WO2020250600A1 - 整流子と巻線との接続構造及びそれを有するロータ、モータ、並びに整流子と巻線との接続方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a connection structure between a commutator and a winding, a rotor and a motor having the connection structure, and a connection method between the commutator and the winding.
- fusing is used to connect a metal conductor provided on the commutator (hereinafter referred to as a commutator piece) and an armature winding.
- a metal conductor provided on the commutator hereinafter referred to as a commutator piece
- an armature winding is engaged with the hook portion provided at the end of each commutator piece, and the commutator piece is energized and generated by using a resistance welding device, and the armature winding is generated by this heat generation.
- the armature winding and the hook portion of the commutator piece are solid-phase bonded by eliminating the insulating coating of the wire.
- the commutator has a through hole for inserting the shaft in the axis, and a plurality of commutator pieces are attached to the outer peripheral surface of a substrate made of resin.
- the heating temperature due to fusing is about 800 degrees, but when such a high temperature is applied to the commutator piece, the substrate is thermally damaged. As a result, the reliability of the motor may decrease.
- An object of the present disclosure is to provide a reliable connection structure between a commutator and a winding, a rotor and a motor having the same, and a method for connecting the commutator and the winding.
- the commutator-winding connection structure is a connection structure of a commutator including a plurality of conductive commutator pieces and a winding including a wound wire.
- the commutator piece has at least a straight portion and a hook portion in which the tip of the straight portion is folded back, and the winding is sandwiched between the hook portions to join the hook portion and the lead wire.
- the thickness of the winding at the joint between the winding and the hook is 60% or less of the diameter of the winding located outside the joint, and voids are formed on both sides of the winding at the joint.
- the cross-sectional area of the void is 70% or less of the cross-sectional area of the winding at the joint.
- the rotor according to the present disclosure is a rotor of a motor, in which a plurality of windings including a shaft provided so as to be rotatable around a predetermined axis and an insulating coating for covering the metal conductor and the metal conductor are respectively wound.
- An armature having a salient pole and attached and fixed to the outer peripheral surface of the shaft, and a commutator attached and fixed to the outer peripheral surface of the shaft at a predetermined distance from the armature along the longitudinal direction of the shaft.
- the commutator has at least a plurality of commutator pieces made of a metal conductor having a hook portion formed at the tip thereof, and the plurality of commutator pieces are provided at predetermined intervals in the outer peripheral direction of the commutator.
- the rotor has the above-mentioned connection structure in which the winding and at least one commutator piece are connected to each other.
- the commutator and the winding can be reliably connected, and the reliability of the joint can be ensured. Therefore, the reliability of the rotor can be improved.
- the motor according to the present disclosure includes the rotor, a stator provided at a predetermined interval on the outer side in the radial direction of the rotor, and a brush provided so as to periodically repeat contact and separation with the commutator. At least prepare.
- the commutator and the winding can be reliably connected, and the reliability of the joint can be ensured. Therefore, the reliability of the motor can be improved and the rotational torque can be increased.
- the method of connecting the commutator and the winding is a method of connecting a commutator having a commutator piece and a winding including a metal conductor and an insulating film covering the metal conductor, and the commutator piece.
- the horn is brought into contact with the outer surface of the hook part, and the hook part is pressed by the horn while applying ultrasonic waves of a predetermined power to the horn to remove the insulating film inside the hook part.
- an ultrasonic joining step of solid-phase joining the commutator piece and the metal conducting wire is provided, and in the winding arrangement step, the radius of curvature of the folded portion of the hook portion is smaller than the radius of the winding.
- connection structure between the commutator and the winding of the present disclosure the commutator and the winding can be reliably connected and the reliability of the joint can be ensured.
- a highly reliable rotor can be realized.
- the motor of the present disclosure a highly reliable motor can be realized and the rotational torque of the motor can be increased.
- the method of connecting the commutator and the winding of the present disclosure the commutator and the winding can be reliably connected and the reliability of the joint can be ensured.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the motor according to the embodiment.
- the motor 200 includes a frame 10, an end plate (base 21, through hole 22, brush holding portion 23, bearing holding portion 24), bearings 111 and 112, a rotor 30, a stator 100, and a brush 90. And have.
- the radial direction of the motor 200 or the rotor 30 is referred to as a "diameter direction”
- the outer peripheral direction is referred to as a “circumferential direction”
- the extending direction of the shaft 40 is referred to as an "axial direction”.
- the central side of the motor 200 may be referred to as a radial inner side, and the outer peripheral side may be referred to as a radial outer side.
- the side to which the end plate is attached may be referred to as an upper side or an upper side, and the opposite side may be referred to as a lower side or a lower side, respectively.
- the frame 10 is a bottomed semi-cylindrical metal member having an opening at the top.
- the end plate is a plate-shaped member formed by molding a resin material.
- the end plate is formed on a substantially disc-shaped base 21, a through hole 22 provided in the center of the base 21, a brush holding portion 23 formed on the inner side surface of the base 21, and an outer surface of the base 21. It has a bearing holding portion 24.
- the end plate is arranged on the frame 10 so as to cover the opening.
- the rotor 30 is housed in a space partitioned by the frame 10 and the end plate.
- the shaft 40 is inserted through a through hole 22 of the end plate 20 and projects from the end plate to the outside of the frame 10, and is rotatably supported by bearings 111 and 112.
- the rotor 30 has a shaft 40, an armature 50, a commutator 60, and an insulator 80.
- the armature 50 has an armature core 51, a plurality of salient poles 52, and an armature winding 53.
- the armature 50 is attached and fixed to the outer peripheral surface of the shaft 40 by press-fitting the shaft 40 into a through hole (not shown) provided in the axial center of the armature core 51.
- the armature core 51 is provided with a plurality of salient poles 52 projecting outward in the radial direction at predetermined intervals in the circumferential direction.
- An armature winding 53 is wound around the armature core 51 via an insulator 80 made of an insulating resin around each of the plurality of salient poles 52.
- An armature winding 53 drawn from the armature core 51 is connected to the commutator 60.
- the armature core 51 and the salient pole 52 are formed by punching a plurality of laminated electromagnetic steel sheets, and form a magnetic path through which the magnetic flux generated in the armature winding 53 passes.
- the shaft 40 is provided at the axial center of the rotor 30 and is connected to the armature core 51 and the commutator 60 through the centers thereof. In FIG. 1, for convenience of explanation, the connection portion between the commutator 60 and the armature winding 53 is not shown.
- the commutator 60 is attached and fixed to the outer peripheral surface of the shaft 40 at a predetermined distance from the armature 50 along the axial direction. The structure of the commutator 60 will be described later.
- the stator 100 is composed of a frame 10 and a plurality of permanent magnets 101 arranged on the inner peripheral surface of the frame 10 at predetermined intervals in the circumferential direction.
