁極が交互に形成されている。

第１出力軸５１ａは、その先端が第１ハウジング４４ａの底部に設けられた軸受５５ａにより回転可能に支持され、第２出力軸５１ｂは、その先端が第２ハウジング４４ｂの底部に設けられた軸受５５ｂにより回転可能に支持されている。これにより、第１及び第２ロータ４６ａ，４６ｂが第１及び第２ステータ４５ａ，４５ｂの内側において回転可能に支持されるとともに、上記ウォーム軸２６がウォーム軸収容部４２内で回転可能に支持されている。

図２及び図３（ｂ）に示すように、第１ステータ４５ａは、第１ハウジング４４ａの内周に固定された第１円筒部５６ａ、及び第１円筒部５６ａから径方向内側に突出する複数（本実施形態では、３本）の第１ティース５７ａからなる第１ステータコア５８ａを備えている。同様に、第２ステータ４５ｂは、第２ハウジング４４ｂの内周に固定された第２円筒部５６ｂ、及び第２円筒部５６ｂから径方向内側に突出する複数の第２ティース５７ｂからなる第２ステータコア５８ｂを備えている。第１及び第２ティース５７ａ，５７ｂには、各相の第１及び第２電機子コイル６１ａ，６１ｂがそれぞれ集中巻にて巻回されている。

そして、図２、図３（ｂ）及び図４に示すように、各相の第１電機子コイル６１ａと第２電機子コイル６１ｂとは、第１モータ２１ａと第２モータ２１ｂとの間で、それぞれ接続線６２を介して直列に接続されている。なお、図５に示すように、直列に接続された第１及び第２電機子コイル６１ａ，６１ｂの各組はデルタ結線されている。

具体的には、ウォーム軸収容部４２の内周面には、その軸方向に延びる複数の収容溝６３が形成されている。そして、各接続線６２が同収容溝６３内に配置されることにより、ウォーム軸収容部４２の両側に設けられた第１電機子コイル６１ａと第２電機子コイル６１ｂとが互いに接続されている。そして、第１及び第２電機子コイル６１ａ，６１ｂは、その端末線がバスバー（図示略）を介してＥＣＵ２３（図１参照）に接続されている。

このように構成されたＥＰＳアクチュエータ２２では、第１電機子コイル６１ａと第２電機子コイル６１ｂとが接続線６２を介して直列に接続されているため、単独のＥＣＵ２３（駆動回路３２）から第１及び第２電機子コイル６１ａ，６１ｂの双方に駆動電力が供給される。そして、第１及び第２電機子コイル６１ａ，６１ｂが励磁されて第１及び第２ステータ４５ａ，４５ｂにそれぞれ回転磁界が発生し、その回転磁界と第１及び第２マグネット５３ａ，５３ｂとの間に生じる電磁力に基づいて第１及び第２ロータ４６ａ，４６ｂがウォーム軸２６と一体で回転する。これにより、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂで発生するモータトルクが減速機構２５を介して操舵系に付与されるようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）第１モータ２１ａと第２モータ２１ｂとの間で、第１電機子コイル６１ａと第２電機子コイル６１ｂとを接続する接続線６２を備えた。これにより、接続線６２を介して第１及び第２電機子コイル６１ａ，６１ｂ同士が電気的に接続されるため、共通の駆動回路３２により第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂの双方を駆動することが可能になる。従って、減速機構２５の両側にそれぞれ第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂを配置しても、ＥＰＳアクチュエータ２２の部品点数が増加することを抑制できるため、コストの増大を抑えつつ、搭載性の向上を図ることが可能になる。これにより、搭載性に優れたＥＰＳ１を低コストで提供することができる。

