JP2008295152A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを小さくして振動を低減させ、且つモータ効率を向上させることができる電動モータを提供する。
【解決手段】筒部５３を有するヨーク５と、筒部５３の内周面に少なくとも一対配設された断面略三日月状の永久磁石７と、ヨーク５の内側に回転自在に設けられたアーマチュアコア８を有するアーマチュア６とを備えた電動モータ２であって、永久磁石７の内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１は、永久磁石７の外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されていると共に、内側円弧部５６とアーマチュアコア８の外周面とのエアギャップＳ２が周方向に一定となるように設定されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両に搭載される電動モータに関するものである。

一般に、自動車等の車両に搭載される電動モータとしては、ブラシ付きの電動モータが多く使用されている。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に瓦状の永久磁石が２極対向配置され、この永久磁石の内側にアーマチュアコイルが巻装されたアーマチュアが回転自在に設けられた構成となっている。アーマチュアは回転軸に外嵌固定されたアーマチュアコアを有している。アーマチュアコアには放射状に複数のティースが設けられ、これらティース間に軸方向に長いスロットが複数形成されている。

このスロットから巻線を挿通し、各ティースに巻装することによって複数のコイルが形成されている。各コイルは、回転軸に取り付けられたセグメントにそれぞれ導通している。各セグメントは一対のブラシと摺接可能になっており、ブラシを介してコイルに給電することにより磁界が形成され、ヨークに固定されている永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸が駆動される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、２極の永久磁石の間には空隙が形成されているので、永久磁石の周方向両端を境にして永久磁石側と空隙側との磁束の変化が大きくなってしまう。このため、ここを通過する各ティースの磁気的な吸引力や反発力が大きく変化してコギングトルクが大きくなり、これが起因してアーマチュアの振動が大きくなる場合がある。

そこで、永久磁石の肉厚を周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成すると共に、アーマチュアコアの外周面、つまり、ティースの先端と永久磁石との間のエアギャップが徐々に大きくなるように永久磁石を形成した技術が開示されている。このようにすることで、各ティースが永久磁石の両端を通過する際の磁気的な吸引力や反発力の変化を小さくすることができ、アーマチュアの振動を低減することが可能になる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２２３５４３号公報 特開２００４−１２０９５２号公報

しかしながら、上述の特許文献２にあっては、各永久磁石の周方向両端において永久磁石の内周面とティースの先端との間のエアギャップが大きくなってしまうため、モータ効率が低減してしまうおそれがあるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、コギングトルクを小さくして振動を低減させ、且つモータ効率を向上させることができる電動モータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、筒部を有するヨークと、前記筒部の内周面に少なくとも一対配設された断面略三日月状の永久磁石と、前記ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアコアを有するアーマチュアとを備えた電動モータであって、前記永久磁石の内側円弧部の曲率半径は、前記永久磁石の外側円弧部の曲率半径よりも大きく設定されていると共に、前記永久磁石の内側円弧部と前記アーマチュアコアの外周面とのエアギャップが周方向に一定となるように設定されていることを特徴とする。
このように構成することで、永久磁石の内周面とアーマチュアコアの外周面との間のエアギャップを一定に保ちつつ、永久磁石の肉厚を周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成することができる。このため、永久磁石の周方向中央の磁力よりも周方向両端の磁力を弱めることができ、永久磁石の周方向両端を境にした永久磁石側と空隙側との磁束の変化を小さくすることができる。

請求項２に記載した発明は、前記ヨークの前記筒部は、前記永久磁石の外側円弧部に対応するように形成された円弧壁と、該円弧壁同士を連結する平坦壁とで構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記永久磁石を一対設け、前記ヨークを互いに対向する一対の前記円弧壁と互いに対向する一対の前記平坦壁とで構成したことを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記永久磁石を二対以上設け、前記ヨークの前記円弧壁を周方向に等間隔で設けたことを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、筒部を有するヨークと、前記筒部の内周面に少なくとも一対配設された断面略三日月状の永久磁石と、前記ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアとを備えた電動モータであって、前記永久磁石の内側円弧部を形成する第一中心位置は、前記永久磁石の外側円弧部を形成する第二中心位置よりも径方向内側に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の内周面とアーマチュアコアの外周面との間のエアギャップを周方向で一定に保ちつつ、永久磁石の肉厚を周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成することができる。このため、永久磁石の周方向中央の磁力よりも周方向両端の磁力を弱めることができ、永久磁石の周方向両端を境にした永久磁石側と空隙側との磁束の変化を小さくすることができる。よって、モータ効率を低減することなく、アーマチュアの振動を低減することが可能になる。

