JP2014193080A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低回転数領域での出力トルクの低下を防止しつつ、小型，軽量化を図る。
【解決手段】断面が小判形状のヨーク２４と、ヨーク２４の各円弧状部２４ａと各平面状部２４ｂとの接続部ＣＮに近接配置した４つのマグネット２５と、各マグネット２５の径方向内側に回転自在に設けたアーマチュア２６とを備え、各マグネット２５間でヨーク２４の径方向に沿う各円弧状部２４ａとアーマチュア２６との間の長さ寸法Ｗ１を、各マグネット２５間でヨーク２４の径方向に沿う各平面状部２４ｂとアーマチュア２６との間の長さ寸法Ｗ２よりも大きくした。よって、ヨーク２４を小判形状として小型化しつつ多極化により薄肉化でき、パワーウィンドモータ２０を小型，軽量化できる。また、長さ寸法Ｗ１＞長さ寸法Ｗ２としたので、従前よりも磁気抵抗を上げて電機子反作用を低減でき、低回転数領域での出力トルクの低下を防止できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、４つのマグネットを設けて多極化し、これにより小型，軽量化を図ったモータ装置に関する。

従来、自動車等の車両に搭載されるパワーウィンド装置やサンルーフ装置等の駆動源としては、小型でありながら大きな出力が得られる減速機構付きのモータ装置を用いている。このようなモータ装置は、車両のドア内や天井内等の幅狭空間に搭載されるため、より小型，軽量化することが望ましい。そこで、モータ装置をより小型，軽量化するために、例えば、モータ装置を形成するマグネットの個数を２つから４つに変更する等、多極化することが行われている。

ここで、２極のモータ装置は４極のモータ装置に比して、２つのマグネットが発生する各磁束がヨークの２箇所に集中することになる。つまり、ヨークをある程度肉厚にしないと、４極のモータ装置と同等の出力を得ることができない。そのため、モータ装置の小型，軽量化には限界がある。一方、４極のモータ装置においては、４つのマグネットがそれぞれ発生する磁束をヨークの４箇所に分散させることができる。そのため、ヨークを薄肉化してもヨークには磁束が集中せず、所定の出力を発生することができる。

また、ヨークの形状を、例えば、断面が略正方形形状となるようにし、その四隅に４つのマグネットをそれぞれ配置することで、円形形状のヨークを備えた同等仕様のモータ装置に比してヨークの外形形状を小型化することが行われている。このように、モータ装置の多極化およびヨークの小型化を満足するように設計することで、モータ装置を小型，軽量化することができる。モータ装置を多極化しつつヨークを小型化したモータ装置としては、例えば特許文献１および特許文献２に記載された技術が知られている。

図７は従来例のモータ装置におけるヨークの形状を説明する断面図であり、各特許文献１，２に記載された技術は、図７に示すように、いずれも断面が略正方形形状に形成されたヨークＹＫを備えている。そして、ヨークＹＫの四隅には断面が略円弧形状に形成された４つのマグネットＭＧがそれぞれ配置されている。これにより、モータ装置ＭＴを多極化してヨークＹＫを薄肉化するとともに、ヨークＹＫの外形形状を小型化しており、ひいてはモータ装置ＭＴの小型，軽量化を図っている。

特開２００７−００６６８８号公報（図３（ｅ２）） 特開２０１０−２１３５６９号公報（図３）

しかしながら、上述の各特許文献１，２に記載された技術によれば、円形形状のヨークを備えたモータ装置に比して、図７に示すように、各マグネットＭＧ間で、ヨークＹＫとアーマチュアＡＭとの間の距離Ｗが短くなり、電機子磁束ＷＢが大きくなる。そして、これが電機子反作用を大きくし、ひいては低回転数領域における出力トルクの低下（所謂トルクダレ）を起こしてしまう。したがって、パワーウィンド装置やサンルーフ装置等において、開閉体が窓枠のウェザーストリップを弾性変形させ、これに伴い駆動抵抗が増加して回転数が低下すると、開閉体の締め切り間際でトルクダレが発生し、開閉体の締め切り間際でモータ装置ＭＴが停止するという問題を生じ得る。

