JP2024064544A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音及び振動を低減できる回転電機を提供する。【解決手段】ロータ９は、回転軸線Ｃ１回りに回転するシャフト３１と、シャフト３１に同軸上に固定されたロータコア３２と、ロータコア３２の外周面３２ｂ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に設けられ、外周面３２ｂから径方向外側に突出する複数の突極３５と、を備える。複数の突極３５は、径方向外側の先端９１ａ位置が永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側に位置している第１突極９１と、径方向外側の先端９２ａの位置が永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向内側に位置している第２突極９２と、を有する。第１突極９１と第２突極９２とが周方向に交互に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機に関する。

回転電機として、例えば電動モータが挙げられる。電動モータは、ステータと、ステータに対して回転軸線回りに回転自在に設けられたロータと、を備える。ステータは、コイルが巻回される複数のティースを備える。周方向で隣り合うティースの間に、それぞれスロットが形成される。これらスロットを介し、各ティースにコイルが巻回される。ロータは、ロータコアと、ロータコアに設けられた界磁用の複数の永久磁石と、を備えたものがある。
電動モータは、コイルに通電するとティースに鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束とロータの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される。

この種のロータの中には、永久磁石をロータコアの外周面に周方向に並べて配置した表面磁石（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型のロータがある。この表面磁石型のロータの中には、ロータコアの外周面から径方向外側に向かって突出され、周方向で隣り合う永久磁石の間に配置された複数の突極を備えた、いわゆるインセット型のロータが知られている。

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。

特開２０１９－１９３３５０号公報

しかしながらインセット型のロータでは、突極が形成されることに伴いロータの外周面での磁界の歪みが増大し、この結果トルクリップルが増大してしまう可能性があった。とりわけ、トルクリップルの次数成分のうち、磁極数とスロット数との最小公倍数の次数成分が顕著に大きくなる傾向があった。これに起因して、電動モータの騒音及び振動が増大する可能性があった。

そこで、本発明は、騒音及び振動を低減できる回転電機を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の第１態様では、回転電機は、コイルが巻回される複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースよりも径方向内側に、回転軸線回りに回転自在に設けられたロータと、を備え、前記ロータは、前記回転軸線回りに回転するシャフトと、前記シャフトに同軸上に固定されたロータコアと、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に設けられ、前記外周面から径方向外側に突出する複数の突極と、を備え、前記複数の突極は、前記ロータコアにおける外周面の周方向で隣り合う前記永久磁石の間に配置されており、前記複数の突極は、径方向外側の先端の位置が前記永久磁石における外周面のうち周方向両側の角部よりも径方向外側に位置している第１突極と、径方向外側の先端の位置が前記永久磁石の前記角部よりも径方向内側に位置している第２突極と、を有し、前記第１突極と前記第２突極とが周方向に交互に配置されている。

このように構成することで、トルクリップルの次数成分のうち、特定の次数成分が顕著に大きくなるのを抑制できる。この結果、回転電機の騒音及び振動を低減できる。

本発明の第２態様では、第１態様の回転電機において、前記第１突極の前記先端は、前記永久磁石の前記角部よりも径方向外側で、かつ前記ステータコアの内周面よりも径方向内側に位置してもよい。

このように構成することで、回転電機のモータトルク性能が低減してしまうことを抑制しつつ、回転電機の騒音及び振動を確実に低減できる。

本発明の第３態様では、第１態様又は第２態様の回転電機において、前記第２突極の前記先端は、前記永久磁石の前記角部と前記突極の根本との間の中央位置よりも径方向外側で、かつ前記永久磁石の前記角部よりも径方向内側に位置してもよい。

このように構成することで、回転電機のモータトルク性能が低減してしまうことを抑制しつつ、回転電機の騒音及び振動を確実に低減できる。

本発明の第４態様では、第１態様から第３態様のいずれか１項の回転電機において、前記回転軸線と前記永久磁石の周方向中央とを通る直線上に、前記永久磁石の内周面の円弧中心及び前記永久磁石の外周面の円弧中心が位置されており、前記外周面の前記円弧中心は、前記内周面の前記円弧中心に対して径方向外側に位置してもよい。

