ブラシモータ及び電動パワーステアリング装置、並びにブラシの配置方法
【課題】作動音及び振動を低減しかつ整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短縮すること。
【解決手段】整流子とコアとを含む回転子と、長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、前記複数のブラシをそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段と、前記複数のブラシにそれぞれ接続される導線と、を含むことを特徴とするブラシモータによって解決できる。前記導線は、前記長手方向側の前記ブラシの側面に接続されていることが好ましい。
【解決手段】整流子とコアとを含む回転子と、長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、前記複数のブラシをそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段と、前記複数のブラシにそれぞれ接続される導線と、を含むことを特徴とするブラシモータによって解決できる。前記導線は、前記長手方向側の前記ブラシの側面に接続されていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシモータの構造、特に、ブラシモータのブラシの配置に関する。さらに、ブラシモータが搭載された電動パワーステアリング装置、ブラシモータのブラシの配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシモータは、整流子にブラシを当接させてコイルに通電し、電磁力により回転子を回転させるものである。一般に、ブラシは角柱状であり、ブラシの長手方向が、整流子の回転軸方向と平行に配置されている（特許文献１、特許文献２）。このブラシの配置は、電機子コイルに多くの電流を流すのに有利なためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７０２１１号公報（図９）
【特許文献２】特開平５−１８４１０４号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、通電により、及び整流子との摩擦によりブラシは発熱する。このため、ブラシケースは、ブラシの発熱による膨張を考慮して寸法が設定されている。そして、ブラシケースは、ブラシとブラシケースとの間に大きな隙間を有している。そのため、回転子が回転を始めるとき、又は回転子の回転方向が変化するときに、ブラシと整流子との間の摩擦力でブラシケースの内部でブラシが移動し、ブラシがブラシケースを叩くために作動音（叩き音）及び振動が発生する。この作動音及び振動は、静粛性が求められる場所においては低減されることが望まれる。また、近年ブラシモータはパワーステアリング装置に適用され、パワーステアリング装置を小型化するために、回転軸方向におけるブラシモータの長さをより短縮する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動音及び振動が低減され、かつ回転軸方向の長さが短縮されたブラシモータを提供することと、作動音及び振動が低減され、かつ小型化された電動パワーステアリング装置を提供することと、作動音及び振動を低減し、かつブラシモータの回転軸方向の長さを短縮することができるブラシの配置方法を提供することと、の少なくとも一つを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明に係るブラシモータは、整流子とコアとを含む回転子と、長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、前記複数のブラシをそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段と、前記複数のブラシにそれぞれ接続される導線と、を含むことを特徴とする。長手方向が整流子の回転軸と平行な方向と交差するようにブラシが配置されていることで、整流子の回転軸方向におけるブラシの長さを、長手方向が整流子の回転軸と平行となるように配置されているブラシよりも短くすることができる。これに伴って、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短くすることができる。さらに、長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、長手方向が、整流子の半径方向と直交するように配置されていることで、ブラシがブラシケースを叩いた場合に発生する音（叩き音）が低減され、その結果、ブラシモータの作動音、及び振動が低減される。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、前記長手方向が、前記整流子の前記回転軸と直交する平面上にあることが好ましい。長手方向が整流子の回転軸と直交する平面上にあるように配置することで、整流子の回転軸方向におけるブラシの長さをより短くすることができる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記導線が、前記長手方向側の前記ブラシの側面に接続されていること好ましい。導線が、ブラシの長手方向側のブラシの側面に接続することで、導線が整流子の軸方向と平行な方向ではなく、整流子の周方向と平行な方向に近い方向へ引き出されることとなり、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さをより短くすることができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記ブラシが、四角柱状の形状であって、前記整流子と対向する前記ブラシの面に含まれる前記ブラシの４つの頂点のうち、前記コア側にある２つの頂点のいずれかが突出している形状であることが好ましい。整流子と対向するブラシの面に含まれるブラシの４つの頂点のうち、コア側にある２つの頂点のいずれかが突出していることで、ブラシが整流子とこの突出している頂点において接触し、ブラシと整流子とが接触する位置が明確となる。その結果、ブラシの摩耗状態を予測することが容易になる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記回転子を収納し、一端に開口部を有するハウジングと、前記ハウジングの前記開口部を閉塞するフランジと、を備え、前記ブラシ保持手段の少なくとも一部が、前記フランジと一体として形成されていることが好ましい。この特徴により、ブラシ保持手段及びフランジを整流子の回転軸方向において薄くすることができる。その結果、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短くすることができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記フランジと一体として形成されている前記ブラシ保持手段の前記少なくとも一部が、制振樹脂であることが好ましい。これにより、ブラシの振動が抑制され、ブラシモータの振動及び作動音が低減される。
【００１２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ブラシモータにより補助操舵トルクを得ることを特徴とする。これにより、振動及び作動音が低減された、小型化された電動パワーステアリング装置が提供される。
【００１３】
本発明に係るブラシの配置方法は、ブラシモータのブラシを、長手方向が整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置することを特徴とする。これにより、モータの作動音及び振動が低減され、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さが短縮される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作動音及び振動が低減され、かつ回転軸方向の長さが短縮されたブラシモータを提供することと、作動音及び振動が低減され、かつ小型化された電動パワーステアリング装置を提供することと、作動音及び振動を低減し、かつブラシモータの回転軸方向の長さを短縮することができるブラシの配置方法を提供することと、の少なくとも一つを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態１に係るブラシモータを備える電動パワーステアリングの構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るモータの側面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面の矢視図である。
【図５−１】図５−１は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を説明する概略図である。
