(57)【要約】【課題】複数の電気二重層コンデンサのセルを備えた補助電源の配置スペースの制約を少なくし、車両への搭載性を高める。【解決手段】電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ３１と、電動モータ３１に電力を供給可能な補助電源４０と、操舵部材１１の操作により回転する操舵軸１３と、電動モータ３１の動力を操舵軸１３に伝達する減速機構３０とを備える。補助電源４０は、複数の電気二重層コンデンサのセル５０を直列に接続してなり、この複数のセル５０を、減速機構３０のハウジング４３上の操舵軸１３周りに配列する。【選択図】      図２
2009096213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作により運動する操舵力伝達軸に電動モータの動力を伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記電動モータに電力を供給可能な補助電源を備え、この補助電源が、複数の電気二重層コンデンサのセルを直列に接続することによって構成され、この複数のセルが、電動パワーステアリング装置の構成部材の形状に合わせて配列されてい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】
前記複数のセルの電圧を均等化する均等化手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記複数のセルが、前記操舵力伝達軸周りに配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記電動モータの動力を前記操舵力伝達軸に伝達する伝達機構を更に備えており、
この伝達機構が、前記操舵力伝達軸に取り付けられた歯車と、この歯車を覆うハウジングとを備えており、
前記複数のセルが、前記ハウジングの軸方向の端面に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ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、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、必要とされる操舵補助力が大きいほど、モータに大電流を流す必要があるので、車載バッテリだけでは電力が不足することがある。そこで、通常は主電源である車載バッテリからモータに電力を供給するが、据切り時や急操舵時等、必要とされる操舵補助力が大きい場合には、予め電力を貯えていた補助電源からも電力を供給し、車載バッテリの電力不足を補うようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、補助電源として例えば電気二重層コンデンサ（キャパシタ）が用いられている。
【特許文献１】特開２００３−３２０９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のような電気二重層コンデンサは、定格電圧が２．０〜３．０Ｖ程度と低いため、車載バッテリの補助として用いる場合には、複数の電気二重層コンデンサのセルを直列に接続して全体の定格電圧を高める必要がある。この場合、複数のセルを縦横に整列させた状態で１つのケースにまとめて収納し、このケースを車両に搭載することが考えられる。
一方、電気二重層コンデンサは、高温側の動作保証温度が６０℃〜８０℃程度であるため、より高温となるエンジンルーム内に配置するのは困難である。そのため、エンジンルームとは区画された車室内に配置することが考えられる。しかし、車室内、特に、ダッシュボードのステアリング周りには各種計器類や電装品、これらの電気配線等が配置されているので、上述のように複数のセルをまとめて収納したケースの配置スペースを確保することは困難である。
【０００４】
本発明は、このような実情に鑑み、複数の電気二重層コンデンサのセルを備えた補助電源の配置スペースの制約を少なくし、車両への搭載性を高め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】
【０００５】
本発明は、操舵部材の操作により運動する操舵力伝達軸に電動モータの動力を伝達する電動パワーステアリング装置において、前記電動モータに電力を供給可能な補助電源を備え、この補助電源が、複数の電気二重層コンデンサのセルを直列に接続することによって構成され、この複数のセルが、電動パワーステアリング装置の構成部材の形状に合わせて配列されていることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、補助電源を構成する複数の電気二重層コンデンサのセルが、電動パワーステアリング装置の構成部材の形状に合わせて配列されているので、複数のセルを１箇所にまとめて配置する場合に比べて配置スペースの制約を少なくすることができる。そのため、例えば、車室内のダッシュボード等の狭いスペースにも、各セルを配置することが可能となる。
