JP3958715B2 - 直流機及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットを有する直流機及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流機としての直流モータ等は、一般的に異なる極性（Ｎ極、Ｓ極）を有するマグネットと、電機子と、コンミテータと、２つのブラシとを備えている。そして、直流モータは、ブラシとコンミテータとで電機子コイルに通電している電流の方向を切り替えることで回転する。
【０００３】
しかし、この電流の方向を切り替えるいわゆる整流の際、電機子コイルのインダクタンスのために電流の直線的な変化を遅らせようとする作用が生じ、不足整流となり易い。この場合、整流終期においてコンミテータから電機子コイルに流れる電流は強制的に遮断されることになり、火花放電（整流火花）を発生することとなる。この現象が、ブラシ摩耗、騒音、電磁ノイズの原因となることは既に知られており、根本的な対策法が望まれている。この不足整流を解消するために、本出願人は、マグネットに磁束変化部を設定することによる整流改善の方法を提案している（特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、自動車用ワイパモータ等のように回転速度を制御するモータでは、３ブラシモータが採用されている。この３ブラシモータでは、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、該ブラシにより短絡される電機子コイル中に発生している誘起電圧によって通電方向と逆向きに大きな電流が瞬間的に流れる。その結果、電気雑音やブラシ摩耗が生じ、第３のブラシによる整流障害を引き起こしてしまう。その対策として、本出願人は、マグネットに磁束変化部や逆磁束部等を設けて、第３のブラシによる整流障害を取り除くようにした直流機を提案している（特許文献３〜６参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１―０９５２１８号公報
【特許文献２】
特開２００２―２６２５３７号公報
【特許文献３】
特開２００２―２６２５３５号公報
【特許文献４】
特開２００２―２６２５３６号公報
【特許文献５】
特開２００２―２６２５３８号公報
【特許文献６】
特開２００２―２６２５３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の直流モータであると、不足整流の改善や第３のブラシによる整流障害を防止するために形成した磁束変化部や逆磁束部等が、電機子を回転させるために寄与する磁束量を減少させる場合がある。そうすると、当該直流モータによるトルク出力が低下する。また、マグネットに磁束変化部や逆磁束部を形成することは製造工程を複雑にし、製造コストの増大を招くといった問題も生じる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、シンプルな構造で良好な整流を得ることができ、且つ、十分なトルク出力を確保することができる直流機及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の直流機は、等角度間隔に設けられた２ｎ個（ｎは整数）のティースを有する電機子コアにｎ個のティースを跨ぐ間隔で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、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置されコンミ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、前記第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第３のブラシとを備え、前記マグネットの磁極を２個のＮ極と２個のＳ極から構成し、両Ｎ極間及び両Ｓ極間にブランク部を設け、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する期間において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前記ｎ個のティースの回転方向側の端部及び回転方向逆側の端部を前記ブランク部に位置させることで該両セグメントに結線した電機子コイルの鎖交磁束の変化を抑える直流機であって、前記マグネットを構成するＮ極及びＳ極の各磁極は、前記ブランク部を含む円弧の角度がそれぞれ１８０°であり、前記第１及び第２のブラシにより隣り合う両セグメントを短絡して電機子コイルの電流の向きを反転させる整流期間が終了する回転位置にて、該電機子コイルが巻装される前記ｎ個のティースにおける回転方向側の端部及び回転方向逆側の端部を前記Ｎ極とＳ極の境界に位置するように配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の直流機は、請求項１において、前記マグネットは、Ｎ極の２個のマグメットとＳ極の２個のマグネットから構成され、一方のＮ極のマグネットと他方のＮ極のマグネットとを離間させて配置するとともに