JP4397828B2 - 電機子、直流モータ、及び電機子の製造方法 - Google Patents

電機子、直流モータ、及び電機子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は直流モータに係り、詳しくは、前記直流モータに備えられる電機子、及び該電機子の製造方法に関するものである。
従来、小型化が図られた直流モータとして、例えば特許文献1にて開示されているものがある。特許文献1にて開示されている直流モータは、固定子と該固定子の内側に配置された電機子とを備えている。固定子は、ヨークハウジングと該ヨークハウジングの内周面に固定された永久磁石とを備えて構成されている。
電機子は、回転軸と、該回転軸に固定され巻線が巻回された電機子コアと、同じく回転軸に固定された整流子とを備えて構成されている。電機子コアは、筒状部と該筒状部の外周面から径方向外側に向かって放射状に延びる複数のティース部とから構成されている。整流子は、大径部と小径部とからなる絶縁体と、大径部の外周面に周方向に等角度間隔に固定された複数のセグメントとを備えている。各セグメントは、給電用ブラシが摺接される本体部と、セグメントの小径部側の端部に形成され本体部より径方向の厚さが厚く形成された結線部(巻線接合部)とから構成されている。結線部には、電機子コアに巻回された巻線が結線されると共に、小径部の外周面に配設されて同電位のセグメント同士を短絡する短絡線が結線されている。そして、このような電機子では、整流子の小径部をコアの内側に収納することにより該電機子を軸方向に小型化し、引いてはこの電機子を備えた直流モータの小型化を図っている。
ところで、近年、例えば自動車に搭載される直流モータにおいては、自動車に搭載される部品が増加の一途を辿っていることから、更なる小型化が望まれている。このことは、自動車に搭載される直流モータに限ったことではなく、様々な電化製品等に用いられる直流モータについても同様である。
そこで、特許文献1では、電機子コアの筒状部の径方向中央部に、より直径の大きな丸穴を設け、その丸穴に、整流子の小径部と、大径部において結線部が固定された部分とを収納することにより、電機子及び直流モータの更なる軸方向の小型化を図っている。
特開2004−88902号公報
しかしながら、電機子及び直流モータの更なる小型化を図るために、筒状部に、より直径の大きな丸穴を設けると、筒状部において丸穴の側壁部となる部分の径方向の厚さが薄くなってしまうため、当該側壁部における軸方向に沿った断面積が減少してしまう。その結果、筒状部(側壁)を通過する磁束が減少されてしまい、直流モータの性能が低下する虞があった。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、直流モータの性能を低下させることなく小型化される電機子、該電機子を備えた直流モータ、及び前記電機子の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、回転軸と、軸方向一端に収納穴が形成された筒状のコア本体、前記コア本体から放射状に延びる複数のティース部、及び複数の前記ティース部により形成された複数のスロットを備え、前記回転軸に固定された電機子コアと、周方向に配設され給電用ブラシが摺接される複数のセグメント、及び前記セグメントの軸方向一端部に形成され径方向外側に向かって突出した結線爪を備え、前記収納穴にその軸方向一端部が収納されるように前記回転軸に固定された整流子と、前記ティース部に巻回されると共に前記結線爪に結線され、前記ティース部の軸方向両端に位置するコイルエンド部を備えた巻線とを有する電機子であって、前記収納穴は、軸方向から見た形状が頂点の周方向位置と前記結線爪の周方向位置とが一致する多角形状に形成され、前記結線爪の少なくとも一部を収納している。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電機子において、前記結線爪は、前記ティース部と同数形成されると共に、周方向には前記ティース部間に配置され、前記収納穴は、前記結線爪の数と同数の前記頂点を有する多角形状に形成されている。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の電機子において、前記コア本体の外形は、軸方向から見た形状が、その頂点の周方向位置と前記収納穴の前記頂点の周方向位置とが一致する多角形状に形成されている。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電機子において、前記結線爪の軸方向の長さは、前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離以下の長さに形成されている。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の電機子において、前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回され、前記整流子は、前記結線爪が形成された前記セグメントと前記結線爪が形成されていない前記セグメントとの2種類の前記セグメントを備えると共に、同電位となる前記セグメント同士を短絡する短絡部材を備えている。