- the permanent magnets 101 adjacent to each other in the circumferential direction are arranged so as to have different polarities from each other.
- the frame 10 also functions as a yoke that constitutes a magnetic circuit with the permanent magnet 101.
- the brush 90 is configured by impregnating a carbon brush material such as graphite with a solid lubricant.
- the brush 90 is held in the brush holding portion 23 provided on the inner side surface of the end plate 20.
- the brush 90 is pressed against the commutator 60 by a brush spring (not shown).
- Power is supplied to the motor 200 from the outside via an electric wire (not shown) drawn from an electric wire outlet (not shown) provided on the end plate.
- the armature current flows through the armature winding 53 via the brush 90 and the commutator 60.
- a rotational torque is generated in the rotor 30 due to an interaction between the magnetic field generated by the permanent magnet 101 of the stator 100 and the magnetic field generated by the armature current flowing through the armature winding 53.
- the shaft 40 is supported by bearings 111 and 112. The rotational torque passes through the axis of the shaft 40.
- the shaft 40 rotates about an axis extending in the axial direction.
- the brush 90 and the commutator 60 periodically repeat contact and separation.
- the direction of the armature current flowing through the armature winding 53 is changed in response to this periodic cycle.
- the shaft 40 continuously rotates in the clockwise direction or the counterclockwise direction.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the commutator 60 of the motor 200 according to the embodiment.
- the commutator 60 has a base 61, a plurality of commutator pieces 70, and a metal tube 62.
- the base 61 has a through hole 61a for inserting the shaft 40 into the axis.
- the substrate 61 is made of resin.
- the metal tube 62 is a cylindrical member attached along the inner peripheral surface of the through hole 61a. By press-fitting the shaft 40 into the metal tube 62, the commutator 60 is attached and fixed to the outer peripheral surface of the shaft 40.
- the plurality of commutator pieces 70 are provided on the outer peripheral surface of the substrate 61 at predetermined intervals in the circumferential direction.
- the commutator piece 70 is made of a metal conductor such as copper.
- the commutator piece 70 has a straight line portion 71, a hook portion 72, and an anchor portion 73.
- the longitudinal direction of the straight portion 71 is the axial direction.
- the inner surface of the straight portion 71 is embedded in the substrate 61.
- the hook portion 72 is formed by folding back the tip of the straight portion 71.
- the armature winding 53 is housed inside the hook portion 72, and the armature winding 53 and the commutator piece 70 are connected to each other.
- the anchor portion 73 extends radially inward from the straight portion 71.
- the tips of the anchor portions 73 extend vertically in the axial direction.
- the metal member may be integrally molded to form the straight portion 71, the hook portion 72, and the anchor portion 73. After the tip of the metal plate is folded back to form the straight portion 71 and the hook portion 72, the anchor portion 73 may be joined to the straight portion 71.
- the commutator 60 is formed by arranging the plurality of commutator pieces 70 and the metal tube 62 at predetermined positions and then molding them with resin. At this time, the commutator piece 70 is held and fixed to the base 61 by engaging the anchor portion 73 with the base 61.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the armature winding 53 of the motor 200 according to the embodiment.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a connection structure between the commutator piece 70 of the motor 200 and the armature winding 53 according to the embodiment.
- the armature winding 53 is provided with an insulating coating 53b on the surface of a metal lead wire 53a having a circular cross section.
- the armature winding 53 is a wire rod having a diameter D.
- the insulating coating 53b for example, enamel or the like is used.
- the insulating coating 53b is not particularly limited to this, and other insulating resin materials may be used.
- the material of the metal lead wire 53a is preferably a material having a low resistivity such as copper, a copper-based alloy, aluminum, or an aluminum-based alloy.
- the armature winding 53 is sandwiched between the hook portions 72.
- the hook portion 72 is folded back at the folded-back portion 72a, and the tip portion is in contact with the outer surface of the straight portion 71.
- the hook portion 72 is bent so that the angle ⁇ formed by the straight portion 71 and the tip portion of the hook portion 72 is 10 degrees or less.
- the hook portion 72 With the armature winding 53 housed inside the hook portion 72, the hook portion 72 is pressed toward the straight portion 71. Therefore, the armature winding 53 is deformed at the joint portion 74 between the armature winding 53 and the hook portion 72.
- the thickness E of the joint portion 74 is 60% or less of the diameter D of the armature winding 53 shown in FIG.
- gaps 75 are formed on both sides of the armature winding 53.
- the cross-sectional area of the gaps 75 on both sides of the joint 74 is 70% or less of the cross-sectional area of the armature winding 53 at the joint 74.
- the gap 75 is provided so as to accommodate the insulating coating 53b removed from the armature winding 53 after the ultrasonic bonding step described later is completed.
- the insulating coating 53b of the armature winding 53 is removed, and the metal lead wire 53a and the hook portion 72 are solid-phase bonded to each other.
- a plurality of irregularities 72c are formed on the outer surface 72b of the hook portion 72 along the circumferential direction, which will be described later.
- FIG. 5A is an explanatory diagram of a winding arrangement process in the connection process between the commutator piece and the armature winding.
- FIG. 5B is an explanatory diagram of an ultrasonic bonding step following the step shown in FIG. 5A.
- FIG. 6 is a schematic view of the commutator piece and armature winding after ultrasonic bonding as viewed from the radial direction.
- the anchor portion 73 is not shown in FIGS. 5A and 5B.
- the armature winding 53 is arranged inside the hook portion 72 so as to intersect the longitudinal direction of the commutator piece 70 (winding arrangement step). At this point, the tip portion of the hook portion 72 is not in contact with the straight portion 71.
- the hook portion 72 is folded so that the radius of curvature R of the folded portion 72a is smaller than the radius D / 2 of the armature winding 53. Therefore, the armature winding 53 does not abut on the inner surface of the folded portion 72a, and the armature winding 53 is arranged at a predetermined distance from the folded portion 72a. It is preferable that the radius of curvature R of the folded portion 72a is 60% or less of the radius D / 2 of the armature winding 53.
- the horn 300 is brought into contact with the outer surface 72b of the hook portion 72. Further, ultrasonic waves having a predetermined power are applied to the horn 300. At the same time as or prior to the application of ultrasonic waves, the hook portion 72 is pressed toward the straight portion 71 by the horn 300. When ultrasonic waves are applied to the horn 300, friction is generated between the hook portion 72 and the armature winding 53 in the longitudinal direction of the commutator piece 70, that is, in the direction intersecting the armature winding 53. .. As shown in FIG. 5, the horn 300 hits the hook portion 72, ultrasonic vibration is transmitted from the horn 300 to the hook portion 72, and the hook portion 72 vibrates, so that friction is generated between the armature winding 53 and the hook portion 72. Occurs.
