JPH11113230A

JPH11113230A - ２極同期モータ

Info

Publication number: JPH11113230A
Application number: JP26868697A
Authority: JP
Inventors: Fumito Komatsu; 文人小松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ステータコアに装着されるボビンの無駄な装
着空間を無くして、出力効率の更なる向上を実現した２
極同期モータを提供する。【解決手段】アウタロータ方式の２極同期モータで、
単相交流電源を整流して直流モータとして立ち上げた
後、同期運転するモータの永久磁石ロータ１７を、一端
側に出力軸１５が連繋された筒状のロータヨーク１７ａ
の内壁にマグネット１７ｂを取付固定して形成し、ステ
ータ３５は、ステータコア２２にロータの回転中心と直
交方向に伸びる巻芯３４ａを装着し、当巻芯の両端にフ
ランジ３４ｂ付きボビン３４と、巻芯に巻回されたＡ，
Ｂ２つのコイルセグメントを有する電機子コイル１を備
え、出力軸１５とハウジング１２との間及びハウジング
とロータヨーク１７ａとの間に夫々ベアリング２５，２
６を設けて永久磁石ロータを回転可能に装備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２極同期モータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばＯＡ機器には、冷却用のＤ
Ｃ或いはＡＣファンモータが装備されており、特に高回
転数を要する機器には２極のＡＣファンモータが装備さ
れている。このＡＣファンモータには、一般に誘導モー
タが使用されており、固定子巻線で作った回転磁界の中
を導体軸の両端を短絡させた回転子がスリップしながら
回転する。しかしながら、誘導モータは、小型で効率が
良いモータを提供することが難しいし、ロータとして使
用される導電材料がアルミか銅に限定されるという製造
上の制約もあった。

【０００３】そこで、発明者は既に、ダイオードとコミ
ュテータとブラシの組み合わせにより交流を整流して直
流モータとして起動して永久磁石ロータの回転を同期回
転付近まで立ち上げ、その時点でコミュテータをダイオ
ードとブラシによる整流回路から脱除して電源交流によ
る同期運転に切り換える２極同期モータを提案した（特
願平９−１２０８２０号）。上記２極同期モータは、回
転数が３０００ｒｐｍ又は３６００ｒｐｍ程度を有する
小型でしかも効率が良く汎用性も高いので、例えばＡＣ
ファンモータ等には好適に用いられる。

【０００４】アウターロータ方式の２極同期モータの構
成を図６及び図７を参照して説明する。上記２極同期モ
ータの外装は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ハウ
ジング５１とその上下を覆う上ハウジング５２及び下ハ
ウジング５３を装備している。次に、上記ハウジング５
１内に収容される回転子（ロータ）の構成について説明
する。図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、モータ
の出力軸５４は、上下ハウジング５２，５３にそれぞれ
設けられたボールベアリングを内蔵した軸受部５２ａ，
５３ａによって回動可能に支持されている。図６（ａ）
において、モータの出力軸５４には、永久磁石ロータ５
５が一体となって回転可能に設けられている。上記永久
磁石ロータ５５は、ハウジング５１と平行に設けられた
筒状のロータヨーク５５ａの内壁にＮ・Ｓ極に着磁され
たマグネット５５ｂが一体に取付固定されている。上記
ロータヨーク５５ａはスライドケース５６にねじ止めさ
れて一体に連結されている。よって、上記永久磁石ロー
タ５５は上記スライドケース５６と共に出力軸５４を中
心に一体に回転する。上記スライドケース５６にはコミ
ュテータ５７、ウエイト５８、ブラシに摺接可能な摺動
リング５９が各々装備されている。上記摺動リング５９
は、コミュテータ５７の外周に設けられており、該コミ
ュテータ５７とスライドケース５６間に設けられたスプ
リング６０によって該コミュテータ５７が上方に付勢さ
れて上記摺動リング５９が常時ブラシに摺接できるよう
になっている。

