JP3337314B2 - 直流機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転方向等に応じて最
適なブラシ位置を設定するようにした直流機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、直流モータや直流発電機等の直
流機では、任意の整流子間がブラシを用いて連結されて
整流が行われるよう構成されている。しかし、電機子コ
イルに発生する誘導起電力やコイルのインダクタンス等
により、整流時の電流変化が非常に遅れ、整流終了時に
おいて電流変化が大きくなるため、電機子コイルの中の
短絡コイルのインダクタンスによって大きなリアクタン
ス電圧が発生する。これがブラシと整流子間に火花放電
を発生させ、整流子表面を粗くして凹凸面を形成する。
このため、ブラシの磨耗量が大きくなり、その寿命が著
しく低下するとともに、ブラシ自体の振動音も大きくな
ってしまうという問題が発生する。

【０００３】特にモータ等の小型化を実現するために、
高性能マグネットを利用し、マグネットの薄肉化を行う
と、電機子とステータヨーク間の距離が小さくなる。こ
のため、電機子の磁気抵抗が減少し、前記短絡コイルの
誘導起電力による影響が大きくなり、上述した問題がさ
らに顕著に現れる。

【０００４】図１５は、一般的な直流機において発生す
る磁束を説明するための図である。同図に示すよう、界
磁用マグネット１００，１０２によって矢印ａ方向の主
磁束が発生する。また、電機子コイルに通電することに
よりこの主磁束と直交するように矢印ｂの方向に電機子
磁束が発生する。したがって、それらを合成する磁束は
主磁束の向きからずれた方向となる。このようにして磁
束にずれが生じるため、整流時にブラシによって短絡さ
れていた電機子コイルにおいて誘導起電流が生じること
になり、不足整流の原因となっていた。

【０００５】図１６は、一般的な整流曲線を示す図であ
る。同図に示すように、理想的には点線１０８で示すよ
うに整流初期から後期にかけて整流コイルに流れる電流
がＩ／２から−Ｉ／２に直線的に変化する。ところが、
上述した不足整流の場合には、整流時に整流コイルと交
差する磁束が存在するためこの整流コイルは誘導電流を
発生し、電流変化を妨げることになる（一点鎖線１１０
参照）。したがって、整流終了時の電流変化が非常に大
きくなり、−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）なるリアクタンス電圧を
発生し、火花が生じることになる。また、この火花が整
流子表面を粗くして、上述したブラシ摩耗やブラシ音の
増大、あるいは火花による電磁ノイズの増大を招くこと
になる。

【０００６】また、上述した整流不良によって出力トル
クが低下し、効率が悪化することにもなる。

【０００７】そこで、従来はこのような数々の弊害を引
き起こす原因となる整流不良を取り除くために、いわゆ
るブラシシフトを行っていた。このブラシシフトは、図
１７に示すように、磁束のずれθだけブラシの位置をず
らすことにより整流時に整流コイルを通る磁束の変化量
を極力低減することにより、良好な整流特性を得ようと
するものである。

【０００８】図１８は、自動車用小型モータの一例にお
けるブラシのシフト角とモータ出力およびモータ効率と
の関係を示す図であり、ブラシシフトを行うことによ
り、出力と効率が向上していることがわかる。

【０００９】また、図１９はブラシのシフト角と火花発
生時のブラシ・整流子間電圧（火花電圧）との関係を示
す図であり、ブラシシフトを行うことにより火花電圧が
低くなっていることがわかる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のブラシシフトを行う場合には、ブラシを磁束のずれ
方向に応じて一定角度θだけずらすことになるため、回
転方向が一方向に限定され、双方向回転の直流機に適用
できないという問題がある。また、上述した磁束のずれ
θは電機子コイルに流す電流の値によって変化するもの
であるが、ブラシシフトを行ってそのブラシ位置を固定
した場合には、負荷が変動して電機子コイルの通電電流
が変化した場合に生じる整流不良に完全に対応すること
はできないことになる。

