JP2014110698A - 二相モータおよびそれを用いた油圧式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間利用効率が高くなる二相モータを提供する。
【解決手段】バルブ駆動用モータ１５は、ロータ７０と、ロータ７０を取り囲むように配置されたステータ８０とを備えている。ロータ７０は、６つの磁極を有している。ステータ８０は、６つのステータ巻線８３Ｕ１，８３Ｖ１，８３Ｕ２，８３Ｖ２，８３Ｕ３，８３Ｖ３を有している。ステータ巻線８３Ｕ１とステータ巻線８３Ｖ１とによって１組の二相のステータ巻線を構成している。また、ステータ巻線８３Ｕ２とステータ巻線８３Ｖ２とによって１組の二相のステータ巻線を構成している。また、ステータ巻線８３Ｕ３とステータ巻線８３Ｖ３とによって１組の二相のステータ巻線を構成している。各組の２つのステータ巻線は、電気角で１８０度の角度間隔をおいて配置されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、二相モータおよびそれを用いた油圧式パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、油圧ポンプからの作動油を、油圧制御バルブを介して供給することによって、操舵力を補助する油圧式パワーステアリング装置が従来から知られている。一般的な油圧式パワーステアリング装置では、油圧制御バルブは、ステアリングホイール等の操舵部材にステアリングシャフトを介して機械的に連結されており、操舵部材の操作に応じて油圧制御バルブの開度が調節される。

油圧式パワーステアリング装置として、油圧制御バルブを操舵部材に機械的に連結せずに、電動モータ（バルブ駆動用モータ）によって油圧制御バルブの開度を制御するものが開発されている。このような油圧式パワーステアリング装置を、高機能電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置（略して「高機能Ｈ−ＥＰＳ」）と呼ぶことにする。

特開２００６−３０６２３９号公報

本出願人は、バルブ駆動用モータとして三相ブラシレスモータを用いた高機能Ｈ−ＥＰＳを開発している。以下、図１０〜図１２を参照して、本出願人が開発した高機能Ｈ−ＥＰＳにおける三相ブラシレスモータの駆動方法について説明する。
図１０は、三相ブラシレスモータの構成を図解的に示す模式図である。
この三相ブラシレスモータ１０１は、４極６スロットの三相ブラシレスモータである。三相ブラシレスモータ１０１は、ロータ１１０と、ロータ１１０を取り囲むように配置されたステータ１２０とを備えている。ロータ１１０は、回転軸１１１まわりに回転可能に支持されている。ロータ１１０は、４つの磁極（２組の磁極対）を有している。

ステータ１２０は、ステータ保持リング１２１と、ステータ保持リング１２１から内方に向かって突出した６つのステータ歯１２２Ｕ１，１２２Ｗ１，１２２Ｖ１，１２２Ｕ２，１２２Ｗ２，１２２Ｖ２と、これらのステータ歯にそれぞれ巻回されステータ巻線１２３Ｕ１，１２３Ｗ１，１２３Ｖ１，１２３Ｕ２，１２３Ｗ２，１２３Ｖ２とを有している。

ステータ巻線１２３Ｕ１および１２３Ｕ２は、Ｕ相のステータ巻線である。一方のＵ相のステータ巻線１２３Ｕ１をＵ相第１ステータ巻線といい、他方のＵ相のステータ巻線１２３Ｕ２をＵ相第２ステータ巻線という場合がある。ステータ巻線１２３Ｖ１および１２３Ｖ２は、Ｖ相のステータ巻線である。一方のＶ相のステータ巻線１２３Ｖ１をＶ相第１ステータ巻線といい、他方のＶ相のステータ巻線１２３Ｖ２をＶ相第２ステータ巻線という場合がある。ステータ巻線１２３Ｗ１および１２３Ｗ２は、Ｗ相のステータ巻線である。一方のＷ相のステータ巻線１２３Ｗ１をＷ相第１ステータ巻線といい、他方のＷ相のステータ巻線１２３Ｗ２をＷ相第２ステータ巻線という場合がある。

ステータ歯１２２Ｕ１，１２２Ｗ１，１２２Ｖ１，１２２Ｕ２，１２２Ｗ２，１２２Ｖ２は、ステータ保持リング１２１の内周部に等間隔で形成されており、それらの間に６つのスロット１２４を区画している。これらのスロット１２４に、ステータ巻線１２３Ｕ１，１２３Ｗ１，１２３Ｖ１，１２３Ｕ２，１２３Ｗ２，１２３Ｖ２がそれぞれ収容されている。

