(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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なる両方向回転用の電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットと、平坦部と湾曲部とを有して扁平円筒状に形成され該湾曲部に前記マグネットが配置されるヨークと、整流子に接触し前記電機子コイルに直流電流を供給するブラシとを備え、
前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁束部の回転方向両端に周方向外側に向かって磁束が漸増する延長部を有し、
前記延長部は、前記主磁束部の各端部において該主磁束部よりも磁束を弱くした弱磁束部を有し、
各回転方向において整流開始時に当該整流に係る電機子コイルが巻装されるティースの回転方向前側となるティースの前端が回転方向前側となる前記弱磁束部に配置され、
前記マグネットの延長部に磁性金属を配設し、前記ヨークの前記平坦部において前記電機子コアに対向する範囲であって前記マグネットの延長部に対向する位置にヨーク内外を連通するヨーク孔を形成したことを特徴とする直流機。
【請求項２】
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なる両方向回転用の電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットと、平坦部と湾曲部とを有して扁平円筒状に形成され該湾曲部に前記マグネットが配置されるヨークと、整流子に接触し前記電機子コイルに直流電流を供給するブラシとを備え、
前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁束部の回転方向両端に周方向外側に向かって磁束が漸増する延長部とを有し、
前記延長部は、前記主磁束部の各端部において該主磁束部よりも磁束を弱くした弱磁束部を有し、
各回転方向において整流開始時に当該整流に係る電機子コイルが巻装されるティースの回転方向前側となるティースの前端が回転方向前側となる前記弱磁束部に配置され、
前記ヨークの前記平坦部において、前記電機子に対向する範囲であって前記マグネットの延長部に対向する位置にヨーク内外を連通するヨーク孔を形成し、該ヨーク孔の前記弱磁束部側にそのヨーク孔の面積が前記周方向外側から前記弱磁束部側に向けて徐々に減少するよう延出部を形成したことを特徴とする直流機。
【請求項３】
請求項２に記載の直流機において、
前記延出部は、その面積が前記マグネットの端部側から弱磁束部側に向けて徐々に増加するよう形成され、その増加度合はマグネットの端部側ほど小さいことを特徴とする直流機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、両方向の回転用途に供せられる直流機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシとコンミテータとを備えた直流モータ（直流機）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、整流が改善できように構成したものを提案している（例えば、特開２００１−９５２１８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開２００１−９５２１８号公報の構成で使用されるマグネットの磁束分布は、一方向の回転用途にのみ供せられる直流モータを前提に提案されたものであった。また、同直流モータでは、マグネットを収納固定するヨークの形状は円筒形状である。従って、扁平円筒状のヨークを有し両方向の回転用途に供せられる直流モータに対しては、良好な整流状態を保つことが困難となっていた。
【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、扁平円筒状のヨークを有し、両方向の回転においてそれぞれ良好な整流を行うことができる直流機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、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なる両方向回転用の電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットと、平坦部と湾曲部とを有して扁平円筒状に形成され該湾曲部に前記マグネットが配置されるヨークと、整流子に接触し前記電機子コイルに直流電流を供給するブラシとを備え、前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁束部の回転方向両端に周方向外側に向かって磁束が漸増する延長部とを有し、前記延長部は、前記主磁束部の各端部において該主磁束部よりも磁束を弱くした弱磁束部を有し、各回転方向において整流開始時に当該整流に係る電機子コイルが巻装されるティースの回転方向前側となるティースの前端が回転方向前側となる前記弱磁束部に配置され、前記マグネットの延長部に磁性金属を配設し、前記ヨークの前記平坦部において前記電機子コアに対向する範囲であって前記マグネットの延長部に対向する位置にヨーク内外を連通するヨーク孔を形成した。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、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なる両方向回転用の電機子と、該電機子を挟んで対向配置されるマグネットと、平坦部と湾曲部とを有して扁平円筒状に形成され該湾曲部に前記マグネットが配置されるヨークと、整流子に接触し前記電機子コイルに直流電流を供給するブラシとを備え、前記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁束部の回転方向両端に周方向外側に向かって磁束が漸増する延長部とを有し、前記延長部は、前記主磁束部の各端部において該主磁束部よりも磁束を弱くした弱磁束部を有し、各回転方向において整流開始時に当該整流に係る電機子コイルが巻装されるティースの回転方向前側となるティースの前端が回転方向前側となる前記弱磁束部に配置され、前記ヨークの前記平坦部において、前記電機子に対向する範囲であって前記マグネットの延長部に対向する位置にヨーク内外を連通するヨーク孔を形成し、該ヨーク孔の前記弱磁束部側にそのヨーク孔の面積が前記周方向外側から前記弱磁束部側に向けて徐々に減少するよう延出部を形成した。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、延出部は、その面積が前記マグネットの端部側から弱磁束部側に向けて徐々に増加するよう形成され、その増加度合はマグネットの端部側ほど小さい。
