(57)【要約】【課題】マグネットにおける磁束量を減少させることなく、整流を改善することができる直流機を提供する。【解決手段】マグネット２，３は、磁束密度が略均一な主磁極部２ａ，３ａと、該主磁極部２ａ，３ａの端部から電機子４の回転方向（Ｘ方向）に延出するよう設けられた延長部２ｂ，３ｂとからなる。延長部２ｂ，３ｂは、主磁極部２ａ，３ａよりも磁束密度が大きく、かつ、整流区間の角度θに対応した長さで回転方向に向かって磁束密度が漸増するよう形成されている。整流開始時に電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される５個のティース８ａにおける回転方向側のティースバー先端８ｂが主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界に配置される。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等角度間隔に設けられた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装して構成される電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットとを備え、整流中にブラシでコンミテータの整流子片を短絡して前記電機子コイルの電流方向が反転する直流機において、
前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁極部と、該主磁極部の端部から前記電機子の回転方向に延出するよう設けられた延長部とからなり、該延長部は、前記主磁極部よりも磁束密度が大きく、かつ、隣り合うティース間の角度に対応した長さで前記回転方向に向かって磁束密度が漸増するよう形成され、
整流開始時に電機子コイルが巻装される前記複数のティースにおける回転方向側のティースバー先端が前記主磁極部と延長部との境界に配置されることを特徴とする直流機。
【請求項２】
前記マグネットの主磁極部と延長部は、同一の形成材料を用い均一に着磁されてなり、
前記主磁極部はその厚さが一定であり、前記延長部は全ての範囲で前記主磁極部よりも厚く、かつ前記回転方向に向けて徐々に厚くなるよう形成されることを特徴とする請求項１に記載の直流機。
【請求項３】
前記マグネットにおける主磁極部と延長部とは同じ厚さであり、
前記延長部は、前記主磁極部よりも発生磁力が強い磁性体材料を用い、前記回転方向に向けて徐々に高磁束になるよう着磁されてなることを特徴とする請求項１に記載の直流機。
【請求項４】
前記電機子は、その回転方向が前記ブラシから供給される電流の向きに応じて切り替わるものであり、
前記延長部は、前記主磁極部の周方向の一側端部及び他側端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットを有する直流機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシとコンミテータとを備えた直流モータでは、ブラシとコンミテータにより、電機子コイルに通電している電流の方向が切り替えられる、いわゆる整流が行われる。しかし、多くの直流モータでは、整流状態が不足整流となり、これは性能向上を妨げる要因となっている。
【０００３】
この不足整流を解決するために、本願出願人は、マグネットの磁束密度分布を変えることで整流中の電機子コイルを通過する磁束量を変え、整流が改善できるように構成したものを提案している（特開２００１−９５２１８号公報）。
【０００４】
図１５には、上記公報における直流モータ５０の概略構成を示す。詳述すると、モータハウジング５１には、Ｎ極及びＳ極を構成する一対のマグネット５２，５３が電機子５４を挟んで対向配置されている。
【０００５】
電機子５４は、電機子コア５５と、電機子コイル５６ａ，５６ｂと、コンミテータ５７とを有している。電機子コア５５には、等間隔に１２個のティース５５ａが形成されており、そのうちの５個のティース５５ａを１組としてその周囲に電機子コイル５６ａ，５６ｂが巻き付けられている。図示を省略しているが、複数の他の電機子コイルが５つのティース５５ａを１組として同様に巻き付けられている。
【０００６】
電機子５４の一端にはコンミテータ５７が配設されている。コンミテータ５７は、複数のセグメント（整流子片）５８を有している。そして、隣り合う整流子片５８ａ，５８ｂ間は前記電機子コイル５６ａにて結線され、隣り合う整流子片５８ｃ，５８ｄ間は前記電機子コイル５６ｂにて結線されている。また、ブラシ５９ａ，５９ｂがコンミテータ５７に摺接するように付勢された状態で配設されている。そして、電機子コイル５６ａ、５６ｂには、図示しない直流電源から供給される直流電源が、ブラシ５９ａ，５９ｂとコンミテータ５７の各対応する整流子片５８を経て流入されるようになっている。
【０００７】
電機子５４がＸ方向に回転すると、図１６に示すように、ブラシ５９ａにより整流子片５８ａ，５８ｂ間が短絡されて電機子コイル５６ａには短絡電流ｉ１が流れ、ブラシ５９ｂにより整流子片５８ｃ，５８ｄ間が短絡されて電機子コイル５６ｂには短絡電流ｉ２が流れる。ここで、ブラシ５９ａは直流電源のプラス端子（＋）に接続され、ブラシ５９ｂは直流電源のマイナス端子（−）に接続されている。これらブラシ５９ａ，５９ｂによる短絡中に、電機子コイル５６ａ，５６ｂに流れる電流の向きが変更されて、電機子５４が時計回り方向（図１５のＸ方向）に回転するようになっている。なお、図１５に示すように、１２個の整流子片５８が周方向に３０°ごとに設けられており、電機子５４がブラシ５９ａ，５９ｂに対して３０°回転するとき、電機子コイル５６ａ，５６ｂの電流の向きが変更される。つまり、電機子５４の３０°の回転によって電機子コイル５６ａ，５６ｂの整流が行われる。
【０００８】
マグネット５２，５３は、主磁極部５２ａ，５３ａと延長部５２ｂ，５３ｂとを備えている。主磁極部５２ａ，５３ａは、電機子コイル５６ａ，５６ｂが巻装される５つのティース５５ａのうち回転方向側及び回転方向逆側の端部に配置するティース５５ａの中心線Ｌ０間の角度θ０（＝１２０°）に対応した長さとなるように形成されている。
