JP5292329B2 - 外側電機子モータのロータ構造 - Google Patents

Description

本発明は、外側電機子モータのロータ構造に係り、特に、外周面に永久磁石が周方向に所定角度ごとに取り付けられるロータの内部に、ステータ側に固定された整流子に軸方向で接触するブラシが設けられた外側電機子モータのロータ構造に関する。

従来、外周面に永久磁石が取り付けられるロータを備えるモータの構造が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。かかるモータの構造においては、ロータの内部に整流ブラシが配置されており、その整流ブラシの軸方向先端がステータ側に固定された整流子に接触している。

特開２００１−１５７３１４号公報 特表２００７−５０７１９８号公報

ところで、上記した軸方向先端が整流子に接触する整流ブラシの長寿命化を図るうえでは、その整流ブラシにおける軸方向の有効磨耗長を長くすることが必要である。しかし、ロータ内部に整流ブラシが配置される構造では、電流密度を下げること等のため、その整流ブラシを径方向に幅広い形状とすることが必要であると共に、また、整流子の製造困難性の回避のため、整流ブラシと整流子との接触をロータ中心から径方向に遠い位置で行うことが適切である。この点、整流ブラシの軸方向の有効磨耗長を長くしようとすると、ロータの外周面に取り付けられた永久磁石と整流ブラシとの配置位置が何ら考慮されなければ、永久磁石に整流ブラシが干渉することが起こり得、或いは、その永久磁石の軸方向長さを短くせざるを得ない事態が生じ得る。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、永久磁石の構造や性能に影響を与えることなく、ブラシの軸方向の有効磨耗長を長くすることが可能な外側電機子モータのロータ構造を提供することを目的とする。

上記の目的は、外周面に永久磁石が周方向に所定角度ごとに配置されるロータと、前記ロータの外周側に前記永久磁石に対向するように配置される、電気巻線を有するステータと、前記ステータ側に回転不能に固定される整流子と、前記ロータに複数設けられた軸方向に貫通する孔の内部にそれぞれ配置される、前記整流子に軸方向で接触するブラシと、を備える外側電機子モータのロータ構造であって、前記永久磁石と前記ブラシとを、互いの周方向位置が重ならないように配置した外側電機子モータのロータ構造により達成される。

この態様の発明において、永久磁石とブラシとは、互いの周方向位置が重ならないように配置されている。この場合、ブラシの軸方向の有効磨耗長を長くしようとしても、そのブラシが永久磁石に干渉することは無く、また、永久磁石の軸方向長さを短くすることは不要である。従って、本発明によれば、永久磁石の構造や性能に影響を与えることなく、ブラシの軸方向の有効磨耗長を長くすることができる。

尚、上記した外側電機子モータのロータ構造において、前記ブラシの周方向位置を、周方向に互いに隣接する２つの前記永久磁石の間にオフセット配置することとすればよい。

本発明によれば、永久磁石の構造や性能に影響を与えることなく、ブラシの軸方向の有効磨耗長を長くすることができる。

本発明の一実施例である外側電機子モータの構成図である。 本実施例の外側電機子モータの内部を軸方向から見た際の図である。 本実施例のブラシの形状を表した図である。 本実施例の外側電機子モータのロータ構造の要部構成図である。 本実施例の外側電機子モータのロータ構造と対比される対比構造の要部構成図である。

以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例である外側電機子モータ１０の構成図を示す。また、図２は、本実施例の外側電機子モータ１０の内部を軸方向から見た際の図を示す。本実施例の外側電機子モータ（以下、単にモータ）１０は、例えば車両の電動ステアリング装置や電動車両の駆動装置などに搭載されており、その回転軸がステアリングホイールやタイヤホイールなどに連結されるモータである。

モータ１０は、車体側に固定されるモータハウジング１２と、動力を伝達するシャフト１４と、中心部にシャフト１４が圧入固定される回転可能な回転子である円筒状のロータ１６と、モータハウジング１２に取り付け固定される回転不能な固定子である円筒状のステータ１８と、を備えている。シャフト１４は、ベアリング２０，２２を介してモータハウジング１２に回転可能に支持されている。

