(57)【要約】【課題】小型化可能な直流相反モータを提供する。【解決手段】電機子巻線３が施された第１の回転子１００と、第１の回転子のコミュテータ２に電力を供給する電機子ブラシ１６、１７を備え界磁巻線７が施された第２の回転子２００とをハウジング１８に配置し、それぞれが互いに相対回転可能に支持する。ハウジング１８には、外部からの直流電力を供給する２つの給電ブラシ２１、２２を備え、第２の回転子２００には、給電ブラシ２１、２２に対応した２つのスリップリング１１、１２と電流の流れを一方向に規制する整流器１５を設け、界磁巻線７は整流器１５を介して電機子巻線３と並列に接続してスリップリング１１、１２と接続するようにした。これによって、第２の回転子２００に、２つのスリップリング１１、１２を設けるだけで、電力極性を替えることによって、正逆の両方向にモータ駆動ができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線が施され、この電機子巻線への通電を整流するコミュテータを備える第１の回転子と、
前記第１の回転子のコミュテータに電力を供給する電機子ブラシを備え、界磁巻線が施された第２の回転子と、
前記第１の回転子および前記第２の回転子を収納しそれぞれを回転可能に支持するハウジングとから構成され、前記第１の回転子と前記第２の回転子とが互いに相対回転可能な２軸出力の直流相反モータにおいて、
前記ハウジングには、外部からの直流電力を供給する２つの給電ブラシを備え、前記第２の回転子には、前記給電ブラシに対応した２つのスリップリングと電流の流れを一方向に規制する整流手段を設け、
前記第２の回転子の界磁巻線は前記整流手段を介して前記第１の回転子の前記電機子巻線と並列もしくは直列に接続して前記スリップリングと接続するようにしたことを特徴とする直流相反モータ。
【請求項２】
前記スリップリングは、前記第２の回転子の出力軸上に配置されることを特徴とする請求項１記載の直流相反モータ。
【請求項３】
前記スリップリングは、前記ハウジングと前記第２の回転子との間に配置された第２の回転子を回転支持する軸受より外側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の直流相反モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２軸出力可能な直流相反モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−２７５６０３号公報
特開平９−２７５６０３号公報には、相反モータを用いたドライブ装置が開示されている。相反モータとは、従来、回転子と固定子から構成されていたモータにおいて、固定子をも回転可能に支持した構成のモータであり、２つの回転部が作用と反作用で互いに逆方向のトルクを発生し２軸出力が可能となっているのが特徴である。
【０００３】
従来、巻線が施された固定子を第２の回転子とすることで、この第２の回転子への給電のため、第２の回転子には導電部材を円筒状に成型したスリップリングが備えられ、ここに外部から給電ブラシを介して摺動給電する。したがって３相交流モータであれば給電線の数、つまり３組のスリップリングと給電ブラシを必要とする。
【０００４】
同様に、直流モータで相反モータを実現するとき、図５の（ａ）に示す界磁巻線Ｌ１と電機子巻線Ｌ２を並列に接続する分巻モータ、（ｂ）に示す界磁巻線Ｌ１と電機子巻線Ｌ２を直列に接続する直巻といった自励機では、ともに給電線の数が２本であるので、２組のスリップリングと給電ブラシとを要する。
これら複数のスリップリング、給電ブラシ群は、相反モータの軸方向に順に配置されるため、モータ軸長の小型化の観点では、数が少ないことが望ましい。自励機では２組であるから、３相交流よりその点で有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自励機では、容易に回転方向を変えるということができる交流モータに比べて外部から与えられる直流電流の極性を逆にしても、モータの駆動方向は同一であり、正逆両方向の駆動ができない。正逆両方向の駆動を実現するには、図５の（ｃ）に示すように、界磁巻線Ｌ１と電機子とを独立に給電可能な他励機とする必要がある。他励機では、電機子巻線Ｌ２の電流の流れ方向を一方向に固定し、界磁巻線Ｌ１の電流の流れ方向を正逆反転するように外部の直流電力の極性を変換させることでモータの正逆方向駆動が可能となる。
【０００６】
