JPS61154457A - ブラシ・モーターおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一般的には回転電機に関し、非スクラップ
型電機子、すなわち回転子を有するリング形状にされた
、すなわちフープ型のモーターに関するものである。

〔発明の背景〕

自動車用エンジンの冷却は、一般的には、電気的モータ
ーによるかエンジンの主駆動軸から駆動されるベルトに
よる動力で働かされるファンにより、ラジェータ・コイ
ルを横切って空気を通す作用によって行われる。従来、
電気的モーターの応用ではモーターが延長軸をもち、フ
ァンが延長軸に取付けられることが必要とされる。モー
ターはファンを囲んでいる枠カバー内に支持される。モ
ーターおよびファンの軸長はモーターの長さと７ア／・
ハブの長さを加えたものに等しい。自動車のデザインが
変更さルるにつれ、エンジン取付室における空間量は、
一般的には減少し、しかも軸長に関してよりコンパクト
な７７／実装の要求が冷却技術者に期待されている。フ
ァンハブの長さは減少されてきており、ファン設計Ａ軸
長を’ｔｌｒ４Ｊ＞する上で限界に近づきつつある。

〔発明の概要〕

したがって、上記で明らかにされた目的を達成するため
に、モーターの長さを減少することが必要とされ、ここ
で述べられるような回転電機が発明された。この回転電
機は１つのフレームとその上に取付けられた固定子を有
している。

巻線磁界が利用できるとはいえ、好適な実施例では永久
磁石の磁界を有している。固定子は複数の永久磁石を支
持している。回転子部材は上記フレームの中で回転自在
に取付けられ、固定子と軸的に直線に整列させられる。

回転子は断面４角で環状体のように巻回さ【た鉄材料の
連続帯板から製作される。回転子上の巻線は単層でらせ
んに巻回さ１ており、巻き始めおよび巻き終りの導線が
一緒に接続される。コンパクト性を維持するために、回
転子巻線の４角形の横断面の一つの側部は絶縁がはがさ
れており、結果として、線材自体が整流子バーを形成す
る整流子となっている。最終的には、少なくとも１対の
ブラシがフレーム上に取付けられ、整流子と接触させる
ために直線に整列させられる。

ここで述べられる回転電機の主要な利点は回転電機の軸
長を短くすることである。

この回転電機の他の主要な利点はフープ型の電機子すな
わち回転子を連続帯板の材料から製造し、スクラップレ
ス回転子を製作することである。

ここで述べられる回転電機の別の利点は、個々の整流子
の省略によＶ製造コストを減少すること、電機子巻線を
１つの接続部を有するだけで作成すること、モーターの
全ての組立て部品の中の銅の量を減少すること、永久磁
石の磁界で安価な磁石を利用すること、電機子のコア部
の製作において、切りはし材料を削減させること、およ
び、モーター組立てに必要な時間を全工程にわたって減
少することである。

これらの利点および他の利点は以下の詳細な記述および
添付図面から明らかとなるであろう。

〔実施例〕

第１図には、この発明の原理によって構成された実質的
に同筒形状の回転電機、すなわちモーター１０の断面図
が示されている０モーター１０（ｄ、固定子１４の周囲
を回転する外側部上の電機子、すなわち回転子１２によ
り構成される。特に、モーター１０は、図示しないが、
ウェブ１５にファンが取付けられて、自動車の冷却シス
テムで空気を移動さすことに利用できう、る。ウェブ１
５上に取付けられた電機子１２は、巻線６６を有するコ
ア部１６から成る。固定子１４は、フレーム部材１６、
鋼の補強リング６０、および複数の永久磁石２２から成
る。

フレーム部材１６には、複数の取付は用突出部１８およ
びこの突出部１８上に回転可能に取付けられた軸２０が
ある。電機子１２はウェブ１５の内側部表面に添って取
付けられ、固定子１４から空隙２４による間をあけて配
設される。

