JP3477886B2 - Electric power steering device - Google Patents

Electric power steering device

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JP3477886B2
JP3477886B2 JP3853595A JP3853595A JP3477886B2 JP 3477886 B2 JP3477886 B2 JP 3477886B2 JP 3853595 A JP3853595 A JP 3853595A JP 3853595 A JP3853595 A JP 3853595A JP 3477886 B2 JP3477886 B2 JP 3477886B2
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shaft
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gear
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雄一 福山
守恒 中田
正博 久保田
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、舵輪操作に要する力を
操舵補助モータの回転駆動力により操舵補助力として発
現する電動式パワーステアリング装置に関し、特に操舵
補助モータの回転方向(電流方向)の切換え及び操舵補
助力の大きさに着目し改良したものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric power steering system that develops a force required to operate a steering wheel as a steering assist force by a rotational driving force of a steering assist motor, and more particularly to a rotating direction (current direction) of the steering assist motor. This is an improvement focusing on the magnitude of switching and steering assist force.

【0002】[0002]

【従来の技術】このような従来の電動式パワーステアリ
ング装置のうち、特に電気的スイッチング素子によって
操舵補助モータの回転方向(電流方向)を切り換える電
動式パワーステアリング装置としては、例えば図15に
示すようなもの(以下、第1従来例とも記す)がある。
この電動式パワーステアリング装置では、FET(Field
-Effect Transistor)等のパワー素子をスイッチング素
子として四つ用いて所謂Hブリッジを構成し、トルクセ
ンサS1aで検出された操舵トルク,車速センサS 1bで検
出された車速及び舵角センサS1cで検出された操舵角を
インタフェース回路I/F1を介して二つの演算処理装
置CPU1,CPU2に読込み、このうちメインとなる
演算処理装置CPU1は、主として前記操舵トルク,車
速及び操舵角(特に操舵方向)に応じた操舵補助力がモ
ータの回転駆動力として発生されるように、電流検知部
i1で検出される前記Hブリッジに流れる電流(即ち、
実際にモータに流れるモータ電流)をフィードバックし
ながら、当該モータに流れる電流量と電流方向、具体的
には前記パワー素子からなるスイッチング素子の何れを
ON/OFFすると共にONされるパワー素子に如何程
の電流を流すかを当該Hブリッジへの電流指令として出
力する。従って、モータの回転方向を制御する手段(以
下、モータ電流方向制御手段と統一表記する)は、前記
スイッチング素子からなるHブリッジと演算処理装置か
らの電流指令とから構成される。また、直進走行中の外
乱等のように、ステアリングホイールに加えられる操舵
トルクそのものが小さいときに操舵補助力が発生する
と、却って走行安定性が低下してしまう虞れがある。そ
こで、前記モータ電流量制御手段では、操舵トルクが小
さいときには、操舵アシスト力が発現しないようなモー
タ電流量制御、つまりモータ電流が零となるような制御
を行い、操舵トルクがこれより大きいときに、当該操舵
トルクの大きさに応じた操舵アシスト力が発現するよう
にモータ電流量を制御している。
2. Description of the Related Art Such conventional electric power steering
Of switching devices, especially by electrical switching elements
Electric power to switch the rotation direction (current direction) of the steering assist motor
As a dynamic power steering device, for example, FIG.
There is one as shown (hereinafter, also referred to as a first conventional example).
In this electric power steering device, FET (Field
-Effect Transistor) and other power devices
A so-called H-bridge is constructed by using four as children, and the torque sensor is
Sensor S1aTorque detected by the vehicle speed sensor S 1bInspected
Vehicle speed and steering angle sensor S issued1cSteering angle detected by
Two arithmetic processing units via the interface circuit I / F1
Read into the CPU1 and CPU2, and become the main one
The arithmetic processing unit CPU1 mainly consists of the steering torque, the vehicle
The steering assist force corresponding to the speed and steering angle (especially steering direction) is
So that it is generated as the rotational driving force of the motor.
Si1Current flowing in the H-bridge detected by (
The motor current that actually flows in the motor is fed back.
However, the amount of current flowing in the motor and the current direction,
Is any of the switching elements consisting of the power element
How much power element is turned on when turned on / off
Whether or not to supply the current of
Force Therefore, means for controlling the rotation direction of the motor (below
Below, the motor current direction control means will be collectively referred to as)
Is it an H-bridge composed of switching elements and an arithmetic processing unit?
It is composed of these current commands. Also, while driving straight ahead
Steering applied to the steering wheel, such as disturbance
Steering assist force is generated when the torque itself is small
On the contrary, there is a possibility that the traveling stability may be deteriorated. So
With the motor current amount control means, the steering torque is small.
If it does, the steering assist force may not be expressed.
Current amount control, that is, control such that the motor current becomes zero
When the steering torque is larger than this,
The steering assist force according to the magnitude of the torque is expressed.
The motor current amount is controlled.

【0003】また、前記第1従来例においてサブとなる
前記演算処理装置CPU2は、主として前記Hブリッジ
や操舵補助モータの故障を検出するために前記電流検知
部S i1及びそれと異なる電流検知部Si2で検出されたH
ブリッジからのモータ電流や、当該モータ電流及び各セ
ンサS1a〜S1cの検出値に基づいて前記メインとなる演
算処理装置CPU1から出力される電流指令を監視・比
較し、何れかに不一致が発生したときには故障時の作動
補償(以下、フェールセーフとも記す)を構築するため
のフェールセーフリレーに、バッテリからの供給電流を
遮断するフェールセーフ指令を出力する。ここでは、特
に前記Hブリッジのスイッチング素子が短絡状態で故障
した場合や、演算処理装置CPU1が故障した場合に、
運転者の意思と無関係なモータからの操舵補助力の発生
が防止される。また、前記各センサS1a〜S1cが無意味
な検出信号を出力した状態で故障し、その結果,運転者
の意思と無関係にモータから操舵補助力が発生するのを
防止するために、前記とは異なる同等のセンサS2a〜S
2cを併設し、その出力を第2のインタフェース回路I/
F2を介して前記サブとなる演算処理装置CPU2に取
込み、前記センサS 1a〜S1cの出力と比較・監視し、何
れかに不一致が発生したときには、前記フェールセーフ
リレーにフェールセーフ指令を出力する場合もある。こ
の場合には、前記電流指令出力までの系(前記電流検知
部によるフィードバック系を含む)は完全に二重化され
ることになり、これによりフェールセーフに対する信頼
性は確保される。
In addition, in the first conventional example, it becomes a sub.
The arithmetic processing unit CPU2 is mainly the H bridge.
Current detection to detect malfunction of steering and steering assist motor
Department S i1And a current detection unit S different from thati2H detected in
The motor current from the bridge, the motor current and each cell
Sensor S1a~ S1cBased on the detected value of
Monitors and compares the current command output from the CPU 1
In comparison, if there is a discrepancy in any of them, operation at the time of failure
To build compensation (hereinafter also referred to as fail-safe)
Supply the current supplied from the battery to the fail-safe relay of
Outputs a fail-safe command to shut off. Here, special
And the switching element of the H-bridge has failed due to short circuit
Or when the processor CPU1 fails,
Generation of steering assist force from motor independent of driver's intention
Is prevented. In addition, each sensor S1a~ S1cIs meaningless
Failure while outputting various detection signals, and as a result, the driver
The steering assist force is generated from the motor regardless of the intention of
To prevent this, an equivalent sensor S different from the above2a~ S
2cAnd the output of the second interface circuit I /
Via F2 to the sub-processing unit CPU2
Including the sensor S 1a~ S1cCompare and monitor the output of
If there is a discrepancy, failsafe
In some cases, a fail-safe command is output to the relay. This
In the case of, the system up to the current command output (the current detection
(Including the feedback system by the department) is completely duplicated.
And trust in failsafe.
Sex is secured.

【0004】また、特に機械的スイッチによって操舵補
助モータの回転方向(電流方向)を切換える電動式パワ
ーステアリング装置としては、例えば実公平5−192
68号公報(実開昭62−114876号公報、以下、
単に第2従来例とも記す)に記載されるものや、特開昭
61−181933号公報(以下、単に第3従来例とも
記す)に記載されるものがある。
Further, as an electric power steering apparatus for switching the rotation direction (current direction) of a steering assist motor by a mechanical switch, for example, Japanese Utility Model Publication No. 5-192 is used.
No. 68 gazette (Actual disclosure No. 62-114876 gazette, hereinafter,
Some of them are simply described as the second conventional example), and some are described in JP-A-61-181933 (hereinafter, simply referred to as the third conventional example).

【0005】この第2従来例及び第3従来例における具
体的な操舵補助モータのモータ電流方向制御手段につい
ては前記各公報を参照されるとして、各モータ電流方向
制御手段の何れもが、例えばステアリングホイールに接
続された入力軸と転舵輪に接続された出力軸との間にト
ーションバーを介装し、このトーションバーに発生する
捩じれ角や捩じれ変位を含む入力軸及び出力軸間の捩じ
れ量,即ちステアリングホイールに加えられる操舵トル
クが、左右何れの方向であるかに応じて操舵補助モータ
と電源との間に介装された二つのスイッチの接点切換え
制御を機械的に行うようになっている。なお、何れのも
のも、前記操舵補助モータの回転駆動力,即ち操舵補助
力は、前記FET等のパワー素子に供給される指令電流
の大きさを制御することにより、当該パワー素子から操
舵補助モータに流れる電流量を制御することで調整制御
されている。そして、前述のように操舵トルク,即ち入
力軸及び出力軸間の捩じれ量が小さいとき、前記第2従
来例にあっては、前記電源及びモータ間のスイッチはそ
の直前の切換え状態に維持したままで、前記パワー素子
から操舵補助モータへの電流量が零となるように指令電
流を制御し、前記第3実施例にあっては、これに加えて
前記電源及びモータ間のスイッチを何れの接点にも接続
されていない開状態に切換えるようにしている。また、
これらの各従来例における前記機械的スイッチの代わり
に、電気的に制御されるリレーを用いても全く同様に構
成できる。この場合には、各従来例の前記モータ電流方
向制御手段から、前記各アシスト状態に応じたリレーの
可動接点を切換えるソレノイドに向けて駆動信号を出力
することで、前記と同様な接点の切換え制御が実行され
る。
Regarding the specific motor current direction control means of the steering assist motor in the second conventional example and the third conventional example, the above publications are referred to, and each of the motor current direction control means is, for example, a steering wheel. A torsion bar is provided between the input shaft connected to the wheel and the output shaft connected to the steered wheels, and the twist amount between the input shaft and the output shaft including the twist angle and the twist displacement generated in the torsion bar, That is, the contact switching control of the two switches interposed between the steering assist motor and the power source is mechanically performed depending on whether the steering torque applied to the steering wheel is in the left or right direction. . In any case, the rotational driving force of the steering assist motor, that is, the steering assist force is controlled by controlling the magnitude of the command current supplied to the power element such as the FET so that the steering assist motor can be operated from the power element. Adjustment control is performed by controlling the amount of current flowing through. As described above, when the steering torque, that is, the amount of twist between the input shaft and the output shaft is small, the switch between the power source and the motor is maintained in the switching state immediately before that in the second conventional example. Then, the command current is controlled so that the amount of current from the power element to the steering assist motor becomes zero. In the third embodiment, in addition to this, the contact between the switch between the power source and the motor I am trying to switch to the open state which is not connected to. Also,
Instead of the mechanical switch in each of these conventional examples, an electrically controlled relay can be used to achieve exactly the same configuration. In this case, the motor current direction control means of each conventional example outputs a drive signal to the solenoid that switches the movable contact of the relay according to each of the assist states, thereby controlling the switching of the contact similar to that described above. Is executed.

【0006】また、前記各従来例と異なる電動式パワー
ステアリング装置としては、例えば特公平5−1559
2号公報(特開昭61−9371号公報、以下、単に第
4従来例とも記す)に記載されるものもある。この電動
式パワーステアリング装置では、例えば転舵輪側に接続
されている出力軸の外周にコイルを巻回して各コイルの
巻線端部に接続されたコミュテータを当該出力軸に形成
し、前記コイルの外側のケース内に磁石を配設して一定
方向の磁界を付与すると共に、例えばステアリングホイ
ール側に接続されている入力軸の出力軸側端部で且つ前
記コミュテータの外側に一対のブラシを形成して、前記
入力軸,ブラシ,コイル,磁石,出力軸等から操舵補助
モータそのものを構成し、更に前記ブラシの夫々をバッ
テリ等の外部電源に接続する。従って、この電動式パワ
ーステアリング装置では、前記入力軸がステアリングホ
イールと共に回転されると、ブラシの接触しているコミ
ュテータが変化し、それに伴ってブラシからコミュテー
タを介してからコイルに流れる電流方向が変化し、それ
に伴って前記磁石による一定方向の磁界と当該コイルに
流れる電流方向とから、出力軸の回りに当該出力軸を入
力軸の回転方向に回転駆動する力(電磁力)が発生し、
この回転駆動力を操舵補助力として利用する。なお、前
記操舵トルク,即ち入力軸及び出力軸間の捩じれ量が小
さいときには、前記ブラシとコミュテータとが接触しな
いように各ブラシ及びコミュテータの配設位置を設定す
ることにより、前記モータによる回転駆動力が操舵補助
力として発生しないようにしている。また、操舵トル
ク,即ち入力軸及び出力軸間の捩じれ量が大きくなる
と、前記ブラシとコミュテータとの接触面積が増大し、
これに伴って各コイルに流れる電流量(電荷量)が増加
してモータによる回転駆動力が増加し、当該操舵トルク
に応じた操舵補助力が得られるようにしている。
Further, as an electric power steering apparatus different from the above-mentioned conventional examples, for example, Japanese Patent Publication No. 5-1559.
Some of them are described in JP-A No. 61-9371 (hereinafter, referred to simply as the fourth conventional example). In this electric power steering device, for example, a coil is wound around the outer circumference of an output shaft connected to the steered wheel side to form a commutator connected to the winding end of each coil on the output shaft, A magnet is provided in the outer case to apply a magnetic field in a fixed direction, and a pair of brushes is formed at the output shaft side end of the input shaft connected to the steering wheel side and outside the commutator. Then, the steering assist motor itself is composed of the input shaft, the brush, the coil, the magnet, the output shaft, and the like, and each of the brushes is connected to an external power source such as a battery. Therefore, in this electric power steering apparatus, when the input shaft is rotated together with the steering wheel, the commutator in contact with the brush changes, and accordingly, the direction of current flowing from the brush to the coil via the commutator changes. Then, along with that, a force (electromagnetic force) for rotationally driving the output shaft in the rotation direction of the input shaft is generated around the output shaft from the magnetic field in a certain direction by the magnet and the direction of the current flowing in the coil.
This rotational driving force is used as a steering assist force. When the steering torque, that is, the amount of twist between the input shaft and the output shaft is small, the rotational driving force of the motor is set by setting the arrangement positions of the brushes and the commutator so that the brushes and the commutator do not come into contact with each other. Is not generated as a steering assist force. Further, when the steering torque, that is, the amount of twist between the input shaft and the output shaft increases, the contact area between the brush and the commutator increases,
Along with this, the amount of electric current (the amount of electric charge) flowing through each coil increases, the rotational driving force by the motor increases, and a steering assist force corresponding to the steering torque is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
1従来例にあってはモータ電流方向制御手段として、少
なくとも比較的高価なパワー素子等からなるスイッチン
グ素子を四つも使用しなければならず、その分だけコス
ト高となる。また、前述のようなフェールセーフのため
に制御信号の入出力系を二重化したり、特に検出器とし
てのセンサ類まで二重化したりすることにより、更にコ
スト高となる。
However, in the first conventional example, as the motor current direction control means, at least four switching elements including at least relatively expensive power elements must be used. The cost will be higher. Further, the cost is further increased by duplicating the input / output system of the control signal for fail-safe operation as described above, and especially by duplicating the sensors as detectors.