【００１１】また、上述したブラシシフトを双方向回転
の直流機に適用する従来例として、特開平４−２１０７
５４号公報に開示された「直流電動機」がある。この直
流電動機は、電動機内にブラシを回転方向に応じて移動
させるブラシ駆動用電動機を備えており、正転あるいは
逆転方向に回転させる場合にその回転方向に応じてブラ
シ位置をシフトさせるものである。

【００１２】ところが、この公報に開示された直流電動
機においては、内部にブラシ駆動用電動機を備える必要
があるため、構造が複雑となり、小型モータ等に適用す
ることは難しかった。また、構造が複雑になることによ
り、大幅なコスト上昇が避けられなかった。

【００１３】本発明は、上述した課題に鑑みて創作され
たものであり、その目的は双方向回転に適用可能であ
り、整流特性を改善することができる直流機を提供する
ことにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、負荷変動等に
より電機子コイルに流れる電流値が変化した場合にも整
流特性を改善することができる直流機を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の直流機は、回転軸回りに傾斜したブ
ラシ接触面を有する複数の整流子片を含む整流子と、前
記整流子片に部分的に接触するブラシと、回転の向きに
応じて、前記整流子と前記ブラシとの接触位置を前記回
転軸方向に相対的にずらす移動機構と、を備え、前記移
動機構によって前記整流子が移動したときに、前記ブラ
シと接触する前記整流子片を相対的にずらすことを特徴
とする。

【００１６】

【００１７】請求項２の直流機は、請求項１の直流機に
おいて、前記ブラシに対して前記整流子片が接触する回
転方向の位置を相対的にずらすことにより、前記整流子
片に接続された電機子コイルと前記ブラシとの回転方向
の相対的位置を変更し、等価的にブラシシフトを行うこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項３の直流機は、請求項１または２の
直流機において、前記移動機構は、前記整流子が取り付
け固定された前記回転軸を、回転軸方向に加わる荷重に
よって移動させることを特徴とする。

【００１９】請求項４の直流機は、請求項３の直流機に
おいて、前記回転軸にはウォームが連結されており、ウ
ォーム歯車から加わる荷重によって前記回転軸を移動さ
せることを特徴とする。

【００２０】請求項５の直流機は、請求項３または４の
直流機において、空気抜き穴を有する空気シリンダを含
んでおり、前記回転軸の衝突による衝撃を緩和するスラ
スト軸受け部をさらに含むことを特徴とする。

【００２１】

【作用】請求項１の発明は、回転軸回りに傾斜して、す
なわち回転軸に沿って回転方向にずれた位置にブラシ接
触面を有するように各整流子片が形成されており、これ
らの整流子片が集まって整流子を構成している。したが
って、移動機構によってこの整流子とブラシとの回転軸
方向の相対的な位置を変更すると、ブラシに接触する整
流子片が相対的に回転方向に沿ってずれたことになり、
等価的にブラシシフトが行われる。

【００２２】請求項１の発明によれば、整流子とブラシ
との相対的位置を変えるだけで等価的にブラシシフトを
行っており、この相対的移動方向を変えることにより双
方向回転に適用することができる。また、回転軸方向に
整流子とブラシ装置との相対位置をずらすだけであるた
め、比較的簡単な構成により整流特性を改善することが
できる。

【００２３】

【００２４】また、請求項２の発明は、上述した整流子
とブラシ装置との相対的な位置関係をブラシシフトと等
価的に取り扱うことが可能であることを明確にしたもの
である。すなわち、上述したように各整流子片は回転軸
に沿って回転方向にずれた位置にブラシ接触面を有して
いるため、整流子を回転せずに整流子とブラシとの回転
軸方向の相対位置をずらすことにより、ブラシと相対す
る整流子片の回転方向の位置が変更されることになる。
換言すれば、ある整流子片とブラシとが接触している場
合の電機子コイルの回転方向の位置は、回転方向のブラ
シ位置が固定であっても整流子とブラシとの回転軸方向
の相対位置を変えたときに変更されるため、機能的にブ
ラシシフトが行われたことになる。これにより、回転方
向が反転した場合であっても、あるいは負荷変動等によ
り電機子コイルへの通電電流に変化が生じた場合であっ
ても、最適な状態で整流特性の改善を行うことができ
る。

