JP5269797B2 - DC motor - Google Patents
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Description
本発明は、ローターとステーターとを備え、ローターの極性切り替えのためにブラシを有する直流モーターに関する。 The present invention relates to a direct current motor including a rotor and a stator, and having a brush for switching the polarity of the rotor.
この種の直流モーターにおいては、ブラシの寿命が電動モーターの負荷に強く依存することが知られている。ブラシの長い寿命は、低出力領域でのみ達成される。直流モーターの高負荷側と低負荷側ではブラシの摩耗が増え、例えば特に、高負荷側では負極のブラシ、低負荷側では正極のブラシの摩耗が増える。 In this type of DC motor, it is known that the life of the brush strongly depends on the load of the electric motor. Long brush life is achieved only in the low power region. The brush wear increases on the high load side and the low load side of the DC motor. For example, the negative brush increases on the high load side and the positive brush wears on the low load side.
特許文献1から電動機に取り付けるブラシの構成が知られている。そこでは、ブラシとスリップリングが必要に応じて連携するように理解可能な製図図面において、ブラシがスリップリングの輪郭線に関して18°傾いている。整流子を有する直流モーターにおいては、そのような構成はブラシの寿命を望ましく長くすることに関しては重要ではない。何故ならば、火花発生の増大に基づいて、カーボンブラシの瞬間的な消耗に繋がるからである。 The structure of the brush attached to an electric motor is known from Patent Document 1. There, the brush is tilted by 18 ° with respect to the outline of the slip ring in a drawing that can be understood so that the brush and the slip ring work together as needed. In a DC motor with a commutator, such a configuration is not important with respect to desirably extending the life of the brush. This is because, based on the increase in the occurrence of sparks, it leads to an instantaneous consumption of the carbon brush.
特許文献2から、ブラシの中心線が交わらないようにブラシが移動された構成が知られている。しかしながら、ブラシの長手方向中心軸のローターとの接触点相互の周方向間隔(角度)は等しい。 From Patent Document 2, a configuration in which the brush is moved so that the center lines of the brush do not intersect is known. However, the circumferential interval (angle) between the contact points with the rotor on the central axis in the longitudinal direction of the brush is equal.
特許文献3から、3つのブラシが設けられる構成が知られている。2つのブラシ間で、周方向角度(距離)は60°又は120°になっている。比較対象の構成は、特許文献4にも示されている。
From
上記の技術の現状に鑑み、本発明の技術的課題は、この種の直流モーターをブラシの寿命に関して改良することとして見出される。 In view of the state of the art described above, the technical problem of the present invention is found to improve this type of DC motor with respect to brush life.
この課題に対する可能な解の1つは、請求項1の対象によって与えられている。ローター(3)とステーター(6)とを備え、ローター(3)の極性切替えのために正極及び負極の2つのブラシ(7,7)を有する直流モーター(1)において、
前記2つのブラシ(7,7)の位置は、前記ローター(3)の長手軸(x)と直交する1つの参照軸(z)において前記2つのブラシ(7,7)が互いに対向する初期位置からの、前記2つのブラシ(7,7)の一体的な平行移動、及び、前記平行移動の後の位置からの、前記長手軸(x)を中心とする各々のブラシ(7,7)の回転移動により設定されており、
前記2つのブラシ(7,7)の一体的な平行移動において、前記2つのブラシ(7,7)の各々の長手方向中心軸(y,y)と前記ローター(3)の外周との交点(S,S)を通過する各直径線(D,D)が前記参照軸(z)となす角度(α,β)が、それぞれ12.5°〜11°となり、
前記平行移動の後の前記各々のブラシ(7,7)の回転移動において、正極のブラシ(7)は前記角度(α)が減少する方向へ回転移動(Δα)されて前記角度(α’)が7°〜11°となるとともに、負極のブラシ(7)は前記角度(β)が増大する方向へ回転移動(Δβ)されて前記角度(β’)が13°〜17°となるように、2つのブラシ(7,7)の位置が設定されていることが提案されている。
驚くことに、広い負荷変化範囲にわたる使用がなされる場合でも、互いに同等に摩耗するという意味において、特定された角度範囲において、寿命の明確な上昇が見出された。火花の発生頻度の上昇は、確認されていない。好ましくは、2つのブラシのみが設けられている。ブラシ間にできるブラシのない領域であって外周寸法が短い方は、長い方のブラシのない領域の外周寸法の例えば82〜98%になっている(角度を変える場合)。平行移動(以下の図2を参照。)においても、同様である。後者(平行移動)の場合、全体的な比率の検出に有利となるように、一方のブラシが正対し、他方が平行に距離a離れて3〜10度の角度をなすように移動される。ここにおいて、特に一方の領域は82〜93%の比率になっている。
One possible solution to this task is given by the subject of claim 1. In a DC motor (1) comprising a rotor (3) and a stator (6), and having two brushes (7, 7) of a positive electrode and a negative electrode for polarity switching of the rotor (3),
The position of the two brushes (7, 7) is an initial position where the two brushes (7, 7) face each other on one reference axis (z) orthogonal to the longitudinal axis (x) of the rotor (3). Of the two brushes (7, 7) from each other and the position of each brush (7, 7) about the longitudinal axis (x) from a position after the translation . Set by rotational movement,
In integral translation of the two brushes (7,7), the intersection of the outer periphery of each of the longitudinal central axis of the two brushes (7,7) (y, y) and the rotor (3) ( The angles (α, β) between the diameter lines (D 1 , D 2 ) passing through S, S) and the reference axis (z) are 12.5 ° to 11 ° , respectively.
