JPH09294361A - Commutator without generation of spark - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a spark from being generated in a gap between a commutator and a brush. SOLUTION: In a diode 15, an anode side is connected to a commutator piece, and a cathode side is connected to a bridge slide electrode respectively. In a case of the commutator with a large number of commutator pieces, the number of the diodes to be used can be three or four by connecting the bridge slide electrodes by a bridge wire 12. In a knife switch for a DC circuit, an insulation 13 is held between a positive pole main blade 11 and the bridge blade 12, and connected to each other by adhesion or other methods. Then, a negative pole blade catch 14 is provided to attach/detach the insulation 13 held between the positive pole blade 11 and the bridge blade 12. The cathode side of the diode 15 is connected to the positive pole main blade 11 and the anode side is connected to the bridge blade 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、整流子型ロータを備え
た直流モータ、直流発電機における火花を発しない整流
子及び直流電路用の火花を発しないナイフスイッチに関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC motor equipped with a commutator rotor, a commutator that does not generate sparks in a DC generator, and a knife switch that does not generate sparks for DC electric circuits.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の整流子型ロータを備えた直流モー
タは、ブラシと整流子が摺り接触しながら回転するため
ブラシと整流子の電路の切れる間隙で火花が発生し、ブ
ラシ及び整流子の火花による焼損摩耗があり、一定時間
毎にブラシを交換したり、整流子面を平滑にする等のメ
ンテナンスが必要であった。大型の直流モータの場合
は、ロータコイルの電流による起磁力によって主磁極の
磁束が影響を受けてモータの回転機能が損なわれる現象
を、ステータ側に補償巻線と補極を設けて、その悪影響
軽減対策をしているが、ステータに永久磁石を用いる小
型直流モータは、構造上の制約、高価な製作費、サイズ
の制約などの理由で上記の処置ができない。以上のよう
な欠点を改善するために、接触抵抗の大きい材料のブラ
シや火花の発生が少なくなる材料を用いた整流子の採
用、コンデンサやチョークコイルを置くこと等の工夫が
なされている。更に、周知の電機子反作用によって磁極
の幾何学的中性軸がずれて生じる電気的中性軸上にブラ
シを配置するなどの対策をしているが、これとて逆回転
させる場合その効果はない。補償巻線と補極を設けたも
のでも理論上はともかく、実用段階においては、補償巻
線と補極の設計や調整の不適切などの問題があり、火花
の発生は少なくなったものの、その発生を全く無くした
わけではなく、今日でもそれらの問題が解決されてはい
ない。又、直流電路用のナイフスイッチは、スイッチ
「切り」時に火花が発生するものであった。2. Description of the Related Art In a conventional DC motor equipped with a commutator type rotor, a brush and a commutator rotate while slidingly contacting each other, so that sparks are generated in the gap between the brush and the commutator, and sparks are generated in the gap between the brush and the commutator. Since there was burn-out wear due to sparks, it was necessary to replace the brush at regular intervals and make maintenance such as smoothing the commutator surface. In the case of a large DC motor, the phenomenon that the magnetic flux of the main magnetic pole is affected by the magnetomotive force due to the current of the rotor coil and the motor's rotating function is impaired Although a reduction measure is taken, the above-mentioned treatment cannot be performed on a small DC motor using a permanent magnet for the stator because of structural restrictions, high manufacturing costs, size restrictions, and the like. In order to remedy the above-mentioned drawbacks, various measures have been taken, such as the use of a brush made of a material having a high contact resistance, a commutator made of a material that causes less sparks, and a capacitor or a choke coil. Furthermore, the known armature reaction causes the geometric neutral axis of the magnetic pole to shift, and measures are taken to place the brush on the electrical neutral axis. Absent. In theory, even if the compensation winding and the compensating pole are provided, there is a problem such as improper design and adjustment of the compensation winding and the compensating pole in the practical stage. It hasn't disappeared at all, and these problems are still unresolved today. Further, a knife switch for a DC electric circuit generates a spark when the switch is turned off.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】補償巻線と補極を備え
ることができないものでも、電気的中性軸上にブラシを
配置するなどの対策をしなくても効果があり、あるいは
補償巻線と補極の設計や調整に高度な技術を駆使しなく
てもよい、といった火花の発生しない整流子は、今日で
も望まれている。又、直流電路用のナイフスイッチのス
イッチ「切り」時の火花発生は、操作上危険であり特に
高電圧のものでは更に危険度が増加する。Even if the compensating winding and the compensating pole cannot be provided, it is effective even without taking measures such as disposing a brush on an electrically neutral axis, or the compensating winding. A commutator free of sparks, which does not require sophisticated technology for designing and adjusting the commutating pole, is still desired today. Further, the spark generation when the knife switch for the DC electric circuit is "turned off" is dangerous in operation, and the danger level is further increased particularly in the case of high voltage.