【０００９】
延長部５２ｂ，５３ｂは、主磁極部５２ａ，５３ａの回転方向（Ｘ方向）側の端部から延出して形成されている。マグネット５２，５３において、主磁極部５２ａ，５３ａと延長部５２ｂ，５３ｂとの境界に薄肉部５２ｃ，５３ｃが形成されている。延長部５２ｂ，５３ｂは、隣り合う両ティース５５ａの中心線間（整流区間）の角度（つまりモータ電機子スロット角度）θ１（＝３０°）に対応した長さで、回転方向に徐々に厚くなるように形成されている。マグネット５２，５３は、薄肉部５２ｃ，５３ｃにおいて磁束密度が最小であり、延長部５２ｂ，５３ｂにおいて回転方向に向かって磁束密度が漸増するようになっている。
【００１０】
ところで、上記整流時には、電機子コイル５６ａ，５６ｂのインダクタンスＬにより短絡電流ｉの変化を遅らせる方向に電圧（リアクタンス電圧＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ））が発生する。そのため、一般的な直流モータでは、図１７に示すように、短絡電流ｉの直線的な変化（理想的な整流である直線整流）に対して遅れて変化する、いわゆる不足整流が発生する。この不足整流によって整流の終わり、即ち、ブラシ後端での火花放電が発生し、騒音及びブラシ摩耗の原因となってしまう。
【００１１】
これに対し、上記直流モータ５０のように、マグネット５２，５３において主磁極部５２ａ，５３ａの回転方向端部に延長部５２ｂ，５３ｂを設けることにより、図１８に示すように、整流中の電機子コイル５６ａ，５６ｂを通過する磁束量Φは電機子５４の回転に応じて徐々に増加する。またこのとき、磁束量の増加率は回転に応じて徐々に増加する。そして、この磁束変化により、整流を遅らせる方向に発生されるリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧ｅ（＝−ｄΦ／ｄｔ）が生じ、不足整流が改善される。つまり、リアクタンス電圧に一致する誘起電圧ｅを発生させることで、理想的な整流である直線整流を実現することが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の直流モータ５０では、マグネット５２，５３において薄肉部５２ｃ，５３ｃ及び延長部５２ｂ，５３ｂを設けることによりその一部に極小点がある磁束変化を持たせ、その磁束変化により整流が改善される。しかし、マグネット５２，５３において薄肉部５２ｃ，５３ｃを設けることにより、電機子５４を回転させるために寄与する磁束量が減少してしまう。また、マグネット５２，５３の円弧角度（１５０°＝θ０＋θ１）は、電機子コイル５６ａ，５６ｂの巻角（具体的には、電機子コイル５６ａ，５６ｂが巻装される５つのティース５５ａの回転方向先端５５ｂと回転方向後端５５ｃとのなす角）とほぼ等しい。直流モータ５０において、マグネット５２，５３の円弧角度（円弧長に対応した中心角度）を電機子コイル５６ａ，５６ｂの巻角より大きくすると、整流中の電機子コイル５６ａ，５６ｂを通過する磁束量Φを図１８のように増加させることができなくなる。つまり、直流モータ５０において、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧ｅを発生させるためには、マグネット５２，５３の円弧角度を電機子コイル５６ａ，５６ｂの巻角以下とする必要がある。そのため、直流モータ５０の用途によっては所望のモータ出力を確保することが困難となるといった問題が生じてしまう。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、マグネットにおける磁束量を減少させることなく、整流を改善することができる直流機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、等角度間隔に設けられた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装して構成される電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットとを備え、整流中にブラシでコンミテータの整流子片を短絡して前記電機子コイルの電流方向が反転する直流機において、前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁極部と、該主磁極部の端部から前記電機子の回転方向に延出するよう設けられた延長部とからなり、該延長部は、前記主磁極部よりも磁束密度が大きく、かつ、隣り合うティース間の角度に対応した長さで前記回転方向に向かって磁束密度が漸増するよう形成され、整流開始時に電機子コイルが巻装される前記複数のティースにおける回転方向側のティースバー先端が前記主磁極部と延長部との境界に配置される。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記マグネットの主磁極部と延長部は、同一の形成材料を用い均一に着磁されてなり、前記主磁極部はその厚さが一定であり、前記延長部は全ての範囲で前記主磁極部よりも厚く、かつ前記回転方向に向けて徐々に厚くなるよう形成される。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記マグネットにおける主磁極部と延長部とは同じ厚さであり、前記延長部は、前記主磁極部よりも発生磁力が強い磁性体材料を用い、前記回転方向に向けて徐々に高磁束になるよう着磁されてなる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記電機子は、その回転方向が前記ブラシから供給される電流の向きに応じて切り替わるものであり、前記延長部は、前記主磁極部の周方向の一側端部及び他側端部にそれぞれ設けられる。
