JP2007507198A - 直流モーター - Google Patents

Abstract

【課題】車両ブレーキシステムにおいて用いられるポンプの駆動を改善する。
【解決手段】本発明は、ハウジングと、ローターと、電気巻線を備えるステーターと、を有し、電気巻線に電圧を印加するために整流子／カーボンブラシシステムが設けられており、ステーターは、シャフトと永久磁石とを備えるローターを抱持している、直流モーターに関する。整流子が、回転不能に固定的に設けられており、カーボンブラシが、ローターと共に回転可能、かつ、整流子に対して磨耗される方向に移動可能に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハウジングと、ローターと、電気巻線を備えるステーターと、を有し、ローターの回転位置にかかわりなく電気巻線に電圧を印加するために整流子／カーボンブラシシステムが設けられており、ステーターは、シャフトと永久磁石とを備えるローターを取り囲んでいる、直流モーターに関する。

ローターを取り囲んでいるステーターにおいて径方向外側に巻線が設けられているため、高い銅ファクター（ｃｏｐｐｅｒ ｆａｃｔｏｒ）が可能となっている。これにより、直流モーターの性能にプラスの効果がもたらされる。

メカトロニクスの分野、特に自動車工学の分野での利用に関して、パワフルでありかつ小型な電気モーターが一般に要求されている。超小型回路要素の小型化が促進される一方で、電気機械モジュールはさらなる小型化を必要としている。車両装置を駆動するための直流モーターでは、円滑で故障のない作動を達成することがさらに要求される。特に、直流整流子モーターが液体ポンプを駆動するのに用いられる場合には、リーク液体を防止、あるいは、蓄積／排出するのに、また、シールのためにさらなる工夫が必要となる。なぜなら、例えばブレーキ液体と炭塵との混合物の侵入によって、整流子の機能がひどく損なわれる可能性があるからである。

上述した課題を解決するために、一般的な直流モーターにおいて、整流子を回転不能に固定的に設け、カーボンブラシをローターと共に回転可能かつ整流子に対して磨耗される方向に移動可能に設けることが提案される。従来技術のモーターと異なり、本発明の直流モーターは静止している整流子を有し、カーボンブラシはローターと共に回転する。カーボンブラシは、従来のようにステーターに連結されることなく、ローターに連結されているため、直流モーターによって駆動されるポンプ用の収容部材における直流モーターの組立性の改善を達成するのに適するように、装着スペースを分離することが可能である。

カーボンブラシに作用する遠心力がブラシの当接圧を減少させないように、カーボンブラシを配置することが好ましい。また、ブラシの接触力を増大することは、摩擦による損失を増大させることとなるため、通常は好ましいことではない。これら力については、ほぼ中立に調整することが適切であると考えられる。

本発明の好ましい実施形態では、ローターは、永久磁石の装着支持部としてのボウル壁を有する支持本体のようなボウルとして形成されている。永久磁石は、ボウル壁の径方向外側に回転不能に固定的に設けられている。ボウルは、その内部に複数のカーボンブラシを収容しており、これらカーボンブラシは、ローターに対して回転不能に固定的に、かつ、整流子へと直線的に移動されるように設けられている。

別の好ましい実施形態では、カーボンブラシは、ボウルの内部に組み込まれているブラシホルダーに設けられている。これにより、支持本体内へのブラシ組体の搭載を簡単化することが可能となる。

ブラシホルダーを伴って規定の回転を行うように、後者に留部が設けられ得、この留部が支持本体の凹部に確実係合しているか、あるいはその逆である。この留部は、例えば、段部として、突出部として、鋸歯状部として、あるいは、これらと同様な形態で形成され得、対応する部分における凹部、溝部、あるいは、これらと同様な形状に確実係合しているか、あるいは、対応する部分に作動係合している。このために、ブラシホルダーは、好ましくは、プラスチック材料によって形成されている。

整流子が電気モーターのハウジング要素において平らな形態を有し、シャフトに直交して延びており、カーボンブラシが整流子へとシャフトに平行に移動可能であるため、好ましいことに、直流モーターの全長が短くなっている。また、このタイプの構成では、遠心力によるブラシの接触力への影響が最小化される。