【０００９】
（作用）
電機子の回転時には、電機子コイルのインダクタンスにより電流を妨げる向きのリアクタンス電圧が同電機子コイルに発生する。一方、電機子の回転に伴って整流中の電機子コイルを通過する磁束量が変化すると、その変化によって逆起電力である誘起電圧が発生する。
【００１０】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、上記マグネットは、磁束密度が略均一な主磁束部の回転方向両端に、周方向外側に向かって磁束が漸増する延長部を有している。各延長部は、主磁束部の各端部において該主磁束部よりも磁束を弱くした弱磁束部を有する。そして、各回転方向において整流開始時に当該整流に係る電機子コイルが巻装されるティースの回転方向前側となるティースの前端が、回転方向前側となる弱磁束部に配置される。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、マグネットの延長部に磁性金属が配設されており、電機子の発生する磁界により、回転方向前側となる延長部に配置された磁性金属は同延長部を減磁する方向に磁化される。従って、電機子の回転に伴い回転方向前側となる上記減磁された延長部によって、整流中の電機子コイルを通過する磁束量がより顕著に漸増し、上記誘起電圧も整流開始時から漸増する。この誘起電圧は、上記リアクタンス電圧を打ち消すように作用する。
【００１２】
一方、各回転方向において回転方向後側となる延長部に配置された磁性金属は、電機子の発生する磁界により、同延長部を増磁する方向に磁化される。従って、この磁性金属は、回転方向後側となる延長部の本来の磁束分布（弱磁束部での磁束減少）を補充する。従って、回転方向後側となる延長部による整流中の電機子コイルを通過する磁束量の本来の変動は抑制される。
【００１３】
また、ヨークの平坦部において電機子コアに対向する範囲であってマグネットの延長部に対向する位置にヨーク内外を連通するヨーク孔を配設したので、マグネットの延長部がヨークの平坦部に接近することによりその平坦部に磁束が流れ、該平坦部に磁束が集中するといったことが回避される。
【００１４】
以上により、各回転方向において電機子の回転に伴う整流中の電機子コイルを通過する全体としての磁束量の変化は、回転方向前側となる延長部によるものが（回転方向後側となる延長部によるものに比して）支配的になる。すなわち、電機子の回転に伴って整流中の電機子コイルを通過する磁束量が漸増し、電機子コイルのインダクタンスの影響によるリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧のみが発生され、各回転方向においてそれぞれ整流が改善される。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、ヨークの平坦部において、電機子に対向する範囲であってマグネットの延長部に対向する位置にヨーク内外を連通するヨーク孔が配設され、該ヨーク孔の弱磁束部側には、ヨーク孔の面積が周方向外側（マグネット端部側）から弱磁束部側に向けて徐々に減少するよう延出部が設けられている。つまり、この延出部は、弱磁束部側の面積が最も大きくマグネットの端部側に向かって減少するよう形成されている。この場合、ヨーク孔を形成することにより、請求項１と同様に、平坦部に磁束が流れ該平坦部に磁束が集中するといったことが回避される。また、延出部は、請求項１の発明における磁性金属の役割を果たす。つまり、電機子の発生する磁界により、回転方向前側にある延出部はマグネットの延長部を減磁する方向に磁化される。この延出部は、弱磁束部側ほど面積が大きいため、弱磁束部側ほど大きく減磁する方向に磁化される。よって、整流中の電機子コイルを通過する磁束量がより顕著に漸増し、リアクタンス電圧を打ち消す好適な誘起電圧が発生する。一方、電機子の発生する磁界により、回転方向後側にある延出部は、マグネットの延長部を弱磁束部側ほど大きく増磁する方向に磁化される。従って、回転方向後側となる延長部の本来の磁束分布（弱磁束部側ほど磁束減少）をより好適に補充し、同延長部による整流中の電機子コイルを通過する磁束量の変動は略皆無とされる。その結果、請求項１と同様に、各回転方向においてそれぞれ整流を改善することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、延出部は、その面積が前記マグネットの端部側から主磁束部側に向けて徐々に増加するよう形成され、この面積の増加度合はマグネットの端部側ほど小さい。このようにすると、ヨークの平坦部に磁束が集中することを防止する上で好ましいものとなる。
【００１７】
【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自動車用小型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。なお、図１は、直流機としての自動車用小型モータ（以下、「小型モータ」という）の概略構造を示す部分断面図である。
【００１８】
図１に示すように、小型モータ１は、マグネット２，３、電機子４、ブラシ５ａ，５ｂ等を有している。
