JP3895715B2

JP3895715B2 - 電動パワーステアリング装置の電動モータ

Info

Publication number: JP3895715B2
Application number: JP2003306286A
Authority: JP
Inventors: 宏和若尾; 昭良遠藤; 健信中村; 航川口
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JP2004115002A

Description

本発明は、電動モータにより操舵にアシストカを付与する電動パワーステアリング装置の電動モータの改良に関する。

従来から、ステアリングホイール等の入力部から入力されたトルクにしたがって、電動モータから車輪等の被操舵部に適切なアシストカを付与する電動パワーステアリング装置が知られている。このような電動パワーステアリング装置に用いられる電動モータの構造については、例えば本出願人による特願平７−２０３８８８号（特許文献１）において提案がなされている。

図１８には、この従来の電動パワーステアリング装置の電動モータを示す。図示されるように、電動モータ２０１は、基板ケース２０２の本体２０３に形成された組み付け孔２０４に固設される。この基板ケース本体２０３の電動モータ２０１と反対側には、基板２０５が取り付けられる。この基板２０５には、スイッチング素子である複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２０６等で構成される電動モータ２０１の駆動回路、およびＣＰＵ２０７等で構成される制御回路が組み込まれている。

電動モータ２０１から延び出す出力軸２１０は、基板２０５の組み付け孔２０４に位置する部分を貫通し、基板ケース２０２の蓋部２１１において軸受２１２を介して支持されるとともに、ギヤケース２１３内に収容されるウォーム軸２１４と連係する。ウォーム軸２１４は、図示されない被操舵部と連係し、電動モータ２０１からのアシストカをこの被操舵部に伝達する。

出力軸２１０外周のコミュテータ２１５に摺接するブラシ２１６はブラシホルダ２１７内に摺接され、このブラシホルダ２１７は組み付け孔２０４に設けられた絶縁性のスペーサ２１８に支持されている。ブラシ２１６と基板２０５の回路とを導通するピグテール線（リード線）２１９は、基板２０５に直接取り付けられている。
特願平７−２０３８８８号

従来の電動モータ２０１はこのように構成されるが、この構造には、以下に述べるような問題点がある。

第１に、この従来の電動モータ２０１では駆動回路を構成する複数のＦＥＴ２０６および出力軸２１０からの放熱経路の確保が十分でない。これについて詳しく説明すれば、基板２０５上で駆動回路を構成する複数のＦＥＴ２０６は、回路構成の都合上、ブラシ２１６の近傍すなわち出力軸２１０の近傍に配設されるのが通常である。一方、これらのＦＥＴ２０６は発熱しやすく、この熱の放熱経路の確保が必要となるが、この従来の構造では、ＦＥＴ２０６の近傍すなわち出力軸２１０近傍は電動モータ２０１の組み付け孔２０４となっているので、ＦＥＴ２０６および出力軸２１０からの放熱経路は基板２０５を通る経路のみしかない。このため、たとえ基板ケース本体２０２および基板２０５を熱伝導率の高いアルミニウム等で形成したとしても、ＦＥＴ２０６および出力軸２１０からの放熱性は十分ではなかった。

第２に、この従来の構造は、電動モータ２０１単体での動特性試験に手間がかかる。すなわち、この従来の構造では、電動モータ２０１の出力軸２１０は、基板２０５が保持される基板ケース本体２０３の下方に延び出して、蓋部２１１において軸受２１２を介して支持されるようになっているので、電動モータ２０１単体での動特性試験には電動モータ２０１を支持する特別の治具が必要となってしまっていた。

第３に、電動モータ２０１に対してはトルクリミッタを設ける必要があるが、この従来の構造ではトルクリミッタは基板ケース２０２の外部に配設する必要があり、装置全体の構造が大型化してしまう。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、電動モータの回路基板（特に駆動回路を構成するＦＥＴ）および出力軸からの放熱性がよい電動パワーステアリング装置の電動モータを提供することを目的とする。

また、本発明は、電動モータ単体での動特性試験が容易に行われ得る電動パワーステアリング装置の電動モータを提供することを目的とする。

また、本発明は、電動モータに設けられるトルクリミッタをコンパクトに収容し得、装置全体の小型化を図り得る電動パワーステアリング装置の電動モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、入力部に入力される入力トルクにしたがって被操舵部にアシストカを付与する電動パワーステアリング装置の電動モータにおいて、電動モータ本体とこの電動モータ本体を駆動する駆動回路およびこの駆動を制御する制御回路を組み込んだ基板とを収装するモータケースと、前記電動モータ本体と前記基板とを隔てる壁として前記モータケースの内側全域にわたって熱伝導率の大きな材料で形成されるとともにこの壁を貫通して前記基板側に延び出す前記電動モータ本体の出力軸の軸受を支持する基板取り付け部と、前記基板下方を覆う下側ケースと、を備えるとともに、前記電動モータ本体の出力軸と前記被操舵部側に連係する回転軸との間に介装されるトルクリミッタを前記基板の下方で前記下側ケース内に収容した。

また、前記トルクリミッタの外周部が前記電動モータ本体の出力軸と一体に回転するように前記トルクリミッタと前記出力軸および前記回転軸とを連結するとともに、このトルクリミッタの外周部に前記出力軸外周に設けられたコミュテータの複数の電極と位相を合わせて形成される前記電極と同数のスリットと、前記トルクリミッタの側方に配設され前記出力軸の回転に伴う前記スリットの位置変化を検出する検出手段とを備え、この検出手段から検出された前記スリットの位置変化のタイミングに基づいて前記電動モータ本体への供給電流の指令値に補正を与える。

