JP2016036206A - Dc electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電動機に関する。 The present invention relates to a DC motor.
下記特許文献1及び特許文献2には、導電性の巻線が巻回されることによって外周部に沿ってコイルが形成された複数の主極部(主突極部,主極)と、一の主極部と他の主極部との間に設けられた補極部(補助突極部,補極)と、を有する電機子を含んで構成された電動機が開示されている。
In
ところで、主極部及び補極部を有する電機子を含んで構成された直流電動機では、巻線が主極部に集中巻回されることによって当該主極部の回りに単一のコイルが形成されるため、当該コイルの鎖交磁束が減少し易くなると共にコイルのインダクタンスが増加し易くなる。 By the way, in a DC motor configured to include an armature having a main pole portion and an auxiliary pole portion, a single coil is formed around the main pole portion by winding the winding around the main pole portion. Therefore, the interlinkage magnetic flux of the coil is likely to decrease and the inductance of the coil is easily increased.
本発明は上記事実を考慮し、コイルの鎖交磁束が減少することを抑制することができると共にコイルのインダクタンスが増加することを抑制することができる直流電動機を得ることが目的である。 In consideration of the above facts, the present invention has an object to obtain a DC motor that can suppress a decrease in the flux linkage of a coil and suppress an increase in the inductance of the coil.
請求項1記載の直流電動機は、マグネットを有する固定子と、前記固定子の径方向内側に設けられた回転軸に固定され、径方向に延びると共に周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の主極部と、径方向に延びると共に各々の前記主極部の間に配置された複数の補極部と、を有する回転子コアと、前記回転軸に固定され、ブラシが摺接する複数のセグメントを有する整流子と、端末部がそれぞれ異なる一対の前記セグメントに接続される複数の巻線が巻回されることによって形成され、各々の前記主極部の回りにそれぞれ設けられた複数のコイルと、を有する回転子と、を備えている。
The DC motor according to
請求項1記載の直流電動機によれば、ブラシが整流子の各々のセグメントに摺接することによって複数のコイルへの通電が切替えられる。これにより、回転子コア内に生じる磁界が切替えられ、当該磁界と固定子のマグネットの磁界とによって回転子が固定子に対して回転する。 According to the DC motor of the first aspect, the energization of the plurality of coils is switched by the brush being in sliding contact with each segment of the commutator. Thereby, the magnetic field generated in the rotor core is switched, and the rotor rotates relative to the stator by the magnetic field and the magnetic field of the stator magnet.
また、本発明では、補極部が主極部の間に設けられていることにより、直流電動機のコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。 Moreover, in this invention, the cogging torque and torque ripple of a DC motor can be reduced by providing an auxiliary pole part between main pole parts.
ここで、本直流電動機では、複数のコイルが各々の主極部の回りにそれぞれ設けられている。換言すると、1つの主極部の回りに2つ以上のコイルが設けられている。これにより、1つの極部の回りに1つのコイルが設けられている構成に比して、巻線係数の低下が抑制され、ひいては、コイルの鎖交磁束が減少することを抑制することができる。また、同じターン数の単一のコイルを主極部の回りに設けた場合に比して、1つのコイルの巻数が少なくなり当該コイルのインダクタンスが増加することを抑制することができる。 Here, in the DC motor, a plurality of coils are provided around each main pole portion. In other words, two or more coils are provided around one main pole portion. Thereby, compared with the structure by which one coil is provided around one pole part, the fall of a winding coefficient is suppressed and by extension, it can suppress that the linkage flux of a coil reduces. . Further, as compared with the case where a single coil having the same number of turns is provided around the main pole portion, it is possible to suppress the number of turns of one coil from decreasing and the inductance of the coil from increasing.
