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技術 モータ、及びワイパモータ

出願人 株式会社ミツバ
発明者 大堀竜
出願日 2019年4月15日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-077175
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-178387
状態 未査定
技術分野 回転電機の鉄心 永久磁石型同期機 同期機の永久磁石界磁
主要キーワード 先端内周縁 周角度 回転軸部分 同一磁極 回転軸線回り ステータ対 電動シート 回転位置検出信号
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
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図面 (17)

課題

性能バランスの優れた高性能モータ、及びワイパモータを提供する。

解決手段

ロータコア32は、1極当たり径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに3層以上形成されている永久磁石33a〜33dを有し、ロータコア32の極数をJnとし、ティース個数をTnとしたとき、極数Jn及び個数Tnは、Jn:Tn=2:12を満たすように設定され、永久磁石33a〜33dは、回転軸線C方向からみて短手方向磁石幅W2a〜W2dが、1極当たりのロータコア32における外周面周方向の長さLcに対し、35%から55%の割合で設定されている。

概要

背景

モータの中には、永久磁石磁力マグネットトルク)とリラクタンストルクとを利用したモータがある。この種のモータは、複数の巻線巻回された略環状ステータと、ステータの径方向内側に、ステータ対して回転自在に設けられたロータとを備えている。
ステータは、略環状のステータコアと、ステータコアの内周面から径方向に延び、周方向に並んで配置される複数のティースと、を備えている。周方向に隣接するティースの間には、スロットが形成される。このスロットに巻線を通し、各ティースに複数の巻線が巻回される。

ロータは、回転軸と回転軸に固定されたロータコアとを有している。ロータコアは、1極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに複数層形成されている永久磁石を有している。このような永久磁石を設けることにより、ロータコアにステータによる鎖交磁束の流れやすい方向と流れにくい方向とが形成される。これによって発生するリラクタンストルクを利用できるので、高トルクのモータとすることができる。

ここで、上記のようなモータにおいて、さらに高性能なモータとするためのさまざまな技術が開示されている。例えば、周方向に隣接するティースの先端同士を連結する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、スロットで生じるトルクリップルを低減できる。
また、例えば、1極当たりの各層の永久磁石の間隔を規定する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。これによれば、リラクタンストルクを最大限利用できる。

概要

性能バランスの優れた高性能なモータ、及びワイパモータを提供する。ロータコア32は、1極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに3層以上形成されている永久磁石33a〜33dを有し、ロータコア32の極数をJnとし、ティースの個数をTnとしたとき、極数Jn及び個数Tnは、Jn:Tn=2:12を満たすように設定され、永久磁石33a〜33dは、回転軸線C方向からみて短手方向磁石幅W2a〜W2dが、1極当たりのロータコア32における外周面の周方向の長さLcに対し、35%から55%の割合で設定されている。

目的

本発明は、性能バランスの優れた高性能なモータ、及びワイパモータを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

環状のステータコアと、前記ステータコアの内側面から径方向の内側に突出され、周方向に沿って配置される複数のティースと、前記ティースに巻回される複数の巻線と、前記ティースの径方向内側に、前記ティースに対して回転軸線回りに回転自在に設けられ、周方向に沿って複数極有するロータコアと、を備え、前記ロータコアは、1極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに3層以上形成されている永久磁石を有し、前記ロータコアの極数をJnとし、前記ティースの個数をTnとしたとき、極数Jn及び個数Tnは、Jn:Tn=2:12を満たすように設定され、前記永久磁石は、前記回転軸線方向からみて短手方向磁石幅が、1極当たりの前記ロータコアにおける外周面の周方向の長さに対し、35%から55%の割合で設定されていることを特徴とするモータ

請求項2

前記ロータコアは、前記ロータコアの1極当たりにおいて、前記永久磁石を4層有し、かつ前記永久磁石の前記磁石幅は、45%の割合で設定されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ。

請求項3

前記永久磁石は、配向ラジアル配向又は極配向であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ。

請求項4

前記永久磁石は、フェライトを含有していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータ。

請求項5

前記ロータコアは、前記ロータコアの1極当たりにおいて、前記ロータコアの外周面寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅よりも前記ロータコアの径方向内側寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅が大きく設定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のモータ。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のモータを、車両に搭載されたワイパ装置に用いたことを特徴とするワイパモータ

技術分野

0001

本発明は、モータ、及びワイパモータに関する。

背景技術

0002

モータの中には、永久磁石磁力マグネットトルク)とリラクタンストルクとを利用したモータがある。この種のモータは、複数の巻線巻回された略環状ステータと、ステータの径方向内側に、ステータ対して回転自在に設けられたロータとを備えている。
ステータは、略環状のステータコアと、ステータコアの内周面から径方向に延び、周方向に並んで配置される複数のティースと、を備えている。周方向に隣接するティースの間には、スロットが形成される。このスロットに巻線を通し、各ティースに複数の巻線が巻回される。

