CN111869052A - 马达以及无刷雨刮器马达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可抑制定子的铁损并提高马达效率的马达以及无刷雨刮器马达。本发明包括：定子8，具有从定子芯的内周面朝向直径方向内侧突出的多个冲片22；线圈，卷绕于冲片22；转轴，在定子芯的直径方向内侧旋转；转子芯32，固定于转轴，并以转轴的旋转轴线作为直径方向中心；多个永磁石33，配置在转子芯32的外周面；以及凸极，在转子芯32的外周面32b的在圆周方向上相邻的永磁石33之间，朝向直径方向外侧突出形成，并与永磁石33的凸极抵接面抵接，其中，定子8沿着转轴的旋转轴线方向层叠有多个电磁钢板Pt，永磁石33的轴方向端部33h的至少一者比转子芯32的轴方向端部32c更突出。

Description

马达以及无刷雨刮器马达
技术领域
本发明涉及一种马达(motor)以及无刷雨刮器马达(brushless wiper motor)。
背景技术
无刷马达(以下有时简称为马达)包括：定子，具有卷绕有线圈的冲片(teeth)；以及转子，旋转自如地设于定子的直径方向内侧。在圆周方向上相邻的冲片之间形成有狭槽(slot)。线圈经过所述狭槽而被卷绕于各冲片。定子及转子通过将电磁钢板在转轴(shaft)的旋转轴线方向(以下，有时仅称为轴方向)上层叠、或者将软磁性粉进行加压成形而形成。
对于定子，通过对线圈进行供电从而形成交链磁通(interlinkage magneticflux)。转子具有转轴、外嵌固定于所述转轴的大致圆柱状的转子芯、及设于转子芯的永磁石。而且，形成于定子的交链磁通与设于转子芯的永磁石之间产生磁性吸力或斥力，从而转子持续旋转。
此处，作为在转子配置永磁石的方式。有在转子芯的外周面配置永磁石的方式(表面式永磁石(Surface Permanent Magnet，SPM))。在所述SPM方式的转子中，提出了用于谋求高转矩化的各种方法。
例如，提出了使转子的轴方向的厚度比定子的轴方向的厚度厚的技术(例如，参照专利文献1)。
通过以所述方式构成，可使转子的容易泄漏永磁石的磁通的永磁石的轴方向两端位于比定子的轴方向两端更靠外侧处。因此，转子的有效磁通量增大，可使形成于定子的交链磁通有效率地有助于转子的旋转力。
另外，例如提出了一种在转子芯的外周面上，在圆周方向上相邻的永磁石之间设有朝向直径方向外侧突出的凸极的转子(例如，参照专利文献2)。通过设置凸极，在转子芯中，形成由定子的线圈产生的交链磁通(q轴磁通)容易流动的方向及交链磁通难以流动的方向(d轴方向)。其结果，在转子芯产生磁阻转矩(reluctance torque)，因此所述磁阻转矩也可有助于转子的旋转力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-333657号公报
专利文献2：日本专利特开2002-262533号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在所述专利文献1中，永磁石的从定子的轴方向两端突出的部位的磁通会泄漏至所述定子的轴方向两端。以下进行具体说明。
图16是对定子108的一部分从轴方向观察而得的平面图。
如图16所示，即便在将电磁钢板Pt层叠而形成定子108的情况下，从轴方向观察，定子108的轴方向两端部108a也是一块电磁钢板Pt。因此，在从轴方向外侧相对于定子108流入磁通的情况下，定子108相对于所述磁通的电阻小。因此，在定子108的轴方向两端部108a，由于从旋转轴线方向外侧流入的磁通而容易产生涡电流Du，定子的铁损有可能增大。
图17是对定子108从直径方向观察而得的侧视图。
相对于图16，如图17所示，例如在将电磁钢板Pt层叠而形成定子108的情况下，相对于沿着直径方向的磁通而定子108的电阻变大。因此，不易产生涡电流Du。
另外，若如所述专利文献2那样在转子芯设置凸极，则永磁石的磁通会泄漏至所述凸极而在凸极形成磁通。因此，虽然马达的齿槽转矩(cogging torque)的次数通常是由“永磁石的磁极数×冲片的数量(狭缝数)”的最小公倍数来决定，但有可能成为所述最小公倍数的再2倍。以下更详细地进行说明。
