JP5350031B2 - ワイパモータ - Google Patents

Description

本発明は、車両のウインドシールドを払拭するワイパ装置に用いられるワイパモータに関する。

自動車等の車両には、フロントガラス（ウインドシールド）に付着した雨滴等を払拭するためにワイパ装置が設けられている。ワイパ装置は、車体に揺動自在に支持されるワイパアームと、ワイパアームを駆動するワイパモータとを有している。ワイパアームの先端には、ワイパブレードが取り付けられる。ワイパモータが作動するとワイパブレードがガラス面上を揺動し、ガラス面上の雨滴等を払拭する。

このようなワイパ装置にて使用されるワイパモータは、雨滴払拭時など通常のワイパ動作が行われる低電流域のワイパ動作点付近を基準に設計されている。その一方、ワイパ装置には降雪等により高負荷が加わる場合があり、その際には、ワイパモータは高電流域にて動作する。図１０は、ワイパモータにおける電流と出力トルクとの関係を示す説明図であり、図１０に実線にて示したように、ワイパモータの出力トルクは電流量の増加、つまり、負荷の増加に伴って増大する。

特開2007-143278号公報 特開2008-126848号公報

ところが、ワイパモータは前述のように低電流域を基準に設計されているため、高電流域では必要以上に大きなトルクが発生する。このため、高電流域の大きなトルクに対する強度を確保する必要があり、ワイパ装置のブラケットなどを強固にしなければならず、システムの小型軽量化を妨げる要因の一つとなるという問題があった。

この場合、高電流域の出力トルクを抑制しようとすると、通常、図１０に破線にて示したように、動作点付近（低電流域）のトルクも下がってしまう。すなわち、高電流域の出力トルクのみを抑制することは困難である。従って、一般的なモータ設計手法では、低電流域のトルクを確保しつつ、高電流域のトルクのみを抑制するという、図１０に一点鎖線にて示したような理想的なモータ特性を得ることができないという問題があった。

本発明の目的は、低電流域での出力トルクを確保したまま、高電流域の出力トルクを低減できるワイパ装置用の電動モータを提供することにある。

本発明のワイパモータは、車両のウインドシールドを払拭するワイパ装置を駆動するワイパモータであって、円筒形状に形成されたモータヨークと、前記モータヨーク内に配置され、該モータヨークに回転自在に支持されたアーマチュアと、前記モータヨークの内面に固定される複数個のマグネットと、前記マグネットの間に配置され、高電流域における当該ワイパモータの出力トルクを抑制する磁性体製の補助極と、前記補助極の周方向片側に突設され、該補助極の本体から周方向に延びる爪状の突起と、を有し、前記マグネットは、前記突起と前記モータヨークとの間に嵌合固定され、前記補助極は、隣接する前記マグネットの間に空隙をあけることなく配置される一方、該ワイパモータが遅角設定となるように、前記アーマチュア側から見た該補助極の磁気的中心が前記マグネットの減磁側に配置されることを特徴とする。

本発明にあっては、磁性体製の補助極をマグネット間に設けることにより、アーマチュア巻線のインダクタンスが増加し、電機子反作用が増加する。特に、高電流域（例えば、１５Ａ以上）においては、インダクタンス増加の影響が大きく、その分、出力トルクの低下量が大きくなる。それに対し、低電流域では電流値が低いため、電機子反作用の影響が小さく、補助極なしの場合とほぼ等価な出力トルクとなる。従って、動作点付近（低電流域）のトルクを確保しつつ、高電流域のトルクを低減することができ、ワイパモータとして好適な出力トルクを得ることが可能となる。

また、本発明によるワイパモータでは、前記補助極を前記マグネットの減磁側に配置することにより、補助極が遅角設定となり、高電流域のトルクが低下する。従って、低電流域のトルクを補助極なしのモータと同等に維持しつつ、高電流域でのトルク低減を図ることが可能となる。また、モータ内の他の部品を変更することなく、補助極を遅角状態に設定でき、コストアップを招来することなく、モータ特性を改善できる。

さらに、本発明によるワイパモータでは、前記補助極に周方向に延びる爪状の突起を設け、前記突起と前記モータヨークとの間に前記マグネットを嵌合固定することにより、接着剤を用いることなくマグネットをモータヨークの内面に固定でき、接着点数を減少させ、工数の削減を図ることが可能になる。

本発明によれば、車両のウインドシールドを払拭するワイパ装置を駆動するワイパモータにて、モータヨークの内面に固定されたマグネットの間に、高電流域における当該ワイパモータの出力トルクを抑制する磁性体製の補助極を配置したので、低電流域のトルクを確保しつつ、高電流域のトルクを低減することができ、ワイパモータとして好適な出力トルクを得ることが可能となる。このため、降雪時等に高負荷・高電流域で動作しても、過大ではない好適なトルクを出力でき、ブラケットなどを強固なものにする必要がなく、部品の耐トルク強度が緩和され、システムの小型軽量化を図ることが可能となる。

