JP2014103833A - ブラシモータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動が低減されたブラシモータ及び電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ブラシモータ及び電動パワーステアリング装置において、隙間寸法αは、開口部１８Ｆにおけるブラシ４とブラシホルダ１８との間の間隔である。隙間寸法βは、ピグテール６とスリット１８Ｈとの間隔である。寸法Ｌは、ブラシホルダ１８の内部空間で整流子に対向する底部の中央位置ＭＦから開口端部１８ｃまでの長さである。寸法ｌは、中央位置ＭＦからスリット１８Ｈのスリット端部１８Ｅに最も近いピグテール６の表面までの長さである。そして、隙間寸法α、隙間寸法β、寸法Ｌ及び寸法ｌは所定の関係を満たす。
【選択図】図８

Description

本発明は、ブラシモータの構造、特に、ブラシモータのブラシに関する。また、本発明は、ブラシモータが搭載された電動パワーステアリング装置に関する。

ブラシモータは、整流子にブラシを当接させてコイルに通電し、電磁力により回転子を回転させるものである。一般に、ブラシは角柱状であり、ブラシの長手方向が、整流子の回転軸方向と平行に配置されている。このブラシの配置は、電機子コイルに多くの電流を流すのに有利なためである。

特許文献１に記載の技術には、各ピグテールの他端部と接続された導体の各接続部及びブラシが、ベースの中心点を通り径方向に延びた中心線の線対称位置に配置されており、各ブラシ間のブラシ音のばらつき及びブラシ音の低減を可能にすると記載されている。

特開２０００−２５３６２９号公報

ところでブラシモータは、通電及び整流子との摩擦により、ブラシが発熱する。このため、ブラシホルダは、ブラシの発熱による膨張を考慮してブラシとの間にある隙間の隙間寸法が設定されている。そのため、回転子が回転を始めるとき、又は回転子の回転方向が変化するときに、ブラシと整流子との間の摩擦力でブラシホルダの内部でブラシが移動し、ブラシがブラシホルダを叩くため、作動音（叩き音）及び振動が発生する。この作動音及び振動は、静粛性が求められる場所においては低減されることが望まれる。また、近年ブラシモータは、パワーステアリング装置に適用されている。パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールの操舵により回転子の回転方向が変化することが多く、ドライバーは操舵に伴う音に敏感なため、ブラシがブラシホルダを叩く作動音を低減する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動が低減されたブラシモータ及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、ブラシモータは、整流子とコアとを含む回転子と、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、前記複数のブラシを前記整流子の半径方向に向かってそれぞれ開口する開口部に収納する複数のブラシホルダと、前記整流子の回転軸方向における前記ブラシホルダの側面のスリットを貫通して、前記ブラシの側面にそれぞれ接続される導体のピグテールと、を含み、前記開口部における前記ブラシと前記ブラシホルダとの間の間隔としての隙間寸法をαとし、前記ピグテールと前記スリットとの間隔としての隙間寸法をβとし、前記整流子に対向する前記ブラシホルダの底部の中央位置から前記開口部までの寸法をＬとし、前記中央位置から前記スリットの端部に最も近い前記ピグテールの表面までの寸法をｌとしたとき、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
１＞（β／α）×（Ｌ／ｌ） ・・・（１）

この構造により、ピグテールがブラシの動きを制約することができる。このため、ブラシとブラシホルダの隙間は従来よりも狭くする必要がなく、ブラシの組み立て挿入性又はブラシと整流子との追従性を損なうことがない。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記回転子が回転を始めるとき又は前記回転子の回転方向が変化するときに、前記ブラシと前記開口部とが接触する前に前記ピグテールと前記スリットとが接触することが好ましい。

これにより、ブラシがブラシホルダを叩く前に、ピグテールがブラシの動きを制約する。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、ブラシモータは、整流子とコアとを含む回転子と、前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、前記複数のブラシを前記整流子の半径方向に向かってそれぞれ開口する開口部に収納する複数のブラシホルダと、前記整流子の回転軸方向における前記ブラシホルダの側面のスリットを貫通して、前記ブラシの側面にそれぞれ接続される導体のピグテールと、を含み、前記回転子が回転を始めるとき又は前記回転子の回転方向が変化するときに、前記ブラシと前記開口部とが接触する前に前記ピグテールと前記スリットとが接触することを特徴とする。

この構造により、ブラシがブラシホルダを叩く前に、ピグテールがブラシの動きを制約する。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記ブラシは、前記ブラシホルダの内部に挿入されている前記整流子の周方向の側面に、前記整流子と対向する側に向けて細くなる段部を備えることが好ましい。

この構造により、開口部におけるブラシとブラシホルダとの間の間隔の隙間寸法が広がり、ピグテールがブラシの動きを制約する。このため、ブラシとブラシホルダの隙間は従来よりも狭くする必要がなく、ブラシの組み立て挿入性又はブラシと整流子との追従性を損なうことがない。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記ブラシは、前記段部よりも前記整流子と対向する側に前記ピグテールが固定されていることが好ましい。

この構造により、ピグテールが整流子寄りとなり、ピグテールがブラシの動きを制約する。このため、ブラシとブラシホルダの隙間は従来よりも狭くする必要がなく、ブラシの組み立て挿入性又はブラシと整流子との追従性を損なうことがない。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記ブラシは、前記ブラシホルダの内部に挿入されている前記整流子の周方向の側面に、前記整流子と対向する側に向けて細くなる傾斜面のテーパー部を備えることが好ましい。

