JP2008245443A - モータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】整流子に対するブラシの接触部分が片側１箇所であっても異常音が抑制されたモータを提供する。
【解決手段】回転する整流子２４に対してコイルばね４２により圧接されるブラシ４は、ブラシホルダ４１の内側に収納されており、ブラシ４が傾いた場合にブラシホルダ４１の内面に対して平行な平面となるよう、典型的には０．１度ないし２度近傍の角度でブラシ４の内側方向に傾くように形成されたテーパ面４０２ａ，４０３ａが設けられている。このことから、ブラシ４が傾いた場合でもテーパ面４０２ａ，４０３ａとブラシホルダ４１の内面とが安定した面接触状態となり、かつさらに安定した元の状態にも戻りやすくなるので、ブラシ４の位置がブラシホルダ４１内で細かく不連続に変化するスティックスリップ現象の発生が抑制される。このことから耳障りな異常音の発生を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシを備えるモータと、このモータにより車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置とに関する。

従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じてモータなどの電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。

このような電動パワーステアリング装置には、永久磁石からなる固定子（ステータ）と、巻線（コイル）が設けられた回転子（ロータ）と、回転子と同軸に回転する整流子と、この整流子に圧接される複数のブラシとをを備えたブラシ付きモータが使用されることがある。後述する図１には、このようなモータの構成の一例が示されている。

このようなブラシ付きのモータは、ブラシと整流子の摩擦音が大きな問題となるため、従来より例えば振動を減衰する材料で被覆したブラシ保持器を備えるモータ（特許文献１を参照）や、所定の研磨剤で外周の摺動面が研磨された整流器を備えるモータ（特許文献２を参照）などがある。これらの構成により、ブラシと整流子の摩擦音を低減することができる。

ここで、これらのモータにおけるブラシは、整流子との安定的な接触を保つために整流子と面全体で接触するか、または整流子の回転軸方向に沿った断面における整流子との接触部分が隣接する面に近い両端部近傍の２箇所またはそれ以上となるよう構成されていることが多い。

これに対して、上記接触部分が上記２箇所のうちの片側１箇所となるように構成されたブラシを備える従来のモータがある。このように構成することにより、ブラシと整流子との接触面積が小さくなるので、摩擦音を低減することができる。
特開２００３−２３７５７号公報 特開平７−５９２９９号公報

しかし、上記接触部分が片側１箇所となるように構成されたブラシを備える従来のモータは、上記片側１箇所にかかる力が集中するため、ブラシがそのホルダ内で傾くことがあり、これによって生じるスティックスリップ現象によって耳障りな異常音（キーキー音とも呼ばれる）が発生することがある。

そこで本発明は、整流子に対するブラシの接触部分が片側１箇所であっても上記異常音が抑制されたモータを提供することを目的とする。また、本発明は、上記異常音が抑制されたモータを備える電動パワーステアリング装置を提供することをさらなる目的とする。

第１の発明は、円環状の固定子および当該固定子の内側に配されて当該固定子に対して回転自在に支持される回転子を備えるモータであって、
前記回転子と同軸で回転する整流子と、
前記整流子の外周面に圧接されるブラシと、
前記ブラシに内面を接して前記整流子への圧接方向へ摺動可能なように前記ブラシを内側に収納するブラシホルダと
を備え、
前記ブラシは、
前記整流子の外周面に接している第１の面（４０１）と、
前記整流子の回転軸に沿った方向に前記第１の面（４０１）と隣接しまたは近傍にある面であって、かつ前記ブラシホルダの内面に接すべき第２の面（４０２）と、
前記第２の面（４０２）の反対側にあって前記第１の面（４０１）から離れた面であって、かつ前記ブラシホルダの内面に接すべき第３の面（４０３）とを有しており、
前記第２および第３の面（４０２，４０３）のうち少なくとも一方は、接すべき前記ブラシホルダの内面に平行な面（４０２ｂ，４０３ｂ）と、当該平行な面に対して前記ブラシの内側に傾いているテーパ面（４０２ａ，４０３ａ）とを含んでいることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記第２および第３の面（４０２，４０３）は、前記平行な面（４０２ｂ，４０３ｂ）と、前記テーパ面（４０２ａ，４０３ａ）とをともに含んでいることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記テーパ面（４０２ａ，４０３ａ）は平面であって、前記平行な面（４０２ｂ，４０３ｂ）と０．１度ないし２度近傍の角度をなすことを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３までの発明のいずれかに記載のモータを備え、
前記モータは、車両操舵のための操作手段による操作に応じて駆動されることにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置である。

