(57)【要約】【課題】良好な整流波形を得ることができる直流モータを提供する。【解決手段】直流モータは、ヨーク１の内周面に配置された４極の永久磁石２を有するステータ３と、ｎ個のセグメント８がそれぞれ周方向に隙間Ｕを有して並設された整流子９と、ｎ個のティース１０を有する電機子コア１１と、周方向に隣り合うセグメント８に両端が接続され周方向に隣り合う２つのティース１０に渡って分布巻にて巻回された巻線１２と、整流子９に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシ５，６とを備える。陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、先端部の円弧長ＷｂがＷｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは整流子９の直径、Ｗｕは周方向に隣り合うセグメント８同士間の隙間Ｕの周方向距離）を満たす値に設定される。【選択図】図１
2007116814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状のヨークと該ヨークの内周面に配置された４極又は６極の永久磁石とを有するステータと、
回転軸に対して固定され、ｎ個のセグメントがそれぞれ周方向に隙間を有して並設された整流子と、
前記回転軸に対して固定され、前記ｎ個のティースを有する電機子コアと、
前記ティースに巻回された巻線と、
前記ステータに対して支持され、前記整流子に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシと
を備えた直流モータであって、
前記陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長Ｗｂは、
Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２
（但し、Ｄｃは前記整流子の直径、Ｗｕは周方向に隣り合う前記セグメント同士間の前記隙間の周方向距離）
を満たすように設定された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において、
前記巻線は、周方向に隣り合う２つの前記ティースに渡って分布巻にて巻回された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、陽極側及び陰極側ブラシを備えた直流モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流モータとしては、４極や６極等の永久磁石を有するステータを採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。このような直流モータでは、２極の永久磁石を有するものに比べて、同一体格で高トルク化を図ったり、同一トルクで体格の小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開平５−３３６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような直流モータでは、永久磁石が４極又は６極であるため、永久磁石が２極である場合に比べて、発生される誘起電圧の周期が短くなる（図６及び図７参照）。図６は、永久磁石を２極とした場合の角度−誘起電圧特性であり、図７は、永久磁石を４極とした場合の角度−誘起電圧特性である。
【０００４】
ここで、図６に示す特性の直流モータは全部で１２個のティースを有し巻線が周方向に並ぶ４つのティースに渡って分布巻にて巻回されている。これに対し、図７に示す特性の直流モータは全部で１２個のティースを有し巻線が周方向に隣り合う２つのティースに渡って分布巻にて巻回されており（巻線ピッチが短く）１コイル（一巻き）当たりの磁束量が少ないので、出力を２極のものと同一トルクとすべく巻線の巻数を２極のものに比べて多く（ほぼ２倍に）している。よって、このような場合、永久磁石が２極である場合に比べて、巻数と比例して大きくなる誘起電圧Ｅ（その振幅）が大きくなる（図６及び図７参照）。よって、特に上記したような場合に、永久磁石が２極である場合（図６参照）に比べて、整流区間Ｓ内での誘起電圧Ｅの変化量が大幅に大きくなり、図８に示すように整流波形Ｚが前記誘起電圧Ｅの影響を受けて、良好な整流波形Ｚを得ることができない（急激な電流の変化を生じてしまう）という問題がある。このことは、陽極側及び陰極側ブラシの火花発生による異常摩耗や、騒音や電磁ノイズの発生の原因となる。尚、図６及び図７に示す特性の直流モータでは、陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長をセグメントの円弧長と略同じに設定している。又、図９は、永久磁石を６極とした場合の角度−電流特性であり、４極とした場合（図８参照）と同様の問題が発生してしまう。
