(57)【要約】【課題】アーマチャコアのウエイト挿入孔へのバランスウエイトの挿入が容易で、挿入後はバランスウエイトがしっかりとウエイト挿入孔に保持される、直流電動機用回転子を提供することである。【解決手段】回転軸１２と；回転軸上に取り付けられ、複数のスロット１６と、複数の平面部で区画された複数のウエイト挿入孔１８とが形成されたアーマチャコア１５と；各スロットに挿入された複数のコイル２０、２２と；ウエイト挿入孔に挿入され、各平面部１９ａに当接された複数の平面部３３ａを持つ本体部３２を含む、棒状のバランスウエイト３０と；から成ることを特徴とする直流電動機用回転子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸上に取り付けられ、複数のスロットと、複数の平面部で区画された複数のウエイト挿入孔とが形成されたアーマチャコアと、
前記各スロットに挿入された複数のコイルと、
前記ウエイト挿入孔に挿入され、前記各平面部に当接された複数の平面部を持つ本体部を含む、棒状のバランスウエイトと、
から成ることを特徴とする直流電動機用回転子。
【請求項２】
前記各ウエイト挿入孔は横断面矩形状である請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記ウエイト挿入孔への挿入前、前記本体部は横断面円形状の丸棒形状を持つ請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記本体部の直径は該ウエイト挿入孔の最小内径よりも大きい請求項３に記載の回転子。
【請求項５】
前記バランスウエイトは更に、前記本体部の少なくとも一端に案内部を含む請求項４に記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流電動機用回転子、特にその重量アンバランスが調整されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電動機の回転子は回転軸、アーマチャコア及びコイルを含む。ハウジングにより回転可能に支持された回転軸上に、多数枚の薄板円板を積層して成るアーマチャコアが取り付けられている。アーマチャコアの外周寄りに形成されたコイル挿入孔にコイルが挿入されている。
【０００３】
コイルの端部をアーマチャコアに接着する接着剤の塗布量のアンバランス等の原因で、回転子に重量アンバランスが発生することがある。重量アンバランスのあるアーマチャコアが高速で回転すると、うなり音や振動が発生する。
【０００４】
図５及び図６に示す従来の回転子（特許文献１参照）では、アーマチャコア５０の複数のスロット５１にそれぞれコイル５２が挿入されている。また、重量アンバランスを調整するために、アーマチャコア５０のウエイト挿入孔５４（以下、従来例では「挿入孔５４」と呼ぶ）にバランスウエイト５５を挿入している。挿入孔５４は横断面円形状である。バランスウエイト５５は全体的に丸棒形状で、軸方向中間部５６に、円周方向で交互に形成され軸方向に延びる多数の凸条と凹溝とから成るローレット面５７が形成されている。中間部５６の両端に一対のテーパ部５８が形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２９８５７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記バランスウエイト５５のローレット面５８はローレット工具により形成される。しかし、ローレット面５８の凸条は挿入孔５４の（横断面円形状の）内周面に線接触するので、バランスウエイト５５の挿入時に凸条がつぶれ、挿入孔５４への保持力が不足し易い。保持力が弱すぎると、高速回転時にバランスウエイト５５が挿入孔５４から抜けるおそれがある
一方、ローレット工具によるローレット面５８の加工時ローレット工具が摩耗し易く、所望形状のローレット面５８を形成するためには、ローレット工具を頻繁に交換しなければならない。摩耗したローレット工具でローレット加工を続けると、バランスウエイト５５の外径が大きすぎて挿入孔５４への挿入が困難になることがある。
【０００７】
