JP2015223039A

JP2015223039A - バルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP2015223039A
Application number: JP2014106650A
Authority: JP
Inventors: 直樹米谷; Naoki Yonetani; 真市川田; Shinichi Kawada; 功土井; Isao Doi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-12-10
Also published as: WO2015178230A1

Abstract

【課題】モータを内蔵したバルブタイミング制御装置における、給電ブラシとスリップリング間の摩擦発熱量を低減し、高出力化かつ小型化可能なバルブタイミング制御装置を提供する。
【解決手段】モータを内蔵し、モータの回転軸３７に対して半径方向に広がる給電面と、給電面と摺動接触するブラシ３０を備え、給電面は、モータの回転軸を中心とするリング状の給電面であるスリップリング２６が配置されるバルブタイミング制御装置において、接触面のモータ回転軸に対しての接線方向の最大長さａと、半径方向の最大長さｂについて、ａ＞ｂが成立する。
【選択図】図６

Description

本発明は、モータを搭載したバルブタイミング制御装置の、給電ブラシの発熱抑制に関する。

バルブタイミング制御装置に搭載されたモータのように、自身が回転するモータに電力を供給する方法の一つとして、ブラシとスリップリングを用いた給電装置がある。スリップリングの給電面には、特許文献１に示されるように、給電面が軸方向に広がる円筒形状のものと、放射方向に広がる平面状のものがある。後者は、特許文献２に示されるように、プラスとマイナスの電流を流すために、複数のリングが同じ回転軸上に配置される。

特開２００９−１７７８８４ＷＯ０１−０３７４０６

しかしながら、ブラシを用いた給電装置においては、給電ブラシとスリップリング間の摩擦熱が発生する。さらに通電を行うと、給電ブラシからは電気抵抗による発熱が起こる。これらの熱により、モータの温度は上昇してしまう。モータ内部温度の上昇は、内部磁石の熱減磁を引き起こし、モータ性能を低下させる場合がある。

一般的に物体同士の摩擦発熱量は、摩擦面の動摩擦係数と物体間に働く垂直抗力、そして物体同士の摩擦速度に比例する。摩擦面の動摩擦係数を低下させようとすると、物体の材料や作動流体の変更といった大規模な変更や、コスト高の変更が必要となる場合がある。また、物体間に働く垂直抗力は、物体同士の接触面積と押付け圧力の積で決まり、押付け圧力を一定と考えると、接触面積を小さくすれば摩擦発熱が小さくなるが、接触面積を削減すると、接触電気抵抗が大きくなり、発熱量が増加してしまうという問題があった。

したがって、物体同士の摩擦速度を小さくすることができれば、発熱を抑制することが可能となる。しかしながら従来では、回転軸から放射方向に広がる平面状の給電面への接触面に対して、正方形のブラシを摺動接触させていた。そのため、摩擦速度が比較的高い、回転軸から遠い位置での接触面積が多くなるという幾何学的な性質のため、発熱量が増加してしまっていた。

本発明は、モータを搭載したバルブタイミング制御装置において、平面状の給電面が有する幾何学的な性質を利用する方法を与え、給電装置のブラシ発熱量を低減することで、モータ出力を増加させる給電装置を提供することを目的としている。

本願請求項１に記載の発明は、モータを内蔵し、前記モータの回転軸に対して半径方向に広がる給電面と、前記給電面と摺動接触するブラシを備え、給電面は、前記モータの回転軸を中心とするリング状の給電面であるスリップリングが配置されるバルブタイミング制御装置において、前記接触面の前記モータ回転軸に対しての接線方向の最大長さａと、半径方向の最大長さｂについて、ａ＞ｂが成立するバルブタイミング制御装置である。

本発明によれば、従来よりも回転軸寄りに、給電ブラシとスリップリングの接触位置を配置することで、摩擦速度が低下し、摩擦による発熱量を低減することができる。モータ温度が低下することで、モータ出力を増加させることができる。

実施形態１を示す、電動可変バルブタイミング装置の側断面図の拡大実施形態１を示す、電動可変バルブタイミング装置の側断面図図１のＡ−Ａ間の断面図電動可変バルブタイミング装置の正面図従来の電動可変バルブタイミング装置の給電装置部におけるＢ−Ｂ間の断面図。実施形態の電動可変バルブタイミング装置の給電装置部におけるＢ−Ｂ間の断面図。実施形態２を表す、モータ装置の側断面図従来のモータ装置の給電装置部における図７Ｃ−Ｃ間の断面図実施形態２を表すモータ装置の給電装置部におけるＣ−Ｃ間の断面図給電ブラシ接触面形状が内側リングと外側リングで異なる場合を示す、図７Ｃ−Ｃ間の断面図ブラシ接触面形状の他の実施例ブラシ接触面形状の他の実施例ブラシ接触面形状の他の実施例ブラシ接触面形状の他の実施例ブラシ接触面形状の他の実施例ブラシ接触面形状の他の実施例ブラシを複数に分割した実施例における接触面の重心位置給電ブラシをスリップリングに対して斜めに当てた場合の平面図図１８Ｄ−Ｄ間の断面図

（実施形態１）
以下、本発明に係わる減速装置を搭載した内燃機関の電動可変バルブタイミング装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、回転体への給電が必要な装置に適用できる。

この電動可変バルブタイミング装置は図１及び図２に示すように、図外の内燃機関のクランクシャフトによって回転駆動する駆動回転体であるタイミングスプロケット１と、シリンダヘッド上に図外の軸受を介して回転自在に支持され、前記タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転するカムシャフト２と、タイミングスプロケット１の前方位置に配置された図外のチェーンカバーに固定されたカバー部材３と、タイミングスプロケット１とカムシャフト２の間に配置されて、内燃機関の運動状態に応じて両者１，２の相対回転位相を変更する位相変換機構４とを備えている。

前記タイミングスプロケット１は、全体が金属(例えば鉄系金属)によって環状一体に形成され、内周面が段差形状のスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回された図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトからの回転力を受けるギヤ部１ｂと、前記スプロケット本体１ａの前端側に一体に設けられた環状部材１９と、から構成されている。

