(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのロータの回転角度を検出する回転角検出手段と、前記ブラシレスモータの前記ロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記ステアリングホイールの操舵方向及び操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段の検出した操舵方向及び操舵トルク、並びに前記回転角検出手段の検出した前記ロータの回転角度に基づいて前記ブラシレスモータを駆動する第１モータ駆動手段と、前記第１モータ駆動手段が故障したとき、前記第１モータ駆動手段に代って、前記トルク検出手段の検出した操舵トルクに係わらず、前記トルク検出手段の検出した操舵方向、及び前記磁極位置検出手段の検出した前記ロータの磁極位置に基づいて前記ブラシレスモータを駆動する第２モータ駆動手段とを有する電動パワーステアリング装置において、
前記第２モータ駆動手段は、前記ブラシレスモータに供給する三相交流電圧の相順を切り替えるリレーを有し、前記磁極位置検出手段の検出した前記ロータの磁極位置に基づいて、前記トルク検出手段の検出した操舵方向にトルクを発生するように前記ブラシレスモータに供給する交流電圧の相順を切換え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】
前記磁極位置検出手段は、前記ロータの磁極によって生ずる磁束を検出する磁気検出素子からなることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置として、例えば特開２００３−４０１２３号公報に開示されている電動パワーステアリング装置や、特開２００３−２００８４０号公報に開示されている電動ステアリング装置がある。
【０００３】
特開２００３−４０１２３号公報に開示されている電動パワーステアリング装置は、２系統のブリッジ回路を有するモータ駆動回路と、２系統のコイルを有するブラシレスＤＣモータとを備えている。そのため、いずれかの系統のブリッジ回路又はコイルが破損しても、残りの系統のブリッジ回路又はコイルによって、継続して操舵を補助することができる。
【０００４】
また、特開２００３−２００８４０号公報に開示されている電動ステアリング装置は、並列して作用する３つの電気モータと、並列して動作する３つの制御装置とを備えている。そのため、いずれかの電気モータ又は制御装置が故障しても、残りの電気モータ又は制御装置によって、継続して操舵を補助することができる。
【特許文献１】特開２００３−４０１２３号公報
【特許文献２】特開２００３−２００８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した電動パワーステアリング装置や電動ステアリング装置では、本来は１組で充分なブリッジ回路やコイル、また、電気モータや制御装置を複数組設けなければならない。しかも、全く同一構成のものを複数組設けなければならない。特に、モータがブラシレスモータである場合、その駆動回路を簡素化することは困難である。そのため、構成が複雑になり、コストも上昇してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置において、構成を複雑にすることなく、モータ駆動手段が故障しても、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる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。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、２つのモータ駆動手段を備えるが、第１モータ駆動手段が故障したときに用いられる第２モータ駆動手段の駆動方式を簡素化することで、構成を複雑にすることなく、継続して操舵を補助できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するブラシレスモータと、ブラシレスモータのロータの回転角度を検出する回転角検出手段と、ブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、ステアリングホイールの操舵方向及び操舵トルクを検出するトルク検出手段と、トルク検出手段の検出した操舵方向及び操舵トルク、並びに回転角検出手段の検出したロータの回転角度に基づいてブラシレスモータを駆動する第１モータ駆動手段と、第１モータ駆動手段が故障したとき、第１モータ駆動手段に代って、トルク検出手段の検出した操舵トルクに係わらず、トルク検出手段の検出した操舵方向、及び磁極位置検出手段の検出したロータの磁極位置に基づいてブラシレスモータを駆動する第２モータ駆動手段とを有し、前記第２モータ駆動手段は、前記磁極位置検出手段の検出した前記ロータの磁極位置に基づいて、前記トルク検出手段の検出した操舵方向にトルクを発生するように前記ブラシレスモータに供給する交流電圧の相順を切換えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、第１モータ駆動手段が故障したとき、第２モータ駆動手段によってブラシレスモータを駆動することができる。