(57)【要約】【課題】磁気音を低減させることができる電動モータを提供することを目的とする。【解決手段】ブラシ５１ａ〜５１ｄは、正極側ブラシ５１ａ、５１ｂの周方向中心がセグメント６１の周方向中心と対向する時に、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心が隙間Ｇの周方向中心からコンミテータ６の中心Ｏから延びる仮想線Ｒに対して反時計方向にｘ°ずれて設けられている。さらに、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心がセグメント６１の周方向中心と対向するまでの範囲内で反時計方向にｘ°ずれて設けられる。【選択図】        図３
2004364414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻装されたアーマチャコアと、
前記コイルと電気的に接続され、且つ全周に渡って一定の隙間を介して設けられる複数のセグメントを有するコンミテータと、
前記セグメントの外周に摺接可能に設けられる正極側及び負極側のブラシとを備え、
正極側のブラシの周方向中心が前記セグメントの周方向中心と対向する時に、負極側のブラシが前記隙間と対向し、且つ周方向中心が前記隙間の周方向中心から前記コンミテータの中心から延びる仮想線に対して周方向にずれて設けられることを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記ブラシは、前記コンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔に４つ設けられており、
正極側の第１のブラシと第２のブラシとが前記コンミテータの中心に対して対向して設けられ、
負極側の第３のブラシと第４のブラシとが前記コンミテータの中心に対して対向して設けられ、
前記セグメントは、２２個であって、
前記第１から第４のブラシの前記セグメントと摺接する周方向の幅は、前記隙間の周方向中心から隣り合う前記隙間の周方向中心までの周方向距離のほぼ同じであって、
前記アーマチャコアの外周側に設けられるマグネットが前記コンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔で４つ設けられ、
前記第１及び第２のブラシの周方向中心が前記セグメントの周方向中心と対向する時に、前記第３及び第４のブラシが前記隙間と対向し、且つ周方向中心が前記隙間の周方向中心から前記仮想線に対して以下の関係で表わされるｘ°だけ周方向にずれて設けられることを特徴とする請求項１記載の電動モータ。
３．２≦ｘ≦６．４
【請求項３】
前記ブラシは、前記コンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔に４つ設けられており、
正極側の第１のブラシと第２のブラシとが前記コンミテータの中心に対して対向して設けられ、
負極側の第３のブラシと第４のブラシとが前記コンミテータの中心に対して対向して設けられ、
前記セグメントは、２２個であって、
前記第１から第４のブラシの前記セグメントと摺接する周方向の幅は、前記隙間の周方向中心から隣り合う前記隙間の周方向中心までの周方向距離のほぼ半分であって、
前記アーマチャコアの外周側に設けられる磁極が前記コンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔で４つ設けられ、
前記第１及び第２のブラシの周方向中心が前記セグメントの周方向中心と対向する時に、前記第３及び第４のブラシが前記隙間と対向し、且つ周方向中心が前記隙間の周方向中心から前記仮想線に対して以下の関係で表わされるｘ°だけ周方向にずれて設けられることを特徴とする請求項１記載の電動モータ。
４．０≦ｘ≦５．２
【請求項４】
前記第１から第４のブラシの前記セグメントと摺接する周方向の幅は、ほぼ４．０ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の電動モータ。
【請求項５】
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用いられることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば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の電動モータに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、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の電動モータは、コイルが巻装されたアーマチャコアと、このコイルに電気的に接続される複数のセグメントを有するコンミテータと、このコンミテータのセグメントの外周と摺接可能に設けられるブラシと、アーマチャコアの外周側に設けられる磁極とから構成されている。