JPS6142289A - 電磁型倍力装置の制御回路 - 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、電動機を内蔵する電磁型倍力装置において電
機子の回転トルク、回転方向の制御を簡易且つ安価な回
路構成で行い得るようにした電磁型倍力装置の制御回路
に関する。

（従来の技術） 電磁型倍力装置を利用した電動式のパワーステアリング
装置は、内部に電動機の機構を備え、ステアリングホイ
ールによって入力軸にダ．えられる回転トルクは、上記
電動機の作動を誘起しこの電動機によって発生する回転
トルクを付加され出力軸に大きな回転トルクを生じさせ
る機能を有している。

ところで、車両のステアリングホイールは操舵のため右
方向又は左方向へ回転操作される。パワーステアリング
装置が操舵トルクを補助するという機能を有する以上、
前記電動機は入力軸の回転方向に対応してその回転作動
を行う必要がある。従って電動機の回転方向は制御回路
によって適宜に切り科えられる必要がある。

従来の電動式パワーステアリング装置における電動機の
回転方向を切り替える方法としては、例えば特開昭５９
−７０２５７に開示される技術が存する。

この方法によれば、第７図に示す如きブリッジ回路をモ
ータ（７０）に対して構成し且つこのブリッジ回路を半
導体素子（７１）・・・を利用して形成していた。

（発明が解決しようとする問題点） 前述の如き従来の電動式のパワーステアリング装置にお
ける電動機の回転方向の切替えは、一般に倍力能力の大
きいものでは電機子電流も大きくなり、このため使用さ
れる前記半導体素子（７１）・・・も大電力用となって
高価となるばかりか、コレクターエミッタ間の飽和電圧
も大きく、加えて斯かる半導体素子を少なくとも４個必
要とする。それ故に電動機の電機子の回転方向を決定す
る制御回路を作るにあたって、コストが極めて高いもの
となるばかりか、発熱量、電圧損失が大きい等の不具合
を有していた。

特に自動車用バッテリー電圧は通常１２Ｖ程度で、トラ
ンジスタのコレクターエミッタ間の飽和電圧は大電力用
で通常１．５〜２．０Ｖ程度である。

従って電機子電流を２０Ａ程度流せば少なくとも１．５
Ｖ　Ｘ　２Ｘ　２０Ａ　＝　ＢＯＷの損失となり、ｉｔ
ｔ動機駆動電力の３３％にもおよぶ損失を少なくとも有
することになる。

而して本発明は、電動式パワーステアリング装置等に利
用される電磁型倍力装置の電機子回転方向に定めるＭ御
回路を簡易且つ安価にａＩＯ＆すると共に、発熱量、電
力損失を殆んど無視できる程度にし、斯かる構成にも拘
らず高い性能を発揮せしめることを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電動機を内部に有し、入力軸に回転トルクが
与えられたときこれをトルク検出部で検出して該電動機
を作動させ、その回転トルクを出力軸に補助的に付加さ
せて成る電磁型倍力装置において、４個のリレースイッ
チでブリッジ回路を形成し、ブリッジ回路の入力側に電
源を接続する一方、その出力側に上記電動機を接続し、
−上記１１７ン回路を成すリレースイッチのうち対向す
る対のそれぞれを前記入力軸に加わる回転トルクに紀、
して逮択的に開閉させることにより電動機に所黄の電機
子電流を供給するように構成した。

（実施例） 以下に本発明の好適一実施例を添付図面を参照して説明
する。

第１図は本発明に係るパワーステアリング装置の断面図
を示し、この図は中心線で切断面を９０゜折曲している
。また第２図は第１図中のＡ−Ａ線断面図を示す。

第１図において、（１）は軸受（２）と保持器付コロ（
３）で回転自在に支承され且つ一端をステアリングシャ
フト（不図示）に接続した入力軸であり、（４）は軸受
（５）及び保持器付コロ（６）、（７）によって回転自
在に支承された出力軸である。この入力軸（１）と出力
軸（４）は、同軸上に配置され、それらの対向する側の
部分を中心軸部分に位置するトーションバー（８）によ
って結合している。また入力軸（１）と出力軸（４）の
対向する端部は、入力軸（１）の端部を前記保持器付コ
ロ（３）を介して出力軸（４）の拡径開Ｅコ端部に嵌合
している。

