JP2004352242A - Electromotive power steering device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromotive power steering device capable of providing high output and excellent in reliability. <P>SOLUTION: An FET circuit and the like that constitute a motor driving circuit are installed within a housing 9. Specifically, a case 21A, which contains the FET circuit, is fixed on the surface of a cylinder unit 9B facing the side of a board 18, and other circuits are fixed on the board 18. In other words, of the motor driving circuits, the FET circuit composed of electric field effect-type transistors, which are relatively weak under heat, is fixed on the cylinder unit 9B featuring excellence in heat discharge, which can be used as a heat sink because of its large volume, while other circuits are fixed on the board 18. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、電動モータの回転力を利用して操舵系に操舵補助トルクを付与する電動式パワーステアリング装置に関し、特に、高出力が可能で且つ信頼性も向上するようにしたものである。   The present invention relates to an electric power steering device that applies a steering assist torque to a steering system by using the rotational force of an electric motor, and more particularly, to a device capable of providing high output and improving reliability.

従来の電動式パワーステアリング装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
即ち、この従来の電動式パワーステアリング装置は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラック軸に、電動モータの回転力をボールナット機構を介して伝達するように構成されていて、電動モータは、ラック軸の外側に同軸状に配設されている。また、電動モータは筒状のロータを有し、そのロータの両端部が軸受を介してハウジング内に回転自在に支持され、そのロータにボールナット機構が一体的に設けられていて、そのボールナット機構とピニオン背面側に設けられるガイドとによって、ラック軸は軸方向に摺動自在となっている。そして、このような構成であれば、ラック軸の支持箇所が２か所となるから、ボールナット機構やラックピニオン機構等の抉りやフリクションの発生が少なくなって操舵感覚が向上する、というものであった。
特開平７−１６５０８９号公報 2. Description of the Related Art As a conventional electric power steering apparatus, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.
That is, this conventional electric power steering device is configured to transmit the torque of the electric motor to the rack shaft of the rack-and-pinion type steering device via a ball nut mechanism. Are arranged coaxially outside the frame. The electric motor has a cylindrical rotor, and both ends of the rotor are rotatably supported in a housing via bearings, and the rotor is integrally provided with a ball nut mechanism. The rack shaft is slidable in the axial direction by the mechanism and the guide provided on the rear side of the pinion. With such a configuration, since the rack shaft is supported at two places, the occurrence of gouging and friction of the ball nut mechanism and the rack and pinion mechanism is reduced, and the steering feeling is improved. there were.
JP-A-7-165089

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の電動式パワーステアリング装置にあっては、電動モータを駆動するための駆動回路等がモータ外部に設けられていたため、電動モータの励磁コイルと駆動回路とを接続するためにハーネスやコネクタ等が必要となるが、電動モータの励磁コイルに電流Ｉ1 が流れると、ハーネスやコネクタ等の抵抗Ｒ1 によって電圧降下Ｉ1 ×Ｒ1 が生じてしまい、それだけ励磁コイルへの印加電圧が低下して電動モータの回転出力が低下することになる。つまり、モータケース外部に駆動回路を配設する従来の構成では、ハーネスを短くすることができないし、コネクタも省略できないから、回転出力の低下を容易に回避できないという欠点があった。 However, in the conventional electric power steering device disclosed in Patent Document 1, since a drive circuit for driving the electric motor and the like are provided outside the motor, the excitation coil and the drive circuit of the electric motor are not provided. A harness, a connector, and the like are required to connect the power supply, but when the current I 1 flows through the exciting coil of the electric motor, a voltage drop I 1 × R 1 occurs due to the resistance R 1 of the harness, the connector, and the like. As a result, the voltage applied to the exciting coil decreases, and the rotational output of the electric motor decreases. That is, in the conventional configuration in which the drive circuit is provided outside the motor case, the harness cannot be shortened, and the connector cannot be omitted.

また、上記従来の電動式パワーステアリング装置では、給電用のブラシを有する形式の電動モータを利用しているため、ブラシの磨耗等が問題となる。なお、ブラシの磨耗問題をなくすために、給電用のブラシを有しないブラシレスモータを電動式パワーステアリング装置に用いることが考えられるが、その場合でも、従来のブラシレスモータは、電動モータの駆動回路等がモータ外部に設けられていたため、励磁コイルへの印加電圧が低下して電動モータの回転出力が低下するという欠点がある。しかも、ブラシレスモータは、ロータの回転位置を検出するためにホール素子等からなる位置検出センサを電動モータ内に設ける必要があるから、駆動回路がモータ外部にあると、位置検出センサの出力信号をモータ外部の駆動回路に送ることになるが、これでは、通常は微小電力であるため外乱に弱い位置検出センサの出力信号を、比較的長い信号線を介して駆動回路に供給しなければならず、信頼性の点で問題となる。
本発明は、このような従来の電動式パワーステアリング装置における未解決の課題に着目してなされたものであって、高出力が可能で且つ信頼性に優れた電動式パワーステアリング装置を提供することを目的としている。 Further, in the above-described conventional electric power steering apparatus, since an electric motor having a brush for power supply is used, abrasion of the brush and the like becomes a problem. In order to eliminate the problem of brush abrasion, it is conceivable to use a brushless motor having no power supply brush in the electric power steering device. Is provided outside the motor, so that there is a disadvantage that the voltage applied to the exciting coil decreases and the rotational output of the electric motor decreases. In addition, since the brushless motor needs to have a position detection sensor composed of a Hall element or the like in the electric motor to detect the rotational position of the rotor, if the drive circuit is outside the motor, the output signal of the position detection sensor is output. The signal is sent to the drive circuit outside the motor, but in this case, the output signal of the position detection sensor, which is usually very small power and is vulnerable to disturbance, must be supplied to the drive circuit via a relatively long signal line. , A problem in terms of reliability.
The present invention has been made in view of the unsolved problem in such a conventional electric power steering apparatus, and provides an electric power steering apparatus capable of high output and having excellent reliability. It is an object.

