(57)【要約】    【課題】  モータ効率を維持しつつ、騒音への影響が小さく、小型、軽量、かつ製造コストが安価な逆転防止機能を備えた電動モータ及び当該モータを用いた車両開閉体の駆動装置を提供する。    【解決手段】  回転軸５と、回転軸を内包して軸支するモータケース３と、回転軸と一体的に、かつ回転軸に対して放射状に設けられ、その各先端部に回転軸の周方向に張り出した鍔部８ａを備える複数のティース８に電機子コイルが巻装された回転子６と、モータケース３の内周面に複数の磁極を形成するべく、回転子の外周面と相対するようにモータケースの内周面に配設された複数磁極のマグネット７を備える固定子とを有する電動モータ２であって、前記電動モータの非通電状態においてマグネットの周方向の磁極間に相対する位置に位置する複数個のティースの内に鍔部が一部分において欠切されているティースを回転軸に対して対称となるように複数個含むようにした。【選択図】    図１
2008259316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸を内包して軸支するモータケースと、
前記回転軸と一体的に、かつ前記回転軸に対して放射状に設けられ、その各先端部に前記回転軸の周方向に張り出した鍔部を備える複数のティースに電機子コイルが巻装される回転子と、
前記モータケースの内周面に複数の磁極を形成するべく、前記回転子の外周面と相対するように前記モータケースの内周面に配設された複数磁極のマグネットを備える固定子とを有する電動モータであって、
前記電動モータの非通電状態において前記マグネットの周方向の磁極間に相対する位置に位置する複数個の前記ティースの内に前記鍔部が一部分において欠切されているティースを前記回転軸に対して対称となるように複数個含むことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記鍔部の一部分が欠切されたティースは、前記鍔部の前記回転軸の軸方向での中間部が欠切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３】
前記回転軸の軸方向の両端面は前記モータケースにスチールボールを介して支持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動モータ。
【請求項４】
前記ティースはスキュー角を有して回転軸と一体的に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動モータ。
【請求項５】
電動モータにより車両開閉体を開閉駆動する車両開閉体の駆動装置であって、
前記駆動装置は、電動モータと、電動モータの回転を出力する出力軸と、前記出力軸の回転を前記車両用開閉体に伝達する動力伝達機構とを有し、
前記電動モータは、
回転軸と、
前記回転軸を内包して軸支するモータケースと、
前記回転軸と一体的に、かつ前記回転軸に対して放射状に設けられ、その各先端部に前記回転軸の周方向に張り出した鍔部を備える複数のティースに電機子コイルが巻装された回転子と、
前記モータケースの内周面に複数の磁極を形成するべく、前記回転子の外周面と相対するように前記モータケースの内周面に配設された複数磁極のマグネットを備える固定子とを有する電動モータであって、
前記マグネットの周方向の磁極間隔に相当する範囲における複数個の前記ティースの内に前記鍔部が一部分において欠切されているティースを前記回転軸に対して対称となるように複数個含むことを特徴とする車両開閉体の駆動装置。
【請求項６】
前記鍔部の一部分が欠切されたティースは、前記鍔部の前記回転軸に軸方向での中間部が欠切されていることを特徴とする請求項５に車両開閉体の駆動装置。
【請求項７】
前記回転軸の軸方向の両端面は前記モータケースにスチールボールを介して支持されることを特徴とする請求項５又は６に記載の車両開閉体の駆動装置。
【請求項８】
前記ティースはスキュー角を有して回転軸と一体的に設けられることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の車両開閉体の駆動装置。
【請求項９】
前記回転子は、１０個のティースを有し、
前記マグネットは、前記回転軸の周方向に連続する３個のティースに対応する極弧角を有し、かつ回転軸に対して対称となる位置に２個配設され、
前記２個のマグネットの周方向の磁極間隔に相当する範囲における前記１０個のティースの内の４個のティースが前記前記鍔部の一部分が欠切されたティースであることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の車両開閉体の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータ及び車両開閉体の駆動装置に用いられる電動モータに関するものであり、詳しくは電動モータの回転停止位置を自己保持して逆転防止を図ることができる電動モータ及び該電動モータを使用した車両開閉体の停止位置を保持することができる車両開閉体の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のパワーウィンドウの駆動源として電動モータが使用されている。これらのモータは被駆動部材側から外力が入力される、即ち窓ガラス外側から外力が加えられることによって回転子が回転すると窓ガラスが開閉してしまうことがあるため、防犯性の面から外力によるモータ回転を防止する対策が行われている。
