JP4552561B2 - 回転電機用電機子 - Google Patents

Description

本発明は、磁石式交流発電機や、ブラシレス電動機等の回転電機に用いる電機子に関するものである。

磁石式交流発電機やブラシレス電動機等の回転電機に用いる電機子は、鋼板の積層体からなる電機子鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとにより構成される。特許文献１や特許文献２に示されているように、電機子鉄心としては、環状の継鉄部と、該継鉄部から径方向に突出した複数の突極部（歯部）とを備えたものが多く用いられ、この電機子鉄心の複数の突極部にそれぞれコイルが巻回される。電機子鉄心の複数の突極部にそれぞれ巻回された複数のコイルは、所定の相数の電機子コイルを構成するように結線され、該電機子コイルの外部端子となる端末部が適宜の手段により外部に導出されるリード線に接続される。

特許文献１及び２にも示されているように、この種の電機子では、電機子鉄心の継鉄部に複数のターミナル（端子金具）を取り付けて、これら複数のターミナルにコイルの端末部を接続することにより、電機子鉄心の複数の突極部にそれぞれ巻回された複数の電機子コイルを所定の相数に結線したり、該ターミナルを中継端子として電機子コイルの端末部と外部に導出されるリード線との接続を行ったりすることがある。

特許文献１や２に示された従来の回転電機用電機子において、接地電位部（電機子鉄心）に対して電気的に絶縁しておく必要があるターミナルを電機子鉄心に取り付ける場合には、絶縁層により内面が覆われたターミナル取付け孔を電機子鉄心の継鉄部に設けて、このターミナル取付け孔の絶縁層を貫通させた状態でターミナルを取り付けていた。

また接地電位部に電気的に接続する必要があるターミナル（アース端子として用いるターミナル）を電機子鉄心に取り付ける場合には、絶縁層により被覆されていないターミナル取付け孔を電機子鉄心の継鉄部に設けて、このターミナル取付け孔にターミナルを圧入するか、またはアース端子として用いるターミナルを、電機子鉄心を所定の取付け箇所に固定する際に用いる取付けボルトの頭部と電機子鉄心との間に挟み込んだ状態で、該ボルトと共締めすることにより取り付けるようにしていた。
特開昭６１−１７３６４４号公報 特開平１０−２７１７３５号公報

従来の回転電機用電機子のように、アース電位部に対して絶縁しておく必要があるターミナルは内面が絶縁された取付け孔に取り付け、アース端子として用いるターミナルは内面が絶縁されていない取付け孔に取り付けるようにした場合には、２種類の取付け孔を用意しておく必要があるため、電機子鉄心の加工が面倒になるという問題があった。

また、電機子鉄心の継鉄部には内面が絶縁された取付け孔のみを設けておいて、アース電位部に対して絶縁されるターミナルよりも大形に形成したアース用ターミナルを該取付け孔に圧入して、取付け孔の絶縁層を破って電機子鉄心の鋼板に接触させることによりターミナルとアース電位部との導通をとることも考えられるが、このようにするためには、大小２種類のターミナルを用意する必要があり、面倒であった。

更に、アース用ターミナルを電機子鉄心の取付けボルトと共締めするようにした場合には、電機子の取付けの際にアース用ターミナルを取り付けるための工数が加わるため、電機子の取り付け作業が面倒になるという問題があった。

磁石発電機や、ブラシレス電動機等の回転電機は、エンジンや事務機器等の種々の装置の部品として用いられているが、近年、部品のコストの削減に対する要求が非常に厳しくなっているため、コストの上昇を招くおそれがある要因は極力除いておく必要がある。

本発明の目的は、ターミナルを電機子鉄心に対して絶縁した状態で取り付ける場合、及び電機子鉄心に電気的に接続した状態で取り付ける場合のいずれの場合にも、電機子鉄心の継鉄部に設ける取付け孔を同一とし、かつターミナルとして同形状同寸法のものを用いて、製造コストの削減を図ることができるようにした回転電機用電機子を提供することにある。

本発明は、鋼板の積層体からなっていて環状に形成された継鉄部と該継鉄部から径方向に突出した複数の突極部とを有する電機子鉄心と、電機子鉄心の複数の突極部にそれぞれ巻回された複数のコイルとを備えた回転電機用電機子を対象とする。本発明が対象とする回転電機においては、電機子鉄心の継鉄部を積層方向に貫通した複数のターミナル取付け孔が設けられるとともに、該複数のターミナル取付け孔にそれぞれ対応する複数の板状のターミナルが設けられていて、各ターミナルが対応するターミナル取付け孔に挿入された状態で電機子鉄心に取り付けられ、各ターミナルに複数のコイルのうちのいずれかの端末部及び（または）外部に導出されるリード線が接続される。

