(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-24
(45)【発行日】2022-07-04
(54)【発明の名称】集合整流子片
(51)【国際特許分類】
H02K 13/00 20060101AFI20220627BHJP
H01R 39/04 20060101ALI20220627BHJP
【FI】
H02K13/00 F
H01R39/04
(21)【出願番号】P 2021182239
(22)【出願日】2021-11-09
【審査請求日】2021-11-09
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】391011113
【氏名又は名称】網矢 貞幸
(72)【発明者】
【氏名】網矢 貞幸
【審査官】尾家 英樹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第01/005018(WO,A1)
【文献】実開昭51-125204(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 13/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
4極以上の整流子は、整流子片(1)と整流子片輪(2)と整流子片止(3)とで構成されており、
前記整流子片(1)及び前記整流子片止(3)は、それぞれ、基部と、基部から軸方向にのびる歯部を有し、前記整流子片輪(2)は、リングと、リングから軸方向にのびる歯部を有し、
前記整流子片(1)は、軸(4)に胴絶縁(5)を介して取り付けてあり、
前記整流子片輪(2)は、マイカナイトを該整流子片(1)の
歯部の周方向側面に挟み取り付け、
前記整流子片止(3)は、
整流子片輪の基部とは反対側から差し込み、その
歯部の周方向側面にはマイカナイトを介在していることを特徴とする集合整流子片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明子は直流モーターなどで、4極以上の場合でもブラシは2個とする場合は、整流子片を一体化することで解決した、集合整流子片に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の直流モーターや、交流整流子電動機の極数は2極であって、4極の方がエネルギーの変換に対し、約倍の効率で有効なのは分かっているが、ブラシは90度に一つ取り付けなくてはならないので、ブラシの交換が面倒なので、結局2極のモーターが使用されていた。
【0003】
しかし、特願2021-114688の名称 整流子は、従来の直流モーターや、交流整流子電動機で4極のブラシは、90度に一つブラシを取り付けていたし、8極では45度に一つブラシを取り付ける必要があった。しかし4極の場合に、整流子は整流子片と対面する整流子片を配線で繋ぐことで、ブラシを1個づつにして、余分なブラシを取り除くことができる。したがって、12時方向と、3時方向の2個のブラシでよい。
【0004】
また8極の場合は、対面する整流子片と、両横の方向にも配線をし、同じように電気を送ることで、余分なブラシを省く物を考案した。したがって、45度の12時方向と、1時半の方向の、2個のブラシでよくなった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特願2021-114688
【文献】特開2012-175759
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の直流モーターや、交流整流子電動機の4極以上のモーターは、整流子片同士を配線する必要があった。また、整流子片は部品の数も多く、組み立てが容易ではない。
【0007】
そこで、本発明の集合整流子片は、パイプに切り込みを入れて整流子片(1)とし、切れ込みを入れた間に、整流子片輪(2)と整流子片止(3)を配置する集合整流子片を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために集合整流子片は、4極以上の整流子は整流子片(1)と整流子片輪(2)と整流子片止(3)とで構成されている。
その整流子片(1)は、軸(4)に胴絶縁(5)を介していて、基部(1a)を回転子(6c)の方向に取り付ける。
【0009】
整流子片輪(2)は、マイカナイトを整流子片(1)の歯部(1b)の側面に挟み、整流子片(1)の歯部(1b)を跨ぐように取り付ける。
そして、整流子片止(3)は反対側から歯部(3b)を、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片輪(2)の歯部(2b)の間に差し込み、その側面にはマイカナイトを介在して絶縁していることで目的を達成した。
【発明の効果】
【0010】
