JPH09117093A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数や組付け工数を低減して組付けの容
易な電動式パワーステアリング装置を提供すること。 【解決手段】 制御回路９は、基板９ａを保持する外部
ケース９ｂに２個のブラシホルダ２３が一体的に固定さ
れて、モータハウジング内でモータの側方に配置されて
いる。２個のブラシホルダ２３は、ブラシ挿入部の中心
線Ａ、Ｂがアーマチュアの中心軸Ｏを通り、且つ２本の
中心線Ａ、Ｂの成す角度が９０度となるように（つま
り、コンミテータ２１の円周方向で２個のブラシ２２が
９０度間隔に配置されるように）構成されている。制御
回路９とブラシ２２とを接続するモータ配線は、外部ケ
ース９ｂに設けられた中間端子４３と基板９ａ上に組付
けられた各スイッチング素子３３とをボンディングワイ
ヤ４４で接続するとともに、ブラシホルダ２３に収容さ
れたスプリング４５を中間端子４３に接続することで実
現している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両のステアリン
グ操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、モータの回転出力によってステア
リングの操舵力を補助する電動式パワーステアリング装
置（以下、ＥＰＳと略す）が実用化されている。このＥ
ＰＳは、操舵力を補助するモータと、このモータに流れ
る電流を制御する制御装置とを備えるが、モータと制御
装置とが別々に配置されているため、モータと制御装置
とを接続するモータ配線が長くなって、配線に係わる部
品点数や組付け工数が増大している。そこで、本出願人
は、モータと制御回路とを一体化して共通のモータハウ
ジングに収容したＥＰＳを出願した（特願平７−６６３
６７号）。この先願では、図８に示すように、制御回路
１００の外部ケース１１０に中間端子１２０をインサー
ト成型して、この中間端子１２０に制御回路１００内の
各スイッチング素子１３０からのボンディングワイヤ１
４０を接続するとともに、ブラシ１５０から引き出され
たピグテール１６０を接続することでモータ配線を実現
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、先願のＥＰ
Ｓでは、以下の問題がある。 コンミテータ１７０に対してブラシ１５０を制御回路
１００と反対側に配置しているため、制御回路１００と
ブラシ１５０とを接続するピグテール１６０が必然的に
長くなる。このため、ピグテール１６０をクランパ１８
０等でエンドフレーム１９０に固定する必要が生じると
ともに、ピグテール１６０をスリーブ２００で絶縁被覆
する必要があることから、部品点数や組付け工数が増大
する。また、クランパ１８０から制御回路１００までの
ピグテール１６０は、中間端子１２０に接続するための
余裕を持たせる必要があるため、その余裕が接続後に弛
みとなる。このため、弛みとなったピグテール１６０が
アーマチュアに接触した場合、モータ配線が断線したり
ショートしたりする可能性があった。

【０００４】先願の構造上、ピグテール１６０を中間
端子１２０に接続した後からアーマチュアをエンドフレ
ーム１９０に挿入して組付ける必要があるため、アーマ
チュアを組付ける際に、ブラシ１５０がブラシホルダ２
１０から飛び出さない様にブラシ１５０をスプリング２
２０の付勢力に抗して押さえつけておく必要がある。こ
の場合、すでに組付けられている制御回路１００が作業
の邪魔になってアーマチュアの組付けが困難となってい
る。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、そ
の目的は、部品点数や組付け工数を低減して組付けの容
易な電動式パワーステアリング装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、コンミテータに対してブラシを制御回路側に配置し
てブラシホルダを制御回路と一体化したことにより、ブ
ラシから制御回路までのモータ配線を従来より短くでき
る。この結果、モータ配線をクランパでエンドフレーム
（モータハウジングの一部）等に固定する必要がなくな
るため、部品点数が削減されて組付け工数を低減でき
る。

【０００６】請求項２の発明によれば、モータ配線をブ
ラシホルダ内に通してブラシから制御回路まで結線した
ことにより、モータ配線を含めてブラシ（ブラシホル
ダ）から制御回路までを一体構造とすることができる。
これにより、エンドフレームに対してコンミテータを有
するアーマチュアを予め組付けておき、後から制御回路
を組付ける際に、同時にブラシをコンミテータに接触さ
せて組付けることができる。これにより、組付けを容易
に行うことができるとともに、モータ配線の弛みを無く
すことができるため、モータ配線の断線やショート等の
可能性がなく、信頼性が向上する。

