JP6485046B2 - DC motor - Google Patents
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Description
本発明は、直流モータに関する。 The present invention relates to a DC motor.
下記特許文献1には、直流モータが開示されている。この文献に記載された直流モータの固定子は、ハウジングと、当該ハウジングの内周面に固定されたリング状のマグネットと、を含んで構成されている。そして、リング状のマグネットには、その周方向に沿ってN極とS極とが交互に着磁されている。そして、N極の磁極中心とS極の磁極中心とが周方向に沿って不等間隔に配置されている。また、この文献に記載された直流モータでは、一対のブラシを磁極の着磁中心(すなわち磁極中心)からずらして配置している。これにより、電流リップル(トルクリップル)を増加させて、電流の波形から直流モータの回転数を検出することが可能となっている。
ところで、上記特許文献1に記載されたリング状のマグネットは、磁界発生装置によってN極とS極とが着磁されることによって構成される。しかしながら、磁界発生装置によってN極とS極とを着磁する場合、N極の磁極中心及びS極の磁極中心の位置にバラつきが生じやすい。すなわち、N極の磁極中心及びS極の磁極中心が所定の位置に対してずれ易い。
By the way, the ring-shaped magnet described in
さらに、上記特許文献1に記載された直流モータでは、一対のブラシを磁極の着磁中心からずらす必要があるため、上記磁極中心の位置のばらつきにより、一対のブラシが所望の角度磁極の着磁中心からずらして配置されない虞れがある。
Furthermore, in the DC motor described in
本発明は上記事実を考慮し、電流リップルを調整することができる直流モータを得ることを第1の目的とし、固定子の各部の磁極中心の位置を容易に調整することができる直流モータを得ることを第2の目的とする。 In view of the above fact, the present invention has a first object to obtain a DC motor capable of adjusting current ripple, and obtains a DC motor capable of easily adjusting the position of the magnetic pole center of each part of the stator. This is the second purpose.
請求項1記載の直流モータは、軸線回りに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されていると共に導電性の巻線が巻回された電機子コアと、前記巻線の端末部が接続された整流子と、を有する回転子と、前記電機子コアを覆うヨークハウジングの内周面に固定されていると共に周方向に沿って配置された複数のセグメントマグネットを有することによって磁極の数が2×M(M=2,3,4・・・)とされた固定子と、を有し、前記電機子コアは、前記巻線が巻回される2×M×(n+1.5)(n=1,2,3・・・)のティース部と該ティース部と同数のスロットを有しており、複数の磁極のうち一対の磁極を基準磁極とすると共に他の一対の磁極を一般磁極とし、一の前記基準磁極と他の前記基準磁極との間を周方向に二等分する二等分線を基準仮想線とすると共に一の前記一般磁極と他の前記一般磁極との間を周方向に二等分する二等分線を一般仮想線とし、前記基準仮想線と前記一般仮想線とのなす角度が360°/Mに設定されており、前記基準磁極の磁極中心と前記基準仮想線とのなす角度が、前記一般磁極の磁極中心と前記一般仮想線とのなす角度と異なっており、前記整流子に摺接することによって前記巻線へ通電させる一対のブラシが、一対の前記基準磁極の磁極中心と周方向の同位置にそれぞれ配置されている。
The DC motor according to
請求項1記載の直流モータによれば、ブラシが整流子に摺接して、電機子コアに巻回された巻線への通電が切替えられる。これにより、電機子コアの回りに磁界が生じ、当該磁界とセグメントマグネットの磁界の相互作用によって、回転子が回転する。すなわち、直流モータの回転軸が回転する。ここで、本発明では、基準磁極の磁極中心と基準仮想線とのなす角度を、一般磁極の磁極中心と一般仮想線とのなす角度と異ならせることにより、ブラシと整流子との接触が切り替わる際の電流リップルを所望の値に調整することができる。 According to the DC motor of the first aspect, the brush is slidably contacted with the commutator, and energization of the winding wound around the armature core is switched. As a result, a magnetic field is generated around the armature core, and the rotor rotates due to the interaction between the magnetic field and the magnetic field of the segment magnet. That is, the rotating shaft of the DC motor rotates. Here, in the present invention, the contact between the brush and the commutator is switched by making the angle formed between the magnetic pole center of the reference magnetic pole and the reference virtual line different from the angle formed between the magnetic pole center of the general magnetic pole and the general virtual line. Current ripple can be adjusted to a desired value.