本発明の集合整流子片は、次のような効果がある。
(イ) 整流子片は一体化しているので、整流子片同士を配線する必要がない。
(ロ) 基部はリング状になっているので、取り付けが簡単である。
(ハ) 基部がリング状になっているので、壊れ難い。
その4極以上のモーターは、次のような効果がある。
(イ) 磁束が飛ぶ距離が短くてすむので、その分2極のモーターより効率がよい。
(ロ) 8極のモーターは、くっ付く場所が8個もあるので、力が強い。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図3】12極の整流子片だけを取り付けた、斜視図である。
【
図6】20極の整流子片を取り付けた斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
通常は、4極とか6極のモーターを作ると、回転子歯は分布巻によって、毎極毎相のコイルは2つ以上のスロットに分散して巻かれていて、隣り合うスロットに巻かれているコイル辺の起電力は同相でないので、実際には分布巻が用いられている。しかし、分布巻を採用すると、整流子片の種類が多くなってしまい、都合が悪いので、回転子歯(6e)の1つ1つにコイルを巻き、3つを1パターンとする玩具用モーターと同じにした。
【0013】
その玩具用モーターは回転子歯(6e)が3個なので、整流子片も3種類でよい。その3種類の整流子片を12極のモーターにするのは簡単で、真鍮のパイプに切り込みを6箇所つけて、整流子片(1)の歯部(1b)を作ることで解決した。
【0014】
整流子片止(3)は、整流子片(1)と同じ形をしており、その整流子片止(3)は歯部(3b)の方を、先に挿入して基部(3a)で整流子をとめる。そのコイル(7)は、歯部(3b)の先端に設置されており、そのコイル(7)は全部で12本を一箇所に纏めている。
【0015】
整流子片輪(2)は、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片止(3)の歯部(3b)を跨ぐようにリング(2a)が設置されており、組み立てる順番としては、整流子片(1)の次に取り付ける。そのリング(2a)にコイル(7)が設置されており、そのコイル(7)は全部で12本である。
【0016】
そしてブラシ(6a)は2個あり、真上のブラシ(6a)と、その横に具備しているブラシ(6a)は30度ずれている。その作り方は、カーボンの代わりにプラスチックの板を30度の角度に、カーボンと同じ大きさに削り、その削ったプラスチックにブラシ(6a)のブラシホルダーを被せる。30度に交わったところを、軸(4)の中心とし、集合整流子の半径と、ギャップを中心からとると、ブラシ(6a)の取り付ける場所が明らかになる。そして、接着剤や捩子等で固定した後、プラスチックを切断して取り外す。
【0017】
そして、ブラシカバーにカーボンを取り付けるとブラシ(6a)ができる。そのブラシ(6a)のカーボンは、整流子片(1)の歯部(1b)の幅より小さいことが条件である。もしカーボンの方が大きいと、ショートするからである。
【実施例1】
【0018】
本発明の集合整流子片を、図面を参照して説明する。
図1は、直流モーターの横面の断面図である。そのブラシ(6a)は、8極のモーターを描く予定であったが、間違えて12極のモーターになったので、12極のモーターで説明する。その直流モーターは、電動車の物で、横幅150ミリで、直径はΦ85のモーターを改造して12極のモーターにした。
【0019】
直流モーター(6)の回転子(6c)のコアは、直径がΦ56で、ケイ素鋼板を打ち抜いた112枚でできており、横幅が59ミリである。そして整流子片(1)が具備されており、その5ミリ左に整流子片輪(2)があり、整流子片止(3)は反対の歯部(3b)の方から右に差込、基部(3a)があることで整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片輪(2)の歯部(2b)を守っている。
【0020】
一方、固定子(6d)は、後側ブラケット、前側ブラケットが両側から挟み、固定子(6d)は短管の形をしており、外径はΦ85の、内径はΦ74で、幅は103ミリである。その固定子(6d)の内面に磁石(6b)を具備し、回転子(6c)とのギャップ1ミリを差し引いた8ミリの、ネオジュウム磁石(6b)の直径Φ16を横に3個が横に並んでおり、円周方向に12個の、全部で36個使用している。
【0021】
ブラシ(6a)は直ぐ後にもう1つあり、そのブラシ(6a)とブラシ(6a)の間隔は30度あり、整流子片(1)などに接触して電気を伝える。そのブラシ(6a)は、整流子片(1)の歯部(1b)の幅が7ミリに対し8ミリあるので、ショートしてしまい使用ができないので、インパクトのブラシ(6a)の5ミリを使用した。
【0022】
