特開 2023-8007 電動パワーステアリング装置及びアキシャルギャップ型電動モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008007

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】電動パワーステアリング装置及びアキシャルギャップ型電動モータ

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20230112BHJP

【ＦＩ】

B62D5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021111214

(22)【出願日】2021-07-05

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三島 悠亮

【テーマコード（参考）】

3D333

【Ｆターム（参考）】

3D333CB02

3D333CB16

3D333CC06

3D333CC14

3D333CC25

3D333CC38

3D333CC47

3D333CD04

3D333CD06

3D333CD16

(57)【要約】

【課題】部品点数を減らしても、モータロータの回転が安定する、電動パワーステアリング装置及びアキシャルギャップ型電動モータを提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置は、ラックバーと、ラックバーとかみ合うピニオンギアと、ピニオンギアを回転させるアキシャルギャップ型電動モータと、を含む。アキシャルギャップ型電動モータは、励磁コイルを備えるモータステータと、励磁コイルの励磁状態に応じて回転するモータロータと、モータロータと直結され、モータロータに連動して回転するシャフトと、を含む。シャフトの延びる方向に沿う軸方向にモータロータとモータステータとが、ギャップを介して対向し、シャフトは、ピニオンギアに直結している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラックバーと、
前記ラックバーとかみ合うピニオンギアと、
前記ピニオンギアを回転させるアキシャルギャップ型電動モータと、を含み、
前記アキシャルギャップ型電動モータは、モータハウジングと、モータハウジング内に固定され、かつ励磁コイルを備えるモータステータと、前記励磁コイルの励磁状態に応じて回転するモータロータと、前記モータロータと直結され、前記モータロータに連動して回転するシャフトと、前記モータロータの外周と、前記モータハウジングの内側との間に配置され、前記モータロータを回転可能に支持する、第１軸受と、を含み、
前記シャフトの延びる方向に沿う軸方向に前記モータロータと前記モータステータとが、ギャップを介して対向し、
前記シャフトは、前記ピニオンギアに直結している、
電動パワーステアリング装置。

【請求項2】

ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して回転し、かつ前記ピニオンギアと連結しているピニオンシャフトと、を含み、
前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトは、前記ピニオンシャフトと連結している、
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項3】

前記アキシャルギャップ型電動モータは、前記ピニオンギアのピニオンエンド側に配置されている、
請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項4】

前記ピニオンギアとは、異なる位置に取り付けられる第１ピニオンギアと、
ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して回転し、かつ前記第１ピニオンギアと連結しているピニオンシャフトと、を含み、
前記ピニオンギアは、第２ピニオンギアであって、前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトは、前記第２ピニオンギアと直接連結している、
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項5】

前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトの軸端側には、前記アキシャルギャップ型電動モータの動作を制御する制御装置が取り付けられている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項6】

前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトの軸端が、放熱フィンである、
請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項7】

前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトの軸端には、回転角度センサの部品が取り付けられている、
請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項8】

前記アキシャルギャップ型電動モータは、第１アキシャルギャップ型電動モータであり、
前記第１アキシャルギャップ型電動モータとは、異なる第２アキシャルギャップ型電動モータと、
ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、を含み、
前記第２アキシャルギャップ型電動モータのシャフトは、前記ステアリングシャフトと連動して回転する、
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項9】

前記第１軸受は、外輪と、転動体と、前記転動体を挟む内輪とを含み、
前記外輪は、前記モータハウジングの内側に固定されており、
前記内輪は、前記モータロータの外周に固定されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項10】

前記第１軸受は、スラスト軸受である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項11】

前記シャフトを回転可能に支持する第２軸受をさらに備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項12】

モータハウジングと、
モータハウジング内に固定され、かつ励磁コイルを備えるモータステータと、
前記励磁コイルの励磁状態に応じて回転するモータロータと、
前記モータロータと直結され、前記モータロータに連動して回転するシャフトと、
前記モータロータの外周と、前記モータハウジングの内側との間に配置され、前記モータロータを回転可能に支持する、第１軸受と、
を含む、アキシャルギャップ型電動モータ。

【請求項13】

前記シャフトを回転可能に支持する第２軸受をさらに備える、請求項１２に記載のアキシャルギャップ型電動モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動パワーステアリング装置及びアキシャルギャップ型電動モータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、シングルピニオンアシスト方式又はデュアルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置が記載されている。特許文献１の技術では、電動モータがウォーム減速機構を介して、ピニオンを回転させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－０３９０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、電動モータとピニオンとの間にウォーム減速機構が介在するため、モータ慣性がウォーム減速機構の減速比の２乗で大きくなる。ウォーム減速機構ではウォームホイールに樹脂材を使用するケースが多いため、モータ慣性に耐えられるようにウォームホイールの耐荷重が確保されなければならない。その結果、ウォーム減速機構が大きくなるとともに、製造コストを抑制し難い。

