JP2023173172A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減でき、ロータの磁気特性を向上できる電動モータを提供する。【解決手段】電動モータは、ステータと、ステータのティースに巻回されるコイルと、ステータ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、ロータコア本体３７、及びロータコア本体３７の外周面から径方向外側に向かって突出形成された複数の突極３５を有するロータコア３２と、ロータコア３２の周囲に設けられた永久磁石３３と、を備える。永久磁石３３は、ロータコア本体３７の外周面で、かつ周方向で隣り合う突極の間に配置された磁石本体７１と、ロータコア本体３７及び突極３５における回転軸線Ｃ方向の両端面３５ｄ，３５ｅ，３７ｄ，３７ｅのうちの少なくとも一方の端面を覆う端部磁石７２と、を有する。磁石本体７１と端部磁石７２とが一体である。【選択図】図５

Description

本発明は、電動モータに関する。

電動モータの中には、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、を備えるものがある。ロータは、シャフトと、このシャフトに嵌合固定される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（マグネット）と、を有する。このような構成のもと、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、ロータにマグネットを配置する方法の１つに、ロータコアの外周面にマグネットを組み付けるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）形がある。ＳＰＭ形のモータでは、ロータコアに永久磁石の外表面全体を覆う磁石カバーが設けられている場合が多い。この磁石カバーにより、ロータコアの外周面に永久磁石を保持できる。

また、ロータコアに、このロータコアの外周面から径方向に突出する突極を設ける場合がある。この場合、周方向で隣り合う突極の間に、それぞれ永久磁石が配置される。突極は、ステータからの鎖交磁束が通る磁路として機能する。これにより生じるリラクタンストルクも利用し、ロータを回転させることができる。

特開２０１９－１８７１６７号公報

ところで磁石カバーは、磁束の流れを妨げないように非磁性である必要がある。非磁性の材料はコストが高い場合が多く、電動モータ全体として製造コストが嵩む可能性があった。
また、磁石カバーを設ける分、ロータとステータとの間の距離が長くなってしまう。このため、ロータの磁気特性が悪化してしまう可能性があった。突極を有するロータでは、突極とステータとの間の距離も長くなってしまうので、この分余計にロータの磁気特性が悪化してしまう可能性があった。

そこで、本発明は、製造コストを低減でき、ロータの磁気特性を向上できる電動モータを提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の第１態様では、電動モータは、環状のステータコア本体、及び前記ステータコア本体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からなるステータコア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本体、及び前記ロータコア本体の外周面から径方向外側に向かって突出形成された複数の突極を有するロータコアと、前記ロータコアの周囲に設けられた永久磁石と、を備え、前記永久磁石は、前記ロータコア本体の前記外周面で、かつ周方向で隣り合う前記突極の間に配置された磁石本体と、前記ロータコア本体及び前記突極における前記回転軸線方向の両端面のうちの少なくとも一方の端面を覆う端部磁石と、を有し、前記磁石本体と前記端部磁石とが一体である。

このように構成することで、従来のように磁石カバーを設けることなくロータコアに永久磁石を固定できる。このため、電動モータの製造コストを低減でき、ロータの磁気特性を向上できる。

本発明の第２態様では、第１態様の電動モータにおいて、前記ロータコア本体は、前記ロータコア本体の内周側に形成された凹部及び孔の少なくともいずれか一方を有し、前記永久磁石は、前記凹部及び前記孔を埋める内周磁石を有し、前記内周磁石は、前記磁石本体及び前記端部磁石と一体である。

このように、凹部や孔に内周磁石が埋め込まれることにより、ロータコアと内周磁石との固定強度を高めることができる。このような内周磁石と磁石本体及び端部磁石とを一体とするので、ロータコアに対する永久磁石の固定強度をより高めることができる。

本発明の第３態様では、第１態様又は第２態様の電動モータにおいて、前記磁石本体の外周面である本体外周面、及び前記端部磁石の外周面である端部外周面は、前記回転軸線方向からみて円弧状に形成されており、前記本体外周面及び前記端部外周面は、曲率半径が同一で、かつ円弧中心が前記回転軸線から対応する前記磁石本体の周方向中央に向かって径方向外側にずれており、前記突極における径方向外側の先端部の位置は、前記突極の周方向両側での前記本体外周面及び前記端部外周面の位置よりも径方向外側に位置している。