複数対のブラシ２６は一つが示されるのみであるが、好
適な実施例ではこれを４極モーターとするために２対の
ブラフがある０ 第２図は、モーター１０の幾つかの要素の間の関係をよ
り詳細に示している。永久磁石２２は、鋼の補強部材５
０に、および接着材によりまたは図示しないネジのよう
な絞め具によってフレーム部材１６に取付けられる。モ
ーター軸２０Ｕ、７レ一ム部材１６の中の１対の軸受２
８によって回転可能に支持される。重量を軽くするため
にフレーム部材１６は、外径の周囲に配置されている鋼
の補強リング６０を伴ってアルミニウムで製作さ往る。

永久磁石２２￥′ｉゴム連結部材上に取付けられた続き
の磁石で、または個々の磁石で形成さルる。

ハブ支持部材３２およびその引き出し縁から延長されて
いる円形リム６４を有するウェブ１５は軸２０の外側端
部に取付けられる。この発明による電機子巻線６６はリ
ム３４の内側に取付けられ、永久磁石２２から空隙２４
による間をあけて配置さする。第２図に示したように、
固定子１４に固定して取付けられるブラシ２６は、その
引き出し端部で電機子巻線６６と接触される。ブラシ２
６は永久磁石２２の中の切り抜き部に配置さル、そこか
ら絶縁さ１ている。

電機子１２は、第６図でも示されるが、環状体の形状を
したコア部１３を形成する層に巻回された鉄材料の連続
帯板６８から成る。各層は次の層とは絶縁され、形状が
帯板６８の始端部および終端部の縁部を固着する従来手
段により、固定される。仕上げられたコア部１５は、巻
線５６が設置される場合に、巻線５６がコア部１！１に
対して電気的に短絡されないように、電気的に絶縁され
る。この場合、コア部１３の周囲にモーター１０の軸方
向に並行である座標軸で巻回されるものは、らせん巻き
で巻回された単層の巻線３６である。巻線６６の各ルー
プは次のループとは絶縁され、コア部１５とも絶縁さル
る。第１図において、より詳細には第７図において示さ
ｎるように、コア部１Ｓの断面は典型的には四角形であ
り、巻線はその形状に従うように形成される。正方形、
オーバル形、あるいは長方形のような他の断面の形状も
また、利用できることは明らかである。

巻線３６は、丸型線材からでも方形線材からでも形成で
き、もしくは薄い帯状の銅板をコア部１Ｓの周囲に延長
したらせん状の溝で切断または食刻し、この銅板をコア
部の上におおって形成されうる。巻線６６を裏作する他
の方法は、プリント回路技術によるもので、そこでは連
続巻線がコア部１Ｓに固着される基板上に形成される。

巻線６６の始端および終端は、それが線材であれ、帯状
の銅板であれ、プリント回路の導体であれ、−緒に接続
されて連続ループを形成する。

整流子４２を提供するために、ブラシ２６が配置される
区域における巻線３６の絶縁部分は、線材が電気的に導
通できるように絶縁体がはがされる。この絶縁体の除去
部は、第１図に示すように電機子１２の一表面のみで、
しかも電機子１２の後端部分である。フレーム部材１６
の上に取付けられたブラシ２６ｉｊ、電機子１２の絶縁
体がはがされた線材と電気的に接触状態にある。これが
電機子１２および整流子４２を一体構造すなわち単一構
造とする。

第６図を参照すると、本発明によって構成されたモータ
ーが示されている。この図においては、電機子すなわち
回転子ウェブ４４が７アン４６そのものであり、その外
周上に電機子１２がある。第６図に示さルるように、電
機子１２は、７アン４６の円周の表面上に取付けるため
に寸法どりされたループである。固定子１４は７レ一ム
部材４８に取付けられ、第４図に示されるように、電機
子１２の一つの側部にある整流子４２に対向して押圧し
ているブラシ２６を含む。第６図および第４図における
電機子１２は、第６図の電機子１２と同様なもので、単
層巻線３６を有し、整流子４２を形成するために一つの
側部に沿って絶縁体が除去される。また一方、固定子１
４は、回転子、すなわち電機子１２から所定の空隙２４
による間をあけて配設されている永久磁石２２を有する
。

