(57)【要約】【課題】アーマチュアコアの径方向に同極同士を互いに対向させたマグネットを設けたモータにおけるトルクリプルの低減を実現する。【解決手段】ロータ４を内蔵する筒状ヨーク３の内周面に一対の互いに同極同士を対向させたマグネット１２を配設し、ヨークの各マグネットの間を鉄極部分３ａとして形成し、鉄極部分をマグネット１２よりも大きな曲率半径で形成する。アーマチュアコアの回転面を形成するティースがマグネットから鉄極部分に移る際に吸引トルクが急激に立ち上がろうとするが、鉄極部分の対応する部分がティースから遠いため、吸引トルクの急激な立ち上がりが抑制され、またその後の急激な落ち込みも抑制される。これにより、吸引トルクの立ち上がりおよび落ち込みを緩やかに変化させることができ、トルクリプルが低減される。【選択図】図２
2009171703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸に一体的に設けられかつコイルを巻線されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアを同軸的に回転自在に受容する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に前記アーマチュアコアの径方向に同極同士を互いに対向させて少なくとも一対配設されたマグネットとを有し、
前記ヨークにおける前記マグネットの周方向に隣り合うもの同士の間となる部分に前記マグネットの前記同極とは異なる異極となる鉄極が設けられたモータであって、
前記ヨークの前記鉄極となる部分が、周方向に隣り合う前記マグネット間の中央部から前記マグネットと隣接する部分に至るに連れて前記アーマチュアコアの回転外周面に対する間隔が漸増する弧状断面形状に形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記ヨークの前記鉄極となる部分が、前記アーマチュアコアの軸心から半径方向に偏倚した点を中心としかつ前記マグネットの前記アーマチュアコアに臨む内周面の曲率半径よりも大きな曲率半径の内周面を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを巻線されたアーマチュアコアを同軸的に回転自在に受容する筒状のヨークの内周面にマグネットを配設したモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばインナロータ形式のモータにあっては、円筒状のヨークの内周面に複数のマグネットを各磁極が交互になるように周方向に並べているものが公知である。そのようなモータで例えば４極の磁極を有するものにあっては、４つの円弧状断面形状のマグネットを周方向に等配分して設けており、その場合には径方向の厚さは全周において同じになる。
【０００３】
それに対して、２つのマグネットを同極同士が対向するようにヨーク内周面に配設し、ヨークにおける２つのマグネット間の部分をロータに近接させて形成した疑似４極モータを構成することにより、マグネットを配設していない部分の径方向の厚さを薄型化したモータが提案されている（例えば特許文献１参照）。このようなモータを自動車のドア内に装着するパワーウィンドウ用モータ装置に適用することにより、ドアの薄型化に貢献し得るなど、モータを装着する部分のコンパクト化を実現し得る。
【特許文献１】特開２００７−１２４８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記疑似４極モータにあっては、ヨークにおけるマグネット間の部分がマグネットに対して異極となる鉄極となり、その鉄極におけるトルク発生源は、ロータ側のティースとヨーク側の鉄極との間に発生するリラクタンストルクである。
【０００５】
一方、上記ヨークにおけるマグネット間の鉄極となる部分にあっては、ロータ（ティース）の回転面に沿う円弧状の曲面に形成することが考えられる。その場合にはロータの回転において鉄極とティースとのエアギャップは均一である。そして、ティースが鉄極に対してずれて配置されているときは、鉄極がティースを引き寄せる吸引トルク（リラクタンストルク）が発生するが、ティースが鉄極と重なった（最も引き寄せられた）後は鉄極とティースとのエアギャップが均一であるため、発生するリラクタンストルクのうちのロータの回転方向への回転力となるトルクが発生しなくなる。