このように構成することで、突極の先端部とステータとの間を適正な距離としつつ、永久磁石から突極の先端部を径方向外側に向かって突き出すことができる。例えば、永久磁石によって突極の先端部を覆う場合、突極の先端部とステータとの間をできる限り縮めるために突極の先端部を覆う永久磁石の肉厚を薄く必要がある。この永久磁石の薄肉な箇所がロータコアから剥離しやすくなってしまい、永久磁石の固定強度を高めることが難しい。しかしながら、永久磁石から突極の先端部を径方向外側に向かって突き出すことにより、突極の先端部とステータとの間を適正な距離としつつ、ロータコアに対する永久磁石の固定強度を高めることができる。
また、永久磁石から突極の先端部を径方向外側に向かって突き出しているので、突極にステータの鎖交磁束が流れ込みやすくなり、リラクタンストルクを得やすくできる。
さらに、突極へと流れ込むステータの鎖交磁束が永久磁石を通過しにくくなる。このため、鎖交磁束による永久磁石の減磁への影響を低減できる。

本発明の第４態様では、第１態様又は第２態様の電動モータにおいて、前記磁石本体の外周面である本体外周面、及び前記端部磁石の外周面である端部外周面は、周方向で隣り合う前記突極の間に形成され、前記回転軸線を中心とする円弧状の円弧部と、前記突極に沿うように形成され、かつ前記突極における径方向外側の先端部よりも径方向内側に配置された窪み部と、を有する。

このように構成することで、突極の先端部とステータとの間を適正な距離としつつ、永久磁石から突極の先端部を径方向外側に向かって突き出すことができる。つまり、突極の先端部とステータとの間を適正な距離としつつ、ロータコアに対する永久磁石の固定強度を高めることができる。
また、永久磁石から突極の先端部を径方向外側に向かって突き出しているので、突極にステータの鎖交磁束が流れ込みやすくなり、リラクタンストルクを得やすくできる。
さらに、突極へと流れ込むステータの鎖交磁束が永久磁石を通過しにくくなる。このため、鎖交磁束による永久磁石の減磁への影響を低減できる。
そして、永久磁石の体積を十分確保することができる。このため、ロータの有効磁束を増大でき、ロータの回転トルクを向上できる。

本発明の第５態様では、第１態様から第４態様のいずれか１項の電動モータにおいて、前記永久磁石は、ボンド磁石である。

このように構成することで、永久磁石を形成しやすくできる。このため、電動モータの製造コストをさらに低減できる。

本発明によれば、電動モータの製造コストを低減でき、ロータの磁気特性を向上できる。

本発明の実施形態における減速機付きモータの斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態におけるステータ及びロータの構成図である。 本発明の第１実施形態におけるロータコア及び永久磁石の斜視図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態におけるロータコア及び永久磁石を軸方向からみた平面図である。 本発明の第１実施形態におけるロータコアの斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるロータの表面磁束密度の変化を、ロータの軸方向中心部と端部磁石側とで比較したグラフである。 本発明の第１実施形態におけるステータに形成された鎖交磁束の突極への流れを示す説明図である。 本発明の第２実施形態におけるロータコア及び永久磁石の斜視図である。 本発明の第２実施形態におけるロータコア及び永久磁石を軸方向からみた平面図である。 本発明の第２実施形態における窪み部の変形例を示す軸方向からみた平面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜減速機付きモータ＞
図１は、減速機付きモータ１の斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。
減速機付きモータ１は、例えば、車両のワイパー装置の駆動源として用いられる。
図１、図２に示すように、減速機付きモータ１は、電動モータ２と、電動モータ２に連結された減速部３と、電動モータ２の駆動制御を行うコントローラ部４と、を備える。

以下の説明において、単に「軸方向」という場合は、電動モータ２のシャフト３１における中心軸（電動モータ２の回転軸線Ｃ）と平行な方向を意味するものとする。単に「周方向」という場合は、シャフト３１の周方向（回転方向）を意味するものとする。単に「径方向」という場合は、軸方向及び周方向に直交するシャフト３１の径方向を意味するものとする。

＜電動モータ＞
電動モータ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に対して回転自在に設けられたロータ９と、を備える。電動モータ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の径方向中央には、ロータ９のシャフト３１が挿通される貫通孔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の内部空間に、第１モータケース６及び第２モータケース７に嵌合されるようにステータ８が配置される。