図１１に示すように、Ｕ相第１ステータ巻線１２３Ｕ１、Ｖ相第１ステータ巻線１２３Ｖ１およびＷ第１ステータ巻線１２３Ｗ１の一端ＰＵ１，Ｐ３Ｖ１，ＰＷ１は、互いに接続されている。これらのステータ巻線１２３Ｕ１，１２３Ｖ１，１２３Ｗ１の他端は、それぞれＵ相第２ステータ巻線１２３Ｕ２、Ｖ相第２ステータ巻線１２３Ｖ２およびＷ第２ステータ巻線１２３Ｗ２の一端に接続されている。Ｕ相第２ステータ巻線１２３Ｕ２、Ｖ相第２ステータ巻線１２３Ｖ２およびＷ第２ステータ巻線１２３Ｗ２の他端ＰＵ２，Ｐ３Ｖ２，ＰＷ２に、モータ駆動回路（三相インバータ回路）が接続される。

高機能Ｈ−ＥＰＳでは、バルブ駆動用モータの回転角度範囲は、油圧制御バルブの中立位置を中心として機械角で例えば±５度程度の範囲である。バルブ駆動用モータが４極６スロットの三相ブラシレスモータである場合には、バルブ駆動用モータの回転角度範囲は、油圧制御バルブの中立位置を中心として電気角で±１０度程度の範囲となる。
そこで、たとえば、図１２に図解的に示すように、Ｕ相第１ステータ巻線１２３Ｕ１、Ｖ相第１ステータ巻線１２３Ｖ１およびＷ相第１ステータ巻線１２３Ｗ１の方向にそれぞれＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとったＵＶＷ座標系において、ロータ１１０の磁極軸（ｄ軸）がＷ軸と一致するロータ１１０の回転角度位置が、油圧制御バルブの中立位置となるように、バルブ駆動用モータと油圧制御バルブとを連結する。ロータ１１０の回転角は、Ｕ軸に対するロータ１１０の磁極軸（ｄ軸）の回転角θであるので、中立位置の回転角θは、電気角で２４０度となる。そして、前記中立位置に対応する回転角度位置を中心とした電気角で±１０度（α＝１０度）の角度範囲内においてのみロータ１１０が回転可能となるように、ロータ１１０の回転角度範囲を規制するストッパ（図示略）が設けられる。

Ｗ相第１ステータ巻線１２３Ｗ１には 電圧を印加せずに、Ｕ相第１ステータ巻線１２３Ｕ１およびＶ相第１ステータ巻線１２３Ｖ１への駆動電流（印加電圧）を制御することにより、ロータ１１０を前記回転角度範囲内で回転制御する。つまり、Ｕ相第１ステータ巻線１２３Ｕ１側からＶ相第１ステータ巻線１２３Ｖ１側に駆動電流を流すと、ロータ１１０が所定の第１方向に回転する。一方、Ｖ相第１ステータ巻線１２３Ｖ１側からＵ相第１ステータ巻線１２３Ｕ１側に駆動電流を流すと、ロータ１１０が前記第１方向とは反対の第２方向に回転する。

Ｕ相第２ステータ巻線１２３Ｕ２、Ｖ相第２ステータ巻線１２３Ｖ２およびＷ相第２ステータ巻線１２３Ｗ２の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとったＵＶＷ座標系においても、図１２と同様な構成となる。
このようなモータ駆動方法では、Ｗ相のステータ巻線１２３Ｗ１，１２３Ｗ２がモータ駆動に寄与しなくなるので、空間利用効率が低くなる。

この発明の目的は、空間利用効率が高くなる二相モータおよびそれを用いた油圧式パワーステアリング装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１相のステータ巻線（８３Ｕ１，８３Ｕ２，８３Ｕ３）と第２相のステータ巻線（８３Ｖ１，８３Ｖ２，８３Ｖ３）との直列回路を有するステータ（８０）と、前記ステータに対向し複数の磁極を有するロータ（７０）とを含み、前記第１相のステータ巻線と前記第２相のステータ巻線とが電気角で１８０度の間隔をおいて配置されており、前記ロータの回転角度範囲が電気角で１８０度未満に制限された状態で使用される、二相モータである。なお、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等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明によれば、ロータの回転角度範囲が電気角で１８０度未満に制限された状態で使用される場合でも、全てのステータ巻線をモータ駆動に寄与させることが可能となるので、空間利用効率の高い二相モータを実現することができる。
請求項２記載の発明は、前記直列回路をそのいずれか一方の端子から見た場合、前記第１相のステータ巻線の巻回方向と前記第２相のステータ巻線の巻回方向とが互いに逆となるように、前記第１相のステータ巻線と前記第２相のステータ巻線とが直列に接続されている、請求項１に記載の二相モータである。

