JP2007336772A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】滑り軸受を使用する場合と玉軸受１１を使用する場合とで、電機子軸を共用できるモータを提供する。
【解決手段】電機子軸は、軸端部７ｂの外径及び軸方向長さが滑り軸受に適合した寸法に設計され、軸端部７ｂの外周に嵌合するスペーサ１６を介して玉軸受１１により軸支されている。スペーサ１６は、電機子軸に設けられた段差７ｃと玉軸受１１との間の軸方向寸法を調整する軸方向調整部１６ａと、軸端部７ｂの外周面と玉軸受１１の内周面との間の径方向隙間を調整する径方向調整部１６ｂとを有し、軸端部７ｂの外周に圧入して固定される。上記の構成によれば、滑り軸受を使用する場合と玉軸受１１を使用する場合とで、電機子軸を共用できるので、軸受方式の異なる電機子を共通の設備で製造可能となり、製造コストを低く抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電機子軸の一端側外周に絶縁部材を介して整流子が組み付けられている回転電機に関する。

例えば、特許文献１に示されるスタータモータには、図７に示す様に、電機子軸１００の一端側外周に整流子１１０が設けられ、その整流子１１０より軸方向外側に突き出る電機子軸１００の軸端部１２０が滑り軸受１３０を介してエンドフレーム１４０に回転自在に支持されている。
整流子１１０は、複数の整流子片１１０ａを樹脂等の絶縁部材１１０ｂの外周上にモールドして構成されると共に、絶縁部材１１０ｂの反鉄心側端部（図示右端部）の内周に凹部１５０が形成され、この凹部１５０の内周に滑り軸受１３０の鉄心側端部が入り込んで軸方向にオーバラップしている。これにより、電機子軸１００の軸方向長さを短縮できるので、スタータの小型化を図ることが可能である。
特許第３６２７７００号公報

ところが、上記の軸受構造では、温度の上がり易い整流子１１０の内側に滑り軸受１３０が近接して配置されるため、滑り軸受１３０の潤滑が不足する恐れがある。特に、アイドリングストップを実施する車両では、スタータの使用回数が多いため、潤滑不足による滑り軸受１３０の寿命低下が懸念される。
軸受の耐久性を確保するためには、転がり軸受、特に玉軸受が有利であるが、玉軸受と滑り軸受では、両者の主要寸法（外径及び軸方向長さ等）が大きく異なるため、滑り軸受に代えて玉軸受を使用する場合は、玉軸受に適合した電機子軸を使用する必要がある。

つまり、滑り軸受を使用する場合と玉軸受を使用する場合とでは、電機子軸を共用することが出来ないため、両タイプの電機子軸をそれぞれ専用品として製造する必要がある。この両タイプの電機子軸を製造する場合には、製造工程での段取り替えが必要となるため、製造設備が複雑となり、コスト高となっている。
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、滑り軸受を使用する場合と玉軸受を使用する場合とで、電機子軸を共用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、電機子鉄心を支持すると共に、軸方向一端側の軸端部が軸受を介してエンドフレームに回転自在に支持される電機子軸と、電機子鉄心の一端側より突き出る電機子軸の一端側外周に設けられる整流子とを備え、この整流子は、複数の整流子片を絶縁部材の外周上にモールドして構成されると共に、絶縁部材の反鉄心側端部の内周に凹部が形成され、この凹部の内周に軸端部の鉄心側端部が入り込んで、軸方向にオーバラップした構成を有する回転電機において、電機子軸は、軸端部の外径及び軸方向長さが、滑り軸受に適合した寸法に設計されており、その軸端部の外周にスペーサを嵌め合わせ、このスペーサを介して玉軸受を軸受として使用できる様に構成したことを特徴とする。

