(57)【要約】【課題】使用当初から高い静粛性を確保することのできる給電ブラシを提供すること。【解決手段】給電ブラシ２４の先端部分には、使用当初のブラシ幅Ｗ１を拡張すべく幅方向に延びる拡幅部４４が形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子の周面に設けられた各セグメントに摺接する給電ブラシであって、
前記各セグメントと摺接する先端部分には、使用当初のブラシ幅を拡張すべく幅方向に延びる拡幅部が設けられること、を特徴とする給電ブラシ。
【請求項２】
請求項１に記載の給電ブラシにおいて、
前記拡幅部は、使用当初のブラシ幅が、前記拡幅部が磨耗した後のブラシ幅以上となるように形成されること、を特徴とする給電ブラシ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の給電ブラシを備えた直流モータ。
【請求項４】
請求項３に記載の直流モータを備えた電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電ブラシ、直流モータ及び電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ブラシ付の直流モータにおいて、その給電ブラシは、長尺略直方体状に形成される。そして、当該給電ブラシは、ブラシホルダ内に収容され、コイルばねに付勢されることにより、その先端が、整流子の周面に整列された複数のセグメントに摺接するようになっている。
【０００３】
また、このような給電ブラシでは、その使用当初における摺接状態の早期安定化、即ち所謂「なじみ性」が一つの課題となっている。そして、従来、図８に示すように、給電ブラシ５０の一側面（同図中、上側の面）に、その整流子５１側の各セグメント５２と摺接する先端側に向かって傾斜するテーパ面５３を形成する構成が知られている（例えば、特許文献１（第１図）参照）。即ち、このようなテーパ面５３を形成することにより、その使用当初において整流子５１側の各セグメント５２に摺接する先端部分の摺接面積が小さくなる。そして、その初期摺接部となる先端部分の磨耗を促進することによって、なじみ性の向上を図るようになっている。
【０００４】
ここで、このような先端側に傾斜するテーパ面５３を有した給電ブラシ５０は、そのテーパ面５３が整流子５１の軸線方向（同図に示す例では、軸方向上側）に位置するように配置される。即ち、図９に示すように、ブラシ幅（摺接面の幅）の広い場合（同図中、実線に示す波形Ｍ）とブラシ幅の狭い場合（同図中、一点鎖線に示す波形Ｎ）とを比較すると、ブラシ幅の狭い場合の方が、より短い時間で整流が完了する。そして、このように整流時間が短い場合には、その急峻な電流変化が振動や音の発生要因となるおそれがある。このため、上記のようなテーパ面５３の形成により使用当初の摺接面積を小さくして初期摺接部となる先端部分の磨耗を促進する構成であっても、その磨耗の前後においてブラシ幅が変化しないよう、同テーパ面５３を整流子５１の軸線方向に配置するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４１２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１０に示すように、未使用状態の給電ブラシ５０には、多くの場合、その先端面５４の角部（幅方向両端部）に、製造時の公差、或いはその後の磨耗等により形成された湾曲部５５が存在することから、その使用当初におけるブラシ幅Ｗ１は、本来のブラシ幅Ｗ０よりも狭くなっている。このため、使用当初においては、上記テーパ面５３の如何にかかわらず、こうした湾曲部５５の存在に起因するブラシ幅の狭さが、音や振動を発生させる一因となっており、この点において、なお改善の余地が残されていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、使用当初から高い静粛性を確保することのできる給電ブラシ、直流モータ及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、整流子の周面に設けられた各セグメントと摺接する給電ブラシであって、前記各セグメントと摺接する先端部分には、使用当初のブラシ幅を拡張すべく幅方向に延びる拡幅部が設けられること、を要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、使用当初において摺接面となる先端面の角部（幅方向両端部）に、製造時の公差やその後の磨耗等により形成された湾曲部が存在する場合であっても、その使用当初から十分なブラシ幅を確保することができる。その結果、使用当初のブラシ幅が本来のブラシ幅よりも狭くなることを防止して、それより生ずる整流時の急峻な電流変化に起因する振動や音の発生を抑えることができる。そして、これにより、使用当初から高い静粛性を確保することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記拡幅部は、使用当初のブラシ幅が、前記拡幅部が磨耗した後のブラシ幅以上となるように形成されること、を要旨とする。
即ち、静粛性の向上を図る観点からすれば、使用当初のブラシ幅が本来のブラシ幅以上である方が、小さい場合よりも影響が少ない。従って、上記構成のように、製造時の公差やその後の磨耗等により形成される上記湾曲部の存在を考慮して、予め使用当初のブラシ幅を大きく設定することで、使用当初から、その静粛性を担保するために十分なブラシ幅を確保することができる。尚、多くの場合、このような湾曲部の大きさについては、ある程度、事前に予想することが可能である。従って、この場合、拡幅部の最大幅は、当該拡幅部が磨耗した後における本来のブラシ幅に、その予想される湾曲部の大きさ（幅方向の長さ）を加えた長さとするとよい。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の給電ブラシを備えた直流モータであること、を要旨とする。