In the rotational movement of each of the brushes (7, 7) after the parallel movement, the positive brush (7) is rotationally moved (Δα) in a direction in which the angle (α) decreases, and the angle (α ′). with but a 7 ° to 11 °, the negative pole of the brush (7) is the angle (beta) rotational movement ([Delta] [beta]) has been the angle (beta ') so as to become 1 3 ° to 17 ° in a direction to increase In addition, it is proposed that the positions of the two brushes (7, 7) are set.
Surprisingly, a clear increase in lifetime has been found in the specified angular range in the sense that they wear equally even when used over a wide load variation range. An increase in the frequency of occurrence of sparks has not been confirmed. Preferably only two brushes are provided. The area where there is no brush between the brushes and the outer peripheral dimension is shorter is, for example, 82 to 98% of the outer peripheral dimension of the longer brushless area (when the angle is changed). The same applies to translation (see FIG. 2 below). In the case of the latter (translation), one brush is opposed to the other, and the other is moved in parallel at a distance of a to form an angle of 3 to 10 degrees so that it is advantageous for detection of the overall ratio. Here, in particular, one of the regions has a ratio of 82 to 93%.
さらに、好ましくは、正極のブラシの交点の移動はローターの回転方向になされ、負極のカーボンブラシの交点の移動はローターの回転方向の逆方向になされている。 Further, preferably, the movement of the intersection of the positive electrode brush is made in the rotation direction of the rotor, and the movement of the intersection of the negative electrode carbon brush is made in the direction opposite to the rotation direction of the rotor.
以下、他の請求項の対象が請求項1の対象に関連して記載されるが、それらの独立の形式においても重要である。 In the following, the subject matter of the other claims will be described in relation to the subject matter of claim 1, but also in their independent form.
ブラシの長手方向中心軸がローターの長手軸に交わることが、提案されている。これは、ブラシをローターの長手軸の周りに回転させることによる交点の移動によって達成され、これはさらに、ブラシ間の一方のブラシのない外周が、対向して露出した外周よりも短くなることを伴う。ブラシが2つの構成において、ローターの長手軸の周りの一方又は両方のブラシの対応するそのような回転移動は、直径方向に対向する構成に対して、一体に又は異なる移動角度で達成される。代わりに又はこれとの組み合わせで、ブラシの長手方向中心軸がローターの長手軸と交わらず、更には例えば円弧状に分割するようにローターを貫通する。これは、例えば、1つ又は2つの対向するブラシが直径方向に対応する位置から平行移動することによって達成可能である。これによってもまた、ブラシの長手方向中心軸のローターの外周との交点は、ローターの輪郭線上で移動する。これは、一方のブラシのない外周の寸法の短縮と対向する外周の寸法の対応する伸長とを伴う。この平行移動状態に追加してさらに、各交点に関してブラシを傾けることが行われるのでもよい。ここにおいて、この後にブラシの長手方向中心軸は、必ずしもローターの長手軸に交差している必要はない。対向するブラシが真平行に移動し、もってブラシの長手方向中心軸がローターを円弧状に分割して貫通するようにすることによって、ブラシを一体のまま簡易に適合させることが、さらにできる。何故ならば、対応するホルダーは真正面から対向するように配置されているからである。 It has been proposed that the longitudinal central axis of the brush intersects the longitudinal axis of the rotor. This is achieved by moving the intersection by rotating the brush around the longitudinal axis of the rotor, which further ensures that one brushless perimeter between the brushes is shorter than the oppositely exposed perimeter. Accompany. In two configurations of the brush, such a corresponding rotational movement of one or both brushes about the longitudinal axis of the rotor is achieved integrally or at different movement angles relative to the diametrically opposed configuration. Alternatively or in combination, the longitudinal central axis of the brush does not intersect the longitudinal axis of the rotor, and further penetrates the rotor, for example in a circular arc shape . This can be achieved, for example, by translation of one or two opposing brushes from a position corresponding to the diametrical direction. This also causes the intersection of the brush central axis with the outer circumference of the rotor to move on the contour of the rotor. This involves a shortening of the outer circumference without one brush and a corresponding extension of the opposite outer dimensions. In addition to this parallel movement state, the brush may be inclined with respect to each intersection. Here, the longitudinal central axis of the brush does not necessarily need to intersect the longitudinal axis of the rotor. It is further possible to easily adapt the brushes as a single unit by moving the opposing brushes in parallel so that the central axis in the longitudinal direction of the brushes divides and penetrates the rotor in an arc shape . This is because the corresponding holders are arranged to face each other from the front.