請求項2記載の直流モータは、請求項1記載の直流モータにおいて、前記固定子は、M個のN極の前記セグメントマグネット及びM個のS極の前記セグメントマグネットを含んで構成されている。 According to a second aspect of the present invention, in the direct current motor according to the first aspect, the stator includes the M N-pole segment magnets and the M S-pole segment magnets.
請求項2記載の直流モータによれば、基準磁極を構成するN極のセグメントマグネット及びS極のセグメントマグネットと基準仮想線とのなす角度を、一般磁極を構成するN極のセグメントマグネット及びS極のセグメントマグネットと一般仮想線とのなす角度と異ならせることにより、ブラシと整流子との接触が切り替わる際の電流リップルを所望の値に調整することができる。 According to the DC motor of the second aspect, the N-pole segment magnet and the S-pole segment magnet and the S-pole constituting the general magnetic pole are formed by the angles formed by the N-pole segment magnet and the S-pole segment magnet constituting the reference magnetic pole and the reference virtual line. By making the angle different between the segment magnet and the general imaginary line, the current ripple when the contact between the brush and the commutator is switched can be adjusted to a desired value.
請求項3記載の直流モータは、請求項1記載の直流モータにおいて、前記固定子は、単一のN極の前記セグメントマグネット及び単一のS極の前記セグメントマグネットと、N極及びS極が着磁された2極着磁の前記セグメントマグネットと、を含んで構成されている。
The DC motor according to claim 3 is the DC motor according to
請求項3記載の直流モータによれば、2極着磁の前記セグメントマグネットを含んで固定子が構成されていることにより、固定子を構成する部品の点数の増加を抑制することができる。 According to the DC motor of the third aspect, since the stator is configured to include the segment magnets that are two-pole magnetized, an increase in the number of parts constituting the stator can be suppressed.
請求項4記載の直流モータは、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の直流モータにおいて、前記一般仮想線に対して周方向一方側に配置された前記一般磁極と該一般仮想線とのなす角度と、前記一般仮想線に対して周方向他方側に配置された前記一般磁極と該一般仮想線とのなす角度と、が同一の角度に設定されている。
The direct current motor according to claim 4 is the direct current motor according to any one of
請求項4記載の直流モータによれば、回転軸が周方向一方側に回転した場合及び周方向他方側に回転した場合の両方の場合において、同じ値の電流リップルを得ることができる。 According to the DC motor of the fourth aspect, the current ripple having the same value can be obtained both in the case where the rotating shaft rotates in one side in the circumferential direction and in the case where the rotating shaft rotates in the other side in the circumferential direction.
図1及び図2を用いて、本発明の実施形態に係る直流モータについて説明する。なお、図中に適宜示す矢印Z方向、矢印R方向及び矢印C方向は、直流モータの軸方向、径方向及び周方向をそれぞれ示すものとする。また以下、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、直流モータの軸方向、径方向、周方向を示すものとする。 A DC motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, the arrow Z direction, the arrow R direction, and the arrow C direction that are appropriately shown in the drawing indicate the axial direction, the radial direction, and the circumferential direction of the DC motor, respectively. In the following description, when only the axial direction, radial direction, and circumferential direction are indicated, the axial direction, radial direction, and circumferential direction of the DC motor are indicated unless otherwise specified.