【０００３】
例えば、モータの回転軸の軸線方向端面に樹脂製のスラスト軸受を固設し、スラスト軸受の接触先端面をモータケースの対向する部分のプレートに接触可能にして、外力により回転軸が軸線方向に変位した場合にスラスト軸受の先端とプレートとの接触面間に摩擦力を発生させて、それにより外側からの窓の開閉を防止する力（ブレーキ力）を発生させるようにしたものがあった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６１−３６４７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の上記構造のものでは、窓ガラス外側からの外力による窓ガラスの開閉を防止することができるが、このスラスト軸受はモータによる窓ガラスの開閉時にもプレートとの間で僅かながらの摩擦力を発生させて抵抗となってしまうことから、所望のモータの駆動効率を得るためには出力の大きいモータにしなければならないという課題があった。また、摩擦によって騒音が発生するという課題や、樹脂製のスラスト軸受には耐磨耗性が要求されることから高価な樹脂材料を使用する必要があり製造コストが増加するという課題があった。
【０００５】
本発明は、以上の課題を鑑みなされたものであって、モータの駆動効率を維持しつつ、騒音への影響を低減し、小型、軽量、かつ製造コストが安価な逆転防止機能を備えた電動モータ及び当該モータを用いた車両開閉体の駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、回転軸５と、前記回転軸５を内包して軸支するモータケース３と、前記回転軸５と一体的に、かつ前記回転軸５に対して放射状に設けられ、その各先端部に前記回転軸５の周方向に張り出した鍔部８ａを備える複数のティース８に電機子コイルが巻装された回転子６と、前記モータケース３の内周面に複数の磁極を形成するべく、前記回転子６の外周面と相対するように前記モータケース３の内周面に配設された複数磁極のマグネット７を備える固定子とを有する電動モータ２であって、前記電動モータ２の非通電状態においてマグネット７の周方向の磁極間に相対する位置に位置する複数個の前記ティース８の内に前記鍔部８ａが一部分において欠切されているティースを前記回転軸５に対して対称となるように複数個含むことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、前記鍔部８ａの一部分が欠切されたティースは、前記鍔部８ａの前記回転軸５の軸方向での中間部が欠切されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、前記回転軸５の軸方向の両端面は前記モータケース２にスチールボール１０を介して支持されることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明であって、前記ティース８はスキュー角を有して回転軸５と一体的に設けられることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、電動モータ２により車両開閉体を開閉駆動する車両開閉体の駆動装置１であって、前記駆動装置１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転を出力する出力軸９ａと、前記出力軸９ａの回転を前記車両用開閉体に伝達する動力伝達機構とを有し、前記電動モータ２は、回転軸５と、前記回転軸５を内包して軸支するモータケース３と、前記回転軸と一体的に、かつ前記回転軸５に対して放射状に設けられ、その各先端部に前記回転軸５の周方向に張り出した鍔部８ａを備える複数のティース８に電機子コイルが巻装された回転子６と、前記モータケース３の内周面に複数の磁極を形成するべく、前記回転子６の外周面と相対するように前記モータケース３の内周面に配設された複数磁極のマグネット７を備える固定子とを有する電動モータ２であって、前記マグネットの周方向の磁極間隔に相当する範囲における複数個の前記ティース８の内に前記鍔部８ａが一部分において欠切されているティース８を前記回転軸５に対して対称となるように複数個含むことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明であって、前記鍔部８ａの一部分が欠切されたティース８は、前記鍔部８ａ前記回転軸に軸