JP2007267456A - 直流モータの整流子 - Google Patents

Abstract

【課題】高張力でのコイルの巻回により直流モータの高出力化を図ると共に、電気的切断の抑制及び性能向上も実現する直流モータの整流子を提供する。
【解決手段】直流モータの回転軸に環装する円筒状の絶縁体５１と、絶縁体の外周面の周方向に複数配置する整流子片５２と、整流子片の端部から延出して先端が放射方向へ屈曲するコイル３３を絡げるフック５３と、から成る直流モータの整流子５において、各フックにおけるコイルの端末線３３ａの絡げ位置を、絶縁体側へ移動させる。この端末線の絡げ位置の移動は、各フックと絶縁体の外周部間に空隙を設けると共に、各フックを整流子片の端部との取付部から絶縁体側へ傾斜させて実現している。前記の空隙は、各フックと対向する絶縁体の外周部にその外径寸法が漸次縮径するテーパ部５１ｂを形成して構成する。
【選択図】 図２

Description

本願発明は、ブラシ付き直流モータの整流子に関する。

直流モータ、例えば、ブラシ付き直流モータは、外側のモータケースにマグネットを配置して固定子（ステータ）を構成し、この固定子の内側に所定の空隙（エアギャップ）をもって回転子（ロータ）を回転自在に配置する構造が一般的である。

回転子ｒは、図５に示すように、主にモータ軸ｒ１にコイルｒ２を巻回した積層コアｒ３と整流子ｃ（コンミテータ）を環装して構成している。積層コアｒ３は複数ティースを有する電磁鋼板を積層して形成するものである。整流子ｃは、円筒状の絶縁体ｃ１の外周面に沿って複数の整流子片ｃ２（セグメント）を所定ギャップにて配設し、各整流子片ｃ２の端部に放射方向に拡がりつつ屈曲するフックｃ３を形成するものである。このフックｃ３には積層コアｒ３に巻回したコイルｒ２の端末線ｒ４が絡げられた後に溶接（ヒュージング）されており、互いを電気的に接続している。また、整流子ｃは必要により、フックｃ３の外縁に外接する電気ノイズ防止用のバリスタリングｃ４を溶接（半田付け）にて固定している。

上記構成の直流モータは、昨今、同サイズでの高出力化が強く望まれている。この要求の対処方法としては、積層コアの大きさを変更しない場合、コイルの積層コアに対する巻線占有率を高める方法がある。当該方法を実現するためには、積層コアのスロットに強い張力をもってより多くのコイルを巻回する必要があった。このような強い張力をもってコイルを巻回した場合には、フックと絡げるコイルの端末線も強い張力が作用する上、コイルの巻線方法に関しても端末線が長くなるいわゆるフライヤ方式の採用とも相俟って、直流モータの作動中の振動などによりフックの破損や端末線の断線が発生し易く、コイルと整流子片が電気的に切断される問題があった。

特許文献１には、フックの強度向上を図る整流子が開示されている。この文献の整流子は、結線後に曲げ加工するフック（結線爪）の整流子片との付け根部分に現状より幅と厚みを増加させた構成である。
特開２００３−９４７２号公報（第５−８頁、第２図）

しかしながら、特許文献１の整流子は、フックの強度が向上するためにその破損は減少することとなるが、コイルの端末線の断線には対応できておらず、結果的にコイルと整流子片が電気的に切断する問題の根本的な解決には至ってはいない。コイルに細線を採用した場合には、特に端末線の断線が頻発することになる。

また、電気ノイズ防止のバリスタリングを配設する場合には、フックの外縁が成す外径寸法が大きければ（現状は少なくも整流子の外径寸法より大きい）、フックの外縁に外接させて配設するバリスタリングの外径も大きくなり、回転子の慣性モーメントもこれに伴って大きくなっていた。この回転子の慣性モーメントは小さいほど、応答性の向上や振動等の減少が得られ、直流モータの性能向上となる。

そこで、本願発明は上記問題に鑑み為されたものであり、積層コアのスロットに高張力でのコイルの巻回を可能として直流モータの高出力化を図ると共に、電気的切断の抑制及び性能向上をも実現する直流モータの整流子を提供する。

上記課題を解決するために、本願発明の直流モータの整流子は、以下のように構成している。
すなわち、直流モータの回転軸に環装する円筒状の絶縁体（５１）と、該絶縁体（５１）の外周面の周方向に複数配置する整流子片（５２）と、該整流子片（５２）の端部から延出すると共に先端が放射方向へ屈曲するコイル（３３）を絡げるフック（５３）と、から成る直流モータの整流子（５）において、各フック（５３）におけるコイル（３３）の端末線（３３ａ）の絡げ位置を、絶縁体側へ移動させたことを特徴としている。この移動によって、各フック（５３）が成す外縁に外接させて溶接（半田付け）によって固定するバリスタリング（５５）のサイズダウンが図れることとなる。

