WO2019097593A1 - 電動機 - Google Patents

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WO2019097593A1
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rotor core
commutator
motor
press
rotary shaft
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PCT/JP2017/041008
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French (fr)
Inventor
拓 植松
全 田中
大貴 井原
小林 修一
Original Assignee
マーレエレクトリックドライブズジャパン株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation

Definitions

  • the present invention relates to a motor, and more particularly to a motor provided with a commutator and a power supply brush.
  • an annular commutator receiving recess is provided at the radial center of the rotor core, and the commutator receiving recess is provided It has been proposed to reduce the size of the motor in the axial direction (shorten the shaft length) by storing the hook portion side of the motor.
  • the motor provided with the commutator and the feed brush includes a stator (not shown) and a rotor assembly 50 disposed inside the stator.
  • the stator includes a motor housing (not shown) and permanent magnets (not shown) fixed to the inner peripheral surface of the motor housing.
  • the rotor assembly 50 further includes a rotary shaft 51, a rotor core 53 fixed to the rotary shaft 51 and having the winding 52 wound therearound, and a commutator 54 also fixed to the rotary shaft 51.
  • the rotor core 53 is composed of a cylindrical portion 55 and a plurality of salient pole portions 56 radially extending outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the cylindrical portion 54.
  • the commutator 54 includes an insulating main body portion 57 having a circular outer periphery, and a plurality of conductive segments 58 fixed at equal angular intervals in the outer peripheral direction of the insulating main body portion 57.
  • Each conductive segment 58 is composed of a segment main body 59 in sliding contact with a feeding brush (not shown) and a hook 60 formed at the end of the conductive segment 58.
  • a winding 52 wound around 53 is hooked and held.
  • the hook portion 60 is supported from the back side by the insulating main body 57 in order to suppress deformation.
  • An annular commutator housing recess 61 is provided in the end face of the rotor core 53 facing the commutator 54 and perpendicular to the rotation axis 51 of the rotor core 53.
  • the commutator housing recess 61 is continuous with the commutator housing recess 61.
  • the fastening method of the rotating shaft 51 and the rotor core 53 adopts the fastening method by press-fitting.
  • the commutator housing concave portion 61 is continuously annularly formed in the radial center of the rotor core 53 up to the end face portion where the hook portion 60 of each conductive segment 58 of the commutator 54 is located. Is formed.
  • An object of the present invention is to provide a novel electric motor capable of sufficiently securing the fastening force between the rotor core and the rotary shaft while shortening the axial length of the motor.
  • a feature of the present invention is that, in the end face portion orthogonal to the rotation axis of the rotor core facing the side of the commutator, unit accommodation concave portions corresponding to the hook portions of the conductive segments of the commutator are formed annularly at predetermined angles
  • the rotor core and the commutator are fixed to the rotation shaft in a state in which the hook portions of the conductive segments of the commutator are accommodated in the unit accommodation concave portion formed in the end face portion of the second embodiment.
  • the axial length of the motor is shortened and the axial length of the fastening portion for fastening the rotor core and the rotary shaft
  • the rotor core and the rotary shaft can be securely fastened.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a motor rotor assembly according to a representative embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of the rotor assembly shown in FIG. 2 with the commutator and the rotary shaft omitted. It is an external appearance perspective view of a rotor core which omitted winding of a rotor core shown in Drawing 3, and was looked from diagonally. It is the external appearance perspective view which looked at the commutator shown in FIG. 2 from diagonally.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the rotor assembly shown in FIG. 2 as viewed obliquely from the commutator side. It is sectional drawing which shows the principal part cross section of the rotor of the conventional electric motor.
  • FIG. 1 shows an axial cross section of a motor MTR provided with a commutator and a feed brush, according to a representative embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 On an inner wall portion of a motor housing 10 in which an iron plate is formed in a substantially cylindrical shape by pressing or the like, a permanent magnet 11 arranged in an annular shape forming a field is fixed.
  • the motor housing 10 and the permanent magnet 11 constitute a stator 12 of the motor MTR.
  • a rotor assembly 13 opposed to the permanent magnet 11 via a minute air gap is disposed inside the permanent magnet 11 disposed annularly.
  • the rotor assembly 13 has a rotor core 14 formed by laminating die-cut silicon steel plates and the like, and a winding 15 wound around a salient pole portion formed on the rotor core 14.
  • the outer surface of the rotor core 14 is molded with a thermosetting resin to ensure shape stability and insulation.
  • the rotor core 14 around which the winding 15 is wound is fixed to the rotating shaft 16 by press fitting, and a control mechanism (not shown) attached to the output end 16A of the rotating shaft 16 as the rotating shaft 16 rotates. Rotate and drive the driven member of
  • the bearing end 16B opposite to the output side end 16A of the rotary shaft 16 is formed on the rear end bearing holder 17 formed in the center of the bottom 10B (lower end in FIG. 1) of the motor housing 10 by pressing or the like. It is supported by the held rear end side rolling bearing 18.
  • the rear end bearing holding portion 17 is formed in a shape projecting to the inside of the motor housing 10.
  • a serration not shown in the present embodiment is formed at the output side end 16A of the rotary shaft 16, or a reduction gear or the like is fixed to drive the driven member or decelerate (accelerate) the driven member. It is used to drive.
  • the motor housing 10 is formed by pressing an iron plate, but an iron yoke may be disposed inside a cylindrical housing made of an aluminum alloy or the like.