【００１８】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、マグネットは、磁束密度が略均一な主磁極部と、該主磁極部の端部から電機子の回転方向に延出するよう設けられた延長部とからなる。該延長部は、主磁極部よりも磁束密度が大きく、かつ、隣り合うティース間の角度に対応した長さで回転方向に向かって磁束密度が漸増するよう形成されている。整流開始時には、電機子コイルが巻装される複数のティースにおける回転方向側のティースバー先端が主磁極部と延長部との境界に配置されるので、その位置から電機子が回転すると、回転に伴い電機子コイルを通過する磁束が増加することとなる。この磁束変化により、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生し、整流を改善させることができる。また、従来技術のように、マグネットの一部に磁束の極小点がある磁束変化を持たせる構成ではないので、電機子を回転させるために寄与する磁束量が減少してしまうといった問題はない。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、マグネットにおける主磁極部と延長部は、同一の形成材料を用い均一に着磁されている。主磁極部はその厚さが一定となるよう形成される。延長部は全ての範囲で主磁極部よりも厚く形成され、さらに、回転方向に向けて徐々に厚くなるように形成される。このようにマグネットを形成すれば、マグネットにおける主磁極部の磁束密度が略均一となり、延長部の磁束密度は、その主磁極部の磁束密度よりも大きく、かつ回転方向に向かって漸増する。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、マグネットにおける主磁極部と延長部とは同じ厚さであり、延長部は、主磁極部よりも発生磁力が強い磁性体材料を用い、回転方向に向けて徐々に高磁束になるよう着磁されてなる。このようにマグネットを形成すれば、マグネットにおける主磁極部の磁束密度が略均一となり、延長部の磁束密度が回転方向に向かって漸増する。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、主磁極部の両端に延長部が設けられることにより、電機子が正逆の両方向に回転する両回転用直流機において整流を改善することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を直流機としてのブロアモータに具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
【００２３】
図１に示すように、ブロアモータ１は、マグネット２，３、電機子４及びブラシ５ａ，５ｂ等を有している。詳述すると、本実施形態のブロアモータ１は、２極の直流モータであって、モータハウジング（ヨーク）７内において、Ｎ極及びＳ極を形成する断面円弧状の２つのマグネット２，３が電機子４を挟んで対向配置されている。２つのマグネット２，３は、電機子４の中心点Ｏに対して点対称に配置されている。電機子４は、電機子コア８と、そのコア８に巻装される電機子コイル（巻線）９ａ，９ｂと、コンミテータ（整流子）１０とを有し、直流電流の供給により図１のＸ方向に回転駆動する。
【００２４】
電機子コア８には、等間隔に断面略Ｔ字状の複数（本実施形態では１２個）のティース８ａが形成されており、そのうちのｎ個（本実施形態では５個）のティース８ａを１組としてその周囲に電機子コイル９ａ，９ｂが巻き付けられている。図示を省略しているが、複数の他の電機子コイルが５個のティース８ａを１組として同様に巻き付けられている。つまり、巻線の巻装方式は分布巻である。なお、本実施形態では、ティース８ａの個数は１２個であり、そのティース８ａは電機子４の周方向に３０°毎に形成されている。つまり、隣り合うティース８ａは、その中心線のなす角（モータ電機子スロット角）θが３０°（＝３６０°／１２）となるように形成されている。
【００２５】
コンミテータ１０は、電機子４の一端に配置され、複数（１２個）の整流子片（セグメント）１１を有して構成されている。そして、隣り合う整流子片１１ａ，１１ｂ間は前記電機子コイル９ａにて結線され、隣り合う整流子片１１ｃ，１１ｄ間は前記電機子コイル９ｂにて結線されている。各整流子片１１間のスリットは、各ティース８ａ間の略中間に位置するようになっている。また、ブラシ５ａ，５ｂがコンミテータ１０に摺接するように付勢された状態で配設されている。電機子コイル９ａ，９ｂには、図示しない直流電源から供給される直流電流が、ブラシ５ａ，５ｂとコンミテータ１０の整流子片１１を経て流入される。電機子コイル９ａ，９ｂに直流電流が流入すると、電機子４が回転し始める。そして、ブラシ５ａに対して隣接する一対の整流子片１１ａ，１１ｂが接触しブラシ５ｂに対して隣接する一対の整流子片１１ｃ，１１ｄが接触して、それらの整流子片１１間がブラシ５ａ，５ｂを介して短絡する。これにより、電機子コイル９ａ，９ｂに流れる電流の向きが変更されて、電機子４が時計回り方向（図中、Ｘ矢印方向）に回転し続ける。
【００２６】
本実施形態では、１２個の整流子片１１が周方向に３０°毎に設けられており、電機子４がブラシ５ａ，５ｂに対して整流区間の３０°回転するとき、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂの電流の向きが変更される。つまり、電機子４の３０°の回転によって電機子コイル９ａ，９ｂの整流が行われる。なお、本実施形態では、整流子片１１間角度は前記ティース８ａ間角度θと同じに設定され、ブラシ５ａ，５ｂと整流子片１１との当接幅に対応する当接幅角度は前記ティース８ａ間角度θと同じに設定されている。
【００２７】
本実施形態のマグネット２，３は、主磁極部２ａ，３ａと、該主磁極部２ａ，３ａの端部から回転方向（時計回り方向であるＸ方向）に延出するよう設けられた延長部２ｂ，３ｂとを備えている。マグネット２，３における主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとは同じ厚さであり、延長部２ｂ，３ｂは、主磁極部２ａ，３ａよりも発生磁力が強い強磁性体の材料を用いて形成されている。主磁極部２ａ，３ａは、電機子コイル９ａ，９ｂの巻角（具体的には、電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される５つのティース８ａの回転方向側の先端部８ｂと回転方向逆側の後端部８ｃとのなす角度）に対応する長さを有する。延長部２ｂ，３ｂは、整流区間の３０°の角度θに対応する長さを有する。
