JP7122944B2 - ロータ、モータ及びブラシレスワイパーモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータ、モータ及びブラシレスワイパーモータに関する。

従来から、界磁用の永久磁石をロータコアの表面に有する表面磁石（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型のロータとして、周方向に並ぶ永久磁石間においてロータコアの径方向外方に突出する磁性材料から成る突部を備えるインセット型のロータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このロータにおいて、ロータコア及び突部は、磁性材料によって形成されている。ロータコアの突部は、突出方向をステータのコイルによる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、ロータコアを回転させるリラクタンストルクを発生させる。

国際公開第２０１５／１０２０４７号

ところで、上記したようなロータでは、ロータコアの突部の周方向幅が増大することに伴い、コギングトルク及びトルクリップルが増大傾向に変化する。このため、ロータコアの突部の周方向幅を小さくすることによって、コギングトルク及びトルクリップルを低減し、モータの騒音及び振動を低減することができる。しかしながら、ロータコアの突部の周方向幅を小さくすると、モータの高負荷時において突部が磁気飽和し易くなり、突部の周方向幅の減少に伴い、トルクが減少傾向に変化するおそれがある。

例えば、図１６は、従来技術の一例のロータにおいて突部の幅寸法を変化させた場合に発生するトルクの変化を示すグラフ図である。図１７は、従来技術の一例のロータにおいて突部の幅寸法を変化させた場合に発生するトルクリップルのリップル率の変化を示すグラフ図である。図１８は、従来技術の一例のロータにおいて突部の幅寸法を変化させた場合に発生するコギングトルクの変化を示すグラフ図である。
図１７及び図１８に示すように、突部の幅寸法を所定幅ｗに向かって低下させることに伴い、コギングトルク及びトルクリップルは低下傾向に変化する。一方、図１６に示すように、突部の幅寸法を所定幅ｗに向かって低下させることに伴い、トルクは減少傾向に変化する。

そこで、本発明は、騒音及び振動の増大を抑制するとともにトルクの低下を抑制することができるロータ、モータ及びブラシレスワイパーモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のロータは、回転軸線回りに回転するシャフトと、前記シャフトを保持するとともに、前記回転軸線を径方向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配置された磁石と、前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記磁石の間において前記ロータコアの径方向の外方に向かって突出する突極と、を備え、前記ロータコア及び前記突極の各々は、軸線方向に積層された複数の鋼板によって形成され、前記ロータコアの前記鋼板は、無方向性鋼板であり、前記突極における少なくとも先端部の前記鋼板は、方向性電磁鋼板で、かつ前記無方向性鋼板とは別体であり、前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、前記突極の突出方向と平行であり、前記方向性電磁鋼板の磁化困難方向は、前記磁化容易方向の直交方向であり、前記突極における前記方向性電磁鋼板の前記軸線方向の厚みは、前記無方向性鋼板の前記軸線方向の厚みよりも小さく形成されている。

このような構成によれば、ロータコアから径方向の外方に突出する突極を形成する方向性電磁鋼板の軸線方向の厚みは、ロータコアを形成する無方向性鋼板の軸線方向の厚みよりも小さい。これにより、ロータコアに比べて、渦電流が発生し易い突極において、渦電流損の増大を抑制することができる。
また、突極における少なくとも先端部は、磁化容易方向が突極の突出方向と平行な方向性電磁鋼板によって形成されている。これにより、突極において鉄損が生じやすい先端部において、鉄損の増大を抑制することができる。
また、例えば突極の全体が方向性電磁鋼板によって形成される場合には、突極における磁気飽和を抑制することができる。これにより、突極の周方向幅を小さくすることによって、コギングトルク及びトルクリップルを低減し、ロータを備えるモータの騒音及び振動を低減する場合であっても、突極における磁気飽和に起因するトルクの減少を抑制し、所望の出力特性を確保することができる。

また、本発明のロータは、前記方向性電磁鋼板によって形成される第１部位と、前記無方向性鋼板によって形成される第２部位とは、前記第１部位に設けられる第１嵌合部の外形と、前記第２部位に設けられる第２嵌合部の外形とが、相互に嵌り合う形状に形成され、前記第１部位及び前記第２部位は、相互の前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部が嵌り合うことによって一体化されていることが好ましい。

