JPS61173654A - 磁石式電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば始動電動機に適用される磁石式電動機に
関する。

（発明の概要） 本発明はヨークの内周に磁石が配置しである磁石式電動
機において、磁石を回動可能とし、この磁石と固定部と
の間に弾性部材を挿入することにより、高トルクを必要
とする際に、弾性部材に抗して磁石を移動させて、ブラ
シが幾何学的中性軸側に移動して、電動機のトルクを増
加させる。

（従来の技術） 従来のものは特開昭５８−２０１５６８号公報に示すよ
うに、ピニオンがリングギヤに噛合するまでは、ブラシ
を電気中性軸上から、永久磁石の電機子反作用磁束の増
磁側に近づけ、ピニオンがリングギヤに噛合後は、ブラ
シを電気中性軸上に戻すようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上述した従来のものでは、ピニオンがリング
ギヤに噛み合った後に、ブラシを電気中性軸上に移動さ
せる装置を設ける必要があり、この装置のために大型で
かつコストアップになってしまう。

（問題点を解決するための手段） ヨークの内周に回動可能に設けられた複数個の円弧状の
磁石と、 前記ヨークの内周に設けられた固定部と、この固定部と
前記磁石の周方向側面との間に挿入された弾性部材と、 前記磁石の内周に配置された電機子と、この電機子に電
流を供給するブラシと、を有する磁石式電動機とするこ
とである。

（作　用） 弾性部材により、磁石の移動を押さえ、低負荷時はブラ
シを電気中性軸付近に配置し、高負荷時の高トルクが必
要とする時には、電機子の回転力による反力により、磁
石が移動し、ブラシが相対的に幾何学的中性軸側に移動
して、電動機のトルクを大きくする。

（実施例） 以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図ないし第３図において、１は電動機のヨークであ
る。このヨーク１内には円弧状の磁石２が摺動可能に配
置されている。これら磁石２は、第３図に示すように、
磁石カバー３の外周に収納されている。この磁石カバー
３は、一枚のプレートをリング状に成形したものである
。そして、磁石カバー３の切り曲げ部３ａを磁石２の周
方向側面に当接させて、周方向の移動を規制し、また、
磁石カバー３の折り曲げ部３ｂを磁石２の軸方向端面に
当接させて、軸方向の移動を規制している。

そして、磁石カバー３に磁石２を固定している。

さらに、磁石カバー３は、プレートをリング状に成形し
たため、径方向外周側に拡がる力（矢印Ｐ）を有してい
る。

４はハウジングであり、このハウジング４の位置決め部
４ａにより、ヨーク１を周方向に位置決めする。そして
、ハウジング４の内周には、軸方向にＬ字状の突出部４
ｂが形成され、この突出部４ｂにより、磁石カバー３の
軸方向と径方向内周側への移動を規制している。また、
ハウジング４の一部には、軸方向にスルーボルト６を通
す貫通穴４ｃが対向する位置に２つ形成されている。さ
らに、ハウジング４の中央には、円筒部４ｄが設けられ
ている。

５はエンドフレームであり、このエンドフレーム５の端
面の位置決め部５ａにより、ヨーク１を周方向に位置決
めする。そして、エンドフレーム５の内周には、軸方向
にＬ字状の突出部５ｂが形成され、この突出部５ｂによ
り、磁石カバー３の軸方向と径方向内周側への移動を規
制している。

また、エンドフレーム５の内周端面の一部には、スルー
ボルト６が嵌合する雌ねじ部５Ｃが形成されている。さ
らに、エンドフレーム５の中央には、ボス部５ｄが形成
されている。

６は固定部をなすスルーボルトであり、一端に雄ねじ部
６ａが形成されている。

７は電機子であり、磁石カバー３の内周に配置される。

電機子７の一端には、整流子８が形成されている。そし
て、電機子７のシャフト７ａの両端は、それぞれハウジ
ング４の円筒部４ｄとエンドフレーム５のボス部５ｄに
、軸受９を介して、回転自在に支持されている。