請求項３記載の発明は、ｎを任意の自然数とすると、前記ロータは２ｎ個の磁極を有し、前記ステータは２ｎ個のステータ巻線を有する、請求項１または２に記載の二相モータである。
請求項４記載の発明は、車両のステアリング機構（２）に結合されたパワーシリンダ（１６）に、操舵部材（３）に機械的に連結されていない油圧制御バルブ（１４）を介して、油圧ポンプ（２３）からの作動油を供給することによって、操舵力を補助する油圧式パワーステアリング装置（１）であって、請求項１〜３のいずれか一項に記載された二相モータから構成され、前記油圧制御バルブの開度を制御するためのバルブ駆動用モータ（１５）と、前記バルブ駆動用モータを駆動制御するモータ制御手段（５０）と、を含む油圧式パワーステアリング装置である。

この発明によれば、バルブ駆動用モータを限られた回転角度範囲内で駆動制御する場合でも、バルブ駆動用モータの全てのステータ巻線をモータ駆動に寄与させることが可能となる。これにより、空間利用効率の高いバルブ駆動用モータを備えた油圧式パワーステアリング装置を実現できる。
請求項５記載の発明は、前記モータ制御手段は、前記油圧制御バルブの開度の指令値である開度指令値を設定する開度指令値設定手段（５２）と、前記開度指令値設定手段によって設定される開度指令値に基づいて、前記バルブ駆動用モータを駆動制御する手段（５３〜５９）とを含む、請求項４に記載の油圧式パワーステアリング装置である。

図１は、この発明の一実施形態に係る油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、バルブ駆動用モータの構成を図解的に示す模式図である。 図３は、図２のバルブ駆動用モータの各ステータ巻線の接続状態を図解的に示す模式図である。 図４は、図２のバルブ駆動用モータに含まれている３組分の二相のステータ巻線および磁極対のうちの１組分のみを図解的に示す模式図である。 図５は、バルブ駆動用モータ制御部の電気的構成を示すブロック図である。 図６は、検出操舵トルクに対するアシストトルク指令値の設定例を示すグラフである。 図７は、アシストトルク指令値に対するバルブ開度指令値の設定例を示すグラフである。 図８は、操舵角速度に対するポンプ回転指令値の設定例を示すグラフである。 図９は、バルブ駆動用モータの他の例の構成を図解的に示す模式図である。 図１０は、三相ブラシレスモータの構成を図解的に示す模式図である。 図１１は、図１０の三相ブラシレスモータの各ステータ巻線の接続状態を図解的に示す模式図である。 図１２は、図１０の三相ブラシレスモータをバルブ駆動用モータとして使用した場合の駆動方法を説明するための模式図である。

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、この発明の一実施形態に係る油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
油圧式パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構２に操舵補助力を与えるためのものである。ステアリング機構２は、車両の操向のために運転者によって操作される操舵部材としてのステアリングホイール３と、このステアリングホイール３に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４の先端部に連結され、ピニオンギア６を持つピニオンシャフト５と、ピニオンギア６に噛合するラック７ａを有し、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸７とを備えている。

ラック軸７の両端にはタイロッド８がそれぞれ連結されており、このタイロッド８は、それぞれ、左右の転舵輪９，１０を支持するナックルアーム１１に連結されている。ナックルアーム１１は、キングピン１２まわりに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール３が操作されてステアリングシャフト４が回転されると、この回転が、ピニオンギア６およびラック７ａによって、ラック軸７の軸方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１１のキングピン１２まわりの回転運動に変換され、これにより、左右の転舵輪９，１０が転舵される。

ステアリングシャフト４の周囲には、ステアリングシャフト４の回転角である操舵角θｈを検出するための操舵角センサ３１が配置されている。この実施形態では、操舵角センサ３１は、ステアリングシャフト４の中立位置からのステアリングシャフト４の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。ピニオンシャフト５には、操舵トルクＴｈを検出するためのトルクセンサ３２が設けられている。

油圧式パワーステアリング装置１は、油圧制御バルブ１４、パワーシリンダ１７および油圧ポンプ２３を含んでいる。油圧制御バルブ１４は、例えばロータリバルブであり、ロータハウジング（図示略）と作動油の流通方向を切り替えるためのロータ（図示略）とを備えている。油圧制御バルブ１４のロータが電動モータ１５（以下「バルブ駆動用モータ１５」という）によって回転されることにより、油圧制御バルブ１４の開度が制御される。油圧制御バルブ１４の近傍には、バルブ駆動用モータ１５のロータの回転角θ_Ｂ（油圧制御バルブ１４の開度）を検出するための、回転角センサ３３が配置されている。この実施形態では、回転角センサ３３としては、ホールＩＣを使用した回転角センサが使用されている。ホールＩＣとは、ホール素子とその出力信号をデジタル信号に変換するＩＣとがパッケージ化された素子である。

油圧制御バルブ１４は、ステアリング機構２に操舵補助力を与えるパワーシリンダ１６に接続されている。パワーシリンダ１６は、ステアリング機構２に結合されている。具体的には、パワーシリンダ１６は、ラック軸７に一体に設けられたピストン１７と、このピストン１７によって区画された一対のシリンダ室１８，１９とを有しており、シリンダ室１８，１９は、それぞれ、対応する油路２０，２１を介して、油圧制御バルブ１４に接続されている。

