(57)【要約】【課題】コストの増大やコギングトルク脈動の増大を招くことなく、高出力・低イナーシャ化を実現する、電機子回転型の直流モータを提供する。【解決手段】この発明に係る直流モータは、電機子が回転子、界磁が固定子であるインナーロータ形の直流モータであって、界磁は、磁性体により所定の形状に形成される界磁鉄心と、界磁鉄心の所定箇所に設けられる複数個の界磁石と、界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルとを備え、隣接する界磁コイルが、電流の向きが異なるように構成されるものである。【選択図】図２
2011211825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子が回転子、界磁が固定子であるインナーロータ形の直流モータであって、
前記界磁は、
磁性体により所定の形状に形成される界磁鉄心と、
前記界磁鉄心の所定箇所に設けられる複数個の界磁石と、
前記界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルと、を備え、
隣接する前記界磁コイルは、電流の向きが異なるように構成されることを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記界磁は、前記電機子に給電を行う一対の給電ブラシを備え、前記界磁コイルは、前記一対の給電ブラシに並列に接続されることを特徴とする請求項１記載の直流モータ。
【請求項３】
前記界磁は、前記電機子に給電を行う一対の給電ブラシを備え、前記界磁コイルは、前記一対の給電ブラシに直列に接続されることを特徴とする請求項１記載の直流モータ。
【請求項４】
前記界磁コイルは、前記界磁の内径側から見て各界磁石間並びに各界磁石の一方の軸方向端部及び他方の軸方向端部を交互に通るように、波型に連続巻回されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の直流モータ。
【請求項５】
前記電機子は回転軸を備え、前記回転軸は、回転トルクを直動方向の推力に変換させる機構を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の直流モータ。
【請求項６】
前記回転軸の先端に連結されるバルブを有し、前記バルブと当該直流モータ端部との間に設けられ、前記バルブを閉じる方向に付勢するリターンスプリングと、前記リターンスプリングを保持するスプリング受けとを備えることを特徴とする請求項５記載の直流モータを搭載したバルブ開閉装置。
【請求項７】
前記バルブの開弁方向である正転時に、前記界磁コイルは、該界磁コイルの作る磁束と、前記界磁石の作る磁束とが同じ方向を向くように構成されることを特徴とする請求項６記載のバルブ開閉装置。
【請求項８】
前記バルブの閉弁方向である逆転時に、前記界磁コイルは、該界磁コイルの作る磁束と、前記界磁石の作る磁束とが逆方向を向くように構成されることを特徴とする請求項６記載のバルブ開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス再循環装置等に用いられるバルブ開閉装置において、装置内に閉弁用のリターンスプリングを有し、なおかつ、回転方向が変わることで被駆動体（バルブ）の開閉動作や所定位置での駆動保持をするための、駆動源となる直流モータに関する。また、その直流モータを搭載したバルブ開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バルブ開閉装置やアクチュエータ等、出力軸の直動機構を持つ装置の駆動源として、直流モータが使用されている。
【０００３】
例えば、車載用のＥＧＲバルブ（ＥＧＲとは、Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略で、日本語では「排気ガス再循環装置」と訳されている。これから燃焼室で燃焼爆発させようとする混合気に、燃え終わった排気ガスを混ぜる装置）においては、排気ガス通路を開閉する制御弁の駆動手段となる直流モータ、モータケース内に軸受を介して回転自在に支持されたロータ、ロータ軸心部を貫通するネジ孔を有しており、先端に制御弁を有するスクリューシャフトがネジ孔に螺合され、ロータの回転によってスクリューシャフトが軸方向に移動し、バルブが開く。閉弁時は、開弁時と逆方向にロータが回転する。また、直流モータに電源が供給できない場合は閉弁状態を保てるよう、リターンスプリングが設けられているＥＧＲバルブが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記のような構成のＥＧＲバルブに所望の動作をさせるために、通電制御装置が備えられており、特に閉弁時の通電制御においては、ロータ内部に設けられたストッパー（制御弁およびスクリューシャフトの位置決め機構）が、シャフトの衝突で破損することのないように、閉弁途中から制動制御がかけられている。
