JP2008295153A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを小さくして振動を低減させ、且つ永久磁石を確実に固定することができる電動モータを提供する。
【解決手段】筒部５３を有するヨーク５と、筒部５３の内周面に少なくとも４極配設された断面略三日月状の永久磁石７と、ヨーク５の内側に回転自在に設けられたアーマチュア６とを備えた電動モータ２であって、永久磁石７の内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１は、外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されていると共に、内側円弧部５６とアーマチュアコア８の外周面とのエアギャップＳが周方向に一定となるように設定されており、筒部５３は、外径側円弧部５７に対応し、且つ永久磁石７の磁極数に対応するように形成された円弧壁５４と、これら円弧壁５４を連結する連結壁５５とで構成され、連結壁５５は、この連結壁５５自体の剛性を高めるための角部５８を有している。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両に搭載される電動モータに関するものである。

一般に、自動車等の車両に搭載される電動モータとしては、ブラシ付きの電動モータが多く使用されている。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に瓦状の永久磁石が複数配置され、この永久磁石の内側にアーマチュアコイルが巻装されたアーマチュアが回転自在に設けられた構成となっている。そして、アーマチュアコイルに電流を供給すると磁界が形成され、ヨークに固定されている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アーマチュアが回転駆動するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３３３５５４号公報

ところで、上述の従来技術にあっては、それぞれ永久磁石と永久磁石との間に永久磁石が存在しない部分があるので、永久磁石の周方向両端を境にして磁束の変化が大きくなってしまう。このため、ここを通過する各ティースの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大きくなり、これが起因してアーマチュアの振動が大きくなるおそれがあるという課題がある。

また、永久磁石の肉厚を周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成し、各永久磁石の両端側の磁力を弱めることで、各ティースが永久磁石の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も考えられる。しかしながら、永久磁石が異形になり、円筒状のヨークでは永久磁石を確実に固定するのが困難になるという課題がある。

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、コギングトルクを小さくして振動を低減させ、且つ永久磁石を確実に固定することができる電動モータを提供するものである。

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少なくとも４極配設された断面略三日月状の永久磁石と、前記ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアコアを有するアーマチュアとを備えた電動モータであって、前記永久磁石の内側円弧部の曲率半径は、前記永久磁石の外側円弧部の曲率半径よりも大きく設定されていると共に、前記永久磁石の内側円弧部と前記アーマチュアコアの外周面とのエアギャップが周方向に一定となるように設定されており、前記ヨークの前記筒部は、前記永久磁石の前記外径側円弧部に対応し、且つ前記永久磁石の磁極数に対応するように形成された円弧壁と、これら円弧壁を連結する連結壁とで構成され、前記連結壁は、この連結壁自体の剛性を高めるための補強部を有していることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記連結壁の前記補強部は、径方向外側に向かって突出する角部であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記連結壁は、前記円弧壁の肉厚よりも厚い肉厚部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の内周面とアーマチュアコアの外周面との間のエアギャップを周方向で一定に保ちつつ、永久磁石の肉厚を周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成することができる。このため、永久磁石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、永久磁石の周方向両端を境にした磁束の変化を小さくすることができる。よって、モータ効率を低減することなく、アーマチュアの振動を低減することが可能になる。
また、ヨークの筒部に、永久磁石の外径側円弧部に対応する円弧壁が形成されているため、確実に永久磁石を固定することができる。

