JP3667691B2 - 直流機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットを有した直流機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来では、自動車ワイパモータは、ブラシを有する直流モータが採用されている。この中では、３ブラシモータ、所謂第３のブラシを用いたモータがある。この種のモータは、モータの回転速度を変える目的でその第３のブラシが用いられている。その主な原理としては、使用する磁束を減少させることによってモータの回転速度を高くするものである。具体的には、設置位置の異なるブラシを設けておき、電機子コイルの通電範囲をブラシの選択（組み合わせ）により変えることで簡単に実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成はモータの通常運転（低速仕様）において、高速用のブラシ（第３のブラシ）が隣り合う整流子片を跨ぐ毎に、該ブラシ（第３のブラシ）により短絡される電機子コイル中に発生している誘導起電力により通電方向と逆向きに大きな電流が瞬間的に流れる。図１６において、ピークＡ２，Ｂ２は、その電機子コイル中に流れるコイル電流の瞬間変化を示している。これにより、ブラシで火花放電が発生することから、電気雑音やブラシ摩耗を引き起こし、所謂第３のブラシによる整流障害を引き起こす。そこで、モータの駆動回路に雑音防止ためのコイル（インダクター）やコンデンサ等を複数組み合わせて対応していた。これは、モータの部品点数及びコストの低減を図る上の問題点となった。
【０００４】
また、この運転状態において、低速用のブラシ（第１及び第２ブラシ）により整流される電機子コイルでは、コイルのインダクタンスと漏れ磁束（即ち、暫時磁束の絶対値が減少する分布）により電流が切り替わるのを遅らせる作用が発生している。つまり、図１６に示すように、電流の切り替えは１点鎖線Ｃ１，Ｄ１で示す正常状態からそれぞれ実線Ｃ２，Ｄ２で示す異常状態へ遅れていた。その結果、整流子（コンミュテータ）が切り替わってしまった瞬間に電流の瞬間的な切り換えがなされていた。これは、モータには遅れ整流が発生する問題点となった。
【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、遅れ整流を是正できるとともに所謂第３のブラシによる整流障害を取り除くことができ、部品点数及びコストの低減を図る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】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、等角度間隔に設けた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前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され前記コンミュテータのセグメントに接触する第１及び第２のブラシと、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され前記セグメントに接触する少なくとも１つの第３のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネットは主磁極部と延長部とからなり、その延長部には暫時磁束増加部を形成し、前記一対のマグネット中の１つのマグネットはその主磁極部に磁束急変部を設け、その磁束急変部は、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第１番目ティースのティースバー回転方向先端が該磁束急変部にさしかかるようになる場所に設けられていることを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、等角度間隔に設けた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前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され前記コンミュテータのセグメントに接触する第１及び第２のブラシと、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され前記セグメントに接触する少なくとも１つの第３のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネットは主磁極部延長部とからなり、その延長部には暫時磁束増加部を形成し、前記一対のマグネット中の１つのマグネットはその主磁極部に磁束急変部を設け、その磁束急変部は、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第１番目ティースのティースバー回転方向後端が該磁束急変部にさしかかるようになる場所に設けられていることを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の直流機において、前記磁束急変部は、隣接するマグネットの他の部分と逆方向の磁束を発生する逆磁束部であることを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の直流機において、前記磁束急変部の回転方向幅のほぼ中央位置は、逆磁束の最大点となるようにしたことを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の直流機において、前記一対のマグネット間には、両マグネットのそれぞれの回転方向逆側端部に密接する透磁率の大きい材料からなる強磁性体を設けていることを要旨とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の直流機において、前記強磁性体を、モータハウジングヨークの一部分となるようにそのモータハウジングヨークを加工して形成したことを要旨とする。
【００１２】
（作用）
請求項１〜６に記載の発明によれば、整流中の電機子コイルを通過する磁束量が変化するため、電機子コイルに発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子の回転位置に応じてマイナス側に徐々に大きくなる。その結果、整流が早期に促進されることにより遅れ整流が是正される。
【００１３】
また、第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する瞬間に磁束が急変することから、電機子コイル内に発生する誘導起電力が押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する瞬間に磁束方向が反転することから、電機子コイル内に発生する誘導起電力が確実に押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、電機子コイル内に発生する誘導起電力が更に押さえられる。
請求項５に記載の発明によれば、マグネットの長さを短くすることによって低回転数及び低コストの両立が図れる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、部品点数の低減が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を直流機としての直流モータ（例えばワイパモータ）に具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。図１は、直流機としてのワイパモータ１の概略構造を示す部分断面図である。図２は、マグネット２，３の磁束分布を示す説明図である。
【００１８】
図１に示すように、ワイパモータ１は、マグネット２，３、電機子４、コンミテータ５及び複数のブラシ６〜８を有している。
詳述すると、本実施形態のワイパモータ１は、２極の直流モータであって、モータハウジングヨーク９内において、Ｎ極及びＳ極を形成する２つのマグネット２，３が電機子４を挟んで対向配置されている。電機子４は、電機子コア１０とそのコア１０に巻装される電機子コイル１１とを有し、直流電流の供給により回転駆動する。
【００１９】
電機子コア１０には、複数のティース１０ａが形成されており、そのうちのｎ個のティース１０ａの周囲に電機子コイル１１が巻き付けられている。なお、本実施形態では、ティース１０ａの個数は１２個であり、そのティース１０ａが、電機子４の周方向に３０°毎に形成されている。つまり、隣り合うティース１０ａは、その中心線のなす角度（モータ電機子スロット角度）θが３０°（＝３６０°／１２）となるように形成されている。また、図示を省略しているが、複数の電機子コイル１１が５つのティース１０ａ毎に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。
