JP2005295704A

JP2005295704A - モータ用ブラシ状態判断装置

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Publication number: JP2005295704A
Application number: JP2004108036A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Suzuki; 雅邦鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP4380393B2; CN1319251C; CN1677802A

Abstract

【課題】モータの整流子に対する給電用ブラシの接触状態を正確に判断して、この給電用ブラシの摩耗による寿命を精度良く推定する技術を提供することにある。
【解決手段】モータＭは、整流子１２と、整流子１２に当接するようにして設けられた陰極ブラシ１８、低回転側陽極ブラシ２０、および高回転側陽極ブラシ２２とを備えている。高回転側陽極ブラシ２２は、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗により、低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８に先行して限界摩耗量に到達するように形成されている。高回転側陽極ブラシ２２が限界摩耗量に到達したことを検知することによって、整流子１２との当接状態を維持している低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８の摩耗の状態を推定することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの整流子に当接するブラシの状態を判断するモータ用ブラシ状態判断装置に係り、例えばブラシの摩耗状態を判断することができるモータ用ブラシ状態判断装置に関する。

電機子の巻線に供給する電流の方向を切り換えるための整流子と、この整流子に電流を供給する給電用ブラシとを備える一般的な直流モータは、簡単な構成で理想的な特性を実現することができ、また製造コストが比較的安価であることから、車両等の装置類に広く使用されている。

整流子は、給電用ブラシが当接した状態のまま電機子とともに回転するので、モータ駆動時には、回転する整流子上を給電用ブラシが摺動するようにして移動することとなる。この時、給電用ブラシは、所定量の圧力がかけられた状態で整流子と当接しているので、整流子の回転にともなって徐々に摩耗していく。特に、整流子が回転すると、整流子と給電用ブラシとの間で火花や熱が発生することがあり、そのような場合には給電用ブラシの摩耗は更に増進されることとなる。

給電用ブラシを整流子に対して適切な状態で当接させるために、給電用ブラシの摩耗の状態を監視する技術が従来から提案されている。例えば、ブラシの寿命を、ハウジングに形成された開口から視覚で測定する手法が提案されている（特許文献１参照）。また、整流子用ブラシに通常のリード線とは別に摩耗限界検知用リード線を埋め込んで、この摩耗限界検知用リード線の絶縁状態に基づいてブラシの摩耗を検出する技術が提案されている（特許文献２参照）。
特開平１０−１４１７７号公報実開昭６３−２０２０９１号公報

上述のような視覚により給電用ブラシの寿命を判定する手法は、給電用ブラシの寿命判定を常時行うことが難しく、判定者によって寿命判定の結果にバラツキが生じうる。また、整流子用ブラシに摩耗限界検知用リード線を埋め込んでブラシの摩耗を検出するためには、ブラシに摩耗限界検知用リード線を埋め込む加工が必要となるため、一般的に使用されている整流子用ブラシを用いることができず、必ずしも簡単に実現することができるとは言えない。

そのため、給電用ブラシの寿命判定を正確に随時行うことができる簡単な技術の開発が望まれていた。

本発明は上述の事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの整流子に対する給電用ブラシの接触状態を正確に判断して、この給電用ブラシの摩耗による寿命を精度良く推定する技術を提供することにある。

本発明の一態様は、モータが有するブラシの状態を判断するモータ用ブラシ状態判断装置に関する。このモータ用ブラシ状態判断装置は、回転可能な整流子と、前記整流子に当接し、前記整流子に電流を流す機能を有する給電用ブラシと、前記整流子に当接し、前記整流子の回転によってもたらされる摩耗により、前記給電用ブラシとは異なる摩耗特性を有する摩耗判定用ブラシと、前記整流子の回転によってもたらされる前記摩耗判定用ブラシの摩耗特性の関連量を検出する摩耗検出手段と、を備える。

このモータ用ブラシ状態判断装置では、整流子の回転によってもたらされる摩耗特性に関して、給電用ブラシと摩耗判定用ブラシとは異なる性質を有している。従って、摩耗検出手段によって検出される摩耗判定用ブラシの摩耗特性関連量から、給電用ブラシの摩耗状態を推定、判断することが可能となる。ここでいう「摩耗特性」とは、摩耗に関連する状態量全般を含むものであり、例えば摩耗量や、摩耗に伴って変化しうる電気抵抗値に関連する状態量を含む。