このような構成によれば、ロータコア及び突極の全体は、相互に嵌り合うことによって一体化される第１部位及び第２部位によって形成される。これにより、方向性電磁鋼板及び無方向性鋼板が混在するロータコア及び突極の全体を容易に形成することができる。

本発明のモータは、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方に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上記のロータと、を備える。

このような構成によれば、モータは、突極における鉄損及び磁気飽和が抑制されたロータを備える。これにより、騒音及び振動の増大を抑制するとともに所望の出力を確保することができる。

本発明のブラシレスワイパーモータは、上記のモータを備える。
このような構成によれば、ブラシレスワイパーモータの所望の出力を確保しながら、騒音及び振動の増大を抑制することができる。

本発明によれば、騒音及び振動の増大を抑制するとともにトルクの低下を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態におけるワイパーモータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるワイパーモータの、図１のＡ－Ａ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を軸方向からみた平面図である。 本発明の実施形態におけるロータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるロータの分解斜視図である。 本発明の実施形態におけるロータを形成する鋼板の種類に応じた磁気特性の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態におけるロータを形成する鋼板の種類に応じたモータの動作特性の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態におけるロータを形成する鋼板の種類に応じたモータのトルク低下率の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態の第１変形例におけるステータ及びロータを軸方向からみた平面図である。 本発明の実施形態の第２変形例におけるロータを軸方向からみた平面図である。 本発明の実施形態の第２変形例におけるロータを軸方向からみた平面図である。 本発明の実施形態の第３変形例におけるロータの断面図である。 本発明の実施形態の第３変形例におけるロータの断面図である。 本発明の実施形態の第４変形例におけるロータの断面図である。 本発明の実施形態の第４変形例におけるロータの断面図である。 従来技術の一例のロータにおいて突部の幅寸法を変化させた場合に発生するトルクの変化を示すグラフ図である。 従来技術の一例のロータにおいて突部の幅寸法を変化させた場合に発生するトルクリップルのリップル率の変化を示すグラフ図である。 従来技術の一例のロータにおいて突部の幅寸法を変化させた場合に発生するコギングトルクの変化を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施形態に係るロータ、モータ及びブラシレスワイパーモータについて、添付図面を参照しながら説明する。

（ワイパーモータ）
図１は、ワイパーモータ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及び図２に示すように、ワイパーモータ（ブラシレスワイパーモータ）１は、例えば車両に搭載されるワイパーの駆動源である。ワイパーモータ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、実施形態でのモータ部２は、特許請求の範囲におけるモータの一例である。
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の外形は、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のギヤケース４０と接合されるように、このギヤケース４０と一体成形されている。底部１０の径方向略中央には、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。

また、第１モータケース６の開口部６ａに、径方向の外方に向かって張り出す外フランジ部１６が形成されているとともに、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。そして、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が配置されている。

（ステータ）
図３は、ステータ８及びロータ９を軸方向からみた平面図である。
図２及び図３に示すように、ステータ８は、筒状のコア部２１と、コア部２１から径方向の内方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、が一体成形された環状のステータコア２０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され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及び一対の鍔部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に沿って内方に突出する。鍔部２２ｂは、ティース本体２２ａの径方向内側端から周方向に沿って延びる。一対の鍔部２２ｂは、ティース本体２２ａから周方向の外方に延びるように形成されている。そして、周方向で隣り合う鍔部２２ｂの間に、スロット１９が形成される。

また、コア部２１の内周面及びティース２２は、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に巻き付けられるようにコイル２４が装着されている。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磁界を発生させる。

（ロータ）
図４は、ロータ９の斜視図である。図５は、ロータ９の分解斜視図である。
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、シャフト３１と、ロータコア３２と、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、例えば、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。
ロータ９は、シャフト３１の中心線（軸心）Ｃ１を回転軸線として、この回転軸線を径方向中心として回転する。
シャフト３１は、減速部３を構成するウォーム軸４４（図２参照）と一体成形されている。
ロータコア３２は、シャフト３１の外側に嵌め合わされるように固定されている。ロータコア３２の外形は、シャフト３１を軸心Ｃ１とする円柱状に形成されている。

