JP2019187132A - モータ及びブラシレスワイパーモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの鉄損を抑制してモータ効率を高めることができるモータ及びブラシレスワイパーモータを提供する。【解決手段】ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティース２２を有するステータ８と、ティース２２に巻回されるコイルと、ステータコアの径方向内側で回転するシャフトと、シャフトに固定され、シャフトの回転軸線を径方向中心とするロータコア３２と、ロータコア３２の外周面に配置された複数の永久磁石３３と、ロータコア３２の外周面３２ｂの周方向で隣り合う永久磁石３３の間に、径方向外側に向かって突出形成され、永久磁石３３の突極当接面が当接された突極と、を備え、ステータ８は、複数の電磁鋼板Ｐｔをシャフトの回転軸線方向に沿って積層してなり、永久磁石３３は、軸方向端部３３ｈの少なくとも一方がロータコア３２の軸方向端部３２ｃよりも突出している。【選択図】図６

Description

本発明は、モータ及びブラシレスワイパーモータに関するものである。

ブラシレスモータ（以下、単にモータと称することがある）は、コイルが巻回されたティースを有するステータと、ステータの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、を備えている。周方向で隣り合うティース間には、スロットが形成される。このスロットを通して各ティースにコイルが巻回される。ステータやロータは、電磁鋼板をシャフトの回転軸線方向（以下、単に軸方向という場合がある）に積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりすることにより、形成される。
ステータには、コイルに給電を行うことにより鎖交磁束が形成される。ロータは、シャフトと、このシャフトに外嵌固定される略円柱状のロータコアと、ロータコアに設けられた永久磁石と、を有している。そして、ステータに形成された鎖交磁束とロータコアに設けられた永久磁石との間に磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータが継続的に回転する。

ここで、ロータに永久磁石を配置する方式として、ロータコアの外周面に永久磁石を配置する方式（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）がある。このＳＰＭ方式のロータにおいて、高トルク化を図るためのさまざまな方法が提案されている。

例えば、ステータにおける軸方向の厚さよりもロータの軸方向の厚さを厚くする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このように構成することにより、ロータの永久磁石の磁束が漏れやすい永久磁石の軸方向両端を、ステータの軸方向両端よりも外側に位置させることができる。このため、ロータの有効磁束量が増大し、ステータに形成された鎖交磁束を、ロータの回転力に効率的に寄与させることができる。

また、例えば、ロータコアの外周面において、周方向で隣り合う永久磁石の間に、径方向外側に向かって突出する突極を設けたロータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。突極を設けることにより、ロータコアにおいて、ステータのコイルによる鎖交磁束（ｑ軸磁束）が流れやすい方向と、鎖交磁束の流れにくい方向（ｄ軸方向）とが形成される。この結果、ロータコアにリラクタンストルクが発生するので、このリラクタンストルクもロータの回転力に寄与させることができる。

特開２００６−３３３６５７号公報 特開２００２−２６２５３３号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、永久磁石におけるステータの軸方向両端から突出した箇所の磁束が、このステータの軸方向両端に漏出してしまう。以下、具体的に説明する。
図１６は、ステータ１０８の一部を軸方向からみた平面図である。
図１６に示すように、電磁鋼板Ｐｔを積層してステータ１０８を形成した場合であっても、ステータ１０８の軸方向両端部１０８ａは軸方向からみて１枚の電磁鋼板Ｐｔである。このため、軸方向外側からステータ１０８に対して磁束が流れる場合、この磁束に対するステータ１０８の電気抵抗は小さい。したがって、ステータ１０８の軸方向両端部１０８ａにおいては、回転軸線方向外側から流れてくる磁束によって渦電流Ｄｕが発生しやすく、ステータの鉄損が増大してしまう可能性があった。

図１７は、ステータ１０８を径方向からみた側面図である。
図１６に対し、図１７に示すように、例えば、電磁鋼板Ｐｔを積層してステータ１０８を形成した場合、径方向に沿う磁束に対してステータ１０８の電気抵抗が大きくなる。このため、渦電流Ｄｕが発生しにくい。

また、上述の特許文献２のように、ロータコアに突極を設けると、この突極に永久磁石の磁束が漏出されて突極に磁束が形成されてしまう。このため、通常、モータのコギングトルクの次数が「永久磁石の磁極数×ティースの数（スロット数）」の最小公倍数で決定されるところ、この最小公倍数のさらに２倍となってしまう可能性があった。より詳しく、以下に説明する。

図１８は、縦軸をロータの表面磁束密度とし、横軸をロータの回転角度としたときの、特許文献２における表面磁束密度の変化を示すグラフである。
図１８のＸ部に示すように、突極に磁束が形成されてこの突極の磁束の変化が大きいことが確認できる。このため、コギングトルクの次数が増大し、ステータの鉄損が増大してしまう可能性があった。

とりわけ、ステータの軸方向両端よりもロータコアの突極及び永久磁石の軸方向両端が突出していると、ステータの軸方向両端に軸方向外側から突極の磁束が流れてしまう。このため、コギングトルクの次数が増大し、ステータの鉄損が増大してしまう可能性があった。

