JP2003081099A

JP2003081099A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2003081099A
Application number: JP2001272259A
Authority: JP
Inventors: Kouya Yoshida; 航也吉田; Motoo Nakai; 基生中井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】回路切断用リレーに代わる小型の回路切断手段
によって、パワー素子の異常発生時にも手動操舵を可能
とする。【解決手段】故障検出部９３がパワー素子５１Ｕ，５１
Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのいずれかの短絡
故障を検出すると、故障検出部９３から故障信号がＰＷ
Ｍ制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗに与えられる。する
と、ＰＷＭ制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗは、短絡故障
したパワー素子以外のパワー素子を制御することによっ
て、短絡故障したパワー素子に各相の最大電流を流す。
これによって、短絡故障したパワー素子に接続された給
電ワイヤが溶断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、操舵トルクに基
づいて駆動される電動モータの駆動力をステアリング機
構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の操作部材に加えられた操舵トルク
に基づいて駆動される電動モータの駆動力を車両のステ
アリング機構に伝達し、これによって操舵補助を行う電
動パワーステアリング装置が知られている。たとえば、
ステアリングホイールに加えられる操舵トルクがトルク
センサによって検出され、その検出された操舵トルクに
応じた目標電流値が設定される。そして、この目標電流
値に応じた電流が電動モータに流れるようにモータドラ
イバが制御されることにより、操舵トルクに応じた適切
な操舵補助力が電動モータから発生される。

【０００３】図１０は、電動モータおよびモータドライ
バの回路構成を示す図である。電動モータＭは、たとえ
ば三相ブラシレスモータで構成されており、モータドラ
イバ８０は、三相インバータ回路で構成されている。具
体的に説明すると、モータドライバ８０は、パワー素子
８１Ｕ，８２Ｕの直列回路と、パワー素子８１Ｖ，８２
Ｖの直列回路と、パワー素子８１Ｗ，８２Ｗの直列回路
とを、図示しないバッテリに接続された電源電圧ライン
１０３ａとアースに接続されたグランドライン１０４ａ
との間に互いに並列に接続して構成されている。

【０００４】モータドライバ８０は、パワー素子８１
Ｕ，８２Ｕ間の接続点８３Ｕで電動モータＭのＵ相巻線
に接続され、パワー素子８１Ｖ，８２Ｖ間の接続点８３
Ｖで電動モータＭのＶ相巻線に接続され、パワー素子８
１Ｗ，８２Ｗ間の接続点８３Ｗで電動モータＭのＷ相巻
線に接続されている。何らかの原因で、モータドライバ
８０を構成しているパワー素子８１Ｕ，８２Ｕ，８１
Ｖ，８２Ｖ，８１Ｗ，８２Ｗのいずれかが故障すると、
バッテリからモータドライバ８０への給電が停止される
ようになっている。しかし、パワー素子８１Ｕ，８２
Ｕ，８１Ｖ，８２Ｖ，８１Ｗ，８２Ｗのいずれかが故障
した場合、多くは、その故障したパワー素子８１Ｕ，８
２Ｕ，８１Ｖ，８２Ｖ，８１Ｗ，８２Ｗが短絡状態とな
る。パワー素子８１Ｕ，８２Ｕ，８１Ｖ，８２Ｖ，８１
Ｗ，８２Ｗのいずれかが短絡状態になると、その短絡し
たパワー素子およびモータ巻線を含む短絡回路が形成さ
れるため、ステアリングホイールがきわめて重くなり、
ステアリングホイールの手動操舵はほとんど不可能にな
る。そこで、フェールセーフの観点から、パワー素子の
故障時における手動操舵を可能にするため、たとえば、
Ｕ相およびＶ相の給電ライン５４ａ，５４ｂに、それぞ
れ回路切断用リレーＬ１，Ｌ２が介装されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、回路切断用
リレーＬ１，Ｌ２はその構成サイズが大きいため、モー
タドライバ８０が実装されている基板への搭載性が悪い
という問題がある。また、パワー素子８１Ｕ，８２Ｕ，
８１Ｖ，８２Ｖ，８１Ｗ，８２Ｗいずれかの故障によっ
て、その短絡したパワー素子およびモータ巻線を含む短
絡回路が生じるのを確実に防止するためには、２相以上
の給電ラインに回路切断用リレーを介装することが必要
であり、このことが高コストの要因の一つにもなってい
る。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、回路切断用リレーに代わる小型のワイヤ
切断手段によって、パワー素子の異常発生時における手
動操舵を可能とした電動パワーステアリング装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作部材
に加えられた操舵トルクに基づいて駆動される電動モー
タ（Ｍ）の駆動力をステアリング機構（１）に伝達して
操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上
記電動モータに駆動電力を供給するパワー素子（５１
Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ）と、こ
のパワー素子から上記電動モータへの給電経路のいずれ
かの位置に介装された給電ワイヤ（５４Ｕ，５４Ｖ，５
４Ｗ，５５Ｕ，５５Ｖ，５５Ｗ，５６Ｕ，５６Ｖ，５６
Ｗ，５７Ｕ，５７Ｖ，５７Ｗ）と、上記パワー素子の短
絡故障を検出する故障検出手段（９３）と、この故障検
出手段が故障を検出したことに応答して、上記給電ワイ
ヤを切断するワイヤ切断手段（４６Ｕ，４６Ｖ，４６
Ｗ）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング
装置である。ただし、括弧内の英数字は、後述の実施形
態における対応構成要素を表す。以下、この項において
同じ。