ロータコア３２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。ロータコア３２を形成する金属板は、全方向的に均一な磁気特性を有する無方向性鋼板である。
また、ロータコア３２の径方向略中央には、軸方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。シャフト３１は貫通孔３２ａに圧入されている。なお、ロータコア３２がシャフト３１の外側に嵌め合わされるように、相対的にシャフト３１が貫通孔３２ａに挿入され、接着剤等によってシャフト３１とロータコア３２とが固定されてもよい。
ロータコア３２において、径方向内側の内周面（つまり貫通孔３２ａの内周面）の円弧中心及び径方向外側の外周面３２ｂの円弧中心は、シャフト３１の軸心Ｃ１の位置と一致している。

さらに、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、ロータコア３２と一体的に径方向の外方に突出するとともにロータコア３２の軸方向全体に亘って延びるように形成されている。突極３５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。
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、界磁用の永久磁石３３をロータコア３２の外周面３２ｂに有する表面磁石（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間においてロータコア３２の径方向外方に突出する突極３５を備えるインセット型のロータである。

また、突極３５の先端部３５ａの先端面３５Ａ（つまり突出方向の外側の表面）には、軸方向に延びる凹部３８が形成されている。これにより、突極３５の先端面３５Ａと、ステータ８のティース２２（特に、鍔部２２ｂ）との間の径方向間隔は不均一になる。この結果、ロータ９の回転中に突極３５がティース２２間を通過する前後でティース２２（特に、鍔部２２ｂ）に生じる磁束密度の急激な変化は抑制され、ロータ９の急激なトルク変動及びトルクリップルの増大は抑制されている。
また、突極３５の突出方向外側における周方向両側の角部には、丸面取り部３５ｂが形成されている。
また、突極３５は、周方向で対向する２つの側面３５ｃが突出方向に平行となるように形成されている。つまり、突極３５は、周方向の幅寸法が突出方向で均一になるように形成されている。

突極３５を形成する各金属板の軸方向の厚みは、ロータコア３２を形成する各金属板の軸方向の厚みよりも小さく形成されている。
また、突極３５の突出方向における少なくとも先端部３５ａを形成する金属板は、所定方向における磁気特性が他の方向における磁気特性に比べて高められた方向性電磁鋼板である。例えば、突極３５の全体は、磁化容易方向が突極３５の突出方向と平行であるとともに、磁化困難方向が磁化容易方向の直交方向である方向性電磁鋼板によって形成されている。

突極３５は、ロータコア３２とは別体に形成されている。突極３５は、突出方向の基端部３５ｄに設けられる第１嵌合部３５ｅを備える。第１嵌合部３５ｅの外形と、ロータコア３２の外周面３２ｂに設けられる第２嵌合部３２ｃの外形とは、相互に嵌り合う形状に形成されている。例えば、第１嵌合部３５ｅの外形は、径方向の内方にロータコア３２に向かって突出する凸型に形成され、第２嵌合部３２ｃの外形は、径方向の内方に凹む凹型に形成されている。これにより、別体に形成されたロータコア３２及び突極３５は、相互の第１嵌合部３５ｅ及び第２嵌合部３２ｃが嵌り合うことによって一体化されている。

４つの永久磁石３３は、ロータコア３２の外周面３２ｂに設けられる４つ磁石収納部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）の配向が径方向に沿った放射状のラジア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の径方向と平行な方向となるラジアル配向である。
そして、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）に位置している。