【０００５】次に、ブラシとコミュテータの配置構成及
び上記回転子の内側に配設された固定子（ステータ）の
構成について説明する。先ず、ブラシとコミュテータの
配置構成について説明すると、図７（ｃ）において、上
記上ハウジング５２内には、上記摺動リング５９に摺接
して交互に給電する給電ブラシ６１ａ，６１ｂ及び給電
ブラシ６２ａ，６２ｂをそれぞれ対向配置し、上記コミ
ュテータ５４とコイルセグメントＡ，Ｂとをそれぞれ図
示しないダイオードを介して導通させるＡ側受電ブラシ
６３、Ｂ側受電ブラシ６５とＡ側受電ブラシ６４ａ、６
４ｂとを対向配置している。また、６８はＡ側スイッ
チ、６９はＢ側スイッチであり、起動運転時と同期運転
時とでスイッチ端子を切り換える。上記Ａ側受電ブラシ
６３、６４ａ、６４ｂに摺動リング５６が摺接する時間
を長くすることにより、コイルセグメントＡ側に流れる
整流電流が大きくなり、該コイルセグメントＡ側に収斂
し易くなる。

【０００６】また、ステータの構成について説明する
と、図６（ａ）において、上記ハウジング５１内にはス
テータ７１が収容されている。ステータコア６６は、永
久磁石ロータ５５のマグネット５５ｂに対向するよう設
けられており、該ステータコア６６の中心部には出力軸
５４が挿通している（図７（ｂ）参照）。上記ステータ
コア６６には、巻芯７０ａを有するホビン７０が出力軸
５４の両側に２か所に分割されて装着されている。上記
巻芯７０ａにはコイルセグメントＡ，Ｂよりなる電機子
コイル６７がそれぞれ巻回されている。上記ステータコ
ア６６は、下ハウジング５３にボルト止めされて固定さ
れている。上記ステータコア６６の中心部には巻芯部が
設けられないため、コイルセグメントＡ，Ｂを連続して
巻くことができず、出力軸５４の両側に２分割して装着
されたボビン７０の巻芯７０ａにそれぞれ巻回されてい
る。

【０００７】図示しない単相交流電源から供給される交
流電流を、整流回路に接続して上記ダイオードにより半
波整流しながらコイルセグメントＡ，Ｂに供給し、同期
引き込み時に整流電流がコイルセグメントＡに収斂する
ように上記永久磁石ロータ５５の回転を直流モータとし
て同期回転付近まで立ち上げる。そして、上記整流回路
との通電を遮断すべくスイッチを切り換えて、上記永久
磁石ロータ５５が所要回転数付近まで回転するに至った
際のスライドケース５６に装備したウェイト５８の遠心
力を利用してコミュテータ５７が軸方向に電機子コイル
６７側に引き込まれて、上記コイルセグメントＡ，Ｂに
よる交流モータとして同期回転に移行するように構成さ
れている（特願平９−１２０８２０号参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７
（ｂ）に示すように、ステータコア６６の中心部を出力
軸５４が挿通しているため、電機子コイル６７を構成す
るコイルセグメントＡ，Ｂは、上記ステータコア６６の
中心部に巻芯部を設けて巻き付けることができず、この
部分が無駄な空間として存在する。このため、電機子コ
イル６７の巻数に限界があり、モータの出力効率向上を
図る上で妨げとなっている。また、上記出力軸５４の端
部を受ける軸受部５３ａのベアリングが鋼球等の磁性体
であることから、ステータコア６６を通過する磁束が漏
れるおそれもあり、この磁界の乱れが出力効率の向上の
妨げとなる場合もあった。

【０００９】本発明は上記従来技術の課題を解決すべく
なされたものであり、その目的とするところは、ステー
タコアに装着されるボビンの無駄な装着空間を無くし
て、出力効率の更なる向上を実現した２極同期モータを
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するため次の構成を有する。すなわち、ハウジング内に
出力軸を中心に回転可能に設けられた２極の永久磁石ロ
ータと、前記永久磁石ロータに囲まれた空間部に設けら
れた電機子コイルを有するステータと、交流電源より前
記電機子コイルに流れる交流電流を整流し、前記永久磁
石ロータの回転を付勢するように前記電機子コイルに流
れる電流の方向を交互に切り替えるための整流回路とを
備え、前記交流電源により前記整流回路を介して前記永
久磁石ロータを直流モータとして起動運転し、前記永久
磁石ロータの回転速度が同期運転の回転速度付近に達し
たときに、前記整流回路との接続を切り離して前記電機
子コイルによる同期運転に切り替えて駆動する２極同期
モータにおいて、前記永久磁石ロータは、一端側に前記
出力軸が連繋された筒状のロータヨークと、該ロータヨ
ークの内壁に取付固定されたマグネットを備え、前記ス
テータは、ステータコアと、該ステータコアに装着さ
れ、前記永久磁石ロータの回転中心と直交する方向に伸
びる巻芯及び該巻芯の両端にフランジを有するボビン
と、前記ボビンの巻芯に巻回されたＡ，Ｂ２つのコイル
セグメントを有する前記電機子コイルとを備え、前記出
力軸と前記ハウジングとの間及び前記ハウジングと前記
ロータヨークとの間にそれぞれベアリングを設けて前記
永久磁石ロータを回転可能に装備したことを特徴とす
る。