【０００８】上記の構成によれば、故障検出手段によっ
てパワー素子の短絡故障が検出されると、それに応答し
てパワー素子から電動モータへの給電経路に介装された
給電ワイヤが切断される。これにより、従来のような回
路切断用リレーを用いることなく、パワー素子の短絡故
障が生じた場合に当該パワー素子とモータ巻線とを含む
短絡回路が形成されることを防止でき、手動操舵を可能
にすることができる。したがって、回路切断用リレーを
用いたモータドライバを搭載する基板よりも、基板を小
型化することができ、低コスト化も実現できる。

【０００９】また、回路切断用リレーを用いないため、
回路切断用リレーが有する数ｍΩ分の抵抗もなくすこと
ができ、従来よりも効率的に電動モータの駆動電力を使
用することができる。請求項２記載の発明は、上記ワイ
ヤ切断手段は、上記給電ワイヤに過電流を流すことによ
り、この給電ワイヤを溶断させる手段を含むことを特徴
とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置であ
る。

【００１０】上記の構成によれば、パワー素子短絡故障
が起こった場合、給電ワイヤは、過電流が流れることで
溶断される。したがって、電動モータのモータ巻線を含
む短絡回路が形成されないため、パワー素子の短絡故障
時にも手動操舵が可能となる。請求項３記載の発明は、
上記電動モータは複数相のモータ巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ
１）を有するものであり、上記パワー素子は複数相のモ
ータ巻線に対応して複数個設けられており、操舵トルク
に基づいて上記複数相のパワー素子を制御する制御回路
（９２）をさらに含み、この制御回路は、短絡故障が生
じたパワー素子に対応した給電ワイヤに、複数相分の電
流を同時に供給することによって、当該給電ワイヤを溶
断させるワイヤ切断手段（９２）として機能するもので
あることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステア
リング装置である。

【００１１】上記の構成によれば、複数個設けられたパ
ワー素子のいずれかに短絡故障が生じた場合、パワー素
子を制御する制御回路によって、短絡故障が生じたパワ
ー素子に対応した給電ワイヤに複数相分の過電流が流さ
れる。このように複数相分の電流を流すことによって給
電ワイヤを溶断することができる。請求項４記載の発明
は、上記ワイヤ切断手段は、上記給電ワイヤの近傍に配
置された火薬と、上記故障検出手段が短絡故障を検出し
たことに応答して上記火薬に着火する着火手段とを含む
ことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリン
グ装置である。

【００１２】上記の構成によれば、故障検出手段がいず
れかのパワー素子の短絡故障を検出したことに応答し
て、給電ワイヤ近傍に配置された火薬に着火して、火薬
を爆発させることができる。そのため、火薬の爆発力に
よって給電ワイヤを切断できるので、モータ巻線を含む
短絡回路が形成されず、パワー素子の短絡故障時にも手
動操舵が可能となる。給電ワイヤを切断するのに要する
少量の火薬は、わずかなスペースに配置できるので、リ
レーを用いるよりも小型化が容易である。

【００１３】請求項５記載の発明は、上記ワイヤ切断手
段は、上記給電ワイヤの近傍に配置された切断刃（９０
１）と、上記切断刃を上記給電ワイヤを切断する方向に
付勢する付勢手段（９１２，９４２Ｌ，９４２Ｒ，９５
２Ｌ，９５２Ｒ）と、上記故障検出手段が短絡故障を検
出したことに応答して上記付勢手段の付勢力を上記切断
刃に伝達させる切断起動手段（９１）とを含むことを特
徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置で
ある。

【００１４】上記の構成によれば、切断起動手段によっ
て付勢力が伝達されたワイヤ切断刃は、給電ワイヤを切
断する方向に付勢されるため、給電ワイヤとワイヤ切断
刃が接触することによって、給電ワイヤが切断される。
このことにより、モータ巻線を含む短絡回路を遮断でき
るので、パワー素子の短絡故障時にも手動操舵が可能と
なる。請求項６記載の発明は、上記付勢手段は、爆発時
に上記切断刃に上記給電ワイヤを切断する方向への駆動
力を与える火薬（９１２）を含み、上記切断起動手段
は、上記故障検出手段が短絡故障を検出したことに応答
して上記火薬に着火する着火手段（９１）を含むことを
特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリング装置
である。

【００１５】上記の構成によれば、給電ワイヤの近傍に
配置された火薬の爆発力を利用して、ワイヤを切断する
方向にワイヤ切断手段を付勢することができる。パワー
素子の短絡故障を故障検出手段が検出したことに応答し
て、着火手段は火薬に着火するので、火薬によって付勢
されたワイヤ切断刃は、近傍の給電ワイヤを切断するこ
とができる。これによって、モータ巻線を含む短絡回路
を遮断できるので、パワー素子の短絡故障時にも手動操
舵が可能となる。火薬によりワイヤ切断刃を付勢する構
成のワイヤ切断手段は、リレーよりもはるかに小さく構
成できる。

