CN108781027A - 车载用有刷电动机及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

有刷电动机(100)包括：轴(4)，上述轴穿过筒状的定子(1)；转子(9)，上述转子具有芯部(6)和分布卷绕结构的线圈(8)，上述芯部以与定子(1)相对的方式设置于轴(4)的外周部，上述线圈卷绕于芯部(6)的极齿部(7)；换向器(10)，上述换向器设于轴(4)的一端部，并通过从线圈(8)的线圈边端部(13)引出的绕线而与线圈(8)电连接；树脂模塑部(19)，上述树脂模塑部对线圈边端部(13、21)以及换向器(10)中的绕线的挂钩部(12)进行覆盖；以及电刷(15、16)，上述电刷与换向器(10)的外周部抵接，树脂模塑部(19)与电刷(15、16)之间的间隙部(24)的宽度(L1)设定为比在换向器(10)与电刷(15、16)之间产生的电火花的飞散距离大的值。

Description

车载用有刷电动机及其制造方法
技术领域
本发明涉及车载用有刷电动机和上述有刷电动机的制造方法。
背景技术
一直以来，有刷电动机的转子具有芯部和线圈，其中，上述芯部由层叠钢板构成，上述线圈通过将绕线卷绕于芯部的极齿部而构成。在线圈的卷绕方式中存在以下两种方法：将绕线集中地卷绕在各个极齿部的方法、所谓的“集中卷绕”；以及将绕线以跨及多个极齿部的方式卷绕的方法、所谓的“分布卷绕”。
在有刷电动机中，在随着转子的旋转而使与电刷抵接的换向片进行切换时，在换向器与电刷之间会产生电火花。此外，因上述电火花而会产生电噪声。一般来说，使用了集中卷绕结构的线圈的有刷电动机容易产生电火花，因此，通过设置缓冲电路来减小电噪声。缓冲电路由电阻和电容等电路元件构成。
在此，车载用的有刷电动机由于使用时的环境温度会超过电容的耐热温度的上限值，因此，很难设置缓冲电路。因而，在车载用的有刷电动机中，优选通过使用分布卷绕结构的线圈来抑制电火花的产生，在无需缓冲电路的同时也减小电噪声。
然而，在分布卷绕结构的线圈中，将绕线以跨及多个极齿部的方式卷绕，因此，存在线圈边端部处发生卷绕松散的问题。此外，存在如下问题：因卷绕松散而使绕线彼此相互摩擦，绕线的覆盖件发生磨损而在线圈之间发生电短路。尤其在车载用的有刷电动机中，容易因由发动机的驱动导致的振动以及车辆行驶时车身的振动等而产生线圈边端部的卷绕松散。
作为防止这种卷绕松散的方法，例如考虑通过树脂将线圈边端部模塑的方法。在专利文献1中公开了一种通过树脂将线圈边端部模塑后的串继电动机(日文：シリースモータ)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7－123642号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在有刷电动机中，即使使用分布卷绕结构的线圈，也很难完全防止电火花的产生。通过树脂模塑出线圈边端部的有刷电动机存在如下问题：连续产生的电火花飞散至树脂模塑部，树脂模塑部因高热而溶解或劣化。其结果是，存在树脂模塑部的机械强度降低的问题。
本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于，防止在转子中使用分布卷绕结构的线圈的车载用的有刷电动机中，因电火花的热而使树脂模塑部溶解和劣化。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的车载用有刷电动机包括：轴，上述轴穿过筒状的定子；转子，上述转子具有芯部和分布卷绕结构的线圈，其中，上述芯部以与定子相对的方式设置于轴的外周部，上述线圈卷绕于芯部的极齿部；换向器，上述换向器设于轴的一端部，并通过从线圈的线圈边端部引出的绕线而与线圈电连接；树脂模塑部，上述树脂模塑部对线圈边端部和换向器中的绕线的挂钩部进行覆盖；以及电刷，上述电刷与换向器的外周部抵接，树脂模塑部与电刷之间的间隙部的宽度设定为比在换向器与电刷之间产生的电火花的飞散距离大的值。
