JP3781653B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、操舵補助用のモータを回転駆動する電動パワーステアリング装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、これは、舵輪が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助するモータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減するように構成してある。
【０００３】
電動パワーステアリング装置が備える操舵補助用のモータには、近年、ブラシレスモータを使用することが多くなっている。ブラシレスモータは、ロータに永久磁石を備え、ステータに回転磁界を発生させる波形形成回路を、ロータの回転位置の検出信号に基づいて制御することにより、ロータを回転させるモータであり、ブラシが無いので機械的及び電気的なノイズが発生しない。主な用途は、ＶＴＲのシリンダ、カセットデッキのキャプスタン、フレキシブルディスク駆動装置及びＣＤプレーヤ等であり、高い回転性能及び長寿命が要求されるモータとして多用されている。
【０００４】
図１０は、従来の電動パワーステアリング装置に使用されるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータであるブラシレスモータのロータの構成を示す横断面図である。このロータは、中央部にシャフト４が嵌挿され、多数の電磁薄鋼板が積層されて形成されているロータコア３の外周部に沿うように、また、隣り合う極性が異なるように、４個の永久磁石１，２，１，２が貼り付けられている。４個の永久磁石１，２，１，２の軸長方向のそれぞれの長さは、ロータコア３の積層方向の長さに略等しい。
永久磁石１，２が欠けたり割れたりした場合及び剥がれたりした場合に飛散すると、モータがロックする虞があり、飛散防止の為に、非磁性体である薄いステンレス鋼板製の円筒５（キャン）が、ロータコア３外周部の永久磁石１，２を覆っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＰＭモータであるブラシレスモータのモータトルクの出力特性は、図１１に示すように、高速回転領域で急激に出力（＝トルク×回転数）が低下する。その為、上述したように、電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータに、ＳＰＭモータであるブラシレスモータを使用した場合、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来ず、舵輪が重くなるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、前記モータを回転駆動する電動パワーステアリング装置において、前記モータは、ロータコアに設けられた複数の空所に、永久磁石がそれぞれ埋め込まれた永久磁石埋込型ロータを有し、ＰＷＭ制御されたパルス信号で制御されるモータ電流を位相制御することによって弱め界磁制御されるように構成してあるブラシレスモータであり、前記ロータコアは、多数の電磁薄鋼板が回転軸の軸長方向に積層されて形成され、前記空所が前記永久磁石の形状に合わせて形成されており、前記永久磁石の回転軸の軸長方向の長さは前記ロータコアの積層方向の長さにほぼ等しくなされており、さらに、前記パルス信号に対応する交流信号の実効値のその最大値に対する比を検出する手段と、検出した比が９０％〜１００％の範囲内であるか否か判定する手段と、位相制御の実行または停止を切換える手段とを備え、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内で、前記ブラシレスモータの回転速度が位相制御が行われていない場合の回転速度範囲である場合、弱め界磁制御により前記ブラシレスモータが回転駆動されるように前記モータ電流を位相制御すべくなしてあることを特徴とする。
【０００７】
この電動パワーステアリング装置では、操舵補助用のモータを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、モータを回転駆動する。モータは、ロータコアに設けられた複数の空所に、複数の永久磁石がそれぞれ埋め込まれた永久磁石埋込型ロータを備えるブラシレスモータ（ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）モータ）とすることで、従来のＳＰＭモータでは出来ない弱め界磁制御が可能となる。弱め界磁制御により、モータの回転速度範囲が拡大し、高速回転領域においても操舵補助力を得ることが出来る。
【０００８】
また、保護材（キャン）を用いなくとも、永久磁石が飛散する虞がなく、高い信頼性を得ることが出来る。
また、ロータの磁気的な突極性により発生するリラクタンストルクの利用が可能となり、永久磁石の使用量を削減出来るので、部品コストの低減を図ることが出来る。
【００１０】
また、モータのロータコアは、多数の電磁薄鋼板が回転軸の軸長方向に積層されて形成され、空所が永久磁石の形状に合わせて形成されているので、保護材（キャン）を用いなくとも、永久磁石が飛散する虞がなく、高い信頼性を得ることが出来る。また、ロータの磁気的な突極性により発生するリラクタンストルクの利用が可能となり、永久磁石の使用量を削減出来るので、部品コストの低減を図ることが出来る。
【００１２】
また、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されるパルス信号に対応する交流信号の実効値が、該実行値の最大値の９０％〜１００％の範囲内になり、モータの回転速度が最高速度に近づいた高速回転領域において、弱め界磁制御を行うことにより、モータの回転速度範囲を拡大し、前記最高速度よりも高速な回転速度領域においても操舵補助力を得ることが出来る。
【００１４】
また、前記実効値の前記最大値に対する比を検出する手段により検出した比に対し、９０％〜１００％の範囲内であるか否か判定する手段で判定を行い、判定結果に応じて、位相制御の実行／停止を切換える手段により弱め界磁制御を実行する。前記比が９０％〜１００％の範囲内となり、モータの回転速度が最高速度に近づいた高速回転領域において、位相制御（弱め界磁制御）を行うことにより、モータの回転速度範囲を拡大し、前記最高速度よりも高速な回転速度領域においても操舵補助力を得ることが出来るようになる。