そのため、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。しかも、第１モータ駆動手段が、操舵方向と操舵トルクに基づいてブラシレスモータを駆動するのに対し、第２モータ駆動手段は、操舵トルクに係わらず、操舵方向に基づいてブラシレスモータを駆動する。さらに、第１モータ駆動手段が、ロータの回転角度に基づいて駆動するのに対し、第２モータ駆動手段は、ロータの磁極位置に基づいて駆動する。そのため、第１モータ駆動手段に比べ、第２モータ駆動手段の構成を簡素化することができる。従って、構成を複雑にすることなく、継続してステアリングホイールの操舵を補助することができる。また、この構成によれば、ブラシレスモータに供給する交流電圧の相順を切換えることができる。ブラシレスモータは、供給される交流電圧の相順を切換えことで発生するトルクの方向を切換えることができる。そのため、操舵方向に応じたトルクを確実に発生させることができる。
【００１０】
また、この構成によれば、操舵方向にトルクを発生することができる。従って、第１モータ駆動手段が故障した場合においても、操舵感は低下することとなるが、ステアリングホイールの操舵を確実に補助することができる。
【００１２】
請求項２に記載の電動パワーステアリング装置は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、磁極位置検出手段は、ロータの磁極によって生ずる磁束を検出する磁気検出素子からなることを特徴とする。この構成によれば、ロータの磁極位置を確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１４】
まず、図１〜図１０を参照して、電動パワーステアリング装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。図２は、電動パワーステアリング装置のブロック図である。図３は、電動パワーステアリングユニットの断面図である。図４は、トルクセンサの構成図である。図５は、トルクセンサの空隙の磁束変化を説明するための説明図である。図６は、トルクセンサの空隙の磁束を示すグラフである。図７は、トルクセンサを構成する磁気センサの出力電圧を示すグラフである。図８は、非常用制御装置の回路図である。図９は、接続切換え装置の回路図である。図１０は、制御装置のブロック図である。なお、図１及び図３〜図５中における上下方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。
【００１５】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、電動パワーステアリングユニット２と、制御装置３（第１モータ駆動手段）とから構成されている。ステアリングホイール４は、ステアリングシャフト５の一端部、具体的には、アッパステアリングシャフト５０の上方端部に固定されている。ステアリングシャフト５の他端部、具体的には、ロアステアリングシャフト５１の下方端部には、ピニオンギア（図略）が形成されている。ピニオンギアは、ステアリングギアボックス６内に収容されるラック７と噛合している。ラック７の両端部には、タイロッド８及びナックルアーム９を介して、タイヤ１０の装着された車輪１１が回転可能に固定されている。
【００１６】
電動パワーステアリングユニット２は、ステアリングホイール４の操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。電動パワーステアリングユニット２は、アッパステアリングシャフト５０とロアステアリングシャフト５１との間に設置されている。また、直流電圧を供給するバッテリ１２に接続されている。
【００１７】
制御装置３は、電動パワーステアリングユニット２を制御する装置である。具体的には、後述するトルクセンサ２０の検出した操舵方向及び操舵トルク、並びに、後述する回転角センサ２１０の検出したローラの回転角度に基づいて、後述するブラシレスモータ２１を駆動する装置である。制御装置３は、バッテリ１２に接続されている。また、電動パワーステアリングユニット２に接続されている。
【００１８】
図２に示すように、電動パワーステアリングユニット２は、トルクセンサ２０（トルク検出手段）と、ブラシレスモータ２１と、回転角センサ２２（回転角検出手段）と、磁極位置センサ２３（磁極位置検出手段）と、減速装置２４と、非常用制御装置２５（第２モータ駆動手段）と、接続切換え装置２６とから構成されている。図３に示すように、トルクセンサ２０及び減速装置２４は、ハウジング２７内に収容されている。非常用制御装置２５及び接続切換え装置２６も、ハウジング２７内に収容されている（図略）。また、ブラシレスモータ２１は、ハウジング２７に固定されている。回転角センサ２２及び磁極位置センサ２３は、ブラシレスモータ２１内に設置されている（図略）。