また、複数のセグメントは、全周に渡って一定の隙間を介して設けられており、正極側のブラシの周方向中心が隣り合うセグメント間の隙間と対向している時に、負極側のブラシの周方向中心がセグメントの周方向中心と一致するように配置されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２３０３４０号公報（第２頁左下欄第１１行〜第４頁右下欄第５行、第１図〜１１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電動パワーステアリング装置の電動モータは、バッテリからブラシを介してアーマチャコアに巻装されるコイルに電流が流れると、アーマチャコアとコンミテータとが共に回転する。ところが、アーマチャコア及びコンミテータの回転が高速回転になると、磁気音が発生することが実験によって分かった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、磁気音を低減させることができる電動モータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１では、コイルが巻装されたアーマチャコアと、コイルと電気的に接続され、且つ全周に渡って一定の隙間を介して設けられる複数のセグメントを有するコンミテータと、セグメントの外周に摺接可能に設けられる正極側及び負極側のブラシとを備え、正極側のブラシの周方向中心がセグメントの周方向中心と対向する時に、負極側のブラシが隙間と対向し、且つ周方向中心が隙間の周方向中心からコンミテータの中心から延びる仮想線に対して周方向にずれて設けられることを特徴としている。
【０００７】
この構成により、正極側のブラシの周方向中心がセグメントの周方向中心と対向する時に、負極側のブラシが隙間と対向し、且つ周方向中心が隙間の周方向中心からコンミテータの中心から延びる仮想線に対して周方向にずらして設けることで、アーマチャコア及びコンミテータの回転によって、電動モータから発生する磁気音を低減できることが実験によって解明できた。
【０００８】
また、請求項２では、ブラシは、コンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔に４つ設けられており、正極側の第１のブラシと第２のブラシとがコンミテータの中心に対して対向して設けられ、負極側の第３のブラシと第４のブラシとがコンミテータの中心に対して対向して設けられ、セグメントは、２２個であって、第１から第４のブラシのセグメントと摺接する周方向の幅は、隙間の周方向中心から隣り合う隙間の周方向中心までの周方向距離のほぼ同じであって、アーマチャコアの外周側に設けられるマグネットがコンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔で４つ設けられ、第１及び第２のブラシの周方向中心がセグメントの周方向中心と対向する時に、第３及び第４のブラシが隙間と対向し、且つ周方向中心が隙間の周方向中心から仮想線に対して以下の関係で表わされるｘ°だけ周方向にずれて設けられることを特徴としている。
【０００９】
３．２≦ｘ≦６．４
また、請求項３では、ブラシは、コンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔に４つ設けられており、正極側の第１のブラシと第２のブラシとがコンミテータの中心に対して対向して設けられ、負極側の第３のブラシと第４のブラシとがコンミテータの中心に対して対向して設けられ、セグメントは、２２個であって、第１から第４のブラシのセグメントと摺接する周方向の幅は、隙間の周方向中心から隣り合う隙間の周方向中心までの周方向距離のほぼ半分であって、アーマチャコアの外周側に設けられる磁極がコンミテータの中心に対して周方向の略９０度間隔で４つ設けられ、第１及び第２のブラシの周方向中心がセグメントの周方向中心と対向する時に、第３及び第４のブラシが隙間と対向し、且つ周方向中心が隙間の周方向中心から仮想線に対して以下の関係で表わされるｘ°だけ周方向にずれて設けられることを特徴としている。
【００１０】
４．０≦ｘ≦５．２
これらの構成により、第１及び第２のブラシの周方向中心がセグメントの周方向中心と対向する時に、第３及び第４のブラシが隙間と対向し、且つ周方向中心が隙間の周方向中心から上記の関係で表わされるｘ°だけ仮想線に対して周方向にずらして設けることで、従来の如く、ｘが０°の時よりも電動モータから発生する磁気音の可聴周波数成分の大きさを低減できることが実験によって解明できた。
【００１１】
また、請求項４では、第１から第４のブラシのセグメントと摺接する周方向の幅は、ほぼ４．０ｍｍであることを特徴としている。
【００１２】
この構成により、第１から第４のブラシのセグメントと摺接する周方向の幅がほぼ４．０ｍｍの時に、最も電動モータから発生する磁気音の可聴周波数成分の大きさを低減できることが実験によって解明できた。