これに加えて、本直流電動機では、1つの主極部の回りに設けられた2つ以上のコイルは、それぞれ異なる一対のセグメントに接続されている。これにより、ブラシが各セグメントに摺接することによるコイルへの通電の切替時のエネルギーを小さくすることができ、ひいては、ブラシの寿命が低下することを抑制することができる。また、コイルへの通電の切替時のノイズを低減することができる。 In addition to this, in the DC motor, two or more coils provided around one main pole portion are connected to a pair of different segments. Thereby, the energy at the time of switching the energization to the coil due to the brush being in sliding contact with each segment can be reduced, and consequently the life of the brush can be prevented from being reduced. In addition, noise during switching of energization to the coil can be reduced.
請求項2記載の直流電動機は、請求項1記載の直流電動機において、前記主極部の数をTとし、前記固定子の一部を構成する前記マグネットの極対数をPとし、前記セグメントの数が、T×P×n(n=1,2,3,…)で求められる数に設定されている。
The DC motor according to
請求項2記載の直流電動機によれば、セグメントの数を上記の数に設定することにより、コイルの鎖交磁束が減少することを抑制しつつ、コイルのインダクタンスが増加することを抑制することができる。
According to the DC motor according to
図1〜図3を用いて本発明の第1実施形態に係る直流電動機について説明する。なお、図中に適宜示す矢印Z方向、矢印R方向、矢印C方向は、直流電動機の軸方向、径方向、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、直流電動機の軸方向、径方向、周方向を示すものとする。 A DC motor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the arrow Z direction, the arrow R direction, and the arrow C direction that are appropriately shown in the drawing respectively indicate the axial direction, the radial direction, and the circumferential direction of the DC motor. 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、本実施形態の直流電動機10は、ヨーク12及び当該ヨーク12に固定された複数のマグネット14を含んで構成された固定子16と、固定子16内において回転可能に設けられた回転子18と、回転子18の整流子34と摺接することによって回転子18の一部を構成するコイル36への通電を切替えるブラシ装置20と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ヨーク12は、鋼板材にプレス加工等が施されることによって形成されており、このヨーク12は、円筒状に形成された周壁部12Aと、周壁部12Aの一方側の端部を閉止する底壁部12Bと、周壁部12Aの他方側の端から径方向外側に延びるフランジ部12Cと、を備えている。図2に示されるように、周壁部12Aの径方向内側の面には、複数のマグネット14(N極マグネット14N及びS極マグネット14S)が周方向に沿って等間隔に配列された状態で固定されている。また、N極マグネット14NとS極マグネット14Sとは、周方向に沿って交互に配置されている。
The
図1に示されるように、ヨーク12の底壁部12Bには、後述する回転子18の回転軸30が軸支される図示しないベアリングが固定されている。また、フランジ部12Cには、カバー部材22が取付けられるようになっており、これにより、回転子18の電機子(回転子コア32及びコイル36)がヨーク12とカバー部材22との間に収容されるようになっている。また、カバー部材22には、回転軸30を軸支する図示しないベアリングが固定されている。
As shown in FIG. 1, a bearing (not shown) on which a
ブラシ装置20は、図示しないブラシと、当該ブラシを保持するブラシホルダ24と、を含んで構成されている。ブラシホルダ24は、円板状に形成されたプレート部材26と、プレート部材26に固定された一対のブラシガイド部28と、を含んで構成されている。そして、図示しないブラシがブラシガイド部28に挿入されて、ブラシガイド部28に挿入されたブラシが図示しないスプリングによって径方向内側に向けて付勢されることによって、ブラシと整流子34とが摺接するようになっている。なお、本実施形態では、一のブラシガイド部28と他のブラシガイド部28とが周方向に沿って180°の間隔を空けて配置されている。
The
次に、本実施形態の要部である回転子18の構成について説明する。
Next, the structure of the
図1及び図2に示されるように、回転子18は、回転軸30と、回転軸30に固定された回転子コア32及び整流子34と、回転子コア32の各々の主極部40の回りに設けられた複数のコイル36と、を含んで構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示されるように、回転軸30は、鋼材等を用いて棒状に形成されている。この回転軸30の一端部はヨーク12の底壁部12Bに固定されたベアリングに軸支されており、また回転軸30の他端側は、カバー部材22に挿通された状態で当該カバー部材22に固定されたベアリングに軸支されている。