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、シャフト３１の軸心Ｃ１の位置と一致している。径方向外側の外周面３３ａの円弧中心Ｃｏは、シャフト３１の軸心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、永久磁石３３の中心を通る径方向において軸心Ｃ１よりもロータコア３２の外周面３２ｂ寄りに設定されている。これにより、永久磁石３３は、シャフト３１の軸心Ｃ１回りの周方向両側の端部３３ｓにおける径方向の厚みが、周方向の中央部３３ｃにおける径方向の厚みよりも小さくなる。これに伴い、永久磁石３３の径方向外側の外周面３３ａとティース２２の内周面との間の隙間は、永久磁石３３の周方向の中央部３３ｃにおいて最も小さく、この周方向の中央部３３ｃから周方向外側に離間するに従って増大傾向に変化する。
また、永久磁石３３の最大外径、例えば永久磁石３３の周方向の中央部３３ｃにおける外周面３３ａの外径は、突極３５の最大外径、例えば突極３５の突出方向における先端の外径とほぼ同一に形成されている。

永久磁石３３の内周面３３ｂは、ロータコア３２の外周面３２ｂのほぼ全体に接触している。また、永久磁石３３の周方向両側の各表面は、突極３５に接触する周方向側面３３ｄと、周方向側面３３ｄに接続される接続面３３ｅと、を備える。
周方向側面３３ｄは、円弧面３３ｆを介して径方向内側の内周面３３ｂに滑らかに接続されている。
接続面３３ｅは、周方向側面３３ｄよりも径方向外側に設けられ、外周面３３ａに接続されている。
接続面３３ｅは、例えば、平坦面に形成されている。接続面３３ｅは、突極３５の突出方向の外方に向かうことに伴い、漸次、永久磁石３３の周方向の中央部３３ｃに接近するように形成されている。接続面３３ｅは、例えば、径方向の外方に向かうことに伴い、漸次、永久磁石３３の径方向の厚みを増大傾向に変化させるように形成されている。つまり、永久磁石３３の周方向両側の一対の接続面３３ｅは、径方向の外方に向かうことに伴い、漸次、周方向の間隔を低減傾向に変化させるように形成されている。
また、接続面３３ｅは、例えば、永久磁石３３の周方向の中央部３３ｃにおける径方向と平行に設けられている。

永久磁石３３の軸方向の厚みは、ロータコア３２の軸方向の厚みと同一に形成されている。例えば、永久磁石３３の軸方向の両端と、ロータコア３２の軸方向の両端とは、相互の軸方向位置が一致している。
また、永久磁石３３の軸方向の端部３３ｊにおいて径方向外側の角部には、軸方向端面３３ｈと外周面３３ａとに接続される傾斜面３３ｋが形成されている。傾斜面３３ｋは、軸方向端面３３ｈに向かうに従って、漸次、永久磁石３３の径方向の厚みが薄くなるように形成されている。傾斜面３３ｋは、例えば、軸線に対して所定角度で傾斜する平坦面に形成されている。

（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ヤケース４０と、ギヤケース４０内に収納されるウォーム減速機構４１と、を備えている。
ギヤケース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。ギヤケース４０の外形は、一面に開口部４０ａを有する箱状に形成されている。ギヤケース４０は、内部にウォーム減速機構４１を収容するギヤ収容部４２を有する。また、ギヤケース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とギヤ収容部４２とを通じさせる開口部４３が形成されている。

また、ギヤケース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ために設けられ、内周面に不図示の滑り軸受を備える。
さらに、軸受ボス４９の先端内周縁には、不図示の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。
また、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。

ギヤ収容部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。そして、ウォーム軸４４は、両端がギヤケース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を介してギヤケース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されてもよい。

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の回転軸方向と同軸上に配置されており、ギヤケース４０の軸受ボス４９を介してギヤケース４０の外部に突出している。出力軸４８の突出した先端には、不図示の電装品と接続可能なスプライン４８ａが形成されている。

また、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、不図示のセンサ磁石が設けられている。このセンサ磁石は、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。この回転位置検出部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（ギヤケース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、ギヤケース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。そして、コントローラ基板６２が、ウォームホイール４５のセンサ磁石側（ギヤケース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、モータ部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と共に、カバー６３に設けられたコネクタ１１の不図示の端子が電気的に接続されている。また、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。さらに、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。また、カバー６３は、若干外側に膨出するように形成されている。そして、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。
また、カバー６３の外周部に、コネクタ１１が一体成形されている。このコネクタ１１は、不図示の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、コネクタ１１の不図示の端子に、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。