請求項6に記載の発明は、ヨークハウジングの内周面に永久磁石が固定されてなる固定子と、前記固定子の内側に配置された請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電機子と、前記整流子に摺接する給電用ブラシとを備えた直流モータとした。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石は、磁極の数Pが6であり、前記整流子は、同電位となる前記セグメント同士が短絡部材にて短絡された24個の前記セグメントを備えると共に、24個の前記セグメントのうち周方向に等角度間隔に位置する8つの前記セグメントにそれぞれ形成された8つの前記結線爪を備え、前記電機子コアは、8つの前記ティース部と、前記ティース部により形成された8つのスロットと、その頂点の周方向位置が8つの前記結線爪の周方向位置と一致する8角形状の前記収納穴とを備え、前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回されている。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電機子の製造方法であって、前記電機子コアが固定された前記回転軸に、前記整流子の前記電機子コアと軸方向に対向する端面と前記収納穴の底面との間の距離が、前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離の少なくとも2倍となるように前記整流子を固定した状態で、前記巻線の前記結線爪への結線を行う結線工程と、前記結線工程の終了後に、前記整流子の軸方向一端部を前記収納穴に収納する収納工程とを備えたことを特徴とする電機子の製造方法。
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、整流子は、結線爪の少なくとも一部が収納穴に収納されるように回転軸に固定されているため、電機子が軸方向に小型化される。そして、収納穴は、頂点の周方向位置が結線爪の周方向位置と一致する多角形状に形成されていることから、収納穴が結線爪を収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすることが可能となる。そして、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすると、隣接する結線爪間における側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることが抑制される。その結果、この電機子を備えた直流モータにおいて、電機子コアを通過する磁束が減少されることが抑制される。よって、直流モータの性能を低下させることなく電機子を小型化することが可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けてより広くすることが可能となり、隣接する結線爪間における側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることがより抑制される。
請求項3に記載の発明によれば、側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることを防止しつつ、スロットの容積を増大させることが可能となる。従って、ティース部に巻回される巻線の巻数を増大させることが可能となる。
請求項4に記載の発明によれば、結線爪は、整流子側のコイルエンド部の先端よりも収納穴の底面側に収納されることが可能となる。従って、電機子はより軸方向に小型化される。また、結線爪が整流子側のコイルエンド部の先端よりも反電機子コア側に出ないことから、給電用ブラシを整流子側のコイルエンド部に当接する直前まで該コイルエンド部に近づけることが可能となる。
請求項5に記載の発明によれば、巻線は集中巻にて巻回されているため、該巻線の占積率が増大する。また、同電位となるセグメント同士が短絡部材によって短絡されるため、給電用ブラシの数を減らすことが可能となる。
請求項6に記載の発明によれば、整流子は、結線爪の少なくとも一部が収納穴に収納されるように回転軸に固定されているため、電機子が軸方向に小型化される。そして、収納穴は、頂点の周方向位置が結線爪の周方向位置と一致する多角形状に形成されていることから、収納穴が結線爪を収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすることが可能となる。そして、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすると、隣接する結線爪間における側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることが抑制される。その結果、この電機子を備えた直流モータにおいて、電機子コアを通過する磁束が減少されることが抑制される。よって、直流モータの性能を低下させることなく直流モータを小型化することができる。
請求項7に記載の発明によれば、軸対称の各スロット間において、大きさが等しく向きが逆向きのトルクベクトルが発生する。そのため、電機子の振動が抑制され、振動が小さい直流モータを提供することができる。また、巻線が集中巻にて巻回されているため、該巻線の占積率が増大する。
請求項8に記載の発明によれば、整流子側のコイルエンド部の先端と整流子の電機子コアと軸方向に対向する端面との間の距離が、整流子側のコイルエンド部の先端と収納穴の底面との間の軸方向に沿った距離以上となった状態で、巻線の結線爪への結線が行われる。即ち、整流子の軸方向一端部が収納穴に収納された状態において結線爪と整流子側のコイルエンド部の先端とを結んだ距離よりも、整流子側のコイルエンド部と結線爪との間の巻線の長さが長くなる状態で該巻線の結線が行われる。従って、整流子の軸方向一端部を収納穴に収納した場合に、結線爪と整流子側のコイルエンド部との間の巻線が突っ張った状態となることが防止される。
