JP3778221B2 - 回転子のアンバランス修正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電動機等の回転電機に使用される回転子のアンバランス修正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、電機子コイルの一部を整流子として利用することにより、従来の整流子付き回転子より高回転が可能な回転子を提案した（特願平７−２７９３４６号）。この回転子は、電機子コアの外周に形成されたスロットに収容されるコイル辺部と、このコイル辺部の両端から電機子コアの端面に沿って径小側へ延設された一対のコイル延設部とから成る半ターンのコ字状コイルを形成し、このコ字状コイルを各スロットに上下一組ずつ挿入して、内周側のコ字状コイルと外周側のコ字状コイルの端部同士を電気的に接続することで電機子コイルを構成している。そして、電機子コアの前方側あるいは後方側に配された上側コ字状コイルの各コイル延設部が整流子として利用される。
【０００３】
この回転子は、従来の整流子付き回転子より極めて小型軽量であることから高速回転が可能となるが、高速で回転させる程、回転子の重量バランスを向上させる必要が大きくなる。そこで、回転子のアンバランスを修正する方法として、例えば、電機子コアの外周部を一部除去する方法（実公昭５８−２１４１号公報参照）や、電機子コイルのコイルエンド部に樹脂等の塊を付加する方法等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、先願の小型軽量化された回転子は、電機子コアの外周部に十分な除去部分を確保できないため、電機子コアの外周部を一部除去して回転子のアンバランスを修正する方法を適用することは困難である。つまり、上記方法を適用した場合、外周部を除去したために電機子コアの強度が低下して、電機子コイルが高速回転時の遠心力によってスロットから飛び出したり、位置がずれる等の問題が生じる恐れがある。また、電機子コアの外周部を削除すると、電機子コアの内部を通る磁束が低減して回転子の出力が低下する可能性もある。
【０００５】
一方、樹脂等の塊を付加して回転子のアンバランスを修正する方法では、高速回転時の遠心力に耐え得るだけの接合強度を持たせることが困難であり、回転子に付加した塊が遠心力によって飛び出してしまう可能性が高い。
この様に、従来のアンバランス修正方法を小型で高速回転に使用される回転子に適用することは困難である。
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、小型で高速回転に使用される回転子に適したアンバランス修正方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、回転子の軸方向の少なくとも何方か一方にリング状部材のカラーが取り付けられており、そのカラーの一部を除去することによって回転子のアンバランスを修正することができる。これにより、回転方向の重量バランスに優れ、高速回転時でも異音や振動の発生を低減できる高性能、長寿命の回転子を得ることができる。
この方法によれば、小型の回転子で電機子コアの外周部に十分な除去部分を確保できない場合にも適用できる。また、電機子コア自体を削除する必要がないことから、磁束の低減による出力低下を生じることもない。さらにリング状部材のカラーは、シャフトと同軸に回転子に取り付けられるため、高速回転時の耐遠心力強度にも十分耐えることができる。
また、上層コイル延設部の端部を保持するカラーを利用して回転子のアンバランスを修正するので、部品点数の増加を招くこともない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は回転子の分解斜視図である。
本実施例は、本発明のアンバランス修正方法によってバランス調整された回転子を有する整流子型直流電動機（本実施例ではスタータの始動モータ）の一例であるが、回転子以外の始動モータの構造は極めて公知であるため、その説明を省略する。
【００１１】