一方のＳ極のマグネットと他方のＳ極のマグネットとを離間させて配置することで前記ブランク部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の直流機は、請求項１において、前記マグネットは、周方向の一方の領域がＮ極となるよう着磁され、他方の領域がＳ極となるように着磁された一対のマグネットにより構成され、一方のマグネットのＮ極と他方のマグネットのＮ極とを離間させ一方のマグネットのＳ極と他方のマグネットのＳ極とを離間させて配置することで前記ブランク部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の直流機は、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項において、前記マグネットのＮ極とＳ極との境界部分周辺に、前記マグネットよりも磁束を弱くした弱磁束部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の直流機の製造方法は、請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の直流機を製造する方法であって、前記各マグネットの全体に同一方向の強磁界を与える第１の着磁を行い、その後マグネットにおける周方向の片側半分の領域に前記第１の着磁とは逆の方向の強磁界を与える第２の着磁を行うことを特徴とする。
【００１３】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、マグネットは、Ｎ極及びＳ極の各磁極のブランク部を含む円弧の角度がそれぞれ１８０°とされる。また、第１及び第２のブラシにより隣り合う両セグメントを短絡して電機子コイルの電流の向きを反転させる整流期間が終了する回転位置にて、該電機子コイルが巻装されるｎ個のティースにおける回転方向側の端部及び回転方向逆側の端部がＮ極とＳ極の境界に位置するように配置される。このため、整流中に電機子コイルを通過する磁束を徐々に増加させ、整流終了時には磁束変化によってリアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生されて不足電流を解消できる。この結果、整流改善されるとともに、マグネットの磁束量を有効に利用して直流モータのトルク出力を確保することができる。また、直流機を構成するマグネットをシンプルな構成とし、製造コストの低減を図ることができる。
【００１４】
請求項２及び請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、直流機を構成するマグネットを簡易な構成とすることができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の発明の作用に加えて、マグネットのＮ極とＳ極との境界部分において、前記整流期間に対応する位置に弱磁束部を設けたため、弱磁束部がない場合よりも、第１及び第２のブラシによる整流時の誘起電圧を小さくすることが可能であり、低負荷（電機子反作用小）時の整流改善が可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、マグネットの着磁を２回に分けて実施することにより、着磁装置の複雑化を招くことなく整流改善に優れた磁束分布を低コストで実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を直流機としての直流モータ（例えば、ワイパモータ）に具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態のワイパモータ１の概略構造を示す部分断面図である。ワイパモータ１は、マグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、電機子４、コンミテータ５及び第１〜第３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、略円筒状に形成されたヨーク（モータハウジング）９内において、断面円弧状の各マグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂが電機子４を挟んで対向配置されている。このワイパモータ１は、２極の直流モータであり、２つのマグネット２ａ，２ｂはＮ極に着磁され、２つのマグネット３ａ，３ｂはＳ極に着磁されている。
【００１８】
電機子４は、電機子コア１０とその電機子コア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図１のＸ方向に回転駆動する。電機子コア１０には、２ｎ個（本実施形態では１２個）のティース１２が等角度間隔に設けられており、そのうちの隣接するｎ個（本実施形態では６個）毎のティース１２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、電機子コア１０のティース１２は、電機子４の周方向に沿って３０°毎に配置されている。従って、隣り合うティース１２の中心線のなす角（モータ電機子スロット角）θは３０°（＝３６０°／１２）である。また、図示を省略しているが、複数の電機子コイル１１が６個のティース１２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。