詳述すると、本実施形態の小型モータ１は、２極の直流モータであって、軟鉄製のヨーク（モータハウジング）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（例えば、フェライト磁石）２，３が電機子４を挟んで対向配置されている。ヨーク７は、平坦部７ａと湾曲部７ｂとを有し扁平円筒状（断面小判状）に形成されている。２つのマグネット２，３は、電機子４の中心点Ｏに対して点対称となるよう湾曲部７ｂの内周面に固定されている。電機子４は、電機子コア８と、その電機子コア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とを有している。同図において、電機子コイル９ａ，９ｂも中心点Ｏに対して点対称に配置されている。そして、電機子４は、供給される直流電流の方向を切り替えることにより時計回り方向（図１においてＣＷ方向）及び反時計回り方向（図１においてＣＣＷ方向）のいずれにも回転駆動できるよう構成されている。
【００１９】
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４個）のティース８ａを１組としてその周囲に上記電機子コイル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ｎ個（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。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、同ティース８ａは電機子４の周方向に３０°ごとに形成されている。つまり、隣り合うティース８ａは、その中心線のなす角が３０°（＝３６０°／１２）となるように形成されている。
【００２０】
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１１を有して構成されている。そして、図１及び図２に示すように、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。なお、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。
【００２１】
図１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。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の各対応する整流子片（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を経て流入される。
【００２２】
ブラシ５ａ，５ｂと整流子片１１との当接幅に対応する角度は、整流子片１１間の角度、即ち整流子片１１の配列ピッチと略同等の角度に設定されている。ブラシ５ａ，５ｂは、回転方向に応じて異なる整流子片１１を短絡するようになっている。具体的には、図１において、電機子４がＣＷ方向に回転すると、ブラシ５ａは整流子片１１ａ，１１ｂ間を短絡し、ブラシ５ｂは整流子片１１ｃ，１１ｄ間を短絡する。一方、電機子４がＣＣＷ方向に回転すると、ブラシ５ａは整流子片１１ｂ，１１ｅ間を短絡し、ブラシ５ｂは整流子片１１ｄ，１１ｆ間を短絡する。このように、ブラシ５ａ，５ｂが短絡する整流子片１１の位置は回転方向に応じて切り替わる。
【００２３】
本実施形態において、ブラシ５ａが直流電源のプラス端子（＋）に接続されブラシ５ｂが直流電源のマイナス端子（−）に接続されて電機子コイルに直流電流が供給されると、電機子４がＣＷ方向に回転し始める。そして、図２に示すように、ブラシ５ａにより整流子片１１ａ，１１ｂ間が短絡されて電機子コイル９ａには短絡電流ｉ１が流れ、ブラシ５ｂにより整流子片１１ｃ，１１ｄ間が短絡されて電機子コイル９ｂには短絡電流ｉ２が流れる。このブラシ５ａ，５ｂによる短絡中に、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１のＣＷ方向）に回転し続ける。その回転力が電機子４の中央部から延設された回転軸６を介して外部に伝達される。なお、本実施形態では、図１に示すように、１２個の整流子片１１が周方向に３０°ごとに設けられており、電機子４がブラシ５ａ，５ｂに対して３０°回転するとき、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。
【００２４】
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、すなわち図２においてブラシ５ａが直流電源のマイナス端子（−）に接続され、ブラシ５ｂが直流電源のプラス端子（＋）に接続されることで、電機子４が反時計回り方向（図１のＣＣＷ方向）に回転するのはいうまでもない。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のマグネット２，３は、それぞれ主磁束部２ａ，３ａと、同主磁束部２ａ，３ａの一側（図１においてＣＷ方向側）端部（以下、延長部開始点２ｄ，３ｄという）に設けた延長部２ｂ，３ｂと、同他側（図１においてＣＣＷ方向側）端部（以下、延長部開始点２ｅ，３ｅという）に設けた延長部２ｃ，３ｃとを備えている。主磁束部２ａ，３ａは、一般の直流モータに配設されるマグネットに相当する部分である。そして、延長部２ｂ，３ｂ及び延長部２ｃ，３ｃは、それぞれ上記主磁束部２ａ，３ａの一側（図１においてＣＷ方向側）及び他側（図１においてＣＣＷ方向側）の各端部に延出形成されている。
【００２６】
主磁束部２ａ，３ａは、電機子コイルが巻装される４つのティース８ａのうち一側及び他側（図１においてＣＷ方向側及びＣＣＷ方向側）に配置されるティース８ａの中心線間の角度（＝９０°）に対応した長さとなるように形成されている。そして、電機子コイル９ａ，９ｂが巻装される４つのティース８ａの一端及び他端のなす角度は、主磁束部２ａ，３ａ及び一方の延長部２ｂ，３ｂ（又は延長部２ｃ，３ｃ）のなす角度に略一致するように設定されている。
【００２７】