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、操舵系に発生する操舵トルクを検
出するトルクセンサと、前記操舵系に操舵補助トルクを付与可能な電動モータと、前記操舵トルクが低減するように前記トルクセンサの検出結果に応じて前記電動モータを駆動させる制御手段と、を備えた電動式パワーステアリング装置において、前記電動モータとして、外周面にＳ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁された回転自在のロータと、このロータを包囲する複数相の励磁コイルを有するステータと、前記ロータの回転位置を検出する位置検出センサと、これらロータ，ステータ及び位置検出センサを収容するモータケースと、前記位置検出センサの出力に応じて前記励磁コイルに電流を供給するモータ駆動回路と、を備えたブラシレスモータを用いるとともに、前記ロータを中空の円筒状とし且つ前記操舵系の進退軸と同軸に配設し、前記モータケースを前記進退軸用のハウジングと兼用とし、前記ロータの回転力を軸方向の進退力に変換して前記進退軸に伝達するボールナット機構を設け、さらに、前記モータ駆動回路を、前記ハウジング内に配設した。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a torque sensor for detecting a steering torque generated in a steering system, an electric motor capable of applying a steering assist torque to the steering system, and a reduction in the steering torque. Control means for driving the electric motor according to the detection result of the torque sensor so that the S-pole and the N-pole are alternately arranged on the outer peripheral surface in the circumferential direction as the electric motor. Rotatable rotor magnetized at equal intervals, a stator having a plurality of phases of exciting coils surrounding the rotor, a position detection sensor for detecting the rotational position of the rotor, the rotor, the stator, and position detection A brush comprising: a motor case accommodating a sensor; and a motor drive circuit for supplying a current to the excitation coil according to an output of the position detection sensor. A motor is used, and the rotor is formed in a hollow cylindrical shape and is arranged coaxially with the advancing / retracting shaft of the steering system. A ball nut mechanism for converting the force into an advance / retreat force and transmitting the force to the advance / retreat shaft is provided, and the motor drive circuit is disposed in the housing.

また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明である電動式パワーステアリング装置において、前記モータ駆動回路を構成するパワー素子を収容したケースを、前記ハウジング内面のうち前記軸方向に平行な方向を向く面上に固定した。
そして、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に係る発明である電動式パワーステアリング装置において、前記モータ駆動回路のうちパワー素子を除いた他の回路を、前記位置検出センサとともに、前記ハウジング内に設けた基板上に配設した。 According to a second aspect of the present invention, in the electric power steering device according to the first aspect of the present invention, a case accommodating a power element constituting the motor drive circuit is provided in the axial direction on the inner surface of the housing. It was fixed on a plane facing in a parallel direction.
According to a third aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first or second aspect of the present invention, another circuit of the motor drive circuit excluding a power element is replaced with the position detection sensor. At the same time, it was arranged on a substrate provided in the housing.

本発明に係る電動式パワーステアリング装置によれば、電動モータとしてブラシレスモータを用いるとともに、モータ駆動回路を、モータケースと兼用の進退軸用のハウジング内に配設したため、高出力が可能で且つ信頼性も向上するという効果がある。
特に、請求項２に係る発明であれば、放熱性が良好になって信頼性がより向上するとともに、組立時の作業性も向上するという利点がある。
また、請求項３に係る発明であれば、ノイズに対してさらに強くなるから、さらに信頼性が向上するようになる。 According to the electric power steering device of the present invention, a brushless motor is used as the electric motor, and the motor drive circuit is disposed in the housing for the reciprocating shaft that also serves as the motor case. This has the effect of improving the performance.
In particular, the invention according to claim 2 has the advantages that heat dissipation is improved, reliability is further improved, and workability during assembly is also improved.
Further, according to the third aspect of the present invention, since noise is further enhanced, reliability is further improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１乃至図４は本発明の一実施の形態を示す図であり、図１は本発明に係る電動式パワーステアリング装置１の全体構成を表した断面図である。
即ち、本実施の形態における電動式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の回転力が、アッパステアリングシャフト３Ａ及び自在継手３Ｂを介してロアステアリングシャフト３Ｃに伝達されるようになっていて、このロアステアリングシャフト３Ｃの下端側は、ステアリングギアボックス４内に挿入され、そのステアリングギアボックス４内に挿入されたロアステアリングシャフト３Ｃには図示しないピニオンが形成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing the entire configuration of an electric power steering device 1 according to the present invention.
That is, in the electric power steering apparatus 1 according to the present embodiment, the rotational force of the steering wheel 2 is transmitted to the lower steering shaft 3C via the upper steering shaft 3A and the universal joint 3B. A lower end of the steering shaft 3C is inserted into the steering gear box 4, and a pinion (not shown) is formed on the lower steering shaft 3C inserted into the steering gear box 4.

そして、ステアリングギアボックス４を、車幅方向に延びるラック軸５が左右に貫通していて、ロアステアリングシャフト３Ｃのピニオンとラック軸５のラックとが噛み合っている。また、ラック軸５の左右に延びる両端部には、ボールジョイント６Ａ，６Ｂを介してタイロッド７Ａ，７Ｂが連結され、タイロッド７Ａ，７Ｂの図示しない外端側は、図示しない転舵輪を回転自在に支持するナックルに、転舵力伝達可能に結合されている。なお、ラック軸５の両端部とタイロッド７Ａ，７Ｂとの間には、それぞれダストブーツ５Ａ，５Ｂが外嵌していて、これにより、ステアリングギアボックス４内やハウジング９内にゴミ等が入り込むことを防止している。   A rack shaft 5 extending in the vehicle width direction penetrates the steering gear box 4 to the left and right, and the pinion of the lower steering shaft 3C and the rack of the rack shaft 5 mesh with each other. Tie rods 7A and 7B are connected to both ends of the rack shaft 5 extending to the left and right via ball joints 6A and 6B, and outer ends (not shown) of the tie rods 7A and 7B rotatably turn steered wheels (not shown). The steering knuckle is coupled to the knuckle so as to transmit the steering force. Note that dust boots 5A and 5B are externally fitted between both ends of the rack shaft 5 and the tie rods 7A and 7B, respectively, so that dust and the like can enter the steering gear box 4 and the housing 9. Has been prevented.

