(57)【要約】【課題】ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、スイッチング素子が発熱により破損する虞がない電動パワーステアリング装置の提供。【解決手段】複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ７により作成された複数相の電流により駆動するブラシレスモータ１８を備え、操舵部材（図示せず）による操舵動作に基づき、ブラシレスモータ１８を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置。操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、複数相の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子は、２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ７が並列接続してある構成である。【選択図】        図２
2004242421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動されるブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、前記ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、前記スイッチング素子の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子に、他のスイッチング素子よりも低抵抗のスイッチング素子を使用してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動されるブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、前記ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、前記複数相の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子は、２つのスイッチング素子が並列接続してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
舵取機構に歯車により連結され、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動されるブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、前記ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵部材が左右の回転限界位置にそれぞれ停止しているときに、前記複数相の電流のそれぞれが最大となることを避けるべく、前記歯車の歯数を定めてあると共に、前記ブラシレスモータ及び舵取機構を組み付けてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動するブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動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】
ステアリング（ハンドル）では、車両の車庫入れ時等にしばしば端当て動作（左右の回転限界で停止する動作）が行われる。端当て動作は、ラック軸は作動しないにもかかわらず、ステアリングに操舵力が加わった状態が持続する。この状態は、電動パワーステアリング装置では、モータのロック状態となり、モータにロック時の電流が流れる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８０３３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電動パワーステアリング装置に３相のブラシレスモータを使用する場合、３相正弦波電流によりブラシレスモータを駆動するが、ブラシレスモータがロック状態になると、正弦波電流のある一時点の電流値が維持されており、実効電流値の最大１．４倍の電流が保持されることになる。
この為、ブラシレスモータが回転しているときに比べて、ロックしているときには、スイッチング素子の内部抵抗に最大２倍（１．４２    倍）近い熱量が発生し、急激にスイッチング素子の温度が上昇するという問題がある。特に、高温に弱く、比較的抵抗が大きい（数ｍΩ）電流制御用半導体素子（スイッチング素子）では、発熱により破損する虞がある。
【０００５】
特許文献１には、ステアリングモータがロックしたときでも、車両の不適当な運動を回避出来る電動パワーステアリング装置が開示されている。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、スイッチング素子が発熱により破損する虞がない電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動されるブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、前記ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、前記スイッチング素子の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子に、他のスイッチング素子よりも低抵抗のスイッチング素子を使用してあることを特徴とする。
【０００７】
この電動パワーステアリング装置では、操舵部材による操舵動作に基づき、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により、ブラシレスモータを駆動して操舵補助する。操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、スイッチング素子の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子に、他のスイッチング素子よりも低抵抗のスイッチング素子を使用してある。
これにより、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、最も大きい電流が流れるスイッチング素子の発熱量は小さくなるので、スイッチング素子が熱で破損する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【０００８】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動されるブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、前記ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、前記複数相の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子は、２つのスイッチング素子が並列接続してあることを特徴とする。
【０００９】