发明效果
根据本发明，能防止在转子中使用分布卷绕结构的线圈的车载用的有刷电动机中，由于电火花的热而使树脂模塑部溶解和劣化。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的有刷电动机的主要部分的剖视图。
图2是表示本发明实施方式1的轴、转子、换向器和树脂模塑部的立体图。
图3是表示将本发明实施方式1的轴、转子和换向器一体组装之后，通过熔合将挂钩部固定之前的状态的立体图。
图4是包括图1所示的换向器、电刷和树脂模塑部的区域的放大图。
图5是表示本发明实施方式1的有刷电动机中产生的磨损粉末和电火花的说明图。
图6是表示本发明实施方式1的旋转构件的主要部分的剖视图。
图7是表示将图6所示的旋转构件配置在模具内的状态的说明图。
图8是表示本发明实施方式1的另一有刷电动机的主要部分的剖视图。
图9是表示将本发明实施方式1的另一旋转构件配置在模具内的状态的说明图。
图10是表示本发明实施方式1的另一有刷电动机的主要部分的剖视图。
图11是表示本发明实施方式1的另一有刷电动机的主要部分的剖视图。
图12是表示本发明实施方式1的另一有刷电动机的主要部分的剖视图。
具体实施方式
以下，为了更详细地说明本发明，参照附图，对用于实施本发明的形态进行说明。
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1的有刷电动机的主要部分的剖视图。图2是表示本发明实施方式1的轴、转子、换向器和树脂模塑部的立体图。图3是表示将本发明实施方式1的轴、转子和换向器一体组装之后，通过熔合将挂钩部固定之前的状态的立体图。图4是包括图1所示的换向器、电刷和树脂模塑部的区域的放大图。参照图1至图4，对实施方式1的有刷电动机100进行说明。
在图中，符号1是定子。定子1呈大致圆筒状，在内周部设有轭2和磁体3。轭2由例如铁构成。磁体3由例如铁氧体磁体等永磁体构成。
大致棒状的轴4穿过定子4。轴4通过球轴承等轴承5被支承为相对于定子1自由转动。
在轴4的外周部设有芯部6。芯部6由例如层叠钢板构成，并与定子1的磁体3相对配置。芯部6具有沿外周部并排设置的多个极齿部7。各个极齿部7呈长边方向沿着轴4的轴向的形状。
在极齿部7上卷绕有绕线。绕线由例如瓷釉线构成。通过卷绕于极齿部7上的绕线来构成分布卷绕结构的线圈8。由芯部6和线圈8，构成转子9。转子9通过线圈8的通电而相对于定子1与轴4一体旋转。
在轴4的一端部设有换向器10。换向器10的外形呈大致圆柱状，并具有沿外周部并排设置的多个换向片11。各个换向片11呈长边方向沿轴4的轴向的形状，在转子9一侧的端部形成有挂钩部12。挂钩部12在将从线圈8的换向器10一侧的线圈边端部13引出的绕线(以下称作“跨接线”)14钩挂的状态下，通过熔合而被固定。由此，换向器10与线圈8之间电连接。在各个挂钩部12处分别通过熔合固定有多根绕线。换向器10通过线圈8的通电而相对于定子1与轴4及转子9一体地旋转。
在换向器10的外周部，供一对电刷15、16以自由滑动的方式抵接。在一个电刷15上安装有正极用的电源端子17，在另一个电刷16上安装有负极用的电源端子18。
在此，转子9通过树脂而被模塑。树脂模塑部19具有第一部位20，上述第一部位20对线圈8的换向器10一侧的线圈边端部13、跨接线14和挂钩部12进行覆盖。此外，树脂模塑部19具有第二部位22，上述第二部位22对线圈8的另一个线圈边端部21进行覆盖。即，线圈边端部13、21和挂钩部12整体被树脂模塑部19覆盖。此外，树脂模塑部19具有第三部位23，上述第三部位23被填充到彼此相邻的极齿部7之间，并与第一部位20及第二部位22连接。
