JP2005045980A

JP2005045980A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2005045980A
Application number: JP2003280007A
Authority: JP
Inventors: Masanori Sekiguchi; 昌則関口; Minoru Takahashi; 稔高橋
Original assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】モータ内、特にブラシ付近で発生する熱の放熱性を向上させることにより、低コストでブラシの急激な温度上昇を防止し、ブラシの限界温度に達するまでの時間を延ばすようにした電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【解決手段】ブラシ付モータの駆動によって減速機構を介してステアリングシャフトを操舵補助する電動式パワーステアリング装置において、前記ブラシ付モータのブラケットに、ブラシホルダを固定するブラシホルダステーが取り付けられていて、該ブラシホルダと前記ブラケットとの間に充填剤を介在させるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動式パワーステアリング装置に関し、特に操舵補助用のブラシ付モータの改良に関する。

電動式パワーステアリング装置は、操舵補助力を発生させるモータとしてブラシ付モータを使用することがある。その場合、ＥＣＵで、モータ内の温度を推定し、モータへの供給電流を制御して、モータの過熱保護をするようになっている。

このようなブラシ付モータは、例えば特許文献１に開示され、図４は、特許文献１のモータの概略構成を示す。同図において、モータ１００内には、円筒状のヨーク１０１内に対向して配された４極の永久磁石１０２と、軸受１０３，１０４によって回転自在に支持されたシャフト１０５に配されたアーマチュア（回転子）１０６と、シャフト１０５の一端にアーマチュア１０６に隣接して設けられたコミュテータ（整流子）１０７と、このコミュテータ１０７と回転自在に接触してアーマチュア１０６のコイル１０８に電流を供給するためのブラシ１０９とが内蔵されている。また、ブラシ１０９は、ブラシホルダ１１０により保持されており、ブラシホルダ１１０内に配されたスプリング１１１の弾性力によって、コミュテータ１０７側を押圧するようになっている。このブラシホルダ１１０は、ブラシホルダステー１１２に保持され、ブラシホルダステー１１２は、ネジ１１３によってブラケット１１４に固定されている。

このようなブラシ付きモータでは、ブラシ１０９とコミュテータ１０７との接触部において、発熱量が大きい。この発熱を逃がすために、ブラケット１１４は、ブラシホルダステー１１２およびブラシホルダ１１０を介してブラシ１０９に連結されるが、ブラシホルダステー１１２とブラケット１１４とは、ネジ１１３部以外では隙間があるため、ブラシ１０９の放熱性はよくなかった。

そのため、モータの過熱を抑えるため、ブラシ１０９の発熱対策として、ブラシ１０９の形状や材質を工夫して、ブラシ１１０の温度上昇を抑え、電力ロスを低減させるような構造を採用している。

また、特許文献２では、モータの過熱状態を推定する過熱状態推定手段として、モータの電流値からモータに常時通電したときに過熱状態にならない電流値を減算したバランス化後電流値を求め、この電流値を２乗することで２乗電流値を求める。そして、この２乗電流値に基づいて、モータの過熱状態を推定するようになっている。つまり、バランス化後電流値は、モータの放熱特性が加味された値であり、これを２乗した値は、平衡温度からの温度変化分と強い相関関係を有するため、モータの過熱状態を推定することができる。

特開２００２−３３５６５２号公報特開２００１−１３８９２９号公報

ところが、特許文献１では、モータ１００内の過熱状態を推定する場合、モータ１００内各部のうち、アーマチュア１０６の温度推定には強い相関関係を有しているが、ブラシ１１０は、アーマチュア１０６と比較して温度時定数が小さく、急激に温度上昇するため、温度の推定誤差が大きくなってしまう。そのため、モータ１００を保護するためにモータ１００の過熱保護を過剰に設定することになり、実際にはモータ１００の限界温度に達していないのに、モータ１００への電流を抑制し、操舵補助力を低下させる要因になっていた。また、ブラシ１１０の温度上昇を抑えるには、ブラシ１１０の形状や材質を工夫するだけでは、限界があって温度の推定誤差を小さくするのは、実際には難しかった。

