JP2007236163A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】均圧導体１２の保持及び固定を低コストな手段で且つ確実に行うことができる回転電機の提供。
【解決手段】界磁コイルは、Φ１．０以下の素線を複数本束ねて界磁鉄心８の周囲に直接巻回されている。この界磁コイルは、インシュレータ１３の第１コイル保持部に保持される一端側の端末９ａが、コネクションバー１０を介してモータリード線１１に接続され、インシュレータ１３の第２コイル保持部に保持される他端側の端末９ｂが、均圧導体１２の端部と共に正極側ブラシ５に接続される。
均圧導体１２は、Φ１．０以下の金属線を少なくとも１本使用して形成され、予めインシュレータ１３の裏側に這い回されて、両端部がそれぞれ第２コイル保持部からインシュレータ１３の表側に引き出され、同じく第２コイル保持部に保持される界磁コイルの他端側の端末９ｂと一緒に電気的に接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電機子コイルから正極側ブラシを介して界磁コイル側に流れる循環電流を抑制するための均圧導体を有する回転電機に関する。

従来、４極以上の磁極に重ね巻きした電機子コイルと、この電機子コイルに正極側ブラシを介して直列接続される界磁コイルとを有する回転電機では、電機子内部の並列回路の電位差により、正極側ブラシを通して界磁コイルに循環電流が流れることがある。
このため、循環電流の原因となる界磁空隙（界磁鉄心と電機子鉄心とのエアギャップ）の寸法精度を上げる必要がある。
あるいは、特許文献１に示される様に、一対の正極側ブラシ間を均圧導体により電気的に接続して、界磁コイル側に流れる循環電流を抑制する技術が知られている。
特開平８−９５７８号公報

ところが、界磁空隙の寸法精度を上げるためには、界磁鉄心と電機子鉄心とを精度良く組み付ける必要があり、コストアップの要因となっていた。
また、特許文献１に開示された公知技術では、予め所定の形状（例えばヨークの内周に沿った半円形状）に成型された均圧導体をヨーク内周の狭い空間に配設する必要があるため、ヨークあるいは電機子コイル等に接触して短絡する恐れがある。このため、精密に成型された均圧導体を精度良く組み付ける必要があり、やはりコストアップの要因となっている。
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、均圧導体の保持及び固定を低コストな手段で且つ確実に行うことができる回転電機を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、ヨークの内周に固定される界磁鉄心にΦ１．０以下の素線を複数本束ねた状態で直接巻回される界磁コイルと、４極以上の磁極を有する電機子鉄心に重ね巻きされ、且つ界磁コイルに正極側ブラシを介して直列接続される電機子コイルと、ヨークの軸方向一端側の内周に配設される円環状の樹脂材から成り、界磁コイルの端末を保持するインシュレータと、電機子コイルから正極側ブラシを介して界磁コイル側に流れる循環電流を抑制する均圧導体とを有する回転電機であって、均圧導体は、Φ１．０以下の金属線を少なくとも１本使用して形成され、インシュレータに保持されると共に、金属線の端部が、正極側ブラシに接続される界磁コイルの端末と一緒に電気的に接合されていることを特徴とする。

本発明の均圧導体は、Φ１．０以下の金属線を少なくとも１本使用することにより、成型の必要がなく、インシュレータに容易に保持できるので、均圧導体の成型コストが不要である。また、均圧導体に使用される金属線の線径が、界磁コイルに使用される素線の線径と同じくΦ１．０以下であり、金属線の端部を界磁コイルの端末と一緒に電気的に接合できる。これに対し、予め所定の形状に成型された均圧導体（成型導体と呼ぶ）を使用する場合には、成型導体の端部を界磁コイルの端末と一緒に電気的に接合することが困難（事実上できない）である。これにより、本発明では、金属線の端部を界磁コイルの端末と一緒に電気的に接合できるので、接合のための余分な工程が不要であり、低コスト化を図ることができる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において、インシュレータの板厚方向の一端側を表側、他端側を裏側と呼ぶ時に、インシュレータには、界磁コイルの端末を保持してインシュレータの裏側から表側へ引き出すためのコイル保持部が略Ｕ字状に形成されており、均圧導体は、インシュレータをヨークに組み付ける前のインシュレータ単体の状態で、予めインシュレータの裏側に周方向に沿って這い回され、且つ均圧導体（金属線）の端部が、コイル保持部よりインシュレータの表側へ引き出されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、インシュレータのコイル保持部に保持される界磁コイルの端末と同一方向に均圧導体（金属線）の端部を配設できるので、両者の接合が容易であり、信頼性が向上する。

