JP3779204B2

JP3779204B2 - DC machine

Info

Publication number: JP3779204B2
Application number: JP2001385010A
Authority: JP
Inventors: 博幸原田; 猛田中; 利弘谷野
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP2002262537A

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】
ブラシとコンミュテータを備えた直流モータでは、ブラシとコンミュテータでコイルに通電している電流の方向を切り替える（いわゆる整流）構成であるが、多くの場合切り替え時の最終時点で突然切り替わる現象（不足整流）が発生している。これにより、ブラシでの火花放電が発生し、騒音やブラシ摩耗の原因となる。
【０００３】
その対策として、マグネット中心の設置位置に対してブラシの設置位置を回転子の回転方向と反対する方向にずらした位置を選択することによって整流を改善させるという方法が採られている。
【０００４】
しかし、このブラシの適正位置は、モータの回転速度やコイルの電流により変化するため、モータ負荷が変動し回転速度やコイルの電流が変化する場合では、良好な整流を保つことが困難であり、本質的な対応が望まれていた。
【０００５】
そこで、本願出願人は、負荷の影響を受けることなく常に良好な整流を行うことができる技術を先に提案している（例えば特願平１１−２７０５６６号等）。
この技術では、モータのマグネットにおいて、マグネットの回転方向に対する磁束分布を工夫して、負荷が変動しても良好な整流を保つことができるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうしたモータにおいては、マグネットに部分的に設けられた磁束変化部における磁束最小部に対するブラシの設置位置が整流に影響を与え、この位置関係が不適切となると、火花の発生が大きくなって整流を改善することができなくなる。また、マグネットには部分的に磁束変化部が設けられていることによって、マグネットと電機子との間に生ずる吸引力が変化し、電機子に電流を流さないで回転させるときに生ずる回転力である空転トルクの変化（コギングトルク）が大きくなる。これは、モータの騒音及び振動等の不具合の発生を引き起こす問題点となった。
【０００７】
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、その第１の目的は、磁束変化部（弱磁束部）を有するマグネットに対してブラシを適正な位置に設置し、火花の発生を抑制できる直流機を提供することにある。
【０００８】
その第２の目的は、コギングトルクの相殺（低減）により、回転時の円滑な回転及び騒音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。
【０００９】
【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、等角度間隔に設けられ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て構成される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置されるマグネットとを備え、前記マグネットは、主磁極部及び該主磁極部との境界近傍に第１弱磁束部を有し電機子の回転方向に向かって徐々に磁束が増加する前記ティース角度である延長部とからなり、整流中にブラシでコンミュテータのコンミ片を短絡して前記電機子コイルの電流の向きが反転する直流機において、整流開始時に前記電機子コイルが巻装される前記複数のティースの回転方向側第１ティースのティースバー先端が前記第１弱磁束部に配置され、前記主磁極部を、整流中の電機子コイルが巻装されるｎ個のティースの第１ティースの中心線に対応する位置が該主磁極部の回転方向側端部に位置したとき、該主磁極部の回転方向逆側端部が第ｎティースと第（ｎ−１）ティースとの間に位置するよう所定円弧角度に対応した長さにて形成したことを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、等角度間隔に設けられ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て構成される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置されるマグネットとを備え、前記マグネットは、主磁極部及び該主磁極部との境界近傍に第１弱磁束部を有し電機子の回転方向に向かって徐々に磁束が増加する前記ティース角度である延長部とからなり、整流中にブラシでコンミュテータのコンミ片を短絡して前記電機子コイルの電流の向きが反転する直流機において、整流開始時に前記電機子コイルが巻装される前記複数のティースの回転方向側第１ティースのティースバー先端が前記第１弱磁束部に配置され、前記主磁極部には、前記第１弱磁束部から前記ティース角度の整数倍角度を離れて前記電機子の回転方向と反対する方向に向かって徐々に磁束が増加する第２弱磁束部を設けたことを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の直流機において、前記第２弱磁束部は、前記第１弱磁束部から前記ティース角度の整数倍角度を離れて主磁極部に一箇所設けたことを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の直流機において、前記第２弱磁束部は、前記第１弱磁束部から前記ティース角度の整数倍角度を離れて主磁極部に複数箇所設けられていることを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１に記載の直流機において、前記第２弱磁束部を形成するために主磁極部の内側面を切り欠く部分の体積は、第１弱磁束部を形成するために主磁極部の端部から延長部の内側面を切り欠いた部分の体積と同じに設定されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の直流機において、前記主磁極部を、整流中の電機子コイルが巻装されるｎ個のティースの第１ティースの中心線に対応する位置が該主磁極部の回転方向側端部に位置したとき、該主磁極部の回転方向逆側端部が第ｎティースと第（ｎ−１）ティースとの間の中間位置に位置するよう所定円弧角度に対応した長さにて形成したことを要旨とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の直流機において、前記主磁極部を、整流中の電機子コイルが巻装されるｎ個のティースの第１ティースの中心線に対応する位置が該主磁極部の回転方向側端部に位置したとき、該主磁極部の回転方向逆側端部が第（ｎ−１）ティース側の第ｎティースのティースバー先端位置に位置するよう所定円弧角度に対応した長さにて形成したことを要旨とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の直流機において、前記主磁極部を、整流中の電機子コイルが巻装されるｎ個のティースの第１ティースの中心線に対応する位置が該主磁極部の回転方向側端部に位置したとき、該主磁極部の回転方向逆側端部が第ｎティース側の第（ｎ−１）ティースのティースバー先端位置に位置するよう所定円弧角度に対応した長さにて形成したことを要旨とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載の直流機において、前記コンミ片間角度と、ブラシとコンミ片との当接幅に対応する当接幅角度は、前記ティース間角度と同じ値に設定されていることを要旨とする。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１に記載の直流機において、前記電機子を挟んで対向配置されるマグネットは２つ設けられ、該２つのマグネットは電機子中心軸に点対称に形成されていることを要旨とする。
【００２０】
（作用）
請求項１〜１０に記載の発明によれば、弱磁束部を有するマグネットに対してブラシが適正な位置に設置される。また、コギングトルクの相殺（低減）により、回転時の円滑な回転及び騒音の低減が図れる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、電機子コイルの整流時に、第２弱磁束部を設けることによって生じるコギングトルクは、第１弱磁束部によって生じたコギングトルクにより相殺される。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、第２弱磁束部を第１弱磁束部と同じ形状にて形成させれば、両者の体積比が計算せず容易に設定される。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、個々の第２弱磁束部の磁束変化を小さくすることができることから、主磁極部における磁気発生のバランス崩れが低減される。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２〜４に記載の発明の作用に加えて、第２弱磁束部を設けることによって生じるコギングトルクは、第１弱磁束部によって生じたコギングトルクにより完全に相殺される。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、整流開始時に電機子コイルが巻装されるｎ個のティースの回転方向側ティースのティースバー先端が弱磁束部に確実に配置される。
【００２６】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９に記載の発明の作用に加えて、直流機の磁気発生がバランスよく保たれる。
【００２７】
【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ブロア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、本実施形態の直流機としてのブロアモータ１の概略構造を示す部分断面図である。図２は、整流開始時におけるブロアモータ１の概略構造を示す部分断面図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、ブロアモータ１は、マグネット２，３、電機子４、コンミュテータ５及びブラシ６を有している。
詳述すると、本実施形態のブロアモータ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７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８とそのコア８に巻装される電機子コイル９とを有し、直流電流の供給により回転駆動する。
【００２９】
電機子コア８には、複数のティース８ａが形成されており、そのうちのｎ個のティース８ａの周囲に電機子コイル９が巻き付けられている。なお、本実施形態では、ティース８ａの個数は１２個であり、そのティース８ａ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８ａは、その中心線のなす角（モータ電機子スロット角）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９が５つのティース８ａ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。
【００３０】
コンミュテータ５は、電機子４の一端に配設され、複数のセグメント（コンミ片）５ａを有して構成されている。また、ブラシ６がコンミュテータ５に摺接するように付勢された状態で配設されている。そして、図示しない直流電源から供給される直流電流が、ブラシ６とコンミュテータ５のセグメント５ａを経て電機子コイル９に流入すると、電機子４が回転し始める。そして、いずれかのブラシ６に対して隣接する一対のセグメント５ａが接触して、それらのセグメント５ａ間がブラシ６を介して短絡することにより、電機子コイル９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（図中、Ｘ矢印方向）に回転し続ける。本実施形態では、１２個のセグメント５ａが周方向に３０°毎に設けられており、電機子４がブラシ６に対して整流区間の３０°回転するとき、整流中の電機子コイル９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９の整流が行われる。なお、本実施形態では、セグメント５ａ間角度は前記ティース８ａ間角度θと同じに設定され、ブラシ６とセグメント５ａとの当接幅に対応する当接幅角度は前記ティース８ａ間角度θと同じに設定されている。
【００３１】
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、主磁極部２ａ，３ａは、その主磁極部２ａ，３ａの回転方向側に延長部２ｂ，３ｂが形成されている。つまり、マグネット２，３における回転方向側の端部に延長部２ｂ，３ｂが延出形成されている。
【００３２】
主磁極部２ａ，３ａは、図１に示すように、円弧角度δに対応した長さとなるように形成されている。その円弧角度δを前記モータ電機子スロット角θにて表すと、δ＝θ×｛ｎ−１−（１／２）｝となる。つまり、本実施形態では、主磁極部２ａ，３ａは、θ×｛ｎ−１−（１／２）｝（＝３０°×｛５−１−（１／２）｝＝１０５°）に対応した長さとなるように形成されている。整流中の電機子コイル９が巻装される５つのティース８ａの第１ティース８ａの中心線に対応する位置が主磁極部２ａ，３ａの回転方向側端部（つまり主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂの境界）に位置したとき、主磁極部２ａ，３ａの回転方向逆側端部は第５ティース８ａと第４ティース８ａとの中間位置に位置する。
【００３３】
前記延長部２ｂ，３ｂは、図１に示すように、モータ電機子スロット角（つまり整流区間の角度）θ（＝３０°）に対応する長さにて、回転方向に徐々に厚くなるように形成されている。つまり、マグネット２，３は、その主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界近傍に第１弱磁束部としての薄肉部２ｃ，３ｃが形成されている。そして、着磁されたマグネット２，３は、前記主磁極部２ａ，３ａと延長部２ｂ，３ｂとの境界において最小の磁束密度を有し、その磁束密度は延長部２ｂ，３ｂの薄肉部２ｃ，３ｃに沿って変化する。
【００３４】
ここで、整流時の電機子コイル９によって巻装される電機子コア８（５つのティース８ａ）とマグネット２，３との位置関係を図２を用いて説明する。なお、マグネット２とマグネット３は電機子中心に対して対称に配置されているため、説明の便宜上、電機子コア８（５つのティース８ａ）とマグネット２との位置関係のみ説明する。
【００３５】
図２に示すように、電機子４が回転して電機子コア８のコア先端（つまり第１ティース８ａのティースバー先端）がマグネット２の薄肉部２ｃに位置するとき、１つのセグメント５ａに当接しているブラシ６が隣接の他のセグメント５ａに当接し始め、電機子コイル９の整流が開始される。言い換えれば、ブラシ６が整流状態に入る瞬間に電機子コア８のコア先端（つまり、第１ティース８ａのティースバー先端）がマグネット２の薄肉部２ｃにさしかかるようになる。
【００３６】
そして、電機子４が図２の回転位置から所定角度にて時計回り方向へ回転した位置が整流中心（図１の回転位置）となり、この位置で電機子コイル９を流れる電流の方向が反転しつつある状態である。このとき、前記主磁極部２ａの回転方向側端部が前記第１ティース８ａの中心線に対応する位置に位置し、前記主磁極部２ａの回転方向逆側端部が前記第５ティース８ａと第４ティース８ａとの中間位置（ティース間空隙位置）に位置している。さらに、電機子４がこの状態（図１の回転位置）から所定角度にて時計回り方向へ回転した回転位置で整流が終了する。
【００３７】
この整流時において、電機子コア８の先端に対向する延長部２ｂは、整流区間の３０°の角度に対応する部分で徐々に厚くなるように形成されている。従って、整流中の電機子コイル９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９を通過する磁束量が変化するため、電機子コイル９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。
【００３８】
また、図３は、本実施形態の電機子４が電機子コイル９の整流開始時における位置（０°とし）から１スロット分（３０°）回転したときの空転トルクＴの変化（コギングトルクΔＴ１）を示している。本実施形態では、電機子コイル９の整流開始時において、主磁極部２ａの回転方向逆側端部が前記第５ティース８ａと第４ティース８ａとの中間位置（ティース間空隙位置）に位置しているため、図３に示すように、コギングトルクΔＴ１が小さくなる。このコギングトルクΔＴ１は、従来技術のコギングトルクより約８．３割低下している。
【００３９】
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）整流開始時に電機子コイル９が巻装されるｎ個のティース８ａの回転方向側第１ティース８ａのティースバー先端が第１弱磁束部２ｃにさしかかる（配置される）ようになる。言い換えれば、電機子コイル９が巻装されるｎ個のティース８ａの回転方向側第１ティース８ａのティースバー先端が第１弱磁束部２ｃにさしかかるときに、該電機子コイル９を結線した両セグメント５ａがブラシ６により短絡し始まるようにそのブラシ６の位置を設置した。
【００４０】
従って、第１弱磁束部２ｃを有するマグネット２に対してブラシ６を適正な位置に設置したので、整流が良好に行われ、火花の発生を抑制できる。
（２）主磁極部２ａ，３ａは所定円弧角度δに対応した長さにて形成されている。その所定円弧角度δは、整流中の電機子コイル９が巻装される５つのティース８ａの第１ティース８ａの中心線に対応する位置が主磁極部２ａ，３ａの回転方向側端部に位置したとき、主磁極部２ａ，３ａの回転方向逆側端部は第５ティース８ａと第４ティース８ａとの中間位置に位置するよう設定されている。
【００４１】
従って、電機子コイル９の整流開始時において、主磁極部２ａ，３ａの回転方向逆側端部は電機子コイル９が巻装された第５ティース８ａの中心線位置にもっとも離れて位置するため、従来技術に比べてブロアモータ１のコギングトルクΔＴ１を大きく低減することができる。その結果、モータ回転時の円滑な回転及び騒音の低減を図ることができる。
【００４２】
（３）マグネット２，３の主磁極部２ａ，３ａの長さの変更によりコギングトルクを低減することができ、製造も容易でコスト的にも有利である。
（４）セグメント５ａ間角度はティース８ａ間角度θと同じに設定され、ブラシ６とセグメント５ａとの当接幅に対応する当接幅角度もティース８ａ間角度θと同じに設定されている。
【００４３】
従って、整流開始時に電機子コイル９が巻装される５つのティース８ａの回転方向側ティース８ａのティースバー先端がマグネット２，３の薄肉部２ｃ，３ｃに確実に配置される。言い換えれば、電機子コイル９が巻装される５つのティース８ａの回転方向側ティース８ａのティースバー先端がマグネット２，３の薄肉部２ｃ，３ｃに位置するとき、整流が確実に開始されるようになる。
【００４４】
（第２の実施形態）
以下、本発明を直流機としてのブロアモータに具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。図４は、本実施形態の直流機としてのブロアモータ１１の概略構造を示す部分断面図である。図５は、整流開始時におけるブロアモータ１１の概略構造を示す部分断面図である。
【００４５】
図４及び図５に示すように、ブロアモータ１１は、マグネット１２，１３、電機子１４、コンミュテータ１５及びブラシ１６を有している。
詳述すると、本実施形態のブロアモータ１１は、２極の直流モータであって、モータハウジングヨーク１７内において、Ｎ極及びＳ極を形成する２つのマグネット１２，１３が電機子１４を挟んで対向配置されている。その２つのマグネット１２，１３は電機子１４中心軸に点対称に形成されている。電機子１４は、電機子コア１８とそのコア１８に巻装される電機子コイル１９とを有し、直流電流の供給により回転駆動する。
【００４６】
電機子コア１８には、複数のティース１８ａが形成されており、そのうちのｎ個のティース１８ａの周囲に電機子コイル１９が巻き付けられている。なお、本実施形態では、ティース１８ａの個数は１２個であり、そのティース１８ａが、電機子１４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１８ａは、その中心線のなす角（モータ電機子スロット角）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１９が５つのティース１８ａ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。
【００４７】
コンミュテータ１５は、電機子１４の一端に配設され、複数のセグメント１５ａを有して構成されている。また、ブラシ１６がコンミュテータ１５に摺接するように付勢された状態で配設されている。そして、図示しない直流電源から供給される直流電流が、ブラシ１６とコンミュテータ１５のセグメント１５ａを経て電機子コイル１９に流入すると、電機子１４が回転し始める。そして、いずれかのブラシ１６に対して隣接する一対のセグメント１５ａが接触して、それらのセグメント１５ａ間がブラシ１６を介して短絡することにより、電機子コイル１９に流れる電流の向きが変更されて、電機子１４が反時計回り方向（図中、Ｙ矢印方向）に回転し続ける。本実施形態では、１２個のセグメント１５ａが周方向に３０°毎に設けられており、電機子１４がブラシ１６に対して整流区間の３０°回転するとき、整流中の電機子コイル１９の電流の向きが変更される。つまり、電機子１４の３０°の回転によって電機子コイル１９の整流が行われる。なお、本実施形態では、セグメント１５ａ間角度は前記ティース１８ａ間角度θと同じに設定され、ブラシ１６とセグメント１５ａとの当接幅に対応する当接幅角度は前記ティース１８ａ間角度θと同じに設定されている。
【００４８】
前記マグネット１２，１３は、主磁極部１２ａ，１３ａと延長部１２ｂ，１３ｂとを有し、主磁極部１２ａ，１３ａは、その主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向側に延長部１２ｂ，１３ｂが形成されている。つまり、マグネット１２，１３における回転方向側の端部に延長部１２ｂ，１３ｂが延出形成されている。
【００４９】
