CN103378694A

CN103378694A - 旋转电机

Info

Publication number: CN103378694A
Application number: CN2013101362594A
Authority: CN
Inventors: 板见亮辅; 広末渡; 山本京平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: KR20130121009A; JP2013230044A; CN103378694B; KR101397898B1; JP5533930B2

Abstract

一种旋转电机，可确保熔合时钩部附近的加热，从而不仅能使线圈与换向器片的电连接稳定，而且能防止线圈断线，并且性能良好。所述旋转电机包括：换向器(22)，该换向器(22)具有换向器片(40)，该换向器片(40)在轴向的一端侧一体形成有用于连接线圈(23)的钩部(42)，在轴向的另一端侧一体形成有用于与电刷(33)滑动接触的滑动接触部(43)，且所述换向器(22)是在周向上配置多个所述换向器片(40)而构成的；以及线圈(23)，该线圈(23)利用熔合来与钩部(42)电连接，在钩部(42)的前端部(42a)与滑动接触部(43)的轴向之间且在前端部(42a)附近的换向器片(40)上包括厚度减小部(46)。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种包括具有钩部的换向器的旋转电机。

背景技术

在现有的旋转电机中，在钩部的与绕组接触的一侧形成多个突起，在熔合时使突起部戳破绕组的涂层覆膜(coating)来使换向器片与绕组电连接(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平10－257736号公报

在现有的旋转电机中，由于在钩部的与绕组(线圈)接触的一侧形成多个突起，因此，突起不容易形成，此外，在线圈的线径变大、钩部附近的换向器片的体积增加等情况下，线圈及钩部的热容量增加，在熔合时钩部附近的加热不足，熔合变得不充分，而使线圈与换向器片的电连接变得不稳定，从而可能发生电动机性能变差的情况。

若为避免这种情况而增大熔合时的通电量、加压，则线圈的变形过大，而可能发生线圈断线等情况。

此外，若熔合时钩部附近的加热不足，则钩部的与线圈接触的线圈侧的面和与该面相对的换向器片的紧密接触强度不够，可能会因电动机旋转时的离心力等，而使钩部从换向器片的表面浮起，使得线圈与换向器片的电连接变差，从而可能发生电动机性能变差等情况。

发明内容

本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种性能良好的旋转电机，即便在线圈的线径变大、钩部附近的换向器片的体积增加的情况下，上述旋转电机也不仅能确保熔合时钩部附近的加热来使线圈与换向器片间的电连接稳定，而且能防止线圈断线。

在本发明的旋转电机中，包括：换向器，该换向器具有换向器片，该换向器片在轴向的一端侧一体形成有用于连接线圈的钩部，在轴向的另一端侧一体形成有用于与电刷滑动接触的滑动接触部，且上述换向器是在周向上配置多个上述换向器片而构成的；以及线圈，该线圈利用熔合来与钩部电连接，在钩部的前端部与滑动接触部的轴向之间且在上述前端部附近，上述换向器片包括厚度减小部。

根据本发明，能获得性能良好的旋转电机，能确保熔合时的钩部附近的加热，从而不仅能使线圈与换向器片的电连接稳定，而且能防止线圈断线。

附图说明

图1是本发明实施方式1的旋转电机的剖视图。

图2是图1的换向器附近的主要部分说明图。

图3是图2的熔合前的说明图。

图4是表示均压线的连接关系的说明图。

图5是本发明实施方式2的换向器附近的主要部分说明图。

图6是本发明实施方式3的换向器附近的主要部分说明图。

图7是本发明实施方式4的换向器附近的主要部分说明图。

图8是本发明实施方式5的换向器片的主要部分说明图。

(符号说明)

1 带电刷电动机(旋转电机)

22 换向器(模塑换向器)

23 线圈(绕组)

33 电刷

40 换向器片

41 基底树脂(base resin)

42 钩部

42a 前端部

42b 线圈侧的面

43 滑动接触部

44 槽部

44a 斜面部

44b 斜面部

45 减薄部

46 厚度减小部

48 接合辅助件

50 均压线

具体实施方式

实施方式1

基于图1至图4，对实施方式1进行说明。另外，在以下各图中，对相同或相当的部分标注相同的符号来加以说明。

图1是构成旋转电机的带电刷电动机的剖视图，该带电刷电动机是在电动动力转向装置用电动机等中使用的构件。图2是图1的换向器附近的主要部分说明图，图3是图2的熔合前的说明图，图4是表示均压线的连接关系的说明图。