本発明においては、各ターミナル取付け孔が継鉄部を鋼板の積層方向に貫通した第１及び第２の長孔部により構成される。各ターミナル取付け孔を構成する第１及び第２の長孔部は、横断面が互いに交差するように設けられていて、第２の長孔部の横断面の長手方向寸法が第１の長孔部の横断面の長手方向寸法よりも短く設定されている。

各ターミナル取付け孔の内面を覆うように絶縁樹脂層が形成され、複数のターミナルの内、電機子鉄心に対して絶縁されるターミナルは、対応するターミナル取付け孔に対して形成された絶縁樹脂層を貫通した状態で対応するターミナル取付け孔の第１の長孔部に挿入されて電機子鉄心に取り付けられる。

また複数のターミナルの内、電機子鉄心に電気的に接続されるターミナルは、対応するターミナル取付け孔に対して形成された絶縁樹脂層を貫通させた状態で、対応するターミナル取付け孔の第２の長孔部に挿入されて前記電機子鉄心に取り付けられる。

各ターミナルは、その断面積が最大の部分の横断面が、対応するターミナル取付け孔に取り付けられる前の状態で、各ターミナル取付け孔の第１の長孔部の横断面の長手方向寸法より小さく、かつ第２の長孔部の横断面の長手方向寸法よりは大きい長さ寸法と、第１及び第２の長孔部の横断面の幅方向寸法よりも小さい幅寸法とを有するように形成されていて、第１の長孔部に挿入されたターミナルは、絶縁樹脂層により前記電機子鉄心に対して絶縁された状態に保持されるが、第２の長孔部に挿入されたターミナルはその横断面の長手方向の両端が前記絶縁樹脂層を破って前記電機子鉄心に接触させられるように構成されている。

上記のように構成すると、ターミナルを取付け孔に圧入する際に、ターミナルを挿入する長孔部を選択するだけで、ターミナルを電機子鉄心に対して絶縁した状態で取り付けたり、電機子鉄心に電気的に接続した状態で取り付けたりすることができる。従って、ターミナルを電機子鉄心に対して絶縁した状態で取り付ける場合、及び電機子鉄心に接続した状態で取り付ける場合のいずれの場合にも、電機子鉄心の継鉄部に設ける取付け孔を同一とし、かつターミナルとして同形状同寸法のものを用いて、コストの削減を図ることができる。

上記各ターミナル取付け孔を構成する第１の長孔部及び第２の長孔部の横断面の形状は、矩形状とすることができる。

上記ターミナルとしては、短冊状に形成されたターミナル本体と、該ターミナル本体の板厚方向及び長手方向との双方に対して直角な方向の両側面のそれぞれから突出した複数の三角形状の突起部とを有するものを用いるのが好ましい。

このような形状のターミナルを用いると、ターミナルを第１の長孔部に挿入した際に突起部を絶縁層内に食い込ませることができるため、ターミナルの抜け止めを図ることができる。またターミナルを第２の長孔部に挿入した際には、ターミナルの突起部の尖鋭な先端部により絶縁層を容易に破って突起部を第２の長孔部の内面に接触させることができるため、ターミナルと電機子鉄心との間の導通を確実に図ることができる。

