JP2001186737A

JP2001186737A - モータ

Info

Publication number: JP2001186737A
Application number: JP37095099A
Authority: JP
Inventors: Masashi Okubo; 政志大久保
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ長を短くでき、製造コストを下げるこ
とができるモータを提供する。【解決手段】整流子１８を有する回転子１２と、回転
子１２の軸線Ｌを中心とする同一円周状に配置された複
数の第１突極２８を有する固定子２４と、固定子２４の
中性軸Ｍからずれた位置で整流子１８と摺接するブラシ
３２ａ、３２ｂとを有するモータ１０において、回転子
１２の鉄心１６の外周面に、周方向に沿って複数の第２
突極Ａ〜ｄが形成され、第２突極Ａ〜ｄに、整流子１８
と電気的に接続された巻線２０が施されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリラクタンスモータは、固定子に
設けられた複数の突極に巻線を施すため、直流電源を使
用してモータを駆動するためには半導体スイッチング素
子を使用した駆動回路と、回転子と固定子の相対位置を
検出する検出回路と、検出した回転子と固定子の相対位
置に基づき、駆動回路の半導体スイッチング素子のスイ
ッチ動作を制御し、固定子の巻線を励磁して回転磁界を
発生させる制御回路とが必要である。

【０００３】そして、従来のリラクタンスモータを低電
圧バッテリで駆動する場合、モータの出力が大きくなる
と、電流も大きくなり、数十アンペアに達することもま
れではなく、このような大電流を制御する半導体スイッ
チング素子の損失が大きくなる。このため、この半導体
スイッチング素子に電流容量の大きな高価な製品を使用
する必要が生じると共に、しかも大きな放熱器を取りつ
ける必要が生じ、低コストでリラクタンスモータを駆動
することが困難になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、半導体スイッ
チング素子を含む駆動回路を使用しなくても駆動でき、
しかも構造が簡単なモータが望まれており、例えば特開
平8-196067号に開示されたモータが提案されている。こ
の特開平8-196067号に記載されたモータ（電動機）は、
突極界磁と、整流子付き電機子を持ち、ブラシ角が中性
軸からずれて成り、界磁を励磁する主な磁場が電機子の
磁力である構成を有するものである。しかしながら、こ
のモータでは、回転子は鉄心（回転子鉄心）に突極が形
成されていない構造であり、回転子鉄心に施される巻線
も全節巻となっていると考えられるから、コイルエンド
高さ（回転子鉄心の軸線方向の両端面からの巻線の突出
長）が高くなってモータ長が長くなる。また、複数の巻
線を同時に巻くことができないため、巻線を施す工程で
の作業時間が長くなり、製造コストが高くなるという課
題がある。

【０００５】従って、本発明は上記課題を解決すべくな
され、その目的とするところは、モータ長を短くでき、
製造コストを下げることができるモータを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る請求項１記載のモータは、整流子を有
する回転子と、該回転子の軸線を中心とする同一円周状
に配置された複数の第１突極を有する固定子と、該固定
子の中性軸からずれた位置で前記整流子と摺接するブラ
シとを有するモータにおいて、前記回転子の鉄心の外周
面に、周方向に沿って複数の第２突極が形成され、該第
２突極に、前記整流子と電気的に接続された巻線が施さ
れていることを特徴とする。これによれば、回転子の第
２突極に巻線を集中巻方式で形成することができるか
ら、コイルエンド高さを抑え、モータ長を従来に比べて
短くできる。また、複数の第２突極に巻線を同時に巻く
ことが可能となり、巻線の工数が削減でき、製造コスト
を下げることができる。

【０００７】また、前記ブラシを、前記中性軸の両側に
正転用と逆転用の二組設けるようにすることによって、
電流を流すブラシを切り換えることで正・逆両方向へ回
転可能なモータを実現できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るモータの好適
な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ま
ず、モータ１０の構成について図１と図２を用いて説明
する。回転子１２は、回転子軸１４と、この回転子軸１
４の外周面に外嵌された状態で配置された回転子用の鉄
心（回転子鉄心）１６と、回転子軸１４の外周面の回転
子鉄心１６に対して軸方向にずれた位置に配置された整
流子１８とから構成される。