【００２５】また、請求項３の発明は、回転軸に整流子
を取り付け固定しておいて、この回転軸を軸方向に加わ
る荷重を利用して移動させることにより移動機構を構成
しており、整流子を移動させるための駆動源を要しない
ことから、簡単な構造により整流改善が可能となる。

【００２６】また、請求項４の発明は、上述した回転軸
にウォームが連結されており、ウォーム歯車から加わる
荷重によってウォームを介して回転軸に加わる荷重を利
用している。特に、ウォーム装置ではウォーム歯車の回
転方向を反転させるとウォームに連結された回転軸に加
わる荷重方向も反転するため、上述した整流子の位置の
変更が容易となる。

【００２７】また、請求項５の発明は、整流子が取り付
け固定された回転軸を移動させた場合に、その軸方向に
設けられたスラスト軸受け部に加わる衝撃を緩和するた
めに、このスラスト軸受け部に空気抜き穴を有する空気
シリンダを含んだものであり、回転方向が変わって回転
軸を反対方向に移動させた場合にその端部で生じる衝撃
を緩和することにより、衝撃音や衝撃による振動あるい
はそれらに起因する破損等を防止することができる。ま
た、空気シリンダは構造も簡単であることから、この機
構を盛り込むことにより大幅にコストが上昇することも
ない。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の直流機を適用した一実施例に
ついて、図面を参照しながら具体的に説明する。

【００２９】第１実施例 図１は、本発明の直流機を適用した一実施例の直流モー
タの構造を示す図であり、ウォーム減速機構を有する直
流モータの主に回転子周りが詳細に示されている。

【００３０】同図に示すように、本実施例の直流モータ
は、各整流子片が螺旋状に傾斜した形状を有する整流子
１６を有する回転子１０と、この整流子１６を介してコ
イル電流を供給するために用いられる一対のブラシ１
８，２０と、減速機構を構成するウォーム１４およびウ
ォームホイール２８とを含んで構成されている。

【００３１】回転子１０の回転軸１２は、その一部に上
述したウォーム１４が形成されており、全体が３つの回
転軸受け２２，２４，２６により回転方向に支持されて
いる。また、この回転軸１２の両端は、モータハウジン
グの一部とともにスラスト軸受け３０，３２を形成して
おり、軸方向の荷重を受けるようになっている。

【００３２】このような構造を有する本実施例の直流モ
ータは、整流子１６の各整流子片の形状を螺旋状に傾斜
して形成するとともに、この整流子１６が回転軸方向に
移動可能に形成されている点に特徴がある。すなわち、
スラスト軸受け３０，３２を構成するモータハウジング
の間隔が、回転軸１２の軸長よりも大きく設定されてい
る。そのため、回転軸１２の一部に形成されたウォーム
１４を回転させると、ウォーム１４の歯のねじり方向に
従って軸方向に回転子１０全体が移動するようになって
いる。

【００３３】図２は、図１に示した整流子１６とブラシ
１８（あるいは２０）との位置関係を示す図である。同
図（Ａ）は、図１に示すように回転子１０がウォーム１
４方向に移動して回転軸１２の先端がモータハウジング
の一部（スラスト軸受け３０）に接触している場合に対
応するものである。このとき、回転子１０は図１の矢印
ａ１方向に回転し、ウォームホイール２８は矢印ｂの方
向に回転している。ここで、回転子１０を図１の矢印ａ
２方向に回転させると、回転子１０はウォーム１４の歯
のねじり方向に従って矢印ｃの方向に移動し、回転軸１
２の後端がスラスト軸受け３２と接触した後に、ウォー
ムホイール２８は矢印ｂと反対方向に回転する。このと
き、整流子１６とブラシ１８（あるいは２０）との位置
関係は、図２（Ｂ）のようになり、したがってブラシ接
触面が相対的に移動することになる。

