JP2019075850A - ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】工程数を増加させることなく整流子の位置ずれを防止する。【解決手段】ロータは、シャフト５が固定される貫通孔の周囲に径方向外側へ延設された複数のティース部を有するロータコア２０と、ロータコア２０に取り付けられてシャフト５と一体回転する支持体１１、及び、支持体１１に装着される金属製の整流子片１２とを有する整流子１０と、整流子片１２に係止されるとともにティース部に巻回された巻線３０と、を備える。支持体１１は、径方向外側に突設されるとともにロータコア２０の端面２０ａに載置されてティース部とともに巻線３０が巻回される少なくとも一つの突起部１１ｅを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、整流子が設けられたロータと、このロータを備えたモータとに関する。

従来、ブラシ付きのモータとして、有底筒状のハウジングの内周面に永久磁石が固定されたステータと、シャフトに固定されて巻線が巻回されたコアを持つロータとを備え、ステータの内側にロータが回転自在に収容された、所謂インナロータ型モータが一般的に知られている（例えば特許文献１参照）。ロータにはシャフトに固定される整流子（コミュテータ）が設けられる。整流子は、ブラシが摺動接触する接触部と巻線が接合される端子とを持つ金属製の整流子片が、絶縁性のコアに取り付けられて構成される。

特開２００９−２０７３２６号公報

ところで、巻線は所定の張力でロータコアに巻回されるとともに整流子片に接合されるため、シャフトに対する整流子の位置がずれてしまうと、巻線のたるみや断線を招く。このため、ロータの品質を高めるためには、整流子の位置がずれない構成とする必要がある。整流子はシャフトに対して圧入固定されることが多いが、その材質によっては圧入代を大きくすることが難しい場合がある。この場合、整流子をシャフトに対して強固に固定できないため、使用を続けることで整流子の位置がずれるおそれがある。

また、整流子を強固に固定するために、接着剤を使ってシャフトやロータコアに対して整流子を固着することも考えられる。しかしながら、接着剤による固定方法では、接着剤を塗布する工程と接着剤を乾燥させる工程とが必要となり、工程数の増加は避けられない。

本件のロータ及びモータは、このような課題に鑑み案出されたもので、工程数を増加させることなく整流子の位置ずれを防止することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示するロータは、シャフトが固定される貫通孔の周囲に径方向外側へ延設された複数のティース部を有するロータコアと、前記ロータコアに取り付けられて前記シャフトと一体回転する支持体、及び、前記支持体に装着される金属製の整流子片を有する整流子と、前記整流子片に係止されるとともに前記ティース部に巻回された巻線と、を備え、前記支持体は、径方向外側に突設されるとともに前記ロータコアの端面に載置されて前記ティース部とともに前記巻線が巻回される少なくとも一つの突起部を有する。

（２）前記突起部の個数と前記ティース部の個数とが同一であり、一つの前記突起部が一つの前記ティース部において前記巻線に巻回されることが好ましい。
（３）前記突起部の径方向長さは、前記巻線の線径よりも大きいことが好ましい。
（４）前記突起部の径方向長さは、前記ティース部の径方向中心部に到達しない長さであることが好ましい。
（５）前記突起部は、前記ロータコアとは逆側の面が径方向外側に向かって薄肉となるように傾斜したテーパ状に形成されていることが好ましい。すなわち、前記突起部の軸方向寸法が、径方向外側ほど短くなるように前記面が傾斜していることが好ましい。

（６）ここで開示するモータは、上記の（１）〜（５）のいずれか１つに記載のロータと、底筒状のハウジングの内周面に固定された永久磁石を有するとともに前記ロータの前記シャフトの一端を回転自在に支持するステータと、ブラシを有するとともに前記ハウジングの開口部に固定されるエンドベルと、を備えている。

開示のロータによれば、巻線の張力によって支持体（整流子）の位置ずれを防止できる。また、接着剤を使って整流子を固定する場合には接着剤を塗布する工程や接着剤を乾燥させる工程が必要となるが、開示のロータであれば工程数は増加しない。したがって、工程数を増加させることなく整流子の位置ずれを防止することができる。また、開示のモータによれば、巻線の断線を防止でき、低コストで品質を高めることができる。

