JP5996346B2

JP5996346B2 - 整流子

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Publication number: JP5996346B2
Application number: JP2012208071A
Authority: JP
Inventors: 大澤　寿之; 寿之大澤; 孝司兵藤; 影山　良平; 良平影山
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: JP2014064390A

Description

本発明は、整流子に関するものである。

直流モータの整流子は、電機子の回転軸に固着される円筒形状の絶縁体と、その絶縁体の外周面に取着された導電性を有する複数のセグメントとを有している。各セグメントには、電機子のコアに巻回されたコイルの端部が結線されるライザが設けられている。そして、セグメントの外周面には給電ブラシが摺接されている。給電ブラシから印加される直流電源がセグメントを介して電機子のコイルへ供給される。ところで、このような整流子としては、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。特許文献１の整流子のセグメントは、同セグメントの両端部を絶縁体の径方向内側に向かって折り曲げた爪部を備えている。各セグメントは、爪部が、先の絶縁体に埋没した状態で、同絶縁体と接着している。

特開平８−３０８１８２号公報

ところで、整流子が回転すると、セグメントには回転軸の径方向に向かう遠心力が作用する。一方、爪部は、折り曲げ形成されたものであるので、回転軸の径方向に対して傾斜した傾斜面を有する。従って、整流子が回転するとき、爪部の傾斜面に遠心力が作用する。遠心力は、傾斜面に沿う成分と傾斜面に垂直な成分とに分解される。このため、傾斜面に沿う方向、すなわち、爪部が絶縁体から脱落する方向に遠心力の分力が作用する。このため、セグメントと絶縁体とが離間するおそれがある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、セグメントと絶縁体との離間を抑制する整流子を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、円筒状の絶縁体と、導電性を有する板材からなり前記絶縁体の外周面において周方向に並設された複数の整流子片と、を備え、前記整流子片は、前記絶縁体の軸方向における一端部から前記絶縁体の径方向外側に向かって折り曲げられて、電機子巻線が電気的に接続される結線爪と、前記絶縁体の軸方向における両端部から前記絶縁体の径方向内側に向かって折り曲げられて、前記絶縁体を係止する係止爪とを備える整流子において、前記係止爪は、各整流子片の軸方向における前記結線爪側の端部であって且つ該結線爪の周方向の両側に設けられる一対の第１係止爪と、各整流子片の軸方向における前記結線爪とは反対側の端部に設けられる一対の第２係止爪とを含んでおり、前記各整流子片において、前記一対の第１係止爪はそれぞれ、軸方向において互いに対となる前記第２係止爪に向かって延びており、前記各整流子片において、前記一対の第１係止爪には、それぞれの互いに対向する側とは反対側の側部であって且つ周方向における隣り合う前記整流子片側の側部のみに、隣り合う前記整流子片側に開口する切欠が形成されているとともに、前記一対の第２係止爪には、それぞれの互いに対向する側とは反対側の側部であって且つ周方向における隣り合う前記整流子片側の側部のみに、隣り合う前記整流子片側に開口する切欠が形成されており、前記第１係止爪及び前記第２係止爪の切欠は、絶縁体との間でアンカー効果を得るための把持部として構成されることを特徴とする。

同構成によれば、把持部（切欠）によってアンカー効果が発揮されるので、第１及び第２係止爪の抜け方向への変位が規制される。ひいては、整流子片と絶縁体との離間が抑制される。

同構成によれば、対となる第１係止爪と第２係止爪との抜け方向が逆方向になる。このため、整流子片と絶縁体とが離間しようとする力が相殺するので、より整流子片が絶縁体から離間しにくい。

本発明の整流子は、セグメントと絶縁体との離間を抑制する効果がある。

整流子を示す斜視図。セグメントの素材を示す斜視図。（ａ）〜（ｃ）は、第１〜第３の溝を示す断面図。（ａ）〜（ｃ）は、溝の形成過程を示す断面図。セグメントの素材を示す斜視図。円筒素材を示す斜視図。円筒素材のライザ及び中爪を折り曲げた状態を示す斜視図。切欠の位置におけるセグメントの断面図。別例のセグメントを示す平面図。別例のセグメントを示す断面図。