図2は、モーターを縦に切断した断面図であり、切った場所は整流子片の場所である。その12極の場合は、30度後の時計で言えば1時にブラシ(6a)がある。その他に、ブラシ(6a)を設置する場所は、90度、150度、210度、270度、330度のどの位置に取り付けてもよいが、30度が取り付け易いので、そのようにした。
【0023】
回転子(6c)の回転子歯(6e)は18個で、回転子歯(6e)にΦ0.2のコイルを250回巻いている。つまり原理は、玩具のモーターと同じで、回転子歯(6e)の3個を一組として、玩具のモーターが6個並んでいるのと同じである。したがって、真上の12時のブラシ(6a)は整流子片(1)と接触しており、もう1つのブラシ(6a)は11時にあり、そのブラシ(6a)は、整流子片輪(2)と整流子片止(3)の中間にある。
【0024】
その整流子片(1)から整流子片輪(2)に、プラスの電気が流れるとしたら、整流子片止(3)から10時の整流子片(1)にはマイナスの電気が流れる。10時の整流子片(1)は、12時の整流子片(1)と基部(1a)で繋がっているので、12時のブラシ(6a)がある。
【0025】
10時の整流子片(1)は、基部(1a)によって通電しているため、そこにブラシ(6a)が付いているのと同じである。このように整流子片(1)には基部(1a)が、整流子片輪(2)にはリング(2a)が、整流子片止(3)には基部(3a)を伝わり、ブラシ(6a)を10個なくしたことが、以前の特願2021-114688の整流子の発明の特徴である。
【0026】
固定子(6d)は、磁石(6b)を12箇所設置し、その1極はΦ16ミリの厚み2ミリのネオジュウム磁石を、4個重ねた物を3個横に並べて1極とした。したがって、全部で144個の磁石を使用した。
【0027】
そしてブラシ(6a)は、整流子片(1)の歯部(1b)より大きいためショートしてしまい、大きすぎて使えないので、充電式インパクトのブラシ(6a)を使用した。その整流子片(1)の歯部(1b)の幅は7ミリであるから、円周方向に5ミリのカーボンのブラシ(6a)を取り付けた。そのブラシ(6a)から電気を受けた集合整流子は、回転子(6c)で仕事をして11時のブラシ(6a)からアースに伝わる。その取り付けかたは、ブラシ(6a)を取り付けている前面のブラケットを回転させ、固定子(6d)の磁石(6b)と、回転子歯(6e)の関係が、最も回転する場所がよい場所であるので、その場所に固定した。
【0028】
図3は、12極の整流子片(1)だけを取り付けた、斜視図である。軸(4)Φ12を絶縁するためエンビの胴絶縁(5)が取り付けてある。その胴絶縁(5)を介してΦ35の整流子片(1)が具備されてある。その整流子片(1)は、基部(1a)と歯部(1b)からできている。その整流子片(1)を分かり易く説明すると、真鍮のパイプΦ35の切り込みを入れて、約3分の1だけ残し、整流子片(1)の歯部(1b)としているので、整流子片(1)は櫛のような形をしている。
【0029】
その櫛の基部(1a)が、繋がってリングのようになっており、歯部(1b)は全部で6箇所あり、歯部(1b)がブラシ(6a)と接触して電気を受け取り、受け取った電気は基部(1a)を介してコイル(7)に伝わる。そのコイル(7)は、N極になるコイル(7)と、S極になるコイル(7)の、全部で12の配線をする。
【0030】
図4は、整流子片輪(2)を取り付けた斜視図である。整流子片(1)を取り付けたように整流子片輪(2)を取り付ける。その整流子片輪(2)のリング(2a)は、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片止(3)の歯部(3b)と接触しないように跨いでおり、整流子片輪(2)のリング(2a)は、空間が開いていて、絶縁をしている。そして、歯部(2b)には接触しないようにマイカナイトが絶縁している。
【0031】
そして、リング(2a)にコイル(7)を取り付ける。そのコイル(7)は全部で12本の回転子歯(6e)が、N極になるものと、S極になるものがある。したがって、リング(2a)は基部(1a)より大きいため、その特徴を現すため整流子片輪(2)と名付けた。
【0032】
図5は、整流子片止(3)を取り付けた斜視図である。整流子片止(3)は整流子片(1)と同じ形であり、基部(3a)の方向が違うだけである。したがって、コイル(7)も歯部(3b)の先端に取り付けている。そして、基部(3a)は歯部(1b)と歯部(2b)が破損しないように、マイカナイトを介して固定しているので、整流子片止(3)と言う名にした。
【実施例2】
【0033】
図6は、20極の整流子片(1)を取り付けた斜視図で、一般に大型のモーターに使用する。つまり、本発明を利用すると30個の回転子歯(6e)も作るのは簡単であり、真鍮のパイプを図のように切り目を要れ、整流子片(1)の歯部(1b)を作るだけなので、エンドビルで製作する。コイル(7)は20本のコイル(7)を基部(1a)で纏めて要る。
【0034】