【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って、その目的は、良好な整流波形を得ることができる直流モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、略円筒状のヨークと該ヨークの内周面に配置された４極又は６極の永久磁石とを有するステータと、回転軸に対して固定され、ｎ個のセグメントがそれぞれ周方向に隙間を有して並設された整流子と、前記回転軸に対して固定され、前記ｎ個のティースを有する電機子コアと、前記ティースに巻回された巻線と、前記ステータに対して支持され、前記整流子に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシとを備えた直流モータであって、前記陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長Ｗｂは、Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは前記整流子の直径、Ｗｕは周方向に隣り合う前記セグメント同士間の前記隙間の周方向距離）を満たすように設定された。
【０００７】
同構成によれば、永久磁石が４極又は６極であるため、永久磁石が２極である場合に比べて、発生される誘起電圧の周期が短くなる。又、陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長ＷｂはＷｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは整流子の直径、Ｗｕは周方向に隣り合うセグメント同士間の隙間の周方向距離）を満たすように設定されるため、従来（例えば、円弧長Ｗｂをセグメントの円弧長と略同じとした場合）に比べて、整流区間が短くなる。よって、従来（例えば、円弧長Ｗｂをセグメントの円弧長と略同じとした場合）に比べて、整流区間内での誘起電圧の変化量が小さくなり、整流波形が誘起電圧の影響を受け難くなり、良好な整流波形を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の直流モータにおいて、前記巻線は、周方向に隣り合う２つの前記ティースに渡って分布巻にて巻回された。
同構成によれば、永久磁石が２極で巻線が周方向に並ぶ４つのティースに渡って分布巻にて巻回される直流モータと比べて、巻線の巻数が多くなり誘起電圧（その振幅）が大きくなるが、このような直流モータにおいて、従来に比べて整流区間が短くなるため、良好な整流波形を得ることができるという効果が顕著となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、良好な整流波形を得ることができる直流モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。図１に示すように、直流モータは、略円筒状のヨーク１と該ヨーク１の内周面に固着されて配置された４極の永久磁石２とを有するステータ３と、そのステータ３の内側で回転可能に支持されたロータ４と、ステータ３に対して支持された陽極側及び陰極側ブラシ５，６とを備える。
【００１１】
ロータ４は、回転軸７と、その回転軸７に固定されセグメント８がそれぞれ周方向に隙間Ｕを有して並設された整流子９と、同じく回転軸７に対して固定され放射状に延びるティース１０を有する電機子コア１１と、前記ティース１０に巻回された巻線１２とを備える。
【００１２】
セグメント８は少なくとも永久磁石２の数（４個）以上であるｎ個であって、本実施の形態では１２個設けられている。尚、前記隙間Ｕは、セグメント８を径方向内側で支持する樹脂部１３まで達する溝（アンダーカット）にて形成され、全て同じ大きさ（周方向幅）に等角度間隔で形成されている。又、勿論、各セグメント８においても全て同じ大きさ（周方向幅）に形成されている。
【００１３】
ティース１０は、前記ｎ個であって、本実施の形態では１２個設けられている。巻線１２は、その両端が周方向に隣り合うセグメント８に接続され、周方向に隣り合う２つのティース１０に渡って分布巻にて巻回されている。尚、図１では、巻線１２を模式的に図示している。
【００１４】
陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、交互に２つずつ、即ち全部で４つ周方向に等角度（９０°）間隔で設けられている。陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、ステータ３に対して保持された図示しないブラシホルダに保持され、図示しないバネ等の付勢手段により径方向内側端部となる先端部が前記整流子９に押圧接触されている。そして、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、図示しない電源装置に対して電気的に接続されることになり、整流子９を介して巻線１２に駆動電流を供給することになる。
【００１５】
ここで、本実施の形態では、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、
Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは整流子９の直径、Ｗｕは周方向に隣り合うセグメント８同士間の隙間Ｕの周方向距離）
を満たす値であって、本実施の形態では（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２と同じ値に設定されている（図２参照）。
【００１６】
言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシ５，６が整流子９に接触する回転軸７を中心とした角度θｂは、
θｂ≦（３６０°／ｎ＋θｕ）／２（但し、θｕは周方向に隣り合うセグメント８同士間の隙間Ｕの回転軸７を中心とした角度）
を満たす値であって、本実施の形態では（３６０°／ｎ＋θｕ）／２と同じ値に設定されている。
【００１７】