【図５−２】図５−２は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を説明する概略図である。
【図６】図６は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を示す概略図である。
【図７】図７は、ブラシの形状及び配置の変形例を示す概略図である。
【図８】図８は、実施形態２に係るモータの側面図である。
【図９】図９は、図８のＢ−Ｂ断面の矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。本実施形態では、本発明に係るブラシモータを電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）に適用した例を説明するが、本発明の適用対象は電動パワーステアリング装置に限定されるものではない。また、本発明を電動パワーステアリング装置に適用する場合でも、その方式は問わない。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るブラシモータを備える電動パワーステアリングの構成図である。まず、図１を用いて、本実施形態に係るブラシモータを備える電動パワーステアリング装置の概要を説明する。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１の操作によりステアリングシャフト１０２に発生する操舵トルクをトルク検出手段であるトルクセンサ１１０で検出し、その検出信号に基づいて、ＥＣＵ（Electric Control Unit）５０がブラシモータ（以下、必要に応じてモータという）１を駆動制御して補助操舵トルクを発生させて、ステアリングホイール１０１の操舵力を補助する。
【００１８】
本実施形態に係るブラシモータ１を備える電動パワーステアリング装置１００は、ブラシモータ１とＥＣＵ５０とが直接接続されて一体となっている、機電一体型の装置である。しかし、本実施形態に係るブラシモータ１は、ブラシモータとＥＣＵとが別体であり機電一体型ではない電動パワーステアリング装置にも適用することができる。
【００１９】
ステアリングホイール１０１に連結されたステアリングシャフト１０２は、運転者の操舵力が入力される入力軸１０２ａと、入力された操舵力を出力する出力軸１０２ｂとを有する。本実施形態において、入力軸１０２ａ及び出力軸１０２ｂは、鉄等の磁性材料から形成されている。入力軸１０２ａと出力軸１０２ｂとの間には、トルクセンサ１１０及び減速装置１１１が設けられる。
【００２０】
ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、操舵機構に伝達される。具体的には、出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、ユニバーサルジョイント１０４を介してロアシャフト１０５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント１０６を介してピニオンシャフト１０７に伝達される。ピニオンシャフト１０７に伝達された前記操舵力は、ステアリングギヤ１０８を介してタイロッド１０９に伝達され、操舵輪を転舵させる。
【００２１】
ステアリングギヤ１０８は、ピニオンシャフト１０７に連結されたピニオン１０８ａと、ピニオン１０８ａに噛み合うラック１０８ｂとを有するラックアンドピニオン形式として構成される。このようなステアリングギヤ１０８によって、ピニオン１０８ａに伝達された回転運動をラック１０８ｂで直進運動に変換している。
【００２２】
ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂには、補助操舵トルクを出力軸１０２ｂに伝達する補助操舵機構１０３が連結されている。補助操舵機構１０３は、出力軸１０２ｂに連結された減速装置１１１と、減速装置１１１に連結されかつ補助操舵トルクを発生させるモータ１とを有している。なお、ステアリングシャフト１０２及びトルクセンサ１１０及び減速装置１１１によりステアリングコラムが構成されており、モータ１は、前記ステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置１００は、コラムアシスト方式となっている。
【００２３】
トルクセンサ１１０は、ステアリングホイール１０１を介して入力軸１０２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するものである。モータ１の駆動を制御するＥＣＵ５０には、電源（例えば車載のバッテリ）１１５から電力が供給される。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。図２は、一部を断面として示してある。減速装置１１１はウォーム減速装置である。モータ１の軸１２にスプライン結合したウォーム１２１は、玉軸受１２２と、ホルダ１２５に保持された玉軸受１２３とで回転自在に減速装置ハウジング１２０に保持されている。ウォーム１２１の一部に形成されたウォーム歯１２１ａは、減速装置ハウジング１２０に回転自在に保持されたウォームホイール１２４に形成されているウォームホイール歯１２４ａに噛み合っている。モータ１の回転力は、ウォーム１２１を介してウォームホイール１２４に伝達され、ウォームホイール１２４を回転させる。ウォーム１２１及びウォームホイール１２４によって、モータ１のトルクが増加され、図１に示すステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクが与えられる。次に、モータ１の構成を説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態に係るモータの側面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面の矢視図である。図４に示すように、モータ１は、整流子３とコア１３とを含む回転子２と、複数のブラシ４と、複数のブラシ４をそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段５と、複数のブラシ４にそれぞれ接続されるピグテイル６（導線）と、を有している。回転子２とブラシ４とは、磁性材料で形成された略円筒形のハウジング７内に収められている。なお、回転子２は、整流子３と、コア１３と、コイル１４とを備えている。ハウジング７の一端には、この端部を閉塞するようにハウジング７と一体に底部７ａが設けられている。底部７ａに対して反対側の一端には、開口部が設けられている。この開口部は、フランジ８により閉塞される。なお、回転子２を形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。
【００２６】
ハウジング７の内側面には、ハウジング７の内部に収納された回転子２のコア１３に対向するように、２個のマグネット９が互いに極性を逆にして配置され、マグネットホルダ１０により固定されている。２個のマグネット９の表面にはマグネット飛散防止カバー１１が取り付けられる。マグネット飛散防止カバー１１は、２個のマグネット９を押さえることにより、２個のマグネット９の万一の飛散を防止する。
【００２７】
回転子２は、軸１２によって中心を貫かれている。回転子２は、軸１２と固定されている。回転子２のコア１３部分は、複数のスロット（溝）を有する。コイル１４は、前記スロットに巻き回されている。コア１３は、磁性材料を用いて形成される。コア１３は、例えば、磁性材料としてケイ素鋼板を用い、これを積層して形成される。整流子３は、絶縁体で形成された円柱状の絶縁部の側面に、導電体で形成された複数の導電部１５が等間隔で平行に配置されているものである。コイル１４の一端は、一つの導電部１５に接続されており、他端は別の導電部１５に接続されている。整流子３も、軸１２によって中心を貫かれている。
【００２８】
ハウジング７の内側であって、フランジ８の略中央部分には軸受１６が、底部７ａの略中央部分には軸受１７が、それぞれ設けられている。軸受１６は、ハウジング７の内側に配置された軸１２の一端を回転可能に支持し、軸受１７は、軸１２の他端を回転可能に支持している。軸１２の回転軸は、図４に示すＺｒであり、軸１２の中心軸に相当する。以下、軸１２の回転軸及び中心軸をＺｒで表す。なお、軸１２は、軸受１６、１７に支持されるので、軸受１６、１７の回転軸もＺｒとなる。また、軸１２によって中心を貫かれている回転子２及び整流子３の回転軸もＺｒとなる。軸１２には、ジョイント２１が取り付けられ、ジョイント２１に減速装置１１１のウォーム１２１がスプライン結合される。なお、軸１２とウォーム１２１は弾性カップリングであってもよい。
【００２９】
ブラシ４は略角柱、好ましくは四角柱状の形状である。より好ましくは、整流子３と対向するブラシ４の面に含まれるブラシ４の４つの頂点のうち、ハウジング７を閉塞するフランジ８側ではなく、コア１３側にある２つ頂点のいずれかが突出している形状である。ブラシ４は、この突出している頂点において整流子３と接する。ブラシ４が、コア１３側にある２つの頂点のいずれかが突出していることで、ブラシ４は、整流子３とこの突出している頂点において接触する。このような構造により、ブラシ４と整流子３とが接触する位置が明確となる。その結果、ブラシ４から整流子３へ、安定して電力を供給することができ、また、ブラシ４の摩耗状態も容易に予測できる。
