JP4595674B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、整流子とブラシを有する電動機に関する。 The present invention relates to an electric motor having a commutator and a brush.
従来、整流子とブラシとを有する電動機において、例えば、図8に示す様に、ブラシ100が摺動する整流子110の表面(整流子面)に複数の溝120を略等間隔に形成して、整流子110とブラシ100との接触状態(摺動状態)を安定化させることにより、電動機の性能向上を図る技術が知られている(特許文献1、2参照)。
ところが、上記の公知技術では、整流子面上を摺動するブラシ100の摺動面にも凹凸加工が必要となる。つまり、整流子面の凹凸形状に合わせて、予めブラシ100の摺動面にも凹凸形状を加工する必要がある。また、加工精度が悪いと、却って整流子110とブラシ100との接触状態が悪化する恐れがある。従って、ブラシ100の摺動面に凹凸形状を加工する際に、高い加工精度が要求されるため、加工コストの増大を招くと共に、生産性が低下する要因にもなっている。
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、電動機の整流子とブラシとの接触状態(摺動状態)を安定化させる上で、加工コストを低減でき、且つ生産性を向上できる技術を提供することにある。
However, in the above-described known technique, the sliding surface of the
The present invention has been made based on the above circumstances, and its object is to stabilize the contact state (sliding state) between the commutator and the brush of the electric motor, reduce the processing cost, and improve the productivity. It is to provide a technology capable of improving the quality.
(請求項1の発明)
本発明は、電機子に設けられる整流子と、この整流子の表面上に配置され、電機子の回転によって整流子面上を摺動するブラシとを有し、整流子面には、周方向にそれぞれ一周する凹部と凸部とが設けられ、その凹部と凸部とが、整流子面の周方向と直交する方向に交互に複数箇所設けられている電動機であって、整流子面の周方向と直交する方向でブラシの摺動範囲内に含まれる全ての凸部の頂上面の幅を合計した長さをLとし、整流子面上を摺動するブラシの摺動面において、ブラシの摺動方向に直交する方向のブラシの幅をBとした時に、
L/B≦1/3………………(1)
上記(1)の関係が成立していることを特徴とする。
(Invention of Claim 1)
The present invention has a commutator provided in an armature and a brush that is disposed on the surface of the commutator and slides on the commutator surface by rotation of the armature. Each of which is provided with a plurality of recesses and protrusions, and the recesses and protrusions are alternately provided at a plurality of locations in a direction orthogonal to the circumferential direction of the commutator surface. The total length of the top surfaces of all the convex portions included in the sliding range of the brush in the direction orthogonal to the direction is L, and the brush sliding surface on the commutator surface When the width of the brush in the direction orthogonal to the sliding direction is B,
L / B ≦ 1/3 ……………… (1)
The relationship (1) is established.
上記の構成によれば、整流子面が凹凸形状ではなく平滑な場合と比較すると、ブラシの摺動面(以下、ブラシ摺動面と呼ぶ)が整流子面の形状に馴染む前において、ブラシ摺動面に対して、整流子面に設けられた凸部での面圧が3倍以上と高くなる。このため、ブラシ摺動面が未加工(平面状態)であっても、所定時間(例えば約1分間)の連続通電による回転作動を実施すると、通電電流が凸部に集中して流れるため、凸部の形状に倣ってブラシ摺動面が摩耗することにより、整流子面の凹凸形状に合う様に、ブラシ摺動面の形状を馴染ませることができる。従って、ブラシ摺動面に特別な加工が無くても、製品出荷前の作動テストにおいて、短時間の連続通電による回転作動を行うだけで、整流子面の凹凸形状に合う様に、ブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。その結果、予めブラシ摺動面に精度の高い凹凸形状を加工する必要がないため、加工コストを低減でき、且つ生産性を向上できる。 According to the above configuration, compared to the case where the commutator surface is not an uneven shape but smooth, the brush sliding surface (hereinafter referred to as the brush sliding surface) is adjusted before the commutator surface conforms to the shape of the commutator surface. The surface pressure at the convex portion provided on the commutator surface is three times or more of the moving surface. For this reason, even if the brush sliding surface is unprocessed (planar state), if the rotation operation is performed by continuous energization for a predetermined time (for example, about 1 minute), the energization current flows in a concentrated manner on the convex portion. As the brush sliding surface wears according to the shape of the portion, the shape of the brush sliding surface can be adjusted so as to match the uneven shape of the commutator surface. Therefore, even if there is no special processing on the brush sliding surface, the brush sliding can be made to match the irregular shape of the commutator surface by performing a rotation operation by continuous energization for a short time in the operation test before product shipment. The familiarity of the surface can be completed. As a result, since it is not necessary to process a highly accurate uneven shape on the brush sliding surface in advance, the processing cost can be reduced and the productivity can be improved.