【０００５】
また、駆動源である直流モータは、電機子が固定子側に配置され、界磁石が回転子側に配置される構成となっている。図示はされていないが、この場合、電機子の通電を切り替えるために、固定子側に給電ブラシと配電ブラシが設けられ、回転子に配置された整流子に向かって突出している。
【０００６】
また、電機子が回転子側に、界磁石が固定子側に配置される直流モータを駆動源として用いられている他のリターンスプリングを有するバルブ開閉装置やバルブアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００３／０２６１２３
【特許文献２】特許第３２７４７６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、あらゆる製品に搭載されるモータには、高性能かつ低コスト化が求められており、特に生産台数が多く、構成部品点数の多い自動車などにおいては、直流モータが用いられている例が多い。特に、自動車の構成部品の一つである排気ガス再循環装置などのバルブ開閉装置の駆動源である直流モータには、低コスト化に加え、性能面での要求も高く、開閉の応答性を向上するため、直流モータの高出力化及び低イナーシャ化が求められている。
【０００９】
また、開閉機構を持つ装置の負荷トルクは、回転方向によって負荷トルクが異なることが多い。上記特許文献１の例では、リターンスプリングがバルブを閉弁方向に押し戻す向きに力を加えるため、開弁方向の負荷トルクが閉弁方向よりも大きくなる。即ち、高出力化の中でも特に、開弁方向での高トルク化が求められる。
【００１０】
直流モータの高出力化の手段としては、界磁石の高磁力化や、電機子コアの大型化、即ち外径拡大やコア軸長の伸長などが挙げられる。
【００１１】
しかしながら、界磁石の高磁力化には、磁石の高コスト化やコギングトルクの増大する傾向があり、また電機子コアの大型化には、イナーシャが増大する傾向があった。
【００１２】
また、低イナーシャ化の手段として、回転子の小型・軽量化が挙げられる。例えば、上記特許文献１では、回転子を界磁石にすることで回転子を軽量化している。別の例では、出力軸にギアを介することで必要トルクを確保し、回転子の電機子コアを小径化している（モータそのものは高回転・低トルクの仕様である）。
【００１３】
しかしながら、回転子を界磁石にした例では、回転子側に設置された整流子を介して固定子側の電機子に通電をするため、整流のための機構が複雑になり、高コストであり、出力軸にギアを介する例では、高コスト化、装置の大型化の傾向があった。
【００１４】
さらに、一方向での高トルク化を実現する手段として、ブラシと整流子の位置関係によって作られる通電位相角を進み角にする例が挙げられる。
【００１５】
しかしながら、上記の例では逆方向では通電位相角が遅れ位相になるため、トルク脈動が著しく増大してしまう傾向があった。
【００１６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コストの増大やコギングトルク脈動の増大を招くことなく、高出力・低イナーシャ化を実現する、電機子回転型の直流モータ及びその直流モータを搭載したバルブ開閉装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る直流モータは、電機子が回転子、界磁が固定子であるインナーロータ形の直流モータであって、
界磁は、
磁性体により所定の形状に形成される界磁鉄心と、
界磁鉄心の所定箇所に設けられる複数個の界磁石と、
界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルと、を備え、