【００１９】
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１３を有している。本実施形態では、ティース１２の個数に合わせた１２個のセグメント１３が周方向に３０°毎に設けられている。隣り合うセグメント１３間（例えばセグメント１３ａ，１３ｂ間、セグメント１３ｃ，１３ｄ間）は、それぞれ前記電機子コイル１１に結線されている。
【００２０】
第１〜第３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。その中で、第１及び第２のブラシ６，７は、電機子４の回転軸（中心軸）１５に対して対向位置に配置され、第３のブラシ８は、第１のブラシ６と第２のブラシ７の対向位置から所定角度をなして配置されている。各第１〜第３のブラシ６〜８は、図示しない直流電源にそれぞれ接続されている。
【００２１】
具体的には、第１及び第３のブラシ６，８は、図示しない切り替えスイッチを介して直流電源のプラス電極に接続され、第２のブラシ７は、直流電源のマイナス電極に接続されている。つまり、運転状況によって切り替えスイッチを切り替えて第１及び第２のブラシ６，７を介してワイパモータ１に給電させるか又は第２及び第３のブラシ７，８を介してワイパモータ１に給電させるかを選択する。本実施形態のワイパモータ１では、通常運転（低速仕様）の場合、第１及び第２のブラシ６，７を介して給電され、高速状態の場合、第２及び第３のブラシ７，８を介して給電される。
【００２２】
その給電により、電機子４の電機子コイル１１には第１及び第２のブラシ６，７又は第２及び第３のブラシ７，８とコンミテータ５のセグメント１３を経て直流電流が流入される。電機子コイル１１に直流電流が流入すると、電機子４が回転し始める。そして、第１〜第３のブラシ６〜８に対して隣接する１対のセグメント１３が接触して、それらセグメント１３間が第１〜第３のブラシ６〜８を介して短絡する。これにより、電機子コイル１１を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。
【００２３】
第１〜第３のブラシ６〜８は、周方向の幅（コンミテータ５に接触しているブラシ先端面の円弧幅）が２０°の角度に対応する幅とされている。このため、電機子４が第１〜第３のブラシ６〜８に対して整流区間の２０°回転するとき、整流中の電機子コイル１１を流れる電流の向きが変更される。なお、第１〜第３のブラシ６〜８の周方向の幅は、電機子４に設けられたティース１２の個数に対応して決定される。即ち、本実施形態ではティース１２の個数は１２個であり、各セグメント１３はそれぞれ周方向に３０°の角度に対応する幅とされている。このため、第１〜第３のブラシ６〜８の周方向の幅は、３０°の角度に対応する幅よりも小さくされる。
【００２４】
マグネット２ａ（Ｎ極），３ａ（Ｓ極）は、円弧角度が９０°となるように形成されており、互いに電機子４の回転軸１５に対して点対称となるように配置されている。また、マグネット２ｂ（Ｎ極），３ｂ（Ｓ極）は、円弧角度が７０°となるように形成されており、互いに電機子４の回転軸１５に対して点対称となるように配置されている。そして、マグネット２ａ（Ｎ極）とマグネット３ｂ（Ｓ極）とが隣接し、マグネット２ｂ（Ｎ極）とマグネット３ａ（Ｓ極）とが隣接するように配置されている。マグネット２ａ（Ｎ極）とマグネット３ｂ（Ｓ極）との境界位置は、第１及び第２のブラシ６，７による整流期間が終了する回転位置にて、電機子コイル１１が巻装される６個のティース１２における回転方向側の端部１２ｃの位置とされる。同様に、マグネット２ｂ（Ｎ極）とマグネット３ａ（Ｓ極）との境界位置は、第１及び第２のブラシ６，７による整流期間が終了する回転位置にて、電機子コイル１１が巻装される６個のティース１２における回転方向逆側の端部１２ｄの位置とされる。
【００２５】
Ｎ極を構成する各マグネット２ａ，２ｂは離間配置されており、マグネット２ａとマグネット２ｂとの間には２０°の角度間隔を有するブランク部１６が形成されている。同様に、Ｓ極を構成するマグネット３ａ，３ｂは離間配置されており、マグネット３ａとマグネット３ｂとの間には２０°の角度間隔を有するブランク部１６が形成されている。また、ブランク部１６は、第３のブラシ８が両セグメント１３ｃ，１３ｄを短絡する短絡期間において、各セグメント１３ｃ，１３ｄに結線した電機子コイル１１が巻装される６個のティース１２の回転方向側及び回転方向逆側の端部１２ａ，１２ｂが位置するように設けられている。このようにブランク部１６を設けることにより、第３のブラシ８による両セグメント１３ｃ，１３ｄの短絡期間において、両セグメントに結線した電機子コイル１１の鎖交磁束は略一定となり、電機子コイル１１に発生する誘起電圧が抑えられる。なお、本実施形態においては、第３のブラシ８の短絡期間（周方向に２０°の角度に対応する幅）に対応してブランク部１６が設けられるため、２０°の開度間隔とされている。
【００２６】
