JP7095173B1 - 集合整流子片 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の４極以上のモーターで、ブラシを２個とする場合は、整流子片同士を配線して繋いでいた。そこで、本発明の集合整流子片は、パイプに切り込みを入れ、整流子片（１）を基部（１ａ）と歯部（１ｂ）を作っているので、構造が簡単で、壊れ難い。【解決手段】 ４極以上の整流子は、整流子片（１）と整流子片輪（２）と整流子片止（３）とで構成されており、整流子片（１）は軸（４）に胴絶縁（５）を介して取り付け、整流子片輪（２）はマイカナイトを整流子片（１）の側面に挟み、整流子片止（３）は反対側から差し込み、その側面にはマイカナイトを介在している。【選択図】 図１

Description

本発明子は直流モーターなどで、４極以上の場合でもブラシは２個とする場合は、整流子片を一体化することで解決した、集合整流子片に関するものである。

従来の直流モーターや、交流整流子電動機の極数は２極であって、４極の方がエネルギーの変換に対し、約倍の効率で有効なのは分かっているが、ブラシは９０度に一つ取り付けなくてはならないので、ブラシの交換が面倒なので、結局２極のモーターが使用されていた。

しかし、特願２０２１－１１４６８８の名称 整流子は、従来の直流モーターや、交流整流子電動機で４極のブラシは、９０度に一つブラシを取り付けていたし、８極では４５度に一つブラシを取り付ける必要があった。しかし４極の場合に、整流子は整流子片と対面する整流子片を配線で繋ぐことで、ブラシを１個づつにして、余分なブラシを取り除くことができる。したがって、12時方向と、３時方向の２個のブラシでよい。

また８極の場合は、対面する整流子片と、両横の方向にも配線をし、同じように電気を送ることで、余分なブラシを省く物を考案した。したがって、４５度の１２時方向と、１時半の方向の、２個のブラシでよくなった。

特願２０２１－１１４６８８ 特開２０１２－１７５７５９

従来の直流モーターや、交流整流子電動機の４極以上のモーターは、整流子片同士を配線する必要があった。また、整流子片は部品の数も多く、組み立てが容易ではない。

そこで、本発明の集合整流子片は、パイプに切り込みを入れて整流子片（１）とし、切れ込みを入れた間に、整流子片輪（２）と整流子片止（３）を配置する集合整流子片を提供するものである。

上記目的を達成するために集合整流子片は、４極以上の整流子は整流子片（１）と整流子片輪（２）と整流子片止（３）とで構成されている。
その整流子片（１）は、軸（４）に胴絶縁（５）を介していて、基部（１ａ）を回転子（６ｃ）の方向に取り付ける。

整流子片輪（２）は、マイカナイトを整流子片（１）の歯部（１ｂ）の側面に挟み、整流子片（１）の歯部（１ｂ）を跨ぐように取り付ける。
そして、整流子片止（３）は反対側から歯部（３ｂ）を、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片輪（２）の歯部（２ｂ）の間に差し込み、その側面にはマイカナイトを介在して絶縁していることで目的を達成した。

本発明の集合整流子片は、次のような効果がある。
（イ） 整流子片は一体化しているので、整流子片同士を配線する必要がない。
（ロ） 基部はリング状になっているので、取り付けが簡単である。
（ハ） 基部がリング状になっているので、壊れ難い。
その４極以上のモーターは、次のような効果がある。
（イ） 磁束が飛ぶ距離が短くてすむので、その分２極のモーターより効率がよい。
（ロ） ８極のモーターは、くっ付く場所が８個もあるので、力が強い。

直流モーターの、横方向の断面図である。 直流モーターの、縦方向の断面図である。 １２極の整流子片だけを取り付けた、斜視図である。 整流子片輪を取り付けた斜視図である。 整流子片止を取り付けた斜視図である。 ２０極の整流子片を取り付けた斜視図である。 整流子片輪を取り付けた斜視図である。 整流子片止を取り付けた斜視図である。

