(57)【要約】【課題】整流子電動機の整流改善による長寿命化と、生産性改善による低価格化、更には電機子巻線の太線化による高効率化を実現する整流子を提供すること。【解決手段】円筒又は円柱の半径方向外側に、摺動ブラシと接触する摺動金属層を、半径方向内側に電気絶縁層を、摺動金属層と電気絶縁層の間に傾斜機能材料を、それぞれ同心円状に配置した整流子であって、摺動金属層を微小の金属層ポーラスを有する銅粉末冶金により形成した。これにより、樹脂系ブラシに含浸させることが出来なかった摺動性を向上し、火花の発生を抑える摺動潤滑油を整流子中に含浸させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒又は円柱の半径方向外側に、摺動ブラシと接触する摺動金属層を、半径方向内側に電気絶縁層を、前記摺動金属層と前記電気絶縁層の間に傾斜機能材料を、それぞれ同心円状に配置した整流子であって、前記摺動金属層を金属層ポーラスを有する銅粉末冶金により形成したことを特徴とする整流子。
【請求項２】
前記摺動金属層と電機子巻線を電気的に接続するためのフック形状を有する、金属バルク材よりなる巻線接続部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記巻線接続部における巻線を固定する部分の半径が、前記摺動金属層の半径より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の整流子。
【請求項４】
前記電気絶縁層が内部に絶縁層ポーラスを有する熱硬化性樹脂で形成され、前記金属層ポーラスと前記絶縁層ポーラスのうち、少なくともいずれか一方に摺動潤滑油を含浸させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項５】
放電プラズマ焼結法を用いて、前記傾斜機能材料を製造したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の整流子を備えた整流子電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用掃除機や自動車用機器などに使用される整流子電動機およびその整流子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用掃除機や自動車用機器に使用される電動機は、特に小型・安価で耐久性が高い整流子電動機の需要が増大している。
【０００３】
整流子電動機は、整流子片と摺動ブラシを接触させ、この摺動ブラシを介して回転する整流子へ外部電源から電流を流すようになっており、摺動ブラシと整流子片との電気的接続が接触により行われているため、その接触部分では火花が発生し、高温になり易い。
【０００４】
そして、整流子片と整流子片をモールド保持する絶縁性樹脂の熱膨張係数がそれぞれ異なるので、それぞれの境界面に熱歪が集中し易い。また、高速回転するため、整流子片に遠心力が作用する。
【０００５】
よって、熱歪の集中した境界面が剥がれて外側に膨らみ、場合によっては整流子片が部分的に膨らみ、整流子片の外周面の間に凹凸が生じることとなる。この凹凸の生成により、整流子片と摺動ブラシとの間で生じる火花が大きくなり、ついにはリングファイヤとなり、摺動ブラシの異常摩耗や絶縁性樹脂の破損による整流子片の飛び散りが起こって電動機が停止してしまうという問題点があった。
【０００６】
上記の問題点を解決するための公知例として、傾斜機能材を利用した整流子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この整流子は、傾斜機能材料を用いて、整流子内の整流子片と整流子をモールドする絶縁性樹脂との境界面を無くすことで熱応力を分散し、高速で回転して遠心力が作用しても剥離や亀裂が生じ難いという効果を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１０９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の整流子では、整流子片を円筒形状した導電性金属層をスリットにて切断、分割することで形成しているため、導電性金属層の硬度が従来の無酸素銅材にくらべて高くなり、高速回転する電動機の摺動ブラシとの間の摺動性が低下し、スパークの増大、寿命の低下が考えられる。
【０００９】
その改善策として、導電性金属層と摺動する整流子電動機の摺動ブラシを樹脂系ブラシとすることで、摺動ブラシ自体の硬度を下げることにより追従性を向上させていたが、追従性に限界があり、高速回転する整流子電動機においては、しばしば火花の発生を招いていた。
【００１０】
そこで、整流子片と摺動ブラシとの間の摺動性を向上し、火花の発生を抑える摺動潤滑油を摺動ブラシ中に含浸する手法がしばしば採用されているが、樹脂系ブラシは内部に樹脂残留成分を有しているため、内部にポーラスを形成することが出来ず、摺動潤滑油を含浸させることができなかった。
【００１１】