また、このタイミングスプロケット１は、スプロケット本体１ａと前記カムシャフト２の前端部に設けられた後術する従動部材９との間に、軸受である１つの大径ボールベアリング４３が介装されており、この大径ボールベアリング４３によって、タイミングスプロケット１と前記カムシャフト２が相対回転自在に支持されている。

前記大径ボールベアリング４３は、一般的な構造であって、図２に示すように、外輪４３ａと内輪４３ｂ及び該両輪４３ａ、４３ｂの間に介装されたボール４３ｃとから構成されている。この大径ボールベアリング４３は、前記外輪４２ａがスプロケット本体１ａの内周側に固定されているのに対して内輪４３ｂが後述する従動部材９の外周側に固定されている。

前記スプロケット本体１ａは、内周側に、前記カムシャフト２側に開口した円環溝状の外輪固定部６０が形成されている。

この外輪固定部６０は、図１に示すように、段差形状に形成されて、カムシャフト軸方向に延びた円環状の内周面６０ａと、該内周面６０ａの前記開口と反対側に一体に有し、径方向に沿って形成された第１規定段差面６０ｂとから構成されている。前記内周面６０ａには、前記大径ボールベアリング４３の外輪４３ａが軸方向から圧入されると共に、前記第１固定段差面６０ｂには、圧入された前記外輪４３ａの軸方向の内端面が当接して、該外輪４３ａの軸方向一方側の位置決めをするようになっている。

前記環状部材１９は、前記スプロケット本体１ａの前端部外周側に一体に設けられ、位相変換機構４の電動モータ１２方向へ延出した円筒状に形成されていると共に、内周には、波形状の内歯１９ａが形成されている。この内歯１９ａは、円周方向に等間隔で連続的に複数形成されている。また、環状部材１９の前端側には、電動モータ１２の後述するハウジング５とねじ７によって螺嵌固定されている。

また、スプロケット本体１ａの環状部材１９と反対側の後端部には、円環状の保持プレート６１が配置されている。この保持プレート６１は、金属板材によって一体に形成され、図２に示すように、外径が前記スプロケット本体１ａの外径とほぼ同一に設定されていると共に、内径が前記大径ボールベアリング４３の径方向のほぼ中央付近の径に設定されている。したがって、保持プレート６１の内周面は、前記外輪４３ａの軸方向の外端面４３ｅに対して一定の隙間をもって覆うように対向配置されている。また、前記内周部６１ａの内周縁所定位置には、径方向内側、つまり中心軸方向に向かって突出したストッパ凸部６１ｂが一体に設けられている。このストッパ凸部６１ｂは、従動部材９端面と接するカムシャフト２に設けられた凹部とにより、カムシャフト２とスプロケット１の位相変換角量が一定以上、変化できないように設けられている。

前記カバー部材３は、アルミニウム合金材によってカップ状に一体に成形されて、前端部に形成された膨出部３ａが前記ハウジング５の前端部を覆うように設けられていると共に、前記膨出部３ａの外周部側には円筒壁３ｂが軸方向に沿って一体に形成されている。この円筒壁３ｂは、図２に示すように、内部に保持用孔が形成されて内周面が後述するブラシ保持体２８のガイド面として構成されている。

また、カバー部材３は、図２に示すように、外周に形成されたフランジ部３ｄにボルト挿通孔が貫通形成され、このボルト挿通孔に挿通された図外のボルトによって前記チェーンカバーに固定されている。

前記膨出部３ａの外周側の段差部内周面と前記ハウジング５の外周面との間には、図２に示すように、シール部材である大径なオイルシール５０が介装されている。この大径オイルシール５０は、横断面がほぼコ字形状に形成されて、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部が前記カバー部材３の内周面に設けられた段差円環部３ｈに嵌着固定されている。

前記ハウジング本体５ａは、後端側に円板状の底部５ｂを有し、該底部５ｂのほぼ中央に後述の偏心軸部３９を挿通する大径な軸部挿通孔５ｃが形成されていると共に、該軸部挿通孔５ｃの孔縁には、カムシャフト２軸方向へ突出した円筒状の延出部５ｄが一体に設けられている。

前記カムシャフト２は、外周に図外の吸気弁を開作動させる一気筒当り２つの駆動カムを有していると共に、前端部に前記フランジ部２ａが一体に設けられている。

このフランジ部２ａは、図１及び図２に示すように、外径が後述する従動部材９の固定端部９ａの外径よりも僅かに大きく設定されて、各構成部品の組み付け後に、前端面２ｅの外周部が前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂの軸方向外端面に当接配置されるようになっている。また、前端面２ｅが従動部材９に軸方向から当接した状態でカムボルト１０によって軸方向から結合されている。

前記従動部材９は、鉄系金属材によって一体形成され、図２に示すように、前端側に形成された円板状の固定端部９ａと、該固定端部９ａの内周前端面から軸方向へ突出した円筒部９ｂと、前記固定端部９ａの外周部に一体に形成されて、複数のローラ４８を保持する円筒状の保持器４１とから構成されている。

前記従動部材９は、後端面が前記カムシャフト２のフランジ部２ａの前端面に当接配置されて、前記カムボルト１０の軸力によってフランジ部２ａに軸方向から圧接固定されている。

前記従動部材９の内部には図１に示すように、中央に前記カムボルト１０の軸部が挿通される挿通孔が貫通形成されていると共に、外周側にニードルベアリング３８が設けられている。

前記保持器４１は、図1及び２に示すように、前記固定端部９ａの外周部前端から断面がほぼＬ字形状に折曲されて、前記円筒部９ｂと同方向へ突出した有底円筒状に形成されている。この保持機４１の筒状先端部４１ａは、前記雌ねじ形成部６と前記延出部５ｄとの間に形成された円環状の凹部である空間部を介してハウジング５の底部５ｂ方向へ延出している。また、前記先端部４１ａの周方向のほぼ等間隔位置に、前記複数のローラ４８をそれぞれ転動自在に保持するローラ保持部であるほぼ長方形状の複数のローラ保持孔４１ｂが周方向の等間隔位置に形成されている。このローラ保持孔４１ｂは、その全体の数が前記環状部材１９の内歯１９ａの全体の歯数よりも１つ少なくなっている。

