JP2010246270A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシを長寿命化することで耐久性の向上ができる回転電機を提供すること。
【解決手段】 例えばスタータ１に用いられるモータ２（本発明の回転電機）において、ブラシ８は、ブラシスプリング９によって整流子７の外周面に付勢されている。スタータ１の作動によって、ブラシ８は整流子７との摺動摩擦により摩耗する。摩耗した分は随時ブラシ８がブラシホルダ１０から押し出されることで、常に適正に整流子７へ接触するようになっている。そして、リード線１２の接続部１２ｃがスリット端部１０ｄに接触した時点で、ブラシ８はそれ以上押し出されなくなり寿命を迎える。そこで、ブラシ８に接続されるリード線１２の断面を円形となるように形成した撚線とすることで、接続部１２ｃとスリット端部１０ｄとの間の長さＭを大きくすることができ、これによってブラシ８の摩耗代を大きく取ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、アーマチャに円筒型コンミテータを有する回転電機に関する。

従来、特許文献１に記載された回転電機がある。

この回転電機は、電機子軸の端部に円筒型の整流子が設けられ、この整流子の外周に配置されるブラシが整流子の外周面と摺接することで整流作用を行う。この回転電機は、例えば、自動車等のエンジンを始動するためのスタータに用いられる。

ブラシは、ホルダプレート上に固定されるブラシホルダに摺動可能に保持され、ブラシスプリングによって整流子の外周面に付勢されている。ここで、ブラシは正極側と負極側にそれぞれ２つずつ配置される。正極側のブラシの側面には、一端がスタータの電磁スイッチに接続するリード線の他端が接続される。一方、負極側のブラシの側面には、一端がホルダプレートに溶着されるリード線の他端が接続される。電磁ソレノイドの接点が閉じると、バッテリから正極側のブラシ、整流子を介して電機子コイルに電流が流れ、負極側のブラシ、ホルダプレートを介してアース接続される。通電により電機子コイルは電磁石を形成し、ヨークの内側に配設される複数の永久磁石（またはステータコイル）との磁力反発力から電機子の回転力を生成する。

スタータの作動によって、ブラシは整流子との摺動摩擦により摩耗する。しかし、ブラシはブラシスプリングによって整流子側へ付勢されているため、摩耗した分は随時ブラシがブラシホルダから押し出されることで、常に適正に整流子へ接触するようになっている。ブラシの摩耗が進み、ブラシの側面に接続されるリード線の接続部がブラシホルダのスリット端部に接触すると、それ以上ブラシは押し出されない。即ち、リード線の接続部がスリット端部に接触した時点でブラシは寿命を迎える。このため、スリット端部と接続部との長さ分が摩耗代に相当する。

特開２００８−１２５２２７号公報

新品時のブラシの長さと寿命時のブラシの長さとの差を摩耗代と呼ぶとき、スタータを設計する際は、自動車の長期使用に充分に耐えられるようにブラシに磨耗代を設定する。しかし、近年は自動車の平均使用年数が伸びてきており、これに伴いスタータの使用回数が増加するため、従前よりも少しでも摩耗代を大きくとる必要がある。ただし、エンジン電装品は益々小型化が要求されており、ブラシ自体を長くして摩耗代を稼ぐことは、スタータの体格拡大に繋がるため困難である。

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、体格を拡大することなくブラシを長寿命化することで耐久性を向上できる回転電機の提供にある。

（請求項１の発明）
電機子コアと、この電機子コアを軸支する電機子軸と、この電機子軸に設けられた整流子と、を有する電機子と、ブラシホルダに径方向摺動自在に保持され、整流子の外周に摺接するブラシと、このブラシを整流子側に付勢するブラシスプリングと、ブラシホルダとブラシスプリングが固定されるホルダプレートと、ブラシの側面に接続されるリード線と、を備える回転電機において、リード線は、その断面が円形となるように形成された複数の撚線であることを特徴とする。

