JP2517217B2 - 面型整流子を研削するための装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、放射型即ち面型整流子を表面仕上げするた
めの研削方法および装置に関する。

発明の背景 電気モータのための面型整流子は、整流子本体に予め
組みつけられた複数の導電バーを有している。ある種の
用途のモータの場合、作動中整流子は誘電流体中に浸漬
される。従来は、整流子の各バー間の寸法の凹凸を除去
し、均一な整流子表面を形成するためにダイヤモンド切
削具を用いて整流子の平坦なフエース面を仕上げてい
る。

誘電流体中や、真空空間内で作動する整流子モータ
は、互いに接触するブラシの面と整流子の面との適正な
合致に関連して特に困難な問題を有している。即ち、誘
電流体内や、真空空間内の作動においては特に柔軟なブ
ラシ材を使用しなければならないが、そのような柔軟な
ブラシは、整流子に適正に合致せしめられないと、モー
タが仕事をするのに必要な電流を送ることができない。
また、ブラシが整流子に不適正に座着せしめられると、
過度に電流が流される部分が生じてアークを発生し、そ
の結果整流子に点食を生じ、モータの損傷を早めること
になる。

ダイヤモンド切削具を使用する従来の仕上げ方法で
は、モータのブラシのならし運転に要する時間を長く
し、かつ、ブラシと整流子とを適正に合致させるのを困
難にするような表面荒さや縁ばりを整流子の面に創生す
ることがある。

円筒型整流子の各扇形導電バーを表面仕上げするため
の従来技術の研磨装置は、米国特許第969,633号および
3,965,623号に開示されている。それらの装置において
は、整流子バーに限られた一部分だけを砥石車の限られ
た周縁部分に露呈させ、ばりの発生を最少限にするよう
に砥石車を整流子の導電バーの厚み方向に前進させる。
従つて、このような装置では、放射状に平坦に配列され
た各導電バーの間の分割線のところに生じる縁ばりの問
題を解消することはできない。

発明の概要 本発明は、予め組立てられた複数の整流子の扇形導電
バーの間の寸法差を除去するために反復研削パターン
（工具マークパターン）を整流子の導電バーの表面に形
成することによつて該導電バーを均一に仕上げるための
方法および装置を提供する。

本発明による場合、整流子の仕上げ表面が均一であ
り、軸方向のぶれは、100分の数インチの公差に抑えら
れる。本発明による工具マーク82は、20〜60マイクロイ
ンチ（0.508〜1.524μ）の程度の均一な深さである。整
流子表面のこの粗面（荒さ）は、ならし運転においてブ
ラシの表面の全表面が整流子表面に接触するようにブラ
シ表面を実際に研磨するのに必要であり、かつ、該粗面
の荒さは、ブラシを整流子面と合致するように研磨され
るのと同時に整流子面自体もブラシと平滑に合致するに
至るまで電解的に蝕刻されるのに十分なきめ細かさであ
る。そのようなならし運転は数秒で達成される。本発明
によれば、上記の粗面荒さを、ブラシの素材の硬軟に応
じて該整流子の粗面の、ブラシに対する研削作用の強弱
が定められるように制御することができる。整流子に対
するブラシの座わりが不適正であれば、それはモータの
早期故障となつて表われる。その場合、通常は、整流子
の導電バーがブラシにより電解的に完全に蝕刻されてし
まうことになる。

略述すれば、本発明は、互いにスロツトにより分離さ
れており、半径方向に延長した面を備えた複数個の軟質
金属製の導電セグメントから成る面型整流子を研削する
ための装置において、前記整流子をその半径方向延長面
が駆動スピンドル手段の第１回転軸線に垂直な第１平面
内におかれるように取付けるための回転自在の駆動スピ
ンドル手段と、前記第１回転軸線から偏倚した第２回転
軸線上に配置された回転自在の砥石ヘッドと、前記第１
および第２回転軸線に垂直で、第１平面に平行な第２平
面内に前記砥石ヘッドによって位置づけされる平坦な砥
石端面を有し、前記第２回転軸線を中心として該砥石ヘ
ッドにより回転駆動される砥石円筒体と、前記整流子と
砥石円筒体とをそれぞれ第１および第２回転軸線の周り
に同時に回転させるための手段と、前記整流子の半径方
向延長面の全面に亘って均一な表面荒さをもたらすサイ
クロイド状の工具マークパターンを形成するように整流
子の該半径方向延長面に対する前記砥石円筒体の平坦の
砥石端面の研削作用の強さを制御するために整流子の該
半径方向延長面に作用する該砥石円筒体の圧力を調整す
るための圧力調整手段とから成る装置を提供する。前記
平坦な砥石端面は、整流子の各導電セグメントの半径方
向の長さと等しいか、それより大きい直径を有する。

