JP2003230255A - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 整流の乱れ、モータ効率の低下、電機子の振
動や騒音の発生を防止することができるのみならず、ブ
ラシのスリップ音やブラシの異常摩耗をも低減すること
ができる回転電機及びその製造方法を得る。 【解決手段】 モータ１０の整流子２３は、切削工程に
おいて表面切削加工を施し、次いで、ラッピング工程に
おいて、前記切削工程による表面加工（粗さ）状態を維
持したままで、バリのみをテープラッピング加工によっ
て除去する。これにより、整流子２３は、各セグメント
間の段差、真円度、及び１０点平均表面粗さ（Ｒ_Z）が
所定の範囲で形成される。ブラシが整流子２３に摺接し
その初期摩耗時には、このブラシが整流子２３の表面と
点接触または小さな面接触するように構成される。これ
により、ブラシと整流子２３の周面との摺動摩擦の状態
が安定し、結果的にブラシのスリップ音やブラシの異常
摩耗が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機及びその
製造方法に係り、特に、整流子に給電するブラシを含ん
で構成される回転電機及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機（直流モータ等）においては、
整流子の周面に摺接されるブラシによって電機子（コア
の巻線）に給電している。このブラシは、ブラシホルダ
に一体に設けられたブラシケース内に収容されて保持さ
れている。

【０００３】ところで、このような回転電機において
は、整流子の外形（外径）の真円度、整流子セグメント
の段差、ブラシ位置と電機子（整流子）の回転位置との
ズレ、等が、回転電機（整流子とブラシ）の整流機能を
適正に行ない（整流の乱れを生じない）しかもモータ効
率の低下や電機子の振動や騒音発生を防止するための要
因であると考えられていた。このため、整流子等の加工
精度を向上させて当該整流子の真円度等を高め、整流子
におけるブラシとの摺接面を良好な状態にする（均一な
摺接面とする）ことで、前述の如き整流の乱れあるいは
振動や騒音の発生を低減させるように対策が嵩じられて
いた。

【０００４】ところが、整流子等の加工精度を向上させ
ることで整流子におけるブラシとの摺接面を良好な状態
にすると、整流機能を適正に行ない振動や騒音を低減す
ることはできるものの、回転電機の作動時のブラシのス
リップ音（所謂、ブラシ音）が発生したり、ブラシの異
常摩耗が生じる等の新たな別の問題が発生した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、整流の乱れ、モータ効率の低下、電機子の振動や
騒音の発生等を防止することができるのみならず、ブラ
シのスリップ音やブラシの異常摩耗をも低減することが
できる回転電機及びその製造方法を得ることが目的であ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の回
転電機は、モータ回転軸に固定された整流子と、前記整
流子の周面に摺接されて前記整流子に給電するブラシ
と、を含んで構成される回転電機において、前記整流子
における各セグメント間の段差を０．５〜１．５マイク
ロメートルの範囲内で形成し、かつ、前記整流子の外形
の真円度を０．７〜２．５マイクロメートルの範囲内で
形成し、かつ、前記整流子の１０点平均表面粗さ
（Ｒ_Z）を１．７〜３．０マイクロメートルの範囲で形
成した、ことを特徴としている。

【０００７】請求項１記載の回転電機では、ブラシが整
流子の周面に摺接されてこの整流子に給電する。

【０００８】ここで、ブラシが摺接する整流子は、各セ
グメント間の段差、真円度、及び１０点平均表面粗さ
（Ｒ_Z）が所定の範囲で形成されている。このため、ブ
ラシが整流子に摺接しその初期摩耗時には、このブラシ
が整流子の表面と点接触または小さな面接触するように
構成されている。

【０００９】これにより、ブラシと整流子の周面との摺
動摩擦の状態が安定し、結果的にブラシのスリップ音や
ブラシの異常摩耗が低減する。また、前記整流子の表面
状態は、例えばブラシ位置と電機子（整流子）の回転位
置とのズレ等に影響を及ぼす各部の寸法に比べて相対的
に極めて微小寸法であるため、整流子とブラシの整流機
能が損なわれることは無く、またモータ効率が低下した
り電機子の振動や騒音が発生する要因となることはな
い。

【００１０】したがって、整流の乱れ、モータ効率の低
下、電機子の振動や騒音の発生等を防止することができ
るのみならず、ブラシのスリップ音やブラシの異常摩耗
をも低減することができる。

