JP3767554B2 - 電動パワーステアリング装置用ブラシモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の整流子片が樹脂で固定された円筒状の整流子と、この整流子の前記整流子片の外周面に摺接するブラシを備えた電動パワーステアリング装置用ブラシモータの、ブラシ温度の低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、ブラシの温度上昇を低減するために、モータに通電する電流の低下率を大きくして発熱を抑制したり、モータ自体の形状を大型化して熱容量を向上させるほか、ブラシホルダ装置に密着してブラシに生じた熱を吸収浸透しブラシの温度上昇を低減する熱浸透部材を備えたものなどがあった。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５３０２２号公報（段落[０００５]、[０００７]、第１図、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置用ブラシモータでは、モータの過熱を回避するために、モータに通電する電流の低下率を大きくし、通電電流を制限して発熱を抑制しているので、比較的短時間に前記モータによるアシストトルクが低下し、運転者の操舵トルクが増大して、特に車両が低速時等において操舵フィーリングを損なうことがあった。また、モータ自体の形状を大型化して熱容量を向上させる場合は、モータの大型化に伴う装着性の低下や騒音の増加のほか、慣性モーメントやロストルクが増大して操舵フィーリングやハンドル戻りを損なうことがあった。更に、ブラシホルダ装置に熱浸透部材を密着させてブラシの温度上昇を低減する場合は、部品点数の増加や、熱浸透部材の追加に伴う大型化や騒音が増加することあるなどの問題があった。
【０００５】
電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、例えば車両停止時に操舵した場合や車庫入れ時などでは、通常走行中の操舵時に比べて大電流を通電する必要があり、モータは回転が停止または極低速回転の状態で大電流が通電されることとなる。このような特有の使用状態において、ブラシ温度の低減が重要な課題となっており、電動パワーステアリング装置用ブラシモータに適した、ブラシ温度低減のための、更なる解決手段が求められていた。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ブラシ部の発熱を電機子側へ効果的に熱伝導させてブラシ部の温度上昇の抑制を図り、部品点数が少なくて、装置も大型化することなく、容易にブラシの温度上昇の抑制が図れ、その分モータに通電する電流の低下率を小さくしたり、または通電電流を大きくして、操舵フィーリングを向上することができるとともに、騒音も低減できるなど電動パワーステアリング装置用ブラシモータに適したブラシ温度の低減手段を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の一個の断面積をＡ（平方ｍｍ）、前記整流子片の数をＮ、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１８≦（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）≦０．２３
としたものである。
【０００８】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って各１個の脚部を設け、その脚部の一端には前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の径方向の厚さをＴ（ｍｍ）、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１０≦Ｔ／Ｄ≦０．１４
としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置用ブラシモータを示す断面図、図２は、その電機子の要部断面図である。以下図中同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図において、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１は、ヨーク２の内壁面に４極の界磁部をなす磁石３が固定されており、磁石３の内径側には所定の空隙を介して電機子４のコア５が対向している。電機子４は、回転軸６に固定されたコア５および整流子７を備えており、電磁鋼板を積層して構成されたコア５は２２個のスロット８を有し、スロット８には線径が０．７ｍｍ程度のエナメル銅線等を巻回し重巻で構成された巻線９を備えている。
【００１０】
整流子７は、２２個の整流子片１０を備えており、フェノール等の樹脂１１で一体成型され、整流子片１０の固定や絶縁がなされて、回転軸６に圧入等で固定されている。銅材からなる整流子片１０の外周面の一端側には、フック１２が整流子片１０と一体に形成されており、フック１２に巻線９および均圧線１３が係止されてヒュージング等で整流子片１０と接続されている。
【００１１】
ブラシホルダ１４は、ＰＰＳ等の樹脂で成形されたベース１５に、黄銅板等からなるプレート１６およびホルダ１７を組付けて、プレート１６およびホルダ１７で形成された箱部にブラシ１８およびブラシ１８を整流子片１０の外周面に押圧するスプリング１９を配設して構成されている。ブラシホルダ１４には、４個のブラシ１８が９０度間隔で配置されている。図示しない制御装置と接続されたリード線２０は、ブラシホルダ１４部に導入されて、ブラシ１８から導出されたピグテール２１と電気的に接続されている。また、ブラシホルダ１４は取付ネジ２２によってハウジング２３に固定されている。
【００１２】
電機子４は、ベアリング２４および２５によって回転自在に支持され、ヨーク２は締付ネジ２６によってハウジング２２に固定されている。回転軸６の一端にはカップリング２７が圧入等で固着されており、図示しないウオームシャフト等に連結して電機子４の回転力を伝達する。なお、この電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１の定格電流は８０Ａであり、排気量が２０００ＣＣ程度の車両に搭載される。
【００１３】
図３はブラシの形状を示す説明図であって、ブラシ１８は、その軸方向の内側部分は整流子片１０に摺接しない凹部２８を備えており、軸方向の両端部分が整流子片１０に摺接する形状となっている。ブラシ１８の軸方向のフック側端部２９および反フック側端部３０の摺動面３１は、整流子片１０の外周面の直径と略同一の曲率となっており、摺動面３１が整流子片１０の外周面に摺接して２本の摺動跡３２を形成している。なお、ブラシ１８の軸方向寸法は約１５ｍｍで、軸方向両端には共に約２ｍｍの摺動面３１を備えている。
【００１４】
図４は、図３のブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、ブラシ１８は隣接する３枚の整流子片１０に渡って摺接する幅を有した形状となっている。略鼓形状の各整流子片１０には、内周面側に延びた１個の脚部１０ａを備え、脚部１０ａの一端には、整流子片１０の飛び出し防止用の鳩尾形状の凸部３３を有している。脚部１０ａは軸方向の略全域に渡っており、凸部３３は整流子片１０が遠心力等によって動くことを防止している。整流子片１０は、パイプ状の銅材からプレスによって、円環状に２２個連接した状態で形成されて、それを樹脂１１で一体成形して、成形後に隣接する整流子片間をアンダーカット３４によって電気的に切り離して構成されている。なお、整流子片１０は内径寸法を小さくして、整流子片１０の径方向の厚さを従来装置の約１．４倍にしている。
【００１５】
