JP4251196B2 - ステアリング装置用モータ - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置に配設されるモータに関し、特に、そのモータのステータが相互に電気的に独立した複数の系統に分けられたステアリング装置用モータに関する。

ステアリング装置用モータには、例えば、操舵をアシストするための動力源たるモータや、車輪を転舵するための動力源たるモータ等がある。一般的に、車両には操舵をアシストする装置、いわゆるパワーステアリング装置が設けられている。そのパワーステアリング装置のモータとして電磁式モータが用いられる場合がある。その電磁式モータは、例えば、ステアリングコラムやラックアンドピニオン機構の付近に取り付けられる。また、例えば、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリング装置、つまり、ステアリングホイール等の操作部材に入力された操作力が転舵部に伝達されず、転舵部の動力源を制御することによって車輪の転舵を行うステアリング装置では、その動力源として車輪を転舵するためのモータが配設される。さらに、操作部材に適度な抵抗を付与するためのモータも配設される場合が多い。

上述のようなステアリング装置用モータは、操舵に大きく影響するため、フェールセーフが考慮されたものであることが望ましい。例えば、下記特許文献１には、ステータが２系統に分けられ、１系統が失陥しても残りの１系統で車輪を転舵することができるようにされた電磁式モータが記載されている。この電磁式モータは、ステータが面対称に２分割されており、片側の系統が失陥した場合に、残りの側の系統によって磁気を発生させるため、ロータが振動するという特徴がある。その振動によって、運転者がモータの失陥に気付きやすくなり、急激な操舵操作が抑制されるとともに、早期に修理が行われることが期待される。また、下記特許文献２には、ステータが１系統である従来の電磁式モータが記載されている。
特開２００５−２３７０６８号公報 特開平７−２２２４１９号公報

上記特許文献２に記載の電磁式モータは、１系統のステータが失陥した場合には、当然ながら操舵アシスト不能、あるいはモータによる車輪の転舵が不能になり、信頼性が高いとは言えない。それに対し、上記特許文献１に記載の電磁式モータは、１系統が失陥した場合にも作動可能であり、かつ、その際、比較的大きな振動が発生するようにされている。しかし、２系統の電力を正確に同期させることが困難であることに起因して、２系統とも正常である場合に比較的小さな振動が発生し易いという問題がある。以上のような問題は、従来のステアリング装置用モータの実用性を向上させる上で障害となり得る問題の一例であり、ステアリング装置用モータには種々の観点からの改良の余地がある。すなわち、従来のステアリング装置用モータに改良を施すことによって、ステアリング装置用モータのフェールセーフ性を向上させることができる等、実用性を向上させることが可能である。本発明は、そういった実情に鑑みてなされたものであり、より実用的なステアリング装置用モータを得ることを課題としてなされたものである。

本発明は、上記課題を解決するために、操作部材の操作に応じて車輪の向きを変えるステアリング装置に配設されるステアリング装置用モータを、(a)それぞれがコイルを有して電力が供給された際に磁気を発生する複数の磁極体が一円周に沿って並べられたステータと、(b)そのステータの内周面または外周面に自身の外周面または内周面が対向する状態で回転するロータと、(c)前記ステータの複数の磁極体に三相の電力を供給する電力供給装置とを備えたものとし、前記複数の磁極体を複数の磁極体グループに分け、それら磁極体グループの各々に属する磁極体である複数ずつのグループ磁極体をさらに互いに同じ３の倍数ずつの第１群と第２群とのグループ磁極体に分け、第１群のグループ磁極体をステータの周方向に互いに隣接して並べる一方、第２群のグループ磁極体の各々を第１群のグループ磁極体の各々と前記ステータの直径方向において互いに対向する状態で並べることによって、前記複数の磁極体グループの各々に属するグループ磁極体の半数ずつの列を互いに隣接して周方向に並べ、かつ、電力供給装置を、前記複数の磁極体グループの各々に電力を供給する、磁極体グループと同数の互いに独立した電力供給部を備えたものとし、それら電力供給部の各々を、複数の磁極体グループのうち各電力供給部に対応するものに、前記第１群のグループ磁極体と前記第２群のグループ磁極体との前記直径方向において互いに対向するものに互いに同相の電力を供給して前記直径方向において互いに逆向きの磁気力を発生させるようにしたことを特徴とする。

本発明のステアリング装置用モータは、ステータの複数の磁極体グループのうちの一部のグループが失陥したとしても残りのグループによりある程度の駆動力を発生させることができるとともに、正常時にはステータの弾性変形が小さいことによって振動あるいは振動音が無視できるほど小さくて済み、かつ、一部のグループが失陥した場合にはステータの弾性変形が大きくなることによって振動あるいは振動音が大きくなることにより運転者が異常を察知しやすいという利点がある。すなわち、フェールセーフ性に優れ、かつ、より実用的なステアリング装置用モータが得られるのである。なお、本発明のステアリング装置用モータの各種態様およびそれらの作用および効果については、以下の、〔発明の態様〕の項において詳しく説明する。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から一部の構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、(1)項が請求項１に、(2)項が請求項２に、(3)項が請求項３に、(4)項が請求項４に、それぞれ相当する。