本発明によれば、直流モータの性能を低下させることなく小型化される電機子、該電機子を備えた直流モータ、及び前記電機子の製造方法を提供することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態の直流モータ101は、固定子102と、該固定子102の径方向内側に配置された電機子103とを備えている。固定子102は、有底円筒状のヨークハウジング104と、該ヨークハウジング104の内周面に周方向に等角度間隔に固定された複数の永久磁石105とを備えている。本実施形態の固定子102は、永久磁石105を6つ備えており、磁極の数Pが6となっている。前記ヨークハウジング104の開口部は、図示しないエンドフレームにより閉塞されている。このエンドフレームには、外部電源等に接続された陽極側給電用ブラシ106及び陰極側給電用ブラシ107が保持されている(図2参照)。
電機子103は、回転軸111と、該回転軸111に固定された電機子コア112(以下コア112とする)及び整流子113と、コア112に巻回された巻線114とを備えて構成されている。回転軸111は、その両端側がヨークハウジング104の底部中央に設けられた軸受(図示略)及び前記エンドフレームの中央に設けられた軸受(図示略)によって回転可能に支持されている。そして、コア112は、回転軸111が2つの軸受にて支持された状態で、永久磁石105によって周囲を囲まれ、永久磁石105と径方向に対向する。
図3に示すように、コア112は、コア本体121と、複数(本実施形態では8つ)のティース部122a〜122hとから構成されている。コア本体121は筒状をなしており、その内周面によって軸方向に貫通した貫通孔123が形成されている。図2に示すように、貫通孔123の直径は、回転軸111の外径よりも若干小さく形成されており、コア112は、この貫通孔123に回転軸111が圧入されることにより回転軸111に対して固定されている。
コア本体121の整流子113側の端面124には、収納穴125が形成されている。収納穴125は、軸方向から見た形状が、正8角形状となるように形成されている(図3参照)。また、コア本体121において、収納穴125の底面126から整流子113側の端面124までの部分が収納穴125の側壁部127となっている。尚、コア本体121の反整流子113側の端面128にも収納穴125と同様の形状をなす調整穴129が形成されている。
図3に示すように、コア本体121の外形(コア本体121の外周面によって形成される形状)は、軸方向から見た形状が、収納穴125に合わせた正8角形状となるように形成されている。即ち、コア本体121の外形は、コア本体121を軸方向から見た場合に、収納穴125における正8角形の頂点X1〜X8の周方向位置と、コア本体121の外形における正8角形の頂点Y1〜Y8の周方向位置とが一致するように形成されている。
コア本体121の外周面には、前記ティース部122a〜122hが形成されている。各ティース部122a〜122hの軸方向の長さは、コア本体121の軸方向の長さと等しく形成されている。また、各ティース部122a〜122hは、軸方向から見ると、コア本体121の外周面を構成する8つの面の幅方向中央部から径方向外側に向かって延びている。即ち、ティース部122a〜122hは、コア本体121から放射状に延びている。そして、コア112を軸方向から見ると、前記収納穴125の正8角形の頂点X1〜X8は、周方向には、それぞれティース部122a〜122h間の中央に位置している。
8つのティース部122a〜122h間には、該ティース部122a〜122hによってそれぞれスロット130a〜130hが形成されている。図1に示すように、各ティース部122a〜122hには、インシュレータ131を介して、スロット130a〜130h内を通るように巻線114が集中巻にて巻回され、該巻線114によって8つのコイル132a〜132hが形成されている。8つのコイル132a〜132hは、それぞれ、ティース部122a〜122hの軸方向両端に位置するコイルエンド部133を備えている(図2参照)。詳しくは、コイルエンド部133は、コア112の軸方向両端面112a,112b上にあるインシュレータ131(但し、コア本体121の端面124上にあるインシュレータ131と等しい厚さの部分)よりも軸方向に突出した部分である。
前記整流子113は、円筒状をなす絶縁体141と複数(本実施形態では24個)のセグメント1〜24とを備えて構成されている。絶縁体141の内周面は、回転軸111が圧入される圧入孔142を形成している。圧入孔142の直径は、回転軸111の外形より若干小さく形成されており、圧入孔142に回転軸111が圧入されることによって整流子113は回転軸111に対して固定されている。
各セグメント1〜24は、略長方形の板状をなしている。そして、各セグメント1〜24は、その長手方向が軸方向に沿うように、絶縁体141の外周面に固定されている。絶縁体141の外周面においては、セグメント1〜24は、周方向に等角度間隔に配置され、隣接するセグメント1〜24間に間隙を有している。これらセグメント1〜24には、径方向外側から前記陽極側給電用ブラシ106及び前記陰極側給電用ブラシ107が摺接される。
セグメント1〜24のうち、周方向に等角度間隔に位置された8つのセグメント1,4,7,10,13,16,19,22、即ち、2つ置きのセグメント1,4,7,10,13,16,19,22には結線爪143a〜143hが設けられている。つまり、本実施形態では、ティース部122a〜122hの数と同数の8つの結線爪143a〜143hが形成されている。因みに、前記収納穴125は、軸方向から見た形状が、これらの結線爪143a〜143hの周方向位置と、頂点X1〜X8の周方向位置とが一致する正8角形状となるように形成されている。更に、前記収納穴125は、結線爪143a〜143hを含む整流子113の軸方向一端部を収納可能な大きさに形成されている。
