JP6036351B2 - ブラシ付き直流電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ側に設けられてロータの電機子コイルに接続された整流子と、ステータ側に設けられてロータの電機子コイルに給電するために整流子に接触するブラシとを備えたブラシ付き直流電動機に関するものである。

特許文献１及び２に示されているように、ブラシ付き直流電動機は、環状のヨークの内周に界磁を形成してなるステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとからなっている。ロータは、ステータの中心軸線に沿って延びるように設けられてステータに対して回転自在に支持された回転軸と、回転軸に取り付けられてステータの界磁の内側に配置されたロータコアと、ロータコアに形成されたスロットに巻回された電機子コイルと、回転軸に取り付けられて電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続された整流子とを備えている。ステータ側にはブラシが設けられていて、電機子コイルに給電するためにこのブラシが整流子に接触させられる。整流子は、電機子コイルの軸線方向の一端側に回転軸と軸線を共有した状態で配置されて前記回転軸に固定された絶縁筒体と、前記絶縁筒体の周方向に間隔をあけて並べて配置されて前記絶縁筒体の外周に固定された複数個の整流子形成用電極とを備え、各整流子形成用電極の前記ロータコア側の端部に設けられたコイル導体接続部に電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部がヒュージング（加熱圧着）等により接続されている。

エンジンのように振動を伴う機器に搭載されるブラシ付き直流電動機においては、ロータに振動が伝達されるため、電機子コイルのコイルエンドと整流子との間を伸びるコイル導体の渡り部が空中に露出していると（宙に浮いていると）振動して断線することがある。これを防ぐため、特許文献１に示されたブラシ付き直流電動機においては、電機子コイルのコイルエンドと整流子との間を伸びるコイル導体を電機子コイルのコイルエンドとともに被覆する樹脂封止部（モールド部）を設けて、電機子コイルのコイルエンドと整流子との間を伸びるコイル導体が振動するのを防止している。

特開２００９−２９６８０３号公報 特開２０１２−２９３５２号公報

特許文献１に示されているように、電機子コイルのコイルエンドと、整流子に接続されたコイル導体とを樹脂封止部により被覆しておけば、コイル導体が振動するのを防ぐことができるため、整流子と電機子コイルのコイルエンドとの間を伸びるコイル導体が断線するのを防ぐことができる。

しかしながら、特許文献１に示された直流電動機のように、電機子コイルのコイルエンドと整流子との間を伸びるコイル導体を被覆する樹脂封止部を設けた場合には、樹脂封止部を形成する際に流動状態にある樹脂が、整流子を構成する整流子形成用電極相互間の隙間（スリット）に流れ込んで、整流子形成用電極相互間の隙間から盛り上がった状態で硬化することがあるため、整流子とブラシの接触不良が生じることがあり、製品の歩留まりが悪くなるという問題があった。

本発明の目的は、整流子とブラシの接触不良を生じさせることなく、整流子に接続された電機子コイルのコイル導体の渡り部が機械的振動により断線するのを防止することができるようにしたブラシ付き直流電動機を提供することにある。

本発明は、環状のヨークの内周に界磁を形成してなるステータと、ステータの中心軸線に沿って延びるように設けられてステータに対して回転自在に支持された回転軸に保持されてステータの界磁の内側に配置されたロータコアと該ロータコアに巻回された電機子コイルと前記回転軸により保持されて前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続された整流子とを備えたロータと、電機子コイルに給電するために整流子に接触させられたブラシとを備えたブラシ付き直流電動機を対象とする。本発明が対象とする直流電動機においては、整流子が、ロータコアに隣接する位置に配置されて回転軸に対して固定された絶縁筒体と、絶縁筒体の周方向に間隔をあけて並べて配置されて絶縁筒体の外周に固定された複数個の整流子形成用電極とを備えていて、各整流子形成用電極のロータコア側の端部に設けられたコイル導体接続部に電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続されている。

本発明の一態様においては、複数の整流子形成用電極相互間に形成された隙間の前記ロータコア寄りの部分が、該整流子形成用電極相互間の隙間の前記ブラシに対向する領域には達しないように設けられた絶縁樹脂からなる樹脂流れ止め部により充填された状態にあり、前記整流子形成用電極のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部は、前記電機子コイルのコイルエンドと共に絶縁樹脂封止部によりモールドされた状態にある。前記樹脂流れ止め部は、前記複数個の整流子形成用電極相互間の隙間のブラシに対向する領域を避けて、前記複数の整流子形成用電極相互間に形成された隙間の前記ロータコア寄りの部分に充填されて硬化された状態にある絶縁樹脂からなり、前記樹脂流れ止め部を構成する樹脂は、一度硬化したら溶融しない樹脂、又は前記絶縁樹脂封止部を構成する樹脂よりも融点が高い樹脂からなっている。