本発明の実施例１であるワイパモータを備えたワイパ装置の概略を示す説明図である。 図１に示したワイパモータの詳細を示す断面図である。 ワイパモータの断面構造を示す説明図である。 補助極の有無によるモータ特性の違いを示す説明図である。 本発明の実施例２であるワイパモータの断面構造を示す説明図である。 図３のワイパモータのように補助極を設けた場合と、減磁側に補助極を設けた場合のモータ特性の違いを示す説明図である。 本発明の実施例３である補助極の構成を示す説明図である。 補助極構成の変形例を示す説明図である。 補助極構成の他の変形例を示す説明図である。 従来のワイパモータにおける電流と出力トルクとの関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１であるワイパモータを備えたワイパ装置の概略を示す説明図である。図１に示す車両１１には、フロントガラス（ウインドシールド）１２に付着した雨水や埃等を払拭して運転者の視界を確保するために、ワイパ装置１３が設けられている。このワイパ装置１３はいわゆるタンデム型となっており、車体１４には、回転自在に支持された２つのワイパ軸１５ａ,１５ｂが設けられている。各ワイパ軸１５ａ,１５ｂにはそれぞれ、ワイパアーム１６ａ,１６ｂが固定されている。ワイパアーム１６ａ,１６ｂの先端部にはそれぞれ、ワイパブレード１７ａ,１７ｂが取り付けられている。ワイパアーム１６ａ,１６ｂの基端部には図示しないスプリングが装着されており、このスプリングのばね力により、ワイパブレード１７ａ,１７ｂはフロントガラス１２に押し付けられている。

ワイパ装置１３には、その駆動源としてワイパモータ１８が設けられている。ワイパモータ１８は、出力軸１８ａを有しており、出力軸１８ａはリンク機構１９を介してワイパ軸１５ａ,１５ｂに連結されている。ワイパモータ１８が作動すると、ワイパアーム１６ａ,１６ｂが所定の角度範囲で揺動運動する。これにより、ワイパブレード１７ａ,１７ｂが、上反転位置と下反転位置との間の払拭範囲１２ａ,１２ｂを揺動運動し、フロントガラス１２に付着した雨水や雪、埃等が払拭される。

図２は、図１に示したワイパモータの詳細を示す断面図である。図２に示すように、ワイパモータ１８は、鋼材により底付き円筒形状に形成されたモータヨーク（継鉄）２１を有している。モータヨーク２１の内面には、４つのマグネット２２が回転方向（周方向）に並べて装着されている。マグネット２２は断面円弧状の永久磁石となっており、モータヨーク２１の内側にＮ極とＳ極とが回転方向に交互に並ぶように配置されている。これらのマグネット２２により、モータヨーク２１の内面には４つの磁極を備えた界磁部が構成される。

モータヨーク２１の内部にはアーマチュア（電機子）２３が設けられている。アーマチュア２３はアーマチュアシャフト２４を有しており、アーマチュアシャフト２４は、軸受２５を介してモータヨーク２１に回転自在に支持されている。これにより、アーマチュア２３は、モータヨーク２１の内部に回転自在に配置される。なお、符号２６は、アーマチュアシャフト２４を軸方向に支持する支持球であり、この支持球２６によって、アーマチュアシャフト２４の軸方向への移動が規制されている。

アーマチュアシャフト２４には、アーマチュアコア２７が固定されている。アーマチュアコア２７はモータヨーク２１の内部に位置し、微小隙間（エアギャップ）を介してマグネット２２と対向している。アーマチュアコア２７には、回転方向に並ぶ１８個のスロット２８が形成されている。スロット２８には、複数個のスロットを跨ぐように導線を重ね巻することにより巻線２９が装着されている。

アーマチュアシャフト２４にはさらに、アーマチュアコア２７に隣接して整流子（コンミテータ）３１が固定されている。整流子３１は、互いに絶縁された状態で回転方向に並べて配置される１８個の整流子片を備えている。各整流子片はそれぞれ、アーマチュアコア２７に巻装された巻線２９と電気的に接続されている。巻線２９に駆動電流を供給するため、ワイパモータ１８には３２が設けられている。ブラシ３２は、ブラシホルダ３４に支持されると共に、スプリング３５によって整流子３１に向けて付勢されており、整流子片に摺接している。

