(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁と、電機子と、整流子と、ブラシとを備え、前記界磁から発生する磁力と前記電機子から発生する磁力との作用によって前記電機子を回転させる直流モータにおいて、円弧状をしたセグメント形の独立した２つの永久磁石をその同極同士が対向するように前記電機子側から外側に向かって積層して前記界磁を構成したことを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記電機子側に位置する前記永久磁石の周方向の長さおよび軸方向の長さを、その外側に位置する永久磁石の周方向の長さおよび軸方向の長さより小さくした請求項１記載の直流モータ。
【請求項３】
前記界磁の最外周に位置する前記永久磁石を、そのモータ回転方向の端部同士を接触させて配置した請求項１または２記載の直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁に永久磁石を用いた直流モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、従来の直流モータ６７は、永久磁石６０，６１によって形成された界磁６２と、界磁６２の間に配置された電機子６３と、電機子６３に供給される電流を制御する整流子６４およびブラシ６５とを備えた構造であり、外部の直流電源６６から供給される電流で電機子６３に発生する磁力と、界磁６２から発生する磁力との作用によって電機子６３が回転する。
【０００３】
直流モータ６７の出力は、永久磁石６０，６１の磁力の強さや、電機子６３に発生する磁力の強さによって定まり、電機子６３に発生する磁力は、電機子６３に供給される電流の大きさによって左右される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直流モータの小型化、出力増大は従来から重要なテーマであるが、従来の直流モータ６７の出力を増大させる方法として、永久磁石６０，６１の磁力の強さを増大させる方法、直流電源６６の電圧を増加させ電機子６３に供給する電流を増大させる方法などがある。
【０００５】
永久磁石６０，６１の磁力の強さを増大させる方法としては、磁石の大型化、強力な磁性材料の採用などが考えられるが、モータ全体の大型化、重量増加や製造コストの高騰などを招来し、漏洩磁気による弊害が発生するおそれもある。
【０００６】
直流電源６６の電圧を増加させる方法の場合、エネルギーコストの増大を招き、産業界における省エネルギーの要請に逆行することとなる。また、電機子６３に通電可能な電流には上限があるため、直流電源６６の安易な電圧アップはモータ過熱などの弊害を発生するおそれがあり、危険性が伴う。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、比較的小型で強力な直流モータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の直流モータは、界磁と、電機子と、整流子と、ブラシとを備え、界磁から発生する磁力と電機子から発生する磁力との作用によって電機子を回転させる直流モータにおいて、複数の永久磁石をその同極同士が対向するように積層して界磁を構成したことを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることにより、界磁を構成する複数の永久磁石の磁力線同士が互いに反発して、電機子側に位置する永久磁石の磁力線が電機子側に圧縮された状態となるため、電機子外周に磁力線が集中して、強力な回転力を発生させることができる。したがって、供給電力を増大させたり、磁石を大型化することなく、大出力の直流モータを提供することができる。
【００１０】
また、電機子側に位置する永久磁石の積層方向の投影面積を、その外側に位置する永久磁石の積層方向の投影面積より小さくすることにより、外側の永久磁石が電機子側の永久磁石を覆った構造となるため、電機子側に位置する永久磁石の磁力線を電機子側に圧縮する機能がさらに増大し、電機子外周に対する磁力線の集中度が高まり、より強力な回転力を発生させることができる。
【００１１】