【００１３】
また、請求項５では、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用いられることを特徴としている。
【００１４】
この構成により、電動パワーステアリング装置は、車両の運転者の近傍に設けられることから、本発明の電動モータを電動パワーステアリング装置に用いることで、電動モータから発生する磁気音が低減されるため、運転者に不快感を与えることを抑制できる。さらに、電動モータから発生する磁気音の可聴周波数成分の大きさが低減されるため、電動パワーステアリング装置のコアム軸から発生する磁気音の可聴周波数成分との共振周波数成分の大きさを小さくできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る軸方向から見たブラシ装置５の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図３は、ブラシ５１の位置関係を示した図である。図４の（ａ）は、ブラシ５１の軸方向斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。図５は、コンミテータ６の一部分の拡大図である。
【００１７】
本実施形態での電動モータ１は、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用いられ、図１及び図２に示すように、アーマチャコア２、シャフト３及びコンミテータ６からなるアーマチャと、マグネット４、ブラシ装置５、ヨーク７、ハウジング８及びエンドフレーム９とから構成されている。
【００１８】
アーマチャコア２は、円柱状であって、内部に図示しないコイルが巻装されている。
【００１９】
シャフト３は、コンミテータ６とアーマチャコア２との内部を貫通し、且つ軸方向に延伸して設けられている。また、シャフト３は、アーマチャコア２と共に周方向に回転し、軸方向一端側の先端部分がジョイント１０に連結されており、このジョイント１０を介してシャフト３の回転が図示しない電動パワーステアリング装置の動力伝達装置に伝達されるように構成されている。
【００２０】
マグネット４は、アーマチャコア２の外周側に一定のギャップを隔てて、且つヨーク７の内周に固着されており、Ｎ極とＳ極とが交互になるように周方向の略９０度間隔に４つ設けられている。
【００２１】
ブラシ装置５は、コンミテータ６の外周側に設けられ、ブラシ５１、ブラシホルダ５２、スプリング５３及びピグテール５４から構成されている。
【００２２】
ブラシ５１は、ブラシの銅量が６０％以下のカーボン製であって、図１に示すように、周方向の略９０度間隔に正極側ブラシ５１ａ、５１ｂと負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄとがそれぞれ対向して４つ設けられている。また、ブラシ５１は、図４に示すように、略直方体であって、長手方向がシャフト３の軸方向と平行に設けられ、摺接面５１ｅがコンミテータ６の外周と摺接する。また、摺接面５１ｅの長手方向両端を削ることで、研削部５１ｆが形成され、摺接面５１ｅの長手方向の摺接幅ｈがブラシ５１の長手方向のブラシ幅ｌよりも小さくなるようにしている。なお、本実施形態でのブラシ幅ｌは、約６ｍｍであって、摺接幅ｈが約４ｍｍとなるように研削部５１ｆをそれぞれ１ｍｍずつ削っている。
【００２３】
ブラシホルダ５２は、樹脂であって、内部にブラシ５１が収容される。スプリング５３は、ブラシホルダ５２内に設けられ、ブラシ５１の摺接面５１ｅの対向面をコンミテータ６側に付勢している。対向して設けられる２つのピグテール５４は、一端が図示しないバッテリと電気的に接続され、他端が正極側ブラシ５１ａ、５１ｂと電気的に接続されている。そして、残った２つのピグテール５４は、一端がアースされ、他端が負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄと電気的に接続されている。
【００２４】
コンミテータ６は、アーマチャコア２の軸方向一端側に設けられ、アーマチャコア２よりも径が小さい円柱状を呈している。また、図３に示すように、コンミテータ６は、外周にブラシ５１の摺接面５１ｅが摺接するセグメント６１を有している。このセグメント６１は、全周に渡って一定の隙間Ｇを介して２２個設けられている。さらに、セグメント６１は、アーマチャコア２の内部に巻装されるコイルと電気的に接続されており、ブラシ５１の摺接面５１ｅがセグメント６１の外周に摺接することで、バッテリからの電流をブラシ５１を介してアーマチャコア２の内部に巻装されるコイルに供給している。また、図５に示すように、本実施形態での１つのセグメント６１の周方向の幅ｎは、約３．６ｍｍであり、隙間Ｇの周方向の距離ｋは、約０．４ｍｍである。このことから、隙間Ｇの周方向中心から周方向に隣り合う隙間Ｇの周方向中心までの周方向の距離ｍは、約４ｍｍである。