【0005】

一方、ウォーム減速機構を取り除くと、ラックアンドピニオンの噛み合いの変化がモータロータの回転に直接影響を与える可能性がある。

【0006】

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、部品点数を減らしても、モータロータの回転が安定する、電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、一態様に係る電動パワーステアリング装置は、ラックバーと、前記ラックバーとかみ合うピニオンギアと、前記ピニオンギアを回転させるアキシャルギャップ型電動モータと、を含み、前記アキシャルギャップ型電動モータは、モータハウジングと、モータハウジング内に固定され、かつ励磁コイルを備えるモータステータと、前記励磁コイルの励磁状態に応じて回転するモータロータと、前記モータロータと直結され、前記モータロータに連動して回転するシャフトと、前記モータロータの外周と、前記モータハウジングの内側との間に配置され、前記モータロータを回転可能に支持する、第１軸受と、を含み、前記シャフトの延びる方向に沿う軸方向に前記モータロータと前記モータステータとが、ギャップを介して対向し、前記シャフトは、前記ピニオンギアに直結している。

【0008】

これにより、アキシャルギャップ型電動モータは、ウォーム減速機構を介さずとも、ピニオンギアを回転させることができる。モータ慣性は、ラックアンドピニオンの構造体で荷重を受けるので、ステアリング装置としては、耐荷重性の向上が見込める。そして、ステアリング装置は、部品点数の削減ができ、小型になる。ラックアンドピニオンの噛み合いの変化は、第１軸受で抑制される。その結果、モータロータ２０の回転変動が小さくなり、操作者に違和感を引き起こさせにくくなる。

【0009】

望ましい態様として、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転に連動して回転し、かつ前記ピニオンギアと連結しているピニオンシャフトと、を含み、前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトは、前記ピニオンシャフトと連結している。

【0010】

これにより、ウォーム減速機構がなくても、アキシャルギャップ型電動モータがピニオンシャフトへモータトルクを伝達できる。そして、ステアリング装置は、シングルピニオンアシスト方式であっても、小型になる。

【0011】

望ましい態様として、前記アキシャルギャップ型電動モータは、前記ピニオンギアのピニオンエンド側に配置されている。

【0012】

アキシャルギャップ型電動モータは、ラジアルギャップ型電動モータよりも、制御周波数を低減できるので、低周波数の演算素子でも制御設計が可能となる。その結果、制御装置のコスト削減をすることができる。

【0013】

望ましい態様として、前記ピニオンギアとは、異なる位置に取り付けられる第１ピニオンギアと、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転に連動して回転し、かつ前記第１ピニオンギアと連結しているピニオンシャフトと、を含み、前記ピニオンギアは、第２ピニオンギアであって、前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトは、前記第２ピニオンギアと直接連結している。

【0014】

これにより、ウォーム減速機構がなくても、アキシャルギャップ型電動モータが第２ピニオンへモータトルクを伝達できる。そして、ステアリング装置は、デュアルピニオンアシスト方式であっても、小型になる。

【0015】

望ましい態様として、前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトの軸端側には、前記アキシャルギャップ型電動モータの動作を制御する制御装置が取り付けられている。

【0016】

アキシャルギャップ型電動モータは、径方向に大きくすることでモータトルクを稼ぐことが可能である。これにより、径方向の設置面積が広がるので、制御装置の回路基板サイズの制限が小さくなる。

【0017】

望ましい態様として、前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトの軸端が、放熱フィンである。

【0018】

アキシャルギャップ型電動モータの発熱が抑制される。

【0019】

望ましい態様として、前記アキシャルギャップ型電動モータの前記シャフトの軸端には、回転角度センサの部品が取り付けられている。

【0020】

シャフトの延びる方向に沿う軸方向の大きさが抑制できる。

【0021】

望ましい態様として、前記アキシャルギャップ型電動モータは、第１アキシャルギャップ型電動モータであり、前記第１アキシャルギャップ型電動モータとは、異なる第２アキシャルギャップ型電動モータと、
ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、を含み、前記第２アキシャルギャップ型電動モータのシャフトは、前記ステアリングシャフトと連動して回転する。

【0022】

望ましい態様として、前記第１軸受は、外輪と、転動体と、前記転動体を挟む内輪とを含み、前記外輪は、前記モータハウジングの内側に固定されており、前記内輪は、前記モータロータの外周に固定されている。

【0023】

この構造によれば、モータロータの外周が第１軸受に回転可能に支持されているので、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとの噛み合い変動を抑制し、モータロータとモータステータとの間のギャップの変動を抑制することができる。

【0024】

望ましい態様として、前記第１軸受は、スラスト軸受である。

【0025】

この構造によれば、モータロータの軸方向の変動が抑制されるので、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとの噛み合い変動を抑制し、モータロータとモータステータとの間のギャップの変動を抑制することができる。

【0026】

望ましい態様として、前記シャフトを回転可能に支持する第２軸受をさらに備える。

【0027】

この構造によれば、ラックアンドピニオンの噛み合いの変化は、第１軸受及び第２軸受で抑制される。

【0028】

上記の目的を達成するため、他の態様に係るアキシャルギャップ型電動モータは、モータハウジングと、モータハウジング内に固定され、かつ励磁コイルを備えるモータステータと、前記励磁コイルの励磁状態に応じて回転するモータロータと、前記モータロータと直結され、前記モータロータに連動して回転するシャフトと、前記モータロータの外周と、前記モータハウジングの内側との間に配置され、前記モータロータを回転可能に支持する、第１軸受と、を含む。