图18是表示将纵轴设为转子的表面磁通密度、将横轴设为转子的旋转角度时的、专利文献2中的表面磁通密度的变化的图表。
如图18的X部所示，可确认在凸极形成磁通且所述凸极的磁通的变化大。因此，齿槽转矩的次数增大，定子的铁损有可能增大。
特别是若转子芯的凸极及永磁石的轴方向两端比定子的轴方向两端更突出，则对于定子的轴方向两端，从轴方向外侧流入凸极的磁通。因此，齿槽转矩的次数增大，定子的铁损有可能增大。
因此，本发明提供一种可抑制定子的铁损并提高马达效率的马达以及无刷雨刮器马达。
解决问题的技术手段
为了解决所述问题，本发明的马达的特征在于包括：定子，具有环状的定子芯、及从所述定子芯的内周面朝向直径方向内侧突出的多个冲片；线圈，卷绕于所述冲片；转轴，在所述定子芯的直径方向内侧旋转；转子芯，固定于所述转轴，并以所述转轴的旋转轴线作为直径方向中心；多个永磁石，配置在所述转子芯的外周面；以及凸极，在所述转子芯的所述外周面的在圆周方向上相邻的所述永磁石之间，朝向直径方向外侧突出形成，并与所述永磁石的圆周方向侧面抵接，其中，所述定子沿着所述转轴的所述旋转轴线方向层叠有多个电磁钢板，所述永磁石的所述旋转轴线方向上的两端中的至少一个端部比所述转子芯的所述旋转轴线方向上的端部更突出。
如此，在定子中，通过将电磁钢板沿着轴方向层叠，相对于沿着直径方向的方向上的凸极的磁通，可增大定子的电阻。因此，相对于沿着直径方向的方向上的凸极的磁通，可减小定子的涡电流。由此，可抑制定子的铁损，并可提高马达效率。
另外，通过使永磁石的轴方向上的两端中的至少一个端部比转子芯的端部更突出，可防止永磁石的一端侧的磁通泄漏至凸极。因此，可抑制由于凸极而在定子的轴方向两端中的至少一端产生大的涡电流。由此，可抑制定子的铁损，并可提高马达效率。
另外，若使永磁石的轴方向一端比定子的轴方向一端更向轴方向外侧突出，则可增大转子的有效磁通量。因此，可使形成于定子的交链磁通有效率地有助于转子的旋转力。由此，可提高马达效率。
本发明的马达的特征在于，所述定子的所述旋转轴线方向的厚度与所述转子芯的所述旋转轴线方向的厚度为相同的厚度。
通过以所述方式构成，可确实地抑制凸极的两端的磁通泄漏至定子的两端。因此，可确实地抑制定子的铁损，并可确实地提高马达效率。
本发明的马达的特征在于，在将所述定子的所述旋转轴线方向的厚度设为Ts、将所述转子芯的所述旋转轴线方向的厚度设为Tr、将所述永磁石的所述旋转轴线方向的厚度设为Tm时，各所述厚度Ts、厚度Tr、厚度Tm被设定为满足以下条件：
Tm＞Tr＞Ts。
通过以所述方式构成，可在抑制凸极的两端的磁通泄漏至定子的两端的同时，使形成于定子的交链磁通有效率地有助于转子的旋转力。因此，可进一步提高马达效率。
本发明的马达的特征在于，所述凸极的所述直径方向外侧的端部的圆周方向的宽度尺寸以电角计为40°以下。
如此，通过将凸极的电角设为40°以下来减小凸极的圆周方向的宽度尺寸，可减小q轴方向的电感值。
此处，形成于定子的交链磁通容易穿过凸极，因此，交链磁通也有可能穿过与凸极抵接的永磁石的圆周方向侧面。即，在永磁石的圆周方向侧面产生退磁场(demagnetization field)。然而，通过将凸极的电角设为40°以下，可抑制退磁场。
本发明的马达的特征在于，所述凸极的所述直径方向外侧的端部的圆周方向的宽度尺寸以电角计为20°以上。
通过以所述方式构成，通过将凸极的直径方向的宽度尺寸确保为以电角计的20°以上而磁通集中于凸极，由此可确实地获得退磁场不易作用于永磁石的端部的效果。另外，通过将凸极的电角设为20°以上且40°以下，可获得高的磁阻转矩，并可提高马达效率。
本发明的马达的特征在于，在所述凸极的所述直径方向外侧的端面，沿着所述旋转轴线方向形成有一个槽部，所述槽部以圆周方向的槽宽度随着朝向直径方向内侧而逐渐变窄的方式形成。
通过以所述方式构成，通过在凸极的直径方向外侧的端面具有槽部，当以凸极的直径方向外侧的整个端面来看时，可使所述端面与冲片的间隔不均匀。其结果，可抑制在转子芯的旋转过程中，冲片所产生的磁通密度在凸极通过冲片间的前后急剧变化。因此，可减少转子芯的急剧的转矩变动，从而可使转矩波动降低。