そこで、本発明は、ステータの鉄損を抑制してモータ効率を高めることができるモータ及びブラシレスワイパー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、本発明に係るモータは、環状のステータコア、及び前記ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティースを有するステータと、前記ティースに巻回されるコイルと、前記ステータコアの径方向内側で回転するシャフトと、前記シャフトに固定され、前記シャフトの回転軸線を径方向中心とするロータコアと、前記ロータコアの外周面に配置された複数の永久磁石と、前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記永久磁石の間に、径方向外側に向かって突出形成され、前記永久磁石の周方向側面が当接された突極と、を備え、前記ステータは、複数の電磁鋼板を前記シャフトの前記回転軸線方向に沿って積層してなり、前記永久磁石は、前記回転軸線方向の両端のうちの少なくとも一方の端部が前記ロータコアの前記回転軸線方向の端部よりも突出していることを特徴とする。

このように、ステータを、電磁鋼板を軸方向に沿って積層することにより、径方向に沿う方向の突極の磁束に対し、電気抵抗を大きくできる。このため、径方向に沿う方向の突極の磁束に対し、ステータの渦電流を小さくできる。よって、ステータの鉄損を抑制でき、モータ効率を高めることができる。
また、永久磁石の軸方向の両端のうちの少なくとも一方の端部を、ロータコアの端部よりも突出させることにより、永久磁石の一端側の磁束が突極に漏出してしまうことを防止できる。このため、突極により、ステータの軸方向両端のうちの少なくとも一端に大きな渦電流が発生してしまことを抑制できる。よって、ステータの鉄損を抑制でき、モータ効率を高めることができる。
また、ステータの軸方向一端よりも永久磁石の軸方向一端を軸方向外側に突出させれば、ロータの有効磁束量を増大できる。このため、ステータに形成された鎖交磁束を、ロータの回転力に効率的に寄与させることができる。よって、モータ効率を高めることができる。

本発明に係るモータは、前記ステータの前記回転軸線方向の厚さと、前記ロータコアの前記回転軸線方向の厚さとが、同一の厚さであることを特徴とする。

このように構成することで、ステータの両端に、突極の両端の磁束が漏出してしまうことを確実に抑制できる。このため、ステータの鉄損を確実に抑制でき、モータ効率を確実に高めることができる。

本発明に係るモータは、前記ステータの前記回転軸線方向の厚さをＴｓとし、前記ロータコアの前記回転軸線方向の厚さをＴｒとし、前記永久磁石の前記回転軸線方向の厚さをＴｍとしたとき、各前記厚さＴｓ，Ｔｒ，Ｔｍは、
Ｔｍ＞Ｔｒ＞Ｔｓ
を満たすように設定されていることを特徴とする。

このように構成することで、ステータの両端に、突極の両端の磁束が漏出してしまうことを抑制しつつ、ステータに形成された鎖交磁束を、ロータの回転力に効率的に寄与させることができる。このため、モータ効率をさらに高めることができる。

本発明に係るモータにおいて、前記突極の前記径方向外側の端部における周方向の幅寸法は、電気角で４０°以下であることを特徴とする。

このように、突極の電気角を４０°以下として、突極の周方向の幅寸法を小さくすることで、ｑ軸方向におけるインダクタンス値を小さくすることができる。
ここで、突極には、ステータに形成された鎖交磁束が通りやすくなるので、突極に当接された永久磁石の周方向側面にも鎖交磁束が通る可能性がある。つまり、永久磁石の周方向側面に減磁界が発生してしまう。しかしながら、突極の電気角を４０°以下とすることにより、減磁界を抑えることができる。

本発明に係るモータにおいて、前記突極の前記径方向外側の端部における周方向の幅寸法は、電気角で２０°以上であることを特徴とする。

このように構成することで、突極の周方向の幅寸法を電気角で２０°以上に確保することで、磁束が突極に集中することによって減磁界が永久磁石の端部に作用しにくくなるという効果を、確実に得ることができる。また、突極の電気角を２０°以上４０°以下とすることで、高いリラクタンストルクを得ることができ、モータ効率を高めることができる。

本発明に係るモータは、前記突極の前記径方向外側の端面に、前記回転軸線方向に沿って溝部を１つ形成し、前記溝部は、径方向内側に向かうに従って周方向の溝幅が徐々に狭くなるように形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、突極の径方向外側の端面に溝部があることで、突極の径方向外側の端面全体でみたとき、この端面とティースとの間隔を不均一にすることができる。この結果、ロータコアの回転中に、突極がティース間を通過する前後でティースに生じる磁束密度の急激な変化を抑制できる。このため、ロータコアの急激なトルク変動を低減でき、トルクリップルを低下させることができる。

