JP6615314B2 - 車載用ブラシ付モータ及びその製造方法 - Google Patents

車載用ブラシ付モータ及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、車載用のブラシ付モータと、このブラシ付モータの製造方法とに関する。
従来、ブラシ付モータの回転子は、積層鋼板により構成されたコアと、コアのティース部に巻線を巻回してなるコイルとを有している。コイルの巻き方には、個々のティース部に集中して巻線を巻回する方法、いわゆる「集中巻き」と、複数個のティース部に跨って巻線を巻回する方法、いわゆる「分布巻き」とがある。
ブラシ付モータは、回転子の回転によりブラシに当接する整流子片が切り替わるとき、整流子とブラシ間にスパークが発生する。また、このスパークにより電気的なノイズが発生する。一般に、集中巻構造のコイルを用いたブラシ付モータはスパークが発生しやすいため、スナバ回路を設けることで電気的なノイズを低減している。スナバ回路は、抵抗器及びコンデンサなどの回路素子により構成されている。
ここで、車載用のブラシ付モータは、使用時の環境温度がコンデンサの耐熱温度の上限値を超えることがあるため、スナバ回路を設けるのが困難である。このため、車載用のブラシ付モータは、分布巻構造のコイルを用いることでスパークの発生を抑制し、スナバ回路を不要としつつ電気的なノイズを低減するのが好適である。
しかしながら、分布巻構造のコイルは、複数個のティース部に跨って巻線を巻回しているため、コイルエンド部にて巻き崩れが生じる問題がある。また、巻き崩れにより巻線同士が擦れ合い、巻線の被覆材が摩耗してコイル間が電気的に短絡する問題がある。特に、車載用のブラシ付モータは、エンジンの駆動による振動、及び車両走行時の車体の振動などにより、コイルエンド部の巻き崩れが生じやすい。
このような巻き崩れを防ぐ方法として、例えば、コイルエンド部を樹脂によりモールドする方法が考えられる。特許文献1には、コイルエンド部を樹脂によりモールドしたシリースモータが開示されている。
特開平7−123642号公報
ブラシ付モータにおいて、分布巻構造のコイルを用いたとしても、スパークの発生を完全に防ぐのは困難である。コイルエンド部を樹脂によりモールドしたブラシ付モータは、連続的に発生したスパークが樹脂モールド部まで飛散して、高熱により樹脂モールド部が溶解及び劣化する問題があった。この結果、樹脂モールド部の機械的な強度が低下する問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転子に分布巻構造のコイルを用いた車載用のブラシ付モータにおいて、スパークの熱により樹脂モールド部が溶解及び劣化するのを防ぐことを目的とする。
本発明の車載用ブラシ付モータは、筒状の固定子に通されたシャフトと、シャフトの外周部に固定子と対向して設けられたコアと、コアのティース部に巻回された分布巻構造のコイルとを有する回転子と、シャフトの一端部に設けられており、コイルのコイルエンド部から引き出された巻線によりコイルと電気的に接続された整流子と、コイルエンド部及び整流子における巻線のフッキング部を覆う樹脂モールド部と、整流子の外周部に当接したブラシとを備え、樹脂モールド部とブラシ間の間隙部の幅が、整流子とブラシ間にて発生するスパークの飛距離に対して大きい値に設定されており、樹脂モールド部は、整流子側に鍔部を有するものである。
本発明によれば、回転子に分布巻構造のコイルを用いた車載用のブラシ付モータにおいて、スパークの熱により樹脂モールド部が溶解及び劣化するのを防ぐことができる。
本発明の実施の形態1に係るブラシ付モータの要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係るシャフト、回転子、整流子及び樹脂モールド部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るシャフト、回転子及び整流子を一体に組み立てた後、フッキング部をヒュージングにより固定する前の状態を示す斜視図である。 図1に示す整流子、ブラシ及び樹脂モールド部を含む領域の拡大図である。 