さらに、連結壁に補強部を設けることによって連結壁の剛性を高めている。これにより、ヨークの振動を抑制することが可能になる。
つまり、永久磁石の内側円弧部の曲率半径は、永久磁石の外側円弧部の曲率半径よりも大きく設定され、言い換えると永久磁石の内側円弧部の曲率は、永久磁石の外側円弧部の曲率よりも小さく設定されていると共に、永久磁石の内側円弧部とアーマチュアコアの外周面とのエアギャップが周方向に一定となるように設定されているので、ヨークの円弧壁を外側円弧部に対応するように形成すると円弧壁同士を連結する連結壁が平坦で断面形状が略直線的な形状になってしまう。このため、例えば、磁極が４極の場合、ヨークの円弧壁は４つとなり、ヨークの形状は軸方向平面視略四角形となり、連結壁部分の剛性が低下してヨークが振動してしまうおそれがあるので、連結壁に補強部を設けることによって振動を抑制することが可能になる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動モータ２が適用された車両のパワーウインドウ装置１の構成を示す断面図、図２は、電動モータ２の横断面図である。
図１、図２に示すように、パワーウインドウ装置１は、電動モータ２と電動モータ２の回転軸３に連結されたウォームギヤ減速機４とを備えたものであって、車両のドア（不図示）に内装されている。

電動モータ２は４極モータであって、有底筒状のヨーク本体５Ａを有するヨーク５内にアーマチュア６を回転自在に配置した構成となっている。
ヨーク本体５Ａの筒部５３は４つの円弧壁５４と、これらを連結する連結壁５５とで構成されている。
連結壁５５は、断面略くの字状に曲折成形されたものであって、稜線としての角部５８が径方向外側に突出し、且つこの角部５８が隣り合う円弧壁５４と円弧壁５４との間の略中央に位置した状態になっている。

円弧壁５４の内周面側には、それぞれ永久磁石７が４つ設けられている。永久磁石７はフェライト磁石や希土類磁石で瓦状に形成されたものであって、径方向内側に面する内側円弧部５６と、径方向外側に面し、ヨーク本体５Ａの円弧壁５４に対応するように形成された外側円弧部５７とを有している。

内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１は、外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２、およびヨーク本体５Ａの円弧壁５４の曲率半径よりも大きく設定され、言い換えると永久磁石の内側円弧部の曲率は、永久磁石の外側円弧部の曲率よりも小さく設定されている。すなわち、永久磁石７の肉厚は、曲率半径の異なる２つの円弧部５６，５７によって周方向両端部７Ａ，７Ａ側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成されている。

また、内側円弧部５６の中心位置Ｐ１は、回転軸３の中心位置に設定されている。つまり、後述するアーマチュアコア８の外周面と永久磁石７との間のエアギャップＳは周方向で一定となるように設定されている。一方、外側円弧部５７の中心位置Ｐ２は、その曲率半径Ｒ２が内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されているため、中心位置Ｐ１よりも径方向外側に設定されている。

アーマチュア６は、回転軸３に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、アーマチュアコア８の一端側に配置されたコンミテータ１０とから構成されている。アーマチュアコア８は、リング状の金属板１１を軸方向に複数枚積層したものである。

金属板１１の外周部にはＴ字型の複数のティース１２（図２参照）が周方向に沿って等間隔で放射状に形成されている。ティース１２は、径方向に延出する巻胴部１２Ａと巻胴部１２Ａの先端に設けられ周方向に延出する外周部１２Ｂ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外周部１２Ｂがアーマチュアコア８の外周面を構成しており、永久磁石７の内側円弧部５６はティース１２の外周部１２Ｂに対応して形成されている。

複数枚の金属板１１を回転軸３に外嵌固定することにより、アーマチュアコア８の外周には隣接するティース１２間に蟻溝状のスロット１３が形成されている。スロット１３は軸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。
このスロット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１２Ａに絶縁材である不図示のインシュレータを介して巻線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。

コンミテータ１０は、回転軸３の一端側に外嵌固定されている。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が複数枚取り付けられている。
セグメント１５は軸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。

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が一体形成されている。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とが電気的に接続される。

回転軸３の他端側は、ヨーク本体５Ａに突出形成されたボス１９に内装された軸受け１８によって回転自在に支持されている。ヨーク本体５Ａの開口端にはブラシ収納部５Ｂが設けられ、ヨーク本体５Ａと一体形成されている。
ブラシ収納部５Ｂの内側には、一対のブラシホルダ２０が設けられている。ブラシホルダ２０には、それぞれ不図示のブラシがスプリング２１を介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシの先端部は、スプリング２１によって付勢され、コンミテータ１０に摺接した状態になっている。

