JP2007089254A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】整流子２８側の動バランスを容易に修正でき、且つバランス調整による性能低下を抑制できるスタータを提供する。
【解決手段】整流子２８を形成する個々の整流子片２８ａには、軸方向鉄心側の端部に径方向外側へ立ち上がる接続部２８ｂが一体に設けられ、この接続部２８ｂに電機子コイル２６が接続されている。電機子１１のバランス調整は、所定の整流子片２８ａに設けられた接続部２８ｂの一部を除去して行われる。具体的には、接続部２８ｂの軸方向反鉄心側の端面をカッター等により削り取り、予め測定されたバランス量だけ所定の接続部２８ｂの質量を減らすことで、動バランスを修正する。この方法によれば、電機子１１の磁路を形成する電機子鉄心２５を削る必要はないので、スタータの性能低下を招くことはなく、且つ外径の大きい接続部２８ｂの一部を除去するので、少ない切削量で動バランスの修正が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電機子軸の一端側に整流子を有する回転電機に関する。

従来、電機子のバランス調整に関する公知技術として、例えば、特許文献１が知られている。この特許文献１には、電機子鉄心の歯部外周にキリ等で適正分量の切削を施してバランスを調整する方法が開示されている。
特開昭５４−１１９６０１号公報

電機子に生じるアンバランスの要因としては、電機子軸の偏心や電機子巻線の偏在などによる重量の偏りと共に、整流子自体のアンバランスが大きく影響している。特に、整流子のアンバランスは、整流子が電機子軸の端部に配設されるため、電機子縦断面の重心位置に対して偏った位置のアンバランスを表す動バランスの悪化として表れる。
しかし、上記の特許文献１に開示された公知技術、つまり、電機子鉄心の歯部外周を削ってバランスを調整する方法では、整流子側における動バランスの修正が困難である。これは、電機子鉄心が電機子軸の中央部に配設されているため、電機子の重心に近い電機子鉄心の一部を除去しても、電機子の重心から遠い整流子側の動バランスを修正できる効果が小さいためである。

また、バランス調整のために電機子鉄心の一部を削ると、その分、磁路断面積が減少するため、モータ性能に影響を及ぼし、性能低下を招く恐れがあった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、整流子側の動バランスを容易に修正でき、且つバランス調整による性能低下を抑制できる回転電機を提供することにある。

（請求項１の発明）
電機子軸の一端側に整流子を備える回転電機であって、整流子は、電機子軸の周囲にモールド樹脂を介して等間隔に配置される複数の整流子片を有し、この整流子片の端部に電機子コイルが接続される接続部が設けられ、且つ電機子の動バランスを修正するために、接続部の一部が軸方向に除去されていることを特徴とする。
本発明によれば、整流子片の端部に設けられた接続部の一部を除去してバランス調整を行うので、整流子側の動バランスの修正が容易である。また、比重が大きい金属材料（例えば銅）によって形成される整流子片の一部（接続部）を除去するため、少ない除去量でバランス調整が可能である。

さらに、整流子片自体を削るのではなく、整流子片の端部に設けられた接続部の一部を除去するので、整流性能に影響を与えることなく動バランスの修正が可能である。
また、上記の特許文献１に開示された公知技術の様に、電機子の磁路を形成する電機子鉄心を削る必要はないので、電機子鉄心の磁路断面積が減少することはなく、回転電機の性能低下を招くこともない。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において、電機子コイルが巻線される電機子鉄心の外径をＤ１、接続部の外径をＤ２とした時に、
Ｄ１−Ｄ２≦１０ｍｍ………………（１）
上記（１）の関係が成立することを特徴とする。
この場合、電機子鉄心の外径と略同じ外径を有する接続部の一部を除去するので、少ない切削量で動バランスの修正が可能である。

（請求項３の発明）
請求項２に記載した回転電機において、複数の整流子片は、電機子軸の周囲に円筒状に配置され、各整流子片によって形成される円筒状の外周面（整流子面と呼ぶ）にブラシが当接して配置され、接続部は、整流子片の軸方向鉄心側の端部に設けられて、ブラシが配置される整流子面の外径より径方向外側へ突出して設けられ、且つ軸方向反鉄心側の端面が一部除去されていることを特徴とする。
本発明は、複数の整流子片を電機子軸の周囲に円筒状に配置して構成される円筒型整流子に適用できる。この円筒型整流子では、整流子片の軸方向鉄心側の端部に設けられる接続部が整流子面の外径より径方向外側へ突出しているので、整流子面より径の大きい箇所で接続部の一部を除去でき、少ない切削量でバランス調整が可能である。

