JP2012175841A - ブラシ付き電動モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシと整流子との摺接によって生じた摩耗粉をギヤハウジング内のギヤ機構に付着させないようにする。
【解決手段】モータハウジング２２の下側にある筒状部２４の内周壁面３５には環状の突条３６が上に向けて突設されており、突条３６と内周壁面３５との間には収納室３７が形成されている。筒状部２４の筒内における回転軸２３の小径部２３４にはリング形状の誘導部材３８が嵌合して固定されている。誘導部材３８は、回転軸２３の段差２３３と軸継ぎ手３２との間にあり、誘導部材３８及び収納室３７は、整流子２９よりも下側にある。突条３６は、誘導部材３８の下側にある。誘導部材３８の上側の急傾斜面の上側外周縁３９３及び下側の急傾斜面の下側外周縁４０３は、収納室３７内に入り込んでいる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシ付き電動モータ及びブラシ付き電動モータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールを回転させる際の操舵補助力を発生させる電動モータとして、ブラシ付き電動モータを用いる場合がある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示のブラシ付き電動モータでは、アマチャコアに止着された回転軸の一端は、アマチャコアを収納するモータケースの端壁に軸受を介して支持されているが、回転軸の他端（出力端）は、モータケースを連結されたギヤハウジング内で軸受を介してギヤハウジングに支持されている。つまり、モータケースには回転軸の他端を支持するための端壁は無い。このような回転軸支持構造では、ブラシと整流子との摺接によって生じる摩耗粉がギヤ機構に付着するおそれがある。摩耗粉がギヤ機構に付着した場合には、電動モータからステアリング軸への動力伝達性能の低下や、ギヤ機構の噛み合い不良を生じるおそれがある。

特許文献１では、ブラシホルダに仕切り壁を設けると共に、回転軸にも別の仕切り壁を設けた電動パワーステアリング装置が開示されている。これらの仕切り壁は、ギヤ機構を構成するウォームとブラシとの間に設けられており、ブラシ側からギヤ機構側への摩耗粉の移動は、一対の仕切り壁の存在によって抑制されるようになっている。

特開２００２−２９１１９２号公報

しかし、摩耗粉が一対の仕切り壁を通り越す事態を完全に回避することは困難である。電動モータのアマチャコアの下側にウォームが配置される構成の場合には、摩耗粉がブラシ側からウォーム側へ落下することになるため、摩耗粉が一対の仕切り壁を通り越してギヤ機構に付着する事態を完全に回避することは特に困難である。

本発明は、ブラシと整流子との摺接によって生じた摩耗粉をギヤハウジング内のギヤ機構に付着させないようにすることを目的とする。

請求項１乃至請求項４の発明は、回転軸の回転に伴って回転する整流子に接触するブラシを備えたブラシ付き電動モータを対象とし、請求項１の発明では、前記整流子よりも前記回転軸の出力端側に収納室が設けられており、前記整流子と前記収納室との間に誘導手段が設けられており、前記誘導手段は、前記収納室に入り込む誘導面を備えている。

ブラシと整流子との摺接によって生じた摩耗粉がブラシ側からギヤ機構側へ移動する場合には、誘導面が収納室へ誘導し、摩耗粉は収納室に収納される。このような収納構造では、ギヤハウジング内のギヤ機構に対する摩耗粉の付着を確実に回避することができる。

好適な例では、前記誘導手段は、テーパ周面を有するテーパ周面形成部材であり、前記誘導面は、前記テーパ周面であり、前記テーパ周面形成部材は、前記回転軸に止着されており、前記収納室は、前記回転軸の軸線の周りを一周する環状溝の形状に形成されており、環状溝の形状の前記収納室は、前記軸線の方向且つ前記整流子側へ開口しており、前記テーパ周面形成部材における外周縁は、前記環状溝に入り込んでいる。

テーパ面に付着した摩耗粉は、テーパ周面形成部材の回転による遠心力によって環状溝へ誘導される。環状溝は、収納容量を大きくする上で好適な収納室である。
好適な例では、前記回転軸と共に回転する回転子を収容するモータハウジングにはギヤハウジングが連結されており、前記ギヤハウジングは、前記モータハウジングに直結される筒状部を有しており、前記回転軸の出力端は、前記筒状部の筒内に入り込んでおり、前記収納室は、前記筒状部の内周壁面に形成されている。

ギヤハウジングの筒状部に収納室を設ける構成は、収納室の形成を容易にする。
好適な例では、前記ブラシは、ブラシホルダに保持されており、前記筒状部の周壁には取り付け孔が貫設されており、前記ブラシホルダは、前記取り付け孔から前記筒状部の筒内に挿入されて前記筒状部に取り付けられている。