また、マグネット２，３の端部（各延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ）における外周面は、ヨーク７の平坦部７ａの形状に合わせて直線状に面取りされている。そして、ヨーク７の平坦部７ａにおいて、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ（面取部）に対向する位置（平坦部７ａの両端となる位置）には、ヨーク内外を連通するヨーク孔１２が形成されている。ヨーク孔１２は、図３に示すように、長方形状をなし、その長手方向が軸線方向と平行となるよう配設されている。このヨーク孔１２は、ヨーク７内における電機子コア８に対向する範囲Ｗで形成されている。すなわち、ヨーク孔１２は電機子コア８と対向する位置にあり、その長手方向（軸線方向）の長さは電機子コア８の軸線方向の長さと一致している。
【００２８】
このようにヨーク孔１２を形成することにより、マグネット２，３の延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃからの磁束が平坦部７ａに流れ、該平坦部７ａに集中してしまうといったことが防止されている。
【００２９】
また、図４に示すように、マグネット２，３の各延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの軸線方向両端には、軸線方向中央に向かって穿設された切欠き１３が形成されている。この切欠き１３の上記軸線方向への深さは、上記延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅにおいて最深部となり、周方向外側に向かって徐々に浅くなるように設定されている。換言すると、この切欠き１３は、マグネット２，３の各延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの横断面積を上記主磁束部２ａ，３ａの各端部（延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅ）において略最小にするとともに周方向外側に向かって漸増する。なおここで、延長部の横断面積とは、電機子４の中心点Ｏを通り軸線方向に平行な面における断面積をいう。
【００３０】
マグネット２，３は、図示しない着磁装置を用いて磁化され、かつ、上記延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに切欠き１３を形成することにより、図１及び図７の磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を示すようになる。つまり、周方向に略一定の磁束密度Ｂ２０，Ｂ３０を有する主磁束部２ａ，３ａに対して、各延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅ近傍部分での磁束密度が弱められ、図１に示す磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３となるように磁束変化を持たせている。本実施形態のマグネット２，３では、各延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅに対応する部位がそれぞれ磁束密度の極小値Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ３１，Ｂ３２となる弱磁束部としての磁束極小部である。そして、マグネット２，３の磁束極小部よりも周方向先端側の部位がそれぞれ磁束密度の極大値Ｂ２３，Ｂ２４，Ｂ３３，Ｂ３４となる磁束極大部である。すなわち、各延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃは、これら磁束極小部及び磁束極大部との間で周方向外側に向かって磁束密度が漸増するようになっている。
【００３１】
また、図４に示すように、延長部２ｂ，３ｂには、切欠き１３に埋設される態様で磁性金属１４ｂが配置され、延長部２ｃ，３ｃには、切欠き１３に埋設される態様で磁性金属１４ｃが配置されている。この磁性金属１４ｂ，１４ｃは、強磁性体（高透磁率材料）である、例えば軟鉄にて形成されている。なお、磁性金属１４ｂ，１４ｃは、上記態様で形成された切欠き１３に埋設されることから、磁束極小部（延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅ）を起点として周方向外側に向かってその横断面積が漸減する。
【００３２】
ここで、上記マグネット２，３の配置に対して電機子４が発生する磁界の極性及び同磁界により磁化される磁性金属１４ｂ，１４ｃの極性について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は小型モータ１のマグネット２，３が対向配置される径方向をｙ軸として定義し、ｙ軸に直交する径方向をｘ軸として定義し、このｘｙ平面にて定義される第１象限〜第４象限を示したものである。また、図６はこの小型モータ１（電機子４）が時計回り方向（図５においてＣＷ方向）に回転駆動されているとして各象限でのマグネット２，３による極性、電機子４が発生する磁界の極性及び同磁界により磁化される磁性金属１４ｂ，１４ｃの極性をそれぞれ示す一覧図である。
【００３３】
同図から明らかなように、第１及び第２象限ではマグネット２によりＮ極となり、第３及び第４象限ではマグネット３によりＳ極となる。また、ブラシ５ａ，５ｂがマグネット２，３の対向方向（すなわち、ｙ軸方向）に配置され、整流中の電機子コイルが同方向に対向配置される。このことから、電機子４がＣＷ方向に回転駆動されているとき、電機子４が発生する磁界（電機子コイルに流れる電流全体として発生する磁界）の極性は第１及び第４象限ではＮ極となり、第２及び第３象限ではＳ極となる。換言すると、マグネット２，３は、電機子４を挟んで同電機子４の発生する磁界の方向と略直交する方向に対向配置されている。そして、上記磁性金属１４ｂ，１４ｃはこの電機子４が発生する磁界と逆極性で磁化されることから、第１及び第４象限ではＳ極となり、第２及び第３象限ではＮ極となる。
【００３４】