主磁極部１２ａ，１３ａは、図４に示すように、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°）に対応した長さにて形成されている。そして、図示しないが、電機子コイル１９が巻装される５つのティース１８ａの第１ティース１８ａの中心線に対応する位置が主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向側端部に位置したとき、主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向逆側端部は第５ティース１８ａの中心線に対応する位置に位置するようになる。図４から見ると、前記第１ティース１８ａとその１つ前のティース１８ａとの中間位置が主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向側端部に位置したとき、主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向逆側端部が第５ティース１８ａと第４ティース１８ａとの中間位置に位置するようになる。
【００５０】
延長部１２ｂ，１３ｂは、図４に示すように、モータ電機子スロット角（つまり整流区間の角度）θ（＝３０°）に対応する長さにて、回転方向に徐々に厚くなるように形成されている。つまり、マグネット１２，１３は、その主磁極部１２ａ，１３ａと延長部１２ｂ，１３ｂとの境界に第１弱磁束部としての第１薄肉部１２ｃ，１３ｃが形成されている。
【００５１】
また、前記主磁極部１２ａ，１３ａには、該主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向側端部からモータ電機子スロット角度θの整数倍の角度（ｍθ）を離れて第２弱磁束部としての第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けている。本実施形態では、図４に示すように、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄは、主磁極部１２ａ，１３ａの回転方向側端部から時計回り方向に２θ（＝６０°）離れて形成されている。そして、図４に示すように、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃに前記第１ティース１８ａとその１つ前のティース１８ａとの中間位置が位置したとき、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄに第２ティース１８ａと第３ティース１８ａとの中間位置が位置する。
【００５２】
また、前記第２薄肉部１２ｄ，１３ｄは、モータ回転方向において前記第１薄肉部１２ｃ，１３ｃと対称的に逆形状にて形成されている。言い換えれば、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄと第１薄肉部１２ｃ，１３ｃは、回転方向における厚さの変化が相反している。つまり、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃは回転方向に沿ってだんだん厚くなる（磁束が徐々に増加する）に対して、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄは反回転方向に沿ってだんだん厚くなる（磁束が徐々に増加する）。なお、本実施形態では、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃは、主磁極部１２ａ，１３ａと延長部１２ｂ，１３ｂとの境界近傍部分を切り欠いて形成されるものとすれば、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを形成するために切り欠く部分の体積は、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃを形成するために切り欠いた部分の体積と同じに設定されている。
【００５３】
ここで、整流時の電機子コイル１９によって巻装される電機子コア１８（５つのティース１８ａ）とマグネット１２，１３との位置関係を図５を用いて説明する。なお、マグネット１２とマグネット１３は電機子中心に対して対称に配置されているため、説明の便宜上、電機子コア１８（５つのティース１８ａ）とマグネット１２との位置関係のみ説明する。
【００５４】
図５に示すように、電機子１４が回転して電機子コア１８のコア先端（つまり第１ティース１８ａのティースバー先端）がマグネット１２の薄肉部１２ｃにさしかかるとき、１つのセグメント１５ａに当接しているブラシ１６が隣接の他のセグメント１５ａを当接し始める。つまり、電機子コイル１９の整流は開始する。言い換えれば、ブラシ１６が整流状態に入る瞬間に電機子コア１８のコア先端（つまり反第２ティース１８ａ側の第１ティース１８ａのティースバー先端）がマグネット１２の薄肉部１２ｃにさしかかるようになる。このとき、第２ティース１８ａ側の第３ティース１８ａのティースバー先端がマグネット１２の薄肉部１２ｄにさしかかるようになる。
【００５５】
そして、電機子１４が図５の回転位置から反時計回り方向へ回転すると、電機子コイル１９を流れる電流の方向が反転する。この整流時において、電機子コア１８の先端に対向する延長部１２ｂは、整流区間の３０°の角度に対応する部分で徐々に厚くなるように形成されている。従って、整流中の電機子コイル１９を通過する磁束量は、電機子１４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１９を通過する磁束量が変化するため、電機子コイル１９に発生する誘起電圧は、整流初期時が小さく電機子１４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。
【００５６】
また、図６は、本実施形態の電機子１４が電機子コイル１９の整流開始時における位置（０°とし）から１スロット分（θ）回転したときの空転トルクＴの変化（コギングトルク）を示している。図６において、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃの存在によって生じる空転トルクＴの変化を２点鎖線Ａ１にて示し、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けることによって生じる空転トルクＴの変化を実線Ａ２にて示す。モータ整流がモータの回転角度θ（＝３０°）内で行い、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄは、前記第１薄肉部１２ｃ，１３ｃから角度ｍθ（ｍは整数である）を離れて設けられているため、２点鎖線Ａ１及び実線Ａ２の変化周期がともに回転角度θ（＝３０°）と同じなる。また、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄと第１薄肉部１２ｃ，１３ｃとはモータの回転方向において対称的に逆形状にて形成されているため、実線Ａ２と２点鎖線Ａ１とは互いに逆方向で変化するような正弦曲線となる。そして、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃの存在によって生じる空転トルクＴの変化（コギングトルク）と、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けることによって生じる空転トルクＴの変化（コギングトルク）とは、互いに相殺する関係となる。これにより、モータ１１に作用されるトータルのコギングトルクはほぼゼロとなる。
【００５７】
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）主磁極部１２ａ，１３ａには、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃからモータ電機子スロット角度θの整数倍の角度ｍθ（ｍ＝２）を離れて第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けた。その第２薄肉部１２ｄ，１３ｄの回転方向における厚さの変化が第１薄肉部１２ｃ，１３ｃと反対している。
【００５８】
従って、電機子コイル１９の整流時に、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃの存在によって生じたコギングトルクを相殺するコギングトルクが第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けることによって生じる。その結果、モータ１１のコギングトルクの低減を図ることができ、モータ回転時の円滑な回転及び騒音の低減を図ることができる。
【００５９】
（２）第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを形成するために切り欠く部分の体積は、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃを形成するために切り欠いた部分の体積と同じに設定されている。従って、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃの存在によって生じたコギングトルクと、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けることによって生じるコギングトルクとの大きさは同じとなり、両者の相殺によりモータ１１に作用されるトータルのコギングトルクはほぼゼロとなる。その結果、モータ回転時の円滑な回転及び騒音の低減を確実に図ることができる。
【００６０】
（３）マグネット１２，１３の主磁極部１２ａ，１３ａに第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを設けることによりコギングトルク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。
【００６１】
（４）電機子１４を挟んで対向配置される２つのマグネット１２，１３は電機子１４中心軸に点対称に形成されている。従って、モータ１１の磁気発生をバランスよく保つことができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃから第２薄肉部１２ｄ，１３ｄの離間角度ｍθは、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃの磁束最小点（主磁極部１２ａ，１３ａと延長部１２ｂ，１３ｂとの境界）から第２薄肉部１２ｄ，１３ｄの磁束最小点までの離間角度を言う。
【００６３】
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
○第１の実施形態においては、図７に示すように、マグネット２２，２３を構成する主磁極部２２ａ，２３ａを、所定円弧角度δ１（＝θ×｛ｎ−１−（１／２）｝＋ｔ／２＝３０°×｛５−１−（１／２）｝＋ｔ／２＝１０５°＋ｔ／２）に対応した長さにて形成してもよい。ここで、ｔは隣り合うティース２８ａの両近接ティースバー先端間の開度角である。そして、整流中の電機子コイル２９が巻装される５つのティース２８ａの第１ティース２８ａの中心線に対応する位置が主磁極部２２ａ，２３ａの回転方向側端部に位置したとき、主磁極部２２ａ，２３ａの回転方向逆側端部が第４ティース２８ａ側の第５ティース２８ａのティースバー先端に位置する。この場合、電機子コイル２９の整流開始時、主磁極部２２ａ，２３ａの回転方向逆側端部は電機子コイル２９が巻装された第５ティース２８ａの中心線位置に離れて位置するため、ブロアモータ２１のコギングトルクを低減することができ、モータ回転時の円滑な回転及び騒音の低減を図ることができる。
【００６４】
○第１の実施形態においては、図８に示すように、マグネット３２，３３を構成する主磁極部３２ａ，３３ａを、所定円弧角度δ２（＝θ×｛ｎ−１−（１／２）｝−ｔ／２＝３０°×｛５−１−（１／２）｝−ｔ／２＝１０５°−ｔ／２）に対応した長さにて形成してもよい。ここで、ｔは隣り合うティース３８ａの両近接ティースバー先端間の開度角である。そして、整流中の電機子コイル３９が巻装される５つのティース３８ａの第１ティース３８ａの中心線に対応する位置が主磁極部３２ａ，３３ａの回転方向側端部に位置したとき、主磁極部３２ａ，３３ａの回転方向逆側端部が第５ティース３８ａ側の第４ティース３８ａのティースバー先端に位置する。この場合、電機子コイル３９の整流開始時、主磁極部３２ａ，３３ａの回転方向逆側端部は電機子コイル３９が巻装された第５ティース３８ａの中心線位置に離れて位置するため、ブロアモータ３１のコギングトルクを低減することができ、モータ回転時の円滑な回転及び騒音の低減を図ることができる。
【００６５】
○第１の実施形態においては、図示しないが、マグネットを構成する主磁極部を、所定円弧角度δ３（δ３≠δ、δ２＜δ３＜δ１）に対応した長さにて形成してもよい。そして、整流中の電機子コイルが巻装される５つのティースの第１ティースの中心線に対応する位置が主磁極部の回転方向側端部に位置したとき、主磁極部の回転方向逆側端部が第５ティースと第４ティースとの中間位置を除いた第５ティースと第４ティースとの間の任意位置に位置する。この場合、第１の実施形態及び上記別例とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００６６】
○第１の実施形態及び上記各別例では、整流時において、電機子コイルを通過する合成磁束量を増加させるべく、マグネットの延長部の厚さを変更するものであったが、これに限定するものではない。例えば、図９に示すように、厚さが一定のマグネット４０において、主磁極部４０ａと延長部４０ｂとの境界Ａにおける磁気双極子の着磁強弱を変更して具体化してもよい。また、図１０に示すように、厚さが一定のマグネット５０において、主磁極部５０ａと延長部５０ｂとの境界Ｂにおける磁気双極子の配向を変更して具体化してもよい。さらに、図１１に示すように、マグネット６０の厚さを均一させるように、主磁極部６０ａと延長部６０ｂとの間の薄肉部６０ｃに弱着磁材料６０ｄを埋め込んで形成してもよい。これらの場合、第１の実施形態及び上記各別例と同様な効果を得ることができる。
【００６７】
○第２の実施形態においては、図１２に示すように、主磁極部７２ａ，７３ａに、第２弱磁束部を構成する薄肉部７２ｅ，７３ｅと薄肉部７２ｆ，７３ｆ及び薄肉部７２ｇ，７３ｇを設けてもよい。詳述すると、主磁極部７２ａ，７３ａには、前記第１薄肉部７２ｃ，７３ｃから３０°（θ）を離れて薄肉部７２ｅ，７３ｅ、前記第１薄肉部７２ｃ，７３ｃから６０°（２θ）を離れて薄肉部７２ｆ，７３ｆ、前記第１薄肉部７２ｃ，７３ｃから９０°（３θ）を離れて薄肉部７２ｇ，７３ｇを、それらの厚さの変化が前記薄肉部７２ｃ，７２ｄと反対するように主磁極部７２ａ，７３ａの内側面を切り欠いて設ける。しかも、薄肉部７２ｅ，７３ｅと薄肉部７２ｆ，７３ｆ及び薄肉部７２ｇ，７３ｇを形成するために主磁極部７２ａ，７３ａの内側面を切り欠いた各部分の体積の総積分値は、前記第２弱磁束部としての第２薄肉部７２ｄ，７３ｄを形成するために切り欠いた体積の値と同じしている。この場合、薄肉部７２ｅ，７３ｅと薄肉部７２ｆ，７３ｆ及び薄肉部７２ｇ，７３ｇによるコギングトルクの大きさは第１薄肉部７２ｃ，７３ｃによるコギングトルクの大きさと同じとなり、同じ回転角度におけるコギングトルクの生成方向は互いに逆となる。
【００６８】
その結果、第２の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができるとともに、薄肉部７２ｅ，７３ｅと薄肉部７２ｆ，７３ｆ及び薄肉部７２ｇ，７３ｇを、第１薄肉部７２ｃ，７３ｃより浅く主磁極部７２ａ，７３ａの内側面を切り欠いて形成しているため、マグネット７２，７３全体の剛性低下を防止できる。
【００６９】
なお、薄肉部７２ｅ，７３ｅと薄肉部７２ｆ，７３ｆ及び薄肉部７２ｇ，７３ｇのうち、いずれか一つの薄肉部を省略して実施してもよい。この場合、残る二つの薄肉部を、該二つの薄肉部によるコギングトルクの大きさは第１薄肉部７２ｃ，７３ｃによるコギングトルクの大きさと同じになるように形成すればよい。
【００７０】
○また、第２の実施形態の第２薄肉部１２ｄ，１３ｄ、又は、上記別例の薄肉部７２ｅ，７３ｅと薄肉部７２ｆ，７３ｆ及び薄肉部７２ｇ，７３ｇあるいはその中の二つの薄肉部を、それらによる空転トルクＴの変化（コギングトルク）は図６に一点鎖線Ａ３で示すように、第１薄肉部１２ｃ（７２ｃ），１３ｃ（７３ｃ）によるコギングトルクより小さくなるように形成してもよい。この場合、両者のコギングトルクの相殺によりモータに作用されるトータルのコギングトルクはゼロにならないが、コギングトルクの低減を図ることができる。
【００７１】
○第２の実施形態では、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄは、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃから角度２θ（ｍ＝２）離れて主磁極部１２ａ，１３ａに形成された。これに対して、第２薄肉部１２ｄ，１３ｄを、第１薄肉部１２ｃ，１３ｃから角度０°（ｍ＝０）又はθ（ｍ＝１）あるいは３θ（ｍ＝３）離れて主磁極部１２ａ，１３ａに形成してもよい。
【００７２】
○第２の実施形態及び別例では、マグネット１２（７２）の第２弱磁束部とマグネット１３（７３）の第２弱磁束部は、それぞれ第１弱磁束部から同じ角度離れて形成された、つまり同一の角度ｍθにて実施した。これに対して、マグネット１２（７２）の第２弱磁束部がマグネット１２（７２）の第１弱磁束部から離れた角度と、マグネット１３（７３）の第２弱磁束部がマグネット１３（７３）の第１弱磁束部から離れた角度を異なる角度にて実施してもよい。つまり、マグネット１２（７２）の第２弱磁束部がマグネット１２（７２）の第１弱磁束部から離れた角度をｍθにするとき、マグネット１３（７３）の第２弱磁束部がマグネット１３（７３）の第１弱磁束部から離れた角度をｍ’θ（ｍ’≠ｍ）にしてもよい。
【００７３】
○同様に、第２の実施形態においては、図示しないが、厚さが一定のマグネット１２（７２），１３（７３）において、第１及び第２弱磁束部を磁気双極子の着磁強弱又は方向を変更して形成してもよい。また、マグネット１２（７２），１３（７３）の厚さを均一させるように、前記第１及び第２弱磁束部における切り欠いた部分に弱着磁材料を埋め込んで形成してもよい。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００７４】
○第２の実施形態では、主磁極部１２ａ（７２ａ），１３ａ（７３ａ）は、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°）に対応した長さにて形成された。これに対して、主磁極部１２ａ（７２ａ），１３ａ（７３ａ）を、モータ電機子スロット角度θの｛ｎ−１−（１／２）｝倍となる開角度に対応した長さにて形成してもよい。ここで、ｎは同一電機子コイルが巻装されるティースの個数である。つまり、主磁極部１２ａ（７２ａ），１３ａ（７３ａ）を、モータ電機子スロット角度θの｛ｎ−１−（１／２）｝（＝５−１−（１／２）＝３．５）倍となる開角度（３．５×３０°＝１０５°）に対応した長さにて形成してもよい。この場合、各薄肉部により生じるコギングトルクが小さくなる。
【００７５】
○また、主磁極部１２ａ（７２ａ），１３ａ（７３ａ）を、モータ電機子スロット角度θの｛ｎ−１−（１／２）±ｔ／２｝倍となる開角度に対応した長さにて形成してもよい。ここで、ｎは同一電機子コイルが巻装されるティースの個数であり、ｔは隣り合うティースの両近接ティースバー先端間の開度角である。
【００７６】
○上記各実施形態及び別例では、弱磁束部の形成としてマグネットをその内側面から切り欠いて薄肉状にしていたが、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、弱磁束部はマグネットをその外周面からくり抜いて形成してもよい。詳述すると、マグネット８２の外周面８２ａの所定場所に凹部８２ｂを形成する。その凹部８２ｂは前記外周面８２ａからマグネット８２をくり抜くことによって形成される。これによれば、扇形のマグネット８２に対して後加工で弱磁束部（凹部）８２ｂを形成するとき、外周面８２ａから切削を行うので、切削工具の作業範囲が制限されず、切削作業が容易である。また、弱磁束部はマグネット８２をその外周面８２ａからくり抜いた凹部８２ｂであるため、マグネット８２の側壁８２ｃを残すことで、薄肉化された部分の強度の維持ができる。
【００７７】
○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。
【００７８】
○本発明を直流機としてのブロアモータに具体化したが、ブロアモータ以外の直流機としてのその他のモータに具体化してもよい。
○上記各実施形態と別例に記載された円弧角度とは、円弧長に対応した中心角のことを指している。
【００７９】
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。
（１）等角度間隔に設けられ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て構成される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置されるマグネットとを備え、前記マグネットは、主磁極部及び該主磁極部との境界近傍に第１弱磁束部を有し電機子の回転方向に向かって徐々に磁束が増加する前記ティース角度である延長部とからなり、整流中にブラシでコンミュテータのコンミ片を短絡して前記電機子コイルの電流の向きが反転する直流機において、電機子コイルが巻装されるｎ個のティースの回転方向側第１ティースのティースバー先端が第１弱磁束部に配置されるとき、該電機子コイルを結線した両セグメントがブラシにより短絡し始まるようにそのブラシの位置を設置したことを特徴とする直流機。
【００８０】
従って、第１弱磁束部を有するマグネットに対してブラシを適正な位置に設置したので、整流が良好に行われ、火花の発生を抑制できる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、直流機のコギングトルクを大きく低減することができ、直流機回転時の円滑な回転及び騒音の低減を図ることができる。
【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の実施形態の整流開始時における直流モータの概略構造を示す部分断面図。
【図３】第１の実施形態の直流モータのコギングトルクを示すグラフ。
【図４】第２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２の実施形態の整流開始時における直流モータの概略構造を示す部分断面図。
【図６】第２の実施形態の直流モータのコギングトルクを示すグラフ。
