(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子鉄心の外周部に延設された上側導体部と前記上側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された外側導体部とを有するとともに前記外側導体部の軸方向の外端面がブラシ摺動面をなす外側電機子コイルと、
前記上側導体部の内側に延設された下側導体部と前記下側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された内側導体部とを有するとともに内側導体部の径方向内端部が前記外側導体部の径方向内端部に電気的に接続される内側電機子コイルと、
電気絶縁性を有するとともに前記電機子鉄心と前記内側導体部との間に介設された輪板状の内側絶縁体と、
電気絶縁性を有するとともに前記内側導体部と前記外側導体部との間に介設された輪板状の外側絶縁体とを備え、
前記内側導体部又は外側導体部は、隣接する前記内側絶縁体又は前記外側絶縁体の嵌合部に嵌合して周方向又は遠心方向の相対変位を規制する嵌合部を有することを特徴とする整流子型回転電機の電機子。
【請求項２】
前記嵌合部は、軸方向に形成された穴部又は突部からなる請求項１記載の整流子型回転電機の電機子。
【請求項３】
前記内側導体部又は外側導体部は、隣接する前記内側絶縁体又は前記外側絶縁体の嵌合部に嵌合して周方向及び遠心方向の相対変位を規制する嵌合部を有する請求項１又は２記載の整流子型回転電機の電機子。
【請求項４】
電機子鉄心の外周部に延設された上側導体部と前記上側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された外側導体部とを有するとともに前記外側導体部の軸方向の外端面がブラシ摺動面をなす外側電機子コイルと、
前記上側導体部の内側に延設された下側導体部と前記下側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された内側導体部とを有するとともに内側導体部の径方向内端部が前記外側導体部の径方向内端部に電気的に接続される内側電機子コイルと、
電気絶縁性を有するとともに前記電機子鉄心と前記内側導体部との間に介設された輪板状の内側絶縁体と、
電気絶縁性を有するとともに前記内側導体部と前記外側導体部との間に介設された輪板状の外側絶縁体とを備え、
前記内側導体部の前記径方向内端部は、前記外側導体部の前記径方向内端部へ向けて軸方向に延設される軸方向延設部を有し、
前記外側絶縁体の径方向内端部は、互いに周方向に隣接する前記軸方向延設部の間に嵌入される径内方向突部を有することを特徴とする整流子型回転電機の電機子。
【請求項５】
電機子鉄心の外周部に延設された上側導体部と前記上側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された外側導体部とを有するとともに前記外側導体部の軸方向の外端面がブラシ摺動面をなす外側電機子コイルと、
前記上側導体部の内側に延設された下側導体部と前記下側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された内側導体部とを有するとともに内側導体部の径方向内端部が前記外側導体部の径方向内端部に電気的に接続される内側電機子コイルと、
電気絶縁性を有するとともに前記電機子鉄心と前記内側導体部との間に介設された輪板状の内側絶縁体と、
電気絶縁性を有するとともに前記内側導体部と前記外側導体部との間に介設された輪板状の外側絶縁体とを備え、
前記外側導体部は、隣接する前記外側絶縁体の嵌合部に嵌合して周方向の相対変位を規制する嵌合部を有し、
前記内側導体部の前記径方向内端部は、前記外側導体部の前記径方向内端部へ向けて軸方向に延設される軸方向延設部を有し、
前記外側絶縁体の径方向内端部は、互いに周方向に隣接する前記軸方向延設部の間に嵌入される径内方向突部を有することを特徴とする整流子型回転電機の電機子。
【請求項６】
電機子鉄心の外周部に延設された上側導体部と前記上側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された外側導体部とを有するとともに前記外側導体部の軸方向の外端面がブラシ摺動面をなす外側電機子コイルと、
前記上側導体部の内側に延設された下側導体部と前記下側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された内側導体部とを有するとともに内側導体部の径方向内端部が前記外側導体部の径方向内端部に電気的に接続される内側電機子コイルと、
電気絶縁性を有するとともに前記電機子鉄心と前記内側導体部との間に介設された輪板状の内側絶縁体と、
電気絶縁性を有するとともに前記内側導体部と前記外側導体部との間に介設された輪板状の外側絶縁体と、
前記外側導体部の前記径方向内端部により構成されるとともに軸方向反電機子鉄心側へ延設される上側軸方向延設部と、
前記内側導体部の前記径方向内端部により構成されるとともに前記上側軸方向延設部に密接しつつ軸方向反電機子鉄心側へ延設される下側軸方向延設部と、
前記回転軸に嵌着されるとともに前記両軸方向延設部を係止するカラーと、