しかし、これを相反モータとする場合、回転軸に上記スリップリングと給電ブラシとが４組必要となり軸長になってしまうという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、自励機と変わらないスリップリングと給電ブラシ数で、正逆回転可能な直流相反モータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、電機子巻線が施された第１の回転子と、界磁巻線が施された第２の回転子が、ハウジングに配置されるとともに、互いに相対回転可能に支持され、第２の回転子には、ハウジングからの給電を受けるためのスリップリング２つと整流手段を設け、界磁巻線は整流手段を介して電機子巻線と並列もしくは直列に接続してスリップリングに接続して、外部からの電力を受けるようにした。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、第２の回転子に整流手段を実装し、界磁巻線は整流手段で電流の流れ方向を一方向に規制するようにしたので、給電するために第２の回転子に２つのスリップリング、ハウジングにはこれに給電する２つの給電ブラシを取り付けるだけで、外部からの直流電力の極性を正逆反転することによって、界磁巻線に対して電機子巻線に流れる電流方向を反転させることが可能になり、第１の回転子と第２の回転子の駆動方向を反転することができる。
これにより、正逆回転駆動可能な直流相反モータであっても、片方向回転の自励磁式と同じ軸長にすることが可能で、小型化できるという効果が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、第１の実施例を示す直流相反モータの断面図である。
まず、構成を説明する。
第１の回転子１００が、回転子本体１、コミュテータ２、電機子巻線３および第１の出力軸４とにより構成されている。なお、この構成は、通常の直流モータの回転子と同じ構造である。
【００１０】
第２の回転子２００は、ケース５、界磁磁極６、界磁巻線７、Ｐ側の電機子ブラシ１６、Ｎ側の電機子ブラシ１７、Ｐ側のスリップリング１１、Ｎ側のスリップリング１２、整流器１５と、各スリップリング１１、１２と整流器１５を繋ぐ電気配線１３、整流器１５と各電機子ブラシ１６、１７および界磁巻線７を繋ぐ電気配線１４と、第２の出力軸１９とにより構成されている。
【００１１】
ケース５の両端面に、支持部３０、４０が設けられ、支持部３０からは出力軸１９が伸び、支持部４０の外周面には円筒状のスリップリング１１、１２が並列に並べられている。ケース５の支持部４０のある端面に整流器１５が配置される。支持部３０、支持部４０の内部に軸受９、１０が配置され、第１の回転子１００を回転可能に支持している。支持部３０、支持部４０の外部には、軸受８、２０が設けられ、第１の回転子１００と第２の回転子２００は、ハウジング１８に回転可能に支持されている。
【００１２】
ハウジング１８にはＰ側のスリップリング１１に外部からの電力を供給するＰ側の給電ブラシ２１と、Ｎ側のスリップリング１２に外部から電力を供給するＮ側の給電ブラシ２２と、それぞれの電力線２３、２４を備えている。なお、このハウジング１８は台座などに回転不能に固定される。
【００１３】
次に、上記直流相反モータの電気的接続を説明する。
図２は、相反モータの電気接続を示す図である。
点線Ａは第２の回転子２００の部分で、点線Ｂは第１の回転子１００部分の接続である。
点線Ａにおいて、ダイオード３６〜３９で構成されたブリッジ回路は整流器１５であり、Ｐ側のスリップリング１１と、Ｎ側のスリップリング１２は、整流器１５を介して界磁巻線７と接続されている。
【００１４】
整流器１５と繋がっているＰ側の電機子ブラシ１６、Ｎ側の電機子ブラシ１７は、第１の回転子１００におけるコミュテータ２を押圧接触し、電機子巻線３と接続している。
スリップリング１１、１２には、ハウジング１８に取り付けられた給電ブラシ２１、２２が押圧接触され、界磁巻線７と電機子巻線３に外部から電力給電が可能になっている。
【００１５】
次に、図２を用いて本実施例の作用を説明する。
まず、Ｎ側のスリップリング１２には、ＧＮＤ電位が給電され、もう一方のＰ側のスリップリング１１には直流電源もしくは直流発電機などから正電圧が給電される場合を説明する。
このとき、界磁巻線７に流れる電流は、ダイオード３９、ダイオード３６により矢印で示すように紙面の右方向から流れる。一方、電機子巻線３は、Ｐ側のスリップリング１１とＮ側のスリップリング１２に直接に接続されているので、矢印ａで示すように紙面の上から下に流れる。
【００１６】
第２の回転子２００が固定子とされる通常の直流モータにあっては、このような電流により第１の回転子１が回転正方向に駆動されるとすると、本実施例の相反モータにあっては、第１の回転子１００が正回転方向に駆動されるとともに、その反作用で第２の回転子２００は逆転方向に駆動されることになる。
このように、第１の回転子１００と第２の回転子２００は互いに相反方向に駆動され、それぞれの出力軸４、出力軸１９において、等しいトルクで回転方向が異なる２軸出力を得ることができる。
【００１７】
次に、Ｎ側のスリップリング１２にＧＮＤ電位が供給され、もう一方のＰ側のスリップリング１１には前記とは逆の負電圧が供給される場合を説明する。
このとき、電機子巻線３に流れる電流は、前記とは逆の矢印ｂ方向となるのに対して、界磁巻線７に流れる電流は、ダイオード３７、３８により前記と同様の矢印方向に流れる。
したがって、界磁巻線７の電流方向が同一で電機子巻線３の電流が逆となるため、トルクの極性は反転し第１の回転子１００が逆転方向に駆動されるとともに、第２の回転子２００はその反作用で正転方向に駆動される。
【００１８】