スタータ１は、図１１に示すように、始動モータ２の他に、この始動モータ２の回転を減速する遊星歯車減速装置３、この減速装置３を介して始動モータ２の回転が伝達されるピニオンシャフト４、このピニオンシャフト４にヘリカルスプライン５を介して嵌合するピニオン６、始動モータ２の起動時にピニオン６の回転を規制する回転規制手段７、始動モータ２の通電回路に介在されたモータ接点（図示しない）を開閉するとともに、回転規制手段７を駆動するマグネットスイッチ（図示しない）等より構成されている。このスタータ１は、回転子８（図２参照）を高速で回転させて減速装置３により減速して必要なトルクを発生させることにより回転子８自体の体格を小型化している。
【００１２】
始動モータ２の回転子８は、シャフト９、電機子コア１０、および電機子コイル（下述する）等より構成されて、その電機子コイルの一部を整流子として利用している。
電機子コア１０は、プレスマシンで円板状に打ち抜き加工された薄い鋼板を複数枚積層して成り、シャフト９の外周に形成されたセレーション９ａ（図１参照）に嵌合して固定されている。電機子コア１０の外周部には、所定数のスロット１０ａが電機子コア１０の周方向に一定間隔を有して各々軸方向に沿って凹設されている。
【００１３】
電機子コイルは、複数（例えば２５本）の下層コイル１１と上層コイル１２とから成り、各下層コイル１１の端部と各上層コイル１２の端部とを各々電気的に接続して環状の電機子コイルを構成している。
下層コイル１１は、電導性に優れた材質（例えば銅）より成り、スロット内下側絶縁体１３（図１参照）を介してスロット１０ａの内周側に収容されるコイル辺部１１ａと、このコイル辺部１１ａの両端から略直角に折り曲げられて径小方向へ伸びる一対のコイル延設部１１ｂとから成り、各コイル延設部１１ｂの端部（以下、下層側コイル端部１１ｃと言う）が更に軸方向に沿って折り曲げられている。但し、各コイル延設部１１ｂと電機子コア１０の端面との間は、シャフト９に嵌合する一対のリング状絶縁板１４によって絶縁されている（図２参照）。
【００１４】
上層コイル１２は、下層コイル１１と同様、電導性に優れた材質（例えば銅）より成り、スロット内上側絶縁体１５（図１参照）を介してスロット１０ａの外周側に収容されるコイル辺部１２ａと、このコイル辺部１２ａの両端から略直角に折り曲げられて径小方向へ伸びる一対のコイル延設部１２ｂとから成り、各コイル延設部１２ｂの端部（以下、上層側コイル端部１２ｃと言う）が更に軸方向に沿って折り曲げられている。但し、各下層側コイル延設部１１ｂと各上層側コイル延設部１２ｂとの間は、各下層側コイル端部１１ｃの外周に嵌合する一対のリング状絶縁板１６によって絶縁されている。また、各下層側コイル端部１１ｃと各上層側コイル端部１２ｃの両外側にはそれぞれ絶縁リング１７が配されて、その絶縁リング１７の外側から更に補強リング１８（本発明のカラー）が装着されて各コイル端部１１ｃ、１２ｃを保持している（図２参照）。
【００１５】
スロット内下側絶縁体１３およびスロット内上側絶縁体１５は、それぞれ樹脂絶縁膜を所定の形状に切断あるいは打ち抜いた後、Ｕ字形（略コ字状）に折り曲げ整形して得られる。または、樹脂材料を所定の形状に成形して得ることもできる。
リング状絶縁板１４、１６は、共に樹脂製（例えばナイロンやフェノール樹脂）で、切断や打ち抜き加工、あるいは樹脂成形加工等によって形成されている。
絶縁リング１７は、電気絶縁性を有する薄肉樹脂成形部材から成り、各コイル端部１１ｃ、１２ｃの外側に配置されて電機子コイルを絶縁保持している。
補強リング１８は、シャフト９の外周面に嵌合する円筒部１８ａと、この円筒部１８ａとの間に各コイル端部１１ｃ、１２ｃを保持するつば部１８ｂとを有する。
【００１６】
次に、電機子コイルの組み付け工程を説明する。
まず、電機子コア１０と下層側コイル延設部１１ｂとの間の短絡不良を防止するために、一対のリング状絶縁板１４を電機子コア１０の両側からシャフト９に嵌合して電機子コア１０の両端面に密着させる。
続いて、スロット内下側絶縁体１３を電機子コア１０の各スロット１０ａ内へ挿入した後、各下層コイル１１をそれぞれスロット１０ａ内に挿入する（但し、スロット１０ａ内に挿入されるのはコイル辺部１１ａだけである）。
