JPS6229978B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電磁継手を備えた電動機の改良に関
するもので、特に高頻度の運転停止と高応答な可
変速特性を要求される用途に適する電動機、たと
えばミシンを駆動するのに最適な電動機を提供す
るものである。

従来から、ミシンすなわち工業用ミシンの駆動
には、高頻度の運転停止が可能な摩擦式クラツチ
およびブレーキを有するモートル、いわゆるクラ
ツチモートルと呼ばれるものが広く使用されてい
る。

このクラツチモートルにミシン針の定位置停止
機能すなわち位置決め低速駆動機能を付加した自
動停針装置（ニードルポジシヨナー）付クラツチ
モートルは、ミシンの自動糸切り機能の出現と相
まつて急速に普及し、縫製作業の合理化に大きく
貢献している。

しかし、この自動停針装置付クラツチモートル
は、摩擦式クラツチおよびブレーキを制御して、
クラツチのスリツプ具合を変えることにより、可
変速特性を得るものであるため、低速状態におけ
る位置決め速度および糸切り速度の最適値の決定
が困難であるとともに、クラツチの摩擦材の消耗
が激しく短期間に保守点検を必要とする欠点があ
つた。

そこで、この欠点を除去し、さらに良好な可変
速特性と低速特性の両方の機能を簡単な構成で得
られるようにする目的のもとに、ミシンを非接触
式の可変速電動機すなわち電磁継手を備えた電動
機で駆動することが提案され、日本特許第699108
号（特公昭48―130号）や米国特許第3910211号
（日本特許出願公開；特開昭49―96222号）に述べ
られている。

また、電磁継手付の電動機において、出力軸側
の慣性を小さくするようにした電磁継手の構造
は、日本実用新案第960895号（実公昭46―17857
号）に述べられている。

しかしながら、これらに述べられている電磁継
手付の電動機には次のような欠点があり、全く実
用性のないものである。

すなわち、米国特許第3910211号に示された電
磁継手は、電動機の回転軸に固着したフライホイ
ールの端面にドラムを形成して電磁継手の駆動体
とし、この駆動体の上記ドラムの内面に空隙を介
して対向する磁極片とこの磁極片を支えるヨーク
部とからなる部分断面がコ字状の磁極を出力軸に
固着して電磁継手の従動体とし、そして上記電動
機のハウジングの一部に固着した励磁コイルを上
記従動体のコ字状の磁極の中に空隙を置いて配置
しているものである。

したがつて、この米国特許のものは、電磁継手
を構成するドラムを出力軸に固着し、電磁継手の
誘導子を電動機の回転軸に固着したタイプのもの
と比較すれば、回転軸側の慣性に対して出力軸側
の慣性が小さくなると一応考えられる。しかし、
上記米国特許のように、ドラムを回転軸側に配置
しても、磁極が出力軸に固着されていると、この
磁極は励磁コイルにより誘導される磁束を損失な
く有効に通すための機能を有することから、所定
の磁路断面積を必要とされ、必然的に大きな慣性
体となつてしまう。このため出力軸側の慣性はそ
れほど小さくならず、出力軸の発生トルクと慣性
との比（出力軸のトルク／出力軸の慣性）は小さ
なものとなり、0.1〜0.2秒程度の急激な加速およ
び減速特性を要求される用途、たとえばミシンを
駆動する電動機としては実用にならない欠点があ
る。

また、上記米国特許に示されたものは、ドラム
を兼るフライホイールが磁極とは別個の構成部品
として必要であるため、それだけ余分な材料およ
び工数をともなうものであり、そしてこのフライ
ホイールは磁極に対して軸方向に配列されるため
電動機の軸方向寸法が大きくなるという欠点があ
る。

上記日本実用新案第960895号には上述の米国特
許のものとは異なる二つのタイプの電磁継手が示
されている。

このうちの一つのタイプは、円周方向に交互に
かみ合わせるように配置した磁極片を有する部分
断面がコ字状の磁極と、上記磁極片に空隙を置い
て対向するように非磁性の支持材により上記磁極
に取付けられた磁路形成板と、上記磁極の中に固
着された励磁コイルとで電磁継手の駆動体を構成
し、この駆動体を上記磁極の中必部分で電動機の
回転軸に固着している。そして電磁継手の従動体
は出力軸に固着した渦電流発生板で構成し、この
渦電流発生板を上記磁極片と磁路形成板との間の
空隙に配置しているものである。

