JP3655202B2 - DC motor - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシ付きリラクタンス型直流モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ブラシ付き直流モータは、ヨークハウジング内周面に複数の永久磁石が固着され、その永久磁石の内側においてロータが回転可能に収容されている。ロータにはコイルとコンミテータが備えられており、そのコンミテータにはブラシが摺接する。そして、ブラシからコンミテータを介してコイルに電源を供給することにより、ロータが回転するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、永久磁石は比較的高価な部材であるため、この永久磁石を用いた直流モータはコスト高となっていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コストを低減できる直流モータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、円筒状のヨークハウジングと、そのヨークハウジングの内周面に所定間隔を隔てて配置された鉄片突極とを有するステータと、前記鉄片突極の内側において回転可能に収容され、放射状に延びるティースが形成されたコアと、そのコアのティースにそれぞれ巻回された複数のコイルとを有するロータと、前記ロータとともに回転するように設けられ、対応した前記各コイルの一端がそれぞれ接続された複数のセグメントを有するコンミテータと、前記ロータとともに回転するように設けられ、前記各コイルの他端が接続されるスリップリングと、前記コンミテータのセグメントに摺接するように設けられ、プラス側駆動電源を供給するプラス側ブラシと、前記スリップリングに対して前記ロータの回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給するマイナス側ブラシとを備えた。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、円筒状のヨークハウジングと、そのヨークハウジングの内周面に所定間隔を隔てて配置された鉄片突極とを有するステータと、前記鉄片突極の内側において回転可能に収容され、放射状に延びるティースが形成されたコアと、そのコアのティースにそれぞれ巻回された複数のコイルとを有し、回転角によって磁気抵抗が変化するロータと、前記ロータとともに回転するように設けられ、対応した前記各コイルの一端がそれぞれ接続された複数のセグメントを有するコンミテータと、前記ロータとともに回転するように設けられ、前記各コイルの他端が接続されるスリップリングと、前記コンミテータのセグメントに摺接するように設けられ、プラス側駆動電源を供給するプラス側ブラシと、前記スリップリングに対して前記ロータの回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給するマイナス側ブラシとを備えた。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の直流モータにおいて、前記各コイルは、対応した１つの前記ティースに対して集中巻きにより巻回されている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流モータにおいて、前記各コイルの両端間には、前記プラシ側ブラシが前記セグメントを切り替わる時に各コイルの両端間で発生するサージ電圧を除去するためのサージ吸収素子が備えられている。
【０００９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ステータは、ヨークハウジングの内周面に所定間隔を有する鉄片突極を配置して構成され、ロータは、ティースに複数のコイルがそれぞれ巻回されて構成され、鉄片突極の内側において回転可能に収容される。コンミテータは、ロータとともに回転し、対応した各コイルの一端がそれぞれ接続された複数のセグメントを有し、プラス側ブラシは、セグメントに摺接し、プラス側駆動電源を供給する。スリップリングは、ロータとともに回転し、各コイルの他端が接続され、マイナス側ブラシは、スリップリングに対してロータの回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給する。従って、このような構成の直流モータは、比較的高価な部材である永久磁石の替わりに鉄片突極を使用しているので、コストを低減することが可能である。しかも、永久磁石は、組付け時の応力や振動による割れ、低温減磁等の心配をする必要があるが、永久磁石の替わりに鉄片突極を使用するこの直流モータはその心配をする必要がない。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、ステータは、ヨークハウジングの内周面に所定間隔を有する鉄片突極を配置して構成され、ロータは、ティースに複数のコイルがそれぞれ巻回されて構成され、鉄片突極の内側において回転可能に収容され、回転角によって磁気抵抗が変化する。コンミテータは、ロータとともに回転し、対応した各コイルの一端がそれぞれ接続された複数のセグメントを有し、プラス側ブラシは、セグメントに摺接し、プラス側駆動電源を供給する。スリップリングは、ロータとともに回転し、各コイルの他端が接続され、マイナス側ブラシは、スリップリングに対してロータの回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給する。従って、このような構成の直流モータは、比較的高価な部材である永久磁石の替わりに鉄片突極を使用しているので、コストを低減することが可能である。しかも、永久磁石は、組付け時の応力や振動による割れ、低温減磁等の心配をする必要があるが、永久磁石の替わりに鉄片突極を使用するこの直流モータはその心配をする必要がない。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、各コイルは、対応した１つのティースに対して集中巻きにより巻回されるので、コイル巻線の占積率を高くでき、小型で高トルクの直流モータとすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、各コイルの両端間にはサージ吸収素子が備えられ、該サージ吸収素子は、プラシ側ブラシがセグメントを切り替わる時に各コイルの両端間で発生するサージ電圧を除去する。従って、このサージ電圧はロータの回転に悪影響を与えるので、このサージ電圧を吸収することで直流モータの効率を向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の直流モータ１を示す。本実施形態の直流モータ１は、永久磁石を使用しないリラクタンス型直流モータである。
【００１４】
直流モータ１のステータ２は、ヨークハウジング３及び６個の鉄片突極４ａ〜４ｆを備えている。ヨークハウジング３は磁性金属材料にて円筒状に形成され、その内周面には各鉄片突極４ａ〜４ｆが固定されている。鉄片突極４ａ〜４ｆは、周方向に３０°の範囲で円弧状に形成され、周方向の中心が６０°等間隔となるように配置されている。そして、この鉄片突極４ａ〜４ｆの内側には、ロータ５が回転可能に収容されている。
【００１５】
ロータ５は、コア（鉄心）６、コイル７ａ〜７ｈ、コンミテータ８及びスリップリング１２を備えている。コア６は、回転軸（図示略）に固定され、周方向に４５°等間隔に放射状に延びる８個のティース６ａ〜６ｈを有している。各ティース６ａ〜６ｈには、それぞれコイル７ａ〜７ｈが集中巻きにより巻回されている。一方、コンミテータ８は、コア６と一体回転するように前記回転軸に固定されている。コンミテータ８は、周方向に配設される２４個のセグメント９を有している。スリップリング１２は、導電性金属材料よりなり、コンミテータ８と一体回転するように該コンミテータ８に設けられている。尚、これら各セグメント９には、本実施形態では、ティース６ｇとティース６ｈとの間に位置するセグメント９から反時計回り方向に、セグメント番号「１」〜「２４」を付すことにする。
