(57)【要約】【課題】電動モータに対して安定した電力供給が可能な車両用操舵装置を提供する。【解決手段】操舵補助用の電動モータ１４への電力供給源として、主電源２１と、主電源２１とは並列に接続された状態で主電源２１により充電可能な電気二重層キャパシタからなる副電源２２を備える。所要時に主電源２１と副電源２２を直列に接続して、電動モータ１４に大電力を供給する。温度センサ２３による副電源２２の検出温度ｔが所定値ｔ１を超えるときには、ヒートパイプ２４の開閉弁２５を開放して、ヒートパイプ２４の動作を開始させる。ヒートパイプ２４により副電源２２を冷却し副電源２２を使用温度範囲に維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材への操舵入力に応じて操舵力を発生する電動モータと、
電動モータの動作を制御する制御装置と、
電動モータへの電力供給源としての主電源および主電源により充電可能な副電源と、
副電源を冷却するための冷却手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、上記副電源の温度またはこれと関連する温度を検出する温度検出手段を備え、
制御装置は、温度検出手段により検出された温度が所定値を超えるときに冷却手段を動作させることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記副電源は、上記制御装置のハウジングと接触していることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項において、上記冷却手段は、ヒートパイプ、ペルチェ素子および送風機の少なくとも１つを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項において、上記副電源は電気二重層キャパシタを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項において、上記冷却手段は、副電源および制御装置を冷却することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項７】
請求項６において、上記冷却手段は、副電源および制御装置を両者間に介在する共通のヒートシンクを用いて冷却することを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動モータによって操舵力を発生する車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解かれた、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置において、操舵部材に連動回転する回転機の負荷として、回転機から受電可能なペルチェ素子を設けて、操舵部材に反力を付与し、一方で、そのペルチェ素子によって、転舵用の電動モータを冷却することが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００４−３１４７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のステアバイワイヤシステムにおける転舵用の電動モータや、電動パワーステアリング装置において操舵補助力を発生する電動モータに対しては、通例、鉛蓄電池等のバッテリから、電動モータに電力を供給している。
この種の電動モータに対しては、大容量の電力を供給しなければならない場合がある一方で、全運転時間の中で、そのような場合の占める時間は、極短いものである。
【０００４】
必要なときのみ、主電源と共同して電動モータに電力を供給する副電源を設ければよいが、車載環境下において、副電源が高温度になるおそれがあり、その場合、副電源の出力が低下し、安定した電力供給ができないことが予想される。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電動モータに対して安定した電力供給が可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）への操舵入力に応じて操舵力を発生する電動モータ（１４）と、電動モータの動作を制御する制御装置（２０）と、電動モータへの電力供給源としての主電源（２１）および主電源により充電可能な副電源（２２）と、副電源を冷却するための冷却手段（２４，３４，３６）と、を備えることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では、副電源が高温になることを防止でき、必要なときに、安定した電力供給が可能となる。制御装置としては、電動モータの負荷が所定値以下のときに、主電源によって副電源を充填することが好ましい。
上記副電源の温度（ｔ）またはこれと関連する温度を検出する温度検出手段（２３）を備え、制御装置は、温度検出手段により検出された温度が所定値（ｔ１）を超えるときに冷却手段を動作させる場合には（請求項２）、副電源の温度を所定値以下に確実に規制でき、より案内した電力供給が可能となる。また、必要なときのみに冷却手段を動作させるので、省エネ上も好ましい。
