JP2020178387A - モータ、及びワイパモータ - Google Patents

Abstract

【課題】性能バランスの優れた高性能なモータ、及びワイパモータを提供する。【解決手段】ロータコア３２は、１極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ１極当たりに３層以上形成されている永久磁石３３ａ〜３３ｄを有し、ロータコア３２の極数をＪｎとし、ティースの個数をＴｎとしたとき、極数Ｊｎ及び個数Ｔｎは、Ｊｎ：Ｔｎ＝２：１２を満たすように設定され、永久磁石３３ａ〜３３ｄは、回転軸線Ｃ方向からみて短手方向の磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄが、１極当たりのロータコア３２における外周面の周方向の長さＬｃに対し、３５％から５５％の割合で設定されている。【選択図】図５

Description

本発明は、モータ、及びワイパモータに関する。

モータの中には、永久磁石の磁力（マグネットトルク）とリラクタンストルクとを利用したモータがある。この種のモータは、複数の巻線が巻回された略環状のステータと、ステータの径方向内側に、ステータ対して回転自在に設けられたロータとを備えている。
ステータは、略環状のステータコアと、ステータコアの内周面から径方向に延び、周方向に並んで配置される複数のティースと、を備えている。周方向に隣接するティースの間には、スロットが形成される。このスロットに巻線を通し、各ティースに複数の巻線が巻回される。

ロータは、回転軸と回転軸に固定されたロータコアとを有している。ロータコアは、１極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ１極当たりに複数層形成されている永久磁石を有している。このような永久磁石を設けることにより、ロータコアにステータによる鎖交磁束の流れやすい方向と流れにくい方向とが形成される。これによって発生するリラクタンストルクを利用できるので、高トルクのモータとすることができる。

ここで、上記のようなモータにおいて、さらに高性能なモータとするためのさまざまな技術が開示されている。例えば、周方向に隣接するティースの先端同士を連結する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、スロットで生じるトルクリップルを低減できる。
また、例えば、１極当たりの各層の永久磁石の間隔を規定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、リラクタンストルクを最大限利用できる。

特開２０１３−１９２３５９号公報 特開平８−３３１７８３号公報

しかしながら、上述の従来技術では、それぞれトルクリップルの低減やリラクタンストルクの増大に特化された技術であるので、いずれの技術も性能バランスが優れているとはいいにくい。このため、高性能なモータとするには限界があるという課題があった。

そこで、本発明は、性能バランスの優れた高性能なモータ、及びワイパモータを提供する。

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と、前記ステータコアの内側面から径方向の内側に突出され、周方向に沿って配置される複数のティースと、前記ティースに巻回される複数の巻線と、前記ティースの径方向内側に、前記ティースに対して回転軸線回りに回転自在に設けられ、周方向に沿って複数極有するロータコアと、を備え、前記ロータコアは、１極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ１極当たりに３層以上形成されている永久磁石を有し、前記ロータコアの極数をＪｎとし、前記ティースの個数をＴｎとしたとき、極数Ｊｎ及び個数Ｔｎは、Ｊｎ：Ｔｎ＝２：１２を満たすように設定され、前記永久磁石は、前記回転軸線方向からみて短手方向の磁石幅が、１極当たりの前記ロータコアにおける外周面の周方向の長さに対し、３５％から５５％の割合で設定されていることを特徴とする。

上記構成で、前記ロータコアは、前記ロータコアの１極当たりにおいて、前記永久磁石を４層有し、かつ前記永久磁石の前記磁石幅は、４５％の割合で設定されていてもよい。

上記構成において、前記永久磁石は、配向がラジアル配向又は極配向であってもよい。

上記構成において、前記永久磁石は、フェライトを含有していてもよい。

上記構成において、前記ロータコアは、前記ロータコアの１極当たりにおいて、前記ロータコアの外周面寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅よりも前記ロータコアの径方向内側寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅が大きく設定されていてもよい。