ブラシは、整流子との摺動摩擦により摩耗し、随時ブラシスプリングの付勢により整流子側へ押し出されるが、ブラシホルダの端部とリード線のブラシへの接続部が接触することで、それ以上押し出されなくなる。即ち、接続部からブラシホルダの端部の長さ分が摩耗代に相当する。そこで、リード線の断面を円形となるように形成することで、摩耗代を大きくすることができ、ブラシの長寿命化が可能である。これによって、回転電機の耐久性を向上させることができる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載の回転電機において、リード線は、ブラシホルダとブラシスプリングを支持する支柱との隙間に通されると共に、リード線の太さは、隙間の幅よりも小さくなるように形成された撚線であることを特徴とする。

これによって、リード線がブラシホルダと支柱との間に挟持され、ブラシと整流子との摺接圧が低下することを防止できる。このため、電機子の回転が安定し、ブラシの偏摩耗を防ぐこともできるため、ブラシの寿命を更に長期化することが可能である。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載の回転電機において、リード線は、ホルダプレートの右側と左側で逆向きに撚られていることを特徴とする。

ホルダプレートの右側と左側では、リード線を接続する方向が逆となる。そこで、リード線の撚線方向をホルダプレートの右側と左側とで逆方向とすることで、リード線をより固く小さく撚ることができ、断面をより円形に近づけることができる。

スタータの軸方向断面図である。 ホルダプレートの正面図である。 ホルダプレートのブラシホルダ部分の背面図である。 ブラシホルダの側面図である。

（実施例１）
本実施例１の回転電機は、例えば自動車等のエンジンを始動するスタータ１に用いられるモータ２である。

本発明にかかるモータ２の構成について、図１〜４を用いて説明する。

このモータ２は、図１に示す様に、磁気回路を形成する円筒状のヨーク３と、このヨーク３の一端側開口部に勘合するエンドフレーム４と、ヨーク３の内部に収容される電機子５と、この電機子５の軸である電機子軸６と、この電機子軸６の一端側外周に設けられる整流子７と、この整流子７の外周に摺接するブラシ８と、このブラシ８を整流子７側に付勢するブラシスプリング９と、ブラシ８を保持するブラシホルダ１０と、ブラシスプリング９とブラシホルダ１０が固定されるホルダプレート１１と、ブラシ８の側面部に接続されるリード線１２と、を備える。

ヨーク３は、図１に示す様に、内周面に複数の永久磁石１３を周方向等間隔に配置された円筒状の部材である。ヨーク３は磁性体であって、永久磁石１３が形成する磁束の磁気回路の一部を形成する。ヨーク３の一端側には後述のエンドフレーム４が嵌合し、他端側にはフロントハウジング１４が嵌合することで、エンドフレーム４、フロントハウジング１４と共にスタータ１のケーシングを構成する。

エンドフレーム４は、図１に示す様に、有底円筒形状を有し、例えば鉄やアルミなど金属材料からなる。エンドフレーム４の開口端部は、ヨーク３の一端部と嵌合する。

電機子５は、円筒状の電機子コア５ａの回りに電機子コイル５ｂを巻回してなる。電機子５の外径は、ヨーク３の内径よりも小さく設けられ、後述の電機子軸６によってヨーク３の内部で回転可能に支持される。電機子コイル５ｂへの通電により、電機子５は起磁力を発生し、ヨーク３内周面に配置される永久磁石１３との磁力反発力から回転力を生成する。

電機子軸６は、図１に示す様に、電機子５に挿通する軸であって、電機子５と一体に回転可能に設けられる。電機子軸６の一端側は軸受１５を介してエンドフレーム４に支持され、他端部は遊星歯車減速装置（図示せず）に連結されており、電機子軸６の回転を出力する。

整流子７は、図１に示す様に、複数のセグメントを円筒状に樹脂モールドして構成され、電機子軸６のエンドフレーム４側に設けられる。セグメントは、電機子コイル５ｂと電気的、機械的に接続されている。即ち、電機子コイル５ｂはセグメントを介して通電される。

