(57)【要約】【課題】  電力を効率的に利用可能にして、直流モータの効率向上を図る。【解決手段】  本発明に係る直流モータは、固定子側に設けられている複数の磁極２６と、位相を互いに一定角度だけずらした状態で電機子の外周面に装着されている複数のコイルＣ１〜１２と、各々のコイルＣ１〜１２がそれぞれ電気的に接続されている複数のセグメントからなる整流子３６と、固定子側に設けられており、整流子３６のセグメントに接触することで、各々のコイルに電源からの電力を供給可能な複数のブラシＢ１〜１２とを備える直流モータであって、磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢ（Ｃ２，１１）と、同じ磁極の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡ（Ｃ１，１０）とは、異なるブラシＢ１〜１２から電力が供給される構成であり、コイルＡ（Ｃ１，１０）に印加される電圧が前記コイルＢ（Ｃ２，１１）に印加される電圧よりも大きい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子側に設けられている複数の磁極と、位相を互いに一定角度だけずらした状態で電機子の外周面に装着されている複数のコイルと、前記各々のコイルがそれぞれ電気的に接続されている複数のセグメントからなる整流子と、前記固定子側に設けられており、前記整流子のセグメントに接触することで、前記各々のコイルに電源からの電力を供給可能な複数のブラシとを備える直流モータであって、
前記磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢと、同じ磁極の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡとは、異なるブラシから電力が供給される構成であり、
前記コイルＡに印加される電圧が前記コイルＢに印加される電圧よりも大きいことを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の直流モータであって、
各々の磁極に対応するブラシが三個以上存在し、前記磁極に対応する三個以上のブラシに対し、大きさの異なる電圧を印加可能に構成されていることを特徴とする直流モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の直流モータであって、
磁極の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡに電力を供給するブラシの幅角度が、同じ磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢに電力を供給するブラシの幅角度よりも大きく設定されていることを特徴とする直流モータ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の直流モータであって、
ブラシの位置を円周方向に調整可能な位置調整機構を備えていることを特徴とする直流モータ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の直流モータであって、
ブラシと電源との間にスイッチが設けられており、特定のブラシに電源電圧あるいは零ボルトを加えることが可能なように構成されていることを特徴とする直流モータ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の直流モータであって、
ブラシに印加する電圧の大きさを調整可能な電圧調整手段を備えていることを特徴とする直流モータ。
【請求項７】
請求項６に記載の直流モータであって、
回転数を検知する回転数検知手段を有しており、
前記回転数検知手段の回転数信号に基づいて電圧調整手段を作動させ、各々のブラシに印加する電圧の大きさを調整することを特徴とする直流モータ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の直流モータであって、
磁極が極異方性の永久磁石により構成されていることを特徴とする直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子側に設けられている複数の磁極と、位相を互いに一定角度だけずらした状態で電機子の外周面に装着されている複数のコイルと、前記各々のコイルがそれぞれ電気的に接続されている複数のセグメントからなる整流子と、前記固定子側に設けられており、前記整流子のセグメントに接触することで、前記各々のコイルに電源からの電力を供給可能な複数のブラシとを備える直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記した直流モータに関する技術が特許文献１に開示されている。
