(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単で、動作特性に優れ、製造が容易で、小型化および価格低減が容易な電動機を提供する。【解決手段】本発明による第一のブラッシ付き電動機では、偶数の巻き線磁極と同数の永久磁石磁極または巻き線磁極および、やはり同数のコンミュテーター電極を備え、一個または一組のブラッシおよび２個一組のスイッチング回路を備え、二個一組の巻き線磁極の磁化極性を交互に変化させる事により、電動機回転子に回転モーメントを発生させている。【選択図】図１
2006353071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同数で偶数の巻き線磁極と永久磁石極または巻き線磁極を備え、やはり、同数の電極を持つコンミュテーターと１個または１組のブラッシを備え、且つ、２個１組の電流切り替え機能を持つスイッチング回路を備え、  前記、巻き線磁極の巻き線が、すべて直列に、且つ、リング状に接続され、その接続点が、対応するコンミュテーター電極に接続されると共に、コンミュテーター電極は、奇数番目、偶数番目毎に一つに接続され、２つのグループを形成し、  ２個１組のスイッチング回路は、ブラッシとコンミュテーター電極の接触に対応して電流を切り替える事を特徴とする、電動機。
【請求項２】
同数で偶数の巻き線磁極と永久磁石磁極または巻き線磁極を備え、やはり、同数の電極を持つコンミュテーターと１個または１組のブラッシを備え、２個１組の電流切り替え機能を持つスイッチング回路を２組備え、  前記巻き線磁極の巻き線が、すべて直列に接続され、リング状回路を形成し、  さらに、前記巻き線の接続点は、奇数番目および偶数番目毎に纏められ、２つのグループを形成し、  ２個１組のスイッチング回路は、１組が前記２グループの巻き線接続点と、電源の第一の電極端子間に挿入され、もう１組のスイッチング回路は、同様に巻き線接続点と電源の第二の電極端子間に挿入され、ブラッシとコンミュテーター電極の接触に対応して、電流を切り替える事を特徴とする電動機。
【請求項３】
回転検出センサー、制御回路および駆動回路を備え、前記コンミュテーターおよびブラッシを用いること無く、回転を制御する事を特徴とする、［請求項１］および［請求項２］に係る電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、各種機械装置の動力源として、広く用いられている、電動機に関する。［背景技術］【０００２】  電動機は、利用される電力により、直流電動機および交流電動機に大別され、さらに駆動方式により、ブラッシ付き電動機、ブラッシレス電動機および誘導電動機に分類され、用途に適応した方式の電動機が使用されている。［発明の開示］［発明が解決しようとする課題］【０００３】  電動機は、その回転力を得るためには、供給電力により、回転磁界を発生させる必要があるが、誘導電動機を除き、他の方式の電動機では、何らかの手段により、供給電力を断続して、巻き線磁極の巻き線を流れる電流の方向を変化させる必要がある。  ブラッシ付き電動機では、ブラッシとコンミュテーターの組み合わせによりそれを実現し、ブラッシレス電動機では、外部駆動装置により、それを実現している。  ブラッシ付き電動機では、通常２個１組のブラッシが使用され、各ブラッシには、それぞれに固有の配線が必要であり、ブラッシ、コンミュテーター周りにかなりの占有空間が必要となり、装置の大型化と価格の上昇を齎している。  また、ブラッシレス電動機には単相駆動方式と３相駆動方式があるが、共にかなり複雑な制御回路とフルブリッジ方式の駆動回路が必要であり、装置の大型化と高価格化の原因となっていた。  さらに、従来技術による電動機は交流用誘導電動機を除き、巻き線磁極の使用効率が低く、多くの場合２／３程度が上限であった。［課題を解決するための手段］【０００４】  本発明による、［請求項１］に係る電動機では偶数で、且つ、同数の巻き線磁極および永久磁石磁極で構成されるが、全磁極が巻き線構造の磁極で構成する事も可能である。  巻き線磁極の巻き線は、すべて直列に接続され、リング状回路を形成する。  また、リング状に配置された巻き線群の各接続点は、対応するコンミュテーター電極に接続される。  さらに、コンミュテーター電極も、奇数番目および偶数番目が一つに纏められ、二つの電極群を構成する。  二つのスイッチング回路は夫々二つの端子を持ち、一方の端子は、電力供給電源の第一端子に接続され、他方の端子はそれぞれ、二つのコンミュテーター電極群の対応する電極に接続される。  １個または１組のブラッシは、電力供給電源の、第二の端子に直接に、または間接的に接続される。  ブラッシは、コンミュテータ−電極のどれか一つに接触する様に配置されるが、同時に２個のコンミュテーター電極とは接触しない様に配慮されている。【０００５】  本発明の、［請求項２］に係る電動機では、２個１組のスイッチング回路が、さらに１組追加され、巻き線群の対応する接続点と、電源の第二の端子間に挿入される。  