JP2010057322A

JP2010057322A - Method for designing motor device

Info

Publication number: JP2010057322A
Application number: JP2008221763A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ota; 重喜太田; Masakazu Kamei; 正和亀井
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-11

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a design period by optimizing the diameter size of each groove part of an armature shaft, using a computer. SOLUTION: Natural-vibration frequencies (PF) (primary-quartic) (ϕa-ϕn) calculated in a fifth step (S10) and high-frequency region frequencies (HF) (primary-quartic) calculated in a third step (S7) are compared with each other by a comparison part in a sixth step (S12-S15). An optimum diameter size (ϕs), in which the frequency difference is ≥70 Hz is determined so as to display the optimum diameter size (ϕs) on a display in a seventh step (S16). It is thus possible to optimize the diameter size (ϕ) of each groove part of an armature shaft, without having to manufacture a plurality of trial products, thereby significantly reducing a design period of a wiper motor. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アマチュア軸に設ける溝部の直径寸法を、コンピュータを用いて最適化するようにしたモータ装置の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a motor device in which the diameter dimension of a groove provided in an amateur shaft is optimized using a computer.

従来、自動車等の車両に搭載されるワイパ装置やパワーウィンド装置等には、電動モータ（駆動源）が設けられている。このような車載用の電動モータとしてはブラシ付きの直流モータがあり、ブラシ付きの直流モータは、モータケース（ヨーク）の内部に回転自在に設けられるコアと、コアのスロットに巻装されるコイルと、コアの回転中心に設けられるアマチュア軸と、アマチュア軸に一体に設けられてコイルの端部が接続されるコンミテータ（整流子）とを備えている。 Conventionally, an electric motor (drive source) is provided in a wiper device, a power window device, or the like mounted on a vehicle such as an automobile. Such a vehicle-mounted electric motor includes a brushed DC motor, and the brushed DC motor includes a core that is rotatably provided inside a motor case (yoke), and a coil that is wound around a slot of the core. And an armature shaft provided at the center of rotation of the core, and a commutator (commutator) provided integrally with the armature shaft and connected to the end of the coil.

ブラシ付きの直流モータとしては、例えば、特許文献１に記載された電動モータが知られている。この特許文献１に記載された電動モータは、ワイパ装置の駆動源、つまり車載用の電動モータとして用いられるものであり、この種の電動モータは、車両デザインの自由度向上やレイアウト性向上等の理由から、小型でありながら高出力が得られるようにすることが望まれている。 As a DC motor with a brush, for example, an electric motor described in Patent Document 1 is known. The electric motor described in Patent Document 1 is used as a drive source of a wiper device, that is, an in-vehicle electric motor, and this type of electric motor can improve the degree of freedom in vehicle design and layout. For this reason, it is desired to obtain a high output while being small.

そこで、このような要請に対応して小型かつ高出力が得られる電動モータを得るために、例えば、アマチュア軸のコアと近接する位置に、アマチュア軸の周方向に沿う溝部を設け、当該溝部にコイルを巻装することが挙げられる。つまり、溝部に入り込むようコイルを巻装することによりコイルの巻き数を増加させ、その結果、小型かつ高出力が得られる電動モータを提供することが可能となる。
特開２００３−０３２９６６号公報（図１） Therefore, in order to obtain an electric motor that can achieve a small size and high output in response to such a request, for example, a groove portion is provided along the circumferential direction of the armature shaft at a position close to the core of the armature shaft. For example, a coil is wound. That is, by winding the coil so as to enter the groove portion, the number of turns of the coil can be increased, and as a result, it is possible to provide an electric motor that is small and can obtain high output.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-032966 (FIG. 1)

しかしながら、コイルの巻き数を増加させるために、単にアマチュア軸の所定箇所に溝部を形成したのでは、高出力化は期待できるものの、アマチュア軸の形状変更に伴って作動音が増大する虞がある。つまり、アマチュア軸の形状変更によりアマチュア軸の固有振動周波数が変化し、仮に、アマチュア軸の固有振動周波数と、モータ装置の作動時における振動周波数（ブラシの摺接ノイズ等による振動周波数）とが一致するような場合には、それぞれの周波数で共振が発生して大きな作動音が発生することになる。 However, if a groove is simply formed at a predetermined location on the armature shaft in order to increase the number of turns of the coil, high output can be expected, but there is a risk that the operating noise will increase as the shape of the armature shaft is changed. . In other words, the natural vibration frequency of the amateur shaft changes due to the change in the shape of the amateur shaft, and it is assumed that the natural vibration frequency of the amateur shaft matches the vibration frequency during operation of the motor device (vibration frequency due to brush contact noise, etc.). In such a case, resonance occurs at each frequency and a large operating noise is generated.

