JP2008092753A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】互いに同極同士を対向させた一対のマグネットと、ヨークによる他極構成部分とを設けたモータにおいて大電流を流した場合でも偏磁を防止する。
【解決手段】一対のマグネット１２の同極同士を対向位置に配設し、他極構成部分３ａをヨーク３の一部により構成し、ヨークにその周方向について各磁極に対応する位置に軸線方向スリット１３を入れてヨークを分割する。ヨークの周方向に生じる磁束が分断個所で遮断されるため、ヨークの他極構成部分では、アーマチュアコアとの間に通る磁束がヨークの分断された両側部分に対してそれぞれ通るようになる。それにより、ヨークの他極構成部分とアーマチュアコアとの間に通る磁束が抑制され、偏磁が小さくなる。さらに、ヨークの軸線方向両端の端板を透磁率の低い材料により形成することにより、漏れ磁束を防止でき、ヨークの他極構成部分の有効磁束の低下を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに同極同士を対向させた一対のマグネットと、ヨークによりマグネットとは相反する磁極を構成する部分とを設けたモータに関するものである。

従来、インナロータ形式のモータにあっては、円筒状のヨークの内周面に複数のマグネットを回転方向に各磁極が交互になるように並べているものがあった。それに対して、例えば互いに同極同士を対向させた一対のマグネットを配設し、その一対のマグネットによる磁極とは相反する磁極となる部分を、マグネットを外囲しかつ支持するヨークの各マグネット間となる部分を両マグネットの内周面と略同一径の内周面となるように形成して、マグネットをヨークの全周に配置することなくアーマチュアコアの回転を可能にしたモータがある（例えば特許文献１参照）。
特願２００５−２８２０４８号

上記モータにあっては、対称位置に配設されたマグネットを通る方向に対して直交する方向にはマグネットが配設されていないことから、その厚さ分だけモータ全体の外形を薄型化し得るという効果があり、モータ装置の設置スペースが狭い空間である場合に有効であり、例えば自動車のワイパモータやパワーウィンドウモータに好適である。

また、ヨークの一部（一対のマグネット間となる部分）をマグネットによる磁極とは相反する磁極（他極）とするため、その他極となる部分にはマグネットと同等の磁束が通るようにする必要がある。上記モータにおける磁束の流れにあっては、例えばマグネットの内周面を起点とすると、その内周面からアーマチュアコア内を通ってヨークの他極となる部分に達し、さらにヨーク内を通ってマグネットの背面（内周面とは相反する面）に至る流れとなる。

一方、円筒形ヨークの内周面に複数のマグネットを等分布に配設した従来型モータではアーマチュアコアから見た場合にどの磁極（マグネット）に対しても磁気抵抗が同じでありかつ大きいため、アーマチュアコアに巻回された電機子コイルに大電流を流す駆動制御を行った場合にマグネットが受ける電機子反作用が小さく、偏磁が小さい。それに対して、上記ヨークの一部を磁極として用いたモータにあっては、マグネットの磁極に対するよりもヨークの磁極に対する方が磁性体に近接することにより磁気抵抗が小さいため、大電流が流れた時の電機子反作用が大きくなって偏磁が大きくなる。この偏磁はモータの回転方向に対して遅角側になるため、磁束と電流の直交関係がずれてトルクが低下することから、大電流を流すモータには積極的に用いることが難しいという問題があった。

また、小電流を流す場合には上記偏磁の影響は小さいが、上記磁束の流れる磁路の途中に漏れ磁束が生じると、ヨークの他極となる部分を通る磁束である有効磁束が低下してしまうため、有効磁束の低下をできるだけ防止することが望ましい。

このような課題を解決して、互いに同極同士を対向させた一対のマグネットと、ヨークのマグネットによる磁極とは相反する磁極（他極）となる部分とを設けたモータにおいて大電流を流した場合でも偏磁を防止すると共に、ヨークの他極となる部分の有効磁束の低下をできるだけ防止することを実現するために本発明に於いては、ロータ軸に一体的に設けられかつコイルを巻線されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータであって、前記マグネットが互いに同極同士を対向させた一対のマグネットからなり、かつ前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分が、前記マグネットの磁極とは相反する磁極となるように前記マグネットの内周面と略同一径の面を有するように形成されていると共に、前記ヨークが、周方向について前記マグネット及び前記相反する磁極となる部分の各磁極に対応する位置で磁気的に分断されているものとした。