0003

ロータは、回転軸と回転軸に固定されたロータコアとを有している。ロータコアは、1極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに複数層形成されている永久磁石を有している。このような永久磁石を設けることにより、ロータコアにステータによる鎖交磁束の流れやすい方向と流れにくい方向とが形成される。これによって発生するリラクタンストルクを利用できるので、高トルクのモータとすることができる。

0004

ここで、上記のようなモータにおいて、さらに高性能なモータとするためのさまざまな技術が開示されている。例えば、周方向に隣接するティースの先端同士を連結する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、スロットで生じるトルクリップルを低減できる。
また、例えば、1極当たりの各層の永久磁石の間隔を規定する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。これによれば、リラクタンストルクを最大限利用できる。

先行技術

0005

特開2013−192359号公報
特開平8−331783号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上述の従来技術では、それぞれトルクリップルの低減やリラクタンストルクの増大に特化された技術であるので、いずれの技術も性能バランスが優れているとはいいにくい。このため、高性能なモータとするには限界があるという課題があった。

0007

そこで、本発明は、性能バランスの優れた高性能なモータ、及びワイパモータを提供する。

課題を解決するための手段

0008

上記の課題を解決するために、本発明に係るモータは、環状のステータコアと、前記ステータコアの内側面から径方向の内側に突出され、周方向に沿って配置される複数のティースと、前記ティースに巻回される複数の巻線と、前記ティースの径方向内側に、前記ティースに対して回転軸線回りに回転自在に設けられ、周方向に沿って複数極有するロータコアと、を備え、前記ロータコアは、1極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに3層以上形成されている永久磁石を有し、前記ロータコアの極数をJnとし、前記ティースの個数をTnとしたとき、極数Jn及び個数Tnは、Jn:Tn=2:12を満たすように設定され、前記永久磁石は、前記回転軸線方向からみて短手方向磁石幅が、1極当たりの前記ロータコアにおける外周面の周方向の長さに対し、35%から55%の割合で設定されていることを特徴とする。

0009

上記構成で、前記ロータコアは、前記ロータコアの1極当たりにおいて、前記永久磁石を4層有し、かつ前記永久磁石の前記磁石幅は、45%の割合で設定されていてもよい。

0010

上記構成において、前記永久磁石は、配向ラジアル配向又は極配向であってもよい。

0011

上記構成において、前記永久磁石は、フェライトを含有していてもよい。

0012

上記構成において、前記ロータコアは、前記ロータコアの1極当たりにおいて、前記ロータコアの外周面寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅よりも前記ロータコアの径方向内側寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅が大きく設定されていてもよい。

0013

本発明に係るワイパモータは、上記に記載のモータを、車両に搭載されたワイパ装置に用いたことを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明によれば、トルクリップルの低減とトルクの向上とをバランスよく実現でき、高性能なモータ、及びワイパモータを提供できる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の第1実施形態におけるワイパモータの斜視図。
図1のA−A線に沿う断面図。
本発明の第1実施形態におけるステータ及びロータの径方向に沿う断面図。
本発明の第1実施形態におけるステータのティースを展開した図。
本発明の第1実施形態におけるロータの一部を軸方向からみた平面図。
本発明の第1実施形態における永久磁石の配向を示し、(a)はラジアル配向、(b)は極配向である。
本発明の第1実施形態であって永久磁石の層数におけるモータ部のトルクの変化を示すグラフ
本発明の第1実施形態であって永久磁石の層数におけるモータ部のトルクリップルの変化を示すグラフ。
本発明の第1実施形態であって永久磁石の層数におけるモータ部のコギングトルクの変化を示すグラフ。
本発明の第1実施形態の磁石幅におけるモータ部のトルクの変化を示すグラフ。
本発明の第1実施形態の磁石幅におけるモータ部のトルクリップルの変化を示すグラフ。
本発明の第1実施形態の磁石幅におけるモータ部のコギングトルクの変化を示すグラフ。
本発明の第1実施形態における永久磁石の有効磁束を、配向がラジアル配向である場合とパラレル配向である場合とで比較したグラフ。
本発明の第1実施形態における永久磁石の減磁曲線
本発明の第1実施形態におけるステータの鎖交磁束による永久磁石の減磁率を表した図。
本発明の第2実施形態におけるロータの一部を軸方向からみた平面図。