隣接する界磁コイルは、電流の向きが異なるように構成されるものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る直流モータは、界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルを備え、電源に接続される界磁コイルに流れる電流が、一回転方向において界磁の磁束を増やす方向に流れ、回転トルクを高くすることができ、簡単な構成により高出力な直流モータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００を搭載したバルブ開閉装置１００の縦断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００の横断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図３】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００の縦断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。
【図４】実施の形態１を示す図で、電機子２０の横断面図（図５のＤ−Ｄ断面図）。
【図５】実施の形態１を示す図で、電機子２０の縦断面図（図４のＣ−Ｃ断面図）。
【図６】実施の形態１を示す図で、電機子鉄心２１の横断面図。
【図７】実施の形態１を示す図で、電機子スロット２３付近の拡大平面図。
【図８】実施の形態１を示す図で、界磁１０の横断面図（図９のＦ−Ｆ断面図）。
【図９】実施の形態１を示す図で、界磁１０の縦断面図（図８のＥ−Ｅ断面図）。
【図１０】実施の形態１を示す図で、界磁鉄心１１の横断面図。
【図１１】実施の形態１を示す図で、界磁石１２の拡大横断面図。
【図１２】実施の形態１を示す図で、界磁コイル１３の巻線方向を示す図。
【図１３】実施の形態１を示す図で、界磁コイル１３の巻線方法（波巻）を示す図。
【図１４】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００の結線図。
【図１５】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００が正転時の界磁石１２の作る磁束の向きと界磁コイル１３の作る磁束の向きとを示す図。
【図１６】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００が逆転時の界磁石１２の作る磁束の向きと界磁コイル１３の作る磁束の向きとを示す図。
【図１７】実施の形態１を示す図で、直流モータ２００のトルクと回転数との関係を示す図。
【図１８】実施の形態１を示す図で、トルク定数とバルブ開閉装置の応答特性を示す図。
【図１９】実施の形態１を示す図で、シフト角設定時の正・逆回転のトルク脈動及び本実施の形態の直流モータ２００の逆回転のトルク脈動を示す図。
【図２０】実施の形態１を示す図で、変形例の直流モータ３００の結線図。
【図２１】実施の形態１を示す図で、変形例の直流モータ３００のトルクと回転数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
本実施の形態では、バルブ開閉装置の駆動源であり、電機子が回転子、界磁が固定子であるインナーロータ形の直流モータを対象とする。
【００２１】
先ず、直流モータ２００で駆動されるバルブ開閉装置１００の構成を簡単に説明する。
【００２２】
図１は実施の形態１を示す図で、直流モータ２００を搭載したバルブ開閉装置１００の縦断面図である。
【００２３】
図１に示すように、バルブ開閉装置１００は、ハウジング４０の内周部に直流モータ２００の界磁１０（詳細は、後述する）が固定される。また、ハウジング４０のバルブ（図示せず）側の軸方向端部に一方の軸受（例えば、ボールベアリング）が設けられる。
【００２４】
ハウジング４０のバルブの反対側に、ケース３０が嵌合する。ケース３０には、ハウジング４０の反対側の軸方向端部に他方の軸受（例えば、ボールベアリング）が設けられる。また、ケース３０には、電機子２０に電力を供給する給電ブラシ１５（図示はしないが、一対）が固定される。
【００２５】
界磁１０の内側に、電機子２０（詳細は、後述する）が配置される。電機子２０の回転軸２４が、前述した一方の軸受と他方の軸受とにより支持される。
【００２６】
給電ブラシ１５に回転しながら接触する整流子２６が回転軸２４に固定されている。整流子２６は、結線板２７を介して電機子２０の電機子コイル２２（後述する）に電気的に接続している。
【００２７】
ハウジング４０のバルブ側に、スプリングケース５０が設けられる。そして、スプリングケース５０内に、リターンスプリング６０と、スプリング受け６１とが収納されている。
【００２８】