続いて、一対のリング状絶縁板１６を電機子コア１０の両側から各下層側コイル端部１１ｃの外周に嵌合させて各下層側コイル延設部１１ｂに当接するまで挿入する。
【００１７】
続いて、スロット内上側絶縁体１５を電機子コア１０の各スロット１０ａ内へ挿入して、下層側コイル辺部１１ａの上層に配置した後、上層コイル１２をスロット１０ａ内に挿入する（但し、スロット１０ａ内に挿入されるのはコイル辺部１２ａだけである）。
続いて、電機子コア１０の両側で下層側コイル端部１１ｃと上層側コイル端部１２ｃとを径方向に重ね合わせた状態で、軸方向の先端部同士をそれぞれ溶接等により電気的に接続する。
続いて、電機子コイルのスロット１０ａからの飛び出し防止、および磁気抵抗低減のために、電機子コア１０の外周に突出する一対の突起１０ｂをそれぞれスロット１０ａ側へ折り曲げる（図３参照）。
【００１８】
続いて、一対の絶縁リング１７を電機子コア１０の両側からシャフト９の外周に通して各コイル端部１１ｃ、１２ｃの先端面に当接するまで挿入する。
続いて、整流子面となる上層側コイル延設部１２ｂの外側端面を押圧して平面度の改善を実施する。
続いて、シャフト９の外周に補強リング１８を圧入して、円筒部１８ａを下層側コイル端部１１ｃとシャフト９との間に差し込みながら、つば部１８ｂを絶縁リング１７の外側から嵌め合わせて各コイル端部１１ｃ、１２ｃを保持する。なお、この補強リング１８に前述の絶縁リング１７を予め装着しておいて、補強リング１８と同時に絶縁リング１７を装着しても良い。
【００１９】
次に、前記各工程によって得られた回転子８のアンバランスを修正する方法について説明する。但し、回転子８のアンバランス量の測定方法、および修正のための電機子コア１０の除去量または付加部材の量の算出方法等は極めて公知であることから、その説明を省略する。
（第１実施例）
本実施例は、図４に示すように、回転子８に取り付けられた少なくとも何方か一方の補強リング１８にドリル１９によって穴２０を空けるか、またはカッタ２１により除去部２２を形成して補強リング１８からアンバランス量を除去することによって回転子８のアンバランスを修正する方法である。なお、上述した電機子コイルの組付け工程では、最後に補強リング１８を装着する例を示したが、補強リング１８を使用しない場合もあり得る。この場合は、図５に示すように、電機子コア１０の前方側あるいは後方側の少なくとも一方にリング状部材２３をシャフト９と同軸に取り付けて、そのリング状部材２３の一部を除去することによってアンバランスを修正することができる。
【００２０】
次に、本発明に係る参考例を説明する。
（第１参考例）
この第１参考例では、電機子コア１０のスロット１０ａより内周側に軸方向に沿った貫通穴２４が周方向に複数設けられている。この貫通穴２４は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、電機子コア１０を構成する各鋼板１０Ａのスロット１０ａより内周側にそれぞれ予め同一の穴２４ａ、２４ｂを空けておき、各鋼板１０Ａを複数枚積層してシャフト９に嵌合固定した時に、各鋼板１０Ａに空けられた穴２４ａ、２４ｂが重なって貫通穴２４を形成することができる（図７参照）。
次に、前述の各工程を経て電機子コア１０に電機子コイルを組み付けた後、図８に示すように、アンバランスの修正に必要な量の修正部材２５（例えば樹脂）を吐出ノズル２６によって貫通穴２４の内部に吐出し、その吐出した修正部材２５を硬化させることで回転子８のアンバランスを修正することができる。
【００２１】
（第２参考例）
本実施例は、各コイル端部１１ｃ、１２ｃに補強リング１８を装着する前に、図９に示すように、ドリル１９によって電機子コア１０の両端面（何方か一方の端面でも良い）に軸方向から穴２７を空けてアンバランスの修正に必要な量を除去することにより回転子８のアンバランスを修正する方法である。
なお、各コイル端部１１ｃ、１２ｃに補強リング１８を装着した後でも、図１０に示すように、上層側コイル延設部１２ｂと下層側コイル延設部１１ｂとが重なり合わない空間部にドリル１９等で穴２８あるいは穴２９を空け、必要に応じて電機子コア１０まで達する除去加工を実施してアンバランスの修正に必要な量を除去することにより回転子８のアンバランスを修正することもできる。