【００２５】
ヨーク７は、椀状であって、閉塞側の軸方向一端の内周には、シャフト３の軸方向他端を軸支するための軸受１２が設けられている。また、ヨーク７の開口側が径方向外周側に突出しており、その突出部分がボルト１３によってハウジング８に固定されている。
【００２６】
ハウジング８は、ブラシ装置５の外周側に設けられ、ボルト１４によってホルダ１５とエンドフレーム９とが固定されている。
【００２７】
エンドフレーム９は、シャフト３の軸方向一端側の先端が外部に突出する孔が空けられており、その孔の内周には、シャフト３の軸方向一端側を軸支するための軸受１１が設けられている。
【００２８】
次に、本実施形態での２２個のセグメント６１の外周に設けられる４つのブラシ５１ａ〜５１ｄの位置関係について図３に基づいて説明する。
【００２９】
ブラシ５１ａ〜５１ｄは、正極側ブラシ５１ａ、５１ｂの周方向中心がセグメント６１の周方向中心と対向する時に、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心が隙間Ｇの周方向中心からコンミテータ６の中心Ｏから延びる仮想線Ｒに対して反時計方向にｘ°ずれて設けられている。なお、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄは、周方向中心がセグメント６１の周方向中心と対向するまでの範囲内で仮想線Ｒに対して反時計方向にｘ°ずれて設けられる。
【００３０】
本実施形態では、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を以下の関係式▲１▼に示す範囲内で仮想線Ｒに対して反時計方向にずれて設けられる。
【００３１】
０＜ｘ＜８．０・・・・・・▲１▼
次に、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を上記の関係式▲１▼に示す範囲内で仮想線Ｒに対して反時計方向にずらした場合の電動モータ１から発生する磁気音について、実験データに基づき説明する。なお、本実施形態での負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向に０．５ｍｍずらすことは、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向に２°ずらすことと同じである。
【００３２】
また、電動モータ１を低速回転で回転させた場合において、電動モータ１から発生する磁気音の周波数成分を１次成分Ａ〜４次成分Ｄに分割する。１次成分Ａが約２５Ｈｚ付近、２次成分Ｂが約５０Ｈｚ付近、３次成分Ｃが約７５Ｈｚ付近、４次成分Ｄが約１００Ｈｚ付近である。なお、人間の耳に聞こえる可聴周波数成分は、２次成分Ｂ、３次成分及び４次成分Ｄである。
【００３３】
まず、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向に０〜２ｍｍ（０〜８°）ずらした場合において、１次成分Ａ〜４次成分Ｄの電動モータ１全体の抵抗変動量を図６に示す。
【００３４】
図６に示すように、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向にずらしていくことで、可聴周波数成分でない１次成分Ａの電動モータ１全体の抵抗変動量が増加していく。
【００３５】
ここで、図６に示す２次成分Ｂ〜４次成分Ｄの実験データに基づいて以下の式▲２▼から負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心の周方向へのずらし量における可聴周波数の指標値Ｓを算出した。
【００３６】
Ｓ＝Ｂ＋Ｃ×１．５＋Ｄ×２・・・・・▲２▼
なお、指標値Ｓは、本発明の電動モータ１を電動パワーステアリング装置に用いた場合における車両内の乗員の耳に聞こえる指標であり、電動モータ１の回転が高速になるにつれて、３次成分Ｃ及び４次成分Ｄが電動パワーステアリング装置のコラム軸から発生する磁気音の共振周波数（約１ｋＨｚ）と一致し易くなることから、図６に示す実験データにコラム軸との共振を考慮して３次成分Ｃ及び４次成分Ｄに定数を乗算させている。また、指標値Ｓは、車両内の乗員に聞こえる電動パワーステアリング装置の電動モータ１から発生する磁気音の可聴周波数成分の大きさを示している。
【００３７】
また、上記の式▲２▼から算出した指標値Ｓを図７に示す。図７に示すように、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心の反時計方向へのずらし量が０．８ｍｍ〜１．６ｍｍまでの範囲で従来の０ｍｍよりも指標値Ｓが小さくなる。言い換えれば、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心の反時計方向へのずらし量が３．２°〜６．４°までの範囲で従来の０°よりも指標値Ｓが小さくなる。