実施形態に係るモータの軸方向半断面図である。 実施形態に係るロータが有するロータコアを軸方向から見た図に、整流子の底部及び突起部を透過して示す図である。 実施形態に係るロータが有する整流子の支持体の構成を説明するための図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ矢視半断面図、（ｃ）は図３（ａ）のＢ方向矢視図である。 図３の整流子の整流子片の構成を説明するための図である。 実施形態に係るロータの作用を説明するための模式図（一部断面図）である。

図面を参照して、実施形態としてのロータ及びモータについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
図１は、本実施形態のモータ１の軸方向半断面図である。本実施形態のモータ１は、永久磁石界磁式のブラシ付き直流モータであり、ステータ２，ロータ３，エンドベル４を備える。ステータ２は、有底筒状に形成されたハウジング２Ａと、ハウジング２Ａの内周面に沿って固定された永久磁石２Ｂとを備える。永久磁石２Ｂは、ロータ３が組み立てられた状態で、ロータ３のコア２０（以下「ロータコア２０」という）と対向し、ロータコア２０を囲むように軸方向へ延設される。

ハウジング２Ａの底部中央には円形状の孔部２ｈが貫設される。この孔部２ｈには、ロータ３のシャフト５の一端側を回転自在に支持する軸受２Ｃが内嵌される。エンドベル４は、ハウジング２Ａの開口部に固定される蓋部材であり、図示しないブラシやターミナルを有する。また、エンドベル４は、シャフト５の他端側を回転自在に支持する軸受２Ｄが内嵌される凹部４ａとシャフト５が挿通される孔部４ｈとを有する。

ロータ３は、シャフト５と一体回転するロータコア２０と、シャフト５に固定された整流子１０とを備える。シャフト５はロータ３を支持する回転軸であり、モータ１の出力を外部に取り出す出力軸としても機能する。ロータコア２０は、同一形状の複数の鋼板が積層された積層コアであり、その中心には、鋼板の積層方向に軸方向を一致させた状態でシャフト５が固定される。整流子１０はシャフト５に圧入固定されるとともに、ロータコア２０に対して取り付けられて周方向位置が規定される。

図２に示すように、本実施形態のロータコア２０は、軸方向視で三回回転対称性を持った外形を有する。具体的には、ロータコア２０は、シャフト５が固定される貫通孔２１ｈが形成された中央部２１と、中央部２１から径方向外側へ放射状に延設された三つのティース部２２と、各ティース部２２の外端部において周方向に互いに離隔して設けられた三つの円弧部２３とから構成される。中央部２１は、貫通孔２１ｈを構成する内周面を径方向外側に向かって切り欠いて形成された三つのキー溝２５を有する。各キー溝２５には、後述する整流子１０の足部１１ｆが嵌合され、整流子１０の位置決めがされる。

周方向に隣接する二つのティース部２２及び円弧部２３と中央部２１とで囲まれた空間（以下「スロット２４」という）には、巻線３０（図１参照）が配置される。スロット２４は、図１に示すようにシャフト５の軸方向に延びた溝であり、図２に示すようにロータコア２０の周方向において等間隔に三つ形成される。ロータコア２０のティース部２２には、そのティース部２２の両側のスロット２４を通して所定のターン数だけ巻線３０が巻回される。なお、巻線３０が巻回されるロータコア２０の部分には絶縁層（図示略）がコーティングされており、絶縁性が保たれている。

巻線３０は、電流が流れることで磁力を生じさせる絶縁電線である。本実施形態の巻線３０は、所定のテンションでΔ結線方式によりロータコア２０に巻回される。すなわち、巻線３０は、その一端が後述する整流子１０の三つの端子１２ｂのうちの一つに係止（フッキング）されてからロータコア２０の三つのティース部２２のうちの一つに巻回されたのち、別の端子１２ｂに係止される。次いで、別のティース部２２に巻回されてから残りの端子１２ｂに係止され、さらに残りのティース部２２に巻回されたのち、最初の端子１２ｂに係止される。以下、図１に示すように、ロータコア２０に巻回された巻線３０のうち、ロータコア２０の端面２０ａから盛り上がった部分（山状に膨出した部分）を巻山３１と呼ぶ。