特に、前記ヨークの軸線方向両端に、透磁率の低い材料により形成された端板がそれぞれ設けられていると良い。

このように本発明によれば、ヨークの各磁極に対応する位置で周方向に分断されていることから、ヨークの周方向に生じる磁束が分断個所で遮断されるため、ヨークのマグネットによる磁極とは相反する磁極（他極）となる部分では、アーマチュアコアとの間に通る磁束がヨークの磁気的に分断された両側部分に対してそれぞれ通るようになる。それにより、ヨークの他極となる部分とアーマチュアコアとの間に通る磁束が抑制され、偏磁が小さくなる。

特に、ヨークの軸線方向端をモータのケーシングの一部として遮蔽するべく端板を設ける場合にその端板を透磁率の低い材料により形成することにより、モータのロータ軸方向に通る漏れ磁束を防止することができるため、漏れ磁束による有効磁束低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された自動車用ワイパモータを示す図である。図に示されるように、モータ１とギアボックス２とが互いのケーシング同士を結合させて一体化されている。

図示例のモータ１は、４極モータであり、ケーシングを構成する有底筒状のヨーク３と、ヨーク３内に回転自在に受容されたアーマチュアとしてのロータ４とを有する。ロータ４は、ロータ軸４ａと、ロータ軸４ａに同軸に固設された積層電磁鋼板であって良い透磁率の高い材料からなるコア４ｂと、コア４ｂに巻線されたコイル４ｃとにより構成されている。ロータ軸４ａの軸線方向一端部は、有底筒状のヨーク３の底部の中央部分に軸受部材を介して回転可能に支持され、他端部はヨーク３の開口端からギアボックス２内に延出しかつ適所で軸受部材を介して軸支されている。

なお、ロータ軸４ａのギアボックス２側にはコンミテータ５が固設されており、コンミテータ５に摺接するブラシ６を支持するブラシホルダ７はギアボックス２のケーシングの一部により支持されている。

また、ロータ軸４ａのギアボックス２内に突入している端部にはウォーム８が一体的に設けられ、ギアボックス２内に設けられたホイール９とウォーム８とが噛み合わされている。ホイール９にはギアボックス２の外方に突出する出力軸１０が同軸に一体的に設けられており、出力軸１０の外方突出端部には図示されないワイパ装置のリンク機構１１の一部を構成するリンクアームと連結するためのテーパ状のセレーション部１０ａとリンクアームを固定するためのナットが螺合するねじ部１０ｂが形成されている。したがって、図示例ではロータ軸４ａと出力軸１０とは互いに直交している。

本発明に基づくモータ１にあっては、図２に示されるように、ヨーク３の内周面に設けられるマグネットが互いに同極同士（図示例ではＮ極）を対向させて配設された一対の弧状断面形状のマグネット１２により構成されている。図示例では４極モータのため、一対のマグネット１２は１８０度対向した位置に配設されている。各マグネット１２の周方向長（ロータ４ｂの回転方向に対する長さ）は１周（３６０度）の概ね１／４である。

そして、一対のマグネット１２の周方向に対して互いに距離を空けた部分にはマグネットは配設されていず、ヨーク３のその部分（一対のマグネット１２間となる部分）がマグネット１２の磁極とは相反する磁極となる他極構成部分３ａとして設けられている。他極構成部分３ａも、マグネット１２と同様にロータ４ｂの回転外周面に沿う内周面を有しかつ周方向長が１周（３６０度）の約１／４の円弧状に形成されている。

また、図示例ではヨーク３の肉厚は全周に渡って均一であり、上記他極構成部分３ａの内周面は両マグネット１２の内周面と共に同一円周上に延在するように形成されている。したがって、図示例のものにあっては、両マグネット１２及び他極構成部分３ａの内周面とロータ４ｂの回転外周面との空隙ｄは同一である。