【０００４】本発明は、整流子型ロータを備えた直流モ
ータの現在の整流子とブラシの簡単なメカニズムを利用
しつつ、それらに渡しすべり電極とダイオードそれに銅
線の渡し線の３種の部品を加えるだけで火花の発生を無
くし、加えてブラシと整流子の摩耗を少なくしようとす
る整流子及び直流電路「入切」用の火花を発しないナイ
フスイッチをを提供することを目的としている。The present invention utilizes the current mechanism of a commutator and a brush of a DC motor equipped with a commutator type rotor, and provides them with three types of components: a sliding electrode, a diode and a copper wire. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a commutator and a knife switch which does not emit sparks for "on / off" of a DC electric circuit, in which sparks are not generated simply by adding the above, and in addition, wear of a brush and a commutator is reduced.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の整流子においては、従来の整流子の簡単な
構造を踏襲しながら、整流子片（１あるいは５）と整流
子片（１あるいは５）との間に、従来においては全く試
みられたことがない、渡しすべり電極（２あるいは６）
を挿入し、ロータ（２３）のコイル（１６あるいは１
９）各々の線端を整流子片（１あるいは５）の各々に接
続し、その整流子片（１あるいは５）と渡しすべり電極
（２あるいは６）との間を機械的スイッチに代るダイオ
ード（３あるいは７）で接続し、ダイオード（３あるい
は７）によって逆方向すなわち、カソード側からの正の
電流（２４）を止め、順方向すなわち、アノード側から
の負の電流（２５）を整流子片（１あるいは５）から渡
しすべり電極（２あるいは６）に迂回させ、正極ブラシ
（９）に導通させ、整流子全体が回転しても電路の途切
れがないようにして、それにより整流子（１あるいは
５）と正極ブラシ（９）の間隙での火花の発生を無くそ
うとするものである。In order to achieve the above object, in the commutator of the present invention, the commutator piece (1 or 5) and the commutator piece are used while following the simple structure of the conventional commutator. Between (1 or 5), a sliding electrode (2 or 6) which has never been tried in the past.
The rotor (23) coil (16 or 1
9) A diode that connects each wire end to each of the commutator pieces (1 or 5), and replaces the mechanical switch between the commutator piece (1 or 5) and the passing-slip electrode (2 or 6). Connect with (3 or 7) and stop the positive current (24) from the reverse side, that is, the cathode side by the diode (3 or 7), and forward the negative current (25) from the anode side, the rectifier. The piece (1 or 5) is diverted to the sliding electrode (2 or 6) and is conducted to the positive electrode brush (9) so that the electric path is not interrupted even when the entire commutator rotates, whereby the commutator ( It is intended to eliminate the generation of sparks in the gap between 1 or 5) and the positive electrode brush (9).

【０００６】整流子片（１あるいは５）と渡しすべり電
極（２あるいは６）を結ぶダイオード（３あるいは７）
は、アノード側を正極の整流子片（１あるいは５）に、
カソード側を渡しすべり電極（２あるいは６）に接続す
る。そのダイオード（３あるいは７）は、整流子片（１
あるいは５）を三個、五個、六個、七個、九個、十個、
十一個、十二個、十三個、十四個あるいは十五個等々を
持つ整流子には３個使用し、整流子片（１あるいは５）
を八個あるいは十六個を持つ整流子には四個使用する
等、最少数で三個、多くても四個を等分配列か近似等分
配列して使用する。渡し線（２６）は、ダイオード（３
あるいは７）が接続されていない、他の渡しすべり電極
（２あるいは６）間を接続し、その内の一つだけは、ダ
イオード（３あるいは７）のカソード側が接続された渡
しすべり電極（２あるいは６）に接続する。別の説明を
すると、渡し線（２６）は、渡しすべり電極（２あるい
は６）と渡しすべり電極（２あるいは６）との接続をす
るが、整流子片（１あるいは５）と渡しすべり電極（２
あるいは６）との接続をさせない。尚、ダイオード（３
あるいは７）は、最少数で三個、多くても四個を使用す
れば充分であるが、整流子片（１あるいは５）と同等数
を使用しても、収納スペースが大きくなること、ダイオ
ードのコストが嵩むことになるだけであり、機能上の支
障はない。A diode (3 or 7) connecting the commutator element (1 or 5) and the passing-slip electrode (2 or 6).
The anode side to the positive electrode commutator piece (1 or 5),
The cathode side is connected to the sliding electrode (2 or 6). The diode (3 or 7) is a commutator strip (1
Or 5) three, five, six, seven, nine, ten,
Use three commutators with eleven, twelve, thirteen, fourteen or fifteen, etc., and use a commutator piece (1 or 5)
Use a minimum of three commutators, such as four for a commutator with eight or sixteen, and use a minimum of three, or at most four, in an even or approximately even arrangement. The wire (26) is connected to the diode (3
Alternatively, 7) is connected between other passing sliding electrodes (2 or 6), and only one of them is connected to the passing sliding electrode (2 or 6) to which the cathode side of the diode (3 or 7) is connected. Connect to 6). In other words, the connecting wire (26) connects the passing sliding electrode (2 or 6) and the passing sliding electrode (2 or 6), but the commutator element (1 or 5) and the passing sliding electrode ( Two
Or do not connect with 6). The diode (3
Alternatively, in 7), it is sufficient to use a minimum of three and a maximum of four, but even if the same number as the commutator element (1 or 5) is used, the storage space becomes large, and the diode However, there is no functional problem.