第６図の実施例において、ファ／４６はプラスチックの
ような非磁性で非電気的導通性の材料から製造されてお
り、電機子１２はそれに取付けられる。この実施例にお
いては、７アン４６はそれ自体が、そのウェブ４４とし
て機能する電機子１２の一体部品となっている。

第５図は、電機子ループ１２がウェブ５０の外側部、す
なわち円周の外面の上に形成されているモーター４９を
示している。この図においては、ウェブ５０はプラスチ
ック材料で形成さｎ、７レ一ム部材５４から延長された
固定軸５２を中心に回転自在に取付けられる。電機子１
２は、第６図に示されたものと同様に、単層の無終端巻
線３６が巻かれた実質的に断面４角形のコア部を有して
いる。

この図では、固定子１４の構造が特に興味深い。鋼の補
強リング５６は溝型形状の部材であり、永久磁石５８が
リング５６の両内側部の表面上に、および内側部の底部
表面上に位置していることが示されている。このように
永久磁石５８で発生させられた磁界は、電機子１２の端
部および両側部の双方を通して結合される。第５図は、
モーター４９の中心部ヘ一つのブラシ６０を通って延長
した中央線に沿って引かれた断面図であり、ここでは、
溝型形状のリング５６を示すためにある角度で中央部か
ら両ブラシ間と等しい距離で中央線が引かれである。図
示された少なくとも１対のブラシの１）１）のブラシ６
０は、全ての先に示された図面と同様に、電機子１２の
整流子表面４２の上に乗っているブラシを示している。

この図面において、永久磁石５８は、個別の磁石であっ
ても、またはリング５６の上の各々の表面に対して形成
され合成ゴムで連結された続きの磁石であっても良い。

ブラシ６０が配設される区域では、その特定の表面上に
おける磁性帯板において切ｎ目がある。これは図面に見
られるように第５図の上部の部分に示されている。この
モーター４９がファンを回転さすために利用される場合
、ファンはネジのような絞め具によって電機子ウェブ−
５０の側部表面６２に取付けられることが理解される。

この構造のモーター４９の１つの実施例では、ウェブは
ファンのハブに取付けられ、ファン翼が固定軸５２の中
心線から半径方向に延長さｎている。

第５図において、溝型形状のリング５６を有する固定子
１４は、リングの全ての内側部表面上の永久磁石５８か
ら、半径方向および軸方向の双方の磁束路により電機子
１２と磁気的に結合されている。ここでの原理によって
構成されるモーターのリング５６の構造は、変形可能で
ある。第５図に示されるよりな゛電機子の構造の場合に
は、鋼の補強リング５６はＬ型に形成されうる。この場
合には、を様子１２は１つの軸方向および１つの半径方
向の磁束路により結合されることになる。

磁石５８ｉｌｔ１軸方向および半径方向の磁束路の組合
せを提供する溝型リング５６の１つまたは２つの表面か
ら、省略されうる。ｔｍ子が磁石表面の間を回転するよ
うに構成される場合には、第５図に示されるように、鋼
の補強リング５６は溝型形状に形成されうるが、９０度
回転された溝であり、その結果、内側部の底部表面は半
径方向に延長され、両側部表面が軸５２の軸方向に平行
となる。磁気表面の位置および数は、軸方向にも半径方
向にも整列さｎた１つの表面から６つの表面へと及ぶこ
とができるもので、そこには、１つまたは２つの半径方
向に、および２つまたは１つの軸方向に直線に整列した
表面がある。磁気微少片がゴムの裏材で連結されている
屈伸自在の磁石の帯板を形成する技術によって、磁気帯
板は固定子の鋼の補強リングの形状に適合するように形
成される。実際、このような構造において、図示されな
いが、軸５２に最も近い側部表面は第２の固定子であり
、この場合の回転子は固定子および第２の固定子の間に
、およびそれらから間をあけて配設されている。