上記構成によれば、使用当初から高い静粛性を確保することが可能な直流モータを提供することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の直流モータを備えた電動パワーステアリング装置であること、を要旨とする。
上記構成によれば、使用当初から高い静粛性を確保することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、使用当初から高い静粛性を確保することが可能な給電ブラシ、直流モータ及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】モータの断面図。
【図３】給電ブラシの斜視図。
【図４】（ａ）給電ブラシの側面図、（ｂ）給電ブラシの正面図。
【図５】Ａ−Ａ断面図。
【図６】別例の給電ブラシの斜視図。
【図７】（ａ）別例の給電ブラシの側面図、（ｂ）別例の給電ブラシの正面図。
【図８】整流子（の各セグメント）に摺接する給電ブラシを示す説明図。
【図９】ブラシ幅と整流時間との関係を示す説明図。
【図１０】給電ブラシ先端面の角部（幅方向両端部）に形成される湾曲部、及びそのブラシ幅との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。そして、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３ａ、インターミディエイトシャフト３ｂ、及びピニオンシャフト３ｃを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
【００１６】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。
【００１７】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３ａと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態では、モータ１２には、ブラシ付の直流モータが採用されており、同モータ１２は、ＥＣＵ１１から駆動電力の供給を受けることにより回転する。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、このモータ１２の回転を減速してコラムシャフト３ａに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１８】
一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されており、ＥＣＵ１１は、これらトルクセンサ１４及び車速センサ１５により検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、操舵系に付与すべきアシスト力（目標アシスト力）を演算する。そして、その目標アシスト力に相当するモータトルクを発生させるべく、モータ１２に対して駆動電力を供給することにより、同モータ１２を駆動源とするＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている。
【００１９】
次に、本実施形態のＥＰＳの駆動源であるモータの構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態のモータ１２は、略有底円筒状をなすヨーク２０の内周に永久磁石２１を固着してなる固定子２２と、同永久磁石２１の内側において回転自在に支承された電機子２３と、同電機子２３に給電する給電ブラシ２４とを備えたブラシ付き直流モータとして構成されている。
【００２０】
詳述すると、電機子２３は、回転軸２５に固定されることにより同回転軸２５とともに一体回転する電機子コア２６及び整流子２７を備える。本実施形態では、回転軸２５は、ヨーク２０の底部２０ａ及び同ヨーク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２３は、これにより、その電機子コア２６が永久磁石２１に対応する軸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。
【００２１】
さらに詳述すると、電機子コア２６は、径方向外側に向かって放射状に延設された複数（本実施形態では２２本）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）３１が巻回されている。そして、固定子２２側において同電機子コア２６と対向する永久磁石２１には、その周方向に沿って複数（本実施形態では４極）の磁極が形成されている。
【００２２】
一方、整流子２７は、回転軸２５に固定された円筒体３２の周面に複数（本実施形態では、２２個）のセグメント３３を固定することにより形成される。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２６よりも開口端２０ｂ側（図２中、下側）に配置されており、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３１の一部が接続されている。
【００２３】
