JP5263524B2 - DC motor with brush, motor circuit, and electric power steering device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC motor with brush, which can be driven even in case one hand in a pair of brushes is faulty, and also provide a motor circuit and an electric power steering apparatus, which are equipped with the DC motor with brush each. <P>SOLUTION: In the motor 10, the interval between a first brush 40A and a second brush 40B is other than 180&deg; (to be concrete, at 160&deg; in the CCW direction from the first brush 40A) in an electric angle, and a spare brush 40C is so arranged as to contact with a position where the interval between the first and second brushes 40A and 40B becomes other than 180&deg; in the electric angle (to be concrete, the position that is 80&deg; apart in the CCW direction from the second brush 40B), in the section where the contact position of the first and second brushes 40A and 40B is 180&deg; or over apart in the electric angle in a commutator 13, thus the motor 10 can be driven by connecting a power source 92 to optional two kinds of brushes. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ブラシ付きＤＣモータと、ブラシ付きＤＣモータを有するモータ回路及び電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to a brushed DC motor, a motor circuit having a brushed DC motor, and an electric power steering apparatus.

従来のブラシ付きＤＣモータは、互いに電気角で１８０度離して配置された１対のブラシをロータに備えたコンミュテータに摺接させて、ロータの巻線に駆動電流を給電していた（例えば、非特許文献１参照）。
見城尚志、佐渡友茂著 「イラスト・図解小型モータのすべて」 技術評論社 平成１６年３月５日初版第３刷発行、ｐ５７ In a conventional DC motor with a brush, a pair of brushes arranged 180 degrees apart from each other in electrical angle are brought into sliding contact with a commutator provided in the rotor to supply a drive current to the windings of the rotor (for example, Non-patent document 1).
Naoshi Mijo, Tomoshi Sado "All about illustrations and illustrations of small motors" Technical criticism publisher March 5, 2004 First edition, 3rd edition, p57

ところで近年、自動車業界では、安全基準の厳格化が進められており、電動パワーステアリング装置や電動スライドドア等の駆動源として使用されるブラシ付きＤＣモータに対しても、より確実なフェール対策が要求されるようになってきた。しかしながら、上述した従来のブラシ付きＤＣモータでは、１対のブラシの一方が失陥した場合に動作不能に陥る虞があった。   By the way, in recent years, stricter safety standards have been promoted in the automobile industry, and more reliable fail countermeasures are required for brushed DC motors used as drive sources for electric power steering devices and electric sliding doors. It has come to be. However, in the above-described conventional brushed DC motor, there is a possibility that it becomes inoperable when one of the pair of brushes fails.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、１対のブラシの一方が失陥した場合でも駆動可能なブラシ付きＤＣモータと、そのブラシ付きＤＣモータを備えたモータ回路及び電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a brushed DC motor that can be driven even when one of a pair of brushes fails, a motor circuit including the brushed DC motor, and electric power An object is to provide a steering device.

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るブラシ付きＤＣモータ（１０）は、ステータ（１２）の周方向でＮ極とＳ極とが交互に繰り返されるように配置された磁石（２２Ｓ，２２Ｎ）のうち同じ極性の磁石同士の間の最小角度と、コンミュテータ（１３）に接触したブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）のうち同電位のブラシ同士の間の最小角度とが一致し、その最小角度を電気角の１周期としての３６０度とすると、周方向で隣り合った極性の異なる１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）の間隔を電気角で１８０度にしたときに、出力トルクが最大になるようにロータ（１１）に巻線（１５）が配置されたブラシ付きＤＣモータ（１０）において、１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）の間隔を電気角で１８０度以外としかつ、コンミュテータ（１３）のうち１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）の接触位置が電気角で１８０度以上離れた部分であって１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）との間隔が電気角で１８０度以外になる位置に接触する予備のブラシ（４０Ｃ）を設け、１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）及び予備のブラシ（４０Ｃ）のうち任意の２種類のブラシに直流電源（９２）を接続して駆動可能としたところに特徴を有する。   In order to achieve the above object, a brushed DC motor (10) according to the invention of claim 1 is a magnet arranged so that N poles and S poles are alternately repeated in the circumferential direction of the stator (12). The minimum angle between magnets of the same polarity in (22S, 22N) and the minimum angle between brushes of the same potential among the brushes (40A, 40B) in contact with the commutator (13) match. Assuming that the minimum angle is 360 degrees as one cycle of electrical angle, the output torque is maximum when the interval between a pair of brushes (40A, 40B) adjacent in the circumferential direction and having different polarities is 180 degrees in electrical angle. In the brushed DC motor (10) in which the winding (15) is arranged on the rotor (11) so that the distance between the pair of brushes (40A, 40B) is other than 180 degrees in electrical angle, and the commutator In (13), the contact position of the pair of brushes (40A, 40B) is a portion separated by 180 degrees or more in electrical angle, and the distance between the pair of brushes (40A, 40B) is other than 180 degrees in electrical angle. A spare brush (40C) that comes into contact with a certain position is provided, and can be driven by connecting a DC power source (92) to any two types of brushes of the pair of brushes (40A, 40B) and the spare brush (40C). It has the characteristics.

請求項２の発明に係るモータ回路（５０）は、請求項１に記載のブラシ付きＤＣモータ（１０）と、１対のスイッチ素子を直列接続してなるスイッチ直列回路（５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ）を、直流電源（９２）の正負の電極間に３つ並列接続し、各スイッチ直列回路（５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ）におけるスイッチ素子の共通接続部分を１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）及び予備のブラシ（４０Ｃ）に接続する３つの給電ライン（５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ）を有するモータ駆動回路（５３）と、モータ駆動回路（５３）を制御する制御部（５４）とを有したモータ回路（５０）であって、１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）の給電ライン（５５Ａ，５５Ｂ）同士の短絡を検出するための短絡検出手段（５３Ｓ，ＰＧ１）を備え、制御部（５４）は、通常は、１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）を直流電源（９２）の１対の電極に接続しかつ予備のブラシ（４０Ｃ）を直流電源（９２）から切り離すようにスイッチ素子群（ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，ＢＬ，ＣＨ，ＣＬ）を制御し、短絡検出手段（５３Ｓ，ＰＧ１）が短絡を検出したときには、１対のブラシ（４０Ａ，４０Ｂ）を共に直流電源（９２）の一方の電極から切り離して他方の電極に接続しかつ予備のブラシ（４０Ｃ）を直流電源（９２）の一方の電極に接続するようにスイッチ素子群（ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，ＢＬ，ＣＨ，ＣＬ）を制御するところに特徴を有する。   The motor circuit (50) according to the invention of claim 2 is a switch series circuit (53A, 53B, 53C) formed by connecting the brushed DC motor (10) of claim 1 and a pair of switch elements in series. Are connected in parallel between the positive and negative electrodes of the DC power source (92), and a common connection portion of the switch elements in each switch series circuit (53A, 53B, 53C) is connected to a pair of brushes (40A, 40B) and a spare. A motor circuit (50) having a motor drive circuit (53) having three power supply lines (55A, 55B, 55C) connected to the brush (40C) and a control unit (54) for controlling the motor drive circuit (53). And a short-circuit detecting means (53S, PG1) for detecting a short-circuit between the power supply lines (55A, 55B) of the pair of brushes (40A, 40B), and the control unit (54) Usually, the switch element group (AH, AL) is connected so that the pair of brushes (40A, 40B) are connected to the pair of electrodes of the DC power source (92) and the spare brush (40C) is disconnected from the DC power source (92). , BH, BL, CH, CL), and when the short circuit detection means (53S, PG1) detects a short circuit, the pair of brushes (40A, 40B) are both disconnected from one electrode of the DC power source (92). The switch element group (AH, AL, BH, BL, CH, CL) is controlled to connect to the other electrode and connect the spare brush (40C) to one electrode of the DC power source (92). Has characteristics.

請求項３の発明に係る電動パワーステアリング装置（１００）は、請求項２に記載のモータ回路（５０）を有し、ブラシ付きＤＣモータ（１０）を駆動源として備えたところに特徴を有する。   An electric power steering apparatus (100) according to a third aspect of the invention includes the motor circuit (50) according to the second aspect, and is characterized in that a brushed DC motor (10) is provided as a drive source.

［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、１対のブラシ（正極のブラシと負極のブラシ）のうち、一方が失陥した場合でも、失陥していない方のブラシと予備のブラシとを直流電源に接続することでブラシ付きＤＣモータに駆動電流を供給することができ、ブラシ付きＤＣモータを駆動可能になる。 [Invention of Claim 1]
According to the first aspect of the present invention, even if one of the pair of brushes (the positive brush and the negative brush) fails, the non-failed brush and the spare brush are used as a DC power source. By connecting, a drive current can be supplied to the brushed DC motor, and the brushed DC motor can be driven.

［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、１対のブラシ（正極のブラシと負極のブラシ）の給電ライン同士の短絡を検出した場合には、１対のブラシを共に直流電源の一方の電極から切り離して他方の電極に接続しかつ予備のブラシを直流電源の一方の電極に接続する。これにより、直流電源の破損を防ぐことができる。また、ロータの巻線のうち、短絡した１対のブラシ間には電流が流れないが、予備のブラシと１対のブラシの一方との間及び、予備のブラシと１対のブラシの他方との間の巻線には、互いに逆向きの電流が流れて、互いに逆向きのトルクが発生することがあり得る。 [Invention of claim 2]
According to the invention of claim 2, when a short circuit between the power supply lines of a pair of brushes (a positive brush and a negative brush) is detected, the pair of brushes are both disconnected from one electrode of the DC power supply. Connect to the other electrode and connect a spare brush to one electrode of the DC power supply. Thereby, damage to the DC power supply can be prevented. Also, no current flows between the pair of shorted brushes in the rotor winding, but between the spare brush and one of the pair of brushes and between the spare brush and the other of the pair of brushes. It is possible that currents in opposite directions flow through the windings between them, and torques in opposite directions are generated.

これに対し、本発明のブラシ付きＤＣモータは、１対のブラシの間隔を電気角で１８０度以外としかつ、コンミュテータのうち１対のブラシの接触位置が電気角で１８０度以上離れた部分であって１対のブラシとの間隔が電気角で１８０度以外になる位置に予備のブラシが接触するように設けてあるので（図１１（Ｂ）参照）、互いに逆向きのトルクが釣り合って出力トルクが「０」になるという事態を回避することができ、ブラシ付きＤＣモータを任意の方向に確実に回転させることができる。   In contrast, the brushed DC motor of the present invention is such that the distance between the pair of brushes is other than 180 degrees in electrical angle, and the contact position of the pair of brushes in the commutator is at a part where the electrical angle is 180 degrees or more apart. Since the spare brush contacts with a position where the distance between the pair of brushes is not 180 degrees in electrical angle (see FIG. 11B), the torques in opposite directions are balanced and output. The situation where the torque becomes “0” can be avoided, and the brushed DC motor can be reliably rotated in any direction.