この直流モータは、図８に示すように、固定子に６極の磁極を備えており、磁極と等しい数のブラシを備えている。6個のブラシは60°間隔で配置されており、それぞれのブラシが一つおきに結線されている。そして、電気的に接続された3個のブラシが直流電源のプラス端子（一定電圧）に接続されており、同じく電気的に接続された残りの3個のブラシが直流電源のアース端子（０ｖ）に接続されている。これによって、電機子の外周面に設けられた各々のコイルには前記ブラシを介して一定電圧が印加されるようになる。
即ち、図９（Ａ）に示すように、コイルの導体９０が磁極（例えば、Ｓ極）の内周面に沿って移動する間、そのコイルには一定電圧が加えられるようになる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３４１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、磁極は、図９に示すように、円周方向においてほぼ均等に所定の磁束密度Ｂｍが得られるように構成されているが、両端ｅ１，ｅ２では磁束密度が所定値Ｂｍよりも小さくなる。しかし、上記したように、コイルには一定電圧が印加されているため、コイルの導体９０が磁極の端部ｅ１，ｅ２の近傍を通過するときも、その磁極の中央部の近傍を通過するときも、そのコイルには一定電圧に応じた電流が流れるようになる。
直流モータの回転トルクはコイルの導体９０が受ける力Ｆ（以下、力Ｆ  という）に比例し、この力Ｆは、Ｆ＝ＢＩＬ（Ｎ）で表される。ここで、Ｂ；磁束密度、Ｉ；コイルの電流、Ｌ；コイルの導体の長さである。このため、所定の磁束密度Ｂｍが得られる磁極の中央部では、コイルの電流Ｉを大きくすることで力Ｆも効率的に大きくなり、コイルの電流Ｉが直流モータの回転トルクの上昇に有効に寄与するようになる。
しかし、磁束密度Ｂが小さくなる磁極の両端部ｅ１，ｅ２では、コイルの電流Ｉを大きくしても、力Ｆはさほど大きくならず、電流Ｉが回転トルクの上昇にさほど寄与しない。即ち、磁束密度Ｂが小さい磁極の両端部ｅ１，ｅ２でコイルの電流Ｉを大きくすると、電力の無駄が生じるようになる。
【０００５】
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り、本発明の技術的課題は、磁極に対するコイルの位置に応じてそのコイルに流れる電流を変化させ、電力の有効利用を図ることで、直流モータの効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、固定子側に設けられている複数の磁極と、位相を互いに一定角度だけずらした状態で電機子の外周面に装着されている複数のコイルと、前記各々のコイルがそれぞれ電気的に接続されている複数のセグメントからなる整流子と、前記固定子側に設けられており、前記整流子のセグメントに接触することで、前記各々のコイルに電源からの電力を供給可能な複数のブラシとを備える直流モータであって、前記磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢと、同じ磁極の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡとは、異なるブラシから電力が供給される構成であり、前記コイルＡに印加される電圧が前記コイルＢに印加される電圧よりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、磁極の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡに印加される電圧が、同じ磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢに印加される電圧よりも大きい。このため、コイルＡに流れる電流がコイルＢに流れる電流よりも大きくなる。即ち、所定の磁束密度が得られる磁極の中央部を通過するコイルＡに比較的大きな電流が流れるため、効率的に大きな力Ｆ（力Ｆ＝ＢＩＬ（Ｎ））を得ることができる。
一方、磁束密度が比較的小さい磁極の端部近傍を通過するコイルＢの電流は抑えられるため、電力の無駄が生じ難くなる。
