(57)【要約】【課題】簡易な構成で効率のよいモータを実現する。【解決手段】モータ１０は、ロータ１６の回転軸に固定されたコミテータ２０と、コミテータに摺動し、ロータを正方向に回転させるときにコイルに電流を供給する一対の正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂと、コミテータ２０に摺動し、ロータを逆方向に回転させるときにコイルに通電する電流を供給する一対の逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂと、電源から供給される電流を一対の正回転用ブラシまたは一対の逆回転用ブラシのいずれかに通電するための制御部２８と、を備える。制御部２８は、ロータが正方向に回転している場合には、逆回転用ブラシを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されており、ロータが逆方向に回転している場合には、正回転用ブラシを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されている。【選択図】図１
2016086526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットと、
前記マグネットに対向して配置され、コイルを有するロータと、
前記ロータの回転軸に固定されたコミテータと、
前記コミテータに摺動し、前記ロータを正方向に回転させるときに前記コイルに電流を供給する一対の正回転用ブラシと、
前記コミテータに摺動し、前記ロータを逆方向に回転させるときに前記コイルに通電する電流を供給する一対の逆回転用ブラシと、
電源から供給される電流を前記一対の正回転用ブラシまたは前記一対の逆回転用ブラシのいずれかに通電するための制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ロータが正方向に回転している場合には、前記逆回転用ブラシを介して前記コイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されており、
前記ロータが逆方向に回転している場合には、前記正回転用ブラシを介して前記コイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されている、
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記一対の正回転用ブラシは、ロータが正方向に回転している場合に前記コミテータと接触する位置が進角側となるように配置されており、
前記一対の逆回転用ブラシは、ロータが逆方向に回転している場合に前記コミテータと接触する位置が進角側となるように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記制御部は、
前記一対の正回転用ブラシへの通電の際に接続される一対の第１スイッチと、
前記一対の逆回転用ブラシへの通電の際に接続される一対の第２スイッチと、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシ付きモータは、ブラシと整流子とによる電気の整流で連続的な回転が可能となる。このようなモータは、電気の流れが切り替わるタイミングで、ブラシと整流子との間で火花が発生すると、電気ノイズの発生やブラシの損耗の原因となる。そのため、火花の発生を防止するために種々の技術が考案されている。例えば、モータの内部や外部に、ノイズ消去素子としてバリスタ、コンデンサ、チョークコイル等を取り付けたものが考案されている。
【０００３】
また、一対の主ブラシに加えて、主ブラシに隣接して整流子の回転方向前方側に配置された補助ブラシが設けられた小型直流電動機が考案されている（特許文献１参照）。この電動機は、補助ブラシを半導体整流素子を介して電源に接続し、主ブラシと整流子片との離脱時に生じる誘起電圧を半導体整流素子を介して逃がすようにしたものである。
【０００４】
また、ロータが整流子をもつブラシ付きモータにおいて、整流時に発生する残留磁気エネルギーを有効に回収するための考案もなされている（特許文献２参照）。このモータは、一つの主ブラシに対して二つの補助ブラシを設けることで、正逆両回転において相コイルの残留磁気エネルギーを回生することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６１−５８８７２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で効率のよいモータを実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータは、マグネットと、マグネットに対向して配置され、コイルを有するロータと、ロータの回転軸に固定されたコミテータと、コミテータに摺動し、ロータを正方向に回転させるときにコイルに電流を供給する一対の正回転用ブラシと、コミテータに摺動し、ロータを逆方向に回転させるときにコイルに通電する電流を供給する一対の逆回転用ブラシと、電源から供給される電流を一対の正回転用ブラシまたは一対の逆回転用ブラシのいずれかに通電するための制御部と、を備える。