摩耗判定用ブラシは、前記整流子の回転によってもたらされる摩耗により、前記給電用ブラシに先行して限界摩耗量に到達する摩耗特性を有しており、前記摩耗検出手段は、前記整流子の回転によってもたらされる前記摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かを検出するようにしてもよい。

このモータ用ブラシ状態判断装置によれば、摩耗判定用ブラシは給電用ブラシに先行して限界摩耗量に到達し、この摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かは摩耗検出手段によって検出される。従って、摩耗判定用ブラシが限界摩耗量に到達したことが摩耗検出手段によって検出された時点で、整流子との当接状態を維持している給電用ブラシの状態を推定、判断することが可能となる。

ここでいう「限界摩耗量」は、整流子との適切な当接状態を保持することができなくなる限界の摩耗量を指し、例えば、整流子に接触するブラシ断面積、整流子と有効に接触可能なブラシ長さ、整流子に対する押圧力、単位長さあたりの電気抵抗値である比抵抗値、モータ駆動時の発熱温度、等のようにブラシの摩耗量に影響を及ぼしうる様々な要素によって決定される。この限界摩耗量は、給電用ブラシおよび摩耗判定用ブラシのそれぞれについて決定されうる。

前記摩耗検出手段の検出結果に基づいて、前記給電用ブラシの摩耗状態を判定する摩耗状態判定手段を更に備えていてもよい。前記摩耗検出手段の検出結果に基づいて、前記給電用ブラシの摩耗状態を判定する摩耗状態判定手段を更に備えていてもよい。この場合、整流子との当接状態を維持している状態の給電用ブラシの摩耗状態が摩耗状態判定手段によって判定される。

前記摩耗状態判定手段は、前記摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したことを前記摩耗検出手段が検出すると、前記摩耗検出手段が前記給電用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に近づいていると判定するようにすることもできる。この場合、摩耗判定用ブラシの摩耗量から、当接状態を維持している状態の給電用ブラシと限界摩耗量との関係を判定することができる。

前記摩耗判定用ブラシは、前記給電用ブラシの機能を有していてもよい。この場合、摩耗判定用ブラシを給電用ブラシとしても活用することができるので、モータの性能の応用範囲を広げることが可能である。

前記給電用ブラシは、陽極ブラシと陰極ブラシとを含み、前記摩耗判定用ブラシは、前記陽極ブラシの機能を有していてもよい。この場合、摩耗判定用ブラシを陽極ブラシとして活用することができ、モータの性能の応用範囲を広げることが可能である。

前記給電用ブラシの前記陽極ブラシおよび陰極ブラシは、前記整流子を低回転モードで回転させる際に、前記整流子に電流を流し、前記摩耗判定用ブラシおよび前記給電用ブラシの陰極ブラシは、前記整流子を高回転モードで回転させる際に、前記整流子に電流を流してもよい。この場合、高回転モードでは、前記給電用ブラシに先行して限界摩耗量に到達する摩耗判定用ブラシが、整流子に電流を流すための陽極ブラシとして活用される。従って、火花等によって摩耗が助長されやすい傾向をもつ高回転モードのブラシ特性に、摩耗判定用ブラシを比較的容易に適応させることが可能である。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明のモータ用ブラシ状態判断装置によれば、給電用ブラシと摩耗判定用ブラシとが異なる摩耗特性を有することを利用して、摩耗判定用ブラシの摩耗特性関連量の検出結果から給電用ブラシの摩耗状態を推定、判断することが可能である。そのため、モータの整流子に対する給電用ブラシの接触状態を正確に判断して、この給電用ブラシの摩耗による寿命を精度良く推定することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。本実施の形態におけるモータは、高回転モードおよび低回転モードを適宜切り換えることができるいわゆる二重系の直流モータであり、様々な装置類に用いられうる。例えば車両において、ワイパーを駆動させたり、制御ブレーキ装置のポンプを駆動させたりする場合に、本実施の形態のモータを好適に使用することができる。以下、所望の油圧を生じさせて適切な制動力を発生させる制御ブレーキ装置の直流モータに対して適用されるモータ用ブラシ状態判断装置について説明する。