油圧制御バルブ１４は、リザーバタンク２２および操舵補助力発生用の油圧ポンプ２３を通る油循環路２４の途中部に介装されている。油圧ポンプ２３は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ２５（以下、「ポンプ駆動用モータ２５」という）によって駆動され、リザーバタンク２２に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御バルブ１４に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御バルブ１４から油循環路２４を介してリザーバタンク２２に帰還される。

ポンプ駆動用モータ２５は、一方向に回転駆動されて、油圧ポンプ２３を駆動するものである。具体的には、ポンプ駆動用モータ２５は、その出力軸が油圧ポンプ２３の入力軸に連結されており、ポンプ駆動用モータ２５の出力軸が回転することで、油圧ポンプ２３の入力軸が回転して油圧ポンプ２３の駆動が達成される。ポンプ駆動用モータ２５は三相ブラシレスモータからなる。ポンプ駆動用モータ２５の近傍には、ポンプ駆動用モータ２５のロータの回転角θ_Ｐを検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ３４が配置されている。

油圧制御バルブ１４は、バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが基準回転角度位置（中立位置）から一方の方向に回転された場合には、油路２０，２１のうちの一方を介してパワーシリンダ１６のシリンダ室１８，１９のうちの一方に作動油を供給するとともに、他方の作動油をリザーバタンク２２に戻す。また、バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが中立位置から他方の方向に回転された場合には、油路２０，２１のうちの他方を介してシリンダ室１８，１９のうちの他方に作動油を供給するとともに、一方の作動油をリザーバタンク２２に戻す。

油圧制御バルブ１４のロータが中立位置にある場合には、油圧制御バルブ１４は、いわば平衡状態となり、操舵中立でパワーシリンダ１６の両シリンダ室１８，１９は等圧に維持され、作動油は油循環路２４を循環する。バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが回転されると、パワーシリンダ１６のシリンダ室１８，１９のいずれかに作動油が供給され、ピストン１７が車幅方向（車両の左右方向）に沿って移動する。これにより、ラック軸７に操舵補助力が作用することになる。

バルブ駆動用モータ１５およびポンプ駆動用モータ２５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）４０によって制御される。ＥＣＵ４０には、操舵角センサ３１によって検出される操舵角θｈ、トルクセンサ３２によって検出される操舵トルクＴｈ、回転角センサ３３の出力信号、回転角センサ３４の出力信号、車速センサ３５によって検出される車速Ｖ、バルブ駆動用モータ１５に流れる電流を検出するための電流センサ３６（図５参照）の出力信号等が入力される。

図２は、バルブ駆動用モータ１５の構成を図解的に示す模式図である。
バルブ駆動用モータ１５は、バルブ駆動用モータとして本発明者が新たに開発した６極６スロットの二相ブラシレスモータである。バルブ駆動用モータ１５は、ロータ７０と、ロータ７０を取り囲むように配置されたステータ８０とを備えている。ロータ７０は、回転軸７１まわりに回転可能に支持されている。ロータ７０は、６つの磁極（３組の磁極対）を有している。

ステータ８０は、ステータ保持リング８１と、ステータ保持リング８１から内方に向かって突出した６つのステータ歯８２Ｕ１，８２Ｖ１，８２Ｕ２，８２Ｖ２，８２Ｕ３，８２Ｖ３（これらを総称するときには「ステータ歯８２」という。）と、これらのステータ歯８２にそれぞれ巻回されステータ巻線８３Ｕ１，８３Ｖ１，８３Ｕ２，８３Ｖ２，８３Ｕ３，８３Ｖ３（これらを総称するときには「ステータ巻線８３」という。）とを有している。

ステータ巻線８３Ｕ１，８３Ｕ２および８３Ｕ３は、Ｕ相（第１相）のステータ巻線である。３つのＵ相のステータ巻線のうち、ステータ巻線８３Ｕ１をＵ相第１ステータ巻線といい、ステータ巻線８３Ｕ２をＵ相第２ステータ巻線といい、ステータ巻線８３Ｕ３をＵ相第３ステータ巻線と言う場合がある。ステータ巻線８３Ｖ１，８３Ｖ２および８３Ｖ３は、Ｖ相（第２相）のステータ巻線である。３つのＶ相のステータ巻線のうち、ステータ巻線８３Ｖ１をＶ相第１ステータ巻線といい、ステータ巻線８３Ｖ２をＶ相第２ステータ巻線といい、ステータ巻線８３Ｖ３をＶ相第３ステータ巻線と言う場合がある。