以下、本発明の整流子を具体化した一実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、整流子１０は、熱硬化性樹脂よりなる円筒状の絶縁体１１と、当該絶縁体１１の外周面に固定された１０個のセグメント１２とから構成されている。絶縁体１１の径方向の中央部には、軸方向に貫通する圧入孔１１ａが設けられている。圧入孔１１ａには、図示しない電機子の回転軸が圧入される。これにより、整流子１０は、電機子の回転軸と一体回転する。

各セグメント１２は、導電性の金属板材（例えば銅板）により形成される。１０個のセグメント１２は、絶縁体１１の周方向において等角度間隔に並設されるとともに、絶縁体１１の軸方向に延びる短冊状とされている。隣り合うセグメント１２間には、絶縁体１１の軸方向に延びる分断溝１３がそれぞれ設けられている。分断溝１３によって隣り合うセグメント１２同士が、互いに離間している。すなわち、１０個のセグメント１２は、互いに電気的に絶縁の関係にある。なお、各分断溝１３は、各セグメント１２の厚さ（絶縁体１１の径方向の厚さ）よりも径方向内側に向かって深く形成されている。すなわち、各分断溝１３は、絶縁体１１にまで形成されている。

各セグメント１２の軸方向一端部（図１において上端部）には、ライザ１４が設けられている。ライザ１４は、その基端部から絶縁体１１の径方向外側に折り曲げられている。ライザ１４は、セグメント１２の径方向外側の面と対向する。なお、このライザ１４は、図示しない電機子を構成する電機子コイルと結線される。

各セグメント１２のライザ１４側の端部には、２つの第１中爪１５が設けられている。２つの第１中爪１５は、ライザ１４を挟むように設けられている。一方、各セグメント１２のライザ１４が設けられる端部とは反対側の端部には、２つの第２中爪１６が設けられている。２つの第２中爪１６は、セグメント１２の長手方向において、２つの第１中爪１５と対となる位置に設けられている。これら第１及び第２中爪１５，１６は、その基端部からライザ１４とは反対側、すなわち、絶縁体１１の径方向内側に折り曲げられている。第１及び第２中爪１５，１６の先端部は、セグメント１２の径方向内側の面と対向する。第１及び第２中爪１５，１６の先端部は、絶縁体１１内に埋設されている。これにより、各セグメント１２は絶縁体１１に対して連結されている。なお、図７に示すように、第１及び第２中爪１５，１６の側部には、隣り合うセグメント１２側に開口する切欠１７が設けられている。

図２に示すように、セグメント１２の絶縁体１１側の面には、溝部３０が設けられている。溝部３０は、セグメント１２の長手方向に沿って設けられた２つの溝列３１により構成される。２つの溝列３１は、それぞれ８つの第１の溝３２、５つの第２の溝３３、及び３つの第３の溝３４により構成される。これら第１〜第３の溝３２〜３４は、セグメント１２のライザ１４と反対側の端部からこの順番で設けられている。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、第１〜第３の溝３２〜３４は、絶縁体１１との接触面から離間するに従って先鋭となる三角溝とされている。

図３（ａ）に示すように、三角溝の谷部を頂点とし、この頂点を通るようにセグメント１２の長手方向ライザ側に延びる線を基準線（０°）とすると、第１の溝３２は、３０°〜８０°に亘って形成されている。第１の溝３２の８０°に沿う面は、アンダーカット３２ａとされている。アンダーカットは、溝の底部の上方に開口部が張り出しているような形状をいう。第１の溝３２の谷部と絶縁体１１との接触面との距離、いわゆる第１の溝３２の深さは、板厚ｔの３０％（０．３ｔ）とされている。