整流子が、カバーに、あるいは、シャフトの、動力が取り出される側とは反対側に配置されているモーターボウルの底部に設けられている場合には、駆動されたポンプからのリーク液体の侵入から、整流子／カーボンブラシシステムを特によく防護することが可能となる。原理的には、軸方向整流子は汚染物質を放出すること（ｃａｔａｐｕｌｔｉｎｇ）が可能であるため、以下の実施態様では、整流子／カーボンブラシステムを動力が取り出される側の近くに配置することが可能である。整流子／カーボンブラシシステムは、少なくとも２つの互いに逆の電圧を印加されているカーボンブラシを有し、これら互いに逆の電圧を印加されている複数のカーボンブラシ間には電気接続部が形成されている。この電気接続部がブラシホルダー内に組み込まれていることが特に好ましい。本発明の追加の好ましい実施態様では、互いに逆の電圧を印加されている複数のブラシが、直径方向に互いに対向して配置されている。

ブラシホルダーの中央部が中空であり、整流子を保持しているハウジング要素が、さらに、ブラシホルダーの中空中央部へと少なくとも一部分が突出している干渉防止ユニット（ａｎｔｉ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｕｎｉｔ）を保持している場合には、特に省スペースの配置が実現される。

短い全長を有する電気モーターの別の構成では、互いに逆の電圧を印加されている複数のカーボンブラシが直径方向に互いに対向して配置されており、複数のカーボンブラシの内の１つのカーボンブラシは、ブラシホルダーの中央部に設けられており、複数のカーボンブラシの内の他の１つのカーボンブラシは、中央部の径方向外側に位置されており、ブラシホルダーには、径方向外側に配置されているカーボンブラシに対して、直径方向に対向して配置されている干渉防止ユニットが組み込まれている。

複数のカーボンブラシが、円形、あるいは、多角形、特に正方形の断面を有し、ブラシホルダーが、カーボンブラシを形状ばめにより収容するような形状のガイドを有する場合には、精密にブラシがガイドされ、磨耗が低減されるカーボンブラシの形態が実現されている。

供給者から、独立して使用可能で、独立して試験が可能なユニットとして直流モーターを得るために、モーターの試験運転が可能となるように、カバーあるいはモーターボウルが、シャフトの装着支持部としてのベアリングを保持しており、モーターの通常作動において、ベアリング力が、ベアリングを介して、駆動要素を収容するための収容部材へと直接伝達される。このために、ベアリングは、モーターが装着された状態で、収容部材の段差付きボアに挿入される。

シャフトが永久磁石用の支持本体に回転不能に固定的に連結されており、シャフトが、支持本体と、特に確実あるいは作動係合により、分子結合により、あるいは、互いに一体的に、形成されている場合には、ローターの製造が簡単化される。

直流モーターにおける電気的接続を改善するためには、整流子と電気巻線とを軸方向に組み立てることにより、これら部材が自動的に電気的に接続されることが好ましい。このために、整流子と巻線との間に、弾性予圧されている複数のばね脚部が設けられている。複数のばね脚部は、巻線に、整流子の薄板に、あるいは、巻線と整流子との間に介設されている分離要素に、設けることが可能である。

本発明は、さらに、上述した直流モーターを備える電子液圧組体に関する。

本発明のさらなる詳細が、以下の説明から、添付した図面を参照して理解されるだろう。

図１及び図２に示されるように、直流モーター１は、モーターハウジング２と、シャフト４を備えるローター３と、電気巻線６を備えるステーター５と、を有し、電気巻線６に電圧を印加するために、整流子／カーボンブラシシステムが設けられており、ステーター５は、シャフト４と永久磁石７，８とを備えるローター３を取り囲んでいる。直流モーター１は、液圧ポンプを収容するための収容部材（ＨＣＵ）９にフランジ結合されている。直流モーター１は、液圧ポンプを駆動するのに用いられる。直流モーター１を介して延びている固定ねじ１０が、複数の部材を互いに固定するのに用いられている。固定ねじ１０は、収容部材９まで到達して、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１を固定するのにさらに用いられ得る。後者のユニットは、収容部材９の、直流モーター１とは反対側に配置され、電子液圧バルブを駆動するのに加えて、直流モーター１に電流を供給するのに用いられる。

