JP2018078704A

JP2018078704A - 回転電機用アースブラシ

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Publication number: JP2018078704A
Application number: JP2016218483A
Authority: JP
Inventors: 聡一佐藤; Soichi Sato; 啓吾前田; Keigo Maeda; 井上　正哉; Masaya Inoue; 正哉井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: JP6227096B1

Abstract

【課題】複雑な構造でなく、製作が容易で、確実に軸電流を緩和できる構造の回転電機用アースブラシを得る。【解決手段】ハウジングにベアリングを介して支承されるシャフトに接触しハウジングへ取付部６を有する取付部材によって取付けられる接触部片２ａを備える回転電機用アースブラシにおいて、接触部片２ａを構成する導電性繊維４を挟み込むことで、導電性繊維４を保持する導電性繊維固定部５を、円環状の板金部材３の複数箇所に形成し、上記板金部材３でハウジングへの取付部６を有する取付部材を構成するようにした。【選択図】図２

Description

この発明は、回転電機用アースブラシに関するものである。

従来のＥＶ（電気自動車）用あるいはＨＥＶ（ハイブリッド自動車）用に使用される回転電機として、インバータ運転を行なう際に、インバータのキャリア周波数を高く設定した場合、交流モータのシャフトに高周波誘導に基づいて発生する電圧（軸電圧）が増大し、シャフトを支持しているベアリングの内輪と外輪との間の電位差が大きくなり、ベアリングに電流が流れるという現象が起こる。

このベアリングに流れる電流は、内輪、外輪両軌道並びに転動体の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させて、ベアリングの耐久性を悪化させるという問題点があった。
上記の対策として、導電性繊維を用いた、アースブラシにより、軸電圧をアースすることで、ベアリングの電流を緩和することが行われている（特許文献１参照）。
この発明での図１はアースブラシが無い場合とアースブラシがある場合の、シャフト２０からの電流の流れを示しており、図１（ａ）はアースブラシ２が無い場合を、図１（ｂ）はアースブラシ２がある場合を示す。

図１（ａ）に示すように、アースブラシ２が無い場合には、シャフト２０からの電流はベアリング１を経由してベアリング電流１４として流れ、接地される。また、図１（ｂ）に示すように、アースブラシ２がある場合には、シャフト２０からの電流はベアリング１を経由してベアリング電流１４として流れるとともに、アースブラシ２を経由したブラシ電流としても流れ接地される。このように、アースブラシ２を設けることで、軸電流を緩和することができる。

特許第４７７８０３９号（段落００２３、図３、図５参照）

上記特許文献１のアースブラシは、内側プレート、外側プレート、導電性繊維、カップ、遮蔽体で構成されており、構造が複雑である。
また、アースブラシをモータへネジ固定する場合、ネジ固定用のクランプや、固定スペースが必要で、モータの大型化につながるという問題点がある。

この発明の目的は、複雑な構造でなく、製作が容易で、確実に軸電流を緩和できる構造のアースブラシを得ることにある。

この発明に係る回転電機用アースブラシは、ハウジングにベアリングを介して支承されるシャフトに接触し上記ハウジングへ取付部材によって取付けられる接触部片を備え、上記接触部片を構成する導電性繊維を挟み込むことで、上記導電性繊維を保持する導電性繊維固定部を、円環状の板金部材の複数箇所に形成し、上記板金部材で上記ハウジングへの上記取付部材を構成するようにしたものである。
また、この発明に係る回転電機用アースブラシは、ハウジングにベアリングを介して支承されるシャフトに接触し上記ハウジングへ取付部材によって取付けられる接触部片を備え、上記接触部片を構成する導電性繊維を挟み込むことで、導電性繊維を保持する導電性繊維固定部を、円環状の板金部材の複数箇所に形成するとともに、上記板金部材を上記板金部材よりも剛性の高いベースプレートに固定し、上記ベースプレートでハウジングへの取付部材を構成するようにしたものである。