を備えることを特徴とする整流子型回転電機の電機子。
【請求項７】
前記カラーは、内面に絶縁樹脂部を有する金属リングからなる請求項６記載の整流子型回転電機の電機子。
【請求項８】
前記カラーは、前記両軸方向延設部の対がそれぞれ圧入される穴部を有する樹脂筒部を有する請求項６記載の整流子型回転電機の電機子。
【請求項９】
前記上側導体部の両端から個別に延設されるとともに径方向内端の半径が互いに異なる一対の前記外側導体部、並びに、前記下側導体部の両端から個別に延設されるとともに径方向内端の半径が互いに異なる一対の前記内側導体部を有し、
ブラシ側に配設される前記外側導体部及び内側導体部のそれぞれ径方向内端部は、軸方向反電機子鉄心側へ延設されるとともに筒状のカラーにより回転軸に係止される上側軸方向延設部及び下側軸方向延設部を有し、
反ブラシ側に配設され前記外側導体部及び内側導体部の径方向内端部は、前記ブラシ側の前記外側導体部及び内側導体部の径方向内端部より短小に形成されるとともにカラーを用いずに互いに接合されるものである請求項１乃至６のいずれか記載の整流子型回転電機の電機子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は整流子型回転電機の電機子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の整流子型回転電機の電機子は、回転軸から電気絶縁されて回転軸の周囲にそれぞれ周方向へ並べられた複数の整流子片を有している。
特開昭６３ー１９４５４１号公報は、回転軸に嵌められたモ−ルド樹脂筒（絶縁材）の表面部に軸方向外に伸びるブラシ接触部を部分的に埋め込み、かつモ−ルド樹脂筒の内部に周方向に傾斜しつつ軸方向へ延伸する内側導体を埋め込み、ブラシ接触部の一端から径方向へ外側ライザ部へ延伸させ、この外側ライザ部と電機子鉄心との間にてこれら両者から電気絶縁しつつ前記内側導体の一端から径方向に内側ライザ部を延伸させてなる整流子片を開示している。このようにすれば、コイルエンドを省略することができる。
【０００３】
また、整流子片を径方向に放射状に配列したサーフェイス型整流子も知られている。サーフェイス型整流子では、整流子片を上記モ−ルド樹脂筒の外周部に担持しなくてもよいので、高速回転において有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車用のスタータなどに用いられる整流子式小型直流電動機では、特に小型軽量化が要求され、内部に減速機構を採用し電動機を高速化する手段が採用されている。そのため、より高速回転に耐えるためには、回転子である電機子の耐遠心強度が高くなければならない。
【０００５】
特に、その外周部において整流子片を担持するモ−ルド樹脂筒は整流子片をその遠心力に抗して保持しなければならず、さらに整流子片の抵抗発熱及びブラシによる摩擦熱の影響を受けるので、大きな熱的、機械的負荷が掛かる。
サーフェイス型整流子では、コイルを必要ピッチ湾曲するために電機子鉄心の端面からコイルのコイルエンド収容空間を介してこのサーフェイス型整流子を配設し、更にその外側にブラシを横置きせねばならず、モータの軸方向長及び体格、重量が増大するという問題がある。また、コイルエンドに掛かる遠心力によりモータの高速回転が制限されるという問題がある。
【０００６】
一方、上記公報の整流子片は、径大なライザ部を有するので、半径に比例する整流子片の遠心力が従来より格段に増大し、それを担持するモ−ルド樹脂筒の負担が大きく、モータを高速回転することができないという問題を内包する。また、モ−ルド樹脂筒中に整流子片すなわちブラシ接触部及び内側導体の両方を径方向に二段に担持せねばならず、モ−ルド樹脂筒の負担は従来の場合より一層過酷となっている。また、ブラシとの摩擦によりブラシ接触部で発した摩擦熱を両ライザ部まで伝達する必要があるので、ブラシ接触部や内側軸方向導体部を支持するモ−ルド樹脂筒はかなり高温となってしまう。更に、内側導体を周方向に斜設せねばならないので、モ−ルド樹脂筒の軸方向長を短縮できない不具合がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、従来より格段に高速回転、小型軽量化が可能な整流子構造を有する整流子型回転電機の電機子を提供することをその目的としている。
また、本発明者らは、上記問題点に鑑み、電機子鉄心の外周部に延設された上側導体部と前記上側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された外側導体部とを有するとともに前記外側導体部の軸方向の外端面がブラシ摺動面をなす外側電機子コイルと、前記上側導体部の内側に延設された下側導体部と前記下側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された内側導体部とを有するとともに内側導体部の径方向内端部が前記外側導体部の径方向内端部に電気的に接続される内側電機子コイルと、電気絶縁性を有するとともに前記電機子鉄心と前記内側導体部との間に介設された輪板状の内側絶縁体と、電気絶縁性を有するとともに前記内側導体部と前記外側導体部との間に介設された輪板状の外側絶縁体とを備える整流子型回転電機の電機子を開発した。
【０００８】
