JP2017050917A - 直流モータ及び直流モータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】整流子と給電ブラシとの同軸性を容易に確保することができる直流モータを提供する。
【解決手段】直流モータは、エンドフレーム２２に固定され、複数のブラシボックス４４を周方向等間隔に有するブラシホルダ４１と、複数のブラシボックス４４にそれぞれ収容され、整流子と摺接する複数の給電ブラシ４２とを備える。そして、ブラシホルダ４１は、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａを保持する複数のプレート側保持部４８（ベアリング保持部）を備え、該各プレート側保持部４８の配置位置は、周方向に互いに隣り合うブラシボックス４４間の周方向中心位置に設定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両用電動パワーステアリング装置に用いられる直流モータ及び直流モータの製造方法に関するものである。

従来、この種の直流モータでは、例えば特許文献１に開示されるように、回転軸を軸支する軸受と、給電ブラシを保持するブラシホルダとがそれぞれ、モータのハウジングを構成するエンドフレームに固定されている。ブラシホルダに保持された給電ブラシは、回転軸に対し一体回転可能に固定された整流子の外周面と摺接するように構成される。

特開２００５−３０４２５７号公報

上記のような直流モータでは、ブラシホルダと軸受との径方向における相対的な位置関係がずれている（つまり、同軸性が低い）場合、整流子の外周面と該整流子の外周に複数配置される給電ブラシとの同軸性が悪化するため、給電ブラシの整流性が悪化し、それにより磁気音（振動音）の悪化を招くおそれがある。そのため、上記構成の直流モータでは、ブラシホルダ及び給電ブラシのエンドフレームに対する組付精度を高くしなければならず、製造コスト増大の一因となっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、整流子と給電ブラシとの同軸性を容易に確保することができる直流モータ及び直流モータの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する直流モータは、モータハウジングの一部を構成するエンドフレームと、シャフト及び該シャフトに固定された整流子を有し、前記モータハウジングに収容されたロータと、前記シャフトを軸支するボールベアリングと、前記モータハウジング内において前記エンドフレームに固定され、複数のブラシボックスを周方向等間隔に有するブラシホルダと、複数の前記ブラシボックスにそれぞれ収容され、前記整流子と摺接する複数の給電ブラシとを備えた直流モータであって、前記ブラシホルダは、前記ボールベアリングのアウタレースを保持する複数のベアリング保持部を備え、前記各ベアリング保持部の配置位置は、周方向に互いに隣り合う前記ブラシボックス間の周方向中心位置に設定されている。

この構成によれば、給電ブラシを収容するブラシボックスを有するブラシホルダは、ボールベアリングのアウタレースを保持するベアリング保持部を備える。このため、エンドフレームに対するブラシホルダの組付精度に依らず、ボールベアリングをブラシホルダのベアリング保持部に組み付けるだけで容易に、整流子と給電ブラシ（ブラシホルダ）との同軸性を確保することができる。

更に、各ベアリング保持部の配置位置は、周方向に互いに隣り合うブラシボックス間の周方向中心位置に設定されるため、周方向におけるベアリング保持部とブラシボックスとの間隔を最大限確保することができる。これにより、万が一、ボールベアリングの保持によってベアリング保持部が変形した場合に、そのベアリング保持部の変形がブラシボックスに影響を与えて該ブラシボックスが変形するといったことを抑制することができる。

上記直流モータにおいて、前記エンドフレームは、前記ボールベアリングのアウタレースを保持するフレーム側保持部を備え、前記ボールベアリングのアウタレースは、前記ブラシホルダの前記ベアリング保持部と前記フレーム側保持部の両方によって保持されていることが好ましい。

この構成によれば、ブラシホルダのベアリング保持部によるボールベアリングの保持に加え、ブラシホルダが固定されたエンドフレームのフレーム側保持部によってもボールベアリングが保持される。これにより、エンドフレーム、ブラシホルダ及びボールベアリングの３部品が互いに結合状態となるため、ボールベアリングを安定して保持することができる。

上記直流モータにおいて、複数の前記ベアリング保持部は、周方向等間隔に設けられていることが好ましい。
この構成によれば、複数のベアリング保持部が周方向等間隔に設けられるため、ボールベアリングを安定して保持することができる。

上記直流モータを製造する製造方法において、前記ボールベアリングを前記ブラシホルダの前記ベアリング保持部に保持させるベアリング組付工程と、前記ベアリング保持部で前記ボールベアリングを保持した状態の前記ブラシホルダを、前記エンドフレームに固定するブラシホルダ固定工程とを備えることが好ましい。