本発明の実施の形態1に係るブラシ付モータにて発生する摩耗粉及びスパークを示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る回転部材の要部を示す断面図である。 図6に示す回転部材を金型内に配置した状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る他のブラシ付モータの要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る他の回転部材を金型内に配置した状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態1に係る他のブラシ付モータの要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る他のブラシ付モータの要部を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る他のブラシ付モータの要部を示す断面図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るブラシ付モータの要部を示す断面図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るシャフト、回転子、整流子及び樹脂モールド部を示す斜視図である。図3は、本発明の実施の形態1に係るシャフト、回転子及び整流子を一体に組み立てた後、フッキング部をヒュージングにより固定する前の状態を示す斜視図である。図4は、図1に示す整流子、ブラシ及び樹脂モールド部を含む領域の拡大図である。図1〜図4を参照して、実施の形態1のブラシ付モータ100について説明する。
図中、1は固定子である。固定子1は略円筒状であり、内周部にヨーク2及びマグネット3が設けられている。ヨーク2は、例えば鉄により構成されている。マグネット3は、例えばフェライト磁石などの永久磁石により構成されている。
固定子1には、略棒状のシャフト4が通されている。シャフト4は、玉軸受などの軸受5により、固定子1に対して回動自在に支持されている。
シャフト4の外周部には、コア6が設けられている。コア6は、例えば積層鋼板により構成されており、固定子1のマグネット3と対向して配置されている。コア6は、外周部に沿って並設された複数個のティース部7を有している。各々のティース部7は、その長手方向がシャフト4の軸方向に沿う形状である。
ティース部7には、巻線が巻回されている。巻線は、例えばエナメル線により構成されている。ティース部7に巻回された巻線により、分布巻構造のコイル8が構成されている。コア6及びコイル8により、回転子9が構成されている。回転子9は、コイル8の通電により、固定子1に対してシャフト4と一体に回転するものである。
シャフト4の一端部には、整流子10が設けられている。整流子10は、外形が略円柱状であり、外周部に沿って並設された複数個の整流子片11を有している。各々の整流子片11は、その長手方向がシャフト4の軸方向に沿う形状であり、回転子9側の端部にフッキング部12が形成されている。フッキング部12は、コイル8の整流子10側のコイルエンド部13から引き出された巻線(以下「渡り線」という。)14を引っ掛けた状態にて、ヒュージングにより固定されている。これにより、整流子10とコイル8間が電気的に接続されている。各々のフッキング部12には、それぞれ複数本の巻線がヒュージングにより固定されている。整流子10は、コイル8の通電により、固定子1に対してシャフト4及び回転子9と一体に回転するものである。
整流子10の外周部には、一対のブラシ15,16が摺動自在に当接している。一方のブラシ15には正極用の電源端子17が取り付けられおり、他方のブラシ16には負極用の電源端子18が取り付けられている。
ここで、回転子9は樹脂によりモールドされている。樹脂モールド部19は、コイル8の整流子10側のコイルエンド部13、渡り線14及びフッキング部12を覆う第1部位20を有している。また、樹脂モールド部19は、コイル8の他方のコイルエンド部21を覆う第2部位22を有している。すなわち、コイルエンド部13,21及びフッキング部12の全体が樹脂モールド部19により覆われている。さらに、樹脂モールド部19は、互いに隣接したティース部7間に充填されて第1部位20及び第2部位22と接続された第3部位23を有している。
