JP2014033493A - Electric rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータおよび発電機に用いられる電動回転機に関するものである。 The present invention relates to an electric rotating machine used for an electric motor and a generator.
従来より、整流子と電動回転機用ブラシの摺動接触を行って、電機子、すなわちロータへの電力供給を行うことができる電動モータが知られており、例えば、電動パワーステアリング装置(EPS)に使用されている。この電動モータのブラシは、カーボンからなり、ロータに設けられた整流子に通電するためにブラシホルダーに設けられた金属製のスリーブに収納されて、スリーブからバネによって整流子側に押圧されて突出可能に設けられている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an electric motor capable of performing electric power supply to an armature, that is, a rotor by performing sliding contact between a commutator and a brush for an electric rotating machine. For example, an electric power steering device (EPS) is known. Is used. The brush of the electric motor is made of carbon, and is housed in a metal sleeve provided in the brush holder for energizing the commutator provided in the rotor, and is pushed from the sleeve to the commutator side and protrudes by the spring. It is provided as possible (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記の電動モータにおいては、ブラシと整流子は接触する位置が一定となっており、ブラシと整流子面が常に接触して擦りながら回転しているので、ブラシが磨耗し、電動モータの寿命悪化の主要因となる。整流子面は、ブラシからの通電および振動による火花や磨耗により表面が荒れる。整流子面が荒れると、ブラシの磨耗量の増大やブラシと整流子との間の接触不良が発生する場合がある。これにより、ブラシ寿命の悪化やモータ効率の低下を招く可能性があり、特に、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータでは、長寿命・高信頼性が要求されている。 However, in the above electric motor, the position where the brush and the commutator are in contact with each other is constant, and the brush and the commutator surface are always in contact with each other and rotating while being rubbed. It becomes the main factor of life deterioration. The surface of the commutator surface is roughened by sparks and wear due to energization and vibration from the brush. When the commutator surface is rough, there is a case where the amount of wear of the brush increases and a contact failure between the brush and the commutator may occur. As a result, the brush life may be deteriorated and the motor efficiency may be reduced. In particular, the electric motor used in the electric power steering apparatus is required to have a long life and high reliability.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動回転機を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric rotating machine that can suppress the roughness of the commutator surface, avoid the influence of the roughness, and improve the brush life. It is to provide.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の電動回転機は、回転軸上に固定された円筒状の整流子と、前記整流子の周方向に沿って設けられ、前記整流子に摺接して通電する複数のブラシと、前記各ブラシを前記整流子の軸線方向へ付勢する第1付勢部材と、前記各ブラシを前記整流子の径方向に軸中心に向って付勢する第2付勢部材と、を備え、前記各ブラシは、前記軸線方向に垂直な側面が前記整流子の径方向に対して前記軸線方向の一方に所定の角度で傾斜しており、前記各ブラシの摺接面は、磨耗の進行に従い、前記軸線方向に前記ブラシの傾斜方向側前方に移動することを要旨とする。 In order to solve the above problem, an electric rotating machine according to claim 1 is provided with a cylindrical commutator fixed on a rotating shaft and a circumferential direction of the commutator, and is slid on the commutator. A plurality of brushes that are in contact with each other, a first biasing member that biases each brush in the axial direction of the commutator, and a first biasing member that biases each brush toward the axial center in the radial direction of the commutator. Each of the brushes, and a side surface perpendicular to the axial direction is inclined at a predetermined angle to one of the axial directions with respect to a radial direction of the commutator. The gist of the sliding contact surface is that it moves forward in the axial direction of the brush in the direction of the inclination of the brush as the wear progresses.
