JP2001112219A - 直流電動機 - Google Patents
直流電動機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 逆起電力による影響を防ぎ、電機子巻線の巻
数を増やしたりその線径を太くして電機子電流を増やす
ことなく高速回転域でのトルク低下を防げるようにした
直流電動機を提供する。 【解決手段】 電機子巻線に、電源から供給する電流を
通し逆方向への電流を阻止する整流素子を接続した。各
整流素子は電機子鉄心のスロット内に電機子巻線と共に
装填しこれらを樹脂で固めておくことができる。各整流
素子は、電機子に固定した基板上に電機子の回転中心を
中心として周方向に等間隔に固定しておいてもよい。ま
た高速用と低速用の２種のコミュテータを設け、低速時
には低速用コミュテータを用いて電機子電流を供給し、
高速時には高速用コミュテータを用い整流素子を介して
電機子電流を供給するようにしてもよい。
数を増やしたりその線径を太くして電機子電流を増やす
ことなく高速回転域でのトルク低下を防げるようにした
直流電動機を提供する。 【解決手段】 電機子巻線に、電源から供給する電流を
通し逆方向への電流を阻止する整流素子を接続した。各
整流素子は電機子鉄心のスロット内に電機子巻線と共に
装填しこれらを樹脂で固めておくことができる。各整流
素子は、電機子に固定した基板上に電機子の回転中心を
中心として周方向に等間隔に固定しておいてもよい。ま
た高速用と低速用の２種のコミュテータを設け、低速時
には低速用コミュテータを用いて電機子電流を供給し、
高速時には高速用コミュテータを用い整流素子を介して
電機子電流を供給するようにしてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電機子巻線に発
生する逆起電力の影響を抑制することにより性能を向上
させた直流電動機に関するものである。
生する逆起電力の影響を抑制することにより性能を向上
させた直流電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】直流電動機においては、固定子の界磁の
中に回転子（電機子）を回転可能におき、この回転子
（電機子）の巻線（電機子巻線、主巻線ともいう）にそ
の回転に伴って変化する電流を流し、この電機子巻線に
流れる電流と界磁が形成する磁界との相互作用（ローレ
ンツ力）により回転力を発生させるものである。
中に回転子（電機子）を回転可能におき、この回転子
（電機子）の巻線（電機子巻線、主巻線ともいう）にそ
の回転に伴って変化する電流を流し、この電機子巻線に
流れる電流と界磁が形成する磁界との相互作用（ローレ
ンツ力）により回転力を発生させるものである。
【０００３】しかしこの場合には界磁内で回転する電機
子巻線が発電機として作用するから、この発電作用によ
る起電力（逆起電力）が発生することが避けられない。
この逆起電力は回転子の回転速度の増加と共に増加す
る。このため回転子の回転速度の上昇と共に電機子巻線
に流れる電流（電源から供給される主電流、電機子電
流）が減少し、高速回転域で回転出力（トルク）が減少
する。
子巻線が発電機として作用するから、この発電作用によ
る起電力（逆起電力）が発生することが避けられない。
この逆起電力は回転子の回転速度の増加と共に増加す
る。このため回転子の回転速度の上昇と共に電機子巻線
に流れる電流（電源から供給される主電流、電機子電
流）が減少し、高速回転域で回転出力（トルク）が減少
する。
【０００４】例えば分巻電動機や界磁に永久磁石を用い
た永久磁石電動機では、界磁が形成する磁束密度が一定
であるからモータトルクＴは電機子電流Ｉにほぼ比例す
る。その比例定数（トルク定数）をＫTとし、電機子巻
線の直流抵抗をＲとし、電源電圧をＥB、逆起電圧をＥR
とすれば次の上段の式が成立する。またこの逆起電圧Ｅ