本発明に係るワイパモータは、上記に記載のモータを、車両に搭載されたワイパ装置に用いたことを特徴とする。

本発明によれば、トルクリップルの低減とトルクの向上とをバランスよく実現でき、高性能なモータ、及びワイパモータを提供できる。

本発明の第１実施形態におけるワイパモータの斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の第１実施形態におけるステータ及びロータの径方向に沿う断面図。 本発明の第１実施形態におけるステータのティースを展開した図。 本発明の第１実施形態におけるロータの一部を軸方向からみた平面図。 本発明の第１実施形態における永久磁石の配向を示し、（ａ）はラジアル配向、（ｂ）は極配向である。 本発明の第１実施形態であって永久磁石の層数におけるモータ部のトルクの変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態であって永久磁石の層数におけるモータ部のトルクリップルの変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態であって永久磁石の層数におけるモータ部のコギングトルクの変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態の磁石幅におけるモータ部のトルクの変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態の磁石幅におけるモータ部のトルクリップルの変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態の磁石幅におけるモータ部のコギングトルクの変化を示すグラフ。 本発明の第１実施形態における永久磁石の有効磁束を、配向がラジアル配向である場合とパラレル配向である場合とで比較したグラフ。 本発明の第１実施形態における永久磁石の減磁曲線。 本発明の第１実施形態におけるステータの鎖交磁束による永久磁石の減磁率を表した図。 本発明の第２実施形態におけるロータの一部を軸方向からみた平面図。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
＜ワイパモータ＞
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、ウインドウガラス（いずれも図示しない）を払拭するためのワイパ装置１００の駆動源となる。ワイパモータ１は、モータ部（請求項におけるモータに相当）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。
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Ｃ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＞
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。

第１モータケース６の開口部６ａに、径方向の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。第２モータケース７の開口部７ａに、径方向の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。モータケース５の内部空間で、かつ第１モータケース６及び第２モータケース７の内周面に、ステータ８の外周面が嵌合されている。なお、ステータ８は、ステータ８の外周面が第１モータケース６にのみ嵌合されていてもよい。

＜ステータ＞
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ステータコア２１と、ステータコア２１と一体化され、ステータコア２１から径方向内側に向かって突出する複数（例えば、本第１実施形態では２４個）のティース２２と、を備えている。ステータコア２１及びティース２２は、例えば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２１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。

ティース２２は、ステータコア２１の内周面から径方向に沿って突出するティース本体９１と、ティース本体９１の径方向内側端に形成され、周方向に沿って延びる鍔部９３と、が一体成形されたものである。ティース２２は、ティース本体９１の周囲、及び鍔部９３の径方向外側の側面を被覆するインシュレータ２３を有している。周方向で隣り合うティース２２の間には、それぞれスロット９０が形成される。各スロット９０に、複数の巻線２４が挿入される。スロット９０に挿入される巻線２４は、インシュレータ２３によってティース２２との絶縁が確保されている。

＜巻線の構成＞
図４は、ステータ８のティース２２を展開した図である。図４において、各ティース２２に、周方向で順番となるように番号を付している。図４において、周方向で隣り合うティース２２の間がスロット９０に相当している。図４では、ステータ８の上部に磁極（Ｎ極、Ｓ極）を示している。本第１実施形態では、磁極数は４極である（詳細は後述する）。

図４に示すように、各スロット９０には、複数（例えば、本第１実施形態では１０本）の巻線２４が挿入されている。複数の巻線２４のうち、所定の本数（例えば、本第１実施形態では５本）の巻線２４は、所定の個数（例えば、本第１実施形態では４個）のスロット９０を間に挟んで両側に位置するスロット９０に挿入されたもの同士、エンドコイル９４を介して接続されている。エンドコイル９４の本数は巻線２４の本数と同数であり、所定のスロット９０間の対応する巻線２４同士をそれぞれ別々に接続している。本第１実施形態では、磁極数が４極で、総数２４個のスロット９０のうち、４個のスロット９０を間に挟んで両側に位置するスロット９０間に巻線２４が巻回されているので、ステータ８に分布巻き方式で巻線２４が巻回されている。

