(57)【要約】【課題】整流子と結線板との固定が容易で、かつ、整流子と結線板との固定部における劣化を低減できる整流子及び電動機を得る。【解決手段】整流子１２を、円筒状の絶縁樹脂１２ａと、絶縁樹脂１２ａの外周面に互いに間隔をあけて配置された複数の整流子片１２ｂと、一端側が整流子片１２ｂに連接し他端側が結線板に固定される、整流子片１２ｂと同数の導通部材１２ｃとで構成し、導通部材１２ｃは、整流子片１２ｂよりも剛性が小さく、撓んだ状態で結線板１４のインサートコイル１４ｂに接続可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転子に巻回されたコイルに、結線板を介して接続される整流子において、
前記整流子は、円筒状の絶縁部と、前記絶縁部の外周面に互いに隙間をあけて配置された複数の整流部と、一端側が前記整流部に連接し、他端側が前記結線板に固定される、前記整流部と同数の導通部とを備え、
前記導通部は、前記整流部より剛性が小さいことを特徴とする整流子。
【請求項２】
前記導通部は、前記整流部とは別体で構成されており、前記整流部に重なり合って固定されたラップ部を有することを特徴とする請求項１記載の整流子。
【請求項３】
前記導通部は、撓んだ状態で前記結線板に固定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の整流子。
【請求項４】
前記導通部は、アーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接及びはんだのうち少なくともいずれか１つの方法により、前記整流部に固定されていることを特徴とする請求項２記載の整流子。
【請求項５】
前記導通部は、前記整流部と同一の材料を用いて前記整流部より薄く構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の整流子。
【請求項６】
複数の前記整流部がひと続きになった板状整流子の端部と、複数の前記導通部がひと続きになった板状導通部材の端部を重ね合わせて固定して円筒形状に加工し、前記絶縁部をインサート成形し、前記板状整流子及び前記板状導通部材を切削して複数組の前記整流部と前記導通部を成したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の整流子。
【請求項７】
回転子に巻回されたコイルと整流子とが結線板を介して接続する電動機において、
前記整流子は、円筒状の絶縁部と、前記絶縁部の外周面に互いに隙間をあけて配置された複数の整流部と、一端側が前記整流部に連接し、他端側が前記結線板に固定される、前記整流部と同数の導通部とを備え、
前記導通部は、前記整流部より剛性が小さく、撓んだ状態で前記結線板に固定されていることを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結線板と接続される整流子及び該整流子を備えた電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電動機は、固定子にマグネットを設置し、回転子にコイルを巻回した構造となっており、回転子のコイルへの通電を切り替えることにより、回転する。
より詳しくは、電動機は、回転子のコイルと接続する整流子（例えば特許文献１参照）及びブラシを有しており、電源から供給された電流がブラシを介して整流子に通電されることにより回転子が磁極化され、固定子の極に引きつけられるため、回転子が初動する。初動した後に、整流子に設けられたスリット（特許文献１においては炭素材セグメント同士の離間部分）により通電が分配され、回転子のコイルへの通電が切り替えられ、電力供給を持続して行うことにより、次々と回転子の極が切り替えられ、回転が持続する。
【０００３】
回転子の極切り替えのため、回転子の鉄心（例えば特許文献２のアマチュアコア参照）には極数分のコイルが巻回されている。コイルは、一般的に銅細丸線で構成されており、整流子に設けられたライザ部（例えば特許文献３の端子片または特許文献４の結線爪参照）に引っ掛けて、カシメ又は溶接により通電を確保する。
【０００４】
整流子に設けられたスリット数（または回転子極数）が多いほど、回転は滑らかとなるが、回転子容量が大きくなり、コイルの巻回構造が複雑になる。
