JP2005045875A - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動モータを利用する車両用操舵装置の操舵感を高める。
【解決手段】本車両用操舵装置１では、操舵用駆動源としての電動モータ１２が、磁石２０Ａ，２０ＢのＮ極のみを外周に配置する第１のロータ１８と、磁石２１Ａ，２１ＢのＳ極のみを外周に配置する第２のロータ１９と、これらロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓと径方向Ｒに対向する複数のコア２５Ａ〜２５Ｄを含むステータ２２とを有する。各コア２５Ａ〜２５Ｄに対応するコイル２６Ａ〜２６Ｄが巻かれて、軸方向Ｓの一方の端部に、磁極２７Ａ〜２７Ｄが形成され、軸方向Ｓの他方の端部に磁極２８Ａ〜２８Ｄが形成される。磁石２０Ａ，２０Ｂの磁束Ｊはコイル２６Ａ〜２６Ｄを一定の向きで鎖交し、電動モータ１２は大トルクを得て、しかもトルクむらを小さくでき、急な操舵操作に追従できて、操舵感を高めることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】本車両用操舵装置１では、操舵用駆動源としての電動モータ１２が、磁石２０Ａ，２０ＢのＮ極のみを外周に配置する第１のロータ１８と、磁石２１Ａ，２１ＢのＳ極のみを外周に配置する第２のロータ１９と、これらロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓと径方向Ｒに対向する複数のコア２５Ａ〜２５Ｄを含むステータ２２とを有する。各コア２５Ａ〜２５Ｄに対応するコイル２６Ａ〜２６Ｄが巻かれて、軸方向Ｓの一方の端部に、磁極２７Ａ〜２７Ｄが形成され、軸方向Ｓの他方の端部に磁極２８Ａ〜２８Ｄが形成される。磁石２０Ａ，２０Ｂの磁束Ｊはコイル２６Ａ〜２６Ｄを一定の向きで鎖交し、電動モータ１２は大トルクを得て、しかもトルクむらを小さくでき、急な操舵操作に追従できて、操舵感を高めることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、自動車等の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
車両用操舵装置は、ステアリングホイール等の操舵部材が操舵軸等の伝動部材を介して舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、上記操舵部材が舵取機構に機械的に連結されていないステアバイワイヤ式とに大別される。
前者のリンク式において、操舵部材の操作に応じて操舵補助力を発生させる電動モータを備える電動パワーステアリング装置がある。電動パワーステアリング装置の電動モータとしては、通例、直流モータが利用されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
後者のステアバイワイヤ式として、操舵軸を舵取機構から機械的に切り離して配し、舵取機構の中途に操舵用アクチュエータとして電動モータを設け、舵取機構の転舵角と操舵部材による目標舵角との偏差に応じてマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部が上記電動モータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を目標舵角に調整する車両用操舵装置がある。この車両用操舵装置では、操舵部材に操作トルクに応じた操作反力を与えるための反力用アクチュエータとして電動モータを設けている。この電動モータとしては、通例、直流モータが利用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１３７６４４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５３０１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５を参照して、直流モータでは、通例、互いに対向して配置される一対の磁石９１，９２間に、ロータ９３が回転可能に配置される。ロータ９３は、一対の磁石９１，９２が対向する方向に直交して延びる回転中心軸線９４の回りに回転する。ロータ９３の外周に沿うようにコイル９５（一部を図示）が設けられ、ロータ９３の回転時には、コイル９５が磁石９１，９２の磁束９６（一部を図示）を切るように移動する。その結果、磁束９６の方向がコイル９５に対して変化し、トルクムラを生じていた。従って、何れのタイプであっても上述の車両用操舵装置の操舵感が低下している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、操舵感を高めることができる車両用操舵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】
第１の発明の車両用操舵装置は、操作部材の操作に応じて駆動される電動モータを備える車両用操舵装置において、上記電動モータが、回転軸の周りに環状に配置される複数のコアを有し各コアにコイルが巻かれて磁極が形成されてなるステータと、複数の磁石を有し回転軸に一体回転できるように係止されるロータとを備え、ロータの各磁石の磁極は、ステータの複数のコアにそれぞれ形成される磁極に回転軸の回転に伴って順次に対向可能に配置され、ロータの各磁石による磁束は、互いの磁極同士が対向している対応するコアに導入され対応するコイルを一定の向きに鎖交して形成されることを特徴とする。この発明によれば、回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁極が、ステータのコアに形成される磁極を順次変遷しながら対向する。互いに対向しているロータの磁石の磁極と、コアに形成される磁極とに着目すると、ロータの磁石の磁束が、コア内において増減しながらコイルと一定の向きに鎖交する。従って、コイルに対する磁束の方向が変化する場合に比べて、その損失を抑制でき、その結果、電動モータのトルクムラを抑制できる。従って、電動モータからの操舵補助力の不自然な変動を抑制でき、操舵感をより高めることができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、上記ステータは、各コアにコイルが巻かれて、回転軸の軸方向についての各コアの両端に、径方向内方または軸方向の両側に向けて、一対の磁極が形成されてなり、上記ロータは、複数の磁石を有し各磁石のＮ極の磁極を回転軸の径方向の外側または回転軸の軸方向の一方の側に向けて配置される第１のロータと、第１のロータの磁石と同数の磁石を有しこの各磁石のＳ極の磁極を回転軸の径方向の外側または回転軸の軸方向の他方の側に向けて配置される第２のロータとを含み、第１のロータの磁石のＮ極の磁極が、ステータのコアの対応する一方の磁極と、径方向または軸方向に対向するとともに、第２のロータの磁石のＳ極の磁極が、ステータのコアの対応する他方の磁極と、径方向または軸方向に対向するように、第１および第２のロータの磁極は回転軸に同角度位置に配置されることを特徴とする。この発明によれば、回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁束が、各コア内において一定の向きで増減を繰り返すようにしてコアを順次変遷しながらそれらのコイルと順次鎖交する。電動モータのステータの各磁極は、対応する第１または第２のロータの磁石の対応するＮ極またはＳ極とのみ対向するので、回転軸の回転時の磁束の変化が小さくて済み、トルクむらをより小さくでき、操舵感をより高めることができる。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁極が、対向可能な一方のコアの一端に形成される磁極から遠ざかり、且つ一方のコアに周方向に隣接して配置される他方のコアの一端に形成される磁極に接近するときに、上記一方のコアの一端の磁極と上記磁石の磁極との間に斥力を発生させるように、一方のコアに巻かれたコイルに通電し、上記他方のコアの一端の磁極と上記磁石の磁極との間に吸引力を上記斥力と同時に発生させるように、他方のコアに巻かれたコイルに通電することにより、回転軸を回転駆動することを特徴とする。この発明によれば、回転軸の回転を促進するように、ロータの各磁極に斥力と吸引力とが同時に作用して、回転軸に大トルクを発生させることができるので、車輪の操向時の動作の立ち上がりを速めることができ、操舵感をより一層高めることができる。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の一実施形態の車両用操舵装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、上述の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
