JP2004336886A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電機子鉄心は、所定枚数のコアシート13を3つのシートブロックに分割して構成される。コアシート13は、薄鋼板をプレス成形したもので、中央部に形成された軸穴13aの外周側に連通穴13cが形成され、その連通穴13cが軸穴13aと連通している。各シートブロックは、複数枚のコアシート13を互いの連通穴13c同士が一致する様に積層され、且つ周方向に所定角度ずれた状態で重ね合わされている。これにより、電機子鉄心には、各コアシート13の連通穴13c同士が連通することで、軸方向全体に電機子鉄心の内部を通り抜ける空気通路が形成されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定枚数のコアシートを積層して回転軸に固定される回転子鉄心を備えた回転電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術として、例えば特許文献1あるいは特許文献2に記載された回転電機の電機子が知られている。
この電機子は、回転軸と、電機子コイルが巻線される電機子鉄心とを有している。電機子鉄心は、複数枚のコアシートを積層して構成され、各コアシートの中央部に形成された穴同士が軸方向に連通して、電機子鉄心の軸方向に貫通する軸穴を形成し、その軸穴に回転軸が圧入固定されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−214481号公報
【特許文献2】
特開2002−199626 公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の電機子は、回転軸を電機子鉄心の軸穴に圧入する際に、回転軸の外周面が全周に亙って軸穴の内周に摺接するため、圧入荷重が大きくなって作業性が悪化するという問題がある。これに対し、圧入荷重を下げることが考えられるが、軸穴と回転軸との圧入代を下げ過ぎると、電機子鉄心が回転軸に強固に固定されないため、圧入代を下げるにも限界がある。
また、回転軸の外周面にローレットを設ける場合は、電機子鉄心に対する圧入を強固に行うことができる一方、軸穴の形状を正確に加工する必要が生じるため、コストアップに繋がる。
【0005】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、回転軸を回転子鉄心に圧入する際の作業性を悪化させることなく、回転子鉄心を回転軸に強固に固定でき、且つコアシートに設けられる軸穴の加工精度をラフにできる(コストダウンが可能)回転電機を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(請求項1の発明)
本発明は、回転自在に支持される回転軸と、所定枚数のコアシートを積層して回転軸に固定される回転子鉄心とを有する回転電機において、コアシートは、中央部に回転軸が圧入される軸穴が形成されると共に、その軸穴より外周側に軸穴と連通する連通穴が形成され、回転軸は、軸穴に圧入される外周面が滑らかに形成されていることを特徴とする。
【0007】
上記の構成によれば、軸穴の開口形状が完全な円形ではなく、連通穴によって分断されているので、回転軸を回転子鉄心の軸穴に圧入する際に、軸穴周辺の変形部が連通穴に逃げることができる。その結果、回転軸の圧入荷重を低減でき、作業性が向上すると共に、軸穴と回転軸との圧入代を下げ過ぎることもないので、回転子鉄心に回転軸を強固に固定できる。また、軸穴に圧入される回転軸の外周面が滑らかであるため、軸穴の加工精度もラフにできる。
【0008】
(請求項2の発明)
請求項1に記載した回転電機において、
回転子鉄心は、所定枚数のコアシートに形成された連通穴同士が軸方向に連通していることを特徴とする。
この構成によれば、各コアシートの連通穴同士が軸方向に連通することで、回転子鉄心の内部を軸方向に通り抜ける空気通路が形成されるため、回転子の回転時に空気通路を流れる空気流が発生する。その結果、空気流によって回転子が好適に冷却されるので、回転子の高回転化が可能になる。
【0009】
(請求項3の発明)
請求項2に記載した回転電機において、
コアシートは、連通穴の位置が周方向に所定角度ずれた状態で積層されていることを特徴とする。
所定枚数のコアシートは、連通穴の位置を全て一致させる必要はなく、回転子鉄心に空気通路が形成できる範囲で周方向にずれていても良い。
【0010】
(請求項4の発明)
請求項2に記載した回転電機において、
回転子鉄心は、所定枚数のコアシートが複数のブロックに分割して積層され、そのブロックを形成する各コアシートは、連通穴の位置が周方向に所定角度ずれた状態で積層されていることを特徴とする。