ラック軸５は、図示しない車体にブラケット８Ａ，８Ｂを介して固定された円筒状のハ
ウジング９内を挿通している。具体的には、ハウジング９は、ステアリングギアボックス４に近い側から、そのステアリングギアボックス４に結合した連結部９Ａと、比較的肉厚の円筒部９Ｂと、この円筒部９Ｂの外周面にかしめ止めされた比較的肉薄の円筒部９Ｃと、この円筒部９Ｃの端部に螺合して固定される予圧部材９Ｄとから構成されていて、連結部９Ａ，予圧部材９Ｄのそれぞれがブラケット８Ａ，８Ｂを介して車体に固定されている。 The rack shaft 5 is inserted through a cylindrical housing 9 fixed to a vehicle body (not shown) via brackets 8A and 8B. More specifically, the housing 9 includes a connecting portion 9A connected to the steering gear box 4, a relatively thick cylindrical portion 9B, and a crimped outer peripheral surface of the cylindrical portion 9B from the side close to the steering gear box 4. It is composed of a relatively thin cylindrical portion 9C stopped and a preload member 9D screwed and fixed to an end of the cylindrical portion 9C, and the connecting portion 9A and the preload member 9D are respectively provided with brackets 8A and 8A. It is fixed to the vehicle body via 8B.

これらのうち、比較的肉薄の円筒部９Ｃは、円筒部９Ｂに固定されて比較的長く軸方向に延びる大径部９ａと、予圧部材９Ｄが螺合される小径部９ｂと、大径部９ａ及び小径部９ｂ間を連結するテーパ部９ｃとから構成されている。そして、ハウジング９の内側には、ラック軸５を非接触に且つ同軸に包囲するように円筒状の回転軸１０Ａが配設され、この回転軸１０Ａ外周面には円筒状の永久磁石１０Ｂが固定されている。この永久磁石１０Ｂは、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁された磁石であって、これら回転軸１０Ａ及び永久磁石１０Ｂによって回転自在のロータ１０が構成されている。
回転軸１０Ａの予圧部材９Ｄ側端部には、ボールナット１１が回転方向に一体に固定され、ラック軸５のラックが形成されている部分以外の部分にはボールネジ１２が形成され、それらボールナット１１及びボールネジ１２間には複数のボール１３が介在していて、これにより、ボールナット機構が構成されている。 Among these, the relatively thin cylindrical portion 9C is fixed to the cylindrical portion 9B and extends in a relatively long axial direction, a large-diameter portion 9b to which the preload member 9D is screwed, and a large-diameter portion 9a. And a tapered portion 9c connecting between the small diameter portions 9b. A cylindrical rotating shaft 10A is disposed inside the housing 9 so as to surround the rack shaft 5 in a non-contact and coaxial manner, and a cylindrical permanent magnet 10B is fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 10A. Have been. The permanent magnet 10B is a magnet in which S and N poles are alternately and circumferentially magnetized at equal intervals in the circumferential direction, and the rotating shaft 10A and the permanent magnet 10B constitute a rotatable rotor 10.
A ball nut 11 is integrally fixed to the end of the rotating shaft 10A on the preloading member 9D side in the rotation direction, and a ball screw 12 is formed in a portion other than the portion where the rack of the rack shaft 5 is formed. A plurality of balls 13 are interposed between the ball screw 11 and the ball screw 12, thereby forming a ball nut mechanism.

そして、回転軸１０Ａの連結部９Ａ側端部外周面と円筒部９Ｂ内周面との間に軸受１４Ａが配設され、ボールナット１１の外周面と小径部９ｂ内周面との間に軸受１４Ｂが配設されていて、これによりロータ１０及びボールナット１１がハウジング９内に回転自在に支持されている。なお、回転軸１０Ａには、軸受１４Ａ内輪の軸受１４Ｂ側を向く端面に当接するリング状の凸部１０ａが形成されるとともに、軸受１４Ａ外輪の連結部９Ａ側を向く端面は円筒部９Ｂの段差部に当接するようになっている。これに対し、ボールナット１１には、軸受１４Ｂ内輪の軸受１４Ａ側を向く端面が当接する段差部が形成され、軸受１４Ｂ外輪のボールジョイント６Ｂ側を向く端面には、予圧部材９Ｄの端面が当接するようになっている。従って、予圧部材９Ｄを小径部９ｂに螺合させることにより発生する軸方向の力は、軸受１４Ｂ外輪，軸受１４Ｂ転動体，軸受１４Ｂ内輪，ボールナット１１，回転軸１０Ａ，凸部１０ａ，軸受１４Ａ内輪，軸受１４Ａ転動体及び軸受１４Ａ外輪を介して円筒部９Ｂに伝達するようになっており、これにより軸受１４Ａ，１４Ｂに適宜予圧を付与することができる。なお、小径部９ｂには、予圧部材９Ｄに続けてリング状の固定ネジ１５が螺合するようになっていて、これにより予圧部材９Ｄが緩むことが防止されている。   A bearing 14A is provided between the outer peripheral surface of the end of the rotating shaft 10A on the connecting portion 9A side and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 9B, and a bearing is provided between the outer peripheral surface of the ball nut 11 and the inner peripheral surface of the small diameter portion 9b. 14B, the rotor 10 and the ball nut 11 are rotatably supported in the housing 9. The rotating shaft 10A is formed with a ring-shaped convex portion 10a which is in contact with an end surface of the inner ring of the bearing 14A facing the bearing 14B, and has a stepped portion of the cylindrical portion 9B facing the connecting portion 9A side of the outer ring of the bearing 14A. It comes into contact with the part. On the other hand, the ball nut 11 is formed with a stepped portion in which the end face of the inner ring of the bearing 14B facing the bearing 14A contacts, and the end face of the outer ring of the bearing 14B facing the ball joint 6B receives the end face of the preload member 9D. Are in contact with each other. Therefore, the axial force generated by screwing the preload member 9D into the small-diameter portion 9b is limited to the bearing 14B outer ring, the bearing 14B rolling element, the bearing 14B inner ring, the ball nut 11, the rotating shaft 10A, the projection 10a, and the bearing 14A. The power is transmitted to the cylindrical portion 9B via the inner ring, the bearing 14A rolling element, and the bearing 14A outer ring, whereby a preload can be appropriately applied to the bearings 14A and 14B. The small-diameter portion 9b is screwed with a ring-shaped fixing screw 15 following the preload member 9D, thereby preventing the preload member 9D from being loosened.