このようにして構成されたモータ１にあっては、ヨーク３の外方に膨出しかつ互いに対称形状の一対の膨出部分３ｂ内に取り付けられた一対のマグネット１２が互いに同極同士を対向させて配設されていることから、両マグネット１２の中間点となる他極構成部分３ａの中間点（周方向に対して）に図示例ではＳ極が発生する。これにより、他極構成部分３ａがマグネット１２による磁極とは相反する磁極とするマグネットを設けたことと同じに作用し、４極のマグネットを配設したモータと同じ磁気回路を構成することができる。

図３に本発明に基づくモータ３の巻線図を示す。図３にあっては、コイル４ｃの巻線と各マグネット１２及び他極構成部分３ａとの関係を分かり易く図示するために展開図としている。図において１〜１２の数字は、説明用にコア４ｂの１２個のティース及びコンミテータ５のセグメントを示すためのものである。なお、ティースの数（１２個）についても、モータの仕様により適宜変更可能な数である。

このように、他極構成部分３ａがマグネット１２と同様の働きをするため、上記したようにマグネットの個数を半減できる。したがって、マグネット全体のコストを低廉化し得ると共に、マグネット１２を設けていない部分の薄型化により全体の小型化及び軽量化が可能となる。

４極全てにマグネットを設けたものと同等のモータ特性となりかつ不可逆減磁対策を行うためには、マグネット１２の厚みｂを全てに設けたものに対して約２倍にすることになる。そのため、マグネット使用量は半減するが、マグネット全体の重量としては変わらないことになり、マグネットのトータルコストの低減効果が薄いことが懸念される。しかしながら、希土類磁石として例えば焼結Ｎｄ磁石を用いた場合、乗用車のパワーウィンドウモータやワイパモータの標準的な大きさのものに適用する大きさに形成すると、マグネットの製造上の制約からマグネットの厚さ（ｂ）を薄くするのに限度があり、従来の４極全てにマグネットを設けた構造では必要以上の大きさのマグネットを使用することになる。なお、マグネット１２にＬａ−Ｃｏ置換フェライトマグネットを用いることにより、マグネット１２の厚さを低減し得る。

図示例では、ロータ軸４ａに直交する出力軸１０ａの延在方向に対するモータ１の薄型化が可能になり、比較的余裕のある図２における左右方向に対しては長くなっても問題ないため、上記マグネット１２の厚さｂが厚くなっても問題が生じない。また、４極全てにマグネットを設けるものでは無駄となっていた厚さが、本発明では約２倍の厚さにするため、厚さについて無駄になることがない。したがって、同じ例えば焼結Ｎｄ磁石を用いた場合、４極全てにマグネットを設ける従来型のモータに対してマグネットの質量を低減し得るため、希土類磁石を用いた場合の効果は大である。

なお、４極全てにマグネットを設けた従来型モータ２１の外形を図２に二点鎖線で示す。図２の従来型モータ２１はマグネット１２の厚さが半分の場合を示したものであり、希土類磁石を用いる場合には上記したように倍半分の関係にはならず、図の二点鎖線よりも半径方向外側に大きくなる。いずれにしても、図２に示されるように、本発明による薄型化方向の長さＬは、従来型のものよりも両側でＭずつ短くなり、全体で２Ｍの短縮化が可能となった。

図１に同様に従来型モータ２１を二点鎖線で示す。本発明のモータ１とワイパ装置のリンク機構１１との関係のままの場合には図に示されるように従来型モータ２１はワイパ装置のリンク機構１１と干渉してしまう。本発明によればそのような干渉を回避でき、狭い場所への設置が可能となるため、本発明によるモータ１にあっては、機器の設置スペースをできるだけ狭く設定したい自動車などの搭載機器に好適である。

そして本発明によれば、図２に示されるように、ヨーク３は、その周方向の４個所に設けられた軸線方向スリット１３により周方向について４分割されている。そのようにして分割されたヨーク３を全体として一体化するべく、ヨーク３の各分割体とモールド成形された低透磁率としての例えば合成樹脂製の外被１４がヨーク３の全外周面を覆うように設けられている。

外被１４は、筒状ヨーク３の軸線方向両端の図１における右側開口を塞ぐ後側端板部１４ａと一体に形成されている。また、ヨーク３の後側端板部１４ａとは相反する側の前側開口は、図５に示されるように、ヨーク３及び外被１４とは別体からなる前側端板部材１５により概ね塞がれるようになっている。なお、図５は図２の矢印Ｖ−Ｖ線に沿って見た要部破断断面図であるが、ヨーク３を断面として示している。