【０００９】さらに詳細には、回転子軸１４は不図示の
軸受によりその両端が支持されて軸線Ｌを中心として回
動自在となっている。また、本実施の形態の特徴点であ
る回転子鉄心１６は、従来例で説明した特開平8-196067
号のモータと異なり、回転子鉄心１６の外周面に、後述
する固定子の第１突極と対向するように複数（図１では
一例として８個）の第２突極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ａ、ｂ、
ｃ、ｄ（時計方向へこの順番で並ぶ）が周方向に沿って
等角度間隔で突出して形成されている。そして、この各
第２突極Ａ〜ｄに巻線２０が集中巻の方式で、かつ図２
に示すように周方向に１８０度ずれた位置にある第２突
極同士の巻線（例えば第２突極Ａの巻線２０と第２突極
ａの巻線２０）２０が電気的に接続されると共に巻き方
向が互いに逆になるように施されている。第２突極Ｂの
巻線２０と第２突極ｂの巻線２０、第２突極Ｃの巻線２
０と第２突極ｃの巻線２０、および第２突極Ｄの巻線２
０と第２突極ｄの巻線２０も、第２突極Ａの巻線２０や
第２突極ａの巻線２０と同様に施され、互いに接続され
ている。

【００１０】また、整流子１８は、回転子軸１４の外周
面に周方向に沿って並設された複数（一例として２４
個）の電極２２から構成されている。整流子１８の電極
２２は、そこに接続される巻線２０が施された第２突極
Ａ〜ｄの符号を用いて表すと、本実施の形態では一例と
して図１に示すように、反時計方向に、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａ、ｂ、ｃ、ｄという順番で並設
されている。

【００１１】固定子２４は、固定子用の鉄心（固定子鉄
心）２６を有し、この固定子鉄心２６には、回転子１２
を取り巻くように、回転子１２の軸線（回転子軸１４の
中心軸）Ｌを中心とする同一円周状に配置された複数の
第１突極２８が形成されている。そして、この第１突極
２８は軟磁性材料を用いて構成されている。固定子２４
は、一例として図１に示すように全体形状が回転子１２
を内部に挿入できる大きさの円筒体の外形を有し、その
内周面に第１突極２８が周方向に沿って等角度間隔で複
数個（一例として６個）、内方に向けて突出して形成さ
れた構造である。

【００１２】整流子１８に摺接し、直流電源３０からの
電流を整流子１８に伝達するブラシは、本実施の形態で
は正転用ブラシ３２と逆転用ブラシ３４の二組設けられ
ている。そして各ブラシ３２、３４は、固定子２４の中
性軸（中性点とも言う）Ｍを基準としてその両側に、中
性軸Ｍからずらして配置されている。具体的には、正転
用ブラシ３２は、中性軸Ｍに対して時計方向へ角度αだ
けずれた位置Ｎに、また逆転用ブラシ３４は、中性軸Ｍ
に対して反時計方向へ角度αだけずれた位置Ｏに配置さ
れている。なお、各ブラシ３２、３４のそれぞれの一対
の金属片（３２ａと３２ｂ、３４ａと３４ｂ）の整流子
１８との接触面の位置は、軸線Ｌを中心とした点対称の
位置に配置されており、また整流子１８との接触面の回
転子軸１４の周方向に沿った幅は、整流子１８の一つの
電極２２の幅以下になるように設定されている。なお、
角度αは、図１では第１突極２８相互の角度間隔が６０
度であるから、０度＜α＜３０度である。また、直流電
源３０と各ブラシ３２、３４間には、切り換えスイッチ
３６が介挿されており、この切り換えスイッチ３６の切
り換え動作によって、直流電源３０と接続されるブラシ
を、正転用ブラシ３２と逆転用ブラシ３４のうちのいず
れか一方に選択できる。