【0008】また、前記第2従来例及び第3従来例で
は、機械的に切換えられるスイッチの接点や電気的に切
換えられるリレーの接点が増加する分だけ、焼付きや接
触不良等による作動異常といった故障の発生する可能性
が増加し、必要な方向へのモータ電流が流れずに操舵補
助力が発現されない可能性がある。また、これらの従来
例で前述したフェールセーフを構築するためには、少な
くとも各接点の電位或いはその間の電位差(電圧降下)
を検出し、それを所定の状態値と比較する必要があるか
ら、前記スイッチやリレーの接点数が多い分だけ、その
電位や電位差の検出数が増加し、また同時に比較するた
めの演算処理も複雑となり、構造が複雑化すると共にコ
ストも高くなる。
Further, in the second conventional example and the third conventional example, an abnormal operation due to seizure or contact failure is caused by an increase in the number of contacts of a mechanically switchable switch and an electrically switchable relay. There is a possibility that a failure will occur, the motor current will not flow in the necessary direction, and the steering assist force will not be developed. Further, in order to construct the above-mentioned fail-safe in these conventional examples, at least the potential of each contact or the potential difference (voltage drop) between them.
It is necessary to detect and compare it with a predetermined state value.Therefore, the number of contacts of the switch or relay increases, so the number of detected potentials and potential differences increases, and at the same time, arithmetic processing for comparison is also performed. It becomes complicated, the structure becomes complicated, and the cost becomes high.

【0009】一方、前記第4従来例では、こうした問題
は比較的少ないと言えるが、ステアリングホイールに接
続された入力軸は、所謂ロック・トゥ・ロックと呼ばれ
る範囲内で数回転、回転され続ける可能性があるから、
この入力軸と共に回転するブラシをバッテリ等の外部電
源に接続させ続けるためには、当該ブラシと外部電源と
の間にスリップリング等の回転許容接点を介装する必要
があり、結果的にその分だけ接点数が増加して故障の発
生する可能性が増加すると共に、フェールセーフ構築の
ための構造が複雑化してコストも高くなる。
On the other hand, in the fourth conventional example, such a problem can be said to be relatively small, but the input shaft connected to the steering wheel can be continuously rotated for several revolutions within a so-called lock-to-lock range. Because there is
In order to keep the brush rotating with this input shaft connected to an external power source such as a battery, it is necessary to interpose a rotation allowance contact such as a slip ring between the brush and the external power source. However, the number of contacts increases and the possibility of failure increases, and the structure for fail-safe construction becomes complicated and the cost increases.

【0010】本発明は、これらの諸問題を解決すべく開
発されたものであり、パワー素子等の使用量を少なくし
てコストの低廉化を可能とすると共に、接点数を可及的
に減少させて故障の可能性を低減し、合わせて構造の簡
潔化及びコストの低廉化を促進可能な電動式パワーステ
アリング装置を提供することを目的とするものである。
The present invention was developed in order to solve these problems, and makes it possible to reduce the cost by reducing the use amount of power elements and the like, and to reduce the number of contacts as much as possible. It is therefore an object of the present invention to provide an electric power steering device that can reduce the possibility of failure and can also simplify the structure and reduce the cost.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項1に係る電動式パワーステアリ
ング装置は、ステアリングホイールに接続された入力軸
と転舵輪に接続された出力軸との間にトーションバーを
介装し、当該トーションバーに発生する入力軸及び出力
軸間の相対捩じれ量に応じて、前記出力軸に接続された
モータを駆動してその回転駆動力を操舵補助力として発
生せしめ、前記モータは少なくとも、回転方向に分割さ
れた所定の巻き方向の複数のコイル及び各コイルに接続
され且つ各コイルへの通電を切り換えるコミュテータを
備えた回転子と、前記回転子のコイルの周囲で一定方向
の磁界を付与する磁界付与手段と、前記回転子のコミュ
テータに接触して所定位置のコイルに通電するブラシと
を備えた電動式パワーステアリング装置において、前記
入力軸及び出力軸間の相対捩じれ量の増加に応じて、前
記コミュテータから通電されるコイルの電流と前記磁界
付与手段による磁界との間に発生する回転子の回転駆動
力が増加する方向に、少なくとも当該磁界付与手段に対
して前記ブラシを相対移動させるブラシ移動機構を備え
たことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to claim 1 of the present invention comprises an input shaft connected to a steering wheel and an output shaft connected to steered wheels. And a torsion bar interposed between the input shaft and the output shaft, and drives a motor connected to the output shaft according to the relative twist amount between the input shaft and the output shaft generated in the torsion bar to assist the steering of the rotational driving force. The motor includes at least a rotor provided with a commutator connected to each coil and a plurality of coils in a predetermined winding direction divided in the rotation direction, and switching the energization to each coil; An electrically driven pad including magnetic field applying means for applying a magnetic field in a fixed direction around the coil, and a brush for contacting the commutator of the rotor and energizing the coil at a predetermined position. In the steering device, the rotational driving force of the rotor generated between the current of the coil energized from the commutator and the magnetic field of the magnetic field applying means in response to an increase in the relative twist amount between the input shaft and the output shaft. Is provided with a brush moving mechanism for moving the brush relative to at least the magnetic field applying means.

【0012】また、本発明のうち請求項2に係る電動式
パワーステアリング装置は、前記回転子と前記入力軸及
び出力軸とを同軸上に配設したことを特徴とするもので
ある。また、本発明のうち請求項3に係る電動式パワー
ステアリング装置は、前記入力軸及び出力軸間の相対捩
じれ量が零又は略零であるときに、前記モータへの通電
電流を零に制御する制御装置を付加したことを特徴とす
るものである。
The electric power steering apparatus according to a second aspect of the present invention is characterized in that the rotor and the input shaft and the output shaft are arranged coaxially. The electric power steering apparatus according to claim 3 of the present invention controls the energization current to the motor to zero when the relative twist amount between the input shaft and the output shaft is zero or substantially zero. It is characterized by adding a control device.

【0013】また、本発明のうち請求項4に係る電動式
パワーステアリング装置は、前記入力軸及び出力軸間の
相対捩じれ量が零又は略零であるときに、前記ブラシが
コミュテータに接触しないように当該ブラシを案内する
ガイド機構を付加したことを特徴とするものである。
In the electric power steering apparatus according to a fourth aspect of the present invention, the brush does not come into contact with the commutator when the relative twist amount between the input shaft and the output shaft is zero or substantially zero. It is characterized in that a guide mechanism for guiding the brush is added to.

【0014】[0014]

【作用】而して、本発明のうち請求項1に係る電動式パ
ワーステアリング装置では、前記ブラシ移動機構が、前
記入力軸及び出力軸間の相対捩じれ量の増加に応じて、
例えば前記磁界付与手段による均一な磁界強度の中で、
コイルに流れる電流(電荷量)によって回転子の回転方
向への分力が大きくなる方向、即ち前記回転子の回転駆
動力が増加する方向に、前記ブラシを移動させて電流の
流れるコイルの位置を変化させることにより、当該入力
軸及び出力軸間の相対捩じれ量、即ち前記トーションバ
ーの捩じれ量であり同時にステアリングホイールに係る
操舵トルクの大きさに応じた操舵補助力を得ることがで
きる。このとき、モータ内での接点数は前記ブラシとコ
ミュテータとの接点数のみとなり、これは通常のモータ
の最小接点数であるから、機械的接点における焼付きや
接触不良等の作動異常による故障発生の可能性は最小限
に抑制される。また、故障時の作動補償(フェールセー
フ)を構築する際に検出すべき接点の電位或いは電位差
は、所謂モータ端子電位或いは電位差だけでよいから、
その分だけ当該フェールセーフの構造は簡潔になり、通
常作動時との比較判定も簡潔となり、コストも低廉化さ
れる。
Therefore, in the electric power steering apparatus according to claim 1 of the present invention, the brush moving mechanism responds to an increase in the relative twist amount between the input shaft and the output shaft.
For example, in the uniform magnetic field strength by the magnetic field applying means,
By moving the brush, the position of the coil through which the current flows is increased in the direction in which the component force in the rotating direction of the rotor increases due to the current (charge amount) flowing in the coil, that is, the direction in which the rotational driving force of the rotor increases. By changing the value, it is possible to obtain the relative twist amount between the input shaft and the output shaft, that is, the twist amount of the torsion bar, and at the same time, obtain the steering assist force according to the magnitude of the steering torque applied to the steering wheel. At this time, the number of contacts in the motor is only the number of contacts between the brush and the commutator, which is the minimum number of contacts in a normal motor. The possibility of is suppressed to a minimum. Further, the potential or the potential difference of the contact to be detected when constructing the operation compensation (fail safe) at the time of failure is only the so-called motor terminal potential or the potential difference,
To that extent, the structure of the fail-safe becomes simple, the comparison judgment with the normal operation becomes simple, and the cost is reduced.

【0015】また、本発明のうち請求項2に係る電動式
パワーステアリング装置では、例えば前記回転子を前記
入力軸又は出力軸に兼任させることにより、当該回転子
と入力軸及び出力軸とを同軸上に配設させれば、本来、
運転席の足元スペースやエンジンルーム内で、こうした
パワーステアリング装置が必要とするスペースを小さく
して、レイアウト上の自由度が向上する。
In the electric power steering apparatus according to a second aspect of the present invention, the rotor and the input shaft and the output shaft are coaxial with each other by, for example, making the rotor also serve as the input shaft or the output shaft. If placed on top,
By reducing the space required by such a power steering device in the space under the driver's seat or in the engine room, the degree of freedom in layout is improved.

【0016】また、前記入力軸及び出力軸間の相対捩じ
れ量、即ち操舵トルクが零又は略零であるときに、本発
明のうち請求項3に係る電動式パワーステアリング装置
のように、前記制御装置が前記モータへの通電電流を零
に制御するとか、本発明のうち請求項4に係る電動式パ
ワーステアリング装置のように、前記ガイド機構が、前
記ブラシを案内してコミュテータに接触しないようにす
れば、直進走行時又は近似直進走行時における不用意な
操舵補助力の発生が抑制防止され、車両の走行安定性が
確保される。また、特に前記請求項4に係る電動式パワ
ーステアリング装置では、これを機械的に達成すること
ができるから、例えば前記FET等のパワー素子の使用
量を削減することができ、その分だけコストを低廉化す
ることが可能となる。
When the relative twist amount between the input shaft and the output shaft, that is, the steering torque is zero or substantially zero, the control is performed as in the electric power steering apparatus according to claim 3 of the present invention. The device controls the current supplied to the motor to zero, or the electric power steering device according to claim 4 of the present invention is configured so that the guide mechanism guides the brush and does not contact the commutator. This prevents the generation of an inadvertent steering assist force during straight traveling or near straight traveling, and ensures traveling stability of the vehicle. Further, particularly in the electric power steering apparatus according to the fourth aspect, since this can be achieved mechanically, it is possible to reduce the amount of use of the power element such as the FET, and the cost is correspondingly reduced. It is possible to reduce the cost.

【0017】[0017]

【実施例】次いで本発明の電動式パワーステアリング装
置の第1実施例を図面に基づいて説明する。まず構成を
説明すると、図1に示すように、ステアリングホイール
1はステアリングシャフト2の上端部に連結され、当該
ステアリングシャフト2は下方に延設されている。その
ステアリングシャフト2の下端部は、後述する捩じれ量
変換部12を介してピニオンシャフト3に連結してい
る。ピニオンシャフト3の下端部、つまりピニオン3a
は、車両幅方向水平に配設されたラック4に噛合し、該
ラック4とピニオンシャフト3によってステアリングギ
アを構成している。従って、ステアリングホイール1か
らのステアリングシャフト2回りの回転運動は、ラック
4の直進運動(並進運動)に変換される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure will be described. As shown in FIG. 1, the steering wheel 1 is connected to an upper end portion of a steering shaft 2, and the steering shaft 2 extends downward. The lower end of the steering shaft 2 is connected to the pinion shaft 3 via a twist amount conversion unit 12 described later. The lower end of the pinion shaft 3, that is, the pinion 3a
Engages with a rack 4 arranged horizontally in the vehicle width direction, and the rack 4 and the pinion shaft 3 constitute a steering gear. Therefore, the rotational movement of the steering wheel 1 around the steering shaft 2 is converted into the linear movement (translational movement) of the rack 4.

【0018】そして、水平に延在するラック4の両端部
は、それぞれタイロッド5を介してナックル及び転舵輪
6に接続し、当該ラック4が水平方向に移動(並進運
動)することで左右の転舵輪6が転舵するようになって
いる。また、上記ピニオンシャフト3の上部には、減速
機を構成するリングギア11が同軸に固定され、このリ
ングギア11には、操舵補助モータ8の駆動軸9に取付
けられたピニオンギヤ10が噛合っている。なお、この
操舵補助モータ8の回転駆動力及び回転方向は、蓄電池
(バッテリ)14を電源として、前記捩じれ量変換部1
2のリングアウタギヤ21aから後述するブラシ移動機
構15に伝達されたステアリングシャフト2及びピニオ
ンシャフト3間、即ち入力軸及び出力軸間の相対捩じれ
量及びその方向に従って調整制御される。また、前記捩
じれ量変換部12、ピニオンシャフト3、ラック4、操
舵補助モータ8、ブラシ移動機構15、ピニオンギヤ1
0等は、一つのケーシング13内に内装されている。
Both ends of the horizontally extending rack 4 are connected to the knuckle and the steered wheels 6 through tie rods 5, respectively, and the rack 4 moves horizontally (translational movement) to rotate left and right. The steering wheel 6 is adapted to steer. A ring gear 11 constituting a speed reducer is coaxially fixed to the upper part of the pinion shaft 3, and a pinion gear 10 attached to a drive shaft 9 of a steering assist motor 8 meshes with the ring gear 11. There is. The rotational driving force and the rotational direction of the steering assist motor 8 are obtained by using the storage battery (battery) 14 as a power source and the twist amount conversion unit 1
Adjustment is controlled according to the relative twist amount between the steering shaft 2 and the pinion shaft 3, that is, between the input shaft and the output shaft, and the direction thereof, which is transmitted from the second ring outer gear 21a to the brush moving mechanism 15 described later. Further, the twist amount conversion unit 12, the pinion shaft 3, the rack 4, the steering assist motor 8, the brush moving mechanism 15, and the pinion gear 1 are provided.
0 and the like are installed inside one casing 13.