【００３４】上述したように整流子１６は、各整流子片
が傾斜して形成されているため、回転軸１２の方向にブ
ラシ接触面が移動した場合には、ブラシ１８，２０と整
流子１６の各整流子片との相対的な回転方向の位置がず
れることになるため、等価的にブラシシフトを行ったと
同様の効果が得られることになる。

【００３５】次に、このように等価的にブラシシフトを
行った場合の詳細について説明する。

【００３６】図３は、ブラシ１８，２０が図１に示すＸ
とＹ（Ｘは回転子１０が矢印Ｃ方向に移動した場合の相
対的なブラシ位置）のほぼ中間にある場合の電機子コイ
ル３４との関係を示す図である。同図はブラシシフトを
行わない場合に対応する。したがって、図３（Ａ）に示
す本実施例のブラシ１８，２０と電機子コイル３４との
関係は、一般的な直流モータでいえば同図（Ｂ）に示し
たものとなる。すなわち、整流期間のほぼ中間において
は、ブラシ装置が２つの整流子片１６−２と１６−３と
にほぼ均等に接触しており、これら２つの整流子片１６
−２と１６−３は等電位となってこれらに接続された電
機子コイル３４には電流が流れない。ところが、実際に
はこの電機子コイル３４に生じる誘導起電力によって所
定方向に電流が流れるため、不足整流が生じることにな
る。このため、整流終了時においてもこの電機子コイル
３４に流れる電流は理想的なＩ／２にはならず、火花が
発生することになる。

【００３７】図４は、回転子１０を一方向に回転させた
場合のブラシ１８，２０と整流子１６との関係を示す図
であり、図１のａ１方向に回転した場合が示されてい
る。すなわち、この場合には回転子１０がウォーム１４
の方向に移動するため、ブラシ１８，２０と整流子１６
の回転軸方向の相対的位置が図４（Ａ）に示すように移
動する。これを各整流子片を傾斜させていない一般的な
直流モータに置き換えて考えると同図（Ｂ）に示すよう
になり、例えば各整流子片の回転方向の幅の半分に相当
する角度だけブラシ１８，２０をシフトしたものと等価
となる。

【００３８】また、反対方向に回転子１０を回転させた
場合にも同様のことがいえる。図５は、図１のａ２方向
に回転子１０を回転させた場合の整流子１６とブラシ１
８，２０の接触状態を示す図である。すなわち、ａ２方
向に回転子１０を回転させた場合には、回転子１０の全
体がウォーム１４とは反対方向に移動することになるた
め、ブラシ１８，２０の接触位置が図５（Ａ）に示すよ
うになる。これは、一般的な直流モータに置き換えると
同図（Ｂ）と等価であり、図４に示した場合とは反対方
向にブラシをシフトさせた場合に相当する。

【００３９】このように、本実施例の直流モータは、ウ
ォーム減速機構を有するため、回転子１０の回転方向と
ウォーム１４の歯のねじり方向に応じて整流子１６を含
む回転子１０全体が軸方向に移動するようになってい
る。また、整流子１６は、各整流子片が傾斜した形状を
有しており、整流子１６が軸方向に移動した場合にはブ
ラシ１８，２０と各整流子片との回転方向の相対的な位
置がずれるようになっており、等価的にブラシシフトが
行われる。したがって、一般的にブラシシフトを行った
場合と同様に、不足整流分を改善することにより整流終
了時の急激な電流変化を抑えることができ、火花の発生
を抑えることができる。特に、本実施例の直流モータ
は、整流子１６の軸方向の移動量と各整流子片の傾斜角
とにより等価的なブラシシフトの量および方向を任意に
設定することが可能であり、双方向回転に適用すること
ができる。また、ブラシシフト用のモータを別に設ける
必要もなく、構造を複雑化することなく大幅なコスト上
昇を伴うこともない。