  • the motor housing 10 and the combination of the housing such as aluminum alloy and the yoke are referred to as the motor housing 10 and the description will be made.
  • a commutator 19 is attached to the rotating shaft 16, and a feeding brush 20 for supplying power to the commutator 19 is attached to the cover plate 21.
  • the cover plate 21 is made of polybutylene terephthalate (PBT) resin, which is a thermoplastic engineering plastic.
  • the cover plate 21 is press-fit and fitted in a circular opening 10A orthogonal to the direction of the axis of the side peripheral portion 10S of the motor housing 10. That is, an annular side wall 21W extending in the axial direction of the rotary shaft 16 is formed on the circular outer peripheral surface of the cover plate 21 along the side peripheral portion 10S of the motor housing 10, and this annular side wall 21W is The inner peripheral surface of the side peripheral portion 10S of the motor housing 10 is press-fit and fitted.
  • a front end side rolling bearing 22 is fixed to a central portion of the cover plate 21, and the rotary shaft 16 is inserted and rotatably supports the rotary shaft 16. It is also possible to use a slide bearing instead of the rolling bearing. Further, between the rotor assembly 13 and the cover plate 21, two of the above-described power supply brushes 20 are disposed at an angle of 180 °. The two feeding brushes 20 are pressed and biased by a coil spring (not shown) on the commutator 19.
  • a seal area SL is formed in cooperation with the cover plate 21 in a predetermined area of the side peripheral portion 10S axially extending from the opening 10A of the motor housing 10.
  • the seal region SL is an O-ring disposed in an inner peripheral surface of the side peripheral portion 10S of the motor housing 10 and a seal groove formed along the outer peripheral surface of the annular side wall 21W of the cover plate 21 extending along the side peripheral portion 10S. And 23 are formed.
  • the hook portions of the conductive segments of the commutator are located near the radial center of the rotor core in order to shorten the axial length of the motor.
  • the commutator storage recess is continuously formed in an annular shape up to the end face portion.
  • the present invention proposes an electric motor having the following configuration. That is, at the end face portion orthogonal to the rotation axis of the rotor core facing the commutator side, unit accommodation concave portions corresponding to the hook portions of the conductive segments of the commutator are formed annularly at intervals of a predetermined angle, The rotor core and the commutator are fixed to the rotation shaft in a state in which the hook portions of the conductive segments of the commutator are accommodated in the unit accommodation concave portion thus formed.
  • the axial length of the motor can be shortened and the axial length of the fastening portion for fastening the rotor core and the rotary shaft is sufficiently secured.
  • the rotor core and the rotating shaft can be securely fastened.
  • FIG. 2 shows a cross section of a rotor assembly in which a commutator and a rotor core are fastened to a rotating shaft
  • FIG. 4 shows a front view of the rotor core
  • FIG. 4 shows an oblique appearance of the rotor core alone
  • FIG. 5 shows an oblique appearance of the commutator
  • FIG. 6 shows an oblique appearance of the rotor assembly.
  • the rotor core 14 around which the winding 15 is wound is fixed to the rotating shaft 16 by press-fitting. Further, a commutator 19 is fixed adjacent to the end face portion 14F on the side of the end face portion 14F orthogonal to the rotation shaft 16 of the rotor core 14.
  • the commutator 19 includes an insulating main body 24 having a circular outer periphery made of a synthetic resin, and a plurality of conductive segments 25 fixed at equal angular intervals in the outer peripheral direction of the insulating main body 24.
  • Each conductive segment 25 includes a segment main body 25A on which the feeding brush 20 (see FIG. 1) is in sliding contact, and a hook 25B formed at an end of the conductive segment 25 facing the end face 14F of the rotor core 14 It consists of
  • the winding 15 wound around the rotor core 14 is hooked and held by the hook portion 25B. Further, the hook portion 25B is supported from the back side by a back surface support portion 24A formed at an end portion of the insulating main body 24 in order to suppress deformation. The configuration of this part will be described in detail later.
  • a unit storage recess 26 for storing the hook portion 25B of the conductive segment 25 and the back surface supporting portion 24A of the insulating main body portion 24 is formed.
  • the unit storage recesses 26 are formed in a ring at intervals of a predetermined angle corresponding to the hook portions 25 B of the respective conductive segments 25. The configuration of this part will also be described in detail later.
  • L pressing allowance
  • only the hook portion 25B of the conductive segment 25 and the back surface supporting portion 24A of the insulating main body portion 24 are accommodated in the unit accommodation recessed portion 26 formed in the end surface portion 14F of the rotor core 14.
  • the end surface 24B of the insulating main body 24 on the rotor core 14 side extends to the position where the back support 24A of the insulating main body 24 is formed.
  • the axial length L of the fastening portion 27 of the rotor core 14 must be shortened by this amount. For this reason, the fastening force of the fastening part 27 will run short.
  • the hook portion 25B of the conductive segment 25 and the back support portion 24A of the insulating main body portion 24 are accommodated in the unit accommodation concave portion 26, so the end face of the rotor core 14 Since the portion 14F can be extended to the side of the commutator 19 as compared with the conventional configuration, it is possible to sufficiently secure the axial length L of the fastening portion 27 of the rotor core 14 press-fit into the rotating shaft 16 . As a result, the rotor core 14 and the rotary shaft 16 can be securely fastened.