また、特許文献２では、温度推定の誤差を小さくするために、モータに温度センサを取り付け、ＥＣＵなどに複雑な演算をする装置を組み込む必要があり、大掛かりな装置になって、コスト増の要因になり、本質的な解決策になり得ない。

そこで、本発明の目的は、モータ内、特にブラシ付近で発生する熱の放熱性を向上させることにより、低コストでブラシの急激な温度上昇を防止し、ブラシの限界温度に達するまでの時間を延ばすようにした電動式パワーステアリング装置を提供することにある。

そこで、本発明の上記目的は、ブラシ付モータの駆動によって減速機構を介してステアリングシャフトを操舵補助する電動式パワーステアリング装置において、ブラシ付モータのブラケットに、ブラシホルダを固定するブラシホルダステーが取り付けられていて、該ブラシホルダと前記ブラケットとの間に充填剤を介在させるようにしたことにより、達成される。

また、上記目的は、モータ内に、温度センサを配し、該温度センサによって検出されたモータ内温度に基づいてモータに供給する電流を制限するようにしたことにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記充填剤を熱伝導率の大きなシリコンコンパウンドで構成したことにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動式パワーステアリング装置によると、モータのブラケットに、ブラシホルダを固定するブラシホルダステーが取り付けられるが、このブラケットとブラシホルダステーとの間に熱伝導性の優れた充填剤を介在させた。これにより、ブラシなどで発生する熱を効率よくブラケット側に逃がすことができるとともに、ブラケットは、ブラシなど他の部材に比べて、熱容量が大きいため、モータ内の急激な温度上昇を抑えることができ、モータの限界温度に達するまでの時間を延ばすことができる。よって、簡単な構造で、低コストでモータの放熱性を向上させることが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明に係る電動式パワーステアリング装置Ａの実施形態を示し、ステアリングホイール１の操舵力は、ラック軸２とピニオン軸３とからなるステアリングギア部４でステアリングシャフト５の回転運動を直線運動に変換させて、タイロッド６から車輪７に伝達させるようになっている。

また、コラム型の電動式パワーステアリング装置では、ステアリングシャフト５にモータ８による操舵補助機構が設けられていて、モータ８の駆動により、減速機構９を介してステアリングシャフト５の操舵補助を行うようになっている。ここで、モータ８は、トルクセンサ１０などの各種センサからの信号を受け、ＥＣＵ１１によってモータ供給電流などを制御するようになっている。

また、ＥＣＵ１１は、モータ８内の雰囲気温度を検出する温度センサ１２ａと、モータ８に供給される電流を検出する電流検出センサ１２ｂとからの信号を受け、モータ８に供給される電流に制限を加えて、モータ８の過熱保護を行うようになっている。ここで、温度センサ１２ａは、モータ８内の雰囲気温度を検出できるものであればよく、その構造や配置は限定されない。また、温度センサ１２ａは無くても、モータ電流から温度を推定してもよい。

また、モータ８は、図２に示すように、ブラシ付モータが図示されており、略円筒状のハウジング１３と、該ハウジング１３の端部にネジ１４によって固定され、開口を封止するディスク状のブラケット１５とから構成される。このハウジング１３内には、両端に配された一対の軸受１６，１７によって回転自在に支持されるシャフト１８が配され、該シャフト１８には、コイル１９を備えたアーマチュア２０が設けられている。また、ハウジング１３内周面に沿って、アーマチュア２０を囲繞するように、界磁永久磁石２１が固着されている。これにより、アーマチュア２０を回転子とし、界磁永久磁石２１を固定子として、永久磁石２１からの磁界によってアーマチュア２０を回転させるようになっている。

さらに、ハウジング１３内のシャフト１８の一端側（図２左側）には、アーマチュア２０に隣接してコミュテータ２２が固着されている。このコミュテータ２２の周囲には、ブラシホルダ２３内にブラシ２４が配され、ブラシホルダ２３に取り付けられたブラシスプリング２５によって、ブラシ２４をコミュテータ２２の外周面に押し付け、ブラシ２３とコミュテータ２２とを摺動接触させるようになっている。