さらに、カバー６３の開口縁には、ギヤケース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。そして、これら２つの壁８１ａ，８１ｂの間に、ギヤケース４０の側壁４０ｂの端部が挿入（嵌め合い）される。これにより、ギヤケース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、ギヤケース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。なお、ギヤケース４０とカバー６３との固定は、不図示のボルトを締結することにより行われる。

（ブラシレスモータの動作）
次に、ワイパーモータ１の動作について説明する。
ワイパーモータ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、不図示の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に噛合されているウォームホイール４５に伝達される。そして、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。

また、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、不図示の外部機器に出力される。不図示の外部機器は、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。また、不図示の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。不図示の外部機器は、ウォームホイール４５の回転位置検出信号に基づいて、不図示の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、不図示の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。

上述したように、本実施形態のロータ９によれば、ロータコア３２及び突極３５は、複数の鋼板を軸方向に積層することにより形成されている。これにより、層間の渦電流の発生を抑制し、全体としての渦電流損の増大を抑制することができる。
また、突極３５を形成する方向性電磁鋼板の軸方向の厚みは、ロータコア３２を形成する無方向性鋼板の軸方向の厚みよりも小さい。これにより、ロータコア３２に比べて、渦電流が発生し易い突極３５において、渦電流損の増大を抑制することができる。また、例えばコギングトルク及びトルクリップルを低減するために突極３５の周方向幅を小さくすることに起因して磁束密度が増大する場合であっても、磁束密度の増大に伴う渦電流損の増大を抑制することができる。
また、突極３５の全体が方向性電磁鋼板によって形成され、突極３５の磁化容易方向は、突出方向と平行であり、磁化困難方向は、磁化容易方向の直交方向である。これにより、突極３５の周方向幅を小さくすることによって、コギングトルク及びトルクリップルを低減し、ロータ９を備えるモータ部２の騒音及び振動を低減する場合であっても、突極３５における磁気飽和に起因するトルクの減少を抑制し、所望の出力特性を確保することができる。

図６は、ロータを形成する鋼板の種類に応じた磁気特性の一例を示すグラフ図である。図７は、ロータを形成する鋼板の種類に応じたモータの動作特性の一例を示すグラフ図である。図８は、ロータを形成する鋼板の種類に応じたモータのトルク低下率の一例を示すグラフ図である。
図６に示すように、方向性鋼板の磁化容易方向及び磁化困難方向と無方向性鋼板との各々の磁気特性として、外部磁場Ｈの増大に伴い、磁束密度Ｂが増大傾向に変化することが認められる。また、無方向性鋼板に比べて、方向性鋼板の磁化容易方向の磁束密度Ｂはより大きく、方向性鋼板の磁化困難方向の磁束密度Ｂはより小さいことが認められる。また、図７及び図８に示すように、負荷（電流）の増大に伴う、トルクの低下率は、無方向性鋼板に比べて、方向性電磁鋼板においてより小さいことが認められる。
つまり、突極３５の突出方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板によって突極３５を形成することによって、例えば無方向性鋼板によって突極３５を形成する場合に比べて、突極３５の磁気飽和を抑制し、磁気飽和に起因するトルクの減少を抑制することができる。

また、突極３５における少なくとも先端部３５ａは、磁化容易方向が突極３５の突出方向と平行な方向性電磁鋼板によって形成されている。これにより、突極３５において鉄損が生じやすい先端部３５ａにおいて、鉄損の増大を抑制することができる。
また、ロータコア３２及び突極３５は、相互に嵌り合う第１嵌合部３５ｅ及び第２嵌合部３２ｃによって一体化される。これにより、方向性電磁鋼板及び無方向性鋼板が混在するロータコア３２及び突極３５を容易に一体化して形成することができる。
また、突極３５の第１嵌合部３５ｅの外形は凸型に形成され、ロータコア３２の第２嵌合部３２ｃの外形は凹型に形成されている。これにより、例えば突極３５の第１嵌合部３５ｅの外形が凹型に形成される場合に比べて、突極３５の構造的な強度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態のワイパーモータ１によれば、突極３５における鉄損及び磁気飽和が抑制されたロータ９を備える。これにより、騒音及び振動の増大を抑制しながら、所望の出力を確保することができる。