コイルの巻回構造の複雑化は、巻線機の高性能化及び製造タクト（コイルの巻回工程に要する時間）の上昇によるコスト上昇を招くとともに、整流子のライザ部にコイルを引っ掛ける工程の煩雑化も招く。この点に関しては、銅板をインサート成形した結線板（例えば特許文献５の短絡部材参照）を用いることで、ライザ部にコイルを引っ掛ける工程を簡略化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００４―５２９４６５号公報
【特許文献２】特開平０９―１６８２５８号公報
【特許文献３】特開２０１０―１２４５４２号公報
【特許文献４】特開２００９―１３１０４６号公報
【特許文献５】特開２００８―０３５６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような結線板を用いる場合には、結線板と整流子とを溶接にて固定する必要があるが、結線板及び整流子等の寸法公差並びに設置誤差等により、溶接を施して固定すべき箇所にクリアランスが生じ、溶接性が不安定になるという課題があった。また、電動機の自己発熱等に起因する整流子及び結線板の熱変形による応力が固定部に集中するため、固定部においてクラック等の劣化が生じやすいという課題があった。
【０００７】
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、整流子と結線板との固定を確実に行うことができ、かつ、整流子と結線板との固定部における劣化を低減できる整流子及び電動機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る整流子は、円筒状の絶縁部と、絶縁部の外周面に互いに隙間をあけて配置された複数の整流部と、一端側が整流部に連接し、他端側が結線板に固定される、整流部と同数の導通部とを備え、導通部は、整流部より剛性が小さいことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係る電動機は、整流子は、円筒状の絶縁部と、絶縁部の外周面に互いに隙間をあけて配置された複数の整流部と、一端側が整流部に連接し、他端側が結線板に固定される、整流部と同数の導通部とを備え、導通部は、整流部より剛性が小さく、撓んだ状態で結線板に固定されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、整流子において導通部の剛性を整流部の剛性より小さくしたので、導通部を撓んだ状態で結線板に固定可能となり、整流子と結線板との固定を確実に行うことができ、かつ、整流子と結線板との固定部における劣化を低減することができる。
【００１１】
この発明によれば、整流子の導通部は、整流部より剛性が小さく、撓んだ状態で結線板に固定されているので、整流子と結線板との固定を確実に行うことができ、かつ、整流子と結線板との固定部における劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動機を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電動機が備える整流子の製造工程を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電動機の理解を助けるための参考例となる電動機を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電動機の理解を助けるための参考例となる電動機が備える整流子の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る電動機１は、固定子を構成するハウジング２及びマグネット３と、回転子を構成する鉄心１０及びコイル１１と、回転子に固定された結線板１４と、回転子及び整流子１２を固定した回転軸９と、回転軸９の軸受となる軸受４ａ、４ｂと、基板６、外部電源と接続するコネクタ７に備えられたターミナル７ａの端部及びブラシ８の端部をインサート成形したカバー５とを備えている。
なお、図１では電動機１の断面半分（左半分）のみ示しているが、右半分の断面についても同様である。
【００１４】
固定子ヨークとなるハウジング２は、有底略円筒形状であり、内周面には、複数のマグネット３が周方向に等角度間隔に配置されて固定される。また、ハウジング２の底部中央には、軸受４ａが設けられる。ハウジング２の開口部は、樹脂製で有底略円筒形状のカバー５により閉塞され、カバー５の底部中央には、軸受４ａと対をなす軸受４ｂが設けられる。カバー５には、基板６が設置されており、外部から供給される電流が、導電性のターミナル７ａ及び基板６を介してブラシ８へと供給される。
