JPH01259745A - 直流電動機 - Google Patents

直流電動機

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JPH01259745A
JPH01259745A JP8426088A JP8426088A JPH01259745A JP H01259745 A JPH01259745 A JP H01259745A JP 8426088 A JP8426088 A JP 8426088A JP 8426088 A JP8426088 A JP 8426088A JP H01259745 A JPH01259745 A JP H01259745A
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Kanemasa Aoki
青木 金正
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野の説明〕 本発明は直流電動機の整流火花を抑制し、整流子と刷子
の長寿命と電気ノイズの低減をもたらすものである。
〔従来の技術の説明〕
直流電動機の整流火花を抑制するための整流子のライザ
ー間に抵抗、コンデンサー、バリスターなどの中から適
当なものを選んで附加するものが多かった。抵抗値のみ
の場合、それ相応の効果はあるものの大きな効果は期待
できず、反面、効果を増やそうとすると無効電流が増す
などの欠点、があった。コンデンサーの場合はその数値
によってかえってモーター動特性に異常をもたらす欠点
があり使い勝手の面からも汎用性が低かった。この点バ
リスターは汎用性も高く効果も大で、多く利用されてい
るが使用電圧によっては熱暴走を起す致命的欠点を持っ
ていた。いずれにしても火花抑制に対して十分なものと
は云えず一長一短があった。
尚、近年になってマルチ・ファンクション・セラミック
素子と称するバリスタの新種が登場した。
通常はコンデンサーとして機能し一定以上の電圧(火花
放電などのサージ電圧)がかかるとバリスターとして機
能するいわゆる複合素子であるがこれも電圧依存性抵抗
素子に容量Cを血判に附加した容量性バリスタであって
本願発明の「CとRを古シリに」接続したものと、その
本質を異にするものである。
〔発明の目的〕
本発明は上述従来例の欠点を除去すると同時に、その効
果について原理的には、インダクタンスに蓄えられ整流
の際スパークを発生させるエネルギーである高圧の火花
放電々圧を極小に低減し整流子セグメント表面や刷子表
面を殆んど変化させない程度にスパークから保護するこ
とを目的とするものである。例えば後述するプリント基
板方式の平面整流子の場合、表面の貴金属メツキ層の厚
さをll1m前後とした場合そのメツキ層の摩耗損傷は
火花抑制回路なしの場合   約1時間抵抗素子を附加
の場合    約10時間バリスターを附加の場合  
 約100時間前後である。勿論テストモーターの大き
さ、テスト条件によってもこの数値は異なるが代表的実
験の結果上記のように示すことができる。
コンデンサーの場合、バリスター以上の効果を期待しよ
うとすると数μFを複数個搭載せねばならず、又そのた
めの反作用としてモーター動特性の異常をもたらすこと
が多かった。成る種のモーターに本発明のrc+Rj火
花抑制回路を附加した場合数1,000時間の寿命を達
成する程の効果を持つものも出来た。
表現が逆になるが本発明は上記プリント基板のような渋
い金属メツキの表層のみで実用に耐える整流子セグメン
トを得んがための研究の結果得られた結実である。
〔発明の構成および作用の説明〕
電動機に限らず一般的に、接点〜接触子に生じる火花を
抑制してその寿命耐用を延伸しノイズを低減するには、
インダクタンスに蓄積されたエネルギーをうまく吸収し
処理することであった。第1図に示すようにインダクタ
ンスを持つコイル(L−r、)に並列に最適値のCとR
の直列回路を挿入すると、スイッチSに加わるサージ電
圧即ち火花放電々圧を、理論上電源電圧E以上にならな
いようにすることができる。一般には簡略的にC又はR
のみを用いていることは前記した通りでありrC+RJ
方式はモーターに実用されている例を知らない。一部の
開閉器、電鍵やリレーの長寿命化に応用されている程度
であり、モータの場合はそのコイルが単なる静的なイン
ダクタンス素子でな(複雑な整流条件下で行われる整流
モードとの関係、又モーター特有の逆起電圧等、後述す
る単純な計算式では解明できない要因があるものと思わ