- the insulating coating 53b on the surface is removed and the metal lead wire 53a is exposed. Further, the metal lead wire 53a and the hook portion 72 are solid-phase bonded to each other (ultrasonic bonding step). In this way, the commutator piece 70 and the armature winding 53 are connected.
- a plurality of irregularities 72c extending along the lateral direction of the commutator piece 70 are formed on the outer surface 72b of the hook portion 72.
- the plurality of irregularities 72c are formed at predetermined intervals in the longitudinal direction of the commutator piece 70.
- the unevenness 72c is a transfer of the shape of the tip surface of the horn 300.
- the unevenness 72c is a transfer of the shape of the tip surface of the horn 300.
- friction is generated between the hook portion 72 and the armature winding 53 in the longitudinal direction of the commutator piece 70 rather than in the lateral direction of the commutator piece 70. It was found that the insulating coating 53b was removed more reliably at the joint portion 74. The contact surface between the hook portion 72 and the armature winding 53 extends along the lateral direction of the commutator piece 70. It is considered that the friction at the contact surface becomes stronger by causing friction in the direction intersecting with this, that is, in the longitudinal direction of the commutator piece 70.
- the shape of the horn 300 is not limited to the shape shown in FIG. 5B, and may be another shape.
- the commutator piece 70 has a shape that prevents the commutator piece 70 from bending inward in the radial direction and deforming.
- the shape of the horn 300 is preferably such that the hook portion 72 does not bend more than necessary so that the armature winding 53 is not crushed and broken.
- the armature winding 53 is connected to the commutator 60 at a plurality of locations, and the number of connections thereof is appropriately determined according to the specifications of the motor 200 and the like.
- connection structure is a connection structure between a commutator 60 including a plurality of conductive commutator pieces 70 and an armature winding 53 including a wound conductor wire.
- the plurality of commutator pieces 70 have at least a straight portion 71 and a hook portion 72 in which the tip of the straight portion 71 is folded back.
- the armature winding 53 is sandwiched between the hook portions 72 to join the hook portion 72 and the metal lead wire 53a, and the thickness of the armature winding 53 at the joint portion 74 between the armature winding 53 and the hook portion 72. Is 60% or less of the diameter D of the armature winding 53 located outside the joint portion 74.
- gaps 75 are formed on both sides of the armature winding 53, and in cross-sectional view, the cross-sectional area of the gaps 75 on both sides of the joint portion 74 is the cross-sectional area of the armature winding 53 in the joint portion 74. It is 70% or less.
- the insulating coating 53b of the armature winding 53 is removed at the joint portion 74, and the metal lead wire 53a and the hook portion 72 are solid-phase bonded to each other.
- gaps 75 are formed on both sides of the armature winding 53 so that the commutator piece 70 is removed at the time of ultrasonic bonding.
- the insulating coating 53b is extruded into the gap 75. This makes it possible to prevent the insulating coating 53b from interposing at the junction interface between the commutator piece 70 and the metal lead wire 53a. It is possible to secure a bonding area at the bonding interface and suppress an increase in resistance at the bonding portion 74. Therefore, the reliability of the joint portion 74 can be ensured.
- the insulating coating 53b can be reliably extruded into the gap 75. Therefore, the reliability of the joint portion 74 can be ensured.
- the heat load applied to the commutator 60 or the armature winding 53 can be reduced as compared with bonding by fusing. As a result, it is possible to prevent the base 61 of the commutator 60 from being thermally damaged and the reliability of the rotor 30 and the motor 200 from being lowered. Even if the wire diameter of the armature winding 53 becomes long, it can be reliably connected to the commutator 60.
- the angle ⁇ formed by the straight portion 71 and the tip portion of the hook portion 72 is preferably 10 degrees or less.
- the commutator piece 70 and the armature winding 53 can be reliably connected, and the reliability of these joints 74 can be ensured.
- a plurality of irregularities 72c extending along the lateral direction of the commutator piece 70 and in the longitudinal direction of the commutator piece 70 at predetermined intervals are formed. ing.
- the insulating coating 53b removed from the armature winding 53 is surely placed in the gap 75 due to the friction generated in the longitudinal direction of the commutator piece 70, that is, the direction intersecting the armature winding 53. Extruded. Therefore, it is possible to prevent the insulating coating 53b from interposing at the bonding interface between the commutator piece 70 and the metal lead wire 53a. Therefore, the reliability of the joint portion 74 can be further improved.
- metal lead wire 53a and the commutator piece 70 may be made of different materials.
- the metal lead wire 53a of the armature winding 53 may be formed of an aluminum alloy instead of copper or a copper alloy.
- the commutator piece 70 since the commutator piece 70 repeatedly contacts and separates from the brush 90, it is necessary to improve heat resistance, and copper or a copper-based alloy having a higher melting point than aluminum is often used. In such a case, since the melting point of aluminum and the melting point of copper differ by 400 degrees or more, it is impossible to join the commutator piece 70 and the armature winding 53 by fusing.
- the commutator piece 70 and the armature winding 53 are connected by ultrasonic bonding. Therefore, even when the melting points of the metal lead wire 53a and the commutator piece 70 are significantly different, they can be reliably joined and the reliability of the joining portion 74 can be improved.
- an armature winding 53 including a shaft 40 rotatably provided around a predetermined axis and an insulating coating 53b covering the metal lead wire 53a and the metal lead wire 53a is wound around each of them.
- An armature 50 having a plurality of salient poles 52 and attached and fixed to the outer peripheral surface of the shaft 40, and attached to the outer peripheral surface of the shaft 40 at a predetermined distance from the armature 50 along the longitudinal direction of the shaft 40. It includes at least a fixed commutator 60.
- the commutator 60 has at least a plurality of commutator pieces 70 made of a metal conductor having a hook portion 72 formed at the tip thereof, and the plurality of commutator pieces 70 are provided at predetermined intervals in the outer peripheral direction of the commutator 60.
- the rotor 30 has the above-mentioned connection structure in which the armature winding 53 and at least one commutator piece 70 are connected to each other.
- the armature winding 53 and the commutator 60 can be connected with high reliability and reliability. As a result, the reliability of the rotor 30 can be improved.
- the motor 200 according to the present embodiment is provided so as to periodically repeat contact and separation between the rotor 30, the stator 100 provided on the outer side in the radial direction of the rotor 30 at a predetermined interval, and the commutator 60. It has at least a brush 90.
- the armature winding 53 and the commutator 60 can be connected with high reliability and reliability, and the reliability of the motor 200 can be improved.
- the armature current can be increased by lengthening the diameter D of the armature winding 53 as compared with joining by fusing. As a result, the magnetic field generated in the armature winding 53 can be increased, so that the rotational torque of the motor 200 can be increased.