【００１６】請求項７記載の発明は、上記故障検出手段
が故障を検出していないときに、上記切断刃の移動を規
制する安全装置（９０２，９０３，９０４，９０５）を
さらに含むことを特徴とする請求項５または６記載の電
動パワーステアリング装置である。上記の構成によれ
ば、故障検出手段がパワー素子の故障を検出しなけれ
ば、ワイヤ切断手段は安全装置によって動作が制限され
るので、給電ワイヤが切断されるような誤作動が起こる
恐れはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、電動
パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機
構の断面構造とともに示すブロック図である。ステアリ
ング機構１は、車幅方向に沿って配置されたラック１１
と、このラック１１にギアボックス１７内において噛合
するピニオン部を先端に有するピニオン軸１２と、ラッ
ク１１の両端に回動自在に結合されたナックルアーム１
４とを備えている。ナックルアーム１４は、キングピン
１５まわりに回動自在に設けられており、このナックル
アーム１４に舵取り車輪１６が取付けられている。

【００１８】ピニオン軸１２の基端部は、ユニバーサル
ジョイントを介してステアリング軸に結合されており、
このステアリング軸の一端には、操作部材としてのステ
アリングホイールが固定されている。この構成により、
ステアリングホイールを回転させることによって、ラッ
ク１１がその長手方向に変位し、ナックルアーム１４が
キングピン１５まわりに回動して、舵取り車輪１６の方
向が変化する。電動パワーステアリング装置２は、たと
えば三相ブラシレスモータで構成される電動モータＭを
有している。電動モータＭは、車両に固定されたケース
２１を備えており、このケース２１内には、ラック１１
を取り囲むようにロータ２２が配置され、さらに、ロー
タ２２を取り囲むようにステータ２３が配置されてい
る。

【００１９】ロータ２２の一端部には、ボールナット３
１が連結されている。このボールナット３１は、ラック
１１の途中部に形成されたねじ軸部３２に複数個のボー
ルを介して螺合していて、これによりボールねじ機構３
０が形成されている。また、ボールナット３１と電動モ
ータＭのケース２１との間には、軸受け３３，３４が介
装されており、ケース２１とロータ２２の他端部付近と
の間には、軸受け３５が介装されている。この構成によ
り、電動モータＭへの通電が行われて、ロータ２２にト
ルクが与えられると、その与えられたトルクは、ロータ
２２に連結されたボールナット３１に伝達される。ボー
ルナット３１に伝達されたトルクは、ボールねじ機構３
０によってラック１１の車幅方向への駆動力に変換され
る。こうして、電動モータＭから発生する力がステアリ
ング機構１に与えられる。

【００２０】操舵補助力の大きさは、電動モータＭの駆
動電流を制御することによって調整される。電動モータ
Ｍの駆動電流は、コントローラ４０によりモータドライ
バ５０を介して制御されるようになっている。コントロ
ーラ４０には、ステアリングホイールの操舵角を検出す
るための舵角センサ６１、車速を検出するための車速セ
ンサ６２、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ６
３と、電動モータＭの回転角を検出するためのモータ回
転角センサ６４、および電動モータＭに流れるモータ電
流の大きさを検出するためのモータ電流検出回路７０の
出力信号が入力されている。コントローラ４０は、上記
各出力信号に基づいて目標電流値を求め、この目標電流
値に基づいてモータドライバ５０を制御し、これによ
り、電動モータＭの各相に流れる電流を制御する。

【００２１】図２は、コントローラ４０の電気的構成を
示すブロック図である。コントローラ４０は、たとえば
ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含むマイクロコンピュー
タで構成されており、この図２には、その機能がブロッ
クで示されている。コントローラ４０は、舵角センサ６
１、車速センサ６２およびトルクセンサ６３の出力に基
づいて目標電流値を演算する目標電流演算部４２と、こ
の目標電流演算部４２およびモータ回転角センサ６４の
出力信号に基づいて三相分相処理を行う三相分相処理部
４３とを備えている。

【００２２】目標電流演算部４２で求められた目標電流
値は、三相分相処理部４３に与えられている。三相分相
電流部４３は、目標電流演算部４２から与えられる目標
電流値に対して三相分相処理を施し、電動モータＭの回
転角に応じたモータ各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の目標電
流値を求める。三相分相処理部４３で求められたＵ相目
標電流値、Ｖ相目標電流値およびＷ相目標電流値は、そ
れぞれ減算部４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗに与えられてい
る。これらの減算部４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗにはまた、
それぞれ電動モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に流れるモー
タ電流を検出するモータ電流センサ７１Ｕ，７１Ｖ，７
１Ｗの検出信号が増幅器７２Ｕ，７２Ｖ，７２Ｗで適当
に増幅されて入力されている。減算部４４Ｕ，４４Ｖ，
４４Ｗは、モータ各相について各相目標電流値とモータ
電流値との差を演算して、その演算結果を、それぞれＵ
相ＰＩ（Proportional−Integral）制御部４５Ｕ、Ｖ相
ＰＩ制御部４５ＶおよびＷ相ＰＩ制御部４５Ｗに与え
る。

【００２３】ＰＩ制御部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗは、そ
れぞれ減算部４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗからの出力に基づ
いてＰＩ演算を行う。このＰＩ演算の結果は、Ｕ相ＰＷ
Ｍ（Pulse Width Modulation）制御部４６Ｕ、Ｖ相Ｐ
ＷＭ制御部４６ＶおよびＷ相ＰＷＭ制御部４６Ｗに与え
られる。ＰＷＭ制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗは、それ
ぞれＰＩ演算結果に対応したＰＷＭ制御信号を作成し、
その作成したＰＷＭ制御信号をモータドライバ５０に向
けて出力する。

