(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単で、動作特性の優れた、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】本発明のブラッシ付き電動機では、６個以上で２の倍数個で構成される永久磁石の磁極群と、同様に９個以上で３の倍数個で構成される巻き線磁極群を持ち、前記巻き線磁極の巻き線が、回転軸に対し、対称位置にある３個を夫々直列または並列に接続し、コンミュテーターは、巻き線磁極と同数の電極を持ち、回転軸に対し対称位置にある３個の電極をそれぞれ直接に接続する。  更に、１個または、複数のブラッシを持ち、各ブラッシは同時に適切な個数の隣り合うコンミュテーター電極に接触する様に配置する。【選択図】  図１
2006304581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６個以上で、２の倍数個の永久磁極群と
同様に９個以上で、３の倍数個の巻き線磁極を持ち、
前記巻き線磁極と同数の電極を持つコンミュテーターと、
前記コンミュテーターの適当な２個以上の電極と同時に接触し、且つ電源電極の片方に、直接に、または間接的に接続されている、１個、または１組のブラッシを持ち、
前記巻き線磁極の回転軸の対称位置にある、３個の巻き線が直列、または並列に接続され、その一端が、ブラッシが接続されている電源電極の反対極性の電源電極に接続され、他端が適切なコンミュテーター電極に接続され、
さらに、回転軸に対し、対称位置にある３個のコンミュテーター電極が互いに電気的に、接続されている事を特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【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る、電動機に関する。
［背景技術］
【０００２】  電動機は、使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、さらに駆動形式により、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、用途に適合した形式のものが使用されている。
［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さる必要があるが、誘導電動機を除き、他の方式では、何らかの手段により、供給電力を断続して、磁極の巻き線に流れる電流の方向を変え、回転磁界を作る必要がある。
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で、それを実現し、ブラッシレス電動機では、外部の駆動回路によって、それを実現している。
従来のブラッシ付き電動機では少なくとも２個のブラッシが必要であり、且つ、夫々に固有の配線が必要とし、電動機機構のかなりの容積が占有されている。
ブラッシレス電動機には単相駆動方式と三相駆動方式があるが、前者は、駆動回路は簡潔であるが、電動機の巻き線磁極の利用効率が低いと言う欠点がありあまり使用されることはなかった。三相駆動方式には１２０度駆動方式と１８０度駆動方式があり、単相駆動方式に比較して、巻き線の利用率ははるかに高く、広く用いられている。
しかし、この方式には、制御回路と三相フルブリッジ形式の駆動回路が必要であり、装置全体として形状の大型化と価格の上昇を避けることはできない。
さらに、従来の技術による電動機は、交流用誘導電動機を除き、発生する回転力は、回転軸に対して、偏っており、騒音の発生と、回転軸の耐久性低下の原因となっていた。
［課題を解決するための手段］
【０００４】  本発明の技術は、主として、永久磁石で構成される磁極と、巻き線構造の磁極によって構成される電動機に用いられることを想定している。
ただし、磁極が全て巻き線構造の場合も同様に動作可能である事は勿論である。
永久磁石で構成される磁極は６個以上で２の倍数個設けられ、巻き線構造の磁極は、９個以上で３の倍数個設けられる。
巻き線磁極の巻き線は、回転軸に対し、対象位置にある３が直列または並列に接続され、その一端は纏めて、電源の一方の電極に接続される。
そして、他端は対応する位置にあるコンミュテーターの電極に接続される。
ブラッシは１個または１組のみであり、巻き線磁極数によって異なる、適切な数のコンミュテーター電極に同時に接触する。
またブラッシは、他の極性の電源電極に直接接続されるが、支障が無い場合は、電動機の筐体に接続することにより、途中の配線を省略する事が可能である。
［発明の効果］
【０００５】  本発明によれば、電動機のブラッシは１個または１組のみであり、ブラッシへの配線は、支障が無い場合は、直接電動機の筐体等に接続することにより、省略が可能である。
また、従来技術によるブラッシ付き電動機では、回転子が巻き線磁極で、永久磁石極が固定子となる構成が殆どであり、永久磁石磁極を回転子とする事が困難であったが、本発明によれば、永久磁石磁極を回転子とする事が極めて容易となる。
従って、本発明によれば、ブラッシによって占有される電動機の内部容積は大幅に減少し、構造も簡素なものとなり、装置全体の小型化と、価格の低減が可能となる。
また、従来の単相駆動方式に見られる、巻き線磁極の利用率の低下は無く、１２０度三相駆動方式とほぼ同等の巻き線磁極の利用率が得られる。
さらに、本発明による電動機では、その回転力は常に回転軸にたいして均等に発生するので、騒音の発生や、回転軸の耐久性の低下は減少し、回転力の変動も少なく、被駆動装置にも良い影響をもたらす。
しかも、回転中ブラシとコンミュテーター電極間の１回当たりの電流切断量が小さく、ブラッシおよびコンミュテーター電極の消耗を減少させる効果がある。
［発明を実施するための最良の形態］
