JP3836461B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
この発明は、界磁巻線を設けることなく回転子に生ずる電磁石による吸引力を少なくとも利用して回転力を得るようにした電動機に関するものである。 The present invention relates to an electric motor that obtains a rotational force by utilizing at least an attractive force generated by an electromagnet generated in a rotor without providing a field winding.
一般的に、ユニバーサルモータ等の交流整流子電動機においては、界磁極である固定子側と、電機子(回転子)側の双方にコイルが巻装されている。 Generally, in an AC commutator motor such as a universal motor, coils are wound on both the stator side, which is a field pole, and the armature (rotor) side.
従来の電動機においては、回転子に回転子巻線が巻回され、かつ固定子に界磁巻線が巻回されているので、コイル巻装のための工程が製造上必要であり、製作時間が増大し、装置が複雑化してコスト高となる。また、コイル巻装のための比較的大きな隙間が回転子と固定子との間に必要になり、磁束密度を高くすることが困難となる。磁束密度の低下は、電動機としての発生トルクの減少をもたらす。さらに、この種の電動機において、高トルクを得るためには、回転子電流をトルクに見合って増大させる必要があるので、効率が悪化する。 In the conventional electric motor, the rotor winding is wound around the rotor, and the field winding is wound around the stator. Increases, making the apparatus complicated and costly. In addition, a relatively large gap for coil winding is required between the rotor and the stator, and it is difficult to increase the magnetic flux density. A decrease in magnetic flux density results in a decrease in torque generated as an electric motor. Furthermore, in this type of electric motor, in order to obtain a high torque, it is necessary to increase the rotor current in accordance with the torque, so the efficiency is deteriorated.
また、界磁を回転させて使用する場合には、界磁巻線をスリップリング等によりつなぐ必要が生ずるので、構造的にも複雑なものとなってしまう。 Further, when the field magnet is used while being rotated, it is necessary to connect the field windings by a slip ring or the like, which makes the structure complicated.
このように、従来の交流整流子電動機にあっては、固定子および回転子の双方にコイルが巻装されているので、構造の複雑化、装置のコスト高、発生トルクの減少、効率の悪化などの問題を有している。 As described above, in the conventional AC commutator motor, since the coil is wound around both the stator and the rotor, the structure is complicated, the cost of the apparatus is increased, the generated torque is reduced, and the efficiency is deteriorated. Have problems such as.
この発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、簡単、低コストかつ小型化が容易な構造を可能とするとともに、磁束密度を高くすることができ、効率も向上し得る電動機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an electric motor that enables a simple, low-cost and easy-to-downsize structure, can increase magnetic flux density, and can improve efficiency. With the goal.
この発明にかかる電動機は、界磁巻線が巻回されていない磁性体から成る回転可能な外側回転体と、該外側回転体の内側に配設され直流または交流電源が接続された電機子巻線が巻かれた電機子と、整流子と、ブラシとを有し、該ブラシおよび該整流子を介して前記電機子巻線に流した電流によって電磁石を形成する電動機において、前記電機子と対向する前記外側回転体の内周面に複数の凸部を間欠的に形成するとともに、前記電機子を固定しかつ前記ブラシを前記整流子の周方向に回転自在に構成し、前記ブラシの回転によって形成される前記電磁石と前記凸部との吸引力によって前記外側回転体を回転させ、前記外側回転体をチェーンが巻装される駆動スプロケットとし、ペダルによって回転されるクランク軸に連結されるとともに前記ブラシを保持するブラシ保持部を設け、前記クランク軸の回転を前記ブラシ保持部を介して前記ブラシに伝え、電動補助自転車に用いることを特徴としている。 An electric motor according to the present invention includes a rotatable outer rotating body made of a magnetic material around which a field winding is not wound, and an armature winding disposed inside the outer rotating body and connected to a DC or AC power source. In an electric motor having an armature wound with a wire, a commutator, and a brush, and forming an electromagnet by current flowing through the brush and the armature winding through the commutator, facing the armature A plurality of convex portions are intermittently formed on the inner peripheral surface of the outer rotating body, and the armature is fixed and the brush is configured to be rotatable in the circumferential direction of the commutator. The outer rotating body is rotated by the attraction force between the electromagnet and the convex portion to be formed, and the outer rotating body is used as a drive sprocket around which a chain is wound, and is connected to a crankshaft rotated by a pedal and front. A brush holder for holding a brush is provided, conveys rotation of the crank shaft to the brush through the brush holding portion, characterized by using a motor-assisted bicycle.
次の発明にかかる電動機は、複数の磁極が周方向に形成された永久磁石から成る回転可能な外側回転体と、該外側回転体の内側に配設され直流電源が接続された電機子巻線が巻かれた電機子と、整流子と、ブラシとを有し、該ブラシおよび該整流子を介して前記電機子巻線に流した電流によって電磁石を形成する電動機において、前記電機子を固定しかつ前記ブラシを前記整流子の周方向に回転自在に構成し、前記ブラシの回転によって形成される前記電磁石と前記永久磁石との吸引反発力によって前記外側回転体を回転させ、前記外側回転体をチェーンが巻装される駆動スプロケットとし、ペダルによって回転されるクランク軸に連結されるとともに前記ブラシを保持するブラシ保持部を設け、前記クランク軸の回転を前記ブラシ保持部を介して前記ブラシに伝え、電動補助自転車に用いることを特徴としている。An electric motor according to the next invention includes a rotatable outer rotating body composed of a permanent magnet having a plurality of magnetic poles formed in the circumferential direction, and an armature winding disposed inside the outer rotating body and connected to a DC power source In an electric motor having an armature wound with a coil, a commutator, and a brush, and forming an electromagnet by a current passed through the brush and the armature winding through the commutator, the armature is fixed. And the brush is configured to be rotatable in the circumferential direction of the commutator, the outer rotating body is rotated by an attractive repulsive force between the electromagnet and the permanent magnet formed by rotation of the brush, and the outer rotating body is A drive sprocket around which the chain is wound is provided, and a brush holding portion that is connected to a crankshaft rotated by a pedal and holds the brush is provided, and the rotation of the crankshaft is controlled by the brush holding portion. To tell the brush, it is characterized in that used in the electric assist bicycle.