したがつて、このタイプでは出力軸側における
電磁継手の従動体が円盤状の渦電流発生板である
ため、出力軸の慣性は小さく、高応答な可変速特
性を満し得ると考えられる。しかし、このタイプ
の欠点は、励磁コイルが磁極と一体に固着されて
いるため、回転軸の回転にともない励磁コイルも
駆動体の一部として回転してしまうことである。
このため励磁コイルへの給電に必要な端子は滑動
環としなければならない問題がある。励磁コイル
への給電に滑動環を用いることはそれだけ電動機
の構造を複雑化し、そして滑動環の摩擦などによ
る保守点検の必要性も生じ、実用的でない欠点が
ある。

別の一つのタイプは、上記したような欠点を除
くために、滑動環を使用しないですむようにした
もので、上記日本特許第699108号に示された電磁
継手とほゞ同じである。すなわち、この別の一つ
のタイプの変更されたところは、磁極の一部を切
り離して形成した部分断面がコ字状の継鉄に励磁
コイルを設け、そしてこの継鉄は、切り残されて
回転軸に固着している磁極と空隙を置いて対向
し、磁気回路を形成するように電動機のハウジン
グに取付けている点である。

このように構成されれば、励磁コイルは回転さ
れず、滑動環を省略し得るが、次のような欠点が
新たに生じるものである。すなわち、電動機の回
転軸に固着された磁極は、励磁コイルが配置され
る部分を継鉄として切り離しているため、その分
だけ軽くなり、それに伴つて回転軸側の慣性が小
さくなつてしまう。回転軸側の慣性が小さくなる
と、電磁継手という非接触のクラツチ機能により
可変速特性を得るものである以上、せつかく出力
軸側の慣性が小さくなる努力を払つても、その努
力は回転軸側の慣性が小さくなることで相殺さ
れ、性能の低下は避けられないという欠点をもた
らす。特にミシンの駆動のように、高頻度の運転
停止と高応答な可変速特性を要求される用途に
は、使えないものとなる。尚、この欠点を除くに
はフライホイールの使用が考えられるが、フライ
ホイールを別に必要とするため、材料および工数
の増加を招くだけでなく、フライホイールを取付
けるスペースが必要となり、電動機の寸法が大き
くなつてしまうものである。

また、このタイプの電磁継手においては、磁極
片と継鉄が軸方向に対向しているため、磁極に対
し継鉄による磁気吸引力が作用するので、磁気吸
引力によるスラストを減少させるための対策を必
要とする問題もある。

この発明は上述した電磁継手または電磁継手を
備えた電動機が持つている多くの欠点を全て除去
し、高頻度の運転停止と高応答な可変速特性が要
求される用途に適合する新規な改良された電磁継
手付電動機を提供することを目的とし、とくに電
磁継手の軸方向寸法を短縮することを目的とした
ものである。

以下この発明の詳細を図面に従つて説明する。
図面はこの発明による電磁継手付電動機の実施例
を一部断面で表わした正面図である。

図面において、１は電動機のハウジングで、ス
テータ２を支持するフレーム３と、回転子４が固
着された回転軸５の一方の軸受け６を支持する第
１のブラケツト７と、回転軸５の他方の軸受け８
を支持する第２のブラケツト９から構成されてい
る。１０は上記第２のブラケツト９より外方に突
出する上記回転軸５の端部に固着した電磁継手の
回転される駆動体である。

この駆動体１０は中心部に上記回転軸５が挿入
されてキー溝１１およびボルト１２による止め座
１３等で固着される取付部１４を含む水平部１５
と、この水平部１５の外端から径方向に突出した
鉛直部１６の先端から円周方向に沿つて軸方向に
爪形に突出した第１の磁極片１７と、この第１の
磁極片１７に空隙を置いて交互にかみ合うように
配置され、非磁性材のリング１８により上記第１
の磁極片１７と一体的に固着した第２の磁極片１
９とで形成されている部分断面がコ字形の磁極体
２０を有している。また、上記駆動体１０は上記
磁極片１７，１９の外周に狭い所定の空隙２１を
置いて同心円状に配置され、非磁性材の支持具２
２により上記第２の磁極片１９に固着した第１の
磁路形成体２３を有している。

