JP2007116795A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】通電特性が、スルーボルト１９の締め付け力に左右されず、安定的な直流電動機１を提供することを目的とする。
【解決手段】スルーボルト１９の外周に周溝２０を設け、ホルダプレート２３に周溝２０を挟む挟み部２４を設け、負極ブラシ５ｂと導通状態にある挟み部２４から、スルーボルト１９に通電させる。スルーボルト１９の周溝２０とホルダプレート２３の挟み部２４が接触することにより、主たる通電経路を、挟み部２４から、スルーボルト１９を介して、フロントフレーム１８またはエンドフレーム１７に通電される通電経路とする。スルーボルト１９を締め付けていっても、挟み部２４の内周縁と周溝２０の外周のみが接触しているだけであり、スルーボルト１９の締め付け力によって接触抵抗が影響を受けることなく、通電特性が安定的である。その結果、直流電動機１の性能が安定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシを有する回転電機に関するものである。

回転電機には、ヨークの内部に整流子を有する回転子が設けられ、整流子には、ブラシホルダに保持されたブラシが摺接する。ブラシには、正極ブラシと負極ブラシがあり、両ブラシを保持するホルダボックスが取り付けられるホルダプレートを介してボディアースされる方式の回転電機が、例えば、特許文献１に開示されている。

図５に示すような、従来のボディアース式の回転電機１００では、負極ブラシ１１０と導通状態にあるホルダプレート１２０が、エンドフレーム１３０とヨーク１４０との間に挟まれて配されることにより、ホルダプレート１２０からヨーク１４０及びエンドフレーム１３０に通電されボディアースされている。
特開平８−３３４０７９号公報

しかしながら、この従来技術によれば、ホルダプレート１２０をエンドフレーム１３０とヨーク１４０との間に挟み、スルーボルト１５０で締め付けるため、スルーボルト１５０の締め付け力により、ヨーク１４０またはエンドフレーム１３０との接触抵抗が変化してしまうという不具合があった。接触抵抗の変化は通電特性に大きく影響し、結果として、回転電機１００の性能を安定的に供給できないという不具合を生じていた。
特に短時間定格で使用される回転電機１００では、安定して設計どおりに回転数を得ることが要求されるが、接触抵抗により、回転数が左右され、安定した性能を得られないことは、無視できない問題点となっていた。
そこで、本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、通電特性が、スルーボルトの締め付け力に左右されず、安定的な回転電機を提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の回転電機によれば、整流子を備えた回転子と、整流子に摺接する正極ブラシ及び負極ブラシとからなるブラシとを有し、両ブラシを保持するホルダボックスが取り付けられるホルダプレートを有するブラシホルダと、回転子を収納するとともに、磁気回路を形成するヨークと、回転子の整流子側の外周を覆うエンドフレームと、エンドフレームとともにヨークを挟み、かつ回転子の反整流子側の外周を覆うフロントフレームと、ブラシを保持するブラシホルダが取り付けられるホルダプレートと、エンドフレームとフロントフレームとの間でヨークを締め付け固定するスルーボルトとを有する回転電機において、スルーボルトの外周に周溝を設け、ブラシホルダのホルダプレートにスルーボルトの周溝を挟む挟み部を設け、挟み部から、負極ブラシを電気的に導通可能にして、スルーボルトに通電させる。

これによれば、スルーボルトの周溝とホルダプレートの挟み部が接触することにより、挟み部から、負極ブラシを電気的に導通可能にして、スルーボルトに通電されるため、スルーボルトの締め付け力による接触抵抗の変化の影響を受けることなく、通電特性が安定的である。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の回転電機によれば、スルーボルトは、フロントフレームに締め付け固定される。
本来、エンドフレームに、エンドフレームを負側通電部位とするための配線をすることにより、挟み部からスルーボルトを介し、エンドフレームへと通電する通電経路にてボディアースすることが望ましい。しかし、エンドフレームへの配線が困難な場合がある。その際、スルーボルトが、フロントフレームに締め付け固定されているならば、フロントフレームに負側通電部位とするための配線をすることで、スルーボルトを介して、フロントフレームに通電させる通電経路が確保できる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の回転電機によれば、スルーボルトの軸径を挟み部の最外周近傍まで増大させるとともに、周溝の溝底の外径を増大させ、挟み部とスルーボルトとの接触面積を増大させる。
これにより、抵抗が小さくなり、入力電圧の損失をさらに小さくすることができる。また、挟み部とスルーボルトとの接触面積が増えることにより、ホルダプレートからの発熱をスルーボルトを介してエンドフレーム及びフロントフレームに放熱するため、回転電機の熱容量が向上する。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の回転電機によれば、スルーボルトの本数を増加させ、挟み部とスルーボルトとの接触面積を増大させる。
これにより、請求項３と同様の作用効果を奏することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の回転電機によれば、スルーボルトを挟み部から外すためには、挟み部を拡開するための専用工具を必要とする。
これにより、一般ユーザが汎用工具により容易に分解することが困難となり、一般ユーザが再組み付けする際に生じ得るブラシの進角等による、性能低下や火花発生等の寿命低下を防ぐことができる。

