JP5692271B2 - 回転子およびこれを備えた回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、整流子を有する回転子およびこれを備えた回転電機に関するものである。

従来の整流子を有する回転電機として、整流子片にＵ字状に折り曲がった端子部（フック）を形成し、電機子巻線からのリード線（コイル）が接続される接続部を面取り形状にすることで、端子部が傾いた場合であっても、リード線が断線することなく、端子部に溶着接続できるものが示されている（例えば、実用新案文献１参照）。
実用新案文献１に記載の小型モータは、鉄心のあるスロットに巻回された電機子巻線からのリード線が接続部の面取り形状に沿って巻かれ、別のスロットに巻回される電機子巻線に接続されることから、面取りをしないものに比べて、周方向に隣接するリード線間の隙間が拡がり、絶縁信頼性が向上するものである。

実開平４−６４９７４号公報（第１図）

実用新案文献１に記載の小型モータは、コイルの線径が比較的細い場合、電機子巻線からのコイルがフックの面取り形状に沿って巻かれることから、隣接するコイル間の隙間（＝線間距離）が拡がり、絶縁信頼性が向上するが、高出力化のために、例えば、ダブル巻方式（線径が細い細線を２重にして巻回する方式）を採用した場合、フックに係止されるコイルが周方向に拡がるため、隣接するコイル間距離を確保できず、絶縁不良が生じるという問題があった。

また、整流子片に形成されたフックをＵ字状に折り曲げると、フックの根元に曲げ応力が生じ、剛性が低下する。そして、このようなフックにおいて、仮に、フックの根元に面取りを形成して、コイルを係止する場合、フックをＵ字状に折り曲げると、フックの根元の剛性がさらに低下してしまい、整流子片の機械的強度の信頼性が低下する虞もあった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、整流子片の機械的強度の信頼性を確保しつつ、隣接するコイル間の絶縁信頼性が向上した回転子及びこれを備えた回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転子は、複数のスロットを有し、シャフトに固定される鉄心と、前記シャフトに固定されるベース樹脂及びこのベース樹脂の外周面に周方向に複数個配列された整流子片を含む整流子と、前記スロットに巻回されるコイル及び同電位であるべき整流子片同士が接続される短絡線を含む導線とを備え、前記整流子片には、前記鉄心側に形成されたフックを有し、前記フックに前記導線が係止され、前記フックが折曲されて前記導線と電気的に接続されている回転子であって、前記フックの先端側に前記コイルが係止されて、前記フックの根元側に前記短絡線が係止されるとともに、前記フックの前記コイルが係止されるコイル係止部の角部には、面取りが形成されて、前記フックの前記短絡線が係止される短絡線係止部には、面取りが施されていない角部が形成されているようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、整流子片の機械的強度の信頼性を確保しつつ、隣接するコイル間の絶縁信頼性が向上した回転子及びこれを備えた回転電機を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機であるブラシ付モータ１００の断面図である。 図１中の回転子２０の断面図である。 図２中の鉄心２２の断面図である。 図２中の整流子片２５（フック２６）に係止される短絡線２３ｂの結線図である。 図２中の整流子片２５付近の拡大断面図で、フック２６に導線２３が係止されたときの図である。 図２中の整流子片２５付近の拡大断面図で、フック２６と導線２３とが電気的に接続されたときの図である。ある。 フック２６にコイル２３ａ、短絡線２３ｂが係止されたときの巻き姿を示した説明図である。 図２中のフック２６の別の変形例であるフック３６に導線２３（コイル２３ａ、短絡線２３ｂ）が係止されたときの図である。 図２中の整流子片２５の別の変形例である整流子片４５の付近の拡大断面図で、フック１２６に導線１２３が係止されたときの図である。 図２中の整流子２５の別の変形例である整流子片４５の付近の拡大断面図で、フック１２６と導線１２３とが電気的に接続されたときの図である。 フック１２６にコイル１２３ａ１、コイル１２３ａ２及び短絡線１２３ｂが係止されたときの巻き姿を示した説明図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１〜図１１に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転子２０を備えた回転電機であるブラシ付モータ１００の断面図、図２は、図１中の回転子２０の断面図、図３は、図２中の鉄心２２の軸方向断面図、図４は、図２中の整流子片２５（フック２６）に係止される短絡線２３ｂの結線図である。
図１に示すブラシ付モータ１００は、有底筒形状のヨーク１１と、ヨーク円管部１１ａの内周部にホルダ１２を介して圧入等で固定された永久磁石１３と、この永久磁石１３の内周面と所定の空隙を介して配設された回転子２０を備えている。なお、ヨーク１１、ホルダ１２及び永久磁石１３で固定子１０を構成している。
シャフト２１は、ヨーク１１に設けられたベアリングケース部１１ｂに保持されたベアリング１４及びハウジング４０に設けられたベアリングケース部４０ａに保持されたベアリング４１によって回転自在に支持されている。

