(57)【要約】【課題】小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少し、振動や騒音を確実に低減することができる電動モータを提供する。【解決手段】ヨークの筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石７と、永久磁石７の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、アーマチュアは、回転軸と、回転軸に固定されるアーマチュアコアと、回転軸にアーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、アーマチュアコアは、径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、永久磁石７は弧状に形成され、永久磁石の極弧角をθとしたとき、極弧角θは、６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°の何れかを満たすように設定されている。【選択図】図４
2010093939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒部を有するヨークと、
前記筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石と、
前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、
前記アーマチュアは、
回転軸と、
前記回転軸に固定されるアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、
前記アーマチュアコアは、
径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、
前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、
前記永久磁石は弧状に形成され、
前記永久磁石の極弧角をθとしたとき、
前記極弧角θは、
６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°
の何れかを満たすように設定されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
筒部を有するヨークと、
前記筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石と、
前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、
前記アーマチュアは、
回転軸と、
前記回転軸に固定されるアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、
前記アーマチュアコアは、
径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、
前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、
前記永久磁石は、
外面と内面とがそれぞれ円弧状に形成されており、
前記内面の円弧中心が前記外面の円弧中心よりも前記永久磁石の周方向中央の厚さ方向に沿って、前記永久磁石から離反する方向に向かって偏芯し、
前記外面の円弧半径をＲｏとし、前記内面の円弧中心の偏芯量をδとしたとき、
前記偏芯量δは、
０＜δ＜Ｒｏ／２
を満たすように設定され、
前記内面の周方向中央と前記外面の円弧中心との間の距離をＲｉとし、前記内面の円弧中心が偏芯したときの前記内面の偏芯円弧半径をＲｉ’としたとき、
前記偏芯円弧半径Ｒｉ’は、
Ｒｉ’＝Ｒｉ＋δ
を満たすように設定されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項３】
前記偏芯量δは、
Ｒｏ／７＜δ＜Ｒｏ／４
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
【請求項４】
筒部を有するヨークと、
前記筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石と、
前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、
前記アーマチュアは、
回転軸と、
前記回転軸に固定されるアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、
前記アーマチュアコアは、
径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、
前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、
前記永久磁石は、
外面と内面とがそれぞれ円弧状に形成されており、
前記内面の円弧中心が前記外面の円弧中心よりも前記永久磁石の周方向中央の厚さ方向に沿って、前記永久磁石から離反する方向に向かって偏芯し、
前記外面の円弧半径をＲｏとし、前記内面の円弧中心の偏芯量をδとしたとき、
前記偏芯量δは、
０＜δ＜Ｒｏ／２
を満たすように設定され、
前記内面の周方向中央と前記外面の円弧中心との間の距離をＲｉとし、前記内面の円弧中心が偏芯したときの前記内面の偏芯円弧半径をＲｉ’としたとき、
前記偏芯円弧半径Ｒｉ’は、
Ｒｉ’＝Ｒｉ＋δ
を満たすように設定され、
前記永久磁石の極弧角をθとしたとき、
前記極弧角θは、
６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°
の何れかを満たすように設定されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項５】
前記永久磁石の周方向両端側であって前記内面側に、前記周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するテーパ面を形成し、
前記永久磁石の周方向中央と、前記テーパ面の開始位置との間の角度をαとしたとき、
前記角度αは、
α≦（θ／２）×（３／４）