また、前記検出手段は前記基板から前記トルクリミッタ側方へと垂下されている。

また、入力部に入力される入力トルクにしたがって被操舵部にアシストカを付与する電動パワーステアリング装置の電動モータにおいて、電動モータ本体の出力軸と前記被操舵部側に連係する回転軸との間に介装されるトルクリミッタを備え、前記トルクリミッタの外周部が前記被操舵部側に連係する回転軸と一体に回転するように前記トルクリミッタと前記出力軸および前記回転軸とを連結するとともに、このトルクリミッタの外周部に形成した複数のスリットと、前記トルクリミッタの側方に配設され前記回転軸の回転に伴う前記スリットの位置変化を検出することにより前記回転軸の回転速度を検出する検出手段と、前記出力軸の回転速度を検出する検出手段とを備え、検出された前記回転軸の回転速度と前記出力軸の回転速度との不一致により前記出力軸と前記回転軸との間のスリップ判定を行う。

また、検出された前記出力軸の回転速度が前記回転軸の回転速度よりも大きいと判断されたときには前記電動モータ本体への供給電流を低減し、その後再び検出された前記出力軸の回転速度と前記回転軸の回転速度が一致したときには前記電動モータ本体への供給電流を漸増させる。

また、前記回転軸の回転速度の検出手段の検出部は前記基板から前記トルクリミッタ側方へと垂下されている。

本発明は、入力部に入力される入力トルクにしたがって被操舵部にアシストカを付与する電動パワーステアリング装置の電動モータにおいて、電動モータ本体とこの電動モータ本体を駆動する駆動回路およびこの駆動を制御する制御回路を組み込んだ基板とを収装するモータケースと、前記電動モータ本体と前記基板とを隔てる壁として前記モータケースの内側全域にわたって熱伝導率の大きな材料で形成されるとともにこの壁を貫通して前記基板側に延び出す前記電動モータ本体の出力軸の軸受を支持する基板取り付け部と、前記基板下方を覆う下側ケースと、を備えるとともに、前記電動モータ本体の出力軸と前記被操舵部側に連係する回転軸との間に介装されるトルクリミッタを前記基板の下方で前記下側ケース内に収容している。これによって、電動モータの駆動により、基板に装着された部品が発熱したとしても、基板は全域において基板取り付け部と接触するようになっているので、この発熱は基板取り付け部を通ってスムーズに逃がされる結果、基板上の回路の動作の安定性が保証される。また、出力軸の軸受も基板取り付け部に支持されているので、出力軸からの熱も基板取り付け部を通ってスムーズに逃がされる。特に、駆動回路にスイッチング素子として電界効果トランジスタを用いているときには、電界効果トランジスタからの熱は基板取り付け部を通って効果的に放熱されるので、電界効果トランジスタはジャンクション温度に容易に到達せず、駆動回路の動作性能は安定に保たれる。さらに、電動モータ本体の出力軸は、基板取り付け部に軸受を介して保持される形となっているので、電動モータの単体での動特性試験は特別な治具で電動モータ本体を支持しなくとも実行でき、試験の効率化を図ることができる。また、モータケースおよび下側ケース内の空間が有効利用される結果、トルクリミッタをも含めた装置全体の構造が小型化でき、パワーステアリング装置の車両への搭載性が向上する。

また、本発明は、前記トルクリミッタの外周部が前記電動モータ本体の出力軸と一体に回転するように前記トルクリミッタと前記出力軸および前記回転軸とを連結するとともに、このトルクリミッタの外周部に前記出力軸外周に設けられたコミュテータの複数の電極と位相を合わせて形成される前記電極と同数のスリットと、前記トルクリミッタの側方に配設され前記出力軸の回転に伴う前記スリットの位置変化を検出する検出手段とを備え、この検出手段から検出された前記スリットの位置変化のタイミングに基づいて前記電動モータ本体への供給電流の指令値に補正を与えるようにしている。これによって、出力軸外周のコミュテータの複数の電極とブラシとの接触状態が出力軸の回転に伴って変動し、これが電動モータ本体への供給電流に影響するために生じるモータの出力トルクのコギング（周期的変動）に対しては、検出手段によるスリットの位置変化の検出に同期したタイミングで、電動モータ本体への供給電流の指令値に補正を加えることにより、モータの出力トルクのコギングの変動、すなわち電動モータ本体への実際の供給電流の変動を相殺して、モータの出力トルクを略一定の安定したものとできる。

また、本発明は、前記検出手段は前記基板から前記トルクリミッタ側方へと垂下されるようにしている。これによって、検出手段は少ない配線工数で基板に対して接続でき、トルクリミッタの側方に容易に設置できる。