【０００７】シリンダ状整流子を例にして説明すると、
渡しすべり電極（６）を整流子片（５）の間に、全長に
渡って挿入すると正極ブラシ（９）が渡しすべり電極
（６）に摺り接触している時間には正極ブラシ（９）か
らの正の電流（２４）は流れずに、コイル（１９）によ
るロータの励磁が途絶え、ロータ（２３）の回転数と回
転トルクが低下する。この現象は、ロータ（２３）の極
数が増せば増すほど著しくなる。この欠点を解消するた
めには、図４を参照して説明すると、整流子片（５）の
Ｘ１側の円弧幅ＷとクリアランスＣは、従来の整流子片
と同様にし、Ｘ２側の円弧幅ＴをＷよりも小さくし、Ｓ
＜Ｗ−Ｃ−Ｔ及びＷ＞Ｔ＞４ｘＣの寸法とし、又、Ｘ１
−Ｘ２軸芯方向の有効摺動部の長さＸの約二分の一付近
の位置を両者の幅員増加・減少の境界とする。この整流
子片（５）二個の間に摺動部の長さＺがＺ＞Ｘ÷２＋Ｒ
の渡しすべり電極（６）を割り込ませた配置として、こ
れらを絶縁物（８）で固定した整流子とし、整流子片
（５）の有効摺動部の長さＸの二分の一の位置付近に正
極ブラシ（９）及び負極ブラシ（１０）を設置する。以
上のように構成された整流子とブラシとすることによ
り、数を増やした整流子片（５）間に渡しすべり電極
（６）を数多く挿入しても正極ブラシ（９）は前方の整
流子片（５）に摺り接触しながら渡しすべり電極（６）
にも摺り接触し、次にこれから離れる時には後方の整流
子片（５）に渡っているので、正の電流（２４）の途切
れ時間は無視できる程に微少となり、回転数及び回転ト
ルクの低下は発生しない。尚、上記のクリアランスＣ
は、０．３乃至０．５ｍｍ程度が好ましい。Explaining the cylindrical commutator as an example,
When the sliding electrode (6) is inserted between the commutator pieces (5) over the entire length, the positive electrode brush (9) moves from the positive electrode brush (9) when it is in sliding contact with the sliding electrode (6). Of the positive current (24) does not flow, the excitation of the rotor by the coil (19) is interrupted, and the rotational speed and the rotational torque of the rotor (23) decrease. This phenomenon becomes more remarkable as the number of poles of the rotor (23) increases. In order to eliminate this drawback, a description will be given with reference to FIG. 4. The arc width W and the clearance C on the X1 side of the commutator piece (5) are the same as those of the conventional commutator piece, and the arc width on the X2 side is the same. T is smaller than W, S
<W-C-T and W>T> 4xC dimensions, X1
-X2 Approximately one half of the length X of the effective sliding portion in the axial direction is defined as the boundary between the width increase and decrease of both. The length Z of the sliding portion is Z> X ÷ 2 + R between the two commutator pieces (5).
The arrangement is such that the passing sliding electrodes (6) of the commutator are interrupted, and these are fixed by an insulator (8), and the commutator piece (5) is in the vicinity of a position half the length X of the effective sliding portion of the commutator piece (5). The positive electrode brush (9) and the negative electrode brush (10) are installed in the. By using the commutator and the brush configured as described above, even if many sliding electrodes (6) are inserted between the commutator pieces (5) of which the number is increased, the positive electrode brush (9) is provided with the forward commutator. Passing and sliding electrode (6) while slidingly contacting the piece (5)
Also, when it comes into sliding contact with the commutator piece (5) on the rear side when it is separated from this, the interruption time of the positive current (24) becomes negligibly small, and the rotation speed and the rotation torque are not reduced. Does not occur. The above clearance C
Is preferably about 0.3 to 0.5 mm.

【０００８】整流子片、渡しすべり電極、ダイオード及
び渡し線で構成される本発明のディスク状整流子は、ロ
ータ軸が比較的短く、軸方向のブラシ収納スペースの自
由度が高い扁平モータやボール巻きモータに使用し、こ
れら以外のモータにはシリンダ状整流子を使用するのが
好ましい。The disk-shaped commutator of the present invention composed of a commutator piece, a passing sliding electrode, a diode and a passing wire is a flat motor or a ball having a relatively short rotor shaft and a high degree of freedom in the axial brush storage space. It is preferable to use it for a winding motor and to use a cylindrical commutator for other motors.

【０００９】[0009]

【作用】上記のように構成された整流子は、三個の整流
子片を持つ整流子の場合、図５を参照にして説明する
と、正の電流（２４）が流れているａ図の状態から整流
子の回転方向（２２）が変化し、負の電流（２５）が流
れるｂ図の状態に移った時、整流子片（１あるいは５）
が正極ブラシ（９）から離れ、正の電流（２４）が断た
れても、後に続く渡しすべり電極（２あるいは６）が正
極ブラシ（９）に接触し、この位置で負極ブラシ（１
０）からの負の電流（２５）が別の整流子片を経て、コ
イル（１６あるいは１９）、整流子片（１あるいは
５）、次いで、渡しすべり電極（２あるいは６）に接続
されているダイオード（３あるいは７）を通じて、渡し
すべり電極（２あるいは６）、正極ブラシ（９）、そし
て電源の正極への順序で供給されるので、電路の途切れ
が起きないから整流子片（１あるいは５）と正極ブラシ
（９）の間隙に火花が発生しない。次に、渡しすべり電
極（２あるいは６）から正極ブラシ（９）が離れても、
供給されているのは負の電流なので、ここでも火花が発
生することがない。従って、整流子全体が１回転しても
火花の発生が無いので火花の高熱による整流子片とブラ
シの焼損摩耗が無い。When the commutator constructed as described above is a commutator having three commutator pieces, it will be explained with reference to FIG. 5 that a positive current (24) flows in the state shown in FIG. When the rotation direction (22) of the commutator changes and the negative current (25) flows, the commutator element (1 or 5) flows.
Is separated from the positive electrode brush (9) and the positive current (24) is cut off, the subsequent sliding electrode (2 or 6) comes into contact with the positive electrode brush (9), and at this position, the negative electrode brush (1).
Negative current (25) from 0) is connected to the coil (16 or 19), the commutator piece (1 or 5), and then to the pass-through electrode (2 or 6) through another commutator piece. Through the diode (3 or 7), the passing slip electrode (2 or 6), the positive electrode brush (9), and the positive electrode of the power source are supplied in this order, so that no break in the electric path occurs, so the commutator element (1 or 5). ) And the positive electrode brush (9) are not sparked. Next, even if the positive electrode brush (9) is separated from the passing sliding electrode (2 or 6),
Since no negative current is being supplied, no sparks will occur here either. Therefore, no spark is generated even if the entire commutator makes one revolution, so there is no burnout wear of the commutator piece and the brush due to the high heat of the spark.

