JP2005205932A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ブラシ付モータの温度推定精度を向上させると共に、モータノイズを低減させることも可能にした、ブラシ付モータをアシスト源に用いた電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
ブラシ付モータをアシスト源に用いた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シをコンミテータに押し付けるスプリングは、トーションバネを採用し、また、前記ブラシ付モータの温度推定をし、その温度推定値によって前記ブラシ付モータに流される電流を制限するように構成されてなるモータ過熱保護手段を設けるようにし、さらに、前記ブラシ付モータにおいて、前記ブラシの前記コンミテータとの接触面の反対側の端面に係合溝を設け、前記トーションバネの片方のアーム部が前記係合溝に沿って摺動自在に前記ブラシを付勢するようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ブラシ付モータをアシスト源に用いた電動式パワーステアリング装置の改良に関するものである。

従来、ブラシ付モータをアシスト源に用いた電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）において、そのブラシ付モータは、例えば図４に示されるように、ブラシ４をコンミテータ７に押し付ける目的でコイルバネ６を使用していた。ところが、コイルバネ６の場合、スプリング円周上（バネ円周上）のどの部分でブラシ４を押し付けているかが不明確なため、コンミテータ７へのブラシ４の当たり方が不安定であったという問題があった。

一方、ブラシ付モータをアシスト源に用いた電動式パワーステアリング装置において、通電した電流量に基づいてブラシ付モータの発熱量を演算し、モータ温度を推定してコントローラで電流制限等をかけるようにしていたＥＰＳシステムにとっては、そのブラシとコンミテータとの接触抵抗の変化が温度推定誤差を生じさせる原因の１つであった。

ＥＰＳ用ブラシ付モータにおいて、ブラシをコンミテータに押し付ける目的で使用されたスプリングは、従来のように、コイルバネである場合に、ブラシを押す位置が一定でないため、ブラシとコンミテータとの接触が不安定であり、つまり、例えば図５に示されるように、ブラシ４はブラシホルダ３内で保持されるが、ブラシ４とブラシホルダ３のクリアランス３１が０.１〜０.２ｍｍ程度あり、そのガタ分、ブラシ４が動いてしまうといった問題が生じる。

要するに、ブラシとコンミテータとの接触抵抗の変化があるので、整流のばらつきが生じ、よって、発熱のばらつきが大きかった。一般的に、ブラシ付モータの発熱量Ｑ＝Ｋ×Ｉ^２×Ｒ（ここで、Ｋは比例定数で、Ｉはブラシ付モータを通電した電流で、Ｒはブラシとコンミテータとの接触抵抗である）という式を基本に、ブラシ付モータの温度上昇を推定するが、図４及び図５に示されたように、コイルバネを採用した従来のＥＰＳ用ブラシ付モータにおいて、ブラシとコンミテータとの接触抵抗Ｒがばらつくため、モータの発熱量Ｑが精度よく推定できなかったといった問題点があった。

ところで、電動モータの過熱状態を精度良く推定するために、例えば、特許文献１に記載された『車両の電動パワーステアリング装置』がある。しかしながら、それも電動モータを通電した電流の電流値の計算方法について工夫されたもので、ブラシとコンミテータとの接触抵抗がばらつくことについては一切触れていない。
特開２００１第１３８９２９号公報

要するに、ブラシ付モータの発熱量を演算するのにコイルの発熱及び温度は推定しやすいが、ブラシは温度時定数が小さくてすぐに発熱してしまい、接触抵抗の影響が大きく、その温度推定の誤差は大きかった。温度推定の誤差が大きいと、モータの確実な保護のため、早めにモータの過熱保護をかけることになり、通電電流を小さくする。それによってアシスト力を低下させる事になり、つまり車両としてはハンドル操作が大きくなる事になるので、極力、過熱保護をかけるのを控えたいのは、従来の対策である。

また、従来のＥＰＳ用のブラシ付モータにおいて、ブラシとブラシホルダとの間にはある程度クリアランスを持たせていたが、このクリアランスの範囲でブラシが振動し、ノイズの原因ともなっていた。

本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ブラシ付モータの温度推定精度を向上させると共に、モータノイズを低減させることも可能にした、ブラシ付モータをアシスト源に用い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。