（請求項４の発明）
請求項２に記載した回転電機において、複数の整流子片は、電機子軸と直交して円板状に配置され、各整流子片によって形成される円板状の端面（整流子面と呼ぶ）にブラシが軸方向から当接して配置され、接続部は、整流子面にブラシが当接する当接部より径方向外側の端部に設けられ、且つ軸方向反鉄心側の端面が一部除去されていることを特徴とする。
本発明は、複数の整流子片を電機子軸と直交する円板状に配置して構成されるサーフェイス型整流子に適用できる。このサーフェイス型整流子では、個々の整流子片が電機子軸と直交して配置されるため、その整流子片の径方向外側の端部に接続部を設けることができる。従って、径の大きい箇所で接続部の一部を除去できるので、少ない切削量でバランス調整が可能である。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの回転電機において、接続部の除去は、加工機による除去加工であることを特徴とする。
加工機によって接続部の一部を除去するので、簡単に且つ容易に除去加工できる。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの回転電機において、電機子は、遊星減速式スタータの回転子であることを特徴とする。
遊星減速式スタータは、内部減速機を持たないスタータと比較して、回転子の回転速度が大きいため、本発明のバランス調整を行うことで、高速回転に適した回転子を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は電機子の半断面図、図３は本発明の回転電機を適用したスタータの半断面図である。
本発明の回転電機は、例えば、自動車用エンジンを始動するスタータ１に適用される。 まず、スタータ１の構成を図３に基づいて簡単に説明する。
スタータ１は、回転力を発生するモータ２と、このモータ２の回転を減速する減速装置３と、この減速装置３を介してモータ２に駆動される出力軸４と、この出力軸４の外周にクラッチ５と一体化して配置されるピニオンギヤ６と、シフトレバー７を介してクラッチ５とピニオンギヤ６を反モータ方向（図３の左方向）へ押し出す働きを有すると共に、モータ回路に接続されるメイン接点（後述する）を開閉する電磁スイッチ８等より構成される。

モータ２は、ヨーク９の内周に複数の永久磁石１０を配置して構成される界磁と、この界磁の内周に回転自在に配置される電機子１１とを有し、界磁と電機子１１との間に働く電磁力によって電機子１１に回転力を発生する周知の直流電動機である。なお、本発明に係わる電機子１１のバランス調整（動バランスの修正）については後述する。
減速装置３は、電機子１１の回転軸（電機子軸１２と呼ぶ）に形成された太陽ギヤ３ａと、衝撃吸収装置（以下に説明する）を介して回転規制される内歯ギヤ３ｂと、両ギヤ３ａ、３ｂに噛み合う遊星ギヤ３ｃとで構成される周知の遊星歯車減速装置である。

衝撃吸収装置は、センタケース１３と内歯ギヤ３ｂとの間にゴム等の弾性体（図示せず）を配置して構成され、エンジン始動時に過大トルクが内歯ギヤ３ｂに加わると、センタケース１３と内歯ギヤ３ｂとの間で弾性体が周方向に撓む（圧縮する）ことにより、内歯ギヤ３ｂの回転が許容されて、内歯ギヤ３ｂに加わる過大トルクを吸収する。
センタケース１３は、モータ２及び電磁スイッチ８が固定されるフロントハウジング１４の開口部内周に挿入され、そのフロントハウジング１４に対し回転規制されている。
出力軸４は、電機子軸１２と同軸線上に配置されて、一端側が減速装置３に連結され、他方の端部が軸受１５を介してフロントハウジング１４に回転自在に支持されている。

クラッチ５は、出力軸４に形成されたヘリカルスプライン４ａに嵌合して出力軸４上を移動可能に配置され、エンジン始動時に出力軸４の回転をピニオンギヤ６に伝達すると共に、ピニオンギヤ６がエンジンによって回された時、つまりピニオンギヤ６の回転速度が出力軸４の回転速度を上回った時に、ピニオンギヤ６の回転が出力軸４に伝わらない様に、両者間の動力伝達を遮断する一方向クラッチとして構成されている。
ピニオンギヤ６は、クラッチ５の反モータ側に配置され、クラッチ５と一体に出力軸４上を反モータ方向へ移動して、エンジンのリングギヤ１６に噛み合った後、クラッチ５を介して伝達される回転力をリングギヤ１６に伝達する。

