JP2006174589A

JP2006174589A - 回転電機

Info

Publication number: JP2006174589A
Application number: JP2004363034A
Authority: JP
Inventors: Hideo Sakano; 秀夫坂野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】車両の始動装置であるスタータなど回転電機は小型軽量、高耐振性の要求がますます強くなっており、小径化でかつ高耐振性の確保が必要になってきている。
【解決手段】フレーム３と、電機子５を内蔵するヨーク２の取付外形部が、電機子５を内蔵するヨーク２の本体外形部より径大の段付き形状で構成され、結合部強度アップと段付形状の補強効果で耐振性の向上を図り、また、該径大部２３の内側にブラシ機構を配設することで、ブラシ長や電気絶縁距離を大きく取り、耐久性の向上を図る。さらに、プラス電位のブラシ保持部６１に延長辺６５を所定の隙間６９が確保可能な位置に設け、これと対向する位置の該径大部分に水抜孔２６を配設し、ブラシ磨耗粉や水抜きを可能とするとともに外部からの直接被水防止効果を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのスタータモータなどの用途に好適な回転電機に関する。

〔従来の技術〕
自動車エンジンに配置され、エンジン始動に使用されるスタータモータなどの回転電機は、近年、車両の軽量化、高出力化に伴い、小型軽量と耐振性の強化が要求されている。従来の回転電機は、特許文献１に記載の如く、内側に磁界装置を内蔵したヨークの形状を、一端が開口し他端が閉塞した有底円筒状とし、その開口端にフレームを締結した構造を有している。

特許第２５０３５７５号公報（第１図、第１−６頁）

近年、車両の軽量化、エンジンの高出力化に伴い、始動装置であるスタータは、小型軽量化と耐振性の増大とが要求されている。小型軽量化のためには、ヨークの小型化が有効であるが、ヨークをそのまま小型化するとヨークのフレームとの連結部が小径となり構造強度が低下する。このため、連結部の振動保持力が低下し、耐振性に対する余裕が少なくなる可能性がある。
本発明の目的は、小型軽量化でき、かつ耐振性が向上できる回転電機を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
この発明は、一端が開放するとともに連結部を有し、他端に軸受構造部を有する筒状のヨークと、軸穴を有し、ヨークの一端を塞ぐようにして締結されるフレームと、ヨーク内に同軸的に収容されるとともに、一端が軸穴を挿通して回転自在に支持され、他端がヨークの軸受構造部に回転自在に支持された回転軸を有する電機子とを備えた回転電機において、
ヨークは径大の連結部と、該連結部より径小のヨーク本体部とからなる構成を採用した。
この構成によれば、小径化した電機子に呼応しヨーク本体部を小径化しても、ヨークのフレームへの連結部分は必要な外径を確保できるので、構造強度は確保できる。このため、連結部により、振動保持力（耐振強度）が大幅に向上できる。また、電機子、ヨークの小型化に伴い軽量化も図れ、これにより小型軽量化と高耐振性とが達成できる。

〔請求項２の手段〕
請求項１に記載の回転電機において、径大の連結部と径小のヨーク本体部との間は段付き形状を採用している。
この構成によれば、段付き部において径大段差が当該段付き部の剛性アップを図り、振動荷重に対する曲げや捩り強度や繰返し疲れ強度も高められる。このため、連結部の振動保持力（耐振強度）は向上する。

〔請求項３の手段〕
請求項１または２に記載の回転電機において、径大の連結部内にブラシ機構を配置する構成を採用している。この構成によれば、ヨーク内側の広い空間にブラシ機構を配置することが可能で、複数対のブラシ配置や、ブラシ長の長い長寿命ブラシ化や、通電部位である整流子からの径大ヨークやフレーム内面の絶縁距離が大きくとれ、絶縁低下を起こさせず、高性能、高耐久性を確保できる。

