JP7194631B2 - ステータ、モータ、及びワイパモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータ、モータ、及びワイパモータに関する。

モータのステータは、スロット内に収納されティースに巻回された複数の巻線を備えている。この巻線に通電を行うとステータに磁界が発生し、この磁界とロータとの間で磁気的な吸引力や反発力が生じてロータが回転する。
また、モータの中には、ロータのロータコア内に永久磁石を埋め込んだいわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータがある。さらに、リラクタンストルクを利用したモータがある（例えば、特許文献１参照）。このようなモータでは、ステータの巻線は、分布巻き方式で構成され、かつ同一方向に巻回される巻線の巻回数が奇数である場合が多い。

また、モータは、スロット内での巻線の巻き崩れがモータの特性に大きく影響する。このため、例えば、巻線を径方向に俵積みとなるように配置することにより、巻線の巻き崩れを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、ステータのティースに段差部を形成し、巻線の巻き崩れやガタツキを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９－０３３９２５号公報 特開２００６－３４５６５０号公報 国際公開第２００８／０４４７０３号

しかしながら、上述の特許文献２では、巻線の線径が大きくなると巻線の巻回数が少なくなってしまい、占積率が低下してしまう。とりわけ、特許文献１のように巻線が分布巻き方式で構成され、かつ同一方向に巻回される巻線の巻回数が奇数である場合、占積率の低下が著しく、モータ特性が悪化してしまう可能性があった。モータ特性を向上させようとスロットを大きくすると、この分、モータの直径が大型化する可能性もあった。
また、上述の特許文献３では、スロットの空間自体が小さくなってしまいモータ特性を向上させにくいという課題があった。

そこで、本発明は、巻線の巻き崩れやガタツキを防止しつつ、巻線の占積率を向上させ、モータ特性を向上させることができるとともに、小型化できるステータ、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、本発明に係るステータは、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、周方向で隣り合う前記ティースの間に形成されたスロットと、それぞれの前記ティースを覆う絶縁性を有するインシュレータと、前記スロット内に挿入され、複数の巻線が径方向に複数段並んで配置されてなる２つの巻線群と、を備え、各前記巻線群は径方向に並んで配置されており、各前記巻線群において、最も径方向内側に配置された前記巻線の本数は１本であり、前記巻線群における他の段の前記巻線の本数は２本であり、前記他の段において、各段の各前記巻線は、異なる段の対応する前記巻線の１本のみに接触するように周方向と径方向とに整列配置されており、前記最も径方向内側に配置された各前記巻線群における前記巻線は、同一の前記巻線群における前記他の段の周方向で隣り合う各前記巻線に接触し、前記ティースは、径方向に沿って延びるティース本体と、前記ティース本体の径方向内側端に形成され、前記ティース本体の径方向内側端における周方向の幅よりも大きい段差部と、前記段差部の径方向内側端に形成され、周方向に沿って延びる鍔部と、を有し、前記段差部は前記インシュレータによって覆われており、前記最も径方向内側に配置された前記巻線群における最も径方向の内側に配置された前記巻線は、周方向で隣り合う前記段差部及び前記段差部を覆う前記インシュレータによって周方向に位置決めされており、前記インシュレータは、複数の前記巻線群のうち、最も径方向内側の前記巻線群を除いた前記巻線群における径方向の最も内側の前記巻線の位置に、該巻線に向かって突出する凸部を有し、前記最も径方向内側の前記巻線群を除いた前記巻線群における最も径方向の内側に配置された前記巻線は、周方向で隣り合う前記ティース本体及び前記凸部によって周方向に位置決めされていることを特徴とする。

上記構成において、前記巻線は、分布巻き方式で前記スロットに挿入されてもよい。

上記構成において、前記ステータコアの軸方向からみて、前記段差部の長手方向の長さは、前記巻線の線径よりも小さくてもよい。

本発明に係るモータは、上記に記載のステータと、前記ステータコアの外周面が嵌合され、前記ステータコアが固定されるモータケースと、前記ステータの径方向内側に配置され、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータと、を備えたことを特徴とする。