れる。
一般には第1図においてコイルのインダクタンスL(H
・ヘンリー)抵抗をrユ(Ω・オーム)とした時、火花
抑制回路の抵抗R(Ω・オーム)とコンデンサーの容f
iC(F・ファラッド)との関係は次の通りである。
先ず前提としてR=rlLとし、更にL回路とC回路の
時定数を等しくする。即ちτ=L/ra=CR。
又はL/C−r&・R=R2とした場合C/ L / 
R2となり、マイクロモーターの一例としてL = 1
0”’、R= 10’の場合C= 10 x 10−”
 / 102= 10−’ F = 100μFとなる
。
マイクロモーターに100μFのような大容量のコンデ
ンサーを何個も搭載することは実装面の煩雑さからもコ
スト面からも側底不可能で、この方式は顧みられなかっ
た。
本願発明者はこの100μFという数値に対し10μF
、  1μF、  0.1μF、  0.01μF・・
・と数値を低下させて実験を試みた結果テストモーター
のし=数μHのものから数10mHのもの、R=数Ωか
ら100Ω程度のものに関してコンデンサー容量C=0
.1μFからlμFの組み合せにおいて、前述従来技術
のバリスター或いは数μFのコンデンサーにはるかに勝
る好結果を得る事を確認、「C十R」方式の前提となる
R=r、を忠実に適用すればC値の方は必ずしもC=L
/R2でなくとも、従来技術の火花抑制とは比較になら
ぬ大きな効果をもたらす事を突きとめた。
(1)以上述べたrc+RJ火花抑制回路の附加は、通
常行われているように整流子ライザー間に接続すること
を基本に考えたものであり、第2図に示す3相△結線電
機子においても「整流が行われる電機子コイルに並列に
」挿入されている。
第3図は3相Y結線電機子の場合であり、この場合でも
第3図(a)に示す上記同様の接続でも勿論効果はある
。今これについて説明すると、第3図(a)のように整
流子ライザー間にrc+RJを接続すると電機子電流I
aがコイル(1) + (2)から(1)+(3)に整
流される時、コイル(2)の電流はraからOに変化し
コイル(3)はOからIaに変化するがコイル(1)は
Iaに変化なく、結局整流されたコイルはコイル(1)
 + (2)でなくコイル(2)のみであることが判る
。整流子ライザー間にrc+RJを挿入することはコイ
ル(1) + (2)に並列に入ることであって、忠実
に「整流されるコイル」に入っていることにならない。
即ちrc+RJは第3図(b)のようにY結線の共通接
合点と各相コイルの他端との間に、各相コイルに並列に
挿入するようにした方が効果が大であることを実験によ
り確認した。
(2)同様のことは3相巻線でない一般の多相重ね巻き
結線例えば第4図の5コイル電機子についても同じ事が
云える。第4図(a)は4極5コイル10セグメント整
流子を有する電動機電機子の結線であり、a、  b’
、  c、  d、  e、  a’ 、  b’ 、
  c’ 。
d′、e′  はlO上セグメント整流子片を示してあ
り、a−a’  など同種符号のセグメントは同電位と
なるように短絡しである。整流子ライザーには図におい
てす、 d、  a’ 、  c’ 、 e’  の5
ケ処でコイルに接続されて居り、このライザー間に火花
抑制回路は接続される。ところで一般に、図(a)のよ
うな結線図は各電機子コイルの両コイル端が、相隣る整
流子セグメント片に接続されるように画いて図(b)の
ように書き換えることが出来、その電機子としての動作
は同じである。
図(b)においてもa、 b・・・各同符号のセグメン
トは短絡されていることは図(a)と全く同じで、この
図においてセグメントa−b、c〜d、e−a’。
b′〜ど  a/〜e′ の間に夫々rc+RJを挿入
することか、「整流が行われる電機子コイルに並列に」
忠実に挿入されていることが一目瞭然に判る。図′(b
)において、図(a)のようにe′〜b。
b 〜d、 d−a’ 、 a’ 〜c’ 、 c’ 
〜e’ 間に接続したのでは「整流が行われるコイル」
以外のコイルを含んだ複数コイルに対して並列に挿入さ
れることとなる。例えば図(b)のC% d間に接続し
たrC+RJはコイル2に「忠実に並列にJ挿入されて
いるが、図(a)においてb−d間のrc+RJは2ケ
乃至3ケのコイルに並列となっており、前記3相の時の
第3図(a)と同じような状態となる。第4図(a)の
挿入方法でrc+RJを挿入した場合でも火花抑制効果
はそれ相応のものがあるが、各種多ポールモーターのう
ち結線の種類によってはモーター出力特性に第5図に示