以上説明したように、第１及び第２のブラシ６，７の位置に対応してマグネット２ａ（Ｎ極）とマグネット３ｂ（Ｓ極）との境界位置、及びマグネット２ｂ（Ｎ極）とマグネット３ａ（Ｓ極）との境界位置がそれぞれ決まる。また、第３のブラシ８の位置に対応して、マグネット２ａとマグネット２ｂとの間、及びマグネット３ａとマグネット３ｂとの間に設けられるブランク部１６の位置がそれぞれ決まる。そして、第３のブラシ８の角度幅に対応して設定されるブランク部１６の円弧角度（本実施形態では２０°）に基づいて、マグネット２ａ，３ａの円弧角度（本実施形態では９０°）、及びマグネット２ｂ，３ｂの円弧角度（本実施形態では７０°）が決まる。
【００２７】
また、上記の構成により、本実施形態におけるワイパモータ１の各磁極について、Ｎ極はブランク部１６を含むマグネット２ａ，２ｂの円弧角度が１８０°となり、Ｓ極もブランク部１６を含むマグネット３ａ，３ｂの円弧角度が１８０°となっている。
【００２８】
マグネット２ａとマグネット３ｂとが隣接する境界部分には、径方向の厚みをそれぞれ他の部分よりも薄くした弱磁束部２ｃ，３ｄが形成されている。また、マグネット２ｂとマグネット３ａとが隣接する境界部分には、径方向の厚みをそれぞれ他の部分よりも薄くした弱磁束部２ｄ，３ｃが形成されている。各弱磁束部２ｃ，３ｄ，２ｄ，３ｃは、周方向に２０°の角度に対応する長さを有している。なお、この各弱磁束部２ｃ，３ｄ，２ｄ，３ｃは、それぞれ第１及び第２のブラシ６，７による整流時に整流される電機子コイル１１が通過する区間に対応するように設けられている。このため、本実施形態では、マグネット２ａ（Ｎ極）とマグネット３ｂ（Ｓ極）との境界位置、及びマグネット２ｂ（Ｎ極）とマグネット３ａ（Ｓ極）との境界位置に設けられ、第１及び第２のブラシ６，７の周方向の幅（２０°の角度に対応する幅）に対応して、周方向に２０°の角度に対応する長さ分設けられている。
【００２９】
次に、上記の構成のワイパモータ１の作用について説明する。
図１において、第１及び第２のブラシ６，７を介して給電されると、電機子４が図中Ｘ方向に回転する。このとき、整流中の電機子コイル１１が巻装される６個のティース１２における回転方向側の端部１２ｃは、マグネット２ｂの回転方向側端部から２０°の角度の区間を通過することになる。
【００３０】
また、前記電機子コイル１１が巻装される各ティース１２の回転方向逆側の端部１２ｄは、マグネット３ｂにおいて回転方向側端部から２０°の角度の区間を通過することになる。そして、整流終了時には、前記回転方向側の端部１２ｃはマグネット２ｂとマグネット３ａとの境界に配置され、前記回転方向逆側の端部１２ｄはマグネット３ｂとマグネット２ａと境界に配置されるようになっている。つまり、整流終了時には、整流中の電機子コイル１１が巻装される６個のティース１２における回転方向側の端部１２ｃは図１における最下点であるＮ極とＳ極との境界に位置し、回転方向逆側の端部１２ｄは図１における最上点であるＮ極とＳ極との境界に位置する。
【００３１】
図２には、電機子４の回転位置に応じた各マグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂによる磁束密度の変化を示している。また、図３には、各マグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの磁束により発生する誘起電圧の変化、電機子４の回転位置に応じた電機子コイル１１を通過する磁束量の変化、及び電機子コイル１１の電流変化（整流波変化）を示している。
【００３２】
図２及び図３において、基準となる電機子コイル１１の位置は、回転方向側のコイル先端位置（言い換えると、電機子コイル１１が巻装された６個のティースのうちの回転側のティース１２と、そのティース１２の更に回転側のティース１２との間のスロット中心線）である。そして、その位置を３６０°回転させて、各マグネットによる磁束密度の変化や電機子コイル１１を通過する磁束量の変化等を表している。従って、図１の状態は、最下点を０°とすれば、描かれた電機子コイル１１の位置が３４０°回転したときの状態である。なお、図２及び図３において、電機子コイル１１に対応する整流区間の角度を破線で示している。
【００３３】
上述したように、整流中の電機子コイル１１が巻装される各ティース１２における回転方向側の端部１２ｃは、マグネット２ｂを通過した後、マグネット２ｂにおいて回転方向側端部の弱磁束部２ｄ（角度２０°の区間）を通過する。図２に示すように、整流区間においては、弱磁束部２ｄはマグネット２ｂの他の部分より径方向に厚みが薄く磁束密度の弱い部位であるため（図１参照）、磁束密度は他の部分よりも（ブランク部を除く）小さくなっている。
【００３４】
従って、図３に示すように、整流区間では、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してその終了時に最大値となっている。そして、整流区間においては磁束量はやや緩やかに増加している。この結果、磁束量の変化によって、常に整流を進める方向に誘起電圧が発生し、整流区間においてはこの誘起電圧はマグネット２ｂの他の部分において発生する誘起電圧よりも小さくなっている。
【００３５】