実施例

0016

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

0017

[第1実施形態]
<ワイパモータ>
図1は、ワイパモータ1の斜視図である。図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。
図1図2に示すように、ワイパモータ1は、例えば車両に搭載され、ウインドウガラス(いずれも図示しない)を払拭するためのワイパ装置100の駆動源となる。ワイパモータ1は、モータ部(請求項におけるモータに相当)2と、モータ部2の回転を減速して出力する減速部3と、モータ部2の駆動制御を行うコントローラ部4と、を備えている。
以下の説明において、単に軸方向という場合は、モータ部2のシャフト31の回転軸線C方向をいい、単に周方向という場合は、シャフト31の周方向をいい、単に径方向という場合は、シャフト31の径方向をいうものとする。

0018

<モータ部>
モータ部2は、モータケース5と、モータケース5内に収納されている略円筒状のステータ8と、ステータ8の径方向の内側に設けられ、ステータ8に対して回転可能に設けられたロータ9と、を備えている。モータ部2は、ステータ8に電力を供給する際にブラシを必要としない、いわゆるブラシレスモータである。

0019

<モータケース>
モータケース5は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料に形成されている。モータケース5は、軸方向に分割可能に構成された第1モータケース6と、第2モータケース7と、からなる。第1モータケース6及び第2モータケース7は、それぞれ有底筒状に形成されている。
第1モータケース6は、底部10が減速部3のギアケース40と接合されるように、このギアケース40と一体成形されている。底部10の径方向の略中央には、ロータ9のシャフト31を挿通可能な貫通孔10aが形成されている。

0020

第1モータケース6の開口部6aに、径方向の外側に向かって張り出す外フランジ部16が形成されている。第2モータケース7の開口部7aに、径方向の外側に向かって張り出す外フランジ部17が形成されている。これら外フランジ部16,17同士を突き合わせて内部空間を有するモータケース5を形成している。モータケース5の内部空間で、かつ第1モータケース6及び第2モータケース7の内周面に、ステータ8の外周面が嵌合されている。なお、ステータ8は、ステータ8の外周面が第1モータケース6にのみ嵌合されていてもよい。

0021

<ステータ>
図3は、ステータ8及びロータ9の径方向に沿う断面図である。
図2図3に示すように、ステータ8は、径方向に沿う断面形状が略円環状となる円筒状のステータコア21と、ステータコア21と一体化され、ステータコア21から径方向内側に向かって突出する複数(例えば、本第1実施形態では24個)のティース22と、を備えている。ステータコア21及びティース22は、例えば複数の金属板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ステータコア21は、複数の金属板を軸方向に積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉加圧成形することにより形成してもよい。

0022

ティース22は、ステータコア21の内周面から径方向に沿って突出するティース本体91と、ティース本体91の径方向内側端に形成され、周方向に沿って延びる鍔部93と、が一体成形されたものである。ティース22は、ティース本体91の周囲、及び鍔部93の径方向外側の側面を被覆するインシュレータ23を有している。周方向で隣り合うティース22の間には、それぞれスロット90が形成される。各スロット90に、複数の巻線24が挿入される。スロット90に挿入される巻線24は、インシュレータ23によってティース22との絶縁が確保されている。

0023

<巻線の構成>
図4は、ステータ8のティース22を展開した図である。図4において、各ティース22に、周方向で順番となるように番号を付している。図4において、周方向で隣り合うティース22の間がスロット90に相当している。図4では、ステータ8の上部に磁極(N極、S極)を示している。本第1実施形態では、磁極数は4極である(詳細は後述する)。

0024

図4に示すように、各スロット90には、複数(例えば、本第1実施形態では10本)の巻線24が挿入されている。複数の巻線24のうち、所定の本数(例えば、本第1実施形態では5本)の巻線24は、所定の個数(例えば、本第1実施形態では4個)のスロット90を間に挟んで両側に位置するスロット90に挿入されたもの同士、エンドコイル94を介して接続されている。エンドコイル94の本数は巻線24の本数と同数であり、所定のスロット90間の対応する巻線24同士をそれぞれ別々に接続している。本第1実施形態では、磁極数が4極で、総数24個のスロット90のうち、4個のスロット90を間に挟んで両側に位置するスロット90間に巻線24が巻回されているので、ステータ8に分布巻き方式で巻線24が巻回されている。

0025

このように構成された巻線24は、ステータ8から端末部を引き出した形でコントローラ部4に接続されている。コントローラ部4からの給電により、巻線24はロータ9を回転させるための磁界を生成する。

0026

<ロータ>
図5は、ロータ9を軸方向からみた平面図であり、1/2周の周角度領域分のみ示している。
図3図5に示すように、ロータ9は、減速部3を構成するウォーム軸44(図2参照)と一体成形されたシャフト31と、シャフト31の外周面に嵌合固定されこのシャフト31の軸心を回転軸線Cとする略円柱状のロータコア32と、ロータコア32内に配置された複数の永久磁石33a〜33dと、を備えている。