【００１１】請求項２に係る発明の回転電機の製造方法
は、請求項１記載の回転電機の製造方法であって、前記
整流子の表面仕上げを切削バイトで行なう切削工程と、
前記切削工程によって生じたバリをテープラッピング加
工によって除去するラッピング工程と、を有することを
特徴としている。

【００１２】請求項２記載の回転電機の製造方法では、
切削工程において、整流子の表面仕上げを切削バイトで
行ない、この切削工程によって生じたバリをラッピング
工程においてテープラッピング加工によって除去し、各
セグメント間の段差、真円度、及び１０点平均表面粗さ
（Ｒ_Z）を所定の範囲で形成する。

【００１３】以上の方法により表面仕上げが施された整
流子にブラシが摺接しその初期摩耗時には、このブラシ
が整流子の表面と点接触または小さな面接触するように
構成される。

【００１４】これにより、ブラシと整流子の周面との摺
動摩擦の状態が安定し、結果的にブラシのスリップ音や
ブラシの異常摩耗が低減する。また、前記整流子の表面
状態は、例えばブラシ位置と電機子（整流子）の回転位
置とのズレ等に影響を及ぼす各部の寸法に比べて相対的
に極めて微小寸法であるため、整流子とブラシの整流機
能が損なわれることは無く、またモータ効率が低下した
り電機子の振動や騒音が発生する要因となることはな
い。

【００１５】したがって、整流の乱れ、モータ効率の低
下、電機子の振動や騒音の発生等を防止することができ
るのみならず、ブラシのスリップ音やブラシの異常摩耗
をも低減することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１には本発明の実施の形態に係
る回転電機としてのモータ１０の全体構成が断面図にて
示されている。

【００１７】モータ１０のヨークハウジング１２は軸線
方向一端部が絞り加工された有底の円筒形に形成されて
おり、この底壁１４には軸受１６が配置されている。一
方、ヨークハウジング１２の他端部には、エンドハウジ
ング１８が固定されている。

【００１８】また、エンドハウジング１８の中央部分に
は軸受２０が配置されている。この軸受２０及びヨーク
ハウジング１２の軸受１６とによって電機子２２の軸２
４が支持され電機子２２がヨークハウジング１２内に収
容されている。電機子２２に対向するヨークハウジング
１２の内周壁にはマグネット２６が固着されている。

【００１９】電機子２２と軸受２０との間にはホルダプ
レート２８が配置されている。このホルダプレート２８
は薄肉の合成樹脂から形成され、軸受２０の側方に位置
してエンドハウジング１８に固定されている。

【００２０】図２に示す如く、ホルダプレート２８に
は、一対のケース収容部３０が設けられている。これら
のケース収容部３０は、電機子２２の整流子２３の軸線
に対して直交する方向を長手方向として前後が開口する
箱状でホルダプレート２８に一体に設けられており、後
述するブラシ・サブアッセンブリ３２が収容されてい
る。

【００２１】一方、ケース収容部３０に収容されたブラ
シ・サブアッセンブリ３２は、図３に示す如く、ブラシ
ケース３４を備えている。ブラシケース３４は金属製と
されており、ケース収容部３０に対応する箱状に形成さ
れている。また、このブラシケース３４の外周面には、
前後一対の弾性材３６（本実施の形態においては、軟質
樹脂材またはゴム材）がアウトサート成形によって一体
に設けられている。

【００２２】各ブラシケース３４内には、当該ブラシケ
ース３４の長手方向（即ち、整流子２３の周面に対して
接近及び離間する方向であると共に整流子２３の半径方
向でもある）に沿って摺動可能にカーボン製ブラシ３８
がスプリング４０と共にそれぞれ収容されている。ブラ
シ３８は角柱状に形成されており、その側面とブラシケ
ース３４の内壁面との間には僅かなクリアランスが設定
されている。また、ブラシ３８の前端面は、整流子２３
の周面に密着するように円弧面状に形成されている。

【００２３】スプリング４０はブラシ３８を常にブラシ
ケース３４から突出する方向へ付勢しており、これによ
って、ブラシ３８は電機子２２の整流子２３に圧接され
ている。また、ブラシ３８からは連結用ピッグテール４
２が引き出されており、ピッグテール４２の先端部は、
給電用の接続線に接続されている。

【００２４】以上の如く、ブラシ・サブアッセンブリ３
２は、ブラシケース３４の弾性材３６を介してケース収
容部３０に収容されてホルダプレート２８上で保持され
ている。すなわち、各ブラシケース３４（ブラシ３８）
はそれぞれ個別にフローティング支持された構成となっ
ている。