【００２４】モータドライバ５０は、図３に示すよう
に、パワー素子（この実施形態ではパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ）５１Ｕ，５２Ｕの直列回路と、パワー素子５１Ｖ，
５２Ｖの直列回路と、パワー素子５１Ｗ，５２Ｗの直列
回路とを、図示しないバッテリに接続された電源電圧ラ
イン１０３とグランドライン１０４との間に互いに並列
に接続して構成されている。そして、パワー素子５１
Ｕ，５２Ｕ間の接続点５３Ｕで給電ワイヤ５４Ｕおよび
バスバー１００Ｕを介して電動モータＭのＵ相巻線に接
続され、パワー素子５１Ｖ，５２Ｖ間の接続点５３Ｖで
給電ワイヤ５４Ｖおよびバスバー１００Ｖを介して電動
モータＭのＶ相巻線に接続され、パワー素子５１Ｗ，５
２Ｗ間の接続点５３Ｗで給電ワイヤ５４Ｗおよびバスバ
ー１００Ｗを介して電動モータＭのＷ相巻線に接続され
ている。

【００２５】ＰＷＭ制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗから
のＰＷＭ制御信号は、パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１
Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのゲートに与えられるよう
になっている。このＰＷＭ制御信号のデューティに応じ
てパワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２
Ｖ，５２Ｗがオン／オフし、モータドライバ５０から電
動モータＭにＰＷＭ制御信号のデューティに応じた駆動
電圧が印加される。この電動パワーステアリング装置に
は、パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２
Ｖ，５２Ｗの故障を検出するための故障検出部９３が備
えられている。

【００２６】故障検出部９３は、モータドライバ５０を
構成しているパワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２
Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのうち、どのパワー素子が故障して
いるのかを検出できるようになっている。パワー素子５
１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのいず
れかに故障があった場合、その故障のほとんどが短絡故
障となる。短絡故障とは、パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，
５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの抵抗値Ｒが、パワー
素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ
のオン抵抗Ｒｏｎに比べて極めて小さくなった場合（す
なわちＲ<<Ｒｏｎ）をいう。

【００２７】故障検出部９３は、たとえば、モータドラ
イバ５０と電動モータＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相とのそれぞ
れの接続点５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗにおける電位を検出
する。全てのパワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２
Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗが正常に動作しているときには、接
続点５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗの電位は、たとえば、６〜
１２Ｖである。

【００２８】たとえば、パワー素子５１Ｕが短絡故障を
生じた場合、パワー素子５１Ｕの抵抗は、正常時のパワ
ー素子５１Ｕのオン抵抗よりも極めて小さくなる。この
ため、接続点５３Ｕの電位は、電源電圧ライン１０３と
ほぼ同じ電位となり、正常時よりも上昇する。また、た
とえば、パワー素子５２Ｕが短絡故障を生じた場合、接
続点５３Ｕの電位は、グランドライン１０４とほぼ同じ
電位となり、正常時よりも下降する。したがって、接続
点５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗの電位を監視することによっ
て、いずれのパワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２
Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗが短絡故障しているのかを検出する
ことができる。

【００２９】たとえば、パワー素子５１Ｕが短絡故障し
て、この故障が故障検出部９３によって検出されると、
これに応答して、故障検出部９３から、ＰＷＭ制御部４
６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗに故障信号が与えられる。これに
応答して、ＰＷＭ制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗから、
モータドライバ５０に過電流が流れるようなＰＷＭ制御
信号が出力される。図４は、モータドライバ５０の構造
を示す図解的な平面図である。

【００３０】電源電圧ライン１０３を形成する配線部、
グランドライン１０４を形成する配線部および電動モー
タＭのモータ巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続されているバ
スバー１００Ｕ，１００Ｖ，１００Ｗが、基板Ｓ上に設
けられている。グランドライン１０４とバスバー１００
Ｕとの間に、Ｕ相に対応した一対のＬ字形配線部１０１
Ｕ，１０２Ｕが、たがいの両端部を接近させて配置され
ている。同時に、グランドライン１０４とバスバー１０
０Ｖとの間に、Ｖ相に対応した一対のＬ字形配線部１０
１Ｖ，１０２Ｖが、たがいの両端部を接近させて配置さ
れ、また、グランドライン１０４とバスバー１００Ｗと
の間に、Ｗ相に対応した一対のＬ字形配線部１０１Ｗ，
１０２Ｗが、たがいの両端部を接近させて配置されてい
る。

【００３１】Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応したＬ字
形配線部１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗには、共通に、
電源電圧ライン１０３からの接地電位が与えられてい
る。すなわち、電源電圧ライン１０３には、給電ワイヤ
５７Ｗを介してＬ字形配線部１０１Ｗが接続されてお
り、このＬ字形配線部１０１Ｗに給電ワイヤ５７Ｖを介
してＬ字形配線部１０１Ｖが接続されており、このＬ字
形配線部１０１Ｖに給電ワイヤ５７Ｕを介してＬ字形配
線部１０１Ｕが接続されている。