この整流子７の整流子片１０の数Ｎは２２であって、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２８ｍｍである。また、整流子片１０の一個の断面積Ａは、７．５平方ｍｍである。従って、（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）＝０．２１となっている。なお、（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）を、以下においては、断面積指数と称することとする。
【００１６】
図５は、この電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１の電気接続図である。図６は軸方向に断面した整流子７の要部断面図であって、図６（ａ）は、電機子４の製造過程で均圧線１３および巻線９をフック１２部に配置した状態を示す説明図、図６（ｂ）は、均圧線１３および巻線９が整流子片１０と接続された状態を示す要部断面図である。図において、電機子４のコア５は２２個のスロット８を有しており、スロット８には所定のスロットピッチで複数回巻回された１個のコイルをなす巻線９が挿入されて、この巻線９を順次１スロットピッチずらして挿入した所謂重巻で構成されている。均圧線１３は、２２個の整流子片１０の内、対向する１１箇所の整流子片１０同士を１１本のエナメル銅線等で接続している。
【００１７】
まず、均圧線１３の一端をフック１２に引っ掛けて、１８０°反対側のフック１２に他端を引っ掛けて切断する。これを繰り返して１１本の均圧線１３を構成する。次に、巻線９の一端をフック１２に引っ掛けて、所定のスロット間を複数回巻回して隣のフック１２に戻って巻線９を引っ掛け、切断せずに続けて所定のスロット間を複数回巻回して更に隣のフック１２に戻る。これを繰り返して４４個のコイルが挿入された所謂ダブル巻きによって巻線９は構成されている。従って、あるフック１２には２本（巻き始めや巻き終わりは４本）の巻線９が係止されている。換言すると、あるフック１２とコア５との間には、４本の巻線９が渡されていることとなる。ダブル巻きは、巻線９の所要断面積の半分の断面積のコイルを、２倍のコイル数（通常２２個を４４個）挿入したもので、電気的には電機子抵抗を等価としたものである。
【００１８】
以上により、図６において、整流子片１０に構成された溝部３５には、均圧線１３が１本、巻線９が２本（フック１２とコア５との間は４本）が配置されて、ヒュージング等で巻線９および均圧線１３の絶縁皮膜が剥離されるとともに整流子片１０に確実に接続されている。
【００１９】
図７は、断面積指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を説明図である。ブラシ温度は、ブラシ１８に熱電対を取り付けて、電機子４の回転を拘束した状態で所定の電流を通電して、その時のブラシ温度上昇を測定したものである。電動パワーステアリング装置用モータ１では前述の通り、電機子４が回転していない時に大電流が通電される状態があるため、ブラシ温度的に厳しい状態で温度を測定するものである。許容回転数は、電機子４を所定の高温にし、外部から駆動して回転させて、整流子片１０が遠心力で破壊する回転数を測定したものである。電動パワーステアリング装置用モータ１では、車輪側から減速機構を介して電機子４が過回転される状態を想定して、それに安全率を考慮して許容回転数を定めている。最小許容回転数は、電動パワーステアリング装置用モータ１として求められる最小の許容回転数である。図に示すように、断面積指数の増加に伴って、ブラシ温度は低減し、許容回転数は低下する。
【００２０】
断面積指数は、同様の従来装置においては０．１６６や０．１６８など、０．１７未満であった。断面積指数を、０．１８以上で０．２３以下にすることによって、最小許容回転数以上を確保した上で、ブラシ温度を低減することができる。より好ましくは、断面積指数は、０．２１以上とすることで、より効果が大きくなる。断面積指数を大きくすることは、整流子片１０の回転強度の低下のほか、銅材の使用量増加に伴うコストアップや整流子片１０の工作性の低下などに繋がるため従来は必要以上に考慮されず、断面積指数を大きくして、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１のブラシ部の発熱を電機子側へ熱伝導させてブラシ温度低減する技術思想は見られなかった。
【００２１】
このように構成された電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１においては、図示しない制御装置からリード線２０を介して、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１に所定の通電がなされ、電機子４が回転力を発生して、その回転力が回転軸６に固着されたカップリング２７と連結された図示しないウオームシャフトに伝達されて、運転者の操舵力を軽減することができる。
【００２２】
以上のように、断面積指数を０．２１として整流子片１０の断面積を増加したので、単に熱容量が増加するだけではなく、車庫入れ時等の短時間に大きな発熱を生じた場合でも、ブラシ１８の発熱が効果的に整流子片１０から巻線９や均圧線１３に熱伝導し、また、整流子片１０自体の発熱も減少して、ブラシ１８の温度上昇を抑制することができる。従って、通電する電流の低下率を抑えたり、定格電流を増加させることができて、操舵フィーリングを向上させることができる。また、最小許容回転数を満足しており、安全な電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。また、整流子片１０の内径寸法を小さくして断面積を増加したので、モータの基本構造を変更する必要がなく、小型でロストルクの小さい電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。
【００２３】
４極の磁石３、２２個のスロット８を備え、ブラシ１８は４個としたので、発熱や熱伝導が４個のブラシ１８に分担されるとともに、対向するブラシ１８の状態が同じであるためブラシ温度が安定して効果的に温度上昇を抑制することができる。更に、４極２２スロットとしたため騒音やトルクリップルが低減されるとともに、均圧線１３を配設してブラシ温度や騒音も低減できるなど、従来に無かった電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。
【００２４】
また、整流子片１０の外周面の一端に、整流子片１０と一体で、巻線９や均圧線１３が接続されるフック１２を外周面と略同一径で備えたので、整流子片１０の外周面の一端に外径方向に延びたツバ部を有した所謂ライザー式の整流子７と比べて、ブラシ１８から巻線９や均圧線１３への距離が短かいため熱伝導が良く、効果的に温度上昇を抑制できる。更に、ライザー式と比べて耐遠心力性が良いために、整流子片１０の断面積を増加できて、より温度上昇を抑制できる。
【００２５】
また、各整流子片１０は１個の脚部１０ａを設けており、断面積の増加が容易で、工作性も良い。脚部１０ａは、軸方向の両端部のダレ等を除いた全域に渡っているので熱伝導が良く、効果的にブラシ温度を低減できる。また、凸部３３も軸方向の両端部のダレ等を除いた略全域に渡っているので、整流子片１０が強固に樹脂１１と固着して、整流子片１０が動きにくく、安全で低騒音の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。なお、銅材から構成された整流子片１０の断面積を増加したので、整流子片１０を固定している樹脂１１よりも熱伝導が良く、効果的に温度上昇を抑制できる。
【００２６】
更に、整流子片１０の内周面側の軸方向の途中に外径方向に切欠き等を有したタイプの他の整流子７に比べて、切欠きが無いため巻線９への熱伝導が良く効果的に温度上昇が抑制でき、また整流子７の製造も安価にできる。また、整流子片１０が連接した状態で樹脂１１で一体成形したモールドの整流子７であり、成形後に各整流子片間を電気的に切り離して構成したので、整流子７の製造が容易で安価となり、成形後に切り離すために整流子片１０の連接部の形状の自由度が高くて工作性が良く、成形後に切り離すために容易に整流子片１０の断面積を増加することができる。