在第一部位20中最靠近电刷15、16的部位、即对挂钩部12进行覆盖的部位与电刷15、16之间，设有间隙部24。间隙部24的宽度L1设定为比在换向器10与电刷15、16之间产生的电火花的飞散距离大的值。
另外，一般来说，电火花的飞散距离根据有刷电动机100的尺寸和通电量等的不同而不同，或是根据各个电火花不同而不同。“比电火花的飞散距离大的值”只要是在能防止由电火花的热导致的第一部位20的溶解和劣化的程度上较大的值即可，例如是比根据有刷电动机100的尺寸和通电量等而假定的电火花的飞散距离的最大值的80％大的值。若列举具体数值的一例，则间隙部24的宽度L1设定为例如1毫米(mm)以上的值。
第一部位20具有与电刷15、16相对的檐部25。檐部25的直径L2设定为比定子1的内径(具体而言，设于定子1内周部的磁体3的内径)L3大的值。
第三部位23的外周面部与极齿部7的外周面部连续。由此，模塑后的转子9的外形呈大致圆柱状，在极齿部7及第三部位23的外周部与定子1的内周部之间形成有间隙部26。如此构成有刷电动机100的主要部分。
接着，参照图5，对有刷电动机100的动作和效果进行说明。有刷电动机100装设于车辆，并以使轴4的轴向沿铅垂方向的方式或相对于铅垂方向倾斜的方式配置。换向器10配置在比转子9靠上方的位置处。
当未图示的电源在电源端子17、18之间施加电压时，电流将在电刷15、16中流通，并经由换向器10使线圈8通电。通过线圈8的通电，由芯部6和线圈8构成的转子9发挥电磁体的功能，通过磁体3与转子9之间的磁力，使转子9相对于定子1旋转。换向器10与转子9一体旋转，并使与电刷15、16抵接的换向片11切换。由此，在线圈8中流通的电流的方向切换，以使转子9持续旋转。
此时，由于换向器10与电刷15、16之间的滑动而产生磨损粉末。所产生的磨损粉末如图中箭头I所示那样朝向转子9一侧。不具有檐部25或檐部25的直径L2小的现有的有刷电动机存在如下问题：磨损粉末进入转子9与定子1之间的间隙部26中，并通过间隙部26进入轴承5，从而使轴承5发生故障。与此相对的是，在实施方式1的有刷电动机100中，树脂模塑部19具有檐部25，檐部25的直径L2设定成比定子1的内径L3大的值。由此，能防止磨损粉末进入间隙部26，从而能防止轴承5的故障。
此外，在对与电刷15、16抵接的换向片11进行切换时，在换向器10与电刷15、16之间会产生电火花II。不具有间隙部24或间隙部24的宽度L1小的现有的有刷电动机存在如下问题：连续产生的电火花II飞散至树脂模塑部19，从而因高热而使树脂模塑部19溶解和劣化。与此相对的是，实施方式1的有刷电动机100中，在树脂模塑部19与电刷15、16之间设有间隙部24，间隙部24的宽度L1设定为比电火花II的飞散距离大的值。由此，能防止由电火花II的热导致树脂模塑部19溶解和劣化，从而能防止树脂模塑部19的机械强度下降。
此外，在实施方式1的有刷电动机100中，线圈边端部13、21整体被树脂模塑部19覆盖。由此，能防止线圈边端部13、21中的卷绕松散。此外，不会因卷绕松散而导致绕线的覆盖件发生磨损，能防止线圈8之间的电短路。
此外，在实施方式1的有刷电动机100中，挂钩部12整体被树脂模塑部19覆盖。一般来说，使用了分布卷绕结构的线圈的有刷电动机的挂钩部将多根绕线压扁并熔合，因此，绕线的强度变低，容易因振动而发生断线。与此相对的是，通过利用树脂模塑部19对挂钩部12整体进行覆盖，从而使挂钩部12的绕线被固定，以便能防止由振动引起的断线。