- the method of connecting the commutator 60 and the armature winding 53 according to the present disclosure is a winding arrangement in which the armature winding 53 is arranged inside the hook portion 72 at a predetermined distance from the folded portion 72a of the hook portion 72.
- the horn 300 is brought into contact with the outer surface 72b of the hook portion 72, and the hook portion 72 is pressed by the horn 300 while applying ultrasonic waves of a predetermined power to the horn 300, thereby forming the inside of the hook portion 72.
- It includes at least an ultrasonic bonding step of removing the insulating coating 53b and solid-phase bonding the commutator piece 70 and the metal lead wire 53a.
- the commutator piece 70 is made of a metal conductor, and has at least a straight portion 71 and a hook portion 72 in which the tip of the straight portion 71 is folded back.
- gaps 75 can be formed on both sides of the armature winding 53 inside the hook portion 72.
- the insulating coating 53b can be extruded into the gap 75 at the time of ultrasonic bonding. Therefore, it is possible to prevent the insulating coating 53b from interposing at the bonding interface between the commutator piece 70 and the metal lead wire 53a, and to improve the reliability of the bonding portion 74.
- the radius of curvature R of the folded portion 72a of the hook portion 72 is preferably smaller than the radius D / 2 of the armature winding 53. It is more preferable that the radius of curvature R of the folded portion 72a is 60% or less of the radius D / 2 of the armature winding 53.
- the gap 75 is surely formed between the folded-back portion 72a of the hook portion 72 and the armature winding 53 without specially positioning the armature winding 53 inside the hook portion 72. be able to. Further, as disclosed in Patent Document 1, it is not necessary to complicate the structure of the hook portion 72, and it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the commutator 60 and thus the motor 200.
- the armature winding 53 can be automatically positioned inside the hook portion 72 without using a jig or a measuring instrument, the armature winding 53 can be easily and reliably connected to the horn 300 in the ultrasonic bonding process. Can be pressed against the contact portion between the armature and the commutator piece 70. As a result, the armature winding 53 and the commutator piece 70 can be reliably connected. In addition, it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost of the motor 200.
- the cross section of the metal lead wire 53a is not limited to a circle, and may be an ellipse, a quadrangle, or a polygon larger than that.
- the insulating coating 53b provided on the armature winding 53 is not limited to a one-layer structure, and may have a structure of two or more layers.
- each component constituting the motor 200 in the frame 10 is not particularly limited to the position shown in FIG.
- the bearing 111 may be housed inside the frame 10.
- connection structure between the commutator and the winding of the present disclosure can prevent the insulating coating provided on the winding from intervening at the joint between the commutator and the winding, and securely connects the commutator and the winding. In addition to being able to ensure the reliability of the joint, it is useful for application to motors used in in-vehicle applications or industrial applications.
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Abstract