そして、ブラシホルダ２３は、該ブラシホルダ２３をカシメて固定したブラシホルダステー２６を介して、ブラケット１５にネジ２７によって強固に固着されている。その際、ブラケット１５とブラシホルダステー２６との間には、充填剤２８が充填されている。ここで、ブラケット１５は、肉盗みの目的を兼ねて幾分か掘り込んだ構造になっているため、この掘り込んだ部分に充填剤２８が入れられ、ブラケット１５とブラシホルダステー２６とを密着させるようになっている。

また、充填剤２８は、例えば、熱伝導率が０．７１[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]と高く、熱拡散用として最適なシリコンコンパウンドが用いられる。これにより、ブラシ２４とコミュテータ２２との摺動接触部などで発生する熱は、ブラシ２４から、ブラシホルダ２３およびブラシホルダステー２６を介してブラケット１５に伝達する。ここで、ブラケット１５とブラシホルダステー２６との間に充填剤２８が配されているので、ブラシ２４で発生する熱の放熱性が向上する。また、ブラケット１５は、他の部材に比べて、比較的質量が大きいため、熱容量が大きく、ヒートシンクの役割を果たす。その結果、ブラシ２４などで発生した熱をブラケット１５である程度蓄積することができ、モータ８内の急激な温度上昇を抑えることができる。

すなわち、電動式パワーステアリング装置では、モータ８の駆動によってステアリングシャフト５の操舵補助を行うが、その際、モータ８内では、ブラシ２４とコミュテータ２２との接触部を介して電流を供給するので、その電気抵抗の分、熱が発生する。なお、コイル１９でも発熱するが、ブラシ２４とコミュテータとの接触部で発生する熱の方が遥かに大きい。そのため、ブラケット１５とブラシホルダステー２６との間に存在していた隙間に充填剤２８を介在させることによって、ブラシ２５付近で発生する熱をブラケット１５に効率よく逃がすことを可能にした。図３は、充填剤２８を介在させた場合（同図の実線）の温度特性を示す図であり、充填剤２８を介在させることで、介在させない場合（同図の破線）に比べ、モータ８の時間に対する温度上昇が抑えられることがわかる。つまり、充填剤２８を介在させることによって、モータ８内温度が限界温度に達するまでの時間を、Ｔ２−Ｔ１だけ延ばすことができる。ここで、Ｔ１は、充填剤２８を介在しない場合にモータの限界温度に達するまでの時間であり、Ｔ２は、充填剤２８を介在した場合にモータの限界温度に達するまでの時間である。

なお、ブラシホルダステー２６とブラケット１５との隙間に、ブラシ２４とコミュテータ２２との接触により生じるブラシ摩耗粉が堆積し、絶縁抵抗が低下することがある。絶縁抵抗が低下すると、モータ８の漏電が起こる可能性があり、それはすなわち、モータ８だけではなく、電動式パワーステアリング装置Ａ全体の故障の原因となる。ここで、モータ８は、絶縁体である充填剤２８で、ブラシ摩耗粉が堆積する隙間を埋めることにより、この故障を防止することができる構造になっている。

電動式パワーステアリング装置におけるステアリング系の概略構成を示す図である。本発明に係る電動式パワーステアリング装置のブラシ付モータ内構造を示す断面図である。上記ブラシ付モータで、ブラケットとブラシホルダステーの間に充填剤を介在させた場合のモータの時間に対する温度上昇割合を示す図である。従来のブラシ付モータ内の概略構造を示す断面図である。

符号の説明

１ステアリングホイール
５ステアリングシャフト
８モータ
１５ブラケット
２３ブラシホルダ
２４ブラシ
２６ブラシホルダステー
２７ネジ
２８充填剤

Claims

ブラシ付モータの駆動によって減速機構を介してステアリングシャフトを操舵補助する電動式パワーステアリング装置において、
前記ブラシ付モータのブラケットに、ブラシホルダを固定するブラシホルダステーが取り付けられていて、該ブラシホルダステーと前記ブラケットとの間に充填剤を介在させるようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
前記モータ内には、温度センサが配され、該温度センサによって検出されたモータ内温度に基づいて前記モータに供給する電流を制限するようにした請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
前記充填剤は、熱伝導率の大きなシリコンコンパウンドである請求項１又は２記載の電動式パワーステアリング装置。