すなわち、電機子４がＣＷ方向に回転駆動されているとき、電機子４の発生する磁界により、回転方向前側となる延長部２ｂ，３ｂに配置された磁性金属１４ｂは同延長部２ｂ，３ｂにおける磁束を減磁する方向に磁化される。一方、回転方向後側となる延長部２ｃ，３ｃに配置された磁性金属１４ｃは、電機子４の発生する磁界により、同延長部２ｃ，３ｃにおける磁束を増磁する方向に磁化される。
【００３５】
既述のように、磁性金属１４ｂ，１４ｃは、磁束極小部（延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅ）を起点として周方向外側に向かってその横断面積が漸減する。このため、磁性金属１４ｂ，１４ｃは、電機子４の発生する磁界により磁束極小部側ほど大きく、周方向外側に向かって減少するように磁化される。従って、電機子４の発生する磁界により、回転方向前側となる延長部２ｂ，３ｂに配置された磁性金属１４ｂは、同延長部２ｂ，３ｂの磁束極小部側ほど大きく減磁する方向に磁化される。一方、回転方向後側となる延長部２ｃ，３ｃに配置された磁性金属１４ｃは、同延長部２ｃ，３ｃの磁束極小部側ほど大きく増磁する方向に磁化される。
【００３６】
次に、このように構成された小型モータ１の動作について図７に基づき更に詳述する。図７は、電機子４（電機子コア８）がＣＷ方向に回転駆動されているとして整流子片１１ａ，１１ｂ間（整流子片１１ｃ，１１ｄ間）における整流開始時、すなわちブラシ５ａ，５ｂが回転方向後側の整流子片１１ａ，１１ｃに接触し始めるときのティース８ａ及びマグネット２，３の磁束密度分布の位置関係を示す説明図である。なお、図７にはマグネット２，３の磁束密度分布（磁束量）に対応させてティース８ａの回転角度及びそのときの電機子コイル９ａ，９ｂに発生する総磁束量Φとの関係を併せ示している。なお、総磁束量Φは、マグネット２，３による磁束量、電機子コイル９ａ，９ｂに流れる電流による磁束量、及び磁性金属１４ｂ，１４ｃの着磁に基づく磁束量を合計したものとなっている。同図においては、当該電機子コイル９ａ，９ｂに係るティース８ａを便宜的に回転方向先頭側（前側）から順番にティース８１，８２，８３，８４と記す。
【００３７】
既述のように、電機子４の発生する磁界により、回転方向前側となる延長部２ｂ，３ｂに配置された磁性金属１４ｂは、同延長部２ｂ，３ｂの磁束極小部側ほど大きく減磁する方向に磁化される。従って、上記延長部２ｂ，３ｂは、前記磁束極小部においてマグネット２，３のみでの本来の極小値Ｂ２１，Ｂ３１よりも著しく低減された極小値Ｂ４１を有することになる。そして、各延長部２ｂ，３ｂは、これら磁束極小部及び前記磁束極大部との間で周方向外側に向かって磁束密度がより顕著に漸増する。
【００３８】
一方、回転方向後側となる延長部２ｃ，３ｃに配置された磁性金属１４ｃは、同延長部２ｃ，３ｃの磁束極小部側ほど大きく増磁する方向に磁化される。従って、上記延長部２ｃ，３ｃは、前記磁束極小部においてマグネット２，３のみでの本来の極小値Ｂ２２，Ｂ３２が好適に補充され、同延長部２ｃ，３ｃでの磁束密度の変動は略皆無とされている。
【００３９】
ここで、整流開始時では、ティース８１の回転方向先頭側の端部（前端）８１ａの位置が極小値Ｂ４１（延長部開始点２ｄ，３ｄ）に配置されるように設定されている。従って、マグネット２，３の磁束密度が極小値Ｂ４１〜極大値Ｂ２３，Ｂ３３の分布特性を有することで整流中は電機子４の回転に伴って電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量はその分増加（漸増）する。
【００４０】
一方、この整流開始時において、ティース８４は回転方向後側となる延長部２ｃ，３ｃの近傍に配置されるが、同延長部２ｃ，３ｃでの磁束密度の変動は略皆無であるため、この場合での電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量への影響は抑制される。
【００４１】
以上により、整流中では一方の磁束密度の分布特性（極小値Ｂ４１〜極大値Ｂ２３，Ｂ３３）が支配的になって、ＣＷ方向に回転駆動されているときの整流期間での総磁束量Φは、図７の実線にて示されるようになる。すなわち、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスＬの影響によるリアクタンス電圧（Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）を打ち消す誘起電圧のみが発生され、当該回転方向において整流が改善される。つまり、マグネット２，３は、実質的に延長部開始点２ｄ，３ｄを起点とする磁束密度の増加領域（極小値Ｂ４１〜極大値Ｂ２３，Ｂ３３）のみを有することによりリアクタンス電圧（Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）を打ち消す誘起電圧（−ｄΦ／ｄｔ）のみを発生させている。
【００４２】
なお、上記においては電機子４（電機子コア８）がＣＷ方向に回転駆動される場合について説明したが、ＣＣＷ方向に回転駆動される場合についても同様であるためその説明は割愛する。このときの整流期間での総磁束量Φは、図７の破線にて示されるようになる。
【００４３】
また、扁平円筒状のヨーク７内において、マグネット２，３の延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃがヨーク７の平坦部７ａに接近するため、同平坦部７ａにヨーク孔１２を形成しない場合には、整流期間での総磁束量Φが乱れてしまう。つまり、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ（特に、磁性金属１４ｂ，１４ｃ）の磁束が平坦部７ａに流れ同平坦部７ａでの磁束密度が増大し、図７に示す磁束密度分布を実現することができない。これに対し、本実施形態のように、電機子コア８に対向する範囲Ｗでヨーク内外を連通するヨーク孔１２を形成することにより、平坦部７ａへの磁束の集中が回避され、図７の磁束密度分布が実現されている。
【００４４】
以上詳述したように本実施の形態は、以下の特徴を有する。