そのため、ティースが鉄極と重なっていない状態でティースに発生するロータの回転方向への回転力となるトルクと、ティースが鉄極と重なっている状態でティースに発生するロータの回転方向への回転力ととなるトルクとの相違により、トルクリプルが大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決して、アーマチュアコアの径方向に同極同士を互いに対向させたマグネットを設けたモータにおけるトルクリプルの低減を実現するるために本発明に於いては、ロータ軸に一体的に設けられかつコイルを巻線されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアを同軸的に回転自在に受容する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に前記アーマチュアコアの径方向に同極同士を互いに対向させて少なくとも一対配設されたマグネットとを有し、前記ヨークにおける前記マグネットの周方向に隣り合うもの同士の間となる部分に前記マグネットの前記同極とは異なる異極となる鉄極が設けられたモータであって、前記ヨークの前記鉄極となる部分が、周方向に隣り合う前記マグネット間の中央部から前記マグネットと隣接する部分に至るに連れて前記アーマチュアコアの回転外周面に対する間隔が漸増する弧状断面形状に形成されているものとした。
【０００７】
特に、前記ヨークの前記鉄極となる部分が、前記アーマチュアコアの軸心から半径方向に偏倚した点を中心としかつ前記マグネットの前記アーマチュアコアに臨む内周面の曲率半径よりも大きな曲率半径の内周面を有するように形成されていると良い。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、少なくとも一対のマグネットを同極同士が対向するように配設したモータにおいて、ヨークの鉄極となる部分が、その周方向中央部でアーマチュアコアに最も近く、マグネットに近付くに連れて遠ざかる（間隔が漸増する）ことから、ロータの回転において、アーマチュアコアの回転面を形成するティースがマグネットから鉄極部分に移る際に鉄極部分からの吸引トルクが急激に立ち上がろうとするが、鉄極部分のマグネットに最も近いところがアーマチュアコアの回転面すなわちティースから最も遠いため、吸引トルクの急激な立ち上がりが抑制される。また、その後の吸引トルクの急激な落ち込みも抑制される。これにより、マグネットから鉄極部分にティースが移る際の吸引トルクの立ち上がりおよび落ち込みを緩やかに変化させることができ、急激な立ち上がりや落ち込みによるトルクリプルを抑制することができる。なお、トルクリプルを減少させるだけであり、平均トルクは変化しない。
【０００９】
特に、鉄極部分の形成において、マグネットの内周面の曲率半径よりも大きな曲率半径による内周面とすることにより、設計および加工を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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自動車用ワイパモータを示す図である。図に示されるように、モータ１とギアボックス２とが互いのケーシング同士を結合させて一体化されている。なお、本発明のモータにあってはワイパモータに限られるものではなく、種々のモータ装置に適用可能である。
【００１１】
図示例のモータ１は、４極の磁極を有するモータであり、ケーシングを構成する有底筒状のヨーク３と、ヨーク３内に回転自在に受容されたアーマチュアコアとしてのロータ４とを有する。ロータ４は、ロータ軸４ａと、ロータ軸４ａに同軸に固設された積層電磁鋼板からなるコア４ｂと、コア４ｂに巻線されたコイル４ｃとにより構成されている。ロータ軸４ａの軸線方向一端部は、有底筒状のヨーク３の底部の中央部分に軸受部材を介して回転可能に支持され、他端部はヨーク３の開口端からギアボックス２内に延出しかつ適所で軸支されている。
【００１２】
なお、ロータ軸４ａのギアボックス２側にはコンミテータ５が固設されており、コンミテータ５に摺接するブラシ６を支持するブラシホルダ７はギアボックス２のケーシングの一部により支持されている。
【００１３】
また、ロータ軸４ａのギアボックス２内に突入している端部にはウォーム８が一体的に設けられ、ギアボックス２内に設けられたホイール９とウォーム８とが噛み合わされている。ホイール９にはギアボックス２の外方に突出する出力軸１０が同軸に一体的に設けられており、出力軸１０の外方突出端部には図示されないワイパ装置のリンク機構１１の一部を構成するリンクアームと連結するためのテーパ状のセレーション部１０ａとリンクアームを固定するためのナットが螺合するねじ部１０ｂが形成されている。したがって、図示例ではロータ軸４ａと出力軸１０とは互いに直交している。