【００３０】
略角柱、好ましくは四角柱状の形状であるブラシ４の側面のうちコア１３を向く面（ハウジング７の底部７ａを向く面）が、整流子３の半径の大きさよりも大きい半径を有する円の孤である辺を持ち、円弧の中心は、整流子３の回転中心からずれていることが好ましい。このような構成とすると、円弧である辺は整流子３に接触しない。すなわち、上述の、整流子３と対向するブラシ４の面に含まれる四角柱の４つの頂点のうち、突出している頂点においてのみブラシ４と整流子３とが接触する。その結果、ブラシ４と整流子３との接触部分が小さくなり、整流子３の回転に伴う振動が小さくなる。
【００３１】
ブラシ４は、接触抵抗が小さく機械的衝撃に耐えられる材料により構成される。例えば、ブラシ４は、黒鉛により構成される。ブラシ４は、底部を有する角筒状のブラシケース１８の内部に▲しゅう▼動可能に収められている。ブラシケース１８は、絶縁体で形成された基板１９に固定されている。ブラシ保持手段５は、ブラシケース１８と、基板１９とを含んで構成されている。ブラシ４は、ブラシケース１８の底部に設置されたバネ２０によって整流子３へ向かう力、すなわち、ブラシケース１８からブラシ４が出る方向の力が付勢され、整流子３に押し付けられる。バネ２０として、つるまきバネを図示しているが、バネ２０は板バネやその他の弾性体であってもよい。ブラシ４とブラシケース１８とは、固定されておらず、ブラシ４がブラシケース１８との間で摺動できるようにブラシ４とブラシケース１８との間には間隔が設けられている。基板１９は、フランジ８に固定され、軸１２と直交するようにハウジング７内に収納される。したがって、基板１９に固定されたブラシケース１８に収められたブラシ４は、基板１９と平行な面が軸１２と直交する。
【００３２】
ブラシ４には、ピグテイル６（導線）が電気的に接続されており、ピグテイル６は、さらに基板１９に埋設されたバスバーを経由して、電力供給部材２２と電気的に接続される。なお、電力供給部材２２は、ＥＣＵ５０の端子と接続され、ＥＣＵ５０により制御された電流値の電力をＥＣＵ５０から直接供給される。ブラシ４とピグテイル６（導線）との接続の形態については後で詳しく説明する。
【００３３】
ブラシ４にピグテイル６を通じてＥＣＵ５０から供給された電流は、ブラシ４と接触する整流子３の導電部１５を通ってコイル１４を流れ、整流子３の別の導電部１５に至り、別のブラシ４に流入する。コイル１４を電流が流れることによって磁界が発生し、この磁界と、マグネット９の磁界との相互作用により回転子２が回転する。
【００３４】
次に、ブラシ４の配置について図５−１及び図５−２を用いて詳しく述べる。図５−１および図５−２は、実施形態１に係るモータ１のブラシ４の配置を説明する概略図である。
本実施形態のブラシ４は４個であるが、図５−１及び図５−２には、３個を省略してそのうちの１個のみを記載している。また、図５−１ではブラシケース１８を省いた状態のモータ１を、図５−２ではブラシ４とブラシケース１８が分解された状態のモータ１を記載してある。ブラシ４の個数は４個に限定されるものではない。ブラシ４は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている。
【００３５】
ここで、ブラシ４の長手方向Ｌとは、略角柱、好ましくは四角柱状の形状であるブラシ４の辺のうち、整流子３に対向するブラシ４の面に含まれる辺を除いた辺の中で最も長い辺の方向に平行な方向である。したがって、ブラシ４の辺のうち、整流子３に対向するブラシ４の面に含まれる辺を除いた辺のうち、整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差し、かつ整流子３の半径方向Ｒと直交する辺が、最も長い辺となるようにブラシ４が配置される。整流子３の半径方向Ｒとは、整流子３の回転中心を通り、かつ前記回転中心と直交する方向である。この例において、半径方向Ｒは、整流子３の回転中心を通り、かつ整流子３に対向するブラシ４の面に含まれる辺を除いた辺の中で最も長いブラシ４の辺の中点Ｍを貫く方向となる。
【００３６】
ブラシ４は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するように配置されていることで、ブラシ４と整流子３とを接触させた状態においては、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるブラシ４の長さを短くすることができる。これに伴って、回転軸Ｚｒ方向における整流子３の長さを短くすることができる。すなわち、回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さを短くすることができる。その結果、モータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合に、電動パワーステアリング装置１００を小型にすることができ、かつ、電動パワーステアリング装置１００を軽量化することができる。
【００３７】
ブラシ４が略角柱、好ましくは四角柱状の形状である場合は、ブラシ４は次のように配置されることが好ましい。すなわち、ブラシ４を半径方向Ｒに直交する平面に投影したときに現れる四角形の対角線と、整流子３の回転軸Ｚｒをこの平面に投影したとき現れる直線との角度をθとし、この対角線の長さをＤとすると、Ｌ＞Ｄｃｏｓθという関係が成り立つことが好ましい（この関係式のＬはブラシ４の長手方向の寸法を表す）。これによって、同じ長手方向Ｌの寸法が同じ大きさのブラシ４を用いる場合、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するようにブラシ４を配置することで、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるブラシ４の長さをより短くすることができる。
【００３８】
本実施形態においては、特に、長手方向Ｌが、整流子３の回転軸Ｚｒと直交する平面上にあるようにブラシ４が配置されていることが好ましい。長手方向Ｌが、整流子３の回転軸Ｚｒと直交する平面上にあるようにブラシ４が配置されていると、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するようなブラシ４の配列の中で、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるブラシ４の長さが最も短くなる。したがって、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さを最も短くすることができる。
【００３９】
さらに、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されていることで、ブラシ４の短手方向を含む側面が、整流子３の回転方向（半径方向Ｒと直交する方向）側のブラシケース１８の面に接する。ブラシ４の短手方向を含む側面は、ブラシ４の長手方向Ｌを含む側面と比較すると面積が小さい。そのため、長手方向Ｌを含むブラシ４の側面のみが、整流子３の回転方向側のブラシケース１８の面に接する場合よりも、接する際に発生する音を低減することができる。なお、本実施形態におけるブラシ４の配置とは異なり、ブラシ４の長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合、長手方向Ｌを含むブラシ４の側面のみが整流子３の回転方向側のブラシケース１８の面に接することになる。
【００４０】
ブラシ４に接触している整流子３を回転させた場合に、ブラシ４の慣性力、及びブラシ４と整流子３との間の摩擦力により、ブラシ４と整流子３との接触部分を中心としてブラシ４を回転させようとする力がブラシ４に働く。本実施形態では、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、かつ長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている。このような配置により、ブラシ４と整流子３との接触部分から、ブラシ４の側面のうち、コア１３とは反対側の面（フランジ８寄りの面）までの距離は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して短くなる。
【００４１】
その結果、同じ力が加わった場合のモーメントは、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている場合の方が小さい。したがって、整流子３の回転によりブラシケース１８内でブラシ４が回転し、ブラシ４がブラシケース１８を叩いた場合に発生する作動音（叩き音）は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと交差するとともに、かつ長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている場合のほうが低減され、その結果、モータ１の作動音、振動が低減される。