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
【請求項６】
前記永久磁石の周方向両端側であって前記内面側に、前記周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するテーパ面を形成し、
前記テーパ面の径方向に対するテーパ角度をβとしたとき、
前記テーパ角度βは、
９０°＜β≦９５°
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
【請求項７】
前記永久磁石の周方向両端側であって前記内面側に、前記周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するテーパ面を形成し、
前記永久磁石の周方向中央と、前記テーパ面の開始位置との間の角度をαとしたとき、
前記角度αは、
α≦（θ／２）×（３／４）
を満たすように設定され、
前記テーパ面の径方向に対するテーパ角度をβとしたとき、
前記テーパ角度βは、
９０°＜β≦９５°
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
【請求項８】
前記永久磁石は、この永久磁石の前記テーパ面の開始位置間の肉厚が一定になるように形成されていることを特徴とする請求項５〜請求項７の何れかに記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、車両に搭載される電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用のワイパーモータとしては、ブラシ付きの電動モータを用いる場合が多い。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に複数の永久磁石を周方向に等間隔で配置し、これら永久磁石の内側にアーマチュアが回転自在に支持されている。永久磁石としては、略瓦状に形成された所謂セグメント型の永久磁石が用いられる。
アーマチュアは、複数のティースが放射状に形成されたアーマチュアコアを有している。各ティース間には軸線方向に長いスロットが複数形成され、所定間隔をあけたスロット間に巻線を重ね巻き方式にて巻装することでコイルを形成している。コイルは、アーマチュアコアと隣接するように回転軸に外嵌固定されたコンミテータに導通している。
【０００３】
コンミテータは、金属片である複数のセグメントが互いに絶縁された状態で周方向に配設されたものであって、これらセグメントにそれぞれコイルの巻き始め端、および巻き終わり端が接続される。また、各セグメントはブラシに摺接可能に接続されており、このブラシを介してそれぞれのコイルに給電される。そして、給電されたコイルには磁界が形成され、ヨークの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸が駆動する。
ここで、磁極数を４極（永久磁石を４つ）に多極化すると共に多スロット化し、ワイパーモータの小型、高性能化を図ろうとする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３５３０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のモータにあっては、ヨークに配設された４つの永久磁石の間に、それぞれ空隙が形成されるので、各永久磁石の周方向両端を境にして永久磁石側と空隙との磁束変化が大きくなる。このため、各永久磁石の周方向両端を各ティースが通過するとき、ティースに作用する磁気的な吸引力や反発力が大きく変化してコギングトルクが発生し、電動モータの振動や騒音が大きくなってしまうという課題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少し、振動や騒音を確実に低減することができる電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、筒部を有するヨークと、前記筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石と、前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、前記アーマチュアは、回転軸と、前記回転軸に固定されるアーマチュアコアと、前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、前記アーマチュアコアは、径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、前記永久磁石は弧状に形成され、前記永久磁石の極弧角をθとしたとき、前記極弧角θは、６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°の何れかを満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少し、振動や騒音を確実に低減することができる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、筒部を有するヨークと、前記筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石と、前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、前記アーマチュアは、回転軸と、前記回転軸に固定されるアーマチュアコアと、前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、前記アーマチュアコアは、径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、前記永久磁石は、外面と内面とがそれぞれ円弧状に形成されており、前記内面の円弧中心が前記外面の円弧中心よりも前記永久磁石の周方向中央の厚さ方向に沿って、前記永久磁石から離反する方向に向かって偏芯し、前記外面の円弧半径をＲｏとし、前記内面の円弧中心の偏芯量をδとしたとき、前記偏芯量δは、０＜δ＜Ｒｏ／２を満たすように設定され、前記内面の周方向中央と前記外面の円弧中心との間の距離をＲｉとし、前記内面の円弧中心が偏芯したときの前記内面の偏芯円弧半径をＲｉ’としたとき、前記偏芯円弧半径Ｒｉ’は、Ｒｉ’＝Ｒｉ＋δを満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、永久磁石の磁力の低下を抑えつつ、永久磁石とティースとの間のエアギャップを永久磁石の両端に向かうに従って徐々に大きくすることができる。