【００２８】
図示しない着磁装置を用い、主磁極部２ａ，３ａは、磁束密度が略均一となるよう磁化され、延長部２ｂ，３ｂは、回転方向に向けて徐々に高磁束になるよう磁化されている。これにより、マグネット２，３では、図２及び図３の磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を示すようになっている。つまり、マグネット２，３において、主磁極部２ａ，３ａは、略一定の磁束密度Ｂ２０，Ｂ３０を有し、延長部２ｂ，３ｂの磁束密度Ｂ２１，Ｂ３１は、その磁束密度Ｂ２０，Ｂ３０よりも大きく、かつ回転方向に向かって漸増している。
【００２９】
電機子４の回転に伴い、電機子コイル９ａが巻装される５個のティース８ａにおける回転方向側のティースバー先端８ｂが主磁極部２ａと延長部２ｂとの境界に位置するときに、ブラシ５ａが整流子片１１ａに当接し始め、電機子コイル９ａの整流が開始される。またこのとき、電機子コイル９ｂが巻装される５個のティース８ａにおける回転方向側のティースバー先端８ｂも主磁極部３ａと延長部３ｂとの境界に位置しており、ブラシ５ｂが整流子片１１ｃに当接し始め、電機子コイル９ｂの整流が開始される。言い換えれば、ブラシ５ａが隣接する整流子片１１ａ，１１ｂ間を短絡しブラシ５ｂが隣接する整流子片１１ｃ，１１ｄ間を短絡して整流状態に入る瞬間にティースバー先端８ｂが延長部２ｂ，３ｂにさしかかるようにブラシ５ａ，５ｂの位置が設定されている。
【００３０】
このようにブロアモータ１を構成すると、整流時において、ティースバー先端８ｂが延長部２ｂ，３ｃに対向するため、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量は、電機子４の回転に応じて徐々に増加する。その結果、電機子コイル９ａ，９ｂには、図１８に示す誘起電圧ｅが発生し、この誘起電圧ｅにより、リアクタンス電圧が打ち消されて整流が改善される。
【００３１】
以上詳述したように本実施形態は、以下の特徴を有する。
（１）整流中の電機子コイル９ａ，９ｂにおいて、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧ｅが発生され、整流を改善することができる。また、本実施形態のマグネット２，３は、従来技術のマグネット５２，５３のようにその一部に磁束極小点がある磁束変化を持たせる構成ではないので、電機子４を回転させるために寄与する磁束量が減少してしまうといった問題もない。
【００３２】
（２）本実施形態において、マグネット２，３の円弧角度は、電機子コイル９ａ，９ｂの巻角よりも大きく、従来技術のように、マグネットの円弧角度を電機子コイルの巻角以下とするといった制約がない。また、マグネット２，３における主磁極部２ａ，３ａの長さを変更した場合にも、リアクタンス電圧を打ち消すための誘起電圧ｅを発生させることが可能である。よって、ブロアモータ１は、所望のモータ出力を確保することができる。
【００３３】
（３）本実施形態のマグネット２，３を用いれば、マグネット５２，５３を用いた従来の直流モータ５０と比較して、より大きな誘起電圧ｅを発生させることが可能である。従って、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスが大きい場合にも、マグネット２，３における磁束変化により良好な整流を行うことができる。
【００３４】
（４）整流が改善されることにより、騒音や電磁ノイズを低減でき、ブロアモータ１の耐久性を向上できる。
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、図面に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態のブロアモータ２１は、マグネット２，３に代えてマグネット２２，２３を有する。マグネット２２，２３は、主磁極部２２ａ，２３ａと、該主磁極部２２ａ，２３ａの端部から回転方向（時計回り方向であるＸ方向）に延出形成された延長部２２ｂ，２３ｂとを備えている。主磁極部２２ａ，２３ａ及び延長部２２ｂ，２３ｂは、同一の形成材料（磁性体材料）を用い、均一に着磁されてなる。主磁極部２２ａ，２３ａはその厚さが一定であり、延長部２２ｂ，２３ｂは全ての範囲で主磁極部２２ａ，２３ａの厚さよりも厚く、かつ電機子４の回転方向（Ｘ方向）に向けて徐々に厚くなるよう形成されている。
【００３６】
本実施形態における延長部２２ｂ，２３ｂは、主磁極部２２ａ，２３ａよりも厚肉に形成するために径方向外側に向けて凸設されている。また、延長部２２ｂ，２３ｂは、整流区間の３０°の角度θに対応する長さを有する。なお、ヨーク７には、その延長部２２ｂ，２３ｂを収納するための収納部７ａが形成されている。
【００３７】
このようにマグネット２２，２３を形成すれば、図３に示す磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を実現することができる。また、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、ティースバー先端８ｂが主磁極部２２ａ，２３ａと延長部２２ｂ，２３ｂとの境界に位置するときに、電機子コイル９ａ，９ｂの整流が開始される。従って、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量は、電機子４の回転に応じて徐々に増加する。その結果、電機子コイル９ａ，９ｂには、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生して、整流が改善される。
【００３８】
