JP4733104B2

JP4733104B2 - 電動機

Info

Publication number: JP4733104B2
Application number: JP2007329984A
Authority: JP
Inventors: ▲覚▼ 井上
Original assignee: ▲覚▼ 井上
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2009153317A

Description

本発明は、ケーシングの内部にロータを回動自在に配設し、ケーシングにフィールド磁石を配設する一方、ロータにアーマチュア磁石を配設した電動機に関するものである。

従来より、電動機は、ケーシングの内部にロータを回動自在に配設し、ケーシングにフィールド磁石を配設する一方、ロータにアーマチュア磁石を配設し、フィールド磁石とアーマチュア磁石との吸引・反発作用を利用してケーシングに対してロータを回転させるように構成している。

この電動機には、ロータに取付けた出力軸にロータ磁石を配設する一方、ケーシングにステータコイルを配設し、ロータ磁石とステータコイルとの相対回転によりステータコイルで発電する機構を設けて、動力駆動と同時に発電を行えるように構成したものもある（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２００６−１４４７７号公報

ところが、上記特許文献１に開示された発電可能な電動機では、ケーシングとロータとの相対的な回転数とロータ磁石とステータコイルとの相対的な回転数が同じであるために、発電効率が低いものであった。

そこで、請求項１に係る本発明では、ケーシングの内部にロータを回動自在に配設し、ケーシングに常に一定の極性を保持するフィールド磁石を配設する一方、ロータに極性が反転制御されるアーマチュア磁石を配設して、フィールド磁石とアーマチュア磁石との相互の吸引・反発作用によってケーシングに対してロータが回転する電動機において、ロータの内部に回転体を回動自在に配設し、ロータにステータコイルを配設する一方、回転体にロータ磁石を配設し、これらロータと回転体との間に回転体をロータよりも高速で逆方向に回転させるための増速逆転機構を介設し、ステータコイルがロータ磁石に対して相対的に回転してステータコイルで発電を行うように構成することにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記ロータに始動装置をワンウェイクラッチを介して接続することにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、ケーシングの内部にロータを回動自在に配設し、ケーシングにフィールド磁石を配設する一方、ロータにアーマチュア磁石を配設した電動機において、ロータの内部に回転体を回動自在に配設し、ロータにステータコイルを配設する一方、回転体にロータ磁石を配設し、これらロータと回転体との間に回転体をロータよりも高速で逆方向に回転させるための増速逆転機構を介設しているために、増速逆転機構によってケーシングとロータとの相対的な回転数よりもロータ磁石とステータコイルとの相対的な回転数を大幅に増大させることができるので、発電効率を向上させることができる。

特に、ロータに始動装置をワンウェイクラッチを介して接続した場合には、始動装置に負荷をかけずに始動を円滑に行わせることができる。

以下に、本発明に係る電動機の具体的な構造について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、電動機１は、電動装置２とこの電動装置２の始動を補助する始動装置３とで構成している。

電動装置２は、固定された中空円筒状のケーシング４に出力軸５を回動自在に取付け、出力軸５に中空円筒状のロータ６を取付けており、ケーシング４の内部でロータ６が出力軸５とともに回転するようにしている。

この電動装置２は、ケーシング４の中央部内側に円筒状のフィールド磁石７を取付けている。このフィールド磁石７は、電磁石として機能する複数個のフィールドコイルをケーシング４の中央部内側に沿って円筒状に配列させて形成している。なお、フィールドコイルは、外部の制御装置に接続されており、制御装置により駆動制御するようにしている。

また、電動装置２は、ロータ６の中央部外側に円筒状のアーマチュア磁石10を取付けている。このアーマチュア磁石10は、電磁石として機能する複数個のアーマチュアコイルをロータ６の中央部外側に沿って円筒状に配列させて形成している。なお、アーマチュアコイルは、ロータ６の内部から出力軸５の内部を介してスリップリング11,12に接続され、このスリップリング11,12から外部の制御装置に接続されており、制御装置によりコイルの極性を反転制御するようにしている。