さらに、前記界磁の最外周に位置する永久磁石を、モータ回転軸方向の端面部同士を接触させて配置することにより、電機子側の永久磁石は最外周の永久磁石で包囲された構造となるため、電機子側の永久磁石の磁力線を電機子側に圧縮する機能が大幅に増大し、電機子外周に対する磁力線の集中度が高まり、さらに強力な回転力を発生させることができる。
【００１２】
また、本発明の直流モータ用永久磁石は、既存の直流モータの界磁の外周部分に装着可能な永久磁石であって、直流モータの界磁の外周面と対向する面に前記界磁外周面の磁極と同じ磁極を有することを特徴とする。このような構成とすることにより、本発明の直流モータ用永久磁石を、既存の直流モータの界磁の外周側に装着することで、直流モータに内蔵されている界磁の磁力線が電機子側に圧縮された状態となるため、電機子外周に界磁の磁力線が集中し、強力な回転力を発生させることができる。したがって、供給電力を増大させることなく、既存の直流モータの出力を増大させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図１は第１実施形態の直流モータを示す断面図、図２は前記直流モータを構成する界磁を示す斜視図、図３は前記直流モータの動作状態を示す断面図である。
【００１４】
本実施形態の直流モータ１０は、１８０度間隔で配置された２組の界磁１１，１２と、界磁１１，１２の間に軸支された電機子１３と、電機子１３に供給される電流を制御する整流子１４およびブラシ１５とを備えている。外部の直流電源１６から供給される電流で電機子１３に発生する磁力と、界磁１１，１２から発生する磁力との作用で電機子１３に回転力が生じ、これによって回転軸１７が回転する。
【００１５】
界磁１１，１２は、円弧状をしたセグメント形の永久磁石１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂをそれぞれ２つずつ積層して構成されている。この場合、界磁１１においては永久磁石１１ａ，１１ｂのＮ極同士が対向するように積層され、界磁１２においては永久磁石１２ａ，１２ｂのＳ極同士が対向するように積層されている。
【００１６】
ここで、図４を参照して、永久磁石の磁力線の分布状態について説明する。図４（ａ）は１個の永久磁石２０の周囲の磁力線の分布状態を示し、図４（ｂ）は２個の永久磁石２１，２２をそのＳ極同士が対向するように積層させたときの磁力線の分布状態を示している。
【００１７】
２個の永久磁石２１，２２をそのＳ極同士が対向するように積層することにより、永久磁石２１，２２の磁力線同士が互いに反発して、永久磁石２１の磁力線が圧縮された状態となるため、磁力線の弧の大きさ２３は、永久磁石２０の磁力線の弧の大きさ２４より小さくなる。すなわち、永久磁石２１の磁力線は、永久磁石２２の反対側に集中した状態となる。このような状態は、永久磁石２１，２２のＮ極同士を対向させて積層したときにも同様に発生する。
【００１８】
したがって、図４（ｂ）と同様の理由により、直流モータ１０の界磁１１，１２においては、永久磁石１１ａ，１１ｂおよび永久磁石１２ａ，１２ｂの磁力線同士がそれぞれ互いに反発して、電機子１３側に位置する永久磁石１１ｂ，１２ｂの磁力線はいずれも電機子１３側に圧縮された状態となる。
【００１９】
これによって、永久磁石１１ｂ，１２ｂの磁力線は電機子１３外周に集中することとなるため、直流電源１６から供給される電流によって磁化した電機子１３に強力な回転力が発生し、回転軸１７の出力が増大する。
【００２０】
また、図２に示すように、界磁１１，１２においては、電機子１３側に位置する永久磁石１１ｂ，１２ｂの周方向の長さ２５および軸方向の長さ２６を、その外側に位置する永久磁石１１ａ，１２の周方向の長さ２７および軸方向の長さ２９より小さくしている。すなわち、永久磁石１１ｂ，１２ｂの積層方向の投影面積を、永久磁石１１ａ，１２ａの積層方向の投影面積より小さくすることにより、外側の永久磁石１１ａ，１２ａが電機子１３側の永久磁石１１ｂ，１２ｂを覆った構造としている。
【００２１】
これによって、電機子１３側に位置する永久磁石１１ｂ，１２ｂの磁力線は、その外側の永久磁石１１ａ，１２ａによって電機子１３側に強く圧縮され、電機子１３外周に対する磁力線の集中度が高まるため、電機子１３には、より強力な回転力が発生し、回転軸１７の出力を増大させることができる。
【００２２】