制御部は、ロータが正方向に回転している場合には、逆回転用ブラシを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されており、ロータが逆方向に回転している場合には、正回転用ブラシを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されている。
【０００８】
この態様によると、正回転においては逆回転用ブラシを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流させることができ、逆回転においては正回転用ブラシを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流させることができる。そのため、正逆の回転用ブラシとは別に残留磁気エネルギーを還流するためのブラシを設ける必要がなく、簡易な構成で効率のよいモータを実現できる。
【０００９】
一対の正回転用ブラシは、ロータが正方向に回転している場合にコミテータと接触する位置が進角側となるように配置されていてもよい。また、一対の逆回転用ブラシは、ロータが逆方向に回転している場合にコミテータと接触する位置が進角側となるように配置されていてもよい。これにより、更に効率のよいモータを実現できる。
【００１０】
制御部は、一対の正回転用ブラシへの通電の際に接続される一対の第１スイッチと、一対の逆回転用ブラシへの通電の際に接続される一対の第２スイッチと、を有してもよい。これにより、第１スイッチや第２スイッチの開閉状態を制御することで正回転と逆回転とを簡易に切り換えることができる。
【００１１】
第１スイッチおよび第２スイッチのそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴで構成されていてもよい。これにより、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介して、コイルの残留磁気エネルギーを還流させることができる。また、別途ダイオードを設ける必要がなくなり、更なる省スペース化、低コスト化が図られる。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を部品、製造方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成で効率のよいモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係るモータの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すモータが正回転（時計回り）動作した場合の各コイルにおける鎖交磁束の変化と、各コミテータ片と各ブラシとの接触状態を説明するための図である。
【図３】回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。
【図４】基準位置に対するブラシの配置を説明するための図である。
【図５】第２の実施の形態に係るロータの概略構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る制御部を示す図である。
【図７】スイッチの切り換え前後での電流経路を説明するための模式図である。
【図８】第３の実施の形態に係るモータに用いられる制御部を示す図である。
【図９】第３の実施の形態に係るロータを正回転駆動させた場合に、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。
【図１０】第４の実施の形態に係るＤＣモータにおいて、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。
【図１１】第５の実施の形態に係るＤＣモータにおいて、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。
【図１２】第６の実施の形態に係るＤＣモータにおいて、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。