【００１０】また、整流子片（１あるいは５）と渡しす
べり電極（２あるいは６）は、ディスク状の整流子にあ
っては図３、シリンダ状の整流子にあっては図４を参照
にして説明すると、請求項３あるいは請求項４に記した
ような形状であって、正極ブラシ（９）に摺り接触して
いる時間が極く短くなるように工夫されてある。このよ
うな形状にすることによって、上記の段落０００７に記
した如く、ロータの極数が多くなり、整流子片（１ある
いは５）と渡しすべり電極（２あるいは６）の数が増す
ことにより、渡しすべり電極（２あるいは６）と正極ブ
ラシ（９）が摺り接触している時間中の正の電流（２
４）が途切れて発生するロータ（２３）の回転数と回転
トルクの低下を防いである。なお、通常ダイオードは通
電により発熱するが、本発明のダイオードは、ロータの
回転によって空冷することになり自動的に放熱するか
ら、その機能を損なわないようにするヒートシンク効果
を併せ持つことになる。Further, the commutator piece (1 or 5) and the sliding electrode (2 or 6) are referred to FIG. 3 for a disc-shaped commutator and FIG. 4 for a cylinder-shaped commutator. In other words, the shape is as described in claim 3 or 4, and it is devised so that the time in sliding contact with the positive electrode brush (9) is extremely short. With such a shape, as described in paragraph 0007 above, the number of poles of the rotor increases, and the number of commutator pieces (1 or 5) and the number of passing sliding electrodes (2 or 6) increase, Positive current (2) during the time when the sliding electrode (2 or 6) and the positive electrode brush (9) are in sliding contact
It is possible to prevent the rotation speed and the rotation torque of the rotor (23) from being reduced due to the interruption of 4). Although the diode normally generates heat when energized, the diode of the present invention is also air-cooled by the rotation of the rotor and automatically radiates heat. Therefore, the diode of the present invention also has a heat sink effect so as not to impair its function.

【００１１】以上は、三個の整流子片（１あるいは５）
を持ち、三個のダイオードを接続した整流子の例である
が、整流子片（１あるいは５）の数量が三個を超え、五
個、六個、七個、八個、九個、十個、十一個、十二個、
十三個、十四個、十五あるいは十六個等々となった場
合、その内の六個、八個、九個、十二個、十五個及び十
六個のシリンダ状整流子を例にとり、図６〜図８を参照
して説明すると、ダイオード（７）は三個又は四個の少
数個の使用で済ませ、渡しすべり電極（６）間を渡し線
（２６）で接続することにより、図５で前述、した場合
の例と同等の効果をだすことができる。整流子片（５）
が相当数増加しても、使用するダイオード（７）は、三
個又は四個を超えることなく、低コストで火花を発しな
い整流子を製造することができる。尚、渡し線（２６）
は、正負一対のブラシ間において電路が短絡しないよう
に、渡しすべり電極（６）間だけを接続し、整流子片
（５）との接続をしない。又、ダイオード（７）を三個
又は四個使用する理由は、整流子片（５）とダイオード
（７）と渡し線（２６）を接続した電路が、正負一対の
ブラシ間の距離より短くなるように、分断してその短絡
を防ぐためである。因みに、ダイオード（７）一個では
短絡し、二個でも短絡する場合がある。The above is three commutator pieces (1 or 5).
This is an example of a commutator with three diodes connected, but the number of commutator pieces (1 or 5) exceeds three, and five, six, seven, eight, nine, and ten. One, eleven, twelve,
If there are thirteen, fourteen, fifteen or sixteen, etc., then six, eight, nine, twelve, fifteen and sixteen cylindrical commutators are examples. Now, referring to FIGS. 6 to 8, the diode (7) can be used with a small number of three or four, and by connecting the passing sliding electrodes (6) with the passing line (26). It is possible to obtain the same effect as that of the example described above with reference to FIG. Commutator piece (5)
The number of used diodes (7) does not exceed three or four even if the number of diodes increases considerably, and a commutator that does not emit sparks can be manufactured at low cost. Incidentally, the crossing wire (26)
In order to prevent the electric path from being short-circuited between the pair of positive and negative brushes, is connected only between the passing sliding electrodes (6) and is not connected to the commutator piece (5). The reason why three or four diodes (7) are used is that the electric path connecting the commutator piece (5), the diode (7) and the transfer wire (26) is shorter than the distance between the pair of positive and negative brushes. This is to prevent the short circuit by dividing it. Incidentally, one diode (7) may be short-circuited, and even two diodes may be short-circuited.

【００１２】直流電路「入切」用の火花を発生しないナ
イフスイッチにおいて、正極主ブレード（１１）は、上
記の正極ブラシに相当し、渡しブレード（１２）が渡し
すべり電極に相当する。負極ブレードキャッチ（１４）
は、二股の渡しブレードに摺り接触する高さ寸法の大き
い側が負極兼電路「入」側整流子片に相当し、正極主ブ
レード（１１）に摺り接触する側が電路「切」側整流子
片に相当する。そして、正極主ブレード（１１）にカソ
ード側を、渡しブレード（１２）にアノード側を向けて
ダイオード（１５）を接続することにより、直流電路を
スイッチ「切」しても火花が発生しない。In the knife switch which does not generate a spark for the "ON / OFF" of the DC electric circuit, the positive electrode main blade (11) corresponds to the positive electrode brush described above, and the transfer blade (12) corresponds to the transfer sliding electrode. Negative blade catch (14)
Is equivalent to the negative electrode / electrical path “entry” side commutator piece on the side with a large height in sliding contact with the bifurcating transfer blade, and the side slidingly contacting the positive electrode main blade (11) is on the electric path “off” side commutator piece. Equivalent to. By connecting the diode (15) with the cathode side facing the positive electrode main blade (11) and the anode side facing the passing blade (12), no spark is generated even when the DC circuit is switched off.