【0019】このケーシング13内の配置状態を図2に
示す。同図から明らかなように、ケーシング13に対し
て、夫々ベアリング51、52を介して回転自在に支持
されたステアリングシャフト2とピニオンシャフト3と
の間にはトーションバー16が介装されているが、同時
にこのトーションバー16の回りに前記捩じれ量変換部
12が配設されている。この捩じれ量変換部12は二連
の遊星歯車機構から構成され、その詳細な構成について
は後段に詳述するとして、そのステアリングシャフト2
側のリングインナギヤ(正確にはリング状のインターナ
ルギヤ(内歯歯車)である)20aの外側に形成された
リングアウタギヤ(正確にはリング状のエクスターナル
ギヤ(外歯歯車)である)21aに、前記ブラシ移動機
構15のブラシ移動用ギヤ30が噛合っている。このブ
ラシ移動用ギヤ30は、前記操舵補助モータ8の駆動軸
9に対してベアリング53を介して回転自在に支持され
ており、本実施例ではこのブラシ移動用ギヤ30のモー
タ側面のうち、当該ギヤ30の直径方向に対向する位置
に、絶縁体からなる一対のブラシホルダ31a,31b
が立設され、それら各ブラシホルダ31a,31bの対
向面から内側に向けてブラシ32a,32bが突設さ
れ、各ブラシ32a,32bは外部電源であるバッテリ
14の各電極に、伸縮可能な弾性配線33a,33bを
介して接続されている。
The arrangement of the casing 13 is shown in FIG. As is clear from the figure, a torsion bar 16 is interposed between the steering shaft 2 and the pinion shaft 3 which are rotatably supported by the casing 13 via bearings 51 and 52, respectively. At the same time, the twist amount converter 12 is arranged around the torsion bar 16. The twist amount conversion unit 12 is composed of two planetary gear mechanisms, and the steering shaft 2 of the planetary gear mechanism will be described in detail later.
Side ring inner gear (to be exact, a ring-shaped internal gear (internal gear)) 20a formed outside the ring outer gear (to be exact, a ring-shaped external gear (external gear)) The brush moving gear 30 of the brush moving mechanism 15 is engaged with 21a. The brush moving gear 30 is rotatably supported on the drive shaft 9 of the steering assist motor 8 via a bearing 53. A pair of brush holders 31a and 31b made of an insulating material are provided at positions facing each other in the diametrical direction of the gear 30.
Are provided upright, and brushes 32a, 32b project inwardly from the facing surfaces of the brush holders 31a, 31b. The brushes 32a, 32b are elastically expandable and contractible to the electrodes of the battery 14 which is an external power source. It is connected via wirings 33a and 33b.

【0020】 一方、前記操舵補助モータ8の駆動軸9
の回りには回転子17が形成されている。本実施例の回
転子17は、前記ケーシング13に対してベアリング5
4,55を介して回転自在に支持されている駆動軸9の
回りで8分割され且つ直径方向に対向するものは単一の
巻線で構成されたコイル34a〜34h(図2ではその
内の四つのコイル34a〜34dを図示している)と、
前記直径方向に対向する各コイルの巻線端部が接続され
た8分割のコミュテータ35a〜35h(図2ではその
内の四つのコミュテータ35a〜35dを図示してい
る)とを備え、そのうちの直径方向に対向する何れか二
つのコミュテータ35a〜35dが前記一対のブラシ3
2a,32bの何れかに常時接触している。また、前記
コイル34a〜34hの外周で回転子17の直径方向に
対向し且つケーシング13の内側には対をなす永久磁石
(磁界付与手段)36N,36Sが配設され、前記回転
子17に対して一定の磁界を付与している。なお、本実
施例の実際の前記ブラシ32a,32bは図2の図示と
異なり、前記トーションバー16の捩じれの発生してい
ない状態、即ちステアリングホイール1に操舵トルクが
係らず、ステアリングシャフト2とピニオンシャフト3
との間に相対捩じれのない状態では、前記永久磁石36
N,36Sの対向方向と直交する方向に対向配置されて
いる。また、前記各コイル34a〜34hの巻線は同一
とする。
On the other hand, the drive shaft 9 of the steering assist motor 8
A rotor 17 is formed around the. The rotor 17 of this embodiment has a bearing 5 with respect to the casing 13.
Those which are divided into eight around the drive shaft 9 which is rotatably supported via 4, 55 and which face each other in the diametrical direction are coils 34a to 34h (in FIG. Four coils 34a-34d are shown),
Eight-divided commutators 35a to 35h (four commutators 35a to 35d among them are shown in FIG. 2) to which the winding ends of the coils facing each other in the diametrical direction are connected, Any two commutators 35a to 35d facing each other in the direction are provided in the pair of brushes 3
It is always in contact with either 2a or 32b. Further, permanent magnets (magnetic field applying means) 36N and 36S forming a pair are arranged inside the casing 13 so as to be opposed to each other on the outer circumference of the coils 34a to 34h in the diametrical direction of the rotor 17 and to the rotor 17. A constant magnetic field is applied. The actual brushes 32a and 32b of this embodiment are different from those shown in FIG. 2 in a state in which the torsion bar 16 is not twisted, that is, the steering torque is not applied to the steering wheel 1 and the steering shaft 2 and the pinion. Shaft 3
In the state where there is no relative twist between the permanent magnet 36 and
N and 36S are arranged to face each other in a direction orthogonal to the facing direction. The windings of the coils 34a to 34h are the same.

【0021】次に、前記捩じり量変換部12の構成につ
いて図3を用いながら説明する。この捩じり量変換部1
2は、ステアリングシャフト2とピニオンシャフト3と
の間に、二つの遊星歯車機構を直列に併設して構成され
るが、このうち図3から明らかなように、ステアリング
シャフト2側の遊星歯車機構の各構成部材にはaを、ピ
ニオンシャフト3側の遊星歯車機構の各構成部材にはb
を、夫々添字として各遊星歯車機構を構成する部材に附
してある。ここで、ステアリングシャフト2は、当該ス
テアリングシャフト側のキャリア22aと一体になって
おり、当該キャリア22aは3個のプラネットギヤ23
aを支持し、各プラネットギヤ22aがリングインナギ
ヤ20a及びサンギヤ24に噛合っている。一方、ピニ
オンシャフト3も同様に、当該ピニオンシャフト側のキ
ャリア22bと一体になっており、当該キャリア22b
は3個のプラネットギヤ23bを支持し、各プラネット
ギヤ23bがリング(インナ)ギヤ20b及びサンギヤ
24に噛合っている。そして、二つの遊星歯車機構のサ
ンギヤ24は一体となって両者を連結し、本実施例では
ピニオンシャフト3の外周に回転自在に被嵌されてい
る。更に、ピニオンシャフト3側のリング(インナ)ギ
ヤ20bはケーシング13に対して固定されている。
Next, the structure of the twist amount conversion unit 12 will be described with reference to FIG. This twist amount conversion unit 1
2, the two planetary gear mechanisms are arranged side by side in series between the steering shaft 2 and the pinion shaft 3. Of these, as is apparent from FIG. 3, the planetary gear mechanism on the steering shaft 2 side is A for each component and b for each component of the planetary gear mechanism on the pinion shaft 3 side.
Are attached as subscripts to the members constituting each planetary gear mechanism. Here, the steering shaft 2 is integrated with a carrier 22a on the side of the steering shaft, and the carrier 22a includes three planet gears 23.
Each planet gear 22a supports the ring inner gear 20a and the sun gear 24. On the other hand, similarly, the pinion shaft 3 is also integrated with the carrier 22b on the pinion shaft side.
Supports three planet gears 23b, and each planet gear 23b meshes with the ring (inner) gear 20b and the sun gear 24. The two sun gears 24 of the planetary gear mechanism are integrally connected to each other, and are rotatably fitted to the outer periphery of the pinion shaft 3 in this embodiment. Further, the ring (inner) gear 20 b on the pinion shaft 3 side is fixed to the casing 13.

【0022】次に、前記ケーシング13内の構成、即ち
前記トーションバー16を含む捩じれ量変換部12,ブ
ラシ移動機構15,操舵補助モータ8,ピニオンギヤ1
0及びリングギヤ11等の作用について図4を用いなが
ら説明する。この図4は前記ケーシング13内の各構成
を模式化したものであるが、説明の都合上、例えば前記
ブラシ移動機構15と操舵補助モータ8とのレイアウト
を逆転して操舵補助モータ8をピニオンギヤ10側に配
置する。また、前記ステアリングシャフト側の遊星歯車
機構のリングアウタギヤ21aの外径とブラシ移動用ギ
ヤ30の外径とを同等に描く。また、本来減速機である
ピニオンギヤ10とリングギヤ11では、ピニオンギヤ
10の外径の方がリングギヤ11の外径よりも小さくな
ければならないが、図4では両者を同等に描くこととす
る。また、実際には回転子17として回転移動してしま
う各コイル及びコミュテータの符号は、前述のように8
分割された各位置に存在するコイル及びコミュテータに
与えられるものとする。
Next, the structure inside the casing 13, that is, the twist amount conversion portion 12 including the torsion bar 16, the brush moving mechanism 15, the steering assist motor 8, the pinion gear 1
The operation of the 0 and the ring gear 11 will be described with reference to FIG. Although FIG. 4 is a schematic diagram of each configuration in the casing 13, for convenience of description, for example, the layout of the brush moving mechanism 15 and the steering assist motor 8 is reversed to cause the steering assist motor 8 to move to the pinion gear 10. Place on the side. Further, the outer diameter of the ring outer gear 21a of the planetary gear mechanism on the steering shaft side and the outer diameter of the brush moving gear 30 are drawn equally. Further, in the pinion gear 10 and the ring gear 11, which are originally reduction gears, the outer diameter of the pinion gear 10 must be smaller than the outer diameter of the ring gear 11, but both are drawn equally in FIG. In addition, the reference numerals of the coils and commutators that actually rotate as the rotor 17 are 8 as described above.
It shall be given to the coil and commutator existing at each divided position.

【0023】そして、図4aのようにステアリングホイ
ール1に操舵トルクが加わっていない場合は、トーショ
ンバー16に捩じれが発生しないから、前記二つの遊星
歯車機構の各部材(ギヤ)は初期設定された状態にあ
り、この状態で前記ブラシ移動用ギヤ30上のブラシホ
ルダ31a,31bは図示の位置にあり、その結果、両
ブラシ32a,32bは、前記対をなす永久磁石36
N,36Sの対向方向と直交方向に存在するコミュテー
タ、具体的にはバッテリ14の高電位側電極(以下、単
に正極とも記す)に接続されたブラシ32aが図示最上
方のコミュテータ35aに接触し、バッテリ14の低電
位側電極(以下、単に負極とも記す)に接続されたブラ
シ32bが図示最下方のコミュテータ35eに接触し、
これにより前記図示最上方のコミュテータ35aに接続
された最上方のコイル34aには図示のように紙面向こ
う側に電流が流れ、前記図示最下方のコミュテータ35
eに接続された最下方のコイル34eには図示のように
紙面手前側に電流が流れたものとする。一方、前記回転
子17の外側で対向する永久磁石36N,36Sによ
り、当該回転子17の各コイル34a〜34hの近傍に
は図示の左方から右方に向かう矢印α方向に均一な磁界
が付与されているものとする。従って、所謂フレミング
の左手則に従って前記最上方のコイル34a又はその近
傍には、駆動軸9の軸心を通り且つ図示の直下方に向か
う電磁力Faが作用し、前記最下方のコイル34e又は
その近傍には、駆動軸9の軸心を通り且つ図示の直上方
に向かう電磁力Fbが作用するが、巻数の等しいコイル
34aとコイル34eとに均一磁界,同一電流(電荷
量)で発生する電磁力Fa,Fbの大きさは等しく、作
用線が同じで逆向きであるから、両電磁力Fa,Fbは
互いに相殺し、また駆動軸9の軸心に向かう各電磁力F
a,Fbには本来的に回転子17の回転方向への分力は
ないから、結果的に駆動軸9,ピニオンギヤ10及びリ
ングギヤ11に回転駆動力が伝達されることはなく、操
舵補助力も発現されない。
When no steering torque is applied to the steering wheel 1 as shown in FIG. 4A, the torsion bar 16 is not twisted, so that each member (gear) of the two planetary gear mechanisms is initialized. In this state, the brush holders 31a and 31b on the brush moving gear 30 are in the positions shown in the figure, and as a result, both brushes 32a and 32b are moved to the pair of permanent magnets 36.
The commutator existing in the direction orthogonal to the facing direction of N and 36S, specifically, the brush 32a connected to the high-potential side electrode (hereinafter, also simply referred to as the positive electrode) of the battery 14 comes into contact with the uppermost commutator 35a in the drawing, The brush 32b connected to the low potential side electrode (hereinafter, also simply referred to as a negative electrode) of the battery 14 comes into contact with the commutator 35e at the lowermost portion in the drawing,
As a result, a current flows through the uppermost coil 34a connected to the uppermost commutator 35a in the figure toward the other side of the drawing as shown in the figure, and the lowermost commutator 35 in the figure is shown.
It is assumed that a current flows through the lowermost coil 34e connected to e as shown in the drawing on the front side of the drawing. On the other hand, by the permanent magnets 36N and 36S facing each other outside the rotor 17, a uniform magnetic field is applied in the vicinity of the coils 34a to 34h of the rotor 17 in the arrow α direction from left to right in the figure. It has been done. Therefore, in accordance with the so-called Fleming's left-hand rule, an electromagnetic force Fa that passes through the axis of the drive shaft 9 and goes directly downward in the figure acts on the uppermost coil 34a or in the vicinity thereof, and the lowermost coil 34e or the lowermost coil 34e. In the vicinity, an electromagnetic force Fb that passes through the axis of the drive shaft 9 and goes directly upward in the figure acts, but an electromagnetic field generated by a uniform magnetic field and the same current (charge amount) in the coils 34a and 34e having the same number of turns. Since the magnitudes of the forces Fa and Fb are the same and the lines of action are the same but opposite to each other, the electromagnetic forces Fa and Fb cancel each other out, and the electromagnetic forces F toward the axis of the drive shaft 9 are also cancelled.
Since a and Fb originally have no component force in the rotation direction of the rotor 17, as a result, the rotational drive force is not transmitted to the drive shaft 9, the pinion gear 10 and the ring gear 11, and the steering assist force is also expressed. Not done.