また、本発明の電動機をブラッシレス電動機として使用するには、コンミュテーター電極およびブラッシの代わりに、回転位置検出センサー、制御回路および駆動回路を設ける事により容易に実行可能である。［発明の効果］【０００６】  従来の電動機では、交流電力用の誘導電動機を除き、巻き線磁極の巻き線の利用効率が百％に達するものはほとんど無い。  本発明による電動機では、巻き線の利用効率はほぼ百％であり、装置の小型化と、電力利用効率の向上に有効である。  また、本発明による電動機���発生する回転モーメントは、常に回転軸に対称であり、振動等の発生が極めて少ない。  さらに、ブラッシ付き方式の場合は、ブラッシは一個または一組のみで、且つ、電力供給経路を筐体等の構造を経由する事が可能であり、専用配線を省略することが可能となり、装置の小型化、軽量化が可能である。  加えるに、従来のブラッシ付き電動機では、回転子に永久磁石磁極を用いることが困難であったが、本発明によれば、容易に永久磁石磁極を回転子として使用することが可能であり、構造選択の範囲を拡大することが可能となった。  本発明をブラッシレス方式に適用する場合は、  最低限二組の回転センサーと、制御回路、駆動回路を備えるのみで構成可能であり、制御回路、駆動回路部分を簡易化することが可能となる。［発明を実施するための最良の形態］【０００７】  発明の実施にあたり、特に大きな制約は無いが、永久磁石磁極を回転子とし、扁平な形状の構造が使い易い様に思われる。［実施例１］【０００８】  次に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。  ［図１］は、本発明の［請求項１］に係る電動機の一実施例の回路図であり、この実施例では、巻き線磁極、永久磁石磁極及びコンミュテーター電極数が４個の場合について説明する。  図において、符号１ａ，１ｂ，１ｃおよび１ｄは巻き線磁極の巻き線を示している。  図では簡単のため磁芯は省略してある。  巻き線１ａ、１ｂ、１ｃ、および１ｄには、夫々図で明らかな様に、すべて直列に接続されており、全体として１個のリング状回路を形成する。  符号２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄはコンミュテーター電極を示す。  図から明らかな様に、各電極は、夫々対応する巻き線の終端端子に接続され、且つ、電動機の回転軸に対し、対称に位置にあるコンミュテーター電極、例えば２ａと２ｃ、２ｂと２ｄは互いに接続され、２つのグループを形成する、  符号符号３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは永久磁石磁極を示しており、Ｎ極、Ｓ極が交互に適切な間隔を隔てて配置されている。  本発明においては、巻き線磁極及び永久磁石磁極のいずれが回転子となっても、同等に機能するが、この実施例では、一応永久磁石磁極が回転子であると想定している。  符号４はブラッシを示す。  本発明では、ブラッシは１個または１組のみである。  ブラッシは、電動機の回転効率が最善となる様に、適切な位置に配置され、コンミュテーター電極に、適切な圧力で接触する様にスプリング等で力が加えられている。  ブラッシは直接または間接的に符号５で示される電力供給電源である電池に接続されるが、この実施例では電動機の筐体を経由して、電池５の負端子に接続されている。  符号６ａおよび６ｂはＰ型のバイポーラーパワトランジスタを示す。  トランジスタ６ａおよび６ｂのエミッター電極は互いに接続され、電池５の正電圧電極に接続される。  本来なら、この間に電源スイッチが配置されるのであるが、簡単のため省略してある。  トランジスタ６ａおよび６ｂのコレクターは夫々巻き線１ａの始端端子および終端端子に接続され、巻き線１ａの始端端子および終端端子に接続している他のすべて巻き線およびコンミュテーター電極とも接続する事になる。【０００９】  トランジスタ６ａおよび６ｂのベース電極は符号７ｂおよび７ｄで示される抵抗器によって巻き線１ａの終端端子および始端端子に接続されている。  従って、ブラッシ４がコンミュテーター電極２ａに接触し、電池５の負電極と導通すると、トランジスタ６ａのベース電極に電流が流れ、トランジスタ６ａはオン状態へ移行する。  そして巻き線１ａおよび１ｃには始端端子から終端端子へ電流が流れ、巻き線１ｂ及び１ｄでは終端端子から始端端子へ電流が流れることになる。  その結果、巻き線１ａ、１ｃおよび１ｂ、１ｄは逆方向に磁化され、永久磁極との間に引力または斥力が働き、電動機の回転子に回転モーメントが発生する。  ブラッシ４がコンミュテーター電極２ｂに接触すると、各巻き線には、逆方向の電流が流れ、回転子の回転は継続することになる。［実施例２］【００１０】  次に、［請求項２］に係る本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。  ［図２］で，符号７ｅは、新しく追加された抵抗器であるが、ブラッシが、コンミュテーター電極に接触しても、電動機が直ちに回転する事を防止する機能をはたす。  