この構造により、開口部におけるブラシとブラシホルダとの間の間隔の隙間寸法が広がり、ピグテールがブラシの動きを制約する。このため、ブラシとブラシホルダの隙間は従来よりも狭くする必要がなく、ブラシの組み立て挿入性又はブラシと整流子との追従性を損なうことがない。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記ブラシは、前記整流子と対向する側に向けて細くなる前記テーパー部の開始位置よりも、前記整流子と対向する側に前記ピグテールが固定されていることが好ましい。

この構造により、ピグテールが整流子寄りとなり、ピグテールがブラシの動きを制約する。このため、ブラシとブラシホルダの隙間は従来よりも狭くする必要がなく、ブラシの組み立て挿入性又はブラシと整流子との追従性を損なうことがない。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記複数のブラシを支持するバネを前記ブラシホルダの底部に備えることが好ましい。

この構造により、ブラシホルダからブラシが出る方向の力が付勢され、整流子に押し付けることができる。そして、整流子に対向するブラシホルダの底部の中央位置が、バネの弾性力の支点となり、整流子の周方向にブラシが揺動しても、ブラシと整流子との追従性を損なうことがない。

本発明の望ましい態様として、前記ピグテールは、少なくとも前記スリットの端部に対向する表面に補強部材を備えることが好ましい。

この構造により、ピグテールがスリットの端部に当接しても、ピグテールの導体の断線の可能性を低減することができる。このため、ブラシがブラシホルダを叩く前に、ピグテールがブラシの動きを制約しても、通電の信頼性を確保することができる。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、電動パワーステアリング装置は、前記ブラシモータにより補助操舵トルクを得ることを特徴とする。

この構造により、ピグテールがブラシの動きを制約することができる。このため、ブラシとブラシホルダの隙間は従来よりも狭くする必要がなく、ブラシの組み立て挿入性又はブラシと整流子との追従性を損なうことがない。その結果、ブラシモータは、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動を低減することができる。これにより、振動及び作動音が低減された電動パワーステアリング装置が提供される。

本発明によれば、ブラシがブラシホルダを叩く作動音及び振動が低減されたブラシモータ及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

図１は、実施形態１に係るブラシモータを備える電動パワーステアリングの構成図である。 図２は、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。 図３は、実施形態１に係るモータの側面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面の矢視図である。 図５は、実施形態１に係るブラシモータのブラシの配置を説明する概略図である。 図６は、実施形態１に係るブラシモータのブラシとブラシホルダを説明する模式図である。 図７は、実施形態１に係るブラシモータのブラシの配置を示す模式図である。 図８は、実施形態１に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。 図９は、実施形態１に係るブラシモータのピグテールと、ブラシホルダのスリットの配置を説明する模式図である。 図１０は、比較例に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。 図１１は、実施形態１の変形例１に係るブラシモータのピグテールと、ブラシホルダのスリットの配置を説明する模式図である。 図１２は、実施形態１の変形例２に係るブラシモータのピグテールと、ブラシホルダのスリットの配置を説明する模式図である。 図１３は、実施形態２に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。 図１４は、実施形態３に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るブラシモータを備える電動パワーステアリングの構成図である。まず、図１を用いて、本実施形態に係るブラシモータを備える電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）の概要を説明する。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１の操作によりステアリングシャフト１０２に発生する操舵トルクをトルク検出手段であるトルクセンサ１１０で検出し、その検出信号に基づいて、ＥＣＵ（Electric Control Unit）５０がブラシモータ（以下、必要に応じてモータという）１を駆動制御して補助操舵トルクを発生させて、ステアリングホイール１０１の操舵力を補助する。なお、車速センサは、車両に備えられ、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信により車速信号をＥＣＵ５０に入力する。

本実施形態に係るブラシモータ１を備える電動パワーステアリング装置１００は、ブラシモータ１とＥＣＵ５０とが直接接続されて一体となっている、機電一体型の装置である。しかし、本実施形態に係るブラシモータ１は、ブラシモータとＥＣＵとが別体であり機電一体型ではない電動パワーステアリング装置にも適用することができる。

ステアリングホイール１０１に連結されたステアリングシャフト１０２は、運転者の操舵力が入力される入力軸１０２ａと、入力された操舵力を出力する出力軸１０２ｂとを有する。本実施形態において、入力軸１０２ａ及び出力軸１０２ｂは、鉄等の磁性材料から形成されている。入力軸１０２ａと出力軸１０２ｂとの間には、トルクセンサ１１０及び減速装置１１１が設けられる。

ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、操舵機構に伝達される。具体的には、出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、ユニバーサルジョイント１０４を介してロアシャフト１０５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント１０６を介してピニオンシャフト１０７に伝達される。ピニオンシャフト１０７に伝達された前記操舵力は、ステアリングギヤ１０８を介してタイロッド１０９に伝達され、操舵輪を転舵させる。

ステアリングギヤ１０８は、ピニオンシャフト１０７に連結されたピニオン１０８ａと、ピニオン１０８ａに噛み合うラック１０８ｂとを有するラックアンドピニオン形式として構成される。このようなステアリングギヤ１０８によって、ピニオン１０８ａに伝達された回転運動をラック１０８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂには、補助操舵トルクを出力軸１０２ｂに伝達する補助操舵機構１０３が連結されている。補助操舵機構１０３は、出力軸１０２ｂに連結された減速装置１１１と、減速装置１１１に連結されかつ補助操舵トルクを発生させるブラシモータ１とを備えている。なお、ステアリングシャフト１０２及びトルクセンサ１１０及び減速装置１１１によりステアリングコラムが構成されており、ブラシモータ１は、前記ステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置１００は、コラムアシスト方式となっている。