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、１対のブラシの給電ライン同士が短絡した場合に、ハンドル操舵のアシストトルクが「０」になるという事態を回避することができ、通常時よりも小さいアシスト力になるがハンドル操舵を補助することができる。また、ハンドル操舵時にブラシ付きＤＣモータが発電機として機能してハンドル操舵を妨げるという事態も回避することが可能になる。 [Invention of claim 3]
According to the invention of claim 3, when the power supply lines of the pair of brushes are short-circuited, it is possible to avoid a situation where the assist torque for steering the steering wheel becomes “0”, and the assist force that is smaller than that in the normal state. However, steering of the steering wheel can be assisted. Further, it is possible to avoid a situation in which the brushed DC motor functions as a generator during steering of the steering wheel and hinders steering of the steering wheel.

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態のブラシ付きＤＣモータ１０（以下、単に「モータ１０」という）のロータ１１は、ロータシャフト１１Ｓの一端寄り位置にロータコア１１Ｃを一体回転可能に備えかつ、ロータシャフト１１Ｓの他端寄り位置にコンミュテータ１３（所謂、整流子）を一体回転可能に備えた構造になっている。そして、ロータシャフト１１Ｓの両端部がベアリング１４，１４を介してステータ１２に回転可能に軸支されている。 [First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a rotor 11 of a brushed DC motor 10 (hereinafter simply referred to as “motor 10”) according to the present embodiment includes a rotor core 11C that can rotate integrally with a position near one end of a rotor shaft 11S. A commutator 13 (so-called commutator) is provided at a position near the other end of the shaft 11S so as to be integrally rotatable. Then, both end portions of the rotor shaft 11S are rotatably supported by the stator 12 via bearings 14 and 14.

ロータコア１１Ｃの外周面には、周方向に複数のティース１１Ｔが均等配置して備えられ、隣り合ったティース１１Ｔ同士の間がスロット１６になっている。ティース１１Ｔには導線が、例えば、「重ね巻」されて電機子巻線１５を構成しており、その電機子巻線１５の一部がスロット１６内に収まっている。以下、電機子巻線１５のうち、スロット１６に収まった部分を「コイル辺１５Ｈ」といい、スロット１６外の部分を「コイル端」という。   A plurality of teeth 11T are equally arranged in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor core 11C, and a slot 16 is formed between adjacent teeth 11T. A conductive wire is, for example, “wrapped” on the teeth 11T to form an armature winding 15, and a part of the armature winding 15 is accommodated in the slot 16. Hereinafter, the portion of the armature winding 15 that is housed in the slot 16 is referred to as “coil side 15H”, and the portion outside the slot 16 is referred to as “coil end”.

コンミュテータ１３の外周面には、その周方向に複数（例えば２２個）の電極としてのセグメント１３Ｔが均等配置して固定されている。各セグメント１３Ｔは、コンミュテータ１３の軸方向と平行に延びると共に、図２に示すように、コンミュテータ１３の軸方向から見た断面形状が円弧状になっている。そして、各セグメント１３Ｔの外側円弧面がコンミュテータ１３全体の外周面の一部を構成している。なお、各セグメント１３Ｔ同士は互いに絶縁されているが、電機子巻線１５を介して接続されている。   On the outer peripheral surface of the commutator 13, segments 13T as a plurality of (for example, 22) electrodes are arranged and fixed in the circumferential direction. Each segment 13T extends in parallel with the axial direction of the commutator 13, and as shown in FIG. 2, the cross-sectional shape viewed from the axial direction of the commutator 13 has an arc shape. And the outer circular arc surface of each segment 13T comprises a part of outer peripheral surface of the commutator 13 whole. Each segment 13T is insulated from each other, but is connected via an armature winding 15.

ステータ１２の内周面には、ロータ１１のティース１１Ｔに対向させて所定偶数Ｐ（例えば、Ｐ＝４）個の界磁石２２Ｓ，２２Ｎが周方向に均等配置されている。界磁石２２Ｓ，２２Ｎは永久磁石であり、ステータ１２は、その径方向の内外に向かってＮＳ極となったＮ極の界磁石２２Ｎと、逆にＳＮ極になったＳ極の界磁石２２Ｓとが、周方向に交互に繰り返されるように配置された、例えば、４極構造になっている。即ち、同じ極性の界磁石同士の間の最小角度が機械角にして１８０度となっている。界磁石２２Ｓ，２２Ｎは、ロータ１１の回転軸と平行に延びている。また、周方向で隣り合った２つの界磁石２２Ｓ，２２Ｎの間にはロータ１１の回転軸と平行に延びた一定幅の磁石間隙間２３が設けられている（図４、図６参照）。   On the inner circumferential surface of the stator 12, predetermined even number P (for example, P = 4) field magnets 22 </ b> S and 22 </ b> N are equally arranged in the circumferential direction so as to face the teeth 11 </ b> T of the rotor 11. The field magnets 22S and 22N are permanent magnets, and the stator 12 includes an N-pole field magnet 22N that becomes an NS pole toward the inside and outside in the radial direction, and an S-pole field magnet 22S that becomes an SN pole. However, it has a four-pole structure, for example, which is arranged so as to be alternately repeated in the circumferential direction. That is, the minimum angle between field magnets of the same polarity is 180 degrees as a mechanical angle. The field magnets 22 </ b> S and 22 </ b> N extend in parallel with the rotation axis of the rotor 11. Further, a gap 23 between the magnets having a constant width extending in parallel with the rotation axis of the rotor 11 is provided between the two field magnets 22S and 22N adjacent in the circumferential direction (see FIGS. 4 and 6).

ここで、図４に示すように、隣り合った界磁石２２Ｓ，２２Ｎのステータ周方向における中心間距離（所謂、「極ピッチ」）ＹＰは、電機子巻線１５のうちコンミュテータ１３側のコイル端で繋がったコイル辺１５Ｈ，１５Ｈの間隔ＹＦ（所謂、「前ピッチ」）より大きくなっている。また、極ピッチＹＰは、電機子巻線１５のうちコンミュテータ１３とは反対側のコイル端で繋がったコイル辺１５Ｈ，１５Ｈの間隔ＹＢ（所謂、「後ピッチ」）より僅かに小さくなっている。   Here, as shown in FIG. 4, the inter-center distance (so-called “pole pitch”) YP of the adjacent field magnets 22 </ b> S and 22 </ b> N in the stator circumferential direction is the coil end on the commutator 13 side of the armature winding 15. Is larger than the interval YF (so-called “front pitch”) between the coil sides 15H and 15H connected by. Further, the pole pitch YP is slightly smaller than the interval YB (so-called “rear pitch”) between the coil sides 15H and 15H connected at the coil end on the side opposite to the commutator 13 in the armature winding 15.

ステータ１２の一端部には、複数（例えば、６個）のブラシ４０がコンミュテータ１３の周りに互いに所定の間隔を空けて配置されている。図１及び図２に示すように、各ブラシ４０は、ステータ１２に固定されたブラシホルダ２０に直動可能に保持され、ブラシホルダ２０の奥壁２１とブラシ４０の後端部との間のバネ２８によってブラシ４０の先端部がコンミュテータ１３（各セグメント１３Ｔの外周面）に摺動可能に当接している。各ブラシ４０の後端部から延びたピグテール４８は、ブラシホルダ２０の外部に引き出されている。なお、図２には、複数のブラシ４０のうちの１つのブラシ４０だけが図示されている。   At one end portion of the stator 12, a plurality of (for example, six) brushes 40 are arranged around the commutator 13 at a predetermined interval. As shown in FIGS. 1 and 2, each brush 40 is held by a brush holder 20 fixed to the stator 12 so as to be directly movable, and between the rear wall 21 of the brush holder 20 and the rear end portion of the brush 40. The tip of the brush 40 is slidably in contact with the commutator 13 (the outer peripheral surface of each segment 13T) by the spring 28. A pigtail 48 extending from the rear end of each brush 40 is drawn out of the brush holder 20. In FIG. 2, only one brush 40 of the plurality of brushes 40 is shown.

図４に示すように、ステータ１２に備えた６個のブラシ４０は、３個ずつ２つのブラシ群４１，４１で構成されている。１つのブラシ群４１に含まれる３個のブラシ４０は「第１のブラシ４０Ａ」、「第２のブラシ４０Ｂ」、「予備のブラシ４０Ｃ」の３種類であり、各ブラシ群４１，４１における第１のブラシ４０Ａ，４０Ａ同士、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂ同士、予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃ同士は、それぞれ機械角にして互いに１８０度離れた位置に配置されている。即ち、これらブラシ同士の最小角度は、同じ極性の界磁石同士の間の最小角度と一致している。ステータ１２には、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａのピグテール４８，４８が共通接続された端子１７Ａと、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂのピグテール４８，４８が共通接続された端子１７Ｂと、予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃのピグテールが共通接続された端子１７Ｃとが備えられている。そして、これら３つの端子１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃとモータ駆動制御回路５１との間が、それぞれハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ（本発明の「給電ライン」に相当する）によって接続されている。なお、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとが、本発明の「１対のブラシ」に相当する。   As shown in FIG. 4, the six brushes 40 provided in the stator 12 are each composed of two brush groups 41 and 41 each having three brushes. Three brushes 40 included in one brush group 41 are “first brush 40A”, “second brush 40B”, and “backup brush 40C”. The first brushes 40A, 40A, the second brushes 40B, 40B, and the spare brushes 40C, 40C are disposed at positions that are 180 degrees apart from each other in mechanical angle. That is, the minimum angle between these brushes is the same as the minimum angle between field magnets having the same polarity. The stator 12 has a terminal 17A to which the pigtails 48 and 48 of the first brushes 40A and 40A are commonly connected, a terminal 17B to which the pigtails 48 and 48 of the second brushes 40B and 40B are commonly connected, and a spare brush. 40C and 40C pigtails are commonly connected to a terminal 17C. The three terminals 17A, 17B, and 17C and the motor drive control circuit 51 are connected to each other by harnesses 55A, 55B, and 55C (corresponding to the “feed line” of the present invention). The first brush 40A and the second brush 40B correspond to “a pair of brushes” of the present invention.