【００３８】
このことから、指標値Ｓが小さくなるということは、電動モータ１から発生する磁気音の可聴周波数成分が低減していることであるため、例えば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おいて、電動モータ１から発生する磁気音を乗員に聞こえ難くすることができ、乗員に不快感を与えることを抑制できる。
【００３９】
さらに、本発明では、電動モータ１から発生する磁気音の可聴周波数成分を低減させることができるため、電動パワーステアリング装置のコラム軸から発生する磁気音の可聴周波数成分との共振を避けることができ、より乗員に不快感を与えること抑制できる。
【００４０】
［他の実施例］
上述したブラシ５１の摺接幅ｈは、４．０ｍｍであるが、ブラシ５１の摺接幅ｈが２．０ｍｍの場合における電動モータ１から発生する磁気音について実験データに基づいて説明する。
【００４１】
摺接幅ｈが４．０ｍｍの場合と同様に、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向に０〜２ｍｍ（０〜８°）ずらした場合において、１次成分Ａ〜４次成分Ｄの電動モータ１全体の抵抗変動量を図８に示す。
【００４２】
図８に示すように、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向にずらしていくことで、可聴周波数成分でない１次成分Ａの電動モータ１全体の抵抗変動量が増加していく。
【００４３】
ここで、図８に示す２次成分Ｂ〜４次成分Ｄの実験データに基づいて上記の式▲２▼から負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心の周方向へのずらし量における可聴周波数の指標値Ｓを算出した。
【００４４】
そして、上記の式▲２▼から算出した指標値Ｓを図９に示す。図９に示すように、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心の反時計方向へのずらし量が１．０ｍｍ〜１．３ｍｍまでの範囲で従来の０ｍｍよりも指標値Ｓが小さくなる。言い換えれば、負極側ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心の反時計方向へのずらし量が４．０°〜５．２°までの範囲で従来の０°よりも指標値Ｓが小さくなる。
【００４５】
このことから、指標値Ｓが小さくなるということは、電動モータ１から発生する磁気音の可聴周波数成分が低減していることであるため、摺接幅ｈが４．０ｍｍの場合と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、負極ブラシ５１ｃ、５１ｄの周方向中心を仮想線Ｒに対して反時計方向に１ｍｍ（４°）ずらした場合におけるブラシ５１の摺接幅ｈが２〜６ｍｍの時に、本発明の電動モータ１を電動パワーステアリング装置に用いた場合における車両内の乗員に聞こえる磁気音の可聴周波数成分の指標値Ｓを算出すると、図１０に示すグラフとなる。
【００４７】
図１０に示すように、ブラシ５１の摺接幅ｈが４．０ｍｍの場合に、最も指標値Ｓが小さくなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電動モータの軸方向から見たブラシ装置の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】ブラシの位置関係を示した図である。
【図４】（ａ）は、ブラシの軸方向斜視図であって、（ｂ）は、（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】コンミテータの一部分の拡大図である。
【図６】ブラシの摺接幅４ｍｍの場合におけるブラシのずらし量に対する電動モータから発生する磁気音の周波数毎の抵抗変動量を示したグラフである。
【図７】図６のグラフに基づいて電動モータから発生する磁気音の可聴周波数成分の指標値を示したグラフである。
【図８】ブラシの摺接幅２ｍｍの場合におけるブラシのずらし量に対する電動モータから発生する磁気音の周波数毎の抵抗変動量を示したグラフである。
【図９】図８のグラフに基づいて電動モータから発生する磁気音の可聴周波数成分の指標値を示したグラフである。
【図１０】ブラシの摺接幅を変化させた時の電動モータに流れる電流の変動量の指標値を示したグラフである。
【符号の説明】
１…電動モータ、
２…アーマチャコア、
３…シャフト、
４…マグネット、
５…ブラシ装置、
６…コンミテータ、
７…ヨーク、
８…ハウジング、
５１…ブラシ、
５２…ブラシホルダ、
５３…スプリング、
６１…セグメント。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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