図2に示すように、結線爪143a〜143hは、セグメント1,4,7,10,13,16,19,22のコア112側の端部から延設されており、各セグメント1,4,7,10,13,16,19,22の幅よりもその幅が狭く形成された板状をなしている。そして、結線爪143a〜143hは、前記巻線114を引っ掛けることができるように、整流子113の反コア112側の端面に向かって折り返されている。これにより、結線爪143a〜143hは、整流子113の径方向外側に向かって突出した形状となっている。各結線爪143a〜143hは、折り返された状態において、その軸方向の長さL1が、前記収納穴125の底面126と整流子113側のコイルエンド部133の先端との間の軸方向に沿った距離L2よりも短く形成されている。本実施形態では、距離L2は、前記収納穴125の深さL3(図2では、端面124上にあるインシュレータ133の厚さを含めた深さを収納穴125の深さとしている)とコイルエンド部133の軸方向の幅L4との和に相当する。このような結線爪143a〜143hには、前記巻線114が結線されている。尚、図2においては、セグメント1に形成された結線爪143aを、結線爪143a〜143hの代表として図示している。また、図1及び図2では、結線爪143a〜143hとコイル132a〜132hとの間の巻線114を省略して図示している。
図4に示すように、絶縁体141のコア112側の端面には、短絡部材151が配設されている。尚、図2では、短絡部材151を省略して整流子113を図示している。短絡部材151は、同電位となるセグメント1〜24(本実施形態では、7つ置きのセグメント)同士を短絡するためのものである(図6参照)。この短絡部材151は、2つの同一の短絡構成部材群152a,152bと、絶縁材153とから構成されている。図5に示すように、各短絡構成部材群152a,152bは、周方向に複数配置された外周側端末154a,154bと、外周側端末154a,154bの内側で周方向に複数配置された内周側端末155a,155bとを備えている。また、各短絡構成部材群152a,152bは、外周側端末154a,154bと内周側端末155a,155bとを周方向に所定角度ずらして連結する複数の連結部156a,156bを備えている。これらの外周側端末154a,154b、内周側端末155a,155b、及び連結部156a,156bは、略同一平面状(略平板状)に形成されている。本実施形態では、外周側端末154a,154b、内周側端末155a,155b、及び連結部156a,156bは短絡構成部材群152a,152b毎にそれぞれ24個ずつ形成されている。また、本実施形態では、前記所定角度は60°であり、端末を4つ分ずらした角度と等しい。
外周側端末154a,154bには、径方向外側に延びる係止部157a,157bが形成されている。連結部156a,156bは、インボリュート曲線に沿って形成されている。また、図4に示すように、連結部156a,156bは外周側端末154a,154b及び内周側端末155a,155bよりも肉薄に形成されており、これにより連結部156a,156bと外周側端末154a,154bとの間、及び連結部156a,156bと内周側端末155a,155bとの間に段差部158a,158bが形成されている。
このような短絡構成部材群152a,152bは、板状の導電性部材を打ち抜いて形成されている。そして、各短絡構成部材群152a,152bは、連結部156a,156bが逆向き(同方向から見てずらす方向が逆向き)となるように軸方向に積層され、積層されることにより外周側端末154a,154b同士と内周側端末155a,155b同士がそれぞれ積層方向に面接触されている。尚、連結部156a,156bは、前記段差部158a,158bによって積層方向に非接触となっている。そして、短絡構成部材群152a,152bは、前記係止部157a,157bがそれぞれ前記セグメント1〜24に固定されることにより、整流子113に固定されている。
前記絶縁材153は、絶縁性を有する樹脂材料よりなり、積層方向に並ぶ前記連結部156a,156b間に介在されている。詳しくは、絶縁材153は、上記のように構成された外周側端末154a,154b、内周側端末155a,155b、及び連結部156a,156bのそれぞれの隙間を埋めるように形成されている。
上記のように構成された整流子113は、図2に示すように、回転軸111において、当該整流子113のコア112側の一端部が前記収納穴125に収納される位置に固定されている。詳しくは、整流子113は、結線爪143a〜143hの一部が収納穴125に収納されると共に、結線爪143a〜143hが整流子113側のコイルエンド部133の先端よりも収納穴125の底面126側に位置するように回転軸111に対して固定されている。尚、整流子113のコア112と軸方向に対向する端面113aは、収納穴125の底面126に当接していない。
次に、上記のように構成された電機子103の製造方法を説明する。
まず、コア本体121の貫通孔123に回転軸111が圧入されることにより、コア112が回転軸111に対して固定される。その後、絶縁体141の圧入孔142に回転軸111が圧入されることにより、整流子113が回転軸111に対して圧入固定される。整流子113は、図7(a)に示すように、結線爪143a〜143hが設けられている側の端部がコア本体121に形成された収納穴125と軸方向に対向するように回転軸111に対して固定されている。また、整流子113は、回転軸111において、整流子113のコア112と軸方向に対向する端面113aと収納穴125の底面126との間の距離L5が、収納穴125の底面126と整流子113側のコイルエンド部133の先端との間の軸方向に沿った距離L2の少なくとも2倍となる位置に固定されている。因みに、整流子113を回転軸111に固定する際には、コイルエンド部133の先端の位置は、予め測定してあったものを利用する。図7(a)では、整流子113は、回転軸111において、距離L5が距離L2の2倍となる位置に固定されている。この状態で、インシュレータ131を介してティース部122a〜122hに巻線114が巻回される。