【０００７】
上記副電源は、上記制御装置のハウジング（２０ａ）と接触している場合には（請求項３）、制御装置の冷却も可能となり、制御装置の信頼性も向上する。
上記冷却手段は、ヒートパイプ（２４）、ペルチェ素子（３４）および送風機（３６）の少なくとも１つを含む場合には（請求項４）、副電源を効果的に冷却することができる。
【０００８】
上記副電源は電気二重層キャパシタを含む場合には（請求項５）、蓄電量（エネルギー密度）を高くできるので、必要なときに十分な電力供給が可能となる。
ただし、上記副電源として、チタン酸−カーボンリチウム二次電池、二酸化マンガンリチウム二次電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池を用いるようにしてもよい。
【０００９】
また、上記冷却手段は、副電源および制御装置を冷却する場合には（請求項６）、制御装置の加熱を防止し、より安定した制御が可能になる。また、副電源および制御装置を共通の冷却手段で冷却でき、冷却構造を簡素化することができる。好ましくは、上記冷却手段は、副電源および制御装置を両者間に介在する共通のヒートシンク（４２）を用いて冷却するようにすれば（請求項７）、冷却構造を小型化することが可能となる。
【００１０】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結された中間シャフト５と、中間シャフト５に自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。
【００１２】
ピニオンシャフト７およびラックバー８によりラックアンドピニオン機構からなるステアリング機構９が構成されている。ラックバー８は、車体に固定されるハウジング１０内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部は、ハウジング１０の両側へ突出し、各端部には、それぞれタイロッド１１が結合されている。各タイロッド１１は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１２に連結されている。
【００１３】
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１２の転舵が達成される。
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸３ａと、ピニオンシャフト７に連なる出力軸３ｂとに分割されており、これら入、出力軸３ａ，３ｂはトーションバー１３を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
【００１４】
電動モータ１４の出力回転が減速機１５を介してピニオンシャフト７に伝達され、さらに、ラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助されるようになっている。
減速機１５は、電動モータ１４により回転駆動される駆動歯車１６と、この駆動歯車１６に噛み合うと共にピニオンシャフト７に同行回転可能に連結される従動歯車１７とを備える。
【００１５】
トーションバー１３を介する入、出力軸３ａ，３ｂ間の相対回転変位量により操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１８が設けられている。また、車速Ｖを検出するための車速センサ１９が設けられている。これらトルクセンサ１８および車速センサ１９からの検出信号が、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit ）からなる制御装置２０に入力されるようになっている。
【００１６】
本実施の形態では、電動モータ１４や制御装置２０を駆動するための電源の供給源として、鉛蓄電池等からなる主電源２１と、この主電源２１によって充電可能な副電源２２とが用いられている。副電源２２の温度ｔを検出するための温度検出手段としての温度センサ２３が設けられており、温度センサ２３からの検出信号が、制御装置２０に入力されるようになっている。
【００１７】
本実施の形態では、副電源２２として、電気二重層キャパシタが用いられている。電気二重層キャパシタは、化学変化をともなわず、静電作用により電気を電子のまま蓄える。そのため、充放電効率が高く、瞬時の充放電に対応することが可能である。また、電気二重層キャパシタは、繰り返しの充放電に強く、劣化も少ないため、寿命が長いという利点もある。
【００１８】
電気二重層キャパシタの使用温度範囲は、例えば−３０°Ｃ〜７０°Ｃである。なお、副電源２２として、チタン酸−カーボンリチウム二次電池、二酸化マンガンリチウム二次電池、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池を用いるようにしてもよい。これらの電池の使用温度範囲は、何れも、例えば−２０°Ｃ〜６０°Ｃである。