本发明的无刷雨刮器马达的特征在于包括根据以上所述的马达。
通过以所述方式构成，可提供一种能够抑制定子的铁损并提高马达效率的无刷雨刮器马达。
发明的效果
根据本发明，在定子中，通过将电磁钢板沿着轴方向层叠，可相对于沿着直径方向的方向上的凸极的磁通而增大定子的电阻。因此，相对于沿着直径方向的方向上的凸极的磁通，可减小定子的涡电流。由此，可抑制定子的铁损，并可提高马达效率。
另外，通过使永磁石的轴方向上的两端中的至少一个端部比转子芯的端部更突出，可防止永磁石的一端侧的磁通泄漏至凸极。因此，可抑制由于凸极而在定子的轴方向两端中的至少一端产生大的涡电流。由此，可抑制定子的铁损，并可提高马达效率。
另外，若使永磁石的轴方向一端比定子的轴方向一端更向轴方向外侧突出，则可增大转子的有效磁通量。因此，可使形成于定子的交链磁通有效率地有助于转子的旋转力。由此，可提高马达效率。
附图说明
图1是本发明实施方式的雨刮器马达的立体图。
图2是沿着图1的A-A线的剖面图。
图3是本发明实施方式的定子及转子的构成图。
图4是定子及转子的立体图。
图5是图3的A部放大图。
图6是本发明实施方式的定子及转子的沿着轴方向的剖面图。
图7是表示本发明实施方式中凸极的轴方向端部的表面磁通密度的变化的图表。
图8是将本发明实施方式的转子的有效磁通量与现有转子的有效磁通量进行比较的图表。
图9是表示本发明实施方式中转子的q轴、d轴的电感的图表，且与现有结构的转子进行了比较。
图10是表示本发明实施方式中转子的转速的变化的图表，且与现有的IPM结构的转子进行了比较。
图11是表示本发明实施方式中转子在凸极的各凸极宽度下的转矩的变化的图表。
图12是表示本发明实施方式中转子在凸极的各凸极宽度下的波动率的变化的图表。
图13是表示本发明实施方式中转子在凸极的各凸极宽度下的齿槽效应的变化的图表。
图14是本发明实施方式的变形例的定子及转子的沿着轴方向的剖面图。
图15是本发明实施方式的变形例的定子及转子的沿着轴方向的剖面图。
图16是对现有的定子的一部分从轴方向观察而得的平面图。
图17是对现有的定子从直径方向观察而得的侧视图。
图18是表示现有的转子中的表面磁通密度的变化的图表。
具体实施方式
接着，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
(雨刮器马达)
图1是雨刮器马达1的立体图。图2是沿着图1的A-A线的剖面图。
如图1、图2所示，雨刮器马达1成为例如搭载于车辆的雨刮器的驱动源。雨刮器马达1包括马达部2、将马达部2的旋转减速并输出的减速部3、及进行马达部2的驱动控制的控制器部4。
此外，以下的说明中，在简称为轴方向的情况下是指马达部2的转轴31的旋转轴线方向，在简称为圆周方向的情况下是指转轴31的圆周方向，在简称为直径方向的情况下是指转轴31的直径方向。
(马达部)
马达部2包括马达箱5、收纳在马达箱5内的大致圆筒状的定子8、及设于定子8的直径方向内侧且相对于定子8而可旋转地设置的转子9。马达部2是在对定子8供给电力时不需要刷的、所谓无刷马达。
(马达箱)
马达箱5例如由铝铸件(aluminum die-cast)等散热性优异的材料形成。马达箱5包括构成为可在轴方向上分割的第一马达箱6与第二马达箱7。第一马达箱6及第二马达箱7分别形成为有底筒状。
第一马达箱6以底部10与减速部3的齿轮箱40接合的方式与所述齿轮箱40一体成形。在底部10的直径方向大致中央，形成有可供转子9的转轴31插通的贯通孔10a。
另外，在第一马达箱6的开口部6a，形成有朝向直径方向外侧伸出的外凸缘部16，并且在第二马达箱7的开口部1，形成有朝向直径方向外侧伸出的外凸缘部17。将所述外凸缘部16、外凸缘部17彼此对接而形成具有内部空间的马达箱5。而且，在马达箱5的内部空间，以内嵌于第一马达箱6及第二马达箱7的方式配置有定子8。
(定子)
图3表示定子8及转子9的构成，且相当于从轴方向进行观察而得的图。
如图2、图3所示，定子8具有将芯部21与多个(例如，本实施方式中为六个)冲片22一体成形而成的定子芯20，所述芯部21是沿着直径方向的截面形状成为大致圆形的筒状，所述多个(例如，本实施方式中为六个)冲片22从芯部21朝向直径方向内侧突出。
