JP2020099121A - ロータ、モータ、及びワイパモータ - Google Patents
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Abstract
Description
この種のインセット型のロータにおいて、ロータコア及び突極は、磁性材料によって形成されている。ロータコアの突極は、突出方向が径方向の外側であるのでステータのコイルによる鎖交磁束が流れやすい方向となる。また、突極は、鎖交磁束の磁路の磁気抵抗(リラクタンス)を小さくするようにロータコアを回転させる、リラクタンストルクを発生させる。
また、永久磁石によるロータコアへの回転トルクを増大させるために、永久磁石の周方向中心が最も径方向の外側に突出するように永久磁石の径方向の肉厚を、周方向の中央に向かうに従って徐々に厚くするものがある。
さらに、上述の従来技術のように、永久磁石の径方向の肉厚を、周方向の中央に向かうに従って徐々に厚くすると、永久磁石の材料コストが増大してしまうという課題があった。
Lme<Lt
を満たすように設定されていることを特徴とする。
また、永久磁石の内周面の円弧中心が径方向の外側に偏心しているので、この分永久磁石の内周面側の肉厚を従来と比較して切除できる。つまり、永久磁石の径方向の肉厚を薄肉化できる。このため、永久磁石の材料コストを低減できる。
また、永久磁石の内周面の円弧中心が径方向の外側に偏心しているので、この分永久磁石の内周面側の肉厚を従来と比較して切除できる。つまり、永久磁石の径方向の肉厚を薄肉化できる。このため、永久磁石の材料コストを低減できる。
図1は、ワイパモータ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。ワイパモータ1は、モータ部(モータ)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C1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の径方向の内側に設けられ、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のギアケース40と接合されるように、このギアケース40と一体成形されている。底部10の径方向の略中央には、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。
図3は、ステータ8及びロータ9の径方向に沿う断面図である。
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環状となる円筒状のコア部21と、コア部21から径方向の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と、を有している。
ステータコア20は、複数の金属板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ステータコア20は、複数の金属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。
図4は、ロータ9を軸方向からみた平面図である。
図3、図4に示すように、ロータ9は、ステータ8の径方向の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の外周面に嵌合固定されこのシャフト31の軸心を回転軸線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、4:6である。
また、ロータコア32の径方向の略中央には、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を固定してもよい。
突極35の先端面35bには、周方向の両側の角部に、丸面取り部35cが軸方向の全体に渡って形成されている。また、突極35の先端面35bには、周方向の中央に、凹部35dが軸方向の全体に渡って形成されている。
ロータコア32の外周面32bにおける円弧中心C2は、外周面32bのうち、周方向で隣り合う突極35の間の周方向の中心が最も径方向の外側に突出するように、回転軸線C1から径方向の外側にずれて偏心されている。
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が配置されている。
永久磁石33の外周面33cにおける円弧中心C4も回転軸線C1から径方向の外側にずれて偏心されている。外周面33cは、周方向の中心が最も径方向の外側に突出するように形成されている。
Ro>Ri ・・・(1)
を満たすように設定されている。そして、永久磁石33の外周面33cにおける円弧中心C4は、永久磁石33の内周面33bにおける円弧中心C3、及びロータコア32の外周面32bにおける円弧中心C2と一致している。
また、周方向で隣り合う突極35の互いに向かい合う突極側面35a同士のなす角度をθ1とし、永久磁石33の周方向の両側の磁石側面33a同士のなす角度をθ2としたとき、角度θ1,θ2は、
θ1≒θ2 ・・・(2)
を満たすように設定されている。
Lme<Lm<Lt ・・・(3)
を満たすように設定されている。
次に、図5(a)〜図7(a)に基づいて、本実施形態のロータ9における永久磁石33の周方向のガタつきを、従来のロータ109における永久磁石133の周方向のガタつきと比較して説明する。
図5は、軸方向からみたロータの一部を拡大した平面図であり、(a)は従来のロータ109を示し、(b)は本実施形態のロータ9を示す。図5(a)、図5(b)は、前述の図4に対応している。なお、以下の説明では、本実施形態における永久磁石33の説明の重複を避けるために、従来のロータ109におけるロータコア132、及び永久磁石133の各部の名称を、本実施形態のロータ9におけるロータコア32、及び永久磁石33の各部の名称と同一名称とし、同一符号を付して説明する。