そして、前記固定端部９ａの外周部と保持器４１の底部側結合部との間には、前記大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂを固定する内輪固定部６３が切欠形成されている。

この内輪固定部６３は、図１に示すように、前記外輪固定部６０と径方向から対向した段差状に切欠形成されて、カムシャフト軸方向に延びた円環状の外周面６３ａと、該外周面６３ａの前記開口と反対に一体に有し、径方向に沿って形成された第２固定段差面６３ｂとから構成されている。前記外周面６３ａには、大径ボールベアリング４３の内輪４３ｂが軸方向から圧入されると共に、前記第２固定段差面６３ｂには、圧入された前記内輪４３ｂの内端面が当接して軸方向の位置決めされるようになっている。

前記位相変更機構４は、前記カムシャフト２のほぼ同軸上前端側に配置されたアクチュエータである前記電動モータ１２と、該電動モータ１２の回転速度を減速してカムシャフト２に伝達する前記減速装置８と、から構成されている。

前記電動モータ１２は、図１に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、前記タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークである前記ハウジング５と、該ハウジング５の内部に回転自在に設けられた中間回転体であるモータ軸１３と、ハウジング５の内周面に固定されたステータである半円弧状の一対の永久磁石１４、１５と、前記封止プレート１１に固定された固定子１６と、を備えている。

前記モータ軸１３は、図１にも示すように、段差円筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置に形成された段差部１３ｃを介してカムシャフト２側の大径部１３ａと、ブラシ保持体２８側の小径部１３ｂとから構成されている。また、前記大径部１３ａの外周に鉄心ロータ１７が固定されていると共に、該大径部１３ａの内部に偏心軸部３９が軸方向から圧入固定されて、前記段差部１３ｃの内面によって偏心軸部３９の軸方向の位置決めがなされるようになっている。一方、前記小径部１３ｂの外周には、コミュテータ２０が軸方向から圧入固定されて前記段差部１３ｃの外面によって軸方向の位置決めがされている。

前記鉄心ロータ１７は、複数の磁極を持つ磁性材によって形成され、外周に形成されたスロットには電磁コイル１８が巻回されている。この電磁コイル１８は、カムシャフト２側のコイル部が前記ハウジング５の底部５ｂ前端面の凹部内に収容された形で軸方向から近接配置されている。

一方、前記コミュテータ２０には、前記鉄心ロータ１７の極数と同数に分割された各セグメントに前記電極コイル１８が電気的に接続されている。

前記固定子１６は、前記封止プレート１１の内周側に一体的に設けられた円板状の樹脂プレート２２と、該樹脂プレート２２の内側に設けられた一対の樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂと、該各樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂの内部に径方向に沿って摺動自在に収容配置されて、コイルスプリング２４ａ、２４ｂのばね力で各先端面が前記コミュテータ２０の外周面に径方向から弾接する整流ブラシである第１ブラシ２５ａ、２５ｂと、前記樹脂ホルダー２３ａ、２３ｂの前端面に、各外端面を露出した状態で埋設固定された内外二重の円環状のスリップリング２６ａ、２６ｂと、前記各第１ブラシ２５ａ、２５ｂと各スリップリング２６ａ、２６ｂを電気的に接続するピグテールハーネス２７ａ、２７ｂと、から主として構成されている。なお、前記スリップリング２６ａ、２６ｂが給電機構の一部を構成し、また、前記第１ブラシ２５ａ、２５ｂやコミュテータ２０、ピグテールハーネス２７ａ、２７ｂなどが通電切替手段として構成されている。

前記封止プレート１１は、前記ハウジング５の前端部内周に形成された凹状段差部にかしめによって位置決め固定されている。また、中央位置には、モータ軸１３の一端部などが挿通される軸挿通孔１１ａが貫通形成されている。

前記膨出部３ａには、合成樹脂材によって一体的にモールドされた給電機構であるブラシ保持体２８が固定されている。

このブラシ保持体２８は、図２に示すように、側面視ほぼＬ字形状に形成され、前記保持用孔３ｃに挿入されるほぼ円筒状のブラシ保持部２８ａと、該ブラシ保持部２８ａの上端部に有するコネクタ部２８ｂと、前記ブラシ保持部２８ａの両側に一体に突設されて、前記膨出部３ａに固定される一対のブラケット部２８ｃと、前記ブラシ保持体２８の内部に大部分が埋設された一対の端子片３１と、から主として構成されている。

前記一対の端子片３１は、上下方向に沿って平行かつクランク状に形成されて、一方側(下端側)の各端子３１ａが前記ブラシ保持部２８ａの底部側に露出状態で配置されている。一方、他方側(上端側)の各端子３１ｂ、３１ｂが前記コネクタ部２８ｂの雌型嵌合溝２８ｄ内に突設されている。また、前記他方側端子３１ｂ、３１ｂは、図外の雄端子を介してバッテリー電源に電気的に接続されている。

前記ブラシ保持部２８ａは、ほぼ水平方向(軸方向)に延設されて、内部に上下位置に形成された円柱状の貫通孔内にスリーブ状の摺動部２９ａ、２９ｂが固定されていると共に、該各摺動部２９ａ、２９ｂの内部に、各先端面が前記各スリップリング２６ａ、２６ｂに軸方向からそれぞれ当接する給電ブラシである第２ブラシ３０ａ、３０ｂが軸方向へ摺動自在に保持されている。

この各第２ブラシ３０ａ、３０ｂは、ほぼ長方体状に形成されて、各貫通孔の底部側に臨む前記一方側端子３１ａとの間に弾装された付勢部材である第２コイルスプリング３２ａ、３２ｂのばね力によってそれぞれ前記各スリップリング２６ａ、２６ｂ方向に付勢されている。