【００２７】
電機子４の巻線９をダブル巻きとし、フック１２には２本の巻線９を接続したので、整流子片１０と巻線９の接触面積が大きく本数も多いため、効果的に巻線９への熱伝導を向上させるのことができる。また、ダブル巻きにより巻線９が高密度となり、コア５端面の巻線９やスロット８内の巻線９同士の接触面積が大きくなり、熱伝導を向上させることができる。
【００２８】
また、フック１２は、均圧線１３を接続したので、整流子片１０から均圧線１３への熱伝導を図ることができて、ブラシ１８の温度上昇を更に効果的に低減することができるとともに、整流が向上してブラシ温度が低減し、騒音も低減される。
【００２９】
また、ブラシ１８の温度上昇が効果的に低減されるため、ブラシ１８の近傍が樹脂で構成されたベース１５を有するブラシホルダ１４であっても、樹脂の溶融や寸法変化が抑制され、ブラシ１８の摺動が良好な低騒音で安価な電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。また、電流の低下率を小さくするなど、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３０】
ブラシ１８は、その軸方向の一部分が整流子片１０に摺接する形状としたので、摺動面３１の面圧が増加してブラシ１８の接触が安定し、更に発熱が減少するほか騒音も低減できる。特に、ロストルクの低減のためにスプリング１９の荷重が低い電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１において好適とできる。
【００３１】
また、ブラシ１８は、周方向に隣接する整流子片１０の３枚以上に摺接する幅を有した形状としたので、２枚に比べて整流子片１０から巻線９や均圧線１３への熱伝導が更に向上して、ブラシ１８の温度上昇が効果的に低減できる。
【００３２】
また、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２８ｍｍとしたので、整流子片１０の回転強度を確保した上で断面積指数を増加できて、ブラシ温度を低減することができる。整流子片１０の外周面の直径Ｄをあまり小さくするとロストルクは減少できるが、回転強度を確保した上で断面積指数を増加することができない。また、整流子片１０の外周面の直径をあまり大きくするとロストルクが増加してしまうため、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２０ｍｍ〜５０ｍｍとすると良い。より好ましくは、２３ｍｍ〜３３ｍｍとすると良い。また、定格電流と通電時間の積を一定にすれば、定格電流が２５Ａ〜８０Ａの範囲において同様の効果を得ることができて、効果的に温度上昇を低減する事ができる。
【００３３】
実施の形態２．
図８は、整流子片１０の飛び出し防止用の凸部３３の他の実施の形態を示すもので、それ以外は実施の形態１と同様である。図８は図４と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、整流子片１０の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って、各整流子片１０の周方向中央側に曲げられた２個の飛び出し防止用の凸部３３を有しており、整流子片１０が遠心力等によって動くことを防止している。整流子片１０は、板厚２．４ｍｍの銅の板材を丸めて円環状にした後、凸部３３を形成して、整流子片１０が２２個連接した状態で樹脂１１で一体成形して、成形後に隣接する整流子片間をアンダーカット３４によって電気的に切り離して構成されている。整流子７の整流子片１０の数Ｎは２２であって、整流子片１０の外周面の直径Ｄは、２８ｍｍである。また、整流子片１０の一個の断面積Ａは、６．５平方ｍｍである。従って、断面積指数は０．１８となっている。
【００３４】
断面積指数を０．１８として整流子片１０の断面積を内径側に増加したので、実施の形態１と比べてブラシ温度低減の効果は多少減少はするが、相当の効果を得ることができる。特に、板材を丸めて形成したので、パイプ材から形成した場合よりも安価にできる。整流子片１０は、図８の断面形状が略軸方向に渡っており、容易に断面積が増加できるとともに、整流子片１０は強固に樹脂１１と固着されるため、板材を丸めて形成した整流子７であっても、低騒音が求められる電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１に使用することができる。成形後に各整流子片間を電気的に切り離して構成したので、整流子７の製造が容易で安価とできる。成形後に切り離すため、整流子片１０及びその連接部の形状の自由度が高く、整流子片１０の工作性が向上すると共に、整流子片１０の断面積も容易に増加することができる。
【００３５】
実施の形態３．
図９は図４と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、図４と同様の構成となっている。この整流子７の整流子片１０の数Ｎは２２であって、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２４．５ｍｍである。また、整流子片１０の一個の断面積Ａは、５．７４平方ｍｍである。従って、断面積指数は０．２１となっている。また、定格電流は４０Ａであり、排気量が１０００ＣＣ程度の車両に装着される。
【００３６】
断面積指数を０．２１として整流子片１０の断面積を内径側に増加したので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。実施の形態１と比べて整流子片１０の外周面の直径Ｄを小さくしたので、ロストルクが減少して、排気量が比較的小型の車両にも装着可能とできる。
【００３７】
実施の形態４
図１０は図４と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、略鼓形状の各整流子片１０には、内周面側に延びた１個の脚部１０ａを備え、脚部１０ａの一端には、整流子片１０の飛び出し防止用の鳩尾形状の凸部３３を有している。脚部１０ａは軸方向の略全域に渡っており、凸部３３は整流子片１０が遠心力等によって動くことを防止している。整流子片１０は、パイプ状の銅材からプレスによって、円環状に２２個連接した状態で形成されて、それを樹脂１１で一体成形して、成形後に隣接する整流子片間をアンダーカット３４によって電気的に切り離して構成されている。整流子７は、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、整流子片の径方向の厚さＴは３．５ｍｍ、整流子片の外周面の直径Ｄは２８ｍｍであって、Ｔ／Ｄ＝０．１２となっている。なお、従来の同様装置のＴ／Ｄは、０．０９未満であって、整流子片の径方向の厚さＴを内周側に従来の約１．４倍にしている。なお、Ｔ／Ｄを、以下においては、肉厚指数と称することとする。なお、この電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１の定格電流は８０Ａである。
【００３８】
図１１はブラシの形状を示す説明図であって、ブラシ１８は、その軸方向のフック側端部２９の摺動面３１は、整流子片１０の外周面の直径と略同一の曲率となっており、摺動面３１が整流子片１０の外周面に摺接して１本の摺動跡３２を形成している。なお、ブラシ１８の軸方向寸法は約１５ｍｍで、フック側端部２９に約４ｍｍの摺動面３１を備えている。上記以外は実施の形態１と同様の構成である。
【００３９】