本発明に係るブラシレスワイパーモータは、上記に記載のモータを備えたことを特徴とする。

このように構成することで、ステータの鉄損を抑制してモータ効率を高めることが可能なブラシレスワイパーモータを提供できる。

本発明によれば、ステータを、電磁鋼板を軸方向に沿って積層することにより、径方向に沿う方向の突極の磁束に対し、電気抵抗を大きくできる。このため、径方向に沿う方向の突極の磁束に対し、ステータの渦電流を小さくできる。よって、ステータの鉄損を抑制でき、モータ効率を高めることができる。
また、永久磁石の軸方向の両端のうちの少なくとも一方の端部を、ロータコアの端部よりも突出させることにより、永久磁石の一端側の磁束が突極に漏出してしまうことを防止できる。このため、突極により、ステータの軸方向両端のうちの少なくとも一端に大きな渦電流が発生してしまことを抑制できる。よって、ステータの鉄損を抑制でき、モータ効率を高めることができる。
また、ステータの軸方向一端よりも永久磁石の軸方向一端を軸方向外側に突出させれば、ロータの有効磁束量を増大できる。このため、ステータに形成された鎖交磁束を、ロータの回転力に効率的に寄与させることができる。よって、モータ効率を高めることができる。

本発明の実施形態におけるワイパーモータの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるステータ及びロータの構成図である。 ステータ及びロータの斜視図である。 図３のＡ部拡大図である。 本発明の実施形態におけるステータ及びロータの軸方向に沿う断面図である。 本発明の実施形態における突極の軸方向端部の表面磁束密度の変化を示すグラフである。 本発明の実施形態におけるロータの有効磁束量と従来のロータの有効磁束量とを比較したグラフである。 本発明の実施形態におけるロータのｑ軸、ｄ軸のインダクタンスを示すグラフであり、従来構造のロータと比較している。 本発明の実施形態におけるロータの回転数の変化を示すグラフであり、従来のＩＰＭ構造のロータと比較している。 本発明の実施形態における突極の突極幅ごとのロータのトルクの変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における突極の突極幅ごとのロータのリップル率の変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における突極の突極幅ごとのロータのコギングの変化を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例におけるステータ及びロータの軸方向に沿う断面図である。 本発明の実施形態の変形例におけるステータ及びロータの軸方向に沿う断面図である。 従来のステータの一部を軸方向からみた平面図である。 従来のステータを径方向からみた側面図である。 従来のロータにおける表面磁束密度の変化を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（ワイパーモータ）
図１は、ワイパーモータ１の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１、図２に示すように、ワイパーモータ１は、例えば車両に搭載されるワイパの駆動源となる。ワイパーモータ１は、モータ部２と、モータ部２の回転を減速して出力する減速部３と、モータ部２の駆動制御を行うコントローラ部４と、を備えている。
なお、以下の説明において、単に軸方向という場合は、モータ部２のシャフト３１の回転軸線方向をいい、単に周方向という場合は、シャフト３１の周方向をいい、単に径方向という場合は、シャフト３１の径方向をいうものとする。

（モータ部）
モータ部２は、モータケース５と、モータケース５内に収納されている略円筒状のステータ８と、ステータ８の径方向内側に設けられ、ステータ８に対して回転可能に設けられたロータ９と、を備えている。モータ部２は、ステータ８に電力を供給する際にブラシを必要としない、いわゆるブラシレスモータである。

（モータケース）
モータケース５は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料に形成されている。モータケース５は、軸方向に分割可能に構成された第１モータケース６と、第２モータケース７と、からなる。第１モータケース６及び第２モータケース７は、それぞれ有底筒状に形成されている。
第１モータケース６は、底部１０が減速部３のギヤケース４０と接合されるように、このギヤケース４０と一体成形されている。底部１０の径方向略中央には、ロータ９のシャフト３１を挿通可能な貫通孔１０ａが形成されている。

また、第１モータケース６の開口部６ａに、径方向外側に向かって張り出す外フランジ部１６が形成されていると共に、第２モータケース７の開口部７ａに、径方向外側に向かって張り出す外フランジ部１７が形成されている。これら外フランジ部１６，１７同士を突き合わせて内部空間を有するモータケース５を形成している。そして、モータケース５の内部空間に、第１モータケース６及び第２モータケース７に内嵌されるようにステータ８が配置されている。

（ステータ）
図３は、ステータ８及びロータ９の構成を示し、軸方向からみた図に相当する。
図２、図３に示すように、ステータ８は、径方向に沿う断面形状が略円形となる筒状のコア部２１と、コア部２１から径方向内側に向かって突出する複数（例えば、本実施形態では６つ）のティース２２と、が一体成形されたステータコア２０を有している。
ステータコア２０は、複数の電磁鋼板Ｐｔを軸方向に積層することにより形成されている。

ティース２２は、コア部２１の内周面から径方向に沿って突出するティース本体１０１と、ティース本体１０１の径方向内側端から周方向に沿って延びる鍔部１０２と、が一体成形されたものである。鍔部１０２は、ティース本体１０１から周方向両側に延びるように形成されている。そして、周方向で隣り合う鍔部１０２の間に、スロット１９が形成される。

また、コア部２１の内周面、及びティース２２は、樹脂製のインシュレータ２３によって覆われている。このインシュレータ２３の上から各ティース２２にコイル２４が巻回されている。各コイル２４は、コントローラ部４からの給電により、ロータ９を回転させるための磁界を生成する。