この製造方法によれば、エンドフレームに対するブラシホルダの組付精度に依らず、ボールベアリングをブラシホルダのベアリング保持部に組み付けるだけで容易に、整流子と給電ブラシ（ブラシホルダ）との同軸性を確保することができる。

上記直流モータの製造方法において、前記ベアリング組付工程と前記ブラシホルダ固定工程との間に、前記エンドフレームに設けられたフレーム側保持部に前記ボールベアリングを保持させるベアリング保持工程を備えることが好ましい。

この製造方法によれば、ボールベアリングをエンドフレームのフレーム側保持部に保持させる前に、ボールベアリングをブラシホルダのベアリング保持部に保持させてブラシホルダ（ブラシボックス）とボールベアリングとの同軸性を確保することができる。

本発明の直流モータ及び直流モータの製造方法によれば、整流子と給電ブラシとの同軸性を容易に確保することができる。

実施形態の電動パワーステアリング装置を説明する説明図。 同形態における直流モータの断面図である。 同形態におけるエンドフレーム及びブラシ装置をモータ内部側から見た平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。

以下、電動パワーステアリング装置に用いられる直流モータ及び直流モータの製造方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、コラムアシスト型であり、基端部にステアリングホイール２を固定したステアリングシャフト３を有し、そのステアリングシャフト３の先端部は、自在継ぎ手４を介して、インターミディエイト５に連結されている。ステアリングシャフト３は、入力軸３ａと出力軸３ｂからなり、円筒状の入力軸３ａ内に、出力軸３ｂの一部が貫挿されている。入力軸３ａの基端部には、ステアリングホイール２が固定され、出力軸３ｂの先端部には、自在継ぎ手４が連結されている。また、入力軸３ａと出力軸３ｂの間には、トーションバー（図示せず）が設けられ、入力軸３ａの回転に追従して出力軸３ｂを回転させるようになっている。

そして、ステアリング操作に基づく、回転及び操舵トルクはラック６＆ピニオン軸７に伝達され、ピニオン軸７の回転にてラック６が車幅方向に往復動する。これによって、ラック６の両端に連結したタイロッド８を介して操舵輪９の舵角が変更される。

ステアリングシャフト３の入力軸３ａには、ステアリングコラム１０が装備されている。ステアリングコラム１０には、直流モータＭが設けられている。この直流モータＭは、入力軸３ａを回転制御してステアリング操作をする際に、ステアリングホイール２に対して補助操舵力（以下、アシストトルクという）を付与する。

詳述すると、ステアリングホイール２の操作に基づいて入力軸３ａが回転すると、出力軸３ｂとの間にずれが生じ、このずれがトーションバーのねじれとなって現れる。つまり、出力軸３ｂは、操舵輪９の路面抵抗等で、入力軸３ａの回転に対して遅れが生じて、トーションバーにねじれが生じる。

そして、このトーションバーのねじれ角を図示しないトルクセンサにて検出し、入力軸３ａ（ステアリングホイール２）にかかる操舵トルクが検出され、その検出された操舵トルクに基づいて、ステアリング操作する際のアシストトルクが算出されて、直流モータＭが駆動制御される。

［直流モータＭの詳細］
図２に示すように、直流モータＭは、モータハウジング２０と、そのモータハウジング２０内に収容されるロータ３０（電機子）及びブラシ装置４０とを備えている。

モータハウジング２０は、磁性体よりなるヨークハウジング２１（以下、ヨーク２１という）と、エンドフレーム２２とから構成されている。
ヨーク２１は、円形の底部２１ａと、底部２１ａの外周縁から軸方向に延びる円筒状の側壁部２１ｂとを有し、軸方向における底部２１ａとは反対側の端部に開口部２１ｃを有する有底円筒状をなしている。側壁部２１ｂの内周面には界磁磁石２３が固着されている。また、ヨーク２１の底部２１ａの中心部には、ロータ３０のシャフト３１（回転軸）の基端部を軸支するボールベアリング２４が設けられている。

ヨーク２１の開口部２１ｃには、該開口部２１ｃを略閉塞するエンドフレーム２２が組み付けられている。エンドフレーム２２は、円形の底部２２ａと、底部２２ａの外周縁から軸方向に延びる側壁部２２ｂとを備え、これら底部２２ａと側壁部２２ｂとによって構成された、軸方向のヨーク２１側に開口する収容凹部２５を有する形状をなしている。なお、エンドフレーム２２は、ヨーク２１の開口部２１ｃから径方向に延出するフランジ部２１ｄに対して図示しないねじによって固定されている。エンドフレーム２２の収容凹部２５は、モータハウジング２０の内部空間の一部を構成しており、その収容凹部２５内にはブラシ装置４０が収容されている。また、エンドフレーム２２の底部２２ａの中心部には、該エンドフレーム２２とブラシ装置４０（後述するブラシホルダ４１）とによって支持されたボールベアリング２６が設けられている。