このように構成された巻線２４は、ステータ８から端末部を引き出した形でコントローラ部４に接続されている。コントローラ部４からの給電により、巻線２４はロータ９を回転させるための磁界を生成する。

＜ロータ＞
図５は、ロータ９を軸方向からみた平面図であり、１／２周の周角度領域分のみ示している。
図３、図５に示すように、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Ｃとする略円柱状のロータコア３２と、ロータコア３２内に配置された複数の永久磁石３３ａ〜３３ｄと、を備えている。

ロータコア３２は、例えば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、ロータコア３２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。
ロータコア３２の径方向中央には、軸方向に沿って貫通孔３２ａが形成されている。貫通孔３２ａに、シャフト３１が圧入等によって固定されている。これにより、シャフト３１とロータコア３２とが一体となって回転する。ロータコア３２は、外周面３２ｂがステータコア２１の内周面に径方向で所定のエアギャップＧを介して対向した状態で保持される。

ロータコア３２には、１／４周の周角度領域のそれぞれに、４層のスリット３５ａ〜３５ｄ（第１スリット３５ａ、第２スリット３５ｂ、第３スリット３５ｃ、第４スリット３５ｄ）が径方向に並んで形成されている。第１スリット３５ａが最も径方向外側に配置されており、径方向内側に向かって順に第２スリット３５ｂ、第３スリット３５ｃ、及び第４スリット３５ｄが配置されている。ロータコア３２の最も径方向内側に、第４スリット３５ｄが配置されている。
なお、１／４周の周角度領域のロータコア３２の形状は、他の１／４周の周角度領域のロータコア３２と同一形状である。このため、以下の説明では、１つの１／４周の周角度領域のロータコア３２についてのみ説明し、他の１／４周の周角度領域のロータコア３２についての説明は省略する。

各スリット３５ａ〜３５ｄは、巻線２４に通電した際に形成される鎖交磁束の流れに沿うように形成されている。つまり、各スリット３５ａ〜３５ｄは、周方向の中央が最も径方向内側に位置するように（径方向内側に向かって凸形状となるように）、湾曲形成されている。これにより、ロータコア３２には、磁束の流れ易い方向と磁束の流れにくい方向が形成される。

各スリット３５ａ〜３５ｄは、周方向の両端がロータコア３２における外周面３２ｂの近傍に至るまで延びている。軸方向からみて各スリット３５ａ〜３５ｄの長手方向両端とロータコア３２の外周面３２ｂとの間隔Ｋａ〜Ｋｄは全て同一である。つまり、軸方向からみた各スリット３５ａ〜３５ｄの長手方向の長さＬ１ａ〜Ｌ１ｄは、
Ｌ１ａ＜Ｌ１ｂ＜Ｌ１ｃ＜Ｌ１ｄ ・・・（１）
を満たす。換言すれば、第１スリット３５ａから第４スリット３５ｄに至る順に軸方向からみた長手方向の長さＬ１ａ〜Ｌ１ｄが徐々に長くなる。

軸方向からみた各スリット３５ａ〜３５ｄの短手方向の幅Ｗ１ａ〜Ｗ１ｄは、各々長手方向の全体で均一（同一幅）に形成されている。また、各スリット３５ａ〜３５ｄの短手方向の幅Ｗａ〜Ｗｄは、
Ｗ１ａ＜Ｗ１ｂ＜Ｗ１ｃ＜Ｗ１ｄ ・・・（２）
を満たす。換言すれば、第１スリット３５ａから第４スリット３５ｄに至る順に軸方向からみた短手方向の幅Ｗ１ａ〜Ｗ１ｄが徐々に大きくなる。ロータコア３２の外周面３２ｂ寄りに配置されているスリット３５ａ〜３５ｄよりもロータコア３２の径方向内側寄りに配置されているスリット３５ａ〜３５ｄの方が短手方向の幅Ｗ１ａ〜Ｗ１ｄが大きい。