トルクセンサ１１０は、ステアリングホイール１０１を介して入力軸１０２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するものである。ブラシモータ１の駆動を制御するＥＣＵ５０には、電源（例えば車載のバッテリ）１１５から電力が供給される。

図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。図２は、一部を断面として示してある。減速装置１１１はウォーム減速装置である。ブラシモータ１の軸１２にスプライン結合したウォーム１２１は、玉軸受１２２と、ホルダ１２５に保持された玉軸受１２３とで回転自在に減速装置ハウジング１２０に保持されている。ウォーム１２１の一部に形成されたウォーム歯１２１ａは、減速装置ハウジング１２０に回転自在に保持されたウォームホイール１２４に形成されているウォームホイール歯１２４ａに噛み合っている。ブラシモータ１の回転力は、ウォーム１２１を介してウォームホイール１２４に伝達され、ウォームホイール１２４を回転させる。ウォーム１２１及びウォームホイール１２４によって、ブラシモータ１のトルクが増加され、図１に示すステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクが与えられる。次に、ブラシモータ１の構成を説明する。

図３は、実施形態１に係るモータの側面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面の矢視図である。図４に示すように、ブラシモータ１は、整流子（コンミテータ）３とコア１３とを含む回転子２と、複数のブラシ４と、複数のブラシ４をそれぞれ保持する複数のブラシ保持手段５と、複数のブラシ４にそれぞれ接続される導体のピグテール６（導線）と、を備えている。図５は、実施形態１に係るブラシモータのブラシの配置を説明する概略図である。また、図５では整流子３を省いた状態のブラシモータ１のブラシ保持手段５を記載してある。

回転子２とブラシ４とは、磁性材料で形成された略円筒形のハウジング７内に収められている。なお、回転子２は、整流子３と、コア１３と、コイル１４とを備えている。ハウジング７の一端には、この端部を閉塞するようにハウジング７と一体に底部７ａが設けられている。底部７ａに対して反対側の一端には、開口部が設けられている。この開口部は、フランジ８により閉塞される。なお、回転子２を形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。

ハウジング７の内側面には、ハウジング７の内部に収納された回転子２のコア１３に対向するように、４個のマグネット９が互いに極性を逆にして配置され、マグネットホルダ１０により固定されている。４個のマグネット９の表面にはマグネット飛散防止カバー１１が取り付けられる。マグネット飛散防止カバー１１は、４個のマグネット９を押さえることにより、４個のマグネット９の万一の飛散を防止する。

回転子２は、軸１２によって中心を貫かれている。回転子２は、軸１２と固定されている。回転子２のコア１３部分は、複数のスロット（溝）を有する。コイル１４は、前記スロットに巻回されている。コア１３は、磁性材料を用いて形成される。コア１３は、例えば、磁性材料としてケイ素鋼板を用い、これを積層して形成される。整流子３は、絶縁体で形成された円柱状の絶縁部の側面に、導電体で形成された複数の導電部１５が等間隔で平行に配置されているものである。コイル１４の一端は、１つの導電部１５に接続されており、他端は別の導電部１５に接続されている。整流子３も、軸１２によって中心を貫かれている。

ハウジング７の内側であって、フランジ８の略中央部分には軸受１６が、底部７ａの略中央部分には軸受１７が、それぞれ設けられている。軸受１６は、ハウジング７の内側に配置された軸１２の一端を回転可能に支持し、軸受１７は、軸１２の他端を回転可能に支持している。軸１２の回転軸は、図４に示すＺｒであり、軸１２の中心軸に相当する。以下、軸１２の回転軸及び中心軸をＺｒで表す。なお、軸１２は、軸受１６、１７に支持されるので、軸受１６、１７の回転軸もＺｒとなる。また、軸１２によって中心を貫かれている回転子２及び整流子３の回転軸もＺｒとなる。軸１２には、ジョイント２１が取り付けられ、ジョイント２１に減速装置１１１のウォーム１２１がスプライン結合される。なお、軸１２とウォーム１２１は弾性カップリングであってもよい。

実施形態１に係るブラシ４は略角柱、好ましくは四角柱状の形状である。ブラシ４の長手方向が、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と平行に配置されて、ブラシ４の特定の面で整流子３と対向し、ブラシ４が整流子３と接する。このため、ブラシ４から整流子３へ、安定して電力を供給することができ、また、ブラシ４の摩耗状態も容易に予測できる。

ブラシ保持手段５は、ブラシホルダ１８と、基板１９とを備えている。ブラシ４は、接触抵抗が小さく機械的衝撃に耐えられる材料により構成される。例えば、ブラシ４は、黒鉛により構成される。ブラシ４は、底部を有する角筒状のブラシホルダ１８の内部に摺動可能に収められている。ブラシホルダ１８は、金属製であって、ブラシ４を整流子３の半径方向に向かって開口する、後述する開口部に収納するケースであり、ブラシ４の一部が前記開口部から突出した状態で保持する。そして、図５に示すように、ブラシホルダ１８は、絶縁体で形成された基板１９に固定部１８ａで固定されている。

図４に示すように、ブラシ４は、ブラシホルダ１８の内側にある底部に設置されたバネ２０によって整流子３へ向かう力、すなわち、ブラシホルダ１８からブラシ４が出る方向の力が付勢され、整流子３に押し付けられる。バネ２０として、つる巻バネを図示しているが、バネ２０は板バネやその他の弾性体であってもよい。ブラシ４とブラシホルダ１８とは、固定されておらず、ブラシ４がブラシホルダ１８との間で摺動できるようにブラシ４とブラシホルダ１８との間には間隔が設けられている。基板１９は、フランジ８に固定され、軸１２と直交するようにハウジング７内に収納される。したがって、基板１９に固定されたブラシホルダ１８に収められたブラシ４は、基板１９と平行な面が軸１２と直交する。