各周波数が近似することにより共振が発生（作動音が増大）するか否かを検証するには、まず、アマチュア軸に設ける溝部の寸法の候補を複数挙げて、各寸法の溝部に対応した複数の試作品を製作する。そして、実際に各試作品を規定の回転数（定格回転数（無負荷））で作動させ、そのときの作動音を騒音計等の計測機器により測定する。このように、複数の試作品を実際に作動させて検証する必要があり、試作品の製作や作動音の測定等に手間がかかり、ひいては設計期間の長期化を招くといった問題が生じ得る。 In order to verify whether or not resonance occurs (the operating noise increases) by approximating each frequency, first, a plurality of candidates for the dimensions of the grooves provided on the armature shaft are listed, and a plurality of candidates corresponding to the grooves of each dimension are listed. Prototype of Then, each prototype is actually operated at a specified rotational speed (rated rotational speed (no load)), and the operating sound at that time is measured by a measuring device such as a sound level meter. As described above, it is necessary to actually operate and verify a plurality of prototypes, which requires time and effort for production of prototypes and measurement of operation sound, which may lead to an increase in design period.

本発明の目的は、コンピュータを用いてアマチュア軸に設ける溝部の直径寸法を最適化し、設計期間の短縮化を図ることができるモータ装置の設計方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a motor device design method that can optimize the diameter dimension of a groove portion provided in an amateur shaft using a computer and can shorten the design period.

本発明のモータ装置の設計方法は、ヨーク内に回転自在に設けられ、回転中心から放射状に延びる複数のティースおよび当該各ティース間に形成される複数のスロットを有するコアと、前記コアの回転中心に設けられるアマチュア軸と、前記アマチュア軸の軸方向に沿う前記コアの一側および他側に設けられ、前記アマチュア軸の周方向に沿う第１溝部および第２溝部と、前記アマチュア軸の前記第１溝部側に設けられる整流子と、前記複数のスロットに巻装され、端部が前記整流子に電気的に接続されるコイルとを備えるモータ装置の設計方法であって、記憶手段に格納された複数の異なるモータ装置のデータ群から、設計対象とする設計対象データを選択する第１ステップと、前記設計対象データのモータ基準回転数に基づいて、演算手段により前記設計対象データにおけるベース周波数を求める第２ステップと、前記ベース周波数に基づいて、前記演算手段により前記設計対象データにおける高周波領域周波数を求める第３ステップと、前記第１溝部および前記第２溝部の直径寸法を、入力手段により前記演算手段に複数入力する第４ステップと、前記各直径寸法に対応した前記設計対象データにおけるアマチュア軸の固有振動周波数を、前記演算手段により求める第５ステップと、前記第５ステップで求めた各固有振動周波数と前記第３ステップで求めた高周波領域周波数とを比較手段により比較し、周波数差が所定値以上となる最適直径寸法を決定する第６ステップと、前記最適直径寸法を表示手段に表示する第７ステップとを有することを特徴とする。 A motor device design method according to the present invention includes a core having a plurality of teeth that are rotatably provided in a yoke and extending radially from a rotation center and a plurality of slots formed between the teeth, and a rotation center of the core. An arm shaft provided on the arm shaft, a first groove portion and a second groove portion provided on one side and the other side of the core along the axial direction of the armature shaft, and along the circumferential direction of the armature shaft, and the first shaft of the armature shaft. A motor device design method comprising a commutator provided on one groove portion side, and a coil wound around the plurality of slots and having an end portion electrically connected to the commutator, which is stored in storage means Based on the first step of selecting design target data to be designed from a plurality of data groups of different motor devices, and based on the motor reference rotation speed of the design target data A second step of obtaining a base frequency in the design object data by means of: a third step of obtaining a high frequency region frequency in the design object data by the computing means based on the base frequency; and the first groove part and the second groove part. A fourth step of inputting a plurality of diameter dimensions to the computing means by the input means; a fifth step of obtaining the natural vibration frequency of the armature axis in the design object data corresponding to each diameter dimension by the computing means; A sixth step of comparing each natural vibration frequency obtained in the fifth step with a high frequency region frequency obtained in the third step by a comparison means, and determining an optimum diameter dimension at which the frequency difference is a predetermined value or more, And a seventh step of displaying the optimum diameter dimension on the display means.

本発明のモータ装置の設計方法は、前記第３ステップでは、前記高周波領域周波数を、前記ベース周波数と、前記スロットのスロット数と、周波数の次数とを積算して求めることを特徴とする。 The motor device design method of the present invention is characterized in that, in the third step, the high frequency region frequency is obtained by integrating the base frequency, the number of slots of the slot, and the order of the frequency.

本発明のモータ装置の設計方法は、前記第６ステップでは、周波数差が７０Ｈｚ以上となる前記第１溝部および前記第２溝部の直径寸法を、前記最適直径寸法に決定することを特徴とする。 The motor device design method of the present invention is characterized in that, in the sixth step, the diameter dimension of the first groove part and the second groove part at which the frequency difference is 70 Hz or more is determined as the optimum diameter dimension.

本発明のモータ装置の設計方法は、前記第６ステップでは、前記最適直径寸法の決定条件に、前記アマチュア軸の強度条件および組立条件を加えることを特徴とする。 The motor device design method of the present invention is characterized in that, in the sixth step, the strength condition and assembly condition of the armature shaft are added to the determination condition of the optimum diameter dimension.