【００１６】
図１及び図２に示すように、ティース６ａに巻回されるコイル７ａの一端は、セグメント番号「５」のセグメント９に接続され、該コイル７ａの他端は、該ティース６ａと１８０°対称位置にあるティース６ｅに巻回されるコイル７ｅの一端に繋がっている。該コイル７ｅの他端は、スリップリング１２に接続されている。
【００１７】
ティース６ｂに巻回されるコイル７ｂの一端は、セグメント番号「８」のセグメント９に接続され、該コイル７ｂの他端は、該ティース６ｂと１８０°対称位置にあるティース６ｆに巻回されるコイル７ｆの一端に繋がっている。該コイル７ｆの他端は、スリップリング１２に接続されている。
【００１８】
ティース６ｃに巻回されるコイル７ｃの一端は、セグメント番号「１１」のセグメント９に接続され、該コイル７ｃの他端は、該ティース６ｃと１８０°対称位置にあるティース６ｇに巻回されるコイル７ｇの一端に繋がっている。該コイル７ｇの他端は、スリップリング１２に接続されている。
【００１９】
ティース６ｄに巻回されるコイル７ｄの一端は、セグメント番号「１４」のセグメント９に接続され、該コイル７ｄの他端は、該ティース６ｄと１８０°対称位置にあるティース６ｈに巻回されるコイル７ｈの一端に繋がっている。該コイル７ｈの他端は、スリップリング１２に接続されている。
【００２０】
つまり、本実施形態では、各ティース６ａ〜６ｈ（コイル７ａ〜７ｈ）の周方向の中心とロータ５の回転中心Ｏとを通る直線Ｌａ〜Ｌｈ上にその周方向の中心が配置されるセグメント９に対してコイル７ａ〜７ｈの端部がそれぞれ接続されている。尚、上記以外のセグメント番号「１〜４，６，７，９，１０，１２，１３，１５〜２４」のセグメント９はコイルに接続されていない。
【００２１】
これら各コイル７ａ〜７ｈの両端間には、サージ吸収素子１０が接続されている。サージ吸収素子１０は、本実施形態では、１個のダイオードを用いて構成されている。サージ吸収素子１０は、後述するプラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆがセグメント９を切り替わる時に各コイル７ａ〜７ｈの両端間で発生する逆起電力によるサージ電圧を除去するために設けられている。
【００２２】
前記コンミテータ８（各セグメント９）には、６個のプラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆが摺接する。プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆは、その周方向の幅がセグメント９の周方向の幅と略同じとなるように形成されている。プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆは、周方向に６０°等間隔にブラシホルダ（図示略）により保持されている。尚、プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆは、駆動電源（図示略）のプラス側端子に接続される。
【００２３】
前記スリップリング１２には、マイナス側ブラシ１１ｇが摺接する。尚、マイナス側ブラシ１１ｇは、駆動電源（図示略）のマイナス側端子（グランド）に接続される。そして、スリップリング１２及びマイナス側ブラシ１１ｇは、ロータ５の回転位置に係わらず常に接触状態を維持するように構成されている。
【００２４】
又、本実施形態では、プラス側ブラシ１１ｂ，１１ｅの周方向の中心とロータ５の回転中心Ｏとを通る直線Ｌ１が鉄片突極４ｃ，４ｆの時計回り方向の端部を通過するように、各プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆが配置されている。
【００２５】
次に、このように構成された直流モータ１の動作を図２〜図５を参照しながら説明する。
図２において、各プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆは、セグメント番号「６」，「１０」，「１４」，「１８」，「２２」，「２」の各セグメント９とそれぞれ一対一で接触する。従って、この場合、コイル７ｄ，７ｈは、プラス側ブラシ１１ｃ及びセグメント番号「１４」のセグメント９と、マイナス側ブラシ１１ｇ及びスリップリング１２とを介して駆動電源が供給され、励磁される。すると、ティース６ｄ，６ｈ（コイル７ｄ，７ｈ）には、ステータ２の鉄片突極４ａ，４ｄに対して吸引力が生じる。この吸引力は、ティース６ｄ，６ｈと鉄片突極４ａ，４ｄとの磁気抵抗を最も小さくし、相互間の磁束を通り易くするようにロータ５を回転させる回転力となる。つまり、この吸引力がロータ５を反時計回り方向に回転させる回転力となる。そして、この回転力によりロータ５が同方向に回転する。
【００２６】
図３は、ロータ５が図２の位置から反時計回り方向に１０°回転した位置である。同図３において、プラス側ブラシ１１ａは、セグメント番号「６」，「５」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｂは、セグメント番号「１０」，「９」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｃは、セグメント番号「１４」，「１３」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｄは、セグメント番号「１８」，「１７」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｅは、セグメント番号「２２」，「２１」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｆは、セグメント番号「２」，「１」の両セグメント９に跨って接触する。
【００２７】
従って、この場合、引き続きコイル７ｄ，７ｈは、プラス側ブラシ１１ｃ及びセグメント番号「１４」のセグメント９と、マイナス側ブラシ１１ｇ及びスリップリング１２とを介して駆動電源が供給され、励磁している。又、コイル７ａ，７ｅは、プラス側ブラシ１１ａ及びセグメント番号「５」のセグメント９と、マイナス側ブラシ１１ｇ及びスリップリング１２とを介して駆動電源が供給され、励磁される。
【００２８】
すると、引き続きティース６ｄ，６ｈ（コイル７ｄ，７ｈ）にはステータ２の鉄片突極４ａ，４ｄに対して上記のような吸引力が生じ、この吸引力がロータ５を反時計回り方向に回転させる回転力となる。又、ティース６ａ，６ｅ（コイル７ａ，７ｅ）にもステータ２の鉄片突極４ｂ，４ｅに対して上記のような吸引力が生じ、この吸引力がロータ５を反時計回り方向に回転させる回転力となる。そして、これらの回転力によりロータ５が同方向に回転する。
【００２９】
尚、図示しないが、ロータ５が図３の位置から反時計回り方向に５°回転した位置になると、ティース６ｄ，６ｈの周方向の中心と鉄片突極４ａ，４ｄの周方向の中心とが一致、即ちティース６ｄ，６ｈと鉄片突極４ａ，４ｄとの磁気抵抗が最も小さくなり、相互間の磁束が通り易くなる位置となる。このとき、プラス側ブラシ１１ｃは、接触していたセグメント番号「１４」のセグメント９から離れ、コイル７ｄ，７ｈへの駆動電源の供給を停止するようになっている。
【００３０】
図４は、ロータ５が図３の位置から反時計回り方向に１０°回転した位置である。同図４において、プラス側ブラシ１１ａは、セグメント番号「５」，「４」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｂは、セグメント番号「９」，「８」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｃは、セグメント番号「１３」，「１２」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｄは、セグメント番号「１７」，「１６」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｅは、セグメント番号「２１」，「２０」の両セグメント９に跨って接触する。プラス側ブラシ１１ｆは、セグメント番号「１」，「２４」の両セグメント９に跨って接触する。
【００３１】
