JP3622362B2

JP3622362B2 - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3622362B2
Application number: JP24771596A
Authority: JP
Inventors: 二郎林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: DE69707226T2; US5889378A; DE69707226D1; JPH1086831A; EP0831012A3; EP0831012B1; EP0831012A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングの操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、モータへの電流を制御するための制御回路をモータと一体化して搭載した電動式パワーステアリング装置がある（日本電装公開技報：整理番号１０５−０１５参照）。
また、近年、電動式パワーステアリング装置は、車両重量の増大または大衆車クラスへの展開に伴い、アシストするモータのトルクを大きくさせるために消費電流が増大している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の電動式パワーステアリング装置では、制御回路がモータの径方向外側に配置されているため、制御回路内のスイッチング素子がブラシから離れてしまう（ブラシとスイッチング素子との距離が大きくなる）。このため、ブラシとスイッチング素子との間の配線抵抗が大きくなり、モータ性能を十分活用することができず、また放射ノイズも抑えることができなかった。
また、消費電流の増大に伴い、発熱の大きいスイッチング素子部とブラシ部の２か所に温度センサを配置する必要があり、コストアップの要因となっていた。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、モータ性能の向上、放射ノイズの低減、スイッチング素子の放熱向上、及び温度センサ数の低減を図った電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１及び２の手段によれば、フレームとコンミテータとの間に形成される空間にブラシとスイッチング素子とを搭載している。これにより、ブラシとスイッチング素子との距離を短くできるため、ブラシとスイッチング素子間の配線抵抗を低減でき、モータ性能を向上させることが可能となる。また、放射ノイズも低減できる。
更には、短時間で大電流を流す場合、スイッチング素子の熱をモータの熱容量で賄うことが可能となり、連続作動時間を延長させることができる。
【０００５】
請求項３の手段によれば、コンミテータに摺接する正負各極全てのブラシがコンミテータの円周上で１８０度未満の間隔内に配置されている。これにより、コンミテータ周辺の空間を拡大できるため、スイッチング素子（Ｈブリッジ回路）をより多くブラシ付近に搭載可能となる。
【０００６】
請求項４の手段によれば、ブラシのピグテールとスイッチング素子とを電気的に接続する通電部がブラシ保持板上に設けられている。ブラシのピグテールは、一般的に抵抗を下げるために銅等の網線が用いられる。一方、制御回路では、スイッチング素子に対してボンディングワイヤにより結線される。この様に結線方式の異なるブラシとスイッチング素子とを結合するためには、例えば両者を接続する中間ターミナル等を設ける必要があるため、その分、コンミテータ周辺の空間が小さくなってしまう。これに対し、ブラシのピグテールとスイッチング素子からのボンディングワイヤとを接続できる通電部をブラシホルダに設けることで、コンミテータ周辺の空間を大きく確保できる。
【０００７】
請求項５の手段によれば、ブラシ保持板にスイッチング素子が電気的に取り付けられる電気回路基板が設けられている。これにより、ブラシとスイッチング素子との距離を拡大することなく、組付けが容易で、結線部の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
請求項６の手段によれば、電源遮断するフェールセーフ用リレーもしくはＨブリッジ回路の電流平滑用コンデンサがブラシ保持板に取り付けてある。これにより、リレーもしくはコンデンサの配線を短縮できる。また、Ｈブリッジ回路近傍にコンデンサを配置させることが可能となり、電流を効果的に平滑することができる。
【０００９】