【0024】この状態から、図4bに示すようにステア
リングホイール1を右方向に回転する右操舵状態になる
と、タイヤ負荷等によってピニオンシャフト3が回転で
きない或いは回転しにくい状態で、トーションバー16
には、前記ステアリングホイール1に加えられる操舵ト
ルクの大きさと等価な捩じれが生じ、ステアリングシャ
フト2は右方向に回転する。一方、これに対して前記サ
ンギヤ24は回転しない或いは遅れて回転するから、前
記ステアリングシャフト2に連結されたプラネットギヤ
23aは、前記トーションバー16の捩じれ量だけ、同
図の矢印方向に自転しながら公転し、そのリングインナ
ギヤ20a及びリングアウタギヤ21aは、矢印の右方
向に回転する。これにより、前記リングアウタギヤ21
aに噛合っている前記ブラシ移動用ギヤ30は図示の矢
印左方向に回転し、当該ブラシ移動用ギヤ30上のブラ
シホルダ31a,31bは、前記駆動軸9の軸心を中心
として図示の反時計回りに約45度程度回転し、その結
果、前記バッテリ14の正極に接続されたブラシ32a
は図示左上方のコミュテータ35hに接触し、バッテリ
14の負極に接続されたブラシ32bが図示右下方のコ
ミュテータ35dに接触し、これにより前記図示左上方
のコイル34hには図示のように紙面向こう側に電流が
流れ、前記図示右下方のコイル34dには図示のように
紙面手前側に電流が流れたものとする。ここでも、前記
永久磁石36N,36Sによる磁界は矢印α方向に均一
であるとすると、前記左上方のコイル34h又はその近
傍には、駆動軸9の軸心を通らず且つ図示の直下方に向
かう電磁力Faが作用し、前記右下方のコイル34d又
はその近傍には、駆動軸9の軸心を通らず且つ図示の直
上方に向かう電磁力Fbが作用する。このときも、両電
磁力Fa,Fbの大きさは等しいが、これらの電磁力F
a,Fbは互いに作用線が異なり且つ逆向きであるか
ら、回転子17の回転方向への各電磁力Fa,Fbの分
力を偶力として、駆動軸9の軸心回りには左回りのモー
メントが発生し、このモーメントが回転駆動力として駆
動軸9及びピニオンギヤ10を矢印の左回転し、同時に
リングギヤ11及びピニオンシャフト3を右回転させて
操舵補助力が発現される。なお、これに伴ってピニオン
シャフト3側のプラネットギヤ23bが右方向に自転し
ながら公転すると、サンギヤ24は相対的に左回転し、
それによりステアリングシャフト2側のプラネットギヤ
23aは左方向に自転しながら公転するために、そのリ
ングインナギヤ20a及びリングアウタギヤ21aも左
方向に回転し、トーションバー16の捩じれ量が零とな
ると、各遊星歯車機構の各構成部材は前記図4aの状態
に復帰する。
From this state, when the steering wheel 1 is rotated to the right as shown in FIG. 4b, the torsion bar 16 is rotated in a state where the pinion shaft 3 cannot rotate or is difficult to rotate due to tire load or the like.
Is twisted, which is equivalent to the magnitude of the steering torque applied to the steering wheel 1, and the steering shaft 2 rotates to the right. On the other hand, since the sun gear 24 does not rotate or rotates with a delay, the planet gear 23a connected to the steering shaft 2 rotates by the amount of twist of the torsion bar 16 in the direction of the arrow in FIG. The ring inner gear 20a and the ring outer gear 21a revolve, and rotate in the right direction of the arrow. As a result, the ring outer gear 21
The brush moving gear 30 meshing with a rotates in the leftward direction of the arrow in the drawing, and the brush holders 31a and 31b on the brush moving gear 30 rotate in the opposite direction of the drawing around the axis of the drive shaft 9. It rotates about 45 degrees clockwise, and as a result, the brush 32a connected to the positive electrode of the battery 14
Is in contact with the commutator 35h in the upper left of the figure, and the brush 32b connected to the negative electrode of the battery 14 is in contact with the commutator 35d in the lower right of the figure. It is assumed that a current flows through the coil 34d on the lower right side of the drawing as shown in the drawing. Also here, assuming that the magnetic fields generated by the permanent magnets 36N and 36S are uniform in the direction of the arrow α, the coil 34h on the upper left side or in the vicinity thereof does not pass through the axis of the drive shaft 9 and goes directly below in the drawing. An electromagnetic force Fa acts, and an electromagnetic force Fb that does not pass through the axis of the drive shaft 9 and goes directly upward in the drawing acts on the coil 34d on the lower right side or in the vicinity thereof. Even at this time, the magnitudes of both electromagnetic forces Fa and Fb are equal, but these electromagnetic forces F
The action lines of a and Fb are different from each other and opposite to each other. Therefore, the component force of each electromagnetic force Fa and Fb in the rotation direction of the rotor 17 is used as a couple force and the counterclockwise rotation is performed around the axis of the drive shaft 9. A moment is generated, and this moment rotates the drive shaft 9 and the pinion gear 10 counterclockwise as an arrow as a rotational driving force, and at the same time, rotates the ring gear 11 and the pinion shaft 3 clockwise, so that a steering assist force is generated. When the planet gear 23b on the side of the pinion shaft 3 revolves while rotating rightward along with this, the sun gear 24 relatively rotates counterclockwise,
As a result, the planet gear 23a on the steering shaft 2 side revolves while rotating leftward, so that the ring inner gear 20a and the ring outer gear 21a also rotate leftward, and the torsion amount of the torsion bar 16 becomes zero. Each component of each planetary gear mechanism returns to the state of FIG. 4a.

【0025】また前記中立状態から、図4cに示すよう
にステアリングホイール1を左方向に回転する左操舵状
態になると、トーションバー16には、前記ステアリン
グホイール1に加えられる操舵トルクの大きさと等価な
捩じれが生じ、ステアリングシャフト2は左方向に回転
する。一方、これに対して前記サンギヤ24は回転しな
い或いは遅れて回転するから、前記ステアリングシャフ
ト2に連結されたプラネットギヤ23aは、前記トーシ
ョンバー16の捩じれ量だけ、同図の矢印方向に自転し
ながら公転し、そのリングインナギヤ20a及びリング
アウタギヤ21aは、矢印の左方向に回転する。これに
より、前記リングアウタギヤ21aに噛合っている前記
ブラシ移動用ギヤ30は図示の矢印右方向に回転し、当
該ブラシ移動用ギヤ30上のブラシホルダ31a,31
bは、前記駆動軸9の軸心を中心として図示の時計回り
に約45度程度回転し、その結果、前記バッテリ14の
正極に接続されたブラシ32aは図示右上方のコミュテ
ータ35bに接触し、バッテリ14の負極に接続された
ブラシ32bが図示左下方のコミュテータ35fに接触
し、これにより前記図示右上方のコイル34bには図示
のように紙面向こう側に電流が流れ、前記図示左下方の
コイル34fには図示のように紙面手前側に電流が流れ
たものとする。ここでも、前記永久磁石36N,36S
による磁界は矢印α方向に均一であるとすると、前記右
上方のコイル34b又はその近傍には、駆動軸9の軸心
を通らず且つ図示の直下方に向かう電磁力Faが作用
し、前記左下方のコイル34f又はその近傍には、駆動
軸9の軸心を通らず且つ図示の直上方に向かう電磁力F
bが作用する。このときも、両電磁力Fa,Fbの大き
さは等しいが、これらの電磁力Fa,Fbは互いに作用
線が異なり且つ逆向きであるから、回転子17の回転方
向への各電磁力Fa,Fbの分力を偶力として、駆動軸
9の軸心回りには右回りのモーメントが発生し、このモ
ーメントが回転駆動力として駆動軸9及びピニオンギヤ
10を矢印の右回転し、同時にリングギヤ11及びピニ
オンシャフト3を左回転させて操舵補助力が発現され
る。なお、これに伴ってピニオンシャフト3側のプラネ
ットギヤ23bが左方向に自転しながら公転すると、サ
ンギヤ24は相対的に右回転し、それによりステアリン
グシャフト2側のプラネットギヤ23aは右方向に自転
しながら公転するために、そのリングインナギヤ20a
及びリングアウタギヤ21aも右方向に回転し、トーシ
ョンバー16の捩じれ量が零となると、各遊星歯車機構
の各構成部材は前記図4aの状態に復帰する。
When the steering wheel 1 is rotated to the left as shown in FIG. 4c from the neutral state to the left steering state, the torsion bar 16 is equivalent to the magnitude of the steering torque applied to the steering wheel 1. Twisting occurs and the steering shaft 2 rotates to the left. On the other hand, since the sun gear 24 does not rotate or rotates with a delay, the planet gear 23a connected to the steering shaft 2 rotates by the amount of twist of the torsion bar 16 in the direction of the arrow in FIG. Revolving, the ring inner gear 20a and the ring outer gear 21a rotate in the left direction of the arrow. As a result, the brush moving gear 30 meshing with the ring outer gear 21a rotates in the right direction of the arrow in the drawing, and the brush holders 31a, 31 on the brush moving gear 30 are rotated.
b rotates about 45 degrees clockwise in the figure around the axis of the drive shaft 9, and as a result, the brush 32a connected to the positive electrode of the battery 14 contacts the commutator 35b in the upper right of the figure, The brush 32b connected to the negative electrode of the battery 14 comes into contact with the commutator 35f at the lower left of the drawing, whereby a current flows through the coil 34b at the upper right of the drawing toward the other side of the drawing as shown in the drawing, and the coil at the lower left of the drawing. It is assumed that a current flows through 34f on the front side of the drawing as shown in the figure. Again, the permanent magnets 36N, 36S
Assuming that the magnetic field due to is uniform in the direction of the arrow α, an electromagnetic force Fa that does not pass through the axis of the drive shaft 9 and goes directly downward in the figure acts on the coil 34b on the upper right side or in the vicinity thereof, and The electromagnetic force F that does not pass through the axis of the drive shaft 9 and goes directly above in the drawing is applied to the one coil 34f or in the vicinity thereof.
b acts. Even at this time, the magnitudes of the two electromagnetic forces Fa and Fb are equal, but since the lines of action of the electromagnetic forces Fa and Fb are different from each other and opposite to each other, the electromagnetic forces Fa and Fb in the rotation direction of the rotor 17 are the same. A clockwise moment is generated around the axis of the drive shaft 9 by using the component force of Fb as a couple, and this moment rotates the drive shaft 9 and the pinion gear 10 rightward as an arrow as a rotational drive force, and at the same time, the ring gear 11 and The steering assist force is developed by rotating the pinion shaft 3 counterclockwise. When the planet gear 23b on the side of the pinion shaft 3 revolves while revolving to the left while revolving, the sun gear 24 rotates relatively to the right, whereby the planet gear 23a on the side of the steering shaft 2 rotates to the right. While revolving, the ring inner gear 20a
Also, the ring outer gear 21a also rotates to the right, and when the torsion amount of the torsion bar 16 becomes zero, each component of each planetary gear mechanism returns to the state shown in FIG. 4a.

【0026】次に、本実施例の前記各操舵状態における
操舵トルクと操舵補助力との関係について図5を用いな
がら説明する。この図5は、前記図4における操舵補助
モータ8とバッテリ14だけを抜粋したものであるが、
同図5aは同図4bと同じ状態を示し、その作用の経緯
については前述と同様であるためにその詳細な説明を省
略し、ここではこのときに発生する前記電磁力Fa,F
bの各分力に着目する。なお、同図5aは右操舵トルク
が中程度であるものとする。このように、前記図示左上
方のコイル34hに作用する電磁力Fa及び図示右下方
のコイル34dに作用する電磁力Fbが、各コイル34
h,34d及び駆動軸9の軸心を通る直径方向と約45
度程度をなすとき、その直径方向分力FaD ,FbD
円周方向分力FaC ,FbC とは同等又はほぼ同等に分
割され、このうちの直径方向分力FaD ,FbD は互い
に作用線が同じで逆向きであることから相殺され、残る
円周方向分力FaC ,FbC を偶力として前述のように
駆動軸9回りに右回りのモーメントが作用し、これが前
記回転駆動力となるから、このときの操舵補助力である
回転駆動力は、前記電磁力Fa,Fbの円周方向分力F
C ,FbC に比例することが分かる。
Next, the relationship between the steering torque and the steering assist force in each of the steering states of this embodiment will be described with reference to FIG. 5 shows only the steering assist motor 8 and the battery 14 in FIG. 4,
5A shows the same state as FIG. 4B, and the details of its operation are the same as those described above, so a detailed description thereof will be omitted. Here, the electromagnetic forces Fa, F generated at this time are omitted.
Pay attention to each component of b. In FIG. 5a, the right steering torque is assumed to be medium. In this way, the electromagnetic force Fa acting on the coil 34h on the upper left side in the figure and the electromagnetic force Fb acting on the coil 34d on the lower right side in the figure are generated by the respective coils 34h.
h, 34d and the diametrical direction passing through the axis of the drive shaft 9 and about 45
When the degree is made, the diametrical force components Fa D , Fb D and the circumferential force components Fa C , Fb C are divided into equal or almost equal parts. Of these, the diametrical force components Fa D , Fb D are Since the lines of action are the same but opposite to each other, they are offset, and the remaining circumferential component components Fa C and Fb C are used as couples, and a clockwise moment acts around the drive shaft 9 as described above. Since it becomes the driving force, the rotational driving force that is the steering assist force at this time is the circumferential component force F of the electromagnetic forces Fa and Fb.
It can be seen that it is proportional to a C and Fb C.