方向での中間部が欠切されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明であって、軸方向の両端面はは前記モータケース３にスチールボール１０を介して支持されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明は、請求項５乃至７のいずれかに係る発明であって、前記ティース８はスキュー角を有して回転軸５と一体的に設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に係る発明は、請求項５乃至８のいずれかに係る発明であって、前記回転子６は、１０個のティース８を有し、前記マグネット７は、前記回転軸５の周方向に連続する３個のティース８に対応する極弧角を有し、かつ回転軸５に対する対称位置に２個配設され、前記２個のマグネット７の周方向の磁極間隔に相当する範囲における前記１０個のティース８の内の４個のティース８が前記前記鍔部８ａの一部分が欠切されたティース８であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によると、回転子の一部のティースに鍔部を有さないティースが形成されるため、この部分により回転子とマグネットとの間の磁束によって発生するモータのコギングトルクが大きくなる。コギングトルクを発生させる主要因はティースの鍔部間の溝（スロット）であるため、鍔部を取り除くことによってティース間の距離が大きくなり、コギングトルクが増加する。また、電動モータの非通電状態においてマグネットの磁極間に相対する位置に鍔部を有さないティースが複数個配置されるようにするため、鍔部を有さないティースが所定の位置に隣接するようになって鍔部が存在しない部分の間隔が広がり、より大きなコギングトルクが発生するようになる。そのため、電動モータの非通電状態においてモータを回転させるためには、コギングトルクに打ち勝つ力を加えなければならないため、外力によるモータの逆転を防止するために有効に作用する。
【００１６】
また、鍔部を有さないティースが電動モータの非通電状態においてマグネットの磁極間に相対する位置に集合することから、モータの回転に対してコギングトルクの大きさは極の数に応じて周期的に大きく変化するようになる。その周期の中で、コギングトルクの加わる方向は、回転を防止する方向と、回転を促進する方向との２方向が有り、それらを交互に繰り返す。そのため、モータ停止時のある回転位置では回転を防止するため大きなコギングトルクを発生させ、他の回転位置ではコギングトルクを低く保ち、或いは回転方向を促進するする方向にコギングトルクを発生させることができ、モータ回転の効率を高く維持することができる。また、鍔部を有さないティースを回転軸に対して対称に配置することにより、磁気的及び重量的なバランスの悪化を最小限としてモータに発生する振動を最小限とすることができる。この効果により、モータより発生する騒音の悪化も最小限とすることができる。
【００１７】
請求項２の発明によると、鍔部の欠切位置はティースの回転軸の軸方向における中間部に設けられるため、ティースの回転軸方向における両端には鍔部が設けられ、ティースに巻装される電機子コイルが巻き崩れを起すことなく確実に保持することができる。
【００１８】
請求項３の発明によると、回転軸の軸方向の両端面を、スチールボールを介して支持するため、モータの製造コストを低減することができる。上記したように従来ではモータに回転防止機能を付加する場合、回転軸の軸線方向端部に摩擦力を発生させるために高価な樹脂製のスラスト軸受を使用していたが、本発明では請求項１の発明によりモータのコギングトルクを利用して外力によるモータの逆転を防止できるため、軸受部において摩擦力を発生させる必要はなく、高価な樹脂軸受を使用する必要はない。そのため、安価なスチールボール軸受を使用することができ、軸受構造は簡潔になり、モータ全体として小型化、軽量化が図れる。また、スチールボールによる支持構造では摩擦を低減してモータ効率を高く維持することができる。
【００１９】
請求項４の発明によると、スキュー角を設けることにより、高調波損失を低減し、モータ駆動時の振動及び騒音を低減することができる。
【００２０】
請求項５の発明によると、請求項１の発明による電動モータを使用した車両開閉体の駆動装置を得ることができる。本発明に係る駆動装置が車両開閉体駆動用に設けられた場合には、駆動装置の電動モータがその非通電状態においてコギングトルクを利用した回転防止機能を有するため、車両開閉体を開閉させようとする外力が加わっても、電動モータは外力に対して抵抗となり回転することがないため、開閉体は開閉することがない。そのため、防犯機能を発揮する。
【００２１】
