(57)【要約】【課題】簡単な構造で回転トルクを広範囲に変化させることができ、速度制御において外部装置を必要とせず速度制御範囲も広く取ることができ、回転方向の反転も容易に行えるようにした。【解決手段】固定子鉄心２に巻かれた固定子巻線１と、回転子鉄心５に巻かれた回転子巻線４と、複数の整流子片７１から成り、回転子巻線４に結線された整流子７に接触するブラシ８を有し、固定子巻線２および回転子巻線４のそれぞれに交流電源を接続した整流子電動機において、固定子巻線２と回転子巻線４とを直巻または分巻の結線とし、整流子７の各整流子片７１を軸方向にスキューを持たせた構成とし、整流子７の軸方向に沿って、ブラシ８と整流子７とを相対的に移動可能に構成した。【選択図】      図１
2004166486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に巻かれた固定子巻線と、回転子鉄心に巻かれた回転子巻線と、複数の整流子片から成り、回転子巻線に結線された整流子と、整流子に接触するブラシとを有し、固定子巻線および回転子巻線のそれぞれに交流電源を接続した整流子電動機において、
固定子巻線と回転子巻線とを直巻または分巻の結線とし、
整流子の各整流子片を軸方向にスキューを持たせた構成とし、
整流子の軸方向に沿って、ブラシと整流子とを相対的に移動可能に構成したことを特徴とする整流子電動機。
【請求項２】
各整流子片のスキューの角度は、ブラシと整流子の相対的な軸方向移動範囲においてブラシまたは整流子のいずれかを移動させたとき、ブラシと接触し得る整流子片の本数が、その整流子片につながる回転子巻線の電気角にて９０度以上の差に当たる本数になるような角度であることを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項３】
ブラシと整流子との相対的な軸方向移動範囲は、回転子巻線の電気角で略０度のブラシ位置を中心として±９０度以上であることを特徴とする請求項２に記載の整流子電動機。
【請求項４】
各整流子片によって形成される整流子のスキューは、整流子の軸方向一端より他端に向かって整流子の周方向時計回りに捻り、ついで周方向反時計回りに捻る形状にしたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の整流子電動機。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか一つに記載の整流子電動機を動力源として内蔵したことを特徴とする電動ドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流子を有する交流電動機（整流子電動機）および電動ドリルに関し、より詳細には、簡単な構造で広範囲なトルク制御が可能な整流子電動機およびこれを内蔵した電動ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、電動機において速度制御を行う場合、例えば、可変抵抗器による抵抗変化を用いて速度制御を行う方法や、サーボ制御、スライダック、導通角制御等で電圧を変化させて速度制御を行う方法、ＶＶＶＦなどインバータによる周波数を変化させて速度制御を行う方法、極数切替えにより速度制御を行う方法等、種々の方法が採られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７０５２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術によれば、いずれの方法を採用しても、電動機の速度制御を行うためには制御用外部装置が必要であるため、装置構成が複雑となり、コストアップを招来するという問題点や、抵抗値や電圧値を広範囲に変化できないとか、数段階の速度変化のみに限ってしまうため、速度制御範囲が限定されるという問題点があった。
【０００５】