【００１１】また、前記永久磁石ロータとハウジングと
の間に設けられた前記ベアリングは、非磁性材料よりな
るベアリングであるのが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、発明の好適な実施の形態を
添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、２極同期モ
ータを直流モータとして起動させ、同期回転数付近で交
流同期モータに切り換えて回転駆動する原理を図１及び
図２を参照して説明する。図１は２極同期モータの回路
構成、図２は同期運転時の回路構成を示す。１は電機子
コイルで、２つのコイルセグメントＡ、Ｂから成ってい
る。このコイルセグメントＡ、Ｂは、モータの回転方向
に合わせて所定の巻き方向に所定の巻数でそれぞれ形成
されており、後述する永久磁石ロータは上記コイルセグ
メントＡ，Ｂに通電して形成される磁極の反発により起
動回転する。

【００１３】２ａ，２ｂ及び３ａ，３ｂはそれぞれ２分
割された給電ブラシであり、導電性を有するカーボンブ
ラシが好適に用いられる。この給電ブラシ２ａ，２ｂ及
び給電ブラシ３ａ，３ｂは、後述する２極の永久磁石ロ
ータと同軸に設けられたコミュテータ４の外周に設けら
れた摺動リング４ａに摺接して交互に給電を行うため、
１８０°位相が異なる位置に対向配置されている。上記
給電ブラシ２ａ，２ｂ及び給電ブラシ３ａ，３ｂを２分
割したのは、摺動リング４ａに対して径方向に安定した
接触状態を保つこと、及び該摺動リング４ａがいずれの
回転位置にあってもいずれか一方側の給電ブラシが給電
可能にするためである。尚、上記給電ブラシは必ずしも
分割する必要はなく、摺動リング４ａの円弧幅に応じて
所定幅を有するものであれば、１個でも良い。尚、本実
施例では給電ブラシ２ａ，２ｂ間及び給電ブラシ３ａ，
３ｂ間の開き角度（中心角度）をほぼ３０°に設定し
た。上記コミュテータ４は後述する永久磁石ロータと同
軸に取り付けられており、同期引き込み時に軸方向に移
動可能になっている。上記コミュテータ４の外周には前
記各ブラシに摺接可能な中心角が１８０°より小さい
（本実施例では中心角が１５０°）円弧状の導電性摺動
リング４ａを有している。

【００１４】５及び６ａ，６ｂはコイルセグメントＡ側
に整流電流を供給するためのＡ側受電ブラシであり、導
電性を有するカーボンブラシが好適に用いられる。上記
Ａ側受電ブラシ５及びＡ側受電ブラシ６ａ，６ｂは、い
ずれか一方が上記コミュテータ４の外周に常時摺接して
交互に受電が行われるため、１８０°位相が異なる位置
に対向配置されている。上記Ａ側受電ブラシ６ａ，６ｂ
を２分割したのは、給電ブラシと同様に摺動リング４ａ
に対して径方向に安定した接触状態を保つこと、及び該
摺動リング４ａがいずれの回転位置にあっても、いずれ
か一方側の受電ブラシが受電可能にするためである。
尚、本実施例ではＡ側受電ブラシ６ａ，６ｂ間の開き角
度（中心角度）をほぼ３０°に設定した。７はコイルセ
グメントＢ側に整流電流を供給するためのＢ側受電ブラ
シであり、導電性を有するカーボンブラシが好適に用い
られる。このＢ側受電ブラシ７は、前記Ａ側受電ブラシ
５の近傍に、分割された前記Ａ側受電ブラシ６ａ，６ｂ
のうち、Ａ側受電ブラシ６ａと対向するように配置され
ている。８ａ，８ｂ，８ｃはダイオードで、単相交流電
源９からの交流電流を半波整流してコイルセグメント
Ａ、Ｂにそれぞれ供給する。