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、他の段の巻線に対して最内段の巻線を俵積みすることができ、占積率を向上できる。また、他の段は周方向と径方向とに整列配置されているので、俵積みする場合と比較して巻線の本数が減少してしまうことが抑制される。このため、モータ特性を向上できる。

本発明の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。 本発明の参考例におけるステータ及びロータの径方向に沿う断面図。 図３のＢ部拡大図。 本発明の参考例におけるステータのティースを展開した図。 図３のティースに対応する箇所の一部を拡大した図。 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。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［参考例］
＜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４は、図３のＢ部拡大図である。
図２から図４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、ティース本体９１の径方向内側端における周方向の幅Ｗ１よりも大きい段差部９２と、段差部９２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。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。巻線２４の詳細な構成については、後述する。

ティース本体９１は、ステータコア２１側から径方向内側端に向かうに従って漸次周方向の幅が狭くなるように形成されている。これにより、スロット９０の周方向の幅Ｗ２は、径方向全体で均一になる。
段差部９２は、ティース本体９１から段差面９２ａを介して形成されている。段差面９２ａは、周方向外側に向かうに従って漸次径方向内側に向かうように若干斜めに形成されている。段差面９２ａの周方向外側の角部には、丸面取り部９２ｂが形成されている。段差部９２は、径方向内側に向かうに従って漸次周方向の幅Ｗ３が狭くなるように形成されている。段差部９２の周方向の幅Ｗ３は、丸面取り部９２ｂの位置が最大となる。

鍔部９３は、段差部９２の周方向の幅Ｗ３よりも周方向の幅Ｗ４が大きくなるように形成されている。段差部９２と鍔部９３とが接続される角部にも丸面取り部９３ａが形成されている。
また、ティース２２は、ティース本体９１、及び段差部９２の各周方向の側面、及び各軸方向端面と、鍔部９３の丸面取り部９３ａ、及び鍔部９３の軸方向端面で、かつ丸面取り部９３ａに対応する位置と、を被覆するインシュレータ２３を有している。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５は、ステータ８のティース２２を展開した図である。図６は、図３のティース２２に対応する箇所の一部を拡大した図である。なお、図５で示す巻線２４の線種と図６で示す巻線２４の線種とを対応させている。また、図５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５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５では、ステータ８の上部に磁極（Ｎ極、Ｓ極）を示している。本実施形態では、磁極数は４極である（詳細は後述する）。

図５、図６に示すように、各スロット９０には、複数（例えば、本実施形態では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、本実施形態では５本）の巻線２４は、所定の個数（例えば、本実施形態では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。これにより、所定の本数の巻線２４は、所定のスロット９０間に巻回された１つの巻線群９５を構成している。

本実施形態では、磁極数が４極で、かつ１つの巻線群９５が、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。このため、１つのスロット９０に挿入された１０本の巻線２４のうち、５本の巻線２４が１つの巻線群９５を構成する。すなわち、１つのスロット９０に、２つの巻線群９５が存在している。２つの巻線群９５を構成する巻線２４は、それぞれ別々のスロット９０に挿入された巻線２４にエンドコイル９４を介して接続されている。また、２つの巻線群９５は、１つのスロット９０に径方向に並んで配置されている。以下、２つの巻線群９５のうち、径方向外側に配置された巻線群９５を外側巻線群９５ｏ、径方向内側に配置された巻線群９５を内側巻線群９５ｉと称して説明する場合がある。

