(57)【要約】【課題】火花の発生を抑え、また、高速、高トルクなど多様なモータ特性が可能なモータを提供する。【解決手段】本発明に関わる回転子体は、シャフト２と、該シャフト２の軸方向に複数配置されるロータ６、７と、複数のロータ６、７に応じた複数の整流子４ａ、４ｂとを備えている。  本発明に関わるモータは、複数のロータ６、７と、複数のロータ６、７に電流を供給する複数のブラシ３ａ、３ｂと、固定子として界磁巻線８ｂが巻回される界磁極８ｃとを備えている。【選択図】図１
2016010247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
該シャフトの軸方向に複数配置されるロータと、
前記複数のロータに対応して配置された複数の整流子とを
備える回転子体と、
前記複数のロータに電流を供給する複数のブラシと、
磁界を発生させるステータとを
備えることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記ステータは、界磁巻線が巻回される界磁極で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ステータは、磁石で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記複数配置されるロータの個数は、２つである
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のモータ。
【請求項５】
前記複数配置されるロータのそれぞれは、軸方向から見てずれて固定されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記ステータは、前記シャフトの軸方向に複数分割されて配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のモータ。
【請求項７】
前記ロータに対して設けられる前記ブラシの取り付け角度は、等角度に配置されていない
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシからの火花の発生を抑え、また、高速、高トルクなど多様なモータ特性が可能なモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＣモータで強い界磁磁束を発生する必要がある場合、界磁に巻線を用いる。このＤＣモータを、以下、界磁巻線形直流モータと称する。
図８（ａ）に、従来の界磁巻線形直流モータの正面図を示し、図８（ｂ）に、図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図を示す。
【０００３】
従来の界磁巻線形直流モータ１１は、回転軸１２に回転自在に支持されるアマチュア１５と、アマチュア１５に界磁の磁束を与えるステータ１８とを備えている。アマチュア１５とステータ１８とは、外装を成すモータケース１１Ｃと、モータケース１１Ｃの一方端、他方端にそれぞれ固定される第１ブラケット１９ａ、第２ブラケット１９ｂとにより覆われている。
【０００４】
アマチュア１５は、ロータコア１６ａにロータコイル１６ｂが巻回されている。アマチュア１５は、軸受に回転自在に支持される回転軸１２に固定されている。
ステータ１８には、ステータコア１８ａに界磁コイル１８ｂが巻回され、界磁極１８ｃを形成している。ステータ１８は、モータケース１１Ｃに固定されている。
【０００５】
第１ブラケット１９ａは、直流を供給するブラシ１３が固定され、回転軸１２にはブラシ１３から供給される電流をロータコイル１６ｂに流す整流子１４が固定されている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−５２１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の界磁巻線形直流モータ１１を回転させるとき、界磁極１８ｃの界磁コイル１８ｂに電流を流すが電流が少ない場合、ロータコイル１６ｂを流れる電流で発生する磁束が界磁極１１ｃの磁束に影響し（電機子反作用）、ブラシ１３付近で火花が発生する場合がある。
【０００８】
図９に、直流モータの回転速度−トルク特性を表わすグラフを示す。図９の横軸に回転速度を表わし、縦軸にトルクを表わしている。