図１に示すように、整流子１０は、シャフト５に固定された樹脂製の支持体１１と、支持体１１に装着される金属製の三つの整流子片１２とを有する。図４に示すように、各整流子片１２は、ブラシが摺動接触するブラシ接触部１２ａと、巻線３０が接続される端子１２ｂと、支持体１１に係止される爪部１２ｃとを有する。ブラシ接触部１２ａは、円筒を三分割した形状をなす。端子１２ｂは、ブラシ接触部１２ａの円弧状端部から径方向外側へ延設されて屈曲した部位であり、巻線３０を係止可能な形状とされる。端子１２ｂに係止された巻線３０は、溶接や半田付けといった熱接合（熱を利用した接合処理）により接合される。爪部１２ｃは、後述する支持体１１の溝部１１ｇに係合して整流子片１２の位置を規定する。

支持体１１は筒状に形成された絶縁部品であり、ロータコア２０に取り付けられてシャフト５と一体回転する。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持体１１は、軸方向中間部に位置する支持部１１ｃと、支持部１１ｃの軸方向一端側（図中上側）に位置する筒部１１ａと、支持部１１ｃの軸方向他端側（図中下側）に位置する底部１１ｂとを有する。筒部１１ａは、整流子片１２のブラシ接触部１２ａが装着される部位であり、略円筒形状に形成される。筒部１１ａの外周面には、ブラシ接触部１２ａの内周面が面接触される。なお、図５に示すように、整流子片１２はブラシ接触部１２ａを筒部１１ａに面接触させた状態で、環状の押さえ部材１３を装着することにより支持体１１に固定される。

支持部１１ｃは整流子片１２の端子１２ｂを支持する部位であり、略直方体形状の三つの部位（以下「載置部１１ｈ」という）が周方向に等間隔に配置されて構成される。各載置部１１ｈには、端子１２ｂが載置される。なお、支持部１１ｃは、図３（ｃ）中に二点鎖線で示すように、底部１１ｂよりも大きな同心円を、径方向外側から略扇状に三箇所切り欠いた形状に相当する。また、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持部１１ｃの筒部１１ａ側の端面には、整流子片１２の爪部１２ｃが係合される溝部１１ｇが凹設される。

底部１１ｂは、支持部１１ｃに装着される端子１２ｂとロータコア２０の端面２０ａとの距離を確保するための部位であり、略円筒形状に形成される。底部１１ｂの外周面には、三つのテーパ部１１ｄ及び三つの突起部１１ｅが設けられ、底部１１ｂの支持部１１ｃと逆側の端面（環状の縁部）には三つの足部１１ｆが設けられる。テーパ部１１ｄは、支持部１１ｃに近づくほど肉厚になるように傾斜した部位であり、載置部１１ｈと同一の周方向位置に設けられる。テーパ部１１ｄは、底部１１ｂを補強する機能を有する。なお、本実施形態の底部１１ｂには、テーパ部１１ｄの下側（底部１１ｂの端面側）に外径が一定の円筒部が設けられている。

足部１１ｆは、底部１１ｂの端面から軸方向に突設された部位であり、周方向に等間隔に設けられる。足部１１ｆは、ロータコア２０のキー溝２５に差し込まれ、ロータコア２０（シャフト５）に対する整流子１０の周方向位置を規制する機能を持つ。本実施形態の足部１１ｆは、周方向に隣接する載置部１１ｈの間に配置されている。なお、足部１１ｆの周方向位置はこれに限られず、ロータコア２０のキー溝２５に対応した位置であればよい。

突起部１１ｅは、底部１１ｂの外周面から径方向外側に向かって突設された部位であり、図５に示すように、ロータコア２０の端面２０ａに載置されてティース部２２（図２参照）とともに巻線３０が巻回される。これにより、図５中に拡大して示すように、突起部１１ｅに対して巻線３０の張力（図５中の符号Ｆ）が作用し、突起部１１ｅがロータコア２０の端面２０ａから離れないように保持されることから、支持体１１（整流子１０）の位置ずれ（浮き）が防止される。なお、図５では、整流子１０の一部及び巻線３０のみを断面で示す。

本実施形態の支持体１１には、ティース部２２の個数と同数（すなわち三つ）の突起部１１ｅが設けられる。これにより、図２中に破線で示すように、各突起部１１ｅが各ティース部２２の径方向内側部分に配置され、一つの突起部１１ｅが一つのティース部２２において巻線３０に巻回される。