更には、導電性金属層の硬度が従来の無酸素銅材にくらべて高くなるために、電機子巻線との接続方法に関しても、整流子片に複数の溝を設け、その溝に巻線を埋設し溶着するスリット結線が一般的となるため、整流子片との接続の自動化が難しく、生産性にも課題があった。
【００１２】
更には、整流子電動機の性能を改善するための電機子巻線の太線化に関しても、円筒形状した導電性金属層の外径寸法により結線できる巻線径が限られる為に、電機子巻線の太線化に限界があった。それを解決するために外径寸法を大きくした場合は、整流子片の重量が重くなり、高速化できない課題も有していた。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、整流子電動機の整流改善による長寿命化と、生産性改善による低価格化、更には電機子巻線の太線化による高効率化を実現する整流子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る整流子は、円筒又は円柱の半径方向外側に、摺動ブラシと接触する摺動金属層を、半径方向内側に電気絶縁層を、前記摺動金属層と前記電気絶縁層の間に傾斜機能材料を、それぞれ同心円状に配置した整流子であって、前記摺動金属層を金属層ポーラスを有する銅粉末冶金により形成したことを特徴とする。これにより、樹脂系ブラシに含浸させることが出来なかった摺動性を向上し、火花の発生を抑える摺動潤滑油を整流子中に含浸させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る整流子は、前記摺動金属層と電機子巻線を電気的に接続するためのフック形状を有する、金属バルク材よりなる巻線接続部を備えたものである。これにより、電機子巻線をフック形状した巻線接続部にα状に巻き付けることにより連続的に結線することができる。その後、フック部を発熱変形・溶着させることで電気的に接続することができるため、結線工程における生産性、品質を向上させることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る整流子は、巻線接続部における巻線を固定する部分の半径が、前記摺動金属層の半径より大きいことを特徴とし、太線化した電機子巻線を摺動ブラシと摺動する摺動金属層の外径を大きくすることなく、巻線・接続することができるため、電機子コイルの巻線抵抗を低減させることにより抵抗損失を小さくすることができ、その結果として整流子電動機の高効率化を実現することになる。
【００１７】
また、本発明に係る整流子は、前記電気絶縁層が内部に絶縁層ポーラスを有する熱硬化性樹脂で形成され、前記金属層ポーラスと前記絶縁層ポーラスのうち、少なくともいずれか一方に摺動潤滑油を含浸させたことを特徴とする。これにより、摺動部へ摺動潤滑油を供給することとなり、高速回転、高温の条件下で、より安定した摺動性を確保することとなる。
【００１８】
また、放電プラズマ焼結法を用いて、前記傾斜機能材料を製造したことを特徴とする。明確な境界面は構成されず、境界面に生じるミクロな空隙などは生じない構成とすることができる。
【００１９】
加えて、本発明に係る整流子は、従来の整流子で採用していた摺動ブラシが摺動する摺動金属層の外径寸法を巻線接続部の径方向寸法より小さくする際には、フックを形成する外径寸法から摺動ブラシが摺動する寸法に切削、除去加工する必要がないため、導電金属材の使用量を削減することができ、安価な整流子とすることもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、整流子電動機の整流改善による長寿命化と、電機子巻線の巻線・結線工程における生産性改善・品質の向上、更には電機子巻線の太線化による高効率化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における整流子電動機の半断面図
【図２】本発明の実施の形態１における整流子の半断面図
【図３】本発明の実施の形態２における整流子の半断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本発明の整流子を用いた整流子電動機の半断面図を図１に示す。図１の整流子電動機１０において、円筒状のブラケット１５に内包保持固定された磁性鋼板を積層してなる界磁コア１１ａと、界磁コア１１ａに巻回された界磁コイル１１ｂよりなる界磁組立体１１と、この界磁組立体１１の中央部に、磁性鋼板等を積層してなる電機子コア１２ａと、インシュレータ１２ｄを介して電機子コア１２ａに巻回された電機子コイル１２ｂと、前記電機子コイル１２ｂから引き出された電機子巻線１２ｃが電気的に接続された整流子１よりなる電機子組立体１２を内包している。
【００２４】
この電機子組立体１２は、中心部を貫通し電機子組立体１２に圧入固定されたシャフト１３と、前記シャフト１３に圧入固定した一対の軸受１４により、回転自在に保持固定されている。また、整流子１の整流子片２には、カーボン等より構成された一対の摺動ブラシ１６が整流子１の垂直（ラジアル）方向からブラシスプリング１７により一定の当接力で接触する如く構成されている。
【００２５】