そして、電動装置２は、常に一定の極性を保持するフィールド磁石７と極性が反転制御されるアーマチュア磁石10との相互の吸引・反発作用により、ケーシング４に対してロータ６が回転し、それに伴って出力軸５が回転するようにしている。

この電動装置２には、ロータ６の回転によって発電を行う発電装置13が内蔵されている。

発電装置13は、ロータ６の中央部内側に円筒状のステータコイル14を取付けており、アーマチュア磁石10とステータコイル14との間には円筒状の電磁遮蔽体15を取付けている。このステータコイル14は、直列接続した複数個の単体コイルをロータ６の中央部内側に沿って円筒状に配列させて形成している。なお、ステータコイル14は、ロータ６の内部から出力軸５の内部を介してスリップリング16,17に接続され、このスリップリング16,17から外部の制御装置に接続されており、発電されたコイル電流を制御装置に通電するようにしている。ここで、アーマチュア磁石10とステータコイル14とは電磁遮蔽体15を介して別体で形成しているが、同一のコイルでアーマチュア磁石10とステータコイル14とを一体的に形成することもできる。

また、発電装置13は、ロータ６の内部において出力軸５に回転体18を回動自在に取付け、この回転体18の中央部外側に円筒状のロータ磁石19を取付けている。このロータ磁石19は、電磁石として機能する複数個のロータコイルを回転体18の中央部外側に沿って円筒状に配列させて形成している。なお、ロータコイルは、スリップリング20,21と出力軸５の内部を介してスリップリング22,23に接続され、このスリップリング22,23から外部の制御装置に接続されており、制御装置により駆動制御するようにしている。

そして、発電装置13は、ロータ６と回転体18とを回転体18をロータ６よりも高速で逆方向に回転させるための増速逆転機構24,25を介して連動連結し、ロータ６の回転に伴って回転体18をロータ６よりも高速で逆方向に回転させることにより、ロータ６に設けたステータコイル14が回転体18に設けたロータ磁石19に対して相対的に回転し、これによりステータコイル14で発電を行うように構成している。

増速逆転機構24,25は、ケーシング４の内部にステータコイル14を挟んで前後一対に形成されている。これら前後の増速逆転機構24,25は同様の構成となっているため、ここでは、前側の増速逆転機構24について以下に説明する。

前側の増速逆転機構24は、図１及び図２に示すように、ロータ６に４本の回動軸26を出力軸５と平行に回動自在に取付け、各回動軸26の前端部に遊星ギヤ27とウエイト28とを取付けるとともに、各回動軸26の中途部に駆動ギヤ29を取付けており、この駆動ギヤ29と回転体18の前端部に形成した従動ギヤ30とを噛合させている。なお、各回動軸26に設けたウエイト28は、初期状態において上下のウエイト28,28がともに外側を向く一方、左右のウエイト28,28がともに内側を向くように、出力軸５を挟んで対向する位置のウエイト28,28が同じ位相で、隣り合うウエイト28,28が逆の位相となるようにしている。

また、前側の増速逆転機構24は、ケーシング４の内部に遊星ギヤ27と噛合する太陽ギヤ31を固定軸８とその外周に取付けたブッシュ９とを介して回動自在に取付けるとともに、太陽ギヤ31とケーシング４との間に回転制御機構32を介設している。なお、太陽ギヤ31は、回転制御機構32を介さずにケーシング４に固定してもよい。

回転制御機構32は、図１及び図３に示すように、太陽ギヤ31に回転板33を取付けるとともに、回転板33の外周に溝34を形成し、溝34にボール35を転動自在に収容し、一方、ケーシング４にブラケット36を取付け、ブラケット36にアクチュエータ37を取付け、アクチュエータ37の進退ロッド38の先端にスプリング39の基端を取付け、スプリング39の先端に付勢板40の先端を取付けており、この付勢板40の基端をケーシング４に軸41を介して回動自在に取付けて、付勢板40が回転板33の外周から内周へ向けて回動するようにしている。この付勢板40には、中途部につめ状のストッパ42を形成している。