この電機子は、軸方向に膨れるコイルエンド部を省略できるとともに径内方向へ延設される外側電機子コイルの外側導体部がコンミテータを兼ねるので従来より格段に高速、高回転化を実現することができた。
しかしながら、この電機子では、電機子鉄心の端面に沿って径方向へ延設される電機子コイルの外側導体部及び内側導体部の固定、特にその径外方向又は周方向への変位防止が問題となった。また、組立時においてこれら両導体部の位置合わせ、すなわち正確な位置決めが必要となった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電機子コイルの径外方向又は周方向への変位防止が可能な整流子型回転電機の電機子を提供することを他の目的とし、更に、組立時においてこれら両導体部の位置合わせすなわち正確な位置決めが容易な整流子型回転電機の電機子を提供することを更に他の目的としている。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
本発明の第１の構成の整流子型回転電機の電機子は、電機子鉄心の外周部に延設された上側導体部と前記上側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された外側導体部とを有するとともに前記外側導体部の軸方向の外端面がブラシ摺動面をなす外側電機子コイルと、前記上側導体部の内側に延設された下側導体部と前記下側導体部の端部から前記電機子鉄心の端面に沿って径内方向へ延設された内側導体部とを有するとともに内側導体部の径方向内端部が前記外側導体部の径方向内端部に電気的に接続される内側電機子コイルと、電気絶縁性を有するとともに前記電機子鉄心と前記内側導体部との間に介設された輪板状の内側絶縁体と、電気絶縁性を有するとともに前記内側導体部と前記外側導体部との間に介設された輪板状の外側絶縁体とを備える整流子型回転電機の電機子（以下、上記構成の電機子を整流子兼用電機子コイル型電機子ともいう）であって、
前記内側導体部又は外側導体部が、隣接する前記内側絶縁体又は前記外側絶縁体の嵌合部に嵌合して周方向又は遠心方向の相対変位を規制する嵌合部を有することを特徴としている。
【００１１】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成において更に、前記嵌合部が、軸方向に形成された穴部又は突部からなることを特徴としている。
本発明の第３の構成は、上記第１又は第２の構成において更に、前記内側導体部又は外側導体部は、隣接する前記内側絶縁体又は前記外側絶縁体の嵌合部に嵌合して周方向及び遠心方向の相対変位を規制する嵌合部を有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の第４の構成の整流子型回転電機の電機子は、上記整流子兼用電機子コイル型電機子であって、
前記内側導体部の前記径方向内端部は、前記外側導体部の前記径方向内端部へ向けて軸方向に延設される軸方向延設部を有し、前記外側絶縁体の径方向内端部は、互いに周方向に隣接する前記軸方向延設部の間に嵌入される径内方向突部を有することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第５の構成の整流子型回転電機の電機子は、上記第１及び第４の構成の特徴を両方とも有する上記整流子兼用電機子コイル型電機子であって、特に嵌合部が外側導体部と外側絶縁体との間に周方向の相対変位規制のために設けられる。
本発明の第６の構成の整流子型回転電機の電機子は、上記整流子兼用電機子コイル型電機子であって、前記外側導体部の前記径方向内端部により構成されるとともに軸方向反電機子鉄心側へ延設される上側軸方向延設部と、前記内側導体部の前記径方向内端部により構成されるとともに前記上側軸方向延設部に密接しつつ軸方向反電機子鉄心側へ延設される下側軸方向延設部と、前記回転軸に嵌着されるとともに前記両軸方向延設部を係止するカラーとを備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明の第７の構成は、上記第６の構成において更に、前記カラーが、内面に絶縁樹脂部を有する金属リングからなることを特徴としている。
本発明の第８の構成は、上記第６の構成において更に、前記カラーが、前記両軸方向延設部の対がそれぞれ圧入される穴部を有する樹脂筒部を有することを特徴としている。
【００１５】
本発明の第９の構成は、上記第１乃至第６のいずれかの構成において更に、前記上側導体部の両端から個別に延設されるとともに径方向内端の半径が互いに異なる一対の前記外側導体部、並びに、前記下側導体部の両端から個別に延設されるとともに径方向内端の半径が互いに異なる一対の前記内側導体部を有し、
ブラシ側に配設される前記外側導体部及び内側導体部のそれぞれ径方向内端部は、軸方向反電機子鉄心側へ延設されるとともに筒状のカラーにより回転軸に係止される上側軸方向延設部及び下側軸方向延設部を有し、
反ブラシ側に配設され前記外側導体部及び内側導体部の径方向内端部は、前記ブラシ側の前記外側導体部及び内側導体部の径方向内端部より短小に形成されるとともにカラーを用いずに互いに接合されるものであることを特徴としている。
【００１６】
【作用及び発明の効果】
