JP2005295727A - 小型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】必要する高速回転および起動時の回転のスムースな立ち上がりを実現可能にする。
【解決手段】４個の界磁磁極４２と、３個の磁極４９を持つ電機子鉄心４７と、直列接続された６個の電機子巻線５０からなり、電機子巻線５０が電機子鉄心４７の３個の磁極４９に対し２個宛巻装され、電機子鉄心４７を支持する電機子軸４８に、電機子巻線５０の各巻線端が一つとび順に接続された６個の整流子片からなる整流子を設け、整流子５２に接触しながらバッテリの電源電圧を電機子巻線５０に供給する４個の刷子３３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばラジコン等に使用する小型モータに関する。

無線によるリモートコントロールによって走行または飛行する玩具用の車両や飛行機は、小型モータを動力源として備える。また、この小型モータはバッテリを電源として駆動されるため、直流モータが用いられる。

この直流モータは、バッテリから供給する電流を、刷子を介してこれに摺接する半円形の整流子に伝え、さらに導体に導いて、この導体（回転子）の半回転ごとにその電流の方向を切り換えながら、同一方向の回転トルクを得るというものである（例えば、特許文献１参照）。

また、このような構成の従来の小型モータは、モータケースの内周面に２個の界磁磁極を配置し、この界磁磁極に対向して３極型の電機子鉄心を回転自在に設けてなる。また、この電機子鉄心の各極には直列接続された電機子巻線が１個ずつ巻装され、これらの３巻線を含むリード端が、電機子鉄心の回転軸に絶縁物を介して取り付けられた２個の整流子に接続されている。

このような、従来の小型モータでは、固定子側の界磁および回転子側の電機子とも磁極数が少なく、したがって、極数に対し反比例する電機子の回転数を、所定値に設定することができる。
特開２００３−３７９６１号公報

しかしながら、従来の小型モータは、界磁磁極、電機子鉄心の磁極、巻線、刷子などの各個数が、予め決められた、例えば前記のような個数であり、大容量のバッテリを用いるなどの方法を採らない限り、リモコン型のレーシングカーなどの玩具に用いる場合に、速度やトルクを増すことには限界があった。

本発明は、このような従来の事情に着目してなされたものであり、電機子鉄心の極数を増加することなく、界磁鉄心、刷子および電機子鉄心の一極あたりの電機子巻線を増設し、また、整流子に対する刷子の相対角度を可変として、電機子巻線のそれぞれに流す電流位相を調節することで、必要とする高速回転および起動トルクを実現できる小型モータを得るものである。

本発明にかかる小型モータは、バッテリを電源として駆動される小型モータであって、モータケースの内周面に配置された４個の界磁磁極と、該界磁磁極に対向するように前記モータケース内に回転自在に配置された、３個の磁極を持つ電機子鉄心と、隣り合う前記電機子鉄心の３個の磁極に対しそれぞれ２個宛巻装されて直列接続された６個の電機子巻線と、前記電機子鉄心を支持する電機子軸の一端部に絶縁物を介して取り付けられた、前記６個の電機子巻線の各巻線端が一つとび順に接続された６個の整流子片からなる整流子と、該整流子に接触しながら前記バッテリの電源電圧を前記電機子巻線に供給する４個の刷子とを備えたことを特徴とする。

これにより、電機子鉄心の３個の磁極には直列接続された６個の巻線のうち２個ずつが設けられ、しかもこれらの巻線には６個の整流子を介して４個の刷子から順次電圧が印加されるため、電機子鉄心１個当りの界磁磁束が増強される。また、プラシと整流子、磁極と整流子はそれぞれ位相的に不平衡配置されている。したがって、磁気的に安定領域が存在せず、起動時の回転がスムースになるほか、６個の電機子巻線に流れる電流位相の可変により、高速回転を簡単な外部操作にて得ることができる。このため、この小型モータは、無線走行する玩具用車両や飛行機のほか、小型掃除機などの一般の民生機器や工作機械を含む工学機器への利用も可能になる。

本発明の小型モータでは、電機子鉄心の各磁極に直列接続された電機子巻線が２個ずつ設けられ、各電機子巻線に流れる電流の位相を調整することで、電機子鉄心の各磁極単位の起磁力を大きくして、電機子の高速回転を実現できる。また、電機子巻線は電機子鉄心の３個の磁極に巻装されているため、４極の界磁磁極との配置が対象でなく、電機子の回転起動性を良好にすることができる。