本発明は、ブラシ付モータをアシスト源に用いた電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ブラシ付モータをアシスト源に用いた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シをコンミテータに押し付けるスプリングは、トーションバネであるようにすることによって達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ブラシ付モータの温度推定をし、その温度推定値によって前記ブラシ付モータに流される電流を制限するように構成されてなるモータ過熱保護手段を設けることにより、或いは、前記ブラシ付モータにおいて、前記ブラシの前記コンミテータとの接触面の反対側の端面に係合溝を設け、前記トーションバネの片方のアーム部が前記係合溝に沿って摺動自在に前記ブラシを付勢するようにすることにより、或いは、前記係合溝は立体的なＶ字型の構造を有するようにすることによって、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れば、トーションバネは常にブラシの中央を押してブラシを安定的にコンミテータに押し付けることが可能なため、経時的変化による、ブラシとコンミテータとの接触抵抗の変化が少なく、そのため、ブラシ付モータの温度推定精度が従来より大幅に向上することが可能となるという優れた効果を奏する。従って、発熱対策を施すことにある程度限界があったとしても、本発明によれば、ブラシ付モータの温度推定精度を向上させることができるのでブラシ限界温度に達するまでの時間を稼ぐ事が可能になり、電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）として過熱保護までの時間を延ばし、据え切り回数を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る電動式パワーステアリング装置によれば、つまり、トーションバネはそのクリアランスの範囲でブラシをも積極的にブラシホルダ内の内壁へ押し付けることが可能なため、ブラシの挙動を安定させ、モータノイズ（モータの振動）を低減させることができるという２次的効果をも奏する。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明すると、図１は本発明による電動パワーステアリング装置の概略をブロック図により示していて、この電動パワーステアリング装置は、電気制御回路１０と同電気制御回路１０と接続された駆動回路２０とモータ過熱保護手段３０とを含んで構成される電気制御ユニット１００（以下「ＥＣＵ」と称する。）と、駆動回路２０により通電制御されるブラシ付モータ２００とを備えている。

本発明において、モータ過熱保護手段３０は、ブラシ付モータ２００の発熱量を演算し、ブラシ付モータ２００の温度推定をし、推定されたブラシ付モータ２００の温度がブラシ限界温度に達してしまうと、ブラシ付モータ２００に流れる電流を制限するように構成されている。

ところで、従来、ブラシ付モータをアシスト源に用いた電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）において、そのブラシ付モータ（以下、モータと略して称することもある）は、例えば図４の構造図に示されるように、ブラケット１内側にブラシホルダステー２をネジ５で固定し、その上にブラシホルダ３をカシメ固定し、その中にブラシ４を組込んだ構造となっている。そのブラシ４を、コイルバネ６でコンミテータ７へ接触させる構造となっている。なお、以下、説明を簡単にするために、図４の従来のＥＰＳ用ブラシ付モータにおいて、ブラシ４とブラシホルダ３とコイルバネ６とを含む部分を従来のブラシ部と称する。

図５は、その従来のブラシ部のコイルバネ６の作用効果を説明するための模式図である。すなわち、図４において左側から見た従来のブラシ部を正面とした場合に、図５（Ａ）は従来のブラシ部の正面図で、図５（Ｂ）は従来のブラシ部の左側面図であるようになる。つまり、図５は、従来の電動パワーステアリング装置に用いられるブラシ付モータにコイルバネ６が使用された際の組付け構造を示している。

図５から分かるように、ブラシ４とブラシホルダ３との間にクリアランス３１が存在しており、コイルバネ６からブラシ４をコンミテータ（図示せず）へ押し付ける力Ｆだけが発生するようになっている。つまり、従来のコイルバネの場合、ブラシ４の摺動方向（図５（Ａ）の矢印参照）以外が規制されていなかった。モータが回転することにより、クリアランス３１がもたらすそのガタ分が原因でブラシ４が動いてしまう。よって、ブラシ４とコンミテータ（図示せず）との接触抵抗が変化し、大きな温度推定誤差が生じるわけであった。

本発明の一番特徴としているのは、従来の電動式パワーステアリング装置において生じた大きな温度推定誤差を低減させるために、そのコイルバネ６をトーションバネへ変更する事で、ブラシの当り方による抵抗（つまり、ブラシとコンミテータとの接触抵抗）への影響を軽減させ、温度推定のバラツキを少なくするようにしているところである。

図１に示された本発明の電動式パワーステアリング装置に用いられるブラシ付モータ２００の概略構造図は、図２になる。図２から分かるように、本発明の電動式パワーステアリング装置に用いられるブラシ付モータ２００は、ブラケット１内側にブラシホルダステー２をネジ５で固定し、その上にブラシホルダ３をカシメ固定し、その中にブラシ４を組込んだ構造となっている。そのブラシ４を、トーションバネの片方のアーム部８ａでコンミテータ７へ接触させる構造となっている。なお、以下、説明を簡単にするために、図２に示された本発明のＥＰＳ用ブラシ付モータ２００において、ブラシ４とブラシホルダ３とトーションバネとを含む部分を本発明のブラシ部と称する。