本発明のモータ装置の設計方法は、前記第７ステップでは、前記最適直径寸法の表示に加えて、前記アマチュア軸の振動状態をシミュレーション表示することを特徴とする。 The motor device design method of the present invention is characterized in that, in the seventh step, in addition to displaying the optimum diameter dimension, the vibration state of the armature shaft is displayed by simulation.

本発明によれば、第５ステップで求めた各固有振動周波数と、第３ステップで求めた高周波領域周波数とを、第６ステップにおいて比較手段により比較し、周波数差が所定値以上となる最適直径寸法を決定し、第７ステップにおいて最適直径寸法を表示手段に表示するようにしたので、共振の発生（作動音の増大）が抑制された第１溝部および第２溝部を備えたアマチュア軸を設計することができる。したがって、複数の試作品を製作した上で、実際に各試作品を作動させて検証する作業が不要となる。アマチュア軸に設ける溝部の直径寸法を複数の試作品を製作せずに最適化することができるので、設計期間の短縮化を図ることができ、ひいては製造コストを低減することができる。 According to the present invention, each natural vibration frequency obtained in the fifth step and the high frequency region frequency obtained in the third step are compared by the comparison means in the sixth step, and the optimum diameter at which the frequency difference becomes a predetermined value or more. Since the dimensions are determined and the optimum diameter dimension is displayed on the display means in the seventh step, an amateur shaft having the first groove portion and the second groove portion in which the occurrence of resonance (increase in operating noise) is suppressed is designed. can do. Therefore, it is not necessary to actually operate and verify each prototype after producing a plurality of prototypes. Since the diameter dimension of the groove portion provided on the amateur shaft can be optimized without producing a plurality of prototypes, the design period can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.

本発明によれば、第３ステップでは、高周波領域周波数を、ベース周波数と、スロットのスロット数と、周波数の次数とを積算して求めるので、記憶部に格納されたモータ装置のデータを用いて高周波領域周波数を求めることができる。したがって、高周波領域周波数を求めるために別途データ等を入力する作業が不要となる。 According to the present invention, in the third step, the high frequency region frequency is obtained by integrating the base frequency, the slot number of the slot, and the order of the frequency, so the data of the motor device stored in the storage unit is used. A high frequency region frequency can be obtained. Therefore, it is not necessary to separately input data or the like in order to obtain a high frequency region frequency.

本発明によれば、第６ステップでは、周波数差が７０Ｈｚ以上となる第１溝部および第２溝部の直径寸法を、最適直径寸法に決定するので、アマチュア軸の回転数のバラツキ（モータ装置の個体差）により高周波領域周波数に差が生じる場合であっても、共振の発生を確実に抑制することができる。 According to the present invention, in the sixth step, the diameter dimension of the first groove part and the second groove part at which the frequency difference is 70 Hz or more is determined as the optimum diameter dimension. Therefore, the variation in the rotational speed of the amateur shaft (individual motor device) Even when a difference occurs in the high frequency region frequency due to the difference, the occurrence of resonance can be reliably suppressed.

本発明によれば、第６ステップでは、最適直径寸法の決定条件に、アマチュア軸の強度条件および組立条件を加えるので、耐久性および生産性にも優れたモータ装置を設計することができる。 According to the present invention, in the sixth step, the strength condition and assembly condition of the amateur shaft are added to the conditions for determining the optimum diameter dimension, so that it is possible to design a motor device having excellent durability and productivity.

本発明によれば、第７ステップでは、最適直径寸法の表示に加えて、アマチュア軸の振動状態をシミュレーション表示するので、モータ装置の作動状態の可否を容易に検証することができる。 According to the present invention, in the seventh step, in addition to the display of the optimum diameter dimension, the vibration state of the amateur shaft is displayed by simulation, so it is possible to easily verify whether or not the motor device is in the operating state.

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る設計方法により設計したモータ装置の断面図を、図２（ａ），（ｂ）は図１のモータ装置のアマチュア軸組立体を説明する説明図をそれぞれ表している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a motor device designed by the design method according to the present invention, and FIGS. 2A and 2B are explanatory views for explaining an armature shaft assembly of the motor device of FIG.

図１に示すように、モータ装置としてのワイパモータ１０は、自動車等の車両に設けられるリヤガラスを払拭するリヤワイパ装置（図示せず）の駆動源として用いられ、ワイパモータ１０は、モータ本体部２０とギヤケース部４０とを備えている。 As shown in FIG. 1, a wiper motor 10 as a motor device is used as a driving source of a rear wiper device (not shown) for wiping a rear glass provided in a vehicle such as an automobile. The wiper motor 10 includes a motor main body 20 and a gear case. Part 40.