ここで、整流子電動機１０に電圧が印加されると、整流子電動機１０内に流れる電流により界磁組立体１１の界磁コイル１１ｂに磁界が発生し、その発生した磁界に基づいて界磁コア１１ａに磁束が流れることとなる。また、界磁コイル１１ｂに流れた電流は、摺動ブラシ１６と整流子１を介して電機子コイル１２ｂに電流が供給されることになる。
【００２６】
その結果、界磁組立体１１で発生した磁束と電機子コイル１２ｂを流れる電流により、回転方向に回転トルクが発生し、電機子組立体１２が回転する。更に、摺動ブラシ１６から供給される電流は、整流子１を構成する複数個の整流子片２により、電機子コイル１２ｂの位置関係により回転方向に対して一定方向の回転トルクを発生するように転流が行われることにより、電機子組立体１２が安定して回転する。
【００２７】
次に、整流子の構造について図２（ａ）に基づいて説明する。整流子１は、円筒又は円柱の半径方向外側に摺動金属層３を、半径方向内側に電気絶縁層５を、前記摺動金属層３と前記電気絶縁層５の間に傾斜機能材料４を、それぞれ同心円状に配置した構成となっている。
【００２８】
また、摺動ブラシ１６と接触する外周部の摺動金属層３は、内部に微小の金属層ポーラスを有する銅粉末冶金により形成れている。また内周部の電気絶縁層５は、内部に微小の絶縁層ポーラスを有するフェノール材等の熱硬化性樹脂により構成されており、前記金属層ポーラス又は絶縁層ポーラス中のいずれかに、摺動ブラシ１６と摺動金属層３の間の摺動を安定化させ、整流火花を抑制する摺動潤滑油を含浸してある。
【００２９】
これにより、電気絶縁層５に含浸した摺動潤滑油が電機子組立体１２の回転により発生する遠心力と整流子１自体の発熱により、外周の摺動金属層３内部の金属層ポーラスを経由して摺動金属層３表面に析出してくることになる。
【００３０】
また、摺動潤滑油の析出量は、整流子１が高速、高温で回転し摺動・整流が不安的となりやすい条件下で、回転の遠心力にとり、より多くの摺動潤滑油を供給することとなる。従って、高速回転、高温の条件下で、より安定した摺動性を確保することとなる。
【００３１】
なお、傾斜機能材料とは、組成、組織が異なる複数の素材の組成が連続的に変化し一体的に組み合わされた材料のことであり、ここでの傾斜機能材料４は銅粉末治金と熱硬化性樹脂との組成比率を連続的に変えたものである。なお、この傾斜機能材料４は放電プラズマ焼結法を用いて製造している。境界面は放電プラズマ焼結法による放電プラズマ焼結体によって一体化が構成されて明確な境界面は構成されず、境界面に生じるミクロな空隙などは生じない構成となっている。
【００３２】
また、図２（ｂ）に示すように、摺動潤滑油をより多く含浸するフェルト等より構成された給油機構７を追加してもよく、長期に亘る整流安定性を確保することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における整流子の構造について、図３に基づいて説明する。
【００３４】
整流子１は、摺動ブラシ１６と接触する銅粉末冶金により構成された摺動金属層３と、整流子電動機１０の電機子巻線１２ｃを電気的に接続するためのフック形状を有した金属バルク材より形成された巻線接続部２ａとを有しており、電機子巻線１２ｃを保持・固定する巻線接続部２ａのフック部２ｂの根元半径ｄ１は、摺動ブラシ１６が当接する摺動金属層３の半径ｄ２より大きくなっている。
【００３５】
この整流子片２の形状により、電機子巻線１２ｃを整流子片２と結線する際に、電機子巻線１２ｃをフック部２ｂにα状に巻き付けるだけで機械的な接続を完了することができ、連続的に結線をすることができる。
【００３６】
更に巻線接続部２ａが金属のバルク材で構成されているために、フック部を発熱・折り曲げ変形・溶着させることで、確実に電気的接続を確保することができ、結線・接続工程における生産性・品質を確保することができる。
【００３７】
更に、電機子巻線１２ｃを固定する巻線接続部２ａの半径ｄ１を摺動金属層３の半径ｄ２より大きくすることで、図３（ｂ）に示すように、フック部２ｂにα状に巻き付けた際に隣り合う巻線コイル同士の空間距離Ｘや、巻線コイルの巻き初めあるいは巻き終わり部分と、隣り合う巻線コイルとの空間距離Ｙを容易に確保することができ、より太線の電機子巻線を接続することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明は高速での摺動ブラシの安定化を図ることができるため、家庭用掃除機や自動車用機器など長寿命で信頼性が要求される電気機器等に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  整流子
２  整流子片
２ａ  巻線接続部
２ｂ  フック部
３  摺動金属層
４  傾斜機能材料
５  電気絶縁層
１０  整流子電動機
１２ｃ  電機子巻線
１６  摺動ブラシ
【図１】
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【図２】
2016152666.tif 000004
【図３】
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