上記のように、整流子形成用電極のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部を電機子コイルのコイルエンドと共にモールドした絶縁樹脂封止部を設けておくと、絶縁樹脂封止部内にコイル導体の渡り部が埋設されるため、コイル導体の渡り部が振動するのを防ぐことができ、該渡り部が断線するおそれを無くすことができる。

また上記のように樹脂流れ止め部を設けておくと、絶縁樹脂封止部を構成する絶縁樹脂が流動し得る状態にあるときに整流子形成用電極相互間の隙間のブラシに対向する領域に流れ込むのを阻止することができるため、整流子とブラシの接触不良を生じさせることなく絶縁樹脂封止部を形成して、整流子に接続された電機子コイルのコイル導体の渡り部が機械的振動により断線するのを防ぐことができる。

本発明の他の態様においては、各樹脂流れ止め部が、前記絶縁筒体に一体に設けられて前記複数の整流子形成用電極相互間に形成された各隙間の前記ロータコア寄りの部分に挿入された状態にある突起部により構成される。

この場合、各樹脂流れ止め部を構成する突起部は、両側の整流子形成用電極に溶着された状態にされる。

本発明によれば、整流子形成用電極のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部を電機子コイルのコイルエンドと共にモールドした絶縁樹脂封止部を設けて、絶縁樹脂封止部内にコイル導体の渡り部が埋設されるようにしたので、コイル導体の渡り部が振動するのを防いで、該渡り部が断線するおそれを無くすことができる。また複数の整流子形成用電極相互間に形成された隙間のロータコア寄りの部分を充填する絶縁樹脂からなる樹脂流れ止め部を設けて、この樹脂流れ止め部により、絶縁樹脂封止部を構成する絶縁樹脂が流動し得る状態にあるときに整流子形成用電極相互間の隙間のブラシに対向する領域に流れ込むのを阻止するようにしたので、整流子とブラシの接触不良を生じさせることなく絶縁樹脂封止部を形成して、整流子と電機子コイルのコイルエンドとの間を伸びるコイル導体の渡り部が機械的振動により断線するのを防止することができる。

本発明に係る電動機の実施形態で用いるロータの要部を示した縦断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は図１の実施形態で用いられている整流子を示したもので、（Ａ）は同整流子を（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿って断面して示した縦断面図、（Ｂ）は同整流子の底面図である。 図２に示された整流子の一部の展開図である。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は同実施形態で用いるロータの要部を拡大して示したもので、同図において１は環状のヨーク２の内周に永久磁石３を取り付けて固定界磁を構成してなるステータ、４はステータ１に対して回転自在に設けられたロータである。図示の例ではヨーク２が円筒状に形成されていて、電動機のハウジングを兼ねている。

５は、ステータ１の中心軸線Ｏ−Ｏに沿って延びるように設けられて図示しない軸受けによりヨーク２に対して回転自在に支持された金属製の回転軸Ｓの外周に嵌合されて保持されたボス部材である。ボス部材５は、鉄などの金属からなっていて、その軸線方向の一端側に形成された小径部５Ａと、軸線方向の他端側に形成された大径部５Ｂとからなり、大径部５Ｂの外周にロータコア６が取り付けられている。ロータコア６は鋼板の積層体からなっていて、その外周面には、永久磁石３の磁極（固定界磁の磁極）にギャップを介して対向する磁極面６ａが形成されている。

ロータコア６は、放射状に伸びる多数のスロットを有していて、該スロットにコイル導体を挿入することにより電機子コイル７が巻回されている。図１において、８及び９は、ロータコア６と電機子コイル７との間を絶縁するためにロータコア６の積層方向の両端に配置された絶縁板、１０及び１１は、絶縁板８，９の内周部に係合してこれらの絶縁板を押えるとともに、電機子コイル７のコイルエンド７Ａを押える絶縁カラー、１２は、ボス部材５の小径部５Ａに嵌合されるとともに、ボス部材の小径部５Ａと大径部５Ｂとの間の段部に当接されて、絶縁カラー１０をボス部材５に対して位置決めする絶縁板、１３は、ボス部材５の大径部５Ｂの外周に嵌合されて、絶縁カラー１１をボス部材５に対して位置決めする絶縁板である。

