JPH0865964A - 回転制御電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】玩具用小型直流電動機は、通常、永久磁石によ
る２極の界磁磁極と、３極の回転電機子と、該回転電機
子の巻線へ所定の電流を供給すべく設けた整流子及びブ
ラシとをケーシングに内装して成り、この場合、回転電
機子に流れる電流の方向と大きさにより回転の方向と速
度を制御しているが、一定の電流を供給したままで速度
等を制御しようとするものである。 【構成】非磁性体のケーシング11に、出力軸121 に装備
させた複数極の電機子122 及び整流子124 を回転自在に
内装し、その整流子に接する２個のブラシ13により各回
転電機子巻線123 へ直流電源３を供給する電動機本体１
と、該電動機本体に対するフリーの外部界磁磁極２とか
ら成り、外部界磁磁極２を適宜に操作することにより、
出力軸121 の回転の速度、方向、トルクの制御、並び
に、急速制動等を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部磁極によりその回
転の速度等を任意に制御できるようにした回転制御電動
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】玩具などに用いられている小型の直流電
動機は、通常、永久磁石による２極の界磁磁極と、３極
の回転電機子と、該回転電機子の巻線へ所定の電流を供
給すべく設けた整流子及びブラシとをケーシングに内装
して成り、この場合、回転電機子に流れる電流の方向と
大きさにより回転の方向と速度を制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、使用の状況に
よっては、一定の電流を供給したままで、回転の速度等
を変化させたい場合がある。本発明は、このような場合
に好都合な簡単な電動機を提供しようとするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１の発明は、回転子を非磁性体のケーシング乃至フ
レームに内装した電動機本体と、該電動機本体に対する
フリーの外部磁極とから成ることを特徴とする。

【０００５】また、請求項２の発明は、非磁性体のケー
シング乃至フレームに、出力軸に装備させた複数極の電
機子及び整流子を回転自在に内装してその出力軸を軸支
させ、かつ、その整流子に接する２個のブラシを設け
て、両ブラシにより前記整流子を介して各回転電機子巻
線に直流電源を供給するように構成した電動機本体と、
該電動機本体に対する永久磁石によるフリーの外部界磁
磁極とから成ることを特徴とする。

【０００６】

【作用】如上の構成であり、各種の直流電動機、交流電
動機において、当該電動機の特質に応じ、電流、電圧の
変化なしに、外部磁極、外部界磁磁極を次のように適宜
に操作することにより、出力軸の回転の速度、方向、ト
ルクの制御、並びに、急速制動等を得る。 玩具用直流電動機等、構成する電動機の特質に応
じ、電動機本体に対して、外部磁極又は外部界磁磁極を
接近、離間させることにより、若しくは、大小任意なも
のに交換にすることにより、或いは、極数を変化させる
ことにより、電動機本体に与える磁束を変化させて、回
転速度、トルクの制御を得る。 玩具用直流電動機等、構成する電動機の特質に応
じ、電動機本体に対して、外部磁極又は外部界磁磁極の
極性を反転させることにより、回転方向の切り換えを得
る。 玩具用直流電動機等、構成する電動機の特質に応
じ、回転中の電動機本体に対して、極性を反転させるこ
とにより、急速制動を得る。

【０００７】

【実施例】図面は、請求項１及び請求項２の発明の実施
例を示すものであり、玩具用の回転制御直流電動機に係
るものである。図１及び図２は、その基本的構成を示
し、１は、非磁性体のケーシング11に回転子12を内装し
た電動機本体、２は、該電動機本体の両側に配したフリ
ーの外部磁極である。ケーシング11は、合成樹脂成形に
より箱型に形成して成り、該ケーシングに内装した回転
子12は、出力軸121 に３極の電機子122 とこれらの電機
子の巻線123をそれぞれ電気的に接続した整流子124 を
固定して成り、その出力軸121 をケーシング11に貫通さ
せて回転自在に軸支している。また、ケーシング11に
は、前記整流子124 に対応させて一対のブラシ13を固定
して、それぞれ先端部を整流子124 に当接させ、かつ、
各ブラシの後端部をケーシング外部に突出させて、それ
ぞれ接続端子14としており、これらの接続端子を通じて
所要の直流電源を供給する。図中、15は、ケーシング11
に固定した両ブラシ13及び接続端子14の取付基版であ
る。外部磁極２は、永久磁石による一対の外部界磁磁極
21であり、一方の外部界磁磁極21は、電動機本体１に対
する内側をＮ極、外側をＳ極とするものであり、他方の
外部界磁磁極21は、逆に、電動機本体１に対する内側を
Ｓ極、外側をＮ極とするものである。これらの外部界磁
磁極21の界磁磁束が通電中の電機子122 に作用すること
によって、電機子122 が回転し、出力軸121 に回転力が
現れる。

