JPS593030B2 - 電動機の加速および減速特性を滑らかにするための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電動機の加速および減速特性を滑らかにする
ための装置に関し、特に、低速動作中電動機の整流子に
対するブラシ圧力を減するための装置に関するものであ
る。

１５多くの分野、特に、遠心分離の分野においてはある
装置を、駆動するのに使用される電動機は低速度におい
て加速および減速特性が滑らかであること力・望ましい
。

この問題は、特に、材料の遠心分離を行なう場合に重要
である。例えば、密度勾配２０分離においては試験管内
に異なつた密度の流体が最も高い密度の流体が最下層と
なるようにして層状に入れられる。分離されるべき粒子
は流体層の頂面に置かれている。次に、その試験管は遠
心分離機内に置かれ、粒子に遠心力がかけられる。２５
もし回転子の加速が不均一であるならば、それらの密度
層間の分離が乱され、その結果、粒子の分別が所望の程
度に精密なものとならなくなつてしまう。

同様に、分離動作に続いて密度勾配が減速される時、特
に、低速度に近づくと、不連続動３０作および急激な停
止動作によシ勾配が歪まされ、すなわち、密度層が混乱
せしめられて分別の精度が低下されてしまう。また、加
速および減速の両方または一方の割合が大き過ぎるなら
ば、特に、低速度では、密度層間の分離が同様に歪まさ
れて３５しまう。揺動パケットを使用するもθノであれ
、アングルロータを使用するものであれ、垂直ロータを
使用するものであれ、または、連続遠心分離機を使用す
るものであれ、たいていの種類の遠心分離作業において
同様の問題を生ずる、これらのすべての場代において、
各成分の分別または分離は、遠心分離ロータの始動およ
び停止中に、もしその加速および減速が不均一で大き過
ぎたり、不規則であつたｖ不連続であるならば、悪影響
を受ける。

低速度での加速および減速中に遭遇するこれらの問題は
、代表的には、ブラシ型電動機を使用していることから
生ずる。電動機の整流子を作る際にどんなに注意を払つ
ても、その整流子を精密に円形とすることができず、ま
た整流子片間にギヤツプまたは不連続部分が存在する。
動作速度で適切なブラシ接触を維持するために、比較的
に大きな力がブラシへ加えられる。不都合なことに、代
表的には１０００ＲＰＭより低い低速度では、このよう
な大きなブランカにより、ロータは脈動すなわち不規則
な回転とさせられてしまう。実際に電動機は特定の整流
子片またはギヤツプにブラシが引つか＼つて急に停止さ
せられてしまうことがありうる。磁気コギングとして知
られているような電動機の電流の変動によつて生ずるよ
うな別の同様の効果がある。しかし、この効果は摩擦効
果に比較してそれ程重要でない。従来、整流子との接触
からブラシを完全に外して長い期間に亘つて摩擦のない
惰行を行なわせるようにする装置を設けることが知られ
ている。

このような技術は、米国特許第３２７８７７７号および
米国特許第２１２８５９８号明細書に記載されている。
これらの技術を上述の問題に応用することによりその減
速の問題をある程度まで解決しうるが、加速の問題を解
決することは全くできない。何故ならぱ、それらの技術
ではブラシが整流子に接触していないので、従つて、電
動機へ電力を供給することができないからである。本発
明の目的は、従米のブラシ型電動機の加速および減速特
性に固有の多くの変動をなくすることである。

本発明のもう一つの目的は、特に低速度でのブラシ型電
動機の加速および減速特性を滑らかにするための改良さ
れた装置を提供することである。

本発明によれば、整流子およびそれに関連したブラシお
よびブラシホルダを有する電動機の加速および減速特性
を滑らかにするための装置が提供される。本装置は、第
１の値の力で整流子に対してブラシを押し付ける第１の
手段と、該第１の手段に関連付けられ前記第１の値よジ
小さな第２の値まで前記力を調整する調整手段とを備え
る。所定の値より低い電動機の速度に応答して前記力を
損記第１の値から前記第２の値へ減するように前記調整
手段を作動させる手段を備えるのが望ましい。特に好ま
しい実施例では、前記第１の手段は、第１のばね定数を
有する第１のスプリングと、前記第１のばね定数よリ小
さな第２のばね定数を有する第２のスプリングとを備え
る。前記調整手段は、前記第１のスプリングがブラシを
整流子へ押し付けないように作用する。これにより、第
２のスプリングによつて与えられる比較的に弱い圧力の
みでブラシが整流子に対して押し付けられるようになる
。従つて、整流子に対するブラシの摩擦が減少され、電
動機の加速および減速特性が滑らかとされる。次に、添
付図面を参照して本発明の実施例について本発明を詳細
に説明する。

