(57)【要約】【課題】セグメントマグネットを磁気回路とするＳＰＭ型のブラシレスモータが生じる振動又は騒音の発生を抑制する技術を提供すること。【解決手段】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内側に向かって突出する複数のティースとを有するステータと、ティースに巻回されるコイルと、ステータコアの径方向内側で回転軸線回りに回転するシャフトと、シャフトに固定され回転軸線を径方向中心とするロータコアと、ロータコアの外周面に位置する磁石と、ロータコアの外周面の周方向で隣り合う磁石の間に位置し、磁石の周方向の端部よりも径方向外側に突出する突極と、コイルに電圧を印加する印加部と、印加部を制御する印加制御部と、を備え、磁石の磁極数とティースの数との比は２：３であり、前記電圧は、矩形波であって、突極の先端とティースの開口部とが対向していない時に電圧の印加が開始されるモータ。【選択図】図４
2020080609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータコアと前記ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティースとを有するステータと、
前記ティースに巻回されるコイルと、
前記ステータコアの径方向内側で回転軸線回りに回転するシャフトと、
前記シャフトに固定され、前記回転軸線を径方向中心とするロータコアと、
前記ロータコアの外周面に位置する磁石と、
前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記磁石の間に位置し、前記磁石の周方向の端部よりも径方向外側に突出する突極と、
前記コイルに対して電圧を印加する印加部と、
前記コイルに所定の条件を満たす電圧が印加されるように前記印加部を制御する印加制御部と、
を備え、
前記磁石の磁極数と前記ティースの数との比は、２：３であり、
前記コイルに対して印加される電圧の波形は矩形波であり、
前記印加制御部は、前記突極の先端と前記ティースの開口部とが対向していない時に前記コイルに電圧の印加が開始されるように前記印加部を制御する、
モータ。
【請求項２】
前記コイルに印加される電圧は、進角が１５°以上４５°以内の進角のうち予め定められた所定の進角であって、通電角が１３０°以上１５０°以下の通電角のうち予め定められた所定の通電角である、
請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記進角は、１５°以上３０°未満である、
請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
動作環境に関する情報を取得する取得部、
をさらに備え、
前記印加制御部は、波形が矩形波の電圧であって前記情報に基づいた進角又は通電角の電圧を印加するように前記印加制御部する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータを備える、
ブラシレスワイパーモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ及びブラシレスワイパーモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータ（以下、単にモータと称することがある）は、コイルが巻回されたティースを有するステータと、ステータの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、を備える。このようなブラシレスモータのロータは、回転軸と、回転軸に外嵌固定される略円柱状のロータコアと、ロータコアに設けられた永久磁石と、を有する。このようなブラシレスモータは、コイルへの給電が行われると、ステータに鎖交磁束が形成され、形成された鎖交磁束とロータコアに設けられた永久磁石との間に磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータが継続的に回転する。
【０００３】
ロータに永久磁石を配置する方式は、大きく分けて２つある。１つは、ロータコアにスリットを複数形成し、スリット内に永久磁石を配置する永久磁石埋込方式（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）である。もう１つは、ロータコアの外周面に永久磁石を配置する方式（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＳＰＭ方式のブラシレスモータは、磁気回路の構成の仕方が大きく分けて２つある。１つは、磁気回路をリングマグネットにするＳＰＭ型のブラシレスモータである。もう１つは、磁気回路をセグメントマグネットにするＳＰＭ型のブラシレスモータである。
リングマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータは、一般に、セグメントマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータよりも振動や騒音が小さい。しかしながら、リングマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータは、セグメントマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータよりも大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、小型化及び軽量化を重視する場合には、リングマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータに代えてセグメントマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータが用いられる場合がある。しかしながら、セグメントマグネットを有するＳＰＭ型のブラシレスモータはリラクタンストルクを用いてロータを回転させるため、ローラ回転角によるインダクタンスの変化によってトルクリップルが悪化し、振動や騒音が生じるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−２１４０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、セグメントマグネットを磁気回路とするＳＰＭ型のブラシレスモータが生じる振動又は騒音の発生を抑制する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、環状のステータコアと前記ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティースとを有するステータと、前記ティースに巻回されるコイルと、前記ステータコアの径方向内側で回転軸線回りに回転するシャフトと、前記シャフトに固定され、前記回転軸線を径方向中心とするロータコアと、前記ロータコアの外周面に位置する磁石と、前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記磁石の間に位置し、前記磁石の周方向の端部よりも径方向外側に突出する突極と、前記コイルに対して電圧を印加する印加部と、前記コイルに所定の条件を満たす電圧が印加されるように前記印加部を制御する印加制御部と、を備え、前記磁石の磁極数と前記ティースの数との比は、２：３であり、前記コイルに対して印加される電圧の波形は矩形波であり、前記印加制御部は、前記突極の先端と前記ティースの開口部とが対向していない時に前記コイルに電圧の印加が開始されるように前記印加部を制御するモータである。
【０００９】
本発明の一態様は、上記のモータであって、前記コイルに印加される電圧は、進角が１５°以上４５°以内の進角のうち予め定められた所定の進角であって、通電角が１３０°以上１５０°以下の通電角のうち予め定められた所定の通電角である。
【００１０】
本発明の一態様は、上記のモータであって、前記進角は、１５°以上３０°未満である。
【００１１】
本発明の一態様は、上記のモータであって、動作環境に関する情報を取得する取得部、をさらに備え、前記印加制御部は、波形が矩形波の電圧であって前記情報に基づいた進角又は通電角の電圧を印加するように前記印加制御部する。
【００１２】
本発明の一態様は、上記のモータを備えるブラシレスワイパーモータである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、セグメントマグネットを磁気回路とするＳＰＭ型のブラシレスモータが生じる振動又は騒音を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態のワイパーモータ１の斜視図である。
【図２】第１の実施形態のワイパーモータ１の断面図である。
【図３】第１の実施形態におけるステータ８及びロータ９を軸方向からみた平面図である。
【図４】第１の実施形態におけるロータ９を拡大した図である。
【図５】第１の実施形態におけるコントローラ部４のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるコントローラ制御部４００の機能構成の一例を説明する説明図である。
【図７】第１の実施形態におけるコイル２４に印加される電圧が矩形波であるワイパーモータ１における進角と通電角とを説明する説明図である。
【図８】第１の実施形態におけるコイル２４に印加される電圧の一例を示す図である。
【図９】第１の実施形態のワイパーモータ１における進角と合成トルクの最大値との関係を示す実験結果である。
【図１０】第１の実施形態の進角と突極３５の先端とティースの開口部との位置関係との関係を説明する説明図である。
【図１１】第１の実施形態のワイパーモータ１における進角及び通電角と磁気音との関係を示す実験結果である。
【図１２】第１の実施形態のワイパーモータ１において生じるトルクリップルの発生頻度を示す実験結果である。
【図１３】第１の実施形態のワイパーモータ１におけるマグネットトルクと、リラクタンストルクと、合成トルクとのロータ回転角依存性を示す実験結果である。
【図１４】第１の実施形態のワイパーモータ１における進角と、合成トルクと、マグネットトルクと、リラクタンストルクとの関係を説明する説明図である。
【図１５】第２の実施形態のワイパーモータ１ａが備えるコントローラ制御部４００ａの機能構成の一例示す図である。
【図１６】変形例のロータ９ａの拡大図である。
【図１７】変形例のロータ９ｂの拡大図である。
【図１８】変形例のロータ９ｃの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態に係るモータ及びブラシレスワイパーモータについて、図面を参照して説明をする。
【００１６】
（第１実施形態）
（ワイパーモータ）
図１は、第１の実施形態のワイパーモータ１の斜視図である。図２は、第１の実施形態のワイパーモータ１の断面図である。ワイパーモータ１はブラシレスワイパーモータである。