このように構成することで、永久磁石の周方向両側よりも周方向中央を径方向外側に突出させることができる。このため、永久磁石における周方向の側面のうちの径方向外側の端部よりも第１突極の先端を径方向外側に突出させた場合であっても、永久磁石とティースとの間のクリアランスをできる限り小さくできる。よって、回転電機のモータトルク性能が低減してしまうことを確実に抑制しつつ、回転電機の騒音及び振動を確実に低減できる。

本発明によれば、回転電機の騒音及び振動を低減できる。

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である。 図３のＩＶ部拡大図である。 本発明の実施形態における第２突極の径方向の長さについての説明図である。 本発明の実施形態における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トルクリップルの次数成分及び次数成分ごとのトルクリップルの大きさを、従来のロータと比較したグラフである。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜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、例えば車両に搭載されるワイパーの駆動源である。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。

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Ｃ１）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に対して回転可能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から形成されている。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には、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、径方向の外方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の内部空間には、第１モータケース６及び第２モータケース７の内側に嵌め合わ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、ステータコア２０と、ステータコア２０に装着された樹脂製のインシュレータ２３と、ステータコア２０にインシュレータ２３の上から巻回されたコイル２４と、を備える。

ステータコア２０は、回転軸線Ｃ１と同軸上に配置された円筒状のコア部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、本第実施形態では６つ）のティース２２と、が一体成形されている。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。しかしながらこれに限られるものではなく、ステータコア２０は、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成されてもよい。

ティース２２は、一体成形されたティース本体２２ａ及び鍔部２２ｂを備える。ティース本体２２ａは、コア部２１の内周面から径方向の内側に向かって突出している。鍔部２２ｂは、ティース本体２２ａの径方向の内側端から周方向外側に向かって延びている。鍔部２２ｂは周方向に沿っており、ステータコア２０の内周を構成している。周方向で隣り合うティース２２の間には、それぞれ蟻溝状のスロット１９が形成される。
インシュレータ２３は、ステータコア２０を覆うように形成されている。インシュレータ２３によって、ステータコア２０とコイル２４との絶縁が図られる。

＜ロータ＞
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、回転軸線Ｃ１回りに回転するシャフト３１と、シャフト３１に固定されたロータコア３２と、ロータコア３２に取り付けられた界磁用の４つの永久磁石３３と、を備える。このように、電動モータ２は、永久磁石３３の磁極数が４極、スロット１９（ティース２２）の数が６であり、４極６スロットで構成されている。

シャフト３１は、減速部３を構成する後述するウォーム軸４４（図２参照）と一体成形されている。
ロータコア３２は、シャフト３１の外周面に嵌合固定されている。ロータコア３２は、回転軸線Ｃ１と同軸上に配置された円柱状に形成されている。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。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は、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成されてもよい。

ロータコア３２の径方向中央には、軸方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。シャフト３１は貫通孔３２ａに圧入されている。しかしながらこれに限られるものではなく、シャフト３１の外周面にロータコア３２を嵌め合わせ、接着剤等によってシャフト３１にロータコア３２を固定してもよい。
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、軸方向からみて径方向に沿うように、径方向の外側に突出している。突極３５は、ロータコア３２の軸方向全体に亘って延びている。

突極３５は、第１突極９１と第２突極９２とを有する。軸方向からみて、第１突極９１の径方向の長さは、第２突極９２の径方向の長さよりも長い。各突極９１，９２の長さの詳細については後述する。第１突極９１と第２突極９２とは、周方向に交互に配置されている。第１突極９１と第２突極９２とは、軸方向からみた径方向の長さのみが異なり、その他の形状については同一である。このため、以下では、第１突極９１と第２突極９２との同一箇所については、突極３５と総称して説明する。

突極３５は、周方向で対向する２つの側面３５ａが平行となるように形成されている。つまり、突極３５は、周方向の幅寸法が均一になるように形成されている。突極３５の径方向外側における周方向両側の角部には、平面取り部３５ｂが形成されている。突極３５の根本には、径方向内側に向かって末広がりとなるように丸面取り部３５ｃが形成されている。このように形成されたロータコア３２の外周面３２ｂにおいて、周方向で隣り合う２つの突極３５の間は、それぞれ磁石収納部３６として構成されている。