従来のモータで問題となっていた不足整流は、電機子コイル１１のインダクタンス（リアクタンス電圧）が原因となって発生するが、本実施形態のワイパモータ１では、そのリアクタンス電圧を打ち消す方向に誘起電圧が発生されるため、整流が改善される。また、整流区間においては発生する誘起電圧は小さくなるため、誘起電圧が整流を切り替える側（整流を進める方向）に強く働くことによる過整流を抑えることができ、低負荷状態（電機子４の反作用の小さい状態）の整流改善を行うことができる。
【００３６】
図４には、本実施形態におけるワイパモータ１の電磁波ノイズの測定結果を示す。なお、同図には、比較のために従来例のワイパモータ（図６参照）の電磁ノイズを示している。同図に示されるように、本実施形態のワイパモータ１の電磁波ノイズは、従来例のワイパモータと比較して約２０ｄＢ低減されている。
【００３７】
なお、図６に示すように、従来のワイパモータ２１は、Ｎ極及びＳ極を構成する一対のマグネット２，３を備えており、各マグネット２，３の円弧角度は１４０°である。また、電機子コイル１１は５個のティース１２に巻装されており、電機子コイル１１の巻角（具体的には、電機子コイル１２が巻装される５つのティース１２において、回転方向側の端部と回転方向逆側の端部とのなす角）は１５０°である。
【００３８】
また、図５には、ワイパモータ１のトルク特性の測定結果を示している。なお、同図には、回転数―トルク特性、電流値―トルク特性を示している。上述したように、本実施形態のワイパモータ１において、Ｎ極を構成するマグネット２ａ，２ｂ及びＳ極を構成するマグネット３ａ，３ｂは、それぞれブランク部１６を含む円弧の角度を１８０°とし、従来例のマグネット２，３の円弧角度（＝１４０°）よりも大きくしている。また、電機子コイル１１の巻角を１８０°とし、従来例の電機子コイル１１の巻角（＝１５０°）よりも大きくしている。その結果、本実施形態のワイパモータ１では、電機子４を回転させるための磁束量が十分に確保され、図５に示すように、従来例のワイパモータ２１とほぼ同等のトルク特性が得られる。
【００３９】
従って、本実施形態のワイパモータ１（直流機）によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、整流中に電機子コイル１１を通過する磁束を徐々に増加させることができ、その磁束変化によって、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生されて不足電流を解消できる。この結果、整流改善されるとともに、マグネット２，３の磁束量を有効に利用してワイパモータ１（直流機）のトルク出力を確保することができる。従って、整流終了時に発生する火花を低減でき、ブラシ摩耗、騒音、電磁ノイズの低減を図ることができる。また、ワイパモータ１では、第３のブラシ８による整流障害を防止するためにマグネット２ａ，２ｂ間及びマグネット３ａ，３ｂ間にブランク部１６を設け、マグネット２ａ，２ｂ、及びマグネット３ａ，３ｂのブランク部１６を含む円弧の角度を１８０°とし、電機子コイル１１の巻角を１８０°としている。これにより、電機子４を回転させるために寄与する磁束量を十分に確保でき、ワイパモータ１は、従来のワイパモータ２１とほぼ同等のトルク特性を得ることができる。従って、ワイパモータ１は、シンプルな構造で良好な整流を得ることができ、且つ、十分なトルク出力を確保することができる。
【００４０】
（２）本実施形態では、マグネット２ａ，３ｂ及びマグネット２ｂ，３ａの境界位置、即ちＮ極とＳ極との境界位置に、マグネット２，３よりも磁束を弱くした弱磁束部２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄを設けた。電機子コイル１１を通過する磁束量の変化によって、常に整流を進める方向に誘起電圧が発生する。そして、整流区間においてはこの誘起電圧はマグネット２ｂの他の部分において発生する誘起電圧よりも小さくなっている。この結果、整流区間においては発生する誘起電圧は小さくなるため、誘起電圧が整流を切り替える側（整流を進める方向）に強く働くことによる過整流を抑えることができ、低負荷状態（電機子４の反作用の小さい状態）の整流改善を行うことができる。
【００４１】
（第２実施形態）
以下、本実施形態を具体化した第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、その詳細な説明及び図面を省略する。
【００４２】
図７は、第２実施形態のワイパモータ３１の概略構成を示す部分断面図である。図７に示すように、上記第１実施形態では、４つのマグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂでＮ極及びＳ極を構成するものであったが、本実施形態のワイパモータ３１では、それらマグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに代えて、２つのマグネット３２，３３を備える。
【００４３】