【０００６】  本発明は、前述したように、主として永久磁石で構成される磁極群と巻き線構造の磁極群で構成される電動機に使用される事を想定しているが、特に、永久磁石で構成される磁極群が回転子となり、巻き線構造の磁極群が固定子となる場合に最も特徴を発揮する。
［実施例１］
【０００７】  次に、本発明による電動機の一実施例を、図面を参照して説明する。
［図１］は、本発明によるブラッシ付き電動機の一実施例を示す回路図である。
この実施例では巻き線磁極数は９個であり、符号１は電源の正電極接続端子を示し、符号２ａ，２ｂ、２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊ，２ｉ、は巻き線磁極の巻き線を示している。
また、この実施例では対応する３個の巻き線が並列に接続されている例について説明する。
図から明らかなように、９個の巻き線の巻き始め端はすべて纏められて、正電極端子１に接続される。
また、９個の巻き線２ａ〜２ｉの終端は、対応する、符号３ａ〜３ｉで示される、コンミュテーター電極に接続される。
コンミュテーター電極は、３ａ，３ｄ，３ｊが、また、３ｂ、３ｅ、３ｈおよび３ｃ、３ｉ、３ｆがそれぞれ電気的に接続されグループを形成しているが、その結果巻き線２ａ，２ｄ，２ｊが、また２ｂ，２ｅ，２ｈ，および２ｃ，２ｉ，２ｆが並列接続され、夫々グループを形成する。
符号４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅおよび４ｆは永久磁石磁極を示し、この実施例では、永久磁石磁極は６個で構成されている。
６個の永久磁極は、Ｎ極、Ｓ極が交互に配置されており、回転軸の対称位置にある３個の磁極は同極性となる。
符号５ａおよび５ｂはブラッシを示している。
ブラッシ５ａおよび５ｂは同時に隣り合った２個のコンミュテーター電極に接触する様に配置されてり、同時に２組、計６個の巻き線を通電状態とする。
符号５ａ、５ｂは２個で１対をなすブラッシを示す。
この１対のブラッシは同時に隣り合った２個のコンミュテーター電極に接触するが、３個の電極には同時には接触しない様に、その寸法や配置位置が設定されている。
ブラッシ５ａ，５ｂは直接、符号６で示される電源の負端子に電気的に接続されるが、特に支障が無い場合には、図で示されている様に、電動機の筐体に接続する事により、筐体を介して間接的に電源に接続する事が可能であり、配線構造を簡略化する事が出来る。
この説明では、巻き線が電源の正端子に接続され、ブラッシが負端子に接続されている場合に付いて述べたが、電源の極性の正負を逆転すれば、電動機の回転が逆転させることが可能であり、正逆回転の可能な電動機を提供出来る。
全てのブラッシ付き電動機がそうである様に、ブラッシとコンミュテーター電極の相関位置は、電動機の性能を決定する重要な要素である。
電動機に、電力が印加されると、ブラッシの接触しているコンミュテーター電極に接続されている、２組、合計６個の巻き線磁極が磁化し、磁力線が発生する。
この磁力線は、永久磁極と通電されていない巻き線磁極を通り閉じた磁気回路を構成する。
この閉磁気回路はその通過距離が最短になろうとして、回転力が発生し、電動機は回転する。
電動機が回転する事により、ブラッシとコンミュテーター電極の相関位置が変わり、磁気回路の最短距離近辺で回転後端位置の電極が接触から外れ、先端方向の別の電極が接触状態に入り、磁化される巻き線磁極の位置が変わる事により、再度磁気回路の距離が長くなり、新たな回転力が発生して、電動機は回転を続ける。
この場合、９個の巻き線磁極の内、６個の磁極が常に磁化されている事になるが、これは、１２０度駆動方式のブラッシレス電動機とほぼ同じ比率である。
また、巻き線磁極の磁化は１磁極ずつ位置を変えるので、切り替わる電流は１対の磁極分となり、１２０度駆動方式のブラッシレス電動機や、従来のブラッシ付き電動機の切り替え電流に比較して、かなり低い値となり、ブラッシの耐久性を高める効果を持つと同時に電動機の回転中の回転力の変動を低下させる。
更に、従来の電動機では交流の誘導電動機を除き、回転軸に加えられる回転力には偏りが発生するが、本発明による方式では、回転力は、必ず回転軸に対して対称に発生するので、回転力の回転軸に対する偏りは発生しない。
この回転力の対称性は、電動機の振動の低下と、軸受けの耐久性の向上をもたらす効果も持っている。
［産業上の利用可能性］
【０００８】  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展しており、特に今後開発途上国での普及が著しくなる事が予想されている。
その為には、小型で製造が容易で低廉な電動機の実現が焦眉の課題となりつつあるが、本発明は、そうした要求に十分答え得るものであり、実用化の可能性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】［図１］本発明による、ブラッシ付き電動機の一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１０】１、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・正電源電極
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ，２ｅ，２ｆ、２ｊ、２ｉ、・・・・巻き線
３ａ，３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｊ、３ｉ，・・・・コンミュテーター電極
４ａ，４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ，４ｆ，・・・・・・・・・・永久磁石磁極
５ａ，５ｂ、・・・・・・・・・・・・・・・・ブラッシ
６、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・負電源電極
【図１】
2006304581.tif 000003