この発明によれば、板金部材により導電性繊維を挟み込むことで、導電性繊維を保持し、板金部材でハウジングへの取付部材を構成することにより、部品が、板金部材と導電性繊維のみで、構造が簡易である。また、板金部材でハウジングへの取付け部を構成するため、固定用のクランプ等が不要で、モータの小型化につながる。
また、この発明によれば、板金部材により導電性繊維を挟み込むことで、導電性繊維を保持するとともに、板金部材を保持するベースプレートでハウジングへの取付部材を構成することにより、部品が、板金部材とベースプレートと導電性繊維のみで、構造が簡易である。そして、板金部材を保持するベースプレートでハウジングへの取付部材を構成するため、固定用のクランプ等が不要で、モータの小型化につながる。さらに、ベースプレートを設けているため、剛性がアップし、車両の振動周波数範囲で共振が発生し難く、また、振動による板金部材の変形が小さいため、アース不良の懸念が小さい。

シャフトからの軸電流の流れを説明する図で、図１（ａ）はアースブラシが無い場合、図１（ｂ）はアースブラシがある場合を示している。この発明に係る実施の形態１の構造を示す斜視図である。この発明に係る実施の形態１の構造を示す概略断面図である。この発明に係る実施の形態２の構造を示す斜視図である。この発明に係る実施の形態２の構造を示す概略断面図である。この発明に係る実施の形態３の構造を示す斜視図である。この発明に係る実施の形態３の構造を示す概略断面図である。この発明に係る実施の形態４の構造を示す斜視図であり、図８（ａ）は板金部材とベースプレートを組み付けた状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）はベースプレートを示す斜視図である。この発明に係る実施の形態４の別の構造を示す斜視図であり、図９（ａ）は板金部材とベースプレートを組み付けた状態を示す斜視図であり、図９（ｂ）はベースプレートを示す斜視図である。この発明に係る実施の形態５の構造を示す斜視図であり、図１０（ａ）は板金部材とベースプレートを組み付けた状態を示す斜視図であり、図１０（ｂ）はベースプレートを示す斜視図である。この発明に係る実施の形態６の構造を示す斜視図である。この発明に係る実施の形態７の構造を示す斜視図で、実施の形態１のアースブラシを用いた例である。この発明に係る実施の形態７の別の構造を示す斜視図で、実施の形態６のアースブラシを用いた例である。ベアリングを軸方向に固定する手段を説明する図で、図１４（ａ）は一般的に採用されているベアリング押さえ板により固定する場合、図１４（ｂ）はアースブラシにより固定する場合を示している。

以下にこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、同一または相当する部分について同一の参照符号を付し、その説明は省略している。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図２、図３を用いて説明する。図２は実施の形態１のアースブラシ固定部を示す斜視図で、図３は、実施の形態１のアースブラシ固定部をハウジングに取り付けた状態を示す概略断面図である。
図２に示すように、アースブラシ２では、略薄い環状の板金部材３の４箇所に導電性繊維固定部５にて接触部片２ａを構成する導電性繊維４を挟み込むことで、保持している。
板金部材３でハウジングＨＳへの取付け部（ネジ孔）６を構成し、ハウジングＨＳへの取付け部６を用いて、ハウジングＨＳにネジ固定する。
導電性繊維固定部５は、図２の例では４箇所設けているが、４箇所に限らず複数箇所配置できる構成とする。
板金部材３の外径を円環形状として、板金部材３の外径と、導電性繊維４の先端の位置を管理して製造し、図３に示すように、ハウジングＨＳのインロー部と、円環形状板金部材３の外径を嵌め合わせて、取付け部（ネジ孔）６で取付けネジ７にて固定する。