（ロータ）
図４は、ステータ８及びロータ９の斜視図である。図５は、図３のＡ部拡大図である。なお、図４では、説明を分かりやすくするために、ステータ８に設けられているインシュレータ２３、及びステータ８に巻回されているコイル２４の図示を省略する。
図３〜図５に示すように、ロータ９は、ステータ８の径方向内側に微小隙間を介して回転自在に設けられている。ロータ９は、減速部３を構成するウォーム軸４４（図２参照）と一体成形されたシャフト３１と、シャフト３１に外嵌固定されこのシャフト３１を軸心（回転軸線）Ｃ１とする略円柱状のロータコア３２と、ロータコア３２の外周面３２ｂに設けられた４つの永久磁石３３と、を備えている。
このように、モータ部２において、永久磁石３３の磁極数とスロット１９（ティース２２）の数との比は、２：３である。なお、永久磁石３３としては、例えば、フェライト磁石が用いられる。しかしながら、これに限られるものではなく、永久磁石３３として、フェライト磁石に代わってネオジムボンド磁石やネオジム焼結磁石を適用することも可能である。

ロータコア３２は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ロータコア３２は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成してもよい。
また、ロータコア３２の径方向略中央には、軸方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａに、シャフト３１が圧入されている。なお、貫通孔３２ａに対してシャフト３１を挿入とし、接着剤等を用いてシャフト３１にロータコア３２を外嵌固定してもよい。

さらに、ロータコア３２の外周面３２ｂには、４つの突極３５が周方向に等間隔で設けられている。突極３５は、径方向外側に突出され、かつロータコア３２の軸方向全体に延びるように形成されている。突極３５の径方向外側で、かつ周方向両側の角部には、丸面取り部３５ａが形成されている。

また、突極３５は、径方向外側端部３５ｔにおける周方向の幅寸法が、電気角θで２０°以上４０°以下である。なお、突極３５の径方向外側端部３５ｔにおける周方向の幅寸法とは、突極３５に丸面取り部３５ａが形成されていないとした場合の周方向の両角部３５ｂ（以下、突極３５の径方向の角部３５ｂと称する）間の幅寸法をいう。以下の説明では、突極３５の径方向外側端部３５ｔにおける周方向の幅寸法を、単に突極３５の周方向の幅寸法と称して説明する。

また、突極３５は、周方向で対向する両側面３５ｃが平行となるように形成されている。つまり、突極３５は、周方向の幅寸法が径方向で均一になるように形成されている。
さらに、突極３５の径方向外側端部３５ｔには、周方向略中央に、１つの溝部９１が軸方向全体に渡って形成されている。溝部９１は、径方向内側に向かうに従って周方向の溝幅が徐々に狭くなるように、略Ｖ溝状に形成されている。

このように形成されたロータコア３２の外周面３２ｂは、周方向で隣り合う２つの突極３５の間が、それぞれ磁石収納部３６として構成されている。これら磁石収納部３６に、それぞれ永久磁石３３が配置され、例えば接着剤等によりロータコア３２に固定される。
永久磁石３３は、径方向外側の外周面３３ａの円弧中心Ｃｏ、及び径方向内側の内周面３３ｂの円弧中心Ｃｉが、シャフト３１の軸心Ｃ１の位置と一致している。また、突極３５の端部３５ｔを通る円の直径と、永久磁石３３の外周面３３ａの直径は、同一である。

永久磁石３３の内周面３３ｂは、全体がロータコア３２の外周面３２ｂに当接されている。また、永久磁石３３の周方向両側面は、径方向内側に位置し、突極３５の側面３５ｃに当接された突極当接面３３ｄと、突極当接面３３ｄよりも径方向外側に位置する傾斜面３３ｅと、が滑らかに連結されてなる。突極当接面３３ｄは、円弧面３３ｇを介して内周面３３ｂに滑らかに連結されている。

傾斜面３３ｅは、突極当接面３３ｄの径方向外端から永久磁石３３の外周面３３ａに向かうに従って、漸次突極３５から離間するように斜めで、かつ平坦に形成されている。１つの永久磁石３３において、周方向両側の傾斜面３３ｅは、永久磁石３３の周方向中間部３３ｃとシャフト３１の軸心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌと平行である。このため、２つの傾斜面３３ｅ同士も平行である。

また、永久磁石３３は、着磁（磁界）の配向が厚み方向に沿ってパラレル配向となるように着磁されている。そして、周方向に磁極が互い違いになるように、永久磁石３３が配置されている。このため、ロータコア３２の突極３５は、周方向で隣り合う永久磁石３３の間、つまり、磁極の境界（極境界）に位置している。

図６は、ステータ８及びロータ９の軸方向に沿う断面図である。
ここで、図６に示すように、ステータ８の軸方向の厚さをＴｓとし、ロータコア３２の軸方向の厚さをＴｒとし、永久磁石３３の軸方向の厚さをＴｍとしたとき、各厚さＴｓ，Ｔｒ，Ｔｍは、
Ｔｍ＞Ｔｒ≒Ｔｓ ・・・（１）
を満たすように設定されている。これにより、永久磁石３３の軸方向両端部３３ｈは、ロータコア３２（突極３５）の軸方向両端部３２ｃ、及びステータ８の軸方向両端部８ａよりも、軸方向外側に突出している。