図２に示すように、回転子２０は、シャフト２１に固定される鉄心２２と、シャフト２１の外周面に固定されて絶縁部材であるベース樹脂２４及びこのベース樹脂２４の外周面に周方向に複数個配列された整流子片２５からなる整流子３０とを備えている。
鉄心２２は、図３に示すように、シャフト２１を中心として放射状に延びる複数（図３では２２個）のスロットコア２２ａを有している。そして、スロットコア２２ａ間のスロット２２ｂには、例えばマグネットワイヤなどの絶縁被膜されたコイル２３ａ（導線２３）が巻回されている。また、図１に示すように、ブラシ４３は、スプリングブラシ４４によって整流子３０側に付勢され、整流子片２５の周面に摺接されている。

整流子片２５の軸方向の鉄心２２側（図２の左側）には、フック２６が設けられており、このフック２６に導線２３（コイル２３ａ及び短絡線２３ｂ）が係止されている。ここで、コイル２３ａは、フック２６の全周にわたって巻き付けられることにより、フック２６に係止されている。また、短絡線２３ｂは、同電位であるべき整流子片２５同士を接続するものであり、図４には、任意の整流子片２５（図４では１番）と同相の整流子片２５（図４では１２番）を結線した例が示されている。
続いて、図５〜図７を参照しながら、整流子片２５に形成されたフック２６とこのフック２６に係止される導線２３（コイル２３ａ、短絡線２３ｂ）の関係について説明する。図５、図６はともに、図２中の整流子片２５付近の拡大断面図で、図５はフック２６に導線２３が係止されたときの図、図６はフック２６と導線２３とが電気的に接続されたときの図である。また、図７は、フック２６にコイル２３ａ、短絡線２３ｂが係止されたときの巻き姿を示した説明図である。

図５に示すように、整流子片２５には、前述したフック２６と、コイル２３ａ（導線２３）、短絡線２３ｂ（導線２３）を固定する座部２７が設けられている。そして、フック２６の根元側（図５の左側）に短絡線２３ｂが係止され、これより先端側（図５の右側）にコイル２３ａが係止されている。ここで、フック２６の径方向内側（図５の下側）であって、コイル２３ａが係止されるコイル係止部２６ａの角部２６ａ１には、面取部２６ａ２が形成されており、短絡線２３ｂが係止される短絡線係止部２６ｂには、角部２６ｂ１が形成されている。
図５、図６に示すように、フック２６の根元側に短絡線２３ｂを係止し、これより先端側にコイル２３ａを係止した後、フック２６を折り返す如く反鉄心２２側に時計方向に折曲して各導線２３（コイル２３ａ、短絡線２３ｂ）の上部に押し当て、例えばヒュージングによって絶縁被覆の溶融と機械的な塑性変形によって圧着し、電気的・機械的な接続が図られる。このとき、短絡線２３ｂは、フック２６の根元側に係止され、このフック２６が折曲されるが、図６に示すように、フック２６の根元側の形状は自然と丸くなり、この形状に沿って短絡線２３ｂは、フック２６に接続される。

