JPWO2016185620A1

JPWO2016185620A1 - 直列誘導直流モータ

Info

Publication number: JPWO2016185620A1
Application number: JP2017518715A
Authority: JP
Inventors: 雅以西村
Original assignee: 雅以西村
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2018-07-12
Also published as: EP3301796A1; US20180159388A1; WO2016185620A1; EP3301796A4; CN108028586A; KR20180030787A

Abstract

永久磁石（３）を着磁した回転子を回転させる直流モータで、２本以上の永久磁石（３）を組み合わせた回転子の回転軸（４）方向の両側にコイルを巻いた固定電機子（２）で挟む構造のモータなので、モータのハウジング部（１）を細くすることが可能である。また、固定電機子（２）の先の軸延長方向に同構造の永久磁石回転子（３）と固定電機子（２）を交互に直列追加することも理論上は可能であり、より大きな回転力を得ることも考えられる。請求項２の場合、回転軸（４）と平行の定位置に、回転軸（４）を中心にして鉄棒にコイルを巻いた電機子３本（１０）を並べた構造の回転子の左右両側に固定永久磁石（８）Ｎ・Ｓ極を配置した構造で、ブラシ（１２）を通じ電流を印加することにより回転する直流モータである。電機子の左右両側から永久磁石（８）で回転を誘導するので回転がスムーズになり、ハウジング部（１）を細く出来るモータである。

Description

本発明直流モータは、電機子回転子および永久磁石の回転子を、ギャップを設けた回転軸方向の両側から挟んだ固定永久磁石および固定電機子コイル等により誘導回転する構造のモータである。

従来の直流モータは回転子の回転体外円周囲部に、固定電機子か固定磁石を配置して内側の回転子を回す構造の場合と、固定電機子等の外周部に回転体を配置して回転運動を発生させるのが常識となっていた。

鉄芯にコイルを巻いた電機子回転子の場合は回転軸方向で固定永久磁石を両側から挟むように配置して電機子コイルに電流を印加することにより従来のモータと遜色なく回転することが可能である。
永久磁石の回転子の場合も回転軸方向の両側からギャップを開け挟むようにコイルを巻いた固定電機子を設置して整流子に電流を印加すれば、従来のものと遜色のない回転力が発生する。基礎的な構造や作動形態などは全て従来のモータのと変わりがないので、回転体を回すための誘導を促す力の方向が変わってもトルクを発生できることは同じであることの発明である。
（発明が解決しようとする課題）

従来のモータと違って回転体の外円周囲部に固定電機子などを配置しなければ、モータの外周囲面積を小さく出来るが、従来の構造が普遍のものと考えられていたために誰もそのことに目をつけていなかった。
（課題を解決するための手段）

従来の常識であるモータの形は回転体の外円周囲面で誘導するので、より細くするのには構造的に無理な面もありました。

回転体を軸方向で誘導しても回転することを発見し、また、固定電機子や固定磁石等と回転子間のギャップを平面で設けるので従来のものより構造が簡単になり製造しやすいメリットがあります。その結果より狭い箇所や細いところで回転するモータを提供できます。
（発明の効果）

棒状の２本の永久磁石をＮ・Ｓ極が逆相になるように並列に並べてその中央の位置に回転軸を固定し、並列に挟んだ棒磁石２本の回転子両先端部回転軸方面にギャップを設け固定した電機子に電流を印加することで回転子が回転を始める。回転子の回転面外円周囲部に固定電機子を配置しないので外周面積を小さくできる。回転軸を中心に挟んで鉄芯にコイルを巻いた電機子３本の回転子の回転軸方面の先端部分から両軸受け側にギャップを挟んで固定永久磁石を設置した構造のモータも、従前のものより細い構造にすることが可能であり、固定電機子および固定永久磁石を、どちらのモータも回転体の両側に従来のものの２倍設置してあるので誘引力が大きくなり回転がスムーズである。

図１は実施例１のモータの横断面図と右側正面から見た概略説明図および概略配線図である。

図２は実施例２のモータの横断面図と右側正面から見た（ハウジングと固定永久磁石を省略）概略説明図である。

半月形に整形した２本の棒状の永久磁石をＮ・Ｓ極が逆相になるようにして並列に並べた中央に回転軸を挟んだ構造の回転子と、棒磁石の先端部分左右両軸受け側に固定電機子回路を各１個設置した構造である。図面１の状態で永久磁石回転子の左右に固着した電機子コイル７−１に電流を印加したとき、永久磁石回転子の左側先端部分の固定電機子コイルには逆方向から同時に電流が流れる仕組で、また、永久磁石回転子の磁極面が磁気検出器によりＮ・Ｓ極を感知し電流の流れる向きを変えることにより、連続してスムーズに回転を続ける。図面では分かりやすいように固定電機子の数を少なくしましたが固定電機子を３個に増やしても、インバータや位置センサを利用することも永久磁石の回転子のＮＳ極の数を増やしても、従来のモータと基本的には特に変わらず利用出来る部分が多くあります。