本発明の回転電機は、電機子軸の軸端部が滑り軸受に適合した寸法に設計されているので、電機子軸の軸受構造に滑り軸受を用いることができる。
また、電機子軸の軸端部にスペーサを嵌め合わせることにより、滑り軸受に代えて玉軸受を用いることもできる。
これにより、滑り軸受を使用する場合と玉軸受を使用する場合とで、電機子軸を共用できるので、軸受方式の異なる電機子を共通の設備で製造可能となる。その結果、製造工程での段取り替えが不要となるため、製造工程を簡略化して設備費を低減することにより、電機子の製造コストを低く抑えることが可能となる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において、玉軸受は、絶縁部材の反鉄心側端面より軸方向外側に配置されていることを特徴とする。
玉軸受は、滑り軸受に比べて軸方向長さが短いため、玉軸受を絶縁部材の反鉄心側端面より軸方向外側に配置しても、回転電機の全長が長くなることはない。このため、玉軸受と整流子とを軸方向にオーバラップさせる必要はなく、玉軸受を絶縁部材の反鉄心側端面より軸方向外側に配置することで、整流子からの熱影響を低減でき、玉軸受の長寿命化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、電機子軸は、電機子鉄心と軸端部との間に絶縁部材を支持する整流子軸部を有すると共に、この整流子軸部の外径が軸端部の外径より大きく設けられて、整流子軸部と軸端部との間に段差を有しており、スペーサは、段差と玉軸受との間に配置されて、両者間の軸方向寸法を調整することを特徴とする。
玉軸受は、滑り軸受に比べて軸方向長さが短いため、両者の寸法差をスペーサにより調整することで、玉軸受の使用が可能となる。
また、本発明のスペーサは、電機子軸の段差と玉軸受との間の軸方向寸法のみ調整すれば良いので、軸端部との嵌合状態は重要ではなく、嵌め合い公差を厳しく（小さく）設定する必要はない。その結果、スペーサのコスト低減を図ることができる。

（請求項４の発明）
請求項１または２に記載した回転電機において、電機子軸は、電機子鉄心と軸端部との間に絶縁部材を支持する整流子軸部を有すると共に、この整流子軸部の外径が軸端部の外径より少し大きく設けられて、整流子軸部と軸端部との間に段差を有しており、スペーサは、段差と玉軸受との間に配置されて、両者間の軸方向寸法を調整する軸方向調整部と、軸端部の外周面と玉軸受の内周面との間に配置されて、両者間の径方向隙間を調整する径方向調整部とを有することを特徴とする。
上記の構成によれば、玉軸受と滑り軸受との軸方向の寸法差をスペーサの軸方向調整部により調整することができ、玉軸受の内径と軸端部の外径との寸法差をスペーサの径方向調整部により調整することができる。この場合、玉軸受を軸端部の外周に直接嵌め合わせる必要がないので、玉軸受の内径寸法及び外径寸法を適宜に選択できる。その結果、荷重強度が高く、耐久性に優れた玉軸受を採用することが可能である。

（請求項５の発明）
請求項４に記載した回転電機において、スペーサは、軸方向調整部と径方向調整部とが一体に設けられ、軸方向調整部は、軸端部の外周に締め代を有して圧入され、径方向調整部は、軸端部の外周に締め代を持たない状態で嵌め合わされ、玉軸受は、径方向調整部の外周に締め代を有する締まり嵌めによって取り付けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、スペーサの径方向調整部が軸端部の外周に締め代を持たない状態で嵌め合わされるので、軸端部との嵌合によって径方向調整部の外径寸法が拡大することはない。その結果、径方向調整部の外周に締まり嵌めによって取り付けられる玉軸受の作動に悪影響を与えることはなく、玉軸受の性能低下を防止できる。

（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、スペーサには、軸端部からスペーサを抜き取る方向に荷重を受けることのできる係合手段が設けられていることを特徴とする。
この場合、スペーサに設けられた係合手段に荷重を加えて反鉄心方向に引くことにより、電機子軸の軸端部からスペーサを抜き取ることができる。これにより、玉軸受から滑り軸受への転用が可能となるため、部品活用の自由度が向上する。

（請求項７の発明）
請求項６に記載した回転電機において、係合手段は、スペーサの径方向外側へ鍔状に突き出るフランジ部であることを特徴とする。
この場合、係合手段であるフランジ部の加工が容易で低コストでできると共に、スペーサを軸端部から抜き取る際に、フランジ部に係合する相手側の抜き取り用工具を簡単な形状にできるので、抜き取り用工具の製造コストも低く抑えることが可能である。

