(57)【要約】【課題】  電気的中性点のズレを解消しつつも、大型化及びコストの増大の防止を図ることが可能な直流電動機を提供する。【解決手段】  直流電動機１は、ブラシ４０に対して整流子の外周に沿う方向へずれた位置に電磁石５０を備えている。この電磁石５０は、固定子コイルに通電した電流量に比例した磁力を発生させて、ブラシ４０を整流子の外周に沿う方向へ移動させる構成となっている。このため、電気的中性点の移動に応じてブラシ４０を移動させることが可能となる。また、電磁石５０によりブラシ４０を移動させるため、ブラシ移動用のモータを設ける必要がなく、電気的中性点の移動に応じた個数のブラシを設ける必要もなくなる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子に巻き回された固定子コイルと、
前記固定子コイルに通電する電源部と、
前記固定子に直面して回転可能に取り付けられた電機子と、
前記電機子と同軸上に設けられて該電機子と一体的に回転可能な整流子と、
前記整流子に接触して設けられるブラシと、
前記ブラシに対して前記整流子の外周に沿う方向へずれた位置に設けられ、前記電源部が前記固定子コイルに通電した電流量に応じた磁力を発生させて、前記ブラシを前記整流子の外周に沿う方向へ移動させる電磁石と、
を備えることを特徴とする直流電動機。
【請求項２】
前記ブラシは複数設けられ、これら複数のブラシは１つのプレートに固定され、前記電磁石は、前記プレートごと複数のブラシを前記整流子の外周に沿う方向へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の直流電動機。
【請求項３】
少なくとも前記固定子、前記固定子コイル、前記電機子、前記整流子、前記ブラシ、及び前記電磁石を収容するケーシングと、
このケーシングに設けられた孔部に嵌合するピンと、を更に備え、
前記プレートには、前記ピンを受容して前記整流子の外周に沿う方向への移動をガイドする溝が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の直流電動機。
【請求項４】
前記固定子コイルと電磁石とは直列接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の直流電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラシと整流子とを備えた直流電動機において、界磁電流が変化すると電気的中性点が移動することによって出力トルクが変化したり、ブラシの寿命が低下してしまうことが知られている。
【０００３】
そこで、これを解決するために、ブラシを移動させるための専用モータを新たに設け、このモータの駆動によりブラシを移動させて電気的中性点のズレを解消する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、ブラシを複数設け、電気的中性点の移動にあわせて適切なブラシに通電するように切り替える技術についても提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−３０８７５５号公報
【特許文献２】特開昭６３−２３９３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、以下のような問題がある。すなわち、特許文献１記載の技術では、ブラシ移動用のモータを設ける必要があるため、電動機が大型化したりコストの著しい増大を招いたりしてしまう。また、特許文献２記載の技術では、ブラシを複数設けなければならず、電動機の大型化を招いてしまう。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電気的中性点のズレを解消しつつも、大型化及びコストの増大の防止を図ることが可能な直流電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の直流電動機は、固定子と、固定子に巻き回された固定子コイルと、固定子コイルに通電する電源部と、固定子に直面して回転可能に取り付けられた電機子と、電機子と同軸上に設けられて電機子と一体的に回転可能な整流子と、整流子に接触して設けられるブラシとを備えている。また、本発明の直流電動機にあっては、電磁石を備えている。この電磁石は、ブラシに対して整流子の外周に沿う方向へずれた位置に設けられおり、電源部が固定子コイルに通電した電流量に応じた磁力を発生させて、ブラシを整流子の外周に沿う方向へ移動させる構成となっている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固定子コイルに通電した電流量に応じた磁力を電磁石に発生させてブラシを整流子の外周に沿う方向へ移動させることとしている。このため、電気的中性点の移動に応じてブラシを移動させることが可能となる。また、電磁石によりブラシを移動させるため、ブラシ移動用のモータを設ける必要がなく、電気的中性点の移動に応じた個数のブラシを設ける必要もなくなる。従って、電気的中性点のズレを解消しつつも、大型化及びコストの著しい増大の防止を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一又は同様の要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の図においては、本発明の特徴を分かり易く説明するため、各構成要素を模式的に示し、各部の寸法やその比率、形状等は必ずしも正確には表していない。