また、上記従来の技術において、回転子を正転させあるいは逆転させて回転方向を変更する場合には、固定子巻線の極性を切替える手段とか、または回転磁界の位相を反転させる手段を用いているため、装置構成が複雑になるという問題点もあった。また、電動機によってはその特性上、回転トルクを広範囲に変化させることができなかった。また、トライアックを用いた制御では、波形のゼロクロス付近で不安定部分が発生するため、低速回転時に滑らかな運転が困難であった。なお、上記特許文献１には、ブラシを動かすことで速度制御を行う手法が開示される。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で回転トルクを広範囲に変化させることができ、速度制御において外部装置を必要とせず速度制御範囲も広く取ることができ、回転方向の反転も容易に行えるようにした整流子電動機およびこれを内蔵した電動ドリルを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の整流子電動機は、固定子鉄心に巻かれた固定子巻線と、回転子鉄心に巻かれた回転子巻線と、複数の整流子片から成り、回転子巻線に結線された整流子に接触するブラシを有し、固定子巻線および回転子巻線のそれぞれに交流電源を接続した整流子電動機において、固定子巻線と回転子巻線とを直巻または分巻の結線とし、整流子の各整流子片を軸方向にスキューを持たせた構成とし、整流子の軸方向に沿って、ブラシと整流子とを相対的に移動可能に構成したことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、ブラシを整流子に対して軸方向に相対移動させるだけで広範囲なトルク制御ひいては速度制御が可能となり、従来のインバータやサーボ制御等の外部装置の設置も必要なく構造が簡単で安価となり、しかも、回転方向もブラシと整流子との軸方向の相対移動だけで容易に変更することができる。また、トライアックを用いた制御のように波形のゼロクロス付近での不安定部分もなく、低速回転でも滑らかな運転が可能となる。
【０００９】
次の発明にかかる整流子電動機は、上記の発明において、各整流子片のスキューの角度が、ブラシと整流子の相対的な軸方向移動範囲においてブラシまたは整流子のいずれかを移動させたとき、ブラシと接触し得る整流子片の本数が、その整流子片につながる回転子巻線の電気角にて９０度以上の差に当たる本数になるような角度であることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ブラシと整流子の相対的な軸方向移動範囲内を電気角にて９０度以上とするスキュー角とすることにより、少なくともトルク０から最大付近のトルクまでのトルク制御が可能になる。
【００１１】
次の発明にかかる整流子電動機は、上記の発明において、ブラシと整流子との相対的な軸方向移動範囲が、回転子巻線の電気角で略０度のブラシ位置を中心として±９０度以上であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、ブラシと整流子との相対的な軸方向移動により、正転、停止、逆転のトルクもしくは回転方向制御を連続して行うことができる。
【００１３】
次の発明にかかる整流子電動機は、上記の発明において、各整流子片によって形成される整流子のスキューは、整流子の軸方向一端より他端に向かって整流子の周方向時計回りに捻り、ついで周方向反時計回りに捻る形状にしたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ブラシと整流子との往きまたは返りの一方向の相対的な軸方向移動により、例えばトルク０からトルク最大そしてトルク０まで、あるいはトルク最大からトルク０そしてトルク最大まで、という具合に連続して変化する制御を行うことができる。
【００１５】
次の発明にかかる電動ドリルは、請求項１〜４のいずれか一つに記載の整流子電動機を動力源として内蔵したことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、電動ドリルの穴あけ加工の加工工程に沿ったトルクの発生制御や刃の回転制御を行うことができ、操作性の良い電動ドリルを得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の整流子電動機の好適な実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（本実施の形態の整流子電動機の構成）
図１は、この発明の実施の形態にかかる整流子電動機の簡略構成図を示し、ここでは、２極の界磁極を有する直巻電動機の分解図を用いている。本実施の形態の整流子電動機は、固定子巻線（界磁巻線）１が巻かれた固定子鉄心２を有する固定子３に対して、回転子巻線４が巻かれた回転子鉄心５を有する回転子６が回転自在に配置されている。
【００１９】