図１、図２に示すように、ワイパーモータ１は、例えば車両に搭載されるワイパの駆動源となる。ワイパーモータ１は、モータ部（モータ）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。
なお、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。
【００１７】
（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。
【００１８】
（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のギヤケース４０と接合されるように、このギヤケース４０と一体成形されている。底部１０の径方向略中央には、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。
【００１９】
また、第１モータケース６の開口部６ａに、径方向外側に向かって張り出す外フランジ部１６が形成されているとともに、第２モータケース７の開口部７ａに、径方向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。そして、モータケース５の内部空間に、第１モータケース６及び第２モータケース７に内嵌されるようにステータ８が配置されている。
【００２０】
（ステータ）
図３は、第１の実施形態におけるステータ８及びロータ９を軸方向からみた平面図である。
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形となる筒状のコア部２１と、コア部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６つ）のティース２２と、が一体成形されたステータコア２０を有している。ステータコア２０は環状である。
ステータコア２０は、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２０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。
【００２１】
ティース２２は、コア部２１の内周面から径方向に沿って突出するティース本体１０１と、ティース本体１０１の径方向内側端から周方向に沿って延びる鍔部１０２と、が一体成形されたものである。鍔部１０２は、ティース本体１０１から周方向両側に延びるように形成されている。そして、周方向で隣り合う鍔部１０２の間に、スロット１９が形成される。
【００２２】
また、コア部２１の内周面、及びティース２２は、樹脂製のインシュレータ２３によって覆われている。このインシュレータ２３の上から各ティース２２にコイル２４が巻回されている。各コイル２４は、コントローラ部４からの給電により、ロータ９を回転させるための磁界を生成する。
【００２３】
（ロータ）
ロータ９は、ステータ８の径方向内側に微小隙間を介して回転自在に設けられている。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に外嵌固定されこのシャフト３１を軸心（回転軸線）Ｃ１とする略円柱状のロータコア３２と、ロータコア３２の外周面に設けられた４つの磁石３３と、を備える。このように、モータ部２において、磁石３３の磁極数とスロット１９（ティース２２）の数との比は、４：６である。
【００２４】
ロータコア３２は、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。
また、ロータコア３２の径方向略中央には、軸方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａに、シャフト３１が圧入されている。このことは、ロータコア３２の径方向中心に軸心Ｃ１が位置することを意味する。なお、貫通孔３２ａに対してシャフト３１を挿入とし、接着剤等を用いてシャフト３１にロータコア３２を外嵌固定してもよい。
【００２５】
さらに、ロータコア３２の外周面３２ｂには、４つの突極３５が周方向に等間隔で設けられている。突極３５は、径方向外側に突出され、且つロータコア３２の軸方向全体に延びるように形成されている。
このように形成されたロータコア３２の外周面３２ｂは、周方向で隣り合う２つの突極３５の間が、それぞれ磁石収納部３６として構成されている。これら磁石収納部３６に、それぞれ磁石３３が配置され、例えば接着剤等によりロータコア３２に固定される。
【００２６】
図４は、図３のロータ９を拡大した図である。
図３、図４に示すように、磁石３３は、シャフト３１の軸心Ｃ１回りの周方向両側の端部３３ｓにおける径方向の厚さが、周方向中間部３３ｃにおける径方向の厚さよりも小さくなるように形成される。すなわち、図４に詳示するように、磁石３３は、径方向外側の外周面の曲率半径Ｒ１が、磁石３３の径方向内側の内周面の曲率半径Ｒ２が小さく設定されている。このため、磁石３３の径方向外側の外周面とティース２２の内周面との間の微小隙間は、磁石３３の周方向中央が最も小さく、この周方向中央から周方向に離間するに従って徐々に大きくなる。
【００２７】
また、磁石３３は、フェライト磁石である。さらに、磁石３３は、着磁（磁界）の配向が厚み方向に沿ってパラレル配向となるように着磁されている。そして、周方向に磁極が互い違いになるように、磁石３３が配置されている。また、ロータコア３２の突極３５は、周方向で隣り合う磁石３３の間、つまり、磁極の境界（極境界）に位置している。
【００２８】
突極３５は、径方向外側の端部３５ｔにおける周方向の幅寸法が、電気角θで２０°以上４０°以下に設定されている。