【０００９】
まず、直流電動機１の構成を説明する。図１に示すように、直流電動機１は、直流電力を機械的動力に変換するものであり、主要な構成要素として、界磁極１０、電機子２０、整流子３０、及びブラシ４０を備え、これらの要素がケーシング２に収容されている。
【００１０】
ケーシング２は、充分な機械的強度を持つ有底筒状の部材２ａと、有底筒状の部材２ａの開放側を閉塞する円盤状の部材２ｂからなり、その内部には、筒の長手方向に伸びる回転軸３が配設されている。回転軸３はケーシング２の軸受け４，５によってケーシング２に対して回転可能に支持されている。
【００１１】
界磁極１０は、固定子１１と、この固定子１１に巻き回された固定子コイル１２とを有しており、ケーシング２の内周面に所定間隔で複数固定されている。そして、この固定子コイル１２へバッテリ（電源部）からの直流が供給されることで界磁が形成されるようになっている。なお、固定子コイル１２へ供給される電流量は、図示しない電源制御部により制御されるようになっている。
【００１２】
電機子２０は、回転軸３に固定され、固定子１１と直面して回転可能に取り付けられている。この電機子２０は、珪素鋼板等が円筒形に成形されてなる電機子鉄心２１に複数の電機子巻線２２が巻回された構造となっている。そして、電気子２０は、電機子巻線２２に通電されることで電磁力を発生させ、回転軸３を回転中心として、この回転軸３と共に回転する。
【００１３】
整流子３０は、電機子２０と同軸上に設けられて電機子２０と一体的に回転可能となっている。この整流子３０は、放射状に均等配置された導電板３０ａと、これら導電板３０ａそれぞれを互いから絶縁して保持する樹脂材とからなり、ブラシ４０に接触することで、バッテリからブラシ４０を介して供給される電力を、導電板３０ａを通じて電機子２０の電機子巻線２２に通電する構成となっている。
【００１４】
ブラシ４０は、電気黒鉛質等の摩擦係数が小さい導電材料からなり、整流子３０の導電板３０ａに接触するものであって、ブラシホルダ４１に保持されている。ここで、ブラシ４０及びその周辺部の構成を図２を参照して詳細に説明する。なお、図２では、簡略化のため整流子３０などの図示を省略している。
【００１５】
まず、図２（ａ）に示す如く、ブラシ４０は複数個（４個）設けられている。また、ブラシ４０はそれぞれがブラシホルダ４１に収容されている。さらに、本実施形態にあっては、同図に示す如く、ブラシ４０に対して整流子３０の外周に沿う方向へずれた位置に電磁石５０が設けられている。
【００１６】
電磁石５０は、バッテリに接続されて、通電された電流量に応じた磁力を発生させるようになっている。そして、電磁石５０は、磁力の発生により、ブラシ４０を整流子３０の外周に沿う方向へ移動させることとなる（図２（ｂ））。他方、ブラシ４０を挟んで電磁石５０の反対側にはバネ６０が接続されている。このバネ６０は一端がケーシング２に接続され、他端がブラシ側に接続されている。このため、電磁石５０は、バネ６０に抗してブラシ４０を移動させるこことなる。
【００１７】
また、電磁石５０は、図１に示した固定子コイル１２に直列接続されている。このため、電磁石５０は、固定子コイル１２に通電した電流量に応じた磁力を発生する構成となっている。さらに、電磁石５０の巻線数及びバネ係数は予め調整され、電磁石５０は、電気的中性点の移動分だけ、ブラシ４０を整流子３０の外周に沿う方向へ移動させるようになっている。
【００１８】
なお、図３に示す如く、複数のブラシ４０は非磁性体４３を介してプレート４２に固定されている。このため、電磁石５０は、ブラシ４０を単独で移動させるのではなく、プレート４２ごと移動させるようになっている。
【００１９】
さらに、図２に示す如く、プレート４２には、整流子３０の外周に沿う方向に伸びる溝４２ａが形成されている。そして、この溝４２ａは、ピン４４を受容し、整流子３０の外周に沿う方向へのプレート４２の移動をガイドするようになっている。具体的には、図４に示すように、ピン４４は天板４４ａと突起部４４ｂとからなり、突起部４４ｂの先端側はケーシング２に設けられた孔部に嵌合し、プレート４２は天板４４ａとケーシング２とによって挟まれるようになっている。これにより、上記した如く、図２に示すように、プレート４２の移動は整流子３０の外周に沿う方向に限定されることとなる。
【００２０】
そして、以上のような構成を有する直流電動機１にあっては、以下のように電気的中性点のズレを解消する。まず、図５（ａ）に示すように、固定子コイル１２の電流、即ち界磁電流を約２．５Ａ（アンペア）としたとする。このとき、電気的中性点は約９５°付近となっている。
【００２１】