【００２０】
コンミテータ５は、電機子４の一端に配設され、複数のセグメント１２を有して構成されている。本実施形態では、１２個のセグメント１２が周方向に３０°毎に設けられている。つまり、セグメント１２の幅（角度）θ１は３０°となる。また、前記５つのティース１０ａに巻装された電機子コイル１１は該５つのティース１０ａ側の２つのセグメント１２（例えばセグメント１２ａ，１２ｂ）に結線している。
【００２１】
複数のブラシ６〜８は、コンミテータ５に摺接するように付勢された状態で配設されている。本実施形態では、３つのブラシ６〜８が配設されている。その中で、第１及び第２のブラシとしての第１及び第２ブラシ６，７は、１８０°離れた（対向する）関係に配設され、第３のブラシとしての第３ブラシ８は、第２ブラシ７と所定の角度δをなすように配設されている。さらに、図示しないが、ブラシ６〜８は、それぞれ直流電源回路に接続されている。そして、運転状況によって切り替えスイッチの切り替えによってブラシ６，７を介してモータ１に給電させるか又はブラシ７，８を介してモータ１に給電させるかを選択する。本実施形態では、通常運転（低速仕様）の場合、ブラシ６，７を介してモータ１に給電させ、高速運転の場合、ブラシ７，８を介してモータ１に給電させるようにしている。つまり、ブラシ６，７は、低速回転である第１ポジションに配置され、ブラシ７，８は、高速回転である第２ポジションに配置されている。
【００２２】
そして、直流電源から供給される直流電流が、ブラシ６，７又はブラシ７，８とコンミテータ５のセグメント１２を経て電機子コイル１１に流れる。これによって、電機子４が時計回り方向（図中、Ｘ矢印方向）に回転する。
【００２３】
前記マグネット２，３は、主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとを有し、その主磁極部２ａ，３ａの回転方向側には延長部２ｂ，３ｂが延出形成されている。
【００２４】
主磁極部２ａ，３ａは、所定長さ（前記モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（４θ＝１２０°）に対応した長さ）形成されている。前記延長部２ｂ，３ｂは、モータ電機子スロット角度θ（＝３０°）に対応する長さにて形成されている。つまり、マグネット２，３は、モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（５θ＝１５０°）に対応した長さにて互いに電機子４の中心軸に対して点対称となるように形成されている。
【００２５】
マグネット２，３には、その主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界から延長部２ｂ，３ｂへ向かって暫時磁束増加部２ｃ，３ｃを形成している。この暫時磁束増加部２ｃ，３ｃにおいては、図２に磁束分布曲線Ｐで示すように、その主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界での磁束密度が最小であり、延長部２ｂ，３ｂに沿って所定角度δ１範囲内で回転方向Ｘに向かって徐々に増加する（図２にＰ１で示す部分）。
【００２６】
マグネット２の主磁極部２ａには、図１及び図２に破線で示すように、磁束急変部としての逆磁束部２ｄを設けている。この逆磁束部２ｄは、図２に磁束分布曲線Ｐで示すように、主磁極部２ａの他の部分と逆方向の磁束（図２にＰ２で示す部分）を有するように形成されている。本実施形態では、逆磁束部２ｄは、主磁極部２ａの回転方向側端部（つまり延長部２ｂ）に近い所定場所に設けられている。この所定場所は、第３ブラシ８が電機子４の回転中に両セグメント１２ａ，１２ｂを短絡し始めるとき、当該両セグメント１２ａ，１２ｂに結線した前記電機子コイル１１が巻装される５つのティース１０ａの回転方向側第１番目ティース１０ａのティースバー回転方向先端が該逆磁束部２ｄにさしかかるようになる場所に設定されている。
【００２７】
そして、前記逆磁束部２ｄの幅（角度）をθ２とし、前記第３ブラシ８の幅（角度）をθ３とし、第３ブラシ８から回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）をｎ１とするとき、逆磁束部２ｄは、その中心線Ｌ１と第３ブラシ８の中心線Ｌ２との角度δ０１が次の式（１）で求めた値となるような場所に設けられている。
【００２８】
δ０１＝（ｎ１×θ１）＋（θ２／２）＋（θ１−θ３）／２ （１）
なお、本実施形態では、図１に示すように、第３ブラシ８から回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）は２つであり、つまりｎ１＝２である。
【００２９】
前記マグネット２，３に設けられた暫時磁束増加部２ｃ，３ｃと、マグネット２のみに設けられた逆磁束部２ｄとは、マグネット２，３を図示しない着磁装置にて着磁させるように形成されている。
【００３０】
図３は、電機子４が図１で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に、電機子コイル１１に発生する誘起電圧の変化を示している。本実施形態では、通常運転中に、電機子コイル１１が巻装される５つのティース１０ａの回転方向側第１番目ティース１０ａのティースバー回転方向先端が前記逆磁束部２ｄにさしかかるとき、該電機子コイル１１が結線した両セグメント１２は第３ブラシ８により短絡し始める。つまり、電機子４は図１で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転した位置に第３ブラシ８が隣り合う両セグメント１２ａ，１２ｂを短絡し始める。これに対応して、図３に示すように、電機子４が図１で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転したとき、電機子コイル１１内に発生する誘起電圧がほぼゼロになる。
【００３１】
また、整流時において、電機子コア１０の先端に対向する延長部２ｂは、整流区間の角度に対応する部分で磁束が徐々に増加するように形成されている。従って、整流中の電機子コイル１１を通過する磁束量は、電機子４の回転に応じて徐々に増加する。またこのとき、磁束量の増加率は回転に応じて徐々に増加する。このように、整流中の電機子コイル１１を通過する磁束量が変化するため、電機子コイル１１に発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子４の回転位置に応じてマイナス側に徐々に大きくなる。そして、この誘起電圧によって、リアクタンス電圧が打ち消されて、不足整流が改善される。つまり、電流の切り替えは実線Ｃ２，Ｄ２で示す（図１６参照）従来の整流遅れ状態からそれぞれ１点鎖線Ｃ１，Ｄ１で示す（図１６参照）正常状態へ変わり、整流が早期に促進されることにより遅れ整流が是正される。
【００３２】
以上記述したように、本実施の形態によれば、下記のような特徴を有する。
（１） マグネット２，３の延長部２ｂ，３ｂには、主磁極部２ａ，３ａとの境界から電機子４の回転方向に向かって徐々に磁束が増加する暫時磁束増加部２ｃ，３ｃをそれぞれ形成した。また、マグネット２の主磁極部２ａには、逆磁束部２ｄを設けた。この逆磁束部２ｄは、第３ブラシ８が電機子４の回転中に両セグメント１２ａ，１２ｂを短絡し始めるとき、当該両セグメント１２ａ，１２ｂに結線した前記電機子コイル１１が巻装される５つのティース１０ａの回転方向側第１番目ティース１０ａのティースバー回転方向先端が該逆磁束部２ｄにさしかかるようになる場所に設けられている。
【００３３】
従って、整流中の電機子コイル１１を通過する磁束量が変化するため、電機子コイル１１に発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子４の回転位置に応じてマイナス側に徐々に大きくなる。その結果、整流が早期に促進されることにより遅れ整流が是正される。
【００３４】
また、第３ブラシ８が隣り合う両セグメント１２を短絡する瞬間に磁束方向が反転することから、従来に比べて電機子コイル１１内に発生する誘導起電力が押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。その結果、第３ブラシ８での火花放電が防止され、モータ１の電気雑音やブラシ摩耗の低減を図ることができる。これにより、モータ１の駆動回路に雑音防止ためのコイル（インダクター）やコンデンサ等を複数組み合わせる必要がなくなり、モータ１の部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【００３５】
（２） マグネット２，３に暫時磁束増加部２ｃ，３ｃを設け、マグネット２に逆磁束部２ｄを設けることにより、遅れ整流を是正できるとともに第３ブラシによる整流障害を低減することができるため、製造も容易でコスト的にも有利である。