  • FIG. 3 shows the shape of the rotor assembly 13 as viewed from the front of the rotor assembly 13 with the commutator 19 and the rotary shaft 16 omitted
  • FIG. 4 shows the shape of the rotor core 14 with the windings omitted as viewed from an oblique direction.
  • the rotor core 14 has a diameter from the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 28F on the inner peripheral side and the second cylindrical portion 28S on the outer peripheral side, and the second cylindrical portion 28S positioned on the outer peripheral side. It comprises a plurality of (here, nine) salient pole portions 29 extending radially outward in the direction.
  • the respective salient pole portions 29 are formed at equal angular intervals, and a winding 15 is wound around the salient pole portions 29.
  • a press-fit hole 30 into which the rotary shaft 16 is press-fit is formed at the center of the first cylindrical portion 28F on the inner peripheral side of the rotor core 14, and serrations are formed in the press-fit hole 30. Therefore, the rotary shaft 16 formed in the round bar is coupled to the press-in hole 30 by being press-fitted to the serration. Thus, the rotation of the rotor assembly 13 can be reliably transmitted to the rotating shaft 16.
  • the rotor core 14 includes the first cylindrical portion 28F forming the press-in hole 30, and the second cylindrical portion 28S formed on the outer peripheral side at a predetermined distance from the first cylindrical portion 28F. Is equipped.
  • the average diameter of the second cylindrical portion 28S is set longer by a predetermined distance than the average diameter of the first cylindrical portion 28F.
  • the average diameter indicates the diameter of the central portion of the radial thickness of each of the cylindrical portions 28F, 28S.
  • a storage recess formation region 31 is formed in a region between the first cylindrical portion 28F and the second tubular portion 28S, and a unit storage recess 26 is provided in the storage recess formation region 31.
  • the unit storage recesses 26 correspond to the respective salient pole portions 29. In other words, they correspond to the positions and sizes of the portions where the hook portions 25B of the conductive segments 25 of the commutator 19 are located.
  • the unit storage recess 26 is in the shape of a through hole extending from the end face 14F of the rotor core 14 to the other end face 14G (see FIG. 2) along the axial direction of the rotation shaft 16. Although it is formed, it may be a bottomed hole having a predetermined depth formed along the axial direction of the rotary shaft 16 which accommodates the hook portion 25B of the conductive segment 25 and the back support 24A. It is nothing.
  • the unit storage recesses 26 are formed in an annular manner in the storage recess formation region 31 so as to fly at predetermined angles corresponding to the hook portions 25B of the conductive segments 25.
  • “360 ° 9 40 ° It is formed every angle of ". Therefore, between each unit accommodation recessed part 26, the bridge
  • the bridge portion 32 functions as a holding portion which holds the first cylindrical portion 28F and the second cylindrical portion 28S mutually.
  • the unit storage recess 26 is formed in the storage recess forming area 31 on the line segment LS1 connecting the center C of the press-in hole 30 and the circumferential center position M of the outer peripheral portion of the salient pole portion 29. Is located on a line segment LS2 connecting the center C of the press-in hole 30 and the intermediate position of the salient pole portions 29 adjacent to each other.
  • the unit storage recess 26 is formed at a position that does not affect the magnetic path as much as possible, and as a result it is possible to pass as much magnetic flux as possible to the second cylindrical portion 28S.
  • the reduction of the efficiency of the motor can be suppressed by reducing the number.
  • FIG. 5 shows the shape of the commutator 19 as viewed obliquely.
  • the commutator 19 is configured to include a cylindrical insulating main body portion 24 and a plurality of (9 in the present embodiment) conductive segments 25.
  • a press-fit hole 33 into which the rotary shaft 16 is press-fitted is formed on the inner periphery of the insulating main body 24.
  • the diameter of the press-fit hole 33 is formed slightly smaller than the outer diameter of the rotary shaft 16, and the commutator 19 is press-fitted and fixed to the rotary shaft 16 by press-fitting the rotary shaft 16 into the press-fit hole 33.
  • Each conductive segment 25 has a substantially rectangular plate shape. And each conductive segment 25 is being fixed to the outer peripheral surface of the insulation main-body part 24 so that the longitudinal direction may follow an axial direction. On the outer peripheral surface of the insulating main body portion 24, the conductive segments 25 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction, and have a gap between the adjacent conductive segments 25.
  • the feeding brush 20 (see FIG. 1) on the anode side and the feeding brush 20 (see FIG. 1) on the ground side are in sliding contact with the conductive segments 25 from the outside in the radial direction.
  • hook portions 25B are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction.
  • the hooks 25B are integrally formed on the segment main body 25A, and the conductive segments 25 are formed by these.
  • the hook portion 25B is extended from an end of the conductive segment 25 on the rotor core 14 side, and has a plate-like shape whose width is narrower than the width of the conductive segment 25.
  • the hook portion 25B is folded back toward the outside of the commutator 19 so that the winding 15 can be hooked.
  • the hook portion 25B protrudes outward in the radial direction of the commutator 19.
  • a back support portion 24A which is formed in a fixed manner with the insulating main portion 24, is formed.
  • the back support 24A is formed at a position corresponding to each hook 25B, and has a function of supporting the hook 25B from the back.
  • Each rear surface support portion 24A is formed to project from the end surface portion 24B on the side of the rotor core 14 of the insulating main body portion 24 toward the rotor core 14 side by a predetermined length.
  • the protruding length is set to extend to the folded portion of the hook portion 25B. By this, the hook portion 25B can be supported from the back.