【0029】

この構造によれば、モータロータの外周が第１軸受に回転可能に支持されているので、シャフトの軸方向に外部から力が入っても、モータロータの振れ周りが抑制される。

【0030】

望ましい態様として、前記シャフトを回転可能に支持する第２軸受をさらに備える。

【0031】

この構造によれば、第１軸受及び第２軸受により、シャフトの軸方向に外部から力が入っても、さらにモータロータの振れ周りが抑制される。

【発明の効果】

【0032】

本開示によれば、部品点数を減らしても、モータロータの回転が安定する、電動パワーステアリング装置及びアキシャルギャップ型電動モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、実施形態１の電動パワーステアリング装置を説明するための模式図である。

【図2】図２は、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。

【図3】図３は、比較例のラジアルギャップ型電動モータを説明するための模式図である。

【図4】図４は、比較例のラジアルギャップ型電動モータにおいて、モータ回転数とモータトルクとの関係の例を概念的に説明するための説明図である。

【図5】図５は、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータにおいて、モータ回転数とモータトルクとの関係の例を概念的に説明するための説明図である。

【図6】図６は、実施形態１の変形例のアキシャルギャップ型電動モータを説明するための模式図である。

【図7】図７は、実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。

【図8】図８は、実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータのシャフトの軸端部を説明するための説明図である。

【図9】図９は、実施形態２の変形例のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。

【図10】図１０は、実施形態３の電動パワーステアリング装置を説明するための模式図である。

【図11】図１１は、実施形態３のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。

【図12】図１２は、実施形態３の変形例のアキシャルギャップ型電動モータを説明するための模式図である。

【図13】図１３は、実施形態４の電動パワーステアリング装置を説明するための模式図である。

【図14】図１４は、実施形態４のアキシャルギャップ型電動モータ及び操舵反力発生装置を説明するための模式図である。

【図15】図１５は、実施形態５のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本開示につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本開示が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0035】

（実施形態１）
図１は、実施形態１の電動パワーステアリング装置を説明するための模式図である。図２は、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。図１に示すように、ステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ステアリングギア８８と、タイロッド８９とを備える。また、ステアリング装置８０は、制御装置（以下、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）という。）９０と、トルクセンサ９１ａと、アキシャルギャップ型電動モータ１を備える。車速センサ９１ｂは、車両に備えられ、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信により車速信号ＶをＥＣＵ９０に出力する。

【0036】

ステアリングシャフト８２は、一方の端部でステアリングホイール８１に連結され、他方の端部でユニバーサルジョイント８４に連結される。

【0037】

ロアシャフト８５は、一方の端部でユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部でユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７は、一方の端部でユニバーサルジョイント８６に連結され、他方の端部でトルクセンサ９１ａに連結される。トルクセンサ９１ａは、一方の端部でピニオンシャフト８７に連結され、他方の端部でアキシャルギャップ型電動モータ１のシャフト２５（図２参照）に連結されている。

【0038】

ステアリングギア８８は、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとを備える。第１ピニオンギア８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラックバー８８ｂは、第１ピニオンギア８８ａに噛み合う。ステアリングギア８８は、第１ピニオンギア８８ａに伝達された回転運動をラックバー８８ｂで直進運動に変換する。タイロッド８９は、ラックバー８８ｂに連結される。すなわち、ステアリング装置８０は、ラックアンドピニオン式である。

【0039】

アキシャルギャップ型電動モータ１は、例えばブラシレスモータであるが、ブラシ（摺動子）及びコンミテータ（整流子）を備えるモータであってもよい。図２に示すように、アキシャルギャップ型電動モータ１は、ウォーム減速装置を介さず、第１ピニオンギア８８ａを回転できる。すなわち、ステアリング装置８０は、シングルピニオン方式である。

【0040】

トルクセンサ９１ａは、ステアリングホイール８１を介してステアリングシャフト８２に伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出する。車速センサ９１ｂは、ステアリング装置８０が搭載される車両の走行速度（車速）を検出する。アキシャルギャップ型電動モータ１と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｂとがＥＣＵ９０に、電気的に接続される。

【0041】

ＥＣＵ９０は、アキシャルギャップ型電動モータ１の動作を制御する。また、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａ及び車速センサ９１ｂのそれぞれから信号を取得する。すなわち、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａから操舵トルクＴを取得し、かつ車速センサ９１ｂから車両の車速信号Ｖを取得する。ＥＣＵ９０は、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴと車速信号Ｖとに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいてアキシャルギャップ型電動モータ１へ供給する電力値Ｘを調節する。ＥＣＵ９０は、アキシャルギャップ型電動モータ１から誘起電圧の情報又はアキシャルギャップ型電動モータ１に設けられたレゾルバ等の回転検出装置から出力される情報を動作情報Ｙとして取得する。