また、ボールナット１１は、回転は自在であるが、予圧部材９Ｄによって付与される軸受１４Ａ，１４Ｂ間の予圧により軸方向には変位不可能となっているため、ボールナット１１に生じた回転力は、ボール１３及びボールネジ１２によって進退力に変換されてラック軸５に伝達するようになっている。
一方、大径部９ａの内周面にはコア１６Ａが固定され、このコア１６Ａには永久磁石１０Ｂを包囲するように３相の励磁コイル１６Ｂが巻き付けられていて、これらコア１６Ａ及び励磁コイル１６Ｂによって、ステータ１６が構成されている。また、回転軸１０Ａの永久磁石１０Ｂが固定された部分よりも軸受１４Ａ側の部位には、永久磁石１０Ｂと同様にＳ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁されたリング状の位相検出用の永久磁石１７が固定されている。 The ball nut 11 can rotate freely, but cannot be displaced in the axial direction due to the preload between the bearings 14A and 14B provided by the preload member 9D. Is converted into an advance / retreat force by the ball 13 and the ball screw 12 and transmitted to the rack shaft 5.
On the other hand, a core 16A is fixed to the inner peripheral surface of the large-diameter portion 9a, and a three-phase excitation coil 16B is wound around the core 16A so as to surround the permanent magnet 10B. Thus, the stator 16 is configured. A ring in which S poles and N poles are alternately and circumferentially magnetized at equal intervals in the circumferential direction, similar to the permanent magnet 10B, is provided at a portion of the rotating shaft 10A closer to the bearing 14A than the portion where the permanent magnet 10B is fixed. A phase-like permanent magnet 17 for phase detection is fixed.

さらに、ハウジング９内には、永久磁石１７の軸受１４Ａ側の面に近接するように円形の基板１８が固定されている。具体的には、図１の要部拡大図である図２に示すように、基板１８は、円筒部９Ｂに螺合するネジ１８ａによってその円筒部９Ｂに固定されている。ネジ１８ａは実際には周方向に複数設けられるとともに、各ネジ１８ａはカラー１８ｂ
で包囲されていて、カラー１８ｂが基板１８及び円筒部９Ｂ間に挟まれることにより、基板１８の軸受１４Ａ側に空間が形成されるようにしている。そして、基板１８には、例えばホール素子等からなる位相検出用の検出素子１９が固定されている。なお、実際には検出素子１９は、励磁コイル１６Ｂの相数に対応して周方向に等間隔に３個設けられているが、図２は断面図であるため、その内の一つのみを示している。 Further, a circular substrate 18 is fixed in the housing 9 so as to be close to the surface of the permanent magnet 17 on the bearing 14A side. Specifically, as shown in FIG. 2 which is an enlarged view of a main part of FIG. 1, the substrate 18 is fixed to the cylindrical portion 9B by screws 18a screwed to the cylindrical portion 9B. A plurality of screws 18a are actually provided in the circumferential direction, and each screw 18a is provided with a collar 18b.
The collar 18b is sandwiched between the substrate 18 and the cylindrical portion 9B, so that a space is formed on the bearing 14A side of the substrate 18. A detection element 19 for detecting a phase, such as a Hall element, is fixed to the substrate 18. In addition, actually, three detecting elements 19 are provided at equal intervals in the circumferential direction corresponding to the number of phases of the exciting coil 16B. However, since FIG. 2 is a cross-sectional view, only one of them is used. Is shown.

図３は、励磁コイル１６Ｂをａ相，ｂ相及びｃ相の３相とした場合における回路図であって、この例では、スター結線されている励磁コイル１６Ｂのａ〜ｃ相のそれぞれの外端側が、モータ駆動回路２０に接続されている。また、励磁コイル１６Ｂの相数に対応して、位置検出センサとしての三つの位相検出用の検出素子１９が設けられていて、各検出素子１９の出力もモータ駆動回路２０に供給されるようになっている。   FIG. 3 is a circuit diagram in the case where the exciting coil 16B has three phases of a phase, b phase, and c phase. In this example, each of the a to c phases of the star-connected exciting coil 16B is outside. The end is connected to the motor drive circuit 20. Further, three detection elements 19 for phase detection as a position detection sensor are provided corresponding to the number of phases of the exciting coil 16B, and the output of each detection element 19 is also supplied to the motor drive circuit 20. Has become.

モータ駆動回路２０は、大電力用素子であるパワー素子としての六つの電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2で構成されたＦＥＴ回路２１を有し、このＦＥＴ回路２１は、電源供給側とＧＮＤ側との間を三つの並列ラインを介して接続していて、各ラインには、電界効果型トランジスタが二つずつ（Ｔa1とＴa2，Ｔb1とＴb2，Ｔc1とＴc2）直列に配設されている。そして、電界効果型トランジスタＴa1及びＴa2間が励磁コイル１６Ｂのａ相の外端側に接続され、電界効果型トランジスタＴb1及びＴb2間が励磁コイル１６Ｂのｂ相の外端側に接続され、電界効果型トランジスタＴc1及びＴc2間が励磁コイル１６Ｂのｃ相の外端側に接続されている。つまり、各電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2のオン・オフ状態によって、励磁コイル１６Ｂのａ〜ｃ相のそれぞれに所定の方向の電流が適宜流れるようになっている。   The motor drive circuit 20 has an FET circuit 21 composed of six field-effect transistors Ta1 to Tc2 as power elements, which are high power elements. The FET circuit 21 is connected between a power supply side and a GND side. The lines are connected via three parallel lines, and two field effect transistors (Ta1 and Ta2, Tb1 and Tb2, Tc1 and Tc2) are arranged in series on each line. The field effect transistors Ta1 and Ta2 are connected to the outer end of the phase a of the exciting coil 16B, and the field effect transistors Tb1 and Tb2 are connected to the outer end of the phase b of the exciting coil 16B. The region between the type transistors Tc1 and Tc2 is connected to the c-phase outer end of the exciting coil 16B. That is, depending on the on / off state of each of the field effect transistors Ta1 to Tc2, a current in a predetermined direction appropriately flows through each of the a to c phases of the exciting coil 16B.