（減速部）
図１、図２に戻り、減速部３は、モータケース５が取り付けられているギヤケース４０と、ギヤケース４０内に収納されるウォーム減速機構４１と、を備えている。ギヤケース４０は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料により形成されている。ギヤケース４０は、一面に開口部４０ａを有する箱状に形成されており、内部にウォーム減速機構４１を収容するギヤ収容部４２を有する。また、ギヤケース４０の側壁４０ｂには、第１モータケース６が一体成形されている箇所に、この第１モータケース６の貫通孔１０ａとギヤ収容部４２とを連通する開口部４３が形成されている。

また、ギヤケース４０の底壁４０ｃには、略円筒状の軸受ボス４９が突設されている。軸受ボス４９は、ウォーム減速機構４１の出力軸４８を回転自在に支持するためのものであり、内周面に不図示の滑り軸受が設けられている。さらに、軸受ボス４９の先端内周縁には、不図示のＯリングが装着されている。これにより、軸受ボス４９を介して外部から内部に塵埃や水が侵入してしまうことが防止される。また、軸受ボス４９の外周面には、複数のリブ５２が設けられている。これにより、軸受ボス４９の剛性が確保されている。

ギヤ収容部４２に収容されたウォーム減速機構４１は、ウォーム軸４４と、ウォーム軸４４に噛合されるウォームホイール４５と、により構成されている。ウォーム軸４４は、モータ部２のシャフト３１と同軸上に配置されている。そして、ウォーム軸４４は、両端がギヤケース４０に設けられた軸受４６，４７によって回転自在に支持されている。ウォーム軸４４のモータ部２側の端部は、軸受４６を介してギヤケース４０の開口部４３に至るまで突出している。この突出したウォーム軸４４の端部とモータ部２のシャフト３１との端部が接合され、ウォーム軸４４とシャフト３１とが一体化されている。なお、ウォーム軸４４とシャフト３１は、１つの母材からウォーム軸部分とシャフト部分とを成形することにより一体として形成してもよい。

ウォーム軸４４に噛合されるウォームホイール４５には、このウォームホイール４５の径方向中央に出力軸４８が設けられている。出力軸４８は、ウォームホイール４５の回転軸線方向と同軸上に配置されており、ギヤケース４０の軸受ボス４９を介してギヤケース４０の外部に突出している。出力軸４８の突出した先端には、不図示の電装品と接続可能なスプライン４８ａが形成されている。

また、ウォームホイール４５の径方向中央には、出力軸４８が突出されている側とは反対側に、不図示のセンサマグネットが設けられている。このセンサマグネットは、ウォームホイール４５の回転位置を検出する回転位置検出部６０の一方を構成している。この回転位置検出部６０の他方を構成する磁気検出素子６１は、ウォームホイール４５のセンサマグネット側（ギヤケース４０の開口部４０ａ側）でウォームホイール４５と対向配置されているコントローラ部４に設けられている。

（コントローラ部）
モータ部２の駆動制御を行うコントローラ部４は、磁気検出素子６１が実装されたコントローラ基板６２と、ギヤケース４０の開口部４０ａを閉塞するように設けられたカバー６３と、を有している。そして、コントローラ基板６２が、ウォームホイール４５のセンサマグネット側（ギヤケース４０の開口部４０ａ側）に対向配置されている。

コントローラ基板６２は、いわゆるエポキシ基板に複数の導電性のパターン（不図示）が形成されたものである。コントローラ基板６２には、モータ部２のステータコア２０から引き出されたコイル２４の端末部が接続されているとともに、カバー６３に設けられたコネクタ１１の端子（不図示）が電気的に接続されている。また、コントローラ基板６２には、磁気検出素子６１の他に、コイル２４に供給する電流を制御するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子からなるパワーモジュール（不図示）が実装されている。さらに、コントローラ基板６２には、このコントローラ基板６２に印加される電圧の平滑化を行うコンデンサ（不図示）等が実装されている。

このように構成されたコントローラ基板６２を覆うカバー６３は、樹脂により形成されている。また、カバー６３は、若干外側に膨出するように形成されている。そして、カバー６３の内面側は、コントローラ基板６２等を収容するコントローラ収容部５６とされている。
また、カバー６３の外周部に、コネクタ１１が一体成形されている。このコネクタ１１は、不図示の外部電源から延びるコネクタ１１と嵌着可能に形成されている。そして、コネクタ１１の端子に、コントローラ基板６２が電気的に接続されている。これにより、外部電源の電力がコントローラ基板６２に供給される。