本発明の目的は、低回転数領域における出力トルクの低下を防止しつつ、小型，軽量化が可能なモータ装置を提供することにある。

本発明のモータ装置は、一対の円弧状部および一対の平面状部を備え、断面が小判形状に形成されたヨークと、前記ヨークの径方向内側に互いに間隔を開けて設けられ、前記各円弧状部と前記各平面状部との接続部に近接配置される４つのマグネットと、前記各マグネットの径方向内側に所定隙間を介して回転自在に設けられるアーマチュアとを備え、前記各マグネット間で前記ヨークの径方向に沿う前記各円弧状部と前記アーマチュアとの間の第１距離を、前記各マグネット間で前記ヨークの径方向に沿う前記各平面状部と前記アーマチュアとの間の第２距離よりも大きくしたことを特徴とする。

本発明のモータ装置は、前記ヨークの前記各平面状部を、幅狭空間を形成する一対の対向壁部と対向させ、前記モータ装置を前記幅狭空間に配置することを特徴とする。

本発明のモータ装置によれば、断面が小判形状のヨークと、ヨークの各円弧状部と各平面状部との接続部に近接配置した４つのマグネットと、各マグネットの径方向内側に回転自在に設けたアーマチュアとを備え、各マグネット間でヨークの径方向に沿う各円弧状部とアーマチュアとの間の第１距離を、各マグネット間でヨークの径方向に沿う各平面状部とアーマチュアとの間の第２距離よりも大きくしている。これにより、ヨークを円形形状よりも扁平となる小判形状として小型化することができ、さらにモータ装置を多極化してヨークを薄肉化できる。よって、モータ装置の小型，軽量化を実現できる。また、各円弧状部とアーマチュアとの間の第１距離を、各平面状部とアーマチュアとの間の第２距離よりも大きくするので、各円弧状部とアーマチュアとの間の距離（エアギャップ）を長くして磁気抵抗を上げることができる。これにより、通電時に発生する電機子磁束を小さくして電機子反作用を低減でき、ひいては低回転数領域における出力トルクの低下を防止できる。

本発明のモータ装置によれば、ヨークの各平面状部を、幅狭空間を形成する一対の対向壁部と対向させ、モータ装置を幅狭空間に配置するので、自動車等の車両のドア内や天井内等にモータ装置を配置でき、ひいては当該モータ装置をパワーウィンド装置やサンルーフ装置等の駆動源として利用できる。

本発明に係るモータ装置を備えたパワーウィンド装置の概要を説明する説明図である。 図１のモータ装置の詳細構造を説明する部分断面図である。 図２のＡ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 モータ特性（回転数／トルク）を従来例と比較して示す解析グラフである。 コギングトルク特性を従来例と比較して示す解析グラフである。 従来例のモータ装置におけるヨークの形状を説明する断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係るモータ装置を備えたパワーウィンド装置の概要を説明する説明図を、図２は図１のモータ装置の詳細構造を説明する部分断面図を、図３は図２のＡ矢視図を、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図を、図５はモータ特性（回転数／トルク）を従来例と比較して示す解析グラフを、図６はコギングトルク特性を従来例と比較して示す解析グラフをそれぞれ表している。

図１に示すように、自動車等の車両の側部に設けられる開閉ドア１０には、ケーブル式のパワーウィンド装置１１が搭載されている。パワーウィンド装置１１は、開閉ドア１０を形成するドア枠１０ａに設けられたウィンドガラス（開閉体）１２を開閉駆動するようになっている。

ドア枠１０ａには、ウィンドガラス１２の締め切り時において、当該ウィンドガラス１２の外周部分と密着するウェザーストリップ１３（図中網掛部分）が装着されている。ウェザーストリップ１３は、ゴム等の弾性材料により形成され、ウィンドガラス１２の閉駆動に伴い、ウィンドガラス１２が接触して弾性変形するようになっている。これにより、両者は密着して車室内への雨水等の侵入を防止している。