副電源２２を冷却するために、複数のヒートパイプ２４（図１では１本のみを示してある）が用いられている。ヒートパイプ２４は、一端部に吸熱部を有し、他端部に放熱部を有し、上記の一端部が、副電源２２の例えばハウジングに接続されている。
【００１９】
図示していないが、ヒートパイプ２４は、例えばアルミニウムからなるパイプ状のコンテナの内周面に、例えば、パイプ状のメッシュウィックを取り付けた公知の構成をしている。
ヒートパイプ２４内には、作動液（図示せず）が密封状態で収容されており、上記一端部の温度が吸熱により上昇すると、作動液が蒸発し、ヒートパイプ２４の上記他端部に移動する。他端部に移動した作動液は、放熱部の放熱に伴って液化し、メッシュウィック内に浸入する。そして、作動液は、メッシュウィック内を通って上記一端部に還流される。このサイクルが繰り返し行われ、ヒートパイプ２４の一端部から他端部へ熱が伝導されていく。ヒートパイプ２４の他端部に移動した熱は、図示しない放熱フィン等を介して、空気中に放熱される。
【００２０】
また、ヒートパイプ２４には、内部の作動液の流路を開閉可能な開閉弁２５が設けられている。開閉弁２５を閉じることにより、ヒートパイプ２４内の作動液の流通が阻止され、ヒートパイプ２４の動作を停止することができるようになっている。
制御装置２０は、トルクセンサ１８により検出された操舵トルクＴおよび車速センサ１９により検出された車速Ｖに基づいて、予め定められた制御マップを用いて目標操舵トルクを決定する。
【００２１】
また、制御装置２０は、決定された目標操舵トルクに応じて電動モータ１４の目標制御電流を決定し、駆動回路２６を例えばＰＷＭ制御して、操舵補助用の電動モータ１４を駆動制御する。
これにより、電動モータ１４の出力回転が減速機１５を介して減速されてピニオンシャフト７に伝達され、ラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。
【００２２】
また、制御装置２０は、図２に示すように、温度センサ２３からの検出温度ｔを読み込み（ステップＳ１）、この検出温度ｔが所定値ｔ１（例えば、副電源２２が電気二重層キャパシタであるときには、ｔ１＝７０°Ｃ）を超える場合（ステップＳ２でＹＥＳの場合）には、ステップＳ３に移行し、開閉弁２５を開放させてヒートパイプ２４の動作を開始させる。これにより、副電源２２が冷却され、使用温度範囲内に維持される。
【００２３】
一方、読み込まれた検出温度ｔが所定値ｔ１以下である場合（ステップＳ２でＮＯの場合）には、開閉弁２５を閉鎖して、ヒートパイプ２４の動作を停止する（ステップＳ４）。
次いで、図３を参照して、制御装置２０、電動モータ１４の駆動回路２６、および開閉弁２５の駆動回路２７には、電源供給ライン３０を介して、電力が供給されるようになっている。
【００２４】
その電源供給ライン３０には、第１および第２の切換スイッチ３１，３２が接続されており、また、主電源２１の正電極と電気二重層キャパシタからなる副電源２２の負電極との接続に供される中継ライン３３が接続されている。
図３に示した状態では、第１および第２の切換スイッチ３１，３２が、ともに接点Ａ側に切り換えられおり、主電源２１と副電源２２とが並列に接続されている。これにより、主電源２１によって副電源２２が充電可能な状態となる。
【００２５】
図４に示した状態では、第１および第２の切換スイッチ３１，３２が、ともに接点Ｂ側に切り換えられており、主電源２１の正電極が、第１の切換スイッチ３１、中継ライン３３および第２の切換スイッチ３２を介して、副電源２２の負電極に接続されている。すなわち、主電源２１と副電源２２とが直列に接続されている。
本実施の形態では、上記の切換スイッチ３１，３２の切り換えを、電動モータ１４の負荷に応じて制御している。電動モータ１４の負荷はトルクセンサ１８による検出トルクと相関がある。
【００２６】
そこで、制御装置２０は、トルクセンサ１８からの検出トルクＴを読み込み、読み込んだ検出トルクＴが所定値以下のときには、図３に示すように、両切換スイッチ３１，３２を接点Ａ側のままとする。すなわち、主電源２１と副電源２２とが並列に接続され、且つ電動モータ１４の電力消費量が小さいことから、副電源２２は、主電源２１を介して充電され続けることになる。
【００２７】
一方、制御装置２０は、読み込んだ検出トルクＴが所定値を超えているときには、図４に示すように、両切換スイッチ３１，３２を接点Ｂ側へ切り換え、主電源２１と副電源２２とが直列に接続される状態とする。これにより、主電源２１と副電源２２との電圧の和が駆動回路２６に供給されるので、電動モータ１４への電力供給量が増加し、操舵補助力の追従性が良好となる。
【００２８】
本実施の形態によれば、主電源２１を高出力にすることなく、主電源２１の出力以上の高出力を電動パワーステアリング装置１の電動モータ１４に提供することができる。また、所要時にヒートパイプ２４が動作されて、副電源２２が使用温度範囲を超えないような温度に維持されているので、電動モータ１４への安定した電力供給を可能とし、操舵補助力の追従性を確実に良好にすることができる。