このように、ロータコア３２は４極に構成される。すなわち、ｑ軸が極の境界に当たる。ｑ軸とは鎖交磁束の流れやすい方向をいう。なお、ｑ軸に対して電気的に、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸という。
ロータコア３２には、１極当たり（ロータコア３２の１／４周の周角度領域）に４層のスリット３５ａ〜３５ｄが形成されていることになる。
ここで、ロータコア３２は、極数をＪｎとし、ステータ８のティース２２の個数をＴｎとしたとき、極数Ｊｎ及び個数Ｔｎは、
Ｊｎ：Ｔｎ＝２：１２ ・・・（３）
を満たすように設定されている。本第１実施形態では、ロータコア３２の極数Ｊｎは４極であり、ステータ８のティース２２の個数Ｔｎは２４個であるので、上述の式（３）を満たしている。

また、各スリット３５ａ〜３５ｄの短手方向の幅Ｗ１ａ〜Ｗ１ｄは、１極当たりのロータコア３２における外周面３２ｂの周方向の長さＬｃ（ロータコア３２の外周面３２ｂにおけるｑ軸間の周方向の長さＬｃ）に対する割合（以下、この割合をスリット幅の割合という）は、３５％から５５％の割合で設定されている。つまり、スリット幅の割合は、
３５≦｛（Ｗ１ａ＋Ｗ１ｂ＋Ｗ１ｃ＋Ｗ１ｄ）／Ｌｃ｝×１００≦５５ ・・・（４）
を満たすように設定されている。さらに、各スリット３５ａ〜３５ｄの短手方向の幅Ｗ１ａ〜Ｗ１ｄは、１極当たりのロータコア３２における外周面３２ｂの周方向の長さＬｃに対し、４５％であることが望ましい。これについての詳細は、後述する。

各スリット３５ａ〜３５ｄ内には、これらスリット３５ａ〜３５ｄの形状に対応するように湾曲形成された永久磁石３３ａ〜３３ｄ（第１永久磁石３３ａ、第２永久磁石３３ｂ、第３永久磁石３３ｃ、第４永久磁石３３ｄ）が設けられている。各スリット３５ａ〜３５ｄと対応する各永久磁石３３ａ〜３３ｄとの間には、軸方向からみて各永久磁石３３ａ〜３３ｄの長手方向両端のみに僅かに空隙３４ａ〜３４ｄが形成される。このため、軸方向からみて各永久磁石３３ａ〜３３ｄの短手方向の磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄは、
Ｗ２ａ＜Ｗ２ｂ＜Ｗ２ｃ＜Ｗ２ｄ ・・・（５）
を満たす。換言すれば、第１永久磁石３３ａから第４永久磁石３３ｄに至る順に軸方向からみた短手方向の磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄが徐々に大きくなる。ロータコア３２の外周面３２ｂ寄りに配置されている永久磁石３３ａ〜３３ｄよりもロータコア３２の径方向内側寄りに配置されている永久磁石３３ａ〜３３ｄの方が磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄが大きい。

また、各永久磁石３３ａ〜３３ｄの短手方向の磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄは、１極当たりのロータコア３２における外周面３２ｂの周方向の長さＬｃに対する割合（以下、この割合を磁石幅の割合という）は、３５％から５５％の割合で設定されている。つまり、磁石幅の割合は、
３５≦｛（Ｗ２ａ＋Ｗ２ｂ＋Ｗ２ｃ＋Ｗ２ｄ）／Ｌｃ｝×１００≦５５ ・・・（６）
を満たすように設定されている。さらに、各永久磁石３３ａ〜３３ｄの短手方向の磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄは、１極当たりのロータコア３２における外周面３２ｂの周方向の長さＬｃに対し、４５％であることが望ましい。これについての詳細は、後述する。

各永久磁石３３ａ〜３３ｄは、フェライトを含有した永久磁石である。永久磁石３３ａ〜３３ｄはフェライトを含有していればよく、いわゆるフェライト焼結磁石やフェライトボンド磁石の他に、例えばフェライトと希土類（例えばサマリウム等）とを混合してなる永久磁石でもよい。