0027

ロータコア32は、例えば複数の金属板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ロータコア32は、複数の金属板を軸方向に積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成してもよい。
ロータコア32の径方向中央には、軸方向に沿って貫通孔32aが形成されている。貫通孔32aに、シャフト31が圧入等によって固定されている。これにより、シャフト31とロータコア32とが一体となって回転する。ロータコア32は、外周面32bがステータコア21の内周面に径方向で所定のエアギャップGを介して対向した状態で保持される。

0028

ロータコア32には、1/4周の周角度領域のそれぞれに、4層のスリット35a〜35d(第1スリット35a、第2スリット35b、第3スリット35c、第4スリット35d)が径方向に並んで形成されている。第1スリット35aが最も径方向外側に配置されており、径方向内側に向かって順に第2スリット35b、第3スリット35c、及び第4スリット35dが配置されている。ロータコア32の最も径方向内側に、第4スリット35dが配置されている。
なお、1/4周の周角度領域のロータコア32の形状は、他の1/4周の周角度領域のロータコア32と同一形状である。このため、以下の説明では、1つの1/4周の周角度領域のロータコア32についてのみ説明し、他の1/4周の周角度領域のロータコア32についての説明は省略する。

0029

各スリット35a〜35dは、巻線24に通電した際に形成される鎖交磁束の流れに沿うように形成されている。つまり、各スリット35a〜35dは、周方向の中央が最も径方向内側に位置するように(径方向内側に向かって凸形状となるように)、湾曲形成されている。これにより、ロータコア32には、磁束の流れ易い方向と磁束の流れにくい方向が形成される。

0030

各スリット35a〜35dは、周方向の両端がロータコア32における外周面32bの近傍に至るまで延びている。軸方向からみて各スリット35a〜35dの長手方向両端とロータコア32の外周面32bとの間隔Ka〜Kdは全て同一である。つまり、軸方向からみた各スリット35a〜35dの長手方向の長さL1a〜L1dは、
L1a<L1b<L1c<L1d ・・・(1)
を満たす。換言すれば、第1スリット35aから第4スリット35dに至る順に軸方向からみた長手方向の長さL1a〜L1dが徐々に長くなる。

0031

軸方向からみた各スリット35a〜35dの短手方向の幅W1a〜W1dは、各々長手方向の全体で均一(同一幅)に形成されている。また、各スリット35a〜35dの短手方向の幅Wa〜Wdは、
W1a<W1b<W1c<W1d ・・・(2)
を満たす。換言すれば、第1スリット35aから第4スリット35dに至る順に軸方向からみた短手方向の幅W1a〜W1dが徐々に大きくなる。ロータコア32の外周面32b寄りに配置されているスリット35a〜35dよりもロータコア32の径方向内側寄りに配置されているスリット35a〜35dの方が短手方向の幅W1a〜W1dが大きい。

0032

このように、ロータコア32は4極に構成される。すなわち、q軸が極の境界に当たる。q軸とは鎖交磁束の流れやすい方向をいう。なお、q軸に対して電気的に、磁気的に直交する径方向に沿った方向をd軸という。
ロータコア32には、1極当たり(ロータコア32の1/4周の周角度領域)に4層のスリット35a〜35dが形成されていることになる。
ここで、ロータコア32は、極数をJnとし、ステータ8のティース22の個数をTnとしたとき、極数Jn及び個数Tnは、
Jn:Tn=2:12 ・・・(3)
を満たすように設定されている。本第1実施形態では、ロータコア32の極数Jnは4極であり、ステータ8のティース22の個数Tnは24個であるので、上述の式(3)を満たしている。

0033

また、各スリット35a〜35dの短手方向の幅W1a〜W1dは、1極当たりのロータコア32における外周面32bの周方向の長さLc(ロータコア32の外周面32bにおけるq軸間の周方向の長さLc)に対する割合(以下、この割合をスリット幅の割合という)は、35%から55%の割合で設定されている。つまり、スリット幅の割合は、
35≦{(W1a+W1b+W1c+W1d)/Lc}×100≦55 ・・・(4)
を満たすように設定されている。さらに、各スリット35a〜35dの短手方向の幅W1a〜W1dは、1極当たりのロータコア32における外周面32bの周方向の長さLcに対し、45%であることが望ましい。これについての詳細は、後述する。