上記の各フック（５３）における端末線（３３ａ）の絡げ位置は、好ましくは、整流子（５）の外縁より内側となるように絶縁体側へ移動させたことを特徴としている。

また、上記の端末線（３３ａ）の絡げ位置の移動は、各フック（５３）と絶縁体（５１）の外周部間に空隙（５４）を設けると共に、各フック（５３）を整流子片（５２）の端部との取付部から絶縁体側へ傾斜させることによって実現している。前記の空隙（５４）は、好ましくは、各フック（５３）と対向する絶縁体（５１）の外周部にその外径寸法が漸次縮径するテーパ部（５１ｂ）を形成して構成している。

各フック（５３）と整流子片（５２）の端部との取付部には、整流子（５）の周方向に横断する凹部（５３ａ）を形成することが望ましい。この凹部（５３ａ）の形成により、各フック（５３）は取付部から絶縁体側に折り曲げて傾斜させることが容易となる。

なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。

本願発明の直流モータの整流子は、上記の構成であるため以下の効果を発揮する。
すなわち、フックに絡げるコイルの端末線に強い張力が作用しても、その張力は従来の巻線行程及び溶接行程は変えずにフックの絶縁体側への移動によって容易に緩和できる。したがって、コイルを積層コアのスロットにより強い張力をもって巻回でき、積層コアに対するコイルの巻線占有率を高めることが可能となる。これにより、直流モータの同サイズにおける高出力化を実現することが可能となる。

また、各フックの外縁が成す外径寸法は、上記のフックの絶縁体側への移動によって小さくすることが可能である。このため、フックの外縁に外接させて配設するバリスタリングのサイズダウンが図れ、バリスタリングのコスト削減が可能となる。さらに、バリスタリングのサイズダウンは、回転子全体の慣性モーメントの減少に寄与するため、直流モータの応答性等の性能向上も得ることができる。

以下に、本願発明にかかる直流モータ（以下、「モータ」と略称する。）の整流子の最良の実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は本実施形態例のモータの構造を示す断面図あり、図２は本実施形態例の整流子を示す要部拡大斜視図であり、図３は本実施形態例の整流子を示す部分断面図（Ａ）、（Ｂ）である。

本実施形態例のモータＭは、主に、有底筒状を成すモータケース１（環状ヨーク）の内周面に界磁を形成する２個のマグネット１１を配置すると共に、マグネット１１と所定の空隙を持って回転自在に回転子３を配置し、モータケース１の開口側をエンドプレート２で閉塞する構成である。

回転子３は、モータ軸３１にコイル３３を所定の張力をもって巻回した積層コア３２と整流子５とを固定すると共に、両端側をモータケース１及びエンドプレート２に配置した軸受１２、２１によって軸支持して構成している。コイル３３の巻線方式は、積層コア３２における２つのスロットの配置が１８０度に近い（モータ軸の軸心対称に近い）位置のティース間で所定の張力で巻回する、いわゆるフライヤ方式である。コイル３３の端末線３３ａは整流子５に溶接（ヒュージング）によって固定している。

整流子５の側面部にはブラシホルダ４１に対向状に固定されたブラシ４が接触しており、回転子３への通電を確保している。なお、このブラシ４はエンドプレート２から延出する電極４２と接続している。

モータ軸３１は、反エンドプレート側をモータケース１から所定長さにおいて突出させ、出力軸としている。通常、この出力軸は、回転対象物を接続して負荷を担うこととなる。以上の構成は従来技術と同様である。

次に、本願発明の主眼である整流子５の構成について詳細に説明する。
整流子５は、側面の軸方向に複数の溝５１ａを有する円筒状の絶縁体５１、例えば、フェノール樹脂と、絶縁体５１の外周面に沿って所定ギャップで配設すると共に、コイル３３の端末線３３ａが接続する複数（本実施形態例では７個）の導通材から成る整流子片５２（セグメント）と、整流子片５２に外接するように配置する電気ノイズ防止用のバリスタリング５５と、から主に構成している。

各整流子片５２、５２・・の端部からは、絶縁体５１の軸方向に延設すると共に先端側を整流子５の放射方向側へ屈曲するフック５３を一体的に形成している。このフック５３は整流子片５２よりその幅を狭く形成すると共に、その整流子片５２の端部との取付部において周方向に横断する凹部５３ａを形成している。各フック５３、５３・・にはコイル３３の端末線３３ａが絡げた後に溶接によって固定されている。コイル３３は積層コア３２に所定の張力で巻回されているが、コイル３３の端末線３３ａも巻回と同等の張力をもってフック５３に絡げた後に溶接されている。

また、各フック５３、５３・・の内周面側と対向する絶縁体５１の外周部には、図３に示すように、漸次縮径するテーパ部５１ｂを形成している。このため、各フック５３、５３・・と絶縁体５１の外周面には空隙５４が形成されることとなるが、絡げた端末線３３ａの溶接時にフック５３を取付部から絶縁体側へ傾斜させるように、かつ空隙５４を埋めるように折り曲げている（矢印ａ）。なお、この折り曲げ行程は、フック５３の取付部に凹部５３ａを形成しているために容易となっている。