【０００７】請求項３の発明によれば、ブラシホルダに
収容されたスプリングをモータ配線の一部として使用し
たことで従来のピグテールが不要となり、部品点数を削
減できる上に、配線に係わる組付け工数を低減できる。

【０００８】請求項４の発明によれば、モータの界磁極
を４極とした場合に、２個のブラシをコンミテータの円
周方向で９０度間隔に配置することにより、コンミテー
タに対するブラシの位置ずれを小さくできる。これによ
り、コンミテータの外周面にブラシを均等に接触させて
ブラシの偏磨耗を防止できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の電動式パワーステ
アリング装置（ＥＰＳ）を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）図１はＥＰＳの内部構造を示す断面図、
図２はＥＰＳの駆動系統を示す構成図である。ＥＰＳ１
は、図２に示すように、減速機２を介して操舵機構３に
連結される出力軸４、回転出力を発生するモータ５、こ
のモータ５の回転出力を出力軸４に伝達する電磁クラッ
チ６、操舵角（出力軸４の回転角）を検出する操舵角セ
ンサ７、ステアリング８の操舵力と車速に応じてモータ
電流を制御する制御回路９等より構成されて、出力軸４
以外の各構成部品（モータ５、電磁クラッチ６、操舵角
センサ７、制御回路９）が一体化されて１つのモータハ
ウジング１０（図１参照）に収容されている。

【００１０】（モータハウジング１０の説明）モータハ
ウジング１０は、図１に示すように、上記の各構成部品
が組付けられるエンドフレーム１１と、各構成部品を覆
ってエンドフレーム１１に気密に組付けられるモータケ
ース１２とから成る。エンドフレーム１１は、熱伝導性
の良い材料（例えばアルミニウム）から成り、操舵機構
３を収容するラックハウジング１３の端面に密着され
て、ボルト１４の締め付けによりラックハウジング１３
に固定されている。モータケース１２は、磁性材料（例
えば鉄製）により形成されて、一端側（図１の上端側）
が閉塞された有底筒形状（コップ形状）を成し、開口周
縁部の外周に設けられた固定部１２ａでボルト１５の締
め付けによりエンドフレーム１１に固定されている。モ
ータケース１２の開口端側には、エンドフレーム１１と
の間で制御回路９のコネクタ１６を取り出すための取出
口１７が形成されている。

【００１１】（モータ５の説明）モータ５は、永久磁石
から成る界磁極１８（本実施例では４極）、この界磁極
１８の内周で回転するアーマチュア１９、アーマチュア
シャフト２０の一端側に設けられたコンミテータ２１、
このコンミテータ２１の外周面に摺接する２個のブラシ
２２（図５参照）、このブラシ２２を保持するブラシホ
ルダ２３等より構成されて、アーマチュア１９がエンド
フレーム１１に対して直立した姿勢（図１に示す状態）
で組付けられている。なお、アーマチュア１９は、図１
に示すように、アーマチュアシャフト２０の一端側、即
ちコンミテータ２１側が軸受２４を介して電磁クラッチ
６のハウジング２５に回転自在に支持されて、他端側が
軸受２６を介してモータケース１２の底面に設けられた
軸受部１２ｃに回転自在に支持されている。

【００１２】（電磁クラッチ６の説明）電磁クラッチ６
は、モータ５と出力軸４との間に設けられて、制御回路
９を介して通電制御されるコイル２７、このコイル２７
を保持してエンドフレーム１１に固定されるハウジング
２５、アーマチュアシャフト２０の一端部に連結されて
アーマチュアシャフト２０と一体に回転するロータ２
８、出力軸４と連結されて出力軸４と一体に回転する円
板状の回転体２９等から構成されている。この電磁クラ
ッチ６は、コイル２７が通電されると、コイル２７の磁
力を受けて磁化したロータ２８に回転体２９が吸引され
て、回転体２９がロータ２８と一体に回転することによ
り、モータ５の回転出力がロータ２８および回転体２９
を通じて出力軸４に伝達される。但し、ＥＰＳ１の作動
異常時には、モータ５の回転出力が出力軸４へ伝達され
ないように、制御回路９を介してコイル２７への通電が
停止されることにより、アーマチュアシャフト２０と出
力軸４との連結状態が切り離される。