この回転制御機構32は、太陽ギヤ31とともに回転板33が正転（図３においては、右回転）するときは、ボール35がストッパ42で保持されつつ転動するが、太陽ギヤ31とともに回転板33が逆転（図３においては、左回転）するときは、ボール35が付勢板40で付勢されて回転板33に押し付けられ、これにより、回転板33及び太陽ギヤ31の回転が阻止され、太陽ギヤ31がケーシング４に対して相対的に固定されるようにしている。なお、回転制御機構32は、アクチュエータ37によって進退ロッド38を後退させることで付勢板40による付勢を解除できるようにしている。

そして、発電装置13は、電動装置２の駆動によってロータ６が回転すると、始動時には駆動トルクが小さいために遊星ギヤ27によって太陽ギヤ31が逆転し、その後、駆動トルクが大きくなるにしたがって太陽ギヤ31が回転制御機構32によって逆転が阻止されてケーシング４に対して相対的に固定され、これにより、太陽ギヤ31の周りで遊星ギヤ27が回転し、それに伴ってウエイト28と回動軸26と駆動ギヤ29が回転し、駆動ギヤ29によって回転体18がロータ６よりも高速で逆方向に回転するようにしている。

このように、発電装置13では、回転制御機構32を設けることで、始動時に太陽ギヤ31を逆転させてウエイト28による負荷を軽減させている。また、発電装置13では、ウエイト28を設けることで、ウエイト28の遠心力の作用でロータ６が円滑に回転させるようにしている。なお、ロータ６が高速回転するようになったときには、回転制御機構32を制御して太陽ギヤ31の付勢を解除してウエイト28の回転速度を低下させることもでき、これにより、ウエイト28の遠心力の増大に伴う故障の発生を防止するようにしている。

始動装置３は、始動モータの駆動軸43に電動装置２の出力軸５を減速機構44とワンウェイクラッチ45を介して接続している。

減速機構44は、図１及び図４に示すように、駆動軸43に駆動プーリ46を取付けるとともに、駆動軸43に回転板47を回動自在に取付け、回転板47に駆動軸43と平行に２本の回動軸48,48を回動自在に取付け、各回動軸48,48の前端に従動プーリ49,49を取付けるとともに、各回動軸48,48の後端に駆動ギヤ50,50を取付けており、駆動プーリ46と従動プーリ49,49とを連動ベルト51で連動連結する一方、電動装置２の出力軸５にワンウェイクラッチ45を介して取付けた連動円板52の内側に形成した従動ギヤ53に駆動ギヤ50,50を噛合させている。

また、減速機構44は、回転板47に上記回転制御機構32と同様の構成の回転制御機構54を設けている。

この回転制御機構54は、回転板47の外周に溝55を形成し、溝55にボール56を転動自在に収容し、一方、ケーシング４にブラケット57を取付け、ブラケット57にアクチュエータ58を取付け、アクチュエータ58の進退ロッド59の先端にスプリング60の基端を取付け、スプリング60の先端に付勢板61の先端を取付けており、この付勢板61の基端をケーシング４に軸62を介して回動自在に取付けて、付勢板61が回転板47の外周から内周へ向けて回動するようにしている。この付勢板61には、中途部につめ状のストッパ63を形成している。

この回転制御機構54は、回転板47が正転（図４においては、右回転）するときは、ボール56がストッパ63で保持されつつ転動するが、回転板47が逆転（図４においては、左回転）するときは、ボール56が付勢板61で付勢されて回転板47に押し付けられ、これにより、回転板47の回転が阻止され、駆動軸43に伴って駆動ギヤ50,50が回転し、駆動ギヤ50,50から従動ギヤ53を介して連動円板52に動力が伝達するようにしている。なお、回転制御機構54は、アクチュエータ58によって進退ロッド59を後退させることで付勢板61による付勢を解除できるようにしている。