回転子６には、回転子巻線４と結線されて回転子６と一体に回転可能な整流子７と、この整流子７に所定圧にて接触する一対のブラシ８とが備えられる。固定子巻線１は、その一端が商用交流電源（図示省略）に接続され、他端は整流子７および回転子巻線４につながる一方のブラシ８に接続され、一方のブラシ８と対をなす他方のブラシ８は交流電源に接続されている。すなわち、図１では固定子巻線１と回転子巻線４とは直巻巻線を形成する。
【００２０】
また、整流子７を構成する各整流子片７１は、軸方向にスキュー（捻り）を持たせて配設されている。換言すれば、本実施の形態の整流子７は、軸方向にスキューを持たせた整流子片７１を筒状に配列した構造となっている。
【００２１】
一方、ブラシ８は、整流子７に接触しつつ整流子７の軸方向に沿って移動可能に構成されている。換言すれば、本実施の形態のブラシ８は、周方向の同じ位置にて軸方向に移動可能に置かれる。
【００２２】
（整流子片のスキュー角とブラシの軸方向移動との関係）
ここで、図２を参照して、整流子７の軸方向に対する整流子片７１のスキュー角度について説明する。本実施の形態では、整流子片７１のスキュー角度を、ブラシ８を軸方向に移動させたとき、ブラシ８が複数の整流子片７１に次々に接触し直す（乗り移る）様な角度に形成している。
【００２３】
図２（ａ）および（ｂ）は、このスキュー角度の状態を例示するもので、整流子７の筒状に配列された４本の整流子片７１の表面図、裏面図および展開図を示している。図２においては、斜め右上がりのスキューが付されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４本の整流子片７１が示されている。
【００２４】
また、図２（ｂ）の矢印で示すようにブラシ８が整流子7の左端から右端まで軸方向に移動する際、ブラシ８が３本の整流子片７１に順に乗り移ることができるように構成されている。ここで、ブラシ８を軸方向に移動させた場合、ブラシ８の軸方向の移動に伴ってブラシ８は、図２（ｂ）に示す整流子片Ｄ、Ａ、Ｂの順に接触することになる。
【００２５】
このとき、各整流子片７１が回転子巻線４の各単位巻線に個別に接続されている構造であるため、ブラシ８が隣接する整流子片７１を移っていくことは、ブラシ８と各単位巻線との接続が次々に移り変わることを示している。すなわち、整流子７上でのブラシ８の軸方向の移動によって、ブラシ８は回転子巻線４の隣接する単位巻線に次々に接続して移り変わっていくことになる。
【００２６】
図３は、Ｎ極，Ｓ極の２極の界磁極と、１６個の単位巻線（型巻コイル）からなる回転子巻線４と、スキューを持たせた整流子片７１との接続状態を示す展開図である。なお、界磁極数、回転子巻線数およびスキュー角度は一例であり、特に限定するものではない。図３においては、１極の界磁極ＮまたはＳに対して約８本のコイル辺４１（1スロット２層巻を含めると１６本）が対応して配置されており、この８本（２層巻で１６本）のコイル辺４１を有する回転子巻線４は８本の整流子片７１と接続している。
【００２７】
スキュー角度は、ブラシ８の軸方向移動によって４本の整流子片７１に乗り移り接触するような角度になっている。このブラシ８による４本の整流子片７１上での乗り移りは、整流子片７１の１６本分の１／４の乗り移りであり、電気角にして９０度の変異をもたらすことになる。すなわち、ブラシ８の軸方向移動によって整流子片７１とこれにつながる回転子巻線４との接続が順に移り変わることになり、この移り変わりに対応して相応する電気角が変化する。
【００２８】
図１に示した本実施の形態の整流子電動機の構成は、上述のように整流子片７１に軸方向にスキューを持たせる一方、軸方向にブラシ８を移動可能とし、ブラシ８の移動によりブラシ８が隣接する回転子巻線４と次々と接続してゆくことによって電気角の変異が生ずるという結果をもたらす。
【００２９】
（ブラシの移動による電気角の変異と整流子電動機の発生トルクとの関係）
次に、電気角の変異と発生トルクとの関係について説明する。前述したようにブラシ８の移動に応じて、ブラシ８が接触する整流子片７１が移り変わる。これによってブラシ８が隣接する回転子巻線４と次々と接続して電気角の変異をもたらす。このようにブラシ８が、スキューを有する整流子片７１上を軸方向に移動することは、スキューを付けない直線状の整流子片に置き換えてみた場合、ブラシ８を整流子の周方向に沿って回動させることと等価である。
【００３０】