なお、電動パワーステアリング装置の構成部材としては、例えば、操舵力伝達軸やこの操舵力伝達軸を支持する軸支持体、操舵力伝達軸に電動モータの動力を伝達する伝達機構等の電動パワーステアリング装置の主要な機械的構造をなす部材を挙げることができ、これらの１又は複数の形状に合わせてセルを配列することができる。
【０００７】
上述のように、複数のセルを電動パワーステアリング装置の構成部材の形状に合わせて配列すると、各セル間の距離を均一に保てない場合が生じ得る。各セル間の距離が不均一になると、各セルの電圧にバラツキが生じやすく補助電源の性能低下に繋がる。そのため、複数のセルの電圧を均等化する均等化手段を備えることによって、各セル間を電圧のバランスを好適に保ち、性能を維持することが推奨される。
なお、均等化手段としては、例えば、各セル間を接続する導電線やバスバー等の導電部材の径や幅などを各セル間の距離に応じて異なるものとし、導電部材の抵抗のバランスを調整する構成を採用することができる。
【０００８】
前記複数のセルは、前記操舵力伝達軸周りに配列されていることが好ましい。この場合、複数のセルの全体が、操舵力伝達軸の周囲の一箇所から径方向外方へ大きく張り出してしまうことがなくなり、各セルの径方向外方への張り出し量を少なくすることができる。これにより、複数のセルを配置するために広いスペースを確保する必要がなくなり、配置スペースの制約をより少なくすることができる。
【０００９】
前記伝達機構が、操舵軸に取り付けられた歯車と、この歯車を覆うハウジングとを備えている場合、前記複数のセルをハウジングの軸方向端面に設けることができる。この場合、歯車やハウジングは、それ自体で径方向外方へ張り出す寸法を有しているので、複数のセルをかかるハウジングの軸方向の端面に設けることで、セル自体による径方向の張り出しをなくすことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の電気二重層コンデンサのセルを備えた補助電源の配置スペースの制約を少なくし、車両への搭載性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第1の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１０の模式図であり、当該装置１０は、例えば自動車に搭載され、ステアリングホイール（操舵部材）１１に加わるドライバーの操舵動作に応じて、タイヤ（操向車輪）１２の向きを変えるための操舵軸１３を備えている。この操舵軸１３は、ステアリングコラム４２によって回転自在に支持されており、上端部にステアリングホイール１１が取り付けられた第１の軸部１４と、この第１の軸部１４にトーションバー１５を介して連結された第２の軸部１６とを有し、ステアリングホイール１１の回転が直接的に伝達されるようになっている。
【００１２】
第２の軸部１６の下端には、自在継手１７，１８及び中間軸１９を介してステアリングギヤ２０が連結されている。ステアリングギヤ２０は、ピニオン軸２１及びラック軸２２を備えたラックアンドピニオン式とされ、ピニオン軸２１は、上端が自在継手１８に連結され、下部にピニオン歯２１ａを備えている。ラック軸２２は、ピニオン歯２１ａに噛み合うラック歯２２ａを備えている。
【００１３】
ラック軸２２は、ラック軸用ハウジング２３内に軸方向（左右方向）移動自在に支持されており、ラック軸２２の軸方向両端には、タイロッド２４及びナックルアーム２５を介してタイヤ１２が連結されている。ピニオン軸２１は、ラック軸用ハウジング２３に交差した状態で連なるピニオン軸用ハウジング２６に軸心回り回転自在に支持されている。
【００１４】
上述した構成において、操舵のためにステアリングホイール１１を回転操作すると、操舵軸１３、中間軸１９等を介して連結されたピニオン軸２１が回転し、この回転が、ピニオン歯２１ａとラック歯２２ａとの噛合部においてラック軸２２の軸方向の移動に変換される。このラック軸２２の移動は、タイロッド２４を介して左右のナックルアーム２５に伝わり、これらのナックルアーム２５の押し引きにより左右のタイヤ１２がステアリングホイール１１の操作方向に操舵されるようになっている。
ここに、ステアリングホイール１１とタイヤ１２との間の各軸１３，１９，２１，２２は、操舵力を伝達する操舵力伝達軸を構成している。
【００１５】
操舵軸１３には、電源部３７から電力が供給される電動モータ３１が減速機構（伝達機構）３０を介して連結されている。減速機構３０は、電動モータ３１の出力軸に一体回転可能に連結されたウォーム（駆動歯車）３２と、このウォーム３２に噛み合うウォームホイール（従動歯車）３３と、これらを覆うハウジング４３とを備え、ウォームホイール３３は、第２の軸部１６に一体回転可能に連結されている。したがって、電動モータ３１の回転動力は、減速機構３０により減速された状態で操舵軸１３に伝達される。
【００１６】