【００１５】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明において、前記操舵トルクと前記モータ電流の目標値との対応関係が設定されたテーブルと、検出した操舵トルクと予め設定された閾値との差を求める手段とを備え、前記検出した比が９０％未満の場合は、前記テーブルから求めた目標値に基づいて前記パルス信号をＰＷＭ制御し、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内の場合は、前記差を求めて該差が無くなるように前記パルス信号を位相制御すべくなしてあることを特徴とする。
【００１６】
この電動パワーステアリング装置では、前記検出した比が９０％未満の場合は、前記テーブルからモータ電流の目標値を求め、求めた目標値に基づいてパルス信号のＰＷＭ制御を行う。また、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内の場合は、検出された操舵トルクと予め設定された閾値との差を求めて、求めた差が無くなるようにパルス信号の位相制御を行う。位相制御（弱め界磁制御）によってモータの回転速度範囲を拡大し、操舵トルクと予め設定された閾値との差を減少させることができる。操舵速度がモータ応答速度を超えた場合に生じる操舵トルクと予め設定された閾値との差を減少させて、操舵応答性を向上させることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１０が検出し出力したトルク検出信号が、インタフェイス回路１１を介してマイクロコンピュータ１２へ与えられ、車速を検出する車速センサ２０が検出し出力した車速信号が、インタフェイス回路２１を介してマイクロコンピュータ１２へ与えられる。
【００１８】
マイクロコンピュータ１２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路１５へ入力され、リレー駆動回路１５はリレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点１５ａをオン又はオフさせる。
マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号、車速信号及び後述するモータ電流信号に基づき、メモリ１８内のトルク／電流（目標モータ電流）テーブル１８ａを参照することにより、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）及び回転方向指令値を作成し、作成したＰＷＭ指令値及び回転方向指令値はモータ駆動回路１３へ与えられる。モータ駆動回路１３は、フェイルセーフリレー接点１５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたＰＷＭ指令値及び回転方向指令値に基づき、操舵補助用のモータであるブラシレスモータ２４を回転駆動させる。
【００１９】
ブラシレスモータ２４が回転する際、ロータ位置検出器１４がそのロータ位置を検出し、モータ駆動回路１３は、この検出したロータ位置信号に基づき、ブラシレスモータ２４を回転制御する。
ブラシレスモータ２４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与えられる。
【００２０】
図２は、ブラシレスモータ２４、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成を示すブロック図である。ブラシレスモータ２４は、コイルＡ，Ｂ，Ｃの各一方の端子がスター結線されたステータ２４ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転するロータ２４ｂと、このロータ２４ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４（レゾルバ）とを備えている。
【００２１】
モータ駆動回路１３はスイッチング回路８を備え、スイッチング回路８は、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
【００２２】
トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。
【００２３】
ロータ位置検出器１４が検出した、ロータ２４ｂの回転位置は、ゲート制御回路８ａに通知される。ゲート制御回路８ａには、マイクロコンピュータ１２からＰＷＭ指令値（モータ電流指令値）及び回転方向が与えられる。ゲート制御回路８ａは、回転方向の指示とロータ２４ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖのように、ロータ２４ｂに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。
【００２４】
ロータ２４ｂは、永久磁石を備えており、前記回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路８ａは、また、ＰＷＭ指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、ブラシレスモータ２４の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。
モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ２４の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出して加算し、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与える。
【００２５】
図３は、ＩＰＭ（Internal Permanent Magnet ）モータであるブラシレスモータ２４のロータ２４ｂの構成を示す横断面図である。このロータ２４ｂは、中央部にシャフト４が嵌挿され、多数の電磁薄鋼板が積層されてロータコア３ａが形成されている。ロータコア３ａには、板状の永久磁石１ａ，２ａを埋め込む為に、その形状に合わせた直方体形状の空所６が４個、シャフト４を囲むように設けられ、各空所６には、極性が異なる永久磁石１ａ，２ａが隣り合うように埋め込まれている。４個の板状の永久磁石の軸長方向のそれぞれの長さは、ロータコア３ａの積層方向の長さに略等しい。
尚、永久磁石の形状は、平板に限らず、円弧形状でも良い。また、極数も４個に限らず、６個、８個、１２個等の偶数であれば良い。
【００２６】
このようなロータ２４ｂを備えるＩＰＭモータであるブラシレスモータ２４のモータトルクの出力特性は、図４に示すように、高速回転領域でも出力（＝トルク×回転数）が低下しない弱め界磁制御が可能であるので、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来る。弱め界磁制御は、モータ電流の位相制御によって行う。モータ電流の位相制御は、ＰＷＭ制御されるパルス信号の位相制御によって行う。モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）に応じてＰＷＭ制御され、位相指令値に応じて位相制御されるパルス信号をモータ駆動回路１３に与えて、モータ電流値及び位相を制御することができる。