この電動パワーステアリング装置では、操舵部材による操舵動作に基づき、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により、ブラシレスモータを駆動して操舵補助する。操舵部材が左右の回転限界位置に停止しているときに、複数相の内で最も大きい電流が流れるスイッチング素子は、２つのスイッチング素子を並列接続している。
これにより、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、最も大きい電流が流れるべきスイッチング素子の電流は、２つのスイッチング素子に分流され、それぞれの発熱量は小さくなるので、スイッチング素子が熱で破損する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１０】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、舵取機構に歯車により連結され、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動されるブラシレスモータを備え、操舵部材による操舵動作に基づき、前記ブラシレスモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材が左右の回転限界位置にそれぞれ停止しているときに、前記複数相の電流のそれぞれが最大となることを避けるべく、前記歯車の歯数を定めてあると共に、前記ブラシレスモータ及び舵取機構を組み付けてあることを特徴とする。
【００１１】
この電動パワーステアリング装置では、舵取機構に歯車により連結されたブラシレスモータを、操舵部材による操舵動作に基づき、複数のスイッチング素子により作成された複数相の電流により駆動して操舵補助する。操舵部材が左右の回転限界位置にそれぞれ停止しているときに、複数相の電流のそれぞれが最大とならないように、歯車の歯数を定めてあると共に、ブラシレスモータ及び舵取機構を組み付けてある。
これにより、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、特定のスイッチング素子に大きな電流が流れず、発熱量が大きくならないので、スイッチング素子が熱で破損する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１０が検出し出力したトルク検出信号が、インタフェイス回路１１を介して制御部１２へ与えられ、車速を検出する車速センサ２０が検出し出力した車速信号が、インタフェイス回路２１を介して制御部１２へ与えられる。
【００１３】
制御部１２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路１５へ入力され、リレー駆動回路１５はリレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点１５ａをオン又はオフさせる。
制御部１２は、トルク検出信号、車速信号及び後述するモータ電流信号に基づき、内蔵するトルク／電流テーブル１６を参照することにより、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）を作成し、作成したモータ電流指令値は駆動回路１３へ与えられる。駆動回路１３は、フェイルセーフリレー接点１５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたモータ電流指令値に基づき、操舵補助用のモータであるブラシレスモータ１８を回転駆動させる。
【００１４】
ブラシレスモータ１８が回転する際、ロータ位置検出器１４がそのロータ位置を検出し、駆動回路１３は、この検出したロータ位置信号に基づき、ブラシレスモータ１８を回転制御する。
ブラシレスモータ１８に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、モータ電流信号として制御部１２に与えられる。
【００１５】
図２は、ブラシレスモータ１８、駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成例を示すブロック図である。ブラシレスモータ１８は、コイルＡ，Ｂ，Ｃがスター結線された固定子１８ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転する回転子１８ｂと、この回転子１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４とを備えている。
【００１６】
駆動回路１３は、車載バッテリーＰの電源電圧がスイッチング回路８ａの正極側端子に接続されている。スイッチング回路８ａは、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタ（スイッチング素子）Ｑ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
また、トランジスタＱ５には、トランジスタＱ７が並列接続され、ダイオードＤ５には、ダイオードＤ７が並列接続されている。
【００１７】
トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。
【００１８】
ロータ位置検出器１４が検出した、回転子１８ｂの回転位置は、ゲート制御回路８ｂに通知される。ゲート制御回路８ｂには、制御部１２から回転方向及びモータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）が与えられる。ゲート制御回路８ｂは、回転方向の指示と回転子１８ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ７の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、固定子１８ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。
【００１９】
回転子１８ｂは、永久磁石であり、回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路８ｂは、また、モータ電流指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ７のオン／オフをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
ゲート制御回路８ｂは、同じタイミングでＱ５，Ｑ７をオン／オフする。
ダイオードＤ１〜Ｄ７は、トランジスタＱ１〜Ｑ７を保護し、固定子１８ａに流れる電流を持続させるフリーホイールダイオードである。
モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ１８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出し、モータ電流信号として制御部１２に与える。
【００２０】
図３は、この電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を模式的に示す縦断面図である。この電動パワーステアリング装置は、舵取りの為の操舵輪２３（操舵部材）と、操舵輪２３の操舵に応じて駆動される操舵補助用のブラシレスモータ１８と、ブラシレスモータ１８の回転を減速歯車機構２２（歯車）を介して舵取機構３３，３３に伝える伝動手段３０と、ブラシレスモータ１８の駆動回路１３を制御する制御部１２とを備えている。
