JPH0885466A

JPH0885466A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH0885466A
Application number: JP22383894A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kubota; 正博久保田; Moritsune Nakada; 守恒中田; Yuichi Fukuyama; 雄一福山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】最適かつ安定したアシストトルクを付与可能な
電動式パワーステアリング装置を提供することを目的と
している。【構成】ピニオンシャフト４の外周に整流子１２が同軸
に固定されている。その整流子本体１２ａの円周方向に
沿って、１４個の電気抵抗体１３ａ〜１６ｃが所定間隔
をあけて配置され、４つの群を構成している。１４個の
ブラシ１７ａ〜２１ｃが、ステアリングシャフト側に固
定され整流子１２側に付勢されている。上記電気抵抗体
１３ａ〜１６ｃは群単位に、バッテリ２２と電気モータ
９との間に並列に接続可能に配線されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気モータによってア
シストトルクを付与する電動式パワーステアリング装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワーステアリング装置と
しては、例えば、特公平５−１５５９２号（特開昭６１
−９３７１号）公報に記載されているものがある。これ
は、操舵入力軸と出力軸とが、撓み可能なトルク伝達手
段を介して同軸に連結している。

【０００３】出力軸の外周面には鉄心をなす筒体が同軸
に固定され、該筒体の外周面に通電線が巻回されて回転
子巻線が形成されている。さらに、その回転子巻線と径
方向で対向する位置に所定間隔をあけて複数対の磁石が
配設されて、その磁石及び回転子巻線によって電気モー
タが構成され、もって、上記出力軸に回転トルクを付与
可能となっている。

【０００４】また、上記出力軸の外周に円筒状の整流子
が同軸に固定されている。この整流子の本体は絶縁部材
で構成されると共に、その外周面における対称位置に一
対の抵抗体が設けられている。その抵抗体は、それぞれ
円周方向に沿って延設されることで円弧形状をしてい
て、その一対の抵抗体の端部の離隔距離が等しく設定さ
れている。即ち、整流子の外周面における一対の抵抗体
の端部間位置は絶縁状態となっている。

【０００５】また、上記整流子と径方向で対向する位置
に一対のブラシが配置されている。各ブラシは、それぞ
れ入力軸側に支持されていると共に、バネによって該整
流子に向けて付勢されていて、入力軸と出力軸との間の
相対回動変位に追従して該整流子外周面を円周方向に摺
動可能となっている。そして、入力軸と出力軸との間に
相対回動変位が生じていない初期状態では、該ブラシ
は、一対の抵抗体端部間の絶縁部分に摺接した状態に設
定されている。

【０００６】さらに、上記一対の抵抗体は上記回転子巻
線の端部に接続され、また、一つのブラシがバッテリ等
の電源の端子に接続されている。そして、車両が直進走
行状態等，ステアリングホィールが操舵されない状態で
は、ブラシは整流子における絶縁部分に摺接しているた
めに、電気モータを構成する回転子巻線にはモータ電流
が流れず、即ち、電気モータが駆動されずに出力軸にア
シストトルク（回転トルク）が付与されない。

【０００７】または、ステアリングホィールを操舵した
が、転舵輪の路面抵抗が小さく、入力軸と出力軸との間
に入力される捩じれトルクが小さいときにも、該入力軸
と出力軸との間の相対回動変位が小さいので、ブラシが
抵抗体に接触することなく、出力軸にアシストトルク
（回転トルク）が付与されない。一方、低速運転等の状
態でステアリングホィールを操舵するなど、転舵輪の路
面抵抗が大きい場合には、操舵トルクが大きくなるので
入力軸と出力軸との間の相対回転変位が大きくなる。こ
れによって、ブラシは抵抗体に摺接し、該ブラシ及び抵
抗体を介して、バッテリから該回転子巻線にモータ電流
が流れて電流トルクが生じる。これによって、出力軸に
所定のアシストトルク（回転トルク）が付与されて、操
舵トルクが軽減される。

【０００８】このとき、上記路面抵抗，即ち操舵トルク
の大きさに比例して入力軸と出力軸との間の相対回動変
位が大きくなると、その相対回動変位角の大きさに比例
してブラシと抵抗体との間の接触面積が増加し、該接触
面積に比例した電流を回転子巻線に供給可能となってい
る。これによって、操舵トルクの大きさにリニアに比例
したアシストトルクを出力軸に付与可能となっている。
即ち、操舵トルクが小さい状態ではアシストトルクが小
さく、該操舵トルクが大きくなるにつれてアシストトル
クが大きく付与されて、操舵力が軽減される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の電
動式パワーステアリング装置では、操舵トルクが増加
（減少）すると、ブラシと抵抗体との接触面積が増加
（減少）し、接触抵抗が小（大）になることを利用し
て、電気モータによるアシストトルクを増減するように
設定されている。