【０００９】
図９の一点鎖線γは、界磁極が永久磁石で形成される永久磁石型直流モータの回転速度−トルク特性である。
図９の破線α１は、界磁極に巻線を用いた界磁巻線形直流モータ１１の理論上の回転速度−トルク特性である。
図９の細実線βは、界磁に巻線を用いた界磁巻線形直流モータ１１の回転速度−トルク特性の実測値である。
【００１０】
永久磁石型直流モータは、図９の一点鎖線γに示すように、回転速度−トルクが反比例する関係にある。
従来の１界磁−１コア（１アマチュア）構造でも計算上（理論上）は図９の破線α１に示すような狙い値（目標の回転速度−トルク特性）を創出できる。
【００１１】
しかしながら、界磁極１８ｃの界磁コイル１８ｂに流れる電流が大きな場合には問題にならないが、界磁コイル１８ｂに流れる電流が小さい場合、ロータ１５の回転速度を上げるため、ロータコイル１６ｂに流す電流を大きくすると電機子反作用によりブラシ１３付近で火花が発生する。
【００１２】
そこで、電機子反作用の影響を受けない範囲で界磁巻線形直流モータ１１を使用するため、例えば図９の細実線βのような使用をしており、使用範囲が電機子反作用を回避するため、限られてしまう。つまり、理論上可能なロータ１６の回転速度に上げられない現状にある。
【００１３】
特許文献１には、火花の発生による整流子および刷子の摩耗を防止することのできる、直流機の集電装置が開示されている。
特許文献１の構成は、ブラシ付きＤＣモータにおいて、整流子片を回転軸方向に複数列配置し、各整流子列に対応させてブラシを分割配置したことを特徴とする。
整流子を複数列配置しても、コイルに流れる電流は変わらないため根本的な改善にはなっていない。
【００１４】
本発明は上記実状に鑑み、界磁巻線形直流モータ特有の電機子反作用の影響からくる火花の発生を抑え、また、高速、高トルクなど多様なモータ特性が可能なモータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成すべく、本発明に関わる請求項１のモータは、シャフトと、該シャフトの軸方向に複数配置されるロータと、前記複数のロータに対応して配置された複数の整流子とを備える回転子体と、複数のロータに電流を供給する複数のブラシと、磁界を発生させるステータとを備えている。
請求項１のモータによれば、ロータが複数配置されるので、回転子体を高速回転する場合にロータ（回転子）に流す電流の大きさを低減でき、電機子反作用を抑制することができる。従って、電機子反作用が抑制されるので、界磁電流をより低下でき、高トルク、高速回転のモータが得られる。
【００１６】
請求項２のモータは、請求項１において、ステータは、界磁巻線が巻回される界磁極で構成されている。
【００１７】
請求項３のモータは、請求項１において、ステータは、磁石で構成されている。
【００１８】
請求項４のモータは、請求項１から請求項３の何れか一項において、複数配置されるロータの個数は、２つである。
【００１９】
請求項５のモータは、請求項１から請求項４の何れか一項において、複数配置されるロータのそれぞれは、軸方向から見てずれて固定されている。
【００２０】
請求項６のモータは、請求項１から請求項４の何れか一項において、ステータは、前記シャフトの軸方向に複数分割されて配置されている。
【００２１】
請求項７のモータは、請求項４から請求項６の何れか一項に記載のモータにおいて、前記ロータに対して設けられる前記ブラシの取り付け角度は、等角度に配置されていない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、界磁巻線形直流モータ特有の電機子反作用の影響からくる火花の発生を抑え、また、高速、高トルクなど多様なモータ特性が可能な回転子体および該回転子体を備えるモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る界磁巻線形直流モータの正面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図２】図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。