【図７】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図８】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図９】別例のマグネットを示す説明図。
【図１０】別例のマグネットを示す説明図。
【図１１】別例のマグネットを示す説明図。
【図１２】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図１３】別例のマグネットを示す（ａ）要部斜視図、（ｂ）要部平面図。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，７１…直流機としてのブロアモータ、２，１２，２２，３２，７２，３，１３，２３，３３，７３…マグネット、２ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａ，７２ａ，３ａ，１３ａ，２３ａ，３３ａ，７３ａ…主磁極部、２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，７２ｂ，３ｂ，１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，７３ｂ…延長部、２ｃ，１２ｃ，２２ｃ，３２ｃ，７２ｃ，３ｃ，１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，７３ｃ…第１弱磁束部としての第１薄肉部、１２ｄ，７２ｅ，７２ｆ，７２ｇ，１３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ…第２弱磁束部としての第２薄肉部、４，１４，２４，３４，７４…電機子、５，１５，２５，３５，７５…コンミュテータ、５ａ，１５ａ，２５ａ，３５ａ，７５ａ…コンミ片としてのセグメント、６，１６，２６，３６，７６…ブラシ、８，１８，２８，３８，７８…電機子コア、８ａ，１８ａ，２８ａ，３８ａ，７８ａ…ティース、９，１９，２９，３９，７９…電機子コイル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC machine having a magnet.
[0002]
[Prior art]
DC motors equipped with brushes and commutators have a configuration that switches the direction of the current flowing through the coil with the brush and commutator (so-called commutation), but in many cases a phenomenon that suddenly switches at the final point of switching (insufficient commutation) Has occurred. As a result, spark discharge occurs in the brush, which causes noise and brush wear.
[0003]
As a countermeasure, a method is adopted in which rectification is improved by selecting a position in which the brush installation position is shifted in a direction opposite to the rotation direction of the rotor with respect to the magnet center installation position.
[0004]
However, since the appropriate position of the brush changes depending on the rotation speed of the motor and the current of the coil, it is difficult to maintain good rectification when the motor load fluctuates and the rotation speed and the current of the coil change. An essential response was desired.
[0005]
Therefore, the applicant of the present application has previously proposed a technique that can always perform good rectification without being affected by a load (for example, Japanese Patent Application No. 11-270566).
In this technique, in the magnet of the motor, the magnetic flux distribution with respect to the rotation direction of the magnet is devised so that good rectification can be maintained even if the load fluctuates.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a motor, the installation position of the brush with respect to the minimum magnetic flux portion in the magnetic flux change portion partially provided on the magnet affects the rectification, and if this positional relationship becomes inappropriate, the generation of sparks increases. The rectification cannot be improved. In addition, since the magnet is partially provided with a magnetic flux changing portion, the attractive force generated between the magnet and the armature changes, and the rotational force generated when the armature is rotated without flowing current. A certain change in idling torque (cogging torque) increases. This is a problem that causes problems such as noise and vibration of the motor.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The first object of the present invention is to install a brush at an appropriate position with respect to a magnet having a magnetic flux change portion (weak magnetic flux portion), and An object of the present invention is to provide a direct current machine capable of suppressing generation.
[0008]
The second object of the invention is to provide a DC machine that can achieve smooth rotation and noise reduction during rotation by canceling (reducing) cogging torque.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is an armature configured by winding an armature coil around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals; A magnet disposed oppositely across the armature, the magnet having a first magnetic flux portion near a boundary between the main magnetic pole portion and the main magnetic pole portion, and gradually increasing the magnetic flux in the direction of rotation of the armature. In a direct current machine in which the commutator commutator is short-circuited with a brush during rectification and the current direction of the armature coil is reversed during rectification, the armature coil is The tips of the teeth bars of the first teeth in the rotation direction side of the plurality of teeth to be wound are arranged in the first weak magnetic flux portion. When the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is positioned at the rotation direction side end of the main magnetic pole part, The main magnetic pole portion is formed with a length corresponding to a predetermined arc angle so that the rotation direction opposite end portion is located between the nth tooth and the (n-1) th tooth. This is the gist.
[0011]
Claim 2 The invention described in An armature configured by winding an armature coil around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and a magnet disposed oppositely across the armature, A main magnetic pole part and an extension part having the first weak magnetic flux part in the vicinity of the boundary with the main magnetic pole part and having the teeth angle at which the magnetic flux gradually increases in the rotation direction of the armature. In the DC machine in which the commutator piece is short-circuited and the current direction of the armature coil is reversed, the teeth bar of the first teeth in the rotation direction side of the plurality of teeth around which the armature coils are wound when commutation is started The tip is disposed in the first weak magnetic flux part, The main magnetic pole portion is provided with a second weak magnetic flux portion in which the magnetic flux gradually increases away from the first weak magnetic flux portion by an integer multiple of the teeth angle in a direction opposite to the rotation direction of the armature. This is the summary.
[0012]
Claim 3 The invention described in claim 2 In the direct current machine according to claim 1, the second weak magnetic flux portion is provided at one position on the main magnetic pole portion at an integer multiple of the teeth angle away from the first weak magnetic flux portion.
[0013]
Claim 4 The invention described in claim 2 In the direct current machine according to the invention, the second weak magnetic flux part is provided at a plurality of positions in the main magnetic pole part at an integer multiple of the teeth angle away from the first weak magnetic flux part.
[0014]
Claim 5 The invention described in claim 2 Thru 4 In the DC machine according to any one of the above, the volume of the portion of the main magnetic pole portion that is notched to form the second weak magnetic flux portion is equal to the volume of the main magnetic pole portion to form the first weak magnetic flux portion. The gist is that the volume is set to be the same as the volume of the portion obtained by notching the inner surface of the extension from the end.
[0015]
Claim 6 The invention described in claim 1 Thru 5 In the DC machine according to any one of the above, the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is the rotation of the main magnetic pole portion. A length corresponding to a predetermined arc angle so that the rotation direction opposite side end of the main magnetic pole portion is located at an intermediate position between the nth tooth and the (n-1) th tooth when positioned at the direction end. The gist is that it was formed.
[0016]
Claim 7 The invention described in claim 1 Thru 5 In the DC machine according to any one of the above, the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is the rotation of the main magnetic pole portion. The length corresponding to the predetermined arc angle so that the rotation direction reverse side end of the main magnetic pole portion is located at the tip of the teeth bar of the nth tooth on the (n-1) th side when positioned at the direction side end. The gist is that it was formed.
[0017]
Claim 8 The invention described in claim 1 Thru 5 In the DC machine according to any one of the above, the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is the rotation of the main magnetic pole portion. The length corresponding to a predetermined arc angle so that the rotation direction opposite side end of the main magnetic pole portion is located at the tip of the teeth bar of the (n-1) th tooth on the nth tooth side when positioned at the direction end. The gist is that it was formed.
[0018]
Claim 9 The invention described in claim 1 to claim 1 8 In the DC machine according to any one of the above, the angle between the contact pieces and the contact width angle corresponding to the contact width between the brush and the contact piece are set to the same value as the angle between the teeth. The gist.
[0019]
Claim 1 0 The invention described in claim 1 to claim 1 9 In the DC machine according to any one of the above, the gist is that two magnets are provided opposite to each other across the armature, and the two magnets are formed point-symmetrically with respect to the central axis of the armature. .
[0020]
(Function)
Claims 1-1 0 According to the invention described in (1), the brush is installed at an appropriate position with respect to the magnet having the weak magnetic flux portion. In addition, smooth rotation and noise can be reduced during rotation by canceling (reducing) the cogging torque.
[0021]
Claim 2 According to the invention described above, the cogging torque generated by providing the second weak magnetic flux portion at the time of rectification of the armature coil is canceled by the cogging torque generated by the first weak magnetic flux portion.
[0022]
Claim 3 According to the invention described in claim 2 If the second weak magnetic flux part is formed in the same shape as the first weak magnetic flux part in addition to the operation of the invention described in, the volume ratio between them is easily set without calculation.