【0027】ところで、同じ右操舵状態であっても、前
記ステアリングホイール1に加えられる操舵トルクが大
きくなると、前記トーションバー16に発生する捩じれ
量も大きくなり、本実施例では前記ステアリングシャフ
ト2に連結されたプラネットギヤ23aは大きく且つ速
く自転しながら公転し、そのリングインナギヤ20a及
びリングアウタギヤ21aも大きく且つ速く回転する。
従って、前記リングアウタギヤ21aに噛合っている前
記ブラシ移動用ギヤ30も大きく且つ速く回転し、その
結果、図5bに示すように前記バッテリ14の正極に接
続されたブラシ32aは図示最左方のコミュテータ35
gに接触し、バッテリ14の負極に接続されたブラシ3
2bが図示最右方のコミュテータ35cに接触し、これ
により前記図示最左方のコイル34gには図示のように
紙面向こう側に電流が流れ、前記図示最右方のコイル3
4cには図示のように紙面手前側に電流が流れたものと
する。ここでも、前記永久磁石36N,36Sによる磁
界は矢印α方向に均一であるとすると、前記最左方のコ
イル34g又はその近傍には、駆動軸9の軸心を通らず
且つ図示の直下方に向かう電磁力Faが作用し、前記最
右方のコイル34c又はその近傍には、駆動軸9の軸心
を通らず且つ図示の直上方に向かう電磁力Fbが作用す
る。このとき、両電磁力Fa,Fbからは前述のような
直径方向分力FaD ,FbD が分割されないから、各電
磁力Fa,Fbそのものが円周方向分力FaC ,FbC
となる。このときの円周方向分力FaC ,FbC は、前
記図5aに示す電磁力Fbが直径方向と約45度程度を
なすときの円周方向分力FaC,FbC に比して明らか
に大きいから、この円周方向分力FaC ,FbC を偶力
として前述のように駆動軸9回りに作用する右回りのモ
ーメント、即ち操舵補助力となる回転駆動力は、前記電
磁力Fa,Fbの円周方向分力FaC ,FbC の増大に
比例して増大することが分かる。
By the way, even in the same right steering state, when the steering torque applied to the steering wheel 1 increases, the amount of twist generated in the torsion bar 16 also increases, and in the present embodiment, it is connected to the steering shaft 2. The planet gear 23a thus rotated revolves while rotating large and fast, and the ring inner gear 20a and the ring outer gear 21a thereof also rotate large and fast.
Therefore, the brush moving gear 30 meshing with the ring outer gear 21a also rotates largely and quickly, and as a result, the brush 32a connected to the positive electrode of the battery 14 is at the leftmost position in the figure as shown in FIG. 5b. Commutator 35
brush 3 that contacts g and is connected to the negative electrode of the battery 14.
2b comes into contact with the commutator 35c on the rightmost side in the drawing, whereby a current flows through the coil 34g on the leftmost side in the drawing on the other side of the drawing as shown in the drawing, and the coil 3 on the rightmost side in the drawing
It is assumed that an electric current flows through 4c on the front side of the drawing as shown in the figure. Also here, assuming that the magnetic fields generated by the permanent magnets 36N and 36S are uniform in the direction of the arrow α, the leftmost coil 34g or its vicinity does not pass through the axis of the drive shaft 9 and is located directly below in the drawing. An electromagnetic force Fa that acts is applied, and an electromagnetic force Fb that does not pass through the axis of the drive shaft 9 and that is directed directly above in the figure acts on the rightmost coil 34c or in the vicinity thereof. At this time, since the diametrical force components Fa D and Fb D as described above are not split from the two electromagnetic forces Fa and Fb, the electromagnetic force components Fa and Fb themselves are circumferential force components Fa C and Fb C.
Becomes Circumferential component force Fa C at this time, Fb C is circumferential component force Fa C when the electromagnetic force Fb shown in FIG. 5a forms an approximately diameter direction about 45 degrees, obviously compared to Fb C Therefore, the clockwise moment acting around the drive shaft 9 as described above, that is, the rotational driving force serving as the steering assisting force, using the circumferential component forces Fa C and Fb C as couples, is the electromagnetic force Fa. , Fb increase in proportion to the circumferential component components Fa C and Fb C.

【0028】ここでは、操舵トルクが零である場合,右
操舵トルクが中程度である場合,右操舵トルクが更に大
きい場合の夫々を、断片的に説明したが、前記永久磁石
36N,36Sに対するブラシ32a,32bの相対移
動は、当該操舵トルクの大きさと方向に応じて連続的に
発生することを考え合わせると、操舵補助モータ8から
の回転駆動力、つまり操舵補助力は操舵トルクの増大に
伴って余弦曲線的に連続して増大することが分かり、そ
の発生方向は操舵トルクの方向と強制的に一致されるか
ら、機械的スイッチや電気的リレーによる接点の切換え
やFET等のパワー素子によるモータ電流制御も必要な
く、その分だけ構造が簡潔でコストを低廉化することが
できる。また、前記ブラシ32a,32bの最大移動
量、具体的には駆動軸9の軸心を中心とする最大回転角
は、想定される運転者の最大操舵トルク、トーションバ
ー16の横弾性係数及び断面二次極モーメント、捩じり
量変換部12における遊星歯車機構の減速比、リングア
ウタギヤ21aとブラシ移動用ギヤ30とのギヤ比、所
望される操舵補助力に対するモータの回転駆動力の比に
応じたピニオンギヤ10とリングギヤ11との減速比、
設定されるモータの回転駆動力に応じた磁石の極数とブ
ラシ数などから適宜に設定することができるから、例え
ば何れかブラシの左右両方向への最大回転角が180°
より小さくなるようにすれば、当該ブラシとケーシング
との間の配線には、前述のような弾性配線を用いること
で、各ブラシの変位を許容することができ、スリップリ
ング等の特別な回転許容接点を用いる必要はない。従っ
て、本実施例の電動式パワーステアリング装置の接点数
は、通常のモータのブラシ−コミュテータ間の接点数と
同等であり、その分だけ焼付きや接触不良等の故障発生
を抑制防止することができる。
Here, the steering torque is zero, the right steering torque is medium, and the right steering torque is larger, respectively, but the brushes for the permanent magnets 36N and 36S are described in a fragmentary manner. Considering that the relative movement of 32a and 32b continuously occurs according to the magnitude and direction of the steering torque, the rotational driving force from the steering assist motor 8, that is, the steering assist force, is increased as the steering torque increases. It can be seen that it increases continuously in a cosine curve, and the direction of its occurrence is forcibly matched with the direction of the steering torque. Therefore, switching of contacts by a mechanical switch or electrical relay or a motor by a power element such as FET No current control is required, and the structure can be simplified and the cost can be reduced accordingly. In addition, the maximum movement amount of the brushes 32a and 32b, specifically, the maximum rotation angle around the shaft center of the drive shaft 9, is assumed to be the maximum steering torque of the driver, the lateral elastic coefficient of the torsion bar 16, and the cross section. The secondary polar moment, the reduction ratio of the planetary gear mechanism in the twist amount conversion unit 12, the gear ratio between the ring outer gear 21a and the brush moving gear 30, and the ratio of the rotational driving force of the motor to the desired steering assist force. The corresponding reduction ratio between the pinion gear 10 and the ring gear 11,
Since the number of poles of the magnet and the number of brushes can be appropriately set according to the set rotational driving force of the motor, for example, the maximum rotation angle of either brush in the left and right directions is 180 °.
If it is made smaller, by using the elastic wiring as described above for the wiring between the brush and the casing, the displacement of each brush can be allowed, and the special rotation allowance of the slip ring or the like can be allowed. There is no need to use contacts. Therefore, the number of contacts of the electric power steering apparatus of the present embodiment is equal to the number of contacts between the brush and commutator of a normal motor, and it is possible to prevent the occurrence of failures such as seizure and contact failure by the corresponding amount. it can.

【0029】次に、本発明の電動式パワーステアリング
装置の第2実施例を図6,図7に従って説明する。本実
施例の電動式パワーステアリング装置の構成部材のう
ち、前記第1実施例のそれと同等又はほぼ同等であるも
のには同一の符号を附し、その詳細な説明を省略する。
そして、より具体的には図6に示すように前述したよう
な減速機を削除して操舵補助モータ8の駆動軸9をピニ
オンシャフト3と直結し或いは両者を兼任させ、後述す
る操舵補助モータ8のブラシを移動させるブラシ移動機
構と入出力軸間の相対捩じれ量を変換する捩じれ量変換
部とを相対捩じれ量変換部兼ブラシ移動機構115に兼
任させ、この相対捩じれ量変換部兼ブラシ移動機構11
5を操舵補助モータ8の入力側に直列に、より具体的に
は同軸上の配置させてある。そして、前記第1実施例と
同様に、前記相対捩じれ量変換部兼ブラシ移動機構11
5、操舵補助モータ8、ピニオンシャフト3、ラック4
等は一つのケーシング内に収納されているが、このケー
シングの形状は前記第1実施例のそれと明らかに異なる
ために、本実施例のケーシングには異なる符号“11
3”を付す。
Next, a second embodiment of the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. Among the constituent members of the electric power steering apparatus of the present embodiment, those which are the same as or substantially the same as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
More specifically, as shown in FIG. 6, the above-described speed reducer is removed and the drive shaft 9 of the steering assist motor 8 is directly connected to the pinion shaft 3 or serves both as the steering shaft and the steering assist motor 8 described later. The brush moving mechanism for moving the brush and the twist amount converting unit for converting the relative twist amount between the input and output shafts are assigned to the relative twist amount converting unit and the brush moving mechanism 115, and the relative twist amount converting unit and the brush moving mechanism are combined. 11
5 is arranged in series with the input side of the steering assist motor 8, more specifically, coaxially. Then, as in the case of the first embodiment, the relative twist amount conversion unit / brush movement mechanism 11 is used.
5, steering assist motor 8, pinion shaft 3, rack 4
Etc. are housed in a single casing. However, since the shape of this casing is obviously different from that of the first embodiment, the reference numeral “11” is different for the casing of this embodiment.
Add 3 ".

【0030】このケーシング113内の配置状態を図7
に示す。前述のように操舵補助モータ8の駆動軸9とし
て兼任されるピニオンシャフト3はベアリング52を介
して、ステアリングシャフト2は前記第1実施例と同様
にベアリング51を介して、夫々ケーシング113に対
して回転自在に支持されており、両者はトーションバー
16を介して連結されている。そして、このトーション
バー16の回りに前記捩じれ量変換部兼ブラシ移動機構
115が配設されている。このうち、捩じれ量変換部に
相当する構成は、前記第1実施例と同様に二連の遊星歯
車機構から構成されているが、具体的にはステアリング
シャフト2側のリングインナギヤ20aとピニオンシャ
フト3側のリングインナギヤ20bの構成が、前記第1
実施例のそれと異なっている。即ち、前記ステアリング
シャフト2側のリングインナギヤ20aには、第1実施
例のようなリングアウタギヤが形成されておらず、当該
リングインナギヤ20aはケーシング113に固定され
ている。一方、ピニオンシャフト3側のリングインナギ
ヤ20bは、そのブランク(素材)が円筒状に形成さ
れ、そのステアリングシャフト2側端部内面にリングイ
ンナギヤとしての歯車が形成されており、そのピニオン
シャフト3側端部の直径方向に対向する位置に、絶縁体
からなる一対のブラシホルダ31a,31bが内側に向
けて突設され、それら各ブラシホルダ31a,31bの
対向面から内側に向けてブラシ32a,32bが突設さ
れ、各ブラシ32a,32bは外部電源であるバッテリ
14の各電極に、伸縮可能な弾性配線33a,33bを
介して接続されている。その他の構成については前記第
1実施例のそれと同様又はほぼ同様であり、その作用の
詳細については後段に説明する。
FIG. 7 shows the arrangement of the casing 113.
Shown in. As described above, the pinion shaft 3 which also serves as the drive shaft 9 of the steering assist motor 8 is provided with the bearing 52, and the steering shaft 2 is provided with the bearing 51 as in the first embodiment with respect to the casing 113. It is rotatably supported, and both are connected via a torsion bar 16. The twist amount conversion unit / brush moving mechanism 115 is arranged around the torsion bar 16. Of these, the structure corresponding to the twist amount conversion unit is composed of a double planetary gear mechanism as in the first embodiment. Specifically, specifically, the ring inner gear 20a on the steering shaft 2 side and the pinion shaft. The structure of the ring inner gear 20b on the third side is the same as the first
It differs from that of the embodiment. That is, the ring inner gear 20a on the steering shaft 2 side is not formed with the ring outer gear as in the first embodiment, but the ring inner gear 20a is fixed to the casing 113. On the other hand, the ring inner gear 20b on the pinion shaft 3 side has a blank (material) formed in a cylindrical shape, and a gear as a ring inner gear is formed on the inner surface of the end portion on the steering shaft 2 side. A pair of brush holders 31a, 31b made of an insulating material is provided to project inward at the diametrically opposed positions of the side ends, and the brushes 32a, 31b are inwardly projected from the facing surfaces of the brush holders 31a, 31b. 32b is provided in a protruding manner, and the brushes 32a and 32b are connected to the respective electrodes of the battery 14 which is an external power source via elastic elastic wires 33a and 33b. The other structure is the same as or substantially the same as that of the first embodiment, and the details of its operation will be described later.

【0031】 また、前記操舵補助モータ8の駆動軸9
と兼任されるピニオンシャフト3の回りには回転子17
が形成されている。本実施例の回転子17は、前記第1
実施例と同様に、前記ピニオンシャフト3の回りで8分
割され且つ直径方向に対向するものは単一の巻線で構成
されたコイル34a〜34h(図7ではその内の四つの
コイル34a〜34dを図示している)と、前記直径方
向に対向する各コイルの巻線端部が接続された8分割の
コミュテータ35a〜35h(図7ではその内の四つの
コミュテータ35a〜35dを図示している)とを備
え、そのうちの直径方向に対向する何れか二つのコミュ
テータ35a〜35dが前記一対のブラシ32a,32
bの何れかに常時接触している。また、前期第1実施例
と同様に前記コイル34a〜34hの外周で回転子17
の直径方向に対向し且つケーシング13の内側には対を
なす永久磁石(磁界付与手段)36N,36Sが配設さ
れ、前記回転子17に対して一定の磁界を付与してい
る。なお、本実施例の実際の前記ブラシ32a,32b
も図7の図示と異なり、前記トーションバー16の捩じ
れの発生していない状態、即ちステアリングホイール1
に操舵トルクが係らず、ステアリングシャフト2とピニ
オンシャフト3との間に相対捩じれのない状態では、前
記永久磁石36N,36Sの対向方向と直交する方向に
対向配置されている。また、前記各コイル34a〜34
hの巻線は同一とする。
Further, the drive shaft 9 of the steering assist motor 8
There is a rotor 17 around the pinion shaft 3, which is also used as
Are formed. The rotor 17 of this embodiment is the first
Similar to the embodiment, those which are divided into eight around the pinion shaft 3 and face each other in the diametrical direction are coils 34a to 34h (in FIG. 7, four coils 34a to 34d among them are constituted by a single winding). 8) and eight-divided commutators 35a to 35h (in FIG. 7, four commutators 35a to 35d among them are shown) to which the winding ends of the coils facing each other in the diametrical direction are connected. ) And any two commutators 35a to 35d facing each other in the diametrical direction are provided in the pair of brushes 32a, 32a.
Always in contact with any of b. In addition, as in the first embodiment, the rotor 17 is attached to the outer circumference of the coils 34a to 34h.
A pair of permanent magnets (magnetic field applying means) 36N and 36S which are opposed to each other in the diametrical direction and are located inside the casing 13 are provided to apply a constant magnetic field to the rotor 17. The actual brushes 32a and 32b of this embodiment are
7 is different from the one shown in FIG. 7, a state in which the torsion bar 16 is not twisted, that is, the steering wheel 1
In the state where there is no relative twist between the steering shaft 2 and the pinion shaft 3 regardless of the steering torque, the permanent magnets 36N and 36S are arranged to face each other in a direction orthogonal to the facing direction. In addition, each of the coils 34 a to 34
The winding of h is the same.