図１２は、肉厚指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を示す説明図である。ブラシ温度および許容回転数の測定は上述と同様であり、最小許容回転数についても同様である。図に示すように、肉厚指数の増加に伴って、ブラシ温度は低減し、許容回転数は低下する。また肉厚指数は、従来装置においては０．０８６や０．０８９など、０．０９未満であった。肉厚指数を、０．１０以上で０．１４以下にすることによって、最小許容回転数以上を確保した上で、ブラシ温度を低減することができる。より好ましくは、肉厚指数は、０．１２以上とすることで、より効果が大きくなる。肉厚指数を大きくすることは、整流子片１０の回転強度の低下のほか、銅材の使用量増加に伴うコストアップや整流子片１０の工作性の低下などに繋がるため従来は必要以上に考慮されず、肉厚指数を大きくして、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１のブラシ部の発熱を電機子側へ熱伝導させてブラシ温度低減する技術思想は見られなかった。
【００４０】
肉厚指数を０．１２として、整流子片１０の断面積を増加したので、単に熱容量が増加するだけではなく、車庫入れ時等の短時間に大きな発熱を生じた場合でも、ブラシ１８の発熱が効果的に整流子片１０から巻線９や均圧線１３に熱伝導し、また、整流子片１０自体の発熱も減少して、ブラシ１８の温度上昇を抑制することができる。従って、通電する電流の低下率を抑えたり、定格電流を増加させることができて、操舵フィーリングを向上させることができる。また、最小許容回転数を満足しており、安全な電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。また、整流子片１０の内径寸法を小さくして断面積を増加したので、モータの基本構造を変更する必要がなく、小型でロストルクの小さい電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。
【００４１】
ブラシ１８は、フック側端部２９が整流子片１０に摺接する形状としたので、摺動面３１の面圧が増加してブラシ１８の接触が安定し、発熱が減少するほか騒音も低減できる。また、フック側端部２９が整流子片１０に摺接するようにしたので、巻線９や均圧線１３までの距離が短く効果的にブラシ温度を低減できる。ロストルクの低減のためにスプリング１９の荷重が低い、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１に好適とできる。
【００４２】
実施の形態５．
図１３は図１０と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、図１０と同様の構成となっており、整流子７は、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、整流子片の径方向の厚さＴは２．７ｍｍ、整流子片の外周面の直径Ｄは２４．５ｍｍであって、肉厚指数Ｔ／Ｄ＝０．１１となっている。
【００４３】
整流子片１０の断面積を内径側に増加して肉厚指数を０．１１としたので、実施の形態４と比べてブラシ温度低減の効果は減少するが、相当の効果を得ることができる。より好ましくは、肉厚指数は、０．１２以上とするとよい。また、整流子片１０の外周面の直径Ｄを小さくしたので、ロストルクが減少して、排気量が比較的小型の車両にも装着可能とすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の一個の断面積をＡ（平方ｍｍ）、前記整流子片の数をＮ、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１８≦（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）≦０．２３ としたので、ブラシ部の発熱が効果的に整流子片から巻線側にも熱伝導して、ブラシの温度上昇を抑制することができ、部品点数が少なく、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置用ブラシモータを得ることができる。
【００４５】
また、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って各１個の脚部を設け、その脚部の一端には前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の径方向の厚さをＴ（ｍｍ）、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１０≦Ｔ／Ｄ≦０．１４ としたので、ブラシ部の発熱が効果的に整流子片から巻線側にも熱伝導して、ブラシの温度上昇を抑制することができ、部品点数が少なく、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置用ブラシモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用ブラシモータの断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１を示す電機子の要部断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１を示すブラシの形状の説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態１を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用ブラシモータの電気接続図である。
【図６】 この発明の実施の形態１を示す整流子の要部断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態１を示す断面積指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態２を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態３を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態４を示すブラシの形状の説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４を示す厚さ指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を示す説明図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置用ブラシモータ、 ２ ヨーク、 ３ 界磁部（磁石）、 ４ 電機子、 ５ コア、 ７ 整流子、 ８ スロット、 ９巻線、 １０ 整流子片、 １０ａ 脚部、 １１ 樹脂、 １２ フック、１３ 均圧線、 １４ ブラシホルダ、 １５ ベース（樹脂）、 １８ ブラシ、 ３１ 摺動面、 ３２ 摺動跡、 ３３ 凸部、 ３４ アンダーカット、 ３５ 溝部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の整流子片が樹脂で固定された円筒状の整流子と、この整流子の前記整流子片の外周面に摺接するブラシを備えた電動パワーステアリング装置用ブラシモータの、ブラシ温度の低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、ブラシの温度上昇を低減するために、モータに通電する電流の低下率を大きくして発熱を抑制したり、モータ自体の形状を大型化して熱容量を向上させるほか、ブラシホルダ装置に密着してブラシに生じた熱を吸収浸透しブラシの温度上昇を低減する熱浸透部材を備えたものなどがあった。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５３０２２号公報（段落[０００５]、[０００７]、第１図、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置用ブラシモータでは、モータの過熱を回避するために、モータに通電する電流の低下率を大きくし、通電電流を制限して発熱を抑制しているので、比較的短時間に前記モータによるアシストトルクが低下し、運転者の操舵トルクが増大して、特に車両が低速時等において操舵フィーリングを損なうことがあった。また、モータ自体の形状を大型化して熱容量を向上させる場合は、モータの大型化に伴う装着性の低下や騒音の増加のほか、慣性モーメントやロストルクが増大して操舵フィーリングやハンドル戻りを損なうことがあった。更に、ブラシホルダ装置に熱浸透部材を密着させてブラシの温度上昇を低減する場合は、部品点数の増加や、熱浸透部材の追加に伴う大型化や騒音が増加することあるなどの問題があった。