【００１９】
図３及び図４に示すように、トルクセンサ２０は、ステアリングホイール４の操舵方向及び操舵トルクを検出する装置である。トルクセンサ２０は、トーションバー２００と、磁石２０１と、磁気ヨーク２０２、２０３と、磁気センサ２０４とから構成されている。
【００２０】
トーションバー２００は、ステアリングシャフト５の中間部を構成し、ステアリングホイール４の操舵に伴ってねじれを発生する弾性体からなる円柱状の部材である。トーションバー２００の上方端部は、アッパステアリングシャフト５０に固定されている。トーションバー２００の下方端部は、後述する支持部材２４２を介して、ロアステアリングシャフト５１に固定されている。
【００２１】
磁石２０１は、磁界を形成し、磁束を発生する円筒状の部材である。磁石２０１の外周面には、Ｎ極及びＳ極が、周方向に等間隔で交互に着磁されている。これにより、磁石２０１の外周側に磁界が形成されることとなる。磁石２０１は、トーションバー２００の上方端部側に同軸に固定されている。
【００２２】
磁気ヨーク２０２、２０３は、磁石２０１によって形成された磁界内に配置され、磁路を構成する磁性材からなる略円筒状の部材である。磁気ヨーク２０２、２０３は、環状部２０２ａ、２０３ａと、爪部２０２ｂ、２０３ｂとから構成されている。環状部２０２ａ、２０３ａは、円環状の部位である。爪部２０２ｂは、環状部２０２ａの内周縁部から軸方向上方に延在する二等辺三角形状の部位である。爪部２０３ｂは、環状部２０３ａの内周縁部から軸方向下方に延在する二等辺三角形状の部位である。爪部２０２ｂ、２０３ｂの幅は、磁石２０１の磁極の幅と等しくなるように設定されている。爪部２０２ｂ、２０３ｂは、周方向に等間隔に配置されている。爪部２０２ｂ、２０３ｂの数は、磁石２０１のＮ極又はＳ極の数と等しくなるように設定されている。磁気ヨーク２０２、２０３は、環状部２０２ａ、２０３ａを軸方向に所定間隔を隔て配置し、爪部２０２ｂ、２０３ｂを周方向に交互に配置するとともに、磁石２０１の外周面と所定間隔を隔てて対向させた状態で、支持部材２４２の上方端面に固定されている。トーションバー２００がねじれていないとき、Ｎ極に対向する爪部２０２ａ、２０３ａの面積と、Ｓ極に対向する爪部２０２ａ、２０３ａの面積とが等しくなるように、磁気ヨーク２０２、２０３の固定位置が調整されている。これにより、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１によって形成された磁界内に配置されることとなる。
【００２３】
磁気センサ２０４は、磁気ヨーク２０２、２０３の間に形成される空隙２０５の磁束を検出する素子である。具体的には、ホールＩＣである。磁気センサ２０４は、加わる磁束密度に応じた電圧を出力する。磁気センサ２０４は、環状部２０２ａ、２０３ａ間に、軸方向に形成される空隙２０５内に配置されている。
【００２４】
図３において、トーションバー２００がねじれていないとき、図５（ａ）に示すように、爪部２０２ｂ、２０３ｂのＮ極に対向する面積と、Ｓ極に対向する面積とは等しい。そのため、環状部２０２ａ、２０３ａとの間に形成される空隙２０５には、磁束は発生しない。
【００２５】
しかし、トーションバー２００がねじれ、トーションバー２００の上方端部側から見て、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して時計回りに回転すると、図５（ｂ）に示すように、爪部２０２ｂのＳ極に対向する面積が増加し、環状部２０２ａがＳ極となる。また、爪部２０３ｂのＮ極に対向する面積が増加し、環状部２０３ａがＮ極になる。そのため、空隙２０５に矢印で示す下方に向かう磁束が発生する。
【００２６】
これに対し、トーションバー２００がねじれ、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して反時計回りに回転すると、図５（ｃ）に示すように、爪部２０２ｂのＮ極に対向する面積が増加し、環状部２０２ａはＮ極になる。また、爪部２０３ｂのＳ極に対向する面積が増加し、環状部２０３ａはＳ極になる。そのため、空隙２０５に図５（ｂ）とは逆方向の上方に向かう磁束が発生する。
【００２７】
その結果、空隙２０５の磁束は、磁気ヨーク２０２、２０３のねじれ方向に対して、図６に示すように変化することとなる。磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対してねじれていないとき、空隙２０５の磁束は０となる。これに対し、磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して時計回りにねじれると、空隙２０５の磁束は正となる。そして、ねじれが大きくなるに従って、磁束の大きさも大きくなる。また、反時計回りにねじれると、空隙２０５の磁束は負となる。そして、ねじれが大きくなるに従って、磁束の大きさも大きくなる。