次の発明にかかる電動機は、複数の磁極が直線状に形成された永久磁石または複数の凸部が直線状に間欠的に形成されかつ界磁巻線が巻回されていない磁性体より成る移動可能なスライダと、前記スライダに対向配置され、磁極が直線状に並ぶ電磁石を形成するよう電機子巻線が巻かれた電機子と、整流子と、ブラシとを有し、前記電機子を固定し、かつ前記ブラシを前記整流子に対し移動自在に構成し、前記ブラシの移動によって形成される電磁石と前記凸部との吸引力または吸引反発力によってスライダを移動させることを特徴としている。 The electric motor according to the next invention is a movement made of a permanent magnet in which a plurality of magnetic poles are linearly formed or a magnetic body in which a plurality of convex portions are intermittently formed in a straight line and the field winding is not wound. An armature wound with an armature winding so as to form an electromagnet arranged opposite to the slider and having magnetic poles arranged in a straight line, a commutator, and a brush, and fixing the armature In addition, the brush is configured to be movable with respect to the commutator, and the slider is moved by the attractive force or the attractive repulsive force between the electromagnet formed by the movement of the brush and the convex portion .
この発明によれば、アウターロータ型の電動機において、外側回転体をチェーンが巻
装される駆動スプロケットとし、ペダルによって回転されるクランク軸に連結されるとと
もにブラシを保持するブラシ保持部を設け、クランク軸の回転をブラシ保持部を介して前
記ブラシに伝えるようにしたので、電動補助自転車の構造を簡単かつ低コスト化すること
ができる。
According to this invention, the outer rotor type motor, a drive sprocket of the outer rotating body chain is wound, provided with a brush holder for holding brushes while being connected to a crank shaft rotated by a pedal, Since the rotation of the crankshaft is transmitted to the brush via the brush holding portion, the structure of the battery-assisted bicycle can be simplified and reduced in cost.
次の発明によれば、ブラシの移動によって電機子側に形成される電磁石を移動させ、この電磁石と永久磁石(スライダ)との吸引反発力または電磁石と凸部(スライダ)との吸引力を利用して、スライダを電磁石の移動に連れて移動させるようなリニアモータを構成したので、スライダに界磁巻線やコイルスロットを設ける必要が無く、構造を簡単化することができる。またスライダに対して電機子を接近させて配置することができるので、高磁束密度化が可能となり、トルクの増大や小型化に寄与し、効率が上がる。また、スライダの巻線工程が必要ないので、制作費が軽減され、装置コストを下げることができる。 According to the next invention, the electromagnet formed on the armature side is moved by the movement of the brush, and the attractive repulsive force between the electromagnet and the permanent magnet (slider) or the attractive force between the electromagnet and the convex portion (slider) is used. And since the linear motor which moves a slider with the movement of an electromagnet was comprised, it is not necessary to provide a field winding and a coil slot in a slider, and can simplify a structure. Further, since the armature can be disposed close to the slider, a high magnetic flux density can be achieved, contributing to an increase in torque and miniaturization, and an increase in efficiency. In addition, since there is no need winding process of the slider, production costs are reduced, Ru can reduce the cost of the apparatus.
