JP4506956B2 - Steer-by-wire system - Google Patents
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Description
本発明は、転舵輪とハンドルとを機械的に切り離し、ハンドル操作に応じてモータにより転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムに関する。 The present invention relates to a steer-by-wire system in which a steered wheel and a handle are mechanically separated and the steered wheel is steered by a motor in accordance with a handle operation.
一般に、この種のステアバイワイヤシステムは、ハンドルの操舵位置を位置センサで検出し、その検出結果に基づきモータ駆動制御回路にてモータを駆動して転舵輪を転舵する構成になっている。このため、モータ駆動制御回路及び位置センサが失陥するとハンドル操作に応じて転舵輪を転舵することができなくなる。これに対し、モータ駆動制御回路及び位置センサに3重の冗長性を持たせたステアバイワイヤシステムが従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記した従来のステアバイワイヤシステムでは、単に同じ構成のものを3重に設けて冗長性を持たせたので、同じ原因で3重の構成の全てが失陥する可能性があり、信頼性が低い。また、3重の冗長性を持たせたために、搭載スペースが概ね3倍に増加するという問題が生じる。 However, in the conventional steer-by-wire system described above, the same configuration is simply provided in triplicate to provide redundancy, and therefore, all the triple configurations may fail due to the same cause. Is low. Further, since the triple redundancy is provided, there arises a problem that the mounting space increases approximately three times.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、モータに駆動電流を流す回路又はハンドルの操舵位置を検出する位置センサが失陥してもハンドル操作に応じて転舵輪を転舵することが可能でありかつ車両への搭載性にも優れたステアバイワイヤシステムの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if a circuit for supplying a drive current to a motor or a position sensor for detecting a steering position of a steering wheel fails, the steered wheels can be steered according to the steering wheel operation. An object of the present invention is to provide a steer-by-wire system that can be mounted on a vehicle.
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係るステアバイワイヤシステムは、車両に備えたハンドルと転舵輪とを機械的に切り離すと共に、転舵輪を転舵する駆動源としてブラシ付DCモータを設け、ハンドル操作に応じてブラシ付DCモータを駆動して転舵輪を転舵するステアバイワイヤシステムにおいて、ブラシ付DCモータは、ステータに備えたブラシと、ロータに備えたコンミテータとを摺接させてロータの巻線に通電する構造をなし、ステータは、界磁を保持した界磁保持ハウジングと、ブラシを保持したブラシ保持ハウジングとを回動可能に連結してなり、ブラシ保持ハウジングと界磁保持ハウジングとを回動不能にロックした固定状態と、そのロックを解除した可動状態とに切り替え可能なハウジングロック手段と、ブラシ保持ハウジングとハンドルとを機械的に連結した連結状態と、機械的に切り離した非連結状態とに切り替え可能なクラッチ手段とを備え、通常時には、ブラシ保持ハウジングと界磁保持ハウジングとを固定状態にすると共にブラシ保持ハウジングとハンドルとを非連結状態とし、ハンドル操作に応じた直流電流をブラシ付DCモータに流すことで、ハンドル操作に応じてロータが回転する一方、異常時には、ブラシ保持ハウジングと界磁保持ハウジングとを可動状態にすると共にブラシ保持ハウジングとハンドルとを連結状態とし、ハンドル操作に連動してブラシ保持ハウジングを回転させて界磁束と巻線磁束との交差角度を変化させることで、ハンドル操作に応じてロータが回転するように構成したところに特徴を有する。 The steer-by-wire system according to the first aspect of the present invention, which is made to achieve the above object, mechanically separates a steering wheel and a steered wheel provided in a vehicle and uses a brushed DC motor as a drive source for steering the steered wheel. In a steer-by-wire system that drives a brushed DC motor in response to a handle operation to steer a steered wheel, the brushed DC motor slides a brush provided on the stator and a commutator provided on the rotor. The stator is configured to energize the rotor windings, and the stator is configured by rotatably connecting a field holding housing holding a field and a brush holding housing holding a brush. Housing locking means switchable between a fixed state in which the holding housing is locked so as not to rotate and a movable state in which the holding housing is unlocked A clutch means that can be switched between a connected state in which the brush holding housing and the handle are mechanically connected and a mechanically disconnected state in a disconnected state is provided, and the brush holding housing and the field holding housing are normally fixed. The brush holding housing and the handle are disconnected, and a direct current corresponding to the handle operation is supplied to the brushed DC motor to rotate the rotor according to the handle operation. By making the field holding housing movable and connecting the brush holding housing and the handle, the brush holding housing is rotated in conjunction with the handle operation to change the crossing angle between the field flux and the winding flux. The rotor is configured to rotate in response to a handle operation.
請求項2の発明は、請求項1に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、界磁保持ハウジングに対するブラシ保持ハウジングの回動可能範囲には、界磁束と直交する巻線磁束が巻線の励磁により生成されるようにブラシとコンミテータとが接触する磁束直交位置が含められ、ハウジングロック手段は、ブラシ保持ハウジングを磁束直交位置にロックするように構成されたところに特徴を有する。 According to a second aspect of the present invention, in the steer-by-wire system according to the first aspect, a winding magnetic flux orthogonal to the field magnetic flux is generated by exciting the winding in the rotatable range of the brush holding housing with respect to the field holding housing. Thus, the magnetic flux orthogonal position where the brush and the commutator contact is included, and the housing locking means is characterized in that it is configured to lock the brush holding housing in the magnetic flux orthogonal position.
請求項3の発明は、請求項2に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、ブラシ保持ハウジングが界磁保持ハウジングに対して回動して磁束直交位置に至ったときに当接するストッパを設けたところに特徴を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the steer-by-wire system according to the second aspect of the present invention, a stopper is provided to contact the brush holding housing when the brush holding housing is rotated with respect to the field holding housing and reaches the magnetic flux orthogonal position. Have
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載のステアバイワイヤシステムにおいて、界磁保持ハウジングに対するブラシ保持ハウジングの回動可能範囲には、界磁束と平行な巻線磁束が巻線の励磁により生成されるようにブラシとコンミテータとが接触する中立位置が含められたところに特徴を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the steer-by-wire system according to any one of the first to third aspects, a winding magnetic flux parallel to the field magnetic flux is wound in a rotatable range of the brush holding housing with respect to the field holding housing. It is characterized in that a neutral position where the brush and the commutator are in contact with each other is included so as to be generated by excitation.
請求項5の発明は、請求項4に記載のステアバイワイヤシステムにおいて、ブラシ保持ハウジングを中立位置に向けて付勢する付勢手段を備えたところに特徴を有する。 The invention according to claim 5 is characterized in that in the steer-by-wire system according to claim 4, biasing means for biasing the brush holding housing toward the neutral position is provided.
請求項6の発明は、請求項1乃至5の何れかに記載のステアバイワイヤシステムにおいて、巻線は、複数のコイルで構成され、巻線磁束は、複数のコイルの磁束を合成してなるところに特徴を有する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the steer-by-wire system according to any one of the first to fifth aspects, the winding is composed of a plurality of coils, and the winding magnetic flux is a combination of the magnetic fluxes of the plurality of coils. It has the characteristics.