【００１０】しかしながら、接触抵抗は、温度，湿度，
接触圧力等の変化によって変化して安定したトルク特性
が得られにくいという問題がある。またこのことは、操
舵トルクとアシストトルクの関係に対して微妙なチュー
ニングが実施し難いという問題もある。さらに、上記従
来の構成では、一対のブラシと電気抵抗体との間の摺接
によって電気モータへの通電が可能となっているが、ブ
ラシや抵抗体の摩耗やバネのへたり等によって接触不良
が発生したり、通電経路の断線が発生した場合には、電
気モータへのモータ電流の供給が不能となりアシストト
ルクが発生しなくなるという問題がある。

【００１１】特に、車両旋回中等、アシストトルク発生
時に上記故障が発生すると、急激なアシストトルクの変
化・消失が生じる。本発明は、上記のような問題点に着
目してなされたもので、最適かつ安定したアシストトル
クを付与可能な電動式パワーステアリング装置を提供す
ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動式パワーステアリング装置は、操舵入
力軸と出力軸とがトーションバーを介して同軸に接続さ
れると共に該出力軸に断続可能に電気モータが接続され
て、上記入力軸と出力軸との相対回動変位角に応じたア
シストトルクを、上記電気モータを介して出力軸に付与
する電動式パワーステアリング装置において、入力軸ま
たは出力軸の一方に固定されて該円周方向に沿って延在
する複数の電気抵抗体と、該入力軸または出力軸の他方
に固定されて電気抵抗体側に摺動可能に付勢されると共
にそれぞれが上記電気抵抗体と対をなす複数のブラシ
と、を備えると共に、上記複数のブラシ若しくは複数の
電気抵抗体の一方に電源を並列に接続し、且つ、該複数
のブラシ若しくは複数の電気抵抗体の他方に電気モータ
を並列に接続して構成されて、各ブラシは、入力軸と出
力軸との相対回動変位角が所定の回動角以上となった時
点で、対をなす電気抵抗体の延在方向一端部とそれぞれ
摺接し、上記相対回動変位角が大きくなるに追従して該
電気抵抗体上をその延在方向他端部に向けて摺動可能に
設定され、また、各電気抵抗体の延在方向他端部位置
に、上記電源若しくは電気モータが接続されていること
を特徴としている。

【００１３】このとき、請求項２に記載されているよう
に、上記各電気抵抗体は、延在方向に沿った単位長さ当
たりの抵抗率を変えたことを特徴とする。または、請求
項３に記載されているように、上記トーションバーの捩
じれ特性を、入力トルクに対する捩じれ角を非線形に設
定したことを特徴とする。さらに、請求項１から請求項
３のいずれかに記載された構成に対して、請求項４に記
載されているように、各ブラシが対なす電気抵抗体に接
触して電気モータに通電が開始される際の初期電流値
が、上記電気モータに回転トルクが発生する最低電流値
よりも小さい値となるだけの抵抗値を上記各電気抵抗体
に設定したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】操舵トルクがゼロ又は小さい状態、即ち入力軸
と出力軸との間の相対回動変位角が小さい状態では、各
ブラシは、それぞれ対をなす各電気抵抗体に接触してい
ないので、電気モータに電流が供給されずにアシストト
ルクが発生しない。一方、操舵輪の路面抵抗が大きく操
舵トルクが大きくなるにつれて、上記相対回動変位角は
大きくなる。そして、該相対回動変位角が所定変位角と
なったときに、各ブラシは、それぞれ対をなす電気抵抗
体における延在方向一端部に摺接する。さらに、相対回
動変位角が大きくなるにつれて各ブラシは、それぞれ同
期をって対をなす電気抵抗体上を延在方向一端部から他
端部に向けて摺動する。

【００１５】上記のように、所定以上の相対回動変位が
入力軸と出力軸との間に発生して対をなすブラシと電気
抵抗体とがそれぞれ摺接している状態では、各ブラシと
電気抵抗体を介して電気モータに電流が供給され、該電
気モータが駆動されることで出力軸に所定の回転トルク
（アシストトルク）が付与される。このとき、各電気抵
抗体の延在方向他端部位置に電気モータまたは電源が接
続されているので、その接続部を第１接続部と仮に呼称
すると、各電気抵抗体中を流れる電流は、各ブラシの摺
接部と該第１接続部との間を流れる。

【００１６】上記各ブラシの摺接位置は、上記相対回動
変位角が大きくなるにつれて、それぞれ電気抵抗体の延
在方向一端部位置から他端部位置に向けて移動するの
で、上記ブラシの摺接部と該第１接続部との間の距離
は、相対回動変位角が大きくなるに追従して小さくな
る。このため、電源と電気モータとの間の介装されてい
る電気的抵抗値は、相対回動変位角が大きくなるにつれ
て小さくなり、もって、モータ電流が増加して電気モー
タから供給されるアシストトルクが増加する。

【００１７】このとき、本願発明では、各電気抵抗体に
対して電源若しくは電気モータの一方が接続され、且つ
各ブラシに対して電源若しくは電気モータの他方が接続
されているので、上記電気モータへの通電状態では、上
記各電気抵抗体は、電源と電気モータとの間の並列に接
続された状態となっている。このため、上記対をなすブ
ラシと電気抵抗体の組全てが接触不良若しくは断線しな
い限り、アシストトルク発生の損失を最小限に抑えるこ
とができる。