図３（ｂ）に示すように、第２の溝３３は、１００°〜１５０°に亘って形成されている。第２の溝３３の１００°に沿う面は、アンダーカット３３ａとされている。第２の溝３３の谷部と絶縁体１１との接触面との距離は、板厚ｔの３０％（０．３ｔ）とされている。

図３（ｃ）に示すように、第３の溝３４は、１００°〜１５０°に亘って形成されている。第３の溝３４の１００°に沿う面は、アンダーカット３４ａとされている。第３の溝３４の谷部と絶縁体１１との接触面との距離は、板厚ｔの５０％（０．５ｔ）とされている。

次に、整流子１０の製造方法について説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、まず、先端部の角度が５０°とされたくさび形のパンチ９を板面との角度を３０°とした状態で、金属板材２０に対してプレスする。その後、図４（ｃ）に示すように、パンチ９を引き抜く。これにより、第１の溝３２が形成される。なお、図示は省略するが、第２及び第３の溝３３，３４は、パンチ９を板面との角度を１５０°に変更するだけで、第１の溝３２と同様の方法で形成される。これが繰り返されることにより、金属板材２０には、図５に示す溝部３０が形成された金属板材２０となる。

次に、図５に示すように、金属板材２０から、打ち抜き素材２１を打ち抜く。打ち抜き素材２１は略矩形状に成形されている。各打ち抜き素材２１の短手方向（長手方向と直交する方向）の一端面には、それぞれ１０個のライザ１４と２０個の第１中爪１５が、他端面には２０個の第２中爪１６が、それぞれ形成される。ライザ１４は、打ち抜き素材２１の長手方向に等間隔に形成される。第１中爪１５は、ライザ１４の両側に形成される。第２中爪１６は、第１中爪１５と対向する位置に形成される。また、第１及び第２中爪１５，１６には、切欠１７が形成される。このとき、第２中爪１６の幅（軸長と直交方向）及び間隔を第１中爪１５と同じにすれば、材料の長手方向の送りピッチを詰めることができて、極めて高い歩留まりとすることができる。

次に、打ち抜き素材２１を丸めて、図６に示す円筒素材２２を成形する。このとき、ライザ１４と第１及び第２中爪１５，１６は、円筒素材２２の軸線と平行な直線状をなしている。

その後、図７に示すように、各ライザ１４を径方向外側に折り曲げて、その先端部が円筒素材２２の軸方向中央部を向くように成形する。また、第１及び第２中爪１５，１６を径方向内側に折り曲げて、その先端部が円筒素材２２の軸方向中央部を向くように成形する。

その後、図示しない金型を用いて、円筒素材２２の内部に熱硬化性樹脂を充填する。充填後、化学反応により、樹脂が硬化し図１に示す絶縁体１１が形成される。
その後、絶縁体１１と一体をなす円筒素材２２の外周面の複数箇所に分断溝１３（図１参照）を軸方向に沿って成形して円筒素材２２を切断する。これにより、互いに電気的に絶縁された１０個のセグメント１２が成形され、図１に示す整流子１０が完成する。

次に、整流子１０の作用について説明する。
図２に示すように、第１及び第２の中爪１５，１６に切欠１７を設けた。図８に示すように、第１及び第２の中爪１５，１６における先端部１５ａ，１６ａと基端部１５ｂ，１６ｂとの間の切欠１７の内部に絶縁体１１が侵入している。このため、整流子１０の回転に伴う遠心力によりセグメント１２が絶縁体１１から離間しようとしても、先端部１５ａ，１６ａが絶縁体１１に引っかかる（アンカー効果）。ここで、外径が小さい整流子、セグメントの割数が多い整流子（本例の割数は１０）では、セグメント１２の幅が狭くなる。ライザ１４は、電機子コイルに結線される部位であることから、セグメント１２の幅に合わせて狭くすることは強度の低下に繋がるので難しい。従って、セグメント１２の幅に合わせて第１及び第２の中爪１５，１６の幅が狭くなる。幅が狭くなるのに伴い第１及び第２の中爪１５，１６の根元部の強度が低下する。樹脂強度に対し第１及び第２の中爪１５，１６の根元部の強度が低下すると、当該第１及び第２の中爪１５，１６は、整流子１０の回転に伴う遠心力によって、セグメント１２が絶縁体１１から離間する方向に変形しようとする。しかし、切欠１７の内部に絶縁体１１が充填されているため、アンカー効果により、第１及び第２の中爪１５，１６の変形が抑制されるとともに、セグメント１２と絶縁体１１との離間が抑制される。

