JP3896394B2 - 直流電動機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な構成による直流電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来周知の直流電動機の原理を図５により説明する。通常の直流電動機では回転しない電磁石である界磁91の内側に回転コイル（電機子）94が設けられており、直流電源よりブラシ92、整流子93を経て回転コイル94に電流が流れて反時計方向のトルクが発生し、回転コイル94が半回転するとこれと一体になっている整流子93も半回転するので界磁91の同じ極に対して常に同じ方向の電流が流れ、回転コイル94は連続して回転する。なお、界磁91を一定の磁場とし、電磁石に代えて永久磁石を使用することも行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
交流電動機では回転子として巻き線を使用しないかご形電動機があり、広く使用されているが、直流電動機では巻き線形の電機子が必須と考えられており、製造およびメンテナンスに多大のコストを要していた。
本発明は、回転子側に永久磁石を使用し、巻き線形の電磁石を固定側に配置することにより製造、メンテナンスのコストを低減し、かつ効率のよい新規な構成による直流電動機を実現することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平行に配置された２本の回転軸と、この回転軸に長手方向所定間隔で取り付けられ、外周近くに回転方向等間隔に複数の永久磁石を埋め込んだ複数枚の樹脂製のディスクと、前記２本の回転軸に取り付けられたディスクの中間位置に両極を前記ディスクに向けてディスクの枚数と同じ個数配置される電磁石と、前記２本の回転軸のそれぞれ１箇所に設けられ、回転軸の回転に伴って前記永久磁石が電磁石に近づく領域と遠ざかる領域とで電磁石の励磁、非励磁を切り換える分配スイッチと、前記２本の回転軸の端部に取り付けられ、互いにかみ合う２枚のタイミングギアとからなり、前記永久磁石は２本の回転軸について互いに異なる極を外側に向けており、かつその位相がディスク毎に順次ずれるように回転軸に取り付けられていることを特徴とする直流電動機であり、望ましくは前記の分配スイッチが、回転軸に取り付けられた短い円筒状の導電材の円筒面を軸方向に３分割してそれぞれにブラシを接触させるとともに、中央部分は全周にわたって導電材を連続させ、両側部分は90度ごとに交互に絶縁材に置き換えて構成されるものである前記の直流電動機である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面により説明する。図１はこの直流電動機の平面図で、１（1a、1b）は平行に配置された回転軸、２（2a、2b）は回転軸1a、1bに長手方向所定間隔で取り付けられた複数枚の樹脂製のディスク、３（3a、3b）は回転軸1a、1bの端部に取り付けられたタイミングギア、４（4a、4b）は回転軸1a、1bのそれぞれ１箇所に設けられる分配スイッチ、５は複数枚のディスク2a、2bのそれぞれ中間位置に両極をこのディスク2a、2bに向けてディスク2a、2bの枚数と同じ個数配置される電磁石、６は回転軸1a、1bを支持する軸受、７はケーシング、10は動力を取り出す出力軸である。
【０００６】
すなわちこの直流電動機は、２本の回転軸1a、1bを水平に、かつ所定間隔で平行に配置し、それぞれの端部にタイミングギア3a、3bを設けて互いにかみ合わせ、回転軸1a、1bにはそれぞれ１箇所に分配スイッチ4a、4bを設けるとともに軸方向に所定間隔で複数枚、この実施例では４枚ずつのディスクを取り付けて構成される。
【０００７】
図２は、図１のＡＡ矢視による部分断面図で、21はディスク2a、2bに埋め込まれた永久磁石である。永久磁石21は１枚のディスク2a（2b）に180 度間隔で２個外周付近に取り付けられ、かつ１本の軸1a（1b）に取り付けられる４枚のディスク2a（2b）は永久磁石21の位相を順次45度ずつずらしてある。また、同じ軸1a（1b）に取り付けられるディスク2a（2b）については同じ極を外側に向けてあり、２本の軸1a、1bについてはその極が逆になっている。
【０００８】
図２によってこの直流電動機の回転する原理を説明する。直流電源により両側のディスク2a、2bの中間にある電磁石５を励磁し、たとえば図２において右側がＳ極、左側がＮ極に励磁されるとする。これに対し右側のディスク2aの永久磁石21はいずれもＳ極を外側に、左側のディスク2bの永久磁石21はいずれもＮ極を外側にして取り付けられている。したがって同極の反発力によって矢印方向の回転が生じる。軸端がタイミングギア3a、3bによりかみ合わされているので、両側の回転軸1a、1bの回転角ωは常に等しい。回転するにつれて反発力は弱くなるが、45度ずつ位相をずらして隣接する他のディスクでつぎつぎに同じ状況が発生するので回転は継続される。
【０００９】
しかし、回転角ωが180 度に近づくと、反対位置にあったもう１個の永久磁石21が電磁石５に接近し、同極の反発力によって逆に回転にブレーキがかかることになる。そこで永久磁石21が電磁石５に接近する領域においては電磁石５の励磁を切ってやる必要がある。このための電磁石５の励磁、非励磁の切り換え手段が分配スイッチ４である。図３、図４によりこれを説明する。
【００１０】
図３は分配スイッチ４を示す斜視図、図４はこれを平面に開いた展開図で、41は導電材、42は絶縁材、43（43a 、43b 、43c ）はブラシである。すなわち分配スイッチ４は回転軸１（図３では省略）に取り付けられた短い円筒状の導電材41の円筒面を軸方向に３分割してそれぞれにブラシ43a 、43b 、43c を接触させるとともに、中央部分は全周にわたって導電材41を連続させ、両側部分は90度ごとに交互に絶縁材42に置き換えて構成される。電磁石５の直流回路においてたとえばブラシ43b を電源側、ブラシ43a 、43c を電磁石５側に接続すれば、ブラシ43a 、43c に接続されている電磁石５は回転軸１が90度回転する毎に励磁、非励磁を繰り返し、しかもそれを90度位相をずらして行うことができるから、両側の分配スイッチ4a、4bについて位相を45度ずらしておけば、45度刻みで取り付けられている４枚のディスクに対応する４個の電磁石の励磁、非励磁を順序よく切り換えることができる。
【００１１】
この直流電動機の発生する動力は、２本の回転軸1a、1bの少なくとも一方をケーシング７から突出させて出力軸10とすることにより取り出すことができる。また、逆に出力軸10に外部より回転を与えることにより、従来の直流電動機と同様、この直流電動機を発電機として利用することもできる。
以上電磁石と永久磁石の反発力を利用する方式について説明したが、永久磁石の取付け方向を逆にするか、あるいは電磁石の極性を逆にしてこれらの吸引力を利用したり、制御がやや複雑になるが吸引力、反発力の両方を利用するようにすることもできる。
【００１２】
また、１枚のディスクに対して永久磁石が２個の例で説明したが、120 度間隔で３個としても良い。この場合は、ディスクは位相を60度ずつずらして３枚とすることもできるが、６枚とすれば一層なめらかな回転が得られる。
この直流電動機の基本性能は電磁石のコイルの電線径、巻き数、永久磁石の大きさ等によって決まり、またこの直流電動機において制御可能部分は電磁石のみであるから、回転数やトルク等の制御は、原則としてすべて電磁石に入力する電圧によって行う。
【００１３】
この新規の構造による直流電動機によれば、複数枚のディスクを使用することによりトルク変動率が低いなめらかな回転が得られ、また永久磁石と電磁石の反発力を効率的に利用しているので、大きさに比較して高い出力が得られる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば従来の電動機にない優れた特性の動力源が得られるなど、多くのすぐれた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の直流電動機を示す平面図である。
【図２】図１のＡＡ矢視による部分断面図である。
【図３】本発明の実施例における分配スイッチを示す斜視図である。
【図４】図３の分配スイッチの要部を平面にして示す展開図である。
【図５】従来の技術を示す直流電動機の概念図である。
【符号の説明】
１、1a、1b 回転軸
２、2a、2b ディスク
３、3a、3b タイミングギア
４、4a、4b 分配スイッチ
５ 電磁石
６ 軸受
７ ケーシング
10 出力軸
21 永久磁石
41 導電材
42 絶縁材
43 ブラシ
91 界磁
92 ブラシ
93 整流子
94 回転コイル（電機子）