外側巻線群９５ｏ、及び内側巻線群９５ｉは、それぞれ５本の巻線２４を３段に分けて配置している。径方向外側から順に１段目、２段目、３段目とすると、１段目及び２段目（請求項における他の段に相当）は、２本ずつ巻線２４が配置されている。１段目及び２段目の巻線２４の本数は同数である。３段目（請求項における最内段に相当）は、最も径方向内側に位置する段であり、１本の巻線２４が配置されている。３段目の巻線２４の本数は、１段目、及び２段目の巻線２４の本数よりも１本少ない。

１段目及び２段目に配置された巻線２４は、周方向と径方向とに整列配置されている。換言すれば、各段の巻線２４は、周方向に一列に配置されている。１段目の巻線２４と２段目の巻線２４とは、対応する巻線２４同士が径方向で同一直線状に並んで配置されている。このため、１段目及び２段目において、各段の巻線２４は、互いに他の段の対応する巻線２４の１本のみに接触している。
一方、３段目に配置された巻線２４は、２段目における周方向で隣り合う巻線２４の間に配置されている。すなわち、２段目の巻線２４と３段目の巻線２４とが俵積みされる。

ここで、巻線２４の線径は、スロット９０の周方向の幅Ｗ２に対し、約１／２又は若干１／２よりも小さい程度である。このため、１段目、及び２段目の巻線２４の巻き崩れやガタツキが防止される。また、３段目の巻線２４は、２段目の巻線２４に俵積みされており、３段目の巻線２４の巻き崩れやガタツキも防止される。
また、外側巻線群９５ｏ、及び内側巻線群９５ｉは、１つのスロット９０に径方向に並んで配置されているので、外側巻線群９５ｏの３段目の巻線２４と内側巻線群９５ｉの１段目の巻線２４とが俵積みされる。内側巻線群９５ｉの３段目の巻線２４は、周方向で隣り合う段差部９２の間に配置される。

ここで、段差部９２の周方向の幅Ｗ３は、周方向で隣り合う段差部９２の間の間隔Ｋが巻線２４の線径と同一又は若干小さい程度である。軸方向からみて段差部９２の長手方向の長さＬは、巻線２４の線径よりも小さい。このため、周方向で隣り合う段差部９２の間に、内側巻線群９５ｉにおける３段目の巻線２４がガタつくことなく配置される。

なお、周方向で隣り合う段差部９２の間の間隔Ｋ、及び段差部９２の径方向の長さＬは、ティース２２にインシュレータ２３が被覆されている場合、インシュレータ２３の厚さを含めた場合をいうものとする。本実施形態では、ティース２２にインシュレータ２３が被覆されているので、ティース２２にインシュレータ２３が被覆された状態で、段差部９２の周方向の幅Ｗ３は、周方向で隣り合う段差部９２の間の間隔Ｋが巻線２４の線径と同一又は若干小さい程度となる。ティース２２にインシュレータ２３が被覆された状態で、軸方向からみて段差部９２の長手方向の長さＬ、つまりインシュレータ２３の段差部９２に対応する箇所における軸方向からみて長手方向の長さＬ（図６における二点鎖線の長さＬ参照）は、巻線２４の線径よりも小さい。これに対し、ティース２２にインシュレータ２３が装着されない場合、段差部９２そのものの周方向の幅Ｗ３、軸方向からみて長手方向の長さＬが、間隔Ｋ、及び巻線２４の線径に基づいて設定される。

このように構成された巻線２４（巻線群９５）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３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樹脂マグネット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が径方向に並んで形成されている。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における外周面の近傍に至るまで延びている。このため、径方向内側に位置するスリット３５ａ～３５ｄほど、周長が長くなる。このような構成のもと、ロータコア３２は４極に構成され、１極当り（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。

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樹脂マグネット３３ａ～３３ｄが設けられている。樹脂マグネット３３ａ～３３ｄは、対応するスリット３５ａ～３５ｄの周方向両端に僅かな空隙３４が形成されるように設けられている。空隙３４は、樹脂マグネット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。