ブラシホルダは、ギヤハウジングに電動モータを連結した後で取り付けられる。
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のブラシ付き電動モータを備えた電動パワーステアリング装置である。

本発明は、ブラシと整流子との摺接によって生じた摩耗粉をギヤハウジング内のギヤ機構に付着させないようにすることができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す電動パワーステアリング装置の簡略図。 電動モータを示す側断面図。 （ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図。 部分拡大側断面図。 （ａ），（ｂ）は、部分拡大側断面図。 別の実施形態を示す電動モータの部分拡大側断面図。 別の実施形態を示す電動モータの部分拡大側断面図。 別の実施形態を示す電動モータの部分拡大側断面図。 別の実施形態を示す電動モータの部分拡大側断面図。

以下、本発明を電動パワーステアリング装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示す電動パワーステアリング装置１０において、ステアリング１１を固定されたステアリングシャフト１２は、ラックアンドピニオン機構１３を介してラック軸１４に連結されている。ステアリングシャフト１２は、コラムシャフト１２１、インターミディエイトシャフト１２２及びピニオンシャフト１２３を連結して構成されている。

ステアリング１１の操作に伴うステアリングシャフト１２の回転は、ラックアンドピニオン機構１３を介してラック軸１４の往復直線運動に変換される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１５が連結されており、ラック軸１４の往復直線運動は、タイロッド１５を介してナックル（図示略）に伝達される。これにより転舵輪１６の舵角が変更される。

図２に示すように、コラムシャフト１２１にはウォームホイール１７が筒状のギヤハウジング１９内で止着されており、ウォームホイール１７にはウォーム１８が噛合されている。ウォーム１８のギヤ軸１８１は、軸受２０を介してギヤハウジング１９に回転可能に支持されている。

ギヤハウジング１９の周部には筒状部２４がウォームホイール１７の軸線１７１と直交する方向に突設されており、筒状部２４の端部にはブラシ付き電動モータ２１のモータハウジング２２が直結されている。モータハウジング２２は、筒状部２４に向けて開口しており、モータハウジング２２の端壁２２１には回転軸２３が軸受２５を介して回転可能に支持されている。回転軸２３にはロータコア２６が止着されており、ロータコア２６にはコイル２７が施されている。モータハウジング２２の周壁の内面には永久磁石２８が取り付けられている。ロータコア２６及びコイル２７は、モータハウジング２２に収容された回転子を構成する。

筒状部２４の筒内における回転軸２３の出力端２３１は、大径部２３２と、段差２３３を介して大径部２３２に連なる小径部２３４とからなり、大径部２３２には整流子２９が止着されている。整流子２９には一対のブラシ３０〔図２では１つのみ図示〕が押圧ばね３１のばね力によって押接されている。回転軸２３の小径部２３４は、セレーション型の軸継ぎ手３２を介してウォーム１８のギヤ軸１８１に連結されている。回転軸２３の回転は、軸継ぎ手３２、ウォーム１８及びウォームホイール１７を介してコラムシャフト１２１に伝達される。

図３（ａ）に示すように、筒状部２４の周壁には取り付け孔２４１が開けられており、ブラシホルダ３３は、取り付け孔２４１から筒状部２４の筒内に挿入されて筒状部２４に固定されている。ブラシホルダ３３には一対の収容孔３３１が形成されており、各収容孔３３１にはブラシ３０及び押圧ばね３１が収容されている。ブラシホルダ３３には給電コネクタ３４が連結されている。給電コネクタ３４は、ブラシ３０を電源に電気的に接続するためのものである。

図４に示すように、回転軸２３の軸線２３０は、上下方向に延びており、筒状部２４は、モータハウジング２２の下側にある。筒状部２４の内周壁面３５は、回転軸２３の軸線２３０に沿ってウォーム１８側から整流子２９側に向かう（上に向かう）につれて拡径するテーパ周面に形成されている。内周壁面３５には環状の突条３６が上に向けて突設されており、突条３６と内周壁面３５との間には上に開口する収納室３７が形成されている。

図３（ｂ）に示すように、収納室３７は、回転軸２３の軸線２３０の周りを一周する環状溝の形状に形成されている。
筒状部２４の筒内における回転軸２３の小径部２３４にはリング形状の誘導部材３８が嵌合して固定されている。誘導部材３８は、回転軸２３の段差２３３と軸継ぎ手３２との間にあり、誘導部材３８及び収納室３７は、整流子２９よりも下側にある。突条３６は、誘導部材３８の下側にある。