なお、突極３５の径方向外側の端部３５ｔにおける周方向の幅寸法とは、突極３５に丸面取り部３５ａが形成されていないとした場合の周方向の両角部３５ｂ間の幅寸法をいう。以下の説明では、突極３５における径方向外側の端部３５ｔにおける周方向の幅寸法を、単に突極３５の径方向における幅寸法と称して説明する。
【００２９】
さらに、突極３５は、周方向両側において磁石３３の周方向の端部３３ｓに対向する対向面３５ｓが、互いに平行に形成されているのが好ましい。
突極３５は、磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出する。
【００３０】
（減速部）
図１、図２に戻り、減速部３は、モータケース５が取り付けられているギヤケース４０と、ギヤケース４０内に収納されるウォーム減速機構４１と、を備えている。ギヤケース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。ギヤケース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を収容するギヤ収容部４２を有する。また、ギヤケース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とギヤ収容部４２とを連通する開口部４３が形成されている。
【００３１】
さらに、ギヤケース４０の側壁４０ｂには、３つの固定ブラケット５４ａ、５４ｂ、５４ｃが一体成形されている。これら固定ブラケット５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、不図示の車体等に、ワイパーモータ１を固定するためのものである。３つの固定ブラケット５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、モータ部２を避けるように、周方向にほぼ等間隔に配置されている。各固定ブラケット５４ａ、５４ｂ、５４ｃには、それぞれ防振ゴム５５が装着されている。防振ゴム５５は、ワイパーモータ１を駆動する際の振動が、不図示の車体に伝達されてしまうのを防止するためのものである。
【００３２】
また、ギヤケース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ためのものであって、内周面に不図示の滑り軸受が設けられている。さらに、軸受ボス４９の先端内周縁には、不図示の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。また、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。
【００３３】
ギヤ収容部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。そして、ウォーム軸４４は、両端がギヤケース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を介してギヤケース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と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。
【００３４】
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の回転軸方向と同軸上に配置されており、ギヤケース４０の軸受ボス４９を介してギヤケース４０の外部に突出している。出力軸４８の突出した先端には、不図示の電装品と接続可能なスプライン４８ａが形成されている。
【００３５】
また、ウォームホイール４５の径方向中央には、出力軸４８が突出されている側とは反対側に、不図示の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。この回転位置検出部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（ギヤケース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。
【００３６】
（コントローラ部）
図５は、第１の実施形態におけるコントローラ部４のハードウェア構成の一例を示す図である。
モータ部２の駆動制御を行うコントローラ部４は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）６０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ６０２と、補助記憶装置６０３と、磁気検出素子６１と、コイル２４に印加する電圧を制御する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パワーモジュール６０４とを備える。バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）６０１と、メモリ６０２と、補助記憶装置６０３とは連動して動作することでコントローラ制御部４００として動作する。
【００３７】
ＣＰＵ６０１、メモリ６０２、補助記憶装置６０３、磁気検出素子６１及びパワーモジュール６０４はコントローラ基板６２に実装される。
コントローラ部４は、ギヤケース４０の開口部４０ａを閉塞するように設けられたカバー６３を備える。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（ギヤケース４０の開口部４０ａ側）に対向配置されている。
【００３８】