図5(a)に示すように、従来の永久磁石133における周方向の両側の磁石側面33aと、これら磁石側面33aと周方向で対向する突極側面35aとの間に、隙間S1を形成する。また、図5(b)に示すように、本実施形態の永久磁石33における周方向の両側の磁石側面33aと、これら磁石側面33aと周方向で対向する突極側面35aとの間に、隙間S2を形成する。これら隙間S1,S2は、同一寸法とする。
上記のような構成のもと、図6(a)、図6(b)に示すように、永久磁石33,133を周方向で隣り合う2つの突極35のうち、一方の突極35側に寄せると、突極側面35aに各永久磁石33,133の磁石側面33aが当接される。このときの突極側面35aへの磁石側面33aの当接の仕方が本実施形態と従来とで異なってくる。
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アケース40と、ギアケース40内に収納されるウォーム減速機構41と、を備えている。ギアケース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。ギアケース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を収容するギア収容部42を有する。また、ギアケース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とギア収容部42とを連通する開口部43が形成されている。
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、ギアケース40の開口部40aを閉塞するように設けられたカバー63と、を備えている。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(ギアケース40の開口部40a側)に対向配置されている。
また、カバー63の外周部に、図示しないコネクタが一体成形されている。このコネクタは、図示しない外部電源から延びるコネクタと嵌着可能に形成されている。そして、図示しないコネクタの端子に、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。
次に、ワイパモータ1の動作について説明する。
ワイパモータ1において、コネクタ11を介してコントローラ基板62に供給された電力は、図示しない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、各コイル24に流れる電流は、ステータ8(ティース22)に所定の鎖交磁束を形成する。この鎖交磁束は、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又は反発力(磁石トルク)を発生させる。
また、ロータ9は、軸方向からみて、時計回りと反時計回りとの両回りで回転される。このように、ロータ9が両回りされる場合であってもロータコア32に対する永久磁石33の周方向の移動範囲が極力抑えられるので、例え永久磁石33の位置がずれてこの永久磁石33がロータコア32の突極35に衝突した場合であっても衝突音を極力低減できる。このため、ロータ9が両回りするモータ部2に、上記構成を好適に用いることができる。
例えば、上述の実施形態では、ワイパモータ1を例に挙げたが、ワイパモータ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、上記のワイパモータ1の構成を採用することができる。
Claims (3)
- 回転軸線回りに回転するシャフトと、
前記シャフトに固定され前記回転軸線を径方向の中心として回転するロータコアと、
前記ロータコアの外周面に周方向に沿って並んで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から前記径方向の外側に向かって突出され、前記周方向で隣り合う前記永久磁石の間に配置されるとともに、前記回転軸線の方向からみて前記径方向に長い長方形状に形成された複数の突極と、
を備え、
前記複数の突極の間における前記ロータコアの前記外周面の円弧中心は、前記ロータコアの前記外周面のうち、周方向で隣り合う前記突極の間の前記周方向の中心が最も前記径方向の外側に突出するように、前記回転軸線から前記径方向の外側にずれて偏心されており、
前記永久磁石は、前記回転軸線の方向からみて円弧状の径方向における内側の内周面、及び前記回転軸線の方向からみて円弧状の径方向における外側の外周面を有しているとともに、前記周方向の中央を中心として線対称に形成されており、
前記永久磁石の前記内周面の円弧中心は、前記ロータコアの前記外周面に対応するように、前記回転軸線から前記径方向の外側にずれて偏心されており、
前記周方向で隣り合う2つの前記突極の互いに向かい合う側面同士のなす角度と、前記周方向で前記突極の側面と対向する前記永久磁石の前記周方向における両側の側面同士のなす角度とが同一角度であり、
前記ロータコアの前記外周面と前記突極における前記径方向の最外側端との間の距離をLtとし、前記永久磁石の前記内周面と前記永久磁石の側面における前記径方向の最外側端との間の距離をLmeとしたとき、
各前記距離Lt,Lmeは、
Lme<Lt
を満たすように設定されている
ことを特徴とするロータ。 - 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前記径方向の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、
前記ティースに装着されるコイルと、
前記複数のティースに対して前記径方向の内側に配置される請求項1に記載のロータと、
を備え、
前記回転軸線の方向からみて、前記ロータが時計回りと反時計回りとの両回りで回転される
ことを特徴とするモータ。 - 請求項2に記載のモータと、
前記シャフトの回転を減速して出力する減速部と、
を備えたことを特徴とするワイパモータ。
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