JPH0442901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はユニバーサルモータに関し、特にユニ
バーサルモータの整流改善装置に関するものであ
る。この種モータは、家庭用電気品、例えば電気
掃除機、ジユーサ・ミキサ、あるいは電動工具等
の駆動源として使用される。

〔発明の背景〕

ユニバーサルモータは直流直巻電動機とその電
気回路を等しくするものであるが、ユニバーサル
モータは交流運転されることから界磁コイルのイ
ンダクタンスによる電圧降下が大きくならないよ
うに弱磁界構成になつている。すなわち、ユニバ
ーサルモータは前記直流直巻電動機に比し、界磁
コイルの巻数を少なくし、電機子の導体数あるい
はコイル巻数を大きく設計している。

しかも、本発明が適用される家庭用電気品用の
ユニバーサルモータにおいては、補極を設けず、
ブラシの位置を電機子の回転方向と逆方向にずら
し、補極作用を補つているのみであるので、補極
作用が不完全であり、整流に伴うリアクタンス電
圧は前記直流直巻電動機に比し著しく高い値にな
る。我々発明者の実験によれば、前記リアクタン
ス電圧は、整流期間の終端において、通常数十ボ
ルトのパルス状電圧であることが確認された。こ
のパルス状電圧の前記値はこの種ユニバーサルモ
ータで用いられている高抵抗ブラシにより無火花
整流を維持する限度値をはるかに越えているもの
である。

次に、従来のユニバーサルモータの構成を第１
図および第２図に基づいて説明する。これらの図
面に示されるものは、補償巻線および補極を持た
ない二極単相交流直巻整流子電動機の例である。
図面において、１は交流電源、２は一対の固定子
磁極で固定子磁極２間の磁路を形成するヨークと
共に、プレスにて打抜かれた積層硅素鋼板で形成
されている。３および４はこの固定子磁極２に巻
装された界磁コイルで前記交流電源１に接続され
ている。５は図示しないブラケツトや軸受によつ
て回転自在に支承された電機子である。６および
７は電機子５に備えられている整流子（図示せ
ず）に駆動接触する一対のブラシで、運転中の電
機子反作用を考慮して電機子の反回転方向に僅か
だけずらして設けられている。又、ブラシ６，７
の回転方向幅は整流子片ピツチの約２倍であり、
一個のブラシに二個の整流子片が同時に接触する
ようになされている。これにより、二つの電機子
単位コイルが同時に整流状態になるものである。
８，９は電機子コイルで特に前記ブラシ６により
整流状態にある電機子単位コイルをそれぞれ示
す。同じく１０，１１は前記ブラシ７により整流
状態にある電機子単位コイルをそれぞれ示すもの
である。１２は前記界磁コイル３，４および前記
整流状態にある電機子単位コイル８，９，１０，
１１の電流によつて生じる磁束、１３は整流中電
機子単位コイル８，９によつて磁極片付近に生ず
る漏れ磁束、１４は同じく整流中電機子単位コイ
ル１０，１１によつて磁極片付近に生ずる漏れ磁
束である。

第２図は第１図に示した整流状態時の電機子回
路を示すものである。この図から明らかなように
電機子回路は、電機子単位コイル８−１５−１６
−…−N₁−１１の直列回路と、同じく電機子単
位コイル１０−１７−１８−…N₂−９の直列回
路が並列接続されて構成されている。尚、前記１
５，１６，N₁，１７，１８，N₂は整流を受けて
いない電機子単位コイルを示す。又、１９，２０
はそれぞれ電機子単位コイルから、それぞれ引出
されたコイル端末に接続する整流子片を模擬的に
示すものである。そして、このように直列接続さ
れた電機子コイルは固定子内に生じる磁束を介し
て、相互インダクタンスを構成する。

さて、この種ユニバーサルモータで整流に伴う
電機子コイルに流れる電流は、ブラシ６から電機
子単位コイル８（整流子片１９）が離れるとき、
およびブラシ７から電機子単位コイル１０（整流
子片２０）が離れるとき、すなわち整流期間の終
端において急激に変化する。このとき一つのブラ
シに接している整流子片が偶数のためにブラシ
６，７において同じ現象が同時に発生する。又、
前記のように両者が相互インダクタンス結合にな
つているので、各巻線に急激に変化する電流によ
るリアクタンス電圧は増幅され、ブラシ６と７間
にパルス状の電機子端子電圧が生じる。この値は
時として100ボルトを越すこともある。この現象
は電機子単位コイル１０についても同様である。

整流性能はブラシ間電圧が高い程悪化する。従
来のように100ボルトを越す高電圧がブラシ間に
現われると、整流性能の低下はもとより、火花が
激しく発生する。

整流時に火花が発生すると、家庭で用いられる
他の電気器機に電波障害や雑音障害を起たすもの
であり、モータ自身ではブラシの早期摩滅という
問題を有している。前者の問題の解決策としては
一般に雑音吸収用のフイルタ回路が用いられる
が、その効果は満足なものではなく、又、満足な
ものを得るためには大容量のコンデンサを使わな
ければならず、小形化や低廉化を志向する家庭用
電気品に用いられるモータとしては不向きなもの
となつてしまう。

我々発明者は、電機子内において、急激にその
値が変化するパルス状電圧を抑制できれば整流性
能を改善することができることに着目し、種々検
討した結果、前記コイルと重畳し、かつ前記急激
変化電流を抑制する抑制コイルおよびコンデンサ
を具備させることを発明したものである。