コントローラ基板６２は、いわゆるエポキシ基板に複数の導電性のパターン（不図示）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のステータコア２０から引き出されたコイル２４の端末部が接続されていると共に、カバー６３に設けられたコネクタ１１の不図示の端子が電気的に接続されている。さらに、コントローラ基板６２には、このコントローラ基板６２に印加される電圧の平滑化を行うコンデンサ（不図示）等が実装されている。
【００３９】
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。また、カバー６３は、若干外側に膨出するように形成されている。そして、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。
また、カバー６３の外周部に、コネクタ１１が一体成形されている。このコネクタ１１は、不図示の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。そして、コネクタ１１の不図示の端子に、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。
【００４０】
さらに、カバー６３の開口縁には、ギヤケース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。そして、これら２つの壁８１ａ，８１ｂの間に、ギヤケース４０の側壁４０ｂの端部が挿入（嵌め合い）される。これにより、ギヤケース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、ギヤケース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、ギヤケース４０とカバー６３との固定は、不図示のボルトを締結することにより行われる。
【００４１】
図６は、実施形態におけるコントローラ制御部４００の機能構成の一例を示す図である。
印加制御部４０１は、所定の電圧をコイル２４に印加するようにパワーモジュール６０４を制御する。
印加制御部４０１による制御によってコイル２４に印加される電圧は、以下の条件（以下「電圧条件」という。）を満たす電圧であればよい。条件の１つ目は、波形が矩形波であるという条件である。条件の２つ目は、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向していない時にコイル２４に電圧の印加が開始されるという条件である。
電圧条件を満たす電圧は、例えば、波形が矩形波であって、進角が、１５°以上４５°以内の進角のうち予め定められた所定の進角であって、通電角が、１３０°以上１５０°以下の通電角のうち予め定められた所定の通電角である電圧である。このような電圧がコイルに２４に印加される場合、電圧の印加が開始されることに応じて電圧が立ち上がる。このような電圧がコイルに２４に印加される場合、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向している時にはコイル２４に電圧が印加されている。
【００４２】
図７は、第１の実施形態におけるコイル２４に印加される電圧が矩形波であるワイパーモータ１における進角と通電角とを説明する説明図である。
電圧の立ち上がりから電圧の立下りまでの電気角の大きさが通電角である。電圧の立ち上がりの電気角と電圧と立下りの電気角との中央の電気角を通電中心位置という。進角は、電圧の立ち上がりの位置の電気角と所定の電気角との差を表す。所定の電気角とは、ワイパーモータ１の誘起電圧とコイル２４に流れる位相とが一致する電圧の立ち上がりの位置の電気角である。ワイパーモータ１の誘起電圧とコイル２４に流れる位相とが一致する電圧とは、通電角が１２０°であって電圧の立ち上がりの位置の電気角が３０°の電圧である。
【００４３】
図８は、第１の実施形態におけるコイル２４に印加される電圧の一例を示す図である。
図８は、波形が矩形波であって、進角が０°であって、通電角が１２０°である電圧である。
【００４４】
（ワイパーモータの動作）
次に、ワイパーモータ１の動作について説明する。
ワイパーモータ１は、コネクタ１１を介してコントローラ基板６２に供給された電力が、パワーモジュール６０４を介してモータ部２の各コイル２４に選択的に供給される。コントローラ基板６２は、コイル２４の駆動電圧に、５次高調波を重畳している。
【００４５】
すると、ステータ８（ティース２２）に所定の鎖交磁束が形成され、この鎖交磁束とロータ９の磁石３３により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータ９が継続的に回転する。
ロータ９が回転すると、シャフト３１と一体化されているウォーム軸４４が回転し、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が回転する。そして、ウォームホイール４５に連結されている出力軸４８が回転し、所望の電装品が駆動する。
【００４６】
また、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の回転位置検出結果は、信号として不図示の外部機器に出力される。不図示の外部機器は、ウォームホイール４５の回転位置検出信号に基づいて、不図示のパワーモジュール６０４のスイッチング素子等の切替えタイミングが制御され、モータ部２の駆動制御が行われる。なお、パワーモジュール６０４の駆動信号の出力やモータ部２の駆動制御は、コントローラ部４で行われる。
【００４７】
（ロータの作用、効果）
次に、図９〜図１４によって、ロータ９の作用、効果について説明する。図９〜図１４の説明と実験結果を示す実験とにおいて、コイル２４に印加される電圧の波形は矩形波である。