更に言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、図３に示すように、本実施の形態の直流モータで発生される誘起電圧Ｅにおける振幅Ａの半分の範囲Ａ／２（それと対応した角度）以内で整流区間Ｓが収まるように設定されている。
【００１８】
又、本実施の形態の陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、
Ｗｂ≧（（Ｄｃ×π）／ｎ−Ｗｕ）／３
即ちセグメント８の円弧長の１／３以上を満たすように設定されている。尚、Ｗｂ≧（（Ｄｃ×π）／ｎ−Ｗｕ）／３は、最低限度の整流区間、即ち陽極側及び陰極側ブラシ５，６で火花が発生しない値まで継時的に電流を低下させることができる整流区間を確保可能とするための条件である。
【００１９】
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）永久磁石２が４極であるため、２極の永久磁石を有するものに比べて、同一体格で高トルク化を図ったり、同一トルクで体格の小型化を図ることができる。又、永久磁石２が４極であるため、永久磁石が２極である場合に比べて、発生される誘起電圧Ｅの周期が短くなる。又、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長ＷｂはＷｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは整流子の直径、Ｗｕは周方向に隣り合うセグメント同士間の隙間の周方向距離）を満たすように設定されるため、従来（円弧長Ｗｂをセグメント８の円弧長と略同じとした場合であって図７参照）に比べて、整流区間Ｓが短くなる。よって、従来（円弧長Ｗｂをセグメント８の円弧長と略同じとした場合であって図７参照）に比べて、整流区間Ｓ内での誘起電圧Ｅの変化量が小さくなり、図４に示すように整流波形Ｚが誘起電圧Ｅの影響を受け難くなり、良好な整流波形Ｚを得ることができる。その結果、例えば、陽極側及び陰極側ブラシ５，６の火花発生による異常摩耗や、騒音や電磁ノイズの発生を低減することができる。
【００２０】
言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、発生される誘起電圧Ｅにおける振幅Ａの半分の範囲Ａ／２（それと対応した角度）以内で整流区間Ｓが収まるように設定される（図３参照）ため、従来（図７参照）に比べて整流区間Ｓが短くなる。よって、従来（例えば図７参照）に比べて、整流区間Ｓ内での誘起電圧Ｅの変化量が小さくなり、図４に示すように整流波形Ｚが誘起電圧Ｅの影響を受け難くなり、良好な整流波形Ｚを得ることができる。
【００２１】
（２）巻線１２は、周方向に隣り合う２つのティース１０に渡って分布巻にて巻回され、永久磁石が２極で巻線が周方向に並ぶ４つのティースに渡って分布巻にて巻回される直流モータと比べて、巻線１２の巻数が多くなり誘起電圧Ｅ（その振幅Ａ）が大きくなる。このような直流モータにおいて、従来に比べて整流区間Ｓが短くなるため、良好な整流波形Ｚを得ることができるという効果が顕著となる。
【００２２】
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、交互に２つずつ、即ち全部で４つ周方向に等角度（９０°）間隔で設けられるとしたが、これに限定されず、陽極側及び陰極側ブラシの数を変更してもよいし、配置箇所（間隔）を変更してもよい。
【００２３】
例えば、図５に示すように変更してもよい。この例の整流子２１では、１８０°離間したセグメント８同士が短絡されている。そして、陽極側及び陰極側ブラシ２２，２３は、９０°離間して１つずつ、即ち全部で２つ設けられている。尚、図５中では、セグメント８同士を短絡する短絡部材２４を模式的に図示している。又、陽極側及び陰極側ブラシ２２，２３の形状（円弧長Ｗｂを含む）は、上記実施の形態の陽極側及び陰極側ブラシ５，６と同様に設定されている。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
・上記実施の形態では、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２と同じ値に設定されるとしたが、Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／ｎ＋Ｗｕ）／２を満たす値であれば変更してもよい。
【００２５】
・上記実施の形態では、永久磁石２は４極設けられるとしたが、６極に変更してもよい。このようにしても上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。尚、この場合、陽極側及び陰極側ブラシ５，６を、交互に３つずつ、即ち全部で６つ周方向に等角度（６０°）間隔で設ける。又、セグメント８及びティース１０は１２個設けられるとしたが、少なくとも永久磁石２の数以上の他の数に変更してもよい。
【００２６】
・上記実施の形態では、巻線１２は、その両端が周方向に隣り合うセグメント８に接続されるとしたが、両端が周方向に隣り合わない（即ち、離間した）セグメント８に接続されるものとしてもよい。
【００２７】
・上記実施の形態では、巻線１２は、複数のティース１０に渡って分布巻にて巻回されるとしたが、１つのティースに集中巻にて巻回されるものとしてもよい。
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００２８】
（イ）請求項１又は２に記載の直流モータにおいて、前記セグメント及び前記ティースが１２個（ｎ＝１２）設けられたことを特徴とする直流モータ。