〔請求項４の手段〕
請求項２に記載の回転電機において、径大の連結部の下位には水抜孔が開けられており、ブラシ機構は、所定位置にブラシ保持部を有する絶縁体製のブラシホルダと、ブラシ保持部内に中心方向に付勢されて保持されたブラシとを有しており、ブラシ保持部他端側に延長辺を有するとともに、該延長辺は水抜孔に対向し、径大の連結部内側を段付き部と所定の隙間を保って覆う構成を採用している。この構成によれば、延長辺により覆い隠せた径大ヨークやフレーム内面（ボデーアース部）との絶縁機能を向上させることができる。また、延長辺と径大ヨーク段付き部との隙間を所定の大きさにすることにより、ブラシ磨耗粉や水抜きを可能とするとともに外部からの直接的被水防止効果を得ることができる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は、小形二輪車のスタータに使用される回転電機１を示す。
回転電機１は、一端が開放し連結部２１を有し、他端が閉じた筒状のヨーク本体部２２を有するヨーク２を備えている。また、ヨーク２の内側には磁界装置（磁極）であるマグネット８１が固定されており固定子８を形成する。固定子８はステータとも呼び回転電機の主要静止部分である。

ヨーク２は、円筒状を呈しており、開放した連結部２１は、径の大きい径大部２３となっている。ヨーク本体部２２は側壁２４で閉塞し、側壁２４の中央には小径筒部の軸受保持部２５が膨出形成されている。従来の回転電機では、ヨーク２は連結部２１からヨーク本体部２２まで径大部２３と同一の外形であった。この発明では、連結部２１側の径大部２３近傍だけを従来と同一の外形とし、残部の円筒状ヨーク本体部２２を径小に形成している。このため、電機子５の外形も小径に形成して小型軽量化を図ることができるとともに、磁界装置の改良で出力の低下を防止している。

ヨーク２の径大部２３と径小のヨーク本体部２２は、段付き構造（テーパ構造を含む）となっており、また該段付き部は径大部２３と径小のヨーク本体部２２とをプレス機械等で二段絞り成型され、一体的にかつ隅アールを具備し作られる。よって、格段に剛性が増強されるとともに隅部の応力集中が避けられる構造となっている。また、該径大・径小二段構成ヨークはフレームを従来のものを使うことが可能で、新たに該二段構成ヨーク用にフレームを新設することなく共用でき、品揃えに対し標準化しやすいという効果もある。

ヨーク２の連結部２１には、軸穴３１を有するフレーム３が締結されている。ヨーク２内には回転軸４を有する電機子５が、同軸的に収容されている。フレーム３は、一端側に径小のボス部３２、他端側に径大の筒部３３が設けられ、ボス部３２と筒部３３との間は端壁３４で連結されている。筒部３３の他端には外周段部３５が円環状に周設され、外周段部３５とヨーク２の径大部２３とは、インロウ嵌合してねじ４０により締結され、ヨーク２とフレーム３が同軸的にかつ強固に連結されている。これによりヨーク２は片持梁構成ながら径大部２３の強度アップや段付き部の剛性アップ、および隅部の応力集中回避により、耐振強度が向上し、高耐久性が確保できる。

回転軸４は、一端がボス部３２から突き出してボス部３２を挿通するとともに軸受４１によりボス部３２に回転自在に支持され、他端は軸受保持部２５に軸受４２を介して回転自在に支持されている。また、回転軸４の一端にはピニオンギア４３が構成されており、電機子５の回転力を無理なく図示しないフライホイールに伝え、エンジンの始動を果たす。また、回転力を無理なくフライホールに伝えるにはスプラインであってもよい。

回転子（ロータとも言う）７は、回転軸４の外周に、整流子（コンミテータとも言う）５１および電機子５が嵌合保持され、回転部分を構成し、それぞれブラシ機構６および磁界装置であるマグネット８１と対向する位置に配設されている。また、電機子５はアーマチャコア５２の放射状に複数個配列する各スロット間に絶縁被覆電線が巻かれアーマチャコイル５３を形成し、このコイルの始端と終端が前記整流子５１の互いに絶縁された整流子片（セグメントとも言う）５５に組合的に電気的接続が図られている。該電機子５は磁界装置であるマグネット８１が発生する磁界との相対運動によって、入力電流を回転出力に変換するものである。また、整流子５１は、前記整流子片５５とブラシ６３と共同しアーマチャコイル５３の各コイルに流れる電流の向きを順次切り替える（整流）ものである。

ヨーク２の径大部２３およびフレーム３の筒部３３の内側にはブラシ機構６が配置されている。ブラシ機構６は、絶縁体製で所定位置にブラシ保持部６１を有するブラシホルダ６２と、ブラシ保持部６１内にブラシスプリング６４により中心方向に付勢されたブラシ６３とを有している。