本車両用操舵装置１は、車輪２を操向するために操作部材としてのステアリングホイール３の動きを伝達するステアリングシャフト４と、このステアリングシャフト４を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム５とを有している。ステアリングシャフト４の一方の端部４ａにステアリングホイール３が連結されている。ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂには、一体回転可能な自在継手６、中間軸７等を介して、舵取機構８が連結されている。
【００１１】
舵取機構８は、ステアリングシャフト４と連結されるピニオン９、およびピニオン９と噛み合うラック軸１０を含む。ラック軸１０の端部に車輪２が操向可能に連結される。ステアリングホイール３が回されると、その回転がステアリングシャフト４、自在継手６、中間軸７等を介して舵取機構８に伝達され、これにより車輪２を操向することができる。
また、車両用操舵装置１は、パワーステアリング装置として構成され、操舵操作に伴い生じる操舵抵抗に見合った操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリングコラム５には、ステアリングシャフト４に関連して配置されて操作トルクを検知するためのトルクセンサ１１と、トルクセンサ１１からの出力信号、車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ１２と、電動モータ１２の回転軸１３と継手１４を介して駆動可能に連結され回転軸１３の回転を減速するための減速機１５と、減速機１５およびトルクセンサ１１を収容しつつ支持し且つ電動モータ１２を支持するハウジング１６と、電動モータ１２の駆動を制御するマイクロコンピュータ等を含む制御部１７とが設けられる。
【００１２】
ステアリングホイール３が操作されると、操作トルクがトルクセンサ１１により検知され、制御部１７の制御のもとで、操作トルクに応じて電動モータ１２が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１５を介してステアリングシャフト４に伝達され、ステアリングホイール３の動きとともに舵取機構８に伝わり、車輪２が操舵される。
本実施形態では、電動モータ１２は、後述するいわゆる単一対向磁極誘導モータからなる。回転軸１３の回転時に、第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ間の磁束は、ステータ２２内で常に同じ方向となり、且つ切られることなく増減することにより変化し、極めてスムーズなトルクむらの無い回転が得られ、低速から非常に大トルクの出力を得ることができる。
【００１３】
従って、本車両用操舵装置１では、電動モータ１２の大トルクを利用して、車輪２の操向時の動作の立ち上がりを速めることができる。例えば、ドライバの急な操舵操作に追従して十分な操舵補助力を発生させて、切れのよい操舵を実現できる。従って、操舵感を高めることができる。
また、大トルクを得るので、減速機１５の減速比を小さくしたり、または減速機１５を省略したりでき、この点でも、車輪２の操向時の立ち上がり動作を速めることができる。
【００１４】
また、大トルクを、電動モータ１２の回転軸１３の回転速度が低い時に得られるので、操舵補助力を電動モータ１２の停止状態から短時間で得られ、操舵感をより高めることができる。
また、トルクむらを小さくできるので、電動モータ１２からの操舵補助力の不自然な変動、ひいてはドライバが受ける操舵時の反力の変動を抑制できる。従って、操舵感をより高めることができる。
【００１５】
図２Ａ，図２Ｂを参照する。電動モータ１２は、ハウジング１６（図１参照）に支持されて筒状に形成される固定部材としてのケーシング２３と、このケーシング２３に複数の軸受２４を介して回転自在に支持される回転軸１３と、回転軸１３を取り囲んで環状をなすステータ２２と、回転軸１３と一体回転できるように係止される第１および第２のロータ１８，１９を含むロータ１３ａとを有している。回転軸１３の大部分と、ステータ２２と、第１および第２のロータ１８，１９とは、ケーシング２３内に収容される。
【００１６】
回転軸１３は、非磁性体からなり、一端がケーシング２３の外部に延び出していて、延び出した端部が継手１４を介してステアリングシャフト４に駆動可能に連結される。ケーシング２３は、一対のフランジ２３ａ，２３ｂと、円筒形のカバー２３ｃとを有する。
ステータ２２は、回転軸１３の周りに環状に配置される複数、例えば、４つのコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄと、複数、例えば、４つのコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄとを有する。
【００１７】
複数のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、ケーシング２３に支持されて係止され、回転軸１３を中心とする同一円周上に均等に並んで配置され、互いの間に若干の等しい隙間を介在させている。各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、回転軸１３の軸方向Ｓに沿って長い長尺部材、例えば、単一の棒状金属部材からなる。これの長手方向の中間部にコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄがそれぞれ巻かれる。各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄが巻かれた長尺部材の両端２５ａに対応して、径方向Ｒの内方に向けて配置されて断面円弧形状をなす一対の磁極２７Ａ，２８Ａ、一対の磁極２７Ｂ，２８Ｂ（図２Ａに破線で図示）、一対の磁極２７Ｃ，２８Ｃおよび一対の磁極２７Ｄ，２８Ｄ（図２Ａに一点鎖線で図示）がそれぞれ形成されてなる。複数の上述の長尺部材は同形状とされる。
【００１８】
各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに通電することにより、対応する一対の磁極２７Ａ，２８Ａ、一対の磁極２７Ｂ，２８Ｂ、一対の磁極２７Ｃ，２８Ｃおよび一対の磁極２７Ｄ，２８Ｄは互いに逆極性にそれぞれ帯磁される。
回転軸１３の周方向に沿って隣り同士となるコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄの巻き方向が互いに逆向きとなるようにされる。例えば、図２Ｂにおいて、２つのコイル２６Ａ，２６Ｃは右巻きとされ、２つのコイル２６Ｂ，２６Ｄは左巻きとされる。
【００１９】
第１のロータ１８は、複数、例えば、２つの磁石２０Ａ，２０Ｂと、介在部材２９とを有する。複数の磁石２０Ａ，２０Ｂは、介在部材２９を介して回転軸１３に固定され、回転軸１３の周方向について均等に配置される。各磁石２０Ａ，２０Ｂは、同形の円弧状磁石からなる。各磁石２０Ａ，２０ＢのＮ極の磁極２０ｎが回転軸１３の径方向Ｒの外側に向けて配置される。
第２のロータ１９は、複数、例えば、２つの磁石２１Ａ，２１Ｂと、介在部材３０とを有する。複数の磁石２１Ａ，２１Ｂは、介在部材３０を介して回転軸１３に固定され、回転軸１３の周方向について均等に配置される。各磁石２１Ａ，２１Ｂは、同形の円弧状磁石からなる。各磁石２１Ａ，２１ＢのＳ極の磁極２１ｓが回転軸１３の径方向Ｒの外側に向けて配置される。第２のロータ１９の磁石数は、第１のロータ１８の磁石数と同数とされる。
【００２０】
回転軸１３の回転に伴って、第１のロータ１８の２つの磁極２０ｎは、ステータ２２の一方の磁極２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄに順次に対向可能にそれぞれ配置され、第２のロータ１９の２つの磁極２１ｓは、ステータ２２の他方の磁極２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄに順次に対向可能にそれぞれ配置される。
