JP2013251950A - 整流子及びこれに固定された回転軸を備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、整流子割れを安価かつ安定的に防止することが可能な整流子及びこれに固定された回転軸を備えた回転電機を提供することにある。
【解決手段】外周面に突部３ａが形成された回転軸３に装着され、巻線１３が巻回されると共に回転軸３に装着される電機子コア１２への電流方向を切り替える整流子４に関する。整流子４の回転軸３との接触面には、凹部ｐ１が形成された樹脂部４ｂが備えられており、回転軸３に整流子４は、回転軸３の突部３ａが、樹脂部４ｂのうち凹部ｐ１が形成された場所を除く接合部ｐ２に喰い込むことにより固着されるとともに、突部３ａの接合部ｐ２への喰い込みによる応力によって変形した樹脂部４ｂの変形代は、樹脂部４ｂの凹部ｐ１に突出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、整流子及びこれに固定された回転軸を備えた回転電機に係り、特に、安定的に固定される構造を有した整流子及びこれに固定された回転軸を備えた回転電機に関するものである。

整流子を使用した回転電機においては、この整流子に回転電機の回転中心となる回転軸が固定されており、電機子（アーマチャ）もまたこの回転軸に固定されている。
このような回転電機においては、回転軸の外周面にその軸方向に延びる突条を形成し、整流子の内側を構成する樹脂部分にこの突条を食い込ませることにより、回転軸に整流子を固定して、回り止め及び巻線時の引き込み力に抗う構造を有している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、モータの回転軸と整流子の固定構造が記載されている。
この技術では、回転軸の外周面には、軸方向に長手でかつ断面楔状の凹溝が複数形成あれており、これら凹溝の周方向に各々隣接して回止突起が形成されている。
そして、整流子を回転軸の回止突起に圧入することによって、整流子を回転軸に固定している。

特許第３８０８７５９号公報

しかし、特許文献１に記載されたような固定構造によると、巻線時の引き込み力に抗うためには、圧入代を大きく備える必要があるが、この結果、整流子割れが生じる可能性を否定することができないという問題点があった。
つまり、両者の嵌合力は、整流子内側の樹脂部分の径方向に応力として付加されるため、この径方向の応力を緩和するために、樹脂変形が起こることとなる。
換言すれば、径方向の応力は周辺の樹脂を押圧することとなり、樹脂を変形させて応力の逃げ場とすることとなる。
そして、この樹脂変形が許容範囲を超過した場合に、樹脂割れ（つまり、整流子割れ）が生じることとなる。
この不具合は、異音の原因となり、回転電機自体に損傷を与える懸念もあった。
このような状況を回避するために、嵌合代を厳密に管理する必要があるが、簡易かつ安価に割れの発生を防止する技術の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、整流子割れを安価かつ安定的に防止することが可能な整流子及びこれに固定された回転軸を備えた回転電機を提供することにある。

上記課題は、本発明に係る整流子によれば、外周面に突部が形成された回転軸に装着され、巻線が巻回されると共に前記回転軸に装着される電機子コアへの電流方向を切り替える整流子であって、該整流子の前記回転軸との接触面には、凹部が形成された樹脂部が備えられており、前記回転軸に前記整流子は、前記回転軸の前記突部が、前記樹脂部のうち前記凹部が形成された場所を除く接合部に喰い込むことにより固着されるとともに、前記突部の前記接合部への喰い込みによる応力によって変形した前記樹脂部の変形代は、前記樹脂部の前記凹部に突出するよう構成されたことにより解決される。

このように構成されていることにより、回転軸の突部が接合部に喰い込むことによって生じる周方向への応力に起因して発生した樹脂部の変形は、周方向に形成された凹部に積極的に逃がすことができる。
これにより、径方向への変形を大きく軽減することができ、応力に起因する整流子への影響を大きく低減することができる。

また、このとき、具体的には、前記凹部は、前記接合部を挟む状態で、回転方向両側に形成されていると好適である。
このように構成されていると、突部の接合部への喰い込みにより生じた回転方向（周方向）への応力による変形を、接合部の回転方向両側へ力学的に効率良く逃がすことができるため好適である。
実際、接合部の回転方向（周方向）両側に凹部が形成されることとなるため、ほとんどの変形は両凹部に逃げ、径方向にはほとんど変形しないこととなる。

更に、このとき、具体的には、前記凹部は、前記整流子の前記接触面に形成された溝であり、該溝は、前記回転軸が取り付けられた際に、前記回転軸の軸方向と整合する方向に沿って伸びているため、効率の良い取付けを実現しながら、応力の周方向への緩和（逃がし）を実現することができる。

更に、本発明に係る回転電機は、巻線が巻回された電機子と、請求項１乃至請求項３に記載の整流子と、前記電機子及び前記整流子に固定された前記回転軸と、を少なくとも備える。