１０は弾性部材をなすスプリングであり、スルーボルト
６と磁石２の周方向の一端面との間に挿入されている。

１１は整流子８上を摺動するブラシであり、電機子７に
電流を供給するものである。

次に、組み付けについて説明すると、磁石カバー３の外
周に磁石２を固定する。そして、磁石２を固定した磁石
カバー３をヨーク１の内周に挿入する。この時、磁石カ
バー３の拡がる力（矢印Ｐ）により、ヨーク１の内周に
磁石２を押圧し、固定している。その後、電機子７のシ
ャフト７ａを軸受９を介して、ハウジング４の円筒部４
ｄに支持しつつ、ヨーク１の開口端にハウジング４をか
ぶせる。また、２つのスルーボルト６を押ネジ部６ａを
先端として、外側よりハウジング４の２つ貫通穴４Ｃに
通す。さらに、スルーボルト６と磁石２の周方向端面と
の間にスプリング１０を挿入する。すると、第１図のよ
うに、スプリング１０のスプリング力により、磁石２の
他端面がもう１つのスルーボルト６に当接する。次に、
ヨーク１の開口端に、エンドフレーム５をかぶせる。こ
の時、シャフト７ａの一端を軸受９を介して、エンドフ
レーム５のボス部５ｄに挿入させる。また、スルーボル
ト６の押ねじ部６ａを、エンドフレーム５の雌ねじ部５
ｃに嵌合させて、ヨーク１をハウジング４とエンドフレ
ーム５との間に挟持し、固定する。さらに、ハウジング
４の突出部４ｂとエンドフレーム５の突出部５ｂとによ
り、磁石カバー３の軸方向および径方向内周側への移動
を規制している。この状態において、突出部４ｂ、５ｂ
にガイドされ、磁石カバー３は、スプリング１０に抗し
て、回動可能に設けられている。

そして、電動機が組み付けられた状態において、ブラシ
１１は、第１図に示すＢ−Ｂ線上で示す電動機の電気的
中性軸に配置される。この電気的中性軸は、電動機のＡ
−Ａｋｉ上の幾何学的中性軸に対して、回転方向に反し
て、−５″程度ずれている。

通常、電動機において、磁石２の磁束は、電機子３の電
機子反作用の影響を受けるため、ブラシ１１の整流性を
良くするために、第１図におけるＢ−Ｂ線上に配置する
必要がある。ここで、第４図に示す進角−トルク、出力
に関する特性図をみると、進角（を振子７の回転と逆方
向）が−５゜〜−６６付近（電気的中性軸）で出力Ｃが
最大となるが、逆にトルクＤは進角が増すにつれて、低
下してしまう。

また、最近、エンジンの小型、軽量化による圧縮比の増
加に伴い、エンジンが高温（高速時）になると、ピスト
ンの圧縮時の回転トルクが高くなり、次に、高温のエン
ジンを始動しようとする時には、スタータが高温となっ
ており、（特に高温では磁石２の残留磁束密度の低下で
磁束が低下し、トルクが低下してしまう。）従って、高
いトルクが必要となる。そこで、本発明は高いトルクを
必要とする時には、相対的にブラシ１１の位置を進角０
６付近に移動させて、電動機のトルクを多くするもので
ある。

すなわち、第１図において、フレミングの左手の法則に
より、電機子７の銅線には、Ｆ＝Ｂ　Ｉ　Ｌの力が働く
。（ここで、Ｂは磁石２の磁束、■は銅線に流れる電流
、Ｌは銅線の長さである。）また、銅線に働く力ｆは、
作用反作用により、磁石２にも同じ力ｆが逆方向に働く
。すなわち、電流が流れている銅線のすべての数ｎの力
Ｆ＝Σｆが磁石２に働くわけである。

また、磁石２とヨーク１の内周面との間の摩擦係数をμ
、磁石カバー３による磁石２の外側径方向への力をＰと
すれば、磁石２の摩擦力Ｆｐ＝μＰとなる。さらに、ス
プリング１０の力Ｆｘ＝ｋＸとおく。（ここで、ｋはバ
ネ定数、Ｘはスプリング１０の縮み量である。）そして
、スプリング１０の変位量Ｘに対する力の特性図を第５
図（ａ）に示す。

また、全電動機の無負荷での電流を＋＋　１ｗ４線に働
く力ｆ１とし、負荷状態での電流を１２＋銅線に働く力
ｆ２とする。すると、Ｉ、＜１．より、ｆ、＜ｆ２とな
る。すなわち、負荷が大きくなることにより、銅線に流
れる電流は増え、さらに、磁石２に働く力が増すことに
なる。そこで、銅線に流れる電流に対する磁石２に働く
力に特性図を第５図（ｂ）に示す。

そして、第５図（ａ）、　（ｂ）より理解できるように
、無負荷状態（電流１．）においては、磁石２に働く力
はＦ、であり、Ｆ、＜ｌ”ｐのために、ブラシＩｆに対
する磁石２は移動せずに、電気中性軸に配置されている
。次に、Ｆ、＝Ｆｐである電流が１２の状態まで、ブラ
シ１１に対する磁石２は電気的中性軸に置かれている。