第１および第２のロータ１８，１９の磁極２０ｎ，２１ｓは回転軸１３に同角度位置に配置される。これにより、第１のロータ１８の磁極２０ｎが、ステータ２２のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの対応する一方の磁極２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄと、若干の回転隙間を介して径方向Ｒに円弧状に対向するときに、第２のロータ１９の磁極２１ｓが、ステータ２２のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの対応する他方の磁極２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄと、若干の回転隙間を介して径方向Ｒに円弧状に対向するようになっている。
【００２１】
図１に戻って説明する。制御部１７は、電動モータ１２を駆動するための駆動手段として、制御中枢１７ａの制御のもとでステータ２２の各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに適宜通電するための駆動回路３１と、ステータ２２に対する第１および第２のロータ１８，１９の回転角度位置を検出する一つの位置センサ３２とを有している。なお、複数の位置センサ３２を設けても良い。
駆動回路３１は、図示しないが、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに第１の向きに電流を流すことができる第１の通電回路と、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに第１の向きとは逆向きとなる第２の向きに電流を流すことができる第２の通電回路と、位置センサ３２の位置検出信号に基づいて第１および第２の通電回路を切り換えるための切り換え手段としての少なくとも一つのスイッチとを有する。例えば、第１の通電回路は、複数のコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを直列に順に接続してなる。直列に接続された両端部が対応する直流電源に接続されると、電流が、図２Ｂでコア２５Ａ，２５Ｃの回りの一方の回転方向にコイル２６Ａ，２６Ｃを流れ、コア２５Ｂ，２５Ｄの回りの他方の回転方向にコイル２６Ｂ，２６Ｄを流れる。また、直列に接続された両端部と対応する電源とを、第１の通電回路とは逆に接続することにより、第２の通電回路が構成されるようになっている。
【００２２】
制御部１７の動作を、回転軸１３が、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃの状態へと、時計回りに回る場合に則して説明する。図３Ｂを参照する。回転軸１３の回転に伴い第１のロータ１８の磁石２０Ａの磁極２０ｎが、一方のコア２５Ａの磁極２７Ａから遠ざかり、且つ上記一方のコア２５Ａに隣接して配置される他方のコア２５Ｂの磁極２７Ｂに接近する。これとともに、第１のロータ１８の磁石２０Ｂの磁極２０ｎが、一方の２５Ｃの磁極２７Ｃから遠ざかり、且つ上記一方のコア２５Ｃに隣接して配置される他方のコア２５Ｄの磁極２７Ｄに接近し、さらに、図示しないが、第２のロータ１９の磁石２１Ａ，２１Ｂの磁極２１ｓが、一方のコア２５Ａ，２５Ｃの磁極２８Ａ，２８Ｃから遠ざかり、且つ上記一方のコア２５Ａ，２５Ｃに隣接して配置される他方のコア２５Ｂ，２５Ｄの磁極２８Ｂ，２８Ｄに接近する。
【００２３】
このとき、コア２５Ａの両端の磁極２７Ａ，２８Ａと、第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ａ，２１Ａの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に斥力Ｆ１を発生させるように、一方のコア２５Ａに対応するコイル２６Ａに通電し、コア２５Ｂの両端の磁極２７Ｂ，２８Ｂと第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ａ，２１Ａの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に吸引力Ｆ２を、上記斥力Ｆ１と同時に発生させるように、他方のコア２５Ｂに対応するコイル２６Ｂに通電する。これとともに、コア２５Ｃの両端の磁極２７Ｃ，２８Ｃと、第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ｂ，２１Ｂの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に斥力Ｆ３を発生させるように、一方のコア２５Ｃのコイル２６Ｃに通電し、コア２５Ｄの両端の磁極２７Ｄ，２８Ｄと第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ｂ，２１Ｂの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に吸引力Ｆ４を、上記斥力Ｆ３と同時に発生させるように、他方のコア２５Ｄのコイル２６Ｄに通電する。
【００２４】
具体的には、第１の通電回路が電源に接続され、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに第１の方向へ電流を流す。各磁極２７Ａ，２７Ｃ，２８Ｂ，２８ＤがＮ極に帯磁し、各磁極２７Ｂ，２７Ｄ，２８Ａ，２８ＣはＳ極にそれぞれ帯磁し、上述の斥力Ｆ１，Ｆ３および吸引力Ｆ２，Ｆ４が同時に生じる。このようにして、回転軸１３を回転駆動するようにしている。
そして、回転軸１３が、図３Ｃに示す状態になると、第２の通電回路が電源に接続されて、回転軸１３はさらに回転する。以後、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄへの通電を正逆交互に切り換えることにより、回転軸１３は回転を続けることになる。
【００２５】
一方で、回転軸１３の回転に伴い、各磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂが回転軸１３と一体に回転し、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを鎖交する磁束が変動する結果、誘導逆起電力が生じる。以下、磁石２０Ａからの磁束の鎖交状態の変化を、回転軸１３が一定回転速度で時計回りに回転する場合に則して説明する。なお、図４の横軸には、図３Ａに示す状態に対応する時刻をｔ１とし、図３Ａの状態からの回転軸１３の回転角度が９０度，１８０度，２７０度，３６０度となる状態に対応する時刻をｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５として示す。
【００２６】
図３Ａを参照して、磁石２０Ａおよびこれと対応する磁石２１Ａが、コア２５Ａの一対の磁極２７Ａ，２８Ａと全面にわたり対向する。この状態では、磁石２０Ａからコア２５Ａを通り磁石２１Ａへ至る磁路が形成され、磁石２０Ａからの磁束はすべてコイル２６Ａと鎖交する。
次いで、図３Ｂおよび図４を参照して、回転軸１３が回転するのに伴い、磁石２０Ａは磁極２７Ａから遠ざかり、磁極２７Ｂへ近づく。磁束のうちコイル２６Ａと鎖交する磁束数が減少することにより、コイル２６Ａは、減少する三角波状の逆起電力Ｖ１を生成する。また同時に、磁束のうちコイル２６Ｂと鎖交する磁束数が増加することにより、コイル２６Ｂは、増大する三角波状の逆起電力Ｖ２を生成する。これらの逆起電力Ｖ１，Ｖ２は、第１の通電回路による通電方向と逆向きとなる。第１の通電回路では、これらの２つの三角波を加算合成した逆起電力が発生するが、合成した逆起電力は、矩形波状の略一定の波形となるので、トルクむらは生じない。
【００２７】
図３Ｃおよび図４を参照して、この状態では、磁束はすべてコイル２６Ｂと鎖交する。時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけては、コイル２６Ｂと鎖交する磁束数が減少しつつ、隣接するコイル２６Ｃと鎖交する磁束数が増大する。この間、第２の通電回路が機能し、各コイルの通電方向は時刻ｔ１から時刻ｔ２の間の各コイルの通電方向とは逆向きとなるが、各コイル２６Ｂ，２６Ｃには、上述の説明と同様に、その通電方向と逆向きに減少傾向および増大傾向の２つの三角波状の逆起電力Ｖ３，Ｖ４が生成され、合成逆起電力は一定となる。
【００２８】
回転軸１３がさらに回転するのに伴い、時刻ｔ３〜ｔ５の間、磁束は、コイル２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ａを順次変遷させながら鎖交し、その鎖交する磁束数を増減させる。この間、鋸歯状の逆起電力が各コイル２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ａに発生する。また、磁石２０Ｂからの磁束により、上述した逆起電力と同様の逆起電力が発生する。ステータ２２全体としての合成逆起電力Ｖは矩形波となり、トルクむらは生じない。
