JP6290307B2

JP6290307B2 - ブラシ付き電動モータ

Info

Publication number: JP6290307B2
Application number: JP2016119263A
Authority: JP
Inventors: 哲平時崎; 重喜太田; 健二安本; 木村　俊之; 俊之木村
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: JP2016171746A

Description

本発明は、例えば自動車のワイパ装置の駆動源等として用いられるブラシ付き電動モータに関する。

アーマチュア軸に固定されるコンミテータ（整流子）とこのコンミテータに摺接する一対のブラシとを備えたブラシ付き電動モータは、例えば自動車のワイパ装置の駆動源として用いられる。ワイパ装置では、ブラシ付き電動モータのアーマチュア軸の回転は減速機により減速されるとともにリンク機構等の動力変換機構により揺動運動に変換されてワイパアームに伝達される。そのため、ワイパ装置には、アーマチュア軸が一方向にのみ回転する一方向回転型のブラシ付き電動モータが用いられる。

このようなブラシ付き電動モータは、ヨークに装着される樹脂製のホルダステーを備えており、このホルダステーに設けられた一対のブラシホルダによりブラシがコンミテータに向けて進退移動自在に保持される。また、ブラシは付勢手段によりコンミテータに向けて付勢され、その先端においてコンミテータに弾性的に摺接するようになっている。

ブラシをコンミテータに付勢する付勢手段としては、例えば捩りコイルばねが用いられる。捩りコイルばねは、ブラシやブラシホルダに対して回転方向に隣接配置することができるので、ブラシの基端側に並べて圧縮スプリングを配置する構造に比べてホルダステーの径方向寸法を小さくして、ブラシ付き電動モータを小型化することができる。

例えば特許文献１には、４極モータに構成されたブラシ付き電動モータにおいて、各ブラシを、アーマチュア軸を中心として互いに回転方向に９０度ずらして配置するとともに、ホルダステーの各ブラシに挟まれた間の部分に一対の捩りコイルばねを装着し、これらの捩りコイルばねにより各ブラシをコンミテータに向けて付勢するようにしたブラシ付き電動モータが記載されている。

特開２００９−１１２０９５号公報

しかしながら、捩りコイルばねは、コイル本体から突出するコイル端によりブラシの基部を押す構成であるので、ブラシの進退方向の位置によっては、コイル端がブラシを押す方向がブラシの軸方向に対して傾斜し、ブラシはコンミテータの径方向に対して回転方向に傾斜した状態でコンミテータに摺接することになる。そして、特許文献１に示されるブラシ付き電動モータのように、両方の捩りコイルばねを各ブラシの間のスペースに配置するようにした左右対称の構成では、いずれか一方のブラシが必ず回転方向に対して逆向きに傾斜した状態でコンミテータに摺接することになるので、そのブラシの振動が増大し、ブラシ付き電動モータの騒音が大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、コンミテータに摺接するブラシの振動を抑制してブラシ付き電動モータの騒音を低減することにある。

本発明のブラシ付き電動モータは、アーマチュア軸に固定されるコンミテータと該コンミテータに摺接する一対のブラシとを備えたブラシ付き電動モータであって、それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて進退移動自在に保持する一対のブラシホルダと、前記ブラシホルダが設けられ、前記アーマチュア軸と同心の一対の円弧部と前記円弧部に連なる一対の平坦部とを備えた小判形状に形成されたホルダステーと、前記ホルダステーにおける一対の前記ブラシホルダの間に設けられ、前記ブラシのうちの一方と接続されるサーキットブレーカと、それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて付勢するとともに前記コンミテータの径方向に対して回転方向側に傾斜させる付勢部材と、を有し、一対の前記ブラシホルダが前記アーマチュア軸を中心として互いに回転方向に９０度ずれて配置され、前記ブラシホルダのうちの一方が前記円弧部と前記平坦部との境界部分に配置され、前記ブラシホルダのうちの他方が前記円弧部の部分に配置され、前記付勢部材は、コイル本体および該コイル本体から突出した一対のコイル端を備え、前記コイル本体は、前記ブラシホルダに対して前記コンミテータの回転方向側に設けられた支柱に装着され、前記ブラシと前記コイル端との当接箇所が、前記コイル本体の軸心を通り且つ前記ブラシの軸方向と直交する線分よりも前記コンミテータの側にあることを特徴とする。