図1に示されるように、直流モータ10は、回転子12と、ブラシ装置14と、固定子16と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
回転子12は、棒状に形成された回転軸18と、回転軸18に固定された電機子コア20及び整流子22と、を含んで構成されている。回転軸18は、後述するヨークハウジング46と同軸上に配置されており、回転軸18の軸方向一端部が、軸受部材24を介してヨークハウジング46の底部に回転自在に支持されていると共に、回転軸18の軸方向他端部は、軸受部材24を介してモータハウジング26に回転自在に支持されている。そして、回転軸18の軸方向他端部には、連結部材28が圧入されている。
The
図2に示されるように、電機子コア20は、磁性材料を用いて形成されており、この電機子コア20は、環状に形成されていると共に回転軸18が軸心部に圧入される環状部30と、軸方向視で略T字状に形成されていると共に周方向に沿って等間隔に配列された10個のティース部32と、を備えている。この電機子コア20は、10個のティース部32を備えていることにより、当該電機子コア20の外周部には、10個のスロット34が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、本実施形態では、後述するN極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sの総数をPとした場合において、電機子コア20のスロット34の数が、P×(n+1.5)(n=1,2,3,…)で求められる数に設定されている。すなわち、P=4,n=1に対応するスロット34の数に設定されている。
Here, in this embodiment, when the total number of N-
また、電機子コア20の各々のティース部32の回りには、導電性の巻線36が巻回されている。これにより、ティース部32の回りにはコイル38が形成されている。さらに、本実施形態では、巻線36が、電機子コア20の各々のティース部32に分布巻きにより巻回されている。
A
図1に示されるように、整流子22は、回転軸18の軸方向他端側の部分に圧入等によって固定されている。この整流子22は、周方向に沿って等間隔に配列された複数の整流子片40を備えている。また、各整流子片40は、隣接する整流子片40同士が電気絶縁された状態で固定されている。さらに、各整流子片40には、電機子コア20の所定のティース部32毎に巻回された対応する巻線36の端末部が電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
ブラシ装置14は、整流子22の径方向外側に配置されており、このブラシ装置14は、絶縁性の材料を用いて形成されたブラシホルダ42と、ブラシホルダ42に支持された一対のブラシ44と、を含んで構成されている。また、一対のブラシ44は、図示しないスプリングによって径方向内側に付勢されている。これにより、一対のブラシ44が整流子22に摺接して巻線36(コイル38)へ通電させることが可能となっている。また、図2において仮想線で示されるように、一のブラシ44は、後述するN極のマグネット48N(N2)の磁極中心LN2と周方向の同位置に配置されており、他のブラシ44のは、後述するS極のマグネット48S(S2)の磁極中心LS2と周方向の同位置に配置されている。
The
図1及び図2に示されるように、固定子16は、電機子コア20を覆う有底筒状に形成されたヨークハウジング46と、ヨークハウジング46に固定された2対のN極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sと、を含んで構成されている。ヨークハウジング46は、電機子コア20と周方向に対向して配置された筒状部50を備えており、この筒状部50の内周面にN極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sが接着剤等により接合されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示されるように、N極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sは、ヨークハウジング46の筒状部50の内周面に対応する弧状に湾曲された板状に形成されており、またN極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sは、周方向に沿って均一に着磁されている。さらに、本実施形態では、N極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sが、周方向に沿って交互に配置されていると共に、N極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sの磁極中心LN1,LN2,LS1,LS2(N極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sの周方向の中心)が周方向に沿って不等間隔に配置されている。
As shown in FIG. 2, the N-pole magnet 48 </ b> N and the S-pole magnet 48 </ b> S are formed in a plate shape curved in an arc shape corresponding to the inner peripheral surface of the
ここで、基準磁極としての一のN極のマグネット48N(N2)と基準磁極としての一のS極のマグネット48S(S2)との間を周方向に二等分する二等分線を基準仮想線L2とすると共に、一般磁極としての他のN極のマグネット48N(N1)と一般磁極としての他のS極のマグネット48S(S1)との間を周方向に二等分する二等分線を一般仮想線L1とすると、本実施形態では、基準仮想線L2と一般仮想線L1とのなす角度が180°となるように各々のマグネット48N,48Sが配置されている。
Here, a bisector that bisects in the circumferential direction between one N-
また、N極のマグネット48N(N2)の磁極中心LN2と基準仮想線L2とのなす角度θ2が、N極のマグネット48N(N1)の磁極中心LN1と一般仮想線L1とのなす角度θ1と異なる角度に設定されている。さらに、S極のマグネット48S(S2)の磁極中心LS2と基準仮想線L2とのなす角度θ2が、S極のマグネット48S(S1)の磁極中心LS1と一般仮想線L1とのなす角度θ1と異なる角度に設定されている。なお、本実施形態では、角度θ2は45°に設定されており、また、本実施形態では、一のN極のマグネット48N(N1)の周方向一方側の端部C1と、一のS極のマグネット48S(S1)の周方向他方側の端部C2と、が当接した状態でヨークハウジング46の筒状部50に固定されている。