（請求項３の発明）
請求項２に記載した回転電機において、インシュレータの裏側に複数の突起部が適宜な間隔を保って設けられ、均圧導体は、複数の突起部にガイドされながらインシュレータの周方向に這い回されていることを特徴とする。
本発明の均圧導体は、Φ１．０以下の金属線を使用しているので、インシュレータに設けられた複数の突起部にガイドされながら、インシュレータの周方向に容易に這い回すことができる。

（請求項４の発明）
請求項２または３に記載した回転電機において、インシュレータの裏側には、コイル保持部の周縁に均圧導体を挟み込んで保持する保持溝が形成されていることを特徴とする。 これにより、コイル保持部からインシュレータの外側に引き出される均圧導体の端部を位置決めできるので、界磁コイルの端末との接合を容易にできる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの回転電機において、均圧導体の端部は、界磁コイルの端末と共に板状導体で外周を巻回され、その板状導体を介して通電加圧されることにより、界磁コイルの端末と電気的に接合されていることを特徴とする。
この場合、均圧導体の端部が界磁コイルの端末と一緒に接合されるので、均圧導体端部の剛性が高まり、耐振動性が向上する。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの回転電機は、内燃機関を始動するためのスタータモータであることを特徴とする。
低電圧で大電流を流す小型のスタータモータでは、極数に等しい並列回路数を持つ重ね巻方式の電機子が有利であり、請求項１〜５に記載した何れかの構成を適用することにより、低コストのスタータモータを提供できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はヨークアセンブリの軸方向平面図である。
実施例１の回転電機１は、例えば、自動車用エンジンを始動するスタータモータに適用されるもので、図４に示す様に、電機子２と界磁３とを有する直流電動機である。
電機子２は、４極（６極以上でも良い）の磁極を有する電機子鉄心（図示せず）に電機子コイル４を重ね巻きして構成され、その電機子コイル４の端部が、整流子（図示せず）を構成する各セグメントに電気的且つ機械的に接続されている。整流子上には、一対の正極側ブラシ５と、一対の負極側ブラシ６とが配置されている。

界磁３は、磁気回路を形成するヨーク７（図１参照）と、このヨーク７の内周に固定される４個の界磁鉄心８（図１及び図２参照）と、この４個の界磁鉄心８にそれぞれ巻回される４個の界磁コイル９（図２参照）とで構成される。
ヨーク７は、強磁性体の金属板（例えば軟鋼板）を丸め加工して円筒形状に設けられている。
界磁鉄心８は、ヨーク７の周方向に等間隔に配置され、界磁コイル９への通電によって磁化されると、周方向に隣合う界磁鉄心８同士が互いに異なる極性を有する。

界磁コイル９は、図２に示す様にΦ１．０以下の素線（例えば銅線）を複数本（例えば１０本）束ねて界磁鉄心８の周囲に直接巻き付けられ、所定の巻き数（例えば９ターン）になる様に構成されている。
界磁鉄心８に巻き付けられた界磁コイル９は、図１に示す様に、高電位側である一端側の端末９ａがコネクションバー１０を介してモータリード線１１に接続され、低電位側である他端側の端末９ｂが、後述する均圧導体１２と共に正極側ブラシ５に接続されている。また、界磁コイル９の両端末９ａ、９ｂは、絶縁性を有するインシュレータ１３に保持されている。