この発明に係る実施の形態１における回転電機用アースブラシは次の構成を具備する。
アースブラシ２は、ハウジングＨＳにベアリング１を介して支承されるシャフト２０に接触し上記ハウジングＨＳへ取付部６を有する取付部材によって取付けられる接触部片２ａを備え、上記接触部片２ａを構成する導電性繊維４を挟み込むことで、導電性繊維４を保持する導電性繊維固定部５を、円環状の板金部材３の同一円周上の複数箇所に相互に間隔をおいて形成し、板金部材３でハウジングＨＳへの取付部６を有する取付部材を構成するようにした。
この構成により、次の作用効果を奏する。
部品が、板金部材３と導電性繊維４のみで、従来技術よりも、構造が簡易である。板金部材３はプレス加工で製作可能で、切削加工が不要であるため、安価に製造できる。
また、板金部材３でハウジングＨＳへの取付部６を有する取付部材を構成するため、固定用クランプ等の別部品が不要で、部品点数の削減、省スペース化となる。
導電性繊維固定部５が多い程、アースブラシの抵抗値が下がるが、導電性繊維固定部５の必要箇所数はベアリング１の電食防止に必要な、アースブラシの抵抗値により決まる。
導電性繊維固定部５を複数箇所設置できる構成にし、各種モータ仕様に応じて、導電性繊維固定部５の箇所数を必要最小限に調節することで、導電性繊維４の材料の削減につながる。
板金部材３の円環形状の外径と、導電性繊維４の先端の位置を管理して製造し、ハウジングのインロー部と、円環形状の外径を嵌め合わせて、固定することで、シャフトと、導電性繊維４の当たり代の管理が可能であり、組立時に、導電性繊維４の当たり代調整が不要である。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図４、図５を用いて説明する。図４は実施の形態２のアースブラシ固定部を示す斜視図で、図５は、実施の形態２のアースブラシ固定部をハウジングに取り付けた状態を示す概略断面図である。
実施の形態２は、実施の形態１に対して、ハウジングへの取付け部をネジ固定ではなく、圧入固定としている点が異なる。
ハウジングＨＳへの取付け部は、円環状板金部材３の側面（ハウジングＨＳへの圧入固定部８）とし、図５に示すように、ハウジングＨＳのインロー部に板金部材３の外周面を圧入して固定する。

この発明に係る実施の形態２における回転電機用アースブラシでは、前述した実施の形態１での構成において、上記板金部材３の外周部を、ハウジングＨＳへの取付け部として、ハウジングＨＳへ圧入固定するようにした。
この構成により、ハウジングＨＳに圧入固定するため、ネジ等の固定部品が不要で、実施の形態１よりも、モータの小型化ができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図６、図７を用いて説明する。図６は実施の形態３のアースブラシ固定部を示す斜視図で、図７は、実施の形態３のアースブラシ固定部をハウジングに取り付けた状態を示す概略断面図である。
実施の形態３は、実施の形態２に対して、ハウジングＨＳへの圧入固定部８が、板金部材３の側面ではなく、薄肉の円筒形状としている点が異なる。すなわち、実施の形態３では、円環状板金部材３の外周面を軸方向に折り曲げて円筒状部を形成し、この部分でハウジングＨＳに圧入している。

この発明に係る実施の形態３における回転電機用アースブラシでは、前述した実施の形態２での構成において、上記板金部材３の外周部を軸方向に曲げて薄肉円筒部を形成し、上記薄肉円筒部をハウジングＨＳへの取付け部となる圧入固定部８として、ハウジングＨＳへ圧入固定するようにした。
この構成により、実施の形態３における回転電機用アースブラシは、実施の形態２のものよりも、圧入性が良い。
圧入代の必要最小値は、振動等が加わっても、アースブラシを保持できるだけの、固定力を確保できるように設定される。圧入代の最大値は、必要最小値に対して、部品公差を積み上げた値となる。
圧入力は、圧入固定部８の肉厚９及び、圧入代によって変化するが、実施の形態３のものは、実施の形態２のものよりも、肉厚９ｃが薄いため、圧入代増加に対する、圧入力増加の勾配が小さい。そのため、実施の形態２では、圧入代の最大値の場合に、圧入力過大で、カジリや変形が起きる可能性が懸念されるが、実施の形態３では、その懸念が小さい。
また、実施の形態２では、圧入固定部８の肉厚９が、大きい部分９ｂと小さい部分９ａ
があり、周方向で圧入部の面圧が不均一となり、周方向の部位によって、圧入の進み方が不均一で、斜め圧入等の圧入不良が発生し易い。実施の形態３では、圧入固定部８の肉厚９ｃが周方向に均一であるため斜め圧入等の不具合が起り難い。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４について図８、図９を用いて説明する。
実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３では、板金部材３で、ハウジングＨＳへの取付け部６や、圧入固定部８を構成していたが、実施の形態４では、板金部材３を別部材であるベースプレート１０に取り付け、このベースプレート１０にハウジングＨＳへの取付け部６や、圧入固定部８を形成する。板金部材３とベースプレート１０は、板金カシメ部１１により、固定している。
図８はベースプレート１０に取付け部（ネジ孔）６を設けた例で、図８（ａ）は板金部材とベースプレートを組み付けた状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）はベースプレートを示す斜視図である。
図９はベースプレート１０に圧入固定部８を設けた例で、図９（ａ）は板金部材とベースプレートを組み付けた状態を示す斜視図であり、図９（ｂ）はベースプレートを示す斜視図である。