【図１３】第７の実施の形態に係る制御部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るモータの概略構成を示す模式図である。図１に示すモータ１０は、ブラシ付きの２極３溝のＤＣモータである。モータ１０は、環状に配置された円弧状の一対のマグネット１２と、マグネット１２の内周側に配置され、コイル１４を有するロータ１６と、ロータ１６の回転軸１８に固定されたコミテータ２０と、コミテータ２０の外周面に摺動し、ロータを正方向（図１に示す時計回り）に回転させるときにコイル１４に電流を供給する一対の正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂと、コミテータ２０の外周面に摺動し、ロータ１６を逆方向（図１に示す反時計回り）に回転させるときにコイル１４に通電する電流を供給する一対の逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂと、電源２６から供給される電流を一対の正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂまたは一対の逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂのいずれかに通電するための制御部２８と、を備える。
【００１７】
コイル１４は、Ｕ相コイル１４ａ、Ｖ相コイル１４ｂおよびＷ相コイル１４ｃを有する。また、コミテータ２０は、Ｕ相コイル１４ａおよびＶ相コイル１４ｂと導通するコミテータ片２０ｃと、Ｖ相コイル１４ｂおよびＷ相コイル１４ｃと導通するコミテータ片２０ａと、Ｗ相コイル１４ｃおよびＵ相コイル１４ａと導通するコミテータ片２０ｂと、を有する。コミテータ片２０ａ〜２０ｃは、それぞれ円弧状であり、全体としてリング状のコミテータ２０を構成する。
【００１８】
制御部２８は、電源２６のプラス端子と正回転用ブラシ２２ａとの間に接続された第１スイッチ３０ａと、電源２６のマイナス端子と正回転用ブラシ２２ｂとの間に接続された第１スイッチ３０ｂと、電源２６のプラス端子と逆回転用ブラシ２４ａとの間に接続された第２スイッチ３２ａと、電源２６のマイナス端子と逆回転用ブラシ２４ｂとの間に接続された第２スイッチ３２ｂと、を有する。本実施の形態に係る第１スイッチ３０ａ，３０ｂおよび第２スイッチ３２ａ，３２ｂのそれぞれは、ＭＯＳＦＥＴで構成されている。また、制御部２８は、電源２６と並列に配置されたキャパシタ３４を有する。キャパシタ３４は、後述する残留磁気エネルギーが還流したときに、その一部を蓄える役割を担う。
【００１９】
図２は、図１に示すモータが正回転（時計回り）動作した場合の各コイルにおける鎖交磁束の変化と、各コミテータ片と各ブラシとの接触状態を説明するための図である。横軸はロータの回転角度（機械角＝電気角）である。また、鎖交磁束のグラフの縦軸は相対強度であり、各コミテータ片の接触を示すグラフの縦軸は、プラス側またはマイナス側の各ブラシとの接触の有無を示すものである。なお、本実施の形態に係るモータの磁極は２極であるため、電気角＝機械角である。
【００２０】
図３は、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。図３において、モータを正回転（時計回り：矢印Ｒ方向）で駆動する場合、制御部２８において第１スイッチ３０ａ，３０ｂをＯＮにし、第２スイッチ３２ａ，３２ｂをＯＦＦとする。ロータの回転角度が０°の場合、コミテータ片２０ｃには正回転用ブラシ２２ｂおよび逆回転用ブラシ２４ａが接触し、コミテータ片２０ｂには正回転用ブラシ２２ａおよび逆回転用ブラシ２４ｂが接触している。この場合、電源２６のプラス端子から供給された電流は、正回転用ブラシ２２ａからコミテータ片２０ｂを介してＷ相コイル１４ｃおよびＶ相コイル１４ｂを通過し、および、コミテータ片２０ｂを介してＵ相コイル１４ａを通過し、正回転用ブラシ２２ｂから電源２６のマイナス端子へと流れる。これにより、ロータに正回転方向の駆動力が働き、ロータが回転する。
【００２１】
次に、ロータの回転角度が１５°になると、コミテータ片２０ｃには正回転用ブラシ２２ｂおよび逆回転用ブラシ２４ａが接触し、コミテータ片２０ｂには逆回転用ブラシ２４ｂが接触している。ただし、正回転用ブラシ２２ａは、コミテータ片２０ａとコミテータ片２０ｂとをブリッジしている。この場合、正回転用ブラシ２２ａから供給された電流は、Ｖ相コイル１４ｂまたはＵ相コイル１４ａを通過して正回転用ブラシ２２ｂから電源２６へと流れる。一方、Ｗ相コイル１４ｃには電源電圧が印加されず、残留磁気エネルギーが還流する。
【００２２】
更にロータが回転すると、コミテータ片２０ａとコミテータ片２０ｂとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ａは、コミテータ片２０ｂから離れコミテータ片２０ａのみと接触することとなる（回転角度３０°）。その際、Ｗ相コイル１４ｃにたまっていた残留磁気エネルギーは、Ｖ相コイル１４ｂ、正回転用ブラシ２２ｂ、第１スイッチ３０ｂを通って第２スイッチ３２ｂに到達し、第２スイッチ３２ｂの寄生ダイオードを通り逆回転用ブラシ２４ｂからＷ相コイル１４ｃのマイナス側に還流される。つまり、残留磁気エネルギーがＷ相コイル１４ｃやＶ相コイル１４ｂを励起する。