【００１５】１０ａ、１０ｂはＡ側，Ｂ側スイッチであ
り、Ａ側スイッチ１０ａのスイッチ端子ＳＡ₁，ＳＡ₂
及びＢ側スイッチ１０ｂのスイッチ端子ＳＢ₁，ＳＢ₂
を同時に切り換えることにより、Ａ側受電ブラシ５，６
ａ，６ｂ、Ｂ側受電ブラシ７及びダイオード８ａ，８
ｂ，８ｃを有する整流回路と、コイルセグメントＡ，Ｂ
を有する固定電機子回路との導通を切り換える。理想的
には、モータが同期運転に移行する際に、Ａ側スイッチ
１０ａをスイッチ端子ＳＡ₁からスイッチ端子ＳＡ₂に
切り換え、Ｂ側スイッチ１０ｂをスイッチ端子ＳＢ₁か
らスイッチ端子ＳＢ₂に切り換え、ウエイトの遠心力に
よりコミュテータ４が軸方向に固定電機子側に引き込ま
れ、ブラシとの接触から脱除される順に動作させること
が、回路のショートを防止するために好ましい。そし
て、図２に示すように、単相交流電源９を固定電機子回
路のコイルセグメントＡ，Ｂの両端に接続して永久磁石
ロータを同期運転に移行する。

【００１６】Ｒ₁，Ｃ₁及びＲ₂，Ｃ₂は、上記コイル
セグメントＡ，Ｂに各々並列に接続された抵抗及びコン
デンサであり、電機子電流と電圧の位相差を一致させて
出力損失を補うと共に、高圧のサージ電流を吸収するも
のである。また、Ｚ₁は上記コイルセグメントＡに並列
に接続された双方向サージ吸収素子であり、上記コイル
セグメントＡに流れる過大電流（サージ電流）を吸収す
る。また、Ｚ₂はＡ側受電ブラシ５とＢ側受電ブラシ７
との間に設けられた一方向サージ吸収素子であり、コイ
ルセグメントＡのみに電流が流れた際に、コイルセグメ
ントＢ側に生ずる誘導起電力により上記Ａ側受電ブラシ
５とＢ側受電ブラシ７間に生ずるスパークの発生を防止
するものである。尚、上記一方向サージ吸収素子Ｚ₂の
代わりに双方向サージ吸収素子Ｚ₁を用いても良い。

【００１７】次に、上述した回路を内蔵する２極同期モ
ータの具体的な構成について図３及び図４を参照して説
明する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ同期運転時
の２極同期モータの正断面説明図、上ハウジングを取り
外した状態の上視図、下視図、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）
はそれぞれ同期運転時の上記２極同期モータよりステー
タコイルを取り外した状態を示す正断面説明図、ステー
タコイルの上視説明図、上ハウジング内に装備したブラ
シの配置を示す説明図である。

【００１８】２極同期モータの外装は、図３（ａ）〜
（ｃ）に示すように、回転子及び固定子を収容するハウ
ジング１２とその上下を覆う上ハウジング１３及び下ハ
ウジング１４により形成されている。先ず、回転子の構
成について説明する。図３（ａ）において、モータの出
力軸１５にはスライドケース１６が一体となって回転可
能に設けられている。また、上記スライドケース１６に
は、永久磁石ロータ１７が一体に取り付けられており、
これらは上記出力軸１５を中心に一体となって回転す
る。具体的には、上記スライドケース１６にはコミュテ
ータ４、ウエイト１８、前述した各ブラシに摺接可能な
摺動リング４ａが装備されている。上記摺動リング４ａ
は、上記コミュテータ４の外周に設けられており（図３
（ｂ）参照）、該コミュテータ４とスライドケース１６
間に設けられたスプリング１９によって該コミュテータ
４が上方に付勢されて上記摺動リング４ａは常時各ブラ
シに摺接できるようになっている。