【００２７】
パルス信号の一例を図５（ａ）に示す。また、図５（ａ）に示すパルス信号に対応する交流信号の一例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、パルス信号の変化に応じて、交流信号の実効値が変化する。よって、モータ電流に応じて交流信号の実効値は変化する。以下、交流信号の実効値が最大（Ｖｏ）のときを実効値が１００％、実効値が最大値Ｖｏの半分のときを実効値が５０％と表現する。
【００２８】
弱め界磁制御により、モータの回転速度範囲が拡大し、高速回転領域においても操舵補助力を得ることが出来る。例えば、図６（ａ）に示すように、弱め界磁制御を行わない場合、前記パルス信号に対応する交流信号の実効値が１００％でトルクが最大値から低下し始める回転速度ωｏを超えた後、回転速度の上昇率は低下し、最高回転速度に達するが、図６（ｂ）に示すように、弱め界磁制御を行った場合、回転速度ωｏを超えた後も、回転速度をさらに上昇させることができる。
【００２９】
マイクロコンピュータ１２は、前記交流信号の実効値が１００％未満の場合は、ＰＷＭによる駆動制御を行い、実効値が１００％の場合は、モータ電流の位相を進めて、弱め界磁による駆動制御を行う。マイクロコンピュータ１２は、実効値を検出する手段、検出した実行値が１００％であるか否か判定する手段、および弱め界磁制御の実行又は停止を切換える手段として動作する。
【００３０】
本実施の形態では、実効値が１００％で、かつ、操舵速度がモータの応答速度を超えている場合に、モータ電流の位相を進める。マイクロコンピュータ１２は、実効値が１００％で、かつ、操舵トルクが予め設定された閾値を超えていない場合は、最大トルクが出力されるようにモータ電流の位相の進みを遅らせるように動作する。また、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流が制限値に達している場合は、弱め界磁制御の実行を中止するように動作する。
【００３１】
図７は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。この電動パワーステアリング装置は、上端部にステアリングホイール３１（舵輪）が取付けられる上部軸３２を備え、上部軸３２の下端部には、第１ダウエルピン３３を介して筒状の入力軸３４及びこれの内側に挿入される連結軸３５（トーションバー）の上端部が連結されている。連結軸３５の下端部には、第２ダウエルピン３６を介して筒状の出力軸３７が連結されており、上部軸３２、入力軸３４及び出力軸３７が軸受３８，３９，４０を介してハウジング４１内にそれぞれ回転可能に支持されている。
【００３２】
このハウジング４１内には、前記連結軸３５を介して連結される入力軸３４及び出力軸３７の相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、トルクセンサ１０の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用のブラシレスモータ２４の回転を減速して、前記出力軸３７に伝達する減速機構４３とを備え、ステアリングホイール３１の回転に応じた舵取機構の動作を前記ブラシレスモータ２４の回転により補助し、舵取の為の運転者の労力負担を軽減するように構成されている。出力軸３７の下端部は、ユニバーサルジョイントを介してラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
【００３３】
トルクセンサ１０は、前記入力軸３４の周面１０ａに沿わせて、軸長方向に傾斜を有する磁性材からなる複数の突起物１０ｃ（突起）を設けてあり、入力軸３４が回転したときに、入力軸３４の軸方向に移動する磁性材からなる突起物１０ｃの位置を検出する為に、ＭＲセンサ４６ａ（磁気抵抗効果素子、第１磁気センサ）が入力軸３４と適当な隙間を空けて平行に設けられ、ＭＲセンサ４６ａと入力軸３４の周方向に１８０°相違すべき位置に、ＭＲセンサ４６ｂ（第２磁気センサ）が入力軸３４と適当な隙間を空けて平行に設けられ、それぞれ車体の動かない部位に固定されている。
【００３４】
出力軸３７は、入力軸３４と同様に、出力軸３７の周面１０ｂに沿わせて、軸長方向に傾斜を有する磁性材からなる複数の突起物１０ｄ（突起）を設けてある。また、出力軸３７が回転したときに、出力軸３７の軸方向に移動する磁性材からなる突起物１０ｄの位置を検出する為に、ＭＲセンサ４７ａ（磁気抵抗効果素子、第１磁気センサ）が出力軸３７と適当な隙間を空けて平行に設けられ、ＭＲセンサ４７ａと出力軸３７の周方向に１８０°相違すべき位置に、ＭＲセンサ４７ｂ（第２磁気センサ）が出力軸３７と適当な隙間を空けて平行に設けられ、それぞれ車体の動かない部位に固定されている。
【００３５】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図８のフローチャートを参照しながら説明する。
マイクロコンピュータ１２は、操舵補助動作において、先ず、トルクセンサ１０が検出したトルク検出信号をインタフェイス回路１１を介して読込み（Ｓ２）、次に、車速センサ２０が検出した車速信号をインタフェイス回路２１を介して読込む（Ｓ４）。
【００３６】
マイクロコンピュータ１２は、モータ駆動回路１３に与えているＰＷＭ指令値のパルス信号に対応する交流信号の実効値が１００％であるか判定する（Ｓ６）。実効値が１００％より小さい場合（Ｓ６：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１２は、読込んだ（Ｓ４）車速信号及び読込んだ（Ｓ２）トルク検出信号から、トルク／電流テーブル１８ａを参照して、目標モータ電流を決定する（Ｓ１０）。
【００３７】
次いで、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流検出回路１７からモータ電流信号を読込み（Ｓ１２）、決定した（Ｓ１０）目標モータ電流と読込んだ（Ｓ１２）モータ電流信号との差を演算し（Ｓ１４）、演算した差に基づき、ブラシレスモータ２４に目標モータ電流を流すべく、モータ電流指令値を決定する（Ｓ１６）。
【００３８】
