JPH01297374A - 電気式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気式パワーステアリング装置に係り、更に詳
細にはパワーステアリングの操舵力アシストに使用され
るモータに関する。

〔従来の技術〕

電気式パワーステアリング装置は、ハンドルの変位量及
び回転方向を検出し、この検出信号に基づいて操舵力ア
シスト用モータを出力制御する方式が一般に採用されて
いる。このような操舵力アシスト用のモータとしては、
２界磁底巻モータや永久磁石界磁型モータが使用される
。

以下、電気式パワーステアリング装置の従来例を第６図
ないし第８図に基づき説明する。

第６図は操舵力アシスト用モータとして２界磁底巻モー
タを使用する従来例で、図中、１は自動車のバッテリ（
電源）、２０は双方向の回転が可能な直流モータ（２界
磁底巻モータ）である。モータ２０は、電機子２１と、
固定子側の左回転用界磁巻線２２及び右回転用界磁巻線
２３等で構成される。

左回転用界磁巻線２２はパワートランジスタ２４と直列
に接続され、右回転用界磁巻線２３はパワートランジス
タ２５と直列に接続される。このようなパワーステアリ
ング装置では、ハンドルが左に操舵されると、トルクセ
ンサ（図示せず）がハンドルの回転変位量と回転方向を
検出し、この検出信号に基づき必要な回転信号がパワー
トランジスタ２４の入力側に送られ、電機子２１及び左
回転用界磁者ＪＩ＊２２が通電制御され、モータが所定
量だけ左回転制御される。ハンドルが右に操舵される場
合には、ハンドル操作に必要な回転信号・がパワートラ
ンジスタ２５の入力側に送られ、電機Ｔ−２１及び右回
転用界磁巻線２３が出力制御され、モータが所定量だけ
右回転制御される。

第７図は操舵力アシスト用モータとして、永久磁石界磁
型モータを使用する従来例である。本例は、界磁極（固
定子）側に永久磁石を使用するので、第６図の如く界磁
極側の極性を変えてモータの回転を変えることができな
いため、電機子３１の巻線電流の流れを４個のパワート
ランジスタ３２〜３５を用いて変える。すなわち、例え
ばモータを右回転させる場合には、パワートランジスタ
３２及び３５をオンし、パワートランジス３３及び３４
をオフして電機子巻線に実線方向の電流を流し、一方、
モータを左回転させる場合には、上記とは、逆にパワー
トランジスタをオン、オフ制御して破線方向の電流を流
すことで、モータの左右回転制御が行なわれる。

第８図は、永久磁石界磁型モータを使用した別の従来例
を示す。本例は、電源１に中間タップ１ａを設け、この
中間タップ１ａと２個のトランジスタ４２．４３を用い
て電機子４１の巻線電流の流れ方向を変える方式である
。すなわち、例えばモータを右回転制御する場合には、
パワートランジスタ４２をオンし、パワートランジスタ
４３をオフすることにより実線方向に電機子電流を流し
、モータを左回転制御する場合には、パワートランジス
タ４２をオフし、パワートランジスタ４３をオンするこ
とで破線方向に電機子電流を流す。なお、このような従
来例は１例えば、特開昭６１−７５０５５号公報等に開
示される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来例のうちで、第６図の如き界磁直巻モータ
は、界磁巻線の構造や絶縁が比較的複雑なので、モータ
単体のコストを第７図及び第８図の永久磁石界磁型と較
べた場合高価となり、また界磁巻線２２．２３が万一ア
ースショートした場合には、モータが暴走するおそれが
あり、その対策を必要とする。これに対し、第７図、第
８図の従来例は永久磁石界磁型モータを使用するので、
モータ単体のコストを低減化し、且つ界磁巻線のアース
ショートといった不具合をなくす利点を有する。

しかし、第７図の従来の永久磁石界磁型のモータでは、
比較的高価なパワートランジスタを４個必要とし、シス
テム全体のコストを考えれば界磁直巻モータよりも不利
となる。また、第８図の如き永久磁石界磁型モータでは
、パワートランジスタが２個でシステムコストが他の従
来例に較べて有利となるが、例えば自動車用電源として
１２Ｖのバッテリを１個用いる場合には、中間タップを
出せない場合もあり、また、モータの入力電圧も１／２
となるため、特に１２Ｖの如き低電圧電源の場合にはモ
ータ出力を確保するのが困雅である。