（変形例）
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、突極３５の全体は方向性電磁鋼板によって形成されているとしたが、これに限定されず、突極３５の突出方向における少なくとも先端側の一部のみが方向性電磁鋼板によって形成されてもよい。
図９は、上述した実施形態の第１変形例におけるステータ８及びロータ９を軸方向からみた平面図である。
第１変形例において、例えば、突極３５は、方向性電磁鋼板によって形成される先端側の第１部位９１と、無方向性鋼板によって形成される基端側の第２部位９２とを備える。
第１部位９１に設けられる第１嵌合部９１ａの外形と、第２部位９２に設けられる第２嵌合部９２ａの外形とは、相互に嵌り合う形状に形成されている。例えば、第１嵌合部９１ａの外形は、径方向の内方に第２部位９２に向かって突出する凸型に形成され、第２嵌合部９２ａの外形は、径方向の内方に凹む凹型に形成されている。これにより、別体に形成された第１部位９１及び第２部位９２は、相互の第１嵌合部９１ａ及び第２嵌合部９２ａが嵌り合うことによって一体化されている。

また、突極３５の基端側の第２部位９２は、例えば、ロータコア３２と一体に形成されている。これにより、第２部位９２はロータコア３２と同一の無方向性鋼板によって形成されている。そして、第２部位９２を形成する無方向性鋼板の軸方向の厚みは、ロータコア３２を形成する無方向性鋼板の軸方向の厚みと同一であるとともに、第１部位９１を形成する方向性電磁鋼板の軸方向の厚みよりも大きく形成されている。

この第１変形例によれば、突極３５の第１部位９１及び第２部位９２は、突出方向における先端部３５ａと基端部３５ｄとの間で相互の第１嵌合部９１ａ及び第２嵌合部９２ａが嵌り合う。これにより、例えばロータ９の回転時に応力が集中し易い突極３５の基端部３５ｄにおいて突極３５とロータコア３２とが接合される場合に比べて、突極３５の強度を増大させることができる。また、例えば突極３５の全体が方向性電磁鋼板によって形成される場合に比べて、無方向性鋼板に比べてより高価な方向性電磁鋼板の必要量を削減し、ロータ９の構成に要する費用が嵩むことを抑制することができる。

上述した実施形態において、ロータ９は、永久磁石３３及び突極３５を覆うカバー９３を備えてもよい。
図１０及び図１１は、上述した実施形態の第２変形例におけるロータ９を軸方向からみた平面図である。
第２変形例において、永久磁石３３及び突極３５を覆うカバー９３の外形は、例えば、図１０に示すように永久磁石３３の外周面３３ａ及び突極３５の突出方向の先端に接する筒状又は図１１に示すように永久磁石３３の外周面３３ａ及び突極３５の凹部３８の表面に接する筒状などに形成されている。
この第２変形例によれば、カバー９３は、突極３５を径方向の外方から覆うように設けられる。これにより、ロータ９の回転時などにおいて突極３５が径方向の外方に移動することを防ぐことができるとともに、ロータコア３２に対する突極３５の固定を簡素化することができる。

上述した実施形態において、突極３５はロータコア３２の軸方向全体に亘って延びるように形成されているとしたが、これに限定されない。
図１２及び図１３は、上述した実施形態の第３変形例におけるロータ９を軸方向に平行な平面で切断した断面図である。
第３変形例において、突極３５の軸方向の厚みは、ロータコア３２の軸方向の厚みよりも小さく形成されている。例えば、図１２に示すように、ロータコア３２の軸方向の両側において、ロータコア３２が突極３５よりも軸方向の外方に突出してもよいし、図１３に示すように、ロータコア３２の軸方向の一方側のみにおいて、ロータコア３２が突極３５よりも軸方向の外方に突出してもよい。