（１）マグネット２，３は、磁束密度が略均一な主磁束部２ａ，３ａと、同主磁束部２ａ，３ａの各端部から周方向一側及び他側にそれぞれ延出形成された延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃとを有している。各延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃは、主磁束部２ａ，３ａの端部において該主磁束部２ａ，３ａよりも磁束を弱くした磁束極小部を有し、周方向外側に向かって磁束が漸増する。そして、各回転方向において整流開始時に当該整流に係る電機子コイル９ａ，９ｂが巻装されるティース８ａの回転方向前側となるティース８１の前端８１ａが、回転方向前側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの磁束極小部に配置される。ここで、上記マグネット２，３は電機子４の発生する磁界の方向と略直交する方向に対向配置されているため、電機子４の発生する磁界により、回転方向前側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに配置された磁性金属１４ｂ，１４ｃは同延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃを減磁する方向に磁化される。従って、電機子４の回転に伴い回転方向前側となる上記減磁された延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃによって整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量がより顕著に漸増し、これによる誘起電圧も整流開始時から漸増する。この誘起電圧は、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスＬによるリアクタンス電圧を打ち消すように作用する。
【００４５】
一方、各回転方向において回転方向後側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに配置された磁性金属１４ｂ，１４ｃは、電機子４の発生する磁界により、同延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃを増磁する方向に磁化される。従って、この磁性金属１４ｂ，１４ｃは、回転方向後側となる延長部の本来の磁束分布（弱磁束部での磁束減少）を補充する。従って、回転方向後側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃによる整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量の本来の変動は抑制される。
【００４６】
また、ヨーク７の平坦部７ａにおいて、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの近傍部分には電機子コア８に対向する範囲Ｗでヨーク内外を連通する略長方形状のヨーク孔１２を配設した。従って、マグネット２，３の延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃがヨーク７の平坦部７ａに接近することによりその平坦部７ａに磁束が流れ、該平坦部７ａに磁束が集中するといったことが回避される。
【００４７】
以上により、各回転方向において電機子４の回転に伴う整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する全体としての磁束量の変化は、回転方向前側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃによるものが（回転方向後側となる延長部によるものに比して）支配的になる。すなわち、電機子４の回転に伴って整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量が漸増し、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスＬの影響によるリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧のみが発生し、各回転方向においてそれぞれ整流を改善できる。
【００４８】
（２）本実施形態では、磁性金属１４ｂ，１４ｃは、磁束極小部を起点として周方向外側に向かって横断面積が漸減するため、電機子４の発生する磁界により磁束極小部側ほど大きく、周方向外側に向かって減少するように磁化される。従って、電機子４の発生する磁界により、各回転方向において回転方向前側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに配置された磁性金属１４ｂ，１４ｃは、同延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの磁束極小部側ほど大きく減磁する方向に磁化される。このため、電機子４の回転に伴い回転方向前側となる上記減磁された延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃによって、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量が更に顕著に漸増し、上記リアクタンス電圧を打ち消すより好適な誘起電圧が発生する。
【００４９】
一方、電機子４の発生する磁界により、各回転方向において回転方向後側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに配置された磁性金属１４ｂ，１４ｃは、同延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの磁束極小部側ほど大きく増磁する方向に磁化される。従って、回転方向後側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの本来の磁束分布（磁束極小部側ほど磁束減少）をより好適に補充し、同延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃによる整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量の変動は略皆無とされる。