上記のフック５３の絶縁体側への傾斜は、フック５３における端末線３３ａの絡げ位置を絶縁体側及び積層コア側に移動させるだけでなく、各フック５３の外縁が成す外径寸法を小さくさせている。

また、フック５３における端末線３３ａの絡げ位置の移動は、端末線３３ａに作用する張力の緩和を可能としている。つまり、積層コア３２での巻線占有率を高めるために通常より強い張力でコイル３３を巻回した後、端末線３３ａの部分に作用する張力のみを緩和できるのである。この結果、モータ組立後のフック５３の破損や端末線３３ａの断線を抑制できることとなる。

さらに、フック５３の傾斜後には、各フック５３、５３・・の成す外縁寸法が小さくなるため、これに外接させて溶接（半田付け）するバリスタリング５５のサイズダウンが図れることとなる。なお、本実施形態例では。上述したように各フック５３、５３・・の外縁が成す外径寸法は整流子５の外径寸法より小さくなるように設定している。したがって、フック５３における端末線３３ａの絡げ位置も整流子５の外縁よりも内側となる。

このバリスタリング５５のサイズダウンは、バリスタリング５５のコスト削減だけでなく、回転子全体の慣性モーメントの減少となるため、モータ特性の向上に大きく寄与することとなる。
［他の実施形態の可能性］

上記の実施形態例では、絶縁体５１にテーパ部５１ｂを形成することで、各フック５３、５３・・との間に空隙５４を得ているが、この形態に限定するものではなく、フック５３を折れ曲げるためスペースを確保する形態であれば良い。例えば、図４に示すように、絶縁体５１の外周部にフック５３が傾斜して当接する傾斜スペース５１ｃのみを形成するようにしても良い。この場合は、傾斜スペース以外の部分は肉厚となるため、絶縁体５１の剛性が向上することとなる。

本実施形態例のモータの構造を示す断面図ある。 本実施形態例の整流子を示す要部拡大斜視図である。 本実施形態例の整流子を示す部分断面図（Ａ）、（Ｂ）である。 他の実施形態例の整流子を示す斜視図である。 従来の整流子を示す側面図である。

符号の説明

Ｍ モータ
１ モータケース
１１ マグネット
１２ 軸受
２ エンドプレート
２１ 軸受
３ 回転子
３１ モータ軸
３２ 積層コア
３３ コイル
３３ａ 端末線
４ ブラシ
４１ ブラシホルダ
４２ 電極
５ 整流子
５１ 絶縁体
５１ａ 溝
５１ｂ テーパ部
５１ｃ 傾斜スペース
５２ 整流子片
５３ フック
５３ａ 凹部
５４ 空隙
５５ バリスタリング
ｒ 回転子（従来例）
ｒ１ モータ軸
ｒ２ コイル
ｒ３ 積層コア
ｒ４ 端末線
ｃ 整流子（従来例）
ｃ１ 絶縁体
ｃ２ 整流子片
ｃ３ フック
ｃ４ バリスタリング

Claims (5)

1. 直流モータの回転軸に環装する円筒状の絶縁体（５１）と、該絶縁体（５１）の外周面の周方向に複数配置する整流子片（５２）と、該整流子片（５２）の端部から延出すると共に先端が放射方向へ屈曲するコイル（３３）の端末線（３３ａ）を絡げるフック（５３）と、から成る直流モータの整流子（５）において、
   各フック（５３）におけるコイル（３３）の端末線（３３ａ）の絡げ位置を、絶縁体側へ移動させたことを特徴とする直流モータの整流子。
2. 各フック（５３）におけるコイル（３３）の端末線（３３ａ）の絡げ位置を、
   整流子（５）の外縁より内側となるように絶縁体側へ移動させたことを特徴とする請求項１記載の直流モータの整流子。
3. 各フック（５３）におけるコイル（３３）の端末線（３３ａ）の絡げ位置を、
   各フック（５３）と絶縁体（５１）の外周部間に空隙（５４）を設けると共に、各フック（５３）を整流子片（５２）の端部との取付部から絶縁体側へ傾斜させることによって移動させたことを特徴とする請求項１又は２記載の直流モータの整流子。
4. 各フック（５３）と絶縁体（５１）の外周部間の空隙（５４）は、
   各フック（５３）と対向する絶縁体（５１）の外周部にテーパ部（５１ｂ）を形成して構成したことを特徴とする請求項３記載の直流モータの整流子。
5. 各フック（５３）と整流子片（５２）の端部との取付部には、
   整流子（５）の周方向に横断する凹部（５３ａ）を形成したことを特徴とする請求項１、又は３記載の直流モータの整流子。
   

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