実効値が１００％であった場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２は、弱め界磁制御（Ｓ８）を行う。弱め界磁制御の処理手順を図９に示す。マイクロコンピュータ１２は、検出されたトルク値と閾値とを比較する（Ｓ３０）。閾値は、操舵速度がモータの応答速度を超えたと判断できる操舵トルク値であり、マイクロコンピュータ１２のメモリ１８に予め記憶されている。トルク値が閾値よりも小さい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流の位相βと、トルクが最大となる位相βｏとを比較し（Ｓ３６）、位相βが位相βｏより進んでいる場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、トルク値と閾値との差を求め（Ｓ３８）、差が減少するように、進み位相指令値を変更し（Ｓ４０）、リターンする。位相βが位相βｏと等しい場合（Ｓ３６：ＮＯ）、上述した目標モータ電流決定（Ｓ１０）、モータ電流信号読込み（Ｓ１２）、差演算（Ｓ１４）、モータ電流指令値決定（Ｓ１６）を行う。
【００３９】
トルク値が閾値以上の場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流信号を読込み（Ｓ３２）、モータ電流値が制限値以下であるか判定する（Ｓ３４）。モータ電流が制限値より小さい場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２は、トルク値と閾値との差を求め（Ｓ３８）、差が減少するように、進み位相指令値を変更し（Ｓ４０）、リターンする。モータ電流が制限値に達していた場合は（Ｓ３４：ＮＯ）、リターンする。
【００４０】
マイクロコンピュータ１２は、決定（Ｓ１６）したモータ電流指令値又は変更（Ｓ４０）した進み位相指令値に応じたＰＷＭ指令値、位相指令値及び回転方向を決定し（Ｓ１８）、決定したＰＷＭ指令値、位相指令値及び回転方向の指示信号（パルス信号、回転方向指示信号）をモータ駆動回路１３へ与え（Ｓ２０）、リターンして他の処理へ移る。
モータ駆動回路１３は、与えられたＰＷＭ指令値、位相指令値及び回転方向の指示信号（パルス信号、回転方向指示信号）に基づき、ブラシレスモータ２４を回転駆動させる。
【００４１】
上述した実施の形態では、パルス信号に対応する交流信号の実効値に基づいて回転速度が高速回転領域に含まれるか否かを判定したが、図６（ｂ）に示す回転速度ωｏに基づいて高速回転領域に含まれるか否かを判定することもできる。操舵角センサを入力軸に設けて、検出した操舵角速度に基づいて高速回転領域に含まれるか否かを判定することも出来る。
【００４２】
また、モータのトルクと回転数とに応じた位相を予めテーブルに記憶しておき、モータのトルクの検出値と回転数の検出値とに応じた位相をテーブルから読み出し、読み出した位相に基づいて位相制御（弱め界磁制御）を行うことも出来る。本実施の形態では、位相制御を行う基準となる実効値を１００％に設定したが、９０％以上１００％未満の実効値に設定することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、弱め界磁制御でモータを駆動することにより回転速度範囲を拡大し、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来る。また、保護材（キャン）を用いなくとも、永久磁石が飛散する虞がなく、高い信頼性を得ることが出来る。また、ロータの磁気的な突極性により発生するリラクタンストルクの利用が可能となり、永久磁石の使用量を削減出来るので、部品コストの低減を図ることが出来る。
【００４４】
また、ＰＷＭ制御されるパルス信号に対応する交流信号の実効値が９０％〜１００％の範囲内であり、モータの回転速度が最高速度に近づいた高速回転領域において、弱め界磁制御を行うことにより、モータの回転速度範囲を拡大し、前記最高速度よりも高速な回転速度領域であっても操舵補助力を得ることが出来る。
【００４５】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ＰＭＷ制御されるパルス信号に対応した交流信号の実効値が９０％〜１００％の範囲内の場合は、操舵トルクと予め設定された閾値との差を求めて、求めた差が無くなるように弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御によってモータの回転速度範囲を拡大し、操舵トルクと予め設定された閾値との差を減少させることにより、操舵速度とモータ応答速度との差を減少させて、操舵応答性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】ブラシレスモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の構成を示すブロック図である。
【図３】ＩＰＭモータであるブラシレスモータのロータの構成を示す横断面図である。
【図４】ＩＰＭモータであるブラシレスモータの出力特性を示す特性図である。
【図５】（ａ）はパルス信号の一例を示す図であり、（ｂ）はパルス信号に対応する交流信号の一例を示す図である。
【図６】ＩＰＭモータであるブラシレスモータのトルク特性を示す特性図であり、（ａ）は弱め界磁制御を行わない場合、（ｂ）は弱め界磁制御を行った場合のトルク特性である。
【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】ＳＰＭモータであるブラシレスモータのロータの構成を示す横断面図である。
【図１１】ＳＰＭモータの出力特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ａ，２ａ 永久磁石
３ａ ロータコア
４ シャフト
６ 空所
８ スイッチング回路
８ａ ゲート制御回路
１０ トルクセンサ
１２ マイクロコンピュータ
１３ モータ駆動回路
１７ モータ電流検出回路
１８ａ トルク／電流テーブル
２４ ブラシレスモータ（モータ）
２４ａ ステータ
２４ｂ ロータ
３１ ステアリングホイール（舵輪）
Ｐ 車載バッテリー
【発明の属する技術分野】
本発明は、舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、操舵補助用のモータを回転駆動する電動パワーステアリング装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、これは、舵輪が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助するモータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減するように構成してある。
【０００３】
電動パワーステアリング装置が備える操舵補助用のモータには、近年、ブラシレスモータを使用することが多くなっている。ブラシレスモータは、ロータに永久磁石を備え、ステータに回転磁界を発生させる波形形成回路を、ロータの回転位置の検出信号に基づいて制御することにより、ロータを回転させるモータであり、ブラシが無いので機械的及び電気的なノイズが発生しない。主な用途は、ＶＴＲのシリンダ、カセットデッキのキャプスタン、フレキシブルディスク駆動装置及びＣＤプレーヤ等であり、高い回転性能及び長寿命が要求されるモータとして多用されている。