以上の理由により、挿入孔５４の内径及びバランスウエイト５５の外径を、挿入が容易で、しかも挿入後は抜けにくい形状及び外径寸法（抜き荷重）に設定するのは容易でなかった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ウエイト挿入孔へのバランスウエイトの挿入が容易で、挿入後はバランスウエイトがしっかりとウエイト挿入孔に保持される、直流電動機用回転子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、挿入時はバランスウエイトの曲面とウエイト挿入孔の平面とを線接触的に当接させ、挿入後はバランスウエイトの曲面が変形した平面とウエイト挿入孔の平面とを面接触的に接触させることを思い付いて、本発明を完成した。
【００１０】
本発明による直流電動機用回転子は、請求項１に記載したように、回転軸と；回転軸上に取り付けられ、複数のスロットと、複数の平面部で区画された複数のウエイト挿入孔とが形成されたアーマチャコアと；各スロットに挿入された複数のコイルと；ウエイト挿入孔に挿入され、各平面部に当接された複数の平面部を持つ本体部を含む、棒状のバランスウエイトと；から成ることを特徴とする。
【００１１】
この回転子において、ウエイト挿入孔に挿入されたバランスウエイトは、その本体部の平面部がウエイト挿入孔の平面部に当接している。広い面積での密着による大きな保持力で保持されていることから、バランスウエイトの抜き荷重が大きくなり、しかも安定する。なお、このような密着状態は、ウエイト挿入孔の内径よりも少し大きい外径を本体部を持つバランスウエイトを挿入し、本体部を変形させて実現したものである。
【００１２】
請求項２の回転子は、請求項１において、各ウエイト挿入孔は横断面矩形状である。請求項３の回転子は、請求項１において、ウエイト挿入孔への挿入前、本体部は横断面円形状の丸棒形状を持つ。請求項４の回転子は請求項３において、本体部の直径はウエイト挿入孔の最小内径よりも大きい。請求項５の回転子は、請求項４において、バランスウエイトは更に、本体部の少なくとも一端に案内部を含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜直流電動機、回転子＞
直流電動機は、固定された外側の固定子（ステータ）と、コンミテータを備え回転する内側の回転子（アーマチャ）とから成る。アーマチャは、回転軸、アーマチャコア、コイル、コンミテータ及びバランスウエイトを含む。
＜アーマチャコア、スロット、コイル＞
アーマチャコアは複数の薄い鋼板を積層して成り、全体的に中空の円柱形状を持ち、回転軸に相対回転及び軸方向に相対移動不能に取り付けられている。外周縁に形成された複数のスロットにそれぞれ２本又は４本のコイルが挿入されている。各コイルはスロットに挿入された中間部と、アーマチャコアの一端面から突出しコンミテータに接続された一端部と、他端面から突出した他端部とを含む。
＜ウエイト挿入孔＞
スロットの半径方向内側に複数（スロットの個数よりも少ない）のウエイト挿入孔が形成されている。各ウエイト挿入孔は軸方向に延び、円周方向に隔設されている。各ウエイト挿入孔は複数の平面部で区画される。具体的には、横断面は矩形状（例えば正方形）や、多角形状（例えば六角形）にできる。
＜バランスウエイト＞
全体的に棒形状のバランスウエイトは、少なくとも本体部を含み、更に一端又は両端に案内部を含むことができる。
▲１▼本体部は、挿入孔に挿入、保持されると共に、バランスウエイトの重量を調整する部分である。横断面形状は、ウエイト挿入口への挿入前は円形状であり、その直径は挿入孔の最小内径よりも少し大きく選定されている。その長さは適宜調整でき、長さの長短により重量が変化する。挿入後は、ほぼウエイト挿入孔の横断面形状に従う横断面形状に変化する。
▲２▼案内部は、挿入孔への挿入を案内、容易化にすると共に、バランスウエイトの重量を調整する部分である。横断面形状に特別の制約はないが、円形状であることが望ましい。その最大外径が本体部の直径よりも少し小さくなるように選定する。その長さは適宜調整でき、長さの長短により重量が変化する。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１に示すようにアーマチャ１０は回転軸１２と、アーマチャコア（以下、実施例では「コア」と呼ぶ）１５と、コイル２０及び２２と、コンミテータ２５と、バランスウエイト３０とを含む。コア１５は多数枚のラミネートを積層してなり、全体的に中空円形形状を持つ。その内周面に形成されたセレーション１６が、回転軸１２の外周面に形成されたセレーション１３にかみ合っている。