モータ本体部２０は、磁性材料よりなる鋼板等をプレス加工することにより有底状に形成されたヨーク２１を有している。ヨーク２１の内部には、断面が略円弧形状に形成された一対のマグネット（永久磁石）２２が対向配置されており、その内側には、所定の隙間を介してアマチュア軸組立体２３が回転自在に設けられている。 The motor body 20 has a yoke 21 formed in a bottomed shape by pressing a steel plate or the like made of a magnetic material. Inside the yoke 21, a pair of magnets (permanent magnets) 22 having a substantially arc-shaped cross section are disposed opposite to each other, and an armature shaft assembly 23 is rotatable inside a predetermined gap through a predetermined gap. Is provided.

図２に示すように、アマチュア軸組立体２３は、磁性材料よりなる複数の鋼板を積層して形成されたコア２４を有している。コア２４は、図２（ｂ）に示すように、当該コア２４の回転中心側に設けられる芯部２４ａと、コア２４の回転中心から放射状に延びる複数のティース２４ｂとを備えている。芯部２４ａおよび各ティース２４ｂは、打ち抜き加工（プレス加工）によりそれぞれ一体に形成されている。 As shown in FIG. 2, the armature shaft assembly 23 has a core 24 formed by laminating a plurality of steel plates made of a magnetic material. As shown in FIG. 2B, the core 24 includes a core portion 24 a provided on the rotation center side of the core 24 and a plurality of teeth 24 b extending radially from the rotation center of the core 24. The core portion 24a and the teeth 24b are integrally formed by punching (pressing).

本実施の形態においては、各ティース２４ｂは、芯部２４ａの周方向に沿って略等間隔で10個設けられており、各ティース２４ｂ間には10個のスロット２４ｃが形成されている。各スロット２４ｃには、銅製の線材等よりなるコイル２５が重ね巻きにより巻装されている。 In the present embodiment, ten teeth 24b are provided at substantially equal intervals along the circumferential direction of the core portion 24a, and ten slots 24c are formed between the teeth 24b. A coil 25 made of a copper wire or the like is wound around each slot 24c by lap winding.

コア２４の回転中心、つまり芯部２４ａの中心部分には、アマチュア軸２６が貫通して固定されており、当該アマチュア軸２６は、コア２４とともに回転するようになっている。 An armature shaft 26 is fixed through the center of rotation of the core 24, that is, at the center of the core portion 24 a, and the armature shaft 26 rotates with the core 24.

アマチュア軸２６の基端側（図中右側）には凹部２６ａが設けられており、凹部２６ａには、アマチュア軸２６のスラスト荷重を受けるスチールボール（鋼球）２７が収容されている（図１参照）。スチールボール２７は、アマチュア軸２６の凹部２６ａとヨーク２１の底部側（図中右側）に設けられたスラストプレート２１ａとの間に配置され、凹部２６ａおよびスラストプレート２１ａのそれぞれに線接触あるいは点接触するようになっている。また、アマチュア軸２６の基端側は、ヨーク２１の底部側に設けられたラジアル軸受２８により回転自在に支持されている。 A concave portion 26a is provided on the base end side (right side in the figure) of the amateur shaft 26, and a steel ball (steel ball) 27 that receives the thrust load of the amateur shaft 26 is accommodated in the concave portion 26a (FIG. 1). reference). The steel ball 27 is disposed between the recess 26a of the armature shaft 26 and the thrust plate 21a provided on the bottom side (right side in the figure) of the yoke 21, and makes line contact or point contact with each of the recess 26a and the thrust plate 21a. It is supposed to be. The proximal end side of the armature shaft 26 is rotatably supported by a radial bearing 28 provided on the bottom side of the yoke 21.

アマチュア軸２６の先端側（図中左側）には、螺旋状のギヤ歯（詳細図示せず）よりなるウォーム２６ｂが一体に設けられている。ウォーム２６ｂの先端側は、ギヤケース部４０のケース４１に設けられたスラスト軸受２９により支持されており、ウォーム２６ｂの基端側は、ケース４１に設けられたラジアル軸受３０により回動自在に支持されている。 A worm 26b made of helical gear teeth (not shown in detail) is integrally provided on the distal end side (left side in the drawing) of the amateur shaft 26. The distal end side of the worm 26 b is supported by a thrust bearing 29 provided on the case 41 of the gear case portion 40, and the proximal end side of the worm 26 b is rotatably supported by a radial bearing 30 provided on the case 41. ing.

アマチュア軸２６の軸方向に沿うコア２４の近傍には、第１溝部３１および第２溝部３２が一体に設けられている。第１溝部３１はコア２４の一側（図中左側）に設けられ、第２溝部３２はコア２４の他側（図中右側）に設けられている。各溝部３１，３２は、アマチュア軸２６の周方向に沿うよう環状に形成されており、その直径寸法は何れもφ5(mm)に設定されている。なお、アマチュア軸２６のウォーム２６ｂ，各溝部３１，３２を除く他の部分の直径寸法はφ7(mm)に設定されている。 In the vicinity of the core 24 along the axial direction of the amateur shaft 26, a first groove portion 31 and a second groove portion 32 are integrally provided. The first groove portion 31 is provided on one side (left side in the drawing) of the core 24, and the second groove portion 32 is provided on the other side (right side in the drawing). Each of the groove portions 31 and 32 is formed in an annular shape along the circumferential direction of the armature shaft 26, and the diameter dimension thereof is set to φ5 (mm). The diameter of the arm shaft 26 other than the worm 26b and the grooves 31, 32 is set to φ7 (mm).