（１）操作部材の操作に応じて車輪の向きを変えるステアリング装置に配設されるステアリング装置用モータであって、
それぞれがコイルを有して電力が供給された際に磁気を発生する複数の磁極体が一円周に沿って並べられたステータと、
そのステータの内周面または外周面に自身の外周面または内周面が対向する状態で回転するロータと、
前記ステータの複数の磁極体に三相の電力を供給する電力供給装置と
を備え、
前記複数の磁極体が複数の磁極体グループに分けられ、それら磁極体グループの各々に属する磁極体である複数ずつのグループ磁極体がさらに互いに同じ３の倍数ずつの第１群と第２群とのグループ磁極体に分けられ、第１群のグループ磁極体が前記ステータの周方向に互いに隣接して並べられる一方、第２群のグループ磁極体の各々が第１群のグループ磁極体の各々と前記ステータの直径方向において互いに対向する状態で並べられることによって、前記複数の磁極体グループの各々に属するグループ磁極体の半数ずつの列が互いに隣接して前記周方向に並べられ、かつ、前記電力供給装置が、前記複数の磁極体グループの各々に電力を供給する、磁極体グループと同数の互いに独立した電力供給部を備え、それら電力供給部の各々が、複数の磁極体グループのうち各電力供給部に対応するものに、前記第１群のグループ磁極体と前記第２群のグループ磁極体との前記直径方向において互いに対向するものに互いに同相の電力を供給して前記直径方向において互いに逆向きの磁気力を発生させることを特徴とするステアリング装置用モータ。
上記「直径方向において互いに逆向きの磁気力を発生させる」とは、１本の直線としての直径の方向において互いに逆向きの磁気力を発生させるということ、つまり、半径方向に関しては、半径方向内向き同士、あるいは半径方向外向き同士の磁気力を発生させるというように、互いに同じ向きの磁気力を発生させることを意味する。
本項に記載のステアリング装置用モータは、例えば、いわゆるパワーステアリング装置の動力源や、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリング装置において操舵操作に対する抵抗力や車輪を転舵する力等を発生させるための動力源や、その他の動力源として用いることができる。これらステアリング装置用モータは、車両の操舵に対する影響が大きいため、フェールセーフが考慮されることが望ましい。
本項に記載のステアリング装置用モータは、ステータが電気的に独立した複数の磁極体グループに、つまり複数の系統に分けられており、磁極体グループ別に独立して電力が供給される。複数の磁極体グループの各々に属する複数のグループ磁極体には、１つずつの電力供給部から電力が供給されるのである。その電力供給部は、例えば、それに対応する磁極体グループに属する複数のグループ磁極体と、ステアリング装置に設けられた駆動回路（例えば、インバータ）とを設定された配線で電気的に接続する導電部材を含むものとすることができる。複数の電力供給部の各々は、駆動回路と１つの磁極体グループに属する複数のグループ磁極体との間の電気的な導通が、他の電力供給部による駆動回路と別の磁極体グループに属する複数のグループ磁極体との間の電気的な導通のいかんに影響されず、互いに独立したものとされる。そのため、コイルの断線等によっていずれかの系統の電気的な導通が遮断されたとしても、それ以外の系統に電力を供給することができ、ある程度の駆動力を発揮することができる。
前記特許文献１に記載のモータは、２つの系統に個別の駆動回路（例えば、インバータ）が接続された場合に、対向する２つの磁極体に互いに異なる駆動回路から同相の電力が供給される。しかしながら、異なる２つの駆動回路から供給される電力を正確に同期させることが困難であり、正常時に互いに対向する２つの磁極体が磁気を発生させるタイミングのずれが生じる結果、ロータが直径方向に振動する。つまり、ロータとステータとがそれらの回転軸線と直交する方向に相対変位する形態の振動により、正常時であっても無視できない大きさの振動が発生するという問題がある。
それに対して、本項に記載のステアリング装置用モータは、各電力供給部に個別の駆動回路が接続されているが、直径方向において対向する第１群と第２群とのグループ磁極体に同一の電力供給部から同相の電力が供給されるため、それら対向する２群のグループ磁極体に供給される電力が正確に同期することとなる。その結果、それら対向する２群のグループ磁極体の磁気がロータに及ぼす直径方向の力が確実に互いに打ち消し合い、ロータとステータとの剛体としての相対変位に起因する振動を良好に低減し得る。そのため、上述の「正常時に無視できない大きさの振動が発生するという問題」が生じないのである。なお、互いに対向する２群のグループ磁極体の磁気の強さは、可及的に等しいことが望ましい。
本項に記載のステアリング装置用モータは三相交流によって駆動される。そして連続して並ぶ複数の磁極体の個数およびそれらと対向して並ぶ同数の磁極体の個数は、いずれも少なくとも３つとされ、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ等の相が割当てられることとなる。そして、例えば、Ｕ相が供給される磁極体と直径方向において対向する磁極体にもＵ相が供給されるようにされる。なお、三相交流には、インバータ等によって供給される擬似的な交流も含まれるものとする。
いずれかの系統が失陥した場合には、ロータとステータとの剛体としての相対変位に起因する振動は大きくならないが、各磁極体グループの第１群および第２群がそれぞれ連続して並ぶ３の倍数のグループ磁極体を備えているため、ロータとステータとに比較的長い円弧に沿って同じ向きの半径方向力を受けるる部分と、比較的長い円弧に沿って半径方向力を受けない部分とが生じることとなって、ロータとステータとの少なくとも一方の弾性的な変形による振動が大きくなり、その弾性変形に起因する振動あるいは振動音によって、モータの異常（複数の磁極体グループの一部が失陥した状態）を運転者に報知することができる。特に、ロータあるいはステータが中空円筒状にされている場合には、弾性変形による振動が発生しやすい。