また、本実施形態によれば、図１５に示すマグネット５２，５３を用いた従来の直流モータ５０と比較して、より大きな誘起電圧ｅを発生させることが可能である。従って、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスが大きい場合にも、マグネット２２，２３における磁束変化により良好な整流を行うことができる。
【００３９】
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、図面に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
図５に示す本実施形態のブロアモータ３１は、正逆の両方向に回転する両回転用のモータであり、ブロアモータ３１における電機子４は、直流電流の供給により、時計回り方向（Ｘ方向）又は反時計回り方向に回転駆動するようになっている。
【００４１】
詳述すると、コンミテータ１０において、隣り合う整流子片１１ａ，１１ｂ間は前記電機子コイル９ａにて結線され、隣り合う整流子片１１ｃ，１１ｄ間は前記電機子コイル９ｂにて結線されている。また、上記整流子片１１ｂに隣接する整流子片１１ａと反対側は整流子片１１ｅとなっており、整流子片１１ｄに隣接する整流子片１１ｃと反対側は整流子片１１ｆとなっている。これら隣り合う整流子片１１ｂ，１１ｅ間、整流子片１１ｄ，１１ｆ間も、それぞれ図示しない電機子コイルにて結線されている。図５において、中心点Ｏを基準とし、整流子片１１ａ，１１ｂ，１１ｅの点対称となる位置に整流子片１１ｃ，１１ｄ，１１ｆが配置されている。そして、各整流子片１１間のスリットは、各ティース８ａ間の略中間に位置するようになっている。電機子コイル９ａ，９ｂには、図示しない直流電源から供給される直流電流が、ブラシ５ａ，５ｂとコンミテータ１０の整流子片１１を経て流入される。ブラシ５ａ，５ｂは整流子片１１と略同等の角度を有し、回転方向に応じて短絡する整流子片１１の位置が切り替わるような配置になっている。すなわち、図５において時計回り方向（Ｘ方向）ならそれぞれブラシ５ａ，５ｂと整流子片１１ａ，１１ｂ間、整流子片１１ｃ，１１ｄ間とが短絡する。一方、反時計回り方向ならそれぞれブラシ５ａ，５ｂと整流子片１１ｂ，１１ｅ間、整流子片１１ｄ，１１ｆ間とが短絡する。このブラシ５ａ，５ｂの短絡により、電機子コイル９ａ，９ｂに流れる電流の向きが変更されて、電機子４が回転するようになっている。ちなみに、ブラシ５ａ，５ｂが接続される直流電源の極性を切り替えることで、電機子４の回転方向が逆になる。
【００４２】
本実施形態のマグネット３２，３３は、主磁極部３２ａ，３３ａと、延長部３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃとを備えている。延長部３２ｂ，３３ｂは、主磁極部３２ａ，３３ａの一側（時計回り方向側）端部から延出するよう設けられ、延長部３２ｃ，３３ｃは、主磁極部３２ａ，３３ａの他側（反時計回り方向側）端部から延出するよう設けられている。マグネット３２，３３における主磁極部３２ａ，３３ａと延長部３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃとは同じ厚さであり、延長部３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃは、主磁極部３２ａ，３３ａよりも発生磁力が強い強磁性体の材料を用いて形成されている。
【００４３】
主磁極部３２ａ，３３ａは、電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される５個のティース８ａのうち一側及び他側に配置されるティース８ａの中心線間の角度（＝１２０°）に対応した長さを有する。延長部３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃは、整流区間の３０°の角度θに対応する長さを有する。主磁極部３２ａ，３３ａ及び一方の延長部３２ｂ，３３ｂ（又は延長部３２ｃ，３３ｃ）のなす角度は、電機子コイル９ａ，９ｂの巻角（電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される５個のティース８ａの一端８ｂと他端８ｃとのなす角度）と一致するように設定されている。
【００４４】
また、図示しない着磁装置を用い、主磁極部３２ａ，３３ａは、磁束密度が略均一となるよう磁化され、延長部３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃは、周方向外側に向けて徐々に高磁束になるよう磁化されている。これにより、マグネット３２，３３では、図５及び図６の磁束密度分布Ｂ３２，Ｂ３３を示すようになっている。つまり、マグネット３２，３３において、主磁極部３２ａ，３３ａは、略一定の磁束密度Ｂ３２０，Ｂ３３０を有する。延長部３２ｂ，３３ｂの磁束密度Ｂ３２１，Ｂ３３１及び延長部３２ｃ，３３ｃの磁束密度Ｂ３２２，Ｂ３３２は、その磁束密度Ｂ３２０，Ｂ３３０よりも大きい。さらに、磁束密度Ｂ３２１，Ｂ３３１は時計回り方向（Ｘ方向）に向かって漸増し、磁束密度Ｂ３２２，Ｂ３３２は、反時計回り方向に向かって漸増している。
【００４５】
電機子４がＸ方向に回転して電機子コイル９ａ，９ｂの整流が開始されるとき、ティースバー先端８ｂが主磁極部３２ａ，３３ａと延長部３２ｂ，３３ｂとの境界に配置されるようブラシ５ａ，５ｂの位置が設定されている。またこのとき、ティースバー後端８ｃは、主磁極部３２ａ，３３ａの反時計回り方向側にある延長部３２ｃ，３３ｃにさしかかるようになっている。
【００４６】
このようにブロアモータ３１を構成すると、整流初期にて、ティースバー先端８ｂに対向する延長部３２ｂ，３３ｂの磁束密度はティースバー後端８ｃが対向する延長部３２ｃ，３３ｃの磁束密度よりも小さい。従って、整流の前半では、電機子４の回転に伴い、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量は減少する。そして、整流の中心にて、ティースバー先端８ｂに対向する延長部３２ｂ，３３ｂとティースバー後端８ｃが対向する延長部３２ｃ，３３ｃとにおける磁束密度が一致し、磁束量の変化が０となる。そして、整流の後半では磁束量が増大する。