【0042】

ステアリングホイール８１に入力された操作者（運転者）の操舵力は、トルクセンサ９１ａに伝わる。このとき、ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得し、かつ車速信号Ｖを車速センサ９１ｂから取得する。そして、ＥＣＵ９０は、アキシャルギャップ型電動モータ１の動作を制御する。アキシャルギャップ型電動モータ１が作り出した補助操舵トルクは、第１ピニオンギア８８ａに伝達される。

【0043】

第１ピニオンギア８８ａに伝達された操舵力は、ステアリングギア８８を介してタイロッド８９に伝達され、車輪を変位させる。

【0044】

図２に示すように、アキシャルギャップ型電動モータ１は、モータハウジング１５と、モータステータ１０と、軸受１６と、軸受５０と、シャフト２５と、モータロータ２０とを備える。モータハウジング１５は、ピニオンハウジング８８ｓ及びラックハウジング８８ｈと連結されている。ピニオンハウジング８８ｓは、第１ピニオンギア８８ａを収容している。ラックハウジング８８ｈは、ラックバー８８ｂを収容している。モータステータ１０は、モータハウジング１５の内部に配置され、モータハウジング１５に固定されている。モータステータ１０は、ステータコア１１と、励磁コイル１２とを備える。ステータコア１１は、電磁鋼板を重ねて形成されている。

【0045】

シャフト２５は、軸受１６を介して、モータハウジング１５に対し回転可能に支持されている。モータロータ２０は、シャフト２５に固定されており、モータロータ２０の回転に応じて、シャフト２５も回転する。モータロータ２０は、ロータコア２１と、マグネット２２を備える。ロータコア２１は、電磁鋼板を重ねて形成されている。ロータコア２１は、円板状である。マグネット２２は、サマリウムコバルト、ネオジム系磁石等で形成されている。実施形態１では、モータロータ２０が１枚であるが、モータステータ１０と、モータロータ２０とを軸方向に交互に配置して、モータロータ２０を複数配置してもよい。これにより、配置スペースが大きくなるが、モータロータ２０を複数配置することで、トルクが大きくなる。

【0046】

軸受５０は、外輪５１と、複数の転動体５３と、転動体５３を挟む内輪５２とを含む。内輪５２は、モータロータ２０の外周に固定され、モータロータ２０の回転に連動して、回転可能である。外輪５１は、モータハウジング１５の内側に固定されている。モータロータ２０の外周が軸受５０に回転可能に支持されているので、シャフト２５の軸方向に外部から力が入っても、モータロータ２０の振れ周りが抑制される。モータロータ２０の外周が軸受５０に回転可能に支持されているので、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとの噛み合い変動を抑制し、モータロータ２０とモータステータ１０との間のギャップの変動を抑制することができる。

【0047】

シャフト２５の延びる方向に沿う方向を軸方向とすると、モータロータ２０は、２つのモータステータ１０に挟まれ、軸方向にモータロータ２０とモータステータ１０とが、ギャップを介して対向している。このような構造によれば、互いのモータステータ１０の励磁する磁界の位相をずらし、又はマグネットにスキューを考慮した異形することができる。これにより、比較例のラジアルギャップ型電動モータのスキュー溝のように複雑な構造をとらなくても、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１は、モータロータ２０のトルクの変動を抑制できる。

【0048】

自動車製品では、機能継続の要求よりシステムの冗長系を設計することが実践されている。比較例のラジアルギャップ型電動モータでは、３相電流で制御する構造の制約から、コイルを３の倍数で多極化することで、冗長化することが行われている。また、比較例のラジアルギャップ型電動モータでは、一つの固定子に複数の（冗長系の3相電流）が流れるため、それぞれの電流制御では、相互インダクタンスの影響を考慮した設計が必要である。これに対して、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１では、１つのモータロータ２０に対して、２つのモータステータ１０が作用するので、一方のモータステータ１０が機能しなくなっても、他方のモータステータ１０が機能すれば、機能継続できる。さらに、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１では、複数のモータステータ１０のそれぞれを独立して制御することが可能である。そのため、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１では、比較例のラジアルギャップ型電動モータと比較して、相互インダクタンスの影響が小さい。

【0049】

実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１において、レゾルバ３０が、シャフト２５の回転を検出する。レゾルバ３０は、レゾルバロータ３１と、レゾルバステータ３２を含む。シャフト２５の周りには、レゾルバロータ３１が取り付けられている。レゾルバロータ３１は、支持部材３５に取り付けられたレゾルバステータ３２と、ギャップを介して径方向に対向している。

【0050】

レゾルバステータ３２は、複数のステータ磁極が円周方向に等間隔に形成された環状の積層鉄心を有し、各ステータ磁極にレゾルバコイルが巻回されている。レゾルバロータ３１は、中空環状の積層鉄心により構成されている。モータロータ２０が回転すると、モータロータ２０と共にシャフト２５が回転し、連動してレゾルバロータ３１も回転する。これにより、レゾルバロータ３１と、レゾルバステータ３２との間のリラクタンスが連続的に変化し、シャフト２５の回転が検出される。