【００２９】
このように本実施形態では、図２Ａ，図２Ｂを参照して、回転軸１３の回転に伴い、第１のロータ１８の磁石２０Ａ，２０ＢのＮ極の磁極２０ｎが、ステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄに形成される磁極２７Ａ〜２７Ｄを順次変遷しながら対向し、これとともに、第２のロータ１９の磁石２１Ａ，２１ＢのＳ極の磁極２１ｓが、ステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄに形成される磁極２８Ａ〜２８Ｄを順次変遷しながら対向する。互いに対向している第１のロータ１８の磁石２０Ａの磁極２０ｎと、コア２５Ａに形成される磁極２７Ａとに着目すると、回転軸１３の回転に伴い、磁極２０ｎと磁極２７Ａとが互いに対向しながらも互いに相対移動するときに、第１のロータ１８の磁石２０Ａによる磁束Ｊは、互いの磁極２０ｎ，２７Ａ同士が対向している対応するコア２５Ａに導入され、コア２５Ａ内において増減しながら回転軸１３の回転に関わらずコイル２６Ａと一定の向きに鎖交して形成される。従って、コイルに対する磁束の方向が変化する場合に比べて、損失を抑制でき、その結果、電動モータ１２に生じるトルクムラを抑制できる。
【００３０】
また、電動モータ１２のステータ２２の各磁極２７Ａ〜２７Ｄ，２８Ａ〜２８Ｄは、対応する第１および第２のロータ１８，１９の磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１ＢのＮ極またはＳ極とのみ対向するので、Ｎ極およびＳ極と交互に対向する場合と比べて、回転軸１３の回転時の磁束の変化が小さくて済み、電動モータ１２に生じるトルクむらをより一層小さくできる。従って、操舵感をより高めることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、例えば、図３Ｂに示すように、回転軸１３の回転を促進するように、第１および第２のロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓに斥力Ｆ１，Ｆ３と吸引力Ｆ２，Ｆ４とが同時に作用して、大トルクを効率よく発生させることができる。また、第１および第２のロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓは一方の極性のみとされるので、各ロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓの間の磁束漏れを抑制でき、大トルクの発生に寄与する。従って、大トルクを得て、上述のように操舵感をより一層高めることができる。
【００３２】
ステータ２２の磁極数は、対応するロータ１８，１９の磁極数の２倍に相当する数が設けられることが好ましい。これにより、ステータ２２の各磁極２７Ａ〜２７Ｄ，２８Ａ〜２８Ｄは、対応する各ロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓに斥力Ｆ１，Ｆ３または吸引力Ｆ２，Ｆ４を継続して作用させることができる。従って、大トルクを得るのに好ましい。
図２Ｂを参照して、各ロータ１８，１９とステータ２２との間で、互いに対向する磁極同士の円弧長をほぼ等しくした。この場合、回転軸１３が回転すると、第１および第２のロータ１８，１９の磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂの位置に応じて、ステータ２２のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄに順次励起される回転磁界が生成され、これにより、例えば、一のコイル２６Ａに鎖交する磁束数が増加すると同時に、該一のコイル２６Ａと相隣となる他のコイル２６Ｂに鎖交する磁束数が減少することを繰り返すようにできる。その結果、図４に示すように、磁束数の変化による誘起逆起電力をステータ２２全体としてほぼ一定にできるので、回転軸１３に生じるトルクむらをより一層小さくできる。従って、操舵感をより一層高めることができる。さらに、回転軸１３の回転に伴い各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄに生じる磁束数は鋸歯状に変化し、磁束数の変化の度合いが各コイル２６Ａ〜２６Ｄにおいてほぼ等しくなり、トルクむらをより一層小さくすることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、電動モータ１２に単一対向磁極誘導モータを採用することにより、一般的なＤＣモータを使用する従来の電動パワーステアリングの問題点を解決できる。すなわち、本実施形態では、低速度で大トルクを得られるので、電動モータ１２を駆動する際の電流値を小さくできて、安価な部品を利用して、駆動回路３１を安価にすることもできる。また減速機１５の減速比を小さくして小形化することもできる。トルクむらが小さいので、トルクむらを抑制するための制御をせずに済み、制御部１７の構造を簡素化でき、また、電動モータ１２の極数を少なくして構造を簡素化することもできる。また、各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄを単一の棒状の長尺部材により構成し、例えば、ステータ２２に多数の積層鉄板を用いずに済み、電動モータ１２の部品点数を少なくすることもできる。また長尺部材により構成される各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの長手方向の回りに各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを巻くことにより、その巻き方を簡素化できる。また、電動モータ１２の銅損、鉄損、回路損を格段に低減でき、効率を高くできる。
【００３４】
次に、本発明の実施形態の変形例を説明する。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。
例えば、上述の実施形態の構成に代えて、第１のロータ１８の磁極２０ｎがステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄの対応する一方の磁極２７Ａ〜２７Ｄと軸方向Ｓに対向することと、第２のロータ１９の磁極２１ｓがステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄの対応する他方の磁極２８Ａ〜２８Ｄと軸方向Ｓに対向することとの少なくとも一方を採用してもよい。
【００３５】
また、各ロータ１８，１９の磁極数を３個，４個と増すことも可能であり、この場合は、ステータ２２のコア数は磁極数の２倍に設定するのが好ましい。
また、本発明を、コラムタイプの電動パワーステアリング装置の他、例えば、電動モータ１２をラック軸１０を軸方向に駆動するためにラック軸１０と同心またはその近傍に配置するタイプの電動パワーステアリング装置や、電動モータ１２を用いるステアバイワイヤ式のステアリング装置に適用してもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両用操舵装置の概略構成の模式図である。
【図２】図１に示す電動モータの断面図であり、図２Ａに縦断面を、図２Ｂに図２Ａの２Ｂ断面を示す。
【図３】図１の電動モータの動作を説明するための模式図であり、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃの順に回転軸の回転に伴う変化を図示してある。
【図４】逆起電力の時間変化のグラフであり、逆起電力を縦軸に時間を横軸に示す。
【図５】従来の車両用操舵装置の直流モータの模式図である。
【符号の説明】
１ 車両用操舵装置
３ ステアリングホイール（操作部材）
４ ステアリングシャフト（伝達軸）
１２ 電動モータ
１３ 電動モータの回転軸
１３ａ ロータ
１８ 第１のロータ
１９ 第２のロータ
２０Ａ，２０Ｂ 第１のロータの磁石
２０ｎ 第１のロータの磁石のＮ極の磁極
２１Ａ，２１Ｂ 第２のロータの磁石
２１ｓ 第２のロータの磁石のＳ極の磁極
２２ ステータ
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ コア
２５ａ コアの両端
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ コイル
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ ステータのコアの一方の磁極
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ ステータのコアの他方の磁極