また、前記ブラシ保持部２８ａの基部側外周に形成された円環状の嵌着溝内に、環状シール部材３４が嵌着保持されており、前記ブラシ保持部２８ａが前記保持用孔３ｃに挿通された際に、前記シール部材３４が前記円筒壁３ｂの先端面に弾接してブラシ保持部２８ａ内をシールするようになっている。

前記ブラケット部２８ｃは、ほぼ三角形状に形成されて、両側部にボルト挿通孔が貫通形成されている。この各ボルト挿通孔には、前記膨出部３ａに形成された一対の雌ねじ孔に螺着する各ボルト３６が挿通されて各ブラケット部２８ｃを介して前記ブラシ保持体２８が膨出部３ａに固定されるようになっている。

前記モータ軸１３と偏心軸部３９は、前記カムボルト１０の頭部１０ａ側の軸部１０ｂの外周面に設けられて小径ボールベアリング３７と、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面に設けられて小径ボールベアリング３７の軸方向側部に配置された前記ニードルベアリング３８によって軸受機構が構成されている。

前記ニードルベアリング３８は、偏心軸部３９の内周面に圧入された円筒状のリテーナ３８ａと、該リテーナ３８ａの内部に回転自在に保持された複数の転動体であるニードルローラ３８ｂとから構成されている。このニードルローラ３８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動している。

前記小径ボールベアリング３７は、内輪が前記従動部材９の円筒部９ｂの前端縁とカムボルト１０のワッシャ１０ｃとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪がモータ軸１３の内周に形成された段差部と抜け止めリングであるスナップリングとの間で軸方向から位置決め支持されている。

また、前記モータ軸１３(偏心軸部３９)の外周面と前記ハウジング５の延出部５ｄの内周面との間には、減速装置８の内部から電動モータ１２内への潤滑油のリークを阻止する小径なオイルシール４６が設けられている。このオイルシール４６は、内周部が前記モータ軸１３の外周面に弾接していることによって、該モータ軸１３の回転に対して摩擦抵抗を付与するようになっている。

前記コントロールユニットは、図外のクランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ、アクセル開度センサなど各種のセンサ類から情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出し、機関制御を行うと共に、前記電磁コイル１８に通電してモータ軸１３の回転制御を行い、減速装置８を介してカムシャフト２のタイミングスプロケット１に対する相対回転位相を制御するようになっている。

前記減速装置８は、図２及び図３に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３９と、該偏心軸部３９の外周に設けられた中径ボールベアリング４７と、該中径ボールベアリング４７の外周に設けられた前記ローラ４８と、該ローラ４８を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する前記保持器４１と、該保持器４１と一体の前記従動部材９と、から主として構成されている。

前記偏心軸部３９は、段差径の円筒状に形成されて、前端側の小径部３９ａが前述したモータ軸１３の大径部１３ａの内周面に圧入固定されていると共に、後端側の大径部３９ｂの外周面に形成されたカム面の軸芯Ｙがモータ軸１３の軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心量ａだけ偏心している。なお、前記中径ボールベアリング４７とローラ４８などが遊星噛合い部として構成されている。

前記中径ボールベアリング４７は、前記ニードルベアリング３８の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置され、内輪４７ａと外輪４７ｂ及び両輪４７ａ、４７ｂとの間に介装されたボール４７ｃとから構成されている。前記内輪４７ａは、前記偏心軸部３９の外周面に圧入固定されているのに対して、前記外輪４７ｂは、軸方向で固定されることなくフリーな状態になっている。つまり、この外輪４７ｂは、軸方向の電動モータ１２側の一端面がどの部位にも接触せず、また軸方向の他端面４７ｄがこれに対向する保持器４１の内側面との間に微少な第１隙間Ｃ１が形成されてフリーな状態になっている。また、この外輪４７ｂの外周面には、前記各ローラ４８の外周面が転動自在に当接していると共に、この外輪４７ｂの外周側には、円環状の第２隙間Ｃ２が形成されて、この第２隙間Ｃ１によって中径ボールベアリング４７全体が前記偏心部３９の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。

前記各ローラ４８は、前記中径ボールベアリング４７の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ前記環状部材１９の内歯１９ａに嵌入すると共に、保持器４１のローラ保持孔４１ｂの両側縁によって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動させるようになっている。

前記減速装置８の内部には、潤滑油給油手段によって潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油給油手段は、前記シリンダヘッドの軸受の内部に形成されて、図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路と、図１に示すように、前記カムシャフト２の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路にグルーブ溝を介して連通した油供給孔５１と、前記従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が該油供給孔５１に開口し、他端が前記ニードルベアリング３８と中径ボールベアリング４７の付近に開口した前記小径なオイル孔５２と、同じく従動部材９に貫通形成された前記大径な３つの図外のオイル排出孔と、から構成されている。

この潤滑油給油手段によって、前記電動モータ１２側のオイルシール４６と、前記カムシャフト２の間に形成される空間に潤滑油が供給されて滞留し、ここから中径ボールベアリング４７や各ローラ４８などの可動部へ十分に潤滑油が供給されるようになっている。なお、この空間部４４内に滞留した潤滑油は、前記小径オイルシール４６によってハウジング５内へのリークが阻止されている。

なお、前記モータ軸１３の前端内部には、図２に示すように、カムボルト１０側の空間部を閉止する断面ほぼコ字形状の第１キャップ５３が圧入固定されている。

次に、本実施形態の動作について説明する。まず、機関のクランクシャフトが回転駆動するとタイミングチェーンを介してタイミングスプロケット１が回転して、その回転力が環状部材１９と雌ねじ形成部６を介してハウジング５、つまり電動モータ１２が同期回転する。一方、前記環状部材１９の回転力が、各ローラ４８から保持器４１及び従動部材９を経由してカムシャフト２に伝達される。これによって、カムシャフト２のカムが吸気弁を開閉作動する。