従って、この場合、引き続きコイル７ａ，７ｅは、プラス側ブラシ１１ａ及びセグメント番号「５」のセグメント９と、マイナス側ブラシ１１ｇ及びスリップリング１２とを介して駆動電源が供給され、励磁している。又、コイル７ｂ，７ｆは、プラス側ブラシ１１ｂ及びセグメント番号「８」のセグメント９と、マイナス側ブラシ１１ｇ及びスリップリング１２とを介して駆動電源が供給され、励磁される。
【００３２】
すると、引き続きティース６ａ，６ｅ（コイル７ａ，７ｅ）にはステータ２の鉄片突極４ｂ，４ｅに対して上記のような吸引力が生じ、この吸引力がロータ５を反時計回り方向に回転させる回転力となる。又、ティース６ｂ，６ｆ（コイル７ｂ，７ｆ）にもステータ２の鉄片突極４ｃ，４ｆに対して上記のような吸引力が生じ、この吸引力がロータ５を反時計回り方向に回転させる回転力となる。そして、これらの回転力によりロータ５が同方向に回転する。
【００３３】
図５は、ロータ５が図４の位置から反時計回り方向に１０°回転した位置である。同図５において、各プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆは、セグメント番号「４」，「８」，「１２」，「１６」，「２０」，「２４」の各セグメント９とそれぞれ一対一で接触する。従って、この場合、引き続きコイル７ｂ，７ｆは、プラス側ブラシ１１ｂ及びセグメント番号「８」のセグメント９と、マイナス側ブラシ１１ｇ及びスリップリング１２とを介して駆動電源が供給され、励磁している。すると、引き続きティース６ｂ，６ｆ（コイル７ｂ，７ｆ）にはステータ２の鉄片突極４ｃ，４ｆに対して上記のような吸引力が生じ、この吸引力がロータ５を反時計回り方向に回転させる回転力となる。そして、この回転力によりロータ５が同方向に回転する。
【００３４】
又、この場合、ティース６ａ，６ｅの周方向の中心と鉄片突極４ｂ，４ｅの周方向の中心とが一致、即ちティース６ａ，６ｅと鉄片突極４ｂ，４ｅとの磁気抵抗が最も小さくなり、相互間の磁束が通り易くなる位置となる。従って、プラス側ブラシ１１ａは、接触していたセグメント番号「５」のセグメント９から離れ、コイル７ａ，７ｅへの駆動電源の供給を停止するようになっている。
【００３５】
そして、上記のようにロータ５（コンミテータ８）の回転とともにプラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆが接触するセグメント９が切り替わることによって、各コイル７ａ〜７ｈが所定のタイミングで順次励磁され、ロータ５が反時計回り方向に回転するようになっている。
【００３６】
上記したように、本実施形態の直流モータ１は、以下に示すような特徴を有している。
（１）ステータ２は、ヨークハウジング３の内周面に所定間隔を有する鉄片突極４ａ〜４ｆを配置して構成され、ロータ５は、ティース６ａ〜６ｈにコイル７ａ〜７ｈがそれぞれ巻回されて構成され、鉄片突極４ａ〜４ｆの内側において回転可能に収容される。コンミテータ８は、ロータ５とともに回転し、対応した各コイル７ａ〜７ｈの一端がそれぞれ接続されたセグメント９を有し、プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆは、セグメント９に摺接し、プラス側駆動電源を供給する。スリップリング１２は、ロータ５とともに回転し、各コイル７ａ〜７ｈの他端が接続され、マイナス側ブラシ１１ｇは、スリップリング１２に対してロータ５の回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給する。このような構成の本実施形態の直流モータ１は、比較的高価な部材である永久磁石の替わりに鉄片突極４ａ〜４ｆを使用しているので、コストを低減することができる。しかも、永久磁石は、組付け時の応力や振動による割れ、低温減磁等の心配をする必要があるが、永久磁石の替わりに鉄片突極４ａ〜４ｆを使用する本実施形態の直流モータ１はその心配をする必要がない。従って、直流モータ１の不良率の低減、耐久性・耐環境性の向上を図ることができる。
【００３７】
（２）本実施形態の各コイル７ａ〜７ｈは、対応した１つのティース６ａ〜６ｈに対して集中巻きにより巻回されるので、コイル巻線の占積率を高くすることができる。従って、本実施形態の直流モータ１を小型で高トルクのモータとすることができる。
【００３８】
（３）本実施形態では、各コイル７ａ〜７ｈの両端間に、プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆがセグメント９を切り替わる時に各コイル７ａ〜７ｈの両端間で発生するサージ電圧を除去するためのサージ吸収素子１０が備えられる。従って、このサージ電圧はロータ５の回転に悪影響を与えるので、このサージ電圧を吸収することで本実施形態の直流モータ１の効率を向上することができる。
【００３９】
（４）本実施形態では、各鉄片突極４ａ〜４ｆとヨークハウジング３と別体で構成したので、鉄片突極４ａ〜４ｆとヨークハウジング３とをそれぞれ容易に形成することができる。
【００４０】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、鉄片突極４ａ〜４ｆを６個、ティース６ａ〜６ｈを８個、セグメント９を２４個、プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆを６個、マイナス側ブラシ１１ｇを１個でそれぞれ構成したが、これら各部材の個数はこれに限定されるものではなく、適宜変更して実施してもよい。又、この場合、セグメント９を除く各部材の配置を適宜変更して実施してもよい。
【００４１】
○上記実施形態では、鉄片突極４ａ〜４ｆを、周方向に３０°の範囲で円弧状に形成したが、鉄片突極４ａ〜４ｆを、この範囲より小さい円弧状に形成してもよい。
【００４２】
○上記実施形態では、鉄片突極４ａ〜４ｆとヨークハウジング３とを別体で構成したが、鉄片突極４ａ〜４ｆをヨークハウジング３と一体に形成するようにしてもよい。このようにすれば、モータの部品点数を少なくすることができる。
【００４３】
○上記実施形態では、各コイル７ａ〜７ｈを、対応した１つのティース６ａ〜６ｈに対して集中巻きにより巻回したが、複数のティース６ａ〜６ｈに跨って巻回する分布巻きとしてもよい。又、各コイル７ａ〜７ｈの接続を適宜変更してもよい。
【００４４】
○上記実施形態では、プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆの周方向の幅がセグメント９の周方向の幅と略同じとなるように該プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆを形成したが、プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆの周方向の幅がセグメント９の周方向の幅より若干小さくなるように該プラス側ブラシ１１ａ〜１１ｆを形成してもよい。
【００４５】
○上記実施形態では、セグメント番号「１〜４，６，７，９，１０，１２，１３，１５〜２４」のセグメント９はコイルに接続されていないが、これら接続しないセグメント９を省略して実施してもよい。
【００４６】
○上記実施形態では、スリップリング１２を、コンミテータ８と一体回転するように該コンミテータ８に設けたが、コンミテータ８以外でロータ５と一体回転する部材、例えばコア６や回転軸（図示略）に設けるようにしてもよい。
【００４７】
○上記実施形態では、サージ吸収素子１０を１個のダイオードを用いて構成したが、２個以上のダイオードとしてもよく、又、その他の素子を用いて実施してもよい。
【００４８】
上記各実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想を効果とともに以下に記載する。
（イ） 請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流モータにおいて、前記鉄片突極は、前記ヨークハウジングと別体で構成されていることを特徴とする直流モータ。このようにすれば、鉄片突極とヨークハウジングとをそれぞれ容易に形成することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、コストを低減できる直流モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態の直流モータの概略構成図である。