第1部位20のうちのブラシ15,16に最も近い部位、すなわちフッキング部12を覆う部位とブラシ15,16との間に、間隙部24が設けられている。間隙部24の幅L1は、整流子10とブラシ15,16間にて発生するスパークの飛距離に対して大きい値に設定されている。
なお、一般に、スパークの飛距離はブラシ付モータ100のサイズ及び通電量などに応じて異なり、また個々のスパークごとに異なる。「スパークの飛距離に対して大きい値」とは、スパークの熱による第1部位20の溶解及び劣化を防ぐことができる程度に大きい値であれば良く、例えば、ブラシ付モータ100のサイズ及び通電量などに応じて想定されるスパークの飛距離の最大値の8割よりも大きい値である。具体的な数値の一例を挙げると、間隙部24の幅L1は、例えば1ミリメートル(mm)以上の値に設定されている。
第1部位20は、ブラシ15,16と対向した鍔部25を有している。鍔部25の径L2は、固定子1の内径(具体的には、固定子1の内周部に設けられたマグネット3の内径)L3よりも大きい値に設定されている。
第3部位23の外周面部は、ティース部7の外周面部と連続している。これにより、モールド後の回転子9の外形は略円柱状であり、ティース部7及び第3部位23の外周部と固定子1の内周部との間に間隙部26が形成されている。このようにして、ブラシ付モータ100の要部が構成されている。
次に、図5を参照して、ブラシ付モータ100の動作及び効果について説明する。ブラシ付モータ100は車両に搭載されており、シャフト4の軸が鉛直方向に沿うように、又は鉛直方向に対して傾けて配置されている。整流子10は回転子9よりも上方に配置されている。
図示しない電源が電源端子17,18間に電圧を印加すると、ブラシ15,16に電流が流れて、整流子10を介してコイル8が通電する。コイル8の通電により、コア6及びコイル8からなる回転子9が電磁石の機能を果たし、マグネット3と回転子9間の磁力により固定子1に対して回転子9が回転する。回転子9と一体に整流子10が回転して、ブラシ15,16に当接する整流子片11が切り替わる。これにより、コイル8に流れる電流の向きが切り替わり、回転子9が回転し続ける。
このとき、整流子10とブラシ15,16間の摺動により摩耗粉が発生する。発生した摩耗粉は、図中矢印Iで示す如く回転子9側に向かう。鍔部25を有しない又は鍔部25の径L2が小さい従来のブラシ付モータは、摩耗粉が回転子9と固定子1間の間隙部26に入り、間隙部26を通過して軸受5に侵入し、軸受5が故障する問題があった。これに対し、実施の形態1のブラシ付モータ100は、樹脂モールド部19が鍔部25を有し、鍔部25の径L2が固定子1の内径L3よりも大きい値に設定されている。これにより、摩耗粉が間隙部26に入るのを防いで、軸受5の故障を防ぐことができる。
また、ブラシ15,16に当接する整流子片11が切り替わるとき、整流子10とブラシ15,16間にスパークIIが発生する。間隙部24を有しない又は間隙部24の幅L1が小さい従来のブラシ付モータは、連続的に発生したスパークIIが樹脂モールド部19まで飛散して、高熱により樹脂モールド部19が溶解及び劣化する問題があった。これに対し、実施の形態1のブラシ付モータ100は、樹脂モールド部19とブラシ15,16間に間隙部24が設けられており、間隙部24の幅L1がスパークIIの飛距離に対して大きい値に設定されている。これにより、スパークIIの熱による樹脂モールド部19の溶解及び劣化を防いで、樹脂モールド部19の機械的な強度が低下するのを防ぐことができる。
また、実施の形態1のブラシ付モータ100は、コイルエンド部13,21の全体が樹脂モールド部19により覆われている。これにより、コイルエンド部13,21における巻き崩れを防ぐことができる。また、巻き崩れにより巻線の被覆材が摩耗することがなく、コイル8間の電気的な短絡を防ぐことができる。
また、実施の形態1のブラシ付モータ100は、フッキング部12の全体が樹脂モールド部19により覆われている。一般に、分布巻構造のコイルを用いたブラシ付モータのフッキング部は、複数本の巻線を押し潰してヒュージングされているため、巻線の強度が低く振動により断線しやすい。これに対し、フッキング部12の全体を樹脂モールド部19により覆うことで、フッキング部12における巻線が固定されて、振動による断線を防ぐことができる。