【００１３】（操舵角センサ７の説明）操舵角センサ７
は、回転体２９の外周面に固着された磁性体３０と、回
転体２９の外周で磁性体３０と対向して配された磁気検
出手段３１（例えばホールＩＣ）とから成り、回転体２
９と一体に磁性体３０が回転することにより発生する磁
束変化を磁気検出手段３１で検出する。

【００１４】（制御回路９の説明）制御回路９は、基板
９ａを保持する外部ケース９ｂ（樹脂製）と一体にコネ
クタ１６が設けられるとともに、２個のブラシホルダ２
３がそれぞれ外部ケース９ｂに溶着等で一体的に固定さ
れて、モータハウジング１０内でモータ５の側方に配置
されている。ブラシホルダ２３は、図５に示すように、
ブラシ挿入部の中心線Ａ、Ｂがアーマチュア１９の中心
軸Ｏを通り、且つ２本の中心線Ａ、Ｂの成す角度が９０
度となるように構成されている。つまり、コンミテータ
２１の円周方向で２個のブラシ２２が９０度間隔に配置
されるように固定されている。コネクタ１６は、図１に
示すように、モータケース１２とエンドフレーム１１と
の間に形成された取出口１７よりシール部材３２を介し
て気密に取り出されている。

【００１５】この制御回路９は、図３に示すように、Ｈ
ブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子３３
（３３ａ〜３３ｄ）、操舵トルクを検出するトルクセン
サ３４と車速を検出する車速センサ３５からの入力信号
をデジタル変換するＩ／Ｆ回路３６、このＩ／Ｆ回路３
６で変換された操舵力および車速に応じてトルクアシス
トに必要なモータ電流を設定するマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）３７、このマイクロコンピュータ３７から出
力されるデジタル信号をアナログ値に変換するＩ／Ｆ回
路３８、モータ５に流れる電流を検出する電流検出部３
９、Ｉ／Ｆ回路３８で変換されたアナログ電流指令値と
電流検出部３９で検出された電流値に基づいて各スイッ
チング素子３３のデューティ信号を作成する電流制御部
４０、この電流制御部４０で作成されたデューティ信号
とマイクロコンピュータ３７で決定されるトルクアシス
トすべき方向とが入力されて各スイッチング素子３３を
駆動するゲート駆動回路４１、および各スイッチング素
子３３のスイッチング動作に伴うバッテリ電流を平滑す
るコンデンサ４２等より構成されている。

【００１６】ここで、制御回路９の各スイッチング素子
３３とモータ５のブラシ２２とを接続するモータ配線に
ついて説明する。モータ配線は、制御回路９の外部ケー
ス９ｂに設けられた中間端子４３と基板９ａ上に組付け
られた各スイッチング素子３３とをボンディングワイヤ
４４によって接続する（図４参照）とともに、ブラシホ
ルダ２３に収容されて一端がブラシ２２に接続されたス
プリング４５（導電体）の他端を中間端子４３に接続す
る（図５参照）ことで実現している。但し、中間端子４
３は、例えば外部ケース９ｂにインサート成型されて、
一方の端部がモータ５と対向する外部ケース９ｂの壁面
から外部ケース９ｂに固定されたブラシホルダ２３内に
取り出されて（図５参照）、その中間端子４３にスプリ
ング４５の端部が溶接等により接続されている。

【００１７】次に、本実施例のＥＰＳ１の作動を説明す
る。運転者によりステアリング８が操舵されると、その
操舵力がトルクセンサ３４で検出されて制御回路９へ入
力される。制御回路９では、トルクセンサ３４からの信
号と車速センサ３５からの信号に応じてアシストするト
ルクが演算され、そのトルクを発生するためのモータ電
流が設定される。そして、このモータ電流を指令する電
流指令値とモータ５に流れる電流とから各スイッチング
素子３３を駆動するためのデューティ信号が作成され
て、このデューティ信号とトルクアシストすべき方向と
から各スイッチング素子３３をＯＮ／ＯＦＦして、バッ
テリ４６（図２および図３参照）からモータ５への電圧
を可変してモータ５に流れる電流を制御する。