そして、機関始動後の所定の機関運転時には、前記コントロールユニットから各端子片３１から各ピグテールハーネス２７ａ、２７ｂ、第２ブラシ３０ａ、３０ｂ、各スリップリング２６ａ、２６ｂなどを介して電動モータ１２の電磁コイル１７に通電される。これによって、モータ軸１３が回転駆動され、この回転力が減速装置８を介してカムシャフト２に減速された回転力が伝達される。

すなわち、前記従動部材９が、前記偏心部３９の偏心回転に伴ってタイミングスプロケット１の回転方向と同方向に回転することによって、ストッパ凸部６１ｂの一側面がストッパ凹溝２ｂの一方側の対向面に当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、カムシャフト２は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が進角側へ最大に変更される。

一方、従動部材９が、タイミングスプロケット１の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部６１ｂの他側面がストッパ凹溝２ｂの他方側の対向面２ｄに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、カムシャフト２は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更される。

この結果、吸気弁の開閉タイミングが進角側或いは遅角側へ最大に変換されて、機関の燃費や出力の向上が図れる。

ここで、本実施形態の給電装置について説明する。

第２ブラシ３０ａ、３０ｂとスリップリング２６ａ、２６ｂの間には、摺動による摩擦熱と、通電による電気熱が発生する。なお、前記第２ブラシ３０ａ、３０ｂについては、外側と内側の区別無く両方のブラシについて述べる際は、まとめて第２ブラシ３０と記す。前記スリップリング２６a、２６ｂについても同様に、外側と内側の区別無く両方のスリップリングについて述べる際は、まとめてスリップリング２６と記す。

電動可変バルブタイミング装置は、エンジンの発熱により８０℃以上の高温となるエンジンルームで使用されるため、外部への放熱が行われにくく、本体保護やモータ性能の熱減磁防止のためには、内部発熱を可能な限り抑える必要がある。このエンジンルームに取り付けられる、電動可変バルブタイミング装置においては、前記スリップリング２６がエンジンのクランクシャフトと同期回転するため、エンジン運転中は常に摩擦熱が発生する。

電動可変バルブタイミング装置は高温になると、永久磁石１４，１５の熱減磁によりモータ出力が低下してしまう。モータ出力が低下すると、必要な動作速度で電動可変バルブタイミング装置が動作することができないという問題があった。

摩擦発熱量を低減すれば、装置全体の温度が下がり、温度上昇による永久磁石１４，１５の熱減磁が防止され、装置の出力を向上させることができる。

一般的に物体同士の摩擦発熱量は、摩擦面の動摩擦係数と物体間に働く垂直抗力、そして物体同士の摩擦速度に比例する。摩擦面の動摩擦係数を低下させようとすると、物体の材料や作動流体の変更といった大規模な変更や、コスト高の変更が必要となる場合がある。また、物体間に働く垂直抗力は、物体同士の接触面積と押付け圧力の積で決まり、押付け圧力が一定となるよう設計した場合、接触面積を小さくすれば摩擦発熱が小さくなるが、接触面積を削減しようとすると、接触電気抵抗が大きくなり、発熱量が増加するという場合がある。

そこで、物体同士の摩擦速度を小さくすることができれば、発熱を抑制することが可能となる。しかしながら従来では、放射方向に広がる平面状の給電面への接触面に対して、正方形のブラシを摺動接触させていた。そのため、摩擦速度が比較的高い、回転軸から遠い位置での接触面積が多く、発熱量が増加してしまっていた。そこで本実施形態では、前記第２ブラシ３０と前記スリップリング２６の摩擦面の動摩擦係数と、前記第２ブラシ３０と前記スリップリング２６間に働く垂直抗力を一定に保ちつつ、摩擦速度を低下させることで、摩擦発熱の低減を図る。ここで、前記垂直抗力を一定に保つのは、前記第２ブラシ３０と前記スリップリング２６が振動などで離れることを防止し、電気発熱を低減するためである。

図５は従来の電動可変バルブタイミング装置のスリップリング給電面の正面図である。図６は、本発明の実施形態の一例である。

図６に示す本発明の実施形態では、前記第２ブラシ３０の接線方向長さが、前記第２ブラシ３０の半径方向長さよりも長く、かつ接線方向および半径方向ともに、ブラシへのリード線を埋め込むのに十分な幅を第２ブラシ３０が有する場合の実施例として、前記第２ブラシ３０ａ’と３０ｂ’の接線方向の長さを、それぞれ図５における前記第２ブラシ３０ａと３０ｂの接線方向の長さの２倍に、前記第２ブラシ３０ａ’と３０ｂ’の半径方向の長さを、それぞれ図５における前記第２ブラシ３０ａと３０ｂの半径方向の長さの０．５倍とした。このように接触面形状の接線方向長さを半径方向長さよりも大きくすることにより、接触面形状が正方形である場合に比べて、スリップリング上のモータ中心軸３７に近い側で接触する面積が相対的に増加する。スリップリング上で前記モータ中心軸３７に近い領域では、回転半径が外側に比べて小さく、周速が低いため、摩擦発熱量も低減する。

また、図６において、前記第２ブラシ３０ｂ’と前記スリップリング２６ｂ’の接触面と面積が等しく、前記モータ中心軸３７側の辺を一致させた仮想的な正方形接触面３４を考えたとき、前記第２ブラシ３０ｂ’のスリップリング２６ｂ’に対する接触面の幾何学的重心３６は、前記仮想的正方形接触面３４の幾何学的重心３５よりも前記モータ中心軸３７寄りに設けてある。このように接触面の幾何学的重心３６を、仮想的正方形の接触面の幾何学的重心３５よりも前記モータ中心軸３７寄りにすることで、周速の低い回転軸寄りの領域で前記第２ブラシ３０b’と前記スリップリング２６ｂ’を接触させることができ、摩擦発熱量を低減させることができる。前記第２ブラシ３０ａ’と前記スリップリング２６ａ’についても同様である。