請求項６、７及び８の発明は、請求項２、３及び４の発明が請求項１の電動モータに与える効果と同様の効果を請求項５の車両開閉体の駆動装置に与える。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項５乃至８の車両開閉体の駆動装置の最適な構成を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された電動モータ及び車両開閉体としての自動車用パワーウィンドウの駆動装置に用いられる電動モータの断面図である。図２は図１中の矢印Ｘより見たモータ及びモータを用いた自動車用パワーウィンドウ装置を示す断面図である。図３は本実施形態に係るモータの回転子のティース形状を示す斜視図である。図４はコギングトルクの波形を示す図である。
【００２４】
図１より、車両開閉体の駆動装置としての自動車用パワーウィンドウ駆動装置に用いられる電動モータ１は、モータ部２と、モータ部２のモータケース３に一体的に連結された減速機構４を内蔵する減速機ケース１２とにより構成されている。モータ部２の内部に軸支される回転軸５は、一端部が有底円筒状に形成されたモータケース３の底部に設けられたラジアル軸受３ａとスラスト軸受３ｂにより支持され、モータケース３から突出する他端部は減速機ケース１２内に延在して、減速機ケース１２内部に設けられたラジアル軸受４ａとスラスト軸受４ｂに支持され、中間部がラジアル軸受４ｃによって回転自在に軸支されており、回転軸５に同軸かつ一体的に設けられた回転子６と、回転軸に同軸かつ一体的に設けられたコンミテータ１３とを備え、モータケース３の内周面には回転子６の外周面に相対するようにモータケース３の内周面に固定された複数磁極としての２個のマグネット７を備える。なお、モータ部２の内部には、通電により電動モータ１を駆動するための一対のブラシ１４がコンミテータ１３と摺接可能に設けられている。
【００２５】
回転軸５の減速機ケース１２内に延在するラジアル軸受４ａ，４ｃの間の中間部分にはウォーム５ａが一体的に設けられている。ウォーム５ａにはウォームホイール９がギア結合されており、これらのウォームギアにより減速機構４が構成されている。なお、ウォームホイール９の中心軸が本モータ装置の出力軸９ａとして構成され、その出力軸９ａには図示されない窓ガラスを開閉するための動力伝達機構としてのリンク機構が連結される。
【００２６】
回転子６は、回転軸５と一体的に、かつ回転軸５に対して放射状に設けられ、その各先端部に回転軸５の周方向に張り出した鍔部８ａを備える複数のティース８と、ティース８に巻装された複数の電機子コイル（図示せず）とにより構成されている。なお、複数の電機子コイルの各端末線は前述したコンミテータ１３の所望の位置にそれぞれ電気的に接続されている。ティース８は、複数個の内の一部のティース８において、鍔部８ａを有さない鍔なし部分８ｂを有するティース８を含む。本実施形態では、鍔なし部分８ｂはティース８の回転軸５の軸線方向における中間部分に設けられているが、ティース８の回転軸５の軸線方向における端部等に設けられても良い。また、本実施形態における回転子５のティース８は回転軸５に対してスキュー角が設けられている。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態では回転子６は例えば１０個のティース８を有し、各ティース８同志の角度は３６°に設定され、その内の４個は鍔なし部分８ｂを有するティース８とされている。鍔なし部分８ｂを有するティース８は、２個ずつ隣接して７２°の角度をもって設けられ、それぞれの隣接した組は回転軸５に対して対称に設けられる。鍔部８ａを有するティース８は、３個ずつ隣接して１０８°の角度をもって設けられ、それぞれの隣接した組は回転軸５に対して対称に設けられる。このように配置されたティース８によって形成される回転子６（コア）を図３に示す。鍔なし部の大きさを例示すると、回転子６のティース８より形成されるコアの直径が２５ｍｍで、コアの軸線方向における長さが２４ｍｍの場合に、鍔なし部分は軸線方向でティース８の中間部分に１０ｍｍの大きさで形成される。マグネット７は、モータケース３の内周に２個設けられ２極を形成し、１つのマグネット７は隣接した３個の鍔部に相当する極弧角（１０８°）を有する。
【００２８】
回転軸５は、モータケース３及び減速機ケース１２に軸支されていると共に、その軸線方向の両端部はスチールボール１０・１１によって前述したスラスト軸受３ｂ，４ｂに当接支持されている。なお、スチールボール１０・１１による軸受構造は公知のものであって良く詳述は省略する。
【００２９】
上記の構成とすることによって得られる効果について説明する。上記のように鍔部８ａが欠切されたティース８を設けることによって、図４に示すように、回転子６の回転位置におけるコギングトルクが変化する。図４は本実施形態に係る電動モータ２と、本実施形態と比較して鍔なし部分８ｂを有さないことのみ異なりその他の構成が同じ電動モータとの回転子の回転位置におけるコギングトルクを示す。鍔なし部分８ｂを有さない、つまり通常の電動モータはそのスロット数に応じた周期を持つコギングトルクが発生する。それに対して、本実施形態に係る電動モータ２は、ティース８に２個ずつ隣接する鍔なし部分８ｂが設けられているため、大きなコギングトルク変化を発生させることができ、また、回転軸に対称に２箇所有するため、極の数（２極）に応じて１８０°周期でコギングトルクが大きく変化する。