本発明のブラシ付き電動モータは、アーマチュア軸に固定されるコンミテータと該コンミテータに摺接する一対のブラシとを備えたブラシ付き電動モータであって、それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて進退移動自在に保持する一対のブラシホルダと、前記ブラシホルダが設けられ、前記アーマチュア軸と同心の一対の円弧部と前記円弧部に連なる一対の平坦部とを備えた小判形状に形成されたホルダステーと、前記ホルダステーにおける一対の前記ブラシホルダの間に設けられ、前記ブラシのうちの一方と接続されるサーキットブレーカと、それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて付勢するとともに前記コンミテータの径方向に対して回転方向側に傾斜させる付勢部材と、を有し、一対の前記ブラシホルダが前記アーマチュア軸を中心として互いに回転方向に９０度ずれて配置され、前記ブラシホルダのうちの一方が前記円弧部と前記平坦部との境界部分に配置され、前記ブラシホルダのうちの他方が前記円弧部の部分に配置され、前記付勢部材は、コイル本体および該コイル本体から突出した一対のコイル端を備え、前記ブラシと前記コイル端との当接箇所が、前記コイル本体の軸心を通り且つ前記ブラシの軸方向と直交する線分よりも前記コンミテータの側にあることを特徴とする。

本発明によれば、一対のブラシを、それぞれ付勢部材によりコンミテータの径方向に対して回転方向側に傾斜させるようにしたので、両方のブラシをコンミテータに対して回転方向側に傾斜させた状態で摺接させることができる。これにより、ブラシの振動を抑制して、このブラシ付き電動モータの騒音を低減することができる。

本発明の一実施の形態であるモータ部を備えたリヤワイパモータの平面図である。図１に示す給電ユニットの詳細を示す断面図である。図２に示すブラシホルダ周りの構造を示す斜視図である。 (ａ)、(ｂ)はそれぞれブラシホルダによるブラシの保持構造を示す断面図である。図２に示す各ブラシのコンミテータへの摺接状態を示す説明図である。比較例として、両方の捩りコイルばねを各ブラシの間に配置した場合の各ブラシのコンミテータへの摺接状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すリヤワイパモータ１１は自動車等の車両に設けられるリヤワイパ装置の駆動源として用いられるものであり、モータ部１２と減速機１３とを備えている。

モータ部１２は４極モータとして構成されたブラシ付き電動モータとなっており、内面に４つのマグネット１４が固定された有底筒状のヨーク１５を備え、ヨーク１５の内部にはアーマチュア１６が回転自在に収容されている。アーマチュア１６はヨーク１５に回転自在に支持されるアーマチュア軸１７を備えており、アーマチュア軸１７にはコンミテータ１８とアーマチュアコア１９が固定されている。アーマチュアコア１９には複数のアーマチュアコイル（不図示）が巻装されており、これらのアーマチュアコイルのコイル端がコンミテータ１８に接続されている。ヨーク１５には給電ユニット２１が装着され、減速機１３に設けられたコネクタ２２から供給される駆動電流が給電ユニット２１を介してアーマチュア１６に供給される。アーマチュア１６に駆動電流が供給されると、モータ部１２が作動し、アーマチュア軸１７が所定の一方向に回転する。つまり、モータ部１２はアーマチュア軸１７が一方向にのみ回転する一方向回転型となっている。

一方、減速機１３はバスタブ状に形成されたギアケース２３を備えており、ギアケース２３は２つのねじ部材２４，２５によりヨーク１５の開口端に固定されている。アーマチュア軸１７の先端はヨーク１５の開口端から突出してギアケース２３の内部に配置されており、その先端にはギアケース２３に回転自在に収容されたウォーム軸２６が連結されている。ギアケース２３にはウォームホイル２７が支軸２８により支持されて回転自在に収容されており、このウォームホイル２７はウォーム軸２６に設けられたウォーム２６ａに噛み合わされている。