【００２３】
次に、ロータの回転角度が４５°になると、逆回転用ブラシ２４ｂがコミテータ片２０ａとコミテータ片２０ｂとをブリッジするが、この場合、正回転用ブラシ２２ａから供給された電流は各コイルや各コミテータ片に沿って図示された矢印のように流れ、残留磁気エネルギーの還流はない。また、ロータの回転角度が６０°になると、逆回転用ブラシ２４ｂはコミテータ片２０ａにのみ接触するようになるため、この状態でも残留磁気エネルギーの還流はない。
【００２４】
次に、ロータの回転角度が７５°になると、コミテータ片２０ａには正回転用ブラシ２２ａおよび逆回転用ブラシ２４ｂが接触し、コミテータ片２０ｃには逆回転用ブラシ２４ａが接触している。ただし、正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｂとコミテータ片２０ｃとをブリッジしている。この場合、正回転用ブラシ２２ａから供給された電流は、Ｗ相コイル１４ｃまたはＶ相コイル１４ｂを通過して正回転用ブラシ２２ｂから電源２６へと流れる。一方、Ｕ相コイル１４ａには電源電圧が印加されず、残留磁気エネルギーが還流する。
【００２５】
更にロータが回転すると、コミテータ片２０ｂとコミテータ片２０ｃとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｂのみと接触することとなる（回転角度９０°）、その際、Ｕ相コイル１４ａにたまっていた残留磁気エネルギーは、逆回転用ブラシ２４ａを通って第２スイッチ３２ａに到達し、第２スイッチ３２ａの寄生ダイオードを通り、正回転用ブラシ２２ａ、Ｗ相コイル１４ｃを通り、Ｕ相コイル１４ａのマイナス側に還流される。つまり、残留磁気エネルギーがＷ相コイル１４ｃやＵ相コイル１４ａを励起する。次に、ロータの回転角度が１０５°になると、逆回転用ブラシ２４ａがコミテータ片２０ｂとコミテータ片２０ｃとをブリッジするが、この場合、正回転用ブラシ２２ａから供給された電流は各コイルや各コミテータ片に沿って図示された矢印のように流れ、残留磁気エネルギーの還流はない。
なお、前述の残留磁気エネルギーの還流現象は、ロータの回転角度が１３５°〜１５０°、１９５°〜２１０°、２５５°〜２７０°、３１５°〜３３０°の近傍でも生じる。また、モータが逆回転する場合も同様である。
【００２６】
このように、制御部２８は、ロータが正方向に回転している場合には、逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されている。また、制御部２８は、ロータが逆方向に回転している場合には、正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流できるように構成されている。
【００２７】
その結果、本実施の形態に係るモータ１０においては、ロータが一回転する間のあるタイミングにおいて、残留磁気エネルギーによってコイルを励起できるため、モータの効率を向上できる。また、正回転においては逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流させることができ、逆回転においては正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂを介してコイルの残留磁気エネルギーを還流させることができる。そのため、正逆の回転用ブラシとは別に残留磁気エネルギーを還流するためのブラシを設ける必要がなく、簡易な構成で効率のよいモータを実現できる。
【００２８】
また本実施の形態に係るモータは、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介して、コイルの残留磁気エネルギーを還流させることができるため、ＭＯＳＦＥＴとは別部品のダイオードを設ける必要がなくなり、更なる省スペース化、低コスト化が図られる。
【００２９】
また、制御部２８は、一対の正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂへの通電の際に接続される一対の第１スイッチ３０ａ，３０ｂと、一対の逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂへの通電の際に接続される一対の第２スイッチ３２ａ，３２ｂと、を有している。これにより、第１スイッチ３０ａ，３０ｂや第２スイッチ３２ａ，３２ｂの開閉状態を制御することで正回転と逆回転とを簡易に切り換えることができる。
【００３０】
（ブラシの配置）
次に、各ブラシの好適な配置について説明する。図４は、基準位置に対するブラシの配置を説明するための図である。
【００３１】