【０００５】
電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、例えば車両停止時に操舵した場合や車庫入れ時などでは、通常走行中の操舵時に比べて大電流を通電する必要があり、モータは回転が停止または極低速回転の状態で大電流が通電されることとなる。このような特有の使用状態において、ブラシ温度の低減が重要な課題となっており、電動パワーステアリング装置用ブラシモータに適した、ブラシ温度低減のための、更なる解決手段が求められていた。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ブラシ部の発熱を電機子側へ効果的に熱伝導させてブラシ部の温度上昇の抑制を図り、部品点数が少なくて、装置も大型化することなく、容易にブラシの温度上昇の抑制が図れ、その分モータに通電する電流の低下率を小さくしたり、または通電電流を大きくして、操舵フィーリングを向上することができるとともに、騒音も低減できるなど電動パワーステアリング装置用ブラシモータに適したブラシ温度の低減手段を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の一個の断面積をＡ（平方ｍｍ）、前記整流子片の数をＮ、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１８≦（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）≦０．２３
としたものである。
【０００８】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置用ブラシモータにおいては、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って各１個の脚部を設け、その脚部の一端には前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の径方向の厚さをＴ（ｍｍ）、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１０≦Ｔ／Ｄ≦０．１４
としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置用ブラシモータを示す断面図、図２は、その電機子の要部断面図である。以下図中同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図において、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１は、ヨーク２の内壁面に４極の界磁部をなす磁石３が固定されており、磁石３の内径側には所定の空隙を介して電機子４のコア５が対向している。電機子４は、回転軸６に固定されたコア５および整流子７を備えており、電磁鋼板を積層して構成されたコア５は２２個のスロット８を有し、スロット８には線径が０．７ｍｍ程度のエナメル銅線等を巻回し重巻で構成された巻線９を備えている。
【００１０】
整流子７は、２２個の整流子片１０を備えており、フェノール等の樹脂１１で一体成型され、整流子片１０の固定や絶縁がなされて、回転軸６に圧入等で固定されている。銅材からなる整流子片１０の外周面の一端側には、フック１２が整流子片１０と一体に形成されており、フック１２に巻線９および均圧線１３が係止されてヒュージング等で整流子片１０と接続されている。
【００１１】
ブラシホルダ１４は、ＰＰＳ等の樹脂で成形されたベース１５に、黄銅板等からなるプレート１６およびホルダ１７を組付けて、プレート１６およびホルダ１７で形成された箱部にブラシ１８およびブラシ１８を整流子片１０の外周面に押圧するスプリング１９を配設して構成されている。ブラシホルダ１４には、４個のブラシ１８が９０度間隔で配置されている。図示しない制御装置と接続されたリード線２０は、ブラシホルダ１４部に導入されて、ブラシ１８から導出されたピグテール２１と電気的に接続されている。また、ブラシホルダ１４は取付ネジ２２によってハウジング２３に固定されている。
【００１２】
電機子４は、ベアリング２４および２５によって回転自在に支持され、ヨーク２は締付ネジ２６によってハウジング２２に固定されている。回転軸６の一端にはカップリング２７が圧入等で固着されており、図示しないウオームシャフト等に連結して電機子４の回転力を伝達する。なお、この電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１の定格電流は８０Ａであり、排気量が２０００ＣＣ程度の車両に搭載される。
【００１３】
図３はブラシの形状を示す説明図であって、ブラシ１８は、その軸方向の内側部分は整流子片１０に摺接しない凹部２８を備えており、軸方向の両端部分が整流子片１０に摺接する形状となっている。ブラシ１８の軸方向のフック側端部２９および反フック側端部３０の摺動面３１は、整流子片１０の外周面の直径と略同一の曲率となっており、摺動面３１が整流子片１０の外周面に摺接して２本の摺動跡３２を形成している。なお、ブラシ１８の軸方向寸法は約１５ｍｍで、軸方向両端には共に約２ｍｍの摺動面３１を備えている。
【００１４】
図４は、図３のブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、ブラシ１８は隣接する３枚の整流子片１０に渡って摺接する幅を有した形状となっている。略鼓形状の各整流子片１０には、内周面側に延びた１個の脚部１０ａを備え、脚部１０ａの一端には、整流子片１０の飛び出し防止用の鳩尾形状の凸部３３を有している。脚部１０ａは軸方向の略全域に渡っており、凸部３３は整流子片１０が遠心力等によって動くことを防止している。整流子片１０は、パイプ状の銅材からプレスによって、円環状に２２個連接した状態で形成されて、それを樹脂１１で一体成形して、成形後に隣接する整流子片間をアンダーカット３４によって電気的に切り離して構成されている。なお、整流子片１０は内径寸法を小さくして、整流子片１０の径方向の厚さを従来装置の約１．４倍にしている。
【００１５】
この整流子７の整流子片１０の数Ｎは２２であって、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２８ｍｍである。また、整流子片１０の一個の断面積Ａは、７．５平方ｍｍである。従って、（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）＝０．２１となっている。なお、（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）を、以下においては、断面積指数と称することとする。
【００１６】
図５は、この電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１の電気接続図である。図６は軸方向に断面した整流子７の要部断面図であって、図６（ａ）は、電機子４の製造過程で均圧線１３および巻線９をフック１２部に配置した状態を示す説明図、図６（ｂ）は、均圧線１３および巻線９が整流子片１０と接続された状態を示す要部断面図である。図において、電機子４のコア５は２２個のスロット８を有しており、スロット８には所定のスロットピッチで複数回巻回された１個のコイルをなす巻線９が挿入されて、この巻線９を順次１スロットピッチずらして挿入した所謂重巻で構成されている。均圧線１３は、２２個の整流子片１０の内、対向する１１箇所の整流子片１０同士を１１本のエナメル銅線等で接続している。
【００１７】