例えば、ステータがロータの外周に位置するものである場合には、概して円筒形の基体の内周部に複数の磁極体を一円周上に並べた状態で固定したものとすることができる。このような場合に、ステータとロータとの間には、周方向および半径方向の力が作用し、周方向の力はモータの回転駆動力となる。一方、半径方向の力は、ステータの複数の磁極体の各々をロータに対して接近離間させる向きに作用し、ステータを振動させる。そのような振動は、ステータの全ての系統が正常な場合にも生じるが、ステータには、一部の系統が失陥した場合のように、比較的長い円弧に沿って連続して半径方向力を受けない部分がなく、ステータはほぼ全周にわたって各磁極体とロータとの間の力によってその動きが抑制されるため、振動も抑制される。一方、いずれかの系統が失陥することによって、その系統に属する第１群および第２群のグループ磁極体に磁気が発生しなくなり、ステータのうちの失陥した系統に属する部分は他の部分に比べて自由に移動できる状態となる。そのため、ステータのうちの正常な系統に属する部分が振動しやすくなり、あるいは正常な系統に属する部分の振動によって失陥した系統に属する部分が振動させられやすくなるのである。ステータが共振する場合には、より一層大きな振動となる。なお、詳細な説明は実施例において行うこととする。
以上に述べたように、本項に記載のステアリング装置用モータは、一部の系統が失陥した場合に、ステータとロータとの少なくとも一方の振動あるいは振動音が増大するため、その振動等によって運転者がモータの異常（一部の系統が失陥した状態）に気付きやすくなる。なお、ステータやロータの振動あるいは振動音は比較的小さいものであっても、例えば、運転者が操作部材の操作の際に何かしらの異常の発生を察知できる程度であれば足りる。すなわち、どんな異常が発生しているか特定できなくとも、運転者が何らかの異常を察知することによって、例えば、比較的穏やかな運転（車速を低下させることや操舵操作を緩やかにすること等）がなされること、異常箇所を点検するきっかけとなること、インジケータを確認するきっかけとなること等のうち、１以上の効果が期待できるからである。さらに、ステアリング装置用モータの振動等は、概ね操舵操作に応じて発生するため、例えば、操舵アシスト用のモータであれば、操作抵抗が大きくなることと振動等との関連性に基づいて異常に気付く場合がある。さらにまた、例えば、転舵用のモータであれば、車輪の転舵がやや緩慢になることと振動等との関連性に基づいて、操舵反力用のモータであれば、手応えの減少と振動等との関連性に基づいて、それぞれ異常に気付く場合がある。ステータの振動等を比較的大きくすることもできるが、重大な異常が発生した状態（つまり、直ちに走行を中止すべき状態）であると運転者に勘違いさせない程度の大きさとすることが望ましい。このように、本項に記載のステアリング装置用モータにおいては、ステータの一部の系統が失陥した場合に、操舵操作に応じて知覚可能な大きさの振動が発生することにより、運転者が異常を察知しやすくなり、比較的早期にモータの異常に対する処置が取られやすくなるのである。
すなわち、本項のステアリング装置用モータは、ステータの複数の磁極体グループのうちの一部が失陥したとしてもある程度の駆動力を発生させることができるとともに、正常時には無視できる程度の小さい振動あるいは振動音が、一部の系統が失陥した場合に大きくなることで運転者が異常を察知しやすいものである。すなわち、フェールセーフ性に優れ、より実用的なステアリング装置用モータが得られるのである。
本項に記載の磁極体は、例えば、鉄心等のコアとそのコアに巻回されたコイル線とを含んで構成されるものであってもよく、また、コイルを主体としてコアを有しないようなものであってもよい。また、本項の態様において、ステータは、各磁極体が互いに密接したものであることを必ずしも要さず、互いに離間して配置されるものであってもよい。また、複数の磁極体グループの数は、３の倍数であれば、特に限定されない。さらに、ロータは、例えば、永久磁石，鉄心等の磁性体材料等を含むものとすることができる。
（２）前記複数の電力供給部が、前記複数の磁極体グループの各々の前記互いに連続して並ぶ複数の磁極体に供給される三相の電力の相の順序を互いに同じくするものである(1)項に記載のステアリング装置用モータ。
三相の電力の各相はＵ，Ｖ，Ｗ等の記号によって表される。複数の磁極体グループにおいて、これらの相の順序を互いに同じくすることで、モータの構成をシンプルにすることができる。
（３）前記第１群と前記第２群との各群が、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相のグループ磁極体とそれらＵ相，Ｖ相およびＷ相の各逆相のグループ磁極体とを含み、それらＵ相，Ｖ相およびＷ相の各磁極体とそれらＵ相，Ｖ相およびＷ相の逆相の各磁極体とが互いに隣接して配列された(1)項または(2)項に記載のステアリング装置用モータ。
Ｕ相，Ｖ相およびＷ相のグループ磁極体とそれらＵ相，Ｖ相およびＷ相の各逆相のグループ磁極体とは互いに逆向きの半径方向力を発生させるため、これらを互いに隣接して配列すれば、すべての系統が正常である状態ではステータとロータとに作用する半径方向力が比較的小さな領域毎に相殺され、ステータやロータの弾性変形が特に小さくて済み、その分振動や振動音が小さくて済む。
（４）当該ステアリング装置用モータが、前記操作部材の操作力によらないで前記車輪を転舵する転舵装置に、その転舵装置の動力源として設けられた(1)項ないし(3)項のいずれかに記載のステアリング装置用モータ。
本項に記載のステアリング装置用モータは、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリング装置において車輪を転舵するための動力源として用いられる態様である。ステアバイワイヤ式のステアリング装置では、通常走行時に操作力なしに車輪を転舵するため、動力源が失陥しにくいこと、あるいは動力源の異常に気付きやすいことが重要であり、本発明が特に有効である。
（５）(1)項ないし(4)項のいずれかに記載のステアリング装置用モータを含むステアリング装置。