図7は、整流子片輪(2)を取り付けた斜視図である。整流子片(1)を取り付けたように整流子片輪(2)を取り付ける。その整流子片輪(2)のリング(2a)は、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片止(3)の歯部(3b)と接触しないように、整流子片輪(2)のリング(2a)は、空間が開いている。そして、歯部(2b)には接触しないようにマイカナイトが絶縁している。
【0035】
そして、リング(2a)にコイル(7)を取り付ける。そのコイル(7)は全部で20本の回転子歯(6e)が、N極になるものと、S極になるものがある。したがって、リング(2a)は基部(1a)より大きいため、その特徴を現すため整流子片輪(2)と名付けた。
【0036】
図8は、整流子片止(3)を取り付けた斜視図である。整流子片止(3)は整流子片(1)と同じ形であり、基部(3a)の方向が違うだけである。したがって、コイル(7)も歯部(3b)の先端に取り付けている。そして、基部(3a)は歯部(1b)と歯部(2b)が破損しないように、マイカナイトを介して固定しているので、整流子片止(3)と言う名にした。
【実施例3】
【0037】
この発明の実施例について、シルバー電動車で説明する。
従来の、電動車のモーター400wを改造して、直流2極のモーターを12極のモーターにするもので、従来の回転子は16個の回転子歯があるものを、18個に改造するほうが簡単なので、18の回転子歯(6e)を持つ12極のモーターとした。
【0038】
そして、この12極の直流モーター(6)が、従来の2極のモーターと比べ4倍消費電力が少ない理由を説明する。出願人は、以前同期モーターのファンで、4極と8極の性能を調べた結果、4極が320ワットであるのに対し8極では120ワットで、約半分の消費電力で、同じ回転をした。そこで4極の場合に、回転子(6c)の直径が56ミリで、磁束が飛ぶ距離が45度の約20ミリであるのに対し、本発明の12極のモーターは約7ミリであるため、磁束が飛ぶのに2乗のロスが加わるため、8倍のエネルギーの無駄が加わり、結果2分の1の消費電力でよい。
【0039】
従来の2極のモーターも同じで、磁束が飛ぶ距離が90度の約40ミリであるのに対し、本発明の12極のモーターは約7ミリであるため、磁束が飛ぶのに2乗のロスが加わるため、32倍のエネルギーの無駄が加わり、結果4分の1の消費電力でよい。したがって、バッテリーも4分の1でよく、電動車の車体重量も軽くなり、現在のバッテリーでは走行距離40キロメートルに対し、本発明では4倍の160キロメートルの走行距離になる。
【0040】
話半分としても、倍の走行距離は有意義であり、2極よりも4極の方がよいことは常識であり、4極よりも8極のほうが効率がよいのも常識である。その8極以上のモーターの集合整流子片は、簡単に作れるのが特徴である。
【実施例4】
【0041】
電気自動車は、12極のモーターを使用することで、4倍以上の消費電力の節約になり、特願2021-022187の電気自動車の電気理論を採用すると、さらに走行距離が伸びる。つまり、従来の電気自動車は、最高出力を長時間出してもモーターは焼け付かないほどの大きなモーターを使用していた。そして電気理論は、最高回転をしてもモーターのコイルが焼ける前であれば、コイルが冷えるのを待って、また運転をすればよいという考えである。
【0042】
つまり、無理をしたら大人しく走り、モーターを労わり温度が下がるのを待つ。実際に走行しているときを鑑みれば、何時も全力で走ることはなく、その一瞬のために高出力のモーターを置いておくのは不経済である。
【実施例5】
【0043】
その他、電動工具、玩具などを4極以上にすると、消費電力を節約できる。ドローンなどに使用すると、消費電力が少ないのでバッテリーを小さくすることができる。また、極数が多いため低速回転が得意で、グラインダーなどは回転を落とす必要がない。
【実施例6】
【0044】
符号と用語の詳細な説明
整流子片(1)は、ブラシ(6a)との接触で電気を受けるところであり、材質は真鍮に0.3%の銀が混ざっていて、機械的強度も上るうえ、焼鈍温度が純銅(約200度)に比べて高く(300度)はんだあげ作業や、ブラシ(6a)との接触で加熱されても軟化し難い物があるが、本発明は電機を節約するので、そのような心配はない。
基部(1a)は、整流子片(1)全体が櫛を丸めたような形をしているので、櫛の歯の根元で、基部(1a)と名付けた。つまり、歯部(1b)を纏めているとこるが基部(1a)である。
歯部(1b)は、ブラシ(6a)と接触する場所で、櫛の歯に形が近いので歯部(1b)と名付けた。
【0045】
整流子片輪(2)は、整流子片(1)の端に設置する部品で、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片止(3)の歯部(3b)を接触しないように跨ぐリング(2a)が具備されているので、整流子片輪(2)と名付けた。