Ｆ１，Ｆ３ 斥力
Ｆ２，Ｆ４ 吸引力
Ｊ 磁束
Ｓ 回転軸の軸方向
Ｒ 回転軸の径方向
【技術分野】
本発明は、自動車等の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
車両用操舵装置は、ステアリングホイール等の操舵部材が操舵軸等の伝動部材を介して舵取機構に機械的に連結されているリンク式と、上記操舵部材が舵取機構に機械的に連結されていないステアバイワイヤ式とに大別される。
前者のリンク式において、操舵部材の操作に応じて操舵補助力を発生させる電動モータを備える電動パワーステアリング装置がある。電動パワーステアリング装置の電動モータとしては、通例、直流モータが利用されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
後者のステアバイワイヤ式として、操舵軸を舵取機構から機械的に切り離して配し、舵取機構の中途に操舵用アクチュエータとして電動モータを設け、舵取機構の転舵角と操舵部材による目標舵角との偏差に応じてマイクロプロセッサを用いてなる舵取制御部が上記電動モータを駆動制御することにより、操舵用の車輪を目標舵角に調整する車両用操舵装置がある。この車両用操舵装置では、操舵部材に操作トルクに応じた操作反力を与えるための反力用アクチュエータとして電動モータを設けている。この電動モータとしては、通例、直流モータが利用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１３７６４４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５３０１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５を参照して、直流モータでは、通例、互いに対向して配置される一対の磁石９１，９２間に、ロータ９３が回転可能に配置される。ロータ９３は、一対の磁石９１，９２が対向する方向に直交して延びる回転中心軸線９４の回りに回転する。ロータ９３の外周に沿うようにコイル９５（一部を図示）が設けられ、ロータ９３の回転時には、コイル９５が磁石９１，９２の磁束９６（一部を図示）を切るように移動する。その結果、磁束９６の方向がコイル９５に対して変化し、トルクムラを生じていた。従って、何れのタイプであっても上述の車両用操舵装置の操舵感が低下している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、操舵感を高めることができる車両用操舵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】
第１の発明の車両用操舵装置は、操作部材の操作に応じて駆動される電動モータを備える車両用操舵装置において、上記電動モータが、回転軸の周りに環状に配置される複数のコアを有し各コアにコイルが巻かれて磁極が形成されてなるステータと、複数の磁石を有し回転軸に一体回転できるように係止されるロータとを備え、ロータの各磁石の磁極は、ステータの複数のコアにそれぞれ形成される磁極に回転軸の回転に伴って順次に対向可能に配置され、ロータの各磁石による磁束は、互いの磁極同士が対向している対応するコアに導入され対応するコイルを一定の向きに鎖交して形成されることを特徴とする。この発明によれば、回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁極が、ステータのコアに形成される磁極を順次変遷しながら対向する。互いに対向しているロータの磁石の磁極と、コアに形成される磁極とに着目すると、ロータの磁石の磁束が、コア内において増減しながらコイルと一定の向きに鎖交する。従って、コイルに対する磁束の方向が変化する場合に比べて、その損失を抑制でき、その結果、電動モータのトルクムラを抑制できる。従って、電動モータからの操舵補助力の不自然な変動を抑制でき、操舵感をより高めることができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、上記ステータは、各コアにコイルが巻かれて、回転軸の軸方向についての各コアの両端に、径方向内方または軸方向の両側に向けて、一対の磁極が形成されてなり、上記ロータは、複数の磁石を有し各磁石のＮ極の磁極を回転軸の径方向の外側または回転軸の軸方向の一方の側に向けて配置される第１のロータと、第１のロータの磁石と同数の磁石を有しこの各磁石のＳ極の磁極を回転軸の径方向の外側または回転軸の軸方向の他方の側に向けて配置される第２のロータとを含み、第１のロータの磁石のＮ極の磁極が、ステータのコアの対応する一方の磁極と、径方向または軸方向に対向するとともに、第２のロータの磁石のＳ極の磁極が、ステータのコアの対応する他方の磁極と、径方向または軸方向に対向するように、第１および第２のロータの磁極は回転軸に同角度位置に配置されることを特徴とする。この発明によれば、回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁束が、各コア内において一定の向きで増減を繰り返すようにしてコアを順次変遷しながらそれらのコイルと順次鎖交する。電動モータのステータの各磁極は、対応する第１または第２のロータの磁石の対応するＮ極またはＳ極とのみ対向するので、回転軸の回転時の磁束の変化が小さくて済み、トルクむらをより小さくでき、操舵感をより高めることができる。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁極が、対向可能な一方のコアの一端に形成される磁極から遠ざかり、且つ一方のコアに周方向に隣接して配置される他方のコアの一端に形成される磁極に接近するときに、上記一方のコアの一端の磁極と上記磁石の磁極との間に斥力を発生させるように、一方のコアに巻かれたコイルに通電し、上記他方のコアの一端の磁極と上記磁石の磁極との間に吸引力を上記斥力と同時に発生させるように、他方のコアに巻かれたコイルに通電することにより、回転軸を回転駆動することを特徴とする。この発明によれば、回転軸の回転を促進するように、ロータの各磁極に斥力と吸引力とが同時に作用して、回転軸に大トルクを発生させることができるので、車輪の操向時の動作の立ち上がりを速めることができ、操舵感をより一層高めることができる。
【００１０】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の一実施形態の車両用操舵装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、上述の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
本車両用操舵装置１は、車輪２を操向するために操作部材としてのステアリングホイール３の動きを伝達するステアリングシャフト４と、このステアリングシャフト４を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム５とを有している。ステアリングシャフト４の一方の端部４ａにステアリングホイール３が連結されている。ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂには、一体回転可能な自在継手６、中間軸７等を介して、舵取機構８が連結されている。
【００１１】
舵取機構８は、ステアリングシャフト４と連結されるピニオン９、およびピニオン９と噛み合うラック軸１０を含む。ラック軸１０の端部に車輪２が操向可能に連結される。ステアリングホイール３が回されると、その回転がステアリングシャフト４、自在継手６、中間軸７等を介して舵取機構８に伝達され、これにより車輪２を操向することができる。
また、車両用操舵装置１は、パワーステアリング装置として構成され、操舵操作に伴い生じる操舵抵抗に見合った操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリングコラム５には、ステアリングシャフト４に関連して配置されて操作トルクを検知するためのトルクセンサ１１と、トルクセンサ１１からの出力信号、車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ１２と、電動モータ１２の回転軸１３と継手１４を介して駆動可能に連結され回転軸１３の回転を減速するための減速機１５と、減速機１５およびトルクセンサ１１を収容しつつ支持し且つ電動モータ１２を支持するハウジング１６と、電動モータ１２の駆動を制御するマイクロコンピュータ等を含む制御部１７とが設けられる。
【００１２】