[0023]
Claim 4 According to the invention described in claim 2 In addition to the operation of the invention described in (1), the change in magnetic flux of each second weak magnetic flux portion can be reduced, so that the imbalance in the generation of magnetism in the main magnetic pole portion is reduced.
[0024]
Claim 5 According to the invention described in claim 2 ~ 4 In addition to the operation of the invention described in (1), the cogging torque generated by providing the second weak magnetic flux portion is completely canceled by the cogging torque generated by the first weak magnetic flux portion.
[0025]
Claim 9 According to the invention described above, the tips of the teeth bars of the teeth in the rotation direction of the n teeth around which the armature coils are wound at the start of rectification are reliably arranged in the weak magnetic flux portion.
[0026]
Claim 1 0 According to the invention described in claim 1, 9 In addition to the operation of the invention described in (1), the generation of magnetism in the DC machine is maintained in a well-balanced manner.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a blower motor as a DC machine will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of a blower motor 1 as a DC machine of the present embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of the blower motor 1 at the start of commutation.
[0028]
As shown in FIGS. 1 and 2, the blower motor 1 includes magnets 2 and 3, an armature 4, a commutator 5, and a brush 6.
More specifically, the blower motor 1 of the present embodiment is a two-pole DC motor, and in the motor housing yoke 7, the two magnets 2 and 3 forming the N pole and the S pole are opposed to each other with the armature 4 interposed therebetween. Has been placed. The armature 4 has an armature core 8 and an armature coil 9 wound around the core 8 and is driven to rotate by supplying a direct current.
[0029]
The armature core 8 is formed with a plurality of teeth 8a, and an armature coil 9 is wound around the n teeth 8a. In the present embodiment, the number of teeth 8 a is twelve, and the teeth 8 a are formed every 30 ° in the circumferential direction of the armature 4. That is, adjacent teeth 8a are formed such that an angle (motor armature slot angle) θ formed by the center line thereof is 30 ° (= 360 ° / 12). Although not shown, a plurality of armature coils 9 are wound in the same manner every five teeth 8a. That is, the winding method of the winding is distributed winding.
[0030]
The commutator 5 is disposed at one end of the armature 4 and has a plurality of segments (communication pieces) 5a. Further, the brush 6 is disposed in a state of being urged so as to be in sliding contact with the commutator 5. When a DC current supplied from a DC power source (not shown) flows into the armature coil 9 via the brush 6 and the segment 5a of the commutator 5, the armature 4 starts to rotate. Then, a pair of adjacent segments 5a come into contact with any one of the brushes 6 and the segments 5a are short-circuited via the brushes 6, whereby the direction of the current flowing through the armature coil 9 is changed. The armature 4 continues to rotate in the clockwise direction (X arrow direction in the figure). In the present embodiment, twelve segments 5a are provided every 30 ° in the circumferential direction, and when the armature 4 rotates 30 ° in the rectification section with respect to the brush 6, the current of the armature coil 9 being rectified The direction of is changed. That is, the armature coil 9 is rectified by the 30 ° rotation of the armature 4. In this embodiment, the angle between the segments 5a is set to be the same as the angle θ between the teeth 8a, and the contact width angle corresponding to the contact width between the brush 6 and the segment 5a is the same as the angle θ between the teeth 8a. Is set to
[0031]
The magnets 2 and 3 have main magnetic pole portions 2a and 3a and extension portions 2b and 3b. The main magnetic pole portions 2a and 3a have extension portions 2b and 3b on the rotation direction side of the main magnetic pole portions 2a and 3a. Is formed. That is, the extension portions 2b and 3b are formed to extend at the end portions of the magnets 2 and 3 on the rotation direction side.
[0032]
As shown in FIG. 1, the main magnetic pole portions 2a and 3a are formed to have a length corresponding to the arc angle δ. When the arc angle δ is expressed by the motor armature slot angle θ, δ = θ × {n−1− (1/2)}. In other words, in this embodiment, the main magnetic pole portions 2a and 3a correspond to θ × {n−1− (1/2)} (= 30 ° × {5-1− (1/2)} = 105 °). It is formed so that it may become the length. Positions corresponding to the center lines of the first teeth 8a of the five teeth 8a around which the armature coil 9 being rectified are wound are the rotation direction side end portions of the main magnetic pole portions 2a, 3a (that is, the main magnetic pole portions 2a, 3a and When positioned at the boundary between the extension portions 2b and 3b), the rotation direction opposite ends of the main magnetic pole portions 2a and 3a are positioned at intermediate positions between the fifth tooth 8a and the fourth tooth 8a.
[0033]
As shown in FIG. 1, the extensions 2b and 3b have a length corresponding to the motor armature slot angle (that is, the angle of the commutation section) θ (= 30 °) and gradually increase in thickness in the rotational direction. Is formed. That is, the magnets 2 and 3 are formed with thin portions 2c and 3c as first weak magnetic flux portions in the vicinity of the boundaries between the main magnetic pole portions 2a and 3a and the extension portions 2b and 3b. The magnetized magnets 2 and 3 have a minimum magnetic flux density at the boundary between the main magnetic pole portions 2a and 3a and the extended portions 2b and 3b, and the magnetic flux density is a thin portion 2c of the extended portions 2b and 3b. , 3c.
[0034]
Here, the positional relationship between the armature core 8 (five teeth 8a) wound by the armature coil 9 during rectification and the magnets 2 and 3 will be described with reference to FIG. Since the magnet 2 and the magnet 3 are arranged symmetrically with respect to the armature center, only the positional relationship between the armature core 8 (five teeth 8a) and the magnet 2 will be described for convenience of explanation.
[0035]
As shown in FIG. 2, when the armature 4 rotates and the core tip of the armature core 8 (that is, the tip of the teeth bar of the first tooth 8a) is positioned at the thin portion 2c of the magnet 2, it hits one segment 5a. The brush 6 in contact begins to abut on another adjacent segment 5a, and the rectification of the armature coil 9 is started. In other words, the arm tip of the armature core 8 (that is, the tip of the teeth bar of the first tooth 8a) reaches the thin portion 2c of the magnet 2 at the moment when the brush 6 enters the rectifying state.
[0036]
The position where the armature 4 is rotated clockwise from the rotation position of FIG. 2 at a predetermined angle becomes the rectification center (rotation position of FIG. 1), and the direction of the current flowing through the armature coil 9 is reversed at this position. It is in a state that is going At this time, the rotation direction side end portion of the main magnetic pole portion 2a is located at a position corresponding to the center line of the first tooth 8a, and the rotation direction opposite end portion of the main magnetic pole portion 2a is connected to the fifth tooth 8a. It is located in the middle position (gap position between teeth) with the 4th teeth 8a. Further, the rectification ends at the rotational position where the armature 4 is rotated clockwise from this state (the rotational position in FIG. 1) by a predetermined angle.
[0037]
At the time of rectification, the extension 2b facing the tip of the armature core 8 is formed so as to be gradually thickened at a portion corresponding to an angle of 30 ° of the rectification section. Accordingly, the amount of magnetic flux passing through the armature coil 9 being rectified gradually increases according to the rotation of the armature 4. At this time, the increasing rate of the magnetic flux amount gradually increases according to the rotation. In this way, since the amount of magnetic flux passing through the armature coil 9 during rectification changes, the induced voltage generated in the armature coil 9 is small at the initial stage of rectification and gradually decreases to the negative side according to the rotational position of the armature 4. Become bigger. The induced voltage cancels out the reactance voltage, thereby improving the insufficient rectification.
[0038]
FIG. 3 shows a change in the idling torque T (cogging torque ΔT1) when the armature 4 of the present embodiment is rotated by one slot (30 °) from the position (0 °) when the armature coil 9 starts commutation. ). In the present embodiment, at the start of commutation of the armature coil 9, the rotation direction reverse side end of the main magnetic pole portion 2a is located at an intermediate position (a gap position between the teeth) between the fifth tooth 8a and the fourth tooth 8a. Therefore, as shown in FIG. 3, the cogging torque ΔT1 is reduced. The cogging torque ΔT1 is about 8.3% lower than the cogging torque of the prior art.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, it has the following characteristics.
(1) The tips of the teeth bars of the first teeth 8a in the rotation direction of the n teeth 8a around which the armature coils 9 are wound at the start of rectification come into contact (arranged) with the first weak magnetic flux portion 2c. In other words, when the tip of the teeth bar of the first teeth 8a in the rotation direction of the n teeth 8a around which the armature coils 9 are wound approaches the first weak magnetic flux portion 2c, both the armature coils 9 are connected. The position of the brush 6 was set so that the segment 5a started to be short-circuited by the brush 6.