樹脂マグネット３３ａ～３３ｄは、磁性材（例えばネオジムやサマリウム等の希土類系）と非磁性の樹脂材とが混合された極異方性を有するいわゆるボンドマグネットからなる。樹脂マグネット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内に配置された樹脂マグネット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内に配置された樹脂マグネット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。なお、ボンドマグネットをスリット３５ａ～３５ｄに注入することで樹脂マグネット３３ａ～３３ｄを形成するように設けてもよい。このようにすることで、スリット３５ａ～３５ｄと樹脂マグネット３３ａ～３３ｄとの間に空隙３４を形成されないように設けても良い。

＜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が電気的に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。

このように、上述の参考例におけるステータ８では、１つのスロット９０に、２つの巻線群９５（９５ｏ，９５ｉ）が配置されている。各巻線群９５は、それぞれ５本の巻線２４を３段に分けて配置している。１段目及び２段目は２本ずつ巻線２４が配置され、周方向と径方向とに整列配置されている。３段目は、１段目及び２段目よりも本数が１本少ない１本の巻線２４が配置されている。これにより、巻線群９５を構成する巻線２４の一部のみ（２段目と３段目のみ）が俵積みとなる。

ここで、例えば、巻線群９５の全体で、巻線２４を俵積みにしようとすると、１段目、３段目を１本の巻線２４とするか、２段目のみ１本の巻線２４とするかになる。仮に１段目、３段目を１本の巻線２４とした場合、１つの巻線群９５に対する巻線２４の本数が減少してしまい、巻線２４の占積率が低下してしまう。一方、仮に２段目のみ１本の巻線２４にしようとすると、内側巻線群９５ｉにおいて、３段目に２本の巻線２４を配置できるように段差部９２を削除しなければならず、ティース２２の径方向内側の磁路が狭まってしまう。

したがって、巻線群９５において、１段目、及び２段目に２本ずつ巻線２４を配置し、３段目に１本の巻線２４を配置して、一部のみ俵積みとすることにより、巻線２４の巻き崩れやガタツキを防止しつつ、巻線２４の占積率を向上できる。これに加え、ティース２２に段差部９２を形成できるので、ティース２２の磁路も十分確保でき、磁気飽和を抑制できる。このため、モータ特性を向上できる。

巻線群９５を構成する巻線２４のうち、一部を俵積みとすることにより、全ての巻線２４を周方向と径方向とに整列配置する場合と比較して、巻線群９５の径方向の長さを短くできる。つまり、周方向からみて異なる段の巻線２４同士が重なり合う箇所ができるので、巻線群９５の径方向の長さを短くできる。なお、上述の参考例のように、１つのスロット９０に２つの巻線群９５（外側巻線群９５ｏ、内側巻線群９５ｉ）が配置されている場合、周方向からみて異なる段の巻線２３同士が重なり合う箇所は、合計３箇所となる。このため、ステータ８の小型化が可能になる。

巻線群９５の各段のうち、最も径方向内側に位置する３段目の巻線２４の本数を他の段（１段目、２段目）と比較して１本少なくしている。このため、ステータコア２１の径方向の厚さを十分確保できる。つまり、ステータコア２１の磁路を十分確保できる。

ここで、例えば、巻線群９５の各段のうち、最も径方向外側に位置する１段目の巻線２４の本数を、他の段（２段目、３段目）と比較して１本少なくした場合、１段目の巻線２４のガタツキを抑えるべく、例えば、ステータコア２１に巻線２４を収納可能な凹部を形成する必要がある。このように凹部を形成してしまうと、この分、ステータコア２１の磁路が狭くなってしまう。しかしながら、本参考例では、巻線２４の巻き崩れやガタツキを防止しつつ、ステータコア２１の磁路を十分確保できるので、モータ特性をより確実に向上できる。