従つて、駆動体１０はこれら磁極体２０、第１
の磁路形成体２３、および支持具２２により部分
断面が〓字形に構成され、後述する極く一部の磁
路形成体を除く他の全ての磁路形成体を備える結
果、上記回転軸５のフライホイールの十分な役目
を兼ねている。そして上記非磁性材の支持具２２
は円周方向に複数本のリブ２４が配列されてリン
グ状に形成されており、この支持具２２自身が冷
却風を矢印のように流す羽根の役目を兼ねてい
る。

２５は上記磁極体２０の中の空間部２６に所定
の空隙を置いて設けた励磁コイルで、コイル枠２
７および第２の磁路形成体２８を介して上記ブラ
ケツト９に固着されている。なお、上記ブラケツ
ト９に固定される磁路形成体２８は上記磁極体２
０の開口部２９の内側に位置して磁路を閉成する
もので、回転される上記駆動体１０の磁路と比較
すれば極く一部の限られたものであり、そして、
上記ブラケツト９の一部を突出させ、この突出部
で固定の磁路を形成すれば省略することもできる
ものである。

３０は出力軸であり、その一方は上記ハウジン
グ１に連結している第３のブラケツト３１に軸受
け３２を介して支承され、他方は上記磁極体２０
の水平部１５で囲まれる筒穴３３に取付けた軸受
け３４により支承されている。３５は薄肉の導電
材をプレス等によりカツプ状に絞り加工して形成
した渦電流発生板で、その周側部の水平部３６は
上記磁極片１７，１９と磁路形成体２３の間の空
隙２１に配置され、底部の鉛直部３７は上記軸受
け３２と３４の間に位置する上記出力軸３０に固
着されたボス３８の径方向に延びる円盤部３９に
連結されており、これら渦電流発生板３５とボス
３８により部分断面がコ字形の電磁継手の従動体
４０を構成している。なお、上記ボス３８は導電
材で形成することにより、渦電流発生板３５の薄
肉による断面積の減少を補ない、発生トルクが低
下しないように作用するエンドリング効果の役目
を兼ねさせることができるとともに、導電材たと
えばアルミニウムのような良導電材は熱伝達特性
も良く放熱板としての役目も一諸に兼ねることに
なる。

４１は電磁ブレーキであり、その励磁コイル４
２は上記ブラケツト３１に固着された部分断面が
コ字形のヨーク４３の内部に収納されている。４
４は上記ヨーク４３の開口部を塞ぐように取付け
たブレーキライニング、４５はこのブレーキライ
ニング４４と対向するように配置され、上記ボス
３８の円盤部３９に薄い板状のバネ４６を介して
取付けられた磁性材の可動板である。上記電磁ブ
レーキ４１は励磁コイル４２が付勢され、その磁
束がヨーク４３を通つて磁性材の可動板４５に流
れると、可動板４５がバネ４６の力に抗してヨー
ク４３に吸引されることにより、制動力を発生す
るようになつている。なお、ヨーク４３はブラケ
ツト３１と別に設けないで、ブラケツト３１に直
接的に形成することは可能である。

４７，４８，４９，５０，５１は上記支持具２
２が形成する羽根により生じる冷却風を矢印のよ
うに電動機の反負荷側から負荷側に流すための通
風孔で、電動機のステータ２の部分、電磁継手の
部分、および電磁ブレーキ４１の部分を冷却する
ように、ハウジング１を構成するフレーム３とブ
ラケツト７，９，３１の適所に設けている。５２
は電動機を取付けるための取付脚である。

以上の構成において、いま電動機の回転軸５が
フライホイールを兼ねる電磁継手の駆動体１０を
伴つて回転しているものとする。この状態で操作
者の指令により電磁継手の励磁コイル２５に電流
を流すと、駆動体１０の第１の磁極片１７から第
１の磁路形成体２３を円周方向に通り第２の磁極
片１９に至る破線で示す磁路に沿つて磁束が発生
し、従動体４０の渦電流発生板３５が上記磁束を
切ることになる。このため渦電流発生板３５には
渦電流が生じ、その電磁力がボス３８を介して出
力軸３０に伝達し、この出力軸３０に連結される
負荷たとえばミシンを短時間のうちに急加速して
駆動する。