本実施の形態のパワーステアリング装置１０は、操舵軸１３，ステアリングコラム４２、減速機構３０、電動モータ３１、及び電源部３７を有しており、操舵軸１３に対して操舵補助力を付与する操舵軸アシスト（コラムアシスト）式の電動パワーステアリング装置（Ｃ−ＥＰＳ）とされている。そして、このコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置１０は、操舵軸１３、ステアリングコラム４２、減速機構３０によって主要な機械的構造（主構造部）が構成されている。
【００１７】
電動モータ３１は、第１の軸部１４と第２の軸部１６との相対的な回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ３５の検出結果や、車速、ステアリングホイール１１の操舵角等の検出結果に基づいて適切な操舵補助力を発生するようにＥＣＵ（電子制御装置）３６によって駆動制御される。具体的には、ＥＣＵ３６にはトルクセンサ３５等の検出結果が入力され、ＥＣＵ３６は、この検出結果から必要とされる操舵補助力に応じた目標電力を求め、その目標電力を電源部３７から電動モータ３１に供給する。
【００１８】
電源部３７は、車載バッテリ（主電源）３８と補助電源４０とを備えている。補助電源４０は、電気二重層コンデンサにより構成されており、ＥＣＵ３６に備わった充放電回路３９によって充放電される。
この補助電源４０は、車庫入れ時や駐車時等、大きな操舵補助力が必要になった場合に用いられる。具体的には、必要とされる操舵補助力が大きく、車載バッテリ３８の負担が大きくなったときに、ＥＣＵ３６は充放電回路により補助電源４０を放電状態に切り換え、車載バッテリ３８に加えて補助電源４０の電力を電動モータ３１に供給する。これによって、電動モータ３１に十分な電力を供給することができ、安定した操舵補助を行うことができる。
【００１９】
また、必要とされる操舵補助力が比較的小さく、車載バッテリ３８の電力のみで足りる場合には補助電源４０は用いられず、ＥＣＵ３６は、充放電回路によって補助電源４０を充電状態に切り換えるとともに、車載バッテリ３８の電力を電動モータ３１に供給する。
【００２０】
図２は、電動パワーステアリング装置の斜視図であり、図３は、電動パワーステアリング装置の底面図（図２のIII矢視図）である。電動パワーステアリング装置１０の操舵軸１３は、ステアリングコラム（軸支持体）４２に軸受を介して回転自在に支持されており、このステアリングコラム４２の下側には、減速機構３０のウォーム３２及びウォームホイール３３を収容するハウジング４３が連結されている。
【００２１】
このハウジング４３は、ウォームホイール３３を覆う円盤形状の第１の部分４３Ａと、この第１の部分４３Ａの周方向の一部に一体形成され、ウォーム３２を覆う第２の部分４３Ｂとを備え、この第２の部分４３Ｂに、電動モータ３１を取り付けるための取付部４３Ｃが形成されている。
【００２２】
補助電源４０は、複数の電気二重層コンデンサのセル５０を直列に接続することにより構成されている。各セル５０は、上述のような電動パワーステアリング装置１０の構成部材（主構造部）の形状に合わせた状態で配列されている。具体的に、各セル５０は、ハウジング４３の第１の部分４３Ａの軸方向の一端面（下端面）に、操舵軸１３の周囲を取り囲むように周方向に配列されている。ハウジング４３の第１の部分４３Ａの下端面には複数の収納部５１が突出状に一体形成され、各収納部５１に各セル５０が収納されている。
【００２３】
本実施の形態のセル５０は円筒形タイプであり、収納部５１の形状もセル５０の形状に合わせて円筒形に形成されている。各収納部５１に収納された各セル５０は、ハウジング４３内において導電線やバスバー等の導電部材５２を介して互いに接続されている。
【００２４】
また、第１の部分４３Ａの下端面には、ステアリングコラム４２をチルト動作可能に支持するための支持ブラケット４４が一体に形成されている。収納部５１は、この支持ブラケット４４やハウジング４３の第２の部分４３Ｂを避けるように形成されている。図示した例では、４つの収納部５１が接近した状態で配置されるとともに、これら収納部５１から離れて１つの他の収納部４１が配置されている。このため、各収納部５１に収納される各セル５０間の距離が均一にはならず、各収納部５１に収納されたセル５０を繋ぐ導電部材５２の長さも異なることになる。
【００２５】
このような場合に、同じ径や幅の導電部材５２を用いて各セル５０を接続すると、各セル５０間の距離の長短によって導電部材５２の抵抗が異なることになり、各セル５０の電圧にバラツキが生じやすくなる。このような各セル５０の電圧のバラツキは、補助電源４０の性能低下に繋がる。
そのため、本実施の形態では、各セル５０の電圧のバランスを好適に図ることができるように、導電部材５２の径や幅、長さ等の寸法を各セル５０間の距離に応じて変化させ、各セル５０間の抵抗を均等にすることによって、各セル５０の電圧のバラツキを防止している。すなわち、導電部材５２の寸法調整により各セル５０の電圧を均等化する均等化手段が構成されている。