ブラシ保持部６１は、この実施例では等間隔に４個が設けられており、交互にプラスの電位およびマイナスの電位と接続している。プラス電位のブラシ保持部６１にはプラス端子６６と電気的に導通する導体６７がブラシホルダ６２にモールドされており、該導体６７に接続されたピッグテール６８によってブラシに接続し、電流を流すことができる。一方、マイナス電位のブラシ保持部６１は同様にブラシホルダ６２にモールドされた導体に電気的に接続され、該導体は例えばフレーム３等にボデーアースされる。これによりプラス端子６６に印加されたプラス電位は、該ピッグテール６８とブラシ６３から整流子５１に流れ、整流子片５５で整流されて順次アーマチャコイルに流れ、磁界の中で回転力に変換される。続いて前記流れと逆順序でボデーアースされているマイナス電位に流れ込む。

この実施例では等間隔に４個つまりプラス・マイナス２対のブラシを有しているが、これは単に一対で構成してもよい。高出力を得るためには２対である４−ブラシの方が電流を大きく取れることから好適であり、ブラシ機構６をヨークの径大部２３内に内在させることは広いスペースゆえに４−ブラシ構成が採用でき、高性能化が可能となる効果を有する。

プラス電位のブラシ保持部６１には、その外周側部の磁界装置方向（ヨーク他端側）に放電防止のための延長辺６５が一体に、所定の幅と長さをもって延設されている。該延長辺６５はブラシ保持部６１同様絶縁材製であり、プラス電位側の被覆されないピッグテール６８やブラシ６３および整流子５１と、ボデーアースを兼ねるフレーム３やヨーク２とを隔てるようにその間に配設され、振動やその共振から生じるピッグテール６８等による短絡（ショート）故障を防止する。本構成は、電圧が１２ボルトの小形二輪車用の回転電機実施例で示したが、これを２４ボルトのディーゼルエンジンや４８ボルトのバッテリーホークリフトのように高電圧仕様車にも一層好適であるという効果を有する。

ヨーク２の径大部２３の下位には、水抜孔２６が形成されている。前記延長辺６５は水抜孔２６の図示対向位置に覆置され、また、径大部２３とヨーク本体部２２とを連結する段付き部の内側と隙間６９を保持して配設されている。
水抜孔２６は通気孔の機能からブラシ磨耗粉や、内部で結露した水の排出をする。
延長辺６５は適当な隙間６９を有して配置されているので前記水抜孔２６の基本的効果をなんら損なうものでなく、加えて回転電機１が被水して、水などが直接的にヨーク内に浸入することを防止している。
実施例では延長辺６５は一段で、段付き部と適当なストレートな隙間６９を有するものとしたが、これを多段にまたジグザグな隙間、すなわち迷路構造となすことも可能である。一般に水抜孔は前記被水の浸水防止のためにパイプ状水抜孔にしたり、パイプにビニールホースを差込み所定の位置まで引き回して排水する構造を取って処置する場合が多いが、本発明によれば、延長辺６５と単孔の組合構成にて、簡単に確実に処理ができる効果がある。

フレーム３の端壁３４の内径には径小筒部３９が構成され、オイルシール３６が狭着されそのリップ面が前記回転軸４の外周と回転摺動する。オイルシール３６はエンジンに取り付けたとき、エンジンの（高圧）潤滑油の回転子側浸入を防止する。ボス部３２の矩形溝にＯ−リング３７が装着される。Ｏ−リング３７は該回転電機１がエンジンに搭載されたときエンジンの（高圧）潤滑油が外部に漏れたり、また逆に外部からの浸水等を防止する。端壁３４部分の外周側に該回転電機１をエンジンに取り付ける取付フランジ３８を有する。前記ボス部３２をエンジン側装着孔に挿入嵌合し、前記Ｏ−リング３７に適度な殺し代を設けて前記取付フランジ３８を締結する。これら構成により、確実、堅固な取付が図れ、耐振性、耐久性が向上する。

〔実施例１の効果〕
一端が開放するとともに連結部２１を有し、他端に軸受構造部を有する筒状のヨーク２と、軸穴を有し、ヨーク２の一端を塞ぐようにして締結されるフレーム３と、ヨーク２内に同軸的に収容されるとともに、一端が軸穴を挿通して回転自在に支持され、他端がヨーク２の軸受構造部に回転自在に支持された回転軸４を有する電機子５とを備えた回転電機１において、ヨーク２は径大の連結部２１と、該連結部２１より径小のヨーク本体部２２とからなる構成を採用した。この構成によれば、小径化した電機子５に呼応しヨーク本体部２２を小径化しても、ヨーク２のフレーム３への連結部分は必要な外径を確保できるので、構造強度は確保できる。このため、連結部２１により、振動保持力（耐振強度）が大幅に向上できる。また、電機子５、ヨーク２の小型化に伴い軽量化も図れ、これにより小型軽量化と高耐振性とが達成できる。
加えて、該構成のヨーク２は、従来フレームとの組合せが可能で、フレームを新設することなく共用でき、品揃えに対し標準化し易いという効果もある。

