JP2004129429A

JP2004129429A - 整流子及び整流子の製造方法並びに回転電機

Info

Publication number: JP2004129429A
Application number: JP2002292222A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Kurahashi; 倉橋　一嘉
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】ブラシ摩耗粉が整流子溝に堆積せず、回転電機の特性不良となることを防ぐことができる整流子及び該整流子を備えた回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機Ｍのシャフト１３に挿着される樹脂製円筒部材３３と、樹脂製円筒部材３３の外周面に配置されブラシ１６と摺接する複数の整流用セグメント３１と、を備える整流子３０であって、複数の整流用セグメント３１は、軸方向に沿うと共に樹脂製円筒部材３３の所定深さまで形成された整流子溝３１ａによって互いに電気的に絶縁され、整流子溝３１ａの底部は曲面に形成された。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は整流子及び整流子の製造方法並びに回転電機に係り、特に整流用セグメント間の絶縁不良に起因する回転電機の特性不良の発生を防止することが可能な整流子及び整流子の製造方法並びに該整流子を備えた回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシと摺接する整流子はアーマチャの一端側に配設され、回転子コアに巻回された巻線に電気的に接続されている。一般に整流子は、円筒形状の樹脂製円筒部材と、樹脂製円筒部材の外周に配設された複数の整流用セグメントとから構成されており、回転電機のシャフトに圧入固定されている。
【０００３】
一般に整流子の成形工程としては、先ず金属部材をプレス加工して一端側にフランジ部分が形成された円筒形状の整流子部材を成形し、次に整流子部材を骨子として射出成形により整流子部材の内側に樹脂を充填する。このとき、整流子部材の内側にはシャフトを挿通するための貫通孔が形成される。次に、プレス加工等によりフランジ部分が所定形状に打抜かれて、整流子部材に巻線と接合するための接続片が形成される。
【０００４】
次に、前記貫通孔にシャフトが圧入され、整流子部材と樹脂製円筒部材の一体成形品がシャフトに固定される。最後に、整流子部材の円筒部分に円周方向の複数箇所において軸方向に沿う溝（整流子溝）が形成され、整流子部材は電気的に絶縁された複数の整流用セグメントに分離される。このとき整流子溝の断面は、略矩形状となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２８４６４４号公報（第２−４頁、第１−５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転電機が作動してブラシと整流用セグメントが摺接すると、ブラシが摩耗してブラシ摩耗粉が生成される。生成されたブラシ摩耗粉は回転電機内に拡散されるが、その一部は整流子溝に入り込んでしまう。整流子溝がブラシ摩耗粉によって目詰まりを起こすと、整流用セグメント間の電気的絶縁不良が発生し易くなる。特に、長寿命の回転電機では電気的絶縁不良によって特性不良につながる可能性があるという問題があった。
【０００７】
また、回転電機のケーシング内に強制的に冷却風が導入される空冷タイプの回転電機では、特に高温になり易いブラシ等を冷却するために、ブラシに向けて冷却風が導かれるようにしたものがある。この冷却風がブラシに吹き付けられると、その一部が整流子にも吹き付けられる。これにより、冷却風の一部が整流子溝に入り込んだブラシ摩耗粉に吹き付けられるので、冷却風にはブラシ摩耗粉を整流子溝の外部へ排出するという効果を有する。
【０００８】
しかし、整流子溝は断面略矩形状であるため、整流子溝の底（回転中心側）の角部にブラシ摩耗粉が堆積し易い。そして、一旦、ブラシ摩耗粉が堆積し始めると整流子溝に吹き付けられる冷却風によってブラシ摩耗粉は排出され難くなり、ブラシ摩耗粉が堆積し続けてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、ブラシ摩耗粉が整流子溝に堆積して回転電機の特性不良を発生することを防ぐことができる整流子及び該整流子を備えた回転電機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に記載の整流子によれば、回転電機のシャフトに挿着される円筒部材と、該円筒部材の外周面に配置され軸方向に沿う整流子溝によって互いに電気的に絶縁された複数の整流用セグメントと、を備える整流子であって、前記整流子溝は前記円筒部材の所定深さまで形成され、前記整流子溝の底面は曲面に形成されたことにより解決される。
