JP2013005585A - 整流子、整流子を備えた回転子及び、整流子を備えた回転子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定のセグメント22同士を電気的に接続する短絡用回路及び、短絡用回路と一体の回路であって、所定のセグメント22間に装着するノイズ素子用の電極を有するノイズ吸収回路とからなる複数の回路用導電部材と、
コイルの巻線端部の内、整流子本体に直接接続されない所定の端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから打ち抜いて、相互に樹脂で固定してなる整流子回路部材60を有する整流子5と、整流子5を備えた回転子3と、回転子3の製造方法を提供する。
【選択図】図1
Description
回転子の径方向外周側には、1つ、または複数の永久磁石が回転子を取り囲むように配置されており、さらに永久磁石の外側には強磁性部材からなるヨークが配置され、永久磁石とヨークとが回転電機のハウジングなどに固定された固定子が備えられている。
回転子には、巻線されたコイルと電気的に接続している複数のセグメントを回転方向に配置した整流子が備えられている。
集中巻型のブラシ付き回転電機においては、ブラシと整流子間で放電現象による火花が発生しやすく、火花によりブラシと整流子表面で発生する電気磨耗により電気的接触不良が発生したり、ブラシが磨耗して寿命を縮める。
ここで、径方向反対側のティース同士(U相同士、またはV相同士、またはW相同士)を直列に結線したモータと並列に結線したモータを比較すると、同じトルクを出すためには、各ティースのアンペアターンを同じにする必要がある。
従って、並列結線では、各ティースに巻線されたコイルの電気抵抗を、直列結線よりも大きくする必要があるため、ターン数を増やすことが必要になる。
部品コストの低減や巻線作業の時間を減らすためには、コイルのターン数を減らすことは有効である。
このように、スター結線、デルタ結線にかかわらず直列結線を選択することでターン数を減らすことができる。
また、巻線するスペースに余裕がある場合などは、ターン数を固定することで電流を減らすことができる。
特許文献1のように、各ティースのコイル端部を、整流子、回路、他のティースに巻線されたコイル端部と電気的に接続するためには、別途コイル端子を設けなければならず、部品点数が多くなり、また、コイル端子を組み付ける工程が必要であるために、作業の効率化が難しくなるという課題があった。
また、予め互いに径方向反対側に配置されたティースに連続して巻線し、巻線されたティースを組み合わせようとすると、回転軸の径が大きい場合には径方向中心部のスペースがなく、渡り線を収納・位置決めするボビン形状を構成することが困難となる。
さらに、回転子には、整流子と短絡線とノイズ吸収回路を搭載する必要があり、渡り線を収納・位置決めするボビンの溝形状部の軸方向端部に、整流子と短絡線とノイズ吸収回路を搭載すれば、回転子の軸長が伸びて回転子を小型化できないという課題があった。
外周に等分に分割されたセグメントを有する整流子本体と、コアに巻き回されたコイルとを結線する整流子回路部材とを有する整流子を備えた回転子において、
所定のセグメント同士を電気的に接続する短絡用回路及び、短絡用回路と一体の回路であって、所定のセグメント間に装着するノイズ素子用の電極を有するノイズ吸収回路とからなる複数の回路用導電部材と、
コイルの巻線端部の内、整流子本体に直接接続されない所定の端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから打ち抜いて、相互に樹脂で固定してなる整流子回路部材を有するものである。
外周に等分に分割されたセグメントを有する整流子本体と、コアに巻き回されたコイルとを結線する整流子回路部材を備えた回転子の製造方法において、
所定のセグメント同士を電気的に接続する短絡用回路及び、短絡用回路と一体の回路であって、所定のセグメント間に装着するノイズ素子用の電極を有するノイズ吸収回路とからなる複数の回路用導電部材と、
コイルの巻線端部の内、整流子本体に直接接続されない巻線端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから、回路用導電部材の外周部の一部と、渡り線接続端子の先端部のみを金属シートに接続した状態で打ち抜く打ち抜き工程と、