ウォームホイル２７の回転運動を揺動運動に変換して出力軸３１に伝達するために、ギアケース２３には動力変換機構３２が収容されている。動力変換機構３２は出力軸３１に固定されるピニオン３３を備えており、ピニオン３３とウォームホイル２７との間には動力変換部材３４が設けられている。動力変換部材３４はピニオン３３に噛み合うセクタギア部３４ａを備え、セクタギア部３４ａの軸心に設けられたピン部材３５と出力軸３１とが連結板３６により回動自在に連結されている。また、動力変換部材３４はセクタギア部３４ａからウォームホイル２７に向けて延びるアーム部３４ｂを備えており、アーム部３４ｂの先端はピン部材３７によりウォームホイル２７の側面に回転自在に連結されている。

出力軸３１はギアケース２３に回転自在に支持されており、出力軸３１のギアケース２３の外部に突出する先端にはリアウインドガラスを払拭するリアワイパアーム（不図示）が固定されている。モータ部１２が作動してアーマチュア軸１７が回転すると、その回転がウォーム２６ａとウォームホイル２７とにより減速されてウォームホイル２７に伝達されるとともに、ウォームホイル２７の回転が動力変換機構３２により揺動運動に変換されて出力軸３１から出力される。これにより、出力軸３１に固定されたリアワイパアームがリヤワイパモータ１１により揺動駆動される。

次に、モータ部１２に設けられた給電ユニット２１の詳細について説明する。

図２に示すように、給電ユニット２１はホルダステー４１を備え、このホルダステー４１はベース４２とガイド壁４３とが樹脂材料により一体に形成された構造となっている。ベース４２はアーマチュア軸１７の軸方向に垂直な板状となっており、その外形形状はヨーク１５の断面形状に対応した小判形状となっている。つまり、ベース４２は、アーマチュア軸１７と同心の一対の円弧部４２ａ，４２ｂとこの円弧部４２ａ，４２ｂに連なる一対の平坦部４２ｃ，４２ｄとを備えた小判形状となっている。ベース４２の軸心には貫通孔４２ｅが設けられ、アーマチュア軸１７とコンミテータ１８が貫通孔４２ｅに挿通されて給電ユニット２１を貫通している。ガイド壁４３はベース４２の外周縁に一体に形成されており、給電ユニット２１がヨーク１５に装着されると、ガイド壁４３の外面がヨーク１５の内面に接するようになっている。

ベース４２の一方の円弧部４２ａには一対のブラシホルダ５１が設けられ、これらのブラシホルダ５１にはそれぞれブラシ５２が装着されている。

これらのブラシホルダ５１はそれぞれベース４２と一体に樹脂材料により形成されており、図３、図４に示すように、天壁５１ａと一対の側壁５１ｂとを備えたトンネル形状となっている。図２に示すように、一対のブラシホルダ５１はアーマチュア軸１７の中心つまり貫通孔４２ｅの軸心を中心として互いにアーマチュア軸１７の回転方向に９０度ずれて配置されており、それぞれの軸方向は貫通孔４２ｅの中心に向いている。また、各ブラシホルダ５１は、それぞれアーマチュア軸１７の中心つまり貫通孔４２ｅの軸心を中心とした回転方向について互いの中間部分を通る軸つまり両ブラシホルダ５１の回転方向についての対称軸Ａ１が、アーマチュア軸１７の中心（貫通孔４２ｅの軸心）と円弧部４２ａの回転方向中央部とを通る軸つまり円弧部４２ａの対称軸Ａ２に対してアーマチュア軸１７の回転方向にずれるように配置されている。

一方、ブラシ５２はそれぞれ炭素や黒鉛等の導体により直方体形状に形成され、対応するブラシホルダ５１の内部に装着されている。ブラシ５２の幅寸法はブラシホルダ５１の側壁５１ｂの内面の間隔よりも若干小さくされており、ブラシホルダ５１に装着されたブラシ５２は、ブラシホルダ５１により保持されてコンミテータ１８に向けて進退移動自在、つまりコンミテータ１８に接近・離反する軸方向に移動自在となっている。