Ｕ相第１ステータ巻線８３Ｕ１とＶ相第１ステータ巻線８３Ｖ１とによって１組の二相のステータ巻線を構成している。また、Ｕ相第２ステータ巻線８３Ｕ２とＶ相第２ステータ巻線８３Ｖ２とによって１組の二相のステータ巻線を構成している。また、Ｕ相第３ステータ巻線８３Ｕ３とＶ相第３ステータ巻線８３Ｖ３とによって１組の二相のステータ巻線を構成している。各組の２つのステータ巻線は、電気角で１８０度（機械角で６０度）の角度間隔をおいて配置されている。

６つのステータ歯８２は、ステータ保持リング８１の内周部に等間隔で形成されており、それらの間に６つのスロット８４を区画している。これらのスロット８４に、６つのステータ巻線８３がそれぞれ収容されている。
図３に示すように、６つのステータ巻線８３は、直列に接続されている。より具体的には、６つのステータ巻線８３の直列回路をそのいずれか一方の端子から見た場合、Ｕ相の３つのステータ巻線８３Ｕ１，８３Ｕ２および８３Ｕ３の巻回方向と、Ｖ相の３つのステータ巻線８３Ｖ１，８３Ｖ２および８３Ｖ３の巻回方向とが互いに逆となるように、６つのステータ巻線８３が直列に接続されている。したがって、６つのステータ巻線８３の直列回路のいずれか一方の端子から他方の端子に向かって電流を流した場合に、Ｕ相のステータ巻線８３Ｕ１，８３Ｕ２，８３Ｕ３に電流が流れる方向がロータ７０の回転中心から見て時計方向であれば、Ｖ相のステータ巻線８３Ｖ１，８３Ｖ２，８３Ｖ３に電流が流れる方向はロータ７０の回転中心から見て反時計方向となる。６つの巻線８３の直列回路の一端であるステータ巻線８３Ｕ１の一端ＰＵ１と、当該直列回路の他端であるステータ巻線８３Ｖ１の一端ＰＶ１は、モータ駆動回路（Ｈブリッジ回路）に接続される。

この実施形態では、バルブ駆動用モータ１５の回転角度範囲は、油圧制御バルブの中立位置を中心として機械角で±５度程度の範囲である。この実施形態では、バルブ駆動用モータが６極６スロットの二相ブラシレスモータであるので、バルブ駆動用モータの回転角度範囲は、油圧制御バルブの中立位置を中心として電気角で±１５度程度の範囲となる。
図４は、バルブ駆動用モータ１５に含まれている３組分の二相のステータ巻線および磁極対のうちの１組分のみを図解的に示す模式図である。

ここでは、バルブ駆動用モータ１５に含まれている３組分の二相のステータ巻線のうち、Ｕ相第１ステータ巻線８３Ｕ１とＶ相第１ステータ巻線８３Ｖ１からなる１組分が示されている。なお、Ｕ相第２ステータ巻線８３Ｕ２とＶ相第２ステータ巻線８３Ｖ２からなる組またはＵ相第３ステータ巻線８３Ｕ３とＶ相第３ステータ巻線８３Ｖ３からなる組を図解的に示した場合にも、図４と同様となる。

Ｕ相第１ステータ巻線８３Ｕ１とＶ相第１ステータ巻線８３Ｖ１とは、位相が電気角で１８０度ずれた位置に配置されている。図４に示すように、Ｕ相第１ステータ巻線８３Ｕ１およびＶ相第１ステータ巻線８３Ｖ１の方向にそれぞれＵ軸およびＶ軸をとったＵＶ座標系において、ロータ７０の磁極軸がＵ軸（Ｖ軸）と直交する状態となるロータ７０の回転角度位置が、油圧制御バルブ１４の中立位置となるように、バルブ駆動用モータ１５と油圧制御バルブ１４とが連結されている。そして、前記中立位置に対応する回転角度位置を中心とした電気角で±１５度（α＝１５度）の角度範囲内においてのみロータ７０が回転可能となるように、ロータ１１０の回転角度範囲を規制するストッパ（図示略）が設けられる。