ここで、図４を参照して、本実施の形態と等価な関係となる、スキューを付けない直線状の整流子片に置き換え、かつブラシ８を整流子の周方向に沿って回動させる構成を例として、電気角の変異と発生トルクについて説明する。図４では、固定子鉄心２の界磁極をＮ，Ｓとし、回転子鉄心５には２層巻きのコイル辺４１を有する４本の回転子巻線４が備えられ、この回転子巻線４から引き出し線４２を介して４本の整流子片７１が接続される構造を例示する。
【００３１】
また、図４（ａ）では、図中左右の整流子片ａａ’にブラシ８が接触している状態（９０度位置のブラシ位置という）を示し、図４（ｂ）では、図中上下の整流子片ｂｂ’にブラシが接触している状態(０度位置のブラシ位置という)を示す。したがって、図４（ａ）と図４（ｂ）とのブラシ位置は、相互に９０度回動した位置関係となり、２極の界磁極では９０度の電気角の変異となっている。
【００３２】
電機子電流（回転子電流）がブラシ８によって接続された回転子巻線４間を流れる結果、図４にて表した二種の記号、すなわち図面の表面から裏面に向かう方向の記号と図面の裏面から表面に向かう方向の記号とによって定まるコイル辺４１上での電機子電流が、界磁極による磁束切ることによりトルクを発生する。
【００３３】
この場合、図４（ａ）に示す９０度位置において、左右の２本ずつのコイル辺４１には、同じ方向の電流が流れ、上下の２本ずつのコイル辺４１には、互に反対方向の電流が流れる。したがって、界磁磁束と磁極直近の左右のコイル辺４１に流れる電流とにより回転子５には反時計方向にトルクが発生する。
【００３４】
一方、図４（ｂ）に示す０度位置において、左右の２本ずつのコイル辺４１には、互いに反対方向の電流が流れ、上下の２本ずつのコイル辺４１には、同じ方向の電流が流れる。したがって、界磁磁束と磁極直近の左右にコイル辺４１に流れる電流とによるトルクは相殺し回転は生じない。
【００３５】
したがって、図４（ａ）に示すブラシ８の９０度位置では、回転力としてのトルクが発生し、図４（ｂ）に示す０度位置では、回転力としてのトルクは発生しない。なお、図４（ａ）において、ブラシ８および回転子巻線４には交流電流が流れるが、この交流電流は界磁電流でもあり回転子巻線４のコイル辺４１の電流の向きと磁極（磁束の方向）とは常に同じ関係にあるので、交流電流が流れても発生するトルクの方向は常に同じである。
【００３６】
また、ブラシ８が０度位置と９０度位置との中間の場合には、９０度位置に近づくに従いトルクが大きくなり、０度位置に近づくに従いトルクは０に近くなる。図４では、２極の界磁極で４本の回転子巻線４および４本の整流子片７１を例示したが特にこれに限定するものではない
【００３７】
例えば、回転子巻線４の単位巻線および整流子片７１を多数備えた場合に、ブラシ８を０度から９０度（あるいは０度からマイナス９０度）に徐々に回動させると、磁束を切る回転子巻線４が徐々に多くしかも大きくなるので発生するトルクは徐々に大きくなる。また、ブラシ８を９０度（あるいはマイナス９０度）から０度に徐々に回動させた場合においては、磁束を切る回転子巻線４が徐々に少なくしかも小さくなるので発生するトルクは徐々に小さくなる。
【００３８】
この結果、図４（ａ）、（ｂ）に示すブラシ８の回転は、前述した図２、図３に示すスキューを有する整流子７でのブラシ８の軸方向移動にあたるので、このブラシ９の軸方向移動位置によって回転子５のトルクが０になったり大きくなったり変化することになる。
【００３９】
スキューを有する整流子７の軸方向でのブラシ位置が、ブラシ回動におきかえて、図４（ｂ）に示す０度位置にあるときには、回転子６にトルクは生じない。この位置からブラシ８を軸方向に動かすと、換言すれば、ブラシ８を図４（ｂ）から図４（ａ）のように９０度位置に時計方向に回動させると、回転子６には反時計方向のトルクが生じる。
【００４０】
また、図４では図示していないが、ブラシ８を図４（ｂ）の状態から図４（ａ）と逆の反時計方向に動かして、いわばマイナス９０度位置におくときは、回転子６には時計方向のトルクが生じる。すなわち、ブラシ８の軸方向移動位置によって、０度位置では回転子６の停止、９０度位置では回転子６の正転(反時計方向の回転)、マイナス９０度位置では回転子６の逆転（時計方向の回転）が生ずる。
【００４１】
図５は、本実施の形態のスキューを有する整流子７におけるブラシ位置と回転子の回転方向との関係、及び、これに関連する固定子巻線及び回転子巻線のリアクタンスと回転子の回転トルクとの関係を説明するものである。
