JP6290673B2 - 整流子、及び整流子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、整流子、及び整流子の製造方法に関するものである。

従来、直流モータの電機子（回転子）が備える整流子としては、整流子片から径方向外側に突出して巻線が係止される結線爪に短絡線（短絡導体）をも係止させて、その短絡線にて離間した所定の整流子片同士を電気的に接続したものがある（例えば、特許文献１参照）。

又、整流子としては、２つの短絡ターミナル（短絡板材片）を電気的に接続（溶接等）して短絡導体を構成し、該短絡導体の一端部と他端部とをそれぞれ整流子片の外周面より内側で該整流子片に電気的に接続したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１３４８７３号公報 特開２００６−３２５３１８号公報

しかしながら、結線爪に短絡線（短絡導体）をも係止させる整流子では、周方向に隣り合う整流子片同士が短絡してしまわないように結線爪周りのスペースを確保すべく整流子の径方向のサイズを大型化する必要が生じてしまう。

又、２つの短絡ターミナル（短絡板材片）を電気的に接続（溶接等）して短絡導体を構成するものでは、電気的な接続箇所（溶接箇所）が増えてしまうという問題がある。尚、このことは、作業工数等を増加させコストアップ等の原因となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、サイズの大型化を抑制することができるとともに、電気的な接続箇所の数を抑えることができる整流子、及び整流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整流子は、周方向に複数配設される整流子片と該整流子片の径方向内側でそれらを保持すべく配設される本体絶縁材とを有する整流子本体と、前記整流子本体の軸方向端部に設けられ、離間した前記整流子片同士を電気的に接続する複数の短絡導体とを備えた整流子であって、前記短絡導体は、継ぎ目無く形成され、その両端部がそれぞれ前記整流子片の外周面より内側で該整流子片に電気的に接続され、複数の前記短絡導体は、中間部が絶縁材に埋設されてそれらの間隔が保持され、前記整流子片の径方向外側に突出して巻線が係止される結線爪部が形成されて前記整流子片及び前記短絡導体の少なくとも一方に電気的に接続される結線爪部材を備え、前記結線爪部材は、その基部に前記短絡導体の端部が挿通される挿通孔を有するとともに、基部が前記整流子片と前記絶縁材とに挟持される。

同構成によれば、短絡導体は、継ぎ目無く形成され、その両端部がそれぞれ整流子片の外周面より内側で整流子片に電気的に接続されるため、短絡導体が結線爪部周りのスペースを使うことなくサイズの大型化を抑制することができるとともに、継ぎ目の無い短絡導体にて電気的な接続箇所の数を抑えることができる。
又、複数の短絡導体は、中間部が絶縁材に埋設されてそれらの間隔が保持されるため、短絡導体同士の絶縁状態を確保することができるとともに、取り扱いが容易となる。
又、整流子片の径方向外側に突出して巻線が係止される結線爪部が形成されて整流子片及び短絡導体の少なくとも一方に電気的に接続される結線爪部材を備えるため、必要となる箇所のみに結線爪部を設けることができる。これにより、全ての整流子片を同じ形状とすることができ、例えば、板材から整流子片を製造する際の無駄を無くすことができる。即ち、複数の整流子片を製造する際の板材は、整流子片から折り返されてなる結線爪を有する場合では、折り返す前の長さの板材が必要となり、結線爪が必要となる箇所以外の板材が大きく無駄になってしまうが、その無駄を無くすことができる。
又、結線爪部材は、その基部に短絡導体の端部が挿通される挿通孔を有するとともに、基部が整流子片と絶縁材とに挟持されるため、整流子片及び短絡導体の少なくとも一方と良好に電気的に接続させることができるとともに、強固に保持させることができる。

上記整流子において、前記整流子片の軸方向端部には、前記短絡導体の端部を挿入可能な溝部が形成されることが好ましい。
同構成によれば、整流子片の軸方向端部には、短絡導体の端部を挿入可能な溝部が形成されるため、整流子片に対する短絡導体の位置決めが容易となる。よって、例えば、位置決め後に溶接等を行うことで整流子を容易に製造することができる。