【００５０】
以上により、電機子４の回転に伴って整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量がより顕著に漸増し、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスＬの影響によるリアクタンス電圧を打ち消すより好適な誘起電圧のみが発生され、各回転方向においてそれぞれ整流を更に改善できる。
【００５１】
（３）本実施形態では、磁性金属１４ｂ，１４ｃは、切欠き１３に埋設して配置されることで、これによる容積確保などの制約を抑制できる。
（４）小型モータ１において整流を改善できることから、雑音防止用の電子部品（バリスタ等）が不要となり、同モータ１の製造コストを低減することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２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、その詳細な説明及び図面を省略する。
【００５３】
上記第１実施形態では、各延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃにおける切欠き１３に磁性金属１４ｂ，１４ｃを埋設していたが、本実施形態では、図８に示すように、磁性金属１４ｂ，１４ｃを取り除いたマグネット２，３を用いている。また、図９に示すように、本実施形態のヨーク孔１６は、上記第１実施形態における長方形状のヨーク孔１２（図３参照）に対して、湾曲部７ｂ（マグネット２，３の弱磁束部）側となる２つの角部を延出部１７により埋めた形状をなす。
【００５４】
延出部１７は、該ヨーク孔１６の湾曲部７ｂ側に設けられ、マグネット２，３の端部側（平坦部７ａの中央側）に向けてヨーク孔１６の面積が徐々に増加するよう形成されている。つまり、延出部１７は、その面積が平坦部７ａの中央側から湾曲部７ｂ側に向けて徐々に増加するよう形成され、その増加度合は平坦部７ａの中央側ほど小さい。
【００５５】
このように、本実施形態においても、ヨーク７の平坦部７ａには、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの近傍部分であって電機子４に対向する範囲Ｗでヨーク内外を連通するヨーク孔１６が形成されている。このヨーク孔１６によって、平坦部７ａに磁束が流れ、該平坦部７ａに磁束が集中するといったことが回避される。特に、延出部１７の面積の増加度合は、平坦部７ａの中央側ほど小さく、平坦部７ａへの磁束の集中を防止する上で好ましいものとなる。
【００５６】
また、本実施形態では、ヨーク孔１６に延出形成した延出部１７が、第１実施形態における磁性金属１４ｂ，１４ｃの役割を果たす。より詳しくは、延出部１７は、マグネット２，３における切欠き１３に対応する位置に配設され、切欠き１３の最深部（各延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅ）側ほど、延出部１７の面積は大きくなる。そのため、電機子４の発生する磁界により、回転方向前側となる延出部１７は、弱磁束部側ほど大きく減磁する方向に磁化される。よって、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量がより顕著に漸増し、リアクタンス電圧を打ち消す好適な誘起電圧が発生する。
【００５７】
一方、電機子４の発生する磁界により、回転方向後側となる延出部１７は、弱磁束部側ほど大きく増磁する方向に磁化される。従って、回転方向後側となる延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの本来の磁束分布（弱磁束部側ほど磁束減少）をより好適に補充し、整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量の変動は略皆無とされる。
【００５８】
よって、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、各回転方向においてそれぞれ整流を改善することができる。
なお、上記以外に次の形態にて具体化できる。
【００５９】
・上記第１実施形態においては、磁性金属１４ｂ，１４ｃを軟鉄にて形成したが、その他の強磁性体にて形成してもよい。
・上記第２実施形態において、図９に示すヨーク７のヨーク孔１６及び延出部１７を、図１０に示すヨーク孔１８及び延出部１９に変更してもよい。つまり、ヨーク孔１６，１８は、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの近傍部分にて電機子４に対向する範囲Ｗでヨーク内外を連通するものであればよく、延出部１７，１９は、マグネット２，３の端部（平坦部７ａの中央部）側に向けてヨーク孔１６，１８の面積が徐々に増加するように形成するものであればよい。このようにすると、ヨーク７の平坦部７ａへの磁束の集中が回避される。よって、図１及び図７に示すような磁束密度分布Ｂ２，Ｂ３を実現でき、両回転方向においてそれぞれ整流を改善することができる。
【００６０】
・上記各実施形態においては特に言及していないが、電機子４の回転に伴って整流中の電機子コイル９ａ，９ｂを通過する磁束量が全体として漸増し、電機子コイル９ａ，９ｂのインダクタンスの影響によるリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧のみが発生されればよい。このため、点対称位置で互いに同様の整流がそれぞれ行われることから、マグネット２，３の各磁束密度の大きさは互いに異なっていてもよい。そして、各マグネット２，３（延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ）に設けられる磁性金属１４ｂ，１４ｃ（切欠き１３）の大きさも互いに異なっていてもよい。また例えば、一方のマグネット２の延長部２ｂ，２ｃにのみ、切欠き１３を形成して磁性金属１４ｂ，１４ｃを埋設するようにしてもよい。このように変更をしても前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