図３（ｂ）及び図５に示すように、突起部１１ｅの径方向長さＬ（突起部１１ｅの突出量）は、巻線３０の線径よりも大きく設定される。これにより、巻線３０が巻回されたときに、突起部１１ｅに巻線３０が複数回巻かれる。また、この径方向長さＬは、図２に示すようにティース部２２の径方向中心部に到達しない長さとされる。すなわち、支持体１１がロータコア２０に取り付けられた状態で、突起部１１ｅはティース部２２における径方向内側部分に位置し、ティース部２２の径方向中心部には到達しない。これにより、巻線３０の巻山３１の高さ（ロータコア２０の端面２０ａからの突出量）が抑制される。

また、本実施形態の突起部１１ｅは、図３（ｂ）及び図５に示すように、ロータコア２０とは逆側の面（図中上面）が径方向外側に向かって薄肉となるように傾斜したテーパ状に形成されており、その軸方向寸法が径方向外側ほど短くなっている。つまり、突起部１１ｅは、ロータコア２０側の面（図中下面）が軸直交方向に延在し、ロータコア２０とは逆側の面がロータコア２０側に向かって傾斜して設けられ、根元の方が先端よりも軸方向寸法が大きい。なお、突起部１１ｅの径方向外側の先端は尖っておらず、平面状あるいは曲面状とされる。

［２．作用，効果］
（１）上述したロータ３によれば、ロータコア２０の端面２０ａに載置された突起部１１ｅに対しティース部２２とともに巻線３０が巻回されるため、巻線３０の張力によって支持体１１（整流子１０）の位置ずれを防止できる。また、接着剤を使って整流子１０を固定する場合には、接着剤を塗布する工程や接着剤を乾燥させる工程が必要となるが、上述したロータ３であれば工程数は増加しない。したがって、工程数を増加させることなく整流子１０の位置ずれを防止することができる。

なお、上記の支持体１１のように、底部１１ｂに補強用のテーパ部１１ｄが設けられている場合、整流子１０が、テーパ部１１ｄに接触する巻線３０から、支持体１１（整流子１０）をロータコア２０から離れる方向に働く力を受ける。また、巻線３０の断線を防止するために、ティース部２２に巻回した巻線３０を端子１２ｂに係止する前に整流子１０の外周に引き回す場合がある。この場合には、引き回した巻線３０から、整流子１０がロータコア２０から離れる方向に働く力を受け易い。

また、テーパ部１１ｄを有する整流子１０の外周に巻線３０を引き回す場合には、引き回した巻線３０が整流子１０側に近づくことが抑制され、引き回した巻線３０をロータコア２０側に固定することができる。ただし、引き回した巻線３０がロータコア２０に近づく方向に働く力を受けるため、この巻線３０から、整流子１０がロータコア２０から離れる方向に働く力を受け易い。

しかしながら、上述したロータ３であれば、整流子１０がロータコア２０から離れる方向に働く力を受けたとしても、突起部１１ｅがロータコア２０側へ押さえ付けられるため、整流子１０の位置ずれを防止できる。なお、上述したロータ３であれば、支持体１１が圧入代を大きく取れない材質で形成されていても位置ずれを防止できる。言い換えると、支持体１１の材質に関係なく整流子１０の位置ずれを防止できるため、汎用性を高くすることができる。

例えば、小型で耐熱性が要求されるドアロックやステアリングロックなどに使用されるモータ１のロータ３の場合、支持体１１は、熱硬化性樹脂であるフェノールで形成される。しかし、フェノール樹脂は脆性が大きいことから、フェノール樹脂で形成される支持体１１をロータコア２０に圧入する場合、応力により破壊されてしまう虞がある。これに対し、上記のロータ３であれば、圧入代を大きくする必要がないため、支持体１１がフェノール樹脂のように脆性の大きな材質で形成されていても、整流子１０の位置ずれを防止できる。

（２）上述したロータ２では、突起部１１ｅとティース部２２とが一対一の関係になっているため、支持体１１に対して巻線３０の張力がバランスよく作用する。これにより、支持体１１（整流子１０）の位置ずれを効果的に防止できる。
（３）また、突起部１１ｅの径方向長さＬが巻線３０の線径よりも大きいことから、複数の巻線３０が突起部１１ｅに巻かれる。このため、突起部１１ｅに対して比較的大きな張力が得られ、支持体１１（整流子１０）の位置ずれを効果的に防止できる。