【００３０】
本実施形態における電動モータ２の６個の鍔部を有するティース８の全てがマグネット７に相対する、つまり、鍔部８ａを有する隣接する３個のティースの角度１０８°とマグネット７の極弧角（１０８°）が一致する初期位置では、コギングトルクは０となり、この位置から出力軸９ａに外力を加えて回転子６を回転させようとすると、その回転方向とは逆向きのコギングトルクが生じる。この逆向きのコギングトルクは回転子６を初期位置から４５°回転させた位置が最大となり、その後回転を進めるとコギングトルクは減少し９０°回転した位置で再び０となる。その後回転を進めると、次は逆に回転子６を回転させる方向にコギングトルクが発生する。この順方向のコギングトルクは初期位置から１３５°回転した位置で最大となり、その後減少して１８０°回転した位置で０となる。本実施形態では、ティース８の配置は１８０°で対称であるため、１８０°から３６０°まで回転するときも同様にコギングトルクが変化し、つまり、コギングトルクのピークは回転子６の１回転中で２回発生することになる。
【００３１】
本実施形態において、回転防止力は例えば、回転子６のティース８より形成されるコアの直径が２５ｍｍ、コアの軸線方向における長さが２４ｍｍ、鍔なし部分は軸線方向でティースの中間部分に１０ｍｍの大きさである場合には、約２０ｍＮ・ｍ発生する。これは通常の鍔部８ａを全て有する電動モータの回転防止力の３乃至１０倍程度である。また、コギングトルクを増減させたい場合には、鍔なし部分８ｂの軸線方向の長さを変えることによって調整が可能である。
【００３２】
また、電動モータ２のブラシ１４に通電を行って電動モータ２を回転させる際には、上記したように回転を妨げる力と回転を促進する力とが交互に同じ大きさで発生するため、モータ効率を低下させることはない。
【００３３】
また、コギングトルクを利用した回転防止力により、スラスト軸受部分において摩擦力を発生させる必要がなくなる。そのため、スラスト軸受としては構造が簡潔かつ安価なスチールボールを採用することができ、製造コストを低下させることができる。また、スラスト軸受より発生する摩擦抵抗がなくなるためモータ効率は向上する。
【００３４】
また、コギングトルクを増加させることにより、振動及び騒音の発生が懸念されるが、低周波数成分（２００Ｈｚ付近）において若干の悪化が確認されたのみに止まり、音圧への影響はほとんどない。
【００３５】
また、ティース８を回転軸５に対してスキュー角を設けても図４に示すように回転防止に利用可能なコギングトルクが得られる。一般的にスキュー角を設けるとコギングトルクが減少するが、本実施形態においては、高調波損失を防止し、騒音及び振動を防ぐためスキュー角を設けている。スキュー角を設けない場合には、高調波損失が増加して図４に示すグラフの波形に小さな波のノイズが付加的に発生する。
【００３６】
以上、本発明に係る実施形態について説明をしたが、記載した実施形態以外にも種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態では２極モータとしたが、４極又は６極と極数は任意に選択でき、実施形態と同様にマグネット間の間隔に相当する位置に位置するティースの鍔部を切欠することでコギングトルクを増加させることができる。更に、本実施形態では２個のマグネット７を用いているが、磁極間が連結したリング状マグネットであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用されたモータ及びモータを用いた自動車用パワーウィンドウ駆動装置を示す断面図である。
【図２】図１中の矢印Ｘ方向より見たモータ及びモータを用いた自動車用パワーウィンドウ装置を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係るモータの回転子のティース形状を示す斜視図である。
【図４】コギングトルクの波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
２      モータ部
３      モータケース
４      減速機構
５      回転軸
６      回転子
７      マグネット
８      ティース
８ａ    鍔部
８ｂ    鍔なし部分
９ａ    出力軸
１０・１１    スチールボール
１２    減速機ケース
１３    コンミテータ
１４    ブラシ
【図１】
2008259316.tif 000003
【図２】
2008259316.tif 000004
【図３】
2008259316.tif 000005
【図４】
2008259316.tif 000006