同構成によれば、セグメント及びティースが１２個（ｎ＝１２）設けられた直流モータにおいて、請求項１又は２に記載の発明の効果を得ることができる。
【００２９】
（ロ）請求項１、２及び上記（イ）のいずれか１つに記載の直流モータにおいて、前記永久磁石が４極の場合、前記陽極側及び陰極側ブラシは２つずつ設けられ、前記永久磁石が６極の場合、前記陽極側及び陰極側ブラシは３つずつ設けられたことを特徴とする直流モータ。
【００３０】
同構成によれば、永久磁石が４極の場合、前記陽極側及び陰極側ブラシは２つずつ設けられ、前記永久磁石が６極の場合、前記陽極側及び陰極側ブラシは３つずつ設けられた直流モータにおいて、請求項１、２及び上記（イ）のいずれか１つに記載の発明の効果を得ることができる。
【００３１】
（ハ）請求項１、２及び上記（イ）のいずれか１つに記載の直流モータにおいて、前記陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長Ｗｂは、Ｗｂ≧（（Ｄｃ×π）／ｎ−Ｗｕ）／３を満たすように設定されたことを特徴とする直流モータ。
【００３２】
同構成によれば、陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長Ｗｂは、Ｗｂ≧（（Ｄｃ×π）／ｎ−Ｗｕ）／３を満たすように設定されるため、最低限度の整流区間、即ち火花が発生しない値まで継時的に電流を低下させることができる整流区間を確保することができる。
【００３３】
（ニ）略円筒状のヨークと該ヨークの内周面に配置された４極又は６極の永久磁石とを有するステータと、回転軸に対して固定され、ｎ個のセグメントがそれぞれ周方向に隙間を有して並設された整流子と、前記回転軸に対して固定され、前記ｎ個のティースを有する電機子コアと、前記ティースに巻回された巻線と、前記ステータに対して支持され、前記整流子に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシとを備えた直流モータであって、前記陽極側及び陰極側ブラシが前記整流子に接触する前記回転軸を中心とした角度θｂは、θｂ≦（３６０°／ｎ＋θｕ）／２（但し、θｕは周方向に隣り合う前記セグメント同士間の前記隙間の回転軸を中心とした角度）を満たすように設定されたことを特徴とする直流モータ。
【００３４】
同構成によれば、請求項１に記載の発明の効果と同様の効果を得ることができる。
（ホ）略円筒状のヨークと該ヨークの内周面に配置された４極又は６極の永久磁石とを有するステータと、回転軸に対して固定され、ｎ個のセグメントがそれぞれ周方向に隙間を有して並設された整流子と、前記回転軸に対して固定され、前記ｎ個のティースを有する電機子コアと、前記ティースに巻回された巻線と、前記ステータに対して支持され、前記整流子に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシとを備えた直流モータであって、前記陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長は、発生される誘起電圧における振幅の半分の範囲以内が整流区間となるように設定されたことを特徴とする直流モータ。
【００３５】
同構成によれば、永久磁石が４極又は６極であるため、永久磁石が２極である場合に比べて、発生される誘起電圧の周期が短くなる。そして、陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長は、発生される誘起電圧における振幅の半分の範囲以内が整流区間となるように設定される（図３参照）ため、従来（例えば図７参照）に比べて整流区間が短くなる。よって、従来（例えば図７参照）に比べて、整流区間内での誘起電圧の変化量が小さくなり、整流波形が誘起電圧の影響を受け難くなり、良好な整流波形を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態における直流モータの概略構成図。
【図２】本実施の形態における陽極側及び陰極側ブラシを説明するための模式図。
【図３】本実施の形態における角度−誘起電圧特性。
【図４】本実施の形態における整流波形を示す角度−電流特性図。
【図５】別例における直流モータの概略構成図。
【図６】永久磁石を２極とした場合の角度−誘起電圧特性図。
【図７】永久磁石を４極とした場合の角度−誘起電圧特性図。
【図８】従来技術で永久磁石を４極とした場合の整流波形を示す角度−電流特性図。
【図９】従来技術で永久磁石を６極とした場合の整流波形を示す角度−電流特性図。
【符号の説明】
【００３７】
１…ヨーク、２…永久磁石、３…ステータ、５，６，２２，２３…陽極側及び陰極側ブラシ、７…回転軸、８…セグメント、９，２１…整流子、１０…ティース、１１…電機子コア、１２…巻線、Ｄｃ…整流子の直径、ｎ…セグメント及びティースの数、Ｕ…隙間、Ｗｂ…円弧長、Ｗｕ…周方向距離。
【図１】
2007116814.tif 000003
【図２】
2007116814.tif 000004
【図３】
2007116814.tif 000005
【図４】
2007116814.tif 000006
【図５】
2007116814.tif 000007
【図６】
2007116814.tif 000008
【図７】
2007116814.tif 000009
【図８】
2007116814.tif 000010
【図９】
2007116814.tif 000011