すようなCの影響と思われる異常発振現象が現われるこ
とがある。この場合第4図(b)の挿入方法にすれば正
常の特性となることが確認されている。
(3)本発明のl’−C+RJ火花抑制回路は従来技術
の火花抑制では「実用化できないモータ」として捨て去
られていた、アイデア段階のモータを実用段階まで持っ
て来ることができた。永久磁石モーターにおいて環状磁
石を多極着磁し、モーターに垂下特性をなだらかにして
(N0=無負荷回転数、Ts=起動トルクとした時、m
 = T s / N、のm値を大に2 きくする事) (m=1.027x−XIO−’、K:
 トルり定数gcm/ASR:抵抗Ω)効率と出力特性
を向上させる方策は、永久磁石の磁性向上(高品質、高
価な磁石)によってモーターの性能向上を図るのと同等
以上の効果をもたらすものである。
ここで、2極の永久磁石、3コイル鉄心電機子を持ち、
整流子セグメント数が3ケのものを2−3−3と表現す
ることにすると、 2極モータ  4極モータ  6極モータなどが実用乃
至は実用可能と思われる整流子電動機の例である。
又、特公昭44−4450によれば、上記4−5−i。
の図示例と共に、 も可能であると提案されている。
しかしながら、2−5−5方式c04−5−10方式<
6−5−15方式という組合せ変化は理解できるが6−
5−10の組合せは整流子セグメント数が少なくどうし
ても整流に無理がある。同様に8−9−18の組合せも
コイル数の2倍の整流子セグメント数では整流に無理が
ある筈で事実試作テストの結果は、本願発明者が考案採
用した第9図に示すコイル間結線によれば出力特性と効
率はまずまずとしても、火花が強大で従来技術の火花抑
制回路では数時間で異常が発生してしまうものであった
。本願発明者はこの8−9−18結線のモーターに対し
てrc+RJ方式火花抑制回路を附加した実用化テスト
を行い通常使用条件で数1,000時間の使用に尉える
可能性のあるモータが製作出来る目途を得た。
電気ノイズも正常値にあり、反トルク等の異常の認めら
れなかった。この8−9−18方式のモータは、前記m
値が2ポ一ル方式のモータに較べて数倍の大きさとなり
、永久磁石を高品質。
高価格のもので設計製作するより、価格はもとより軽量
化、薄型化の面などで、はるかにメリットのある手段で
ある。
(4)第6図は3相△結線用のプリント基板式平面整流
子の平面図、第7図はそれを装着した偏平型電機子の側
面図である。第6図(a)は平面整流子のオモテ面、(
b)はそのウラ面である。図において1は12分割され
たセグメント部、2はセグメントの同電位部を短絡する
パターン、3はコンデンサーC,4は印刷方式で設けら
れた抵抗R15は3相コイルのコイル引出線を接続する
半田付部分、6はこの平面整流子を電機子軸に正、しく
直角に支持するための中央穴である。7部分のパターン
幅は出来るだけ狭くする。これはコンデンサ3の半田熱
が印、刷抵抗4に悪影響を与えないためである。
直流整流子電動機で界磁の多極化を図ると電機子コイル
の増加と共に整流子セグメント数が急増する。それに同
電位部の接続短絡線をいちいち電線で接続することは極
めて大変である。従来は円筒整流子では勿論のこと、平
面整流子でもプリント基板方式以外のものではやはりこ
の接続線は必要であった。本願発明者はこれをプリント
方式で置換出来れば、セグメント数の多少に関係なく、
セグメントと接続パターンを一括して一定の工数で完成
できると考え、このrc+RJ方式搭載のプリント平面
整流子を発明したのである。
このほか、5コイル5相モータ(第4図)や9コイル9
相モータ(第9図)等は各相に1対のrc+RJを附加
せねばならず、この点3相モータで多ポールのモータを
作ればコイルが3の倍数であればr、 C+ RJは3
対ですむこととなる。
第8図は第6図に示した12セグメントの平面整流子が
適用できる8−6−12△結線の多ポール直流電動機の
結線図である。このモータにおいてはl相のコイルが直
列の2ケのコイルから成り、このl相のコイルに1対の
rC十RJが挿入されていることは第2図に示したと同
様である。
〔効果の説明〕
前記実施例で説明し主クレームとして記述した技術はr
c+RJ方式の火花抑制回路であるが、実はこの発明の
トリガーとなったのはクレーム(4)に記したプリント
基板方式の平面整流子の実用化研究の一環として開発し
た成果であり、従来技術の火花抑制では「微小出力」の
計器用モータなどにしか用いることのできなかったプリ
ント整流子をrC+RJとの結合で汎用マイクロモータ