【００２９】
一方、電気二重層キャパシタからなる副電源２２は放電するに伴って次第に電圧が低下し、最終的には電荷を失って０Ｖになる。この状態では、副電源２２により電流が遮断されるため、制御装置２０は、再び両切換スイッチ３１，３２を接点Ａ側に切り換えて図３に示す状態とし、主電源２１のみで操舵補助するとともに、副電源２２への充電を再開する。
【００３０】
図５は本発明の別の実施の形態を示している。本実施の形態が図１の実施の形態と異なる点は、図１の実施の形態では、開閉弁２５、駆動回路２７および温度センサ２３を用いていたのに対して、本実施の形態では、上記の開閉弁２５、駆動回路２７および温度センサ２３を廃止したことにある。本実施の形態では、ヒートパイプ２４が常時、動作されて、副電源２２を使用温度範囲に維持する。
【００３１】
図６〜図８は本発明のさらに別の実施の形態を示している。本実施の形態が図１〜図４の実施の形態と異なるのは下記である。すなわち、本実施の形態では、図６および図７に示すように、冷却手段として、図１の実施の形態のヒートパイプ２４に換えて、ペルチェ素子３４を用いている。制御装置２０は、駆動回路３５を介して、ペルチェ素子３４を動作させ、また動作を停止させる。
【００３２】
ペルチェ素子３４は、その吸熱側（通電により低温になる側）を副電源２２のハウジングに面接触し、その放熱側（通電により高温になる側）が、例えばフィン付きの放熱板に面接触している。
また、制御装置２０は、図８に示すように、温度センサ２３からの検出温度ｔを読み込み（ステップＳ１１）、この検出温度ｔが所定値ｔ１（例えば、副電源２２が電気二重層キャパシタであるときには、ｔ１＝７０°Ｃ）を超える場合（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）には、ステップＳ１３に移行し、駆動回路３５を介してペルチェ素子３４に通電し、ペルチェ素子３４の動作を開始させる。これにより、副電源２２が冷却され、使用温度範囲内に維持される。
【００３３】
一方、読み込まれた検出温度ｔが所定値ｔ１以下である場合（ステップＳ１２でＮＯの場合）には、ペルチェ素子３４への通電を停止し、ペルチェ素子３４の動作を停止する（ステップＳ１４）。
他の構成については、図１〜図４の実施の形態と同じであるので、その説明を省略する。本実施の形態においても、図１の実施の形態と同様の効果を奏する。すなわち、主電源２１を高出力にすることなく、副電源２２を用いて、主電源２１の出力以上の高出力を電動パワーステアリング装置１の電動モータ１４に提供することができる。また、所要時にペルチェ素子３４が動作されて、副電源２２が使用温度範囲を超えないような温度に維持されているので、電動モータ１４への安定した電力供給を可能とし、操舵補助力の追従性を確実に良好にすることができる。必要なときのみにペルチェ素子３４に通電するので、省エネ上も好ましい。また、ペルチェ素子３４は電圧を印加するのみで動作を開始でき、制御が容易である。
【００３４】
次いで、図９〜図１２は、本発明のさらに別の実施の形態を示している。本実施の形態が図１〜図４の実施の形態と異なるのは下記である。すなわち、本実施の形態では、図９および図１０に示すように、冷却手段として、図１の実施の形態のヒートパイプ２４に換えて、送風機３６を用いている。送風機３６は、ファン３７と、これを駆動するファンモータ３８とを備えている。制御装置２０は、駆動回路３９を介して、送風機３６のファンモータ３８を動作させ、また動作を停止させる。
【００３５】
また、図１１に示すように、副電源２２のハウジング２２ａと制御装置２０のハウジング２０ａとが、互いに面接触する状態に並んで組み合わされている。
送風機３６は、ファンモータ３８のモータハウジング３８ａが図示しない回転軸を介してファン３７を支持している。また、ファンモータ３８のモータハウジング３８ａが、当該モータハウジング３８ａから放射状に延びる複数の支持アーム４０を介して、四角環状をなす外枠４１によって支持されている。
【００３６】
その外枠４１は、副電源２２のハウジング２２ａおよび制御装置２０のハウジング２０ａの端部に一括して被せられ、送風機３６、副電源２２および制御装置２０で一体的なユニットが構成されている。これにより、送風機３６によって、副電源２２および制御装置２０を一括して冷却することができるようになっている。
また、制御装置２０は、図１２に示すように、温度センサ２３からの検出温度ｔを読み込み（ステップＳ２１）、この検出温度ｔが所定値ｔ１（例えば、副電源２２が電気二重層キャパシタであるときには、ｔ１＝７０°Ｃ）を超える場合（ステップＳ２２でＹＥＳの場合）には、ステップＳ２３に移行し、駆動回路３９を介してファンモータ３８を駆動し、送風機３６の動作を開始させる。これにより、副電源２２が冷却され、使用温度範囲内に維持される。
【００３７】