[請求項1及び6の発明]
請求項1のステアバイワイヤシステムでは、通常は、ハンドル操作に応じてブラシ付DCモータへの駆動電流が制御されてロータの回転量、回転方向が変更され、これによりハンドル操作に応じて転舵輪を転舵することができる。この通常の駆動方式では、ブラシ付DCモータへの駆動電流を制御する回路(以下、「モータ駆動制御回路」という)又はハンドルの操舵位置を検出する位置センサが失陥した場合(つまり異常時)には、ブラシ付DCモータへの駆動電流が制御不能となり、転舵輪を転舵することができない。
[Inventions of Claims 1 and 6]
In the steer-by-wire system according to the first aspect, normally, the drive current to the brushed DC motor is controlled in accordance with the handle operation to change the rotation amount and the rotation direction of the rotor. Can steer. In this normal drive system, when a circuit for controlling the drive current to the brushed DC motor (hereinafter referred to as “motor drive control circuit”) or a position sensor for detecting the steering position of the steering wheel has failed (that is, during an abnormality). In this case, the drive current to the brushed DC motor becomes uncontrollable and the steered wheels cannot be steered.
しかしながら、本発明の構成によれば、異常時には、ハンドル操作に伴ってブラシ保持ハウジングが界磁保持ハウジングに対して回動し、界磁とブラシとの相対位置が変更されることでロータの回転量、回転方向が変更され、これによりハンドル操作に応じて転舵輪を転舵することができる。 However, according to the configuration of the present invention, when an abnormality occurs, the brush holding housing rotates with respect to the field holding housing in accordance with the handle operation, and the relative position between the field and the brush is changed to rotate the rotor. The amount and the direction of rotation are changed, so that the steered wheels can be steered according to the steering wheel operation.
具体的には、界磁とブラシとの相対位置が変わると、界磁束と巻線磁束とがなす角度も変わる。ここで、巻線磁束と界磁束とが平行になる位置では巻線は界磁束による電磁力を受けず、ロータは回転しない。この位置からブラシ保持ハウジングが回動して巻線磁束と界磁束とが交差した状態になると、巻線が界磁束による電磁力を受け、ロータが回転すると共にそれら巻線磁束と界磁束との交差角度に応じてロータ回転トルクが変わる。このように、本発明のステアバイワイヤシステムによれば、モータ駆動制御回路又は位置センサが失陥しても、ハンドル操作に応じて転舵輪を転舵することができる。また、本発明では、通常時と異常時とで、ブラシ付DCモータの駆動方式が異なるので、これら異なる駆動方式の両方が使用不能になる可能性は低く、信頼性が向上する。さらに、異常時の駆動方式では位置センサが不要であるので位置センサに冗長性を持たせる必要がなく、設置スペースを削減することができる(即ち、搭載性にも優れる)。 Specifically, when the relative position between the field magnet and the brush changes, the angle formed by the field magnetic flux and the winding magnetic flux also changes. Here, at a position where the winding magnetic flux and the field magnetic flux are parallel to each other, the winding does not receive electromagnetic force due to the field magnetic flux, and the rotor does not rotate. When the brush holding housing rotates from this position and the winding magnetic flux and the field magnetic flux cross each other, the winding receives the electromagnetic force due to the field magnetic flux, and the rotor rotates and the winding magnetic flux and the field magnetic flux The rotor rotational torque changes according to the crossing angle. Thus, according to the steer-by-wire system of the present invention, even if the motor drive control circuit or the position sensor fails, the steered wheels can be steered according to the steering wheel operation. Further, in the present invention, since the drive system of the brushed DC motor is different between the normal time and the abnormal time, it is unlikely that both of these different drive systems become unusable and the reliability is improved. Further, since the position sensor is unnecessary in the driving system at the time of abnormality, it is not necessary to provide the position sensor with redundancy, and the installation space can be reduced (that is, the mountability is excellent).
なお、巻線磁束は、巻線を構成する複数のコイルの磁束を合成したものであってもよい(請求項6の発明)。 The winding magnetic flux may be a combination of magnetic fluxes of a plurality of coils constituting the winding (invention of claim 6).
[請求項2の発明]
請求項2のステアバイワイヤシステムでは、ハウジングロック手段によりブラシ保持ハウジングが磁束直交位置に固定されて巻線磁束と界磁束とが直交した状態になるので、他の位置にブラシ保持ハウジングが固定された場合に比べ、ロータ回転トルクを大きくすることができる。
[Invention of claim 2]
In the steer-by-wire system according to the second aspect, the brush holding housing is fixed at a position perpendicular to the magnetic flux by the housing locking means, and the winding magnetic flux and the field magnetic flux are orthogonal to each other, so the brush holding housing is fixed at another position. Compared to the case, the rotor rotational torque can be increased.
[請求項3の発明]
請求項3のステアバイワイヤシステムでは、ブラシ保持ハウジングを限界まで回動したときに、ブラシ保持ハウジングがストッパに当接して磁束直交位置に位置決めされ、ロータを高トルク回転させて転舵輪を転舵することができる。
[Invention of claim 3]
In the steer-by-wire system according to claim 3, when the brush holding housing is rotated to the limit, the brush holding housing abuts against the stopper and is positioned at a position perpendicular to the magnetic flux, and the rotor is rotated by high torque to steer the steered wheels. be able to.
[請求項4の発明]
請求項4のステアバイワイヤシステムでは、ハンドル操作によってブラシ保持ハウジングを中立位置に保持すると、界磁束と巻線磁束とが平行になり、ロータが停止して、転舵輪の転舵角を同じ角度に保持することが可能になる。
[Invention of claim 4]
In the steer-by-wire system according to claim 4, when the brush holding housing is held at the neutral position by the handle operation, the field magnetic flux and the winding magnetic flux become parallel, the rotor stops, and the turning angle of the steered wheels becomes the same angle. It becomes possible to hold.
[請求項5の発明]
請求項5のステアバイワイヤシステムでは、ブラシ保持ハウジングに外部トルクが付与されない限り、付勢手段によりブラシ保持ハウジングが中立位置に保持され、ロータを停止することができる。
[Invention of claim 5]
In the steer-by-wire system according to the fifth aspect, unless the external torque is applied to the brush holding housing, the brush holding housing is held in the neutral position by the biasing means, and the rotor can be stopped.
[第1実施形態]
以下、本発明の一実施形態を図1〜図11に基づいて説明する。
図1には、本発明に係るステアバイワイヤシステム10の全体構成が示されている。同図において符号11は、ハンドルであって、ステアリングシャフト12の一端に固定されている。ステアリングシャフト12は、車両本体に回転可能に軸支され、ステアリングシャフト12の他端には反力発生装置13が連結されている。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows an overall configuration of a steer-by-wire system 10 according to the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a handle, which is fixed to one end of the steering shaft 12. The steering shaft 12 is rotatably supported on the vehicle body, and a reaction force generator 13 is connected to the other end of the steering shaft 12.