回転軸２４にはスクリューシャフト８０（回転トルクを直動方向の推力に変換させる機構）が螺合し、スクリューシャフト８０はスプリングケース５０から突出してバルブ（図示せず）に連結する。
【００２９】
また、バルブ開閉装置１００は、図示はしないが、直流電源、通電信号を与えるための制御装置を備える。制御装置は、少なくとも、印加電圧を反転させる回路を備える。直流電源は、バルブ開閉装置１００とは別体に設けられることが通常であるが、制御装置はバルブ開閉装置１００と一体または別体のいずれでもよい。
【００３０】
図２、図３は実施の形態１を示す図で、図２は直流モータ２００の横断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）、図２は直流モータ２００の縦断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。
【００３１】
図２、図３に示すように、直流モータ２００（ブラシ付ＤＣモータ）は、少なくとも界磁１０（固定子）と、界磁１０の内側に位置する電機子２０（回転子）とを備える。界磁１０は固定されていて（例えば、バルブ開閉装置のハウジング４０に固定される）、電機子２０が界磁１０の内側で回転する。一般的に、このような構成のモータをインナーロータ形と呼ぶ。
【００３２】
直流モータ２００の出力は、例えば、１０〜２０Ｗ（ワット）程度のものである。
【００３３】
本実施の形態は、界磁１０（固定子）の構成に特徴があるが、先ず電機子２０（回転子）について、図４乃至図７を参照しながら説明する。
【００３４】
図４乃至図７は実施の形態１を示す図で、図４は電機子２０の横断面図（図５のＤ−Ｄ断面図）、図５は電機子２０の縦断面図（図４のＣ−Ｃ断面図）、図６は電機子鉄心２１の横断面図、図７は電機子スロット２３付近の拡大平面図である。
【００３５】
図４、図５に示すように、電機子２０は、電機子鉄心２１と、電機子鉄心２１に形成された電機子スロット２３に収納される電機子コイル２２と、電機子鉄心２１の略中心部に形成される軸孔２５（図５参照）に嵌合する回転軸２４と、回転軸２４に固定される整流子２６（図１参照）と、電機子コイル２２と整流子２６とを電気的に接続する結線板２７（図１参照）と、を備える。
【００３６】
図６に示すように、電機子鉄心２１は、平面視略ドーナッツ状で、外周縁に沿って複数個の電機子スロット２３が周方向に略等間隔に形成されている。図６に示す例では、電機子スロット２３の数は６個であるが、電機子スロット２３の数は６個に限定されるものではなく任意でよい。
【００３７】
また、電機子鉄心２１の略中心部に、回転軸２４が嵌合する円形の軸孔２５が形成されている。
【００３８】
電機子鉄心２１は、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板（例えば、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向（積層方向）に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。
【００３９】
図７の電機子スロット２３付近の拡大図に示すように、電機子スロット２３は、断面が略五角形である。電機子スロット２３は、電機子鉄心２１の外周縁において開口している。この開口部をスロットオープニング２３ａと呼ぶ。電機子コイル２２（通常、銅線の表面に絶縁が施されたマグネットワイヤが使用される）は、このスロットオープニング２３ａから、電機子スロット２３内に挿入される。
【００４０】
図８、図９は実施の形態１を示す図で、図８は界磁１０の横断面図（図９のＦ−Ｆ断面図）、図９は界磁１０の縦断面図（図８のＥ−Ｅ断面図）である。
【００４１】
図８、図９に示すように、界磁１０は、少なくとも界磁鉄心１１と、界磁鉄心１１の界磁石挿入部１１ａ（図１０参照）に挿入される界磁石１２と、夫々の界磁石１２を軸方向に対して略直角に囲むように所定ターン巻回される界磁コイル１３とを備える。
【００４２】
図８、図９に示す界磁１０は、例えば、外径がφ５０［ｍｍ］、極数が４極のものである。
【００４３】
界磁鉄心１１の軸方向長さＬ１（図９参照）は、電機子鉄心２１の軸方向長さＬ２（図５参照）よりも長くするのが好ましい。電機子２０側からの磁束を効率よく拾うためである。
【００４４】
図１０は実施の形態１を示す図で、界磁鉄心１１の横断面図である。図１０に示すように、界磁鉄心１１は、略円筒形で、内周縁に沿って、界磁石挿入部１１ａ（空間）が極数分（ここでは、４個）形成されている。
【００４５】