ブラシ収納部５Ｂの開口端には、フランジ５２が設けられている。このフランジ５２には、電動モータ２をウォームギヤ減速機４のギヤハウジング２３に締結固定するためのボルト孔２４が形成され、このボルト孔２４にボルト２４Ａが螺入されている。
ギヤハウジング２３は、電動モータ２の回転軸３の一端に連結されたウォーム２５を収容するウォーム収容部２７と、ウォーム２５に噛合されているウォームホイール２６を収容するウォームホイール収容部２８とで構成されている。

ウォーム２５の両端側は、ウォーム収容部２７に設けられた軸受け４０，４１によって回転自在に支持されている。ウォーム２５と電動モータ２の回転軸３とは互いに軸方向に移動自在、且つ相対回転不能に連結されている。
ウォームホイール２６には、ウォームホイール２６と共に回転可能に駆動連結された出力軸（不図示）が電動モータ２の回転軸３の直交方向に沿うように設けられている。なお、この不図示の出力軸が回転することによって車両のウインドウガラスが開閉するようになっている。

また、ギヤハウジング２３には、コネクタ２９が回転軸３の直交方向に沿うように外方（図１における上側）に向かって設けられている。このコネクタ２９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２９のコネクタハウジング３０は、ギヤハウジング２３と一体成形されている。

コネクタ２９の接続端子３１は、電動モータ２の不図示のブラシ、およびリード線を介して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（不図示）を介してコンミテータ１０に供給されるようになっている。この他にギヤハウジング２３の外周部には、パワーウインドウ装置１を固定するときに使用されるボルト孔３３が３箇所設けられている。

したがって、上述の実施形態によれば、永久磁石７の内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１を外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定し、永久磁石７の肉厚が曲率半径の異なる２つの円弧部５６，５７によって周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成されている。このため、永久磁石７とアーマチュアコア８の外周面との間のエアギャップＳを周方向で一定に保ちつつ、永久磁石７の周方向中央の磁力よりも周方向両端部７Ａ，７Ａ側の磁力を弱めることができる。そして、永久磁石７の周方向両端部７Ａを境にした磁束の変化を小さくすることができ、モータ効率を低減することなく、アーマチュア６の振動を低減することが可能になる。よって、高効率で低騒音の電動モータ２を提供できるのに加え、永久磁石７として安価なフェライト磁石を用いることができる。

図３は、縦軸を磁束密度とし、横軸を任意位置とした場合の上述の実施形態における三日月状の永久磁石７と、従来の瓦状の永久磁石との磁束密度の変化を比較したグラフである。これによれば、各永久磁石７の磁束密度は、従来の永久磁石の磁束密度と比較して周方向中央から周方向両端部（図３におけるＡ部）に向かうに従い徐々に低下していることが確認できる。

また、上述の実施形態によれば、ヨーク２の筒部５３に、永久磁石７の外径側円弧部５７に対応する円弧壁５４が形成されている。このため、ヨーク２の円弧壁５４が永久磁石７の外側円弧部５７を覆うような状態で密着するので、永久磁石７をヨーク２に確実に固定することができる。

さらに、連結壁５５が断面略くの字状に曲折成形されているため、これによって形成される角部５８が連結壁５５自体の剛性を高める補強部として機能し、連結壁５５の剛性を高めている。よって、ヨーク２の振動を抑制することが可能になる。
つまり、図２に示すように、永久磁石７の外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２は、永久磁石７の内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１よりも小さいため、そのままヨーク２の円弧壁５４を外側円弧部５７に対応するように形成すると円弧壁５４同士を連結する連結壁が略直線的な形状になってしまう（図２における２点鎖線参照）。このように連結壁を直線的な形状にすると連結壁の面剛性が低下し、ヨーク２が振動してしまうおそれがあるので、上述の実施形態のように角部５８によって振動を抑制しているのである。