また、銅線に流れる電流が■２〜■ａ　　（ロック時）
の間では、磁石２に働く力に対応して、スプリング１０
が縮む。そして、磁石２が、ハウジング４とエンドフレ
ーム５の突出部４ｂ、５ｂにガイドされて、Ｊ方向に移
動する。すなわち、銅線、に流れる電流がＩ、の時には
、スプリング１０の変位量はＸ、となり、第６図に示す
ように、初め磁石２の周方向の中心が幾何学的中性軸で
あるＡ−Ａ線上に配置された位置より矢印Ｊ方向（電気
的中性軸Ｂ−Ｂ方向）にＸ、変位したことになる。

従って、ブラシ１１と磁石２との進角が少なくなり、第
４図に示す特性により、トルクが増加する。

さらに、負荷が増加し、ロック時においては、銅線に流
れる電流がＩ４となり、この時、磁石２の変位量はＩ４
となる。そして、第７図に示すように、磁石２の周方向
の中心が、Ａ−Ａ線より、矢印Ｊ方向にＸ４移動して、
Ｂ−Ｂ線上に重なる。

すなわち、磁石２の周方向の中心とブラシ１１の位置と
が同じになり、進角が０″となる。すると、第４図に示
す特性により、電動機のトルクが最大の所で活用できる
。

そして、第８図に示す特性図において、実線ＥＡ、ＦＡ
とそれぞれ磁石２の周方向の中心がＡ−Ａ線上に配置さ
れた時のトルク、回転数の線で、一点鎖線Ｅ、、Ｆ、は
それぞれ磁石２の周方向の中心がＢ−Ｂ線上に配置され
た時のトルク、回転数の線である。また、破線Ｇ、Ｈは
それぞれ本発明を適用した電動機において、電機子７の
銅線の電流に対するトルク、回転数の線である。

従って、高いトルクを必要とする際には、電機子７の銅
線に流れる電流が増え、この電流による力により、磁石
２が移動し、ブラシ１１と磁石２との間に進角を少なく
して、電動機のトルクの高い特性の所で使用することが
できる。

また、磁石カバー３により、磁石２の内周の保護を行う
ことができる。

なお、弾性部材としてスプリング１０を用いたが、板バ
ネやゴム材を用いてもよいし、第９図に示すように、磁
石カバー３の切り曲げ部３ａの一部を、スルーボルト６
側に折り曲げて、折り曲げ部３ｃを形成し、この折り曲
げ部３ｃを弾性的に使ってもよい。

また・固定部としてスルーボルト６を用いたが、ヨーク
１の内周にスプリング１０を受けるための保持部を固定
して、この保持部を固定部として用いてもよい。さらに
、保持部はヨーク１の内周に。

一体に形成してもよい。

（発明の効果） 以上述べたように本発明においては、通常時には、弾性
部材により磁石に対してブラシを電気的中性軸に配置し
、ブラシの整流性を良くし、高トルクが必要な時には、
電機子の回転力と弾性部材とのつりあいによる磁石の移
動により相対的に磁石に対してブラシが幾何学的中性軸
側に配置され、電動機のトルクを増加させることができ
、電動機を有効に利用することができるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

石と磁石カバーの斜視図、第４図は一般的な電動機にお
ける進角に対するトルクおよび出力の特性図、第５図（
ａ）は本発明磁石式電動機における磁石の変位に対する
力の特性図、第５図（ｂ）は本発明磁石式電動機におけ
る電機子の電流に対する力の特性図、第６図は本発明磁
石式電動機の磁石がＸ。 変位した状態を示す正面図、第７図は本発明磁石式電動
機の磁石がＩ４変位した状態を示す正面図、第８図は本
発明磁石式電動機の電機子電流に対するトルクおよび回
転数の特性図、第９図は本発明磁石式電動機の他の実施
例の要部を示す斜視図である。 ｌ・・・ヨーク、２・・・磁石、３・・・磁石カバー、
６・・・固定部をなすスルーボルト、７・・・電機子、
１０・・・弾性部材をなすスプリング、１１・・・ブラ
シ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヨークの内周に回動可能に設けられた複数個の円
   弧状の磁石と、 前記ヨークの内周に設けられた固定部と、 この固定部と前記磁石の周方向側面との間に挿入された
   弾性部材と、 前記磁石の内周に配置された電機子と、 この電機子に電流を供給するブラシと、 を有する磁石式電動機。
2. （２）前記固定部は前記ヨークを固定するためのスルー
   ボルトである特許請求の範囲第１項記載の磁石式電動機
   。