【実施例】実施例において図面を参照して説明すると、
図１において、絶縁物（４）に整流子片（１）各々と渡
しすべり電極（２）各々を交互に配置させて固定したも
のをロータ軸（１７）に取付ける。次に、ダイオード
（３）各々を整流子片（１）各々と渡しすべり電極
（２）各々の間に接続する。この時、ダイオード（３）
のアノード側を整流子片（１）に、カソード側を渡しす
べり電極（２）に位置させて接続する。又、ロータのコ
イル（１６）各々の線端は、整流子片（１）各々に接続
する。それに、可能な範囲内で渡しすべり電極（２）の
幅を整流子片（１）の幅よりもできるだけ小さくして、
回転数やトルクの減少を防いである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
In FIG. 1, a commutator piece (1) and a passing sliding electrode (2) are alternately arranged and fixed to an insulator (4) and attached to a rotor shaft (17). Next, each diode (3) is connected between each commutator piece (1) and each sliding electrode (2). At this time, the diode (3)
The anode side is connected to the commutator piece (1), and the cathode side is connected to the sliding electrode (2). Further, the wire end of each coil (16) of the rotor is connected to each commutator piece (1). In addition, the width of the passing slip electrode (2) should be as small as possible within the width of the commutator element (1),
It prevents the decrease of rotation speed and torque.

【００１３】図２に示される実施例では、絶縁物（８）
に整流子片（５）各々と渡しすべり電極（６）各々を交
互に配置させて固定したものをロータ軸（１８）に取付
ける。次に、ダイオード（７）各々を整流子片（５）各
々と渡しすべり電極（６）各々の間に接続する。この
時、ダイオード（７）のアノード側を整流子片（５）に
カソード側を渡しすべり電極（６）に位置させて接続す
る。又、ロータのコイル（１９）各々の線端は、整流子
片（５）各々に接続する。尚、整流子片（５）と渡しす
べり電極（６）は、電路の死点が生じるとモータが始動
しないことがあることと、ロータの極数が多くなり、整
流子片（５）と渡しすべり電極（６）の数が増すと渡し
すべり電極（６）と正極ブラシ（９）が摺り接触してい
る時間が増え、正の電流（２４）の途切れによるパルス
幅制御現象が発生し、ロータの回転数と回転トルクの低
下減少が起きるので、上記の段落０００７に記した如く
渡しすべり電極の幅を狭くして、回転数や回転トルクの
減少を防いである。In the embodiment shown in FIG. 2, the insulator (8)
The commutator pieces (5) and the passing slide electrodes (6) are alternately arranged and fixed to the rotor shaft (18). Next, each diode (7) is connected between each commutator piece (5) and each sliding electrode (6). At this time, the anode side of the diode (7) is passed to the commutator piece (5) and the cathode side thereof is passed over so as to be positioned and connected to the slide electrode (6). Further, the wire end of each coil (19) of the rotor is connected to each commutator piece (5). It should be noted that the commutator element (5) and the sliding electrode (6) are not connected to the commutator element (5) because the motor may not start when the dead point of the electric path occurs and the number of rotor poles increases. When the number of the sliding electrodes (6) increases, the time during which the passing sliding electrodes (6) and the positive electrode brush (9) are in sliding contact with each other increases, and a pulse width control phenomenon occurs due to the interruption of the positive current (24). Since the decrease in the rotation speed and the rotation torque occurs, the width of the sliding electrode is narrowed as described in the above paragraph 0007 to prevent the decrease in the rotation speed and the rotation torque.

【００１４】図９に示される実施例では、正極主ブレー
ド（１１）と渡しブレード（１２）との間に絶縁物（１
３）を挟み、接着あるいはその他の方法で両者を固定す
る。次に、二股の一方が他方より高さ寸法が大きい負極
ブレードキャッチ（１４）を設け、上記の正極主ブレー
ド（１１）と渡しブレード（１２）との間に絶縁物（１
３）を挟んだナイフ状のブレードセットを抜き差しする
構造とする。ダイオード（１５）は、カソード側を正極
主ブレード（１１）に、アノード側を渡しブレード（１
２）に接続する。In the embodiment shown in FIG. 9, an insulator (1) is provided between the positive electrode main blade (11) and the transfer blade (12).
3) is sandwiched, and both are fixed by adhesion or other method. Next, a negative electrode blade catch (14), one of the two forks of which is larger in height than the other, is provided, and an insulator (1) is provided between the positive electrode main blade (11) and the passing blade (12).
The structure is such that a knife-shaped blade set sandwiching 3) is inserted and removed. The diode (15) passes the cathode side to the positive electrode main blade (11) and the anode side to the blade (1).
Connect to 2).

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【００１５】大形の直流モータあるいは直流発電機にお
いては、必要に応じて補償巻線や補極を設けることによ
り、ブラシからの火花の発生の軽減対策をしているが、
この補償巻線は、構造が複雑で高価となるために、すべ
ての大形の直流モータに採用されるわけではなく、特殊
なもの、大形機で電流の大きいもの、高速機で整流が難
しいもの、ワードレオナード方式制御で電圧を広範囲に
変化させる直流発電機などに限定採用されているに過ぎ
ず、従って、この方法は、小形の直流モータには用いら
れない。本発明の火花を発しない整流子は、上記の高価
な補償巻線や補極を設けることのできない大形の直流モ
ータあるいは小形の直流モータすべてに手軽に、しかも
安価な費用で製作・採用できるものであり、これを採用
することにより、火花発生による整流子とブラシの焼損
摩耗は無くなり、その寿命を長くでき、商品寿命を超え
ることにもなり、用途によってはメンテナンスフリーが
可能となる。In a large DC motor or DC generator, compensation windings and auxiliary poles are provided as necessary to reduce sparks from the brush.
This compensating winding is not used in all large DC motors because of its complicated structure and high cost, and it is difficult to rectify it with a special type, a large type with a large current, or a high-speed type. However, the method is only limitedly applied to a DC generator that changes the voltage in a wide range by the word Leonard system control, and thus this method is not used for a small DC motor. The spark-free commutator of the present invention can be easily manufactured and adopted at a low cost for all large DC motors or small DC motors that cannot be provided with the above-mentioned expensive compensation windings and auxiliary poles. By adopting this, burnout wear of the commutator and brush due to the generation of sparks is eliminated, the life of the commutator can be extended, the product life can be exceeded, and maintenance-free can be achieved depending on the application.