さらに、請求項1の発明では、整流子面に設けられた凸部の頂上部において、頂上面の面粗度が頂上面以外の部分の面粗度より粗く形成されていることを特徴とする。
この場合、凸部の頂上面の面粗度が粗いことから、ブラシ摺動面の初期摩耗が促進されるため、より短時間で、ブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。
Further, the invention according to claim 1 is characterized in that the top surface of the top surface of the convex portion provided on the commutator surface is rougher than the surface roughness of the portion other than the top surface. .
In this case, since the surface roughness of the top surface of the convex portion is rough, the initial wear of the brush sliding surface is promoted, so that the familiarity of the brush sliding surface can be completed in a shorter time.
(請求項2の発明)
請求項1に記載した電動機において、整流子面に設けられた凸部は、整流子面の周方向と直交する方向の幅が、頂上面に向かって次第に狭くなる逆V字形状を有し、頂上面が尖っていることを特徴とする。
この構成によれば、ブラシ摺動面に対する凸部での面圧を最も高くできるので、さらに短時間で、ブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。
(Invention of Claim 2 )
In the electric motor according to claim 1, the convex portion provided on the commutator surface has an inverted V shape in which a width in a direction orthogonal to the circumferential direction of the commutator surface gradually decreases toward the top surface, The top surface is pointed.
According to this configuration, since the surface pressure at the convex portion with respect to the brush sliding surface can be maximized, the familiarity of the brush sliding surface can be completed in a shorter time.
(請求項3の発明)
請求項1または2に記載した電動機において、整流子は、電機子軸の外周に円筒状に構成されていることを特徴とする。
この場合、整流子面が円筒形状となるため、凹部と凸部は、整流子面の軸方向に交互に複数箇所設けられる。
(Invention of Claim 3 )
The electric motor according to claim 1 or 2, wherein the commutator is formed in a cylindrical shape on an outer periphery of the armature shaft.
In this case, since the commutator surface has a cylindrical shape, a plurality of recesses and projections are provided alternately in the axial direction of the commutator surface.
(請求項4の発明)
請求項1または2に記載した電動機において、整流子は、電機子軸と直交する向きに構成されていることを特徴とする。
この場合、整流子面が電機子軸と直交する円板形状となるため、凹部と凸部は、それぞれ電機子軸を中心とする同心円状に交互に複数箇所設けられる。
(Invention of Claim 4 )
The electric motor according to
In this case, since the commutator surface has a disk shape orthogonal to the armature axis, a plurality of recesses and projections are provided alternately in concentric circles around the armature axis.
(請求項5の発明)
請求項1〜4に記載した何れかの電動機は、内燃機関を始動するためのスタータモータであることを特徴とする。
スタータモータは、内燃機関を始動するために大きな始動トルクを発生する必要があるため、短時間に大電流が通電される。従って、連続通電による回転作動を実施した場合に、整流子面に設けられた凸部に大きな通電電流が集中的に流れるため、短時間の連続通電による回転作動(例えば1分程度の無負荷連続通電)を実施することで、整流子面の凹凸形状に対するブラシ摺動面の馴染みを完了させることが可能である。
(Invention of Claim 5 )
Any one of the electric motors described in claims 1 to 4 is a starter motor for starting the internal combustion engine.
Since the starter motor needs to generate a large starting torque in order to start the internal combustion engine, a large current is applied in a short time. Accordingly, when a rotation operation by continuous energization is performed, a large energization current flows intensively on the convex portion provided on the commutator surface, so that rotation operation by a short time continuous energization (for example, no load continuous for about 1 minute) It is possible to complete the familiarity of the brush sliding surface with respect to the irregular shape of the commutator surface.
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail by the following examples.
この実施例1は、内燃機関を始動するためのスタータモータに本発明の電動機を適用した一例であり、図1にスタータモータの電機子1を示す。
スタータモータは、図示しない界磁(永久磁石または界磁コイル)の内側に回転自在に支持される電機子1を有し、界磁と電機子1との間に作用する電磁力によって電機子1に回転力を発生する周知の直流電動機である。
電機子1は、電機子軸2と、この電機子軸2の外周に圧入状態でセレーション嵌合する電機子コア3と、この電機子コア3に巻線される電機子コイル4と、電機子軸2の一方の端部に設けられる整流子5とで構成される。
The first embodiment is an example in which the electric motor of the present invention is applied to a starter motor for starting an internal combustion engine. FIG. 1 shows an armature 1 of the starter motor.