【００４７】
従って、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂに生じる誘起電圧ｅは、図７に示すように変化する。この誘起電圧ｅにより、図８に示すように、整流曲線は、破線で示す直線整流に対して、整流の開始時及び終了時に短絡電流ｉの変化がゆるやかとなる、いわゆる正弦波整流となる。
【００４８】
なお、上記においては電機子４がＸ方向（時計回り方向）に回転駆動される場合について説明したが、反時計回り方向に回転駆動される場合も同様に、図７に示す誘起電圧ｅが生じる。そして、誘起電圧ｅにより整流曲線が正弦波整流となる。
【００４９】
以上詳述したように本実施形態は、以下の特徴を有する。
（１）両回転用のブロアモータ１において、理想的な整流の一つである正弦波整流が実現されるので、整流の開始時及び終了時における電流変化が小さく、ブラシ前端及びブラシ後端での火花放電の発生を確実に防止できる。
【００５０】
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態を説明する。なお、第３実施形態と同様の構成については、図面に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
図９に示すブロアモータ４１も、第３実施形態と同様に、正逆の両方向に回転する両回転用のモータである。
本実施形態の電機子コア８には、４個のティース８ａを１組としてその周囲に電機子コイル９ａ，９ｂが巻き付けられている。図示を省略しているが、複数の他の電機子コイルが４個のティース８ａを１組として同様に巻き付けられている。
【００５２】
ブロアモータ４１は、マグネット４２，４３を有する。マグネット４２，４３は、主磁極部４２ａ，４３ａと、延長部４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃとを備えている。延長部４２ｂ，４３ｂは、主磁極部４２ａ，４３ａの端部から時計回り方向（Ｘ方向）に延出して形成され、延長部４２ｃ，４３ｃは、主磁極部４２ａ，４３ａの端部から反時計回り方向に延出して形成されている。
【００５３】
主磁極部４２ａ，４３ａ及び延長部４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃは、同じ磁性体材料を用い、均一に着磁されてなる。主磁極部４２ａ，４３ａの厚さは一定である。また、延長部４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃは主磁極部４２ａ，３ａの厚さよりも厚く、さらに、延長部４２ｂ，４３ｂは、時計回り方向（Ｘ方向）に向けて徐々に厚くなるよう形成され、延長部４２ｃ，４３ｃは、反時計回り方向に向けて徐々に厚くなるよう形成されている。延長部４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃは、主磁極部４２ａ，４３ａよりも厚肉に形成するために径方向外側に向けて凸設されている。
【００５４】
主磁極部４２ａ，４３ａは、電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される４個のティース８ａのうち一側及び他側に配置されるティース８ａの中心線間の角度（＝９０°）に対応した長さを有する。延長部４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃは、整流区間の３０°の角度θに対応する長さを有する。主磁極部４２ａ，４３ａ及び一方の延長部４２ｂ，４３ｂ（又は延長部４２ｃ，４３ｃ）のなす角度は、電機子コイル９ａ，９ｂの巻角と略一致するように設定されている。
【００５５】
このように構成したマグネット４２，４３では、主磁極部４２ａ，４３ａは、略一定の磁束密度を有し、延長部４２ｂ，４３ｂ，４２ｃ，４３ｃの磁束密度は、主磁極部４２ａ，４３ａの磁束密度よりも大きい。さらに、延長部４２ｂ，４３ｂにおける磁束密度は時計回り方向（Ｘ方向）に向かって漸増し、延長部４２ｃ，４３ｃにおける磁束密度は、反時計回り方向に向かって漸増している。
【００５６】
電機子４が時計回り方向（Ｘ方向）に回転して電機子コイル９ａ，９ｂの整流が開始されるとき、ティースバー先端８ｂが主磁極部４２ａ，４３ａと延長部４２ｂ，４３ｂとの境界に配置されるようブラシ５ａ，５ｂの位置が設定されている。またこのとき、ティースバー後端８ｃは、主磁極部４２ａ，４３ａの反時計回り方向側にある延長部４２ｃ，４３ｃに位置するようになっている。
【００５７】
本実施形態のブロアモータ３１においても、上記第３実施形態と同様に、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂに生じる誘起電圧ｅは、図７に示すように変化し、この誘起電圧ｅにより、図８に示す正弦波整流が実現される。
【００５８】
なお、上記以外に次の形態にて具体化できる。
・上記のブロアモータ１，２１において、主磁極部２ａ，３ａは、任意の長さに変更できる。例えば、図４のブロアモータ２１におけるマグネット２２，２３を、図１０に示すマグネット２４，２５に変更してもよい。マグネット２４，２５は、主磁極部２４ａ，２５ａと延長部２４ｂ，２５ｂを有する。マグネット２４，２５において、延長部２４ｂ，２５ｂはマグネット２２，２３の延長部２２ｂ，２３ｂと同一形状である。また、主磁極部２４ａ，２５ａは主磁極部２２ａ，２２ａの長さよりも短くなっている。このようにすれば、電機子コア８を通過する磁束が少なくなる。そのため、図４のブロアモータ２１と比較して、出力トルクは小さくなるが、電機子４を高速に回転させることが可能となる。
【００５９】
・両回転用の直流モータにおいて、図１１に示す磁束密度分布Ｂ１００を実現するようにマグネットを構成してもよい。上記第３実施形態で説明した図６の磁束密度分布Ｂ３２，Ｂ３３は、整流区間（角度θ）で磁束密度が漸増するものであったが、図１１の磁束密度分布Ｂ１００では、整流区間（角度θ）の後半部分で磁束密度が漸増している。