Further, the angle θ2 formed between the magnetic pole center LN2 of the N-
(本実施形態の作用並びに効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果について対比例に係る直流モータ52と比較して説明する。
(Operation and effect of this embodiment)
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described in comparison with the direct
図1及び図2に示された直流モータ10によれば、一対のブラシ44が整流子22の整流子片40に摺接して、電機子コア20に巻回された巻線36(コイル38)への通電が切替えられる。これにより、電機子コア20の回りに磁界が生じ、当該磁界と固定子16のセグメントマグネット(N極のマグネット48N及びS極のマグネット48S)の磁界の相互作用によって、回転子12が回転する。すなわち、直流モータ10の回転軸18が回転する。
According to the
ここで、本実施形態では、N極のマグネット48N(N2)の磁極中心LN2と基準仮想線L2とのなす角度θ2が、N極のマグネット48N(N1)の磁極中心LN1と一般仮想線L1とのなす角度θ1と異なる角度に設定されていると共に、S極のマグネット48S(S2)の磁極中心LS2と基準仮想線L2とのなす角度θ2が、S極のマグネット48S(S1)の磁極中心LS1と一般仮想線L1とのなす角度θ1と異なる角度に設定されている。そして、本実施形態では、上記θ1°の値を調整することにより、ブラシ44と整流子22(整流子片40)との接触が切り替わる際の電流リップルを所望の値に調整することができる。すなわち、図3に示された対比例に係る直流モータ52の電流リップルに比して大きな電流リップルを得ることができる。なお、図3に示された対比例に係る直流モータ52は、セグメントマグネット(N極のマグネット48N及びS極のマグネット48S)の磁極中心LN1,LN2,LS1,LS2が周方向に沿って等間隔に配置されている点を除いては、上記直流モータ10と同様に構成されている。なお、直流モータ52において上記直流モータ10と対応する部材及び部分には、上記直流モータ10と同一の符号を付している。
In this embodiment, the angle θ2 formed between the magnetic pole center LN2 of the N-
図4には、本実施形態の直流モータ10及び対比例に係る直流モータ52の電流リップルが示されている。この図に示されるように、本実施形態の直流モータ10は、対比例に係る直流モータ52の電流リップルに比して大きな電流リップルを得られることがわかる。
FIG. 4 shows current ripples of the direct
また、本実施形態では、固定子16が二つのN極のマグネット48N及び二つのS極のマグネット48Sを含んで構成されている。そのため、固定子16がリングマグネットを含んで構成されている場合等に比して、上記θ1°の値を容易に調節することができる。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態では、一のN極のマグネット48N(N1)の磁極中心LN1と一般仮想線L1とのなす角度θ2°と、一のS極のマグネット48S(S1)の磁極中心LS1と一般仮想線L1とのなす角度θ2°と、が同一角度に設定されている。これにより、回転軸18が周方向一方側に回転した場合及び周方向他方側に回転した場合の両方の場合において、同じ値の電流リップルを得ることができる。
Further, in the present embodiment, the angle θ2 ° formed between the magnetic pole center LN1 of one N-
また、図2に示されるように、本実施形態では N極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sの総数をPとした場合において、電機子コア20のスロット34の数が、P×(n+1.5)(n=1,2,3,…)で求められる数に設定されている。これにより、本実施形態の直流モータ10では、対比例に係る直流モータ52の電流リップルに比して大きな電流リップルを得ることができる。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, when the total number of N-
さらに、本実施形態では、巻線36が、電機子コア20の各々のティース部32に分布巻きにより巻回されている。これにより、巻線36を電機子コア20の各々のティース部32に集中巻きにより巻回した場合に比して、直流モータ10のトルクを向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the winding 36 is wound around each
なお、本実施形態では、巻線36を電機子コア20の各々のティース部32に分布巻きにより巻回した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、巻線36を電機子コア20の各々のティース部32に集中巻きにより巻回してもよい。巻線36を分布巻きにより巻回するか、或いは、集中巻により巻回するかについては、直流モータのトルク及び寸法等を考慮して適宜設定すればよい。
In addition, although this embodiment demonstrated the example which wound the coil | winding 36 to each
また、本実施形態では、一のN極のマグネット48N(N1)の磁極中心LN1と一般仮想線L1とのなす角度θ2°と、一のS極のマグネット48S(S1)の磁極中心LS1と一般仮想線L1とのなす角度θ2°と、が同一角度に設定されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、一のN極のマグネット48N(N1)の磁極中心LN1と一般仮想線L1とのなす角度と、一のS極のマグネット48S(S1)の磁極中心LS1と一般仮想線L1とのなす角度と、を異なる角度に設定してもよい。このように、一のN極のマグネット48N(N1)の磁極中心LN1と一般仮想線L1とのなす角度及び一のS極のマグネット48S(S1)の磁極中心LS1と一般仮想線L1とのなす角度は、電流リップルの値及び直流モータ10が使用される際の回転軸18の回転方向等を考慮して適宜設定すればよい。
In the present embodiment, the angle θ2 ° formed between the magnetic pole center LN1 of one N-