Claims (1)

1. 平行に配置された２本の回転軸（１ａ、１ｂ）に、樹脂製のディスク（２ａ、２ｂ）に埋め込んだ１つのディスクに対し２個の永久磁石（２１）が１８０度間隔に取り付けられ、前記２本の回転軸（１ａ、１ｂ）に取り付けられたディスク（２ａ）と、ディスク（２ｂ）の間隔を空けて、その中間位置に両極を前記ディスク（２ａ、２ｂ）に向けてディスク２枚に対し１個の電磁石（５）を取り付けられたものを１組とし、４数組がこの回転軸（１ａ、１ｂ）の長手方向所定間隔に永久磁石（２１）の位相を順次４５度ずつずらし取り付けられ、回転軸の回転に伴って前記永久磁石（２１）が電磁石（５）に近づく領域と遠ざかる領域とで電磁石（５）の励磁、非励磁を切り換える分配スイッチ（４ａ、４ｂ）と、前記２本の回転軸（１ａ、１ｂ）の端部に取り付けられた互いにかみ合う２枚のタイミングギア（３ａ、３ｂ）とからなり、前記永久磁石（２１）は２本の回転軸について互いに異なる極を外側に向けており、かつその位相がディスク毎に順次ずれるように複数組のディスクが回転軸に取り付けられていることを特徴とする直流電動機。

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