直流モータ１０の出力を調べるため、図５に示すように、直流モータ１０の回転軸１７と、他の直流モータ３０の回転軸３１とをピニオンギア３２，３３を介して連結し、直流モータ１０の回転軸１７の回転力で直流モータ３０の回転軸３１を回転させ、このとき直流モータ３０に発生する電圧を電圧計３４で測定したところ、直流モータ１０の出力は従来の直流モータの１．８倍以上であることを確認できた。
【００２３】
このように、本実施形態の直流モータ１０は、従来と同等の供給電力で、従来の直流モータより大きな出力を得ることができる。また、界磁を構成する永久磁石を大型化して磁力を強化したものではないので、比較的小型である。
【００２４】
なお、本発明は、本実施形態の直流モータ１０に限定するものではないので、界磁に永久磁石を用いるものであれば、界磁の形状、配置個数あるいは電機子の構造などが異なるものであっても広く実施可能である。
【００２５】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態である直流モータ４０について説明する。直流モータ４０は、前記直流モータ１０と同様、１８０度間隔で配置された２組の界磁４１，４２と、界磁４１，４２の間に軸支された電機子４３と、電機子４３に供給される電流を制御する整流子およびブラシ（図示せず）とを備えている。外部の直流電源４４から供給される電流で電機子４３に発生する磁力と、界磁４１，４２から発生する磁力との作用で電機子４３に生じる回転力によって回転軸４５が回転する。
【００２６】
界磁４１，４２は、円弧状をしたセグメント形の永久磁石４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂをそれぞれ２つずつ積層して構成されており、界磁４１は永久磁石４１ａ，４１ｂのＮ極同士が対向するように積層され、界磁４２においては永久磁石１２ａ，１２ｂのＳ極同士が対向するように積層されている。
【００２７】
本実施形態の直流モータ４０においては、界磁４１，４２を構成する永久磁石４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのうち、その最外周に位置する永久磁石４１ａ，４２ａを、そのモータ回転方向の端部４１ｅ，４２ｅ同士を接触させた状態で配置している。これにより、電機子４３側の永久磁石４１ｂ，４２ｂは最外周の永久磁石４１ａ，４２ａで包囲された構造となるため、電機子４３側の永久磁石４１ｂ，４２ｂの磁力線を電機子４３側に圧縮する機能が大幅に増大し、電機子４３外周に対する磁力線の集中度が高まり、さらに強力な回転力を発生させることができる。
【００２８】
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態である直流モータ用永久磁石５０，５１について説明する。本実施形態の直流モータ用永久磁石５０，５１はいずれも、既存の直流モータ５２の界磁５３，５４の外周部分に装着可能な永久磁石であって、直流モータ５２のケーシング外周面に密着できるように、円弧状セグメント形である。また、直流モータ５２の界磁５３，５４の外周面とそれぞれ対向する面、すなわち凹面５０ａ，５１ａはそれぞれ界磁５３，５４の外周面の磁極と同じ磁極となっている。
【００２９】
直流モータ用永久磁石５０，５１を、既存の直流モータ５２の界磁５３，５４の外周部分に装着することにより、前述した実施形態と同様、直流モータ５２に内蔵されている界磁５３，５４の磁力線が電機子側に圧縮された状態となるため、外部電源からの通電によって磁化した電機子外周に界磁５３，５４の磁力線が集中して、回転軸５６に強力な回転力が発生する。
【００３０】
また、直流モータ用永久磁石５０，５１は、回転軸５６方向の端部５０ｅ，５１ｅ同士を接触させた状態で配置されているため、図６に示す第２実施形態の直流モータ４０と同様の理由により、これによっても界磁５３，５４の磁力線が直流モータ５２の電機子側へ集中し、回転軸５６に強力な回転力を発生する。
【００３１】