通常は、４極とか６極のモーターを作ると、回転子歯は分布巻によって、毎極毎相のコイルは２つ以上のスロットに分散して巻かれていて、隣り合うスロットに巻かれているコイル辺の起電力は同相でないので、実際には分布巻が用いられている。しかし、分布巻を採用すると、整流子片の種類が多くなってしまい、都合が悪いので、回転子歯（６ｅ）の１つ１つにコイルを巻き、３つを１パターンとする玩具用モーターと同じにした。

その玩具用モーターは回転子歯（６ｅ）が３個なので、整流子片も３種類でよい。その３種類の整流子片を１２極のモーターにするのは簡単で、真鍮のパイプに切り込みを６箇所つけて、整流子片（１）の歯部（１ｂ）を作ることで解決した。

整流子片止（３）は、整流子片（１）と同じ形をしており、その整流子片止（３）は歯部（３ｂ）の方を、先に挿入して基部（３ａ）で整流子をとめる。そのコイル（７）は、歯部（３ｂ）の先端に設置されており、そのコイル（７）は全部で１２本を一箇所に纏めている。

整流子片輪（２）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片止（３）の歯部（３ｂ）を跨ぐようにリング（２ａ）が設置されており、組み立てる順番としては、整流子片（１）の次に取り付ける。そのリング（２ａ）にコイル（７）が設置されており、そのコイル（７）は全部で１２本である。

そしてブラシ（６ａ）は２個あり、真上のブラシ（６ａ）と、その横に具備しているブラシ（６ａ）は３０度ずれている。その作り方は、カーボンの代わりにプラスチックの板を３０度の角度に、カーボンと同じ大きさに削り、その削ったプラスチックにブラシ（６ａ）のブラシホルダーを被せる。３０度に交わったところを、軸（４）の中心とし、集合整流子の半径と、ギャップを中心からとると、ブラシ（６ａ）の取り付ける場所が明らかになる。そして、接着剤や捩子等で固定した後、プラスチックを切断して取り外す。

そして、ブラシカバーにカーボンを取り付けるとブラシ（６ａ）ができる。そのブラシ（６ａ）のカーボンは、整流子片（１）の歯部（１ｂ）の幅より小さいことが条件である。もしカーボンの方が大きいと、ショートするからである。

本発明の集合整流子片を、図面を参照して説明する。
図１は、直流モーターの横面の断面図である。そのブラシ（６ａ）は、８極のモーターを描く予定であったが、間違えて１２極のモーターになったので、１２極のモーターで説明する。その直流モーターは、電動車の物で、横幅１５０ミリで、直径はΦ８５のモーターを改造して１２極のモーターにした。

直流モーター（６）の回転子（６ｃ）のコアは、直径がΦ５６で、ケイ素鋼板を打ち抜いた１１２枚でできており、横幅が５９ミリである。そして整流子片（１）が具備されており、その５ミリ左に整流子片輪（２）があり、整流子片止（３）は反対の歯部（３ｂ）の方から右に差込、基部（３ａ）があることで整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片輪（２）の歯部（２ｂ）を守っている。

一方、固定子（６ｄ）は、後側ブラケット、前側ブラケットが両側から挟み、固定子（６ｄ）は短管の形をしており、外径はΦ８５の、内径はΦ７４で、幅は１０３ミリである。その固定子（６ｄ）の内面に磁石（６ｂ）を具備し、回転子（６ｃ）とのギャップ１ミリを差し引いた８ミリの、ネオジュウム磁石（６ｂ）の直径Φ１６を横に３個が横に並んでおり、円周方向に１２個の、全部で３６個使用している。

ブラシ（６ａ）は直ぐ後にもう１つあり、そのブラシ（６ａ）とブラシ（６ａ）の間隔は３０度あり、整流子片（１）などに接触して電気を伝える。そのブラシ（６ａ）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）の幅が７ミリに対し８ミリあるので、ショートしてしまい使用ができないので、インパクトのブラシ（６ａ）の５ミリを使用した。