まず、均圧線１３の一端をフック１２に引っ掛けて、１８０°反対側のフック１２に他端を引っ掛けて切断する。これを繰り返して１１本の均圧線１３を構成する。次に、巻線９の一端をフック１２に引っ掛けて、所定のスロット間を複数回巻回して隣のフック１２に戻って巻線９を引っ掛け、切断せずに続けて所定のスロット間を複数回巻回して更に隣のフック１２に戻る。これを繰り返して４４個のコイルが挿入された所謂ダブル巻きによって巻線９は構成されている。従って、あるフック１２には２本（巻き始めや巻き終わりは４本）の巻線９が係止されている。換言すると、あるフック１２とコア５との間には、４本の巻線９が渡されていることとなる。ダブル巻きは、巻線９の所要断面積の半分の断面積のコイルを、２倍のコイル数（通常２２個を４４個）挿入したもので、電気的には電機子抵抗を等価としたものである。
【００１８】
以上により、図６において、整流子片１０に構成された溝部３５には、均圧線１３が１本、巻線９が２本（フック１２とコア５との間は４本）が配置されて、ヒュージング等で巻線９および均圧線１３の絶縁皮膜が剥離されるとともに整流子片１０に確実に接続されている。
【００１９】
図７は、断面積指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を説明図である。ブラシ温度は、ブラシ１８に熱電対を取り付けて、電機子４の回転を拘束した状態で所定の電流を通電して、その時のブラシ温度上昇を測定したものである。電動パワーステアリング装置用モータ１では前述の通り、電機子４が回転していない時に大電流が通電される状態があるため、ブラシ温度的に厳しい状態で温度を測定するものである。許容回転数は、電機子４を所定の高温にし、外部から駆動して回転させて、整流子片１０が遠心力で破壊する回転数を測定したものである。電動パワーステアリング装置用モータ１では、車輪側から減速機構を介して電機子４が過回転される状態を想定して、それに安全率を考慮して許容回転数を定めている。最小許容回転数は、電動パワーステアリング装置用モータ１として求められる最小の許容回転数である。図に示すように、断面積指数の増加に伴って、ブラシ温度は低減し、許容回転数は低下する。
【００２０】
断面積指数は、同様の従来装置においては０．１６６や０．１６８など、０．１７未満であった。断面積指数を、０．１８以上で０．２３以下にすることによって、最小許容回転数以上を確保した上で、ブラシ温度を低減することができる。より好ましくは、断面積指数は、０．２１以上とすることで、より効果が大きくなる。断面積指数を大きくすることは、整流子片１０の回転強度の低下のほか、銅材の使用量増加に伴うコストアップや整流子片１０の工作性の低下などに繋がるため従来は必要以上に考慮されず、断面積指数を大きくして、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１のブラシ部の発熱を電機子側へ熱伝導させてブラシ温度低減する技術思想は見られなかった。
【００２１】
このように構成された電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１においては、図示しない制御装置からリード線２０を介して、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１に所定の通電がなされ、電機子４が回転力を発生して、その回転力が回転軸６に固着されたカップリング２７と連結された図示しないウオームシャフトに伝達されて、運転者の操舵力を軽減することができる。
【００２２】
以上のように、断面積指数を０．２１として整流子片１０の断面積を増加したので、単に熱容量が増加するだけではなく、車庫入れ時等の短時間に大きな発熱を生じた場合でも、ブラシ１８の発熱が効果的に整流子片１０から巻線９や均圧線１３に熱伝導し、また、整流子片１０自体の発熱も減少して、ブラシ１８の温度上昇を抑制することができる。従って、通電する電流の低下率を抑えたり、定格電流を増加させることができて、操舵フィーリングを向上させることができる。また、最小許容回転数を満足しており、安全な電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。また、整流子片１０の内径寸法を小さくして断面積を増加したので、モータの基本構造を変更する必要がなく、小型でロストルクの小さい電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。
【００２３】
４極の磁石３、２２個のスロット８を備え、ブラシ１８は４個としたので、発熱や熱伝導が４個のブラシ１８に分担されるとともに、対向するブラシ１８の状態が同じであるためブラシ温度が安定して効果的に温度上昇を抑制することができる。更に、４極２２スロットとしたため騒音やトルクリップルが低減されるとともに、均圧線１３を配設してブラシ温度や騒音も低減できるなど、従来に無かった電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。
【００２４】
また、整流子片１０の外周面の一端に、整流子片１０と一体で、巻線９や均圧線１３が接続されるフック１２を外周面と略同一径で備えたので、整流子片１０の外周面の一端に外径方向に延びたツバ部を有した所謂ライザー式の整流子７と比べて、ブラシ１８から巻線９や均圧線１３への距離が短かいため熱伝導が良く、効果的に温度上昇を抑制できる。更に、ライザー式と比べて耐遠心力性が良いために、整流子片１０の断面積を増加できて、より温度上昇を抑制できる。
【００２５】
また、各整流子片１０は１個の脚部１０ａを設けており、断面積の増加が容易で、工作性も良い。脚部１０ａは、軸方向の両端部のダレ等を除いた全域に渡っているので熱伝導が良く、効果的にブラシ温度を低減できる。また、凸部３３も軸方向の両端部のダレ等を除いた略全域に渡っているので、整流子片１０が強固に樹脂１１と固着して、整流子片１０が動きにくく、安全で低騒音の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。なお、銅材から構成された整流子片１０の断面積を増加したので、整流子片１０を固定している樹脂１１よりも熱伝導が良く、効果的に温度上昇を抑制できる。
【００２６】
更に、整流子片１０の内周面側の軸方向の途中に外径方向に切欠き等を有したタイプの他の整流子７に比べて、切欠きが無いため巻線９への熱伝導が良く効果的に温度上昇が抑制でき、また整流子７の製造も安価にできる。また、整流子片１０が連接した状態で樹脂１１で一体成形したモールドの整流子７であり、成形後に各整流子片間を電気的に切り離して構成したので、整流子７の製造が容易で安価となり、成形後に切り離すために整流子片１０の連接部の形状の自由度が高くて工作性が良く、成形後に切り離すために容易に整流子片１０の断面積を増加することができる。
【００２７】
電機子４の巻線９をダブル巻きとし、フック１２には２本の巻線９を接続したので、整流子片１０と巻線９の接触面積が大きく本数も多いため、効果的に巻線９への熱伝導を向上させるのことができる。また、ダブル巻きにより巻線９が高密度となり、コア５端面の巻線９やスロット８内の巻線９同士の接触面積が大きくなり、熱伝導を向上させることができる。
【００２８】
また、フック１２は、均圧線１３を接続したので、整流子片１０から均圧線１３への熱伝導を図ることができて、ブラシ１８の温度上昇を更に効果的に低減することができるとともに、整流が向上してブラシ温度が低減し、騒音も低減される。
【００２９】
また、ブラシ１８の温度上昇が効果的に低減されるため、ブラシ１８の近傍が樹脂で構成されたベース１５を有するブラシホルダ１４であっても、樹脂の溶融や寸法変化が抑制され、ブラシ１８の摺動が良好な低騒音で安価な電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。また、電流の低下率を小さくするなど、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３０】