定子芯20通过将多个电磁钢板Pt在轴方向上层叠而形成。
冲片22是将冲片本体101与凸边部102一体成形而成，所述冲片本体101从芯部21的内周面沿着直径方向突出，所述凸边部102从冲片本体101的直径方向内侧端沿着圆周方向延伸。凸边部102以从冲片本体101向圆周方向两侧延伸的方式形成。而且，在圆周方向上相邻的凸边部102之间形成有狭槽19。
另外，芯部21的内周面及冲片22由树脂制的绝缘体23覆盖。线圈24从所述绝缘体23上卷绕于各冲片22。各线圈24通过来自控制器部4的供电而生成用于使转子9旋转的磁场。
(转子)
图4是定子8及转子9的立体图。图5是图3的A部放大图。此外，在图4中，为了使说明容易理解，省略对定子8上所设的绝缘体23及卷绕于定子8的线圈24的图示。
如图3～图5所示，转子9在定子8的直径方向内侧隔着微小间隙而旋转自如地设置。转子9包括与构成减速部3的蜗杆轴44(参照图2)一体成形的转轴31、外嵌固定于转轴31且以所述转轴31作为轴心(旋转轴线)C1的大致圆柱状的转子芯32、以及设于转子芯32的外周面32b的四个永磁石33。
如此，在马达部2中，永磁石33的磁极数与狭槽19(冲片22)的个数之比为2：3。此外，作为永磁石33，例如可使用铁氧体磁石。然而，并不限于此，作为永磁石33，也可应用钕粘结磁石、钕烧结磁石来代替铁氧体磁石。
转子芯32是通过将多个电磁钢板在轴方向上层叠而形成。此外，转子芯32不限于将多个电磁钢板在轴方向上层叠而形成的情况，例如也可通过将软磁性粉加压成形从而形成。
另外，在转子芯32的直径方向大致中央，形成有在轴方向上贯通的贯通孔32a。在所述贯通孔32a压入转轴31。此外，也可对贯通孔32a插入转轴31，并使用粘接剂等将转子芯32外嵌固定于转轴31。
进而，在转子芯32的外周面32b，在圆周方向上等间隔地设有四个凸极35。凸极35以向直径方向外侧突出且在转子芯32的整个轴方向上延伸的方式形成。在凸极35的直径方向外侧且圆周方向两侧的角部，形成有圆倒角部35a。
另外，凸极35的直径方向外侧端部35t的圆周方向的宽度尺寸以电角θ计为20°以上且40°以下。此外，所谓凸极35的直径方向外侧端部35t的圆周方向的宽度尺寸，是指在设为凸极35上未形成圆倒角部35a的情况下的、圆周方向上的两角部35b(以下，称为凸极35的直径方向上的角部35b)之间的宽度尺寸。在以下的说明中，将凸极35的直径方向外侧端部35t的圆周方向的宽度尺寸简称为凸极35的圆周方向的宽度尺寸来进行说明。
另外，凸极35以在圆周方向上相向的两侧面35c平行的方式形成。即，凸极35以圆周方向的宽度尺寸在直径方向上均匀的方式形成。
进而，在凸极35的直径方向外侧端部35t的圆周方向大致中央，在整个轴方向形成有一个槽部91。槽部91以随着朝向直径方向内侧而圆周方向的槽宽度逐渐变窄的方式形成为大致V形槽状。
以所述方式形成的转子芯32的外周面32b中，在圆周方向上相邻的两个凸极35之间分别构成为磁石收纳部36。在这些磁石收纳部36分别配置有永磁石33，并例如利用粘接剂等而固定于转子芯32。
永磁石33中，直径方向外侧的外周面33a的圆弧中心Co及直径方向内侧的内周面33b的圆弧中心Ci与转轴31的轴心C1的位置一致。另外，经过凸极35的端部35t的圆的直径与永磁石33的外周面33a的直径相同。
永磁石33的内周面33b整体与转子芯32的外周面32b抵接。另外，永磁石33的圆周方向两侧面是将位于直径方向内侧并与凸极35的侧面35c抵接的凸极抵接面33d和位于比凸极抵接面33d更靠直径方向外侧处的倾斜面33e平滑地连结而成。凸极抵接面33d经由圆弧面33g平滑地连结于内周面33b。
倾斜面33e以随着从凸极抵接面33d的直径方向外端朝向永磁石33的外周面33a而逐渐远离凸极35的方式倾斜且平坦地形成。在一个永磁石33中，圆周方向两侧的倾斜面33e与连接永磁石33的圆周方向中间部33c和转轴31的轴心C1的直线L平行。因此，两个倾斜面33e彼此也平行。