0034

各スリット35a〜35d内には、これらスリット35a〜35dの形状に対応するように湾曲形成された永久磁石33a〜33d(第1永久磁石33a、第2永久磁石33b、第3永久磁石33c、第4永久磁石33d)が設けられている。各スリット35a〜35dと対応する各永久磁石33a〜33dとの間には、軸方向からみて各永久磁石33a〜33dの長手方向両端のみに僅かに空隙34a〜34dが形成される。このため、軸方向からみて各永久磁石33a〜33dの短手方向の磁石幅W2a〜W2dは、
W2a<W2b<W2c<W2d ・・・(5)
を満たす。換言すれば、第1永久磁石33aから第4永久磁石33dに至る順に軸方向からみた短手方向の磁石幅W2a〜W2dが徐々に大きくなる。ロータコア32の外周面32b寄りに配置されている永久磁石33a〜33dよりもロータコア32の径方向内側寄りに配置されている永久磁石33a〜33dの方が磁石幅W2a〜W2dが大きい。

0035

また、各永久磁石33a〜33dの短手方向の磁石幅W2a〜W2dは、1極当たりのロータコア32における外周面32bの周方向の長さLcに対する割合(以下、この割合を磁石幅の割合という)は、35%から55%の割合で設定されている。つまり、磁石幅の割合は、
35≦{(W2a+W2b+W2c+W2d)/Lc}×100≦55 ・・・(6)
を満たすように設定されている。さらに、各永久磁石33a〜33dの短手方向の磁石幅W2a〜W2dは、1極当たりのロータコア32における外周面32bの周方向の長さLcに対し、45%であることが望ましい。これについての詳細は、後述する。

0036

各永久磁石33a〜33dは、フェライトを含有した永久磁石である。永久磁石33a〜33dはフェライトを含有していればよく、いわゆるフェライト焼結磁石フェライトボンド磁石の他に、例えばフェライトと希土類(例えばサマリウム等)とを混合してなる永久磁石でもよい。

0037

図6は、永久磁石33a〜33dの配向を示し、(a)はラジアル配向、(b)は極配向である。
図6(a)に示すように、各永久磁石33a〜33dの配向は、ラジアル配向であってもよいし、図6(b)に示すように、極配向であってもよい。

0038

また、各永久磁石33a〜33dは、径方向で異極となるように形成されている。同一磁極のスリット35a〜35d内に配置された永久磁石33a〜33dは、磁極が同じ向きになるように配置されている。また、各極のスリット35a〜35d内に配置された永久磁石33a〜33dは、周方向に磁極が順番になるように配置されている。
各空隙34a〜34dは、各永久磁石33a〜33dの磁束が所定の方向に漏出しないようにするためのフラックスバリアとして機能する。

0039

<減速部>
図1図2戻り、減速部3は、モータケース5が取り付けられているギアケース40と、ギアケース40内に収納されるウォーム減速機構41と、を備えている。ギアケース40は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料により形成されている。ギアケース40は、一面に開口部40aを有する箱状に形成されており、内部にウォーム減速機構41を収容するギア収容部42を有する。ギアケース40の側壁40bには、第1モータケース6が一体成形されている箇所に、この第1モータケース6の貫通孔10aとギア収容部42とを連通する開口部43が形成されている。

0040

ギアケース40の底壁40cには、略円筒状の軸受ボス49が突設されている。軸受ボス49は、ウォーム減速機構41の出力軸48を回転自在に支持する。軸受ボス49の内周面には、図示しない滑り軸受が設けられている。軸受ボス49の先端内周縁には、図示しないOリングが装着されている。これにより、軸受ボス49を介して外部から内部に塵埃や水が侵入してしまうことが防止される。軸受ボス49の外周面には、複数のリブ52が設けられている。これにより、軸受ボス49の剛性が確保されている。

0041

ギア収容部42に収容されたウォーム減速機構41は、ウォーム軸44と、ウォーム軸44に噛合されるウォームホイール45と、により構成されている。ウォーム軸44は、モータ部2のシャフト31と同軸上に配置されている。ウォーム軸44は、両端がギアケース40に設けられた軸受46,47によって回転自在に支持されている。ウォーム軸44のモータ部2側の端部は、軸受46を介してギアケース40の開口部43に至るまで突出している。この突出したウォーム軸44の端部とモータ部2のシャフト31との端部が接合され、ウォーム軸44とシャフト31とが一体化されている。なお、ウォーム軸44とシャフト31は、1つの母材からウォーム軸部分回転軸部分とを成形することにより一体として形成してもよい。

0042

ウォーム軸44に噛合されるウォームホイール45には、このウォームホイール45の径方向の中央に出力軸48が設けられている。出力軸48は、ウォームホイール45の回転軸の方向と同軸上に配置されている。出力軸48は、ギアケース40の軸受ボス49を介してギアケース40の外部に突出している。出力軸48の突出した先端には、図示しない電装品接続可能なスプライン48aが形成されている。