導電性の複数の整流子片を有する整流子と金属導線の表面に絶縁被膜が設けられてなる電機子巻線との接続構造である。整流子片は、直線部と直線部の先端が折り返されたフック部とを有している。電機子巻線は、フック部に挟み込まれてフック部と金属導線とが接合されている。電機子巻線とフック部との接合部における電機子巻線の厚さは、電機子巻線の直径の60%以下である。接合部において電機子巻線の両側には空隙が形成されており、断面視で、空隙の断面積は電機子巻線の断面積の70%以下である。
Description
本開示は、整流子と巻線との接続構造及びそれを有するロータ、モータ、並びに整流子と巻線との接続方法に関する。
従来、整流子を有するブラシ付きモータにおいて、整流子に設けられた金属導体(以下、整流子片という)と電機子巻線とを接続するのにヒュージングが用いられている。具体的には、各整流子片の端部に設けられたフック部に電機子巻線を係合し、抵抗溶接装置を用いて整流子片に通電して発熱させ、この発熱によって電機子巻線の絶縁被膜を消失させて、電機子巻線と整流子片のフック部とを固相接合している。
ヒュージングにおける加熱時間を抑制し、電機子巻線を整流子片に確実に接合するために、フック部の内周面に凸部を設け、この凸部に電機子巻線を当接させて圧接する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、近年、モータの回転トルクを高めることが要求されている。このような場合、電機子巻線で発生させる磁界を強めるために、電機子巻線に流れる電機子電流を大きくする必要がある。その際、電機子巻線の信頼性を維持するために、電機子巻線の直径を長くして、電機子巻線に流れる電流密度を低めている。
しかし、電機子巻線の直径が長くなると、ヒュージングの際に電機子巻線を介して熱が逃げやすくなり、接合部を所望の温度に加熱することが難しくなっていた。
通常、整流子は、軸心にシャフトを挿通するための貫通孔を有し、樹脂で形成された基体の外周面に、複数の整流子片が取り付けられて構成される。電機子巻線が銅線で、整流子片が銅からなる場合、ヒュージングによる加熱温度は800度程度となるが、このように高い温度が整流子片に加えられると、基体が熱的ダメージを受け、モータの信頼性が低下するおそれがあった。
そこで、超音波接合により電機子巻線と整流子片とを接続する方法が検討されている。しかし、特許文献1に開示される従来の構成では、電機子巻線と整流子片との接触面積が小さくなってしまう。このため、絶縁被膜を十分に除去して電機子巻線と整流子片とを確実に接続させることが難しかった。
本開示はかかる点に鑑みてなされたものである。本開示の目的は、信頼性が担保された整流子と巻線との接続構造及びそれを有するロータ、モータ、並びに整流子と巻線との接続方法を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本開示に係る整流子と巻線との接続構造は、導電性の複数の整流子片を含む整流子と、巻き回された導線を含む巻線との接続構造であって、整流子片は、直線部と、直線部の先端が折り返されてなるフック部と、を少なくとも有しており、巻線は、フック部に挟み込まれてフック部と導線とが接合されており、巻線とフック部との接合部における巻線の厚さは、接合部以外に位置する巻線の直径の60%以下であり、接合部において巻線の両側には空隙が形成されており、空隙の断面積は接合部における巻線の断面積の70%以下である。
この構成によれば、巻線に設けられた絶縁被膜が整流子と巻線との接合部に介在するのを防止でき、整流子と巻線とを確実に接続できる。したがって、接合部の信頼性を担保できる。
本開示に係るロータは、モータのロータであって、所定の軸線回りに回転可能に設けられたシャフトと、金属導線と金属導線を被覆する絶縁被膜とを含む巻線がそれぞれ巻回された複数の突極を有し、シャフトの外周面に取り付け固定された電機子と、シャフトの長手方向に沿って電機子と所定の間隔をあけてシャフトの外周面に取り付け固定された整流子と、を少なくとも備え、整流子は、先端にフック部が形成された金属導体からなる複数の整流子片を少なくとも有し、複数の整流子片は整流子の外周方向に所定の間隔をあけて設けられており、ロータは、巻線と少なくとも1つの整流子片とが互いに接続されて、上記の接続構造を有している。
この構成によれば、整流子と巻線とを確実に接続できるとともに、接合部の信頼性を担保できる。このため、ロータの信頼性を高められる。
本開示に係るモータは、上記ロータと、ロータの半径方向外側に所定の間隔をあけて設けられたステータと、整流子と接触と離間とを周期的に繰り返すように設けられたブラシと、を少なくとも備える。
この構成によれば、整流子と巻線とを確実に接続できるとともに、接合部の信頼性を担保できる。このため、モータの信頼性を高められるとともに、回転トルクが高められる。
本開示に係る整流子と巻線との接続方法は、整流子片を有する整流子と、金属導線と金属導線を被覆する絶縁被膜とを含む巻線との接続方法であって、整流子片は金属導体からなり、直線部と直線部の先端が折り返されてなるフック部とを少なくとも有しており、フック部の折り返し部分と所定の間隔をあけてフック部の内側に巻線を配置する巻線配置工程と、フック部の外側面にホーンを当接させるとともに、ホーンに所定のパワーの超音波を印加しながらホーンによりフック部を押圧することで、フック部の内側で絶縁被膜を除去するとともに整流子片と金属導線とを固相接合する超音波接合工程と、を少なくとも備え、巻線配置工程において、フック部の折り返し部分の曲率半径は巻線の半径よりも小さい。
この方法によれば、巻線に設けられた絶縁被膜が整流子と巻線との接合部に介在するのを防止でき、整流子と巻線とを高信頼性かつ確実に接続できる。
本開示の整流子と巻線との接続構造によれば、整流子と巻線とを確実に接続できるとともに、接合部の信頼性を担保できる。本開示のロータによれば、高信頼性のロータを実現できる。本開示のモータによれば、高信頼性のモータを実現できるとともに、モータの回転トルクを高められる。本開示の整流子と巻線との接続方法によれば、整流子と巻線とを確実に接続できるとともに、接合部の信頼性を担保できる。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
(実施形態)
[モータの構成]
図1は、実施形態に係るモータの断面模式図である。図1において、モータ200は、フレーム10と、エンドプレート(基部21、貫通孔22、ブラシ保持部23、軸受保持部24)と、軸受111,112と、ロータ30と、ステータ100と、ブラシ90とを備えている。なお、以降の説明において、モータ200またはロータ30の半径方向を「径方向」と、外周方向を「周方向」と、シャフト40の延びる方向を「軸方向」とそれぞれ呼ぶ。また、径方向において、モータ200の中心側を径方向内側と、外周側を径方向外側と呼ぶことがある。また、軸方向において、エンドプレートが取り付けられた側を上側または上と、その反対側を下側または下とそれぞれ呼ぶことがある。
[モータの構成]
図1は、実施形態に係るモータの断面模式図である。図1において、モータ200は、フレーム10と、エンドプレート(基部21、貫通孔22、ブラシ保持部23、軸受保持部24)と、軸受111,112と、ロータ30と、ステータ100と、ブラシ90とを備えている。なお、以降の説明において、モータ200またはロータ30の半径方向を「径方向」と、外周方向を「周方向」と、シャフト40の延びる方向を「軸方向」とそれぞれ呼ぶ。また、径方向において、モータ200の中心側を径方向内側と、外周側を径方向外側と呼ぶことがある。また、軸方向において、エンドプレートが取り付けられた側を上側または上と、その反対側を下側または下とそれぞれ呼ぶことがある。
フレーム10は、上部に開口を有する有底半筒状の金属部材である。エンドプレートは、樹脂材料を成形してなる板状部材である。エンドプレートは、実質的に円板状の基部21と、基部21の中心に設けられた貫通孔22と、基部21の内側面に形成されたブラシ保持部23と、基部21の外側面に形成された軸受保持部24とを有している。