として実用化できる道を拓いた。更にこの火花抑制回路
機能の応用として、従来技術の火花抑制では「実用でき
ないモータ」として捨て去られていた8−9−18結線
方式(特公昭44−4450号)をrc+RJ技術との
結合と新規のコイル間結線で実用化の見透しが立ったこ
とは前述の通りである。
【図面の簡単な説明】
第1図はrc+RJを用いた火花抑制の基本回路。 第2図は3相△結線にrc+RJを附加した模型図。 第3図は3相Y結線にrc+RJを附加した模型図。 第4図は4−5−10方式にrc+RJを附加した結線
図。 第5図は異常現象を示すモーターの特性図。 第6図は3相△結線用プリント基板式平面整流子図。 第7図は上記を搭載したモーター電機子の側面図。 第8図は8−6−12△結線モーターに「C十R」を附
加した結線図。 第9図は8−9−18式結線モーターに「C−1−R」
を附加した結線図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)インダクタンスを有するコイルに並列に、直流抵
    抗Rとコンデンサー容量Cとを直列に接続した火花抑制
    回路を有するものに於いて、前記抵抗Rの値を整流が行
    われる電機子コイルの直流抵抗値とほぼ同一にし、前記
    コンデンサー容量Cの値を0.1μF〜1μFとしたこ
    とを特徴とする直流電動機。
  2. (2)「整流が行われる電機子コイルに並列に」を忠実
    に実現するために、3相Y結線電機子においては共通接
    続点と各相のコイル他端との間に火花抑制回路を附加し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の直流電
    動機。
  3. (3)「整流が行われる電機子コイルに並列に」を忠実
    に実現するために、3相巻線でない電機子においては整
    流子のライザー間に火花抑制回路を附加するのではなく
    、各相コイルの両端に直接「C+R」の火花抑制回路を
    附加したことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の直流電動機。
  4. (4)プリント基板の一面に整流子セグメント部と各セ
    グメントの同電位点を短絡するためのパターン部を形成
    し、同一面又は他の面に「C+R」の火花抑制回路用パ
    ターンを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の直流電動機。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1071191A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-24 Interelectric Ag Glockenankermotor mit einer Funkenunterdrückungseinrichtung
JP2007282500A (ja) * 2007-07-30 2007-10-25 Asmo Co Ltd 直流機
WO2020228909A1 (de) * 2019-05-16 2020-11-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektromotor und antrieb mit einem elektromotor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1071191A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-24 Interelectric Ag Glockenankermotor mit einer Funkenunterdrückungseinrichtung
JP2007282500A (ja) * 2007-07-30 2007-10-25 Asmo Co Ltd 直流機
WO2020228909A1 (de) * 2019-05-16 2020-11-19 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektromotor und antrieb mit einem elektromotor

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