第８図を参照すると、ファン用フープ型モーターを製作
する方法を示す一連の典型的な説明図が示されている。

鉄材料または磁性例の帯板の所定長が切り取られ、第１
ステツプ６２においてコア部が、連続帯板を巻回するこ
とにより、材料の各表面が隣接表面から絶縁され、連続
帯板から環状体の形状に製作される。連続帯板の端部は
、この場合、コア部の環状性を維持するために所定の方
法で、環状体の内側部および外側部のそれぞれが１着さ
れる。コア部が完成された後、次のステップ６４では、
巻線とコア部との間の電気的絶縁を提供し更にコア部で
材質的絶縁を伴うように、スプレー塗装し、ブラシをか
け、または被覆することである。絶縁されたコア部は、
この時ステップ６６において、連続ループ巻線を形成す
る単層の線材で巻回される。前に述べたように、線材そ
れ自体がコア部を巻回するために利用され、または、ル
ープパターンが切り我らｒＬ″または食刻された鋼の帯
板がコア部に固着される。その上プリント回路技術がコ
ア部の周囲のループを形成するために利用される。次の
ステップ６８は、コア部の上に形成さｎた巻線、すなわ
ちループの端部が連続ループを形成するため共に接続さ
ｎることを示している。コア部およびその巻線はコア部
に巻線を設置し、事故故障または巻線切断を防止するた
めにステップ７ｏにおいて共に連結される。

次のステップ７２において電機子がファンの円周の周囲
に、すなわちファンの外側部の円周の表面上に取付けら
れる。翼の外側表面上に電機子を保持するために、翼が
、その外側表面に沿って軸方向に、電機子を受容し配設
するために形成される。したがって、翼の外側表面が翼
の材料と同様な材料によって共に結合さするところでは
、リング型、すなわち７−プ型７７／の替りに電機子が
その機能をなすように形成される。第５図に示されたよ
うに、モーターの上にこのファンが取付けられる場合に
は、電機子の巻線の一表面の絶縁体を除去することが必
要である。こｎはステップ７２に先立って行われ、ある
いはステップ７４においては、例えば、線材から絶縁体
を切り抜く手段または食刻する手段、絶縁体を削り取る
手段などによって、るるいは線材を切り取ることなく、
線材を共に短絡させる他の手段によって行われる。かく
て、このステップ７４ではファン付き電機子が完成され
、モーターそれ自体に組立てるために待つことになる。

これがラジェータ・ファンである場合、上述のファンの
周囲に適合する開口部が形成さｎ５固定子がステップ７
６に示されるように、ファンの枠カバーの中に構成され
る。ステップ７８に示さルるように、所望の速度でファ
ンが運転されて、所望の空気移動容量を得るのに十分で
ある複数対のブラシが、開口部の周囲に沿って取付られ
る。典型的にはこれらのブラシは、ブラシおよびブラシ
・スプリングが挿入さするブラシ・ホルダーを受容する
枠カバーの開口部内に形成される。ここでは全ての配線
が枠カバー上に含まれ、移動部材の上には含まれないこ
とに注意されたい。

ステップ８０において、界磁部が鋼の補強リングを形成
している鉄材料で製造さｒＬる。これが永久磁石界磁モ
ーターの場合、ゴムにより共に連結さｎた磁石の帯板が
、ステップ８２で適当に帯磁され、材料の磁気帯板がス
テップ８４に図示されるように、鋼の補強リングの内側
部に形成さｎる。第５図に示されたようにこのリングが
溝型形状またはＬ字型形状のリングである場合、磁石は
溝の底部表面の上、および、Ｌ字型形状の材料の界磁コ
ア部の各側部表面または両側部表面の上に配置さルうる
。しかしながら、この補強リングが実質的にファンまた
は電機子に面した平面部を有する場合、磁石はこのリン
グの内側部表面に取付けられる。上述の位置決めは、半
径方向および軸方向の磁気の空隙の徂合せを条件として
行われる。