また、本発明によれば、ヨークの筒部を永久磁石の外側円弧部に対応するように形成された円弧壁と、この円弧壁同士を連結する平坦壁とで構成することでヨークを円筒状に形成する場合と比較して扁平化することができ、各平坦壁間の距離を短くして電動モータを小型化することが可能になる。

さらに、本発明によれば、４極以上の電動モータとする場合、ヨークの円弧壁を周方向に等間隔で設けることで、確実に永久磁石をヨークに固定することができると共に、各永久磁石を周方向に等間隔で配設することが可能になる。

次に、この発明の第一実施形態を図１、図２に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動モータ２が適用された車両のパワーウインドウ装置１の構成を示す断面図、図２は、電動モータ２の横断面図である。
図１、図２に示すように、パワーウインドウ装置１は、電動モータ２と電動モータ２の回転軸３に連結されたウォームギヤ減速機４とを備えたものであって、車両のドア（不図示）に内装されている。

電動モータ２は、有底筒状のヨーク本体５Ａを有するヨーク５内にアーマチュア６を回転自在に配置した構成となっている。
ヨーク本体５Ａの筒部５３は断面略長円形状に形成されたものであって、互いに対向する一対の円弧壁５４，５４と、これらを連結し互いに対向する一対の平坦壁５５，５５とで構成されている。

円弧壁５４，５４の内周面側には、それぞれ永久磁石７が設けられており、それぞれ永久磁石７の間には空隙Ｓ１が形成されている。永久磁石７はフェライト磁石や希土類磁石で断面略三日月状に形成されたものであって、径方向内側に面する内側円弧部５６と、径方向外側に面し、ヨーク本体５Ａの円弧壁５４に対応するように形成された外側円弧部５７とを有している。

内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１は、外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２、およびヨーク本体５Ａの円弧壁５４の曲率半径よりも大きく設定されている。言い換えると、内側円弧部５６の曲率は外側円弧部５７の曲率よりも小さく設定されていて、すなわち、永久磁石７の肉厚は、曲率半径の異なる２つの円弧部５６，５７によって周方向両端部７Ａ，７Ａ側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成されている。

また、内側円弧部５６の中心位置Ｐ１（第一中心位置）は、回転軸３の中心位置に設定されている。つまり、後述するアーマチュアコア８の外周面と永久磁石７との間のエアギャップＳ２は周方向で一定となるように設定されている。一方、外側円弧部５７の中心位置Ｐ２（第二中心位置）は、その曲率半径Ｒ２が内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１よりも小さく設定されているため、中心位置Ｐ１よりも径方向外側である対応する永久磁石７側に設定されている。

アーマチュア６は、回転軸３に固定されたアーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻装されたアーマチュアコイル９と、アーマチュアコア８の一端側に配置されたコンミテータ１０とから構成されている。アーマチュアコア８は、リング状の金属板１１を軸方向に複数枚積層したものである。

金属板１１の外周部にはＴ字型の複数のティース１２（図２参照）が周方向に沿って等間隔で放射状に形成されている。ティース１２は、径方向に延出する巻胴部１２Ａと巻胴部１２Ａの先端に設けられ周方向に延出する外周部１２Ｂとで構成されている。すなわち、ティース１２の先端に設けられた外周部１２Ｂがアーマチュアコア８の外周面を構成しており、永久磁石７の内側円弧部５６はティース１２の外周部１２Ｂに対応して形成されている。

複数枚の金属板１１を回転軸３に外嵌固定することにより、アーマチュアコア８の外周には隣接するティース１２間に蟻溝状のスロット１３が形成されている。スロット１３は軸方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に複数形成されている。
このスロット１３間にエナメル被覆の巻線１４を挿通し、ティース１２の巻胴部１２Ａに絶縁材である不図示のインシュレータを介して巻線１４が巻装される。これにより、アーマチュアコア８の外周に、複数のアーマチュアコイル９が形成される。

コンミテータ１０は、回転軸３の一端側に外嵌固定されている。コンミテータ１０の外周面には、導電材で形成されたセグメント１５が複数枚取り付けられている。
セグメント１５は軸方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って等間隔に並列に固定されている。

各セグメント１５のアーマチュアコア８側の端部には、外径側に折り返す形で折り曲げられたライザ１６が一体形成されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル９の巻き始め端部と巻き終わり端部となる巻線１４が掛け回わされ、巻線１４はヒュージングによりライザ１６に固定されている。これにより、セグメント１５とこれに対応するアーマチュアコイル９とが電気的に接続される。

回転軸３の他端側は、ヨーク本体５Ａに突出形成されたボス１９に内装された軸受け１８によって回転自在に支持されている。ヨーク本体５Ａの開口端にはブラシ収納部５Ｂが設けられ、ヨーク本体５Ａと一体形成されている。
ブラシ収納部５Ｂの内側には、一対のブラシホルダ２０が設けられている。ブラシホルダ２０には、それぞれ不図示のブラシがスプリング２１を介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシの先端部は、スプリング２１によって付勢され、コンミテータ１０に摺接した状態になっている。