この抵抗器は、各コンミュテーター電極と巻き線の接続点間に挿入しても、同様に機能する。  符号７ｆ、７ｇ、７ｈおよび７ｉで示される抵抗器と、符号１０ａおよび１０ｂで示されるパワーＭＯＳＦＥＴは第二のスイッチ回路を形成する。  パワーＭＯＳＦＥＴ１０ａおよび１０ｂのソース電極は、共に電池５の負極端子に接続され、ドレーン電極およびゲート電極に繋がる抵抗器７ｆ、７ｇはそれぞれ対応する、巻き線の接続点に接続される。  いま、ブラッシ４がコンミュテーター電極２ａに接触したとすると、トランジスタ６ａがオン状態に移行する事は前述した通りである。  しかし、今回は、抵抗器７ｅが存在するので、  電動機には、駆動に十分な電流が流れず、電動機は動作しない。  しかし、抵抗器７ｆが接続されている接続点の電位が上昇し、ＭＯＳＦＥＴ１０ａのゲート電圧が上がり、ＭＯＳＦＥＴ７ｆがオン状態に移行する事になり、巻き線に電流が流れ、電動機は動作状態に入る事が可能になる。  ブラッシの移動に従って電流の流れが変化する事は前述した通りである。  この場合、ブラッシとコンミュテーターは回転位置検出素子として動作し、大きな電流を扱う事が無いので、小さいもので十分であり、消耗も少なく、従来技術による、ブラッシ付き電動機の様に、ブラッシによる信頼性に制約を受ける事が少ない。  また、この方式では、センサーからの信号の電力が大きいので、他のセンサーの様に、増幅器を設ける必要も、波形成型等の必要も無い。【００１１】  次に、［請求項３］に係る、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。  ［図３］は本発明による、ブラッシレス電動機の一実施例を示す回路図である。  図において、符号８は回転位置センサーである。  回転位置センサーは、電動機の回転子の磁極と固定磁極の相互関係位置を検出し、符号９で示される制御回路へ、適切な情報を伝える機能を果たしている。  回転位置センサーには、ホール素子、光電素子、電磁素子等があるが、どの様なものでも使用することが可能である。  また、コンミュテーターとブラッシの組み合わせも回転位置センサーとして使用可能である事は前述した通である。  符号９は回転位置センサー８からの信号を得て��駆動回路を構成する符号１０ａおよび１０ｂで示されるパワーＭＯＳＦＥＴに駆動信号を送る機能を果たす。  この実施例では、簡略な回路によって、ブラッシレス電動機を構成する例について説明したが、これらの回路の代わりに、通常のフルブリッジ構成によるブラッシレス電動機を構成することも可能である事は言うまでもない。［産業上の利用可能性］【００１２】  近年、自転車や車椅子およびスクーター等の電動化が急速に進んでおり、特に中国はじめ東南アジアでの普及が著しくなる事が予想される。  また、地球温暖化防止の手段として、小型ガソリンエンジンに代わり、動力源として電動機が使用される傾向が急速に高まっている。  そのためには、小型で製造が容易で、低廉な電動機の出現が広く望まれている。  本発明による電動機は、そうした要求に答え得る能力を備えており、産業界に広く普及することが予想される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】は、本発明による、第一のブラッシ付き電動機の一実施例を示す回路図である。
【図２】は、本発明による、第二のブラッシ付き電動機の一実施例を示す回路図である。
【図３】は、本発明による、ブラッシレス電動機の一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１３】１ａ，１ｂ、１ｃ、１ｄ、・・・・・・・・・巻き線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、・・・・・・・・・コンミュテーター電極３ａ、３ｂ，３ｃ、３ｄ、・・・・・・・・・永久磁石磁極４、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ブラッシ５、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・電池６ａ、６ｂ、・・・・・・・・・・・・・・・Ｐ型バイポーラートランジスタ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｆ、７ｇ，７ｈ、７ｉ、・・・・・・・・・抵抗器８、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転位置検出センサー９、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・制御回路１０ａ、１０ｂ、・・・・・・・・・・・・・パワーＭＯＳＦＥＴ
【図１】
2006353071.tif 000003
【図２】
2006353071.tif 000004
【図３】
2006353071.tif 000005