【０００４】
図１０は、従来の電動パワーステアリング装置に使用されるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータであるブラシレスモータのロータの構成を示す横断面図である。このロータは、中央部にシャフト４が嵌挿され、多数の電磁薄鋼板が積層されて形成されているロータコア３の外周部に沿うように、また、隣り合う極性が異なるように、４個の永久磁石１，２，１，２が貼り付けられている。４個の永久磁石１，２，１，２の軸長方向のそれぞれの長さは、ロータコア３の積層方向の長さに略等しい。
永久磁石１，２が欠けたり割れたりした場合及び剥がれたりした場合に飛散すると、モータがロックする虞があり、飛散防止の為に、非磁性体である薄いステンレス鋼板製の円筒５（キャン）が、ロータコア３外周部の永久磁石１，２を覆っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＰＭモータであるブラシレスモータのモータトルクの出力特性は、図１１に示すように、高速回転領域で急激に出力（＝トルク×回転数）が低下する。その為、上述したように、電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータに、ＳＰＭモータであるブラシレスモータを使用した場合、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来ず、舵輪が重くなるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、前記モータを回転駆動する電動パワーステアリング装置において、前記モータは、ロータコアに設けられた複数の空所に、永久磁石がそれぞれ埋め込まれた永久磁石埋込型ロータを有し、ＰＷＭ制御されたパルス信号で制御されるモータ電流を位相制御することによって弱め界磁制御されるように構成してあるブラシレスモータであり、前記ロータコアは、多数の電磁薄鋼板が回転軸の軸長方向に積層されて形成され、前記空所が前記永久磁石の形状に合わせて形成されており、前記永久磁石の回転軸の軸長方向の長さは前記ロータコアの積層方向の長さにほぼ等しくなされており、さらに、前記パルス信号に対応する交流信号の実効値のその最大値に対する比を検出する手段と、検出した比が９０％〜１００％の範囲内であるか否か判定する手段と、位相制御の実行または停止を切換える手段とを備え、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内で、前記ブラシレスモータの回転速度が位相制御が行われていない場合の回転速度範囲である場合、弱め界磁制御により前記ブラシレスモータが回転駆動されるように前記モータ電流を位相制御すべくなしてあることを特徴とする。
【０００７】
この電動パワーステアリング装置では、操舵補助用のモータを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、モータを回転駆動する。モータは、ロータコアに設けられた複数の空所に、複数の永久磁石がそれぞれ埋め込まれた永久磁石埋込型ロータを備えるブラシレスモータ（ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）モータ）とすることで、従来のＳＰＭモータでは出来ない弱め界磁制御が可能となる。弱め界磁制御により、モータの回転速度範囲が拡大し、高速回転領域においても操舵補助力を得ることが出来る。
【０００８】
また、保護材（キャン）を用いなくとも、永久磁石が飛散する虞がなく、高い信頼性を得ることが出来る。
また、ロータの磁気的な突極性により発生するリラクタンストルクの利用が可能となり、永久磁石の使用量を削減出来るので、部品コストの低減を図ることが出来る。
【００１０】
また、モータのロータコアは、多数の電磁薄鋼板が回転軸の軸長方向に積層されて形成され、空所が永久磁石の形状に合わせて形成されているので、保護材（キャン）を用いなくとも、永久磁石が飛散する虞がなく、高い信頼性を得ることが出来る。また、ロータの磁気的な突極性により発生するリラクタンストルクの利用が可能となり、永久磁石の使用量を削減出来るので、部品コストの低減を図ることが出来る。
【００１２】
また、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されるパルス信号に対応する交流信号の実効値が、該実行値の最大値の９０％〜１００％の範囲内になり、モータの回転速度が最高速度に近づいた高速回転領域において、弱め界磁制御を行うことにより、モータの回転速度範囲を拡大し、前記最高速度よりも高速な回転速度領域においても操舵補助力を得ることが出来る。
【００１４】
また、前記実効値の前記最大値に対する比を検出する手段により検出した比に対し、９０％〜１００％の範囲内であるか否か判定する手段で判定を行い、判定結果に応じて、位相制御の実行／停止を切換える手段により弱め界磁制御を実行する。前記比が９０％〜１００％の範囲内となり、モータの回転速度が最高速度に近づいた高速回転領域において、位相制御（弱め界磁制御）を行うことにより、モータの回転速度範囲を拡大し、前記最高速度よりも高速な回転速度領域においても操舵補助力を得ることが出来るようになる。
【００１５】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明において、前記操舵トルクと前記モータ電流の目標値との対応関係が設定されたテーブルと、検出した操舵トルクと予め設定された閾値との差を求める手段とを備え、前記検出した比が９０％未満の場合は、前記テーブルから求めた目標値に基づいて前記パルス信号をＰＷＭ制御し、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内の場合は、前記差を求めて該差が無くなるように前記パルス信号を位相制御すべくなしてあることを特徴とする。
【００１６】
この電動パワーステアリング装置では、前記検出した比が９０％未満の場合は、前記テーブルからモータ電流の目標値を求め、求めた目標値に基づいてパルス信号のＰＷＭ制御を行う。また、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内の場合は、検出された操舵トルクと予め設定された閾値との差を求めて、求めた差が無くなるようにパルス信号の位相制御を行う。位相制御（弱め界磁制御）によってモータの回転速度範囲を拡大し、操舵トルクと予め設定された閾値との差を減少させることができる。操舵速度がモータ応答速度を超えた場合に生じる操舵トルクと予め設定された閾値との差を減少させて、操舵応答性を向上させることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１０が検出し出力したトルク検出信号が、インタフェイス回路１１を介してマイクロコンピュータ１２へ与えられ、車速を検出する車速センサ２０が検出し出力した車速信号が、インタフェイス回路２１を介してマイクロコンピュータ１２へ与えられる。
