(57)【要約】【課題】整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動回転機を提供する。【解決手段】ブラシ２４の下端面は、回転軸２の回転にともない整流子２７の表面と摺接して磨耗する。ブラシ２４は、第１および第２のスプリング３５ａ，３５ｂにより、整流子２７の軸線方向および回転軸中心Ｊ１に向う径方向の２方向からブラシ２４の径方向の一斜面および上端面が付勢、押圧される。ブラシ２４は、径方向側の側面が軸線方向の付勢側に所定の角度で傾斜して、軸線方向に平行なの側面の断面形状が平行四辺形に形成されている。ブラシ２４の摺接面３１の磨耗にともなって、ブラシ２４と整流子２７とが接触する位置が整流子２７上の軸線方向前方へ移動する。整流子２７の表面に荒れが生じた場合であっても、ブラシ２４の磨耗にともなって摺接面３１は新たな接触位置に移動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸上に固定された円筒状の整流子と、
前記整流子の周方向に沿って設けられ、前記整流子に摺接して通電する複数のブラシと、
前記各ブラシを前記整流子の軸線方向へ付勢する第１付勢部材と、
前記各ブラシを前記整流子の径方向に軸中心に向って付勢する第２付勢部材と、を備え、
前記各ブラシは、前記軸線方向に垂直な側面が前記整流子の径方向に対して前記軸線方向の一方に所定の角度で傾斜しており、前記各ブラシの摺接面は、磨耗の進行に従い、前記軸線方向に前記ブラシの傾斜方向側前方に移動することを特徴とする電動回転機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動回転機において、
前記ブラシの前記軸線方向に平行な側面の断面形状は、平行四辺形に形成されていることを特徴とする電動回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータおよび発電機に用いられる電動回転機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、整流子と電動回転機用ブラシの摺動接触を行って、電機子、すなわちロータへの電力供給を行うことができる電動モータが知られており、例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に使用されている。この電動モータのブラシは、カーボンからなり、ロータに設けられた整流子に通電するためにブラシホルダーに設けられた金属製のスリーブに収納されて、スリーブからバネによって整流子側に押圧されて突出可能に設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の電動モータにおいては、ブラシと整流子は接触する位置が一定となっており、ブラシと整流子面が常に接触して擦りながら回転しているので、ブラシが磨耗し、電動モータの寿命悪化の主要因となる。整流子面は、ブラシからの通電および振動による火花や磨耗により表面が荒れる。整流子面が荒れると、ブラシの磨耗量の増大やブラシと整流子との間の接触不良が発生する場合がある。これにより、ブラシ寿命の悪化やモータ効率の低下を招く可能性があり、特に、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータでは、長寿命・高信頼性が要求されている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の電動回転機は、回転軸上に固定された円筒状の整流子と、前記整流子の周方向に沿って設けられ、前記整流子に摺接して通電する複数のブラシと、前記各ブラシを前記整流子の軸線方向へ付勢する第１付勢部材と、前記各ブラシを前記整流子の径方向に軸中心に向って付勢する第２付勢部材と、を備え、前記各ブラシは、前記軸線方向に垂直な側面が前記整流子の径方向に対して前記軸線方向の一方に所定の角度で傾斜しており、前記各ブラシの摺接面は、磨耗の進行に従い、前記軸線方向に前記ブラシの傾斜方向側前方に移動することを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、電動回転機は、回転する整流子に摺接するブラシの磨耗にともなって、ブラシが２つの付勢部材により整流子の軸線方向、および軸中心に向う径方向の２方向へ付勢される。ブラシは、ブラシの軸線方向に垂直な側面が整流子の軸線方向の一方に所定の角度で傾斜しており、整流子面と接触するブラシの摺接面の位置が軸線方向にブラシの傾斜方向側前方へ移動する。これにより、整流子表面の荒れを抑制するとともに、荒れに起因する悪影響を回避できる。