以上のように、本発明によれば、ターミナルを各ターミナル取付け孔に設けられた所定の長孔部に圧入するだけで、ターミナルを電機子鉄心に対して絶縁した状態で取り付けたり、電機子鉄心に電気的に接続した状態で取り付けたりすることができるため、アース端子として用いるターミナルを電機子鉄心に取り付ける場合、及びアース端子以外の端子として用いるターミナルを電機子鉄心に取り付ける場合のいずれの場合にも、電機子鉄心の継鉄部に設ける取付け孔を同一とし、かつターミナルとして同形状同寸法のものを用いることができる。従って、電機子鉄心の継鉄部には、同形状同寸法のターミナル取付け孔を複数設けておけばよく、またターミナルとしてはアース端子及び非アース端子に共用される１種類のターミナルを用意しておけばよいため、電機子鉄心の加工工数の削減と、部品の種類の削減とを図って、回転電機用電機子の製造コストの低減を図ることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態で用いる電機子鉄心１を示したもので、この電機子鉄心は所定の形状に打ち抜いた鋼板の積層体からなっている。図１に示した電機子鉄心は、環状の継鉄部１０１の外周部から径方向に沿って６個の突極部１０２ａないし１０２ｆと２個の取付け用の腕部１０３ａ及び１０３ｂとからなる合計８個の突出部を４５°の等しい角度間隔で突出させた構造を有している。６個の突極部のうち、３つの突極部１０２ａないし１０２ｃは相互間に４５°の角度間隔を隔てて並べて設けられ、これらの突極部１０２ａないし１０２ｃと対称な位置に他の３つの突極部１０２ｄないし１０２ｆが設けられている。また突極部１０２ｃと１０２ｄとの間及び突極部１０２ａと１０２ｆとの間にそれぞれ腕部１０３ａ及び１０３ｂが形成され、これらの腕部１０３ａ及び１０３ｂを鋼板の積層方向に貫通させて取付け孔１０４が形成されている。突極部１０２ａないし１０２ｆは角柱状のコイル巻装部Ｃとコイル巻装部の先端に形成された磁極部Ｐとからなっていて、磁極部Ｐの外周に図示しない回転子の磁極に対向させられる円筒面状の磁極面Ｐaが形成されている。また腕部１０３ａ及び１０３ｂの先端の外周にも図示しない回転子の磁極に対向させられる磁極面Ｐa′が形成されていて、腕部１０３ａ及び１０３ｂが、他の突極部と同様に、回転子と電機子鉄心との間を流れる磁束の通路を構成するようになっている。

図示の例では、電機子鉄心１の突極部１０２ａないし１０２ｆと腕部１０３ａ及び１０３ｂの一部と継鉄部１０１の外周寄りの部分とを被覆するように絶縁樹脂からなるボビン１０５が電機子鉄心に一体成形されていて、該ボビンのコイル巻装部Ｃを被覆する部分にコイルを巻回することにより、コイルを電機子鉄心に対して絶縁された状態で巻装することができるようになっている。

本発明においては、電機子鉄心１の継鉄部１０１に、複数（図示の例では４個）のターミナル取付け孔１１０が設けられている。図３（Ａ）に示したように、各ターミナル取付け孔１１０は、横断面が互いに交差するように設けられて継鉄部１０１を積層方向に貫通した第１及び第２の長孔部ｈ1及びｈ2からなっている。図示の例では、第１の長孔及び第２の長孔の横断面が矩形状をなすように形成されていて、第２の長孔部ｈ2の横断面の長手方向寸法Ｌ2が第１の長孔部の横断面の長手方向寸法Ｌ1よりも短く設定されている。また各ターミナル取付け孔の横断面が十字形をなすように、第１の長孔部の横断面と第２の長孔部の横断面とがそれぞれの中央部で直角に交差させられている。第１の長孔部ｈ1及び第２の長孔部ｈ2のそれぞれの横断面の幅寸法Ｗは等しく設定されている。そして、図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示したように、各ターミナル取付け孔の内面と、各ターミナル取付け孔の両端の開口部周辺とを覆うように絶縁樹脂層１１１が形成されている。この絶縁樹脂層１１１は、各ターミナル取付け孔１１０にポリブチレン・テレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）やポリアミド・ナイロン樹脂（ＰＡ樹脂）などの絶縁樹脂を充填して硬化させることにより形成する。継鉄部１０１に設けられる複数のターミナル取付け孔１１０は、すべて同形状同寸法を有している。各ターミナル取付け孔１１０は、電機子鉄心を構成する鋼板を打ち抜く際に同時に形成される。図３（Ｂ）において、符号１１１ａで示した部分は、ターミナル取付け孔に樹脂を充填して絶縁樹脂層１１１を形成した際に絶縁樹脂層の中央部付近に形成される隙間を示している。