【００１８】また、アシストトルク値は、上記のよう
に、各電気抵抗体の延在方向他端部とブラシ摺接位置と
の間の抵抗値によって決定されることに鑑み、請求項２
に記載した構成を採用すると、ブラシの移動量に対する
各電気抵抗体による抵抗値が非線形に変化するように構
成されて、操舵トルクの対するアシストトルクの関係を
任意に設定可能となる。

【００１９】また、上記ブラシの移動量に対する抵抗値
が非線形になることは、各電気抵抗体における消費電力
が、上記相対回動変位角の変化に対して非線形に変化す
るように設定可能となる。また、請求項３に記載された
ように設定すると、操舵トルクの変化に対する各ブラシ
の移動量が非線形に設定され、請求項２に記載したよう
に電気抵抗体における単位長さ当たりの延在方向の抵抗
率を非線形に設定しなくても、即ち、従来と同様な電気
抵抗体を使用しても、操舵トルクの変化に対する電気抵
抗体による抵抗値の変化が非線形に設定され、もって操
舵トルクの対するアシストトルクの関係を任意に設定可
能となる。

【００２０】また、請求項４に記載した構成を採用する
と、電気モータによる回転トルクがゼロの状態から徐々
に大きくなるように構成され、アシストトルクの付与が
開始される時に、所定回転トルク値を有したアシストト
ルクが急激に出力軸へ付与されることが回避される。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず構成を説明すると、図１に示すように、ステアリン
グホィール１に入力軸であるステアリングシャフト２の
上端部が連結され、該ステアリングシャフト２は下方に
延びている。そのステアリングシャフト２の下端部は、
アシスト量調整機構３を介して出力軸であるピニオンシ
ャフト４に連結している。ピニオンシャフト４の下端部
は、水平に延びるラック５に噛合し、該ラック５とピニ
オンシャフト４によってステアリングギアを構成してい
る。

【００２２】水平に延在するラック５の両端部は、それ
ぞれサイドロッド６を介してナックル及び転舵輪７に接
続し、該ラック５が水平方向に移動することで左右の車
輪７が転舵するようになっている。また、上記ピニオン
シャフト４の上部にはリングギヤ８が同軸に固定され、
該リングギヤ８に、電気モータ９の駆動軸９ａの固定さ
れたピニオンギヤ１０が断続可能に接続可能となってい
る。

【００２３】上記ステアリングシャフト２とピニオンシ
ャフト４との連結部は、図２及び図３に示すように、該
ステアリングシャフト２の下端部とピニオンシャフト４
の上端部とが同軸に配置され、その両者の間にトーショ
ンバー１１が介装されている。該ステアリングシャフト
２及びピニオンシャフト４と該トーションバー１１と
は、例えばピン結合等によって連結している。

【００２４】上記ピニオンシャフト４の外周には、図４
に示すように、円環状の整流子１２が同軸に固定されて
いる。その整流子１２は、本体１２ａが絶縁部材によっ
て形成され、その外周面側の円周方向に沿って４個の導
体２４ａ〜２５ｂと１２個の電気抵抗体１３ａ〜１６ｃ
とが所定間隔をあけて配置されている。その４個の導体
２４ａ〜２５ｂ及びと１２個の電気抵抗体１３ａ〜１６
ｃは、それぞれ円周方向に延びる円弧形状に成形されて
いる。

【００２５】上記４個の導体２４ａ〜２５ｂは、整流子
１２の中心軸を挟んだ直径方向で対向する位置に２個づ
つ組をなして配置されている。そして、該２組の導体２
４ａ，２４ｂ及び２５ａ，２５ｂを挟んだ左右位置にそ
れぞれ６個づつ上記電気抵抗体１３ａ〜１４ｃ及び１５
ａ〜１６ｃが配置され、連続する３個の電気抵抗体毎に
一つの群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを構成し、もって４つの群Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄに分けられている。

【００２６】また、上記構成の整流子１２と径方向で対
向する位置に、その円周方向に沿って１４個のブラシ１
７ａ〜２１ｃが配置されている。その１４個のブラシ１
７ａ〜２１ｃは、ステアリングシャフト２の本体１２ａ
からピニオンシャフト４側に延びる円筒状の筒部２ａの
開口端部に固定されて図示しないスプリングやゴム等の
弾性体によって整流子１２側に付勢されている。

【００２７】この１４個のブラシ１７ａ〜２１ｃは、そ
れぞれ上記導体２４ａ〜２５ｂの組，若しくは電気抵抗
体１３ａ〜１６ｃとそれぞれ対をなして配置され、ステ
アリングシャフト２とピニオンシャフト４との間に相対
回動変位が発生していない初期状態では、それぞれ対を
なす電気抵抗体１３ａ〜１６ｃの延在方向一端部側にお
ける該電気抵抗体１３ａ〜１６ｃと隣合う電気抵抗体１
３ａ〜１６ｃとの間の絶縁部分、若しくは組をなす導体
２４ａ〜２５ｂ間の絶縁部分に、それぞれ所定の接触圧
をもって摺接している。