上記課題を解決する整流子の製造方法は、周方向に複数配設される整流子片と該整流子片の径方向内側でそれらを保持すべく配設される本体絶縁材とを有する整流子本体と、前記整流子本体の軸方向端部に設けられ、離間した前記整流子片同士を電気的に接続する複数の短絡導体とを備えた整流子の製造方法であって、放射状に複数の突部を有する板状の短絡導体形成治具における前記突部間の治具溝部に導体線材を予め設定されたパターンで順次巻回していく巻回工程と、前記巻回工程の後に、前記短絡導体形成治具の片面側の導体線材を切断排除することでそれぞれ継ぎ目の無い複数の前記短絡導体を形成する切断工程と、前記切断工程の後に、前記短絡導体の両端部をそれぞれ前記整流子片の外周面より内側で該整流子片に電気的に接続する接続工程とを備える。

同方法によれば、巻回工程では短絡導体形成治具における突部間の治具溝部に導体線材が予め設定されたパターンで順次巻回され、切断工程では短絡導体形成治具の片面側の導体線材が切断排除されることでそれぞれ継ぎ目の無い複数の短絡導体が形成される。このようにすると、それぞれ継ぎ目の無い複数の短絡導体を所定の位置に複数同時に形成することができる。そして、接続工程では短絡導体の両端部がそれぞれ整流子片の外周面より内側で該整流子片に電気的に接続される。よって、短絡導体が結線爪部周りのスペースを使うことなくサイズの大型化を抑制することができるとともに、継ぎ目の無い短絡導体にて電気的な接続箇所の数を抑えることができる。

上記整流子の製造方法において、前記巻回工程の後であって前記切断工程の前、又は、前記切断工程の後に、前記短絡導体形成治具にて配置が保持されたままの前記導体線材又は前記短絡導体の一部を絶縁材で覆う短絡導体埋設工程を備えることが好ましい。

同方法によれば、短絡導体埋設工程では、短絡導体形成治具にて配置が保持されたままの導体線材又は短絡導体の一部が絶縁材で覆われる。よって、容易に複数の短絡導体の間隔を保持した状態とすることができ、短絡導体同士の絶縁状態を確保することができるとともに、取り扱いが容易となる。

本発明の整流子、及び整流子の製造方法では、サイズの大型化を抑制することができるとともに、電気的な接続箇所の数を抑えることができる。

一実施形態における電機子の一部断面図。 一実施形態における整流子の分解側面図。 一実施形態における結線爪部材が配置された短絡部材の平面図。 一実施形態における整流子の製造方法を説明するための模式図。 一実施形態における整流子の製造方法を説明するための模式図。 （ａ）は、一実施形態における短絡部材の平面図。（ｂ）は、一実施形態における短絡部材の側面図。

以下、直流モータの電機子（回転子）の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、電機子１は、図示しないハウジングに回転可能に支持される回転軸１１と、該回転軸１１に固定された電機子コア１２及び整流子１３と、電機子コア１２に巻装される巻線１４とを備えている。尚、本実施形態の電機子コア１２は、１２個のティースを有する１２スロットのものである。

図１及び図２に示すように、整流子１３は、周方向に複数配設される整流子片１５と該整流子片１５の径方向内側でそれらを保持すべく配設される本体絶縁材１６とを有する整流子本体１７を備えている。本実施形態の整流子本体１７は、２４個の整流子片１５を有している。又、整流子片１５の一方側（電機子コア１２側）の軸方向端部には、溝部１５ａが形成されている。本実施形態の溝部１５ａは、整流子片１５における周方向の中央部に形成され、径方向内側（内周面）から径方向外側（外周面）まで貫通してスリット状に形成されている。尚、整流子片１５の外周面には、図示しないハウジングに保持された給電用ブラシ１８が押圧接触されることになる。

又、整流子１３は、整流子本体１７の一方側（電機子コア１２側）の軸方向端部に固定され、離間した所定の整流子片１５同士を電気的に接続する複数の短絡導体２１を有する短絡部材２２を備えている。詳しくは、本実施形態の短絡導体２１は、周方向に８個隣りの（１２０°毎の）整流子片１５同士を電気的に接続すべく２４個設けられている。各短絡導体２１は、継ぎ目無く（溶接箇所等が無く）形成され、その両端部２１ａがそれぞれ整流子片１５の外周面より内側で該整流子片１５に電気的に接続される。本実施形態では、短絡導体２１の両端部２１ａは、前記整流子片１５の溝部１５ａに挿入されて溶接されることで離間した整流子片１５同士を電気的に接続する。

