JP2003189574A - 直流機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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実現する。 【解決手段】小型モータ１は、供給される直流電流の方
向に応じていずれか一方向に回転駆動される。マグネッ
ト２，３は、主磁束部２ａ，３ａと、主磁束部２ａ，３
ａの各端部から周方向一側及び他側にそれぞれ延出形成
される延長部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃとを有している。
扁平円筒状のヨーク７の湾曲部７ｂにマグネット２，３
が配置されている。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の前端が回転方向前側となる延長部２ｂ，２
ｃ，３ｂ，３ｃの磁束極小部に配置される。延長部２
ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃには、磁性金属が配置されてい
る。ヨーク７の平坦部７ａには、ヨーク内外を連通する
略長方形状のヨーク孔１２が配設される。

Description

【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２００
１−９５２１８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、前記ヨークに前記平
坦部の前記電機子コアに対向する範囲にヨーク内外を連
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、前記ヨークにおいて、前記平坦
部の前記電機子に対向する範囲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、ヨークには、平坦部の電機子コアに
対向する範囲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８
ａ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１１
ｄ，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５
ａ，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１
１ｂ，１１ｅ間を短絡し、ブラシ５ｂは整流子片１１
ｄ，１１ｆ間を短絡する。このように、ブラシ５ａ，５
ｂ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１１
ｃ，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ＣＣ
Ｗ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２
ｃ，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Ｃ
ＣＷ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２
ｂ，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，３
ｃ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，３
ｂ，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，２
ｅ，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，Ｂ
３２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，Ｂ
３３，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，３
ｂ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５
ａ，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２
ｃ，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，３
ｅ）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２
ｃ，３ｃに配置された磁性金属１４ｃは、同延長部２
ｃ，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８１，８
２，８３，８４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，３
ｃ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，Ｂ
３２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Ｂ
４１（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，９
ｂ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／ｄ
ｔ）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，Ｂ３
３）のみを有することによりリアクタンス電圧（Ｌ・ｄ
ｉ／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，３
ｂ，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２
ｂ，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，３
ｂ，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７
ａ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９
ａ，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１４
ｂ，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，２
ｃ，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，２
ｃ，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７
ｂ（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７
ｂ側に設けられ、マグネット２，３の端部側（平坦部７
ａ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１
８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２
ｂ，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２
ｂ，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、７
ａ…平坦部、７ｂ…湾曲部、８…電機子コア、８ａ，８
１〜８４…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、８
１ａ…前端。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H622 AA03 CA02 CA05 CA12 CB05 PP03 5H623 AA05 BB07 GG13 GG16 GG19 GG22 GG27 GG28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   クに前記平坦部の前記電機子コアに対向する範囲にヨー
   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。
2. 【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、 前記ヨークにおいて、前記平坦部の前記電機子に対向す
   る範囲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。
3. 【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。