【００１３】次に、モータ１０の動作について説明す
る。なお、一例として回転子１２は図１や図２に示す状
態に最初あったものとして説明する。（正転動作）まず、切り換えスイッチ３６を正転用ブラ
シ３２側に切り換えて正転動作させる場合について図３
〜図６を用いて説明する。なお、正転用ブラシ３２の一
方の金属片３２ａが直流電源３０のプラス側に接続さ
れ、他方の金属片３２ｂが直流電源３０のマイナス側に
接続される。

【００１４】図１の状態において正転用ブラシ３２に電
流が供給された状態が図３である。この状態では、正転
用ブラシ３２の一方の金属片３２ａは、整流子１８の電
極Ａと電極Ｂの双方に接触している。また、他方の金属
片３２ｂは、整流子１８の電極ａと電極ｂの双方に接触
している。従って、電流は、直流電源３０（プラス側）
→一方の金属片３２ａ→回転子鉄心１６の第２突極Ａに
施された巻線→第２突極ａに施された巻線→他方の金属
片３２ｂ→直流電源３０（マイナス側）と流れる。また
同時に、直流電源３０（プラス側）→一方の金属片３２
ａ→回転子鉄心１６の第２突極Ｂに施された巻線→第２
突極ｂに施された巻線→他方の金属片３２ｂ→直流電源
３０（マイナス側）と流れる。

【００１５】そして、第２突極Ａや第２突極Ｂに施され
た巻線の巻回方向に対して第２突極ａや第２突極ｂに施
された巻線の巻回方向が逆であるから、各第２突極に施
された巻線には図３に示すような向きの電流が流れる。
よって、各第２突極に誘起される磁極の極性は、第２突
極Ａや第２突極ＢがＳ極に、第２突極ａや第２突極ｂが
Ｎ極となる。そして他の第２突極の巻線には電流が流れ
ないため、他の第２突極には磁極が生じない。このた
め、回転子１２には、軸線Ｌを中心として１８０度ずれ
た位置にある第２突極に、互いに異なる極性の磁極が生
ずることになる。そして、同極性となった第２突極Ａや
第２突極Ｂには、これら第２突極に近い固定子２４の第
１突極２８との間に生じた引力により時計方向へ回転し
ようとする力が作用する。同様に、同極性となった第２
突極ａや第２突極ｂにも、これら第２突極に近い固定子
２４の第１突極２８との間に生じた引力により、やはり
時計方向へ回転しようとする力が作用する。よって、回
転子１２は時計方向へ回転する。つまり、中性軸Ｍに対
して正転用ブラシ３２がずれた方向と同じ方向へ回転子
１２は回転する。

【００１６】その後は、正転用ブラシ３２が整流子１８
の電極Ｂと電極ｂにのみ接触する状態に移行する。この
場合にも、第２突極ＢのみがＳ極になり、第２突極ｂの
みがＮ極になる点が相違するだけで、図３の場合と同様
に回転子１２には時計方向へ回転しようとする力が作用
し、回転子１２はさらに時計方向へ回転する。その後、
図４の状態に移行する。この状態では、正転用ブラシ３
２の一方の金属片３２ａは、整流子１８の電極Ｂと電極
Ｃの双方に接触している。また、他方の金属片３２ｂ
は、電極ｂと電極ｃの双方に接触している。そして、図
３の場合と同様にして、各第２突極に誘起される磁極の
極性は、第２突極Ｂや第２突極ＣがＳ極に、また第２突
極ｂや第２突極ｃがＮ極となり、やはり各第２突極に近
い固定子２４の第１突極との間に生じた引力により回転
子１２には時計方向へ回転しようとする力が作用し、回
転子１２は時計方向へ回転する。