【0051】

ＥＣＵ９０は、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１とトルクセンサ９１ａとの間にある。レゾルバ３０、ＥＣＵ９０の回路基板９０ａ及びトルクセンサ９１ａは、ＥＣＵ９０の筐体９５内に、収容されている。これにより、トルクセンサ９１ａの筐体は簡略化できるので、部品点数を削減できる。また、回路基板９０ａとレゾルバ３０を結ぶハーネス、回路基板９０ａとトルクセンサ９１ａとを結ぶハーネスを短くすることができるので、電磁的ノイズ耐性が向上する。特許文献１のように、ウォーム減速機構の側面に、ＥＣＵ９０の筐体９５を配置しなくてよいので、実施形態１のステアリング装置８０のレイアウト性が向上する。なお、図２において、回転検出装置であるレゾルバ３０は、トルクセンサ９１ａとモータハウジング１５との間の配置に限定されず、第１ピニオンギア８８ａと、軸受１６との間、又は第１ピニオンギア８８ａのピニオンエンド側であってもよい。

【0052】

図３は、比較例のラジアルギャップ型電動モータを説明するための模式図である。図４は、比較例のラジアルギャップ型電動モータにおいて、モータ回転数とモータトルクとの関係の例を概念的に説明するための説明図である。図５は、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータにおいて、モータ回転数とモータトルクとの関係の例を概念的に説明するための説明図である。図４及び図５に示すモータ回転数とモータトルクとの関係は、あくまで理想的なカーブであり、概念的に関係を示す曲線を示したものである。

【0053】

図３に示すように、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００は、モータロータとモータステータとは、径方向にギャップを介して対向している。比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００と、実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１とで同じ出力を得る場合、磁石の使用量を同じとすると、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００よりも実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１の方が体積を約３０％低減することができる。特に、軸方向の大きさは、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００よりも実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１の方が半減できるとすると、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００と同等の軸方向の大きさを有する実施形態１のアキシャルギャップ型電動モータ１は、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００よりも約２倍の出力トルクを得ることができる。

【0054】

図４に示すように、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００がウォーム減速機構を介して、モータトルクを発生させている場合、モータ回転数は例えば１０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍとなり、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００のモータロータを高速回転させる。比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００が高速回転するには、マグネット２２の多極対数化が有効である。マグネット２２の多極対数化を進めると、制御周波数は最低でも４～１０ｋＨｚにまで要求されている。ただし、この制御周波数を満足に運用できる演算素子（特に自動車製品用の演算素子）は市場には少なく高コスト化しやすい傾向にある。

【0055】

これに対して、図５に示すように、アキシャルギャップ型電動モータ１では、ウォーム減速機構を介さずとも、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００よりも低速回転で、大きなモータトルクが発生する。アキシャルギャップ型電動モータ１では、制御周波数を１／１０～１／２０まで低減できる。これにより低周波数の演算素子でも制御設計が可能となるため、ＥＣＵ９０（図１参照）のコスト削減も見込まれる。

【0056】

以上説明したように、ステアリング装置８０は、ラックバー８８ｂと、ラックバー８８ｂとかみ合う第１ピニオンギア８８ａと、第１ピニオンギア８８ａを回転させるアキシャルギャップ型電動モータ１と、を含む。アキシャルギャップ型電動モータ１は、励磁コイル１２を備えるモータステータ１０と、励磁コイル１２の励磁状態に応じて回転するモータロータ２０と、モータロータ２０と直結され、モータロータ２０に連動して回転するシャフト２５と、シャフト２５を回転可能に支持する軸受１６（第２軸受）と、モータロータ２０の外周と、モータハウジング１５の内側との間に配置され、モータロータ２０を回転可能に支持する、軸受５０（第１軸受）と、を含む。そして、シャフト２５の延びる方向に沿う軸方向にモータロータ２０とモータステータ１０とが、ギャップを介して対向している。また、シャフト２５は、第１ピニオンギア８８ａに直結している。シャフト２５は、第１ピニオンギア８８ａと同軸で回転する。なお、軸受１６（第２軸受）は、２つあり、軸受１６（第２軸受）は、第１ピニオンギア８８ａ側と、ピニオンシャフト８７側のそれぞれに設けられ、シャフト２５を回転可能に支持する。アキシャルギャップ型電動モータ１は、軸受５０（第１軸受）を備えるので、２つの、軸受１６（第２軸受）のうち１つを省略してもよい。このとき、第１ピニオンギア８８ａ側の軸受１６（第２軸受）を省略することが、シャフト２５の回転の安定上、好ましい。

【0057】

これにより、アキシャルギャップ型電動モータ１は、ウォーム減速機構を介さずとも、第１ピニオンギア８８ａを回転させることができる。モータ慣性は、ラックアンドピニオンの構造体で荷重を受けるので、ステアリング装置８０としては、耐荷重性の向上が見込める。そして、ステアリング装置８０は、部品点数の削減ができ、小型になる。ウォーム減速機構を取り除くと、ラックアンドピニオンの噛み合いの変化がモータロータの回転に直接影響を与える可能性があるが、ラックアンドピニオンの噛み合いの変化は、軸受１６及び軸受５０で抑制される。その結果、モータロータ２０の回転変動が小さくなり、操作者に違和感を引き起こさせにくくなる。