【００１９】図４（ａ）に示すように、上記ウエイト１
８には、アーム部１８ａが形成されており、該アーム部
１８ａがコミュテータ４に形成された被押圧部４ｂを押
圧可能になっている。上記ウエイト１８は、モータの回
転数の上昇に伴って遠心力により上記スライドケース１
６にボルト２０によって固定されたウエイトガイド２１
に沿って回動する。即ち、上記ウエイト１８は、遠心力
により上記ウエイトガイド２１の内壁側コーナ部Ｐを中
心に二点鎖線に示す位置から実線位置まで回動して、上
記アーム部１８ａが被押圧部４ｂを押圧して上記コミュ
テータ４をスプリング１９の付勢力に抗して押し下げて
同期回転に移行する。

【００２０】また、上記永久磁石ロータ１７は、上記ス
ライドケース１６に筒状のロータヨーク１７ａがねじ止
めされてハウジング１２と平行に一体に固定されてい
る。上記ロータヨーク１７ａの内壁面にはＮ・Ｓ極にそ
れぞれ着磁されたマグネット１７ｂが固定支持されてい
る。

【００２１】次に固定子の構成について説明する。図３
（ａ）において、上記永久磁石ロータ１７の内側には、
ステータ３５が収容されている。ステータコア２２は、
上記永久磁石ロータ１７のマグネット１７ｂに対向する
よう下ハウジング１４にボルト止めされて固定されてい
る。上記ステータコア２２には、上記永久磁石ロータ１
７の回転中心と直交する方向に伸びる巻芯３４ａ及び該
巻芯３４ａの両端にフランジ３４ｂを有するボビン３４
が装着されている（図４（ｂ）参照）。上記ボビン３４
に巻回されるコイルセグメントＡ，Ｂは、上記巻芯３４
ａに分割されることなく連続して巻回されている。ま
た、上記スライドケース１６及び永久磁石ロータ１７の
回転中心に嵌め込まれた出力軸１５の一端は、上記ステ
ータコア２２を挿通することなく該スライドケース１６
の底部位置まで設けられている。即ち、ステータコア２
２に、ボビン３４の出力軸１５に相当する無駄な装着空
間は形成されないので、上記コイルセグメントＡ，Ｂ
は、上記ボビン３４のフランジ３４ｂ間の巻芯３４ａに
連続して巻回されている。よって、従来ステータコア２
２を挿通する出力軸１５に相当する無駄な空間部分にボ
ビン３４を装着できるので、巻芯エリアを拡大して、従
来の２極同期モータに比べて電機子コイル１の巻数を増
やして、モータの出力効率の更なる向上に寄与できる。
これによって、特に下水道用浄化槽に用いるファンモー
タ等、２４時間連続駆動するものにおいては、消費電力
の節約によりランニングコストを大幅に低減できる。

【００２２】また、図４（ｃ）に示すように、上記上ハ
ウジング１３内には、上記摺動リング４ａに摺接して交
互に給電する給電ブラシ２ａ，２ｂと給電ブラシ３ａ，
３ｂが対向配置されている。また、Ａ側受電ブラシ５、
Ｂ側受電ブラシ７とＡ側受電ブラシ６ａ，６ｂが対向配
置されている。上記各ブラシは、板バネ２３ａ〜２３ｆ
によって径方向中心に向かって付勢されている。また、
Ａ側スイッチ１０ａ及びＢ側スイッチ１０ｂはそれぞれ
板バネにより形成されている。上記Ａ側スイッチ１０ａ
は常時スイッチ端子ＳＡ₁に接続するよう付勢されてお
りスイッチ端子ＳＡ₂へ切換え可能になっている。上記
Ｂ側スイッチ１０ｂは常時スイッチ端子ＳＢ₁に接する
よう付勢されており、スイッチ端子ＳＢ₂へ切換え可能
になっている。上記給電ブラシ２ａ，２ｂを支持する板
バネ２３ａ及びＡ側スイッチ１０ａ、給電ブラシ３ａ，
３ｂを支持する板バネ２３ｂ及びＢ側スイッチ１０ｂ
は、非導電性支持部材２４ａ，２４ｂに径方向の移動範
囲を規制されている。