図４に示すように、正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂと逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂは、ブラシの中性位置を示す基準線Ｌ（マグネットの磁界にほぼ平行）を挟んで対向するように配置されている。正回転において前述の残留磁気エネルギーを還流（回生）している時間は、例えば、コミテータ片２０ａとコミテータ片２０ｂとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ａがコミテータ片２０ｂから離れてから、逆回転用ブラシ２４ｂがコミテータ片２０ｂと接触しなくなるまでの時間である。
【００３２】
そのため、互いに隣接する正回転用ブラシ２２ａ（２２ｂ）と逆回転用ブラシ２４ｂ（２４ａ）とが回転軸を中心に成す角度αが小さいと、残留磁気エネルギーを十分回生するための時間が得られない場合がある。したがって、成す角度αは、コイル構成や駆動電流の大きさに応じて求められる残留磁気エネルギーを十分回生するための時間や、ロータの回転数等から算出された下限値以上であればよい。残留磁気エネルギーを十分回生するための時間とは、例えば、残留磁気エネルギーの９０％以上、好ましくは９５％以上を回生するために必要な時間ということができる。
【００３３】
また、成す角αが大きいと、逆回転用ブラシ２４ａ（２４ｂ）と正回転用ブラシ２２ａ（２２ｂ）とが共通のコミテータ片（例えば、図４に示すコミテータ片２０ａ）と接触することになり、ショートすることになる。したがって、３つのコミテータ片を有するモータ１０では、成す角度α≦６０°を満たすように各ブラシが配置されている。
【００３４】
更に、一対の正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂは、ロータ１６が正方向に回転している場合にコミテータ２０と接触する位置が進角側となるように配置されている。また、一対の逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂは、ロータ１６が逆方向に回転している場合にコミテータ２０と接触する位置が進角側となるように配置されている。これにより、電機子反作用による遅れ角を相殺することができ、正逆両回転において更に効率のよいモータを実現できる。ただし、過度に進角にすると、効率が悪化する場合もあるので、電機子反作用の大きさに影響するロータへの入力電流の大きさなどを考慮した角度設定を行うことが好ましい。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係るロータの概略構成を示す図である。図６は、第２の実施の形態に係る制御部を示す図である。なお、第１の実施の形態と同様な構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【００３６】
第２の実施の形態に係るロータ３６は、第１の実施の形態に係るモータ１０と比較して、各コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃと並列にバリスタ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが設けられている点が主な相違点である。その他の構成や動作は基本的に同じである。このように、バリスタ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを設けることで、ノイズを抑制できる。また、第２の実施の形態に係るロータ３６や制御部３８を用いたモータも、第１の実施の形態に係るモータ１０と同様に、あるタイミングにおいて残留磁気エネルギーを回生できる。
【００３７】
図７は、スイッチの切り換え前後での電流経路を説明するための模式図である。図７の左欄に示すように、制御部３８の第１スイッチ３０ａ，３０ｂをＯＮにし、第２スイッチ３２ａ，３２ｂをＯＦＦにした状態で正回転しているロータが位置Ｐ１の場合（ｔ＝ｔ１）、電源２６から供給された電流が正回転用ブラシ２２ａから正回転用ブラシ２２ｂに向かって矢印（実線）の経路に沿って流れる。この状態で全てのスイッチをＯＦＦにすると（ｔ＝ｔ２）、それまでＵ相コイル１４ａ、Ｖ相コイル１４ｂおよびＷ相コイル１４ｃを流れていた電流は、矢印（点線）に示すように逆回転用ブラシ２４ｂから逆回転用ブラシ２４ａに向かって流れることで、残留磁気エネルギーが還流される。
【００３８】
また、図７の右欄に示すように、制御部３８の第１スイッチ３０ａ，３０ｂをＯＮにし、第２スイッチ３２ａ，３２ｂをＯＦＦにした状態で正回転しているロータが位置Ｐ２の場合（ｔ＝ｔ１）、ロータが位置Ｐ１の場合と同様に、電源２６から供給された電流が正回転用ブラシ２２ａから正回転用ブラシ２２ｂに向かって矢印（実線）の経路に沿って流れる。
【００３９】