インシュレータ１３は、例えば、樹脂材によってリング状に形成され、図１及び図２に示す様に、ヨーク７の軸方向一端側の内周に沿って配設されている。ここで、インシュレータ１３の板厚方向の一端側（図２に示す上側）を表側、他端側を裏側と呼ぶ時に、インシュレータ１３には、図３に示す様に、界磁コイル９の端末を保持してインシュレータ１３の裏側から表側へ引き出すためのコイル保持部１３ａ、１３ｂが形成されている。このコイル保持部１３ａ、１３ｂは、インシュレータ１３の周方向に９０度間隔に４か所設けられ、それぞれ略Ｕ字状に形成されている。

なお、以下の説明では、インシュレータ１３の径方向に対向する２か所のコイル保持部を第１コイル保持部１３ａ、他の２か所のコイル保持部を第２コイル保持部１３ｂと呼ぶ。この第２コイル保持部１３ｂの周縁には、インシュレータ１３の裏側に肉盛り部１３ｃが設けられ、この肉盛り部１３ｃに均圧導体１２の端部を挟み込んで保持するための保持溝１３ｄが形成されている。
また、インシュレータ１３の裏側には、均圧導体１２をガイドするための突起部１３ｅが周方向に適宜な間隔を保って複数設けられている。

均圧導体１２は、Φ１．０以下の金属線（例えば銅線）を少なくとも１本使用して形成され、図３（インシュレータ１３を裏側から見た平面図）に示す様に、インシュレータ１３をヨーク７側に組み付ける前のインシュレータ単体の状態で、予めインシュレータ１３の裏側に配設されている。即ち、均圧導体１２は、インシュレータ１３の径方向に対向する２か所の第２コイル保持部１３ｂの間で複数の突起部１３ｅにガイドされながらインシュレータ１３の周方向に這い回され、両端部がそれぞれ保持溝１３ｄに保持されて、第２コイル保持部１３ｂからインシュレータ１３の表側に引き出されている。

この均圧導体１２を保持するインシュレータ１３は、ヨーク７の一端側内周に圧入状態で組み付けられ（図２参照）、そのインシュレータ１３に設けられた第１コイル保持部１３ａ及び第２コイル保持部１３ｂに界磁コイル９の一端側の端末９ａ及び他端側の端末９ｂがそれぞれ保持される。
但し、４個の界磁コイル９は、それぞれ一端側の端末９ａが２個一組に束ねられて、インシュレータ１３の第１コイル保持部１３ａに保持され、同じく他端側の端末９ｂが２個一組に束ねられて、均圧導体１２の端部と一緒に第２コイル保持部１３ｂに保持されている。また、均圧導体１２の端部は、界磁コイル９の他端側の端末９ｂと共に撚り合わされた後、板状導体１４（図１参照）で外周を巻回され、その板状導体１４を介して通電加圧されることにより、両者が電気的に接合されている。

（実施例１の作用及び効果）
本実施例の回転電機１では、図４に示す電機子２の並列回路に電位差（ｅ１＜ｅ２）が生じた場合に、図中の破線矢印で示す様に、循環電流が均圧導体１２を通って流れるため、界磁コイル９側に循環電流が流れることは殆どない。その結果、循環電流が界磁コイル９側へ流れることによる悪影響を回避できる。具体的には、界磁起磁力の不均衡が助長されることはなく、無負荷電流の増加を防止できるので、特に低出力領域での出力低下を抑制できる。
また、均圧導体１２は、Φ１．０以下の金属線を使用することにより、予め所定の形状に成型する必要がなく、インシュレータ１３に設けられた複数の突起部１３ｅにガイドされながら、インシュレータ１３の裏側に容易に這い回すことができるので、均圧導体１２の成型コストが不要である。