ヨーク２１内において、界磁磁石２３の内周側にはロータ３０が回転可能に配置されている。ロータ３０は、前記シャフト３１と、シャフト３１に固定され、界磁磁石２３と径方向に対向するロータコア３２と、ロータコア３２に巻回される巻線３３と、シャフト３１に固定された整流子３４とを備えている。

シャフト３１は、その基端部がヨーク２１側のボールベアリング２４に軸支されるとともに、先端部近傍部位がエンドフレーム２２側のボールベアリング２６に軸支されている。シャフト３１の先端部は、エンドフレーム２２の底部２２ａに形成された中心孔２２ｃからハウジング外部に突出しており、該先端部には出力部材３５が固定されている。この出力部材３５は、図示しないギア等からなる減速装置を介して前記ステアリングシャフト３の入力軸３ａと駆動連結されている。

整流子３４は、シャフト３１におけるロータコア３２よりも先端側（エンドフレーム２２側）の位置に固定されており、エンドフレーム２２の収容凹部２５内に位置している。整流子３４は、略円筒状を成し、その外周面に複数のセグメント３４ａが備えられている。各セグメント３４ａには、前記巻線３３が接続されている。

図２及び図３に示すように、ブラシ装置４０は、エンドフレーム２２に固定されたブラシホルダ４１と、ブラシホルダ４１に支持された４つの給電ブラシ４２とを備えている。
ブラシホルダ４１は、非磁性体からなる平板状のベースプレート４３と、ベースプレート４３に固定された４つのブラシボックス４４とを有している。ベースプレート４３は、ねじ４５（図４参照）にてエンドフレーム２２の底部２２ａに固定されており、このベースプレート４３の中央部には、ロータ３０が挿通される貫通孔４３ａが形成されている。

ベースプレート４３の表面（ヨーク２１側の面）には、金属板材から形成された４つのブラシボックス４４が周方向等間隔（９０°間隔）に固定されている。各ブラシボックス４４は、ベースプレート４３とで四角筒状のブラシ収容部を構成している。

図２に示すように、各ブラシボックス４４内には、略直方体をなす給電ブラシ４２が径方向に進退可能となるように設けられ、給電ブラシ４２の先端部がブラシボックス４４の径方向内側の開口から突出している。給電ブラシ４２は、その径方向外側に設けられたコイルスプリング４６によって径方向内側に付勢され、これにより、給電ブラシ４２の先端部がその内周側に配置された整流子３４のセグメント３４ａに対して径方向に圧接される。

給電ブラシ４２は、主に黒鉛（結晶）粉体と、銅粉体とが結合剤にて焼き固められて結合されて形成されている。また、給電ブラシ４２にはピッグテール４７が接続されており、外部からの電源供給は、エンドフレーム２２に設けられた給電部（図示略）からピッグテール４７を介して給電ブラシ４２になされる。そして、給電ブラシ４２から、摺接する整流子３４のセグメント３４ａに対して電源供給がなされる。

図３に示すように、ベースプレート４３において、エンドフレーム２２の底部２２ａに対してねじ４５にて締結固定されるねじ固定部４３ｂは、周方向における１８０°対向位置に２箇所設けられている。また、各ねじ固定部４３ｂは、ブラシボックス４４の周方向中間位置に設けられ、各ねじ固定部４３ｂから周方向一側で隣り合うブラシボックス４４までの間隔と、周方向他側で隣り合うブラシボックス４４までの間隔とが等しく配置されている。

図３及び図４に示すように、ベースプレート４３には、ブラシボックス４４と同数（本実施形態では４つ）のプレート側保持部４８が周方向等間隔（９０°間隔）に形成されている。各プレート側保持部４８は、ベースプレート４３の裏面（エンドフレーム２２の底部２２ａ側の面）から軸方向に突出するとともに、前記貫通孔４３ａの内周面よりも径方向内側に突出している。そして、各プレート側保持部４８の先端部（径方向内側端部）は、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａの外周面と当接し、これにより、ボールベアリング２６が各プレート側保持部４８によって径方向に保持されている。

各プレート側保持部４８の配置位置は、各ブラシボックス４４間の周方向中心位置Ｃに設定されている。つまり、プレート側保持部４８から周方向両側のブラシボックス４４までの周方向の間隔が等しく構成される。これにより、各プレート側保持部４８から最寄りのブラシボックス４４までの周方向における間隔が最も広く構成される。