【００４８】
図９は、第１の実施形態のワイパーモータ１における進角と合成トルクの最大値との関係を示す実験結果である。合成トルクは、リラクタンストルクとマグネットトルクとの合計のトルクである。
図９の横軸は進角を表す。図９の縦軸は、各進角における合成トルクの最大値を表す。図９は、進角が３０°の時、合成トルクが最大であることを示す。
【００４９】
図１０は、第１の実施形態の進角と突極３５の先端とティース２２の開口部との位置関係との関係を説明する説明図である。
図１０（Ａ）は、進角３０°、通電角１２０°の矩形波の電圧の立ち上がり時の突極３５の先端とティース２２の開口部との位置関係を示す。進角３０°、通電角１２０°の矩形波の電圧の立ち上がり時には、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向している。電圧の立ち上がり時にリラクタンストルクは生じるので、進角３０°、通電角１２０°の矩形波がコイル２４に印加される場合には、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向している時にリラクタンストルクが生じる。
図１０（Ｂ）は、進角３０°、通電角１２０°の矩形波の電圧がコイル２４に印加されている場合における、合成トルクの波形の実験結果である。図１０（Ｂ）のＣ１が表す合成トルクは、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向しているが対向している位置において生じる合成トルクである。図１０（Ｂ）が示すように、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向している位置が、電圧の立ち上がり位置であると、急激に合成トルクが大きくなる。合成トルクの変化量が大きいほど、リップルや騒音が大きくなる。そのため、合成トルクの変化量を小さくできればリップルや騒音の発生を抑制することができる。
【００５０】
図１１は、第１の実施形態のワイパーモータ１における進角及び通電角と磁気音との関係を示す実験結果である。
図１１において横軸は、通電角を表す。図１１において縦軸は、磁気音の大きさを表す。磁気音の大きさとは、ワイパーモータ１が発する騒音の大きさである。図１１は、２０°、２５°、３０°、３５°及び４０°の各進角における通電角と磁気音との関係を示す。図１１は、進角が３５°以外の場合には、通電角が１４０°で磁気音の大きさが最小であることを示す。図１１は、進角が３５°の場合には、通電角が１５０°で磁気音の大きさが最小であることを示す。図１１は、進角が３５°であって通電角が１４０°における磁気音の大きさは、進角が３５°であって通電角が１５０°における磁気音の大きさよりは大きいものの、略同一であることを示す。
また、図１１は、通電角が１４０°である場合には、進角が２０°で磁気音の大きさは最小であることを示す。図１１は、進角が２５°であって通電角が１４０°である場合と、進角が３０°であって通電角が１４０°である場合とにおける磁気音の大きさは、進角が２０°であって通電角が１４０°である場合に略同一であることを示す。このことは、図１１は、進角が２０°以上３０°以内であって、通電角が１４０°が磁気音を小さくするには望ましいことを示す。
このように図１１は、進角が２０°以上３０°以内であって通電角が１４０°である場合に、磁気音が小さいことを示す。
このように進角が２０°以上３０°以内であって通電角が１４０°である場合に磁気音が小さくなるのは、電圧の立ち上がりが、電気角３０°の位置ではなく、突極３５の先端とティース２２の開口部とが対向している位置ではないためである。
【００５１】
なお、図１１の実験結果は、通電角が１５０°以上で磁気音が大きいことを示す。このように磁気音が大きくなるのは、消費電流が増えてしまうためであり、トルクとは別の理由である。
【００５２】
図１２は、第１の実施形態のワイパーモータ１において生じるトルクリップルの発生頻度（以下「リップル率」という。）を示す実験結果である。
図１２の横軸は、ロータ９の合成トルクの大きさを表す。図１２の縦軸は、リップル率を表す。
図１２において、モータＡは、突極３５を有さないＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータを示す。図１２において、モータＢは、進角が３０°であって通電角が１２０°の矩形波によって駆動されるワイパーモータ１を示す。図１２において、モータＣは、進角が２０°以上３０°以内であって通電角が１３０°〜１５０°の矩形波によって駆動されるワイパーモータ１を示す。
図１２は、モータＣがモータＡ及びモータＢよりもリップル率が低いことを示す。
また、図１２は、モータＣにおいて、合成トルクが増大してもトルクリップルが減少することを示す。
【００５３】
図１３は、第１の実施形態のワイパーモータ１におけるマグネットトルクの大きさと、リラクタンストルクの大きさと、合成トルクの大きさとのロータ回転角依存性を示す実験結果である。図１３の実験結果を示す実験において、進角は３０°である。
図１３において、横軸は、ロータの回転角を表す。図１３において、縦軸はトルクの大きさを表す。
図１３（Ａ）は、通電角が１２０°におけるトルクの波形を示す。図１３（Ａ）において、マグネットトルクの振幅は、略０．０１（Ｎ・ｍ）である。図１３（Ａ）において、リラクタンストルクの振幅は、略０．０４（Ｎ・ｍ）である。図１３（Ａ）において、合成トルクの振幅は、略０．０５（Ｎ・ｍ）である。
