JP5418852B2 - モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及び電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、例えば自動車用操舵系に用いられる電動式のパワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）の駆動源として、ブラシ付きのモータが用いられている（特許文献１参照）。

ブラシ付きのモータは、ケース内において、回転軸に取り付けられた回転子、回転軸の回転子の出力側に取り付けられた整流子、当該整流子に外側から接触し当該整流子に電流を送るためのブラシ等を有している。回転軸は、出力側とその反対側（後方側）がそれぞれ軸受により支持されている。

ブラシ付きのモータでは、生産性等の観点から、例えば回転軸の出力側の軸受が環状のフランジ内側に圧入されて固定され、回転軸の後方側の軸受がケース底部の軸受ハウジングに挿入される構造を採用することが多い。この場合、回転軸の後方側の軸受と軸受ハウジングとの間には、挿入のための僅かな隙間ができる。また、ブラシ付きのモータは、出力に比例して軸長が長くなり、また回転子にコイルを巻く構造で重量が重くなる。このため、回転軸が回転した際には、例えば回転軸の出力側の軸受を支点に回転軸の後方側が振れやすく、騒音も生じやすくなる。この騒音を低減するために、回転軸の後方側の軸受の外周面に弾性体を設けることが提案されている（特許文献２参照）。

特開平１１−２５２８５１号公報 特開２００５−１８８５２７号公報

しかしながら、この場合、弾性体により軸受と軸受ハウジングとの間に生じる音は低減できるが、回転軸が振れることによって生じるモータ全体の騒音は十分に低減できない。

また、ブラシ付きのモータでは、整流子に接触して生じたブラシの摩耗粉が回転軸の出力側の軸受に侵入したり、当該軸受のグリスがブラシ側に侵入したりして、ブラシと軸受が互いに汚染し合う恐れがあった。ブラシや軸受が汚染すると、モータの性能が低下し、モータの信頼性が低下することになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ブラシ付きのモータにおいて、回転軸の回転時に生じる騒音を低減し、なおかつブラシや軸受の汚染を抑制して信頼性を向上することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、回転軸に取り付けられた整流子にブラシを接触させ当該ブラシを通じて前記整流子に通電して回転軸を回転させるブラシ付きのモータであって、回転軸の前記整流子よりも出力側には、回転軸を支持する軸受が設けられ、前記回転軸における前記軸受と前記整流子との間には、前記回転軸に接触するシール部材が設けられ、前記軸受は、環状のフランジの内周面に固定され、前記シール部材は、前記フランジの内周面に形成された凹部に、前記軸受と間隔をおいて嵌め込まれ、弾性を有している。

本発明によれば、回転軸の軸受と整流子の間に回転軸に接触するシール部材が設けられているので、回転軸の回転時の振動を抑制できる。これにより、回転軸の回転時に生じる騒音を低減できる。また、シール部材により、軸受のグリスがブラシ側に侵入したりブラシの摩耗粉が軸受側に侵入することを抑制できる。これにより、ブラシや軸受の汚染を抑制してモータの信頼性を向上できる。

また、シール部材を保持するための保持部材を別途設ける必要がなく、モータ構造を簡易なものにできる。また、フランジの製造の際に軸受用の穴とシール部材用の穴の加工を同軸上で行うことができるので、同軸度が確保でき、回転トルクの安定性やシール性の確保に効果がある。また、ブラシと整流子部分の発熱の影響が少なくて済むので、熱によるシール部材の劣化を防止できる。かかる場合、回転軸の回転により生じる振動を効果的に抑制できる。

前記シール部材は、前記整流子側から前記フランジに取り付け可能であってもよい。かかる場合、シール部材の取り付けが容易になる。また、外径の大きいシール部材を用いたり、軸受を小型化することができる。

別の観点による本発明は、回転軸に取り付けられた整流子にブラシを接触させ当該ブラシを通じて前記整流子に通電して回転軸を回転させるブラシ付きのモータであって、前記回転軸の前記整流子よりも出力側には、回転軸を支持する軸受が設けられ、前記回転軸における前記軸受と前記整流子との間には、前記回転軸に接触するシール部材が設けられ、前記シール部材は、前記ブラシを保持する前記ブラシホルダに取り付けられ、前記ブラシホルダは、前記回転軸の前記整流子と前記軸受との間に延びる延伸部を有し、前記延伸部の前記整流子側の面には、凹部が形成され、前記凹部に前記シール部材が設けられ、前記シール部材は、弾性を有する、モータである。かかる場合、シール部材を保持するための保持部材を別途設ける必要がなく、モータ構造を簡易なものにできる。その結果、部品点数が少なくなり低コストになる。