前側端板部材１５をアルミニウム合金などの常磁性体により形成することにより、後側端板部１４ａは低透磁率の材料若しくは合成樹脂製であることから、一般的な強磁性体の金属でロータ軸４ａを形成した場合でも、後側端板部１４ａ及び前側端板部材１５には磁束が通らなくなり、ロータ軸４ａの軸線方向に通る磁束（図５の破線）である漏れ磁束を防止することができる。

したがって、図４の矢印に示されるようにヨーク３の周方向のみに磁束が生じるようになり、その磁束はヨーク３のマグネット１２による磁極とは相反する磁極となる他極構成部分３ａに対する有効磁束となり、ヨーク３の軸線方向端板部分を強磁性体により形成したモータに対して有効磁束を高めることができる。なお図では、マグネット１２の内周側をＮ極とし、ヨーク３の他極構成部分３ａすなわちヨーク３のスリット１３により分断された両側部分がＳ極となった場合を示している。

このようにして構成されたモータにあっては、ヨーク３の周方向に通る磁路が各スリット１３で分断されるため、ヨーク３の周方向に対する磁気抵抗が大きいことになる。したがって、電機子コイル４ａに大電流を流した時に電機子起電力によるヨーク３の周方向に生じる磁束を低減でき、電機子反作用を低減できるため、大電流を流す制御を行っても大きな偏磁による影響を受けることがなく、モータの適用範囲を拡げることができる。

さらに、図示例のモータ１にあっては、図２に示されるように、マグネット１２の周方向に臨む側面１２ａに対してヨーク３の対向する部分となる対向面３ｃが空間を介して対峙するように、ヨーク３のマグネット１２を受容する膨出部分３ｂが形成されている。これにより、磁路を形成し得るマグネット１２及びヨーク３に対して上記空間を通る磁束が抑制されるため、有効磁束の低下を防止し得る。

また、上記図示例ではヨーク３をスリット１３で完全に分割した例を示したが、本発明によれば磁気的に分断（磁気抵抗大により磁束がほとんど通らない状態）されていれば良く、例えば図６に示されるように軸線方向に延在する溝１６を上記スリット１３と同じ位置に設けるものであっても良い。これによりヨーク１３の周方向に対してスリット１３と同様に磁気的に分断されるため上記と同様の効果を奏し得る。なお、この溝１６を設けた場合にはヨーク３は完全に分離されていないことから、外被１４を設けなくてもヨーク３の形状保持が可能であり、その場合には外被１４を設けるものに対して低廉化し得る。

本発明にかかるモータは、ヨークの一部を磁極として使用してマグネットを省略することにより薄型を可能にすると共に、大電流を流しても偏磁による影響が小さく、レイアウト上薄型化が要求されかつ大電流を流す制御を行うモータ装置等として有用である。

本発明が適用された自動車用ワイパモータを示す 図である。 図１の矢印II−II線に沿ってみた断面図である。 本発明が適用されたモータのコイル巻線構造を示す展開図である。 ヨークの周方向に通る磁束を示す説明図である。 図２の矢印Ｖ−Ｖ線に沿って見た要部破断断面図である。 第２の例を示す図２に対応する図である。

符号の説明

１ モータ
３ ヨーク、３ａ 他極構成部分
４ ロータ、４ａ ロータ軸、４ｂ コア、４ｃ コイル
１２ マグネット
１３ スリット
１４ 外被、１４ａ 後側端板部
１５ 前側端板部材
１６ 溝

Claims (2)

1. ロータ軸に一体的に設けられかつコイルを巻線されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアを同軸的に内蔵する筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に配設されたマグネットとを有するモータであって、
   前記マグネットが互いに同極同士を対向させた一対のマグネットからなり、かつ前記ヨークの前記一対のマグネット間となる部分が、前記マグネットの磁極とは相反する磁極となるように前記マグネットの内周面と略同一径の面を有するように形成されていると共に、
   前記ヨークが、周方向について前記マグネット及び前記相反する磁極となる部分の各磁極に対応する位置で磁気的に分断されていることを特徴とするモータ。
2. 前記ヨークの軸線方向両端に、透磁率の低い材料により形成された端板がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。

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