Ｕ相のステータ巻線８３Ｕ１（８３Ｕ２、８３Ｕ３）およびＶ相のステータ巻線８３Ｖ１（８３Ｖ２、８３Ｖ３）への駆動電流（印加電圧）を制御することにより、ロータ１１０を前記回転角度範囲内で回転制御する。
つまり、Ｕ相のステータ巻線８３Ｕ１（８３Ｕ２、８３Ｕ３）側からＶ相のステータ巻線８３Ｖ１（８３Ｖ２、８３Ｖ３）側に駆動電流を流すと、ロータ７０が所定の第１方向に回転する。この際、Ｕ相のステータ巻線８３Ｕ１（８３Ｕ２、８３Ｕ３）とＶ相のステータ巻線８３Ｖ１（８３Ｖ２、８３Ｖ３）とが前述のように接続されているので、Ｕ相のステータ巻線およびＶ相のステータ巻線のうちの一方によって、ロータ７０のＮ極を吸引する磁界が発生し、他方によってロータ７０のＮ極を反発させる磁界（Ｓ極を吸引する磁界）が発生する。このため、ロータ７０が所定の第１方向に回転する。一方、Ｖ相のステータ巻線８３Ｖ１（８３Ｖ２、８３Ｖ３）側からＵ相のステータ巻線８３Ｕ１（８３Ｕ２、８３Ｕ３）側に駆動電流を流すと、Ｕ相のステータ巻線およびＶ相のステータ巻線によって発生する磁界の方向がそれぞれ反転するので、ロータ７０が前記第１方向とは反対の第２方向に回転する。

このように、このバルブ駆動用モータ１５では、全てのステータ巻線８３Ｖ１，８３Ｖ２，８３Ｖ３，８３Ｕ１，８３Ｕ２，８３Ｕ３がモータ駆動に寄与するので、空間利用効率が高くなる。
図５は、ＥＣＵ４０の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータ４１と、マイクロコンピュータ４１によって制御され、バルブ駆動用モータ１５に電力を供給する駆動回路（Ｈブリッジ回路）４２と、マイクロコンピュータ４１によって制御され、ポンプ駆動用モータ２５に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４３とを備えている。

マイクロコンピュータ４１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、バルブ駆動用モータ１５を制御するためのバルブ駆動用モータ制御部５０と、ポンプ駆動用モータ２５を制御するためのポンプ駆動用モータ制御部６０とを含んでいる。

バルブ駆動用モータ制御部５０は、アシストトルク指令値設定部５１と、バルブ開度指令値設定部５２と、回転角演算部５３と、角度偏差演算部５４と、ＰＩＤ（比例積分微分）制御部５５と、モータ電流演算部５６と、電流偏差演算部５７と、ＰＩ制御部５８と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部５９とを含んでいる。
アシストトルク指令値設定部５１は、トルクセンサ３２によって検出される検出操舵トルクＴｈと車速センサ３５によって検出される車速Ｖに基づいて、パワーシリンダ１６によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊を設定する。

具体的には、アシストトルク指令値設定部５１は、車速毎に検出操舵トルクとアシストトルク指令値との関係を記憶したマップに基づいて、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊を設定する。図６は、検出操舵トルクに対するアシストトルク指令値の設定例を示すグラフである。
検出操舵トルクＴｈは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊は、パワーシリンダ１６によって右方向操舵ためのアシストトルクを発生させるときには正の値とされ、パワーシリンダ１６によって左方向操舵ためのアシストトルクを発生させるときには負の値とされる。

アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊は、検出操舵トルクＴｈの正の値に対しては正の値をとり、検出操舵トルクＴｈの負の値に対しては負の値をとる。検出操舵トルクＴｈが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲の微小な値のときには、アシストトルクは零とされる。そして、検出操舵トルクＴｈが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲以外の領域においては、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊は、検出操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。また、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊は、車速センサ３５によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されている。

バルブ開度指令値設定部５２は、アシストトルク指令値設定部５１によって設定されたアシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊に基づいて、油圧制御バルブ１４の開度の指令値（バルブ駆動用モータ１５の回転角の指令値）であるバルブ開度指令値（モータ回転角指令値）θ_Ｂ ^＊を設定する。この実施形態では、油圧制御バルブ１４のロータが中立位置にあるときのバルブ駆動用モータ１５の回転角を０°とする。そして、バルブ駆動用モータ１５の回転角が０°より大きくなると、パワーシリンダ１６によって右方向操舵ためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ１４の開度が制御されるものとする。一方、バルブ駆動用モータ１５の回転角が０°より小さくなると、パワーシリンダ１６によって左方向操舵ためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ１４の開度が制御されるものとする。なお、バルブ駆動用モータ１５の回転角度の絶対値が大きくなるほど、パワーシリンダ１６によって発生するアシストトルクの絶対値は大きくなる。

バルブ開度指令値設定部５２は、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊とバルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊との関係を記憶したマップに基づいて、バルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊を設定する。図７は、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊に対するバルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊の設定例を示すグラフである。
バルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊は、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊の正の値に対しては正の値をとり、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊の負の値に対しては負の値をとる。バルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊は、アシストトルク指令値Ｔ_Ａ ^＊の絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。