ステアリングホイール３が操作されると、操作トルクがトルクセンサ１１により検知され、制御部１７の制御のもとで、操作トルクに応じて電動モータ１２が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１５を介してステアリングシャフト４に伝達され、ステアリングホイール３の動きとともに舵取機構８に伝わり、車輪２が操舵される。
本実施形態では、電動モータ１２は、後述するいわゆる単一対向磁極誘導モータからなる。回転軸１３の回転時に、第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ間の磁束は、ステータ２２内で常に同じ方向となり、且つ切られることなく増減することにより変化し、極めてスムーズなトルクむらの無い回転が得られ、低速から非常に大トルクの出力を得ることができる。
【００１３】
従って、本車両用操舵装置１では、電動モータ１２の大トルクを利用して、車輪２の操向時の動作の立ち上がりを速めることができる。例えば、ドライバの急な操舵操作に追従して十分な操舵補助力を発生させて、切れのよい操舵を実現できる。従って、操舵感を高めることができる。
また、大トルクを得るので、減速機１５の減速比を小さくしたり、または減速機１５を省略したりでき、この点でも、車輪２の操向時の立ち上がり動作を速めることができる。
【００１４】
また、大トルクを、電動モータ１２の回転軸１３の回転速度が低い時に得られるので、操舵補助力を電動モータ１２の停止状態から短時間で得られ、操舵感をより高めることができる。
また、トルクむらを小さくできるので、電動モータ１２からの操舵補助力の不自然な変動、ひいてはドライバが受ける操舵時の反力の変動を抑制できる。従って、操舵感をより高めることができる。
【００１５】
図２Ａ，図２Ｂを参照する。電動モータ１２は、ハウジング１６（図１参照）に支持されて筒状に形成される固定部材としてのケーシング２３と、このケーシング２３に複数の軸受２４を介して回転自在に支持される回転軸１３と、回転軸１３を取り囲んで環状をなすステータ２２と、回転軸１３と一体回転できるように係止される第１および第２のロータ１８，１９を含むロータ１３ａとを有している。回転軸１３の大部分と、ステータ２２と、第１および第２のロータ１８，１９とは、ケーシング２３内に収容される。
【００１６】
回転軸１３は、非磁性体からなり、一端がケーシング２３の外部に延び出していて、延び出した端部が継手１４を介してステアリングシャフト４に駆動可能に連結される。ケーシング２３は、一対のフランジ２３ａ，２３ｂと、円筒形のカバー２３ｃとを有する。
ステータ２２は、回転軸１３の周りに環状に配置される複数、例えば、４つのコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄと、複数、例えば、４つのコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄとを有する。
【００１７】
複数のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、ケーシング２３に支持されて係止され、回転軸１３を中心とする同一円周上に均等に並んで配置され、互いの間に若干の等しい隙間を介在させている。各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは、回転軸１３の軸方向Ｓに沿って長い長尺部材、例えば、単一の棒状金属部材からなる。これの長手方向の中間部にコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄがそれぞれ巻かれる。各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄが巻かれた長尺部材の両端２５ａに対応して、径方向Ｒの内方に向けて配置されて断面円弧形状をなす一対の磁極２７Ａ，２８Ａ、一対の磁極２７Ｂ，２８Ｂ（図２Ａに破線で図示）、一対の磁極２７Ｃ，２８Ｃおよび一対の磁極２７Ｄ，２８Ｄ（図２Ａに一点鎖線で図示）がそれぞれ形成されてなる。複数の上述の長尺部材は同形状とされる。
【００１８】
各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに通電することにより、対応する一対の磁極２７Ａ，２８Ａ、一対の磁極２７Ｂ，２８Ｂ、一対の磁極２７Ｃ，２８Ｃおよび一対の磁極２７Ｄ，２８Ｄは互いに逆極性にそれぞれ帯磁される。
回転軸１３の周方向に沿って隣り同士となるコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄの巻き方向が互いに逆向きとなるようにされる。例えば、図２Ｂにおいて、２つのコイル２６Ａ，２６Ｃは右巻きとされ、２つのコイル２６Ｂ，２６Ｄは左巻きとされる。
【００１９】
第１のロータ１８は、複数、例えば、２つの磁石２０Ａ，２０Ｂと、介在部材２９とを有する。複数の磁石２０Ａ，２０Ｂは、介在部材２９を介して回転軸１３に固定され、回転軸１３の周方向について均等に配置される。各磁石２０Ａ，２０Ｂは、同形の円弧状磁石からなる。各磁石２０Ａ，２０ＢのＮ極の磁極２０ｎが回転軸１３の径方向Ｒの外側に向けて配置される。
第２のロータ１９は、複数、例えば、２つの磁石２１Ａ，２１Ｂと、介在部材３０とを有する。複数の磁石２１Ａ，２１Ｂは、介在部材３０を介して回転軸１３に固定され、回転軸１３の周方向について均等に配置される。各磁石２１Ａ，２１Ｂは、同形の円弧状磁石からなる。各磁石２１Ａ，２１ＢのＳ極の磁極２１ｓが回転軸１３の径方向Ｒの外側に向けて配置される。第２のロータ１９の磁石数は、第１のロータ１８の磁石数と同数とされる。
【００２０】
回転軸１３の回転に伴って、第１のロータ１８の２つの磁極２０ｎは、ステータ２２の一方の磁極２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄに順次に対向可能にそれぞれ配置され、第２のロータ１９の２つの磁極２１ｓは、ステータ２２の他方の磁極２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄに順次に対向可能にそれぞれ配置される。
第１および第２のロータ１８，１９の磁極２０ｎ，２１ｓは回転軸１３に同角度位置に配置される。これにより、第１のロータ１８の磁極２０ｎが、ステータ２２のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの対応する一方の磁極２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄと、若干の回転隙間を介して径方向Ｒに円弧状に対向するときに、第２のロータ１９の磁極２１ｓが、ステータ２２のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの対応する他方の磁極２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄと、若干の回転隙間を介して径方向Ｒに円弧状に対向するようになっている。
【００２１】
図１に戻って説明する。制御部１７は、電動モータ１２を駆動するための駆動手段として、制御中枢１７ａの制御のもとでステータ２２の各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに適宜通電するための駆動回路３１と、ステータ２２に対する第１および第２のロータ１８，１９の回転角度位置を検出する一つの位置センサ３２とを有している。なお、複数の位置センサ３２を設けても良い。
駆動回路３１は、図示しないが、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに第１の向きに電流を流すことができる第１の通電回路と、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに第１の向きとは逆向きとなる第２の向きに電流を流すことができる第２の通電回路と、位置センサ３２の位置検出信号に基づいて第１および第２の通電回路を切り換えるための切り換え手段としての少なくとも一つのスイッチとを有する。例えば、第１の通電回路は、複数のコイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを直列に順に接続してなる。直列に接続された両端部が対応する直流電源に接続されると、電流が、図２Ｂでコア２５Ａ，２５Ｃの回りの一方の回転方向にコイル２６Ａ，２６Ｃを流れ、コア２５Ｂ，２５Ｄの回りの他方の回転方向にコイル２６Ｂ，２６Ｄを流れる。また、直列に接続された両端部と対応する電源とを、第１の通電回路とは逆に接続することにより、第２の通電回路が構成されるようになっている。