また、エンドフレーム２２の底部２２ａには、フレーム側保持部２２ｄが形成されている。フレーム側保持部２２ｄは、前記中心孔２２ｃと連続する円形の孔であり、このフレーム側保持部２２ｄには、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａの一部が嵌合されている。つまり、フレーム側保持部２２ｄの内周面は、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａと全周に亘って当接し、これにより、フレーム側保持部２２ｄがボールベアリング２６を径方向に保持している。

上記のように、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａは、各プレート側保持部４８と、エンドフレーム２２のフレーム側保持部２２ｄとによって保持されている。なお、アウタレース２６ａは、軸方向のハウジング内部側の部位が各プレート側保持部４８にて保持され、軸方向のハウジング外部側の部位がフレーム側保持部２２ｄにて保持されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
複数のブラシボックス４４が固定されたベースプレート４３のプレート側保持部４８にボールベアリング２６が保持されている。このため、ブラシボックス４４（給電ブラシ４２）とボールベアリング２６との同軸性が、エンドフレーム２２に対するベースプレート４３の組付精度に依らず、ボールベアリング２６をプレート側保持部４８に組み付けるだけで容易に、同軸性が確保されるようになっている。これにより、ボールベアリング２６に軸支されるロータ３０の整流子３４と、ブラシボックス４４に収容される給電ブラシ４２との同軸性が確保されるため、給電ブラシ４２の整流性の悪化が抑制され、その結果、直流モータＭの磁気音（振動音）が抑制されるようになっている。

次に、エンドフレーム２２、ブラシ装置４０及びボールベアリング２６の組付態様について説明する。
まず、ブラシホルダ４１（ベースプレート４３）の各プレート側保持部４８の内側にボールベアリング２６を圧入固定する（ベアリング組付工程）。これにより、ボールベアリング２６がベースプレート４３に対して高い同軸性をもって組み付けられる。

次に、ブラシホルダ４１をエンドフレーム２２の収容凹部２５内に配置する。このとき、プレート側保持部４８にて保持しているボールベアリング２６をエンドフレーム２２のフレーム側保持部２２ｄに嵌合する（ベアリング保持工程）。これにより、ボールベアリング２６がプレート側保持部４８に加えフレーム側保持部２２ｄに対しても径方向に保持される。

次に、ブラシホルダ４１のベースプレート４３を、エンドフレーム２２の底部２２ａに対してねじ４５にて締結固定する（ブラシホルダ固定工程）。その後、ロータ３０のシャフト３１をボールベアリング２６に圧入して固定する。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）ブラシホルダ４１のベースプレート４３は、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａを保持する複数のプレート側保持部４８を備える。このため、エンドフレーム２２に対するブラシホルダ４１の組付精度に依らず、ボールベアリング２６をブラシホルダ４１のプレート側保持部４８に組み付けるだけで容易に、整流子３４と給電ブラシ４２（ブラシホルダ４１）との同軸性を確保することができる。

更に、各プレート側保持部４８の配置位置は、周方向に互いに隣り合うブラシボックス４４間の周方向中心位置Ｃに設定されるため、周方向におけるプレート側保持部４８とブラシボックス４４との間隔を最大限確保することができる。これにより、万が一、ボールベアリング２６の保持によってプレート側保持部４８が変形した場合に、そのプレート側保持部４８の変形がブラシボックス４４に影響を与えて該ブラシボックス４４が変形するといったことを抑制することができる。

（２）エンドフレーム２２は、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａを保持するフレーム側保持部２２ｄを備える。つまり、この構成によれば、ブラシホルダ４１のプレート側保持部４８によるボールベアリング２６の保持に加え、ブラシホルダ４１が固定されたエンドフレーム２２のフレーム側保持部２２ｄによってもボールベアリング２６が保持される。これにより、エンドフレーム２２、ブラシホルダ４１及びボールベアリング２６の３部品が互いに結合状態となるため、ボールベアリング２６を安定して保持することができる。

（３）ベースプレート４３において各プレート側保持部４８が周方向等間隔に設けられるため、ボールベアリング２６を安定して保持することができる。
（４）本実施形態の直流モータＭの製造方法は、ボールベアリング２６をブラシホルダ４１のプレート側保持部４８に保持させるベアリング組付工程と、プレート側保持部４８でボールベアリング２６を保持した状態のブラシホルダ４１を、エンドフレーム２２に固定するブラシホルダ固定工程とを備える。このため、エンドフレーム２２に対するブラシホルダ４１の組付精度に依らず、ボールベアリング２６をブラシホルダ４１のプレート側保持部４８に組み付けるだけで容易に、整流子３４と給電ブラシ４２（ブラシホルダ４１）との同軸性を確保することができる。