しかしながら、この状態で全てのスイッチをＯＦＦにすると（ｔ＝ｔ２）、それまでＷ相コイル１４ｃを流れていた電流は、矢印（点線）に示すように逆回転用ブラシ２４ｂから逆回転用ブラシ２４ａに向かって流れることで、残留磁気エネルギーが還流される。しかしながら、それまでＵ相コイル１４ａおよびＶ相コイル１４ｂを流れていた電流は、矢印（実線）に示すように逆回転用ブラシ２４ｂから逆回転用ブラシ２４ａに向かって流れることができない。そのため、バリスタ４０ａ，４０ｂで残留磁気エネルギーが消費されることでバリスタ自体が発熱することになる。
【００４０】
したがって、第１スイッチ３０ａ，３０ｂや第２スイッチ３２ａ，３２ｂが、ＦＥＴといったＰＷＭ制御による高速スイッチングが可能なスイッチの場合、スイッチングの頻度が低ければあまり問題とはならないが、スイッチングの頻度が高いとバリスタが加熱するおそれがある。そこで、次の第３の実施の形態に係るモータでは、この問題点を抑制する構成について説明する。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係るモータに用いられる制御部４２を示す図である。制御部４２は、正回転用ブラシ２２ａ（図５参照）と第１スイッチ３０ａとの接続点と、電源２６の負極側との間に接続されたダイオード４４ａと、正回転用ブラシ２２ｂ（図５参照）と第１スイッチ３０ｂとの間に接続されたダイオード４４ｄと、逆回転用ブラシ２４ａ（図５参照）と第２スイッチ３２ａとの間に接続されたダイオード４４ｂと、逆回転用ブラシ２４ｂ（図５参照）と第２スイッチ３２ｂとの間に接続されたダイオード４４ｃ、を有する。各ダイオード４４ａ〜４４ｄは、それぞれ回路保護素子として機能する。
【００４２】
一方、これらダイオード４４ａ〜４４ｄを設けることで、前述の第２の実施の形態で述べた問題点を抑制できる。例えば、図７の右欄に示したロータ位置がＰ２でタイミングｔ＝ｔ２の場合、Ｕ相コイル１４ａやＶ相コイル１４ｂを流れていた電流は、正回転用ブラシ２２ｂから結合点Ｄを経てダイオード４４ｄへ流れることで、残留磁気エネルギーとして還流される。つまり、第２の実施の形態に係る制御部３８を用いた場合にはバリスタで消費されてしまっていたエネルギーを、再度モータの駆動に利用できるため、モータの効率を向上できる。
【００４３】
図９は、第３の実施の形態に係るロータを正回転駆動させた場合に、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。以下では、図３、図５、図８等の説明と重複する内容は適宜省略する。
【００４４】
図９に示すように、ロータの回転角度が２０°になると、コミテータ片２０ａとコミテータ片２０ｂとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ａは、コミテータ片２０ｂから離れコミテータ片２０ａのみと接触することとなる。その際、Ｗ相コイル１４ｃにたまっていた残留磁気エネルギーは、Ｖ相コイル１４ｂ、正回転用ブラシ２２ｂ、第１スイッチ３０ｂを通って第２スイッチ３２ｂに到達し、第２スイッチ３２ｂの寄生ダイオードを通り逆回転用ブラシ２４ｂからＷ相コイル１４ｃのマイナス側に還流される。つまり、残留磁気エネルギーがＷ相コイル１４ｃやＶ相コイル１４ｂを励起する。
【００４５】
また、ロータの回転角度が８０°になると、コミテータ片２０ｂとコミテータ片２０ｃとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｂのみと接触することとなる（回転角度９０°）、その際、Ｕ相コイル１４ａにたまっていた残留磁気エネルギーは、逆回転用ブラシ２４ａを通って第２スイッチ３２ａに到達し、第２スイッチ３２ａの寄生ダイオードを通り、正回転用ブラシ２２ａ、Ｗ相コイル１４ｃを通り、Ｕ相コイル１４ａのマイナス側に還流される。つまり、残留磁気エネルギーがＷ相コイル１４ｃやＵ相コイル１４ａを励起する。なお、同様の残留磁気エネルギーの還流現象は、ロータの回転角度が１４０°〜１５０°の近傍でも生じる。また、モータが逆回転する場合も同様である。
【００４６】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、２極５溝のＤＣモータについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成、作用効果については適宜説明を省略する。
【００４７】
図１０は、第４の実施の形態に係るＤＣモータにおいて、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。図１０において、モータを正回転（時計回り）で駆動する場合、制御部２８において第１スイッチ３０ａ，３０ｂをＯＮにし、第２スイッチ３２ａ，３２ｂをＯＦＦとする。ロータの回転角度が０°の場合、正回転用ブラシ２２ａは、コミテータ片２０ｂと接触しており、正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｄとコミテータ片２０ｅとをブリッジしている。また、逆回転用ブラシ２４ａは、コミテータ片２０ｅと接触しており、逆回転用ブラシ２４ｂは、コミテータ片２０ｂとコミテータ片２０ｃとをブリッジしている。