ボス部材５の小径部５Ａの外周には整流子２０が取り付けられている。図２（Ａ），（Ｂ）にも示したように、整流子２０は、ボス部材５の小径部５Ａの外周に嵌合されて適宜の手段により該小径部５Ａに対して固定された絶縁筒体２１と、銅などの良導電性の金属からなっていて、絶縁筒体２１の周方向に間隔をあけて並べた状態で絶縁筒体２１の外周に固定された複数個（図示の例では１３個）の整流子形成用電極２２とからなっている。整流子形成用電極２２は、絶縁筒体２１の外周面に沿う円筒体の一部を構成するように円弧状に湾曲された金属板からなっていて、適宜の手段により絶縁筒体２１に固定されている。各整流子形成用電極２２のロータコア側の端部には、鉤状（レの字状の）のコイル導体接続部２２ａ（図２Ａ参照）が一体に設けられ、このコイル導体接続部２２ａに電機子コイル７のコイルエンドから引出されたコイル導体の渡り部７０１が接続されている。

本実施形態では、図３に示したように、電機子コイル７のコイルエンドから引出されたコイル導体の渡り部７０１が鉤状のコイル導体接続部２２ａに引っ掛けられた後、コイル導体接続部２２ａが渡り部７０１を挟んで抱え込んだ状態になるように加圧されると同時に通電加熱されて、コイル導体の絶縁被覆が溶融剥離させられると共に、コイル導体接続部２２ａとコイル導体とが溶着されて一体化されることにより、コイル導体接続部２２ａとコイル導体とのヒュージング接続部２３（図１参照）が形成され、これによりコイル導体の各渡り部７０１とコイル導体接続部２２ａとが接続されている。

本実施形態では、回転軸Ｓにボス部材５を介して保持されたロータコア６と、ロータコア６に巻回された電機子コイル７と、整流子２０とにより、ロータ２０が構成されている。ステータ１のヨーク２には図示しないブラシ保持機構を介して、一対のブラシ３０（図１には一方のブラシ３０のみが示されている。）が支持され、これらのブラシが電機子コイル７に給電するために整流子２０の整流子形成用電極２２に接触させられている。

エンジン等の振動を伴う機器に取り付けられる直流電動機が上記のような構造を有する場合、コイルエンド７Ａから引出されたコイル導体の渡り部７０１が宙に浮いていると、渡り部７０１が振動して断線することがある。このような問題が生じないようにするため、本実施形態においては、電機子コイル７のコイルエンド７Ａの内、整流子２０側のコイルエンド７Ａと、整流子形成用電極２２のコイル導体接続部２２ａに接続されたコイル導体の渡り部７０１とをモールドした絶縁樹脂封止部２４が形成され、この絶縁樹脂封止部内にコイル導体の渡り部７０１が埋設されている。

上記のように、整流子形成用電極２２のコイル導体接続部２２ａに接続されたコイル導体の渡り部７０１を電機子コイルのコイルエンドと共にモールドした絶縁樹脂封止部２４を設けておくと、整流子２２とコイルエンド７Ａとの間を伸びるコイル導体の渡り部７０１が振動するのを防ぐことができるため、コイル導体の渡り部が断線するのを防ぐことができる。

上記のような構造を採用する場合、絶縁樹脂封止部２４を形成する絶縁樹脂が溶融状態にあるときに、当該樹脂が整流子形成用電極２２，２２，…相互間の隙間ｄ（図３参照）内に流入して、隙間ｄのブラシ３０に対向する領域Ａに達し、この樹脂が整流子形成用電極２２の外周面よりも盛り上がった状態で硬化することがある。整流子がこのような状態になった電動機は、ブラシ３０と整流子２０との間で接触不良が生じ、電動機として正常に機能しないため、不良品として排除する必要がある。

絶縁樹脂封止部２４を形成する際に上記のような不良品が生じるのを防ぎ、製品の歩留まりを向上させるためには、絶縁樹脂封止部２４を形成する際に、整流子形成用電極２２，２２，…相互間の隙間ｄ（図３参照）のブラシ３０に対向する領域Ａに樹脂が流入するのを阻止するようにしておく必要がある。そのため、本実施形態では、絶縁筒体２１に整流子形成用電極２２，２２，…を固定した後、整流子形成用電極２２，２２，…相互間に形成された隙間ｄのロータコア６寄りの部分に、隙間ｄのブラシ３０に対向する領域Ａには達しないようにして、絶縁樹脂を注入して硬化させることにより、整流子形成用電極相互間に形成された隙間ｄのロータコア寄りの部分を充填する樹脂流れ止め部２５を形成し、この樹脂流れ止め部２５により、絶縁樹脂封止部２４を構成する絶縁樹脂が流動し得る状態にあるときに、当該樹脂が整流子形成用電極相互間の隙間ｄのブラシ３０に対向する領域Ａに流れ込むのを阻止するようにした。樹脂流れ止め部２５を構成する樹脂としては、一度硬化したら溶融しない樹脂（例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂）を用いるか、又は絶縁樹脂封止部２４を構成する樹脂よりも融点が高い樹脂を用いるのが好ましい。