【００３２】Ｕ相に対応したＬ字形配線部１０１Ｕに
は、パワー素子５１Ｕが搭載されており、このパワー素
子５１Ｕは給電ワイヤ５５Ｕを介してＬ字形配線部１０
２Ｕに接続されている。そして、このＬ字形配線部１０
２Ｕにはパワー素子５２Ｕが搭載されており、このパワ
ー素子５２Ｕは給電ライン５６Ｕを介してグランドライ
ン１０４に接続されている。このようにして、電源電圧
ライン１０３とグランドライン１０４との間にパワー素
子５１Ｕ，５２Ｕが直列接続されている。これらのパワ
ー素子５１Ｕ，５２Ｕの接続点５３Ｕに相当するＬ字形
配線部１０２Ｕの電位は、故障検出部９３によってモニ
タされている。

【００３３】Ｖ相およびＷ相にそれぞれ対応したＬ字形
配線部１０１Ｖ，１０２Ｖ；１０１Ｗ，１０２Ｗおよび
パワー素子５１Ｖ，５２Ｖ；５１Ｗ，５２Ｗも、同様な
態様で、電源電圧ライン１０３とグランドライン１０４
との間に、給電ライン５５Ｖ，５６Ｖ；５５Ｗ，５６Ｗ
などによって接続されている。そして、パワー素子５１
Ｖ，５２Ｖ；５１Ｗ，５２Ｗの接続点５３Ｖ；５３Ｗに
相当するＬ字形配線部１０２Ｖ，１０２Ｗの電位が、故
障検出部９３によってモニタされるようになっている。

【００３４】各パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５
２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの上面に現れるソース電極はアル
ミニウムで形成されており、給電ワイヤ５５Ｕ，５５
Ｖ，５５Ｗ，５６Ｕ，５６Ｖ，５６Ｗは各複数本のアル
ミニウムワイヤで構成されている。他の給電ワイヤ５４
Ｕ，５４Ｖ，５４Ｗ，５７Ｕ，５７Ｖ，５７Ｗもアルミ
ニウムワイヤで構成されている。使用されるアルミニウ
ムワイヤ１本の熱に対する耐性は、１相分の最大電流
（たとえば４０アンペア）が流れることによって発生す
る熱に耐えられる。三相ブラシレスモータを用いた場合
などは、給電ワイヤ５４Ｕ，５４Ｖ，５４Ｗ，５５Ｕ，
５５Ｖ，５５Ｗ，５６Ｕ，５６Ｖ，５６Ｗ，５７Ｕ，５
７Ｖ，５７Ｗには、二相分の電流が流れるため、２ない
し３本のアルミニウムワイヤが使用されている。

【００３５】したがって、パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，
５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのいずれかに短絡故障
があった場合は、三相分の電流を流すことができれば、
ジュール熱によって、アルミニウムワイヤは溶断され
る。たとえば、パワー素子５１Ｕが短絡故障し、故障検
出部９３からＰＷＭ制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗに故
障信号が与えられると、これに応答して、ＰＷＭ制御部
４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗは、パワー素子５１Ｕに対応し
た給電ワイヤ５５Ｕに過電流を流す。すなわち、ＰＷＭ
制御部４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗによって、パワー素子５
１Ｖおよびパワー素子５１Ｗがオフ状態にされて、その
他のパワー素子５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗを一定時間オン
状態に保持する。

【００３６】このとき、電源電圧ライン１０３から短絡
故障状態のパワー素子５１Ｕを介して、給電ライン５５
Ｕに３相分の最大電流が流れる。給電ライン５５Ｕを通
った後、１相分の電流は、パワー素子５２Ｕを介してグ
ランドライン１０４へと流れる。残る２相分の電流は、
給電ライン５４Ｕおよびバスバー１００Ｕを介して、電
動モータＭのＵ相巻線Ｕ１に流れ込む。この電流は、Ｖ
相巻線Ｖ１およびＷ相巻線Ｗ１へと別れ、バスバー１０
０Ｖ，１００Ｗ、給電ライン５４Ｖ，５４Ｗおよびパワ
ー素子５２Ｖ，５２Ｗをそれぞれ通ってグランドライン
１０４へと流れる。

【００３７】このようにして、ＰＷＭ制御部４６Ｕ，４
６Ｖ，４６Ｗの制御によって、３相分の最大電流をパワ
ー素子５１Ｕに対応した給電ワイヤ５５Ｕに流すことが
できる。これにより、アルミニウムワイヤ５５Ｕは瞬時
に溶断されるので、短絡故障を生じたパワー素子５１Ｕ
を含む短絡回路の切断を行うことができる。その後は、
コントローラ４０は、バッテリと電源電圧ライン１０３
との間に介装されたフェールセーフリレー（図示せず）
を開成して、モータドライバ５０への給電を停止する。

【００３８】以上のように、パワー素子の故障を検出
し、故障したパワー素子に対応した給電ワイヤに過電流
を流して、その給電ワイヤを溶断すると、短絡故障した
パワー素子を含む短絡回路が生じず、ステアリングホイ
ールの手動操舵が可能となる。図５は、この発明の第２
の実施形態に係るモータドライバ５０の構成を示す図解
的な側面図である。また、図６は、図５のモータドライ
バ５０の図解的な平面図である。