【0058】

アキシャルギャップ型電動モータ１は、ギャップはシャフト２５と直交する平面に存在するため、比較例のラジアルギャップ型電動モータ２００に比べて、モータステータ１０とモータロータ２０との同軸度の設計要求は低くなる。このため、ピニオンハウジング８８ｓとモータハウジング１５を一体で成形し、モータステータ１０とモータロータ２０との間のギャップを管理して組み立てることが可能となる。アキシャルギャップ型電動モータ１では、磁石の材料や、磁極のレイアウトなどの種々の工夫により、さらにトルクの増加を見込むことができる。

【0059】

（実施形態１の変形例）
図６は、実施形態１の変形例のアキシャルギャップ型電動モータを説明するための模式図である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態１の変形例のアキシャルギャップ型電動モータ１Ａでは、モータロータ２０が複数あり、２つモータロータ２０が軸方向にギャップを介して、モータステータ１０を挟む。軸方向に、モータロータ２０を増やすことにより、モータトルクを増加させることができる。

【0060】

（実施形態２）
図７は、実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。なお、上述した実施形態１及び変形例で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【0061】

実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータ１Ｂは、第１ピニオンギア８８ａのピニオンエンド側に配置されている。トルクセンサ９１ａは、一方の端部でピニオンシャフト８７に連結され、他方の端部で第１ピニオンギア８８ａに連結されている。これにより、シャフト２５は、一方の端部で第１ピニオンギア８８ａに連結され、他方の軸端部は、トルクセンサ９１ａに連結されない。その結果、モータハウジング１５の他方の軸端部側に、ＥＣＵ９０を固定配置できる。

【0062】

比較例のラジアルギャップ型電動モータは軸長を長くすることでモータトルクを稼ぐことが可能である。ただし、重量の制限があることから、体積を抑えるため、径方向は細くなる傾向にある。そのため、モータの軸端部にＥＣＵ９０を配置しようとすると、回路基板９０ａのサイズは限定される。これにより、多くの場合、ＥＣＵ９０の回路基板９０ａを立体的に設計しなければならないため、回路の設計条件はとても厳しいものとなる。これに対し、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｂは、径方向に大きくすることでモータトルクを稼ぐことが可能である。つまり、ＥＣＵ９０の設置面積を広く設けることができるため、回路基板９０ａのサイズ制限は緩くなる。

【0063】

実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータ１Ｂは、レゾルバ３０が、シャフト２５の回転を検出する。レゾルバ３０は、レゾルバロータ３１と、レゾルバステータ３２を含む。シャフト２５の他方の軸端部には、レゾルバロータ３１が取り付けられている。レゾルバロータ３１は、支持部材３５に取り付けられたレゾルバステータ３２と、ギャップを介して径方向に対向している。この構造により、ステアリング装置８０の軸方向の大きさは抑制される。また、実施形態１と比較して、トルクセンサ９１ａと、レゾルバ３０との距離が離れることから、トルクセンサ９１ａとレゾルバ３０とが相互に干渉しにくくなる。なお、図７において、回転検出装置であるレゾルバ３０は、トルクセンサ９１ａと第１ピニオンギア８８ａとの間、第１ピニオンギア８８ａと、軸受１６との間に配置されてもよい。

【0064】

第１ピニオンギア８８ａは、ピニオンハウジング８８ｓの内部の軸受１７、実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータ１Ｂの２つの軸受１６、及び軸受５０で回転可能に支持される。この構造により、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとの噛み合い変動が抑制される。

【0065】

図８は、実施形態２のアキシャルギャップ型電動モータのシャフトの軸端部を説明するための説明図である。シャフト２５の軸方向の軸端部は、放熱性が高いことが望ましい。図８に示すように、実施形態２のシャフト２５は、軸方向の軸端部に、溝２５Ｓと、溝２５Ｓの底よりも軸方向に突出する凸部２５Ｐとを備える。溝２５Ｓ及び凸部２５Ｐは、放熱フィンを構成し、放熱性を高める。

【0066】

以上説明したように、ステアリング装置８０は、ラックバー８８ｂと、ラックバー８８ｂとかみ合う第２ピニオンギア８８ｅと、第２ピニオンギア８８ｅを回転させるアキシャルギャップ型電動モータ１Ｂと、を含む。アキシャルギャップ型電動モータ１Ｂは、励磁コイル１２を備えるモータステータ１０と、励磁コイル１２の励磁状態に応じて回転するモータロータ２０と、モータロータ２０と直結され、モータロータ２０に連動して回転するシャフト２５と、を含む。そして、シャフト２５の延びる方向に沿う軸方向にモータロータ２０とモータステータ１０とが、ギャップを介して対向している。また、シャフト２５は、第２ピニオンギア８８ｅに直結している。

【0067】

これにより、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｂは、ウォーム減速機構を介さずとも、第２ピニオンギア８８ｅを回転させることができる。モータ慣性は、ラックアンドピニオンの構造体で荷重を受けるので、ステアリング装置８０としては、耐荷重性の向上が見込める。そして、ステアリング装置８０は、部品点数の削減ができ、小型になる。