エンドプレートは、開口を覆うようにフレーム10に配設されている。フレーム10とエンドプレートとで区画される空間にロータ30が収容されている。シャフト40はエンドプレート20の貫通孔22に挿通されてエンドプレートからフレーム10の外側に突出しており、軸受111,112によって回転自在に支持されている。
ロータ30は、シャフト40と、電機子50と、整流子60と、インシュレータ80とを有している。電機子50は、電機子コア51と複数の突極52と電機子巻線53とを有している。電機子コア51の軸心に設けられた貫通孔(図示せず)にシャフト40が圧入されることで、電機子50がシャフト40の外周面に取り付け固定されている。
電機子コア51には、径方向外側に突出する複数の突極52が周方向に所定の間隔をあけて配設されている。電機子コア51には、複数の突極52のそれぞれに絶縁性樹脂からなるインシュレータ80を介して電機子巻線53が巻回されている。整流子60には、電機子コア51から引き出された電機子巻線53が接続されている。電機子コア51及び突極52は、積層された複数の電磁鋼板を打ち抜き加工して形成され、電機子巻線53で発生した磁束が通過する磁路を構成している。シャフト40はロータ30の軸心に設けられ、電機子コア51及び整流子60の中心を貫通してこれらに連結されている。なお、図1において、説明の便宜上、整流子60と電機子巻線53の接続部分については、図示を省略している。
整流子60は、軸方向に沿って電機子50と所定の間隔をあけてシャフト40の外周面に取り付け固定されている。整流子60の構造については後で述べる。
ステータ100は、フレーム10と、周方向に所定の間隔でフレーム10の内周面に配設された複数の永久磁石101とで構成されている。周方向に隣り合う永久磁石101は互いに極性が異なるように配設されている。フレーム10は、永久磁石101と磁気回路を構成するヨークとしても機能する。
ブラシ90は、黒鉛等のカーボンブラシ材に固体潤滑剤を含ませて構成されている。ブラシ90は、エンドプレート20の内側面に設けられたブラシ保持部23内に保持される。ブラシ90は、ブラシバネ(図示せず)によって整流子60へと押圧されている。
以上のように構成されたモータ200の動作について説明する。
エンドプレートに設けられた電線引出口(図示せず)から引き出された電線(図示せず)を介して外部からモータ200に電力を供給する。これにより、電機子電流がブラシ90及び整流子60を介して電機子巻線53に流れる。ステータ100の永久磁石101で発生した磁界と、電機子巻線53を流れる電機子電流により発生する磁界との間で相互作用が生じてロータ30に回転トルクが発生する。シャフト40が軸受111,112に支持されている。回転トルクがシャフト40の軸心を通る。シャフト40が軸方向に延びる軸線回りに回転する。シャフト40の回転に応じて、ブラシ90と整流子60とは接触と離間とを周期的に繰り返す。この周期的な周期に対応して電機子巻線53を流れる電機子電流の向きが変更される。このことにより、シャフト40は時計回り方向または反時計回り方向に連続して回転する。
[整流子の構成]
図2は、実施形態に係るモータ200の整流子60の断面模式図である。整流子60は、基体61と、複数の整流子片70と、金属管62とを有している。
図2は、実施形態に係るモータ200の整流子60の断面模式図である。整流子60は、基体61と、複数の整流子片70と、金属管62とを有している。
基体61は、軸心にシャフト40を挿通するための貫通孔61aを有している。基体61は、樹脂で形成されている。金属管62は貫通孔61aの内周面に沿って取り付けられた円筒状の部材である。金属管62にシャフト40が圧入されることで、整流子60がシャフト40の外周面に取り付け固定される。
複数の整流子片70は、周方向に所定の間隔をあけて基体61の外周面に設けられている。整流子片70は、銅等の金属導体からなる。整流子片70は、直線部71と、フック部72と、アンカー部73とを有している。
直線部71は、長手方向が軸方向である。直線部71の内側面が基体61に埋設されている。フック部72は、直線部71の先端が折り返されてなる。後述するように電機子巻線53がフック部72の内側に収容されて電機子巻線53と整流子片70とが接続される。アンカー部73は、直線部71から径方向内側に延びる。アンカー部73の先端が軸方向の上下にそれぞれ延びている。金属部材を一体成形して直線部71及びフック部72とアンカー部73とを形成するようにしてもよい。金属の板材の先端を折り返して直線部71とフック部72とを形成した後に、アンカー部73を直線部71に接合するようにしてもよい。
複数の整流子片70と金属管62を所定の位置に配置した後に樹脂でモールドすることで、整流子60が形成される。この際、アンカー部73が基体61に係合することで、整流子片70が基体61に保持固定される。
[整流子と電機子巻線との接続構造]
図3は、実施形態に係るモータ200の電機子巻線53の断面模式図である。図4は、実施形態に係るモータ200の整流子片70と電機子巻線53との接続構造を示す断面模式図である。
図3は、実施形態に係るモータ200の電機子巻線53の断面模式図である。図4は、実施形態に係るモータ200の整流子片70と電機子巻線53との接続構造を示す断面模式図である。
図3に示すように、電機子巻線53は、断面が円形状の金属導線53aの表面に絶縁被膜53bが設けられてなる。電機子巻線53は、直径Dの線材である。絶縁被膜53bは、例えば、エナメル等が用いられる。しかし、絶縁被膜53bは、特にこれに限定されず、他の絶縁性樹脂材料を用いてもよい。金属導線53aの材質は、銅、銅系合金、アルミ、またはアルミ系合金等の低抵抗率の材料であるのが好ましい。
図4に示すように、電機子巻線53はフック部72に挟み込まれている。フック部72は折り返し部分72aで折り返されて、先端部分が直線部71の外側面に当接している。断面視で、直線部71とフック部72の先端部分とがなす角度θが10度以下となるようにフック部72が折り曲げられている。
フック部72の内側に電機子巻線53が収容された状態で、フック部72が直線部71に向かって押圧される。このため、電機子巻線53とフック部72との接合部74において、電機子巻線53は変形している。接合部74の厚さEが図3に示す電機子巻線53の直径Dの60%以下となっている。
接合部74において電機子巻線53の両側に空隙75が形成されている。断面視で、接合部74の両側の空隙75の断面積が、接合部74における電機子巻線53の断面積の70%以下となっている。
空隙75は、後で述べる超音波接合工程の終了後に、電機子巻線53から除去された絶縁被膜53bを収容可能に設けられている。
整流子片70との接触部分において、電機子巻線53の絶縁被膜53bが除去されており、金属導線53aとフック部72とが互いに固相接合されている。
フック部72の外側面72bには、周方向に沿って複数の凹凸72cが形成されているが、これについては後で述べる。
[整流子と電機子巻線との接続方法]
図5Aは、整流子片と電機子巻線との接続工程における巻線配置工程の説明図である。図5Bは、図5Aに示す工程に続く超音波接合工程の説明図である。図6は、超音波接合後の整流子片及び電機子巻線を径方向から見た模式図である。なお、説明の便宜上、図5A,5Bにおいてアンカー部73の図示を省略している。
図5Aは、整流子片と電機子巻線との接続工程における巻線配置工程の説明図である。図5Bは、図5Aに示す工程に続く超音波接合工程の説明図である。図6は、超音波接合後の整流子片及び電機子巻線を径方向から見た模式図である。なお、説明の便宜上、図5A,5Bにおいてアンカー部73の図示を省略している。
図5Aに示すように、整流子片70の長手方向と交差するように、フック部72の内側に電機子巻線53を配置する(巻線配置工程)。なお、この時点で、フック部72の先端部分は直線部71に当接していない。フック部72は、その折り返し部分72aの曲率半径Rが電機子巻線53の半径D/2よりも小さくなるように折り返されている。このため、電機子巻線53は折り返し部分72aの内側面には当接せず、電機子巻線53は折り返し部分72aと所定の間隔をあけて配置される。なお、折り返し部分72aの曲率半径Rが電機子巻線53の半径D/2の60%以下となるようにするのが好ましい。