ホルダステー４１には付勢部材としての一対の捩りコイルばね５３が設けられている。捩りコイルばね５３は、それぞれコイル本体５３ａとコイル本体５３ａの軸方向両端から突出する一対のコイル端５３ｂ，５３ｃとを備えている。ベース４２には、それぞれ対応するブラシホルダ５１に対してアーマチュア軸１７の回転方向とは逆側（図２中で反時計回り方向側）に隣接して一対の支柱５４が設けられ、捩りコイルばね５３はそれぞれコイル本体５３ａを対応する支柱５４に挿通させることにより支柱５４に装着されている。つまり、各捩りコイルばね５３のコイル本体５３ａは、それぞれ対応するブラシ５２に対してアーマチュア軸１７の回転方向とは逆側に隣接して配置されている。

支柱５４に装着された捩りコイルばね５３の一方のコイル端５３ｂはホルダステー４１に設けられた支持部５５に当接しており、他方のコイル端５３ｃはブラシ５２の半円柱状に形成された基端５２ａに当接している。これにより、各ブラシ５２はそれぞれ対応する捩りコイルばね５３によりコンミテータ１８に向けて付勢され、その先端がコンミテータ１８の外周面に弾性的に摺接するようになっている。

図３、図４に示すように、ブラシホルダ５１の側壁５１ｂには軸方向に延びるスリット５１ｃが形成されており、ブラシ５２の進退移動に応じてコイル端５３ｃがスリット５１ｃに沿って移動できるようになっている。また、ブラシホルダ５１の天壁５１ａには軸方向に向けて延びるスリット５１ｄが形成されており、ブラシ５２の進退移動に応じてブラシ５２の天面に設けられた給電用のピグテール５２ｂがスリット５１ｄに沿って移動できるようになっている。

ホルダステー４１にはコネクタ２２に接続される一対の給電端子６１ａ，６１ｂが設けられており、一方のブラシ５２の給電用のピグテール５２ｂは図示しないチョークコイルを介して一方の給電端子６１ａに接続され、他方のブラシ５２の給電用のピグテール５２ｂはサーキットブレーカ６２と図示しないチョークコイルとを介して他方の給電端子６１ｂに接続されている。これらの給電端子６１ａ，６１ｂは、コネクタ２２を介して車両に搭載されたバッテリ等の電源に接続され、車室内に設けられたリヤワイパスイッチがオンされると電源から各給電端子６１ａ，６１ｂに駆動電流が供給されるようになっている。給電端子６１ａ，６１ｂに駆動電流が供給されると、ブラシ５２とコンミテータ１８とにより所定のタイミングで転流された駆動電流がアーマチュアコイルに供給され、アーマチュア１６に電磁力が発生してアーマチュア軸１７が回転する。

このリヤワイパモータ１１では、ブラシ５２とコンミテータ１８との摺接部分からの騒音を低減するために、捩りコイルばね５３によりブラシ５２をコンミテータ１８の径方向に対してアーマチュア軸１７の回転方向側に傾斜させ、この傾斜状態でブラシ５２をコンミテータ１８の外周面に摺接させるようにしている。

図５に示すように、ブラシ５２がコンミテータ１８に接した（摺接した）状態では、捩りコイルばね５３のコイル端５３ｃは、コイル本体５３ａの軸心を通り且つブラシ５２の軸方向と直交する線分Ｌよりもコンミテータ１８の側においてブラシ５２の基端５２ａに当接している。そのため、ブラシ５２の半円柱状に形成された基端５２ａは、コイル端５３ｃにより、アーマチュア軸１７の回転方向とは逆側に向けて押されることになる。一方、ブラシホルダ５１に保持されるブラシ５２は、その幅がブラシホルダ５１の側壁５１ｂの内面の間隔よりも若干小さくされているので、ブラシホルダ５１の軸方向つまりコンミテータ１８の径方向に対してブラシホルダ５１の内部でアーマチュア軸１７の回転方向に傾動可能である。そのため、ブラシ５２の半円柱状に形成された基端５２ａがコイル端５３ｃによりアーマチュア軸１７の回転方向とは逆側に向けて押されると、ブラシ５２はコンミテータ１８の径方向に対してその先端が基端５２ａよりもアーマチュア軸１７の回転方向側に位置するように回転方向側に傾斜することになる。