本発明によれば、整流子の径方向にのみかかっていた応力を、この径方向のみではなく、整流子の円周方向にも逃がすことが可能となる。
このため、整流子の嵌合代の管理を従来程に厳密に行う必要がなく、厳格な公差管理を緩めることができる。
つまり、整流子内側の精密仕上げを廃止することが可能となるとともに、回転軸外側面に形成される突条寸法管理の刃具交換インターバルを長くすることが可能となる。
よって、整流子割れを安価かつ安定的に防止することが可能となる。
更に、整流子径方向の応力を軽減することができるため、整流子真円度の経時変化を遅らせ、ブラシ音を低減させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る整流子を備えた電機子を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る回転軸と電機子コアを示す説明図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の一実施形態に係る整流子の平面図（図１のＡ視）である。 図５のＣ−Ｃ線断面説明図である。 本発明の一実施形態に係る整流子と回転軸の圧入部の断面説明図である。 本発明の一実施形態に係る回転軸の固定構造説明図である。 図７のＸ部拡大説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、整流子割れを安価かつ安定的に防止することが可能となるよう鋭意工夫された整流子の構造に関するものであり、この整流子に回転軸を固定させる回転軸の固定構造を中心として、これらを備えた回転電機に関するものである。

図１乃至図９は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータの概略構成を示す断面図、図２は整流子を備えた電機子を示す説明図、図３は回転軸と電機子コアを示す説明図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５は整流子の平面図（図１のＡ視）、図６は図５のＣ−Ｃ線断面説明図、図７は整流子と回転軸の圧入部の断面説明図、図８は回転軸の固定構造説明図、図９は図７のＸ部拡大説明図である。

図１により、本実施形態に係るモータＭ（回転電機）の構成の一例について説明する。
本実施形態に係るモータＭは、後述する電機子２の構成を除いて、公知の直流モータの構成を採用したものである。

はじめに、図１により本実施形態に係る電機子２を備えたモータＭの構成について簡単に説明する。
本実施形態に係るモータＭは、マグネット１と、電機子２と、電機子２の回転中心軸である回転軸３と、回転軸３を軸支する軸受３ｃ，３ｄと、電機子２の一端側に配設される整流子４と、図示しないブラシ装置と、を有して構成されており、モータケース５内に収納されている。

また、図２に示すように、本実施形態に係る電機子２は、電機子コア１２と、電機子コア１２に巻回された巻線１３と、インシュレータ１４とを有して構成されている。
本実施形態に係る電機子コア１２は、複数のコアシート１１２が軸方向に積層されて形成された積層コアである。
これらのコアシート１１２は、例えば、ケイ素鋼板等の肉薄のシート状板素材から構成され、プレス打ち抜き処理を行うことにより所定形状に加工される。

例えば、本実施形態に係るコアシート１１２は、略円環状のインナー部から、放射状に突出した複数の放射状延出部が同中心角分離隔（例えば、約３０°ずつ離隔）して備えられており、この放射状延出部の径方向端部（インナー部と連結されている側と径方向反対側の先端部）には、周方向に沿って形成される放射状延出部バー部が備えられている。
つまり、放射状延出部と放射状延出部バー部とで、略Ｔ字形状の突出片が形成されており、この部分が積層されて、所謂「ティース部」となり、隣接するティース部間に電機子コア１２の巻線部（所謂「スロット」）が溝として形成される。

そして、本実施形態においては、この巻線部（スロット）及び電機子コア１２の両端面を絶縁被覆するインシュレータ１４が配設され、巻線１３はこのインシュレータ１４を介して電機子コア１２に巻回される。
つまり、巻線１３は、スロット間を渡りながら、ティース部に巻回されるが、このとき、インシュレータ１４の介在により電機子コア１２に対して絶縁されることとなる。

本実施形態にかかる回転軸３は、図３及び図４に示すように、モータＭの回転中心軸となり長尺状の棒体であり、電機子２に固定される。
回転軸３の外側面には、断面楔形状の突部３ａとその周方向に隣接して溝部３ｂが形成されている。

本実施形態においては、突部３ａは、回転軸３の軸方向に沿った突縁として周方向に４個１セットとして形成されている。
この突部３ａは、プレス加工機のパンチ刃によって溝部３ｂを形成することにより形成される突縁である。

つまり、パンチ刃を回転軸３の外側面の所定箇所に圧入することにより、圧入代の逃げ場として形成される肉盛部分である。
この突部３ａのサイズや形状は、パンチ刃の形状や、断面の刃先角度、圧入力等を変更することにより調整することができる。

本実施形態に係る整流子４は、図２、図５及び図６に示すように、略円筒形状の絶縁体４ｂ（樹脂部に相当）と、この絶縁体４ｂの外周に複数配置される整流子片４ａと、を備えて構成されている。
巻線１３は、ティース部間においては、上面に掛け渡されながら、１２個のティース部に巻き付けられる。そして、巻線１３の巻端は、整流子４に形成された整流子片４ａの端部に形成された爪部に電気的に接続される。