ロータ１６は、永久磁石２４と、軸方向に複数積層される積層鋼板（ロータヨーク）２６と、ブラシ２８と、ブラシホルダ３０と、を有している。永久磁石２４は、ロータ１６の外周面に周方向に所定角度（所定間隔；例えば４５°）ごとに等間隔で配置されており、複数（例えば、図２に示す如く８個）設けられている。ロータ１６は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される複数の永久磁石２４を有している。互いに周方向に隣接する２つの永久磁石２４の間には、周方向に所定の隙間が形成されている。

積層鋼板２６は、多角形（例えば、図２に示す如く八角形）に形成された断面形状を有しており、外面に一つずつ永久磁石２４が取り付けられるように多面構造に成形されている。積層鋼板２６は、シャフト１４が挿通されるシャフト孔２６ａと、各面に一つずつ永久磁石２４が取り付けられる外周部２６ｂと、シャフト孔２６ａ側から径方向に向けて放射状に延びかつ外周部２６ｂの内面に連結する放射部２６ｃと、を有している。積層鋼板２６は、ブラス２８の数に対応した数だけ軸方向に貫通する中空孔２６ｄを有している。各中空孔２６ｄは、互いに周方向に隣接する２つの放射部２６ｃと外周部２６ｂとに囲まれた断面形状を有しており、略扇状に形成されている。

積層鋼板２６の中空孔２６ｄ内には、ブラシ２８が一つずつ配設されている。ブラシ２８は、樹脂製のブラシホルダ３０により保持されている。各ブラシ２８は、シャフト１４に平行に延びており、かつ、軸中心から放射方向に向けて立設されている。各ブラシ２８の両端はそれぞれ、積層鋼板２６の軸方向端面よりも軸方向外側へ突出している。ブラシ２８の軸方向一端（図１において左側端部）には給電ブラシ２８ａが、また、ブラシ２８の軸方向他端（図１において右側端部）には整流ブラシ２８ｂが、それぞれ設けられている。ブラシ２８の両端はそれぞれ、付勢手段により軸方向外側へ付勢されている。ブラシ２８全体は、導電性を有する部材により構成されている。

モータハウジング１２には、管状のスリップリング３２，３４が取り付け固定されている。スリップリング３２，３４は、互いに径の異なる管状部材であり、スリップリング３２は、同軸上でスリップリング３４の内径側に配置されている。以下、適宜、スリップリング３２を内径側スリップリング３２と、スリップリング３４を外径側スリップリング３４と、それぞれ称す。

スリップリング３２，３４は、外部の直流電源に電気的に接続されている。スリップリング３２，３４は、共に法線が軸方向に向かう摺動面を有しており、かかる摺動面においてブラシ２８の給電ブラシ２８ａと軸方向で接している。内径側スリップリング３２にはブラシ２８の総数の半数分（例えば、４個）の給電ブラシ２８ａがそれぞれ接しており、外径側スリップリング３４には残りの半数分の給電ブラシ２８ａがそれぞれ接している。内径側スリップリング３２に接するブラシ（＋電位用ブラシ）２８と、外径側スリップリング３４に接するブラシ（−電位用ブラシ）２８と、は周方向に交互に配置されている。

モータハウジング１２には、また、整流子３６が取り付け固定されている。整流子３６は、シャフト１４回りの周方向に所定角度（例えば１０°）ごとに等間隔で配置されており、複数（例えば３６個）設けられている。各整流子３６は、法線が軸方向に向かう摺動面を有しており、略扇状に形成されている。各整流子３６は、この略扇状の摺動面においてブラス２８の整流ブラシ２８ｂと軸方向で接し得る。整流子３６は、流れる電流を整流する機能を有している。

ステータ１８は、ロータ１６に対して同軸上に径方向に所定の空隙を隔ててロータ１６の外周側に配置されている。ステータ１８は、複数のコア３８と、各コアに巻回されるコイル４０と、を有している。コイル４０は、シャフト１４回りの周方向に所定角度（例えば１０°）ごとに等間隔で配置されており、複数（例えば３６個）設けられている。各コイル４０は、対応する整流子３６に一つずつ電気的に接続されており、対応する整流子３６を介して給電される。