【００４０】図６は、各整流子片の傾きと等価的なブラ
シシフト量との関係を示す図である。同図に示すＯは仮
想的な中心位置であり、これをＸあるいはＹまで移動さ
せた場合を考える。同図（Ａ）は整流子片の傾きを少な
くした場合であり、反対に同図（Ｂ）は整流子片の傾き
を大きくした場合をそれぞれ示している。これらの図に
示すように、同図（Ｂ）に示す整流子片の傾きが大きい
場合にはｘ１に相当する大きなブラシシフト量が確保さ
れる。これに対し、同図（Ａ）に示す整流子片の傾きが
小さい場合には、ｘ１よりも小さなｘ２に相当するブラ
シシフト量が確保されることになる。

【００４１】このように、軸方向の移動量を一定とした
場合には、整流子片の傾き角によって等価的なブラシシ
フト量が決定されることになる。

【００４２】図７は、軸方向の移動量と等価的なブラシ
シフト量との関係を示す図である。同図（Ａ）はシフト
量が小さい場合を示しており、反対に同図（Ｂ）はシフ
ト量が多い場合を示している。すなわち、軸方向の移動
量が大きい場合には同図（Ｂ）に示すように等価的なブ
ラシシフト量ｙ１も大きく、反対に軸方向の移動量が小
さい場合には同図（Ａ）に示すように等価的なブラシシ
フト量ｙ２も小さくなる。

【００４３】図８は、本実施例の直流モータにおいて具
体的な等価ブラシシフト量を求める場合の一例を示す図
である。同図において、等価的なブラシシフトを行わな
い場合が点線で示されており、この場合には整流子片１
６−２と１６−３の両方にほぼ同等にブラシが接触して
いるものとする。このような状態において、軸方向に整
流子１６を移動させた場合の等価的なブラシシフト量
は、同図のθで表されるものとなる。すなわち、整流子
片１６−２と１６−３との境界をｄ、整流子片の傾斜方
向に沿ったブラシの中心線をｅ、回転方向（円周方向）
に沿ったブラシの中心線をｆとすると、ｆと交差するｄ
およびｅとの距離が整流子１６の周方向角度θであり、
これが等価的なブラシシフト量θに相当する。

【００４４】このように、本実施例においては等価的な
ブラシシフト量θは、整流子片の傾斜角と整流子１６の
軸方向の移動量とによって設定されるものであり、不足
整流分を考慮してこれらの値を設定することにより不足
整流を改善することができる。

【００４５】図９は、本実施例の変形例を示す図であ
り、整流子１６の形状は変えずにブラシ１８，２０の断
面形状のみを変更した場合が示されている。同図に示す
ブラシ１８，２０は一般的な直流モータのブラシと同じ
形状を有しており、その断面が長方形（あるいは正方
形）形状となっている。このような形状を有するブラシ
１８，２０と傾斜した整流子片を有する整流子１６とを
組み合わせた場合には、ブラシ１８，２０が他の整流子
片に接触する整流初期および後期における接触面積の変
化がなだらかになるため、整流終了時における電流変化
もさらになだらかになり、上述した等価的なブラシシフ
トとともに用いることにより整流改善をさらに行うこと
ができる。また、このときの等価的なブラシシフト量θ
は、同図（Ｂ）に示すようにｆとｄおよびｅとの各交点
の距離として表すことができる点については図８に示し
た平行四辺形断面を有するブラシの場合とまったく同様
に考えることができる。

【００４６】図１０はさらに他の変形例を示す図であ
る。同図（Ａ）は整流子片の形状はそのままにしてブラ
シの断面を正方形あるいは長方形としたものであり、図
９に示した場合と同様に一般的な従来のブラシをそのま
ま用いたものである。そして、この長方形断面の対向す
る一辺を各整流子片の傾斜方向に一致させたものであ
る。同図に示す場合であっても整流子を軸方向に移動す
ることにより各整流子片とブラシとの回転方向の相対位
置がずれることになるため、等価的なブラシシフトを行
うことができる。