【００２２】
（実施例の効果）
第１実施例のアンバランス修正方法では、補強リング１８またはリング状部材２３の一部を除去する方法であるため、小型の回転子８で電機子コア１０の外周部に十分な除去部分を確保できない場合にも適用できる。また、電機子コア１０自体を削除する必要がないことから、磁束の低減による出力低下を生じることがない。さらに、リング状部材２３を使用する場合でも、そのリング状部材２３がシャフト９と同軸に回転子８に取り付けられるため、高速回転時の耐遠心力強度にも十分耐えることができる。
【００２３】
第１参考例のアンバランス修正方法によれば、電機子コア１０に設けた貫通穴２４の内部に修正部材２５を付加することができるため、高速回転時の遠心力によって付加した修正部材２５が飛散する恐れがなく、高速回転に耐え得る回転子８を提供できる。また、電機子コア１０のスロット１０ａより内周側に貫通穴２４を開けるため、電機子コイルの磁気回路を損なうことなく、回転子８の出力に影響する磁束の低減が殆どないことから、回転子８の出力低下を防止できる。
【００２４】
第２参考例のアンバランス修正方法によれば、電機子コア１０のスロット１０ａより内周側に穴空け加工を施すため、第１参考例の方法と同様に、電機子コイルの磁気回路を損なうことなく、電気抵抗の低い優れた回転子８を得ることができる。また、本参考例の方法では、リング状部材２３を取り付けたり、修正部材２５を付加する必要がなく、電機子コア１０の一部を除去するだけで良いため、ドリル１９やカッタ２１等の除去加工手段を用いて高速、高能率にアンバランスの修正作業を実施できる。
【００２５】
上記の第１実施例および第１、２参考例に示した方法によって回転子８のアンバランスを修正することにより、回転方向の重量バランスに優れ、高速回転時でも異音や振動の発生を低減できる高性能、長寿命の回転子８を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転子の分解斜視図である。
【図２】回転子の半断面図である。
【図３】スロットに収容された電機子コイルの断面図である。
【図４】ドリルやカッタによる除去方法を示す回転子の要部斜視図である。
【図５】回転子の半断面図である（第１実施例）。
【図６】 電機子コアを構成する鋼板の平面図である（第１参考例）。
【図７】 電機子コアの半断面図である（第１参考例）。
【図８】 回転子の半断面図である（第１参考例）。
【図９】 回転子の半断面図である（第２参考例）。
【図１０】 回転子の半正面図である（第２参考例）。
【図１１】スタータの一部断面図である。
【符号の説明】
２ 始動モータ（回転電機）
３ 遊星歯車減速装置（減速手段）
８ 回転子
９ シャフト
１０ 電機子コア
１０ａ スロット
１１ａ 下層コイル辺部（電機子コイル）
１１ｂ 下層コイル延設部（電機子コイル）
１２ａ 上層コイル辺部（電機子コイル）
１２ｂ 上層コイル延設部（電機子コイル）
１８ 補強リング（カラー）
２３ リング状部材
２４ 貫通穴（軸方向に沿った孔）
２５ 修正部材

Claims (1)

1. 回転子の回転を減速する減速手段を備えた回転電機において、
   前記回転子は、
   回転自在に支持されたシャフトと、
   このシャフトに固定されて、外周に多数のスロットを有する電機子コアと、
   前記各スロットにそれぞれ上下二層に収容される下層コイル辺部と上層コイル辺部、前記下層コイル辺部の両端から前記電機子コアの端面に沿って径小方向へ延設された一対の下層コイル延設部、および前記上層コイル辺部の両端から前記下層コイル延設部の外側を径小方向へ延設された一対の上層コイル延設部を有し、前記下層コイル延設部と前記上層コイル延設部の端部同士が電気的に接続されて、少なくとも軸方向の一方側に配された前記上層コイル延設部が整流子として設けられた電機子コイルと、
   前記電機子コアの軸方向の少なくとも何方か一方に取り付けられて、前記上層コイル延設部の端部を保持するリング状部材のカラーとを有し、
   前記カラーの一部を除去することによって前記回転子のアンバランスを修正することを特徴とする回転子のアンバランス修正方法。

Images