また、樹脂モールド部19は、互いに隣接したティース部7間に充填されて第1部位20及び第2部位22と接続された第3部位23を有している。第3部位23により回転子9の剛性が向上し、振動による回転子9の変形を防ぐことができる。この結果、変形によりシャフト4に負荷がかかったり、渡り線14が断線したりするのを防ぐことができる。
次に、図6及び図7を参照して、ブラシ付モータ100の製造方法について、樹脂モールド部19の成型方法を中心に説明する。樹脂モールド部19は、金型41を用いた射出成型により成型される。
まず、図6に示す如く、シャフト4、回転子9及び整流子10を一体に組み立てて、フッキング部12をヒュージングにより固定してなる部材(以下「回転部材」という。)を製造する。
次いで、図7に示す如く、回転部材を金型41内に配置する。このとき、回転部材は、シャフト4の軸が水平方向に沿う向きに配置される。金型41は、回転部材のうちの整流子10を含む部位が配置される第1金型42と、回転部材のうちの回転子9を含む部位が配置される第2金型43とに分割されている。第1金型42と第2金型43間の型割面44は、成型後における鍔部25のブラシ15,16との対向面に沿って配置される。
ここで、回転部材を金型41内に配置したとき、整流子10の端面部27が第1金型42の基準面45に当接するようになっている。このため、整流子10の端面部27と、成型後における第1部位20のうちのフッキング部12を覆う部位との間の幅L4が、第1金型42により定まる。この結果、幅L4の精度が高く、公差を小さくすることができる。すなわち、成型後における樹脂モールド部19とブラシ15,16間の間隙部24の幅L1の精度を高くして、公差を小さくすることができる。
次いで、金型41の図示しない注入口に溶融樹脂を注入する。これにより、図中矢印IIIで示す如く、射出口46,47から金型41内に溶融樹脂が射出される。
このとき、第1金型42の射出口46は、整流子10よりも回転子9側に配置されている。また、第1金型42の射出口46は、溶融樹脂の射出方向がシャフト4の軸方向に沿う向きに設けられている。これにより、フッキング部12及び渡り線14に対して熔融樹脂が直接射出されるのを防いで、射出圧により渡り線14が断線したり、フッキング部12のヒュージングが剥がれたりするのを防ぐことができる。
次いで、樹脂によりモールドされた回転部材を金型41から取り出す。このとき、回転部材に対する第1金型42及び第2金型43の抜き方向は、いずれもシャフト4の軸方向に沿う方向となる。
なお、樹脂モールド部19の鍔部25は、図8に示す如く、外周部にテーパ面28を有するものであっても良い。テーパ面28は、回転子9側から整流子10側に向かうにつれて次第に鍔部25の径が大きくなるテーパ面である。テーパ面28は、図9に示す如く、樹脂モールド部19を成型するときに第2金型43の抜き勾配48により形成することができる。これにより、金型41の構造を簡単にして、金型41の製造工程数を削減することができる。
また、樹脂モールド部19の鍔部25は、摩耗粉を受けるための受け部を有するものであっても良い。この受け部は、例えば、図10に示す如く、鍔部25の整流子10と対向した面部に溝29を設けることにより形成することができる。または、図11に示す如く、鍔部25の整流子10と対向した面部を傾斜させることにより形成することができる。
また、樹脂モールド部19の鍔部25は、整流子10と対向した面部に凹凸を設けたものであっても良い。具体的には、例えば、図12に示す如くフィン状の凹凸30を形成したものであっても良い。鍔部25に凹凸を設けることで、回転子9の回転によりブラシ付モータ100内の空気を対流させることができる。この結果、整流子10とブラシ15,16間のスパークにより発生した熱、及び、コイル8の通電により発生した熱などを対流させて、熱篭りによる局部発熱を防ぐことができる。
また、固定子1は略筒状であれば良く、厳密な筒状でなくとも良い。本願の請求の範囲に記載された「筒状」の用語の意義は、厳密な筒状だけでなく略筒状も含むものである。