【００６０】
磁束密度分布Ｂ１００を実現するためのマグネットとしては、第３実施形態と同様に、磁束密度が略均一な主磁極部と、該主磁極部の各端部から周方向一側及び他側に延出するよう設けられた延長部とを備える。また、主磁極部は、電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される５個のティース８ａのうち一側及び他側に配置されるティース８ａの中心線間の角度に対応した長さを有し、延長部は、整流区間の角度θに対応した長さを有する。そして、延長部はその中心部分から端部に向かって磁束密度が漸増するよう形成される。このようにしても、第３実施形態と同様に正弦波整流を実現することができる。なお、正弦波整流を実現するためには、整流区間の前半にて、ティースバー先端８ｂが延長部における磁束変化部にさしかかるようにすればよい。
【００６１】
・上記第２実施形態におけるマグネット２２，２３に代えて、図１２のマグネット４５、図１３のマグネット４６、図１４のマグネット４７を用いてもよい。
図１２のマグネット４５は、主磁極部４５ａと延長部４５ｂとを備える。マグネット２２，２３における延長部２２ｂ，２３ｂでは、主磁極部２２ａ，２３ａよりも厚肉に形成するために径方向外側に向けて凸設されていたが、マグネット４５における延長部４５ｂは、径方向内側に向けて凸設されている。マグネット４５において、主磁極部４５ａの回転方向（時計回り方向）側に延長部４５ｂが延出して形成されている。また、延長部４５ｂは整流区間の３０°の角度θに対応する長さで、回転方向に徐々に厚くなるように形成されている。このマグネット４５においても、図３に示す磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を実現することができる。但し、第２実施形態のマグネット２２，２３の方が、マグネット２２，２３と電機子４との間のギャップを適正に確保できるので実用上好ましいものとなる。
【００６２】
図１３のマグネット４６は、主磁極部４６ａと延長部４６ｂとを備える。主磁極部４６ａはその厚さが一定であり、延長部４６ｂは主磁極部４６ａよりも薄肉で、かつ、整流区間の３０°の角度θに対応した長さで、回転方向（時計回り方向）に徐々に厚くなるように形成されている。また、延長部４６ｂは、主磁極部４６ａよりも発生磁力が強い強磁性体の材料を用いて形成されている。主磁極部４６ａと延長部４６ｂとは、その境界部において厚さが異なるが、同境界部において同じ磁束密度となるように着磁されている。このマグネット４６を用いた場合でも、図３の磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を実現することができる。
【００６３】
図１４のマグネット４７は、主磁極部４７ａと延長部４７ｂとを備える。主磁極部４７ａ及び延長部４７ｂは厚さが一定である。延長部４７ｂは整流区間の３０°の角度θに対応した長さを有する。また、マグネット４７における延長部４７ｂの一部には、発生磁力が強い強磁性体材料を用いた高磁力部４７ｃが設けられている。延長部４７ｂにおいて高磁力部４７ｃ以外の部分は、主磁極部４７ａと同じ磁性体材料を用いて形成されている。高磁力部４７ｃは、主磁極部４７ａと延長部４７ｂとの境界を起点として回転方向（時計回り方向）に向かってその断面積が漸増するよう形成されている。このマグネット４７を用いた場合でも、図３の磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を実現することができる。また、マグネット４７を用いる場合、磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を実現するために、延長部４７ｂにおける厚さの変更や、延長部４７ｂにおける着磁の強弱の変更等を行う必要がなく、実用上好ましいものとなる。
【００６４】
・上記第１及び第３実施形態は、主磁極部２ａ，３ａ，３２ａ，３３ａよりも発生磁力が強い磁性体材料を用いて延長部２ｂ，３ｂ，３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃを形成するといったマグネットの２層化により磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３，Ｂ３２，Ｂ３３を実現するものである。また、第２及び第４実施形態は、主磁極部２２ａ，２３ａ，４２ａ，４３ａよりも延長部２２ｂ，２３ｂ，４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃを厚肉に形成するといった形状変化により磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３，Ｂ３２，Ｂ３３を実現するものである。これらマグネットの２層化と形状変化とを組み合わせて磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３，Ｂ３２，Ｂ３３を実現してもよい。マグネットの２層化と形成変化とを組み合わせる場合には、延長部における磁束密度の変化をより高めることが可能となり、大きい誘起電圧を発生させることができる。従って、大きなリアクタンス電圧を確実に打ち消すことができる。
【００６５】
また、マグネットにおいて、磁気双極子の配向の強弱を変更することで、上記磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３，Ｂ３２，Ｂ３３を実現してもよい。
・上記実施形態では、直流機として直流モータに具体化したが、例えば直流発動機に具体化してもよい。このように変更しても前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６６】
上記実施形態から把握できる技術思想を記載する。