図３には、本発明のモータ回路５０の全体が示されている。同図に示すように、モータ回路５０は、モータ１０とモータ駆動制御回路５１とを有しており、モータ駆動制御回路５１は、モータ駆動回路５３とモータ制御回路５４（本発明の「制御部」に相当する）とを備えてなる。モータ制御回路５４は、図示しないＣＰＵ及びメモリを備え、そのメモリに記憶されたプログラムを実行して、モータ駆動回路５３に備えたスイッチ素子群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・をオンオフ制御する。   FIG. 3 shows the entire motor circuit 50 of the present invention. As shown in the figure, the motor circuit 50 includes a motor 10 and a motor drive control circuit 51. The motor drive control circuit 51 includes a motor drive circuit 53 and a motor control circuit 54 (the “control unit” of the present invention). For example). The motor control circuit 54 includes a CPU and a memory (not shown), executes a program stored in the memory, and performs on / off control of the switch element groups AH, AL, BH,.

モータ駆動回路５３は、直流電源９２の正電極と負電極（ＧＮＤ）との間に、第１〜第３のスイッチ直列回路５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃを備えている。   The motor drive circuit 53 includes first to third switch series circuits 53A, 53B, and 53C between a positive electrode and a negative electrode (GND) of the DC power supply 92.

第１のスイッチ直列回路５３Ａには、上段側のスイッチ素子ＡＨと下段側のスイッチ素子ＡＬとが直列接続して備えられかつ、それらの共通接続点から第１のハーネス５５Ａが延びている。この第１のハーネス５５Ａは、２つの第１のブラシ４０Ａ，４０Ａが共通接続されたステータ１２の端子１７Ａに接続されている。これにより、２つの第１のブラシ４０Ａ，４０Ａは同じ極性となる。   The first switch series circuit 53A includes an upper switch element AH and a lower switch element AL connected in series, and a first harness 55A extends from the common connection point thereof. The first harness 55A is connected to the terminal 17A of the stator 12 to which the two first brushes 40A and 40A are commonly connected. As a result, the two first brushes 40A and 40A have the same polarity.

第２のスイッチ直列回路５３Ｂには、上段側のスイッチ素子ＢＨと下段側のスイッチ素子ＢＬとが直列接続して備えられかつ、それらの共通接続点から第２のハーネス５５Ｂが延びている。この第２のハーネス５５Ｂは、２つの第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂが接続されたステータ１２の端子１７Ｂに接続されている。これにより、２つの第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂは同じ極性となる。   The second switch series circuit 53B includes an upper switch element BH and a lower switch element BL connected in series, and a second harness 55B extends from a common connection point thereof. The second harness 55B is connected to the terminal 17B of the stator 12 to which the two second brushes 40B and 40B are connected. Thereby, the two second brushes 40B and 40B have the same polarity.

第３のスイッチ直列回路５３Ｃには、上段側のスイッチ素子ＣＨと下段側のスイッチ素子ＣＬとが直列接続して備えられかつ、それらの共通接続点から第３のハーネス５５Ｃが延びている。この第３のハーネス５５Ｃは、２つの予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃが接続されたステータ１２の端子１７Ｃに接続されている。これにより、２つの予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃは同じ極性となる。   The third switch series circuit 53C includes an upper switch element CH and a lower switch element CL connected in series, and a third harness 55C extends from the common connection point thereof. The third harness 55C is connected to a terminal 17C of the stator 12 to which two spare brushes 40C and 40C are connected. Accordingly, the two spare brushes 40C and 40C have the same polarity.

ここで、第１〜第３の各ハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃのうち、端子１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃとの接続部分の直前には、本発明の「短絡検出手段」としての電流センサ５３Ｓが備えられており、その検出結果がモータ制御回路５４に取り込まれている。また、モータ駆動回路５３における各スイッチ素子ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・は例えば、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴであって、各スイッチ直列回路５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃでは上段側のスイッチ素子のドレインと下段側のスイッチ素子のソースとが接続されている。   Here, of the first to third harnesses 55A, 55B, and 55C, a current sensor 53S as the “short-circuit detecting means” of the present invention is provided immediately before the connection portion with the terminals 17A, 17B, and 17C. The detection result is taken into the motor control circuit 54. Further, each switch element AH, AL, BH,... In the motor drive circuit 53 is, for example, a MOSFET having a parasitic diode. In each switch series circuit 53A, 53B, 53C, the drain of the switch element on the upper stage side and the lower stage are provided. The source of the switch element on the side is connected.

モータ１０を通常制御モードで駆動する場合は、各ブラシ群４１，４１における３種類のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのうち、任意の２種類のブラシが直流電源９２の正負の電極に接続され、それら２種類のブラシによってモータ１０に駆動電流が供給される。例えば、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａと第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂとが直流電源９２の正負の電極に接続された場合、残った予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃは直流電源９２から切り離される。   When driving the motor 10 in the normal control mode, any two of the three types of brushes 40A, 40B, 40C in each brush group 41, 41 are connected to the positive and negative electrodes of the DC power source 92, and A drive current is supplied to the motor 10 by two types of brushes. For example, when the first brushes 40 </ b> A and 40 </ b> A and the second brushes 40 </ b> B and 40 </ b> B are connected to the positive and negative electrodes of the DC power supply 92, the remaining spare brushes 40 </ b> C and 40 </ b> C are disconnected from the DC power supply 92.

詳細には、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段側のスイッチ素子ＡＨと第２のスイッチ直列回路５３Ｂの下段側のスイッチ素子ＢＬとがオンし、残りのスイッチ素子ＡＬ，ＢＨ，ＣＨ，ＣＬが全てオフすると、図５に示すように、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａが直流電源９２の正電極に接続され、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂが負電極に接続されて、モータ１０に駆動電流が付与される。すると、ロータ１１は、コンミュテータ１３側から見て時計回り方向（図５においてコンミュテータ１３及び電機子巻線１５がブラシ４０及び界磁石２２Ｓ，２２Ｎに対して矢印ＣＷの方向）に回転する。   Specifically, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A and the lower switch element BL of the second switch series circuit 53B are turned on, and the remaining switch elements AL, BH, CH, CL are turned on. When all are turned off, as shown in FIG. 5, the first brushes 40A and 40A are connected to the positive electrode of the DC power source 92, the second brushes 40B and 40B are connected to the negative electrode, and the drive current is supplied to the motor 10. Is granted. Then, the rotor 11 rotates in the clockwise direction when viewed from the commutator 13 side (the commutator 13 and the armature winding 15 in FIG. 5 are in the direction of the arrow CW with respect to the brush 40 and the field magnets 22S and 22N).

また、第１のスイッチ直列回路５３Ａの下段側のスイッチ素子ＡＬと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの上段側のスイッチ素子ＢＨとがオンし、残りのスイッチ素子ＡＨ，ＢＬ，ＣＨ，ＣＬが全てオフすると、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂが直流電源９２の正電極に接続され、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａが負電極に接続されて、モータ１０に駆動電流が付与される。すると、ロータ１１は、コンミュテータ１３側から見て反時計回り方向（図４においてコンミュテータ１３及び電機子巻線１５がブラシ４０及び界磁石２２Ｓ，２２Ｎに対して矢印ＣＣＷの方向）に回転する。   Further, the lower switch element AL of the first switch series circuit 53A and the upper switch element BH of the second switch series circuit 53B are turned on, and the remaining switch elements AH, BL, CH, CL are all turned on. When turned off, the second brushes 40B and 40B are connected to the positive electrode of the DC power supply 92, the first brushes 40A and 40A are connected to the negative electrode, and a drive current is applied to the motor 10. Then, the rotor 11 rotates counterclockwise as viewed from the commutator 13 side (the commutator 13 and the armature winding 15 in FIG. 4 are in the direction of the arrow CCW with respect to the brush 40 and the field magnets 22S and 22N).

同様に、モータ駆動回路５３のスイッチ群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・のオンオフにより、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａと予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃとが直流電源９２に接続された場合又は、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃとが直流電源９２に接続された場合にも、それら２種類のブラシによってモータ１０に駆動電流が付与されてロータ１１が回転する。   Similarly, when the first brushes 40A and 40A and the spare brushes 40C and 40C are connected to the DC power source 92 by turning on and off the switch groups AH, AL, BH,. Even when the two brushes 40B and 40B and the spare brushes 40C and 40C are connected to the DC power source 92, a drive current is applied to the motor 10 by these two types of brushes, and the rotor 11 rotates.

以下、コンミュテータ１３側から見て時計回り方向のことを「ＣＷ方向」といい、コンミュテータ１３側から見て反時計回り方向のことを「ＣＣＷ方向」という。   Hereinafter, the clockwise direction when viewed from the commutator 13 side is referred to as “CW direction”, and the counterclockwise direction when viewed from the commutator 13 side is referred to as “CCW direction”.

ところで、第１、第２及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、同じ極性の界磁石同士（例えば、界磁石２２Ｎ，２２Ｎ同士）の最小角度及び、同じ極性になるブラシ同士（例えば、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａ同士）の最小角度である１８０度を電気角の３６０度とした場合に、その３６０度の範囲内で以下のように配置されている。   By the way, the first, second, and spare brushes 40A, 40B, and 40C have the same minimum polarity of field magnets having the same polarity (for example, field magnets 22N and 22N) and brushes having the same polarity (for example, first brushes) When the minimum angle of the brushes 40A, 40A) is 180 degrees, the electrical angle is 360 degrees, and the arrangement is as follows within the range of 360 degrees.

まず、第１のブラシ４０Ａは、中性軸（幾何学的中性軸）に配置されている。詳細には、図６に示すように、コンミュテータ１３とは反対側のコイル端で繋がった２つのコイル辺１５Ｈ，１５Ｈが界磁石２２Ｓ，２２Ｎの磁石間隙間２３，２３に配されたときに、それら２つのコイル辺１５Ｈ，１５Ｈが接続された２つのセグメント１３Ｔ，１３Ｔに第１のブラシ４０Ａが跨って接触するように配置されている。   First, the first brush 40A is disposed on a neutral axis (geometric neutral axis). Specifically, as shown in FIG. 6, when the two coil sides 15H and 15H connected by the coil end opposite to the commutator 13 are arranged in the inter-magnet gaps 23 and 23 of the field magnets 22S and 22N, The first brush 40A is arranged so as to straddle and contact the two segments 13T and 13T to which the two coil sides 15H and 15H are connected.

第２のブラシ４０Ｂと第１のブラシ４０Ａの間隔は電気角にして１８０度以外になっている。具体的には、第２のブラシ４０Ｂは、第１のブラシ４０Ａの位置からＣＣＷ方向に電気角にして１８０度未満の第１角度α（本実施形態では、１６０度）だけ離れた位置に配置されている。   The interval between the second brush 40B and the first brush 40A is an electrical angle other than 180 degrees. Specifically, the second brush 40B is arranged at a position away from the position of the first brush 40A by a first angle α (160 degrees in this embodiment) that is less than 180 degrees in electrical direction in the CCW direction. Has been.