（請求項８の発明）
請求項６に記載した回転電機において、係合手段は、スペーサの外周面に形成された雄ねじ部であることを特徴とする。
この場合、係合手段である雄ねじ部の加工が容易で低コストでできると共に、スペーサを軸端部から抜き取る際に、雄ねじ部に係合する相手側の抜き取り用工具を簡単な形状にできるので、抜き取り用工具の製造コストも低く抑えることが可能である。

（請求項９の発明）
請求項１〜８に記載した何れかの回転電機において、スペーサは、樹脂材により構成されていることを特徴とする。
本発明のスペーサは、例えば、金属と比較して熱伝導率の小さい樹脂材により構成されるので、電機子軸と軸受との間に熱伝導率の小さい樹脂材（スペーサ）を配置することにより、電機子軸から軸受に伝わる熱流を低減できる。その結果、軸受の温度上昇が緩和されて、軸受の長寿命化を図ることができる。また、安価な樹脂材を用いることで、スペーサの部品コストを低減できるメリットもある。

（請求項１０の発明）
請求項１〜８に記載した何れかの回転電機において、スペーサは、ガラスフィラメントを７０％以上の密度で含有した成形樹脂により構成されていることを特徴とする。
ガラスフィラメントを含有した樹脂材は、引張り強度が高いので、軸端部への圧入に耐えることができる。また、熱膨張係数が金属より小さくて値が近いため、温度上昇の繰り返しでも緩み難い特徴がある。

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は本発明に係る回転電機の一例を示すスタータ１の要部断面図である。
このスタータ１は、図１に示す様に、回転力を発生するモータ２を備え、このモータ２の駆動トルクがピニオンギヤ３からエンジンのリングギヤ（図示せず）に伝達されて、エンジンを始動させる周知の働きを有している。
モータ２は、磁界を発生する界磁と、この界磁の内側に配置される電機子と、この電機子に電流を流すためのブラシ４等より構成される直流電動機である。
界磁は、磁気回路を構成するヨーク５の内周に界磁コイル６（永久磁石でも良い）を配置して、この界磁コイル６に界磁電流を流すことにより磁界を発生する。

電機子は、回転力を出力する電機子軸７と、この電機子軸７の外周に圧入状態でセレーション嵌合する電機子鉄心８と、この電機子鉄心８に巻線される電機子コイル９と、電機子鉄心８の一端側（図示右側）に突き出る電機子軸７の一端側外周に設けられる整流子１０等より構成される。
電機子軸７は、整流子１０が設けられる軸部（この部位を整流子軸部７ａと呼ぶ）より先端側の端部（軸端部７ｂと呼ぶ）が軸受１１を介してエンドフレーム１２に回転自在に支持され、他端側の端部が減速装置１３を介して出力軸１４に連結されている。
この電機子軸７は、図２に示す様に、軸端部７ｂの外径が整流子軸部７ａの外径より少し小さく形成され、整流子軸部７ａと軸端部７ｂとの間に段差７ｃが設けられている。また、軸端部７ｂの外径及び軸方向長さが、図７に示す滑り軸受１３０に適合した寸法に設計されている。

整流子１０は、複数の整流子片１０ａを絶縁部材１０ｂの外周上にモールドして構成され、その絶縁部材１０ｂによって絶縁された個々の整流子片１０ａがそれぞれ電機子コイル９に電気的に接続されている。
絶縁部材１０ｂは、例えば、樹脂材であり、図２に示す様に、反鉄心側端部（図示右側端部）の内周に凹部１５が形成されている。この凹部１５は、電機子軸７に設けられる段差７ｃと略同位置まで軸方向に窪んで形成されている。つまり、絶縁部材１０ｂは、凹部１５を有する内周側の軸方向端面が、電機子軸７の段差７ｃと略同じ位置に形成され、凹部１５より外周側の軸方向端面が、電機子軸７の段差７ｃより軸方向（図示右方向）に突き出ている。言い換えると、電機子軸７は、軸端部７ｂの一部が絶縁部材１０ｂに形成された凹部１５の内周に入り込んで軸方向にオーバラップしている。