【００１５】
軸受４ａ、４ｂにより、回転軸９が回転可能に保持されており、回転軸９には、マグネット３と対向する位置付近に、鉄心１０が固定されている。鉄心１０にはコイル１１が巻回されている。また、鉄心１０には結線板１４が固定されている。
また、回転軸９には、整流子１２が保持部材１３を介して固定されており、回転時にブラシ８の先端面が整流子片１２ｂ（整流子片１２ｂについては後述する）の外面を摺動する。
従って、鉄心１０、コイル１１、整流子１２及び結線板１４は、回転軸９と一体的に回転可能である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、整流子１２は、略円筒形状の絶縁樹脂（絶縁部）１２ａと、絶縁樹脂１２ａの外周面に固定された銅を材料とする複数の整流子片（整流部）１２ｂと、整流子片１２ｂに周知の電気的接続技術（アーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、はんだ等）により固定された複数の導通部材（導通部）１２ｃとで構成される。
整流子片１２ｂは、回転軸９の軸方向に長い略短冊形状である。
整流子片１２ｂ及び導通部材１２ｃは、１つの整流子片１２ｂに１つの導通部材１２ｃが固定された状態で複数組設けられているとともに、各組は互いに離間して配置されている。
【００１７】
結線板１４は、鉄心１０に巻回されたコイル１１と整流子１２とを電気的に接続するものであり、略ドーナツ形状の絶縁樹脂１４ａと、絶縁樹脂１４ａに埋め込まれた銅を材料とするインサートコイル１４ｂとで構成される。なお、結線板１４は、上記特許文献５に示されるように周知のものであるので、詳細な説明は省略する。
インサートコイル１４ｂの両端はそれぞれ、絶縁樹脂１４ａから突出して端部１４ｃ、１４ｄを構成している。この端部１４ｃに、コイル１１の端部である渡り線１５を引っ掛けることで、インサートコイル１４ｂとコイル１１とが電気的に接続する。また、端部１４ｄと導通部材１２ｃとを周知の電気的接続技術（アーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、はんだ等）により固定することで、インサートコイル１４ｂと整流子片１２ｂとが電気的に接続する。従って、コイル１１と整流子片１２ｂとは、インサートコイル１４ｂと導通部材１２ｃとを介して電気的に接続されている。
【００１８】
ここで、整流子１２の製造工程を説明しながら、整流子１２の詳細を述べる。
整流子１２は、図２（ａ）に示すように、長方形平面を持つ板状整流子１６と複数のスリット１７ａを有する長方形平面を持つ板状導通部材１７とを用いて製造される。
板状導通部材１７は、板状整流子１６よりも厚さが薄い板部材である。具体的には例えば、板状整流子１６が１．５ｍｍ程度の厚さの銅板で成るのに対し、板状導通部材１７は０．３ｍｍ程度以下の厚さの銅板から成る。
【００１９】
まず、図２（ｂ）に示すように、板状整流子１６の端部と板状導通部材１７の端部（スリット１７ａを設けた端部と対向する端部）とを重ね合わせてラップ部１８を構成する。そして、このラップ部１８に、周知の電気的接続技術（アーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、はんだ等）を施すことで、板状整流子１６の端部と板状導通部材１７とを固定する。図２（ｂ）中の固定箇所１９は、周知の電気的接続技術が施される箇所を示している。固定箇所１９は、切削（切削については後述する）がなされない部分に位置する。
板状整流子１６と板状導通部材１７との固定に関しては、ラップ部１８において双方を固定する以外に、板状整流子１６の端部と板状導通部材１７の端部（スリット１７ａを設けた端部と対向する端部）とを突き合わせて溶接又ははんだを行うことも考えられる。ただし、図２（ｂ）のようにラップ部１８にて溶接又ははんだを行うことで、施工が容易でかつ確実に固定することができる。
【００２０】
続いて、図２（ｃ）に示すように、互いに固定された板状整流子１６と板状導通部材１７を、曲げ加工して円筒形状とするとともに、絶縁樹脂１２ａを流し込んでインサート成形する。曲げ加工は、ラップ部１８が、該円筒の軸回りとなる方向に行う。