図１は、本実施の形態におけるモータＭの整流子１２および給電用ブラシ１４の構成を図示したものである。

モータＭは、電機子の巻線（図示せず）とともに回転可能な整流子１２と、整流子１２に当接してこの整流子１２に電流を流す給電用ブラシ１４と、を備える。

給電用ブラシ１４は、陽極ブラシ１６と陰極ブラシ１８とを含んで構成されている。陽極ブラシ１６は、電機子の巻線および整流子１２を低回転モードで回転させる際に、この整流子１２および巻線に電流を供給する低回転側陽極ブラシ２０と、電機子の巻線および整流子１２を高回転モードで回転させる際に、この整流子１２および巻線に電流を供給する高回転側陽極ブラシ２２と、を有する。高回転側陽極ブラシ２２、低回転側陽極ブラシ２０、および陰極ブラシ１８の各々は、整流子１２を中心に所定の角度をもって配置されており、整流子１２との接触位置に関して高回転側陽極ブラシ２２および陰極ブラシ１８が位相角θ１、低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８が位相角θ２をもつように配置されている。この位相角θ１、θ２の大きさは、電機子の巻線および整流子１２の回転駆動状態を決定する要因の一つである。

高回転側陽極ブラシ２２は、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗により、低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８に先行して、ブラシの長さ方向に関する摩耗量が限界摩耗量に到達するように形成されている。具体的には、整流子１２に接触するブラシ断面積、整流子１２と有効に接触可能なブラシ長さ、整流子１２に対する押圧力、単位長さあたりの電気抵抗値であって電流密度を左右する比抵抗値、モータＭの駆動時の発熱温度、等のようにブラシの摩耗量に影響を及ぼしうる様々な要素を調節して、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗量に関し、高回転側陽極ブラシ２２が低回転側陽極ブラシ２０よりも常に先行するように形成される。同様にして、陰極ブラシ１８は、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗により、高回転側陽極ブラシ２２および低回転側陽極ブラシ２０よりも遅れて限界摩耗量に到達するように形成される。

上記の高回転側陽極ブラシ２２は、後述するように、本発明の給電用ブラシ１４として機能するとともに摩擦判定用ブラシとしても機能する。

図２は、本実施の形態のモータ用ブラシ状態判断装置の電気的な構成が示されており、給電用ブラシ１４の摩耗状態の判定に関する部分が図示されている。

モータ用ブラシ状態判断装置は、モータＭの高回転側陽極ブラシ２２に電流を供給する高回転側電流端子Ｂ１と、低回転側陽極ブラシ２０に電流を供給する低回転側電流端子Ｂ２と、電圧計が取り付けられたモータ回転テスト端子ＭＴＴと、を有している。高回転側電流端子Ｂ１は、コイルＬを介して高回転側陽極ブラシ２２に接続される。低回転側電流端子Ｂ２は低回転側陽極ブラシ２０に接続される。モータ回転テスト端子ＭＴＴは、第１抵抗Ｒ１を介して高回転側陽極ブラシ２２に接続され、また、第２抵抗Ｒ２を介して低回転側陽極ブラシ２０に接続される。陰極ブラシ１８は接地されている。高回転側電流端子Ｂ１と接地電位の間には第１容量Ｃ１が設けられ、低回転側電流端子Ｂ２と接地電位の間には第２容量Ｃ２が設けられる。なお、第１容量Ｃ１および第２容量Ｃ２は、例えばコンデンサによって構成される。

上述のような電気回路を構成する各部品は、必要に応じた特性を有している。例えば、第１容量Ｃ１、第２容量Ｃ２、およびコイルＬは、電磁的なノイズ成分等を取り除いて、図２に示す電気回路を安定に働かせるように機能する。このため、電流の高周波ノイズは、第１容量Ｃ１あるいは第２容量Ｃ２によって抑制され、また過渡的に大きく変化する電圧が加えられた場合には、コイルＬが抵抗として働いて電圧変化の影響が抑えられる。また、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、モータＭ自体が有する電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有しており、高回転側電流端子Ｂ１あるいは低回転側電流端子Ｂ２とモータ回転テスト端子ＭＴＴとの短絡を防止して、モータ回転テスト端子ＭＴＴに過大な電流が逆流してしまうことを防いでいる。