【0032】次に、前記ケーシング113内の構成、即
ち前記トーションバー16を含む捩じれ量変換部兼ブラ
シ移動機構115及び操舵補助モータ8等の作用につい
ては、基本的に前記第1実施例のそれとほぼ同様である
が、前記捩じれ量変換部兼ブラシ移動機構115の作用
が若干異なるために、特にその部分の作用については詳
細に、その他の部分の作用については簡潔に説明する。
Next, the structure of the casing 113, that is, the operation of the twisting amount converting portion / brush moving mechanism 115 including the torsion bar 16 and the steering assist motor 8 is basically the same as that of the first embodiment. Although the operation is almost the same, the operation of the twisting amount converting portion / brush moving mechanism 115 is slightly different. Therefore, the operation of that portion will be described in detail, and the operation of the other portions will be briefly described.

【0033】まず、ステアリングホイール1に操舵トル
クが加わっていない場合は、トーションバー16に捩じ
れが発生しないから、前記二つの遊星歯車機構の各部材
(ギヤ)は初期設定された状態にあり、この状態で両ブ
ラシ32a,32bは、前記対をなす永久磁石36N,
36Sの対向方向と直交方向に存在するコミュテータ3
5a〜35hの何れかの二つに夫々接触し、これにより
それらのコミュテータ35a〜35h間に接続されたコ
イル34a〜34hには、モータ駆動軸9であるピニオ
ンシャフト3の軸心を通り且つ互いに逆向きの電磁力F
a,Fb(図4a参照)が作用するが、これら両電磁力
Fa,Fbは互いに相殺し、また駆動軸9(ピニオンシ
ャフト3)の軸心に向かう各電磁力Fa,Fbには本来
的に回転子17の回転方向への分力はないから、結果的
に駆動軸9,ピニオンギヤ10及びリングギヤ11に回
転駆動力が伝達されることはなく、操舵補助力も発現さ
れない。
First, when the steering torque is not applied to the steering wheel 1, since the torsion bar 16 is not twisted, each member (gear) of the two planetary gear mechanisms is in the initial setting state. In this state, the two brushes 32a and 32b have the pair of permanent magnets 36N,
A commutator 3 existing in the direction orthogonal to the facing direction of 36S
The coils 34a to 34h, which are in contact with any two of the motors 5a to 35h and are connected between the commutators 35a to 35h, pass through the axis of the pinion shaft 3 which is the motor drive shaft 9 and are mutually connected. Reverse electromagnetic force F
a and Fb (see FIG. 4a) act on each other, but these electromagnetic forces Fa and Fb cancel each other out, and the electromagnetic forces Fa and Fb toward the axial center of the drive shaft 9 (pinion shaft 3) are essentially Since there is no component force in the rotating direction of the rotor 17, as a result, the rotational drive force is not transmitted to the drive shaft 9, the pinion gear 10 and the ring gear 11, and the steering assist force is not expressed.

【0034】この状態から、ステアリングホイール1を
右方向に回転する右操舵状態になると、タイヤ負荷等に
よってピニオンシャフト3が回転できない或いは回転し
にくい状態で、トーションバー16には、前記ステアリ
ングホイール1に加えられる操舵トルクの大きさと等価
な捩じれが生じ、ステアリングシャフト2は右方向に回
転する。これに対して、ケーシング113に固定された
リングインナギヤ20aは回転しないから、前記ステア
リングシャフト2にキャリア22aを介して連結された
プラネットギヤ23aは、前記トーションバー16の捩
じれ量だけ、自転しながら右方向に公転しようとし、当
該プラネットギヤ23aとサンギヤ24との間の摩擦力
によって当該サンギヤ24は右方向に回転される。一
方、前記ピニオンシャフト3に固定されたキャリア22
bは回転できない或いは回転しにくいから、プラネット
ギヤ23bは公転することなく、その場で左方向に自転
し、それに伴ってリングインナギヤ20bは左方向に回
転する。これにより、前記リングインナギヤ20bに固
定されたブラシホルダ31a,31b及びその先端部の
ブラシ32a,32bは、前記ピニオンシャフト3(駆
動軸9)の軸心を中心として反時計回りに回転し、その
結果、両ブラシ32a,32bは前記中立状態より反時
計回り方向にずれた位置に存在するコミュテータ35a
〜35hの何れかの二つに夫々接触し、それらのコミュ
テータ35a〜35h間に接続されたコイル34a〜3
4hには、モータ駆動軸9であるピニオンシャフト3の
軸心を通らず且つ逆向きの電磁力Fa,Fb(図4b参
照,但し電流の向きは逆)が作用する。このときも、両
電磁力Fa,Fbの大きさは等しいが、これらの電磁力
Fa,Fbは互いに作用線が異なり且つ逆向きであるか
ら、回転子17の回転方向への各電磁力Fa,Fbの分
力を偶力として、モータ駆動軸9の軸心回りには右回り
のモーメントが発生し、このモーメントが回転駆動力と
してモータ駆動軸9でもあるピニオンシャフト3を右回
転させて操舵補助力が発現される。なお、これに伴って
トーションバー16の捩じれ量が零となると、各遊星歯
車機構の各構成部材は前記中立状態に復帰する。
From this state, when the steering wheel 1 is turned to the right steering state, the pinion shaft 3 cannot rotate or is difficult to rotate due to tire load or the like. Twisting equivalent to the magnitude of the applied steering torque occurs, and the steering shaft 2 rotates to the right. On the other hand, since the ring inner gear 20a fixed to the casing 113 does not rotate, the planet gear 23a connected to the steering shaft 2 via the carrier 22a rotates by the amount of twist of the torsion bar 16 while rotating. An attempt is made to revolve to the right, and the sun gear 24 is rotated to the right due to the frictional force between the planet gear 23a and the sun gear 24. On the other hand, the carrier 22 fixed to the pinion shaft 3
Since b cannot rotate or is difficult to rotate, the planet gear 23b does not revolve, but rotates leftward on the spot, and the ring inner gear 20b accordingly rotates leftward. As a result, the brush holders 31a, 31b fixed to the ring inner gear 20b and the brushes 32a, 32b at the tips thereof rotate counterclockwise about the axis of the pinion shaft 3 (driving shaft 9), As a result, the two brushes 32a and 32b are located in the counterclockwise direction from the neutral state, and the commutator 35a is present in the position.
Coils 35a to 3h which are respectively in contact with any two of the commutators 35a to 35h.
Electromagnetic forces Fa and Fb (see FIG. 4b, but the directions of currents are opposite) that do not pass through the axis of the pinion shaft 3 that is the motor drive shaft 9 and act in the opposite direction act on 4h. Even at this time, the magnitudes of the two electromagnetic forces Fa and Fb are equal, but since the lines of action of the electromagnetic forces Fa and Fb are different from each other and opposite to each other, the electromagnetic forces Fa and Fb in the rotation direction of the rotor 17 are the same. A clockwise moment is generated around the axis of the motor drive shaft 9 by using the component force of Fb as a couple, and this moment rotates the pinion shaft 3 which is also the motor drive shaft 9 as a rotational drive force to assist steering. Power is expressed. When the amount of twist of the torsion bar 16 becomes zero accordingly, each component of each planetary gear mechanism returns to the neutral state.

【0035】また前記中立状態から、ステアリングホイ
ール1を左方向に回転する左操舵状態になると、トーシ
ョンバー16には、前記ステアリングホイール1に加え
られる操舵トルクの大きさと等価な捩じれが生じ、ステ
アリングシャフト2は左方向に回転する。これに対し
て、ケーシング113に固定されたリングインナギヤ2
0aは回転しないから、前記プラネットギヤ23aは自
転しながら左方向に公転しようとし、前記サンギヤ24
は相対的に右方向に回転される。また、前記プラネット
ギヤ23bは公転することなく、その場で左方向に自転
し、それに伴ってリングインナギヤ20bは左方向に回
転する。これにより、前記ブラシホルダ31a,31b
及びブラシ32a,32bは、前記ピニオンシャフト3
(駆動軸9)の軸心を中心として反時計回りに回転し、
両ブラシ32a,32bは前記中立状態より反時計回り
方向にずれた位置に存在するコミュテータ35a〜35
hの何れかの二つに夫々接触し、それらのコミュテータ
35a〜35h間に接続されたコイル34a〜34hに
は、モータ駆動軸9であるピニオンシャフト3の軸心を
通らず且つ逆向きの電磁力Fa,Fb(図4c参照)が
作用する。これらの電磁力Fa,Fbは互いに作用線が
異なり且つ逆向きであるから、回転子17の回転方向へ
の各電磁力Fa,Fbの分力を偶力として、モータ駆動
軸9の軸心回りには左回りのモーメントが発生し、この
モーメントが回転駆動力としてモータ駆動軸9でもある
ピニオンシャフト3を左回転させて操舵補助力が発現さ
れる。なお、これに伴って前記プラネットギヤ23bが
自転しながら左方向に公転されようとすると、前記リン
グインナギヤ20bは相対的に右回転し、またサンギヤ
24はこれと共に左回転し、それによりステアリングシ
ャフト2側のプラネットギヤ23aは自転しながら右方
向に公転し、トーションバー16の捩じれ量が零となる
と、各遊星歯車機構の各構成部材は前記中立状態に復帰
する。
When the steering wheel 1 is rotated to the left from the neutral state to the left steering state, the torsion bar 16 is twisted in the same amount as the steering torque applied to the steering wheel 1 and the steering shaft is rotated. 2 rotates to the left. On the other hand, the ring inner gear 2 fixed to the casing 113
0a does not rotate, so the planet gear 23a tries to revolve to the left while rotating on its own axis.
Is relatively rotated to the right. The planet gear 23b does not revolve, but rotates leftward on the spot, and the ring inner gear 20b accordingly rotates leftward. Thereby, the brush holders 31a, 31b
And the brushes 32a and 32b are the pinion shaft 3
Rotate counterclockwise around the axis of (drive shaft 9),
The two brushes 32a and 32b are located at positions counterclockwise from the neutral state, and are commutators 35a to 35b.
The coils 34a to 34h which are respectively in contact with any two of the h and are connected between the commutators 35a to 35h do not pass through the axial center of the pinion shaft 3 which is the motor drive shaft 9 and have opposite electromagnetic fields. Forces Fa and Fb (see FIG. 4c) act. Since these electromagnetic forces Fa and Fb have different lines of action and are in opposite directions, the component force of each electromagnetic force Fa and Fb in the rotation direction of the rotor 17 is used as a couple force to rotate the motor drive shaft 9 around its axis. A counterclockwise moment is generated on the shaft, and this moment rotates the pinion shaft 3, which is also the motor drive shaft 9, counterclockwise as a rotational drive force, and a steering assist force is generated. Incidentally, when the planet gear 23b tries to revolve to the left while rotating on the basis of this, the ring inner gear 20b rotates relatively to the right, and the sun gear 24 rotates to the left with this, whereby the steering shaft is rotated. The planet gear 23a on the second side revolves to the right while rotating, and when the torsion amount of the torsion bar 16 becomes zero, each component of each planetary gear mechanism returns to the neutral state.

【0036】ここでも、前記第1実施例と同様に操舵補
助モータ8からの回転駆動力、つまり操舵補助力は操舵
トルクの増大に伴って余弦曲線的に連続して増大するこ
とが分かり、その発生方向は操舵トルクの方向と強制的
に一致されるから、前記第1実施例と同様の効果が得ら
れる。更に、本実施例では捩じり量変換部を兼任するブ
ラシ移動機構と操舵補助モータとを同軸に配置したこと
により、本来的にこうしたパワーステアリング装置が運
転席の足元スペースやエンジンルーム内に必要とするス
ペースを小さくすることができるから、レイアウト上の
自由度が向上する。
Here, similarly to the first embodiment, it is found that the rotational driving force from the steering assist motor 8, that is, the steering assist force, continuously increases in a cosine curve as the steering torque increases. Since the direction of generation is forcibly matched with the direction of the steering torque, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, since the brush moving mechanism which also serves as the twisting amount converting portion and the steering assist motor are coaxially arranged, such a power steering device is originally required in the foot space of the driver's seat or in the engine room. Since the space to be used can be reduced, the degree of freedom in layout is improved.

【0037】なお、本実施例にように操舵補助モータの
回転駆動力をそのまま操舵補助力として利用する際に
は、想定される操舵トルクの大きさと当該モータの回転
駆動力の大きさとに鑑みて当該モータの仕様諸元、具体
的にはコイルそのものの数や当該コイルの巻数、磁界強
度等を設定する必要があるが、必要に応じて例えばピニ
オンシャフト内を中空とし、当該ピニオンシャフトの中
空部内に挿入されたモータ駆動軸との間に例えば遊星歯
車機構等からなる減速機を介装し、当該減速機のトルク
増幅作用によって必要な操舵補助力が得られるようにす
ることも可能である。
When the rotational driving force of the steering assisting motor is used as the steering assisting force as in this embodiment, in consideration of the expected steering torque and the rotational driving force of the motor. It is necessary to set the specifications of the motor, specifically, the number of coils themselves, the number of turns of the coil, the magnetic field strength, etc., but if necessary, for example, make the inside of the pinion shaft hollow, and inside the hollow portion of the pinion shaft. It is also possible to interpose a speed reducer composed of, for example, a planetary gear mechanism between the motor drive shaft inserted into the motor drive shaft so that the necessary steering assist force can be obtained by the torque amplifying action of the speed reducer.

【0038】次に、本発明の電動式パワーステアリング
装置の第3実施例を図8〜図10に従って説明する。本
実施例の電動式パワーステアリング装置の基本的構成
は、前記第1実施例のそれと同様又はほぼ同様であるた
めに、本実施例の電動式パワーステアリング装置の構成
部材のうち、前記第1実施例のそれと同等又はほぼ同等
であるものには同一の符号を附し、その詳細な説明を省
略し、ここでは異なる部分だけを説明する。
Next, a third embodiment of the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the basic configuration of the electric power steering apparatus of the present embodiment is the same as or substantially the same as that of the first embodiment, the first embodiment among the components of the electric power steering apparatus of the present embodiment is the same. The same or substantially equivalent parts as those in the example are designated by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described here.

【0039】本実施例の電動式パワーステアリング装置
では、前記捩じれ量変換部12のリングアウタギヤ21
aに、ポテンショメータ等からなる回転変位センサ20
0の回転軸200aに取付けられたピニオンギヤ201
が噛合っている。この回転変位センサ200は、前記リ
ングアウタギヤ21aの回転角,即ちトーションバー1
6の捩じれ角に相当する回転変位θを出力する。なお、
この回転変位センサ200で検出される回転変位θは、
前記ステアリングシャフト2及びピニオンシャフト3間
の相対捩じれ方向,即ちトーションバー16の捩じれ方
向が、ステアリングホイール1の右操舵時等に発生する
右方向であるときに正値、逆方向であるときに負値であ
るものとする。
In the electric power steering apparatus of this embodiment, the ring outer gear 21 of the twist amount conversion section 12 is used.
a is a rotational displacement sensor 20 including a potentiometer and the like.
0 pinion gear 201 mounted on the rotary shaft 200a
Are in mesh. The rotational displacement sensor 200 is provided with the rotation angle of the ring outer gear 21a, that is, the torsion bar 1
The rotational displacement θ corresponding to the twist angle of 6 is output. In addition,
The rotational displacement θ detected by this rotational displacement sensor 200 is
The relative twisting direction between the steering shaft 2 and the pinion shaft 3, that is, the twisting direction of the torsion bar 16 is a positive value when the steering wheel 1 is in the right direction, which is generated when steering the steering wheel 1 to the right, and a negative value when it is in the reverse direction. It shall be a value.