上記第１の発明によれば、整流子の外周面に接している第１の面が第２の面と隣接しまたは近傍にある場合、典型的にはブラシの片側１箇所で整流子と接触している場合であっても、第２および第３の面のうち少なくとも一方にブラシ内側方向に傾いているテーパ面が設けられることにより、スティックスリップ現象が抑制され、その結果、異常音が抑制されたモータを提供することができる。

上記第２の発明によれば、第２および第３の面の両方にテーパ面が設けられることにより、スティックスリップ現象が十分に抑制され、その結果、異常音が十分に抑制されたモータを提供することができる。

上記第３の発明によれば、テーパ面が平面で０．１度ないし２度近傍の角度をなすことにより、ブラシが傾いても元の状態に戻りやすくなるので、スティックスリップ現象を抑制しやすくすることができる。

上記第４の発明によれば、上記第３の発明と同様の効果を奏するモータを備える電動パワーステアリング装置を提供することができるので、静かな操舵環境を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
＜１． 全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の回転位置を示す舵角を検出する舵角センサ１２と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１３と、ハンドル操作（操舵操作）における運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させるモータ１６と、その操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ１７と、車載バッテリ１８からイグニションスイッチ１９を介して電源の供給を受け、舵角センサ１２や、トルクセンサ１３、車速センサ１４からのセンサ信号に基づきモータ１６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５とを備えている。

このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル１００を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ１３によって検出されると共に舵角が舵角センサ１２によって検出され、検出された操舵トルクおよび舵角と車速センサ１４によって検出された車速とに基づいてＥＣＵ１５によりモータ１６が駆動される。これによりモータ１６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ１７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵操作における運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクとモータ１６の発生する操舵補助力によるトルクとの和が、出力トルクとして、ステアリングシャフト１０２を介してラックピニオン機構１０４に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。

＜２． モータの構成＞
図２は、モータ１６の回転軸に沿った断面図である。図２に示されるように、このモータ１６は、モータハウジング２０に嵌合固定される固定子２２と、回転軸２３ａ周りに回転する回転子２３と、複数の整流子片を含む整流子２４と、ブラシ４等とを備えている。

モータハウジング２０は有底筒型をなしており、開口側を略円盤形の蓋部２１によって閉塞されている。回転子軸２３ａの一端部（出力側端部）は、この蓋部２１の中心部を貫通して減速ギヤ１７に連結されている。

回転子２３は、回転子軸２３ａ軸周りに複数の電機子巻線２３ｂを含んでいる。また、整流子２４は円筒形であって、回転子軸２３ａに対して同軸となるよう外側に嵌め込まれ回転子軸２３ａと一体に回転する。この整流子２４は、絶縁体を介在して互いに絶縁されている複数の整流子片を含んでおり、この整流子片は対応する電機子巻線２３ｂにそれぞれ接続されている。

ブラシ４は、典型的にはカーボンからなり、一面が開口している箱型のブラシホルダ４１の内部に収容されている。このブラシ４は、ブラシホルダ４１内を摺動可能となるようブラシホルダ４１の内法寸法より僅かに小さく形成されており、ブラシ４の側面部に接続されている図示されない絶縁被覆導線を介して、図示されないモータ駆動回路に接続されている。なお、このモータ駆動回路によるモータの駆動方法は周知であるため説明を省略する。さらにブラシホルダ４１は、その開口側と反対側の底面側内部にコイルばね４２を収容しており、蓋部２１の内部側に固定されている。

ブラシ４は、コイルばね４２の弾性により、整流子２４へ向けて付勢され、ブラシホルダ４１の開口部から突出して整流子２４の外周面に圧接され、これにより、複数の整流子片が回転するに従って順にブラシ４に摺動する。なお、このようにブラシ４を付勢する付勢手段であれば、コイルばね４２以外の弾性体など周知の付勢手段が使用可能である。