高回転側電流端子Ｂ１および低回転側電流端子Ｂ２の各々には、電流の供給をＯＮ−ＯＦＦするスイッチ装置（図示せず）が接続されており、このスイッチ装置はモータＭの回転モードに応じて制御されている。

電圧計は、モータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電圧を検知して、その検知結果を電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）に送るようになっている。

図３は、本実施の形態のＥＣＵ２４の機能ブロック図であって、給電用ブラシ１４の摩耗状態の判定に関する部分が図示されている。

ＥＣＵ２４は、電圧計２５の検知結果に基づいて、整流子１２の回転によってもたらされる高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かを検出する限界摩耗検出部２６と、限界摩耗検出部２６における検出結果に基づいて給電用ブラシ１４の摩耗状態を判定する摩耗状態判定部２８と、摩耗状態判定部２８の判定結果に基づいて警報装置を作動させるか否かを判断する警報作動判断部３０と、を有する。

限界摩耗検出部２６は、電圧計２５の検知結果に基づいて、モータ回転テスト端子ＭＴＴの電圧変化から電機子の巻線および整流子１２が正常に回転しているか否かを検知し、電機子の巻線および整流子１２が正常に回転していない場合には、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したと判断する。

摩耗状態判定部２８は、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したことを限界摩耗検出部２６が検出すると、給電用ブラシ１４のうち低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量が限界摩耗量に近づいていると判定する。

警報作動判断部３０は、低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量が限界摩耗量に近づいていると摩耗状態判定部２８において判定された場合に、警報装置を作動させて警報音や警報画面等を介し車両ドライバー等の注意を喚起する。

次に、上述のような構成を有する本実施の形態のモータ用ブラシ状態判断装置の作用について説明する。

モータＭを高回転で駆動させる高回転モードでは、高回転側陽極ブラシ２２および陰極ブラシ１８によって整流子１２に電流が流される。すなわち、図２に示す高回転側電流端子Ｂ１からコイルＬおよび高回転側陽極ブラシ２２を介して整流子１２および電機子の巻線に電流が供給され、陰極ブラシ１８からグラウンド端子ＧＮＤに電流が流される。また、モータＭを低回転で駆動させる低回転モードでは、低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８によって整流子１２に電流が流される。すなわち、図２に示す低回転側電流端子Ｂ２から低回転側陽極ブラシ２０を介して整流子１２および電機子の巻線に電流が供給され、陰極ブラシ１８からグラウンド端子ＧＮＤに電流が流される。

この高回転モードおよび低回転モードのいずれのモードにおいても、高回転側陽極ブラシ２２、低回転側陽極ブラシ２０、および陰極ブラシ１８は、整流子１２に対し押し当てられるようにして当接している。従って、モータＭの駆動時において、高回転側陽極ブラシ２２、低回転側陽極ブラシ２０、および陰極ブラシ１８の各々は回転している整流子１２との間で常に摩耗して、磨り減っている。

図４は、高回転側陽極ブラシ２２、低回転側陽極ブラシ２０、および陰極ブラシ１８のブラシ摩耗量と、モータＭの作動時間との関係を示す図である。

高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量よりも常に大きくなるように、また、高回転側陽極ブラシ２２および低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量が陰極ブラシ１８の摩耗量よりも常に大きくなるように、給電用ブラシ１４は形成されている。従って、高回転側陽極ブラシ２２は低回転側陽極ブラシ２０に先行して限界摩耗量に到達し、陰極ブラシ１８は最後に限界摩耗量に到達する。このため、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達した時点では、低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８の摩耗量は限界摩耗量にまだ到達していないことを推定することができるとともに、低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量が限界摩耗量に近づいていることを推定することができる。

本実施の形態では、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗状態の判定は、車両エンジン始動時に行われる車両システムのイニシャルチェックの一つとして以下のようにして行われる。

まず、図２示す高回転側電流端子Ｂ１に接続されているスイッチ装置（図示せず）をＯＮ状態にするとともに、低回転側電流端子Ｂ２に接続されているスイッチ装置（図示せず）をＯＦＦ状態にして、高回転側陽極ブラシ２２および陰極ブラシ１８によって整流子１２および電機子の巻線に電流を供給させるようにする。