以下に、本発明にかかる電磁石の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an electromagnet according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施形態1にかかる吸引電動機の概念的な分解構成図を示すものである。また、図2は吸引電動機の断面的な構成を示すものである。
FIG. 1 is a conceptual exploded view of a suction motor according to
図1および図2において、固定子1は、円筒形状を呈している磁性体である固定子鉄心2から成る。固定子鉄心2には、界磁巻線が巻かれてはいない。固定子鉄心2には、その内周面に周方向に沿って複数の凸部(突起)21が間欠的に形成されている。すなわち、固定子鉄心2の内周面には、複数の突起21および溝が交互に略均等に形成されている。突起21は、固定子鉄心2の軸方向に延在している。
1 and 2, the
固定子1の内側には、回転子4が回転自在に配置されている。回転子4は、回転子巻線5が巻かれた磁性体である回転子鉄心6を有し、回転子4には回転子巻線5に結線される整流子7および一対のブラシ8が備えられている。整流子7は複数の整流子片71を有する。回転子巻線5を形成する各単位巻線は、整流子7を構成する整流子片71に接続されている。この場合、回転子巻線5は整流子7および一対のブラシ8を介して商用交流電源に接続されている。
A
かかる図1に示す構造にあって、ブラシ8は整流子7に接触しつつ整流子7の周方向に回動(移動)可能な構造となっている。すなわち、一対のブラシ8は、ブラシ相互の位置関係を保ったままで、整流子7の回転または停止に関係なく、整流子7の周方向に回動できるように構成されている。
In the structure shown in FIG. 1, the
ブラシ回動保持部9は、図2に示すように、固定子鉄心2に形成された突起21の中心軸T(以下、突起軸という)に対し、一対のブラシ8を結んだブラシ軸Bが所定角度θだけずれるように、ブラシ8を所定角度θだけ回動させた後、この所定角度位置にブラシ8を保持する。この実施の形態1の吸引電動機においては、ブラシ回動保持部9によって、ブラシ軸Bを突起軸Tに対し所定角度θだけずらせることによって、回転子4を回転させる。
As shown in FIG. 2, the brush rotation holding unit 9 has a brush shaft B that connects a pair of
ブラシ軸Bを突起軸Tに対してずらす角度θには、限度がある。すなわち、図2において、周方向に隣合う突起21の突起軸間の角度を180度とした場合、ある突起21の突起軸から90度未満の範囲内で、ブラシ軸Bを突起軸Tに対してずらすようにする。
The angle θ for shifting the brush axis B with respect to the projection axis T has a limit. That is, in FIG. 2, when the angle between the protrusion axes of the
回転子巻線5に流れる電流によって形成される電磁石の磁極軸はブラシ軸Bと一致するので、ブラシ軸Bを突起軸Tに対して所定角度θ(例えば20度〜30度)だけずらすことは、電磁石の磁極軸を突起軸Tに対して所定角度θだけずらすことと等価である。 Since the magnetic pole axis of the electromagnet formed by the current flowing through the rotor winding 5 coincides with the brush axis B, it is not possible to shift the brush axis B with respect to the projection axis T by a predetermined angle θ (for example, 20 degrees to 30 degrees). This is equivalent to shifting the magnetic pole axis of the electromagnet by a predetermined angle θ with respect to the projection axis T.
つぎに、図3にブラシ軸B(電磁石の磁極軸)と突起軸Tとの位置関係および磁気回路の磁束透過状態を模式的に示す。図3においては、コ字状に示される固定子1の端部を結ぶ軸を突起軸Tとし、回転子巻線5が施された電磁石の軸をブラシ軸Bとする。
Next, FIG. 3 schematically shows the positional relationship between the brush axis B (the magnetic pole axis of the electromagnet) and the projection axis T and the magnetic flux transmission state of the magnetic circuit. In FIG. 3, the axis connecting the end portions of the
図3−1は、突起軸Tとブラシ軸Bとが一致する状態を示している。この状態では、回転子巻線5は一定のリアクタンスを有し、電磁石を作る回転子巻線電流(励磁電流)が最小である状態、すなわち一定の磁束が発生する安定な状態である。 FIG. 3A shows a state in which the projection axis T and the brush axis B coincide with each other. In this state, the rotor winding 5 has a certain reactance, and is a state where the rotor winding current (excitation current) for making the electromagnet is minimum, that is, a stable state where a certain magnetic flux is generated.
図3−2は、突起軸Tに対してブラシ軸Bを反時計方向に例えば30度ずらした状態を示している。この状態では、磁気回路が開くにつれてリアクタンスが減少し、励磁電流が増大して磁束が増え、時計方向の吸引力が発生する。 FIG. 3-2 shows a state in which the brush shaft B is shifted counterclockwise by, for example, 30 degrees with respect to the protrusion shaft T. In this state, as the magnetic circuit opens, the reactance decreases, the excitation current increases, the magnetic flux increases, and a clockwise attractive force is generated.
図3−3は、突起軸Tに対してブラシ軸Bを時計方向に例えば30度ずらした状態を示している。この状態では、磁気回路が開くにつれてリアクタンスが減少し、励磁電流が増大して磁束が増え、反時計方向の吸引力が発生する。 FIG. 3C illustrates a state in which the brush axis B is shifted clockwise by, for example, 30 degrees with respect to the protrusion axis T. In this state, as the magnetic circuit opens, the reactance decreases, the excitation current increases, the magnetic flux increases, and a counterclockwise attractive force is generated.