このように、所定の磁束密度が得られる部位を通過するコイルの電流を大きくし、磁束密度の小さい部位を通過するコイルの電流を抑えることができるため、電力を効率的に利用でき、直流モータの効率向上を図ることができる。
【０００８】
請求項２の発明によると、各々の磁極に対応するブラシが三個以上存在し、前記磁極に対応する三個以上のブラシに対し、大きさの異なる電圧を印加可能に構成されている。
このため、磁極の円周方向における磁束分布に応じて適正な電流を各コイルに流せるようになる。
請求項３の発明によると、磁極の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡに電力を供給するブラシの幅角度が、同じ磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢに電力を供給するブラシの幅角度よりも大きく設定されている。
即ち、ブラシの幅角度の差分だけ、コイルＡに対してコイルＢよりも長時間電流を流せるようになる。
【０００９】
請求項４の発明によると、ブラシの位置を円周方向に調整可能な位置調整機構を備えている。このため、直流モータの性能を確保するための適正位置にブラシを位置決め可能となる。また、各ブラシの中心間取付け角度を適正値に調整可能となる。
請求項５の発明によると、ブラシと電源との間にはスイッチが設けられており、特定のブラシに電源電圧あるいは零ボルトを加えることが可能なように構成されている。このため、スイッチ操作で簡易的に直流モータの回転トルクや回転速度を変えることができるようになる。
【００１０】
請求項６の発明は、ブラシに印加する電圧の大きさを調整可能な電圧調整手段を備えている。このため、各々のコイルに対し、各コイルの位置に応じた適正な電流を流すことができるようになる。
請求項７の発明は、回転数を検知する回転数検知手段を有しており、前記回転数検知手段の回転数信号に基づいて電圧調整手段を作動させ、各々のブラシに印加する電圧の大きさを調整する。即ち、各々のブラシに印加する電圧の大きさを調整して、各々のコイルに流す電流を調節することにより、直流モータの回転数を制御することが可能になる。
請求項８の発明によると、磁極が極異方性の永久磁石により構成されている。このため、等方性の永久磁石を使用する場合のように、磁極を覆う筒状の導電性ヨークが不要になり、コスト低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、所定の磁束密度が得られる部位を通過するコイルの電流を大きくし、磁束密度が小さい部位を通過するコイルの電流を抑えることで、電力の有効利用が図れ、直流モータの効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
以下、図１から図７に基づいて本発明の実施形態１に係る直流モータの説明を行う。本実施形態に係る直流モータは自動車の燃料ポンプ等に使用されるモータであり、図１にこの直流モータのコイルと整流子セグメントとの結線状態及び電源回路を表す展開図が示されている。また、図２はコイルの位置と印加される電圧及びコイル電流との関係を表すグラフである。図３は直流モータのコイルと整流子セグメントとの結線状態を表す模式図、図４は整流子セグメントとブラシとの関係を表す模式図、図５は直流モータの磁極を表す模式図である。図６は直流モータの全体構成を表す模式図、図７は直流モータの電源回路の変更例を表す展開図である。
【００１３】
先ず、図６に基づいて、本実施形態に係る直流モータの概要を説明する。
本実施形態に係る直流モータ１０は、固定子２０と、回転体である電機子３０とを備えている。
固定子２０は、円筒状のハウジング２２を備えており、そのハウジング２２の軸方向両側に電機子３０の回転軸３２を支持するための軸受２３，２４が設けられている。また、ハウジング２２の内壁面２２ｅには、直流モータ１０の界磁を形成する4個の磁極２６が円周方向に隙間のない状態で固定されている。磁極２６は、円弧形をした一定厚み寸法の永久磁石により構成されており、Ｎ極、Ｓ極の各磁極２６が90°毎に互い違いになるように配置されている。
【００１４】
磁極２６に使用される永久磁石は極異方性の磁石である。
極異方性の永久磁石では、図５（Ｂ）に示すように、磁束が磁極２６の半径方向に形成されるだけではなく、隣り合う極性の異なる磁極２６間で磁束が円周方向にも形成される。一方、一般的な等方性の永久磁石では、図５（Ａ）に示すように、磁束が磁極２６の半径方向にしか形成されないため、一方の磁極２６の磁束を隣りの磁極２６まで導く（戻す）ために磁性体製のヨーク２７が必要になる。即ち、極異方性の永久磁石を使用することにより、磁性体製のヨーク２７が不要になり、コストの低減及び軽量化を図ることができる。