更に、均圧導体１２に使用される金属線の線径が、界磁コイル９に使用される素線の線径と同じくΦ１．０以下であるため、金属線の端部を界磁コイル９の他端側の端末９ｂと一緒に電気的に接合できる。これに対し、予め所定の形状に成型された均圧導体１２（成型導体と呼ぶ）を使用する場合には、成型導体の端部を界磁コイル９の端末と一緒に電気的に接合することが困難（事実上できない）である。これにより、本発明では、金属線の端部を界磁コイル９の他端側の端末９ｂと一緒に電気的に接合できるので、接合のための余分な工程が不要であり、低コスト化を図ることができる。

また、均圧導体１２は、インシュレータ１３の第２コイル保持部１３ｂに対し、界磁コイル９の他端側の端末９ｂと同一方向に引き出され、且つ、第２コイル保持部１３ｂの周縁に形成された保持溝１３ｄに均圧導体１２の端部が保持されて位置決めできるので、界磁コイル９と均圧導体１２との接合が容易であり、信頼性が向上する。
更に、均圧導体１２の端部は、界磁コイル９の他端側の端末９ｂに撚り合わされて接合されるため、均圧導体１２端部の剛性が高まり、耐振動性が向上する。

回転電機のヨークアセンブリを軸方向から見た平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 インシュレータを裏側から見た平面図である。 回転電機の回路図である。

符号の説明

１ 回転電機
４ 電機子コイル
５ 正極側ブラシ
７ ヨーク
８ 界磁鉄心
９ 界磁コイル
１２ 均圧導体
１３ インシュレータ
１３ｂ 第２コイル保持部（コイル保持部）
１３ｄ 保持溝
１３ｅ 突起部
１４ 板状導体

Claims (6)

1. ヨークの内周に固定される界磁鉄心にΦ１．０以下の素線を複数本束ねた状態で直接巻回される界磁コイルと、
   ４極以上の磁極を有する電機子鉄心に重ね巻きされ、且つ前記界磁コイルに正極側ブラシを介して直列接続される電機子コイルと、
   前記ヨークの軸方向一端側の内周に配設される円環状の樹脂材から成り、前記界磁コイルの端末を保持するインシュレータと、
   前記電機子コイルから前記正極側ブラシを介して前記界磁コイル側に流れる循環電流を抑制する均圧導体とを有する回転電機であって、
   前記均圧導体は、Φ１．０以下の金属線を少なくとも１本使用して形成され、前記インシュレータに保持されると共に、前記金属線の端部が、前記正極側ブラシに接続される前記界磁コイルの端末と一緒に電気的に接合されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載した回転電機において、
   前記インシュレータの板厚方向の一端側を表側、他端側を裏側と呼ぶ時に、前記インシュレータには、前記界磁コイルの端末を保持して前記インシュレータの裏側から表側へ引き出すためのコイル保持部が略Ｕ字状に形成されており、
   前記均圧導体は、前記インシュレータを前記ヨークに組み付ける前のインシュレータ単体の状態で、予め前記インシュレータの裏側に周方向に沿って這い回され、且つ前記均圧導体（前記金属線）の端部が、前記コイル保持部より前記インシュレータの表側へ引き出されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載した回転電機において、
   前記インシュレータの裏側に複数の突起部が適宜な間隔を保って設けられ、
   前記均圧導体は、前記複数の突起部にガイドされながら前記インシュレータの周方向に這い回されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２または３に記載した回転電機において、
   前記インシュレータの裏側には、前記コイル保持部の周縁に前記均圧導体を挟み込んで保持する保持溝が形成されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの回転電機において、
   前記均圧導体の端部は、前記界磁コイルの端末と共に板状導体で外周を巻回され、その板状導体を介して通電加圧されることにより、前記界磁コイルの端末と電気的に接合されていることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの回転電機は、内燃機関を始動するためのスタータモータであることを特徴とする回転電機。
   

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