【００１１】
このように、整流用セグメントを電気的に絶縁する整流子溝の底部が曲面に形成されたことにより、整流用セグメントと摺接して生成されるブラシ摩耗粉が底部に堆積し難くなるので好適である。
【００１２】
また、請求項２に記載のように、前記整流子溝が、前記整流子の一方の軸方向端面から他方の軸方向端面まで形成されれば、ブラシ摩耗粉が整流子溝内に入り込んでも整流子の軸方向端部から外部に排出され、ブラシ摩耗粉が堆積し難くなるので好適である。
【００１３】
また、請求項３に記載のように、前記整流子溝の底部の曲面が、前記円筒部材を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されれば、貫通孔を大きくすることにより、整流子溝の容積を大きくすることができるので、整流子溝にブラシ摩耗粉が大量に入り込んでも目詰まりし難くなる。また、整流子溝の表面積が大きくなることにより、整流子の冷却効果が高まり、整流子の寿命を延伸することが可能となる。
【００１４】
また、前記整流子は、請求項４に記載の整流子の製造方法のように、回転電機のシャフトに挿着される円筒部材と、該円筒部材の外周面に配置され軸方向に沿う整流子溝によって互いに電気的に絶縁された複数の整流用セグメントと、を備える整流子の製造方法であって、円筒形状の整流子部材の内側に前記円筒部材を一体に成形すると共に、該円筒部材に該円筒部材を軸方向に貫通する複数の貫通孔を形成して一体成形品を形成する工程と、該一体成形品を前記シャフトに挿着する工程と、前記貫通孔の略径方向外側に対応する前記円筒部材の所定箇所を前記貫通孔まで切削することにより前記整流子溝を形成する工程と、を備えた製造方法により製造することができる。
【００１５】
また、前記課題は、請求項５に記載の回転電機によれば、シャフトに挿着された整流子と、該整流子を収容するハウジングと、を備えた回転電機であって、前記整流子は、円筒部材と、該円筒部材の外周面に配置され軸方向に沿う整流子溝によって互いに電気的に絶縁された複数の整流用セグメントと、を備え、前記整流子溝は前記円筒部材の所定深さまで形成され、前記整流子溝の底面は曲面に形成されたことにより解決される。
【００１６】
このように本発明では、整流用セグメント間に形成された整流子溝の底面が曲面に形成されたことにより、整流子溝内に入り込んだブラシ摩耗粉が堆積し難くなるので、整流用セグメントが堆積したブラシ摩耗粉によって短絡されるという不具合の発生を防止することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載のように、前記整流子溝が、前記整流子の一方の軸方向端面から他方の軸方向端面まで形成されていると好適である。また、請求項７に記載のように、前記整流子溝の底部の曲面が、前記円筒部材を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されれば好適である。このようにすることにより、整流子溝内に入り込んだブラシ摩耗粉が排出され易く、また、堆積し難くなるので、整流用セグメント間の絶縁不良に伴なう回転電機の特性不良の発生を防止することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載のように、前記ハウジングには、前記回転電機内部を冷却するための冷却風を導入するための冷却用孔部が形成されれば、冷却風によって整流子溝内に入り込んだブラシ摩耗粉が整流子溝の外部に排出され易くなるので好適である。
【００１９】
また、請求項９に記載のように、前記冷却用孔部は、前記冷却風が前記整流子の径方向外側から径方向内側に向かって吹き付けられるように前記ハウジングに形成されれば、よりブラシ摩耗粉の外部への排出効果が高まるので好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は実施例の回転電機の断面図、図２は実施例の回転電機の底面図、図３は実施例のアーマチャの正面図、図４は整流子部材を射出成形するときの説明図、図５はアンダーカット前の整流子の正面図、図６は整流子の部分断面図、図７は整流子の正面図、図８は別実施例に係る整流子の部分拡大図である。以下に説明する配置、形状等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施例に係る回転電機Ｍは、固定子１１と、巻線１２ａが巻回された回転子コア１２ｂ及び整流子３０を有するアーマチャ１２と、アーマチャ１２に挿着されたシャフト１３を軸支する軸受１４，１５と、整流子３０と摺接するブラシ１６等が配設された合成樹脂製のブラシホルダ１７と、軸受１５等が配設されたエンドハウジング２０と、固定子１１等を収容するヨークハウジング２１等から構成されている。