上記構成によれば、電動回転機は、回転する整流子に摺接するブラシの磨耗にともなって、ブラシが2つの付勢部材により整流子の軸線方向、および軸中心に向う径方向の2方向へ付勢される。ブラシは、ブラシの軸線方向に垂直な側面が整流子の軸線方向の一方に所定の角度で傾斜しており、整流子面と接触するブラシの摺接面の位置が軸線方向にブラシの傾斜方向側前方へ移動する。これにより、整流子表面の荒れを抑制するとともに、荒れに起因する悪影響を回避できる。その結果、ブラシ寿命を向上させることができ、電動モータの長寿命化、高信頼性化が図られる。 According to the above configuration, in the electric rotating machine, the brush is moved in the two axial directions of the commutator by the two urging members and the radial direction toward the axial center as the brush slides on the rotating commutator. Be energized. In the brush, the side surface perpendicular to the axial direction of the brush is inclined at a predetermined angle to one side of the axial direction of the commutator, and the position of the sliding surface of the brush that contacts the commutator surface is in the axial direction of the brush Move side forward. As a result, it is possible to suppress the surface roughness of the commutator and to avoid adverse effects due to the surface roughness. As a result, the brush life can be improved, and the life of the electric motor can be extended and the reliability can be improved.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電動回転機において、前記ブラシの前記軸線方向に平行な側面の断面形状は、平行四辺形に形成されていることを要旨とする。
The gist of the invention described in
上記構成によれば、電動回転機は、ブラシの軸線方向に平行な側面の断面形状が平行四辺形に形成されている。これにより、整流子の表面が荒れた場合であっても、ブラシの磨耗にともなってブラシの摺接面が軸線方向に一定の長さを有して整流子面上の新たな接触位置に移動する。その結果、整流子面に荒れが発生した場合であっても、摺接面の移動により荒れの影響を回避でき、ブラシ寿命を向上させることができる。 According to the said structure, the cross-sectional shape of the side surface parallel to the axial direction of a brush is formed in the electric rotary machine in the parallelogram. As a result, even if the surface of the commutator is rough, the sliding contact surface of the brush has a certain length in the axial direction and moves to a new contact position on the commutator surface as the brush wears. To do. As a result, even if the commutator surface is rough, the influence of the roughness can be avoided by the movement of the sliding contact surface, and the brush life can be improved.
本発明によれば、整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動回転機を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric rotating machine that can suppress the roughness of the commutator surface, avoid the influence of the roughness, and improve the brush life.
次に、本発明の実施形態の一例として、ステアリングの操舵力を補助するための電動パワーステアリング装置に駆動源として使用される電動モータについて、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を示す縦断面図である。電動モータ1は、インナロータ型のブラシ付きDC(直流)モータである。図1に示すように、電動モータ1は、回転軸2に同行回転可能に連結された環状の電機子(ロータ)3と、電機子3の周囲を取り囲む環状の固定子(ステータ)4と、電機子3および固定子4を収容するヨーク20とハウジング28とで構成される筒状のモータハウジング5とを備えている。例えば、コラムアシストタイプEPS用モータの場合、図1中、電動モータ1の軸線方向左側に図示しないウォーム減速機が配置されている。
Next, as an example of an embodiment of the present invention, an electric motor used as a drive source in an electric power steering apparatus for assisting the steering force of the steering will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an electric motor according to an embodiment of the present invention. The electric motor 1 is an inner rotor type brushed DC (direct current) motor. As shown in FIG. 1, the electric motor 1 includes an annular armature (rotor) 3 that is coupled to the
本実施形態の電動モータ1は、略有底円筒状をなす磁性材料からなるヨーク20の内周に永久磁石7を固着してなる固定子4と、永久磁石7の内側において回転自在に支承された電機子3と、電機子3に給電する複数の給電ブラシ(以下、ブラシという)24とを備えたブラシ付きDCモータとして構成されている。
The electric motor 1 of this embodiment is supported rotatably on the inner side of a