そして、このリングはステップ８６において枠カバー内
に挿入さｎ１リングが移動しないように周知の手段で所
定位置に保持される。ステップ８８において、ファンが
枠カバーに挿入され、ファンのウェブが枠カバーのフレ
ームに取付けられた軸受に固着される。第８図に示した
最後のステップ９０において、装置は速度、雑音、およ
び空気移動性能がテストされる。

〔発明の効果〕

この発明によって構成されたモーターの顕著な利点は、
コア部が鉄材料の連続帯板から製造され、電機子コア部
が「スクラップ・レス・コア」であるということである
。従来のコア部の構成では、一般的に板金からコア部の
大きさを型抜きすることから成り、このため四角状板金
から環状体形状をとることについて、廃棄物が付随する
。これが磁性鋼の場合、その鋼のくず鉄の価値は高価で
はなく、それゆえ材料の多くは廃棄され、適宜に処分さ
れなければならない。

この発明の他の特徴は、このモーターには個別の整流子
はなく、整流子は電機子巻線それ自体によって形成され
、そこに一体化されるということである。これでモータ
ーの軸方向の長さが減少されうる〇 他の利点は、モーターが特に第６図のように構成される
場合にある。電機子は直径が１６インチ、すなわち３３
／ｍの翼の外側部表面上にあり、断面り字状の鋼の補強
リング上の溝つきの固定子は所定位置に翼を配設し固着
する補助となるであろう。加えて、溝型またはＬ字型形
状の固定子の全ての内側部表面に永久磁石を配置するこ
とにより、電機子を横切る磁束の効率およびモーター動
作におけるその効用が増大されたＯ 第２図は、ブラシ動作がモーター軸からｉれだ半径方向
にあるような電機子の内側部上に取付けられるブラシを
示している。しかしながら、第２図の構造は、回転子が
固定子の内側部上にあり、この場合、ブラシがモーター
軸に向う方向に半径方向に取付けられるものであること
は明白である。しかしながら、電機子上の整流子の形成
により、ブラシは、また第４図におけるような、すなわ
ち、モーター軸に実質的に平行な方向に取付けられるこ
とができる。

