(57)【要約】【課題】コスト上昇を抑えつつ、高回転化及び高トルク化を図ることのできるモータ及びブラシレスワイパーモータを提供する。【解決手段】ロータコア３２の外周面３２ｂに配置された磁石３３と、ロータコア３２の外周面３２ｂの周方向で隣り合う磁石３３の間に、磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に向かって突出形成され、突極３５の径方向における幅寸法が電気角θで５°≦θ≦２０°を満たすように設定された突極３５と、を備え、ｎを自然数としたとき、磁石３３の磁極数とティース２２の数との比は、１０ｎ：１２ｎを満たすように設定されている。【選択図】図３
2020115733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータコア、及び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配置された磁石と、
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、前記磁石の周方向の端部よりも径方向外側に向かって突出形成された突極と、
を備え、
前記突極の径方向外側の端部における周方向の幅寸法は、電気角θで
５°≦θ≦２０°
を満たすように設定されており、
ｎを自然数としたとき、前記磁石の磁極数と前記ティースの数との比は、１０ｎ：１２ｎを満たすように設定されている
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記磁石は、前記回転軸線回りの周方向両端の端部における径方向の厚さが、周方向の中間部における径方向の厚さよりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記突極は、周方向両側において前記磁石の周方向の端部に対向する突極側対向面が互いに平行である
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】
前記磁石の着磁の配向はパラレル配向である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のモータ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のモータを備えた
ことを特徴とす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。
【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、を備えている。ステータには、コイルに給電を行うことにより鎖交磁束が形成される。ロータは、回転軸と、この回転軸に嵌合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、を有している。そして、ステータに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】
ここで、ロータに永久磁石を配置する方式としては、大きく２つに大別される。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）がある。
また、ロータに永久磁石を配置するもう１つの方式として、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）がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、上記したようなモータを、例えば、自動車用のワイパーモータに用いる場合などに、高回転化と高トルク化との双方が要求されることがある。
ＳＰＭ方式のモータにおいては、電流供給の進角化と広角化を図れば、高回転化を図ることができる。電流供給の広角化とは、交互に供給する３相の各相の電流の供給タイミングを互いにラップさせ、１２０°以上に広角化させることである。このようにして、進角通電及び広角通電による弱め界磁を用いることで、モータの高回転化を図ることができる。
このようなＳＰＭ方式のモータにおいて、高トルク化を図るには、磁石の使用量を増やす必要があり、磁石コストが高いという問題がある。
【０００６】
これに対し、ＩＰＭ方式のモータの場合、電流供給の進角化と広角化を行うと、リラクタンストルクが生じるものの、高回転化に繋がらない。これは、ＩＰＭ方式のモータの場合、永久磁石の磁極における磁束の方向であるｄ軸、及びｄ軸に対して磁気的に直交するｑ軸のインダクタンスが高い。このため、電流供給の進角化と広角化を行って界磁を弱めても、モータの回転数が上がりにくいのである。
【０００７】
そこで、本発明は、コスト上昇を抑えつつ、高回転化及び高トルク化を図ることのできるモータ及びブラシレスワイパーモータを提供する。
【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、及び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配置された磁石と、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、前記磁石の周方向の端部よりも径方向外側に向かって突出形成された突極と、を備え、前記突極の径方向外側の端部における周方向の幅寸法は、電気角θで５°≦θ≦２０°を満たすように設定されており、ｎを自然数としたとき、前記磁石の磁極数と前記ティースの数との比は、１０ｎ：１２ｎを満たすように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、ロータコアの外周面に、磁石を配置することで、ｄ軸方向のインダクタンス値を小さくすることができる。
また、突極を磁石よりも径方向外側に突出させることで、磁束が突極に集中するため、減磁界が磁石の端部に作用しにくくなる。
また、突極の電気角θを５°≦θ≦２０°を満たすように設定して周方向における突極の幅寸法を小さくすることで、ｑ軸方向におけるインダクタンス値を小さくすることができ、減磁界を抑えることができる。
このようにして、モータの高トルク化、トルクリップルの抑制、コギングの抑制を図ることができる。また、このようなモータにおいては、進角通電と広角通電とを行うことで、高回転化を図ることができる。
【００１０】