また、予備のブラシ４０Ｃは、コンミュテータ１３のうち第１と第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂの接触位置が電気角で１８０度以上離れた部分であって第１及び第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂとの間隔が共に１８０度以外になる位置に接触している。具体的には、図４に示すように、第２のブラシ４０Ｂの位置からＣＣＷ方向に電気角にして１８０度未満の第２角度βだけ離れた位置でかつ、第１角度αと第２角度βとの和が１８０度以外になる位置であって、本実施形態では、第２角度βが電気角にして８０度となっている。   The spare brush 40C is a portion of the commutator 13 where the contact positions of the first and second brushes 40A and 40B are separated by 180 degrees or more in electrical angle, and the first brush 40A and the second brush 40B. Both are in contact with each other at intervals other than 180 degrees. Specifically, as shown in FIG. 4, the first angle α and the second angle are located at a position separated from the position of the second brush 40B by a second angle β of less than 180 degrees in electrical direction in the CCW direction. In this embodiment, the second angle β is 80 degrees in terms of electrical angle.

そして、予備のブラシ４０Ｃと第１のブラシ４０Ａとの間隔は第３角度γ（＝３６０−（α＋β））、本実施形態では、電気角にして１２０度となっている。即ち、予備のブラシ４０Ｃは、コンミュテータ１３のうち第１と第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂの接触位置が１８０度以上離れた部分であって、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの中間位置より第２のブラシ４０Ｂに近い位置に配置されている。   The distance between the spare brush 40C and the first brush 40A is the third angle γ (= 360− (α + β)), and in this embodiment, the electrical angle is 120 degrees. That is, the spare brush 40C is a portion of the commutator 13 where the contact positions of the first and second brushes 40A and 40B are separated by 180 degrees or more, and is intermediate between the first brush 40A and the second brush 40B. It is arranged at a position closer to the second brush 40B than the position.

本実施形態のモータ１０及びモータ回路５０の構成は以上であって、次に動作について説明する。通常制御モードでは、上述の如く、各ブラシ群４１，４１の３種類のブラシのうち、任意の２種類のブラシを直流電源９２に接続し、残りの１種類のブラシを直流電源９２から切り離した状態でモータ１０を駆動する。例えば、各ブラシ群４１，４１における予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃを直流電源９２から切り離した状態で、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａと第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂとを直流電源９２に接続してモータ１０を駆動する場合は以下のようである。   The configurations of the motor 10 and the motor circuit 50 of the present embodiment are as described above, and the operation will be described next. In the normal control mode, as described above, of the three types of brushes 41 and 41, any two types of brushes are connected to the DC power source 92, and the remaining one type of brush is disconnected from the DC power source 92. The motor 10 is driven in the state. For example, the first brushes 40A and 40A and the second brushes 40B and 40B are connected to the DC power source 92 in a state where the spare brushes 40C and 40C in the brush groups 41 and 41 are disconnected from the DC power source 92. When 10 is driven, it is as follows.

即ち、ロータ１１をＣＷ方向に回転させる場合には、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａを直流電源９２の正電極に接続し、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂを直流電源９２の負電極に接続する。この場合、界磁石２２Ｓ，２２Ｎによる磁束を横切る電機子巻線１５の各コイル辺１５Ｈには、図５の矢印で示す方向に電流が流れる。すると、フレミングの左手の法則に従い、電流が流れる各コイル辺１５Ｈに力が働き、ロータ１１にＣＷ方向のトルクが発生する。   That is, when rotating the rotor 11 in the CW direction, the first brushes 40A and 40A are connected to the positive electrode of the DC power source 92, and the second brushes 40B and 40B are connected to the negative electrode of the DC power source 92. In this case, a current flows in each coil side 15H of the armature winding 15 crossing the magnetic flux generated by the field magnets 22S and 22N in the direction indicated by the arrow in FIG. Then, in accordance with Fleming's left-hand rule, a force acts on each coil side 15H through which a current flows, and a torque in the CW direction is generated in the rotor 11.

ロータ１１をＣＣＷ方向に回転させる場合には、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａを直流電源９２の負電極に接続し、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂを直流電源９２の正電極に接続する。すると、電機子巻線１５の各コイル辺１５Ｈには、図５の矢印で示す方向とは逆向きに電流が流れて、ロータ１１にＣＣＷ方向のトルクが発生する。   When rotating the rotor 11 in the CCW direction, the first brushes 40A and 40A are connected to the negative electrode of the DC power source 92, and the second brushes 40B and 40B are connected to the positive electrode of the DC power source 92. Then, a current flows in each coil side 15 </ b> H of the armature winding 15 in the direction opposite to the direction indicated by the arrow in FIG. 5, and torque in the CCW direction is generated in the rotor 11.

ここで、本実施形態では、コンミュテータ１３の周方向で隣接する２種類のブラシ同士の間隔が異なっているので、直流電源９２に接続する２種類のブラシの組み合わせによって、モータ特性を変更することが可能である。例えば、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間で通電した場合と、第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃとの間で通電した場合とを比較すると、ブラシ間隔が比較的大きい第１、第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂ間で通電した場合には、電機子巻線１５のコイル辺１５Ｈと鎖交する界磁石２２Ｓ，２２Ｎの磁束の数（鎖交数）が比較的多くなって誘起電圧定数（トルク定数）が大きくなるので、モータ特性が低速高トルクになる。これに対し、ブラシ間隔が比較的小さい第１、予備のブラシ４０Ａ，４０Ｃ間で通電した場合には、鎖交数が減るので、モータ特性が高速低トルクになる。また、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間で通電すると、モータ特性は、更に高速低トルクになる。そして、通常運転モードでは、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの組み合わせに限らず、必要とするモータ特性に応じて、直流電源９２に接続する２種類のブラシの組み合わせを任意に選択可能となっている。   Here, in this embodiment, since the interval between the two types of brushes adjacent in the circumferential direction of the commutator 13 is different, the motor characteristics can be changed depending on the combination of the two types of brushes connected to the DC power source 92. Is possible. For example, comparing the case where current is supplied between the first brush 40A and the second brush 40B and the case where current is supplied between the first brush 40A and the spare brush 40C, the brush interval is relatively large. When current is passed between the first and second brushes 40A and 40B, the number of magnetic fluxes (number of linkages) of the field magnets 22S and 22N linked to the coil side 15H of the armature winding 15 is relatively large. As the induced voltage constant (torque constant) increases, the motor characteristics become low speed and high torque. On the other hand, when energization is performed between the first and spare brushes 40A and 40C having a relatively small brush interval, the number of linkages is reduced, so that the motor characteristics become high speed and low torque. Further, when energization is performed between the second brush 40B and the spare brush 40C, the motor characteristics further become high speed and low torque. In the normal operation mode, not only the combination of the first brush 40A and the second brush 40B, but also a combination of two types of brushes connected to the DC power source 92 is arbitrarily selected according to the required motor characteristics. It is possible.

さて、モータ制御回路５４は、図７に示す監視プログラムＰＧ１を所定周期で実行しており、第１〜第３のハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃに備えた電流センサ５３Ｓの検出結果に基づいて第１〜第３のハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ同士の短絡を監視すると共に、短絡を検出した場合には、後述する第１〜第３の非常制御モードでモータ１０の駆動制御を行うようになっている。   The motor control circuit 54 executes the monitoring program PG1 shown in FIG. 7 at a predetermined cycle, and the first control circuit 54 performs the first based on the detection result of the current sensor 53S provided in the first to third harnesses 55A, 55B, and 55C. While monitoring a short circuit between the third harnesses 55A, 55B, and 55C and detecting a short circuit, the drive control of the motor 10 is performed in first to third emergency control modes described later. .

具体的には、現在のモータ駆動回路５３におけるスイッチ群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・のオンオフ状態と、各ハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃの電流センサ５３Ｓによる検出結果とに基づいて、第１のハーネス５５Ａと第２のハーネス５５Ｂとが短絡したか否か（Ｓ１）、第２のハーネス５５Ｂと第３のハーネス５５Ｃとが短絡したか否か（Ｓ２）、第１のハーネス５５Ａと第３のハーネス５５Ｃとが短絡したか否か（Ｓ３）を順次にチェックし、何れも短絡していない場合（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３で全て「ＮＯ」）は、モータ１０を、上述した通常制御モードで駆動する（Ｓ４）。   Specifically, based on the on / off state of the switch groups AH, AL, BH,... In the current motor drive circuit 53 and the detection results of the current sensors 53S of the harnesses 55A, 55B, 55C, the first Whether the harness 55A and the second harness 55B are short-circuited (S1), whether the second harness 55B and the third harness 55C are short-circuited (S2), the first harness 55A and the third harness 55C It is sequentially checked whether or not the harness 55C is short-circuited (S3). If none is short-circuited (“NO” in steps S1, S2, and S3), the motor 10 is operated in the normal control mode described above. Drive (S4).

一方、第１のハーネス５５Ａと第２のハーネス５５Ｂとの短絡を検出した場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、モータ１０を第１非常制御モードで駆動する（Ｓ５）。具体的には、ハーネス同士が短絡している第１のブラシ４０Ａ，４０Ａと第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂとを直流電源９２の正負の一方の電極から切り離して他方の電極に接続しかつ、直流電源９２から切り離されていた予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃを第１及び第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂとは逆の一方の電極に接続する。   On the other hand, when a short circuit between the first harness 55A and the second harness 55B is detected (YES in step S1), the motor 10 is driven in the first emergency control mode (S5). Specifically, the first brushes 40A and 40A and the second brushes 40B and 40B in which the harnesses are short-circuited are separated from one of the positive and negative electrodes of the DC power source 92 and connected to the other electrode, and the DC The spare brushes 40C and 40C that have been disconnected from the power source 92 are connected to one electrode opposite to the first and second brushes 40A and 40B.

例えば、第１非常制御モードでロータ１１をＣＷ方向に回転させる場合には、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段スイッチ素子ＡＨと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの上段スイッチ素子ＢＨと、第３のスイッチ直列回路５３Ｃの下段スイッチ素子ＣＬとをオンし、その他のスイッチ素子ＡＬ，ＢＬ，ＣＨを全てオフする。すると、第１及び第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂが共に直流電源９２の正電極に接続され、予備のブラシ４０Ｃが直流電源９２の負電極に接続される。   For example, when the rotor 11 is rotated in the CW direction in the first emergency control mode, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A, the upper switch element BH of the second switch series circuit 53B, The lower switch element CL of the switch series circuit 53C is turned on, and all other switch elements AL, BL, and CH are turned off. Then, both the first and second brushes 40 </ b> A and 40 </ b> B are connected to the positive electrode of the DC power supply 92, and the spare brush 40 </ b> C is connected to the negative electrode of the DC power supply 92.