上記した外側電機子モータ１０において、外部からスリップリング３２，３４に直流電源が入力されると、スリップリング３２から給電ブラシ２８ａを介してロータ１６のブラシ２８に電流が流れ、その後、その電流が整流ブラシ２８ｂを介してステータ１８側の整流子３６に流れてコイル４０に供給されると共に、また、コイル４０から整流子３６及び整流ブラシ２８ｂを介してブラシ２８に電流が流れ、その後、その電流が給電ブラシ２８ａを介してスリップリング３４に流れる。この際には、ステータ１８とロータ１６との間に磁気回路が形成されることで、ロータ１６を回転させる回転起磁力が発生される。このため、ロータ１６側の永久磁石２４とステータ１８側のコア３８との間に吸引力又は反発力が作用して、ロータ１６及びシャフト１４が回転する。

図３は、本実施例のブラシ２８の形状を表した図を示す。図４は、本実施例の外側電機子モータ１０のロータ構造の要部構成図を示す。また、図５は、本実施例の外側電機子モータ１０のロータ構造と対比される対比構造の要部構成図を示す。尚、図４（Ａ）及び図５（Ａ）にはロータ１６をシャフト１４に垂直な面で切断した際の断面図を、また、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）にはロータ１６をシャフト１４を通るシャフト１４に平行な面で切断した際の断面図を、それぞれ示す。

本実施例において、ブラシ２８はロータ１６内において周方向に所定角度ごとに等間隔で配置されており、各ブラシ２８はシャフト１４に平行に延びかつ軸中心から放射方向に向けて立設されている。そして、各ブラシ２８は、軸方向一端に設けられた給電ブラシ２８ａが軸方向外側へ突出し、かつ、軸方向他端に設けられた整流ブラシ２８ｂが軸方向外側へ突出している。

給電ブラシ２８ａは、ステータ１８側に固定された同軸上で径の異なる管状のスリップリング３２，３４の何れか一方に接触するので、径方向に幅の比較的狭い形状を有すれば十分である一方、整流ブラシ２８ｂは、電流密度低下を図るため、径方向に幅の比較的広い形状を有することが必要であると共に、整流ブラシ２８ｂの接触し得る周方向に複数並んで配置された整流子３６の製造困難性を回避するため、ロータ中心から径方向に比較的遠い位置で整流子３６と接触することが好ましい。そこで、かかる点を考慮して、本実施例において、ブラシ２８の整流ブラシ２８ｂは、径方向に幅広い形状でロータ中心から径方向に比較的遠い位置で整流子３６と接触する。尚、ブラシ２８の給電ブラシ２８ａと整流ブラシ２８ｂとの間の本体部位は、電流密度低下を図るため、径方向に幅の比較的広い形状を有する。

一方、軸方向先端がスリップリング３２，３４や整流子３６に接触するブラシ２８の長寿命化を図るうえでは、その給電ブラシ２８ａや整流ブラシ２８ｂにおける軸方向の有効磨耗長を長くすることが必要である。

本実施例のロータ１６において、積層鋼板２６は、上記の如く、各面に一つずつ永久磁石２４が取り付けられる外周部２６ｂと、シャフト孔２６ａ側から径方向に向けて放射状に延びかつ外周部２６ｂの内面に連結する放射部２６ｃと、を有する。この外周部２６ｂ内面と放射部２６ｃとの連結は、外周部２６ｂの互いに周方向に隣接する２つの面の連結部位で行われるものではなく、図４に示す如く、外周部２６ｂの各面それぞれの中央で行われている。

また、積層鋼板２６は、内部にブラシ２８が配設される中空孔２６ｄを有する。この中空孔２６ｄ内に配設されるブラシ２８は、外周部２６ｂの各面それぞれの中央に向けて立説されるものではなく、図４に示す如く、ロータ１６の軸中心から積層鋼板２６の外周部２６ｂの互いに周方向に隣接する２つの面の間（連結部位）に向けて、すなわち、互いに周方向に隣接する２つの永久磁石２４の中間位置（周方向）に向けて立設されている。尚、ブラシ２８（主に整流ブラシ２８ｂ）は、その周方向の厚みが、周方向に互いに隣接する２つの永久磁石２４の間における周方向の隙間よりも小さくなるように成形されている。