【００２８】
そのため、磁気センサ２０４の出力電圧は、空隙２０５の磁束、つまりは磁気ヨーク２０２、２０３のねじれ方向に対して、図７に示すように変化することとなる。磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対してねじれていないとき、磁気センサ２０４は電圧Ｖ０を出力する。磁気ヨーク２０２、２０３が、磁石２０１に対して時計回りにねじれると、磁気センサ２０４の出力電圧はＶ０より大きくなる。そして、ねじれが大きくなるに従って、出力電圧もさらに大きくなる。これに対し、反時計回りにねじれると、磁気センサ２０４の出力電圧はＶ０より小さくなる。そして、ねじれが大きくなるに従って、出力電圧もさらに小さくなる。これにより、ステアリングホイール４の操舵方向及び操舵トルクを検出することができる。
【００２９】
図２において、ブラシレスモータ２１は、交流電圧を供給されることでステアリングホイール４の操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。具体的には、三相交流電圧を供給されることでトルクを発生するブラシレスＤＣモータである。ブラシレスモータ２１は、供給する交流電圧の相順を切換えることで逆方向のトルクを発生する。
【００３０】
回転角センサ２２は、ブラシレスモータ２１のロータの回転角度を検出する装置である。回転角センサ２２は、ブラシレスモータ２１のロータに設置されている。
【００３１】
磁極位置センサ２３は、ブラシレスモータ２１のロータの磁極位置を検出する装置である。磁極位置センサ２３は、磁気センサ２３０〜２３２（磁気検出素子）によって構成されている。磁気センサ２３０〜２３２は、ロータの磁極によって生ずる磁束を検出する素子である。具体的には、ホールＩＣである。磁気センサ２３０〜２３２は、加わる磁束密度に応じた電圧を出力する。磁気センサ２３０〜２３２は、ブラシレスモータ２１のＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに対応する位置に配置され、ロータの磁極位置を検出する。
【００３２】
減速装置２４は、ブラシレスモータ２１の発生したトルクを、回転を減速してトーションバー２００に伝達する装置である。図３に示すように、減速装置２４は、ウォームホイール２４０と、ウォーム２４１とから構成されている。
【００３３】
ウォームホイール２４０は、トーションバー２００の下方端部を覆うように配置され、下方端面に固定される有底円筒状の支持部材２４２に同軸に固定されている。また、軸受２４３を介してハウジング２７に回転可能に支持されている。これにより、トーションバー２００もハウジング２７に対して回転可能に支持されることとなる。支持部材２４２の下方端部は、ロアステアリングシャフト５１に固定されている。
【００３４】
ウォーム２４１は、ブラシレスモータ２１のシャフト２１２に同軸に固定されている。ウォーム２４１は、ウォームホイール２４０に噛合している。
【００３５】
図２において、非常用制御装置２５（第２モータ駆動手段）は、制御装置３が故障したとき、制御装置３に代ってブラシレスブラシレスモータ２１を制御する装置である。具体的には、制御装置３が故障したとき、制御装置３に代って、トルクセンサ２０の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向、及び磁極位置センサ２３の検出したロータの磁極位置のみに基づいてブラシレスモータ２１を駆動する装置である。より具体的には、検出したロータの磁極位置に基づいて、検出した操舵方向にトルクを発生するように、ブラシレスモータ２１に供給する三相交流電圧の相順を切換える装置である。図８に示すように、非常用制御装置２５は、インバータ回路２５０と、インバータ駆動回路２５１と、コンパレータ２５２、２５３と、ＮＯＴ回路２５４と、トランジスタ２５５、２５６と、リレー２５７とから構成されている。
【００３６】
インバータ回路２５０は、バッテリ１２の直流電圧を三相交流電圧に変換し、ブラシレスモータ２１に供給する回路である。インバータ回路２５０は、トランジスタ２５０ａ〜２５０ｆによって構成されている。トランジスタ２５０ａ〜２５０ｆは、三相ブリッジ接続されている。上側にある３つのトランジスタ２５０ａ〜２５０ｃのコレクタは、バッテリ１２の正極端子に接続されている。下側にある３つのトランジスタ２５０ｄ〜２５０ｆのエミッタは、バッテリ１２の負極端子に接続されている。また、トランジスタ２５０ａ〜２５０ｆのベースは、インバータ駆動回路２５１にそれぞれ接続されている。さらに、トランジスタ２５０ａ、２５０ｄの接続点、及びトランジスタ２５０ｂ、２５０ｅの接続点は、リレー２５４に接続されている。トランジスタ２５０ｃ、２５０ｆの接続点は、接続切換え装置２６に接続されている。
【００３７】