另外，永磁石33以磁化(磁场)的取向沿着厚度方向成为平行取向的方式经磁化。而且，永磁石33配置成磁极在圆周方向上互不相同。因此，转子芯32的凸极35位于在圆周方向上相邻的永磁石33之间、也就是磁极的边界(极边界)。
图6是定子8及转子9的沿着轴方向的剖面图。
此处，如图6所示，在将定子8的轴方向的厚度设为Ts、将转子芯32的轴方向的厚度设为Tr、将永磁石33的轴方向的厚度设为Tm时，各厚度Ts、厚度Tr、厚度Tm被设定为满足以下条件：
Tm＞Tr≈Ts…(1)
由此，永磁石33的轴方向两端部33h比转子芯32(凸极35)的轴方向两端部32c及定子8的轴方向两端部8a更向轴方向外侧突出。
(减速部)
回到图1、图2，减速部3包括安装着马达箱5的齿轮箱40、及收纳在齿轮箱40内的蜗杆减速机构41。齿轮箱40例如由铝铸件等散热性优异的材料形成。齿轮箱40形成为在一个面具有开口部40a的箱状，且具有在内部收容蜗杆减速机构41的齿轮收容部42。另外，在齿轮箱40的侧壁40b，在一体成形有第一马达箱6的部位，形成有将所述第一马达箱6的贯通孔10a与齿轮收容部42连通的开口部43。
另外，在齿轮箱40的底壁40c，突设有大致圆筒状的轴承支柱49。轴承支柱49用于旋转自如地支撑蜗杆减速机构41的输出轴48，且在内周面设有未图示的滑动轴承。进而，在轴承支柱49的前端内周缘安装着未图示的O型环。由此，防止尘埃或水从外部经由轴承支柱49渗入内部。另外，在轴承支柱49的外周面设有多个肋52。由此确保了轴承支柱49的刚性。
收容在齿轮收容部42的蜗杆减速机构41包括蜗杆轴44、及与蜗杆轴44啮合的蜗轮45。蜗杆轴44配置在与马达部2的转轴31相同的轴上。而且，蜗杆轴44的两端由设于齿轮箱40的轴承46、轴承47旋转自如地支撑。蜗杆轴44的马达部2侧的端部经由轴承46而突出至齿轮箱40的开口部43为止。所述突出的蜗杆轴44的端部与马达部2的转轴31的端部接合，从而蜗杆轴44与转轴31经一体化。此外，蜗杆轴44与转轴31也可通过由一个母材来成形蜗杆轴部分与转轴部分而形成为一体。
对于与蜗杆轴44啮合的蜗轮45，在此蜗轮45的直径方向中央设有输出轴48。输出轴48配置在与蜗轮45的旋转轴线方向相同的轴上，并经由齿轮箱40的轴承支柱49而突出至齿轮箱40的外部。在输出轴48的突出的前端，形成有可与未图示的电气组件连接的花键48a。
另外，在蜗轮45的直径方向中央，在与输出轴48突出的一侧相反的一侧，设有未图示的传感器磁铁。所述传感器磁铁构成检测蜗轮45的旋转位置的旋转位置检测部60的其中一者。构成所述旋转位置检测部60的另一者的磁检测元件61设于控制器部4，此控制器部4在蜗轮45的传感器磁铁侧(齿轮箱40的开口部40a侧)与蜗轮45相向配置。
(控制器部)
进行马达部2的驱动控制的控制器部4具有安装有磁检测元件61的控制器基板62、及以堵塞齿轮箱40的开口部40a的方式设置的盖63。而且，控制器基板62与蜗轮45的传感器磁铁侧(齿轮箱40的开口部40a侧)相向配置。
控制器基板62是在所谓环氧基板上形成多个导电性的图案(未图示)而成。在控制器基板62，连接着从马达部2的定子芯20引出的线圈24的端末部，并且电连接着设于盖63的连接器11的端子(未图示)。另外，在控制器基板62，不仅安装有磁检测元件61，还安装有包含对供给至线圈24的电流进行控制的场效晶体管(Field Effect Transistor，FET)等开关元件的功率模块(未图示)。进而，在控制器基板62安装有进行对所述控制器基板62施加的电压的平滑化的电容器(未图示)等。
覆盖以所述方式构成的控制器基板62的盖63由树脂形成。另外，盖63以稍许向外侧鼓出的方式形成。而且，盖63的内表面侧被设为收容控制器基板62等的控制器收容部56。
另外，在盖63的外周部一体成形有连接器11。所述连接器11形成为可与从未图示的外部电源延伸的连接器11嵌合连接。而且，在连接器11的端子电连接着控制器基板62。由此，将外部电源的电力供给至控制器基板62。
进而，在盖63的开口缘，突出形成有与齿轮箱40的侧壁40b的端部嵌合的嵌合部81。嵌合部81包含沿着盖63的开口缘的两个壁81a、81b。而且，在所述两个壁81a、81b之间，插入(嵌合)有齿轮箱40的侧壁40b的端部。由此，在齿轮箱40与盖63之间形成有曲径(labyrinth)部83。利用所述曲径部83来防止尘埃或水从齿轮箱40与盖63之间渗入。此外，齿轮箱40与盖63的固定是通过将未图示的螺栓紧固而进行。