所定のセグメント間にノイズ素子を装着するノイズ素子装着工程と、
回路用導電部材と、ノイズ素子と、渡り線接続端子とを、渡り線接続端子が、セグメントと、回路用導電部材と、ノイズ素子のいずれからも電気的に絶縁された状態で樹脂で固定するモールド工程と、
回路用導電部材の外周部の一部及び渡り線接続端子の先端部を切断する切断工程とを有するものである。
所定のセグメント同士を電気的に接続する短絡用回路及び、短絡用回路と一体の回路であって、所定のセグメント間に装着するノイズ素子用の電極を有するノイズ吸収回路とからなる複数の回路用導電部材と、
コイルの巻線端部の内、整流子本体に直接接続されない所定の端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから打ち抜いて、相互に樹脂で固定してなる整流子回路部材を有するものなので、
異なるティースに巻線されたコイル同士を電気的に接続するための接続端子を別部品として設ける必要がなく、部品点数の削減と、端子を圧入するなどの組立工数を削減できる整流子を安価に提供することができる。
コイルの巻線端部の内、整流子本体に直接接続されない巻線端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから、回路用導電部材の外周部の一部と、渡り線接続端子の先端部のみを金属シートに接続した状態で打ち抜く打ち抜き工程と、
所定のセグメント間にノイズ素子を装着するノイズ素子装着工程と、
回路用導電部材と、ノイズ素子と、渡り線接続端子とを、渡り線接続端子が、セグメントと、回路用導電部材と、ノイズ素子のいずれからも電気的に絶縁された状態で樹脂で固定するモールド工程と、
回路用導電部材の外周部の一部及び渡り線接続端子の先端部を切断する切断工程とを有するものなので、
異なるティースに巻線されたコイル同士を電気的に接続するための接続端子を別部品として設ける必要がなく、部品点数の削減と、端子を圧入するなどの組立工数を削減でき、整流子を備えた回転子を安価に提供することができる。
本発明の実施の形態1に係る整流子と、この整流子を備えた回転子と、その製造方法について図を用いて説明する。
図1(a)は、ブラシ付き回転電機100(以下、回転電機100という)を軸方向にから見た平面図である。
図1(b)は、回転電機100の回転軸の中心を含む断面図である。
図1において、回転電機100は、円筒状のヨーク1の内周に設置された4個の永久磁石2と、永久磁石2の内周側に配置された回転子3を備えている。
そして、回転子3は、回転軸32に積層鋼板からなるコア33及び、整流子本体20に整流子回路部材60を装着した整流子5を圧入固定して構成される。
また、整流子5は、ブラシ4が径方向から当接するとともにブラシ摺動部が複数のセグメント22(本実施の形態では6個)に分割されている整流子本体20を備える。
セグメント22は銅などで構成され、各セグメント22は、スリット23により分離されている。
そして、ブラシ4は2個であるため、短絡線により対向するセグメント22間を電気的に接続して同電位とする必要がある。
さらに、ブラシ4と整流子本体20間での放電現象による火花から、ブラシ4を保護するために、各回転電機100の極間にコンデンサやバリスタなどのノイズ素子66を付加する必要がある。ノイズ素子66としては、チップコンデンサを実装している。
回転軸32の両端部のベアリング7は、図示しないハウジングに固定されている。
図2(b)は、組立前の分割コアの斜視図である。
図2(b)に示すように、回転子3を構成するコア33は、軸方向に2分割されている。分割コア33a、33bは、それぞれ回転方向に、ほぼ120度の等間隔に3つのティースを備えている。分割コア33aと分割コア33bを組み合わせたコア33の各ティース34には、後述する樹脂製のボビンが設けられており、ボビンの周囲には、巻線を集中巻きして形成されるコイル31が備えられている。
2分割されたコアは片方のコアの環状部ともう一方のコアのティース部で当接しており、環状部の中心に設けられた穴にシャフトが圧入され固定されている。
図3に示すように、ボビン8の回転子3の外周側に相当する部分には、回転子3の径方向反対側に位置するティース34に巻線されたコイル31同士を接続するために、巻線端部が渡るためのガイド構造を備えている。