このように、ブラシ8の位置を、図3−2,図3−3に示すように、例えば30度反時計方向(プラス方向)あるいは時計方向(マイナス方向)にずらすことで、電磁石と突起21との間でブラシ軸Bと突起軸Tとが一致するように吸引力が生じ、この吸引力によって電磁石である回転子4及び整流子7が回動する。回転子4及び整流子7が回動しても、ブラシ8の位置は固定のままであり、換言すれば、突起軸Tに対しずれたブラシ位置は変わらず存在するので、引き続き吸引力が生じ、回転子4及び整流子7が引き続き回動する。このように、突起軸Tに対しブラシ軸Bをずらせることによって、ずらした方向と反対の方向に回転子4に吸引力が働き、回転子4はその方向に連続して回転することになる。なお、回転子4を停止させる場合は、突起軸Tとブラシ軸Bとが一致するようにブラシ位置を変更すればよい。このように、ブラシ位置を調整することにより、吸引力による回転子4の回転および停止動作を行うことができる。
Thus, as shown in FIGS. 3-2 and 3-3, the electromagnet and the
つぎに、図4を参照して、実施の形態1の吸引電動機における回転子4の回転動作についてより詳細に説明する。図4−1、図4−2は、回転子巻線電流の正の半波での動作を示し、図4−3、図4−4は回転子巻線電流の負の半波での動作を示している。
Next, the rotation operation of the
図4−1に示すように、対象とする突起21(図4中ハッチングで特定した)の突起軸Tに対して、ブラシ8のブラシ軸Bを所定角度θ(<90度、例えば20〜30度)時計方向にずらした(回動させた)場合、回転子巻線電流によってブラシ軸Bに沿って電磁石が生じる。そして、この電磁石と対象とする突起21との間で吸引力が発生することになり、回転子4及び整流子7が対象とする突起21に向かって回動する。
As illustrated in FIG. 4A, the brush axis B of the
この回動によりブラシ8は隣の整流子片71と接触することになるが、図4−2に示すように、対象となる突起21に対するブラシ8自体の位置は、回動前と同じく、ずれたままであるので、回転子巻線電流により依然として同じブラシ軸Bの位置に電磁石が生じ、この電磁石が対象となる突起21に吸引され、引き続き回転子4および整流子7は対象となる突起21に向かって回動することとなる。
As a result of this rotation, the
回転子巻線電流の負の半波のときには、正の半波の場合と異なり、図4−3、図4−4に示すように、回転子巻線5に流れる電流の方向が逆になるので、ブラシ軸Bに発生する電磁石の極性も逆になる。しかしながら、対象となる突起21は、着磁されているわけではないので、対象となる突起21には電磁石の磁気極性と逆の磁気極性が発生する。このため、電磁石の極性が変わっても電磁石と対象となる突起21とは引き続き吸引力が発生する。
When the rotor winding current is a negative half wave, the direction of the current flowing through the rotor winding 5 is reversed as shown in FIGS. 4-3 and 4-4, unlike the case of the positive half wave. Therefore, the polarity of the electromagnet generated on the brush shaft B is also reversed. However, since the
すなわち、図4−3に示すように、時計方向にずらしたブラシ軸Bに沿って電磁石が生じ、この電磁石が対象となる突起21に吸引されることになり、回転子4及び整流子7が突起21に向かって回動する。この回動によりブラシ8は隣の整流子片71と接触することになるが、前述したように、ブラシ8自体の位置は変わらないので、回転子巻線電流により依然として同じブラシ軸Bの位置に電磁石が生じ、この電磁石が対象となる突起21に吸引され、引き続き回転子4および整流子7が突起21に向かって回動する。こうして、回転子4は、電磁石と対象となる突起21の恒常的な吸引力により、連続して反時計方向に回転する。
That is, as shown in FIG. 4-3, an electromagnet is generated along the brush axis B shifted in the clockwise direction, and the electromagnet is attracted to the
なお、前述したように、突起軸Tに対するブラシ軸Bの位置ずれに関しては、対象となる突起に着目した場合、前述したようにこの対象となる突起21の突起軸Tに対して隣接する突起の突起軸との中間位置(90度位置)がブラシ軸Bのずれの限度である。この場合、ブラシ軸Bが対象となる突起の突起軸Tに近いほど吸引力は少なく、上記中間位置に近いほど吸引力が増大する。これは、図3で説明したように、回転子巻線電流により発生する磁束が、ブラシ軸Bと突起軸Tとが近ければ磁束が少なく、ブラシ軸Bと突起軸Tとが遠ければ磁束が増え磁束の収縮する力が増えるからである。
As described above, regarding the positional deviation of the brush shaft B with respect to the projection axis T, when attention is paid to the target projection, as described above, the position of the projection adjacent to the projection axis T of the
なお、ブラシ軸Bを上記中間位置(90度位置)より180度側にずらした場合には、電磁石は隣接する突起に吸引され、回転子4は逆方向に回転することになる。すなわち、ブラシ軸Bのずらし位置を、突起軸Tとブラシ軸Bとが一致する0度から90度までの範囲に規制した場合は、同一方向に連続して回転子を回転させることができる。
When the brush shaft B is shifted 180 degrees from the intermediate position (90-degree position), the electromagnet is attracted by the adjacent protrusion, and the
このように実施の形態1によれば、固定子鉄心2の内周面に複数の突起21を間欠的に形成して、ブラシ8を突起21の突起軸に対してずらせることによって回転子4を回転させるようにしたので、固定子に界磁巻線やコイルスロットを設ける必要が無く、構造を簡単化することができる。また固定子に対して回転子を接近させて配置することができるので、高磁束密度化が可能となり、トルクの増大や小型化に寄与し、効率が上がる。また、固定子の巻線工程が必要ないので、制作費が軽減され、装置コストを下げることができる。
As described above, according to the first embodiment, the
なお、上記図1〜図4に示した実施の形態1においては、回転子巻線に交流電源を接続することとしたが、回転子巻線に直流電源(バッテリ)を接続するようにしてもよい。直流電源を利用するときには、交流電源の場合のように回転子鉄心6をヒステリシスや渦による損失を低減するため積層鋼鈑にする必要はなく、塊状鉄心を利用することができる。
In the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the AC power source is connected to the rotor winding. However, the DC power source (battery) may be connected to the rotor winding. Good. When a DC power source is used, it is not necessary to use a laminated steel plate for the
実施の形態2.
