WO1990003061A1 - Rotary machine - Google Patents

Description

明 細 書 回 転 機 技 術 分 野

本発明 は 回転機 、 特 に 固定子 を 回 転可能 に し 、 固定 子 の 回転 出 力 を 外 部 に 取 出 し 、 ま た は 、 固 定子 に 外 部 か ら 回転 力 を 与 え る こ と が で き る よ う 構 成 し た 回 転機 に 関 す る 。

' 背 景 技 術

従来 、 周 知 の と お り 、 回転機例 え ば電動 機 は 固定 子 が支持体 （ ハ ウ ジ ン グ ） に 対 し て 固定 し て 取付 け ら れ て お り 、 固定子 ほ 回転 す る も の で は な か っ た 。

と こ ろ で 、 回転子 の 回転運動 は 、 固 定 子 の 磁極 に よ る 磁 気 的 反 発 ♦ 吸 引 力 が 回転子 に 対 し て ト ル ク と し て 作 用 す る こ と で な さ れ る が 、 同時 に 、 固 定 子 に 対 し て も 回転子 の 磁極 に よ る 磁気 的 反発 ♦ 吸 引 力 が 作 用 し て い る 。 こ の 固定 子 に 作 用 す る 力 は 、 従来 の 電動機 に お い て は 、 支 持体 に よ っ て い わ ば吸 収 さ れ て レ、 た 。

本願 の 発 明 者 は 、 こ の 固 定子 に 作 用 す る 力 に 着 目 し 、 こ の 力 を 固 定子 の ト ル ク と し て 作 用 さ せ 、 従前 か ら の 回 転子 の 回 転 出 力 の ほ か 、 固 定子 に よ る 新 た な 回 転 出力 を も 外部 に 取出 す よ う に す る こ と を主 な課題 と す る 。 発 明 の 開 示

本発明 ほ 、 支持体、 回転子、 お よ び固定子を有す る 回転機 に お い て 、 前記固定子を 回転可能 に 前記支持体 に 軸支 さ せ る と と も に 当該固定子 に 出力軸 ま た は入力 軸 を設 け 、 さ ら に 、 当該固定子 お よ び前記支持体 に 、 静止側 と 回転側 と を電気的 に 接続す る 電力伝達機構を 設 け た こ と を特徴 と す る 回転機 に あ る 。 図面の簡単 な説明

第 1 図 は本発明 の一実施例回転機の 断面図、 第 2 図 は そ の 電気等価回路図、

第 3 図 は そ の動作説明図、

第 4 図 ほ 本発明 の他の実施例回転機の 断面図、 第 5 図 は 本発明 の更 に 他の 実施例回転機の 断面図 で あ る 。 発明 を実施す る た め の最良の形態

第 1 図 に 示す 回転機 1 は 界磁 に 永久磁石 を 用 い た 2 極直流電動機 で あ り 、 支持体 （ 末実施例 で は A ゥ ジ ン グ ） 2 、 固定子 3 、 回転子 4 、 ハ ウ ジ ン グ 2 に 固定 さ れ た ブ ラ シ （ ノヽ ウ ジ ン グ ブ ラ シ ） 5 a 、 5 b 、 ノヽ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 保持具 6 a 、 6 b 、 固定子 3 に 固 定 さ れ た ブ ラ シ （ 固定子 ブ ラ シ ） 7 a 、 7 b 、 固定子 ブ ラ シ 保 持具 8 a 、 8 b 、 ス リ ッ プ リ ン グ 9 a 、 9 b 、 回 転子 を 軸支 す る 軸受 （ 回転子軸受 ） 1 0 a 、 1 0 b 、 固定 子 3 を 軸支 す る 軸受 （ 固定子軸受 ） 1 1 a 、 1 1 b 、 ク ラ ッ チ 機構 1 2 a 、 1 2 b を 備 え る 。