このとき、予備のブラシ４０Ｃと第１のブラシ４０Ａとの間及び、予備のブラシ４０Ｃと第２のブラシ４０Ｂとの間では、コイル辺１５Ｈに図８の矢印で示す方向に電流が流れるが、同一極性の電極に接続された第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間ではコイル辺１５Ｈに電流が流れないので、通常制御モードに比べてトルクが低下する。また、同図に示すように、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間では、一部のコイル辺１５Ｈ（楕円で囲んだ部分）に、通常制御モードのＣＷ方向への回転時（図５参照）とは逆向きの電流が流れて、ＣＣＷ方向のトルクが発生する。しかしながら、全体としてはＣＷ方向のトルクが優るので、通常制御モードのときと比べてトルクは低下するものの、ロータ１１をＣＷ方向に回転させることが可能である。   At this time, current flows between the spare brush 40C and the first brush 40A and between the spare brush 40C and the second brush 40B in the direction indicated by the arrow in FIG. Since no current flows through the coil side 15H between the first brush 40A and the second brush 40B connected to the electrodes of the same polarity, the torque is reduced as compared with the normal control mode. Further, as shown in the figure, between the second brush 40B and the spare brush 40C, a part of the coil side 15H (portion enclosed by an ellipse) is rotated in the CW direction in the normal control mode ( A current in the direction opposite to that in FIG. 5 flows, and torque in the CCW direction is generated. However, since the torque in the CW direction is superior as a whole, the rotor 11 can be rotated in the CW direction although the torque is lower than that in the normal control mode.

また、第１非常制御モードでロータ１１をＣＣＷ方向に回転させる場合には、スイッチ素子群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・のオンオフ状態を、上記ＣＷ方向の回転時とは逆にする。即ち、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段スイッチ素子ＡＨと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの上段スイッチ素子ＢＨと、第３のスイッチ直列回路５３Ｃの下段スイッチ素子ＣＬとをオフし、その他のスイッチ素子ＡＬ，ＢＬ，ＣＨを全てオンする。すると、第１及び第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂが共に直流電源９２の負電極に接続され、予備のブラシ４０Ｃが直流電源９２の正電極に接続されて、電機子巻線１５のコイル辺１５Ｈに、図８の矢印で示す方向とは逆向きに電流が流れる。このときも、通常制御モードのときと比べてトルクは低下するものの、ロータ１１をＣＣＷ方向に回転させることが可能である。   When the rotor 11 is rotated in the CCW direction in the first emergency control mode, the on / off states of the switch element groups AH, AL, BH,... Are reversed from those during the rotation in the CW direction. That is, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A, the upper switch element BH of the second switch series circuit 53B, and the lower switch element CL of the third switch series circuit 53C are turned off, and the other switches All the elements AL, BL, and CH are turned on. Then, both the first and second brushes 40A and 40B are connected to the negative electrode of the DC power supply 92, and the spare brush 40C is connected to the positive electrode of the DC power supply 92, and is connected to the coil side 15H of the armature winding 15. The current flows in the direction opposite to the direction indicated by the arrow in FIG. Also at this time, although the torque is lower than that in the normal control mode, the rotor 11 can be rotated in the CCW direction.

第２のハーネス５５Ｂと第３のハーネス５５Ｃとの短絡を検出した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）には、第２非常制御モードで駆動制御を行う（Ｓ６）。具体的には、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃとを直流電源９２の正負何れか一方の同一電極に接続すると共に、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａを第２及び予備のブラシ４０Ｂ，４０Ｃとは逆の他方の電極に接続する。   When a short circuit between the second harness 55B and the third harness 55C is detected (YES in step S2), drive control is performed in the second emergency control mode (S6). Specifically, the second brushes 40B and 40B and the spare brushes 40C and 40C are connected to the same positive or negative electrode of the DC power source 92, and the first brushes 40A and 40A are connected to the second and spare brushes. The other electrode opposite to the brushes 40B and 40C is connected.

第２非常制御モードでロータ１１をＣＷ方向に回転させる場合には、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段スイッチ素子ＡＨと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの下段スイッチ素子ＢＬと、第３のスイッチ直列回路５３Ｃの下段スイッチ素子ＣＬとをオンし、その他のスイッチ素子ＡＬ，ＢＨ，ＣＨを全てオフする。すると、第２及び予備のブラシ４０Ｂ，４０Ｃが共に直流電源９２の負電極に接続され、第１のブラシ４０Ａが直流電源９２の正電極に接続される。   When rotating the rotor 11 in the CW direction in the second emergency control mode, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A, the lower switch element BL of the second switch series circuit 53B, and the third switch The lower switch element CL of the series circuit 53C is turned on and all other switch elements AL, BH, and CH are turned off. Then, both the second and spare brushes 40B and 40C are connected to the negative electrode of the DC power supply 92, and the first brush 40A is connected to the positive electrode of the DC power supply 92.

このとき、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間及び、第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃとの間では、コイル辺１５Ｈに図９の矢印で示す方向に電流が流れるが、同一極性の電極に接続された第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間ではコイル辺１５Ｈに電流が流れないので、通常制御モードに比べてトルクが低下する。しかしながら、電流が流れる各コイル辺１５Ｈには、フレミングの左手の法則に従う力が働くので、通常制御モードのときと比べてトルクは低下するものの、ロータ１１をＣＷ方向に回転させることが可能である。   At this time, current flows between the first brush 40A and the second brush 40B and between the first brush 40A and the spare brush 40C in the direction indicated by the arrow in FIG. 9 on the coil side 15H. Since no current flows through the coil side 15H between the second brush 40B connected to the electrode of the same polarity and the spare brush 40C, the torque is reduced as compared with the normal control mode. However, since a force according to Fleming's left-hand rule acts on each coil side 15H through which a current flows, the torque can be reduced as compared with the normal control mode, but the rotor 11 can be rotated in the CW direction. .

また、第２非常制御モードでロータ１１をＣＣＷ方向に回転させる場合には、スイッチ素子群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・のオンオフ状態を、上記ＣＷ方向の回転時とは逆にする。即ち、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段スイッチ素子ＡＨと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの下段スイッチ素子ＢＬと、第３のスイッチ直列回路５３Ｃの下段スイッチ素子ＣＬとをオフし、その他のスイッチ素子ＡＬ，ＢＨ，ＣＨを全てオンする。すると、第２及び予備のブラシ４０Ｂ，４０Ｃが共に直流電源９２の正電極に接続され、第１のブラシ４０Ａが直流電源９２の負電極に接続されて、各コイル辺１５Ｈには、図９の矢印で示す方向とは逆向きに電流が流れる。このときも、通常制御モードのときと比べてトルクは低下するものの、ロータ１１をＣＣＷ方向に回転させることが可能である。   When the rotor 11 is rotated in the CCW direction in the second emergency control mode, the on / off states of the switch element groups AH, AL, BH,... Are reversed from those during the rotation in the CW direction. That is, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A, the lower switch element BL of the second switch series circuit 53B, and the lower switch element CL of the third switch series circuit 53C are turned off, and the other switches All the elements AL, BH, and CH are turned on. Then, both the second and spare brushes 40B and 40C are connected to the positive electrode of the DC power source 92, the first brush 40A is connected to the negative electrode of the DC power source 92, and each coil side 15H has Current flows in the direction opposite to the direction indicated by the arrow. Also at this time, although the torque is lower than that in the normal control mode, the rotor 11 can be rotated in the CCW direction.

第１のハーネス５５Ｂと第３のハーネス５５Ｃとの短絡を検出した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）には、第３非常制御モードで駆動制御を行う（Ｓ７）。具体的には、第１のブラシ４０Ａ，４０Ａと予備のブラシ４０Ｃ，４０Ｃとを直流電源９２の正負何れか一方の同一電極に接続すると共に、第２のブラシ４０Ｂ，４０Ｂを第１及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｃとは逆の他方の電極に接続する。   When a short circuit between the first harness 55B and the third harness 55C is detected (YES in step S3), drive control is performed in the third emergency control mode (S7). Specifically, the first brushes 40A and 40A and the spare brushes 40C and 40C are connected to the same positive or negative electrode of the DC power source 92, and the second brushes 40B and 40B are connected to the first and spare brushes. The other electrode opposite to the brushes 40A and 40C is connected.

第３非常制御モードでロータ１１をＣＷ方向に回転させる場合には、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段スイッチ素子ＡＨと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの下段スイッチ素子ＢＬと、第３のスイッチ直列回路５３Ｃの上段スイッチ素子ＣＨとをオンし、その他のスイッチ素子ＡＬ，ＢＨ，ＣＬを全てオフにする。すると、第１及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｃが共に直流電源９２の正電極に接続され、第２のブラシ４０Ｂが直流電源９２の負電極に接続される。   When rotating the rotor 11 in the CW direction in the third emergency control mode, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A, the lower switch element BL of the second switch series circuit 53B, and the third switch The upper switch element CH of the series circuit 53C is turned on, and the other switch elements AL, BH, CL are all turned off. Then, both the first and spare brushes 40 </ b> A and 40 </ b> C are connected to the positive electrode of the DC power source 92, and the second brush 40 </ b> B is connected to the negative electrode of the DC power source 92.

このとき、第２のブラシ４０Ｂと第１のブラシ４０Ａとの間及び、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間では、コイル辺１５Ｈに図１０の矢印で示す方向に電流が流れるが、同一極性の電極に接続された第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃとの間ではコイル辺１５Ｈに電流が流れないので、通常制御モードに比べてトルクが低下する。しかしながら、電流が流れる各コイル辺１５Ｈには、フレミングの左手の法則に従う力が働くので、通常制御モードのときと比べてトルクは低下するものの、ロータ１１をＣＷ方向に回転させることが可能である。   At this time, a current flows between the second brush 40B and the first brush 40A and between the second brush 40B and the spare brush 40C in the direction indicated by the arrow in FIG. Since no current flows through the coil side 15H between the first brush 40A and the spare brush 40C connected to the electrodes having the same polarity, the torque is reduced as compared with the normal control mode. However, since a force according to Fleming's left-hand rule acts on each coil side 15H through which a current flows, the torque can be reduced as compared with the normal control mode, but the rotor 11 can be rotated in the CW direction. .