【００１５】
図１及び図２に示すように、コア１５には半径方向に長い複数のスロット１６が円周方向に隔設されている。各スロット１６は軸方向に貫通し、その中に内コイル２０及び外コイル２２が挿入されている。内コイル２０はスロット１６に挿入された挿入部２１ａと、反コンミテータ２５側の一端部２１ｂと、コンミテータ２５側の他端部２１ｃとを持つ。外コイル２２も同様に、スロット１６に挿入された挿入部２３ａと、反コンミテータ２５側の一端部２３ｂと、コンミテータ２５側の他端部２３ｃとを持つ。
【００１６】
コイル２０及び２２の中間部２１ａ及び２３ａとコアとの間には両者を絶縁するために絶縁材が充填されている。また、一端部２１ｂと一端部２３ｂとがコア１５の一端面で接着剤により接合され、他端部２１ｃと他端部２３ｃとがコア１５の他端面で接着剤により接合されている。
【００１７】
コンミテータ２５は、回転軸１２上においてアーマチャコア１５の他端側に配置され、円周方向に分割された複数個のセグメントから成る。外コイル２２は接続部材２６を介してコンミテータ２５に接続され、ブラシ（不図示）から電流が流れるようになっている。外コイル２２の一部がコンミテータの一部となっており、導体コンミテータと呼ばれる。
【００１８】
各ラミネート即ちコア１５には、スロット１６の内周側にウエイト挿入孔（以下、実施例では「挿入孔」と呼ぶ）１８が円周方向に隔設され、軸方向に貫通している。図３に示すように、各挿入孔１８は横断面がほぼ正方形（一辺の長さａ）で、４つの平面部１８ａにより区画されている。挿入孔１８の個数はスロット１６の個数よりも少ない。
【００１９】
バランスウエイト３０を図４に示す。このバランスウエイト３０は全体的に丸棒状で、軸方向中間部の大径部（本体部）３２と、その両側の一対の小径部（案内部）３４ａ及び３４ｂとを含む。大径部３２は横断面円形状で直径がｄ１、長さはｌ１である。この直径ｄ１は上記挿入孔１８の一辺の長さａよりも少し大きい。一端小径部３４ａ及び他端小径部３４ｂは対称とされ、共に横断面円形状で、直径はｄ２（大径部３２の直径ｄ１よりも小さい）で、長さはｌ２（大径部３２の長さｌ１よりも長い）である。
（作用）
この実施例のアーマチャ１０は電気自動車のアイドルストップ後のスタータとして使用される。コイル２０及び２２に流れる電流により磁界が発生し、固定子（不図示）との間の電磁作用により、回転軸１２の回りに回転する。最大回転数は１万回／分以上にも及ぶ。
【００２０】
次に、バランスウエイト３０によるアーマチャ１０のアンバランスの修正について説明する。公知の方法により、反コンミテータ２５側及び／又はコンミテータ２５側で、アーマチャ１０の軸方向及び／又は円周方向におけるアンバランスを検査する。検査結果に応じて、重量が不足している軸方向及び／又は円周方向の場所にバランスウエイト３０を挿入する。軸方向におけるアンバランスは、挿入孔１８内におけるバランスウエイト３０の軸方向位置を調整して修正する。円周方向のアンバランスの修正は、バランスウエイト３０を挿入する挿入孔１８を選択して行う。
【００２１】
バランスウエイト３０の挿入時は、一端小径部３４ａを挿入孔１８に挿入し、他端小径部３４ｂの端面に軸方向の押込力を加える。前述したように大径部３２の直径ｄ１は挿入部１８の一辺の長さａよりも少し大きい。よって、図３に実線で示すように、挿入前は大径部３２の４つの円周部分３３ｃが挿入孔１８の各辺の平面部分１９ａ（４カ所）に線接触的に接触している。
【００２２】
図３に二点鎖線で示すように、挿入に伴い大径部３２の４つの円周部分３３ｃは挿入孔１８の４つの平面部分１９ａから半径方向内向きの力を受け、半径方向内向きに少し変形し、平面部分３３ａとなる。それに伴い、各円周部分３３ｃ間に位置する別の４つの円周部分が半径方向外向きに少し変形し、突出部３３ｂとなる。こうして、当初断面円形状であった大径部３２は、挿入孔１８の平面部分１９ａに強く押圧される平面部分３３ａと、隅部１９ｂを充填する突出部分３３ｂとを有する、正方形に近似した形状に塑性変形する。