ブラシ４には、ピグテール６（導線）が電気的に接続されており、ピグテール６は、さらに基板１９に埋設されたバスバーを経由して、電力供給部材２２と電気的に接続される。なお、電力供給部材２２は、ＥＣＵ５０の端子と接続され、ＥＣＵ５０により制御された電流値の電力をＥＣＵ５０から直接供給される。ブラシ４とピグテール６（導線）との接続のための固定の形態については後で詳しく説明する。

ブラシ４にピグテール６を通じてＥＣＵ５０から供給された電流は、ブラシ４と接触する整流子３の導電部１５を通ってコイル１４を流れ、整流子３の別の導電部１５に至り、別のブラシ４に流入する。コイル１４を電流が流れることによって磁界が発生し、この磁界と、マグネット９の磁界との相互作用により回転子２が回転する。

次に、ブラシ４の配置について図５及び図６を用いて詳しく述べる。図６は、実施形態１に係るブラシモータのブラシとブラシホルダを説明する模式図である。また、図６ではブラシ４とブラシホルダ１８が分解された状態のブラシモータ１を記載してある。

図５に示すように、ブラシ４は、回転軸Ｚｒの周囲であって、整流子３の整流子表面３Ｈに当接するように、整流子表面３Ｈ（整流子３）の周方向に４つ均等に配置されている。これにより、ブラシ４は、互いに回転軸Ｚｒを挟んで点対象の位置に配置されている。このため、４個のブラシ４が整流子３の整流子表面３Ｈを押圧する力のバランスが均一となり、ブラシ４と整流子３との接触によって生じるブラシ音のばらつきが低減される。なお、本実施形態のブラシ４は４個であるが、図６には、３個を省略してそのうちの１個のみを記載している。ブラシ４の個数は４個に限定されるものではない。

ピグテール６は、ブラシ４の側面のうち整流子３の回転軸Ｚｒ側に向く面に固定されている。つまり、ピグテール６は、略角柱、好ましくは四角柱状の形状であるブラシ４の側面のうち上述したコア１３を向く面（ハウジング７の底部７ａを向く面）と反対側の面に、固定されている。

ここで、整流子３の半径方向Ｒとは、整流子３の回転中心（回転軸Ｚｒ）を通り、かつ前記回転中心と直交する方向である。実施形態１において、半径方向Ｒは、整流子３の回転中心を通り、かつブラシホルダ１８に対向するブラシ４の辺の中点Ｍを貫く方向となる。

ブラシホルダ１８は、整流子３の半径方向Ｒに向かってそれぞれ開口する開口部を有し、この開口部からブラシ４を収納する。このため、ブラシ４の周方向幅ＢＬは、ブラシホルダ１８の内部空間の周方向の幅ＣＬよりも小さい。ブラシモータ１は、ブラシ４への通電及び整流子３との摩擦により、ブラシ４が発熱する。このため、ブラシホルダ１８の内部空間の周方向の幅ＣＬは、ブラシ４の発熱による膨張を考慮して、ブラシ４との間にある隙間の隙間寸法を設定している。また、ブラシホルダ１８にブラシ４を収納する組み立ての作業性、ブラシホルダ１８内をブラシ４が移動するスライド性を考慮すると、ブラシホルダ１８とブラシ４との間にある隙間の隙間寸法は、０にすることができない。

ブラシ４の周方向幅ＢＬは、整流子３の半径方向Ｒと直交する平面を切ったブラシ４の断面と、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と直交する平面との交線の長さ寸法である。ブラシホルダ１８の内部空間の周方向の幅ＣＬは、整流子３の半径方向Ｒと直交する平面を切ったブラシホルダ１８の内部空間の断面と、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と直交する平面との交線の長さ寸法である。

また、ブラシホルダ１８は、ブラシ４を収納する場合、ピグテール６を通すスリット１８Ｈが、整流子３の回転軸Ｚｒ側に向く面に設けられている。このように、ピグテール６がブラシ４の側面のうち整流子３の周方向側に向く面に固定されている場合と比較して、ピグテール６がブラシ４の側面のうち整流子３の回転軸Ｚｒ側に向く面に固定されていると、後述する整流子３の時計方向ＣＷ又は反時計方向ＣＣＷでブラシ４と整流子３とが接触する当接状態の変化を低減できる。その結果、ブラシ４と整流子３との接触によって生じるブラシ音のばらつきが小さくなり、整流子３の回転に伴う振動が小さくなる。

ブラシ４は、ブラシホルダ１８の内側にある底部に設置されたバネ２０によって整流子３へ向かう力、ブラシホルダ１８からブラシ４が出る方向の力が付勢され、整流子３に押し付けられる。ブラシホルダ１８は、スリット１８Ｈを備えているので、ピグテール６の位置が整流子３の半径方向Ｒに沿って移動することが可能であり、ブラシ４が摩耗してピグテール６の位置が変化しても継続して通電可能にしている。このため、ピグテール６の移動を考慮して、スリット１８Ｈと、ピグテール６との間には、隙間が必要になる。

バネ２０は、ブラシ４を押圧するとともに、ブラシホルダ１８内でブラシ４が中立姿勢を保つように支持する。このため、バネ２０は、整流子３に対向するブラシホルダ１８の底部の中央位置（後述する中央位置ＭＦ）が弾性力の支点となる。

図７は、実施形態１に係るブラシモータのブラシの配置を示す模式図である。図８は、実施形態１に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。図９は、実施形態１に係るブラシモータのピグテールと、ブラシホルダのスリットの配置を説明する模式図である。図１０は、比較例に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。

