JP4492781B2 - 回転機及び操舵システム - Google Patents

Description

本発明は、回転機と、その回転機を用いた操舵システムに関する。

近年の操舵システムとして、車両のステアリングから機械的に切り離された操舵輪の舵角を、ステアリングの操舵角に基づいてアクチュエータにて位置決め制御する所謂ステアリングバイワイヤシステムが開発されている。

このような操舵システムにおいて、アクチュエータに異常が発生した場合に対するフェールセーフ機能を備えた構成として、アクチュエータを２つ設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３７１１２号公報（段落［０００２］、［００１６］、［００１９］、第１図）

しかしながら、上記した従来の操舵システムでは、アクチュエータを２つ設けたのでコストが高くなりかつ操舵システム全体が大型化するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、フェールセーフ機能を備えると共に、低コスト化及びコンパクト化が可能な回転機及び操舵システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る回転機は、２系統の多相交流電流によって励磁される２系統の巻線を設けると共に、各系統・各相毎に互いに極性が反転した正磁極用の巻線と逆磁極用の巻線とを備え、それら巻線が固定されたステータに対するロータの回転位置を位置センサで検出し、その検出結果に応じて各系統・各相毎の巻線に流す励磁電流の位相を変更してロータを回転駆動する回転機において、同系統・同相の正磁極用及び逆磁極用の両巻線を、ステータに備えた複数のティースのうち隣り合ったティースに巻回し、それら隣り合ったティース間の中心線上に位置センサを配置したところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の回転機において、位置センサを２つ設け、何れか一方の位置センサに異常が発生した場合には、他方の位置センサに基づいて、各系統の巻線を励磁するように構成したところに特徴を有する。

請求項３の発明に係る操舵システムは、車両のステアリングと操舵輪とを機械的に切り離し、ステアリングの操舵角に基づいて操舵輪の舵角を請求項１又は２に記載の回転機で位置決め制御するように構成したところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の回転機では、通常は、２系統の巻線でロータを回転させ、一方の系統に異常が発生したときには、他方の系統の巻線のみでロータを回転させることができる。これにより、何れかの系統に異常発生したと同時に回転機が停止することが防がれ、１つの回転機でフェールセーフを図ることをができる。また、本発明によれば、２つの回転機を設けた構成に比べて、部品点数が削減され、低コスト化及びコンパクト化を図ることができる。しかも、同系統・同相の正磁極用及び逆磁極用の両巻線を、ステータのうち隣り合ったティースに巻回したので、２系統の巻線でロータを回転させた場合も、１系統の巻線でロータを回転させた場合も共に、隣合った巻線がセットになって相反する方向に励磁され、位置センサに対するロータの回転位置が変わらない。これにより、２系統の巻線から１系統の巻線のみによるロータの回転に切り替わる際のトルクリップルを抑えて、スムーズに回転機を駆動することができる。

［請求項２の発明］
請求項２の回転機では、位置センサが２つ設けられているので、何れか一方の位置センサに異常が発生した場合には、他方の位置センサに基づいてロータの回転位置を検出することができ、一方の位置センサの異常発生と同時に回転機が停止することが防がれる。

［請求項３の発明］
請求項３の操舵システムでは、車両のステアリングから機械的に切り離された操舵輪の舵角が、請求項１又は２に記載の回転機で位置決め制御されるので、低コストで操舵システムにおけるフェールセーフが図れる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１には、本発明の回転機としての三相交流ブラシレスモータ１０（以下、「モータ１０」という）が示されている。モータ１０に備えたロータ５１の外周面には、永久磁石５２が固定されている。永久磁石５２は、例えば、ロータ５１の周方向を１４等配した位置にそれぞれＮ極、Ｓ極を交互に配置した１４極構造になっている。

モータ１０に備えたステータ１１の内周面には、周方向に複数のティース１２が設けらている。そして、これら各ティース１２に電線を集中巻きすることで、各ティース１２毎に１つずつの巻線２０Ｕ〜２０Ｗ，２０ｕ〜２０ｗ，３０Ｕ〜３０Ｗ，３０ｕ〜３０ｗが備えられている。

これら巻線は、図示しない第１の三相交流電源によって励磁される第１系統の巻線２０Ｕ〜２０Ｗ，２０ｕ〜２０ｗと、図示しない第２の三相交流電源によって励磁される第２系統の巻線３０Ｕ〜３０Ｗ，３０ｕ〜３０ｗとからなる。また、巻線には、各系統の各相毎に１対ずつの正磁極用の巻線と逆磁極用の巻線が備えられ、モータ１０全体で例えば１２個の巻線が備えられている。これに対応して、ステータ１１を周方向で１２等分した位置に１２個のティース１２が設けられている。そして、図１に示すように、ステータ１１を２つの領域Ｓ１，Ｓ２に２等分し、一方側の領域Ｓ１の６つのティース１２に第１系統の正磁極用の巻線２０Ｕ〜２０Ｗと逆磁極用の巻線２０ｕ〜２０ｗと巻回される一方、他方側の領域Ｓ２の６つのティース１２に第２系統の正磁極用の巻線３０Ｕ〜３０Ｗと逆磁極用の巻線３０ｕ〜３０ｗが巻回されている。