【００２８】上記１４個のブラシ１７ａ〜２１ｃのう
ち、組をなす導体２４ａ〜２５ｂ間に配置された一対の
ブラシ１７ａ，１７ｂ（以下、電源側ブラシと呼ぶ）
は、それぞれ、電源であるバッテリ２２に対して図示し
ないスリップリングを介して接続されていてステアリン
グシャフト２とピニオンシャフト４との間の回動変位方
向によって選択される、一方の導体２４ａ〜２５ｂ側に
摺接可能となっている。

【００２９】また、上記各導体２４ａ〜２５ｂは、円周
方向で隣合う電気抵抗体群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各３個の電
気抵抗体１３ａ〜１６ｃとそれぞれ導線を介して電気的
に並列に接続されている。この導体２４ａ〜２５ｂと接
続される各電気抵抗体１３ａ〜１６ｃの接続部分は、各
電気抵抗体１３ａ〜１６ｃにおける延在方向他端部位置
（対をなすブラシからみて遠位になる端部）に設定され
ている。

【００３０】さらに、Ａ群及びＢ群の電気抵抗体１３ａ
〜１４ｃと対をなすブラシ１８ａ〜１９ｃは、それぞれ
並列に電気モータ９のマイナス極側に図示しないスリッ
プリングを介して接続され、また、Ｃ群及びＤ群の電気
抵抗体１５ａ〜１６ｃと対をなすブラシは、それぞれ並
列に電気モータ９のプラス極側に図示しないスリップリ
ングを介して接続されている。

【００３１】これによって、各群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを構成
する４個の電気抵抗体１３ａ〜１６ｃは、それぞれ、ブ
ラシ１７ａ〜２１ｃを介して、バッテリ２２と電気モー
タ９との間に並列に接続可能となっている。なお、Ｒ₁
は抵抗で電気モータ９に供給される電流の最大値を規制
するものである。

【００３２】次に、上記構成の電動式パワーステアリン
グ装置の動作について説明する。直進走行などのステア
リングホィール１を操舵しないか、又はステアリングホ
ィール１の操舵が小さい状態などでは、ステアリングシ
ャフト２とピニオンシャフト４との間に介装されたトー
ションバー１１に付与される捩じれトルクは、ゼロ若し
くは小さい。

【００３３】この状態では、ステアリングシャフト２と
ピニオンシャフト４との間の相対回動変位角が小さいの
で、電源側ブラシ１７ａ，１７ｂは、導体２４ａ〜２５
ｂに摺接しないので、各電気抵抗体１３ａ〜１６ｃは通
電されることなく、電気モータ９に電流が付与されな
い。これにより、操舵トルクが所定値以上となるまで
は、ピニオンシャフト４にアシストトルクが付与される
ことはない。

【００３４】さらに、ステアリングホィール１を操舵し
たときに車輪７の路面抵抗が大きく、所定値以上の操舵
トルクが生じたときに、その操舵トルクに比例した量だ
けステアリングシャフト２とピニオンシャフト４との間
に所定方向へ相対回動変位が発生する。例えば、図５に
示すように、ピニオンシャフト４に対してステアリング
シャフト２が相対的に左廻りに回動変位したとすると、
一対の電源側ブラシ１７ａ，１７ｂは、左方向に相対移
動して、それぞれ左側の導体２４ａ，２５ａに摺接す
る。同時に、各ブラシ１８ａ〜２１ｃも左方向に移動し
て左側の電気抵抗体１３ａ〜１６ｃに摺接する。

【００３５】このとき、電源側ブラシ１７ａ，１７ｂの
各左側に位置する電気抵抗体の群Ｄ，Ｂに対応する各ブ
ラシ１９ａ〜１９ｃ，２１ａ〜２１ｃは、対をなす電気
抵抗体１４ｂ〜１４ｃ，１６ｂ〜１６ｃの延在方向一端
部側に摺接する。なお、４つの群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち
電源側ブラシ１７ａ，１７ｂの各右側に位置する２つの
群Ａ，Ｃに対応するブラシ１８ａ〜１８ｃ，２０ａ〜２
０ｃは、それぞれ対を成さない左側の電気抵抗体１３ａ
〜１３ｃ，１５ａ〜１５ｃの延在方向他端部側にそれぞ
れ摺接するが、通電されないので、この状態では無視さ
れる。

【００３６】これによって、電源側ブラシ１７ａ，１７
ｂの各左側に位置する電気抵抗体群Ｂ，Ｄは、それぞれ
ブラシ１７ａ，２１ａ〜２１ｃ，１７ｂ，１９ａ〜１９
ｃを介して並列に接続され、該並列に接続された電気抵
抗体１４ａ〜１４ｃ，１６ａ〜１６ｃを介して電気モー
タ９に所定のモータ電流が供給され、該モータ電流に応
じたアシストトルクが、リングギヤ８を介してピニオン
シャフト４に付与され、もって運転者による操舵が軽減
する。