図７は、整流子３側からみたブラシモータ１の部分図である。図７では、ブラシホルダ１８は点線で示してある。ブラシ４は、整流子３の周方向に向かって配置されており、対向するブラシ４同士は、中心Ｃを対称点とした点対称となるように形成され、配置されている。ここで、中心Ｃとは、整流子３の回転軸Ｚｒがブラシ保持手段５を構成する基板１９の板面のうちブラシホルダ１８を据え付ける面と交わる点を指す。隣り合うブラシ４同士は、中心Ｃを中心として中心角π／２ｒａｄの間隔で配置されている。

上述した回転子２を回転させ、図７に示すブラシ４に接触している整流子３を回転させた場合に、ブラシ４の慣性力、及びブラシ４と整流子３との間の摩擦力により、ブラシ４と整流子３との接触部分を中心としてブラシ４をブラシホルダ１８内で移動させようとする力がブラシ４に働く。そして、整流子３が時計方向ＣＷ又は反時計方向ＣＣＷに回転方向が変化することで、ブラシ４と、ブラシホルダ１８の開口端部１８ｃとが接触する可能性が高まる。例えば、図１０に示す比較例に係るブラシモータでは、図７に示すブラシホルダ１８内でブラシ４が移動し、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩いた場合に発生する作動音（叩き音）が生じる可能性がある。

図８及び図１０に示すように、比較例に係るブラシモータと、実施形態１に係るブラシモータ１とは、整流子３の半径方向Ｒでの、ピグテール６の固定位置が異なる。図１０に示す比較例に係るブラシモータを説明し、その後、図８及び図９に示す実施形態１に係るブラシモータ１について説明する。なお、比較例に係るブラシモータと、実施形態１に係るブラシモータ１とで、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ符号を付した構成要素の説明は省略する。

ブラシホルダ１８は、整流子３の半径方向Ｒに向かって開口する開口部１８Ｆから、ブラシ４の一部が突出している。そこで、開口部１８Ｆにおけるブラシ４とブラシホルダ１８の開口側面４ｐとの間の間隔の隙間寸法をαとすると、隙間寸法αは下記式（２）で示される。

α＝（ＣＬ−ＢＬ）／２ ・・・（２）

上述したスリット１８Ｈは、ピグテール６を突出させている。そこで、スリット１８Ｈにおける周方向に対向するスリット端部１８Ｅと、ピグテール６との間の間隔の隙間寸法をβとすると、隙間寸法βは下記式（３）で示される。ここで、スリット１８Ｈのスリット幅は、周方向に対向するスリット端部１８Ｅ間の寸法として、ＨＬとし、ピグテール６の周方向の最大の幅を周方向幅ＰＬとする。

β＝（ＨＬ−ＰＬ）／２ ・・・（３）

図１０に示すように、バネ２０は、整流子３に対向するブラシホルダ１８の底部の中央位置ＭＦが弾性力の支点となる。このため、整流子３が時計方向ＣＷ又は反時計方向ＣＣＷに回転方向が変化することで、ブラシ４がブラシホルダ１８の内部で中央位置ＭＦを中心に振り子のように揺動する。同様に、ピグテール６もスリット１８Ｈのスリット幅ＨＬの範囲で中央位置ＭＦを中心に振り子のように揺動する。

ブラシホルダ１８の開口端部１８ｃと、ブラシホルダ１８の底部における中央位置ＭＦとの長さ（寸法）をＬとしたとき、ブラシ４が隙間寸法αを揺動してブラシホルダ１８の開口端部１８ｃまで揺動する最大の角度θαは、下記式（４）で近似される。

θα＝ａｒｃｔａｎ（α／Ｌ） ・・・（４）

スリット１８Ｈのスリット端部１８Ｅに最も近いピグテール６の外周の表面と、ブラシホルダ１８の底部における中央位置ＭＦとの長さ（寸法）をｌとしたとき、ピグテール６が隙間寸法βを揺動してスリット端部１８Ｅまで揺動する最大の角度θβは、下記式（５）で近似される。

θβ＝ａｒｃｔａｎ（β／ｌ） ・・・（５）

特許文献１に記載のような、図１０に示す比較例のブラシモータは、ブラシホルダ１８にブラシ４を収納する組み立ての作業性を考慮して、隙間寸法αと、隙間寸法βを同程度にすることが多い。この場合、図１０に示す比較例のブラシモータでは、θα＜θβとなる可能性が高く、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩くため、作動音（叩き音）及び振動が発生する可能性がある。

このため、図８に示す実施形態１に係るブラシモータ１は、隙間寸法α、隙間寸法βと、長さ寸法Ｌ及び長さ寸法ｌが下記式（６）に示す関係を満たしている。その結果、実施形態１に係るブラシモータ１は、上述した回転子２が回転を始めるとき、又は回転子２の回転方向が変化するときに、ブラシ４とブラシホルダ１８の開口端部１８ｃとが接触する前にピグテール６とスリット端部１８Ｅとが接触する。これにより、実施形態１に係るブラシモータ１は、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩く可能性を低減し、作動音（叩き音）及び振動を抑制することができる。

（β／Ｌ）＜（α／ｌ） ・・・（６）

上述したように、隙間寸法α、βの寸法を大きく変更するよりは、長さ寸法Ｌ、ｌを変更した方が、組み立ての作業性を考慮した設計自由度を高めることができる。図８に示すように、実施形態１に係るブラシモータ１は、比較例に示すブラシモータに比べ、ピグテール６が、ブラシ４における整流子３の半径方向Ｒで整流子３側となるように配置されている。これにより、長さ寸法ｌが長くなる。