複数のターミナル取付け孔１１０のそれぞれに対して板状のターミナル３または３′が設けられて、各ターミナルが対応するターミナル取付け孔に圧入されて取り付けられる。図２に示されたターミナル３は非アース端子を構成するために電機子鉄心に対して絶縁された状態で取り付けられる非アース端子構成用のターミナルであり、ターミナル３′は、アース端子を構成するために電機子鉄心（アース電位部）に電気的に接続された状態で取付けられるアース端子構成用のターミナルである。本実施形態では、これらのターミナル３，３′として、同形状同寸法を有するもの（同一のもの）が用いられている。図示のターミナル３，３′は、図６及び図７に示されているように、短冊状に形成されたターミナル本体３０１と、該ターミナル本体の板厚方向及び長手方向の双方に対して直角な方向の両側面のそれぞれから突出した複数の三角形状のフィン状突起部３０２とを有している。ターミナル３，３′は、導電板を打ち抜くことにより形成される。

複数のターミナルの内、電機子鉄心１に対して絶縁されるターミナル３は、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、対応するターミナル取付け孔に対して形成された絶縁樹脂層１１１を貫通した状態で対応するターミナル取付け孔の第１の長孔部ｈ1に挿入されて電機子鉄心１に取り付けられる。また電機子鉄心１に電気的に接続されるターミナル３′は、対応するターミナル取付け孔に対して形成された絶縁樹脂層１１１を貫通させた状態で、対応するターミナル取付け孔の第２の長孔部ｈ2に挿入されて電機子鉄心に取り付けられる。

図６及び図７に示したように、各ターミナルは、その断面積が最大の部分の横断面が、対応するターミナル取付け孔に取り付けられる前の状態で、各ターミナル取付け孔の第１の長孔部ｈ1の横断面の長手方向寸法Ｌ1より小さく、かつ第２の長孔部ｈ2の横断面の長手方向寸法Ｌ2よりは大きい最大長さ寸法ｘと、第１及び第２の長孔部の横断面の幅方向寸法Ｗよりも小さい幅寸法ｙとを有するように形成されている。従って、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、第１の長孔部ｈ1に挿入されたターミナル３は電機子鉄心に接触することなく、絶縁樹脂層１１１により電機子鉄心に対して絶縁された状態に保持されるが、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、第２の長孔部ｈ2に挿入されたターミナルはその横断面の長手方向の両端（突起３０２の先端）が絶縁樹脂層１１１を破って電機子鉄心に接触させられる。即ち、第１の長孔ｈ1に挿入されたターミナル３は電機子鉄心１に対して絶縁された状態で取付けられ、第２の長孔ｈ2に挿入されたターミナル３′は、電機子鉄心１に電気的に接続された状態で取り付けられる。

電機子鉄心１の突極部１０２ａないし１０２ｆには、図２に示したように、コイル２ａないし２ｆが巻回され、これらのコイルの端末部が所定のターミナルに接続されることにより、コイル２ａないし２ｆが所定の相数の電機子コイルを構成するように結線される。また所定のターミナルに外部に導出されるリード線が接続される。電機子鉄心１と、コイル２ａないし２ｆからなる電機子コイルと、ターミナル３，３′とにより回転電機用電機子が構成されている。

本実施形態の電機子は、電機子鉄心１に設けられた腕部１０３ａ，１０３ｂが回転電機の固定子取付け部にボルト止めされて、回転電機の固定子として用いられる。

上記のように構成すると、ターミナル３，３′を所定のターミナル取付け孔に設けられた第１の長孔部または第２の長孔部に圧入するだけで、ターミナルを電機子鉄心に対して絶縁した状態で取り付けて非アース端子を構成したり、電機子鉄心に電気的に接続した状態で取り付けてアース端子を構成したりすることができるため、アース端子を設ける場合、及び非アース端子を設ける場合のいずれの場合にも、電機子鉄心の継鉄部に設ける複数の取付け孔を同一とし、かつ端子を構成するターミナルとして同形状同寸法のものを用いることができる。

上記の実施形態では、ターミナル３，３′をターミナル取付け孔に挿入して取付けた状態でターミナルの後端部がターミナル取付け孔内に配置されるように、各ターミナルの長さが設定されているが、ターミナルの両端に導線を接続することができるようにするために、ターミナルをターミナル取付け孔に挿入して取付けた状態で、ターミナルの両端が外部に突出した状態で配置されるように、ターミナルの長さを設定することもできる。

上記の実施形態では、ターミナル取付け孔の横断面の形状を十字形としたが、ターミナル取付け孔は横断面が交差した状態で設けられた第１の長孔部と第２の長孔部とからなっていればよく、第１の長孔部の横断面と第２の長孔部の横断面との交差の仕方は上記実施形態に限定されない。例えば、横断面がＴ字形の形状を呈するように第１の長孔部と第２の長孔部とを交差させることによりターミナル取付け孔を形成するようにしてもよい。