【００３７】このときには、上記各電気抵抗体１４ａ〜
１４ｃ，１６ａ〜１６ｃには、それぞれ延在方向一端部
から他端部に向けて電流が流れるため各電気抵抗体１４
ａ〜１４ｃ，１６ａ〜１６ｃによる抵抗値が大きく、即
ち、電気モータ９に供給されるモータ電流が小さいの
で、アシストトルクが小さい。続いて、上記状態からさ
らに操舵トルクが大きくなると、図６に示す位置に向け
て、上記通電に寄与する各ブラシ１７ａ，２１ａ〜２１
ｃ，１７ｂ，１９ａ〜１９ｃは、さらに左方向に移動、
即ち、対となる電気抵抗体１４ａ〜１４ｃ，１６ａ〜１
６ｃ上を延在方向一端部から他端部に向けて摺動する。

【００３８】これによって、上記ステアリングシャフト
２とピニオンシャフト４との間の相対回動変位の増加分
だけ、各電気抵抗体１４ａ〜１４ｃ，１６ａ〜１６ｃに
おける延在方向他端部と各ブラシ２１ａ〜２１ｃ，１９
ａ〜１９ｃとの位置が近づき、並列に接続されている各
電気抵抗体１４ａ〜１４ｃ，１６ａ〜１６ｃによる全抵
抗値が低くなる。これによって、バッテリ２２と電気モ
ータ９との間の全体としての抵抗値が小さくなって、モ
ータ電流、即ちアシストトルクが大きくなる。

【００３９】また、ステアリングホィール１を、上記と
は逆方向に中立位置から操舵した場合、即ち、ピニオン
シャフト４に対してステアリングシャフト２が右廻りに
回動変位したとすると、一対の電源側ブラシ１７ａ，１
７ｂは、右方向に相対移動して、それぞれ右側の導体２
４ｂ，２５ｂに摺接する。同時に、各ブラシ１７ａ〜２
１ｃも右方向に移動して右側の電気抵抗体１３ｂ〜１６
ｃに摺接する。

【００４０】このとき、電源側ブラシ１７ａ，１７ｂの
各右側に位置する電気抵抗体群Ａ，Ｃに対応する各ブラ
シ１８ａ〜１８ｃ，２０ａ〜２０ｃは、対をなす電気抵
抗体１３ｂ〜１３ｃ，１５ｂ〜１５ｃの延在方向一端部
側に摺接する。なお、４つの群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち電
源側ブラシ１７ａ，１７ｂの各左側に位置する２つの群
Ｂ，Ｄに対応するブラシ１９ａ〜１９ｃ，２１ａ〜２１
ｃは、それぞれ対を成さない右側の電気抵抗体１４ａ〜
１４ｃ，１６ａ〜１６ｃの延在方向他端部側にそれぞれ
摺接するが、通電されないので、この状態では無視され
る。

【００４１】これによって、電源側ブラシ１７ａ，１７
ｂの各右側に位置する電気抵抗体群Ａ，Ｃは、それぞれ
ブラシ１７ａ，１８ａ〜１８ｃ，１７ｂ，２０ａ〜２０
ｃを介して並列に接続され、該並列に接続された電気抵
抗体１３ａ〜１３ｃ，１５ａ〜１５ｃを介して電気モー
タ９に所定のモータ電流が供給され、該モータ電流に応
じたアシストトルクがリングギヤ８を介してピニオンシ
ャフト４に付与され、運転者による操舵が軽減する。

【００４２】このときには、上記各電気抵抗体１３ａ〜
１３ｃ，１５ａ〜１５ｃには、それぞれ延在方向一端部
から他端部に向けて電流が流れるため各電気抵抗体１３
ａ〜１３ｃ，１５ａ〜１５ｃによる抵抗値が大きく、即
ち、電気モータ９に供給されるモータ電流が小さいの
で、アシストトルクが小さい。続いて、上記状態からさ
らに操舵トルクが大きくなると、上記通電に寄与する各
ブラシ１８ａ〜１８ｃ，２０ａ〜２０ｃは、さらに左方
向に移動、即ち、対となる電気抵抗体１３ａ〜１３ｃ，
１５ａ〜１５ｃ上を延在方向一端部から他端部に向けて
移動する。

【００４３】これによって、上記ステアリングシャフト
２とピニオンシャフト４との間の相対回動変位の増加分
だけ、各電気抵抗体１３ａ〜１３ｃ，１５ａ〜１５ｃに
おける延在方向他端部と各ブラシ１７ａ，１８ａ〜１８
ｃ，１７ｂ，２０ａ〜２０ｃとの位置が近づき、並列に
接続されている各電気抵抗体１３ａ〜１３ｃ，１５ａ〜
１５ｃによる抵抗値が低くなる。これによって、バッテ
リ２２と電気モータ９との間の全体としての抵抗値が小
さくなって、モータ電流、即ちアシストトルクが大きく
なる。

【００４４】このように、本実施例では、操舵トルクに
比例したアシストトルクがピニオンシャフト４に付与さ
れて、運転者の操舵力が軽減される。このとき、従来で
あれば、対をなす一組の電気抵抗体とブラシとの間が摩
耗などによって接触不良を起こしても、他の対をなす電
気抵抗体とブラシの組を介して電気モータに通電可能で
あるので、操舵途中に上記のような接触不良が発生して
もアシストトルクの変動は最小限に抑えらえ、車両安全
性が向上する。