【００３６】
（３） 逆磁束部２ｄの回転方向幅のほぼ中央位置は、逆磁束の最大点となるようにした。従って、電機子コイル１１内に発生する誘導起電力が更に押さえられることから、モータ１の電気雑音やブラシ摩耗の低減を図る効果はより大きくなる。
【００３７】
（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施実施を図面に従って説明する。図４は、本実施形態の直流モータ２１の概略構造を示す部分断面図である。図５は、マグネット２２，２３の磁束分布を示す説明図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態とは、逆磁束部を設けたマグネットが異なるという点が相違するため、説明の便宜上、同じ直流モータの構成についての詳細な説明を省略し、相違する部分のみ詳しく説明する。
【００３８】
図４に示すように、第３のブラシとしての第３ブラシ２８に対して該ブラシ２８の回転方向逆側に位置するマグネット２３には、磁束急変部としての逆磁束部２３ｄが設けられている。この逆磁束部２３ｄは、隣接する主磁極部２３ａの他の部分と逆方向の磁束（図５にＰ３で示す部分）を有するように形成されている。本実施形態では、逆磁束部２３ｄは、マグネット２３の回転方向側端部（つまり延長部２３ｂ）に近い所定場所に設けられている。この所定場所は、第３ブラシ２８が電機子２４の回転中に両セグメント３２ａ，３２ｂを短絡し始めるとき、当該両セグメント３２ａ，３２ｂに結線した電機子コイル３１が巻装される５つのティース３０ａの回転方向逆側第１番目ティース３０ａのティースバー回転方向後端が該逆磁束部２３ｄにさしかかるようになる場所に設定されている。
【００３９】
そして、図４に示すように、前記逆磁束部２ｄの幅（角度）をθ２とし、前記第３ブラシ８の幅（角度）をθ３とし、第３ブラシ８から反回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）をｎ２とするとき、逆磁束部２ｄは、その中心線Ｌ３と第３ブラシ８の中心線Ｌ２との角度δ０２が次の式（２）で求めた値となるような場所に設けられている。
【００４０】
δ０２＝（ｎ２×θ１）−（θ２／２）−（θ１−θ３）／２ （２）
なお、本実施形態では、図４に示すように、第３ブラシ８から反回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）は３つであり、つまりｎ２＝３である。
【００４１】
図６は、電機子２４が図４で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に、電機子コイル３１に発生する誘起電圧の変化を示している。本実施形態では、ブラシ２６，２７にて給電するモータ２１の通常運転において、両セグメント３２ａ，３２ｂに結線した電機子コイル３１が巻装される５つのティース３０ａの回転方向逆側第１番目ティース３０ａのティースバー回転方向後端が逆磁束部２３ｄにさしかかるとき、第３ブラシ２８が隣り合う両セグメント３２ａ，３２ｂを短絡し始める。つまり、電機子２４は図４で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転した位置に第３ブラシ２８が隣り合う両セグメント３２ａ，３２ｂを短絡し始める。これに対応して、図６に示すように、電機子２４が図４で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転したとき、電機子コイル３１内に発生する誘起電圧がほぼゼロになる。
【００４２】
従って、本実施の形態によれば、第１の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
【００４３】
○上記各実施形態では、第３ブラシ８，２８は第２ブラシ７，２７と鈍角をなすように配置されて実施した。これに対して、第３ブラシ８，２８を第２ブラシ７，２７と鋭角をなすように配置して実施してもよい。
【００４４】
○上記各実施形態では、逆磁束部２ｄ，２３ｄの逆磁束の最大点は、第３ブラシ８，２８が両セグメント１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂを短絡する期間のほぼ中央位置に位置するようにした。これに対して、図示しないが、逆磁束部２ｄ，２３ｄの逆磁束の最大点を、第３ブラシ８，２８が両セグメント１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂを短絡する期間のほぼ終了位置に位置するようにしてもよい。
【００４５】
○上記第１の実施形態では、マグネット２には、磁束急変部としての逆磁束部２ｄを形成して実施したが、図７に示すように、マグネット４２には、磁束急変部としての磁束変化部４２ｄを形成して実施してもよい。詳述すると、この磁束変化部４２ｄは、図７に磁束分布曲線Ｐで示すように、隣接する主磁極部４２ａの他の部分と同方向の弱い磁束（図７にＰ４で示す部分）を有するように形成されている。この場合、上記第１の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。同様に、上記第２の実施形態において、図８に示すように、マグネット５３には、磁束急変部としての磁束変化部５３ｄを形成して実施してもよい。詳述すると、この磁束変化部５３ｄは、図８に磁束分布曲線Ｐで示すように、隣接する主磁極部５３ａの他の部分と同方向の弱い磁束（図８にＰ５で示す部分）を有するように形成されている。この場合、上記第２の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００４６】
○上記各実施形態において、主磁極部２ａ，３ａ，２２ａ，２３ａを、モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（４θ＝１２０°）に対応した長さ以外の長さにて形成してもよい。
【００４７】
○第１の実施形態において、図９に示すように、直流モータ６１のマグネット６２，６３の主磁極部６２ａ，６３ａを、モータ電機子スロット角度θの３倍となる開角度（３θ＝９０°）に対応した長さにて形成してもよい。詳述すると、マグネット６２の主磁極部６２ａの回転方向逆側端部とマグネット６３の延長部６３ｂの回転方向端部間の角度を６０°にしている。同様に、マグネット６３の主磁極部６３ａの回転方向逆側端部とマグネット６２の延長部６２ｂの回転方向端部間の角度を６０°にしている。
【００４８】
○図１０に示すように、直流モータ７１のマグネット７２，７３の延長部７２ｂ，７３ｂに設ける暫時磁束増加部を切り欠き部７２ｃ，７３ｃに形成してもよい。また、マグネット７２の主磁極部７２ａを２つの分割片に分断し、その両分割片間の隙間に主磁極部７２ａと逆方向の磁束を有する逆磁束部７２ｄを挟持して形成してもよい。
【００４９】
○図１１に示すように、直流モータ８１のマグネット８２，８３間にはその主磁極部８２ａ，８３ａの回転方向逆側端部に密接する透磁率の大きい材料（例えば軟鋼）からなる強磁性体８２ｅ，８３ｄを設けてもよい。詳述すると、主磁極部８２ａ，８３ａをモータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（３θ＝９０°）に対応した長さにて形成し、主磁極部８２ａ，８３ａの回転方向逆側端部にモータ電機子スロット角度θ（＝３０°）に対応した長さを有する強磁性体８２ｅ，８３ｄを設けている。強磁性体８２ｅ，８３ｄは、前記主磁極部８２ａ，８３ａと同じ径方向断面にて形成されている。
【００５０】
○図１２はモータ出力（トルク）と回転数の関係を示すグラフである。図１２において、曲線Ｋ１は図９で示す別例のモータ６１のモータ出力（トルク）と回転数の関係を示し、曲線Ｋ２は図１１で示す別例のモータ８１のモータ出力（トルク）と回転数の関係を示し、曲線Ｋ３は図１０で示す別例のモータ７１のモータ出力（トルク）と回転数の関係を示している。図１２に示すように、同一モータ出力（負荷）Ｔに対して、直流モータ６１に比べて直流モータ７１及び直流モータ８１の方は回転数が小さくなっている。つまり、直流モータ６１に比べて直流モータ７１及び直流モータ８１は、所定モータ出力に対してより低回転数で作動できる。しかし、直流モータ６１のマグネット６２，６３より直流モータ７１のマグネット７２，７３が長く形成されているため、直流モータ７１のコストがその分高くなる。そして、直流モータ８１のように、マグネット８２，８３間にその主磁極部８２ａ，８３ａと密接する強磁性体８２ｅ，８３ｄを設けることによって、強磁性体８２ｅ，８３ｄに磁石作用が発生し磁界の増幅が行えるため、低回転数と低コストの両立を図ることができる。
【００５１】