ステーター５は、薄いシートによって形成され、一方側が開口しているボウル形状のモーターハウジング２を有し、モーターハウジング２内には、電気巻線６を有する巻線キャリアー（シートメタルパッケージ）１２が固定されており、ステーター５は、ローター３を少なくともローター３の全長を越えて取り囲んでいる。ローターの装着支持部として、モーターハウジング２のボウル底部１３は、ベアリング１５を収容するためのカラー１４を有し、さらに、シャフト４の駆動端部用の通路を有する。加えて、ボウル底部１３には、特にプラグ型の供給要素１７用の通路として用いられる凹部１６が設けられている。凹部１６は、収容部材９に向かって、ベアリング１５用のカラー１４と同様な形状に形成されているカラー１８を有する。モーターハウジング２の開口端部は、動力が取り出される側とは反対側に配置されている。ハウジングの開口端部は、静止した平らな整流子２０（軸方向整流子）を保持しているカバー１９によって閉塞され得、整流子２０は主にシャフト４に直交する方向に延びている。直流モーター１のこちら側には回転ベアリングは設けられていない。整流子２０はカバー１９の中央部に設けられている。カバー１９は、好ましくは、絶縁プラスチック材料によって形成され、シール要素２２を収容するための溝部２１を周縁部に有し、シール要素２２は、径方向にモーターハウジング２の内壁２３へと当接している。巻線６は、プラグ型の供給要素１７を介して電子制御ユニット１１内の電流供給部に接続されている。巻線６とプラグ１７との間の接続は、２つの舌片部によってなされる。プラグ１７にはロックフック２４，２５が設けられており、ロックフック２４，２５が弾性的にモーターハウジング２のカラー１８に当接されることによりロックが行われる。図２に示されるように、径方向シール２６は、カラー１８に対して、あるいは、収容部材９に対してプラグ１７をシールする。巻線６の下流に配置されている整流子／コールブラシシステムによって、巻線６を一時的に通電するための電流回路が閉じられる。

ローター３は、ボウル即ちレボルバー形状であって、一方側が開口している支持本体２７を有する。ロータードラムは、深絞り／プレス部品によって形成され得、これに、接地される硬化シャフト４が溶接されている。永久磁石７，８は、ボウル壁２８の径方向外側に回転不能に固定的に配置され、遠心力に抗する。好ましくは、セメント接着、リベット止めによって、支持本体２７において永久磁石７，８が固定されている。例えば、２つ、４つあるいは６つの磁極が用いられる。支持本体２７のボウルの内部には、簡単なプラスチックハウジングの形態のブラシホルダー３０を収容する凹部２９が形成されている。プラスチックハウジング３０は、好ましくは１つあるいは複数の留部を用いて、支持本体２７に形状ロックによって固定されており、また、プラスチックハウジングは、整流子へと弾性予圧され、互いに電気的に接続されている２つのカーボンブラシ３１，３２を有する。これらカーボンブラシ３１，３２はシャフト４に平行に延びている。プラスチックハウジングでは、図１及び図２に示されるように、中央部が凹んでいる。干渉防止ユニット３９は、少なくとも＋ブラシに電気的に接続され、開口３３に配置されている。カーボンブラシ３１，３２は、非平衡効果（ｕｎｂａｌａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）を最小化するために、互いに直径方向に対向して配置されている。

図２の実施形態では、複数のカーボンブラシ３１’，３２’の内の一方のカーボンブラシ３１’が中央に配置されており、他方のカーボンブラシ３１’，３２’が一方のカーボンブラシ３２’に対して径方向にオフセットされて配置されている。干渉防止ユニット３９は、好ましくはコンデンサ及び／又はコイルを有し、干渉防止ユニット３９用の凹部は、径方向外側のカーボンブラシ３２’に対して直径方向に配置されている。

全ての実施形態において、ローター３の装着支持部、即ち、上述したベアリング１５（回転ベアリング）、及び、収容部材９の段付きボア３５へと挿入され、シャフトの端部を支持する別の回転ベアリング３４は、完全に収容部材９内に配置されている。この結果、偏心ベアリング３７を有する偏心体３６は、２つのベアリング３４，１５間において所定の形態で圧縮配置されている。シャフトの端部に駆動要素（小プロペラ）が設けられ得、ポンプのリーク液体をそのためのスペース（リーク収容チャンバー、周囲の大気等）に放出する。このために、プロペラ３８は、シャフト４の前端部において、切欠爪部を用いて形状ロックによりシャフト４に固定されて配置され得る。