まず、本発明の上記各構成に共通する作用効果を説明する。
本発明によれば、従来、軸方向に膨出していたコイルエンドを省略できるとともに、外側導体部が整流子片を兼ねる。
この結果、一端支持構造のために径外方向へ変位し易いという問題をもつ従来のコイルエンドが省略できるために、高速回転が制約されることがなく、かつモータの軸方向長及び体格、重量を縮小できる。また、従来のようにモ−ルド樹脂筒の外周表面部により整流子片を支持する必要はなく、モ−ルド樹脂筒自体が不要となるので、従来のモ−ルド樹脂筒の熱的、機械的負荷により高速回転、高出力化が制約されることがなく、かつ、モ−ルド樹脂筒の省略分だけモータの軸方向長及び体格、重量を減少できる。
【００１７】
なお、本発明でも、ブラシによる摩擦熱が外側導体部において発生するが、この外側導体部はその表面に沿って遠心方向に生起される空気流により良好に冷却されることができ、また大熱容量をもつ電機子鉄心に一時的に良好に吸収されるので、整流子がモータの耐熱温度を制約するということがない。
また、整流子片及び外側電機子コイルが一体化して形成できるので、両者間の接続に伴う抵抗増加がなく、組立も簡単となる。
【００１８】
次に、本発明の各構成の個別の作用効果を説明する。
第１の構成では、内側導体部又は外側導体部と、それらに隣接する内側絶縁体又は外側絶縁体とが互いに嵌合して周方向又は遠心方向の相対変位を規制する一対の嵌合部を有するので、回転時において内側導体部又は外側導体部の周方向又は遠心方向の相対変位を規制することができ、これら両導体部を従来の整流子のように樹脂モールドする必要もない。また、内側導体部と外側導体部との正確な位置合わせ（位置決め）が容易に実現するので、組立も簡単となる。
【００１９】
なお、回転時には内側導体部又は外側導体部には径外方向（遠心方向）へ変位しようとする強い遠心力が働くが、本発明によればこれを確実に阻止することができる。
本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成において更に、嵌合部が軸方向に形成された穴部又は突部からなるので、内側導体部及び外側導体部の径外方向及び周方向の相対変位の規制及び位置決めを簡単に実施することができる。
【００２０】
本発明の第３の構成によれば、内側導体部及び外側導体部の径外方向及び周方向の相対変位の規制及び位置決めを簡単に実施することができる。
本発明の第４の構成によれば、周方向に隣接する内側導体部の軸方向延設部の間の隙間に外側導体部の径方向内端部の径内方向突部が嵌入されるので、外側絶縁体の周方向の位置を内側導体部によって正確に規定することができるとともに、上記した周方向に隣接する両軸方向延設部の間の電気絶縁を確保することができる。
【００２１】
なお、内側導体部により外側絶縁体の周方向位置を正確に規定することにより、外側絶縁体に上記嵌合部を設ける場合により外側導体部の周方向の位置決めができ、結局、外側絶縁体を介して内側導体部と外側導体部との周方向位置決めを正確に行うことができる。
本発明の第５の構成によれば、上記第１及び第４の構成の特徴を有する、上記整流子兼用電機子コイル型電機子である。このようにすれば、上述した如く、内側導体部と外側導体部との周方向の位置決めを簡単かつ正確に実施することができる。
【００２２】
本発明の第６の構成によれば、内側導体部の径方向内端部の下側軸方向延設部と外側導体部の径方向内端部の上側軸方向延設部とが、カラーにより互いに密接しつつ回転軸に電気絶縁されつつ固着され、また、カラーとこれら両軸方向延設部とも電気絶縁されるので、内側導体部及び外側導体部を強固に固定できるとともに両者間の電気抵抗も低減することができる。
【００２３】
本発明の第７の構成によれば、上記第６の構成において更に、カラーが、内面に絶縁樹脂部を有する金属リングからなるので、上記電気絶縁と耐遠心強度の向上とを両立することができる。
本発明の第８の構成によれば、カラーが、両軸方向延設部の対がそれぞれ圧入される穴部を有する樹脂筒部を有するので、内側導体部と外側導体部との低抵抗での電気接続の確保、組立の容易性、内側導体部と外側導体部の正確な位置決めを実現することができる。
【００２４】
本発明の第９の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成において更に、電機子鉄心の軸方向一方側の外側導体部及び内側導体部の径方向内端部は回転軸近傍まで径方向に延長された後、軸方向に曲げられて軸方向に延設されて、互いに重なる上側軸方向延設部及び下側軸方向延設部とされる。これら上側軸方向延設部及び下側軸方向延設部は、回転軸に嵌着されたカラーと回転軸との間に挿し込まれ、カラーはこれら軸方向延設部を係止する。これは上記第６の構成と同じである。
【００２５】
本構成の特徴は、上記軸方向延設部及びカラーのセットを、電機子鉄心の整流子側にだけ設け、反整流子側は外側導体部及び内側導体部を短小として、それらに掛かる遠心力を軽減する。
このようにすれば、部品点数及び重量を削減することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
図３は本発明の一実施例を示す整流子型回転電機の軸方向断面図であり、図１はその整流子部分の拡大軸方向断面図である。