  • FIG. 6 shows the rotor assembly 13 as viewed from the commutator 19 side.
  • the hooks 25B of the conductive segments 25 of the commutator 19 and the back support 24A of the insulating main body 24 store the unit of the rotor core 14 as shown in FIG. It is accommodated in the recessed part 26, respectively.
  • the winding 15 hooked on the hook portion 25B is omitted to clearly show the storage relationship between the unit storage recess 26 and the hook portion 25B.
  • unit accommodation concave portions 26 are formed in a ring at intervals of a predetermined angle corresponding to the hook portions 25B formed in the respective conductive segments 25.
  • the hooks 25 B of the conductive segments 25 and the back support 24 A of the insulating main body 24 are housed in the unit housing recess 26. Therefore, since the end face portion 14F of the rotor core 14 can be extended to the side of the commutator 19, it is possible to sufficiently secure the axial length L of the fastening portion 27 of the rotor core 14 press-fit into the rotating shaft 16 . As a result, the rotor core 14 and the rotary shaft 16 can be securely fastened.
  • the end surface 24B of the insulating main body 24 on the rotor core 14 side extends to the position where the back support 24A of the insulating main body 24 is formed.
  • the axial length L of the fastening portion 27 of the rotor core 14 must be shortened by this amount. For this reason, the fastening force of the fastening part 27 will run short.
  • the hooks 25B of the conductive segment 25 and the back support 24A of the insulating main body 24 are housed in the unit housing recess 26 formed in the end face 14F of the rotor core 14. It is done.
  • the end face portion 14F of the rotor core 14 can be extended to the side of the commutator 19 as compared with the conventional configuration, the axial length L of the fastening portion 27 of the rotor core 14 press-fit into the rotary shaft 16 is sufficient. It becomes possible to secure. As a result, the rotor core 14 and the rotary shaft 16 can be securely fastened.
  • unit accommodation concave portions corresponding to the hook portions of the conductive segments of the commutator are formed in a ring at predetermined angles.
  • the rotor core and the commutator are fixed to the rotation shaft in a state in which the hook portions of the conductive segments of the commutator are accommodated in the unit accommodation concave portion formed in the end face portion of the rotor core.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications.
  • the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

Abstract