一方、読み込まれた検出温度ｔが所定値ｔ１以下である場合（ステップＳ２２でＮＯの場合）には、ファンモータ３８の駆動を停止し、送風機３６の動作を停止する（ステップＳ２４）。
本実施の形態においても、図１の実施の形態と同様の効果を奏する。すなわち、主電源２１を高出力にすることなく、副電源２２を用いて主電源２１の出力以上の高出力を電動パワーステアリング装置１の電動モータ１４に提供することができる。また、所要時に送風機３６が動作されて、副電源２２が使用温度範囲を超えないような温度に維持されているので、電動モータ１４への安定した電力供給を可能とし、操舵補助力の追従性を確実に良好にすることができる。また、必要なときのみに、送風機３６を駆動するので、省エネ上も好ましい。しかも、その送風機３６で制御装置２０も冷却するので、制御の信頼性が高まる。                                                                              
【００３８】
次いで、図１３は図１１の実施の形態の変更形態を示している。図１３の実施の形態の特徴とするところは、副電源２２のハウジング２２ａと制御装置２０のハウジング２０ａの間に、両ハウジング２２ａ，２０ａに熱伝導可能に接触する共通ヒートシンク４２を設けた点にある。
ヒートシンク４２としては、図１４に示すように、副電源２２のハウジング２２ａおよび制御装置２０のハウジング２０ａの対向面にそれぞれ面接触し且つ互いに熱伝導可能に接続された一対の伝熱板４３と、少なくとも一方の伝熱板４３に設けられた複数の放熱フィン４４とを有するものを例示することができる。
【００３９】
本実施の形態によれば、図１１の実施の形態と同じ効果を奏することができる。すなわち、単一の送風機３６によって、副電源２２および制御装置２０を冷却することができる。さらに、共通のヒートシンク４２を介して、副電源２２および制御装置２０を冷却するので、効率良く冷却することができるとともに、冷却構造を小型にすることができる。
また、温度センサ２３は副電源２２自体の温度、例えば副電源２２のハウジング２２ａの温度を検出してもよい。また、温度センサ２３は、副電源２２のハウジング２２ａ内の空気の温度を検出してもよいし、副電源２２が置かれている環境の雰囲気温度を検出してもよい。
【００４０】
また、本発明は、電動パワーステアリング装置以外の車両用操舵装置、例えば、いわゆるステアバイワイヤ式の車両用操舵装置等に適用することが可能である。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１の電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図であり、副電源が主電源によって充電される状態を示している。
【図４】図１の電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図であり、直列接続された主電源および副電源によって電力を供給する状態を示している。
【図５】本発明の別の実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図６】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図７】図６の電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】図６の電動パワーステアリング装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態の車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図１０】図９の電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】図９の電動パワーステアリング装置の冷却構造の概略斜視図である。
【図１２】図９の電動パワーステアリング装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明のさらに別の実施の形態に係る冷却構造の概略斜視図である。
【図１４】図１３の冷却構造の要部の概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、２…操舵部材、１４…電動モータ、２０…制御装置、２０ａ…ハウジング、２１…主電源、２２…副電源、２２ａ…ハウジング、２３…温度センサ（温度検出手段）、２４…ヒートパイプ（冷却手段）、２５…開閉弁、３０…電源供給ライン、３１…第１の切換スイッチ、３２…第２の切換スイッチ、３３…中継ライン、３４…ペルチェ素子（冷却手段）、３６…送風機（冷却手段）、３７…ファン、３８…ファンモータ、４２…ヒートシンク、４３…伝熱板、４４…放熱フィン、ｔ…検出温度、ｔ１…所定値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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