【００４５】また、各電気抵抗体１３ａ〜１６ｃの延在
方向他端部とブラシ１８ａ〜２１ｃ位置との距離は、上
記のように、それぞれ操舵トルクが大きくなるに追従し
て短くなり抵抗値が小さくなるように設定されているの
で、トーションバー１１が最大捩じれ角まで捩じれる操
舵トルクに対しては、並列に接続された全電気抵抗体１
３ａ〜１６ｃによる抵抗値をほぼゼロに設定可能となっ
ている。

【００４６】また、各電気抵抗体１３ａ〜１６ｃにおけ
る延在方向の他端部とブラシ１８ａ〜２１ｃとの間の物
理的な距離によって、並列に接続された電気抵抗体１３
ａ〜１６ｃの抵抗値を可変として電気モータ９に供給す
る電流値を制御するので、温度や湿度等の変化に対する
影響を従来よりも小さく抑えることが可能となり、ステ
アリングホィール１に発生する操舵力に応じた安定した
アシストトルクを出力軸であるピニオンシャフト４に付
与可能となる。

【００４７】なお、上記実施例のように電気モータ９を
別体に設けることなく、特開昭６１−９３７１号公報に
記載されているように、ピニオンシャフト４と同軸に形
成してリングギヤ８を省いてもよい。即ち、電気モータ
９は、上記構成に限定されず、モータ電流に応じた回転
トルクをピニオンシャフト４に付与可能であれば、他の
公知の構成を採用しても構わない。

【００４８】次に、第２実施例について説明する。な
お、上記実施例と同様な部材には同一の符号を附して説
明する。第２実施例の電動式パワーステアリング装置の
基本構成は、上記第１実施例と同様であり、整流子１２
の構成が相違している。即ち、図７に示すように、整流
子１２は、その本体１２ａが、内径がピニオンシャフト
４の外径よりも大径に設定されたリング状に成形され、
その本体１２ａに対して導線１３からなる各電気抵抗体
１３ａ〜１６ｃを巻き付けて構成されている。そして、
該整流子１２の本体１２ａからピニオンシャフト４に向
けて延びる足部３０によって該ピニオンシャフト４に対
して同軸に固定されている。

【００４９】また、上記電気抵抗体１３ａ〜１６ｃは、
その径が、その長さ方向に徐々に太くなっている導線１
３が使用されて、延在方向一端部から他端部に向けて径
が大きくなるように巻回されている。他の構成は、上記
第１実施例と同様である。この実施例では、電気抵抗体
１３ａ〜１６ｃを構成する導線１３の径を延在方向一端
部から他端部に向けて大きくなるように設定したので、
電気抵抗体１３ａ〜１６ｃにおける単位体積当たりの電
力容量は、該延在方向一端部から他端部に向けて増加す
るように設定されている。これによって、各電気抵抗体
１３ａ〜１６ｃの単位長さ当たりの抵抗率が延在方向に
沿って非線形に設定される。

【００５０】このとき、例えば、バッテリ２２の電圧を
１２Ｖとし、本実施例の電気モータ９の特性を図８に示
すように設定し、該電気モータ９の内部抵抗Ｒ_Mを０．
３Ω、最大電流を３０Ａとすると、電気抵抗体群Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄによる抵抗値がそれぞれゼロのときにモータ
電流が最大電流３０Ａになればよいから、抵抗Ｒ₁は
０．１Ωに設定する。

【００５１】そして、上記第１実施例のように、電気抵
抗体群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによる相対回動変位に対する抵抗
値の変化を線形に設定した場合には、図９に示すよう
に、相対回動変位が５度付近でアシストトルクの増分が
急激に増える。このため、相対回動変位角が５度付近と
なるような操舵トルクが発生した場合に、操舵力が急変
することとなり、操舵フィーリングを悪化する。

【００５２】またこのとき、図９から分かるように電気
抵抗体１３ａ〜１６ｃの消費電力も急激に上昇するの
で、電気抵抗体１３ａ〜１６ｃに対する熱設計も難しく
なる。ここで、上記消費電力が大きくなる理由を説明す
ると、まず、図１０から、下式で示される。Ｖ＝Ｉ×（Ｒ_V＋Ｒ₁＋Ｒ_M）これを変形すると、Ｉ＝Ｖ／（Ｒ_V＋Ｒ₀）・・・（１）但し，Ｒ₀＝Ｒ₁＋Ｒ_M また、Ｒ_Vの消費電力をＷとすると、Ｗ＝Ｉ²×Ｒ_V・・・（２）これに上記（１）式に代入して、Ｗ＝Ｖ²×Ｒ_V×（Ｒ_V＋Ｒ₀）^-2 これを微分すると、（ｃＷ／ｃＲ_V）＝（Ｖ²（Ｒ₀−Ｒ_V））／（Ｒ_V＋
Ｒ₀）³ 従って、Ｒ_V＝Ｒ₀のときにＷが最大となる。