【００１８】
マイクロコンピュータ１２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路１５へ入力され、リレー駆動回路１５はリレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点１５ａをオン又はオフさせる。
マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号、車速信号及び後述するモータ電流信号に基づき、メモリ１８内のトルク／電流（目標モータ電流）テーブル１８ａを参照することにより、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）及び回転方向指令値を作成し、作成したＰＷＭ指令値及び回転方向指令値はモータ駆動回路１３へ与えられる。モータ駆動回路１３は、フェイルセーフリレー接点１５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたＰＷＭ指令値及び回転方向指令値に基づき、操舵補助用のモータであるブラシレスモータ２４を回転駆動させる。
【００１９】
ブラシレスモータ２４が回転する際、ロータ位置検出器１４がそのロータ位置を検出し、モータ駆動回路１３は、この検出したロータ位置信号に基づき、ブラシレスモータ２４を回転制御する。
ブラシレスモータ２４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与えられる。
【００２０】
図２は、ブラシレスモータ２４、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成を示すブロック図である。ブラシレスモータ２４は、コイルＡ，Ｂ，Ｃの各一方の端子がスター結線されたステータ２４ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転するロータ２４ｂと、このロータ２４ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４（レゾルバ）とを備えている。
【００２１】
モータ駆動回路１３はスイッチング回路８を備え、スイッチング回路８は、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
【００２２】
トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。
【００２３】
ロータ位置検出器１４が検出した、ロータ２４ｂの回転位置は、ゲート制御回路８ａに通知される。ゲート制御回路８ａには、マイクロコンピュータ１２からＰＷＭ指令値（モータ電流指令値）及び回転方向が与えられる。ゲート制御回路８ａは、回転方向の指示とロータ２４ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖのように、ロータ２４ｂに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。
【００２４】
ロータ２４ｂは、永久磁石を備えており、前記回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路８ａは、また、ＰＷＭ指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、ブラシレスモータ２４の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。
モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ２４の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出して加算し、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与える。
【００２５】
図３は、ＩＰＭ（Internal Permanent Magnet ）モータであるブラシレスモータ２４のロータ２４ｂの構成を示す横断面図である。このロータ２４ｂは、中央部にシャフト４が嵌挿され、多数の電磁薄鋼板が積層されてロータコア３ａが形成されている。ロータコア３ａには、板状の永久磁石１ａ，２ａを埋め込む為に、その形状に合わせた直方体形状の空所６が４個、シャフト４を囲むように設けられ、各空所６には、極性が異なる永久磁石１ａ，２ａが隣り合うように埋め込まれている。４個の板状の永久磁石の軸長方向のそれぞれの長さは、ロータコア３ａの積層方向の長さに略等しい。
尚、永久磁石の形状は、平板に限らず、円弧形状でも良い。また、極数も４個に限らず、６個、８個、１２個等の偶数であれば良い。
【００２６】
このようなロータ２４ｂを備えるＩＰＭモータであるブラシレスモータ２４のモータトルクの出力特性は、図４に示すように、高速回転領域でも出力（＝トルク×回転数）が低下しない弱め界磁制御が可能であるので、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来る。弱め界磁制御は、モータ電流の位相制御によって行う。モータ電流の位相制御は、ＰＷＭ制御されるパルス信号の位相制御によって行う。モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）に応じてＰＷＭ制御され、位相指令値に応じて位相制御されるパルス信号をモータ駆動回路１３に与えて、モータ電流値及び位相を制御することができる。
【００２７】
パルス信号の一例を図５（ａ）に示す。また、図５（ａ）に示すパルス信号に対応する交流信号の一例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、パルス信号の変化に応じて、交流信号の実効値が変化する。よって、モータ電流に応じて交流信号の実効値は変化する。以下、交流信号の実効値が最大（Ｖｏ）のときを実効値が１００％、実効値が最大値Ｖｏの半分のときを実効値が５０％と表現する。
【００２８】
弱め界磁制御により、モータの回転速度範囲が拡大し、高速回転領域においても操舵補助力を得ることが出来る。例えば、図６（ａ）に示すように、弱め界磁制御を行わない場合、前記パルス信号に対応する交流信号の実効値が１００％でトルクが最大値から低下し始める回転速度ωｏを超えた後、回転速度の上昇率は低下し、最高回転速度に達するが、図６（ｂ）に示すように、弱め界磁制御を行った場合、回転速度ωｏを超えた後も、回転速度をさらに上昇させることができる。