図1及び図6に示すように、まず、巻線114は、セグメント1に形成された結線爪143aに引っ掛けられ、結線爪143aから反時計方向に67.5°進んだ位置にあるスロット130h側から、該スロット130hとスロット130aとの間にあるティース部122aに所定ターン数巻回される。次いで、巻線114は、スロット130aから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130c側から、該スロット130cとスロット130dとの間にあるティース部122dに所定ターン数巻回される。この時、巻線114は、スロット130aからスロット130cに向かう途中に、スロット130aとスロット130cとの中間に位置するセグメント10に形成された結線爪143d、即ちスロット130aから反時計方向に67.5°進んだ位置に位置する結線爪143dに引っ掛けられて(一巻きされて)からティース部122dに巻回される。
以後、同様に、コア112に巻線114が巻回される。即ち、巻線114は、スロット130dから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143gに引っ掛けられ、スロット130dから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130f側から、該スロット130fとスロット130gとの間にあるティース部122gに所定ターン数巻回される。次いで、巻線114は、スロット130gから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143bに引っ掛けられ、スロット130gから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130a側から、該スロット130aとスロット130bとの間にあるティース部122bに所定ターン数巻回される。次いで、巻線114は、スロット130bから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143eに引っ掛けられ、スロット130bから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130d側から、該スロット130dとスロット130eとの間にあるティース部122eに所定ターン数巻回される。次いで、巻線114は、スロット130eから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143hに引っ掛けられ、スロット130eから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130g側から、該スロット130gとスロット130hとの間にあるティース部122hに所定ターン数巻回される。次いで、巻線114は、スロット130hから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143cに引っ掛けられ、スロット130hから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130b側から、該スロット130bとスロット130cとの間にあるティース部122cに所定ターン数巻回される。次いで、巻線114は、スロット130cから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143fに引っ掛けられ、スロット130cから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130e側から、該スロット130eとスロット130fとの間にあるティース部122fに所定ターン数巻回される。そして、巻線114は、ティース部122fに巻回された後、スロット130fから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143aに引っ掛けられる。
このように、巻線114が結線爪143a〜143hに引っ掛けられながらティース部122a〜122hに巻回される(本実施形態では集中巻にて巻回される)ことにより、8個のコイル132a〜132hが形成される。結線爪143a〜143hに引っ掛けられた巻線114は、結線爪143a〜143hにそれぞれ結線される。
次いで、整流子113は、図7(b)に示すように、コア112側の軸方向一端部(結線爪143a〜143hが設けられている側の端部)が収納穴125に収納されるように、収納穴125の底面126に向けて再度圧入される。この時、整流子113は、コア112と軸方向に対向する端面113a(短絡部材151が配設されている側の面)が収納穴125の底面126に当接する直前まで圧入される。これにより、整流子113のコア112側の端部が収納穴125に収納されると共に、結線爪143a〜143hは、コイルエンド部133の先端よりも収納穴125の底面126側に配置される。尚、図7(b)では、結線爪143a〜143hとコイル132a〜132hとの間の巻線114を省略して図示している。
上記したように、本実施形態によれば、以下の作用・効果を有する。
(1)整流子113は、その軸方向一端部が収納穴125に収納されるように回転軸111に対して固定されていることから、電機子103は軸方向に小型化される。そして、本実施形態では、収納穴125は、軸方向から見た形状が、その頂点X1〜X8の周方向位置が前記結線爪143a〜143hの周方向位置と一致する正8角形状となるように形成されている。従って、収納穴125が結線爪143a〜143hを収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪143a〜143h間における収納穴125の側壁部127の幅が径方向内側に向けて広くなる。よって、隣接する結線爪143a〜143h間における側壁部127の径方向に沿った断面積が減少されることが抑制される。その結果、この電機子103を備えた直流モータ101において、コア112(特に側壁部127)を通過する磁束が減少されることが抑制されるため、直流モータ101の性能を低下させることなく電機子103を小型化することができ、引いては該電機子103を備えた直流モータ101を小型化することができる。