より詳細には、図１に示された領域Ｓ１の左側の端部のティース１２から時計回り方向に向かって以下順番に、第１系統におけるＶ相の逆磁極用の巻線２０ｖ、正磁極用の巻線２０Ｖ、Ｕ相の正磁極用の巻線２０Ｕ、逆磁極用の巻線２０ｕ、Ｗ相の逆磁極用の巻線２０ｗ、正磁極用の巻線２０Ｗが配置され、次いで、他方の領域Ｓ２の右側の端部のティース１２から時計回り方向に向かって以下順番に、第２系統におけるＶ相の正磁極用の巻線３０Ｖ、逆磁極用の巻線３０ｖ、Ｕ相の逆磁極用の巻線３０ｕ、正磁極用の巻線３０Ｕ、Ｗ相の正磁極用の巻線３０Ｗ、逆磁極用の巻線３０ｗが備えられている。このように、本実施形態では、同系統・同相の正磁極用及び逆磁極用の巻線が、隣り合ったティース１２，１２に巻回されている。また、各相の逆磁極用の巻線と正磁極用の巻線とは、互いに巻回方向が逆となりかつ直列接続されている。これにより、正磁極用の巻線と逆磁極用の巻線とは、互いに反転した極性を有している。

ステータ１１には、ロータ５１の回転位置を検出するための位置センサ５０が固定されている。この位置センサ５０は、例えば光学素子によって構成され、ロータ５１と共に回転する回転スリット板（図示せず）に対向配置されている。より具体的には、位置センサ５０は、例えば、第１系統のＵ相の正磁極用及び逆磁極用の巻線２０Ｕ，２０ｕが巻回された両ティース１２，１２を対称に分ける中心線（図１のＬ２参照）上に配置されている。また、回転スリットには複数のスリットが形成され、ロータ５１の回転に伴って位置センサ５０を横切ったスリットがカウントされる。そして、回転スリット板に設定した基準点が位置センサ５０に対面する位置をロータ５１の原点位置とし、その原点位置からのロータ５１の回転角度を検出している。

次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
本実施形態のモータ１０では、通常は、２系統の巻線でロータ５１を回転させ、一方の系統に異常が発生したときには、他方の系統の巻線のみでロータ５１を回転させることができる。これにより、何れかの系統に異常発生したと同時にモータ１０が停止することが防がれ、１つのモータ１０でフェールセーフを図ることをができる。また、本実施形態の構成によれば、２つの回転機を設けた構成に比べて、部品点数が削減され、低コスト化及びコンパクト化を図ることができる。しかも、同系統・同相の正磁極用及び逆磁極用の両巻線を、ステータ１１のうち隣り合ったティース１２，１２に巻回したので、２系統の巻線でロータ５１を回転させた場合も、１系統の巻線でロータ５１を回転させた場合も共に、隣合った巻線がセットになって相反する方向に励磁され、位置センサ５０に対するロータ５１の回転位置が変わらない。これにより、２系統の巻線から１系統の巻線のみによるロータ５１の回転に切り替わる際のトルクリップルを抑えて、スムーズにモータ１０を駆動することができる。

［第２実施形態］
次に、図２及び図３を参照して、本発明を適用した第２実施形態について説明する。図２には、本発明に係る操舵システム６０の全体構成が示されている。この操舵システム６０は、所謂、ステアバイワイヤシステムであって、ステアリング３１と操舵輪４０，４０とが機械的に切り離されている。そして、操舵輪４０，４０を転舵させるために本発明に係る回転機としてのモータ４２が備えられている。以下、第１実施形態の異なる構成に関してのみ説明し、前記第１実施形態と同じ構成に関しては、第１実施形態と同一の符合を付して重複説明を省略する。

本実施形態の操舵システム６０のステアリング３１は、反力用アクチュエータ３３に軸支されたステアリングシャフト３２の一端に固定され、ステアリング３１を回転させたときの反力を反力用アクチュエータ３３にて発生させている。反力用アクチュエータ３３の反力を制御するための反力ＥＣＵ３４には、軸力センサ３５及び車速センサ３６の検出信号が入力されている。ここで、軸力センサ３５は、操舵輪４０，４０の間に差し渡されたタイロッド４１にかかる軸力を検出しており、そのタイロッド４１にかかる軸力は、路面状況に応じて変化する。そして、反力ＥＣＵ３４が軸力センサ３５の検出信号に応じて駆動回路３３Ｋに制御信号を出力することで、路面状況に応じた反力をステアリング３１に付与することができる。また、反力ＥＣＵ３４は、車速センサ３６の検出信号に応じて駆動回路３３Ｋに制御信号を出力することで、高速走行時にはステアリング３１が重たくなり、低速走行時にはステアリング３１が軽くなるように制御している。