最良の形態の回転電機は、整流子を備えた回転子と、整流子に摺接する正極ブラシ及び負極ブラシとからなるブラシとを有し、両ブラシを保持するホルダボックスが取り付けられるホルダプレートを有するブラシホルダと、回転子を収納するとともに、磁気回路を形成するヨークと、回転子の整流子側の外周を覆うエンドフレームと、エンドフレームとともにヨークを挟み、かつ回転子の反整流子側の外周を覆うフロントフレームと、ブラシを保持するブラシホルダが取り付けられるホルダプレートと、エンドフレームとフロントフレームとの間でヨークを締め付け固定するスルーボルトとを有する回転電機において、スルーボルトの外周に周溝を設け、ブラシホルダのホルダプレートにスルーボルトの周溝を挟む挟み部を設け、挟み部から、負極ブラシを電気的に導通可能にして、スルーボルトに通電させる。
また、スルーボルトは、フロントフレームに締め付け固定される。
そして、スルーボルトを挟み部から外すためには、挟み部を拡開するための専用工具を必要とする。

〔実施例１の構成〕
図１（ａ）は、自動車のウインチ用モータあるいは蓄電池式の構内運搬車等の電気自動車のパワーステアリング用モータに使用される直流電動機１（回転電機の一例）の断面図を示すものである。

直流電動機１は、整流子２を有する回転子３、回転子３の外周に形成される界磁４、整流子２の外周に摺接するブラシ５を配置するブラシホルダ６等によって構成される。
回転子３は、回転軸９、回転軸９の外周に固定されたアーマチャコア１０、このアーマチャコア１０に巻装されたアーマチャコイル１１、及び整流子２等によって構成される。
整流子２は、回転軸９の後端（図１の右方向）の外周に絶縁保持された複数の整流子片を円筒状に配置して構成され、各整流子片がそれぞれアーマチャコイル１１に電気的且つ機械的に結合されている。

界磁４は、アーマチャコイル１１の外周に位置すると共に磁気回路を形成するヨーク１２の内側に界磁極１３が固定され、その界磁極１３に界磁コイル１４を巻線して構成される。
ヨーク１２は、回転子３の整流子側の外周を覆うエンドフレーム１７と、回転子３の反整流子側の外周を覆うフロントフレーム１８との間に配されている。

エンドフレーム１７とフロントフレーム１８との間にヨーク１２を挟み固定させるためのスルーボルト１９は、フロントフレーム１８に締め付け固定されている。
図２に示すように、スルーボルト１９の外周には、周溝２０が設けられている。周溝２０は、同一径の溝底２０ａと、外方に拡開するテーパ側面２０ｂ、２０ｂとで形成されており、スルーボルト１９のねじ部２１以外の位置に設けられて、後述するホルダプレート２３の挟み部２４に挟まれる。

図３に示すように、ブラシホルダ６は、円環状のホルダプレート２３、このホルダプレート２３に取り付けられるホルダボックス２６、このホルダボックス２６に保持されるブラシ５、及びブラシ５を整流子側へ押圧するブラシスプリング２７によって構成される。
ブラシ５は、２組の正極ブラシ５ａと負極ブラシ５ｂとからなり、ホルダプレート２３に取り付けられたホルダボックス２６に保持されている。但し、正極ブラシ５ａのホルダボックス２６は、絶縁板２９を介してホルダプレート２３に取り付けられている。
正極ブラシ５ａはピグテール３０を通じて、入力端子３１と電気的に接続され、負極ブラシ５ｂは、ピグテール３０を通じてホルダプレート２３と電気的に接続されている。

ホルダプレート２３は、金属製板（例えば、鉄板や真銅板）で円環状に形成され、外周には、アーマチャ側（図示左側）に伸びる複数の延長板２３ａが設けられ、各延長板２３ａの外縁部２３ｂがヨーク１２とエンドフレーム１７との間に挟持されて固定されている。本実施例では６つの延長板２３ａが設けられている。

また、ホルダプレート２３の外周には、互いに背向する位置に２つの挟み部２４が設けられている。挟み部２４は、矩形状を呈しており、ホルダプレート２３の外方に向かって延びる２つの側部２４ａ、２４ａと、それぞれの側部２４ａ、２４ａの内側に設けられた爪２４ｂ、２４ｂとを有する（図１（ｃ）及び図３参照）。
爪２４ｂ、２４ｂはそれぞれ、各側部２４ａ、２４ａの中間よりも外方に設けられており、爪２４ｂ、２４ｂ同士は互いに向き合っており、爪２４ｂ、２４ｂ同士の間には、隙間が形成されている。
尚、爪２４ｂ、２４ｂの半径方向の長さは、側部２４ａ、２４ａの円周方向の長さよりも小さい。