Rは電機子の回転速度Ｎにほぼ比例する。従ってこの比
例定数（逆起電力定数）をＫEとすれば、次の下段の式
が成立する。
た永久磁石電動機では、界磁が形成する磁束密度が一定
であるからモータトルクＴは電機子電流Ｉにほぼ比例す
る。その比例定数（トルク定数）をＫTとし、電機子巻
線の直流抵抗をＲとし、電源電圧をＥB、逆起電圧をＥR
とすれば次の上段の式が成立する。またこの逆起電圧Ｅ
Rは電機子の回転速度Ｎにほぼ比例する。従ってこの比
例定数（逆起電力定数）をＫEとすれば、次の下段の式
が成立する。
【０００５】
【数１】Ｔ＝ＫT・（ＥB−ＥR）／Ｒ ＥR＝ＫE・Ｎ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従ってこれらの式か
ら、トルクＴは回転速度の上昇と共に減少してゆくこと
が解る。このため従来は高回転速度域でのトルク減少を
防ぐために、電機子巻線数を増やしたり、電機子電流を
増やすことが行われている。
ら、トルクＴは回転速度の上昇と共に減少してゆくこと
が解る。このため従来は高回転速度域でのトルク減少を
防ぐために、電機子巻線数を増やしたり、電機子電流を
増やすことが行われている。
【０００７】しかし電機子巻線の巻線数を増やすために
は巻線の線径を細くすることが考えられるが、線径を細
くすると電機子電流を増やすことができなくなる。また
巻線数を増やさずに電機子電流を増やすためには、線径
を太くしかつ電源の容量を増やさねばならなくなる。こ
のため装置が大型化する。
は巻線の線径を細くすることが考えられるが、線径を細
くすると電機子電流を増やすことができなくなる。また
巻線数を増やさずに電機子電流を増やすためには、線径
を太くしかつ電源の容量を増やさねばならなくなる。こ
のため装置が大型化する。
【０００８】
【発明の目的】この発明はこのような事情に鑑みなされ
たものであり、逆起電力による影響を防ぎ、電機子巻線
の巻数を増やしたりその線径を太くして電機子電流を増
やすことなく高速回転域でのトルク低下を防げるように
した直流電動機を提供することを目的とする。
たものであり、逆起電力による影響を防ぎ、電機子巻線
の巻数を増やしたりその線径を太くして電機子電流を増
やすことなく高速回転域でのトルク低下を防げるように
した直流電動機を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の構成】この発明によればこの目的は、電機子巻
線に、電源から供給する電流を通し逆方向への電流を阻
止する整流素子を接続したことを特徴とする直流電動
機、により達成される。
線に、電源から供給する電流を通し逆方向への電流を阻
止する整流素子を接続したことを特徴とする直流電動
機、により達成される。
【００１０】ここに各整流素子は電機子鉄心のスロット
内に電機子巻線と共に装填しこれらを樹脂で固めておく
ことができる。各整流素子は、電機子に固定した基板上
に電機子の回転中心を中心として周方向に等間隔に固定
しておいてもよい。また高速用と低速用の２種のコミュ
テータを設け、低速時には低速用コミュテータを用いて
電機子電流を供給し、高速時には高速用コミュテータを
用い整流素子を介して電機子電流を供給するようにして
もよい。
内に電機子巻線と共に装填しこれらを樹脂で固めておく
ことができる。各整流素子は、電機子に固定した基板上
に電機子の回転中心を中心として周方向に等間隔に固定
しておいてもよい。また高速用と低速用の２種のコミュ
テータを設け、低速時には低速用コミュテータを用いて
電機子電流を供給し、高速時には高速用コミュテータを
用い整流素子を介して電機子電流を供給するようにして
もよい。
【００１１】
【実施態様】図１は本発明の一実施態様を示す図であ
る。この実施態様では、永久磁石１０，１２により界磁
が形成され、この界磁の中に６極の電機子１４が回転自
在に保持されている。電機子１４の鉄心（図示せず）に
は、６個の電機子巻線１６（１６ａ〜１６ｆ）が巻付け