[0040]
Therefore, since the brush 6 is installed at an appropriate position with respect to the magnet 2 having the first weak magnetic flux portion 2c, rectification is performed well and the occurrence of sparks can be suppressed.
(2) The main magnetic pole portions 2a and 3a are formed with a length corresponding to the predetermined arc angle δ. The predetermined arc angle δ is such that the position corresponding to the center line of the first teeth 8a of the five teeth 8a around which the armature coil 9 being rectified is wound is located at the end in the rotational direction of the main magnetic pole portions 2a and 3a. When this is done, the opposite ends of the main magnetic pole portions 2a, 3a in the rotational direction are set to be positioned at intermediate positions between the fifth tooth 8a and the fourth tooth 8a.
[0041]
Therefore, when the rectification of the armature coil 9 is started, the opposite ends of the main magnetic pole portions 2a and 3a in the rotational direction are located farthest from the center line position of the fifth tooth 8a around which the armature coil 9 is wound. Compared with the prior art, the cogging torque ΔT1 of the blower motor 1 can be greatly reduced. As a result, smooth rotation and noise reduction during motor rotation can be achieved.
[0042]
(3) Cogging torque can be reduced by changing the lengths of the main magnetic pole portions 2a and 3a of the magnets 2 and 3, which is easy to manufacture and advantageous in terms of cost.
(4) The angle between the segments 5a is set to be the same as the angle θ between the teeth 8a, and the contact width angle corresponding to the contact width between the brush 6 and the segment 5a is also set to be the same as the angle θ between the teeth 8a.
[0043]
Therefore, the tips of the teeth bars of the rotational teeth 8a of the five teeth 8a around which the armature coil 9 is wound at the start of rectification are reliably arranged on the thin portions 2c and 3c of the magnets 2 and 3. In other words, when the tips of the teeth 8a of the rotation direction side teeth 8a of the five teeth 8a around which the armature coil 9 is wound are positioned at the thin portions 2c, 3c of the magnets 2, 3, the rectification is surely started. become.
[0044]
(Second Embodiment)
A second embodiment in which the present invention is embodied in a blower motor as a DC machine will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of the blower motor 11 as a DC machine of the present embodiment. FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of the blower motor 11 at the start of commutation.
[0045]
As shown in FIGS. 4 and 5, the blower motor 11 includes magnets 12 and 13, an armature 14, a commutator 15, and a brush 16.
More specifically, the blower motor 11 of this embodiment is a two-pole DC motor, and in the motor housing yoke 17, the two magnets 12 and 13 forming the N pole and the S pole are opposed to each other with the armature 14 interposed therebetween. Has been placed. The two magnets 12 and 13 are formed point-symmetrically with respect to the central axis of the armature 14. The armature 14 has an armature core 18 and an armature coil 19 wound around the core 18 and is driven to rotate by supplying a direct current.
[0046]
A plurality of teeth 18a are formed on the armature core 18, and an armature coil 19 is wound around the n teeth 18a. In the present embodiment, the number of teeth 18 a is twelve, and the teeth 18 a are formed every 30 ° in the circumferential direction of the armature 14. That is, the adjacent teeth 18a are formed such that the angle (motor armature slot angle) θ formed by the center line thereof is 30 ° (= 360 ° / 12). Although not shown, a plurality of armature coils 19 are wound in the same manner every five teeth 18a. That is, the winding method of the winding is distributed winding.
[0047]
The commutator 15 is disposed at one end of the armature 14 and has a plurality of segments 15a. Further, the brush 16 is disposed in a state of being urged so as to be in sliding contact with the commutator 15. When a DC current supplied from a DC power source (not shown) flows into the armature coil 19 through the brush 16 and the segment 15a of the commutator 15, the armature 14 starts to rotate. A pair of adjacent segments 15a comes into contact with any brush 16 and the segments 15a are short-circuited via the brush 16, whereby the direction of the current flowing through the armature coil 19 is changed. The armature 14 continues to rotate in the counterclockwise direction (Y arrow direction in the figure). In the present embodiment, twelve segments 15a are provided every 30 ° in the circumferential direction, and when the armature 14 rotates 30 ° in the rectifying section with respect to the brush 16, the current of the armature coil 19 being rectified The direction of is changed. That is, the armature coil 19 is rectified by the 30 ° rotation of the armature 14. In this embodiment, the angle between the segments 15a is set to be the same as the angle θ between the teeth 18a, and the contact width angle corresponding to the contact width between the brush 16 and the segment 15a is the same as the angle θ between the teeth 18a. Is set to
[0048]
The magnets 12 and 13 have main magnetic pole portions 12a and 13a and extension portions 12b and 13b. The main magnetic pole portions 12a and 13a have extension portions 12b and 13b on the rotation direction side of the main magnetic pole portions 12a and 13a. Is formed. That is, the extension parts 12b and 13b are extended and formed at the ends of the magnets 12 and 13 on the rotation direction side.
[0049]
As shown in FIG. 4, the main magnetic pole portions 12a and 13a are formed with a length corresponding to an open angle (4θ = 120 °) that is an integral multiple of the motor armature slot angle θ. Although not shown, when the position corresponding to the center line of the first teeth 18a of the five teeth 18a around which the armature coil 19 is wound is located at the rotation direction side ends of the main magnetic pole portions 12a and 13a, The opposite ends in the rotation direction of the magnetic pole portions 12a and 13a are positioned at positions corresponding to the center line of the fifth tooth 18a. As seen from FIG. 4, when the intermediate position between the first tooth 18a and the previous tooth 18a is located at the end in the rotation direction of the main magnetic pole portions 12a and 13a, the rotation direction of the main magnetic pole portions 12a and 13a. The opposite end is positioned at an intermediate position between the fifth tooth 18a and the fourth tooth 18a.
[0050]
As shown in FIG. 4, the extension portions 12b and 13b are formed to have a length corresponding to the motor armature slot angle (that is, the angle of the commutation section) θ (= 30 °) and gradually increase in the rotational direction. Has been. That is, the magnets 12 and 13 are formed with first thin portions 12c and 13c as first weak magnetic flux portions at the boundaries between the main magnetic pole portions 12a and 13a and the extension portions 12b and 13b.
[0051]
Further, the main magnetic pole portions 12a and 13a are separated from the rotation direction side end portions of the main magnetic pole portions 12a and 13a by an angle (mθ) that is an integral multiple of the motor armature slot angle θ as a second weak magnetic flux portion. Second thin portions 12d and 13d are provided. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the second thin portions 12d and 13d are formed 2θ (= 60 °) apart in the clockwise direction from the rotation direction side ends of the main magnetic pole portions 12a and 13a. . As shown in FIG. 4, when the intermediate position between the first tooth 18a and the previous tooth 18a is positioned in the first thin portions 12c and 13c, the second teeth are formed in the second thin portions 12d and 13d. An intermediate position between 18a and the third tooth 18a is located.
[0052]
The second thin portions 12d and 13d are formed in a reverse shape symmetrically to the first thin portions 12c and 13c in the motor rotation direction. In other words, the second thin portions 12d and 13d and the first thin portions 12c and 13c have opposite thickness changes in the rotation direction. That is, the first thin portions 12c and 13c gradually increase in thickness along the rotation direction (magnetic flux gradually increases), whereas the second thin portions 12d and 13d gradually increase in thickness along the counter-rotation direction (magnetic flux increases). Gradually increase). In the present embodiment, if the first thin portions 12c and 13c are formed by cutting out portions near the boundary between the main magnetic pole portions 12a and 13a and the extended portions 12b and 13b, the second thin portion 12d. , 13d is formed to have the same volume as the portion cut out to form the first thin portions 12c, 13c.
[0053]
Here, the positional relationship between the armature core 18 (five teeth 18a) wound by the armature coil 19 during rectification and the magnets 12 and 13 will be described with reference to FIG. In addition, since the magnet 12 and the magnet 13 are arrange | positioned symmetrically with respect to the armature center, only the positional relationship of the armature core 18 (five teeth 18a) and the magnet 12 is demonstrated for convenience of explanation.
[0054]
As shown in FIG. 5, when the armature 14 rotates and the core tip of the armature core 18 (that is, the tip of the teeth bar of the first tooth 18 a) reaches the thin portion 12 c of the magnet 12, the armature 14 comes into contact with one segment 15 a. Brush 16 begins to abut another adjacent segment 15a. That is, rectification of the armature coil 19 starts. In other words, the core tip of the armature core 18 (that is, the tip of the teeth bar of the first tooth 18a on the side opposite to the second tooth 18a) comes to approach the thin portion 12c of the magnet 12 at the moment when the brush 16 enters the rectifying state. At this time, the tip of the tooth bar of the third tooth 18 a on the second tooth 18 a side comes to approach the thin portion 12 d of the magnet 12.