この構成では、所定枚数のコアシートを複数のブロックに分割して回転軸に固定できるため、作業性を向上できる。
【0011】
(請求項5の発明)
請求項3または4に記載した回転電機において、
コアシートは、連通穴の位置が同一周方向に1スロットピッチずれた状態で積層されていることを特徴とする。
この場合、連通穴の位置がずれてもスロットの位置がずれることはないので、スロット内へコイルを挿入する作業に支障は生じない。
【0012】
(請求項6の発明)
請求項2に記載した回転電機において、
回転子鉄心は、所定枚数のコアシートが複数のブロックに分割して積層され、そのブロック毎に、連通穴の位置が周方向に一致していることを特徴とする。
複数のブロックは、回転子鉄心に空気通路が形成できる範囲で、互いの連通路の位置が周方向にずれていても良い。
【0013】
(請求項7の発明)
請求項6に記載した回転電機において、
複数のブロックは、それぞれのコアシートに形成された連通穴の位置が同一周方向に1スロットピッチずれた状態で積層されていることを特徴とする。
この場合、連通穴の位置がずれてもスロットの位置がずれることはないので、スロット内へコイルを挿入する作業に支障は生じない。
【0014】
(請求項8の発明)
請求項1〜7に記載した何れかの回転電機において、
回転子鉄心に巻線される回転子コイルを有し、
その回転子コイルは、回転子鉄心のスロット内に配置されるコイル辺と、このコイル辺と電気的に接続され、且つ回転子鉄心の軸方向一端面と略平行に配置されるコイル端とを有し、このコイル端が整流子片として設けられ、その整流子面にブラシが当接していることを特徴とする。
この構成では、空気通路を流れる空気流によってブラシ粉(ブラシの摩耗粉)を回転子の外部に排出できるので、整流の悪化を抑制でき、ブラシ寿命を向上できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1はコアシートの平面図(電機子の軸方向正面図)、図3は回転電機の断面図である。
本実施形態の回転電機1は、例えばエンジンを始動するためのスタータモータに適用されるもので、図3に示す様に、磁気枠を形成する円筒形状のヨーク2と、このヨーク2の内周に固定された複数の固定磁極3(永久磁石)、固定磁極3の内側で回転自在に支持された電機子4(図5参照)、及びこの電機子4にバッテリ電流を流すためのブラシ5等より構成される。
【0016】
電機子4は、回転軸6と、この回転軸6に固定される電機子鉄心7、この電機子鉄心7に巻線される電機子コイル(下述する)、及び電機子コイルの一部を利用して形成される整流子(下述する)等より構成される。
回転軸6は、電機子4の前側を覆う隔壁部8と、ヨーク2の後端開口部を閉塞するエンドフレーム9とに、それぞれ軸受10、11を介して回転自在に支持されている。なお、軸受10に支持された回転軸6の前端部には、例えば遊星歯車減速装置の遊星ギヤ(図示せず)に噛み合う太陽ギヤ12が形成されている。
【0017】
電機子鉄心7は、図2に示す様に、所定枚数のコアシート13(図1参照)を、例えば3つのシートブロック14(14A、14B、14C)に分割して構成され、各シートブロック14の中央部を貫通する軸穴13aに回転軸6を圧入して固定されている(図4参照)。
コアシート13は、薄鋼板をプレス成形したもので、例えば図1に示す様に、中央部に前記軸穴13aが形成され、外周部に多数のスロット13bが周方向に同一ピッチで連続して形成されている。また、軸穴13aの外周側(スロット13bより内周側)には、軸穴13aに連通する連通穴13cが3カ所、周方向等間隔に形成されている。
【0018】
各シートブロック14は、それぞれ複数枚のコアシート13を互いの連通穴13c同士が一致する(各連通穴13cの周方向位置が同一となる)様に積層され、且つ軸方向に隣合うシートブロック14同士が同一周方向に所定角度(例えば1スロットピッチ分)ずれた状態で重ね合わされている(図1参照)。これにより、電機子鉄心7には、各シートブロック14毎に連通するコアシート13の連通穴13cが、隣合うシートブロック14同士でも部分的に連通することにより、軸方向全体に電機子鉄心7の内部を通り抜ける空気通路15が形成されている。但し、この空気通路15は、回転軸6と平行ではなく、軸方向の一端から他端へ向かって周方向に捩じれた状態で形成されている。
【0019】
なお、本実施形態の回転軸6は、電機子鉄心7の軸穴13aに圧入される外周面が滑らかに形成されている。この場合、「滑らか」とは、回転軸6の外周面にローレット等の凹凸が形成されていない状態であり、いわゆる鏡面仕上げを意味するものではない。