【００１５】
電機子３０は、図６に示すように、回転軸３２と、この回転軸３２の回りに同軸状態で設けられた電機子鉄心３４とを備えている。電機子鉄心３４の外周面には、軸方向に延びる溝状のスロット（図示省略）が円周方向に等間隔で複数本形成されている。本実施形態に係る電機子３０では、スロットは24本形成されている。即ち、前記スロットは、360°÷24＝15°の位相差で形成されている。
前記スロットは、コイルＣの導体を収納するための溝であり、一個のコイルＣで2本のスロットが使用される。即ち、電機子鉄心３４は、12個のコイルＣを一定角度（本実施形態では360°÷12＝30°）だけ位相をずらした状態で装着可能なように構成されている。コイルＣの一端側（進み位相側）の導体を収納するスロットと、他端側（遅れ位相側）の導体を収納するスロットとは、位相が90°近くずれるように構成されている。このため、コイルＣの一端側の導体が、例えば、Ｎ極からの磁束を受けている状態では、そのコイルＣの他端側の導体は、ほとんどＳ極からの磁束を受けるようになる。コイルＣの一端側（Ｎ極側）の導体を流れる電流と、そのコイルＣの他端側（Ｓ極側）の導体を流れる電流とは逆向きになるため、コイルＣの各導体はフレミングの法則により同方向の力を受けるようになる。
なお、コイルＣの一端側の導体を収納するスロットと他端側の導体を収納するスロットとは位相が90°近くずれているため、これらのスロットの間には別のコイルＣのスロットが4本配置されるようになる（図３参照）。
【００１６】
電機子３０に装着された各々のコイルＣの一端と他端とは、整流子３６を構成する各々のセグメント３６ｓに電気的に接続されている。
整流子３６は、図３の模式図に示すように、リング状に形成されており、互いに絶縁された複数個（本実施形態では24個）のセグメント３６ｓから構成されている。なお、No1〜No24セグメントが前述の各スロットに対応している。セグメント３６ｓは、各セグメント３６ｓの中心線の成す角が、360°÷24＝15°に設定されており、各セグメント３６ｓの円周方向の長さ寸法Ｌが互いに等しくなるように設定されている。また、各セグメントの円周方向の長さ寸法Ｌは、2πｒ×15°÷360°を超えない値に設定されている。ここで、「ｒ」は、整流子３６の半径である。
【００１７】
次に、各々のコイルＣと整流子３６のセグメント３６ｓとの具体的な接続状態について、図１、図３に基づいて説明する。
第１コイルＣ１の一端は、No22セグメントに接続されており、その第１コイルＣ１に対応する2本のスロット間に形成された鉄心部分に複数回巻かれた状態で、前記第１コイルＣ１の他端がNo3セグメントに接続されている。なお、図１、図３では、図を見易くするために、第１コイルＣ１が鉄心部分に回巻かれている状態は省略している。
第２コイルＣ２の一端は、No24セグメントに接続されており、その第２コイルＣ２用の2本のスロット間に形成された鉄心部分に複数回巻かれた状態で、前記第２コイルＣ２の他端がNo5セグメントに接続されている。
第３コイルＣ３の一端は、No2セグメントに接続されており、その第３コイルＣ３用の2本のスロット間に形成された鉄心部分に複数回巻かれた状態で、前記第３コイルＣ３の他端がNo7セグメントに接続されている。
同様に、第４コイルＣ４〜第１２コイルＣ１２の一端は、No4セグメント〜No20セグメントに一個おきに接続されており、対応する2本のスロット間に形成された鉄心部分に複数回巻かれた状態で、各コイルＣ４〜Ｃ１２の他端がNo9セグメント〜No1セグメントに同じく一個おきに接続されている。
【００１８】
即ち、第１コイルＣ１は、第１２コイルＣ１２が接続されるセグメント（No20、No1）から位相が30°遅れるセグメント（No22、No3）に接続される。第２コイルＣ２は、第１コイルＣ１が接続されるセグメント（No22、No3）から位相が30°遅れるセグメント（No24、No5）に接続される。第３コイルＣ３は、第２コイルＣ２が接続されるセグメント（No24、No5）から位相が30°遅れるセグメント（No2、No7）に接続される。
以下同様にして、第１２コイルＣ１２は、第１１コイルＣ１１が接続されるセグメント（No18、No23）から位相が30°遅れるセグメント（No20、No1）に接続される。
即ち、各々のコイルＣ１〜Ｃ１２は、番号が早い前隣りのコイルが接続されるセグメントから30°位相が遅れるセグメントに接続されている。