また、本発明は、前記トルクリミッタの外周部が前記被操舵部側に連係する回転軸と一体に回転するように前記トルクリミッタと前記出力軸および前記回転軸とを連結するとともに、このトルクリミッタの外周部に形成した複数のスリットと、前記トルクリミッタの側方に配設され前記回転軸の回転に伴う前記スリットの位置変化を検出することにより前記回転軸の回転速度を検出する検出手段と、前記出力軸の回転速度を検出する検出手段とを備え、検出された前記回転軸の回転速度と前記出力軸の回転速度との不一致により前記出力軸と前記回転軸との間のスリップ判定を行うようにしている。これによって、出力軸と回転軸の回転数の比較によりこれらのスリップは容易に判定できるとともに、出力軸の回転数が回転軸の回転数より大きい場合には電動モータヘの供給電流が大き過ぎてスリップが生じていると判断し、回転軸の回転数が出力軸の回転数よりも大きい場合には被操舵部に加えられた外力によりスリップが生じていると判断することができるので、スリップの原因についても適確に把握することができる。

また、本発明は、検出された前記出力軸の回転速度が前記回転軸の回転速度よりも大きいと判断されたときには前記電動モータ本体への供給電流を低減し、その後再び検出された前記出力軸の回転速度と前記回転軸の回転速度が一致したときには前記電動モータ本体への供給電流を漸増させるようにしている。これによって、電動モータ本体への供給電流の過剰で出力軸と回転軸のスリップが生じたとしても、このスリップは即座に解消できるとともに、スリップの解消した適切なタイミングで再び十分な電流を電動モータヘ供給し、電動パワーステアリング装置の機能を保つことができる。

また、本発明は、前記回転軸の回転速度の検出手段の検出部は前記基板から前記トルクリミッタ側方へと垂下されるようにしている。これによって、検出手段は少ない配線工数で基板に対して接続でき、トルクリミッタの側方に容易に設置できる。

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。

図１は、本発明のパワーステアリング装置の全体構成を示す図である。図示されるように、入力部（ステアリングホイール）からトルクが入力される入力軸１は、ギヤケース２のピニオン収容部３内において、図示されないトーションバーを介してピニオン軸に連結する。この図示されないピニオン軸に形成されたピニオンは、ギヤケース２のラック軸収容部４に収容されたラック軸５と噛合し、入力トルクによるピニオンの回転にしたがってラック軸５が摺動する。ラック軸５には、ナックルアーム６を介して図示されない被操舵部（車輪）が連結されており、被操舵部はこのラック軸５の摺動にしたがって操舵される。

一方、入力トルクは、例えば入力トルクに基づくトーションバーの振れとして、トルクセンサ７によって検出され、この検出信号がケーブル８を介して、パワーアシスト用の電動モータ１０側に入力される。電動モータ１０は入力トルクの検出信号の方向および大きさに基づいて出力を発生し、このモータ出力が電動モータ１０の出力軸１１に連結されたウォーム１２、図示されないアシストピニオン軸と一体のウォームホイール、およびアシストピニオン軸のアシストピニオンを介してラック軸５に伝達され、入力軸１と同方向の操舵アシストカを付与する。なお、このアシストピニオン軸は、ギヤケース２のアシストピニオン収容部９に収容されている。

図２は、この電動モータ１０をさらに詳細に示す図である。図示されるように、この電動モータ１０のモータケース２０は、モータ本体側ケース２１と、基板側ケース２２とから構成される。さらに詳しく説明すれば、モータ本体側ケース２１の下端側の内周には、基板側ケース２２上端の嵌合部２２Ａが挿入され、この嵌合部２２Ａの側方に形成された段部２２Ｂと、モータ本体側ケース２１下端のフランジ部２１Ａとがボルト２４でボルト結合されることにより、モータ本体側ケース２１下方に基板側ケース２２が結合される。また、この基板側ケース２２の下端部には、ウォーム側ケース（下側ケース）９０の上端部が結合され、モータケース２０の下方を閉鎖するようになっている。なお、モータ本体側ケース２１下端内周と基板側ケース２２の嵌合部２２Ａとの間にはＯリング６８が、基板側ケース２２とウォーム側ケース９０との間にはＯリング６９が、それぞれ介装され、モータケース２０内への防水および防塵が図られている。

モータ本体側ケース２１には、図示されない磁極、ロータ等からなる電動モータ本体１０Ａが収容され、この電動モータ本体１０Ａの出力軸１１が下方に延び出している。この出力軸１１は、基板側ケース２２に形成された基板取り付け部２３を貫通するとともに、この基板取り付け部２３に設けられた軸受２５において支持されている。なお、本発明では、この基板４０が取り付けられる基板取り付け部２３を含めて、基板側ケース２２を熱伝導率の高い（放熱効果の高い）材質（例えばアルミニウム）で構成している。したがって、電動モータ１０の駆動による出力軸１１からの熱は、基板取り付け部２３を通って効果的に逃がされるようになっている。

この基板取り付け部２３は、電動モータ１０の電動モータ本体１０Ａ側と基板４０側とを隔てるように基板側ケース２２の内側全域にわたる壁であり、その下面（電動モータ本体１０Ａと反対側の面）に沿って基板４０が取り付けられる。この基板４０には、図３に回路図として示すように、電動モータ１０の駆動回路４１および制御回路４２が組み込まれている。

駆動回路４１は、バッテリー４４と電動モータ本体１０Ａとの間に介装される４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４３から構成され、これらのＦＥＴ４３が制御回路４２により開閉制御される結果、バッテリー４４からバッテリー端子６１およびリレー４５を介して電動モータ本体１０Ａへ供給される電流がパルス幅変調され、この供給電流により大きさが決まってくる電動モータ本体１０Ａの出力が制御される。なお、リレー４５は、後述するＣＰＵ４７が、トルクセンサ７からの入力トルク検出信号、エンジン回転速度検出信号、車速検出信号のいずれかが異常であると判断したときに切断され、電動モータ本体１０Ａへの電力供給が停止されるようになっている。