なお、図４に示された短絡線２３ｂは、１番の整流子片２５のフック２６に係止され、図５に示すように、整流子３０の鉄心側端面３０ａに沿って配設されて、１２番の整流子片２５（１番の整流子片２５と同電位である整流子片２５）のフック２６に接続されている。図４の例では、１本のみ図示されているが、実際は対応する全ての整流子片２５相互、例えば２番と１３番、３番と１４番、・・・、１１番と２２番の整流子片２５が短絡線２３ｂで相互に接続されている。

また、図７に示すように、整流子片２５（フック２６）に係止されたコイル２３ａ、短絡線２３ｂの巻き姿を見てみると両者の引き出し方向が異なり、コイル２３ａは、コイル係止部２６ａにおいて、短絡線２３ｂの径方向外側（図５の上側、図７の紙面に対して上側）に位置している。そして、フック２６のコイル係止部２６ａであって、その径方向内側から面取り部２６ａ２、そして周方向側面２６ａ３にわたってコイル２３ａが巻き付けられることにより、フック２６に係止されている。

この実施の形態１では、図５、図６に示すように、座部２７は、反鉄心２２側に設けられ、コイル２３ａを固定する凹部２７ａと、この凹部２７ａを設けることによって、該凹部２７ａよりもフック２６側に連なるように形成され、短絡線２３ｂに対して圧縮変形を助長し得る段部２７ｂによって構成されている。また、フック２６の先端部２６ｃの図の下側の面は、座部２７を構成する凹部２７ａの右外側の縁部２８上に当接するように構成されている。

以上で述べたように、本発明の実施の形態１に係る回転子２０は、複数のスロット２２ｂを有し、シャフト２１に固定される鉄心２２と、シャフト２１に固定されるベース樹脂２４及びベース樹脂２４の外周面に周方向に複数個配列された整流子片２５を含む整流子３０と、スロット２２ａに巻回されるコイル２３ａ及び同電位であるべき整流子片２５同士が接続される短絡線２３ｂを含む導線２３とを備え、整流子片２５には、鉄心２２側に形成されたフック２６を有し、フック２６に導線２３が係止され、フック２６が折曲されて導線２３と電気的に接続されている回転子２０であって、フック２６の先端側にコイル２３ａが係止されて、フック２６の根元側に短絡線２３ｂが係止されるとともに、フック２６のコイル２３ａが係止されるコイル係止部２６ａの角部２６ａ１には、面取部２６ａ２が形成されて、フック２６の短絡線２３ｂが係止される短絡線係止部２６ｂには、面取りが施されていない角部２６ｂ１が形成されているようにしたので、短絡線係止部２６ｂに形成された角部２６ｂ１により、フック２６を反鉄心２２側に時計方向に折り曲げた際の剛性の低下を抑制することができ、整流子片２５の機械的強度の信頼性を確保することができる。その一方で、コイル係止部２６ａの角部２６ａ１には、面取り部２６ａ２が形成されており、コイル２３ａは、この面取部２６ａ２の面取り形状に沿って係止されることから、整流子片２５のフック２６において、周方向に隣接するコイル２３ａ間の隙間、すなわち線間距離が拡がり、隣接するコイル２３ａ間の絶縁信頼性が向上する。
それゆえ、整流子片２５の機械的強度の信頼性を確保しつつ、隣接するコイル２３ａ間の絶縁信頼性が向上した回転子２０及びこれを備えたブラシ付モータ（回転電機）１００を提供することができる。