【００２３】上記Ａ側受電ブラシに摺動リング４ａが摺
接する時間を長くすることにより、コイルセグメントＡ
側に流れる整流電流が大きくなり、該コイルセグメント
Ａ側に収斂し易くなる。

【００２４】また、図３（ａ）に示すように、永久磁石
ロータ１７のロータヨーク１７ａと下ハウジング１４の
側壁との間には非磁性のベアリング２５が設けられてい
る。また、出力軸１５の上端側は、上ハウジング１３に
設けられたベアリング２６により回動可能に軸支されて
いる。上記永久磁石ロータ１７は、上記出力軸１５をベ
アリング２６に、ロータヨーク１７ａをベアリング２５
によってそれぞれ支持されており、上記出力軸１５の回
転に伴って上記永久磁石ロータ１７がベアリング２５，
２６を介して回転する。上記電機子コイル１近傍に配さ
れるベアリング２５を非磁性の材料、例えばステンレス
を用いることにより、ステータコア２２に形成される磁
界が乱れることなく、モータの出力効率向上に寄与でき
る。尚、ベアリング２６は、通常使用される鋼球等であ
ってもよい。

【００２５】上記２極同期モータの駆動動作について説
明すると、図１に示す単相交流電源９から供給される交
流電流を、整流回路に接続して上記ダイオード８ａ〜８
ｃにより半波整流しながらコイルセグメントＡ，Ｂに供
給し、同期引き込み時に整流電流がコイルセグメントＡ
に収斂するように上記永久磁石ロータ１７の回転を直流
モータとして同期回転付近まで立ち上げる。上記モータ
の起動運転時には、２極の永久磁石ロータ１７と、固定
電機子コイル１の磁極が対応して該永久磁石ロータ１７
は０°若しくは１８０°回転位置を通過する間に上記固
定電機子コイル１の極性が交互に変わるため、引き続き
永久磁石ロータ１７の回転を付勢するように作用する。
そして、上記整流回路との通電を遮断すべくＡ側スイッ
チ１０ａ及びＢ側スイッチ１０ｂが図１の破線のように
接点ＳＡ₁，ＳＢ₁より接点ＳＡ ₂，ＳＢ₂へそれぞれ
切り替わり、交流電源９と電機子コイル１とが短絡さ
れ、上記永久磁石ロータ１７が所要回転数付近まで回転
するに至った際のウェイト１８の遠心力を利用してコミ
ュテータ４がスプリング１９の付勢力に抗して軸方向に
電機子コイル１側に引き込まれて、交流同期モータとし
て回転駆動される。このとき、電機子コイル１には、コ
イルセグメントＡ，Ｂが直列に連結されているため、同
期運転に必要なトルクを発生させるだけの負荷に見合っ
た電流が流れる。

【００２６】上記２極同期モータを直流モータとして立
ち上げ、同期回転数付近で精度良く同期引き込みを行う
ためには、上記スプリング１９として高精度の荷重特性
を有するものを用いる必要がある。上記スプリング１９
は、負荷荷重をかけながら電界研磨を行うことにより、
面粗度が良く精密な荷重特性を有するものが用いられ
る。以下、上記スプリング１９の製造方法について説明
する。

【００２７】図５において、底部にゴム，セラミック等
の絶縁材２７を配し、周囲に導電材よりなる壁面２８を
設けた電解液槽２９に電解液３０でみたしておく。この
電解液３０としては、例えば無水酢酸，燐酸などを用
い、これに酸化力のある酸（過塩素酸，クロム酸など）
を加えたものが用いられる。

【００２８】予め使用時の負荷荷重より若干高い荷重特
性のステンレスコイルスプリング１９を作り、上記電解
液槽２９の電解液３０中に浸しておく。このとき、上記
ステンレスコイルスプリング１９はストレインゲージ３
１の押圧ロッド３２により自然長より使用状態まで圧縮
して保持される。そして、上記ストレインゲージ３１
は、上記ステンレスコイルスプリング１９のバネ圧を常
時計測表示可能になっている。また、３３は直流電源部
であり、＋端子をリード線により押圧ロッド３２に接続
し、−端子をリード線により壁面２８にそれぞれ接続し
て、電解液３０とステンレスコイルスプリング１９との
イオン化傾向の差により電解研磨を行う。即ち、通電に
よりステンレスコイルスプリング１９の表面の金属は壁
面２８に析出してスプリング表面の研磨が行われ、これ
に伴いバネ圧の変化を測定する。そして、必要な荷重特
性が得られた所で電解研磨を中止することにより、超精
密な荷重特性を有するステンレスコイルスプリング１９
が得られる。