【００５３】上記実施例ではＲ₀＝０．３＋０．１＝
０．４Ωのときに、Ｒ_Vの消費電力Ｗは最大となり、そ
の値は、（２）式から９０Ｗとなる。これに対して、第
２実施例では、上記相対変位角に対する電気抵抗体１３
ａ〜１６ｃによる抵抗値を非線形に設定できるので、例
えば、図１１に示すように、相対回動変位角に対するア
シストトルクの増分がほぼ線形になるように、上記相対
変位角に対する電気抵抗体１３ａ〜１６ｃによる抵抗値
を設定する。

【００５４】このように設定した場合には、図１１に示
すように、運転者に対して急激な操舵力の変化の発生を
防止できると共に、電気抵抗体１３ａ〜１６ｃにおける
消費電力の急変を抑えられて熱設計上有利となる。ま
た、ブラシ１７ａ〜２１ｃが電気抵抗体１３ａ〜１６ｃ
における延在方向一端部に接触した状態、即ち、電気抵
抗体１３ａ〜１６ｃの初期抵抗値を、電気モータ９に供
給されるモータ電流値が該モータ９がアシストトルクを
発生可能な電流値よりも小さくなるように設定する。

【００５５】一つの群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを構成する電気抵
抗体群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによる最大抵抗体をＲ_MAX、ま
た、電気モータ９によるアシストトルクを発生可能な最
小電流をＩ₀とすると、図１０を参考に、下式を満足す
るように上記最大抵抗体をＲ_MA _Xを設定すればよい。Ｉ₀＞Ｖ／（Ｒ_MAX＋Ｒ₁＋Ｒ_M）これを変形して、Ｒ_MAX＞（Ｖ／Ｉ₀）−Ｒ₁−Ｒ_M 例えば、図８に示す特性を備えた電気モータ９では、モ
ータ電流が１Ａ以下ではトルクが発生しないのでバッテ
リ２２を１２Ｖとすると全電気抵抗体１３ａ〜１６ｃに
よる最大抵抗値が１２−０．４＝１１．６Ωとなるよう
に設定する。

【００５６】このように設定すると、アシストトルクの
付与開始の際に、運転者が握っているステアリングホィ
ール１に入力される衝撃を低減することが可能となる。
なお、上記実施例では、相対回動変位角に対するアシス
トトルクの大きさが線形となるように、該電気抵抗体１
３ａ〜１６ｃの延在方向における単位体積当たりの電力
容量を非線形に設定しているが、相対回動変位角に対す
るアシストトルクの大きさが線形となるように設定する
ことに限定されず、なだらかな曲線を描いてアシストト
ルクが上昇するように設定してもよい。要は、相対回動
変位角の増加に伴って急激なアシストトルクの上昇が発
生しないように設定できればよい。

【００５７】また、上記実施例では、電気抵抗体１３ａ
〜１６ｃを構成する導線の径を変化させることで電気抵
抗体１３ａ〜１６ｃの単位体積当たりの電力容量を非線
形に設定しているが、延在方向に沿って導線巻き付けに
疎密を設けて非線形に設定してもよい。または、第１実
施例のような円弧形状の電気抵抗体１３ａ〜１６ｃに対
して、炭素等の含有量を延在方向に沿って徐々に変更す
ることで延在方向の単位体積当たりの電力容量を非線形
に設定してもよい。

【００５８】例えば、図１２に示すように、電気対向体
に対して延在方向一端部から他端部に向けて単位体積当
たりの炭素含有量を線形に増加するように設定すると、
その電気抵抗体１３ａ〜１６ｃは、図１２に示すような
非線形の抵抗値を持つようになる。または、電気抵抗体
１３ａ〜１６ｃにおけるピニオンシャフト４軸方向の幅
や径方向の厚さ等のサイズを、延在方向に沿って変える
ことで、該延在方向の単位長さ当たりの抵抗率を非線形
状態に設定してもよい。

【００５９】また、上記全実施例では、各電気抵抗体群
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ３個の電気抵抗体１３ａ〜
１６ｃから構成されているが、各電気抵抗体群Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄを構成する電気抵抗体の数は３個に限定されず２
個若しくは４個以上であってもよい。また、上記全実施
例では、各電気抵抗体１３ａ〜１６ｃを同一円周上に配
列させた例で説明しているが、ピニオンシャフト４の軸
方向に沿って複数列，配列させて配置してもよい。

【００６０】また、上記電気抵抗体１３ａ〜１６ｃのう
ち、バッテリ２２や電気モータ９に接続する電源側ブラ
シ１７ａ〜２１ｃと対をなす導体２４ａ〜２５ｂを電気
抵抗体により構成するようにしてもよい。次に、第３実
施例について説明する。第３実施例の構成は、上記第２
実施例と同様な構成を備えている。

【００６１】但し、上記のように単位長さ当たりの延在
方向の抵抗率が非線形となっている電気抵抗体を使用し
ないで、各電気抵抗体としては単位長さ当たりの延在方
向の抵抗率が線形となっている、第１実施例に記載され
ているような通常の電気抵抗体を採用している。また、
ステアリングシャフトとピニオンシャフトとの間に介装
されるトーションバーとして、その捩じれ特性が、入力
トルクに対する捩じれ角が非線形に設定されたものを採
用している。