上記のように、整流子形成用電極２２のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部７０１を電機子コイルのコイルエンドと共にモールドした絶縁樹脂封止部２４を設けて、絶縁樹脂封止部２４内にコイル導体の渡り部を埋設するようにすると、コイル導体の渡り部７０１が振動するのを防いで、当該渡り部が断線するおそれを無くすことができる。

また上記のように、複数の整流子形成用電極２２，２２，…相互間に形成された隙間ｄのロータコア６寄りの部分を充填する絶縁樹脂からなる樹脂流れ止め部２５を設けて、この樹脂流れ止め部により、絶縁樹脂封止部２４を構成する絶縁樹脂が流動し得る状態にあるときに整流子形成用電極相互間の隙間ｄのブラシ３０に対向する領域に流れ込むのを阻止するようにしておくと、整流子とブラシの接触不良を生じさせることなく、絶縁樹脂封止部２４を形成して、整流子２０と電機子コイル７のコイルエンド７Ａとの間を伸びるコイル導体の渡り部７０１が機械的振動により断線するのを防ぐことができる。

上記の実施形態では、絶縁筒体２１に整流子形成用電極２２，２２，…を固定した後に、整流子形成用電極２２，２２，…相互間に形成された隙間ｄのロータコア６寄りの部分に絶縁樹脂を注入して硬化させることにより、樹脂流れ止め部２５を形成するようにしたが、樹脂流れ止め部２５の形成の仕方は上記実施形態に限定されない。

例えば、絶縁筒体２１の外周のロータコア６寄りの部分に一体に設けられて、整流子形成用電極相互間に形成された各隙間ｄのロータコア６寄りの部分に挿入される突起部により、樹脂流れ止め部２５を形成するようにしても良い。この場合、樹脂の流れ止めを確実に図るため、各樹脂流れ止め部を構成する突起部は、該突起の両側の整流子形成用電極２２，２２に溶着しておくのが好ましい。各樹脂流れ止め部を構成する突起部を両側の整流子形成用電極２２，２２に溶着するには、例えば、各樹脂流れ止め部を構成する突起部を整流子形成用電極２２の外周面よりも外側に突出するように設けておいて、各突起部を隙間ｄに挿入した後に、各突起部を加熱溶融させて押し潰すようにすればよい。

上記の説明では、ステータ１に設ける固定界磁を永久磁石により構成するようにしたが、ステータ１の界磁は、ヨーク２の内周に嵌合固定されたステータロータコアと、該ステータロータコアのスロットに巻回された界磁コイルとにより構成するようにしてもよい。

１ ステータ
２ ステータヨーク
３ ステータの界磁を構成する永久磁石
４ ロータ
Ｓ 回転軸
５ ボス部材
６ ロータコア
７ 電機子コイル
７０１ コイル導体の渡り部
７Ａ 電機子コイルのコイルエンド
８ 絶縁板
９ 絶縁板
１０ 絶縁カラー
１１ 絶縁カラー
２０ 整流子
２１ 絶縁筒体
２２ 整流子形成用電極
２２ａ コイル導体接続部
２３ ヒュージング接続部
２４ 絶縁樹脂封止部
２５ 樹脂流れ止め部

Claims (3)