図２は、モーターを縦に切断した断面図であり、切った場所は整流子片の場所である。その１２極の場合は、３０度後の時計で言えば１時にブラシ（６ａ）がある。その他に、ブラシ（６ａ）を設置する場所は、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度のどの位置に取り付けてもよいが、３０度が取り付け易いので、そのようにした。

回転子（６ｃ）の回転子歯（６ｅ）は１８個で、回転子歯（６ｅ）にΦ０．２のコイルを２５０回巻いている。つまり原理は、玩具のモーターと同じで、回転子歯（６ｅ）の３個を一組として、玩具のモーターが６個並んでいるのと同じである。したがって、真上の１２時のブラシ（６ａ）は整流子片（１）と接触しており、もう１つのブラシ（６ａ）は１１時にあり、そのブラシ（６ａ）は、整流子片輪（２）と整流子片止（３）の中間にある。

その整流子片（１）から整流子片輪（２）に、プラスの電気が流れるとしたら、整流子片止（３）から１０時の整流子片（１）にはマイナスの電気が流れる。１０時の整流子片（１）は、１２時の整流子片（１）と基部（１ａ）で繋がっているので、１２時のブラシ（６ａ）がある。

１０時の整流子片（１）は、基部（１ａ）によって通電しているため、そこにブラシ（６ａ）が付いているのと同じである。このように整流子片（１）には基部（１ａ）が、整流子片輪（２）にはリング（２ａ）が、整流子片止（３）には基部（３ａ）を伝わり、ブラシ（６ａ）を１０個なくしたことが、以前の特願２０２１－１１４６８８の整流子の発明の特徴である。

固定子（６ｄ）は、磁石（６ｂ）を１２箇所設置し、その１極はΦ１６ミリの厚み２ミリのネオジュウム磁石を、４個重ねた物を３個横に並べて１極とした。したがって、全部で１４４個の磁石を使用した。

そしてブラシ（６ａ）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）より大きいためショートしてしまい、大きすぎて使えないので、充電式インパクトのブラシ（６ａ）を使用した。その整流子片（１）の歯部（１ｂ）の幅は７ミリであるから、円周方向に５ミリのカーボンのブラシ（６ａ）を取り付けた。そのブラシ（６ａ）から電気を受けた集合整流子は、回転子（６ｃ）で仕事をして１１時のブラシ（６ａ）からアースに伝わる。その取り付けかたは、ブラシ（６ａ）を取り付けている前面のブラケットを回転させ、固定子（６ｄ）の磁石（６ｂ）と、回転子歯（６ｅ）の関係が、最も回転する場所がよい場所であるので、その場所に固定した。

図３は、１２極の整流子片（１）だけを取り付けた、斜視図である。軸（４）Φ１２を絶縁するためエンビの胴絶縁（５）が取り付けてある。その胴絶縁（５）を介してΦ３５の整流子片（１）が具備されてある。その整流子片（１）は、基部（１ａ）と歯部（１ｂ）からできている。その整流子片（１）を分かり易く説明すると、真鍮のパイプΦ３５の切り込みを入れて、約３分の１だけ残し、整流子片（１）の歯部（１ｂ）としているので、整流子片（１）は櫛のような形をしている。

その櫛の基部（１ａ）が、繋がってリングのようになっており、歯部（１ｂ）は全部で６箇所あり、歯部（１ｂ）がブラシ（６ａ）と接触して電気を受け取り、受け取った電気は基部（１ａ）を介してコイル（７）に伝わる。そのコイル（７）は、Ｎ極になるコイル（７）と、Ｓ極になるコイル（７）の、全部で１２の配線をする。