（２）ウォーム軸２６の両端に第１出力軸５１ａ及び第２出力軸５１ｂを一体形成したため、ウォーム軸２６、第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂを別部材により構成する場合に比べ、部品点数を削減してより一層コストの増大を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第１実施形態との主たる相違点は、第１及び第２モータにブラシ付きモータが採用されている点である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の第１及び第２ステータ４５ａ，４５ｂは、第１及び第２ハウジング４４ａ、４４ｂの内周に複数（本実施形態では、２つ）の第１及び第２マグネット７１ａ，７１ｂを固定することによりそれぞれ構成されている。なお、第１及び第２マグネット７１ａ，７１ｂは、それぞれ等角度間隔で互いに異なる磁極となるように第１及び第２ハウジング４４ａ、４４ｂの内周に固定されている。

図６及び図７に示すように、第１ロータ４６ａは、第１出力軸５１ａと一体回転可能に固定された第１円筒部７２ａ、及び第１円筒部７２ａから径方向外側に向って延びる複数（本実施形態では、３本）の第１ティース７３ａからなる第１ロータコア７４ａを備えている。同様に、第２ロータ４６ｂは、第２出力軸５１ｂと一体回転可能に固定された第２円筒部７２ｂ、及び第２円筒部７２ｂから径方向外側に向って延びる複数の第２ティース７３ｂからなる第２ロータコア７４ｂを備えている。これら各第１及び第２ティース７３ａ，７３ｂには、第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂがそれぞれ集中巻にて巻回されている。

そして、図６〜図８に示すように、軸方向において対向する第１及び第２ティース７３ａ，７３ｂに巻回された第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂは、第１モータ２１ａと第２モータ２１ｂとの間で、それぞれ接続線７６を介して直列に接続されている。なお、図９に示すように、直列に接続された第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂの各組はデルタ結線されている。

具体的には、ウォーム軸２６における歯部７７の径方向内側部分には、軸方向に延びる複数の貫通孔７８が形成されている。そして、各接続線７６が同貫通孔７８内に挿通されることにより、ウォーム軸収容部４２の両側に設けられた第１電機子コイル７５ａと第２電機子コイル７５ｂとが互いに接続されている。なお、本実施形態では、ウォーム軸２６は、第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂの先端を支持する軸受５５ａ，５５ｂに加え、ウォーム軸収容部４２の両端に設けられた軸受７９ａ，７９ｂにより歯部７７の両端が回転可能に支持されている。

また、第１モータ２１ａは、整流子８１と、整流子８１の径方向外側に配置され、同整流子８１のセグメント８２に摺接する複数（２本）の給電ブラシ８３を備えている。
整流子８１は、第１出力軸５１ａに固定された円筒体８４の外周面に複数（本実施形態では、３つ）のセグメント８２を固定することにより形成されている。円筒体８４は、第１出力軸５１ａの先端側（図６における左側）に配置されており、各セグメント８２は、円筒体８４の外周面に等角度間隔で配置されている。そして、各セグメント８２には、対応する第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂの端末線がそれぞれ接続されている。

各給電ブラシ８３は、ブラシホルダ８６内に収容され、コイルバネ等の付勢部材８７によって付勢されることにより、上記整流子８１の外周面に固定された各セグメント８２に摺接されている。また、各給電ブラシ８３には、ＥＣＵ２３からモータ回転に応じた正負の電圧が印加される。そして、各給電ブラシ８３が整流子８１の回転位置に応じたセグメント８２に摺接することにより、当該セグメント８２に接続された第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂに駆動電力が供給される。