各マグネット３２，３３は、その円弧角度が約１６０°となるように形成されており、電機子４の回転軸（中心軸）１５に対して点対称となるように配置されている。より詳しくは、マグネット３２は、周方向の一方の領域３２ａ（回転方向側の９０°の角度領域）と他方の領域３２ｂ（残り７０°の角度領域）とを有し、一方の領域３２ａはＮ極に着磁され、他方の領域３２ｂはＳ極に着磁されている。同様に、マグネット３３は、周方向の一方の領域３３ａ（回転方向逆側の７０°の角度領域）と他方の領域３３ｂ（残り９０°の角度領域）とを有し、領域３３ａはＮ極に着磁され、領域３３ｂはＳ極に着磁されている。そして、両マグネット３２，３３は、領域３２ａ，３３ａのＮ極と領域３２ｂ，３３ｂのＳ極とが、回転軸１５に対して点対称となる位置に配置されている。
【００４４】
マグネット３２の領域３２ａ（Ｎ極）とマグネット３３の領域３３ａとを離間させ、マグネット３２の領域３２ｂ（Ｓ極）とマグネット３３の領域３３ｂ（Ｓ極）とを離間させて配置することで、それぞれの間に２０°の角度に対応するブランク部３６が設けられている。このブランク部３６を設けることにより、上記第１実施形態と同様に、第３のブラシ８による両セグメント１３の短絡期間において、両セグメント１３に結線した電機子コイル１１の鎖線磁束は略一定となり、電機子コイル１１に発生する誘起電圧が抑えられるようになる。本実施形態のワイパモータ３１においても、電機子４の回転位置に応じた各マグネット３２，３３による磁束量の変化は、上記第１実施形態と同様である。従って、整流中の電機子コイル１１には、リアクタンス電圧を打ち消す誘起電圧が発生されて整流が改善される。
【００４５】
また、各マグネット３２，３３の両端部はＲ形状（曲面形状）に形成されている。なお、マグネット３２，３３の両端部の形状としては、Ｒ形状以外に面取り形状としてもよい。このようにマグネット３２，３３の両端部を形成することで、その部分での急激な磁束変化によるトルク変動（コギング）が抑制される。
【００４６】
次に、本実施形態のワイパモータ３１の製造方法について説明する。
ワイパモータ３１は、図８に示す各工程（Ａ〜Ｆ）を経て製造される。
先ず、ヨーク形成工程（Ａ）では、強磁性体材料（例えば、鉄）を用いて絞り加工を行うことにより、一端が開放された筒状部を有するヨーク９を形成する。次に、マグネット組付工程（Ｃ）において、未着磁状態のマグネット３２，３３を用意し、そのマグネット３２，３３をヨーク９の内側面に固着する。一方、電機子形成工程（Ｂ）では、電機子コア１０に電機子コイル１１を巻装し、該電機子コイル１１をセグメント１３に結線して電機子４を形成する（図１参照）。そして、モータ組付工程（Ｄ）では、電機子形成工程（Ｂ）で形成した電機子４を含む各部分をヨーク９内の所定位置に組み付ける。
【００４７】
その後、第１の着磁工程（Ｅ）では、各部分の組み付けが完了したワイパモータ３１を図９に示す着磁装置５０に固定して第１の着磁を行う。着磁装置５０は、２つの第１着磁ヨーク５１を備え、第１着磁ヨーク５１は、その先端面がヨーク９の外周面の円弧半径よりやや大きな円弧半径を有して円弧状に形成されている。また、２つの第１着磁ヨーク５１は、対向配置されたマグネット３２，３３の位置と対応してヨーク９の外部から同マグネット３２，３３をカバー（内在）するように対向配置される。ここで、各第１着磁ヨーク５１は、マグネット３２，３３の外側の円弧面全体を覆う角度幅を有している。
【００４８】
着磁装置５０において、各第１着磁ヨーク５１に巻き付けられたコイル５２に電流を流すと、破線で示す方向（図９の上→下の方向）に磁束が発生し、これによりマグネット３２，３３全体に同一方向（径方向）の強磁界が与えられて、マグネット３２，３３の第１の着磁が実施される。この第１の着磁の結果、マグネット３２全体がＮ極に、マグネット３３全体がＳ極に着磁されることとなる。
【００４９】
そして、第２の着磁工程（Ｆ）では、着磁装置５０にて、図１０に示す第２着磁ヨーク５３を用いて第２の着磁を行う。第２着磁ヨーク５３は、その先端面が円弧状に形成されており、７０°の角度に対応した円弧幅を有する。そして、第２着磁コアは、マグネット３２，３３における回転方向逆側（図７の反時計回り方向側）の７０°の角度領域に対応するように配置されている。
【００５０】
第２着磁ヨーク５３に巻き付けられたコイル５４に電流を流すと、破線で示す方向（図１０の下→上の方向）に磁束が発生する。これにより、マグネット３２，３３における回転方向逆側の７０°の角度領域には、第１の着磁とは逆極性の強磁界が与えられて、第２の着磁が行われる。この第２の着磁の結果、マグネット３２における７０°の角度領域がＳ極に着磁され、マグネット３３における７０°の角度領域がＮ極に着磁されることとなる。この結果、図７に示すように、マグネット３２において、回転方向側の９０°の領域３２ａはＮ極に、回転方向逆側の７０°の領域はＳ極に着磁される。また、マグネット３３において、回転方向側の９０°の領域３３ｂはＳ極に、回転方向逆側の領域３３ｂは極に着磁される。
【００５１】
従って、本実施形態のワイパモータ３１（直流機）によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、周方向に一方の領域３２ａがＮ極に着磁され他方の領域３２ｂがＳ極に着磁されたマグネット３２と、周方向に一方の領域３３ａがＮ極に着磁され他方の領域３３ｂがＳ極に着磁されたマグネット３２により構成した。そして、マグネット３２の領域３２ａ（Ｎ極）とマグネット３３の領域３３ａ（Ｎ極）とを離間させ、マグネット３２の領域３２ｂ（Ｓ極）とマグネット３３の領域３３ｂ（Ｓ極）とを離間させて配置することで、ブランク部３６を設けた。これにより、ワイパモータ３１をシンプルな構造とすることができる。