回転軸１０のほぼ中央部には円盤状の鋼板１５を複数積層して形成した電機子鉄心１１が嵌装されており、電機子鉄心１１の外周面には複数のスロット１３が形成され、その内部には、本発明でいう上側導体部をなすコイル２０ｅ、本発明でいう下側導体部をなすコイル２１ｅが上下二段に嵌装されている。このコイル２０ｅは外側電機子コイル２０の一部を構成し、コイル２１ｅは内側電機子コイル２１の一部を構成している。
【００２７】
電機子コア１１の右端面には後述の整流子部４０が形成され、また．左端面には後述の反整流子部９０が形成されて電動機の電機子（回転子）を構成している。回転軸１０の両端は、電動機のエンドフレ−ム６０に取り付けた軸受け６１と図示しない部材に取り付けた軸受け６２とにより軸支され、エンドフレ−ム６０は、円筒鋼板からなるヨーク７０の開口を遮蔽している。ヨーク７０の内周面には界磁コイル５０が嵌装された磁極コア５１が電機子鉄心１１の周囲に近接して４個、互いに周方向に９０°離れて固定されており、これらヨーク７０、界磁コイル５０及び励磁コア５１が固定子を構成している。なお、１２は回転軸１０上に設けられたギヤで、図示されない減速機構部（例えば遊星歯車減速機構）のギヤと噛み合い、そして、回転軸１０の回転を前記図示されないギヤに伝える。
【００２８】
エンドフレ−ム６０にはブラシホルダ８０が固定されており、その内側にはブラシ８１が軸方向摺動自在に保持されている。そして、ブラシホルダ８０内に設けられたスプリング８２によってブラシ８１は後述する整流子部４０の第一のコイル保持部２０ｂに押接されている。
次に、整流子部４０、反整流子部９０、コイル２０ｅ及びコイル２１ｅをさらに詳細に説明する。
【００２９】
電機子鉄心１１の右端面には、本発明でいう内側絶縁体をなす円環状絶縁体２１ａを挟んで本発明でいう内側導体部（ブラシ側）をなす第三のコイル保持部２１ｂが配置され、その表面に、本発明でいう外側絶縁体をなす円環状絶縁体２０ａを挟んで本発明でいう外側導体部（ブラシ側）をなす第一のコイル保持部２０ｂが配置されている。また同様に、電機子鉄心１１の左端面には、本発明でいう内側絶縁体をなす円環状絶縁体２１ｃを挟んで本発明でいう内側導体部（反ブラシ側）をなす第四のコイル保持部２１ｄが配置され、その表面に、本発明でいう外側絶縁体をなす円環状絶縁体２０ｃを挟んで本発明でいう外側導体部（反ブラシ側）をなす第二のコイル保持部２０ｄが配置されている。
【００３０】
円環状絶縁体２１ａ、第三のコイル保持部２１ｂ、円環状絶縁体２０ａ及び第一のコイル保持部２０ｂは、整流子部（ブラシ側）４０を構成しており、円環状絶縁体２１ｃ、第四のコイル保持部２１ｄ、円環状絶縁体２０ｃ及び第二のコイル保持部２０ｄは、反整流子部（反ブラシ側）９０を構成している。
コイル２０ｅと第一のコイル保持部２０ｂと第二のコイル保持部２０ｄとが銅等の材料でプレス等により一体成形されて外側電機子コイル２０をなしている。
【００３１】
また、コイル２１ｅと第三のコイル保持部２１ｂと第四のコイル保持部２１ｄとが銅等の材料でプレス等により一体成形されて内側電機子コイル２１をなしている。
円環状絶縁体２０ａを、図２を参照して説明する。
この円環状絶縁体２０ａは厚さ約１〜２ｍｍのエポキシ樹脂含浸ガラス繊維板からなり、径方向中央部に位置し、かつ、第一のコイル保持部２０ｂの周方向ピッチに合わせて穴（貫通孔、本発明でいう嵌合部）２０Ｌが形成されている。また、その内周端には第一のコイル保持部２０ｂの周方向ピッチに合わせて径内方向突部２０Ｍが求心方向へ突設されている。同様に、円環状絶縁体２０ｃも、穴（貫通孔）２０Ｌ及び径内方向突部２０Ｍを有している。
【００３２】
一方、図１に示すように、第一のコイル保持部２０ｂ及び第二のコイル保持部２０ｄには、隣接する円環状絶縁体２０ａ、２０ｃの穴２０Ｌに嵌入する突起（本発明でいう嵌合部）２０ｋが電機子鉄心１１へ向けて軸方向に形成されている。
図４に、整流子側のコイル保持部２０ｂ、２１ｂ周辺部分の配置状態を示す。（ｂ）はその軸方向前方矢視の正面図、（ａ）は部分拡大平面図である。
【００３３】
コイル保持部２０ｂと２１ｂとの間、及び、コイル保持部２１ｂと電機子鉄心１１との間には上記の如く円環状絶縁体２０ａ、２１ａが各々挟まれている。この時、コイル保持部２０ｂに形成された突起２０ｋが円環状絶縁体２０ａの穴２０Ｌに嵌入されている。また、コイル保持部２１ｂの内径端部に形成されるとともに電機子鉄心１１に対し逆方向へ突出した突出部２１ｇが円環状絶縁体２０ａの内径に形成された径内方向突部２０Ｍに嵌合している。円環状絶縁体２０ａに形成された穴２０Ｌと径内方向突部２０Ｍはコイル保持部２０ｂと２１ｂが所定のコイルピッチで接続される位置関係に設定されているので、上記各コイル保持部の径方向内端部は組立て後、接続部２０ｇと２１ｇの部位にて位置合わせされて密接される。
【００３４】
組立て後、周方向に隣接する各コイル保持部２０ｂの間の隙間２０ｔは、正面より見て湾曲長溝状の形状を有しており、電機子回転時に遠心空気流を発生するファンの役割を果たす。
反整流子側のコイル保持部２０ｄ、２１ｄ及び円環状絶縁体２０ｃ、２１ｃは、整流子側のコイル保持部２０ｂ、２１ｂ及び環状絶縁体２０ａ、２１ａと同じ形状、配置を有し、反整流子部９０における空間２０ｔに相当する空間も同様に電機子回転時に遠心空気流を発生するファンの役割を果たす。