また、図１４及び図１５は、上述した実施形態の第４変形例におけるロータ９を軸方向に平行な平面で切断した断面図である。
第４変形例において、突極３５の軸方向の厚みは、ロータコア３２の軸方向の厚みよりも大きく形成されている。例えば、図１４に示すように、ロータコア３２の軸方向の両側において、突極３５がロータコア３２よりも軸方向の外方に突出してもよいし、図１５に示すように、ロータコア３２の軸方向の一方側のみにおいて、突極３５がロータコア３２よりも軸方向の外方に突出してもよい。

上述した実施形態において、突極３５の先端部３５ａの先端面３５Ａには、凹部３８が形成されているとしたが、これに限定されず、凹部３８は省略されてもよい。

上述した実施形態において、永久磁石３３の配向は、磁化容易方向が永久磁石３３の径方向と平行な方向となるラジアル配向であるとしたが、これに限定されない。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ってもよい。
この場合、突極３５に隣接する永久磁石３３の周方向両側の端部３３ｓ付近の磁化容易方向は突極３５の突出方向と交差する。これにより、永久磁石３３から爪部３７を介して突極３５に漏れる磁束による磁路の形成は抑制され、漏れ磁束の増大を抑制することができる。

上述した実施形態において、外周面３３ａの円弧中心Ｃｏは、シャフト３１の軸心Ｃ１に対して偏心しているとしたが、これに限定されない。
例えば、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の軸心Ｃ１と一致していてもよい。この場合、永久磁石３３は、外周面３３ａと内周面３３ｂとの間における径方向の厚みが周方向全体に亘って均一になる。これに伴い、永久磁石３３の径方向外側の外周面３３ａとティース２２の内周面との間の隙間は、周方向全体に亘って一定になる。

なお、上述の実施形態では、モータとして、ワイパーモータ１を例に挙げたが、本発明に係るモータは、ワイパーモータ１に限定されない。例えば、モータは、車両に搭載される各種の電装品（例えば、パワーウインドウ、サンルーフ及び電動シート等）の駆動源又は車両以外の各種機器に搭載される駆動源であってもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ワイパーモータ（ブラシレスワイパーモータ）、２…モータ部（モータ）、８…ステータ、９…ロータ、２０…ステータコア、２１…コア部、２２…ティース、２４…コイル、３１…シャフト、３２…ロータコア、３２ｂ…外周面、３２ｃ…第２嵌合部、３３…永久磁石（磁石）、３３ａ…外周面、３３ｃ…周方向の中央部、３３ｓ…周方向の端部、３５…突極、３５ａ…先端部、３５Ａ…先端面、３５ｅ…第１嵌合部、３８…凹部、９１…第１部位、９１ａ…第１嵌合部、９２…第２部位、９２ａ…第２嵌合部

Claims (4)

1. 回転軸線回りに回転するシャフトと、
   前記シャフトを保持するとともに、前記回転軸線を径方向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配置された磁石と、
   前記ロータコアの前記外周面の周方向で隣り合う前記磁石の間において前記ロータコアの径方向の外方に向かって突出する突極と、
   を備え、
   前記ロータコア及び前記突極の各々は、軸線方向に積層された複数の鋼板によって形成され、
   前記ロータコアの前記鋼板は、無方向性鋼板であり、
   前記突極における少なくとも先端部の前記鋼板は、方向性電磁鋼板で、かつ前記無方向性鋼板とは別体であり、
   前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、前記突極の突出方向と平行であり、
   前記方向性電磁鋼板の磁化困難方向は、前記磁化容易方向の直交方向であり、
   前記突極における前記方向性電磁鋼板の前記軸線方向の厚みは、前記無方向性鋼板の前記軸線方向の厚みよりも小さく形成されている、
   ことを特徴とするロータ。
2. 前記方向性電磁鋼板によって形成される第１部位と、前記無方向性鋼板によって形成される第２部位とは、
   前記第１部位に設けられる第１嵌合部の外形と、前記第２部位に設けられる第２嵌合部の外形とが、相互に嵌り合う形状に形成され、
   前記第１部位及び前記第２部位は、相互の前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部が嵌り合うことによって一体化されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 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方に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又は請求項２に記載のロータと、
   を備える、
   ことを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータを備える、
   ことを特徴とするブラシレスワイパーモータ。

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