図１３（Ｂ）は、通電角が１４０°におけるトルクの波形を示す。図１３（Ｂ）において、マグネットトルクの振幅は、略０．０１（Ｎ・ｍ）である。図１３（Ｂ）において、リラクタンストルクの振幅は、略０．０２（Ｎ・ｍ）である。図１３（Ｂ）において、合成トルクの振幅は、略０．０３（Ｎ・ｍ）である。
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）より、通電角が１４０°におけるリラクタンストルクの大きさは、通電角が１２０°におけるリラクタンストルクの大きさよりも小さい。このことは、通電角が１２０°の場合におけるリラクタンストルクに起因する音よりも、通電角が１４０°の場合にリラクタンストルクに起因する音の方が、音量が小さいことを意味する。
このように、通電角が１４０°である場合、通電角が１２０°の場合よりもリラクタンストルクに起因する騒音の発生が抑制される。
【００５４】
図１４は、第１の実施形態のワイパーモータ１における進角と、合成トルクと、マグネットトルクと、リラクタンストルクとの関係を説明する説明図である。
図１４の横軸は、進角を表す。図１４の縦軸は、トルクを表す。図１４は、進角が１５°以上３０°未満において合成トルクは最大値に近い値を有することを示す。図１４は、進角が１５°以上３０°未満におけるリラクタンストルクの割合がマグネットトルクの割合よりも小さいことを示す。このように、進角が１５°以上３０°未満である場合、合成トルクにおけるリラクタンストルクの割合が小さいものの、合成トルクが最大値に近い。そのため、このような電圧がコイル２４に印加されることによって動作するワイパーモータ１は、大きなトルクの発生しながらもリラクタンストルクに起因するリップル及び騒音の発生を抑制することができる。
【００５５】
このように構成されたワイパーモータ１は、磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出する突極３５を備える。さらに、このように構成されたワイパーモータ１は、波形が矩形波であって、進角が、１５°以上４５°以内の進角のうち予め定められた所定の進角であって、通電角が、１３０°以上１５０°以下の通電角のうち予め定められた所定の通電角である電圧がコイル２４に印加されることで動作する。そのため、このように構成されたワイパーモータ１は、リップル又は騒音の発生を抑制することができる。
【００５６】
また、モータ部２は、突極３５の径方向における幅寸法は、電気角θが２０°以上である。
このように構成されたワイパーモータ１は、突極３５の電気角θを２０°以上として、径方向における幅寸法を一定以上に確保することによって、磁束が突極３５に集中することで、減磁界が磁石３３の端部３３ｓに作用しにくくなるという効果を、確実に得ることができる。また、突極３５の電気角θを２０°以上４０°以下に設定することで、高いリラクタンストルクを得ることができる。
【００５７】
さらに、モータ部２は、磁石３３の着磁の方向をパラレル配向であるので、モータ部２のコギングを抑えるとともに、高い磁束密度を得ることができる。
【００５８】
なお、このように構成されたワイパーモータ１においては、図９〜図１４の実験結果が示すように、進角は１５°以上３０°未満であることが望ましい。
【００５９】
（第２の実施形態）
ワイパーモータの進角及び通電角は、ユーザが変更可能であってもよい。
図１５は、第２の実施形態のワイパーモータ１ａが備えるコントローラ制御部４００ａの機能構成の一例示す図である。
第２の実施形態のワイパーモータ１ａは、コントローラ制御部４００に代えてコントローラ制御部４００ａを備える点で第１の実施形態のワイパーモータ１と異なる。以下、図１〜図５と同様の機能を有するものについては、同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００６０】
コントローラ制御部４００ａは、決定部４０２及び印加制御部４０１ａを備える。
決定部４０２は、取得部６０５が取得した動作環境情報に基づいて、進角及び通電角を決定する。動作環境情報は、ワイパーモータ１ａの動作環境に関する情報である。動作環境情報は、ワイパーモータ１ａの動作環境に関する情報であればどのような情報であってもよい。
動作環境情報は、例えば、周囲の音量であってもよい。動作環境情報は、例えば、時刻であってもよい。動作環境情報は、例えば、ワイパーモータ１が搭載された車両のアクセルペダルの操作量であってもよい。
取得部６０５は、動作環境情報を取得可能であればどのようなものであってもよい。取得部６０５は、例えば、磁気検出素子６１であってもよい。取得部６０５は、アクセルペダルであってもよい。
取得部６０５は、例えば、音センサであってもよい。取得部６０５は、光センサであってもよい。音センサ又は光センサは、ワイパーモータ１のどこに取り付けられていてもよい。
また取得部６０５は、音センサ等の動作環境情報の取得装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。
【００６１】
印加制御部４０１ａは、決定部４０２が決定した進角及び通電角の電圧をコイル２４に印加する。
【００６２】
決定部４０２は、例えば、動作環境情報が周囲の音量を示す情報であった場合、音量が所定の音量以上であれば、進角を３０°に決定し、通電角を１２０°に決定する。決定部４０２は、例えば、動作情報が周囲の音量を示す情報であった場合、音量が所定の音量未満であれば、進角を２０°に決定し、通電角を１４０°に決定する。このように音量に基づいた進角及び通電角の電圧がコイル２４に印加されることで、ワイパーモータ１の駆動は周囲が静かであれば静かな駆動となり、周囲が騒がしければ静かさよりも高いトルクの発生を優先した駆動となる。