【図３】従来のロータが一つで構成された界磁巻線形直流モータの回転速度−トルク特性（図３の細実線）と、実施形態の界磁巻線形直流モータの回転速度−トルク特性（図３の太実線）を表わすグラフ。
【図４】変形例２の界磁巻線形直流モータのブラシが２つの場合のブラシの配置の模式図。
【図５】実施形態の界磁巻線形直流モータのブラシが２つの場合のブラシの配置の模式図。
【図６】変形例３の界磁巻線形直流モータの軸方向断面の模式図。
【図７】実施形態の界磁巻線形直流モータの軸方向断面の模式図。
【図８】（ａ）は従来の界磁巻線形直流モータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図９】直流モータの回転速度−トルク特性を表わすグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１（ａ）に、本発明の実施形態に係る界磁巻線形直流モータの正面図を示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
【００２５】
実施形態の界磁巻線形直流モータ１は、回転軸２に回転自在に支持され回転するアマチュア５（回転子体）と、アマチュア５に界磁の磁束を与えるステータ８とを備えている。アマチュア５とステータ８とは、外装を成すモータケース１Ｃおよび一方側の第１ブラケット９ａおよび他方側の第２ブラケット９ｂとで覆われている。
【００２６】
モータケース１Ｃは、円筒状の形状を有している。
第１ブラケット９ａは、モータケース１Ｃとほぼ同じ外径をもつ有底円筒状の形状を有しており、モータケース１Ｃの一方端に固定される。
第２ブラケット９ｂは、モータケース１Ｃとほぼ同じ外径をもつ有底円筒状の形状を有しており、モータケース１Ｃの他方端に固定される。
【００２７】
ステータ８は、ステータコア８ａに界磁コイル８ｂが巻回され、界磁極８ｃ（図２参照）が形成されている。
ステータ８は、モータケース１Ｃに固定されている。
【００２８】
アマチュア５は、第１ロータ６と第２ロータ７とで構成されている。通常、ロータは一つであるが、実施形態の界磁巻線形直流モータ１では、２つの第１・第２ロータ６、７を有することに特徴がある。
これに伴い、第１・第２ロータ６、７に対応して、第１・第２整流子４ａ、４ｂ、第１・第２ブラシ３ａ、３ｂをそれぞれ２つ有している。
【００２９】
つまり、第１ロータ６に対応して、第１ロータ６に電流を供給する第１ブラシ３ａと、第１ブラシ３ａからの電流の方向を交互に入れ替えて第１ロータ６に流す第１整流子４ａとが設けられている。
【００３０】
同様に、第２ロータ７に対応して、第２ロータ７に電流を供給する第２ブラシ３ｂと、第２ブラシ３ｂからの電流の方向を交互に入れ替えて第２ロータ７に流す第２整流子４ｂとが設けられている。
【００３１】
第１ロータ６は、第１ロータコア６ａに第１ロータコイル６ｂが巻回されて構成されている。
第１ロータ６は、軸受の第１軸受ｊ１に回転自在に支持される回転軸２に固定されている。第１軸受ｊ１の外輪は、第１ブラケット９ａに固定されている。
【００３２】
第２ロータ７は、第２ロータコア７ａに第２ロータコイル７ｂが巻回されて構成されている。
第２ロータ７は、軸受の第２軸受ｊ２に回転自在に支持される回転軸２に固定されている。第２軸受ｊ２の外輪は、第２ブラケット９ｂに固定されている。
ここで、第１ロータ６と第２ロータ７とは、回転軸２と一体となって構成されている。
【００３３】
図２に、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面を示す。
第１ブラケット９ａには、第１ブラシ３ａが、第１ブラシホルダ３ｈａ（図１（ｂ）参照）を介して固定されている。なお、図２では、理解を容易にするため、第１ブラシホルダ３ｈａは省略して示している。
第１ブラシ３ａは、第１整流子４ａに摺動接触して電流を流す。
【００３４】
第１整流子４ａは、第１ブラシ３ａからの電流を、第１ロータコイル６ｂに流している。
【００３５】
同様に、第２ブラケット９ｂ（図１（ｂ）参照）には、第２ブラシ３ｂが、第２ブラシホルダ３ｈｂを介して固定されている。第２ブラシ３ｂは、第２整流子４ｂに摺動接触して電流を流す。
第２整流子４ｂは、第２ブラシ３ｂからの電流を第２ロータコイル７ｂに流している。
なお、上述したように、第１ロータ６と第２ロータ７とは、回転軸２と一体となって回転する。