回転軸を中心にして、鉄棒の周りにコイルを巻いたもの３本が回転軸を囲む構造の電機子回転子。従来のものと違い、図面２のように回転軸と鉄棒に巻いたコイルの向きが横に平行に並ぶ構造である。電機子回転子の両端にはＮ極、Ｓ極の永久磁石を左側と右側とは逆位置になるように固定配置し、回転軸上でブラシにより電流を印加することで鉄棒に巻いたコイルに磁力が発生し両側の固定永久磁石に反応し回転を始める。基本構造としては従来のモータと同じであるが、大きく変わるのは回転体の外円周囲部分に固定永久磁石を配する形でないことと、磁石と鉄棒とのギャップを平面で設けるので製造工程等が簡単になる。

細い形であるるので、狭い個所のネジ締めや細部の加工工具や、手術用の製品等に利用が可能である。また、構造的に比較的磁力の弱い磁性体の永久磁石の利用でも効果を得ることが可能である。
電機子回転子と固定永久磁石の組み合わせの場合も、永久磁石回転子の場合も回転子の平面部分と固定電機子等の回転軸側の平面でギャップを設けるので従来の円形周囲でギャップを設ける構造のものと比べるとギャップを均一にするのが容易である。

１モータハウジング
２固定電機子
３永久磁石回転子
４回転軸
５軸受とボール
６磁気検出器
７７−１７−２（電源部端子）
８固定永久磁石
９回転電機子鉄芯
１０回転子コイル
１１板バネ
１２ブラシ
１３整流子

【０００１】
（技術分野）
（０００１）
本発明直流モータは、電機子回転子および永久磁石の回転子を、ギャップを設けた回転軸方向の両側から挟んだ固定永久磁石および固定電機子コイル等により誘導回転する構造のモータである。
（背景技術）
（０００２）
従来の直流モータは回転子の回転体外円周囲部に、固定電機子か固定磁石を配置して内側の回転子を回す構造の場合と、固定電機子等の外周部に回転体を配置して回転運動を発生させるのが常識となっていた。
（発明の概要）
（０００３）
鉄芯にコイルを巻いた電機子回転子の場合は回転軸方向で固定永久磁石を両側から挟むように配置して電機子コイルに電流を印加することにより従来のモータと遜色なく回転することが可能である。
永久磁石の回転子の場合も回転軸方向の両側からギャップを開け挟むようにコイルを巻いた固定電機子を設置して整流子に電流を印加すれば、従来のものと遜色のない回転力が発生する。基礎的な構造や作動形態などは全て従来のモータのと変わりがないので、回転体を回すための誘導を促す力の方向が変わってもトルクを発生できることは同じであることの発明である。
（発明が解決しようとする課題）
（０００４）
従来のモータと違って回転体の外円周囲部に固定電機子などを配置しなければ、モータの外周囲面積を小さく出来るが、従来の構造が普遍のものと考えられていたために誰もそのことに目をつけていなかった。
（課題を解決するための手段）
（０００５）
従来の常識であるモータの形は回転体の外円周囲面で誘導するので、より細くするのには構造的に無理な面もありました。
（０００６）
回転体を軸方向で誘導しても回転することを発見し、また、固定電機子や固定磁石等と回転子間のギャップを平面で設けるので従来のものより構造が簡単になり製造しやすいメリットがあります。その結果より狭い箇所や細いところで回転するモータを提供できます。
（発明の効果）
（０００７）
棒状の２本の永久磁石をＮ・Ｓ極が逆相になるように並列に並べてその中央の位置に回転軸を固定し、並列に挟んだ棒磁石２本の回転子両先端部回転軸方面にギャップを設け固定した電機子に電流を印加することで回転子が回転を始める。回転子の回転面外円周囲部に固定電機子を配置しないので外周面積を小さくできる。
回転軸を中心に挟んで鉄芯にコイルを巻いた電機子３本の回転子の回転軸方面の先端部分から両軸受け側にギャップを挟んで固定永久磁石を設置した構造のモータも、従前のものより細い構造にすることが可能であり、固定電機子および固定永久磁石を、どちらのモータも回転体の両側に従来のものの２倍設置してあるので誘引力が大きくなり回転がスムーズであります。
永久磁石回転子の極数を増やすときは電機子の数を増やすことで同様の効果が得られる。実施例１の構造を基礎に、回転軸上直列に永久磁石２組を所定の間隔を開けた位置に固着して、それら永久磁石の中間部分にも電機子を固定配置することでより強力な回転力が確保できるモータ。
（図面の簡単な説明）
（０００８）
（図１）図１は実施例１のモータの横断面図と右側正面から見た概略説明図および概略配線図である。
（０００９）
（図２）図２は実施例２のモータの横断面図と右側正面から見た（ハウジングと固定永久磁石を省略）概略説明図である。
（図３）図３は実施例１のモータの変形で回転子の永久磁石の数を４本にした場合の横断面図と右側正面から見た概略説明図および概略配線図である。
（図４）図４は実施例１のモータの変形で回転軸上間隔を開けた位置に２組の永久磁石を固着したモータの横断面図と中間部分正面から見た電機子等の概略説明図および概略配線図である。