図６は、永久磁石３３ａ〜３３ｄの配向を示し、（ａ）はラジアル配向、（ｂ）は極配向である。
図６（ａ）に示すように、各永久磁石３３ａ〜３３ｄの配向は、ラジアル配向であってもよいし、図６（ｂ）に示すように、極配向であってもよい。

また、各永久磁石３３ａ〜３３ｄは、径方向で異極となるように形成されている。同一磁極のスリット３５ａ〜３５ｄ内に配置された永久磁石３３ａ〜３３ｄは、磁極が同じ向きになるように配置されている。また、各極のスリット３５ａ〜３５ｄ内に配置された永久磁石３３ａ〜３３ｄは、周方向に磁極が順番になるように配置されている。
各空隙３４ａ〜３４ｄは、各永久磁石３３ａ〜３３ｄの磁束が所定の方向に漏出しないようにするためのフラックスバリアとして機能する。

＜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。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。

ギアケース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。軸受ボス４９の内周面には、図示しない滑り軸受が設けられている。軸受ボス４９の先端内周縁には、図示しない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。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。

ギア収容部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。ウォーム軸４４は、両端がギアケース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を介してギアケース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回転軸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の径方向の中央に出力軸４８が設けられている。出力軸４８は、ウォームホイール４５の回転軸の方向と同軸上に配置されている。出力軸４８は、ギアケース４０の軸受ボス４９を介してギアケース４０の外部に突出している。出力軸４８の突出した先端には、図示しない電装品と接続可能なスプライン４８ａが形成されている。

ウォームホイール４５の径方向の中央には、出力軸４８が突出されている側とは反対側の面に、図示しない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。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（ギアケース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。

コントローラ基板６２は、いわゆるエポキシ基板に複数の図示しない導電性のパターン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の巻線２４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の端子（いずれも図示しない）が電気的に接続されている。コントローラ基板６２には、磁気検出素子６１の他に、巻線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図示しないパワーモジュールが実装されている。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図示しないコンデンサ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。カバー６３は、若干外側に膨出するように形成されている。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。
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。このコネクタの端子に、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。

ここで、コントローラ基板６２は、巻線２４に対し、進角通電と、電気角θが１２１°から１８０°の広角通電とを行う。コントローラ基板６２は、巻線２４に対し、５次高調波を重畳した駆動電流を印加する。

カバー６３の開口縁には、ギアケース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。これら２つの壁８１ａ，８１ｂの間に、ギアケース４０の側壁４０ｂの端部が挿入（嵌め合い）される。これにより、ギアケース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、ギアケース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、ギアケース４０とカバー６３との固定は、図示しないボルトを締結することにより行われる。

＜ワイパモータの動作＞
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の各巻線２４に選択的に供給される。すると、各巻線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、鎖交磁束は、ロータ９にリラクタンストルクを発生させる。これにより、ロータ９が継続的に回転される。

ロータ９の回転は、シャフト３１と一体化されているウォーム軸４４に伝達され、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に伝達される。ウォームホイール４５の回転は、ウォームホイール４５に連結されている出力軸４８に伝達される。出力軸４８によって、ワイパ装置１００が駆動される。

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の回転位置の検出信号は、図示しない外部機器に出力される。図示しない外部機器は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びタイマーなどの電子回路を備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。図示しない外部機器の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などの集積回路であってもよい。

図示しない外部機器は、ウォームホイール４５の回転位置検出信号に基づいて、図示しない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を制御し、モータ部２の駆動制御を行う。なお、パワーモジュールの駆動信号の出力及びモータ部２の駆動制御は、図示しない外部機器の代わりにコントローラ部４によって実行されてもよい。

＜モータ部のモータ特性と本第１実施形態のロータの形状の決定方法＞
次に、図７から図１５に基づいて、モータ部２のモータ特性と本第１実施形態のロータ９の形状の決定方法について説明する。
図７は、縦軸をモータ部２のトルク［Ｎ・ｍ］とし、横軸を１極当たりの永久磁石の層数としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図７に示すように、永久磁石の層数が増大するに従い、トルクを向上できることが確認できる。