又、図２及び図３に示すように、短絡部材２２は、複数の短絡導体２１の中間部２１ｂが埋設されることでそれらの間隔を保持する略円盤状の絶縁材２３を備えている。即ち、本実施形態の短絡導体２１は、略円盤状の絶縁材２３の１２０°間隔の位置で該絶縁材２３の一端面から軸方向に突出する両端部２１ａと、絶縁材２３の内部で前記両端部２１ａ同士を繋ぐ中間部２１ｂとを有し、複数の短絡導体２１の中間部２１ｂ同士は絶縁材２３内で軸方向に重なりつつ自身の絶縁皮膜にて絶縁が確保されて配置されている。尚、図１及び図２では、１つの中間部２１ｂのみ図示している。

又、図２、図３及び図６に示すように、絶縁材２３の一端面における短絡導体２１の端部２１ａが突出する箇所の４５°間隔の位置には、凹部２３ａが形成されている。そして、図２及び図３に示すように、絶縁材２３の凹部２３ａには、結線爪部材２４が配置される。

詳しくは、本実施形態の結線爪部材２４は、メッキを施した真鍮材よりなる。結線爪部材２４は、短絡導体２１の端部２１ａが挿通される挿通孔２４ａを有する基部２４ｂと、整流子片１５の径方向外側に突出して前記巻線１４（図１参照）が係止される結線爪部２４ｃとを有する。尚、結線爪部２４ｃは、巻線１４が絡げられた状態で整流子片１５の外周面側に折り返されて溶接されることになるが、図１では、巻線１４が絡げられる前の状態を図示している。そして、結線爪部材２４は、まずその基部２４ｂが前記凹部２３ａに嵌め込まれると共に挿通孔２４ａに短絡導体２１の端部２１ａが挿通されて組み付けられ、その状態で整流子本体１７に短絡部材２２が組み付けられる（溝部１５ａに端部２１ａが挿入される）際に、基部２４ｂが整流子片１５と絶縁材２３とに挟持されて保持されている。又、結線爪部２４ｃが設けられる箇所では、結線爪部２４ｃの径方向外側から溶接電極が加圧接触されて通電（抵抗溶接）されることで、該結線爪部２４ｃ、巻線１４、整流子片１５及び短絡導体２１の端部２１ａが電気的に接続されている。又、結線爪部２４ｃが設けられていない箇所では、整流子片１５の径方向外側から溶接電極が加圧接触されて通電（抵抗溶接）されることで、該整流子片１５、及び短絡導体２１の端部２１ａが電気的に接続されている。

次に、上記のように構成される整流子１３の製造方法について説明する。
本実施形態の整流子１３の製造方法は、「巻回工程」と「短絡導体埋設工程」と「切断工程」と「結線爪部材配設工程」と「接続工程」とを備えている。

図４及び図５に示すように、「巻回工程」では、放射状に複数（本実施形態では２４個）の突部３１ａを有する板状の短絡導体形成治具３１における突部３１ａ間の治具溝部３１ｂに導体線材Ｄを予め設定されたパターンで順次巻回していく。この予め設定されたパターンとは、短絡導体形成治具３１の一方の面側に短絡導体２１（詳しくはその中間部２１ｂ）となる導体線材Ｄが配置されるパターンであって、本実施形態では一方の面側で１２０°離間した治具溝部３１ｂから他方の面側に通し、他方の面側で４５°離間した治具溝部３１ｂから一方の面側に通すパターンである。尚、図４は、「巻回工程」における巻き始めから一方の面（紙面手前側の面）側に短絡導体２１となる導体線材Ｄが順次巻回され、短絡導体２１となる部分が４個分配置された状態を模式的に示している。又、図５では、「巻回工程」が完了し、短絡導体２１となる部分が２４個分配置された状態を模式的に示している。又、図４及び図５では、後に（切断されることで）短絡導体２１となる部分に便宜上その符号を付している。

次に、「短絡導体埋設工程」では、前記短絡導体形成治具３１にて配置が保持されたままの前記導体線材Ｄの一部（前記中間部２１ｂとなる部分）を絶縁材２３で覆う。即ち、本実施形態では短絡導体形成治具３１ごと導体線材Ｄを図示しない金型内に配置し溶融樹脂を充填して上記した絶縁材２３（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）を形成する。