これにより、図８に示す実施形態１に係るブラシモータ１は、隙間寸法α、隙間寸法βと、長さ寸法Ｌ及び長さ寸法ｌが下記式（７）に示す満たすことができる。

１＞（β／α）×（Ｌ／ｌ） ・・・（７）

以上説明したように、実施形態１に係るブラシモータ１及び電動パワーステアリング装置１００において、隙間寸法αは、開口部１８Ｆにおけるブラシ４とブラシホルダ１８との間の間隔である。隙間寸法βは、ピグテール６とスリット１８Ｈとの間隔である。寸法Ｌは、ブラシホルダ１８の内部空間で整流子に対向する底部の中央位置ＭＦから開口端部１８ｃまでの長さである。寸法ｌは、中央位置ＭＦからスリット１８Ｈのスリット端部１８Ｅに最も近いピグテール６の表面までの長さである。そして、隙間寸法α、隙間寸法β、寸法Ｌ及び寸法ｌは上述した式（７）の関係を満たす。その結果、図８及び図９に示す実施形態１に係るブラシモータ１は、θα＞θβとなり、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩く前に、ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接する。このように、実施形態１に係るブラシモータ１は、上述した回転子２が回転を始めるとき、又は回転子２の回転方向が変化するときに、ブラシ４とブラシホルダ１８の開口端部１８ｃとが接触する前にピグテール６とスリット端部１８Ｅとが接触する。ピグテール６は、可撓性の銅線、軟銅線、スズメッキ又はニッケルメッキされた銅線等の細線を芯線として束ねた導体であり、摩耗を考慮したブラシ４よりも柔軟性を有している。又は、ピグテール６は、可撓性の銅線、軟銅線、スズメッキ又はニッケルメッキされた銅線等の細線を芯線としてより合わせた導体であり、摩耗を考慮したブラシ４よりも柔軟性を有している。ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接した音は、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩くために生じる作動音（叩き音）よりも、音圧を下げ、振動を低減することができる。

ピグテール６は、導線を編み込んだ導電性の網線であることが望ましい。ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接する可能性を考慮すると、ピグテール６は、導電性の網線にすることで、断線の可能性を低減することができる。

ピグテール６は、芯線の数を多くすることが望ましい。これにより、ピグテール６が硬くなり、ブラシ４の動きをより抑制することができる。

ブラシモータ１の作動音、振動が低減されるので、運転者が搭乗する車室内にあって静粛性が求められる電動パワーステアリング装置１００にブラシモータ１を適用する場合、静粛性が確保できる。その結果、ブラシモータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合には、車室内における作動音の低減が実現できる。ハンドル操作は、車両の方向を変更する場合のほか、路面状態に応じて車両の方向を一定にする場合にも行われる。したがって、電動パワーステアリング装置１００にブラシモータ１を適用した場合におけるブラシモータ１の反転回数は多い。このため、叩き音が低減されることによって、電動パワーステアリング装置１００の静粛性は大きく向上する。また、実施形態１に係る電動パワーステアリング装置１００は、コラムアシスト方式のように運転者が搭乗する車室内に配置される場合、静粛性は大きく向上する。

（ピグテール、スリットの配置の変形例）
図１１は、実施形態１の変形例１に係るブラシモータのピグテールと、ブラシホルダのスリットの配置を説明する模式図である。図１２は、実施形態１の変形例２に係るブラシモータのピグテールと、ブラシホルダのスリットの配置を説明する模式図である。図１１及び図１２に示すピグテール６以外の他の構成についてはブラシモータ１と同様であるため説明を省略する。

ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接する可能性を考慮すると、図１１及び図１２に示すようにピグテール６は、少なくともスリット１８Ｈのスリット端部１８Ｅに対向する表面に補強部材６Ｍを備えている。補強部材６Ｍは、図１１に示すように、ピグテール６の周囲全部に備えられてもよい。また、図１２に示すように、補強部材６Ｍは、ピグテール６の表面の一部に備えられてもよい。補強部材６Ｍは、ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接しても、導体の断線の可能性を低減することができる。

補強部材６Ｍの材料として、ガラス繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：polyphenylene sulfide）等の耐熱樹脂等を用いることができる。補強部材６Ｍの材料は、中空の円筒状とされて、チューブ又はスリーブの形状とされる。補強部材６Ｍの材料は、制振を発揮する形状に加工されていることが好ましい。制振を発揮する形状としては、例えばメッシュ状、表面が凹凸のリブ形状等があり、制振性に優れたものが挙げられる。補強部材６Ｍが制振を発揮する形状であることによって、ブラシ４の振動がさらに抑制される。その結果、整流子３の振動が抑制されるとともに、ブラシ保持手段５からハウジング７への振動の伝達が抑制され、ブラシモータ１の振動及び作動音がさらに低減される。

なお、実施形態１では、４個のブラシ４を備えたブラシモータ１を示してブラシ４の配置を説明したが、２個のブラシを備えたモータ、４個より多いブラシを備えたモータにも実施形態１のブラシ４の配置を適用することができる。

（実施形態２）
図１３は、実施形態２に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。なお、上述したものと同じ部材、構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１３に示すように、ブラシ４は、ブラシホルダ１８の内部に挿入されている整流子３の周方向の側面に、整流子３と対向する側に向けて細くなる段部４Ｑを備える。このため、ブラシ４は、整流子３と対向するブラシ４の面の面積が、バネ２０と対向するブラシ４の面の面積よりも小さくなる。このように、ブラシ４は、整流子３の周方向の側面に段部４Ｑを備えることにより、整流子３寄りのブラシ先端部４Ａと、バネ２０寄りのブラシ基部４Ｂとを備えている。