制御回路４２は駆動回路４１を制御するもので、駆動回路４１の各ＦＥＴ４３のスイッチングを開閉駆動するドライバ４６と、このドライバ４６を制御するＣＰＵ４７とから構成される。このＣＰＵ４７には、トルクセンサ７からの入力トルク検出信号が入力され、ＣＰＵ４７がこの入力トルク検出信号に基づいてドライバ４６を制御する結果、電動モータ１０の出力（被操舵側へのアシストカ）が入力トルクにしたがった適切な大きさに制御される。

なお、ＣＰＵ４７には、安定化電源４８を介してバッテリー４４からの電圧が降圧かつ安定化されて入力されるとともに、モータ回転速度検出回路４９からの電動モータ１０の回転速度検出信号がフィードバックされている。また、ＣＰＵ４７には、一対の信号端子７０、７１を介して外部信号５０が入力されるとともに、イグニッションスイッチからの信号５１、エンジン回転速度検出信号５２、車速検出信号５３それぞれ入力され、さらに、各種データが格納されたＥ²ＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と接続している。

図２および図４に示すように、このような回路を構成するＣＰＵ４７、複数（この実施例では４個）のＦＥＴ４３、複数の電解コンデンサ５６等の回路構成部品は、基板４０に下側を向いて装着されている。このように電解コンデンサ５６を逆向きに装着することにより、電解液の液漏れが生じた時でも、腐食を防止することができる。

さらに、基板４０下方はネジ５７によってネジ止めされた蓋５８によって覆われ、この蓋５８上にリレー４５が設けられている。なお、蓋５８と基板４０との間には、ゲル５９が封入されている。

ところで、このように基板４０に装着された部品のうち、ＦＥＴ４３は特に発熱しやすく、その放熱経路の確保が必要であるが、本発明では、上述のように基板取り付け部２３は放熱効果の高いアルミニウム等で構成されるとともに、出力軸１１の軸受２５を基板取り付け部２３で支持するようにしているので、基板取り付け部２３が基板４０全面にわたって接触するようにでき、モータ駆動用のＦＥＴ４３をブラシ３３（すなわち出力軸１１）側に近接させて配置したとしても、ＦＥＴ４３からの放熱が効果的に行われるようになっている。

バッテリー端子６１は、その電極が圧着された圧着端子シャフト６２を介して基板４０の回路パターンと接続される。圧着端子シャフト６２は、基板側ケース２２の側面を貫通して固定された円筒形の絶縁性スリーブ６３内に、スナップリング６４を介して固定される。なお、スリーブ６３と基板側ケース２２との間にはＯリング６５が、スリーブ６３と圧着端子シャフト６６との間にはＯリング６６が、それぞれ介装され、モータケース２０内の防水および防塵が図られている。また、圧着端子シャフト６２の基板側ケース２２からの突出部分にはチューブ６７が被せられ、防水がなされている。

なお、本発明のバッテリー端子は、図５に示すように、ハウジング１２１で覆われたバッテリ線１２２の雌端子１２３と、電動モータ１０側の雄端子１２４からなるコネクタタイプとすることもできる。これにより、車両への実装作業の工数の低減が可能となる。

一方、一対の信号端子７１は、それぞれ、バッテリー端子６１と反対の基板側ケース２２側面を貫通する円筒形のインシュレータ７２内に固定され、その電極７１Ａは基板４０の回路パターンに直接ハンダ付けされる。なお、このインシュレータ７２と基板側ケース２２との間にはＯリング７３が介装され、モータケース２０内の防水および防塵がなされている。

一方、基板取り付け部２３の上方では、出力軸１１を挟んで相対する位置に一対の樹脂製ガイド部２６が設けられ、これらのガイド部２６には、それぞれ電気抵抗の小さな材料からなるブラシリード２７が支持されている。このブラシリード２７は、図６にも示すように、ブラシ設置部２８と、このブラシ設置部２８から下方に延びるリード部２９とを備えている。このリード部２９は基板４０を貫通するとともに、基板４０から下方に延びる導電性のＥＣＵリード７５（図２参照）とハンダ付けにより接触固定され、所定の箇所でＥＣＵリード７５に導電性の固定バネ７６で係止される。このように、ブラシ３３、ブラシリード２７およびＥＣＵリード７５を介して、コミュテータ３５と基板４０の駆動回路４１とが導通するが、ブラシリード２７とＥＣＵリード７５は導電性の固定バネ７６で係止されているので、電動モータ１０の駆動による熱でブラシリード２７とＥＣＵリード７５との間のハンダ付けが溶けてしまっても、固定バネ７６を介してブラシリード２７とＥＣＵリード７５間の導通は確保され続ける。

一方、ブラシ設置部２８には一対の固定穴３０が形成され、ブラシリード２７は、これらの固定穴３０においてガイド部２６上に位置決め固定される。また、ブラシ設置部２８には複数のブラシホルダ固定穴３１が形成され、このブラシホルダ固定穴３１にブラシホルダ３２の脚部が挿入固定される。ブラシホルダ３２内には、図２に示すように、ブラシ３３およびコイルバネ３４が収装される。そして、ブラシ３３は出力軸１１に設けられたコミュテータ３５側にコイルバネ３４によって付勢され、コミュテータ３５との接触が保たれるようになっている。