0043

ウォームホイール45の径方向の中央には、出力軸48が突出されている側とは反対側の面に、図示しないセンサマグネットが設けられている。このセンサマグネットは、ウォームホイール45の回転位置を検出する回転位置検出部60の一方を構成している。回転位置検出部60の他方を構成する磁気検出素子61は、ウォームホイール45のセンサマグネット側(ギアケース40の開口部40a側)でウォームホイール45と対向配置されているコントローラ部4に設けられている。

0044

<コントローラ部>
モータ部2の駆動制御を行うコントローラ部4は、磁気検出素子61が実装されたコントローラ基板62と、ギアケース40の開口部40aを閉塞するように設けられたカバー63と、を備えている。そして、コントローラ基板62が、ウォームホイール45のセンサマグネット側(ギアケース40の開口部40a側)に対向配置されている。

0045

コントローラ基板62は、いわゆるエポキシ基板に複数の図示しない導電性パターンが形成されたものである。コントローラ基板62には、モータ部2の巻線24が接続されているとともに、カバー63に設けられたコネクタ端子(いずれも図示しない)が電気的に接続されている。コントローラ基板62には、磁気検出素子61の他に、巻線24に供給する電流を制御するFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子からなる図示しないパワーモジュールが実装されている。コントローラ基板62には、このコントローラ基板62に印加される電圧平滑化を行う図示しないコンデンサ等が実装されている。

0046

このように構成されたコントローラ基板62を覆うカバー63は、樹脂により形成されている。カバー63は、若干外側に膨出するように形成されている。カバー63の内面側は、コントローラ基板62等を収容するコントローラ収容部56とされている。
カバー63の外周部に、図示しないコネクタが一体成形されている。このコネクタは、図示しない外部電源から延びるコネクタと嵌着可能に形成されている。このコネクタの端子に、コントローラ基板62が電気的に接続されている。これにより、外部電源の電力がコントローラ基板62に供給される。

0047

ここで、コントローラ基板62は、巻線24に対し、進角通電と、電気角θが121°から180°の広角通電とを行う。コントローラ基板62は、巻線24に対し、5次高調波重畳した駆動電流を印加する。

0048

カバー63の開口縁には、ギアケース40の側壁40bの端部と嵌め合わされる嵌合部81が突出形成されている。嵌合部81は、カバー63の開口縁に沿う2つの壁81a,81bにより構成されている。これら2つの壁81a,81bの間に、ギアケース40の側壁40bの端部が挿入(嵌め合い)される。これにより、ギアケース40とカバー63との間にラビリンス部83が形成される。このラビリンス部83によって、ギアケース40とカバー63との間から塵埃や水が浸入してしまうことが防止される。なお、ギアケース40とカバー63との固定は、図示しないボルト締結することにより行われる。

0049

<ワイパモータの動作>
次に、ワイパモータ1の動作について説明する。
ワイパモータ1において、コネクタ11を介してコントローラ基板62に供給された電力は、図示しないパワーモジュールを介してモータ部2の各巻線24に選択的に供給される。すると、各巻線24に流れる電流は、ステータ8(ティース22)に所定の鎖交磁束を形成する。この鎖交磁束は、ロータ9の永久磁石33により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力又は反発力磁石トルク)を発生させる。また、鎖交磁束は、ロータ9にリラクタンストルクを発生させる。これにより、ロータ9が継続的に回転される。

0050

ロータ9の回転は、シャフト31と一体化されているウォーム軸44に伝達され、さらにウォーム軸44に噛合されているウォームホイール45に伝達される。ウォームホイール45の回転は、ウォームホイール45に連結されている出力軸48に伝達される。出力軸48によって、ワイパ装置100が駆動される。

0051

コントローラ基板62に実装されている磁気検出素子61によって検出されたウォームホイール45の回転位置の検出信号は、図示しない外部機器に出力される。図示しない外部機器は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、CPUなどのプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)及びタイマーなどの電子回路を備えるECU(Electronic Control Unit)である。図示しない外部機器の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)などの集積回路であってもよい。

0052

図示しない外部機器は、ウォームホイール45の回転位置検出信号に基づいて、図示しないパワーモジュールのスイッチング素子等の切替えタイミングを制御し、モータ部2の駆動制御を行う。なお、パワーモジュールの駆動信号の出力及びモータ部2の駆動制御は、図示しない外部機器の代わりにコントローラ部4によって実行されてもよい。

0053

<モータ部のモータ特性と本第1実施形態のロータの形状の決定方法
次に、図7から図15に基づいて、モータ部2のモータ特性と本第1実施形態のロータ9の形状の決定方法について説明する。
図7は、縦軸をモータ部2のトルク[N・m]とし、横軸を1極当たりの永久磁石の層数としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図7に示すように、永久磁石の層数が増大するに従い、トルクを向上できることが確認できる。