以下、請求可能発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、決して下記の実施例に限定されるものではなく、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

図１に、一実施例であるステアリング装置用モータを備えたステアリング装置を概略的に示す。本ステアリング装置は、操作部１０と、転舵部１２とが機械的に分離されており、操作部材たるステアリングホイール１４になされた操作を検出し、その検出された操作に基づいて転舵部１２を電気的に制御することによって、ステアリングホイール１４の操作力によらないで転舵車輪１６（以下、単に「車輪１６」という場合がある）を転舵部１２の駆動力によって転舵するステアリング装置である。また、本ステアリング装置は、必要に応じて操作部１０と転舵部１２とを機械的に連結して操作力を伝達する連結部１８を備えている。

操作部１０には、ステアリングホイール１４と、そのステアリングホイール１４を支持するとともに、操舵操作に対する反力である操舵反力をステアリングホイール１４に付与する操舵反力付与装置２０が設けられている。その操舵反力付与装置２０は、ハウジング２２と、そのハウジング２２に回転可能に保持されるとともに一端部にステアリングホイール１４が取り付けられたシャフト２４と、そのシャフト２４の回転位置に基づいて操作位置を検出する操作位置センサ２６と、シャフト２４に回転駆動力を与えて操舵反力を発生させる反力モータ３０とを備えている。この反力モータ３０は、いわゆるブラシレスモータであり、操舵反力付与装置２０のハウジング２２内周壁に一円周に沿って形成されたステータと、シャフト２４の外周に相対回転不能に固定されたロータとを備えている。操作位置センサ２６は、光学式のロータリエンコーダによってシャフト２４の回転位置を検出するものとされている。操舵反力付与装置２０の前方端部には、シャフト２４の前方端部に固定されて操作力を出力する出力プーリ４０が設けられている。

転舵部１２には、車輪１６を転舵する転舵装置６０が設けられている。その転舵装置６０は、ハウジング６２と、そのハウジング６２を車幅方向に貫通した状態で回転不能に支持された転舵ロッド６４とを備えている。その転舵ロッド６４は両端部の各々において、ボールジョイント６６を介してタイロッド６８と連結されている。そのタイロッド６８は、車輪１６を回転可能に保持するステアリングナックル７０に固定されたナックルアーム７２に連結されている。すなわち、転舵装置６０は、転舵ロッド６４を左右に駆動することによって、ステアリングナックル７０を回動させ、車輪１６の転舵を行うのである。

図２に転舵装置６０の断面を模式的に示す。転舵装置６０は、転舵ロッド６４に形成されたねじ軸部７４にベアリングボールを介して螺合するナット７６を転舵モータ７８によって回転駆動することにより、転舵ロッド６４を左右に駆動する第１駆動部８０を備えている。なお、転舵モータ７８については、後に詳述する。また、転舵装置６０は、転舵ロッド６４に形成されたラックギヤ９０と噛み合うピニオンギヤ９２を、操作力によって回転させることによって転舵ロッド６４を左右に駆動する第２駆動部９４を備えている。ピニオンギヤ９２には操作力が入力される入力ローラ４０（図１参照）が取り付けられている。

なお、ハウジング６２には、転舵ロッド６４の転舵位置を検出する転舵位置センサ１００が設けられている。その転舵位置センサ１００は、転舵ロッド６４に軸方向に延びる姿勢で接着されて、多数の被検出部が微小間隔で形成されたスケールテープ１０２と、ハウジング６２に固定されてスケールテープ１０２の被検出部を検出する光センサ１０４とを含んで構成されている。また、転舵装置６０には、モータ軸８４の回転位置を検出する回転位置センサ１１０が設けられている。その回転位置センサ１１０は、モータ軸８４に相対回転不能に取り付けられ、多数の被検出部が微小間隔で円周に沿って形成された回転板１１２と、ハウジング６２に固定されて回転板１１２の被検出部を検出する光センサ１１４とを含んで構成されている。

転舵モータ７８について詳細に説明する。
図３に、転舵モータ７８を、それの回転軸線と垂直な面によって切断した図を示す。転舵モータ７８は、いわゆるブラシレスモータであり、筒状をなして転舵ロッド６４の貫通を許容するとともに回転可能なモータ軸８４と、ハウジング６２の中央部分に設けられた円筒状のステータ１３０と、そのステータ１３０の内周面に対向するようにモータ軸８４の外周部に円筒状に設けられたロータ１３２と、ステータ１３０に電力を供給する電力供給器１３６Ａ，Ｂ（図２，図４参照）とを含んでいる。ステータ１３０は、複数（本実施例では２４である）の磁極体１４０を備えており、それら磁極体１４０は、ハウジング６２の内壁面に沿って、つまり一円周に沿って、殆ど隙間なく並べられている。すなわち、ハウジング６２の中央部分が、ステータ１３０の円筒状の基体として機能し、ステータ１３０は、そのハウジング６２の中央部分と、複数の磁極体１４０とを含んで構成されているのである。

それら磁極体１４０の各々は、コア１４２とコイル１４４とを含んでいる。コア１４２は、断面が概してエの字形状の棒状をなすものとされており、軸方向（軸線に平行な方向）に延びる状態で配置されている。コイル１４４は、そのコア１４２の断面における両側の凹部をコイル線が通るようにしてコア１４２に巻回されている。一方、ロータ１３２は、複数（本実施例では２８である）の帯状の永久磁石１５０（以下、単に「磁石」と称する場合がある）を含んで構成されており、それら磁石１５０が、モータ軸８４の外周面に沿って殆ど隙間なく並べられている。それらの磁石１５０の外周面は、被覆部材１５２によって被覆されている。それら磁石１５０の各々は、また、ロータ１３２の半径方向に沿って着磁されており、互いに隣り合う磁石１５０の着磁の向きが互いに逆になるように配設されている。

本実施例において、ステータ１３０を構成する複数の磁極体１４０は、２つのグループ（磁極体グループ）に分けられている。つまり、相互に電気的に独立した２つの系統に分けられている。それら２つのグループは、図３において、系統Ａ（図において「系統Ａ−１」および「系統Ａ−２」と記載された部分）のグループと、系統Ｂ（図において「系統Ｂ−１」および「系統Ｂ−２」と記載された部分）のグループとされている。系統Ａは、互いに連続して並ぶ６つの磁極体１４０を含む系統Ａ−１と、その系統Ａ−１に属する６つの磁極体１４０と直径方向において対向する状態で並ぶ６つの磁極体１４０を含む系統Ａ−２とを含む。系統Ｂについても同様である。