ブラシ１８は、その軸方向の一部分が整流子片１０に摺接する形状としたので、摺動面３１の面圧が増加してブラシ１８の接触が安定し、更に発熱が減少するほか騒音も低減できる。特に、ロストルクの低減のためにスプリング１９の荷重が低い電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１において好適とできる。
【００３１】
また、ブラシ１８は、周方向に隣接する整流子片１０の３枚以上に摺接する幅を有した形状としたので、２枚に比べて整流子片１０から巻線９や均圧線１３への熱伝導が更に向上して、ブラシ１８の温度上昇が効果的に低減できる。
【００３２】
また、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２８ｍｍとしたので、整流子片１０の回転強度を確保した上で断面積指数を増加できて、ブラシ温度を低減することができる。整流子片１０の外周面の直径Ｄをあまり小さくするとロストルクは減少できるが、回転強度を確保した上で断面積指数を増加することができない。また、整流子片１０の外周面の直径をあまり大きくするとロストルクが増加してしまうため、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２０ｍｍ〜５０ｍｍとすると良い。より好ましくは、２３ｍｍ〜３３ｍｍとすると良い。また、定格電流と通電時間の積を一定にすれば、定格電流が２５Ａ〜８０Ａの範囲において同様の効果を得ることができて、効果的に温度上昇を低減する事ができる。
【００３３】
実施の形態２．
図８は、整流子片１０の飛び出し防止用の凸部３３の他の実施の形態を示すもので、それ以外は実施の形態１と同様である。図８は図４と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、整流子片１０の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って、各整流子片１０の周方向中央側に曲げられた２個の飛び出し防止用の凸部３３を有しており、整流子片１０が遠心力等によって動くことを防止している。整流子片１０は、板厚２．４ｍｍの銅の板材を丸めて円環状にした後、凸部３３を形成して、整流子片１０が２２個連接した状態で樹脂１１で一体成形して、成形後に隣接する整流子片間をアンダーカット３４によって電気的に切り離して構成されている。整流子７の整流子片１０の数Ｎは２２であって、整流子片１０の外周面の直径Ｄは、２８ｍｍである。また、整流子片１０の一個の断面積Ａは、６．５平方ｍｍである。従って、断面積指数は０．１８となっている。
【００３４】
断面積指数を０．１８として整流子片１０の断面積を内径側に増加したので、実施の形態１と比べてブラシ温度低減の効果は多少減少はするが、相当の効果を得ることができる。特に、板材を丸めて形成したので、パイプ材から形成した場合よりも安価にできる。整流子片１０は、図８の断面形状が略軸方向に渡っており、容易に断面積が増加できるとともに、整流子片１０は強固に樹脂１１と固着されるため、板材を丸めて形成した整流子７であっても、低騒音が求められる電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１に使用することができる。成形後に各整流子片間を電気的に切り離して構成したので、整流子７の製造が容易で安価とできる。成形後に切り離すため、整流子片１０及びその連接部の形状の自由度が高く、整流子片１０の工作性が向上すると共に、整流子片１０の断面積も容易に増加することができる。
【００３５】
実施の形態３．
図９は図４と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、図４と同様の構成となっている。この整流子７の整流子片１０の数Ｎは２２であって、整流子片１０の外周面の直径Ｄは２４．５ｍｍである。また、整流子片１０の一個の断面積Ａは、５．７４平方ｍｍである。従って、断面積指数は０．２１となっている。また、定格電流は４０Ａであり、排気量が１０００ＣＣ程度の車両に装着される。
【００３６】
断面積指数を０．２１として整流子片１０の断面積を内径側に増加したので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。実施の形態１と比べて整流子片１０の外周面の直径Ｄを小さくしたので、ロストルクが減少して、排気量が比較的小型の車両にも装着可能とできる。
【００３７】
実施の形態４
図１０は図４と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、略鼓形状の各整流子片１０には、内周面側に延びた１個の脚部１０ａを備え、脚部１０ａの一端には、整流子片１０の飛び出し防止用の鳩尾形状の凸部３３を有している。脚部１０ａは軸方向の略全域に渡っており、凸部３３は整流子片１０が遠心力等によって動くことを防止している。整流子片１０は、パイプ状の銅材からプレスによって、円環状に２２個連接した状態で形成されて、それを樹脂１１で一体成形して、成形後に隣接する整流子片間をアンダーカット３４によって電気的に切り離して構成されている。整流子７は、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、整流子片の径方向の厚さＴは３．５ｍｍ、整流子片の外周面の直径Ｄは２８ｍｍであって、Ｔ／Ｄ＝０．１２となっている。なお、従来の同様装置のＴ／Ｄは、０．０９未満であって、整流子片の径方向の厚さＴを内周側に従来の約１．４倍にしている。なお、Ｔ／Ｄを、以下においては、肉厚指数と称することとする。なお、この電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１の定格電流は８０Ａである。
【００３８】
図１１はブラシの形状を示す説明図であって、ブラシ１８は、その軸方向のフック側端部２９の摺動面３１は、整流子片１０の外周面の直径と略同一の曲率となっており、摺動面３１が整流子片１０の外周面に摺接して１本の摺動跡３２を形成している。なお、ブラシ１８の軸方向寸法は約１５ｍｍで、フック側端部２９に約４ｍｍの摺動面３１を備えている。上記以外は実施の形態１と同様の構成である。
【００３９】
図１２は、肉厚指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を示す説明図である。ブラシ温度および許容回転数の測定は上述と同様であり、最小許容回転数についても同様である。図に示すように、肉厚指数の増加に伴って、ブラシ温度は低減し、許容回転数は低下する。また肉厚指数は、従来装置においては０．０８６や０．０８９など、０．０９未満であった。肉厚指数を、０．１０以上で０．１４以下にすることによって、最小許容回転数以上を確保した上で、ブラシ温度を低減することができる。より好ましくは、肉厚指数は、０．１２以上とすることで、より効果が大きくなる。肉厚指数を大きくすることは、整流子片１０の回転強度の低下のほか、銅材の使用量増加に伴うコストアップや整流子片１０の工作性の低下などに繋がるため従来は必要以上に考慮されず、肉厚指数を大きくして、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１のブラシ部の発熱を電機子側へ熱伝導させてブラシ温度低減する技術思想は見られなかった。
【００４０】
肉厚指数を０．１２として、整流子片１０の断面積を増加したので、単に熱容量が増加するだけではなく、車庫入れ時等の短時間に大きな発熱を生じた場合でも、ブラシ１８の発熱が効果的に整流子片１０から巻線９や均圧線１３に熱伝導し、また、整流子片１０自体の発熱も減少して、ブラシ１８の温度上昇を抑制することができる。従って、通電する電流の低下率を抑えたり、定格電流を増加させることができて、操舵フィーリングを向上させることができる。また、最小許容回転数を満足しており、安全な電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。また、整流子片１０の内径寸法を小さくして断面積を増加したので、モータの基本構造を変更する必要がなく、小型でロストルクの小さい電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１を得ることができる。