反力用アクチュエータ３３とステアリングシャフト３２との間には、操舵角センサ３７が取り付けられ、ステアリング３１の操舵角を検出している。そして、転舵ＥＣＵ４５が操舵角センサ３７の検出信号を取り込み、ステアリング３１の操舵角に基づいて、モータ４２を駆動し、ステアリング３１の操舵角に応じた舵角に舵輪４０，４０が転舵される。

さて、モータ４２のステータ１１は、タイロッド４１を覆う筒形ハウジング４３（図２参照）の内部に嵌合固定されている。また、図３に示すように、モータ４２のロータ４４は筒形をなして、そのロータ４４の内側にタイロッド４１が貫通している。タイロッド４１のうち筒形ハウジング４３に覆われた部分には、ロータ４４との間には、図示しないボールネジ機構が備えられ、ロータ４４の回転をタイロッド４１の推力の変換している。これにより、モータ４２の駆動により操舵輪４０が転舵される。

このように本実施形態の操舵システム６０によれば、車両のステアリング３１から機械的に切り離された操舵輪４０，４０の舵角が、本発明に係るモータ４２で位置決め制御されるので、フェールセーフが図れると共に、低コスト化及び操舵システム６０のコンパクト化を図ることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記第１及び第２の実施形態では、第１系統の巻線２０Ｕ〜２０Ｗ，２０ｕ〜２０ｗと第２系統の巻線３０Ｕ〜３０Ｗ，３０ｕ〜３０ｗとを、ステータ１１を２等分した領域Ｓ１，Ｓ２に区分けして配置していたが、第１系統の巻線と第２系統の巻線とを分散配置してもよい。具体的には、図４に示すように、位置センサ５０を基準にして、時計回り方向に以下順番に、第１系統のＵ相の逆磁極用の巻線２０ｕ、第２系統のＷ相の逆磁極用の巻線３０ｗ、正磁極用の巻線３０Ｗ、第１系統のＶ相の正磁極用の巻線２０Ｖ、逆磁極用の巻線２０ｖ、第２系統のＵ相の逆磁極用の巻線３０ｕ、正磁極用の巻線３０Ｕ、第１系統のＷ相の正磁極用の巻線２０Ｗ、逆磁極用の巻線２０ｗ、第２系統のＶ相の逆磁極用の巻線３０ｖ、正磁極用の巻線３０Ｖ、第１系統のＵ相の正磁極用の巻線２０Ｕとなるように配置してもよい。

（２） 前記第１及び第２の実施形態のモータ１０に備えた位置センサ５０は１つであったが、位置センサを２つ設けてもよい。この場合、何れか一方の位置センサに異常が発生した場合には、他方の位置センサに基づいて、各系統の巻線を励磁するように構成すればよい。この構成により、一方の位置センサの異常発生と同時に回転機が停止することが防がれる。

本発明の第１実施形態に係るモータの断面図 第２実施形態に係る操舵システムの構成を示すブロック図 その操舵システムにおけるモータの断面図 変形例のモータの断面図

符号の説明

１０，４２ モータ（回転機）
１１ ステータ
１２ ティース
２０Ｕ〜２０Ｗ，２０ｕ〜２０ｗ，３０Ｕ〜３０Ｗ，３０ｕ〜３０ｗ 巻線
３１ ステアリング
４０ 操舵輪
４４，５１ ロータ
５０ 位置センサ
６０ 操舵システム

Claims (3)

1. ２系統の多相交流電流によって励磁される２系統の巻線を設けると共に、各系統・各相毎に互いに極性が反転した正磁極用の巻線と逆磁極用の巻線とを備え、それら巻線が固定されたステータに対するロータの回転位置を位置センサで検出し、その検出結果に応じて各系統・各相毎の巻線に流す励磁電流の位相を変更して前記ロータを回転駆動する回転機において、
   同系統・同相の前記正磁極用及び前記逆磁極用の両巻線を、前記ステータに備えた複数のティースのうち隣り合ったティースに巻回し、それら隣り合ったティース間の中心線上に前記位置センサを配置したことを特徴とする回転機。
2. 前記位置センサを２つ設け、何れか一方の位置センサに異常が発生した場合には、他方の位置センサに基づいて、各系統の巻線を励磁するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
3. 車両のステアリングと操舵輪とを機械的に切り離し、前記ステアリングの操舵角に基づいて前記操舵輪の舵角を前記請求項１又は２に記載の回転機で位置決め制御するように構成したことを特徴とする操舵システム。

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