【００３５】
更に、図１、図３に示すように、コイル保持部２０ｂ、２１ｂ、２０ｄ、２１ｄの内径端部には、電機子鉄心１１とは逆方向に突出した突出部（本発明でいう軸方向延設部）２０ｇ、２１ｇ、２０ｈ、２１ｈが設けられている。すなわち、２０ｂから２０ｇが、２１ｂから２１ｇが、２０ｄから２０ｈが、２１ｄから２１ｈが軸方向へ突出している。
【００３６】
突出部２０ｇの外周部には、回転軸１０に固着されたカラー３０が絶縁部材３２を介して当接している。同様に、突出部２０ｈの外周部には回転軸１０に固着されたカラー３１が絶縁部材３３を介して当接している。
カラー３０は鋼の冷間鍛造あるいは鋼板のプレス加工等によるコイル保持部固定部材であって、図１に示すように、回転軸１０に嵌着される内筒部３０ａと、円筒部３０ａの基端部から外径方向へ伸びる輪板部３０ｃとからなっている。カラー３１もカラー３０と同じ構造となっている。
【００３７】
絶縁部材３２は、コイル保持部２０ｂの端面内径近傍と突出部２０ｇ、２１ｇとをカラー３０から電気的に絶縁する形状となっている。また、絶縁部材３３も絶縁部材３２と同じ形状となっている。
次に、本実施例のコイルの組付方法を述べる。電機子鉄心１１の両側にて、円環状絶縁体２１ａ、２１ｃが回転軸に嵌着、固定されている。まず、スロット１３内へ下層絶縁シートを挿入し、次に導体２１ｅを挿入する。そしてコイル（本明細書では導体ともいう）２１ｅの両側のコイル保持部２１ｂ、２１ｄの突出部２１ｇ、２１ｈに円環状絶縁体２０ａ、２０ｃの径内方向突部２０Ｍが嵌合するように円環状絶縁体２０ａ、２０ｃをコイル保持部２１ｂ、２１ｄの表面に沿って装着する。
【００３８】
次に、コイル（導体）２１ｅ上に上層絶縁シートを挿入してからコイル（導体）２０ｅをスロット１３内へ挿入する。この時、コイル保持部２０ｂ、２０ｄの突起２０ｋを円環状絶縁体２０ａ、２０ｃの穴２０Ｌに嵌入させる。
全スロット１３に両導体２０ｅ、２１ｅの挿入が完了した後、突出部２０ｇと２１ｇとを溶接等の方法で接続し、突出部２０ｈと２１ｈとを溶接等の方法で接続する。
【００３９】
接続完了後、図１中、回転軸１０の左右方向より絶縁部材３２、３３を介してカラー３０、３１を圧入し、電機子鉄心１１の両側に位置するコイル保持部２０ｂ、２０ｄ、２１ｂ、２１ｄと円環状絶縁体２０ａ、２０ｃ、２１ａ、２１ｃを鉄心側へ押圧しつつ強固に固定する。
カラー３０、３１の組付後、外側電機子コイル２０の軸方向突出部２０ｇ、２０ｈの外周には各々カラー３０、３１が嵌着されるとともに、上記各コイル保持部の内周側端面を押圧固定される。これにより、これら各コイル保持部の遠心力による径方向の浮上がりが防止される。
【００４０】
図５に本実施例のコイル（導体）２０ｅ、２１ｅとコイル保持部２０ｂ、２１ｂ、２０ｄ、２１ｄとの電気的結線図の一例を示す。
図５において実線部が外側電機子コイル２０、破線部が内側電機子コイル２１を表わす。実施例は一重波巻結線としたが、もちろん重ね巻きなど他の種々の巻線形式に対しても本考案は適用可能である。ここで、Ｙｂは反整流子部９０側で接続される上側導体のコイルと下側導体のコイル間のピッチからなるバックピッチである。Ｙｆは整流子部４０側で接続される上側導体のコイルと下側導体のコイル間のピッチからなるフロントピッチである。
【００４１】
図５に示すように、従来のモータではコイルのコイルエンドにて行ったきたコイルのスロット内導体間の接続配線は、上述した実施例で内側電機子コイル２１の第三のコイル保持部２１ｂ及び外側電機子コイル２０の第一のコイル保持部２０ｂの略渦巻き状の湾曲により代替される。もちろん、図６に示すように両者の渦巻き方向は反対となる。さらに説明すれば、両径方向内端が互いに接続された第一のコイル保持部２０ｂ及び第三のコイル保持部２１ｂの各外端は１フロントピッチだけ周方向にシフトすることになる。そのため、この実施例では、第三のコイル保持部２１ｂ及び第一のコイル保持部２０ｂは、それぞれ略１／２フロントピッチだけ湾曲するものとするが、湾曲又は屈折形状は設計自由であり、第一のコイル保持部２０ｂを放射状に配置し、第三のコイル保持部２１ｂを大きく湾曲させてもよい。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本実施例によればコイルのコイルエンドが内側電機子コイル２１の第三のコイル保持部２１ｂに変換されたと考えられるので、電機子の軸方向長さを短縮し、モータ体格、重量を小型軽量化することができる。また、円環状絶縁体２１ａ、２０ａと第三のコイル保持部２１ｂ、第一のコイル保持部２０ｂとの接触界面に対して遠心力が平行方向に働くので、整流子部４０の耐遠心力性能の向上が図れる。また、ブラシ８１との摺接面積も体格増大を図ることなく実現することができる。更に、第一のコイル保持部２０ｂで発生する抵抗熱及び摩擦熱は必然的に生じる遠心空気流により良好に冷却され、かつ、大熱容量の電機子鉄心１１に固体伝熱を通じて良好に吸収され、全閉型のスタータ用の電動機に適している。特に、減速機構を採用して、小型、高速化する場合にはその効果は絶大である。
【００４３】
本発明者らの試験結果によれば、１．４ＫＷ、３０秒定格の電動機でかつブラシの摺接面積と同じとして従来品と比較テストを行った結果、従来品では電機子コアと整流子部との温度差が５０℃であったものが、本発明品では１５℃となった。
