JP3816707B2 - 直流機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットを有して構成される直流機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に示すように、直流モータ（直流電動機）２０は、マグネット２１，２２、電機子２３、コンミテータ２４及びブラシ２５等を有している。この直流モータ２０では、直流電源が供給されることで、電機子２３が図１３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に回転するように構成されている。
【０００３】
詳しくは、電機子２３は、電機子コア２６と電機子コイル２７とを有している。電機子コア２６には、複数の歯部２６ａが形成されており、そのうちの５つの歯部２６ａの周囲に電機子コイル２７が巻き付けられている。なお、図示を省略しているが、５つの歯部２６ａ毎に他の電機子コイルが同様に巻き付けられている。つまり、この直流モータ２０の巻装方式は分布巻である。
【０００４】
コンミテータ２４は、複数のセグメント２４ａを有し、そのセグメント２４ａに摺接するようにブラシ２５が配設されている。そして、直流電流がブラシ２５及びコンミテータ２４のセグメント２４ａを経て電機子コイル２７に流入されるようになっている。これにより、電機子コイル２７に流れる電流の向きが変更されて電機子２３が時計回り方向（図中、Ｘ矢印方向）に回転する。
【０００５】
ここで、ブラシ２５から電機子コイル２７に流入される電流変化を図１４を用いて説明する。
先ず、図１４（ａ）に示すように電機子コイル２７に右から左へ電流Ｉが流れている状態から、電機子２３が回転してコンミテータ２４が図１４（ｂ）のようにブラシ２５に対して右側に移動する。すると、ブラシ２５によって２つのセグメント２４ａが短絡されて、電機子コイル２７に短絡電流ｉが流れる。さらに、電機子２３が回転すると、図１４（ｃ）のように、電機子コイル２７には、左から右へ電流Ｉが流れるようになる。つまり、図１４（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に電機子２３が回転するとき、その際に電機子コイル２７を流れる電流Ｉの向きが逆になる。なおこのとき、＋Ｉから−Ｉまで２Ｉの変化をさせるための電流がブラシ２５から流入される。また、図１４（ａ）〜（ｃ）は、図１３（ａ）〜（ｃ）に対応しており、図１３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように電機子２３が回転する際に、電機子コイル２７を流れる電流Ｉの向きが変更され、そのコイル２７に巻装された電機子コア２６内の磁界の向きが反転する。この電機子コイル２７の電磁力と、マグネット２１，２２からの磁力とによって回転力が発生し、モータ２０が回転駆動する。
【０００６】
上述のように、ブラシ２５によって短絡された電機子コイル２７を流れる電流が、その短絡期間中に反転することを、「整流」という。また、この整流時の関係は、次式の整流方程式によって示される。
【０００７】
Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋ｅ＋Ｒｃｉ＋Ｒ２（Ｉ＋ｉ）−Ｒ１（Ｉ−ｉ）＝０
ここで、Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）は、ブラシ２５で短絡される電機子コイル２７のインダクタンスＬの影響で生じるリアクタンス電圧を示し、ｅは、電機子２３の回転に伴い電機子コイル２７に発生する誘起電圧を示す。また、Ｒｃは、ブラシ２５で短絡される電機子コイル２７の抵抗を示し、Ｒ１，Ｒ２は、ブラシ２５とコンミテータ２４との接触抵抗を示す。なお、Ｉはブラシ２５から流入される電流であり、ｉはブラシ２５で短絡される電機子コイル２７の短絡電流である。
【０００８】
整流時において、電機子コイル２７のリアクタンス電圧と誘起電圧ｅが小さく無視することができれば、短絡電流ｉは、図１５の点線で示すように直線的に変化して、整流を良好に行うことができる。なお、この直線状の整流は、理想的な整流の一つであって直線整流という。
【０００９】
しかしながら、電機子コイル２７にリアクタンス電圧及び誘起電圧ｅが発生するため、短絡電流ｉは、図１５の実線で示すように直線整流から遅れて変化する、いわゆる不足整流が発生する。この不足整流によって整流の終わり、即ち、ブラシ後端での火花放電が発生し、騒音及びブラシ摩耗の原因となってしまう。その対策として、ブラシ位置を図１３の反時計回り方向に移動させて、整流を改善させる方法がとられている。
【００１０】
このブラシ位置の移動は、前記誘起電圧ｅの影響を小さくするために実施されるものである。詳しくは、誘起電圧ｅは、電機子コイル２７を通過する磁束量Φの変化によって同コイル２７に誘起される逆起電力であって、次式のように示される。
【００１１】
ｅ＝−ｄΦ／ｄｔ
つまり、誘起電圧ｅは、電機子コイル２７を通過する磁束量Φが減少する速さに比例して発生する。