図４は、整流子片輪（２）を取り付けた斜視図である。整流子片（１）を取り付けたように整流子片輪（２）を取り付ける。その整流子片輪（２）のリング（２ａ）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片止（３）の歯部（３ｂ）と接触しないように跨いでおり、整流子片輪（２）のリング（２ａ）は、空間が開いていて、絶縁をしている。そして、歯部（２ｂ）には接触しないようにマイカナイトが絶縁している。

そして、リング（２ａ）にコイル（７）を取り付ける。そのコイル（７）は全部で１２本の回転子歯（６ｅ）が、Ｎ極になるものと、Ｓ極になるものがある。したがって、リング（２ａ）は基部（１ａ）より大きいため、その特徴を現すため整流子片輪（２）と名付けた。

図５は、整流子片止（３）を取り付けた斜視図である。整流子片止（３）は整流子片（１）と同じ形であり、基部（３ａ）の方向が違うだけである。したがって、コイル（７）も歯部（３ｂ）の先端に取り付けている。そして、基部（３ａ）は歯部（１ｂ）と歯部（２ｂ）が破損しないように、マイカナイトを介して固定しているので、整流子片止（３）と言う名にした。

図６は、２０極の整流子片（１）を取り付けた斜視図で、一般に大型のモーターに使用する。つまり、本発明を利用すると３０個の回転子歯（６ｅ）も作るのは簡単であり、真鍮のパイプを図のように切り目を要れ、整流子片（１）の歯部（１ｂ）を作るだけなので、エンドビルで製作する。コイル（７）は２０本のコイル（７）を基部（１ａ）で纏めて要る。

図７は、整流子片輪（２）を取り付けた斜視図である。整流子片（１）を取り付けたように整流子片輪（２）を取り付ける。その整流子片輪（２）のリング（２ａ）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片止（３）の歯部（３ｂ）と接触しないように、整流子片輪（２）のリング（２ａ）は、空間が開いている。そして、歯部（２ｂ）には接触しないようにマイカナイトが絶縁している。

そして、リング（２ａ）にコイル（７）を取り付ける。そのコイル（７）は全部で２０本の回転子歯（６ｅ）が、Ｎ極になるものと、Ｓ極になるものがある。したがって、リング（２ａ）は基部（１ａ）より大きいため、その特徴を現すため整流子片輪（２）と名付けた。

図８は、整流子片止（３）を取り付けた斜視図である。整流子片止（３）は整流子片（１）と同じ形であり、基部（３ａ）の方向が違うだけである。したがって、コイル（７）も歯部（３ｂ）の先端に取り付けている。そして、基部（３ａ）は歯部（１ｂ）と歯部（２ｂ）が破損しないように、マイカナイトを介して固定しているので、整流子片止（３）と言う名にした。

この発明の実施例について、シルバー電動車で説明する。
従来の、電動車のモーター４００ｗを改造して、直流２極のモーターを１２極のモーターにするもので、従来の回転子は１６個の回転子歯があるものを、１８個に改造するほうが簡単なので、１８の回転子歯（６ｅ）を持つ１２極のモーターとした。

そして、この１２極の直流モーター（６）が、従来の２極のモーターと比べ４倍消費電力が少ない理由を説明する。出願人は、以前同期モーターのファンで、４極と８極の性能を調べた結果、４極が３２０ワットであるのに対し８極では１２０ワットで、約半分の消費電力で、同じ回転をした。そこで４極の場合に、回転子（６ｃ）の直径が５６ミリで、磁束が飛ぶ距離が４５度の約２０ミリであるのに対し、本発明の１２極のモーターは約７ミリであるため、磁束が飛ぶのに２乗のロスが加わるため、８倍のエネルギーの無駄が加わり、結果２分の１の消費電力でよい。

従来の２極のモーターも同じで、磁束が飛ぶ距離が９０度の約４０ミリであるのに対し、本発明の１２極のモーターは約７ミリであるため、磁束が飛ぶのに２乗のロスが加わるため、３２倍のエネルギーの無駄が加わり、結果４分の１の消費電力でよい。したがって、バッテリーも４分の１でよく、電動車の車体重量も軽くなり、現在のバッテリーでは走行距離４０キロメートルに対し、本発明では４倍の１６０キロメートルの走行距離になる。