一方、モータヨーク２１には、ギヤケース４１が固定されている。ギヤケース４１には、アーマチュアシャフト２４の回転を減速する減速機構４２が収容されている。アーマチュアシャフト２４はギヤケース４１の内部に突出し、このアーマチュアシャフト２４のギヤケース４１の内部に突出する部分の外周面にはウォーム４３が一体的に形成されている。ウォーム４３は、アーマチュアシャフト２４と共に回転する。ギヤケース４１には、ウォームホイール４４が回転自在に収容されている。ウォーム４３はウォームホイール４４に噛み合わされ、ウォーム４３とウォームホイール４４とにより減速機構４２が構成されている。ウォームホイール４４の中心軸上には、前述のリンク機構１９が連結される出力軸１８ａが固定されている。これにより、アーマチュアシャフト２４の回転が減速機構４２により所定の回転数にまで減速されて出力軸１８ａから出力される。

ギヤケース４１の内部には、ワイパモータ１８の作動を制御する制御基板４５が収容されている。制御基板４５は、配線により、図示しないワイパスイッチや車載バッテリ（電源）等に接続されている。運転者等によりワイパスイッチが操作されると、制御基板４５からブラシ３２に駆動電流が供給され、これによりワイパモータ１８が作動する。制御基板４５にはまた、アーマチュアシャフト２４に固定された回転検出用マグネット４６に対向するホールセンサ（図示せず）が設けられている。制御基板４５は、ホールセンサにより検出されるアーマチュアシャフト２４の回転数に基づいて、ワイパモータ１８の作動制御を行う。

ここで、本発明のワイパモータ１８では、マグネット２２の間に補助極４７が取り付けられている。図３は、ワイパモータ１８の断面構造を示す説明図である。補助極４７は、鉄等の磁性体にて形成されており、図３に示すように、隣接するマグネット２２の間に空隙をあけることなく配置されている。このような補助極４７をマグネット２２間に設けると、アーマチュア巻線２９のインダクタンスが増加し、電機子反作用が増加する。特に、高電流域（例えば、１５Ａ以上）においては、インダクタンス増加の影響が大きく、その分、出力トルクの低下量が大きくなる。一方、動作点付近は電流値が低いため、電機子反作用の影響が小さく、補助極なしの場合とほぼ等価な出力トルクとなる。

図４は、補助極の有無によるモータ特性の違いを示す説明図である。図４に示すように、補助極を設けたワイパモータでは、出力トルクが１５Ａ以上の高電流域で顕著に低下し、図１０に一点鎖線にて示した理想的な特性に近いモータ特性が得られる。このため、動作点付近（低電流域）のトルクを確保しつつ、高電流域のトルクを低減することができ、設計思想通りの出力トルクを得ることが可能となる。また、降雪時等に高負荷・高電流域で動作しても、過大ではない好適なトルクを出力できるので、ブラケットなどを強固なものにする必要がなく、部品の耐トルク強度が緩和され、システムの小型軽量化を図ることが可能となる。

なお、図３のように磁性体をマグネット２２間に配置する構造では、モータに進角を設定するとリラクタンストルクが発生し、高電流域のトルク低減効果が小さくなる。これに対し、遅角を設定すると、負のリラクタンストルクが発生するため、高電流域のトルクが低減し、補助極４７によるトルクダウン効果が増大する。従って、ワイパモータ１８では、補助極４７による作用をさらに効果的に生かすべく、モータを遅角設定とすることが好ましい。

次に、本発明の実施例２であるワイパモータ５１について説明する。図５は、ワイパモータ５１の断面構造を示す説明図である。なお、以下の実施例では、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図５に示すように、ワイパモータ５１では、補助極５２がマグネット２２の減磁側に偏って配置されている。すなわち、各マグネット２２の回転方向前方側に接するように補助極５２が設けられており、隣接するマグネット２２と補助極５２との間には空隙５３が形成されている。前述のように、マグネット２２間に補助極４７を配置した図３のような構成の場合、モータを遅角状態に設定することにより、高電流域でのトルク低減効果を増強することができるが、既存モータでの進角変更（遅角設定）は、ブラシホルダやアーマチュアッセンブリの変更を伴う場合がある。

そこで、図５のように、補助極５２をマグネット２２の減磁側に偏倚させて配置すると、補助極５２の設置によりモータが遅角状態に設定され、モータ作動時に負のリラクタンストルクが発生し、電機子反作用が増加する。このため、補助極による電機子反作用増加＋負のリラクタンストルクにより、高電流域のトルクが低減し、低電流域のトルクを確保したまま、高電流域のトルクを低減させることが可能となる。図６は、図３のように補助極を設けた場合と、減磁側に補助極を設けた場合のモータ特性の違いを示す説明図である。図６に示すように、図３のように補助極４７を設けた場合（遅角設定なし）に比して、補助極５２を減磁側に配置した実施例２の構成では、高電流域のトルクをさらに効果的に低下させることが可能となる。

