JP2014011868A

JP2014011868A - 直流電動機

Info

Publication number: JP2014011868A
Application number: JP2012146366A
Authority: JP
Inventors: Takuma Arai; 卓馬新居
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP5953143B2

Abstract

【課題】
直流電動機の製作性および組立性を維持・向上させるとともに、フロント軸受保持に起因する振動・騒音を低減する。
【解決手段】
ブラシ付きの直流電動機は、カップ状に形成されたケース１１と、このケースの開口部を覆うブラシプレート１７と、ケース内に収容され電機子４３および整流子２２を有する回転子と、整流子に圧接されるブラシ２１と、一端部にリア軸受３４を、その中間部にフロント軸受３３が取り付けられ、電機子をこれらリア軸受及びフロント軸受間に固定して取りつけた回転軸３２とを有する。ブラシプレートを樹脂製とし、この樹脂製のブラシプレートの外周側であってブラシ側に、このブラシプレートと一体樹脂成型し周方向に延びる円弧状の複数のリブ６１を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は直流電動機に係り、特に車両用のブレーキ装置に用いて好適なブラシ付き直流電動機に関する。

従来の直流電動機の例が、特許文献１及び特許文献２に記載されている。これらの公報に記載のブラシ付き直流モータでは、電動モータをブレーキ部に接続する部分に樹脂製のプレートを採用している。具体的には、特許文献１に記載の車両用電動ブレーキ装置では、電動モータのモータケースの内部にモータ室が形成され、モータケースがブレーキ部を構成するキャリパボディのハウジング部に取り付けられている。そして、半径方向外方に張り出すフランジ部を一体に有し有底円筒状に形成された金属製のヨークと、ヨークのフランジ部に外周部を当接させるようにして、このヨークの開口端を閉じる樹脂製例えば合成樹脂製のブラシホルダと、ブラシホルダをヨークとの間に挟む金属製の蓋部材とでモータケースを構成している。

また、特許文献２に記載の車両用電動ブレーキ装置では、特許文献１と同様に、モータケースをキャリパボディのハウジング部に取り付けており、モータケースを、半径方向外方に張り出すフランジ部を開口端側に一体に有し有底円筒状に形成された金属製のヨークと、ヨークの開口端に配置される金属製の軸受ホルダと、ヨークのフランジ部に外周部を当接させるようにしてヨークの開口端を閉じる樹脂製例えば合成樹脂製の蓋部材とで構成している。つまり、特許文献１では樹脂製の円板状部材を軸受ホルダよりもモータ側に配置しているのに対し、この特許文献２では軸受ホルダよりもブレーキ側に配置している。

特開２０１１−１７９６５８号公報特開２０１１−１７９６５５号公報

上記特許文献１及び特許文献２に記載の車両用電動ブレーキ装置では、いずれも軽量化等のために、電動モータを支持する支持軸受の軸方向の近傍において、樹脂製の円板状部材を配置している。そして、支持軸受の外周部を板金加工で得られた蓋部材（特許文献１）または軸受ホルダ（特許文献２）で保持している。樹脂材料に比べ温度変化が少なく、且つ加工精度も得られやすい板金製の軸受支持材を配置しているので、車両運転時においてもガタ付き等の事態を回避できることが予想される。

しかしながら、これら公報に記載の電動モータでは、軸受支持部材として板金性の蓋部材や軸受ホルダを用いて、実質的にヨークの開口端を覆っているので、モータ重量の増加と板金加工による工数増加に結び付く。車両用に使用される各種要素はできるだけ軽量化が望まれており、ヨークの開口部を覆う材料の他に、軸受支持部材を設けることは、重量増はもちろんのこと、コスト増をも引き起こす。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、樹脂製の軸受支持部材を有するブラシ付き直流電動機において、軸受支持部に起因する振動・騒音を低減することにある。また、製作性および加工性を維持向上させることも目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、カップ状に形成されたケースと、このケースの開口部を覆うブラシプレートと、前記ケース内に収容され電機子および整流子を有する回転子と、前記整流子に圧接されるブラシと、一端部にリア軸受を、その中間部にフロント軸受が取り付けられ、前記電機子をこれらリア軸受及びフロント軸受間に固定して取りつけた回転軸とを有し、前記ブラシプレートにこの直流電動機が駆動する被駆動体が当接して組み立てられるブラシ付きの直流電動機において、前記ブラシプレートを樹脂製とし、この樹脂製のブラシプレートの外周側であってブラシ側の面に、周方向に延びる円弧状の複数のリブを前記ブラシプレートと一体に樹脂形成したことにある。