本発明は、また、モータのブラシに係合するようにな
された面型整流子の複数の予め組立てられた導電セグメ
ントの半径方向の表面の全面に均一な工具マークパター
ンを創生するように該整流子の該半径方向の表面を研削
する方法において、前記整流子の半径方向の表面を整流
子の長手軸線の周りに第１速度で回転させ、前記半径方
向の表面と実質的に等しい直径の平坦な砥石面を前記整
流子の長手軸線から偏倚した軸線の周りに回転させ、前
記回転する半径方向の表面を前記回転する平坦な砥石面
に対し相対的に押圧して該半径方向の表面の全面に亘つ
てサイクロイド状の工具マークを創生し、それによつて
前記予め組立てられた各導電セグメントの表面寸法の不
揃いを除去するとともに、該半径方向の表面の全面に亘
って均一な表面荒さを創生することから成る方法を提供
する。

本発明によれば、整流子の面をブラシとの接触係合を
良好にするような制御された表面荒さにまで均一に研削
するように該整流子面に研削マークパターンを創生す
る。本発明によれば、従来の円筒型砥石による研削方
法、あるいはドレツサーを整流子の面に対して直角に当
接して半径方向に操作する研削方法より迅速に整流子の
面を仕上げることができる。

従来技術の説明 米国特許第969,633号および3,965,623号は、円周方向
に間隔をおいてリング状に配列された個々整流子バーの
軸方向の表面即ち周面を仕上げるために円筒形砥石を用
いることを開示しているが、面型整流子の半径方向の表
面の全面を正確に制御された表面荒さに均一に研削する
ための方法または装置は全く示唆されていない。更に
は、面型整流子の複数個の予め組立てられた導電セグメ
ントに制御された表面荒さを付与するように該各セグメ
ントの寸法の不揃いを除去するサイクロイド状の研削パ
ターンを創生するために整流子の面を第１軸線の周りに
回転させ、砥石車の平坦な端面を第１軸線に平行な第２
軸線の周りに回転させることも示唆されていない。

米国特許第325,296号は、互いに偏倚した軸線の周り
に回転する工作物支持スピンドルと切削工具を備えた機
械を開示している。しかしながら、この機械は、工作物
の面に凹みを形成するためのものであり、本発明のよう
に、面型整流子の各導電バーの表面の不揃いを除去し、
かつ、該表面に所定の表面荒さを付与するためにそれら
の表面に切削工具の端面を押圧して相対的に回転させる
ことは示唆されていない。

実施例の説明 第１および２図を参照すると、本発明の研削装置10が
示されている。研削装置10は、四隅に調節自在の振動減
衰支持パツド14を備えたベース12を有している。ベース
12の上面18の周りを囲繞するようにして冷却剤トラフ16
が設けられている。

砥石ヘツド20のモータ駆動スピンドル22は、軸方向に
移動自在の支持台24上に支持されている。支持台24は、
空気圧シリンダ30によつてスライド28上で工作物支持体
26に対し前進または後退せしめられる。シリンダ30は、
工作物に作用する工具（砥石車）の圧力を制限するよう
に制御される。砥石ヘツド20は、また、手で調節するこ
とができる横送りプレート32を有している。

工作物支持体26は、空気圧式チヤツク36を備えたモー
タ駆動スピンドル34を有している。スピンドル34は、６
インチ（15.2cm）移動行程のヘツドストツクスライド37
上に取付けられている。空気圧式チヤツク36は、工作物
（モータの回転子）40をスピンドル34にしつかりと掛止
する指38と、工作物を軸方向に正確に位置づけするため
の工作物停止体を有している。

第３および８図に示されるように、工作物であるモー
タ回転子40は、チヤツク36の指38によつて保持される端
部43を備えた本体42と、モータ巻線44と、複数個の円周
方向に間隔をおいて配列された導電セグメント（区分
体）即ち導電バー48を有している。各導電バー即ちセグ
メントは、ほぼ扇形であつて、整流子の内径から外径に
向つて漸進的に円周方向の幅が大きくなつており、１対
の側縁50、52を有している。各隣接するセグメント48の
対向する側縁50と52の間には各セグメントを電気的に絶
縁するスロツト54が画定されている。各セグメント48
は、本体42の基準表面56に対して予め組みつけられてい
る。