【００３９】この図６において、上述の図４に示された
部位と同等の部位には、図４の場合と同一の参照符号を
付して示す。基板Ｓ上に形成された金属配線１００Ｕ，
１００Ｖ，１００Ｗと１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗと
の間を電気的に接続している給電ワイヤ５４Ｕ，５４
Ｖ，５４Ｗ（以下、総称するときには「給電ワイヤ５
４」という。）の下方に、給電ワイヤ５４と直交するよ
うにワイヤ切断装置９０が配置されている。

【００４０】故障検出部９３は、故障信号を制御部９２
に与えられるようになっていて、制御部９２が故障信号
を受けると、制御部９２は着火信号を着火回路９１に与
えられるように構成されている。着火回路９１はワイヤ
切断装置９０に接続されている。図７（ａ）は、ワイヤ
切断装置９０を、給電ワイヤ５４と垂直な方向から見た
側面図であり、図７（ｂ）は、ワイヤ切断装置９０を、
給電ワイヤ５４と平行な方向から見た側面図である。

【００４１】ワイヤ切断装置９０は、ワイヤ切断刃９０
１と、ストッパバネ９０２、ストッパ９０３、励磁コイ
ル９０４およびストッパ支持ブロック９０５等で構成さ
れた安全装置と、着火装置９１とを、たとえば、上面が
開放された外箱９０６の中に備えている。ワイヤ切断刃
９０１は、外箱９０６の内部に、刃先を上方に向けた状
態に収容されている。ワイヤ切断刃９０１の下方には、
爆発時にワイヤ切断刃９０１にワイヤ５４を切断する方
向への駆動力を与える火薬９１２が仕込まれている。火
薬９１２には、点火プラグ９１０と配線９１１とで構成
された着火手段９１が接続されている。

【００４２】ワイヤ切断刃９０１の側方には、ストッパ
支持ブロック９０５が配置されていて、このストッパ支
持ブロック９０５にストッパバネ９０２およびストッパ
９０３が取付けられている。ストッパ９０３は金属で構
成されていて、ワイヤ切断刃９０１に対して接離する方
向に移動可能に取付けられている。ストッパバネ９０２
は、ストッパ９０３をワイヤ切断刃９０１に押し付ける
方向に付勢するように配置されており、このストッパバ
ネ９０２のバネ力でストッパ９０３がワイヤ切断刃９０
１に押し付けられた状態でストッパ９０３によってワイ
ヤ切断刃９０１の動きが規制されるようになっている。

【００４３】また、ストッパ支持ブロック９０５のワイ
ヤ切断刃９０１と反対側には、ストッパ９０３に対向す
る位置に、励磁コイル９０４が配置されている。励磁コ
イル９０４に励磁信号が与えられて、励磁コイル９０４
が励磁されると、ストッパバネ９０２のバネ力に抗して
ストッパ９０３が励磁コイル９０４に引きつけられる。
これにより、ストッパ９０３がワイヤ切断刃９０１から
離れ、ワイヤ切断刃９０１に対する規制が解除される。

【００４４】モータドライバ５０を構成するパワー素子
５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのい
ずれかが故障し、その故障が故障検出手段９３によって
検出されると、制御部９２から励磁コイル９０４に励磁
信号が与えられて、ワイヤ切断刃９０１の規制が解除さ
れる。そして、制御部９２から着火手段９１に着火信号
が与えられて、点火プラグ９１０がスパークすることに
よって、火薬９１２が爆発する。すると、規制が解除さ
れているワイヤ切断刃９０１が、このときの火薬９１２
の爆発力によって、給電ワイヤ５４を切断する方向に付
勢されて上昇し、ワイヤ切断刃９０１の刃先で給電ワイ
ヤ５４を切断する。給電ワイヤ５４の切断の前後におい
て、コントローラ４０（図１参照）は、上述のフェール
セーフリレーを開成させて、モータドライバ５０への給
電を停止する。

【００４５】このように、ワイヤ切断装置９０には火薬
９１２が仕込まれていて、故障検出部９３がパワー素子
５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのい
ずれかに故障があったことを検知すると、制御部９２に
故障信号が与えられる。そして、制御部９２によって着
火回路９１へ着火信号が与えられると、点火プラグ９１
０の火花によって火薬９１２が爆発して、ワイヤ切断刃
９０１が上昇し、このワイヤ切断刃９０１によって給電
ワイヤ５４が切断される。

【００４６】ワイヤ切断装置９０は、電動モータＭとモ
ータドライバ５０とを接続する給電ワイヤ５４をすべて
切断するため、パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５
２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのいずれかに故障があっても、手
動操舵が可能になる。また、ワイヤ切断装置９０は、回
路切断用リレーのような大きな構成としなくてもよいた
め、モータドライバ５０を搭載する基板Ｓへの設置スペ
ースも小面積で設置可能である。

【００４７】なお、ワイヤ切断刃９０１を用いずに、火
薬９１２の爆発力で給電ワイヤ５４を切断するようにし
てもよい。図８（ａ）は、この発明の第３の実施形態に
係るワイヤ切断装置９４を、給電ワイヤ５４と垂直な方
向から見た側面図であり、図８（ｂ）は、ワイヤ切断装
置９４を、給電ワイヤ５４と平行な方向から見た側面図
である。この図８において、上述の図７に示された部位
と同等の部位には、図７の場合と同一の参照符号を付し
て示す。