反力発生装置13は、例えば図2に示すように、反力モータ14の出力回転軸に固定されたウォームギヤ19をステアリングシャフト12の他端に固定されたウォームホイール20に噛合した構成になっている。そして、反力モータ14の出力トルクを、ハンドル操作に対する反力としてステアリングシャフト12に付与する。 For example, as shown in FIG. 2, the reaction force generator 13 has a configuration in which a worm gear 19 fixed to the output rotation shaft of the reaction force motor 14 is engaged with a worm wheel 20 fixed to the other end of the steering shaft 12. Yes. Then, the output torque of the reaction force motor 14 is applied to the steering shaft 12 as a reaction force to the steering wheel operation.
また、反力発生装置13には、反力モータ14が失陥した場合に備えて機械的な反力生成バネ21が備えられている。具体的には、反力生成バネ21は渦巻き構造をなし、その一端がステアリングシャフト12の先端に固定され、他端がクラッチ22の一端に固定されている。また、クラッチ22の他端は車両のボディに固定されており、反力モータ14が失陥したときにクラッチ22が連結状態になり、ステアリングシャフト12が反力生成バネ21を介してボディに固定される。 Further, the reaction force generator 13 is provided with a mechanical reaction force generation spring 21 in case the reaction force motor 14 fails. Specifically, the reaction force generation spring 21 has a spiral structure, one end of which is fixed to the front end of the steering shaft 12 and the other end is fixed to one end of the clutch 22. The other end of the clutch 22 is fixed to the body of the vehicle. When the reaction force motor 14 fails, the clutch 22 is connected, and the steering shaft 12 is fixed to the body via the reaction force generating spring 21. Is done.
ステアリングシャフト12の途中部分にはトーションバー16が備えられ、そのトーションバー16の両端には、位置センサ17,17が備えられている。そして、一方の位置センサ17によりハンドル11の舵角を検出すると共に、両位置センサ17,17の検出結果の差分に基づいたトーションバー16の捩れ角とトーションバー16のバネ剛性とからハンドル11に実際に係る負荷トルクを検出している。 A torsion bar 16 is provided in the middle of the steering shaft 12, and position sensors 17, 17 are provided at both ends of the torsion bar 16. Then, the steering angle of the handle 11 is detected by one position sensor 17 and the handle 11 is determined from the torsion angle of the torsion bar 16 and the spring rigidity of the torsion bar 16 based on the difference between the detection results of the position sensors 17 and 17. The actual load torque is detected.
ステアリングシャフト12には、傘歯車23,24、平歯車25,26を介して連動軸27が連結されている。そして、この連動軸27が操舵力伝達クラッチ28(本発明に係る「クラッチ手段」に相当する)の一端に連結され、操舵力伝達クラッチ28の他端にはフレキシブルケーブル29が連結されている。この操舵力伝達クラッチ28は通常は断絶状態になっている。 An interlocking shaft 27 is connected to the steering shaft 12 via bevel gears 23 and 24 and spur gears 25 and 26. The interlocking shaft 27 is connected to one end of a steering force transmission clutch 28 (corresponding to “clutch means” according to the present invention), and a flexible cable 29 is connected to the other end of the steering force transmission clutch 28. The steering force transmission clutch 28 is normally disconnected.
図1に示すように、車両に備えた1対の転舵輪30,30の間には転舵ラック31が差し渡され、その転舵ラック31の両端に連結されたタイロッド32,32が各転舵輪30,30に連結されている。転舵ラック31は、筒形ハウジング80の内部に挿通され、その筒形ハウジング80は、車両の本体に固定されている。そして、ハンドル11は、これら転舵輪30,30に連結された部分から機械的に切り離されており、ハンドル11に応じて転舵輪30を転舵させるために、本発明に係るブラシ付DCモータ50が設けられている。 As shown in FIG. 1, a steering rack 31 is passed between a pair of steered wheels 30, 30 provided in the vehicle, and tie rods 32, 32 connected to both ends of the steerable rack 31 are connected to each rolling wheel. It is connected to the steering wheels 30, 30. The steerable rack 31 is inserted into the cylindrical housing 80, and the cylindrical housing 80 is fixed to the main body of the vehicle. The handle 11 is mechanically separated from the parts connected to the steered wheels 30, 30. In order to steer the steered wheel 30 according to the handle 11, the brushed DC motor 50 according to the present invention is used. Is provided.
図5に示すように、本実施形態のブラシ付DCモータ50は、ステータ51に1対のブラシ55,56を備えている。両ブラシ55,56は、図8(A)に示すように、一直線上に並んで互いに対向している。これらブラシ55,56には、通常時は、ECU35(ECUは、「Electric Control Unit」の略である)に備えた図示しないモータ駆動制御回路が接続されている。そして、異常時には、図示しないスイッチが作動し、ECU35に代わって車両に備えたバッテリ(図示せず)がブラシ55,56に接続される。 As shown in FIG. 5, the brushed DC motor 50 of this embodiment includes a pair of brushes 55 and 56 in a stator 51. As shown in FIG. 8A, the brushes 55 and 56 are aligned with each other and face each other. Normally, a motor drive control circuit (not shown) provided in the ECU 35 (ECU is an abbreviation of “Electric Control Unit”) is connected to the brushes 55 and 56. When an abnormality occurs, a switch (not shown) is activated, and a battery (not shown) provided in the vehicle is connected to the brushes 55 and 56 instead of the ECU 35.
ステータ51に設けられた界磁54は、図8(B)に示すように、例えば、1対の永久磁石73,74を対向配置してなり、これにより界磁束B1が一方の永久磁石73から他方の永久磁石74に向かっている。 As shown in FIG. 8B, the field magnet 54 provided in the stator 51 is formed by, for example, arranging a pair of permanent magnets 73 and 74 so that the field flux B <b> 1 is generated from one permanent magnet 73. It faces the other permanent magnet 74.
図5に示すようにロータ60にはブラシ55,56に対応させてコンミテータ63(所謂、整流子)が備えられている。そのコンミテータ63の周面には、図8(A)に示すように、例えば、4つの円弧状のセグメント71が敷設されている。また、ロータ60に設けられた巻線62は、例えば2つのコイル70,70で構成されている。これらコイル70,70は、図6に概念的に示すように、巻回軸が互いに直交するように配置されている。さらに、一方のコイル70の両端末は、互いに対向配置された1対のセグメント71,71に接続され、他方のコイル70の両端末は、互いに対向した残りの1対のセグメント71,71に接続されている。そして、ロータ60の回転位置に応じて各ブラシ55,56が、4つのセグメント71のうち対向した1対のセグメント71,71に選択的に接触する。このときブラシ55,56の間に直流電圧が印可されていると、ブラシ55,56と接触しているコイル70が励磁され、巻線62による巻線磁束B2が生成される。 As shown in FIG. 5, the rotor 60 is provided with a commutator 63 (so-called commutator) corresponding to the brushes 55 and 56. For example, four arc-shaped segments 71 are laid on the peripheral surface of the commutator 63 as shown in FIG. Further, the winding 62 provided on the rotor 60 is constituted by, for example, two coils 70 and 70. These coils 70 are arranged so that their winding axes are orthogonal to each other, as conceptually shown in FIG. Furthermore, both terminals of one coil 70 are connected to a pair of segments 71 and 71 arranged opposite to each other, and both terminals of the other coil 70 are connected to the remaining pair of segments 71 and 71 opposed to each other. Has been. Then, according to the rotational position of the rotor 60, the brushes 55 and 56 selectively come into contact with a pair of opposed segments 71 and 71 among the four segments 71. At this time, if a DC voltage is applied between the brushes 55 and 56, the coil 70 in contact with the brushes 55 and 56 is excited, and a winding magnetic flux B <b> 2 by the winding 62 is generated.
