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公開番号2022075436
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-18
出願番号2020195538
出願日2020-11-06
発明の名称ブレードモーター
出願人個人
代理人
主分類H02K 23/04 20060101AFI20220511BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 バッテリーを電源とする送風、揚力用モーターでは、消費電力量は限定的であり、省電化、軽量化、薄形化を図りどのようにして高効率で使用できるかは最大の課題であり、回転軸を不要としブレード外端に回転機構を設けたブレードモーターを提供する。
【解決手段】 アウターリング(1)、ブレードアッセンブリ(23)、整流子ブラシ台(36)、支点軸(43)で構成し永久磁石(4)には小型、軽量で強磁性のレアメタルを使用し、省電化、軽量化を図り、支点軸(43)の使用で薄形化を図る。回転する整流子ブラシ(37,38)への送電には電気回路中にブラシ電流を流すスリップリング(39,40)を設けたのが特徴とする。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸のないブレードモーターであって、このブレードモーターはアウターリング、ブレードアッセンブリ、整流子ブラシ台、支点軸で構成され、回転軸のないことを特徴とする回転軸のないブレードモーター。
続きを表示(約 920 文字)【請求項2】
上記アウターリング外側はブラケットによりモーター設置台座に固定されており、内側には複数の電磁石が円周に等隙間で設置されていることを特徴とする、請求項1に記載する回転軸のないブレードモーター。
【請求項3】
上記ブレードアッセンブリはインナーリング、回転台、ブレードで構成され、インナーリングの外側には偶数で複数の永久磁石が円周に、等隙間で設置されており、内側にはブレード端固定のブラケットが複数個等隙間で設置されており、回転台は中央にベアリングが嵌合されており、外側にはブレード端固定用のブラケットが複数個等隙間で設置され、ブレード両端の外端はインナーリングのブラケットに、内端は回転台のブラケットに固定されていることを特徴とする、請求項1に記載する回転軸のないブレードモーター。
【請求項4】
上記整流子ブラシ台は絶縁盤、スリップリング歪み防止盤で構成され回転台に固定されており、絶縁盤には円筒形のブラシ格納部が、円盤平面に直角に一体成形で設置されており、絶縁盤の平面部にはスリップリングが同心円で等隙間で固定されており、歪み防止盤と固定されて一体となっており、共に中央には支点軸挿入口が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載する回転軸のないブレードモーター。
【請求項5】
上記支点軸は絶縁盤、電極ブラシを格納するスリップリングブラシホルダーブラケット、ロックナット、鍔状円盤、ブラケット固定溝、挿入止めで構成され、支点軸の一端は切削加工にてフランジ付き、他の一端はネジ切り加工されており、フランジ付きの一端はモーター設置台座に固定されており、ネジ切り加工の鍔状円盤側には、絶縁盤が固定され、整流子片が円周に小さな等隙間で複数個固定されており、フランジ側の軸にはブラケットが固定されており、回転台ベアリングを挿入止めとロックナットで保持して、ブレードに回転機構を設けブレードが独立して回転できる構造であり、回転する整流子ブラシが電源より常時受電できるブラシ電流を流すスリップリングを、電気回路中に設けたことを特徴とする請求項1に記載する回転軸のないブレードモーター。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、プロペラの羽根であるブレードに、回転機構を設け、このブレード自身が独立して回転するブレードモーターに関するものである。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