続いて、図２（ｄ）に示すように、板状導通部材１７が有する各スリット１７ａの中間部を通り該円筒の軸方向に伸びる点線部分に沿って、板状整流子１６及び板状導通部材１７を切削することで、円筒形状の板状整流子１６及び板状導通部材１７がそれぞれ周方向に切り分けられる。この切削により、図２（ｅ）に示すように、板状整流子１６が複数の整流子片１２ｂとなり、また、板状導通部材１７が複数の導通部材１２ｃとなる。
以上、この発明の実施の形態１に係る電動機１が備える整流子１２の製造工程の一例について示した。
【００２１】
導通部材１２ｃは、上記したように、整流子片１２ｂよりも厚さが薄く、剛性の小さい部材である。従って、導通部材１２ｃは、電動機１の組立時、撓んだ状態で結線板１４のインサートコイル１４ｂに接続可能となる。
【００２２】
なお、上記のように板状整流子１６と板状導通部材１７とをラップ部１８で固定するのではなく、板状整流子１６と板状導通部材１７とを一体的な板材として形成してもよい。つまり、一枚の銅板を使用し、板状導通部材１７に相当する箇所の厚さを、板状整流子１６に相当する箇所の厚さよりも薄く形成して、図２（ｃ）、（ｄ）に示す曲げ加工、インサート成形及び切削を実施すればよい。この方法によっても、整流子片１２ｂよりも薄く、剛性の小さい導通部材１２ｃを備えた整流子１２を得ることができる。
【００２３】
また、導通部材１２ｃ（板状導通部材１７）は、上記した銅の他に、アルミ、鉄等で構成してもよい。整流子片１２ｂと導通部材１２ｃの電気伝導率が異なることに起因する発熱を考慮すると、銅から成る整流子片１２ｂ（板状整流子１６）と同程度の電気伝導率を有する材料で構成されることが特に望ましい。
つまりは、単位面積当たりの剛性が、整流子片１２ｂよりも導通部材１２ｃの方が小さくなるように、適宜導通部材１２ｃ（板状導通部材１７）の厚さを設計、または、適宜導通部材１２ｃ（板状導通部材１７）の材料を設計すればよい。
【００２４】
なお、図２においては、曲げ加工をした際に、ラップ部１８において板状導通部材１７が外周側に、板状整流子１６が内周側になるものを示したが、ラップ部１８において板状整流子１６が外周側に、板状導通部材１７が内周側になるように曲げ加工を実施してもよい。
【００２５】
図３及び図４には、この発明の実施の形態１に係る電動機１の理解を助けるための参考例を示している。なお、図３及び図４においては、図１及び図２と同一又は相当の部分については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
なお、図１における端部１４ｄは、図３における端部１４ｄよりも回転軸９から離れた位置にあるが、これは導通部材１２ｃの撓み状態を明示するためであり、図１における端部１４ｄが図３における端部１４ｄと同じ位置に設けられていても何ら問題はない。
【００２６】
参考例として示す電動機１０１に備えられる整流子１１２は、略円筒状の絶縁樹脂１１２ａと、絶縁樹脂１１２ａの外周面に固定された整流子片１１２ｂと、整流子片１１２ｂの一端部を外側に折り曲げて成るライザ部１１２ｃとで構成される。
【００２７】
図４に、整流子１１２の製造工程を示す。整流子１１２は、図４（ａ）に示すように、複数のスリット１１６ａを有する長方形平面を持つ板状整流子１１６を用いて製造される。板状整流子１１６の厚さは均一であり、具体的には例えば、１．５ｍｍ程度の厚さの銅板で成る。
板状整流子１１６は、図４（ｂ）に示すように、スリット１１６ａを有することで形成される複数の短冊状端部１１６ｂが、板状整流子１１６から立ち上がる方向に折り曲げられる。折り曲げられた短冊状端部１１６ｂは、上記したライザ部１１２ｃとなる。
【００２８】
続いて、図４（ｃ）に示すように、板状整流子１１６を、曲げ加工して円筒形状とするとともに、絶縁樹脂１１２ａを流し込んでインサート成形する。曲げ加工は、短冊状端部１１６ｂが該円筒の径方向外側に突出する方向に行う。
続いて、図４（ｄ）に示すように、板状整流子１１６が有する各スリット１１６ａの中間部を通り該円筒の軸方向に伸びる点線部分に沿って、板状整流子１１６を切削することで、円筒形状の板状整流子１１６が周方向に切り分けられる。この切削により、図４（ｅ）に示すように、板状整流子１１６が複数の整流子片１１２ｂとなる。
【００２９】