[0055]
When the armature 14 rotates counterclockwise from the rotation position in FIG. 5, the direction of the current flowing through the armature coil 19 is reversed. At the time of rectification, the extension 12b facing the tip of the armature core 18 is formed so as to be gradually thickened at a portion corresponding to an angle of 30 ° of the rectification section. Therefore, the amount of magnetic flux that passes through the armature coil 19 that is being rectified gradually increases as the armature 14 rotates. At this time, the increasing rate of the magnetic flux amount gradually increases according to the rotation. Thus, since the amount of magnetic flux passing through the armature coil 19 during rectification changes, the induced voltage generated in the armature coil 19 is small at the initial stage of rectification and gradually decreases to the negative side according to the rotational position of the armature 14. Become bigger. The induced voltage cancels out the reactance voltage, thereby improving the insufficient rectification.
[0056]
FIG. 6 shows the change (cogging torque) of the idling torque T when the armature 14 of this embodiment rotates one slot (θ) from the position (0 °) when the armature coil 19 starts commutation. Show. In FIG. 6, a change in the idling torque T caused by the presence of the first thin portions 12c and 13c is indicated by a two-dot chain line A1, and a change in the idling torque T caused by providing the second thin portions 12d and 13d is indicated by a solid line A2. Show. Motor commutation is performed within the rotation angle θ (= 30 °) of the motor, and the second thin portions 12d and 13d are provided away from the first thin portions 12c and 13c by an angle mθ (m is an integer). Therefore, the change periods of the two-dot chain line A1 and the solid line A2 are both the same as the rotation angle θ (= 30 °). Further, since the second thin portions 12d and 13d and the first thin portions 12c and 13c are symmetrically reversed in the rotation direction of the motor, the solid line A2 and the two-dot chain line A1 are opposite to each other. A sine curve that changes. The change in the idling torque T (cogging torque) caused by the presence of the first thin portions 12c and 13c and the change in the idling torque T caused by providing the second thin portions 12d and 13d (cogging torque) cancel each other. It becomes a relationship. As a result, the total cogging torque applied to the motor 11 becomes substantially zero.
[0057]
As described above, according to the present embodiment, it has the following characteristics.
(1) The main magnetic pole portions 12a and 13a are provided with second thin portions 12d and 13d apart from the first thin portions 12c and 13c by an angle mθ (m = 2) that is an integral multiple of the motor armature slot angle θ. . The thickness change in the rotation direction of the second thin portions 12d and 13d is opposite to that of the first thin portions 12c and 13c.
[0058]
Therefore, when the armature coil 19 is rectified, a cogging torque that cancels the cogging torque generated by the presence of the first thin portions 12c and 13c is generated by providing the second thin portions 12d and 13d. As a result, the cogging torque of the motor 11 can be reduced, and smooth rotation and noise reduction during motor rotation can be achieved.
[0059]
(2) The volume of the part cut out to form the second thin parts 12d, 13d is set to be the same as the volume of the part cut out to form the first thin parts 12c, 13c. Therefore, the cogging torque generated by the presence of the first thin portions 12c and 13c and the cogging torque generated by providing the second thin portions 12d and 13d are the same, and both act on the motor 11 by canceling them. The total cogging torque is almost zero. As a result, smooth rotation and noise reduction during motor rotation can be reliably achieved.
[0060]
(3) Since the cogging torque can be reduced by providing the second thin portions 12d and 13d in the main magnetic pole portions 12a and 13a of the magnets 12 and 13, the manufacture is easy and advantageous in terms of cost.
[0061]
(4) The two magnets 12 and 13 arranged to face each other with the armature 14 interposed therebetween are formed symmetrically with respect to the central axis of the armature 14. Therefore, the magnetism of the motor 11 can be kept in a balanced manner.
[0062]
In this embodiment, the separation angle mθ between the first thin portions 12c and 13c and the second thin portions 12d and 13d is the minimum magnetic flux point (the main magnetic pole portions 12a and 13a and the extension portion 12b) of the first thin portions 12c and 13c. , 13b) to the minimum magnetic flux point of the second thin portions 12d, 13d.
[0063]
In addition, you may implement each said embodiment in the following aspects.
In the first embodiment, as shown in FIG. 7, the main magnetic pole portions 22 a and 23 a constituting the magnets 22 and 23 are moved at a predetermined arc angle δ1 (= θ × {n−1− (1/2)}. + T / 2 = 30 ° × {5-1- (1/2)} + t / 2 = 105 ° + t / 2). Here, t is an opening angle between the tips of the adjacent teeth bars of the adjacent teeth 28a. When the position corresponding to the center line of the first teeth 28a of the five teeth 28a around which the armature coil 29 during rectification is wound is located at the rotation direction side ends of the main magnetic pole portions 22a and 23a, the main magnetic pole The rotation direction opposite side edge part of the parts 22a and 23a is located in the teeth bar front-end | tip of the 5th teeth 28a by the side of the 4th teeth 28a. In this case, when the rectification of the armature coil 29 is started, the opposite ends of the main magnetic pole portions 22a and 23a in the rotational direction are located away from the center line position of the fifth tooth 28a around which the armature coil 29 is wound. The cogging torque of the blower motor 21 can be reduced, and smooth rotation and noise reduction during motor rotation can be achieved.
[0064]
In the first embodiment, as shown in FIG. 8, the main magnetic pole portions 32 a and 33 a constituting the magnets 32 and 33 are moved at a predetermined arc angle δ2 (= θ × {n−1− (1/2)}. It may be formed with a length corresponding to −t / 2 = 30 ° × {5-1- (1/2)} − t / 2 = 105 ° −t / 2). Here, t is an opening angle between the tips of adjacent teeth bars of adjacent teeth 38a. When the position corresponding to the center line of the first teeth 38a of the five teeth 38a around which the armature coil 39 during rectification is wound is located at the rotation direction side ends of the main magnetic pole portions 32a and 33a, the main magnetic pole The rotation direction opposite side edge part of the parts 32a and 33a is located in the teeth bar front-end | tip of the 4th teeth 38a by the side of the 5th teeth 38a. In this case, when the rectification of the armature coil 39 is started, the opposite ends of the main magnetic pole portions 32a and 33a in the rotational direction are located away from the center line position of the fifth tooth 38a around which the armature coil 39 is wound. The cogging torque of the blower motor 31 can be reduced, and smooth rotation and noise reduction during motor rotation can be achieved.
[0065]
In the first embodiment, although not shown, the main magnetic pole portion constituting the magnet may be formed with a length corresponding to a predetermined arc angle δ3 (δ3 ≠ δ, δ2 <δ3 <δ1). When the position corresponding to the center line of the first teeth of the five teeth around which the armature coil being rectified is positioned is located at the rotation direction side end of the main magnetic pole part, the rotation direction opposite side of the main magnetic pole part An edge part is located in the arbitrary positions between the 5th teeth and the 4th teeth except the middle position of the 5th teeth and the 4th teeth. In this case, substantially the same effect as that of the first embodiment and the other example can be obtained.
[0066]
In the first embodiment and each of the above examples, the thickness of the extension of the magnet is changed to increase the amount of magnetic flux passing through the armature coil at the time of rectification. Not what you want. For example, as shown in FIG. 9, the magnet 40 having a constant thickness may be embodied by changing the magnetization dipole strength of the magnetic dipole at the boundary A between the main magnetic pole portion 40a and the extension portion 40b. Further, as shown in FIG. 10, in a magnet 50 having a constant thickness, the magnetic dipole orientation at the boundary B between the main magnetic pole part 50a and the extension part 50b may be changed and embodied. Furthermore, as shown in FIG. 11, the weakly magnetized material 60d may be embedded in the thin portion 60c between the main magnetic pole portion 60a and the extended portion 60b so that the thickness of the magnet 60 is uniform. In these cases, the same effects as those of the first embodiment and each of the other examples can be obtained.
[0067]
In the second embodiment, as shown in FIG. 12, the main magnetic pole portions 72a and 73a are provided with thin portions 72e and 73e, thin portions 72f and 73f, and thin portions 72g and 73g constituting the second weak magnetic flux portion. It may be provided. More specifically, the main magnetic pole portions 72a and 73a are separated from the first thin portions 72c and 73c by 30 ° (θ), and the thin portions 72e and 73e, and the first thin portions 72c and 73c are 60 ° (2θ). The thin portions 72f and 73f are separated from the first thin portions 72c and 73c by 90 ° (3θ), and the thin portions 72g and 73g are separated from the thin portions 72c and 72d. The main magnetic pole portions 72a and 73a are provided by cutting out the inner side surfaces. In addition, the total integrated value of the volumes of the respective portions of the main magnetic pole portions 72a, 73a cut out in order to form the thin portions 72e, 73e, the thin portions 72f, 73f, and the thin portions 72g, 73g is the second integrated value. The value is the same as the volume notched to form the second thin portions 72d and 73d as the weak magnetic flux portions. In this case, the magnitude of the cogging torque by the thin portions 72e and 73e, the thin portions 72f and 73f, and the thin portions 72g and 73g is the same as the magnitude of the cogging torque by the first thin portions 72c and 73c. The generation directions are opposite to each other.