このガイド構造は、回転子3の径方向内周側に向かって凹形状をなし、渡り線を収納する形状となっている。
本実施の形態では、渡り線は回転子3の外周側を渡るが、回転軸32の外周側やコイル31と整流子5の軸方向の間のような、回転子3の内周側を渡ってもよい。
図4に示すように、回転子3の径方向反対側に位置するティースに巻線されたコイル31同士が接続された直列デルタ結線としている。
本実施の形態では、直列デルタ結線としたが、スター結線でもよく、異なるティースに巻線されたコイル31の端部同士を、短絡線やノイズ素子から電気的に絶縁された状態で接続する回転子3であれば、並列結線構成であってもよい。
図5(a)、(b)は、整流子5の構成を示す図である。
整流子本体20は、回転軸32と嵌合するための穴を有する樹脂製の整流子枠体21と、ブラシ4が径方向から当接するブラシ摺動部を複数(本実施の形態では6個)に分割して構成するセグメント22と、各セグメント22と接続されている接続端子24a、24bとで構成されている。
本実施の形態では、6個のセグメント22のうち、3個には2つの接続端子24a、24bが設けられている。接続端子24aはコアと反対側に開口する凹形状(フック形状)をしており、もう一方の接続端子24bはコア側に伸長した形状としている。
また、残り3個のセグメント22には、接続端子24bのみが設けられている。
そして、ノイズ吸収回路64bの電極部642に配設されるノイズ素子66と、回転子3の径方向反対側のティースに巻線されたコイル31同士を電気的に接続するための渡り線接続端子65とで、整流子回路部材60を構成する。
更に、整流子本体20を整流子回路部材60と組み合わせて整流子5を構成する。
回路用導電部材64は、銅又は銅合金などの金属板からなる導電部材であり、180度対向するセグメント22を接続するために、両端に整流子本体接続用端子641を有する短絡用回路64aと、この短絡用回路64aに一体として繋がっており、ノイズ素子66を実装するために、2カ所に電極部642を有するノイズ吸収回路64bからなる。
電極部642は、整流子本体接続用端子641より外周側に配設されている。
また、3組の短絡用回路64aの両端部に形成された6つの整流子本体接続用端子641は、回転子3の回転方向にほぼ等間隔に6つ設けられ、中心から径方向に同一距離となるように配置されており、コア側に凸形状となるように折り曲げられている。
渡り線接続端子65は巻線を絡げやすくするため、内周側に開口する凹形状に形成されている。
図6(a)、(b)は、渡り線接続端子65の他の例を示す斜視図である。
本実施の形態では、渡り線接続端子65を内周側に開口する凹形状としたが、図6(a),(b)に示すように巻線を挟み込むようなスリット形状や、整流子本体20側に開口する凹形状や、単に外周側へ延長した形状としてもよい。
図7に示すように、整流子本体20には6個の接続端子24bが設けられ、3組の短絡用回路64aの両端の整流子本体接続用端子641によって、整流子本体20の反対側にあるセグメント同士が電気的に接続されている。
また、径方向反対側のティースに巻線されたコイル31の一端同士が、3個の渡り線接続端子65によって接続されている。
ノイズ素子66は、No.2とNo.4、No4とNo.6、No.6とNo2の各セグメント22間に跨るように取り付けられている。
ノイズ素子66は、熱硬化製樹脂(例えば半導体封止用エポキシ樹脂)によりモールド成形され、固定されて回路用導電部材64と一体化されている。
図8は、整流子回路部材60の製造工程を示す平面図である。
図8(a)に示すように、3組の回路用導電部材64と渡り線接続端子65とを一枚のロール状の金属板材料から抜き加工する。
この段階においては、渡り線接続端子65は、回路用導電部材64の外周と繋がった状態である。
本工程では、数個の製品を同一のシートに打ち抜き、それを短冊状となるよう切断して後工程に搬送する。
本実施の形態では、リフローによりノイズ素子66を実装したが、手半田により電極部642にハンダ付けしてもよい。
このモールドを実施することで、回転子3の回転時の振動でハンダ接続部がはずれることを防ぐとともに、最終的に回路用導電部材64及び金属シートから切り離される渡り線接続端子65を、回路用導電部材64と一体として固定することができる。