パワーウィンド装置１１は、パワーウィンドモータ２０とウィンドレギュレータ４０とを備えている。パワーウィンドモータ２０は、減速機構付きのモータ装置であり、モータ部２１とギヤ部２２とを備えている。ギヤ部２２には、外周部に駆動ケーブル１４が巻き掛けられたドラム２３が設けられている。ウィンドレギュレータ４０は、開閉ドア１０の上下方向、つまりウィンドガラス１２の開閉方向に延びるガイドレール４１を備え、ガイドレール４１の図中上側および下側には、駆動ケーブル１４の移動方向を折り返す上側プーリ４２および下側プーリ４３がそれぞれ回転自在に設けられている。

ガイドレール４１には、ウィンドガラス１２の下端部を支持するキャリアプレート４４が摺動自在に設けられ、キャリアプレート４４には、各プーリ４２，４３によって折り返された駆動ケーブル１４の一側端部１４ａと他側端部１４ｂとが連結されている。

そして、車室内に設けられる操作スイッチ（図示せず）を「開操作」することにより、パワーウィンドモータ２０は正方向に回転駆動され、ドラム２３が時計方向に回転する。これにより、駆動ケーブル１４の他側端部１４ｂが、図中破線矢印のように引っ張られてキャリアプレート４４がガイドレール４１に沿って下降し、ひいてはウィンドガラス１２が図中破線矢印の方向に移動し、ウィンドガラス１２を開けることができる（ＯＰＥＮ動作）。

一方、操作スイッチを「閉操作」することにより、パワーウィンドモータ２０は逆方向に回転駆動され、ドラム２３が反時計方向に回転する。これにより、駆動ケーブル１４の一側端部１４ａが、図中実線矢印のように引っ張られてキャリアプレート４４がガイドレール４１に沿って上昇し、ひいてはウィンドガラス１２が図中実線矢印の方向に移動し、ウィンドガラス１２を閉じることができる（ＣＬＯＳＥ動作）。

パワーウィンドモータ２０を形成するモータ部２１は、図２ないし図４に示すように、一対の円弧状部２４ａおよび一対の平面状部２４ｂを備え、断面が小判形状に形成されたヨーク２４を有している。ヨーク２４は、断面が円形形状のヨーク（図示せず）に比して扁平形状となっており、図３に示すように、各平面状部２４ｂを開閉ドア１０内の幅狭空間を形成する一対の取付枠体（対向壁部）１０ｂと対向させた状態のもとで、パワーウィンドモータ２０を開閉ドア１０内に配置している。つまりヨーク２４は、図７に示す従来例のヨークＹＫと同様に小型化され、パワーウィンドモータ２０の開閉ドア１０内への搭載性を向上させている。

ヨーク２４は、図２に示すように、導電性を有する金属板を深絞り加工（プレス加工）することにより有底筒状に形成され、開口に近接する位置にブラシホルダ組付部２４ｄが形成され、ブラシホルダ組付部２４ｄとヨーク２４の底面との間にマグネット組付部２４ｃが形成される。ヨーク２４のマグネット組付部２４ｃの径方向内側には、断面が略円弧形状に形成された４つのマグネット２５が互いに間隔を開けて設けられている。各マグネット２５は、図４に示すように、ヨーク２４の各円弧状部２４ａと各平面状部２４ｂとの間の接続部ＣＮに近接するようそれぞれ配置されている。ここで、各マグネット２５が発生する磁束（図示せず）は、ヨーク２４の４箇所に分散されるため、例えば２極のモータ装置に比してヨーク２４には磁束が集中しない。これによりヨーク２４は薄肉化され、図７に示す従来例のヨークＹＫと同様に軽量化されている。

図２および図４に示すように、各マグネット２５の径方向内側には、所定隙間Ｓを介してアーマチュア２６が回転自在に設けられている。アーマチュア２６にはコイル２７が所定の巻き数および巻き方で巻装されており、アーマチュア２６の回転中心にはアーマチュア軸２８が貫通して固定されている。アーマチュア軸２８の一端側（図２中右側）は、ヨーク２４の底部に装着されたラジアル軸受２９により回転自在に支持されている。アーマチュア軸２８の他端側（図２中左側）は、ギヤ部２２のギヤケース３０の内部にまで延ばされており、ブラシホルダ３１に設けられたラジアル軸受３２により回転自在に支持されている。