【００２５】ここで、前述の如く構成されるモータ１０
の整流子２３は、その表面（ブラシ３８との摺接面）に
所定の表面仕上げが施されており、各セグメント間の段
差、真円度、及び１０点平均表面粗さ（Ｒ_Z）が所定の
範囲で形成されている。

【００２６】具体的には、整流子２３の各セグメント間
の段差は、０．５〜１．５マイクロメートルの範囲内で
形成され、かつ、外形の真円度は、０．７〜２．５マイ
クロメートルの範囲内で形成され、しかも、１０点平均
表面粗さ（Ｒ_Z）が、１．７〜３．０マイクロメートル
の範囲で形成されている。このため、ブラシ３８が整流
子２３に摺接しその初期摩耗時には、このブラシ３８が
整流子２３の表面と点接触または小さな面接触するよう
に構成されている。

【００２７】次に本実施の形態の作用を、整流子２３の
摺接面に所定の表面処理を施す方法（手順）と併せて説
明する。

【００２８】上記構成のモータ１０の整流子２３を製作
するに際しては、整流子２３の摺接面に所定の表面処理
を施す。

【００２９】すなわち先ず、切削工程において、電機子
２２を旋盤加工機に保持すると共に、電機子２２を所定
の周速度で回転させる。この状態で、旋盤加工機のバイ
ト刃を整流子２３の摺接面に接触させ、送り方向に沿っ
て移動させながら、整流子２３の摺接面に加工を施す。
この切削工程の後には、図４（Ｂ）に示す如く、整流子
２３の摺接面にはバリＸが生じている。次いで、ラッピ
ング工程において、前記切削工程による表面加工（粗
さ）状態を維持したままで、この切削工程によって生じ
たバリＸをテープラッピング加工によって除去する。こ
れにより、整流子２３におけるブラシ３８との摺接面に
は、図４（Ａ）に示す如く、バリＸが除去されると共
に、各セグメント間の段差、真円度、及び１０点平均表
面粗さ（Ｒ_Z）が前記所定の範囲で形成される。

【００３０】上記の如く整流子２３におけるブラシ３８
との摺接面に所定の表面処理が施されたモータ１０で
は、左右一対（陽極及び陰極）のブラシ３８が整流子２
３の周面に摺接されてこの整流子２３に給電する。

【００３１】ここで、このモータ１０では、ブラシ３８
はブラシケース３４に収容されており、さらにブラシケ
ース３４の外周面には弾性材３６が設けられている。こ
のブラシケース３４が弾性材３６を介してホルダプレー
ト２８上のケース収容部３０に保持される。すなわち、
各ブラシ３８を収容するそれぞれのブラシケース３４
は、その外周面に設けられた弾性材３６によって、それ
ぞれ個別にフローティング支持されている。

【００３２】したがって、各ブラシ３８を個別に整流子
２３に対して精度良く組付けることができ、組付位置ズ
レが生じ難い。また、モータ１０の作動時においても、
各ブラシ３８が個別に整流子２３の外形（整流子セグメ
ントの段差）に追従移動することになり、整流子２３に
対して左右対称位置に精度良く位置させることができ、
何れかのブラシ３８が回転軸芯(マグネット極中心）に
対してズレて（偏倚して)位置することが防止できる。
このため、整流の乱れが生じることがなく、モータ効率
の低下や電機子２２の振動発生を防止することができ
る。

【００３３】さらに、このモータ１０では、整流子２３
には、各セグメント間の段差、真円度、及び１０点平均
表面粗さ（Ｒ_Z）が所定の範囲で形成されており、ブラ
シ３８が整流子２３に摺接しその初期摩耗時には、この
ブラシ３８が整流子２３の表面と点接触または小さな面
接触するように構成される。

【００３４】これにより、ブラシ３８と整流子２３の周
面との摺動摩擦の状態が安定し、結果的にブラシ３８の
スリップ音やブラシ３８の異常摩耗が低減する。

【００３５】ここで、図５には、「整流子２３の各セグ
メント間の段差に対する異音振動の関係」についての実
験データが示されている。この図５において明らかなよ
うに、各セグメント間の段差は、０．５〜１．５マイク
ロメートルの範囲内で形成すれば、異音振動が効果的に
低減していることが解る。