以上により、渡り線接続端子65は、ノイズ素子66や整流子5と電気的に絶縁された状態を維持しながら、これらの部材と一体化される。
さらに、短絡用回路64aの両端部の整流子本体接続用端子641は、コア側に90度折り曲げられ、渡り線接続端子65は、回転子3の内周側に開口する凹形状となるように折り曲げられる。
このようにして製造された整流子5は、回転軸32に圧入して固定される。
その際、図3に示すボビン8の形状に沿って渡り線がガイドされることで、結線時に渡り線同士が干渉し、変形によって皮膜が傷ついたり、断線したりすることを防ぐことができる。
また、図2に示すような分割コアを用いると、まず、整流子回路部材60と整流子本体20を一体化した整流子5を回転軸32に圧入固定し、次に1つの分割コアを回転軸32に圧入固定した後で巻線し、巻線後にコイル31の一方の端部を渡り線接続端子65に絡げておくことで、自動機により結線の一部を完了することができる。
21 整流子枠体、22 セグメント、23 スリット、24a,24b 接続端子、
3 回転子、31 コイル、32 回転軸、33 コア、33a,33b 分割コア、
34 ティース、4 ブラシ、5 整流子、60 整流子回路部材、
64 回路用導電部材、64a 短絡用回路、64b ノイズ吸収回路、
641 整流子本体接続用端子、642 電極部、65 渡り線接続端子、
66 ノイズ素子、7 ベアリング、8 ボビン。
Claims (7)
- 外周に等分に分割されたセグメントを有する整流子本体と、コアに巻き回されたコイルとを結線する整流子回路部材とを備えた整流子において、
所定のセグメント同士を電気的に接続する短絡用回路及び、前記短絡用回路と一体の回路であって、所定のセグメント間に装着するノイズ素子用の電極を有するノイズ吸収回路とからなる複数の回路用導電部材と、
前記コイルの巻線端部の内、前記整流子本体に直接接続されない所定の前記巻線端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから打ち抜いて、相互に樹脂で固定してなる整流子回路部材を有する整流子。 - 前記回路用導電部材と前記渡り線接続端子は、前記金属シートから打ち抜いた時の相互の位置関係を維持して樹脂で固定する請求項1に記載の整流子。
- 前記渡り線接続端子の前記整流子回路部材の外周側の先端部分は、樹脂でモールドされていない請求項1又は請求項2に記載の整流子。
- 前記渡り線接続端子は、前記回路用導電部材、前記ノイズ素子及び、前記整流子本体と電気的に絶縁されている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の整流子。
- 前記渡り線接続端子は、前記回路用導電部材の径方向外側に設けられている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の整流子。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の整流子を備えた回転子。
- 外周に等分に分割されたセグメントを有する整流子本体と、コアに巻き回されたコイルとを結線する整流子回路部材を備えた回転子の製造方法において、
所定のセグメント同士を電気的に接続する短絡用回路及び、前記短絡用回路と一体の回路であって、所定のセグメント間に装着するノイズ素子用の電極を有するノイズ吸収回路とからなる複数の回路用導電部材と、
前記コイルの巻線端部の内、前記整流子本体に直接接続されない前記巻線端部同士を接続する渡り線接続端子とを同一の金属シートから、前記回路用導電部材の外周部の一部と、前記渡り線接続端子の先端部のみを前記金属シートに接続した状態で打ち抜く打ち抜き工程と、
所定の前記セグメント間に前記ノイズ素子を装着するノイズ素子装着工程と、
前記回路用導電部材と、前記ノイズ素子と、前記渡り線接続端子とを、前記渡り線接続端子が、前記セグメントと、前記回路用導電部材と、前記ノイズ素子のいずれからも電気的に絶縁された状態で樹脂で固定するモールド工程と、
前記回路用導電部材の外周部の前記一部及び前記渡り線接続端子の前記先端部を切断する切断工程とを有する整流子を備えた回転子の製造方法。
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