また、シール部材をブラシホルダの整流子側の面から取り付けることができるので、シール部材の取り付けが容易になる。シール部材がブラシホルダと一体的になるので、モータの組み立て作業性が良い。

前記シール部材は、オイルシールであってもよい。かかる場合、騒音が少なく信頼性の高いモータを安価に実現できる。

別の観点による本発明は、上述のモータを有する電動パワーステアリング装置である。本発明によれば、騒音が少なく、モータの信頼性が高い電動パワーステアリング装置を実現できる。

本発明によれば、ブラシ付きのモータの騒音を低減し、なおかつ信頼性を向上できる。

電動パワーステアリング装置の構成の概略を示す説明図である。 ウォーム減速機構の構成の概略を示す説明図である。 モータの構成を示す断面図である。 オイルシールの構成を示す断面図である。 オイルシールがフランジの整流子側の面に取り付けられた場合のモータの断面図である。 オイルシールがブラシホルダに取り付けられた場合のモータの断面図である。 オイルシールの抜けを防止する抜け防止部材が設けられた場合のモータの断面図である。 オイルシールがブラシホルダの軸受側に取り付けられた場合のモータの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるモータを有する電動パワーステアリング装置１の構成の概略を示す説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

電動パワーステアリング装置１は、例えばコラムタイプのものであり、車両のステアリングホイールＨが固定されるステアリングシャフト１０と、ラック・ピニオン運動変換機構１１と、ステアリングホイールＨに付加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生させるモータ１２と、モータ１２とステアリングシャフト１０との間に介在され、モータ１２の回転を減速させるウォーム減速機構１３等を有している。

ステアリングシャフト１０は、ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂを有し、ハウジング２０に覆われている。ステアリング入力軸１０ａの上端にステアリングホイールＨが固定されている。ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂは、トルクセンサ２１のトーションバーを介して接続されている。ステアリングホイールＨの操作により生じる操舵トルクは、ステアリング入力軸１０ａを通じてトルクセンサ２１により検出され、その検出された操舵トルクに基づいてモータ１２の出力が制御される。このモータ１２の構成の詳細については後述する。

ウォーム減速機構１３は、例えば図２に示すようにステアリング出力軸１０ｂに取り付けられたウォームホイール３０と、ウォームホイール３０の外周歯車に噛み合うウォーム３１を有している。ウォーム３１は、ハウジング３２に対して固定されている２つの軸受３３、３４により支持されている。ウォーム３１の一端は、モータ１２の後述する回転軸６０に対して同軸上にスプライン構造で結合されている。これにより、例えばステアリング出力軸１０ｂ及びウォームホイール３０の駆動によりウォーム３１が受けた軸方向Ｘの反力を、ウォーム減速機構１３において吸収できる。

図１に示すようにステアリング出力軸１０ｂとラック・ピニオン運動変換機構１１とは、２つの自在継手４０、４１と連結部材４２により連結されている。また、ラック・ピニオン運動変換機構１１は、ラック・ピニオンギアによりステアリング出力軸１０ｂと操作車輪のタイロッドを接続している。

モータ１２により出力された回転力は、ウォーム減速機構１３を介して、補助操舵トルクとしてステアリング出力軸１０ｂに伝達され、当該補助操舵トルクは、ステアリング出力軸１０ｂからラック・ピニオン運動変換機構１１を介して操作車輪のタイロッドに伝達される。

次に、モータ１２の構成について説明する。モータ１２は、例えば図３に示すように有底円筒形のケース（ヨーク）５０と、ケース５０の開口部を塞ぐように設置された環状のフランジ５１等を有している。

ケース５０内には、回転軸６０に固定された回転子６１と、ケース５０側に固定されたマグネット６２と、回転軸６０における回転子６１の出力側（図３の左側）に配置された整流子６３と、整流子６３に接触するブラシ６４と、ブラシ６４を保持するブラシホルダ６５等が設けられている。

回転子６１は、コア（鉄心）７０と、コア７０に巻かれたコイル７１を有している。マグネット６２は、コア７０の外周面に対向するように、マグネットホルダ７２に保持されてケース５０の内周面に固定されている。

整流子６３は、コイル７１の回転軸６０の出力側に設けられている。ブラシ６４は、整流子６３の周りの複数個所に配置され、整流子６３の外周面に接触している。ブラシ６４には、電力供給の端子となるピッグテール６４ａが設けられている。

ブラシホルダ６５は、例えば環状に形成されており、例えばブラシ６４を収容するブラシ収容部８０と、ブラシ６４及びブラシ収容部８０をフランジ５１に固定するためのステー部８１を有している。ブラシ収容部８０は、スプリング８２を有し、スプリング８２の付勢力によりブラシ６４を整流子６３に押し付けた状態でブラシ６４を保持している。ステー部８１は、ネジ８３によってフランジ５１の整流子６３側の面に固定されている。