このため、電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記偏芯量δは、Ｒｏ／７＜δ＜Ｒｏ／４を満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、より確実に永久磁石の磁力の低下を抑えることができるので、より確実に電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【０００９】
請求項４に記載した発明は、筒部を有するヨークと、前記筒部の内周面に固定された４つのセグメント型の永久磁石と、前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、前記アーマチュアは、回転軸と、前記回転軸に固定されるアーマチュアコアと、前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータとを備え、前記アーマチュアコアは、径方向に沿って放射状に延び、コイルを巻装するための１８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる１８つのスロットとを有する電動モータであって、前記永久磁石は、外面と内面とがそれぞれ円弧状に形成されており、前記内面の円弧中心が前記外面の円弧中心よりも前記永久磁石の周方向中央の厚さ方向に沿って、前記永久磁石から離反する方向に向かって偏芯し、前記外面の円弧半径をＲｏとし、前記内面の円弧中心の偏芯量をδとしたとき、前記偏芯量δは、０＜δ＜Ｒｏ／２を満たすように設定され、前記内面の周方向中央と前記外面の円弧中心との間の距離をＲｉとし、前記内面の円弧中心が偏芯したときの前記内面の偏芯円弧半径をＲｉ’としたとき、前記偏芯円弧半径Ｒｉ’は、Ｒｉ’＝Ｒｉ＋δを満たすように設定され、前記永久磁石の極弧角をθとしたとき、前記極弧角θは、６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°の何れかを満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、さらに確実に電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【００１０】
請求項５に記載した発明は、前記永久磁石の周方向両端側であって前記内面側に、前記周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するテーパ面を形成し、前記永久磁石の周方向中央と、前記テーパ面の開始位置との間の角度をαとしたとき、前記角度αは、α≦（θ／２）×（３／４）を満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、永久磁石の磁力の低下を抑えつつ、永久磁石とティースとの間のエアギャップを永久磁石の両端に向かうに従って徐々に大きくすることができる。このため、電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【００１１】
請求項６に記載した発明は、前記永久磁石の周方向両端側であって前記内面側に、前記周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するテーパ面を形成し、前記テーパ面の径方向に対するテーパ角度をβとしたとき、前記テーパ角度βは、９０°＜β≦９５°を満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、永久磁石の周方向両端側の磁力の低下を最小限に抑えることができる。このため、より確実に電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【００１２】
請求項７に記載した発明は、前記永久磁石の周方向両端側であって前記内面側に、前記周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するテーパ面を形成し、前記永久磁石の周方向中央と、前記テーパ面の開始位置との間の角度をαとしたとき、前記角度αは、α≦（θ／２）×（３／４）を満たすように設定され、前記テーパ面の径方向に対するテーパ角度をβとしたとき、前記テーパ角度βは、９０°＜β≦９５°を満たすように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、さらに確実に電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【００１３】
請求項８に記載した発明は、前記永久磁石は、この永久磁石の前記テーパ面の開始位置間の肉厚が一定になるように形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、永久磁石の製造コストの増大を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動モータの小型、高性能化を図りつつ、コギングトルクを減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、この発明の第一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、本発明に係る電動モータ２が適用された減速機付モータ１は、例えば、自動車のワイパーモータとして用いられるものであって、電動モータ２と、電動モータ２の回転軸３に連結された減速機構４とを備えている。
電動モータ２は、有底筒状のヨーク５と、ヨーク５内に回転自在に設けられたアーマチュア６とを有している。
【００１６】
ヨーク５の筒部５３は略円筒状に形成されている。この第一実施形態の筒部５３の内径Ｄ１は、約４７．２ｍｍに設定されている。