在图1中，在有底圆筒状的轭部10的内周面上，与树脂制的保持件12一起固定有四个永磁体11。电枢20包括固定于轴21的换向器22及铁心24，铁心24所包括的二十二个槽中具有以重叠卷(日文：重卷)的方式卷绕的线圈(绕组)23，线圈23与换向器22(换向器片40)连接。在换向器22的一端侧(铁心24侧)配置有均压线50，均压线50与换向器22(换向器片40)连接。

在与轭部10嵌合的外壳30上固定有刷握，保持在刷握上的四个电刷33配置成受到弹簧32施力而能相对于换向器22的外周面滑动接触。电刷33经由外部引出线34而与电源连接。在轴21的两端附近包括轴承13及轴承31，电枢20与永磁体11的内周面隔着空隙而被支承成能自由旋转。这样便构成了带电刷电动机1(旋转电机)。

换向器22是使用基底树脂41将多个换向器片40树脂成型并一体化的模塑换向器，其是由配置在周向上的二十二个换向器片40和对上述各换向器片40进行保持(固定)并将各换向器片40之间绝缘的基底树脂41一体构成的。

换向器片40在轴向的一端侧(铁心24一侧)一体地具有用于连接线圈23及均压线50的钩部42，在轴向的另一端侧一体地具有用于与电刷33滑动接触的滑动接触部43。换向器片40由铜合金材料构成，在初始工序中使用冷轧形成。

滑动接触部43是电刷33在换向器片40的外周表面上滑动接触的轴向范围(电刷的宽度尺寸)。滑动接触部43使用由车床加工机等进行的切削加工来形成换向器片40的外周表面。

利用钩部42，将线圈23及均压线50与换向器片40电连接。

如图2所示，在熔合后的钩部42的前端部42a与滑动接触部43的轴向之间，且在前端部42a附近，在换向器片40的外周侧具有厚度减小部46，该厚度减小部46从外周侧形成，并使换向器片40的截面积减小。

在本实施方式1中，厚度减小部46是使换向器片40的外周表面朝径向内侧呈圆环状凹陷设置的槽部44。

槽部44利用由车床加工机等进行的切削加工而形成在模塑换向器22上，其形成为从外周侧朝内径方向凹陷的凹状。槽部44在对滑动接触部43进行粗加工时同时形成，在槽部44上具有由切削加工的车刀形成的微小的凹凸状加工痕迹。

与钩部42的前端部42a的靠线圈一侧的面42b相对的换向器片40的外径尺寸D构成为直径比滑动接触部43处的换向器片40的外径尺寸d的直径大。换向器片40的内径侧(与基底树脂41的边界部分)尺寸在轴向上为大致相同的尺寸，形成为直线状。

通过将外径尺寸D构成为比外径尺寸d大，使得外径尺寸D的部分(钩部附近)的换向器片40的体积增加，因此，能使该部分处的换向器片40的热容量增加。

另外，通过将外径尺寸D构成为比外径尺寸d大，能使钩部42的根部分的圆周方向长度增加，来使在周向上相邻的钩部42间的间隙尺寸增加，因此，能因线圈23的线径增加(粗线化)而使电动机输出增加，在线径增加的情况下，也能确保相邻的线圈23间的间隙尺寸，并能防止相邻的线圈23间的短路故障等。

而且，由于外径尺寸d构成为比外径尺寸D小，因此，可抑制电刷33的部分的径向尺寸的大型化(电动机大型化)，而且能抑制由电刷33的摩擦而导致的损失(转矩损耗)的增加。

即便是在外径尺寸D增加的情况下，在外径尺寸d没有改变时，也能沿用电刷23附近的部件及外壳30附近的部件等部件。

特别是在电动动力转向装置用电动机中，一旦转矩损耗增加，则方向盘回转变差，因此，外径尺寸d不增加这样的结构能理想地用在电动动力转向装置用电动机中。

如图2所示，槽部44形成在大径部(外径尺寸D)与小径部(外径尺寸d)的轴向的边界部分(台阶部分)。如图2所示，槽部44的左侧面(铁心24一侧)从槽部44的内径侧的底面大致呈直角地形成，以与大径部相连。

槽部44的左侧面形成在与钩部42的前端部42a的靠电刷33一侧的端面大致相同的轴向位置上。

在槽部44的轴向右侧面(电刷一侧)具有斜面部44a，斜面部44a在对槽部44进行切削加工时同时形成。

在模塑换向器22的钩部42内周侧的换向器片40的轴向一端侧(铁心24一侧)包括减薄部45，该减薄部45利用由车床加工机等进行的切削加工来朝轴向呈圆环状凹陷地形成在模塑换向器22上。在减薄部45上具有由切削加工的车刀形成的微小的凹凸状的加工痕迹。