図５（ａ−１）は、上図においてブラシ位置電気角０°を示し、下図においてリアクタンスが最大となる状態を表す。なお、この場合、回転子には回転トルクが発生しない。
図５（ａ−２）は、前述の電気角０°の状態をトランスを用いて概念的に示すものである。この場合、リアクタンスが最大となる。
図５（ｂ−１）は、上図においてブラシ位置電気角９０°を示し、下図においてリアクタンスが小さくなる状態を表す。なお、この場合、回転子には回転トルクが発生する。
図５（ｂ−２）は、上図においてブラシ位置電気角９０°超を示し、下図においてリアクタンスが（ｂ−１）の場合より更に小さくなる状態を表す。なお、この場合、回転子には（ｂ−１）の場合より更に強い回転トルクが発生する。
図５（ｂ−３）は、電気角１８０°の状態をトランスを用いて概念的に示すものである。この場合、リアクタンスが最小となる。
図５（ｃ）は、上図においてブラシ位置電気角マイナス９０°を示し、下図においてリアクタンスが小さくなる状態を表す。なお、この場合、回転子には（ｂ−１）の場合と逆回転トルクが発生する。
【００４２】
図５から明らかなように、本実施の形態のスキューを有する整流子７の軸方向に沿うブラシの移動位置によって、正転および逆転からなる回転方向を含む広範囲なトルク制御が可能になる。
【００４３】
図６は、図５に対応するブラシ位置に対して回転子６に発生するトルク大きさを示したものである。図示の如く、ブラシ位置０°を中心にして±９０°に至るに従いトルクが比例して大きくなる。
【００４４】
図４、図６では、ブラシの電気角が０°及び９０°（マイナス９０°も同様）における説明に限定した。
ところで、電動機においては周知のとおり、ブラシの電気角９０°は効率上、最大の回転トルク（以下単にトルクという。）を発生する電気角である。
しかしながら、ブラシの電気角を９０°を超えて進めると、電気角９０°の場合に比較し、更にトルクが増大し、回転速度が上昇する。この原因は、以下のとおりである。
第１の原因；
電気角を９０°を超えて進めることは、図５（ｂ−２）のように、Ｓ極対Ｓ極、Ｎ極対Ｎ極と、同極性の磁極を接近させることとなり、この結果、コイルのリアクタンスが大幅に減少する。この現象は、電気角１８０°の例ではあるが、図５（ｂ−３）のコイルを逆接続したトランスにたとえられる。
以上のように、ブラシの電気角を９０°を超えて進めると、電気角に相関して、コイルのリアクタンスが減少し（電気角１８０°の場合は極端に）、コイルに流れる電流が増大する。
したがって、電気角を９０°を超えてブラシを進めることは、電気角９０°以外を選択することによる理論上のトルク効率は低下するものの、コイルの電流が増大することにより、トルク自体が増大し、回転速度が上昇する。
第２の原因；
電動機の低速回転域では顕在化されなかった回転子コイルのリアクタンスが、高速回転域では無視できなくなり、このリアクタンスの増大により電流が遅れ、有効実効磁束が遅れる。
これは、理論上効率が最大の電気角９０°でブラシが回転子コイルに電流を供給していても、発生する磁束が遅れるため、トルクに寄与する有効実効磁束は、電気角９０°に満たない状態で回転子コイルに給電されて発生する磁束に相当する。このためトルクが減少し、回転が上昇しない。
これを解決するため、電気角を９０°を超えて給電する。これにより、遅れて発生する有効実効磁束は、トルク効率の良い電気角で回転子コイルに給電したものと同等になり、トルク効率の低下を防止できる。したがって、トルクが増大し、回転速度が上昇する。
以上、第２の原因において、電気角を進めて磁束の遅れを相殺するかたちで給電することができる別側面からの理由は、ブラシにおける整流子の回転方向に対する幅が、ある程度確保できていることで、回転する整流子片に一定時間給電を継続できるからである。したがって、進めた電気角により回転子コイルに給電し、遅れて発生する磁束が有効実効磁束に成長する時間を確保できるためである。
なお、実際に実験した１例では、電気角を９０°から進めて行くと、電気角に比例して回転速度が上昇し、電気角１５０°近傍まで回転が上昇した。
この、電気角を９０°を進めて、回転が上昇する原因は、第１の原因による寄与が大きく、トルク効率を犠牲にしても、電気角を進めることによるコイルのリアクタンスの大幅減少に伴うコイルの電流の大幅増に起因し、極めて大きなトルクが発生するためである。
【００４５】