次に、図5Bに示すように、ホーン300をフック部72の外側面72bに当接させる。さらにホーン300に所定のパワーの超音波を印加する。超音波の印加と同時に、あるいはそれに先だって、ホーン300によりフック部72を直線部71に向けて押圧する。ホーン300に超音波が印加されることで、フック部72と電機子巻線53との間には、整流子片70の長手方向、つまり、電機子巻線53と交差する方向に摩擦が生じる。図5のように、ホーン300がフック部72に当たり、ホーン300からフック部72へ超音波振動を伝え、フック部72が振動することで、電機子巻線53とフック部72の間で摩擦が生じる。
これにより、電機子巻線53のうち、フック部72に当接した部分では、表面の絶縁被膜53bが除去されて金属導線53aが露出する。さらに、金属導線53aとフック部72とが互いに固相接合される(超音波接合工程)。このようにして、整流子片70と電機子巻線53とが接続される。
図6に示すように、超音波接合工程終了後に、フック部72の外側面72bには、整流子片70の短手方向に沿って延びる複数の凹凸72cが形成されている。複数の凹凸72cは、整流子片70の長手方向に所定の間隔をあけて形成されている。
凹凸72cは、ホーン300の先端面の形状が転写されたものである。言い換えると、ホーンの先端面300をこのような凹凸形状とすることで、フック部72と電機子巻線53との間で電機子巻線53と交差する方向に摩擦を生じさせることができる。
本願発明者等の検討によれば、フック部72と電機子巻線53との間では、整流子片70の短手方向に摩擦を生じさせるよりも整流子片70の長手方向に摩擦を生じさせるほうが、接合部74において絶縁被膜53bがより確実に除去されることがわかった。フック部72と電機子巻線53との当接面が整流子片70の短手方向に沿って延びている。これと交差する方向、つまり、整流子片70の長手方向に摩擦を生じさせることで、当該当接面での摩擦がより強くなるためと考えられる。
ホーン300の形状は図5Bに示す形状に限られず、他の形状であってもよい。ホーン300でフック部72を押圧する際に、整流子片70が径方向内側に折れ曲がって変形するのを防止するような形状であることが好ましい。電機子巻線53が押し潰されて断線しないように、ホーン300の形状はフック部72が必要以上に折れ曲がらないような形状とするのが好ましい。
電機子巻線53は、整流子60と複数箇所で接続され、その接続個数は、モータ200の仕様等により適宜決定される。
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係る接続構造は、導電性の複数の整流子片70を含む整流子60と、巻き回された導線を含む電機子巻線53との接続構造であって、複数の整流子片70は、直線部71と直線部71の先端が折り返されてなるフック部72とを少なくとも有している。
以上説明したように、本実施形態に係る接続構造は、導電性の複数の整流子片70を含む整流子60と、巻き回された導線を含む電機子巻線53との接続構造であって、複数の整流子片70は、直線部71と直線部71の先端が折り返されてなるフック部72とを少なくとも有している。
電機子巻線53はフック部72に挟み込まれてフック部72と金属導線53aとが接合されており、電機子巻線53とフック部72との接合部74における電機子巻線53の厚さは、接合部74以外に位置する電機子巻線53の直径Dの60%以下である。
接合部74において電機子巻線53の両側には空隙75が形成されており、断面視で、接合部74の両側の空隙75の断面積は接合部74における電機子巻線53の断面積の70%以下である。
また、導線は、接合部74において、電機子巻線53の絶縁被膜53bが除去され、金属導線53aとフック部72とが互いに固相接合されている。
本実施形態によれば、整流子片70と電機子巻線53との接合部74において、電機子巻線53の両側に空隙75が形成されるようにすることで、超音波接合時に除去される絶縁被膜53bが空隙75に押し出される。このことにより、整流子片70と金属導線53aとの接合界面に絶縁被膜53bが介在するのを防止できる。接合界面での接合面積を確保して、接合部74での抵抗上昇を抑制できる。したがって、接合部74の信頼性を担保することができる。空隙75の断面積を上記のように規定することで、絶縁被膜53bを確実に空隙75に押し出すことができる。したがって、接合部74の信頼性を担保することができる。
接合部74における電機子巻線53の厚さを上記のように規定することで、整流子片70と電機子巻線53との接合面積を十分に確保できる。
整流子片70と電機子巻線53とが超音波接合されるため、ヒュージングによる接合と比べて、整流子60または電機子巻線53に加わる熱負荷を低減できる。このことにより、整流子60の基体61が熱的ダメージを受け、ロータ30及びモータ200の信頼性が低下するのを抑制できる。電機子巻線53の線径が長くなっても、整流子60と確実に接続することができる。
また、断面視で、直線部71とフック部72の先端部分とがなす角度θは10度以下であることが好ましい。
このようにすることで、整流子片70と電機子巻線53とを確実に接続できるとともに、これらの接合部74の信頼性を担保することができる。
また、接合部74におけるフック部72の外側面72bには、整流子片70の短手方向に沿ってかつ整流子片70の長手方向に所定の間隔をあけて延びる複数の凹凸72cが形成されている。
このようにすることで、整流子片70の長手方向、つまり、電機子巻線53と交差する方向に生じた摩擦により、電機子巻線53から除去された絶縁被膜53bが確実に空隙75に押し出される。このため、整流子片70と金属導線53aとの接合界面に絶縁被膜53bが介在するのを防止できる。したがって、接合部74の信頼性をより高めることができる。
また、金属導線53aと整流子片70とは互いに材質が異なっていてもよい。
例えば、モータ200の製造コストを下げるために、電機子巻線53の金属導線53aを銅または銅系合金ではなく、アルミ系合金で形成する場合がある。一方、整流子片70はブラシ90と接触と離間を繰り返すため耐熱性を高める必要があり、アルミに比べて融点の高い銅または銅系合金を用いることが多い。このような場合、アルミの融点と銅の融点とが400度以上異なるため、整流子片70と電機子巻線53とをヒュージングにより接合するのは不可能であった。
一方、本実施形態によれば、整流子片70と電機子巻線53とを超音波接合により接続させる。このため、金属導線53aと整流子片70との融点が大きく異なる場合にも、これらを確実に接合でき、接合部74の信頼性を高めることができる。
本実施形態に係るロータ30は、所定の軸線回りに回転可能に設けられたシャフト40と、金属導線53aと金属導線53aを被覆する絶縁被膜53bとを含む電機子巻線53がそれぞれ巻回された複数の突極52を有し、シャフト40の外周面に取り付け固定された電機子50と、シャフト40の長手方向に沿って電機子50と所定の間隔をあけてシャフト40の外周面に取り付け固定された整流子60と、を少なくとも備えている。
整流子60は、先端にフック部72が形成された金属導体からなる複数の整流子片70を少なくとも有し、複数の整流子片70は整流子60の外周方向に所定の間隔をあけて設けられており、ロータ30は電機子巻線53と少なくとも1つの整流子片70とが互いに接続されて、前述の接続構造を有している。
ロータ30をこのように構成することで、電機子巻線53と整流子60とを高信頼性かつ確実に接続できる。このことにより、ロータ30の信頼性を高めることができる。
本実施形態に係るモータ200は、ロータ30と、ロータ30の半径方向外側に所定の間隔をあけて設けられたステータ100と、整流子60と接触と離間とを周期的に繰り返すように設けられたブラシ90と、を少なくとも備えている。
