JP2007116802A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】均圧線４の保持固定を低コストな手段で且つ確実に行うことができる回転電機を提供する。
【解決手段】均圧線４は、４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄにそれぞれ巻き付けられ、その一端が一方の接続端子部１１に電気的且つ機械的に接続され、他端が他方の接続端子部１２に電気的且つ機械的に接続されている。これにより、均圧線４を機械的に強固に保持できるので、振動によって均圧線４が断線することを防止できる。
また、均圧線４は、一対の正側ブラシ３ａ、３ｂ間に生じる電位差によって均圧線４に循環電流が流れた時に、その電流によって生じる磁界の向きが、界磁巻線６ａ〜６ｄに流れる電流によって生じる磁界の変化を抑制できる様に、界磁鉄心５ａ〜５ｄに対する均圧線４の巻き方向が決められている。つまり、均圧線４の無い場合の循環電流による界磁の不均衡を打ち消す方向に結線されているので、出力性能を安定させることが可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、電機子巻線からブラシを介して界磁巻線側に流れる循環電流を低減するための均圧線を有する回転電機に関する。

従来、電機子巻線を４極以上の磁極に重ね巻きした電機子と、ブラシを介して電機子巻線に直列接続される界磁巻線とを有する回転電機では、各磁極の強さの不均一により、各磁極の電機子巻線に発生する起電力に差を生じると、電機子巻線からブラシを介して界磁巻線側に循環電流が流れる。例えば、図２に示す電気回路において、一対の正側ブラシ３ａ、３ｂのうち、一方の正側ブラシ３ａの電位が他方の正側ブラシ３ｂの電位より高い場合は、４個の界磁巻線６ａ〜６ｄに図示矢印方向の循環電流が流れる。この場合、バッテリから供給される電流の流れ方向と同一方向に循環電流が流れる界磁巻線６ａ、６ｄでは増磁となり、バッテリから供給される電流の流れ方向と反対方向に循環電流が流れる界磁巻線６ｂ、６ｃでは減磁となるため、界磁の不均衡が助長される問題を生じる。

上記の問題を解決する手段として、一対の正側ブラシ３ａ、３ｂ間を均圧線と呼ばれる導体により電気的に接続して、界磁巻線側に流れる循環電流を低減する技術が知られている（特許文献１参照）。
均圧線は、通常、ヨークの内周に沿って半円状に配置され、両端部がブラシのリード線が接続される接続端子部に電気的且つ機械的に接続されている。
特開２００１−３４２９３５公報

ところが、均圧線をヨークの内周に沿って半円状に配置する場合、その固定保持が重要であり、保持がしっかりしていないと、回転電機の外部からの振動により断線したり、ヨークの内面あるいは電機子巻線と接触して短絡する恐れがある。このため、振動の高い回転電機では、均圧線専用の絶縁部材で固定したり、絶縁部材の中に埋め込んだりして固定保持する方法が取られている。
また、均圧線自体をヨークの内周に沿わせる関係で、寸法公差を比較的厳しく設定する必要があり、コストが高くなる要因となっていた。
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、均圧線の保持固定を低コストな手段で且つ確実に行うことができる回転電機を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、界磁鉄心に界磁巻線を巻回して構成される界磁と、電機子鉄心に設けられる４極以上の磁極に電機子巻線を重ね巻きして構成され、且つ電機子巻線がブラシを介して界磁巻線に直列接続される電機子と、電機子巻線からブラシを介して界磁巻線側に流れる循環電流を低減するための均圧線とを有する回転電機において、均圧線は、界磁巻線より断面積が小さい導体によって形成され、界磁鉄心に巻回されて保持されると共に、その一端が、少なくとも一対の正側ブラシのうち一方の正側ブラシのリード線が接続される接続端子部に電気的且つ機械的に接続され、他端が他方の正側ブラシのリード線が接続される接続端子部に電気的且つ機械的に接続されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、均圧線を界磁鉄心に巻回しているので、界磁鉄心によって均圧線を機械的に強固に保持できる。その結果、優れた耐振動性を得ることができ、振動によって均圧線が断線することを防止できる。また、界磁巻線と同様に巻線工程により均圧線を界磁鉄心に巻回できるので、均圧線をヨークの内面に沿わせて配置する従来技術と比較した場合に、均圧線専用の絶縁部材で固定する必要はなく、均圧線の取り付けが容易であり、低コスト化を図ることができる。
更に、均圧線は、界磁巻線と比較して線径が細い（断面積が小さい）ため、界磁巻線の巻線性に与える影響を小さく抑えることができる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において、均圧線は、界磁鉄心に直接巻き付けられていることを特徴とする。
この場合、界磁巻線と同じ巻線工程の中で均圧線を界磁鉄心に巻き付けることができるので、巻線工程とは別に均圧線専用の特別の工程を必要とせず、コスト低減を図ることができる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した回転電機において、界磁巻線は、界磁鉄心に巻回された均圧線の上に巻回されていることを特徴とする。
この場合、界磁鉄心に巻回された均圧線の外側を界磁巻線によって押えることができるので、均圧線が緩むことがなく、均圧線を強固に固定できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの回転電機において、一対の正側ブラシ間に生じる電位差によって均圧線に電流が流れた時に、その電流によって生じる磁界の向きが、界磁巻線に流れる電流によって生じる磁界の変化を抑制できる様に、界磁鉄心に対する均圧線の巻き方向が決められていることを特徴とする。
これにより、界磁巻線に流れる電流によって生じる磁界の変化が抑制されるので、回転電機の出力性能を安定させることが可能である。