すなわち、ロータ９は、永久磁石３３をロータコア３２の外周面３２ｂに配置した表面磁石（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型のロータであるとともに、周方向に並ぶ永久磁石３３間に突極３５を備えるインセット型のロータである。
４つの永久磁石３３は、それぞれ磁石収納部３６に配置されている。各永久磁石３３は、磁石収納部３６において、例えば接着剤等によりロータコア３２に固定されている。永久磁石３３は、例えば、フェライト磁石、ネオジムボンド磁石又はネオジム焼結磁石などである。

永久磁石３３は、例えば着磁（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。つまり、永久磁石３３の配向は、磁化容易方向が永久磁石３３の中央部における径方向と平行な方向となるパラレル配向である。周方向で隣り合う永久磁石３３は、相互の磁化方向が反対方向となるように配置されている。

４つの永久磁石３３は、周方向に磁極が互い違いになるように配置されている。つまり、外周側がＮ極とされた永久磁石３３と外周側がＳ極とされた永久磁石３３とは周方向で隣り合うように配置されている。これにより、周方向で隣り合う永久磁石３３の間に配置されるロータコア３２の突極３５は、磁極の境界（極境界）に位置する。

図４は、図３のＩＶ部拡大図である。
図４に示すように、永久磁石３３において、径方向内側の内周面３３ｂの円弧中心Ｃｉは、回転軸線Ｃ１の位置と一致している。永久磁石３３において、径方向外側の外周面３３ａの円弧中心Ｃｏは、シャフト３１の回転軸線Ｃ１に対して偏心している。具体的には、永久磁石３３の外周面３３ａの円弧中心Ｃｏは、回転軸線Ｃ１と永久磁石３３における周方向の中央部３３ｃとを通る直線Ｌ１上において、回転軸線Ｃ１よりも径方向外側に位置している。

これにより、永久磁石３３は、周方向両側から中央部３３ｃに向かうに従って径方向の厚みが漸次厚くなる。これに伴い、永久磁石３３の外周面３３ａとティース２２の内周面（鍔部２２ｂの内周面、ステータコア２０の内周面）２２ｃとの間の隙間は、永久磁石３３の周方向両側から中央部３３ｃに向かうに従って漸次小さくなる。
永久磁石３３の径方向の厚みは、ロータコア３２の径方向の厚みよりも、大きく形成されている。例えば、永久磁石３３の周方向の中央部３３ｃにおける径方向の厚みＲｍは、ロータコア３２の周方向の中央部３２ｃにおける径方向の厚みＲｃ以上に大きく形成されている。

永久磁石３３の内周面３３ｂのほぼ全体は、ロータコア３２の外周面３２ｂに接触している。永久磁石３３の周方向両側の各表面は、突極３５と周方向で対向する側面３３ｄと、側面３３ｄと外周面３３ａとに接続される接続面３３ｅと、側面３３ｄと内周面３３ｂとに接続される円弧面３３ｈと、を有する。
側面３３ｄは、突極３５の側面３５ａとほぼ平行な平坦に形成されている。

接続面３３ｅは、いわゆる平面取り部であり、平坦に形成されている。すなわち、接続面３３ｅは、突極３５の径方向外側に向かうに従って、漸次突極３５から離間するように形成されている。換言すれば、接続面３３ｅは、例えば、径方向の外側に向かうに従って、永久磁石３３の径方向の厚みを漸次増大傾向に変化させるように形成されている。
接続面３３ｅと外周面３３ａとの接続部には、外周角部（請求項における角部）３３ｆが形成される。接続面３３ｅと側面３３ｄとの接続部には、側面角部３３ｇが形成される。円弧面３３ｈは、側面３３ｄと内周面３３ｂとを滑らかに連結している。

＜第１突極の径方向の長さ、及び第２突極の径方向の長さ＞
次に、図４、図５に基づいて、第１突極９１の径方向の長さ、及び第２突極９２の径方向の長さについて説明する。
まず、第１突極９１の径方向の長さについて説明する。
第１突極９１の径方向の長さは、第１突極９１の径方向外側の先端９１ａが以下の位置になる長さである。