本発明に係るモータにおいて、前記磁石は、前記回転軸線回りの周方向両端の端部における径方向の厚さが、周方向の中間部における径方向の厚さよりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、より確実に減磁界が磁石の端部に作用しにくくさせることができる。
【００１２】
本発明に係るモータにおいて、前記突極は、周方向両側において前記磁石の周方向の端部に対向する突極側対向面が互いに平行であることを特徴とする。
【００１３】
このように構成することで、減磁も生じにくく、磁束密度の飽和を抑えることができる。
【００１４】
本発明に係るモータは、前記磁石の着磁の配向はパラレル配向であることを特徴とする。
【００１５】
このように構成することで、モータ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。
【００１６】
本発明に係るブラシレスワイパーモータは、上記に記載のモータを備えたことを特徴とする。
【００１７】
このように構成することで、磁石を用いてコスト上昇を抑えつつ、ブラシレスワイパーモータの高回転化、高トルク化、トルクリップルの抑制、コギングの抑制を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コスト上昇を抑えつつ、高回転化及び高トルク化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態におけるワイパーモータの斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】本発明の実施形態におけるステータ及びロータを軸方向からみた平面図。
【図４】図３におけるロータの突極周辺を拡大した図。
【図５】本発明の実施形態におけるロータのｑ軸、ｄ軸のインダクタンスを示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態におけるロータに進角通電と広角通電とを行った場合のトルクと回転数との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の実施形態における突極の幅寸法を異ならせた場合にロータで発生するトルクの変化を示すグラフ。
【図８】本発明の実施形態における突極の幅寸法を異ならせた場合にロータで発生するトルクリップルの変化を示すグラフ。
【図９】本発明の実施形態における突極の幅寸法を異ならせた場合にロータで発生するコギング変化を示すグラフ。
【図１０】本発明の実施形態におけるロータの磁石の周方向の端部における磁束密度の変化を示すグラフ。
【図１１】本発明の実施形態における突極の周囲における磁束の向きを示す図。
【図１２】突極を磁石の周方向の端部よりも径方向外側に突出させない場合における突極の周囲における磁束の向きを示す図。
【図１３】磁石の配向をパラレル配向、ラジアル配向としたときのロータで発生するコギングを示すグラフ。
【図１４】磁石の配向をパラレル配向、ラジアル配向としたときのロータで発生する有効磁束を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施形態におけるロータの磁石の周方向の端部における磁束密度の変化を示すグラフ。
【図１６】本発明の実施形態における磁石の配向をパラレル配向とした場合とラジアル配向とした場合の磁束密度の最小値を示すグラフ。
【図１７】本発明の実施形態における各係数を２：３系と１０：１２系とで比較した表。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（ワイパーモータ）
図１は、ワイパーモータ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、ワイパーモータ（ブラシレスワイパーモータ）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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。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に嵌合されるようにステータ８が配置されている。
【００２５】
（ステータ）
図３は、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、本実施形態では１２個）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、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。
【００２６】
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。すなわち、スロット１９の個数は、ティース２２の個数と同数である。
【００２７】
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。
【００２８】
（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に嵌合固定されこのシャフト３１を軸心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複数（例えば、本実施形態では１０個）の磁石３３と、を備えている。このように、本実施形態のモータ部２において、ｎを自然数としたとき、磁石３３の磁極数とスロット１９（ティース２２）の数との比は、
１０ｎ：１２ｎ  ・・・（１）
を満たすように設定されている。
【００２９】
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。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を嵌合固定してもよい。
【００３０】
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。また、突極３５の径方向外側で、且つ周方向両側の角部には、丸面取り部３５ａが形成されている。
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。
【００３１】