そしてこの特徴において、前記樹脂製のブラシプレートに形成した複数のリブは、前記ブラシが保持される周方向位置には形成されていないことが望ましく、前記ブラシプレートの前記周方向に延びるリブが形成された面に、前記フロント軸受保持部から外周側に延びる複数の半径方向リブを形成してもよい。さらに、前記ブラシプレートに前記フロント軸受を圧入して保持するのがよい。

本発明によれば、電動モータを回転支持する支持軸受を樹脂製のプレートで支持する場合に、このプレート外周部にリブを設けたので軸受保持部での変形が抑制され、軸受保持部に起因する振動・騒音を低減できる。また、リブを形成するだけであり、製作性および加工性を維持向上できる。

本発明に係る直流電動機の一実施例の縦断面図および正面図である。図１に示した直流電動機が備えるブラシプレートの前後斜視図および正面図である。図１に示した直流電動機の要部拡大図である。

以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。図１（ａ）は本発明に係る直流電動機の一実施例の縦断面図であり、図１(ｂ)はその側面図である。図２は、図１に示した直流電動機１００が備えるブラシプレート１７の図であり、図２（ａ）はその斜め前方からの斜視図、図２（ｂ）は斜め後方からの斜視図、図２（ｃ）は後方からの正面図である。図１に示した直流電動機は、車両が備えるアンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）に用いられるものであるが、本発明はＡＢＳに使用するものに限らない。

本実施例に係る直流電動機１００は、ブラシ付き直流電動機である。プレス加工等により鉄板をほぼカップ状に形成したケース(ヨーク)１１の周壁部１２には、この電動機１００の界磁を構成する環状の永久磁石１６が固定されている。そして、ケース１１と永久磁石１６とが、この電動機１００の固定子を構成する。この永久磁石１６と対向して、電機子４３が配置されている。電機子４３は、型抜きした珪素鋼板等を積層して形成された積層鋼板(コア)４１と、この積層鋼板４１に形成された凸極に巻回された巻線４２とを有している。なお、積層鋼板４１の外表面側はモールド樹脂によりモールドされ、絶縁性を確保している。

巻線４２が巻回された積層鋼板４１は、回転軸３２に取り付けられる。回転軸３２の回転に伴い、電動機１００の一端側に取り付けられたポンプ９５が回転駆動される。回転軸３２の一端部は、ケース１１の底部（図１(ａ)では左端部）中央部にプレス加工等で形成したリア軸受保持部１３に保持したリア側転がり軸受３４に支持されている。ここで、リア軸受保持部１３は、ケース１１の内側に凸の形状に形成されている。回転軸３２の他端部には、カム部３５が形成されている。

巻線４２に電力を供給するために、回転軸３２には整流子２２が取り付けられており、整流子２２には２個のブラシ２１がコイルばね７４（図２(ｃ)参照）により押圧されている。ブラシ２１は、ブラシプレート１７に取り付けた端子２５ａ、２５ｂに電気的に接続されている。端子２５ａ、２５ｂは、ブラシプレート１７の円筒部８３により、絶縁状態を保護される。

ケース１１の開口部は、ブラシプレート１７で覆われている。ブラシプレート１７の外周部の周方向４か所には、軸方向および周方向位置決め用のフランジ１８が形成されている。ブラシプレート１７は、ケース１１に気密に嵌合している。ブラシプレート１７の中央部には、フロント側転がり軸受３３を保持するための開口部が形成されており、回転軸３２に固定されたフロント側転がり軸受３３を、カラー５を介して保持する。ケース１１の外周部にはフランジ１４が形成されており、このフランジ１４に形成したポンプ取り付け孔１５にボルトを挿入してポンプ９５を取り付ける。