また、従来の永久磁石界磁型モータを用いたパワーステ
アリング装置は、パワートランジスタ誤動作によるアー
ムショート、例えば第７図、第８図におけるパワートラ
ンジスタ３２．３３或いはパワートランジスタ４２．４
３が同時にオンした場合の電源短絡によるパワートラン
ジスタ破損のおそれがあり、その対策が望まれる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり。

その目的とするところは、電気式パワーステアリング装
置のシステムコストの低減化を図り、しかも自動車用１
２Ｖ電源のようにバッテリ１個の場合にも入力電圧を減
らすことなく充分に対応でき、且つパワーステアリング
装置の信頼性及び安全性を高めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ハンドルの回転方向及び回転変位量を検出
する手段と、この回転方向及び回転変位量の検出信号に
応じて回転制御される操舵力アシスト用のモータとを備
えてなる電気式パワーステアリング装置において、前記
操舵力アシスト用のモータは永久磁石界磁型モータを使
用し、且つ、この永久磁石界磁型モータは、電機子巻線
のうちで半数の巻線を右回転用巻線、残り半数の巻線を
左回転用巻線として、前記右回転用巻線には、モータを
右回転させるための電流が、前記左回転用巻線には、モ
ータを左回転させるための電流が流れるように夫々のブ
ラシを配置し、これらのブラシを２個の出力制御用パワ
ートランジスタのオン。

オフ動作で切替えて、モータの双方向の回転制御がなさ
れるよう設定することで達成される。

〔作用〕

このような構成よりなる本発明によれば、２個の出力制
御用パワートランジスタの一方をオン。

他方をオフ制御することで、右回転対応のブラシと左回
転対応のブラシとを切替えることができる。

そして、右回転対応のブラシを選択した場合には、右回
転用巻線が通電して、操舵力アシスト用モータ（永久磁
石界磁型モータ）が制御信号に応じた分だけ右回転する
。逆に、左回転対応のブラシを選択した場合には、左回
転用巻線が通電して、操舵力アシスト用モータが制御信
号に応じた分だけ左回転する。

すなわち、本発明は、同一界磁極の下で、ブラシを切替
えて左回転用巻線及び右回転用巻線に選択的に所定の電
流を流すことで、操舵力アシスト用モータを回転制御す
る。

しかして、本発明は、操舵力アシスト用モータとして直
巻界磁型モータよりもコスト的に安価な永久磁石界磁型
モータを用い、且つ操舵力アシスト用モータの回転方向
を切替制御するパワートランジスタも２個で済むので、
パワーステアリング装置のシステム全体のコストの低減
化を図り得る。

しかもパワートランジスタを２個使用した場合でも、第
８図の従来例の如く電源を中間タップにより減圧させる
ことなく、自動車用の１２Ｖ電源（バッテリ１個分）を
用いて操舵力アシスト用モータを充分に駆動させること
ができる。

更に、パワートランジスタを互いに干渉し合うことなく
並列接続するので、パワートランジスタに万一誤動作が
生じてもアームショートが生じる余地がない。

また、界磁極として永久磁石を使用するので、直巻界磁
型モータの如く界磁巻線にアースショートが生じる可能
性もなく、モータの暴走を防いでパワーステアリング装
置の安全性を高めることができる。

〔実施例〕

本発明に第１実施例を第１図ないし第４図に基づき説明
する。

第１図は本実施例における電気式パワーステアリング装
置の操舵力アシスト用モータ（永久磁石界磁型モータ）
の回路図、第２図は上記永久磁石界磁型モータの巻線図
、第３図及び第４図は上記永久磁石界磁型モータの結線
図である。

第１図において、１はバッテリ、２，３はモータ制御用
のパワートランジスタ、４は永久磁石界磁型モータの電
機子、５ａ、５ｂは（＋）ブラシ、６は（−）ブラシで
、第１図の（−）ブラシ６は、実際には２個の（−）ブ
ラシ６ａ、６ｂよりなるものを等側内に１つの（−）ブ
ラシで表わす。

（＋）ブラシ５ａ、５ｂは電源の（＋）側に並列接続さ
れ、（−）ブラシ６ａ、６ｂは電源の（−）側に並列接
続される。パワートランジスタ２．３も各（＋）ブラシ
Ｅｉａ、５ｂに対応して並列に配置され、（＋）ブラシ
５ａ、５ｂは、パワートランジスタ２，３のオン、オフ
制御により通電が切替わる。