The starter motor has an armature 1 that is rotatably supported inside a field (a permanent magnet or a field coil) (not shown), and the armature 1 is generated by an electromagnetic force that acts between the field and the armature 1. It is a known DC motor that generates a rotational force.
The armature 1 includes an
整流子5は、電機子軸2の外周に、絶縁材6に保持された複数の整流子片50を円筒状に配置して構成され、個々の整流子片50が、それぞれ電機子コイル4に機械的且つ電気的に接続されている。整流子片50の表面(整流子面)には、図1に示す様に、整流子5の周方向に一周する複数の凹部7と凸部8とが形成されている。この凹部7と凸部8は、整流子5の軸方向(図示左右方向)に交互に連続して設けられ、隣合う凸部8と凸部8との間が略等間隔に設けられている。
この整流子5の外周には、複数のカーボンブラシ9が配置され、図示しないブラシスプリングにより整流子面に押圧されている。
The
A plurality of
整流子面に設けられた凸部8には、図2に示す様に、軸方向に所定の幅Aを有する平坦な頂上面が残されている。
ここで、整流子面の軸方向において、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さをL(図2ではブラシ9の摺動範囲内に5本の凸部8が含まれるため、L=5×A)とし、整流子面の軸方向におけるブラシ9の幅(ブラシ摺動幅)をBとした時に、下記(1)の関係が成立している。
L/B≦1/3………………(1)
すなわち、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さLは、ブラシ摺動幅Bの1/3以下に設定されている。
As shown in FIG. 2, a flat top surface having a predetermined width A in the axial direction is left on the
Here, in the axial direction of the commutator surface, the total length A of the top surfaces of all the
L / B ≦ 1/3 ……………… (1)
That is, the total length L of the top surfaces A of all the
(実施例1の効果)
上記の構成によれば、整流子面が凹凸形状ではなく平滑な場合、つまり整流子面に複数の凹部7と凸部8が形成されていない場合と比較すると、ブラシ9の摺動面が整流子面の形状に馴染む前において、電機子1の回転によって整流子面上を摺動するブラシ9の摺動面に対する凸部8での面圧が3倍以上と高くなる。このため、ブラシ摺動面が未加工(平面状態)であっても、連続通電による回転作動を実施すると、通電電流が凸部8に集中して流れるため、凸部8の形状に倣ってブラシ摺動面が摩耗することにより、整流子面の凹凸形状に合う様に、ブラシ摺動面の形状を馴染ませることができる。
(Effect of Example 1)
According to the above configuration, the sliding surface of the
なお、ブラシ摺動面が平面状態から整流子面の凹凸形状に合う様に馴染むまでの時間(以後、馴染み完了時間と呼ぶ)は、通電電流の大きさと、ブラシ摺動面に対する凸部8での面圧の大きさとに左右される。従って、通電電流の大きさが同じであれば、ブラシ摺動面に対する凸部8での面圧が大きくなる程、言い換えると、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さLが小さくなる程、ブラシ形状の馴染み完了時間が短くなる。
実験データによれば、図3に示す様に、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さLが、ブラシ摺動幅Bの1/3以下、つまり上記(1)の関係が成立すれば、1分以下の無負荷連続通電時間でブラシ形状の馴染みが完了する。
It should be noted that the time until the brush sliding surface is adapted from the flat state to match the concave and convex shape of the commutator surface (hereinafter referred to as the familiarization completion time) is the magnitude of the energizing current and the
According to the experimental data, as shown in FIG. 3, the total length L of the top surfaces of all the
ところで、本発明の電動機が適用されるスタータモータは、内燃機関の始動に必要な回転力を発生するために大電流が通電されるため、連続通電時間が長くなると、スタータモータが加熱して焼損する恐れがある。従って、出来る限り無負荷連続通電時間を短くすることが望ましい。これに対し、実施例1に記載した電動機は、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さLが、ブラシ摺動幅Bの1/3以下、つまり上記(1)の関係が成立しているので、無負荷連続通電時間を1分以下に抑えることができる。
By the way, the starter motor to which the electric motor of the present invention is applied is energized with a large current in order to generate a rotational force necessary for starting the internal combustion engine. There is a fear. Therefore, it is desirable to shorten the no-load continuous energization time as much as possible. On the other hand, in the electric motor described in the first embodiment, the total length L of the top surfaces of all the
これにより、ブラシ摺動面に予め特別な加工が無くても、製品出荷前の作動テストにおいて、短時間の連続通電(約1分)による回転作動を実施するだけで、整流子面の凹凸形状に対するブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。その結果、予めブラシ摺動面に精度の高い凹凸形状を加工する必要がないため、加工コストを低減でき、且つ生産性を向上できる。
また、無負荷連続通電時間を1分以下に抑えることができるので、スタータモータが異常加熱することはなく、安全に且つ短時間にブラシ形状の馴染みを完了させることができる。
As a result, even if there is no special processing on the brush sliding surface in advance, the commutator surface uneven shape can be obtained simply by performing a rotation operation by continuous energization (about 1 minute) for a short time in the operation test before product shipment. The familiarity of the brush sliding surface with respect to can be completed. As a result, since it is not necessary to process a highly accurate uneven shape on the brush sliding surface in advance, the processing cost can be reduced and the productivity can be improved.