【００１２】
ここで具体的に、整流中の電機子コイル２７に誘起される誘起電圧ｅを図１６を用いて説明する。
図１６には、電機子コイル２７を通過する磁束量Φ、つまり、電機子コイル２７が巻き付けられた電機子コア２６（５つの歯部２６ａ）内を通過する磁束量Φの変化と、その磁束量Φの変化に応じて発生する電機子コイル２７の誘起電圧ｅ（＝−ｄΦ／ｄｔ）を示している。なお、図１６では、図１３（ｂ）の状態を基準位置０°としている。即ち、電機子コイル２７により巻装された電機子コア２６（５つの歯部２６ａ）の中心が、マグネット２１，２２の中心と一致するときを基準位置０°として示している。
【００１３】
電機子コイル２７に電流が流れない状態では、電機子コイル２７を通過する磁束量Φは、マグネット２１，２２からの磁束のみを考慮すればよく、図１６の（Ａ）のように電機子２３の回転位置が基準位置０°（図１３（ｂ）の回転位置）のとき最も大きくなる。
【００１４】
また、電機子２３の回転時には電機子コイル２７に電流が流れ、その電流によって起磁力が生じて、マグネット２１，２２の磁束に影響をおよぼすようになる。詳しくは、電機子コイル２７に流れる電流は、整流時、即ち、図１３（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に電機子２３が回転するときに反転するため、電機子コイル２７による磁束量Φは、電機子２３の回転位置に応じて図１６の（Ｂ）のように変化する。つまり、電機子２３の回転位置が基準位置０°となるとき正から負へ変化する。その結果、マグネット２１，２２の磁束量（Ａ）と電機子コイル２７の磁束量（Ｂ）が合成されて実際に電機子コイル２７を通過する磁束量Φは、電機子２３の回転位置に応じて図１６の（Ｃ）（＝（Ａ）＋（Ｂ））のように変化する。つまり、電機子２３が基準位置０°に到達する前に、合成磁束量（Ｃ）は最も大きくなる。よって、電機子コイル２７の誘起電圧ｅは、この磁束量（Ｃ）が最大となる位置で、負から正へ変化する。
【００１５】
このように、誘起電圧ｅは整流を遅らせる方向に誘起され、短絡電流ｉの反転が遅れて不足整流の原因となってしまう。
従って、ブラシ２５の位置を、電機子２３の回転方向と反対方向、つまり、図１３の反時計回り方向に移動させることで、電機子コイル２７の誘起電圧ｅの影響を小さくし整流を良好に行うようにしている。なお実際には、この合成磁束量（Ｃ）による誘起電圧ｅだけではなく前記リアクタンス電圧も考慮した上で、ブラシ２５の位置を決定している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、モータ負荷が変動する場合では、電機子コイル２７を流れる電流が変わり、モータ回転数も変化するため、良好な整流を保つことが困難となってしまう。具体的には、例えば、自動車用エアコンユニットで使用されるブロアモータにおいて、高負荷となる高回転時では、電流が大きくなるため合成磁束量（Ｃ）が最大となる位置が回転方向に対して反対側（図１６のマイナス側）に移動することとなる。また、回転数が高くなるため合成磁束量（Ｃ）による誘起電圧ｅも大きくなる。さらに、電機子コイル２７の電流に応じてリアクタンス電圧も大きくなる。従って、ブラシ位置の移動量を大きくしないと良好な整流を得ることができない。また逆に、低負荷となる低回転時では、ブラシ位置の移動量を小さくしないと良好な整流を得ることができない。このように、モータ負荷の変動に応じてブラシ位置をたえず移動する必要があり、良好な整流を保つことが困難となってしまう。
【００１７】
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、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直流機を提供することにある。
【００１８】
【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、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、整流中にブラシで短絡される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、前記マグネットの端部に、整流中の前記電機子コイルにリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧を発生させるための延長部を形成したことを要旨とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直流機において、前記整流中の電機子コイルに発生させる誘起電圧は、初期が小さく徐々に大きくしたことを要旨とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の直流機において、前記整流中の電機子コイルに発生させる誘起電圧は、初期が小さく徐々に大きくし、前記リアクタンス電圧に完全に一致させたことを要旨とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の直流機において、前記整流中の電機子コイルに発生させる誘起電圧は、初期が大きく徐々に小さくしたことを要旨とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の直流機において、前記延長部は、その厚さが異なるよう形成されることを要旨とする。