また、本実施形態のモータ１２は、整流子２７の径方向外側において、当該整流子２７を囲むように周方向に沿って配置された複数（４本）の給電ブラシ２４を有している。そして、これら各給電ブラシ２４は、ブラシホルダ３４内に収容され、付勢手段としてのコイルばね３５に付勢されることにより、上記整流子２７の周面に配設された各セグメント３３に対し、その先端が摺接されている。
【００２４】
さらに詳述すると、各給電ブラシ２４には、所定角度をおいて周方向に離間した二つを組として、上記ＥＣＵ１１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、これらの各給電ブラシ２４が同整流子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、当該各セグメント３３に接続された巻線３１に対する通電が行われる。
【００２５】
即ち、ブラシ付きモータである本実施形態のモータ１２では、その電機子２３の回転により各給電ブラシ２４の摺接するセグメント３３が移行することで、モータコイルを構成する巻線３１に対する通電方向の切り替え（整流）が行なわれる。そして、モータ１２は、その巻線３１に対する通電により、当該巻線３１と上記固定子２２側に形成された各磁極との間に生ずる電磁力（電磁吸引力及び反発力）に基づくモータトルクを発生する構成となっている。
【００２６】
（ブラシ形状）
次に、本実施形態のモータに用いられる給電ブラシの形状について説明する。
図３は、給電ブラシの斜視図、図４（ａ）（ｂ）は、その側面図及び正面図、そして、図５は、そのＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
図３及び図４（ａ）（ｂ）、並びに図５に示すように、略直方体状に形成された本実施形態の給電ブラシ２４は、上述のように、その長手方向の一端を先端として整流子２７の周面に整列配置された各セグメント３３に摺接されるべく、整流子２７の径方向外側に設けられたブラシホルダ３４内に保持される（図２参照）。そして、本実施形態の給電ブラシ２４は、その使用当初において整流子２７側の各セグメント３３との摺接面となる先端面４０が、整流子２７の周面に合わせて湾曲面（凹面）状に形成されている。
【００２８】
また、本実施形態の給電ブラシ２４において、その使用状態において整流子２７の軸線方向に配置される一側面（上面４１）には、当該整流子２７の各セグメント３３に対する摺接部となる先端側（図４（ａ）中、右側）に向かって傾斜するテーパ面４２が形成されている。
【００２９】
即ち、使用状態において整流子２７の軸線方向に沿った方向の長さを「高さ」とすれば、このようなテーパ面４２を形成することで、使用当初において整流子２７側の各セグメント３３との摺接面となる先端面４０の高さＨ１は、当該テーパ面４２が形成されていない部分の高さＨ０よりも低くなる。そして、本実施形態では、これにより、使用当初の摺接面積を小さくして、その初期摺接部となる先端部分の磨耗を促進することにより、その摺接状態について、早期の安定化を図る構成となっている。
【００３０】
また、本実施形態の給電ブラシ２４において、その初期摺接部となる先端部分には、使用当初のブラシ幅（摺接面の幅）Ｗ１を拡張すべく幅方向（使用状態において整流子２７の周方向に沿った方向、図５中、左右方向）に延びる拡幅部４４が設けられている。
【００３１】
即ち、上述のように、未使用状態の給電ブラシには、多くの場合、その摺接面となる先端面の角部（幅方向両端部）に、製造時の公差やその後の磨耗等による形成された湾曲部が存在する（図１０参照）。このため、その使用当初におけるブラシ幅Ｗ１は、本来のブラシ幅Ｗ０よりも狭くなっており、ひいては、これを要因とした音や振動が発生するおそれがある。
【００３２】
この点を踏まえ、本実施形態の給電ブラシ２４では、上記のように、その先端部分に拡幅部４４を形成することにより、使用当初から十分なブラシ幅を確保する。そして、これにより、使用当初から高い静粛性を確保することが可能となっている。
【００３３】
詳述すると、本実施形態では、上記拡幅部４４は、給電ブラシ２４の使用状態において整流子２７の周方向に沿った方向に配置される両側面（幅方向側面４５，４６）に、それぞれ、当該整流子２７側の各セグメント３３との摺接面となる先端面４０から連続する態様で突部４７，４８を立設することにより形成されている。
【００３４】
具体的には、本実施形態では、上記拡幅部４４を構成する各突部４７，４８は、給電ブラシ２４の長さ方向（同図中、上下方向）において、その先端側の長さＬに示される範囲に形成されている。尚、この長さＬは、使用当初において給電ブラシ２４がブラシホルダ３４に収容された際、その先端部分が当該ブラシホルダ３４から突出する部分の長さよりも短く設定されている。
【００３５】
また、これらの各突部４７，４８は、それぞれ、当該各突部４７，４８が設けられた各幅方向側面４５，４６における先端側の各辺（先端面４０側の各辺）に沿って、給電ブラシ２４の高さ方向（図４（ａ）（ｂ）中、上下方向）に延設されている。そして、本実施形態では、これにより、使用当初のブラシ幅Ｗ１が、その摺接面となる先端面４０の高さ方向全域に亘って拡張されるようになっている。
【００３６】
ここで、このように拡幅部４４を形成した場合であっても、製造時の公差、或いはその後の磨耗等により、当該拡幅部４４の角部、即ち先端面４０の幅方向両端部に湾曲部４９が形成されることに変わりない。そこで、本実施形態では、図５に示すように、上記各突部４７，４８の突出量、即ち拡幅部４４の最大幅Ｗ２は、その未使用状態における給電ブラシ２４のブラシ幅、つまり使用当初のブラシ幅Ｗ１が、当該拡幅部４４が磨耗した後の本来のブラシ幅Ｗ０以上となるように設定されている。
【００３７】