第１図は、電動機の加速および減速特性を滑らかにする
ための好ましい装置を示している。

電動機１０は、整流子１４（詳細には示していない）に
対接する一対のブラシ１２を有している。電動機１０は
、例えば、遠心分離機を駆動するのに使用される型の通
常の直巻交直両用電動機（ユニバーサルモータ）であつ
てもよい。通常の遠心分離機（ロータ）はプロツク１６
で示されてお９、点線１８で示したリンクを介して電動
機１０によつて駆動される。このリンク１８は、よく知
られているように、駆動ベルト、歯車装置または直接駆
動であつてよい。ブラシ１２には、周知の電動機設計基
準に従つて選定された？定の圧力でこのブラシ１２を整
流子１４に対して押し付けるようにする力が加えられる
。本発明によれば、この力は、強いスプリング２０と弱
いスプリング２２との一対のスプリングによつて加えら
れる。

強いスプリング２０は、弱いスプリング２２より大きな
バネ定数を有する。これらのスプリングは図式的に示さ
れておジ、圧縮型ばね、コイルばね、板ばねまたは通常
電動機のブラシへ圧力を加えるのに使用される任意の型
式のばねであつてよい。これらの両方のスプリングは、
固定点に取リ付けられる。強いスプリング・２０は、点
線２６で示した各機械的リンクを介して作用するけん引
器２４によつて後退または引つ張られて、各ブラシ１２
に力を加えないようにされうる。これらのけん引器は、
強いスプリング２０をブラシ１２から離すように引き上
げるようにするのに適した任意の装置であつてよい。

けん引器２４は、強いスプリング２０がブラシ１２に力
を加えないようにその強いスプリング２０を圧縮または
後退させうる適当な任意の原動機装置であつてよい。こ
の種の装置としては、例えば、電磁石、例えば、米国特
許第２１２８５９８号明細書に示されたような圧力作動
ダイアフラム、または米国特許第３２７８７７７号明細
書に示されたようなケーブル作動装置がある。操作に際
して社、操作者は初めに遠心分離管（遠心分離機に適用
した場合）を用意し、それを遠心分離機１６内に配設し
て、電動機１０を作動させる。

電動機１０を作動する前に、操作者は、強いスプリング
２０が後退させられ弱いスプリング２２の力のみがブラ
シに加えられるように、けん引器２４を付勢する。典型
的には、この弱いブラシ圧力または力は通常の作動速度
に通常使用されるよりも相当に小さい。例えば、２馬力
の電動機の場合、２０オンスのスプリング荷重が使用さ
れる。本発明によれば、このスプリング荷重、従つて、
ブラシ圧力は、通常の２０オンス圧力から相当に低い値
、例えば、弱いスプリング２２によつて加えられる２オ
ンス荷重まで減ぜられる。こうすることにより、遠心分
離機を比較的に滑らかに連続的に加速することができ、
整流子にか＼るブラシ圧力のため低速動作中に起りがち
な変動、不均一動作およびその他の不連続動作を実質的
に防止できる。このような滑らかな加速は密度勾配分離
をする場合に特に望ましくまた必要である。

密度勾配分離に際しては、好ましくは、管を垂直ロータ
に配設する。すなわち、管軸が遠心分離機の回転軸と平
行とされる。加速中、勾配が通常の垂直勾配（管軸に沿
つた）から水平勾配（回転軸に直角）へ再配向するよう
な速度に達する。再配向が起ジ勾配が水平となると、そ
の再配向勾配の層またはバンド間の分離距離は非常に小
さい。こねらの状・態のもとでは、各層へ加えられる遠
心力はほぼ同じであリ、速度が高くなればなる程遠心力
が大きくなるので、勾配がくずれる可能性が減少する。
その結果、加速特性における変化、不均一およびその他
の不連続性の勾配に与える影響は少なくなる。この時、
ブラシ圧力を増大してもよく、加速を通常の遠心動作速
度まで継続しても勾配を乱すおそれは少ししかない。ス
プリングけん引器２４〜２６は、このような速度に達す
る時に解放され、強いスプリング２０が整流子へ通常の
ブラシ圧力を加えるようにする。減速中には逆の動作が
なされる。

電動機は、勾配が垂直配向に再配向する速度よりいく分
高い速度、代表的には、５００〜１０００ＲＰ，Ｍに達
するまで減速される。この点で、けん引器２４〜２６は
、再び強いスプリング２０をけん引するように作動され
弱いスプリング２２のみがブラシ１２に圧力を加えるよ
うにする。これらの状態のもとで減速は、遠心作用が完
全に停止するまで配向を行なう臨界速度を通じて継続し
て行なわれる。スプリング圧力が低い程摩擦が低くな９
、従つて減速割合の減少した滑らかな減速特性が得られ
る。けん引器２４の作動は手動的にも自動的にも行なわ
れうる。第１図に関して更に説明するに、けん引器２４
を作動するための自動制御系が示されている。