インバータ駆動回路２５１は、磁極位置センサ２３の検出結果に基づいてインバータ回路２５０を駆動するための回路である。インバータ駆動回路２５１は、磁気センサ２３０〜２３２の出力に従って、トランジスタ２５０ａ〜２５０ｆのうち所定のトランジスタをスイッチングさせる。インバータ駆動回路２５１の信号入力端子は、磁気センサ２３０〜２３２にそれぞれ接続されている。また、信号出力端子は、トランジスタ２５０ａ〜２５０ｆのベースにそれぞれ接続されている。
【００３８】
コンパレータ２５２は、磁気センサ２０４の出力電圧を基準電源２５８の電圧Ｖｈと比較し、比較結果に応じた信号を出力する素子である。磁気センサ２０４の出力電圧が基準電源２５８の電圧Ｖｈを超えると、コンパレータ２５２はハイレベルの信号を出力する。ここで、基準電源２５８の電圧Ｖｈは、図７に示すように、Ｖ０より大きな値に設定されている。コンパレータ２５２の反転入力端子は基準電源２５８に、非反転入力端子は磁気センサ２０４の出力端子に、出力端子はトランジスタ２５５にそれぞれ接続されている。
【００３９】
コンパレータ２５３は、磁気センサ２０４の出力電圧を基準電源２５９の電圧Ｖｌと比較し、比較結果に応じた信号を出力する素子である。磁気センサ２０４の出力電圧が基準電源２５８の電圧Ｖｌを超えると、コンパレータ２５３はハイレベルの信号を出力する。ここで、基準電源２５９の電圧Ｖｌは、図７に示すように、Ｖ０より小さな値に設定されている。コンパレータ２５３の反転入力端子は基準電源２５９に、非反転入力端子は磁気センサ２０４の出力端子に、出力端子はＮＯＴ回路２５４にそれぞれ接続されている。
【００４０】
ＮＯＴ回路２５４は、コンパレータ２５３の出力を反転する素子である。コンパレータ２５３の出力がハイレベルのときにはローレベルを、コンパレータ２５３の出力がローレベルのときにはハイレベルを出力する。ＮＯＴ回路２５４の入力端子はコンパレータ２５３の出力端子に、出力端子はトランジスタ２５６にそれぞれ接続されている。
【００４１】
トランジスタ２５５は、コンパレータ２５２の出力に基づいてリレー２５７に電流を供給するための素子である。トランジスタ２５５は、コンパレータ２５２の出力がハイレベルのときオン状態となり、リレー２５７に電流を供給する。トランジスタ２５５のベースはコンパレータ２５２の出力端子に、コレクタはリレー２５７にそれぞれ接続され、エミッタは接地されている。
【００４２】
トランジスタ２５６は、ＮＯＴ回路２５４の出力に基づいてリレー２５７に電流を供給するための素子である。トランジスタ２５６は、ＮＯＴ回路２５４の出力がハイレベル、つまり、コンパレータ２５３の出力がローレベルのときオン状態となり、リレー２５７に電流を供給する。トランジスタ２５６のベースはＮＯＴ回路２５４の出力端子に、コレクタはリレー２５７にそれぞれ接続され、エミッタは接地されている。
【００４３】
リレー２５７は、ブラシレスモータ２１に供給する三相交流電圧の相順を切換える素子である。リレー２５７は、接点２５７ａ、２５７ｂと、端子２５７ｃ〜２５７ｇと、コイル２５７ｈ、２５７ｉとから構成されている。接点２５７ａ、２５７ｂの一端は、端子２５７ｃ、２５７ｄにそれぞれ接続されている。端子２５７ｃはトランジスタ２５０ａ、２５０ｄの接続点に、端子２５７ｄはトランジスタ２５０ｂ、２５０ｅの接続点にそれぞれ接続されている。端子２５７ｅは、端子２５７ｇに接続されている。端子２５７ｆ、２５７ｇは、接続切換え装置２６にそれぞれ接続されている。また、コイル２５７ｈの一端は電源に、他端はトランジスタ２５５のコレクタにそれぞれ接続されている。コイル２５７ｉの一端は電源に、他端はトランジスタ２５６のコレクタにそれぞれ接続されている。コイル２５７ｈ、２５７ｉに電流が流れていないとき、接点２５７ａ、２５７ｂの他端はどの端子にも接触しない。これに対し、コイル２５７ｈに電流が流れると、接点２５７ａ、２５７ｂの他端は、端子２５７ｅ、２５７ｆにそれぞれ接触する。また、コイル２５７ｉに電流が流れると、接点２５７ａ、２５７ｂの他端は、端子２５７ｆ、２５７ｇにそれぞれ接触する。
【００４４】
図９に示すように、接続切換え装置２６は、制御装置３が故障したとき、ブラシレスモータ２１を制御装置３から切断して非常用制御装置２５に接続する装置である。接続切換え装置２６は、トランジスタ２６０と、リレー２６１とから構成されている。
【００４５】
トランジスタ２６０は、制御装置３の信号に基づいてリレー２６１に電流を供給するための素子である。トランジスタ２６０は、制御装置３からの信号がハイレベルのときオン状態となり、リレー２６１に電流を供給する。トランジスタ２６０のベースは制御装置３の信号出力端子に、コレクタはリレー２６１にそれぞれ接続され、エミッタは接地されている。
【００４６】