[0068]
As a result, substantially the same effect as that of the second embodiment can be obtained, and the thin portions 72e and 73e, the thin portions 72f and 73f, and the thin portions 72g and 73g are shallower than the first thin portions 72c and 73c. Since the inner surfaces of the portions 72a and 73a are cut out, the rigidity of the magnets 72 and 73 can be prevented from being lowered.
[0069]
In addition, you may abbreviate | omit and implement any one thin part among thin parts 72e and 73e, thin parts 72f and 73f, and thin parts 72g and 73g. In this case, the remaining two thin portions may be formed so that the magnitude of the cogging torque by the two thin portions is the same as the magnitude of the cogging torque by the first thin portions 72c and 73c.
[0070]
In addition, the second thin portions 12d and 13d of the second embodiment, or the thin portions 72e and 73e and the thin portions 72f and 73f and the thin portions 72g and 73g of the other examples, or the two thin portions therein, The change in idling torque T (cogging torque) caused by them may be formed so as to be smaller than the cogging torque caused by the first thin portions 12c (72c) and 13c (73c), as indicated by a one-dot chain line A3 in FIG. In this case, the total cogging torque applied to the motor does not become zero due to the cancellation of the cogging torques of the two, but the cogging torque can be reduced.
[0071]
In the second embodiment, the second thin portions 12d and 13d are formed in the main magnetic pole portions 12a and 13a at an angle 2θ (m = 2) away from the first thin portions 12c and 13c. On the other hand, the second thin-walled portions 12d and 13d are separated from the first thin-walled portions 12c and 13c by an angle of 0 ° (m = 0), θ (m = 1), or 3θ (m = 3). , 13a.
[0072]
In the second embodiment and another example, the second weak magnetic flux portion of the magnet 12 (72) and the second weak magnetic flux portion of the magnet 13 (73) are formed at the same angle from the first weak magnetic flux portion, respectively. That is, it was carried out at the same angle mθ. In contrast, the second weak magnetic flux portion of the magnet 12 (72) is away from the first weak magnetic flux portion of the magnet 12 (72), and the second weak magnetic flux portion of the magnet 13 (73) is the magnet 13 (73). The angle away from the first weak magnetic flux portion may be implemented at a different angle. That is, when the angle at which the second weak magnetic flux portion of the magnet 12 (72) is separated from the first weak magnetic flux portion of the magnet 12 (72) is mθ, the second weak magnetic flux portion of the magnet 13 (73) is the magnet 13 ( The angle away from the first weak magnetic flux part 73) may be m′θ (m ′ ≠ m).
[0073]
Similarly, in the second embodiment, although not shown, in the magnets 12 (72) and 13 (73) having a constant thickness, the first and second weak magnetic flux portions are magnetized by the magnetic dipole. It may be formed by changing the direction. Further, the magnets 12 (72) and 13 (73) may be formed by embedding a weakly magnetized material in the notched portions of the first and second weak magnetic flux portions so as to make the thicknesses uniform. In this case, substantially the same effect as the above embodiment can be obtained.
[0074]
In the second embodiment, the main magnetic pole portions 12a (72a) and 13a (73a) are formed with a length corresponding to an open angle (4θ = 120 °) that is an integral multiple of the motor armature slot angle θ. It was. On the other hand, the main magnetic pole portions 12a (72a) and 13a (73a) are formed with a length corresponding to the open angle that is {n-1- (1/2)} times the motor armature slot angle θ. May be. Here, n is the number of teeth around which the same armature coil is wound. That is, the main magnetic pole portions 12a (72a) and 13a (73a) are moved to {n-1- (1/2)} (= 5-1- (1/2) = 3.5) of the motor armature slot angle θ. You may form in the length corresponding to the opening angle (3.5x30 degrees = 105 degrees) used as a double. In this case, the cogging torque generated by each thin portion is reduced.
[0075]
Further, the main magnetic pole portions 12a (72a) and 13a (73a) are made to have a length corresponding to the open angle that is {n-1- (1/2) ± t / 2} times the motor armature slot angle θ. May be formed. Here, n is the number of teeth around which the same armature coil is wound, and t is the opening angle between the tips of both adjacent teeth bars of adjacent teeth.
[0076]
In each of the above-described embodiments and other examples, the magnet is cut out from the inner surface to form a thin magnetic flux portion as a weak magnetic flux portion. However, as shown in FIGS. 13A and 13B, the weak magnetic flux portion is a magnet. May be formed by hollowing out from the outer peripheral surface. More specifically, the recess 82b is formed at a predetermined location on the outer peripheral surface 82a of the magnet 82. The recess 82b is formed by cutting out the magnet 82 from the outer peripheral surface 82a. According to this, when the weak magnetic flux portion (recessed portion) 82b is formed by post-processing on the fan-shaped magnet 82, the cutting is performed from the outer peripheral surface 82a, so that the working range of the cutting tool is not limited and the cutting work is easy. It is. Further, since the weak magnetic flux portion is a recess 82b in which the magnet 82 is cut out from the outer peripheral surface 82a, the strength of the thinned portion can be maintained by leaving the side wall 82c of the magnet 82.
[0077]
The present invention may be embodied in a motor provided with a plurality of teeth other than twelve teeth. You may implement n teeth other than five in which the same armature coil is wound.
[0078]
The present invention is embodied in a blower motor as a direct current machine, but may be embodied in other motors as a direct current machine other than the blower motor.
The arc angle described in each of the above embodiments and examples refers to a center angle corresponding to the arc length.
[0079]
Next, the technical ideas that can be grasped from the above embodiments and other examples will be described below.
(1) An armature configured by winding an armature coil around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and a magnet disposed oppositely across the armature, The magnet is composed of a main magnetic pole part and an extension part having the first weak magnetic flux part in the vicinity of the boundary with the main magnetic pole part and having the teeth angle at which the magnetic flux gradually increases toward the rotation direction of the armature. In the DC machine in which the commutator piece of the commutator is short-circuited with a brush to reverse the direction of the current of the armature coil, the teeth bar tip of the first tooth in the rotation direction of n teeth around which the armature coil is wound The DC machine is characterized in that the position of the brush is set so that the two segments connecting the armature coils start to be short-circuited by the brush when arranged in the first weak magnetic flux portion.
[0080]
Therefore, since the brush is installed at an appropriate position with respect to the magnet having the first weak magnetic flux part, the rectification is performed satisfactorily and the generation of sparks can be suppressed.
[0081]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the cogging torque of the DC machine can be greatly reduced, and smooth rotation and noise reduction during rotation of the DC machine can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a DC motor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of a DC motor at the start of commutation according to the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing cogging torque of the DC motor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a DC motor according to a second embodiment.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of a DC motor at the start of commutation according to a second embodiment.
FIG. 6 is a graph showing the cogging torque of the DC motor according to the second embodiment.
FIG. 7 is a partial sectional view showing a schematic configuration of another example of a DC motor.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of a DC motor.
FIG. 9 is an explanatory view showing another example of a magnet.
FIG. 10 is an explanatory view showing another example of a magnet.
FIG. 11 is an explanatory view showing another example of a magnet.
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of a DC motor.
FIGS. 13A and 13B are a perspective view and a plan view of relevant parts of another example magnet, respectively.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 31, 71 ... blower motors as DC machines, 2, 12, 22, 32, 72, 3, 13, 23, 33, 73 ... magnets, 2a, 12a, 22a, 32a, 72a, 3a, 13a, 23a, 33a, 73a ... main magnetic pole part, 2b, 12b, 22b, 32b, 72b, 3b, 13b, 23b, 33b, 73b ... extension part, 2c, 12c, 22c, 32c, 72c, 3c, 13c, 23c 33c, 73c, a first thin part as a first weak magnetic flux part, 12d, 72e, 72f, 72g, 13d, 73e, 73f, 73g, a second thin part as a second weak magnetic flux part, 4, 14, 24 , 34, 74 ... armatures, 5, 15, 25, 35, 75 ... commutators, 5a, 15a, 25a, 35a, 75a ... segments as commissure pieces, 6, 16, 26, 36, 6 ... brush, 8,18,28,38,78 ... armature core, 8a, 18a, 28a, 38a, 78a ... teeth, 9,19,29,39,79 ... armature coils.