次に、「切断工程」では、短絡導体形成治具３１の片面（上記他方の面）側の導体線材Ｄ（図５中、紙面奥側の破線で示す部分）を切断排除することでそれぞれ継ぎ目の無い複数の短絡導体２１を形成する。尚、この際、短絡導体形成治具３１の厚みと対応した部分が短絡導体２１の端部２１ａとなる。

次に、「結線爪部材配設工程」では、前記絶縁材２３に形成された凹部２３ａに前記結線爪部材２４を配置する。
次に、「接続工程」では、上記したように前記短絡導体２１の両端部２１ａをそれぞれ整流子片１５の外周面より内側で該整流子片１５に電気的に接続する。詳しくは、短絡導体２１の両端部２１ａを整流子片１５の溝部１５ａに挿入して溶接することで電気的に接続する。

次に、上記のように構成された電機子１の作用について説明する。
給電用ブラシ１８から該給電用ブラシが押圧接触された整流子片１５に駆動電流が供給されると、その駆動電流は、短絡導体２１を介して接続された整流子片１５にも供給され、それら整流子片１５に接続された巻線１４に供給される。すると、電機子１と図示しないハウジングに設けられたステータマグネットとの磁束の授受が行われて電機子１が回転駆動される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）短絡導体２１は、継ぎ目無く形成され、その両端部２１ａがそれぞれ整流子片１５の外周面より内側で整流子片１５に電気的に接続されるため、短絡導体２１が結線爪部２４ｃ周りのスペースを使うことなくサイズの大型化を抑制することができるとともに、継ぎ目の無い短絡導体２１にて電気的な接続箇所の数を抑えることができる。

（２）整流子片１５の軸方向端部には、短絡導体２１の端部２１ａを挿入可能な溝部１５ａが形成されるため、整流子片１５に対する短絡導体２１の位置決めが容易となる。よって、例えば、位置決め後に溶接等を行うことで整流子１３を容易に製造することができる。

（３）複数の短絡導体２１は、中間部２１ｂが絶縁材２３に埋設されてそれらの間隔が保持されるため、短絡導体２１同士の絶縁状態を確保することができるとともに、取り扱いが容易となる。

（４）整流子片１５の径方向外側に突出して巻線１４が係止される結線爪部２４ｃが形成されて整流子片１５及び短絡導体２１に電気的に接続される結線爪部材２４を備えるため、必要となる箇所のみに結線爪部２４ｃを設けることができる。これにより、全ての整流子片１５を同じ形状とすることができ、例えば、板材から整流子片１５を製造する際の無駄を無くすことができる。即ち、複数の整流子片を製造する際の板材は、整流子片から折り返されてなる結線爪を有する場合では、折り返す前の長さの板材が必要となり、結線爪が必要となる箇所以外の板材が大きく無駄になってしまうが、その無駄を無くすことができる。

（５）結線爪部材２４は、その基部２４ｂに短絡導体２１の端部２１ａが挿通される挿通孔２４ａを有するとともに、基部２４ｂが整流子片１５と絶縁材２３とに挟持されるため、整流子片１５及び短絡導体２１と良好に電気的に接続させることができるとともに、強固に保持させることができる。

（６）「巻回工程」では短絡導体形成治具３１における突部３１ａ間の治具溝部３１ｂに導体線材Ｄが予め設定されたパターンで順次巻回され、「切断工程」では短絡導体形成治具３１の片面側の導体線材Ｄが切断排除されることでそれぞれ継ぎ目の無い複数の短絡導体２１が形成される。このようにすると、それぞれ継ぎ目の無い複数の短絡導体２１を所定の位置に複数同時に形成することができる。

（７）「短絡導体埋設工程」では、短絡導体形成治具３１にて配置が保持されたままの導体線材Ｄの一部が絶縁材２３で覆われる。よって、容易に複数の短絡導体２１の間隔を保持した状態とすることができ、短絡導体２１同士の絶縁状態を確保することができるとともに、取り扱いが容易となる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、整流子片１５の軸方向端部には、短絡導体２１の端部２１ａを挿入可能な溝部１５ａが形成されるとしたが、短絡導体２１の両端部がそれぞれ整流子片１５の外周面より内側で整流子片１５に電気的に接続されれば、溝部１５ａが形成されていない整流子片としてもよい。例えば、短絡導体２１の両端部をそれぞれ整流子片の軸方向端面に接続してもよい。