回転角演算部５３は、回転角センサ３３の出力信号に基づいて、バルブ駆動用モータ１５の回転角θ_Ｂを演算する。回転角偏差演算部５４は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊と回転角演算部５３によって演算されたバルブ駆動用モータ１５の回転角θ_Ｂとの偏差Δθ_Ｂ（＝θ_Ｂ ^＊−θ_Ｂ）を演算する。
ＰＩＤ制御部５５は、回転角偏差演算部５４によって演算された回転角偏差Δθ_Ｂに対してＰＩＤ演算を行なう。すなわち、回転角偏差演算部５４およびＰＩＤ制御部５５によって、バルブ駆動用モータ１５の回転角θ_Ｂをバルブ開度指令値θ_Ｂ ^＊に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩＤ制御部５５は、回転角偏差Δθ_Ｂに対してＰＩＤ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５の電流指令値を演算する。

モータ電流演算部５６は、電流センサ３６の出力信号に基づいて、バルブ駆動用モータ１５に流れるモータ電流を検出する。電流偏差演算部５７は、ＰＩＤ制御部５５によって求められた電流指令値と、モータ電流演算部５６によって演算されたモータ電流との偏差を演算する。ＰＩ制御部５８は、電流偏差演算部５７によって演算された電流偏差に対してＰＩ演算を行なう。すなわち、電流偏差演算部５７およびＰＩ制御部５８によって、バルブ駆動用モータ１５に流れるモータ電流を電流指令値に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部５８は、電流偏差に対してＰＩ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５に印加すべき制御電圧値を演算する。

ＰＷＭ制御部５９は、ＰＩ制御部５８によって演算された制御電圧値と、回転角演算部５３によって演算されたバルブ駆動用モータ１５の回転角θ_Ｂとに基づいて、ＰＷＭ駆動信号を生成して、駆動回路４２に供給する。駆動回路４２は、Ｈブリッジ回路からなる。このＨブリッジ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部５９から与えられるＰＷＭ駆動信号によって制御されることにより、ＰＩ制御部５８によって演算された制御電圧値に応じた電圧がバルブ駆動用モータ１５に印加される。

ポンプ駆動用モータ制御部６０は、操舵角速度演算部６１と、ポンプ回転数指令値設定部６２と、回転角演算部６３と、回転数演算部６４と、回転数偏差演算部６５と、ＰＩ制御部６６と、ＰＷＭ制御部６７とを含んでいる。
操舵角速度演算部６１は、操舵角センサ３１の出力値を時間微分することによって、操舵角速度を演算する。ポンプ回転数指令値設定部６２は、操舵角速度演算部６１によって演算された操舵角速度に基づいて、油圧ポンプ２３の回転数（回転速度）の指令値（ポンプ駆動用モータ２５の回転数の指令値）であるポンプ回転数指令値（モータ回転数指令値）Ｖ_Ｐ ^＊を設定する。

具体的には、ポンプ回転数指令値設定部６２は、操舵角速度とポンプ回転数指令値Ｖ_Ｐ ^＊との関係を記憶したマップに基づいてポンプ回転数指令値Ｖ_Ｐ ^＊を設定する。図８は、操舵角速度に対するポンプ回転数指令値Ｖ_Ｐ ^＊の設定例を示すグラフである。ポンプ回転数指令値Ｖ_Ｐ ^＊は、操舵角速度が０のときに所定の下限値をとり、操舵角速度の増加に応じて単調に増加するように設定されている。

回転角演算部６３は、回転角センサ３４の出力信号に基づいて、ポンプ駆動用モータ２５の回転角θ_Ｐを演算する。回転数演算部６４は、回転角演算部６３によって演算されるポンプ駆動用モータ２５の回転角θ_Ｐに基づいて、ポンプ駆動用モータ２５の回転数（回転速度）Ｖ_Ｐを演算する。回転数偏差演算部６５は、ポンプ回転数指令値設定部６２によって設定されたポンプ回転数指令値Ｖ_Ｐ ^＊と回転数演算部６４によって演算されたポンプ駆動用モータ２５の回転数Ｖ_Ｐとの偏差ΔＶ_Ｐ（＝Ｖ_Ｐ ^＊−Ｖ_Ｐ）を演算する。

ＰＩ制御部６６は、回転数偏差演算部６５によって演算された回転数偏差ΔＶ_Ｐに対してＰＩ演算を行なう。すなわち、回転数偏差演算部６５およびＰＩ制御部６６によって、ポンプ駆動用モータ２５の回転数Ｖ_Ｐをポンプ回転数指令値Ｖ_Ｐ ^＊に導くための回転数フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部６６は、回転数偏差ΔＶ_Ｐに対してＰＩ演算を行なうことで、ポンプ駆動用モータ２５に印加すべき制御電圧値を演算する。