〔発明の目的〕

本発明は前記諸点に着目してなされたもので、
本発明の目的は整流時のパルス状電圧を減少する
ことにより火花の発生および電波障害を減少し、
更にブラシの寿命を大幅に延長するユニバーサル
モータを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、それぞれの固定子磁極に巻装した界
磁コイルと重畳するようにそれぞれ抑制コイルを
巻装し、これらの抑制コイルとコンデンサの閉回
路を形成し、この閉回路の直列共振周波数を電機
子コイルに流れる電流の高調波成分の周波数にほ
ぼ一致せしめ、レンツの法則により電機子巻線電
流の高調波成分を選択的に抑制することにより、
整流の改善を計るように構成したものである。

〔発明の実施例〕

本発明の構成の一例を第３図に示す。図面にお
いて、２１および２２は固定子磁極２にそれぞれ
巻装された界磁コイル３および４とそれぞれ重畳
するように巻装した抑制コイルである。２３はコ
ンデンサで前記抑制コイル２１，２２と直列閉回
路を構成するように接続されている。従来のもの
と相違するのは、抑制コイル２１，２２およびコ
ンデンサ２３を設けたことである。

この構成において、界磁コイル３，４の導体線
径が0.65（mm）、磁極毎の巻回数が70である。これ
に対して抑制コイル２１，２２とコンデンサ２３
の閉回路の発振周波数は電機子コイルに流れるパ
ルス状電流の高調波成分に合わせるようにその仕
様が決定される。前記仕様の界磁コイルに対し
て、本発明による抑制コイル２１，２２の導体線
径は0.2（mm）、巻回数は30とされ、又、コンデン
サ２３の静電容量は１（μF）とされる。

前記仕様の抑制コイル、コンデンサを具備した
モータを実際に運転した結果、リアクタンス電圧
が従来に比し約半分に低下し、他の器機に対する
雑音障害も顕著に低下するのが確認された。

しかも入力や力率に対する影響はみられず、抑
制コイルとコンデンサの直列共振回路がパルス状
電流を吸収することに専ら機能していることが併
せ確認されたものである。

第４図Ａおよび第４図Ｂはそれぞれ電機子電圧
波形を示す図であり、第４図Ａは従来のもの、第
４図Ｂは本発明のものを示すものである。これら
の図面から本発明のパルス状波形のピーク値が従
来に比し大幅に減少していることが理解される。

第５図Ａおよび第５図Ｂは前記第４図Ａおよび
第４図Ｂの積分波形である。この積分波形は整流
中における電機子コイル電流のリアクタンス電圧
に対する影響度、つまりエネルギー量を示すもの
である。

前述の第４図Ａ，Ｂ、第５図Ａ，Ｂから明らか
なように、本発明においては電機子端子電圧に含
まれるパルス状電圧のピーク値、およびそのエネ
ルギー量のいずれも大幅に減少するので、大幅な
整流の改善を計ることができる。

前記した特性を得るため、抑制コイルやコンデ
ンサで消費される電力は僅かである。故に、抑制
コイルとして界磁コイルに比して著しく細い線径
の導体を使用することができ、界磁コイルに抑制
コイルを重畳してもスペース的には特に問題がな
く、冷却効果を阻害することもない。また、コン
デンサの静電容量も１（μF）程度で小さく、端子
電圧も約20（Ｖ）にすぎない。又、抑制コイルと
コンデンサを含む抑制回路は接地する必要は全く
ないので、製作性の点でも問題ない。

前記コンデンサや抑制コイルの仕様は適用され
るモータの仕様に合わせ、その共振周波数を選ぶ
ようにする。

尚、本発明は従来の補極やフイルタ回路の併用
を阻害するものではなく、価格や特別の仕様にお
いては併用されることもある。

〔発明の効果〕

本発明は、抑制コイルを界磁コイルと重畳する
ように巻装し、コンデンサを前記抑制コイルと閉
回路を形成するように構成したので、整流時のパ
ルス状電圧を減少することにより火花の発生およ
び電波障害を減少し、更に、ブラシの寿命を大幅
に延長したユニバーサルモータを提供することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のユニバーサルモータを示す図、
第２図は同じく従来のユニバーサルモータの電機
子巻線回路を示す図、第３図は本発明の一実施例
を示すユニバーサルモータを示す図、第４図Ａお
よび第４図Ｂはそれぞれ従来と本発明の電機子端
子電圧波形図、第５図Ａおよび第５図Ｂは前記第
４図Ａ，Ｂに示す電機子端子電圧波形の積分波形
を示すものである。 ２…固定子磁極、３，４…界磁コイル、５…電
機子、２１，２２…抑制コイル、２３…コンデン
サ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子磁極と、この固定子磁極に巻装された
   界磁コイルと、固定子磁極間に回転自在に配置さ
   れた電機子と、この電機子に巻装された電機子コ
   イルと、同じく電機子に設けられ、かつ前記電機
   子コイルに接続された多数の整流子片と、前記界
   磁コイルを通して前記電機子コイルに電流を流す
   ために前記整流子片に接触させたブラシとから構
   成されるものにおいて、 前記界磁コイルと重畳するように前記固定子磁
   極に抑制コイルを巻装し、この抑制コイルにコン
   デンサをこの抑制コイルと閉回路を形成するよう
   に接続し、これらの抑制コイルとコンデンサ閉回
   路の共振周波数を整流時に電機子端子電圧として
   現われるパルス状電圧を抑制する周波数に設定し
   たことを特徴とするユニバーサルモータ。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、抑制コイルとコンデンサの共振周波数を前記
   パルス状電圧の高調波成分に相当するものとした
   ことを特徴とするユニバーサルモータ。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、抑制コイルを界磁コイルに比較し、導体の線
   径を小とすると共に、巻回数を少なくしたもので
   あることを特徴とするユニバーサルモータ。