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、前記延長部は、電機子の回転方向側の端部に配設され、その厚さが回転方向に徐々に厚くなるよう形成されることを要旨とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の直流機において、前記延長部は、電機子の回転方向側の端部に配設され、その厚さが回転方向に徐々に薄くなるよう形成されることを要旨とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の直流機において、前記延長部は、電機子の回転方向側と回転方向逆側の端部に配設され、そのうちの一方の延長部の厚さが徐々に薄くなるよう形成されることを要旨とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流機において、前記延長部は、配向の強弱が異なるよう形成されることを要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の直流機において、前記電機子コアには複数の歯部が形成され、前記マグネットの延長部は、整流時に電流が供給される電機子コイルが巻装される複数の歯部のうち回転方向側及び回転方向逆側の端部に配置する歯部の中心線間の角度よりも延長した部分であることを要旨とする。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の直流機において、前記マグネットは、マグネット開角の中心部及びマグネット背部を除く部位に目視可能手段を形成したことを要旨とする。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の直流機において、前記目視可能手段は、マグネットの上端部又は下端部に形成される凹部であることを要旨とする。
【００２８】
（作用）
電機子の回転時には、電機子コイルにそのインダクタンスにより電流を妨げる向きにリアクタンス電圧が発生する。また、電機子の回転に伴って整流中の電機子コイルを通過する磁束量が変化し、その変化によって逆起電力である誘起電圧が発生する。従来では、これらリアクタンス電圧と誘起電圧とによって整流が遅れ不足整流となってしまうが、請求項１に記載の発明によれば、マグネットの端部に延長部を形成することで、整流中の電機子コイルを通過する磁束量が変化して所望の誘起電圧が発生する。その誘起電圧によってリアクタンス電圧が打ち消される。このようにすれば、負荷が変動した場合、電機子コイルの電流に応じてリアクタンス電圧が変化するが、誘起電圧も電機子の回転に応じて変化する。つまり、負荷が変動したとしても、常にリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生して整流が良好に行われる。その結果、ブラシ火花の発生が防止されるので、騒音が低減されるとともに耐久性が向上される。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、整流初期が小さく徐々に大きくなる誘起電圧によってリアクタンス電圧が打ち消され、整流が良好に行われる。
請求項３に記載の発明によれば、整流初期が小さく徐々に大きくなる誘起電圧によってリアクタンス電圧が完全に打ち消され、理想的な直線整流となる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、整流初期が大きく徐々に小さくなる誘起電圧によってリアクタンス電圧が打ち消され、整流が良好に行われる。
請求項５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電機子の回転に伴い変化し、その変化に応じて誘起される誘起電圧によりリアクタンス電圧が打ち消されて整流が良好に行われる。
【００３１】
請求項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電機子の回転に伴い増加し、その増加に応じて誘起される誘起電圧は、整流初期が小さく徐々に大きくなる。この誘起電圧によりリアクタンス電圧が打ち消されて整流が良好に行われる。
【００３２】
請求項７及び請求項８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電機子の回転に伴い増加し、その増加に応じて誘起される誘起電圧は、整流初期が大きく徐々に小さくなる。この誘起電圧によりリアクタンス電圧が打ち消されて整流が良好に行われる。
【００３３】
