JP2639027B2 - 電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電動機に関するもので、特に新しい原理で回
転する電動機に関するものである。

従来の技術 近年、直流電動機のブラシと整流子による機械的整流
作用を電子回路に置き換えたブラシレス電動機が普及し
ている。これにより直流電動機のブラシと整流子にまつ
る種々の問題点、例えば寿命が短い、雑音が出る、信頼
性が低い、ブラシ音が大きい等については解消されてい
る。

第４図に従来のブラシレス電動機の原理を示す。

第４図に示すように従来のブラシレス電動機はロータ
に多極着磁（２極以上）された界磁磁石6a,6bを有し、
その磁極と電機子巻線7a,7bの相対位置によって、通電
する電機子巻線7a,7bの選択及びその電流方向の決定を
することにより、連続的に回転させるように構成されて
いる。第４図においてはこの通電制御をS1,S2,S3,S4の
スイッチにより行うことを示しているが、実用的なブラ
シレス電動機では磁極と電機子巻線の相対位置を検出す
るセンサーと、この信号により制御されるスイッチング
素子とを用いた複雑な半導体電子回路により行われる。

発明が解決しようとする課題 ところが、従来のブラシレス電動機は、電子回路の構
成が複雑で製造組立や保守を困難なものにし、コスト低
減の妨げとなっている。

本発明は上記問題点に鑑み、電子回路を必要とせず、
且つ、ブラシやスリップリング及び整流子等の機械的接
触による給電装置を有しない直流電動機を提供すること
を目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の電動機は、永久磁石を有し単極界磁を構成す
る第１のロータと、前記単極界磁による磁場中に配置さ
れた電機子巻線を有するステータと、この電機子巻線の
一部に鎖交する界磁磁束を強化または打ち消す作用を行
う界磁磁束調整装置を有する第２のロータとを具備する
ものである。

作用 この様に構成された電動機における作用について第３
図によって説明する。

第３図は本発明の電動機の原理図を示すもので単極着
磁された界磁磁石１によってギャップ2a,2bに界磁磁束
Φが流れている。ここでこのギャップの一部分に配置さ
れた界磁磁束調整装置４の材質を例えば鉄等の強磁性体
とすることにより、この界磁磁束調整装置４が配置され
た部分のギャップ2aの磁束密度がそれ以外の部分である
ギャップ2bの磁束密度よりも高くなることは明らかであ
る。

この状態において、電機子巻線に相当する導体15に外
部より直流電圧を印加し、電流I aを流すと、界磁によ
り磁束を受けている導体部分3a,3bにはフレミングの左
手の法則により力f_a,f_bが発生する。

ここで磁束密度が高いギャップ2aに配置された導体部
分3aに発生する力f_aは磁束密度が低いギャップ2bに配置
された導体部分3bに発生する力f_bと比較して大きいこと
がわかる。

この状態において、導体15を固定し、界磁磁石１及び
界磁磁束調整装置４をそれぞれの中心X1,X2を軸とし、
第１ロータ及び第２ロータとして回転できる様に装備す
ると導体15に発生する力の反作用で界磁磁石１及び界磁
磁束調整装置４が回転するものである。ここで界磁磁束
調整装置４を第２のロータとしての回転速度を回転可能
とした理由は、第２のロータの回転速度を外力で調整す
ることによって第１のロータの回転速度を調整する目的
によるものである。

実施例 次に本発明による電動機について、図面に基づいて説
明する。

第１図は本発明の一実施例に示す電動機の断面図であ
り、第２図は第１図におけるステータ８を示す説明図で
ある。

第１図及び第２図において、ロータヨーク９は鉄等の
強磁性体よりなりフレーム10に保持された軸受11により
軸架され第１のロータ12を構成し、これに取り付けられ
た界磁磁石１によってギャップ2a,2bに単極界磁磁束φ
を与える様に構成している。

一方、第２のロータ14は鉄等の強磁性体よりなる界磁
磁束調整装置４を有し、前記ギャップの一部2aに界磁磁
束調整装置４の一部が入り組む様に配置され、フレーム
10に保持された軸受13により軸架している。この界磁磁
束調整装置４が入り組んだ部分のギャップ2aの磁束密度
は、それ以外の部分のギャップ2bの磁束密度よりも高く
なることは明らかである。これらの磁束密度のアンバラ
ンスを生じさせたギャップ2a,2b中にフレーム10に固定
された電機子巻線３を有するステータ８を配置してい
る。

ここで、電機子巻線３の導体部分3aは磁束密度が高い
ギャップ2aに位置し、導体部分3bは磁束密度が低いギャ
ップ2bに位置し、導体部分3cはギャップ2a,2bの外で漏
れ磁束を無視すれば磁束密度が０の所に位置するように
配設されている。

この状態で電機子巻線３の給電端子Ｐに＋,Nに−なる
直流電圧を外部より印加し、電流を流すと電機子巻線３
のそれぞれ導体部分3a,3b,3cにはそれぞれが受ける磁束
密度に比例したそれぞれの力f_a,f_b,f_cを生じる。これら
の力の方向は、それぞれフレミングの左手の法則に従
い、大きさはf_a＞f_b＞f_c（ただしf_c≒０）となる。

ここでステータ８が固定されているため、それらの力
f_a,f_b,f_cの反作用で第１ロータ12は反時計方向に、第２
ロータ14は時計方向に回転するものである。

次にこの電動機が発生するトルクの方向及び大きさに
ついて説明する。

フレミングの左手の法則より明らかな様に電機子巻線
に流す方向がトルク発生の方向を決定する。

又、発生するトルクの大きさは電機子巻線に流す電流
の大きさに比例する。これらの性質は一般の特流電動機
と全く同様で制御性にもすぐれたものである。

なお、本実施例では界磁磁束調整装置４を強磁性体と
したが、界磁磁束調整装置４は界磁磁束φを強化又は打
ち消す方向に着磁された永久磁石でも良いことは言うま
でもない。

また、本発明は発電機としての利用価値もあることは
当然である。

発明の効果 以上のように本発明による電動機はブラシやスリップ
リング及び整流子等の機械的接触による給電装置を必要
とせず、且つ電子回路を全く持たなくとも直流電流にて
運転することができ、その製造や保守を容易にし、信頼
性が高くコストの低いすぐれたものである。

また、トルクと電流の間に比例関係があるので、制御
が簡単で、界磁磁極が単極であるためコギングトルクや
トルクリップルが非常に小さく、精密な制御を可能に
し、その実用的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における電動機の断面図、第
２図は第１図のステータの詳細図、第３図は本発明の電
動機の動作原理を示す図、第４図は従来のブラシレス電
動機の動作原理を示す図である。 １……界磁磁石、2a,2b……ギャップ、３……電機子巻
線、４……界磁磁束調整装置、８……ステータ、９……
ロータヨーク、12……第１のロータ、14……第２のロー
タ、15……導体。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石を有し、単極界磁を構成する第１
   のロータと、前記単極界磁による磁場中に配置された電
   機子巻線を有するステータと、前記電機子巻線の一部に
   鎖交する界磁磁束を強化または打ち消す界磁磁束調整装
   置を有する第２のロータとを具備してなる電動機。
2. 【請求項２】界磁磁束調整装置が強磁性体である請求項
   １記載の電動機。
3. 【請求項３】界磁磁束調整装置が永久磁石である請求項
   １記載の電動機。
4. 【請求項４】界磁磁束調整装置が永久磁石と強磁性体の
   組み合わせである請求項１記載の電動機。