【０００８】次に、その操作と動作について、図３乃至
図１３に従い順次に説明する。 (1) 図３の場合 電動機本体１に両接続端子14を通じて直流電源３を供給
し、その電動機本体１の一側に一の外部界磁磁極21のＳ
極を対峙させて、接近、離間させると、該外部界磁磁極
21の界磁磁束が電動機本体１内の電機子122 に対してそ
の距離の二乗に反比例して作用する結果、回転子12が一
方向へ作動して出力軸121 が一方へ回転し、停止する。 (2) 図４の場合 図３の場合において、外部界磁磁極21の極性をＳ極から
Ｎ極へ反転させると、その界磁磁束が逆向きになり、出
力軸121 が他方へ回転し、停止する。 (3) 図５の場合 図３の場合において、その電動機本体１の一側に対峙さ
せた一の外部界磁磁極21を、電動機本体１へ近づければ
近づけるほど、該外部界磁磁極21の界磁磁束が電動機本
体１内の電機子122 に対してその距離の二乗に反比例し
て作用する結果、出力軸121 の回転速度（回転数）とト
ルクが増大する。このことは、図４の場合も同様であ
る。 (4) 図６の場合 図３の場合において、その電動機本体１の他側にも、他
極の外部界磁磁極21を対峙させれば、その外部界磁磁極
21がもたらす界磁磁束に対応して回転速度（回転数）及
びトルクが増大する。このことは、図４の場合も同様で
ある。 (5) 図７の場合 図６の場合において、一方の外部界磁磁極21の極性を反
転させて、同極を対峙させると、回転子12が急速に停止
する。 (6) 図８の場合 図３の場合において、電動機本体１を外部界磁磁極21に
対し前後に複数を並列させると、外部界磁磁極21から遠
い側の電動機本体１の電機子122 が、近い側の電動機本
体１の電機子122 を外部界磁磁極として界磁磁束を得
て、その回転子12が回転し、両者の出力軸121 は、とも
に同方向に回転する。なお、この場合、図９に示すよう
に、複数の電動機本体１を一つの大きなケーシング11に
内装して、複軸のものとしてもよい。 (7) 図１０の場合 図８の場合において、複数の電動機本体１について、向
きを変えて使用することも可能である。なお、この場
合、図１１に示すように、それらの電動機本体１を一つ
の大きなケーシング11に内装してもよく、Ｖ方向にする
ことも可能である。 (8) 図１２の場合 図３、図４の場合において、外部界磁磁極21の極性を回
転装置４により電気的機械的に反転させることも可能で
あり、これを周期的に作動させれば、出力軸121 の周期
的な正逆回転を生ずる。 (9) 図１３の場合 図８の場合において、外部界磁磁極21から遠い側の電動
機本体１を出力軸121 を中心に上下１８０度回動させれ
ば、該電機子が近い側の電動機本体１の電機子122 から
受ける界磁磁束の角度が反転して、遠い側の電動機本体
１の出力軸121 は、逆方向に回転する。

【０００９】ところで、図１４の(1) 乃至(4) 、図１５
の(1) 乃至（4)は、上述の玩具用の回転制御直流電動機
を玩具電動車両５に応用した場合を示している。ここで
の玩具電動車両５は、車台51上の後部に後部車輪52を駆
動する電動機本体１と該電動機本体に電力を供給する直
流電源３たる乾電池を装備させている。以下、それぞれ
について順次に説明する。

【００１０】図１４の(1) 乃至(4) は、上記玩具電動車
両５に、外部界磁磁極21たる永久磁石を内蔵する小さな
人形６を乗せる場合を示している。 (1) 玩具電動車両５の台車51上に未だ人形６を乗せてい
ないときには、玩具電動車両５は動かない。 (2) 玩具電動車両５の台車51上に人形６を前向きに乗せ
ると、玩具電動車両５は前方へ走りだす。 (3) その玩具電動車両５の台車51上の人形６を電動機本
体１に近づけると、玩具電動車両５はより速く走る。 (4) その玩具電動車両５の台車51上の人形６を後ろ向き
にすると、玩具電動車両５は後ろ向きに走る。

【００１１】図１５の(1) 乃至(4) は、玩具電動車両５
に、外部界磁磁極21たる永久磁石を内蔵する小さな人形
６を二体、外部界磁磁極21たるより強力な永久磁石を内
蔵する大きな人形７を一体又はその小さな人形６と大き
な人形７とを組み合わせて乗せる場合を示している。 (1) 玩具電動車両５の台車51上に二体の小さな人形６を
それぞれ前向きに乗せると、玩具電動車両５は一体のと
きよりも速く前方へ走る。 (2) 玩具電動車両５の台車51上に大きな一体の人形７を
前向きに乗せると、玩具電動車両５はより速く前方へ走
る。 (3) 玩具電動車両５の電動機本体１の両側にて台車51上
に二体の小さな人形６を前向きと後ろ向きに乗せると、
玩具電動車両５は止まったままとなる。 (4) 前向きと後ろ向きに乗せた二体の小さな人形６の
内、一体を大きな人形７とすると、玩具電動車両５はそ
の大きな人形の向き走る。