さて、ステータハウジング51Hは、図5に示すように、界磁54(永久磁石73,74)を保持した界磁保持ハウジング52と、ブラシ55,56を保持したブラシ保持ハウジング53とから構成されている。また、そのブラシ保持ハウジング53が、界磁保持ハウジング52との間にベアリング51Bを介して回動可能に連結されている。 As shown in FIG. 5, the stator housing 51 </ b> H includes a field holding housing 52 that holds a field 54 (permanent magnets 73 and 74) and a brush holding housing 53 that holds brushes 55 and 56. Yes. Further, the brush holding housing 53 is rotatably connected to the field holding housing 52 via a bearing 51B.
そして、界磁保持ハウジング52は、前記した転舵ラック31を覆う筒形ハウジング80に固定されている。また、図2に示すようにブラシ付DCモータ50における出力回転軸にはピニオン33が固定されおり、このピニオン33が転舵ラック31に噛合している。これにより、ブラシ付DCモータ50が駆動されてピニオン33が回転すると転舵ラック31が直動し、これにより転舵輪30,30が転舵する。 The field holding housing 52 is fixed to a cylindrical housing 80 that covers the steering rack 31 described above. As shown in FIG. 2, a pinion 33 is fixed to the output rotation shaft of the brushed DC motor 50, and the pinion 33 meshes with the steered rack 31. As a result, when the brushed DC motor 50 is driven and the pinion 33 rotates, the steerable rack 31 moves directly, and the steered wheels 30, 30 are steered.
なお、筒形ハウジング80のうちブラシ付DCモータ50から離れた部分には、直動位置センサ37(図1参照)が取り付けられている。この直動位置センサ37は、例えば、転舵ラック31に噛合して連動回転する検出軸を、例えばアブソリュートエンコーダを連結してなる。これにより、転舵ラック31の実際の直動位置を検出することができる。 A linear motion position sensor 37 (see FIG. 1) is attached to a portion of the cylindrical housing 80 away from the brushed DC motor 50. The linear motion position sensor 37 is formed, for example, by connecting a detection shaft that meshes with the steerable rack 31 and rotates in conjunction with an absolute encoder, for example. Thereby, the actual linear motion position of the steerable rack 31 can be detected.
界磁保持ハウジング52からはブラシ保持ハウジング53の側方に隣接する固定壁65が延設されている。固定壁65にはストッパ68が形成され、このストッパ68と、ブラシ保持ハウジング53に備えられた突出部69との干渉により、ブラシ保持ハウジング53の界磁保持ハウジング52に対する回動範囲が180度に規制されている。ブラシ保持ハウジング53が回動可能な範囲における両端は、本発明に係る「磁束直交位置」に相当し、回動可能な範囲における中点は、本発明に係る「中立位置」に相当する。 A fixed wall 65 adjacent to the side of the brush holding housing 53 extends from the field holding housing 52. A stopper 68 is formed on the fixed wall 65, and the rotation range of the brush holding housing 53 relative to the field holding housing 52 is 180 degrees due to interference between the stopper 68 and the protrusion 69 provided in the brush holding housing 53. It is regulated. Both ends in the range in which the brush holding housing 53 can rotate correspond to the “magnetic flux orthogonal position” according to the present invention, and the midpoint in the rotatable range corresponds to the “neutral position” in the present invention.
固定壁65にはブラシ保持ハウジング53を回転不能に保持するためのロック装置66(本発明に係る「ハウジングロック手段」に相当する)が設けられている。ロック装置66は、ソレノイド駆動によって係止ピン67を直動する構造をなし、通常時はECU35によってソレノイドが励磁され、ブラシ保持ハウジング53に形成された係止孔59に係止ピン67を突入させてブラシ保持ハウジング53を一方の磁束直交位置にロックする。 The fixed wall 65 is provided with a lock device 66 (corresponding to “housing lock means” according to the present invention) for holding the brush holding housing 53 in a non-rotatable manner. The locking device 66 has a structure in which the locking pin 67 is linearly moved by driving the solenoid. Normally, the solenoid is excited by the ECU 35, and the locking pin 67 is inserted into the locking hole 59 formed in the brush holding housing 53. Then, the brush holding housing 53 is locked at one magnetic flux orthogonal position.
ブラシ保持ハウジング53が磁束直交位置にロックされると、図6の概念図に示すように、界磁束B1と直交した巻回軸を有するコイル70のセグメント71,71にブラシ55,56が接触する。これにより、そのコイル70に所定方向の励磁電流が流れて、界磁束B1と直交した巻線磁束B2が生成される。そして、巻線62が界磁束B1による電磁力を受けてロータ回転トルクが発生する。また、このとき、モータ駆動制御回路が両ブラシ55,56の間に印加する電圧の向き、大きさを変えることで、ロータ60の回転方向、回転トルクが変更される。なお、図6には、通電状態のコイル70とセグメント71とが灰色にして示されている。 When the brush holding housing 53 is locked at the magnetic flux orthogonal position, the brushes 55 and 56 come into contact with the segments 71 and 71 of the coil 70 having the winding axis orthogonal to the field magnetic flux B1, as shown in the conceptual diagram of FIG. . As a result, an exciting current in a predetermined direction flows through the coil 70, and a winding magnetic flux B2 orthogonal to the field magnetic flux B1 is generated. Then, the winding 62 receives the electromagnetic force generated by the field magnetic flux B1, and the rotor rotational torque is generated. At this time, the rotation direction and the rotational torque of the rotor 60 are changed by changing the direction and magnitude of the voltage applied between the brushes 55 and 56 by the motor drive control circuit. In FIG. 6, the energized coil 70 and the segment 71 are shown in gray.