筒部５３の内周面には、４つのセグメント型の永久磁石７が周方向に等間隔で磁極が順番となるように配設されている。すなわち、ヨーク５に設けられた永久磁石７は、磁極数が４極に設定されている。
【００１７】
ヨーク５の底壁（エンド部）５１には、径方向中央に軸線方向外側に向かって突出するボス部１９が形成され、ここに回転軸３の一端を軸支するための軸受け１８が設けられている。
筒部５３の開口部５３ａには、外フランジ部５２が設けられている。外フランジ部５２には、ボルト孔（不図示）が形成されている。このボルト孔にボルト２４が挿通され、減速機構４の後述するギヤハウジング２３に形成されたボルト孔（不図示）に螺入されることによって、ヨーク５が減速機構４に締結固定される。
【００１８】
アーマチュア６は、回転軸３に外嵌固定されたアーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻装されたアーマチュアコイル９と、回転軸３の他端側に配置されたコンミテータ１０とを備えている。アーマチュアコア８は、プレス加工等によって打ち抜かれた磁性材料の板材を軸方向に積層したり（積層コア）、軟磁性粉を加圧成形したり（圧粉コア）して形成されたものであって、略円環状のコア本体１１を有している。
【００１９】
コア本体１１の外周部には、軸方向平面視略Ｔ字型のティース１２が１８つ、周方向に沿って等間隔に放射状に設けられている。各ティース１２は、径方向に延出し巻線１４が巻装される巻胴部３１と、巻胴部３１の先端に設けられ巻胴部３１に対して左右対称となるように延在する周壁部３２とで構成されている。すなわち、ティース１２の先端に設けられた周壁部３２がアーマチュアコア８の外周面を構成しており、この周壁部３２が永久磁石７と対向した状態になる。
【００２０】
コア本体１１の外周部に、ティース１２を放射状に設けることによって、隣接するティース１２間には、蟻溝状のスロット１３が１８つ形成されている。スロット１３は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に複数形成されている。
これらスロット１３間にエナメル被覆の巻線１４を挿通し、ティース１２の巻胴部３１に絶縁材であるインシュレータ（不図示）を介して巻線１４が巻装される。これにより、アーマチュアコア８の外周に、複数のアーマチュアコイル９が形成される。
【００２１】
ここで、図４に示すように、永久磁石７は瓦状に形成されたものであって、径方向内側に面する内面円弧部８１と、径方向外側に面し、ヨーク５の筒部５３に対応するように形成された外面円弧部８２と、周方向両端を形成する一対の側面８３，８３とを有している。
永久磁石７の極弧角θは、約８４°に設定されている。しかしながら、極弧角θは、
６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°の何れかを満たすように設定されていればよい（詳細は後述する）。
【００２２】
また、永久磁石７は、内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１が外面円弧部８２の円弧中心Ｐ２に対して偏芯している。偏芯方向は、外面円弧８２の円弧中心Ｐ２から永久磁石７の周方向中央の厚さ方向（図４における１点鎖線）に沿って永久磁石７から離反する方向である。つまり、外面円弧部８２の円弧中心Ｐ２は、ヨーク５の径方向中央に位置している一方、内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１は、ヨーク５の径方向中央からずれた位置に存在していることになる。
【００２３】
内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１の偏芯量δは、外面円弧部８２の円弧半径をＲｏとしたとき、
０＜δ＜Ｒｏ／２・・・（１）
を満たすように設定されている。
さらに望ましくは、
Ｒｏ／７＜δ＜Ｒｏ／４・・・（２）
を満たすように偏芯量δを設定するのがよい。
【００２４】
具体的には、本第一実施形態の円弧中心Ｐ１の偏芯量δは、約４ｍｍに設定されている。
ここで、ヨーク５の筒部５３の内径Ｄ１は、約４７．２ｍｍに設定されている。つまり、永久磁石７の外面円弧部８２の円弧半径Ｒｏは、約２３．６ｍｍに設定されていることになる。
これを式（２）にあてはめると、
２３．６／７（ｍｍ）＜δ＝４（ｍｍ）＜２３．６／４（ｍｍ）
となるので、円弧中心Ｐ１の偏芯量δは式（２）を満足している。
【００２５】
また、本第一実施形態においては、永久磁石７の周方向中央の肉厚Ｔは、約３．１ｍｍに設定されている。この肉厚Ｔは、偏芯量δが変化しても常に一定に保たれる。
したがって、内面円弧部８１の周方向の中心と外面円弧部８２の円弧中心Ｐ２との間の距離をＲｉとし、内面円弧部８１の円弧半径をＲｉ’としたとき、
円弧半径Ｒｉ’は、
Ｒｉ’＝Ｒｉ＋δ・・・（３）
を満たすように設定されていることになる。
【００２６】
本第一実施形態においては、
Ｒｏ≒２３．６ｍｍ、δ≒４ｍｍ
に設定されているので、これらを式（３）に代入すると
２３．６＋４≒２７．６（ｍｍ）＝Ｒｉ’
となる。つまり、内面円弧部８１の円弧半径をＲｉ’は、約２７．６ｍｍに設定されている。
【００２７】
このように形成された永久磁石７は、図３に示すように、永久磁石７の内面円弧部８１が周方向中央から周方向両端に向かうに従って、徐々にティース１２から離反するような状態になる。すなわち、ティース１２の周壁部３２と永久磁石７の内面円弧部８１との間のエアギャップＧは、永久磁石７の周方向中央から周方向端部に向かうに従って徐々に大きくなる。
【００２８】
また、１８つのティース１２を周方向に沿って等間隔に形成すると、各ティース１２と各スロット１３は、回転軸３を中心にして点対称に存在していることになる。一方、周方向９０度間隔においては、ティース１２とスロット１３とが交互に存在した状態になる。
このため、Ｎ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係と、Ｓ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係とがスロット１３の周方向半分の量だけずれた状態になる。