以上のように、実施の形態1のブラシ付モータ100は、筒状の固定子1に通されたシャフト4と、シャフト4の外周部に固定子1と対向して設けられたコア6と、コア6のティース部7に巻回された分布巻構造のコイル8とを有する回転子9と、シャフト4の一端部に設けられており、コイル8のコイルエンド部13から引き出された巻線によりコイル8と電気的に接続された整流子10と、コイルエンド部13,21及び整流子10における巻線のフッキング部12を覆う樹脂モールド部19と、整流子10の外周部に当接したブラシ15,16とを備え、樹脂モールド部19とブラシ15,16間の間隙部24の幅L1が、整流子10とブラシ15,16間にて発生するスパークの飛距離に対して大きい値に設定されている。間隙部24の幅L1を設定することで、スパークの熱による樹脂モールド部19の溶解及び劣化を防ぐことができる。また、樹脂モールド部19がコイルエンド部13,21を覆うことで、コイルエンド部13,21における巻き崩れを防ぐことができる。さらに、樹脂モールド部19がフッキング部12を覆うことで、フッキング部12における巻線が固定されて、振動による断線を防ぐことができる。
また、樹脂モールド部19は、フッキング部12及びコイル8の一方のコイルエンド部13を覆う第1部位20と、コイル8の他方のコイルエンド部21を覆う第2部位22と、互いに隣接したティース部7間に充填されて第1部位20及び第2部位22と接続された第3部位23とを有する。第3部位23により回転子9の剛性が向上し、振動による回転子9の変形を防ぐことができる。
また、ブラシ付モータ100は、第3部位23の外周面部がティース部7の外周面部と連続している。これにより、ティース部7及び第3部位23の外周部と固定子1の内周部との間に間隙部26が形成されて、回転子9が回転するとき第3部位23が固定子1に引っ掛かるのを防ぐことができる。
また、樹脂モールド部19は、整流子10側に鍔部25を有する。鍔部25の径L2を固定子1の内径L3よりも大きい値に設定することで、摩耗粉が回転子9と固定子1間の間隙部26に入るのを防ぎ、軸受5の故障を防ぐことができる。
また、ブラシ付モータ100は、鍔部25の整流子10と対向した面部に凹凸を設けている。これにより、整流子10とブラシ15,16間のスパークにより発生した熱、及び、コイル8の通電により発生した熱などを対流させて、熱篭りによる局部発熱を防ぐことができる。
また、実施の形態1に係るブラシ付モータ100の製造方法は、シャフト4、回転子9及び整流子10を一体にした部材(回転部材)を金型41内に配置するステップと、射出成型により樹脂モールド部19を成型するステップとを備え、部材(回転部材)を金型41内に配置するとき、金型41(第1金型42)が整流子10の端面部27に当接する。これにより、成型後における樹脂モールド部19とブラシ15,16間の間隙部24の幅L1の精度を高くして、公差を小さくすることができる。
また、樹脂モールド部19を成型するとき、フッキング部12よりも回転子9側に設けられた射出口46から金型41内に樹脂が射出される。これにより、フッキング部12及び渡り線14に対して熔融樹脂が直接射出されるのを防いで、射出圧により渡り線14が断線したり、フッキング部12のヒュージングが剥がれたりするのを防ぐことができる。
また、樹脂モールド部19が整流子10側に鍔部25を有し、鍔部25の外周部にテーパ面28を設けたブラシ付モータ100の製造方法であって、金型41(第2金型43)の抜き勾配48によりテーパ面28が形成される。これにより、金型41の構造を簡単にして、金型41の製造工程数を削減することができる。
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
本発明の車載用ブラシ付モータは、例えば、ターボチャージャにおけるウェイストゲートバルブ、又はEGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブなどの開閉駆動源に用いることができる。