さらに、図8(A)及び図8(B)を参照しつつ詳細に説明すると、以下の通りである。即ち、図8(A)と図8(B)とには、ブラシ保持ハウジング53が磁束直交位置にロックされた状態において、ブラシ付DCモータ50を同一の軸方向から見た断面図が対比して示されている。また、図8(B)には、励磁された一方のコイル70のみが示されている。さらに、図8(A)及び図8(B)では、一方のブラシ55が正極、他方のブラシ56が負極となった状態に保持されている。ここで、図8(B)に示した状態から前記ロータ回転トルクによりロータ60が反時計回り方向に回転すると、これに伴って巻線磁束B2も界磁束B1と直行した状態から反時計回り方向に回転する。そして、ロータ60が機械角で約90度回転したときに、ブラシ55,56が接触するセグメント71,71が切り替わり、今度は他方のコイル70が励磁される。このとき、励磁された他方のコイル70による巻線磁束B2は、界磁束B1から約90度ずれており、ロータ60の回転と共にその巻線磁束B2の方向が界磁束B1と直交する側に移動していく。つまり、巻線磁束B2は、常に、界磁束B1に対して直行した位置を中心として約90度の範囲で変化し、界磁束B1と巻線磁束B2とが常に交差した状態に保持され、ロータ60が回転し続ける。即ち、ブラシ保持ハウジング53がロック装置66により磁束直交位置にロックされた状態では、ブラシ付DCモータ50が通常のブラシ付DCモータとして機能する。 Furthermore, it will be described in detail with reference to FIGS. 8A and 8B as follows. 8A and 8B are cross-sectional views of the brushed DC motor 50 viewed from the same axial direction in a state where the brush holding housing 53 is locked at the magnetic flux orthogonal position. Is shown. In FIG. 8B, only one excited coil 70 is shown. Further, in FIG. 8A and FIG. 8B, one brush 55 is held in a positive electrode and the other brush 56 is held in a negative electrode. Here, when the rotor 60 is rotated counterclockwise by the rotor rotational torque from the state shown in FIG. 8B, the winding magnetic flux B2 is also counterclockwise from the state where the winding magnetic flux B2 is orthogonal to the field magnetic flux B1. Rotate to. When the rotor 60 rotates about 90 degrees in mechanical angle, the segments 71 and 71 with which the brushes 55 and 56 come into contact are switched, and the other coil 70 is excited this time. At this time, the winding magnetic flux B2 generated by the other excited coil 70 is deviated by about 90 degrees from the field magnetic flux B1, and the direction of the winding magnetic flux B2 moves to the side perpendicular to the field magnetic flux B1 as the rotor 60 rotates. I will do it. That is, the winding magnetic flux B2 always changes within a range of about 90 degrees centering on a position orthogonal to the field magnetic flux B1, and the field magnetic flux B1 and the winding magnetic flux B2 are always kept in a state of crossing the rotor. 60 continues to rotate. That is, in a state where the brush holding housing 53 is locked at the magnetic flux orthogonal position by the lock device 66, the brushed DC motor 50 functions as a normal brushed DC motor.
図5に示すようにブラシ保持ハウジング53の外面中心部には、外力付与軸57が突出しており、この外力付与軸57に前記したフレキシブルケーブル29の一端が連結されている。これにより、ロック装置66が解除されかつ操舵力伝達クラッチ28が連結状態になったときには、ハンドル11の操作に応じてブラシ保持ハウジング53が界磁保持ハウジング52に対して回動する。 As shown in FIG. 5, an external force application shaft 57 protrudes from the center of the outer surface of the brush holding housing 53, and one end of the flexible cable 29 is connected to the external force application shaft 57. Thus, when the lock device 66 is released and the steering force transmission clutch 28 is in the connected state, the brush holding housing 53 rotates with respect to the field holding housing 52 in accordance with the operation of the handle 11.
また、ブラシ保持ハウジング53と固定壁65との間には、中立点復帰バネ58(本発明の「付勢手段」に相当する)が設けられている。中立点復帰バネ58は、板バネ材を渦巻き状に巻回してなり(図2参照)、その渦巻きの中心側の端部がブラシ保持ハウジング53の中心付近に固定される一方、渦巻きの外側の端部が固定壁65に固定されている。そして、中立点復帰バネ58は、ブラシ保持ハウジング53を回動可能な範囲における中点に付勢している。従って、異常時にロック装置66のロックが解除されると、ブラシ保持ハウジング53は、外力付与軸57にトルクを受けない限り中立位置に保持される。 Further, a neutral point return spring 58 (corresponding to “biasing means” of the present invention) is provided between the brush holding housing 53 and the fixed wall 65. The neutral point return spring 58 is formed by spirally winding a leaf spring material (see FIG. 2). The end of the spiral on the center side is fixed in the vicinity of the center of the brush holding housing 53, while the outer side of the spiral is The end is fixed to the fixed wall 65. The neutral point return spring 58 urges the brush holding housing 53 to a midpoint within a rotatable range. Accordingly, when the lock device 66 is unlocked in the event of an abnormality, the brush holding housing 53 is held in the neutral position unless the external force applying shaft 57 receives torque.
ブラシ保持ハウジング53が中立位置に保持されると、図7の概念図に示すように、界磁束B1と平行な巻回軸を有するコイル70が接続されたセグメント71,71にブラシ55,56が接触する。そして、そのコイル70に所定方向の励磁電流が流れることで、界磁束B1と略平行な巻線磁束B2が生成され、巻線62が界磁束B1による電磁力を受けず、ロータ60がステータ51に対して回転不能な状態に保持される。なお、図7には、通電状態のコイル70とセグメント71とが灰色にして示されている。また、図9(A)及び図9(B)には、ブラシ保持ハウジング53が中立位置に保持された状態において、ブラシ付DCモータ50を同一の軸方向から見た断面図が対比して示されている。 When the brush holding housing 53 is held at the neutral position, as shown in the conceptual diagram of FIG. 7, the brushes 55 and 56 are attached to the segments 71 and 71 to which the coil 70 having a winding axis parallel to the field magnetic flux B1 is connected. Contact. Then, when an exciting current in a predetermined direction flows through the coil 70, a winding magnetic flux B2 substantially parallel to the field magnetic flux B1 is generated, the winding 62 does not receive electromagnetic force due to the field magnetic flux B1, and the rotor 60 is in the stator 51. Is held in a non-rotatable state. In FIG. 7, the energized coil 70 and the segment 71 are shown in gray. 9A and 9B show a cross-sectional view of the brushed DC motor 50 viewed from the same axial direction in a state where the brush holding housing 53 is held at the neutral position. Has been.
ブラシ保持ハウジング53は、ハンドル11の操作による外部トルクを受けると、例えば、図10(A)に示したように中立位置から反時計回り方向にθ度ずれて、中立位置と磁束直交位置との間に配置された状態になる。すると、図10(B)に示すように界磁束B1とθ度で交差する方向を向いた巻線磁束B2が生成される。これにより、巻線62が界磁束B1による電磁力を受け、ロータ60を図10(B)における時計回り方向に回転させるロータ回転トルクが発生する。 When the brush holding housing 53 receives an external torque due to the operation of the handle 11, for example, as shown in FIG. 10A, the brush holding housing 53 deviates by θ degrees counterclockwise from the neutral position, so It will be in the state of being placed between. Then, as shown in FIG. 10B, a winding magnetic flux B2 is generated that is directed in a direction intersecting with the field magnetic flux B1 at θ degrees. As a result, the winding 62 receives the electromagnetic force generated by the field magnetic flux B1, and a rotor rotational torque that rotates the rotor 60 in the clockwise direction in FIG. 10B is generated.
ここで、界磁束B1のスカラ値をΦM、巻線磁束B2のスカラ値をΦI、界磁束B1と巻線磁束B2との交差角度をθ(図10(B)参照)、定数をKとすると、ロータ回転トルクTは、次式(1)によって求めることができる。 Here, if the scalar value of the field flux B1 is ΦM, the scalar value of the winding flux B2 is ΦI, the crossing angle between the field flux B1 and the winding flux B2 is θ (see FIG. 10B), and the constant is K. The rotor rotational torque T can be obtained by the following equation (1).