【００１６】又、補償巻線や補極を設けたものでも本発
明を付加することで補極とロータ間のギャップの微調整
をしないで済むし、補償巻線や補極を設けることができ
ないものの場合、電気的中性軸の位置にブラシを配置し
なくてもよいので、負荷の変動に合わせてブラシ位置を
調整の必要がないし、正転や逆転を問わず火花を発生さ
せないで運転できる。このことは、モータ製造時にブラ
シの位置を幾何学的中性軸に位置させればよいので、製
造上難しい技術を必要としないで済む。Further, even if the compensation winding or the supplementary pole is provided, by adding the present invention, it is not necessary to finely adjust the gap between the supplementary pole and the rotor, and the compensation winding or the supplementary pole cannot be provided. In the case of the one, it is not necessary to arrange the brush at the position of the electrically neutral shaft, so there is no need to adjust the brush position according to the fluctuation of the load, and it can be operated without generating sparks regardless of forward or reverse rotation. . This does not require a difficult manufacturing technique because it is sufficient to position the brush on the geometrical neutral axis when manufacturing the motor.

【００１７】しかも、本発明の整流子は、従来の整流子
とブラシを組み合わせた簡単なメカニズムの特性を活か
したコンパクトな構造を継続したものであり、それに、
本発明の整流子に付加した構成部品は、渡しすべり電
極、三個又は四個のダイオードと渡し線に用いる銅線の
三種のわずかな部品であり、その製造コストのアップは
微々たるものである。Moreover, the commutator of the present invention continues the compact structure utilizing the characteristics of the conventional simple mechanism that combines the commutator and the brush.
The components added to the commutator of the present invention are three kinds of slight components of a sliding electrode, three or four diodes, and a copper wire used for a wiring line, and the increase of the manufacturing cost is insignificant. .

【００１８】又、直流電路用の火花を発生しないナイフ
スイッチにおいても、これは、上記の本発明の整流子の
原理の応用であり、複雑な電子回路を必要とせず、使用
部品も僅かである。この優れた効果も低廉な製造コスト
も上記に準ずるものである。Also, in a knife switch for direct current circuit which does not generate a spark, this is an application of the principle of the commutator of the present invention described above, does not require a complicated electronic circuit, and uses few parts. . Both the excellent effect and the low manufacturing cost are in accordance with the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】ディスク状の整流子の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a disc-shaped commutator.

【図２】シリンダ状の整流子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a cylindrical commutator.

【図３】ディスク状の整流子片と渡しすべり電極の形状
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the shapes of a disc-shaped commutator piece and a passing-slip electrode.

【図４】シリンダ状の整流子片と渡しすべり電極の形状
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the shapes of a cylindrical commutator piece and a passing-slip electrode.

【図５】図１あるいは図２の整流子とブラシ及びコイル
の電気回路を示す図である。5 is a diagram showing an electric circuit of the commutator, the brush, and the coil of FIG. 1 or FIG.

【図６】六個と八個の整流子片を持つ整流子付きモータ
の電気回路図である。FIG. 6 is an electric circuit diagram of a commutator-equipped motor having six and eight commutator pieces.

【図７】九個、十二個の整流子片を持つ整流子付きモー
タの電気回路図である。FIG. 7 is an electric circuit diagram of a commutator-equipped motor having nine and twelve commutator pieces.

【図８】十五個と十六個の整流子片を持つ整流子付きモ
ータの電気回路図である。FIG. 8 is an electric circuit diagram of a commutator-equipped motor having fifteen and sixteen commutator pieces.

【図９】ナイフスイッチの斜視図と電気回路を示す図で
ある。FIG. 9 is a perspective view of a knife switch and a diagram showing an electric circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、５ 整流子片 ２、６ 渡しすべり電極 ３、７、１５ ダイオード ４、８、１３ 絶縁物 ９ 正極ブラシ １０ 負極ブラシ １１ 正極主ブレード １２ 渡しブレード １４ ブレードキャッチ １６、１９ コイル １７、１８ ロータ軸 ２０ 直流電源 ２１ 負荷 ２２ 整流子の回転方向 ２３ ロータ ２４ 正の電流 ２５ 負の電流 ２６ 渡し線 Ｃ 整流子片間のクリアランス Ｄ シリンダ状整流子の直径 Ｄｉ ディスク状整流子の内径 Ｄｍ ディスク状整流子の外径と内径の平均径：Ｄｍ
≒（Ｄｐ＋Ｄｉ）÷２ Ｄｐ ディスク状整流子の外径 Ｅ ディスク状整流子の渡しすべり電極を含めたクリ
アランス：Ｅ＝２ｘＣ＋Ｍ Ｇ ディスク状整流子の渡しすべり電極挿入側のクリ
アランス：Ｇ＝２ｘＣ＋Ｓ Ｌ シリンダ状整流子の外周長：Ｌ＝ｎ（Ｗ＋Ｃ） Ｍ ディスク状整流子の渡しすべり電極の幅 ｎ 整流子片の数 Ｏ Ｘ−Ｙ座標の交点 Ｏｃ Ｄｍを直径とする円と交点Ｏから伸びた放射線
との交点 Ｒ 整流子片のライザの長さ Ｓ シリンダ状整流子の渡しすべり電極の円弧幅 Ｔ シリンダ状整流子のＸ２側の整流子片の円弧幅 Ｗ シリンダ状整流子のＸ１側の整流子片の円弧幅 Ｘ シリンダ状整流子の整流子片の有効摺動部長さ Ｘ１、Ｘ２ 軸点 Ｘ１−Ｘ２ 軸芯 Ｚ シリンダ状整流子の渡しすべり電極の摺動部長：
Ｚ＝Ｘ÷２＋Ｒ1, 5 Commutator piece 2, 6 Passing sliding electrode 3, 7, 15 Diode 4, 8, 13 Insulator 9 Positive electrode brush 10 Negative electrode brush 11 Positive electrode main blade 12 Passing blade 14 Blade catch 16, 19 Coil 17, 18 Rotor shaft 20 DC power supply 21 Load 22 Rotation direction of commutator 23 Rotor 24 Positive current 25 Negative current 26 Transfer line C Clearance between commutator pieces D Diameter of cylindrical commutator Di Inner diameter of disk commutator Dm Disk commutator Outside diameter and average diameter of: Dm
≈ (Dp + Di) / 2 Dp Outer diameter of disk commutator E Clearance of disk commutator including slide electrode: E = 2xC + M G Clearance of disk commutator insertion side of slip electrode: G = 2xC + SL Cylinder Outer length of the rectangular commutator: L = n (W + C) M Width of the passing sliding electrode of the disk-shaped commutator n Number of commutator pieces O Intersection of X-Y coordinates Oc Dm A circle having a diameter and extending from the intersection O Intersection with radiation R Length of riser of commutator piece S Circular width of sliding electrode of cylindrical commutator T Arc width of commutator piece of X2 side of cylindrical commutator W Commutation of X1 side of cylindrical commutator Arc width of child piece X Length of effective sliding part of commutator piece of cylindrical commutator X1, X2 Axis point X1-X2 Shaft core Z Sliding part length of sliding electrode of cylindrical commutator:
Z = X ÷ 2 + R