回転軸６０には、回転子６１及び整流子６３を挟んだ両側に回転軸６０を支持する軸受９０、９１がそれぞれ設けられている。回転軸６０の出力側の軸受９０は、環状のフランジ５１の内側に設けられている。フランジ５１の出力側の面には、凹部５１ａが形成され、軸受９０は、フランジ５１の凹部５１ａに出力側から圧入されている。これにより、軸受９０の外周部がフランジ５１に固定されている。回転軸６０の後方側（図３の右側）の軸受９１は、ケース５０の底面に形成された凹状の軸受ハウジング５０ａに挿入されている。なお、本実施の形態の場合、軸受９０がフランジ５１の凹部５１ａに対して圧入されて固定されているのに対し、軸受９１は、ケース５０の軸受ハウジング５０ａに対して挿入されており、軸受９１と軸受ハウジング５０ａとの間には、挿入のための僅かな隙間があり、軸受９１は、軸受９０よりも動きやすくなっている。

回転軸６０における整流子６３と軸受９０との間には、回転軸６０に接触する環状のオイルシール１００が設けられている。オイルシール１００は、例えば軸受９０と同じフランジ５１の凹部５１ａに設けられている。オイルシール１００は、例えばフランジ５１の出力側の面から凹部５１ａ内に装着されている。オイルシール１００は、例えば図４に示すように回転軸６０に接触するリップ部１００ａ内にばね１００ｂを有し、弾性を有している。このオイルシール１００により、軸受９０と、整流子６３及びブラシ６４とが隔離される。なお、この実施の形態では、オイルシール１００は、軸受９０よりも小さい外径を有している。

図３に示すようにケース５０とフランジ５１の間の一部には、ケース５０の外部から内部に通じるバスバー端子１１０を通すグロメット１１１が設けられている。これにより、外部の電力供給源からケース５０内のブラシ６４等に電力を供給できる。

以上の構成のモータ１２では、ブラシ６４を通じて整流子６３に電力が供給され、整流子６３を通じて回転子６１のコイル７１に電流が流れることにより、回転軸６０が回転する。

本実施の形態によれば、回転軸６０における軸受９０と整流子６３の間に回転軸６０に接触するオイルシール１００が設けられているので、回転軸６０の回転時の振動をオイルシール１００が吸収し、回転軸６０の振動を抑制できる。これにより、回転軸６０の回転時に生じる騒音を低減できる。また、オイルシール１００により、軸受９０のグリスがブラシ６４側に侵入したりブラシ６４の摩耗粉が軸受９０側に侵入することを抑制できる。これにより、ブラシ６４や軸受９０の汚染を抑制してモータ１２の信頼性を向上できる。

オイルシール１００は、軸受９０が取り付けられたフランジ５１に取り付けられているため、オイルシール１００を保持するための保持部材を別途設ける必要がなく、モータ構造を簡易なものにできる。また、フランジ５１の製造の際に軸受９０用の穴とオイルシール１００用の穴の加工を同じチャックの同軸上で行うことができるので、同軸度が確保でき、回転トルクの安定性やシール性の確保に効果がある。また、ブラシ６４と整流子６３のある部分の発熱の影響が少なくて済むので、熱によるオイルシール１００の劣化を防止できる。

オイルシール１００は、リップ部１００ａにばね１００ｂを備え、弾性を有している。これにより、回転軸６０の回転により生じる振動を効果的に抑制できる。

また、本実施の形態では、モータ１２が電動パワーステアリング装置１に搭載されているので、騒音が少なくモータ１２の信頼性が高い電動パワーステアリング装置１を実現できる。

上記実施の形態で記載したオイルシール１００は、図５に示すように整流子６３側からフランジ５１に取り付け可能であってもよい。かかる場合、フランジ５１の整流子６３側の面には、凹部５１ｂが形成され、オイルシール１００は、凹部５１ｂに嵌め込まれている。これにより、オイルシール１００の取り付けを容易に行うことができる。特に、軸受９０よりも径の大きなオイルシール１００の場合でも、オイルシール１００を軸受９０と異なる側から容易に取り付けることができる。また、外径の大きいオイルシール１００を用いたり、軸受９０を小型化することができる。