＜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円形となる筒状のステータコア本体２１と、ステータコア本体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２０ｐを軸方向に積層することにより形成されている。ステータコア２０は、複数の電磁鋼板２０ｐ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、ステータコア本体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。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。

ステータコア本体２１の内周面及びティース２２は、絶縁性を有する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鎖交磁束を生成する。

［第１実施形態］
＜ロータ＞
図４は、第１実施形態のロータ９のうち、ロータコア３２及び永久磁石３３の斜視図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。図６は、ロータコア３２及び永久磁石３３を軸方向からみた平面図である。図７は、ロータコア３２の斜視図である。
図２から図７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と一体成形されたシャフト３１と、シャフト３１に嵌合固定されたロータコア３２と、ロータコア３２の周囲に設けられた永久磁石３３と、を備える。

ロータコア３２は、複数の電磁鋼板３２ｐを軸方向に積層することにより形成されている。ロータコア３２は、複数の電磁鋼板３２ｐ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の軸方向の厚さＴ１は、ステータコア２０の軸方向の厚さＴ２と同一である。
ロータコア３２は、シャフト３１の軸心（回転軸線Ｃ）を径方向中心とする円柱状のロータコア本体３７と、ロータコア本体３７の外周面３７ａから径方向外側に向かって突出形成された複数（例えば、本実施形態では４つ）の突極３５と、が一体成形されたものである。

ロータコア本体３７の径方向中央には、軸方向に貫通するシャフト挿通孔３７ｂが形成されている。シャフト挿通孔３７ｂに、シャフト３１が圧入されている。シャフト挿通孔３７ｂ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。シャフト挿通孔３７ｂには、径方向外側に向かって延びる４つの逃げ溝（請求項における凹部及び孔の一例）３７ｃが形成されている。

各逃げ溝３７ｃは、ロータコア本体３７の軸方向全体に渡って形成されており、シャフト挿通孔３７ｂに連通されている。各逃げ溝３７ｃは、周方向に等間隔で配置されている。各逃げ溝３７ｃは、例えばシャフト挿通孔３７ｂへのシャフト３１の圧入強度を調整する役割を有する。この他に、各逃げ溝３７ｃは、ロータコア３２に対する永久磁石３３の固定強度を高める役割を有する（詳細は後述する）。

４つの突極３５は、周方向に等間隔で配置されている。各突極３５は、径方向で各逃げ溝３７ｃと同一直線上に配置されている。突極３５は、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は、周方向で対向する両側面３５ａ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。

突極３５における径方向外側の先端部３５ｂには、周方向中央に、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、Ｖ溝状に形成されている。この溝部９１の周方向両側の角部には、丸面取り部３５ｃが形成されている。丸面取り部３５ｃの径方向最外側端部が、突極３５における先端部３５ｂとなる。

このようなロータコア３２の周囲に設けられた永久磁石３３は、いわゆるボンド磁石である。ボンド磁石とは、例えばフェライト磁石などの磁石を砕いてゴムや樹脂に練り込んだ磁石のことである。なお、フェライト磁石に限らずネオジム磁石などさまざまな磁石を用いてボンド磁石とすることが可能である。ロータコア３２にインサート成形することにより、ロータコア３２に永久磁石３３を固定している。このため、ロータ９は、従来のようにロータコア３２に永久磁石を固定するための磁石カバーを必要としない。

永久磁石３３について詳述すると、永久磁石３３は、ロータコア本体３７の外周面３７ａに配置された磁石本体７１と、磁石本体７１の軸方向両端に配置され、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅを覆う端部磁石７２と、磁石本体７１及び端部磁石７２の内周面に配置された内周磁石７３と、が一体成形されたものである。

磁石本体７１は、周方向で隣り合う突極３５の間にそれぞれ配置されている。本実施形態では、突極３５の個数は４つであるので、磁石本体７１の個数も４つである。
端部磁石７２は、磁石本体７１の形状に対応するように形成されている。端部磁石７２の外周面７２ａは、磁石本体７１の外周面７１ａと同一形状で滑らかに接合されている。