１−記において、入力軸（］）に加えられた操舵用回転
トルクは、トーションバー（８）によって捩れを生じつ
つ出力軸（４）に伝達される。

なお（９）は入力軸（１）を収納し囲繞するステアリン
グコラムである。

入力軸（１）と出力軸（４）の対向する端部が嵌合関係
にある部分の周囲には、入力軸（１）と出力軸（４）の
間に生じるトルクを検出するトルク検出部（ｌＯ）が設
けられる。トルク検出部（１０）は、ステアリングコラ
ム（８）の内周面に固設された差動変圧器（１１）と、
前記嵌合関係にある部分の周囲に配置された軸方向へ移
動自在な環状の可動部（１２）とから構成される。差動
変圧器（１１）の入力端子及び出力端子は、トルクを電
気的に検出する回路要素に接続され、斯かる回路はトル
クの方向、大きさに応じて電動機に供給する電流を制御
する機能を有する。可動部（１２）は、第２図に示され
る如（ビン（＋３）、（＋３）によって入力軸（１）と
係合し且つピン（＋４）、（＋４）によって出力軸（４
）と係合している。

ピン（＋３）、　（＋３）とピン（１４）　、（１４）
の位置は９０°の位相差が設けられている。そして、こ
の場合ピン（＋３）、（＋３）と係合する長孔（１２ａ
）はトーションバ−（８）の軸線と平行に形成され、一
方ピン（１４）、（＋４）と係合する長孔（＋２ｂ）は
当該軸線と所定角度でねしれの位置となるように形成さ
れる。

また可動部（１２）はコイルスプリング（１５）によっ
て第１図中左方向へ弾発付勢されている。

１−記構成によれば、入力軸（１）が回転するとトーシ
ョンバー（８）を介して出力軸（４）に回転力が伝達さ
れるが、このとき入力軸（１）と出力軸（０との間に相
対的な角度差が生し、これに対応して可動部（１２）が
図中左右方向へ移動する如く作用する。可動部（１２）
の移動量は入力軸（１）と出力軸（４）との間で生じる
トルクに対応するものであり、可動部（１２）の移動量
を差動変圧器（１１）で電気的に検出することによって
上記トルクを検出することが可能となる。

出力軸（４）の周囲には、ケース（１６）内に収納され
た電動＊　（＋７）の構成が配設される。ケース（１６
）の内周面には、例えば一対の磁極をなす磁石（１８）
が配設される。また出力軸（４）の周囲には、前記保持
器付コロ（６）、（７）及び軸受（１９）で回転自在に
設けられた回転子筒体（２０）に回転子鉄芯（２１）及
び回転子巻線（２２）を備えて成る回転子（２３）が配
設される。回転子巻線（２２）は磁石（＋８）、（１Ｂ
）が形成する磁束を直角に切る如く回転移動する。また
（２４）は整流子で、整流子（２４）には回転子巻線（
２２）の端子（２２ａ）が、回転子巻線（２２）に必要
に応じ一定方向の電流が波れるように接続される。整流
子（２４）には、コイルスプリング（２５）によって付
勢されたブラシ（２６）が圧接せしめられ、このブラシ
（２６）によって電源より電流が回転子巻線（２２）に
供給される。

入力軸（１）に対し外部からトルクが加えられ、入力軸
（１）と出力軸（４）との間において、トルク検出部（
１０）によって所要の回転トルクが検出されると１回転
子巻線（２２）に電流が供給される。そうすると、磁石
（１８）と回転子巻線（２２）との間で電磁作用が生し
、入力軸（１）の回転方向と同じ方向に回転子（２３）
か回転し始める。

斯かる回転子（２３）の回転は、回転子筒体（２０）の
左端部に形成された歯車（２７）、及びケース（１６）
の内周面に設けられた内歯車（２８）と２段の遊星歯車
機構（２９）、（３０）によって一定割合で減速される
ことによって出力軸（４）に伝達される。出力軸（４）
は図中左端部に他軸と結合するスプライン（４ａ）を形
成する。

斯くて、入力軸（１）に加えられた回転トルクは、出力
軸（４）の周囲に配設された電動機（１７）の作動によ
ってその回転トルクを付加されて出力軸（４）に伝達さ
れる。これによって人力軸（１）のトルクは倍増されて
出力軸（４）に発生し、電磁的倍力装置、すなわち電動
式のパワーステアリング装置が構成される。