由于减薄部45在从换向器片40至其内周侧的基底树脂41的范围内通过切削加工形成，因此，减薄部45的内周侧的面为基底树脂41(绝缘物)，形成为在减薄部45的内周侧的面上没有换向器片40(导电物)残留。

图3表示线圈23及均压线50被卡定在模塑换向器22所包括的爪状的钩部42中的状态，其是表示熔合前的状态的说明图。

在与钩部42的线圈一侧的面42b相对的换向器片40上包括线圈槽47，在熔合后，线圈23及均压线50被收纳在上述线圈槽47内。

厚度减小部46(槽部44)形成在轴向上与线圈槽47不同的部位处。

关于模塑换向器22，线圈槽47、厚度减小部46(槽部44)、减薄部45在模塑换向器22的单体状态下预先形成。

图3中的A及B表示的是用于熔合的电极所配置的位置的例子，在钩部42的前端部42a附近和滑动接触部43附近配置有电极。

利用图3所示配置的电极，在前端部42a附近与滑动接触部43附近之间流过很大的电流，并且利用电极将前端部42a附近朝轴心方向(轴21方向)加压，来进行熔合。

利用由通电带来的发热(加热)和加压，如图2所示，钩部42被折弯，线圈23及均压线50的绝缘覆膜被除去且发生变形，在线圈槽47与钩部42的靠线圈一侧的面42b之间紧密接触(热铆接)，从而使线圈23及均压线50与换向器片40电连接。

此时，因上述发热(加热)和加压，而使钩部42的前端部42a附近的靠线圈一侧的面42b和与该靠线圈一侧的面42b相对的换向器片40(外径尺寸D)处于紧密接触的状态。

图4是表示均压线50的连接关系的说明图，如图4所示，其示出的是利用均压线50来将二十二个换向器片40(二十二个钩部42)中的、在径向上相对的第一个和第十二个换向器片40(钩部42)之间电连接。

同样地，像第二个和第十三个、第三个和第十四个、……这样，将在径向上相对的换向器片40(钩部42)之间连接。这样，通过利用均压线50将应当处于相同电位的换向器片40彼此连接，藉此，可形成能防止在电刷33中流动的循环电流等性能良好的带电刷电动机1。

对如上所述构成的带电刷电动机1的动作进行说明。将带电刷电动机1所包括的外部引出线34与电源(驱动装置)连接，通过与连接到外部引出线34的电刷33滑动接触的换向器片40，来对线圈23通电。利用线圈23中有电流通过的电枢20和永磁体11的电磁作用，来使轴21旋转。利用上述旋转力，就能辅助车辆方向盘的操纵力。

在电动动力转向装置用电动机1中，因近年来的节能指向，而使朝排气量大的车辆上的装载增加，从而要求输出更大的电动机。

为了使电动机的输出增加，在应用粗线径的线圈23的情况下，也要求线圈23与换向器片40的电连接稳定的、小型、低价且性能良好的电动机。

这样，在实施方式1中，旋转电机包括：换向器22，该换向器22具有将钩部42和滑动接触部43一体形成而成的换向器片40，且上述换向器22是在周向上配置多个换向器片40而构成的，其中，上述钩部42处于换向器片40的轴向的一端侧且供线圈23连接，上述滑动接触部43处于换向器片40的轴向的另一端侧且与电刷33滑动接触；线圈23，该线圈23利用熔合来与钩部42(换向器片40)电连接，由于在钩部42的前端部42a与滑动接触部43的轴向之间，且在前端部42a附近的换向器片40上具有厚度减小部46，因此，可获得性能良好的带电刷电动机1(旋转电机)，即便在线圈23的线径变大、钩部42附近的换向器片40的体积变大的情况下，也能降低钩部42附近的换向器片40的热容量，而能确保熔合时的钩部42附近的加热(发热)，从而不仅能使线圈23与换向器片40的电连接稳定而且能防止线圈23断线。

通过调节厚度减小部46的尺寸，就能调节热容量，在线圈23的线径改变时，换向器22的主体也能沿用，能抑制部件数增加，此外，能使熔合条件的设定自由度增加，从而能实现连接可靠性的提高。

在改变为钩部42附近的换向器片40的体积较大的换向器22的情况下，通过调节厚度减小部46的尺寸，就能调节热容量，能使熔合条件的设定自由度增加，并能实现连接可靠性的提高。

由于在前端部42a附近设置有厚度减小部46，因此，能有效地调节熔合部的换向器片40的热容量，而且，能使厚度减小部46小型化，并能抑制带电刷电动机1的轴向长度的增加。