【００６２】他の構成は、上記第１実施例と同様であ
る。この実施例では、トーションバーに入力される操舵
トルクに対して、該トーションバーの捩じれ角が非線形
に設定されているので、操舵トルクの変化量に対して、
各電気抵抗体上を移動するブラシの移動が非線形に設定
され、これによって、操舵トルクに対する電気モータへ
の電流値が非線形となり、上記第２実施例と同様の作用
・効果を有する。

【００６３】勿論、トーションバーとして上記のような
捩じれ特性を備えたものを採用すると共に、電気抵抗体
としても上記第２実施例で説明したような抵抗値が非線
形に設定されているものを採用しても構わない。

【００６４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電動
パワーステアリング装置では、操舵トルクの増減に応じ
て変化する抵抗値が、従来に比べて温度や湿度の変化に
対する影響が小さくなり、安定したアシストトルクを発
生可能となる。さらに、全通電経路に断線や対となる全
ブラシと電気抵抗体との間が全て接触不良とならない限
り、アシストトルクの損失を抑えることができて、電動
式パワーステアリング装置の信頼性が向上すると共に従
来よりも走行中の車両安全性が向上する。

【００６５】このとき、請求項２又は請求項３に記載し
たような構成を採用することで、操舵トルクに対するア
シストトルクの大きさを任意に設定可能となり、また、
抵抗体の局部的な加熱を防止することも可能となる。さ
らに、請求項４に記載した構成を採用することで、アシ
ストトルクの付与開始の際にステアリングホィール１に
入力される衝撃が低減可能となり、操舵フィーリングが
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の電動式パワーステアリン
グ装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る実施例のステアリングシャフトと
ピニオンシャフトとの連結部位置の構造を示す図であ
る。

【図３】本発明に係る実施例のステアリングシャフトと
ピニオンシャフトとの連結部位置の構造を示す図であ
る。

【図４】本発明に係る実施例の整流子とブラシとの関係
を示す図である。

【図５】本発明に係る実施例における整流子とブラシと
が摺接を開始した状態を示す図である。

【図６】本発明に係る実施例における整流子とブラシと
がトーションバーの最大捩じれ角付近まで摺動したした
状態を示す図である。

【図７】本発明に係る第２実施例のステアリングシャフ
トとピニオンシャフトとの連結部位置の構造の一部を示
す図である。

【図８】本発明に係る実施例の電気モータ９の特性を示
す図である。

【図９】本発明に係る実施例の抵抗値が線形に変化する
場合のアシストトルクと消費電力の関係を示す図であ
る。

【図１０】本発明に係る実施例の消費電力を求めるため
の図である。

【図１１】本発明に係る実施例の抵抗値が非線形に変化
する場合のアシストトルクと消費電力の関係の一例を示
す図である。

【図１２】本発明に係る実施例の炭素含有量と抵抗値と
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ステアリングホィール２ステアリングシャフト４ピニオンシャフト５ラック７車輪８リングギヤ９電気モータ１１トーションバー１２整流子１３ａ〜１６ｃ電気抵抗体１７ａ、１７ｂ電源側ブラシ１８ａ〜２１ｃブラシ２２バッテリ２２２４ａ〜２５ｂ導体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ電気抵抗体群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵入力軸と出力軸とがトーションバー
を介して同軸に接続されると共に該出力軸に断続可能に
電気モータが接続されて、上記入力軸と出力軸との相対
回動変位角に応じたアシストトルクを、上記電気モータ
を介して出力軸に付与する電動式パワーステアリング装
置において、入力軸または出力軸の一方に固定されて該円周方向に沿
って延在する複数の電気抵抗体と、該入力軸または出力
軸の他方に固定されて電気抵抗体側に摺動可能に付勢さ
れると共にそれぞれが上記電気抵抗体と対をなす複数の
ブラシと、を備えると共に、上記複数のブラシ若しくは
複数の電気抵抗体の一方に電源を並列に接続し、且つ、
該複数のブラシ若しくは複数の電気抵抗体の他方に電気
モータを並列に接続して構成されて、各ブラシは、入力
軸と出力軸との相対回動変位角が所定の回動角以上とな
った時点で、対をなす電気抵抗体の延在方向一端部とそ
れぞれ摺接し、上記相対回動変位角が大きくなるに追従
して該電気抵抗体上をその延在方向他端部に向けて摺動
可能に設定され、また、各電気抵抗体の延在方向他端部
位置に、上記電源若しくは電気モータが接続されている
ことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】上記各電気抵抗体は、延在方向に沿った
単位長さ当たりの抵抗率を変えたことを特徴とする請求
項１に記載された電動式パワーステアリング装置。
【請求項３】上記トーションバーの捩じれ特性を、入
力トルクに対する捩じれ角を非線形に設定したことを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載された電動式パワ
ーステアリング装置。
【請求項４】各ブラシが対なす電気抵抗体に接触して
電気モータに通電が開始される際の初期電流値が、上記
電気モータに回転トルクが発生する最低電流値よりも小
さい値となるだけの抵抗値を上記各電気抵抗体に設定し
たことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに
記載された電動式パワーステアリング装置。