第３図は前記電動機の回転作動を制御する電気回路をプ
ロ、り図で示す。第３図において、（３１）は発振器で
あり、この発振器（３１）は差動変圧器（１１）の−次
コイル（ｌ　ｌａ）に第５図（Ａ）に小す如き低周波の
電気信号（ａ）を与える。また差動変圧器（１１）の各
二次コイル（ｌ　ｌｂ）　、　（ｌ　ｌｃ）において発
生する第５図（Ｂ）　、　（Ｃ）に示す如き交流の電圧
信号（ｂ）。

（Ｃ）は、それぞれ整流器（３２）、（３３）を介して
抵抗（３４）に印加される。この場合整流器（３２）の
出力電圧はそのままプラス側として出力され、（第５図
（Ｄ）　）　、一方整流器（３３）の出力電圧は反転さ
れてマイナス側として出力される（第５図（Ｅ）　）　
。

従って抵抗（３４）に生しる電圧は、整流器（３２）　
。

（３３）の出力電圧が等しいときにはゼロとなり、両名
の出力電圧に変化が生じるときにはその変化量が組型な
って生じる（第５図（Ｆ））。抵抗（３４）はゼロ調整
抵抗としての機能をも有する。抵抗（３４）において取
り出される電圧は、絶対値増幅回路（３５）を介して第
５図（Ｇ）に示される如き電圧信号（ｇ）として、及び
極性検出回路（３６）を介して第５図（Ｈ）　、　（１
）に示される如き電圧信号として、それぞれ回転制御回
路（３７）に入力される。回転制御回路（３７）の出力
端子は電動機（１７）の前記ブラシ（２６）、（２Ｂ）
に接続され、以上により電動機（１７）に対して所要の
電機子電流が供給されることになる。

以上において、差動変圧器（１１）のコイルの内部に配
置された前記可動部（１２）が、入力軸（１）と出力軸
（４）との間でトルクに起因して角度差が生じ、ピン（
１４）と長孔（＋２ｂ）との係合作用により中央位置よ
りいずれかの方向へ移動すると、当該移動に対応して抵
抗（３４）に電圧が発生し、この電圧の大きさにより必
要とする補助トルクが信号（ｇ）として検出されると共
に、この電圧の正負により必要な回転方向が信号（ｈ）
　、　（ｉ）として検出されるのである。第５図におい
て、（ｇ）は電動機（１７）に供給される電流量を定め
る信号であり、（ｈ）　、　（ｉ）は回転方向を定める
信号で、（ｈ）は右回転の場合、（ｉ）は左回転の場合
の信号である。なお第５図において（Ｎ）・・・の区間
は中立状態を表わす区間である。

第４図は前記回転制御回路（３７）を具体的に示した詳
細回路図である。第４図において、端子（３７ａ）には
前記信号（ｇ）が、端子（３７ｂ）には前記信号（ｈ）
が、端子（３７ｃ）には前記信号（１）がそれぞれ入力
される。一方端子（３７ｄ）、（３７ｄ）は出力用の端
子で、この端子（３７ｄ）、（３７ｄ）の間には電動機
（１７）が接続される。また端子（３７ｅ）　、　（３
７ｅ）は電源（３８）を接続する端子であり、端子（３
７ｆ）、（３７ｆ）はスイッチ（３９）を配設する端子
である。

スイッチ（３９）を閉じると電源（３８）からの電気は
、節点（Ｋ）を介して電機子電流の大電力トランジスタ
部（ＩＨ）に供給されると共に、端子（４）を介して電
機子電流の通電方向選択回路（４０）に供給される。

前記端子（３７ａ）は微変動防止用コンデンサ（４１）
と分圧用抵抗（４２）の並列回路を介して差動増幅器（
４３）のプラス入力端子に接続される。差動増幅器（４
３）の出力端子（４３ａ）は、抵抗（４４）を介して大
電力トランジスタ部（ＩＨ）の入力端子即ちベースに接
続されると共に、コンデンサ（４５）を介しマイナス入
力端子に接続され、更には節点（ｍ）即ち（ｑ）を抵抗
（４６）を介しアースに接続している。斯かる構成によ
って端子（３７ａ）に前記信号（ｇ）が入力すると、差
動増幅器（４３）に信号（ｇ）に比例した出力が生じ、
４個のトランジスタから成る大電力トランジスタ部（１
３９）を作動させ信号（ｇ）に比例した電機子電流を節
点（ｎ）へ通電可能状態とする。