このように、直流モータ用永久磁石５０，５１を用いることにより、供給電力を増大させることなく、既存の直流モータ５２の出力を大幅に増大させることができる。また、直流モータ用永久磁石５０，５１を直流モータ５２のケーシング外周面に密着、固定する手段としては、図７に示すように、直流モータ用磁石５０，５１の外周面を包囲、締結する固定バンド５５あるいは接着剤などを好適に使用することができる。なお、直流モータ用永久磁石５０，５１の形状は、図７に示すものに限定するものではないので、装着する直流モータの外形などに応じて、その周方向の長さや軸方向の長さあるいは形状を任意に設定することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００３３】
（１）界磁と、電機子と、整流子と、ブラシとを備え、界磁から発生する磁力と電機子から発生する磁力との作用によって電機子を回転させる直流モータにおいて、複数の永久磁石をその同極同士が対向するように積層して界磁を構成することにより、界磁を構成する複数の永久磁石の磁力線同士が互いに反発して、電機子側に位置する永久磁石の磁力線が電機子側に圧縮された状態となるため、電機子外周に磁力線が集中して、強力な回転力を発生させることができる。したがって、供給電力を増大させたり、磁石を大型化することなく、大出力の直流モータを提供することができる。
【００３４】
（２）電機子側に位置する永久磁石の積層方向の投影面積を、その外側に位置する永久磁石の積層方向の投影面積より小さくすることにより、外側の永久磁石が電機子側の永久磁石を覆った構造となるため、電機子側に位置する永久磁石の磁力線を電機子側に圧縮する機能がさらに増大し、電機子外周に対する磁力線の集中度が高まり、より強力な回転力を発生させることができる。
【００３５】
（３）前記界磁の最外周に位置する永久磁石を、そのモータ回転方向の端部同士を接触させた状態で配置することにより、電機子側の永久磁石は最外周の永久磁石で包囲された構造となるため、電機子側の永久磁石の磁力線を電機子側に圧縮する機能が大幅に増大し、電機子外周に対する磁力線の集中度が高まり、さらに強力な回転力を発生させることができる。
【００３６】
（４）既存の直流モータの界磁の外周部分に装着可能な直流モータ用永久磁石が、界磁外周面と対向する面に前記界磁外周面の磁極と同じ磁極を有することにより、当該直流モータ用永久磁石を既存の直流モータの界磁の外周側に装着するだけで、直流モータ内蔵の界磁の磁力線が電機子側に圧縮された状態となり、電機子外周に界磁の磁力線が集中して強力な回転力を発生させるため、供給電力を増大させることなく、既存の直流モータの出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の直流モータを示す断面図である。
【図２】図１の直流モータの界磁を示す斜視図である。
【図３】図１の直流モータの動作状態を示す断面図である。
【図４】永久磁石の磁力線の分布状態を示す説明図である。
【図５】図１の直流モータの出力測定方法を示す説明図である。
【図６】第２実施形態の直流モータを示す断面図である。
【図７】直流モータ用永久磁石の実施の形態を示す斜視図である。
【図８】従来の永久磁石型直流モータを示す断面図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０  直流モータ
１１，１２，４１，４２、５３，５４  界磁
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，２０，２１，２２，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，５０，５１  永久磁石
１３，４３  電機子
１４  整流子
１５  ブラシ
１６，４４  直流電源
１７，３１，４５，５６  回転軸
２５，２７  周方向の長さ
２６，２９  軸方向の長さ
３２，３３  ピニオンギア
３４  電圧計
４１ｅ，４２ｅ，５０ｅ，５１ｅ  端部
５２  既存の直流モータ
５０ａ，５１ａ  凹面
５５  固定バンド
【図１】
0003675695.tif 000002
【図２】
0003675695.tif 000003
【図３】
0003675695.tif 000004
【図４】
0003675695.tif 000005
【図５】
0003675695.tif 000006
【図６】
0003675695.tif 000007
【図７】
0003675695.tif 000008
【図８】
0003675695.tif 000009