図４の実施形態が図１及び図２の実施形態と異なる点は、モーターハウジング２のボウル底部１３が、整流子２０が組み込まれている端部プレート４１として形成されており、一体的に形成されているボウル底部は、シャフトの出力端部とは反対側に配置されており、段付きボア３５がめくら穴として形成されている。

要するに、本発明は、以下の基本的な思想に基いている：
− カーボンブラシが、内側で軸方向に配置されている
− 永久磁石が、ローターに固定されている
− 巻線の端部が、ステーターを形成している
− ローターが、ドラム形状を有する
− 固定用のネジ結合が、モーターによってなされる
− ブラシホルダーが、反干渉要素（主に軸方向に延びている）を選択的に収容している。

本発明の主な効果は、整流子２０と巻線６とが、互いに径方向にはオフセットされておらず、互いに軸方向にオフセットされており、軸方向に連結されているため、複数の部材間での自動的な電気接続が可能となることである。最初に、ブラシホルダー３０がボウル形状支持本体２７に設けられ、完成した後、支持本体２７がシャフト４に溶接される。

本発明の別の主な効果は、ローターの装着支持部がシャフト４の出力端部に配置されており、シャフト４の逆の端部は、突出した自由端であり、永久磁石７，８用の中空の支持本体２７の内部に保持されており、支持本体２７の複数の中空部は、軸方向に延びているカーボンブラシ３１，３２を配置するために用いられる、ことである。それにもかかわらず、装着する準備が完全にできている直流モーター１を供給者から購入することを可能にするためには、ローター３がベアリング１５によってモーターハウジング２内で完全に保持される前に、供給者が負荷をかけない試験運転を行うことが重要である。

本発明は、直流モーターに限定されず、部分的な保護に特定されず、走行安定制御を伴うスリップ制御ブレーキシステム用の全ての電子液圧装置をカバーし、このような電子液圧装置は液圧要素用の収容部材９を有し、この収容部材９は、電子要素を備える電子制御ユニット１１に加えて、好ましくは、液体ポンプ（ブレーキ液体ポンプ）を駆動するための上述した直流モーターの出力ステージを有する。

フランジ結合されている直流モーターを有する組体を全体のディメンジョンを小さくして示す縦断面図。 改良実施形態を示す拡大縦断面図。 図２において矢印ＩＩＩの方向からみて示す図。 本発明のさらなる改良実施形態を示す図。

符号の説明

１…直流モーター、２…モーターハウジング、３…ローター、４…シャフト、５…ステーター、６…巻線、７…永久磁石、８…永久磁石、９…収容部材、１０…固定ねじ、１１…電子制御ユニット、１２…巻線キャリアー、１３…ボウル底部、１４…カラー、１５…ベアリング、１６…凹部、１７…供給要素（プラグ）、１８…カラー、１９…カバー、２０…整流子、２１…溝部、２２…シール要素、２３…内壁、２４…ロックフック、２５…ロックフック、２６…径方向シール、２７…支持本体、２８…ボウル壁、２９…凹部、３０…ブラシホルダー、３１…カーボンブラシ、３２…カーボンブラシ、３３…開口、３４…ベアリング、３５…段付きボア、３６…偏心体、３７…偏心ベアリング、３８…プロペラ、３９…干渉防止ユニット、４０…ねじ脚部、４１…端部プレート。

Claims (18)