また、本実施形態では、2対のN極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sを用いて固定子16を構成した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、単一のN極のマグネット48N及び単一のS極のマグネット48Sと、N極及びS極が着磁された2極着磁のマグネットと、を含んで固定子16を構成することもできる。すなわち、本実施形態で用いた一のN極のマグネット48N(N1)と一のS極のマグネット48S(S1)とが一体化された構成のマグネットを含んで固定子16を構成することもできる。当該構成とすることにより、固定子16を構成する部品の点数の増加を抑制することができる。
In the present embodiment, an example in which the
また、図5に示されるように、3対のN極のマグネット48N及びS極のマグネット48Sを用いて固定子16を構成することもできる。なお、図5においては上記実施形態の固定子16と同一機能を有する部材及び部分等には上記実施形態と同一の符号を付している。
Further, as shown in FIG. 5, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and various modifications other than the above can be implemented without departing from the spirit of the present invention. Of course.
10…直流モータ,12…回転子,16…固定子,18…回転軸,20…電機子コア,22…整流子,34…スロット,36…巻線,44…ブラシ,46…ヨークハウジング,48N…N極のマグネット(セグメントマグネット),48S…S極のマグネット(セグメントマグネット),LN1…磁極中心,LN2…磁極中心,LS1…磁極中心,LS2…磁極中心,L2…基準仮想線,L1…一般仮想線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電機子コアを覆うヨークハウジングの内周面に固定されていると共に周方向に沿って配置された複数のセグメントマグネットを有することによって磁極の数が2×M(M=2,3,4・・・)とされた固定子と、
を有し、
前記電機子コアは、前記巻線が巻回される2×M×(n+1.5)(n=1,2,3・・・)のティース部と該ティース部と同数のスロットを有しており、
複数の磁極のうち一対の磁極を基準磁極とすると共に他の一対の磁極を一般磁極とし、
一の前記基準磁極と他の前記基準磁極との間を周方向に二等分する二等分線を基準仮想線とすると共に一の前記一般磁極と他の前記一般磁極との間を周方向に二等分する二等分線を一般仮想線とし、
前記基準仮想線と前記一般仮想線とのなす角度が360°/Mに設定されており、
前記基準磁極の磁極中心と前記基準仮想線とのなす角度が、前記一般磁極の磁極中心と前記一般仮想線とのなす角度と異なっており、
前記整流子に摺接することによって前記巻線へ通電させる一対のブラシが、一対の前記基準磁極の磁極中心と周方向の同位置にそれぞれ配置されている直流モータ。 A rotating shaft supported rotatably about an axis, an armature core fixed to the rotating shaft and wound with a conductive winding, and a commutator to which a terminal portion of the winding is connected A rotor having
By having a plurality of segment magnets fixed to the inner peripheral surface of the yoke housing covering the armature core and arranged along the circumferential direction, the number of magnetic poles is 2 × M (M = 2, 3, 4,.・ ・)
Have
The armature core has 2 × M × (n + 1.5) (n = 1, 2, 3...) Teeth portions around which the windings are wound, and the same number of slots as the teeth portions. And
Among a plurality of magnetic poles, a pair of magnetic poles is used as a reference magnetic pole and another pair of magnetic poles is used as a general magnetic pole.
A bisector that bisects one reference magnetic pole and another reference magnetic pole in the circumferential direction is used as a reference imaginary line, and a circumferential direction is formed between one general magnetic pole and another general magnetic pole. A bisector that bisects into a general virtual line,
The angle formed by the reference virtual line and the general virtual line is set to 360 ° / M,
The angle formed by the magnetic pole center of the reference magnetic pole and the reference virtual line is different from the angle formed by the magnetic pole center of the general magnetic pole and the general virtual line,
A direct current motor in which a pair of brushes that energize the windings by sliding contact with the commutator are disposed at the same position in the circumferential direction as the center of the pair of reference magnetic poles.
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