また、本発明の実施の形態１に係るブラシ付モータ１００によれば、上記した回転子２０と、整流子３０の表面に摺接されるブラシ４３と、固定子１０とを備えるようにしたので、隣接するコイル２３ａ間の線間距離が拡がることで、整流子片の外周面の直径を小さくする、すなわち、モータの小型化が可能である。それゆえ、このブラシ付モータ１００を電動パワーステアリング装置用モータに適用した場合、モータの小型化により、ロストルクが減少して操舵フィーリングやハンドル戻りを損なうことがない電動パワーステアリング装置用モータを提供することができる。

また、複数本の導線、例えば２本のコイルがフックに係止される場合、その２本のコイルの巻き姿を見てみると、両者の引き出し方向が同じであることから、フック係止部分のループの幅が大きくなり、フックに係止されるコイルが周方向に拡がる虞があるが、本実施の形態１において、短絡線２３ｂは、整流子片２５（図４の１番の整流子片２５）のフック２６に係止され、整流子３０の鉄心側端面３０ａに沿って配設されて、図４の１番の整流子片２５と同電位であるべき整流子片２５（図４の１２番の整流子片２５）のフック２６に接続されているとともに、整流子片２５に係止されたコイル２３ａ及び短絡線２３ｂの巻き姿を見てみると、両者の引き出し方向が異なり、コイル２３ａの引き出し部分は、コイル係止部２６ａにおいて、短絡線２３ｂの引き出し部分の径方向外側に位置しているので、コイル係止部２６ａのループの幅が小さくなることから、コイル２３ａ及び短絡線２３ｂからなる導線２３がフックに係止される場合であっても、隣接するコイル２３ａ間の絶縁信頼性を確保することが可能な回転子２０及びこれを備えた回転電機１００を提供することができる。

また、本発明の実施の形態１によれば、コイル２３ａは、フック２６の径方向内側から面取部２６ａ２にわたって係止されるとともに、フック２６の全周にわたって巻き付けられることにより、フック２６に係止されているので、コイル２３ａは、フック２６の面取部２６ａ２から周方向側面２６ａ３にわたって係止されることから、コイル２３ａがフック２６に密着して、フック２６において、周方向に隣接するコイル２３ａ間の線間距離がさらに拡がり、隣接するコイル２３ａ間の絶縁信頼性がさらに向上する。

なお、本実施の形態１では、フック２６の径方向内側であって、コイル２３ａが係止されるコイル係止部２６ａの角部２６ａ１に、面取部２６ａ２が形成されている場合について示したが、この場合に限らず、図８に示すように、フック３６の径方向内側（図８の下側）、径方向外側（図８の上側）それぞれについて、コイル係止部３６ａの角部３６ａ１に面取り部３６ａ２が形成されているようにしてもよい。この場合、コイル２３ａは、面取り部３６ａ２の面取り形状に沿って係止されることから、整流子片２５のフック３６において、周方向に隣接するコイル２３ａ間の線間距離がより拡がり、隣接するコイル２３ａ間の絶縁信頼性がより向上する。
その上、このフック３６の全周にわたってコイル２３ａが巻き付けられると、面取り部３６ａ２の面取り形状に沿うようにコイル２３ａが係止されることにより、フック３６の全周にわたって、コイル２３ａとフック３６とが隙間なく、より密接して係止されるので、周方向に隣接するコイル２３ａ間の線間距離がさらに拡がり、隣接するコイル２３ａ間の絶縁信頼性がより一層向上する。