ここで、磁石本体７１及び端部磁石７２の各外周面７１ａ，７２ａは、軸方向からみて円弧状に形成されている。各外周面７１ａ，７２ａは、それぞれの曲率半径Ｒ１，Ｒ２が同一である。また、各外周面７１ａ，７２ａの円弧中心Ｃｍ１，Ｃｍ２は、回転軸線Ｃから対応する磁石本体７１の周方向中央７１ｂに向かって径方向外側にずれている（以下、円弧中心Ｃｍ１，Ｃｍ２の偏心という）。このため、各外周面７１ａ，７２ａは、磁石本体７１の周方向中央７１ｂに一致する箇所が最も径方向外側に張り出す。各外周面７１ａ，７２ａは、磁石本体７１の周方向両側の突極３５に向かうに従って径方向外側への張り出し量が小さくなる。

換言すれば、各外周面７１ａ，７２ａの周方向中央と回転軸線Ｃとの間の距離をＬ１とし、磁石本体７１の外周面７１ａと突極３５の側面３５ａとの接合部７１ｃと回転軸線Ｃとの間の距離をＬ２としたとき、距離Ｌ１，Ｌ２は、
Ｌ１＞Ｌ２ ・・・（１）
を満たす。すなわち、距離Ｌ１は、永久磁石３３の最外径となる。
端部磁石７２の外周面７２ａと回転軸線Ｃとの間の距離Ｌ３は、突極３５の周方向中央３５ｆ上で最も短くなる。

一方、突極３５の先端部３５ｂと回転軸線Ｃとの間の距離をＬ４としたとき、距離Ｌ１，Ｌ４は、
Ｌ４≦Ｌ１ ・・・（２）
を満たす。

これに加え、突極３５の先端部３５ｂの位置は、突極３５の側面３５ａでの各外周面７１ａ，７２ａの位置（接合部７１ｃの位置）よりも径方向外側に位置している。すなわち、突極３５の先端部３５ｂは、各外周面７１ａ，７２ａよりも径方向外側に向かって突出している。上記式（２）を満たしつつ、各外周面７１ａ，７２ａよりも径方向外側に向かって突極３５の先端部３５ｂが突出されるのは、各外周面７１ａ，７２ａの円弧中心Ｃｍ１，Ｃｍ２が偏心しているからである。

内周磁石７３は、磁石本体７１及び端部磁石７２の内周面全体を覆うように回転軸線Ｃを軸心とした円筒状に形成されている。内周磁石７３は、ロータコア本体３７における逃げ溝３７ｃの大部分を埋めるように形成されている。内周磁石７３が設けられた状態では、この内周磁石７３の内周面７３ａから逃げ溝３７ｃの径方向内側が僅かに露出された形になる。

このような構成のもと、永久磁石３３は、磁石本体７１及び端部磁石７２の各外周面７１ａ，７２ａ側の磁極が周方向に互い違いとなるように着磁されている。すなわち、永久磁石３３の磁極数は４極である。このように、電動モータ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。

＜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いる。ギアケース４０は、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、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る。軸受ボス４９には、内周面に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、電動モータ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の電動モータ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の端部と電動モータ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。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されるスプライン４８ａが形成されている。

ウォームホイール４５の径方向中央には、出力軸４８が突出されている側とは反対側に、図示しないセンサマグネットが設けられている。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＞
電動モータ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、を有している。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、電動モータ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。コントローラ基板６２には、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。

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。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。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、コネクタ１１が一体成形されている。コネクタ１１は、図示しない外部電源から延びるコネクタが嵌着される。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。

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。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。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。

＜減速機付きモータの動作＞
次に、減速機付きモータ１の動作について説明する。
減速機付きモータ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、図示しないパワーモジュールを介して電動モータ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がロータ９よりも減速されて回転する。そして、ウォームホイール４５に連結されている出力軸４８が回転する。出力軸４８は、ロータ９の回転を減速して出力する。この出力が所望の電装品（例えば、車両に搭載されるワイパ駆動装置）に伝達され、電装品が駆動する。

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の回転位置検出結果は、信号として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、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が制御され、電動モータ２の駆動制御が行われる。パワーモジュールの駆動信号の出力や電動モータ２の駆動制御は、コントローラ部４で行われていてもよい。

＜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。
ロータ９は、ロータコア本体３７の外周面３７ａに磁石本体７１が配置された、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）形のロータである。このため、ｄ軸方向のインダクタンス値が小さくなる。これに加え、ロータ９は、周方向で隣り合う磁石本体７１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は、突極３５が無い場合と比較して大きくなる。このように、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。

永久磁石３３は、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅを覆う端部磁石７２を有する。すなわち、端部磁石７２は、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅから軸方向外側に向かって突出されている。このため、永久磁石３３の有効磁束量が増大される。