なお、切欠１７によってアンカー効果が発揮されるので、第１及び第２の中爪１５，１６の長さを、切欠がない状態の従来の中爪の長さより短くすることにより、セグメント１２と絶縁体１１との離間を抑制しつつ、セグメント１２の素材量を減らすことができる。

また、図２に示すように、切欠１７を、第１中爪１５の側部において、隣り合うセグメント１２側、すなわち、ライザ１４とは反対側に開口するように設けた。切欠１７は、金属板材２０を打ち抜くときに形成される。このため、仮に切欠１７をライザ１４側に設けようとした場合、打ち抜く位置が少しでもずれると、パンチがライザ１４に干渉するおそれがある。パンチがライザ１４に干渉した場合、ライザ１４に切欠が設けられる。これにより、ライザ１４の強度の低下が懸念される。ひいては、ライザ１４と電機子コイルとの電気的な接続が解消されて、整流子１０としての機能を発揮できなくなるおそれがある。その点、本例の切欠１７は、ライザ１４と反対側に開口するように設けてあるので、パンチ位置の多少のずれによってライザ１４がパンチと干渉するおそれはない。すなわち、寸法精度を緩く設定することができるので、製造段階における不良品の発生割合が低下する。

また、対となる第１及び第２の中爪１５，１６は、それぞれセグメント１２の長手方向中央部に向かって折り曲げられている。このため、図８に示すように、セグメント１２と絶縁体１１とが離間しようするとき、第１の中爪１５の抜け方向と第２の中爪１６の抜け方向とが略反対方向となる。すなわち、セグメント１２と絶縁体１１とが離間しようとする力が相殺される。このため、よりセグメント１２と絶縁体１１との離間が抑制される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）第１及び第２の中爪１５，１６における先端部１５ａ，１６ａと基端部１５ｂ，１６ｂとの間に設けた切欠１７の内部に絶縁体１１が侵入している。このため、セグメント１２が絶縁体１１から離間しようとしても、先端部１５ａ，１６ａが絶縁体１１に引っかかる（アンカー効果）。これにより、第１及び第２の中爪１５，１６が絶縁体１１から離間しない。ひいては、セグメント１２と絶縁体１１との離間が抑制される。

（２）切欠１７によってアンカー効果が発揮されるので、第１及び第２の中爪１５，１６の長さを、切欠がない状態の従来の中爪の長さより短くすることができる。また、幅の狭いタイプのセグメントにも対応可能となる。これにより、セグメント１２と絶縁体１１との離間を抑制しつつ、セグメント１２の素材量を減らすことができる。

（３）切欠１７を、第１の中爪１５におけるライザ１４と反対側に開口するように設けた。これにより、パンチ位置の多少のずれによってライザ１４がパンチと干渉するおそれはない。すなわち、寸法精度を緩く設定することができるので、製造段階における不良品の発生割合が低下する。

（４）対となる第１及び第２の中爪１５，１６は、それぞれセグメント１２の長手方向中央部に向かって折り曲げられている。このため、第１の中爪１５の抜け方向と第２の中爪１６の抜け方向とが略反対方向となる。すなわち、セグメント１２と絶縁体１１とが離間しようとする力が相殺される。このため、よりセグメント１２と絶縁体１１との離間が抑制される。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、切欠１７に代えて、図９に示すように孔部１８を設けてもよい。また、図１０に示すように凹部１９を設けてもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態において、切欠１７は、ライザ１４側に設けてもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態の（１）、（２）の効果と同様の効果を得ることができる。
・上記実施形態において、切欠１７は、第１及び第２の中爪１５，１６の全て、合計４カ所に設けられたが、１以上に設けられればよい。また、１の中爪に複数の切欠、孔部を設けてもよい。