【００１８】このモータ電流によって発生したトルク
は、電磁クラッチ６を介して出力軸４に伝達され、さら
に出力軸４と噛み合う減速機２に伝達されて操舵機構３
をトルクアシストする。この結果、運転者の操舵力が軽
減されて、トルクセンサ３４の出力が小さくなり操舵の
操作が終了する。但し、制御回路９内のマイクロコンピ
ュータ３７によってＥＰＳ１の作動異常と診断される
と、電磁クラッチ６のコイル２７が通電停止されてモー
タ５と操舵機構３との連結状態が切り離される。これに
より、モータ５の状態によらず、運転者が手動で操作可
能となり、安全性が確保される。

【００１９】なお、車両の旋回走行時には、タイヤ４７
（図２参照）にセルフアライニングトルク（ＳＡＴ：ス
テアリング８を中立位置に復元させようとする力）が発
生するため、ステアリング８を操舵した後、ステアリン
グ８を手放しすると、ＳＡＴによって常に中立舵角位置
に戻ろうとする作用がステアリング８に働く。しかし、
ＥＰＳ１を搭載する場合は、モータ５の摩擦トルク（非
アシスト時の負荷トルク）が減速機２により増幅されて
ＳＡＴよりも大きくなるため、ステアリング８を手放し
しても、ステアリング８が中立舵角位置に戻らなくな
る。そこで、操舵角を操舵角センサ７で検出して、その
検出値に基づいてモータ電流を制御することにより、ス
テアリング８を手放しした時に中立舵角位置へ復元制御
することができる。

【００２０】（本実施例の特徴および効果）本実施例の
ＥＰＳ１は、ブラシホルダ２３を制御回路９の外部ケー
ス９ｂに固定して一体化したことにより、モータ配線を
ブラシホルダ２３の内部に通して結線することができ
る。これにより、モータ配線が短くなってクランパ等で
エンドフレーム１１に固定する必要がないことから、部
品点数が削減されて組付け工数を低減できる。また、モ
ータ配線を含めてブラシ２２（ブラシホルダ２３）から
制御回路９までを一体構造とすることができるため、エ
ンドフレーム１１にアーマチュア１９を組付けた後から
制御回路９を組付けることにより、同時にブラシ２２と
コンミテータ２１との接触を完了することができる。こ
の結果、組付けを容易に行うことができるとともに、モ
ータ配線の弛みを無くすことができるため、モータ配線
の断線やショート等の危険性がなく、信頼性が向上す
る。さらには、ブラシホルダ２３に収容されたスプリン
グ４５をモータ配線の一部として使用したことにより、
従来のピグテールが不要となるため、部品点数を削減し
て配線に係わる組付け工数を低減できる。

【００２１】（第２実施例）図６は第２実施例に係わる
ＥＰＳ１の内部構造を示す断面図である。本実施例は、
モータ配線としてピグテール４８を使用した場合の一例
を示すものである。第１実施例で示したようにスプリン
グ４５によってブラシ２２と中間端子４３とを接続した
場合、電流容量が大きくなる（２０Ａ程度）と、スプリ
ング４５の線径も太くする必要が生じるため、ブラシ２
２とコンミテータ２１との接触力が増大してモータ５の
成立用件を満たさなくなる。そこで、図６に示すよう
に、ブラシホルダ２３を中間端子４３と別の場所に固定
して、ブラシ２２に接続されたピグテール４８の一端を
中間端子４３に接続（例えば溶接）することでモータ配
線を実現しても良い。なお、ピグテール４８は、ブラシ
２２のコンミテータ２１と接触しない所に接続してお
き、予めブラシホルダ２３に形成されたスリット（図示
しない）を通ってブラシホルダ２３の外部へ取り出すこ
とができる。