モータ200をこのように構成することで、電機子巻線53と整流子60とを高信頼性かつ確実に接続でき、モータ200の信頼性を高めることができる。ヒュージングによる接合に比べて、電機子巻線53の直径Dを長くして、電機子電流を大きくできる。このことにより、電機子巻線53で発生する磁界を高められるため、モータ200の回転トルクを高められる。
本開示に係る整流子60と電機子巻線53との接続方法は、フック部72の折り返し部分72aと所定の間隔をあけてフック部72の内側に電機子巻線53を配置する巻線配置工程と、フック部72の外側面72bにホーン300を当接させるとともに、ホーン300に所定のパワーの超音波を印加しながらホーン300によりフック部72を押圧することで、フック部72の内側で絶縁被膜53bを除去するとともに整流子片70と金属導線53aとを固相接合する超音波接合工程と、を少なくとも備えている。ここで、整流子片70は金属導体からなり、直線部71と直線部71の先端が折り返されてなるフック部72とを少なくとも有している。
このようにすることで、フック部72の内側で電機子巻線53の両側に空隙75を形成することができる。このことにより、超音波接合時に絶縁被膜53bを空隙75に押し出すことができる。よって、整流子片70と金属導線53aとの接合界面に絶縁被膜53bが介在するのを防止して、接合部74の信頼性を高めることができる。
巻線配置工程において、フック部72の折り返し部分72aの曲率半径Rは電機子巻線53の半径D/2よりも小さいことが好ましい。折り返し部分72aの曲率半径Rが電機子巻線53の半径D/2の60%以下となるようにするのがより好ましい。
このようにすることで、フック部72の内側で電機子巻線53の位置決めを特段行うことなく、フック部72の折り返し部分72aと電機子巻線53との間に確実に空隙75を形成することができる。また、特許文献1に開示されるように、フック部72の構造を複雑にする必要がなく、整流子60,ひいてはモータ200の製造コストが増加するのを抑制できる。
また、治具や計測器等を用いることなく、フック部72の内側で電機子巻線53を自動的に位置決めできるため、超音波接合工程において、ホーン300を簡便かつ確実に電機子巻線53と整流子片70との当接部分に押し当てることができる。このことにより、電機子巻線53と整流子片70とを確実に接続することができる。また、モータ200の製造コストが上昇するのを抑制できる。
(その他の実施形態)
金属導線53aの断面は円形に限定されず、楕円形、四角形あるいはそれ以上の多角形であってもよい。
金属導線53aの断面は円形に限定されず、楕円形、四角形あるいはそれ以上の多角形であってもよい。
電機子巻線53に設けられた絶縁被膜53bは1層構造に限られず、2層以上の構造であってもよい。
モータ200を構成する各部品のフレーム10内の配置は図1に示す位置に特に限定されない。例えば、軸受111がフレーム10の内部に収容されていてもよい。
本開示の整流子と巻線との接続構造は、巻線に設けられた絶縁被膜が整流子と巻線との接合部に介在するのを防止でき、整流子と巻線とを確実に接続できるとともに、接合部の信頼性を担保できるため、車載用途または産業用途で用いられるモータに適用する上で有用である。
10 フレーム
21 基部
22 貫通孔
23 ブラシ保持部
24 軸受保持部
30 ロータ
40 シャフト
50 電機子
51 電機子コア
52 突極
53 電機子巻線
53a 金属導線
53b 絶縁被膜
60 整流子
61 基体
62 金属管
70 整流子片
71 直線部
72 フック部
72a 折り返し部分
72b 外側面
72c 凹凸
73 アンカー部
74 接合部
75 空隙
80 インシュレータ
90 ブラシ
100 ステータ
101 永久磁石
111,112 軸受
200 モータ
300 ホーン
21 基部
22 貫通孔
23 ブラシ保持部
24 軸受保持部
30 ロータ
40 シャフト
50 電機子
51 電機子コア
52 突極
53 電機子巻線
53a 金属導線
53b 絶縁被膜
60 整流子
61 基体
62 金属管
70 整流子片
71 直線部
72 フック部
72a 折り返し部分
72b 外側面
72c 凹凸
73 アンカー部
74 接合部
75 空隙
80 インシュレータ
90 ブラシ
100 ステータ
101 永久磁石
111,112 軸受
200 モータ
300 ホーン
Claims (9)
- 導電性の複数の整流子片を含む整流子と、巻き回された導線を含む巻線との接続構造であって、
前記整流子片は、
直線部と、
前記直線部の先端が折り返されてなるフック部と、
を少なくとも有しており、
前記巻線は、前記フック部に挟み込まれて前記フック部と前記導線とが接合されており、
前記巻線と前記フック部との接合部における前記巻線の厚さは、前記接合部以外に位置する前記巻線の直径の60%以下であり、
前記接合部において前記巻線の両側には空隙が形成されており、
前記接合部の両側の前記空隙の断面積は前記接合部における前記巻線の断面積の70%以下である整流子と巻線との接続構造。 - 前記接合部における前記フック部の外側面には、前記整流子片の短手方向に沿ってかつ前記整流子片の長手方向に所定の間隔をあけて延びる複数の凹凸が形成されている請求項1に記載の整流子と巻線との接続構造。
- 前記直線部と前記フック部の先端部分とがなす角度は、断面視で10度以下である請求項1または2に記載の整流子と巻線との接続構造。
- 前記導線は、巻き回された金属導線と、前記金属導線を被覆する絶縁被膜とを含み、
前記導線は、前記接合部において、前記絶縁被膜が除去され、前記金属導線と前記フック部とが互いに固相接合されている請求項1~3のいずれか1項に記載の整流子と巻線との接続構造。 - 前記導線は、巻き回された金属導線を含み、
前記金属導線の材質は、前記整流子片の材質と異なる請求項1~3のいずれか1項に記載の整流子と巻線との接続構造。 - モータのロータであって、
所定の軸線回りに回転可能に設けられたシャフトと、
金属導線と前記金属導線を被覆する絶縁被膜とを含む前記巻線がそれぞれ巻回された複数の突極を有し、前記シャフトの外周面に取り付け固定された電機子と、
前記シャフトの長手方向に沿って前記電機子と所定の間隔をあけて前記シャフトの外周面に取り付け固定された整流子と、を少なくとも備え、
前記整流子は、先端に前記フック部が形成された金属導体からなる複数の整流子片を少なくとも有し、前記複数の整流子片は前記整流子の外周方向に所定の間隔をあけて設けられており、
前記ロータは、前記巻線と少なくとも1つの前記整流子片とが互いに接続されて、請求項1~5のいずれか1項に記載の接続構造を有しているロータ。 - 請求項6に記載のロータと、
前記ロータの半径方向外側に所定の間隔をあけて設けられたステータと、
前記整流子と接触と離間とを周期的に繰り返すように設けられたブラシと、を少なくとも備えたモータ。 - 整流子片を有する整流子と、金属導線と前記金属導線を被覆する絶縁被膜とを含む巻線との接続方法であって、
前記整流子片は金属導体からなり、直線部と前記直線部の先端が折り返されてなるフック部とを少なくとも有しており、
前記フック部の折り返し部分と所定の間隔をあけて前記フック部の内側に前記巻線を配置する巻線配置工程と、
前記フック部の外側面にホーンを当接させるとともに、前記ホーンに所定のパワーの超音波を印加しながら前記ホーンにより前記フック部を押圧することで、前記フック部の内側で前記絶縁被膜を除去するとともに前記整流子片と前記金属導線とを固相接合する超音波接合工程と、を少なくとも備え、
前記巻線配置工程において、前記フック部の前記折り返し部分の曲率半径は前記巻線の半径よりも小さい整流子と巻線との接続方法。 - 前記フック部の前記折り返し部分の前記曲率半径は前記巻線の前記半径の60%以下である請求項8に記載の整流子と巻線との接続方法。
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