すなわち、第１突極９１の先端９１ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側で、かつティース２２の内周面２２ｃよりも径方向内側に位置している。永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側とは、周方向で隣り合う各永久磁石３３の周方向で対向する２つの外周角部３３ｆを通る直線Ｌ２よりも径方向外側を意味する。

次に、第２突極９２の径方向の長さについて説明する。
図５は、第２突極９２の径方向の長さについての説明図である。図５は、ステータ８及びロータ９の径方向に沿う一部拡大断面図である。
図４、図５に示すように、第２突極９２の径方向の長さは、第２突極９２の径方向外側の先端９２ａが以下の位置になる長さである。すなわち、第２突極９２の先端９２ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆと第２突極９２（突極３５）の根本９２ｂとの間の中央位置９２ｃよりも径方向外側で、かつ外周角部３３ｆよりも径方向内側（図５にドットハッチで示す領域Ａｒ参照）に位置している。

ここでいう第２突極９２（突極３５）の根本９２ｂとは、突極３５の丸面取り部３５ｃとロータコア３２の外周面３２ｂとの接続箇所を意味する。永久磁石３３の外周角部３３ｆと第２突極９２（突極３５）の根本９２ｂとの間の中央位置９２ｃとは、第２突極９２（突極３５）の周方向両側の根本９２ｂと、根本９２ｂを通る突極３５の側面３５ａと平行な直線Ｌ３の直線Ｌ２との交点Ｓと、の間の中央位置を意味する。永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向内側とは、直線Ｌ２よりも径方向内側を意味する。

＜減速部＞
図１及び図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、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、開口部４３が形成されている。開口部４３は、第１モータケース６が一体成形されている箇所に形成されている。開口部４３は、第１モータケース６の貫通孔１０ａとギア収容部４２とを通じさせる。

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に設けられている。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における先端の内周縁には、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の所望の剛性が確保されている。

ウォーム減速機構４１は、ウォーム軸４４と、ウォーム軸４４に噛合わ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。

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。しかしながらこれに限られるものではなく、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されてもよい。

ウォームホイール４５の径方向中央には、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、図示しないセンサ磁石が設けられている。センサ磁石は、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のセンサ磁石側（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＞
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、を有する。コントローラ基板６２が、ウォームホイール４５のセンサ磁石側（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図示しない複数の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、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の図示しない端子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を有す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、コンデンサ等が実装されている。コンデンサ等は、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である。
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と嵌着可能に形成されている。コネクタ１１の図示しない端子に、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、嵌合部８１が突出形成されている。嵌合部８１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との間から塵埃又は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、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。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。

ロータコア３２の突極３５は、突出方向をステータ８（ティース２２）からの鎖交磁束が流れやすい方向とするとともに、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３２を回転させるリラクタンストルクを発生させる。
これらの磁石トルク及びリラクタンストルクは、ロータ９を継続的に回転させる。

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に噛合わ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、出力軸４８は、所望の電装品を駆動させる。

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。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。

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。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、電動モータ２の駆動制御を行う。パワーモジュールの駆動信号の出力及び電動モータ２の駆動制御は、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。

＜ロータのトルク波形及びトルクリップルの次数解析＞
次に、図６、図７に基づいて、ロータ９のトルク波形、及びロータ９のトルクリップルの次数解析について説明する。
図６は、縦軸をトルクとし、横軸を回転角とした場合のロータ９のトルクの変化を示すグラフである。図６中、実線で示されたトルク波形は、本実施形態のトルク波形である。図６中、２点鎖線で示されたトルク波形は、比較のために図示した従来のトルク波形である。従来とは、ロータ９における突極３５の径方向の長さが全て同一のものをいう（以下の図７についても同様）。従来の突極３５の先端は、永久磁石３３の中央部３３ｃを通る円周上に位置しているものとする。

図６に示すように、ロータ９のトルクは、磁石トルク及びリラクタンストルクの２つのトルクによって得られる。ここで、リラクタンストルクは、突極３５がティース２２を横切る度に脈動する。従来の場合（図６中、２点鎖線参照）、突極３５の径方向の長さは全て同一であるので、リラクタンストルクの波形における振幅の大きさも一定である。これに対し、本実施形態の突極３５は、長さの異なる第１突極９１と第２突極９２とにより構成されている。このため、リラクタンストルクの波形は、大きい振幅と小さい振幅が交互に生じる波形となる。