(2)コア本体121の外形は、軸方向から見た形状が、その頂点X1〜X8の周方向位置と収納穴125の頂点X1〜X8の周方向位置とが一致する正8角形状に形成されている。そして、コア本体121の外周面を構成する8つの面の幅方向中央部にティース部122a〜122hが形成されている。従って、従来の外形が円形状のコア本体と比べて、各ティース部122a〜122hの基端部の両側が平面状になった分だけ、スロット130a〜130hの容積が増大される。その結果、巻線114の巻数が従来と同じである場合には、ティース部122a〜122hの径方向に沿った長さを短くすることが可能となり、直流モータ101の径方向の小型化を図ることができる。また、コア112の外径(ティース部122a〜122hの先端における外径)を従来と同じにする場合には、巻線114の巻数を増大させることができ、直流モータ101の性能を向上させることができる。
(3)結線爪143a〜143hは、その軸方向の長さL1が、収納穴125の底面126と整流子113側のコイルエンド部133の先端部との間の軸方向に沿った距離L2よりも短く形成されている。そのため、結線爪143a〜143hは、整流子113側のコイルエンド部133の先端よりも収納穴125の底面126側に収納されることが可能となり、本実施形態では、結線爪143a〜143hは、整流子113側のコイルエンド部133の先端よりも収納穴125の底面126側に収納されている。従って、電機子103はより軸方向に小型化される。また、結線爪143a〜143hがコイルエンド部133の先端よりも反コア112側に出ないことから、陽極側給電用ブラシ106及び陰極側給電用ブラシ107を整流子113側のコイルエンド部133に当接する直前まで該コイルエンド部133に近づけることができる。従って、直流モータ101の更なる軸方向の小型化を図ることができる。
(4)巻線114は、ティース部122a〜122hに集中巻にて巻回されているため、巻線114の占積率が増大する。従って、直流モータ101の性能をより向上させることができる。
(5)同電位となるセグメント1〜24同士が、短絡部材151によって短絡されている。従って、陽極側給電用ブラシ106及び陰極側給電用ブラシ107をそれぞれ1つずつ備えた構成とすることができ、直流モータ101を一層小型化することができる。
(6)本実施形態の直流モータ101は、磁極の数Pが6である。また、コア112は、8つのティース部122a〜122h、及び該ティース部122a〜122hによって形成される8つのスロット130a〜130hを備えている。そして、整流子113は、24個のセグメント1〜24を備え、該セグメント1〜24は、同電位となるセグメント1〜24同士が短絡部材151によって短絡されている。そのため、軸対称の各スロット130a〜130h間において、大きさが等しく向きが逆向きのトルクベクトルが発生する。その結果、電機子103の振動が抑制され、振動が小さい直流モータ101を提供することができる。
(7)電機子103を製造する際、整流子113は、整流子113のコア112と軸方向に対向する端面113aと収納穴125の底面126との間の距離L5が、収納穴125の底面126と整流子113側のコイルエンド部133の先端との間の軸方向に沿った距離L2の少なくとも2倍となる位置に固定される。言い換えると、整流子113は、整流子113側のコイルエンド部133の先端と整流子113のコア112と軸方向に対向する端面113aとの間の距離が、整流子113側のコイルエンド部133の先端と収納穴125の底面126との間の距離以上となるように回転軸111に対して固定される。そして、この状態で、巻線114の巻回、及び結線爪143a〜143hへの結線が行われる。即ち、整流子113のコア112側の軸方向一端部が収納穴125に収納された状態において結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133の先端とを結んだ距離以上に、整流子113側のコイルエンド部133と結線爪143a〜143hとの間の巻線114の長さが長くなる状態で巻線114の結線が行われる。従って、整流子113のコア112側の軸方向一端部を収納穴125に収納した場合に、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114が突っ張った状態となることが防止される。よって、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114が突っ張ることによって結線爪143a〜143hが破損したり、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114が切れたりすることを防止することができる。その結果、不良品の発生を抑えることができる。また、直流モータ101の稼働時に、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114が切れることを防止することができる。