請求項９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電機子の回転に伴い変化し、その変化に応じて誘起される誘起電圧によってリアクタンス電圧が打ち消される。
【００３４】
請求項１０に記載の発明によれば、整流時に電流が供給される電機子コイルが巻装される複数の歯部のうち回転方向側及び回転方向逆側の端部に配置する歯部の中心線間の角度よりも延長してマグネットの延長部が形成される。
【００３５】
請求項１１に記載の発明によれば、マグネットにおいて、マグネット開角の中心部（マグネットの磁極幅の中心部）及びマグネット背部を除く部位、つまりマグネットの組み付け後に、その組み付け状態を確認できる部位に目視可能手段が形成される。従って、マグネットの逆組み付けが防止され、マグネットの整流機能が的確に発揮される。
【００３６】
請求項１２に記載の発明によれば、目視可能手段としての凹部は、マグネットの成形と同時に形成される。また、凹部は、マグネットの上端部又は下端部に形成されるので、マグネットの組み付け後において目視可能であり、同凹部によってマグネットの組み付け状態が確認される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を自動車用エアコンユニットのブロアモータに具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。なお、エアコンユニットでは、操作スイッチの位置によってブロアモータに流れる電流の大きさが変更される。具体的には、操作スイッチが、Ｈｉ位置（高出力位置）に操作されたとき、モータの電機子に１８Ａの電流が流れ、Ｌｏ位置（低出力位置）に操作されたとき、モータの電機子に４Ａの電流が流れるように構成されている。この電流変化によって、モータ回転数が変更されてエアコンユニットに送り込まれる風量が調節される。
【００３８】
図１は、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１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、コンミテータ（整流子）５及びブラシ６を有している。
【００３９】
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。電機子コア８には、複数の歯部８ａが形成されており、そのうちの５つの歯部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、歯部８ａの個数は１２個であり、その歯部８ａが、電機子４の周方向に３０°毎に形成されている。つまり、隣り合う歯部８ａは、その中心線のなす角が３０°（＝３６０°／１２）となるように形成されている。また、図示を省略しているが、複数の他の電機子コイルが５つの歯部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。
【００４０】
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（整流子片）５ａを有して構成されている。また、ブラシ６がコンミテータ５に摺接するように付勢された状態で配設されている。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とコンミテータ５のセグメント５ａを経て電機子コイル９に流入される。これによって、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）に回転するようになっている。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３０°回転するとき、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。
【００４１】
本実施形態のマグネット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、図１３に示す従来のマグネット２１，２２に相当する部分であって、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。主磁極部２ａ，３ａは、図１及び図２に示すように、整流中の電機子コイル９が巻装される５つの歯部のうち回転方向側及び回転方向逆側の端部に配置する歯部８ａの中心線間の角度（＝１２０°の角度）に対応した長さとなるように形成されている。その主磁極部２ａ，３ａの中心と整流中の電機子コイル９が巻装される電機子コア８（５つの歯部８ａ）の中心が一致する回転位置（図１の回転位置）が整流中心となる。つまり、この回転位置において、ブラシ６によって短絡される電機子コイル９の電流の向きが反転する。また、延長部２ｂ，３ｂは、整流区間の３０°の角度に対応する区間で、回転方向に徐々に厚くなるように形成されている。さらに、延長部２ｂ，３ｂにおける先端側の５°の角度に対応する区間では、徐々に薄くなるよう形成されている。ただし、この延長部２ｂ，３ｂにおける先端側の区間は、モータ１の性能上最適化がはかれれば、特に５°の角度に限定する必要はない。