決定部４０２は、例えば、動作環境情報が周囲の光量を示す情報であった場合、光量が所定の光量以上であれば、進角を３０°に決定し、通電角を１２０°に決定する。決定部４０２は、例えば、動作情報が周囲の光量を示す情報であった場合、光量が所定の光量未満であれば、進角を２０°に決定し、通電角を１４０°に決定する。なお、光量が所定の光量未満である場合とは、例えば、夜間である。このように光量に基づいた進角及び通電角の電圧がコイル２４に印加されることで、ワイパーモータ１の駆動は夜間であれば静かな駆動となり、昼間であれば静かさよりも高いトルクの発生を優先した駆動となる。
【００６３】
決定部４０２は、例えば、動作環境情報がアクセルペダルの操作量であった場合、操作量が所定の値以上であれば、進角を３０°に決定し、通電角を１２０°に決定する。決定部４０２は、例えば、動作情報がアクセルペダルの操作量であった場合、操作量が所定の値未満であれば、進角を２０°に決定し、通電角を１４０°に決定する。このようにアクセルペダルの操作量に基づいた進角及び通電角の電圧がコイル２４に印加されることで、ワイパーモータ１の駆動は車両の移動速度が所定の速度未満であれば静かな駆動となり、車両の移動速度が所定の速度以上である場合には、静かさよりも高いトルクの発生を優先した駆動となる。
【００６４】
このように、第２の実施形態のワイパーモータ１ａは、決定部４０２を備えるため、ワイパーモータの動作環境に応じた動作が可能である。
【００６５】
（変形例）
図１６によって、第１及び第２の実施形態におけるロータ９の第１の変形例（以下「ロータ９ａ」という。）について説明する。
図１６は、変形例のロータ９ａの拡大図である。図１６は、ロータ９ａを軸方向からみた平面図であって、前述の第１実施形態における図４に対応する。
ロータ９ａは、突極３５の端部３５ｔの径方向の外周面が凸である箇所と凹である箇所とを有する点で第１及び第２の実施形態におけるロータ９と異なる。図１６において突極３５の端部３５ｔの径方向の外周面の凸である箇所は、凸箇所Ｐ３５１である。図１６において突極３５の端部３５ｔの径方向の外周面の凹である箇所は、凹箇所Ｐ３５２である。
【００６６】
図１７によって、第１及び第２の実施形態におけるロータ９の第２の変形例（以下「ロータ９ｂ」という。）について説明する。
図１７は、変形例のロータ９ｂの拡大図である。図１７は、ロータ９ｂを軸方向からみた平面図であって、前述の第１実施形態における図４に対応する。
ロータ９ｂは、磁石３３における径方向外側の外周面の一部が凹んでいる点で第１及び第２の実施形態におけるロータ９と異なる。図１７において磁石３３における径方向外側の外周面の一部の凹んでいる箇所は、凹箇所Ｐ３３１である。
【００６７】
図１８によって、第１及び第２の実施形態におけるロータ９の第３の変形例（以下「ロータ９ｃ」という。）について説明する。
図１８は、変形例のロータ９ｃの拡大図である。図１８は、ロータ９ｃを軸方向からみた平面図であって、前述の第１実施形態における図４に対応する。
ロータ９ｃは、磁石３３の周方向の端部３３ｓが突極３５に接する点で第１及び第２の実施形態におけるロータ９と異なる。
【００６８】
なお、パワーモジュール６０４は印加部の一例である。
【００６９】
なお、コントローラ制御部４００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、上述の実施形態では、モータとして、ワイパーモータ１を例に挙げたが、本発明に係るモータは、ワイパーモータ１以外にも、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使用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…ワイパーモータ（ブラシレスワイパーモータ）、  ２…モータ部（モータ）、  ８…ステータ、  ９…ロータ、  ９ａ…ロータ、  ９ｂ…ロータ、  ９ｃ…ロータ、  ２０…ステータコア、  ２１…コア部、  ２２…ティース、  ２４…コイル、  ３１…シャフト、  ３２…ロータコア、  ３２ｂ…外周面、  ３３…磁石、  ３３ａ…外周面、  ３３ｃ…周方向中間部（周方向の中間部）、  ３３ｓ…端部、  ３５…突極、  ３５ｓ…対向面（突極側対向面）、  Ｐ３５１…凸箇所、  Ｐ３５２…凹箇所、  Ｐ３３１…凹箇所、  ４００…コントローラ制御部、  ４０１…印加制御部、  ４０１ａ…印加制御部、  ４０２…決定部、  ６１…磁気検出素子、  ６２…コントローラ基板、  ６０１…ＣＰＵ、  ６０２…メモリ、  ６０３…補助記憶装置、  ６０４…パワーモジュール、  ６０５…取得部
【図１】
2020080609.tif 000003
【図２】
2020080609.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020080609.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020080609.tif 000009
【図８】
2020080609.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020080609.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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