【００３６】
図２に示すように、界磁巻線形直流モータ１は、例えば界磁極８ｃを６極、アマチュア５を４７スロット（４７個のロータ磁極５ｊ）としている。
なお界磁極８ｃ、ロータ磁極５ｊの各極数は適宜任意に定めてもよいのは勿論である。
【００３７】
上記構成によれば、図８に示す従来のアマチュア１５が一つで構成された界磁巻線形直流モータ１１と同一のトルクを発生させるため、実施形態の界磁巻線形直流モータ１では、ロータを第１ロータ６と第２ロータ７とに２つに分割することで、アマチュア５の磁束の最大値を半減（１／２に低減）している。
【００３８】
その結果、電機子反作用に起因する火花の発生を、アマチュア５の磁束の低下により抑えることができる。そのため、界磁コイル８ｂに流す電流の下限許容値を低下させることができる。
すなわち、アマチュア５を２つにすることで第１ロータ６と第２ロータ７にそれぞれ流す電流値が下がることにより、火花の発生を抑制している。
【００３９】
図３に、従来のロータが一つで構成された界磁巻線形直流モータの回転速度−トルク特性（図３の細実線β）と、実施形態の界磁巻線形直流モータの回転速度−トルク特性（図３の太実線α）を表わすグラフを示す。図３の横軸に回転速度を示し、縦軸にトルクを示している。
【００４０】
従来（図３の細実線β）に比較し、実施形態の界磁巻線形直流モータ１では、分割した第１ロータコイル６ｂ、第２ロータコイル７ｂに従来の半分の電流を流すことで電機子反作用に起因する火花の発生を抑えている。これにより、アマチュア５の回転速度を高めることができる。
【００４１】
換言すれば、界磁電流小時に発生する火花（電機子反作用の影響）対策として、ロータを２つにすることにより、ロータが１つの時と同トルクを発生させるための磁束の最大値を半減（１／２）させ、電機子反作用による火花の発生を抑える。結果として、界磁コイル８ｂに流す電流を低下させることができる。
これにより、界磁巻線形直流モータ１の使用範囲が広がり（図３の太実線α参照）、高トルクかつ高回転での界磁巻線形直流モータ１の使用が可能となる。
【００４２】
＜＜変形例１＞＞
変形例１の界磁巻線形直流モータ１として、回転軸２に固定される第１ロータ６と第２ロータ７との取り付け角度を、第１ロータ６でのトルク変動で発生するトルク最大値の略中間位置に、第２ロータ７でのトルク変動で発生するトルク最大値が位置するように取り付けるとよい。すなわち、軸方向から見た場合、第１ロータ６と第２ロータ７は、相対的にずれた位置に固定されている。
これにより、界磁巻線形直流モータ１のコギングの発生を抑制することができる。
【００４３】
＜＜変形例２＞＞
図４は、実施形態の変形例２で、界磁巻線形直流モータのブラシのそれぞれが２つの場合の配置図を示し、図５は、実施形態の界磁巻線形直流モータのブラシのそれぞれが２つの場合の配置図を示す。
実施形態の界磁巻線形直流モータ１では、図５に示すように、第１ブラシ３ａ１、３ａ２の２つより成り、第１ブラシ３ａ１、３ａ２間の取り付け角度は１８０度の位置にある。
【００４４】
一方、変形例２の界磁巻線形直流モータ２１では、図４に示すように、第１ブラシ２３ａ１、２３ａ２および第２ブラシ２３ｂ１、２３ｂ２の位置をずらして配置して、界磁巻線形直流モータ２１をより高トルクのモータまたはより高速のモータとしたものである。
その他の構成は、実施形態の界磁巻線形直流モータ１と同様であるので、同様な構成についての説明は省略する。
【００４５】
つまり、変形例２の界磁巻線形直流モータは、「ブラシの進角調整」により、より高トルクのモータまたはより高速のモータとなるようにするものである。
【００４６】
一般に、反時計方向にブラシ間角度（第１ブラシ２３ａ１、２３ａ２間の角度、第２ブラシ２３ｂ１、２３ｂ２間の角度）（取り付け角度）を小さくした場合、高回転になるモータは、時計方向にブラシ間角度（第１ブラシ２３ａ１、２３ａ２間の角度、第２ブラシ２３ｂ１、２３ｂ２間の角度）（取り付け角度）をずらせば、高トルクに変化する。
【００４７】
界磁巻線形直流モータ２１そのものが、界磁極８ｃの磁束を変更することにより通常のマグネットタイプのモータ（ステータが永久磁石のモータ）より広範囲の特性調整が可能なモータになる。
【００４８】