【００２９】
図２、図３に示すように、回転軸３のアーマチュアコア８よりも他端側には、コンミテータ１０が外嵌固定されている。このコンミテータ１０の外周面には、導電材で形成されたセグメント１５が１８枚取り付けられている。セグメント１５は軸線方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って等間隔に並列に固定されている。なお、コンミテータ１０の外径Ｄ２は、２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の範囲で設定されている。
【００３０】
各セグメント１５のアーマチュアコア８側の端部には、外径側に折り返す形で折り曲げられたライザ１６が一体成形されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル９の巻き始め端部と巻き終わり端部となる巻線１４が掛け回わされ、巻線１４はヒュージングなどによりライザ１６に固定されている。これにより、セグメント１５とこれに対応するアーマチュアコイル９とが導通される。
【００３１】
また、同電位となるセグメント１５、すなわち、回転軸３を中心にして互いに対向するセグメント１５（本第一実施形態では９つ置きのセグメント１５）にそれぞれ対応するライザ１６には、各々接続線４０が掛け回され、この接続線４０がヒュージングによりライザ１６に固定されている（図５参照）。接続線４０は、同電位となるセグメント１５同士を短絡するためのものであって、コンミテータ１０とアーマチュアコア８との間に配索されている。
【００３２】
このように構成されたコンミテータ１０は、減速機構４のギヤハウジング２３に臨まされた状態になっている。ギヤハウジング２３は、一面に開口部４２ａを有する略箱状に形成され減速機構４の歯車群４１を収納するハウジング本体４２と、ハウジング本体４２の開口部４２ａを閉塞するカバー４３とで構成されている。ハウジング本体４２の電動モータ２側には、ブラシ収納部２２が形成され、ここに電動モータ２のコンミテータ１０が臨まされている。
【００３３】
図２、図５に示すように、ブラシ収納部２２は、ギヤハウジング２３の電動モータ２側に凹状に形成されたものである。ブラシ収納部２２の周壁３０は、断面略長円形に形成されており、平面壁３０ａと円弧壁３０ｂとで構成されている。
ブラシ収納部２２の内側には、これに対応するように断面略長円形の筒状に形成されたカバー３３が設けられている。このカバー３３も平面壁３３ａと円弧壁３３ｂとを有している。さらに、カバー３３の内側には、このカバー３３に対応するように形成されたホルダステー３４が設けられている。ホルダステー３４は、ボルト３５によってハウジング本体４２の側壁４２ｂに締結固定されている。
【００３４】
ホルダステー３４には、周方向３箇所にブラシホルダ３６が設けられている。ブラシホルダ３６には、それぞれブラシ２１が各々スプリングＳを介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシ２１の先端部はスプリングＳによって付勢されているためコンミテータ１０のセグメント１５に摺接しており、外部からの電源（不図示）がブラシ２１を介してコンミテータ１０に供給される。
【００３５】
ブラシ２１は、陽極側に接続されている低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとに共通使用され陰極側に接続されている共通ブラシ２１ｃとで構成されている。低速用ブラシ２１ａと共通ブラシ２１ｃは互いに電気角で１８０°、つまり、機械角で周方向に９０°間隔をあけて配設されている。一方、高速用ブラシ２１ｂは、低速用ブラシ２１ａから周方向に角度αだけ離間して配置されている。なお、この第一実施形態では、共通ブラシ２１ｃを陰極側とし、低速用ブラシ２１ａ及び高速用ブラシ２１ｂを陽極側として説明するが、陽極側と陰極側を反対にしてもよい。
【００３６】
ここで、コンミテータ１０の同電位となるセグメント１５、すなわち、回転軸３を中心にして互いに対向するセグメント１５同士は接続線４０によって短絡されているため、ブラシ２１が摺接していないセグメントにも給電することが可能になる。したがって、高速用ブラシ２１ｂは低速用ブラシ２１ａよりも角度θだけ進角した位置に存在していることになる。なお、この第一実施形態においては、角度θは３１度に設定されている。
【００３７】
このように、各ブラシ２１ａ〜２１ｃを配置することによって、カバー３３、およびホルダステー３４にあっては、ブラシ２１ａ〜２１ｃの存在しない部分を切除することができる。すなわち、カバー３３を断面略長円形状に形成し、平面壁３３ａと円弧壁３３ｂとの接続部分近傍に低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃを配置させることができる。一方、カバー３３の低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃが配置されている箇所とは回転軸３を中心にして反対側の円弧壁３３ｂに、高速用ブラシ２１ｂを配置させることができる。このため、ブラシ収納部２２を断面略長円形状に形成することができ、ブラシ収納部２２の扁平化を図ることが可能になる。
【００３８】
また、図３に詳示するように、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃの周方向のブラシ幅Ｗ１は互いに略同一に設定されている。これに対し、高速用ブラシ２１ｂの周方向のブラシ幅Ｗ２は、低速用ブラシ２１ａのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されている。具体的には、コンミテータ１０の外径が２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の範囲で設定されているとき、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１は、２．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲で設定されている。一方、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２は、１．５ｍｍ以上で、かつ２．５ｍｍよりも小さい範囲で設定されている。