（本実施の形態の整流子電動機を提供した電動ドリル）
図７は、本実施の形態の整流子電動機を適用した電動ドリルの例を示し、刃１０が取り付けられたチャック１１と、チャック１１に連結する減速機１２と、電動機本体１３と、スキューを設けた整流子７と、ブラシ８とを有し、ブラシ８を除いて刃１０、チャック１１、減速機１２、電動機本体１３、整流子７が全体として軸方向に移動するようになっている。
【００４６】
以上の構成において、例えば、ワーク（図示省略）に対して刃１０を押しつけるようにすれば、固定のブラシ８に対して基準位置(０度位置)にあった整流子７が一方向に相対移動し、電動機本体１３の回転子が回転（正転）を開始する。また、ワークに対する穴あけ加工の終了時は、負荷がなくなって整流子７とブラシ８とが元の位置（回転前の停止位置）に戻り、回転子の回転が停止する。その後、刃１０を抜く方向に引っ張ることによりブラシ８に対して整流子７が逆方向に相対移動し回転子が逆転を開始する。このように利用することにより、電動ドリルの押し引きの動作に呼応して穴あけ回転駆動および逆転による刃１０の抜去駆動を自動化することができる。
【００４７】
次に、図８および図９を参照して、ブラシ８に対して整流子７が相対移動する構成を具体的に説明する。図８は、図７と同様ブラシ８を固定して整流子７を移動させた例を示し、整流子７と接触するブラシ８は固定状態にあり、回転子６の軸１４の端には整流子７に対するブラシ８の中立位置を決めるためのばね１５が備えられ、他方、軸１４の他端であって整流子７の端には動力伝達用に歯車１６が備えられ軸端はベアリング１７を構成する。
【００４８】
一方、チャック１１に連結される軸１８には、歯車１９が備えられ、軸端はベアリング１７を構成する。歯車１６と１９との間は歯車２０および２１にて連結されている。すなわち、軸１４と軸１８とはベアリング１７を介して別々に回転できるが、軸１８と軸１４とは同時に軸方向移動が可能となっている。こうして、電動機の回転駆動力は、歯車１６，２０，２１、１９に伝達されて軸１８およびチャック１１を回転させ、同時にチャック１１、軸１８、軸１４は一体となって軸方向に移動でき整流子７に対するブラシ８の相対位置を変化させることができる。なお、歯車１６、２０、２１、１９は、これらの歯車比により、ここでは減速機として働く。
【００４９】
図９は、整流子７の位置を固定してブラシ８を軸方向に移動した例を示し、回転子６、整流子７、歯車１６は同時に回転して固定配置状態にあり、他方チャック１１に連結する軸１８の他端は整流子７に対するブラシ８の中立位置を決めるためのばね１５が備えられ、軸１８には歯車１６とかみ合う歯車１９およびブラシ８を軸方向に移動させるための支持部材２２が備えられる。この構成においても、電動機の回転駆動力は、歯車１６、１９に伝達されて軸１８およびチャック１１を回転させ、同時にチャック１１、軸１８は、軸方向に移動できて整流子７に対するブラシ８の相対位置を変化させることができる。なお、ブラシ８の軸方向の移動に伴って歯車１９は歯車１６上を移動することになるので、その移動量に見合った長さの歯車１６を備える必要がある。
【００５０】
図８、図９からも明らかなように、ブラシ８と整流子７とを軸方向に相対的に移動可能とすることによって、トルク制御を行うことができる。したがって、図８のようにブラシ８を固定して整流子７を軸方向に移動させ、あるいは図９のように整流子７は軸方向に固定状態に置いてブラシ８を軸方向に移動させるほか、ブラシ８と整流子７との双方を軸方向に移動可能におくことでトルク制御をすることも可能である。
【００５１】
これまでの説明は、整流子片７１のスキューの付け方を一方向、例えば、図２、図３の例では右上がり方向に付けた整流子７について説明してきた。本発明では、整流子片７１のスキューを図１０に示すように時計方向および反時計方向という具合に異なる方向に設けた構造についても適用可能である。
【００５２】
図１０にて例示する構造は、整流子７の軸方向中央をブラシ位置９０度(１２０度、１５０度でもよい)とし、軸方向両端をブラシ位置０度として、例えば、整流子左端からブラシ８を右に移動させるに従い、次第にトルクが発生し、軸方向中央で最大トルク、更にブラシ８を右に移動させるに従いトルクが減少して、整流子右端にてトルク０とするものである。また、別の例として軸方向中央でトルク０、更にブラシ８を左右に移動させるに従いトルクが増大して、整流子左右端にて最大トルクとすることもできる。