られている。
る。この実施態様では、永久磁石１０，１２により界磁
が形成され、この界磁の中に６極の電機子１４が回転自
在に保持されている。電機子１４の鉄心（図示せず）に
は、６個の電機子巻線１６（１６ａ〜１６ｆ）が巻付け
られている。
【００１２】コミュテータ（整流器）は、電機子１４の
回転中心を中心にして環状に配列された６個の整流子１
８（１８ａ〜１８ｆ）と、２つのブラシ２０（２０ａ，
２０ｂ）とで形成される。ここにブラシ２０ａ，２０ｂ
は永久磁石１０，１２が形成する磁界の方向（図１上で
左右方向）に対してほぼ直交する方向（図１上で上下方
向）に位置する。
回転中心を中心にして環状に配列された６個の整流子１
８（１８ａ〜１８ｆ）と、２つのブラシ２０（２０ａ，
２０ｂ）とで形成される。ここにブラシ２０ａ，２０ｂ
は永久磁石１０，１２が形成する磁界の方向（図１上で
左右方向）に対してほぼ直交する方向（図１上で上下方
向）に位置する。
【００１３】各電機子巻線１６の両端は隣接する整流子
１８に接続される。この発明では電機子巻線１６は半導
体整流素子（ダイオード）２２（２２ａ〜２２ｆ）を介
して整流子１８に接続される。ここに整流素子２２は、
直流電源（図示せず）から供給される電機子電流を流す
極性に接続される。
１８に接続される。この発明では電機子巻線１６は半導
体整流素子（ダイオード）２２（２２ａ〜２２ｆ）を介
して整流子１８に接続される。ここに整流素子２２は、
直流電源（図示せず）から供給される電機子電流を流す
極性に接続される。
【００１４】この実施態様によれば、低速時には電源か
ら供給される電流は＋極のブラシ２０ａから整流子１
８、整流素子２２、−極のブラシ２０ｂに流れ、電機子
１４にトルクが発生する。電機子１４の速度上昇に伴い
各電機子巻線１６には逆起電力が発生するが、その電流
は整流素子２２により阻止されるから電源に影響を及ぼ
すことがない。
ら供給される電流は＋極のブラシ２０ａから整流子１
８、整流素子２２、−極のブラシ２０ｂに流れ、電機子
１４にトルクが発生する。電機子１４の速度上昇に伴い
各電機子巻線１６には逆起電力が発生するが、その電流
は整流素子２２により阻止されるから電源に影響を及ぼ
すことがない。
【００１５】図２は電機子１４Ａの構造を説明する図で
ある。この電機子１４Ａは鉄心２４に形成したスロット
（溝）２６（２６ａ〜２６ｂ）内に電機子巻線１６を装
填すると共に、各スロット２６内に各電機子巻線１６ご
との整流素子２２を装填してスロット２０内を樹脂で固
めたものである。
ある。この電機子１４Ａは鉄心２４に形成したスロット
（溝）２６（２６ａ〜２６ｂ）内に電機子巻線１６を装
填すると共に、各スロット２６内に各電機子巻線１６ご
との整流素子２２を装填してスロット２０内を樹脂で固
めたものである。
【００１６】図３は他の電機子１４Ｂの構造を説明する
図である。この電機子１４Ｂは、電機子１４Ｂの軸２６
上に絶縁基板２８を固定し、この基板２８上に各整流素
子２２を周方向に等間隔に固定したものである。複数
（２〜３個）の整流素子２２を一体化したものを複数個
周方向の等間隔に固定してもよい。
図である。この電機子１４Ｂは、電機子１４Ｂの軸２６
上に絶縁基板２８を固定し、この基板２８上に各整流素
子２２を周方向に等間隔に固定したものである。複数
（２〜３個）の整流素子２２を一体化したものを複数個
周方向の等間隔に固定してもよい。
【００１７】図４は他の実施態様を示す図、図５はその
動作説明図である。この実施態様の電機子１４Ｃは回転
速度が上昇した時だけ電機子電流が整流素子２２を通る
ように、低速用と高速用の２種のコミュテータを設け、
これらを切り換えて用いるようにしたものである。この
図において、低速用コミュテータは、整流子１８Ｌａ〜
１８Ｌｆと２つのブラシ２０Ｌａ，２０Ｌｂを有する。
また高速用コミュテータは、整流子１８Ｈａ〜１８Ｈｆ
と、１つのブラシ２２Ｈｂとを有する。整流素子２２ａ