話半分としても、倍の走行距離は有意義であり、２極よりも４極の方がよいことは常識であり、４極よりも８極のほうが効率がよいのも常識である。その８極以上のモーターの集合整流子片は、簡単に作れるのが特徴である。

電気自動車は、１２極のモーターを使用することで、４倍以上の消費電力の節約になり、特願２０２１－０２２１８７の電気自動車の電気理論を採用すると、さらに走行距離が伸びる。つまり、従来の電気自動車は、最高出力を長時間出してもモーターは焼け付かないほどの大きなモーターを使用していた。そして電気理論は、最高回転をしてもモーターのコイルが焼ける前であれば、コイルが冷えるのを待って、また運転をすればよいという考えである。

つまり、無理をしたら大人しく走り、モーターを労わり温度が下がるのを待つ。実際に走行しているときを鑑みれば、何時も全力で走ることはなく、その一瞬のために高出力のモーターを置いておくのは不経済である。

その他、電動工具、玩具などを４極以上にすると、消費電力を節約できる。ドローンなどに使用すると、消費電力が少ないのでバッテリーを小さくすることができる。また、極数が多いため低速回転が得意で、グラインダーなどは回転を落とす必要がない。

符号と用語の詳細な説明
整流子片（１）は、ブラシ（６ａ）との接触で電気を受けるところであり、材質は真鍮に０．３％の銀が混ざっていて、機械的強度も上るうえ、焼鈍温度が純銅（約２００度）に比べて高く（３００度）はんだあげ作業や、ブラシ（６ａ）との接触で加熱されても軟化し難い物があるが、本発明は電機を節約するので、そのような心配はない。
基部（１ａ）は、整流子片（１）全体が櫛を丸めたような形をしているので、櫛の歯の根元で、基部（１ａ）と名付けた。つまり、歯部（１ｂ）を纏めているとこるが基部（１ａ）である。
歯部（１ｂ）は、ブラシ（６ａ）と接触する場所で、櫛の歯に形が近いので歯部（１ｂ）と名付けた。

整流子片輪（２）は、整流子片（１）の端に設置する部品で、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片止（３）の歯部（３ｂ）を接触しないように跨ぐリング（２ａ）が具備されているので、整流子片輪（２）と名付けた。
リング（２ａ）は、整流子片輪（２）だけが整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片止（３）の歯部（３ｂ）とを、接触しないように跨いでいるので、基部と言うよりリング（２ａ）とした方が良いと思い、リング（２ａ）と名付けた。また整流子片輪（２）の方向を逆にして、リング（２ａ）が左側に付いても差し支えない。
歯部（２ｂ）は、ブラシ（６ａ）と接触する場所で、櫛の歯に形が似ているので歯部（２ｂ）と名付けた。

整流子片止（３）は、整流子片（１）と同じ部品で、その取り付けが基部（３ａ）と歯部（３ｂ）を引っ繰り返して取り付けてある。その整流子片止（３）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片輪（２）の歯部（２ｂ）の先端が熱によって捲くれ上る可能性があるので、それを整流子片止（３）の基部（３ａ）の部分で押さえるため整流子片止（３）と名付けた。
基部（３ａ）は、整流子片止（３）全体が櫛を丸めたような形をしているので、櫛の歯の根元で、基部（３ａ）と名付けた。そして基部（３ａ）は、整流子片（１）の歯部（１ｂ）と、整流子片輪（２）の歯部（２ｂ）を、マイカナイトを介して固定する役目もある。
歯部（３ｂ）は、ブラシ（６ａ）と接触する場所で、櫛の歯に近いので歯部（１ｂ）と名付けた。