【0040】また、前記バッテリ14と操舵補助モータ
8との間には、前記FET等のパワー素子からなるスイ
ッチング素子203が介装されている。このスイッチン
グ素子203は、後述するコントロールユニット202
からの駆動信号DAST によってON/OFF制御され、
当該スイッチング素子203のON状態で操舵補助モー
タ8に電流が流れるようになっている。
A switching element 203, which is a power element such as the FET, is interposed between the battery 14 and the steering assist motor 8. The switching element 203 is a control unit 202 described later.
ON / OFF is controlled by the drive signal D AST from
Current flows through the steering assist motor 8 when the switching element 203 is in the ON state.

【0041】 前記コントロールユニット20は、図
9に明示するようにマイクロコンピュータ204と駆動
回路205とを備えている。ここで、前記マイクロコン
ピュータ204は、少なくともA/D変換機能等を備え
た入力側インタフェース回路204a、マイクロプロセ
サユニットMPU等からなる演算処理装置(CPU)2
04b、RAM,ROM等からなる記憶装置204c及
びD/A変換機能を備えた出力側インタフェース回路2
04dを有する。そして、前記入力側インタフェース回
路204aには、前記回転変位センサ200からの回転
変位θが入力され、出力側インタフェース回路204d
からはスイッチング素子203をON/OFF制御する
ための制御信号SASTが出力される。
[0041] The control unit 20 2 is provided with a microcomputer 204 as best shown in FIG. 9 and the drive circuit 205. Here, the microcomputer 204 includes an arithmetic processing unit (CPU) 2 including an input side interface circuit 204a having at least an A / D conversion function and the like, a microprocessor unit MPU and the like.
04b, a storage device 204c including a RAM, a ROM and the like, and an output side interface circuit 2 having a D / A conversion function.
With 04d. Then, the rotational displacement θ from the rotational displacement sensor 200 is input to the input side interface circuit 204a, and the output side interface circuit 204d.
Outputs a control signal S AST for ON / OFF controlling the switching element 203.

【0042】また、前記演算処理装置204bは、後述
する図10の演算処理を所定サンプリング時間ΔT(例
えば5msec.)毎に実行して、前記回転変位センサ20
0からの回転変位θを読込み、この回転変位の絶対値|
θ|が所定の閾値θ0 以上であるときに、操舵補助モー
タ8に電流が流れるように前記スイッチング素子203
をON状態とし、そうでないときには当該スイッチング
素子203をOFF状態とする制御信号SAST を出力す
る。
Further, the arithmetic processing unit 204b executes the arithmetic processing of FIG. 10 described later at every predetermined sampling time ΔT (for example, 5 msec.), And the rotational displacement sensor 20.
The rotational displacement θ from 0 is read and the absolute value of this rotational displacement |
When θ | is equal to or greater than a predetermined threshold value θ 0 , the switching element 203 is configured so that a current flows through the steering assist motor 8.
Is turned on, and if not, a control signal S AST that turns off the switching element 203 is output.

【0043】更に、記憶装置204cには、予め演算処
理装置204bの演算処理に必要なマップや演算式、プ
ログラム等が記憶されているとともに、演算処理装置2
04bの演算過程で必要な演算結果を逐次記憶する。ま
た、前記駆動回路205では、前記マイクロコンピュー
タ204から出力される制御信号SAST が論理値“1”
であるときに前記スイッチング素子203をON状態と
する駆動信号DAST が出力され、当該制御信号SAST
論理値“0”であるときに当該スイッチング素子203
をOFF状態とする駆動信号DAST が出力される。
Further, the storage device 204c stores in advance maps, arithmetic expressions, programs, etc. necessary for the arithmetic processing of the arithmetic processing device 204b, and the arithmetic processing device 2
The calculation results required in the calculation process of 04b are sequentially stored. In the drive circuit 205, the control signal S AST output from the microcomputer 204 has a logical value "1".
When the control signal SAST has a logical value "0", the drive signal DAST for turning on the switching element 203 is output.
The drive signal D AST for turning off the switch is output.

【0044】次に、前記マイクロコンピュータ204の
演算処理装置204bで実行される演算処理を図10の
フローチャートに従って説明する。この演算処理は、前
記所定のサンプリング時間ΔT毎に実行されるタイマ割
込として処理され、まずステップS1で、前記回転変位
センサ200で検出された回転変位θを読込む。次にス
テップS2に移行して、前記ステップS1で読込まれた
回転変位の絶対値|θ|が予め比較的小さな正値に設定
された閾値θ0 以上であるか否かを判定し、当該回転変
位の絶対値|θ|がこの閾値θ0 以上である場合にはス
テップS3に移行し、そうでない場合にはステップS4
に移行する。
Next, the arithmetic processing executed by the arithmetic processing unit 204b of the microcomputer 204 will be described with reference to the flowchart of FIG. This arithmetic processing is processed as a timer interrupt executed at each predetermined sampling time ΔT, and first, in step S1, the rotational displacement θ detected by the rotational displacement sensor 200 is read. Next, in step S2, it is determined whether or not the absolute value of the rotational displacement | θ | read in step S1 is equal to or larger than a threshold value θ 0 set to a relatively small positive value in advance, and the rotation is determined. If the absolute value of displacement | θ | is greater than or equal to this threshold θ 0 , the process proceeds to step S3, and if not, step S4.
Move to.

【0045】前記ステップS3では、制御信号SAST
論理値“1”に設定してからステップS5に移行する。
一方、前記ステップS4では、制御信号SAST を論理値
“0”に設定してから前記ステップS5に移行する。前
記ステップS5では、前記ステップS3又はステップS
4で設定された制御信号SAST を出力してからメインプ
ログラムに復帰する。
In step S3, the control signal SAST is set to the logical value "1", and then the process proceeds to step S5.
On the other hand, in step S4, the control signal SAST is set to the logical value "0", and then the process proceeds to step S5. In the step S5, the step S3 or the step S
After outputting the control signal S AST set in step 4, the process returns to the main program.

【0046】次に、本実施例の電動式パワーステアリン
グ装置の作用について説明する。本実施例の電動式パワ
ーステアリング装置において、操舵トルクが或る程度以
上大きい場合の操舵補助力発生までの機械的及び電磁気
的作用については、前記第1実施例のそれと全く同様で
あり、少なくとも前記第1実施例と同様の効果が得られ
るが、更に以下の点が異なる。即ち、前記図10の演算
処理によれば、ステアリングシャフト2側のリングアウ
タギヤ21aの回転変位の絶対値|θ|が所定の閾値θ
0 より小さいとき、つまりトーションバー16の捩じれ
角が小さく、従って操舵トルクそのものが小さいときに
は、ステップS3からステップS4を経てステップS5
に移行して、論理値“0”の制御信号SAST が出力され
るから、前記駆動回路205から出力される駆動信号D
AST によって前記スイッチング素子203はOFF状態
となり、各ブラシ32a,32bから何れのコイル34
a〜34hにも電流が流れない。このような操舵トルク
の小さい状態では、元来操舵補助力は必要なく、また前
記第1実施例でも、前記図4aの説明のように操舵補助
力は発現されないが、本実施例ではこのような状態でコ
イル34a〜34hに電流が流れないから、その分だけ
電気的エネルギを節約できる。
Next, the operation of the electric power steering apparatus of this embodiment will be described. In the electric power steering apparatus of the present embodiment, the mechanical and electromagnetic actions up to the generation of the steering assist force when the steering torque is larger than a certain level are exactly the same as those of the first embodiment, and at least the above The same effect as that of the first embodiment can be obtained, but the following points are further different. That is, according to the arithmetic processing of FIG. 10, the absolute value | θ | of the rotational displacement of the ring outer gear 21a on the steering shaft 2 side is equal to the predetermined threshold value θ.
When it is smaller than 0 , that is, when the torsion angle of the torsion bar 16 is small, and therefore the steering torque itself is small, step S3 to step S4 and step S5 are performed.
Then, the control signal S AST having the logical value “0” is output, so that the drive signal D output from the drive circuit 205 is output.
The switching element 203 is turned off by AST , and any of the coils 34 from the brushes 32a and 32b is removed.
No current flows in a to 34h. In such a state where the steering torque is small, the steering assist force is not originally required, and in the first embodiment, the steering assist force is not developed as described with reference to FIG. 4A. In this state, no current flows through the coils 34a to 34h, so that electric energy can be saved accordingly.

【0047】なお、前述のようなパワー素子を備えた電
動式パワーステアリング装置では、前述した機械的な操
舵補助力設定に加えて、更にモータ電流そのものを制御
することもでき、その場合には例えば前記駆動回路にP
WM(Pulse Width Modulation)機能を付加して前記パ
ワー素子のデューティ比制御を行うようにすればよく、
例えば高速走行時のふらつき感を抑制すると共に、中・
定速走行時の操舵補助力の応答性を向上させるために、
前記図10の演算処理に加えて、車速を検出し、その車
速の増加に伴って制御ゲインを二次曲線的に減少させ、
結果的に出力される操舵補助力が、操舵トルク一定の下
で、車速の増加に伴って小さくなるようにしてもよい。
勿論、この他の制御入力に応じて操舵補助力の大きさを
制御することも可能である。
In the electric power steering apparatus having the above-described power element, the motor current itself can be controlled in addition to the above-mentioned mechanical steering assist force setting. In that case, for example, P for the drive circuit
A WM (Pulse Width Modulation) function may be added to control the duty ratio of the power element.
For example, while suppressing the feeling of wobbling when traveling at high speed,
In order to improve the response of the steering assist force during constant speed running,
In addition to the calculation process of FIG. 10, the vehicle speed is detected, and the control gain is reduced in a quadratic curve as the vehicle speed increases,
The steering assist force that is output as a result may be reduced as the vehicle speed increases under a constant steering torque.
Of course, it is possible to control the magnitude of the steering assist force according to other control inputs.

【0048】また、本実施例では、コントロールユニッ
トをマイクロコンピュータで構築する場合についてのみ
詳述したが、同等の演算回路や理論回路を用いて構築し
てもよい。次に、本発明の電動式パワーステアリング装
置の第4実施例を図11〜図14に従って説明する。本
実施例の電動式パワーステアリング装置の基本的構成
は、前記第1実施例のそれと同様又はほぼ同様であるた
めに、本実施例の電動式パワーステアリング装置の構成
部材のうち、前記第1実施例のそれと同等又はほぼ同等
であるものには同一の符号を附し、その詳細な説明を省
略し、ここでは異なる部分だけを説明する。
Further, in this embodiment, only the case where the control unit is constructed by the microcomputer is described in detail, but the control unit may be constructed by using an equivalent arithmetic circuit or theoretical circuit. Next, a fourth embodiment of the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the basic configuration of the electric power steering apparatus of the present embodiment is the same as or substantially the same as that of the first embodiment, the first embodiment among the components of the electric power steering apparatus of the present embodiment is the same. The same or substantially equivalent parts as those in the example are designated by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described here.

【0049】本実施例の電動式パワーステアリング装置
では、図11,図12に示すように前記コミュテータ3
5a〜35hの周囲で且つケーシング13の内側にブラ
シガイドプレート301が付加されている。このブラシ
ガイドプレート301には、楕円状のガイド溝301a
が、前記永久磁石36N,36Sの配設方向に短軸を一
致させ且つそれと直交方向に長軸を一致させて形成され
ている。
In the electric power steering system of this embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the commutator 3 is used.
A brush guide plate 301 is added to the inside of the casing 13 around 5a to 35h. The brush guide plate 301 has an elliptical guide groove 301a.
However, it is formed by aligning the minor axis with the arrangement direction of the permanent magnets 36N and 36S and the major axis with the orthogonal direction.

【0050】一方、前記ブラシ32a,32bは、図1
2に明示するように、互いに接近したり離間したりでき
るように前記ブラシホルダ31a,31bに取付けら
れ、且つ各ブラシ32a,32bは、スプリング303
によって互いに接近する方向に押付けられており、更に
各ブラシ32a,32bからは、前記ブラシガイドプレ
ート301のガイド溝301a内に向けてガイドバー3
02が突設されている。従って、各ブラシ32a,32
bは、少なくとも前記コミュテータ35a〜35hに接
触していないときには、前記ガイド溝301aの内側楕
円弧面に沿って摺動することになる。
On the other hand, the brushes 32a and 32b are as shown in FIG.
2, the brushes 31a and 31b are attached to the brush holders 31a and 31b so that they can move toward and away from each other.
Are pressed by the brushes 32a, 32b toward the inside of the guide groove 301a of the brush guide plate 301.
02 is projected. Therefore, each brush 32a, 32
b will slide along the inner elliptical arc surface of the guide groove 301a at least when it does not contact the commutators 35a to 35h.

【0051】次に、本実施例の電動式パワーステアリン
グ装置の作用について説明する。本実施例の電動式パワ
ーステアリング装置において、操舵トルクが或る程度以
上大きい場合の操舵補助力発生までの機械的及び電磁気
的作用については、前記第1実施例のそれと全く同様で
あり、少なくとも前記第1実施例と同様の効果が得られ
るが、更に以下の点が異なる。即ち、本実施例の電動式
パワーステアリング装置によれば、前記トーションバー
16の捩じれ角が小さく、従って操舵トルクそのものが
零又はほぼ零である程度に小さいとき(前記第1実施例
における図4aの状態に相当する)には、図12bに示
すように前記永久磁石36N,36Sの対向方向と直交
する方向,即ち前記楕円状のガイド溝301aの長軸方
向に対向する両ブラシ32a,32bは、前記スプリン
グ303によって夫々当該ガイド溝301aの内側楕円
弧面に当接し、このときには各ブラシ32a,32bは
何れのコミュテータ35a〜35hにも接触せず、従っ
て何れのコイル34a〜34hにも電流が流れない。
Next, the operation of the electric power steering apparatus of this embodiment will be described. In the electric power steering apparatus of the present embodiment, the mechanical and electromagnetic actions up to the generation of the steering assist force when the steering torque is larger than a certain level are exactly the same as those of the first embodiment, and at least the above The same effect as that of the first embodiment can be obtained, but the following points are further different. That is, according to the electric power steering apparatus of the present embodiment, when the torsion angle of the torsion bar 16 is small and therefore the steering torque itself is zero or almost zero, which is small to some extent (the state of FIG. 4a in the first embodiment). 12b), as shown in FIG. 12b, both brushes 32a, 32b facing in the direction orthogonal to the facing direction of the permanent magnets 36N, 36S, that is, in the major axis direction of the elliptical guide groove 301a are The springs 303 make contact with the inner elliptical arc surface of the guide groove 301a, respectively, and at this time, the brushes 32a and 32b do not contact any of the commutators 35a to 35h, so that no current flows through any of the coils 34a to 34h.