【００５２】
（２）本実施形態では、マグネット３２，３３のブランク部３６に隣接する部位を、Ｒ形状（曲面形状）とした。このため、マグネット３２，３３端部（ブランク部３６との境界）での急激なトルク変動が抑制されるので、モータ振動や騒音を低減することができる。
【００５３】
（３）本実施形態では、先ず対向配置した第１着磁ヨーク５１にてマグネット３２，３３全体をＮ極とＳ極とに着磁し、次にワイパモータ３１の軸に対して点対称位置に配置した第２着磁ヨーク５３にてマグネット３２，３３の点対称の領域３２ｂ，３３ｂをそれぞれＳ極とＮ極とに着磁するようにした。このため、マグネット３２，３３を点対称に容易に着磁することができる。
【００５４】
なお、上記両実施形態は以下のような別例に変更して具体化してもよい。
・上記第１実施形態では、Ｎ極を構成するマグネット２ａ，２ｂとＳ極を構成するマグネット３ａ，３ｂとの境界部分において、整流期間に対応する位置に、マグネットの他の部分よりも径方向に厚みの薄い弱磁束部２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄを設けた。しかし、この部分に設ける弱磁束部は、マグネットの他の部分よりも磁束が弱ければ、どのように設けてもよい。例えば、図１１に示すように、マグネット６２の領域６２ａ（Ｎ極）と領域６２ｂ（Ｓ極）との境界部分、及びマグネット６３の領域６３ａ（Ｎ極）と領域６３ｂ（Ｓ極）との境界部分を、それぞれの境界位置に向かって厚みが漸減するテーパ状としたワイパモータ６１としてもよい。これにより、領域６２ａ（Ｎ極）と領域６２ｂ（Ｓ極）との境界部分に、それぞれ弱磁束部６２ｃ，６２ｄが形成される。また、領域６３ａ（Ｎ極）と領域６３ｂ（Ｓ極）との境界部分に、それぞれ弱磁束部６３ｃ，６３ｄが形成される。
【００５５】
また、図１２に示すように、マグネット７２の領域７２ａ（Ｎ極）と領域７２ｂ（Ｓ極）との境界部分、及びマグネット７３の領域７３ａ（Ｎ極）と領域７３ｂ（Ｓ極）との境界部分に、マグネット７２，７３とは異なる材料で形成した弱磁束部７４，７５を設けてもよい。そして、各弱磁束部７４，７５において、マグネット７２，７３の領域７２ａ，７３ａ（Ｎ極）側の領域７４ａ，７５ａをＮ極に着磁させ、マグネット７２，７３の領域７２ｂ，７３ｂ側の領域をＳ極に着磁させればよい。弱磁束部７４，７５は、例えば、高性能フェライト材又は希土類で形成することができる。
【００５６】
・上記第１実施形態では、マグネット２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは別体であるものとした。しかし、マグネット２ａ，３ｂ、及びマグネット２ｂ，３ａを、それぞれ一体的に形成してもよい。
【００５７】
・上記両実施形態では、ブランク部１６，３６の円弧角度は、約２０°としたが、この円弧角度に限定されるものではなく、整流区間に対応する第１〜第３のブラシ６〜８の円弧角度以上であればよい。
【００５８】
・上記両実施形態の電機子コア１０では、１２個のティース１２が設けられ、電機子コイル１１が６個のティース１２に巻装されるものとしたが、電機子コア１０に設けられるティース１２の個数は、偶数（２ｎ）であればよく、これに何ら限定されない。具体的には、電機子コア１０に１２個以外の偶数（２ｎ）個のティースを設け、そのうちの半分の個数であるｎ個のティースに電機子コイル１１を巻装することで、電機子コイル１１の巻角を１８０°とする構成としてもよい。
【００５９】
・上記両実施形態では、本発明をワイパモータ１に具体化したが、ワイパモータ以外の直流機に具体化してもよい。
次に、上記両実施形態及び別例から把握できる請求項以外の技術的思想を追記する。
【００６０】
（イ）請求項２又は請求項３に記載の直流機において、前記マグネットは、断面円弧状に形成され、前記電機子を内包する略円筒状のヨークの内側面に配置されるものであることを特徴とする直流機。これにより、マグネットをヨークの内側面に沿わせることで、容易に取り付けることができる。
【００６１】
（ロ）請求項５に記載の直流機の製造方法において、前記直流機のマグネットは、電機子が内包されるヨークの湾曲した内側面に相対向するように配置されるものであり、前記ヨーク内に電機子を挿入し、該ヨークの内周面にマグネットを組み付けた後に、ヨーク外部から強磁界を与えることでマグネットの着磁を行うようにしたことを特徴とする直流機の製造方法。これにより、ヨーク内に電機子が挿入され、マグネットが取り付けられた状態で着磁を行うため、着磁を行った後に電機子をヨーク内に挿入する場合と比較して、発生する組み付け誤差を抑制することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１乃至請求項５に記載の直流機によれば、シンプルな構造で良好な整流を得ることができ、且つ、十分なトルク出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のワイパモータの概略構成を示す部分断面図。