つぎに、図5を用いてこの発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2においては、整流子7および回転子(電機子)4を固定とし、着磁されていない磁性体より成る外側鉄心(請求の範囲の外側回転体に対応)40を回転させるようにしている。一対のブラシ8は、固定されている整流子7に対し接触しつつ回転自在な構成となっている。外側鉄心40は、実施の形態1の固定子鉄心2と同様、界磁巻線は巻かれてはおらず、その内周面には周方向に沿って複数の凸部(突起)21が間欠的に形成されている。回転子4には、回転子巻線(図示せず)が巻回されており、ブラシ8および整流子7を介して回転子巻線に交流電源が印加されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the
この図5に示す実施の形態2の吸引電動機においては、回転子4に対して外側鉄心40が回転可能なアウターロータ型の構造をとっており、ブラシ8は、実施の形態1のように、回動した後所定位置に保持されるのではなく、回転する。すなわち、ブラシ8の回転によって電磁石を回転させ、この電磁石と外側鉄心40側に形成した凸部との吸引力を利用して、外側鉄心40を電磁石に連れ回らせる。
In the suction electric motor of the second embodiment shown in FIG. 5, the
図5−1は、回転子巻線電流の正の半波によりブラシ軸Bに電磁石が形成されている状態を示している。ブラシ8を反時計方向Kに回転させると電磁石も反時計方向Kに回転することになる。そして、この電磁石に吸引対象となる突起21(図5中ハッチングで特定した)が吸引されることになるので、電磁石の回転に伴い電磁石に吸引されるように突起21も回転し、これにより外側鉄心40が回転する。この場合、外側鉄心40に加わる負荷の大きさに応じた量だけブラシ軸Bに対して突起軸Tがずれることになるが、このずれた状態のままでブラシ8すなわち電磁石の回転に伴い外側鉄心40が回転する。
FIG. 5A shows a state where an electromagnet is formed on the brush shaft B by the positive half wave of the rotor winding current. When the
図5−2は、回転子巻線電流の負の半波にて形成された電磁石と突起21とが吸引される様子を示している。この場合も、ブラシ8を反時計方向Kに回転させることにより、ブラシ軸Bに相応する電磁石が回転し、この電磁石に突起21が吸引されることによって外側鉄心40が回転する。このように、ブラシ8を回転させることによって、外側鉄心40を回転させることができる。この場合、ブラシ8の回転速度に応じて、外側鉄心40の回転速度が変化する。
FIG. 5B shows a state in which the electromagnet formed by the negative half wave of the rotor winding current and the
このように実施の形態2によれば、回転子4および整流子7を固定し、外側鉄心40を回転可能としたアウターロータ型吸引電動機において、外側鉄心40の内周面に複数の突起21を間欠的に形成して、ブラシ8を回転させることによって外側鉄心40を回転させるようにしたので、外側鉄心40に界磁巻線やコイルスロットを設ける必要が無く、構造を簡単化することができる。また外側鉄心40に対して回転子を接近させて配置することができるので、高磁束密度化が可能となり、トルクの増大や小型化に寄与し、効率が上がる。また、外側鉄心40の巻線工程が必要ないので、制作費が軽減され、装置コストを下げることができる。さらに、実施の形態2の場合、界磁側が回転されるが、界磁コイルが存在しないので、界磁コイルをスリップリングなどで繋ぐ必要もなくなり、その部分の構造が簡単化される。
As described above, according to the second embodiment, in the outer rotor type suction motor in which the
なお、図5に示した実施の形態2においては、回転子巻線に交流電源を接続することとしたが、回転子巻線に直流電源(バッテリ)を接続するようにしてもよい。直流電源を利用するときには、交流電源の場合のように回転子鉄心6をヒステリシスや渦による損失を低減するため積層鋼鈑にする必要はなく、塊状鉄心を利用することができる。
In the second embodiment shown in FIG. 5, an AC power source is connected to the rotor winding, but a DC power source (battery) may be connected to the rotor winding. When a DC power source is used, it is not necessary to use a laminated steel plate for the
実施の形態3.
つぎに、図6を用いてこの発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3においては、外側回転体50を磁極が予め着磁された永久磁石によって構成している。整流子7および回転子(電機子)4は先の実施の形態2と同様固定である。一対のブラシ8は、固定されている整流子7に対し接触しつつ回転自在な構成となっている。回転子4には、回転子巻線(図示せず)が巻回されており、ブラシ8および整流子7を介して回転子巻線に直流電源51が印加されている。直流電源51には、回転子巻線に供給される電流を可変制御して発生トルクを制御するための可変抵抗器(請求の範囲の電流可変素子に対応)52が接続されている。この可変抵抗器52は外部からの操作によって抵抗値を自由に変化させて、回転子巻線に供給される電流を可変制御することができる。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the outer
この実施の形態3の電動機においては、ブラシ8の回転によって電機子4に形成される電磁石を回転させ、この電磁石と外側回転体(永久磁石)50に形成された磁極との吸引反発力を利用して、外側回転体50を電磁石に連れ回らせる。例えば、ブラシ8を反時計方向Kに回転させると、電機子4に形成される電磁石も反時計方向Kに回転することになる。この電磁石に吸引対象となる異極性の磁極が吸引されかつ同極性の磁極が電磁石に対し反発されることになるので、電磁石の回転に伴い外側回転体50も反時計方向Kに回転する。可変抵抗器52の抵抗値を可変制御することで、吸引反発力を調整し、外側回転体50の回転トルクを制御することができる。
In the electric motor according to the third embodiment, the electromagnet formed on the
このように実施の形態3によれば、電機子4側を固定し、永久磁石より成る外側回転体50を回転可能とし、ブラシ8を回転させることによって電機子4側に形成される電磁石を回転させ、この電磁石と外側回転体(永久磁石)50との吸引反発力を利用して、外側回転体を電磁石に連れ回らせるようにしたので、外側回転体に界磁巻線やコイルスロットを設ける必要が無く、構造を簡単化することができる。また外側回転体に対して電機子を接近させて配置することができるので、高磁束密度化が可能となり、トルクの増大や小型化に寄与し、効率が上がる。また、外側回転体の巻線工程が必要ないので、制作費が軽減され、装置コストを下げることができる。さらに、界磁コイルが存在しないので、界磁コイルをスリップリングなどで繋ぐ必要もなくなり、その部分の構造が簡単化される。
As described above, according to the third embodiment, the
実施の形態4.