通電方向選択回路（４ｏ）は、４つのノーマルオフ型の
リレースイッチ（４７）、（４Ｂ）、（４９）、（５０
）をブリンジ回路として接続して成り、節点（Ｐ）、（
Ｐ）を出力用端子として前記端子（３７ｄ）、（３７ｄ
）に接続している。各リレースイッチ（４７）、（４８
）、（４９）、（５０）にはスイッチング時のスパーク
を防止するために抵抗（５１）とコンデンサ（５２）か
ら成る直列回路を並列に設けている。リレースイッチ（
４７）　、　（４８）　。

（４９）　、（５０）の可動接点（４７ａ）　、　（４
８ａ）、　（４９ａ）　、　（５０ａ）を動作させる励
磁コイル（４７ｂ）　、（４８ｂ）、（４９ｂ）　。

（５０ｂ）の一方の端は前記の電源側の端子（ｌに接続
している。

ところで前記端子（３７ｂ）　、　（３７ｃ）には、そ
れぞれｎｐｎ型のトランジスタ（５３）、（５４）を設
け、これらのトランジスタ（５２）、（５３）のベース
に抵抗（５５）。

（５６）を介し接続される。そして、このトランジスタ
（５３）、（５４）のエミッタはアースされると共に、
前記励磁コイル（４７ｂ）　、　（４８ｂ）　、　（４
９ｂ）　、　（５０ｂ）の他方の端について　励磁コイ
ル（４７ｂ）　、（４９ｂ）はトランジスタ（５３）の
コレクタに、励磁コイル（４８ｂ）。

（５０ｂ）はトランジスタ（５４）のコレクタにそれぞ
れ接続されるように構成される。なお通電方向選択回路
（４０）の下流の節点（ｑ）は前記抵抗（４６）を介し
てアースされている。

次に上記の如き構成を有する電動機制御回路における電
機子電流の通電量及び通電方向の制御作用について説明
する。この場合スイッチ（３３）はオン状態にある。

入力軸（１）に外部からの回転トルクが加わらない状態
では、可動部（１２）は差動変圧器（１１）において中
央位置に存する。このときには抵抗（３４）抵抗（３４
）に生じる電圧はゼロで、大電力トランジスタ部（＋３
９）及び通電方向選択回路（４０）は動作せず、電動機
（１７）は非作動状態にある。

入力軸（１）に右回転の操舵回転トルクが加わると、可
ｆｊＪ！（＋２）が移動し、抵抗（３４）に生じる電圧
の値及び極性によって信号（ｇ）　、　（ｈ）が生じる
。そうすると、大電力トランジスタ部（＋３９）が信号
（ｇ）に比例した電機子電流を供給すべく作動すると共
に、トランジスタ（５３）がオンすることによってリレ
ースイッチ（４７）　、（４９）が閉成状態となり、こ
れによって必要な電機子電流を電動機（１７）に供給せ
しめる。斯くして、電動機（１７）はトルク検出部（１
０）で検出されたトルクに応じて当該トルクと同様に右
回転する。

一方入力軸（１）に左回転の操舵回転トルクが加わると
、可動部（１２）が前記と反対方向に移動し、抵抗（３
４）に生しる電圧の値及び極性によって信号（ｇ）、（
ｉ）が生じる。そうすると、大電力トランジスタ部（１
３９）が信号（ｇ）に比例した電機子電流を供給すべく
開くと共に、トランジスタ（５４）がオンすることによ
てリレースイッチ（４８）　、（５０）が閉成状態とな
り、これにより必要な電機子電流を電動機（１７）に供
給せしめる。斯くして、電動４１！（１７）はトルク検
出部（１０）で検出されたトルクに応じて当該トルクと
同様に左回転する。

以上において、電動機（１７）の回転子巻線（２２）に
ブラシ（２Ｇ）、（２Ｇ）を介して電機子電流を供給す
るにあたり、トルク検出部（１０）で検出したトルクに
基づき入力軸（１）に加わった回転トルクを補助する如
く回転制御回路（３７）において電機子電流（Ｉθの通
電量及び通電方向が選択される。特に電機子電流の通電
方向に決定するにはブリッジ状に接続したリレースイッ
チ（４７）〜（５０）を、信号（ｈ）又は（ｉ）により
組合せて選択的に開閉させることにより行わせるように
した。このようにリレースイッチを用いて構成したため
コストを低下させることができると共に、大電流に対し
ても高い耐久性を有し得るばかりが、可動接点の電圧損
失は無視できる程小さく、従って通電時の発熱量、電力
損失は無視できる程少さい。