【図２】回転位置に応じたマグネットの磁束密度変化を示す説明図。
【図３】回転位置に応じた誘起電圧、磁束量変化、電流変化を示す説明図。
【図４】電磁波ノイズの測定結果を示す説明図。
【図５】モータのトルク特性を示す説明図。
【図６】従来例のワイパモータの概略構成を示す部分断面図。
【図７】第２実施形態のワイパモータの概略構成を示す部分断面図。
【図８】モータの製造工程を示すフローチャート。
【図９】第１の着磁工程を示す説明図。
【図１０】第２の着磁工程を示す説明図。
【図１１】別例のワイパモータの概略構成を示す部分断面図。
【図１２】別例のワイパモータの概略構成を示す部分断面図。
【符号の説明】
１…ワイパモータ（直流機）、２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ…マグネット、２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄ…弱磁束部、４…電機子、５…コンミテータ、６…第１のブラシ、７…第２のブラシ、８…第３のブラシ、１０…電機子コア、１１…電機子コイル、１２…ティース、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…セグメント、１５…回転軸（中心軸）、１６…ブランク部、３１…ワイパモータ（直流機）、３２，３３…マグネット、３２ａ，３２ｂ…領域（Ｎ極）、３３ａ，３３ｂ…領域（Ｓ極）、３６…ブランク部、６１…ワイパモータ（直流機）、６２，６３…マグネット、６２ａ，６３ａ…領域（Ｎ極）、６２ｂ，６３ｂ…領域（Ｓ極）、６２ｃ，６２ｄ，６３ｃ，６３ｄ…弱磁束部、７１…ワイパモータ（直流機）、７２，７３…マグネット、７４，７５…弱磁束部。

Claims (5)

1. 等角度間隔に設けられた２ｎ個（ｎは整数）のティースを有する電機子コアにｎ個のティースを跨ぐ間隔で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、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置されコンミ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、前記第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第３のブラシとを備え、
   前記マグネットの磁極を２個のＮ極と２個のＳ極から構成し、両Ｎ極間及び両Ｓ極間にブランク部を設け、前記第３のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する期間において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前記ｎ個のティースの回転方向側の端部及び回転方向逆側の端部を前記ブランク部に位置させることで該両セグメントに結線した電機子コイルの鎖交磁束の変化を抑える直流機であって、
   前記マグネットを構成するＮ極及びＳ極の各磁極は、前記ブランク部を含む円弧の角度がそれぞれ１８０°であり、
   前記第１及び第２のブラシにより隣り合う両セグメントを短絡して電機子コイルの電流の向きを反転させる整流期間が終了する回転位置にて、該電機子コイルが巻装される前記ｎ個のティースにおける回転方向側の端部及び回転方向逆側の端部を前記Ｎ極とＳ極の境界に位置するように配置したことを特徴とする直流機。
2. 前記マグネットは、Ｎ極の２個のマグメットとＳ極の２個のマグネットから構成され、一方のＮ極のマグネットと他方のＮ極のマグネットとを離間させて配置するとともに一方のＳ極のマグネットと他方のＳ極のマグネットとを離間させて配置することで前記ブランク部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の直流機。
3. 前記マグネットは、周方向の一方の領域がＮ極に着磁され、他方の領域がＳ極に着磁された一対のマグネットにより構成され、一方のマグネットのＮ極と他方のマグネットのＮ極とを離間させ一方のマグネットのＳ極と他方のマグネットのＳ極とを離間させて配置することで前記ブランク部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の直流機。
4. 前記マグネットのＮ極とＳ極との境界部分において、前記整流期間に対応する位置に、同マグネットよりも磁束を弱くした弱磁束部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の直流機。
5. 請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の直流機を製造する方法であって、
   前記各マグネットの全体に同一方向の強磁界を与える第１の着磁を行い、その後マグネットにおける周方向の片側の領域に前記第１の着磁とは逆の方向の強磁界を与える第２の着磁を行うことを特徴とする直流機の製造方法。

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