この発明に係る実施の形態４における回転電機用アースブラシは次の構成を具備する。
アースブラシ２は、ハウジングＨＳにベアリング１を介して支承されるシャフト２０に接触し上記ハウジングＨＳへ取付部６によって取付けられる接触部片２ａを備え、上記接触部片２ａを構成する導電性繊維４を挟み込むことで、導電性繊維４を保持する導電性繊維固定部５を、円環状の板金部材３の同一円周上の複数箇所に相互に間隔をおいて形成し、形成するとともに、上記板金部材３を上記板金部材３よりも剛性の高いベースプレート１０に固定し、上記ベースプレート１０でハウジングＨＳへの取付部６を有する取付部材を構成するようにした。
この構成により、次の作用効果を奏する。
実施の形態４では、板金部材３をベースプレート１０に取り付けることで、実施の形態１〜３に比べると構造が複雑になるが、従来技術よりも部品点数が少なく、構造が簡易である。
実施の形態４においては、実施の形態２、実施の形態３よりも、生産性が良く、圧入代の設定が成り立ちやすい。
実施の形態２、実施の形態３では、板金部材３の外径部でハウジングＨＳへの圧入固定部８を構成するため、板金部材３の外径部に厳しい寸法公差が必要となるが、実施の形態４では、板金部材３とは別部材のベースプレート１０をハウジングＨＳへ圧入するため、板金部材３に厳しい寸法公差が必要なく、生産性が良い。
また、ベースプレート１０は、板金部材３よりも形状が単純で、圧入固定部８を寸法精度良く製作できるため、圧入代の最大値〜最小値の範囲が狭くなり、圧入力過大で、カジリや変形が起り難い。
実施の形態２では、圧入固定部８の肉厚９が、大きい部分と小さい部分があり、周方向で圧入部の面圧が不均一となり、周方向の部位によって、圧入の進み方が不均一で、斜め圧入等の圧入不良が発生し易いが、実施の形態４では、圧入固定部８の肉厚９が周方向に均一であるため、斜め圧入等の不具合が起こり難い。
実施の形態４においては、実施の形態１〜３よりも、剛性が高く、振動で、シャフト２０と導電性繊維4の接触不良によるアース不良の懸念が小さい。
実施の形態１〜３では、ベース部分が薄板の板金部材３であり、剛性が低く、共振が発生すると、板金部材３が変形し、シャフト２０と導電性繊維４の接触部が離れ、アース不良の懸念がある。
これに対し実施の形態４では、ベースプレート１０を取り付けているため、剛性がアップし、車両の振動周波数範囲で共振が発生し難く、また、振動による板金部材３の変形が小さいため、アース不良の懸念が小さい。
また、図９に示す例の場合、ハウジングに圧入固定するため、ネジ等の固定部品が不要で、取付けネジを用いる図８に示す例よりも、モータの小型化ができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５について図１０を用いて説明する。
実施の形態５は、実施の形態４に対して、板金部材３を分割している。図１０の例では、板金部材３を２つにし、各板金部材３の両端部に導電性繊維固定部５を設けている。

この発明に係る実施の形態６における回転電機用アースブラシでは、前述した実施の形態４での構成において、板金部材３を２つ以上に分割し、各板金部材３の両端部に導電性繊維固定部５を設けた。
この構成により、実施の形態４の構成に対して、板金部材３を分割することで、板金部材３の材料削減につながり、製作コストを低減できる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６について図１１を用いて説明する。
実施の形態６は、実施の形態５に対して、板金部材３をベースプレート１０に取り付ける手段を、小型リベット１２としている。