【００４７】また、同図（Ｂ）は、長方形断面を有する
ブラシと回転方向に段付き形状を有する整流子片とを組
み合わせた場合が示されている。すなわち、本発明にお
いては整流子１６を回転軸方向に移動させた場合にブラ
シ１８，２０と各整流子片との回転方向の相対位置がず
れればよいことから、同図（Ｂ）に示すような段付き形
状とすることもできる。すなわち、整流子１６を回転軸
方向にずらして同図の点線に示す位置にブラシが接触し
た場合には、例えば整流子片１枚分に相当する等価的な
ブラシシフトが行われたことになる。

【００４８】図１１は、スラスト軸受け３０，３２をさ
らに改善した詳細構造を示す図である。本実施例の直流
モータは回転軸１２の軸方向に回転子１０の全体が移動
するため、回転方向を変えた直後に回転軸１２の先端が
各スラスト軸受け３０，３２に衝突して衝撃が加わる可
能性がある。そのため、材質等によっては衝撃音を発生
するとともに各スラスト軸受け３０，３２が破損し易く
なる。図１１はその対策の一例を示したものであり、例
えば一方のスラスト軸受け３２の詳細構造が示されてい
る。

【００４９】このスラスト軸受け３２は、ハウジング３
６に設けられた円形断面を有する凹部に円盤状のシール
材３８を組み合わせることにより空気シリンダ４２が形
成されている。また、このシール材３８には、図１２に
示すように１つあるいは複数個（例えば４つ）の空気抜
き穴が設けられており、回転軸１２によって急激な荷重
が加わった場合であっても、徐々にシール材３８が移動
するようになっている。

【００５０】例えば、図１に示すようなウォーム１４側
に回転子１０が移動していた状態においては、図１１
（Ａ）に示すようにスプリング４０が伸びた状態にあ
る。このときシール材３８の端面が回転軸１２の端面に
接している。このとき回転子１０の回転方向を変える
と、回転子１０がスラスト軸受け３２側に急に動こうと
するが空気シリンダ４２があるため徐々に移動し、同図
（Ｂ）に示す位置に最終的に到達する。このような状態
においてさらに回転方向が反転すると、スプリング４０
によってシール材３８が押出され、同図（Ａ）に示す状
態に復帰する。

【００５１】このようにスラスト軸受け３０，３２を構
成することにより、回転方向が変わった場合であっても
回転軸１２の端部がハウジング等に衝突することがなく
なるため、衝突による衝撃音や破損を防止することがで
きる。

【００５２】第２実施例 次に、本発明を適用した第２実施例について説明する。

【００５３】上述した実施例においては双方向回転の直
流モータにおいて等価的なブラシシフトを行う場合を説
明したが、本実施例は、一方向回転であって負荷の大小
に応じて等価的なブラシシフト量を変更する点に特徴が
ある。すなわち、直流モータの負荷が変われば電機子コ
イルに流れる電流値も変わるため、正確にはこの電流値
に応じて等価的なブラシシフト量を設定することが好ま
しい。

【００５４】図１３は、ＶベルトとＶプーリを用いた無
段変速機構に本発明の直流モータを適用した場合の概略
を示す図である。

【００５５】同図に示すように、上述した無段変速機構
は、Ｖプーリを構成するプーリ５２ａと５２ｂの回転軸
方向の距離を可変に制御することにより、Ｖベルト５４
の接触半径を変え、これにより減速比を変化させるもの
である。したがって、このＶプーリ５２の回転軸方向の
移動を利用して回転子１０の全体を回転軸方向に移動さ
せることにより、減速比に応じた等価的なブラシシフト
量の設定を行うことができる。ところで、減速比が変わ
れば直流モータの負荷も変わるため、電機子コイルに通
電する電流量も変化することになる。したがって、この
電流変化に応じて最適なブラシシフト位置も変わること
になり、この位置に等価的なブラシシフト位置を一致さ
せるために整流子１６の各整流子片の傾斜や回転子１０
の軸方向の移動量を決定すればよい。