即ち、静粛性の向上を図る観点からすれば、使用当初のブラシ幅Ｗ１が本来のブラシ幅Ｗ０以上（Ｗ１≧Ｗ０）である方が、小さい場合（Ｗ１＜Ｗ０）よりも影響が少ない。従って、本実施形態では、その先端面４０の幅方向両端に湾曲部４９が形成されることを考慮して、予め使用当初のブラシ幅Ｗ１を大きく設定することにより、その静粛性を担保するために十分なブラシ幅を確保する構成となっている。
【００３８】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）給電ブラシ２４の先端部分には、使用当初のブラシ幅Ｗ１を拡張すべく幅方向に延びる拡幅部４４が形成される。
【００３９】
上記構成によれば、その摺接面となる先端面４０の角部（幅方向両端部）に、製造時の公差やその後の磨耗等により形成された湾曲部４９が存在する場合であっても、使用当初から十分なブラシ幅を確保することができる。その結果、使用当初のブラシ幅Ｗ１が本来のブラシ幅Ｗ０よりも狭くなることを防止して、それより生ずる整流時の急峻な電流変化に起因する振動や音の発生を抑えることができる。そして、これにより、使用当初から高い静粛性を確保することができる。
【００４０】
（２）拡幅部４４の最大幅Ｗ２は、使用当初のブラシ幅Ｗ１が、当該拡幅部４４が磨耗した後の本来のブラシ幅Ｗ０以上となるように設定される。
即ち、静粛性の向上を図る観点からすれば、使用当初のブラシ幅Ｗ１が本来のブラシ幅Ｗ０以上（Ｗ１≧Ｗ０）である方が、小さい場合（Ｗ１＜Ｗ０）よりも影響が少ない。従って、上記構成のように、製造時の公差やその後の磨耗等により、その先端面４０の幅方向両端に湾曲部４９が形成されることを考慮して、予め使用当初のブラシ幅Ｗ１を大きく設定することで、使用当初から、その静粛性を担保するために十分なブラシ幅を確保することができる。尚、多くの場合、こうした先端面４０の幅方向両端に形成される湾曲部４９の大きさについては、ある程度、事前に予想することが可能である。従って、上記拡幅部４４の最大幅Ｗ２は、本来のブラシ幅Ｗ０に、その予想される湾曲部４９の大きさ（幅方向の長さ）を加えた長さとするとよい。
【００４１】
（３）拡幅部４４の形成範囲は、給電ブラシ２４の長さ方向において、使用当初において該給電ブラシ２４がブラシホルダ３４に収容された際、該ブラシホルダ３４から給電ブラシ２４が突出する長さよりも短くなるように設定される。
【００４２】
上記構成によれば、給電ブラシ２４以外の部材については変更の必要がない。また、その拡幅部４４の形成により生ずるモータ特性の変化を使用当初に限定することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４３】
・上記実施形態では、本発明をＥＰＳ１のモータ１２に具体化したが、その他、ＥＰＳ以外の用途に用いられるモータに適用してもよい。また、ＥＰＳに適用する場合においても、本実施形態のＥＰＳ１のような所謂コラム型に限らず、所謂ラックアシスト型や所謂ピニオン型等、その他の形式のＥＰＳに具体化してもよい。
【００４４】
・上記実施形態では、本発明を、その使用状態において整流子２７の軸線方向に配置される一側面（上面４１）に、摺接部となる先端側に向かって傾斜するテーパ面４２が形成された給電ブラシ２４に具体化した。しかし、これに限らず、このようなテーパ面４２を有しない構成に適用してもよい。
【００４５】
・上記実施形態では、拡幅部４４を構成する各突部４７，４８は、その使用当初のブラシ幅Ｗ１が、その摺接面となる先端面４０の高さ方向全域に亘って拡張されるように給電ブラシ２４の高さ方向（図４（ａ）（ｂ）中、上下方向）に延設されることとした。しかし、これに限らず、図６及び図７に示すように、拡幅部４４の高さＨ２は、先端面４０の高さＨ１よりも低くてもよい。即ち、整流時間の確保という観点からすれば、その摺接面積、即ち摺接面の高さについては特に問題とはならない。従って、このよう構成としても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）請求項１又は請求項２に記載の給電ブラシを収容するブラシホルダと、前記ブラシホルダ内に設けられて該ブラシホルダから突出する方向に前記給電ブラシを付勢する付勢手段とを備えたブラシ装置。
【００４７】
（ロ）上記（イ）に記載のブラシ装置であって、前記拡幅部の形成範囲は、前記給電ブラシの長さ方向において、使用当初において該給電ブラシが前記ブラシホルダに収容された際、該ブラシホルダから前記給電ブラシが突出する長さよりも短くなるように設定されること、を特徴とするブラシ装置。
【００４８】
上記構成によれば、給電ブラシ以外の部材については変更の必要がない。また、その拡幅部の形成により生ずるモータ特性の変化を使用当初に限定することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、１３…減速機構、２３…電機子、２４…給電ブラシ、２７…整流子、３３…セグメント、３４…ブラシホルダ、３５…コイルばね、４０…先端面、４２…テーパ面、４４…拡幅部、４９…湾曲部、５０…給電ブラシ、５１…整流子、５２…セグメント、５３…テーパ面、５４…先端面、５５…湾曲部、Ｗ０，Ｗ１…ブラシ幅、Ｗ２…最大幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011151919.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011151919.tif 000011
【図１０】
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