(雨刮器马达的运行)
接着，对雨刮器马达1的运行进行说明。
雨刮器马达1中，经由连接器11供给至控制器基板62的电力经由未图示的功率模块而被选择性地供给至马达部2的各线圈24。于是，在定子8(冲片22)形成规定的交链磁通，在所述交链磁通与由转子9的永磁石33所形成的有效磁通之间产生磁性吸力或斥力。由此，转子9持续旋转。
若转子9旋转，则与转轴31一体化的蜗杆轴44旋转，进而与蜗杆轴44啮合的蜗轮45旋转。而且，连结于蜗轮45的输出轴48旋转，从而所期望的电气组件(例如，搭载于车辆的雨刮器驱动装置)驱动。
另外，由安装于控制器基板62的磁检测元件61所检测的蜗轮45的旋转位置检测结果以信号的形式而输出至未图示的外部设备。未图示的外部设备基于蜗轮45的旋转位置检测信号来控制未图示的功率模块的开关元件等的切换时序，以进行马达部2的驱动控制。此外，功率模块的驱动信号的输出或马达部2的驱动控制也可由控制器部4进行。
(转子的作用、效果)
接下来，对转子9的作用、效果进行说明。
此处，转子9是在转子芯32的外周面32b配置有永磁石33的所谓SPM(SurfacePermanent Magnet)方式的转子。因此，可减小d轴方向的电感值。除此之外，转子9在圆周方向上相邻的永磁石33之间设有凸极35。其结果，与不具有凸极35的情况相比，可增大由定子8的交链磁通引起的q轴方向的电感值。由此，也利用d轴方向与q轴方向的磁阻转矩的差来使转子9旋转。
如此，通过设置凸极35，可使磁阻转矩有助于转子9的旋转转矩，但另一方面，永磁石33的磁通会泄漏至凸极35。因此，在凸极35也形成磁通。
然而，定子8的定子芯20是通过将多个电磁钢板在轴方向上层叠而形成。因此，相对于凸极35的磁通中的沿着直径方向流至定子芯20的磁通，可增大定子芯20的电阻。由此，相对于沿着直径方向的方向上的凸极的磁通，可减小定子芯20的涡电流。
另外，定子8的轴方向的厚度Ts、转子芯32的轴方向的厚度Tr、及永磁石33的轴方向的厚度Tm被设定为满足所述式(1)。因此，凸极35不会从定子芯20的轴方向两端向轴方向外侧突出。由此，可抑制凸极35的轴方向两端的磁通朝向定子芯20的轴方向两端流动。
图7是表示将纵轴设为转子9的凸极35的轴方向端部35h(参照图4)的表面磁通密度、将横轴设为转子9的旋转角度时的、凸极35的轴方向端部35h的表面磁通密度的变化的图表。
如图7的B部所示，可确认在凸极35的轴方向端部35h，由所述轴方向端部35h引起的磁通的变化得到抑制。因此，可减少马达部2的齿槽转矩的次数，从而可减少定子8的铁损。
通过满足所述式(1)，永磁石33的轴方向两端部33h比转子芯32(凸极35)的轴方向两端部32c及定子8的轴方向两端部8a更向轴方向外侧突出。因此，可增大转子9的有效磁通量。
图8是将现有转子的有效磁通量[μWb]与本实施方式的转子9的有效磁通量[μWb]进行比较的图表。此外，在图8中，现有转子是指定子8的轴方向的厚度与永磁石33的轴方向的厚度相同、永磁石33的轴方向两端部33h未从定子8的轴方向两端部8a突出的转子。
如图8所示，可确认与以往相比，本实施方式的转子9的有效磁通量增大。因此，可使形成于定子8的交链磁通有效率地有助于转子9的旋转力，从而可提高马达部2的马达效率。
另外，在转子9的凸极35的端部35t形成有槽部91。由此，当以凸极35的端部35t的整体来看时，可使所述端部35t与定子8的冲片22(凸边部102)的间隔不均匀。即，凸极35的端部35t与冲片22之间的间隔在形成有槽部91的部位变大，在未形成槽部91的部位变小。其结果，可抑制在转子9的旋转过程中，冲片22(凸边部102)所产生的磁通密度在凸极35通过冲片22间的前后急剧上升。
另外，转子芯32的凸极35形成为圆周方向的宽度尺寸以电角θ计为20°以上且40°以下。如此，通过将凸极35的圆周方向的宽度尺寸设定为以电角θ计的40°以下，可减小q轴方向的电感值。由此，可抑制退磁场，并且获得高的磁阻转矩。以下，更具体地进行说明。