【００３９】
このように低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１と、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２を設定することにより、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができるようになっている。
【００４０】
すなわち、コンミテータ１０に接続されている接続線４０によって、例えば、低速用ブラシ２１ａは、回転軸３を中心にして点対称位置にも存在していることになる（図３における２点鎖線参照）。この場合、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとの間隔は、隣接するセグメント１５，１５の間隔とほぼ同じになる。しかしながら、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２が低速用ブラシ２１ａのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されているので、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができる。
【００４１】
このことは、高速用ブラシ２１ｂと共通ブラシ２１ｃとの間にも同じことがいえる。すなわち、コンミテータ１０に接続されている接続線４０によって、高速用ブラシ２１ｂは、回転軸３を中心にして点対称位置にも存在していることになる。しかしながら、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２が共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されているので、これら高速用ブラシ２１ｂと共通ブラシ２１ｃとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができる。
【００４２】
図１、図２に示すように、ギヤハウジング２３のハウジング本体４２に収納された歯車群４１は、電動モータ２の回転軸３に連結されたウォーム軸２５と、ウォーム軸２５に噛合う段付歯車２６と、段付歯車２６に噛合うスパーギヤ２７とで構成されている。ウォーム軸２５は、一端が回転軸３に連結されると共に、他端がハウジング本体４２に回転自在に軸支されている。段付歯車２６は、ウォーム軸２５に噛合うウォームホイール２８とウォームホイール２８よりも小径に形成された小径歯車２９とが一体成形されたものである。
【００４３】
段付歯車２６の径方向中央には、アイドラー軸６１が圧入されている。アイドラー軸６１は、小径歯車２９とは反対側に突出しており、この突出した端部６１ａがハウジング本体４２に回転自在に軸支されている。一方、アイドラー軸６１の端部６１ａとは反対側端に存在する小径歯車２９の先端は、カバー４３に回転自在に軸支されている。このように、段付歯車２６は、ハウジング本体４２とカバー４３とで両端が軸支された状態になっている。
【００４４】
スパーギヤ２７は、段付歯車２６の小径歯車２９に噛合っている。スパーギヤ２７の径方向中央には、ボス部６５がカバー４３側に向かって突出形成されている。このボス部６５は、カバー４３に回転自在に支持されている。また、ボス部６５には、出力軸６２が圧入されている。出力軸６２は、ハウジング本体４２の底壁（エンド部）４２ｃから突出している。ハウジング本体４２の底壁４２ｃには、出力軸６２に対応する部位に、ボス部６３が外方に向かって突出形成されている。このボス部６３には、出力軸６２を回転自在に軸支するためのすべり軸受け６４が設けられている。
【００４５】
出力軸６２のハウジング本体４２から突出した部分には、先端に向かうに従って徐々に先細りとなる先細り部６６が形成されている。この先細り部６６には、セレーション６７が形成されている。これによって、例えば、ワイパーなどを駆動するための外部機構と出力軸６２とを連結することができるようになっている。
【００４６】
この他に、ハウジング本体４２の側壁４２ｂには、コネクタ６８が回転軸３の軸方向に沿って突設されている。コネクタ６８は、外部からの電源を電動モータ２に供給するためのものである。コネクタ６８の受入れ口６９には接続端子７０が設けられており、この接続端子７０が電動モータ２のブラシ２１（２１ａ〜２１ｃ）に電気的に接続されている。これによって、外部からの電源がブラシ２１を介してコンミテータ１０に供給される。
【００４７】
さらに、ハウジング本体４２の開口縁には、カバー４３を締結固定するためのボルト座７１が一体成形されている。カバー４３は、ハウジング本体４２のボルト座７１に対応する部位に、ボルト７２を挿通可能なボルト孔（不図示）を有する取付け座７３が一体形成されている。カバー４３は、取付け座７３にボルト７２を挿通し、このボルト７２がハウジング本体４２のボルト座７１に螺入されることによってハウジング本体４２に締結固定されるようになっている。
また、カバー４３には、コネクタ６８の接続端子７０と電動モータ２のブラシ２１とを電気的に接続するための配電基板７４が設けられている。配電基板７４には、リード線の役割を有するパターン（不図示）が形成されている。
【００４８】
次に、減速機付モータ１の作用について説明する。
まず、低回転駆動時において、減速機付モータ１の電動モータ２は、共通ブラシ２１ｃと低速用ブラシ２１ａによって電力供給される。このとき、アーマチュアコア８に巻装されているアーマチュアコイル９に磁界が発生し、この磁界とヨーク５に設けられた永久磁石７との間に磁気的な吸引力や反発力が生じて回転軸３が駆動する。一方、高回転駆動時においては、高速用ブラシ２１ｂによって電動モータ２は進角され、低回転駆動時よりも高回転で作動する。
回転軸３が駆動すると、減速機構４を介して出力軸６２に伝達される。出力軸６２には、ワイパーなどを駆動するための外部機構が連結されているので、出力軸６２が回転することによって、外部機構が低速で作動したり、高速で作動したりする。
【００４９】