ここで、各ブラシ５２を付勢する捩りコイルばね５３のコイル本体５３ａは、いずれも、対応するブラシ５２に対してアーマチュア軸１７の回転方向の逆側に配置されているので、両方のブラシ５２が共にコンミテータ１８の径方向に対して同一方向つまりアーマチュア軸１７の回転方向側に傾斜することになる。したがって、両方のブラシ５２がコンミテータ１８の径方向に対してアーマチュア軸１７の回転方向側に傾斜した状態でコンミテータ１８の外周面に摺接するので、ブラシ５２とコンミテータ１８との摺接部分の振動が低減され、これにより、モータ部１２の騒音が低減されることになる。

これに対して、図６に示す変形例では、両方の捩りコイルばね５３を各ブラシ５２の間に配置するようにしているので、一方の捩りコイルばね５３に付勢される図６中で左側のブラシ５２はコンミテータ１８の径方向に対してアーマチュア軸１７の回転方向側に傾斜し、その振動が低減されることになるが、他方の捩りコイルばね５３は、そのコイル本体５３ａが対応する図中右側のブラシ５２に対してアーマチュア軸１７の回転方向の側に配置されているので、この捩りコイルばね５３に押される図中右側のブラシ５２はコンミテータ１８の径方向に対して回転方向とは反対側に傾斜した状態でコンミテータ１８と摺接することになる。そのため、比較例の構成では、一方のブラシの振動は抑制することができるが、他方のブラシの振動は必ず大きくなり、これにより、モータ部１２の騒音が増加することになる。

このように、このリヤワイパモータ１１に用いられるモータ部１２では、各ブラシ５２を付勢する捩りコイルばね５３のコイル本体５３ａを、いずれも、ブラシ５２に対してアーマチュア軸１７の回転方向の逆側に配置するようにしたので、両方のブラシ５２をコンミテータ１８の径方向に対してアーマチュア軸１７の回転方向側に傾斜させることができる。これにより、両方のブラシ５２のコンミテータ１８との摺接による振動を抑制して、モータ部１２の騒音を低減することができる。

また、このリヤワイパモータ１１に用いられるモータ部１２では、両方の捩りコイルばね５３を、それぞれ対応するブラシ５２に対して同一側に配置するようにしたので、これらの捩りコイルばね５３として同一形状のものを用いることができる。これにより、捩りコイルばね５３として１種類の形状のものを用意すればよいので、モータ部１２の部品点数を削減して、そのコストを低減することができる。

さらに、このリヤワイパモータ１１に用いられるモータ部１２では、両方のブラシ５２を、その対称軸Ａ１を円弧部４２ａの対称軸Ａ２に対してアーマチュア軸１７の回転方向側にずらして配置するようにしたので、一方の円弧部４２ａに一対のブラシホルダ５１とブラシ５２および捩りコイルばね５３を効率よく配置することができる。これにより、ホルダステー４１のスペース効率を高めて、モータ部１２つまりはリヤワイパモータ１１を小型化することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。たとえば、前記実施の形態においては、本発明をリヤワイパモータ１１に用いられるモータ部１２の給電ユニット２１に適用するようにしているが、これに限らず、たとえば車両のフロントワイパ装置の駆動源として用いられるモータ部の給電ユニットなど、他の装置の駆動源として用いられるブラシ付き電動モータに本発明を適用してもよい。

また、前記実施の形態においては、一対の捩りコイルばね５３のコイル本体５３ａを、それぞれ対応するブラシ５２に対してアーマチュア軸１７の回転方向の逆側に配置するようにしているが、これに限らず、これらの捩りコイルばね５３のコイル本体５３ａをそれぞれ対応するブラシ５２に対してアーマチュア軸１７の回転方向側に配置するようにしてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、付勢部材として捩りコイルばね５３が用いられているが、これに限らず、それぞれ対応するブラシ５２をコンミテータ１８に向けて付勢するとともにコンミテータ１８の径方向に対して回転方向側に傾斜させることができるものであれば、圧縮スプリング等の他の付勢部材を用いるようにしてもよい。