【図２】 直流モータの動作を説明するための模式図である。
【図３】 直流モータの動作を説明するための模式図である。
【図４】 直流モータの動作を説明するための模式図である。
【図５】 直流モータの動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２…ステータ、３…ヨークハウジング、４ａ〜４ｆ…鉄片突極、５…ロータ、６…コア、６ａ〜６ｈ…ティース、７ａ〜７ｈ…コイル、８…コンミテータ、９…セグメント、１０…サージ吸収素子、１１ａ〜１１ｆ…プラス側ブラシ、１１ｇ…マイナス側ブラシ、１２…スリップリング。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reluctance DC motor with a brush.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a DC motor with a brush, a plurality of permanent magnets are fixed to the inner peripheral surface of a yoke housing, and a rotor is rotatably accommodated inside the permanent magnets. The rotor is provided with a coil and a commutator, and a brush is in sliding contact with the commutator. The rotor is rotated by supplying power from the brush to the coil via the commutator.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since a permanent magnet is a comparatively expensive member, the direct current motor using this permanent magnet was expensive.
[0004]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a DC motor capable of reducing the cost.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a stator having a cylindrical yoke housing, and iron piece salient poles arranged at predetermined intervals on the inner peripheral surface of the yoke housing; A rotor that is rotatably accommodated inside the iron salient pole and has a core formed with radially extending teeth, and a plurality of coils wound around the teeth of the core, and a rotor that rotates with the rotor. A commutator having a plurality of segments each connected to one end of each corresponding coil, a slip ring provided to rotate together with the rotor and connected to the other end of each coil, and a segment of the commutator A plus-side brush that is provided in sliding contact with the plus-side drive power supply and a front side of the slip ring. Provided always slidably contact regardless of the rotational position of the rotor, and a minus side brush supplies a negative driving power source.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a stator having a cylindrical yoke housing, iron piece salient poles arranged at a predetermined interval on the inner peripheral surface of the yoke housing, and rotatable inside the iron piece salient poles. A rotor having teeth that extend radially, and a plurality of coils wound around the teeth of the core, the magnetic resistance of which varies according to the rotation angle, and a rotor that rotates together with the rotor. A commutator having a plurality of segments each connected to one end of each corresponding coil; a slip ring provided to rotate with the rotor and connected to the other end of each coil; and the commutator The positive brush for supplying positive drive power and the slip ring It provided in contact always sliding regardless of the rotational position of the rotor Te, and a minus side brush supplies a negative driving power source.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, in the DC motor according to the first or second aspect, the coils are wound around the corresponding one of the teeth by concentrated winding.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, in the DC motor according to any one of the first to third aspects, between both ends of each coil, between the both ends of each coil when the plush brush switches the segment. Is provided with a surge absorbing element for removing the surge voltage generated in the above.