【００２２】
ヨークハウジング２１は、プレス加工により形成された円筒形状のケーシングであり、側面にブラケット２２が取り付けられている。エンドハウジング２０は浅い蓋状のケーシングであり、エンドハウジング２０の底部には軸受１５を配置するための膨出部２０ａが形成されている。ヨークハウジング２１とエンドハウジング２０は、ブラシホルダ１７を挟持する状態でスクリュー１８によって螺子留めされており、エンドハウジング２０の側部２０ｂはブラシホルダ１７の側面を覆うようになっている。
【００２３】
また、図２に示すように、エンドハウジング２０の側部２０ｂ及びヨークハウジング２１の側部の所定箇所には冷却用孔部２３が形成されており、冷却用孔部２３には冷却用パイプ２６が接続されている。冷却用孔部２３は、整流子３０の整流用セグメント３１に相対する軸方向位置に形成されている。
【００２４】
図３に示すように、本例のアーマチャ１２はシャフト１３に整流子３０、巻線１２ａが巻回された回転子コア１２ｂ、オイルリターンキャプ１４ａ，１５ａが圧入固定されて構成されている。
【００２５】
整流子３０は、円筒状の樹脂製円筒部材３３と、樹脂製円筒部材３３の外周面に配設された複数の整流用セグメント３１からなり、複数の整流用セグメント３１の間には整流子溝３１ａが形成されている。また、各整流用セグメント３１の回転子コア１２ｂ側には、巻線１２ａと電気的に接続するための接続片３２が各整流用セグメント３１と一体に形成されている。
【００２６】
回転子コア１２ｂには巻線１２ａが巻回され、巻線１２ａは所定の整流用セグメント３１の接続片３２に接続されている。なお、整流子３０はアンダーカットされる前に回転子コア１２ｂと共にシャフト１３に圧入固定され、巻線１２ａが施された後にアンダーカットされ、整流子溝３１ａが形成される。
【００２７】
次に、本例の整流子３０の構成について説明する。本例の整流子３０は、従来と同様に金属部材がプレス加工されて、一端側にフランジ部分４０ａを有する円筒形状の整流子部材４０が形成され、次に射出成形により整流子部材４０を骨子として樹脂成形が行われ、整流子部材４０の内側に樹脂が充填される。
【００２８】
図４に示すように、射出成形時、整流子部材４０は金型５０内に配置される。金型５０は、キャビティ５１、コア５２を備える。キャビティ５１は、従来と同様に整流子部材４０の内側にシャフト１３の貫通孔３０ａを形成するための柱状の貫通孔形成部５１ａを有する。さらに本例のキャビティ５１には、整流子部材４０の内側壁に近接した位置に複数の細い柱状の溝底孔形成部５１ｂが形成されている。
【００２９】
整流子部材４０が金型５０内に配置されると、整流子部材４０の内側には略円環状の樹脂流入空間が形成される。そして、不図示のランナー及びゲートを通じて前記空間内に樹脂材料が充填される。この空間内に充填された樹脂材料が固化した後、金型５０から樹脂材料と一体になった整流子部材４０を離型することにより、内側面に樹脂層（樹脂製円筒部材３３）が成形された樹脂一体成形品が形成される。また、樹脂製円筒部材３３には、溝底孔形成部５１ｂによって複数の溝底孔３３ａ（図５参照）が形成される。なお、溝底孔３３ａは、樹脂製円筒部材３３を軸方向に貫通するものである。
【００３０】
次に、図５に示すように、フランジ部分４０ａが所定形状に打抜かれ、折り曲げられて、整流子部材４０に巻線１２ａと接合するための接続片３２が形成される。このとき、各接続片３２は溝底孔３３ａの間に位置するように形成される。そして次に、貫通孔３０ａにシャフト１３が圧入され、整流子部材４０と樹脂製円筒部材３３との一体成形品と、シャフト１３とが固定される。
【００３１】
最後に、図６及び図７に示すように、切削加工により整流子部材４０の側面に周方向の複数箇所で軸方向にアンダーカットが形成される。このとき、接続片３２の中間位置に相当する側面部分（溝底孔３３ａの略径方向外側に対応する部分）が、溝底孔３３ａの深さまで切削される。これにより、整流子溝３１ａが形成され、電気的に絶縁された複数の整流用セグメント３１が形成される。なお、本例の整流子３０では、溝底孔３３ａは断面円形で、その直径は整流子溝３１ａの溝幅の２倍程度となっている。
【００３２】