次に、図５（ｂ）に示すように、界磁電流を約１０Ａとする。このとき、界磁電流の増大により、電気的中性点は、例えば図５（ｂ）に示すように約１２５°付近となり、約３０°だけ電気的中性点が移動する。
【００２２】
ここで、固定子コイル１２と電磁石５０とは直列接続されている。このため、固定子コイル１２に１０Ａの電流を通電した場合、電磁石５０にも１０Ａの電流を通電することとなる。また、電磁石５０の磁力Ｆ（ｘ）は、
【数１】
2006074913.tif 000003
により表すことができる。すなわち、この磁力Ｆによりブラシ４０をプレート４２ごと３０°分移動させれば、電気的中性点のズレを解消し、出力トルクが変化したり、ブラシ寿命の低下したりすることを防止できることとなる。
【００２３】
従って、電磁石５０の巻線数Ｎを上記移動分に合わせて設定しておくことにより、ブラシ移動用のモータや、電気的中性点の移動に応じた個数のブラシを設けることなく、電気的中性点のズレを解消することができる。なお、この巻線数Ｎについては、電磁石５０と対抗して設けられるバネ６０のバネ係数との関係をも考慮して設定しておくとよい。
【００２４】
このようにして、本実施形態に係る直流電動機１によれば、固定子コイル１２に通電した電流量に応じた（電流量の二乗に比例した）磁力を電磁石５０に発生させてブラシ４０を整流子３０の外周に沿う方向へ移動させることとしている。このため、電気的中性点の移動に応じてブラシ４０を移動させることが可能となる。また、電磁石５０によりブラシ４０を移動させるため、ブラシ移動用のモータを設ける必要がなく、電気的中性点の移動に応じた個数のブラシを設ける必要もなくなる。従って、電気的中性点のズレを解消しつつも、大型化及びコストの著しい増大の防止を図ることができる。
【００２５】
また、ブラシ４０は複数設けられ、これら複数のブラシ４０はすべてが１つのプレート４２に固定され、電磁石５０は、プレート４２ごと複数のブラシ４０を整流子３０の外周に沿う方向へ移動させる。ここで、ブラシ４０を整流子３０の外周に沿う方向へ移動させる場合、複数のブラシ４０を移動させるためには、ブラシ１つにつき１つの電磁石５０を設ける必要がある。ところが、複数のブラシ４０をプレート４２に固定してプレート４２ごと移動させることにより、複数のブラシ４０に対し１つの電磁石５０を設けるだけでよく、構成を簡素化することができる。
【００２６】
また、直流電動機１は、ケーシング２と、このケーシング２に設けられた孔部に嵌合するピン４４とを有し、プレート４２には、このピン４４を受容して整流子３０の外周に沿う方向へガイドする溝４２ａが形成されている。このように、ピン４４と溝４２ａとによって、プレート４２の移動を整流子３０の外周に沿う方向に限定することとなり、ブラシ４０の移動を正確ならしめることができる。
【００２７】
また、固定子コイル１２と電磁石５０とは直列接続されている。このため、固定子コイル１２の電流値と同じ電流を電磁石５０に通電することとなり、簡素な構成で固定子コイル１２への通電電流に比例した磁力を電磁石５０に発生させることができる。
【００２８】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態では、複数のブラシ４０をプレート４２に固定し、プレート４２を整流子３０の外周に沿う方向に移動させることで、複数のブラシ４０を一体的に整流子３０の外周に沿う方向に移動させているが、これに限らず、複数のブラシ４０にそれぞれ電磁石５０を隣接配置して、複数のブラシ４０それぞれを個々に移動させるようにしてもよい。
【００２９】
また、プレート４２に溝４２ａを設け、ピン４４を溝４２ａからケーシング２まで貫挿して、プレート４２の移動を整流子３０の外周に沿う方向に限定することとしているが、これに限らず、ケーシング２に溝を設け、この溝に摺動する突起部をプレート４２に設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係る直流電動機の構成図である。
【図２】ブラシ及びその周辺部構成の模式図であり、（ａ）は初期の状態を示し、（ｂ）はプレート移動後の状態を示している。
【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２に示した溝及びピンの周辺部の様子を示す図である。
【図５】本実施形態に係る直流電動機の動作の説明図であって、（ａ）は固定子コイルへの通電電流値が２．５Ａ（アンペア）の場合を示し、（ｂ）は固定子コイルへの通電電流値が１０Ａの場合を示している。
【符号の説明】
【００３１】
１…直流電動機
２…ケーシング
３…回転軸
１０…界磁極
１１…固定子
１２…固定子コイル
２０…電機子
２１…電機子鉄心
２２…電機子巻線
３０…整流子
３０ａ…導電板
４０…ブラシ
４１…ブラシホルダ
４２…プレート
４２ａ…溝
４３…非磁性体
４４…ピン
４４ａ…天板
４４ｂ…突起部
５０…電磁石
６０…バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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