【００１７】その後は、正転用ブラシ３２が整流子１８
の電極Ｃと電極ｃにのみ接触する状態を経て、図５の状
態に移行する。この状態では、正転用ブラシ３２の一方
の金属片３２ａは、整流子１８の電極Ｃと電極Ｄの双方
に接触し、他方の金属片３２ｂは、電極ｃと電極ｄの双
方に接触している。そして、図３や図４の場合と同様に
して、第２突極Ｂや第２突極Ｃは、第２突極ｂや第２突
極ｃとは異なる極性の磁極となり、やはり各第２突極に
近い固定子２４の第１突極との間に生じた引力により回
転子１２には時計方向へ回転しようとする力が作用し、
回転子１２は時計方向へ回転する。

【００１８】その後は、正転用ブラシ３２が整流子１８
の電極Ｄと電極ｄにのみ接触する状態を経て、図６の状
態に移行し、図３と同様の固定子２４に対する回転位置
に回転子１２が回転移動する。この図３〜図５の状態を
繰り返すことによって、回転子１２は時計方向へ連続し
て回転する。

【００１９】（逆転動作）次に、逆方向に回転子１２を
回転させる動作について図７〜図１０を用いて説明す
る。まず、切り換えスイッチ３６を逆転用ブラシ３４側
に切り換える。図１の状態において逆転用ブラシ３４に
電流が供給された状態が図７である。この状態では、逆
転用ブラシ３４の一方の金属片３４ａは、整流子１８の
電極Ｄと電極Ｃの双方に接触している。また、他方の金
属片３４ｂは、整流子１８の電極ｄと電極ｃの双方に接
触している。従って、電流は、直流電源３０（プラス
側）→一方の金属片３４ａ→回転子鉄心１６の第２突極
Ｄに施された巻線→第２突極ｄに施された巻線→他方の
金属片３４ｂ→直流電源３０（マイナス側）と流れる。
また同時に、直流電源３０（プラス側）→一方の金属片
３４ａ→回転子鉄心１６の第２突極Ｃに施された巻線→
第２突極ｃに施された巻線→他方の金属片３４ｂ→直流
電源３０（マイナス側）と流れる。

【００２０】そして、第２突極Ｄや第２突極Ｃに施され
た巻線の巻回方向に対して第２突極ｄや第２突極ｃに施
された巻線の巻回方向が逆であるから、各第２突極に施
された巻線には図７に示すような向きの電流が流れる。
よって、各第２突極に誘起される磁極の極性は、第２突
極Ｄや第２突極ＣがＳ極に、第２突極ｄや第２突極ｃが
Ｎ極となる。そして他の第２突極の巻線には電流が流れ
ないため、他の第２突極には磁極が生じない。そして、
同極性となった第２突極Ｄや第２突極Ｃには、これら第
２突極に近い固定子２４の第１突極２８との間に生じた
引力により反時計方向へ回転しようとする力が作用す
る。同様に、同極性となった第２突極ｄや第２突極ｃに
は、これら第２突極に近い固定子２４の第１突極２８と
の間に生じた引力により、やはり反時計方向へ回転しよ
うとする力が作用する。よって、回転子１２は反時計方
向へ回転する。つまり、中性軸Ｍに対して逆転用ブラシ
３４がずれた方向と同じ方向へ回転子１２は回転する。

【００２１】その後は、正転の場合と同様の原理によ
り、逆転用ブラシ３４が整流子１８の電極Ｃと電極ｃに
のみ接触する状態に移行した後に図８の状態に移行す
る。この状態では、逆転用ブラシ３４の一方の金属片３
４ａは、整流子１８の電極Ｃと電極Ｂの双方に接触して
いる。また、他方の金属片３４ｂは、電極ｃと電極ｂの
双方に接触している。よって、第２突極Ｃや第２突極Ｂ
がＳ極に、また第２突極ｃや第２突極ｂがＮ極となり、
やはり各第２突極に近い固定子２４の第１突極２８との
間に生じた引力により回転子１２には反時計方向へ回転
しようとする力が作用し、回転子１２は反時計方向へ回
転する。