图9是表示转子9的q轴的电感Lq、d轴的电感Ld[mH]的图表，且将本实施方式的转子9、与现有结构的转子进行了比较。此外，此处所提及的现有结构是指在转子芯中所形成的多个缝隙内配置有永磁石的所谓IPM(Interior Permanent Magnet)马达的转子的结构。
如图9所示，可确认与现有结构相比较，本实施方式的转子9的q轴、d轴均电感值变小。
图10是表示将纵轴设为转子9的转速[rpm]、将横轴设为转子9的转矩[N·m]时的、转子9的转速的变化的图表。更具体而言，图10是表示对转子9进行超前角通电与广角通电时的、转矩[N·m]与转速[rpm]的关系的图表，且将本实施方式的转子9、与现有的IPM结构的转子进行了比较。
如图10所示，可确认与现有结构相比较，本实施方式的转子9产生了更高的转矩、转速。
图11是表示将纵轴设为转子9的转矩[N·m]、将横轴设为转子芯32上所设的凸极35的凸极宽度[mm]时的、转子9的转矩的变化的图表。更具体而言，图11是表示使凸极35的圆周方向的宽度尺寸(电角θ)不同时，本实施方式的转子9所产生的转矩的图表。
图12是表示将纵轴设为转子9的波动率[％]、将横轴设为转子芯32的凸极35的凸极宽度[mm]时的、转子9的波动率的变化的图表。更具体而言，图12是表示使凸极35的圆周方向的宽度尺寸不同时，本实施方式的转子9所产生的波动率的图表。
图13是表示将纵轴设为转子9的齿槽效应[mN·m]、将横轴设为转子芯32的凸极35的凸极宽度[mm]时的、转子9的齿槽效应的变化的图表。更具体而言，图13是表示使凸极35的圆周方向的宽度尺寸不同时，本实施方式的转子9所产生的齿槽效应的图表。
如图11～图13所示，本实施方式的转子9在凸极35的圆周方向的宽度尺寸为3mm(电角θ＝20°)～5mm(电角θ＝40°)时，可获得高的磁阻转矩。另外可确认，能够抑制马达部2的波动率及齿槽效应。
如此，通过将凸极35的电角θ设定为40°以下来减小圆周方向上的凸极35的圆周方向的宽度尺寸，可减小q轴方向的电感值，从而可抑制退磁场。另外，通过将凸极35的电角θ设为20°以上来将圆周方向的宽度尺寸确保为一定以上，磁通集中于凸极35，由此可确实地获得退磁场难以作用于永磁石33的端部33s的效果。另外，通过将凸极35的电角θ设定为20°以上且40°以下，可获得高磁阻转矩。
另外，通过在转子9中使用永磁石33而非稀土类磁石，即便增大永磁石33的直径方向尺寸，也可抑制伴随磁石使用量增加的成本上升。
进而，在一个永磁石33中，圆周方向两侧的倾斜面33e与连接永磁石33的圆周方向中间部33c和转轴31的轴心C1的直线L平行。因此，两个倾斜面33e彼此也平行。通过以所述方式构成，可使永磁石33的制造变得容易，可降低永磁石33的成本。更具体而言，可由将平行的两个倾斜面33e作为相向的两边的材料来成形永磁石33，从而可降低永磁石33的制造成本。
另外，凸极35以在圆周方向上相向的两侧面35c平行的方式形成。即，凸极35以圆周方向的宽度尺寸在直径方向上均匀的方式形成。因此，与例如从旋转轴线方向观察而凸极35为梯形的情况相比，可抑制在凸极35中流动的磁通的饱和。
此外，本发明并不限于所述实施方式，包括在不偏离本发明的主旨的范围内对所述实施方式施加各种变更而得的实施方式。
例如，所述实施方式中，作为马达而举出雨刮器马达1为例，但本发明的马达不仅可用于雨刮器马达1，也可用于成为搭载于车辆的电气组件(例如电动窗、天窗、电动座椅等)的驱动源、或其他各种用途。
另外，所述实施方式中，说明了在凸极35的直径方向外侧的端部35t的圆周方向大致中央，在整个轴方向形成有一个槽部91的情况。然而，本发明并不限于此，也可在凸极35的端部35t形成两个以上的槽部91。
另外，说明了槽部91以随着朝向直径方向内侧而圆周方向的槽宽度逐渐变窄的方式形成为大致V形槽状的情况。然而，本发明并不限于此，槽部91只要以随着朝向直径方向内侧而圆周方向的槽宽度逐渐变窄的方式形成即可，例如，也可将槽部91形成为大致U字状。