本実施例の永久磁石界磁型モータは、例えば、界磁極が
２極、電機子が第２図に示すように８スロツト、重ね巻
構造を採用する。このような界磁極構造及び電機子巻線
構造は、従来より用いられるものであるが１本実施例の
場合は、ブラシ配置に特別な配慮がなされている。すな
わち、従来の２極、重ね巻の場合は、（＋）ブラシに対
し１８０゜ずれた位置に（−）ブラシを配置するが（こ
の場合は電機子巻線の全導体を通電した後に（−）ブラ
シに集電される）、本実施例の場合には、第２図に示す
ように２個の（＋）ブラシ５ａ、５ｂ及び（−）ブラシ
６ａ、、６ｂを次のようにして配置する。すなわち、（
＋）ブラシ６ａは互いに１８０’の間隔で配置され（第
２図で（＋）ブラシ５ａを実線、（＋）ブラシ５ｂを破
線で表わすのは、（＋）ブラシ５ａ、５ｂが切替可能な
状態を表わしている）、一方、（−）ブラシ６ａ、６ｂ
は、（＋）ブラシ５ａ、５ｂに対して９０″の位置関係
をなすように配置される。

そして、このようなブラシ配置構造によれば次のような
動作がなされる。

例えば、実線で示す（＋）ブラシ５ａを通電した場合に
は、同じく実線にて示す結線にて電機子電流が流れ、全
巻線のうち半数を通電をしたところで、２個の（−）ブ
ラシ６ａ、６ｂに集電される。逆に破線で示す（＋）ブ
ラシ５ｂに通電をした場合には、破線で示す結線にて電
機子電流が流れ、残りの半数の巻線を通電したところで
、（−）ブラシ６ａ、６ｂに集電される。この時、（＋
）ブラシ５ａに通電した場合と、（＋）ブラシ５ｂに通
電した場合とでは、各スロット内の電機子電流の方向は
全て逆転しており、モータの回転方向も互いに左右逆方
向となる。

ここで、右回転の場合の結線図を第３図に示す。

この場合、実線は電機子巻線のうち各スロットに配置さ
れる上コイル、破線は下コイルを示す。

モータを右回転させるために（＋）ブラシ５ａを選択し
、例えば今、（＋）ブラシ５ａが整流子片１０に電気的
に接続すると、一方が整流子片１１．１２へと該当の電
機子巻線を介して通電された後に（−）ブラシ６ｂに集
電され、他方が整流子片１７，１６へと該当の電機子巻
線を介して通電された後に（−）ブラシ６ａに集電され
る。

左回転の場合の結線図を第４図に示す。

この場合、モータを左回転させるために（＋）ブラシ５
ｂｍ１選択し１例えば、今（＋）ブラシ５ｂが整流子片
１４に電気的に接続すると、一方が整流子片１３，１２
へと該当の電機子巻線を介して通電された後に（−）ブ
ラシ６ｂに集電され、他方が整流子片１５，１６へと該
当の電機子巻線を介して通電された後に（−）ブラシ６
ａに集電される。

以上のような（＋）ブラシ５ａ、５ｂの切替により、電
機子巻線の半数ずつの巻線が通電して、各半数ずつの電
機子巻線に右回転用の電流及び左回転用の電流が選択的
に流れ、モータの回転方向を制御できる。ここで、（＋
）ブラシ５ａ、５ｂの切替えは、ハンドルの回転方向及
び回転変位量に応じて、パワートランジスタ２，３の一
方をオン、他をオフ制御することで行われる。また、ノ
λンドルの回転変位量は、例えばトルクセンサを用いて
ハンドル軸とタイヤを動かす駆動軸との偏差量や、ハン
ドルの回転角を直接検出する等して求められる。

しかして本実施例によれば、パワーステアリング装置の
操舵力アシスト用モータとして永久磁石界磁型モータを
使用し、且つ高価なパワートランジスタを２個とその部
品点数を少なくできるので、パワーステアリング装置の
システムコストの低減化を図り得る。

しかも、電源に中間タップを設ける必要もないので、モ
ータの入力電圧が半減することもなく、自動卓用１２Ｖ
電源にも容易に対応できる。更に、パワートランジスタ
２，３は互いに干渉し合うことなく並列接続するので、
アームショートの危険性もない。また、従来の界磁巻線
型モータと比較した場合でも、界磁極に界磁巻線を使用
しないので、界磁巻線同士の対アースショートに起因す
るモータの暴走化といった不具合の発生もなく、パワー
ステアリング装置の安全性を高めることができる。