この時、高回転側陽極ブラシ２２が限界摩耗量に到達しておらず、高回転側陽極ブラシ２２が整流子１２に対して適切に接触している場合には、モータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電圧は次のように変化する。高回転側電流端子Ｂ１に接続されているスイッチ装置をＯＮ状態にした直後は、電機子の巻線および整流子１２は回転しておらず、モータＭに逆起電力は生じていない。このため、モータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電位状態は、グラウンド電位に近接した状態となる。そして、高回転側電流端子Ｂ１、モータＭ、およびグラウンド端子ＧＮＤの間で電流が徐々に流れるにしたがって、モータＭの電機子の巻線および整流子１２は徐々に回転し、モータＭには電機子の巻線の回転状態に応じた安定した逆起電力が生じる。このモータＭにおける逆起電力の発生に伴って、モータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電位は、グラウンド電位から徐々に上昇することとなる。

一方、高回転側陽極ブラシ２２が限界摩耗量に到達し、高回転側陽極ブラシ２２が整流子１２に対して適切に接触していない場合には、モータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電圧は次のように変化する。高回転側電流端子Ｂ１に接続されているスイッチ装置をＯＮ状態にした直後は、上述と同様にモータＭに逆起電力は生じていない状態であるため、モータ回転テスト端子ＭＴＴの電位は、グラウンド電位に近接した状態となる。そして、その後も、高回転側陽極ブラシ２２と整流子１２とが適切に接触していないので、高回転側電流端子Ｂ１、モータＭ、およびグラウンド端子ＧＮＤの間では電流が適切に流れない。そのため、モータＭの電機子の巻線および整流子１２の回転は不安定なものになり、モータＭでは逆起電力が生じなかったり、逆起電力が生じたとしても一定なものにはならなかったりする。従って、この場合のモータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電圧変化は、高回転側陽極ブラシ２２が整流子１２に対して適切に接触している場合とは異なる挙動を示し、一定なものとはならない。

モータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電圧変化は、電圧計２５によって検知され、ＥＣＵ２４に送られる。そして、上述のようなモータ回転テスト端子ＭＴＴにおける電圧変化の違いから、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かがＥＣＵ２４の限界摩耗検出部２６によって判定される。高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したことが限界摩耗検出部２６によって検出されると、低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量が限界摩耗量に近づいていると摩耗状態判定部２８によって判断され、警報装置が警報作動判断部３０によって作動させられる。これにより、車両ドライバー等は、低回転側陽極ブラシ２０が限界摩耗量に到達する前に、低回転側陽極ブラシ２０の摩耗状態を認識することができ、安定した車両走行を確保することができる。

以上説明したように本実施の形態によれば、高回転側陽極ブラシ２２、低回転側陽極ブラシ２０、および陰極ブラシ１８の摩耗速度に明確な差を設けて、摩耗順位をつけることにより、摩耗速度の速いブラシの摩耗状態から他のブラシの摩耗状態を推定することが可能である。具体的には、「摩耗速度が早い高回転側陽極ブラシ２２が限界摩耗量に到達した時点では、低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８は整流子１２に対する接触状態を維持しているが、低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量は限界摩耗量に近い」ということを推定することができる。このように本実施の形態によれば、整流子１２に対する低回転側陽極ブラシ２０の接触状態を正確に判断して、低回転側陽極ブラシ２０の摩耗状態を精度良く推定することが可能である。特に、整流子１２と給電用ブラシ１４との当接が適切に保持されなくなる前に、給電用ブラシ１４の状態を判定することができるので、モータＭの回転性能を効果的に維持することができる。また、本実施の形態のモータ用ブラシ状態判断装置は、従来から使用されているブラシを組み合わせることによって構成されており、簡単に実現することができるとともに構造を簡素化することも可能である。

また、摩耗判定用ブラシとして２重系の陽極ブラシ１６のうち高回転側陽極ブラシ２２を用いることにより、高回転側陽極ブラシ２２が限界摩耗量に到達した場合であっても、陽極ブラシ１６として低回転側陽極ブラシ２０が整流子１２に対して適切に接触した状態を保持する。そのため、低回転側陽極ブラシ２０を主電源系のブラシに設定し、モータＭの通常駆動時には低回転側陽極ブラシ２０および陰極ブラシ１８が用いられるようにすることで、モータＭの回転性能を確保することができる。