○図１３に示すように、両マグネット間に強磁性体を設ける思想を、延長部なしのマグネット９２，９３を有する直流モータ９１に応用してもよい。詳述すると、逆磁束部９２ａを設けたマグネット９２の回転方向逆側端部に該端部に密接する強磁性体９２ｂを設け、マグネット９３の回転方向逆側端部に該端部に密接する強磁性体９３ａを設けている。
【００５２】
○図１４に示すように、両マグネット間に強磁性体を設ける思想を、逆磁束部なしのマグネット１０２，１０３を有する直流モータ１０１に応用してもよい。詳述すると、延長部１０２ｂ，１０３ｂと切り欠き部１０２ｃ，１０３ｃを設けたマグネット１０２，１０３の主磁極部１０２ａ，１０３ａの回転方向逆側端部には、該端部に密接する強磁性体１０２ｄ，１０３ｄを設けている。
【００５３】
○図１５に示すように、上記各別例のマグネット間に設けられた強磁性体を、モータハウジングヨークを加工することによって形成させてもよい。詳述すると、直流モータ１１１のモータハウジングヨーク１１９を、該ヨーク１１９の内径からヨーク軸中心へ突出する凸出部１１９ａを形成するようプレス加工させる。その凸出部１１９ａは、マグネット１１２とマグネット１１３の間に位置するとともに、マグネット１１２（又はその主磁極部１１２ａ）の回転方向逆側端部に密接するように形成している。凸出部１１９ａはその円弧内側面がマグネット１１２の円弧内側面と同一円弧面上位置している。この場合、強磁性体はモータハウジングヨーク１１９の一部分にて形成されているため、部品点数を低減できることから、直流モータ１１１のコスト低減を図ることができる。
【００５４】
○強磁性体を軟鋼以外の透磁率の大きい材料にて形成してもよい。
○強磁性体をモータ電機子スロット角度θに対応した長さ以外の長さにて形成してもよい。
【００５５】
○強磁性体をマグネットと異なる断面形状にて形成してもよい。
○第３のブラシを複数個設けて実施してもよい。
○本発明をティースが１２個以外の複数個設けられたモータに具体化して実施してもよい。同一電機子コイルが巻装されるティースを５個以外のｎ個にて実施してもよい。
【００５６】
○本発明をワイパモータ以外の直流モータに具体化してもよい。
次に上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００５７】
（イ）請求項１，３及び４のいずれか１に記載の直流機において、前記コンミュテータのセグメント幅をθ１とし、前記磁束急変部の幅をθ２とし、前記第３のブラシの幅をθ３とし、該第３のブラシから回転方向に電機子コイルが跨ぐティースの数をｎ１とするとき、前記磁束急変部は、その中心線と第３のブラシの中心線との角度δ０１が次の式
δ０１＝（ｎ１×θ１）＋（θ２／２）＋（θ１−θ３）／２ （１）
で求めた値となるような場所に設けられていることを特徴とする直流機。
【００５８】
（ロ）請求項２〜４のいずれか１に記載の直流機において、前記コンミュテータのセグメント幅をθ１とし、前記磁束急変部の幅をθ２とし、前記第３のブラシの幅をθ３とし、該第３のブラシから反回転方向に電機子コイルが跨ぐティースの数をｎ２とするとき、前記磁束急変部は、その中心線と第３のブラシの中心線との角度δ０２が次の式
δ０２＝（ｎ２×θ１）−（θ２／２）−（θ１−θ３）／２ （２）
で求めた値となるような場所に設けられていることを特徴とする直流機。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によれば、遅れ整流を是正できるとともに第３のブラシによる整流障害を取り除くことができ、直流機の部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【００６０】
請求項５に記載の発明によれば、直流機の低回転数と低コストの両立を図ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、直流機の部品点数を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図２】 第１の実施形態のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図３】 第１の実施形態の電機子コイル内に発生する誘起電圧の変化を示すグラフ。
【図４】 第１の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図５】 第１の実施形態のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図６】 第１の実施形態の電機子コイル内に発生する誘起電圧の変化を示すグラフ。
【図７】 別例のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図８】 別例のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図９】 別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１０】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１１】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１２】別例の直流モータの出力と回転数の関係を示すグラフ。
【図１３】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１４】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１５】別例の直流モータの概略構成を示す要部断面図。
【図１６】従来の電機子コイル内に流れるコイル電流の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１，２１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１…直流機としての直流モータ、２，３，２２，２３，４２，４３，５２，５３，６２，６３，７２，７３，８２，８３，９２，９３，１０２，１０３，１１２，１１３…マグネット、２ａ，３ａ，２２ａ，２３ａ，４２ａ，４３ａ，５２ａ，５３ａ，６２ａ，６３ａ，７２ａ，７３ａ，８２ａ，８３ａ，１０２ａ，１０３ａ，１１２ａ…主磁極部、２ｂ，３ｂ，２２ｂ，２３ｂ，４２ｂ，４３ｂ，５２ｂ，５３ｂ，６２ｂ，６３ｂ，７２ｂ，７３ｂ，８２ｂ，８３ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ…延長部、２ｃ，３ｃ，２２ｃ，２３ｃ，４２ｃ，４３ｃ，５２ｃ，５３ｃ，６２ｃ，６３ｃ，７２ｃ，７３ｃ，８２ｃ，８３ｃ，１０２ｃ，１０３ｃ…暫時磁束増加部又は暫時磁束増加部としての切り欠き部、２ｄ，２３ｄ，６２ｄ，７２ｄ，８２ｄ，９２ｄ…磁束急変部としての逆磁束部、４２ｄ，５３ｄ…磁束急変部としての磁束変化部、４，２４…電機子、５，２５…コンミテータ、６，２６，４６，５６，６６，７６，８６，９６，１０６…第１のブラシとしての第１ブラシ、７，２７，４７，５７，６７，７７，８７，９７，１０７…第２のブラシとしての第２ブラシ、８，２８，４８，５８，６８，７８，８８，９８，１０８…第３のブラシとしての第３ブラシ、１０，３０…電機子コア、１０ａ，３０ａ…ティース、１１，３１…電機子コイル、１２，３２…セグメント、８２ｅ，８３ｄ，９２ｂ，９３ａ，１０２ｄ，１０３ｄ…強磁性体、１０９…モータハウジングヨーク、１１９ａ…強磁性体としての凸出部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットを有した直流機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来では、自動車ワイパモータは、ブラシを有する直流モータが採用されている。この中では、３ブラシモータ、所謂第３のブラシを用いたモータがある。この種のモータは、モータの回転速度を変える目的でその第３のブラシが用いられている。その主な原理としては、使用する磁束を減少させることによってモータの回転速度を高くするものである。具体的には、設置位置の異なるブラシを設けておき、電機子コイルの通電範囲をブラシの選択（組み合わせ）により変えることで簡単に実現していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成はモータの通常運転（低速仕様）において、高速用のブラシ（第３のブラシ）が隣り合う整流子片を跨ぐ毎に、該ブラシ（第３のブラシ）により短絡される電機子コイル中に発生している誘導起電力により通電方向と逆向きに大きな電流が瞬間的に流れる。図１６において、ピークＡ２，Ｂ２は、その電機子コイル中に流れるコイル電流の瞬間変化を示している。これにより、ブラシで火花放電が発生することから、電気雑音やブラシ摩耗を引き起こし、所謂第３のブラシによる整流障害を引き起こす。そこで、モータの駆動回路に雑音防止ためのコイル（インダクター）やコンデンサ等を複数組み合わせて対応していた。これは、モータの部品点数及びコストの低減を図る上の問題点となった。