その結果、ブラシ寿命を向上させることができ、電動モータの長寿命化、高信頼性化が図られる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動回転機において、前記ブラシの前記軸線方向に平行な側面の断面形状は、平行四辺形に形成されていることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、電動回転機は、ブラシの軸線方向に平行な側面の断面形状が平行四辺形に形成されている。これにより、整流子の表面が荒れた場合であっても、ブラシの磨耗にともなってブラシの摺接面が軸線方向に一定の長さを有して整流子面上の新たな接触位置に移動する。その結果、整流子面に荒れが発生した場合であっても、摺接面の移動により荒れの影響を回避でき、ブラシ寿命を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動回転機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を示す縦断面図。
【図２】図１の整流子とブラシとの関係を示す概略図。
【図３】図２の整流子とブラシとの関係を示す縦断面図。
【図４】ブラシの磨耗状態におけるブラシと整流子の接触位置関係を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態の一例として、ステアリングの操舵力を補助するための電動パワーステアリング装置に駆動源として使用される電動モータについて、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を示す縦断面図である。電動モータ１は、インナロータ型のブラシ付きＤＣ（直流）モータである。図１に示すように、電動モータ１は、回転軸２に同行回転可能に連結された環状の電機子（ロータ）３と、電機子３の周囲を取り囲む環状の固定子（ステータ）４と、電機子３および固定子４を収容するヨーク２０とハウジング２８とで構成される筒状のモータハウジング５とを備えている。例えば、コラムアシストタイプＥＰＳ用モータの場合、図1中、電動モータ１の軸線方向左側に図示しないウォーム減速機が配置されている。
【００１３】
本実施形態の電動モータ１は、略有底円筒状をなす磁性材料からなるヨーク２０の内周に永久磁石７を固着してなる固定子４と、永久磁石７の内側において回転自在に支承された電機子３と、電機子３に給電する複数の給電ブラシ（以下、ブラシという）２４とを備えたブラシ付きＤＣモータとして構成されている。
【００１４】
電機子３は、回転軸２に固定されることにより回転軸２とともに一体回転する電機子コア６および整流子２７を備える。本実施形態では、回転軸２は、ヨーク２０の底部２０ａ、およびヨーク２０の開口端２０ｂを閉塞するハウジング２８にそれぞれ設けられた軸受２９ａ，２９ｂに軸支されることにより、ヨーク２０の軸線に沿うように配置されている。そして、電機子３は、軸受２９ａ，２９ｂにより、その電機子コア６が永久磁石７に対応する軸線方向位置に配置された状態で、回転自在にヨーク２０内に収容されている。また、ヨーク２０の開口端２０ｂが径方向外周側に突出して、その突出部分が図示しない複数のボルトによってハウジング２８に固定されている。
【００１５】
さらに、電機子コア６は、径方向外側に向かって放射状に延設された磁性材料からなる積層鋼板（例えば、珪素鋼板）により構成された複数（例えば、１２個）のティース３０を有しており、これら各ティース３０には、巻線（モータコイル）９が巻回されている。そして、電機子コア６の外周側に一定のギャップを隔てて対向し、固定子４の内周に固着される永久磁石７には、その周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互になるように複数（例えば、４極）の磁極が形成されている。
【００１６】
一方、整流子２７は、電機子コア６の軸線方向の一端側に設けられ、電機子コア６よりも径が小さい円柱状を呈しており、回転軸２に固定された円筒体３２の周面に複数（例えば、１２個）のセグメント３３を固定することにより形成されている。具体的には、円筒体３２は、ヨーク２０内において、上記電機子コア６よりも開口端２０ｂ側（図１中、左側）に配置されており、導電性材料（例えば、銅、カーボン等）から形成された各セグメント３３は、円筒体３２の周面に沿って所定間隔で整列配置されている。そして、これらの各セグメント３３には、それぞれ、上記各ティース３０に巻回された巻線９と電気的に接続されている。
【００１７】