Moreover, since the no-load continuous energization time can be suppressed to 1 minute or less, the starter motor is not heated abnormally, and the familiarity of the brush shape can be completed safely and in a short time.
図4は実施例2に係る電機子1の半断面図であり、図5は整流子面の凹凸形状を示す拡大断面図である。
この実施例2に示す電機子1は、図4に示す様に、整流子5が電機子軸2と略直交する向きに構成されている。具体的には、電機子コア3のスロット3aより軸方向外側に取り出された電機子コイル4の一部が電機子コア3の端面と略平行に配置され、整流子片50として利用されている。
FIG. 4 is a half sectional view of the armature 1 according to the second embodiment, and FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the uneven shape of the commutator surface.
The armature 1 shown in the second embodiment is configured such that the
電機子コイル4は、電機子コア3のスロット3aの数と同数の下層コイル体40と上層コイル体41とを有し、この下層コイル体40の直線部40aと上層コイル体41の直線部41aとを二層状態でスロット3aに挿入して電機子コア3に組み立てた後、互いに異なるスロット3aから取り出された下層コイル体40の端部と上層コイル体41の端部とを接合して形成される。
The armature coil 4 has the same number of lower
上層コイル体41は、スロット3aに挿入される直線部41aの一端から電機子コア3の端面と略平行に径方向内側へ延びるコイル端部41bが設けられ、そのコイル端部41bが整流子片50として利用されている。
この整流子片50の表面(整流子面)には、軸方向よりカーボンブラシ9が当接して、図示しないブラシスプリングにより整流子面に押圧されている。
整流子面を形成するコイル端部41bの軸方向外側面には、電機子軸2を中心とする同心円状に複数の凹部7と凸部8が形成されている。この凹部7と凸部8は、整流子面の半径方向(図示上下方向)に交互に連続して設けられ、且つ隣合う凸部8と凸部8との間が略等間隔に設けられている。また、凸部8には、図5に示す様に、整流子面の半径方向に所定の幅Aを有する平坦な頂上面が残されている。
The upper
A
A plurality of
ここで、整流子面の半径方向において、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さをL(図5ではブラシ9の摺動範囲内に5本の凸部8が含まれるため、L=5×A)とし、整流子面の半径方向におけるブラシ9の幅(ブラシ摺動幅)をBとした時に、下記(1)の関係が成立している。
L/B≦1/3………………(1)
すなわち、ブラシ9の摺動範囲内に含まれる全ての凸部8の頂上面の幅Aを合計した長さLは、ブラシ摺動幅Bの1/3以下に設定されている。
Here, in the radial direction of the commutator surface, the total length A of the top surfaces A of all the
L / B ≦ 1/3 ……………… (1)
That is, the total length L of the top surfaces A of all the
(実施例2の効果)
この実施例2に示す電動機は、整流子5の構成が実施例1と異なるだけで、整流子面に複数の凹部7と凸部8とを設けて、その凹凸形状に対しブラシ形状を馴染ませることは同じである。つまり、実施例1と同様に、上記(1)の関係が成立しているので、ブラシ摺動面に予め特別な加工が無くても、製品出荷前の作動テストにおいて、短時間の連続通電(約1分)による回転作動を実施するだけで、整流子面の凹凸形状に対するブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。その結果、予めブラシ摺動面に精度の高い凹凸形状を加工する必要がないため、加工コストを低減でき、且つ生産性を向上できる。また、無負荷連続通電時間を1分以下に抑えることができるので、スタータモータが異常加熱することはなく、安全に且つ短時間にブラシ形状の馴染みを完了させることができる。
(Effect of Example 2)
The electric motor shown in the second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the
図6および図7はそれぞれ整流子面の凹凸形状を示す拡大断面図である。
この実施例3では、実施例1に記載した円筒型の整流子5、および実施例2に記載したフェイス型の整流子5において、それぞれ凸部8の形状が、図6及び図7に示す様に、凸部8の先端に向かって次第に狭くなる逆V字形状を有し、凸部8の先端が尖っていることを特徴とする。つまり、実施例1及び実施例2に記載した凸部8の頂上面の幅Aが、限りなく「0」に近い状態である。
この構成によれば、ブラシ摺動面に対する凸部8での面圧をより高くできるので、さらに短時間(1分以下)で、整流子面の凹凸形状に対するブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。
FIGS. 6 and 7 are enlarged cross-sectional views showing the uneven shape of the commutator surface.