【0068】

（実施形態２の変形例）
図９は、実施形態２の変形例のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。なお、上述した実施形態２で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態２の変形例のアキシャルギャップ型電動モータ１Ｃでは、シャフト２５の軸端部に回転検出用磁石９０ｍを有している。回転検出用磁石９０ｍの半分がＳ極、半分がＮ極に着磁されている。

【0069】

回転検出用磁石９０ｍの軸方向に対向する位置に、センサ基板９０ｂに実装された回転角度センサ９０ｓが配置される。回転角度センサ９０ｓは、回転検出用磁石９０ｍの回転を検出可能であればよい。回転角度センサ９０ｓは、例えば、スピンバルブセンサである。スピンバルブセンサは、反強磁性層等で磁化の向きが固定された強磁性体のピン層と、強磁性体のフリー層とで非磁性層を挟んだ素子で、磁束の向きの変化を検出できるセンサである。スピンバルブセンサには、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）センサ、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）センサがある。例えば、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistance）センサ、又はホールセンサでもよい。

【0070】

以上の構造によれば、シャフト２５と沿う軸方向の大きさが抑制される。その結果、ステアリング装置８０のレイアウト性が向上する。

【0071】

（実施形態３）
図１０は、実施形態３の電動パワーステアリング装置を説明するための模式図である。図１１は、実施形態３のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。なお、上述した実施形態１、実施形態２及びこれらの変形例で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【0072】

実施形態３のステアリング装置８０は、第１ピニオンギア８８ａに加え、第２ピニオンギア８８ｅを備える。実施形態３のステアリング装置８０は、デュアルピニオンアシスト方式である。トルクセンサ９１ａは、第１ピニオンギア８８ａに取り付けられている。トルクセンサ９１ａは、第１ピニオンギア８８ａに伝達された操舵トルクをＥＣＵ９０に出力する。

【0073】

図１１に示すように、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄは、ウォーム減速装置を介さず、第２ピニオンギア８８ｅを回転できる。第２ピニオンギア８８ｅは、ラックバー８８ｂに対し、直交配置であってもよく、直交からずれた斜交配置であってもよい。

【0074】

ステアリングホイール８１に入力された操作者（運転者）の操舵力は、トルクセンサ９１ａに伝わる。このとき、ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得し、かつ車速信号Ｖを車速センサ９１ｂから取得する。そして、ＥＣＵ９０は、アキシャルギャップ型電動モータ１の動作を制御する。アキシャルギャップ型電動モータ１が作り出した補助操舵トルクは、第２ピニオンギア８８ｅに伝達される。第２ピニオンギア８８ｅは、アシストピニオンギアとも言える。

【0075】

アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄは、ピニオンシャフト８７に連結されていないので、ラックハウジング８８ｈの周りの配置の制約が少ない。第２ピニオンギア８８ｅは、ラックバー８８ｂの延びる方向に直交する配置及びラックバー８８ｂの延びる方向に直交する配置のどちらでもよい。

【0076】

アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄは、ウォーム減速装置を介さず、第２ピニオンギア８８ｅを回転できる。このため、ウォーム減速装置の部品点数の削減をすることができる。

【0077】

（実施形態３の変形例）
図１２は、実施形態３の変形例のアキシャルギャップ型電動モータを説明するための模式図である。上述した実施形態１、実施形態２、これらの変形例、及び実施形態３で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態３の変形例のアキシャルギャップ型電動モータ１Ｅでも、ウォーム減速装置を介さず、第２ピニオンギア８８ｅを回転できる。

【0078】

シャフト２５は、一方の端部で第１ピニオンギア８８ａに連結され、他方の軸端部は、トルクセンサ９１ａに連結されない。その結果、モータハウジング１５の他方の軸端部側に、ＥＣＵ９０を固定配置できる。

【0079】

（実施形態４）
図１３は、実施形態４の電動パワーステアリング装置を説明するための模式図である。図１４は、実施形態４のアキシャルギャップ型電動モータ及び操舵反力発生装置を説明するための模式図である。実施形態１、実施形態２、実施形態３及びこれらの変形例、実施形態３で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【0080】

ステアリング装置８０は、運転者が操舵を行う操舵反力生成装置（ＦＦＡ：Ｆｏｒｃｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ａｃｔｕａｔｏｒ）４０と、車両の舵を切るタイヤ転舵装置（ＲＷＡ：Ｒｏａｄ Ｗｈｅｅｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ）６０とを有している。操舵反力生成装置４０と、タイヤ転舵装置６０とが機械的に分離されている。そして、操舵反力生成装置４０とタイヤ転舵装置６０とがＥＣＵ９０を介して電気的に接続され、電気信号によって操舵反力生成装置４０とタイヤ転舵装置６０と間の制御が行われる。このため、実施形態４のステアリング装置８０は、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ）式とよばれる。

【0081】

タイヤ転舵装置６０は、ステアリングギア８８と、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄ（第１アキシャルギャップ型電動モータ）とを備える。実施形態３で説明したように、図１１に示すアキシャルギャップ型電動モータ１Ｄは、ウォーム減速装置を介さず、第２ピニオンギア８８ｅを回転できる。