つぎに、図7〜図10を用いてこの発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4においては、実施の形態2に示したアウターロータ型の吸引電動機を電動補助自転車に適用している。図7は、電動補助自転車のスプロケット近傍の構成を示すもので、図7−1は正面図、図7−2は断面図である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, the outer rotor type suction motor shown in the second embodiment is applied to a battery-assisted bicycle. FIG. 7 shows a configuration in the vicinity of the sprocket of the battery-assisted bicycle, FIG. 7-1 is a front view, and FIG. 7-2 is a cross-sectional view.
図7において、車体に固定された固定軸16には、クランク軸11が回転自在に支承されており、クランク軸11の左右端にはクランク12がそれぞれ取り付けられ、各クランク12の端部にはペダル13が軸支されている。クランク軸11には、複数のスポークを有する自動車のハンドル形状のブラシホルダ(請求の範囲のブラシ保持部に対応)14が固定されており、ブラシホルダ14はクランク軸11の回転によって回転する。ブラシホルダ14の内側には、一対のブラシ8が固定され、ブラシホルダ14の外側には、一対の棒体15が固定されている。この場合、ブラシ軸B上に棒体15が配置されているとする。したがって、クランク軸11の回転によって、ブラシホルダ14、ひいてはブラシ8および棒体15が回転する。
In FIG. 7, a
一方、回転子4および整流子7は、クランク軸11を挿通支持する固定軸16に固定されている。ブラシ8は、ブラシホルダ14の回転によって整流子7に接触しつつ回転する。回転子4には、回転子巻線(図示せず)が巻回されており、ブラシ8および整流子7を介して回転子巻線に交流電源が印加されている。
On the other hand, the
固定子としての外側鉄心(外側回転体)は、チェーン17が巻装される駆動スプロケット18を構成している。すなわち、駆動スプロケット18の外周側には、チェーン17と噛み合う複数の歯が形成され、駆動スプロケット18の内周側には、前述の複数の凸部(突起)21が周方向に沿って間欠的に形成されている。
The outer iron core (outer rotating body) as the stator constitutes a
駆動スプロケット18の側面には、ブラシホルダ14から突出された棒体15,15を当接(係合)させるための各一対のストッパ(請求の範囲の突起に対応)19a,19bが2箇所に突出形成されている。これら棒体15およびストッパ19aによって、駆動スプロケット18の回転がブラシ8の回転に対し所定角度だけ遅れたときにクランク軸11の回転を機械的に駆動スプロケット18に伝達する人力付加機構を構成している。
A pair of stoppers (corresponding to protrusions in claims) 19a and 19b for contacting (engaging) the
駆動スプロケット18の回転方向Kの進行側に配置される一方のストッパ19aの取り付け位置は、ストッパ19aに棒体15が当接した際、ブラシ軸Bが突起軸間の中間位置より若干回転方向Kの逆方向側へ位置して、電磁石が対象となる突起21を吸引することができる位置とする。また、他方のストッパ19bの取り付け位置は、ストッパ19bに棒体15が当接した際、ブラシ軸Bが対象となる突起21の突起軸Tより若干、回転方向K側へ位置して、電磁石が吸引対象となる突起21を吸引することができる位置とする。
The attachment position of one
このような構成を有する電動補助自転車においては、ブラシ8を介して交流電源を通電した後、ペダル13を人力で踏むことでブラシホルダ14ひいてはブラシ8を回転させることにより、図5にも示したように、回転子4に形成される電磁石を回転させる。そして、この電磁石の回転に伴って駆動スプロケット18の突起21が吸引され、駆動スプロケット18が回転駆動される。
In the battery-assisted bicycle having such a configuration, the AC power source is energized through the
平坦路では、通常、ブラシホルダ14に固定された棒体15が、ストッパ19aに当接されることはなく、ブラシ8を回転させ得る極めて小さな力で、駆動スプロケット18を回転させることができる。
On a flat road, the
上り坂道などで、駆動スプロケット18に対する負荷が増大した場合は、ブラシ8の回転に対して駆動スプロケット18の回転が追従できなくなるので、ブラシホルダ14に固定された棒体15がストッパ19aに当接(衝突)する。したがって、人力がペダル13、クランク軸11,ブラシホルダ14、棒体15、ストッパ19aを介して駆動スプロケット18に直接伝達されることになる。このように、上り坂道などの過負荷状態においては、吸引電動機の吸引力および人力(棒体15がストッパ19aを押す力)によって駆動スプロケット18が回転されることになる。
When the load on the
なお、棒体15は剛体としてもよいが、棒体15を弾性力のある板ばねによって構成して、棒体15がストッパ19aに衝突する際のショックを軽減させるようにしてもよい。
The
また、図7においては、ストッパ19aをブラシホルダ14から突出された棒体15に係合させるようにしたが、図8に示すように、ストッパ19aをクランク12に係合可能に配置し、ペダル13の踏力を、クランク12およびストッパ19aを介して駆動スプロケット18に伝達するように構成してもよい。この場合は、過負荷状態においては、吸引電動機の吸引力とクランク12がストッパ19aを押す力を利用して駆動スプロケット18を回転させている。
Further, in FIG. 7, the
さらに、図9に示すように、ストッパ19aを溝53内で移動可能に構成するとともに、ストッパ19aにバネ54を接続するように構成することもできる。バネ54は、前述の板ばねと同様、クランク12がストッパ19aに衝突する際のショックを軽減させる部材として機能する。この構成においては、通常の平坦路での走行中には、クランク12はストッパ19aにほぼ当接する位置に位置しているが、クランク12はストッパ19aに押圧力を作用させてはいない。過負荷状態となると、ブラシ8の回転すなわちクランク12の回転に対して駆動スプロケット18の回転が追従できなくなるので、クランク12がバネ54の弾性力に抗してストッパ19aを押圧し、これによりストッパ19aが溝53内を移動する。そして、溝53内の最終位置まで移動された状態のストッパ19aをクランク12が押すことで駆動スプロケット18が回転する。
Further, as shown in FIG. 9, the