上記実施例によれば回転トルクＯの状態で一定幅の不感
帯を設定し信号（ｈ）、（ｉ）を共に高レベルとするこ
とによって電動機（＋７）に閉回路を形成しているので
、電動４１１（１７）の作動を停止させた後これを発電
機として作用させ、電気的ブレーキ作用を発生させるこ
とが可能である。それ故に電動式パワーステアリング装
置において内蔵される電動機（１７）の作動、停止を迅
速に行わせ、動作の応答性を複雑なブレーキ回路を用い
ることなく向上させることができる。

第６図は本発明に係る回転制御回路の別実施例を示すも
のである。この実施例では、前記リレースイッチにノー
マルオン型のリレースイッチ（１４７）、（１４８）、
（＋４９）、（１５０）を使用している。本実施例に係
る回転制御回路（＋３７）によれば、入力軸（１）に右
回転のトルクが生じたときには、大電力トランジスタ（
１３１１１）がオンすると同時にリレースイッチ（１４
８）　、（１５０）が開成することにより電動機（１７
）に右回転用の電機子電流が供給される。従って端子（
＋３７ｂ）には、前記信号（ｉ）の代わりに回転時と非
回転時の信号レベルが反転した信号（ｉつが付与される
。また反対に入力軸（１）に左回転トルクが生じたとき
には、大電力トランジスタ部（１３９）が作動すると同
時にリレースイッチ（１４７）。

（＋４９）が開成することにより電動機（１７）に左回
転用の電機子電流が供給される。従ってこの場合には端
子（＋３７ｃ）に前記信号（ｈ）の代わりに回転時と非
回転時の信号レベルが反転した信号（ｈ゛）が４＝Ｊ与
される。その他の回路要素は前記実施例と同一であるた
め同一の符号を付している。

尚、本実施例においても電気的ブレーキ作用を発生でき
る。

なお、本実施例では大電力トランジスタ部（＋３９）を
アナログ制御としたが、ＰＷ１１制御にしてもさしつか
えない。又、大電力トランジスタ（１３９）は接点（ｑ
）と抵抗（４６）との間でもさしつかえない。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように本発明によれば、内部に電
動機を有する電磁型の倍力装置において、当該電動機の
回転方向等を、入力軸と出力軸との間に生じるトルクを
トルク検出部で検出しＨつこの検出信号でブリフジ状に
構成した４個のリレースイッチを開閉することによって
追択制御するようにしたため、簡単且つ低コストで発熱
量、電力損失量が無視できる程小さい回転制御回路を構
成することができる。

またノープルオフ又はノーマルオン型のリレースイッチ
によって構成する回転制御回路によれば、電動機の作動
後に発電機となり電気ブレーキが作用するため電動機の
停止が早くなり、電動機の作動・停止が迅速化され、確
実な作動を複雑なブレーキ回路を用いることなく行い得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁型倍力装置の断面図、第２図
は第１図中のＡ−Ａ線断面図、第３図は電動機の作動を
制御する全体的電気回路図、第４図は回転制御回路の具
体的回路図、第５図は各部波形のタイミングチャート図
、第６図は回転制御回路の別実施例に係る具体的回路図
、第７図は従来の電動機の回転方向切替方法を説明する
ための回路図である。 図面中、（１）は入力軸、（４）は出力軸、（８）はト
ーション八−１（１０）はトルク検出部、（１１）は差
動変圧器、（１２）は可動部、（１７）は電動機、（３
７）、（＋３７）は回転制御回路、（３８）は電源、　
（３９）は通電スイッチ部、（４０）は通電方向選択回
路、（４７）　、　（４８）　、　（４！ＩＩ）　、（
５０）　、　（＋　４７）、　（＋４８）、　（＋４９
）　、　（＋５０）はりレースイッチである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動機を備え、入力軸に回転トルクが加わったと
   きこれをトルク検出部で検出して該電動機を作動し、そ
   の回転トルクを出力軸に付加させて成る電磁型倍力装置
   において、 ４個のリレースイッチでブリッジ回路を形成し、且つ該
   ブリッジ回路の入力端子に電源を接続すると共に該ブリ
   ッジ回路の出力端子に上記電動機を接続し、 上記ブリッジ回路を成すリレースイッチのうち対向する
   対のそれぞれを上記入力軸に加わる回転トルクの回転方
   向に応じて選択的に開閉して上記電動機に電流を供給す
   るようにしたことを特徴とする電磁型倍力装置の制御回
   路。
2. （２）前記回転トルクが０のとき前記リレースイッチを
   閉成したことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記
   載の電磁型倍力装置の制御回路。