界磁鉄心１１も電機子鉄心２１と同様、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板（例えば、無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向（積層方向）に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。但し、界磁鉄心１１は、電磁鋼板を積層したものでなくてもよい。即ち、磁性体の一体コアでもよい。
【００４６】
また、界磁鉄心１１の夫々の界磁石挿入部１１ａの間に、界磁コイル１３を設けるための界磁コイル収納部１１ｂが形成されている。界磁コイル収納部１１ｂは、円弧形状の界磁石１２と略同形状である。界磁コイル収納部１１ｂは、内側に開口している。この開口から界磁コイル１３が界磁コイル収納部１１ｂに収納される。
【００４７】
さらに、界磁鉄心１１の界磁石挿入部１１ａの外側の部分は、円筒状の界磁バックヨーク１１ｃである。
【００４８】
界磁石１２の磁束の短絡を防ぐため、界磁石挿入部１１ａの両端もしくは電機子２０との対向面等に複数のスリットを設けるようにしてもよい。
【００４９】
界磁石１２は、図８の例では、一磁極に対して一個設けられているが、複数個に分割されたものでもよい。また、界磁石１２の軸方向長さは、界磁鉄心１１の軸方向長さＬ１（図９参照）と同等とするのがよい。
【００５０】
界磁石１２には、本実施の形態の直流モータ２００が、低出力（１０〜２０Ｗ）のブラシ付ＤＣモータであるので、フェライト焼結磁石を用いる。フェライト焼結磁石は、Ｆｅ２Ｏ３（酸化第２鉄）とＢａＣＯ３（炭酸バリウム）もしくはＳｒＣＯ３（炭酸ストロンチュウム）を主原料とし、粉末冶金法により製造されるコストパフォーマンスの優れたマグネットである。
【００５１】
図１１は実施の形態１を示す図で、界磁石１２の拡大横断面図である。図８（図１１の拡大図も参照）に示すように、界磁石１２は、同心円の円弧を持つセグメント（分割、ここでは４分割）磁石であるが、平板状のセグメントでもよく、形状は問わない。着磁方向はラジアル方向、平行方向いずれでもよいが、界磁鉄心１１の形状にあわせ、表面磁束密度分布がより滑らか（高調波成分が少ない）になるような着磁方向であることが望ましい。
【００５２】
図１２乃至図１４は実施の形態１を示す図で、図１２は界磁コイル１３の巻線方向を示す図、図１３は界磁コイル１３の巻線方法（波巻）を示す図、図１４は直流モータ２００の結線図である。
【００５３】
界磁コイル１３は界磁石１２を囲むように、単数もしくは複数ターン巻回される。例えば、図１２に示すように、界磁コイル１３は、Ｎ極とＳ極とで電流の向きが逆向きになるように、界磁石１２を囲むように巻回（結線）される。
【００５４】
即ち、隣接する磁極（界磁石１２）界磁コイル１３は、互いに逆向きに巻かれる。
【００５５】
図１２は、界磁コイル１３に流れる電流による磁束の向きと、界磁石１２の磁束の向きとが同じ場合である。
【００５６】
各磁極（界磁石１２）に巻かれた界磁コイル１３は、直列に結線される。巻線方法は、全ての磁極分を連続に巻回してもよいし、夫々の磁極を巻回し、後から結線してもよい。
【００５７】
界磁コイル１３のターン数が少ない場合には、図１３に示すように波状に巻回してもよい。
【００５８】
界磁コイル１３に用いられる線材は、界磁コイル１３が複数ターンであればマグネットワイヤなどを使用し、界磁コイル１３が単数であれば角線などでもよく、いずれの場合も抵抗率の小さい銅線などが好ましい。
【００５９】
図１４の直流モータ２００の結線図に示すように、整流子２６を介して一対の給電ブラシ１５に接続される電機子２０に、直列に接続された界磁コイル１３が並列に接続され、それらが直流電源９０に並列に接続される。但し、図１４では、界磁コイル１３は２極分のみを示している。
【００６０】
さらに、給電ブラシ１５と整流子２６とは、いずれの回転方向においても同じ通電タイミングとなるような位置に取り付けられている。
【００６１】
以上のような構成の直流モータ２００を動作させたときの回転トルクの発生について説明する。
【００６２】
以下、バルブ開閉装置１００の開弁方向を正転、閉弁方向を逆転とする。また、印加電圧（直流電源９０）は、正転時をプラス電圧、逆転時をマイナス電圧と表記する。尚、プラス電圧印加時は、図１２の巻線方向に沿った電流が流れる。
【００６３】