ここで、電動モータ２の各ティース１２、および各スロット１３は、回転軸３を中心にして点対称であって、かつ周方向９０度間隔、つまり、電気角１８０度間隔でティース１２とスロット１３とが交互に存在することで、Ｎ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係と、Ｓ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係とがスロット１３の周方向半分の量だけずれた状態になっている。
このため、Ｎ極に対応する部分のティース１２のコギングトルクの発生タイミングと、Ｓ極に対応する部分のティース１２のコギングトルクの発生タイミングとがずれる。よって、電動モータ２全体として、コギングトルクが減少する。
【００５０】
また、永久磁石７は、内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１が外面円弧部８２の円弧中心Ｐ２に対して偏芯している。これに加え、永久磁石７は、内面円弧部８１の周方向の中心と外面円弧部８２の円弧中心Ｐ２との間の距離をＲｉとし、内面円弧部８１の円弧半径をＲｉ’とし、内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１の偏芯量をδとしたとき、
円弧半径Ｒｉ’が
Ｒｉ’＝Ｒｉ＋δ
を満たすように設定されている。
【００５１】
このため、ティース１２の周壁部３２と永久磁石７の内面円弧部８１との間のエアギャップＧが永久磁石７の周方向中央から周方向端部に向かうに従って徐々に大きくなる。これにより、永久磁石７の周方向中央の磁力よりも周方向両端の磁力を弱めることができる。よって、各ティース１２が永久磁石７の周方向両端を通過する際の磁気的な吸引力や反発力の変化を小さくすることができ、アーマチュア６のコギングトルクが減少する。
【００５２】
また、永久磁石７の極弧角θを約８０°に設定している。
つまり、極弧角θを
６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°の何れかを満たすように設定することで、アーマチュア６のコギングトルクを減少させることができる。
【００５３】
このことを図６に基づいて、より詳しく説明する。
図６は、縦軸をコギングトルク［Ｎｍ］とし、横軸を永久磁石７の極弧角［θ］とした場合のコギングトルクの変化を示し、内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１の偏芯量δを０ｍｍ〜４ｍｍまで１ｍｍ刻みに変化させた場合における各々偏芯量δごとのコギングトルクの違いを示したグラフである。
【００５４】
同図に示すように、永久磁石７の極弧角θが
６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°の何れかの範囲に設定されているとき、これらの範囲外に極弧角θが設定されている場合と比較して大幅にコギングトルクが大きく減少しているのが確認できる。
また、偏芯量δが大きければ大きいほどコギングトルクが減少することが確認できる。
【００５５】
ここで、偏芯量δが大きければ大きいほどコギングトルクが減少するが、永久磁石７のティース１２に対する磁力、つまり、有効磁束も低下してしまう。
これについて、図７、図８に基づいて、より詳しく説明する。
図７は、縦軸をコギングトルク［Ｎｍ］とし、横軸を内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１の偏芯量δ［ｍｍ］とした場合であって、かつ永久磁石７の極弧角θが約８４°に設定された場合のコギングトルクの変化を示すグラフである。
図８は、縦軸を永久磁石７の有効磁束［Ｗｂ］とし、横軸を内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１の偏芯量δ［ｍｍ］とした場合であって、かつ永久磁石７の極弧角θが約８４°に設定された場合の永久磁石７の有効磁束の変化を示すグラフである。
【００５６】
図７に示すように、偏芯量δを大きくすればするほどコギングトルクが減少するのが確認できる。とりわけ、偏芯量δが０ｍｍから１０ｍｍに至るまでの間では、コギングトルクが大きく減少していくことが確認できると共に、偏芯量δが１０ｍｍを超えるとコギングトルクの減少に殆ど変化が見られなくなることが確認できる。
一方、図８に示すように、偏芯量δを大きくすればするほど永久磁石７の有効磁束が減少していくのが確認できる。
【００５７】
これらのことを鑑みると、永久磁石７の外面円弧部８２の円弧半径Ｒｏが約２３．６ｍｍに設定されているとき、
偏芯量δを
δ≦１１．５ｍｍ程度
に設定するのがよい。つまり、偏芯量δを（１）式を満たすように設定するのがよい。
さらに望ましくは、偏芯量δを（２）式を満たすように設定することで、つまり、偏芯量δを約４ｍｍ程度に設定することで、永久磁石７の有効磁束を確保しつつアーマチュア６のコギングトルクを減少させることができる。
【００５８】
したがって、上述の第一実施形態によれば、磁極数を４極に多極化すると共に、スロット１３（ティース１２）の個数を１８つに多スロット化することで、電動モータ２の小型、高性能化を図ることができる。
また、永久磁石７の有効磁束を確保しつつアーマチュア６のコギングトルクを減少させることができるので、電動モータ２の高性能化を図りつつコギングトルクを減少させることができる。この結果、減速機付モータ１の振動、騒音を低減させることができる。
【００５９】
次に、この発明の第二実施形態を図１〜図３を援用し、図９〜図１１に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第二実施形態において、減速機付モータ１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転軸３に連結された減速機構４とを備えている点、電動モータ２のヨーク５の筒部５３は略円筒状に形成され、この内径Ｄ１は、約４７．２ｍｍに設定されている点、筒部５３の内周面には、４つのセグメント型の永久磁石８７が周方向に等間隔で磁極が順番となるように配設されている点、永久磁石８７の極弧角θは、