〜２２ｆは低速用の整流子１８Ｌａ〜１８Ｌｆと高速用
の整流子１８Ｈａ〜１８Ｈｆとの間に接続されている。
動作説明図である。この実施態様の電機子１４Ｃは回転
速度が上昇した時だけ電機子電流が整流素子２２を通る
ように、低速用と高速用の２種のコミュテータを設け、
これらを切り換えて用いるようにしたものである。この
図において、低速用コミュテータは、整流子１８Ｌａ〜
１８Ｌｆと２つのブラシ２０Ｌａ，２０Ｌｂを有する。
また高速用コミュテータは、整流子１８Ｈａ〜１８Ｈｆ
と、１つのブラシ２２Ｈｂとを有する。整流素子２２ａ
〜２２ｆは低速用の整流子１８Ｌａ〜１８Ｌｆと高速用
の整流子１８Ｈａ〜１８Ｈｆとの間に接続されている。
【００１８】ここでは整流素子２２ａ〜２２ｆは低速用
整流子１８Ｌａ〜１８Ｌｆから高速用整流子１８Ｈａ〜
１８Ｈｆに向かって電機子電流を流す極性に接続されて
いるので、高速用のコミュテータには一極側のブラシ２
０Ｈｂだけを設けて＋極側のブラシ２０Ｈａを省いてい
る。しかし整流素子２２ａ〜２２ｆの極性を逆にした場
合には、高速用コミュテータには＋極側のブラシ２０Ｈ
ａ（図示せず）を設けるのは勿論である。図４で３０は
切換えスイッチであり、電機子１４Ｃが低速時には低速
用のブラシ２０Ｌｂを電源の−極に接続し、また高速時
には高速用のブラシ２０Ｈｂを−極に接続する。このス
イッチ３０の切換えは、図示しない回転速度センサによ
って行う。
整流子１８Ｌａ〜１８Ｌｆから高速用整流子１８Ｈａ〜
１８Ｈｆに向かって電機子電流を流す極性に接続されて
いるので、高速用のコミュテータには一極側のブラシ２
０Ｈｂだけを設けて＋極側のブラシ２０Ｈａを省いてい
る。しかし整流素子２２ａ〜２２ｆの極性を逆にした場
合には、高速用コミュテータには＋極側のブラシ２０Ｈ
ａ（図示せず）を設けるのは勿論である。図４で３０は
切換えスイッチであり、電機子１４Ｃが低速時には低速
用のブラシ２０Ｌｂを電源の−極に接続し、また高速時
には高速用のブラシ２０Ｈｂを−極に接続する。このス
イッチ３０の切換えは、図示しない回転速度センサによ
って行う。
【００１９】この実施態様のものによれば、低速時には
図５（Ａ）に示す接続状態になる。この時には電機子１
４Ｃの回転角度位置が図５（Ａ）に示す状態にあれば、
ブラシ２０Ｌａから電機子巻線１６ｂ，１６ｃと共に１
６ｅ，１６ｆに電機子電流が流れる。各巻線１６ｂ，１
６ｃ，１６ｅ，１６ｆに発生するローレンツ力は全て電
機子１４Ｃを同一方向に回す方向の力であるから、電機
子１４Ｃには大きな駆動力（トルク）が発生する。すな
わち低速時に図５（Ｂ）のように整流素子２２ａ〜２２
ｆが接続されていると、一部の電機子巻線（図５の状態
では１６ｅ，１６ｆ）に電機子電流が流れなくなるた
め、出力トルクが減少することになるが、この図４の実
施態様によればこのようなことがなく、十分なトルクが
得られる。
図５（Ａ）に示す接続状態になる。この時には電機子１
４Ｃの回転角度位置が図５（Ａ）に示す状態にあれば、
ブラシ２０Ｌａから電機子巻線１６ｂ，１６ｃと共に１
６ｅ，１６ｆに電機子電流が流れる。各巻線１６ｂ，１
６ｃ，１６ｅ，１６ｆに発生するローレンツ力は全て電
機子１４Ｃを同一方向に回す方向の力であるから、電機
子１４Ｃには大きな駆動力（トルク）が発生する。すな
わち低速時に図５（Ｂ）のように整流素子２２ａ〜２２
ｆが接続されていると、一部の電機子巻線（図５の状態
では１６ｅ，１６ｆ）に電機子電流が流れなくなるた
め、出力トルクが減少することになるが、この図４の実
施態様によればこのようなことがなく、十分なトルクが
得られる。
【００２０】回転が上昇してスイッチ３０が切換わると
図５（Ｂ）の接続状態になる。この時には逆起電力によ
り発生する電流の流れが整流素子２２ａ〜２２ｆにより
阻止される。このため電機子電流が十分に流れることに
なり、トルクの減少が抑制され得る。