図７は、トルクリップルの次数成分及び次数成分ごとのトルクリップルの大きさを、本実施形態のロータ９と従来のロータとで比較したグラフである。
図７に示すように、従来のロータでは、磁極数とスロット数との最小公倍数の次数成分が顕著に大きくなる傾向があった。ここでいう磁極数とスロット数との最小公倍数は、本実施形態の磁極数とスロット数との最小公倍数と同じである。本実施形態の電動モータ２は４極６スロットで構成されているので、従来の場合、１２次成分のトルクリップルが顕著に大きくなる。

これに対し、本実施形態の電動モータ２では、従来と比較して６次成分や１８次成分のトルクリップルが生じるものの、顕著に大きくなる次数成分の発生が防止されているのが確認できる。すなわち、トルクリップル全体としては、従来と比較して低減されていることが確認できる。

このように、上述の実施形態では、突極３５は、長さの異なる第１突極９１と第２突極９２とにより構成されている。第１突極９１の先端９１ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側に位置している。第２突極９２の先端９２ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆより径方向内側に位置している。第１突極９１と第２突極９２とは、周方向に交互に配置されている。このため、ロータ９のトルクリップルの次数成分のうち、特定の次数成分（例えば、本実施形態では、１２次成分）が顕著に大きくなるのを抑制できる。この結果、電動モータ２の騒音及び振動を低減できる。

しかも、第１突極９１の先端９１ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側で、かつティース２２の内周面２２ｃよりも径方向内側に位置している。このため、ティース２２に、できる限り第１突極９１の先端９１ａを接近させることができる。この結果、リラクタンストルクによるトルクの増大を図ることができるとともに、リラクタンストルクリップルを大きくすることができる。よって、電動モータ２のモータトルク性能が低減してしまうことを抑制しつつ、電動モータ２の騒音及び振動を確実に低減できる。

第２突極９２の先端９２ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆと第２突極９２（突極３５）の根本９２ｂとの間の中央位置９２ｃよりも径方向外側で、かつ外周角部３３ｆよりも径方向内側に位置している。このため、永久磁石３３の外周角部３３ｆより径方向内側に第２突極９２の先端９２ａを位置させた場合であっても、第２突極９２に流れ込むステータ８の鎖交磁束量の低下を最小限に抑えることができる。よって、電動モータ２のモータトルク性能が低減してしまうことを抑制しつつ、電動モータ２の騒音及び振動を確実に低減できる。

永久磁石３３は、外周面３３ａの円弧中心Ｃｏの位置と内周面３３ｂの円弧中心Ｃｉの位置とがずれている。すなわち、回転軸線Ｃ１と永久磁石３３における周方向の中央部３３ｃとを通る直線Ｌ１上に、各円弧中心Ｃｏ，Ｃｉが位置されており、外周面３３ａの円弧中心Ｃｏは、内周面３３ｂの円弧中心Ｃｉよりも径方向外側に位置している。このため、永久磁石３３は、周方向両側から中央部３３ｃに向かうに従って径方向の厚みが漸次厚くなる。

この結果、永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側に第１突極９１の先端９１ａを位置させた場合であっても、永久磁石３３とティース２２との間のクリアランスをできる限り小さくできる。よって、電動モータ２のモータトルク性能が低減してしまうことを抑制しつつ、電動モータ２の騒音及び振動を確実に低減できる。

電動モータ２のモータトルク性能が低減してしまうことを抑制しつつ、電動モータ２の騒音及び振動を確実に低減できるので、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。

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、さまざまな駆動装置として減速機付きモータ１を適用できる。また、減速機付きモータ１のうち、上述の構成を備えた電動モータ２のみを、さまざまな電気機器に採用してもよい。

上述の実施形態では、回転電機として電動モータ２を例に挙げて説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、さまざまな回転電機に上述の構成を採用できる。例えば、回転電機として、電動モータ２に代わって発電機でもよい。
上述の実施形態では、電動モータ２は、永久磁石３３の磁極数が４極、スロット１９（ティース２２）の数が６であり、４極６スロットで構成されている場合について説明した。これに対応して、突極３５は４つ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、電動モータ２の極数、突極３５の個数は任意に設定することができる。