電機子コイルは、図3および図5に示す様に、所定数(スロット13bの数と同数)の内側導体16と外側導体17とで構成され、その内側導体16と外側導体17とを電機子鉄心7に組み付けた後、両者の端部同士を電気的に接合して形成される。
【0020】
内側導体16は、電機子鉄心7のスロット13bに挿入される内側コイル辺16aと、この内側コイル辺16aの両端からそれぞれスロット13bの外側に取り出されて、電機子鉄心7の端面と略平行に配置される一組の内側コイル端16bとで構成される。また、その内側コイル端16bの先端部には、軸方向反鉄心側へ突き出た突出部16cが設けられ、この突出部16cに外側導体17の端部が接合される(図3参照)。
電機子鉄心7の端面と内側コイル端16bとの間には、両者間を絶縁する絶縁板18が配置される。なお、この絶縁板18には、空気通路15に連通する連通口18a(図3参照)が形成されている。
【0021】
外側導体17は、電機子鉄心7のスロット13b内で内側コイル辺16aの外側に挿入される外側コイル辺17aと、この外側コイル辺17aの両端からそれぞれスロット13bの外部に取り出されて、内側コイル端16bの軸方向外側に配置される一組の外側コイル端17bとで構成される。この外側コイル端17bは、図5に示す様に、外径側から内径側へ向かって、軸方向の断面幅(厚み)が次第に厚くなる様に形成され、且つ外径側から内径側まで略等断面積に設けられている。
【0022】
また、外側コイル端17bは、軸方向の反鉄心側端面が、回転軸6と直交する面(電機子鉄心7の端面と平行な面)に対し所定角度αだけ傾斜して設けられている。具体的には、外径側から内径側へ向かって軸方向の断面幅が厚くなる分だけ、回転軸6と直交する面に対し傾斜している。更に、図5の右側に配置される一方の外側コイル端17bは、整流子片として使用され、軸方向の反鉄心側端面が整流子面17cとなる。
内側コイル端16bと外側コイル端17bとの間には、両者間を絶縁する絶縁板19が配置される。
【0023】
ブラシ5は、例えば銅材料によって形成され、図3に示す様に、ブラシスプリング20と共にブラシホルダ21の内部に挿入されて、上記の整流子面17cに軸方向から当接してブラシスプリング20により付勢されている。なお、整流子面17cに当接するブラシ5の端面は、整流子面17cの傾斜角度αに合わせて傾斜している。
【0024】
(本実施形態の効果)
電機子鉄心7に使用されるコアシート13には、回転軸6を圧入する軸穴13aの外周側に連通穴13cが形成され、この連通穴13cが軸穴13aと連通している。この構成では、軸穴13aの開口形状が完全な円形ではなく、連通穴13cによって分断されている(軸穴13aの開口形状が円形に閉じていない)ので、回転軸6を軸穴13aに圧入する際に、軸穴13a周辺の変形部が連通穴13cに逃げることができる。
【0025】
その結果、軸穴13aの開口形状が円形に閉じている(連通穴13cと連通していない)場合と比較すると、軸穴13aへの回転軸6の圧入荷重を低減できるため、作業性が向上すると共に、軸穴13aと回転軸6との圧入代を下げ過ぎることもないので、電機子鉄心7を回転軸6に強固に固定できる。また、軸穴13aに圧入される回転軸6の外周面が滑らかである(ローレットを設けていない)ため、軸穴13aの加工精度もラフにできる。
【0026】
更に、電機子鉄心7には、各コアシート13の連通穴13c同士が軸方向に連通して空気通路15が形成されるので、電機子4の回転時に空気通路15を流れる空気流が発生し、その空気流によって電機子4が好適に冷却されるため、電機子4の高回転化が可能になる。また、空気通路15は、回転軸6と平行ではなく、軸方向の一端から他端へ向かって周方向に捩じれた状態で形成されているため、電機子4の回転時に発生する空気流の旋回方向に空気通路15の捩じれ方向を合わせることで、空気抵抗を低減でき、電機子4に対する冷却効果を高めることが可能になる。
【0027】
また、本実施形態に記載した電機子4は、一方の外側コイル端17bを整流子片として使用し、その整流子面17cにブラシ5が配置されるため、ブラシ5の摩耗粉が電機子4等に付着する可能性がある。これに対し、電機子鉄心7の内部を軸方向に通り抜ける空気通路15が形成されていると、ブラシ5の摩耗粉が空気通路15を通り抜ける空気流によって電機子4の外部に排出できるので、整流の悪化を抑制でき、且つブラシ5の寿命向上も可能になる。
【0028】
(変形例)
上記の実施形態では、3つのシートブロック14A、14B、14Cを周方向にずらして組み合わせているが、各シートブロック14を周方向にずらすことなく組み合わせても良い。この場合、電機子鉄心7に形成される空気通路15は、周方向に捩じれることなく、回転軸6と平行に形成されるが、電機子4の冷却効果、及びブラシ粉の排出効果を得ることはできる。