ここで、ブラシプレート１７は樹脂製であり、端子２５ａ、２５ｂと一体成形されている。端子２５ａ、２５ｂはいずれも、一方端部側が矩形状をしており、その矩形状部が凸形状の突起部２６ａ、２６ｂを形成している。この端子２５ａ、２５ｂの突起部２６ａ、２６ｂに、ブラシ２１に端部を固定され、ピッグテイルガイド７３でガイドされたピッグテイル７５が取り付けられる。端子２５ａ、２５ｂの他端側は、コネクタ部を形成している。

端子２５ａ、２５ｂは、スポット溶接またはフュージングが可能で導電性材料である鋼板や銅板をプレス等で型抜きした後、プレス等で先端部に凸形状が、中間部に９０度折り曲げ形状が形成されている。端子２５ａ、２５ｂの中間部分は配線部として形成されており、リング状に形成されるブラシプレート１７のリング部内に納まる形状となっている。端子２５ａ、２５ｂのコネクタ部は２枚がほぼ平行であって円筒状に形成されており、ポンプ９５の給電部への接続に使用される。このコネクタ部は、駆動するポンプ９５に応じてその軸方向長さが決定される。

ブラシ２１は、ブラシプレート１７の背面側の２か所に設けられた箱状のブラシホルダ７２に保持されている。ブラシホルダ７２は、半径方向に形成されたブラシホルダスリットをガイドとして、半径方向に移動可能になっている。ばねホルダ７１に形成したばねホルダスリット７６に端部を固定されたコイルばね７４が、ブラシ２１の飛び出しを抑えている。

上記２個の端子２５ａ、２５ｂを、絶縁性の樹脂からできた一体化部材で予め一体化しておき、この一体化した端子とともに樹脂一体成形するようにすると、気密性を確保しながら位置決めすることが可能になる。一体化部材の材料には、気密性と接着性のよい接着材料を用いる。複数本（本実施例では２本）の端子２５ａ、２５ｂの相互の位置関係を予め位置決めすることが可能になり、樹脂一体成形時の位置決め作業が容易になり、作業性が向上する。

このように構成した本実施例の直流電動機１００では、ブラシプレート１７を樹脂一体化したので、絶縁性および軽量化、気密性を向上できる。しかしながら、ブラシプレート１７を一体化したために、フロント側転がり軸受３３の外輪に加わる荷重の支持が課題になってくる。

本発明の直流電動機１００は、ＡＢＳのポンプ駆動等に使用されるため、フロント側転がり軸受３３にポンプの変動荷重が作用する。この変動荷重により、フロント側転がり軸受３３の外輪にクリープ歪みが発生する恐れが生じる。または、樹脂製のブラシプレート１７で転がり軸受３３の外輪を保持すると、長期の使用により転がり軸受３３の外輪とブラシプレート１７の内周間に、隙間（ガタ）の発生が生じる恐れもある。ガタが発生すれば、騒音や振動の原因となる。

そこで、本実施例では、直流電動機を軽量でかつガタの少ないものとするために、ブラシプレート１７のフロント側軸受３３保持部を外周リブ６１付きの樹脂製とし、例えば圧入のような締り嵌めで軸受３３をブラシプレート１７の内周側に保持する。そして、樹脂製のブラシプレート１７の内周部にフロント側軸受３３を保持した状態で、ポンプ９５を組み付ける。これにより、長期にわたって、転がり軸受３３に軸方向両側からの押圧力が作用するようにしている。

この様子を、図１(ａ)およびその要部拡大図である図３、並びに図２を用いて説明する。図３(ａ)は、フロント軸受３３とブラシプレート１７、ヨーク１１の組み立て関係を示す縦断面図であり、図３(ｂ)は樹脂製のブラシプレート１７に作用する力を、梁構造で模式化して示す図である。