この発明に係る実施の形態６における回転電機用アースブラシでは、ベースプレート１０に板金部材３を小型リベット１２で取付けるようにした。
この構成により、実施の形態６では、汎用の小型リベット１２を使用することで、実施の形態４、実施の形態５の板金カシメ部１１に対して、コストアップなく、スペースを小さくできるため、モータの小型化につながる。

実施の形態７．
この発明の実施の形態７について図１２、図１３、図１４を用いて説明する。
従来技術では、ロータを軸方向に保持する方策として、例えば、以下のような手段がある。フロント側、リア側のベアリングがシャフトに圧入され、ベアリングがハウジングに嵌合されて、ロータが径方向に保持される。
ベアリングの外輪とハウジングは隙間嵌めであり、ロータを軸方向に保持するため、ベアリング押さえ板１３により、ベアリング１の外輪を押え付けて固定する（図１４（ａ））。
実施の形態７では、アースブラシ２により、ベアリング１を軸方向に押さえるようにした例を示しており、図１２は、実施の形態１のアースブラシ２に設けられた板金部材３により、ベアリング１を軸方向に押さえる場合、図１３は、実施の形態６のアースブラシ２に設けられたベースプレート１０により、ベアリング１を軸方向に押さえる場合である。

従来構造では、図１４（ａ）のように、アースブラシ２と、ベアリング押さえ１３の両方の部品が必要であり、両部品を設置するスペースが必要であったが、実施の形態７では、図１４（ｂ）のように、アースブラシ２により、ベアリング１を軸方向に押さえることで、モータの小型化が可能となる。

この発明に係る実施の形態７における回転電機用アースブラシでは、前述した実施の形態１での構成において、アースブラシ２に設けられた上記板金部材３でベアリング１を軸方向に固定するようにした。
この構成により、アースブラシ２に設けられた板金部材３によってベアリング１を軸方向に押さえることで、モータの小型化が可能となる。
また、この発明に係る実施の形態７における回転電機用アースブラシでは、前述した実施の形態４での構成において、アースブラシ２に設けられた上記ベースプレート１０でベアリング１を軸方向に固定するようにした。
この構成により、アースブラシ２に設けられたベースプレート１０によってベアリング１を軸方向に押さえることで、モータの小型化が可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ベアリング、２アースブラシ 2ａ接触部片、３板金部材、４導電性繊維、５導電性繊維固定部、６取付け部、７取付けネジ、８ハウジングへの圧入固定部、９ａ〜９ｃハウジングへの圧入固定部の肉厚、１０ベースプレート、１１板金カシメ部、１２小型リベット、１３ベアリング押さえ板、１４ベアリング電流、１５ブラシ電流、２０シャフト。

Claims

ハウジングにベアリングを介して支承されるシャフトに接触し上記ハウジングへ取付部材によって取付けられる接触部片を備え、上記接触部片を構成する導電性繊維を挟み込むことで、上記導電性繊維を保持する導電性繊維固定部を、円環状の板金部材の複数箇所に形成し、上記板金部材で上記ハウジングへの上記取付部材を構成するようにしたことを特徴とする回転電機用アースブラシ。
上記板金部材の外周部を、ハウジングへの取付け部として、ハウジングへ圧入固定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用アースブラシ。
上記板金部材の外周部を軸方向に曲げて薄肉円筒部を形成し、上記薄肉円筒部をハウジングへの取付け部として、ハウジングへ圧入固定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機用アースブラシ。
ハウジングにベアリングを介して支承されるシャフトに接触し上記ハウジングへ取付部材によって取付けられる接触部片を備え、上記接触部片を構成する導電性繊維を挟み込むことで、上記導電性繊維を保持する導電性繊維固定部を、円環状の板金部材の複数箇所に形成するとともに、上記板金部材を上記板金部材よりも剛性の高いベースプレートに固定し、上記ベースプレートでハウジングへの取付部材を構成するようにしたことを特徴とする回転電機用アースブラシ。
上記ベースプレートの外周部を、ハウジングへの取付け部として、ハウジングへ圧入固定するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の回転電機用アースブラシ。
上記板金部材で上記ベアリングを軸方向に固定するようにした請求項１に記載の回転電機用アースブラシ。
上記ベースプレートで上記ベアリングを軸方向に固定するようにした請求項４に記載の回転電機用アースブラシ。