このように、本例の整流子３０では、整流用セグメント３１間に形成された整流子溝３１ａの断面は、従来のように略矩形ではなく底部が曲面に形成されている。また、整流子溝３１ａの底部には溝底孔３３ａが形成されているので、整流子溝３１ａの容積が従来よりも大きくなっている。
【００３３】
次に、回転電機Ｍの作動時における整流子溝３１ａの作用について説明する。回転電機Ｍが作動するとアーマチャ１２が回転し、回転に伴ないスプリングによって付勢されたブラシ１６と整流子３０とが摺接する。ブラシ１６と整流子３０との摺接によってブラシ１６の先端部が摩耗すると、ブラシ摩耗粉が生成される。
【００３４】
このとき、ブラシ摩耗粉はその一部が整流子溝３１ａ内に入り込むが、整流子溝３１ａの底部が曲面となっているため、整流子溝３１ａの底部にはブラシ摩耗粉が堆積し難くなっている。また、大量のブラシ摩耗粉が整流子溝３１ａ内に入り込んだ場合であっても、整流子溝３１ａの容積が従来のものと比して大きくなっているため、目詰まりし難くなっている。
【００３５】
さらに、冷却風が回転電機Ｍの外部から強制的に冷却用パイプ２６を通って、ケーシング内部に導入されており、その冷却風の取入れ口である冷却用孔部２３は、整流子３０の整流用セグメント３１に相対する位置に開口されている。
【００３６】
このため、回転電機Ｍの作動中、冷却風は整流用セグメント３１及び整流子溝３１ａに直接吹き当てられる。したがって、整流子溝３１ａ内に入り込んだブラシ摩耗粉は、整流子溝３１ａに向かって吹き付ける冷却風によって整流子溝３１ａの外部へ吹き飛ばされるようになっている。なお、本例の整流子３０では、整流子溝３１ａの断面積が大きく形成されているので冷却風の吹き抜けは良好となっている。このような構成となっているので、本例の回転電機Ｍにおいては、整流子３０の整流子溝３１ａ内にはブラシ摩耗粉が極めて堆積し難くなっている。
【００３７】
上記したように、本実施の形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本例の回転電機Ｍでは、整流子部材４０等を切削することによって形成される整流子溝３１ａは、予め樹脂製円筒部材３３に形成された溝底孔３３ａと、整流子部材４０の外周面とをつなぐようにして形成される。このため、整流子溝３１ａの底部は曲面となり、従来の整流子溝のように底部に角部がないので、整流子溝３１ａ内に入り込んだブラシ摩耗粉は堆積し難くい。
【００３８】
したがって、整流子溝３１ａにブラシ摩耗粉が堆積することによって生じる整流用セグメント３１間の電気的絶縁不良の発生を有効に防止することができ、回転電機Ｍの特性不良の発生を防止することが可能となる。
【００３９】
（２）また、本例の回転電機Ｍでは、外部から供給される強制冷却風が整流子３０の側面に直接吹き当てられるように構成されている。また、整流子溝３１ａの断面積が大きく形成されていることから、冷却風が整流子溝３１ａを容易に吹き抜けることができるようになっており、排出効果が向上されている。
【００４０】
このため、整流子溝３１ａ内に入り込んだブラシ摩耗粉は、冷却風によって整流子溝３１ａの外部へ効果的に排出される。したがって、整流子溝３１ａへのブラシ摩耗粉の堆積を防止することが可能となっている。
【００４１】
（３）また、本例の回転電機Ｍでは、上記のように整流子溝３１ａを形成して、既存の冷却風の導入口の配置を変更するだけで、整流子溝３１ａへのブラシ摩耗粉の堆積を効果的に防止することが可能である。したがって、別途ブラシ摩耗粉を排出させるための構造を取り付ける必要がなく、製造コストを押し上げることがないので好適である。
【００４２】
（４）また、本例の整流子３０では、整流子溝３１ａの底部には溝底孔３３ａが形成されていることから、整流子溝３１ａの表面積が大きくなると共に、断面積が大きくなる。したがって、整流子溝３１ａを通過する冷却風量が大きくなるので、整流子３０の冷却効果が高まり、整流子３０の寿命が延伸される。
【００４３】
なお、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施の形態では、溝底孔３３ａは射出成形時に金型５０の溝底孔形成部５１ｂによって形成されるが、これに限らず、溝底孔形成部５１ｂを備えていない金型によって整流子部材４０と樹脂製円筒部材３３との樹脂一体成形品を成形し、その後にドリル等によって溝底孔３３ａを形成しても良い。
【００４４】
○また、上記実施の形態では、溝底孔３３ａの直径を整流子溝３１ａの溝幅の２倍程度としているが、これに限らず、溝底孔３３ａの直径が整流子溝３１ａの溝幅と同等以上であれば特に限定されるものではない。例えば、図８（Ａ）に示すように、溝底孔３３ａが略円形であってその径と溝幅が同程度であっても良い。