【0082】

操舵反力生成装置４０は、トルクセンサ９１ａと、舵角センサ９１ｃと、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｆ（第２アキシャルギャップ型電動モータ）とを備える。舵角センサ９１ｃは、ステアリングホイール８１の操舵角θを検出する。

【0083】

ステアリングホイール８１に入力された操作者（運転者）の操舵力は、トルクセンサ９１ａ及び舵角センサ９１ｃに伝わる。このとき、ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得し、操舵角θを舵角センサ９１ｃから取得し、かつ車速信号Ｖを車速センサ９１ｂから取得する。そして、ＥＣＵ９０は、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄ及びアキシャルギャップ型電動モータ１Ｆの動作を制御する。アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄが作り出した補助操舵トルクは、第２ピニオンギア８８ｅに伝達される。

【0084】

ＥＣＵ９０は、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴ、操舵角θ及び車速信号Ｖに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいてアキシャルギャップ型電動モータ１Ｄへ供給する電力値Ｘを調節する。ＥＣＵ９０は、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｄから誘起電圧の情報又はアキシャルギャップ型電動モータ１Ｄに設けられたレゾルバ等の回転検出装置から出力される情報を動作情報Ｙとして取得する。

【0085】

ＥＣＵ９０は、動作情報Ｙに基づいて、車両の運動状態に応じてた反力トルクを演算する。ＥＣＵ９０は、反力トルクに基づいてアキシャルギャップ型電動モータ１Ｄへ供給する電力値Ｚを調節する。電力値Ｚに応じて、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｆが動作し、操作者には、ステアリングホイール８１の反力が伝達される。

【0086】

ステアリングシャフト８２と、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｆのシャフト２５は、ウォーム減速装置を介さず、連結されている。このため、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｆは、ウォーム減速装置を介さず、第２ピニオンギア８８ｅを回転できる。

【0087】

操舵反力生成装置４０では、ウォーム減速機構を介して電動モータからの反力がステアリングホイール８１へ伝達されていない。このため、ウォーム減速機構のバックラッシュに起因した、切り出し又は切り返し時のトルク変動や歯打ち音が発生する可能性が小さくなる。そして、操舵反力生成装置４０では、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｆからの反力が直接操作者に伝達されることで、ドライバーに違和感を与えにくい。

【0088】

（実施形態５）
図１５は、実施形態５のアキシャルギャップ型電動モータ及びラックギアを説明するための模式図である。実施形態１、実施形態２、実施形態３、実施形態４及びこれらの変形例で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【0089】

図１５に示すように、アキシャルギャップ型電動モータ１Ｇは、モータハウジング１５と、モータステータ１０と、軸受１６と、軸受５０Ａと、シャフト２５と、モータロータ２０とを備える。

【0090】

軸受５０Ａは、保持器５５と、保持器５５の内部に保持される複数の転動体５６と、転動体５６を軸方向両側から挟む軌道盤５４とを含む。保持器５５は、モータロータ２０の外周に固定され、モータロータ２０の回転に連動して、回転可能である。軌道盤５４は、モータハウジング１５の内側に固定されている。

【0091】

軸受５０Ａは、スラスト軸受であり、軸方向の荷重を受けることができる。モータロータ２０は、シャフト２５に固定されており、シャフト２５は、第１ピニオンギア８８ａに直結している。第１ピニオンギア８８ａが回転すると、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとの噛み合いの変動で、シャフト２５は、シャフト２５の延びる方向に沿う軸方向に、荷重を受けることがある。軸受５０Ａは、第１ピニオンギア８８ａと、ラックバー８８ｂとの噛み合い変動を抑制し、モータロータ２０とモータステータ１０との間のギャップの変動を抑制することができる。

【0092】

軸受５０Ａは、スラスト軸受であれば、上述したスラスト玉軸受の他に、スラストアンギュラ玉軸受であってもよい。上述した実施形態５の説明は、実施形態１の軸受５０を軸受５０Ａとしてものであるが、実施形態２、実施形態３、実施形態４及びこれらの変形例の軸受５０を軸受５０Ａとしてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ アキシャルギャップ型電動モータ
１０ モータステータ
１１ ステータコア
１２ 励磁コイル
１５ モータハウジング
１６、１７ ：軸受
２０ モータロータ
２１ ロータコア
２２ マグネット
２５ シャフト
４０ 操舵反力生成装置
５０、５０Ａ 軸受
５１ 外輪
５２ 内輪
５３、５６ 転動体
５４ 軌道盤
５５ 保持器
６０ タイヤ転舵装置
８０ ステアリング装置
８１ ステアリングホイール
８２ ステアリングシャフト
８７ ピニオンシャフト
８８ ステアリングギア
８８ａ 第１ピニオンギア
８８ｂ ラックバー
８８ｅ 第２ピニオンギア
８８ｈ ラックハウジング
８８ｓ ピニオンハウジング
８９ タイロッド
９０ ＥＣＵ
９０ａ 回路基板
９０ｂ センサ基板
９０ｍ 回転検出用磁石
９０ｓ 回転角度センサ
９１ａ トルクセンサ
９１ｂ 車速センサ
９１ｃ 舵角センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】