ブラシ又はブラシを収容するホルダーの周方向又は平行な移動の他に、好ましくは、分巻コイルが導入される。これによって、改良された特性が、特に移動されたホルダー又はブラシとの関連で達成可能である。具体的なローターに対する最適な交差角度は、約12.5°、更には11〜11.5°等、例えば11.35°になるように行われる。提案された発明の結果、正極のブラシは、角度が減少する方向へ7〜11°、例えば8〜10°、更に例えば7〜8°、好ましくは、7.5°、7.6°、7.7°、7.8°、又は7.9°になるように移動される。ここにおいて、本開示内には、全ての中間値、特に1/10°ステップの中間値も含まれている。負極のブラシは、角度が増大する方向へ10〜17°、更に例えば13〜16°、好ましくは例えば14.4°、14.5°、14.6°、14.7°、14.8°、14.9°、又は15°になるように移動される。ここにおいてまた、全ての中間値、特に1/10°ステップの中間値も含まれている。両方のブラシ間の合相対移動量は、3〜10°の範囲内に入る。ここにおいて、ここでもまた、全ての中間値、特に1/10°ステップの中間値も開示内に含まれている。 Apart from the circumferential or parallel movement of the brush or the holder containing the brush, preferably a shunt coil is introduced. Thereby, improved properties can be achieved, especially in the context of a moved holder or brush. Optimal intersecting angle with respect to specific rotor, about 12.5 °, and more takes place to be 11 to 11.5 °, etc., for example, 11.35 °. As a result of the proposed invention, the positive brush is in the direction of decreasing angle of 7-11 °, eg 8-10 °, more eg 7-8 °, preferably 7.5 °, 7.6 °, 7 .7 °, 7.8 °, or 7.9 °. Here, all intermediate values, particularly intermediate values of 1/10 ° step are included in the present disclosure. The negative brush is 10 to 17 ° in the direction of increasing the angle, more preferably 13 to 16 °, for example, 14.4 °, 14.5 °, 14.6 °, 14.7 °, 14.8 °. , 14.9 °, or 15 °. Here, all intermediate values, especially intermediate values in 1/10 ° steps, are also included. The total relative movement between both brushes falls within the range of 3-10 °. Here, too, all intermediate values, in particular intermediate values in 1/10 ° steps, are also included in the disclosure.
直流モーターの運転は、負荷電流制限用に、電源切断後の放電のためのNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスター、電気抵抗等を有する平滑コンデンサ回路を介して行われる。 The operation of the DC motor is performed through a smoothing capacitor circuit having an NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor for discharging after power-off, an electric resistance, and the like for load current limitation.