各磁極体１４０には、電力供給器１３６を介して、三相交流のいずれかの相（記号Ｕ，Ｖ，Ｗ）が接続される（添え字「ａ」，「ｂ」は、系統を表す）。なお、相を示す記号の上にバーを付したものは逆相に接続された磁極体１４０であり、バーを付していないものを正磁極用の磁極体１４０とすれば、バーを付したものは逆磁極用の磁極体１４０とされている。すなわち、逆磁極用の磁極体１４０には、正磁極用の磁極体１４０と逆向きの磁気を発生させる同相の電力が供給される。なお、この図において、系統Ａ−２，系統Ｂ−２に属する磁極体１４０の相を示す記号には「 ’（ダッシュ）」が付されている。また、本明細書において、相を示す記号にマイナス記号を付すことによって（例えば、「−Ｕａ」等）、その磁極体１４０が逆磁極用であることを表す。

図４に、系統Ａに属する１２個の磁極体１４０と、三相交流を発生させるインバータ（駆動回路）とを接続する電力供給器１３６Ａを模式的に示す。電力供給器１３６Ａは、インバータ（駆動回路）と接続される３つの接続端子１６０（ＵＶＷ相）と、それら３つの接続端子１６０と上記１２個の磁極体１４０とを設定された配線で電気的に導通させる導電部材１６２とを備えている。そして、Ｖ相の接続端子１６０Ｖと中性点１６６との間には４つの磁極体１４０（Ｖａ，−Ｖａ，Ｖａ’，−Ｖａ’）が直列に接続される。また、４つの磁極体１４０のうち正磁極用の２つの磁極体１４０（ＶａとＶａ’）同士、および逆磁極用の２つの磁極体１４０（−Ｖａと−Ｖａ’）同士は、それぞれ直径方向において互いに対向する状態で配設されている。他の相（Ｕ，Ｗ）の接続端子１６０Ｕ，Ｗについても同様に、接続端子１６０と中性点１６６との間にそれぞれ４つの磁極体１４０が直列に接続される。
以上に述べた構成により、電力供給器１３６Ａは、独立して系統Ａに属する複数の磁極体１４０の各々に電力を供給するようにされている。なお、電力供給器１３６Ｂの構成は電力供給器１３６Ａとほぼ同様である。すなわち、本実施例のステータ１３０は、相互に電気的に独立した２つの系統Ａ，Ｂに分けられているのである。そして、２つの系統Ａ，Ｂのいずれか一方の電気的な導通が無くなったとしても、他方に電力を供給することができる。そのため、２つの系統の一方が断線等によって失陥したとしても、他方の正常な系統によって車輪１６を転舵する駆動力を発生させることができる。

なお、本実施例では、ロータ１３２は２８極とされ、互いに対向する２つの磁石１５０の極性が同じになる。そして、互いに対向する２つの磁極体１４０が発生する磁気のロータ１３２に対する作用を直径方向において互いに逆向きにするために、それら対向する２つの磁極体１４０が正磁極用同士、あるいは逆磁極用同士とされている。しかしながら、本実施例と異なる態様において、例えば、ロータの互いに対向する２つの磁石の極性が逆になる場合には（ロータの極数が１４である場合等）、上記とは反対に、対向する２つの磁極体１４０が正磁極用と逆磁極用との組み合わせにされる。
また、系統Ａ−１，Ａ−２，Ｂ−１，Ｂ−２の各々に属する６つの磁極体１４０に供給される電力の相順序は、時計回りにＶ，Ｕ，Ｗと、互いに等しくされている。すなわち、本電力供給器１３６は、各磁極体グループの互いに連続して並ぶ複数の磁極体１４０に供給される電力の相の順序を互いに同じくするものとされているのである。そのため、電力供給器１３６の構成をシンプルにすることができる。なお、上記磁極体グループの互いに連続して並ぶ複数の磁極体１４０に供給される電力の相の順序を互いに同じにすることは必須ではなく、適宜、互いに異なる順序にすることもできる。

連結部１８（図１）は、操作力が入力される入力プーリ１８０，操作力が出力される出力ローラ１８２，および，入力プーリ１８０と出力ローラ１８２との間の操作力の伝達の有無を切り換え可能にそれらを連結する電磁クラッチ１８４を備えている。入力プーリ１８０は、シャフト２４と一体的に回転させられる出力プーリ４０とベルト１８６によって接続されており、ステアリングホイール１４の操舵操作に応じて回転させられるようにされている。一方、出力ローラ１８２は、伝達ケーブル１９０を介して転舵部１２の入力ローラ１７２と接続されており、操作力を転舵部１２に出力するようにされている。なお、伝達ケーブル１９０は、ガイドチューブ１９２にガイドされており、そのガイドチューブ１９２の中を滑らかに摺動することができるようにされている。ガイドチューブ１９２は両端が、それぞれ電磁クラッチ１８４のハウジングと転舵装置６０のハウジング６２とに対して相対移動不能に固定されている。
上記電磁クラッチ１８４に電力が供給されない場合には、操作部１０と転舵部１２とが機械的に連結されて、ステアリングホイール１４に入力された操作力が転舵装置１４０に伝達される。また、転舵装置１４０からの反力がステアリングホイール１４に伝達される。一方、電磁クラッチ１８４に電力が供給された場合には、操作部１０と転舵部１２とが機械的に分離されて、ステアリングホイール１４に入力された操作力が転舵装置１４０に伝達されない状態にされる。