軸受１１は、図２に示す様に、内輪１１ａと外輪１１ｂとの間に複数のボール１１ｃを転動自在に保持して構成される周知の玉軸受１１であり、電機子軸７の軸端部７ｂにスペーサ１６を介して取り付けられる。この玉軸受１１は、スペーサ１６に設けられる径方向調整部１６ｂ（以下に説明する）の外周に締め代を有して内輪１１ａが締まり嵌めされ、エンドフレーム１２に設けられた軸受ボックス１２ａの内周に外輪１１ｂがすきま嵌めされている。また、玉軸受１１は、絶縁部材１０ｂに形成された凹部１５の中に入り込むことはなく、図２に示す様に、絶縁部材１０ｂの軸方向端面より軸方向外側（図示右側）、つまり凹部１５の外側に配置されている。

スペーサ１６は、例えば、樹脂材により構成され、電機子軸７に設けられた段差７ｃと玉軸受１１との間の軸方向寸法を調整する軸方向調整部１６ａと、軸端部７ｂの外周面と玉軸受１１の内周面（内輪１１ａの内周面）との間の径方向隙間を調整する径方向調整部１６ｂとを有し、軸端部７ｂの外周に圧入して固定される。
軸方向調整部１６ａは、電機子軸７の段差７ｃと玉軸受１１との間に配置され、図７に示す滑り軸受１３０の軸方向長さと、玉軸受１１の軸方向長さ（軸受幅）との寸法差に相当する長さを有する。つまり、図２に示す軸方向調整部１６ａの左端が電機子軸７の段差７ｃに当接し、軸方向調整部１６ａの右端が玉軸受１１の内輪１１ａの側面に当接して、玉軸受１１を軸方向に位置決めしている。
径方向調整部１６ｂは、玉軸受１１の内径と軸端部７ｂの外径との間に寸法差が生じる（隙間が有る）場合に、その寸法差を調整するために、軸端部７ｂの外周面と玉軸受１１の内周面（内輪１１ａの内周面）との間に挿入されて、玉軸受１１を径方向に位置決めしている。

（実施例１の作用及び効果）
実施例１に示すモータ２は、電機子軸７の軸端部７ｂが滑り軸受１３０に適合した寸法に設計されているので、電機子軸７の軸受構造に滑り軸受１３０を用いることができる。また、電機子軸７の軸端部７ｂにスペーサ１６を嵌め合わせることにより、滑り軸受１３０に代えて玉軸受１１を使用することができる。これにより、滑り軸受１３０を使用する場合と玉軸受１１を使用する場合とで、それぞれ専用の電機子軸７を製造する必要はなく、電機子軸７を共用できるので、軸受方式の異なる電機子を共通の設備で製造可能となる。その結果、製造工程での段取り替えが不要となるため、製造工程を簡略化して設備費を低減することにより、電機子の製造コストを低く抑えることが可能となる。

また、主要寸法（軸受外径、軸受内径、軸受幅等）が異なる複数種類の玉軸受１１に対応できる複数のスペーサ１６を準備することにより、玉軸受１１の選択範囲が拡がるため、例えば、荷重強度が高く、耐久性に優れた玉軸受１１を採用することが可能である。
さらに、玉軸受１１は、滑り軸受１３０に比べて軸方向長さ（軸受幅）が短いため、図２に示す様に、絶縁部材１０ｂに形成された凹部１５の外側に玉軸受１１を配置しても、スタータ１の全長が長くなることはない。従って、スタータ１の全長を短縮するために、わざわざ玉軸受１１を凹部１５の中に配置する必要はないので、凹部１５の外側に玉軸受１１を配置して整流子１０から離すことにより、モータ２の回転中に高温となる整流子１０からの熱影響を低減でき、玉軸受１１の長寿命化を図ることができる。

また、実施例１に示すスペーサ１６は、例えば、金属と比較して熱伝導率の小さい樹脂材により構成されているので、電機子軸７の軸端部７ｂと玉軸受１１との間にスペーサ１６を配置することにより、電機子軸７から玉軸受１１に伝わる熱流を低減できる。その結果、玉軸受１１の温度上昇が緩和されて、玉軸受１１の長寿命化を図ることができる。また、安価な樹脂材を用いることで、スペーサ１６の部品コストを低減できるメリットもある。