図８は、縦軸をモータ部２のトルクリップル［ｍＮ・ｍ］とし、横軸を１極当たりの永久磁石の層数としたときのトルクリップルの変化を示すグラフである。
図８に示すように、永久磁石の層数を３層以上とすると、永久磁石の層数が２層以下の場合と比較してトルクリップルが極端に小さくなることが確認できる。

図９は、縦軸をモータ部２のコギングトルク［ｍＮ・ｍ］とし、横軸を１極当たりの永久磁石の層数としたときのコギングトルクの変化を示すグラフである。
図９に示すように、とりわけ永久磁石の層数が４層以上の場合にコギングトルクを減少できることが確認できる。

ここで、図８、図９では、トルクリップル［ｍＮ・ｍ］及びコギングトルク［ｍＮ・ｍ］の数値は記載していないが、トルクリップル［ｍＮ・ｍ］の数値と比較してコギングトルク［ｍＮ・ｍ］の数値が極端に小さい。このため、トルクリップル［ｍＮ・ｍ］の大きさに対し、コギングトルク［ｍＮ・ｍ］の大きさは無視できる程度である。したがって、図７から図９に基づいて、本第１実施形態では１極当たりの永久磁石の層数を３層以上とした。

図１０は、縦軸をモータ部２のトルク［Ｎ・ｍ］とし、横軸を磁石幅の割合としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図１０に示すように、磁石幅の割合が３５％から５５％の割合であるとき、良好なトルクを得られることが確認できる。

図１１は、縦軸をモータ部２のトルクリップル［ｍＮ・ｍ］とし、横軸を磁石幅の割合としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図１１に示すように、磁石幅の割合が３５％から５５％の割合であるとき、トルクリップルを小さくできることが確認できる。

図１２は、縦軸をモータ部２のコギングトルク［ｍＮ・ｍ］とし、横軸を磁石幅の割合としたときのトルクの変化を示すグラフである。
図１２に示すように、磁石幅の割合が３５％から５５％の割合であるとき、コギングトルクを小さくできることが確認できる。
したがって、図１０から図１２に基づいて、本第１実施形態では磁石幅の割合を３５％から５５％の割合で設定した。

ここで、図１０に示すように、磁石幅の割合が４５％のときにトルクが最大となることが確認できる。また、図１１、図１２に示すように、磁石幅の割合が４５％のときにトルクリップル及びコギングトルクが最小となることが確認できる。

図１３は、永久磁石３３ａ〜３３ｄの有効磁束［μＷｂ］を、配向がラジアル配向である場合とパラレル配向である場合とで比較したグラフである。
図１３に示すように、永久磁石３３ａ〜３３ｄの配向がパラレル配向である場合と比較してラジアル配向である場合の有効磁束が大きいことが確認できる。なお、永久磁石３３ａ〜３３ｄの配向が極配向である場合も、その配向の向きよりラジアル配向と同様であるといえる。
したがって、図１３に基づいて、本第１実施形態では、永久磁石３３ａ〜３３ｄの配向をラジアル配向又は極配向とした。

図１４は、縦軸を永久磁石の磁束［Ｔ］とし、横軸を永久磁石の保磁力［ｋＡ／ｍ］としたときの磁束の変化を示すグラフ（減磁曲線）であり、永久磁石がネオジム磁石である場合とフェライト磁石である場合とを比較した。
図１４に示すように、ネオジム磁石は、フェライト磁石と比較して大きい磁界を与えないと着磁しにくい。このため、ネオジム磁石は、フェライト磁石と比較してロータコア３２の径方向内側に位置するほど着磁しにくくなることが確認できる。したがって、図１４に基づいて、本第１実施形態では、永久磁石３３ａ〜３３ｄは、フェライトを含有した永久磁石とした。