さらに、カバー６３の開口縁には、ギヤケース４０の側壁４０ｂの端部と嵌め合わされる嵌合部８１が突出形成されている。嵌合部８１は、カバー６３の開口縁に沿う２つの壁８１ａ，８１ｂにより構成されている。そして、これら２つの壁８１ａ，８１ｂの間に、ギヤケース４０の側壁４０ｂの端部が挿入（嵌め合い）される。これにより、ギヤケース４０とカバー６３との間にラビリンス部８３が形成される。このラビリンス部８３によって、ギヤケース４０とカバー６３との間から塵埃や水が浸入してしまうことが防止される。なお、ギヤケース４０とカバー６３との固定は、不図示のボルトを締結することにより行われる。

（ワイパーモータの動作）
次に、ワイパーモータ１の動作について説明する。
ワイパーモータ１は、コネクタ１１を介してコントローラ基板６２に供給された電力が、不図示のパワーモジュールを介してモータ部２の各コイル２４に選択的に供給される。すると、ステータ８（ティース２２）に所定の鎖交磁束が形成され、この鎖交磁束とロータ９の永久磁石３３により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータ９が継続的に回転する。

ロータ９が回転すると、シャフト３１と一体化されているウォーム軸４４が回転し、さらにウォーム軸４４に噛合されているウォームホイール４５が回転する。そして、ウォームホイール４５に連結されている出力軸４８が回転し、所望の電装品（例えば、車両に搭載されるワイパ駆動装置）が駆動する。

また、コントローラ基板６２に実装されている磁気検出素子６１によって検出されたウォームホイール４５の回転位置検出結果は、信号として不図示の外部機器に出力される。不図示の外部機器は、ウォームホイール４５の回転位置検出信号に基づいて、不図示のパワーモジュールのスイッチング素子等の切替えタイミングが制御され、モータ部２の駆動制御が行われる。なお、パワーモジュールの駆動信号の出力やモータ部２の駆動制御は、コントローラ部４で行われていても良い。

（ロータの作用、効果）
次に、ロータ９の作用、効果について説明する。
ここで、ロータ９は、ロータコア３２の外周面３２ｂに、永久磁石３３を配置した、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）方式のロータである。このため、ｄ軸方向のインダクタンス値を小さくすることができる。これに加え、ロータ９は、周方向で隣り合う永久磁石３３間に突極３５が設けられている。この結果、ステータ８の鎖交磁束によるｑ軸方向のインダクタンス値を突極３５が無い場合と比較して大きくできる。よって、ｄ軸方向とｑ軸方向とのリラクタンストルクの差も利用してロータ９が回転される。

このように、突極３５を設けることにより、リラクタンストルクをロータ９の回転トルクに寄与できる一方、突極３５には、永久磁石３３の磁束が漏出してしまう。このため、突極３５にも磁束が形成される。
ところで、ステータ８のステータコア２０は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することにより形成されている。このため、突極３５の磁束のうち、径方向に沿ってステータコア２０に流れる磁束に対して電気抵抗を大きくできる。よって、径方向に沿う方向の突極の磁束に対し、ステータコア２０の渦電流を小さくできる。

また、ステータ８の軸方向の厚さＴｓ、ロータコア３２の軸方向の厚さＴｒ、及び永久磁石３３の軸方向の厚さＴｍは、上記式（１）を満たすように設定されている。このため、ステータコア２０の軸方向両端から突極３５が軸方向外側に突出しない。よって、突極３５の軸方向両端の磁束がステータコア２０の軸方向両端に向かって流れてしまうことを抑制できる。

図７は、縦軸をロータ９の突極３５における軸方向端部３５ｈ（図４参照）の表面磁束密度とし、横軸をロータ９の回転角度としたときの、突極３５の軸方向端部３５ｈの表面磁束密度の変化を示すグラフである。
図７のＢ部に示すように、突極３５の軸方向端部３５ｈでは、この軸方向端部３５ｈによる磁束の変化が抑制されることが確認できる。このため、モータ部２のコギングトルクの次数を減少でき、ステータ８の鉄損を低減できる。

上記式（１）を満たすことにより、永久磁石３３の軸方向両端部３３ｈは、ロータコア３２（突極３５）の軸方向両端部３２ｃ、及びステータ８の軸方向両端部８ａよりも、軸方向外側に突出する。このため、ロータ９の有効磁束量を増大できる。

図８は、従来のロータの有効磁束量［μＷｂ］と本実施形態のロータ９の有効磁束量［μＷｂ］とを比較したグラフである。なお、図８において、従来のロータとは、ステータ８の軸方向の厚さと永久磁石３３の軸方向の厚さとが同一であり、ステータ８の軸方向両端部８ａから永久磁石３３の軸方向両端部３３ｈが突出されていないものをいう。
図８に示すように、従来と比較して本実施形態のロータ９の有効磁束量が増大されていることが確認できる。このため、ステータ８に形成された鎖交磁束を、ロータ９の回転力に効率的に寄与させることができ、モータ部２のモータ効率を高めることができる。

また、ロータ９の突極３５には、端部３５ｔに溝部９１が形成されている。これにより、突極３５の端部３５ｔの全体でみたとき、この端部３５ｔとステータ８のティース２２（鍔部１０２）との間隔を不均一にできる。すなわち、突極３５の端部３５ｔとティース２２との間の間隔は、溝部９１が形成されている箇所では大きくなるが、溝部９１が形成されていない箇所では小さくなる。この結果、ロータ９の回転中に突極３５がティース２２間を通過する前後でティース２２（鍔部１０２）に生じる磁束密度の急激な上昇を抑制できる。