このように、ブラシ４は、回転する整流子２４の外周面に圧接されるため、時間の経過とともに磨耗してその全長が短くなっていくが、コイルばね４２の弾性により整流子２４の外周面の方向へ付勢されることにより、摩耗した面に替わる新たな接触面が整流子２４の外周面に圧接されるため、整流子２４とブラシ４との接触は常に保たれることになる。

すなわち、上記接触面は、図２に示す片側の一部分から時間の経過とともに徐々に大きくなり、整流子２４との接触部分が大きくなっていくので、時間の経過によって整流子２４との接触状態が悪化することがなく、特に比較的長い時間が経過した後も（接触していなかった）摩耗していない整流子２４の部分とブラシ４とを接触させることができるので、整流子２４とブラシ４との接触状態を常に良好に保つことができる。

もっとも、このことは前述した従来の２箇所で接触するブラシであっても同様であるが、接触部分の面積は従来の半分となるので、本実施形態のブラシ４は、従来の２箇所で接触するブラシよりも摩擦音が小さくなる。

しかし前述したように、上記接触部分が片側１箇所となる本実施形態のブラシ４は、片側１箇所へ力が偏ってかかるため、ブラシ４がブラシホルダ４１内で傾いてスティックスリップ現象を起こすと、耳障りな異常音（キーキー音）が発生する。そこで、本実施形態のブラシ４には後述するテーパ面４０２ａ，４０３ａが設けられており、この構成によりスティックスリップ現象が抑制されている。以下、このブラシ４の構成について、図３および図４を参照して説明する。

＜３． ブラシの構成＞
図３は、ブラシの構成を説明するための断面図であり、図４は従来のブラシの構成を説明するための断面図である。より詳しくは、図３（ａ）および図４（ａ）は、傾いていないブラシを示す図であり、図３（ｂ）および図４（ｂ）は、傾いているブラシを示す図であり、図３（ｃ）および図４（ｃ）は、傾いているブラシを部分的に拡大した一例を示す図であり、図３（ｄ）および図４（ｄ）は、傾いているブラシを部分的に拡大した別の例を示す図である。なお、図中の一点鎖線は整流子２４の回転軸を示し、矢印はその回転方向を示している。また、図中のＡ，Ｂは拡大部分の範囲を示している。

図４に示される従来のブラシ９０４は、後述する本実施形態のブラシ４のようなテーパ面が設けられていない他は同様の構成であり、整流子２４、ブラシホルダ４１、およびコイルばね４２も本実施形態の構成と同様であるので、同一の符号を付してその説明は省略する。

図４（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、整流子２４との接触部分（ここでは図４（ａ），（ｂ）に示される第１の面４０１）が片側１箇所であるため、当該部分への力のかかり具合に応じて、ブラシ９０４は図４（ａ）に示される元の状態から変化してブラシホルダ４１内において傾いた状態となることがある。このブラシ９０４は、ブラシホルダ４１の内面とその断面図において点接触状態（またはそれに近い非常に小さい面積での面接触状態）となっている。このような状態では、ブラシ９０４とブラシホルダ４１との接触状態が不安定となり、かつ図４（ａ）に示される元の状態にも戻りにくくなるので、ブラシ９０４の位置がブラシホルダ４１内で細かく不連続に変化する現象、すなわちスティックスリップ現象が発生してしまう。

そこで、本実施形態におけるブラシ４には、図３（ｃ）に示されるように、第１の面４０１から離れた左側の第３の面４０３にテーパ面４０３ａが設けられており、図３（ｄ）に示されるように、第１の面４０１に隣接する右側の第２の面４０２にテーパ面４０２ａが設けられている。これらのテーパ面４０２ａ，４０３ａは、ブラシ４が傾いた場合にブラシホルダ４１の内面に対して平行な平面となるよう、ブラシ４が傾いていない場合にブラシホルダ４１の内面に対して平行な平面（ここでは図４（ｃ），（ｄ）に示される第２の平行面４０２ｂおよび第３の平行面４０３ｂ）に対して所定の角度、典型的には０．１度ないし２度近傍の角度でブラシ４の内側方向に傾くように形成されている。このことから、ブラシ４が０．１度ないし２度近傍の角度で傾いた場合でも、このテーパ面４０２ａ，４０３ａとブラシホルダ４１の内面とが面接触状態（比較的大きい面積での面接触状態）となる。したがって、この状態では、ブラシ４とブラシホルダ４１との接触状態が安定しており、かつ図３（ａ）に示されるさらに安定した元の状態にも戻りやすくなるので、ブラシ４の位置がブラシホルダ４１内で細かく不連続に変化することがなく、上述したようなスティックスリップ現象が発生しないか、少なくともその発生頻度が抑制される。したがって、耳障りな異常音（キーキー音）の発生を抑制することができる。