【００３６】またここで、図６には、前述の如く構成さ
れたモータ１０の「整流子２３の真円度に対する異音振
動の関係」についての実験データが示されている。この
図６にて解るように、整流子２３の外形の真円度は、異
音振動に密接に関係している。そこで、「異音振動」と
「安定した整流及びやモータ効率」という両方の面で効
果的な範囲として、整流子２３の外形の真円度を０．７
〜２．５マイクロメートルの範囲内で形成する構成とし
ている。これにより、整流の乱れが生じたりモータ効率
が低下することなく、異音振動をも大幅に低減すること
ができる。

【００３７】またさらに、図７には、前述の如く構成さ
れたモータ１０の「整流子２３の１０点平均表面粗さ
（Ｒ_Z）と異音振動の関係」についての実験データが示
されている。この図７にて解るように、整流子２３の表
面粗さ（Ｒ_Z）は騒音に密接に関係している。反面、当
該表面粗さ（Ｒ_Z）を、ある範囲を越えて粗くすること
は、実際の（現実的な）加工やコスト上の観点から考慮
するとあまり好ましくはなくなる。そこで、「異音振
動」と「安定した整流及びやモータ効率」という両方の
面で効果的な範囲として、整流子２３の表面粗さ
（Ｒ_Z）を、１０点平均表面粗さ（Ｒ_Z）として１．７〜
３．０マイクロメートルの範囲に設定する構成としてい
る。これにより、ブラシ３８と整流子２３の周面との摺
動摩擦の状態が一層安定し、整流の乱れが生じたりモー
タ効率が低下することなく、騒音をも大幅に低減するこ
とができる。

【００３８】また、前記整流子２３の表面状態は、例え
ばブラシ３８の位置と電機子２２（整流子２３）の回転
位置とのズレ等に影響を及ぼす各部の寸法に比べて相対
的に極めて微小寸法であるため、整流子２３とブラシ３
８の整流機能が損なわれることは無く、またモータ効率
が低下したり電機子２２の振動や騒音が発生する要因と
なることはない。

【００３９】このように、本実施の形態に係るモータ１
０及びその製造方法によれば、整流の乱れ、モータ効率
の低下、電機子２２の振動や騒音の発生等を防止するこ
とができるのみならず、ブラシ３８のスリップ音やブラ
シ３８の異常摩耗をも低減することができる。

【００４０】なお、前述した実施の形態においては、整
流子２３の摺接面の切削工程の後にラッピング工程にお
いてバリＸをテープラッピング加工によって除去する構
成としたが、切削工程による表面加工（粗さ）状態を維
持したままでバリＸを除去できる処理方法であれば、テ
ープラッピング加工に限らず適宜の方法を用いることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るモータの全体構成を
示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るモータのホルダプレ
ートに設けられたケース収容部及びブラシ・サブアッセ
ンブリの構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態に係るモータのブラシ・サ
ブアッセンブリの構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態に係るモータの整流子の摺
接面に所定の表面加工を施した状態を示し、（Ａ）はラ
ッピング工程においてバリをテープラッピング加工によ
って除去した状態の概略図であり、（Ｂ）は切削工程直
後の状態の概略図である。

【図５】本発明の実施の形態に係るモータの整流子の各
セグメント間の段差に対する異音振動の関係についての
実験データを示す線図である。

【図６】本発明の実施の形態に係るモータの整流子の真
円度に対する異音振動の関係についての実験データを示
す線図である。

【図７】本発明の実施の形態に係るモータの整流子の１
０点平均表面粗さ（Ｒ_Z）と異音振動の関係についての
実験データを示す線図である。

【符号の説明】

１０ モータ（回転電機） ２２ 電機子 ２３ 整流子 ３２ ブラシ・サブアッセンブリ ３４ ブラシケース ３８ ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E063 EA03 5H613 AA01 AA06 BB04 BB15 BB26 GA03 GA06 GB01 KK01 PP05 QQ04 5H615 AA01 BB01 BB04 BB14 PP26 SS08 TT01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ回転軸に固定された整流子と、前
   記整流子の周面に摺接されて前記整流子に給電するブラ
   シと、を含んで構成される回転電機において、 前記整流子における各セグメント間の段差を０．５〜
   １．５マイクロメートルの範囲内で形成し、かつ、前記
   整流子の外形の真円度を０．７〜２．５マイクロメート
   ルの範囲内で形成し、かつ、前記整流子の１０点平均表
   面粗さ（Ｒ_Z）を１．７〜３．０マイクロメートルの範
   囲で形成した、 ことを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】 前記整流子の表面仕上げを切削バイトで
   行なう切削工程と、前記切削工程によって生じたバリを
   テープラッピング加工によって除去するラッピング工程
   と、を有する請求項１記載の回転電機の製造方法。