なお、上記実施例では、（＋）ブラシ５ａ、５ｂの切替
えでモータの回転制御を行うが、これとは逆に、第５図
に示す如く（＋）ブラシ５ａ、５ｂは切替えず５ａ、５
ｂの双方ともに常時使用し、（−）ブラシ６ａ、６ｂを
パワートランジスタ２゜３のオン、オフ制御で切替える
ようにしても、上記実施例同様の効果を奏し得る。この
場合には、（＝）ブラシ６ａをオンさせた時には、２個
の（＋）ブラシ５ａ、５ｂを介して電機子巻線の右回転
用の巻線（全巻線のうち半数の巻線）に電流が流れた後
、一方の（−）ブラシ６ａに集電される。また他方の（
−）ブラシ６ｂをオンさせた時には、電流が前記２個の
（＋）ブラシ５ａ、５ｂを介して電機子巻線の左回転用
の巻線（残りの半数の巻線）に流れた後、他方の（−）
ブラシ６ｂに集電される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ブラシの切替で操舵力ア
シスト用モータ（永久磁石型モータ）を制御することで
、パワートランジスタの使用数を減らして電気式パワー
ステアリング装置のシステムコストの低減化を図り、し
かも自動＋４Ｊ用１２Ｖ電源のようにバッテリ１個の場
合にも入力電圧を減らすことなくモータを充分に駆動で
き、更に従来のようなアースショート、アームショート
といった不具合をなくしてパワーステアリング装置の信
頼性及び安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例たる電気式パワーステアリ
ング装置の操舵力アシスト用モータの主回路を示す構成
図、第２図は上記操舵力アシスト用モータの電機子巻線
とブラシの配置関係を示す図、第３図及び第４図は上記
実施例の動作状態を表わす電機子巻線の結線図、第５図
は本発明の第２実施例に用いる操舵力アシスト用モータ
の主回路を示す構成図、第６図〜第８図は従来の操舵力
アシスト用モータの主回路を示す構成図である。 １・・・電源、２，３・・・パワートランジスタ、４・
・・永久磁石界磁型モータの電機子、５ａ、５ｂ・・・
（＋）ブラシ、６ａ、６ｂ・・・（−）ブラシ。 第１区 第２区 第３図 東４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハンドルの回転方向及び回転変位量を検出する手段
   と、この回転方向及び回転変位量の検出信号に応じて回
   転制御される操舵力アシスト用のモータとを備えてなる
   電気式パワーステアリング装置において、前記操舵力ア
   シスト用のモータは永久磁石界磁型モータを使用し、且
   つ、この永久磁石界磁型モータは、電機子巻線のうちで
   半数の巻線を右回転用巻線、残り半数の巻線を左回転用
   巻線として、前記右回転用巻線には、モータを右回転さ
   せるための電流が、前記左回転用巻線には、モータを左
   回転させるための電流が流れるように夫々のブラシを配
   置し、これらのブラシを２個の出力制御用パワートラン
   ジスタのオン、オフ動作で切替えて、モータの双方向の
   回転制御がなされるように設定してなることを特徴とす
   る電気式パワーステアリング装置。 ２、第１請求項において、前記ブラシは、電源の（＋）
   側に並列接続される２個の（＋）ブラシと、電源の（−
   ）側に並列接続される２個の（−）ブラシとよりなり、
   前記各（＋）ブラシを前記２個のパワートランジスタの
   オン、オフにより切替可能とし、この（＋）ブラシの切
   替で、一方の（＋）ブラシを通電させた時には、前記電
   機子巻線のうち右回転用巻線にモータを右回転させる電
   流が流れ、他方の（＋）ブラシをオンさせた時には、前
   記電機子巻線のうち左回転用巻線にモータを左回転させ
   る電流が流れ、且つ前記右回転用巻線及び左回転用巻線
   に流れる各電流は、前記２個の（−）ブラシに集電され
   るよう設定してなる電気式パワーステアリング装置。 ３、第１請求項において、前記ブラシは、電源の（＋）
   側に並列接続される２個の（＋）ブラシと、電源の（−
   ）側に並列接続される２個の（−）ブラシとよりなり、
   前記各（−）ブラシを前記２個のパワートランジスタの
   オン、オフにより切替可能とし、この（−）ブラシの切
   替で、一方の（−）ブラシを通電させた時には、モータ
   を右回転させる電流が、前記２個の（＋）ブラシを介し
   て前記電機子巻線の右回転用巻線に流れた後、前記一方
   の（−）ブラシに集電され、他方の（−）ブラシを通電
   させた時には、モータを左回転させる電流が前記２個の
   （＋）ブラシを介して前記電機子巻線の左回転用の巻線
   に流れた後、前記他方の（−）ブラシに集電されるよう
   設定してなる電気式パワーステアリング装置。