【００１４】
図２に示されるように、ヨーク３の内周面に設けられるマグネットは、互いに同極同士（図示例ではＮ極）を対向させて配設された一対の弧状断面形状のマグネット１２により構成されている。一対のマグネット１２は１８０度対向して配設されており、それら両マグネット１２の周方向長（ロータ４ｂの回転方向に対する長さ）は１周（３６０度）の約１／４である。なお、図示例ではヨーク３の肉厚は全周に渡って均一であり、ヨーク３の一対のマグネット１２を取り付ける部分は外方に膨出した形状に形成されており、その膨出部分３ｂに内蔵されるようにマグネット１２が取り付けられている。
【００１５】
また、ヨーク３における一対のマグネット１２間の部分にあっては、マグネット１２と共にロータ４ｂの回転外周面に対向する内周面を構成する円弧状の面を有するように形成されており、その部分により鉄極部分３ａが構成されている。これにより、図示例ではマグネット１２と鉄極部分３ａとにより４極モータと同様の磁極を有する。鉄極部分３ａも、マグネット１２と同様に周方向に１周（３６０度）の約１／４の範囲に形成されている。
【００１６】
このようにして構成されたモータ１にあっては、一対のマグネット１２が互いに同極同士を対向させて配設されていることから、両マグネット１２の中間点となる鉄極部分３ａの中間点（周方向に対して）に図示例ではＳ極が発生する。これにより、鉄極部分３ａがマグネット１２とは異極のマグネットを設けたことと同じに作用し、４極のマグネットを配設したモータと同じ磁気回路を構成することができる。
【００１７】
この構造により、マグネット１２の数を半分に減らすことができると共に、鉄極部分３ａの径方向長さを短くすることができる。図示例の４極モータの場合には両鉄極部分３ａが１８０度対向して位置し、図２に良く示されるように、両鉄極部分３ａを通る方向に薄い扁平型のモータ１を形成することができる。そのような扁平型モータにあっては、例えば自動車のエンジンルーム内のような設置スペースが狭い所に配設するワイパモータや、自動車のドアのような厚みの薄い設置スペースに配設するパワーウィンドモータに適用することにより、その効果が大となる。
【００１８】
そして、本発明によれば、図２に良く示されるように、鉄極部分３ａのモータ軸線方向から見た断面形状が、図に示されるようにロータ４の外周面の曲がりよりも大きい曲がりとなるように形成されている。図示例のものにあっては、鉄極部分３ａの内周面が、ロータ４の軸心から距離ｄだけ偏倚した位置を曲率中心Ｃｙとする曲率円（半径Ｒ）で膨出部分３ｂに至るように形成されている。
【００１９】
ここで、図３を参照して、図２に示された本発明によるマグネットと鉄極部分とにより２Ｎ（Ｎは自然数）の磁極を構成した疑似２Ｎ極モータと、同じく疑似２Ｎ極モータであって鉄極部分３ａがマグネット１２の内周面の半径と同じ半径で形成されているものと、マグネットにより２Ｎの磁極を構成した通常２Ｎ極モータとにおける各トルク波形の違いについて説明する。図はＣＡＥ解析によるものであり、説明を容易にするためにモータにおけるティースの１つについて生じるトルク波形について示している。なお、図２では、ティース４ｄ（スロット）の数が１０の例が示されているが、１０ティースに限定されるものではなく、巻線が可能な他の任意の数であっても良い。
【００２０】
図では、縦軸にトルク、横軸を回転角とし、回転方向手前のマグネットから鉄極部分を通過して回転方向先のマグネットに至る範囲について示す。また、本発明による疑似２Ｎ極モータにおけるトルク波形を実線で示し、マグネット１２及び鉄極部分３ａの内周面半径同一の疑似２Ｎ極モータにおけるトルク波形を二点鎖線で示し、通常２Ｎ極モータにおけるトルク波形を波線で示している。疑似２Ｎ極モータ（Ｎは自然数）のトルクは、マグネットによるトルクと鉄極部分による吸引トルクとの和である。そのトルクのリプル増加の原因は、鉄極部分の吸引トルク（所謂リラクタンストルク）にある。
【００２１】
内周面半径同一の疑似２Ｎ極モータにあっては、図３の二点鎖線に示されるように、ティースが鉄極部分に近付くと、そのティースに働くトルクは急激に立ち上がり、その後急激に落ち込む。鉄極部分の中央部に至るまでの特にトルクが落ち込んでいる範囲（図のＡ）では、通常２Ｎ極モータの場合は鉄極部分がマグネットであるため、そのマグネットによるティースをロータの回転方向へ回転させるための回転力となるトルクが発生するが、擬似２Ｎ極モータの場合は鉄極部分による発生トルクが吸引トルク（リラクタンストルク）であるため、ティースが鉄極部分と重なった（最も引き寄せられた）後はティースをロータの回転方向へ回転させるための回転力となるトルクが発生しなくなるため、マグネットによる吸引トルクに対して約１／３まで低下してしまう。