また、ロータコア３２の突極３５は、周方向の幅寸法が電気角θで２０°以上４０°以下となるように形成されている。このように、突極３５の周方向の幅寸法を電気角θで４０°以下に設定することで、ｑ軸方向におけるインダクタンス値を小さくすることができる。これにより、減磁界を抑えるとともに、高いリラクタンストルクを得ることができる。以下、より具体的に説明する。

図９は、ロータ９のｑ軸、ｄ軸のインダクタンスＬｑ、Ｌｄ［ｍＨ］を示すグラフであり、本実施形態のロータ９と、従来構造のロータとを比較している。なお、ここでいう従来構造とは、ロータコアに複数形成したスリット内に永久磁石を配置した、いわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータのロータの構造である。
同図に示すように、従来構造と比較して、本実施形態のロータ９は、ｑ軸、ｄ軸とも、インダクタンス値が小さくなっていることが確認できる。

図１０は、縦軸をロータ９の回転数［ｒｐｍ］とし、横軸をロータ９のトルク［Ｎ・ｍ］としたときのロータ９の回転数の変化を示すグラフである。より具体的には、図１０は、ロータ９に進角通電と広角通電とを行った場合の、トルク［Ｎ・ｍ］と回転数［ｒｐｍ］との関係を示すグラフであり、本実施形態のロータ９と、従来のＩＰＭ構造のロータとを比較している。
同図に示すように、従来構造と比較して、本実施形態のロータ９は、より高いトルク、回転数を発生していることが確認できる。

図１１は、縦軸をロータ９のトルク［Ｎ・ｍ］とし、横軸をロータコア３２に設けられた突極３５の突極幅［ｍｍ］としたときのロータ９のトルクの変化を示すグラフである。より具体的には、図１１は、突極３５の周方向の幅寸法（電気角θ）を異ならせた場合に、本実施形態のロータ９で発生するトルクを示すグラフである。
図１２は、縦軸をロータ９のリップル率［％］とし、横軸をロータコア３２の突極３５の突極幅［ｍｍ］としたときのロータ９のリップル率の変化を示すグラフである。より具体的には、図１２は、突極３５の周方向の幅寸法を異ならせた場合に、本実施形態のロータ９で発生するリップル率を示すグラフである。
図１３は、縦軸をロータ９のコギング［ｍＮ・ｍ］とし、横軸をロータコア３２の突極３５の突極幅［ｍｍ］としたときのロータ９のコギングの変化を示すグラフである。より具体的には、図１３は、突極３５の周方向の幅寸法を異ならせた場合に、本実施形態のロータ９で発生するコギングを示すグラフである。

図１１〜図１３に示すように、本実施形態のロータ９は、突極３５の周方向の幅寸法が３ｍｍ（電気角θ＝２０°）〜５ｍｍ（電気角θ＝４０°）であるときに、高いリラクタンストルクを得ることができる。また、モータ部２のリップル率及びコギングトルクを抑制できていることが確認できる。

このように、突極３５の電気角θを４０°以下に設定して、周方向における突極３５の周方向の幅寸法を小さくすることで、ｑ軸方向におけるインダクタンス値を小さくすることができ、減磁界を抑えることができる。また、突極３５の電気角θを２０°以上として周方向の幅寸法を一定以上に確保することによって、磁束が突極３５に集中することで、減磁界が永久磁石３３の端部３３ｓに作用しにくくなるという効果を、確実に得ることができる。また、突極３５の電気角θを２０°以上４０°以下に設定することで、高いリラクタンストルクを得ることができる。

また、ロータ９に、希土類磁石ではなく永久磁石３３を用いることで、永久磁石３３の径方向寸法を大きくしても、磁石使用量増加にともなうコスト上昇を抑えることができる。
さらに、１つの永久磁石３３において、周方向両側の傾斜面３３ｅは、永久磁石３３の周方向中間部３３ｃとシャフト３１の軸心Ｃ１とを結ぶ直線Ｌと平行である。このため、２つの傾斜面３３ｅ同士も平行である。このように構成することで、永久磁石３３の製造を容易化でき、永久磁石３３のコストを低減することができる。より具体的には、平行な２つの傾斜面３３ｅを対向する２辺とした材料から永久磁石３３を成形することができ、永久磁石３３の製造コストを低減できる。

また、突極３５は、周方向で対向する両側面３５ｃが平行となるように形成されている。つまり、突極３５は、周方向の幅寸法が径方向で均一になるように形成されている。このため、例えば、突極３５が回転軸線方向からみて台形の場合と比較して、突極３５を流れる磁束の飽和を抑えることができる。

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。
例えば、上述の実施形態では、モータとして、ワイパーモータ１を例に挙げたが、本発明に係るモータは、ワイパーモータ１以外にも、車両に搭載される電装品（例えば、パワーウインドウ、サンルーフ、電動シート等）の駆動源となるものや、その他のさまざまな用途に使用することができる。