図４に示すように、各マグネット２５間で、ヨーク２４の径方向に沿う各円弧状部２４ａとアーマチュア２６との間には、幅広クリアランス部ＣＬ１が形成されている。そして、幅広クリアランス部ＣＬ１は、図４においてヨーク２４の上下方向に２箇所形成されている。各幅広クリアランス部ＣＬ１のヨーク２４の径方向に沿う長さ寸法（第１距離）は、Ｗ１に設定されている。また、各マグネット２５間で、ヨーク２４の径方向に沿う各平面状部２４ｂとアーマチュア２６との間には、幅狭クリアランス部ＣＬ２が形成されている。そして、幅狭クリアランス部ＣＬ２は、図４においてヨーク２４の左右方向に２箇所形成されている。各幅狭クリアランス部ＣＬ２のヨーク２４の径方向に沿う長さ寸法（第２距離）は、Ｗ２に設定されている。

ここで、各幅広クリアランス部ＣＬ１の長さ寸法Ｗ１は、各幅狭クリアランス部ＣＬ２の長さ寸法Ｗ２よりも大きく（長く）設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）。また、各幅狭クリアランス部ＣＬ２の長さ寸法Ｗ２は、図７に示す従来例のヨークＹＫとアーマチュアＡＭとの間の距離Ｗと等しくなっている（Ｗ２＝Ｗ）。つまり、本実施の形態に係るパワーウィンドモータ２０のモータ部２１においては、各幅広クリアランス部ＣＬ１を有する分、当該部分がエアギャップとなって磁気抵抗を上げることができる。これにより、コイル２７への通電時に発生する電機子磁束ＷＢを小さくして電機子反作用を低減するようにしている。

図２に示すように、アーマチュア軸２８のギヤ部２２側でアーマチュア２６に近接する位置には、整流子３３が一体に設けられている。整流子３３には、コイル２７の端部が電気的に接続されており、整流子３３を介してコイル２７に駆動電流を供給することでアーマチュア２６には電磁力が発生し、これによりアーマチュア軸２８が正方向または逆方向に回転するようになっている。

ヨーク２４の開口側（図２中左側）、すなわちブラシホルダ組付部２４ｄには、プラスチック等の樹脂材料によって小判形状に形成されたブラシホルダ３１が装着されている。ブラシホルダ組付部２４ｄは、円弧状に形成された一対のブラシホルダ組付用円弧状部２４ｅと、一対のブラシホルダ組付用平面状部２４ｆとを備え（図３参照）、断面が小判形状に形成されている。なお、ヨーク２４において平面状部２４ｂとブラシホルダ組付用平面状部２４ｆとは、同一平面に形成されている。これにより、ヨーク２４の成形がし易くなるとともに、図３に示すように開閉ドア１０内に配置したときの寸法を小さくすることができ、パワーウィンドモータ２０の開閉ドア１０内への搭載性を向上させている。また、ヨーク２４において、ブラシホルダ組付用円弧状部２４ｅは、円弧状部２４ａよりも径方向外側に配置されている。これにより、ブラシホルダ３１（図２参照）の開閉ドア１０の厚み方向（図３における左右方向）を増やさずに、パワーウィンドモータ２０の小型化，薄型化を向上させている。

ブラシホルダ３１には、一対のブラシ３４が径方向に移動自在に設けられ、各ブラシ３４は一対のスプリング３５の弾性力によりそれぞれ整流子３３に向けて押圧されている。これにより、各ブラシ３４は確実に整流子３３上を摺接して、ひいてはコイル２７に安定した駆動電流を供給できるようになっている。

アーマチュア軸２８の他端側には、連結部材３６を介してウォーム軸３７が一体回転可能に連結されている。ウォーム軸３７の外周にはウォーム３７ａ（詳細図示せず）が一体に設けられ、ウォーム３７ａには、ウォームホイール３８の歯部３８ａ（詳細図示せず）が噛み合わされている。