図４は、図３におけるロータ９の突極３５周辺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３に詳示するように、磁石３３は、径方向外側の外周面３３ａの曲率半径Ｒ１が、磁石３３の径方向内側の内周面３３ｂ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３３ａ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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
５°≦θ≦２０°  ・・・（２）
を満たすように設定されている。
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。
【００３４】
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。
また、磁石３３を上記のように形成することにより、この磁石３３の最大外径と突極３５の最大外径とが同一寸法でありながら、突極３５が磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出されている。すなわち、図４に詳示するように、突極３５の最大外径Ｒｔは、磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける外径Ｒｍよりも大きい。
【００３５】
（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いる。ギヤケース４０は、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。
【００３６】
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。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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る。これにより、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。
【００３９】
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いる。そして、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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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と、を有している。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（ギヤケース４０の開口部４０ａ側）に対向配置されている。
【００４２】
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。また、コントローラ基板６２には、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。また、コントローラ基板６２には、磁気検出素子６１の他に、コイル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パワーモジュール（不図示）が実装されている。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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、不図示のパワーモジュールを介してモータ部２の各コイル２４に選択的に供給される。ここで、コントローラ基板６２は、コイル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。また、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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で行われていても良い。
【００４８】
（ロータの作用、効果）
次に、図５〜図１６に基づいて、ロータ９の作用、効果について説明する。
モータ部２は、ロータコア３２の外周面３２ｂに、磁石３３を配置した、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータである。このため、ｄ軸方向のインダクタンス値を小さくすることができる。ここで、ロータ９において、ｄ軸方向のインダクタンス値を、さらに小さくするには、磁石３３の径方向の寸法を大きくする必要がある。本実施形態において、磁石３３は、フェライト磁石からなる。このため、磁石３３の径方向の寸法を大きくして磁石使用量を増加させても、希土類磁石に比較し、コスト上昇を大幅に抑えることができる。
【００４９】
ここで、ロータコア３２の外周面３２ｂに設けられた４つの突極３５は、周方向の幅寸法を電気角θで上記式（２）を満たすように設定されている。このように構成することで、ｑ軸方向におけるインダクタンス値を小さくすることができる。これにより、減磁界を抑えるとともに、高いリラクタンストルクを得ることができる。以下、より具体的に説明する。
【００５０】
図５は、ロータ９のｑ軸、ｄ軸のインダクタンスＬｑ、Ｌｄ［ｍＨ］を示すグラフである。図５は、本実施形態のロータ９と、従来構造のロータとを比較している。なお、ここでいう従来構造とは、ロータコアに複数形成したスリット内に永久磁石を配置した、いわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータのロータの構造である。
図５に示すように、従来構造と比較して、本実施形態のロータ９は、ｑ軸、ｄ軸とも、インダクタンス値が小さくなっていることが確認できる。
【００５１】
図６は、縦軸をロータ９の回転数［ｒｐｍ］とし、横軸をロータ９のトルク［Ｎ・ｍ］としたときのロータ９の回転数の変化を示すグラフである。より具体的には、図６は、ロータ９に進角通電と広角通電とを行った場合のトルク［Ｎ・ｍ］と回転数［ｒｐｍ］との関係を示すグラフである。図６は、本実施形態のロータ９と、従来のＩＰＭ構造のロータとを比較している。
図５に示すように、従来構造と比較して、本実施形態のロータ９は、より高いトルク、回転数を発生していることが確認できる。
【００５２】