図５（ａ）に示すように、誘導部材３８の上面は、上に向けて凸のテーパ周面３９に形成されており、誘導部材３８の下面４０は、上に向けて凹むテーパ周面に形成されている。誘導部材３８のテーパ周面３９は、リング形状の誘導部材３８の内径側にあって回転軸２３の軸線２３０に対して角度θ１をなす緩傾斜面３９１と、誘導部材３８の外径側にあって回転軸２３の軸線２３０に対して角度θ２をなす急傾斜面３９２とからなる。角度θ２は、角度θ１よりも小さい。誘導部材３８の下面４０は、リング形状の誘導部材３８の内径側にあって回転軸２３の軸線２３０に対して角度θ３をなす緩傾斜面４０１と、誘導部材３８の外径側にあって回転軸２３の軸線２３０に対して角度θ４をなす急傾斜面４０２とからなる。角度θ４は、角度θ３よりも小さい。

図５（ｂ）に示すように、急傾斜面３９２の上側外周縁３９３及び急傾斜面４０２の下側外周縁４０３は、収納室３７内に入り込んでいる。テーパ周面３９は、収納室３７に入り込む誘導面である。誘導面としてのテーパ周面３９を有するテーパ周面形成部材である誘導部材３８は、整流子２９と収納室３７との間に設けられた誘導手段を構成する。下側外周縁４０３は、テーパ周面形成部材における外周縁である。

収納室３７は、回転軸２３の軸線２３０に対して垂直、かつ軸線２３０を起点として突条３６の外周壁面３６１の上端３６２を通る仮想直線Ｌを上限位置とする環状溝領域として定義される。従って、急傾斜面３９２，４０２は、仮想直線Ｌと交差する。本実施形態では、外周壁面３６１は、円周面である。

モータハウジング２２は、回転軸２３の小径部２３４に誘導部材３８を嵌合して固定した状態で軸継ぎ手３２に小径部２３４を圧入した後に、筒状部２４に結合される。ブラシホルダ３３は、筒状部２４にモータハウジング２２を結合した後に、取り付け孔２４１から筒状部２４の筒内に挿入されて筒状部２４に取り付け固定される。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。
回転軸２３が回転すると、誘導部材３８が一体的に回転し、急傾斜面３９２の上側外周縁３９３及び急傾斜面４０２の下側外周縁４０３は、軸線２３０を中心にして収納室３７内で回転する。ブラシ３０が回転軸２３と一体的に回転する整流子２９の周面に押接されているため、整流子２９の周面がブラシ３０に対して摺接し、この摺接部位で摩耗粉が生じることがある。摺接部位で生じた摩耗粉は、誘導部材３８のテーパ周面３９の緩傾斜面３９１上に落下する。緩傾斜面３９１上に落下した摩耗粉は、回転するテーパ周面３９から受ける遠心力と自重とによって、緩傾斜面３９１上を急傾斜面３９２に向けて移動する。

急傾斜面３９２に向かった摩耗粉は、内周壁面３５に衝突して収納室３７内に落下したり、急傾斜面３９２上を摺動して上側外周縁３９３から収納室３７内に落下したりする。収納室３７内に落下した摩耗粉は、収納室３７内に収納される。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）ブラシ３０と整流子２９との摺接によって生じた摩耗粉がブラシ３０側からギヤ機構側へ移動する場合には、緩傾斜面３９１及び急傾斜面３９２が摩耗粉を収納室３７へ誘導し、摩耗粉は収納室３７に収納される。誘導部材３８の下側外周縁４０３が収納室３７内に入り込んでいるため、収納室３７内に落下する摩耗粉が収納室３７を通り過ぎてしまうことはない。その結果、ブラシ３０と整流子２９との摺接によって生じた摩耗粉がウォーム１８とウォームホイール１７とからなるギヤ機構に到達することはなく、摩耗粉がギヤハウジング１９内のギヤ機構に付着することはない。

（２）収納室３７を環状溝の形状に形成した構成は、筒状部２４内という限られたスペース内で収納容量を大きくする上で好適である。
（３）環状溝の形状の収納室３７は、ギヤハウジング１９を型成形する際に同時に成形でき、ギヤハウジング１９の筒状部２４に収納室３７を設ける構成は、収納室３７の形成を容易にする。

（４）誘導部材３８の外周縁３９３，４０３が収納室３７内に入り込んでいるが、誘導部材３８と筒状部２４とは離れている。そのため、誘導部材３８が回転しても誘導部材３８と筒状部２４とが接触することはなく、接触による異音は生じない。