電機子3は、回転軸2に固定されることにより回転軸2とともに一体回転する電機子コア6および整流子27を備える。本実施形態では、回転軸2は、ヨーク20の底部20a、およびヨーク20の開口端20bを閉塞するハウジング28にそれぞれ設けられた軸受29a,29bに軸支されることにより、ヨーク20の軸線に沿うように配置されている。そして、電機子3は、軸受29a,29bにより、その電機子コア6が永久磁石7に対応する軸線方向位置に配置された状態で、回転自在にヨーク20内に収容されている。また、ヨーク20の開口端20bが径方向外周側に突出して、その突出部分が図示しない複数のボルトによってハウジング28に固定されている。
The
さらに、電機子コア6は、径方向外側に向かって放射状に延設された磁性材料からなる積層鋼板(例えば、珪素鋼板)により構成された複数(例えば、12個)のティース30を有しており、これら各ティース30には、巻線(モータコイル)9が巻回されている。そして、電機子コア6の外周側に一定のギャップを隔てて対向し、固定子4の内周に固着される永久磁石7には、その周方向に沿ってN極とS極とが交互になるように複数(例えば、4極)の磁極が形成されている。
Furthermore, the
一方、整流子27は、電機子コア6の軸線方向の一端側に設けられ、電機子コア6よりも径が小さい円柱状を呈しており、回転軸2に固定された円筒体32の周面に複数(例えば、12個)のセグメント33を固定することにより形成されている。具体的には、円筒体32は、ヨーク20内において、上記電機子コア6よりも開口端20b側(図1中、左側)に配置されており、導電性材料(例えば、銅、カーボン等)から形成された各セグメント33は、円筒体32の周面に沿って所定間隔で整列配置されている。そして、これらの各セグメント33には、それぞれ、上記各ティース30に巻回された巻線9と電気的に接続されている。
On the other hand, the
また、本実施形態の電動モータ1は、整流子27の径方向外側において、整流子27を囲むように周方向に沿って配置された複数(本実施形態では、例えば、2対4つ)のブラシ24を有している。ブラシ24は、金属粉(例えば、銅)などを配合したカーボン(例えば、黒鉛質)から構成される。そして、これら各ブラシ24は、樹脂製のブラシホルダー34内に収容され、コイルばね(以下、第1,第2のスプリングという。第1,第2付勢部材)35a,35bに付勢されることにより、整流子27側に押圧されて突出可能に設けられ、整流子27の周面に配設された各セグメント33に対し、その先端が摺接するように配置されている。また、ブラシ24の整流子27と接触する面とは反対側の端面には、ブラシ24に給電するためのピグテール25の一端が電気的に接続されている。ピグテール25の他端は、図示しないバッテリと電気的に接続されている。
In addition, the electric motor 1 of the present embodiment has a plurality of (in this embodiment, for example, two to four) arranged along the circumferential direction so as to surround the
ブラシ24は、整流子27の外周側に約180°の対向位置に正極側と負極側ブラシとがそれぞれ配置され、周方向に約90°の間隔をおいて隣り合う位置に配置された2組のブラシ対(4つ)には、外部の図示しないコントローラ(ECU)により、そのモータ回転に応じた正負の電圧が印加される。そして、これらの各ブラシ24が整流子27の回転位置に応じた各セグメント33に摺接することにより、整流子27の各セグメント33に接続された巻線9に対する通電が行われる。
The
すなわち、ブラシ付きDCモータである本実施形態の電動モータ1では、その電機子3の回転により各ブラシ24の摺接するセグメント33が移動することで、モータコイルを構成する巻線9に対する通電方向の切り替え(整流)が行なわれる。そして、電動モータ1は、その巻線9に対する通電により、巻線9と固定子4側に形成された各磁極との間に生ずる電磁力(電磁吸引力および反発力)に基づくモータトルクを発生する構成となっている。
That is, in the electric motor 1 of the present embodiment, which is a DC motor with brushes, the
電動モータ1は、ハウジング28の軸線方向左端からハウジング28の径方向外方に突出するフランジ部により、例えば、コラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置において、図示しないウォーム減速機に取り付け固定され、回転軸2に取り付けられたトルクを伝達するボス37を介してウォーム軸回転軸に結合されている。
The electric motor 1 is attached and fixed to a worm speed reducer (not shown), for example, in a column assist type electric power steering device, by a flange portion that protrudes radially outward from the left end of the
また、本実施形態の電動モータ1には、電動モータ1を制御するための外部のECUが、電動モータ1のハウジング28から取り出された図示しないコネクタにハーネスを介して接続されている。上記ECUには、電動モータ1の巻線9に駆動電流を供給する駆動回路、およびこの駆動回路を制御する制御回路からなる制御回路部が搭載されている。
Further, in the electric motor 1 of the present embodiment, an external ECU for controlling the electric motor 1 is connected to a connector (not shown) taken out from the
そして、上記構成により、ECUによって制御された駆動電流が電動モータ1の各巻線9に供給される。これにより、巻線9に回転磁界が発生し、永久磁石7にトルクが生じて電機子3が回転駆動される。
With the above configuration, the drive current controlled by the ECU is supplied to each winding 9 of the electric motor 1. Thereby, a rotating magnetic field is generated in the winding 9, torque is generated in the
次に、図2は、図1の整流子とブラシとの関係を示す概略図、図3は、図2の整流子とブラシとの関係を示す縦断面図である。
図2に示すように、ブラシ24は、第1および第2のスプリング(コイルばね)35a,35bにより、整流子27の軸線方向、および回転軸中心J1に向う径方向の2方向からブラシ24の径方向の一側面(図中、左側斜面)、および上端面がそれぞれ付勢、押圧される。ブラシ24の下端面である摺接面31は、回転軸2の回転にともない整流子27表面との摺動により磨耗する。ブラシ24は、径方向側の側面が軸線方向の付勢側に所定の角度で傾斜して、軸線方向に平行な側面の断面形状が平行四辺形に形成されており、ブラシ24の磨耗に従いブラシ24と整流子27との接触位置が図中矢印Aで示す方向に接触範囲B内を移動する。
2 is a schematic diagram showing the relationship between the commutator and the brush in FIG. 1, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the relationship between the commutator and the brush in FIG.