【００４８】上述の実施形態においては、ワイヤ切断刃
９０１を火薬９１２の爆発力を用いて給電ワイヤ５４を
切断する方向に付勢するとしたが、この実施形態では、
バネ９４２Ｌ，９４２Ｒの引っ張り力を利用して、ワイ
ヤ切断刃９０１を給電ワイヤ５４を切断する方向に付勢
する構成となっている。ワイヤ切断刃９０１の両端部の
上方に、２つの支持アーム９４１が備えられており、各
支持アーム９４１からバネ９４２Ｌ，９４２Ｒが垂下し
ている。２つのバネ９４２Ｌ，９４２Ｒの下端は、それ
ぞれワイヤ切断刃９０１の両端付近に接続されており、
バネ９４２のバネ力は、ワイヤ切断刃９０１を上昇させ
る方向に付勢している。

【００４９】モータドライバ５０を構成するパワー素子
５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ（図
６参照）のいずれかが故障し、その故障が故障検出手段
９３によって検出されると、制御部９２から励磁コイル
９０４に励磁信号が与えられて、ワイヤ切断刃９０１の
規制が解除される。ワイヤ切断刃９０１の規制が解除さ
れると、バネ９４２が縮む方向へ力が働き、このことに
よって、給電ワイヤ５４を切断する方向に付勢されて上
昇し、ワイヤ切断刃９０１の刃先で給電ワイヤ５４を切
断する。この給電ワイヤ５４の切断の前後において、コ
ントローラ４０（図１参照）は、上述のフェールセーフ
リレーを開成して、モータドライバ５０への給電を停止
する。

【００５０】このように、故障検出手段９３によってパ
ワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５
２Ｗの故障が検出され、それに応答して、制御部９２か
ら励磁コイル９０４に励磁信号が送られ、ワイヤ切断刃
９０１の規制が解除される。ワイヤ切断刃９０１の規制
が解除されると、バネ９４２Ｌ，９４２Ｒの縮力によっ
てワイヤ切断刃９０１は給電ワイヤ５４を切断する方向
に付勢され、給電ワイヤ５４が切断される。給電ワイヤ
５４が切断されると、モータ巻線を含む短絡回路は形成
されず、ステアリングホイールの手動操舵が可能にな
る。

【００５１】図９（ａ）は、この発明の第４の実施形態
に係るワイヤ切断装置９５を、給電ワイヤ５４と垂直な
方向から見た側面図であり、図９（ｂ）は、ワイヤ切断
装置９５を、給電ワイヤ５４と平行な方向から見た側面
図である。この図９において、上述の図７に示された部
位と同等の部位には、図７の場合と同一の参照符号を付
して示す。上述の第３の実施形態においては、ワイヤ切
断刃９０１をバネ９４２の引っ張り力を用いて給電ワイ
ヤ５４を切断する方向に付勢するとしたが、この実施形
態では、おもり９５２Ｌ，９５２Ｒの重さによってワイ
ヤ切断刃９０１を給電ワイヤ５４を切断する方向に付勢
する構成となっている。

【００５２】ワイヤ切断刃９０１の両端部の上方にある
２つの滑車支持アーム９５１Ｌ，９５１Ｒから滑車９５
３Ｌ，９５３Ｒが吊り下げられている。各滑車９５３
Ｌ，９５３Ｒには、付勢糸９５４Ｌ，９５４Ｒが掛けら
れていて、この付勢糸９５４Ｌ，９５４Ｒの一端はそれ
ぞれワイヤ切断刃９０１の両端に巻きつけられている。
付勢糸９５４Ｌ，９５４Ｒの他端には、おもり９５２
Ｌ，９５２Ｒが取付けられている。おもり９５２Ｌ，９
５２Ｒの合計重量は、ワイヤ切断刃９０１の重量よりも
重いので、おもり９５２Ｌ，９５２Ｒの下降に伴って、
ワイヤ切断刃９０１は上方へ上昇する構成となってい
る。

【００５３】モータドライバ５０を構成するパワー素子
５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ（図
６参照）のいずれかが故障し、その故障が故障検出手段
９３によって検出されると、制御部９２から励磁コイル
９０４に励磁信号が与えられて、ワイヤ切断刃９０１の
規制が解除される。ワイヤ切断刃９０１の規制が解除さ
れると、おもり９５２Ｌ，９５２Ｒが下降するのに伴
い、おもり９５２Ｌ，９５２Ｒにつながれている付勢糸
９５４Ｌ，９５４Ｒを下方へ引っ張る。付勢糸９５４
Ｌ，９５４Ｒは滑車９５３Ｌ，９５３Ｒに掛けられてい
るので、滑車９５３Ｌ，９５３Ｒを挟んで、おもり９５
２Ｌ，９５２Ｒと反対側にある付勢糸９５４Ｌ，９５４
Ｒは、おもり９５２Ｌ，９５２Ｒの下降に伴って、上昇
する。この付勢糸９５４Ｌ，９５４Ｒの上昇に伴い、規
制が解除されているワイヤ切断刃９０１が、給電ワイヤ
５４を切断する方向に付勢されて上昇し、ワイヤ切断刃
９０１の刃先で給電ワイヤ５４を切断する。この給電ワ
イヤ５４の切断の前後において、コントローラ４０は、
上述のフェールセーフリレーを開成し、モータドライバ
５０への給電を停止する。