【０００４】
また、この運転状態において、低速用のブラシ（第１及び第２ブラシ）により整流される電機子コイルでは、コイルのインダクタンスと漏れ磁束（即ち、暫時磁束の絶対値が減少する分布）により電流が切り替わるのを遅らせる作用が発生している。つまり、図１６に示すように、電流の切り替えは１点鎖線Ｃ１，Ｄ１で示す正常状態からそれぞれ実線Ｃ２，Ｄ２で示す異常状態へ遅れていた。その結果、整流子（コンミュテータ）が切り替わってしまった瞬間に電流の瞬間的な切り換えがなされていた。これは、モータには遅れ整流が発生する問題点となった。
【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、遅れ整流を是正できるとともに所謂第３のブラシによる整流障害を取り除くことができ、部品点数及びコストの低減を図る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】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、等角度間隔に設けた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前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され前記コンミュテータのセグメントに接触する第１及び第２のブラシと、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され前記セグメントに接触する少なくとも１つの第３のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネットは主磁極部と延長部とからなり、その延長部には暫時磁束増加部を形成し、前記一対のマグネット中の１つのマグネットはその主磁極部に磁束急変部を設け、その磁束急変部は、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第１番目ティースのティースバー回転方向先端が該磁束急変部にさしかかるようになる場所に設けられていることを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、等角度間隔に設けた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前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され前記コンミュテータのセグメントに接触する第１及び第２のブラシと、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され前記セグメントに接触する少なくとも１つの第３のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネットは主磁極部延長部とからなり、その延長部には暫時磁束増加部を形成し、前記一対のマグネット中の１つのマグネットはその主磁極部に磁束急変部を設け、その磁束急変部は、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第１番目ティースのティースバー回転方向後端が該磁束急変部にさしかかるようになる場所に設けられていることを要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の直流機において、前記磁束急変部は、隣接するマグネットの他の部分と逆方向の磁束を発生する逆磁束部であることを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の直流機において、前記磁束急変部の回転方向幅のほぼ中央位置は、逆磁束の最大点となるようにしたことを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の直流機において、前記一対のマグネット間には、両マグネットのそれぞれの回転方向逆側端部に密接する透磁率の大きい材料からなる強磁性体を設けていることを要旨とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の直流機において、前記強磁性体を、モータハウジングヨークの一部分となるようにそのモータハウジングヨークを加工して形成したことを要旨とする。
【００１２】
（作用）
請求項１〜６に記載の発明によれば、整流中の電機子コイルを通過する磁束量が変化するため、電機子コイルに発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子の回転位置に応じてマイナス側に徐々に大きくなる。その結果、整流が早期に促進されることにより遅れ整流が是正される。
【００１３】
また、第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する瞬間に磁束が急変することから、電機子コイル内に発生する誘導起電力が押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する瞬間に磁束方向が反転することから、電機子コイル内に発生する誘導起電力が確実に押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、電機子コイル内に発生する誘導起電力が更に押さえられる。
請求項５に記載の発明によれば、マグネットの長さを短くすることによって低回転数及び低コストの両立が図れる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、部品点数の低減が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を直流機としての直流モータ（例えばワイパモータ）に具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。図１は、直流機としてのワイパモータ１の概略構造を示す部分断面図である。図２は、マグネット２，３の磁束分布を示す説明図である。
【００１８】
図１に示すように、ワイパモータ１は、マグネット２，３、電機子４、コンミテータ５及び複数のブラシ６〜８を有している。
詳述すると、本実施形態のワイパモータ１は、２極の直流モータであって、モータハウジングヨーク９内において、Ｎ極及びＳ極を形成する２つのマグネット２，３が電機子４を挟んで対向配置されている。電機子４は、電機子コア１０とそのコア１０に巻装される電機子コイル１１とを有し、直流電流の供給により回転駆動する。
【００１９】
電機子コア１０には、複数のティース１０ａが形成されており、そのうちのｎ個のティース１０ａの周囲に電機子コイル１１が巻き付けられている。なお、本実施形態では、ティース１０ａの個数は１２個であり、そのティース１０ａが、電機子４の周方向に３０°毎に形成されている。つまり、隣り合うティース１０ａは、その中心線のなす角度（モータ電機子スロット角度）θが３０°（＝３６０°／１２）となるように形成されている。また、図示を省略しているが、複数の電機子コイル１１が５つのティース１０ａ毎に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。
【００２０】
コンミテータ５は、電機子４の一端に配設され、複数のセグメント１２を有して構成されている。本実施形態では、１２個のセグメント１２が周方向に３０°毎に設けられている。つまり、セグメント１２の幅（角度）θ１は３０°となる。また、前記５つのティース１０ａに巻装された電機子コイル１１は該５つのティース１０ａ側の２つのセグメント１２（例えばセグメント１２ａ，１２ｂ）に結線している。
【００２１】
複数のブラシ６〜８は、コンミテータ５に摺接するように付勢された状態で配設されている。本実施形態では、３つのブラシ６〜８が配設されている。その中で、第１及び第２のブラシとしての第１及び第２ブラシ６，７は、１８０°離れた（対向する）関係に配設され、第３のブラシとしての第３ブラシ８は、第２ブラシ７と所定の角度δをなすように配設されている。さらに、図示しないが、ブラシ６〜８は、それぞれ直流電源回路に接続されている。そして、運転状況によって切り替えスイッチの切り替えによってブラシ６，７を介してモータ１に給電させるか又はブラシ７，８を介してモータ１に給電させるかを選択する。本実施形態では、通常運転（低速仕様）の場合、ブラシ６，７を介してモータ１に給電させ、高速運転の場合、ブラシ７，８を介してモータ１に給電させるようにしている。つまり、ブラシ６，７は、低速回転である第１ポジションに配置され、ブラシ７，８は、高速回転である第２ポジションに配置されている。