以下、第１コイルＣ１〜第１２コイルＣ１２を、単にコイルＣ１〜コイルＣ１２と記載することにする。
【００１９】
整流子３６の各セグメント３６ｓの外周面には、図４、図６に示すように、半径方向外側から複数のブラシ機構３８のブラシ３８ｂが接触可能なように構成されている。
ブラシ機構３８は、支持プレート３９及び位置調整プレート３８ｐによって、固定子２０のハウジング２２の内壁面２２ｅに固定されている。
ブラシ機構３８は、前記ブラシ３８ｂと、そのブラシ３８ｂを保持するブラシホルダ３８ｈと、ブラシ３８ｂをセグメント３６ｓの外周面に押し付けるためのスプリング３８ｓとから構成されている。
ブラシ機構３８は、各々の磁極２６に対応して3セットづつ設けられており、円周方向に等間隔で配置されている。即ち、4極×3セット＝12セットのブラシ機構３８が円周方向に30°間隔で設けられている。
【００２０】
具体的に、各々のＳ極のブラシ機構３８について考えると、それらのＳ極の円周方向における一端（Ｓ極の先端）２６ｅから15°右回転した位置にNo1ブラシ機構３８（Ｂ１）（No7ブラシ機構３８（Ｂ７））が配置されている。また、Ｓ極の先端２６ｅから45°右回転した位置（Ｓ極の中央位置）にNo2ブラシ機構３８（Ｂ２）（No8ブラシ機構３８（Ｂ８））が配置されており、75°右回転した位置にNo3ブラシ機構３８（Ｂ３）（No9ブラシ機構３８（Ｂ９））が配置されている。
同様に、各々のＮ極の円周方向における一端（Ｎ極の先端）２６ｅから15°右回転した位置にNo4ブラシ機構３８（Ｂ４）（No10ブラシ機構３８（Ｂ１０））が配置されており、45°右回転した位置にNo5ブラシ機構３８（Ｂ５）（No11ブラシ機構３８（Ｂ１１））が配置されている。また、Ｎ極の先端２６ｅから75°右回転した位置にNo6ブラシ機構３８（Ｂ６）（No12ブラシ機構３８（Ｂ１２））が配置されている。
【００２１】
各々のブラシ機構３８のブラシ３８ｂは、図１に示すように、電気回路４０に接続されている。
具体的には、各々のＳ極の先端２６ｅから15°右回転した位置にあるNo1ブラシ機構３８（Ｂ１）とNo7ブラシ機構３８（Ｂ７）とのブラシ３８ｂ（以下、ブラシＢ１、ブラシＢ７という）には、図１に示すように、Ｖ１ボルトの直流電圧が印加されるように構成されている。各々のＳ極の先端２６ｅから45°右回転した位置（Ｓ極の中央位置）にあるブラシＢ２，Ｂ８には、Ｖ２ボルトの直流電圧が印加されるように構成されている。各々のＳ極の先端２６ｅから75°右回転した位置にあるブラシＢ３，Ｂ９には、Ｖ３ボルトの直流電圧が印加されるように構成されている。
また、各々のＮ極の位置にあるブラシＢ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ１０，Ｂ１１，Ｂ１２は、電気回路４０のアース端子Ｅに接続されている。
【００２２】
各ブラシＢ１〜Ｂ１２の幅角度は互いに等しく設定されている。即ち、各ブラシＢ１〜Ｂ１２の円周方向における幅寸法Ｗ（以下、幅寸法Ｗという）は互いに等しく、各セグメントの円周方向における長さ寸法Ｌよりも小さく設定されている。これによって、電機子３０の回転中に一個のブラシは一個のセグメントあるいは二個のセグメントと接触するようになり、三個以上のセグメントと接触することはない。
また、前述のように、各ブラシＢ１〜Ｂ１２の位相差は30°に設定されているため、隣り合うブラシの中心間の距離は、セグメントの円周方向における長さ寸法Ｌのほぼ二倍に等しくなる。したがって、隣り合うブラシ間の隙間Ｔは、中心間の距離（2×Ｌ）からブラシの幅寸法Ｗを減じた値にほぼ等しくなる。ここで、ブラシの幅寸法Ｗは、セグメントの長さ寸法Ｌよりも小さいため、隣り合うブラシ間の隙間Ｔはセグメントの長さ寸法Ｌよりも大きくなる。このため、隣り合うブラシ間にセグメント間の絶縁部分が少なくとも一個存在するようになり、各ブラシＢ１〜Ｂ１２間で短絡等の不具合が発生することはない。
【００２３】
ブラシ機構３８は、1個の磁極２６に対応する3セット分が一枚の位置調整プレート３８ｐに固定されている。そして、3セットのブラシ機構３８を備える4組の位置調整プレート３８ｐが支持プレート３９の所定位置に取付けられている。各々の位置調整プレート３８ｐは支持プレート３９に対して円周方向に一定寸法だけ位置調整が可能なように、長孔３８ｅ及びネジ３８ｍを利用して、その支持プレート３９に取付けられる。このため、ブラシ機構３８を適正位置に位置決めできるようになる。
なお、個々のブラシ機構３８を位置調整プレート３８ｐに対して円周方向に位置調整可能なように取付ければ、各ブラシ機構３８の中心間取付け角度を適正値に調整できるようになる。