・上記実施形態では、複数の短絡導体２１は、中間部２１ｂが絶縁材２３に埋設されるとしたが、これに限定されず、絶縁材２３を設けずに構成してもよい。
・上記実施形態では、結線爪部２４ｃが形成されて整流子片１５及び短絡導体２１に電気的に接続される結線爪部材２４を備えるとしたが、これに限定されず、例えば、結線爪部は、整流子片１５に一体成形してもよい。

・上記実施形態では、結線爪部材２４は、その基部２４ｂに短絡導体２１の端部２１ａが挿通される挿通孔２４ａを有するとともに、基部２４ｂが整流子片１５と絶縁材２３とに挟持されるとしたが、これに限定されず、例えば、単に整流子片１５の側面に固定される構成としてもよい。

・上記実施形態の製造方法は変更してもよく、例えば、「巻回工程」の後に「切断工程」を行い、その後「短絡導体埋設工程」を行うようにしてもよい。
・上記実施形態では、結線爪部材２４は、メッキを施した真鍮材よりなるとしたが、導電性部材なら他の素材よりなるものに変更してもよい。

・上記実施形態では、電機子コア１２は、１２個のティースを有する１２スロットのものであり、整流子１３は、２４個の整流子片１５を有するものであるとしたが、これらの数は変更してもよい。

１４…巻線、１５…整流子片、１５ａ…溝部、１６…本体絶縁材、１７…整流子本体、２１…短絡導体、２１ａ…端部、２１ｂ…中間部、２３…絶縁材、２４…結線爪部材、２４ａ…挿通孔、２４ｂ…基部、２４ｃ…結線爪部、３１…短絡導体形成治具、３１ａ…突部、３１ｂ…治具溝部、Ｄ…導体線材。

Claims (4)

1. 周方向に複数配設される整流子片と該整流子片の径方向内側でそれらを保持すべく配設される本体絶縁材とを有する整流子本体と、
   前記整流子本体の軸方向端部に設けられ、離間した前記整流子片同士を電気的に接続する複数の短絡導体と
   を備えた整流子であって、
   前記短絡導体は、継ぎ目無く形成され、その両端部がそれぞれ前記整流子片の外周面より内側で該整流子片に電気的に接続され、
   複数の前記短絡導体は、中間部が絶縁材に埋設されてそれらの間隔が保持され、
   前記整流子片の径方向外側に突出して巻線が係止される結線爪部が形成されて前記整流子片及び前記短絡導体の少なくとも一方に電気的に接続される結線爪部材を備え、
   前記結線爪部材は、その基部に前記短絡導体の端部が挿通される挿通孔を有するとともに、基部が前記整流子片と前記絶縁材とに挟持されたことを特徴とする整流子。
2. 請求項１に記載の整流子において、
   前記整流子片の軸方向端部には、前記短絡導体の端部を挿入可能な溝部が形成されたことを特徴とする整流子。
3. 周方向に複数配設される整流子片と該整流子片の径方向内側でそれらを保持すべく配設される本体絶縁材とを有する整流子本体と、
   前記整流子本体の軸方向端部に設けられ、離間した前記整流子片同士を電気的に接続する複数の短絡導体と
   を備えた整流子の製造方法であって、
   放射状に複数の突部を有する板状の短絡導体形成治具における前記突部間の治具溝部に導体線材を予め設定されたパターンで順次巻回していく巻回工程と、
   前記巻回工程の後に、前記短絡導体形成治具の片面側の導体線材を切断排除することでそれぞれ継ぎ目の無い複数の前記短絡導体を形成する切断工程と、
   前記切断工程の後に、前記短絡導体の両端部をそれぞれ前記整流子片の外周面より内側で該整流子片に電気的に接続する接続工程と
   を備えたことを特徴とする整流子の製造方法。
4. 請求項３に記載の整流子の製造方法において、
   前記巻回工程の後であって前記切断工程の前、又は、前記切断工程の後に、前記短絡導体形成治具にて配置が保持されたままの前記導体線材又は前記短絡導体の一部を絶縁材で覆う短絡導体埋設工程を備えたことを特徴とする整流子の製造方法。