【００４２】
モータ１の作動音、振動が低減されるので、運転者が搭乗する車室内にあって静粛性が求められる電動パワーステアリング装置１００にモータ１を適用する場合、静粛性が確保できる。その結果、モータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合には、車室内における作動音の低減が実現できる。ハンドル操作は、車両の方向を変更する場合のほか、路面状態に応じて車両の方向を一定にする場合にも行われる。したがって、電動パワーステアリング装置１００にモータ１を適用した場合におけるモータ１の反転回数は多い。このため、叩き音が低減されることによって、電動パワーステアリング装置１００の静粛性は大きく向上する。
【００４３】
また、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと交差するとともに、長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている場合のほうが、ブラシ４の回転が容易ではないので、整流子３と接触しているブラシ４の摩耗の度合いがブラシ４と整流子３とが接触している場所によって偏ることを抑制できる。
【００４４】
図６は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を示す概略図であり、整流子３側から見たモータ１の部分図である。ブラシケース１８は点線で示してある。ブラシ４は、整流子３の周方向に向かって配置されており、対向するブラシ４同士は、中心Ｃを対称点とした点対称となるように形成され、配置されている。ここで、中心Ｃとは、整流子３の回転軸Ｚｒがブラシ保持手段５を構成する基板１９の板面のうちブラシケース１８を据え付ける面と交わる点を指す。隣り合うブラシ４同士は、中心Ｃを中心として中心角π／２ｒａｄの間隔で配置されている。
【００４５】
次に、ピグテイル６（導線）とブラシ４との接続形態について説明する。ピグテイル６は、長手方向Ｌ側のブラシ４の側面に接続されている。ピグテイル６が、ブラシ４の長手方向Ｌ側のブラシ４の側面に接続されていることで、ピグテイル６が整流子３の回転軸Ｚｒ方向と平行な方向ではなく、整流子３の周方向と平行な方向へ近い方向へ引き出されることとなり、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さをより短くすることができる。なお、ブラシ４の長手方向Ｌが、整流子３の回転軸Ｚｒと直交する平面上にある場合に、ピグテイル６は整流子３の周方向と平行な方向へ引き出されることになり、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さをさらに短くすることができる。
【００４６】
（ブラシの形状・配置の変形例）
図７は、ブラシの形状及び配置の変形例を示す概略図であり、整流子３側から見たモータ１ａの部分図である。ブラシケース１８は点線で示してある。対向するブラシ４ａ同士は、中心Ｃを通る線を対称軸Ｌ１、Ｌ２とした線対称となるように形成され、配置されている。中心Ｃの位置は、図６における位置と同じである。このようにブラシ４ａが形成され、配置されていることで、モータ１ａが反転する際に、ブラシ４ａと整流子３とが滑らかに接触し、その結果モータ１ａ反転時のノイズを低減することができる。他の構成についてはモータ１と同様であるために説明を省略する。
【００４７】
なお、本実施形態では、４個のブラシ４、４ａを備えたモータ１、１ａを示してブラシ４、４ａの配置を説明したが、２個のブラシを備えたモータ、４個より多いブラシを備えたモータにも本実施形態のブラシ４、４ａの配置を適用することができる。
【００４８】
また、本実施形態のモータ１、１ａについての説明から、モータ１、１ａのブラシ４、４ａを、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、整流子３の半径方向Ｒと直交するように、かつ整流子３の周方向に向かって配置するブラシの配置方法が把握される。
【００４９】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るモータの側面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面の矢視図である。モータ１ｂにおいては、フランジ８ａと基板１９ａとが一体として形成されてブラシ保持手段５ａ（フランジ８ａでもある）を構成している。ブラシ保持手段５ａは、樹脂に軸受ホルダ２３、カラー２４やバスバーその他の別部材を埋め込んで成形する、インサートモールディングによって成形されている。このようにフランジ８ａと、ブラシ保持手段５ａの一部である基板１９ａとを一体として形成することで、ブラシ保持手段５ａ及びフランジ８ａを整流子３の回転軸Ｚｒ方向において薄くすることができる。その結果、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１ｂの長さを、フランジ８と基板１９とが別々に形成されているモータ１よりもさらに短くすることができる。
【００５０】
ブラシ保持手段５ａの材料として、各種樹脂を用いることができるが、特に制振機能のある制振樹脂を用いることが好ましい。制振機能のある樹脂として、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などであって制振性に優れたものが挙げられる。また、これらの樹脂の配合物や、これらの樹脂に無機物又は有機物のフィラーを添加した組成物を用いることもできる。フィラーは、強度向上を目的として、例えば樹脂に対して１０質量％以上６０質量％以下が添加される。ブラシ保持手段５ａが制振樹脂であることによって、ブラシ保持手段５ａの振動がさらに抑制される。その結果、フランジ８ａの振動が抑制されるとともに、ブラシ保持手段５ａからハウジング７への振動の伝達が抑制され、モータ１ｂの振動及び作動音がさらに低減される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係るブラシモータ及び電動パワーステアリング装置、並びにブラシの配置方法は、作動音及び振動を低減しかつ整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短縮することに有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１ａ、１ｂ モータ（ブラシモータ）
２ 回転子
３ 整流子
４、４ａ ブラシ
５、５ａ ブラシ保持手段
６ ピグテイル（導線）
７ ハウジング
８、８ａ フランジ
９ マグネット
１０ マグネットホルダ
１１ マグネット飛散防止カバー
１２ 軸
１３ コア
１４ コイル
１５ 導電部
１６、１７ 軸受
１８ ブラシケース
１９、１９ａ 基板
２０ バネ
２１ ジョイント
２２ 電力供給部材
２３ 軸受ホルダ
２４ カラー
５０ ＥＣＵ
１００ 電動パワーステアリング装置
１０３ 補助操舵機構
１１１ 減速装置
Ｚｒ 回転軸
Ｌ 長手方向
Ｒ 半径方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシモータの構造、特に、ブラシモータのブラシの配置に関する。さらに、ブラシモータが搭載された電動パワーステアリング装置、ブラシモータのブラシの配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシモータは、整流子にブラシを当接させてコイルに通電し、電磁力により回転子を回転させるものである。一般に、ブラシは角柱状であり、ブラシの長手方向が、整流子の回転軸方向と平行に配置されている（特許文献１、特許文献２）。このブラシの配置は、電機子コイルに多くの電流を流すのに有利なためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７０２１１号公報（図９）