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は回転電機の界磁１を内径側から見た展開図である。
実施例１の回転電機は、図２に示す様に、磁界を形成する界磁１と、この界磁１の内側に回転自在に配置される電機子２と、この電機子２に通電するためのブラシ（正側ブラシ３ａ、３ｂ、負側ブラシ３ｃ、３ｄ）と、一対の正側ブラシ３ａ、３ｂ間に接続される均圧線４（図３参照）等を有し、電機子２に作用する電磁力によって電機子２に回転力を発生する直流電動機であり、例えば、自動車用エンジンを始動するスタータモータに適用される。

界磁１は、磁気回路を形成する円筒状のヨーク（図示せず）と、このヨークの内周に固定される４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄ（図１参照）と、この４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄにそれぞれ巻回される界磁巻線６ａ〜６ｄとで構成される。
４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄは、ヨークの周方向に等間隔に配置され、界磁巻線６ａ〜６ｄへの通電によって磁化されると、図１に示す様に、周方向に隣合う界磁鉄心同士が互いに異なる極性を有する。なお、図１に示す左側から右側に向かって順に界磁鉄心５ａ、界磁鉄心５ｂ、界磁鉄心５ｃ、界磁鉄心５ｄと呼ぶ。

界磁巻線６ａ〜６ｄは、細い単線（例えば銅線）を複数本束ねて構成され、界磁鉄心５ａに巻回される界磁巻線６ａと、界磁鉄心５ｂに巻回される界磁巻線６ｂと、界磁鉄心５ｃに巻回される界磁巻線６ｃと、界磁鉄心５ｄに巻回される界磁巻線６ｄとを有する。
この界磁巻線６ａ〜６ｄは、モータリード線７と一対の正側ブラシ３ａ、３ｂとの間に並列接続され、それぞれ界磁巻線６ａ〜６ｄに電流が流れた時に、４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄに図１に示す極性が表れる様に巻回されている。

モータリード線７は、図示しない電磁スイッチのモータ端子に接続され、この電磁スイッチがＯＮすると、車載バッテリ（図示せず）より電圧が印加される。
モータリード線７と４個の界磁巻線６ａ〜６ｄは、コネクションバー８を介して接続される。コネクションバー８の両端には、一組の中間接続部９、１０が設けられ、一方の中間接続部９に界磁巻線６ａの一端と界磁巻線６ｂの一端とが共に接続され、他方の中間接続部１０に界磁巻線６ｃの一端と界磁巻線６ｄの一端とが共に接続される。

また、４個の界磁巻線６ａ〜６ｄと一対の正側ブラシ３ａ、３ｂは、一組の接続端子部１１、１２を介して接続されている。つまり、一対の正側ブラシ３ａ、３ｂのうち、一方の正側ブラシ３ａは、自身に取り付けられたブラシリード線１３が一方の接続端子部１１に接続され、その一方の接続端子部１１に界磁巻線６ｂの他端と界磁巻線６ｃの他端とが共に接続されている。また、他方の正側ブラシ３ｂは、自身に取り付けられたブラシリード線１４が他方の接続端子部１２に接続され、その他方の接続端子部１２に界磁巻線６ａの他端と界磁巻線６ｄの他端とが共に接続されている。

電機子２は、電機子鉄心（図示せず）に設けられる４極（６極以上でも良い）の磁極にそれぞれ電機子巻線を重ね巻きして構成される。各磁極に巻回される電機子巻線は、電機子軸の端部に設けられる整流子（図示せず）に接続され、この整流子上に配置される一対の正側ブラシ３ａ、３ｂを介して界磁巻線６ａ〜６ｄに直列接続されている（図２参照）。 均圧線４は、界磁巻線６ａ〜６ｄより断面積が小さい導体（例えば銅線）によって形成され、図３に示す様に、４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄにそれぞれ所定回数（例えば１回）だけ巻き付けられて、その一端が一方の接続端子部１１に電気的且つ機械的に接続され、他端が他方の接続端子部１２に電気的且つ機械的に接続されている。