更に、外側電機子コイル２０はコイル２０ｅと第一のコイル保持部２０ｂと第二のコイル保持部２０ｄとで一体設計されているため、第一のコイル保持部２０ｂと第二のコイル保持部２０ｄとコイル２０ｅとの間の各接触抵抗が省略でき、回転電機の性能向上（高速回転化）が可能となるとともに、電機子鉄心１１への組付け性も大幅に向上する。
【００４４】
加えて、本実施例によれば、回転軸１０を除く全部品が生産性の高いプレス・冷間鍛造にて生産可能となる。また電機子全体の加工もプレスと溶接のみとなる。特に従来多大な加工時間を要していた。整流子片間のアンダカット形成のための切削が本実施例ではコイル２０の組付けにて同時にアンダカット部が形成されるため省略出来る。
【００４５】
また、手間のかかる従来の整流子のモ−ルド成形も、本実施例では、コイル保持部２０ｂ、２０ｄをカラー３０、３１により絶縁材３２、３３を介して回転軸の左右方向より嵌入しつつ鉄心１１へ向けて強固に押圧、圧縮することで省略することができる。
また、従来の電機子ではコイルを電機子鉄心のスロットへ係止する必要が有り、スロット内へ樹脂を含浸させる等の処理が必要であったが、本実施例ではコイル２０、２１は突出部２０ｇ、２１ｇ、２０ｈ、２１ｈにカラー３０、３１を係止するという極めて簡単な方法にてコイルが強固に電機子鉄心に係止でき、上記樹脂含浸を省略することができる。
【００４６】
また、本実施例によれば、円環状絶縁体２０ａの穴２０Ｌとコイル保持部２０ｂとの嵌合により、機械的に高強度を有する円環状絶縁体２０ａにより各コイル保持部２０ｂの相対振動や相対変位（例えば周方向又は遠心方向）を抑止することができ、また、円環状絶縁体２０ａが穴２０Ｌと径内方向突部２０Ｍをもつので、組立時のコイル保持部２０ｂ、２１ｂの周方向位置ずれも解消することができる。
【００４７】
以上のように、本実施例の製造工程は従来に比して著しく容易であり、また小型化、高速大出力化を実現することができる。
更に、本実施例のコイルおよび整流子係止部の耐熱性は、係止部が上記のようにカラー３０、３１であり、３０、３１は金属部材であるので、従来のスロット内樹脂含浸によるコイル係止、コンミテータのモ−ルド樹脂による整流子係止のような係止部材が樹脂である係止法に比較して高温時の強度低下が小さく、上述の冷却性の良さと相まって、耐熱性・耐遠心強度は著しく向上する。
【００４８】
次に、この整流子型回転電機をギヤ１２に減速機構が噛み合う減速機付スタータに適用する場合を例として説明する。
減速機スタータの電機子は通常数万ｒｐｍと極めて高速回転するため、電機子の回転アンバランスを極めて小さいものに抑え調芯する必要があり、従来の電機子では電機子鉄心スロット内含浸樹脂の各スロット毎の含浸量のバラツキおよび整流子のモ−ルド樹脂の偏肉により回転アンバランスが大となるため電機子組付完了後、鉄心外周部を一部除去するまたは重錘を付加する等の回転バランス取り作業が不可欠であったが、本実施例ではスロット内の樹脂含浸、整流子のモ−ルドは不要であり、従って電機子バランス作業は省略可能である。
【００４９】
環状絶縁体２０ａ、２１ａ、２０ｃ、２１ｃは上記の他、樹脂積層板等の適度な強度を有する絶縁物をプレス加工して形成されるが、モ−ルド樹脂材でも良い。この場合フェノール樹脂等の絶縁性、強度に優れた樹脂材を採用することができる。
さらに上述の実施例では、カラー３０、３１を金属例えば鉄等としたため、絶縁部材３２、３３を配したが、カラー３０、３１に絶縁皮膜を付加したり、カラー３０、３１を絶縁材料で形成したり、突出部２０ｇ、２１ｇを絶縁処理するなどにより導体２０ｇ、２１ｇとカラー３０との間の絶縁を確保したりしてもよい。この場合には、絶縁部材３２、３３は省略しても良い。
【００５０】
上述実施例では、電機子鉄心１１のスロット１３は外径側が開放されたオープンスロット形状を示したが、スロット１３の外径側開放部を導体２０、２１の挿入後に予めスロット外径側開放部周囲に設けた爪部を倒す等としてクローズドスロット、セミクローズドスロットとする事も可能である。この場合、コイル部２０ｅ、２１ｅがスロット１３の外縁部例えば爪倒し部に係止されるため、電機子の耐遠心力性能は更に向上する。
【００５１】
図７に、このセミクローズドスロットの一実施例を示す。図７中、２点鎖線で示したものが組付前状態であり、組付後、爪部１３ａをスロット側へ倒すことにより、セミクローズドスロットが形成される。
組付時にコイルの保持部２０ｂと２０ｄを軸方向に押圧すると、コイル部２０ｅ、２１ｅがたわみを生じる可能性があるが、押圧時に導体２０ｅを径内方向へ同時に押圧すれば、上記たわみは防止し得る。
【００５２】
上述した実施例では、外側電機子コイル２０、内側電機子コイル２１は共に銅板プレス品で形成されており製作コスト上極めて有利な構成となっている。
図９は図８の外側電機子コイル２０の曲げ加工前の展開状態図であり、帯状銅板より順送抜き等で形成した外側電機子コイル２０（内側電機子コイル２１も同じ）を２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌを折線として曲げてある。
【００５３】