[0009]
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the stator is configured by arranging iron piece salient poles having a predetermined interval on the inner peripheral surface of the yoke housing, and the rotor is configured by winding a plurality of coils around the teeth. And is rotatably accommodated inside the iron piece salient pole. The commutator rotates with the rotor and has a plurality of segments to which one end of each corresponding coil is connected, and the plus brush slides on the segment and supplies plus drive power. The slip ring rotates with the rotor, the other end of each coil is connected, and the minus side brush is provided so as to be always in sliding contact with the slip ring regardless of the rotational position of the rotor, and supplies minus side drive power. . Therefore, the direct current motor having such a configuration uses an iron piece salient pole in place of a permanent magnet that is a relatively expensive member, and thus the cost can be reduced. In addition, permanent magnets need to worry about cracking due to stress and vibration during assembly, low-temperature demagnetization, etc., but this DC motor that uses iron piece salient poles instead of permanent magnets needs to worry about it. Absent.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, the stator is configured by disposing iron piece salient poles having a predetermined interval on the inner peripheral surface of the yoke housing, and the rotor is configured by winding a plurality of coils around the teeth. It is accommodated rotatably inside the iron piece salient pole, and the magnetic resistance changes depending on the rotation angle. The commutator rotates with the rotor and has a plurality of segments to which one end of each corresponding coil is connected, and the plus brush slides on the segment and supplies plus drive power. The slip ring rotates with the rotor, the other end of each coil is connected, and the minus side brush is provided so as to be always in sliding contact with the slip ring regardless of the rotational position of the rotor, and supplies minus side drive power. . Therefore, the direct current motor having such a configuration uses an iron piece salient pole in place of a permanent magnet that is a relatively expensive member, and thus the cost can be reduced. In addition, permanent magnets need to worry about cracking due to stress and vibration during assembly, low-temperature demagnetization, etc., but this DC motor that uses iron piece salient poles instead of permanent magnets needs to worry about it. Absent.
[0011]
According to the third aspect of the present invention, each coil is wound by concentrated winding with respect to one corresponding tooth, so that the space factor of the coil winding can be increased, and the DC motor has a small size and high torque. It can be.
[0012]
According to the invention of claim 4, a surge absorbing element is provided between both ends of each coil, and the surge absorbing element generates a surge voltage generated between both ends of each coil when the brush on the plus side switches the segment. Remove. Therefore, since this surge voltage adversely affects the rotation of the rotor, the efficiency of the DC motor can be improved by absorbing this surge voltage.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a DC motor 1 of this embodiment. The DC motor 1 of the present embodiment is a reluctance type DC motor that does not use a permanent magnet.
[0014]
The stator 2 of the DC motor 1 includes a yoke housing 3 and six iron piece salient poles 4a to 4f. The yoke housing 3 is formed of a magnetic metal material in a cylindrical shape, and iron piece salient poles 4a to 4f are fixed to the inner peripheral surface thereof. The iron piece salient poles 4a to 4f are formed in an arc shape in a range of 30 ° in the circumferential direction, and are arranged so that the centers in the circumferential direction are equally spaced by 60 °. The rotor 5 is rotatably accommodated inside the iron piece salient poles 4a to 4f.
[0015]
The rotor 5 includes a core (iron core) 6, coils 7 a to 7 h, a commutator 8, and a slip ring 12. The core 6 is fixed to a rotating shaft (not shown) and has eight teeth 6a to 6h extending radially at equal intervals of 45 ° in the circumferential direction. Coils 7a to 7h are wound around the teeth 6a to 6h by concentrated winding, respectively. On the other hand, the commutator 8 is fixed to the rotating shaft so as to rotate integrally with the core 6. The commutator 8 has 24 segments 9 arranged in the circumferential direction. The slip ring 12 is made of a conductive metal material, and is provided on the commutator 8 so as to rotate integrally with the commutator 8. In the present embodiment, segment numbers “1” to “24” are assigned to these segments 9 in the counterclockwise direction from the segment 9 located between the teeth 6g and 6h.
[0016]
As shown in FIGS. 1 and 2, one end of a coil 7a wound around a tooth 6a is connected to a segment 9 having a segment number “5”, and the other end of the coil 7a is 180 ° symmetrical to the tooth 6a. It is connected to one end of a coil 7e wound around the tooth 6e at the position. The other end of the coil 7e is connected to the slip ring 12.
[0017]
One end of the coil 7b wound around the tooth 6b is connected to the segment 9 having the segment number “8”, and the other end of the coil 7b is wound around the tooth 6f that is 180 ° symmetrical to the tooth 6b. It is connected to one end of the coil 7f. The other end of the coil 7f is connected to the slip ring 12.
[0018]
One end of the coil 7c wound around the tooth 6c is connected to the segment 9 having the segment number “11”, and the other end of the coil 7c is wound around the tooth 6g that is 180 ° symmetrical to the tooth 6c. It is connected to one end of the coil 7g. The other end of the coil 7g is connected to the slip ring 12.