この制御系は、点線３４で示された機械的リンクにより
電動機速度を感知するように結合されたタコメータ発電
機３２を含んでいる。タコメータ発電機３２は、電動機
の速度に従つて変化する振巾を有する出力信号を与える
。この信号は、速度制御回路３４および比較器３６の両
方へ加えられる。この速度制御回路３４は、調整しうる
加速特性または調整しうる減速特性に従つて速度をプロ
グラムし且つあるブリセツト値にて動作速度を制御する
通常の型のものであつてもよい。遠心分離機のためのこ
のような速度制御回路の代表的なものとしては、例えば
、Ａ，Ｌ，ＪａｃｋｓＯｎ等へ１９６６年７月１９日に
付与された米国特許第３２６２０４０号明細書に開示さ
れたものがある。

別の適当な速度制御回路としては、Ｊ，Ａ，Ｆｌｅｍｉ
ｎｇおよびＣ，Ｔ，Ａｌｌｅｎの１９７５年１２月３日
に出願された米国特許第４０９６４２２号明細書に開示
されたものがある。

この速度制御回路は、タコメータ３２から速度に関連し
た信号を受けて、電動機１０へ供給される交流電力の衝
撃係数または電流振巾を制御する。同様に、任意の適当
な型であつてよい比較器３６は、ポテンシヨメータ３８
から出されるような設定信号を受ける。実際の検出速度
がその設定信号によつて表わされる速度に等しい時、あ
る出力信号が両方のけん引器２４へ与えられ、遠心分離
機が減速中であるか加速中であるかに従つて強いスプリ
ング２０をけん引するか解放するかさせる。第２図およ
び第３図には、けん引器電動機が作動される時に強いス
プリングのけん引を行なうようになつた整流子ヘニ重の
スプリングブラシ圧力が加えられるようにする本発明の
好ましい実施例が示されている。

これらの図には、電動機１０の端部ハウジング４０の部
分が示されている（第３図）。簡潔明瞭とするために、
電動機の一部分のみ、すなわち、整流子１１のみを示し
ている。ハウジング４０は端面４２を有しており、この
端面４２には、同期歯車電動機４６を取り付けるフレー
ム４４が固定されている。歯車電動機４６には電動機が
一方向に５駆動されるようにする歯車列が組み込まれて
いる。クラツチ機構は、歯車列がその負荷を解放するよ
うにその歯車列を解放する。すなわち、歯車列が解放さ
れる時、電動機は反対方向に回転される。この型の適当
な電動機は、例えば、米国、コネチカツト州ブリストル
のＢｒｉｓｔＯｌ−ＳａｙｂｒＯＯｋから購入され、型
式應３５７−２−．２７Ｄ−Ｈと表示Ａれている。

歯車列は、一対の可撓性ケーブル４８を巻き付けたキヤ
プスタ４７を駆動する。これらのケーブル４８は、通常
の編組鋼ケーブルであつてよい。これらのケーブルは、
フレームの両側に配設されたプーリ５０に渡して引かれ
る。これらプーリは、フレーム４４に取リ付けられた各
取付けブラケツト５２に取り付けられている。ケーブル
４８は、これら取付けブラケツトに固定された適当なク
リツプ５４によつてプーリ内に保持される。フレームの
上方部分（図において）には、タコメータ発電機５６が
電動機１０の電機子によつて直接１駆動されるように取
り付けられている。

タコメータ発電機からのワイヤ（図示していない）は第
１図の制御回路に結合？れる。ハウジング４０はシート
メタルから形成されたブラシホルダ６０（その他の所望
の型のものを使用できる）を備えている。これらのブラ
シホルダ６０はハウジング４０のエンドプレート４２の
内側面に固定されている。ブラシホルダ６０はブラシ１
２が電動機１０の整流子１１に係合しうるようにする。
またブラシホルダ６０はブラシ１２を滑動しうるように
取付けている。各ホルダ６０の外側部分には、コイルば
ね６６の端部および板ばね６８の端部を、それらが所望
のブラシ圧力を与えるようにブラシ１２の外側端に対接
するように並んた状態で収容するようになつた長手方向
のスロツト６４が形成されている。コイルばね６６は、
ブラシが低い力、例えば、２オンスで整流子に対接しそ
れほどの摩擦を生ぜしめないような低いばね定数を有し
た比較的弱いスプリングである。これに対して、板ばね
６８は、高速度動作に通常必要なブラシ圧力のために必
要な付加的な力、前述した電動機の場合２０オンスの力
を与えるに十分な高いばね定数を有した強いスプリング
である。スプリング６６および６８の両者の対はプレー
ト６０に固定された各スプリング取付けポストに取９付
けられる。プレート６０は絶縁板６１によつてハウジン
グ４０から電気的に絶縁されている。実際に、コイルば
ねはスプリング取付けポスト７０に取付けられたマンド
レルに巻かれている。ブラシには、プレート６０のタブ
７５に接続された通常のピグテールリード７４を介して
電力が供給される。