【００５６】このように、本実施例の直流モータにおい
ては、モータ負荷（すなわち電機子コイルに流れる電流
量の大小）に応じて最適な等価ブラシシフト量を設定す
ることができ、常に最適な整流改善を行うことができ
る。したがって、どのような負荷状態においても整流終
了の際の急激な電流変化を最少限に抑えることができ、
火花の発生あるいはこれに起因する振動および騒音ある
いはブラシの異常摩耗等を防止することができる。

【００５７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００５８】例えば、上述した第１実施例においては、
ウォーム減速機構から加わる回転軸方向の荷重を利用し
て回転子１０の全体を移動させるようにしたが、回転方
向に応じて軸方向の異なる向きに荷重がかかるようなも
のであればこれ以外に適用することもできる。例えば、
図１４ははすば歯車が回転軸に取り付けられた場合の直
流モータを示したものである。同図（Ａ）に示すよう
に、回転軸６０に一方のはすば歯車６２が取り付けられ
ており、これに噛み合うように負荷装置側にはすば歯車
６４が取り付けられている。同図（Ｂ）はそれぞれのは
すば歯車の１枚の歯に着目した場合を示しており、モー
タ側のはすば歯車６２を同図Ｒ方向に回転した場合に
は、負荷装置側のはすば歯車６４から同図Ｓ方向の回転
軸方向の荷重が加わることになる。したがって、回転軸
６０を含む回転子の全体をＳ方向に移動させることがで
きる。また、Ｒと反対方向にモータを回転させた場合に
はＳと反対方向に回転軸方向の荷重が加わるため、回転
軸６０を含む回転子の全体がＳと反対方向に移動するこ
とができる。

【００５９】また、上述した各実施例においては上述し
た直流機として直流モータを考えたが、直流発電機に本
発明を適用することができる。すなわち、直流発電機に
おいてブラシシフトを行う場合のシフト量およびそのシ
フト方向を考慮して各整流子片の傾き量および傾き方向
を設定するとともに回転子の移動量を設定するだけで最
適な整流改善を行うことができる。

【００６０】

【発明の効果】上述したように請求項１の発明によれ
ば、整流子とブラシとの回転軸方向の相対的位置を変え
るだけで等価的にブラシシフトを行っており、この相対
的な移動方向を変えるだけでシフト方向を変えることが
できるため双方向回転の直流機に容易に適用することが
できる。また、回転軸方向に回転子とブラシとの相対位
置をずらすだけであるため、比較的簡単な構成により整
流特性を改善することができる。

【００６１】また、請求項２の発明によれば、上述した
移動機構が回転の向きに応じて整流子とブラシとの接触
位置を相対的にずらしていたのに対し、電機子コイルへ
の通電電流の大小に応じてこの相対的位置をずらすよう
にしたものであり、負荷変動等により電機子コイルへの
通電電流に変化が生じた場合であっても常に最適な整流
特性の改善を行うことができる。また、請求項１の発明
と同様にこの整流特性の改善はブラシと整流子との回転
軸方向の相対的な位置をずらすだけで実現しているた
め、比較的簡単な構成とすることができる。

【００６２】また、請求項３の発明によれば、上述した
整流子とブラシとの相対的な位置関係をブラシシフトと
等価的に取り扱うことが可能であることを明確にしたも
のであり、これにより回転方向が反転した場合であって
も、あるいは負荷変動等により電機子コイルへの通電電
流に変化が生じた場合であっても、等価的なブラシシフ
トを行って最適な状態で整流特性の改善を行うことがで
きることは明らかである。