図３は実施例２に係る電機子軸７の軸受構造を示す断面図である。
この実施例２に係るスペーサ１６は、図３に示す様に、電機子軸７の軸端部７ｂと玉軸受１１の内輪１１ａとの間に挿入される径方向調整部１６ｂが、軸端部７ｂの外周に締め代を持たない状態で嵌め合わされる一例である。
つまり、スペーサ１６は、軸方向調整部１６ａが軸端部７ｂの外周に締め代を有して圧入され、径方向調整部１６ｂが軸端部７ｂの外周にすきま嵌めされている。なお、図３では、軸端部７ｂの外周と径方向調整部１６ｂの内周との間に隙間１７が示されているが、締め代を持たない状態であれば、隙間１７が「０」であっても良い。
上記の構成によれば、スペーサ１６の径方向調整部１６ｂが軸端部７ｂの外周に締め代を持たない状態で嵌め合わされるので、軸端部７ｂとの嵌合によって径方向調整部１６ｂの外径寸法が拡大することはない。その結果、実施例１に記載した様に、玉軸受１１の内輪１１ａが径方向調整部１６ｂの外周に締まり嵌めされる構成であっても、玉軸受１１の作動に悪影響を与えることはなく、玉軸受１１の性能低下を防止できる。

図４は実施例３に係る電機子軸７の軸受構造を示す断面図である。
この実施例３に係るスペーサ１６は、図４に示す様に、電機子軸７に設けられた段差７ｃと玉軸受１１との間の軸方向寸法を調整する軸方向調整部１６ａのみを有する一例である。
この場合、玉軸受１１は、内輪１１ａが電機子軸７の軸端部７ｂの外周に直接嵌合して取り付けられている。この玉軸受１１は、軸受内径（内輪１１ａの内径）が、図７に示す滑り軸受１３０と同一寸法であり、軸端部７ｂの外周にすきま嵌め、あるいは締まり嵌めによって取り付けられる。
本実施例の構成では、スペーサ１６と軸端部７ｂとの嵌合状態は重要ではなく、嵌め合い公差を厳しく（小さく）設定する必要はないので、スペーサ１６のコスト低減を図ることができる。

図５及び図６は実施例４に係る電機子軸７の軸受構造を示す断面図である。
この実施例４に係るスペーサ１６は、電機子軸７の軸端部７ｂからスペーサ１６を抜き取る方向に荷重を受けることのできる係合手段を設けた一例である。
その係合手段は、例えば、図５に示す様に、スペーサ１６の径方向外側へ鍔状に突き出るフランジ部１６ｃである。あるいは、図６に示す様に、スペーサ１６の外周面に形成された雄ねじ部１６ｄである。

上記の構成によれば、スペーサ１６に設けられた係合手段（フランジ部１６ｃ、雄ねじ部１６ｄ）に抜き取り用工具（図示せず）を係合させて、反鉄心方向（図示右方向）に荷重を加えて引き抜くことにより、軸端部７ｂからスペーサ１６を抜き取ることができる。これにより、玉軸受１１から滑り軸受１３０への転用が可能となるため、部品活用の自由度が向上する。
また、フランジ部１６ｃや雄ねじ部１６ｄの加工が容易であるため、係合手段を低コストでできると共に、スペーサ１６を軸端部７ｂから抜き取る際に、係合手段に係合する相手側の抜き取り用工具を簡単な形状にできるので、抜き取り用工具の製造コストも低く抑えることが可能である。

（変形例）
実施例１では、スペーサ１６を樹脂材により構成する一例を記載したが、例えば、ガラスフィラメントを７０％以上の密度で含有した成形樹脂によりスペーサ１６を構成することもできる。ガラスフィラメントを含有した樹脂材は、引張り強度が高いので、軸端部７ｂへの圧入に耐えることができる。また、熱膨張係数が金属より小さくて値が近いため、温度上昇の繰り返しでも緩み難い特徴がある。