以下に、本発明の小型モータの一実施形態を図について説明する。図１は本発明の小型モータの一部を示す斜視図、図２は同じく分解斜視図である。１はモータケースで、モータ構成部のヨークとして機能する。前記モータケース１内には、後述の界磁磁極や電機子鉄心、電機子巻線が収納されている。

前記モータケース１の上端開口部には、該上端開口部の内周辺を塞ぐようにリング状の金属ベース２が嵌め込まれている。該金属ベース２は、モータケース１内に打ち出した４本の係止突起１ａにより抜け止めされている。

前記モータケース１の上端開口部には、前記金属ベース２上に重なるように、円板状のエンドカバー３が嵌挿されている。また、前記金属ベース２の周辺には、係止突起１ａに対応する位置に切欠４が設けられている。また、金属ベース２には、これを貫通するネジ孔５が設けられている。

前記エンドカバー３の中心には、回転子軸の貫通孔６が設けられている。さらに前記エンドカバー３の前記貫通孔６に対向する位置には、軸受ブロック７が連設されている。該軸受ブロック７は、中心孔８の廻りに、図３に示すような軸受９を有する。

前記エンドカバー３の上面周辺には、扇形の４個の突起部１０が一体に設けられ、これらのうち対向する２個に、前方後円形の取付孔１１が設けられている。該取付孔１１には、上方からビス１２が挿入され、さらに前記金属ベース２の前記ネジ孔５にネジ込まれることで、前記金属ベース２に前記エンドカバー３を一体取り付け可能にしている。また、対向する他の２個の前記突起部１０には、ネジ孔１３が形成されている。

前記軸受ブロック７上面の一組の対角線上にはピン孔１４が設けられている。また、前記軸受ブロック７上には、モータ駆動に関する制御回路や後述の点灯回路等を含むプリント基板１５が載置されている。

前記プリント基板１５は、点灯回路に接続された発光ダイオード１６や、モータ駆動回路におけるプラシおよび整流子間での火花、ノイズの発生を抑止するチップコンデンサ１７などが搭載されている。

さらに、前記プリント基板１５には、前記ピン孔１４に連通可能な取付孔１８が設けられている。該取付孔１８および前記ピン孔１４には、前記ビス１２挿入用の前記取付孔１１を介して、Ｌ字状のアーススプリング２０の一端（屈曲端）が挿入されている。

前記アーススプリング２０の他端（屈曲端）は、前記取付孔１１を介して、前記エンドカバー３の裏面に設けられた図３に示すような係止孔１９に係止されている。前記アーススプリング２０は、自身の弾発力によって前記プリント基板１５を軸受ブロック７の上面に保持している。

また、前記エンドカバー３の上面には、前記軸受ブロック７を挾んで２本ずつの係止突起２１が突設され、該係止突起２１に、図４に示すような板金製のホルダ取付部材２２に設けられた取付孔２３が嵌挿されている。なお、この図では、一方のホルダ取付部材２２についてのみを示してある（他方は、軸受ブロックに隠れて見えにくい）。

前記ホルダ取付部材２２は、平面視において略９０度に折り曲げられた形態をなし、その各上縁には、前記軸受ブロック７上の前記プリント基板１５を端部上面から保持する一対の保持片２４および補強片２５が屈曲形成されている。

また、前記各取付孔２３が設けられる前記ホルダ取付部材２２の突片２６には、逆Ｌ字状に立ち上がる起立片２７が連設されている。該起立片２７には、ネジ孔２８が設けられている。

さらに、前記突片２６上に一部が重なるように、刷子ホルダ２９の扇形部３０が載置されている。前記刷子ホルダ２９にも、前記軸受ブロック７上の前記係止突起２１に嵌挿される位置決め孔３１が設けられている。

前記刷子ホルダ２９は、互いに直交する方向に各一の刷子支持筒３２を一体に有し、該刷子支持筒３２内には、刷子（カーボン刷子）３３が水平移動可能に収納されている。なお、刷子支持筒３２の先端部は、一部が前記ホルダ取付部材２２に形成された前記ガイド孔２２ａおよび前記軸受ブロック７に形成された前記ガイド孔７ａに挿入されている。

前記刷子３３には、それぞれリード線３４の一端が固定され、他端に取り付けられた端子３５は、前記起立片２７上に載せられて、前記ネジ孔２８にねじ込まれるビス３６によって、前記ホルダ取付部材２２に固定されている。

前記刷子ホルダ２９には、前記位置決め孔３１、３１間にホルダ固定孔３７が設けられており、該ホルダ固定孔３７に上方から挿入したピンネジ３８が、前記エンドカバー３上のネジ孔３９にネジ込まれている。