1. モーターハウジング（２）と、ローター（３）と、電気巻線（６）を備えるステーター（５）と、を有し、ローター（３）の回転位置にかかわりなく電気巻線（６）に電圧を印加するために整流子／カーボンブラシシステムが設けられており、ステーター（５）は、シャフト（４）と永久磁石（７，８）とを備えるローター（３）を取り囲んでいる、直流モーター（１）において、
   整流子（２０）が、回転不能に固定的に設けられており、カーボンブラシ（３１，３２）が、ローター（３）と共に回転可能、かつ、整流子（２０）に対して磨耗される方向に移動可能に設けられている、
   ことを特徴とする直流モーター。
2. ローター（３）は、永久磁石（７，８）用のボウル形状の支持本体（２７）を有し、支持本体（２７）の径方向外側のボウル壁（２８）に、永久磁石（７，８）が回転不能に固定的に設けられており、ボウルの内部に、カーボンブラシ（３１，３２）が回転不能に固定的に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の直流モーター。
3. カーボンブラシ（３１，３２）は、ボウルの内部に配置されているブラシホルダー（３０）内に設けられている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の直流モーター。
4. ブラシホルダー（３０）は、支持本体（２７）に確実係合している少なくとも１つの留部を有する、あるいは、その逆である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の直流モーター。
5. ブラシホルダー（３０）は、プラスチック材料によって形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の直流モーター。
6. 整流子（２０）は、電気モーターのハウジング要素において平らな形態を有し、シャフト（４）に直交して延びており、カーボンブラシ（３１，３２）は整流子（２０）に向かってシャフト（４）に平行に移動可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の直流モーター。
7. 整流子（２０）は、カバー（１９）あるいはモーターハウジング（２）の底部に設けられている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の直流モーター。
8. カバー（１９）あるいは底部は、直流モーター（１）の試験運転が可能なように、シャフト（４）の装着支持部としてのベアリング（１５）を保持しており、直流モーター（１）の通常作動では、ベアリング力は、ベアリング（１５）を介して、駆動要素を収容するための収容部材（９）へと伝達される、
   ことを特徴とする請求項７に記載の直流モーター。
9. ブラシホルダー（３０）は、少なくとも２つの互いに逆の電圧を印加されているカーボンブラシ（３１，３２）を有し、これら互いに逆の電圧を印加されているカーボンブラシ（３１，３２）間には、電気接続部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の直流モーター。
10. ２つのカーボンブラシ（３１，３２）間に形成されている電気接続部は、ブラシホルダー（３０）に組み込まれている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の直流モーター。
11. 互いに逆の電圧を印加されている複数のカーボンブラシ（３１，３２）は、直径方向に互いに対向して配置されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の直流モーター。
12. ブラシホルダー（３０）の中央部は中空であり、ブラシホルダー（３０）はハウジング部材を有し、ハウジング部材は、ブラシホルダー（３０）の中空中央部へと少なくとも一部分が突出している干渉防止ユニット（３９）を保持している、
    ことを特徴とする請求項３又は６に記載の直流モーター。
13. 互いに逆の電圧を印加されている複数のカーボンブラシ（３１，３２）は、直径方向に互いに対向して配置されており、複数のカーボンブラシ（３１，３２）の内の１つのカーボンブラシ（３１）は、ブラシホルダー（３０）の中央部に設けられており、複数のカーボンブラシ（３１，３２）の内の別の１つのカーボンブラシ（３２）は、中央部の径方向外側に位置されており、ブラシホルダー（３０）には、干渉防止ユニット（３９）が組み込まれており、この干渉防止ユニット（３９）は、径方向外側に配置されているカーボンブラシ（３２）に対して直径方向に対向して配置されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の直流モーター。
14. カーボンブラシ（３１，３２）は、円形、あるいは、多角形、特に正方形の断面を有し、ブラシホルダー（３０）は、カーボンブラシ（３１，３２）を形状ばめにより収容するような形状のガイドを有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の直流モーター。
15. シャフト（４）は、永久磁石（７，８）用の支持本体（２７）に回転不能に固定的に連結されており、シャフト（４）は、支持本体（２７）と、特に、確実あるいは作動係合により、分子結合により、あるいは、互いに一体的に、形成されている、
    ことを特徴とする請求項２に記載の直流モーター。
16. 整流子（２０）と電気巻線（６）とを軸方向に組み立てることにより、これら部材が自動的に電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の直流モーター。
17. 整流子（２０）と巻線（６）との間に、電気的な接続のために、弾性予圧されている複数のばね脚部（４０）が設けられており、複数のばね脚部（４０）は、巻線（６）に、整流子の薄板に、あるいは、巻線（６）と整流子（２０）との間に介設されている分離部材に、設けられている、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の直流モーター。
18. 液圧要素用の収容部材（９）を有し、収容部材（９）は、電子要素を備える電子制御ユニット（１１）と、好ましくは、液体ポンプを駆動するための請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の直流モーター用の出力ステージと、を有する、走行安定制御を伴うスリップ制御ブレーキシステム用の電子液圧組体。

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