【００２９】
マイクロコンピュータ１２は、前記交流信号の実効値が１００％未満の場合は、ＰＷＭによる駆動制御を行い、実効値が１００％の場合は、モータ電流の位相を進めて、弱め界磁による駆動制御を行う。マイクロコンピュータ１２は、実効値を検出する手段、検出した実行値が１００％であるか否か判定する手段、および弱め界磁制御の実行又は停止を切換える手段として動作する。
【００３０】
本実施の形態では、実効値が１００％で、かつ、操舵速度がモータの応答速度を超えている場合に、モータ電流の位相を進める。マイクロコンピュータ１２は、実効値が１００％で、かつ、操舵トルクが予め設定された閾値を超えていない場合は、最大トルクが出力されるようにモータ電流の位相の進みを遅らせるように動作する。また、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流が制限値に達している場合は、弱め界磁制御の実行を中止するように動作する。
【００３１】
図７は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。この電動パワーステアリング装置は、上端部にステアリングホイール３１（舵輪）が取付けられる上部軸３２を備え、上部軸３２の下端部には、第１ダウエルピン３３を介して筒状の入力軸３４及びこれの内側に挿入される連結軸３５（トーションバー）の上端部が連結されている。連結軸３５の下端部には、第２ダウエルピン３６を介して筒状の出力軸３７が連結されており、上部軸３２、入力軸３４及び出力軸３７が軸受３８，３９，４０を介してハウジング４１内にそれぞれ回転可能に支持されている。
【００３２】
このハウジング４１内には、前記連結軸３５を介して連結される入力軸３４及び出力軸３７の相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、トルクセンサ１０の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用のブラシレスモータ２４の回転を減速して、前記出力軸３７に伝達する減速機構４３とを備え、ステアリングホイール３１の回転に応じた舵取機構の動作を前記ブラシレスモータ２４の回転により補助し、舵取の為の運転者の労力負担を軽減するように構成されている。出力軸３７の下端部は、ユニバーサルジョイントを介してラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
【００３３】
トルクセンサ１０は、前記入力軸３４の周面１０ａに沿わせて、軸長方向に傾斜を有する磁性材からなる複数の突起物１０ｃ（突起）を設けてあり、入力軸３４が回転したときに、入力軸３４の軸方向に移動する磁性材からなる突起物１０ｃの位置を検出する為に、ＭＲセンサ４６ａ（磁気抵抗効果素子、第１磁気センサ）が入力軸３４と適当な隙間を空けて平行に設けられ、ＭＲセンサ４６ａと入力軸３４の周方向に１８０°相違すべき位置に、ＭＲセンサ４６ｂ（第２磁気センサ）が入力軸３４と適当な隙間を空けて平行に設けられ、それぞれ車体の動かない部位に固定されている。
【００３４】
出力軸３７は、入力軸３４と同様に、出力軸３７の周面１０ｂに沿わせて、軸長方向に傾斜を有する磁性材からなる複数の突起物１０ｄ（突起）を設けてある。また、出力軸３７が回転したときに、出力軸３７の軸方向に移動する磁性材からなる突起物１０ｄの位置を検出する為に、ＭＲセンサ４７ａ（磁気抵抗効果素子、第１磁気センサ）が出力軸３７と適当な隙間を空けて平行に設けられ、ＭＲセンサ４７ａと出力軸３７の周方向に１８０°相違すべき位置に、ＭＲセンサ４７ｂ（第２磁気センサ）が出力軸３７と適当な隙間を空けて平行に設けられ、それぞれ車体の動かない部位に固定されている。
【００３５】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図８のフローチャートを参照しながら説明する。
マイクロコンピュータ１２は、操舵補助動作において、先ず、トルクセンサ１０が検出したトルク検出信号をインタフェイス回路１１を介して読込み（Ｓ２）、次に、車速センサ２０が検出した車速信号をインタフェイス回路２１を介して読込む（Ｓ４）。
【００３６】
マイクロコンピュータ１２は、モータ駆動回路１３に与えているＰＷＭ指令値のパルス信号に対応する交流信号の実効値が１００％であるか判定する（Ｓ６）。実効値が１００％より小さい場合（Ｓ６：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１２は、読込んだ（Ｓ４）車速信号及び読込んだ（Ｓ２）トルク検出信号から、トルク／電流テーブル１８ａを参照して、目標モータ電流を決定する（Ｓ１０）。
【００３７】
次いで、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流検出回路１７からモータ電流信号を読込み（Ｓ１２）、決定した（Ｓ１０）目標モータ電流と読込んだ（Ｓ１２）モータ電流信号との差を演算し（Ｓ１４）、演算した差に基づき、ブラシレスモータ２４に目標モータ電流を流すべく、モータ電流指令値を決定する（Ｓ１６）。
【００３８】
実効値が１００％であった場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２は、弱め界磁制御（Ｓ８）を行う。弱め界磁制御の処理手順を図９に示す。マイクロコンピュータ１２は、検出されたトルク値と閾値とを比較する（Ｓ３０）。閾値は、操舵速度がモータの応答速度を超えたと判断できる操舵トルク値であり、マイクロコンピュータ１２のメモリ１８に予め記憶されている。トルク値が閾値よりも小さい場合（Ｓ３０：ＮＯ）、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流の位相βと、トルクが最大となる位相βｏとを比較し（Ｓ３６）、位相βが位相βｏより進んでいる場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、トルク値と閾値との差を求め（Ｓ３８）、差が減少するように、進み位相指令値を変更し（Ｓ４０）、リターンする。位相βが位相βｏと等しい場合（Ｓ３６：ＮＯ）、上述した目標モータ電流決定（Ｓ１０）、モータ電流信号読込み（Ｓ１２）、差演算（Ｓ１４）、モータ電流指令値決定（Ｓ１６）を行う。
【００３９】