ブラシ３３とブラシリード２７は、ピグテール線（リード線）３６で接続される。この場合、ピグテール線３６のブラシリード２７への固定は、ブラシリード２７のブラシ設置部２８のピグテール線固定位置３７（図６参照）への高温ハンダ付けまたは超音波溶接で行われる。これにより、このピグテール線３６の固定時に生じる熱は表面積の広いブラシ設置部２８から放熱されるので、ブラシリード２７および基板４０が高温となることはない。

基板４０を貫通した出力軸１１は、ウォーム側ケース９０内で図示されないクラウニングスプラインを介してトルクリミッタ８０にスプライン結合される。本発明では、このようにトルクリミッタ８０をウォーム側ケース（下側ケース）９０内に収容することにより、モータケース２０およびウォーム側ケース９０内の空き空間が有効に活用され、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。

このトルクリミッタ８０は、外周にウォーム９２Ａが形成されたウォーム軸９２に連結する。このウォーム軸９２は、ウォーム側ケース９０に軸受９３で支持されながらウォーム側ケース９０外部に延び出して、図１に示したラック軸５側に連係する。なお、軸受９３は、止め金９４、９５によってウォーム側ケース９０に固定されている。

トルクリミッタ８０は、円筒形のケース８１内に、上側クラッチ板８２と下側クラッチ板８３を備え、上側クラッチ板８２は電動モータ１０の出力軸１１側に、下側クラッチ板８３はウォーム軸９２側に、それぞれ連結している。そして、この上側クラッチ板８２がバネ８４によって下側クラッチ板８３側に付勢されている結果、上側クラッチ板８２と下側クラッチ板８３（すなわち出力軸１１とウォーム軸９２）とは、出力軸１１とウォーム軸９２間の伝達トルクが所定の限界値以下である間は、下側クラッチ板８３に固設された摩擦部材８５と上側クラッチ板８２間の摩擦力によって一体に回転する。これに対して、出力軸１１とウォーム軸９２間の伝達トルクが所定の限界値を超えた場合には、下側クラッチ板８３に固設された摩擦部材８５と上側クラッチ板８２が滑ることにより、出力軸１１とウォーム軸９２との一体回転が解かれ、電動モータ１０に過負荷がかかることが防止されるようになっている。なお、トルクリミッタ８０のケース８１は、上側クラッチ板８２と一体に回転するようになっている。

さらに本発明では、図７に示すように、トルクリミッタ８０のケース８１の外周に、コミュテータ３５の極数（本実施例では１２極）と同一数のスリット１０１が形成され、これらのスリット１０１とコミュテータ３５の各電極とは、位相を合わせて配置されている。さらに、トルクリミッタ８０の側方には、トルクリミッタ８０（出力軸１１）の回転角度センサとして、トルクリミッタ８０の回転に伴うスリット１０１の位置変化による磁束変化を検出するＨＡＬＬＩＣ１０２が設置される（図９参照）。このＨＡＬＬＩＣ１０２は、基板４０の延長部１０３に設置する、これにより、ＨＡＬＬＩＣ１０２は少ない配線工数で、トルクリミッタ８０の側方に容易に設置できる。

このような構成により、電動モータ１０のトルクのコギング（周期的な変動）を低減することができるのであるが、これについて以下に詳しく説明する。

図８に示すように、一対のブラシ３３は、両側から挟み込むようにしてコミュテータ３５に接触しており、コミュテータ３５の回転（出力軸１１の回転）に伴って、コミュテータ３５を構成する複数の電極上での位置を変更していく。この場合、図８の位置Ｂに破線で示したようにブラシ３３が２つの電極にまたがって配置される場合と、図８の位置Ａまたは位置Ｃに実線または２点鎖線で示したようにブラシ３３が一つの電極上に配置される場合がある。この事情を表したのが図１０の１段目のグラフであり、図示されるように、ブラシ３３とコミュテータ３５の１極接触と２極接触が繰り返し現れる。そして、電動モータ本体１０には２極接触の場合に１極接触よりも大きなモータ駆動電流が流れること、およびブラシ３３が電極間を移動するときに生じるモータブラシノイズの影響で、図１０の２段目のグラフに表されるように、電動モータ本体１０Ａへの供給電流の指令値、すなわちモータ指令電流にしたがった一定の電流を電動モータ本体１０Ａに供給しようとしても、電動モータ本体１０Ａに実際に供給される電流、すなわち電動モータ１０の出力トルクには周期的な変動を生じてしまう。

一方、図１０の４段目のグラフに示すように、トルクリミッタ８０の外周のスリット１０１の存在が、このＨＡＬＬＩＣ１０２の出力の変動（落ち込み）として周期的に検出される。ところで、このトルクリミッタ８０のスリット位置はコミュテータ３５の電極の配置と位相が合っているので、このスリット位置の検出のタイミングは、上述の電動モータ１０の出力トルクのコギングのタイミングと一致する。したがって、制御回路４２は、図１０の３段目のグラフに示すように、モータ指令電流に、グラフの斜線部分に示したようなスリット位置の検出タイミングに同期した補正を与えることにより、電動モータ本体１０Ａへ実際に供給される電流を、コミュテータ３５の電極の存在による変動分が相殺されたものとできる。すなわち、本発明では、モータ指令電流が一定である場合の電動モータ１０の出力トルクのコギング周期に同期した周期的変動を相殺するような補正を、モータ指令電流自体に与えることにより、実際の出力トルク（電動モータ本体１０Ａに実際に供給される電流）は略一定の安定したものとすることができる。