また、本実施形態の電動モータ１は、整流子２７の径方向外側において、整流子２７を囲むように周方向に沿って配置された複数（本実施形態では、例えば、２対４つ）のブラシ２４を有している。ブラシ２４は、金属粉（例えば、銅）などを配合したカーボン（例えば、黒鉛質）から構成される。そして、これら各ブラシ２４は、樹脂製のブラシホルダー３４内に収容され、コイルばね（以下、第１，第２のスプリングという。第１，第２付勢部材）３５ａ，３５ｂに付勢されることにより、整流子２７側に押圧されて突出可能に設けられ、整流子２７の周面に配設された各セグメント３３に対し、その先端が摺接するように配置されている。また、ブラシ２４の整流子２７と接触する面とは反対側の端面には、ブラシ２４に給電するためのピグテール２５の一端が電気的に接続されている。ピグテール２５の他端は、図示しないバッテリと電気的に接続されている。
【００１８】
ブラシ２４は、整流子２７の外周側に約１８０°の対向位置に正極側と負極側ブラシとがそれぞれ配置され、周方向に約９０°の間隔をおいて隣り合う位置に配置された２組のブラシ対（４つ）には、外部の図示しないコントローラ（ＥＣＵ）により、そのモータ回転に応じた正負の電圧が印加される。そして、これらの各ブラシ２４が整流子２７の回転位置に応じた各セグメント３３に摺接することにより、整流子２７の各セグメント３３に接続された巻線９に対する通電が行われる。
【００１９】
すなわち、ブラシ付きＤＣモータである本実施形態の電動モータ１では、その電機子３の回転により各ブラシ２４の摺接するセグメント３３が移動することで、モータコイルを構成する巻線９に対する通電方向の切り替え（整流）が行なわれる。そして、電動モータ１は、その巻線９に対する通電により、巻線９と固定子４側に形成された各磁極との間に生ずる電磁力（電磁吸引力および反発力）に基づくモータトルクを発生する構成となっている。
【００２０】
電動モータ１は、ハウジング２８の軸線方向左端からハウジング２８の径方向外方に突出するフランジ部により、例えば、コラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、図示しないウォーム減速機に取り付け固定され、回転軸２に取り付けられたトルクを伝達するボス３７を介してウォーム軸回転軸に結合されている。
【００２１】
また、本実施形態の電動モータ１には、電動モータ１を制御するための外部のＥＣＵが、電動モータ１のハウジング２８から取り出された図示しないコネクタにハーネスを介して接続されている。上記ＥＣＵには、電動モータ１の巻線９に駆動電流を供給する駆動回路、およびこの駆動回路を制御する制御回路からなる制御回路部が搭載されている。
【００２２】
そして、上記構成により、ＥＣＵによって制御された駆動電流が電動モータ１の各巻線９に供給される。これにより、巻線９に回転磁界が発生し、永久磁石７にトルクが生じて電機子３が回転駆動される。
【００２３】
次に、図２は、図１の整流子とブラシとの関係を示す概略図、図３は、図２の整流子とブラシとの関係を示す縦断面図である。
図２に示すように、ブラシ２４は、第１および第２のスプリング（コイルばね）３５ａ，３５ｂにより、整流子２７の軸線方向、および回転軸中心Ｊ１に向う径方向の２方向からブラシ２４の径方向の一側面（図中、左側斜面）、および上端面がそれぞれ付勢、押圧される。ブラシ２４の下端面である摺接面３１は、回転軸２の回転にともない整流子２７表面との摺動により磨耗する。ブラシ２４は、径方向側の側面が軸線方向の付勢側に所定の角度で傾斜して、軸線方向に平行な側面の断面形状が平行四辺形に形成されており、ブラシ２４の磨耗に従いブラシ２４と整流子２７との接触位置が図中矢印Ａで示す方向に接触範囲Ｂ内を移動する。
【００２４】
図３に示すように、ハウジング２８（図１参照）に固定されたブラシホルダー３４には、第１および第２のスプリング３５ａ，３５ｂ、押さえ部材３６を介して、ブラシ２４が取付けられている。ブラシ２４と整流子２７とは、軸線方向に一定の長さを有する摺接面３１において接触している。ブラシ２４は、第１のスプリング３５ａの先端に設けられた押さえ部材３６が付勢されて、この押さえ部材３６により断面形状が平行四辺形の傾斜する対辺の一方（図中、左側）の斜面が押圧され軸線方向前方へ移動する。このときの移動量は、ブラシ２４の磨耗量に比例する。押さえ部材３６は、非導通部材である、例えば、樹脂材料により形成されている。ブラシ２４の下端面である摺接面３１が整流子２７に摺動し、ブラシ２４は磨耗する。そして、ブラシ２４は、第２のスプリング３５ｂにより径方向に付勢、押圧されて磨耗するに従い、上端面が径方向下方に移動する。
【００２５】
次に、ブラシ２４の磨耗の進行にともなうブラシ２４の移動について説明する。図４は、ブラシの磨耗状態におけるブラシと整流子の接触位置関係を示す概略図である。
【００２６】
図４に示すように、まず、初期状態において、ブラシ２４は、第１および第２のスプリング３５ａ，３５ｂ、押さえ部材３６により付勢、押圧され、整流子２７の表面を摺動して、ブラシ２４の下端面である摺接面３１の磨耗が発生する（図４（ａ））。