また、モータ駆動回路２０は、電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2のゲートに適宜電圧を印加してそれらのオン・オフ状態を制御するＦＥＴゲート駆動回路２２と、検出素子１９の出力を受けてロータ１０の回転位置を検出しその検出結果をＦＥＴゲート駆動回路２２に供給するロータ位置検出回路２３と、ＦＥＴ回路２１及びＧＮＤ間に介在してこのＦＥＴ回路２１を流れる励磁コイル１６Ｂを流れる電流を検出する電流検出回路２４と、を有している。   Further, the motor drive circuit 20 applies an appropriate voltage to the gates of the field effect transistors Ta1 to Tc2 to control the ON / OFF state of the FETs. A rotor position detecting circuit 23 which detects the rotational position of the motor and supplies the detection result to the FET gate drive circuit 22, and a current flowing through the exciting coil 16B flowing through the FET circuit 21 between the FET circuit 21 and GND. And a current detection circuit 24.

さらに、モータ駆動回路２０とは別に、電動式パワーステアリング装置における操舵補助トルク制御を実行するコントローラ３０が備えられ、このコントローラ３０には、図１に示すように、ロアステアリングシャフト３Ｃに設けられたトルクセンサ３１からトルク検出信号が供給されるようになっており、コントローラ３０は、そのトルク検出信号に基づいて操舵系に発生している操舵トルクを確認し、その操舵トルクが軽減されるような操舵補助トルクが操舵系に発生するように、モータ駆動回路２０のＦＥＴゲート駆動回路２２に対して制御信号を出力するようになっている。   Further, separately from the motor drive circuit 20, a controller 30 for executing steering assist torque control in the electric power steering device is provided. As shown in FIG. 1, the controller 30 is provided on the lower steering shaft 3C. A torque detection signal is supplied from the torque sensor 31. The controller 30 checks the steering torque generated in the steering system based on the torque detection signal, and reduces the steering torque. A control signal is output to the FET gate drive circuit 22 of the motor drive circuit 20 so that steering assist torque is generated in the steering system.

つまり、コントローラ３０は、ＦＥＴゲート駆動回路２２に対し、必要な操舵補助トルクの回転方向及び大きさに応じて制御信号を出力するようになっていて、ＦＥＴゲート駆動回路２２は、コントローラ３０から供給される制御信号に応じた操舵補助トルクが操舵系に発生するように、ＦＥＴ回路２１の電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2のゲートに適宜電圧を印加するようになっている。この場合、ＦＥＴゲート駆動回路２２は、ロータ位置検出回路２３の検出結果からロータ１０の回転位置を確認し、その回転位置に見合った励磁コイル１６Ｂのａ〜ｃ相に適宜電流が流れるように、ＦＥＴ回路２１の電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2のゲートに電圧を印加するようになっている。なお、コントローラ３０は、電流検出回路２４の検出結果に基づいて操舵補助トルクの発生状態を確認するようになっている。   That is, the controller 30 outputs a control signal to the FET gate drive circuit 22 in accordance with the rotation direction and magnitude of the necessary steering assist torque. An appropriate voltage is applied to the gates of the field effect transistors Ta1 to Tc2 of the FET circuit 21 so that a steering assist torque corresponding to the control signal is generated in the steering system. In this case, the FET gate drive circuit 22 confirms the rotation position of the rotor 10 from the detection result of the rotor position detection circuit 23, and appropriately supplies current to the a to c phases of the exciting coil 16B corresponding to the rotation position. A voltage is applied to the gates of the field effect transistors Ta1 to Tc2 of the FET circuit 21. The controller 30 confirms the state of generation of the steering assist torque based on the detection result of the current detection circuit 24.

そして、モータ駆動回路２０を構成するＦＥＴ回路２１，ＦＥＴゲート駆動回路２２，
ロータ位置検出回路２３及び電流検出回路２４を、ハウジング９内に配設している。
具体的には、図２に示すように、パワー素子としての電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2を収容したケース２１Ａは、円筒部９Ｂ内面のうち、ラック５の軸方向に平行な方向を向く面（基板１８側を向く面）上に固定されるとともに、ＦＥＴゲート駆動回路２２，ロータ位置検出回路２３及び電流検出回路２４のそれぞれは、検出素子１９とともに、基板１８上に固定されている。つまり、モータ駆動回路２０のうち、比較的熱に弱い電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2から構成されたＦＥＴ回路２１は、体積が大きいためヒートシンクとして利用できる放熱性の良い円筒部９Ｂ上に固定し、他の回路２２〜２４は、基板１８上に固定しているのである。 Then, the FET circuit 21, the FET gate drive circuit 22, and the
The rotor position detection circuit 23 and the current detection circuit 24 are provided in the housing 9.
Specifically, as shown in FIG. 2, the case 21 </ b> A housing the field-effect transistors Ta <b> 1 to Tc <b> 2 as power elements has a surface (in the inner surface of the cylindrical portion 9 </ b> B) oriented in a direction parallel to the axial direction of the rack 5. The FET gate drive circuit 22, the rotor position detection circuit 23, and the current detection circuit 24 are fixed on the substrate 18 together with the detection element 19, while being fixed on the surface facing the substrate 18). That is, of the motor drive circuit 20, the FET circuit 21 composed of the field-effect transistors Ta1 to Tc2, which are relatively weak to heat, is fixed on the cylindrical portion 9B having good heat dissipation, which can be used as a heat sink because of its large volume. The other circuits 22 to 24 are fixed on the substrate 18.