（５）本実施形態の直流モータＭの製造方法では、ボールベアリング２６を各プレート側保持部４８に保持させるベアリング組付工程とブラシホルダ固定工程との間に、フレーム側保持部２２ｄにボールベアリング２６を保持させるベアリング保持工程を備える。この製造方法によれば、ボールベアリング２６をフレーム側保持部２２ｄに保持させる前に、ボールベアリング２６をプレート側保持部４８に保持させてブラシホルダ４１（ブラシボックス４４）とボールベアリング２６との同軸性を確保することができる。

（６）本実施形態の直流モータＭは、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置１の駆動用の小型モータとして用いられる。一般に、電動パワーステアリング装置１における直流モータＭの設置箇所は地面からの距離が遠いことから、直流モータＭが例えば走行時における振動を受けにくいため、給電ブラシ４２の振動を抑制することができ、その結果、給電ブラシ４２による整流を安定させることができる。

（７）図３に示すように、直流モータＭは、中心軸線（シャフト３１の中心軸線）が鉛直方向（図３における上下方向）と直交するように配置されている。このため、各給電ブラシ４２が鉛直方向に対して傾斜した構成となるため、各給電ブラシ４２の振動をより一層抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、エンドフレーム２２にボールベアリング２６のアウタレース２６ａを保持するフレーム側保持部２２ｄを設けたが、これに限らず、例えば、フレーム側保持部２２ｄを設けず、ボールベアリング２６のアウタレース２６ａがプレート側保持部４８のみによって保持される構成としてもよい。

・ブラシホルダ４１（ベースプレート４３）のエンドフレーム２２に対する固定はねじ止め固定に限定されるものではなく、ねじ止め固定以外の固定手段を用いてもよい。
・ブラシボックス４４及び給電ブラシ４２の個数は上記実施形態に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更してもよい。

・ベースプレート４３に設けるプレート側保持部４８の個数は上記実施形態に限定されるものではなく、ブラシボックス４４の個数等の構成に応じて適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、電動パワーステアリング装置１の駆動用の直流モータＭに適用したが、これに特に限定されるものではなく、電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。

・上記した実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

Ｍ…直流モータ、２０…モータハウジング、２１…ヨークハウジング、２２…エンドフレーム、２２ｄ…フレーム側保持部、２６…ボールベアリング、２６ａ…アウタレース、３０…ロータ、３１…シャフト、３４…整流子、４０…ブラシ装置、４１…ブラシホルダ、４２…給電ブラシ、４３…ベースプレート、４４…ブラシボックス、４８…プレート側保持部（ベアリング保持部）。

Claims (5)

1. モータハウジングの一部を構成するエンドフレームと、
   シャフト及び該シャフトに固定された整流子を有し、前記モータハウジングに収容されたロータと、
   前記シャフトを軸支するボールベアリングと、
   前記モータハウジング内において前記エンドフレームに固定され、複数のブラシボックスを周方向等間隔に有するブラシホルダと、
   複数の前記ブラシボックスにそれぞれ収容され、前記整流子と摺接する複数の給電ブラシと
   を備えた直流モータであって、
   前記ブラシホルダは、前記ボールベアリングのアウタレースを保持する複数のベアリング保持部を備え、
   前記各ベアリング保持部の配置位置は、周方向に互いに隣り合う前記ブラシボックス間の周方向中心位置に設定されていることを特徴とする直流モータ。
2. 請求項１に記載の直流モータにおいて、
   前記エンドフレームは、前記ボールベアリングのアウタレースを保持するフレーム側保持部を備え、
   前記ボールベアリングのアウタレースは、前記ブラシホルダの前記ベアリング保持部と前記フレーム側保持部の両方によって保持されていることを特徴とする直流モータ。
3. 請求項１又は２に記載の直流モータにおいて、
   複数の前記ベアリング保持部は、周方向等間隔に設けられていることを特徴とする直流モータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流モータを製造する製造方法であって、
   前記ボールベアリングを前記ブラシホルダの前記ベアリング保持部に保持させるベアリング組付工程と、
   前記ベアリング保持部で前記ボールベアリングを保持した状態の前記ブラシホルダを、前記エンドフレームに固定するブラシホルダ固定工程と
   を備えたことを特徴とする直流モータの製造方法。
5. 請求項４に記載の直流モータの製造方法において、
   前記ベアリング組付工程と前記ブラシホルダ固定工程との間に、前記エンドフレームに設けられたフレーム側保持部に前記ボールベアリングを保持させるベアリング保持工程を備えたことを特徴とする直流モータの製造方法。

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