T=K・ΦM・ΦI・SINθ ・・・・(1) T = K ・ ΦM ・ ΦI ・ SINθ ・ ・ ・ ・ (1)
従って、ブラシ保持ハウジング53が中点位置からずれた角度θが90度に近づくに従ってロータ回転トルクTは増加し、ブラシ保持ハウジング53がストッパ68に当接して磁束直交位置になると(図11参照)、ロータ回転トルクTが最大になる。 Accordingly, the rotor rotational torque T increases as the angle θ at which the brush holding housing 53 deviates from the midpoint position approaches 90 degrees, and when the brush holding housing 53 comes into contact with the stopper 68 and reaches the magnetic flux orthogonal position (see FIG. 11). The rotor rotational torque T is maximized.
なお、ブラシ保持ハウジング53が外部トルクを受けて、図10(A)及び図11(A)に示した上記の場合とは逆方向に回動した場合には、上記場合とはロータ回転トルクの方向が逆向きになる。 When the brush holding housing 53 receives external torque and rotates in the opposite direction to the above-described case shown in FIGS. 10A and 11A, the above case does not indicate the rotor rotational torque. The direction is reversed.
ブラシ付DCモータ50の説明は以上である。ステアバイワイヤシステム10全体は、ECU35によって制御されている。ECU35は、図3に示した制御プログラムPG1を所定周期で実行することで、反力モータ14、クラッチ22、操舵力伝達クラッチ28、ブラシ付DCモータ50及びロック装置66を駆動制御する。具体的には、制御プログラムPG1を実行すると、ECU35は、位置センサ17、車速センサ36、直動位置センサ37(図1参照)等の各センサの検出結果を取り込む(S1)。 The description of the brushed DC motor 50 is as described above. The entire steer-by-wire system 10 is controlled by the ECU 35. The ECU 35 controls the reaction force motor 14, the clutch 22, the steering force transmission clutch 28, the brushed DC motor 50, and the lock device 66 by executing the control program PG1 shown in FIG. Specifically, when the control program PG1 is executed, the ECU 35 takes in the detection results of the sensors such as the position sensor 17, the vehicle speed sensor 36, the linear motion position sensor 37 (see FIG. 1) (S1).
次いで、何れかのセンサの値が異常値(即ち、何れかのセンサが失陥した状態)となっているか否かをチェックする(S2)。そして、何れのセンサの値も正常値であった場合には(S2:NO)、ハンドル11と転舵輪30との間の伝達比Rを車速に応じて決定する(S3)。ここで、ハンドル11の操舵角をθ1、転舵輪30の転舵角をθ2とすると、上記した伝達比Rは、次式(2)より求められる。 Next, it is checked whether or not the value of any one of the sensors is an abnormal value (that is, any sensor has failed) (S2). If the values of any of the sensors are normal values (S2: NO), the transmission ratio R between the steering wheel 11 and the steered wheels 30 is determined according to the vehicle speed (S3). Here, if the steering angle of the steering wheel 11 is θ1 and the turning angle of the steered wheels 30 is θ2, the transmission ratio R described above can be obtained from the following equation (2).
R=θ2/θ1 ・・・・・・・・・・・・・(2) R = θ2 / θ1 (2)
そして、ECU35は、車速に応じて図4に示したマップ42から所定の伝達比Rを取得する。そのマップ42は、車速が大きくなるに従って伝達比Rが小さくなるように設定されている。即ち、車速が比較的低い場合(低速走行時)には、比較的大きな伝達比Rが採用される。これにより、僅かなハンドル11の操作によって車両の旋回をさせることができるようになり、車庫入れ等が容易になる。一方、車速が比較的高い場合(高速走行時)には、比較的小さな伝達比Rが採用され、これにより急ハンドル(急旋回)が防がれ、安定した走行が可能になる。 Then, the ECU 35 acquires a predetermined transmission ratio R from the map 42 shown in FIG. 4 according to the vehicle speed. The map 42 is set so that the transmission ratio R decreases as the vehicle speed increases. That is, when the vehicle speed is relatively low (during low speed traveling), a relatively large transmission ratio R is employed. As a result, the vehicle can be turned by a slight operation of the handle 11, and garage entry or the like is facilitated. On the other hand, when the vehicle speed is relatively high (during high-speed traveling), a relatively small transmission ratio R is adopted, which prevents sudden steering (rapid turning) and enables stable traveling.
ECU35は、決定した伝達比Rとハンドル11の操舵角θ1とから転舵輪30の目標転舵角を求め、その目標転舵角に転舵輪30の舵角を一致させるためのブラシ付DCモータ50の目標回転位置を決定する(S4)。そして、直動位置センサ37の検出結果から演算されるブラシ付DCモータ50の実際の回転位置と目標回転位置との偏差に応じた駆動電流を、モータ駆動制御回路からブラシ付DCモータ50に流す(S5)。このとき、ブラシ付DCモータ50は、ブラシ保持ハウジング53がロック装置66によりロックされているので、前述の如く通常のブラシ付DCモータとして動作する。 The ECU 35 obtains the target turning angle of the steered wheel 30 from the determined transmission ratio R and the steering angle θ1 of the handle 11, and the brushed DC motor 50 for making the steered angle of the steered wheel 30 coincide with the target turning angle. The target rotation position is determined (S4). Then, a drive current corresponding to the deviation between the actual rotation position of the brushed DC motor 50 calculated from the detection result of the linear motion position sensor 37 and the target rotation position is supplied from the motor drive control circuit to the brushed DC motor 50. (S5). At this time, since the brush holding housing 53 is locked by the locking device 66, the brushed DC motor 50 operates as a normal brushed DC motor as described above.
次いで、ECU35は、ブラシ付DCモータ50を転舵させるために必要な駆動電流に基づいて、転舵輪30と路面との間の摩擦による転舵輪30の転舵抵抗を推定する(S6)。また、この推定した転舵抵抗に対してハンドル11の目標操舵反力を決定する(S7)。このとき、高速走行時にはその目標操舵反力を比較的大きな値に決定する一方、低速走行時には目標操舵反力を比較的小さな値に決定する。そして、ハンドル11に実際にかかる操舵反力を舵角兼トルクセンサ15にて検出し、その実際の操舵反力が目標操舵反力と一致するように反力発生装置13の反力モータ14に駆動電流を流し(S8)、この制御プログラムPG1を抜け、所定周期後に再び制御プログラムPG1を実行する。 Next, the ECU 35 estimates the turning resistance of the steered wheels 30 due to the friction between the steered wheels 30 and the road surface based on the drive current necessary to steer the brushed DC motor 50 (S6). Further, the target steering reaction force of the handle 11 is determined with respect to the estimated turning resistance (S7). At this time, the target steering reaction force is determined to be a relatively large value during high speed traveling, while the target steering reaction force is determined to be a relatively small value during low speed traveling. Then, the steering reaction force actually applied to the steering wheel 11 is detected by the steering angle / torque sensor 15, and the reaction force motor 14 of the reaction force generator 13 is adjusted so that the actual steering reaction force coincides with the target steering reaction force. A drive current is supplied (S8), the control program PG1 is exited, and the control program PG1 is executed again after a predetermined period.