次に、磨耗が進行するに従って、ブラシ２４の整流子２７との接触位置が図中右方向に移動する（図４（ｂ））。
続いて、火花等により整流子２７の表面に荒れが発生した場合（図４（ｃ））、摺接面３１は、磨耗により時間経過とともに右方向へ移動し、整流子２７の表面の荒れが発生した部位を通過する（図４（ｄ））。
さらに、ブラシ２４は、右側先端部がブラシホルダー３４に当接した状態で、最終状態に到達する（図４（ｅ））。
【００２７】
次に、上記のように構成された本実施形態である電動モータ１の作用および効果について説明する。
【００２８】
上記構成によれば、ブラシ２４の下端面は、回転軸２の回転にともない整流子２７の表面と摺接して磨耗する。このとき、ブラシ２４は、第１および第２のスプリング３５ａ，３５ｂにより、整流子２７の軸線方向および回転軸中心Ｊ１に向う径方向の２方向からブラシ２４の径方向の一側面および上端面がそれぞれ付勢、押圧される。また、ブラシ２４は、径方向側の側面が軸線方向の付勢側に所定の角度で傾斜して、軸線方向に平行な側面の断面形状が平行四辺形に形成されている。このため、ブラシ２４と整流子２７との摺動によるブラシ２４の摺接面３１の磨耗にともなって、ブラシ２４と整流子２７とが接触する位置が整流子２７上の軸線方向前方へ移動する。また、ブラシの径方向側の側面がブラシの移動方向前方に傾斜しているので、整流子２７の表面に荒れが生じた場合であっても、ブラシ２４の磨耗にともなって摺接面３１は軸線方向前方の新たな接触位置に移動する。
【００２９】
これにより、ブラシ２４が整流子２７に摺接することによって発生する整流子２７の表面の荒れを抑制するとともに、荒れの発生によるブラシ２４の磨耗量の増大やブラシ２４と整流子２７との接触不良といった悪影響を回避することができる。その結果、ブラシ寿命を向上させることができ、特に、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータ１に要求される長寿命・高信頼性を実現することができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動モータを提供できる。
【００３１】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３２】
本実施形態では、本発明を電動モータ１を例に具体化、説明したが、これに限らず、発電機として用いてもよい。
【００３３】
上記構成によれば、ブラシ２４の径方向側の側面が軸線方向に電機子３側に向って傾斜するとしたが、これに限らず、電機子３と反対側に傾斜するようにしてもよい。このとき、第１のスプリング３５ａおよび押さえ部材３６は、ブラシ２４の電機子３側に設けられる。
【００３４】
また、上記実施形態では、ブラシ２４の軸線方向に平行な側面の断面形状を平行四辺形として説明したが、これに限らず、対辺の傾斜角度が等しくない擬似平行四辺形であってもよい。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、電動モータ１は、そのブラシ数を４つとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、整流子２７を挟んで配置される複数組のブラシ対、または、一対のブラシ２４が形成された電動モータ１であればよい。また、セグメント３３についても、他の個数に具体化してもよい。
【００３６】
上記実施形態では、電動モータ（ブラシ付きＤＣモータ）１を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のいわゆるコラムアシストタイプに適用した例を示したが、これに限らず、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよい。また、同様の電動モータを用いた他の用途に用いられる装置（例えば、電動オイルポンプ装置等）に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１：電動モータ、２：回転軸、３：電機子（ロータ）、４：固定子（ステータ）、５：モータハウジング、６：電機子コア、７：永久磁石、９：巻線（モータコイル）、２０：ヨーク、２０ａ：底部、２０ｂ：開口端、２４：ブラシ、２５：ピグテール、２６：電機子コア、２７：整流子、２８：ハウジング、２９ａ，２９ｂ：軸受、３０：ティース、
３１：摺接面、３２：円筒体、３３：セグメント、３４：ブラシホルダー、
３５ａ，３５ｂ：第１，第２のスプリング（第１，第２付勢部材）、３６：押さえ部材、
３７：ボス、
Ｊ１：回転軸中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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