直流を電源として、永久磁石をN極とS極に向い合うように設置し、その間に回転できる状態にした鉄心に、コイルを一方向に巻きつけた電磁石を設ける。コイルの両端には等分に分割された整流子片をそれぞれに取り付ける。この整流子片にブラシを接触させて電流を流すと、鉄心の両端に磁極が発生し電磁石となる。電磁石は電流を流す方向が変われば、電磁極は逆になる。この事象を利用し、永久磁石の両極に挟まれた電磁石に、電源より電流を流してやると、磁石の吸引と反発が発生して、どちらかの方向に回転しようとする。しかし、整流子片は分割された状態で取り付いているため、分割箇所ではブラシを介して通電できない状態が起こる。回転しようとする力が大きいと、整流子片は分割箇所を通り越し回転方向にある次のブラシと接触する。すると、電流は最初に電流を流したのと反対側の整流子片より、電磁石に流れ電磁極を切り替える。この連続作用で回転させている。ブラシと整流子は電極の切り替えを回転中に自動的に行う役目をもっている。回転しようとする力が小さくて、ブラシが整流子片の分割箇所で止まれば、短絡して電流が電磁石には流れず、回転力が発生しない死点が発生する。この死点を利用して、連続回転ができるようにさせている。現状の軸出力型の、送風、揚力モーターは、小さな円周の鉄で作られたモーターケースと言われるヨークとして利用する筒の中に、弧状の永久磁石又は電磁石が設けられ、両端がベアリング等によって保持された回転軸が組み込まれている。電源より電流を流すとケースに固定された整流子ブラシを介して、回転軸に設置された整流子を経て、回転軸の複数の電磁石に流れて、電磁極が発生し永久磁石又は電磁石の磁極と反応し、吸引と反発の状態が発生して回転している。回転軸の電極の切り替えは、ブラシと整流子が自動的に行って連続回転をしている。出力軸の一端にブレードを固定している。回転軸が必要なため横長になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
これは、次のような欠点があった。
軸出力型モーターでは、小さい円周の筒の中に回転機構を全て組み込んで、回転軸によりブレードを回しているためブレードの回転慣性モーメントは小さく、回転中は絶えず大きな電力が必要であり、大きい送風力や、揚力を得るために小さい筒の中の回転機構を増加させるには難があり、大型化、重量化の必要があった。特にバッテリーを電源として使用する揚力モーターの場合には、使用電力量は限定されており、軽量化、薄形化、省電化を図り、どのようにして高効率で運用できるかは、大きな課題である。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
回転軸を不要とし、ブレード(5)に回転機構を設けて、ブレード(5)自体が独自に回転する構造にする。アウターリング(1)、インナーリング(3)、回転台(6)、ブレード(5)、整流子ブラシ台(36)、支点軸(43)で構成し、アウターリング(1)は外側に固定用ブケット(26)を設けて、モーター設置台座(49)に固定する。インナーリング(3)の内側にはブレード端固定のブラケット(44)を設ける。回転台(6)は中央にベアリング(34)を嵌合し台外側にはブレード端固定のブラケット(32)を設ける。ブレード外端はインナーリング(3)に、内端は回転台外側はブラケット(32)にネジ固定してインナーリング(3)、回転台(6)、ブレード(5)の三体でブレードアッセンブリ(23)とする。アウターリング(1)内側には電磁石(2)を設ける。インナーリング(3)外側にはレアメタルの永久磁石(4)を設置する。整流子ブラシ台(36)は、中央に支点軸挿入口(7)を設けた絶縁盤(18)に一体成形で整流子ブラシ(37,38)を格納する格納部(10)を設け、円盤部にはブラシ電流を流すスリップリング(8,9)を接着剤固定し回転台(6)にネジ止め固定する。支点軸(43)は、両端の一端はフランジ(15)付き、一端はネジ切り(46)、ブラケット溝(16)、鍔状円盤(17)挿入止め段付き(22)を切削り加工して設ける。一端はモーター設置台座(49)にフランジ(15)をネジ止めで固定する。スリップリングブラシ(39,40)のホルダーブラケット(24,25)を溝に固定する。鍔状円盤(17)には絶縁盤(18)を接着剤固定し整流子片(19)を接着剤固定する。この構成でブレードアッセンブリ回転台ベアリング(34)に、支点軸(43)を挿入しベアリング(34)をロックナット(33)で固定すればブレードアッセンブリ(23)は自由に回転できる。電磁石(2)の磁極の切り替えは転流を利用する。スリップリングブラシ(39,40)とスリップリング(8,9)は永久磁石と電磁石の設置が軸出力型とは逆のため、回転する整流子ブラシ(37,38)に常時通電するために設ける。アウターリング(1)とブレードアッセンブリ(23)は回転中接触しない等隙間で設置する。