【特許文献２】特開平５−１８４１０４号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、通電により、及び整流子との摩擦によりブラシは発熱する。このため、ブラシケースは、ブラシの発熱による膨張を考慮して寸法が設定されている。そして、ブラシケースは、ブラシとブラシケースとの間に大きな隙間を有している。そのため、回転子が回転を始めるとき、又は回転子の回転方向が変化するときに、ブラシと整流子との間の摩擦力でブラシケースの内部でブラシが移動し、ブラシがブラシケースを叩くために作動音（叩き音）及び振動が発生する。この作動音及び振動は、静粛性が求められる場所においては低減されることが望まれる。また、近年ブラシモータはパワーステアリング装置に適用され、パワーステアリング装置を小型化するために、回転軸方向におけるブラシモータの長さをより短縮する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動音及び振動が低減され、かつ回転軸方向の長さが短縮されたブラシモータを提供することと、作動音及び振動が低減され、かつ小型化された電動パワーステアリング装置を提供することと、作動音及び振動を低減し、かつブラシモータの回転軸方向の長さを短縮することができるブラシの配置方法を提供することと、の少なくとも一つを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明に係るブラシモータは、整流子とコアとを含む回転子と、長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、前記複数のブラシをそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段と、前記複数のブラシにそれぞれ接続される導線と、を含むことを特徴とする。長手方向が整流子の回転軸と平行な方向と交差するようにブラシが配置されていることで、整流子の回転軸方向におけるブラシの長さを、長手方向が整流子の回転軸と平行となるように配置されているブラシよりも短くすることができる。これに伴って、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短くすることができる。さらに、長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、長手方向が、整流子の半径方向と直交するように配置されていることで、ブラシがブラシケースを叩いた場合に発生する音（叩き音）が低減され、その結果、ブラシモータの作動音、及び振動が低減される。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、前記長手方向が、前記整流子の前記回転軸と直交する平面上にあることが好ましい。長手方向が整流子の回転軸と直交する平面上にあるように配置することで、整流子の回転軸方向におけるブラシの長さをより短くすることができる。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記導線が、前記長手方向側の前記ブラシの側面に接続されていること好ましい。導線が、ブラシの長手方向側のブラシの側面に接続することで、導線が整流子の軸方向と平行な方向ではなく、整流子の周方向と平行な方向に近い方向へ引き出されることとなり、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さをより短くすることができる。
【０００９】
本発明の望ましい態様として、前記ブラシが、四角柱状の形状であって、前記整流子と対向する前記ブラシの面に含まれる前記ブラシの４つの頂点のうち、前記コア側にある２つの頂点のいずれかが突出している形状であることが好ましい。整流子と対向するブラシの面に含まれるブラシの４つの頂点のうち、コア側にある２つの頂点のいずれかが突出していることで、ブラシが整流子とこの突出している頂点において接触し、ブラシと整流子とが接触する位置が明確となる。その結果、ブラシの摩耗状態を予測することが容易になる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記回転子を収納し、一端に開口部を有するハウジングと、前記ハウジングの前記開口部を閉塞するフランジと、を備え、前記ブラシ保持手段の少なくとも一部が、前記フランジと一体として形成されていることが好ましい。この特徴により、ブラシ保持手段及びフランジを整流子の回転軸方向において薄くすることができる。その結果、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短くすることができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記フランジと一体として形成されている前記ブラシ保持手段の前記少なくとも一部が、制振樹脂であることが好ましい。これにより、ブラシの振動が抑制され、ブラシモータの振動及び作動音が低減される。
【００１２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ブラシモータにより補助操舵トルクを得ることを特徴とする。これにより、振動及び作動音が低減された、小型化された電動パワーステアリング装置が提供される。
【００１３】
本発明に係るブラシの配置方法は、ブラシモータのブラシを、長手方向が整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置することを特徴とする。これにより、モータの作動音及び振動が低減され、整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さが短縮される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作動音及び振動が低減され、かつ回転軸方向の長さが短縮されたブラシモータを提供することと、作動音及び振動が低減され、かつ小型化された電動パワーステアリング装置を提供することと、作動音及び振動を低減し、かつブラシモータの回転軸方向の長さを短縮することができるブラシの配置方法を提供することと、の少なくとも一つを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態１に係るブラシモータを備える電動パワーステアリングの構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るモータの側面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面の矢視図である。
【図５−１】図５−１は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を説明する概略図である。
【図５−２】図５−２は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を説明する概略図である。
【図６】図６は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を示す概略図である。
【図７】図７は、ブラシの形状及び配置の変形例を示す概略図である。
【図８】図８は、実施形態２に係るモータの側面図である。
【図９】図９は、図８のＢ−Ｂ断面の矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。本実施形態では、本発明に係るブラシモータを電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）に適用した例を説明するが、本発明の適用対象は電動パワーステアリング装置に限定されるものではない。また、本発明を電動パワーステアリング装置に適用する場合でも、その方式は問わない。
【００１７】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るブラシモータを備える電動パワーステアリングの構成図である。まず、図１を用いて、本実施形態に係るブラシモータを備える電動パワーステアリング装置の概要を説明する。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１の操作によりステアリングシャフト１０２に発生する操舵トルクをトルク検出手段であるトルクセンサ１１０で検出し、その検出信号に基づいて、ＥＣＵ（Electric Control Unit）５０がブラシモータ（以下、必要に応じてモータという）１を駆動制御して補助操舵トルクを発生させて、ステアリングホイール１０１の操舵力を補助する。
【００１８】
本実施形態に係るブラシモータ１を備える電動パワーステアリング装置１００は、ブラシモータ１とＥＣＵ５０とが直接接続されて一体となっている、機電一体型の装置である。しかし、本実施形態に係るブラシモータ１は、ブラシモータとＥＣＵとが別体であり機電一体型ではない電動パワーステアリング装置にも適用することができる。
【００１９】
ステアリングホイール１０１に連結されたステアリングシャフト１０２は、運転者の操舵力が入力される入力軸１０２ａと、入力された操舵力を出力する出力軸１０２ｂとを有する。本実施形態において、入力軸１０２ａ及び出力軸１０２ｂは、鉄等の磁性材料から形成されている。入力軸１０２ａと出力軸１０２ｂとの間には、トルクセンサ１１０及び減速装置１１１が設けられる。
【００２０】
ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、操舵機構に伝達される。具体的には、出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、ユニバーサルジョイント１０４を介してロアシャフト１０５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント１０６を介してピニオンシャフト１０７に伝達される。ピニオンシャフト１０７に伝達された前記操舵力は、ステアリングギヤ１０８を介してタイロッド１０９に伝達され、操舵輪を転舵させる。