また、連結壁５５の稜線としての角部５８が径方向外側に突出しているため、この角部５８の内側に空隙Ｓ’を形成することができる（図２参照）。このため、永久磁石７と永久磁石７との間におけるアーマチュア６とヨーク２との間のエアギャップを大きく確保することができ、アーマチュア６の反作用を低減させることができる。

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。
また、上述の実施形態では、電動モータ２をパワーウインドウ装置１に適用した場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、車両のサンルーフ駆動用モータや、電動シート用のモータとして適用することが可能である。

さらに、上述の実施形態では、ヨーク５が有底筒状に形成された場合について説明したが、これに限られるものではなく、それぞれ筒部５３を有していれば、底部を別体として構成してもよい。
そして、上述の実施形態では、電動モータ２が４極モータである場合について説明したが、これに限られるものではなく、対となる永久磁石７を複数設けた４極以上の電動モータ２であってもよい。この場合、ヨーク５のヨーク本体５Ａは、これを構成する円弧壁５４の個数を永久磁石７の個数に対応させればよい。

また、上述の実施形態では、連結壁５５が断面略くの字状に曲折成形されており、連結壁５５の稜線としての角部５８が径方向外側に突出し、且つこの角部５８が隣り合う円弧壁５４と円弧壁５４との間の略中央に位置した状態になってい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、例えば、連結壁５５の肉厚を円弧壁５４の肉厚よりも厚く設定することで、連結壁５５に肉厚部５９（図２における破線部分）を設けてもよい。このようにすることで、肉厚部５９を連結壁５５の補強部として機能させることができる。この場合、連結壁５５を断面略くの字状に曲折成形することなく、肉厚部５９を厚くすることで面剛性を向上させることを条件に略直線的な形状に形成してもよい（図２参照）。

さらに、連結壁５５を断面略くの字状に曲折形成せず、例えば、円弧状に形成してもよい。連結壁５５を円弧状に形成することで、連結壁５５の直線的な部分をなくすことができるので、円弧部分を連結壁５５の補強部として機能させることができる。
また、連結壁５５を断面略くの字に曲折形成した場合の角部５８の突出方向は、径方向外側に限るものではなく、径方向内側であってもよい。さらに、連結壁５５を円弧状に形成する場合、この円弧の膨出方向は径方向外側であってもよし、径方向内側であってもよい。

本発明の実施形態におけるパワーウインドウ装置の構成を示す断面図である。 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。 本発明の第二実施形態における永久磁石の磁束密度の変化を示すグラフである。

符号の説明

２ 電動モータ
５ ヨーク
５Ａ ヨーク本体
６ アーマチュア
７ 永久磁石
８ アーマチュアコア
５３ 筒部
５４ 円弧壁
５５ 連結壁
５６ 内側円弧部
５７ 外側円弧部
５８ 角部
５９ 肉厚部
Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径
Ｓ エアギャップ

Claims (3)

1. 筒部を有するヨークと、
   前記筒部の内周面に少なくとも４極配設された断面略三日月状の永久磁石と、
   前記ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアコアを有するアーマチュアとを備えた電動モータであって、
   前記永久磁石の内側円弧部の曲率半径は、前記永久磁石の外側円弧部の曲率半径よりも大きく設定されていると共に、前記永久磁石の内側円弧部と前記アーマチュアコアの外周面とのエアギャップが周方向に一定となるように設定されており、
   前記ヨークの前記筒部は、前記永久磁石の前記外径側円弧部に対応し、且つ前記永久磁石の磁極数に対応するように形成された円弧壁と、これら円弧壁を連結する連結壁とで構成され、
   前記連結壁は、この連結壁自体の剛性を高めるための補強部を有していることを特徴とする電動モータ。
2. 前記連結壁の前記補強部は、径方向外側に向かって突出する角部であることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記連結壁は、前記円弧壁の肉厚よりも厚い肉厚部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
   
   
   

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