また、本実施の形態１では、フック２６に係止される導線２３として、コイル２３ａ及び短絡線２３ｂがともに１本の場合について示したが、フック２６に係止されるコイル２３ａの本数及び短絡線２３ｂの本数は、何れもこの場合に限定されるものではなく、例えば、ダブル巻方式を採用して、コイルの本数を複数本にすることも可能である。しかしながら、例えば、２本のコイルをフックに係止する場合、この２本のコイルの引き出し方向が同じであるため、上記したようにフックに係止されるコイルが周方向に拡がる虞がある。
そこで、２本のコイルのうち、フックの先端側に係止されたコイルが、コイル係止部において、フックの根元側に係止されたコイルの径方向外側に位置するようにすることで、隣接するコイル間の線間距離を拡げることが可能となる。以下では、図９〜図１１を参照しながら、２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２をフック１２６に係止した場合について説明する。図９、図１０はともに、整流子片４５付近の拡大断面図で、図５はフック１２６に導線１２３が係止されたときの図、図１０はフック１２６と導線１２３とが電気的に接続されたときの図である。また、図１１は、フック１２６に２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２及び短絡線１２３ｂが係止されたときの巻き姿を示した説明図である。

図９に示すように、フック１２５の根元側に短絡線１２３ｂ（導線１２３）が係止され、これより先端側に２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２（導線１２３）が係止されている。ここで、フック１２６の径方向内側であって、２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２が係止されるコイル係止部１２６ａの角部１２６ａ１には、面取り部１２６ａ２が形成されており、短絡線１２３ｂが係止される短絡線係止部１２６ｂには、角部１２６ｂ１が形成されている。
また、２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２のうち、コイル１２３ａ１（第１のコイル）がフック１２６のコイル係止部１２６ａに係止された後、コイル１２３ａ２（第２のコイル）がコイル係止部１２６ａに係止される。コイル１２３ａ２は、コイル１２３ａ１よりもフック１２６の先端側に係止されるとともに、このコイル１２３ａ２を径方向外側に曲げながらフック１２６の周方向側面とコイル１２３ａ１の径方向外側との間に位置してスロット２２ｂに巻回される。

図９、図１０に示すように、フック１２６の根元側に短絡線１２３ｂを係止し、これより先端側に２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２を順に係止した後、フック１２６を折り返す如く反鉄心２２側に時計方向に折曲して各導線１２３（コイル１２３ａ１、１２３ａ２、短絡線１２３ｂ）の上部に押し当て、例えばヒュージングによって絶縁被覆の溶融と機械的な塑性変形によって圧着し、電気的・機械的な接続が図られる。このとき、短絡線１２３ｂは、フック１２６の根元側に係止され、このフック１２６が折曲されるが、図１０に示すように、フック１２６の根元側の形状は自然と丸くなり、この形状に沿って短絡線１２３ｂは、フック１２６に接続される。

また、図１１に示すように、整流子片４５（フック１２６）に係止された２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２の巻き姿を見てみると、コイル１２３ａ２（第２のコイル）は、コイル係止部１２６ａにおいて、コイル１２３ａ１（第１のコイル）の径方向外側（図９の上側、図１１の紙面に対して上側）に位置している。そして、フック１２６のコイル係止部１２６ａであって、その径方向内側から面取り部１２６ａ２、そして周方向側面１２６ａ３にわたってコイル１２３ａ２が巻き付けられることにより、フック１２６に係止されている。

以上のことから、コイル１２３ａ２（第２のコイル）の引き出し部分は、コイル係止部１２６ａにおいて、コイル１２３ａ１（第１のコイル）の引き出し部分の径方向外側、すなわち、フック１２６に係止されたコイル１２３ａ１、１２３ａ２の巻き姿（図１１を参照）を見てみると、径方向に対して、コイル１２３ａ２がコイル１２３ａ１の上方（図１１の紙面に対して上方）に位置しており、周方向に対して拡がることなく、フック１２６に係止されているので、複数本のコイルをフックに係止する場合であっても、隣接するコイル間の絶縁信頼性を確保することが可能な回転子２０及びこれを備えた回転電機１００を提供することができる。
その上、このコイル係止部１２６ａにおいて、フック１２６の先端側に係止されたコイル係止部１２６ａの角部１２６ａ１には、面取り部１２６ａ２が形成されているので、コイル１２３ａ２は、この面取り部１２６ａ２の面取り形状に沿って係止されることから、面取りを形成しない場合に比べて、コイル１２３ａ２がフック１２６により密接した状態で折り曲げることができ、コイル１２３ａ２（第２のコイル）をコイル１２３ａ１（第１のコイル）の径方向外側に位置させるようにできるので、周方向に隣接するコイル１２３ａ２間の線間距離がさらに拡がり、隣接するコイル１２３ａ２間の絶縁信頼性がより一層向上する。
なお、図９〜図１１には、フック１２６の径方向内側であって、２本のコイル１２３ａ１、１２３ａ２が係止されるコイル係止部１２６ａ全体にわたって、その角部１２６ａ１に面取り部１２６ａ２が形成されている場合について示されているが、この場合に限定されるものではなく、上記と同様、フックの径方向内側、径方向外側それぞれについて、コイル係止部の角部に面取り部が形成されているようにしてもよい。