[0019]
One end of the coil 7d wound around the tooth 6d is connected to the segment 9 having the segment number “14”, and the other end of the coil 7d is wound around the tooth 6h at a position 180 ° symmetrical to the tooth 6d. It is connected to one end of the coil 7h. The other end of the coil 7 h is connected to the slip ring 12.
[0020]
That is, in the present embodiment, the segment 9 in which the circumferential center is arranged on the straight lines La to Lh passing through the circumferential center of the teeth 6 a to 6 h (coils 7 a to 7 h) and the rotation center O of the rotor 5. Are connected to the ends of the coils 7a to 7h, respectively. In addition, the segment 9 of other segment numbers “1 to 4, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 15 to 24” is not connected to the coil.
[0021]
A surge absorbing element 10 is connected between both ends of each of the coils 7a to 7h. In the present embodiment, the surge absorbing element 10 is configured using one diode. The surge absorbing element 10 is provided to remove a surge voltage caused by a counter electromotive force generated between both ends of the coils 7a to 7h when plus side brushes 11a to 11f to be described later switch the segment 9.
[0022]
Six plus-side brushes 11a to 11f are in sliding contact with the commutator 8 (each segment 9). The plus side brushes 11 a to 11 f are formed so that the circumferential width thereof is substantially the same as the circumferential width of the segment 9. The plus side brushes 11a to 11f are held by a brush holder (not shown) at equal intervals of 60 ° in the circumferential direction. The plus side brushes 11a to 11f are connected to plus side terminals of a drive power source (not shown).
[0023]
The slip ring 12 is in sliding contact with a negative brush 11g. The negative brush 11g is connected to a negative terminal (ground) of a drive power supply (not shown). The slip ring 12 and the minus side brush 11g are configured to always maintain a contact state regardless of the rotational position of the rotor 5.
[0024]
In the present embodiment, the straight line L1 passing through the center in the circumferential direction of the plus side brushes 11b and 11e and the rotation center O of the rotor 5 passes through the end portions in the clockwise direction of the iron piece salient poles 4c and 4f. Each plus side brush 11a-11f is arranged.
[0025]
Next, the operation of the DC motor 1 configured as described above will be described with reference to FIGS.
In FIG. 2, the plus-side brushes 11 a to 11 f are in one-to-one contact with the segments 9 with segment numbers “6”, “10”, “14”, “18”, “22”, and “2”. Therefore, in this case, the coils 7d and 7h are supplied with driving power through the plus brush 11c and the segment 9 with the segment number “14”, the minus brush 11g and the slip ring 12, and are excited. Then, attraction force is generated in the teeth 6d and 6h (coils 7d and 7h) against the iron piece salient poles 4a and 4d of the stator 2. This attractive force is a rotational force that rotates the rotor 5 so that the magnetic resistance between the teeth 6d and 6h and the iron piece salient poles 4a and 4d is minimized and the magnetic flux between them is easily passed. That is, this suction force becomes a rotational force that rotates the rotor 5 in the counterclockwise direction. Then, the rotor 5 rotates in the same direction by this rotational force.
[0026]
FIG. 3 shows a position where the rotor 5 has been rotated 10 ° counterclockwise from the position shown in FIG. In FIG. 3, the plus-side brush 11a contacts over both segments 9 with segment numbers “6” and “5”. The plus brush 11b is in contact with both segments 9 having the segment numbers “10” and “9”. The plus brush 11c is in contact with both segments 9 having the segment numbers “14” and “13”. The plus-side brush 11d contacts over both segments 9 of segment numbers “18” and “17”. The plus brush 11e contacts over both segments 9 of segment numbers “22” and “21”. The plus brush 11f is in contact with both segments 9 having the segment numbers “2” and “1”.
[0027]
Therefore, in this case, the coils 7d and 7h are continuously supplied with driving power through the plus brush 11c and the segment 9 having the segment number “14”, the minus brush 11g and the slip ring 12, and are excited. The coils 7a and 7e are excited by being supplied with driving power via the plus side brush 11a and the segment 9 having the segment number “5”, the minus side brush 11g and the slip ring 12.
[0028]
As a result, the teeth 6d and 6h (coils 7d and 7h) continuously generate the above-described attractive force against the iron salient poles 4a and 4d of the stator 2, and this attractive force causes the rotor 5 to rotate counterclockwise. It becomes a rotational force. The teeth 6a and 6e (coils 7a and 7e) also generate the above-described suction force against the iron piece salient poles 4b and 4e of the stator 2, and this suction force rotates the rotor 5 in the counterclockwise direction. It becomes power. And the rotor 5 rotates in the same direction by these rotational forces.
[0029]
Although not shown, when the rotor 5 is rotated by 5 ° counterclockwise from the position shown in FIG. 3, the circumferential center of the teeth 6d and 6h and the circumferential center of the iron piece salient poles 4a and 4d are located. In other words, the magnetic resistance between the teeth 6d and 6h and the iron piece salient poles 4a and 4d becomes the smallest, and the magnetic flux between them becomes easy to pass. At this time, the plus-side brush 11c is separated from the segment 9 with the segment number “14” that has been in contact, and stops supplying the drive power to the coils 7d and 7h.
[0030]
FIG. 4 shows a position where the rotor 5 has been rotated 10 ° counterclockwise from the position shown in FIG. In FIG. 4, the plus-side brush 11a contacts over both segments 9 of segment numbers “5” and “4”. The plus side brush 11b contacts over both the segments 9 of the segment numbers “9” and “8”. The plus side brush 11c contacts over both the segments 9 of the segment numbers “13” and “12”. The plus brush 11d is in contact with both segments 9 having the segment numbers “17” and “16”. The plus side brush 11e contacts over both segments 9 of segment numbers “21” and “20”. The plus brush 11f is in contact with both segments 9 having the segment numbers “1” and “24”.