【００２２】
そして、直流電源から供給される直流電流が、ブラシ６，７又はブラシ７，８とコンミテータ５のセグメント１２を経て電機子コイル１１に流れる。これによって、電機子４が時計回り方向（図中、Ｘ矢印方向）に回転する。
【００２３】
前記マグネット２，３は、主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとを有し、その主磁極部２ａ，３ａの回転方向側には延長部２ｂ，３ｂが延出形成されている。
【００２４】
主磁極部２ａ，３ａは、所定長さ（前記モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（４θ＝１２０°）に対応した長さ）形成されている。前記延長部２ｂ，３ｂは、モータ電機子スロット角度θ（＝３０°）に対応する長さにて形成されている。つまり、マグネット２，３は、モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（５θ＝１５０°）に対応した長さにて互いに電機子４の中心軸に対して点対称となるように形成されている。
【００２５】
マグネット２，３には、その主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界から延長部２ｂ，３ｂへ向かって暫時磁束増加部２ｃ，３ｃを形成している。この暫時磁束増加部２ｃ，３ｃにおいては、図２に磁束分布曲線Ｐで示すように、その主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界での磁束密度が最小であり、延長部２ｂ，３ｂに沿って所定角度δ１範囲内で回転方向Ｘに向かって徐々に増加する（図２にＰ１で示す部分）。
【００２６】
マグネット２の主磁極部２ａには、図１及び図２に破線で示すように、磁束急変部としての逆磁束部２ｄを設けている。この逆磁束部２ｄは、図２に磁束分布曲線Ｐで示すように、主磁極部２ａの他の部分と逆方向の磁束（図２にＰ２で示す部分）を有するように形成されている。本実施形態では、逆磁束部２ｄは、主磁極部２ａの回転方向側端部（つまり延長部２ｂ）に近い所定場所に設けられている。この所定場所は、第３ブラシ８が電機子４の回転中に両セグメント１２ａ，１２ｂを短絡し始めるとき、当該両セグメント１２ａ，１２ｂに結線した前記電機子コイル１１が巻装される５つのティース１０ａの回転方向側第１番目ティース１０ａのティースバー回転方向先端が該逆磁束部２ｄにさしかかるようになる場所に設定されている。
【００２７】
そして、前記逆磁束部２ｄの幅（角度）をθ２とし、前記第３ブラシ８の幅（角度）をθ３とし、第３ブラシ８から回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）をｎ１とするとき、逆磁束部２ｄは、その中心線Ｌ１と第３ブラシ８の中心線Ｌ２との角度δ０１が次の式（１）で求めた値となるような場所に設けられている。
【００２８】
δ０１＝（ｎ１×θ１）＋（θ２／２）＋（θ１−θ３）／２ （１）
なお、本実施形態では、図１に示すように、第３ブラシ８から回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）は２つであり、つまりｎ１＝２である。
【００２９】
前記マグネット２，３に設けられた暫時磁束増加部２ｃ，３ｃと、マグネット２のみに設けられた逆磁束部２ｄとは、マグネット２，３を図示しない着磁装置にて着磁させるように形成されている。
【００３０】
図３は、電機子４が図１で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に、電機子コイル１１に発生する誘起電圧の変化を示している。本実施形態では、通常運転中に、電機子コイル１１が巻装される５つのティース１０ａの回転方向側第１番目ティース１０ａのティースバー回転方向先端が前記逆磁束部２ｄにさしかかるとき、該電機子コイル１１が結線した両セグメント１２は第３ブラシ８により短絡し始める。つまり、電機子４は図１で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転した位置に第３ブラシ８が隣り合う両セグメント１２ａ，１２ｂを短絡し始める。これに対応して、図３に示すように、電機子４が図１で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転したとき、電機子コイル１１内に発生する誘起電圧がほぼゼロになる。
【００３１】
また、整流時において、電機子コア１０の先端に対向する延長部２ｂは、整流区間の角度に対応する部分で磁束が徐々に増加するように形成されている。従って、整流中の電機子コイル１１を通過する磁束量は、電機子４の回転に応じて徐々に増加する。またこのとき、磁束量の増加率は回転に応じて徐々に増加する。このように、整流中の電機子コイル１１を通過する磁束量が変化するため、電機子コイル１１に発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子４の回転位置に応じてマイナス側に徐々に大きくなる。そして、この誘起電圧によって、リアクタンス電圧が打ち消されて、不足整流が改善される。つまり、電流の切り替えは実線Ｃ２，Ｄ２で示す（図１６参照）従来の整流遅れ状態からそれぞれ１点鎖線Ｃ１，Ｄ１で示す（図１６参照）正常状態へ変わり、整流が早期に促進されることにより遅れ整流が是正される。
【００３２】
以上記述したように、本実施の形態によれば、下記のような特徴を有する。
（１） マグネット２，３の延長部２ｂ，３ｂには、主磁極部２ａ，３ａとの境界から電機子４の回転方向に向かって徐々に磁束が増加する暫時磁束増加部２ｃ，３ｃをそれぞれ形成した。また、マグネット２の主磁極部２ａには、逆磁束部２ｄを設けた。この逆磁束部２ｄは、第３ブラシ８が電機子４の回転中に両セグメント１２ａ，１２ｂを短絡し始めるとき、当該両セグメント１２ａ，１２ｂに結線した前記電機子コイル１１が巻装される５つのティース１０ａの回転方向側第１番目ティース１０ａのティースバー回転方向先端が該逆磁束部２ｄにさしかかるようになる場所に設けられている。
【００３３】
従って、整流中の電機子コイル１１を通過する磁束量が変化するため、電機子コイル１１に発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子４の回転位置に応じてマイナス側に徐々に大きくなる。その結果、整流が早期に促進されることにより遅れ整流が是正される。
【００３４】
また、第３ブラシ８が隣り合う両セグメント１２を短絡する瞬間に磁束方向が反転することから、従来に比べて電機子コイル１１内に発生する誘導起電力が押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。その結果、第３ブラシ８での火花放電が防止され、モータ１の電気雑音やブラシ摩耗の低減を図ることができる。これにより、モータ１の駆動回路に雑音防止ためのコイル（インダクター）やコンデンサ等を複数組み合わせる必要がなくなり、モータ１の部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【００３５】
（２） マグネット２，３に暫時磁束増加部２ｃ，３ｃを設け、マグネット２に逆磁束部２ｄを設けることにより、遅れ整流を是正できるとともに第３ブラシによる整流障害を低減することができるため、製造も容易でコスト的にも有利である。
【００３６】
（３） 逆磁束部２ｄの回転方向幅のほぼ中央位置は、逆磁束の最大点となるようにした。従って、電機子コイル１１内に発生する誘導起電力が更に押さえられることから、モータ１の電気雑音やブラシ摩耗の低減を図る効果はより大きくなる。
【００３７】
（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施実施を図面に従って説明する。図４は、本実施形態の直流モータ２１の概略構造を示す部分断面図である。図５は、マグネット２２，２３の磁束分布を示す説明図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態とは、逆磁束部を設けたマグネットが異なるという点が相違するため、説明の便宜上、同じ直流モータの構成についての詳細な説明を省略し、相違する部分のみ詳しく説明する。
【００３８】
図４に示すように、第３のブラシとしての第３ブラシ２８に対して該ブラシ２８の回転方向逆側に位置するマグネット２３には、磁束急変部としての逆磁束部２３ｄが設けられている。この逆磁束部２３ｄは、隣接する主磁極部２３ａの他の部分と逆方向の磁束（図５にＰ３で示す部分）を有するように形成されている。本実施形態では、逆磁束部２３ｄは、マグネット２３の回転方向側端部（つまり延長部２３ｂ）に近い所定場所に設けられている。この所定場所は、第３ブラシ２８が電機子２４の回転中に両セグメント３２ａ，３２ｂを短絡し始めるとき、当該両セグメント３２ａ，３２ｂに結線した電機子コイル３１が巻装される５つのティース３０ａの回転方向逆側第１番目ティース３０ａのティースバー回転方向後端が該逆磁束部２３ｄにさしかかるようになる場所に設定されている。