請求項７の手段によれば、ブラシ保持板がコンミテータのアーマチャコア側に取り付けられている。これにより、スイッチング素子の熱をフレームを通じて効果的に放熱可能な位置にスイッチング素子を配置することができる。また、コンデンサ等の大きな部品をブラシホルダ装置に固定した場合、フレーム形状の変更のみで容易に干渉回避できる。
【００１０】
請求項８の手段によれば、ブラシのピグテールとスイッチング素子とを電気的に接続する通電部に温度センサを設けている。これにより、ブラシの温度とスイッチング素子の温度を１つの温度センサで検知できる。この結果、従来より温度センサの数を減らすことができ、その分コストダウンを図ることができる。
【００１１】
請求項９の手段によれば、スイッチング素子は、フレームに螺子締めまたは接着等により固定されている。これにより、スイッチング素子から発生する熱をフレームを通じて効果的に放熱することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電動式パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと言う）を図面に基づいて説明する。
図１はＥＰＳの内部構造を示す断面図である。
ＥＰＳ１は、図１に示す様に、回転出力を発生するモータ２、ステアリングの操舵力と車速に応じてモータ２へ流れる電流を制御する制御回路３（図４参照）、及びモータ２と制御回路３を保持するフレーム４等より構成されている。
【００１３】
モータ２は、内周に界磁装置（図１では複数個の永久磁石）５を具備するヨーク６、界磁装置５の内周で回転自在に支持されたアーマチャ７、このアーマチャ７に設けられたコンミテータ８の外周面に摺接する２個のブラシ９、各ブラシ９を保持するブラシホルダ装置１０等より構成されて、アーマチャ７がフレーム４に対して直立した姿勢（図１参照）で組付けられている。
ヨーク６は、底面を有する形状に設けられて、開放端の鍔部でビス１１によりフレーム４に固定されている。アーマチャ７は、フレーム４に対して直立した姿勢（図１参照）で組付けられ、コンミテータ８を備える回転軸１２の一端側がフレーム４側を向いて配置されている。回転軸１２は、一端側がベアリング１３を介してフレーム４に回転自在に支持され、他端側がベアリング１４を介してヨーク６の底面に設けられた軸受部１５に回転自在に支持されている。
【００１４】
２個のブラシ９は、コンミテータ８の円周上で略９０度に配置され（図２参照）、それぞれブラシホルダ装置１０内のブラシ収納箱１０ａ（図２及び図３参照）に収納されてスプリング１６によりコンミテータ８の外周面に押圧されている。なお、各ブラシ９は、ブラシ収納箱１０ａ内でコンミテータ８の径方向に摺動可能に配設されている。
ブラシホルダ装置１０は、上記のブラシ収納箱１０ａとプリント基板で形成されたブラシ保持板１０ｂから成り、このブラシ保持板１０ｂの略中央部に空けられた丸孔１０ｃ（図３参照）にコンミテータ８を挿通してコンミテータ８の外周に配置され、図示しない螺子等でフレーム４に固定されている。また、ブラシ保持板１０ｂは、フレーム４側の面（図１の左側面）に配線パターン（本発明の結合部／図示しない）が形成されて、この配線パターンにブラシ９のピグテール１７が電気的に接続されている（図２参照）。
【００１５】
制御回路３は、図４に示す様に、Ｈブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子１８（１８ａ〜１８ｄ）、操舵トルクを検出するトルクセンサ１９及び車速を検出する車速センサ２０からの入力信号をデジタル変換するＩ／Ｆ回路２１、このＩ／Ｆ回路２１で変換された操舵力及び車速に応じてトルクアシストに必要なモータ電流を設定するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２２、このマイクロコンピュータ２２から出力されるデジタル信号をアナログ値に変換するＩ／Ｆ回路２３、モータ２に流れる電流を検出する電流検出部２４、Ｉ／Ｆ回路２３で変換されたアナログ電流指令値と電流検出部２４で検出された電流値に基づいて各スイッチング素子１８のデューティ信号を作成する電流制御部２５、この電流制御部２５で作成されたデューティ信号とマイクロコンピュータ２２で決定されるトルクアシストすべき方向が入力されて各スイッチング素子１８を駆動するゲート駆動回路２６、各スイッチング素子１８のスイッチング動作に伴うバッテリ電流を平滑するコンデンサ２７、作動異常が生じた際にモータ電流を遮断するリレー２８、ブラシ保持板１０ｂ上（ピグテール１７の接続部）に取り付けられた温度センサ２９、この温度センサ２９からの入力信号をデジタル変換するＩ／Ｆ回路３０、マイクロコンピュータ２２から出力されるデジタル信号をアナログ値に変換してリレー２８を駆動するＩ／Ｆ回路３１等より構成されている。