此外，树脂模塑部19具有第三部位23，上述第三部位23被填充到彼此相邻的极齿部7之间，并与第一部位20及第二部位22连接。转子9的刚性通过第三部位23而得到提高，从而能防止由振动导致转子9发生变形。其结果是，能防止因变形而对轴4施加负荷或跨接线14发生断线。
接着，参照图6和图7，以树脂模塑部19的成型方法为中心，对有刷电动机100的制造方法进行说明。树脂模塑部19通过使用了模具41的注塑成型而成型出。
首先，如图6所示，制造如下的构件：将轴4、转子9和换向器10一体组装，并通过熔合对挂钩部12进行固定而成的构件(以下称作“旋转构件”。)。
接着，如图7所示，将旋转构件配置在模具41内。此时，旋转构件配置在轴4的轴向沿水平方向的方向上。模具41被分割为第一模具42和第二模具43，其中，上述第一模具42供旋转构件中的包括换向器10的部位配置，上述第二模具43供旋转构件中的包括转子9的部位配置。第一模具42与第二模具43之间的模具分割面44沿成型后的檐部25的、与电刷15、16相对的相对面配置。
在此，将旋转构件配置在模具41内时，换向器10的端面部27与第一模具42的基准面45抵接。因而，换向器10的端面部27与成型后的第一部位20中覆盖挂钩部12的部位之间的宽度L4由第一模具42确定。其结果是，宽度L4的精度变高，能减小公差。即，能提高成型后的树脂模塑部19与电刷15、16之间的间隙部24的宽度L1的精度，并能减小公差。
接着，将熔融树脂注入到模具41的未图示的注入口中。由此，如图中箭头III所示，从注塑口46、47向模具41内注塑熔融树脂。
此时，第一模具42的注塑口46配置在比换向器10靠转子9一侧的位置处。此外，第一模具42的注塑口46设置在熔融树脂的注塑方向沿轴4的轴向的方向上。由此，能防止熔融树脂直接注塑到挂钩部12和跨接线14，并能防止由注塑压导致跨接线14发生断线，或是挂钩部12的熔合剥落。
接着，将由树脂模塑而成的旋转构件从模具41中取出。此时，第一模具42和第二模具43相对于旋转构件的脱模方向均为沿轴4的轴向的方向。
另外，树脂模塑部19的檐部25也可以如图8所示在外周部具有锥面28。锥面28是檐部25的直径随着从转子9一侧朝向换向器10一侧而变大的锥面。如图9所示，在成型出树脂模塑部19时，能利用第二模具43的脱模斜面48形成锥面28。由此，能使模具41的结构简单，从而削减模具41的制造工序数量。
此外，树脂模塑部19的檐部25也可以具有用于接收磨损粉末的承接部。如图10所示，例如能通过在檐部25的与换向器10相对的面部设置槽29，从而形成上述承接部。此外，如图11所示，能通过使檐部25的与换向器10相对的面部倾斜，从而形成上述承接部。
此外，树脂模塑部19的檐部25也可以在与换向器10相对的面部设置凹凸。具体而言，例如，也可以如图12所示形成翅片状的凹凸30。通过在檐部25上设置凹凸，从而能利用转子9的旋转使有刷电动机100内的空气对流。其结果是，使由换向器10与电刷15、16之间的电火花产生的热以及由线圈8的通电产生的热等对流，从而能防止由热聚集导致的局部发热。
此外，定子1只要呈大致筒状即可，也可以呈非严格意义上的筒状。本申请权利要求书中记载的“筒状”的用语的意义并非严格意义上的筒状，还包括大致筒状。
如上所述，实施方式1的有刷电动机100包括：轴4，上述轴4穿过筒状的定子1；转子9，上述转子9具有芯部6和分布卷绕结构的线圈8，上述芯部6以与定子1相对的方式设置于轴4的外周部，上述线圈8卷绕于芯部6的极齿部7；换向器10，上述换向器10设于轴4的一端部，并通过从线圈8的线圈边端部13引出的绕线而与线圈8电连接；树脂模塑部19，上述树脂模塑部19对线圈边端部13、21以及换向器10中的绕线的挂钩部12进行覆盖；以及电刷15、16，上述电刷15、16与换向器10的外周部抵接，树脂模塑部19与电刷15、16之间的间隙部24的宽度L1设定为比换向器10与电刷15、16之间产生的电火花的飞散距离大的值。通过对间隙部24的宽度L1进行设定，从而能防止由电火花的热导致树脂模塑部19溶解和劣化。