ここで、突極３５を有するロータ９では、永久磁石３３の磁束の影響を受けて突極３５にも磁極が発生する。このため、突極３５を有するロータ９の軸方向中心部では、永久磁石３３の極数に対して磁極の切り替わりが２倍の周期となってしまう。しかしながら突極３５を有さないロータ９の端部磁石７２に対応する箇所では、磁極の切り替わりが永久磁石３３の極数と同一になる。このため、ステータコア２０に流れる磁束周期を低減でき、永久磁石３３の磁束に起因するステータコア２０での渦電流の発生を抑制することができる。

図８は、縦軸をロータ９の表面磁束密度［Ｔ］とし、横軸をロータ９の回転角度［ｄｅｇ］とした場合のロータ９の表面磁束密度の変化を、ロータ９の軸方向中心部（２点鎖線参照）と端部磁石７２側（実線参照）とで比較したグラフである。
図８に示すように、ロータ９の軸方向中心部では、突極３５（図８のＡ部参照）で磁極の切り替わりが発生していることが確認できる。これに対し、端部磁石７２側では、突極３５に対応する箇所で磁極の切り替わりが発生してしないことが確認できる。

また、端部磁石７２は、周方向全体に渡って形成されており、磁極間に隙間が形成されていない。これに加え、永久磁石３３は、磁石本体７１及び端部磁石７２の内周面に配置された内周磁石７３を有する。このため、隣り合う磁極間での磁束の流れがスムーズになり、磁気抵抗を低減できる。この結果、ロータ９の有効磁束を増大できる。
例えば、端部磁石７２において、磁極間に隙間が形成されている場合、端部磁石７２での磁極間の磁束の流れは、ロータコア本体３７の軸方向端面３７ｄ，３７ｅや突極３５の軸方向端面３５ｄ，３５ｅを経由することになる。このような磁束の流れは、ロータ９の回転トルクに寄与しない。つまり、磁路のロスとなり、ロータ９の回転トルクが低減してしまう。

図９は、ステータ８に形成された鎖交磁束Ｊの突極３５への流れを示す説明図である。
図９に示すように、ステータ８の鎖交磁束Ｊが突極３５に流れることによりリラクタンストルクを得られる。本実施形態では、突極３５の先端部３５ｂの位置は、突極３５の側面３５ａでの各外周面７１ａ，７２ａの位置（接合部７１ｃの位置）よりも径方向外側に位置している。このため、突極３５にステータ８の鎖交磁束Ｊが流れ込みやすくなり、リラクタンストルクを得やすくできる。
さらに、突極３５へと流れ込むステータ８の鎖交磁束Ｊが永久磁石３３を通過しにくくなる。このため、鎖交磁束Ｊによる永久磁石３３の減磁への影響を低減できる。

また、従来のように磁石カバーを必要としない分、ステータコア２０（ティース２２の鍔部１０２）と突極３５との間の距離をできる限り短くできる。この分、突極３５にステータ８の鎖交磁束Ｊが流れ込みやすくなり、さらに効果的にリラクタンストルクを得やすくできる。

次に、従来のように磁石カバーを必要としない、本第１実施形態における永久磁石３３のロータコア３２への固定強度について説明する。
上述の永久磁石３３は、互いに一体化された磁石本体７１及び端部磁石７２を有する。磁石本体７１は、ロータコア本体３７の外周面３７ａで、かつ周方向で隣り合う突極３５の間にそれぞれ配置されている。このため、突極３５の側面３５ａによって、磁石本体７１の周方向への移動を規制できる。

端部磁石７２は、磁石本体７１の軸方向両端に配置され、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅを覆う。このため、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅによって、端部磁石７２の軸方向への移動を規制できる。この結果、永久磁石３３のロータコア３２に対する固定強度を十分確保できる。このため、従来のように磁石カバーを設ける必要がないので、電動モータ２の製造コストを低減できる。また、磁石カバーを必要としない分、ステータ８とロータ９との間の微小隙間をできる限り小さくできるので、ロータ９の磁気特性を向上できる。

永久磁石３３は、さらに内周磁石７３を有する。内周磁石７３は、磁石本体７１及び端部磁石７２の内周面全体を覆うように回転軸線Ｃを軸心とした円筒状に形成されている。内周磁石７３は、ロータコア本体３７における逃げ溝３７ｃの大部分を埋めるように形成されている。このように、逃げ溝３７ｃに内周磁石７３が埋め込まれることがアンカー効果となって、ロータコア３２と内周磁石７３との固定強度を高めることができる。このような内周磁石７３と磁石本体７１及び端部磁石７２とを一体とするので、ロータコア３２に対する永久磁石３３の固定強度をより高めることができる。