ハ ウ ジ ン グ 2 の ド ラ ム 状胴体部 2 1 の 左 端面 中 央 部 に は 固定子軸受 1 1 a を 取 付 け る た め の 穴 2 2 a が 設 け て あ り 、 一方 、 胴体 部 2 1 の 右端面 中 央 部 に ほ 他 の 固 定子軸受 ' 1 1 b お よ び公知 の ク ラ ッ チ 機 構 1 2 a を 取付 け る た め の 穴 2 2 b が 設 け て あ る 。 ま た 、 胴体部 2 1 の 左上部 に は ハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 収容部 2 3 a が 、 一方 、 左 下部 に は 他 の ハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 収 容部 2 3 b が そ れ ぞ れ突設 し て あ る 。 収容 部 2 3 a に は ノヽ ゥ ジ ン グ ブ ラ シ 保持具取付穴 2 4 a が 、 他 の 収容 部 2 3 b に は 他 の ハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 保 持具取付穴 2 4 b が 、 軸線 に 沿 っ て 適宜 間 隔 で 設 け て あ る 。

固定子 3 の ド ラ ム 状胴体 部 3 1 の 左 端面 中 央部 に は 回転子軸受 1 0 a お よ び公知 の ク ラ ッ チ 機 構 1 2 b を 収容 す る 収容部 3 2 a が突 設 さ れ 、 収 容 部 3 2 a の 左 端 部 に ほ 固 定子軸受 1 1 a に よ り 軸 支 さ れ る 中 空 円 筒 軸 3 3 が 突設 さ れ て い る 。 一 方 、 胴 体 部 3 1 の 右 端 面 中央部 に は他の 回転子軸受収容部 3 2 b が突設 さ れ、 収容部 3 2 b の右端面 に は他の 固定子軸受 1 1 b に よ り 軸支 さ れ る 出 力軸 （ 固定子出力軸 ） 3 4 を 突設 し て あ る 。 こ こ で 、 中空円筒軸 3 3 と 固定子出力軸 3 4 ほ 同一軸上 に 位置す る 。 こ の よ う に 、 固定子 3 は ノ、 ウ ジ ン グ 2 に 対 し て 回転可能 と し て あ る 。

ま た 、 固定子胴体部 3 1 の左部 に は固定子ブ ラ シ保 持具取付穴 3 5 a 、 3 5 b が、 そ れ ぞ れハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 5 a 、 5 b と 対向 す る 軸線上位置 で あ っ て 1 8 0 。 の位相差 を も つ 円周上位置 に 設 け ら れ て い る 。

ま た 、 胴体部 3 1 の 内周面 に ほ 、 界磁 と し て二極の N 極、 S 極を 形成す る 永久磁石 3 6 a 、 3 6 b が固定 さ れ て い る 。 こ の 永久磁石 3 6 a 、 3 6 b は 固定子ブ ラ シ 7 a 、 7 t> と 9 0 。 の位相差 を も つ も の で あ る 。

回転子 4 の左端側 の 回転軸 （ 回転子出力軸 ） 4 1 ほ 回転子軸受 1 0 a に よ っ て軸支 さ れ、 右端側 の 回転軸 ( 回転子回転軸 ） 4 2 ほ他の 回転子軸受 1 0 b に よ つ て軸支 さ れ て い る 。 従っ て 、 回転子 4 は 固定子 3 の 回 転 と 別個独立 し て 回転可能 と な る 。

ハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 5 a は 直流電源 1 3 の 例 え ば正極 と 電気的 に 接続す る と と も に 固定子 ド ラ ム 状胴体部 3 1 に 璟装 さ れ た ス リ ッ ブ リ ン グ 9 a と 摺動 自 在 に 接触 さ せ る 。 一方 、 他 の ハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 5 b は 直流電源 1 3 の 負 極 と 電 気 的 に 接続 す る と と も に 他 の ス リ ッ プ リ ン グ 9 b と 摺動 自 在 に 接触 さ せ る 。 ス リ ッ ブ リ ン グ 9 a は 固定子 ブ ラ シ 7 a と 電気 的 に 接続 し 、 他 の ス リ ッ ブ リ ン グ 9 b は 他 の 固定子 ブ ラ シ 7 b と 電 気 的 に 接 続 す る 。 固定子 ブ ラ シ 7 a 、 7 b は 回転子 4 の コ ミ ュ テ ー タ 4 3 と 接触 す る 。 従 っ て 、 直流電源 1 3 の 正極 は ノヽ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 5 a 、 ス リ ッ プ リ ン グ 9 a 、 固定 子 ブ ラ シ 7 a を 介 し て コ ミ ュ テ ー タ 4 3 に 正電 位 を 与 え 、 他方 、 負 極 ほ 他 の ハ ウ ジ ン グ ブ ラ シ 5 b 、 他 の ス リ ツ プ リ ン グ 9 b 、 他 の 固定子 ブ ラ シ 7 b を 介 し て コ ミ ュ テ ー タ 4 3 に 負 電位 を 与 え 、 回転子 4 の 電機子 コ ィ ル 4 4 に 電機子 電流 が 供給 さ れ 、 回 転子 4 に 起磁 力 を 発生 さ せ る 。

ク ラ ッ チ 機構 1 2 a 、 1 2 b は 例 え ば ワ ン ウ ェ イ タ イ ブ の 電磁 ク ラ ッ チ で あ り 、 電 力 の 供 給 は 、 ク ラ ッ チ 機構 1 2 a に つ レヽ て ほ 電源 1 3 か ら ス ィ ッ チ 回 路 （ 図 示 せ ず ） を 介 し て 直接 的 に 、 一方 ク ラ ッ チ 機構 1 2 b に つ い て は ス ィ ッ チ 回 路 、 ブ ラ シ 5 a 、 ス リ ッ プ リ ン グ 9 a 又 は 9 b を 介 し て な さ れ て レヽ る 。

次 に 、 こ の よ う に 構成 さ れ た 回転機 1 の 動 作 に つ い て 説 明 す る 。 回転機 1 に 直流電 源 1 3 を 投入 す る と 、 前述 し た よ う に 回転子 4 に 起磁 力 が 発 生 す る 。 こ の 発 生起磁力 の 極性 が 例 え ば第 3 図 （ A ) に 示 す よ う な も の で あ る と す る と 、 回転子 4 、 固定子 3 間 に 磁気的吸 引 力 、 反発力 が発生 し て こ の 力が回転子 4 、 固定子 3 の 回転力 と し て 作 用 し 、 回転子 4 は時計方向 に 、 固定 子 3 は 反時計方向 に そ れ ぞ れ回転を 開始す る 。 な お 、 電源 1 3 投入時 に は ク ラ ッ チ機構 1 2 a 、 1 2 b は と も に 遮断状態 に あ り 、 支持体 2 と 固定子 3 と は互い に 自 由 に 回転可能 に あ り 、 ま た 、 固定子 3 と 回転子 4 と は同様 に 自 由 に 回転可能 と さ れ て レヽ る も の と す る 。

前述 し た よ う に 固定子 ブ ラ シ 7 a 、 7 b は 固定子 3 に 固定 さ れ て い る た め 、 固定子 ブ ラ シ 7 a 、 7 b も 固 定子 3 と と も に 回転す る 。 従っ て 、 回転子 4 に お レヽ て は、 回転方向 は時計方向 と な る が、 発生起磁力 は 固定 子 3 の 回転速度 と 同一速度 で 反時計方向 に 回転 し 、 始 動開始時の 固定子界磁 と の 位相差 が保持 さ れ る 。 こ の た め 、 回転子 4 、 固定子 3 間 に は 、 始動開始後 も 回転 力 を付与 し つ づ け る 磁気的吸引 力 、 反発力 が発生 し 、 第 3 図 （ B ) 、 （ C ) 、 （ D ) に 示す順 に 、 回転子 4 ほ時計方向 に 、 固定子 3 は 反時計方向 に そ れ ぞ れ回転 す る こ と が で き る 。