【００４２】
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つの歯部８ａ）とマグネット２との位置関係を図２を用いて説明する。なお、図２は、断面円弧状に形成されたマグネット２を直線上に展開して示した模式図である。また、図２において、マグネット２の周方向の幅を角度で示し、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つの歯部８ａ）を１５０°（５×３０°）の幅で示している。
【００４３】
電機子４が回転して電機子コア８の位置が図２の（ａ）のようにコア先端がマグネット２の薄肉部２ｃに位置するとき電機子コイル９の整流が開始される。その状態から（ｂ）のように１５°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する。さらに、（ｃ）のように１５°回転した回転位置で整流が終了する。つまり、電機子コア８が（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に３０°回転するときに電機子コイル９の整流が実施される。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。
【００４４】
従って、図３に示すように、整流中の電機子コイル９を通過する磁束量Φ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Φの増加率は回転に応じて徐々に増加する。なお、ここで示す磁束量Φの変化は、電機子コイル９に流れる電流による磁束量と、マグネット２，３による磁束量との合成磁束量を示しており、図中の点線は、図１６における合成磁束量（Ｃ）に対応するものである。
【００４５】
このように、整流中の電機子コイル９を通過する磁束量Φが変化するため、電機子コイル９に発生する誘起電圧ｅ（＝−ｄΦ／ｄｔ）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。なお、図３では、電機子コイル９により巻装される電機子コア８（５つの歯部８ａ）の中心とマグネット２，３の主磁極部２ａ，３ａの中心とが一致するとき、即ち、図１における電機子２３の回転位置を基準位置０°として示している。
【００４６】
この誘起電圧ｅによって、リアクタンス電圧が打ち消されて、図１５に示す不足整流が改善される。つまり、リアクタンス電圧に完全に一致する誘起電圧ｅを発生させることで、整流曲線が図１５の点線で示すような理想的な整流の１つである直線整流になる。
【００４７】
また、エアコンのスイッチ操作によってブロアモータ１の負荷が変更された場合では、電機子コイル９を流れる電流が変化してリアクタンス電圧が増減するが、誘起電圧ｅはモータ負荷に応じてリアクタンス電圧を打ち消すように変化する。
【００４８】
具体的に、操作スイッチがＨｉ位置に操作され、電機子コイル９に１８Ａの電流が流れると、電機子コイル９の電流に応じてリアクタンス電圧が増加する。この場合、モータ回転数が高くなって誘起電圧ｅが増加する。また、操作スイッチがＬｏ位置に操作され、電機子コイル９に４Ａの電流が流れると、電機子コイル９の電流に応じてリアクタンス電圧が減少する。この場合、モータ回転数が低くなり、誘起電圧ｅが小さくなる。このようにモータ負荷に応じて、リアクタンス電圧が変化するが、そのリアクタンス電圧を打ち消すように誘起電圧ｅも変化する。従って、モータ負荷が変動する場合でも、良好な整流が保たれるので安定した運転が継続される。
【００４９】
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）ブラシ位置を変更し整流を改善させる方法では、負荷の変動に応じてブラシ位置をたえず移動する必要があり、負荷の変動に伴い過整流や不足整流となる虞があった。しかしながら、本実施形態のブロアモータ１では、ブラシ位置を移動することなくモータ負荷に応じてリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧ｅが発生するので、常に良好な整流を行うことができる。具体的には、整流時の整流曲線が理想的な直線整流となる。従って、ブラシ火花が防止され、騒音を低減できるとともにブラシ摩耗を抑制できる。つまり、負荷が変更される場合でも安定な運転が行われて騒音を防止でき、耐久性を向上できる。
【００５０】
（２）ブロアモータ１が安定して運転されるので、適正な回転駆動力を得ることができ、エアコンユニットを好適に制御できる。
（３）ブラシ火花が発生すると、電気ノイズが発生して他の装置の誤動作を招く虞がある。このため、ノイズ対策が必要となる場合があるが、本実施形態のブロアモータ１を採用すれば、モータ１の使用全領域にわたって無火花の良好な整流を得ることができるので、電気ノイズのための対策が不要となり、実用上好ましいものとなる。