【００２２】この場合、ブラシホルダ２３が制御回路９
の外部ケース９ｂと一体化されていることから、組付け
の際にピグテール４８に余裕を持たせる必要がないた
め、その長さを必要最小限に設定することができる。こ
のため、ピグテール４８を設けたことによるモータ配線
の断線やショート等の危険性は無く、信頼性を損なうこ
ともない。なお、第１実施例と同様にブラシホルダ２３
を中間端子４３の取り出し部に固定して、ピグテール４
８をブラシホルダ２３の内部に通して中間端子４３に接
続することもできる。但し、スプリング４５と中間端子
４３とを絶縁する必要がある。

【００２３】（第３実施例）図７はブラシホルダ２３の
取付け状態を示す平面図である。制御回路９の外部ケー
ス９ｂに固定されたブラシホルダ２３は、コンミテータ
２１とブラシ２２との接触力に抗してブラシ２２を適正
に保持できるだけの強度を必要とする。つまり、ブラシ
２２とコンミテータ２１との接触力を受けてブラシホル
ダ２３が撓むと、ブラシ２２が偏磨耗したり、ブラシ２
２の位置ずれによるモータ特性の劣化を引き起こす。こ
のため、通常はブラシホルダ２３の強度をブラシ２２と
コンミテータ２１との接触力より十分大きくすることで
対応しているが、図７に示すように、２つのブラシホル
ダ２３間に補強材４９を渡して固定することにより、ブ
ラシホルダ２３の強度が十分でなくても２つのブラシホ
ルダ２３間の成す角度（本実施例では９０度）を一定に
保つことができる。

【００２４】（変形例）ブラシ２２はアーマチュア１９
の熱が伝わるため、その熱を制御回路９に伝えたくない
場合は、ブラシホルダ２３を金属製として、予め絶縁処
理（例えばアルマイト処理）を施したエンドフレーム１
１とブラシホルダ２３とを熱伝導の良い接着剤等で密着
させて、ブラシホルダ２３からエンドフレーム１１に熱
を逃がすことで対処することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＰＳの内部構造を示す全体断面図である（第
１実施例）。

【図２】ＥＰＳの駆動系統を示す構成図である。

【図３】制御回路の内部構成を示すブロック図である。

【図４】制御回路内の結線方法を示す斜視図である。

【図５】ブラシと制御回路との結線方法を示す模式図で
ある。

【図６】ＥＰＳの内部構造を示す全体断面図である（第
２実施例）。

【図７】ブラシホルダの取付け状態を示す平面図である
（第３実施例）。

【図８】先願のＥＰＳで採用したモータ配線の結線方法
を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ＥＰＳ（電動式パワーステアリング装置） ３ 操舵機構 ５ モータ ９ 制御回路 １０ モータハウジング １１ エンドフレーム（モータハウジング） １２ モータケース（モータハウジング） １８ 界磁極 １９ アーマチュア ２１ コンミテータ ２２ ブラシ ２３ ブラシホルダ ４５ スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋場 勇二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 竹内 鑑二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシを通じてコンミテータに電流が流れ
   ることによりアーマチュアが回転するモータと、 このモータへ流れる電流を制御する制御回路とを備え、 前記モータの回転出力により車両の操舵機構をトルクア
   シストする電動式パワーステアリング装置において、 前記モータと前記制御回路とを一体化して収容するモー
   タハウジングを備え、 前記制御回路は、前記モータハウジング内で前記モータ
   の側方に配置され、 前記ブラシは、前記コンミテータに対して前記制御回路
   側に２個配置されて、その各ブラシを保持するブラシホ
   ルダが前記制御回路と一体化されていることを特徴とす
   る電動式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】前記ブラシと前記制御回路とを接続するモ
   ータ配線は、前記ブラシホルダ内を通って前記ブラシか
   ら前記制御回路まで結線されていることを特徴とする請
   求項１に記載した電動式パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】前記ブラシホルダに収容されて前記ブラシ
   を前記コンミテータの外周面に押圧するスプリングを有
   し、このスプリングが前記モータ配線の一部を構成して
   いることを特徴とする請求項２に記載した電動式パワー
   ステアリング装置。
4. 【請求項４】前記モータは、前記アーマチュアの外周に
   配された界磁極が４極であり、２個の前記ブラシが前記
   コンミテータの円周方向で９０度間隔に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜３に記載した何れかの電動
   式パワーステアリング装置。