ここで、ウォーム３７ａおよびウォームホイール３８は、いずれも減速機構を形成し、ギヤケース３０内に回転自在に設けられている。そして、ウォーム３７ａおよびウォームホイール３８は、アーマチュア軸２８の回転を所定の速度にまで減速して高トルク化し、この高トルク化した回転をギヤケース３０の外部に設けられたドラム２３に出力するようになっている。

次に、以上のように形成したパワーウィンドモータ２０の動作について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、ウィンドガラス１２が開いている状態のもとで、操作者により操作スイッチを「閉操作」すると、コイル２７には各ブラシ３４，整流子３３を介して駆動電流が供給される。すると、パワーウィンドモータ２０は逆方向に回転駆動されて、ウィンドガラス１２が閉じていく（ＣＬＯＳＥ動作）。ここで、ウィンドガラス１２の閉じ始めにおいては、当該ウィンドガラス１２がウェザーストリップ１３に接触していないことから、図５の左側に示すように、パワーウィンドモータ２０には負荷が殆ど掛からず、パワーウィンドモータ２０は勢い良く高速回転している（駆動電流1.6A／回転数6200rpm）。

その後、ウィンドガラス１２の外周部分がウェザーストリップ１３に接触し、ウィンドガラス１２が徐々にウェザーストリップ１３を弾性変形させていくと、パワーウィンドモータ２０に掛かる負荷が徐々に大きくなっていく。すると、図５に示すように、パワーウィンドモータ２０の回転数が徐々に低下していき、これに伴ってコイル２７への駆動電流が大きくなっていく。これにより、パワーウィンドモータ２０の回転トルクが徐々に増加していく。

そして、パワーウィンドモータ２０の回転トルクの増加に伴い、ウィンドガラス１２がウェザーストリップ１３を弾性変形させつつ完全に閉じて、ウィンドガラス１２とウェザーストリップ１３とが密着すると、パワーウィンドモータ２０の回転数が0rpmとなり、コイル２７にパワーウィンドモータ２０が回転している状態の駆動電流よりも大きい値の駆動電流が拘束電流として流れる。そして、コイル２７に拘束電流が流れたことを検出すると、駆動電流の供給が停止される。

ここで、図５の右側の駆動電流14.2A／回転数0rpmとなる部分が、ウィンドガラス１２が完全に閉じた状態となる部分であり、当該部分におけるパワーウィンドモータ２０の回転トルクは0.262Nmとなっている（図中実線）。一方、図７に示す従来例のモータ装置ＭＴの回転トルクは0.245Nmとなっている（図中破線）。このように、パワーウィンドモータ２０においては、ウィンドガラス１２の締め切り間際での所謂トルクダレが抑えられて、低回転数領域における出力トルクの低下が改善されていることが判る。

なお、パワーウィンドモータ２０においては、図４に示すようにヨーク２４とアーマチュア２６との間の距離を、アーマチュア２６の周方向に沿ってＷ１，Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）と異ならせている。一方、従来例のモータ装置ＭＴにおいては、図７に示すようにヨークＹＫとアーマチュアＡＭとの間の距離は、アーマチュアＡＭの周方向に沿ってＷ（Ｗ＝Ｗ２）で一定となっている。

つまり、駆動電流の供給を停止してアーマチュアを動かした際に発生する磁気吸引力（コギングトルク）の発生具合という観点で見ると、パワーウィンドモータ２０の方が不利になることが懸念される。そこで、コギングトルクの発生状況について解析したところ、図６に示すようにパワーウィンドモータ２０（図中実線）の方が従来例（図中破線）に比して若干ピーク値が大きくなることが判った。しかしながら、このピーク値の増大は±0.001Nm程度の微増であって、パワーウィンドモータ２０の作動音が増大する等、パワーウィンドモータ２０の作動状態に影響を与えるようなものでは無い。

以上詳述したように、本実施の形態に係るパワーウィンドモータ２０によれば、断面が小判形状のヨーク２４と、ヨーク２４の各円弧状部２４ａと各平面状部２４ｂとの接続部ＣＮに近接配置した４つのマグネット２５と、各マグネット２５の径方向内側に回転自在に設けたアーマチュア２６とを備え、各マグネット２５間でヨーク２４の径方向に沿う各円弧状部２４ａとアーマチュア２６との間の長さ寸法Ｗ１を、各マグネット２５間でヨーク２４の径方向に沿う各平面状部２４ｂとアーマチュア２６との間の長さ寸法Ｗ２よりも大きくした。