また、第３非常制御モードでロータ１１をＣＣＷ方向に回転させる場合には、スイッチ素子群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・のオンオフ状態を、上記ＣＷ方向の回転時とは逆にする。即ち、第１のスイッチ直列回路５３Ａの上段スイッチ素子ＡＨと、第２のスイッチ直列回路５３Ｂの下段スイッチ素子ＢＬと、第３のスイッチ直列回路５３Ｃの上段スイッチ素子ＣＨとをオフし、その他のスイッチ素子ＡＬ，ＢＨ，ＣＬを全てオンする。すると、第１及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｃが共に直流電源９２の負電極に接続され、第２のブラシ４０Ｂが直流電源９２の正電極に接続されて、各コイル辺１５Ｈに、図１０の矢印で示す方向とは逆向きに電流が流れる。このときも、通常制御モードのときと比べてトルクは低下するものの、ロータ１１をＣＣＷ方向に回転させることが可能である。   When the rotor 11 is rotated in the CCW direction in the third emergency control mode, the on / off states of the switch element groups AH, AL, BH,... Are reversed from those during the rotation in the CW direction. That is, the upper switch element AH of the first switch series circuit 53A, the lower switch element BL of the second switch series circuit 53B, and the upper switch element CH of the third switch series circuit 53C are turned off, and the other switches All the elements AL, BH and CL are turned on. Then, the first and spare brushes 40A and 40C are both connected to the negative electrode of the DC power source 92, the second brush 40B is connected to the positive electrode of the DC power source 92, and each coil side 15H has an arrow in FIG. Current flows in the direction opposite to the direction indicated by. Also at this time, although the torque is lower than that in the normal control mode, the rotor 11 can be rotated in the CCW direction.

ここで、通常制御モード（Ｓ４）から第１〜第３の非常制御モード（Ｓ５〜Ｓ７）に切り替わる場合や、各制御モード（Ｓ４〜Ｓ７）おいてロータ１１の回転方向が反転する場合には、モータ制御回路５４からのオンオフ信号によって、モータ駆動回路５３のスイッチ素子ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・がスイッチング動作するが、モータ制御回路５４は、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチ素子ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・の動作遅れにより各スイッチ直列回路５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃにおける上下段のスイッチ素子が共にオンして貫通電流が流れないようにするため、上段側と下段側のスイッチ素子にオフ信号を出力してから所定のデッドタイムが経過した後で（全てのスイッチ素子ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・を一旦オフした後で）、上段側と下段側の所定のスイッチ素子にオン信号を出力する。また、各制御モード（Ｓ４〜Ｓ７）では、モータ駆動回路５３のスイッチ素子群ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，・・・のオンオフによりモータ１０への駆動電流がＰＷＭ制御される。本実施形態のモータ１０及びモータ回路５０の動作は以上である。   Here, when switching from the normal control mode (S4) to the first to third emergency control modes (S5 to S7), or when the rotation direction of the rotor 11 is reversed in each control mode (S4 to S7). The switching elements AH, AL, BH,... Of the motor driving circuit 53 are switched by an on / off signal from the motor control circuit 54. The motor control circuit 54 is configured by switching elements AH, AL, BH,. In order to prevent through current from flowing through the switch elements in the upper and lower stages in each of the switch series circuits 53A, 53B, and 53C due to the operation delay of..., An OFF signal is output to the upper and lower switch elements. After a predetermined dead time has elapsed (after all switch elements AH, AL, BH,... Are turned off once), the upper stage side and the lower stage side It outputs an ON signal to a predetermined switching element. In each control mode (S4 to S7), the drive current to the motor 10 is PWM-controlled by turning on and off the switch element groups AH, AL, BH,. The operations of the motor 10 and the motor circuit 50 of the present embodiment are as described above.

ところで、図１１（Ａ）に示すように、正極と負極の１対のブラシＢｒ＋，Ｂｒ−をそれぞれ中性軸に配置して、ブラシＢｒ＋，Ｂｒ−同士の間隔を電気角にして１８０度としたモータ（以下、「従来品１」という）の出力トルクを「１」とした場合に、上記第１〜第３非常制御モードにおける本実施形態のモータ１０（図１１（Ｂ）参照）の出力トルクは、概算でそれぞれ下記表１〜表３のようになる。   By the way, as shown in FIG. 11A, a pair of positive and negative brushes Br + and Br− are arranged on the neutral axis, and the distance between the brushes Br + and Br− is set to an electrical angle of 180 degrees. When the output torque of the motor (hereinafter referred to as “conventional product 1”) is “1”, the output of the motor 10 of the present embodiment (see FIG. 11B) in the first to third emergency control modes. The torques are roughly shown in Tables 1 to 3 below.

図１１（Ｂ）において、短絡していないハーネスに繋がるブラシの真下を通過する前後でコイル辺１５Ｈに流れる電流の向きが反転すると仮定した場合、第１非常制御モードでは、短絡していない予備のブラシ４０Ｃと第１のブラシ４０Ａとの間（第３角度γの範囲）のコイル辺１５Ｈと、予備のブラシ４０Ｃと第２のブラシ４０Ｂとの間（第２角度βの範囲）のコイル辺１５Ｈとで、電流の向きが逆向きになる。そして、表１に示すように、第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃとの間のコイル辺１５Ｈ及び、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間でＳ極の界磁石２２Ｓ側（電気角（１８０−α）の範囲）に入っているコイル辺１５Ｈにより正トルクＴ１が発生し、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間でＮ極の界磁石２２Ｎ側（電気角（１８０−γ）の範囲）に入っているコイル辺１５Ｈにより逆向きの負トルクＴ２が発生する。全体としては正トルクＴ１が優っており、正トルクＴ１から負トルクＴ２を差し引くと、第１非常制御モードでは、従来品１のモータの約１３．３％の正トルクを出力可能になっている。   In FIG. 11B, when it is assumed that the direction of the current flowing through the coil side 15H is reversed before and after passing under the brush connected to the harness that is not short-circuited, in the first emergency control mode, a spare that is not short-circuited A coil side 15H between the brush 40C and the first brush 40A (range of the third angle γ) and a coil side 15H between the spare brush 40C and the second brush 40B (range of the second angle β) And the direction of the current is reversed. As shown in Table 1, the coil side 15H between the first brush 40A and the spare brush 40C and the S-pole field magnet 22S side (between the second brush 40B and the spare brush 40C ( A positive torque T1 is generated by the coil side 15H within the electrical angle (180-α range), and the N-pole field magnet 22N side (electrical angle (between the second brush 40B and the spare brush 40C) The negative torque T2 in the reverse direction is generated by the coil side 15H within the range 180-γ). As a whole, the positive torque T1 is superior, and when the negative torque T2 is subtracted from the positive torque T1, approximately 13.3% of the positive torque of the motor of the conventional product 1 can be output in the first emergency control mode. .

同様に、第２非常制御モードでは、図１１（Ｂ）において、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間（第１角度αの範囲）のコイル辺１５Ｈと、第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃとの間（第３角度γの範囲）のコイル辺１５Ｈとで、電流の向きが逆向きになる。そして、表２に示すように、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間のコイル辺１５Ｈと、第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃとの間のコイル辺１５Ｈとにより正トルクＴ１が発生する。これら正トルクＴ１を合計すると、第２非常制御モードでは、従来品１のモータの約７６．２％の正トルクを出力可能になっている。   Similarly, in the second emergency control mode, in FIG. 11B, the coil side 15H between the first brush 40A and the second brush 40B (range of the first angle α), and the first brush 40A. And the spare brush 40C (in the range of the third angle γ), the direction of the current is reversed. As shown in Table 2, positive torque is generated by the coil side 15H between the first brush 40A and the second brush 40B and the coil side 15H between the first brush 40A and the spare brush 40C. T1 occurs. When these positive torques T1 are summed, in the second emergency control mode, a positive torque of about 76.2% of the motor of the conventional product 1 can be output.

同様に、第３非常制御モードでは、図１１（Ｂ）において、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間（第１角度αの範囲）のコイル辺１５Ｈと、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間（第２角度βの範囲）のコイル辺１５Ｈとで、電流の向きが逆向きになる。そして、表３に示すように、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの間のコイル辺１５Ｈ及び、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間でＮ極の界磁石２２Ｎ側（電気角（１８０−γ）の範囲）に入っているコイル辺１５Ｈにより正トルクＴ１が発生し、第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとの間でＳ極の界磁石２２Ｓ側（電気角（１８０−α）の範囲）に入っているコイル辺１５Ｈにより、逆向きの負トルクＴ２が発生する。全体としては正トルクＴ１が優っており、正トルクＴ１から負トルクＴ２を差し引くと、第３の非常制御モードでは、従来品１のモータの約４４．４％の正トルクを出力可能になっている。   Similarly, in the third emergency control mode, in FIG. 11B, the coil side 15H between the first brush 40A and the second brush 40B (range of the first angle α) and the second brush 40B. And the spare brush 40C (the range of the second angle β) between the coil sides 15H, the direction of the current is reversed. As shown in Table 3, the coil side 15H between the first brush 40A and the second brush 40B and the N-pole field magnet 22N side between the second brush 40B and the spare brush 40C are provided. A positive torque T1 is generated by the coil side 15H within the range (electrical angle (180-γ)), and the S-pole field magnet 22S side (electrical angle) is formed between the second brush 40B and the spare brush 40C. The negative torque T2 in the reverse direction is generated by the coil side 15H included in the range (180-α). As a whole, the positive torque T1 is superior, and when the negative torque T2 is subtracted from the positive torque T1, approximately 44.4% of the positive torque of the motor of the conventional product 1 can be output in the third emergency control mode. Yes.

このように、本実施形態のモータ１０では、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとの他に予備のブラシ４０Ｃを備え、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂの間隔を電気角で１８０度以外（具体的には、第１のブラシ４０ＡからＣＣＷ方向に１６０度）とし、コンミュテータ１３のうち第１と第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂの接触位置が電気角で１８０度以上離れた部分であって第１及び第２のブラシ４０Ａ，４０Ｂとの間隔が共に１８０度以外になる位置（具体的には、第２のブラシ４０ＢからＣＣＷ方向に８０度離れた位置）に予備のブラシ４０Ｃが接触するように配置して、任意の２種類のブラシを直流電源９２を接続することでモータ１０を駆動可能とした。これにより、第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとのうち、一方が失陥した場合でも、失陥していない方のブラシと予備のブラシ４０Ｃとを直流電源９２に接続することでモータ１０に駆動電流を供給することができ、モータ１０を駆動可能となる。   Thus, in the motor 10 of this embodiment, the backup brush 40C is provided in addition to the first brush 40A and the second brush 40B, and the interval between the first brush 40A and the second brush 40B is set to an electrical angle. In other than 180 degrees (specifically, 160 degrees in the CCW direction from the first brush 40A), the contact position of the first and second brushes 40A and 40B in the commutator 13 is 180 degrees or more apart in electrical angle. A spare brush at a position where the distance between the first and second brushes 40A and 40B is other than 180 degrees (specifically, a position 80 degrees away from the second brush 40B in the CCW direction). The motor 10 can be driven by connecting the DC power supply 92 to any two types of brushes arranged so as to be in contact with 40C. As a result, even if one of the first brush 40A and the second brush 40B fails, the motor that does not fail and the spare brush 40C are connected to the DC power source 92. 10 can be supplied with a drive current, and the motor 10 can be driven.