此外，通过树脂模塑部19对线圈边端部13、21进行覆盖，从而能防止线圈边端部13、21中的卷绕松散。此外，通过树脂模塑部19对挂钩部12进行覆盖，从而使挂钩部12的绕线被固定，能防止由振动引起的断线。
此外，树脂模塑部19具有：第一部位20，上述第一部位20对挂钩部12和线圈8的一个线圈边端部13进行覆盖；第二部位22，上述第二部位22对线圈8的另一个线圈边端部21进行覆盖；以及第三部位23，上述第三部位23被填充到彼此相邻的极齿部7之间，并与第一部位20及第二部位22连接。转子9的刚性通过第三部位23而得到提高，从而能防止由振动导致转子9发生变形。
此外，有刷电动机100的第三部位23的外周面部与极齿部7的外周面部连续。由此，在极齿部7及第三部位23的外周部与定子1的内周部之间形成有间隙部26，能防止在转子9旋转时第三部位23钩挂在定子1上。
此外，树脂模塑部19在换向器10一侧具有檐部25。通过将檐部25的直径L2设定为比定子1的内径L3大的值，能防止磨损粉末进入转子9与定子1之间的间隙部26中，从而能防止轴承5的故障。
此外，在有刷电动机100中，在檐部25的与换向器10相对的面部设置凹凸。由此，使由换向器10与电刷15、16之间的电火花产生的热以及由线圈8的通电产生的热等对流，从而能防止由热聚集导致的局部发热。
此外，在实施方式1的有刷电动机100的制造方法中，包括：将使轴4、转子9和换向器10一体而成的构件(旋转构件)配置在模具41内的步骤；以及通过注塑成型来成型出树脂模塑部19的步骤，将构件(旋转构件)配置在模具41内时，模具41(第一模具42)与换向器10的端面部27抵接。由此，能提高成型后的树脂模塑部19与电刷15、16之间的间隙部24的宽度L1的精度，并能减小公差。
此外，在成型出树脂模塑部19时，从注塑口46向模具41内注塑树脂，上述注塑口46设置在比挂钩部12靠转子9一侧处。由此，能防止熔融树脂直接注塑到挂钩部12和跨接线14，并能防止由注塑压导致跨接线14发生断线，或是挂钩部12的熔合剥落。
此外，在有刷电动机100的制造方法中，树脂模塑部19在换向器10一侧具有檐部25，并且在檐部25的外周部设置锥面28，其中，由模具41(第二模具43)的脱模斜面48形成锥面28。由此，能使模具41的结构简单，从而削减模具41的制造工序数。
另外，本发明能在该发明的范围内对实施方式中的任意结构要素进行变形，或是对实施方式中的任意结构要素进行省略。
(工业上的可利用性)
本发明的车载用有刷电动机能用于例如涡轮增压器中的废气门阀或EGR(ExhaustGas Recirculation：废气再循环)阀等开闭驱动源。
(符号说明)
1 定子；2 轭；3 磁体；4 轴；5 轴承；6 芯部；7 极齿部；8 线圈；9 转子；10 换向器；11 换向片；12 挂钩部；13 线圈边端部；14 跨接线；15、16 电刷；17、18 电源端子；19树脂模塑部；20 第一部位；21 线圈边端部；22 第二部位；23 第三部位；24 间隙部；25 檐部；26 间隙部；27 端面部；28 锥面；29 槽；30 凹凸；41 模具；42 第一模具；43 第二模具；44 模具分割面；45 基准面；46、47 注塑口；48 脱模斜面；100 有刷电动机。

Claims (13)

1.一种车载用有刷电动机，其特征在于，包括：
轴，所述轴穿过筒状的定子；
转子，所述转子具有芯部和分布卷绕结构的线圈，其中，所述芯部以与所述定子相对的方式设置于所述轴的外周部，所述线圈卷绕于所述芯部的极齿部；
换向器，所述换向器设于所述轴的一端部，并通过从所述线圈的线圈边端部引出的绕线而与所述线圈电连接；