【００１２】図１６の(1) 乃至(4) は、上述の玩具用の
回転制御直流電動機を電気自動車に応用した場合を示し
ている。ここでの電気自動車８は、駆動源に電動機本体
１を用い、該電動機本体の両側に永久磁石の一対の外部
界磁磁極21を接近・離間及び極性反転自在に装備させて
いる。以下、それぞれについて順次に説明する。 (1) 両外部界磁磁極21の同極を一定の通電態勢にある電
動機本体１の両側に等間隔に対峙させると、電気自動車
８はニュートラル状態となる。 (2) 両外部界磁磁極21を電動機本体１の両側に一定の異
極で接近させると、電気自動車８は発進し、加速され
る。 (3) 接近させた両外部界磁磁極21をともに逆極性にする
と、電気自動車８はリバース状態となる。 (4) 走行中に一方の外部界磁磁極21を反転させて、両外
部界磁磁極21を同極で対峙させれば、電気ブレーキが掛
かり、停車する。

【００１３】以上の実施例では、玩具用回転制御直流電
動機について説明したが、各種の直流電動機、交流電動
機に適用でき、ブラシレスモータや微小モータの制御に
使用することができる。また、外部界磁磁極21は、永久
磁石に限るものではなく、電磁石型のものであってもよ
い。

【００１４】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、
回転子を非磁性体のケーシング乃至フレームに内装した
電動機本体と、該電動機本体に対するフリーの外部磁極
とから成るので、外部磁極を機械的に操作することによ
り、供給する電源の電流、電圧の変化なしに出力軸の回
転の速度、方向、トルク、制動等を、適用電動機に対応
させて任意に制御でき、その反面、入力される電力に変
動が生じても、外部磁極の操作で回転速度等を一定に保
つことができる。勿論、突入電流がない状態で出力制御
ができるので、ブラシレスモータや微小モータの制御に
使用すると長寿命化することができる。また、ボリュー
ムなどの電気的出力可変器が不要となるので、使用法に
よっては大幅なコストダウンが得られ、しかも、外部磁
極であって、内部に磁極を有しないため、電動機本体を
小さくでき、使用上好都合である。なお、外部磁極を永
久磁石にも電磁石にもでき、後者であっても消費電力が
小さくて済み、ロスは少ない。更に、請求項２の発明に
よれば、玩具用として小型で便利なものにでき、各種の
玩具に都合よく使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る玩具用回転制御直流電
動機を示す斜視図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】 同例の操作と動作の第１例を示す斜視図であ
る。

【図４】 同例の操作と動作の第２例を示す斜視図であ
る。

【図５】 同例の操作と動作の第３例を示す斜視図であ
る。

【図６】 同例の操作と動作の第４例を示す斜視図であ
る。

【図７】 同例の操作と動作の第５例を示す斜視図であ
る。

【図８】 同例の操作と動作の第６例を示す斜視図であ
る。

【図９】 電動機本体の他の例を示す斜視図である。

【図１０】同例の操作と動作の第７例を示す斜視図であ
る。

【図１１】電動機本体の更に他の例を示す斜視図であ
る。

【図１２】同例の操作と動作の第８例を示す斜視図であ
る。

【図１３】同例の操作と動作の第８例を示す斜視図であ
る。

【図１４】応用例を示す説明図である。

【図１５】応用例を示す他の説明図である。

【図１６】応用例を示す更に他の説明図である。

【符号の説明】

１…電動機本体 ２…外部磁極 ３…直流電源 ４…回転装置 ５…玩具電動車両 ６…小さな人形 ７…大きな人形 ８…電気自動車 11…ケーシング 12…回転子 13…ブラシ 14…接続端子 15…取付基版 21…外部界磁磁極 51…車台 52…後部車輪 121…出力軸 122…電機子 123…巻線 124…整流子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子を非磁性体のケーシング乃至フレ
   ームに内装した電動機本体と、該電動機本体に対するフ
   リーの外部磁極とから成ることを特徴とする回転制御電
   動機。
2. 【請求項２】 非磁性体のケーシング乃至フレームに、
   出力軸に装備させた複数極の電機子及び整流子を回転自
   在に内装してその出力軸を軸支させ、かつ、その整流子
   に接する２個のブラシを設けて、両ブラシにより前記整
   流子を介して各回転電機子巻線に直流電源を供給するよ
   うに構成した電動機本体と、該電動機本体に対する永久
   磁石によるフリーの外部界磁磁極とから成ることを特徴
   とする回転制御電動機。