６０°≦θ≦６５°、７０°≦θ≦７５°、および８０°≦θ≦８５°
の何れかを満たすように設定されている点、アーマチュア６は、回転軸３に外嵌固定されたアーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻装されたアーマチュアコイル９と、回転軸３の他端側に配置されたコンミテータ１０とを備えている点、アーマチュアコア８には、軸方向平面視略Ｔ字型のティース１２が１８つ、周方向に沿って等間隔に放射状に設けられている点等の基本的構成は、前述した第一実施形態と同様である。
【００６０】
ここで、第二実施形態の永久磁石８７は、瓦状に形成され、周方向両端側であって内面円弧部８１側に、テーパ面８８が形成されている。このテーパ面８８は、永久磁石８７の周方向両端に向かうに従って径方向外側に傾斜するように形成されている。
テーパ面８８の開始位置Ｐ３は、この開始位置Ｐ３と永久磁石８７の周方向中央との間の角度をαとしたとき、
α≦（θ／２）×（３／４）・・・（４）
を満たすように設定されている。
【００６１】
また、テーパ面８８の径方向に対するテーパ角度βは、
９０°＜β≦９５°
を満たすように設定されている。
さらに、永久磁石８７のテーパ面８８の開始位置Ｐ３，Ｐ３間の肉厚は、一定になるように形成されている。すなわち、永久磁石８７の内面円弧部８１の円弧中心Ｐ１の位置と、外面円弧部８２の円弧中心Ｐ２の位置は、同じ位置に存在し、両者８１，８２は同心円上に存在している。
【００６２】
なお、永久磁石８７の周方向中央の肉厚Ｔが約３．１ｍｍに設定されているので、内面円弧部８１の円弧半径Ｒｉ’と、外面円弧部８２の円弧半径Ｒｏは、それぞれ
Ｒｉ≒２０．５ｍｍ，Ｒｏ≒２３．６ｍｍ
に設定されている。
【００６３】
このように形成することで、永久磁石８７は周方向両端に向かうに従って徐々に先細りとなるような形状を有する。また、永久磁石８７の内面円弧部８１にテーパ面８８を形成することによって、ティース１２の周壁部３２と永久磁石８７の内面円弧部８１との間のエアギャップＧが永久磁石８７の周方向中央から周方向端部に向かうに従って徐々に大きくなる。これにより、永久磁石８７の周方向中央の磁力よりも周方向両端の磁力を弱めることができる。よって、永久磁石８７の有効磁束を確保しつつアーマチュア６のコギングトルクを減少させることができる。
【００６４】
より詳しく、図１０、図１１に基づいて説明する。
図１０は、縦軸をコギングトルク［Ｎｍ］とし、横軸をテーパ面８８の開始位置、つまり、角度α［ｄｅｇ］とした場合であって、かつ永久磁石８７の極弧角θを約８０°に設定した場合のコギングトルクの変化を示すグラフである。
同図に示すように、角度αが３０°以下のとき、角度αが３０°よりも大きい場合と比較して大幅にコギングトルクが減少していることが確認できる。永久磁石８７の極弧角θは、約８０°に設定されているので、角度αを
α≦３０°
に設定することで、角度αは（４）式を満たすように設定されていることになる。
【００６５】
図１１は、縦軸をコギングトルク［Ｎｍ］とし、横軸をテーパ面８８のテーパ角度βとした場合であって、かつ永久磁石８７の極弧角θを約８０°に設定した場合のコギングトルクの変化を示すグラフである。
同図に示すように、テーパ角度βが
９０°＜β≦９５°
の範囲に設定されているとき、これ以外の領域にテーパ角度βが設定されている場合と比較して大幅にコギングトルクが減少していることが確認できる。
したがって、上述の第二実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態における減速機付モータの平面図である。
【図２】本発明の実施形態における減速機付モータの縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態における電動モータの横断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態における永久磁石の断面図である。
【図５】図２のＡ矢視図である。
【図６】本発明の第一実施形態におけるコギングトルクの変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第一実施形態におけるコギングトルクの変化を示すグラフである。
【図８】本発明の第一実施形態における永久磁石の有効磁束の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第二実施形態における永久磁石の断面図である。
【図１０】本発明の第二実施形態におけるコギングトルクの変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の第二実施形態におけるコギングトルクの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１  減速機付モータ
２  電動モータ
３  回転軸
４  減速機構
５  ヨーク
６  アーマチュア
７，８７  永久磁石
８  アーマチュアコア
９  アーマチュアコイル（コイル）
１０  コンミテータ
１２  ティース
１３  スロット
１４  巻線（コイル）
１５  セグメント
５３  筒部
８１  内面円弧部（内面）
８２  外面円弧部（外面）
８３  側面
８８  テーパ面
Ｄ１  内径
Ｄ２  外径
Ｐ１，Ｐ２  円弧中心
Ｐ３  開始位置
Ｒｏ  円弧半径（外面の円弧半径）
Ｒｉ  距離
Ｒｉ’  円弧半径（偏芯円弧半径）
Ｔ  肉厚
α  角度
β  テーパ角度
δ  偏芯量
θ  極弧角
【図１】
2010093939.tif 000003
【図２】
2010093939.tif 000004
【図３】
2010093939.tif 000005
【図４】
2010093939.tif 000006
【図５】
2010093939.tif 000007
【図６】
2010093939.tif 000008
【図７】
2010093939.tif 000009
【図８】
2010093939.tif 000010
【図９】
2010093939.tif 000011
【図１０】
2010093939.tif 000012
【図１１】
2010093939.tif 000013