このように構成されたＥＰＳアクチュエータ２２では、第１電機子コイル７５ａと第２電機子コイル７５ｂとが接続線７６を介して直列に接続されているため、単独の整流子８１から第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂの双方に駆動電力が供給される。そして、第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂが励磁されて第１及び第２ロータ４６ａ，４６ｂにそれぞれ回転磁界が発生し、その回転磁界と第１及び第２マグネット７１ａ，７１ｂとの間に生じる電磁力に基づいて第１及び第２ロータ４６ａ，４６ｂがウォーム軸２６と一体で回転するようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（２）と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（３）第１モータ２１ａと第２モータ２１ｂとの間で、第１電機子コイル７５ａと第２電機子コイル７５ｂとを接続する接続線７６を備えた。これにより、接続線７６を介して第１及び第２電機子コイル７５ａ，７５ｂ同士が電気的に接続されるため、共通の整流子８１により、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂの双方を駆動することが可能になる。これにより、上記第１実施形態と同様に、搭載性に優れたＥＰＳ１を低コストで提供することができる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第１実施形態では、ウォーム軸２６を第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂの先端に設けられた軸受５５ａ，５５ｂのみによって回転可能に支持したが、これに限らず、上記第２実施形態のように歯部７７の両端を支持する軸受７９ａ，７９ｂを設けてもよい。なお、この場合には、ウォーム軸収容部４２や第１及び第２ハウジング４４ａ、４４ｂに、各接続線７６を挿通するための貫通孔を形成する。

・上記第１実施形態では、各相の第１電機子コイル６１ａと第２電機子コイル６１ｂとをそれぞれ接続線６２を介して直列に接続したが、これに限らず、並列に接続してもよい。同様に、上記第２実施形態において、第１電機子コイル７５ａと第２電機子コイル７５ｂとをそれぞれ接続線７６を介して並列に接続してもよい。

・上記各実施形態では、ウォーム軸２６と第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂを一体に形成したが、これに限らず、ウォーム軸２６と、第１及び第２出力軸５１ａ，５１ｂとをそれぞれ別部材により構成し、これらを互いに連結するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、第１及び第２モータ２１ａ，２１ｂにウォーム軸２６とウォームホイール２７を噛合してなるウォーム減速機を連結したが、これに限らず、例えば複数の平歯車を噛合させた歯車機構等の他の減速機構を連結してもよい。

・上記各実施形態では、本発明をＥＰＳ用のアクチュエータに具体化したが、これに限らず、例えば対象物に連結されたワイヤーを巻き上げるワイヤー巻き上げ機等、ＥＰＳ以外の機器に用いられるアクチュエータに適用してもよい。

次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１に記載のアクチュエータにおいて、前記駆動ギアの両端には、前記第１モータ及び前記第２モータの各出力軸が一体形成されたことを特徴とするアクチュエータ。上記構成によれば、駆動ギア、第１及び第２モータの各出力軸を別部材により構成し、これらを互いに連結する場合に比べ、部品点数を削減してより一層コストの増大を抑えることができる。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２１ａ…第１モータ、２１ｂ…第２モータ、２２…ＥＰＳアクチュエータ、２３…ＥＣＵ、２５…減速機構、２６…ウォーム軸、２７…ウォームホイール、３１…マイコン、３２…駆動回路、４１…減速機ハウジング、４２…ウォーム軸収容部、４３…ウォームホイール収容部、４４ａ…第１ハウジング、４４ｂ…第２ハウジング、４５ａ…第１ステータ、４５ｂ…第２ステータ、４６ａ…第１ロータ、４６ｂ…第２ロータ、５１ａ…第１出力軸、５１ｂ…第２出力軸、５５ａ，５５ｂ，７９ａ，７９ｂ…軸受、６１ａ，７５ａ…第１電機子コイル、６１ｂ，７５ｂ…第２電機子コイル、６２，７６…接続線、６３…収容溝、６４，８５…引き出し線、７７…歯部、７８…貫通孔、８１…整流子、８２…セグメント、８３…給電ブラシ。

Claims (2)

1. 第１モータ及び第２モータと、
   前記第１モータと前記第２モータとの間に配置され、該第１モータ及び該第２モータの各出力軸に連結される駆動ギアを有する減速機構とを備え、
   前記第１モータと前記第２モータとの間で、該第１モータの電機子コイルと該第２モータの電機子コイルとを接続する接続線を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. ステアリング操作を補助するためのアクチュエータとして請求項１に記載のアクチュエータを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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