As shown in FIG. 1, the rotating
図2に示されるように、回転子コア32は、厚肉円筒状に形成された鉄心環状部38と、鉄心環状部38の径方向外側の面から径方向外側に向けて延びる複数の主極部40及び複数の補極部42と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
鉄心環状部38の軸心部には、回転軸30が圧入される圧入孔38Aが形成されており、回転軸30が当該圧入孔38Aに圧入されることによって、回転子コア32が回転軸30に固定されるようになっている。
A press-
主極部40は、鉄心環状部38の径方向外側の面から径方向外側に向けて延びると共に後述する巻線44が巻回される巻回部40Aと、巻回部40Aの径方向外側の端部からそれぞれ周方向一方側及び他方側に向けて延びる対向部40Bと、を備えている。また、対向部40Bの径方向外側の面S1は軸方向視で弧状に形成されている。また、本実施形態では、6つの主極部40が周方向に沿って等間隔に配置されている。
The
補極部42は、一の主極部40と当該一の主極部40に隣接する他の主極部40との間において鉄心環状部38の径方向外側の面から径方向外側に向けて延びる一般部42Aと、一般部42Aの径方向外側の端部からそれぞれ周方向一方側及び他方側に向けて延びる対向部42Bと、を備えている。一般部42Aの幅B1(周方向への寸法)は、主極部40の巻回部40Aの幅B2よりも狭く設定されており、また対向部42Bの幅B3(周方向への寸法)は、主極部40の対向部40Bの幅B4よりも狭く設定されている。さらに、対向部42Bの径方向外側の面S2は、軸方向視で主極部40の対向部40Bの径方向外側の面S1と略同一の半径とされた弧状に形成されている。また、対向部42Bの周方向の端部の厚みTと、主極部40の対向部40Bの周方向の端部の厚みTとは、略同一の厚みとされている。また、本実施形態では、6つの補極部42が周方向に沿って等間隔に配置されている。
The
図1及び図3に示されるように、整流子34は、図示しないブラシが摺接する複数のセグメント34Aを備えており、本実施形態では12個のセグメント34Aが周方向に沿って等間隔に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図2に示されるように、本実施形態では、1つの主極部40の巻回部40A回りに2本の巻線44がそれぞれ巻回されることによって、1つの主極部40の巻回部40A回りに2つのコイル36が形成されている。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, two
図3に示されるように、第1の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、1番のセグメント34A及び12番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、10番のセグメント34A及び11番のセグメント34Aに接続されている。第2の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、2番のセグメント34A及び3番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、1番のセグメント34A及び12番のセグメント34Aに接続されている。第3の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、4番のセグメント34A及び5番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、2番のセグメント34A及び3番のセグメント34Aに接続されている。第4の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、6番のセグメント34A及び7番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、4番のセグメント34A及び5番のセグメント34Aに接続されている。第5の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、8番のセグメント34A及び9番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、6番のセグメント34A及び7番のセグメント34Aに接続されている。第6の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、10番のセグメント34A及び11番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、8番のセグメント34A及び9番のセグメント34Aに接続されている。
As shown in FIG. 3, the terminal portion of one
(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説明する。
(Operation and effect of this embodiment)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
図1〜図3に示されるように、本実施形態の直流電動機10によれば、図示しないブラシが整流子34の各々のセグメント34Aに摺接することによって12個のコイル36への通電が切替えられる。これにより、回転子コア32内に生じる磁界が切替えられ、当該磁界と固定子16のマグネット14の磁界とによって回転子18が固定子16に対して回転する。
As shown in FIGS. 1 to 3, according to the
また、本実施形態では、補極部42が主極部40の間に設けられていることにより、直流電動機10のコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
In the present embodiment, since the