各板ばね６８の端部には、参照番号７６で示すように、
このばねに保持ナツト７８が係合しうるようにするノツ
チまたはスロツトが形成されている。このため、各保持
ナツト７８は、その対応するスロツト７６に係合するよ
うになつた環状凹部を有している。各ナツト７８の孔８
０はケーブル４８がそこに導入され滑らないように係止
されるようにする。各ケーブルは、ハウジング４０に固
定された各絶縁ガイドシユ一８２上に通される。このガ
イドシユ一８２は、板ばね６８が各ブラシから後退させ
られるように、ケーブルが電動機の電機子の軸とほぼ平
行な方向から半径方向へと転向されうるようにする。作
動に際して、けん引器電動機４６およびそのクラツチが
付勢されると、キヤプスタンはケーブル４８を巻き上げ
ケーブル４８がブラシ端との接触から強い板ばね６８を
離すようにし、弱いスプリング６４のばね圧力のみがブ
ラシ１２にか＼る・ようにする。

逆に、けん引器電動機のクラツチが消勢されると、クラ
ツチはキヤプスタンを解放し板ばね６８のばね圧力によ
ジケーブル４８がキヤプスタンから巻き戻され、強いス
プリングが再びブラシに接触し通常のブラシ圧力を加え
るようにされる。もし、前述したようなブラシスプリン
グけん引装置が使用されるならば、第１図の制御回路は
、安定時間の経過するまでブラシへ付加的電力を加えな
いように、けん引器の解放後わずかな時間遅延を有する
のが望ましい。

この時間遅延は、ワンシヨツトマルチパイプレータまた
は時間遅延リレー（図示していない）の如き適当な手段
によつて与えられうる。本発明の別の実施例では、各ブ
ラシに対して単一のスプリングが使用される。

この場合に、各スプリング取付けブラケツト（第２図お
よび第３図の実施例におけるポスト７０）は、各スプリ
ングによつてブラシへ加えられる力を変化させるために
調整または位置定め（または回転）しうるものである。
これは、板ばねの場合には、取付けベース７０を回転さ
せることによつてなされる。この方法は二重スプリング
の方法程望ましくない。何故ならば、スプリングが一定
の力を加えるようにする手段を設けることが必要となる
場合があるからである。ある場合には、スプリング位置
の調整のためこうすることが難しくなることがある。ま
た、スプリング位置は、空気シリンダまたはダイアフラ
ムまたは空気圧シリンダまたはダイアフラムによつて変
えられる。所望の力を加えるための原動機として電磁作
動を代りに使用してもよい。要するに、本発明の装置に
よれば、ブラシ摩擦を滑らかに簡単に減することができ
る。ブラシ摩擦が減少される時、電動機の加速および減
速特性はより反復性のあるより均一なものとされうる。
このことは、遠心分離において特に望ましい。このよう
な応用においては、加速および減速特性は特に非常に低
い速度のところで、比較的滑らかで一定でなければなら
ない。本発明の装置によればこれが可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図は本発明の好ましい実施例に従つて形
成された装置の概略図、絹２図は整流子にか＼るブラシ
圧力を減するようにブラシスプリングをけん引するのに
使用される装置の好ましい実施例を示す一部破断側立面
図、第３図は第２図に示した装置の平面図である。 １０・・・電動機、１２・・・ブラシ、１４・・・整流
子、１６・・・遠心分離機、１８・・・リンク、２０・
・・強いスプリング、２２・・・弱いスプリング、２４
・・・けん引器、２６・・・リンク、３２・・・タコメ
ータ発電機、３４・・・速度制御回路、３６・・・比較
器、３８・・・ポテンショメータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 整流子とそれに協働するブラシとブラシホルダとを
   有し且つ第１の値の力で前記整流子に対して前記ブラシ
   を押し付ける第１の手段を有する電動機において、所定
   値より低い電動機の速度に応答して前記整流子に対して
   前記ブラシを押し付ける力を前記第１の値から前記第１
   の値より小さな第２の値へと減少するための前記第１の
   手段と関連した調整手段を備えたことを特徴とする電動
   機の加速および減速特性を滑らかにするための装置。 ２ 前記第１の手段は、第１のばね定数を有する第１の
   スプリングと、前記第１のばね定数より小さな第２のば
   ね定数を有する第２のスプリングとを備え、前記調整手
   段は、前記第１のスプリングが前記ブラシを前記整流子
   へ押し付けるのを阻止する作用をする手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記第１のスプリングは板ばねであり、前記調整手
   段は前記板ばねを前記ブラシから引き離すための被駆動
   ケーブルを備えていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載の装置。