钩部42的前端部42a附近的靠线圈一侧的面42b和与该靠线圈一侧的面42b相对的换向器片40能处于牢固地紧密接触的状态。

由于厚度减小部46是设置在换向器片40的外周表面上的槽部44，因此，容易形成，能在加工滑动接触部43时形成槽部44，因而能廉价地形成槽部44。

通过调节槽部44的尺寸，就能调节热容量，并能得到与上述厚度减小部46的情况相同的效果。

换向器22是具有对各换向器片40进行保持且将各换向器片40之间进行绝缘的基底树脂41的模塑换向器22，由于模塑换向器22包括通过切削加工而形成的槽部44，因此，在利用基底树脂41预先将换向器片40一体化后的模塑换向器22上形成槽部44，且在形成槽部44之后不需要进行树脂成型，因而，不会出现因树脂成型而使树脂粘附、粘附后的树脂脱落等情况，能使生产率及可靠性提高。

在进行滑动接触部43的切削加工时还能形成槽部44，从而使槽部44容易形成，且能廉价地形成。

由于钩部42的前端部42a处的换向器片40的外径尺寸D形成为比滑动接触部43处的换向器片40的外径尺寸d大，因此，能使熔合部的换向器片40的圆周方向的长度增加，并使在周向上相邻的钩部42间的间隙尺寸增加，因而，能通过线圈23的线径增加(粗线化)而使电动机输出增加，在线径增加的情况下，也能确保相邻的线圈23间的间隙尺寸，从而能防止线圈23间的短路故障，并能提高可靠性。在将外径尺寸D形成为比外径尺寸d大的情况下，能更有效地发挥上述厚度减小部46(槽部44)的效果。

由于槽部44形成在大径部D与小径部d在轴向上的边界处，因此，能有效地调节熔合部处的换向器片40的热容量，而且，能容易形成槽部44，并能抑制带电刷电动机1的轴向长度的增加。

由于在槽部44的轴向侧面具有斜面部44a，因此，能容易地形成槽部44。在进行滑动接触部43的切削加工时还能形成槽部44，并能使用相同的车刀来进行加工，因而能使生产率提高。

换向器22是具有对各换向器片40进行保持且将各换向器片40之间绝缘的基底树脂41的模塑换向器22，在模塑换向器22的钩部42内周侧的换向器片40上具有在轴向的一端侧通过切削加工减薄的减薄部45，因此，能进一步有效地实现厚度减小部46及槽部44的效果，而且，即便在线圈23的线径变大、钩部42附近的换向器片40的体积变大的情况下，也能增大热容量的调节自由度，从而不仅能使线圈23与换向器片40的电连接稳定，而且能防止线圈23断线。

钩部42的前端部42a附近的靠线圈一侧的面42b和与该靠线圈一侧的面42b相对的换向器片40能处于更加牢固地紧密接触的状态。

由于减薄部45在从换向器片40至其内周侧的基底树脂41的范围内形成，因此，在减薄部45的内周侧没有作为导电物的换向器片40的薄壁部分，从而不会出现因薄壁部分的脱落而导致的短路、转子的旋转故障等情况，能进一步提高可靠性。

由于包括利用熔合来与钩部42电连接的均压线50，因此，不仅能防止在电刷33中流动的循环电流，而且即便在因增加均压线50而使热容量增加的情况下，也能使线圈23、均压线50与换向器片40的电连接稳定，并且能防止线圈23及均压线50断线。

实施方式2

基于图5对实施方式2进行说明。图5是换向器附近的主要部分说明图，实施方式2与实施方式1主要在以下点上不同。

作为厚度减小部46的槽部44的大小形成为相对于换向器片40变大，相反，减薄部45形成为相对于换向器片40变小。

通过调节厚度减小部46(槽部44)与减薄部45的大小，就能有效地调节热容量，并能使熔合条件的设定自由度增加，从而能实现连接可靠性等的提高。

虽然形成有减薄部45，但在实施方式2中，减薄部45没有形成在从换向器片40至其内周侧的基底树脂41的范围内，减薄部45形成于换向器片40的部分，在减薄部45的内周侧残留地形成有作为导电物的换向器片40的部分。

形成在钩部42的前端部42a附近的厚度减小部46(槽部44)的左侧面比钩部42的前端部42a的靠电刷一侧的端面稍靠铁心24一侧(左侧)。由于厚度减小部46(槽部44)靠铁心24一侧(左侧)，因此，能使带电刷电动机1的轴向长度小型化。