ロータコア３２に逃げ溝３７ｃを形成する分、シャフト３１とロータコア本体３７のシャフト挿通孔３７ｂとの接触面積を減少できる。このため、シャフト３１へのロータコア３２の圧入力を低減でき、ロータコア３２の組み立て時の損傷を確実に防止できるとともにロータコア３２の組み立て性を向上できる。

永久磁石３３の各外周面７１ａ，７２ａの円弧中心Ｃｍ１，Ｃｍ２を偏心させ、各外周面７１ａ，７２ａよりも突極３５の先端部３５ｂを径方向外側に向かって突出させている。このため、突極３５の先端部３５ｂとステータ８との間を適正な距離としつつ、永久磁石３３から突極３５の先端部３５ｂを径方向外側に向かって突き出すことができる。

例えば、永久磁石３３によって突極３５の先端部３５ｂを覆う場合、突極３５の先端部３５ｂとステータ８との間をできる限り縮めるために突極３５の先端部３５ｂを覆う永久磁石３３の肉厚を薄く必要がある。この永久磁石３３の薄肉な箇所がロータコア３２から剥離しやすくなってしまい、永久磁石３３の固定強度を高めることが難しい。しかしながら、永久磁石３３から突極３５の先端部３５ｂを径方向外側に向かって突き出すことにより、突極３５の先端部３５ｂとステータ８との間を適正な距離としつつ、ロータコア３２に対する永久磁石３３の固定強度を高めることができる。

また、永久磁石３３は、ボンド磁石である。このため、永久磁石３３を形成しやすくできる。よって、電動モータ２の製造コストをさらに低減できる。

電動モータ２の製造コストを低減でき、ロータ９の磁気特性を向上できるので、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「全ての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する」、及び目標９「強靭（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの促進を図る」に貢献することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、図２、図５、図７を援用し、図１０、図１１に基づいて、本発明の第２実施形態について説明する。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１０は、第２実施形態におけるロータコア３２及び永久磁石２３３の斜視図である。図１０は、前述の図４に対応している。図１１は、ロータコア３２及び永久磁石２３３を軸方向からみた平面図である。図１１は、前述の図６に対応している。

図２、図１０、図１１に示すように、第２実施形態において、減速機付きモータ１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転を減速して出力する減速部３と、電動モータ２の駆動制御を行うコントローラ部４と、を備える点は、前述の第１実施形態と同様である。電動モータ２は、ステータ８と、ロータ２０９と、を備える点は、前述の第１実施形態と同様である。ロータ２０９は、減速部３を構成するウォーム軸４４と一体成形されたシャフト３１と、シャフト３１に嵌合固定されたロータコア３２と、ロータコア３２の周囲に設けられた永久磁石２３３と、を備える点は、前述の第１実施形態と同様である。

ロータコア３２は、円柱状のロータコア本体３７と、ロータコア本体３７の外周面３７ａから径方向外側に向かって突出形成された複数（例えば、本実施形態では４つ）の突極３５と、が一体成形されたものである点は、前述の第１実施形態と同様である。永久磁石２３３は、ロータコア本体３７の外周面３７ａに配置された磁石本体２７１と、磁石本体２７１の軸方向両端に配置され、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅ（図５、図７参照）を覆う端部磁石２７２と、磁石本体２７１及び端部磁石２７２の内周面に配置された内周磁石７３と、が一体成形されたものである点は、前述の第１実施形態と同様である。

図１０、図１１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実施形態の永久磁石３３のうちの磁石本体７１及び端部磁石７２の形状と、第２実施形態の永久磁石２３３のうちの磁石本体２７１及び端部磁石２７２の形状と、が異なる点にある。
すなわち、磁石本体２７１の外周面２７１ａ及び端部磁石２７２の外周面２７２ａは、周方向で隣り合う突極３５の間に形成され、回転軸線Ｃを中心とする円弧状の円弧部７４を有する。また、磁石本体２７１の外周面２７１ａ及び端部磁石７２の外周面２７２ａは、突極３５に沿うように形成され、かつ突極３５の先端部３５ｂよりも径方向内側に配置された窪み部７５を有する。