すなわち、本実施例において、永久磁石２４とブラシ２８とは、互いの周方向位置が周方向で重ならないように成形されかつ配置されており、ブラシ２８の周方向位置は、周方向に互いに隣接する２つの永久磁石２４の間にオフセット配置されている（特に図４参照）。かかる構造においては、図５に示す対比構造と異なり、ブラシ２８を通る径方向外側の延長線上に永久磁石２４が存在することが無い。このため、ブラシ２８自体の軸方向の全長を変えることなく、径方向に幅広い形状に形成されかつロータ中心から径方向に比較的遠い位置で整流子３６と接触する整流ブラシ２８ｂを、軸方向の有効磨耗長を長くなるように形成することが可能であるので、整流ブラシ２８ｂの有効磨耗長を長くしても、整流ブラシ２８ｂと永久磁石２４とが干渉するのを防ぐことができ、また逆に、整流ブラシ２８ｂと永久磁石２４との干渉を回避するために永久磁石２４の軸方向長さを短くすることは不要である。

従って、本実施例の外側電機子モータ１０のロータ構造によれば、永久磁石２４の構造や性能に大きな影響を与えることなく、整流ブラシ２８ｂの軸方向における有効磨耗長を長くすることが可能である。このため、整流ブラシ２８ｂの長寿命化を図ることができ、ひいては、モータ１０の寿命を向上させることができる。

尚、ステータ１８とロータ１６との間の磁気回路の形成に大きな影響を与えることなく、整流ブラシ２８ｂの軸方向における有効磨耗長を長くするうえでは、ロータ１６の積層鋼板２６の、整流ブラシ２８ｂ側の軸方向端部において、外周部２６ｂの互いに周方向に隣接する２つの面の間に軸方向に延びるスリットを設けることが必要となる可能性がある。このスリットは、整流ブラシ２８ｂの周方向の厚みよりも僅かに大きくなるように成形される。かかる構造によれば、整流ブラシ２８ｂの軸方向における有効磨耗長を長くするのに、積層鋼板２６の軸方向長さを不必要に短くするのを回避することができると共に、ステータ１８とロータ１６との間の磁気回路の形成に大きな影響を与えるのを回避することができる。

尚、上記の実施例においては、永久磁石２４とブラシ２８とを、互いの周方向位置が周方向で重ならないように成形して配置することで、整流ブラシ２８ｂの軸方向における有効磨耗長を長くすることが可能となったが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様に、給電ブラシ２８ａの軸方向における有効磨耗長を長くすることが可能であり、給電ブラシ２８ａをロータ中心から径方向に比較的遠い位置でスリップリング３２，３４と接触させるロータ構造に適用することとしてもよい。

１０ 外側電機子モータ
１６ ロータ
１８ ステータ
２４ 永久磁石
２６ 積層鋼板
２６ｂ 外周部
２６ｄ 中空孔
２８ ブラシ
２８ｂ 整流ブラシ
３６ 整流子
４０ コイル

Claims (2)

1. 外周面に永久磁石が周方向に所定角度ごとに配置されるロータと、前記ロータの外周側に前記永久磁石に対向するように配置される、電気巻線を有するステータと、前記ステータ側に回転不能に固定される整流子と、前記ロータに複数設けられた軸方向に貫通する孔の内部にそれぞれ配置される、前記整流子に軸方向で接触するブラシと、を備える外側電機子モータのロータ構造であって、
   前記永久磁石と前記ブラシとを、互いの周方向位置が重ならないように配置したことを特徴とする外側電機子モータのロータ構造。
2. 前記ブラシの周方向位置を、周方向に互いに隣接する２つの前記永久磁石の間にオフセット配置したことを特徴とする請求項１記載の外側電機子モータのロータ構造。

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