【０００２】
（実施例１）
（００１０）
半月形に整形した２本の棒状の永久磁石をＮ・Ｓ極が逆相になるようにして並列に並べた中央に回転軸を挟んだ構造の回転子と、棒磁石の先端部分左右両軸受け側に固定電機子回路を各１個設置した構造である。図面１の状態で永久磁石回転子の左右に固着した電機子コイル７−１に電流を印加したとき、永久磁石回転子の左側先端部分の固定電機子コイルには逆方向から同時に電流が流れる仕組で、また、永久磁石回転子の磁極面が磁気検出器によりＮ・Ｓ極を感知し電流の流れる向きを変えることにより、連続してスムーズに回転を続ける。図面では分かりやすいように固定電機子の数を少なくしましたが固定電機子を３個に増やしても、インバータや位置センサを利用することも永久磁石の回転子のＮＳ極の数を増やしても、従来のモータと基本的には特に変わらず利用出来る部分が多くあります。
（実施例２）
（００１１）
回転軸を中心にして、鉄棒の周りにコイルを巻いたもの３本が回転軸を囲む構造の電機子回転子。従来のものと違い、図面２のように回転軸と鉄棒に巻いたコイルの向きが横に平行に並ぶ構造である。電機子回転子の両端にはＮ極、Ｓ極の永久磁石を左側と右側とは逆位置になるように固定配置し、回転軸上でブラシにより電流を印加することで鉄棒に巻いたコイルに磁力が発生し両側の固定永久磁石に反応し回転を始める。基本構造としては従来のモータと同じであるが、大きく変わるのは回転体の外円周囲部分に固定永久磁石を配する形でないことと、磁石と鉄棒とのギャップを平面で設けるので製造工程等が簡単になる。
（実施例３）
実施例１の構造の変形で、回転軸上の永久磁石の数を４本の回転子にした場合の、回転軸方向の両側の電機子の数を２組ずつ配置した構造のモータ（図３）。
（実施例４）
実施例１の構造の変形で、回転子の永久磁石を回転軸上にもう１組の永久磁石を所定の位置に追加した構造にし、前記２組の永久磁石の中間部分にも電機子を固定配置したモータ。
（産業上の利用可能性）
（００１２）
細い形であるるので、狭い個所のネジ締めや細部の加工工具や、手術用の製品等に利用が可能である。また、構造的に比較的磁力の弱い磁性体の永久磁石の利用でも効果を得ることが可能である。
電機子回転子と固定永久磁石の組み合わせの場合も、永久磁石回転子の場合も回転子の平面部分と固定電機子等の回転軸側の平面でギャップを設けるので従来の円形周囲でギャップを設ける構造のものと比べるとギャップを均一にするのが容易である。
（符号の説明）
（００１３）
１モータハウジング
２固定電機子
２ｃ−ａ２ｃ−ｂ（中間部分固定電機子）
３永久磁石回転子
４回転軸
５軸受とボール
６磁気検出器
７７−１７−２（電源部端子）
８固定永久磁石
９回転電機子鉄芯
１０回転子コイル
１１板バネ
１２ブラシ
１３整流子

Claims

永久磁石を用いた回転子を回転軸方向の両側からコイルを巻いた固定電機子等をギャップを開け挟んだ構造で、固定電機子に磁気検出器を通じ電流を流れる方向を変えながら印加することにより回転力を発生させる構造のモータ。
回転軸を中心にして、回転軸の周りに棒状の鉄芯にコイルを巻いた複数以上の電機子を並列に固定した回転子。その回転子の回転軸方向の両側から固定永久磁石でギャップを開けて挟む構造で、電機子回転子にブラシを通じ電流を印加することにより回転力を発生させるモータ。