なお、ＦＥＴ回路２１を収容したケース２１Ａは各電界効果型トランジスタＴa1〜Ｔc2毎に六つ備えられ、各ケース２１Ａは、図４に示すように、回転軸１０Ａを中心として放射状に配設されていて、これにより、基板１８及び円筒部９Ｂ間に形成されるリング状の空間に、効率良くケース２１Ａを収納できるようにしている。また、各ケース２１Ａは、図２に示すように、それを貫通するビス２１Ｂによって円筒部９Ｂに固定されているが、基板１８には、ビス２１Ｂを締め付ける際に治具の差し込みを可能とするために、ケース２１Ａの固定位置に対応して複数の孔１８ｃが形成されている。なお、図４中、２１Ｃは各ケース２１Ａに形成されたビス２１Ｂ貫通用の孔であり、３２はネジ１８ａ締結用のネジ孔である。   It should be noted that six cases 21A accommodating the FET circuit 21 are provided for each of the field-effect transistors Ta1 to Tc2, and each case 21A is arranged radially around the rotation shaft 10A as shown in FIG. Thus, the case 21A can be efficiently stored in the ring-shaped space formed between the substrate 18 and the cylindrical portion 9B. Further, as shown in FIG. 2, each case 21A is fixed to the cylindrical portion 9B by a screw 21B penetrating therethrough, but the jig can be inserted into the substrate 18 when the screw 21B is tightened. Therefore, a plurality of holes 18c are formed corresponding to the fixing positions of the case 21A. In FIG. 4, reference numeral 21C denotes a hole for penetrating the screw 21B formed in each case 21A, and 32 denotes a screw hole for fastening the screw 18a.

ここで、本実施の形態では、ステアリングホイール２，アッパステアリングシャフト３Ａ，自在継手３Ｂ，ロアステアリングシャフト３Ｃ，ラック軸５，ボールジョイント６Ａ，６Ｂ，タイロッド７Ａ，７Ｂ及び図示しないナックルによって操舵系が構成され、ラック軸５が進退軸に対応し、コントローラ３０が制御手段に対応し、ロータ１０，ステータ１６，検出素子１９，モータ駆動回路２０及びハウジング９によってブラシレスモータ１Ａが構成されている。従って、本実施の形態では、ラック軸５のハウジング９は、ブラシレスモータ１Ａのモータケースと兼用されている。   Here, in the present embodiment, a steering system is configured by the steering wheel 2, the upper steering shaft 3A, the universal joint 3B, the lower steering shaft 3C, the rack shaft 5, the ball joints 6A and 6B, the tie rods 7A and 7B, and a knuckle (not shown). The rack shaft 5 corresponds to the forward / backward shaft, the controller 30 corresponds to the control means, and the rotor 10, the stator 16, the detecting element 19, the motor drive circuit 20, and the housing 9 constitute a brushless motor 1A. Therefore, in the present embodiment, the housing 9 of the rack shaft 5 is also used as a motor case of the brushless motor 1A.

そして、上記のような構成であると、運転者がステアリングホイール２を操舵することにより発生した操舵力は、アッパステアリングシャフト３Ａ，自在継手３Ｂ及びロアステアリングシャフト３Ｃを介してラック軸５に伝達され、ここでラックピニオン機構により進退力に変換され、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド７Ａ，７Ｂが左右に進退してナックルに転舵力が発生し、転舵輪が転舵される。   With the above configuration, the steering force generated by the driver steering the steering wheel 2 is transmitted to the rack shaft 5 via the upper steering shaft 3A, the universal joint 3B, and the lower steering shaft 3C. Here, the rack and pinion mechanism converts the force into advance and retreat force, and the tie rods 7A and 7B connected to both ends of the rack shaft 5 advance and retreat left and right to generate a steering force on the knuckle and steer the steered wheels.

また、このような操舵の際にステアリングホイール２を操舵してロアステアリングシャフト３Ｃに回転力が生じると、トルクセンサ３１を構成する例えばトーションバー４に、転舵輪及び路面間の摩擦力やラックピニオン機構のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた捩じれが生じるため、それが操舵トルクとして検出されトルク検出信号としてコントローラ３０に供給される。   Further, when the steering wheel 2 is steered during such steering and a rotational force is generated in the lower steering shaft 3C, for example, the frictional force between the steered wheels and the road surface or the rack pinion is applied to, for example, the torsion bar 4 constituting the torque sensor 31. Since a torsion occurs according to a frictional force such as meshing of gears of the mechanism, the torsion is detected as a steering torque and supplied to the controller 30 as a torque detection signal.

すると、コントローラ３０は、供給されたトルク検出信号に応じて、操舵系の操舵トルクが低減するようにモータ駆動回路２０に指令信号を出力するから、ブラシレスモータ１Ａのボールナット１１に、操舵系に発生している操舵トルクの方向及び大きさに応じた回転力が発生する。さらに、ボールナット１１に発生した回転力は、ボール１３及びボールネジ１２によってラック軸５の進退力に変換されるから、ラック軸５に操舵補助トルクが付与されたことになり、操舵トルクが減少し、操縦者の負担が軽減される。   Then, the controller 30 outputs a command signal to the motor drive circuit 20 so as to reduce the steering torque of the steering system in accordance with the supplied torque detection signal, so that the controller 30 outputs the command signal to the ball nut 11 of the brushless motor 1A and to the steering system. A rotational force is generated according to the direction and magnitude of the generated steering torque. Further, since the rotational force generated in the ball nut 11 is converted into the forward / backward force of the rack shaft 5 by the ball 13 and the ball screw 12, the steering assist torque is applied to the rack shaft 5, and the steering torque decreases. The burden on the pilot is reduced.