[0031]
Therefore, in this case, the coils 7a and 7e continue to be excited by being supplied with driving power via the plus brush 11a and the segment 9 with the segment number “5”, the minus brush 11g and the slip ring 12. The coils 7b and 7f are excited by being supplied with driving power via the plus brush 11b and the segment 9 having the segment number “8”, the minus brush 11g and the slip ring 12.
[0032]
As a result, the teeth 6a and 6e (coils 7a and 7e) continuously generate the above-described suction force against the iron piece salient poles 4b and 4e of the stator 2, and this suction force rotates the rotor 5 counterclockwise. It becomes a rotational force. The teeth 6b and 6f (coils 7b and 7f) also generate the above-described suction force against the iron piece salient poles 4c and 4f of the stator 2, and this suction force rotates the rotor 5 in the counterclockwise direction. It becomes power. And the rotor 5 rotates in the same direction by these rotational forces.
[0033]
FIG. 5 shows a position where the rotor 5 has been rotated 10 ° counterclockwise from the position shown in FIG. In FIG. 5, each of the plus side brushes 11a to 11f is in one-to-one contact with each segment 9 of segment numbers “4”, “8”, “12”, “16”, “20”, “24”. . Therefore, in this case, the coils 7b and 7f are continuously supplied with driving power through the plus brush 11b and the segment 9 with the segment number “8”, the minus brush 11g and the slip ring 12, and are excited. As a result, the teeth 6b and 6f (coils 7b and 7f) continuously generate the above-described attractive force against the iron piece salient poles 4c and 4f of the stator 2, and this attractive force causes the rotor 5 to rotate counterclockwise. It becomes a rotational force. Then, the rotor 5 rotates in the same direction by this rotational force.
[0034]
Further, in this case, the center in the circumferential direction of the teeth 6a, 6e and the center in the circumferential direction of the iron piece salient poles 4b, 4e coincide, that is, the magnetic resistance between the teeth 6a, 6e and the iron piece salient poles 4b, 4e is minimized. , It becomes a position where the magnetic flux between each other easily passes. Therefore, the plus-side brush 11a is separated from the segment 9 with the segment number “5” that has been in contact, and stops supplying drive power to the coils 7a and 7e.
[0035]
As the rotor 5 (commutator 8) rotates as described above, the segments 9 with which the plus-side brushes 11a to 11f contact are switched, whereby the coils 7a to 7h are sequentially excited at a predetermined timing, and the rotor 5 is counterclockwise. It is designed to rotate in the direction of rotation.
[0036]
As described above, the DC motor 1 of the present embodiment has the following characteristics.
(1) The stator 2 is configured by arranging iron piece salient poles 4a to 4f having a predetermined interval on the inner peripheral surface of the yoke housing 3, and the rotor 5 has coils 7a to 7h wound around teeth 6a to 6h, respectively. And is rotatably accommodated inside the iron piece salient poles 4a to 4f. The commutator 8 rotates with the rotor 5 and has a segment 9 to which one end of each of the corresponding coils 7a to 7h is connected. The plus side brushes 11a to 11f are in sliding contact with the segment 9 and supply plus side drive power. To do. The slip ring 12 rotates together with the rotor 5, the other ends of the coils 7 a to 7 h are connected, and the minus side brush 11 g is provided so as to be always in sliding contact with the slip ring 12 regardless of the rotational position of the rotor 5. Supply negative drive power. Since the DC motor 1 of the present embodiment having such a configuration uses the iron piece salient poles 4a to 4f instead of the permanent magnet which is a relatively expensive member, the cost can be reduced. Moreover, the permanent magnet needs to worry about cracking due to stress or vibration during assembly, low-temperature demagnetization, etc., but the DC motor 1 of the present embodiment uses the iron piece salient poles 4a to 4f instead of the permanent magnet. Don't have to worry about that. Therefore, it is possible to reduce the defect rate of the DC motor 1 and improve durability and environmental resistance.
[0037]
(2) Since each coil 7a-7h of this embodiment is wound by concentrated winding with respect to one corresponding tooth 6a-6h, the space factor of a coil winding can be made high. Therefore, the DC motor 1 of the present embodiment can be a small and high torque motor.
[0038]
(3) In the present embodiment, surge absorption for removing the surge voltage generated between the ends of the coils 7a to 7h when the plus-side brushes 11a to 11f switch the segment 9 between the ends of the coils 7a to 7h. An element 10 is provided. Therefore, since this surge voltage adversely affects the rotation of the rotor 5, the efficiency of the DC motor 1 of the present embodiment can be improved by absorbing this surge voltage.
[0039]
(4) In this embodiment, since each iron piece salient pole 4a-4f and the yoke housing 3 were comprised separately, the iron piece salient poles 4a-4f and the yoke housing 3 can each be formed easily.
[0040]
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, six iron poles 4a to 4f, eight teeth 6a to 6h, 24 segments 9, six plus side brushes 11a to 11f, and one minus side brush 11g, respectively. However, the number of these members is not limited to this, and may be changed as appropriate. In this case, the arrangement of members other than the segment 9 may be changed as appropriate.
[0041]
In the above-described embodiment, the iron piece salient poles 4a to 4f are formed in an arc shape in a range of 30 ° in the circumferential direction, but the iron piece salient poles 4a to 4f may be formed in an arc shape smaller than this range.
[0042]
In the above embodiment, the iron piece salient poles 4 a to 4 f and the yoke housing 3 are configured separately, but the iron piece salient poles 4 a to 4 f may be formed integrally with the yoke housing 3. In this way, the number of parts of the motor can be reduced.
[0043]
In the above embodiment, the coils 7a to 7h are wound around the corresponding one of the teeth 6a to 6h by concentrated winding, but may be distributed winding wound around the plurality of teeth 6a to 6h. Moreover, you may change suitably the connection of each coil 7a-7h.