【００２６】
以上の実施の形態では、補助電源４０を構成する複数の電気二重層コンデンサのセル５０が、電動パワーステアリング装置１０の構成部材の形状に合わせて配列されているので、例えば、複数のセル５０を１箇所にまとめて縦横に配列したり、１直線状に配列したりする場合に比べて、複数のセル５０の配置スペースを小さくすることができる。そのため、このコラムアシスト式電動パワーステアリング装置１０が装着されるダッシュボード内であっても、広い配置スペースを確保することなく補助電源４０を配置することができる。
【００２７】
また、補助電源４０の各セル５０は、ウォームホイール３３のハウジング４３における軸方向の端面に配置されているので、当該ハウジング４３よりも径方向外方に張り出さない。そのため、当該ハウジング４３を配置することができるスペースであれば、複数のセル５０を配置することも概ね可能となる。
セル５０の収納部５１は、減速機構３０のハウジング４３と一体に形成されているので、別途収納部５１を形成する場合に比べて部品点数を少なくすることができ、また、ハウジング４３に対する補助電源４０の組み付けを容易に行うことができる。
【００２８】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す電動パワーステアリング装置１０の正面説明図である。本実施の形態は、減速機構３０のハウジング４３における第１の部分４３Ａの軸方向他端面（上端面）に複数のセル５０を設けたものである。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、複数のセル５０は、ステアリングコラム４２の外周面に配列したり、トルクセンサ３５のハウジング３４（図１参照）の端面又は外周面に配列したりすることができる。この場合も、第１，第２の実施の形態と同様に、複数のセル５０を操舵軸１３周りに配列することができる。また、セル５０の数についても上述の実施の形態に限定されるものではない。
【００３０】
また、各セル５０の電圧を均等化するための均等化手段としては、上述のように導電部材５２の寸法調整による構成に限らず、電気回路によりセル５０の電圧を均等化する構成、例えば、各セル５０の充放電状態を監視するモニタ回路を設け、各セル５０の充放電状態を監視しつつ各セル５０に対する充放電電流を制御することによって電圧を均等に保つようにした従来公知の構成を採用することもできる。
【００３１】
電気二重層コンデンサのセル５０の形状は、円筒形タイプに限らず、コイン（円盤）タイプ、角形タイプであってもよい。上述した実施の形態では、減速機構３０のハウジング４３に一体形成した収納部５１に電気二重層コンデンサのセル５０を収納しているが、減速機構３０のハウジング４３とは別に、各セル５０の収納部５１を備えたケースを形成し、このケースをハウジング４３やステアリングコラム４２等の電動パワーステアリング装置１０の構成部材に取り付けるようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明は、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に限らず、ピニオンアシスト式やラックアシスト式等の他形式の電動パワーステアリング装置にも適用することができる。例えば、ステアリングギヤ２０のピニオン軸２１に対して減速機構及び電動モータを備えたピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置の場合、補助電源４０を構成する電気二重層コンデンサのセル５０を、当該電動パワーステアリング装置の構成部材である減速機構やピニオン軸用ハウジング２６等の形状に合わせて配列することができる。ただし、この場合、補助電源４０はエンジンルーム内に配置されることになるため、電気二重層コンデンサの動作保証温度を考慮すると、車室内に補助電源４０を配置することが可能なコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用することがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図２】同電動パワーステアリング装置の斜視図である。
【図３】同電動パワーステアリング装置の底面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の正面説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  電動パワーステアリング装置
１３  操舵軸（操舵力伝達軸）
３０  減速機構（伝達機構）
３１  電動モータ
３２  ウォーム
３３  ウォームホイール
４０  補助電源
５０  セル
【図１】
2009096213.tif 000003
【図２】
2009096213.tif 000004
【図３】
2009096213.tif 000005
【図４】
2009096213.tif 000006