変形例２の界磁巻線形直流モータ２１によれば、火花対策に加えて、２つの第１・第２ブラシ３ａ、３ｂの角度を調整することで、より高トルク、より高速回転の特性調整、つまり広範囲のトルク、回転数（回転速度）の調整が可能である。 
変形例２の界磁巻線形直流モータ２１では、２つの第１・第２ブラシ２３ａ１、２３ａ２の調整要素があるので、「進角調整の多様化（細かな調整など）」を図ることができる。
【００４９】
＜＜変形例３＞＞
図６は、変形例３の界磁巻線形直流モータの軸方向断面の模式図を示し、図７に、実施形態の界磁巻線形直流モータの軸方向断面の模式図を示す。
実施形態の界磁巻線形直流モータ１は、図７に示すように、２つの第１・第２ロータ１６、７と一つのステータ８の場合を示した。
【００５０】
これに対して、変形例３の界磁巻線形直流モータ３１は、図６に示すように、２つの第１・第２ロータ３６、３７と２つの第１ステータ３８Ａと第２ステータ３８Ｂとしたものである。その他の構成は、実施形態と同様であるから同様な構成には３０番台の符号付して示し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
変形例３の界磁巻線形直流モータ３１は、２つの第１ステータ３８Ａと第２ステータ３８Ｂとしたので、第１ステータ３８Ａと第２ステータ３８Ｂの各巻線を変えることで、変形例２よりもさらにより高速回転のモータやより高トルクのモータを制御することが可能である。
【００５２】
従って、変形例３の界磁巻線形直流モータ３１によれば、高速回転モータや高トルクモータなどのバリエーションに富んだモータが得られる。
【００５３】
＜＜変形例４＞＞
実施形態、変形例１〜３では、ステータ（８、３８Ａ、３８Ｂなど）が界磁巻線を用いる界磁巻線形直流モータ１、２１、３１に関する構成を説明したが、本発明の特徴は回転子体（アマチュア）に特徴がある。そのため、ステータ側に界磁巻線を持たない永久磁石（マグネット）で構成されたＤＣブラシ付モータとしてもよい。
【００５４】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態、変形例１〜４の構成は、電機子反作用による中心点磁束のずれ（電気的中性軸のずれ）を戻す補極巻線をもつモータ、または、補極巻線をもたないモータの何れにも適用可能である。
【００５５】
２．前記実施形態、変形例１〜３では、ロータが２つでステータが１つまたは２つの場合を例示したが、ロータが２つ以上配置されていてもよく、ロータの数は任意の数に設定できる。また、ステータの数はそれぞれ単数または任意の数に設定できる。
【００５６】
３．前記変形例２では、ブラシ間の角度を変更して、モータをより高トルクまたはより高速回転にする場合を例示したが、上記のロータが２つ以上の場合、モータをより高トルクまたはより高速回転にするため、ブラシの取り付け角度を変更して調整するのは、全ブラシのうちの一部または全部でもよい。
【００５７】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、様々な実施形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分り易く説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、説明した構成の一部を含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１、１１、２１、３１  界磁巻線形直流モータ
５      アマチュア（回転子体）
６      第１ロータ
７      第２ロータ
８      ステータ
８ｂ    界磁コイル（界磁巻線）
８ｃ    界磁極
２      回転軸（シャフト）
３ａ    第１ブラシ
３ｂ    第２ブラシ
４ａ    第１整流子
４ｂ    第２整流子
【図１】
2016010247.tif 000003
【図２】
2016010247.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016010247.tif 000007
【図６】
2016010247.tif 000008
【図７】
2016010247.tif 000009
【図８】
2016010247.tif 000010
【図９】
2016010247.tif 000011