[0044]
In the above embodiment, the plus side brushes 11a to 11f are formed so that the circumferential width of the plus side brushes 11a to 11f is substantially the same as the circumferential width of the segment 9, but the plus side brushes 11a to 11f are formed. The plus-side brushes 11 a to 11 f may be formed so that the circumferential width of the segment 9 is slightly smaller than the circumferential width of the segment 9.
[0045]
In the above embodiment, segment numbers “1 to 4, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 15 to 24” are not connected to the coil, but these unconnected segments 9 are omitted. You may implement.
[0046]
In the above embodiment, the slip ring 12 is provided in the commutator 8 so as to rotate integrally with the commutator 8, but a member that rotates integrally with the rotor 5 other than the commutator 8, such as a core 6 or a rotating shaft (not shown). You may make it provide.
[0047]
In the above embodiment, the surge absorbing element 10 is configured using one diode, but it may be two or more diodes, or may be implemented using other elements.
[0048]
The technical ideas other than the claims that can be grasped from the respective embodiments will be described below together with the effects.
(A) The DC motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the iron piece salient pole is formed separately from the yoke housing. If it does in this way, an iron piece salient pole and a yoke housing can be formed easily, respectively.
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a DC motor capable of reducing the cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a DC motor according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of a DC motor.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of a DC motor.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of a DC motor.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of a DC motor.
[Explanation of symbols]
2 ... Stator, 3 ... Yoke housing, 4a-4f ... Iron piece salient pole, 5 ... Rotor, 6 ... Core, 6a-6h ... Teeth, 7a-7h ... Coil, 8 ... Commutator, 9 ... Segment, 10 ... Surge absorbing element , 11a to 11f... Plus side brush, 11g... Minus side brush, 12.

Claims (4)

円筒状のヨークハウジングと、そのヨークハウジングの内周面に所定間隔を隔てて配置された鉄片突極とを有するステータと、
前記鉄片突極の内側において回転可能に収容され、放射状に延びるティースが形成されたコアと、そのコアのティースにそれぞれ巻回された複数のコイルとを有するロータと、
前記ロータとともに回転するように設けられ、対応した前記各コイルの一端がそれぞれ接続された複数のセグメントを有するコンミテータと、
前記ロータとともに回転するように設けられ、前記各コイルの他端が接続されるスリップリングと、
前記コンミテータのセグメントに摺接するように設けられ、プラス側駆動電源を供給するプラス側ブラシと、
前記スリップリングに対して前記ロータの回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給するマイナス側ブラシと
を備えたことを特徴とする直流モータ。A stator having a cylindrical yoke housing, and iron piece salient poles arranged at predetermined intervals on the inner peripheral surface of the yoke housing;
A rotor having a core that is rotatably accommodated inside the iron piece salient pole and formed with radially extending teeth, and a plurality of coils wound around the teeth of the core, and
A commutator having a plurality of segments provided to rotate with the rotor and connected to one end of each corresponding coil;
A slip ring provided to rotate with the rotor and connected to the other end of each coil;
A plus brush that is provided in sliding contact with the commutator segment and supplies a plus drive power;
A direct current motor comprising: a negative brush that is provided so as to be always in sliding contact with the slip ring regardless of the rotational position of the rotor, and that supplies a negative drive power source. 円筒状のヨークハウジングと、そのヨークハウジングの内周面に所定間隔を隔てて配置された鉄片突極とを有するステータと、
前記鉄片突極の内側において回転可能に収容され、放射状に延びるティースが形成されたコアと、そのコアのティースにそれぞれ巻回された複数のコイルとを有し、回転角によって磁気抵抗が変化するロータと、
前記ロータとともに回転するように設けられ、対応した前記各コイルの一端がそれぞれ接続された複数のセグメントを有するコンミテータと、
前記ロータとともに回転するように設けられ、前記各コイルの他端が接続されるスリップリングと、
前記コンミテータのセグメントに摺接するように設けられ、プラス側駆動電源を供給するプラス側ブラシと、
前記スリップリングに対して前記ロータの回転位置に係わらず常に摺接するように設けられ、マイナス側駆動電源を供給するマイナス側ブラシと
を備えたことを特徴とする直流モータ。A stator having a cylindrical yoke housing, and iron piece salient poles arranged at predetermined intervals on the inner peripheral surface of the yoke housing;
A core that is rotatably accommodated inside the iron pole salient pole and formed with radially extending teeth, and a plurality of coils wound around the teeth of the core, and the magnetic resistance changes depending on the rotation angle. The rotor,
A commutator having a plurality of segments provided to rotate with the rotor and connected to one end of each corresponding coil;
A slip ring provided to rotate with the rotor and connected to the other end of each coil;
A plus brush that is provided in sliding contact with the commutator segment and supplies a plus drive power;
A direct current motor comprising: a negative brush that is provided so as to be always in sliding contact with the slip ring regardless of the rotational position of the rotor, and that supplies a negative drive power source. 請求項１又は２に記載の直流モータにおいて、
前記各コイルは、対応した１つの前記ティースに対して集中巻きにより巻回されていることを特徴とする直流モータ。The DC motor according to claim 1 or 2,
Each of the coils is wound by concentrated winding around one corresponding tooth. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流モータにおいて、
前記各コイルの両端間には、前記プラシ側ブラシが前記セグメントを切り替わる時に各コイルの両端間で発生するサージ電圧を除去するためのサージ吸収素子が備えられていることを特徴とする直流モータ。The direct-current motor according to any one of claims 1 to 3,
A direct current motor characterized in that a surge absorbing element for removing a surge voltage generated between both ends of each coil when the plush brush switches the segment is provided between both ends of each coil.

Images