電磁スイッチ８は、バッテリから通電される励磁コイル１７と、この励磁コイル１７の内側を可動するプランジャ１８とを備え、励磁コイル１７への通電によって電磁石が形成されると、その電磁石にプランジャ１８が吸引されてメイン接点を閉操作する。また、励磁コイル１７への通電が停止して電磁石の吸引力が消滅すると、リターンスプリング１９の反力にプランジャ１８が押し戻されて、メイン接点を開操作する。
メイン接点は、２本の外部端子２０、２１を介してモータ回路に接続される一組の固定接点２２と、プランジャ１８の動きに連動して（またはプランジャ１８と一体に）可動する可動接点２３とで構成され、この可動接点２３が一組の固定接点２２に当接して、両固定接点２２間が導通することにより閉状態となり、可動接点２３が一組の固定接点２２から離れることで開状態となる。

シフトレバー７は、レバーホルダ２４に回動自在に支持されるレバー支点部７ａを有し、このレバー支点部７ａより一端側のレバー端部７ｂが電磁スイッチ８のプランジャ１８に連結され、レバー支点部７ａより他端側のレバー端部７ｃがクラッチ５に係合して、プランジャ１８の動きをクラッチ５に伝達する。つまり、プランジャ１８が電磁石に吸引されて図３の右方向へ移動すると、プランジャ１８に連結されたレバー端部７ｂがプランジャ１８に引かれて移動することにより、クラッチ５に係合するレバー端部７ｃがレバー支点部７ａを中心に揺動して、クラッチ５を反モータ方向へ押し出す働きを有する。

続いて、スタータ１の作動を説明する。
始動スイッチ（図示せず）の閉操作により、電磁スイッチ８の励磁コイル１７に通電されて電磁石が形成されると、その電磁石にプランジャ１８が吸引されて、図３の右方向へ移動する。このプランジャ１８の移動がシフトレバー７を介してクラッチ５に伝達されると、クラッチ５がピニオンギヤ６と一体に出力軸４上を反モータ方向へ移動して、ピニオンギヤ６の端面がリングギヤ１６の端面に当接して停止する。

一方、プランジャ１８の移動によってモータ２のメイン接点が閉じると、バッテリからモータ２に給電されて、界磁に発生する電磁力を受けて電機子１１に回転力が生じる。この電機子１１の回転が減速装置３で減速されて出力軸４に伝達され、更に、出力軸４からクラッチ５を介してピニオンギヤ６に伝達されると、ピニオンギヤ６がリングギヤ１６に噛み合い可能な位置まで回転してリングギヤ１６に噛み合うことにより、ピニオンギヤ６からリングギヤ１６に回転力が伝達されて、エンジンをクランキングする。

クランキングからエンジンが完爆して、始動スイッチが開操作されると、励磁コイル１７への通電停止により電磁石の吸引力が消滅するため、リターンスプリング１９の反力でプランジャ１８が押し戻される。その結果、可動接点２３が一組の固定接点２２から離れてモータ２のメイン接点が開くことにより、バッテリからモータ２への通電が停止されて、電機子１１の回転が停止する。
また、プランジャ１８が押し戻されると、エンジン始動時と反対方向にシフトレバー７が揺動するため、クラッチ５とピニオンギヤ６が一体に出力軸４上を後退（モータ２側へ移動）して、図３に示す停止位置まで移動する。

次に、電機子１１のバランス調整について詳述する。
まず、電機子１１の構成を説明する。
電機子１１は、図１に示す様に、電機子軸１２と、この電機子軸１２の外周に圧入状態でセレーション嵌合する電機子鉄心２５と、この電機子鉄心２５に巻線される電機子コイル２６とで構成され、電機子軸１２の一端側（図１の右側）にモールド樹脂２７を介して整流子２８が設けられている。

整流子２８は、モールド樹脂２７に支持された複数の整流子片２８ａを電機子軸１２の周囲に等間隔に配置して円筒状に構成されている。各整流子片２８ａによって形成される円筒状の外周面（整流子面）には、複数のカーボンブラシ２９が配置され、ブラシスプリング（図示せず）によって整流子面に押圧されている。
整流子片２８ａは、例えば、良導体である銅によって形成され、周方向に隣合う他の整流子片２８ａとの間がモールド樹脂２７によって絶縁されている。この整流子片２８ａには、軸方向鉄心側（図１左側）の端部に径方向外側へ立ち上がる接続部２８ｂが一体に設けられ、この接続部２８ｂに電機子コイル２６が電気的且つ機械的に接続されている。