そして、側部２４ａ、２４ａ及び爪２４ｂ、２４ｂの内側には、スルーボルト１９が通過するための略矩形の空間２５が形成されている。爪２４ｂ、２４ｂは、スルーボルト１９が挟み部２４から半径方向へ抜け出ることがないように拘束する。
すなわち、挟み部２４は、ＣリングやＥリングと似た形状であり、拡開するために専用工具が必要となるような形状となっている。

この挟み部２４は、それぞれスルーボルト１９の周溝２０を挟んだ際（図１（ｂ）、（ｃ）参照）に、挟み部２４の内周縁とスルーボルト１９の周溝２０の溝底２０ａとが確実に接触又は圧接するような寸法に設定されており、挟み部２４の板厚は、周溝２０の幅（軸方向の長さ）よりも小さく設定されている。
挟み部２４は、弾性に富む金属製板で形成されており、挟み部２４から、負極ブラシ５ｂを電気的に導通可能にしてある。

本実施例では、側部２４ａ、２４ａ及び爪２４ｂ、２４ｂの内側に形成される空間２５は、略矩形であるが、スルーボルト１９と接触する部分を円弧状に形成してもよい。また、本実施例では、挟み部２４は、矩形状を呈しているが、半円状や円形状などでもよい。
また、挟み部２４は、ホルダプレート２３と一体に形成されていても、挟み部２４とホルダプレート２３とを別体に形成した後に一体にしてもよい。

〔実施例１の作用〕
スルーボルト１９を組み付ける際、エンドフレーム側から挿入されるスルーボルト１９が挟み部２４に達すると、側部２４ａ、２４ａは互いに離れるように弾性変形すると同時に、爪２４ｂ、２４ｂが外方に持ち上がるように弾性変形し、挟み部２４は拡開する。そして、スルーボルト１９の周溝２０が挟み部２４に達すると、挟み部２４は拡開した状態から元の形状に戻り、スルーボルト１９の周溝２０を挟む。
その後、スルーボルト１９を締め付けていっても、挟み部２４の内周縁と周溝２０の溝底２０ａのみが接触しているだけであり、締め付け力により接触抵抗が変化することはない。

挟み部２４は、スルーボルト１９の周溝２０を挟んだ際に、挟み部２４の内周縁と周溝２０の溝底２０ａとが確実に接触するため、負極ブラシ５ｂと導通状態にある挟み部２４から、スルーボルト１９への通電経路が形成される。
エンドフレーム１７に、エンドフレーム１７を負側通電部位とするための配線をすれば、主たる通電経路は、挟み部２４から、スルーボルト１９を介して、エンドフレーム１７に通電され、ボディアースされる経路となる。
また、フロントフレーム１８に、フロントフレーム１８を負側通電部位とするための配線をすれば、主たる通電経路は、挟み部２４から、スルーボルト１９を介して、フロントフレーム１８に通電され、ボディアースされる経路となる。

〔実施例１の効果〕
スルーボルト１９の周溝２０とホルダプレート２３の挟み部２４が接触することにより、主たる通電経路を、負極ブラシ５ｂと導通状態にある挟み部２４から、スルーボルト１９を介して、フロントフレーム１８またはエンドフレーム１７に通電される通電経路とする。スルーボルト１９を締め付けていっても、挟み部２４の内周縁と周溝２０の溝底２０ａのみが接触しているだけであり、スルーボルト１９の締め付け力によって接触抵抗が影響を受けることなく、通電特性が安定的である。その結果、直流電動機１の性能が安定する。

スルーボルト１９がフロントフレーム１８に締め付け固定されていることにより、エンドフレーム１７への配線が困難な場合であっても、フロントフレーム１８に、フロントフレーム１８を負側通電部位とするための配線をすれば、スルーボルト１９を介して、フロントフレーム１８に通電させる通電経路が確保できる。

挟み部２４は、ＣリングやＥリングと似た特殊な形状であり、スルーボルト１９を挟み部２４から外すためには、挟み部２４を拡開するための専用工具を必要とする。
これにより、一般ユーザが汎用工具により容易に分解することが困難となり、一般ユーザが再組み付けする際に生じ得るブラシ５の進角等による、性能低下や火花発生等の寿命低下を防ぐことができる。