Claims

An armature formed by winding an armature coil around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and a magnet disposed oppositely across the armature;
The magnet comprises a main magnetic pole part and an extension part having the first weak magnetic flux part in the vicinity of the boundary between the main magnetic pole part and the tooth angle at which the magnetic flux gradually increases toward the rotation direction of the armature,
In a DC machine in which the commutator piece is short-circuited with a brush during rectification and the current direction of the armature coil is reversed,
The tips of the teeth bars of the first teeth in the rotational direction of the plurality of teeth around which the armature coils are wound at the start of rectification are arranged in the first weak magnetic flux portion ,
When the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is positioned at the rotation direction side end of the main magnetic pole part, A direct current machine characterized in that it is formed with a length corresponding to a predetermined arc angle so that the rotation direction opposite end of the magnetic pole portion is located between the nth tooth and the (n-1) th tooth .

An armature formed by winding an armature coil around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and a magnet disposed oppositely across the armature;
The magnet comprises a main magnetic pole part and an extension part having the first weak magnetic flux part in the vicinity of the boundary between the main magnetic pole part and the tooth angle at which the magnetic flux gradually increases toward the rotation direction of the armature,
In a DC machine in which the commutator piece is short-circuited with a brush during rectification and the current direction of the armature coil is reversed,
The tips of the teeth bars of the first teeth in the rotational direction of the plurality of teeth around which the armature coils are wound at the start of rectification are arranged in the first weak magnetic flux portion,
The main magnetic pole portion is provided with a second weak magnetic flux portion in which the magnetic flux gradually increases away from the first weak magnetic flux portion by an integer multiple of the teeth angle in a direction opposite to the rotation direction of the armature. DC machine characterized by that.

The DC machine according to claim 2 , wherein
The DC machine according to claim 1, wherein the second weak magnetic flux part is provided at one position on the main magnetic pole part at an integer multiple of the teeth angle away from the first weak magnetic flux part .

The DC machine according to claim 2 , wherein
The DC machine according to claim 1, wherein the second weak magnetic flux part is provided at a plurality of positions in the main magnetic pole part at an integer multiple of the teeth angle away from the first weak magnetic flux part .

In the DC machine according to any one of claims 2 to 4 ,
In order to form the second weak magnetic flux portion, the volume of the portion that cuts out the inner side surface of the main magnetic pole portion is cut out from the end portion of the main magnetic pole portion to form the first weak magnetic flux portion. A DC machine characterized in that it is set to the same volume as that of the part .

The DC machine according to any one of claims 1 to 5,
When the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is positioned at the rotation direction side end of the main magnetic pole part, A direct current machine having a length corresponding to a predetermined arc angle so that the rotation direction opposite end of the magnetic pole portion is located at an intermediate position between the nth tooth and the (n-1) th tooth. .

The DC machine according to any one of claims 1 to 5 ,
When the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is positioned at the rotation direction side end of the main magnetic pole part, A direct current machine characterized in that the pole portion is formed with a length corresponding to a predetermined arc angle so that the rotation direction opposite end of the magnetic pole portion is located at the tip of the teeth bar of the nth tooth on the (n-1) th side .

The DC machine according to any one of claims 1 to 5 ,
When the position corresponding to the center line of the first teeth of the n teeth around which the armature coil being rectified is wound is positioned at the rotation direction side end of the main magnetic pole part, DC, characterized in that the direction of rotation opposite ends of the magnetic pole portion is formed with a length corresponding to so that a predetermined arc angle to positioned in the n tooth side (n-1) th tooth bar end position of the teeth Machine.

The DC machine according to any one of claims 1 to 8 ,
The DC machine , wherein the angle between the contact pieces and the contact width angle corresponding to the contact width between the brush and the contact piece are set to the same value as the angle between the teeth .

The DC machine according to any one of claims 1 to 9,
Two DC magnets arranged opposite to each other with the armature interposed therebetween are provided, and the two magnets are formed symmetrically with respect to the central axis of the armature .