【００５１】
（４）マグネット形状の変更により整流を改善することができ、製造も容易でコスト的にも有利である。
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。本実施形態のブロアモータは、図２に示す形状のマグネット２，３に代えて、図４に示す形状のマグネット１１を有して構成される。つまり、マグネット１１の形状以外は、図１のブロアモータ１と同一構成であるので、その説明及び図面を省略する。なお、図４は、断面円弧状に形成されたマグネット１１を直線上に展開して示した模式図である。
【００５２】
図４に示すように、マグネット１１は、主磁極部１１ａと、その主磁極部１１ａに対して電機子コア８の回転方向側の端部に延出形成された延長部１１ｂとを有している。延長部１１ｂは、整流区間の３０°の角度に対応する長さを有し、その厚さが回転方向に徐々に薄くなるよう形成されている。また、主磁極部１１ａにおける回転方向逆側の端部１１ｃもその厚さが徐々に薄くなるよう形成されている。なお、マグネット１１の長手方向の長さに対する厚さの変化割合は、端部１１ｃよりも延長部１１ｂの方が小さくなっている。
【００５３】
従って、電機子コア８が（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に回転する整流時において、電機子コイル９を通過する磁束量Φは、図５に示すように、電機子４の回転に応じて徐々に増加する。電機子４の回転に対する磁束量Φの増加割合は、整流初期が最も大きく、電機子４の回転に応じて徐々に小さくなる。その結果、電機子コイル９に発生する誘起電圧ｅ（＝−ｄΦ／ｄｔ）は、整流初期でマイナス側に最も大きく、電機子４の回転に応じて徐々に増加して整流の終了時に０となる。
【００５４】
この誘起電圧ｅによって、リアクタンス電圧が打ち消されて、図６に示すように、整流が改善される。つまり、一点鎖線で示す不足整流に対して、実線で示すように整流が改善され、点線で示す直線整流に近づけることができる。
【００５５】
また、本実施形態でも、モータ負荷に応じてリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧ｅが発生するので、負荷の影響を受けることなく、常に良好な整流をおこなうことができる。さらに、マグネット１１は、従来のマグネット２１，２２に対して延長部１１ｂを設け、端面形状を変更した単純な形状であるので、製造が容易となりコスト的にも有利である。
【００５６】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
○上記各実施形態のマグネット２，３，１１では、回転方向側の端部に延長部２ｂ，３ｂ，１１ｂを配設するものであったが、これに限定するものではない。つまり、図７及び図８に示すマグネット１２，１３のように、電機子コア８の回転方向側と回転方向逆側の端部に延長部１２ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１３ｃを配設し、そのうちの一方の延長部１２ｃ，１３ｂの厚さが徐々に薄くなるように形成してもよい。
【００５７】
詳しくは、マグネット１２は、図７に示すように、主磁極部１２ａと、その両端部に延出形成された延長部１２ｂ，１２ｃを備えている。延長部１２ｂ，１２ｃは、整流区間の３０°の角度に対応する長さを有している。また、延長部１２ｂは、主磁極部１２ａと同じ厚さで形成され、延長部１２ｃは、回転方向逆側に向かって徐々に薄くなるよう形成されている。このようにマグネット１２を形成した場合、電機子コア８が（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に回転する整流時において、電機子コイル９を通過する磁束量Φは、図５のように変化する。そして、この磁束量Φの変化によって発生する誘起電圧ｅによって、リアクタンス電圧が打ち消されて、図６に示すように、整流を改善できる。
【００５８】
また、マグネット１３は、図８に示すように、主磁極部１３ａと、その両端部に延出形成された延長部１３ｂ，１３ｃを備えている。延長部１３ｂ，１３ｃは、整流区間の３０°の角度に対応する長さを有している。延長部１３ｂは、回転方向に向かって徐々に薄くなるよう形成され、延長部１３ｃは、主磁極部１３ａよりも薄く等幅で形成されている。このようにマグネット１３を形成した場合も、電機子コア８が（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に回転する整流時において、電機子コイル９を通過する磁束量Φは、図５のように変化する。そして、この磁束量Φの変化によって発生する誘起電圧ｅによって、リアクタンス電圧が打ち消されて、図６に示すように、整流を改善できる。
【００５９】