図２では、界磁巻線７と電機子巻線３とを並列に接続したものを示したが、直列に接続しても、上記と同じように、界磁巻線７に流れる電流を一方向に固定し、電機子巻線３に流れる電流の極性を変えることができるので、上記と同じように、第１の回転子１００と第２の回転子２００の回転方向を反転させることができる。
【００１９】
このような駆動方向の反転を実現するために、従来、支持部４０に４つのスリップリングを設け、界磁巻線７と電機子巻線３にそれぞれ単独給電する必要があったが、以上のように本実施例によると、スリップリングは２つでよく、したがってモータ全体の軸長を短くでき小型化できる効果が得られる。
なお、整流器１５の実装位置については、図２に示すようにケース５の端面の外部に限定するものではなく、端面の内部などに実装してもよい。
【００２０】
界磁巻線７は巻き線数を多くして小電流化するので、整流器の容量を小さくすることも可能であり、第２の回転子１００に実装する整流器を小型にでき、場所を取らずに実装できるという効果も得られる。
また同様に、界磁巻線７は巻線数を多くすることによって、巻線インダクタンスが大きく、外部からの直流電力の極性を正逆反転する過度状態においても、界磁巻線の電流変化が小さいので、トルクの低下や電機子ブラシの異常火花といった問題も生じない。
【００２１】
次に、変形列について説明する。
図３は、変形例の構成を示す断面図である。
変形例では、ケース５ａの支持部３０ａにおいて、中央を貫通するようにし、第１の回転子１００ａは、実施例とは反対方向に出力軸４ａを伸ばし、支持部３０ａの中央に通して、軸受１０によって支持する。支持部４０ａにおいては、その長さを短くして、ハウジング１８ａの端面よりも内側に、軸受２０を設けて支持する。第２の回転子２００ａの出力軸１９ａは、支持部４０ａの端面から伸ばして形成し、出力軸１９ａ上にＰ側のスリップリング１１、Ｎ側のスリップリング１２を配置するようにした。
【００２２】
ハウジング１８ａに取り付けた給電ブラシ２１、２２は、スリップリング１１、１２の対応位置に設置される。
実施例では、整流器１５が、支持部４０のある端面外部に取り付けたが、変形例では、端面内部に取り付けるようにした。
そのほかは、実施例と同様である。
【００２３】
変形例によれば、スリップリング１１、１２、および給電ブラシ２１、２２を第２の回転子２００ａの出力軸１９ａ上に配置したことで、ブラシの摺動面積を小さくすることができ、給電ブラシの磨耗量を低減できる効果が得られる。
さらに、スリップリング１１、１２および給電ブラシ２１、２２が、第２の回転子２００ａを支持する軸受２０より外側に位置するので、ハウジング１８ａの端部を開放型にすることが可能になり、給電ブラシのメンテナンス性が向上する効果が得られる。
【００２４】
また、スリップリング１１、１２を第２の回転子２００ａの出力軸１９ａ上に配置したので、スリップリングの外径を小さく抑えることができ、つまりスリップリングと給電ブラシとの摺動速度が小さくなるので、ブラシの磨耗量が低減されるのに加え、給電ブラシのブラシ長さを短くすることが可能となり、給電ブラシが取り付けられているモータのハウジング外径が小さくなり、さらなる小型化できる効果が得られる。
なお、整流器１５の実装位置は、ケース５ａの内部に限定するものではなく、実施例と同じように端面外部などに実装してもよい。
【００２５】
実施例および変形例では、第２の回転子２００の支持においては、両端に軸受を設けて両端持ちの支持構造としたが、これに限らず、例えば変形例の場合は、図４に示すように、支持部３０ａを廃し、ハウジング１８ａと第１の回転子１００ａの出力軸４ａの間に軸受６０を設けて直接に支持し、第２の回転子２００ａを、軸受２０だけで片持ち支持する構造としても構わない。このような片持ち支持構造を用いることにより、部品点数の削減および質量低減の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例を示す直流相反モータの断面図である。
【図２】直流相反モータの電気接続を示す図である。
【図３】変形例の構成を示す断面図である。
【図４】第２の回転子の別の支持構造を示す図である。
【図５】巻線の接続方式の説明図である。
【符号の説明】
１      回転子本体
２      コミュテータ
３      電機子巻線
４、４ａ      出力軸
５      ケース
６      界磁磁極
７      界磁巻線
８、９、１０、２０、６０      軸受
１１      Ｐ側のスリップリング
１２      Ｎ側のスリップリング
１３、１４      電気配線
１５      整流器（整流手段）
１６      Ｐ側の電機子ブラシ
１７      Ｎ側の電機子ブラシ
１８、１８ａ      ハウジング
１９、１９ａ      出力軸
３０、３０ａ、４０、４０ａ      支持部
３５、３６、３８、３９      ダイオード
１００、１００ａ      第１の回転子
２００、２００ａ      第２の回転子
【図１】
2004254408.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004254408.tif 000006
【図５】
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