１１リヤワイパモータ
１２モータ部（ブラシ付き電動モータ）
１３減速機
１４マグネット
１５ヨーク
１６アーマチュア
１７アーマチュア軸
１８コンミテータ
１９アーマチュアコア
２１給電ユニット
２２コネクタ
２３ギアケース
２４，２５ねじ部材
２６ウォーム軸
２６ａウォーム
２７ウォームホイル
２８支軸
３１出力軸
３２動力変換機構
３３ピニオン
３４動力変換部材
３４ａセクタギア部
３４ｂアーム部
３５ピン部材
３６連結板
３７ピン部材
４１ホルダステー
４２ベース
４２ａ，４２ｂ円弧部
４２ｃ，４２ｄ平坦部
４２ｅ貫通孔
４３ガイド壁
５１ブラシホルダ
５１ａ天壁
５１ｂ側壁
５１ｃ，５１ｄスリット
５２ブラシ
５２ａ基端
５２ｂピグテール
５３捩りコイルばね
５３ａコイル本体
５３ｂ，５３ｃコイル端
５４支柱
５５支持部
６１ａ，６１ｂ給電端子
６２サーキットブレーカ
Ａ１，Ａ２対称軸
Ｌ線分

Claims

アーマチュア軸に固定されるコンミテータと該コンミテータに摺接する一対のブラシとを備えたブラシ付き電動モータであって、
それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて進退移動自在に保持する一対のブラシホルダと、
前記ブラシホルダが設けられ、前記アーマチュア軸と同心の一対の円弧部と前記円弧部に連なる一対の平坦部とを備えた小判形状に形成されたホルダステーと、
前記ホルダステーにおける一対の前記ブラシホルダの間に設けられ、前記ブラシのうちの一方と接続されるサーキットブレーカと、
それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて付勢するとともに前記コンミテータの径方向に対して回転方向側に傾斜させる付勢部材と、
を有し、
一対の前記ブラシホルダが前記アーマチュア軸を中心として互いに回転方向に９０度ずれて配置され、
前記ブラシホルダのうちの一方が前記円弧部と前記平坦部との境界部分に配置され、前記ブラシホルダのうちの他方が前記円弧部の部分に配置され、
前記付勢部材は、コイル本体および該コイル本体から突出した一対のコイル端を備え、
前記コイル本体は、前記ブラシホルダに対して前記コンミテータの回転方向側に設けられた支柱に装着され、
前記ブラシと前記コイル端との当接箇所が、前記コイル本体の軸心を通り且つ前記ブラシの軸方向と直交する線分よりも前記コンミテータの側にあることを特徴とするブラシ付き電動モータ。
アーマチュア軸に固定されるコンミテータと該コンミテータに摺接する一対のブラシとを備えたブラシ付き電動モータであって、
それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて進退移動自在に保持する一対のブラシホルダと、
前記ブラシホルダが設けられ、前記アーマチュア軸と同心の一対の円弧部と前記円弧部に連なる一対の平坦部とを備えた小判形状に形成されたホルダステーと、
前記ホルダステーにおける一対の前記ブラシホルダの間に設けられ、前記ブラシのうちの一方と接続されるサーキットブレーカと、
それぞれ対応する前記ブラシを前記コンミテータに向けて付勢するとともに前記コンミテータの径方向に対して回転方向側に傾斜させる付勢部材と、
を有し、
一対の前記ブラシホルダが前記アーマチュア軸を中心として互いに回転方向に９０度ずれて配置され、
前記ブラシホルダのうちの一方が前記円弧部と前記平坦部との境界部分に配置され、前記ブラシホルダのうちの他方が前記円弧部の部分に配置され、
前記付勢部材は、コイル本体および該コイル本体から突出した一対のコイル端を備え、
前記ブラシと前記コイル端との当接箇所が、前記コイル本体の軸心を通り且つ前記ブラシの軸方向と直交する線分よりも前記コンミテータの側にあることを特徴とするブラシ付き電動モータ。