以上の実施の形態では、オイルシール１００がフランジ５１に取り付けられていたが、ブラシホルダ６５に取り付けられていてもよい。かかる場合、例えば図６に示すようにブラシホルダ６５は、整流子６３と軸受９０との間の回転軸６０の近傍まで延びる延伸部６５ａを有しており、当該延伸部６５ａの整流子６３側の面には、凹部６５ｂが形成されている。オイルシール１００は、凹部６５ｂに嵌め込まれている。かかる場合、オイルシール１００を保持するための保持部材を別途設ける必要がなく、モータ構造を簡易なものにできる。また、オイルシール１００をブラシホルダ６５の整流子６３側から取り付けることができるので、オイルシール１００の取り付けを容易に行うことができる。また、オイルシール１００がブラシホルダ６５と一体的になるので、モータ１２の組み立て作業性が良い。

また、図７に示すように例えばブラシホルダ６５を樹脂で一体成形する場合に、オイルシール１００はブラシホルダ６５に軽圧入又は隙間嵌合で挿入される。その場合に、オイルシール１００が整流子６３側に抜けるのを防止する抜け防止部材１２０を設けてもよい。かかる抜け防止部材１２０は、例えば突起状、爪状に形成されていてもよい。

また、オイルシール１００は、ブラシホルダ６５の軸受９０側に設けられていてもよい。この場合、例えば図８に示すようにブラシホルダ６５の延伸部６５ａの軸受９０側の面に凹部６５ｂが形成され、オイルシール１００は、凹部６５ｂに嵌め込まれている。かかる場合、オイルシール１００に対するブラシ６４と整流子６３からの熱的な影響が小さくなるので、オイルシール１００の劣化を防止できる。また、オイルシール１００が整流子６３側に抜けるのを防止できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施の形態で記載したケース５０内の構成は、他の構成であってもよい。例えば以上の実施の形態では、軸受９０がフランジ５１の凹部５１ａに対して圧入されて固定され、軸受９１がケース５０の軸受ハウジング５０ａに対して挿入されており、軸受９０が軸受９１よりも動きやすくなっていたが、例えば軸受９０がフランジ５１の凹部５１ａに対して挿入され、軸受９１がケース５０の軸受ハウジング５０ａに対して圧入固定され、軸受９０が軸受９１よりも動きやすくなっていてもよい。かかる場合も例えば回転軸６０の軸受９１側を支点に軸受９０が振れて回転軸６０が振動しやすくなるが、回転軸６０に接触するオイルシール１００により回転軸６０の振動を抑制できる。

また、以上の実施の形態では、シール部材としてオイルシール１００を用いていたが、Ｏリングなどの他のシール部材を用いてもよい。また、以上の実施の形態では、モータ１２が電動パワーステアリング装置１に適用された例を示したが、本発明は、他の用途の装置のモータにも適用できる。

本発明は、ブラシ付きのモータにおいて、回転軸の回転時に生じる騒音を低減し、なおかつブラシや軸受の汚染を抑制して信頼性を向上する際に有用である。

１ 電動パワーステアリング装置
１２ モータ
５０ ケース
５１ フランジ
６０ 回転軸
６１ 回転子
６３ 整流子
６４ ブラシ
６５ ブラシホルダ
９０ 軸受
１００ オイルシール

Claims (6)

1. 回転軸に取り付けられた整流子にブラシを接触させ当該ブラシを通じて前記整流子に通電して回転軸を回転させるブラシ付きのモータであって、
   前記回転軸の前記整流子よりも出力側には、回転軸を支持する軸受が設けられ、
   前記回転軸における前記軸受と前記整流子との間には、前記回転軸に接触するシール部材が設けられ、
   前記軸受は、環状のフランジの内周面に固定され、
   前記シール部材は、前記フランジの内周面に形成された凹部に、前記軸受と間隔をおいて嵌め込まれ、弾性を有している、モータ。
2. 前記シール部材は、前記軸受側から前記フランジに取り付け可能である、請求項１に記載のモータ
3. 前記シール部材は、前記整流子側から前記フランジに取り付け可能である、請求項１に記載のモータ。
4. 回転軸に取り付けられた整流子にブラシを接触させ当該ブラシを通じて前記整流子に通電して回転軸を回転させるブラシ付きのモータであって、
   前記回転軸の前記整流子よりも出力側には、回転軸を支持する軸受が設けられ、
   前記回転軸における前記軸受と前記整流子との間には、前記回転軸に接触するシール部材が設けられ、
   前記シール部材は、前記ブラシを保持する前記ブラシホルダに取り付けられ、 前記ブラシホルダは、前記回転軸の前記整流子と前記軸受との間に延びる延伸部を有し、
   前記延伸部の前記整流子側の面には、凹部が形成され、
   前記凹部に前記シール部材が設けられ、
   前記シール部材は、弾性を有する、モータ。
5. 前記シール部材は、オイルシールである、請求項１〜４のいずれかに記載のモータ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のモータを有する電動パワーステアリング装置。

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