電動機の軸長を短くすると共に、ロータコアと回転軸の締結力を充分に確保することができる新規な電動機を提供する。 コミュテータ19の側に向き合う、ロータコア14の回転軸16と直交する端面部14Fに、コミュテータ19の各導電性セグメント25のフック部25Bに対応した単位収納凹部26を環状に所定角度毎に飛び飛びに形成し、ロータコア14の端面部14Fに形成した単位収納凹部にコミュテータ19の各導電性セグメント25のフック部25Bが収納される位置までロータコア14を回転軸16に圧入して固定する。これによれば、コミュテータ19の各導電性セグメント25のフック部25Bだけが単位収納凹部26に収納されるので、電動機の軸長を短くすると共に、ロータコア14と回転軸16を締結する締結部27の軸長を充分に確保することができ、ロータコア14と回転軸16を確実に締結することができるようになる。

Description

電動機
 本発明は電動機に係り、特にコミュテータ及び給電ブラシを備えた電動機に関するものである。
 最近では、電動機は種々の産業分野に使用されているが、特に自動車に搭載される電動機においては、自動車に搭載される各種の部品が増加の一途を辿っていることから、更なる小型化が望まれている。尚、小型化の要請は自動車に搭載される電動機に限ったことではなく、様々な電化製品等に用いられる電動機についても同様のものである。
 このような、小型化の要請に応えるため、例えば、特開2006-204070号公報(特許文献1)においては、ロータコアの径方向中央部に環状のコミュテータ収納凹部を設け、このコミュテータ収納凹部にコミュテータのフック部側を収納することによって、電動機の軸方向の小型化(軸長の短縮)を図ることが提案されている。
 この電動機のロータの要部断面を図7に示している。コミュテータ及び給電ブラシを備えた電動機は、図示しないステータ、及びこのステータの内側に配置されたロータ組立体50を備えている。ステータは、図示しないモータハウジング、及びモータハウジングの内周面に固定された図示しない永久磁石を備えている。また、ロータ組立体50は、回転軸51、及び回転軸51に固定され巻線52が巻回されたロータコア53と、同じく回転軸51に固定されたコミュテータ54とを備えている。ロータコア53は、筒状部55とこの筒状部54の外周面から径方向で外側に向かって放射状に延びる複数の突極部56とから構成されている。
 また、コミュテータ54は、外周が円形状の絶縁本体部57、及び絶縁本体部57の外周方向に等角度間隔に固定された複数の導電性セグメント58を備えている。各導電性セグメント58は、図示しない給電ブラシが摺接されるセグメント本体部59と、導電性セグメント58の端部に形成されたフック部60とから構成されており、フック部60には、ロータコア53に巻回された巻線52が引っ掛けられて保持されている。また、フック部60は、変形を抑制するため絶縁性本体57によって裏側から支えられている。
 そして、コミュテータ54の側に向き合う、ロータコア53の回転軸51に直交する端面部には、ロータコア53の径方向中央付近に連続した環状のコミュテータ収納凹部61が設けられ、このコミュテータ収納凹部61に、コミュテータ54のフック部60が形成されている端面部を収納することによって、電動機の軸長を短縮して小型化を図るようにしている。
特開2006-204070号公報
 ところで、図7に示す特許文献1を含めて一般的には、回転軸51とロータコア53の締結方法は圧入による締結方法を採用している。ところが、電動機の軸長を短縮するために、ロータコア53の径方向中央付近には、コミュテータ54の各導電性セグメント58のフック部60が位置する端面部まで、コミュテータ収納凹部61が連続して環状に形成されている。このため、ロータコア53と回転軸51とが締結される締結部の軸方向長さ(=圧入代)が短くなるので、圧入による締結力が不足する現象が生じる。このため、ロータコア53が回転軸51の軸方向に移動するという課題を生じるようになる。
 また、副次的であるが、ロータコア53の径方向中央付近には、コミュテータ54の端部を収納する、比較的大径のコミュテータ収納凹部61が連続して環状に形成されているので、ロータコア53のバックヨーク領域の断面積が減少し、この領域を通過する磁束が減少するので、電動機の効率が低下するという課題も併せ生じるようになる。
 本発明の目的は、電動機の軸長を短くすると共に、ロータコアと回転軸の締結力を充分に確保することができる新規な電動機を提供することにある。
 本発明の特徴は、コミュテータの側に向き合うロータコアの回転軸に直交する端面部に、コミュテータの各導電性セグメントのフック部に対応した単位収納凹部を環状に所定角度毎に飛び飛びに形成し、ロータコアの端面部に形成した単位収納凹部にコミュテータの各導電性セグメントのフック部を収納した状態でロータコアとコミュテータを回転軸に固定する、構成としたところにある。
 本発明によれば、コミュテータの各導電性セグメントのフック部だけが単位収納凹部に収納されるので、電動機の軸長を短くすると共に、ロータコアと回転軸を締結する締結部の軸方向長さを充分に確保することができ、ロータコアと回転軸を確実に締結することができるようになる。
本発明が適用される電動機の軸方向の縦断面を示す断面図である。 本発明の代表的な実施形態になる電動機のロータ組立体の断面を示す断面図である。 図2に示すロータ組立体で、コミュテータと回転軸を省略したロータ組立体の正面図である。 図3に示すロータコアの巻線を省略して斜めから眺めたロータコアの外観斜視図である。 図2に示すコミュテータを斜めから眺めた外観斜視図である。 図2に示すロータ組立体をコミュテータ側から斜めに眺めた外観斜視図である。 従来の電動機のロータの要部断面を示す断面図である。
 本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。以下、本発明の代表的な実施形態例について図面を用いて詳細に説明する。
 図1は、本発明の代表的な実施形態になる、コミュテータと給電ブラシを備える電動機MTRの軸方向の断面を示している。
 図1において、プレス加工等により鉄板をほぼ円筒状に形成したモータハウジング10の内壁部には、界磁を形成する円環状に配置された永久磁石11が固定されている。そして、モータハウジング10と永久磁石11とは、電動機MTRのステータ12を構成している。円環状に配置された永久磁石11の内部には、永久磁石11と微小空隙を介して対向したロータ組立体13が配置されている。