図１５は、軸方向からみたロータ９の平面図であり、ステータ８の鎖交磁束による各永久磁石３３ａ〜３３ｄの減磁率を表した図である。
ここで、ロータコア３２のｑ軸は、ステータ８の鎖交磁束の切り替えタイミングの場所となる。このため、図１５にドットハッチで示すように、永久磁石３３ａ〜３３ｄのうち、ｑ軸付近に位置する第３永久磁石３３ｃ及び第４永久磁石３３ｄでは、鎖交磁束の影響を受けて減磁しやすいことが確認できる。したがって、本第１実施形態では、図１５に基づいて、第１永久磁石３３ａから第４永久磁石３３ｄに至る順に磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄを徐々に大きくした。つまり、ロータコア３２の外周面３２ｂ寄りに配置されている永久磁石３３ａ〜３３ｄよりもロータコア３２の径方向内側寄りに配置されている永久磁石３３ａ〜３３ｄの方が磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄを大きくした。

このように、上述の第１実施形態では、ロータコア３２の１極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ１極当たりに３層以上の永久磁石３３ａ〜３３ｄを設けた。また、ロータ９の極数Ｊｎ、及びステータ８のティース２２の個数Ｔｎを上記式（３）を満たすように設定した。さらに、永久磁石３３ａ〜３３ｄの磁石幅の割合を３５％から５５％の割合で設定した。このため、モータ部２は、トルクリップルの低減とトルクの向上とをバランスよく実現できる。

また、永久磁石３３ａ〜３３ｄの磁石幅の割合を４５％に設定することにより、トルクリップルを最も小さくでき、かつトルクを最も大きくできる優れたモータ部２を提供できる。
また、永久磁石３３ａ〜３３ｄの配向を、ラジアル配向又は極配向とすることにより、ロータ９の有効磁束を確実に大きくできる。
永久磁石３３ａ〜３３ｄを、フェライトを含有した永久磁石とすることにより、永久磁石３３ａ〜３３ｄを確実にかつ十分に着磁できる。
ロータコア３２の外周面３２ｂ寄りに配置されている永久磁石３３ａ〜３３ｄよりもロータコア３２の径方向内側寄りに配置されている永久磁石３３ａ〜３３ｄの方が磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄを大きくすることにより、ステータ８の鎖交磁束による影響を最小限に抑え、高性能なモータ部２にできる。

［第２実施形態］
次に、図１６に基づいて第２実施形態について説明する。なお、前述の第１実施形態と同一態様には同一符号を付して説明を省略する。
図１６は、第２実施形態におけるロータ２０９を軸方向からみた平面図であり、１／２周の周角度領域分のみ示している。図１６は、前述の図５に対応している。
図１６に示すように、第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第１実施形態のロータ９の永久磁石３３ａ〜３３ｄ及びスリット３５ａ〜３５ｄの形状と、第２実施形態のロータ２０９の永久磁石２３３ａ〜２３３ｄ及びスリット２３５ａ〜２３５ｄの形状とが異なる点にある。

すなわち、第２実施形態のロータ２０９の永久磁石２３３ａ〜２３３ｄ及びスリット２３５ａ〜２３５ｄは、軸方向からみて短手方向の幅が全て同一である。また、各スリット２３５ａ〜２３５ｄと対応する各永久磁石２３３ａ〜２３３ｄとの間に、空隙が形成されておらず、各スリット２３５ａ〜２３５ｄの全体が対応する永久磁石２３３ａ〜２３３ｄによって埋められている。各スリット３５ａ〜３５ｄ（各永久磁石３３ａ〜３３ｄ）とロータコア２３２の外周面２３２ｂとの間隔は、磁束飽和する距離とすることが望ましい。これにより、永久磁石３３ａ〜３３ｄの磁束漏れを抑制できる。
このような構成であっても、前述の第１実施形態と同様の効果を奏する。

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、ワイパモータ１は、車両のウインドウガラスを払拭するためのワイパ装置１００の駆動源とな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、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。

上述の実施形態では、ステータ８に分布巻き方式で巻線２４が巻回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、ステータ８に重ね巻き方式や集中巻き方式で巻線２４が巻回されている場合であってもよい。