絶縁体４ｂは、略円筒形状の樹脂製の部材である。
絶縁体４ｂの内周壁は、軸方向に溝状に切りかかれて形成された凹部ｐ１が複数形成されている。
なお、凹部ｐ１を形成する際に、隣接する凹部ｐ１，ｐ１間に形成される突縁部分を「接合部ｐ２」と記す。
本実施形態においては、凹部ｐ１及び接合部ｐ２は、等中心角間隔で各々６個（つまり、中心角６０°離隔して）形成されている。

図７乃至図９により、回転軸３と整流子４との固定構造を説明する。
図７及び図８に示すように、回転軸３を整流子４に圧入する際、整流子４を構成する絶縁体４ｂの内周壁に、回転軸３を構成する突部３ａが喰い込む。
つまり、図８（ａ）の状態（回転軸３が圧入されていない状態）と、図８（ｂ）に示す状態（回転軸３が圧入された状態）との比較にて示す通り、絶縁体４ｂの内周壁に形成されている接合部ｐ２に、回転軸３の突部３ａが喰い込んで固定される。

このときの状態を、図９により、更に詳細に説明する。
図９に示すように、回転軸３の突部３ａが、絶縁体４ｂ内壁の接合部ｐ２に喰い込むと、この地点Ｏを中心として、周方向両側へＦ１，Ｆ１の応力が付加されることとなる。

この応力Ｆ１，Ｆ１によって、樹脂である絶縁体４ｂは変形するが、接合部ｐ２の周方向両側には、凹部ｐ１，ｐ１が形成されているため、変形代はこの凹部ｐ１，ｐ１へと逃げることができる。
つまり、応力Ｆ１，Ｆ１による変形は、凹部ｐ１，ｐ１側へと張り出し、整流子４の径方向及び回転軸３の径方向への応力付加は大きく軽減されることとなる。

なお、図９は、説明のため、絶縁体４ｂの変形の様子を模式的に示したものであり、必ずしも、これと同様な形状で変形が起きるわけではなく、絶縁体４ｂの変形は各部の形状やサイズ、材質（硬度、弾性）、圧入力（応力）の大きさ等により変形形状は異なる。
つまり、本実施形態の特徴は、回転軸３圧入（突部３ａの接合部ｐ２への喰い込み）によって発生した周方向への応力Ｆ１による変形代が凹部ｐ１に逃げることであり、変形形状はどのようなものであってもよいため模式的に示してある。

このように、周方向への応力Ｆ１により発生した絶縁部４ｂの変形は、周方向に形成された凹部ｐ１に積極的に逃がすことができ、これにより、径方向への変形を大きく軽減することができる。
実際、接合部ｐ２の周方向両側に凹部ｐ１，ｐ１が形成されているため、ほとんどの変形は凹部ｐ１，ｐ１に逃げ、径方向にはほとんど変形しない。
このため、厳格な公差管理を緩めることが可能となる。

つまり、整流子４の内径の精密仕上（例えば、リーマ切削加工等）を廃止することが可能となるとともに、回転軸３の突部３ａの寸法管理に使用する刃具交換のインターバルが長くなる等の効果もまた奏し、コスト削減に寄与することができる。
また、径方向の応力が大きく低減されるため、整流子４の真円度の経時変化を遅らすこととなる。
更に、径方向の応力が大きく低減されるため、整流子４の割れを有効に防止し、ブラシ音を低減させることもできる。

１・・マグネット、
２・・電機子、
３・・回転軸、
３ａ・・突部、３ｂ・・溝部、３ｃ,３ｄ・・軸受、
４・・整流子、
４ａ・・整流子片、４ｂ・・絶縁体、
５・・モータケース、
１２・・電機子コア、１１２・・コアシート、
１３・・巻線、
１４・・インシュレータ、
Ｍ・・モータ、
ｐ１・・凹部、ｐ２・・接合部

Claims (4)

1. 外周面に突部が形成された回転軸に装着され、巻線が巻回されると共に前記回転軸に装着される電機子コアへの電流方向を切り替える整流子であって、
   該整流子の前記回転軸との接触面には、凹部が形成された樹脂部が備えられており、
   前記回転軸に前記整流子は、
   前記回転軸の前記突部が、前記樹脂部のうち前記凹部が形成された場所を除く接合部に喰い込むことにより固着されるとともに、
   前記突部の前記接合部への喰い込みによる応力によって変形した前記樹脂部の変形代は、前記樹脂部の前記凹部に突出するよう構成されたことを特徴とする整流子。
2. 前記凹部は、前記接合部を挟む状態で、回転方向両側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の整流子。
3. 前記凹部は、前記整流子の前記接触面に形成された溝であり、
   該溝は、前記回転軸が取り付けられた際に、前記回転軸の軸方向と整合する方向に沿って伸びていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の整流子。
4. 巻線が巻回された電機子と、請求項１乃至請求項３に記載の整流子と、前記電機子及び前記整流子に固定された前記回転軸と、を少なくとも備えた回転電機。

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