JP5764393B2 - 直流モータ - Google Patents
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Description
そこで、本発明の目的は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ブラシの寿命を短命化させることなく、回転リップルを抑えることが可能な直流モータを提供することにある。
(d−b1)/2+t=(b2−t)/2 (1)
ブラシの幅を広く設定すれば、幅を広くした分、ブラシの当接面の面積が拡大して電流密度が減少し、ブラシの寿命の短命化を防止することが可能になる。ただし、その反面で、ブラシの幅を広く設定することにより、短絡コイルが発生し易くなってしまう。つまり、短絡コイルの発生とブラシの寿命とはトレードオフの関係にあり、かかる関係を考慮して、本発明の直流モータでは、陽極ブラシ及び陰極ブラシのうち、一方のブラシの幅を他方のブラシの幅よりも広くしている。したがって、本発明の直流モータであれば、短絡コイルの発生を最小限に留めつつ、ブラシ(具体的には、幅をより広くした方のブラシ)の劣化を抑制し、モータ寿命の短命化を防止することが可能になる。さらに、陽極ブラシと陰極ブラシとの間で幅が異なっていることにより、ブラシの整流タイミングが不等ピッチになり、モータ構造に起因する規則的振動が分散されることになり、もって、モータ振動の低減につながる。
さらに、上記の式(1)を満たす当接面の幅で陽極ブラシ及び陰極ブラシを作り込むことにより、モータ回転中、短絡コイルの発生数を抑えることが可能となる。換言すると、一方のブラシ幅を他方のブラシ幅より広くしたとしても、コイルの利用率の低下を最小限に留めておくことが可能になる。
かかる構成であれば、モータ性能を低下させることなく、上記の効果(一方のブラシの幅を他方のブラシの幅よりも広くすることによる効果)を得ることができる。より具体的に説明すると、電機子の回転に伴って界磁体の内側でコイルが回転することにより磁束(以下、阻害磁束ともいう)が発生し、かかる阻害磁束によりモータ出力が低下する。ここで、阻害磁束によるずれ(すなわち、上記の位相差)の分、界磁体に対する各ブラシの相対位置をずらせば、阻害磁束に起因するモータ出力の低下を抑制することができる。一方、相対位置をずらす代わりに、上記ずれの分だけブラシの幅を広くした場合にも、モータ出力の低下を抑えることができる。ただし、前述のように、陽極ブラシ及び陰極ブラシの双方の幅を広く設定すると、短絡コイルが発生し易くなってしまうので、一方のブラシの幅のみ広くすることにより、モータ出力の低下を抑えつつ、ブラシを長寿命化させることが可能になる。
かかる構成であれば、多極多スロット構造のモータにおいてブラシの個数を減らすことができるので、部品点数の削減及びブラシにおける摺動ロスの低減を図ることが可能になる。
さらに、陽極ブラシと陰極ブラシとの間で幅が異なることで、ブラシの整流タイミングが不等ピッチになり、モータ構造に起因する規則的振動が分散され、モータ振動が低減されるようになる。
なお、図4中、実線にて示す曲線は、界磁磁束の磁束密度の、電機子3の回転角度(電気角)に対する変化を示す曲線であり、以下、界磁磁束曲線(第1曲線に相当する)と呼ぶ。また、図4中、破線にて示す曲線は、電機子3の回転に伴って界磁体4の内側でコイルCが回転することにより発生する磁束(阻害磁束)について、電機子3の回転角度に対する磁界強度の変化を示す曲線であり、以下、阻害磁束曲線と呼ぶ。さらに、図4中、太実線にて示す曲線は、上記阻害磁束と界磁磁束とを合成した合成磁束の磁束密度の、電機子3の回転角度に対する変化を示す曲線であり、以下、合成磁束曲線(第2曲線に相当する)と呼ぶ。
次に、陽極ブラシ及び陰極ブラシの各々の幅を決定する手順について説明する。
(整流子片の外周長−陽極ブラシの幅)/2+整流子片間の隙間の幅
=(陰極ブラシの幅ー整流子片間の隙間の幅)/2 (1)
<<その他の実施形態>>
以上までに説明してきた実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
一方、陽極ブラシ及び陰極ブラシのセットが3組以上備えられている場合においても、上述の式(1)と同様の、陽極ブラシの幅と陰極ブラシの幅に関する関係式を求め、当該関係式に諸処の値を入力して、陽極ブラシ及び陰極ブラシの双方の幅を求めることとしてもよい。なお、上記の関係式については数値解析等により導出することが可能である。
5 シャフト、6 コア、7a〜7j スロット、
8a〜8j ティース、9a〜9j 整流子片、
10a,10b 軸受、11 整流子、
12 N極磁石片、13 S極磁石片、
20,21 給電ブラシ、
C コイル、SL 短絡線、TS 当接面、WL 巻線
Claims (4)
- 回転方向に回転する電機子と、
該電機子に備え付けられ、前記回転方向に沿って等間隔に並ぶように配置された複数の整流子片からなる整流子と、
前記電機子のコアに巻回され、前記整流子片に接続されたコイルと、
前記回転方向に沿って一定間隔毎に磁極が変化するように配置された、界磁磁束を発生させるための界磁体と、
前記コイルに励磁電流を流すために複数の前記整流子片の各々に当接する当接面を備え、前記回転方向に沿って等間隔に並ぶように配置された陽極ブラシ及び陰極ブラシと、を備える直流モータであって、
前記陽極ブラシ及び前記陰極ブラシの双方の前記当接面は、前記回転方向に沿って円弧状に湾曲しており、前記双方のうち、一方の前記当接面の前記回転方向における幅は、他方の前記当接面の前記回転方向における幅よりも広く、
前記整流子片の外周長をdとし、前記整流子片間の隙間の幅をtとし、前記陽極ブラシの前記当接面の前記回転方向における幅をb1とし、前記陰極ブラシの前記当接面の前記回転方向における幅をb2としたときに、下記の式(1)が成立することを特徴とする直流モータ。
(d−b1)/2+t=(b2−t)/2 (1) - 前記界磁磁束の磁束密度の、前記電機子の回転角度に対する変化を示す曲線を第1曲線とし、
前記電機子の回転に伴って前記界磁体の内側で前記コイルが回転することにより発生する磁束と、前記界磁磁束とを合成した合成磁束の磁束密度の、前記回転角度に対する変化を示す第2曲線としたとき、
前記回転角度に対する、一方の前記当接面の前記回転方向における幅と、他方の前記当接面の前記回転方向における幅との差は、前記第1曲線と前記第2曲線との位相差に相当する長さであることを特徴とする請求項1に記載の直流モータ。 - 前記界磁体は、複数のN極磁石片と、該N極磁石片と同数のS極磁石片とからなり、
前記N極磁石片及び前記S極磁石片の各々は、前記回転方向に沿って等間隔に並び、かつ、前記回転方向に沿って前記N極磁石片と前記S極磁石片とが交互に並ぶように配置され、
前記陽極ブラシ及び前記陰極ブラシが複数組備えられ、
前記陽極ブラシ及び前記陰極ブラシの各々は、該各々の前記回転方向における中央位置が、複数の前記N極磁石片及び複数の前記S極磁石片のうち、最も近くに位置する磁石片の前記回転方向における中央位置と重なるように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の直流モータ。 - 前記コアに前記コイルを複数形成することにより巻線が構成されており、
該巻線は、該巻線のうち、同電位となるべき地点同士を接続する均圧線を有していることを特徴とする請求項3に記載の直流モータ。
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