これにより、ヨーク２４を円形形状よりも扁平となる小判形状として小型化することができ、さらにパワーウィンドモータ２０を多極化してヨーク２４を薄肉化できる。よって、パワーウィンドモータ２０の小型，軽量化を実現できる。また、各円弧状部２４ａとアーマチュア２６との間の長さ寸法Ｗ１を、各平面状部２４ｂとアーマチュア２６との間の長さ寸法Ｗ２よりも大きくしたので、各円弧状部２４ａとアーマチュア２６との間の距離（エアギャップ）を長くして磁気抵抗を上げることができる。これにより、通電時に発生する電機子磁束ＷＢを小さくして電機子反作用を低減でき、ひいては低回転数領域における出力トルクの低下を防止できる。

また、本実施の形態に係るパワーウィンドモータ２０によれば、ヨーク２４の各平面状部２４ｂを、開閉ドア１０内の一対の取付枠体１０ｂと対向させ、幅狭空間である開閉ドア１０内に配置できるので、パワーウィンドモータ２０を車載用モータ装置とし、幅狭空間に配置されるサンルーフ装置の駆動源としても利用することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態においては、モータ装置をパワーウィンドモータ２０とし、さらにはサンルーフ装置の駆動源にも適用し得ることを説明したが、本発明はこれに限らず、小型，軽量化が望まれる他の車載装置、例えばパワースライドドア装置，シートスライド装置，ワイパ装置等の駆動源にも適用することができる。

１０ 開閉ドア
１０ａ ドア枠
１０ｂ 取付枠体（対向壁部）
１１ パワーウィンド装置
１２ ウィンドガラス
１３ ウェザーストリップ
１４ 駆動ケーブル
１４ａ 一側端部
１４ｂ 他側端部
２０ パワーウィンドモータ（モータ装置）
２１ モータ部
２２ ギヤ部
２３ ドラム
２４ ヨーク
２４ａ 円弧状部
２４ｂ 平面状部
２４ｃ マグネット組付部
２４ｄ ブラシホルダ組付部
２４ｅ ブラシホルダ組付用円弧状部
２４ｆ ブラシホルダ組付用平面状部
２５ マグネット
２６ アーマチュア
２７ コイル
２８ アーマチュア軸
２９ ラジアル軸受
３０ ギヤケース
３１ ブラシホルダ
３２ ラジアル軸受
３３ 整流子
３４ ブラシ
３５ スプリング
３６ 連結部材
３７ ウォーム軸
３７ａ ウォーム
３８ ウォームホイール
３８ａ 歯部
４０ ウィンドレギュレータ
４１ ガイドレール
４２ 上側プーリ
４３ 下側プーリ
４４ キャリアプレート
Ｓ 所定隙間
ＣＬ１ 幅広クリアランス部
ＣＬ２ 幅狭クリアランス部
ＣＮ 接続部
Ｗ１ 長さ寸法（第１距離）
Ｗ２ 長さ寸法（第２距離）
ＷＢ 電機子磁束

Claims (2)

1. 一対の円弧状部および一対の平面状部を備え、断面が小判形状に形成されたヨークと、
   前記ヨークの径方向内側に互いに間隔を開けて設けられ、前記各円弧状部と前記各平面状部との接続部に近接配置される４つのマグネットと、
   前記各マグネットの径方向内側に所定隙間を介して回転自在に設けられるアーマチュアとを備え、
   前記各マグネット間で前記ヨークの径方向に沿う前記各円弧状部と前記アーマチュアとの間の第１距離を、前記各マグネット間で前記ヨークの径方向に沿う前記各平面状部と前記アーマチュアとの間の第２距離よりも大きくしたことを特徴とするモータ装置。
2. 請求項１記載のモータ装置において、前記ヨークの前記各平面状部を、幅狭空間を形成する一対の対向壁部と対向させ、前記モータ装置を前記幅狭空間に配置することを特徴とするモータ装置。

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