○上記各実施形態では、整流時において、電機子コイル９を通過する合成磁束量Φを増加させるべく、マグネット２，３，１１，１２，１３の延長部２ｂ，３ｂ，１１ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１３ｃ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１４において、磁気双極子の配向の強弱を変更して具体化してもよい。なお、図９は、略円弧状に形成されたマグネット１４を直線上に展開して示した模式図である。このマグネット１４も、主磁極部１４ａと延長部１４ｂを有している。そして、配向の強弱が異なるよう延長部１４ｂを形成することで、図３又は図５に示すように、整流中の電機子コイル９を通過する磁束量Φを変化させ、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧ｅを発生させる。この場合も、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。また、厚さが一定のマグネットにおいて着磁の強弱を変更して具体化してもよい。さらに、図１０に示すように、形状及び配向の強弱を組み合わせたマグネット１５を用いて具体化してもよい。なお、マグネット１５も、主磁極部１５ａと延長部１５ｂを有している。要は、マグネットの端部に延長部を形成して、リアクタンス電圧を打ち消す所望の誘起電圧ｅを発生させるものであればよい。
【００６０】
○また、前記マグネット１４のように厚さが一定のマグネットでは、磁気双極子の配向の強弱を変更した延長部１４ｂ側をその外観から判別することが不可能であり、マグネット１４の逆組付けのおそれがある。さらに、組み付け時において、マグネット１４の位置ズレが発生すると、整流改善効果が無くなることも考えられる。そのため、図１１に示すように、略円弧形状の前記マグネット１４において、そのマグネット１４の磁極幅の中心線Ｌ（マグネット開角の中心部）を避けた位置に目視可能手段としての凹部１６を形成する。図１１に示すマグネット１４では、中心線Ｌに対して延長部１４ｂが形成されない側の外側上部に凹部１６が形成されている。この凹部１６は、マグネット１４の成形と同時に形成可能である。また、凹部１６は、マグネット１４の外側上部に形成されておりマグネット１４の組み付け後において目視可能であるため、マグネット１４の逆組付けや位置ズレを防止でき、マグネット１４による整流機能を確実に発揮できる。
【００６１】
また、目視可能手段は、凹部１６に代えて凸部としてもよい。但し、目視可能手段（凸部、凹部）は、マグネット１４の磁束量に影響が無く強度的に問題の無い箇所及び大きさで形成する。さらに、目視可能手段は、図１２に示すように、マグネット１４の端部において、印刷等により着色されるマーキング１７でもよい。このようにしても、マグネット１４の逆組付けや位置ズレを防止できる。
【００６２】
つまり、目視可能手段は、位置決め可能な箇所に、目視可能な大きさで形成するものであればよい。なお、位置決め可能な箇所とは、マグネットの組み付け状態を確認できる位置、具体的には、マグネット開角の中心部及びマグネットの背部（モータハウジング７側となる外側）を避けた位置であり、例えばマグネット１４の内側（電機子４と対向する側）や端部（上部、下部、側部）等である。
【００６３】
また、目視可能手段は、上記各実施形態のマグネット２，３，１１，１２，１３，１５に形成してもよい。この場合も、マグネットの組み付け性を向上できる。
【００６４】
○上記第１実施形態では、整流曲線を理想的な整流の一つである直線整流にするよう延長部２ｂ，３ｂが形成されていたが、例えば、整流の開始時及び終了時の電流変化がゆるやかとなる、いわゆる正弦波整流となるように、マグネットの延長部を形成してもよい。この場合も、整流が良好に実施されるので、ブラシ前端及びブラシ後端での火花の発生を抑制できる。
【００６５】
○上記実施形態では、直流機としてブロアモータ１に具体化したが、直流発電機において、上記のマグネット２，３，１１，１２，１３，１４，１５を採用してもよい。この場合も、整流が良好に実施されるので、同発電機において運転状態が変更されたとしても安定した運転が実現できる。
【００６６】
さらに、上記実施形態により把握される請求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果と共に記載する。
（イ）直流電源の供給により回転駆動する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の直流機。この構成によれば、直流電源の供給により回転駆動する、いわゆる直流発動機において、負荷が変動した場合でも整流を良好に行うことができ、適正な回転駆動力を得ることができる。
【００６７】