図２(ｂ)、(ｃ)に示すように、ブラシプレート１７には、ブラシホルダ７２が周方向にほぼ９０度の間隔をおいて配置されている。そして、このブラシホルダ７２が形成された周方向位置及び、ブラシホルダ７２と対称位置（１８０°離れた位置を中心にした所定範囲）を除いて、ブラシプレート１７の外周部には、軸方向に所定長さを有する円弧状のリブ６１が形成されている。ブラシホルダ７２およびブラシホルダ７２と対称位置に、フランジ１８が形成されている。このフランジ１８形成部分が、リブ６１の周方向境目となっている。リブ６１に境目が形成されているので、ブラシ２１の交換が容易になっている。リブ６１の半径方向厚さおよび周方向長さは、下記に示す変形を考慮して設定される。

すなわち、ブラシプレート１７を樹脂製としたので、金属製に比べて弾性変形が容易になると共に、弾性変形によりブラシプレート１７に内部応力が発生する。本実施例ではこの内部応力を、フロント側軸受３３の保持に利用している。

図３(ａ)において、破線５１で示したのは、ブラシプレート１７をヨーク１１の周壁部１２に形成したインロー部１２ｂに当接させたときに、周壁部１２の内周面１２ａに邪魔されずに変形できると仮定したときのブラシプレート１７の仮想変形線である。外輪３３ａ及び内輪３３ｂ、鋼球３３ｃからなる転がり軸受３３の外輪３３ａをブラシプレート１７に圧入した状態で、直流電動機１００を組み立てる。この状態では、ブラシ部レート１７は、内周面に転がり軸受３３の圧入時の締め付け応力が作用しているだけで、外周部等は応力フリーとなっている。

次に、組み上がった直流電動機１００を、ポンプ取り付け孔１５に貫挿したボルトを用いて、ポンプ９５に組み付ける。その際、ポンプ９５のハウジングの角部９５ａが転がり軸受３３の外輪３３ａを軸方向に押す。この押す力をＦとする。転がり軸受３３は、ブラシプレート１７に圧入されているとともにブラシプレート１７の内周側に形成したフランジ部１７ａで密着している。したがって、転がり軸受３３が軸方向に移動すれば、ブラシプレートも一緒に軸方向に移動する。一方、ブラシプレート１７の外周側は、軸方向位置をヨーク１１のインロー部１２ｂで規制されている。これにより、ブラシプレート１７の内周側には、大きさＴの曲げ力（曲げモーメント）が作用する。

なお、ブラシプレート１７の外周側は、軸方向位置だけが規制されていて半径方向には自由に変形できるのであれば、組み立てによりブラシプレート１７の内部には、応力はほとんど発生しない。しかしながら、実際にはヨーク１１の内周面１２ａによりブラシプレート１７は半径方向に伸びる変形を規制される。その結果、図３(ａ)において、実線５２で示した変形状態になる。この実線５２で示した状態では、ブラシプレート１７のリブ６１において、自由な変形を規制されているので自由な変形をしようとする反発力が発生し、これが内部応力になる。この反発力は、リブ６１の軸方向長さＬやリブ６１の半径方向厚さΔｒ、ブラシプレート１７のカバー部(円板部)６２の厚さ等により、変化する。一般的には、リブ６１の軸方向長さＬとリブ６１の半径方向厚さΔｒについては、それらが大きくなればなるほど反発力が増大する。図３(ｂ)に示すように、組み立て時の軸方向力Ｆにより、大きさＲｘの押付力がヨークからリブ６１に加わり、これによりリブ６１は大きさＡｘの反発力を発生する。

リブ６１で発生した反発力Ａｘは、ブラシプレート１７の内周面付近に曲げモーメントとして作用し、転がり軸受３３の圧入部では、軸方向荷重Ｓｘとして作用する。すなわち、転がり軸受３３では、組み立てによりポンプ側からＦの力が加わり、この組み立ての反発力の結果として、ブラシプレート１７側からＳｘの力が作用する。これらの力は、互いに反対方向であり、転がり軸受３３への圧縮荷重として作用する。これにより、直流電動機１００を運転した結果、振動が発生したり、また、長期の運転によりブラシプレート１７にクリープ歪が発生しても、転がり軸受３３両側から挟みこむ力が作用し続けることが可能になるので、転がり軸受３３に起因する振動を抑制できる。