【００６３】また、請求項４の発明によれば、回転軸に
整流子を取り付け固定しておいて、この回転軸を軸方向
に加わる荷重を利用して移動させることにより移動機構
を構成しており、整流子を移動させるための駆動源を要
しないことから、簡単な構造により整流改善が可能とな
る。

【００６４】また、請求項５の発明によれば、上述した
回転軸にウォームが連結されており、ウォーム歯車から
加わる荷重によってウォームを介して回転軸に加わる荷
重を利用しており、ウォーム歯車の回転方向を変えると
回転軸方向に加わる荷重方向も反転するため、上述した
整流子の位置の変更が容易となる。

【００６５】また、請求項６の発明によれば、スラスト
軸受けに空気抜き穴を有する空気シリンダを含んでお
り、整流子が取り付け固定された回転軸が移動してスラ
スト軸受けに加わる衝撃を緩和することができ、この衝
撃により生じる衝撃音や振動あるいはそれに起因する破
損等を防止することができる。また、空気シリンダは構
造も簡単であることから、この機構を盛り込むことによ
り大幅にコストが上昇することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のウォーム減速機構付き直流モータ
の構造を示す図である。

【図２】整流子とブラシとの接触部分を拡大した図であ
る。

【図３】ブラシと電機子コイルとの相対的な位置を示す
図である。

【図４】ブラシと電機子コイルとの相対的な位置を示す
図である。

【図５】ブラシと電機子コイルとの相対的な位置を示す
図である。

【図６】整流子片の傾斜と等価的なブラシシフト量との
関係を示す図である。

【図７】軸方向の移動量と等価的なブラシシフト量との
関係を示す図である。

【図８】等価的なブラシシフト量を求めるための一例を
示す図である。

【図９】第１実施例の変形例を示す図である。

【図１０】第１実施例の他の変形例を示す図である。

【図１１】スラスト軸受けをさらに改善した一例を示す
図である。

【図１２】図１１に示したシール材の形状を示す図であ
る。

【図１３】無段変速機構に適用した第２実施例の直流モ
ータの構造を示す図である。

【図１４】第１実施例の他の変形例を示す図である。

【図１５】電機子コイルへの通電による磁束の偏りを説
明するための図である。

【図１６】一般的な直流モータの整流曲線を示す図であ
る。

【図１７】従来のブラシシフトを説明するための図であ
る。

【図１８】従来のブラシシフトとモータ出力および効率
との関係を示す図である。

【図１９】従来のブラシシフトとブラシ先端における火
花電圧の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０ 回転子 １２ 回転軸 １４ ウォーム １６ 整流子 １８，２０ ブラシ ２２，２４，２６ 回転軸受け ２８ ウォームホイール ３０，３２ スラスト軸受け

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子の回転軸回りに傾斜したブラシ接
   触面を有する複数の整流子片を含む整流子と、 前記整流子片に部分的に接触するブラシと、 前記電機子の回転の向きに応じて、前記整流子と前記ブ
   ラシとの接触位置を前記回転軸方向に相対的にずらす移
   動機構と、 を備え、前記移動機構によって前記整流子が移動したと
   きに、前記ブラシと接触する前記整流子片を相対的にず
   らすことを特徴とする直流機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記ブラシに対して前記整流子片が接触する回転方向の
   位置を相対的にずらすことにより、前記整流子片に接続
   された電機子コイルと前記ブラシとの回転方向の相対的
   位置を変更し、等価的にブラシシフトを行うことを特徴
   とする直流機。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 前記移動機構は、前記整流子が取り付け固定された前記
   回転軸を、回転軸方向に加わる荷重によって移動させる
   ことを特徴とする直流機。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記回転軸にはウォームが連結されており、ウォーム歯
   車から加わる荷重によって前記回転軸を移動させること
   を特徴とする直流機。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４において、 空気抜き穴を有する空気シリンダを含んでおり、前記回
   転軸の衝突による衝撃を緩和するスラスト軸受け部をさ
   らに含むことを特徴とする直流機。