図１５乃至図１８は実施の形態１を示す図で、図１５は直流モータ２００が正転時の界磁石１２の作る磁束の向きと界磁コイル１３の作る磁束の向きとを示す図、図１６は直流モータ２００が逆転時の界磁石１２の作る磁束の向きと界磁コイル１３の作る磁束の向きとを示す図、図１７は直流モータ２００のトルクと回転数との関係を示す図、図１８はトルク定数とバルブ開閉装置の応答特性を示す図である。
【００６４】
バルブ開閉装置１００が開弁方向である正転時（直流モータ２００）は、印加電圧（直流電源９０）がプラスであり、各界磁コイル１３には図１２に示すような電流が流れる。そのため、図１５に示すように、界磁コイル１３の作る磁束と、界磁石１２の作る磁束とが同じ方向を向くため、電機子コイル２２に鎖交する磁束量を増やすことができ、トルク定数が大きくなる。
【００６５】
バルブ開閉装置１００が閉弁方向である逆転時（直流モータ２００）は、印加電圧（直流電源９０）がマイナスであり、各界磁コイル１３には図１２に示す電流と反対方向の電流が流れる。そのため、図１６に示すように、界磁コイル１３の作る磁束と、界磁石１２の作る磁束とが逆の方向を向くため、電機子コイル２２に鎖交する磁束量が減少して、トルク定数が小さくなる。
【００６６】
次にそれぞれの状態（正転時、逆転時、界磁コイル１３なし）での回転数とトルクとの関係について説明する。
【００６７】
ここで、
（１）回転数（電機子２０）：Ｎ［ｒａｄ／ｓ］；
（２）トルク：Ｔ［Ｎｍ］；
（３）電流（電機子２０）：Ｉ［Ａ］；
（４）印加電圧（直流電源９０）：Ｅ［Ｖ］；
（５）コイル抵抗（電機子コイル２２（一相分）：Ｒ［Ω］；
（６）トルク定数：Ｋ［Ｎｍ／Ａ］；
とすると、次式（１）が成立する。
【００６８】
Ｎ＝Ｅ／Ｋ−（Ｒ／Ｋ２）Ｔ                  （１）
つまり、回転数ＮとトルクＴとの関係は、切片Ｅ／Ｋ、傾きＲ／Ｋ２の直線となる。
【００６９】
実際の直流モータ２００には、電機子コイル２２のインダクタンスや軸受７０（図１参照）などのロストルクも発生するが、ここでは直流モータ２００が小型であり、無視できるほど小さいことが多いので、ここでは割愛する。
【００７０】
（１）式を用いて求めた回転数ＮとトルクＴとの関係を図１７に示す。図１７において、横軸がトルク（回転方向を正とする）、縦軸が回転数を表す。また、図中、
（ａ）本実施の形態で、印加電圧（直流電源９０）がプラスの場合（正転）；
（ｂ）本実施の形態で、印加電圧（直流電源９０）がマイナスの場合（逆転）；
（ｃ）界磁コイル１３を設けない場合；
であり、印加電圧の大きさは、全て同じとする。
【００７１】
図１７において、界磁コイル１３を設けない場合（ｃ）、印加電圧の正負によらず、トルク−回転数の関係は同じである。これに対して、本実施の形態の直流モータ２００はトルク定数Ｋが変わるため、
（ａ）印加電圧（直流電源９０）がプラスの場合（正転）、ストールトルクが上がり無負荷回転数が下がる；
（ｂ）印加電圧（直流電源９０）がマイナスの場合（逆転）、ストールトルクが下がり、無負荷回転数が上がる。
尚、このように界磁コイル１３を設けることで、トルク−回転数の関係を自由に変えることができる。
【００７２】
ここで、バルブ開閉装置１００と本実施の形態の直流モータ２００との関係について述べる。前述したように、バルブ開閉装置１００はリターンスプリング６０を有し、常にバルブを閉じる方向にリターンスプリング６０の力が働く。そのため、開弁時にはリターンスプリング６０の力が回転方向のトルクを妨げる向きに負荷がかかり、閉弁時にはリターンスプリング６０の力が回転方向のトルクを助けることになる。従って、直流モータ２００は開弁時にはより大きな回転トルクを必要とし（＝トルク定数Ｋ大）、閉弁時にはより小さな回転トルクで済む（＝トルク定数Ｋ小）。
【００７３】
図１８はトルク定数とバルブ開閉装置の応答特性を示す図で、バルブ開閉１００％に達するまでの応答時間を示すグラフである。図１８において、横軸は、直流モータ２００のトルク定数Ｋを示す。トルク定数Ｋは界磁コイル１３を設けない場合を１として規格化している。縦軸の右側は、開弁時の応答時間を示し、縦軸の左側は閉弁時の応答時間を示す。また、この例では、リターンスプリング６０に、４．０ｋｇのばねを使用している。
【００７４】
図１８に示すように、開弁時と閉弁時とで、応答時間が最短となるトルク定数Ｋは異なり、開弁時の方が閉弁時よりもトルク定数Ｋを大きくすることが必要であることがわかる。
【００７５】