また、本実施形態のモータ回路５０によれば、モータ１０のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに接続された３本のハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃのうち、何れか２本が短絡した場合には、それら短絡したハーネスに接続された２つのブラシを直流電源の一方の電極に接続し、短絡していない残り１つのブラシを直流電源の他方の電極に接続して、３つのブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによってモータ１０に駆動電流を付与する。これにより、ハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃの短絡に伴う直流電源９２の破損を防ぐことができる。また、短絡した２つのブラシの一方と残りの１つのブラシとの間及び、短絡した２つのブラシの他方と残りの１つのブラシとの間では、互いに逆向きの電流が流れて互いに逆向きのトルクが発生する（図８参照）こともあり得るが、それら逆向きのトルク同士が釣り合って出力トルクが「０」になることはない（表１〜表３参照）。これにより、ハーネスが短絡した場合でも、モータ１０を任意の方向に確実に回転させることができる。   Further, according to the motor circuit 50 of the present embodiment, when any two of the three harnesses 55A, 55B, 55C connected to the brushes 40A, 40B, 40C of the motor 10 are short-circuited, Two brushes connected to the short-circuited harness are connected to one electrode of the DC power supply, and the remaining one brush that is not short-circuited is connected to the other electrode of the DC power supply, and the three brushes 40A, 40B, and 40C are used. A drive current is applied to the motor 10. As a result, the DC power supply 92 can be prevented from being damaged due to the short circuit of the harnesses 55A, 55B, and 55C. Also, currents flowing in the opposite directions flow between one of the two short-circuited brushes and the remaining one brush, and between the other of the two short-circuited brushes and the remaining one brush. Torque may be generated (see FIG. 8), but the torques in opposite directions are not balanced and the output torque does not become “0” (see Tables 1 to 3). Thereby, even when a harness short-circuits, the motor 10 can be reliably rotated in arbitrary directions.

ここで、１対のブラシに接続されたハーネス同士が短絡した場合に備えて、ブラシとハーネスとを２対ずつ設けておく構成も考えられるが、このような構成では、ブラシ群１つ当たりのブラシ数が４個となって本実施形態より１個増加するだけでなく、ブラシをスイッチングするためのスイッチ素子も８個必要になって本実施形態より２個増加し、更に、ハーネスも４本必要となって本実施形態より１本増加する。従って、本実施形態の方が部品コストを大幅に抑えることができる。   Here, in preparation for a case where the harnesses connected to the pair of brushes are short-circuited, a configuration in which two pairs of brushes and harnesses are provided is also conceivable, but in such a configuration, per brush group is considered. Not only is the number of brushes increased to 4 and increased by 1 from the present embodiment, but 8 switching elements for switching brushes are required, which is increased by 2 from the present embodiment, and 4 harnesses. It becomes necessary and increases by one from the present embodiment. Therefore, the part cost can be significantly reduced in the present embodiment.

次に、このモータ１０を使用した電動パワーステアリング装置１００について説明する。図１２に示すように、この電動パワーステアリング装置１００は、車両１１０に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１０２と、その転舵輪間シャフト１０２の外側を覆ったシャフトケース１０３とを備えている。転舵輪間シャフト１０２の両端は、タイロッド１０２Ｔ，１０２Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１０３は、車両１１０の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１０２の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１０３の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。   Next, an electric power steering apparatus 100 using the motor 10 will be described. As shown in FIG. 12, the electric power steering apparatus 100 includes a steered wheel shaft 102 passed between a pair of steered wheels 101, 101 provided in a vehicle 110, and an outer side of the steered wheel shaft 102. And a shaft case 103 covering the. Both ends of the shaft 102 between the steered wheels are connected to the steered wheels 101 and 101 via tie rods 102T and 102T, and the shaft case 103 is fixed to the main body of the vehicle 110. In addition, a rack (not shown) is formed at an intermediate portion of the inter-steering wheel shaft 102, and a pinion (not shown) penetrating the intermediate portion of the shaft case 103 from the side meshes with the rack.

ピニオンの上端部にはインターミディエートシャフト１０５（以下、「インタミシャフト１０５」という）が連結され、そのインタミシャフト１０５の上端部にはステアリングシャフト１０６が連結され、さらにそのステアリングシャフト１０６の上端部にはハンドル１０７が連結されている。そして、インタミシャフト１０５とステアリングシャフト１０６との連結部分に、減速機構１０８を介してモータ１０のロータ１１が連結されている。また、ステアリングシャフト１０６には、舵角センサ１１１とトルクセンサ１１２とが取り付けられ、ハンドル１０７の操舵角θ１を検出すると共に、ステアリングシャフト１０６にかかる操舵トルクＴｆを検出している。さらに、転舵輪１０１の近傍には、転舵輪１０１の回転に基づいて車速Ｖ１を検出するための車速センサ１１３が設けられている。そして、モータ駆動制御回路５１が、舵角センサ１１１、トルクセンサ１１２及び車速センサ１１３の検出信号に基づいた運転状況に応じてモータ１０を駆動し（図３参照）、これにより運転者によるハンドル操作をモータ１０の出力トルク（アシストトルク）で補助して転舵輪１０１，１０１を転舵することができる。   An intermediate shaft 105 (hereinafter referred to as “intermediate shaft 105”) is connected to the upper end portion of the pinion, a steering shaft 106 is connected to the upper end portion of the intermediate shaft 105, and further to the upper end portion of the steering shaft 106 Is connected to a handle 107. The rotor 11 of the motor 10 is connected to a connecting portion between the intermediate shaft 105 and the steering shaft 106 via a speed reduction mechanism 108. A steering angle sensor 111 and a torque sensor 112 are attached to the steering shaft 106 to detect the steering angle θ1 of the steering wheel 107 and the steering torque Tf applied to the steering shaft 106. Further, in the vicinity of the steered wheel 101, a vehicle speed sensor 113 for detecting the vehicle speed V1 based on the rotation of the steered wheel 101 is provided. Then, the motor drive control circuit 51 drives the motor 10 according to the driving situation based on the detection signals of the steering angle sensor 111, the torque sensor 112, and the vehicle speed sensor 113 (see FIG. 3), and thereby the steering operation by the driver. Can be steered by assisting with the output torque (assist torque) of the motor 10.

このように、本実施形態の電動パワーステアリング装置１００によれば、上述したモータ回路５０を有しモータ１０を駆動源として備えているので、ブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃに接続された３本のハーネス５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃの何れか２本が短絡した場合には、通常時より小さいアシスト力になるがハンドル操舵を補助することができる。また、ハンドル操舵時にモータ１０が発電機として機能してハンドル操舵を妨げるという事態も回避することが可能になる。   As described above, according to the electric power steering apparatus 100 of the present embodiment, the three harnesses connected to the brushes 40A, 40B, and 40C are provided because the motor circuit 50 described above is provided and the motor 10 is provided as a drive source. When any two of 55A, 55B, and 55C are short-circuited, the steering force can be assisted although the assist force is smaller than normal. In addition, it is possible to avoid a situation in which the motor 10 functions as a generator during steering of the steering wheel and hinders steering of the steering wheel.

［第２実施形態］
本実施形態は、第１、第２及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの配置を、前記第１実施形態とは異ならせたものである。具体的には、図１３（Ａ）に示すように、第１角度αと第３角度γとが共に電気角にして１６０度であり、第２角度βが電気角にして４０度になっている。その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Second Embodiment]
In the present embodiment, the arrangement of the first, second, and spare brushes 40A, 40B, and 40C is different from that of the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 13A, both the first angle α and the third angle γ are 160 degrees in electrical angle, and the second angle β is 40 degrees in electrical angle. Yes. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate descriptions are omitted.

前記従来品１（図１１（Ａ）参照）の出力トルクを「１」とした場合、第１非常制御モードになったときの本実施形態のモータ１０（図１１（Ｂ）参照）の出力トルクは、概算で下記表４のようになり、第２非常制御モードになったときのモータ１０の出力トルクは、概算で下記表５のようになり、第３非常制御モードになったときのモータ１０の出力トルクは、概算で下記表６のようになる。このように、本実施形態の構成でも上記第１実施形態と同等の効果を奏する。   When the output torque of the conventional product 1 (see FIG. 11 (A)) is “1”, the output torque of the motor 10 (see FIG. 11 (B)) of the present embodiment when the first emergency control mode is entered. Is roughly as shown in Table 4 below, and the output torque of the motor 10 when the second emergency control mode is entered is roughly as shown in Table 5 below and the motor when the third emergency control mode is entered. The output torque of 10 is roughly shown in Table 6 below. As described above, the configuration of this embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.

［第３実施形態］
本実施形態は、第１、第２及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの配置を、前記第１及び第２実施形態とは異ならせたものである。具体的には、図１３（Ｂ）に示すように、第１角度αが電気角にして１４０度、第２角度βが電気角にして９０度、第３角度γが電気角にして１３０度になっている。その他の構成については上記第１実施形態と同じである。 [Third Embodiment]
In the present embodiment, the arrangement of the first, second, and spare brushes 40A, 40B, and 40C is different from that of the first and second embodiments. Specifically, as shown in FIG. 13B, the first angle α is 140 degrees as an electrical angle, the second angle β is 90 degrees as an electrical angle, and the third angle γ is 130 degrees as an electrical angle. It has become. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

前記従来品１（図１１（Ａ）参照）の出力トルクを「１」とした場合、第１非常制御モードになったときの本実施形態のモータ１０の出力トルクは、概算で下記表７のようになり、第２非常制御モードになったときのモータ１０の出力トルクは、概算で下記表８のようになり、第３非常制御モードになったときのモータ１０の出力トルクは、概算で下記表９のようになる。このように、本実施形態の構成でも、上記第１及び第２実施形態と同等の効果を奏する。   When the output torque of the conventional product 1 (see FIG. 11 (A)) is “1”, the output torque of the motor 10 of the present embodiment when the first emergency control mode is entered is roughly shown in Table 7 below. Thus, the output torque of the motor 10 when in the second emergency control mode is approximately as shown in Table 8 below, and the output torque of the motor 10 when in the third emergency control mode is approximately It becomes like the following Table 9. Thus, the configuration of the present embodiment also provides the same effects as those of the first and second embodiments.