【００４８】
この場合、電源２６のプラス端子から供給された電流は、正回転用ブラシ２２ａからコミテータ片２０ｂを介してＤ相コイル５０ｄおよびＣ相コイル５０ｃを通過し、および、コミテータ片２０ｂやコミテータ片２０ｃを介してＥ相コイル５０ｅやＡ相コイル５０ａを通過し、正回転用ブラシ２２ｂから電源２６のマイナス端子へと流れる。一方、Ｂ相コイル５０ｂには電源電圧が印加されず、残留磁気エネルギーが還流する。
【００４９】
更にロータが回転すると、コミテータ片２０ｄとコミテータ片２０ｅとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｅから離れコミテータ片２０ｄのみと接触することとなる（回転角度９°）。その際、Ｂ相コイル５０ｂにたまっていた残留磁気エネルギーは、逆回転用ブラシ２４ａを通って第２スイッチ３２ａに到達し、第２スイッチ３２ａの寄生ダイオードを通り、第１スイッチ３０ａを介して正回転用ブラシ２２ａに到達する。そして、正回転用ブラシ２２ａからコミテータ片２０ｂ、Ｅ相コイル５０ｅおよびＡ相コイル５０ａを通ってＢ相コイル５０ｂのマイナス側に還流される。つまり、残留磁気エネルギーがＥ相コイル５０ｅやＡ相コイル５０ａを励起する。なお、同様の残留磁気エネルギーの還流現象は、ロータの回転角度が３６°〜４５°、７２°〜８１°、１０８°〜１１７°、１４４°〜１５３°、１８０°〜１８９°、２１６°〜２２５°、２５２°〜２６１°、２８８°〜２９７°、３２４°〜３３３°の近傍でも生じる。また、モータが逆回転する場合も同様である。
【００５０】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態では、４極６溝のＤＣモータについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成、作用効果については適宜説明を省略する。
【００５１】
図１１は、第５の実施の形態に係るＤＣモータにおいて、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。本実施の形態に係るロータは、コミテータ片２０ａとコミテータ片２０ｄとが短絡されており、コミテータ片２０ｂとコミテータ片２０ｅとが短絡されており、コミテータ片２０ｃとコミテータ片２０ｆとが短絡されている。
【００５２】
図１１において、モータを正回転（時計回り）で駆動する場合、制御部２８において第１スイッチ３０ａ，３０ｂをＯＮにし、第２スイッチ３２ａ，３２ｂをＯＦＦとする。ロータの回転角度が２２．５°の場合、正回転用ブラシ２２ａは、コミテータ片２０ａと接触しており、正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｅとコミテータ片２０ｆとをブリッジしている。また、逆回転用ブラシ２４ａは、コミテータ片２０ｆと接触しており、逆回転用ブラシ２４ｂは、コミテータ片２０ａと接触している。
【００５３】
この場合、電源２６のプラス端子から供給された電流は、正回転用ブラシ２２ａからコミテータ片２０ａを介してＤ相コイル５０ｄ、短絡線およびコミテータ片２０ｅを通過し、および、コミテータ片２０ａを介してＣ相コイル５０ｃを通過し、正回転用ブラシ２２ｂから電源２６のマイナス端子へと流れる。一方、Ｂ相コイル５０ｂには電源電圧が印加されず、残留磁気エネルギーが還流する。
【００５４】
更にロータが回転すると、コミテータ片２０ｅとコミテータ片２０ｆとをブリッジしていた正回転用ブラシ２２ｂは、コミテータ片２０ｆから離れコミテータ片２０ｅのみと接触することとなる（回転角度３０°）。その際、Ｂ相コイル５０ｂにたまっていた残留磁気エネルギーは、逆回転用ブラシ２４ａを通って第２スイッチ３２ａに到達し、第２スイッチ３２ａの寄生ダイオードを通り、第１スイッチ３０ａを介して正回転用ブラシ２２ａに到達する。そして、正回転用ブラシ２２ａからコミテータ片２０ａ、Ｄ相コイル５０ｄ、短絡線を通ってＢ相コイル５０ｂのマイナス側に還流される。つまり、残留磁気エネルギーがＤ相コイル５０ｄを励起する。なお、同様の残留磁気エネルギーの還流現象は、ロータの回転角度が５２．５°〜６０°、８２．５°〜９０°、１１２．５°〜１２０°、１４２．５°〜１５０°、１７２．５°〜１８０°、２０２．５°〜２１０°、２３２．５°〜２４０°、２６２．５°〜２７０°、２９２．５°〜３００°、３２２．５°〜３３０°、３５２．５°〜３６０°の近傍でも生じる。また、モータが逆回転する場合も同様である。