こ の よ う に 、 回転機 1 に 直流電源 1 3 が 投入 さ れ る と 、 回転子 4 は例 え ば時計方向 に 、 固定子 3 は 反時計 方向 に 回転す る た め 、 回転子 出 力軸 4 1 及び固定子出 力軸 3 4 か ら 互い に 回転方向 の 異 な る 2 つ の 回転力 を 外 部 に 取 り 出 す こ と が で き る 。

な お 、 ク ラ ッ チ 機構 1 2 a が 接続状態 に あ る と き は 、 固定子 3 が支持体 2 に 固定 さ れ 、 通常 の 電動 機 と し て 使 用 す る こ と も で き る 。 ま た 、 ク ラ ッ チ 機構 1 2 a 、 1 2 b に よ り 支持体 と 固定子 間 、 固定 子 と 回転子間 の 結合係 数 を 調節 す る こ と で 種 々 の 出 力 制 御 を す る こ と も 可能 で あ る 。

前記実施例 で は 、 回転子 出 力 軸 4 1 は 図面左 側 の ハ ウ ジ ン グ 端面 か ら 外 部 に 露 出 し 、 固定子 出 力 軸 3 4 は 右側 の ノヽ ウ ジ ン グ端面 か ら 外 部 に 露 出 し て い る が 、 回 転子 出 力 軸 4 1 、 固定子 出 力 軸 3 4 の 外 部 へ の 取 出 し 方 法 は こ れ の み に 限定 さ れ る も の で は な く 、 例 え ば両 出 力 軸 3 4 、 4 1 を 同一 ハ ウ ジ ン グ 端面 か ら 取 出 し て も よ く 、 ま た 、 各 出 力 軸 3 4 、 4 1 が そ れ ぞ れ 2 つ の 出 力 軸 を な す よ う に し て も よ レヽ 。

ま た 、 前記実施例 で は 、 固 定子 3 及 び 回 転子 4 を ハ ウ ジ ン グ 2 内 に 収 容 し た 電 動機 を 示 し た が 、 第 4 図 に 示 す よ う に 、 固 定子 3 を 外 部 に 露 出 さ せ 支 持 フ レ ー ム ( 支持体 ） 2 に よ っ て 軸 支 さ せ る よ う に し て も よ レヽ 。 な お 、 第 4 図 に 示 す 符号 は 前記実施例 と 同 一 内 容 の も の を 示 し て い る 。

ま た 、 更 に 他 の 実施例 と し て 、 第 5 図 に 示 す よ う な ブ ラ シ レ ス モ ー タ 又 は ブ ラ シ レ ス 発電機 と す る こ と も で き る 。 図中、 回転子 4 は永久磁石又 は か ご 形回転子 と し、 固定子 3 は電機子巻線 と す る 。 図中 の他の符号 の う ち 5 a 、 5 b 、 5 c 、 5 d は ブ ラ シ ， 9 a 、 9 b 、 9 c 、 9 d は ス リ ッ プ リ ン グ で あ る 。

ま た前記第 1 の 実施例 に お い て は 、 '界磁 と し て 永久 磁石 を 用 い て レ、 る が、 他 の実施例 と し て 界磁 に 界磁 コ ィ ル を 用 い て も よ レヽ 。 こ の場合、 界磁 コ イ ル に は ス リ ッ ブ リ ン グ 9 a 、 9 b を介 し て 界磁電流が供給 さ れ る よ う に す る 。

ま た 、 前記第 1 の実施例 は 2 極 の 直流電動機 で あ る が、 他の実施例 と し て 4 極 な ど の 多極の 直流電動機 と す る こ と は 自 由 で あ る 。

ま た 、 前記第 1 の実施例 は 直流電動機 で あ る が、 本 発明 は固定子が回転可能 な交流整流子電動機 と し て も 簡単 に 使 用 す る こ と が で き る こ と は 勿論 で あ る 。