【００２２】
制御部１７の動作を、回転軸１３が、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃの状態へと、時計回りに回る場合に則して説明する。図３Ｂを参照する。回転軸１３の回転に伴い第１のロータ１８の磁石２０Ａの磁極２０ｎが、一方のコア２５Ａの磁極２７Ａから遠ざかり、且つ上記一方のコア２５Ａに隣接して配置される他方のコア２５Ｂの磁極２７Ｂに接近する。これとともに、第１のロータ１８の磁石２０Ｂの磁極２０ｎが、一方の２５Ｃの磁極２７Ｃから遠ざかり、且つ上記一方のコア２５Ｃに隣接して配置される他方のコア２５Ｄの磁極２７Ｄに接近し、さらに、図示しないが、第２のロータ１９の磁石２１Ａ，２１Ｂの磁極２１ｓが、一方のコア２５Ａ，２５Ｃの磁極２８Ａ，２８Ｃから遠ざかり、且つ上記一方のコア２５Ａ，２５Ｃに隣接して配置される他方のコア２５Ｂ，２５Ｄの磁極２８Ｂ，２８Ｄに接近する。
【００２３】
このとき、コア２５Ａの両端の磁極２７Ａ，２８Ａと、第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ａ，２１Ａの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に斥力Ｆ１を発生させるように、一方のコア２５Ａに対応するコイル２６Ａに通電し、コア２５Ｂの両端の磁極２７Ｂ，２８Ｂと第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ａ，２１Ａの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に吸引力Ｆ２を、上記斥力Ｆ１と同時に発生させるように、他方のコア２５Ｂに対応するコイル２６Ｂに通電する。これとともに、コア２５Ｃの両端の磁極２７Ｃ，２８Ｃと、第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ｂ，２１Ｂの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に斥力Ｆ３を発生させるように、一方のコア２５Ｃのコイル２６Ｃに通電し、コア２５Ｄの両端の磁極２７Ｄ，２８Ｄと第１および第２のロータ１８，１９の対応する磁石２０Ｂ，２１Ｂの対応する磁極２０ｎ，２１ｓとの間に吸引力Ｆ４を、上記斥力Ｆ３と同時に発生させるように、他方のコア２５Ｄのコイル２６Ｄに通電する。
【００２４】
具体的には、第１の通電回路が電源に接続され、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに第１の方向へ電流を流す。各磁極２７Ａ，２７Ｃ，２８Ｂ，２８ＤがＮ極に帯磁し、各磁極２７Ｂ，２７Ｄ，２８Ａ，２８ＣはＳ極にそれぞれ帯磁し、上述の斥力Ｆ１，Ｆ３および吸引力Ｆ２，Ｆ４が同時に生じる。このようにして、回転軸１３を回転駆動するようにしている。
そして、回転軸１３が、図３Ｃに示す状態になると、第２の通電回路が電源に接続されて、回転軸１３はさらに回転する。以後、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄへの通電を正逆交互に切り換えることにより、回転軸１３は回転を続けることになる。
【００２５】
一方で、回転軸１３の回転に伴い、各磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂが回転軸１３と一体に回転し、各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを鎖交する磁束が変動する結果、誘導逆起電力が生じる。以下、磁石２０Ａからの磁束の鎖交状態の変化を、回転軸１３が一定回転速度で時計回りに回転する場合に則して説明する。なお、図４の横軸には、図３Ａに示す状態に対応する時刻をｔ１とし、図３Ａの状態からの回転軸１３の回転角度が９０度，１８０度，２７０度，３６０度となる状態に対応する時刻をｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５として示す。
【００２６】
図３Ａを参照して、磁石２０Ａおよびこれと対応する磁石２１Ａが、コア２５Ａの一対の磁極２７Ａ，２８Ａと全面にわたり対向する。この状態では、磁石２０Ａからコア２５Ａを通り磁石２１Ａへ至る磁路が形成され、磁石２０Ａからの磁束はすべてコイル２６Ａと鎖交する。
次いで、図３Ｂおよび図４を参照して、回転軸１３が回転するのに伴い、磁石２０Ａは磁極２７Ａから遠ざかり、磁極２７Ｂへ近づく。磁束のうちコイル２６Ａと鎖交する磁束数が減少することにより、コイル２６Ａは、減少する三角波状の逆起電力Ｖ１を生成する。また同時に、磁束のうちコイル２６Ｂと鎖交する磁束数が増加することにより、コイル２６Ｂは、増大する三角波状の逆起電力Ｖ２を生成する。これらの逆起電力Ｖ１，Ｖ２は、第１の通電回路による通電方向と逆向きとなる。第１の通電回路では、これらの２つの三角波を加算合成した逆起電力が発生するが、合成した逆起電力は、矩形波状の略一定の波形となるので、トルクむらは生じない。
【００２７】
図３Ｃおよび図４を参照して、この状態では、磁束はすべてコイル２６Ｂと鎖交する。時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけては、コイル２６Ｂと鎖交する磁束数が減少しつつ、隣接するコイル２６Ｃと鎖交する磁束数が増大する。この間、第２の通電回路が機能し、各コイルの通電方向は時刻ｔ１から時刻ｔ２の間の各コイルの通電方向とは逆向きとなるが、各コイル２６Ｂ，２６Ｃには、上述の説明と同様に、その通電方向と逆向きに減少傾向および増大傾向の２つの三角波状の逆起電力Ｖ３，Ｖ４が生成され、合成逆起電力は一定となる。
【００２８】
回転軸１３がさらに回転するのに伴い、時刻ｔ３〜ｔ５の間、磁束は、コイル２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ａを順次変遷させながら鎖交し、その鎖交する磁束数を増減させる。この間、鋸歯状の逆起電力が各コイル２６Ｃ，２６Ｄ，２６Ａに発生する。また、磁石２０Ｂからの磁束により、上述した逆起電力と同様の逆起電力が発生する。ステータ２２全体としての合成逆起電力Ｖは矩形波となり、トルクむらは生じない。
【００２９】
このように本実施形態では、図２Ａ，図２Ｂを参照して、回転軸１３の回転に伴い、第１のロータ１８の磁石２０Ａ，２０ＢのＮ極の磁極２０ｎが、ステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄに形成される磁極２７Ａ〜２７Ｄを順次変遷しながら対向し、これとともに、第２のロータ１９の磁石２１Ａ，２１ＢのＳ極の磁極２１ｓが、ステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄに形成される磁極２８Ａ〜２８Ｄを順次変遷しながら対向する。互いに対向している第１のロータ１８の磁石２０Ａの磁極２０ｎと、コア２５Ａに形成される磁極２７Ａとに着目すると、回転軸１３の回転に伴い、磁極２０ｎと磁極２７Ａとが互いに対向しながらも互いに相対移動するときに、第１のロータ１８の磁石２０Ａによる磁束Ｊは、互いの磁極２０ｎ，２７Ａ同士が対向している対応するコア２５Ａに導入され、コア２５Ａ内において増減しながら回転軸１３の回転に関わらずコイル２６Ａと一定の向きに鎖交して形成される。従って、コイルに対する磁束の方向が変化する場合に比べて、損失を抑制でき、その結果、電動モータ１２に生じるトルクムラを抑制できる。
【００３０】
また、電動モータ１２のステータ２２の各磁極２７Ａ〜２７Ｄ，２８Ａ〜２８Ｄは、対応する第１および第２のロータ１８，１９の磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１ＢのＮ極またはＳ極とのみ対向するので、Ｎ極およびＳ極と交互に対向する場合と比べて、回転軸１３の回転時の磁束の変化が小さくて済み、電動モータ１２に生じるトルクむらをより一層小さくできる。従って、操舵感をより高めることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、例えば、図３Ｂに示すように、回転軸１３の回転を促進するように、第１および第２のロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓに斥力Ｆ１，Ｆ３と吸引力Ｆ２，Ｆ４とが同時に作用して、大トルクを効率よく発生させることができる。また、第１および第２のロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓは一方の極性のみとされるので、各ロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓの間の磁束漏れを抑制でき、大トルクの発生に寄与する。従って、大トルクを得て、上述のように操舵感をより一層高めることができる。