スタータの要部断面図である（実施例１）。 電機子軸の軸受構造を示す断面図である（実施例１）。 電機子軸の軸受構造を示す断面図である（実施例２）。 電機子軸の軸受構造を示す断面図である（実施例３）。 電機子軸の軸受構造を示す断面図である（実施例４）。 電機子軸の軸受構造を示す断面図である（実施例４）。 電機子軸の軸受構造を示す断面図である（従来技術）。

符号の説明

２ モータ（回転電機）
７ 電機子軸
７ａ 整流子軸部
７ｂ 軸端部
７ｃ 電機子軸の段差
８ 電機子鉄心
１０ 整流子
１０ｂ 絶縁部材
１１ 玉軸受（軸受）
１２ エンドフレーム
１５ 絶縁部材に形成された凹部
１６ スペーサ
１６ａ 軸方向調整部
１６ｃ フランジ部（係合手段）
１６ｄ 雄ねじ部（係合手段）

Claims (10)

1. 電機子鉄心を支持すると共に、軸方向一端側の軸端部が軸受を介してエンドフレームに回転自在に支持される電機子軸と、
   前記電機子鉄心の一端側より突き出る前記電機子軸の一端側外周に設けられる整流子とを備え、
   この整流子は、複数の整流子片を絶縁部材の外周上にモールドして構成されると共に、前記絶縁部材の反鉄心側端部の内周に凹部が形成され、この凹部の内周に前記軸端部の鉄心側端部が入り込んで、軸方向にオーバラップした構成を有する回転電機において、
   前記電機子軸は、前記軸端部の外径及び軸方向長さが、滑り軸受に適合した寸法に設計されており、その軸端部の外周にスペーサを嵌め合わせ、このスペーサを介して玉軸受を前記軸受として使用できる様に構成した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、
   前記玉軸受は、前記絶縁部材の反鉄心側端面より軸方向外側に配置さ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、
   前記電機子軸は、前記電機子鉄心と前記軸端部との間に前記絶縁部材を支持する整流子軸部を有すると共に、この整流子軸部の外径が前記軸端部の外径より大きく設けられて、前記整流子軸部と前記軸端部との間に段差を有しており、
   前記スペーサは、前記段差と前記玉軸受との間に配置されて、両者間の軸方向寸法を調整することを特徴とする回転電機。
4. 請求項１または２に記載した回転電機において、
   前記電機子軸は、前記電機子鉄心と前記軸端部との間に前記絶縁部材を支持する整流子軸部を有すると共に、この整流子軸部の外径が前記軸端部の外径より少し大きく設けられて、前記整流子軸部と前記軸端部との間に段差を有しており、
   前記スペーサは、前記段差と前記玉軸受との間に配置されて、両者間の軸方向寸法を調整する軸方向調整部と、前記軸端部の外周面と前記玉軸受の内周面との間に配置されて、両者間の径方向隙間を調整する径方向調整部とを有することを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載した回転電機において、
   前記スペーサは、前記軸方向調整部と前記径方向調整部とが一体に設けられ、
   前記軸方向調整部は、前記軸端部の外周に締め代を有して圧入され、
   前記径方向調整部は、前記軸端部の外周に締め代を持たない状態で嵌め合わされ、
   前記玉軸受は、前記径方向調整部の外周に締め代を有する締まり嵌めによって取り付けられてい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、
   前記スペーサには、前記軸端部から前記スペーサを抜き取る方向に荷重を受けることのできる係合手段が設けられていることを特徴とする回転電機。
7. 請求項６に記載した回転電機において、
   前記係合手段は、前記スペーサの径方向外側へ鍔状に突き出るフランジ部であることを特徴とする回転電機。
8. 請求項６に記載した回転電機において、
   前記係合手段は、前記スペーサの外周面に形成された雄ねじ部であることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１〜８に記載した何れかの回転電機において、
   前記スペーサは、樹脂材により構成されていることを特徴とする回転電機。
10. 請求項１〜８に記載した何れかの回転電機において、
    前記スペーサは、ガラスフィラメントを７０％以上の密度で含有した成形樹脂により構成されていることを特徴とする回転電機。
    

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