電子制御ユニット２００について説明する。
本ステアリング装置は、図１に示すように、自身が備える２つの電子制御ユニット２００Ａ，Ｂ（以下、単に「ＥＣＵ」という場合がある）によって制御される。ＥＣＵ２００Ａ，Ｂの各々は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主体として構成されている。それらＥＣＵ２００Ａ，Ｂの各々には、操作位置センサ２６（θ），転舵位置センサ１００（δ），回転位置センサ１１０，車速センサ２１０（Ｖ）等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００Ａ，Ｂは、それぞれ駆動電力を変化させて供給可能なインバータ２２０Ａ，Ｂ、インバータ２２２Ａ，Ｂ、設定された駆動電力を供給するドライバ２２４にも接続され、ＥＣＵ２００からインバータ２２０等，ドライバ２２４等に各種の制御指令が送信されると、インバータ２２０等からそれぞれ反力モータ３０および転舵モータ７８に、ドライバ２２４から電磁クラッチ１８４にそれぞれ電力が供給される。なお、インバータ２２０等，ドライバ２２４には、車両に搭載されたバッテリ（図示省略）から電力が供給される。

インバータ２２０等は、複数のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせることで三相交流を発生させる。また、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御によって、デューティ（duty）比（通電パルスのオンオフ時間比）を変更することで、モータ３０，７８に供給する電力量を変化させ、回転トルクの大きさを変更する。例えば、デューティ比が大きくされることで、供給電力量が大きくされ、モータ３０，７８の発生する回転トルクは大きくなる。なお、ＥＣＵ２００から、モータ３０，７８の回転方向およびトルクの大きさの情報を含む指令信号がインバータ２２０等に送信される。また、インバータ２２０，２２２は、それぞれモータ３０，７８に、それらの回転位置に応じた位相の電力を供給すべく、ロータリエンコーダ２６，回転位置センサ１１０の検出信号に基づいて複数のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするものとされている。

なお、前述の反力モータ３０は、寸法，出力等は異なるが、基本的に転舵モータ７８と同様の構成とされている。すなわち、ステータが一円周上に並べられた複数の磁極体を有し、それら複数の磁極体が相互に電気的に独立した２つのグループに分けられ、それら２つのグループの各々に電力を供給する電力供給器も２つ設けられているのである。そのため、２つのグループの一方の電気的な導通が切断された場合でも、他方のグループに電力を供給することができ、操舵反力を発生させることができる。
本実施例において、ステータ１３０の複数の磁極体１４０が２系統のグループに分けられていたが、同様に、ステアリング装置の転舵系統、操舵反力系統が２系統にされている。すなわち、反力モータ３０、転舵モータ７８、ＥＣＵ２００、インバータ２２０，２２２は、それぞれ２系統分設けられており、互いに同じ構成とされ、互いに独立して同じ動作をするようにされている。なお、反力モータ３０および転舵モータ７８は、ステータが２系統に分けられている。
したがって、一方の系統が断線等によって失陥しても他方の系統によって操舵反力、転舵力を発生することができるようにされている。なお、図において、Ａ系統の接続を破線で、Ｂ系統の接続を点線で示した。また、以下の説明において、特に必要のない場合には、一方の系統を代表的に説明することとする。

ステアリング装置の作動について説明する。
本ステアリング装置は、前述のようにステアバイワイヤ式とされており、通常走行時には電磁クラッチ１８４に電力が供給され、操作部１０に入力される操作力が転舵部１２に伝達されない状態にされる。そして、ＥＣＵ２００は、操作位置センサ２６の検出信号に基づいて、転舵モータ７８を駆動して車輪１６を転舵するとともに、反力モータ３０を制御してステアリングホイール１４に操舵反力を付与して操舵操作に対する手応えを生じさせる。なお、２系統のインバータ２２０Ａ，Ｂには、同様の指令がなされ、転舵モータ７８のステータ１３０の２つのグループに互いに同じ大きさの電力が供給される。また、２系統のインバータ２２２Ａ，Ｂによる反力モータ３０への電力の供給についても同様である。

転舵モータ７８の制御において、操作位置センサ２６の検出信号に基づいて決定される目標転舵位置と、転舵位置センサ１００の検出信号に基づいて取得される転舵位置である実転舵位置との偏差を減少させるように、転舵モータ７８に供給する電力の目標値が決定され、インバータ２２０に指令が送信される。インバータ２２０は、ＥＣＵ２００の指令に応じた電力を転舵モータ７８に供給する。その結果、車輪１６が目標転舵位置へ転舵され、操舵操作に応じた車輪１６の転舵がなされる。
一方、反力モータ３０の制御において、操作位置センサ２６の検出信号に基づいて操作角と操作速度が取得され、操作角を減じてステアリングホイール１４を中立位置に復帰させる中立位置復帰力と、操作速度を減少させる力である減衰力とを合わせた力が発生させられるように、反力モータ３０に供給される電力の目標値が決定され、インバータ２２２に指令が送信される。なお、中立位置復帰力は、操舵角を増加させる操作がなされている場合には比較的大きく、操舵角を減少させる操作がなされている場合には比較的小さくされる。インバータ２２２により、ＥＣＵ２００の指令に応じた電力が反力モータ３０に供給されると、操舵反力が発生し、運転者に操舵操作に対する手応えを感じさせることとなる。

１系統失陥時の作動について説明する。
転舵系統が１系統失陥した場合、例えば、転舵モータ７８のステータ１３０のいずれかの磁極体１４０のコイル１４４が断線した場合や、インバータ２２０Ａ，Ｂのいずれかが電力を供給することができなくなった場合には、失陥していない系統によって転舵が行われる。ＥＣＵ２００Ａ，Ｂの一方が、自身と同じ系統に属する磁極体１４０の断線やインバータ２２０の失陥を検出すると、転舵モータ７８の制御を停止するとともに、他方の正常な系統のＥＣＵ２００に転舵不能である旨を送信する。正常な系統のＥＣＵ２００は、転舵モータ７８に供給する電力の目標値が通常よりも大きくなるように決定する（例えば、通常時の１．５倍等）。そして、走行中であれば１つの転舵系統の駆動力によって車輪１６の転舵が行われる。