以下、本発明は、実施例のみが図示された付随の図面を参照してより明らかにされる。図1に関連して、まず、直流モーター1が図示され記載されている。電動モーター1はローターシャフト4を有するローター3を備え、このローターシャフト4には、一端に整流子5が回転しないように設けられている。さらに、ローターと連携して機能するステーター6が設けられている。
In the following, the present invention will be more apparent with reference to the accompanying drawings, in which only examples are illustrated. With reference to FIG. 1, first a DC motor 1 is shown and described. The electric motor 1 includes a
整流子5は、略対向するように配置されたブラシ7を介して、極性が切り替わる。これら7は、ブラシホルダー8内に保持されていると共に支持バネ9によって背部から整流子5方向に押し付けられている。
The polarity of the
異なる負荷でも、好ましくは直流モーター1の全許容負荷領域にわたって高いブラシ寿命を達成するために、上記の本発明によれば、ブラシ7は直径方向に真正面に対向する構成におけるようにローターの回転軸xを介して対向しておらず、むしろ、この位置からずれて配置されている。図2及び図3において、ローターの長手軸xに直交する参照軸zが、直径方向に対向する通常の構成ならばブラシ7、そのブラシの長手方向中心軸yが伸びていくであろう軸を示している。符号Dは、ローター3の直径線である。
In order to achieve a high brush life, even over different loads, preferably over the entire allowable load range of the DC motor 1, according to the invention described above, the
次に、両方のブラシ7を反時計方向に回してやると、ローターの外周に関する両方のブラシ7の交点Sの移動が実現される。移動は、3〜10°の範囲内にあり、例えば本実施例においては5.1°程度である。後者(5.1°)は、本実施例において、正極のブラシの移動量が3.4°であり負極のカーボンブラシの移動量が1.7°である(共通の回転方向に関して第1の数値は負に設定され、第2の数値は正に設定される。)。
Next, when both the
図2には、対向するブラシ7又はそのブラシホルダー8が、直径方向の位置から平行に移動されてそれらのブラシの長手方向中心軸yが軸zに対して平行距離a離れる、実施例が図示されている。このブラシ7の平行移動によって、ブラシの長手方向中心軸yのローター又は整流子5の外周との各交点Sの移動は、それぞれ正極のブラシにおいては回転方向rに、負極のブラシにおいては回転方向rの逆方向に達成される。この結果、ブラシ7間の露出部分の外周寸法も変化する。この外周寸法は、ブラシが正対する通常の直径方向配置においては、等しいものである。交点移動によって、一方の外周寸法u1の短縮が他方の露出部分の外周寸法u2の伸長において、達成される。
FIG. 2 shows an embodiment in which the opposing
ブラシ7の平行移動によって、それらの長手方向軸yは、ローターの長手軸xから距離a離れて、ローター3又は整流子5に円弧状に分割するように交わる。ここにおいて、距離aは、軸zと、交点Sにもローター3の長手軸yにも交わる線D、Dとの間のなす角度α又はβが12.5°〜11°をなすように選択されている。更に、その結果、交点Sの移動量は、整流子5の外周寸法の例えば1〜5%内に入ることとなる。対応して、ここに提案された輪郭線に対する両方の交点Sの随伴移動によって、露出部分の外周寸法u1が、対向する露出部分の外周寸法u2の例えば0.6〜0.95倍となるように、達成される。
Due to the parallel movement of the
代わりにまた、図3に示すように、ブラシの長手方向中心軸yがそれぞれローターの長手軸xと交わるように長手軸xの周りのブラシ7又はホルダー8の回転移動が行われて、交点Sの移動が実現されるのでもよい。ここにおいてもまた、ブラシ7は随伴移動するように配置され、その結果、正極のブラシ7が回転方向rに、負極のブラシ7が回転方向rの逆方向に随伴移動する。ここにおいて生ずる軸zとなす角度α及びβは、上記の実施例におけるものと数値的に略一致し、これから対応して、異なる外周寸法u1及びu2も実現される。
Alternatively, as shown in FIG. 3, the rotational movement of the
さらに、図4に示すように、図2に示されたブラシ7の平行移動後の実施例から始めて、これらのブラシ7は、達成された交点Sから、さらにまた追加して傾けられるのでもよい。これによって、ブラシの長手方向中心軸yは、必ずしもローター軸xと交わる必要はなく、むしろまた円弧状に分割するようにローター3又は整流子5と交わるのでもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 4, starting from the embodiment after the translation of the
また、初めの直径方向に対向する位置からの移動量は、例えば正極のブラシがローターの長手軸xの周りに回転し又は軸zに対して平行移動し、この後の角度αが他のブラシ7の対応する移動によって生ずる角度βとは異なっているように、変わっているのでもよい。 The amount of movement from the first diametrically opposed position is such that, for example, the positive brush rotates around the longitudinal axis x of the rotor or translates relative to the axis z, and the subsequent angle α is the other brush. It may be varied, as is different from the angle β caused by the corresponding movement of 7.
これらの図においては、より良い理解のために上記の角度が誇張されて描かれている。 In these drawings, the above angle is exaggerated for better understanding.