(8)巻線114は、ティース部122a〜122hに巻回される際に、例えば、ティース部122aに巻回された後、スロット130aから反時計方向に67.5°進んだ位置にある結線爪143dに引っ掛けられる(一巻きされる)。そして、巻線114は、スロット130aから反時計方向に135°進んだ位置にあるスロット130c側から、該スロット130cとスロット130dとの間にあるティース部122dに所定ターン数巻回される。巻線114は、何れのティース部122a〜122hにも同様に巻回される。このように巻線114が巻回されると、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114は、整流子113がコア112側へ再度圧入される際に、整流子113の移動を許容し易くなる。その結果、整流子113のコア112側の軸方向一端部を収納穴125に収納した場合に、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114が突っ張った状態となることがより防止される。尚、各コイル132a〜132hと各結線爪143a〜143hとの間の巻線114を、多少余裕を持たせて長めにすることにより、結線爪143a〜143hと整流子113側のコイルエンド部133との間の巻線114が突っ張った状態となることが更に防止される。
(9)セグメント1〜24は、略平板状の短絡部材151によって、同電位となるセグメント1〜24同士が短絡されている。従って、短絡部材として短絡線を用いて同電位となるセグメント1〜24を短絡した場合よりも、電機子103を軸方向に小型化することができる。そして、ひいては電機子103を備えた直流モータ101を軸方向に更に一層小型化することができる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、磁極の数Pが6であるが、磁極の数Pは6に限らない。例えば、磁極の数Pを4以上とすると、直流モータ101における振動の発生を抑制することができる。また、磁極の数Pを4以上の偶数としてもよい。この場合、スロットの数NをP±2(但し、P=4の時N=6)とし、セグメントの数SをN×(P/2)とするとよい。このようにすると、短節巻係数をより大きくすることができ、小型軽量化及び高出力化に有利な直流モータ101を得ることができる。尚、短節巻係数とは、磁極ピッチに対して巻線辺の間隔を考慮した係数であり、直流モータの出力に比例する。つまり、短節巻係数が大きければ大きいほど直流モータの出力は大きくなる。
○略平板状の短絡部材151の代わりに短絡線を短絡部材として用い、該短絡線によって同電位となるセグメント1〜24を短絡してもよい。
○上記実施形態では、陽極側給電用ブラシ106及び陰極側給電用ブラシ107は、それぞれ1つずつ設けられているが、複数個ずつ設けられてもよい。このようにすると、電機子103への電流の供給が安定する。
○上記実施形態では、巻線114は、ティース部122a〜122hに集中巻にて巻回されているがこれに限らない。例えば、巻線114は、ティース部122a〜122hに分布巻にて巻回されてもよい。
○上記実施形態では、結線爪143a〜143hの軸方向の長さL1は、収納穴125の底面126と整流子113側のコイルエンド部133の先端との軸方向に沿った距離L2以下の長さに形成されているが、これ以外の長さに形成されてもよい。
○上記実施形態では、結線爪143a〜143hは、2個置きのセグメント1,4,7,10,13,16,19,22に形成されているが、これに限らない。例えば、結線爪は、全てのセグメント1〜24に形成されていてもよい。また、結線爪143a〜143hの数は、ティース部122a〜122hの数と同数でなくてもよい。
○上記実施形態では、コア本体121の外形は、軸方向から見た形状が収納穴125に合わせた正8角形状に形成されているが、これに限らない。例えば、コア本体121の外形は、軸方向から見て、円形状であってもよい。
○上記実施形態では、整流子113は、結線爪143a〜143hが、整流子113側のコイルエンド部133の先端よりも収納穴125の底面126側に位置するように回転軸111に対して固定されている。しかしながら、整流子113は、結線爪143a〜143hの少なくとも一部が収納穴125に収納されるように回転軸111に対して固定されていればよく、結線爪143a〜143hが整流子113側のコイルエンド部133の先端よりも反コア112側に出ていてもよい。
○上記実施形態では、収納穴125は、軸方向から見た形状が、結線爪143a〜143hと同数の頂点X1〜X8を有する正8角形状に形成されているが、これに限らない。例えば、収納穴125は、軸方向から見た形状が、結線爪143a〜143hの数よりも多い頂点を有する多角形状となるように形成されてもよい。この場合、結線爪143a〜143h間に位置する頂点は、整流子113を収納可能な範囲内でできる限り径方向内側に配置されているとよい。このように構成しても、収納穴125が結線爪143a〜143hを収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪143a〜143h間における収納穴125の側壁部127の幅が径方向内側に向けて広くなる。従って、直流モータ101の性能を低下させることなく電機子103を小型化することができ、引いては該電機子103を備えた直流モータ101を小型化することができる。
上記実施形態、及び上記変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
(イ)請求項6に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石の磁極の数Pを4以上としたことを特徴とする直流モータ。このように構成すると、直流モータの振動をより低減させることができる。
(ロ)請求項6に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石の磁極の数Pを4以上の偶数とし、前記スロットの数NをP±2(但し、P=4の時N=6)とし、前記セグメントの数SをN×(P/2)とし、前記巻線は前記ティース部に集中巻にて巻回されていることを特徴とする直流モータ。このように構成すると、短節巻係数をより大きくすることができ、小型軽量化及び高出力化に有利な直流モータを得ることができる。尚、短節巻係数とは、磁極ピッチに対して巻線辺の間隔を考慮した係数であり、直流モータの出力に比例する。つまり、短節巻係数が大きければ大きいほど直流モータの出力は大きくなる。