（５）ブラシホルダ３３は、ギヤハウジング１９の筒状部２４にモータハウジング２２を連結した後で取り付けられる。ブラシホルダ３３を取り付け孔２４１から筒状部２４の筒内に挿入して筒状部２４に取り付ければ、ブラシ３０が整流子２９に押接される。ギヤハウジング１９の筒状部２４にモータハウジング２２を連結した後でブラシホルダ３３を筒状部２４に取り付ける構成は、整流子２９とギヤ機構との間に誘導部材３８を配置する本発明においてパワーステアリング装置１０の組み立ての容易化に寄与する。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図６に示すように、筒状部２４Ａをギヤハウジング１９とは別体に形成してもよい。図６の図示例では、ブラシホルダ３３は、筒状部２４Ａに取り付け固定されている。

○図７に示すように、筒状部２４Ｂをギヤハウジング１９とは別体に形成し、ブラシホルダ３３をモータハウジング２２に取り付け固定してもよい。
○図８に示すように、円板部４１１と、円板部４１１の周縁に垂下形成されたフランジ４１２とを備えた誘導部材４１を用いてもよい。この場合、円板部４１１の平面の上面４１３と、フランジ４１２の外周面４１４とが誘導面を構成する。

○図９に示すように、円錐部４２１と、円錐部４２１の周縁に垂下形成されたフランジ４２２とを備えた誘導部材４２を用いてもよい。円錐部４２１の上面４２３は、ウォーム１８側から整流子２９側に向かうにつれて拡径するテーパ周面に形成されている。この場合、上面４２３と、フランジ４２２の外周面４２４とが誘導面を構成する。

○小径部２３４に誘導部材３８を嵌合し、回転軸２３の段差２３３と軸継ぎ手３２との間に誘導部材３８，４１，４２を挟み込んで誘導部材３８，４１，４２を固定するようにしてもよい。

○収納室３７の内壁面にグリースを塗布してもよい。このようにすれば、収納室３７内に落下した摩耗粉がグリースに付着し、摩耗粉を収納室３７内に確実に保持することができる。

○突条３６の外周壁面３６１は、テーパ周面であってもよい。
○筒状部２４の内周壁面３５は、円周面であってもよい。
○電動パワーステアリング装置以外の装置に用いられるブラシ付き電動モータに本発明を適用してもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
（イ）前記誘導部材は、整流子の下側に配置されており、前記収納室は、前記誘導部材の下側にある請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のブラシ付き電動モータ。

（ロ）モータハウジングは、筒状部に向けて開口している請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載のブラシ付き電動モータ。

１０…電動パワーステアリング装置。１９…ギヤハウジング。２１…ブラシ付き電動モータ。２２…モータハウジング。２３…回転軸。２３０…軸線。２３１…出力端。２４，２４Ａ…筒状部。２４１…取り付け孔。２６…回転子を構成するロータコア。２９…整流子。３０…ブラシ。３３…ブラシホルダ。３５…内周壁面。３７…環状溝の形状の収納室。３８…誘導手段を構成するテーパ周面形成部材としての誘導部材。３９…誘導面としてのテーパ周面。４０３…外周縁としての下側外周縁。４１，４２…誘導部材。

Claims (5)

1. 回転軸の回転に伴って回転する整流子に接触するブラシを備えたブラシ付き電動モータにおいて、
   前記整流子よりも前記回転軸の出力端側に収納室が設けられており、
   前記整流子と前記収納室との間に誘導手段が設けられており、
   前記誘導手段は、前記収納室に入り込む誘導面を備えているブラシ付き電動モータ。
2. 前記誘導手段は、テーパ周面を有するテーパ周面形成部材であり、前記誘導面は、前記テーパ周面であり、前記テーパ周面形成部材は、前記回転軸に止着されており、前記収納室は、前記回転軸の軸線の周りを一周する環状溝の形状に形成されており、環状溝の形状の前記収納室は、前記軸線の方向且つ前記整流子側へ開口しており、前記テーパ周面形成部材における外周縁は、前記環状溝に入り込んでいる請求項１に記載のブラシ付き電動モータ。
3. 前記回転軸と共に回転する回転子を収容するモータハウジングにはギヤハウジングが連結されており、前記ギヤハウジングは、前記モータハウジングに直結される筒状部を有しており、前記回転軸の出力端は、前記筒状部の筒内に入り込んでおり、前記収納室は、前記筒状部の内周壁面に形成されている請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載のブラシ付き電動モータ。
4. 前記ブラシは、ブラシホルダに保持されており、前記筒状部の周壁には取り付け孔が貫設されており、前記ブラシホルダは、前記取り付け孔から前記筒状部の筒内に挿入されて前記筒状部に取り付けられている請求項３に記載のブラシ付き電動モータ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のブラシ付き電動モータを備えた電動パワーステアリング装置。

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