リレー２６１は、ブラシレスモータ２１を制御装置３から切断して非常用制御装置２５に接続する素子である。リレー２６１は、接点２６１ａ〜２６１ｃと、端子２６１ｄ〜２６１ｌと、コイル２６１ｍとから構成されている。接点２６１ａ〜２６１ｃの一端は、端子２６１ｄ〜２６１ｆにそれぞれ接続されている。端子２６１ｄ〜２６１ｆは、ブラシレスモータ２１のＵ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子にそれぞれ接続されている。端子２６１ｇ、２６１ｉ、２６１ｋは、非常用制御装置２５に、具体的には、図８における端子２５７ｆ、２５７ｇ、及びトランジスタ２５０ｃ、２５０ｆの接続点にそれぞれ接続されている。端子２６１ｈ、２６１ｊ、２６１ｌは、制御装置３にそれぞれ接続されている。また、コイル２６１ｍの一端は電源に、他端はトランジスタ２６０のコレクタにそれぞれ接続されている。コイル２６１ｍに電流が流れていないとき、接点２６１ａ〜２６１ｃの他端は、端子２６１ｈ、２６１ｊ、２６１ｌにそれぞれ接触している。これにより、制御装置３がブラシレスモータ２１に接続されることとなる。これに対し、コイル２６１ｍに電流が流れると、接点２６１ａ〜２６１ｃの他端は、端子２６１ｇ、２６１ｉ、２６１ｋにそれぞれ接触する。これにより、制御装置３が切断され、非常用制御装置２５がブラシレスモータ２１に接続されることとなる。
【００４７】
図１０に示すように、制御装置３は、電圧変換部３０と、バッテリ接続部３１と、電流検出部３２、３３と、マイクロコンピュータ３４と、故障検出部３５と、ＯＲ回路３６とから構成されている。
【００４８】
電圧変換部３０は、マイクロコンピュータ３４によって制御され、バッテリ１２の直流電圧を所定の三相交流電圧に変換し、ブラシレスモータ２１に供給する回路ブロックである。具体的には、トランジスタ等のスイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成されている。
【００４９】
バッテリ接続部３１は、電圧変換部３０にバッテリ１２を接続する回路ブロックである。具体的には、リレーである。バッテリ接続部３１の一端はバッテリ１２の正極端子に、他端は電圧変換部３０の電源入力端子にそれぞれ接続されている。また、信号入力端子は、マイクロコンピュータ３４に接続されている。
【００５０】
電流検出部３２、３３は、ブラシレスモータ２１のＵ相及びＶ相に流れる電流を検出する回路ブロックである。電流検出部３２、３３の信号出力端子は、マイクロコンピュータ３４にそれぞれ接続されている。
【００５１】
マイクロコンピュータ３４は、トルクセンサ２０、電流検出部３２、３３及び回転角センサ２２の検出結果、並びに別途得られる車速情報に基づいて電圧変換部３０を制御する素子である。また、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１及び電流検出部３２、３３の故障を検出し、対応する信号を出力するとともに、検出結果に基づいてバッテリ接続部３１を制御する素子でもある。マイクロコンピュータ３４は、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１及び電流検出部３２、３３の故障の少なくともいずれかを検出すると、ハイレベルの信号を出力する。また、マイクロコンピュータ３４は、自身の故障を検出させるため、所定周期の信号を出力している。マイクロコンピュータ３４の信号入力端子は、トルクセンサ２０、電流検出部３２、３３、及び回転角センサ２２に接続されている。また、信号出力端子は、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、故障検出部３５及びＯＲ回路３６にそれぞれ接続されている。
【００５２】
故障検出部３５は、バッテリ配線の断線等によるバッテリ１２の電圧の異常を検出する回路ブロックである。また、マイクロコンピュータ３４の故障を検出する回路ブロックでもある。故障検出部３５は、マイクロコンピュータ３４から出力される所定周期の信号に基づいてマイクロコンピュータ３４の故障を検出し、対応する信号を出力する。故障検出部３５は、バッテリ１２の電圧の異常、及びマイクロコンピュータ３４の故障の少なくともいずれかを検出すると、ハイレベルの信号を出力する。故障検出部３５は、バッテリ１２に接続されている。また、故障検出部３５の信号入力端子は、マイクロコンピュータ３４の信号出力端子に接続されている。さらに、信号出力端子は、ＯＲ回路３６に接続されている。
【００５３】
ＯＲ回路３６は、マイクロコンピュータ３４及び故障検出部３５の少なくともいずれかが故障を検出したとき、対応する信号を出力する回路である。ＯＲ回路３６は、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、電流検出部３２、３３及びマイクロコンピュータ３４が故障、並びにバッテリ１２の電圧の異常の少なくともいずれかを検出すると、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路３６の信号入力端子は、マイクロコンピュータ３４及び故障検出部３５の信号出力端子にそれぞれ接続されている。また、信号出力端子は、接続切換え装置２６、具体的には、図９におけるトランジスタ２６０のベースに接続されている。
【００５４】