図１３に示すように、ブラシ４の第１の周方向幅ＢＬは、ブラシ先端部４Ａの周方向幅である。そして、ブラシ４の第１の周方向幅ＢＬは、ブラシホルダ１８の開口部１８Ｆを含み、かつ整流子３の半径方向Ｒと直交する平面でのブラシ４の断面と、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と直交する平面との交線の長さ寸法である。

図１３に示すように、ブラシ４の第２の周方向幅ＢＢは、ブラシ基部４Ｂの周方向幅である。そしてブラシ４の第２の周方向幅ＢＢは、ブラシホルダ１８の内部にあって、バネ２０と対向するブラシ４の面と、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と直交する平面との交線の長さ寸法である。

そこで、開口部１８Ｆにおけるブラシ４とブラシホルダ１８の開口側面４ｐとの間の間隔の隙間寸法をαとすると、隙間寸法αは下記式（８）で示される。

α＝（ＣＬ−ＢＬ）／２ ・・・（８）

実施形態２に係るブラシモータ１のブラシの形状は、第１の周方向幅ＢＬが第２の周方向幅ＢＢよりも小さくなる。その結果、実施形態２に係るブラシモータ１は、実施形態１に係るブラシモータ１よりも、隙間寸法αを大きくしやすくなる。これにより、図１３に示す実施形態２に係るブラシモータ１は、下記式（９）に示す関係に、隙間寸法α、βと、長さ寸法Ｌ、ｌを設定することができる。

１＞（β／α）×（Ｌ／ｌ） ・・・（９）

その結果、図１３に示す実施形態１に係るブラシモータ１は、θα＞θβとなる可能性が高く、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩く前に、ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接する。このように、実施形態２に係るブラシモータ１は、上述した回転子２が回転を始めるとき、又は回転子２の回転方向が変化するときに、ブラシ４とブラシホルダ１８の開口端部１８ｃとが接触する前にピグテール６とスリット端部１８Ｅとが接触する。ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接した音は、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩くために生じる作動音（叩き音）よりも、音圧を下げ、振動を低減することができる。

実施形態２に係るブラシモータ１のブラシ４の形状は、整流子３と対向する側に向けて細くなる段部４Ｑよりも、整流子３と対向する側にピグテール６が固定されている。その結果、実施形態２に係るブラシモータ１は、実施形態１に係るブラシモータ１よりも、長さ寸法ｌを大きくしやすくなる。これにより、図１３に示す実施形態２に係るブラシモータ１は、上記式（９）に示す関係に、隙間寸法α、βと、長さ寸法Ｌ、ｌを設定しやすくすることができる。

ブラシモータ１の作動音、振動が低減されるので、運転者が搭乗する車室内にあって静粛性が求められる電動パワーステアリング装置１００にブラシモータ１を適用する場合、静粛性が確保できる。その結果、ブラシモータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合には、車室内における作動音の低減が実現できる。

（実施形態３）
図１４は、実施形態３に係るブラシモータのブラシの形状及びブラシホルダ内におけるブラシの配置を示す模式図である。なお、上述したものと同じ部材、構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１４に示すように、ブラシ４は、ブラシホルダ１８の内部に挿入されている整流子３の周方向の側面に、整流子３と対向する側に向けて細くなるテーパー部４Ｔを備える。このため、ブラシ４は、整流子３と対向するブラシ４の面の面積が、バネ２０と対向するブラシ４の面の面積よりも小さくなるようになる。このように、ブラシ４は、整流子３の周方向の側面にテーパー部４Ｔを備えることにより、整流子３寄りのブラシ先端部４Ａと、バネ２０寄りのブラシ基部４Ｂとを備えている。

図１４に示すように、ブラシ４の第１の周方向幅ＢＬは、ブラシ先端部４Ａの周方向幅である。そして、ブラシ４の第１の周方向幅ＢＬは、ブラシホルダ１８の開口部１８Ｆを含み、かつ整流子３の半径方向Ｒと直交する平面でのブラシ４の断面と、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と直交する平面との交線の長さ寸法である。

図１４に示すように、ブラシ４の第２の周方向幅ＢＢは、ブラシ基部４Ｂの周方向幅である。そしてブラシ４の第２の周方向幅ＢＢは、ブラシホルダ１８の内部にあって、バネ２０と対向するブラシ４の面と、整流子３の回転軸Ｚｒ方向と直交する平面との交線の長さ寸法である。

そこで、開口部１８Ｆにおけるブラシ４とブラシホルダ１８の開口側面４ｐとの間の間隔の隙間寸法をαとすると、隙間寸法αは下記式（１０）で示される。

α＝（ＣＬ−ＢＬ）／２ ・・・（１０）

実施形態３に係るブラシモータ１のブラシ４の形状は、第１の周方向幅ＢＬが第２の周方向幅ＢＢよりも小さくなる。その結果、実施形態３に係るブラシモータ１は、実施形態１に係るブラシモータ１よりも、隙間寸法αを大きくしやすくなる。これにより、図１４に示す実施形態３に係るブラシモータ１は、下記式（１１）に示す関係に、隙間寸法α、βと、長さ寸法Ｌ、ｌを設定することができる。

１＞（β／α）×（Ｌ／ｌ） ・・・（１１）

その結果、図１４に示す実施形態３に係るブラシモータ１は、θα＞θβとなり、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩く前に、ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接する。このように、実施形態３に係るブラシモータ１は、上述した回転子２が回転を始めるとき、又は回転子２の回転方向が変化するときに、ブラシ４とブラシホルダ１８の開口端部１８ｃとが接触する前にピグテール６とスリット端部１８Ｅとが接触する。ピグテール６がスリット端部１８Ｅに当接した音は、ブラシ４がブラシホルダ１８の開口端部１８ｃを叩くために生じる作動音（叩き音）よりも、音圧を下げ、振動を低減することができる。