さて、モータ駆動制御回路又は何れかのセンサの値が異常値となっていた場合(センサが失陥していた場合)には(S2:YES)、ロック装置66によるロックを解除すると共に(S9)、クラッチ22及び操舵力伝達クラッチ28を連結状態にする(S10)。詳細には、ロック装置66によるロックを解除し、ブラシ付DCモータ50のブラシ保持ハウジング53を中立点復帰バネ58の弾発力により中立位置に移動させてから、操舵力伝達クラッチ28を連結状態にする。そして、制御プログラムPG1を抜け、制御プログラムPG1の再実行は行わないように処理する。 When the value of the motor drive control circuit or any sensor is an abnormal value (when the sensor has failed) (S2: YES), the lock by the lock device 66 is released (S9). ), The clutch 22 and the steering force transmission clutch 28 are brought into a connected state (S10). Specifically, the lock by the locking device 66 is released, and the brush holding housing 53 of the brushed DC motor 50 is moved to the neutral position by the resilient force of the neutral point return spring 58, and then the steering force transmission clutch 28 is connected. To. Then, processing is performed so that the control program PG1 is exited and the control program PG1 is not re-executed.
これにより、異常時には、反力モータ14に代わって反力生成バネ21によりハンドル11に操舵反力を付与することができると共に、ハンドル11がフレキシブルケーブル29等を介してブラシ付DCモータ50の外力付与軸57に連結される。 As a result, when an abnormality occurs, a steering reaction force can be applied to the handle 11 by the reaction force generation spring 21 instead of the reaction force motor 14, and the handle 11 can be applied to the external force of the brushed DC motor 50 via the flexible cable 29 or the like. It is connected to the application shaft 57.
この状態でハンドル11を同一位置に保持すると、ブラシ保持ハウジング53が中立位置に保持され、ロータ60が回転せず、転舵輪30,30の転舵角が一定の状態に保持される。従って、例えば、車両が直進中であれば直進し続けることができる。 When the handle 11 is held at the same position in this state, the brush holding housing 53 is held at the neutral position, the rotor 60 does not rotate, and the turning angles of the steered wheels 30 and 30 are kept constant. Therefore, for example, if the vehicle is traveling straight, it can continue straight.
そして、ハンドル11を一方に切った場合には、ブラシ保持ハウジング53が中立位置から一方に回動し、ロータ60が一方向に回転して転舵輪30が転舵する一方、ハンドル11を他方に切った場合には、ブラシ保持ハウジング53が中立位置から他方向に回動し、ロータ60が他方に回転して転舵輪30が逆側に転舵する。このとき、ハンドル11を切った角度が大きいほど、ブラシ保持ハウジング53の回動角度も大きくなり、セルフアライニングトルクに抗して転舵輪30が確実に転舵する。これらにより、例えば、直進中の車両を旋回させて路肩に寄せ、緊急退避することができる。 When the handle 11 is cut to one side, the brush holding housing 53 is rotated from the neutral position to one side, the rotor 60 rotates in one direction and the steered wheels 30 are steered, while the handle 11 is turned to the other side. When cut, the brush holding housing 53 rotates in the other direction from the neutral position, the rotor 60 rotates in the other direction, and the steered wheels 30 are steered to the opposite side. At this time, the greater the angle at which the handle 11 is turned, the greater the rotation angle of the brush holding housing 53, and the steered wheels 30 are reliably steered against self-aligning torque. By these, for example, the vehicle traveling straight can be turned to the road shoulder and urgently retreated.
このように本実施形態のステアバイワイヤシステム10によれば、モータ駆動制御回路又はセンサが失陥しても、ハンドル11操作に応じて転舵輪30を転舵することができる。また、通常時と異常時とで、ブラシ付DCモータ50の駆動方式が異なるので、これら異なる駆動方式の両方が使用不能になる可能性は低く、信頼性が向上する。さらに、異常時の駆動方式では位置センサ17が不要であるので位置センサ17に冗長性を持たせる必要がなく、設置スペースを削減することができる(即ち、搭載性にも優れる)。 Thus, according to the steer-by-wire system 10 of the present embodiment, even if the motor drive control circuit or the sensor is lost, the steered wheels 30 can be steered according to the operation of the handle 11. Further, since the driving method of the brushed DC motor 50 is different between the normal time and the abnormal time, it is unlikely that both of these different driving methods become unusable and the reliability is improved. Further, since the position sensor 17 is unnecessary in the driving system at the time of abnormality, it is not necessary to provide the position sensor 17 with redundancy, and the installation space can be reduced (that is, the mountability is excellent).
[第2実施形態]
本実施形態は、図12及び図13に示されており、主としてブラシ付DCモータにおけるロータ60’の構造が前記第1実施形態のロータ60と異なる。以下、第1実施形態と異なる構成に関してのみ説明し、第1実施形態と同一部位は同一符号を付して重複説明は省略する。
[Second Embodiment]
This embodiment is shown in FIGS. 12 and 13, and the structure of the rotor 60 ′ in the brushed DC motor is mainly different from the rotor 60 of the first embodiment. Hereinafter, only the configuration different from that of the first embodiment will be described, and the same portions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
本実施形態のブラシ付DCモータにおけるロータ60’には、図12に示すように、3つのティース72Tを有するロータコア72が備えられている。これらティース72Tは、120度の間隔を空けて配置され、3つのティース72Tにコイル70U,70V,70Wが巻回されている。そして、図13に示すように、コイル70U,70V,70Wがスター結線されて巻線62が構成されている。 As shown in FIG. 12, the rotor 60 ′ in the brushed DC motor of the present embodiment includes a rotor core 72 having three teeth 72 </ b> T. The teeth 72T are arranged with an interval of 120 degrees, and coils 70U, 70V, and 70W are wound around the three teeth 72T. As shown in FIG. 13, the coils 70U, 70V, and 70W are star-connected to form a winding 62.
また、ロータ60’に備えたコンミテータ63には、例えば、図13に示すように、6つのセグメント71が備えられ、それら対向したセグメント71同士が導通接続されている。そして、これら3対のセグメントに各コイル70U,70V,70Wの端末が接続されている。 Further, for example, as shown in FIG. 13, the commutator 63 provided in the rotor 60 ′ is provided with six segments 71, and the opposed segments 71 are electrically connected. And the terminal of each coil 70U, 70V, 70W is connected to these three pairs of segments.
図13には、前記第1実施形態で説明したブラシ保持ハウジング53が、磁束直交位置に配置された状態が示されている。この状態では、3つのコイル70U,70V,70Wが共に励磁され、コイル70Uによる磁束B10が界磁束B1と直交してロータ60(図12参照)の中心から遠ざかる方向を向き、コイル70Vによる磁束B11が界磁束B1と30度の角度で交差してロータ60の中心に向かい、コイル70Wによる磁束B12が界磁束B1と120度の角度で交差してロータ60の中心に向かう。そして、巻線62全体の巻線磁束B2は、各コイル70U,70V,70Wによる磁束B10,B11,B12を合成してなり、界磁束B1と直交した状態になる。これにより、ロータ回転トルクが発生してロータ60が回転する。 FIG. 13 shows a state in which the brush holding housing 53 described in the first embodiment is disposed at a position perpendicular to the magnetic flux. In this state, the three coils 70U, 70V, and 70W are all excited, the magnetic flux B10 generated by the coil 70U is directed perpendicular to the field magnetic flux B1 and away from the center of the rotor 60 (see FIG. 12), and the magnetic flux B11 generated by the coil 70V. Crosses the field magnetic flux B1 at an angle of 30 degrees toward the center of the rotor 60, and the magnetic flux B12 generated by the coil 70W intersects the field magnetic flux B1 at an angle of 120 degrees toward the center of the rotor 60. The winding magnetic flux B2 of the entire winding 62 is composed of magnetic fluxes B10, B11, and B12 generated by the coils 70U, 70V, and 70W, and is in a state orthogonal to the field magnetic flux B1. Thereby, a rotor rotational torque is generated and the rotor 60 rotates.