そして、始動装置３は、駆動軸43を回転駆動すると、始動時には駆動トルクが小さいために回転板47が逆転し、その後、駆動トルクが大きくなるにしたがって回転板47が回転制御機構54によって逆転が阻止され、これにより、駆動軸43の回転に伴って連動円板52及びワンウェイクラッチ45を介して電動装置２の出力軸５を回転させ、さらに、電動装置２の自己駆動により始動装置３の駆動軸43よりも電動装置２の出力軸５のほうが高速回転するようになるとワンウェイクラッチ45の作用で始動装置３の駆動軸43と電動装置２の出力軸５とが切り離された状態となるようにしている。なお、出力軸５の回転数が所定値以下の場合だけ始動装置３を駆動するようにしてもよい。

このように、始動装置３では、回転制御機構54を設けることで、始動時に回転板47を逆転させて電動装置２から受ける負荷を軽減させている。

電動機１は、以上に説明したように構成しており、電動装置２に発電装置13を設けることで、駆動と同時に発電が行えるようにしている。

しかも、上記電動機１では、発電装置13に増速逆転機構24,25を設けることで、ケーシング４とロータ６との相対的な回転数よりもロータ磁石19とステータコイル14との相対的な回転数を大幅に増大させることができるので、発電効率を向上させることができる。

特に、上記電動機１では、ロータ６の前後に一対の増速逆転機構24,25を設けているために、ロータ６から回転体18に確実に動力を伝達することができる。

また、上記電動機１では、電動装置２にワンウェイクラッチ45を介して始動装置３を接続しているために、始動装置３に負荷をかけずに電動装置２の始動を円滑に行うことができる。

本発明に係る電動機を示す側面断面図。増速逆転機構を示す正面断面図。回転制御機構を示す正面断面図。始動装置を示す正面断面図。

符号の説明

１電動機２電動装置
３始動装置４ケーシング
５出力軸６ロータ
７フィールド磁石８回動軸
９ブッシュ
10 アーマチュア磁石 11,12 スリップリング
13 発電装置 14 ステータコイル
15 電磁遮蔽体 16,17 スリップリング
18 回転体 19 ロータ磁石
20,21 スリップリング 22,23 スリップリング
24,25 増速逆転機構 26 回動軸
27 遊星ギヤ 28 ウエイト
29 駆動ギヤ 30 従動ギヤ
31 太陽ギヤ 32 回転制御機構
33 回転板 34 溝
35 ボール 36 ブラケット
37 アクチュエータ 38 進退ロッド
39 スプリング 40 付勢板
41 軸 42 ストッパ
43 駆動軸 44 減速機構
45 ワンウェイクラッチ 46 駆動プーリ
47 回転板 48 回動軸
49 従動プーリ 50 駆動ギヤ
51 連動ベルト 52 連動円板
53 従動ギヤ 54 回転制御機構
55 溝 56 ボール
57 ブラケット 58 アクチュエータ
59 進退ロッド 60 スプリング
61 付勢板 62 軸
63 ストッパ

Claims

ケーシングの内部にロータを回動自在に配設し、ケーシングに常に一定の極性を保持するフィールド磁石を配設する一方、ロータに極性が反転制御されるアーマチュア磁石を配設して、フィールド磁石とアーマチュア磁石との相互の吸引・反発作用によってケーシングに対してロータが回転する電動機において、
ロータの内部に回転体を回動自在に配設し、ロータにステータコイルを配設する一方、回転体にロータ磁石を配設し、これらロータと回転体との間に回転体をロータよりも高速で逆方向に回転させるための増速逆転機構を介設し、ステータコイルがロータ磁石に対して相対的に回転してステータコイルで発電を行うように構成したことを特徴とする電動機。
前記ロータに始動装置をワンウェイクラッチを介して接続したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。