ブラシ収納部５Ｂの開口端には、フランジ５２が設けられている。このフランジ５２には、電動モータ２をウォームギヤ減速機４のギヤハウジング２３に締結固定するためのボルト孔２４が形成され、このボルト孔２４にボルト２４Ａが螺入されている。
ギヤハウジング２３は、電動モータ２の回転軸３の一端に連結されたウォーム２５を収容するウォーム収容部２７と、ウォーム２５に噛合されているウォームホイール２６を収容するウォームホイール収容部２８とで構成されている。

ウォーム２５の両端側は、ウォーム収容部２７に設けられた軸受け４０，４１によって回転自在に支持されている。ウォーム２５と電動モータ２の回転軸３とは互いに軸方向に移動自在、且つ相対回転不能に連結されている。
ウォームホイール２６には、ウォームホイール２６と共に回転可能に駆動連結された出力軸（不図示）が電動モータ２の回転軸３の直交方向に沿うように設けられている。なお、この不図示の出力軸が回転することによって車両のウインドウガラスが開閉するようになっている。

また、ギヤハウジング２３には、コネクタ２９が回転軸３の直交方向に沿うように外方（図１における上側）に向かって設けられている。このコネクタ２９は、外部からの電源を電動モータ２に供給するためのものである。コネクタ２９のコネクタハウジング３０は、ギヤハウジング２３と一体成形されている。

コネクタ２９の接続端子３１は、電動モータ２の不図示のブラシ、およびリード線を介して電気的に接続されている。これによって、外部からの電源がブラシ（不図示）を介してコンミテータ１０に供給されるようになっている。この他にギヤハウジング２３の外周部には、パワーウインドウ装置１を固定するときに使用されるボルト孔３３が３箇所設けられている。

したがって、上述の第一実施形態によれば、永久磁石７の内側円弧部５６の曲率半径Ｒ１を外側円弧部５７の曲率半径Ｒ２よりも大きく設定し、永久磁石７の肉厚が曲率半径の異なる２つの円弧部５６，５７によって周方向両端側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成されている。しかも、永久磁石７の内側円弧部５６の中心位置Ｐ１（第一中心位置）を回転軸３の中心位置に設定し、ティース１２の外周部１２Ｂに対応するように形成している。
このため、永久磁石７とアーマチュアコア８の外周面との間のエアギャップＳ２を周方向で一定に保ちつつ、永久磁石７の周方向中央の磁力よりも周方向両端部７Ａ，７Ａ側の磁力を弱めることができる。そして、永久磁石７の周方向両端部７Ａを境にした永久磁石７側と空隙Ｓ１側との磁束の変化を小さくすることができ、モータ効率を低減することなく、アーマチュア６の振動を低減することが可能になる。よって、高効率で低騒音の電動モータ２を提供できるのに加え、永久磁石７として安価なフェライト磁石を用いることができる。

また、ヨーク５のヨーク本体５Ａの筒部５３を一対の円弧壁５４，５４と、これらを連結する一対の平坦壁５５，５５とで構成し、断面略長円形状としている。このため、ヨーク５の永久磁石７を配置しない部位に無駄なスペースをつくることなく、ヨーク本体５Ａを円筒状に形成する場合と比較して扁平化することができる。よって、平坦壁５５，５５の間の距離を短くして電動モータ２を小型化することが可能になる。

さらに、永久磁石７の外側円弧部５７は、ヨーク本体５Ａの円弧壁５４に対応するように形成されているので、円弧壁５４に永久磁石７の外側円弧部５７を密着させることができる。このため、ヨーク本体５Ａの円弧壁５４が永久磁石７を確実に保持し、これによって永久磁石７を確実にヨーク本体５Ａに固定することができる。

次に、この発明の第二実施形態を図３に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第二実施形態において、パワーウインドウ装置１は、電動モータ２と電動モータ２の回転軸３に連結されたウォームギヤ減速機４とを備えたものである点、電動モータ２は、永久磁石７を有するヨーク６０内にアーマチュア６を回転自在に配置したものである点等の基本的構成は、前記第一実施形態と同様である。

ここで、この第二実施形態では、電動モータ２は永久磁石７が４極設けられている。
同図に示すように、ヨーク６０は、有底筒状に形成されたヨーク本体６０Ａを有している。ヨーク本体６０Ａの筒部６１は断面略四角形に形成されており、周方向に等間隔で設けられた４つの円弧壁６２と、これらを連結する４つの平坦壁６３とで構成されている。