この均圧線４は、界磁巻線６ａ〜６ｄを界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻回する前に界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻き付けられる。つまり、均圧線４を界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻き付けた後、その均圧線４の上にそれぞれ界磁巻線６ａ〜６ｄが巻回されている。
また、各界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻き付けられる均圧線４は、一対の正側ブラシ３ａ、３ｂ間に生じる電位差によって均圧線４に循環電流が流れた時に、その循環電流によって生じる磁界の向きが、界磁巻線６ａ〜６ｄに流れる電流によって生じる磁界の変化を抑制できる様に、４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄに対する均圧線４の巻き方向が決められている。

（実施例１の効果）
上記の回転電機では、均圧線４を４個の界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻回して、その一端を一方の接続端子部１１に電気的且つ機械的に接続し、他端を他方の接続端子部１２に電気的且つ機械的に接続しているので、界磁鉄心５ａ〜５ｄによって均圧線４を機械的に強固に保持できる。その結果、優れた耐振動性を得ることができ、振動によって均圧線４が断線することを防止できる。また、界磁巻線６ａ〜６ｄと同様に巻線工程により均圧線４を界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻回できるので、均圧線４をヨークの内面に沿わせて配置する従来技術と比較した場合に、均圧線専用の絶縁部材で固定する必要はなく、均圧線４の取り付けが容易であり、低コスト化を図ることができる。
また、同じ巻線工程の中で界磁巻線６ａ〜６ｄと均圧線４とを構成できるので、均圧線専用の特別の工程を必要とせず、コスト低減を図ることができる。

均圧線４は、界磁巻線６ａ〜６ｄと比較して線径が細く（断面積が小さい）、且つ界磁鉄心５ａ〜５ｄに対し１回程度しか巻回していないので、同一の界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻回される界磁巻線６ａ〜６ｄの巻線性に与える影響を小さくできる。なお、均圧線４には、界磁巻線６ａ〜６ｄを構成する単線と同じ銅線を使用することもできる。
実施例１では、界磁鉄心５ａ〜５ｄに巻き付けられた均圧線４の上に界磁巻線６ａ〜６ｄを巻回しているので、均圧線４の外側を界磁巻線６ａ〜６ｄによって押えることができる。その結果、均圧線４が緩むことはなく、界磁鉄心５ａ〜５ｄに均圧線４を強固に保持固定できる。

また、均圧線４は、循環電流によって生じる磁界の向きが、界磁巻線６ａ〜６ｄに流れる電流によって生じる磁界の変化を抑制できる様に、界磁鉄心５ａ〜５ｄに対する均圧線４の巻き方向が決められている。つまり、図３において、一方の正側ブラシ３ａの電位が他方の正側ブラシ３ｂの電位より高い場合は、均圧線４に流れる循環電流による磁界が界磁鉄心５ｂ及び界磁鉄心５ｃで増磁となり、界磁鉄心５ａ及び界磁鉄心５ｄで減磁となり、均圧線４の無い場合の循環電流による界磁の不均衡を打ち消す方向に結線されている。これにより、回転電機の出力性能を安定させることが可能である。

回転電機の界磁を内径側から見た展開図である。 回転電機の回路図である。 均圧線が界磁鉄心に巻回された状態を示す展開図である。

符号の説明

１ 界磁
２ 電機子
３ａ 正側ブラシ
３ｂ 正側ブラシ
４ 均圧線
５ａ〜５ｄ 界磁鉄心
６ａ〜６ｄ 界磁巻線
１１ 一方の接続端子部
１２ 他方の接続端子部

Claims (4)

1. 界磁鉄心に界磁巻線を巻回して構成される界磁と、
   電機子鉄心に設けられる４極以上の磁極に電機子巻線を重ね巻きして構成され、且つ前記電機子巻線がブラシを介して前記界磁巻線に直列接続される電機子と、
   前記電機子巻線から前記ブラシを介して前記界磁巻線側に流れる循環電流を低減するための均圧線とを有する回転電機であって、
   前記均圧線は、前記界磁巻線より断面積が小さい導体によって形成され、前記界磁鉄心に巻回されて保持されると共に、その一端が、少なくとも一対の正側ブラシのうち一方の正側ブラシのリード線が接続される接続端子部に電気的且つ機械的に接続され、他端が他方の正側ブラシのリード線が接続される接続端子部に電気的且つ機械的に接続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、
   前記均圧線は、前記界磁鉄心に直接巻き付けられていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載した回転電機において、
   前記界磁巻線は、前記界磁鉄心に巻回された前記均圧線の上に巻回されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの回転電機において、
   前記一対の正側ブラシ間に生じる電位差によって前記均圧線に電流が流れた時に、その電流によって生じる磁界の向きが、前記界磁巻線に流れる電流によって生じる磁界の変化を抑制できる様に、前記界磁鉄心に対する前記均圧線の巻き方向が決められていることを特徴とする回転電機。
   

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