【0052】一方、例えば右操舵状態にあって或る程度
操舵トルクが大きくなると(前記第1実施例における図
4b又は図5aの状態に相当する)、図13に示すよう
に前記スプリング303によって夫々前記ガイド溝30
1aの内側楕円弧面に摺接しながら移動される両ブラシ
32a,32bは、当該ガイド溝301aの短軸側に移
動されることになるから、やがて前記直径方向に対向す
る何れか二つのコミュテータ35a〜35hに夫々接触
し、それと共に前記ガイド溝301aの内側楕円弧面か
らは離間するのであるが、当該ブラシ32a,32bが
接触する位置のコミュテータ35a〜35hからコイル
34a〜34hに電流が流れて、前記第1実施例と同様
に操舵補助モータ8の回転駆動力が操舵補助力として発
現される。
On the other hand, for example, when the steering torque is increased to some extent in the right steering state (corresponding to the state of FIG. 4b or 5a in the first embodiment), as shown in FIG. The guide groove 30
Both of the brushes 32a and 32b, which are moved while slidingly contacting the inner elliptic arc surface of 1a, are moved to the minor axis side of the guide groove 301a. 35h, respectively, and apart from the inner elliptic arc surface of the guide groove 301a, the current flows from the commutators 35a to 35h at the positions where the brushes 32a and 32b come into contact with the coils 34a to 34h. Similarly to the first embodiment, the rotational driving force of the steering assist motor 8 is expressed as the steering assist force.

【0053】また、例えば前記右操舵状態にあって更に
操舵トルクが大きくなると(前記第1実施例における図
5bの状態に相当する)、前述のようにガイド溝301
aの内側楕円弧面から離間した両ブラシ32a,32b
は、図14に示すように前記スプリング303によって
各コミュテータ35a〜35hがなす外周面に摺接しな
がら移動され、前記ガイド溝301aの短軸方向,即ち
永久磁石36N,36Sの対向方向に一致するまでの範
囲内で、前記直径方向に対向する何れか二つのコミュテ
ータ35a〜35hに夫々接触し、当該コミュテータ3
5a〜35hからコイル34a〜34hに電流が流れ
て、前記第1実施例と同様に操舵補助モータ8の回転駆
動力が、更に大きな操舵補助力として発現される。
Further, for example, when the steering torque is further increased in the right steering state (corresponding to the state of FIG. 5b in the first embodiment), the guide groove 301 is set as described above.
Both brushes 32a, 32b spaced from the inner elliptical arc surface of a
14 is moved by sliding contact with the outer peripheral surface formed by the commutators 35a to 35h by the spring 303, as shown in FIG. 14, until it coincides with the minor axis direction of the guide groove 301a, that is, the facing direction of the permanent magnets 36N, 36S. Within the range of, the two commutators 35a to 35h facing each other in the diametrical direction are respectively contacted, and the commutator 3 concerned
Current flows from the coils 5a to 35h to the coils 34a to 34h, and the rotational driving force of the steering assist motor 8 is expressed as a larger steering assist force as in the first embodiment.

【0054】このように操舵トルクの小さい状態では、
元来操舵補助力は必要なく、また前記第1実施例でも、
前記図4aの説明のように操舵補助力は発現されない
が、本実施例では、前記第3実施例と同様に、のような
状態でコイル34a〜34hに電流が流れないから、そ
の分だけ電気的エネルギを節約できる。なお、前記各実
施例では、前述のように各接点における焼付きや接触不
良等の故障は最小限に抑制防止可能であるが、更に前述
のようなフェールセーフを構築する際には、例えば前記
バッテリと操舵補助モータとの間にフェールセーフリレ
ーを介装し、前記操舵補助モータの端子電位或いはその
端子間電位差を検出し、各操舵状態において想定される
端子電位或いは端子間電位差と一致しない場合には、当
該フェールセーフリレーを遮断するようにすればよい。
In this way, when the steering torque is small,
Originally, no steering assist force is required, and in the first embodiment,
Although the steering assist force is not developed as described with reference to FIG. 4a, in the present embodiment, as in the third embodiment, since no current flows through the coils 34a to 34h in such a state, the electric power is reduced accordingly. Energy can be saved. Incidentally, in each of the above-mentioned embodiments, it is possible to suppress the failure such as seizure or contact failure at each contact to the minimum as described above, but when further constructing the fail-safe as described above, for example, In the case where a fail-safe relay is provided between the battery and the steering assist motor to detect the terminal potential of the steering assist motor or the potential difference between the terminals, and the terminal potential or the potential difference between the terminals assumed in each steering state does not match. In this case, the fail safe relay may be cut off.

【0055】また、前記各実施例では磁界付与手段とし
て永久磁石を用いた場合についてのみ詳述したが、この
磁界付与手段には、例えば電磁石等を用いることも勿論
可能である。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, only the case where the permanent magnet is used as the magnetic field applying means has been described in detail, but it is of course possible to use an electromagnet or the like for the magnetic field applying means.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように本発明の電動式パワ
ーステアリング装置によれば、装置内の接点数を、通常
のモータの最小接点数まで減少することができるから、
機械的接点における焼付きや接触不良等の作動異常によ
る故障発生の可能性を最小限に抑制することができる。
また、操舵補助モータの回転子と操舵入力軸及び操舵出
力軸とを同軸上に配設させれば、運転席の足元スペース
やエンジンルーム内に必要とされるスペースを小さくし
て、レイアウト上の自由度が向上する。また、前記入力
軸及び出力軸間の相対捩じれ量、即ち操舵トルクが零又
は略零であるときに、モータに電流が流れないようにす
ることにより、直進走行時又は近似直進走行時における
不用意な操舵補助力の発生が抑制防止され、車両の走行
安定性が確保されると共に、電気的エネルギ損を低減す
ることができる。
As described above, according to the electric power steering device of the present invention, the number of contacts in the device can be reduced to the minimum number of contacts of a normal motor.
It is possible to minimize the possibility of failure due to operation abnormality such as seizure or poor contact in the mechanical contact.
Further, by arranging the rotor of the steering assist motor and the steering input shaft and the steering output shaft on the same axis, the space under the driver's seat and the space required in the engine room can be reduced to improve the layout. The degree of freedom is improved. Further, when the relative twist amount between the input shaft and the output shaft, that is, the steering torque is zero or substantially zero, the electric current is prevented from flowing to the motor, so that carelessness during straight traveling or near straight traveling is inadvertent. It is possible to prevent the generation of a large steering assist force, ensure the traveling stability of the vehicle, and reduce the electrical energy loss.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の電動式パワーステアリング装置の第1
実施例を示す全体構成図である。
FIG. 1 is a first part of an electric power steering device according to the present invention.
It is a whole lineblock diagram showing an example.

【図2】図1の電動式パワーステアリング装置の主要部
の詳細図である。
FIG. 2 is a detailed view of a main part of the electric power steering device of FIG.

【図3】図2の捩じれ量変換部の全体構成図である。3 is an overall configuration diagram of a twist amount conversion unit in FIG.

【図4】図2の電動式パワーステアリング装置の主要部
の動作説明図である。
FIG. 4 is an operation explanatory view of a main part of the electric power steering device of FIG.

【図5】図2の電動式パワーステアリング装置の操舵補
助モータの動作説明図である。
5 is an operation explanatory view of a steering assist motor of the electric power steering apparatus of FIG.

【図6】本発明の電動式パワーステアリング装置の第2
実施例を示す全体構成図である。
FIG. 6 is a second electric power steering device according to the present invention.
It is a whole lineblock diagram showing an example.

【図7】図6の電動式パワーステアリング装置の主要部
の詳細図である。
7 is a detailed view of a main part of the electric power steering apparatus of FIG.

【図8】本発明の電動式パワーステアリング装置の第3
実施例を示す全体構成図である。
FIG. 8 is a third electric power steering device according to the present invention.
It is a whole lineblock diagram showing an example.

【図9】図8の電動式パワーステアリング装置の主要部
の詳細図である。
9 is a detailed view of a main part of the electric power steering apparatus of FIG.

【図10】図9のマイクロコンピュータで実行される演
算処理を示すフローチャートである。
10 is a flowchart showing a calculation process executed by the microcomputer of FIG.

【図11】本発明の電動式パワーステアリング装置の第
実施例を示す主要部の詳細図である。
FIG. 11 shows an electric power steering device according to the present invention.
It is a detailed view of the principal part showing 4 examples.

【図12】図11の操舵補助モータ及びブラシ移動機構
の詳細図である。
12 is a detailed view of the steering assist motor and brush moving mechanism of FIG.

【図13】図12のブラシ移動機構の動作説明図であ
る。
FIG. 13 is an operation explanatory view of the brush moving mechanism of FIG.

【図14】図12のブラシ移動機構の動作説明図であ
る。
FIG. 14 is an operation explanatory view of the brush moving mechanism of FIG.

【図15】従来の電動式パワーステアリング装置の電気
的構成図である。
FIG. 15 is an electrical configuration diagram of a conventional electric power steering device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1はステアリングホイール 2はステアリングシャフト 3はピニオンシャフト 4はラック 6は転舵輪 8は操舵補助モータ 9は駆動軸 10はピニオンギヤ 11はリングギヤ 12は捩じれ量変換部 14はバッテリ(電源) 15はブラシ移動機構 17は回転子 20a,20bはリングインナギヤ 21aはリングアウタギヤ 22a,22bはキャリア 23a,23bはプラネットギヤ 24はサンギヤ 30はブラシ移動用ギヤ 31a,31bはブラシホルダ 32a,32bはブラシ 33a,33bは弾性配線 34a〜34hはコイル 35a〜35hはコミュテータ 36N,36Sは永久磁石(磁界付与手段) 115は捩じれ量変換部兼ブラシ移動機構 200は回転変位センサ 202はコントロールユニット 203はスイッチング素子 204はマイクロコンピュータ 205は駆動回路 301はブラシガイドプレート 302はガイドバー 303はスプリング 1 is the steering wheel 2 is the steering shaft 3 is a pinion shaft 4 is a rack 6 is a steered wheel 8 is a steering assist motor 9 is a drive shaft 10 is a pinion gear 11 is a ring gear 12 is a twist amount conversion unit 14 is a battery (power supply) 15 is a brush moving mechanism 17 is a rotor 20a and 20b are ring inner gears 21a is a ring outer gear 22a and 22b are carriers 23a and 23b are planet gears 24 is sun gear 30 is a gear for brush movement 31a and 31b are brush holders 32a and 32b are brushes 33a and 33b are elastic wiring 34a to 34h are coils 35a to 35h are commutators 36N and 36S are permanent magnets (magnetic field applying means) Denoted at 115 is a twist amount conversion unit and a brush moving mechanism. 200 is a rotational displacement sensor 202 is a control unit 203 is a switching element 204 is a microcomputer 205 is a drive circuit 301 is a brush guide plate 302 is a guide bar 303 is a spring

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−344928(JP,A) 特開 昭61−9373(JP,A) 特開 平6−293265(JP,A) 特開 昭61−181933(JP,A) 特開 昭61−9371(JP,A) 実開 昭62−114876(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 5/00 - 5/32 B62D 6/00 - 6/06 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-344928 (JP, A) JP-A-61-9373 (JP, A) JP-A-6-293265 (JP, A) JP-A-61-181933 (JP , A) JP 619371 (JP, A) Actual development 62-114876 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B62D 5/00-5/32 B62D 6/00-6/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ステアリングホイールに接続された入力
軸と転舵輪に接続された出力軸との間にトーションバー
を介装し、当該トーションバーに発生する入力軸及び出
力軸間の相対捩じれ量に応じて、前記出力軸に接続され
たモータを駆動してその回転駆動力を操舵補助力として
発生せしめ、前記モータは少なくとも、回転方向に分割
された所定の巻き方向の複数のコイル及び各コイルに接
続され且つ各コイルへの通電を切り換えるコミュテータ
を備えた回転子と、前記回転子のコイルの周囲で一定方
向の磁界を付与する磁界付与手段と、前記回転子のコミ
ュテータに接触して所定位置のコイルに通電するブラシ
とを備えた電動式パワーステアリング装置において、前
記入力軸及び出力軸間の相対捩じれ量の増加に応じて、
前記コミュテータから通電されるコイルの電流と前記磁
界付与手段による磁界との間に発生する回転子の回転駆
動力が増加する方向に、少なくとも当該磁界付与手段に
対して前記ブラシを相対移動させるブラシ移動機構を備
えたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
1. A torsion bar is provided between an input shaft connected to a steering wheel and an output shaft connected to steered wheels, and a relative twist amount between the input shaft and the output shaft generated in the torsion bar is calculated. Accordingly, the motor connected to the output shaft is driven to generate the rotational driving force as a steering assisting force, and the motor has at least a plurality of coils in a predetermined winding direction divided in the rotation direction and each coil. A rotor provided with a commutator that is connected and switches energization to each coil, magnetic field applying means for applying a magnetic field in a constant direction around the coil of the rotor, and a predetermined position in contact with the commutator of the rotor. In an electric power steering device including a brush for energizing a coil, according to an increase in the relative twist amount between the input shaft and the output shaft,
Brush movement that moves the brush relative to at least the magnetic field applying means in a direction in which the rotational driving force of the rotor generated between the current of the coil supplied from the commutator and the magnetic field of the magnetic field applying means increases. An electric power steering device having a mechanism.
【請求項2】 前記回転子と前記入力軸及び出力軸とを
同軸上に配設したことを特徴とする請求項1に記載の電
動式パワーステアリング装置。
2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the rotor and the input shaft and the output shaft are coaxially arranged.
【請求項3】 前記入力軸及び出力軸間の相対捩じれ量
が零又は略零であるときに、前記モータへの通電電流を
零に制御する制御装置を付加したことを特徴とする請求
項1又は2に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. A control device is added to control the energization current to the motor to zero when the relative twist amount between the input shaft and the output shaft is zero or substantially zero. Alternatively, the electric power steering device according to item 2.
【請求項4】 前記入力軸及び出力軸間の相対捩じれ量
が零又は略零であるときに、前記ブラシがコミュテータ
に接触しないように当該ブラシを案内するガイド機構を
付加したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動
式パワーステアリング装置。
4. A guide mechanism is added for guiding the brush so that the brush does not come into contact with the commutator when the relative twist amount between the input shaft and the output shaft is zero or substantially zero. The electric power steering device according to claim 1.
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