アマチュア軸２６の第１溝部３１側には、当該アマチュア軸２６と同心状に略筒状に形成されたコンミテータ（整流子）３３が設けられている。コンミテータ３３はアマチュア軸２６とともに回転するようになっており、導電性を有する鋼材よりなる複数の接触片３３ａを備えている。各接触片３３ａは、溶融樹脂をモールド成形することにより略筒状に一体化されており、各接触片３３ａは、各スロット２４ｃの数と同じ数だけ(10個)設けられている。各接触片３３ａには、各スロット２４ｃから延ばされたコイル２５の端部が電気的に接続されている。 A commutator (commutator) 33 formed in a substantially cylindrical shape concentrically with the armature shaft 26 is provided on the amateur shaft 26 on the first groove portion 31 side. The commutator 33 rotates with the armature shaft 26, and includes a plurality of contact pieces 33a made of a steel material having conductivity. Each contact piece 33a is integrated into a substantially cylindrical shape by molding a molten resin, and each contact piece 33a is provided in the same number (10) as the number of each slot 24c. The end of the coil 25 extended from each slot 24c is electrically connected to each contact piece 33a.

各溝部３１，３２には、各スロット２４ｃに巻装されたコイル２５が入り込んでいる。コイル２５は、各スロット２４ｃ間を跨ぐよう各溝部３１，３２の部分で折り返されて、その際に各溝部３１，３２内に配置されるようになっている。このように、各溝部３１，３２内にコイル２５の折り返し部分を入り込ませることにより、コイル２５の所謂「巻き太り」を抑え、ひいてはコイル２５の良好な組立性確保と巻き数増加とを実現させている。これによりワイパモータ１０の外形寸法を大型化させずに高出力化を図っている。 In each of the groove portions 31 and 32, a coil 25 wound in each slot 24c is inserted. The coil 25 is folded back at the groove portions 31 and 32 so as to straddle the slots 24c, and is arranged in the groove portions 31 and 32 at that time. In this way, by inserting the folded portion of the coil 25 into each of the groove portions 31 and 32, so-called “thickening of the coil 25” is suppressed, and as a result, good assembly of the coil 25 and securing of an increased number of turns are realized. ing. As a result, the output of the wiper motor 10 is increased without increasing the external dimensions.

モータ本体部２０とギヤケース部４０との間には、図１に示すように、プラスチック等の樹脂材料により略円筒状に形成されたブラシホルダ３４が装着されている。ブラシホルダ３４は、一対のカーボン製のブラシ３５を移動自在に保持しており、各ブラシ３５は、コンミテータ３３の各接触片３３ａに摺接するようになっている。 As shown in FIG. 1, a brush holder 34 formed in a substantially cylindrical shape with a resin material such as plastic is mounted between the motor body 20 and the gear case 40. The brush holder 34 movably holds a pair of carbon brushes 35, and each brush 35 is in sliding contact with each contact piece 33 a of the commutator 33.

ギヤケース部４０は、溶融したアルミ材料等を鋳造することにより有底状に形成されたケース４１を有しており、ケース４１の内部には、減速機構４２および運動変換機構４３が収容されている。また、ケース４１には、図示しない車両側の外部コネクタ（給電コネクタ）が接続される樹脂製のコネクタ接続部４４が一体に設けられており、コネクタ接続部４４内のターミナル４４ａを介して、各ブラシ３５に駆動電流が供給されるようになっている。 The gear case portion 40 has a case 41 formed in a bottomed shape by casting molten aluminum material or the like, and a speed reduction mechanism 42 and a motion conversion mechanism 43 are accommodated in the case 41. . The case 41 is integrally provided with a resin connector connection portion 44 to which an unillustrated vehicle-side external connector (power supply connector) is connected, and each terminal 44a in the connector connection portion 44 is connected to each case. A driving current is supplied to the brush 35.

減速機構４２は、ケース４１内に突出されたウォーム２６ｂと、ケース４１内に回転自在に設けられたウォームホイール４５とから構成されている。ウォームホイール４５の回転中心には回転軸４５ａが設けられ、ウォームホイール４５の外周側にはウォーム２６ｂと噛み合うギヤ歯（平歯車）４５ｂ（詳細図示せず）が設けられている。減速機構４２は、アマチュア軸２６の回転を所定の速度にまで減速し、回転軸４５ａを介して高トルク化された出力を出力するようになっている。 The speed reduction mechanism 42 includes a worm 26 b that protrudes into the case 41 and a worm wheel 45 that is rotatably provided in the case 41. A rotation shaft 45 a is provided at the rotation center of the worm wheel 45, and gear teeth (spur gears) 45 b (not shown in detail) that engage with the worm 26 b are provided on the outer peripheral side of the worm wheel 45. The speed reduction mechanism 42 decelerates the rotation of the armature shaft 26 to a predetermined speed, and outputs an output with a high torque via the rotation shaft 45a.