また、上述の実施形態では、突極３５の径方向外側の端部３５ｔには、周方向略中央に、１つの溝部９１が軸方向全体に渡って形成され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、突極３５の端部３５ｔに、２つ以上の溝部９１を形成してもよい。
また、溝部９１は、径方向内側に向かうに従って周方向の溝幅が徐々に狭くなるように、略Ｖ溝状に形成され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、溝部９１は、径方向内側に向かうに従って周方向の溝幅が徐々に狭くなるように形成されていればよく、例えば、溝部９１を略Ｕ字状に形成してもよい。

また、永久磁石３３に形成された傾斜面３３ｅは、突極当接面３３ｄの径方向外端から永久磁石３３の外周面３３ａに向かうに従って、漸次突極３５から離間するように斜めで、かつ平坦に形成されている場合について説明した。しかしながら、傾斜面３３ｅは、突極当接面３３ｄの径方向外端から永久磁石３３の外周面３３ａに向かうに従って、漸次突極３５から離間するように形成されていればよい。例えば、傾斜面３３ｅを湾曲状に形成してもよい。

また、上述の実施形態では、ステータ８の軸方向の厚さＴｓ、ロータコア３２の軸方向の厚さＴｒ、及び永久磁石３３の軸方向の厚さＴｍが、上記式（１）を満たすように設定されている場合について説明した。そして、永久磁石３３の軸方向両端部３３ｈは、ロータコア３２（突極３５）の軸方向両端部３２ｃ、及びステータ８の軸方向両端部８ａよりも、軸方向外側に突出し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、図１４に示すように、永久磁石３３の軸方向両端部３３ｈのうち、少なくとも一方の端部３３ｈが、ステータ８の軸方向両端部８ａから突出していればよい。

また、ステータ８の軸方向の厚さＴｓ、及びロータコア３２の軸方向の厚さＴｒは、上記式（１）のように、ほぼ同じ厚さでなく、
Ｔｒ＞Ｔｓ ・・・（２）
を満たすように設定されていてもよい。

すなわち、図１５に示すように、ステータ８の軸方向の厚さＴｓ、ロータコア３２の軸方向の厚さＴｒ、及び永久磁石３３の軸方向の厚さＴｍは、
Ｔｍ＞Ｔｒ＞Ｔｓ ・・・（３）
を満たすように設定されていてもよい。
このように構成された場合であっても、突極３５の軸方向端部３５ｈから永久磁石３３の軸方向端部３３ｈが軸方向外側に突出されるとともに、ステータ８の軸方向端部８ａから永久磁石３３の軸方向端部３３ｈが軸方向外側に突出される。このため、前述の実施形態と同様の効果を奏する。

１…ワイパーモータ（ブラシレスワイパーモータ）、２…モータ部（モータ）、８…ステータ、８ａ，３２ｃ，３３ｈ…端部、２０…ステータコア、２２…ティース、２４…コイル、３１…シャフト、３２…ロータコア、３２ｂ…外周面、３３…永久磁石、３３ｄ…突極当接面（周方向側面）、突極当接面３３ｄ、３５…突極、９１…溝部、９１ａ…底部、Ｃ１…軸心（回転軸線）、Ｈ１…溝深さ、Ｐｔ…電磁鋼板、θ…電気角

Claims (7)

1. 環状のステータコア、及び前記ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティースを有するステータと、
   前記ティースに巻回されるコイルと、
   前記ステータコアの径方向内側で回転するシャフトと、
   前記シャフトに固定され、前記シャフトの回転軸線を径方向中心とするロータコアと、
   前記ロータコアの外周面に配置された複数の永久磁石と、
   前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記永久磁石の間に、径方向外側に向かって突出形成され、前記永久磁石の周方向側面が当接された突極と、
   を備え、
   前記ステータは、複数の電磁鋼板を前記シャフトの前記回転軸線方向に沿って積層してなり、
   前記永久磁石は、前記回転軸線方向の両端のうちの少なくとも一方の端部が前記ロータコアの前記回転軸線方向の端部よりも突出している
   ことを特徴とするモータ。
2. 前記ステータの前記回転軸線方向の厚さと、前記ロータコアの前記回転軸線方向の厚さとが、同一の厚さである
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記ステータの前記回転軸線方向の厚さをＴｓとし、前記ロータコアの前記回転軸線方向の厚さをＴｒとし、前記永久磁石の前記回転軸線方向の厚さをＴｍとしたとき、
   各前記厚さＴｓ，Ｔｒ，Ｔｍは、
   Ｔｍ＞Ｔｒ＞Ｔｓ
   を満たすように設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記突極の前記径方向外側の端部における周方向の幅寸法は、電気角で４０°以下である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記突極の前記径方向外側の端部における周方向の幅寸法は、電気角で２０°以上である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記突極の前記径方向外側の端面に、前記回転軸線方向に沿って溝部を１つ形成し、
   前記溝部は、径方向内側に向かうに従って周方向の溝幅が徐々に狭くなるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモータを備えたことを特徴とするブラシレスワイパーモータ。

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