実施形態３に係るブラシモータ１のブラシ４の形状は、整流子３と対向する側に向けて細くなるテーパー部４Ｔの開始位置４ＴＢよりも、整流子３と対向する側にピグテール６が固定されている。その結果、実施形態３に係るブラシモータ１は、実施形態１に係るブラシモータ１よりも、長さ寸法ｌを大きくしやすくなる。これにより、図１４に示す実施形態１に係るブラシモータ１は、上記式（１１）に示す関係に、隙間寸法α、βと、長さ寸法Ｌ、ｌを設定しやすくすることができる。なお、実施形態３に係るブラシモータ１のブラシ４の形状は、整流子３と対向する側に向けて細くなるテーパー部４Ｔの終点位置４ＴＡよりも、整流子３と対向する側にピグテール６が固定されていることがより好ましい。

ブラシモータ１の作動音、振動が低減されるので、運転者が搭乗する車室内にあって静粛性が求められる電動パワーステアリング装置１００にブラシモータ１を適用する場合、静粛性が確保できる。その結果、ブラシモータ１を電動パワーステアリング装置１００に適用した場合には、車室内における作動音の低減が実現できる。

以上、実施形態１、２及び３に係るブラシモータ１を電動パワーステアリング装置に適用した例を説明したが、実施形態１、２及び３に係るブラシモータの適用対象は電動パワーステアリング装置に限定されるものではない。また、実施形態１、２及び３に係るブラシモータを電動パワーステアリング装置に適用する場合でも、その方式は問わない。

１ ブラシモータ（モータ）
２ 回転子
３ 整流子
４ ブラシ
４Ａ ブラシ先端部
４Ｂ ブラシ基部
４ｐ 開口側面
４ＴＢ 開始位置
４ＴＡ 終点位置
４Ｑ 段部
５ ブラシ保持手段
６ ピグテール（導線）
６Ｍ 補強部材
７ ハウジング
８ フランジ
９ マグネット
１０ マグネットホルダ
１１ マグネット飛散防止カバー
１２ 軸
１３ コア
１４ コイル
１５ 導電部
１６、１７ 軸受
１８ ブラシホルダ
１８ｃ 開口端部
１８Ｆ 開口部
１９ 基板
２０ バネ
２１ ジョイント
２２ 電力供給部材
５０ ＥＣＵ
１００ 電動パワーステアリング装置
１０３ 補助操舵機構
１１１ 減速装置
Ｚｒ 回転軸
Ｒ 半径方向

Claims (10)

1. 整流子とコアとを含む回転子と、
   前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、
   前記複数のブラシを前記整流子の半径方向に向かってそれぞれ開口する開口部に収納する複数のブラシホルダと、
   前記整流子の回転軸方向における前記ブラシホルダの側面のスリットを貫通して、前記ブラシの側面にそれぞれ接続される導体のピグテールと、
   を含み、
   前記開口部における前記ブラシと前記ブラシホルダとの間の間隔としての隙間寸法をαとし、前記ピグテールと前記スリットとの間隔としての隙間寸法をβとし、前記整流子に対向する前記ブラシホルダの底部の中央位置から前記開口部までの寸法をＬとし、前記中央位置から前記スリットの端部に最も近い前記ピグテールの表面までの寸法をｌとしたとき、下記式（１）を満たすことを特徴とするブラシモータ。
   １＞（β／α）×（Ｌ／ｌ） ・・・（１）
2. 前記回転子が回転を始めるとき又は前記回転子の回転方向が変化するときに、前記ブラシと前記開口部とが接触する前に前記ピグテールと前記スリットとが接触することを特徴とする請求項１に記載のブラシモータ。
3. 整流子とコアとを含む回転子と、
   前記整流子の半径方向と直交するように、かつ前記整流子の周方向に向かって配置されている複数のブラシと、
   前記複数のブラシを前記整流子の半径方向に向かってそれぞれ開口する開口部に収納する複数のブラシホルダと、
   前記整流子の回転軸方向における前記ブラシホルダの側面のスリットを貫通して、前記ブラシの側面にそれぞれ接続される導体のピグテールと、
   を含み、
   前記回転子が回転を始めるとき又は前記回転子の回転方向が変化するときに、前記ブラシと前記開口部とが接触する前に前記ピグテールと前記スリットとが接触することを特徴とするブラシモータ。
4. 前記ブラシは、前記ブラシホルダの内部に挿入されている前記整流子の周方向の側面に、前記整流子と対向する側に向けて細くなる段部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシモータ。
5. 前記ブラシは、前記段部よりも前記整流子と対向する側に前記ピグテールが固定されていることを特徴とする請求項４に記載のブラシモータ。
6. 前記ブラシは、前記ブラシホルダの内部に挿入されている前記整流子の周方向の側面に、前記整流子と対向する側に向けて細くなる傾斜面のテーパー部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシモータ。
7. 前記ブラシは、前記整流子と対向する側に向けて細くなる前記テーパー部の開始位置よりも、前記整流子と対向する側に前記ピグテールが固定されていることを特徴とする請求項６に記載のブラシモータ。
8. 前記複数のブラシを支持するバネを前記ブラシホルダの底部に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のブラシモータ。
9. 前記ピグテールは、少なくとも前記スリットの端部に対向する表面に補強部材を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のブラシモータ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載されたブラシモータにより補助操舵トルクを得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images