このように実施の形態4によれば、電動補助自転車の電動機として界磁巻線の存在しない吸引電動機を採用しているので、電動補助自転車の駆動部の構造を簡単かつ低コスト化することができる。また固定子に対して回転子を接近させて配置することができるので、高磁束密度化が可能となり、トルクの増大に寄与し、効率が上がる。さらに、界磁コイルが存在しないので、界磁コイルをスリップリングなどで繋ぐ必要もなくなり、その部分の構造が簡単化される。 As described above, according to the fourth embodiment, since the suction motor having no field winding is employed as the motor of the battery-assisted bicycle, the structure of the drive unit of the battery-assisted bicycle can be simplified and reduced in cost. it can. Further, since the rotor can be arranged close to the stator, it is possible to increase the magnetic flux density, contribute to an increase in torque and increase efficiency. Further, since there is no field coil, it is not necessary to connect the field coil with a slip ring or the like, and the structure of the portion is simplified.
なお、上記実施の形態4によれば、実施の形態2に示した吸引電動機を電動補助自転車の電動機に適用しているが、永久磁石を用いた実施の形態3の吸引反発電動機を電動補助自転車に適用するようにしてもよい。その場合、図6に示した可変抵抗器52を、図10に示すように、例えば駆動スプロケット18に設けるとともに、クランク12に可変抵抗器52の抵抗値を可変するための操作レバー55を連結するようにすればよい。この場合、過負荷で駆動スプロケット18の回転がブラシ8の回転すなわちクランク12の回転に対して遅れるほど、操作レバー55によって回転子巻線に供給される電流が増大して発生トルクが増大するように可変抵抗器の抵抗値が制御されるようにする。
According to the fourth embodiment, the suction motor shown in the second embodiment is applied to the motor of the battery-assisted bicycle. However, the suction counter-generator of the third embodiment using a permanent magnet is used as the battery. You may make it apply to. In this case, the
実施の形態5.
つぎに、図11を用いてこの発明の実施の形態5について説明する。実施の形態5においては、図6に示した実施の形態3の吸引反発型の電動機をリニアモータに適用するようにしている。図11−1がリニアモータ停止状態を示し、図11−2がリニアモータ移動状態を示している。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the suction repulsion type electric motor of the third embodiment shown in FIG. 6 is applied to a linear motor. FIG. 11A illustrates the linear motor stop state, and FIG. 11B illustrates the linear motor movement state.
図11において、界磁側のスライダ60には、複数の磁極がN,S,N,S,…となるように直線状に並べられた永久磁石が用いられている。スライダ60は移動可能に構成されている。整流子7および電機子4は固定である。電機子4はスライダ60に対向配置されており、磁極がS,N,S,N,…となるように直線状に並ぶ電磁石を形成するように電機子巻線が巻かれている。電機子4に形成される各磁極の強さは同一である。
11, the field-
一対のブラシ8は、整流子7に対し接触しつつ移動自在に構成されている。ブラシ8には直流電源51および前述の可変抵抗器52が接続されており、ブラシ8および整流子7を介して回転子巻線に直流電源51が印加される。
The pair of
この実施の形態5のリニアモータにおいては、ブラシ8の移動によって電機子4に形成される電磁石をS,N,S,N,…状態のまま移動させる。そして、この電磁石とスライダ(永久磁石)60に形成された異極性の磁極との吸引力(図11−2に実線で示した)および電磁石とスライダ60に形成された同極性の磁極との反発力(図11−2で破線で示した)を利用して、スライダ60を電磁石に連れ移動させる。また、可変抵抗器52の抵抗値を可変制御することで、吸引反発力を調整して移動力を制御する。
In the linear motor according to the fifth embodiment, the electromagnet formed on the
このように実施の形態5によれば、ブラシ8の移動によって電機子4側に形成される電磁石を移動させ、この電磁石と永久磁石(スライダ)60との吸引反発力を利用して、スライダを電磁石の移動に連れて移動させるようなリニアモータを構成したので、スライダに界磁巻線やコイルスロットを設ける必要が無く、構造を簡単化することができる。またスライダに対して電機子を接近させて配置することができるので、高磁束密度化が可能となり、トルクの増大や小型化に寄与し、効率が上がる。また、スライダの巻線工程が必要ないので、制作費が軽減され、装置コストを下げることができる。
As described above, according to the fifth embodiment, the electromagnet formed on the
なお、上記実施の形態5によれば、実施の形態3に示した吸引反発電動機をリニアモータに適用しているが、界磁側に着磁されていない間欠的な凸部21を有する磁性体を用いた実施の形態2の吸引電動機をリニアモータに適用するようにしてもよい。この場合は、スライダ側は複数の凸部が直線状に間欠的に形成されかつ界磁巻線が巻回されていない磁性体に構成し、ブラシの移動によって形成される電磁石とスライダの凸部21との吸引力よってスライダを移動させることになる。
In addition, according to the said
また、上記各実施の形態においては、1対のブラシ8について1個の電磁石が形成される場合について説明したが、ブラシ8の数や電磁石の数は種々の変形例が考えられる。例えば、1対のブラシ8に対して複数の電磁石が生ずるような巻線法を採るようにしてもよい。この場合、回転子巻線電流はどの単位巻線も同じであるので、電磁石を多くすれば吸引力も大きくなる。
In each of the above-described embodiments, the case where one electromagnet is formed for a pair of
1 固定子
2 固定子鉄心
4 回転子(電機子)
5 回転子巻線
6 回転子鉄心
7 整流子
8 ブラシ
9 ブラシ回動保持部
11 クランク軸
12 クランク
13 ペダル
14 ブラシホルダ
15 棒体
16 固定軸
17 チェーン
18 駆動スプロケット
19a,19b ストッパ
21 凸部(突起)
40 外側鉄心
50 外側回転体
51 直流電源
52 可変抵抗器
53 溝
54 バネ
55 操作レバー
60 スライダ
71 整流子片
B ブラシ軸
T 突起軸
1
DESCRIPTION OF
40
Claims (3)