【００２９】本実施例は、モータが起動回転から同期回
転に移行する際に、整流電流をコイルセグメントＡに収
斂させて同期回転にスムーズに移行させるために、Ｂ側
受電ブラシ７の個数を減らしてコイルセグメントＡ側に
コイルセグメントＢ側より多くの整流電流が流れるよう
にしたが、更にコイルセグメントＡの巻数をコイルセグ
メントＢより少なくしたり、コイルセグメントＡの巻線
を太くしたり、或いはコイルセグメントＢに抵抗を直列
に接続したりしてもよい。また、特に大容量のモータに
おいては、必要に応じて図１に示すように給電ブラシ２
ａ，２ｂとＡ側受電ブラシ５との間にコンデンサ１１
ａ、給電ブラシ３ａ，３ｂとＡ側受電ブラシ６ａ，６ｂ
との間にコンデンサ１１ｂ、給電ブラシ３ａ，３ｂとＢ
側受電ブラシ７との間にコンデンサ１１ｃをそれぞれ挿
入することにより、各ブラシと摺動リング４ｂ間に生ず
るスパークの発生を防止するようにしても良い。

【００３０】上記２極同期モータの永久磁石ロータ１７
としては、誘導モータに比べて種々の材料が使用可能で
あり、例えば、フェライト，ゴムマグネット，プラスチ
ックマグネット，サマリュウムコバルト，希土類のマグ
ネット，ネオジ鉄ボロンなどを使用して安価に構成する
ことができる。

【００３１】上記構成によれば、アウターロータ方式の
２極同期モータにおいて、通常ステータコア２２を挿通
する出力軸１５に相当する無駄な空間部分にボビン３４
を装着できるので、巻芯エリアを拡大して、従来の２極
同期モータに比べて電機子巻線の巻数を増やして、モー
タの出力効率の更なる向上に寄与できる。具体的には永
久磁石ロータとしてフェライトを使用したもので、出力
効率が７５％程度から８５％程度に向上させることがで
きた。これによって、特に下水道用浄化槽に用いるファ
ンモータ等、２４時間連続駆動する装置においては、消
費電力の節約によりランニングコストを大幅には低減で
きる。また、下ハウジング１４とロータヨーク１７ａと
の間に設けられたベアリング２５を非磁性の材料、例え
ばステンレスを用いることにより、ステータコア２２に
形成される磁界が乱れることなく、モータの出力効率向
上に寄与できる。また、コミュテータ４を付勢するスプ
リング１９を電解研磨により荷重特性を調整したものを
用いると、同期回転数付近での同期引き込みを確実かつ
高精度に行うことができる。

【００３２】なお、上記実施例では摺動リング４ａの円
弧幅を１５０°に設定したが、これに限定されるもので
はなく、給電ブラシや受電ブラシのブラシ幅（分割され
た場合も含む）との関係で様々な範囲に設定可能であ
る。また、電解研磨により製造したスプリング１９は、
例えば２極同期モータに限らず４極以上の同期モータに
ついても適用可能である。上記スプリング１９は、５０
Ｈｚ／６０Ｈｚにより回転数の切換えを行う同期モータ
において、同期引き込み動作時にコミュテータ４を受け
る主スプリングと補助スプリングのうち少なくともいず
れか一方を作用させて切り換えるタイプのものについて
も好適に用いられる。また、本発明に係るモータについ
ても、従来一般的に使われている誘導型モータのよう
に、過負荷時の安全を保証するために、動作中に常に通
電する回路部分に温度ヒューズやバイメタル式の高温検
出スイッチを組み込むこともできる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、前述したように、アウ
ターロータ方式の２極同期モータにおいて、通常ステー
タコアを挿通する出力軸に相当する無駄な空間部分にボ
ビンを装着できるので、巻芯エリアを拡大して、従来の
２極同期モータに比べて電機子巻線の巻数を増やして、
モータの出力効率の更なる向上に寄与できる。これによ
って、特に下水道用浄化槽に用いるファンモータ等、２
４時間連続駆動する装置においては、消費電力の節約に
よりランニングコストを大幅には低減できる。また、ハ
ウジングとロータヨークとの間に設けられたベアリング
を非磁性の材料を用いることにより、ステータコアに形
成される磁界が乱れることなく、モータの出力効率向上
に寄与できる。従って、出力効率が高く、小型化を実現
した汎用性の高い２極同期モータを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】２極同期モータの回路構成を示す説明図であ
る。