そして、操作者の指令による信号で上記励磁コ
イル２５の電流を加減することにより、従動体４
０に発生するトルクが調節され、任意の所定速度
で運転できる。

また、上記励磁コイル２５に流れる電流を断つ
と従動体４０への伝達力が消滅し、このときに電
磁ブレーキ４１を作動し、上記したように可動板
４５をブレーキライニング４４に吸着させると制
動力が発生して、出力軸３０の回転を急速に減じ
停止する。

なお、出力軸３０に連結される負荷の制御は、
負荷の種類によつて変わり、この発明と直接的に
関係しないので、説明を省略するが、たとえば、
負荷がミシンの場合には、上記した日本特許第
699108号や米国特許第3910211号に示されている
ように制御すればよいものである。

以上の説明から明らかなように実施例では、コ
字形の断面部を有する磁極体２０の少なくとも一
部分を従動体４０の渦電流発生板３５の内側に挿
入配置し、さらにこの磁極体２０のコ字形の断面
部の内側、即ち空間部２６に固定の励磁コイル２
５と第２の磁路形成体２８とを配置していること
により、駆動体１０と従動体４０とを合わせた厚
さ寸法（軸方向寸法）が小さくなつている。

この発明は以上の説明から明らかなように円周
方向に交互にかみ合うように配置した第１および
第２の磁極片１７，１９を有する磁極体２０と、
これに非磁性材の支持具２２で連結される磁路形
成体２３とで形成され、かつ電動機の回転軸５に
固着された電磁継手の回転される駆動体１０は、
固定された電磁継手の励磁コイルおよび磁路形成
体を除き、他の磁路形成用の部材が備えられるた
め、これをフライホイールの役目に兼ねさせるこ
とができるだけでなく、出力軸側の電磁継手の従
動体には磁路を形成する部材が含まれないので、
それだけ慣性を小さくでき、したがつて高頻度の
運転停止と高応答な可変速特性の要求を満し、急
激に高頻度に加わる伝達トルクや負荷トルクに耐
え、電動機の回転軸の速度低下を防止することが
できる。

また、この発明によれば駆動体の磁極体の少な
くとも一部分が従動体の渦電流発生板の内側まで
入り込み、さらにフライホイールを兼ねて回転さ
れる電磁継手の駆動体を形成した磁極体の空間部
には、固定された励磁コイルおよび磁路形成体を
所定の隙間を置いて収容しているので、軸方向寸
法の短縮化が計れるとともに、磁束の流れる磁路
が励磁コイルの外周の短い距離で閉成されること
により起磁力の節減が計れ、小形で高効率とする
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明による電磁継手付電動機の実施例
を一部断面で表わした正面図である。 図中、１は電動機のハウジング、５は電動機の
回転軸、１０は電磁継手の駆動体、１７，１９は
磁極片、２０は磁極体、２３，２８は磁路形成
体、２５は励磁コイル、３０は出力軸、３５は渦
電流発生板、３８はボス、４０は電磁継手の従動
体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円周方向に交互にかみ合うように配置した第
   １および第２の磁極片を有しコ字形の断面部を有
   する磁極体と、この磁極体に非磁性材の支持具で
   連結されて上記磁極片と空隙を置いて同心円状に
   対向する第１の磁路形成体とで形成され、かつ回
   転体に固着された電磁継手の回転される駆動体、
   この駆動体の上記空隙に渦電流を発生するように
   配置され、かつ出力軸に固着された円筒状からな
   る電磁継手の従動体を備え、上記磁極体のコ字形
   の断面部の少なくとも一部分を従動体の内側に挿
   入配置するとともに、この磁極体のコ字形断面部
   の内側空間部には、固定の励磁コイルおよび第２
   の磁路形成体を磁極体との間に所定の隙間を置い
   て収容した電磁継手付電動機。 ２ 固定の励磁コイルおよび第２の磁路形成体は
   回転軸を支えるブラケツトに固着した特許請求の
   範囲第１項記載の電磁継手付電動機。 ３ 固定の第２の磁路形成体は回転軸を支えるブ
   ラケツト自身で形成した特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の電磁継手付電動機。