 ロータ組立体13は、型抜きした珪素鋼板等を積層して形成されたロータコア14と、このロータコア14に形成された突極部に巻回された巻線15とを有している。尚、ロータコア14の外表面は熱硬化性樹脂によりモールドされ、形状安定性と絶縁性を確保している。巻線15が巻回されたロータコア14は回転軸16に圧入によって固定されており、回転軸16の回転に伴い、回転軸16の出力側端部16Aに取り付けられた制御機構(図示せず)の被動部材を回転、駆動する。
 回転軸16の出力側端部16Aとは反対側の軸受端部16Bは、モータハウジング10の底部10B(図1では下端側)の中央部にプレス加工等で形成した後端軸受保持部17に保持した後端側転動軸受18に支持されている。本実施形態では、後端軸受保持部17は、モータハウジング10の内側に突出する形状に形成されている。回転軸16の出力側端部16Aには、本実施形態では図示しないセレーションが形成されたり、或いは減速ギア等が固定されており、被動部材を駆動したり、被動部材を減速(加速)して駆動するのに用いられる。
 尚、本実施形態ではモータハウジング10は鉄板をプレス加工して形成されているが、アルミ合金等で作られた円筒状のハウジングの内部に、鉄製のヨークを配置しても良く、以下では、モータハウジング10、及びアルミ合金等のハウジングとヨークの組み合わせを含めて、モータハウジング10と表記して説明を進める。
 巻線15に電力を供給するために、回転軸16にはコミュテータ19が取り付けられており、このコミュテータ19に電力を供給する給電ブラシ20が、カバープレート21に取り付けられている。カバープレート21は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂から作られており、これは熱可塑性のエンジニアリングプラスチックである。
 そして、カバープレート21は、モータハウジング10の側周部10Sの軸線の方向に直交する円形状の開口部10Aに圧入、嵌合されている。つまり、カバープレート21の円形状の外周面には、モータハウジング10の側周部10Sに沿って、言い換えれば回転軸16の軸線方向に延びる環状側壁21Wが形成されており、この環状側壁21Wがモータハウジング10の側周部10Sの内周面に圧入、嵌合されている。
 カバープレート21の中央部には、前端側転動軸受22が固定されており、回転軸16が挿通されて、回転軸16を回転自在に軸支している。尚、転動軸受の代わりに滑り軸受とすることも可能である。また、ロータ組立体13とカバープレート21の間には、上述した給電ブラシ20が180°の角度を有して2個配置されている。2個の給電ブラシ20は、コミュテータ19に図示しないコイルばねにより押圧、付勢されている。
 モータハウジング10の開口部10Aから軸方向に延びた側周部10Sの所定領域には、カバープレート21と協働してシール領域SLが形成されている。シール領域SLは、モータハウジング10の側周部10Sの内周面と、側周部10Sに沿って延びた、カバープレート21の環状側壁21Wの外周面に形成したシール溝に配置されたOリング23とで形成されている。
 そして、以上のような構成の電動機MTRにおいては、図7に示す通り、電動機の軸長を短縮するために、ロータコアの径方向中央付近には、コミュテータの各導電性セグメントのフック部が位置する端面部までコミュテータ収納凹部が連続して環状に形成されている。このため、ロータコアと回転軸とが締結される締結部の軸方向長さ(=圧入代)が減少するので、圧入による締結力が不足する現象が生じる。このため、ロータコアが回転軸の軸方向に移動するという課題を生じるようになる。
 このような課題に対応するため、本発明は以下のような構成の電動機を提案するものである。すなわち、コミュテータの側に向き合うロータコアの回転軸に直交する端面部に、コミュテータの各導電性セグメントのフック部に対応した単位収納凹部を環状に所定角度毎に飛び飛びに形成し、ロータコアの端面部に形成した単位収納凹部にコミュテータの各導電性セグメントのフック部を収納した状態でロータコアとコミュテータを回転軸に固定する構成とするものである。
 これによって、コミュテータの各導電性セグメントのフック部だけが単位収納凹部に収納されるので、電動機の軸長を短くすると共に、ロータコアと回転軸を締結する締結部の軸方向長さを充分に確保することができ、ロータコアと回転軸を確実に締結することができるようになる。
 以下、本発明の実施形態を図2~図6に基づき詳細に説明するが、図2は回転軸にコミュテータ、及びロータコアを締結したロータ組立体の断面を示し、図3は巻線を巻回したロータコアの正面を示し、図4はロータコア単体の斜め外観を示し、図5はコミュテータの斜め外観を示し、図6はロータ組立体の斜め外観を示している。
 図2において、回転軸16には、巻線15が巻回されたロータコア14が圧入によって固定されている。また、ロータコア14の回転軸16に直交する端面部14Fの側には、コミュテータ19が隣接して端面部14Fに向き合うようにして固定されている。
 コミュテータ19は、合成樹脂からなる外周が円形状の絶縁本体部24、及び絶縁本体部24の外周方向に等角度間隔に固定された複数の導電性セグメント25を備えている。各導電性セグメント25は、給電ブラシ20(図1参照)が摺接されるセグメント本体部25Aと、ロータコア14の端面部14Fに向き合う、導電性セグメント25の端部に形成されたフック部25Bとから構成されている。
 このフック部25Bには、ロータコア14に巻回された巻線15が引っ掛けられて保持されている。また、フック部25Bは、変形を抑制するために、絶縁性本体24の端部に形成した背面支持部24Aによって裏側から支えられている。この部分の構成については、後で詳細に説明する。
 更に、ロータコア14の端面部14Fには、導電性セグメント25のフック部25Bと絶縁本体部24の背面支持部24Aを収納する単位収納凹部26が形成されている。この単位収納凹部26は、それぞれの導電性セグメント25のフック部25Bに対応して環状に所定角度毎に飛び飛びに形成されている。この部分の構成についても、後で詳細に説明する。
 上述した通り、ロータコア14は回転軸16に圧入によって固定されるが、ロータコア14と回転軸16とが締結される締結部27の軸方向長さL(=圧入代)を長くとることが必要である。本実施形態では、ロータコア14の端面部14Fに形成した単位収納凹部26に、導電性セグメント25のフック部25Bと絶縁本体部24の背面支持部24Aだけが収納される形態に構成されている。