円弧壁６２の内周面側には、それぞれ永久磁石６４が設けられており、各永久磁石６４の間には空隙Ｓ１が形成されている。永久磁石６４は断面略三日月状に形成されたものであって、径方向内側に面する内側円弧部６５と、径方向外側に面しヨーク本体６０Ａの円弧壁６２に対応するように形成された外側円弧部６６と、これら内側円弧部６５と外側円弧部６６とを連結する側面６４Ａ，６４Ａとで構成されている。

内側円弧部６５の曲率半径Ｒ１は、外側円弧部６６の曲率半径Ｒ２、およびヨーク本体６０Ａの円弧壁６２の曲率半径よりも大きく設定されており、これによって、永久磁石６４の肉厚は、周方向両側面６４Ａ，６４Ａ側に向かうに従って徐々に薄くなるように形成されている。また、内側円弧部６５の中心位置Ｐ１は、回転軸３の中心位置に設定されている一方、外側円弧部６６の中心位置Ｐ２は、中心位置Ｐ１よりも径方向外側に設定されている。

図４は、縦軸を磁束密度とし、横軸を任意位置とした場合のこの第二実施形態における三日月状の永久磁石６４と、従来の瓦状の永久磁石との磁束密度の変化を比較したグラフである。これによれば、各永久磁石６４の磁束密度は、従来の永久磁石の磁束密度と比較して周方向中央から周方向両端部（図４におけるＡ部）に向かうに従い徐々に低下していることが確認できる。

したがって、上述の第二実施形態によれば、前述した第一実施形態と同様の効果に加え、電動モータ２を４極以上とする場合、ヨーク本体６０の円弧壁６２を周方向に等間隔で設けることで、この円弧壁６２の内側に永久磁石６４を固定することができ、確実に永久磁石６４を保持することが可能になる。

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。
また、上述の実施形態では、電動モータ２をパワーウインドウ装置１に適用した場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、車両のサンルーフ駆動用モータや、電動シート用のモータとして適用することが可能である。

さらに、上述の実施形態では、ヨーク５、およびヨーク６０が有底筒状に形成された場合について説明したが、これに限られるものではなく、それぞれ筒部５３，６１を有していれば、底部を別体として構成してもよい。
そして、上述の第二実施形態では、電動モータ２が４極モータである場合について説明したが、これに限られるものではなく、対となる永久磁石６４を複数設けた４極以上の電動モータ２であってもよい。この場合、ヨーク６０のヨーク本体６０Ａは、これを構成する円弧壁６２の個数を永久磁石６４の個数に対応させ、断面多角形状となる。

本発明の第一実施形態におけるパワーウインドウ装置の構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態における電動モータの横断面図である。 本発明の第二実施形態における電動モータの横断面図である。 本発明の第二実施形態における永久磁石の磁束密度の変化を示すグラフである。

符号の説明

２ 電動モータ
５，６０ ヨーク
５Ａ，６０Ａ ヨーク本体
６ アーマチュア
７，６４ 永久磁石
８ アーマチュアコア
７Ａ 端部
５３，６１ 筒部
５４，６２ 円弧壁
５５，６３ 平坦壁
６４Ａ 側面
５６，６５ 内側円弧部
５７，６６ 外側円弧部
Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径
Ｓ１ 空隙
Ｓ２ エアギャップ
Ｐ１ 中心位置（第一中心位置）
Ｐ２ 中心位置（第二中心位置）

Claims (5)

1. 筒部を有するヨークと、
   前記筒部の内周面に少なくとも一対配設された断面略三日月状の永久磁石と、
   前記ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアコアを有するアーマチュアとを備えた電動モータであって、
   前記永久磁石の内側円弧部の曲率半径は、前記永久磁石の外側円弧部の曲率半径よりも大きく設定されていると共に、前記永久磁石の内側円弧部と前記アーマチュアコアの外周面とのエアギャップが周方向に一定となるように設定されていることを特徴とする電動モータ。
2. 前記ヨークの前記筒部は、前記永久磁石の外側円弧部に対応するように形成された円弧壁と、該円弧壁同士を連結する平坦壁とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記永久磁石を一対設け、
   前記ヨークを互いに対向する一対の前記円弧壁と互いに対向する一対の前記平坦壁とで構成したことを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記永久磁石を二対以上設け、
   前記ヨークの前記円弧壁を周方向に等間隔で設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
5. 筒部を有するヨークと、
   前記筒部の内周面に少なくとも一対配設された断面略三日月状の永久磁石と、
   前記ヨークの内側に回転自在に設けられたアーマチュアとを備えた電動モータであって、
   前記永久磁石の内側円弧部を形成する第一中心位置は、前記永久磁石の外側円弧部を形成する第二中心位置よりも径方向内側に設定されていることを特徴とする電動モータ。
   
   
   

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