ブラシ８は、導電性の金属材料からなり、図１に示す様に、整流子７の外周面に摺接している。ブラシ８には、図２に示す様に、正極側ブラシ８ａと負極側ブラシ８ｂがあり、整流子７の周囲にそれぞれ２つずつ配置される。ブラシ８は、スタータ１の作動に伴う整流子７との摺動により摩耗するため、長期使用に耐えられるように径方向に摩耗代が設けられる。

ブラシスプリング９は、図２に示す様に、ぜんまい式のばねであって、ぜんまいの中心部が後述のブラシホルダ１０のフランジ部１０ａに垂直に設けられる支柱１０ｂに係止されている。ブラシスプリング９の先端部９ａは、ブラシ８の背面に当接し、ブラシ８を整流子７側へ付勢する。

ブラシホルダ１０は、図３に示す様に、例えばアルミなどの金属材料からなり、平板をコの字型にプレス加工して成形される。ブラシホルダ１０は、フランジ部１０ａを介して後述のホルダプレート１１上に固定され、ブラシ８を摺動可能に保持する。ブラシホルダ１０の両側面には、図４に示す様に、一方はブラシスプリング９との干渉を避けるため、他方は後述のリード線１２を引き出すためのスリット１０ｃが形成される。

ホルダプレート１１は、図２に示す様に、その表面の半分が絶縁部材１６によって覆われる。正極側ブラシ８ａを保持するブラシホルダ１０は絶縁部材１６を介してホルダプレート１１へ固定され、負極側ブラシ８ｂを保持するブラシホルダ１０は直接ホルダプレート１１へ固定される。即ち、負極側ブラシ８ｂのみホルダプレートと電気的に導通する。ホルダプレート１１の中心部には整流子７の外径よりも大きな内径を有する丸孔が形成されており、この丸孔に整流子７が挿通される。ホルダプレート１１は、エンドフレーム４の底部に固定用ボルト１７によって固定される。

続いて、本発明に係るリード線１２について説明する。

リード線１２は、銅などの電気抵抗の小さい金属材料からなる導線を撚ってなる。リード線１２には、正極側リード線１２ａと接続する負極側リード線１２ｂがある。

正極側リード線１２ａは、図２に示す様に、一端側が正極側ブラシ８ａの側面に接続し、他端側が金属プレート１８に溶着される。金属プレート１８には更にモータリード線１９が溶着されており、このモータリード線１９はヨーク３とエンドフレーム４との間に挟持されるゴム製のグロメット２０を介してモータ２の外部へ引き出され、電磁ソレノイド２１のＭ端子ボルト２２に接続される。

負極側リード線１２ｂは、図２に示す様に、一端側が負極側ブラシ８ｂの側面に接続し、ブラシホルダ１０の側面部とブラシスプリング９を支持する支柱１０ｂとの隙間に通される。また、他端側はホルダプレート１１の表面に溶着され、エンドフレーム４を介してアースされる。

ここで、リード線１２は、予めその断面が円形となるように固く撚って形成される。具体的には、断面の短径を１としたとき長径が１．２以下となるようにする。更に、図３に示す様に、リード線１２の太さをＷ１、ブラシホルダ１０の側面部とブラシスプリング９を支持する支柱１０ｂとの隙間の幅をＷ２とするとき、Ｗ１＞Ｗ２となるように設定される。具体的には、Ｗ１を１としたときＷ２は０．８以下となるようにする。また、リード線１２は、ホルダプレート１１の右側と左側において、撚線方向が互いに逆向きとなるように撚られる。

スタータ１は、モータ２以外に、電機子軸６が連結される遊星歯車減速装置（図示せず）、この遊星歯車減速装置によって減速された回転力を出力する出力軸、出力軸上に設けられ回転力を一方向のみに伝達する一方向クラッチ（図示せず）、この一方向クラッチのクラッチインナと一体に回転しエンジンのリングギヤ（図示せず）に回転力を伝達するピニオンギヤ２４等を備える。このスタータ１は、電磁ソレノイド２１によって駆動されるシフトレバー（図示せず）によってピニオンギヤ２４がエンジンのリングギヤに押し出され、エンジンを始動する周知のスタータ１であるため、詳細な説明は省略する。