・上記実施形態において、切欠１７は、金属板材２０から打ち抜かれるときに形成されたが、金属板材２０から打ち抜かれた打ち抜き素材２１をパンチで打ち抜いて形成してもよい。

・上記実施形態において、第１〜第３の溝３２〜３４は、省略してもよい。また、第１〜第３の溝３２〜３４を設けた場合でも、アンダーカット３２ａ〜３４ａを省略してもよい。

・上記実施形態において、溝部３０は、２つの溝列３１によって構成されたが、１つの溝列３１とされてもよい。
・上記実施形態において、２つの溝列３１は、セグメント１２の長手方向に沿って設けられたが、必ずしも長手方向の沿って設けなくてもよい。

・上記実施形態において、第３の溝３４の溝の深さは、第１及び第２の溝３２，３３よりも深くされたが、同じ深さとされてもよい。
・上記実施形態において、アンダーカット３２ａ〜３４ａの傾斜方向を同一方向としてもよい。

・上記実施形態において、第１及び第２中爪１５，１６は、それぞれ２つ設けられたがそれぞれ１つであってもよい。また、第１及び第２中爪１５，１６は、セグメント１２の長手方向において、必ずしも対とならなくてもよい。また、第１及び第２中爪１５，１６のどちらかを省略してもよい。

・上記実施形態において、セグメント１２の数は１０としたが、この数に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更可能である。
・上記実施形態では、金属板材２０から打ち抜いた打ち抜き素材２１を丸めて円筒素材２２を成形し、その後、切断することによってセグメント１２を成形したが、セグメント１２を、金属板材２０から直接打ち抜いてもよい。また、金属板材２０を丸めてから、切断してセグメント１２を成形してもよい。

１０…整流子、１１…絶縁体、１１ａ…圧入孔、１２…セグメント（整流子片）、１３…分断溝、１４…ライザ、１５…第１中爪（係止片）、１６…第２中爪（係止片）、１７…切欠（把持部）、２０…金属板材、２１…打ち抜き素材、２２…円筒素材、３０…溝部、３１…溝列、３２〜３４…溝、３２ａ〜３４ａ…アンダーカット。

Claims

円筒状の絶縁体と、導電性を有する板材からなり前記絶縁体の外周面において周方向に並設された複数の整流子片と、を備え、前記整流子片は、前記絶縁体の軸方向における一端部から前記絶縁体の径方向外側に向かって折り曲げられて、電機子巻線が電気的に接続される結線爪と、前記絶縁体の軸方向における両端部から前記絶縁体の径方向内側に向かって折り曲げられて、前記絶縁体を係止する係止爪とを備える整流子において、
前記係止爪は、各整流子片の軸方向における前記結線爪側の端部であって且つ該結線爪の周方向の両側に設けられる一対の第１係止爪と、各整流子片の軸方向における前記結線爪とは反対側の端部に設けられる一対の第２係止爪とを含んでおり、
前記各整流子片において、前記一対の第１係止爪はそれぞれ、軸方向において互いに対となる前記第２係止爪に向かって延びており、
前記各整流子片において、前記一対の第１係止爪には、それぞれの互いに対向する側とは反対側の側部であって且つ周方向における隣り合う前記整流子片側の側部のみに、隣り合う前記整流子片側に開口する切欠が形成されているとともに、前記一対の第２係止爪には、それぞれの互いに対向する側とは反対側の側部であって且つ周方向における隣り合う前記整流子片側の側部のみに、隣り合う前記整流子片側に開口する切欠が形成されており、
前記第１係止爪及び前記第２係止爪の切欠は、絶縁体との間でアンカー効果を得るための把持部として構成されることを特徴とする整流子。