リング(2a)は、整流子片輪(2)だけが整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片止(3)の歯部(3b)とを、接触しないように跨いでいるので、基部と言うよりリング(2a)とした方が良いと思い、リング(2a)と名付けた。また整流子片輪(2)の方向を逆にして、リング(2a)が左側に付いても差し支えない。
歯部(2b)は、ブラシ(6a)と接触する場所で、櫛の歯に形が似ているので歯部(2b)と名付けた。
【0046】
整流子片止(3)は、整流子片(1)と同じ部品で、その取り付けが基部(3a)と歯部(3b)を引っ繰り返して取り付けてある。その整流子片止(3)は、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片輪(2)の歯部(2b)の先端が熱によって捲くれ上る可能性があるので、それを整流子片止(3)の基部(3a)の部分で押さえるため整流子片止(3)と名付けた。
基部(3a)は、整流子片止(3)全体が櫛を丸めたような形をしているので、櫛の歯の根元で、基部(3a)と名付けた。そして基部(3a)は、整流子片(1)の歯部(1b)と、整流子片輪(2)の歯部(2b)を、マイカナイトを介して固定する役目もある。
歯部(3b)は、ブラシ(6a)と接触する場所で、櫛の歯に近いので歯部(1b)と名付けた。
【0047】
軸(4)は、回転子(6c)の部品であり、軸(4)を中心に、左から集合整流子、回転子(6c)の回転子歯(6e)が具備されている。
胴絶縁(5)は、軸(4)と整流子を絶縁するもので、本発明はエンビのパイプを使用している。
直流モーター(6)は、本発明の一例として書いたもので、整流子を使用している交流電気子モーターにも使用できる。
ブラシ(6a)は、12極の場合にはブラシ(6a)とブラシ(6a)の間隔は30度あけて取り付け、20極の場合には18度で、整流子片(1)より小さなブラシ(6a)を取り付ける。それは、もし大きいとブラシ(6a)が、整流子でショートして、コイル(7)を通らず、そのまま電気が流れてしまうから、結果として大電流が流れ、ヒューズが切れるからである。
【0048】
磁石(6b)は、ネオジュウム磁石が市販され出したので採用した。コバルト磁石もよいが、従来のような物はできないので、ネオジュウム磁石を使用すると、磁石(6b)が強力なのでギャップが2ミリ開いても使用できる。
回転子(6c)は、モーターの回転する場所であり、回転子(6c)の回転子歯(6e)の直径はΦ56で、0.5ミリのケイ素鋼を118枚重ねて59ミリである。
固定子(6d)は、直径Φ85で内径はΦ74で、厚み5.5ミリで、その外観の鉄のパイプは磁気を受取、隣の磁石(6b)が磁束を回転子(6c)に送る。
回転子歯(6e)は、12極の場合は18個あり、回転子歯(6e)一つだけをコイル(7)で巻いており、3個の回転子歯(6e)で1つが完成し、そのパターンが6個続いている。その回転子(6c)が強力な訳は、2極では磁束が遠いが、12極では近いのでエネルギーの無駄が無い。
【0049】
コイル(7)は、回転子(6c)のコイル(7)に繋がっており、8極ではN極になるコイル(7)が4本と、S極になるコイル(7)が4本とで、合わせて8本の配線をコイル(7)がしている。12極では、12本のコイル(7)の配線が、20極では20本のコイル(7)の配線が行われる。
マイカナイトは絶縁するためのものであり、従来は熱の関係でマイカナイトを使用していたが、本発明では消費電気も少ないのでプラスチック板を使用している。
【産業上の利用可能性】
【0050】
特願2021-110437の可動式ブラシは、交流整流子電動機の低速を得意とするモーターである。したがって交流整流子電動機や直流モーターを、可動式ブラシにして出力をコントロールする。また、止まった後、さらにブラシを移動させると逆回転もできる。
そのモーターを、12極のモーターにすることは簡単である。
【符号の説明】
【0051】
1 整流子片 1a 基部 1b 歯部
2 整流子片輪 2a リング 2b 歯部
3 整流子片止 3a 基部 3b 歯部
4 軸 5 胴絶縁
6 直流モーター 6a ブラシ 6b 磁石 6c 回転子
6d 固定子 6e 回転子歯
7 コイル
【要約】
【課題】 従来の4極以上のモーターで、ブラシを2個とする場合は、整流子片同士を配線して繋いでいた。そこで、本発明の集合整流子片は、パイプに切り込みを入れ、整流子片(1)を基部(1a)と歯部(1b)を作っているので、構造が簡単で、壊れ難い。
【解決手段】 4極以上の整流子は、整流子片(1)と整流子片輪(2)と整流子片止(3)とで構成されており、整流子片(1)は軸(4)に胴絶縁(5)を介して取り付け、整流子片輪(2)はマイカナイトを整流子片(1)の側面に挟み、整流子片止(3)は反対側から差し込み、その側面にはマイカナイトを介在している。
【選択図】
図1