ウォームホイール４５の回転軸４５ａから所定距離離間した位置には、セクタギヤ４６の一端側（図中右側）が回動自在に設けられており、セクタギヤ４６の一端側は、ウォームホイール４５の回転に伴って、回転軸４５ａの周囲を移動するようになっている。セクタギヤ４６の他端側（図中左側）には、略扇形状のギヤ本体４６ａが設けられており、ギヤ本体４６ａには、ギヤ歯（平歯車）４６ｂが一体に設けられている。 One end side (right side in the figure) of the sector gear 46 is rotatably provided at a position spaced apart from the rotation shaft 45 a of the worm wheel 45, and the one end side of the sector gear 46 is rotated with the rotation of the worm wheel 45. Thus, it moves around the rotating shaft 45a. A substantially fan-shaped gear body 46a is provided on the other end side (left side in the figure) of the sector gear 46, and gear teeth (spur gears) 46b are integrally provided on the gear body 46a.

ギヤ本体４６ａのギヤ歯４６ｂには、出力歯車４７のギヤ歯（平歯車）４７ａが噛み合わされており、出力歯車４７は、セクタギヤ４６の揺動に伴って揺動運動するようになっている。出力歯車４７の回転中心には、一端側がケース４１の外部に突出された出力軸４７ｂの他端側が一体に設けられている。 The gear teeth 46b of the output gear 47 are meshed with the gear teeth 46b of the gear body 46a, and the output gear 47 swings as the sector gear 46 swings. At the rotation center of the output gear 47, the other end side of the output shaft 47b whose one end side protrudes to the outside of the case 41 is integrally provided.

セクタギヤ４６の他端側と出力軸４７ｂの他端側との間には、連結板４８の端部がそれぞれ回動自在に設けられている。連結板４８は、セクタギヤ４６の他端側と出力軸４７ｂの他端側との間の距離を一定に保ち、各ギヤ歯４６ｂ，４７ａの噛み合い状態を維持するようになっている。ここで、運動変換機構４３は、セクタギヤ４６，出力歯車４７および連結板４８により構成されている。 Between the other end side of the sector gear 46 and the other end side of the output shaft 47b, an end portion of the connecting plate 48 is rotatably provided. The connecting plate 48 keeps the distance between the other end side of the sector gear 46 and the other end side of the output shaft 47b constant, and maintains the meshing state of the gear teeth 46b and 47a. Here, the motion conversion mechanism 43 includes a sector gear 46, an output gear 47, and a connecting plate 48.

アマチュア軸２６の回転に伴いウォームホイール４５が回転すると、セクタギヤ４６の一端側が回転軸４５ａの周囲を移動する。これに伴い、セクタギヤ４６のギヤ本体４６ａが揺動し、この揺動運動が出力歯車４７に伝達されて出力軸４７ｂが揺動する。このように、運動変換機構４３は、減速機構４２の回転運動を出力軸４７ｂの揺動運動に変換し、出力軸４７ｂの一端側に装着されるリヤワイパアーム（図示せず）を揺動運動させるようになっている。 When the worm wheel 45 rotates with the rotation of the amateur shaft 26, one end side of the sector gear 46 moves around the rotation shaft 45a. Accordingly, the gear body 46a of the sector gear 46 swings, and this swinging motion is transmitted to the output gear 47, so that the output shaft 47b swings. Thus, the motion conversion mechanism 43 converts the rotational motion of the speed reduction mechanism 42 into the swing motion of the output shaft 47b, and swings the rear wiper arm (not shown) attached to one end of the output shaft 47b. It is like that.

次に、ワイパモータ１０の設計方法について図面を用いて詳細に説明する。図３は本発明に係る設計方法を実行するコンピュータの構成図を、図４はアマチュア軸の振動状態の表示内容を説明する説明図を、図５は比較部の処理内容を説明する説明図を、図６は図３のコンピュータの処理内容を示すフローチャートを、図７は周波数(Hz)−音圧レベル(dB)グラフをそれぞれ表している。 Next, a method for designing the wiper motor 10 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram of a computer that executes the design method according to the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the display content of the vibration state of the amateur shaft, and FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the processing content of the comparison unit. 6 is a flowchart showing the processing contents of the computer of FIG. 3, and FIG. 7 shows a frequency (Hz) -sound pressure level (dB) graph.

図３に示すように、本発明に係る設計方法を実行するコンピュータ５０は、記憶部（記憶手段）５１，演算部（演算手段）５２，シミュレーション部５３，比較部（比較手段）５４および表示制御部５５を備えている。また、コンピュータ５０には、入力手段としてのキーボード５６および表示手段としてのディスプレイ５７が接続されている。 As shown in FIG. 3, a computer 50 that executes the design method according to the present invention includes a storage unit (storage unit) 51, a calculation unit (calculation unit) 52, a simulation unit 53, a comparison unit (comparison unit) 54, and display control. A portion 55 is provided. The computer 50 is connected to a keyboard 56 as input means and a display 57 as display means.