 例えば、図7に示すような従来の構成だと、絶縁本体部24の背面支持部24Aの形成位置まで、絶縁本体部24のロータコア14側の端面部24Bが延びているので、電動機の軸長を短くするためには、この分だけロータコア14の締結部27の軸方向長さLを短くしなければならない。このため、締結部27の締結力が不足することになる。
 これに対して、本実施形態では、単位収納凹部26に導電性セグメント25のフック部25Bと絶縁本体部24の背面支持部24Aだけが収納される形態に構成されているので、ロータコア14の端面部14Fを、従来の構成に比べてコミュテータ19の側に延ばすことができるので、回転軸16に圧入されるロータコア14の締結部27の軸方向長さLを充分に確保することが可能となる。これによって、ロータコア14と回転軸16を確実に締結することができるようになる。
 図3は、コミュテータ19と回転軸16を省略したロータ組立体13を正面から眺めたロータ組立体13の形状を示し、図4は巻線を省略したロータコア14を斜めから眺めた形状を示している。図3、及び図4において、ロータコア14は、内周側の第1筒状部28F及び外周側の第2筒状部28Sと、外周側に位置する第2筒状部28Sの外周面から径方向で外側に向かって放射状に延びる複数(ここでは9個)の突極部29とから構成されている。夫々の突極部29は等角度間隔に形成されており、この突極部29には巻線15が巻回されている。
 ロータコア14の内周側の第1筒状部28Fの中央には、回転軸16が圧入される圧入孔30が形成されており、この圧入孔30にはセレーションが形成されている。したがって、丸棒に形成されている回転軸16は、セレーションに圧入されることで圧入孔30と結合される。これによって、ロータ組立体13の回転を確実に回転軸16に伝えることができる。
 上述した通り、ロータコア14は、圧入孔30を形成する第1筒状部28Fと、この第1筒状部28Fに所定の距離をおいて、外周側に形成された第2筒状部28Sとを備えている。そして、第1筒状部28Fの平均直径に比べて、第2筒状部28Sの平均直径は所定の距離をおいて長く設定されている。ここで、平均直径は、それぞれの筒状部28F、28Sの径方向の厚みの中央部分の直径を示している。
 そして、第1筒状部28Fと第2筒状部28Sの間の領域には、収納凹部形成領域31が形成されており、この収納凹部形成領域31に単位収納凹部26が設けられている。単位収納凹部26は夫々の突極部29に対応しており、言い換えれば、コミュテータ19のそれぞれの導電性セグメント25のフック部25Bが位置している部分の位置と大きさに対応している。
 したがって、突極部29と導電性セグメント25の数は9個であるため、単位収納凹部26も9個だけ、導電性セグメント25のフック部25Bが収納される位置に設けられている。図4にあるように、単位収納凹部26は、回転軸16の軸方向に沿った、ロータコア14の端面部14Fから他方の端面部14G(図2参照)に向けて貫通する貫通孔の形状に形成されているが、導電性セグメント25のフック部25B、及び背面支持部24Aを収納する、回転軸16の軸方向に沿って形成された所定深さを有する有底の孔であっても差し支えないものである。
 単位収納凹部26は、導電性セグメント25のフック部25Bに対応して、収納凹部形成領域31に環状に所定角度毎に飛び飛びに形成されており、本実施形態では「360°÷9=40°」の角度毎に形成されている。したがって、それぞれの単位収納凹部26の間は、収納凹部形成領域31の肉部からなる架橋部32が形成されることになる。この架橋部32は、第1筒状部28Fと第2筒状部28Sとを相互に保持する保持部として機能する。
 単位収納凹部26は、圧入孔30の中心Cと、突極部29の外周部の周方向の中心位置Mを結ぶ線分LS1上の収納凹部形成領域31に形成されているので、架橋部32は、圧入孔30の中心Cと、相互に隣接する突極部29の中間位置を結ぶ線分LS2上に位置することになる。これによって、単位収納凹部26は、磁路になるべく影響を与えない位置に形成され、結果としてできるだけ多くの磁束を第2筒状部28Sに通過させることができるので、可能な限り磁束の減少を少なくして電動機の効率低下を抑制することができる。
 図5は、コミュテータ19を斜めから眺めた形状を示している。コミュテータ19は、円筒状に形成された絶縁本体部24と、複数(本実施形態では9個)の導電性セグメント25とを備えて構成されている。絶縁本体部24の内周には、回転軸16が圧入される圧入孔33が形成されている。圧入孔33の直径は、回転軸16の外形より若干小さく形成されており、圧入孔33に回転軸16が圧入されることによってコミュテータ19は回転軸16に対して圧入、固定されている。
 各導電性セグメント25は、略長方形の板状をなしている。そして、各導電性セグメント25は、その長手方向が軸方向に沿うように、絶縁本体部24の外周面に固定されている。絶縁本体部24の外周面においては、導電性セグメント25は、周方向に等角度間隔に配置され、隣接する導電性セグメント25間に間隙を有している。これら各導電性セグメント25には、径方向の外側から陽極側の給電ブラシ20(図1参照)、及び接地側の給電ブラシ20(図1参照)が摺接される。
 それぞれの導電性セグメント25には、フック部25Bが周方向に等角度間隔に配置されている。フック部25Bは、セグメント本体部25Aに一体的に形成されており、これらによって、導電性セグメント25が形成されている。フック部25Bは、導電性セグメント25のロータコア14側の端部から延設されており、導電性セグメント25の幅よりもその幅が狭く形成された板状となっている。そして、フック部25Bは、巻線15を引っ掛けることができるように、コミュテータ19の外側に向かって折り返されている。これにより、フック部25Bは、コミュテータ19の径方向外側に向かって突出した形状となっている。
 フック部25Bの内周側には、絶縁本体部24と一定的に形成された、背面支持部24Aが形成されている。この背面支持部24Aは、それぞれのフック部25Bに対応した位置に形成されており、フック部25Bを背面から支える機能を有している。各背面支持部24Aは絶縁本体部24のロータコア14側の端面部24Bからロータコア14側に向かって、所定の長さだけ突出するように形成されている。この突出する長さは、フック部25Bの折り返し部分まで延びるように設定されている。これによって、フック部25Bを背面から支えることができる。