【００３２】
ステータ２２の磁極数は、対応するロータ１８，１９の磁極数の２倍に相当する数が設けられることが好ましい。これにより、ステータ２２の各磁極２７Ａ〜２７Ｄ，２８Ａ〜２８Ｄは、対応する各ロータ１８，１９の各磁極２０ｎ，２１ｓに斥力Ｆ１，Ｆ３または吸引力Ｆ２，Ｆ４を継続して作用させることができる。従って、大トルクを得るのに好ましい。
図２Ｂを参照して、各ロータ１８，１９とステータ２２との間で、互いに対向する磁極同士の円弧長をほぼ等しくした。この場合、回転軸１３が回転すると、第１および第２のロータ１８，１９の磁石２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂの位置に応じて、ステータ２２のコア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄに順次励起される回転磁界が生成され、これにより、例えば、一のコイル２６Ａに鎖交する磁束数が増加すると同時に、該一のコイル２６Ａと相隣となる他のコイル２６Ｂに鎖交する磁束数が減少することを繰り返すようにできる。その結果、図４に示すように、磁束数の変化による誘起逆起電力をステータ２２全体としてほぼ一定にできるので、回転軸１３に生じるトルクむらをより一層小さくできる。従って、操舵感をより一層高めることができる。さらに、回転軸１３の回転に伴い各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄに生じる磁束数は鋸歯状に変化し、磁束数の変化の度合いが各コイル２６Ａ〜２６Ｄにおいてほぼ等しくなり、トルクむらをより一層小さくすることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、電動モータ１２に単一対向磁極誘導モータを採用することにより、一般的なＤＣモータを使用する従来の電動パワーステアリングの問題点を解決できる。すなわち、本実施形態では、低速度で大トルクを得られるので、電動モータ１２を駆動する際の電流値を小さくできて、安価な部品を利用して、駆動回路３１を安価にすることもできる。また減速機１５の減速比を小さくして小形化することもできる。トルクむらが小さいので、トルクむらを抑制するための制御をせずに済み、制御部１７の構造を簡素化でき、また、電動モータ１２の極数を少なくして構造を簡素化することもできる。また、各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄを単一の棒状の長尺部材により構成し、例えば、ステータ２２に多数の積層鉄板を用いずに済み、電動モータ１２の部品点数を少なくすることもできる。また長尺部材により構成される各コア２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの長手方向の回りに各コイル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを巻くことにより、その巻き方を簡素化できる。また、電動モータ１２の銅損、鉄損、回路損を格段に低減でき、効率を高くできる。
【００３４】
次に、本発明の実施形態の変形例を説明する。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。
例えば、上述の実施形態の構成に代えて、第１のロータ１８の磁極２０ｎがステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄの対応する一方の磁極２７Ａ〜２７Ｄと軸方向Ｓに対向することと、第２のロータ１９の磁極２１ｓがステータ２２のコア２５Ａ〜２５Ｄの対応する他方の磁極２８Ａ〜２８Ｄと軸方向Ｓに対向することとの少なくとも一方を採用してもよい。
【００３５】
また、各ロータ１８，１９の磁極数を３個，４個と増すことも可能であり、この場合は、ステータ２２のコア数は磁極数の２倍に設定するのが好ましい。
また、本発明を、コラムタイプの電動パワーステアリング装置の他、例えば、電動モータ１２をラック軸１０を軸方向に駆動するためにラック軸１０と同心またはその近傍に配置するタイプの電動パワーステアリング装置や、電動モータ１２を用いるステアバイワイヤ式のステアリング装置に適用してもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両用操舵装置の概略構成の模式図である。
【図２】図１に示す電動モータの断面図であり、図２Ａに縦断面を、図２Ｂに図２Ａの２Ｂ断面を示す。
【図３】図１の電動モータの動作を説明するための模式図であり、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃの順に回転軸の回転に伴う変化を図示してある。
【図４】逆起電力の時間変化のグラフであり、逆起電力を縦軸に時間を横軸に示す。
【図５】従来の車両用操舵装置の直流モータの模式図である。
【符号の説明】
１ 車両用操舵装置
３ ステアリングホイール（操作部材）
４ ステアリングシャフト（伝達軸）
１２ 電動モータ
１３ 電動モータの回転軸
１３ａ ロータ
１８ 第１のロータ
１９ 第２のロータ
２０Ａ，２０Ｂ 第１のロータの磁石
２０ｎ 第１のロータの磁石のＮ極の磁極
２１Ａ，２１Ｂ 第２のロータの磁石
２１ｓ 第２のロータの磁石のＳ極の磁極
２２ ステータ
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ コア
２５ａ コアの両端
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ コイル
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ ステータのコアの一方の磁極
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ ステータのコアの他方の磁極
Ｆ１，Ｆ３ 斥力
Ｆ２，Ｆ４ 吸引力
Ｊ 磁束
Ｓ 回転軸の軸方向
Ｒ 回転軸の径方向
Claims (3)
- 操作部材の操作に応じて駆動される電動モータを備える車両用操舵装置において、
上記電動モータが、回転軸の周りに環状に配置される複数のコアを有し各コアにコイルが巻かれて磁極が形成されてなるステータと、複数の磁石を有し回転軸に一体回転できるように係止されるロータとを備え、
ロータの各磁石の磁極は、ステータの複数のコアにそれぞれ形成される磁極に回転軸の回転に伴って順次に対向可能に配置され、
ロータの各磁石による磁束は、互いの磁極同士が対向している対応するコアに導入され対応するコイルを一定の向きに鎖交して形成されることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
上記ステータは、各コアにコイルが巻かれて、回転軸の軸方向についての各コアの両端に、径方向内方または軸方向の両側に向けて、一対の磁極が形成されてなり、
上記ロータは、複数の磁石を有し各磁石のＮ極の磁極を回転軸の径方向の外側または回転軸の軸方向の一方の側に向けて配置される第１のロータと、第１のロータの磁石と同数の磁石を有しこの各磁石のＳ極の磁極を回転軸の径方向の外側または回転軸の軸方向の他方の側に向けて配置される第２のロータとを含み、
第１のロータの磁石のＮ極の磁極が、ステータのコアの対応する一方の磁極と、径方向または軸方向に対向するとともに、第２のロータの磁石のＳ極の磁極が、ステータのコアの対応する他方の磁極と、径方向または軸方向に対向するように、第１および第２のロータの磁極は回転軸に同角度位置に配置されることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
上記回転軸の回転に伴い、ロータの各磁石の磁極が、対向可能な一方のコアの一端に形成される磁極から遠ざかり、且つ一方のコアに周方向に隣接して配置される他方のコアの一端に形成される磁極に接近するときに、
上記一方のコアの一端の磁極と上記磁石の磁極との間に斥力を発生させるように、一方のコアに巻かれたコイルに通電し、上記他方のコアの一端の磁極と上記磁石の磁極との間に吸引力を上記斥力と同時に発生させるように、他方のコアに巻かれたコイルに通電することにより、回転軸を回転駆動することを特徴とする車両用操舵装置。
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