【００３９】
そして、図４に示すように、前記逆磁束部２ｄの幅（角度）をθ２とし、前記第３ブラシ８の幅（角度）をθ３とし、第３ブラシ８から反回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）をｎ２とするとき、逆磁束部２ｄは、その中心線Ｌ３と第３ブラシ８の中心線Ｌ２との角度δ０２が次の式（２）で求めた値となるような場所に設けられている。
【００４０】
δ０２＝（ｎ２×θ１）−（θ２／２）−（θ１−θ３）／２ （２）
なお、本実施形態では、図４に示すように、第３ブラシ８から反回転方向に電機子コイル１１が跨ぐスロットの数（つまりティースの数）は３つであり、つまりｎ２＝３である。
【００４１】
図６は、電機子２４が図４で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に、電機子コイル３１に発生する誘起電圧の変化を示している。本実施形態では、ブラシ２６，２７にて給電するモータ２１の通常運転において、両セグメント３２ａ，３２ｂに結線した電機子コイル３１が巻装される５つのティース３０ａの回転方向逆側第１番目ティース３０ａのティースバー回転方向後端が逆磁束部２３ｄにさしかかるとき、第３ブラシ２８が隣り合う両セグメント３２ａ，３２ｂを短絡し始める。つまり、電機子２４は図４で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転した位置に第３ブラシ２８が隣り合う両セグメント３２ａ，３２ｂを短絡し始める。これに対応して、図６に示すように、電機子２４が図４で示すＡ（０°）位置からＢ（１８０°）位置へ回転する間に約９０°回転したとき、電機子コイル３１内に発生する誘起電圧がほぼゼロになる。
【００４２】
従って、本実施の形態によれば、第１の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
【００４３】
○上記各実施形態では、第３ブラシ８，２８は第２ブラシ７，２７と鈍角をなすように配置されて実施した。これに対して、第３ブラシ８，２８を第２ブラシ７，２７と鋭角をなすように配置して実施してもよい。
【００４４】
○上記各実施形態では、逆磁束部２ｄ，２３ｄの逆磁束の最大点は、第３ブラシ８，２８が両セグメント１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂを短絡する期間のほぼ中央位置に位置するようにした。これに対して、図示しないが、逆磁束部２ｄ，２３ｄの逆磁束の最大点を、第３ブラシ８，２８が両セグメント１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂを短絡する期間のほぼ終了位置に位置するようにしてもよい。
【００４５】
○上記第１の実施形態では、マグネット２には、磁束急変部としての逆磁束部２ｄを形成して実施したが、図７に示すように、マグネット４２には、磁束急変部としての磁束変化部４２ｄを形成して実施してもよい。詳述すると、この磁束変化部４２ｄは、図７に磁束分布曲線Ｐで示すように、隣接する主磁極部４２ａの他の部分と同方向の弱い磁束（図７にＰ４で示す部分）を有するように形成されている。この場合、上記第１の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。同様に、上記第２の実施形態において、図８に示すように、マグネット５３には、磁束急変部としての磁束変化部５３ｄを形成して実施してもよい。詳述すると、この磁束変化部５３ｄは、図８に磁束分布曲線Ｐで示すように、隣接する主磁極部５３ａの他の部分と同方向の弱い磁束（図８にＰ５で示す部分）を有するように形成されている。この場合、上記第２の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００４６】
○上記各実施形態において、主磁極部２ａ，３ａ，２２ａ，２３ａを、モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（４θ＝１２０°）に対応した長さ以外の長さにて形成してもよい。
【００４７】
○第１の実施形態において、図９に示すように、直流モータ６１のマグネット６２，６３の主磁極部６２ａ，６３ａを、モータ電機子スロット角度θの３倍となる開角度（３θ＝９０°）に対応した長さにて形成してもよい。詳述すると、マグネット６２の主磁極部６２ａの回転方向逆側端部とマグネット６３の延長部６３ｂの回転方向端部間の角度を６０°にしている。同様に、マグネット６３の主磁極部６３ａの回転方向逆側端部とマグネット６２の延長部６２ｂの回転方向端部間の角度を６０°にしている。
【００４８】
○図１０に示すように、直流モータ７１のマグネット７２，７３の延長部７２ｂ，７３ｂに設ける暫時磁束増加部を切り欠き部７２ｃ，７３ｃに形成してもよい。また、マグネット７２の主磁極部７２ａを２つの分割片に分断し、その両分割片間の隙間に主磁極部７２ａと逆方向の磁束を有する逆磁束部７２ｄを挟持して形成してもよい。
【００４９】
○図１１に示すように、直流モータ８１のマグネット８２，８３間にはその主磁極部８２ａ，８３ａの回転方向逆側端部に密接する透磁率の大きい材料（例えば軟鋼）からなる強磁性体８２ｅ，８３ｄを設けてもよい。詳述すると、主磁極部８２ａ，８３ａをモータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度（３θ＝９０°）に対応した長さにて形成し、主磁極部８２ａ，８３ａの回転方向逆側端部にモータ電機子スロット角度θ（＝３０°）に対応した長さを有する強磁性体８２ｅ，８３ｄを設けている。強磁性体８２ｅ，８３ｄは、前記主磁極部８２ａ，８３ａと同じ径方向断面にて形成されている。
【００５０】
○図１２はモータ出力（トルク）と回転数の関係を示すグラフである。図１２において、曲線Ｋ１は図９で示す別例のモータ６１のモータ出力（トルク）と回転数の関係を示し、曲線Ｋ２は図１１で示す別例のモータ８１のモータ出力（トルク）と回転数の関係を示し、曲線Ｋ３は図１０で示す別例のモータ７１のモータ出力（トルク）と回転数の関係を示している。図１２に示すように、同一モータ出力（負荷）Ｔに対して、直流モータ６１に比べて直流モータ７１及び直流モータ８１の方は回転数が小さくなっている。つまり、直流モータ６１に比べて直流モータ７１及び直流モータ８１は、所定モータ出力に対してより低回転数で作動できる。しかし、直流モータ６１のマグネット６２，６３より直流モータ７１のマグネット７２，７３が長く形成されているため、直流モータ７１のコストがその分高くなる。そして、直流モータ８１のように、マグネット８２，８３間にその主磁極部８２ａ，８３ａと密接する強磁性体８２ｅ，８３ｄを設けることによって、強磁性体８２ｅ，８３ｄに磁石作用が発生し磁界の増幅が行えるため、低回転数と低コストの両立を図ることができる。
【００５１】
○図１３に示すように、両マグネット間に強磁性体を設ける思想を、延長部なしのマグネット９２，９３を有する直流モータ９１に応用してもよい。詳述すると、逆磁束部９２ａを設けたマグネット９２の回転方向逆側端部に該端部に密接する強磁性体９２ｂを設け、マグネット９３の回転方向逆側端部に該端部に密接する強磁性体９３ａを設けている。
【００５２】
○図１４に示すように、両マグネット間に強磁性体を設ける思想を、逆磁束部なしのマグネット１０２，１０３を有する直流モータ１０１に応用してもよい。詳述すると、延長部１０２ｂ，１０３ｂと切り欠き部１０２ｃ，１０３ｃを設けたマグネット１０２，１０３の主磁極部１０２ａ，１０３ａの回転方向逆側端部には、該端部に密接する強磁性体１０２ｄ，１０３ｄを設けている。
【００５３】
○図１５に示すように、上記各別例のマグネット間に設けられた強磁性体を、モータハウジングヨークを加工することによって形成させてもよい。詳述すると、直流モータ１１１のモータハウジングヨーク１１９を、該ヨーク１１９の内径からヨーク軸中心へ突出する凸出部１１９ａを形成するようプレス加工させる。その凸出部１１９ａは、マグネット１１２とマグネット１１３の間に位置するとともに、マグネット１１２（又はその主磁極部１１２ａ）の回転方向逆側端部に密接するように形成している。凸出部１１９ａはその円弧内側面がマグネット１１２の円弧内側面と同一円弧面上位置している。この場合、強磁性体はモータハウジングヨーク１１９の一部分にて形成されているため、部品点数を低減できることから、直流モータ１１１のコスト低減を図ることができる。