本発明は、以上の構成よりなる回転軸のない、送風、揚力ブレードドモーターである。
【発明の効果】
【0005】
出力増加のため、磁石設置を反対にした2つのリングを設け、回転軸を不要とし、回転する整流子ブラシに送電するのにスリップリングを利用する構造にしたので、ブレードの長さは自由に設定でき、設置磁石を増やすこともできるのである。軸出力型は、横長で小さな円周より回転力を発しているため、慣性モーメントは小さく、回転が上がれば、ブレード先端は固定されていないので、先端には反りが生じて出力損失が生じていたのである。ブレード型は、ブレード両端は固定されているのでこの状態は発生しないのである。回転力発出箇所がブレード中心部からでなくブレード外端にあり、リングの重さと設置磁石の重さが合算して、大きな円周より回転力を発するので、大きな慣性モーメントを得ることができるのである。手段を構じて、使用されている軸出力型とブレード型とを比較すれば以下のようになる
(1)軽量化
永久磁石は強磁性のレアメタルを使用したので、電磁石も小さくすることが可能となり、回転軸を不要として高出力化を可能とする。ブレード型の出力を軸出力型で、同程度の出力を発出するモーターを作製するとすれば、モーター重量は相当重くなる
(2)薄形化
軸出力型は、回転軸を必要とするので全長は長いが、ブレード型は短い支点軸の長さとなる。かなり薄くすることができる。
(3)省電化
回転力の発出箇所が、軸出力型ではブレードの中心部、ブレード型ではブレード外端部にある。軸出力型のブレードは回転軸により回されている状態であるが、ブレード型はブレード外端から回している状態であり、インナーリングと設置した強磁性の永久磁石が重りとなって、一旦回転すれば大きな回転慣性モーメントが発生し、電力消費は小さくなる。軸出力型では、ブレードの慣性モーメントは小さく、回転中は絶えず大きな電力消費が必要である。ブレード型では回転力発出点が中心点から遠く、強磁性のレアメタル磁力の吸引、反発で、回転エネルギー効率はブレード型の方が格段に高くなり、高出力化、省電化が可能である。
バッテリーを電源とした送風、揚力モーターの課題も改善されるのである。
【図面の簡単な説明】
【0006】
本発明のブレードアッセンブリ平面図である。
本発明のブレードアッセンブリ斜視図である。
本発明のブラシ台斜視図である。
本発明のブラシ台側面図である。
本発明のスプリングブラシホルダーブラケット斜視図である。
本発明のスプリングブラシホルダー斜視図である。
本発明の整流子ブラシカバー斜視図である。
本発明の支点軸側面図である。
本発明の支点軸斜視図である。
本発明の回転部組み立て側面図である。
本発明の回転部組み立て断面図である。
本発明の配線図である。
本発明の回転台斜視図である。
本発明の回転台断面図である。
本発明のモーター組み立て斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
電磁石の磁極変換方法について述べる。
文中に於いて、整流子ブラシは格納部に格納されているものとする。電磁石は、鉄心にコイルを巻き、コイル両端に+極、-極電流を流せば鉄心両端には、どちらかの磁極が発生するが、吸引と反発をくり返し行うには、磁極の切り替えが必要となる。+極、-極の電流を転流させるのを整流子ブラシと整流子とで行っている。電磁石は分割された整流子片を介して順次直列配線となっているが、整流子ブラシは並列配線となっている。電流は+極より-極に流れるものとして、電流を流す+極コイル端より-極コイル端に流していたのを-極コイル端から+極コイル端と逆流させれば磁極は替わるが、これは整流子ブラシと2片の整流子片との接触状態で起こる。整流子ブラシと整流子片の接触状態で磁化した電磁石は、整流子ブラシが移動して回転方向にある次の1片との2片の整流子片と接触すれば、短絡状態が発生して無磁化するが、整流子ブラシが移動するにつれて2片接触状態を脱すると同時に、回転方向にある次の整流子片を介して、電磁石からしてみれば+極側より-極側へと流れていた電流は、今度は-極側より+極側へと流れ、無磁化していた電磁石を再磁化するが、逆方向から電流が流れるため逆の磁性となっている。整流子ブラシと整流子片とで自動的に極性を変換したのである。これが転流である。
【0008】