なお、例えば、外側巻線群９５ｏにおいては、最も径方向外側に位置する１段目の巻線２４の本数を、他の段（２段目、３段目）と比較して１本少なくし、内側巻線群９５ｉにおいては、最も径方向内側に位置する３段目の巻線２４の本数を他の段（１段目、２段目）と比較して１本少なくした場合、周方向からみて異なる段の巻線同士が重なり合う箇所は、合計２か所になる。このため、本参考例と比較してステータ８を小型化しにくくなるとともに、ステータコア２１の磁路を十分確保できなくなる。

また、段差部９２の周方向の幅Ｗ３は、周方向で隣り合う段差部９２の間の間隔Ｋが巻線２４の線径と同一又は若干小さい程度である。軸方向からみて段差部９２の長手方向の長さＬは、巻線２４の線径よりも小さい。このため、周方向で隣り合う段差部９２の間に、内側巻線群９５ｉにおける３段目の巻線２４がガタつくことなく配置され、巻線２４の巻き崩れやガタツキを確実に防止できる。

段差部９２の段差面９２ａは、周方向外側に向かうに従って漸次径方向内側に向かうように若干斜めに形成されている。段差面９２ａの周方向外側の角部には、丸面取り部９２ｂが形成されている。段差部９２は、径方向内側に向かうに従って漸次周方向の幅Ｗ３が狭くなるように形成されている。段差部９２の周方向の幅Ｗ３は、丸面取り部９２ｂの位置が最大となる。鍔部９３は、段差部９２の周方向の幅Ｗ３よりも周方向の幅Ｗ４が大きくなるように形成されている。段差部９２と鍔部９３とが接続される角部にも丸面取り部９３ａが形成されている。このように構成することで、ティース２２と巻線２４との間に形成される隙間を、できる限り小さくできる。このため、さらに確実に巻線２４の占積率を向上でき、巻線２４による鎖交磁束を、効率よくティース２２に伝達することができる。

［実施形態］
次に、図７に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、参考例と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
図７は、ステータ８のティース２２に対応する箇所の一部を拡大した図である。図７は、前述の図６に対応している。
図７に示すように、本実施形態では、ステータ８のインシュレータ２２３は、外側巻線群９５ｏにおける３段目の巻線２４（１本の巻線２４）に対応する箇所に、３段目の巻線２４に向かって突出する凸部７１を有している。この点、前述の参考例と相違する点である。

凸部７１は、径方向に沿う断面で略半円状に形成されている。凸部７１の曲率半径は、巻線２４の半径とほぼ同一である。外側巻線群９５ｏにおける３段目の巻線２４は、凸部７１によって、周方向のガタツキが抑制されている。

したがって、上述の実施形態によれば、前述の参考例と同様の効果を奏することができる。これに加え、凸部７１によって、巻線２４の巻き崩れやガタツキをより確実に防止できる。

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、１つのスロット９０に２つの巻線群９５（外側巻線群９５ｏ、内側巻線群９５ｉ）が配置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、１つのスロット９０に少なくとも１つの巻線群９５が配置されていればよい。また、１つのスロット９０に２つ以上の巻線群９５が配置されていてもよい。
例えば、１つのスロット９０に３つ以上の巻線群９５が配置されている場合、少なくとも最も径方向内側に位置する巻線群９５における３段目の巻線２４の本数が１本であればよい。全ての巻線群９５における３段目の巻線２４の本数が１本であってもよい。

上述の実施形態では、１つの巻線群９５は、５本の巻線２４を３段に分けて配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、複数本の巻線２４が径方向に複数段並んで配置されることによって巻線群９５が構成されていればよい。例えば、１つの巻線群９５が６本以上の巻線２４を径方向に複数段並べて配置されてなる場合、巻線２４は、各段のうち、最も径方向内側に位置する最内段の本数が他の段の本数よりも１本少なく配置されていればよい。また、他の段の巻線２４の本数は、全て同数であればよい。さらに、他の段において、各段の各巻線２４は、異なる段の対応する巻線２４の１本のみに接触するように周方向と径方向とに整列配置されていればよい。また、最内段の巻線２４は、他の段における周方向で隣り合う巻線２４の間に配置されて俵積みされていればよい。