【００２１】
ステアリングギヤ１０８は、ピニオンシャフト１０７に連結されたピニオン１０８ａと、ピニオン１０８ａに噛み合うラック１０８ｂとを有するラックアンドピニオン形式として構成される。このようなステアリングギヤ１０８によって、ピニオン１０８ａに伝達された回転運動をラック１０８ｂで直進運動に変換している。
【００２２】
ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂには、補助操舵トルクを出力軸１０２ｂに伝達する補助操舵機構１０３が連結されている。補助操舵機構１０３は、出力軸１０２ｂに連結された減速装置１１１と、減速装置１１１に連結されかつ補助操舵トルクを発生させるモータ１とを有している。なお、ステアリングシャフト１０２及びトルクセンサ１１０及び減速装置１１１によりステアリングコラムが構成されており、モータ１は、前記ステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置１００は、コラムアシスト方式となっている。
【００２３】
トルクセンサ１１０は、ステアリングホイール１０１を介して入力軸１０２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するものである。モータ１の駆動を制御するＥＣＵ５０には、電源（例えば車載のバッテリ）１１５から電力が供給される。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。図２は、一部を断面として示してある。減速装置１１１はウォーム減速装置である。モータ１の軸１２にスプライン結合したウォーム１２１は、玉軸受１２２と、ホルダ１２５に保持された玉軸受１２３とで回転自在に減速装置ハウジング１２０に保持されている。ウォーム１２１の一部に形成されたウォーム歯１２１ａは、減速装置ハウジング１２０に回転自在に保持されたウォームホイール１２４に形成されているウォームホイール歯１２４ａに噛み合っている。モータ１の回転力は、ウォーム１２１を介してウォームホイール１２４に伝達され、ウォームホイール１２４を回転させる。ウォーム１２１及びウォームホイール１２４によって、モータ１のトルクが増加され、図１に示すステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクが与えられる。次に、モータ１の構成を説明する。
【００２５】
図３は、本実施形態に係るモータの側面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面の矢視図である。図４に示すように、モータ１は、整流子３とコア１３とを含む回転子２と、複数のブラシ４と、複数のブラシ４をそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段５と、複数のブラシ４にそれぞれ接続されるピグテイル６（導線）と、を有している。回転子２とブラシ４とは、磁性材料で形成された略円筒形のハウジング７内に収められている。なお、回転子２は、整流子３と、コア１３と、コイル１４とを備えている。ハウジング７の一端には、この端部を閉塞するようにハウジング７と一体に底部７ａが設けられている。底部７ａに対して反対側の一端には、開口部が設けられている。この開口部は、フランジ８により閉塞される。なお、回転子２を形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。
【００２６】
ハウジング７の内側面には、ハウジング７の内部に収納された回転子２のコア１３に対向するように、２個のマグネット９が互いに極性を逆にして配置され、マグネットホルダ１０により固定されている。２個のマグネット９の表面にはマグネット飛散防止カバー１１が取り付けられる。マグネット飛散防止カバー１１は、２個のマグネット９を押さえることにより、２個のマグネット９の万一の飛散を防止する。
【００２７】
回転子２は、軸１２によって中心を貫かれている。回転子２は、軸１２と固定されている。回転子２のコア１３部分は、複数のスロット（溝）を有する。コイル１４は、前記スロットに巻き回されている。コア１３は、磁性材料を用いて形成される。コア１３は、例えば、磁性材料としてケイ素鋼板を用い、これを積層して形成される。整流子３は、絶縁体で形成された円柱状の絶縁部の側面に、導電体で形成された複数の導電部１５が等間隔で平行に配置されているものである。コイル１４の一端は、一つの導電部１５に接続されており、他端は別の導電部１５に接続されている。整流子３も、軸１２によって中心を貫かれている。
【００２８】
ハウジング７の内側であって、フランジ８の略中央部分には軸受１６が、底部７ａの略中央部分には軸受１７が、それぞれ設けられている。軸受１６は、ハウジング７の内側に配置された軸１２の一端を回転可能に支持し、軸受１７は、軸１２の他端を回転可能に支持している。軸１２の回転軸は、図４に示すＺｒであり、軸１２の中心軸に相当する。以下、軸１２の回転軸及び中心軸をＺｒで表す。なお、軸１２は、軸受１６、１７に支持されるので、軸受１６、１７の回転軸もＺｒとなる。また、軸１２によって中心を貫かれている回転子２及び整流子３の回転軸もＺｒとなる。軸１２には、ジョイント２１が取り付けられ、ジョイント２１に減速装置１１１のウォーム１２１がスプライン結合される。なお、軸１２とウォーム１２１は弾性カップリングであってもよい。
【００２９】
ブラシ４は略角柱、好ましくは四角柱状の形状である。より好ましくは、整流子３と対向するブラシ４の面に含まれるブラシ４の４つの頂点のうち、ハウジング７を閉塞するフランジ８側ではなく、コア１３側にある２つ頂点のいずれかが突出している形状である。ブラシ４は、この突出している頂点において整流子３と接する。ブラシ４が、コア１３側にある２つの頂点のいずれかが突出していることで、ブラシ４は、整流子３とこの突出している頂点において接触する。このような構造により、ブラシ４と整流子３とが接触する位置が明確となる。その結果、ブラシ４から整流子３へ、安定して電力を供給することができ、また、ブラシ４の摩耗状態も容易に予測できる。
【００３０】
略角柱、好ましくは四角柱状の形状であるブラシ４の側面のうちコア１３を向く面（ハウジング７の底部７ａを向く面）が、整流子３の半径の大きさよりも大きい半径を有する円の孤である辺を持ち、円弧の中心は、整流子３の回転中心からずれていることが好ましい。このような構成とすると、円弧である辺は整流子３に接触しない。すなわち、上述の、整流子３と対向するブラシ４の面に含まれる四角柱の４つの頂点のうち、突出している頂点においてのみブラシ４と整流子３とが接触する。その結果、ブラシ４と整流子３との接触部分が小さくなり、整流子３の回転に伴う振動が小さくなる。
【００３１】
ブラシ４は、接触抵抗が小さく機械的衝撃に耐えられる材料により構成される。例えば、ブラシ４は、黒鉛により構成される。ブラシ４は、底部を有する角筒状のブラシケース１８の内部に▲しゅう▼動可能に収められている。ブラシケース１８は、絶縁体で形成された基板１９に固定されている。ブラシ保持手段５は、ブラシケース１８と、基板１９とを含んで構成されている。ブラシ４は、ブラシケース１８の底部に設置されたバネ２０によって整流子３へ向かう力、すなわち、ブラシケース１８からブラシ４が出る方向の力が付勢され、整流子３に押し付けられる。バネ２０として、つるまきバネを図示しているが、バネ２０は板バネやその他の弾性体であってもよい。ブラシ４とブラシケース１８とは、固定されておらず、ブラシ４がブラシケース１８との間で摺動できるようにブラシ４とブラシケース１８との間には間隔が設けられている。基板１９は、フランジ８に固定され、軸１２と直交するようにハウジング７内に収納される。したがって、基板１９に固定されたブラシケース１８に収められたブラシ４は、基板１９と平行な面が軸１２と直交する。
【００３２】
ブラシ４には、ピグテイル６（導線）が電気的に接続されており、ピグテイル６は、さらに基板１９に埋設されたバスバーを経由して、電力供給部材２２と電気的に接続される。なお、電力供給部材２２は、ＥＣＵ５０の端子と接続され、ＥＣＵ５０により制御された電流値の電力をＥＣＵ５０から直接供給される。ブラシ４とピグテイル６（導線）との接続の形態については後で詳しく説明する。
【００３３】
ブラシ４にピグテイル６を通じてＥＣＵ５０から供給された電流は、ブラシ４と接触する整流子３の導電部１５を通ってコイル１４を流れ、整流子３の別の導電部１５に至り、別のブラシ４に流入する。コイル１４を電流が流れることによって磁界が発生し、この磁界と、マグネット９の磁界との相互作用により回転子２が回転する。
【００３４】
次に、ブラシ４の配置について図５−１及び図５−２を用いて詳しく述べる。図５−１および図５−２は、実施形態１に係るモータ１のブラシ４の配置を説明する概略図である。
本実施形態のブラシ４は４個であるが、図５−１及び図５−２には、３個を省略してそのうちの１個のみを記載している。また、図５−１ではブラシケース１８を省いた状態のモータ１を、図５−２ではブラシ４とブラシケース１８が分解された状態のモータ１を記載してある。ブラシ４の個数は４個に限定されるものではない。ブラシ４は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている。