次に、モータ２の動作について説明する。

運転者による始動スイッチの閉操作により、電磁ソレノイド２１のコイルに通電されると、内部のスイッチが閉じることでＭ端子ボルト２２とＢ端子ボルト２３が導通する。Ｂ端子ボルト２３にはバッテリが接続されるバッテリケーブル（図示せず）が接続されており、これによってＭ端子ボルト２２、モータリード線１９を介してモータ２へ給電される。ブラシ８、整流子７を介して電機子コイル５ｂに通電されると、電機子５は電磁石を形成し、ヨーク３の内周面に配置される永久磁石１３との磁力反発力から回転力を生成する。この回転力は、前述の遊星歯車減速装置や一方向クラッチを介してピニオンギヤ２４へ伝達され、エンジンをクランキングする。

ここで、モータ２の作動によって、ブラシ８は整流子７との摺動摩擦により摩耗する。しかし、ブラシ８はブラシスプリング９によって整流子７側へ付勢されているため、摩耗した分は随時ブラシ８がブラシホルダ１０から押し出されることで、常に適正に整流子７へ接触するようになっている。ブラシ８の摩耗が進み、ブラシ８の側面に接続されるリード線１２の接続部１２ｃがブラシホルダ１０のスリット端部１０ｄに接触すると、それ以上ブラシ８は押し出されない。即ち、リード線１２の接続部１２ｃがスリット端部１０ｄに接触した時点でブラシ８は寿命を迎える。即ち、接続部１２ｃとスリット端部１０ｄとの長さ分Ｍが摩耗代に相当する。

（実施例１の効果）
ブラシ８は、接続部１２ｃからスリット端部１０ｄの長さ分Ｍが摩耗代となるため、リード線の断面を円形となるように形成することで、Ｍを長くとることができる。これによって、摩耗代を大きくすることができ、ブラシの長寿命化が可能である。これによって、回転電機の耐久性を向上させることができる。

また、リード線１２の太さをブラシホルダ１０とブラシスプリング９のぜんまい部９ｂとの隙間の幅よりも小さくする（Ｗ１＞Ｗ２）ことで、リード線１２がブラシホルダ１０とブラシスプリング９のぜんまい部９ｂとの間に挟持され、ブラシ８と整流子７との摺接圧が低下することを防止できる。このため、電機子５の回転が安定し、ブラシ８の偏摩耗を防ぐこともできるため、ブラシ８の寿命を更に長期化することが可能である。

更に、ホルダプレート１１の右側のリード線１２と左側のリード線１２とは、互いに撚線方向が逆となっていることで、ホルダプレート１１の右側と左側でリード線１２の接続する方向が逆であるため、リード線１２をより固く小さく撚ることができ、断面をより円形に近づけることができる。

２ モータ（本発明の回転電機）
５ 電機子
５ａ 電機子コア
６ 電機子軸
７ 整流子
８ ブラシ
９ ブラシスプリング
１０ ブラシホルダ
１０ｂ 支柱
１１ ホルダプレート
１２ リード線

Claims (3)

1. 電機子コアと、この電機子コアを軸支する電機子軸と、この電機子軸に設けられた整流子と、を有する電機子と、
   ブラシホルダに径方向摺動自在に保持され、前記整流子の外周に摺接するブラシと、
   このブラシを整流子側に付勢するブラシスプリングと、
   前記ブラシホルダと前記ブラシスプリングが固定されるホルダプレートと、
   前記ブラシの側面に接続されるリード線と、を備える回転電機において、
   前記リード線は、その断面が円形となるように形成された複数の撚線であ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、
   前記リード線は、前記ブラシホルダと前記ブラシスプリングを支持する支柱との隙間に通されると共に、前記リード線の太さは、前記隙間の幅よりも小さくなるように形成された撚線であることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機において、
   前記リード線は、前記ホルダプレートの右側と左側で逆向きに撚られていることを特徴とする回転電機。

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