なお、図３（ａ）〜（ｄ）および図４（ａ）では、ブラシ４（またはブラシ９０４）とブラシホルダ４１の内面とが面接触状態であるにもかかわらず若干の間隙があるように示されているが、接触状態にある面が平行であることを簡易に説明するための便宜上の記載であって、実際には摺動可能な程度に緩やかに接触している。

＜４． 効果＞
以上のように、本実施形態では、整流子２４に対するブラシ４の接触部分が片側１箇所であっても、ブラシ４が傾いた状態でブラシホルダ４１と安定的に接触できるようにテーパ面４０２ａ，４０３ａが設けられることにより、スティックスリップ現象が抑制され、その結果、上記異常音が抑制されたモータと、このモータを備えることにより操作者に異常音が抑制された静かな操舵環境を与える電動パワーステアリング装置を提供することができる。

＜５． 変形例＞
上記実施形態において、ブラシ４に設けられるテーパ面４０２ａ，４０３ａは、ブラシ４が傾いた場合にブラシホルダ４１の内面に対して平行な平面となるよう、所定の角度、典型的には０．１度ないし２度近傍の角度でブラシ４の内側方向に傾くように形成されているが、ブラシ４が傾いた状態から元の状態に戻りやすいような比較的小さい角度であればその角度の大きさに限定はない。

また比較的安定的に接触可能であれば、このテーパ面４０２ａ，４０３ａは、全体としてブラシ４の内側方向に傾くように形成された曲面であってもよいし、それぞれ異なる角度のテーパ面を１つ以上含む、多段的な平面または曲面であってもよい。

さらに、上記テーパ面４０２ａ，４０３ａの一方は省略されてもよい。省略されないテーパ面により、ブラシ４が傾いた状態でも或る程度ブラシホルダ４１と安定的に接触できるので、スティックスリップ現象を或る程度抑制することができるからである。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。 上記実施形態におけるモータの回転軸に沿った断面図である。 上記実施形態におけるブラシの構成を説明するための断面図である。 従来例におけるブラシの構成を説明するための断面図である。

符号の説明

４…ブラシ、１２…舵角センサ、１３…トルクセンサ、１４…車速センサ、１５…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１６…モータ、２０…モータハウジング、２１…蓋部、２２…固定子、２３…回転子、２４…整流子、４１…ブラシホルダ、４２…コイルばね、４０１〜４０３…第１〜第３の面、４０２ａ，４０３ａ…テーパ面

Claims (4)

1. 円環状の固定子および当該固定子の内側に配されて当該固定子に対して回転自在に支持される回転子を備えるモータであって、
   前記回転子と同軸で回転する整流子と、
   前記整流子の外周面に圧接されるブラシと、
   前記ブラシに内面を接して前記整流子への圧接方向へ摺動可能なように前記ブラシを内側に収納するブラシホルダと
   を備え、
   前記ブラシは、
   前記整流子の外周面に接している第１の面と、
   前記整流子の回転軸に沿った方向に前記第１の面と隣接しまたは近傍にある面であって、かつ前記ブラシホルダの内面に接すべき第２の面と、
   前記第２の面の反対側にあって前記第１の面から離れた面であって、かつ前記ブラシホルダの内面に接すべき第３の面とを有しており、
   前記第２および第３の面のうち少なくとも一方は、接すべき前記ブラシホルダの内面に平行な面と、当該平行な面に対して前記ブラシの内側に傾いているテーパ面とを含んでいることを特徴とする、モータ。
2. 前記第２および第３の面は、前記平行な面と、前記テーパ面とをともに含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
3. 前記テーパ面は平面であって、前記平行な面と０．１度ないし２度近傍の角度をなすことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のモータを備え、
   前記モータは、車両操舵のための操作手段による操作に応じて駆動されることにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。

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