ＰＷＭ制御部６７は、ＰＩ制御部６６によって演算された制御電圧値と、回転角演算部６３によって演算されたポンプ駆動用モータ２５の回転角θ_Ｐとに基づいて、駆動信号を生成して、駆動回路４３に供給する。これにより、駆動回路４３から、ＰＩ制御部６６によって演算された制御電圧値に応じた電圧がポンプ駆動用モータ２５に印加される。
この実施形態では、バルブ駆動用モータ１５が前述したような二相ブラシレスモータによって構成されているので、バルブ駆動用モータ１５を限られた回転角度範囲（この実施形態では機械角で１０度（電気角で３０度））の角度範囲内で駆動制御する場合でも、バルブ駆動用モータ１５の全てのステータ巻線８３Ｕ１，８３Ｖ１，８３Ｕ２，８３Ｖ２，８３Ｕ３，８３Ｖ３をモータ駆動に寄与させることができる。したがって、バルブ駆動用モータ１５の空間利用率効率を高めることができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前記実施形態では、バルブ駆動用モータ１５は、６極６スロットの二相ブラシレスモータであるが、極数およびスロット数はこれに限られない。ただし、ｎを任意の自然数として、極数およびスロット数が共にｎであることが好ましい。
また、前記実施形態では、バルブ駆動用モータ１５は、二相ブラシレスモータであるが、二相ブラシ付直流モータであってもよい。

また、バルブ駆動用モータ１５は、ｍを任意の自然数として、２ｍ極ｍスロットの電動モータであってもよい。たとえば、バルブ駆動用モータは、図９に示すような６極３スロットのブラシレスモータ１５Ａであってもよい。
このブラシレスモータ１５Ａは、ロータ７０と、ロータ７０を取り囲むように配置されたステータ９０とを備えている。ロータ７０は、回転軸（回転中心）７１まわりに回転可能に支持されている。ロータ７０は、６つの磁極（３組の磁極対）を有している。

ステータ９０は、ステータ保持リング９１と、ステータ保持リング９１から内方に向かって突出した３つのステータ歯９２Ｕ１，９２Ｕ２，９２Ｕ３と、これらのステータ歯９２Ｕ１，９２Ｕ２，９２Ｕ３にそれぞれ巻回されステータ巻線９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕ３とを有している。
３つのステータ歯９２Ｕ１，９２Ｕ２，９２Ｕ３は、ステータ保持リング９１の内周部に等間隔で形成されており、それらの間に３つのスロット９４を区画している。これらのスロット９４に、３つのステータ巻線９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕ３がそれぞれ収容されている。３つのステータ巻線９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕ３は直列に接続されている。具体的には、この直列回路をそのいずれか一方の端子から見た場合、３つのステータ巻線９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕ３の巻回方向が全て同じ方向となるように、３つのステータ巻線９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕが直列に接続されている。このステータ巻線９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕ３の直列回路への駆動電流を制御することによって、ブラシレスモータ１５Ａが駆動制御される。

この発明は、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。

１…油圧式パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、３…ステアリングホイール、１４…油圧制御バルブ、１５，１５Ａ…バルブ駆動用モータ、１６…パワーシリンダ、２３…油圧ポンプ、５２…バルブ開度指令値設定部、７０…ロータ、８０，９０…ステータ、８３Ｕ１，８３Ｖ１，８３Ｕ２，８３Ｖ２，８３Ｕ３，８３Ｖ３…ステータ巻線、９３Ｕ１，９３Ｕ２，９３Ｕ３…ステータ巻線

Claims (5)

1. 第１相のステータ巻線と第２相のステータ巻線との直列回路を有するステータと、
   前記ステータに対向し複数の磁極を有するロータとを含み、
   前記第１相のステータ巻線と前記第２相のステータ巻線とが電気角で１８０度の間隔をおいて配置されており、
   前記ロータの回転角度範囲が電気角で１８０度未満に制限された状態で使用される、二相モータ。
2. 前記直列回路をそのいずれか一方の端子から見た場合、前記第１相のステータ巻線の巻回方向と前記第２相のステータ巻線の巻回方向とが互いに逆となるように、前記第１相のステータ巻線と前記第２相のステータ巻線とが直列に接続されている、請求項１に記載の二相モータ。
3. ｎを任意の自然数とすると、前記ロータは２ｎ個の磁極を有し、前記ステータは２ｎ個のステータ巻線を有する、請求項１または２に記載の二相モータ。
4. 車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、操舵部材に機械的に連結されていない油圧制御バルブを介して、油圧ポンプからの作動油を供給することによって、操舵力を補助する油圧式パワーステアリング装置であって、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載された二相モータから構成され、前記油圧制御バルブの開度を制御するためのバルブ駆動用モータと、
   前記バルブ駆動用モータを駆動制御するモータ制御手段と、を含む油圧式パワーステアリング装置。
5. 前記モータ制御手段は、
   前記油圧制御バルブの開度の指令値である開度指令値を設定する開度指令値設定手段と、
   前記開度指令値設定手段によって設定される開度指令値に基づいて、前記バルブ駆動用モータを駆動制御する手段とを含む、請求項４に記載の油圧式パワーステアリング装置。

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