（イ）前記主磁極部は、前記電機子コイルが巻装される複数のティースのうち一側及び他側に配置されるティースの中心線間の角度に対応した長さを有し、主磁極部及び一方の延長部のなす角度は、電機子コイルの巻角と一致するように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の直流機。このようにすれば、整流時には、電機子コイルが巻装される複数のティースにおけるティースバー先端が回転方向側となる延長部に位置し、一方、ティースバー後端は回転方向逆側となる延長部に位置する。この場合、整流の前半には、整流中の電機子コイルを通過する磁束量は減少し、整流の中心にて磁束量の変化が０となり、さらに、整流の後半で磁束量が増大する。この磁束の変化に伴い発生する誘起電圧により整流を改善することができる。
【００６７】
（ロ）等角度間隔に設けられた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装して構成される電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットとを備え、整流中にブラシでコンミテータの整流子片を短絡して前記電機子コイルの電流方向が反転する直流機において、前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁極部と、該主磁極部の各端部から周方向一側及び他側に延出するよう設けられた延長部とからなり、前記主磁極部は、前記電機子コイルが巻装される複数のティースのうち一側及び他側に配置されるティースの中心線間の角度に対応した長さを有し、前記延長部は、隣り合うティース間の角度に対応した長さを有し、該延長部には周方向外側に向かって磁束密度が漸増する磁束変化部が設けられ、整流の前半にて、整流中の電機子コイルが巻装される前記複数のティースにおける回転方向側のティースバー先端が前記延長部における磁束変化部にさしかかるようにしたことを特徴とする直流機。このようにすれば、上記（イ）の直流機と同様に整流を改善することが可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、マグネットにおける磁束量を減少させることなく、整流を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図２】整流開始時でのティースとマグネットの位置関係を説明するための直流モータの部分断面図。
【図３】整流開始時でのティースとマグネットの磁束密度との位置関係を示す説明図。
【図４】第２実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図５】第３実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図６】整流開始時でのティースとマグネットの磁束密度との位置関係を示す説明図。
【図７】電機子の回転位置と誘起電圧との関係を示す説明図。
【図８】整流曲線を示す説明図。
【図９】第４実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１０】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１１】ティースとマグネットの磁束密度との位置関係を示す説明図。
【図１２】別例のマグネットを示す断面図。
【図１３】別例のマグネットを示す断面図。
【図１４】別例のマグネットを示す斜視図。
【図１５】従来の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１６】整流を説明するための回路図。
【図１７】整流曲線を示す説明図。
【図１８】電機子コアの回転位置と磁束量及び誘起電圧との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１…直流機としてのブロアモータ、２，３，２２，２３，２４，２５，３２，３３，４２，４３，４５，４６，４７…マグネット、２ａ，３ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，３２ａ，３３ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ…主磁極部、２ｂ，３ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ，３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃ，４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃ，４５ｂ，４６ｂ，４７ｂ…延長部、４…電機子、５ａ，５ｂ…ブラシ、８…電機子コア、８ａ…ティース、８ｂ…ティースバー先端、９ａ，９ｂ…電機子コイル、１０…コンミテータ、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…整流子片。
【図１】
2004023915.tif 000003
【図２】
2004023915.tif 000004
【図３】
2004023915.tif 000005
【図４】
2004023915.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004023915.tif 000009
【図８】
2004023915.tif 000010
【図９】
2004023915.tif 000011
【図１０】
2004023915.tif 000012
【図１１】
2004023915.tif 000013
【図１２】
2004023915.tif 000014
【図１３】
2004023915.tif 000015
【図１４】
2004023915.tif 000016
【図１５】
2004023915.tif 000017
【図１６】
2004023915.tif 000018
【図１７】
2004023915.tif 000019
【図１８】
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