树脂模塑部，所述树脂模塑部对所述线圈边端部和所述换向器中的所述绕线的挂钩部进行覆盖；以及
电刷，所述电刷与所述换向器的外周部抵接，
所述树脂模塑部与所述电刷之间的间隙部的宽度设定为比在所述换向器与所述电刷之间产生的电火花的飞散距离大的值。
2.如权利要求1所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
所述树脂模塑部具有：第一部位，所述第一部位对所述挂钩部和所述线圈的一个所述线圈边端部进行覆盖；第二部位，所述第二部位对所述线圈的另一个所述线圈边端部进行覆盖；以及第三部位，所述第三部位被填充到彼此相邻的所述极齿部之间，并与所述第一部位及所述第二部位连接。
3.如权利要求2所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
所述第三部位的外周面部与所述极齿部的外周面部连续。
4.如权利要求1所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
所述间隙部的宽度设定为1毫米以上的值。
5.如权利要求1所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
所述树脂模塑部在所述换向器一侧具有檐部。
6.如权利要求5所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
所述檐部的直径设定为比所述定子的内径大的值。
7.如权利要求5所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
所述檐部具有在所述换向器与所述电刷之间产生的磨损粉末的承接部。
8.如权利要求5所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
在所述檐部的外周部设置锥面。
9.如权利要求5所述的车载用有刷电动机，其特征在于，
在所述檐部的与所述换向器相对的面部设置凹凸。
10.一种车载用有刷电动机的制造方法，其中，所述车载用有刷电动机包括：轴，所述轴穿过筒状的定子；转子，所述转子具有芯部和分布卷绕结构的线圈，其中，所述芯部以与所述定子相对的方式设置于所述轴的外周部，所述线圈卷绕于所述芯部的极齿部；换向器，所述换向器设于所述轴的一端部，并通过从所述线圈的线圈边端部引出的绕线而与所述线圈电连接；树脂模塑部，所述树脂模塑部对所述线圈边端部和所述换向器中的所述绕线的挂钩部进行覆盖；以及电刷，所述电刷与所述换向器的外周部抵接，所述树脂模塑部与所述电刷之间的间隙部的宽度设定为比在所述换向器与所述电刷之间产生的电火花的飞散距离大的值，
所述车载用有刷电动机的制造方法的特征在于，包括：
将使所述轴、所述转子和所述换向器一体而成的构件配置在模具内的步骤；以及
通过注塑成型来成型出所述树脂模塑部的步骤，
将所述构件配置在所述模具内时，所述模具与所述换向器的端面部抵接。
11.如权利要求10所述的车载用有刷电动机的制造方法，其特征在于，
在成型出所述树脂模塑部时，从注塑口向所述模具内注塑树脂，所述注塑口设于比所述挂钩部靠所述转子一侧处。
12.如权利要求11所述的车载用有刷电动机的制造方法，其特征在于，
在成型出所述树脂模塑部时，朝沿所述轴的轴向的方向注塑所述树脂。
13.如权利要求10所述的车载用有刷电动机的制造方法，其中，在所述车载用有刷电动机中，所述树脂模塑部在所述换向器一侧具有檐部，在所述檐部的外周部设置锥面，
所述车载用有刷电动机的制造方法的特征在于，
通过所述模具的脱模斜面形成所述锥面。
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