記憶部５１は、図６に示すフローチャートを実行するプログラムに加えて、複数の異なるワイパモータのデータ群（基準データ群）が予め格納されている。基準データ群は、フロント用やリヤ用等、さらには減速比の異なる既存のワイパモータの種々のデータ（アマチュア軸の直径，アマチュア軸の長さ，コアの直径，コアの長さ等）により構成されている。本発明に係る設計方法は、記憶部５１に格納された基準データ群に基づいて、設計すべき新規のワイパモータ１０（低騒音型ワイパモータ）を設計するようになっている。 The storage unit 51 stores in advance a data group (reference data group) of a plurality of different wiper motors in addition to the program for executing the flowchart shown in FIG. The reference data group consists of various data (such as the diameter of the armature shaft, the length of the armature shaft, the diameter of the core, the length of the core, etc.) of the existing wiper motors for front and rear, etc., and with different reduction ratios. ing. The design method according to the present invention is designed to design a new wiper motor 10 (low noise type wiper motor) to be designed based on the reference data group stored in the storage unit 51.

演算部５２は、操作者によるキーボード５６からの入力データ（仕様選定データ）に基づき、記憶部５１から一のワイパモータ１０の基準データ（設計対象データ）を抽出する。そして、演算部５２は所定の演算処理を実行し、設計対象データ（仕様ａ）に基づくベース周波数(BF)および高周波領域周波数(HF)を算出する。ここで、ベース周波数(BF)は下記式(1)により求められ、高周波領域周波数(HF)は下記式(2)により求められる。 The calculation unit 52 extracts reference data (design target data) of one wiper motor 10 from the storage unit 51 based on input data (specification selection data) from the keyboard 56 by the operator. Then, the calculation unit 52 executes a predetermined calculation process and calculates a base frequency (BF) and a high frequency region frequency (HF) based on the design target data (specification a). Here, the base frequency (BF) is obtained by the following equation (1), and the high frequency region frequency (HF) is obtained by the following equation (2).

BF(Hz)＝R(rpm)×SR×1/60・・・式(1)
BF：ベース周波数
R：モータ基準回転数（定格回転数（無負荷））
SR：減速機構の減速比 BF (Hz) = R (rpm) x SR x 1/60 Formula (1)
BF: Base frequency
R: Motor reference speed (rated speed (no load))
SR: Reduction gear ratio

ベース周波数(BF)は、ワイパモータ１０が回転することにより発生する周波数を表し、この場合、仕様ａのモータ基準回転数(R)と、仕様ａの減速機構４２の減速比(SR)とから求めることができる。ここで、仕様ａのモータ基準回転数(R)を「40.00rpm」，仕様ａの減速比(SR)を「86.50」とすると、仕様ａのベース周波数(BF)は「57.60Hz」となる。 The base frequency (BF) represents a frequency generated when the wiper motor 10 rotates. In this case, the base frequency (BF) is obtained from the motor reference rotational speed (R) of the specification a and the reduction ratio (SR) of the reduction mechanism 42 of the specification a. be able to. Here, if the motor reference rotational speed (R) of the specification a is “40.00 rpm” and the reduction ratio (SR) of the specification a is “86.50”, the base frequency (BF) of the specification a is “57.60 Hz”.

HF(Hz)＝BF(Hz)×S(個)×周波数の次数(自然数)・・・式(2)
HF：高周波領域周波数
S：スロットの個数 HF (Hz) = BF (Hz) x S (pieces) x frequency order (natural number) ... Equation (2)
HF: High frequency frequency
S: Number of slots

高周波領域周波数(HF)は、各ブラシ３５のコンミテータ３３への摺接等により発生する振動（ノイズ）に起因するもので、約300Hz〜2500Hzの範囲の高周波数を指している。高周波領域周波数(HF)は、アマチュア軸２６が一回転するときに各ブラシ３５が各接触片３３ａを何回乗り越えるかにより決定される。ここで、仕様ａのベース周波数(BF)を「57.60Hz」，仕様ａのスロット２４ｃの個数(S)を「10個」とすると、仕様ａの高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)は、「576.00Hz(1次)」，「1152.00Hz(2次)」，「1728.00Hz(3次)」，「2304.00Hz(4次)」となる。 The high frequency region frequency (HF) is caused by vibration (noise) generated by sliding contact of the brush 35 with the commutator 33, and indicates a high frequency in a range of about 300 Hz to 2500 Hz. The high frequency region frequency (HF) is determined by how many times each brush 35 gets over each contact piece 33a when the armature shaft 26 makes one rotation. Here, if the base frequency (BF) of the specification a is “57.60 Hz” and the number (S) of the slots 24c of the specification a is “10”, the high frequency region frequency (HF) (primary to fourth order of the specification a) ) Becomes “576.00 Hz (primary)”, “1152.00 Hz (secondary)”, “1728.00 Hz (third order)”, and “2304.00 Hz (fourth order)”.