【図２】２極同期モータの同期運転時の回路構成を示す
説明図である。

【図３】２極同期モータの同期運転時の正断面説明図、
上ハウジングを取り外した状態の上視図、下視図であ
る。

【図４】同期運転時の２極同期モータよりステータコイ
ルを取り外した状態を示す正断面説明図、ステータコイ
ルの上視説明図、上ハウジング内に装備したブラシの配
置を示す説明図である。

【図５】コイルスプリングの電解研磨による製造方法を
示す説明図である。ある。

【図６】従来の２極同期モータの同期運転時の正断面説
明図、上ハウジングを取り外した状態の上視図、下視図
である。

【図７】従来の同期運転時の２極同期モータよりステー
タコイルを取り外した状態を示す正断面説明図、ステー
タコイルの上視説明図、上ハウジング内に装備したブラ
シの配置を示す説明図である。

【符号の説明】

１電機子コイル２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ給電ブラシ４コミュテータ４ａ摺動リング４ｂ被押圧部５，６ａ，６ｂＡ側受電ブラシ７Ｂ側受電ブラシ８ａ，８ｂ，８ｃダイオード９交流電源１０ａＡ側スイッチ１０ｂＢ側スイッチ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，Ｃ₁，Ｃ₂ コンデンサ１２ハウジング１３上ハウジング１４下ハウジング１５出力軸１６スライドケース１７永久磁石ロータ１７ａロータヨーク１７ｂマグネット１８ウエイト１８ａアーム部１９スプリング２０ボルト２１ウエイトガイド２２ステータコア２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ板
バネ２４ａ，２４ｂ非導電性支持部材２５，２６ベアリング２７絶縁材２８壁面２９電解液槽３０電解液３１ストレインゲージ３２押圧ロッド３３直流電源部３４ボビン３４ａ巻芯３４ｂフランジ３５ステータＡ，ＢコイルセグメントＲ₁，Ｒ₂ 抵抗Ｚ₁，Ｚ₂ サージ吸収素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に出力軸を中心に回転可能
に設けられた２極の永久磁石ロータと、前記永久磁石ロータに囲まれた空間部に設けられた電機
子コイルを有するステータと、交流電源より前記電機子コイルに流れる交流電流を整流
し、前記永久磁石ロータの回転を付勢するように前記電
機子コイルに流れる電流の方向を交互に切り替えるため
の整流回路とを備え、前記交流電源により前記整流回路を介して前記永久磁石
ロータを直流モータとして起動運転し、前記永久磁石ロ
ータの回転速度が同期運転の回転速度付近に達したとき
に、前記整流回路との接続を切り離して前記電機子コイ
ルによる同期運転に切り替えて駆動する２極同期モータ
において、前記永久磁石ロータは、一端側に前記出力軸が連繋され
た筒状のロータヨークと、該ロータヨークの内壁に取付
固定されたマグネットを備え、前記ステータは、ステータコアと、該ステータコアに装
着され、前記永久磁石ロータの回転中心と直交する方向
に伸びる巻芯及び該巻芯の両端にフランジを有するボビ
ンと、前記ボビンの巻芯に巻回されたＡ，Ｂ２つのコイ
ルセグメントを有する前記電機子コイルとを備え、前記出力軸と前記ハウジングとの間及び前記ハウジング
と前記ロータヨークとの間にそれぞれベアリングを設け
て前記永久磁石ロータを回転可能に装備したことを特徴
とする２極同期モータ。
【請求項２】前記ロータヨークと前記ハウジングとの
間に設けられた前記ベアリングは、非磁性材料よりなる
ベアリングであることを特徴とする請求項１記載の２極
同期モータ。