【００５５】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態では、４極６溝のＤＣモータの変形例について説明する。なお、第１の実施の形態および第５の実施の形態と同様の構成、作用効果については適宜説明を省略する。図１２は、第６の実施の形態に係るＤＣモータにおいて、回転角度の変化による電流の流れを説明するための模式図である。
【００５６】
第５の実施の形態に係るロータにおいては、コミテータが６つのコミテータ片から構成されており、各々が小さくなるため、正回転用ブラシ２２ａ，２２ｂと、逆回転用ブラシ２４ａ，２４ｂとを所定のコミテータ片に接触させようとすると、互いに干渉する場合があり得る。そこで、第６の実施の形態では、対向するコミテータ片（２０ａと２０ｄ、２０ｂと２０ｅ、２０ｃと２０ｆ）が短絡線で短絡されている。そのため、第５の実施の形態で示されているような、コミテータ片２０ａに正回転用ブラシ２２ａおよび逆回転用ブラシ２４ｂが同時に接触するように各ブラシを隣接配置するのではなく、コミテータ片２０ａに正回転用ブラシ２２ａが接触する際には、例えば、コミテータ片２０ａに対向するコミテータ片２０ｄに逆回転用ブラシ２４ｂが接触するように配置できる。これにより、各ブラシのレイアウトの自由度が向上する。
【００５７】
（第７の実施の形態）
図１３は、第７の実施の形態に係る制御部を示す図である。なお、第７の実施の形態に係るロータは、第２の実施の形態に係るロータ３６を用いることができる。
【００５８】
制御部５２は、２極双投スイッチ５４を備えている。２極双投スイッチ５４は、操作によって端子Ａおよび端子Ｄとを接続すると、ロータ３６を正回転に回転させることができるように構成されている。また、操作によって端子Ｂおよび端子Ｃとを接続すると、ロータ３６を逆回転に回転させることができるように構成されている。
【００５９】
また、制御部５２は、ロータ３６におけるコイルの残留磁気エネルギーを還流するためのダイオード５６が、各端子と電源２６との間にそれぞれ設けられている。なお、制御部５２は、モータの回転速度をＰＷＭ制御するためのダイオード５８およびＦＥＴ６０を備えている。
【００６０】
このように、制御部５２は、２極双投スイッチ５４のような機械式の廉価なスイッチでモータの正回転と逆回転とを切り替えることができるため、モータの回転方向を切り替えるための制御回路を不要に、あるいは簡素化できる。また、このような構成であっても、ダイオード５６を設けることで、前述の各実施の形態と同様に残留磁気エネルギーを還流させることができるため、低コストな制御部を実現できる。
【００６１】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００６２】
上述の各実施の形態に係る制御部では、各スイッチは半導体素子であるＭＯＳＦＥＴや機械式スイッチとして２極双投スイッチを用いていたが、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、リレーを用いてもよい。なお、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子は、寄生ダイオードを持たないため、別途ダイオードやそれに相当する素子を組み込む必要がある。
【符号の説明】
【００６３】
１０  モータ、  １２  マグネット、  １４  コイル、  １４ａ  Ｕ相コイル、  １４ｂ  Ｖ相コイル、  １４ｃ  Ｗ相コイル、  １６  ロータ、  １８  回転軸、  ２０  コミテータ、  ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ  コミテータ片、  ２２ａ，２２ｂ  正回転用ブラシ、  ２４ａ，２４ｂ  逆回転用ブラシ、  ２６  電源、  ２８  制御部、  ３０ａ，３０ｂ  第１スイッチ、  ３２ａ，３２ｂ  第２スイッチ、  ３６  ロータ、  ３８  制御部、  ４０ａ  バリスタ、  ４２  制御部、  ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ  ダイオード、  ５０ａ  Ａ相コイル、  ５０ｂ  Ｂ相コイル、  ５０ｃ  Ｃ相コイル、  ５０ｄ  Ｄ相コイル、  ５０ｅ  Ｅ相コイル。
【図１】
2016086526.tif 000003
【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】
2016086526.tif 000009
【図８】
2016086526.tif 000010
【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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