このように、ワイパモータ５１では、図５のような補助極配置により、図３の構成＋遅角設定と同等の効果を得ることができる。つまり、補助極５２を減磁側に偏らせて配置することにより、ブラシホルダ等の変更なしにモータが遅角設定状態となり、低電流域のトルクを補助極なしのモータと同等に維持しつつ、高電流域のトルクを低減することが可能となる。従って、前述同様、部品の耐トルク強度が緩和され、システムの小型軽量化を図ることが可能となる。また、既存品の構造を大きく変えることなく理想的なモータ特性を実現でき、コストアップを招来することなく、システムの小型軽量化が達成される。

さらに、本発明の実施例３として、補助極に爪状の突起を設けてマグネットホルダを兼用させた構成について説明する。図７は、実施例３である補助極６１の構成を示す説明図である。図７に示すように、補助極６１には、その内周側の部位に、周方向に突出する形でマグネット保持爪（突起）６２が設けられている。補助極６１は、実施例１の補助極４７と同様に、マグネット２２の間に空隙を設けずに配置されており、マグネット保持爪６２は、補助極６１の本体部６１ａから周方向両側に向かって突設されている。

通常、マグネット２２と補助極４７は、モータヨーク２１の内面に接着剤にて接着固定されている。これに対し、実施例３のワイパモータでは、補助極６１をモータヨーク内面に接着固定し、その後、対向するマグネット保持爪６２の間にマグネット２２を嵌合装着する。すなわち、マグネット２２は、接着剤を用いることなく、マグネット保持爪６２とモータヨーク２１の内面との間に嵌合固定される。従って、従来のワイパモータに比して、接着点数を減少させることができ、工数の削減を図ることが可能になる。

また、図８のように、実施例２の補助極５２に対応して、周方向片側に突出する形でマグネット保持爪６３を設けた補助極６４を用いても良い。さらに、図９（ａ）のように、マグネット保持爪６５を周方向片側に突出する形で設けた補助極６６を、マグネット２２間に空隙を設けずに配置しても良い。この場合、隣接するマグネット２２の増磁側に補助極６６が接触するが、図９（ｂ）に示すように、アーマチュア２３側から見た磁気的中心が減磁側に存在していれば、実施例２のような遅角設定効果を得ることができる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例においては、モータ極数つまり界磁部の極数が４極の場合が示されているが、極数はこれに限らず、４極以外の構成のモータにも本発明は適用可能である。また、アーマチュア２３のスロット数も前述の個数には限定されない。

１１ 車両
１２ フロントガラス
１２ａ,１２ｂ 払拭範囲
１３ ワイパ装置
１４ 車体
１５ａ,１５ｂ ワイパ軸
１６ａ,１６ｂ ワイパアーム
１７ａ,１７ｂ ワイパブレード
１８ ワイパモータ
１８ａ 出力軸
１９ リンク機構
２１ モータヨーク
２２ マグネット
２３ アーマチュア
２４ アーマチュアシャフト
２５ 軸受
２６ 支持球
２７ アーマチュアコア
２８ スロット
２９ 巻線
３１ 整流子
３２ ブラシ
３４ ブラシホルダ
３５ スプリング
４１ ギヤケース
４２ 減速機構
４３ ウォーム
４４ ウォームホイール
４５ 制御基板
４６ 回転検出用マグネット
４７ 補助極
５１ ワイパモータ
５２ 補助極
５３ 空隙
６１ 補助極
６１ａ 本体部
６２ マグネット保持爪（突起）
６３ マグネット保持爪（突起）
６４ 補助極
６５ マグネット保持爪（突起）
６６ 補助極

Claims (1)

1. 車両のウインドシールドを払拭するワイパ装置を駆動するワイパモータであって、
   円筒形状に形成されたモータヨークと、
   前記モータヨーク内に配置され、該モータヨークに回転自在に支持されたアーマチュアと、
   前記モータヨークの内面に固定される複数個のマグネットと、
   前記マグネットの間に配置され、高電流域における当該ワイパモータの出力トルクを抑制する磁性体製の補助極と、
   前記補助極の周方向片側に突設され、該補助極の本体から周方向に延びる爪状の突起と、を有し、
   前記マグネットは、前記突起と前記モータヨークとの間に嵌合固定され、
   前記補助極は、隣接する前記マグネットの間に空隙をあけることなく配置される一方、該ワイパモータが遅角設定となるように、前記アーマチュア側から見た該補助極の磁気的中心が前記マグネットの減磁側に配置されることを特徴とするワイパモータ。
   

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