図５（Ｂ）の接続状態になる。この時には逆起電力によ
り発生する電流の流れが整流素子２２ａ〜２２ｆにより
阻止される。このため電機子電流が十分に流れることに
なり、トルクの減少が抑制され得る。
【００２１】以上説明した実施態様は固定子として永久
磁石を用いているが本発明はこれに限られない。例えば
分巻、直巻、複巻などの直流電動機にも適用可能であ
り、これらを含む。またコミュテータは整流子とブラシ
で形成したものを説明したが、電機子（回転子）の回転
角をエンコーダで検出し電機子電流を半導体スイッチン
グ素子やスリップリングを介して制御することもでき
る。さらに回転子を永久磁石とし固定子を電機子として
ブラシレス化したものであってもよい。
磁石を用いているが本発明はこれに限られない。例えば
分巻、直巻、複巻などの直流電動機にも適用可能であ
り、これらを含む。またコミュテータは整流子とブラシ
で形成したものを説明したが、電機子（回転子）の回転
角をエンコーダで検出し電機子電流を半導体スイッチン
グ素子やスリップリングを介して制御することもでき
る。さらに回転子を永久磁石とし固定子を電機子として
ブラシレス化したものであってもよい。
【００２２】
【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、電機子
巻線に逆起電力による電流の流れを阻止する極性に整流
素子を接続したものであるから、高速時の電機子電流の
減少を防いで出力の減少を防ぐことができる。また電機
子巻線の巻線数を増やしたり、線径を増大させる必要も
ないだけでなく、電源容量を増大させることも必要がな
くなる。このため小型化に適する。
巻線に逆起電力による電流の流れを阻止する極性に整流
素子を接続したものであるから、高速時の電機子電流の
減少を防いで出力の減少を防ぐことができる。また電機
子巻線の巻線数を増やしたり、線径を増大させる必要も
ないだけでなく、電源容量を増大させることも必要がな
くなる。このため小型化に適する。
【００２３】整流素子は電機子の鉄心のスロット内に巻
線と共に装填し、これらを樹脂で一体に固めて固定する
ことができる（請求項２）。整流素子は電機子に固定し
た基板に、電機子の回転軸を中心にして周方向に等間隔
に固定しておいてもよい（請求項３）。
線と共に装填し、これらを樹脂で一体に固めて固定する
ことができる（請求項２）。整流素子は電機子に固定し
た基板に、電機子の回転軸を中心にして周方向に等間隔
に固定しておいてもよい（請求項３）。
【００２４】コミュテータを高速用のものと低速用のも
のとの２種類取り付けておき、低速時には低速用のもの
を用いて整流素子を介することなく電機子電流を流し、
高速時には高速用のコミュテータを用いて整流素子を介
して電機子電流を流すようにしてもよい（請求項４）。
この場合には低速時には十分な出力トルクが得られる一
方、高速時の出力も十分に確保し得る。
のとの２種類取り付けておき、低速時には低速用のもの
を用いて整流素子を介することなく電機子電流を流し、
高速時には高速用のコミュテータを用いて整流素子を介
して電機子電流を流すようにしてもよい（請求項４）。
この場合には低速時には十分な出力トルクが得られる一
方、高速時の出力も十分に確保し得る。
【図１】本発明の一実施態様を示す図
【図２】本発明の他の実施態様を示す図
【図３】本発明の他の実施態様を示す図
【図４】本発明の他の実施態様を示す図
【図５】図４の実施態様の動作説明図
【符号の説明】 １０、１２ 永久磁石 １４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ 電機子 １６ａ〜１６ｆ 電機子巻線 １８ａ〜１８ｆ 整流子 １８Ｌａ〜１８Ｌｆ 低速用整流子 １８Ｈａ〜１８Ｈｆ 高速用整流子 ２０ａ、２０ｂ ブラシ ２０Ｌａ、２０Ｌｂ 低速用ブラシ ２０Ｈｂ 高速用ブラシ ２４ 鉄心 ２６ａ〜２６ｆ スロット ２８ 基板 ３０ 切換えスイッチ