本発明に係る電動パワーステアリング装置に用いられるブラシ付モータ２００の動作原理を説明するために、図３には、図２に示されるブラシ付モータ２００の一部で、つまり本発明のブラシ部の構造図を示す。つまり、図３は、本発明に係る電動パワーステアリング装置に用いられるブラシ付モータ２００にトーションバネが使用された際の組付け構造を示している。

図２において正面から見た本発明のブラシ部を正面とした場合に、図３（Ｂ）は本発明のブラシ部の正面図で、図３（Ａ）は本発明のブラシ部の左側面図で、図３（Ｃ）は本発明のブラシ部の右側面図で、図３（Ｄ）は本発明のブラシ部の平面図であるようになる。

図３（Ｄ）から分かるように、トーションバネ８の片方のアーム部８ａ（なお、このアーム部８ａは浅いＵ字型になっている）は、アーム部８ａと接触しているブラシ４の端面４１に設けられた、全体的に立体的なＶ字型の形を有する係合溝９に沿って摺動自在にブラシ４を押し付けるようになっており、トーションバネ８のアーム部８ａからＦ１という力が発生しており、この力Ｆ１は２つの分力ＦとＦ２に分解することができる。力Ｆ１の分力Ｆは、ブラシ４をコンミテータ（図示せず）へ押し付けるようになっている。一方、力Ｆ１のもう１つの分力Ｆ２は、図３（Ｄ）の矢印に示されるように、ブラシホルダ３の内壁３２を押圧するようになっている。なお、図３（Ａ）と図３（Ｃ）を参照すれば、ブラシホルダ３の内壁３２とブラシ４との間のクリアランスは、トーションバネ８から付勢された力Ｆ１の分力Ｆ２のおかげで、無くなっていることが分かる。よって、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、ブラシ付きモータにおいてトーションバネ構造を採用することで、ブラシを安定的にコンミテータへ押し付けることを可能にした。また、トーションバネはそのクリアランスの範囲でブラシをも積極的にブラシホルダ内の内壁へ押し付けることを可能にした。

すなわち、上述したような本発明によれば、ブラシのコンミテータへの当り方が安定するため、温度推定の精度を向上させることが可能になる。また、本発明を採用することにより、図３に示すように、ブラシ４の挙動を規制することができるため、つまり、トーションバネ８がブラシ４を押す力Ｆ１の分力で、ブラシ４をブラシホルダ３の内壁３２へ押し付ける力Ｆ２によりブラシ４の規制が可能なため、コイルバネを採用する従来のＥＰＳ用ブラシ付モータに比べ、本発明において、ブラシ４が暴れにくい構造を取ることができ、その部分で発生するノイズ（振動）を低減することもできる。

なお、本実施形態に全体的に立体的なＶ字型の形を有する係合溝９をブラシ４の端面４１に設けるように説明したが、その係合溝は必ずＶ字型の形を有するべきではなく、トーションバネの片方のアーム部が摺動自在にブラシ４を押し付けることができるような係合溝であれば、他の形を有しても良い。

本発明に係る電動式パワーステアリング装置の概略を示すブロック図である。 図１に示されるブラシ付モータ２００の構造を示す概略断面図である。 図１に示されるブラシ付モータ２００の本発明のブラシ部のトーションバネの作用効果を説明するための模式図である。 従来の電動式パワーステアリング装置に用いられるブラシ付モータの構造を示す概略断面図である。 図４に示される従来ＥＰＳ用ブラシ付モータの従来のブラシ部のコイルバネの作用効果を説明するための模式図である。

符号の説明

１ ブラケット
２ ブラシホルダステー
３ ブラシホルダ
３１ クリアランス
３２ ブラシホルダの内壁
４ ブラシ
４１ ブラシの端面
５ ネジ
６ コイルバネ
７ コンミテータ
８ トーションバネ
８ａ,８ｂ トーションバネのアーム部
９ 係合溝
１０ 電気制御回路
２０ 駆動回路
３０ モータ過熱保護手段
１００ 電気制御ユニット
２００ ブラシ付モータ
Ｆ ブラシをコンミテータへ押し付ける力
Ｆ１ トーションバネがブラシを押す力
Ｆ２ ブラシをブラシホルダの内壁へ押し付ける力

Claims (4)

1. ブラシ付モータをアシスト源に用いた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シをコンミテータに押し付けるスプリングは、トーションバネであることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記ブラシ付モータの温度推定をし、その温度推定値によって前記ブラシ付モータに流される電流を制限するように構成されてなるモータ過熱保護手段を設けている請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記ブラシ付モータにおいて、前記ブラシの前記コンミテータとの接触面の反対側の端面に係合溝を設け、前記トーションバネの片方のアーム部が前記係合溝に沿って摺動自在に前記ブラシを付勢するようになっている請求項１又は請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記係合溝は立体的なＶ字型の構造を有する請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
   

Images