モータの断面図。 電機子の半断面図。 電機子コアの上面図。 整流子の断面図。 短絡部材を示すための電機子の拡大図。 電機子の展開図。 (a)は電機子の製造方法を示す概念図、(b)は電機子の製造方法を示す概念図。
符号の説明
1〜24…セグメント、101…直流モータ、102…固定子、103…電機子、104…ヨークハウジング、105…永久磁石、106…給電用ブラシを構成する陽極側給電用ブラシ、107…給電用ブラシを構成する陰極側給電用ブラシ、111…回転軸、112…電機子コア、113…整流子、113a…端面、114…巻線、121…コア本体、122a〜122h…ティース部、125…収納穴、126…底面、130a〜130h…スロット、133…コイルエンド部、143a〜143h…結線爪、151…短絡部材、L1…結線爪の軸方向に沿った長さ、L2…収容穴の底面と整流子側のコイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離、L5…整流子の電機子コアと軸方向に対向する端面と収容穴の底面との間の距離、X1〜X8…収納穴の頂点、Y1〜Y8…コア本体の外形の頂点。

Claims (8)

  1. 回転軸と、
    軸方向一端に収納穴が形成された筒状のコア本体、前記コア本体から放射状に延びる複数のティース部、及び複数の前記ティース部により形成された複数のスロットを備え、前記回転軸に固定された電機子コアと、
    周方向に配設され給電用ブラシが摺接される複数のセグメント、及び前記セグメントの軸方向一端部に形成され径方向外側に向かって突出した結線爪を備え、前記収納穴にその軸方向一端部が収納されるように前記回転軸に固定された整流子と、
    前記ティース部に巻回されると共に前記結線爪に結線され、前記ティース部の軸方向両端に位置するコイルエンド部を備えた巻線と
    を有する電機子であって、
    前記収納穴は、軸方向から見た形状が頂点の周方向位置と前記結線爪の周方向位置とが一致する多角形状に形成され、前記結線爪の少なくとも一部を収納していることを特徴とする電機子。
  2. 請求項1に記載の電機子において、
    前記結線爪は、前記ティース部と同数形成されると共に、周方向には前記ティース部間に配置され、
    前記収納穴は、前記結線爪の数と同数の前記頂点を有する多角形状に形成されていることを特徴とする電機子。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の電機子において、
    前記コア本体の外形は、軸方向から見た形状が、その頂点の周方向位置と前記収納穴の前記頂点の周方向位置とが一致する多角形状に形成されていることを特徴とする電機子。
  4. 請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電機子において、
    前記結線爪の軸方向の長さは、前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離以下の長さに形成されていることを特徴とする電機子。
  5. 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の電機子において、
    前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回され、
    前記整流子は、前記結線爪が形成された前記セグメントと前記結線爪が形成されていない前記セグメントとの2種類の前記セグメントを備えると共に、同電位となる前記セグメント同士を短絡する短絡部材を備えていることを特徴とする電機子。
  6. ヨークハウジングの内周面に永久磁石が固定されてなる固定子と、
    前記固定子の内側に配置された請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電機子と、
    前記整流子に摺接する給電用ブラシと
    を備えた直流モータ。
  7. 請求項6に記載の直流モータにおいて、
    前記永久磁石は、磁極の数Pが6であり、
    前記整流子は、同電位となる前記セグメント同士が短絡部材にて短絡された24個の前記セグメントを備えると共に、24個の前記セグメントのうち周方向に等角度間隔に位置する8つの前記セグメントにそれぞれ形成された8つの前記結線爪を備え、
    前記電機子コアは、8つの前記ティース部と、前記ティース部により形成された8つのスロットと、その頂点の周方向位置が8つの前記結線爪の周方向位置と一致する8角形状の前記収納穴とを備え、
    前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回されていることを特徴とする直流モータ。
  8. 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電機子の製造方法であって、
    前記電機子コアが固定された前記回転軸に、前記整流子の前記電機子コアと軸方向に対向する端面と前記収納穴の底面との間の距離が前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離の少なくとも2倍となるように前記整流子を固定した状態で、前記巻線の前記結線爪への結線を行う結線工程と、
    前記結線工程の終了後に、前記整流子の軸方向一端部を前記収納穴に収納する収納工程と
    を備えたことを特徴とする電機子の製造方法。
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