即ち、位置調整プレート３８ｐ、支持プレート３９及び長孔３８ｅ、ネジ３８ｍ等が本発明の位置調整機構に相当する。
【００２４】
次に、本実施形態に係る直流モータの動作説明を行う。
図１に示すように、各Ｓ極の先端２６ｅから15°右回転した位置（Ｓ極15°位置）にあるブラシＢ１、Ｂ７には電気回路４０によってＶ１ボルトの電圧が印加される。各Ｓ極の先端２６ｅから45°右回転した位置（Ｓ極中央位置）にあるブラシＢ２、Ｂ８にはＶ２ボルトの電圧が印加される。また、各Ｓ極の先端２６ｅから75°右回転した位置（Ｓ極75°位置）にあるブラシＢ３、Ｂ９にはＶ３ボルトの電圧が印加される。ここで、電圧Ｖ１＜電圧Ｖ２、電圧Ｖ３＜電圧Ｖ２に設定されており、Ｓ極中央位置にあるブラシＢ２、Ｂ８に最も大きな電圧が加えられる。
さらに、各Ｎ極の先端２６ｅから15°右回転した位置（Ｎ極15°位置）にあるブラシＢ４、Ｂ１０と、各Ｎ極の先端２６ｅから45°右回転した位置（Ｎ極中央位置）にあるブラシＢ５、Ｂ１１及び各Ｎ極の先端２６ｅから75°右回転した位置（Ｎ極75°位置）にあるブラシＢ６、Ｂ１２には、電気回路４０によって０ボルトの電圧が加えられる（アース端子Ｅに接続される）。
【００２５】
これによって、Ｓ極15°位置のブラシＢ１にNo23、No24セグメントを介して接続されているコイルＣ１１，Ｃ２には電圧Ｖ１が印加される。コイルＣ１１の他端はNo18セグメントを介してＮ極15°位置のブラシＢ４に接続されているため、そのコイルＣ１１には電圧Ｖ１に対応した電流Ｉａ（比較的小さな電流）が流れるようになる。コイルＣ２の他端はNo5セグメントを介してＮ極15°位置のブラシＢ１０に接続されているため、そのコイルＣ２にも同じく電圧Ｖ１に対応した電流Ｉａ（比較的小さな電流）が流れるようになる。
【００２６】
ここで、図３に示すように、コイルＣ１１の一端側（進み位相側）の導体はＮ極の先端２６ｅの近傍に位置（近傍を通過）しており、他端側（遅れ位相側）の導体はＳ極の先端２６ｅの近傍に位置（近傍を通過）している。また、コイルＣ２の一端側（進み位相側）の導体はＳ極の先端２６ｅの近傍に位置（近傍を通過）しており、他端側（遅れ位相側）の導体はＮ極の先端２６ｅの近傍に位置（近傍を通過）している。一般的に、磁極２６は、図５（Ｂ）等に示すように、円周方向にほぼ均等に所定の磁束密度Ｂｍが得られるように構成されているが、その両端部ｅ１,ｅ２では磁束密度が所定値Ｂｍよりも小さくなる。前述のように、磁束密度が小さくなる磁極２６の端部ｅ１，ｅ２ではコイルの電流を大きくしても、力Ｆがさほど大きくならず、電流が回転トルクの上昇にさほど寄与しない。このため、所定の磁束密度Ｂｍが得られない磁極２６の先端２６ｅ（ｅ１）の近傍を通過しているコイルＣ１１，Ｃ２の電流Ｉａを小さく抑えることで、電力の無駄が生じ難くなる。
なお、コイルＣ１１,Ｃ２のＮ極側の導体を流れる電流が戻り方向（手前向き）であるのに対し、そのコイルＣ１１,Ｃ２のＳ極側の導体を流れる電流が送り方向（奥向き）であるため、コイルＣ１１,Ｃ２の各導体はフレミングの法則により右回転方向の力を受けるようになる。
【００２７】
Ｓ極中央位置のブラシＢ２にNo21、No22セグメントを介して接続されているコイルＣ１０，Ｃ１には電圧Ｖ２（＞Ｖ１）が印加される。コイルＣ１０の他端はNo16セグメントを介してＮ極中央位置のブラシＢ５に接続されているため、そのコイルＣ１０には電圧Ｖ２（＞Ｖ１）に対応した電流Ｉｂ（比較的大きな電流）が流れるようになる。コイルＣ１の他端はNo3セグメントを介してＮ極中央位置のブラシＢ１１に接続されているため、そのコイルＣ１には同じく電圧Ｖ２に対応した電流Ｉｂ（比較的大きな電流）が流れるようになる。
【００２８】
図３に示すように、コイルＣ１０の一端側（進み位相側）の導体はＮ極の中央部の近傍に位置（近傍を通過）しており、他端側（遅れ位相側）の導体はＳ極の中央部の近傍に位置（近傍を通過）している。また、コイルＣ１の一端側（進み位相側）の導体はＳ極の中央部の近傍に位置（近傍を通過）しており、他端側（遅れ位相側）の導体はＮ極の中央部の近傍に位置（近傍を通過）している。このように、所定の磁束密度Ｂｍが得られる磁極２６の中央部の近傍を通過しているコイルＣ１０，Ｃ１の電流Ｉｂを大きくすることで、コイルＣ１０，Ｃ１の導体に加わる力（Ｆ＝ＢＩＬ（Ｎ））を効率的に増加させることが可能になる。
なお、コイルＣ１０,Ｃ１に流れる電流の向きは、コイルＣ１１,Ｃ２の場合と同じであるため、コイルＣ１０,Ｃ１の各導体はフレミングの法則により右回転方向の力を受けるようになる。