【００５４】このように、故障検出手段９３によってパ
ワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５
２Ｗの故障が検出され、それに応答して、制御部９２か
ら励磁コイル９０４に励磁信号が送られ、ワイヤ切断刃
９０１の規制が解除される。ワイヤ切断刃９０１の規制
が解除されると、おもり９５２Ｌ，９５２Ｒが下降する
力を、付勢糸９５４Ｌ，９５４Ｒを通して滑車９５３
Ｌ，９５３Ｒによって、上方へ向かう力へ変換する。変
換された上方へ向かう力によってワイヤ切断刃９０１は
給電ワイヤ５４を切断する方向に付勢され、給電ワイヤ
５４が切断される。給電ワイヤ５４が切断されると、モ
ータ巻線を含む短絡回路は形成されず、ステアリングホ
イールの手動操舵が可能になる。

【００５５】なお、上記実施形態において、ワイヤ切断
刃９０１の付勢手段に、バネ９４２Ｌ，９４２Ｒを利用
した実施形態について、その付勢手段は、バネ９４２
Ｌ，９４２Ｒの引っ張り力を用いるものであったが、圧
縮コイルバネをワイヤ切断刃９０１の下方に設置するこ
とによって、バネの伸張力を利用した付勢手段であって
もよい。また、パワー素子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５
２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのいずれかに故障があるかどうか
を検出する故障検出部９３は、上記実施形態では電位に
よって故障を検知するとしたが、パワー素子５１Ｕ，５
１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗのいずれかが短
絡故障したときの電流値を検出するものであってもよ
い。

【００５６】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステア
リング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造
とともに示すブロック図である。

【図２】コントローラの電気的構成を示すブロック図で
ある。

【図３】モータドライバおよび電動モータを示す回路図
である。

【図４】モータドライバの構造を示す図解的な平面図で
ある。

【図５】この発明の第２の実施形態に係るモータドライ
バの構成を示す図解的な側面図である。

【図６】上記第２の実施形態に係るモータドライバの図
解的な平面図である。

【図７】上記第２の実施形態に係るワイヤ切断装置の構
成を示す図解図である。

【図８】この発明の第３の実施形態に係るワイヤ切断装
置の構成を示す図解図である。

【図９】この発明の第４の実施形態に係るワイヤ切断装
置の構成を示す図解図である。

【図１０】従来の電動モータとモータドライバとの構成
を示す回路図である。

【符号の説明】

５０モータドライバ５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗパ
ワー素子５４，５４Ｕ，５４Ｖ，５４Ｗ，５５Ｕ，５５Ｖ，５５
Ｗ給電ワイヤ５６Ｕ，５６Ｖ，５６Ｗ，５７Ｕ，５７Ｖ，５７Ｗ給
電ワイヤ９０ワイヤ切断装置９０１切断刃９０２ストッパバネ９０３ストッパ９０４コイル９０５ストッパ支持ブロック９０６外箱９０，９４，９５ワイヤ切断装置９１着火回路９１０点火プラグ９１１配線９１２火薬９２制御部９３検知部Ｍ電動モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作部材に加えられた操舵トルクに基づい
て駆動される電動モータの駆動力をステアリング機構に
伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であ
って、上記電動モータに駆動電力を供給するパワー素子と、このパワー素子から上記電動モータへの給電経路のいず
れかの位置に介装された給電ワイヤと、上記パワー素子の短絡故障を検出する故障検出手段と、この故障検出手段が故障を検出したことに応答して、上
記給電ワイヤを切断するワイヤ切断手段とを含むことを
特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】上記ワイヤ切断手段は、上記給電ワイヤに
過電流を流すことにより、この給電ワイヤを溶断させる
手段を含むことを特徴とする請求項１記載の電動パワー
ステアリング装置。
【請求項３】上記電動モータは複数相のモータ巻線を有
するものであり、上記パワー素子は複数相のモータ巻線に対応して複数個
設けられており、操舵トルクに基づいて上記複数相のパワー素子を制御す
る制御回路をさらに含み、この制御回路は、短絡故障が生じたパワー素子に対応し
た給電ワイヤに、複数相分の電流を同時に供給すること
によって、当該給電ワイヤを溶断させるワイヤ切断手段
として機能するものであることを特徴とする請求項１記
載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】上記ワイヤ切断手段は、上記給電ワイヤの
近傍に配置された火薬と、上記故障検出手段が短絡故障
を検出したことに応答して上記火薬に着火する着火手段
とを含むことを特徴とする請求項１記載の電動パワース
テアリング装置。
【請求項５】上記ワイヤ切断手段は、上記給電ワイヤの
近傍に配置された切断刃と、上記切断刃を上記給電ワイ
ヤを切断する方向に付勢する付勢手段と、上記故障検出
手段が短絡故障を検出したことに応答して上記付勢手段
の付勢力を上記切断刃に伝達させる切断起動手段とを含
むことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリ
ング装置。
【請求項６】上記付勢手段は、爆発時に上記切断刃に上
記給電ワイヤを切断する方向への駆動力を与える火薬を
含み、上記切断起動手段は、上記故障検出手段が短絡故障を検
出したことに応答して上記火薬に着火する着火手段を含
むことを特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリ
ング装置。
【請求項７】上記故障検出手段が故障を検出していない
ときに、上記切断刃の移動を規制する安全装置をさらに
含むことを特徴とする請求項５または６記載の電動パワ
ーステアリング装置。