・上記各実施形態においては、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの軸線方向両側に切欠き１３を設けた。これに対して、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの軸線方向一側にのみ切欠き１３を設けてもよい。このように変更をしても前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
・上記各実施形態においては、延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに切欠き１３を設けることでその磁束分布を上述の態様に形成した。これに対して、切欠き１３は必ずしも必要ではなく、例えば同様の磁束分布を着磁装置にて形成してもよい。すなわち、各延長部開始点２ｄ，２ｅ，３ｄ，３ｅの近傍部分における着磁の強弱を着磁装置により変化させて同様の磁束分布を形成してもよい。
【００６３】
・上記各実施形態においては、電機子コア８の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を巻き付けた電機子４とした。これに対して、その他の複数個のティース８ａを１組としてその周囲に電機子コイル９ａ，９ｂを巻き付けた電機子４としてもよい。
【００６４】
・上記各実施形態においては、電機子コア８に１２個のティース８ａを設けたが、その他の個数（例えば、３個、５個、１０個等）のティースを設けてもよい。
【００６５】
・前記各実施形態においては、直流機としての小型モータ１に具体化したが、例えば直流発電機に具体化してもよい。このように変更を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その効果とともに記載する。
（イ）請求項１に記載の直流機において、前記磁性金属は、前記弱磁束部を起点として周方向外側に向かって横断面積が漸減することを特徴とする直流機。この場合、電機子の発生する磁界により、各回転方向において回転方向前側となる延長部に配置された磁性金属は、同延長部の弱磁束部側ほど大きく減磁する方向に磁化される。このため、電機子の回転に伴い回転方向前側となる上記減磁された延長部によって、整流中の電機子コイルを通過する磁束量が更に顕著に漸増し、上記リアクタンス電圧を打ち消すより好適な誘起電圧が発生する。一方、電機子の発生する磁界により、各回転方向において回転方向後側となる延長部に配置された磁性金属は、同延長部の弱磁束部側ほど大きく増磁する方向に磁化される。従って、回転方向後側となる延長部の本来の磁束分布（弱磁束部側ほど磁束減少）をより好適に補充し、同延長部による整流中の電機子コイルを通過する磁束量の変動は略皆無とされる。
【００６７】
（ロ）請求項１又は上記（イ）に記載の直流機において、前記延長部には、その断面積を前記主磁束部の端部から周方向外側に向かって漸増するよう切欠きが形成され、前記磁性金属は、前記切欠きに埋設して配置されたことを特徴とする直流機。このように、磁性金属が切欠きに埋設して配置されることで、これによる容積確保などの制約は抑制される。
【００６８】
（ハ）請求項２に記載の直流機において、前記延長部には、その断面積を前記主磁束部の端部から周方向外側に向かって漸増するよう切欠きが形成され、該切欠きに対応する位置に前記延出部が配設され、該切欠きの最深部側ほど前記延出部の面積を大きくしたことを特徴とする直流機。このようにすれば、延出部は、弱磁束部を起点として周方向外側に向かって面積が漸減するので、その延出部が上記（イ）における磁性金属の役割を果たす。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、扁平円筒状のヨークを有する直流機において、両方向の回転時にそれぞれ良好な整流を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態における小型モータを示す部分断面図。
【図２】  整流を説明するための回路図。
【図３】  ヨークを示す平面図。
【図４】  マグネット及び磁性金属を示す斜視図。
【図５】  各象限を定義する図。
【図６】  各象限における極性を示す一覧図。
【図７】  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等を示す説明図。
【図８】  第２実施形態のマグネットを示す斜視図。
【図９】  第２実施形態のヨークを示す平面図。
【図１０】  別例のヨークを示す平面図。
【符号の説明】
１…直流機としての小型モータ、２，３…マグネット、２ａ，３ａ…主磁束部、２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ…延長部、４…電機子、５ａ，５ｂ…ブラシ、７…ヨーク、７ａ…平坦部、７ｂ…湾曲部、８…電機子コア、８ａ，８１〜８４…ティース、９ａ，９ｂ…電機子コイル、１０…整流子としてのコンミテータ、１２…ヨーク孔、１３…切欠き、１４ｂ，１４ｃ…磁性金属、１６…ヨーク孔、１７…延出部、１８…ヨーク孔、１９…延出部、８１ａ…前端。
【図１】
0003779205.tif 000002
【図２】
0003779205.tif 000003
【図３】
0003779205.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003779205.tif 000008
【図８】
0003779205.tif 000009
【図９】
0003779205.tif 000010
【図１０】
0003779205.tif 000011