（効果）
この実施例によれば、以下の効果が得られる。先ず、挿入されたバランスウエイト３０の挿入孔１８への保持が確実である。これは、挿入孔１８の当初横断面形状を正方形とし、大径部３２の当初横断面形状を円形状にした。その上で、挿入後（変形後）横断面形状を挿入孔１８の横断面円形状に近い形状としたことにより可能となった。変形後は、大径部３２は４つの平面部分３３ａの広い領域で４つの平面部分１９ａに当接している。広い当接面積が大きな保持力を発生し、アーマチャ１０は１万回／分以上で高速回転するにもかかわらず、抜き荷重が安定する。
【００２３】
第２に、挿入孔１８及び大径部３２の寸法管理が容易である。正方形状の挿入孔１８は各ラミネートに打ち抜き加工により容易に形成でき、しかも対向する平面部分１９ａの間隔寸法は正確に管理できる。また、バランスウエイト３０の大径部３２は円柱部材から成るので、直径寸法は正確に管理できる。よって一辺の長さａと直径ｄ１との差、即ち押込時における大径部３２の変形量を一定に管理できる。
【００２４】
第３に、バランスウエイト３０の挿入孔１８への挿入が容易である。挿入孔  はコア１５に放射状に形成されている。また、大径部３２の両側の一端小径部３４ａ及び他端小径部３４ｂの直径（ｄ２）は挿入孔１８の一辺の長さａよりも小さいからである。よって、バランスウエイト３０を圧入装置で保持しコア１５を回動させるのみで、所望の挿入孔１８にバランスウエイト３０を挿入できる。
【００２５】
最後に、モールドコンミテータに比べて強度が小さい導体コンミテータにおいて、アンバランスが修正できる。導体コンミテータはモールドコンミテータに比べて強度が小さく、従来のバランスウエイトを大きな押込荷重で押し込むと、圧入時にゆがみが生じ、モータ性能が低下することがある。この実施例のバランスウエイト３０では、大径部３２の外径と、挿入孔１８の内径とが上述のように決定されているので、そのような心配はない。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の直流電動機用回転子によれば、大きな保持力で挿入孔に保持されたバランスウエイトの抜き荷重が大きくなり、しかも安定する。その結果、回転子が高速で回転した場合でも、バランスウエイトがウエイト挿入孔内でずれたり、ウエイト挿入孔から抜け出すことが防止できる。
【００２７】
請求項２の回転子によれば、横断面円形状のウエイト挿入孔は４つの平面部分を持つので、バランスウエイトの本体の４つの平面部分と確実に当接する。なお、アーマチャコアは複数の鋼板を積層して成り、各鋼板に矩形状の孔を形成するのは容易である。
【００２８】
請求項３及び４の回転子によれば、丸棒形状の本体部をウエイト挿入孔への挿入時に平面部分で変形させることにより平面部分が形成でき、両方の平面部分は広い範囲で密着する。バランスウエイトの本体部の横断面円形状が当初か矩形状の場合、抜き荷重の設定不安定となり易い。
【００２９】
請求項５の回転子によれば、案内部の形成により、バランスウエイトのウエイト挿入孔への挿入が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【図２】同じく横断面図である。
【図３】挿入孔と大径部との関係を示す説明図である。
【図４】バランスウエイトの正面図である。
【図５】従来例の横断面図である。
【図６】（ａ）はバランスウエイトの正面図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１０：アーマチャ                  １５：アーマチャコア
１６：スロット                    １８：ウエイト挿入孔
１９ａ：平面部分                  ２０，２２：コイル
２５：コンミテータ                ３０：バランスウエイト
３２：本体部                      ３３ａ：平面部分
３４ａ，３４ｂ：案内部
【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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