上述の実施形態では、ロータコア３２には、１極当たりに４層の永久磁石３３ａ〜３３ｄ（第１永久磁石３３ａ、第２永久磁石３３ｂ、第３永久磁石３３ｃ、第４永久磁石３３ｄ）が設けら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、ロータコア３２に、１極当たりに３層以上の永久磁石が設けられていればよい。

上述の実施形態では、ロータコア３２の極数Ｊｎは４極であり、ステータ８のティース２２の個数Ｔｎは２４個であ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、ロータコア３２の極数Ｊｎ及びティース２２の個数Ｔｎは、上記式（３）を満たせばよい。このように構成することで、モータ部２を適正に駆動させることができる。

上述の第１実施形態では、第１永久磁石３３ａから第４永久磁石３３ｄに至る順に軸方向からみた短手方向の磁石幅Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄが徐々に大きくなる場合について説明した。また、上述の第１実施形態では、各スリット３５ａ〜３５ｄと対応する各永久磁石３３ａ〜３３ｄとの間で、かつ軸方向からみて各永久磁石３３ａ〜３３ｄの長手方向両端には、僅かに空隙３４ａ〜３４ｄが形成されている場合について説明した。また、上述の第２実施形態では、永久磁石２３３ａ〜２３３ｄ及びスリット２３５ａ〜２３５ｄは、軸方向からみて短手方向の幅が全て同一である場合について説明した。さらに、各スリット２３５ａ〜２３５ｄと対応する各永久磁石２３３ａ〜２３３ｄとの間に、空隙が形成されておらず、各スリット２３５ａ〜２３５ｄの全体が対応する永久磁石２３３ａ〜２３３ｄによって埋めら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、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。例えば、永久磁石２３３ａ〜２３３ｄ及びスリット２３５ａ〜２３５ｄは、軸方向からみて短手方向の幅が全て同一とし、永久磁石２３３ａ〜２３３ｄの長手方向両端に空隙３４ａ〜３４ｄを形成してもよい。

１…ワイパモータ、２…モータ部（モータ）、５…モータケース、６…第１モータケース、７…第２モータケース、８…ステータ、９，２０９…ロータ、２１…ステータコア、２２…ティース、２４…巻線、３２，２３２…ロータコア、３２ｂ，２３２ｂ…外周面、３３ａ〜３３ｄ，２３３ａ〜２３３ｄ…永久磁石、Ｃ…回転軸線、Ｌｃ…周方向の長さ、Ｗ２ａ〜Ｗ２ｄ…磁石幅、１００…ワイパ装置

Claims (6)

1. 環状のステータコアと、
   前記ステータコアの内側面から径方向の内側に突出され、周方向に沿って配置される複数のティースと、
   前記ティースに巻回される複数の巻線と、
   前記ティースの径方向内側に、前記ティースに対して回転軸線回りに回転自在に設けられ、周方向に沿って複数極有するロータコアと、
   を備え、
   前記ロータコアは、１極当たりに径方向内側に向かって凸形状となるように湾曲形成され、かつ１極当たりに３層以上形成されている永久磁石を有し、
   前記ロータコアの極数をＪｎとし、前記ティースの個数をＴｎとしたとき、極数Ｊｎ及び個数Ｔｎは、
   Ｊｎ：Ｔｎ＝２：１２
   を満たすように設定され、
   前記永久磁石は、前記回転軸線方向からみて短手方向の磁石幅が、１極当たりの前記ロータコアにおける外周面の周方向の長さに対し、３５％から５５％の割合で設定されている
   ことを特徴とするモータ。
2. 前記ロータコアは、前記ロータコアの１極当たりにおいて、前記永久磁石を４層有し、かつ前記永久磁石の前記磁石幅は、４５％の割合で設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記永久磁石は、配向がラジアル配向又は極配向である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. 前記永久磁石は、フェライトを含有している
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記ロータコアは、前記ロータコアの１極当たりにおいて、前記ロータコアの外周面寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅よりも前記ロータコアの径方向内側寄りに配置されている前記永久磁石の前記磁石幅が大きく設定されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータを、車両に搭載されたワイパ装置に用いた
   ことを特徴とするワイパモータ。

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