次に、図２及び図７〜図１０を参照して電動パワーステアリング装置の動作について説明する。図２において、電圧が供給されると、電動パワーステアリングユニット２及び制御装置３は、作動を開始する。図１０において、マイクロコンピュータ３４は、トルクセンサ２０の検出した操舵方向及び操舵トルク、並びに車速情報に基づいてトルク指令を算出する。さらに、電流検出部３２、３３及び回路センサ２１０の検出結果に基づいて電圧変換部３０を制御する。制御装置３が故障していないとき、図９に示すように、接続切換え装置２６は、ブラシレスモータ２１を制御装置３に接続している。図１０において、電圧変換部３０は、バッテリ接続部３１を介して供給されるバッテリ１２の直流電圧を所定の三相交流電圧に変換し、接続切換え装置２６を介してブラシレスモータ２１に供給する。三相交流電圧が供給されることで、ブラシレスモータ２１は、ステアリングホイール４の操舵を補助するためのトルクを発生する。これにより、ステアリングホイール４の操舵が適切に補助され、操舵時の負荷が軽減される。
【００５５】
これに対し、図１０において、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１及び電流検出部３２、３３の故障の少なくともいずれかを検出すると、マイクロコンピュータ３４は、ハイレベルの信号を出力する。バッテリ接続部３１以外の故障である場合、バッテリ接続部３１をオフ状態にする。また、バッテリ１２の電圧の異常、及びマイクロコンピュータ３４の故障の少なくともいずれかを検出すると、故障検出部３５は、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路３６は、マイクロコンピュータ３４及び故障検出部３５の少なくともいずれかが故障を検出したとき、ハイレベルの信号を出力する。つまり、電圧変換部３０、バッテリ接続部３１、電流検出部３２、３３及びマイクロコンピュータ３４が故障、並びにバッテリ１２の電圧の異常の少なくともいずれかを検出したとき、ハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路３６の出力がハイレベルになると、図９において、接続切換え装置２６のトランジスタ２６０がオン状態となり、コイル２６１ｍに電流が流れる。コイル２６１ｍに電流が流れると、接点２６１ａ〜２６１ｃの他端は、端子２６１ｇ、２６１ｉ、２６１ｋにそれぞれ接触する。これにより、制御装置３が切断され、非常用制御装置２５がブラシレスモータ２１に接続される。
【００５６】
非常用制御装置２５は、トルクセンサ２０の検出した操舵トルクに係わらず、検出した操舵方向、及び磁気センサ２３０〜２３２の検出したロータの磁極位置のみに基づいて
ブラシレスモータ２１を駆動する。図２において、ステアリングホイール４が操舵されてないとき、図７に示すように、磁気センサ２０４の出力電圧はＶ０となる。図８において、コンパレータ２５２はトランジスタ２５５を、コンパレータ２５３及びＮＯＴ回路２５４はトランジスタ２５６をそれぞれオフ状態にする。トランジスタ２５５、２５６が共にオフ状態であるため、コイル２５７ｈ、２５７ｉに電流は流れず、接点２５７ａ、２５７ｂは開放状態となる。従って、ブラシレスモータ２１に三相交流電圧は供給されず、操舵を補助することはない。
【００５７】
一方、図２において、ステアリングホイール４が時計回りに操舵されると、図７に示すように、磁気センサ２０４の出力電圧がＶ０より小さくなる。出力電圧がＶｌより小さくなると、図８において、コンパレータ２５３及びＮＯＴ回路２５４がトランジスタ２５６をオンする。トランジスタ２５６がオン状態になると、コイル２５７ｉに電流が流れ、接点２５７ａ、２５７ｂの他端が端子２５７ｆ、２５７ｇにそれぞれ接触する。これにより、インバータ回路２５０によって変換された三相交流電圧が、リレー２５７を介してブラシレスモータ２１に供給される。三相交流電圧が供給されることで、ブラシレスモータ２１は、ステアリングホイール４の操舵方向にトルクを発生する。具体的には、ステアリングシャフト５を時計回りに回転させるトルクを発生する。
【００５８】
他方、図２において、ステアリングホイール４が反時計回りに操舵されると、図７に示すように、磁気センサ２０４の出力電圧がＶ０より大きくなる。出力電圧がＶｈを超えると、図８において、コンパレータ２５２がトランジスタ２５５をオンする。トランジスタ２５５がオン状態になると、コイル２５７ｈに電流が流れ、接点２５７ａ、２５７ｂの他端が端子２５７ｅ、２５７ｆにそれぞれ接触する。これにより、三相のうち二相が入れ換わった交流電圧が、リレー２５７を介してブラシレスモータ２１に供給される。つまり、相順の切換わった三相交流電圧が供給されることとなる。相順の切換わった三相交流電圧が供給されることで、ブラシレスモータ２１は、ステアリングホイール４の操舵方向にトルクを発生する。具体的には、ステアリングシャフト５を反時計回りに回転させるトルクを発生する。
【００５９】