さらに、本直流電動機10では、複数のコイル36が各々の主極部40の回りにそれぞれ設けられている。換言すると、1つの主極部40の回りに2つのコイル36が設けられている。これにより、図4に示された1つの極部50の回りに1つのコイル36が設けられている直流電動機46に比して、巻線係数の低下が抑制され、ひいては、コイル36の鎖交磁束が減少することを抑制することができる。
Further, in the
ここで、対比例に係る直流電動機46について説明すると、当該直流電動機46の回転子コア48は、12個の極部50を備えている。そして、1つの極部50の回りに1つのコイル36が形成されている。なお、1つの極部50の回りに形成された1つのコイル36のターン数は、上記実施形態のコイル36のターン数と同一のターン数である。図5に示されるように、直流電動機46のコイル36の鎖交磁束と本実施形態の直流電動機10のコイル36の鎖交磁束とを比較すると、本実施形態では、鎖交磁束の減少が抑制されていることがわかる。
Here, the direct
また、1つの主極部40の回りに2つのコイル36が設けられている構成とすることにより、同じターン数の単一のコイルを主極部40の回りに設けた場合に比して、1つのコイル36の巻数が少なくなり当該コイル36のインダクタンスが増加することを抑制することができる。図6に示されるように、直流電動機46のコイル36のインダクタンスと本実施形態の直流電動機10のコイル36のインダクタンスとを比較すると、本実施形態では、インダクタンスが低減されていることがわかる。そしてさらに、図7に示された第2実施形態に係る直流電動機52のように、1つの主極部40の回りに4つのコイル36が設けられた構成とすることにより、図6に示されるように、コイル36のインダクタンスをより一層低減することができる。
Further, by adopting a configuration in which two
これに加えて、図3に示されるように、本実施形態の直流電動機10では、1つの主極部40の回りに設けられた2つのコイル36が、それぞれ異なる一対のセグメント34Aに接続されている。これにより、ブラシが各セグメント34Aに摺接することによるコイル36への通電の切替時のエネルギーを小さくすることができ、ひいては、ブラシの寿命が低下することを抑制することができる。また、コイル36への通電の切替時のノイズを低減することができる。
In addition to this, as shown in FIG. 3, in the
(他の実施形態に係る直流電動機)
次に、本発明の他の実施形態に係る直流電動機について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については、上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
(DC motor according to another embodiment)
Next, a DC motor according to another embodiment of the present invention will be described. In addition, about the member and part which have the same function as the said embodiment, the code | symbol same as the said embodiment is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図8に示されるように、第3実施形態に係る直流電動機54は、4つのマグネット14を含んで構成された固定子16と、3つの主極部40及び3つの補極部42と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 8, the
また、図9に示されるように、第4実施形態に係る直流電動機56は、6つのマグネット14を含んで構成された固定子16と、5つの主極部40及び5つの補極部42と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 9, the
さらに、図10に示されるように、第5実施形態に係る直流電動機58は、10個のマグネット14を含んで構成された固定子16と、8つの主極部40及び8つの補極部42と、を含んで構成されている。
Further, as shown in FIG. 10, the
そして、図8〜図10に示された直流電動機54,56,58の各々の主極部40には、それぞれ複数のコイル36が設けられている。
A plurality of
また、図8〜図10に示された直流電動機54,56,58は、コイル36の総数に対応する数のセグメント34Aを有する整流子34を備えている。一例として、2つのコイル36が1つの主極部40の回りに設けられた第3実施形態に係る直流電動機54は、図11に示されるように、6つのセグメント34Aを有する整流子34を備えている。そして、第1の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、1番のセグメント34A及び6番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、3番のセグメント34A及び4番のセグメント34Aに接続されている。第2の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、2番のセグメント34A及び3番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、5番のセグメント34A及び6番のセグメント34Aに接続されている。第3の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた一のコイル36の端末部は、4番のセグメント34A及び5番のセグメント34Aに接続されており、他のコイル36の端末部は、1番のセグメント34A及び2番のセグメント34Aに接続されている。
The