窪み部７５は、永久磁石２３３の軸方向全体に渡って形成されている。窪み部７５は、磁石本体２７１の外周面２７１ａ及び端部磁石７２の外周面２７２ａに連なって形成されている。窪み部７５は、各外周面２７１ａ，２７２ａから径方向内側に屈曲して突極３５の側面３５ａと平行に延びる一対の内側面７５ａと、一対の内側面７５ａの径方向内側端同士を接合し、内側面７５ａと直交する方向に延びる底側面７５ｂと、を有する。このような窪み部７５により、突極３５の先端部３５ｂよりも径方向内側に窪み部７５が配置された形になる。

したがって、上述の第２実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様に効果を奏することができる。とりわけ、突極３５の側面３５ａと窪み部７５の内側面７５ａとの間には、所定の隙間Ｓが形成されている。このため、突極３５にステータ８の鎖交磁束Ｊが流れ込みやすくなり、リラクタンストルクを得やすくできる。
さらに、突極３５へと流れ込むステータ８の鎖交磁束Ｊが永久磁石２３３を通過しにくくなる。このため、鎖交磁束Ｊによる永久磁石２３３の減磁への影響を低減できる。

また、磁石本体２７１の外周面２７１ａ及び端部磁石２７２の外周面２７２ａは、回転軸線Ｃを中心とする円弧状の円弧部７４を有することから、磁石本体２７１及び端部磁石２７２は、ロータコア本体３７と同心円状に形成されている。このため、前述の第１実施形態と比較して永久磁石２３３の体積を増大できる。よって、ロータ２０９の有効磁束を増大でき、ロータ２０９の回転トルクを向上できる。

［第２実施形態の変形例］
次に、図１２に基づいて、第２実施形態の変形例について説明する。
図１２は、第２実施形態における窪み部７５の変形例を示す軸方向からみた平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ部拡大図に相当している。

上述の第２実施形態では、窪み部７５の一対の内側面７５ａは、突極３５の側面３５ａと平行に延び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１２に示すように、一対の内側面７５ａは、これら一対の内側面７５ａの周方向の幅が径方向外側に向かうに従って漸次広くなるように末広がりに形成してもよい。このように構成することで、突極３５の近傍での永久磁石２３３による磁束の変化を滑らかにすることができる。このため、ロータ２０９のコギングトルクを低減でき、電動モータ２の振動、騒音を低減できる。

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、減速機付きモータ１は、車両のワイパー装置の駆動源として用いられ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、減速機付きモータ１は、ワイパー装置以外にも、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。

上述の実施形態では、端部磁石７２，２７２は、磁石本体７１，２７１の軸方向両端に配置され、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅを覆う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、端部磁石７２，２７２は、磁石本体７１，２７１の軸方向両端のうちの少なくともいずれか一方に配置され、ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅ及び突極３５の軸方向両端面３５ｄ，３５ｅのうちの少なくともいずれか一方を覆えばよい。

上述の実施形態では、永久磁石３３，２３３は、磁石本体７１，２７１及び端部磁石７２，２７２の内周面に配置された内周磁石７３を有す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、永久磁石３３，２３３は、内周磁石７３を有さなくてもよい。このような場合であっても、磁石本体７１，２７１及び端部磁石７２，２７２によって、ロータコア３２に永久磁石３３，２３３を固定できる。

上述の実施形態では、ロータコア３２に逃げ溝３７ｃを形成し、この逃げ溝３７ｃの大部分を内周磁石７３によって埋め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、逃げ溝３７ｃに代わってロータコア本体３７を軸方向に貫通する貫通孔やさまざまな形状の凹部を形成してよい。貫通孔と凹部（逃げ溝３７ｃ）とを組み合わせてもよい。これら貫通孔や凹部を、内周磁石７３によって埋めるように構成してもよい。例えば凹部は、シャフト挿通孔３７ｂに連通していなくてもよい。ロータコア本体３７の軸方向両端面３７ｄ，３７ｅに、凹部を形成してもよい。このように構成した場合であっても貫通孔や凹部に永久磁石３３，２３３に対するアンカー効果を持たせることができる。

上述の実施形態では、永久磁石３３，２３３は、ボンド磁石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、永久磁石３３，２３３は、ボンド磁石でなくてもよい。例えば焼結磁石によって永久磁石３３，２３３を構成し、磁石本体７１，２７１と、端部磁石７２，２７２と、内周磁石７３と、を一体化してもよい。