また、図６において、前記第２ブラシ３０ｂ’と前記スリップリング２６ｂ’の接触面の幾何学的重心３６は、前記スリップリング２６ｂ’の中央線３３ｂよりも回転軸に近くに設けている。このように接触面の幾何学的重心３６を、前記スリップリング２６ｂ’の中央線３３ｂよりも前記モータ中心軸３７の近くに設けることで、周速の低い回転軸寄りの領域で前記第２ブラシ３０b’と前記スリップリング２６ｂ’を接触させることができ、摩擦発熱量を低減させることができる。前記第２ブラシ３０ａ’と前記スリップリング２６ａ’についても同様である。

また、図６において、前記第２ブラシ３０ｂ’と前記スリップリング２６ｂ’の接触面における、前記モータ中心軸３７までの最大距離Ｒ１を、前記仮想的正方形接触面３４における、前記モータ中心軸３７までの距離Ｒ２より小さくすることで、前記第２ブラシ３０ｂ’を前記スリップリング２６ｂ’からはみ出すことなく接触させるのに必要なスリップリング前記２６ｂ’の幅が減少する。このように構成すると、前記スリップリング２６ｂ’の幅を小さく設計することができ、外側に配置される前記スリップリング２６ａ’の小型化、そして可変バルブタイミング機構装置の半径方向サイズの小型化が可能となり、摩擦発熱の小さい装置を提供することができる。

（実施形態２）
本章記載の第２の実施形態は、より一般的な例として、本発明に係わる給電装置を搭載したモータ装置の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本実施形態の構成を説明する。このモータ装置は、図７の実施形態２に示すように、モータ１０４にスプロケット１０９が取り付けられており、前記モータ１０４が軸受１０５によって回転自由に支持されている。前記軸受１０５は、固定板１０６によって地面に固定されている。シャフト７は、前記モータ１０４の出力軸である。

前記モータ１０４は、給電面として、モータ回転軸に対して垂直に広がる面を給電面とする円環状のスリップリング１０３ａ、１０３ｂを備え、前記スリップリング１０３ａ、１０３ｂには、それぞれ給電ブラシ１０２ａ、１０２ｂが、軸方向の前記シャフト１０７方向に向かって押し付けられている。前記給電ブラシ１０２ａ、１０２ｂは、ともに固定壁１０１に固定され、直流電源装置１０８により電流が供給される。本発明は、このように少なくとも一つモータ回転軸に垂直な面を給電面として備えるモータ装置において、有効である。

次に、本実施形態の動作について説明する。

前記スプロケット１０９が、図外のタイミングチェーンを介して回転力を受け、前記モータ１０４は回転する。ここで、前記モータ１０４を動作させることにより、前記シャフト１０７は、前記モータ１０４に対して相対的に回転する。なお、前記モータ１０４への給電は、前記給電ブラシ１０２ａ、１０２ｂが、それぞれ前記スリップリング１０３ａ、１０３ｂに摺動接触することにより行われる。

次に、本実施形態の給電装置について説明する。

前記給電ブラシ１０２ａ、１０２ｂと前記スリップリング１０３ａ、１０３ｂの間には、摺動による摩擦熱と通電による電気熱が発生する。なお、前記給電ブラシ１０２ａ、１０２ｂについては、外側と内側の区別無く両方のブラシについて述べる際は、まとめて給電ブラシ１０２と記す。前記スリップリング１０３a、１０３ｂについても同様に、外側と内側の区別無く両方のスリップリングについて述べる際は、まとめてスリップリング１０３と記す。

発熱量に関する課題は、第一の実施例と同様である。

従来技術では、放射方向に広がる平面状の給電面への接触面に対して、正方形のブラシを摺動接触させていた。そのため、摩擦速度が比較的高い、回転軸から遠い位置での接触面積が多く、発熱量が増加してしまっていた。そこで本実施形態では、給電ブラシ１０２ａとスリップリング１０３ａの摩擦面の動摩擦係数と、給電ブラシ１０２ａとスリップリング１０３ａ間に働く垂直抗力を一定に保ちつつ、摩擦速度を低下させることで、摩擦発熱の低減を図る。

図８は、図７のＣ−Ｃ間の断面において、従来モータ装置の給電面を示す図である。図９は、図７のＣ−Ｃ間の断面において、機械摩擦を減らした実施形態の一例を示す図である。

図９に示す実施形態２では、前記給電ブラシ１０２の接線方向長さが、前記給電ブラシ１０２の半径方向長さよりも長く、かつ接線方向および半径方向ともに、ブラシへのリード線を埋め込むのに十分な幅を前記給電ブラシ１０２が有する場合の実施例として、前記給電ブラシ１０２ａ’と１０２ｂ’の接線方向の長さを、それぞれ図８における前記給電ブラシ１０２ａと１０２ｂの接線方向の長さの２倍に、前記給電ブラシ１０２ａ’と１０２ｂ’の半径方向の長さを、それぞれ図８における前記給電ブラシ１０２ａと１０２ｂの半径方向の長さの０．５倍とした。このように接触面形状の接線方向長さを半径方向長さよりも大きくすることにより、接触面形状が正方形である場合に比べて、スリップリング上のモータ中心軸１１４に近い側で接触する面積が相対的に増加する。スリップリング上で前記モータ中心軸１１４に近い領域では、回転半径が外側に比べて小さく、周速が低いため、摩擦発熱量も低減する。

また、図９において、前記給電ブラシ１０２ｂ’と前記スリップリング１０３ｂ’の接触面と面積が等しく、前記モータ中心軸１１４側の辺を一致させた仮想的な正方形接触面１１０を考えたとき、前記給電ブラシ１０２ｂ’ の前記スリップリング１０３ｂ’に対する接触面の幾何学的重心１１２は、前記仮想的正方形接触面の幾何学的重心１１１よりも前記モータ中心軸１１４寄りに設けてある。このように接触面の幾何学的重心１１２を、仮想的正方形の接触面の幾何学的重心１１１よりも前記モータ中心軸１１４寄りにすることで、周速の低い回転軸寄りの領域で前記給電ブラシ１０２b’と前記スリップリング１０３ｂ’を接触させることができ、摩擦発熱量を低減させることができる。前記給電ブラシ１０２ａ’と前記スリップリング１０３ａ’についても同様である。