参考例として示す電動機１０１では、ライザ部１１２ｃとインサートコイル１４ｂの端部１４ｄとを周知の電気的接続技術（アーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、はんだ等）により固定することで、結線板１４を介したコイル１１と整流子１１２との電気的接続を行っている。
しかし、この場合、結線板１４及び整流子１１２等の寸法公差並びに設置誤差等により、ライザ部１１２ｃとインサートコイル１４ｂの端部１４ｄとの間にクリアランスが生じやすいことから、溶接性が不安定となってしまう。また、電動機１０１の自己発熱等に起因する整流子１１２及び結線板１４の熱変形による応力が、ライザ部１１２ｃとインサートコイル１４ｂの端部１４ｄとの固定部に集中するため、該固定部においてクラックが発生しやすく、電気的接続を保つことが難しくなる。
【００３０】
これに対して、上記したこの発明の実施の形態１に係る電動機１は、ライザ部１１２ｃを備えず、整流子片１２ｂよりも単位面積当たりの剛性が低い導通部材１２ｃを整流子１２に備えている。このため、導通部材１２ｃは、撓んだ状態でインサートコイル１４ｂの端部１４ｄに接続可能となる。従って、該接続箇所の溶接性が安定して導通部材１２ｃとインサートコイル１４ｂの端部１４ｄとの固定を確実に行うことができるとともに、結線板１４及び整流子１２等の寸法公差並びに設置誤差等の影響は、導通部材１２ｃの撓み量を調整することで吸収可能である。また、熱変形による応力の影響についても、導通部材１２ｃの撓みが伸縮することで吸収可能である。
【００３１】
以上のように、この実施の形態１に係る電動機によれば、整流子１２に整流子片１２ｂよりも剛性の小さい導通部材１２ｃを設け、導通部材１２ｃを撓んだ状態で結線板１４のインサートコイル１４ｂに接続可能とした。従って、整流子１２と結線板１４との固定を確実に行うことができ、かつ、整流子１２と結線板１４との固定部における劣化を低減することができる。
【００３２】
また、導通部材１２ｃは、整流子片１２ｂとは別体の構成とし、整流子片１２ｂに重なり合って固定されたラップ部１８を有することとした。従って、導通部材１２ｃの厚さ、材料等の設計変更が、整流子片１２ｂとは独立して容易に行うことができる。また、ラップ部１８の長さ（組み立てて電動機１としたときに回転軸９の軸方向となる長さ）を変更することにより、溶接面積等、溶接範囲の自由度を確保することができる。
【００３３】
また、導通部材１２ｃは、アーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接及びはんだのうち少なくともいずれか１つの方法により、ラップ部１８において整流子片１２ｂに固定されていることとした。従って、溶接、はんだ等の施工が容易でかつ確実に固定することができる。
【００３４】
また、導通部材１２ｃは、整流子片１２ｂと同一の材料を用いて、整流子片１２ｂより薄く構成されていることとした。従って、整流子片１２ｂと導通部材１２ｃの電気伝導率が異なることに起因する発熱が生じないようにすることができる。また、整流子片１２ｂと導通部材１２ｃが同一の材料で構成されることで、溶接性が向上し、溶接部を強度的及び電気的に安定させることができる。
【００３５】
なお、本願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、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  電動機、２  ハウジング、３  マグネット、４ａ  軸受、４ｂ  軸受、５  カバー、６  基板、７  コネクタ、７ａ  ターミナル、８  ブラシ、９  回転軸、１０  鉄心、１１  コイル、１２  整流子、１２ａ  絶縁樹脂（絶縁部）、１２ｂ  整流子片（整流部）、１２ｃ  導通部材（導通部）、１３  保持部材、１４  結線板、１４ａ  絶縁樹脂、１４ｂ  インサートコイル、１４ｃ  端部、１４ｄ  端部、１５  渡り線、１６  板状整流子、１７  板状導通部材、１７ａ  スリット、１８  ラップ部、１９  固定箇所、１０１  電動機、１１２  整流子、１１２ａ  絶縁樹脂、１１２ｂ  整流子片、１１２ｃ  ライザ部、１１６  板状整流子、１１６ａ  スリット、１１６ｂ  短冊状端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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