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ブラシと整流子を持つ直流モータ及び直
流発電機に供される、本発明の整流子は、ロータのコイ
ルの線端をそのライザ部分に接続させる従来形の複数個
の金属製の整流子片（１あるいは５）のそれらとは全く
異なる特徴、すなわち、整流子片（１あるいは５）を通
る電流のうち、負の電流のみを流す機能を果たす複数個
の金属製の渡しすべり電極（２あるいは６）、三個又は
四個のダイオード（３あるいは７）及び渡しすべり電極
（２あるいは６）と渡しすべり電極（２あるいは６）を
接続するための銅の渡し線（２６）を備えている。渡し
すべり電極（２あるいは６）は、複数個の整流子片（１
あるいは５）の間に、その整流子片（１あるいは５）と
同数個が挿入され、それらの両者は交互に配列される。
三個又は四個使用するダイオード（３あるいは７）は、
配列された複数個の整流子片（１あるいは５）の内の、
等分配列か近似等分配列した、三個又は四個に、そのア
ノード側を接続し、そのカソード側を、そのアノード側
が接続された整流子片（１あるいは５）の両側の渡しす
べり電極（２あるいは６）の内のどちらか一つに接続す
る。この時、整流子をロータ軸（１７あるいは１８）の
軸方向から見て、ダイオード（３あるいは７）のカソー
ド側を渡しすべり電極（２あるいは６）に時計回りに接
続した場合、この渡しすべり電極（２あるいは６）か
ら、同じ時計回りに、次の渡しすべり電極（２あるいは
６）に渡し線（２６）を接続する。次の次の渡しすべり
電極（２あるいは６）にも順次渡し線（２６）の接続を
繰返して、二個目のダイオード（３あるいは７）を接続
した整流子片（１あるいは５）の直ぐ手前の渡しすべり
電極（２あるいは６）迄での接続で止める。残された二
個目・三個目又は四個目のダイオード（３あるいは７）
についても以上と同様にする。反時計回りの場合には、
上記と同様の順序で逆回りにする。そして、それら整流
子片（１あるいは５）と渡しすべり電極（２あるいは
６）の各々のすべては絶縁物（４あるいは８）で固定さ
れる。特許請求の範囲は、以上の様に構成された構造の
直流モータ用のディスク状の整流子ならびに直流モータ
及び直流発電機用のシリンダ状の整流子。1. A commutator according to the present invention, which is used in a DC motor and a DC generator having a brush and a commutator, comprises a plurality of conventional metal members for connecting a wire end of a rotor coil to a riser portion thereof. Of the commutator element (1 or 5) completely different from those of the commutator element (1 or 5), that is, a plurality of metal slips having a function of flowing only a negative current of the current passing through the commutator element (1 or 5). An electrode (2 or 6), three or four diodes (3 or 7) and a passing sliding electrode (2 or 6) and a copper passing wire (26) for connecting the passing sliding electrode (2 or 6) I have it. The passing slip electrode (2 or 6) is composed of a plurality of commutator pieces (1
Alternatively, the same number as that of the commutator pieces (1 or 5) is inserted between 5), and both of them are arranged alternately.
The diode (3 or 7) used three or four is
Of the plurality of commutator pieces (1 or 5) arranged,
The anode side is connected to three or four, which are arranged equally or approximately equally, and the cathode side is connected to both sides of the commutator element (1 or 5) to which the anode side is connected. Connect to either one of 2 or 6). At this time, when the commutator is viewed in the axial direction of the rotor shaft (17 or 18) and the cathode side of the diode (3 or 7) is clockwise connected to the sliding electrode (2 or 6), the sliding electrode From (2 or 6), connect the transfer wire (26) to the next transfer sliding electrode (2 or 6) in the same clockwise direction. The connection wire (26) is repeatedly connected to the next next sliding electrode (2 or 6) in sequence to immediately before the commutator piece (1 or 5) to which the second diode (3 or 7) is connected. Stop by connecting up to the passing slip electrode (2 or 6). Second, third or fourth remaining diode (3 or 7)
Same as above. If counterclockwise,
Reverse in the same order as above. Then, all of the commutator pieces (1 or 5) and the respective passing-slip electrodes (2 or 6) are fixed by insulators (4 or 8). The scope of the claims is a disk-shaped commutator for a DC motor and a cylinder-shaped commutator for a DC motor and a DC generator, which are structured as described above. 【請求項２】 渡しすべり電極（２あるいは６）各々の
数量は、整流子片（１あるいは５）各々と同数個であ
り、ダイオード（３あるいは７）各々の数量は、三個又
は四個とするもの、整流子片（１あるいは５）と同数個
であるものも含み、渡し線（２６）は、整流子片（１あ
るいは５）の使用数量から使用するダイオード（３ある
いは７）の使用数量を差し引いた数量とする請求項１の
整流子。2. The number of each of the sliding electrodes (2 or 6) is the same as that of each of the commutator pieces (1 or 5), and the number of each of the diodes (3 or 7) is three or four. The number of diodes (3 or 7) used depends on the number of commutator pieces (1 or 5) used. The commutator according to claim 1, wherein the quantity is obtained by subtracting. 【請求項３】 ディスク状の整流子にあっては、ディス