かくて、単一構造で電機子および整流子手段の双方を組
合せて製造されたリング形状フープまたは電機子または
回転子を有する回転電機が開示され説明さｎた。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転子が固定子を囲んでいるモーターの断面図
、第２図は第１図の腺２−２に沿って切断した部分断面
図、第６図は固定子がファンの外側部に設けられている
モーター付きファンの軸方向に沿って切断した断面図、
第４図は第６図の内部分の拡大断面図、第５図はモータ
ーの軸方向に沿って切断した断面図、第６図は電機子の
平面図、第７図は第６図の線７−７に沿って切断した断
面図、第８図はこの発明の好適な実施例によってモータ
ーを製造する方法の典聾的な流れ図である。 １０はモーター、１２は回転子、１４は固定子、１６は
フレーム部材、２２は永久磁石、２６はブラシ、３０は
補強リング、３６は巻線、４２は整流子である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）フレーム部材（１６）； 上記フレーム部材（１６）の上に取付られた固定子（１
   ４）； 上記固定子上に配置され、複数の永久磁石（２２）を支
   持している鉄の補強リング（３０）；環状体形状に巻回
   された鉄材料の連続帯板（３８）で形成され、上記フレ
   ーム部材（１６）に回転自在に取付けられた回転子（１
   ２）； 連続導通ループを形成している上記回転子（１２）の周
   囲に巻回されて絶縁された線材から成る巻線手段（３６
   ）； 上記巻線手段（３６）の一つの表面上に形成された整流
   子手段（４２）；及び 上記フレーム部材（１６）の周囲に一様に角度をなして
   間をあけて配置されており、上記整流子手段（４２）と
   動作時に接触する少なくとも一対のブラシ（２６）、を
   備えた小型リング形状ブラシ・モーター。
2. （２）上記固定子（１４）が断面Ｌ字型に形成され、ブ
   ラシ（２６）の各々に対して一様に角度をなして間をあ
   けて配置された上記断面Ｌ字型に形成された両脚部に取
   付けられた少なくとも一対の上記永久磁石（２２）を有
   するものである特許請求の範囲第１項記載の小型リング
   形状ブラシ・モーター。
3. （３）上記ブラシ（２６）対の各々が上記フレーム部材
   （１６）の中に、上記Ｌ字型形状の固定子（１４）の上
   記脚部の一つの垂直方向に取付けられ、上記回転子（１
   ２）の周囲の表面が上記Ｌ字型形状の固定子の上記脚部
   の他方で垂直である特許請求の範囲第２項記載の小型リ
   ング形状ブラシ・モーター。
4. （４）上記固定子（１４）は断面が溝型に形成され、回
   転子（１２）が上記固定子（１４）の側部の内側部の間
   を通過するもので、上記固定子（１４）の内側部上に取
   付けられた複数の永久磁石（２２）を有しており、上記
   磁石（２２）は少なくとも２つの磁石の各々で群を形成
   しており、上記群は上記ブラシ（６０）の各１個の周囲
   に一様に角度をなして間をあけて配置された特許請求の
   範囲第１項記載の小型リング形状ブラシ・モーター。
5. （５）ウェブ部材（１５）；および 上記回転子（１２）が上記ウェブ部材上の周囲に、上記
   固定子（１４）と半径方向に心合わせして取付けられて
   いる、上記ウェブ部材と同軸的に取付けられている軸受
   手段（２８）、 を更に含む特許請求の範囲第１項記載の小型リング形状
   ブラシ・モーター。
6. （６）上記ウェブ部材（１５）に回転自在に取付けられ
   たファンを更に含む特許請求の範囲第５項記載の小型リ
   ング形状ブラシ・モーター。
7. （７）上記回転子（１２）の上の巻線手段（３６）は上
   記回転子（１２）の周囲に単層でらせん状に巻かれた線
   材の連続ループであり、その線材の端部は一緒に接続さ
   れて連続ループを形成するものである特許請求の範囲第
   １項記載の小型リング形状ブラシ・モーター。
8. （８）磁性鋼の帯板を所定の長さに切断するステップ； この磁性鋼の帯板を環状体に巻回するステップ（６２）
   ； 環状体形状を保つために磁性鋼の帯板の各端部を固着す
   るステップ； 磁性鋼の環状体の上に連続ループ巻線を設置するステッ
   プ（６６、６８）；及び 整流子を形成するために巻線の所定の表面から電気的絶
   縁体を除去するステップ、 から成るブラシ・モーターのための電機子の製造方法。
9. （９）連続ループ巻線を設置するステップ（６６、６８
   ）は、環状体の周囲に単層でらせん状に線材を巻回する
   ステップ及び連続ループを形成する線材の端部を結合す
   るステップから成る特許請求の範囲第８項記載の製造方
   法。
10. （１０）フレーム部材（１６）、このフレーム部材に取
    付けられた固定子（１４）、この固定子上に配設され複
    数の永久磁石を支持する鉄の補強リング（３０）、上記
    フレーム部材の周囲に直径方向で間をおいて配置された
    少なくとも１対のブラシ（２６）を備えた小型リング形
    状ブラシ・ファン・モーターであつて、 固定子と同心で回転自在に取付けられたファン翼部材（
    ４６）； 環状体形状に巻回された鉄材料の連続帯板（３８）から
    形成され、上記ファン翼部材上に取付けられた回転子（
    １２）； 固定子に磁気的に結合された連続導通ループを形成して
    いる上記回転子の周囲に単層で巻回された巻線手段；お
    よび 少なくとも１対のブラシと作動時に接触をもち、上記巻
    線手段の１つの表面上に形成された整流子手段（４２）
    を設けたことを特徴とするブラシ・ファン・モーター。