1 固定子、2 ヨーク、3 マグネット、4 シャフト、5 軸受、6 コア、7 ティース部、8 コイル、9 回転子、10 整流子、11 整流子片、12 フッキング部、13 コイルエンド部、14 渡り線、15,16 ブラシ、17,18 電源端子、19 樹脂モールド部、20 第1部位、21 コイルエンド部、22 第2部位、23 第3部位、24 間隙部、25 鍔部、26 間隙部、27 端面部、28 テーパ面、29 溝、30 凹凸、41 金型、42 第1金型、43 第2金型、44 型割面、45 基準面、46,47 射出口、48 抜き勾配、100 ブラシ付モータ。

Claims (11)

  1. 筒状の固定子に通されたシャフトと、
    前記シャフトの外周部に前記固定子と対向して設けられたコアと、前記コアのティース部に巻回された分布巻構造のコイルと、を有する回転子と、
    前記シャフトの一端部に設けられており、前記コイルのコイルエンド部から引き出された巻線により前記コイルと電気的に接続された整流子と、
    前記コイルエンド部及び前記整流子における前記巻線のフッキング部を覆う樹脂モールド部と、
    前記整流子の外周部に当接したブラシと、を備え、
    前記樹脂モールド部と前記ブラシ間の間隙部の幅が、前記整流子と前記ブラシ間にて発生するスパークの飛距離に対して大きい値に設定されており、
    前記樹脂モールド部は、前記整流子側に鍔部を有する
    ことを特徴とする車載用ブラシ付モータ。
  2. 前記樹脂モールド部は、前記フッキング部及び前記コイルの一方の前記コイルエンド部を覆う第1部位と、前記コイルの他方の前記コイルエンド部を覆う第2部位と、互いに隣接した前記ティース部間に充填されて前記第1部位及び前記第2部位と接続された第3部位と、を有することを特徴とする請求項1記載の車載用ブラシ付モータ。
  3. 前記第3部位の外周面部が前記ティース部の外周面部と連続していることを特徴とする請求項2記載の車載用ブラシ付モータ。
  4. 前記間隙部の幅は、1ミリメートル以上の値に設定されていることを特徴とする請求項1記載の車載用ブラシ付モータ。
  5. 前記鍔部の径は、前記固定子の内径よりも大きい値に設定されていることを特徴とする請求項記載の車載用ブラシ付モータ。
  6. 前記鍔部は、前記整流子と前記ブラシ間にて発生した摩耗粉の受け部を有することを特徴とする請求項記載の車載用ブラシ付モータ。
  7. 前記鍔部の外周部にテーパ面を設けたことを特徴とする請求項記載の車載用ブラシ付モータ。
  8. 前記鍔部の前記整流子と対向した面部に凹凸を設けたことを特徴とする請求項記載の車載用ブラシ付モータ。
  9. 筒状の固定子に通されたシャフトと、前記シャフトの外周部に前記固定子と対向して設けられたコアと、前記コアのティース部に巻回された分布巻構造のコイルと、を有する回転子と、前記シャフトの一端部に設けられており、前記コイルのコイルエンド部から引き出された巻線により前記コイルと電気的に接続された整流子と、前記コイルエンド部及び前記整流子における前記巻線のフッキング部を覆う樹脂モールド部と、前記整流子の外周部に当接したブラシと、を備え、前記樹脂モールド部と前記ブラシ間の間隙部の幅が、前記整流子と前記ブラシ間にて発生するスパークの飛距離に対して大きい値に設定されており、前記樹脂モールド部が前記整流子側に鍔部を有し、前記鍔部の外周部にテーパ面を設けた車載用ブラシ付モータの製造方法であって、
    前記シャフト、前記回転子及び前記整流子を一体にした部材を金型内に配置するステップと、
    射出成型により前記樹脂モールド部を成型するステップと、を備え、
    前記部材を前記金型内に配置するとき、前記金型が前記整流子の端面部に当接し、
    前記金型の抜き勾配により前記テーパ面が形成される
    ことを特徴とする車載用ブラシ付モータの製造方法。
  10. 前記樹脂モールド部を成型するとき、前記フッキング部よりも前記回転子側に設けられた射出口から前記金型内に樹脂が射出されることを特徴とする請求項記載の車載用ブラシ付モータの製造方法。
  11. 前記樹脂モールド部を成型するとき、前記シャフトの軸方向に沿う向きに前記樹脂が射出されることを特徴とする請求項10記載の車載用ブラシ付モータの製造方法。
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