また、他の製作方法として銅等の材料で冷間鍛造により一体成形することもでき、この様にするとコイルの精度が向上し組付性向上に効果がある。
また、両導体２０、２１の他の形成法として、導体の各部を部体に形成後に組み合わせて一体的に接合する事も可能である。
図１０において、外側電機子コイル２０を例にこの接合方法を説明する。
【００５４】
導体２０の保持部２０ｂ、２０ｄとコイル部２０ｅを各々別体として、銅板のプレス加工にて製作する。保持部２０ｂ、２０ｄの外周部には２０ｅの駆動軸方向断面形状と対応した貫通孔または凹部２０ｐ、２０ｑが設けられている。貫通孔または凹部２０ｐ、２０ｑにコイル部２０ｅの先端部を係合、一体化することで外側電機子コイル２０が形成される。この係合、一体化は２０ｅを２０ｐ、２０ｑに対し、圧入、溶接かしめ、またはこれらを適宜組み合わせた接合方法によってなされる。なお、図１０では２０ｅの両端部をテーパ形状としたが、くさび状、段付形状、あるいはストレート形状としても良い。
【００５５】
上記実施例では巻線界磁式の直流電動機について説明しているが、本発明はこれに限らず永久磁石により界磁磁界を発生する磁石界磁式直流電動機、さらには他の交流式整流子電動機にも適用し得ることは明らかである。
他の実施例を図１１を参照して説明する。
この実施例は、図１のカラー３０をガラス繊維混入の高強度樹脂成形品からなる円筒体（図１２、図１３参照）としたものであり、カラー３０は、径小筒部３０Ｔと、径大筒部３０Ｓとを有し、両者の境界に径方向の段差面３０Ｋをもつ。
【００５６】
径小筒部３０Ｔは回転軸１０に嵌着され、径小筒部３０Ｔの外周面は突出部２１ｇの径内方向の表面に密接している。段差面３０Ｋから径大筒部３０Ｓ内へ軸方向反電機子鉄心側へ所定数のテーパ穴３０ｈが凹設されており、各テーパ穴３０ｈに各対の突出部２０ｇ、２１ｇが一対づつ圧入されている。なお、各テーパ穴３０ｈは、底面に向けて狭くなるようにテーパーが形成されており、所定の押圧力で各対の突出部２０ｇ、２１ｇを圧入するものとする。
【００５７】
このようにすれば、この圧入反力により、各突出部２０ｇ、２１ｇは極めて強固に接触し、溶接しなくても充分に接触抵抗を低減することができる。また、このカラー３０は実施例１と同様にコイル保持部２０ｂ、２１ｂの変位、振動を抑止することができる。
なお、図１２のカラー３０の樹脂成型時に、その内部に金属円筒にインサート成型などにより埋め込んだり、又はカラー３０の外側に金属円筒を嵌め込んで耐遠心力を向上することもできる。
【００５８】
他の実施例を図１４を参照して説明する。
この実施例では、反ブラシ側の第四のコイル保持部２１ｄ（内側導体部）と第二のコイル保持部２０ｄ（外側導体部）とを、ブラシ側の第三のコイル保持部２１ｂ（内側導体部）と第一のコイル保持部２０ｂ（外側導体部）とより径方向に短小化するとともに、こちら側のカラー３１及び絶縁部材３３（図３参照）を省略したものである。
【００５９】
すなわち、第二のコイル保持部２０ｄ（外側導体部）はブラシ摺接面を構成する必要がないので、その径方向寸法は周方向所定角度偏角可能な最小寸法とすることができ、その分だけ、第四のコイル保持部２１ｄ（内側導体部）と第二のコイル保持部２０ｄ（外側導体部）とに掛かる遠心力を軽減できる他、部品点数及び組立の手間を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す整流子型回転電機の要部拡大軸方向断面図である。
【図２】図１の絶縁板２０ａの正面図である。
【図３】図１の整流子型回転電機の全体軸方向断面図である。
【図４】（ａ）は（ｂ）の要部拡大軸方向平面図である。（ｂ）は図１の整流子側のコイルの軸方向矢視正面図である。
【図５】図１の内側電機子コイルと外側電機子コイルの一部配線図である。
【図６】図１の内側電機子コイルおよび外側電機子コイルの配置状態を示す模式斜視図である。
【図７】コイル２０ａ、２１ａをスロットに挿入する一方法を示す模式図である。
【図８】他の実施例を示す内側電機子コイルおよび外側電機子コイルの配置状態を示す模式斜視図である。
【図９】図８の外側電機子コイルの展開図である。
【図１０】他の実施例を示す内側電機子コイルおよび外側電機子コイルの配置状態を示す模式斜視図である。
【図１１】他の実施例の要部拡大軸方向断面図である。
【図１２】図１１のカラー３０の正面図である。
【図１３】図１１のカラー３０の斜視図である。
【図１４】他の実施例の整流子型回転電機の全体軸方向断面図である。
【符号の説明】
１０は回転軸、１１は電機子鉄心、２１は内側電機子コイル、２０ｅはコイルの導体（コイル部）、２０ｂは第三のコイル保持部、２０ｄは第四のコイル保持部、２０は外側電機子コイル、２１ｅはコイルの導体（コイル部）、２１ｂは第一のコイル保持部、２１ｄは第二のコイル保持部、２０ａ、２１ａ、２０ｃ、２１ｃは円環状絶縁体、３０、３１はカラー、２０ｋは突起、２０Ｌは穴、２０Ｍは径内方向突部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003596688.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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