【００５３】
なお、前述した説明では、図１の構成に基づいて直巻の電動機を前提としてきたが、固定子巻線１とブラシ８、整流子７、および回転子巻線４とが交流電源に対して並列な電動機、所謂、分巻の電動機においても同様に適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の整流子電動機によれば、固定子鉄心に巻かれた固定子巻線と、回転子鉄心に巻かれた回転子巻線と、複数の整流子片から成り、回転子巻線に結線された整流子に接触するブラシと、を有し、固定子巻線および回転子巻線のそれぞれに交流電源を接続した整流子電動機において、固定子巻線と回転子巻線とを直巻または分巻の結線とし、整流子の各整流子片を軸方向にスキューを持たせた構成とし、整流子の軸方向に沿って、ブラシと整流子とを相対的に移動可能に構成したため、ブラシを整流子に対して軸方向に相対移動させるだけで広範囲なトルク制御ひいては速度制御が可能となり、従来のインバータやサーボ制御等の外部装置の設置も必要なく構造が簡単で安価となり、しかも、回転方向もスイッチの切替え等の操作もなくなってブラシと整流子との軸方向の相対移動だけで容易に変更することができる。また、トライアックを用いた制御のように波形のゼロクロス付近での不安定部分もなく、低速回転でも滑らかな運転が可能となる。
【００５５】
次の発明によれば、各整流子片のスキューの角度は、ブラシと整流子の相対的な軸方向移動範囲内にてブラシまたは整流子のいずれかを移動させたとき、このブラシと接触し得る整流子片の本数が、その整流子片につながる回転子巻線の電気角にて９０度以上の差に当たる本数になるような角度であることにより、ブラシと整流子の相対的な軸方向移動範囲内を電気角にて９０度以上とするスキュー角とすることにより、少なくともトルク０から最大付近のトルクまでのトルク制御が可能になる。
【００５６】
次の発明によれば、ブラシと整流子との相対的な軸方向移動範囲は、回転子巻線の電気角にして略０度のブラシ位置を中心として±９０度以上であるため、ブラシと整流子との相対的な軸方向移動により、正転、停止、逆転のトルクもしくは回転方向制御を連続して行うことができる。
【００５７】
次の発明によれば、各整流子片によって形成される整流子のスキューは、整流子の軸方向一端より他端に向って整流子の周方向時計回りに捻り、ついで周方向反時計回りに捻る形状にしたため、ブラシと整流子との往きまたは返りの一方向の相対的な軸方向移動により、例えばトルク０からトルク最大そしてトルク０まで、あるいはトルク最大からトルク０そしてトルク最大まで、という具合に連続して変化する制御を行うことができる。
【００５８】
次の電動ドリルの発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載の整流子電動機を動力源として内蔵したため、電動ドリルの穴あけ加工の加工工程に沿ったトルクの発生制御や刃の回転制御を行うことができ、操作性の良い電動ドリルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の簡略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかるスキューを有する整流子の説明図である。
【図３】この発明の実施の形態の整流子と回転子巻線との展開図である。
【図４】この発明の実施の形態の原理説明図である。
【図５】この発明の実施の形態の状態説明図である。
【図６】この発明の実施の形態のトルク特性線図である。
【図７】この発明の具体例である電動ドリルの構成図である。
【図８】この発明の一具体例の簡略構成図である。
【図９】この発明の他の具体例の簡略構成図である。
【図１０】この発明のスキューを有する整流子の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１  固定子巻線
２  固定子鉄心
３  固定子
４  回転子巻線
５  回転子鉄心
６  回転子
７  整流子
８  ブラシ
１３  電動機本体
１４，１８  軸
１５  ばね
１６，１９，２０，２１  歯車
２２  支持部材
４１  コイル辺
７１  整流子片
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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