一方、操舵補助トルクが発生している際の励磁コイル１６Ｂからは、これに流れる電流とその抵抗とに比例した発熱があり、その発熱は励磁コイル１６Ｂから周囲の各部材に伝わり、最終的にはハウジング９表面から外部に放射されるが、本実施の形態のように電動
式パワーステアリング装置の動力源として用いられているブラシレスモータ１Ａにあっては、その励磁コイル１６Ｂには操舵補助トルクが必要な時にのみ電流が流れるため、常時励磁コイルに電流が流れるブラシレスモータとは異なり、励磁コイル１６Ｂからの発熱は散発的に発生する。従って、モータ駆動回路２０をハウジング９内に設けても、ヒートシンクとして機能する体積の大きな円筒部９ＢにＦＥＴ回路２１を固定するような工夫をするだけでモータ駆動回路２０の温度上昇を効果的に抑制することができ、モータ駆動回路２０の温度上昇による故障等は防止できる。 On the other hand, when the steering assist torque is generated, the exciting coil 16B generates heat proportional to the current flowing therethrough and its resistance, and the heat is transmitted from the exciting coil 16B to each of the surrounding members, and finally ends up being. Is radiated from the surface of the housing 9 to the outside. In the brushless motor 1A used as a power source of the electric power steering apparatus as in the present embodiment, the steering assist torque is applied to the exciting coil 16B. Since current flows only when necessary, unlike a brushless motor in which current always flows through the exciting coil, heat generation from the exciting coil 16B occurs sporadically. Therefore, even if the motor drive circuit 20 is provided in the housing 9, the temperature rise of the motor drive circuit 20 can be effectively increased only by contriving the FET circuit 21 to the large volume cylindrical portion 9B functioning as a heat sink. Thus, a failure due to a rise in the temperature of the motor drive circuit 20 can be prevented.

そして、モータ駆動回路２０がハウジング９内に設けられていれば、励磁コイル１６Ｂとモータ駆動回路２０との間を接続するためのハーネスが極短くて済むようになるし、コネクタも不要になるから、励磁コイル１６Ｂ以外での電圧降下を僅かに抑えることができる。このため、電源側の電力を効率よく励磁コイル１６Ｂに供給することができるから、ブラシレスモータ１Ａの回転出力を向上させて電動式パワーステアリング装置１の高出力が達成されるのである。   If the motor drive circuit 20 is provided in the housing 9, a harness for connecting the excitation coil 16B and the motor drive circuit 20 can be made extremely short, and a connector is not required. In addition, a voltage drop other than the excitation coil 16B can be slightly suppressed. For this reason, the power on the power supply side can be efficiently supplied to the exciting coil 16B, so that the rotation output of the brushless motor 1A is improved, and the high output of the electric power steering device 1 is achieved.

特に、本実施の形態のように、基板１８上に、検出素子１９とともに、ＦＥＴゲート駆動回路２２，ロータ位置検出回路２３及び電流検出回路２４を配設すれば、検出素子１９，ロータ位置検出回路２３及びＦＥＴゲート駆動回路２２を極めて近接して配設することができ、基板１８上の配線だけでそれらの間の信号の送信が可能となるから、外乱に強くなるし、しかもコネクタの接触不良や信号線の断線の可能性も極めて小さくなるので、電動式パワーステアリング装置１の信頼性も向上するのである。   In particular, if the FET gate drive circuit 22, the rotor position detection circuit 23, and the current detection circuit 24 are provided on the substrate 18 together with the detection element 19 as in this embodiment, the detection element 19, the rotor position detection circuit 23 and the FET gate drive circuit 22 can be disposed very close to each other, and signals can be transmitted between them only by the wiring on the substrate 18, so that it is strong against disturbance and the contact of the connector is poor. Also, the possibility of disconnection of the signal line becomes extremely small, so that the reliability of the electric power steering device 1 is also improved.

さらに、本実施の形態では、モータ駆動回路２０をハウジング９内に設けるにあたっても、ＦＥＴ回路２１以外の回路は、基板１８上に固定するとともに、基板１８と円筒部９Ｂとの間にリング状の空間を設け、その空間内に効率良くＦＥＴ回路２１を収容したケース２１Ａを配設しているため、ハウジング９内に大きなスペースを新たに確保する必要がなく、スペース的な余裕の小さい車両用の電動式パワーステアリング装置１にとって非常に有益である。   Further, in the present embodiment, when the motor drive circuit 20 is provided in the housing 9, circuits other than the FET circuit 21 are fixed on the substrate 18, and a ring-shaped circuit is provided between the substrate 18 and the cylindrical portion 9 </ b> B. Since a space is provided and the case 21A accommodating the FET circuit 21 is efficiently disposed in the space, there is no need to newly secure a large space in the housing 9, and the space for a vehicle with a small space margin is small. This is very useful for the electric power steering device 1.

しかも、ケース２１Ａを、円筒部９Ｂ内面のうち、ラック５の軸方向に平行な方向を向く面上に固定しているため、ビス２１Ｂをラック軸５に平行にすることができ、そのビス２１Ｂを締結する際に、例えば基板１８に孔１８ｃを形成しておくだけで容易にドライバ等の治具を差し込むことができ、組立時の作業性向上にとって有利である。これに対し、ケース２１Ａを円筒部９Ｂや９Ｃの内周面に固定してしまうと、固定用のビスがラック軸５に対して直交する方向を向くから、ケース２１Ａの固定作業が面倒になるという不具合があるのである。   In addition, since the case 21A is fixed on the inner surface of the cylindrical portion 9B that faces in the direction parallel to the axial direction of the rack 5, the screws 21B can be made parallel to the rack shaft 5. At the time of fastening, a jig such as a driver can be easily inserted simply by forming a hole 18c in the substrate 18, for example, which is advantageous for improving workability during assembly. On the other hand, if the case 21A is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 9B or 9C, the fixing screw is oriented in a direction perpendicular to the rack shaft 5, so that the fixing work of the case 21A becomes troublesome. There is a problem that.