前記ピンネジ３８はフランジ部３８ａを有し、該フランジ部３８ａが、ホルダ孔周辺で前記刷子ホルダ２９を前記エンドカバー３上に押し当てている。前記ピンネジ３８の上部は円柱状をなし、該円柱状部にねじりばね４０が嵌挿されている。そして、該ねじりばね４０の各一端は、図１に示すように前記刷子支持筒３２内に挿入された前記刷子３３の後端（背面）を押すように作用している。

前記のごとく、４個の刷子支持筒３２に各一の刷子３３が挿入され、該刷子３３の先端が後述の整流子５２に接触している。さらに、前記各ホルダ取付部材２２には、一つの前記突片２６に隣り合うように、外部からの電源入力用端子片４１が連設されている。

一方、前記モータケース１は、磁性部材によって略八角形の有底円筒形に加工すれており、４個の界磁磁極（マグネット）４２が、図５に示すように取り付けられている。前記モータケース１には、外周面側から内周面側に向って一部が切り込まれて内周面側に突出する、複数の係止爪片４３が形成されている。これらの係止爪片４３が前記各界磁磁極４２の円周方向へのずれを規制している。

互いに近接した前記界磁磁極４２、４２間には、磁気的に分離する、導電材からなるスペーサー４４が設けられている。前記各界磁磁極４２の角部には、これの取り扱い中や前記モータケース１への取り付け作業中の破損防止のために、テーパ状の切欠面ａ、ｂが形成されている。

さらに、前記モータケース１の底部中心には、後述の回転軸が貫通する透孔４５が設けられ、該透孔４５周辺に回転軸を支持する軸受４６が取り付けられている。

さらに、前記界磁磁極４２を持った前記モータケース１内には、回転子を構成する３個の磁極４９を持つ電機子鉄心４７が配置されている。該電機子鉄心４７は積層鋼板からなり、中心部に回転軸４８を有する。該回転軸４８の一端部（上端部）は、前記軸受９に回転自在に支持され、他端部（下端部）はモータケース１底部の軸受４６に回転自在に支持されている。

図６に示すような前記電機子鉄心４７の前記各磁極４９には、直列接続された６個の界磁巻線５０のうち２個ずつが巻装されている。また、前記回転軸４８には、絶縁部材を介して円弧形の６個の整流子片５１からなる整流子５２が配置されている。これらの整流子５２は、４個の前記刷子３３に対向する位置に設けられ、該刷子３３が接触している。

図７は、前記モータケース１の内部および外部における前記各種の部品の分解斜視図である。これによれば、前記のように、固定子側の前記界磁磁極４２を取り付けた前記モータケース１内に、回転側の前記電機子鉄心４７、前記電機子巻線５０、前記整流子５２等を収納した上で、前記モータケース１の上端開口に、前記金属ベース２および前記刷子３３等を載せた前記エンドカバー３が嵌め込まれている。

また、前記金属ベース２の前記ネジ孔５に、前記取付孔１１を通して前記ネジ１２がネジ込まれ、図１に示すような小型モータが組み上げられる。

図８は、前記界磁鉄心４２の前記モータケース１内への他の取り付け構造を示す。ここでは、前記モータケース１に、円周方向および軸方向の複数箇所に等間隔で切り込みを入れ、切り込んで作ったこの切り込み片５３を、斜めに内方へ突出させてある。

また、前記モータケース１の内周には、外周面からポンチ等で打ち込んで、前記突起５４が突設されている。したがって、前記モータケース１内では、前記界磁鉄心４２のそれぞれが、前記切り込み片５３の立ち上がり部分と先端縁との間に位置決めされるとともに、前記突起５４が前記界磁鉄心４２の外周面に設けられた凹部内に嵌まり込む。これにより前記各界磁鉄心４２は前記モータケース１内周の所定部位に堅固に固定される。

図９は、前記界磁鉄心４２の外形を示す斜視図である。該界磁鉄心４２は、図５に示したものと同じく、内周面側に角部をなくして切欠面４２ａとし、前記モータケース１内周への装着の容易化と、角部の欠けの回避とが図られている。

図１０は、６個の前記電機子巻線５０と前記整流子５２の６個の前記整流子片５１との接続関係を示す説明図である。ここでは、直列接続された６個の前記電機子巻線５０が、６個の前記整流子片５１に対して、該整流子片５１の１つとびごとに順次接続されている。

したがって、前記各電機子鉄心４９の３個の前記磁極４９には、それぞれ２個ずつの前記電機子巻線５０が巻装されている。このため、前記各磁極４９の前記電機子巻線５０には、回転軸の回転方向に位相がずれた駆動電流が流れ、大きな駆動トルクおよび高速回転数を得ることができる。