【００２９】
Ｓ極75°位置のブラシＢ３にNo19、No20セグメントを介して接続されているコイルＣ９，Ｃ１２には電圧Ｖ３（＜Ｖ２）が印加される。コイルＣ９の他端はNo14セグメントを介してＮ極75°位置のブラシＢ６に接続されているため、そのコイルＣ９には電圧Ｖ３（＜Ｖ２）に対応した電流Ｉｃ（比較的小さな電流）が流れるようになる。コイルＣ１２の他端はNo1セグメントを介してＮ極75°位置のブラシＢ１２に接続されているため、そのコイルＣ１２には同じく電圧Ｖ３に対応した電流Ｉｃ（比較的小さな電流）が流れるようになる。
図３に示すように、コイルＣ９の一端側（進み位相側）の導体はＮ極の後端２６ｕの近傍に位置（近傍を通過）しており、他端側（遅れ位相側）の導体はＳ極の後端２６ｕの近傍に位置（近傍を通過）している。コイルＣ１２の一端側（進み位相側）の導体はＳ極の後端２６ｕの近傍に位置（近傍を通過）しており、他端側（遅れ位相側）の導体はＮ極の後端２６ｕの近傍に位置（近傍を通過）している。このように、所定の磁束密度Ｂｍが得られ難い磁極２６の後端２６ｕ（ｅ２）の近傍を通過しているコイルＣ９，Ｃ１２の電流Ｉｃを抑えることで、電力の無駄が生じ難くなる。
なお、コイルＣ９,Ｃ１２に流れる電流の向きは、コイルＣ１１,Ｃ２の場合と同じであるため、コイルＣ９,Ｃ１２の各導体はフレミングの法則により右回転方向の力を受けるようになる。
【００３０】
Ｓ極15°位置のブラシＢ７にNo11、No12セグメントを介して接続されているコイルＣＣ５，Ｃ８には電圧Ｖ１が印加される。コイルＣ５，Ｃ８の場合も、前述のＳ極15°位置のブラシＢ１に接続されているコイルＣ１１，Ｃ２と全く同様に、比較的小さな電流Ｉａが流れるようになる。
Ｓ極中央位置のブラシＢ８にNo9、No10セグメントを介して接続されているコイルＣ４，Ｃ７には電圧Ｖ２が印加される。コイルＣ４，Ｃ７の場合も、前述のＳ極中央位置のブラシＢ２に接続されているコイルＣ１０，Ｃ１と全く同様に、比較的大きな電流Ｉｂが流れるようになる。
Ｓ極75°位置のブラシＢ９にNo7、No8セグメントを介して接続されているコイルＣ３，Ｃ６には電圧Ｖ３が印加される。コイルＣ３，Ｃ６の場合も、前述のＳ極75°位置のブラシＢ３に接続されているコイルＣ９，Ｃ１２と全く同様に、比較的小さな電流Ｉｃが流れるようになる。
このようにして、コイルＣ１〜コイルＣ１２の各導体が右回転方向の力を受けて電機子３０が右回転すると、その電機子が右回転する過程でコイルＣ１〜コイルＣ１２は、Ｓ極15°位置のブラシ（Ｂ１,Ｂ７）、Ｓ極中央位置のブラシ（Ｂ２,Ｂ８）、及びＳ極75°位置のブラシ（Ｂ３,Ｂ９）から順番に給電されるようになる。
【００３１】
このように、本実施形態に係る直流モータ１０によると、磁極２６の円周方向における中央部の近傍を通過しているコイルＡ（図１ではコイルＣ１０，Ｃ１）に印加される電圧が、同じ磁極の円周方向における端部の近傍を通過しているコイルＢ（図１ではコイルＣ１１，Ｃ２，Ｃ９，Ｃ１２）に印加される電圧よりも大きい値に設定されている。このため、コイルＡに流れる電流ＩｂがコイルＢに流れる電流Ｉａ，Ｉｃよりも大きくなる。即ち、所定の磁束密度Ｂｍが得られる磁極２６の中央部を通過するコイルＡに比較的大きな電流が流れるようになるため、効率的に大きな力Ｆ（力Ｆ＝ＢＩＬ（Ｎ））を得ることができる。一方、磁束密度が比較的小さい磁極２６の端部近傍を通過するコイルＢの電流は小さく抑えられるため、電力の無駄が生じ難くなる。
このように、所定の磁束密度Ｂｍが得られる部位を通過するコイルＡの電流を大きくし、磁束密度の小さい部位を通過するコイルＢの電流を抑えることができるため、電力を効率的に利用でき、直流モータの効率向上を図ることができる。
【００３２】
また、各々の磁極２６に対応するブラシが三個存在し、それらの磁極２６に対応する三個のブラシに対し、大きさの異なる電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が印加されるように構成されている。このため、磁極２６の円周方向における磁束分布に応じて適正な電流を各コイルＣ１〜Ｃ１２に流せるようになる。
また、本実施形態に係る直流モータ１０では、各々のブラシＢ１〜Ｂ１２の幅角度（円周方向における幅寸法Ｗ）を互いに等しく設定する例を示したが、磁極２６の中央位置にあるブラシ（Ｂ２,Ｂ５，Ｂ８，Ｂ１１）の幅寸法Ｗを、磁極２６の15°位置、75°位置にあるブラシ（Ｂ１２，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ９，Ｂ１０）の幅寸法Ｗよりも大きくしても良い。これにより、磁極２６の中央部の近傍を通過しているコイルＡに対し、磁極２６の端部の近傍を通過しているコイルＢよりもブラシの幅寸法Ｗの差分だけ長い時間電流を流せるようになる。