高回転側陽極ブラシ２２は、整流子１２との間における火花等の電磁的なノイズが低回転側陽極ブラシ２０よりも発生しやすく、摩耗が促進される傾向がある。従って、高回転側陽極ブラシ２２は、摩耗速度を比較的早く設定する必要がある摩耗判定用ブラシとして好適に用いることができる。

給電用ブラシ１４のうち陰極ブラシ１８の摩耗速度が最も遅くなるように設定することによって、高回転側陽極ブラシ２２および低回転側陽極ブラシ２０の両者が限界摩耗量に万が一到達してしまった場合であっても、グラウンド端子ＧＮＤにつながる陰極ブラシ１８が整流子１２に対して適切に接触している状態が確保される。これにより、意図しない電流がモータＭに流れ込んだとしても、この電流は陰極ブラシ１８によってグラウンドに逃がされるので、安全性が確保されることとなる。

次に、本実施の形態の一変形例について説明する。

上述の実施の形態では、給電用ブラシ１４のうち高回転側陽極ブラシ２２を摩耗判定用ブラシとして使用したが、給電用ブラシ１４とは別個に摩耗判定用ブラシを設けることも可能である。

図５は、本実施の形態の一変形例におけるモータＭの整流子１２および給電用ブラシ１４の構成を図示したものである。

本変形例におけるモータＭは、給電用ブラシ１４が一対の陽極ブラシ１６および陰極ブラシ１８によって構成されており、いわゆる一重系の直流モータである。摩耗判定用ブラシとして機能する検査用ブラシ３２が整流子１２に当接するようにして設けられている。陽極ブラシ１６、陰極ブラシ１８、および検査用ブラシ３２の各々は整流子１２を中心に所定の角度をもって配置されており、整流子１２との接触位置に関して、陽極ブラシ１６および陰極ブラシ１８が位相角θ４、検査用ブラシ３２および陰極ブラシ１８が位相角θ３をもつように配置されている。

検査用ブラシ３２は、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗により、長さ方向の摩耗量が陽極ブラシ１６および陰極ブラシ１８に先行して限界摩耗量に到達する。具体的には、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗量が、陽極ブラシ１６の摩耗量よりも大きくなるように形成されており、検査用ブラシ３２の摩耗量が陽極ブラシ１６の摩耗量よりも常に先行するように形成される。同様にして、陰極ブラシ１８は、整流子１２の回転によってもたらされる摩耗により、検査用ブラシ３２および陽極ブラシ１６よりも遅く限界摩耗量に到達するように形成されている。

本変形例のような一重系のモータＭにおいても、摩耗判定用ブラシとして機能する検査用ブラシ３２が給電用ブラシ１４よりも早く限界摩耗量に到達するので、検査用ブラシ３２の摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かに基づいて、給電用ブラシ１４の摩耗状態を精度良く判定することができる。

すなわち、検査用ブラシ３２が整流子１２に対して電気的に適切に接続されているか否かが、上述と同様にモータＭにおける逆起電力に起因する電圧変化に基づいて確認される。そして、ＥＣＵ２４の限界摩耗検出部２６において、電機子の巻線および整流子１２が正常に回転しているか否かが検知され、電機子の巻線および整流子１２が正常に回転していない場合には、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したと判断される。そして、高回転側陽極ブラシ２２の摩耗量が限界摩耗量に到達したことが検出されると、給電用ブラシ１４のうち低回転側陽極ブラシ２０の摩耗量が限界摩耗量に近づいていると摩耗状態判定部２８において判定され、警報作動判断部３０によって警報装置が作動させられる。

上述のように本変形例においても、摩耗速度が速い検査用ブラシ３２の摩耗状態から給電用ブラシ１４の摩耗状態を精度良く推定することが可能であり、検査用ブラシ３２が限界摩耗量に到達した時点では「陽極ブラシ１６は、整流子１２に対する接触状態を維持しているが、摩耗量が限界摩耗量に近い」ということを推定することができる。

また、本変形例のモータ用ブラシ状態判断装置は、従来の給電用ブラシ１４に摩耗判定用ブラシとして検査用ブラシ３２を組み合わせることによって構成されており、簡単に実現することができるとともに構造を簡素化することも可能である。