また、図９において、前記給電ブラシ１０２ｂ’と前記スリップリング１０３ｂ’の接触面の幾何学的重心１１２は、前記スリップリング１０３ｂ’の中央線１１３ｂよりも前記モータ中心軸１１４に近くに設けている。このように接触面の幾何学的重心１１２を、前記スリップリング１０３ｂ’の中央線１１３ｂよりも前記モータ中心軸１１４の近くに設けることで、周速の低い回転軸寄りの領域で前記給電ブラシ１０２ｂ’と前記スリップリング１０３ｂ’を接触させることができ、摩擦発熱量を低減させることができる。前記給電ブラシ１０２ａ’と前記スリップリング１０３ａ’についても同様である。

また、図９において、前記給電ブラシ１０２ｂ’と前記スリップリング１０３ｂ’の接触面における、前記モータ中心軸１１４までの最大距離Ｒ１’を、前記仮想的正方形接触面１１０における、前記モータ中心軸１１４までの距離Ｒ２’より小さくすることで、前記給電ブラシ１０２ｂ’を前記スリップリング１０３ｂ’からはみ出すことなく接触させるのに必要なスリップリング前記１０２ｂ’の幅が減少する。このように構成すると、前記スリップリング１０２ｂ’の幅を小さく設計することができ、外側に配置される前記スリップリング１０３ａ’の小型化、および可変バルブタイミング機構装置の半径方向サイズの小型化が可能となり、摩擦発熱の小さい装置を提供することができる。

（実施形態３）
本章記載の第３の実施形態では、給電ブラシ形状について、種々の変形、変更、改良例を示す。

図１０の実施形態は、給電ブラシ１０２ａ’’、１０２ｂ’’の形状が互いに異なるよう構成した例である。このように互いに給電ブラシの形状が互いに異なると、スリップリング１０３ａ’’、１０３ｂ’’の極率に応じて給電ブラシ形状を定めることができ、より発熱量を低減することができる。接触面形状の接線方向長さが半径方向長さよりも大きいか、または接触面の幾何学的重心が、仮想的正方形の接触面の幾何学的重心よりもモータ中心軸寄りに位置していれば、本発明の効果を得ることができる。

また、給電ブラシの形状として、図１１から図１５に示すとおり、様々な形状を用いて、本発明の効果を得ることができる。

図１１は、長方形接触面の角を丸くしたものである。接触断面の角にＲを設けることで、給電ブラシの成型をしやすくなる。この結果、実際の給電ブラシ形状として採用し易い。このように一部または全部の角を加工しても、接触面の幾何学的重心位置が仮想正方形の重心よりも回転軸よりにあれば、本発明の効果を得ることができる。

図１２は、接触面の面積を保ちつつ、回転軸側の辺が長い台形の接触面形状とした実施例である。図１１における長方形接触面より最大半径が小さいため、発熱量をより効率的に抑えられると共に、必要なリングの幅をより低減することができる。

図１３は、接触面を楕円形状とした実施例である。楕円形状とすることで角を無くし、欠け等の発生を効果的に抑制できる。この結果、ブラシの摩耗の異常を抑制し、安定したブラシの消耗が見込める。

図１４は、接触面の径方向内側に曲率を持たせて凹形状とし、スリップリングに沿うように給電ブラシを配置した実施例で、接触面の径方向内側に曲率を持たせない場合と比べて、給電ブラシが、スリップリング上でモータ中心軸に近い領域で接触する面積が相対的に増加する。スリップリング上でモータ中心軸に近い領域では、回転半径が外側に比べて小さく、周速が低いため、摩擦発熱量も低減する。したがって、この領域の面積の割合を大きく取ることで、本発明の効果を得られる。

図１５は、接触面の外周と内周に曲率を持たせて、スリップリングに沿うように給電ブラシを配置した実施例で、最も効果的に本発明による発熱低減効果が得られる。また、接触面積を一定として考えたときに、スリップリングの外径を最も小さくでき、製品のサイズを小さくし易くなる。

図１６は、接触面を楕円形状とし、かつ断面形状が二組の平行な線により規定される２面幅を有するようにした実施例である。楕円形状とすることで角を無くし、欠け等の発生を効果的に抑制できる。また、２面幅を有することにより、製造時の精度管理が容易である点から、最も採用し易い給電ブラシ形状の実施例である。

図１７は、１０２ｉ、１０２ｊのように、複数の給電ブラシを電気的に接続した状態でスリップリング１０３ｉに接触させる場合の実施例である。それぞれの給電ブラシ１０２ｉ、１０２ｊの形状は正方形であるが、それらの幾何学的重心と回転軸の平均距離が、仮想的な正方形接触面よりも回転軸寄りに位置させることができ、同様に発明の効果を得ることができる。

図１８よび図１９は、任意の形状の給電ブラシ１０２ｋを、スリップリング１０３ｋに対して斜めに当て、接触面形状を変化させる実施形態を示している。このように互いに給電ブラシをスリップリングに対して垂直に押し当てなくても、接触面形状の接線方向長さが半径方向長さよりも大きい、または接触面の幾何学的重心が、仮想的正方形の接触面の幾何学的重心よりもモータ中心軸寄りに位置していれば、本発明の効果を得ることができる。