図７は、縦軸をロータ９のトルク［Ｎ・ｍ］とし、横軸をロータコア３２に設けられた突極３５の突極幅［ｍｍ］としたときのロータ９のトルクの変化を示すグラフである。より具体的には、図７は、突極３５の周方向における幅寸法（電気角θ［°］）を異ならせた場合に、本実施形態のロータ９で発生するトルクの変化を示すグラフである。
図８は、縦軸をロータ９のトルクリップル［ｍＮ・ｍ］とし、横軸をロータコア３２の突極３５の突極幅（電気角θ［°］）としたときのロータ９のトルクリップルの変化を示すグラフである。より具体的には、図８は、突極３５の幅寸法を異ならせた場合に、本実施形態のロータ９で発生するトルクリップルを示すグラフである。
図９は、縦軸をロータ９のコギング［ｍＮ・ｍ］とし、横軸をロータコア３２の突極３５の突極幅（電気角θ［°］）としたときのロータ９のコギングの変化を示すグラフである。より具体的には、図９は、突極３５の幅寸法を異ならせた場合に、本実施形態のロータ９で発生するコギングの変化を示すグラフである。
【００５３】
図７〜図９に示すように、本実施形態のロータ９は、突極３５の周方向の幅寸法が電気角θで上記式（２）を満たす場合、高いリラクタンストルクを得ることが確認できると共に、リップル率及びコギングを抑制できていることが確認できる。
【００５４】
また、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させることで、磁束が突極３５に集中する。このようにして、減磁界が磁石３３の端部３３ｓに作用しにくくなる。以下、より具体的に説明する。
【００５５】
図１０は、縦軸をロータ９の磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける磁束密度［Ｔ］とし、横軸をロータ９の回転角［ｄｅｇ］としたときの磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける磁束密度の変化を示すグラフである。より具体的には、図１０は、ロータ９の磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける磁束密度［Ｔ］を示すグラフである。図１０は、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させた場合（図１０中、符号Ｅ）と、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させない場合（図１０中、符号Ｃ）とを比較している。
図１０に示すように、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させない場合に比較し、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させた場合は、磁束密度が高く、減磁しにくいことが確認できる。
【００５６】
図１１、図１２は、突極３５の周囲における磁束の向きを示す図である。図１１、図１２は、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させた場合（図１１）と、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させない場合（図１２）と、を比較している。
これらの図１２に示すように、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させない場合に比較し、図１１に示すように、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させた場合は、磁石３３の端部３３ｓに磁束が集中するのを抑え、突極３５に磁束が集中することが確認できる。
【００５７】
また、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を、互いに平行に形成した。ここで、突極３５の径方向内側の根元部の幅寸法が大きく、径方向外側の先端部の幅寸法が小さい台形状であると、周方向で隣り合う突極３５どうしの間に配置される磁石３３の周方向両側の端部３３ｓが薄くなる。この結果、磁石３３の減磁が生じやすくなる。また、突極３５の根元部の幅寸法が小さく、先端部の幅寸法が大きい台形状であると、突極３５で磁束密度が飽和しやすい。これに対し、突極３５を、周方向両側の対向面３５ｓを互いに平行に形成することで、減磁も生じにくく、磁束密度の飽和も抑えることができる。
【００５８】
また、磁石３３の着磁の配向はパラレル配向であるようにした。これにより、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。
【００５９】
図１３は、磁石３３の着磁の配向をパラレル配向、ラジアル配向としたときの本実施形態のロータ９で発生するコギング［ｍＮ・ｍ］を示すグラフである。図１４は、磁石３３の着磁の配向をパラレル配向、ラジアル配向としたときの本実施形態のロータ９で発生する有効磁束［μＷｂ］を示すグラフである。
図１３、図１４に示すように、磁石３３の着磁の配向をパラレル配向とすることで、コギングを抑制するとともに、有効磁束が高まることが確認できる。
【００６０】
図１５は、縦軸をロータ９の磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける磁束密度［Ｔ］とし、横軸をロータ９の回転角［ｄｅｇ］としたときの磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける磁束密度の変化を示すグラフである。より具体的には、図１５は、ロータ９の磁石３３の周方向の端部３３ｓにおける磁束密度［Ｔ］の変化を示すグラフである。図１５は、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させた場合（図１５中、符号Ｅ）と、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させない場合（図１５中、符号Ｃ）とのそれぞれで、磁石３３の着磁の配向をパラレル配向とした場合とラジアル配向とした場合とを比較している。
図１６は、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させた場合（図１６中、符号Ｅ）と、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させない場合（図１６中、符号Ｃ）とのそれぞれで、磁石３３の着磁の配向をパラレル配向とした場合とラジアル配向としたときの磁束密度の最小値（ＭＩＮ）を比較している。