また、この位相を、例えば４〜５度から２４〜２５度の角度で調節することで、回転子である電機子鉄心を０〜３０，０００ｒｐｍで回転させることができる。この場合には、モータケース１に対しエンドカバー３を回動操作し、整流子５１に対する４個の刷子の回転角を前記角度４〜２５度内外で調整すればよい。

なお、前記実施形態では、前記プリント基板１５上の回路（パターン）には、モータ駆動回路に接続されて、前記整流子５２と前記刷子３３との間欠的な摺接に伴うノイズが電気信号中に混入するのを防止するため、前記チップコンデンサ１７がモータ駆動回路とアース間に接続されている。

図１１は、図１および図２に示す前記発光ダイオード１６を、リモートコントローラによって走行させる車両５５の屋根に取り付けた例を示す。前記発光ダイオード１６は、電機子巻線を含むモータ駆動回路に設けることで、点滅または点灯させることができる。

前記発光ダイオード１６の点滅や点灯によって、前記車両５５が走行中であることを表示できる。また、発光色を特定することで、リモート操作する遊戯者自身の車両５５を、他と明瞭に識別することができる。

前記実施の形態に示す小型モータは、バッテリを電源として駆動される小型モータであり、モータケース１の内周面に配置された４個の界磁磁極４２と、該界磁磁極４２に対向するように、前記モータケース１内に回転自在に配置された、３個の磁極４９を持つ電機子鉄心４７と、隣り合う前記電機子鉄心４７の３個の前記磁極４９に対し、順次に、かつ前記各磁極４９に対し２個宛巻装されてなる電機子巻線５０と、前記電機子鉄心４７を支持する電機子軸４８の一端部に絶縁物を介して取り付けられて、６個の前記電機子巻線５０の各巻線端が一つとび順に接続された６個の整流子片５１からなる整流子５２と、該整流子５２に接触しながらバッテリの電源電圧を前記電機子巻線５０に供給する４個の刷子３３とを備えている。これにより、必要する高速回転および起動時の回転のスムースな立ち上がりを実現できる。

また、前記電機子巻線５０の回路中に発光ダイオード１６を接続することで、この発光ダイオード１６を電機子の回転速度に応じたタイミングで点滅させまたは連続点灯させることができる。

したがって、前記発光ダイオード１６をラジコン制御の玩具車両に取り付けることで、走行中か否かの判別ができる。また、発光色を選定することで、遊戯者自身の玩具車両の、他の玩具車輌との識別を容易にすることができるという効果が得られる。

本発明の実施の一形態による小型モータの要部を示す斜視図である。 図１に示す小型モータの要部の分解斜視図である。 図１に示す小型モータの要部の縦断面図である。 図１のエンドカバー上に設けられる刷子取り付け構造を示す分解斜視図である。 図１におけるモータケースと界磁鉄心との取り付け構造を示す横断面図である。 本発明における電機子（回転子）を示す斜視図である。 モータケースの内部構造を示す分解斜視図である。 モータケースと界磁鉄心との他の取り付け構造を示す横断面図である。 図■における界磁鉄心を示す斜視図である。 本発明における電機子巻線と整流子片との接続関係を示す説明図である。 図１における発光ダイオードの使用例を示す説明図である。

符号の説明

１ モータケース
３３ 刷子
４２ 界磁磁極
４７ 電機子鉄心
４８ 電機子軸
４９ 磁極
５０ 電機子巻線
５１ 整流片
５２ 整流子

Claims (3)

1. バッテリを電源として駆動される小型モータであって、モータケースの内周面に配置された４個の界磁磁極と、該界磁磁極に対向するように前記モータケース内に回転自在に配置された３個の磁極を持つ電機子鉄心と、隣り合う前記電機子鉄心の３個の磁極に対しそれぞれ２個宛巻装されて直列接続された６個の電機子巻線と、前記電機子鉄心を支持する電機子軸の一端部に絶縁物を介して取り付けられ、前記６個の電機子巻線の各巻線端が一つとび順に接続された６個の整流子片からなる整流子と、該整流子に接触しながら前記バッテリの電源電圧を前記電機子巻線に供給する４個の刷子とを備えたことを特徴とする小型モータ。
2. 整流子に対する円周方向の刷子の接触位置を調節可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の小型モータ。
3. 電機子巻線を含む回路中に、玩具用自動車に搭載可能な発光ダイオードを接続したことを特徴とする請求項１に記載の小型モータ。

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