【００１６】
この制御回路３は、４個のスイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８を除く構成部品を具備した回路基板（図示しない）がケース３２に収納されて、図１に示す様にモータ２の側方（ヨーク６の外側）に配置され、フレーム４あるいはヨーク６に螺子等の締め付けにより固定されている。スイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８の各構成部品は、図２に示す様に、ブラシ保持板１０ｂの片面（フレーム４側の面）に組付けられて、ブラシ保持板１０ｂの配線パターンと電気的に接続されている。なお、ケース３２内の回路基板とスイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８の各構成部品は、図３に示す様に、ケース３２にインサート成形された複数のターミナル３３をブラシ保持板１０ｂに嵌合し、はんだ付けによりブラシ保持板１０ｂの配線パターンに結線することで電気的に接続されている。また、スイッチング素子１８は、図１に示す様に、放熱面がフレーム４に密着した状態（熱的に接触した状態）で螺子締めまたは接着等により固定されている。
【００１７】
フレーム４は、熱伝導性の良い材料（例えばアルミニウム）で形成され、操舵機構を収容するハウジング（図示しない）の端面に密着した状態（熱的に接触した状態）でボルト等の締め付けにより固定されている。ハウジングは、例えばアルミニウム製で放熱性に優れるとともに、機械的強度が要求されることから肉厚が厚く、従って熱容量も大きいため、ハウジングにフレーム４を密着して固定することにより、ハウジングの熱容量も等価的にフレーム４の熱容量に含めて考えることができる。
【００１８】
次に、本実施例のＥＰＳ１の作動を説明する。
運転者によりステアリングが操舵されると、その操舵力がトルクセンサ１９で検出されて制御回路３へ入力される。制御回路３では、トルクセンサ１９からの入力信号及び車速センサ２０から入力される車速信号に応じてアシストするトルクが演算され、そのトルクを発生するためのモータ電流が設定される。そして、このモータ電流を指令する電流指令値とモータ２に流れる電流とからスイッチング素子１８を駆動するためのデューティ信号が作成されて、このデューティ信号とトルクアシストすべき方向とから各スイッチング素子１８を駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）し、バッテリ３４からモータ２への電圧を可変してモータ２に流れる電流を制御する。
【００１９】
（本実施例の効果）
本実施例によれば、制御回路３の構成部品のうち４個のスイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８の各部品をブラシ保持板１０ｂ上に組付けてコンミテータ８の周辺に確保される空間（フレーム４とコンミテータ８との間に形成される空間）に配置したことにより、全ての構成部品をケース３２内に収容する場合と比べてケース３２を小型化できる。従って、モータ２の径方向外側へ突出する制御回路３の体格（ケース３２の体格）を小さくできるため、従来より車両搭載性を向上できる。また、ブラシ９とスイッチング素子１８との距離を短くできるため、放射ノイズを低減でき、且つブラシ９とスイッチング素子１８間の配線抵抗も低減でき、モータ２の性能向上を図ることができる。
【００２０】
また、２個のブラシ９をコンミテータ８の円周上で略９０度に配置し、且つブラシ９のピグテール１７をブラシ保持板１０ｂの配線パターンに結線したことにより、４個のスイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８の各部品を配置するための空間を大きく確保できる。従って、４個のスイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８の各部品以外の構成部品をブラシ保持板１０ｂ上に配置して更にケース３２の体格を小さくすることも可能である。また、ピグテール１７をブラシ保持板１０ｂの配線パターンに結線することでピグテール１７を短縮できるため、配線抵抗を抑えることもできる。
【００２１】