ま た 、 前記第 1 の実施例 は 直流電動機 で あ る が、 直 流発電機 と し て も そ の ま ま 使用 で き る 。 こ の場合、 回 転子出力軸 4 1 及び固定子出力軸 3 4 が外部 か ら 回転 力 を付与 さ れ る 軸 す な わ ち 入力軸 と さ れ る こ と は言 う ま で も な レ、 。

ま た 、 前記第 1 の実施例 で ほ支持体 2 、 固定子 3 間 及び固定子 3 、 回転子 4 間 に そ れ ぞ れ ク ラ ッ チ機構 1 2 a 及び 1 2 b を も う け て レヽ る が、 他 に 支持体 2 、 回 転子 4 間 に 他 の ク ラ ッ チ 機構 を も う け る こ と は 自 由 で あ る 。 ま た ク ラ ッ チ 機構 1 2 a 、 1 2 b の 代 り に ブ レ ー キ 機構 を も う け て も よ い 。

ま た 、 ス リ ッ プ リ ン グ 9 a 、 9 b の 円 周 上 の 一部 に 電 気 的 な 欠損部 を も う け 、 両 出 力 軸 3 4 、 4 1 間 に 作 用 す る ト ル ク が 設定値 に 達 し た と き 、 ス リ ッ プ リ ン グ 9 a 、 9 b の 欠損部 に よ り 駆 動電源 を オ フ さ せ る よ う に し 、 出 力 軸 3 4 、 4 1 に 摇動運動 を さ せ る こ と も で き る 。

以上 説 明 し た よ う に 、 本 発 明 に よ る と 、 電動機 と し て 使 用 し た 場合 、 互 い に 回転方 向 の 異 な る 回転 力 を 1 の 電 動機 で 外 部 に 取 り 出 す こ と が で き る 。

従 っ て 、 一 方 の 出 力 軸 の 回 転 制御 を す る こ と に よ つ て 他方 の 出 力 軸 の 回転制御 を す る こ と が で き る な ど 、 本発 明 に よ る 電動 機 は 産 業 用 ロ ボ ッ ト 等 の 広範 囲 な 分 野 に 適 用 す る こ と が で き る 。

ま た 、 本発 明 は 2 つ の 入 力 軸 を も つ 1 の 発電機 と し て 使 用 す る こ と が で き 、 広範 囲 な 動 力 源 に よ る 発 電機 と し て 適 用 す る こ と が で き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 支持体、 回転子お よ び固定子 を有す る 回転機 に お い て 、

刖 記固定子を 回転可能 に 前記支持体 に軸支 さ せ る と と も に 当該固定子 に 出力軸 ま た は入力軸を 設 け、

さ ら に 、 当該固定子お よ び前記支持体 に 、 静止側 と 回転側 と を 電気的 に 接続す る 電力伝達機構 を設 け た こ と を 特徴 と す る 回転機。

2 . 請求 の範囲第 1 項 に ぉ レヽ て 、 前記回転機 が直流 電動機 で あ り 、 か つ前記電力伝達機構が 、 前記支持体 に 設 け ら れ た ブ ラ シ と 刖 言己固定子 に 設 け ら れ た ス リ ッ ブ リ ン グ と か ら な る こ と を 特徴 と す る 回転機。

3 . 請求 の範囲第 2 項 に お い て 、 前記回転子が前記 固定子 に 軸支 さ れ て レヽ る こ と を 特徴 と す る 回転機。

4 • 請求 の範囲第 1 項 に お い て 、 前記回転機が交流 整流子電動機で あ り 、 か つ mi 記 ¾力伝達機構 が、 前記 支持体 に 設 け ら れ た ブ ラ シ と 前記固定子 に 設 け ら れ た ス リ ッ ブ リ ン グ と か ら な る こ と を 特徴 と す る 回転機。

5 求 の範囲第 1 項 に お い て 、 前記支持体 と 前記 固定子間 に ク ラ ツ チ機構 を 設 け た こ と を 特徴 と す る 回 転機

6 . 請求 の範囲第 1 項 に お い て 、 前記固定子 と 前記 回転子間 に ク ラ ッ チ機構 を設 け た こ と を 特徴 と す る 回

転機

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