【００４５】
○また、上記実施の形態では、溝底孔３３ａの断面が略円形とされているが、これに限らず、曲面を有するものであれば、楕円形状や長円形状等であっても良い。例えば、図８（Ｂ）に示すように、溝底孔３３ａが楕円であっても良い。また、同図（Ｃ）に示すように、各角部が曲面に形成された多角形であっても良い。また、整流子溝３１ａの底面が曲面であれば溝底孔３３ａが整流子溝３１ａに対して周方向に対称でなくてもよく、溝底孔３３ａが整流子溝３１ａに対して周方向の一方に偏っていても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の回転電機によれば、ブラシ摩耗粉が整流用セグメント間の溝に堆積することを効果的に防止することができ、回転電機の特性不良の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の回転電機の断面図である。
【図２】実施例の回転電機の底面図である。
【図３】実施例のアーマチャの正面図である。
【図４】整流子部材を射出成形するときの説明図である。
【図５】アンダーカット前の整流子の正面図である。
【図６】整流子の部分断面図である。
【図７】整流子の正面図である。
【図８】別実施例に係る整流子の部分拡大図である。
【符号の説明】
１１　固定子、１２　アーマチャ、１２ｂ　回転子コア、１２ａ　巻線、１３　シャフト、１４，１５　軸受、１４ａ，１５ａ　オイルリターンキャプ、１６　ブラシ、１７　ブラシホルダ、１８　スクリュー、２０　エンドハウジング、２０ａ　膨出部、２０ｂ　側部、２１　ヨークハウジング、２２　ブラケット、２３　冷却用孔部、２６　冷却用パイプ、３０　整流子、３０ａ　貫通孔、３１　整流用セグメント、３１ａ　整流子溝、３２　接続片、３３　樹脂製円筒部材、３３ａ　溝底孔、４０　整流子部材、４０ａ　フランジ部分、５０　金型、５１キャビティ、５１ａ　貫通孔形成部、５１ｂ　溝底孔形成部、５２　コア、Ｍ回転電機

Claims

回転電機のシャフトに挿着される円筒部材と、該円筒部材の外周面に配置され軸方向に沿う整流子溝によって互いに電気的に絶縁された複数の整流用セグメントと、を備える整流子であって、
前記整流子溝は前記円筒部材の所定深さまで形成され、前記整流子溝の底面は曲面に形成されたことを特徴とする整流子。
前記整流子溝は、前記整流子の一方の軸方向端面から他方の軸方向端面まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の整流子。
前記整流子溝の底面の曲面は、前記円筒部材を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の整流子。
回転電機のシャフトに挿着される円筒部材と、該円筒部材の外周面に配置され軸方向に沿う整流子溝によって互いに電気的に絶縁された複数の整流用セグメントと、を備える整流子の製造方法であって、
円筒形状の整流子部材の内側に前記円筒部材を一体に成形すると共に、該円筒部材に該円筒部材を軸方向に貫通する複数の貫通孔を形成して一体成形品を形成する工程と、
該一体成形品を前記シャフトに挿着する工程と、
前記貫通孔の略径方向外側に対応する前記円筒部材の所定箇所を前記貫通孔まで切削することにより前記整流子溝を形成する工程と、を備えたことを特徴とする整流子の製造方法。
シャフトに挿着された整流子と、該整流子を収容するハウジングと、を備えた回転電機であって、
前記整流子は、円筒部材と、該円筒部材の外周面に配置され軸方向に沿う整流子溝によって互いに電気的に絶縁された複数の整流用セグメントと、を備え、
前記整流子溝は前記円筒部材の所定深さまで形成され、前記整流子溝の底面は曲面に形成されたことを特徴とする回転電機。
前記整流子溝は、前記整流子の一方の軸方向端面から他方の軸方向端面まで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
前記整流子溝の底部の曲面は、前記円筒部材を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の回転電機。
前記ハウジングには、前記回転電機内部を冷却するための冷却風を導入するための冷却用孔部が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
前記冷却用孔部は、前記冷却風が前記整流子の径方向外側から径方向内側に向かって吹き付けられるように前記ハウジングに形成されたことを特徴とする請求項８に記載の回転電機。