本発明の実施形態で用いる電機子鉄心を示した正面図である。 本発明の実施形態において電機子鉄心にコイルを巻回した状態を示した正面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態で電機鉄心の継鉄部に設けるターミナル取付け孔の横断面の形状を示した正面図である。（Ｂ）は同ターミナル取付け孔に絶縁層を形成した状態を示した要部の正面図である。 （Ａ）はターミナル取付け孔の第１の長孔部と該長孔部に挿入されるターミナルとを示した断面図である。（Ｂ）はターミナル取付け孔の第１の長孔部にターミナルを圧入して取付けた状態を示した断面図である。 （Ａ）はターミナル取付け孔の第２の長孔部と該長孔部に挿入されるターミナルとを示した断面図である。（Ｂ）はターミナル取付け孔の第２の長孔部にターミナルを圧入して取付けた状態を示した断面図である。 本発明の実施形態で用いるターミナルを示した正面図である。 図６のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 電機子鉄心
１０１ 継鉄部
１０２ａ〜１０２ｆ 突極部
１１０ ターミナル取付け孔
ｈ1 第１の長孔部
ｈ2 第２の長孔部
１１１ 絶縁樹脂層
２ａ〜２ｆ コイル
３ ターミナル
３０１ ターミナル本体
３０２ 突起

Claims (3)

1. 鋼板の積層体からなっていて環状に形成された継鉄部と該継鉄部から径方向に突出した複数の突極部とを有する電機子鉄心と、前記電機子鉄心の複数の突極部にそれぞれ巻回された複数のコイルとを備え、前記電機子鉄心の継鉄部を積層方向に貫通した複数のターミナル取付け孔が設けられるとともに、該複数のターミナル取付け孔にそれぞれ対応する複数の板状のターミナルが設けられて、各ターミナルが対応するターミナル取付け孔に挿入された状態で前記電機子鉄心に取り付けられ、各ターミナルに前記複数のコイルのうちのいずれかの端末部及び（または）外部に導出されるリード線が接続されている回転電機用電機子において、
   各ターミナル取付け孔は、横断面が互いに交差するように設けられて前記継鉄部を積層方向に貫通した第１及び第２の長孔部からなっていて、前記第２の長孔部の横断面の長手方向寸法が第１の長孔部の横断面の長手方向寸法よりも短く設定され、
   前記各ターミナル取付け孔の内面を覆うように絶縁樹脂層が形成され、
   前記複数のターミナルの内、前記電機子鉄心に対して絶縁されるターミナルは、対応するターミナル取付け孔に対して形成された絶縁樹脂層を貫通した状態で対応するターミナル取付け孔の第１の長孔部に挿入されて前記電機子鉄心に取り付けられ、
   前記複数のターミナルの内、前記電機子鉄心に電気的に接続されるターミナルは、対応するターミナル取付け孔に対して形成された絶縁樹脂層を貫通させた状態で、対応するターミナル取付け孔の第２の長孔部に挿入されて前記電機子鉄心に取り付けられ、
   各ターミナルは、その断面積が最大の部分の横断面が、対応するターミナル取付け孔に取り付けられる前の状態で、各ターミナル取付け孔の第１の長孔部の横断面の長手方向寸法より小さく、かつ前記第２の長孔部の横断面の長手方向寸法よりは大きい長さ寸法と、前記第１及び第２の長孔部の横断面の幅方向寸法よりも小さい幅寸法とを有するように形成されていて、前記第１の長孔部に挿入されたターミナルは、前記絶縁樹脂層により前記電機子鉄心に対して絶縁された状態に保持されているが、前記第２の長孔部に挿入されたターミナルはその横断面の長手方向の両端が前記絶縁樹脂層を破って前記電機子鉄心に接触させられていること、
   を特徴とする回転電機用電機子。
2. 前記各ターミナル取付け孔を構成する第１の長孔部及び第２の長孔部は、それぞれの横断面が矩形状を呈するように形成されている請求項１に記載の回転電機用電機子。
3. 前記ターミナルは、短冊状に形成されたターミナル本体と、該ターミナル本体の板厚方向及び長手方向の双方に対して直角な方向の両側面のそれぞれから突出した複数の三角形状の突起部とを有している請求項１または２に記載の回転電機用電機子。
   

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