【００５４】
○強磁性体を軟鋼以外の透磁率の大きい材料にて形成してもよい。
○強磁性体をモータ電機子スロット角度θに対応した長さ以外の長さにて形成してもよい。
【００５５】
○強磁性体をマグネットと異なる断面形状にて形成してもよい。
○第３のブラシを複数個設けて実施してもよい。
○本発明をティースが１２個以外の複数個設けられたモータに具体化して実施してもよい。同一電機子コイルが巻装されるティースを５個以外のｎ個にて実施してもよい。
【００５６】
○本発明をワイパモータ以外の直流モータに具体化してもよい。
次に上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００５７】
（イ）請求項１，３及び４のいずれか１に記載の直流機において、前記コンミュテータのセグメント幅をθ１とし、前記磁束急変部の幅をθ２とし、前記第３のブラシの幅をθ３とし、該第３のブラシから回転方向に電機子コイルが跨ぐティースの数をｎ１とするとき、前記磁束急変部は、その中心線と第３のブラシの中心線との角度δ０１が次の式
δ０１＝（ｎ１×θ１）＋（θ２／２）＋（θ１−θ３）／２ （１）
で求めた値となるような場所に設けられていることを特徴とする直流機。
【００５８】
（ロ）請求項２〜４のいずれか１に記載の直流機において、前記コンミュテータのセグメント幅をθ１とし、前記磁束急変部の幅をθ２とし、前記第３のブラシの幅をθ３とし、該第３のブラシから反回転方向に電機子コイルが跨ぐティースの数をｎ２とするとき、前記磁束急変部は、その中心線と第３のブラシの中心線との角度δ０２が次の式
δ０２＝（ｎ２×θ１）−（θ２／２）−（θ１−θ３）／２ （２）
で求めた値となるような場所に設けられていることを特徴とする直流機。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜６に記載の発明によれば、遅れ整流を是正できるとともに第３のブラシによる整流障害を取り除くことができ、直流機の部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【００６０】
請求項５に記載の発明によれば、直流機の低回転数と低コストの両立を図ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、直流機の部品点数を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図２】 第１の実施形態のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図３】 第１の実施形態の電機子コイル内に発生する誘起電圧の変化を示すグラフ。
【図４】 第１の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図５】 第１の実施形態のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図６】 第１の実施形態の電機子コイル内に発生する誘起電圧の変化を示すグラフ。
【図７】 別例のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図８】 別例のマグネットの磁束分布を示す説明図。
【図９】 別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１０】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１１】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１２】別例の直流モータの出力と回転数の関係を示すグラフ。
【図１３】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１４】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１５】別例の直流モータの概略構成を示す要部断面図。
【図１６】従来の電機子コイル内に流れるコイル電流の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１，２１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１…直流機としての直流モータ、２，３，２２，２３，４２，４３，５２，５３，６２，６３，７２，７３，８２，８３，９２，９３，１０２，１０３，１１２，１１３…マグネット、２ａ，３ａ，２２ａ，２３ａ，４２ａ，４３ａ，５２ａ，５３ａ，６２ａ，６３ａ，７２ａ，７３ａ，８２ａ，８３ａ，１０２ａ，１０３ａ，１１２ａ…主磁極部、２ｂ，３ｂ，２２ｂ，２３ｂ，４２ｂ，４３ｂ，５２ｂ，５３ｂ，６２ｂ，６３ｂ，７２ｂ，７３ｂ，８２ｂ，８３ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ…延長部、２ｃ，３ｃ，２２ｃ，２３ｃ，４２ｃ，４３ｃ，５２ｃ，５３ｃ，６２ｃ，６３ｃ，７２ｃ，７３ｃ，８２ｃ，８３ｃ，１０２ｃ，１０３ｃ…暫時磁束増加部又は暫時磁束増加部としての切り欠き部、２ｄ，２３ｄ，６２ｄ，７２ｄ，８２ｄ，９２ｄ…磁束急変部としての逆磁束部、４２ｄ，５３ｄ…磁束急変部としての磁束変化部、４，２４…電機子、５，２５…コンミテータ、６，２６，４６，５６，６６，７６，８６，９６，１０６…第１のブラシとしての第１ブラシ、７，２７，４７，５７，６７，７７，８７，９７，１０７…第２のブラシとしての第２ブラシ、８，２８，４８，５８，６８，７８，８８，９８，１０８…第３のブラシとしての第３ブラシ、１０，３０…電機子コア、１０ａ，３０ａ…ティース、１１，３１…電機子コイル、１２，３２…セグメント、８２ｅ，８３ｄ，９２ｂ，９３ａ，１０２ｄ，１０３ｄ…強磁性体、１０９…モータハウジングヨーク、１１９ａ…強磁性体としての凸出部。
Claims (6)
- 等角度間隔に設けた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前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され前記コンミュテータのセグメントに接触する第１及び第２のブラシと、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され前記セグメントに接触する少なくとも１つの第３のブラシとを備えた直流機において、
前記一対のマグネットは主磁極部と延長部とからなり、その延長部には暫時磁束増加部を形成し、
前記一対のマグネット中の１つのマグネットはその主磁極部に磁束急変部を設け、その磁束急変部は、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第１番目ティースのティースバー回転方向先端が該磁束急変部にさしかかるようになる場所に設けられていることを特徴とする直流機。 - 等角度間隔に設けた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前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され前記コンミュテータのセグメントに接触する第１及び第２のブラシと、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され前記セグメントに接触する少なくとも１つの第３のブラシとを備えた直流機において、
前記一対のマグネットは主磁極部延長部とからなり、その延長部には暫時磁束増加部を形成し、
前記一対のマグネット中の１つのマグネットはその主磁極部に磁束急変部を設け、その磁束急変部は、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第１番目ティースのティースバー回転方向後端が該磁束急変部にさしかかるようになる場所に設けられていることを特徴とする直流機。 - 請求項１又は２に記載の直流機において、
前記磁束急変部は、隣接するマグネットの他の部分と逆方向の磁束を発生する逆磁束部であることを特徴とする直流機。 - 請求項３に記載の直流機において、
前記磁束急変部の回転方向幅のほぼ中央位置は、逆磁束の最大点となるようにしたことを特徴とする直流機。 - 請求項１乃至４のいずれか１に記載の直流機において、
前記一対のマグネット間には、両マグネットのそれぞれの回転方向逆側端部に密接する透磁率の大きい材料からなる強磁性体を設けていることを特徴とする直流機。 - 請求項５に記載の直流機において、
前記強磁性体を、モータハウジングヨークの一部分となるようにそのモータハウジングヨークを加工して形成したことを特徴とする直流機。
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