１系統失陥時には、車輪１６の転舵に伴い正常時より大きい振動あるいは振動音が発生する。１系統が失陥した状態で転舵がなされると、転舵モータ７８のステータ１３０が振動することにより、ハウジング６２が振動させられて、振動音が発生する。その振動および振動音は、車輪１６の転舵に応じて発生するため、運転者はステアリング装置の異常を察知しやすくなる。その結果、穏やかな運転がなされて正常な１系統への負担が減少することや、早期に異常箇所の点検がなされることが期待される。また、インジケータによって転舵系統の異常が表示される場合であっても、転舵モータ７８の振動あるいは振動音によって何らかの異常が察知されることにより、運転者がインジケータを確認するきっかけとなる。すなわち、本ステアリング装置は、フェールセーフ性に優れ、実用性の高いものとされているのである。

１系統失陥時に発生するステータ１３０の弾性変形に起因する振動について説明する。図５に、２つの系統が正常である場合に、あるタイミングにおいてステータ１３０に作用する半径方向の力を模式的に示す。なお、各磁極体１４０に供給される電力の大きさや磁極体１４０と磁石１５０との位置関係によって、各磁極体１４０に作用する力の大きさは異なるが、図においては単純に力の向きだけを示すものとする。この図に示すように、各磁極体１４０には半径方向の力が作用するが、半径方向外向きの力と半径方向内向きの力とが周方向において混在しているため、ハウジング６２を介して連結された各磁極体１４０の半径方向の移動が互いに抑制されることとなり、ステータ１３０の周方向に波打つ形態の弾性変形の量は比較的小さく、その振動は無視できる程度となる。それに対し、系統ＡＢの一方、例えば、系統Ｂが失陥した場合には、系統Ｂ−１，Ｂ−２に属する磁極体１４０には半径方向の力が作用しないため、それらは半径方向に比較的移動しやすい状態となる。その結果、系統Ａ−１，Ａ−２に属する磁極体１４０の半径方向への移動が系統Ｂ−１，Ｂ−２に属する磁極体１４０によって抑制されにくくなる。したがって、１系統失陥時には正常時に比較してステータ１３０が周方向に波打つ形態の弾性変形をしやすい状態となり、振動が大きくなる。
すなわち、ステータ１３０の弾性変形に起因する振動は、２系統が正常に作動する状態では小さく無視できる程度であるのに対し、１系統失陥時に大きくなるのである。

次に、ロータ１３２とステータ１３０との剛体としての相対変位について説明する。
図６に、ロータ１３２に作用する力を模式的に示す。ロータ１３２の磁石１５０には、黒い矢印で示す半径方向の力と、白抜き矢印で示す周方向の力とが作用する。そして、ある磁石１５０に作用する半径方向の力は、基本的に、その磁石１５０の対極に位置する磁石１５０（回転軸線を対称軸として軸対称の位置に位置するもの）に作用する半径方向の力と相殺されることとなる。
しかしながら、例えば、互いに対向する２つの磁極体１４０に、それぞれ異なるインバータ２２０の電力が供給される場合には、対極する２つの磁石１５０に作用する半径方向の力が上手く相殺されない場合がある。それは、異なるインバータ２２０の電力供給を正確に同期させることが困難であり、電力を供給するタイミングがずれてしまうため、対向する２つの磁極体１４０が磁気を発生させるタイミングがずれてしまうからである。その結果、タイミングのずれに起因する半径方向の力の不釣り合いによってロータ１３２とステータ１３０とが半径方向に相対移動させられ、剛体同士として振動させられることとなる。すなわち、ロータ１３２とステータ１３０との相対変位に起因する振動が生じるのである。例えば、前述のように、複数の磁極体１４０を、それぞれが半円状に連続して並ぶ複数の磁極体１４０を含む２つのグループに分けた場合には、正常時であっても上述の電力を正確に同期させる難しさに起因して、比較的小さいが無視できないレベルの振動が生じることとなる。
それに対して、本実施例において、互いに対向する２つの磁極体１４０に、同一のインバータ２２０から同相の電力が供給されるため、必然的に電力が正確に同期し、正常時の振動、つまり、ロータ１３２とステータ１３０との剛体としての相対変位に起因する振動を無視できる程度まで小さくすることができる。

なお、図６において、実際には、磁石１５０と磁極体１４０との間には、回転軸線と直交する平面と平行で半径方向および周方向の両者と交差する方向の力が作用するが、その力が半径方向および周方向に分解して示されている。また、この図において、半径方向の力は、内向きの力が示されているが、磁石１５０と磁極体１４０との位置関係や磁極体１４０が発生させる磁気の極性によって向きが変わる（内向きまたは外向き）。

以上のことから分かるように、本転舵モータ７８は、(a)ステータ１３０が２系統に分けられており、１系統が失陥しても残りの１系統によって車輪１６を転舵することができ、(b)互いに対向する２つの磁極体１４０に、同一のインバータ２２０から同相の電力が供給されるため、正常時の振動を小さくすることができ、(c)１系統失陥時には連続して並ぶ複数の磁極体が比較的自由に半径方向に移動することができるためステータ１３０の弾性変形に起因する振動が大きくなり、その振動あるいは振動音によって転舵系統の異常を運転者に報知することができる。

なお、上記の例は、転舵系統の異常であったが、操舵反力系統の異常、例えば、反力モータ３０のいずれかの磁極体が断線した場合や、２つのインバータ２２２Ａ，Ｂのいずれかが電力を供給できなくなった場合には、転舵モータ７８の場合と同様に、正常な１系統の反力系統によってステアリングホイール１４に操舵反力が付与される。また、ＥＣＵ２００Ａ，Ｂのいずれかが失陥した場合には、車輪１６の転舵および操舵反力の付与が正常な１系統によって行われることとなる。なお、ＥＣＵ２００Ａ，Ｂの失陥は、常時、相互に送信される信号が途絶えることによって検知される。
転舵系統と操舵反力系統との少なくとも一方が２系統とも失陥した場合には、電磁クラッチ１８４への電力供給が停止されて操作部１０と転舵部１２とが機械的に連結され、ステアリングホール１４の操作力によって車輪１６を転舵することができる状態となる。