組立工作物40を仕上げ加工する前は、これらの予め組
み立てられた部品即ち個々の導電セグメント48には寸法
の不揃いや凹凸が存在するので、各セグメントの厚み58
に誤差があり、また、各隣接するセグメント間の側縁5
0、52にも不揃いがある。

本発明によれば、整流子の表面46の全面を処理し、上記
のような凹凸を除去して平坦な整流子面46上に平滑な粗
面を創生し、それによつてモータブラシ60（第８図に破
線で示されている）の整流子係合面をならし運転するの
に必要とされる時間を短縮する。

第４〜６図に示される研削装置の工具62は、セグメン
ト48の研削加工において受ける荷重を支持するのに十分
な強度の材料によつて結合されたカーバイドの砥石グリ
ツト（粒子）または他の微細な砥石グリツトを被覆した
円筒体64から成つている。円筒体64は、中央孔66を有
し、リング形状の平坦な砥石端面68を備えている。砥石
端面68には、整流子面46を画定する全セグメント48の全
面を平滑にするためにセグメント48に対する切込み深さ
を設定するように定められた粒度の砥石粒子が被覆され
ている。工具の円筒体64は、適当な接着剤層70によつて
筒状の鋼製軸部72に取付けられ、軸部72はスピンドル22
に装着される。冷却剤溜め76から冷却剤ポンプ（図示せ
ず）により軸部72内の冷却剤兼潤滑剤通路74へ供給さ
れ、使用後トラフ16へ排出される。

本発明の方法によれば、放射型即ち面型整流子に対す
るブラシのならし運転（ブラシを整流子の面になじませ
るための初期運転）に要する時間を短縮するために望ま
しい表面形状および仕上げを創生することができる。本
発明の方法の各工程は下記の通りである。

スピンドル22およびそれに装着された工具62を可変速
モータ77によつて第１軸線78の周りに回転させる。一
方、工作物40は、第１軸線78から平行に偏倚したスピン
ドル34の回転軸線80を中心として可変速モータ79によつ
て回転させる。従つて、工具62の端面68の外径が工作物
である整流子の表面46の全面幅をカバーする。換言すれ
ば、端面68の外径が表面46の全半径をカバーする。ま
た、好ましい実施例では、工具の円筒体64の環体の内周
縁81および外周縁83が、いずれも、第７図に示されるよ
うに回転子即ち工作物40の外周縁85より外方に離れて位
置するようにする。

回転する砥石端面68に対して工作物40を回転させるこ
とにより工作物即ち整流子の表面46に一連のサイクロイ
ド（擺線）状の工具マーク即ちパターン85を有する平坦
な面を形成する。工具マーク82の深さは、砥石端面の砥
石グリツトの粒度によつて制御され、工具マークのピツ
チ84は、工具62と工作物40との相対回転速度によつて決
められる。工作物40に対する砥石円筒体64の回転方向お
よび回転速度を逆転させることによつて第７図に示され
る研削パターン82を変えることができる。両者を同一の
速度で反対方向に回転させた場合、研削パターンは、ほ
ぼ真直ぐな半径線の形に現れる。

軸線80を中心とする工作物40の駆動速度と、偏倚軸線
78を中心とする工具62の回転速度は、プログラム化可能
なデジタル型制御装置86によつて制御する。制御装置86
は、工作物の仕上げ表面の荒さおよび研削所要時間を制
御するために工作物と工具の相対速度を調整するように
予めセツトすることができる。均一な表面荒さを得るた
めに、砥石グリツトの粒度、工作物と工具の回転速度お
よび回転方向および回転時間をいろいろな組合せで組合
せることができる。図示の研削装置10においては、砥石
ヘツドのモータ77を200〜3000rpmの範囲で制御し、工作
物のモータ79を200〜3500rpmの範囲で制御することがで
きる。工具のスピンドル22および工作物のスピンドル34
は、いずれも駆動比率１でベルトによつて駆動され、両
方のモータはいずれも可変速モータである。

本発明の別の特徴によれば、空気圧シリンダ30に、工
作物に対する砥石端面68の圧力を制御する適当な圧力調
整器88を組合わせる。好ましい実施例では、圧力調整器
88は、２つの調圧器89、91を介して空気の供給を受ける
小さい空気シリンダである。調圧器89は、砥石に切込み
作用を与えるための高圧を供給し、調圧器91は、高圧作
動中に研削された表面を仕上げるための低圧を供給す
る。上述のように回転速度、砥石グリツトの粒度および
圧力等の変数を組合わせることにより、最終的に組立て
られた電気モータにおいて適正な電気的接触が得られる
ように面型整流子の面の全面に亘つてブラシの接触面を
なじませるような粗面を創生するとともに、モータの運
転中におけるブラシの摩耗を少くするような合致表面を
創生する。