另外，说明了永磁石33中所形成的倾斜面33e以随着从凸极抵接面33d的直径方向外端朝向永磁石33的外周面33a而逐渐远离凸极35的方式倾斜且平坦地形成的情况。然而，倾斜面33e只要以随着从凸极抵接面33d的直径方向外端朝向永磁石33的外周面33a而逐渐远离凸极35的方式形成即可。例如，也可将倾斜面33e形成为弯曲状。
另外，所述实施方式中，说明了定子8的轴方向的厚度Ts、转子芯32的轴方向的厚度Tr、及永磁石33的轴方向的厚度Tm被设定为满足所述式(1)的情况。而且，说明了永磁石33的轴方向两端部33h比转子芯32(凸极35)的轴方向两端部32c及定子8的轴方向两端部8a更向轴方向外侧突出的情况。然而，本发明并不限于此，如图14所示，只要永磁石33的轴方向两端部33h中的至少一个端部33h从定子8的轴方向两端部8a突出即可。
另外，定子8的轴方向的厚度Ts及转子芯32的轴方向的厚度Tr也可并非如所述式(1)那样为大致相同的厚度，而是被设定满足以下条件：
Tr＞Ts…(2)。
即，如图15所示，定子8的轴方向的厚度Ts、转子芯32的轴方向的厚度Tr、及永磁石33的轴方向的厚度Tm也可设定为满足以下条件：
Tm＞Tr＞Ts…(3)。
在以所述方式构成的情况下，永磁石33的轴方向端部33h也从凸极35的轴方向端部35h向轴方向外侧突出，并且永磁石33的轴方向端部33h也从定子8的轴方向端部8a向轴方向外侧突出。因此，起到与所述实施方式相同的效果。
符号的说明
1：雨刮器马达(无刷雨刮器马达)
2：马达部(马达)
8：定子
8a、32c、33h：端部
20：定子芯
22：冲片
24：线圈
31：转轴
32：转子芯
32b：外周面
33：永磁石
33d：凸极抵接面(圆周方向侧面)、凸极抵接面33d
35：凸极
91：槽部
91a：底部
C1：轴心(旋转轴线)
H1：槽深度
Pt：电磁钢板
θ：电角

Claims (7)

1.一种马达，其特征在于包括：
定子，具有环状的定子芯、及从所述定子芯的内周面朝向直径方向内侧突出的多个冲片；
线圈，卷绕于所述冲片；
转轴，在所述定子芯的直径方向内侧旋转；
转子芯，固定于所述转轴，并以所述转轴的旋转轴线作为直径方向中心；
多个永磁石，配置在所述转子芯的外周面；以及
凸极，在所述转子芯的所述外周面的在圆周方向上相邻的所述永磁石之间，朝向直径方向外侧突出形成，并与所述永磁石的圆周方向侧面抵接，其中，
所述定子沿着所述转轴的所述旋转轴线方向层叠有多个电磁钢板，
所述永磁石的所述旋转轴线方向上的两端中的至少一个端部比所述转子芯的所述旋转轴线方向上的端部更突出。
2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，所述定子的所述旋转轴线方向的厚度与所述转子芯的所述旋转轴线方向的厚度为相同的厚度。
3.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，在将所述定子的所述旋转轴线方向的厚度设为Ts、将所述转子芯的所述旋转轴线方向的厚度设为Tr、将所述永磁石的所述旋转轴线方向的厚度设为Tm时，
各所述厚度Ts、厚度Tr、厚度Tm被设定为满足以下条件：
Tm＞Tr＞Ts。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的马达，其特征在于，
所述凸极的所述直径方向外侧的端部的圆周方向的宽度尺寸以电角计为40°以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的马达，其特征在于，
所述凸极的所述直径方向外侧的端部的圆周方向的宽度尺寸以电角计为20°以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的马达，其特征在于，
在所述凸极的所述直径方向外侧的端面，沿着所述旋转轴线方向形成有一个槽部，
所述槽部以圆周方向的槽宽度随着朝向直径方向内侧而逐渐变窄的方式形成。
7.一种无刷雨刮器马达，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的马达。
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