つぎに作用を説明する。

入力部（ステアリングホイール）からトルクが入力されると、この入力トルクがギヤケース２内のラック軸５に伝達され、ナックルアーム６を介して被操舵部（車輪）を操舵する一方、この入力トルクはトルクセンサ７により検出されて電動モータ１０の制御回路４２に入力され、制御回路４２はこの入力トルクの検出値にしたがって電動モータ本体１０Ａへの供給電流の指令値（モータ指令電流）を演算して、このモータ指令電流にしたがって駆動回路４１のスイッチング動作を制御する、そして、この駆動回路４１からの供給電流により駆動された電動モータ１０がアシストカを操舵力に付与することで、入力トルクの大きさにしたがった適切なパワーアシストが達成される。

本発明では、このような駆動回路４１および制御回路４２を実装した基板４０は、電動モータ本体１０Ａとともにモータケース２０内に一体に組み込まれ、電動モータ１０の小型化および車両への搭載性の向上が図られている。

ところで、駆動回路４１はスイッチング素子としての複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４３から構成されているが、これらのＦＥＴ４３はスイッチング動作により発熱し、また、電動モータ１０の出力軸１１もモータ駆動により同様に発熱する。したがって、これらの熱を上手に放熱することが必要であるが、本発明では、ＦＥＴ４３および出力軸１１からの発熱は、基板取り付け部２３を通ってスムーズに放熱される、すなわち、基板取り付け部２３は、電動モータ本体１０Ａ側と基板４０側とを隔てるように基板側ケース２２の内周全域にわたって設けられ、電動モータ本体１０Ａの軸受２５を支持しており、また熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム）で形成されているので、回路構成の都合上、ＦＥＴ４３をブラシ３３の近傍（すなわち出力軸１１の近傍）に配設したとしても、基板４０はこの出力軸１１近傍のＦＥＴ４３の配置位置においても基板取り付け部２３と接触しており、ＦＥＴ４３からの熱は基板取り付け部２３を通ってスムーズに放熱される。また、出力軸１１からの熱も同様に、基板取り付け部２３を通って効果的に放熱される。このように、本発明では、ＦＥＴ４３の高温化を防止して、ジャンクション温度に容易に到達しないようにすることで、駆動回路４１の動作性能は安定に保たれる。

また、本発明では、ブラシ３３と基板４０の回路とを導通するピグテール線３６のブラシ３３側への固着は、ブラシリード２７のピグテール線固定位置３７への溶接でなされ、このときの熱はブラシ設置部２８に広い表面積を備えたブラシリード２７を介して放熱されるので、ピグテール線３６の固着により基板４０が過熱状態となってしまうことはない。

なお、このブラシリード２７は基板４０から延びるＥＣＵリード７５とハンダ付けされるのであるが、ブラシリード２７はブラシ設置部２８に広い表面積を持つとともに、電気抵抗が小さいため、通電によっても発熱しにくく、また、通電による発熱で仮にブラシリード２７とＥＣＵリード７５間のハンダ付けが溶けてしまったとしても、ブラシリード２７とＥＣＵリード７５とは導電性の固定バネ７６により固定されているので、ブラシリード２７とＥＣＵリード７５間の電気的接触は確実に保たれ、電動モータ１０の適切な作動が確保される。

また、電動モータ本体１０Ａは、基板取り付け部２３の上方に軸受２５を介して保持される形となっているので、電動モータ１０Ａの単体での動特性試験は特別な治具で電動モータ１０Ａを支持しなくとも実行でき、試験の効率化を図ることができる。

さらに、本発明では、基板４０下方のウォーム側ケース９０内に、出力軸１１とウォーム軸９２間に介装されるトルクリミッタ８０を収容するようにしているので、モータケース２０およびウォーム側ケース９０内の空間が有効利用される結果、トルクリミッタ８０をも含めた装置全体の構造が小型化でき、パワーステアリング装置の車両への搭載性が向上する。また、このようにモータケース２０内に収容したトルクリミッタ８０のケース８１外周のスリット１０１を、コミュテータ３５の電極と同数かつ位相を合わせて配置し、トルクリミッタ８０側方にはこのスリット１０１の移動を検出するＨＡＬＬＩＣ１０２を基板４０から延び出すように配置しているので、ＨＡＬＬＩＣ１０２のスリット１０１の検出タイミングと同期して、モータ指令電流に補正を加えることにより、モータの出力トルク（電動モータ本体１０Ａに実際に供給される電流）のコギングを削減することができる。

図１１は、本発明の他の実施例を示す図である。

この実施例では、トルクリミッタ８０を図２、図７とは上下逆向きに配設し、トルクリミッタ８０のケースがウォーム軸９２と一体に回転するようにするとともに、出力軸１１とウォーム軸９２の回転数をそれぞれ検出する手段を備えている。これにより、出力軸１１とウォーム軸９２との回転数の差を検出して、出力軸１１とウォーム軸９２とのスリップ状態を検出することができる。