この事象を利用して、アウターリング(1)、インナーリング(3)、回転台(6)、ブレード(5)、整流子ブラシ台(36)、支点軸(43)で構成し、4極9スロットをモデルとして、ブレード(5)の長さ、設置磁石の厚み等を考慮して、アウターリング(1)、インナーリング(3)を磁化できる平板の鉄材等で作製して設ける。アウターリング(1)外側は固定用ブラケット(26)を設けモーター設置台座(49)に固定し、内側は複数の電磁石(2)をネジ止めでリングに等隙間で設置する。インナーリング(3)は外側に偶数で複数の永久磁石(4)をネジ止めでリングに等隙間に設置し、内側にはブレード端固定ブラケット(44)を複数設ける。回転台(6)は厚みのある円盤で中央に回転用ベアリング(34)を設け、スナップリング(47)で固定し、外周には複数のブレード端固定ブラケット(32)を等隙間で設ける。ブレード(5)両端の外端はインナーリング(3)内側に、内端は回転台(6)外側ブラケット(32)に固定する。インナーリング(3)、回転台(6)、ブレード(5)の三体で集合体のブレードアッセンブリ(23)とする。整流子ブラシ台(36)は、共に中央に支点軸挿入口(7)を設けた絶縁盤(12)と歪み防止円盤(14)で構成し、絶縁盤(12)には、中央部に絶縁材で一体成形で作製した円筒形で偶数で複数の整流子ブラシ格納部(10)を設け、円盤平面部には二つのブラシ電流を流すスリップリング(8,9)を接着剤固定する。歪み防止盤(14)は絶縁盤(12)をブレードアッセンブリ回転台(6)にネジ止め固定する際に使用するのであって、絶縁盤(12)と接着剤固定する。整流子ブラシ台(36)は、回転台(6)にネジ固定でブレードアッセンブリ(23)と同体で回転できるようにする。
【0009】
支点軸(43)は、金属製で切削加工にて作製し、両端の一端はフランジ付(15)きとしてモーター設置台座(49)にネジ止め固定し、一端はネジ切り加工(46)をする。支点軸本体(43)には、鍔状円盤(17)、スリップリングブラシホルダーブラケット固定溝(16)、回転台(6)との挿入止め段付き(22)を設ける。ネジ切り加工の鍔状円盤(17)側には、絶縁盤(18)を接着剤固定し絶縁盤(18)に整流子片(19)を接着剤固定する。フランジ(15)側の軸には平板で二つの半丸曲げ加工し、一つは絶縁材で作製した二つの電極ブラシ(39,40)を格納するスリップリングブラシホルダー(28)を、ネジ止め固定できる面を持った腕木(25)を有した形に、一つは合口がネジ固定の締め代(24)を有した形に作製して、ブラシホルダーブラケット(24,25)を固定する。回転台ベアリング(34)を挿入止め段付きとロックナット(33)で保持し、ブレードアッセンブリ(23)が独立して回転できる構造にする。アウターリング(1)、ブレードアッセンブリ(23)は回転中接触しないよう同心円で等隙間で設置する。支点軸挿入止め具合は、回転台嵌合のベアリング(34)はスナップリング(47)で固定し、ベアリングのインナーレース(48)支点軸挿入口は丸く仕上げられているので、このままの状態で支点軸(43)を挿入すれば、支点軸の段付き加工部(22)とベアリングインナーレース(48)との当り面が小さくなる。回転台(6)と嵌合ベアリング(34)も段差がつくのでベアリングインナーレース(48)径と同径で、回転台(6)とベアリング(34)との同段差の寸法で、硬い金属材で座金(35)2個を作製し、1つは挿入側(21)に、他の1つはロックナット(33)側に使用する。段付き加工(22)はベアリング(34)に支点軸(43)を挿入した時に、整流子ブラシ台(36)突部先端と整流子(19)接着面が2mm程度の隙間が確保できる位置に設ける。
【0010】
電気回路としては、回転軸のない状態で回転する整流子ブラシ(37,38)へ送電する電気回路には、電源から送電流を受ける電源+極、-極用の2個のスリップリングブラシ(39,40)、整流子ブラシ(37,38)へと通電するのに、回転しても通電できる、ブラシ電流を流すスリップリング(8,9)が必要であり、このリングを介して整流子ブラシ(37,38)、整流子(19)、電磁石(2)へと通電すれば、電気回路はできあがる。この構成で、各部材の設置、利用方法を考案してみると、ブラシ電流を流すスリップリング(8,9)を1つの境として、受電側、送電側と分けて説明する。
(【0011】以降は省略されています)

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