实施方式3

基于图6对实施方式3进行说明。图6是换向器附近的主要部分说明图。

实施方式3在厚度减小部46(槽部44)的轴向的两侧面具有斜面部44a及斜面部44b，虽然轴向的长度增加，但是形成方法及加工工具等的选择自由度提高了。

此外，在钩部42的前端部42a的靠线圈一侧的面42b和与该靠线圈一侧的面42b抵接的换向器片40之间具有接合辅助件48。

通过对换向器片40的表面镀覆锡(Sn)等，来形成接合辅助件48，如图3所示，在线圈23被卡定在钩部42之前，接合辅助件48在模塑换向器22的单体状态下预先形成。

在钩部42的前端部42a的靠线圈一侧的面42b和与该靠线圈一侧的面42b抵接的换向器片40之间，在熔合之后具有接合辅助件48，因此，能使两者间的紧密接触强度进一步提高，从而能防止因电动机旋转时的离心力等而使钩部42从换向器片40的表面上浮，藉此，能使线圈23与换向器片40的电连接稳定，并能提高电动机性能。

由于接合辅助件48在模塑换向器22的单体状态下预先形成，因此，不需要在卷绕后、熔合之前增加接合辅助件48，生产率高。

另外，接合辅助件48能应用于各实施方式中。

实施方式4

基于图7对实施方式4进行说明。图7是换向器附近的主要部分说明图。

在实施方式4中，钩部42的前端部42a处的换向器片40的外径尺寸和滑动接触部43处的换向器片40的外径尺寸形成为相同的外径尺寸d。

在本实施方式4的换向器22中，通过设置厚度减小部46(槽部44)及减薄部45等，就能获得上述相同的效果，在像实施方式1一样，使外径尺寸D形成为比外径尺寸d大的情况下，能获得更大的效果。

实施方式5

基于图8对实施方式5进行说明。图8是换向器片的主要部分说明图，其表示从径向外侧观察到的一个换向器片的主视图，实施方式5表示的是厚度减小部46的不同形态。

厚度减小部46包括使周向的宽度相对于一个换向器片40的周向(电动机旋转方向)的宽度尺寸W1减少的厚度减小部46，厚度减小部46的部分形成为周向的宽度尺寸为W2。该换向器片40在周向上配置有多个。

厚度减小部46在换向器片40的单体状态下通过冲压加工形成，并且换向器是使用基底树脂41将形成有厚度减小部46的该换向器片40一体化后的模塑换向器22。

由于具有厚度减小部46，因此，与上述相同地，能降低钩部42附近的换向器片40的热容量。

由于换向器是使用基底树脂41将预先形成有厚度减小部46的换向器片40一体化而成的模塑换向器22，因此，与其它实施方式的厚度减小部46(槽部44)相比，虽然不容易改变厚度减小部46的大小，但不需要在后续工序中利用切削加工等来形成，因此，能利用冲压加工廉价地形成厚度减小部46。

另外，厚度减小部46设置在一个换向器片40的周向两侧，但既可以形成在一侧，也可以在换向器片40上设置孔部等来形成。

在上述各实施方式中，相同结构的部分起到相同的效果。

此外，本发明不局限于上述实施方式，能在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当改变。

Claims

1.一种旋转电机，包括：

换向器，该换向器具有换向器片，该换向器片在轴向的一端侧一体形成有用于连接线圈的钩部，在轴向的另一端侧一体形成有用于与电刷滑动接触的滑动接触部，且所述换向器是在周向上配置多个所述换向器片而构成的；以及

线圈，该线圈利用熔合来与所述钩部电连接，

其特征在于，

在所述钩部的前端部与所述滑动接触部的轴向之间且在所述前端部附近，所述换向器片包括厚度减小部。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

厚度减小部是设于换向器片的外周表面的槽部。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

换向器是具有对各换向器片进行保持且将各换向器片之间绝缘的基底树脂的模塑换向器，并包括通过切削加工而形成于所述模塑换向器的槽部。

4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

钩部的前端部处的换向器片的外径尺寸形成为比滑动接触部处的换向器片的外径尺寸大。

5.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

槽部形成在大径部与小径部的轴向的边界处。

6.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

在槽部的轴向侧面具有斜面部。

7.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在钩部的前端部的靠线圈一侧的面和与该靠线圈一侧的面抵接的换向器片之间，具有接合辅助件。

8.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

换向器是具有对各换向器片进行保持且将各换向器片之间绝缘的基底树脂的模塑换向器，在所述模塑换向器的处于钩部内周侧的换向器片上，包括在轴向的一端侧通过切削加工而减薄的减薄部。

9.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

减薄部形成在从换向器片至处于该换向器片内周侧的基底树脂的范围内。

10.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

包括利用熔合与钩部电连接的均压线。