【００２１】
操舵輪２３は、入力軸２６に連結されている。
伝動手段３０は、入力軸２６にトーションバー２８を介して連結される出力軸２９と、出力軸２９に連結軸４０を介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ｔ，Ｔに舵取機構３３，３３を介して連結されるラック軸３２とを備えている。
【００２２】
入力軸２６の周りには、操舵輪２３を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルクを、トーションバー２８に生じる捩れによって検出するトルクセンサ１０が配置されている。
減速歯車機構２２は、ブラシレスモータ１８の出力軸に繋がるウォーム２４と、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイール２５とを備えており、ブラシレスモータ１８の回転をウォーム２４及びウォームホイール２５から出力軸２９に伝達するように構成してある。
【００２３】
このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵輪２３の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー２８、出力軸２９、連結軸４０及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、舵取機構３３，３３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ１０が検出した操舵トルクに基づき、制御部１２が駆動回路１３を制御してブラシレスモータ１８を駆動し、ブラシレスモータ１８の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減する。
【００２４】
ブラシレスモータ１８及び舵取機構３３，３３間にはずれが生じないので、ブラシレスモータ１８に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の電流の大きさは、操舵位置に応じて定まっている。この電動パワーステアリング装置では、例えば、図４に示すように、操舵輪２３が、左右の回転限界位置（Ｅ，Ｆ）に停止しているときに、Ｗ相の電流が最も大きくなるように設定してある。尚、左右の回転限界位置（Ｅ，Ｆ）で異なる相の電流が最も大きくなるように設定しても良い。
この電動パワーステアリング装置では、上述したように、Ｗ相の正極側であるトランジスタＱ５には、トランジスタＱ７が並列接続されている。尚、左右で異なる相の電流が最も大きくなるように設定してある場合は、異なる各相のトランジスタをそれぞれ並列接続しておく。
【００２５】
従って、ステアリングの端当て動作（左右の回転限界で停止する動作）が行われ、ブラシレスモータ１８がロック状態となり、そのロック状態のモータ電流が流れ続けても、そのモータ電流の内、最も大きい電流が流れるＷ相の正極側には、トランジスタＱ５，Ｑ７が並列接続されているので、電流が分散され、トランジスタＱ５，Ｑ７が破損する程には発熱しない。
尚、トランジスタＱ５，Ｑ７を並列接続する代わりに、他のトランジスタＱ１〜Ｑ４，Ｑ６より低抵抗タイプの１つのトランジスタを接続しても同様の効果を得ることが出来る。
【００２６】
実施の形態２．
本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の構成は、実施の形態１で説明した構成（図１〜３）と略同様である。但し、トランジスタＱ７及びダイオードＤ７は含まない。
この電動パワーステアリング装置では、上述したように、ブラシレスモータ１８及び舵取機構間にはずれが生じないので、ブラシレスモータ１８に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の電流の大きさは、操舵位置に応じて定まっている。
【００２７】
そこで、例えば、図５（ａ）に示すように、操舵輪２３が、左右の回転限界位置（Ｇ，Ｈ）に停止しているときに、何れかの相の電流が最大となる状態（最悪時；図５（ｃ））を回避し、各相電流が出来るだけ平均化された状態（最良時；図５（ｂ））に近付くように、減速歯車機構２２の各歯車の歯数を定める。そして、操舵輪２３が、左右の回転限界位置（Ｇ，Ｈ）に停止しているときに、各相電流が出来るだけ小さい状態に近付くように、予めブラシレスモータ１８の回転位置を調整した上で、ブラシレスモータ１８及び舵取機構を組み付ける。
尚、上述した実施の形態１，２は、操舵輪及び舵取機構間が機械的には連結されないステア・バイ・ワイヤ型の車両用操舵装置にも適用することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、最も大きい電流が流れるスイッチング素子の発熱量は小さくなるので、スイッチング素子が熱で破損する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００２９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、最も大きい電流が流れるべきスイッチング素子の電流は、２つのスイッチング素子に分流され、それぞれの発熱量は小さくなるので、スイッチング素子が熱で破損する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００３０】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ステアリングの端当て動作により、ブラシレスモータがロックしても、特定のスイッチング素子に大きな電流が流れず、発熱量が大きくならないので、スイッチング素子が熱で破損する虞がない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】ブラシレスモータ、駆動回路及びモータ電流検出回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示す説明図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
８ａ  スイッチング回路
８ｂ  ゲート制御回路
１０  トルクセンサ
１２  制御部
１３  （モータ）駆動回路
１４  ロータ位置検出器
１７  モータ電流検出回路
１８  ブラシレスモータ
２２  減速歯車機構（歯車）
２３  操舵輪（操舵部材）
２４  ウォーム
２５  ウォームホイール
２６  入力軸
２８  トーションバー
２９  出力軸
３１  ピニオン軸
３２  ラック軸
３３  舵取機構
４０  連結軸
Ｄ５〜Ｄ７  ダイオード
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ  左右の回転限界位置
Ｐ  車載バッテリー
Ｑ１〜Ｑ７  トランジスタ（スイッチング素子）
Ｔ  操向輪
【図１】
2004242421.tif 000003
【図２】
2004242421.tif 000004
【図３】
2004242421.tif 000005
【図４】
2004242421.tif 000006
【図５】
2004242421.tif 000007