【0029】
また、上記の実施形態では、所定枚数のコアシート13を3つのシートブロック14に分割して組み合わせているが、必ずしも複数のシートブロック14に分割する必要はない。つまり、所定枚数のコアシート13を全部重ね合わせた状態で、軸穴13aに回転軸6を圧入固定しても良い。この場合、各コアシート13を周方向にずらして配置しても良いし、各コアシート13の連通穴13cが一致する様に積層しても良い。
【0030】
なお、コアシート13あるいはシートブロック14を周方向にずらして積層する場合は、そのずらし角度をスロットピッチの整数倍に設定することで、電機子鉄心7の軸方向に各スロット13bが一直線上に配置されるので、スロット13bに電機子コイル(内側コイル辺16a及び外側コイル辺17a)を挿入する際に支障を生じることはない。従って、内側導体16と外側導体17を新たに設ける必要がなく、従来品を使用することができる。
【0031】
更に、上記の実施形態では、全てのコアシート13に形成された連通穴13cが軸方向に連通して空気通路15を形成しているが、回転軸6を軸穴13aに圧入する際の作業性向上を得るためには、必ずしも電機子鉄心7に空気通路15が形成される必要はない。つまり、各コアシート13の連通穴13cが軸方向に連通していなくても、回転軸6を軸穴13aに圧入する際の圧入荷重を低減できる効果を得ることはできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電機子鉄心(コアシート)を軸方向から見た正面図である。
【図2】電機子鉄心の半断面図である。
【図3】回転電機の断面図である。
【図4】電機子鉄心に回転軸を圧入した状態を示す半断面図である。
【図5】電機子の断面図である。
【符号の説明】
1 回転電機
4 電機子(回転子)
5 ブラシ
6 回転軸
7 電機子鉄心(回転子鉄心)
13 コアシート
13a 軸穴
13b スロット
13c 連通穴
14 シートブロック(ブロック)
17a 外側コイル辺(コイル辺)
17b 外側コイル端(コイル端)
17c 整流子面
Claims (8)
- 回転自在に支持される回転軸と、
所定枚数のコアシートを積層して前記回転軸に固定される回転子鉄心とを有する回転子を備えた回転電機において、
前記コアシートは、中央部に前記回転軸が圧入される軸穴が形成されると共に、その軸穴より外周側に前記軸穴と連通する連通穴が形成され、
前記回転軸は、前記軸穴に圧入される外周面が滑らかに形成されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1に記載した回転電機において、
前記回転子鉄心は、前記所定枚数のコアシートに形成された前記連通穴同士が軸方向に連通していることを特徴とする回転電機。 - 請求項2に記載した回転電機において、
前記コアシートは、前記連通穴の位置が周方向に所定角度ずれた状態で積層されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項2に記載した回転電機において、
前記回転子鉄心は、前記所定枚数のコアシートが複数のブロックに分割して積層され、そのブロックを形成する各コアシートは、前記連通穴の位置が周方向に所定角度ずれた状態で積層されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項3または4に記載した回転電機において、
前記コアシートは、前記連通穴の位置が同一周方向に1スロットピッチずれた状態で積層されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項2に記載した回転電機において、
前記回転子鉄心は、前記所定枚数のコアシートが複数のブロックに分割して積層され、そのブロック毎に、前記連通穴の位置が周方向に一致していることを特徴とする回転電機。 - 請求項6に記載した回転電機において、
前記複数のブロックは、それぞれの前記コアシートに形成された前記連通穴の位置が同一周方向に1スロットピッチずれた状態で積層されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜7に記載した何れかの回転電機において、
前記回転子鉄心に巻線される回転子コイルを有し、
その回転子コイルは、前記回転子鉄心のスロット内に配置されるコイル辺と、このコイル辺と電気的に接続され、且つ前記回転子鉄心の軸方向一端面と略平行に配置されるコイル端とを有し、このコイル端が整流子片として設けられ、その整流子面にブラシが当接していることを特徴とする回転電機。
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