（ロ）請求項１〜９のいずれか一項に記載の直流機において、前記マグネットは、主磁極部と前記延長部とを有し、前記電機子コアには複数の歯部が形成され、前記マグネットの主磁極部は、整流時に電流が供給される電機子コイルが巻装される複数の歯部のうち回転方向側と回転方向逆側の端部に配置する歯部の中心間の角度に対応した幅となるよう形成され、前記マグネットの延長部は、その主磁極部に対して延長形成した部分である。この構成によれば、マグネットの主磁極部に対して延長形成した延長部により、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生し、整流を良好に行うことができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生するので、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における直流モータの概略構成図。
【図２】マグネットと電機子の回転位置との関係を示す模式図。
【図３】電機子コアの回転位置と磁束量及び誘起電圧との関係を示す図。
【図４】第２実施形態のマグネットと電機子の回転位置との関係を示す模式図。
【図５】電機子コアの回転位置と磁束量及び誘起電圧との関係を示す図。
【図６】整流曲線を示す図。
【図７】別の実施形態のマグネットと電機子の回転位置との関係を示す模式図。
【図８】別の実施形態のマグネットと電機子の回転位置との関係を示す模式図。
【図９】別の実施形態のマグネットを示す模式図。
【図１０】別の実施形態のマグネットを示す模式図。
【図１１】別の実施形態のマグネットの斜視図。
【図１２】別の実施形態のマグネットの斜視図。
【図１３】従来の直流モータの概略構成図。
【図１４】整流を説明するための図。
【図１５】整流曲線を示す図。
【図１６】電機子コアの回転位置と磁束量及び誘起電圧との関係を示す図。
【符号の説明】
１…直流機としてのブロアモータ、２，３…マグネット、２ｂ，３ｂ…延長部、４…電機子、６…ブラシ、８…電機子コア、９…電機子コイル、１１…マグネット、１１ｂ…延長部、１２…マグネット、１２ｂ，１２ｃ…延長部、１３…マグネット、１３ｂ，１３ｃ…延長部、１４…マグネット、１４ｂ…延長部、１５…マグネット、１５ｂ…延長部、１６…目視可能手段としての凹部、１７…目視可能手段としてのマーキング。

Claims (12)

1. 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、整流中にブラシで短絡される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、
   前記マグネットの端部に、整流中の前記電機子コイルにリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧を発生させるための延長部を形成したことを特徴とする直流機。
2. 請求項１に記載の直流機において、
   前記整流中の電機子コイルに発生させる誘起電圧は、初期が小さく徐々に大きくしたことを特徴とする直流機。
3. 請求項１に記載の直流機において、
   前記整流中の電機子コイルに発生させる誘起電圧は、初期が小さく徐々に大きくし、前記リアクタンス電圧に完全に一致させたことを特徴とする直流機。
4. 請求項１に記載の直流機において、
   前記整流中の電機子コイルに発生させる誘起電圧は、初期が大きく徐々に小さくしたことを特徴とする直流機。
5. 請求項１に記載の直流機において、
   前記延長部は、その厚さが異なるよう形成されることを特徴とする直流機。
6. 請求項５に記載の直流機において、
   前記延長部は、電機子の回転方向側の端部に配設され、その厚さが回転方向に徐々に厚くなるよう形成されることを特徴とする直流機。
7. 請求項５に記載の直流機において、
   前記延長部は、電機子の回転方向側の端部に配設され、その厚さが回転方向に徐々に薄くなるよう形成されることを特徴とする直流機。
8. 請求項５に記載の直流機において、
   前記延長部は、電機子の回転方向側と回転方向逆側の端部に配設され、そのうちの一方の延長部の厚さが徐々に薄くなるよう形成されることを特徴とする直流機。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の直流機において、
   前記延長部は、配向の強弱が異なるよう形成されることを特徴とする直流機。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の直流機において、
    前記電機子コアには複数の歯部が形成され、
    前記マグネットの延長部は、整流時に電流が供給される電機子コイルが巻装される複数の歯部のうち回転方向側及び回転方向逆側の端部に配置する歯部の中心線間の角度よりも延長した部分であることを特徴とする直流機。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の直流機において、
    前記マグネットは、マグネット開角の中心部及びマグネット背部を除く部位に目視可能手段を形成したことを特徴とする直流機。
12. 請求項１１に記載の直流機において、
    前記目視可能手段は、マグネットの上端部又は下端部に形成される凹部であることを特徴とする直流機。

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