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、ハウジング28(図1参照)に固定されたブラシホルダー34には、第1および第2のスプリング35a,35b、押さえ部材36を介して、ブラシ24が取付けられている。ブラシ24と整流子27とは、軸線方向に一定の長さを有する摺接面31において接触している。ブラシ24は、第1のスプリング35aの先端に設けられた押さえ部材36が付勢されて、この押さえ部材36により断面形状が平行四辺形の傾斜する対辺の一方(図中、左側)の斜面が押圧され軸線方向前方へ移動する。このときの移動量は、ブラシ24の磨耗量に比例する。押さえ部材36は、非導通部材である、例えば、樹脂材料により形成されている。ブラシ24の下端面である摺接面31が整流子27に摺動し、ブラシ24は磨耗する。そして、ブラシ24は、第2のスプリング35bにより径方向に付勢、押圧されて磨耗するに従い、上端面が径方向下方に移動する。
As shown in FIG. 3, the
次に、ブラシ24の磨耗の進行にともなうブラシ24の移動について説明する。図4は、ブラシの磨耗状態におけるブラシと整流子の接触位置関係を示す概略図である。
Next, the movement of the
図4に示すように、まず、初期状態において、ブラシ24は、第1および第2のスプリング35a,35b、押さえ部材36により付勢、押圧され、整流子27の表面を摺動して、ブラシ24の下端面である摺接面31の磨耗が発生する(図4(a))。
次に、磨耗が進行するに従って、ブラシ24の整流子27との接触位置が図中右方向に移動する(図4(b))。
続いて、火花等により整流子27の表面に荒れが発生した場合(図4(c))、摺接面31は、磨耗により時間経過とともに右方向へ移動し、整流子27の表面の荒れが発生した部位を通過する(図4(d))。
さらに、ブラシ24は、右側先端部がブラシホルダー34に当接した状態で、最終状態に到達する(図4(e))。
As shown in FIG. 4, first, in the initial state, the
Next, as wear progresses, the contact position of the
Subsequently, when the surface of the
Further, the
次に、上記のように構成された本実施形態である電動モータ1の作用および効果について説明する。 Next, the operation and effect of the electric motor 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.
上記構成によれば、ブラシ24の下端面は、回転軸2の回転にともない整流子27の表面と摺接して磨耗する。このとき、ブラシ24は、第1および第2のスプリング35a,35bにより、整流子27の軸線方向および回転軸中心J1に向う径方向の2方向からブラシ24の径方向の一側面および上端面がそれぞれ付勢、押圧される。また、ブラシ24は、径方向側の側面が軸線方向の付勢側に所定の角度で傾斜して、軸線方向に平行な側面の断面形状が平行四辺形に形成されている。このため、ブラシ24と整流子27との摺動によるブラシ24の摺接面31の磨耗にともなって、ブラシ24と整流子27とが接触する位置が整流子27上の軸線方向前方へ移動する。また、ブラシの径方向側の側面がブラシの移動方向前方に傾斜しているので、整流子27の表面に荒れが生じた場合であっても、ブラシ24の磨耗にともなって摺接面31は軸線方向前方の新たな接触位置に移動する。
According to the above configuration, the lower end surface of the
これにより、ブラシ24が整流子27に摺接することによって発生する整流子27の表面の荒れを抑制するとともに、荒れの発生によるブラシ24の磨耗量の増大やブラシ24と整流子27との接触不良といった悪影響を回避することができる。その結果、ブラシ寿命を向上させることができ、特に、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータ1に要求される長寿命・高信頼性を実現することができる。
This suppresses the surface roughness of the
以上のように、本実施形態によれば、整流子面の荒れを抑制するとともに、荒れの影響を回避し、ブラシ寿命を向上させることができる電動モータを提供できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an electric motor that can suppress the roughness of the commutator surface, avoid the influence of the roughness, and improve the brush life.
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。 As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
本実施形態では、本発明を電動モータ1を例に具体化、説明したが、これに限らず、発電機として用いてもよい。 In the present embodiment, the present invention has been embodied and described by taking the electric motor 1 as an example. However, the present invention is not limited to this and may be used as a generator.