 このように構成されたコミュテータ19は、回転軸16に圧入されてロータコア14と組み合わされ、巻線15が巻回されてロータ組立体13が完成されるものである。図6は、ロータ組立体13をコミュテータ19側から眺めた状態を示しており、コミュテータ19の導電性セグメント25のフック部25B、及び絶縁本体部24の背面支持部24Aは、ロータコア14の単位収納凹部26にそれぞれ収納されている。尚、フック部25Bに引っ掛けられる巻線15は、単位収納凹部26とフック部25Bの収納関係を明示するため省略している。
 図2に戻り、ロータコア14の端面部14Fには、それぞれの導電性セグメント25に形成したフック部25Bに対応して、単位収納凹部26が環状に所定角度毎に飛び飛びに形成されている。そして、単位収納凹部26には導電性セグメント25のフック部25Bと絶縁本体部24の背面支持部24Aが収納されている。このため、ロータコア14の端面部14Fをコミュテータ19の側に延ばすことができるので、回転軸16に圧入されるロータコア14の締結部27の軸方向長さLを充分に確保することが可能となる。これによって、ロータコア14と回転軸16を確実に締結することができるようになる。
 例えば、図7に示すような従来の構成だと、絶縁本体部24の背面支持部24Aの形成位置まで、絶縁本体部24のロータコア14側の端面部24Bが延びているので、電動機の軸長を短くするためには、この分だけロータコア14の締結部27の軸方向長さLを短くしなければならない。このため、締結部27の締結力が不足することになる。
 これに対して、本実施形態では、ロータコア14の端面部14Fに形成した単位収納凹部26に、導電性セグメント25のフック部25Bと絶縁本体部24の背面支持部24Aが収納される形態に構成されている。
 このため、ロータコア14の端面部14Fを、従来の構成に比べてコミュテータ19の側に延ばすことができるので、回転軸16に圧入されるロータコア14の締結部27の軸方向長さLを充分に確保することが可能となる。これによって、ロータコア14と回転軸16を確実に締結することができるようになる。
 以上述べた通り、本発明は、コミュテータの側に向き合うロータコアの回転軸に直交する端面部に、コミュテータの各導電性セグメントのフック部に対応した単位収納凹部を環状に所定角度毎に飛び飛びに形成し、ロータコアの端面部に形成した単位収納凹部にコミュテータの各導電性セグメントのフック部を収納した状態でロータコアとコミュテータを回転軸に固定する、構成とした。
 これによれば、コミュテータの各セグメントのフック部だけが単位収納凹部に収納されるので、電動機の軸長を短くすると共に、ロータコアと回転軸を締結する締結部の軸長を充分に確保することができ、ロータコアと回転軸を確実に締結することができるようになる。
 尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
 10…モータハウジング、11…永久磁石、12…ステータ、13…ロータ、14…積層コア、15…巻線、16…回転軸、17…後端軸家保持部、18…後端側転動軸受、19…コミュテータ、20…ブラシ、21…カバープレート、21W…環状側壁、22…前端側転動軸受、23…Oリング、24…絶縁本体部、24A…背面支持部、24B…端面部、25…導電性セグメント、25A…セグメント本体部、25B…フック部、26…単位収納凹部、27…締結部、28F…第1筒状部、28S…第2筒状部、29…突極部、30…圧入孔、31…収納凹部形成領域、32…架橋部。

Claims (6)

  1.  開口部を有したモータハウジングと、前記開口部を塞ぐ合成樹脂製のカバープレートと、前記モータハウジング内に固定されたステータと、前記ステータ内に配置され、前記カバープレートを挿通して外部に露出する回転軸と、前記回転軸に固定された給電ブラシと摺接するコミュテータと、前記コミュテータに隣接して前記回転軸に固定され巻線が巻回されたロータコアを備えた電動機であって、
     前記コミュテータの側に向き合う前記ロータコアの前記回転軸に直交する端面部に、前記コミュテータに設けた複数の導電性セグメントに形成した前記巻線が引っ掛けられるフック部に対応して、単位収納凹部を環状に所定角度毎に飛び飛びに形成し、
     前記ロータコアの前記端面部に形成したそれぞれの前記単位収納凹部に、前記導電性セグメントのそれぞれのフック部を収納した状態で、前記ロータコアと前記コミュテータが前記回転軸に固定されている
    ことを特徴とする電動機。
  2.  請求項1に記載の電動機において、
     前記ロータコアは、前記回転軸が圧入される圧入孔を中心にして第1筒状部と、前記第1筒状部より外側に位置する第2筒状部と、第2筒状部より外側に放射状に延び前記巻線が巻回される突極部からなり、
     前記単位収納凹部は、前記第1筒状部と前記第2筒状部の間に形成される収納凹部形成領域に形成されている
    ことを特徴とする電動機。
  3.  請求項2に記載の電動機において、
     前記コミュテータの前記導電性セグメントは、前記コミュテータを構成する絶縁本体部に保持されており、前記導電性セグメントの前記フック部の内周側には、前記絶縁本体部の端面部から突出した背面支持部が配置され、
     前記ロータコアの前記端面部に形成された前記単位収納凹部には、前記フック部と前記背面支持部が収納されている
    ことを特徴とする電動機。
  4.  請求項3に記載の電動機において、
     前記単位収納凹部は、前記回転軸に沿って前記ロータコアを貫通して形成された貫通孔であるか、或いは前記回転軸に沿って前記ロータコアに形成された所定深さの有底の孔である
    ことを特徴とする電動機。
  5.  請求項4に記載の電動機において、
     前記単位収納凹部は、前記圧入孔の中心と、前記突極部の外周部の周方向の中心位置を結ぶ線分上の前記収納凹部形成領域に形成されている
    ことを特徴とする電動機。
  6.  請求項5に記載の電動機において、
     前記収納凹部形成領域には、前記圧入孔の中心と、相互に隣接する前記突極部の中間位置を結ぶ線分上で、しかも相互に隣接する前記単位収納凹部の間に前記第1筒状部と前記第2筒状部を結ぶ架橋部が形成されている
    ことを特徴とする電動機。
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