【００２２】その後は、逆転用ブラシ３４が整流子１８
の電極Ｂと電極ｂにのみ接触する状態を経て、逆転用ブ
ラシ３４の一方の金属片３４ａが整流子１８の電極Ｂと
電極Ａの双方に接触し、他方の金属片３４ｂが電極ｂと
電極ａの双方に接触している図９の状態に移行する。さ
らに、その後も回転子１２は反時計方向へ回転し、逆転
用ブラシ３４が整流子１８の電極Ａと電極ａにのみ接触
する状態を経て、逆転用ブラシ３４の一方の金属片３４
ａが整流子１８の電極Ａと電極Ｄの双方に接触し、他方
の金属片３４ｂが電極ａと電極ｄの双方に接触している
図１０の状態に移行して、図７における固定子２４に対
する回転子１２の回転位置と同じ位置に回転移動する。
この図７〜図９の状態を繰り返すことによって、回転子
１２は反時計方向へ連続して回転する。なお、図３〜図
１０においては、説明が判り易くなるように、直流電源
３０と電気的に接続されていない方のブラシは省略して
いる。

【００２３】また、上述した実施の形態では、モータ１
０には正転用ブラシ３２と逆転用ブラシ３４がそれぞれ
設けられていたが、回転子１２の回転方向が一方向のみ
でよい場合には、いずれか一方のブラシのみを設けるだ
けでも良い。

【００２４】以上、本発明の好適な実施の形態について
種々述べてきたが、本発明は上述する実施の形態に限定
されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲で多
くの改変を施し得るのはもちろんである。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係るモータによれば、回転子の
第２突極に巻線を集中巻方式で形成することができるか
ら、コイルエンド高さを抑え、モータ長を従来に比べて
短くできる。また、複数の第２突極に巻線を同時に巻く
ことが可能となり、巻線の工数が削減でき、製造コスト
を下げることができる。また、ブラシを、中性軸の両側
に正転用と逆転用の二組設けるようにすることによっ
て、電流を流すブラシを切り換えることで正・逆両方向
へ回転可能なモータを実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータの実施の形態の構成を説明
するための説明図である。

【図２】第２突極に施す巻線と整流子の電極とブラシと
の関係を説明するため、図１の整流子の電極を平面的に
展開した説明図である。

【図３】図１の正転用ブラシに電圧を印加した状態を示
す説明図である。

【図４】図３の状態から回転子が時計方向へ整流子の１
電極分だけ回転した状態を示す説明図である。

【図５】図４の状態から回転子が時計方向へ整流子の１
電極分だけ回転した状態を示す説明図である。

【図６】図５の状態から回転子が時計方向へ整流子の１
電極分だけ回転した状態を示す説明図である。

【図７】図１の逆転用ブラシに電圧を印加した状態を示
す説明図である。

【図８】図７の状態から回転子が反時計方向へ整流子の
１電極分だけ回転した状態を示す説明図である。

【図９】図８の状態から回転子が反時計方向へ整流子の
１電極分だけ回転した状態を示す説明図である。

【図１０】図９の状態から回転子が反時計方向へ整流子
の１電極分だけ回転した状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０モータ１２回転子１６回転子鉄心１８整流子２０巻線２４固定子２８第１突極３２正転用ブラシ３４逆転用ブラシＡ〜ｄ第２突極Ｌ軸線Ｍ中性軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】整流子を有する回転子と、該回転子の軸
線を中心とする同一円周状に配置された複数の第１突極
を有する固定子と、該固定子の中性軸からずれた位置で
前記整流子と摺接するブラシとを有するモータにおい
て、前記回転子の鉄心の外周面に、周方向に沿って複数の第
２突極が形成され、該第２突極に、前記整流子と電気的に接続された巻線が
施されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】前記ブラシは、前記中性軸の両側に正転
用と逆転用の二組設けられていることを特徴とする請求
項１記載のモータ。