また、界磁コイル１３の線径及びターン数は、印加電圧（直流電源９０）の大きさ、直流モータ２００の磁気回路、及び変化させたいトルク定数Ｋの値に応じて、適宜決定する。例えば、界磁コイル１３のない場合に対して、±１０％トルク定数Ｋを変化させたい場合には、界磁コイル１３の作る磁束量をΦｅ、界磁石１２の作る磁束量をΦｍとしたとき、Φｅ＝０．１×Φｍとなるように、
Φｅ＝ＡＴ×Ｐ                        （２）
を満たすように、界磁コイル１３の巻線仕様を決定する。ここで、Ａは界磁コイル１３に流れる電流であり、印加電圧Ｅ／界磁コイル抵抗で求められる。Ｔは界磁コイル１３のターン数、Ｐは電機子鉄心２１−磁極（界磁石１２）中心−界磁バックヨーク１１ｃを通る磁気回路の合成パーミアンスである。
【００７６】
以上のように、本実施の形態による直流モータ２００は、簡単な構成により各回転方向（正転、逆転）での負荷トルク特性に応じた動作を行うことができ、界磁１０、電機子２０ともに設計の自由度が広がり（小型化することができ）、低コギング化や低イナーシャ化を図ることも可能となる。
【００７７】
また、回転方向によらず同じ通電タイミングで通電されることで、位相ずれによるトルク脈動の増大がなく、振動の少ない直流モータ２００となる（図１９参照）。
【００７８】
図１９は実施の形態１を示す図で、シフト角設定時の正・逆回転のトルク脈動及び本実施の形態の直流モータ２００の逆回転のトルク脈動を示す図である。
【００７９】
一般的に、一方向のみに回転させる直流モータでは、電機子コイルのインダクタンスの影響等による出力の低下を抑制するために、整流子と給電ブラシとを所定角度シフトすることが行われる。図１９に示すように、この直流モータを逆方向に回転させると、例えば、位相ずれによるトルク脈動が増大し、振動が大きくなる現象が生じる。
【００８０】
これに対して、本実施の形態の直流モータ２００は、回転方向によらず同じ通電タイミングで通電されることで、逆回転においても位相ずれによるトルク脈動の増大がなく、振動の少ない直流モータ２００となる。
【００８１】
次に、変形例の直流モータ３００について、図２０、図２１を参照しながら説明する。
【００８２】
図２０、図２１は実施の形態１を示す図で、図２０は変形例の直流モータ３００の結線図、図２１は変形例の直流モータ３００のトルクと回転数との関係を示す図である。
【００８３】
変形例の直流モータ３００は、界磁コイル１３が、図２０に示すように、整流子２６を介して一対の給電ブラシ１５に接続される電機子２０と直列に接続されていることを特徴とする。界磁コイル１３は、より低抵抗（太線）であることが望ましい。ここでも、界磁コイル１３は２極分のみを示している。
【００８４】
界磁コイル１３が電機子２０と直列に接続された場合のトルク−回転数の関係は、界磁コイル１３が電機子２０と並列に接続した場合とは異なり、ストールトルクに差はでるが、無負荷回転数は、印加電圧の正／負による差がない傾向となる（図２１参照）。
【００８５】
界磁コイル１３が電機子２０と直列につながれた場合、界磁コイル１３に流れる電流≒電機子２０に流れる電流、となる。そのため、高速側では界磁石１２の誘起電圧の影響を受けて、回路全体に電流が流れなくなるためである。そのため、トルク定数Ｋは、回転数とともに変動していることになる。
【００８６】
このような場合でも、中速域まではトルク定数Ｋの差が作り出せることにより、負荷トルクに応じたモータ特性を得ることが可能である。
【００８７】
また、界磁コイル１３を電機子２０と並列に接続した場合と比べて、界磁コイル１３に流れる電流を抑えることができるため、界磁１０（固定子）での発熱量を低く抑えることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  界磁、１１  界磁鉄心、１１ａ  界磁石挿入部、１１ｂ  界磁コイル収納部、１１ｃ  界磁バックヨーク、１２  界磁石、１３  界磁コイル、１５  給電ブラシ、２０  電機子、２１  電機子鉄心、２２  電機子コイル、２３  電機子スロット、２３ａ  スロットオープニング、２４  回転軸、２５  軸孔、２６  整流子、２７  結線板、３０  ケース、４０  ハウジング、５０  スプリングケース、６０  リターンスプリング、６１  スプリング受け、７０  軸受、８０  スクリューシャフト、９０  直流電源、１００  バルブ開閉装置、２００  直流モータ、３００  直流モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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