尚、挟み部２４がスルーボルト１９の周溝２０を挟んでいることにより、ホルダプレート２３のがたつきが生じても、スルーボルト１９の周溝２０の幅の範囲でしかがたつかないため、ホルダプレート２３のがたつきを周溝２０の幅の範囲内に抑えることができる。これにより、ホルダプレート２３が大きく変位することにより、整流子２にブラシ５が摺接しないという不具合が生じることがない。

〔変形例〕
実施例１と比較して、スルーボルト１９の本数を増加させてもよい。スルーボルト１９の本数を増加させるとは、エンドフレーム１７とフロントフレーム１８との間にヨーク１２を締め付け固定するのに強度的に必要なスルーボルト１９の本数よりも、多くし、積極的に、通電経路を多くし、挟み部２４との接触面積を多くするということである。例えば、実施例１では、ホルダプレート２３に２つの挟み部２４を設け、２本のスルーボルト１９が挟めるようになっているが、スルーボルト１９の本数を４本にし、挟み部２４もこれに合わせて増やし、接触面積を増大させてもよい。

スルーボルト１９の本数を増大させ、挟み部２４とスルーボルト１９との接触面積を増大させることにより、抵抗が小さくなり、入力電圧の損失をさらに小さくすることができる。また、挟み部２４とスルーボルト１９との接触面積が増えることにより、ホルダプレート２３からの発熱をスルーボルト１９を介してエンドフレーム１７及びフロントフレーム１８に放熱するため、直流電動機１の熱容量が向上する。

また、図４に示すように、実施例１の場合と比較して、スルーボルト１９の軸径を、挟み部２４の最外周近傍まで増大させるとともに、周溝２０の溝底２０ａの外径を増大させてもよい。
図４では、スルーボルト１９の軸径は、実施例１の軸径よりも太く、且つ、スルーボルト１９が挟み部２４の最外周端２４ｃから外方にはみ出ない程度の軸径となっており、周溝２０の溝底２０ａの外径も軸径に対応して太くなっている。

これにより、通電経路となるスルーボルト１９の断面積を増大させるとともに、挟み部２４とスルーボルト１９との接触面積を増大させることによって、スルーボルト１９の本数を増加させるのと同様に、抵抗が小さくなり、入力電圧の損失をさらに小さくすることができる。また、挟み部２４とスルーボルト１９との接触面積が増えることにより、ホルダプレート２３からの発熱をスルーボルト１９を介してエンドフレーム１７及びフロントフレーム１８に放熱するため、直流電動機１の熱容量が向上する、という効果を得ることができる。

（ａ）は直流電動機の側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）の正面図である（実施例１）。 スルーボルトの側面図である（実施例１）。 ブラシホルダの構成図である（実施例１）。 スルーボルトと挟み部の拡大側面図である（変形例）。 回転電機の側面断面図である（従来例）。

符号の説明

１ 直流電動機（回転電機）
２ 整流子
３ 回転子
５ ブラシ
６ ブラシホルダ
５ａ 正極ブラシ
５ｂ 負極ブラシ
１２ ヨーク
１７ エンドフレーム
１８ フロントフレーム
１９ スルーボルト
２０ 周溝
２０ａ 溝底
２３ ホルダプレート
２４ 挟み部
２６ ホルダボックス

Claims (5)

1. 整流子を備えた回転子と、
   前記整流子に摺接する正極ブラシ及び負極ブラシとからなるブラシとを有し、前記両ブラシを保持するホルダボックスが取り付けられるホルダプレートを有するブラシホルダと、
   前記回転子を収納するとともに、磁気回路を形成するヨークと、
   前記回転子の整流子側の外周を覆うエンドフレームと、
   前記エンドフレームとともに前記ヨークを挟み、かつ前記回転子の反整流子側の外周を覆うフロントフレームと、
   前記ブラシを保持するブラシホルダが取り付けられるホルダプレートと、
   前記エンドフレームと前記フロントフレームとの間で前記ヨークを締め付け固定するスルーボルトとを有する回転電機において、
   前記スルーボルトの外周に周溝を設け、
   前記ブラシホルダのホルダプレートに前記スルーボルトの前記周溝を挟む挟み部を設け、
   前記挟み部から、前記負極ブラシを電気的に導通可能にして、前記スルーボルトに通電させることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記スルーボルトは、前記フロントフレームに締め付け固定されることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転電機において、
   前記スルーボルトの軸径を前記挟み部の最外周近傍まで増大させるとともに、前記周溝の溝底の外径を増大させ、前記挟み部と前記スルーボルトとの接触面積を増大させることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１または請求項２に記載の回転電機において、
   前記スルーボルトの本数を増大させ、前記挟み部と前記スルーボルトとの接触面積を増大させることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回転電機において、
   前記スルーボルトを前記挟み部から外すためには、前記挟み部を拡開するための専用工具を必要とすることを特徴とする回転電機。

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