なお、電機子鉄心２５の外径をＤ１、接続部２８ｂの外径をＤ２とした時に、
Ｄ１−Ｄ２≦１０ｍｍ………………（１）
上記（１）の関係が成立している。言い換えると、接続部２８ｂの外径Ｄ２は、電機子鉄心２５の外径Ｄ１と略同じであり、両者の寸法差は１０ｍｍ以下である。
電機子１１のバランス調整は、例えば、図２に示す様に、所定の整流子片２８ａに設けられた接続部２８ｂの一部を除去して行われる（図１参照）。具体的には、接続部２８ｂの軸方向反鉄心側の端面をカッター３０（図２参照）等により削り取り、予め測定されたバランス量だけ所定の接続部２８ｂの質量を減らすことで、動バランスを修正する。

（実施例１の効果）
上記のバランス調整では、整流子片２８ａに設けられた接続部２８ｂの一部を除去して行うので、電機子鉄心２５の一部を除去する従来のバランス調整方法と比較した場合に、整流子２８側の動バランスの修正が容易である。また、接続部２８ｂを有する整流子片２８ａは、比重が大きい金属材料（例えば銅）によって形成され、且つ電機子鉄心２５の外径Ｄ１と略同じ外径Ｄ２を有する接続部２８ｂの一部を除去するので、少ない切削量で動バランスの修正が可能である。

さらに、整流子片２８ａ自体を削るのではなく、整流子片２８ａの端部に設けられた接続部２８ｂの一部を除去するので、整流性能に影響を与えることなく、整流子２８側の動バランスの修正が可能である。
また、電機子１１の磁路を形成する電機子鉄心２５を削る必要はないので、電機子鉄心２５の磁路断面積が減少することはなく、スタータ１の性能低下を招くこともない。

（変形例）
実施例１に記載した電機子１１は、複数の整流子片２８ａを電機子軸１２の周囲に円筒状に配置して構成される円筒型整流子２８を有しているが、例えば、複数の整流子片２８ａを電機子軸１２と直交する円板状に配置して構成されるサーフェイス型整流子にも本発明を適用できる。このサーフェイス型整流子では、個々の整流子片２８ａが電機子軸１２と直交して配置されるため、その整流子片２８ａの径方向外側の端部に接続部２８ｂを設けることができる。従って、径の大きい箇所で接続部２８ｂの一部を除去できるので、少ない切削量でバランス調整が可能である。

電機子の半断面図である。 電機子を整流子側から見た軸方向正面図である。 遊星減速式スタータの半断面図である。

符号の説明

１ 遊星減速式スタータ（回転電機）
１１ 電機子（回転子）
１２ 電機子軸
２５ 電機子鉄心
２６ 電機子コイル
２７ モールド樹脂
２８ 整流子
２８ａ 整流子片
２８ｂ 接続部
２９ ブラシ
３０ カッター（加工機）

Claims (6)

1. 電機子軸の一端側に整流子を備える回転電機であって、
   前記整流子は、前記電機子軸の周囲にモールド樹脂を介して等間隔に配置される複数の整流子片を有し、この整流子片の端部に電機子コイルが接続される接続部が設けられ、且つ電機子の動バランスを修正するために、前記接続部の一部が軸方向に除去されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載した回転電機において、
   前記電機子コイルが巻線される電機子鉄心の外径をＤ１、前記接続部の外径をＤ２とした時に、
   Ｄ１−Ｄ２≦１０ｍｍ………………（１）
   上記（１）の関係が成立することを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載した回転電機において、
   前記複数の整流子片は、前記電機子軸の周囲に円筒状に配置され、各整流子片によって形成される円筒状の外周面（整流子面と呼ぶ）にブラシが当接して配置され、
   前記接続部は、前記整流子片の軸方向鉄心側の端部に設けられて、前記ブラシが配置される前記整流子面の外径より径方向外側へ突出して設けられ、且つ軸方向反鉄心側の端面が一部除去されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項２に記載した回転電機において、
   前記複数の整流子片は、前記電機子軸と直交して円板状に配置され、各整流子片によって形成される円板状の端面（整流子面と呼ぶ）にブラシが軸方向から当接して配置され、 前記接続部は、前記整流子面に前記ブラシが当接する当接部より径方向外側の端部に設けられ、且つ軸方向反鉄心側の端面が一部除去されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの回転電機において、
   前記接続部の除去は、加工機による除去加工であることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの回転電機において、
   前記電機子は、遊星減速式スタータの回転子であることを特徴とする回転電機。
   

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