これについて詳しく説明すれば、図１１のように配置したトルクリミッタ８０においては、（この場合には上側に配置された）下側クラッチ板８３が出力軸１１に、（この場合には下側に配置された）上側クラッチ板８２がウォーム軸９２に、それぞれ固定され、スリット１０１が形成されたケース８１は上側クラッチ板８２すなわちウォーム軸９２と一体に回転する。さらに、出力軸１１の回転数を検出する手段として、下側クラッチ板８３の出力軸１１との結合部１１０に形成されている複数のスプライン１１１の位置検出を行うＨＡＬＬＩＣ１１２が設けられる。なお、このＨＡＬＬＩＣ１１２は、基板４０の延長部１１３に取り付けられ、配線工数の低減が図られている。

そして、ＨＡＬＬＩＣ１０２によるスリット１０１およびＨＡＬＬＩＣ１１２によるスプライン１１１の単位時間毎の検出量から、それぞれウォーム軸９２および出力軸１１の回転数が検出される。なお、この場合にはウォーム軸９２および出力軸１１の回転数がそれぞれ検出されればよいのであるから、スリット１０１とスプライン１１１は位相合わせする必要はなく、同数である必要もない。

このようにして検出された出力軸１１とウォーム軸９２の回転数を比較することにより、出力軸１１とウォーム軸９２が同一回転数であるときにはこれらはスリップのない正常の動作をしていると判断される一方、出力軸１１の回転数がウォーム軸９２の回転数より大きい場合には電動モータ１０への供給電流が大き過ぎてスリップが生じていると判断され、出力軸１１の回転数がウォーム軸９２の回転数よりも大きい場合には被操舵部（タイヤ）に加えられた外力によりスリップが生じていると判断される。このような判断に基づいて、基板４０の制御回路は電動モータ本体１０Ａに供給される電流を制御する。

具体的には、図１２に示すように、出力軸１１の回転数Ｗ_A、が第１段目のグラフのように大きく変化したときには、第２段目のグラフに示すウォーム軸９２の回転数Ｗ_Bがトルクリミッタ８０により決定される限界値に達した時刻Ａにおいて頭打ちとなり、それ以降では図に点線で示した出力軸１１の回転数Ｗ_A、に追随せず一定の最大値に止まり、出力軸１１とウォーム軸９２間でスリップをし続ける。このようにして出力軸１１とウォーム軸９２の回転数の差が生じると、所定の検出時間経過後の時刻Ｂにはこの差が検出され、電動モータ１０への供給流量が過大であるとの判断がなされる。すると制御回路は、電動モータ１０への供給電流を例えば０Ａまで減少させ（パワーダウン処理）、出力軸１１の回転数Ｗ_Aを減少させる、これにより、出力軸１１の回転数Ｗ_Aがウォーム軸９２の限界回転数以下になる時刻Ｃにおいて、出力軸１１とウォーム軸９２とは再び一体回転を始める。このようにして出力軸１１とウォーム軸９２との回転数差がなくなったのちは、再び電動モータ１０への供給電流を増大させるようにする（パワーアップ処理）。なお、本実施例ではパワーダウン処理において電動モータ１０への供給電流を０Ａまで減少させたが、この減少の最小値は任意の値を選ぶことが可能であり、例えばウォーム軸９２の回転数Ｗ_Bが頭打ちとなったときの供給電流の１／２または１／３等に設定してもよい。

図１３〜図１５には、本発明のさらに他の実施例を示す。

この実施例では、図２の実施例における基板４０を、２枚の基板１４０Ａ、１４０Ｂからなる２枚基板構造としたものである。これらの２枚基板のうち基板１４０Ａは、例えばアルミニウム等の熱伝導率の高い材料から形成されるとともに、図１４、図１５に示すように、複数のＦＥＴ４３等からなる駆動回路４１側が実装される。一方、例えば高耐熱樹脂基板である基板１４０Ｂは、基板１４０Ａにネジ１４１によりネジ止めされるとともに、制御回路４２側、すなわちＣＰＵ４７、リレー４５、コンデンサ５６等が実装される。なお、ＣＰＵ４７に隣接して温度センサ１４２が取り付けられ、基板近傍の温度がＦＥＴ４３のトラジェクション温度近くになったときには、ＣＰＵ４７はリレー４５を介して電動モータ本体１０Ａへの電力供給を停止するようになっている。また、基板１４０Ａと基板１４０Ｂとの段差にはスペーサ１４３が設けられ、基板１４０Ａ、１４０Ｂの表面はシール剤１４４によりカバーされている。

このように基板を２枚基板１４０Ａ、１４０Ｂとし、発熱性の高いＦＥＴ４３が装着される基板１４０Ａのみを、基板１４０Ｂよりも放熱性のよい例えばアルミニウム基板とすることにより、基板全体としてのコストを低減することができる。また、図２の実施例における蓋５８が省略される点でもコストが削減できる。

図１６は、本発明のさらに他の実施例を示す図である。

この実施例では、図２の実施例における出力軸１１とウォーム軸９２とを一体として、モータケース２０外側にウォーム１５１を備えた出力軸１５０としている。

図１７には、ウォーム側ケース（下側ケース）９０に電界シールド用の一対のリブ１６１、１６２を設けた実施例を示す。図示されるように、ウォーム側ケース９０の半径方向に延びる一対のリブ１６１、１６２で扇形断面の領域１６３を形成する、そして、このウォーム側ケース９０を基板側ケース２２下方に装着するときには、領域１６３内に複数のＦＥＴ４３が収容されるようにする。これにより、領域１６３外側の領域１６４に配置される制御回路４２は、ＦＥＴ４３側の領域１６３と遮断され、ＦＥＴ４３のスイッチング動作に伴うノイズの影響を受けることがない。