（４）ロータコア２０の端面２０ａには、巻線３０がＵターンすることで形成された巻山３１が設けられるが、巻山３１の頂上と端子１２ｂとの間にはある程度の隙間が必要とされる。また、巻山３１の頂上と支持部１１ｃのロータコア２０側の端面との間には、ノイズ抑制の部品（ディスクバリスタ）が配置されることがあり、この場合には配置スペースを確保する必要がある。なお、巻山３１の頂上は、ティース部２２の径方向中心部付近に位置する。これらの要求に対し、上述したロータ３では、突起部１１ｅの径方向長さＬがティース部２２の径方向中心部に到達しない長さとされていることから、巻山３１の高さ（ロータコア２０の端面２０ａから巻山３１の頂上までの軸方向長さ）を抑えることができる。

（５）上述した突起部１１ｅは、その軸方向寸法が根元部分よりも径方向外側の先端部分の方が短くなるように、ロータコア１０と逆側の面がテーパ状に形成されている。このため、突起部１１ｅの根元部分の強度を確保しつつ巻山３１の高さを抑えることができる。
（６）上述したロータ３を備えたモータ１であれば、工程数を増加させることなく整流子１０の位置ずれを防止できるため、巻線３０の断線を防止することができ、低コストで品質を向上させることができる。

［３．その他］
上述したロータ３の具体的な構成は一例であって、上述したものに限られない。例えば、支持体１１にテーパ部１１ｄが設けられていなくてもよいし、支持部１１ｃが軸方向視で底部１１ｂよりも大きな同心円形状であってもよい。また、上述した突起部１１ｅ及び巻線３０の張力に加えて、接着剤や圧入を併用して支持体１１をシャフト５に固定してもよいし、ロータコア２０に取り付けてもよい。

上記の突起部１１ｅの形状は一例であって、例えばテーパ形状でなくてもよい。また、突起部１１ｅの径方向長さＬも特に限られず、大きな張力を得るためにティース部２２の径方向中心部付近まで突設されてもよいし、巻山３１の高さを抑えるために巻線３０の線径と同等にしてもよい。また、突起部１１ｅは少なくとも一つあればよく、その個数がティース部２２と同一でなくてもよいし、ティース部２２の個数よりも多くてもよい。なお、突起部１１ｅの個数がティース部２２よりも少なく、巻線３０が分布巻で巻回される場合には、突起部１１ｅが、巻線３０に確実に接する位置（例えば、巻回しの開始位置のティース部２２）に設けられることが望ましい。

上述したモータ１の構成は一例である。例えば巻線３０がＹ結線方式により巻回されていてもよいし、電気ノイズの原因となるサージ電圧を吸収するディスクバリスタを押さえ部材１３の外周側に配置してもよい。また、整流子片１２の個数が三つ以外であってもよい。

１ モータ
２ ステータ
２Ａ ハウジング
２Ｂ 永久磁石
３ ロータ
４ エンドベル
５ シャフト
１０ 整流子
１１ 支持体
１１ｅ 突起部
１２ 整流子片
２０ ロータコア
２０ａ 端面
２１ｈ 貫通孔
２２ ティース部
３０ 巻線
Ｌ 突起部の径方向長さ

Claims (6)

1. シャフトが固定される貫通孔の周囲に径方向外側へ延設された複数のティース部を有するロータコアと、
   前記ロータコアに取り付けられて前記シャフトと一体回転する支持体、及び、前記支持体に装着される金属製の整流子片を有する整流子と、
   前記整流子片に係止されるとともに前記ティース部に巻回された巻線と、を備え、
   前記支持体は、径方向外側に突設されるとともに前記ロータコアの端面に載置されて前記ティース部とともに前記巻線が巻回される少なくとも一つの突起部を有する
   ことを特徴とする、ロータ。
2. 前記突起部の個数と前記ティース部の個数とが同一であり、
   一つの前記突起部が一つの前記ティース部において前記巻線に巻回される
   ことを特徴とする、請求項１記載のロータ。
3. 前記突起部の径方向長さは、前記巻線の線径よりも大きい
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のロータ。
4. 前記突起部の径方向長さは、前記ティース部の径方向中心部に到達しない長さである
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータ。
5. 前記突起部は、前記ロータコアとは逆側の面が径方向外側に向かって薄肉となるように傾斜したテーパ状に形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータと、
   有底筒状のハウジングの内周面に固定された永久磁石を備え、前記ロータの前記シャフトの一端を回転自在に支持するステータと、
   ブラシを備えて前記ハウジングの開口部に固定されるエンドベルと、を具備した
   ことを特徴とする、モータ。

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