クの正面から見て、整流子片（１）は、Ｘ−Ｙ座標のＸ
軸とＹ軸の交点Ｏを中心とする、外径がＤｐで内径がＤ
ｉの中空ディスクを交点Ｏからの放射線で３個、４個、
５個、６個、７個、８個等々、に等分割し、その分割部
分をクリアランスＣ（Ｃ＝０．３乃至０．５ｍｍ程度）
の幅で切除し、又、直径がＤｍ≒（Ｄｐ＋Ｄｉ）÷２の
円とディスクを分割した放射線との交点Ｏｃから交点Ｏ
の方向、あるいは、逆に外側に向けて、幅がＥ＝２ｘＣ
＋Ｍの寸法に削り広げた扇形とする。渡しすべり電極
（２）は、その幅をＭ、Ｍ≧４Ｃとし、その長さは、デ
ィスクの外側あるいは内側に異常にはみ出すことなく、
機能上支障をきたすことのない寸法のＫとする。これら
整流子片と渡しすべり電極の形状が以上の寸法関係にあ
る請求項１の整流子。3. In the disc-shaped commutator, when viewed from the front of the disc, the commutator piece (1) has an X-Y coordinate X-axis.
Centering on the intersection O of the axis and the Y axis, the outer diameter is Dp and the inner diameter is D
Radiation from the intersection point O of the hollow disk of i is 3, 4,
Equally divided into 5, 6, 7, 8, etc., and the divided portion has a clearance C (C = 0.3 to 0.5 mm)
Of the circle D having a diameter of Dm≈ (Dp + Di) / 2 and the radiation dividing the disk from the intersection Oc to the intersection O.
Direction, or vice versa, width E = 2xC
The fan shape is carved to + M size. The width of the passing-slip electrode (2) is set to M, M ≧ 4C, and its length does not abnormally protrude outside or inside the disc.
The value of K is set so that it does not cause any functional problems. The commutator according to claim 1, wherein the shapes of the commutator pieces and the passing-slip electrodes have the above dimensional relationship. 【請求項４】 シリンダ状の整流子にあっては、整流子
片（５）は、点Ｘ１と点Ｘ２を結ぶ線分Ｘ１−Ｘ２を軸
芯とする直径がＤ、その外周長をＬ＝ｎ（Ｗ＋Ｃ）、ｎ
は整流子片の数、Ｘ１側の円弧幅はＷ、Ｘ２側の円弧幅
はＷより小さい寸法のＴとし、隣り合う２個の整流子片
（５）間のクリアランスをＣ（Ｃ＝０．３乃至０．５ｍ
ｍ程度）とし、一方、軸芯Ｘ１−Ｘ２方向の整流子片
（５）の有効摺動部の長さはＸ、そのライザ部の長さは
Ｒとし、点Ｘ２側のクリアランスを有効摺動部の長さｘ
の二分の一の位置から点Ｘ２の方向に向けて、幅がＧ＝
２ｘＣ＋Ｓの寸法に削り広げた形状とする。渡しすべり
電極（６）は、その摺動部の長さＺを、Ｚ＞Ｘ÷２＋Ｒ
とし、又、その円弧幅Ｓを、Ｓ＜Ｗ−Ｔ−Ｃ及びＷ＞Ｔ
＞４Ｃとする。これら整流子片（５）と渡しすべり電極
（６）の形状が以上の寸法関係にある請求項１の整流
子。4. In the cylindrical commutator, the commutator piece (5) has a diameter D having a line segment X1-X2 connecting the points X1 and X2 as an axis and an outer peripheral length L = n (W + C), n
Is the number of commutator pieces, the arc width on the X1 side is W, the arc width on the X2 side is T smaller than W, and the clearance between two adjacent commutator pieces (5) is C (C = 0. 3 to 0.5m
On the other hand, the length of the effective sliding portion of the commutator piece (5) in the X1-X2 direction of the axis is X and the length of the riser portion is R, and the clearance on the point X2 side is effectively slid. Length x
From the position of the half of the direction toward the point X2, the width is G =
The shape is cut and widened to a size of 2xC + S. For the sliding electrode (6), the length Z of the sliding portion is Z> X ÷ 2 + R
And the arc width S is S <W-T-C and W> T
> 4C. The commutator according to claim 1, wherein the shapes of the commutator piece (5) and the passing-slip electrode (6) have the above dimensional relationship. 【請求項５】 これは、請求項１の応用であり、正極ブ
ラシに相当する金属の正極主ブレード（１１）と渡しす
べり電極に相当する金属の渡しブレード（１２）との間
に絶縁物（１３）を挟んだブレードセットを、渡しブレ
ード（１２）に摺り接触する側が正極主ブレード（１
１）に摺り接触する側よりも高さ寸法を大きくした、二
股のブレードキャッチ（１４）に抜き差しする構造と
し、又、ダイオード（１５）のカソード側を正極主ブレ
ード（１１）に、アノード側を渡しブレード（１２）に
接続した直流電路の「入切」用ナイフスイッチ。5. This is an application of claim 1, wherein an insulator (between the metal main blade (11) corresponding to the positive brush and the metal transfer blade (12) corresponding to the sliding electrode ( The blade set sandwiching 13) is in contact with the passing blade (12) on the side in contact with the positive electrode main blade (1).
1) has a structure in which the height dimension is larger than the side in sliding contact with the forked blade catch (14), and the cathode side of the diode (15) is the positive electrode main blade (11) and the anode side is the A knife switch for "on / off" of the DC circuit connected to the transfer blade (12).