JP3655202B2 - 直流モータ - Google Patents
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Description
【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。
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。 - 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。 - 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。 - 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。
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