【００６１】
図１５、図１６に示すように、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させるとともに、磁石３３の着磁の配向をパラレル配向とすることで、減磁界を有効に抑制することができる。
【００６２】
このように、上述の実施形態におけるモータ部２及びワイパーモータ１は、環状のステータコア２０、及びステータコア２０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２２を有するステータ８と、ティース２２に巻回されるコイル２４と、を備えている。また、モータ部２及びワイパーモータ１は、ステータコア２０の径方向内側で回転軸線回りに回転するシャフト３１と、シャフト３１に固定され、回転軸線を径方向中心とするロータコア３２と、磁石３３と、を備えている。磁石３３は、ロータコア３２の外周面３２ｂに配置され、回転軸線回りの周方向両側の端部３３ｓにおける径方向の厚さが、周方向中間部における径方向の厚さよりも小さい。また、モータ部２及びワイパーモータ１は、ロータコア３２の外周面３２ｂの周方向で隣り合う磁石３３の間に、磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に向かって突出形成された突極３５を備えている。突極３５の径方向における幅寸法は、電気角θが上記式（２）を満たすように設定されている。また、ｎを自然数としたとき、磁石３３の磁極数とスロット１９（ティース２２）の数との比は、上記式（１）を満たすように設定されている。
【００６３】
このような構成によれば、ロータコア３２の外周面３２ｂに、磁石３３を配置することで、ｄ軸方向のインダクタンス値を小さくすることができる。また、希土類磁石ではなく磁石３３を用いることで、磁石３３の径方向寸法を大きくしても、磁石使用量増加にともなうコスト上昇を抑えることができる。
また、突極３５を磁石３３の周方向の端部３３ｓよりも径方向外側に突出させることで、磁束が突極３５に集中するため、減磁界が磁石３３の端部３３ｓに作用しにくくなる。
また、突極３５の電気角θを、上記式（２）を満たすように設定して、周方向における突極３５の幅寸法を小さくすることで、ｑ軸方向におけるインダクタンス値を小さくすることができる。この結果、ロータコア３２の減磁界を抑えることができる。
【００６４】
さらに、磁石３３の周方向両側の端部３３ｓにおける径方向の厚さを、周方向中間部３３ｃにおける厚さよりも小さくする。これにより、磁石３３の端部３３ｓに磁束が集中するのを抑え、突極３５に磁束を集中させることができる。これによっても、減磁界が磁石３３の端部３３ｓに作用しにくくなる。
このようにして、モータ部２の高トルク化、トルクリップルの抑制、コギングの抑制を図ることができる。また、このようなモータ部２においては、進角通電と広角通電とを行うことで、高回転化を図ることができる。したがって、コスト上昇を抑えつつ、高回転化及び高トルク化を図ることが可能となる。
【００６５】
また、モータ部２において、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。このような構成によれば、減磁が生じにくく、磁束密度の飽和を抑えることができる。
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。
【００６６】
ところで、いわゆる一般的なモータの磁極数とスロット数（スロットの数）との比は、２：３である場合が多い。このような比に対して、本実施形態のように磁石３３の磁極数とスロット１９（ティース２２）の数との比を、上記式（１）を満たすように設定することにより、巻線係数を向上させることができ、磁気回路としての磁束利用率を高めることができる。この結果、モータ部２の小型化、軽量化を図ることができる。
【００６７】
なお、巻線係数は、
巻線係数＝短節係数×分布係数
で表すことができる。
短節係数は、
短節係数＝ｓｉｎ{（３６０／スロット数）／（３６０／磁極数）×π／２}
で表すことができる。
分布係数は、
分布係数＝ｓｉｎ（π／６）／ｓｉｎ{π／（６×ρ）}
ρ＝スロット数／（３×極数）で求められる分子の値
で表すことができる。
図１７に示すように、磁極数とスロット数とが２：３の比率（２：３系）に対し、上記式（１）を満たす比率（１０：１２系）は、巻線係数が「１」に近いことが確認できる。巻線係数が「１」に近いほど磁気回路としての磁束利用率が高い。
【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、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。
【００６９】
また、上述の実施形態では、モータ部２において、ティース２２の個数が１２個、磁石３３の個数（磁極数）が１０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、磁石３３の磁極数とスロット１９（ティース２２）の数との比が上記式（１）を満たしていればよい。
【符号の説明】
【００７０】
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、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）、３３ｋ…角部、３３ｓ…端部、３５…突極、３５ｓ…対向面（突極側対向面）
【図１】
2020115733.tif 000003
【図２】
2020115733.tif 000004
【図３】
2020115733.tif 000005
【図４】
2020115733.tif 000006
【図５】
2020115733.tif 000007
【図６】
2020115733.tif 000008
【図７】
2020115733.tif 000009
【図８】
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【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】
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【図１７】
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