【００３５】
ここで、ブラシ４の長手方向Ｌとは、略角柱、好ましくは四角柱状の形状であるブラシ４の辺のうち、整流子３に対向するブラシ４の面に含まれる辺を除いた辺の中で最も長い辺の方向に平行な方向である。したがって、ブラシ４の辺のうち、整流子３に対向するブラシ４の面に含まれる辺を除いた辺のうち、整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差し、かつ整流子３の半径方向Ｒと直交する辺が、最も長い辺となるようにブラシ４が配置される。整流子３の半径方向Ｒとは、整流子３の回転中心を通り、かつ前記回転中心と直交する方向である。この例において、半径方向Ｒは、整流子３の回転中心を通り、かつ整流子３に対向するブラシ４の面に含まれる辺を除いた辺の中で最も長いブラシ４の辺の中点Ｍを貫く方向となる。
【００３６】
ブラシ４は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するように配置されていることで、ブラシ４と整流子３とを接触させた状態においては、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるブラシ４の長さを短くすることができる。これに伴って、回転軸Ｚｒ方向における整流子３の長さを短くすることができる。すなわち、回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さを短くすることができる。その結果、モータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合に、電動パワーステアリング装置１００を小型にすることができ、かつ、電動パワーステアリング装置１００を軽量化することができる。
【００３７】
ブラシ４が略角柱、好ましくは四角柱状の形状である場合は、ブラシ４は次のように配置されることが好ましい。すなわち、ブラシ４を半径方向Ｒに直交する平面に投影したときに現れる四角形の対角線と、整流子３の回転軸Ｚｒをこの平面に投影したとき現れる直線との角度をθとし、この対角線の長さをＤとすると、Ｌ＞Ｄｃｏｓθという関係が成り立つことが好ましい（この関係式のＬはブラシ４の長手方向の寸法を表す）。これによって、同じ長手方向Ｌの寸法が同じ大きさのブラシ４を用いる場合、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するようにブラシ４を配置することで、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるブラシ４の長さをより短くすることができる。
【００３８】
本実施形態においては、特に、長手方向Ｌが、整流子３の回転軸Ｚｒと直交する平面上にあるようにブラシ４が配置されていることが好ましい。長手方向Ｌが、整流子３の回転軸Ｚｒと直交する平面上にあるようにブラシ４が配置されていると、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するようなブラシ４の配列の中で、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるブラシ４の長さが最も短くなる。したがって、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さを最も短くすることができる。
【００３９】
さらに、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されていることで、ブラシ４の短手方向を含む側面が、整流子３の回転方向（半径方向Ｒと直交する方向）側のブラシケース１８の面に接する。ブラシ４の短手方向を含む側面は、ブラシ４の長手方向Ｌを含む側面と比較すると面積が小さい。そのため、長手方向Ｌを含むブラシ４の側面のみが、整流子３の回転方向側のブラシケース１８の面に接する場合よりも、接する際に発生する音を低減することができる。なお、本実施形態におけるブラシ４の配置とは異なり、ブラシ４の長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合、長手方向Ｌを含むブラシ４の側面のみが整流子３の回転方向側のブラシケース１８の面に接することになる。
【００４０】
ブラシ４に接触している整流子３を回転させた場合に、ブラシ４の慣性力、及びブラシ４と整流子３との間の摩擦力により、ブラシ４と整流子３との接触部分を中心としてブラシ４を回転させようとする力がブラシ４に働く。本実施形態では、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、かつ長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている。このような配置により、ブラシ４と整流子３との接触部分から、ブラシ４の側面のうち、コア１３とは反対側の面（フランジ８寄りの面）までの距離は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して短くなる。
【００４１】
その結果、同じ力が加わった場合のモーメントは、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている場合の方が小さい。したがって、整流子３の回転によりブラシケース１８内でブラシ４が回転し、ブラシ４がブラシケース１８を叩いた場合に発生する作動音（叩き音）は、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと交差するとともに、かつ長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている場合のほうが低減され、その結果、モータ１の作動音、振動が低減される。
【００４２】
モータ１の作動音、振動が低減されるので、運転者が搭乗する車室内にあって静粛性が求められる電動パワーステアリング装置１００にモータ１を適用する場合、静粛性が確保できる。その結果、モータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合には、車室内における作動音の低減が実現できる。ハンドル操作は、車両の方向を変更する場合のほか、路面状態に応じて車両の方向を一定にする場合にも行われる。したがって、電動パワーステアリング装置１００にモータ１を適用した場合におけるモータ１の反転回数は多い。このため、叩き音が低減されることによって、電動パワーステアリング装置１００の静粛性は大きく向上する。
【００４３】
また、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行になるようにブラシ４が配置されている場合と比較して、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと交差するとともに、長手方向Ｌが、整流子３の半径方向Ｒと直交するように配置されている場合のほうが、ブラシ４の回転が容易ではないので、整流子３と接触しているブラシ４の摩耗の度合いがブラシ４と整流子３とが接触している場所によって偏ることを抑制できる。
【００４４】
図６は、実施形態１に係るモータのブラシの配置を示す概略図であり、整流子３側から見たモータ１の部分図である。ブラシケース１８は点線で示してある。ブラシ４は、整流子３の周方向に向かって配置されており、対向するブラシ４同士は、中心Ｃを対称点とした点対称となるように形成され、配置されている。ここで、中心Ｃとは、整流子３の回転軸Ｚｒがブラシ保持手段５を構成する基板１９の板面のうちブラシケース１８を据え付ける面と交わる点を指す。隣り合うブラシ４同士は、中心Ｃを中心として中心角π／２ｒａｄの間隔で配置されている。
【００４５】
次に、ピグテイル６（導線）とブラシ４との接続形態について説明する。ピグテイル６は、長手方向Ｌ側のブラシ４の側面に接続されている。ピグテイル６が、ブラシ４の長手方向Ｌ側のブラシ４の側面に接続されていることで、ピグテイル６が整流子３の回転軸Ｚｒ方向と平行な方向ではなく、整流子３の周方向と平行な方向へ近い方向へ引き出されることとなり、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さをより短くすることができる。なお、ブラシ４の長手方向Ｌが、整流子３の回転軸Ｚｒと直交する平面上にある場合に、ピグテイル６は整流子３の周方向と平行な方向へ引き出されることになり、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１の長さをさらに短くすることができる。
【００４６】
（ブラシの形状・配置の変形例）