１…減速機付きモータ、２…電動モータ、３…減速部、４…コントローラ部、５…モータケース、６…第１モータケース、６ａ…開口部、７…第２モータケース、７ａ…開口部、８…ステータ、９…ロータ、１０…底部、１０ａ…貫通孔、１１…コネクタ、１６…外フランジ部、１７…外フランジ部、１９…スロット、２０…ステータコア、２０ｐ…電磁鋼板、２１…ステータコア本体、２２…ティース、２３…インシュレータ、２４…コイル、３１…シャフト、３２…ロータコア、３２ｐ…電磁鋼板、３３…永久磁石、３５…突極、３５ａ…側面、３５ｂ…先端部、３５ｃ…丸面取り部、３５ｄ…軸方向端面、３５ｅ…軸方向端面、３５ｆ…周方向中央、３７…ロータコア本体、３７ａ…外周面、３７ｂ…シャフト挿通孔、３７ｃ…溝（凹部及び孔）、３７ｄ…軸方向端面、３７ｅ…軸方向端面、３７ｅ…軸方向両端面、４０…ギアケース、４０ａ…開口部、４０ｂ…側壁、４０ｃ…底壁、４１…ウォーム減速機構、４２…ギア収容部、４３…開口部、４４…ウォーム軸、４５…ウォームホイール、４６…軸受、４７…軸受、４８…出力軸、４８ａ…スプライン、４９…軸受ボス、５２…リブ、５６…コントローラ収容部、６０…回転位置検出部、６１…磁気検出素子、６２…コントローラ基板、６３…カバー、７１…磁石本体、７１ａ…外周面、７１ｂ…周方向中央、７１ｃ…接合部、７２…端部磁石、７２ａ…外周面、７３…内周磁石、７３ａ…内周面、７４…円弧部、７５…窪み部、７５ａ…内側面、７５ｂ…底側面、８１…嵌合部、８１ａ…壁、８１ｂ…壁、８３…ラビリンス部、９１…溝部、１０１…ティース本体、１０２…鍔部、２０９…ロータ、２３３…永久磁石、２７１…磁石本体、２７１ａ…外周面、２７２…端部磁石、２７２ａ…外周面、Ｃ…回転軸線、Ｃｍ１…円弧中心、Ｃｍ２…円弧中心、Ｒ１…曲率半径、Ｒ２…曲率半径

Claims (5)

1. 環状のステータコア本体、及び前記ステータコア本体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からなるステータコア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本体、及び前記ロータコア本体の外周面から径方向外側に向かって突出形成された複数の突極を有するロータコアと、
   前記ロータコアの周囲に設けられた永久磁石と、
   を備え、
   前記永久磁石は、
   前記ロータコア本体の前記外周面で、かつ周方向で隣り合う前記突極の間に配置された磁石本体と、
   前記ロータコア本体及び前記突極における前記回転軸線方向の両端面のうちの少なくとも一方の端面を覆う端部磁石と、
   を有し、
   前記磁石本体と前記端部磁石とが一体である
   ことを特徴とする電動モータ。
2. 前記ロータコア本体は、前記ロータコア本体の内周側に形成された凹部及び孔の少なくともいずれか一方を有し、
   前記永久磁石は、前記凹部及び前記孔を埋める内周磁石を有し、
   前記内周磁石は、前記磁石本体及び前記端部磁石と一体である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記磁石本体の外周面である本体外周面、及び前記端部磁石の外周面である端部外周面は、前記回転軸線方向からみて円弧状に形成されており、
   前記本体外周面及び前記端部外周面は、曲率半径が同一で、かつ円弧中心が前記回転軸線から対応する前記磁石本体の周方向中央に向かって径方向外側にずれており、
   前記突極における径方向外側の先端部の位置は、前記突極の周方向両側での前記本体外周面及び前記端部外周面の位置よりも径方向外側に位置している
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記磁石本体の外周面である本体外周面、及び前記端部磁石の外周面である端部外周面は、
   周方向で隣り合う前記突極の間に形成され、前記回転軸線を中心とする円弧状の円弧部と、
   前記突極に沿うように形成され、かつ前記突極における径方向外側の先端部よりも径方向内側に配置された窪み部と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動モータ。
5. 前記永久磁石は、ボンド磁石である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動モータ。

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