In Example 3, in the
According to this configuration, since the surface pressure at the
この実施例4では、整流子面に設けられる凸部8の頂上面の面粗度が、頂上面以外の部分の面粗度より粗く形成されていることを特徴とする。
この場合、凸部8の頂上面の面粗度が粗いことから、ブラシ摺動面の初期摩耗が促進されるため、より短時間で、整流子面の凹凸形状に対するブラシ摺動面の馴染みを完了させることができる。
The fourth embodiment is characterized in that the surface roughness of the top surface of the
In this case, since the surface roughness of the top surface of the
(変形例)
実施例1では、本発明の電動機をスタータモータに適用した一例を説明したが、スタータモータに限定されるものではなく、整流子5とブラシ9を有する電動機に広く適用できる。
実施例2に記載した電動機は、電機子コイル4の一部(上層コイル体41のコイル端部41b)を整流子片50として利用しているが、整流子片50を電機子コイル4とは別部材によって構成することも可能である。
(Modification)
In Example 1, although the example which applied the electric motor of this invention to the starter motor was demonstrated, it is not limited to a starter motor, It can apply widely to the electric motor which has the
The electric motor described in the second embodiment uses a part of the armature coil 4 (
1 電機子
2 電機子軸
5 整流子
7 凹部
8 凸部
9 ブラシ
A 凸部の頂上面の幅
B ブラシ摺動幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
この整流子の表面(整流子面と呼ぶ)上に配置され、前記電機子の回転によって前記整流子面上を摺動するブラシとを有し、
前記整流子面には、周方向にそれぞれ一周する凹部と凸部とが設けられ、その凹部と凸部が、前記整流子面の周方向と直交する方向に交互に複数箇所設けられている電動機であって、
前記整流子面の周方向と直交する方向で前記ブラシの摺動範囲内に含まれる全ての前記凸部の頂上面の幅を合計した長さをLとし、
前記整流子面上を摺動する前記ブラシの摺動面において、前記ブラシの摺動方向に直交する方向の前記ブラシの幅をBとした時に、
L/B≦1/3………………(1)
上記(1)の関係が成立しており、
前記整流子面に設けられた前記凸部の頂上部は、前記頂上面の面粗度が頂上面以外の部分の面粗度より粗く形成されていることを特徴とする電動機。 A commutator provided in the armature;
A brush arranged on the surface of the commutator (referred to as a commutator surface) and sliding on the commutator surface by rotation of the armature;
The commutator surface is provided with recesses and projections that make one round in the circumferential direction, and the recesses and projections are alternately provided at a plurality of locations in a direction orthogonal to the circumferential direction of the commutator surface. Because
L is the total length of the top surfaces of all the convex portions included in the sliding range of the brush in a direction perpendicular to the circumferential direction of the commutator surface;
In the sliding surface of the brush that slides on the commutator surface, when the width of the brush in the direction orthogonal to the sliding direction of the brush is B,
L / B ≦ 1/3 ……………… (1)
The relationship of (1) above is established ,
The electric motor according to claim 1, wherein the top portion of the convex portion provided on the commutator surface is formed such that the surface roughness of the top surface is rougher than the surface roughness of a portion other than the top surface .
前記整流子面に設けられた前記凸部は、前記整流子面の周方向と直交する方向の幅が、前記頂上面に向かって次第に狭くなる逆V字形状を有し、前記頂上面が尖っていることを特徴とする電動機。 The electric motor according to claim 1,
The convex portion provided on the commutator surface has an inverted V shape in which a width in a direction orthogonal to a circumferential direction of the commutator surface is gradually narrowed toward the top surface, and the top surface is pointed. motor, characterized in that is.
前記整流子は、電機子軸の外周に円筒状に構成されていることを特徴とする電動機。 In the electric motor according to claim 1 or 2,
The commutator is configured in a cylindrical shape on an outer periphery of an armature shaft .
前記整流子は、電機子軸と直交する向きに構成されていることを特徴とする電動機。 In the electric motor according to claim 1 or 2 ,
The commutator is configured in a direction orthogonal to the armature axis.
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