Claims (4)
- 【請求項１】 電機子巻線に、電源から供給する電流を
通し逆方向への電流を阻止する整流素子を接続したこと
を特徴とする直流電動機。 - 【請求項２】 整流素子は電機子巻線と共に電機子鉄心
のスロット内に装填され樹脂で固められている請求項１
の直流電動機。 - 【請求項３】 各電機子巻線に接続された整流素子は前
記電機子に固定された基板上に前記電機子の回転中心を
中心として周方向へ等間隔に取付けられている請求項１
の直流電動機。 - 【請求項４】 各電機子巻線に電機子電流を供給する低
速用および高速用のコミュテータを備え、各電機子巻線
は低速用コミュテータに直接接続する一方高速用コミュ
テータに逆起電力による逆方向の電流を阻止するための
整流素子を介して接続し、電機子の高・低速度に対応し
て高速用・低速用コミュテータのいずれかを選択して使
用する請求項１の直流電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28292599A JP2001112219A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 直流電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28292599A JP2001112219A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 直流電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001112219A true JP2001112219A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17658900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28292599A Pending JP2001112219A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 直流電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001112219A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008508847A (ja) * | 2004-08-02 | 2008-03-21 | ドルフィン・エレクトリック・ホールディングス・インク | 回転電気機械内の電流を整流する整流子および方法 |
| WO2014089947A1 (zh) * | 2012-12-12 | 2014-06-19 | Lin Chuhui | 一种高低压合体双换向器直流永磁电机 |
| JP2023007536A (ja) * | 2021-07-01 | 2023-01-19 | 正一 砂畑 | 電動機 |
-
1999
- 1999-10-04 JP JP28292599A patent/JP2001112219A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008508847A (ja) * | 2004-08-02 | 2008-03-21 | ドルフィン・エレクトリック・ホールディングス・インク | 回転電気機械内の電流を整流する整流子および方法 |
| WO2014089947A1 (zh) * | 2012-12-12 | 2014-06-19 | Lin Chuhui | 一种高低压合体双换向器直流永磁电机 |
| JP2023007536A (ja) * | 2021-07-01 | 2023-01-19 | 正一 砂畑 | 電動機 |
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