上述の実施形態では、第１突極９１の先端９１ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側で、かつティース２２の内周面２２ｃよりも径方向内側に位置している場合について説明した。第２突極９２の先端９２ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆと第２突極９２（突極３５）の根本９２ｂとの間の中央位置９２ｃよりも径方向外側で、かつ外周角部３３ｆよりも径方向内側に位置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、第１突極９１の先端９１ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆよりも径方向外側に位置していればよい。第２突極９２の先端９２ａは、永久磁石３３の外周角部３３ｆより径方向内側に位置していればよい。

上述の実施形態では、永久磁石３３は、外周面３３ａの円弧中心Ｃｏの位置と内周面３３ｂの円弧中心Ｃｉの位置とがずれている場合について説明した。これにより、永久磁石３３は、周方向両側から中央部３３ｃに向かうに従って径方向の厚みが漸次厚く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、外周面３３ａの円弧中心Ｃｏの位置と内周面３３ｂの円弧中心Ｃｉの位置とが同一でもよい。各円弧中心Ｃｏ，Ｃｉは、回転軸線Ｃ１上に位置してもよい。これにより、永久磁石３３は、周方向全体に渡って径方向の厚みが均一でもよい。

１…減速機付きモータ、２…電動モータ（回転電機）、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、２１…コア部、２２…ティース、２２ａ…ティース本体、２２ｂ…鍔部、２２ｃ…内周面（ステータコアの内周面）、２３…インシュレータ、２４…コイル、３１…シャフト、３２…ロータコア、３２ａ…貫通孔、３２ｂ…外周面、３２ｃ…中央部、３３…永久磁石、３３ａ…外周面、３３ｂ…内周面、３３ｃ…中央部（周方向中央）、３３ｄ…側面、３３ｅ…接続面、３３ｆ…外周角部（角部）、３３ｇ…側面角部、３３ｈ…円弧面、３５…突極、３５ａ…側面、３５ｂ…平面取り部、３５ｃ…丸面取り部、３６…磁石収納部、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、８１…嵌合部、８１ａ…壁、８１ｂ…壁、８３…ラビリンス部、９１…第１突極、９１ａ…先端、９２…第２突極、９２ａ…先端、９２ｂ…根本、９２ｃ…中央位置、Ａｒ…領域、Ｃ１…回転軸線、Ｃｉ…円弧中心、Ｃｏ…円弧中心、Ｌ１…直線、Ｌ２…直線

Claims (4)

1. コイルが巻回される複数のティースを有するステータコアと、
   前記複数のティースよりも径方向内側に、回転軸線回りに回転自在に設けられたロータと、
   を備え、
   前記ロータは、
   前記回転軸線回りに回転するシャフトと、
   前記シャフトに同軸上に固定されたロータコアと、
   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に設けられ、前記外周面から径方向外側に突出する複数の突極と、
   を備え、
   前記複数の突極は、前記ロータコアにおける外周面の周方向で隣り合う前記永久磁石の間に配置されており、
   前記複数の突極は、
   径方向外側の先端の位置が前記永久磁石における外周面のうち周方向両側の角部よりも径方向外側に位置している第１突極と、
   径方向外側の先端の位置が前記永久磁石の前記角部よりも径方向内側に位置している第２突極と、
   を有し、
   前記第１突極と前記第２突極とが周方向に交互に配置されている、
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記第１突極の前記先端は、前記永久磁石の前記角部よりも径方向外側で、かつ前記ステータコアの内周面よりも径方向内側に位置している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第２突極の前記先端は、前記永久磁石の前記角部と前記突極の根本との間の中央位置よりも径方向外側で、かつ前記永久磁石の前記角部よりも径方向内側に位置している、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転軸線と前記永久磁石の周方向中央とを通る直線上に、前記永久磁石の内周面の円弧中心及び前記永久磁石の外周面の円弧中心が位置されており、
   前記外周面の前記円弧中心は、前記内周面の前記円弧中心に対して径方向外側に位置している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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