また、本実施形態においても、前記第1実施形態と同様にブラシ保持ハウジング53を回動することで、巻線62全体の巻線磁束B2の向きが変わり、ブラシ保持ハウジング53が中立位置に配置されたときには、巻線磁束B2が界磁束B1と平行になってロータ回転トルクが0になる。 Also in this embodiment, by rotating the brush holding housing 53 as in the first embodiment, the direction of the winding magnetic flux B2 of the entire winding 62 is changed, and the brush holding housing 53 is disposed at the neutral position. When this is done, the winding magnetic flux B2 becomes parallel to the field magnetic flux B1, and the rotor rotational torque becomes zero.
[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。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1)前記第1実施形態では、巻線62が2つのコイル70で構成されていたが、巻線を構成するコイルは3つ以上であってもよい。また、コンミテータ63は4つのセグメント71で構成されていたが、セグメント71は4つより多くてもよい。前記第1実施形態では、2つのコイル70で巻線62を構成したので、ブラシ保持ハウジング53を固定した状態で、巻線磁束B2が界磁束B1に対して45度の範囲でばらつくが、巻線を構成するコイル数を増やすことで、界磁束に対する巻線磁束のばらつき範囲を狭くすることができる。 (1) In the first embodiment, the winding 62 is constituted by the two coils 70, but the number of coils constituting the winding may be three or more. Further, although the commutator 63 is composed of the four segments 71, the number of the segments 71 may be more than four. In the first embodiment, since the winding 62 is constituted by the two coils 70, the winding magnetic flux B2 varies in the range of 45 degrees with respect to the field magnetic flux B1 with the brush holding housing 53 fixed. By increasing the number of coils constituting the wire, it is possible to narrow the variation range of the winding magnetic flux with respect to the field magnetic flux.
(2)前記第1実施形態では、中立点復帰バネ58により、ブラシ保持ハウジング53を中立位置に付勢する構成であったが中立点復帰バネ58を有しない構成としてもよい。 (2) In the first embodiment, the brush holding housing 53 is biased to the neutral position by the neutral point return spring 58. However, the neutral point return spring 58 may not be provided.
(3)モータ50とピニオン33との間に減速機を有してもよい。具体的には、モータ50の出力回転軸にウォームギアを固定して設け、ピニオン33に固定して設けたウォームホイールと噛合する構成としてもよい。 (3) A reduction gear may be provided between the motor 50 and the pinion 33. Specifically, a worm gear may be fixedly provided on the output rotation shaft of the motor 50 and may be engaged with a worm wheel fixed to the pinion 33.
10 ステアバイワイヤシステム
11 ハンドル
17 位置センサ
22 クラッチ
28 操舵力伝達クラッチ(クラッチ手段)
29 フレキシブルケーブル
30 転舵輪
50 ブラシ付DCモータ
51 ステータ
52 界磁保持ハウジング
53 ブラシ保持ハウジング
54 界磁
55 ブラシ
58 中立点復帰バネ(付勢手段)
60,60’ ロータ
62 巻線
63 コンミテータ
66 ロック装置(ハウジングロック手段)
67 係止ピン
68 ストッパ
69 突出部
70 コイル
71 セグメント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Steer-by-wire system 11 Handle 17 Position sensor 22 Clutch 28 Steering force transmission clutch (clutch means)
29 Flexible cable 30 Steering wheel 50 DC motor with brush 51 Stator 52 Field holding housing 53 Brush holding housing 54 Field 55 Brush 58 Neutral point return spring (biasing means)
60, 60 'rotor 62 winding 63 commutator 66 locking device (housing locking means)
67 Locking Pin 68 Stopper 69 Projection 70 Coil 71 Segment
Claims (6)
前記ブラシ付DCモータは、ステータに備えたブラシと、ロータに備えたコンミテータとを摺接させて前記ロータの巻線に通電する構造をなし、
前記ステータは、界磁を保持した界磁保持ハウジングと、前記ブラシを保持したブラシ保持ハウジングとを回動可能に連結してなり、
前記ブラシ保持ハウジングと前記界磁保持ハウジングとを回動不能にロックした固定状態と、そのロックを解除した可動状態とに切り替え可能なハウジングロック手段と、
前記ブラシ保持ハウジングと前記ハンドルとを機械的に連結した連結状態と、機械的に切り離した非連結状態とに切り替え可能なクラッチ手段とを備え、
通常時には、前記ブラシ保持ハウジングと前記界磁保持ハウジングとを前記固定状態にすると共に前記ブラシ保持ハウジングと前記ハンドルとを前記非連結状態とし、前記ハンドル操作に応じた直流電流を前記ブラシ付DCモータに流すことで、前記ハンドル操作に応じて前記ロータが回転する一方、
異常時には、前記ブラシ保持ハウジングと前記界磁保持ハウジングとを前記可動状態にすると共に前記ブラシ保持ハウジングと前記ハンドルとを前記連結状態とし、前記ハンドル操作に連動して前記ブラシ保持ハウジングを回転させて界磁束と巻線磁束との交差角度を変化させることで、前記ハンドル操作に応じて前記ロータが回転するように構成したことを特徴とするステアバイワイヤシステム。 A steering wheel and a steered wheel provided in the vehicle are mechanically separated from each other, a brushed DC motor is provided as a drive source for steering the steered wheel, and the brushed DC motor is driven according to a handle operation to drive the steered wheel. In steer-by-wire systems that steer
The DC motor with a brush has a structure in which a brush provided on a stator and a commutator provided on a rotor are brought into sliding contact with each other to energize the windings of the rotor,
The stator is formed by rotatably connecting a field holding housing holding a field and a brush holding housing holding the brush,
A housing lock means switchable between a fixed state in which the brush holding housing and the field holding housing are locked so as not to rotate, and a movable state in which the lock is released;
Clutch means switchable between a connected state in which the brush holding housing and the handle are mechanically connected and a disconnected state in which the brush holding housing is mechanically disconnected;
In a normal state, the brush holding housing and the field holding housing are set in the fixed state, the brush holding housing and the handle are set in the non-connected state, and a direct current corresponding to the handle operation is supplied to the DC motor with brush. While the rotor rotates in response to the handle operation,
In an abnormal state, the brush holding housing and the field holding housing are moved to the movable state, the brush holding housing and the handle are connected to each other, and the brush holding housing is rotated in conjunction with the handle operation. A steer-by-wire system configured to rotate the rotor in response to the handle operation by changing an intersection angle between a field magnetic flux and a winding magnetic flux.
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