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。 [Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.

（１）前記第１実施形態では、通常制御モードにおいて、最もブラシ間隔の大きい第１のブラシ４０Ａと第２のブラシ４０Ｂとで駆動電流を給電していたが、通常制御モードにおいて、２番目にブラシ間隔が大きい第１のブラシ４０Ａと予備のブラシ４０Ｃ又は、最もブラシ間隔が小さい第２のブラシ４０Ｂと予備のブラシ４０Ｃとで駆動電流を給電してもよい。   (1) In the first embodiment, the drive current is supplied by the first brush 40A and the second brush 40B having the largest brush interval in the normal control mode. The drive current may be supplied by the first brush 40A and the spare brush 40C having a large brush interval, or the second brush 40B and the spare brush 40C having the smallest brush interval.

（２）前記実施形態では、第１、第２及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃからなるブラシ群４１を２つ備えていたが、例えば、界磁石２２Ｓ，２２Ｎの極数に応じてブラシ群４１を１つにしてもよいし、３つ以上にしてもよい。   (2) In the above-described embodiment, the two brush groups 41 including the first, second, and spare brushes 40A, 40B, and 40C are provided. For example, the brush groups according to the number of poles of the field magnets 22S and 22N. 41 may be one, or three or more.

（３）第１、第２及び予備のブラシ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのブラシ間隔である第１角度α、第２角度β、第３角度γは、前記実施形態の値に厳密に一致していなくてもよく、略一致していればよい。また、前記実施形態の値に限定するものではなく、例えば、第１角度α、第２角度β、第３角度γを順に、略１７０度、略４０度、略１５０度にしてもよいし、全て略１２０度になるようにしてもよい。   (3) The first angle α, the second angle β, and the third angle γ, which are the brush intervals of the first, second, and spare brushes 40A, 40B, and 40C, do not exactly match the values of the above embodiment. It does not matter as long as they substantially match. Moreover, it is not limited to the value of the embodiment, for example, the first angle α, the second angle β, and the third angle γ may be set to approximately 170 degrees, approximately 40 degrees, approximately 150 degrees in order, You may make it all become about 120 degree | times.

（４）モータ１０の極数（界磁石の個数）及びスロット数は、特に限定するものではなく、４極２２スロット、４極２４スロット、６極８スロット等のモータ１０に本発明を適用してもよい。また、コンミュテータ１３におけるセグメント１３Ｔの数も２２個に限定するものではなく、例えば、１２個でもよい。   (4) The number of poles (number of field magnets) and the number of slots of the motor 10 are not particularly limited, and the present invention is applied to the motor 10 having 4 poles 22 slots, 4 poles 24 slots, 6 poles 8 slots, and the like. May be. Further, the number of segments 13T in the commutator 13 is not limited to 22, and may be 12, for example.

（５）前記実施形態では、電機子巻線１５の巻線方式が「重ね巻」であったが「波巻」でもよい。   (5) In the above-described embodiment, the winding method of the armature winding 15 is “lap winding”, but may be “wave winding”.

（６）前記実施形態では、本発明に係るモータ回路５０を電動パワーステアリング装置１００に搭載していたが、車両１１０の電動スライドドア装置や、パワーウインド装置に本発明に係るモータ回路５０を搭載してもよい。   (6) In the above-described embodiment, the motor circuit 50 according to the present invention is mounted on the electric power steering apparatus 100. However, the motor circuit 50 according to the present invention is mounted on the electric sliding door apparatus or the power window apparatus of the vehicle 110. May be.

本発明の第１実施形態に係るブラシ付きＤＣモータの側断面図Side sectional view of the DC motor with brush according to the first embodiment of the present invention. コンミュテータ側から見たブラシ付きＤＣモータの平面図Plan view of DC motor with brush seen from the commutator side モータ回路のブロック図Motor circuit block diagram ブラシ付きＤＣモータの巻線図Winding diagram of brushed DC motor 通常制御モードにおけるブラシ付きＤＣモータの巻線図Winding diagram of brushed DC motor in normal control mode ブラシ付きＤＣモータの巻線図Winding diagram of brushed DC motor 監視プログラムのフローチャートMonitoring program flowchart 第１非常制御モードにおけるブラシ付きＤＣモータの巻線図Winding diagram of brushed DC motor in first emergency control mode 第２非常制御モードにおけるブラシ付きＤＣモータの巻線図Winding diagram of brushed DC motor in second emergency control mode 第３非常制御モードにおけるブラシ付きＤＣモータの巻線図Winding diagram of brushed DC motor in third emergency control mode （Ａ）従来のモータの概念図、（Ｂ）第１実施形態に係るモータの概念図(A) Conceptual diagram of conventional motor, (B) Conceptual diagram of motor according to the first embodiment. 電動パワーステアリング装置を備えた車両の概念図Conceptual diagram of a vehicle equipped with an electric power steering device （Ａ）第２実施形態に係るブラシ付きＤＣモータの巻線図、（Ｂ）第３実施形態に係るブラシ付きＤＣモータの巻線図(A) Winding diagram of DC motor with brush according to the second embodiment, (B) Winding diagram of DC motor with brush according to the third embodiment

符号の説明Explanation of symbols

１０ ブラシ付きＤＣモータ
１１ ロータ
１２ ステータ
１３ コンミュテータ
１５ 電機子巻線
１５Ｈ コイル辺
１６ スロット
２２Ｓ，２２Ｎ 界磁石
４０Ａ 第１のブラシ
４０Ｂ 第２のブラシ
４０Ｃ 予備のブラシ
４１ ブラシ群
５０ モータ回路
５３ モータ駆動回路
５３Ｓ 電流センサ（短絡検出手段）
５４ モータ制御回路（制御部）
５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ ハーネス（給電ライン）
９２ 直流電源
１００ 電動パワーステアリング装置
ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，ＢＬ，ＣＨ，ＣＬ スイッチ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC motor with brush 11 Rotor 12 Stator 13 Commutator 15 Armature winding 15H Coil side 16 Slot 22S, 22N Field magnet 40A 1st brush 40B 2nd brush 40C Backup brush 41 Brush group 50 Motor circuit 53 Motor drive circuit 53S Current sensor (short-circuit detection means)
54 Motor control circuit (control unit)
55A, 55B, 55C Harness (feed line)
92 DC power supply 100 Electric power steering device AH, AL, BH, BL, CH, CL Switch element

Claims (3)

ステータの周方向でＮ極とＳ極とが交互に繰り返されるように配置された磁石のうち同じ極性の磁石同士の間の最小角度と、コンミュテータに接触したブラシのうち同電位のブラシ同士の間の最小角度とが一致し、その最小角度を電気角の１周期としての３６０度とすると、前記周方向で隣り合った極性の異なる１対の前記ブラシの間隔を電気角で１８０度にしたときに、出力トルクが最大になるようにロータに巻線が配置されたブラシ付きＤＣモータにおいて、
前記１対のブラシの間隔を電気角で１８０度以外としかつ、前記コンミュテータのうち前記１対のブラシの接触位置が電気角で１８０度以上離れた部分であって前記１対のブラシとの間隔が電気角で１８０度以外になる位置に接触する予備のブラシを設け、前記１対のブラシ及び前記予備のブラシのうち任意の２種類のブラシに直流電源を接続して駆動可能としたことを特徴とするブラシ付きＤＣモータ。 Among the magnets arranged so that the N pole and the S pole are alternately repeated in the circumferential direction of the stator, the minimum angle between the magnets of the same polarity and the brushes of the same potential among the brushes in contact with the commutator When the minimum angle is 360 degrees as one period of electrical angle, the interval between a pair of brushes of different polarities adjacent in the circumferential direction is 180 degrees in electrical angle. In addition, in a brushed DC motor in which windings are arranged on the rotor so as to maximize the output torque,
The distance between the pair of brushes is other than 180 degrees in electrical angle, and the contact position of the pair of brushes in the commutator is a part separated by 180 degrees or more in electrical angle, and the distance between the pair of brushes A spare brush that comes in contact with a position where the electrical angle is other than 180 degrees is provided, and a DC power source is connected to any one of the pair of brushes and the spare brush to enable driving. DC motor with brush as a feature. 請求項１に記載のブラシ付きＤＣモータと、
１対のスイッチ素子を直列接続してなるスイッチ直列回路を、前記直流電源の正負の電極間に３つ並列接続し、前記各スイッチ直列回路における前記スイッチ素子の共通接続部分を前記１対のブラシ及び前記予備のブラシに接続する３つの給電ラインを有するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路を制御する制御部とを有したモータ回路であって、
前記１対のブラシの前記給電ライン同士の短絡を検出するための短絡検出手段を備え、
前記制御部は、通常は、前記１対のブラシを前記直流電源の１対の電極に接続しかつ前記予備のブラシを前記直流電源から切り離すように前記スイッチ素子群を制御し、前記短絡検出手段が短絡を検出したときには、前記１対のブラシを共に前記直流電源の一方の電極から切り離して他方の電極に接続しかつ前記予備のブラシを前記直流電源の一方の電極に接続するように前記スイッチ素子群を制御することを特徴とするモータ回路。 A brushed DC motor according to claim 1;
Three switch series circuits formed by connecting a pair of switch elements in series are connected in parallel between the positive and negative electrodes of the DC power supply, and a common connection portion of the switch elements in each switch series circuit is connected to the pair of brushes. And a motor drive circuit having three power supply lines connected to the spare brush,
A motor circuit having a control unit for controlling the motor drive circuit,
Short-circuit detecting means for detecting a short-circuit between the power supply lines of the pair of brushes,
The control unit normally controls the switch element group to connect the pair of brushes to a pair of electrodes of the DC power source and to disconnect the spare brush from the DC power source, and the short-circuit detecting means When the switch detects a short circuit, both the pair of brushes are disconnected from one electrode of the DC power supply and connected to the other electrode, and the spare brush is connected to one electrode of the DC power supply. A motor circuit for controlling an element group. 請求項２に記載のモータ回路を有し、前記ブラシ付きＤＣモータを駆動源として備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。   An electric power steering apparatus comprising the motor circuit according to claim 2 and comprising the brushed DC motor as a drive source.

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