【００２２】
この急激な立ち上がりと落ち込みが、各ティースによるトルクを合算してアマチュアトルクになった場合でも、図４の二点鎖線に示されるようにトルクリプルの山と谷となって現れており、モータにおけるトルクリプル増加の原因となってしまう。
【００２３】
ティース４ｄがマグネット１２から鉄極部分３ａに移った直後にあっては、鉄極部分３ａの内周面半径がマグネット１２と同一（ｄ）の場合には鉄極部分との間に大きな吸引トルクが発生する。それに対して上記したように鉄極部分３ａをマグネット１２よりも大きな曲率半径で形成することにより、鉄極部分３ａに移った直後のティース４ｄと鉄極部分３ａの対応する部分との隙間は図２のｄｖに示されるように、マグネット１２との隙間ｄよりも大きいため、生じる磁束が小さく、吸引トルクが小さい。
【００２４】
その結果、図３の実線に示されるようなトルク波形となり、上記した内周面半径同一の疑似２Ｎ極モータのようなトルク（図３の二点鎖線）の急激な立ち上がり及びそれに伴う急激な落ち込みが抑制される。また、通常２Ｎ極モータのトルク波形（図３の破線）に近いものとなり、図４の実線で示されるように、ロータ４の（合算）トルク波形は平滑化されてトルクリプルは小さくなる。
【００２５】
これにより、トルクリプルを低減することができ、モータ回転時の騒音や振動を低減できる、トルクリプルが大きい場合には起動を円滑に行うことができないため起動不良を起こすという問題があるが、そのような起動不良も解消し得る。また、とトルクリプルの大きさを低減するだけで、平均トルクの低減はないため、何等問題なく仕様を満たすことができる。
【００２６】
図５に、偏心量に対する平均トルクおよびトルクリプル率の変化の一例を示す。ここで、偏心量とは上記した距離ｄであり、平均トルクは図４のトルク波形の平均値であり、トルクリプル率は平均トルクに対する最大トルク差の割合である。図５に示されるように偏心量を０から大きくするとトルクリプル率は大きく減少し、ある程度の偏心量以上ではトルクリプル率の減少は緩やかになる。したがって、トルクリプル率の減少が緩やかになる領域の偏心量の決定については他の要素から決めて良く、例えば加工し易さやレイアウトの制約などから決めて良い。
【００２７】
なお、図６に本発明に基づくヨーク形状の他の例を示す。図において、上記図示例と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この図示例のものにあっては、隣り合う両マグネット１２間の鉄極部分３ｃが図に良く示されるように平坦な形状に形成されている。これは、上記偏心量ｄが無限大になった場合である。
【００２８】
このようにしても、上記と同様にティース４ｄがマグネット１２から鉄極部分３ｃに移った際に鉄極部分３ｃの対応する部分との隙間が大となり、吸引トルクの立ち上がり及び落ち込みを緩やかにすることができる。その作用効果も上記と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかるモータは、一方向に対する薄型化が可能になり、自動車等のできるだけ幅の狭いスペースに収める要求がある場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明が適用された自動車用ワイパモータを示す要部破断側面図である。
【図２】図１の矢印II−II線に沿って見た断面図である。
【図３】１ティースにおけるトルク波形を示す図である。
【図４】本発明のモータにおける合算トルクの波形を示す図である。
【図５】平均トルクとトルクリプル率の変化を示す図である。
【図６】ヨークの他の例を示す図２に対応する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  モータ
３  ヨーク、３ａ・３ｃ  鉄極部分
４  ロータ、４ａ  ロータ軸、４ｂ  コア、４ｃ  コイル、４ｄ  ティース
１２  マグネット
【図１】
2009171703.tif 000003
【図２】
2009171703.tif 000004
【図３】
2009171703.tif 000005
【図４】
2009171703.tif 000006
【図５】
2009171703.tif 000007
【図６】
2009171703.tif 000008