従って、制御装置３が故障しても、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。
【００６０】
最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、制御装置３が故障したとき、非常用制御装置２５によってブラシレスモータ２１を駆動することができる。そのため、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。しかも、制御装３が、操舵方向と操舵トルクに基づいてブラシレスモータ２１を駆動するのに対し、非常用制御装置２５は、操舵トルクに係わらず、操舵方向のみに基づいてブラシレスモータ２１を駆動する。さらに、第１モータ駆動手段がロータの回転角度に基づいて駆動するのに対し、第２モータ駆動手段は、ロータの磁極位置に基づいて駆動する。そのため、制御装置３のように、マイクロコンピュータ３４を備える必要がなく、非常用制御装置２５の構成を簡素化することができる。従って、ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置であっても、構成を複雑にすることなく、継続してステアリングホイール４の操舵を補助することができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、非常用制御装置２５は、操舵方向にトルクを発生するようにブラシレスモータ２１を駆動することができる。そのため、制御装置３が故障した場合においても、ステアリングホイール４の操舵を確実に補助することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態では、非常用制御装置２５は、リレー２５７によって、ブラシレスモータ２１に供給する三相交流電圧の相順を切換えることができる。ブラシレスモータ２１は、供給される三相交流電圧の相順を切換えることで、逆方向のトルクを発生する。そのため、操舵方向に応じたトルクを確実に発生することができる。
【００６３】
加えて、本実施形態によれば、磁極位置センサ２３は、ロータの磁極によって生ずる磁束を検出する磁気センサ２３０〜２３２によって構成されている。そのため、ロータの磁極位置を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置のブロック図である。
【図３】電動パワーステアリングユニットの断面図である。
【図４】トルクセンサの構成図である。
【図５】トルクセンサの空隙の磁束変化を説明するための説明図である。
【図６】トルクセンサの空隙の磁束を示すグラフである。
【図７】トルクセンサを構成する磁気センサの出力電圧を示すグラフである。
【図８】非常用制御装置の回路図である。
【図９】接続切換え装置の回路図である。
【図１０】制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・電動パワーステアリング装置、２・・・電動パワーステアリングユニット、２０・・・トルクセンサ（トルク検出手段）、２００・・・トーションバー、２０１・・・磁石、２０２、２０３・・・磁気ヨーク、２０２ａ、２０３ａ・・・環状部、２０２ｂ、２０３ｂ・・・爪部、２０４・・・磁気センサ、２０５・・・空隙、２１・・・ブラシレスモータ、２１０・・・シャフト、２２・・・回転角センサ（回転角検出手段）、２３・・・磁極位置センサ（磁極位置検出手段）、２３０〜２３２・・・磁気センサ（磁気検出素子）、２４・・・減速装置、２４０・・・ウォームホイール、２４１・・・ウォーム、２４２・・・支持部材、２４３・・・軸受、２５・・・非常用制御装置（第２モータ駆動手段）、２５０・・・インバータ回路、２５０ａ〜２５０ｆ・・・トランジスタ、２５１・・・インバータ駆動回路、２５２、２５３・・・コンパレータ、２５４・・・ＮＯＴ回路、２５５、２５６・・・トランジスタ、２５７・・・リレー、２５７ａ、２５７ｂ・・・接点、２５７ｃ〜２５７ｇ・・・端子、２５７ｈ、２５７ｉ・・・コイル、２５８、２５９・・・基準電源、２６・・・接続切換え装置、２６０・・・トランジスタ、２６１・・・リレー、２６０ａ〜２６１ｃ・・・接点、２６１ｄ〜２６１ｌ・・・端子、２６１ｍ・・・コイル、２７・・・ハウジング、３・・・制御装置（第１モータ駆動手段）、３０・・・電圧変換部、３１・・・バッテリ接続部、３２、３３・・・電流検出部、３４・・・マイクロコンピュータ、３５・・・故障検出部、３６・・・ＯＲ回路、４・・・ステアリングホイール、５・・・ステアリングシャフト、５０・・・アッパステアリングシャフト、５１・・・ロアステアリングシャフト、６・・・ステアリングギアボックス、７・・・ラック、８・・・タイロッド、９・・・ナックルアーム、１０・・・タイヤ、１１・・・車輪、１２・・・バッテリ
【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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