図７は、ブラシの形状及び配置の変形例を示す概略図であり、整流子３側から見たモータ１ａの部分図である。ブラシケース１８は点線で示してある。対向するブラシ４ａ同士は、中心Ｃを通る線を対称軸Ｌ１、Ｌ２とした線対称となるように形成され、配置されている。中心Ｃの位置は、図６における位置と同じである。このようにブラシ４ａが形成され、配置されていることで、モータ１ａが反転する際に、ブラシ４ａと整流子３とが滑らかに接触し、その結果モータ１ａ反転時のノイズを低減することができる。他の構成についてはモータ１と同様であるために説明を省略する。
【００４７】
なお、本実施形態では、４個のブラシ４、４ａを備えたモータ１、１ａを示してブラシ４、４ａの配置を説明したが、２個のブラシを備えたモータ、４個より多いブラシを備えたモータにも本実施形態のブラシ４、４ａの配置を適用することができる。
【００４８】
また、本実施形態のモータ１、１ａについての説明から、モータ１、１ａのブラシ４、４ａを、長手方向Ｌが整流子３の回転軸Ｚｒと平行な方向と交差するとともに、整流子３の半径方向Ｒと直交するように、かつ整流子３の周方向に向かって配置するブラシの配置方法が把握される。
【００４９】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るモータの側面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ断面の矢視図である。モータ１ｂにおいては、フランジ８ａと基板１９ａとが一体として形成されてブラシ保持手段５ａ（フランジ８ａでもある）を構成している。ブラシ保持手段５ａは、樹脂に軸受ホルダ２３、カラー２４やバスバーその他の別部材を埋め込んで成形する、インサートモールディングによって成形されている。このようにフランジ８ａと、ブラシ保持手段５ａの一部である基板１９ａとを一体として形成することで、ブラシ保持手段５ａ及びフランジ８ａを整流子３の回転軸Ｚｒ方向において薄くすることができる。その結果、整流子３の回転軸Ｚｒ方向におけるモータ１ｂの長さを、フランジ８と基板１９とが別々に形成されているモータ１よりもさらに短くすることができる。
【００５０】
ブラシ保持手段５ａの材料として、各種樹脂を用いることができるが、特に制振機能のある制振樹脂を用いることが好ましい。制振機能のある樹脂として、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などであって制振性に優れたものが挙げられる。また、これらの樹脂の配合物や、これらの樹脂に無機物又は有機物のフィラーを添加した組成物を用いることもできる。フィラーは、強度向上を目的として、例えば樹脂に対して１０質量％以上６０質量％以下が添加される。ブラシ保持手段５ａが制振樹脂であることによって、ブラシ保持手段５ａの振動がさらに抑制される。その結果、フランジ８ａの振動が抑制されるとともに、ブラシ保持手段５ａからハウジング７への振動の伝達が抑制され、モータ１ｂの振動及び作動音がさらに低減される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係るブラシモータ及び電動パワーステアリング装置、並びにブラシの配置方法は、作動音及び振動を低減しかつ整流子の回転軸方向におけるブラシモータの長さを短縮することに有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１ａ、１ｂ モータ（ブラシモータ）
２ 回転子
３ 整流子
４、４ａ ブラシ
５、５ａ ブラシ保持手段
６ ピグテイル（導線）
７ ハウジング
８、８ａ フランジ
９ マグネット
１０ マグネットホルダ
１１ マグネット飛散防止カバー
１２ 軸
１３ コア
１４ コイル
１５ 導電部
１６、１７ 軸受
１８ ブラシケース
１９、１９ａ 基板
２０ バネ
２１ ジョイント
２２ 電力供給部材
２３ 軸受ホルダ
２４ カラー
５０ ＥＣＵ
１００ 電動パワーステアリング装置
１０３ 補助操舵機構
１１１ 減速装置
Ｚｒ 回転軸
Ｌ 長手方向
Ｒ 半径方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子とコアとを含む回転子と、
長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、
前記複数のブラシをそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段と、
前記複数のブラシにそれぞれ接続される導線と、
を含むことを特徴とするブラシモータ。
【請求項２】
前記長手方向は、前記整流子の前記回転軸と直交する平面上にあることを特徴とする請求項１に記載のブラシモータ。
【請求項３】
前記導線は、前記長手方向側の前記ブラシの側面に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシモータ。
【請求項４】
前記ブラシは、四角柱状の形状であって、前記整流子と対向する前記ブラシの面に含まれる前記ブラシの４つの頂点のうち、前記コア側にある２つの頂点のいずれかが突出している形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシモータ。
【請求項５】
前記回転子を収納し、一端に開口部を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記開口部を閉塞するフランジと、を備え、
前記ブラシ保持手段の少なくとも一部が、前記フランジと一体として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシモータ。
【請求項６】
前記フランジと一体として形成されている前記ブラシ保持手段の前記少なくとも一部は、制振樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のブラシモータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載されたブラシモータにより補助操舵トルクを得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
ブラシモータのブラシを、長手方向が整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置することを特徴とするブラシの配置方法。
【請求項１】
整流子とコアとを含む回転子と、
長手方向が前記整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、
前記複数のブラシをそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段と、
前記複数のブラシにそれぞれ接続される導線と、
を含むことを特徴とするブラシモータ。
【請求項２】
前記長手方向は、前記整流子の前記回転軸と直交する平面上にあることを特徴とする請求項１に記載のブラシモータ。
【請求項３】
前記導線は、前記長手方向側の前記ブラシの側面に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシモータ。
【請求項４】
前記ブラシは、四角柱状の形状であって、前記整流子と対向する前記ブラシの面に含まれる前記ブラシの４つの頂点のうち、前記コア側にある２つの頂点のいずれかが突出している形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシモータ。
【請求項５】
前記回転子を収納し、一端に開口部を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記開口部を閉塞するフランジと、を備え、
前記ブラシ保持手段の少なくとも一部が、前記フランジと一体として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシモータ。
【請求項６】
前記フランジと一体として形成されている前記ブラシ保持手段の前記少なくとも一部は、制振樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のブラシモータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載されたブラシモータにより補助操舵トルクを得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
ブラシモータのブラシを、長手方向が整流子の回転軸と平行な方向と交差するとともに、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置することを特徴とするブラシの配置方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２３７７１（Ｐ２０１１−２２３７７１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１２８９（Ｐ２０１０−９１２８９）
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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