上述の実施形態では、ティース２２は、インシュレータ２３３に形成され、外側巻線群９５ｏの３段目の巻線２４のガタツキを防止する凸部７１を有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、例えばインシュレータ２３３を備えていないティース２２に、直接凸部７１を形成してもよい。
凸部７１は、径方向に沿う断面で略半円状に形成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、巻線２４のガタツキを防止できる形状であればよい。例えば、径方向に沿う断面の形状が三角形状や四角形状であってもよい。

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、上述のステータ８の構成を採用できる。

上述の実施形態では、軸方向からみて段差部９２の長手方向の長さＬは、巻線２４の線径よりも小さい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、軸方向からみて段差部９２の長手方向の長さＬは、少なくとも周方向で隣り合う段差部９２の間に、内側巻線群９５ｉにおける３段目の巻線２４が挿入可能に設定されていればよい。

上述の実施形態では、ロータ９はリラクタンストルクを利用した構成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の外周面寄りに、周方向に沿って単にマグネットを埋め込んだＩＰＭモータや、ロータコア３２の外周面にマグネットを設けたいわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータにも、上述のステータ８の構成を採用できる。

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…ロータ、２１…ステータコア、２２…ティース、２３，２３３…インシュレータ、２４…巻線、７１…凸部、９０…スロット、９１…ティース本体、９２…段差部、９３…鍔部、９５…巻線群、９５ｏ…外側巻線群、９５ｉ…内側巻線群、１００…ワイパ装置

Claims (5)

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、
   周方向で隣り合う前記ティースの間に形成されたスロットと、
   それぞれの前記ティースを覆う絶縁性を有するインシュレータと、
   前記スロット内に挿入され、複数の巻線が径方向に複数段並んで配置されてなる２つの巻線群と、
   を備え、
   各前記巻線群は径方向に並んで配置されており、
   各前記巻線群において、最も径方向内側に配置された前記巻線の本数は１本であり、前記巻線群における他の段の前記巻線の本数は２本であり、
   前記他の段において、各段の各前記巻線は、異なる段の対応する前記巻線の１本のみに接触するように周方向と径方向とに整列配置されており、
   前記最も径方向内側に配置された各前記巻線群における前記巻線は、同一の前記巻線群における前記他の段の周方向で隣り合う各前記巻線に接触し、
   前記ティースは、
   径方向に沿って延びるティース本体と、
   前記ティース本体の径方向内側端に形成され、前記ティース本体の径方向内側端における周方向の幅よりも大きい段差部と、
   前記段差部の径方向内側端に形成され、周方向に沿って延びる鍔部と、
   を有し、
   前記段差部は前記インシュレータによって覆われており、
   前記最も径方向内側に配置された前記巻線群における最も径方向の内側に配置された前記巻線は、周方向で隣り合う前記段差部及び前記段差部を覆う前記インシュレータによって周方向に位置決めされており、
   前記インシュレータは、複数の前記巻線群のうち、最も径方向内側の前記巻線群を除いた前記巻線群における径方向の最も内側の前記巻線の位置に、該巻線に向かって突出する凸部を有し、
   前記最も径方向内側の前記巻線群を除いた前記巻線群における最も径方向の内側に配置された前記巻線は、周方向で隣り合う前記ティース本体及び前記凸部によって周方向に位置決めされている
   ことを特徴とするステータ。
2. 前記巻線は、分布巻き方式で前記スロットに挿入されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記ステータコアの軸方向からみて、前記段差部の長手方向の長さは、前記巻線の線径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステータ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータと、
   前記ステータコアの外周面が嵌合され、前記ステータコアが固定されるモータケースと、
   前記ステータの径方向内側に配置され、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータと、
   を備えたことを特徴とするモータ。
5. 請求項４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。

Images