0054

図8は、縦軸をモータ部2のトルクリップル[mN・m]とし、横軸を1極当たりの永久磁石の層数としたときのトルクリップルの変化を示すグラフである。
図8に示すように、永久磁石の層数を3層以上とすると、永久磁石の層数が2層以下の場合と比較してトルクリップルが極端に小さくなることが確認できる。

0055

図9は、縦軸をモータ部2のコギングトルク[mN・m]とし、横軸を1極当たりの永久磁石の層数としたときのコギングトルクの変化を示すグラフである。
図9に示すように、とりわけ永久磁石の層数が4層以上の場合にコギングトルクを減少できることが確認できる。

0056

ここで、図8図9では、トルクリップル[mN・m]及びコギングトルク[mN・m]の数値は記載していないが、トルクリップル[mN・m]の数値と比較してコギングトルク[mN・m]の数値が極端に小さい。このため、トルクリップル[mN・m]の大きさに対し、コギングトルク[mN・m]の大きさは無視できる程度である。したがって、図7から図9に基づいて、本第1実施形態では1極当たりの永久磁石の層数を3層以上とした。

0057

図10は、縦軸をモータ部2のトルク[N・m]とし、横軸を磁石幅の割合としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図10に示すように、磁石幅の割合が35%から55%の割合であるとき、良好なトルクを得られることが確認できる。

0058

図11は、縦軸をモータ部2のトルクリップル[mN・m]とし、横軸を磁石幅の割合としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図11に示すように、磁石幅の割合が35%から55%の割合であるとき、トルクリップルを小さくできることが確認できる。

0059

図12は、縦軸をモータ部2のコギングトルク[mN・m]とし、横軸を磁石幅の割合としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図12に示すように、磁石幅の割合が35%から55%の割合であるとき、コギングトルクを小さくできることが確認できる。
したがって、図10から図12に基づいて、本第1実施形態では磁石幅の割合を35%から55%の割合で設定した。

0060

ここで、図10に示すように、磁石幅の割合が45%のときにトルクが最大となることが確認できる。また、図11図12に示すように、磁石幅の割合が45%のときにトルクリップル及びコギングトルクが最小となることが確認できる。

0061

図13は、永久磁石33a〜33dの有効磁束[μWb]を、配向がラジアル配向である場合とパラレル配向である場合とで比較したグラフである。
図13に示すように、永久磁石33a〜33dの配向がパラレル配向である場合と比較してラジアル配向である場合の有効磁束が大きいことが確認できる。なお、永久磁石33a〜33dの配向が極配向である場合も、その配向の向きよりラジアル配向と同様であるといえる。
したがって、図13に基づいて、本第1実施形態では、永久磁石33a〜33dの配向をラジアル配向又は極配向とした。

0062

図14は、縦軸を永久磁石の磁束[T]とし、横軸を永久磁石の保磁力[kA/m]としたときの磁束の変化を示すグラフ(減磁曲線)であり、永久磁石がネオジム磁石である場合とフェライト磁石である場合とを比較した。
図14に示すように、ネオジム磁石は、フェライト磁石と比較して大きい磁界を与えないと着磁しにくい。このため、ネオジム磁石は、フェライト磁石と比較してロータコア32の径方向内側に位置するほど着磁しにくくなることが確認できる。したがって、図14に基づいて、本第1実施形態では、永久磁石33a〜33dは、フェライトを含有した永久磁石とした。

0063

図15は、軸方向からみたロータ9の平面図であり、ステータ8の鎖交磁束による各永久磁石33a〜33dの減磁率を表した図である。
ここで、ロータコア32のq軸は、ステータ8の鎖交磁束の切り替えタイミングの場所となる。このため、図15ドットハッチで示すように、永久磁石33a〜33dのうち、q軸付近に位置する第3永久磁石33c及び第4永久磁石33dでは、鎖交磁束の影響を受けて減磁しやすいことが確認できる。したがって、本第1実施形態では、図15に基づいて、第1永久磁石33aから第4永久磁石33dに至る順に磁石幅W2a〜W2dを徐々に大きくした。つまり、ロータコア32の外周面32b寄りに配置されている永久磁石33a〜33dよりもロータコア32の径方向内側寄りに配置されている永久磁石33a〜33dの方が磁石幅W2a〜W2dを大きくした。

0064

このように、上述の第1実施形態では、ロータコア32の1極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ1極当たりに3層以上の永久磁石33a〜33dを設けた。また、ロータ9の極数Jn、及びステータ8のティース22の個数Tnを上記式(3)を満たすように設定した。さらに、永久磁石33a〜33dの磁石幅の割合を35%から55%の割合で設定した。このため、モータ部2は、トルクリップルの低減とトルクの向上とをバランスよく実現できる。