トルク値が閾値以上の場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流信号を読込み（Ｓ３２）、モータ電流値が制限値以下であるか判定する（Ｓ３４）。モータ電流が制限値より小さい場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１２は、トルク値と閾値との差を求め（Ｓ３８）、差が減少するように、進み位相指令値を変更し（Ｓ４０）、リターンする。モータ電流が制限値に達していた場合は（Ｓ３４：ＮＯ）、リターンする。
【００４０】
マイクロコンピュータ１２は、決定（Ｓ１６）したモータ電流指令値又は変更（Ｓ４０）した進み位相指令値に応じたＰＷＭ指令値、位相指令値及び回転方向を決定し（Ｓ１８）、決定したＰＷＭ指令値、位相指令値及び回転方向の指示信号（パルス信号、回転方向指示信号）をモータ駆動回路１３へ与え（Ｓ２０）、リターンして他の処理へ移る。
モータ駆動回路１３は、与えられたＰＷＭ指令値、位相指令値及び回転方向の指示信号（パルス信号、回転方向指示信号）に基づき、ブラシレスモータ２４を回転駆動させる。
【００４１】
上述した実施の形態では、パルス信号に対応する交流信号の実効値に基づいて回転速度が高速回転領域に含まれるか否かを判定したが、図６（ｂ）に示す回転速度ωｏに基づいて高速回転領域に含まれるか否かを判定することもできる。操舵角センサを入力軸に設けて、検出した操舵角速度に基づいて高速回転領域に含まれるか否かを判定することも出来る。
【００４２】
また、モータのトルクと回転数とに応じた位相を予めテーブルに記憶しておき、モータのトルクの検出値と回転数の検出値とに応じた位相をテーブルから読み出し、読み出した位相に基づいて位相制御（弱め界磁制御）を行うことも出来る。本実施の形態では、位相制御を行う基準となる実効値を１００％に設定したが、９０％以上１００％未満の実効値に設定することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、弱め界磁制御でモータを駆動することにより回転速度範囲を拡大し、高速転舵時に操舵補助力を得ることが出来る。また、保護材（キャン）を用いなくとも、永久磁石が飛散する虞がなく、高い信頼性を得ることが出来る。また、ロータの磁気的な突極性により発生するリラクタンストルクの利用が可能となり、永久磁石の使用量を削減出来るので、部品コストの低減を図ることが出来る。
【００４４】
また、ＰＷＭ制御されるパルス信号に対応する交流信号の実効値が９０％〜１００％の範囲内であり、モータの回転速度が最高速度に近づいた高速回転領域において、弱め界磁制御を行うことにより、モータの回転速度範囲を拡大し、前記最高速度よりも高速な回転速度領域であっても操舵補助力を得ることが出来る。
【００４５】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ＰＭＷ制御されるパルス信号に対応した交流信号の実効値が９０％〜１００％の範囲内の場合は、操舵トルクと予め設定された閾値との差を求めて、求めた差が無くなるように弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御によってモータの回転速度範囲を拡大し、操舵トルクと予め設定された閾値との差を減少させることにより、操舵速度とモータ応答速度との差を減少させて、操舵応答性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】ブラシレスモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の構成を示すブロック図である。
【図３】ＩＰＭモータであるブラシレスモータのロータの構成を示す横断面図である。
【図４】ＩＰＭモータであるブラシレスモータの出力特性を示す特性図である。
【図５】（ａ）はパルス信号の一例を示す図であり、（ｂ）はパルス信号に対応する交流信号の一例を示す図である。
【図６】ＩＰＭモータであるブラシレスモータのトルク特性を示す特性図であり、（ａ）は弱め界磁制御を行わない場合、（ｂ）は弱め界磁制御を行った場合のトルク特性である。
【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】ＳＰＭモータであるブラシレスモータのロータの構成を示す横断面図である。
【図１１】ＳＰＭモータの出力特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ａ，２ａ 永久磁石
３ａ ロータコア
４ シャフト
６ 空所
８ スイッチング回路
８ａ ゲート制御回路
１０ トルクセンサ
１２ マイクロコンピュータ
１３ モータ駆動回路
１７ モータ電流検出回路
１８ａ トルク／電流テーブル
２４ ブラシレスモータ（モータ）
２４ａ ステータ
２４ｂ ロータ
３１ ステアリングホイール（舵輪）
Ｐ 車載バッテリー
Claims (2)
- 舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、前記モータを回転駆動する電動パワーステアリング装置において、
前記モータは、ロータコアに設けられた複数の空所に、永久磁石がそれぞれ埋め込まれた永久磁石埋込型ロータを有し、ＰＷＭ制御されたパルス信号で制御されるモータ電流を位相制御することによって弱め界磁制御されるように構成してあるブラシレスモータであり、
前記ロータコアは、多数の電磁薄鋼板が回転軸の軸長方向に積層されて形成され、前記空所が前記永久磁石の形状に合わせて形成されており、
前記永久磁石の回転軸の軸長方向の長さは前記ロータコアの積層方向の長さにほぼ等しくなされており、
さらに、前記パルス信号に対応する交流信号の実効値のその最大値に対する比を検出する手段と、
検出した比が９０％〜１００％の範囲内であるか否か判定する手段と、
位相制御の実行または停止を切換える手段と
を備え、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内で、前記ブラシレスモータの回転速度が位相制御が行われていない場合の回転速度範囲である場合、弱め界磁制御により前記ブラシレスモータが回転駆動されるように前記モータ電流を位相制御すべくなしてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記操舵トルクと前記モータ電流の目標値との対応関係が設定されたテーブルと、検出した操舵トルクと予め設定された閾値との差を求める手段とを備え、前記検出した比が９０％未満の場合は、前記テーブルから求めた目標値に基づいて前記パルス信号をＰＷＭ制御し、前記検出した比が９０％〜１００％の範囲内の場合は、前記差を求めて該差が無くなるように前記パルス信号を位相制御すべくなしてあることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
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