また、前記回転電機１において、径大の連結部２１と径小のヨーク本体部２２との間は段付き形状を採用している。
この構成によれば、段付き部において該段差が当該段付き部の剛性アップを図り、振動荷重に対する曲げや捩り強度、および繰返し疲労強度が高められる。このため、連結部２１の振動保持力（耐振強度）は向上する。

また、前記回転電機１において、径大の連結部２１内にブラシ機構６を配置する構成を採用している。この構成によれば、ヨーク２内側の広い空間にブラシ機構６を配置することが可能で、複数対のブラシ配置や、ブラシ長の長い長寿命ブラシ化や、通電部位である整流子５１からの径大部２３やフレーム３内面の絶縁距離が大きくとれる。これにより絶縁低下を起こすことなく高耐久性を確保でき、また、ブラシ６３に流す電流を大きく取れることより高出力を得やすく、かつ高寿命であるという効果を有する。

また、前記回転電機１において、径大の連結部２１の下位には水抜孔２６が開けられており、ブラシ機構６は、所定位置にブラシ保持部６１を有する絶縁体製のブラシホルダ６２と、ブラシ保持部６１内に中心方向に付勢されて保持されたブラシ６３とを有しており、ブラシ保持部６１他端側に延長辺６５を有するとともに、該延長辺６５は水抜孔２６に対向し、径大の連結部２１内側を段付き部と所定の隙間６９を保って覆う構成を採用している。

この構成によれば、延長辺６５により覆い隠せた径大部２３やフレーム３内面（ボデーアース部）との絶縁機能を向上させることができ、電圧が１２ボルトの小形二輪車のスタータに限定されることなく、高電圧用途にも一層好適となる効果を有する。また、延長辺６５と径大部２３の段付き部との隙間６９を所定の大きさにすることにより、ブラシ磨耗粉や水抜きを可能とするとともに、外部からの直接的被水防止効果を得ることができる。

回転電機の部分断面図である（実施例１）。回転電機の分解斜視図である（実施例１）。

符号の説明

１回転電機
２ヨーク
３フレーム
４回転軸
５電機子
６ブラシ機構
７回転子
８固定子
２１ヨーク連結部
２２ヨーク本体部
２３ヨーク径大部
２６水抜孔
３１軸穴
３２ボス部
３３筒部
３５外周段部
３８取付フランジ
３９径小筒部
４１、４２軸受
５１整流子
５２アーマチャコア
５３アーマチャコイル
５５整流子片
６１ブラシ保持部
６２ブラシホルダ
６３ブラシ
６４ブラシスプリング
６５延長辺
６６プラス端子
６７導体
６８ピッグテール
６９隙間
８１マグネット

Claims

一端が解放するとともに連結部を有し、他端に軸受構造部を有する筒状のヨークと、軸穴を有し、前記ヨークの一端を塞ぐように締結されるフレームと、前記ヨーク内に同軸的に収容され、一端が前記軸穴を挿通して回転自在に支持され、他端が前記ヨークの軸受構造部に回転自在に支持された回転軸を有する電機子とを備えた回転電機において、
前記ヨークは、径大の前記連結部と該連結部より径小のヨーク本体部とからなることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、前記径大の連結部と前記径小のヨーク本体部との間は,段付き形状となっていることを特徴とする回転電機。
請求項１または２に記載の回転電機において、前記径大の連結部内にブラシ機構が配置されていることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、前記径大の連結部の下位には水抜孔が開けられており、前記ブラシ機構は、所定位置にブラシ保持部を有する絶縁体製のブラシホルダと、前記ブラシ保持部内に中心方向に付勢されて保持されたブラシとを有しており、前記ブラシ保持部他端側に延長辺を有するとともに、該延長辺は前記水抜孔に対向し、前記径大の連結部内側を前記段付き部と所定の隙間を保って覆うことを特徴とする回転電機。