0065

また、永久磁石33a〜33dの磁石幅の割合を45%に設定することにより、トルクリップルを最も小さくでき、かつトルクを最も大きくできる優れたモータ部2を提供できる。
また、永久磁石33a〜33dの配向を、ラジアル配向又は極配向とすることにより、ロータ9の有効磁束を確実に大きくできる。
永久磁石33a〜33dを、フェライトを含有した永久磁石とすることにより、永久磁石33a〜33dを確実にかつ十分に着磁できる。
ロータコア32の外周面32b寄りに配置されている永久磁石33a〜33dよりもロータコア32の径方向内側寄りに配置されている永久磁石33a〜33dの方が磁石幅W2a〜W2dを大きくすることにより、ステータ8の鎖交磁束による影響を最小限に抑え、高性能なモータ部2にできる。

0066

[第2実施形態]
次に、図16に基づいて第2実施形態について説明する。なお、前述の第1実施形態と同一態様には同一符号を付して説明を省略する。
図16は、第2実施形態におけるロータ209を軸方向からみた平面図であり、1/2周の周角度領域分のみ示している。図16は、前述の図5に対応している。
図16に示すように、第1実施形態と第2実施形態との相違点は、第1実施形態のロータ9の永久磁石33a〜33d及びスリット35a〜35dの形状と、第2実施形態のロータ209の永久磁石233a〜233d及びスリット235a〜235dの形状とが異なる点にある。

0067

すなわち、第2実施形態のロータ209の永久磁石233a〜233d及びスリット235a〜235dは、軸方向からみて短手方向の幅が全て同一である。また、各スリット235a〜235dと対応する各永久磁石233a〜233dとの間に、空隙が形成されておらず、各スリット235a〜235dの全体が対応する永久磁石233a〜233dによって埋められている。各スリット35a〜35d(各永久磁石33a〜33d)とロータコア232の外周面232bとの間隔は、磁束飽和する距離とすることが望ましい。これにより、永久磁石33a〜33dの磁束漏れを抑制できる。
このような構成であっても、前述の第1実施形態と同様の効果を奏する。

0068

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ワイパモータ1は、車両のウインドウガラスを払拭するためのワイパ装置100の駆動源となる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、車両に搭載される電装品(例えば、パワーウインドウサンルーフ電動シート等)の駆動源となるものや、その他のさまざまな用途に、上記のワイパモータ1の構成を採用することができる。

0069

上述の実施形態では、ステータ8に分布巻き方式で巻線24が巻回されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ステータ8に重ね巻き方式や集中巻き方式で巻線24が巻回されている場合であってもよい。

0070

上述の実施形態では、ロータコア32には、1極当たりに4層の永久磁石33a〜33d(第1永久磁石33a、第2永久磁石33b、第3永久磁石33c、第4永久磁石33d)が設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータコア32に、1極当たりに3層以上の永久磁石が設けられていればよい。

0071

上述の実施形態では、ロータコア32の極数Jnは4極であり、ステータ8のティース22の個数Tnは24個である場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ロータコア32の極数Jn及びティース22の個数Tnは、上記式(3)を満たせばよい。このように構成することで、モータ部2を適正に駆動させることができる。

0072

上述の第1実施形態では、第1永久磁石33aから第4永久磁石33dに至る順に軸方向からみた短手方向の磁石幅W2a〜W2dが徐々に大きくなる場合について説明した。また、上述の第1実施形態では、各スリット35a〜35dと対応する各永久磁石33a〜33dとの間で、かつ軸方向からみて各永久磁石33a〜33dの長手方向両端には、僅かに空隙34a〜34dが形成されている場合について説明した。また、上述の第2実施形態では、永久磁石233a〜233d及びスリット235a〜235dは、軸方向からみて短手方向の幅が全て同一である場合について説明した。さらに、各スリット235a〜235dと対応する各永久磁石233a〜233dとの間に、空隙が形成されておらず、各スリット235a〜235dの全体が対応する永久磁石233a〜233dによって埋められている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせてもよい。例えば、永久磁石233a〜233d及びスリット235a〜235dは、軸方向からみて短手方向の幅が全て同一とし、永久磁石233a〜233dの長手方向両端に空隙34a〜34dを形成してもよい。

0073

1…ワイパモータ、2…モータ部(モータ)、5…モータケース、6…第1モータケース、7…第2モータケース、8…ステータ、9,209…ロータ、21…ステータコア、22…ティース、24…巻線、32,232…ロータコア、32b,232b…外周面、33a〜33d,233a〜233d…永久磁石、C…回転軸線、Lc…周方向の長さ、W2a〜W2d…磁石幅、100…ワイパ装置

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