【００４１】
ブラシ１８は、フック側端部２９が整流子片１０に摺接する形状としたので、摺動面３１の面圧が増加してブラシ１８の接触が安定し、発熱が減少するほか騒音も低減できる。また、フック側端部２９が整流子片１０に摺接するようにしたので、巻線９や均圧線１３までの距離が短く効果的にブラシ温度を低減できる。ロストルクの低減のためにスプリング１９の荷重が低い、電動パワーステアリング装置用ブラシモータ１に好適とできる。
【００４２】
実施の形態５．
図１３は図１０と同様に、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図であって、図１０と同様の構成となっており、整流子７は、ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、整流子片の径方向の厚さＴは２．７ｍｍ、整流子片の外周面の直径Ｄは２４．５ｍｍであって、肉厚指数Ｔ／Ｄ＝０．１１となっている。
【００４３】
整流子片１０の断面積を内径側に増加して肉厚指数を０．１１としたので、実施の形態４と比べてブラシ温度低減の効果は減少するが、相当の効果を得ることができる。より好ましくは、肉厚指数は、０．１２以上とするとよい。また、整流子片１０の外周面の直径Ｄを小さくしたので、ロストルクが減少して、排気量が比較的小型の車両にも装着可能とすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の一個の断面積をＡ（平方ｍｍ）、前記整流子片の数をＮ、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１８≦（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）≦０．２３ としたので、ブラシ部の発熱が効果的に整流子片から巻線側にも熱伝導して、ブラシの温度上昇を抑制することができ、部品点数が少なく、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置用ブラシモータを得ることができる。
【００４５】
また、ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って各１個の脚部を設け、その脚部の一端には前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の径方向の厚さをＴ（ｍｍ）、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１０≦Ｔ／Ｄ≦０．１４ としたので、ブラシ部の発熱が効果的に整流子片から巻線側にも熱伝導して、ブラシの温度上昇を抑制することができ、部品点数が少なく、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置用ブラシモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用ブラシモータの断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１を示す電機子の要部断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１を示すブラシの形状の説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態１を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１を示す電動パワーステアリング装置用ブラシモータの電気接続図である。
【図６】 この発明の実施の形態１を示す整流子の要部断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態１を示す断面積指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態２を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態３を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態４を示すブラシの形状の説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４を示す厚さ指数とブラシ温度および許容回転数の測定結果を示す説明図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５を示すブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した要部断面図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置用ブラシモータ、 ２ ヨーク、 ３ 界磁部（磁石）、 ４ 電機子、 ５ コア、 ７ 整流子、 ８ スロット、 ９巻線、 １０ 整流子片、 １０ａ 脚部、 １１ 樹脂、 １２ フック、１３ 均圧線、 １４ ブラシホルダ、 １５ ベース（樹脂）、 １８ ブラシ、 ３１ 摺動面、 ３２ 摺動跡、 ３３ 凸部、 ３４ アンダーカット、 ３５ 溝部。
Claims (8)
- ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の一個の断面積をＡ（平方ｍｍ）、前記整流子片の数をＮ、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１８≦（Ａ×Ｎ）／（Ｄ×Ｄ）≦０．２３
としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。 - ヨークの内壁面に固定された４極の界磁部と、２２個のスロットを有するコアに重巻で構成された巻線、および２２個の整流子片の一端に前記巻線が接続されるフックを有し、前記各整流子片の内周面側には、その軸方向の略全域に渡って各１個の脚部を設け、その脚部の一端には前記整流子片の飛び出し防止用の凸部を有し、前記整流子片を樹脂で一体成形した円筒状の整流子とからなる電機子と、前記整流子片の外周面に摺接する４個のブラシとを備え、前記整流子は、前記ブラシの摺接部を軸方向に直角に断面した時に、前記整流子片の径方向の厚さをＴ（ｍｍ）、前記整流子片の外周面の直径をＤ（ｍｍ）とすると、
０．１０≦Ｔ／Ｄ≦０．１４
としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。 - フックは、少なくとも２本の電機子の巻線を接続していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。
- フックは、均圧線を接続していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。
- ブラシを保持し、少なくとも前記ブラシの近傍には樹脂で構成された部品を有するブラシホルダを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。
- ブラシは、その軸方向の一部分が整流子片に摺接する形状であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。
- ブラシは、周方向に隣接する整流子片の３枚以上に渡って摺接する形状であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。
- 整流子片の外周面の直径は、２０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用ブラシモータ。
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