本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、回転体への給電が必要な装置全てに適用可能である。

１…タイミングスプロケット
１ａ…スプロケット本体
１ｂ…ギヤ部
２…カムシャフト
２ａ…フランジ部
２ｂ…ストッパ凹溝
２ｅ…前端面
３…カバー部材
３ａ…膨出部
３ｂ…円筒壁
３ｃ…保持用孔
３ｈ…段差円環部
４…位相変換機構
５…ハウジング
５ａ…ハウジング本体
５ｂ…底部
５ｃ…軸部挿通孔
５ｄ…延出部
６…
７…ボルト
８…減速装置
９…従動部材
１０…カムボルト
１１…封止プレート
１２…電動モータ（中間回転体）
１３…モータ軸
１４、１５…永久磁石（ステータ）
１６…固定子
１７…鉄心ロータ
１８…電磁コイル
１８ａ…コイル部
１９…環状部材
１９ａ…内歯
２０…コミュテータ
２２…樹脂プレート
２３ａ、２３ｂ…樹脂ホルダー
２４ａ、２４ｂ…第１コイルスプリング
２５ａ、２５ｂ…第１ブラシ（整流ブラシ）
２６ａ、２６ｂ…スリップリング（給電リング）
２７ａ、２７ｂ…ピグテールハーネス
２８…ブラシ保持体
２９ａ、２９ｂ…摺動部
３０ａ、３０ｂ…第２ブラシ（給電ブラシ）
３１…端子片
３１ａ、３１ｂ…上端側端子
３２ａ、３２ｂ…第２コイルスプリング
３３ａ、３３ｂ…スリップリング中央線
３４…仮想正方形接触面
３５…仮想正方形接触面の幾何学的重心
３６…第２ブラシ３０ｂ’の接触面の幾何学的重心
３７…モータ中心軸
３９…偏心軸部
４１…保持器
４３…大径ボールベアリング
４３ａ…外輪
４３ｂ…内輪
４３ｃ…ボール
４３ｄ、４３ｆ…内端面
４３ｅ、４３ｇ…外端面
４７…中径ボールベアリング
４７ａ…内輪
４７ｂ…外輪
４７ｃ…ボール
４８…ローラ
６０…外輪固定部
６０ａ…内周面
６０ｂ…第１固定段差面
６１…保持プレート
６１ａ…内周面
６１ｂ…ストッパ凸部
６２…スペーサ
６３…内輪固定部
６３ａ…外周面
６３ｂ…第２固定段差面

１０１…固定壁
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ａ’、１０２ｂ’、１０２ａ’’、１０２ｂ’’、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ、１０２ｋ、１０２ｍ…給電ブラシ
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ａ’、１０３ｂ’、１０３ａ’’、１０３ｂ’’、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆ、１０３ｇ、１０３ｈ、１０３ｉ、１０３ｋ、１０３ｍ…スリップリング（給電リング）
１０４…モータ
１０５…軸受
１０６…固定板
１０７…シャフト
１０８…直流電源
１０９…スプロケット
１１０…仮想正方形接触面
１１１…仮想正方形接触面の幾何学的重心
１１２…第２ブラシ３０ｂ’の接触面の幾何学的重心
１１３ａ、１１３ｂ…スリップリング中央線
１１４…モータ中心軸

Claims

モータを内蔵し、前記モータの回転軸に対して半径方向に広がる給電面と、前記給電面と摺動接触するブラシを備え、前記給電面は、前記モータの回転軸を中心とするリング状の給電面であるスリップリングが配置されるバルブタイミング制御装置において、前記接触面の前記モータ回転軸に対しての接線方向の最大長さａと、半径方向の最大長さｂについて、ａ＞ｂが成立するバルブタイミング制御装置。
請求項１において、前記ブラシの前記スリップリングに対する接触面が、２面幅を有していることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項２において、前記２面幅をつなぐ前記ブラシの縁部分が、円弧状に形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項３において、前記２面幅部が径方向に形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項４において、前記スリップリングが同一面で半径方向の内外に２列配置されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項３において、前記給電ブラシに２面幅部が形成されていて、かつ、前記給電ブラシの円弧状の外縁部がスリップリングの外周に沿って形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項２において、前記給電ブラシの接触面が矩形で形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１において、前記給電ブラシの径方向外縁が凸形状で形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項８において、前記給電ブラシの外縁の凸形状が曲線で形成され、かつ、前記給電ブラシの外縁の凸形状が前記スリップリングの外周に沿って形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項８において、前記給電ブラシの径方向内縁が凹形状で形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１０において、前記給電ブラシの内縁の凹形状が前記スリップリングの内周に沿って形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項８において、前記給電ブラシの径方向内縁が凸形状で形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１において、前記スリップリングが同一面で半径方向の内外に２列配置されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
モータを内蔵し、前記モータの回転軸に対して半径方向に広がる給電面と、前記給電面と摺動接触するブラシを備え、前記給電面は、前記モータの回転軸を中心とするリング状の給電面であるスリップリングが配置されるバルブタイミング制御装置において、前記給電ブラシと前記スリップリングとの接触面における幾何学的な重心が、前記接触面と等面積で、前記接触面から円の中心軸までの最短距離を一致させた、仮想的な正方形接触面の幾何学的重心よりも前記モータ回転軸に近いことを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１４において、前記給電ブラシの前記スリップリングに対する接触面の幾何学重心が、前記スリップリングの中央線よりも前記モータ回転軸の近くに配置されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１５において、前記スリップリングが同一面で半径方向の内外に２列配置されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１４において、前記給電ブラシの前記スリップリングに対する接触面が２面幅を有し、かつ、前記２面幅部をつなぐ前記接触面の縁が円弧状に形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１４において、前記給電ブラシの径方向外縁が凸形状で形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
請求項１４において、前記給電ブラシの径方向内縁が凹形状で形成されることを特徴とするバルブタイミング制御装置。
モータの回転軸に対して半径方向に広がる給電面と、前記給電面と摺動接触するブラシを備え、前記給電面は、前記モータの回転軸を中心とするリング状の給電面であるスリップリングが配置されるモータ用給電装置において、前記給電ブラシと前記スリップリングとの接触面における幾何学的な重心が、前記接触面と等面積で、前記接触面から円の中心軸までの最短距離を一致させた、仮想的な正方形接触面の幾何学的重心よりも前記モータ回転軸に近いことを特徴とするモータ用給電装置。