本発明の実施の形態１で示した回転電機１００は、固定子１０と回転子２０と整流子３０の表面に摺接されるブラシ４３を備えた一般的な回転電機であり、本発明に係る構成を有する回転子を備えたブラシ付モータ（電動機）に適用可能であるとともに、例えば、オルタネータ等の発電機や電動機と発電機の機能を備えたモータジェネレータにも適用可能である。

１０：固定子、１１：ヨーク、１１ａ：ヨーク円管部、１１ｂ、４０ａ：ベアリングケース部、１２：ホルダ、１３：永久磁石、１４、４１：ベアリング、２０：回転子、２１：シャフト、２２：鉄心、２２ｂ：スロット、２３：導線、２３ａ、１２３ａ１、１２３ａ２：コイル、２３ｂ、１２３ｂ：短絡線、２４：ベース樹脂、２５、４５：整流子片、２６、３６、１２６：フック、２６ａ、３６ａ、１２６ａ：コイル係止部、２６ａ１、２６ｂ１、３６ａ１、１２６ａ１、１２６ｂ１：角部、２６ａ２、３６ａ２、１２６ａ２：面取り部、２６ｂ、１２６ｂ：短絡線係止部、３０：整流子、３０ａ：鉄心側端面、４０：ハウジング、４３：ブラシ、１００：ブラシ付モータ（回転電機）。

Claims (6)

1. 複数のスロットを有し、シャフトに固定される鉄心と、前記シャフトに固定されるベース樹脂及びこのベース樹脂の外周面に周方向に複数個配列された整流子片を含む整流子と、前記スロットに巻回されるコイル及び同電位であるべき整流子片同士が接続される短絡線を含む導線とを備え、前記整流子片には、前記鉄心側に形成されたフックを有し、前記フックに前記導線が係止され、前記フックが折曲されて前記導線と電気的に接続されている回転子であって、前記フックの先端側に前記コイルが係止されて、前記フックの根元側に前記短絡線が係止されるとともに、前記フックの前記コイルが係止されるコイル係止部の角部には、面取りが形成されて、前記フックの前記短絡線が係止される短絡線係止部には、面取りが施されていない角部が形成されていることを特徴とする回転子。
2. 短絡線は、整流子片のフックに係止され、整流子の鉄心側端面に沿って配設されて、前記整流子片と同電位であるべき整流子片に接続されているとともに、コイルの引き出し部分は、コイル係止部において、前記短絡線の引き出し部分の径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. コイルは、フックの全周にわたって巻き付けられることにより前記フックに係止されていることを特徴とする請求項１または請求項２のうちいずれか１項に記載の回転子。
4. 折曲されたフックの径方向内側であって、コイル係止部の角部には、面取りが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の回転子。
5. コイルは、コイル係止部に係止される第１及び第２のコイルを含み、前記第１のコイルよりフックの先端側に係止された第２のコイルの引き出し部分は、コイル係止部において、前記第１のコイルの引き出し部分の径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の回転子。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の回転子と、前記整流子の表面に摺接されるブラシと、固定子とを備えた回転電機。

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