提案された解の結果、広い負荷領域にわたる極性切替えの最適化ために、正極のブラシに関しては早い極性切り替えが少なくなり、負極のブラシに対しては早い極性切り替えが多くなることが、保証されている。 As a result of the proposed solution, it is guaranteed that there will be less rapid polarity switching for the positive brush and more rapid polarity switching for the negative brush to optimize polarity switching over a wide load area. Yes.
以下、典型的な値が、初めの移動角度(α、β)12.5又は11.35°、正極のカーボンブラシと負極のカーボンブラシの移動角度(−Δα、+Δβ)、両方のカーボンブラシのそれぞれに対して実際に設定された全移動角度(α−Δα、β+Δβ)、及び1000時間を超える(最低又は最大の)出力の計測値に関して、表1になっている。 Hereinafter, typical values are the initial moving angle (α, β) of 12.5 or 11.35 °, the moving angle of the positive and negative carbon brushes (−Δα, + Δβ) , both carbon brushes Table 1 shows the total travel angles (α−Δα, β + Δβ) actually set for each of these and the measured values of the output exceeding 1000 hours (minimum or maximum).
開示された全ての特徴は、(それ自体が)発明の要部をなす。これでもってまた、同封/添付の優先権の基礎書面(先の出願のコピー)の公開内容は本願の開示内に十分取り込まれ、また、この書面の目的及び特徴に関しても、先の出願の特許請求の範囲内に含まれている。 All the disclosed features (by themselves) form part of the invention. The disclosure content of the enclosed / attached priority document (a copy of the previous application) is still fully incorporated into the disclosure of this application, and the patent and Included within the scope of the claims.
1 直流モーター
3 ローター
4 ローターシャフト
5 整流子
6 ステーター
7 ブラシ
8 ブラシホルダー
9 支持バネ
a 平行距離
r 回転方向
u1、u2 外周寸法
x ローターの回転軸(長手軸)
y ブラシの長手方向中心軸
z 参照軸
D 直径線
S 交点
α、β 角度
1
y Brush longitudinal center axis z Reference axis D Diameter line S Intersection α, β Angle
Claims (2)
前記2つのブラシ(7,7)の位置は、前記ローター(3)の長手軸(x)と直交する1つの参照軸(z)において前記2つのブラシ(7,7)が互いに対向する初期位置からの、前記2つのブラシ(7,7)の一体的な平行移動、及び、前記平行移動の後の位置からの、前記長手軸(x)を中心とする各々のブラシ(7,7)の回転移動により設定されており、
前記2つのブラシ(7,7)の一体的な平行移動において、前記2つのブラシ(7,7)の各々の長手方向中心軸(y,y)と前記ローター(3)の外周との交点(S,S)を通過する各直径線(D,D)と前記参照軸(z)とのなす角度(α,β)が、それぞれ12.5°〜11°となり、
前記平行移動の後の前記各々のブラシ(7,7)の回転移動において、正極のブラシ(7)は前記角度(α)が減少する方向へ回転移動(Δα)されて前記角度(α’)が7°〜11°となるとともに、負極のブラシ(7)は前記角度(β)が増大する方向へ回転移動(Δβ)されて前記角度(β’)が13°〜17°となるように、2つのブラシ(7,7)の位置が設定されていることを特徴とする直流モーター。 In a DC motor (1) comprising a rotor (3) and a stator (6), and having two brushes (7, 7) of a positive electrode and a negative electrode for polarity switching of the rotor (3),
The position of the two brushes (7, 7) is an initial position where the two brushes (7, 7) face each other on one reference axis (z) orthogonal to the longitudinal axis (x) of the rotor (3). Of the two brushes (7, 7) from each other and the position of each brush (7, 7) about the longitudinal axis (x) from a position after the translation . Set by rotational movement,
In integral translation of the two brushes (7,7), the intersection of the outer periphery of each of the longitudinal central axis of the two brushes (7,7) (y, y) and the rotor (3) ( The angles (α, β) formed by the diameter lines (D 1 , D 2 ) passing through S, S) and the reference axes (z) are 12.5 ° to 11 ° , respectively.
In the rotational movement of each of the brushes (7, 7) after the parallel movement, the positive brush (7) is rotationally moved (Δα) in a direction in which the angle (α) decreases, and the angle (α ′). with but a 7 ° to 11 °, the negative pole of the brush (7) is the angle (beta) rotational movement ([Delta] [beta]) has been the angle (beta ') so as to become 1 3 ° to 17 ° in a direction to increase Further, the direct current motor is characterized in that the positions of the two brushes (7, 7) are set.
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