また、ブラシＢ１〜Ｂ１２の位置を円周方向に調整可能な位置調整機構を備えているため、直流モータ１０の性能を確保するための適正位置にブラシＢ１〜Ｂ１２を位置決め可能となる。さらに、各ブラシＢ１〜Ｂ１２の中心間取付け角度を適正値に調整可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態に係る直流モータ１０では、ブラシＢ１，Ｂ２，Ｂ３等に一定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を印加する例を示したが、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の大きさを、例えば、ＰＷＭ等を利用した電圧調整手段を用いて調整することも可能である。これによって、図２（Ｂ）の実線に示すように、最適な電流波形を維持することが可能になる。
また、回転数を検知する回転数検知手段を直流モータ１０に装着し、その回転数検知手段の回転数信号に基づいて前記電圧調整手段を作動させるようにしても良い。これによって、回転数に基づいて各々のコイルに流れる電流を調節できるようになり、直流モータの回転数制御が可能になる。
また、磁極２６に対応するブラシを、例えば、円周方向に5個設け（コイルの個数もブラシに対応して増設する）、図２（Ａ）の実線に示すように、各々のブラシに電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１をそれぞれ印加するような構成も可能である。これによって、前述の図２（Ｂ）の実線に示すように、磁極２６の両端部の近傍でコイルの電流を極力抑え、磁極２６の中央部でコイルの電流をスムーズに増大させることが可能になる。
【００３４】
また、図７に示すように、ブラシＢ１,Ｂ７と電源Ｖ１との間、ブラシＢ２,Ｂ８と電源Ｖ２との間、及びブラシＢ３,Ｂ９と電源Ｖ３との間にスイッチＳＷを設け、特定のブラシＢ１,Ｂ７, Ｂ２,Ｂ８, Ｂ３,Ｂ９に電源電圧あるいは零ボルトを加えられるように構成することも可能である。この構成により、スイッチＳＷ操作で簡易的に直流モータ１０の回転トルクや回転速度を変更することが可能になる。
なお、本実施形態では、4極の直流モータ１０を例示したが、磁極２６の極数は適宜変更可能である。
また、1極当あたりブラシを3個あるいは5個設ける例を示したが、コイル数やセグメント数に応じてブラシの個数も適宜変更可能である。
また、本実施形態では、コイルの巻線方法を分布巻きで例示しているが、集中巻きにしても同様に実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係る直流モータのコイルと整流子セグメントとの結線状態及び電源回路を表す展開図である。
【図２】コイルの位置（回転角度）と印加される電圧及びコイルの電流との関係を表すグラフである。
【図３】直流モータのコイルと整流子セグメントとの結線状態を表す模式図である。
【図４】整流子セグメントとブラシとの関係を表す模式図である。
【図５】直流モータの磁極を表す模式図（Ａ図、Ｂ図）である。
【図６】直流モータの全体構成を表す模式縦断面図である。
【図７】直流モータの電源回路の変更例を表す展開図である。
【図８】従来の直流モータのコイルと整流子セグメントとの結線状態及び電源回路を表す展開図である。
【図９】従来の直流モータのコイルと磁極との関係を表す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０          固定子
２６          磁極（Ｎ極、Ｓ極）
３０          電機子
３６          整流子
３６ｓ        セグメント
Ｃ１〜Ｃ１２  コイル
Ｂ１〜Ｂ１２  ブラシ
３８ｐ        位置調整プレート（位置調整機構）
３８ｅ        長孔（位置調整機構）
３８ｍ        ネジ（位置調整機構）
３９          支持プレート（位置調整機構）
【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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