また、4つのコイル36が1つの主極部40の回りに設けられた第3実施形態に係る直流電動機54は、図12に示されるように、12個のセグメント34Aを有する整流子34を備えている。そして、第1の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた第1のコイル36の端末部は、1番のセグメント34A及び12番のセグメント34Aに接続されており、第2のコイル36の端末部は、6番のセグメント34A及び7番のセグメント34Aに接続されており、第3のコイル36の端末部は、3番のセグメント34A及び4番のセグメント34Aに接続されており、第4のコイル36の端末部は、9番のセグメント34A及び10番のセグメント34Aに接続されている。また、第2の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた第1のコイル36の端末部は、4番のセグメント34A及び5番のセグメント34Aに接続されており、第2のコイル36の端末部は、10番のセグメント34A及び11番のセグメント34Aに接続されており、第3のコイル36の端末部は、7番のセグメント34A及び8番のセグメント34Aに接続されており、第4のコイル36の端末部は、1番のセグメント34A及び2番のセグメント34Aに接続されている。また、第3の主極部40の巻回部40Aの回りに設けられた第1のコイル36の端末部は、8番のセグメント34A及び9番のセグメント34Aに接続されており、第2のコイル36の端末部は、2番のセグメント34A及び3番のセグメント34Aに接続されており、第3のコイル36の端末部は、11番のセグメント34A及び12番のセグメント34Aに接続されており、第4のコイル36の端末部は、5番のセグメント34A及び6番のセグメント34Aに接続されている。
A
以上説明した直流電動機54,56,58において、主極部の数をTとし、固定子の一部を構成するマグネット14の極対数(N極マグネット14NとS極マグネット14Sとの対の数)をPとして、セグメント34Aの数をT×P×n(n=1,2,3,…)で求められる数に設定することにより、上記第1実施形態及び第2実施形態に係る直流電動機10,52と同様に、コイル36の鎖交磁束が減少することを抑制しつつ、コイル36のインダクタンスが増加することを抑制することができる。
In the
なお、上記実施形態では、主極部40の数を3、5、6,8個とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。主極部40の数は、直流電動機の出力特性やトルク変動等を考慮して適宜設定すればよい。
In addition, although the said embodiment demonstrated the case where the number of 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…直流電動機,14…マグネット,16…固定子,18…回転子,30…回転軸,32…回転子コア,34…整流子,34A…セグメント,36…コイル,40…主極部,42…補極部,44…巻線,52…直流電動機,54…直流電動機,56…直流電動機,58…直流電動機
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記固定子の径方向内側に設けられた回転軸に固定され、径方向に延びると共に周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の主極部と、径方向に延びると共に各々の前記主極部の間に配置された複数の補極部と、を有する回転子コアと、前記回転軸に固定され、ブラシが摺接する複数のセグメントを有する整流子と、端末部がそれぞれ異なる一対の前記セグメントに接続される複数の巻線が巻回されることによって形成され、各々の前記主極部の回りにそれぞれ設けられた複数のコイルと、を有する回転子と、
を備えた直流電動機。 A stator having a magnet;
A plurality of main pole portions fixed to a rotary shaft provided radially inside the stator and extending in the radial direction and spaced apart along the circumferential direction, and extending in the radial direction and each of the main pole portions A rotor core having a plurality of auxiliary pole portions disposed between the pole portions, a commutator having a plurality of segments fixed to the rotating shaft and in sliding contact with the brush, and a pair of the terminal portions different from each other A rotor having a plurality of coils formed around each of the main pole portions formed by winding a plurality of windings connected to a segment, and
DC motor equipped with.
前記セグメントの数が、T×P×n(n=1,2,3,…)で求められる数に設定されている請求項1記載の直流電動機。 The number of the main pole portions is T, the number of pole pairs of the magnets constituting a part of the stator is P,
The DC motor according to claim 1, wherein the number of segments is set to a number obtained by T × P × n (n = 1, 2, 3,...).
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