上記構成によれば、ブラシ24の径方向側の側面が軸線方向に電機子3側に向って傾斜するとしたが、これに限らず、電機子3と反対側に傾斜するようにしてもよい。このとき、第1のスプリング35aおよび押さえ部材36は、ブラシ24の電機子3側に設けられる。
According to the above configuration, the radial side surface of the
また、上記実施形態では、ブラシ24の軸線方向に平行な側面の断面形状を平行四辺形として説明したが、これに限らず、対辺の傾斜角度が等しくない擬似平行四辺形であってもよい。
Moreover, although the cross-sectional shape of the side surface parallel to the axial direction of the
さらに、上記実施形態では、電動モータ1は、そのブラシ数を4つとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、整流子27を挟んで配置される複数組のブラシ対、または、一対のブラシ24が形成された電動モータ1であればよい。また、セグメント33についても、他の個数に具体化してもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the number of brushes of the electric motor 1 is four. However, the number of brushes is not necessarily limited thereto, and a plurality of brush pairs or a pair of
上記実施形態では、電動モータ(ブラシ付きDCモータ)1を電動パワーステアリング装置(EPS)のいわゆるコラムアシストタイプに適用した例を示したが、これに限らず、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよい。また、同様の電動モータを用いた他の用途に用いられる装置(例えば、電動オイルポンプ装置等)に適用してもよい。 In the above embodiment, an example in which the electric motor (DC motor with brush) 1 is applied to a so-called column assist type of an electric power steering apparatus (EPS) is shown, but the present invention is not limited to this, and a pinion assist type or rack assist type electric motor is used. You may apply to a power steering apparatus. Moreover, you may apply to the apparatus (for example, electric oil pump apparatus etc.) used for the other use using the same electric motor.
1:電動モータ、2:回転軸、3:電機子(ロータ)、4:固定子(ステータ)、5:モータハウジング、6:電機子コア、7:永久磁石、9:巻線(モータコイル)、20:ヨーク、20a:底部、20b:開口端、24:ブラシ、25:ピグテール、26:電機子コア、27:整流子、28:ハウジング、29a,29b:軸受、30:ティース、
31:摺接面、32:円筒体、33:セグメント、34:ブラシホルダー、
35a,35b:第1,第2のスプリング(第1,第2付勢部材)、36:押さえ部材、
37:ボス、
J1:回転軸中心
1: electric motor, 2: rotating shaft, 3: armature (rotor), 4: stator (stator), 5: motor housing, 6: armature core, 7: permanent magnet, 9: winding (motor coil) 20: yoke, 20a: bottom, 20b: open end, 24: brush, 25: pigtail, 26: armature core, 27: commutator, 28: housing, 29a, 29b: bearing, 30: teeth,
31: sliding surface, 32: cylindrical body, 33: segment, 34: brush holder,
35a, 35b: first and second springs (first and second urging members), 36: pressing member,
37: Boss
J1: Center of rotation axis
Claims (2)
前記整流子の周方向に沿って設けられ、前記整流子に摺接して通電する複数のブラシと、
前記各ブラシを前記整流子の軸線方向へ付勢する第1付勢部材と、
前記各ブラシを前記整流子の径方向に軸中心に向って付勢する第2付勢部材と、を備え、
前記各ブラシは、前記軸線方向に垂直な側面が前記整流子の径方向に対して前記軸線方向の一方に所定の角度で傾斜しており、前記各ブラシの摺接面は、磨耗の進行に従い、前記軸線方向に前記ブラシの傾斜方向側前方に移動することを特徴とする電動回転機。 A cylindrical commutator fixed on the rotation axis;
A plurality of brushes that are provided along the circumferential direction of the commutator and that are in sliding contact with the commutator;
A first biasing member that biases each brush in the axial direction of the commutator;
A second biasing member that biases each brush toward the axial center in the radial direction of the commutator;
Each brush has a side surface perpendicular to the axial direction inclined at a predetermined angle with respect to the radial direction of the commutator at one angle in the axial direction, and the sliding surface of each brush follows the progress of wear. An electric rotating machine that moves forward in the inclination direction side of the brush in the axial direction.
前記ブラシの前記軸線方向に平行な側面の断面形状は、平行四辺形に形成されていることを特徴とする電動回転機。 The electric rotating machine according to claim 1,
The electric rotating machine is characterized in that a cross-sectional shape of a side surface parallel to the axial direction of the brush is formed in a parallelogram.
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