本発明による場合、整流子の仕上げ表面が均一であ
り、軸方向のぶれは、100分の数インチの公差に抑えら
れる。本発明による工具マーク82は、20〜60マイクロイ
ンチ（0.508〜1.524μ）の程度の均一な深さである。整
流子表面46のこの粗面（荒さ）は、ならし運転において
ブラシの表面90（第８図）の全表面が整流子表面46に接
触するようにブラシ表面90を実際に研磨するのに必要で
あり、かつ、該粗面の荒さは、ブラシを整流子面46と合
致するように研磨するのと同時に整流子面46自体もブラ
シと平滑に合致するに至るまで電解的に蝕刻されるのに
十分なきめ細かさである。即ち、この粗面荒さは、ブラ
シの素材の硬軟に合わせてブラシに対する研削作用の強
弱を定めるように制御される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の研削装置の上からみた平面図、第２
図は第１図の装置の立面図、第３図は工作物を保持する
ための第１図の装置のチヤツクの部分透視図、第４図は
第１図の装置の研削工具（砥石車）の立面図、第５図は
第４図の工具の砥石円筒体の透視図、第６図は第５図の
砥石円筒体の端面図、第７図は本発明によつて創生され
る工具マークパターンを示す整流子の端面図、第８図は
第７図の線８−８に沿つてみた部分断面図である。 10:研削装置 20:砥石ヘツド 22:スピンドル 30:空気圧シリンダ 34:スピンドル 36:チヤツク 40:整流子（工作物） 42:整流子の本体 46:整流子の半径方向の表面 48:導電セグメント 54:スロツト 64:円筒体 68:砥石端面 77、79:可変速モータ 86:制御装置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いにスロットにより分離されており、半
   径方向に延長した面を備えた複数個の軟質金属製の導電
   セグメントから成る面型整流子を研削するための装置に
   おいて、 前記整流子をその半径方向延長面が駆動スピンドル手段
   の第１回転軸線に垂直な第１平面内におかれるように取
   付けるための回転自在の駆動スピンドル手段と、 前記第１回転軸線から偏倚した第２回転軸線上に配置さ
   れた回転自在の砥石ヘッドと、 前記第１および第２回転軸線に垂直で、第１平面に平行
   な第２平面内に前記砥石ヘッドによって位置づけされる
   平坦な砥石端面を有し、前記第２回転軸線を中心として
   該砥石ヘッドにより回転駆動される砥石円筒体と、 前記整流子と砥石円筒体とをそれぞれ第１および第２回
   転軸線の周りに同時に回転させるための手段と、 前記整流子の半径方向延長面の全面に亘って均一な表面
   荒さをもたらすサイクロイド状の工具マークパターンを
   形成するように整流子の該半径方向延長面に対する前記
   砥石円筒体の平坦な砥石端面の研削作用の強さを制御す
   るために整流子の該半径方向延長面に作用する該砥石円
   筒体の圧力を調整するための圧力調整手段とから成る装
   置。
2. 【請求項２】前記駆動スピンドル手段は、第１可変速駆
   動モータを有し、前記砥石ヘッドは第２可変速モータを
   有し、前記工具マークのパターンのピッチを制御するた
   めに第１可変速駆動モータと第２可変速モータの相対回
   転速度を変更するための制御装置が設けられている特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】モータのブラシに係合するようになされた
   面型整流子の複数の予め組立てられた導電セグメントの
   半径方向の表面の全面に均一な工具マークパターンを創
   生するように該整流子の該半径方向の表面を研削する方
   法において、 前記整流子の半径方向の表面を整流子の長手軸線の周り
   に第１速度で回転させ、 前記半径方向の表面と実質的に等しい直径の平坦な砥石
   面を前記整流子の長手軸線から偏倚した軸線の周りに回
   転させ、 前記回転する半径方向の表面を前記回転する平坦な砥石
   面に対し相対的に押圧して該半径方向の表面の全面に亘
   ってサイクロイド状の工具マークを創生し、それによっ
   て前記予め組立てられた各導電セグメントの表面寸法の
   不揃いを除去するとともに、該半径方向の表面の全面に
   亘って均一な表面荒さを創生することから成る方法。
4. 【請求項４】前記工具マークのピッチを制御するために
   前記整流子と砥石面の相対回転速度を予め選定する工程
   を含む特許請求の範囲第３項に記載の方法。