前記電機子と対向する前記外側回転体の内周面に複数の凸部を間欠的に形成するとともに、前記電機子を固定しかつ前記ブラシを前記整流子の周方向に回転自在に構成し、前記ブラシの回転によって形成される前記電磁石と前記凸部との吸引力によって前記外側回転体を回転させ、
前記外側回転体をチェーンが巻装される駆動スプロケットとし、
ペダルによって回転されるクランク軸に連結されるとともに前記ブラシを保持するブラシ保持部を設け、
前記クランク軸の回転を前記ブラシ保持部を介して前記ブラシに伝え、電動補助自転車に用いることを特徴とする電動機。 An armature wound with a rotatable outer rotating body made of a magnetic body around which no field winding is wound, and an armature winding disposed inside the outer rotating body and connected to a DC or AC power source And an electric motor having a commutator and a brush, and forming an electromagnet by a current passed through the armature winding via the brush and the commutator.
A plurality of convex portions are intermittently formed on the inner peripheral surface of the outer rotating body facing the armature, the armature is fixed, and the brush is configured to be rotatable in the circumferential direction of the commutator, The outer rotating body is rotated by the attractive force between the electromagnet and the convex portion formed by the rotation of the brush,
The outer rotating body is a drive sprocket around which a chain is wound,
A brush holding portion connected to a crankshaft rotated by a pedal and holding the brush;
An electric motor characterized in that the rotation of the crankshaft is transmitted to the brush through the brush holding portion and used for a battery-assisted bicycle.
前記電機子を固定しかつ前記ブラシを前記整流子の周方向に回転自在に構成し、前記ブラシの回転によって形成される前記電磁石と前記永久磁石との吸引反発力によって前記外側回転体を回転させ、
前記外側回転体をチェーンが巻装される駆動スプロケットとし、
ペダルによって回転されるクランク軸に連結されるとともに前記ブラシを保持するブラシ保持部を設け、
前記クランク軸の回転を前記ブラシ保持部を介して前記ブラシに伝え、電動補助自転車に用いることを特徴とする電動機。 A rotatable outer rotating body composed of a permanent magnet having a plurality of magnetic poles formed in the circumferential direction; an armature wound with an armature winding disposed inside the outer rotating body and connected to a DC power source; In an electric motor having a commutator and a brush, and forming an electromagnet by a current passed through the armature winding via the brush and the commutator,
The armature is fixed and the brush is configured to be rotatable in the circumferential direction of the commutator, and the outer rotating body is rotated by an attractive repulsive force between the electromagnet and the permanent magnet formed by rotation of the brush. ,
The outer rotating body is a drive sprocket around which a chain is wound,
A brush holding portion connected to a crankshaft rotated by a pedal and holding the brush;
An electric motor characterized in that the rotation of the crankshaft is transmitted to the brush through the brush holding portion and used for a battery-assisted bicycle.
前記電機子を固定し、かつ前記ブラシを前記整流子に対し移動自在に構成し、前記ブラシの移動によって形成される電磁石と前記凸部との吸引力または吸引反発力によってスライダを移動させることを特徴とする電動機。 A movable slider comprising a permanent magnet having a plurality of magnetic poles formed linearly or a magnetic material having a plurality of convex portions intermittently formed linearly and having no field winding wound thereon; and An armature wound with an armature winding so as to form an electromagnet arranged oppositely and arranged in a straight line, a commutator, and a brush;
The armature is fixed, the brush is configured to be movable with respect to the commutator, and the slider is moved by the attractive force or the attractive repulsive force between the electromagnet formed by the movement of the brush and the convex portion. Features an electric motor.
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