本発明は、上述の実施の形態および変形例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、上述の実施の形態および変形例では、車両エンジン始動時に行われる車両システムのイニシャルチェックの一つとして給電用ブラシ１４の摩耗状態の判断が行われているが、これに限定されるものではなく、車両ドライバー等からの指示に応じて上述のような給電用ブラシ１４の摩耗状態の判断を行うことも可能である。

また、摩耗判定用ブラシが限界摩耗量に到達したか否かの判断は、上述のものに限定されない。例えば、摩耗判定用ブラシの摩耗量に応じた電気抵抗値の変化を検出し、この検出値に基づいて摩耗判定用ブラシの摩耗量を推定し、摩耗判定用ブラシが限界摩耗量に到達したか否かを判断することも可能である。また、摩耗判定用ブラシを、摩耗量が限界摩耗量に到達する直前に電気抵抗値を大きく変化するように形成して、この電気抵抗値の変化を検知することにより、摩耗判定用ブラシが限界摩耗量に到達したか否かを判断することも可能である。

また、上述の実施の形態および変形例では、摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かの検出、および、給電用ブラシ１４の摩耗状態の判定がＥＣＵ２４において行われる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、その目的を達成することができる任意の手段を用いることが可能である。例えば、摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達して、摩耗判定用ブラシが整流子１２に対して適切に接触しなくなった時点でランプを点灯させるような電気回路を用いることによって、摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かを検出し、車両ドライバー等に知らせることも可能である。

本発明の一実施の形態におけるモータの整流子および給電用ブラシの構成を示す図である。モータ用ブラシ状態判断装置の電気的な構成を示す図である。本実施の形態のＥＣＵの機能ブロック図である。高回転側陽極ブラシ、低回転側陽極ブラシ、および陰極ブラシのブラシ摩耗量と、モータ作動時間との関係を示す図である。一実施の形態の一変形例におけるモータの整流子および給電用ブラシの構成を示す図である。

符号の説明

１０モータ、１２整流子、１４給電用ブラシ、１６陽極ブラシ、１８陰極ブラシ、２０低回転側陽極ブラシ、２２高回転側陽極ブラシ、２４ＥＣＵ、２６限界摩耗検出部、２８摩耗状態判定部、３０警報作動判断部、３２検査用ブラシ

Claims

回転可能な整流子と、
前記整流子に当接し、前記整流子に電流を流す機能を有する給電用ブラシと、
前記整流子に当接し、前記整流子の回転によってもたらされる摩耗により、前記給電用ブラシとは異なる摩耗特性を有する摩耗判定用ブラシと、
前記整流子の回転によってもたらされる前記摩耗判定用ブラシの摩耗特性の関連量を検出する摩耗検出手段と、を備えるモータ用ブラシ状態判断装置。
前記摩耗判定用ブラシは、前記整流子の回転によってもたらされる摩耗により、前記給電用ブラシに先行して限界摩耗量に到達する摩耗特性を有しており、
前記摩耗検出手段は、前記整流子の回転によってもたらされる前記摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したか否かを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ用ブラシ状態判断装置。
前記摩耗検出手段の検出結果に基づいて、前記給電用ブラシの摩耗状態を判定する摩耗状態判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ用ブラシ状態判断装置。
前記摩耗状態判定手段は、前記摩耗判定用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に到達したことを前記摩耗検出手段が検出すると、前記摩耗検出手段が前記給電用ブラシの摩耗量が限界摩耗量に近づいていると判定することを特徴とする請求項３に記載のモータ用ブラシ状態判断装置。
前記摩耗判定用ブラシは、前記給電用ブラシの機能を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ用ブラシ状態判断装置。
前記給電用ブラシは、陽極ブラシと陰極ブラシとを含み、
前記摩耗判定用ブラシは、前記陽極ブラシの機能を有することを特徴とする請求項５に記載のモータ用ブラシ状態判断装置。
前記給電用ブラシの前記陽極ブラシおよび陰極ブラシは、前記整流子を低回転モードで回転させる際に、前記整流子に電流を流し、
前記摩耗判定用ブラシおよび前記給電用ブラシの陰極ブラシは、前記整流子を高回転モードで回転させる際に、前記整流子に電流を流すことを特徴とする請求項６に記載のモータ用ブラシ状態判断装置。