なお、上述したように電動式パワーステアリング装置１におけるブラシレスモータ１Ａの励磁コイル１６Ｂからの発熱は散発的に発生することから、特に図示はしないが、励磁コイル１６Ｂとモータ駆動回路との間を遮るように、伝熱性の良い鉄製の遮熱板をハウジング９内に固定すれば、励磁コイル１６Ｂで発生した熱の一部がモータ駆動回路側に伝わる前に遮熱板を介してハウジング９外面から放熱されるから、ヒートシンクとして機能する円筒部９Ｂによる放熱効果と相まって、ＦＥＴ回路２１等のモータ駆動回路の温度上昇をより効果的に抑制できるようになる。
また、回転軸１０とボールナット１１とは別部材でなくてもよく、例えば回転軸１０の端部にボールナットを形成するようにしてもよい。そして、上記実施の形態では、励磁コイル１６Ｂを３相としているが、これに限定されるものではなく、例えば４相や５相であってもよい。 As described above, since the heat generated from the excitation coil 16B of the brushless motor 1A in the electric power steering device 1 is sporadic, the space between the excitation coil 16B and the motor drive circuit is blocked (not shown). As described above, if an iron heat shield having good heat conductivity is fixed in the housing 9, a part of the heat generated by the exciting coil 16B is transmitted from the outer surface of the housing 9 via the heat shield before the heat is transmitted to the motor drive circuit side. Since the heat is dissipated, the temperature rise of the motor drive circuit such as the FET circuit 21 can be more effectively suppressed in combination with the heat dissipating effect of the cylindrical portion 9B functioning as a heat sink.
Further, the rotating shaft 10 and the ball nut 11 may not be separate members. For example, a ball nut may be formed at an end of the rotating shaft 10. In the above embodiment, the excitation coil 16B has three phases. However, the present invention is not limited to this. For example, four or five phases may be used.

本発明の一実施の形態の全体構成を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of an embodiment of the present invention. 図１の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. ブラシレスモータの回路図である。It is a circuit diagram of a brushless motor. ＦＥＴ回路の配置関係の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an arrangement relationship of FET circuits.

符号の説明Explanation of reference numerals

１ 電動式パワーステアリング装置
１Ａ ブラシレスモータ
２ ステアリングホイール
３Ａ アッパステアリングシャフト
３Ｂ 自在継手
３Ｃ ロアステアリングシャフト
５ ラック軸（進退軸）
６Ａ，６Ｂ ボールジョイント
７Ａ，７Ｂ タイロッド
９ ハウジング
１０ ロータ
１０ Ａ回転軸
１０ Ｂ永久磁石
１１ ボールナット
１２ ネジ軸
１３ ボール
１４Ａ，１４Ｂ 軸受
１６ ステータ
１６Ａ コア
１６Ｂ 励磁コイル
１８ 基板
１９ 検出素子（位置検出センサ）
２０ モータ駆動回路
２１ ＦＥＴ回路
２１Ａ ケース
２２ ＦＥＴゲート駆動回路
２３ ロータ位置検出回路
２４ 電流検出回路
３０ コントローラ（制御手段）
３１ トルクセンサ
Ｔa1〜Ｔc2 電界効果型トランジスタ（パワー素子） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering device 1A Brushless motor 2 Steering wheel 3A Upper steering shaft 3B Universal joint 3C Lower steering shaft 5 Rack axis (forward / backward axis)
6A, 6B Ball joint 7A, 7B Tie rod 9 Housing 10 Rotor 10 A rotating shaft 10 B Permanent magnet 11 Ball nut 12 Screw shaft 13 Ball 14A, 14B Bearing 16 Stator 16A Core 16B Exciting coil 18 Substrate 19 Detecting element (position detecting sensor)
Reference Signs List 20 motor drive circuit 21 FET circuit 21A case 22 FET gate drive circuit 23 rotor position detection circuit 24 current detection circuit 30 controller (control means)
31 Torque sensor Ta1 to Tc2 Field effect transistor (power element)

Claims (3)

操舵系に発生する操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵系に操舵補助トルクを付与可能な電動モータと、前記操舵トルクが低減するように前記トルクセンサの検出結果に応じて前記電動モータを駆動させる制御手段と、を備えた電動式パワーステアリング装置において、
前記電動モータとして、外周面にＳ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁された回転自在のロータと、このロータを包囲する複数相の励磁コイルを有するステータと、前記ロータの回転位置を検出する位置検出センサと、これらロータ，ステータ及び位置検出センサを収容するモータケースと、前記位置検出センサの出力に応じて前記励磁コイルに電流を供給するモータ駆動回路と、を備えたブラシレスモータを用いるとともに、前記ロータを中空の円筒状とし且つ前記操舵系の進退軸と同軸に配設し、前記モータケースを前記進退軸用のハウジングと兼用とし、前記ロータの回転力を軸方向の進退力に変換して前記進退軸に伝達するボールナット機構を設け、さらに、前記モータ駆動回路を、前記ハウジング内に配設したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。 A torque sensor for detecting a steering torque generated in a steering system, an electric motor capable of providing a steering assist torque to the steering system, and the electric motor according to a detection result of the torque sensor so as to reduce the steering torque. Control means to be driven, and an electric power steering apparatus comprising:
A rotatable rotor in which S and N poles are alternately and circumferentially magnetized on the outer circumferential surface at equal intervals as the electric motor, a stator having a multi-phase excitation coil surrounding the rotor, and the rotor A position detecting sensor for detecting the rotational position of the motor, a motor case accommodating the rotor, the stator, and the position detecting sensor; and a motor drive circuit for supplying a current to the exciting coil according to an output of the position detecting sensor. A brushless motor is used, the rotor is formed in a hollow cylindrical shape, and is disposed coaxially with the reciprocating shaft of the steering system, the motor case is also used as a housing for the reciprocating shaft, and the rotational force of the rotor is A ball nut mechanism that converts the force into a forward / backward force and transmits the force to the forward / backward shaft, and furthermore, the motor drive circuit is disposed in the housing. Electric power steering apparatus to be. 前記モータ駆動回路を構成するパワー素子を収容したケースを、前記ハウジング内面のうち前記軸方向に平行な方向を向く面上に固定した請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。   2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a case accommodating a power element constituting the motor drive circuit is fixed on a surface of the inner surface of the housing which faces in a direction parallel to the axial direction. 前記モータ駆動回路のうちパワー素子を除いた他の回路を、前記位置検出センサとともに、前記ハウジング内に設けた基板上に配設した請求項１又は請求項２記載の電動式パワーステアリング装置。   3. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein another circuit of the motor drive circuit, excluding a power element, is provided together with the position detection sensor on a substrate provided in the housing.
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