なお、本実施例では、ブラシプレートに半径方向リブの代わりに周方向のリブを形成しているが、その理由は、樹脂製のブラシプレートを用いると、上記予想される反発力が鋼製に比べ同一寸法であれば、小さいからである。そのため、所期の反発力を得るためにはリブを大きくする必要があり、半径方向リブの場合には軸方向寸法を大きくすることで対処するが、巻線やブラシ等との干渉を避けなければならず、直流電動機の軸方向寸法が大きくなりすぎる。これに対して、周方向リブの場合には、ブラシや巻線を回避しても十分な空間を確保できる。もちろん、半径方向リブと周方向リブを併用して、許容範囲内で半径方向リブを作成し、周方向リブを小型化することも可能である。

以上説明したように本実施例によれば、樹脂製のブラシプレートを用いて軽量化が可能になると共に、このブラシプレートの外周部に円周方向に延びるリブを形成したので、リブの反発力によりフロント側の転がり軸受に軸方向の押圧力を発生できる。この押圧力と、組み立て時のポンプ側からの押圧力とで上記転がり軸受を挟み込むようにしたので、直流電動機を運転した時の振動や長期間の使用によるクリープ歪があっても、転がり軸受に起因する振動・騒音を抑制できる。

また、ブラシプレートを樹脂一体成型できるので、簡単に高精度にブラシプレートを製造可能になる。さらに、ブラシプレートに形成するリブは部品点数を増加させるものではないので、組み立て性を劣化させることがなく、またコスト増を招くこともない。したがって、簡単な構成で、ポンプ用の直流電動機のフロント軸受に起因する振動・騒音を抑制できる。

１１…ケース(ヨーク)、１２…周壁部、１３…リア軸受保持部、１４…フランジ、１５…ポンプ取り付け孔、１６…永久磁石、１７…ブラシプレート、１８…フランジ、２１…ブラシ、２２…整流子、２４…一体型端子、２５ａ、２５ｂ…端子、２６ａ、２６ｂ…（端子）突起部、３２…回転軸、３３…フロント側転がり軸受、３３ａ…外輪、３３ｂ…内輪、３３ｃ…鋼球、３４…リア側転がり軸受、３５…カム部、４１…積層鋼板、４２…巻線、４３…電機子、５１…仮想的な変形状態、５２…変形状態、６１…リブ、６２…円板部、７１…ばねホルダ、７２…ブラシホルダ、７３…ピッグテイルガイド、７４…コイルばね、７５…ピッグテイル、７６…ばねホルダスリット、７７…ブラシホルダスリット、８３…コネクタ部、９５…ポンプ、１００…直流電動機。

Claims

カップ状に形成されたケースと、このケースの開口部を覆うブラシプレートと、前記ケース内に収容され電機子および整流子を有する回転子と、前記整流子に圧接されるブラシと、一端部にリア軸受を、その中間部にフロント軸受が取り付けられ、前記電機子をこれらリア軸受及びフロント軸受間に固定して取りつけた回転軸とを有し、前記ブラシプレートにこの直流電動機が駆動する被駆動体が当接して組み立てられるブラシ付きの直流電動機において、
前記ブラシプレートを樹脂製とし、この樹脂製のブラシプレートの外周側であってブラシ側の面に、周方向に延びる円弧状の複数のリブを前記ブラシプレートと一体に樹脂形成したことを特徴とする直流電動機。
前記樹脂製のブラシプレートに形成したリブは、前記ブラシが保持される周方向位置には形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の直流電動機。
前記ブラシプレートの前記周方向に延びるリブが形成された面に、前記フロント軸受保持部から外周側に延びる複数の半径方向リブを形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の直流電動機。
前記ブラシプレートに前記フロント軸受を圧入して保持したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流電動機。