更には、ブラシ保持板１０ｂをプリント基板により形成して、そのプリント基板上にスイッチング素子１８を電気的に取り付けることができるため、ブラシ９とスイッチング素子１８との距離を拡大することなく、組付けが容易で、結線部の信頼性を向上させることができる。また、ブラシ９、ピグテール１７、スイッチング素子１８等から出る熱をブラシ保持板１０ｂの配線パターンを経由してフレーム４へ放熱させることもできる。
本実施例では、ブラシ保持板１０ｂ上のピグテール１７の接続部に温度センサ２９を設けているため、ブラシ９の温度とスイッチング素子１８の温度を１つの温度センサ２９で検知できる。この結果、従来より温度センサ２９の数を減らすことができ、その分コストダウンを図ることができる。
【００２２】
（変形例）
上記実施例では、ブラシ保持板１０ｂをプリント基板で形成したが、樹脂製のプレートに導電性を有するターミナルを備えても同様の効果を得ることができる。
４個のスイッチング素子１８、コンデンサ２７、及びリレー２８の各部品をブラシ保持板１０ｂ上に配置したが、コンミテータ８周辺の空間を効率的に大きく確保できれば、制御回路３全体をブラシ保持板１０ｂ上に配置して、モータ２側方への制御回路３の突出を無くすことも可能である。
【００２３】
ケース３２内の回路基板とブラシ保持板１０ｂの配線パターンの電気的接続は、ケース３２から取り出されたターミナルと、ブラシ保持板１０ｂの配線パターンに接続されたターミナルないしは配線とを溶接等で電気的に結合するか、またはケース３２内の回路基板とブラシ保持板１０ｂの配線パターンをターミナルが一体的に接続されたものを曲げても同様の組付け、及び機能を持たせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動式パワーステアリング装置の内部構造を示す断面図である。
【図２】ブラシ保持板上の制御回路の各構成部品の配置を示すブラシホルダ装置の平面図である。
【図３】ケース内の回路基板とブラシ保持板との接続例を示す斜視図である。
【図４】制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２モータ
３制御回路
４フレーム
８コンミテータ
９ブラシ
１０ブラシホルダ装置
１０ｂブラシ保持板
１７ピグテール
１８スイッチング素子
２７コンデンサ
２８リレー
２９温度センサ

Claims

車両の操舵機構をトルクアシストするコンミテータを具備した直流モータと、
このモータの回転方向を切り替え、前記モータへ流れる電流を制御するスイッチング素子を有する制御回路とを備えた電動式パワーステアリング装置において、
前記コンミテータに摺接するブラシと前記スイッチング素子とを、前記モータを固定するフレームと前記コンミテータとの間に形成される空間に搭載していることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
複数の前記スイッチング素子によりＨブリッジ回路を構成していることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
前記コンミテータに摺接する正負各極全てのブラシを前記コンミテータの円周上で１８０度未満の間隔内に配置していることを特徴とする請求項１または２記載の電動式パワーステアリング装置。
前記ブラシを保持するブラシホルダ、及びこのブラシホルダを保持するブラシ保持板とから構成されるブラシホルダ装置を有し、
前記ブラシのピグテールと前記スイッチング素子とを電気的に接続する通電部を前記ブラシ保持板上に設けたことを特徴とする請求項１〜３記載の何れかの電動式パワーステアリング装置。
前記スイッチング素子が電気的に取り付けられる電気回路基板を前記ブラシ保持板に設けたことを特徴とする請求項４記載の電動式パワーステアリング装置。
電源遮断するフェールセーフ用リレーもしくは前記Ｈブリッジ回路の電流平滑用コンデンサが前記ブラシ保持板に取り付けてあることを特徴とする請求項４または５記載の電動式パワーステアリング装置。
前記ブラシ保持板は、前記コンミテータのアーマチャコア側に取り付けられていることを特徴とする請求項４〜６記載の何れかの電動式パワーステアリング装置。
前記ブラシのピグテールと前記スイッチング素子とを電気的に接続する前記通電部に温度センサを設けていることを特徴とする請求項４〜７記載の何れかの電動式パワーステアリング装置。
前記スイッチング素子は、前記フレームに螺子締めまたは接着等により固定されていることを特徴とする請求項１〜８記載の何れかの電動式パワーステアリング装置。