上記実施例において、ステータ１３０が２系統に分けられていたが、ステータ１３０を３系統以上に分けることもできる。その場合には、よりフェールセーフ性に優れたモータとなる。しかしながら、一部の系統が失陥した場合にステータ１３０を振動させる観点から６系統以下であることが望ましい。
上記実施例において、「ステアリング装置用モータ」の例として、反力モータ３０と転舵モータ７８とが記載されていたが、「ステアリング装置用モータ」として、操舵アシストモータをステアリング装置に設けることもできる。操舵アシストモータは、いわゆるパワーステアリング装置の動力源に使用され、運転者の操舵操作を助勢するものである。
上記実施例において、転舵モータ７８のスロット数と極数とが、２４スロット−２８極とされていたが、例えば、１２スロット−１４極、１２スロット−８極等、他の組合せとすることができる。しかしながら、２つの磁極体１４０が互いに対向するにはスロット数が偶数であることが望ましい。また、三相交流の供給を受けるには連続して並ぶ複数の磁極体が少なくとも３つあることが望ましく、その場合にスロット数は１２以上となる。

なお、本実施例において、複数の磁極体１４０が系統別のグループに分けられているため、転舵モータ７８は、ステータ１３０が系統別に分割されたものと捉えることができる。そして、１つの系統に属する磁極体１４０のグループを１つのステータと考えれば、転舵モータ７８は、系統別の複数のステータ（本実施例において２つ）を備えたものと捉えることもでき、複数のステータが多重化されたものと捉えることもできる。さらに言えば、磁極体１４０のグループの一方が失陥した場合に、他方のグループの存在により、転舵モータ７８の機能が完全に失われるものでないことから、本転舵モータ７８は、冗長化されていると考えることもできる。なお、本転舵モータ７８は、磁極体１４０の構造，配置等を変更することなく、電力の供給態様を変更することにより、通常のモータ同様に作動させることができるため、実質的には、電力供給系統が分割されたことにより、ステータ１３０が分割されたものとなっている。その観点からすれば、転舵モータ７８は、電力供給系統が分割されたモータと捉えることもできる。

請求可能発明の一実施例であるステアリング装置の概略を示す図である。 上記ステアリング装置の転舵装置の断面を示す模式図である。 上記ステアリング装置の転舵モータをそれの軸線と直交する面で切断した断面を示す図である。 上記転舵モータの電力供給器を模式的に示す図である。 上記転舵モータのステータの各磁極体に作用する半径方向の力を模式的に示す図である。 上記転舵モータのロータの永久磁石に作用する半径方向および周方向の力を模式的に示す図である。

符号の説明

１０：操作部 １２：転舵部 １４：ステアリングホイール（操作部材） １６：転舵車輪 ２０：操作反力付与装置 ２２：ハウジング ２４：シャフト ３０：反力モータ（ステアリング装置用モータ） ６０：転舵装置 ６２：ハウジング ７８：転舵モータ（ステアリング装置用モータ） ８０：第１駆動部 ９４：第２駆動部 １００：転舵位置センサ １１０：回転位置センサ １３０：ステータ １３２：ロータ １３６：電力供給器（電力供給部） １４０：磁極体 １４２：コア １４４：コイル １５０：永久磁石 １６０：接続端子 １６２：導電部材 ２００：電子制御ユニット装置［ＥＣＵ］ ２２０，２２２：インバータ（供給電力可変型駆動回路）

Claims (4)

1. 操作部材の操作に応じて車輪の向きを変えるステアリング装置に配設されるステアリング装置用モータであって、
   それぞれがコイルを有して電力が供給された際に磁気を発生する複数の磁極体が一円周に沿って並べられたステータと、
   そのステータの内周面または外周面に自身の外周面または内周面が対向する状態で回転するロータと、
   前記ステータの複数の磁極体に三相の電力を供給する電力供給装置と
   を備え、
   前記複数の磁極体が複数の磁極体グループに分けられ、それら磁極体グループの各々に属する磁極体である複数ずつのグループ磁極体がさらに互いに同じ３の倍数ずつの第１群と第２群とのグループ磁極体に分けられ、第１群のグループ磁極体が前記ステータの周方向に互いに隣接して並べられる一方、第２群のグループ磁極体の各々が第１群のグループ磁極体の各々と前記ステータの直径方向において互いに対向する状態で並べられることによって、前記複数の磁極体グループに属するグループ磁極体の半数ずつの列が互いに隣接して前記周方向に並べられ、かつ、前記電力供給装置が、前記複数の磁極体グループの各々に電力を供給する、磁極体グループと同数の互いに独立した電力供給部を備え、それら電力供給部の各々が、複数の磁極体グループのうち各電力供給部に対応するものに、前記第１群のグループ磁極体と前記第２群のグループ磁極体との前記直径方向において互いに対向するものに互いに同相の電力を供給して前記直径方向において互いに逆向きの磁気力を発生させることを特徴とするステアリング装置用モータ。
2. 前記複数の電力供給部が、前記複数の磁極体グループの各々の前記互いに連続して並ぶ複数のグループ磁極体に供給する三相の電力の相の順序を互いに同じくするものである請求項１に記載のステアリング装置用モータ。
3. 前記第１群と前記第２群との各群が、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相のグループ磁極体とそれらＵ相，Ｖ相およびＷ相の各逆相のグループ磁極体とを含み、それらＵ相，Ｖ相およびＷ相の各磁極体とそれらＵ相，Ｖ相およびＷ相の逆相の各磁極体とが互いに隣接して配列された請求項１または２に記載のステアリング装置用モータ。
4. 当該ステアリング装置用モータが、前記操作部材の操作力によらないで前記車輪を転舵する転舵装置に、その転舵装置の動力源として設けられた請求項１ないし３のいずれかに記載のステアリング装置用モータ。

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