なお、この実施例では、ＦＥＴ４３を覆うリブ１６１、１６２をウォーム側ケース９０に設けたが、このようなリブは基板側ケース２２に設けるようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる電動モータは、パワーステアリング装置の電動モータとして有用であり、特に、電動モータの回路基板からの放熱性を向上させるとともに、パワーステアリング装置の電動モータ関連部分の小型化を図るのに適している。

本発明のパワーステアリング装置の全体構成を示す図である。本発明の電動モータの断面を示す図である。本発明の電動モータの駆動回路および制御回路の回路構成を示す図である。本発明の電動モータの基板部分を示す図である。本発明の電動モータのコネクタ方式のバッテリー端子の断面にした場合を示す図である。本発明の電動モータのブラシリードを示す図である。本発明の電動モータの断面を示す図である。本発明の電動モータのコミュテータ電極とブラシとの関係を示す図である。本発明の電動モータのトルクリミッタとＨＡＬＬＩＣとの関係を示す図である。コミュテータの回転位置、モータトルクの関係、およびトルクリミッタのスリット位置とモータ指令電流の関係を示す図である。本発明の他の実施例におけるトルクリミッタを示す図である。出力軸の回転数Ｗ_A、ウォーム軸の回転数Ｗ_Bに対するモータ指令電流の制御方法を示す図である。本発明の他の実施例における電動モータの断面を示す図である。本発明の他の実施例における電動モータの基板を示す図である。本発明の他の実施例における電動モータの駆動回路および制御回路の回路構成を示す図である。本発明の他の実施例における電動モータの断面を示す図である。本発明の他の実施例におけるウォーム側ケースおよびこれに形成されたリブを示す図である。従来のパワーステアリング装置における電動モータおよび基板ケースの断面を示す図である。

符号の説明

１０電動モータ
１１出力軸
２０モータケース
２２基板側ケース
２３基板取り付け部
２５軸受
２７ブラシリード
３３ブラシ
３５コミュテータ
３６ピグテール線（リード線）
４０基板
４１駆動回路
４２制御回路
４３電界効果トランジスタ
５８蓋
７５ＥＣＵリード
７６固定バネ
８０トルクリミッタ
９０ウォーム側ケース（下側ケース）
９２ウォーム軸（被操舵部側に連係する回転軸）
１０１スリット
１０２ＨＡＬＬＩＣ（磁束検出手段）

Claims

入力部に入力される入力トルクにしたがって被操舵部にアシストカを付与する電動パワーステアリング装置の電動モータにおいて、電動モータ本体の出力軸と前記被操舵部側に連係する回転軸との間に介装されるトルクリミッタを備え、前記トルクリミッタの外周部が前記電動モータ本体の出力軸と一体に回転するように前記トルクリミッタと前記出力軸および前記回転軸とを連結するとともに、このトルクリミッタの外周部に前記出力軸外周に設けられたコミュテータの複数の電極と位相を合わせて形成される前記電極と同数のスリットと、前記トルクリミッタの側方に配設され前記出力軸の回転に伴う前記スリットの位置変化を検出する検出手段とを備え、この検出手段から検出された前記スリットの位置変化のタイミングに基づいて前記電動モータ本体への供給電流の指令値に補正を与えることを特徴とする電動パワーステアリング装置の電動モータ。
前記検出手段は前記基板から前記トルクリミッタ側方へと垂下されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の電動モータ。
入力部に入力される入力トルクにしたがって被操舵部にアシストカを付与する電動パワーステアリング装置の電動モータにおいて、電動モータ本体の出力軸と前記被操舵部側に連係する回転軸との間に介装されるトルクリミッタを備え、前記トルクリミッタの外周部が前記被操舵部側に連係する回転軸と一体に回転するように前記トルクリミッタと前記出力軸および前記回転軸とを連結するとともに、このトルクリミッタの外周部に形成した複数のスリットと、前記トルクリミッタの側方に配設され前記回転軸の回転に伴う前記スリットの位置変化を検出することにより前記回転軸の回転速度を検出する検出手段と、前記出力軸の回転速度を検出する検出手段とを備え、検出された前記回転軸の回転速度と前記出力軸の回転速度との不一致により前記出力軸と前記回転軸との間のスリップ判定を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置の電動モータ。
検出された前記出力軸の回転速度が前記回転軸の回転速度よりも大きいと判断されたときには前記電動モータ本体への供給電流を低減し、その後再び検出された前記出力軸の回転速度と前記回転軸の回転速度が一致したときには前記電動モータ本体への供給電流を漸増させることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
前記回転軸の回転速度の検出手段の検出部は前記基板から前記トルクリミッタ側方へと垂下されていることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の電動モータ。
前記電動モータ本体とこの電動モータ本体を駆動する駆動回路およびこの駆動を制御する制御回路を組み込んだ基板とを収装するモータケースと、前記電動モータ本体と前記基板とを隔てる壁として前記モータケースの内側全域にわたって熱伝導率の大きな材料で形成されるとともにこの壁を貫通して前記基板側に延び出す前記電動モータ本体の出力軸の軸受を支持する基板取り付け部と、前記基板下方を覆う下側ケースと、を備えるとともに、前記トルクリミッタを前記基板の下方で前記下側ケース内に収容したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置の電動モータ。