軸（４）は、回転子（６ｃ）の部品であり、軸（４）を中心に、左から集合整流子、回転子（６ｃ）の回転子歯（６ｅ）が具備されている。
胴絶縁（５）は、軸（４）と整流子を絶縁するもので、本発明はエンビのパイプを使用している。
直流モーター（６）は、本発明の一例として書いたもので、整流子を使用している交流電気子モーターにも使用できる。
ブラシ（６ａ）は、１２極の場合にはブラシ（６ａ）とブラシ（６ａ）の間隔は３０度あけて取り付け、２０極の場合には１８度で、整流子片（１）より小さなブラシ（６ａ）を取り付ける。それは、もし大きいとブラシ（６ａ）が、整流子でショートして、コイル（７）を通らず、そのまま電気が流れてしまうから、結果として大電流が流れ、ヒューズが切れるからである。

磁石（６ｂ）は、ネオジュウム磁石が市販され出したので採用した。コバルト磁石もよいが、従来のような物はできないので、ネオジュウム磁石を使用すると、磁石（６ｂ）が強力なのでギャップが２ミリ開いても使用できる。
回転子（６ｃ）は、モーターの回転する場所であり、回転子（６ｃ）の回転子歯（６ｅ）の直径はΦ５６で、０．５ミリのケイ素鋼を１１８枚重ねて５９ミリである。
固定子（６ｄ）は、直径Φ８５で内径はΦ７４で、厚み５．５ミリで、その外観の鉄のパイプは磁気を受取、隣の磁石（６ｂ）が磁束を回転子（６ｃ）に送る。
回転子歯（６ｅ）は、１２極の場合は１８個あり、回転子歯（６ｅ）一つだけをコイル（７）で巻いており、３個の回転子歯（６ｅ）で１つが完成し、そのパターンが６個続いている。その回転子（６ｃ）が強力な訳は、２極では磁束が遠いが、１２極では近いのでエネルギーの無駄が無い。

コイル（７）は、回転子（６ｃ）のコイル（７）に繋がっており、８極ではＮ極になるコイル（７）が４本と、Ｓ極になるコイル（７）が４本とで、合わせて８本の配線をコイル（７）がしている。１２極では、１２本のコイル（７）の配線が、２０極では２０本のコイル（７）の配線が行われる。
マイカナイトは絶縁するためのものであり、従来は熱の関係でマイカナイトを使用していたが、本発明では消費電気も少ないのでプラスチック板を使用している。

特願２０２１－１１０４３７の可動式ブラシは、交流整流子電動機の低速を得意とするモーターである。したがって交流整流子電動機や直流モーターを、可動式ブラシにして出力をコントロールする。また、止まった後、さらにブラシを移動させると逆回転もできる。
そのモーターを、１２極のモーターにすることは簡単である。

１ 整流子片 １ａ 基部 １ｂ 歯部
２ 整流子片輪 ２ａ リング ２ｂ 歯部
３ 整流子片止 ３ａ 基部 ３ｂ 歯部
４ 軸 ５ 胴絶縁
６ 直流モーター ６ａ ブラシ ６ｂ 磁石 ６ｃ 回転子
６ｄ 固定子 ６ｅ 回転子歯
７ コイル

Claims (1)

1. ４極以上の整流子は、整流子片（１）と整流子片輪（２）と整流子片止（３）とで構成されており、
   前記整流子片（１）及び前記整流子片止（３）は、それぞれ、基部と、基部から軸方向にのびる歯部を有し、前記整流子片輪（２）は、リングと、リングから軸方向にのびる歯部を有し、
   前記整流子片（１）は、軸（４）に胴絶縁（５）を介して取り付けてあり、
   前記整流子片輪（２）は、マイカナイトを該整流子片（１）の歯部の周方向側面に挟み取り付け、
   前記整流子片止（３）は、整流子片輪の基部とは反対側から差し込み、その歯部の周方向側面にはマイカナイトを介在していることを特徴とする集合整流子片。

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