1. 環状のヨークの内周に界磁を形成してなるステータと、前記ステータの中心軸線に沿って延びるように設けられて前記ステータに対して回転自在に支持された回転軸により保持されて前記ステータの界磁の内側に配置されたロータコアと該ロータコアに巻回された電機子コイルと前記回転軸により保持されて前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続された整流子とを備えたロータと、前記電機子コイルに給電するために前記整流子に接触させられたブラシとを備え、前記整流子は、前記ロータコアに隣接する位置に配置されて前記回転軸に対して固定された絶縁筒体と、前記絶縁筒体の周方向に間隔をあけて並べて配置されて前記絶縁筒体の外周に固定された複数個の整流子形成用電極とを備え、各整流子形成用電極の前記ロータコア側の端部に設けられたコイル導体接続部に前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続されているブラシ付き直流電動機において、
   前記複数の整流子形成用電極相互間に形成された隙間の前記ロータコア寄りの部分が、該整流子形成用電極相互間の隙間の前記ブラシに対向する領域には達しないように設けられた絶縁樹脂からなる樹脂流れ止め部により充填された状態にあり、
   前記整流子形成用電極のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部は、前記電機子コイルのコイルエンドと共に絶縁樹脂封止部によりモールドされた状態にあり、
   前記樹脂流れ止め部は、前記複数個の整流子形成用電極相互間の隙間のブラシに対向する領域を避けて、前記複数の整流子形成用電極相互間に形成された隙間の前記ロータコア寄りの部分に充填されて硬化された状態にある絶縁樹脂からなり、
   前記樹脂流れ止め部を構成する樹脂は、一度硬化したら溶融しない樹脂、又は前記絶縁樹脂封止部を構成する樹脂よりも融点が高い樹脂からなっていること、
   を特徴とするブラシ付き直流電動機。
2. 環状のヨークの内周に界磁を形成してなるステータと、前記ステータの中心軸線に沿って延びるように設けられて前記ステータに対して回転自在に支持された回転軸により保持されて前記ステータの界磁の内側に配置されたロータコアと該ロータコアに巻回された電機子コイルと前記回転軸により保持されて前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続された整流子とを備えたロータと、前記電機子コイルに給電するために前記整流子に接触させられたブラシとを備え、前記整流子は、前記ロータコアに隣接する位置に配置されて前記回転軸に対して固定された絶縁筒体と、前記絶縁筒体の周方向に間隔をあけて並べて配置されて前記絶縁筒体の外周に固定された複数個の整流子形成用電極とを備え、各整流子形成用電極の前記ロータコア側の端部に設けられたコイル導体接続部に前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続されているブラシ付き直流電動機において、
   前記複数の整流子形成用電極相互間に形成された各隙間の前記ロータコア寄りの部分が、該整流子形成用電極相互間の各隙間の前記ブラシに対向する領域には達しないように設けられた絶縁樹脂からなる樹脂流れ止め部により充填された状態にあり、
   前記整流子形成用電極のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部は、前記電機子コイルのコイルエンドと共に絶縁樹脂封止部によりモールドされた状態にあり、
   各樹脂流れ止め部は、前記絶縁筒体に一体に設けられて前記複数の整流子形成用電極相互間に形成された各隙間の前記ロータコア寄りの部分に挿入された状態にある突起部からなり、
   各樹脂流れ止め部を構成する突起部は両側の整流子形成用電極に溶着された状態にあること、
   を特徴とするブラシ付き直流電動機。
3. 環状のヨークの内周に界磁を形成してなるステータと、前記ステータの中心軸線に沿って延びるように設けられて前記ステータに対して回転自在に支持された回転軸により保持されて前記ステータの界磁の内側に配置されたロータコアと該ロータコアに巻回された電機子コイルと前記回転軸により保持されて前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続された整流子とを備えたロータと、前記電機子コイルに給電するために前記整流子に接触させられたブラシとを備え、前記整流子は、前記ロータコアに隣接する位置に配置されて前記回転軸に対して固定された絶縁筒体と、前記絶縁筒体の周方向に間隔をあけて並べて配置されて前記絶縁筒体の外周に固定された複数個の整流子形成用電極とを備え、各整流子形成用電極の前記ロータコア側の端部に設けられたコイル導体接続部に前記電機子コイルを構成するコイル導体の渡り部が接続されているブラシ付き直流電動機の製造方法において、
   前記複数個の整流子形成用電極相互間に形成された隙間の前記ロータコア寄りの部分を、該整流子形成用電極相互間の隙間の前記ブラシに対向する領域には達しないように設けられた絶縁樹脂からなる樹脂流れ止め部により充填し、
   次いで前記整流子形成用電極のコイル導体接続部に接続されたコイル導体の渡り部を前記電機子コイルのコイルエンドと共にモールドした絶縁樹脂封止部を形成し、
   前記絶縁樹脂封止部を構成する絶縁樹脂が流動し得る状態にあるときに当該樹脂が整流子形成用電極相互間の隙間のブラシに対向する領域に流れ込むのを、前記樹脂流れ止め部により阻止すること、
   を特徴とするブラシ付き直流電動機の製造方法。

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