演算部５２では、ベース周波数(BF)および高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)の算出に加えて、操作者によるキーボード５６からの入力データ（第１，第２溝部３１，３２の直径寸法データ）に基づき、各溝部３１，３２を有するアマチュア軸２６の固有振動周波数(PF)(1次〜4次)を求める。ここで、設計すべき各溝部３１，３２の直径寸法(φ)としては、比較対象を生成するために幾つかの候補(φa〜φn)を入力しておく。固有振動周波数(PF)は、入力した各溝部３１，３２の直径寸法(φa〜φn)，アマチュア軸２６の長さ，重さ，コア２４の長さ，重さ，アマチュア軸２６とコア２４との位置関係等により求められる。 In the calculation unit 52, in addition to the calculation of the base frequency (BF) and the high frequency region frequency (HF) (primary to quaternary), input data from the keyboard 56 by the operator (of the first and second grooves 31, 32). Based on the diameter dimension data), the natural vibration frequency (PF) (primary to fourth order) of the armature shaft 26 having the groove portions 31 and 32 is obtained. Here, as the diameter dimension (φ) of each of the groove portions 31 and 32 to be designed, several candidates (φa to φn) are input in order to generate a comparison target. The natural vibration frequency (PF) is obtained by inputting the diameter dimension (φa to φn) of each of the grooves 31 and 32, the length and weight of the armature shaft 26, the length and weight of the core 24, the armature shaft 26 and the core 24, It is obtained from the positional relationship of

演算部５２で求めたアマチュア軸２６の固有振動周波数(PF)(1次〜4次)(φa〜φn)は、シミュレーション部５３に送出される。シミュレーション部５３では、候補(φa〜φn)に対応するアマチュア軸２６の振動状態を、それぞれＦＥＭ（Finite Element Method）解析によりシミュレートする。具体的には、図４に示すアマチュア軸組立体２３を複数のメッシュにより３次元モデル化（図中破線円Ｂ部参照）し、複数のメッシュを振動規模に応じて色分けする処理を行う。そして、シミュレーション部５３におけるシミュレーション結果は、ディスプレイ５７にシミュレーション表示するために表示制御部５５へ送出される。 The natural vibration frequency (PF) (primary to fourth order) (φa to φn) of the armature shaft 26 obtained by the calculation unit 52 is sent to the simulation unit 53. The simulation unit 53 simulates the vibration state of the armature shaft 26 corresponding to the candidates (φa to φn) by FEM (Finite Element Method) analysis. Specifically, the armature shaft assembly 23 shown in FIG. 4 is three-dimensionally modeled with a plurality of meshes (see broken line circle B in the figure), and the plurality of meshes are color-coded according to the vibration scale. The simulation result in the simulation unit 53 is sent to the display control unit 55 for simulation display on the display 57.

比較部５４は、演算部５２で求めた高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)および、固有振動周波数(PF)(1次〜4次)(φa〜φn)に基づいて、図５に示す比較表を生成し、高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)と、候補(φa〜φn)に対応する固有振動周波数(PF)(1次〜4次)とをそれぞれ比較する。比較部５４では、各次数(1〜4)のそれぞれにおいて所定の周波数差（70Hz以上の差）を有する候補を選定、つまり共振の発生を抑えられる各溝部３１，３２の直径寸法を最適直径寸法(φs)として決定する。ここで、所定の周波数差を70Hz以上としたのは、モータ本体部２０の個体差によるモータ基準回転数のバラツキ（±5rpm）を考慮し、余裕を持たせた十分な大きさの周波数差とするためである。 Based on the high frequency region frequency (HF) (primary to quaternary) and the natural vibration frequency (PF) (primary to quaternary) (φa to φn) obtained by the calculation unit 52, the comparison unit 54 performs processing shown in FIG. The comparison table shown in Fig. 2 is generated, and the high frequency region frequency (HF) (1st to 4th order) is compared with the natural vibration frequency (PF) (1st to 4th order) corresponding to the candidate (φa to φn). . The comparison unit 54 selects candidates having a predetermined frequency difference (difference of 70 Hz or more) in each of the orders (1 to 4), that is, the diameter size of each of the groove portions 31 and 32 that can suppress the occurrence of resonance is the optimum diameter size. (φs) is determined. Here, the predetermined frequency difference is set to 70 Hz or more in consideration of variation in the motor reference rotational speed (± 5 rpm) due to individual differences of the motor main body 20 and a sufficiently large frequency difference with a margin. It is to do.

比較部５４における最適直径寸法(φs)の決定条件には、アマチュア軸２６の強度条件や組立条件が加えられる。ここで、アマチュア軸２６の強度条件とは、各溝部３１，３２の直径寸法が小さすぎて「強度不足」が生じているか否かを強度計算により判定する条件のことである。また、アマチュア軸２６の組立条件とは、各溝部３１，３２の直径寸法が大きすぎてコイル２５の「巻き太り」が生じるか否かを組立シミュレーションにより判定する条件のことである。 The conditions for determining the optimum diameter dimension (φs) in the comparison unit 54 include the strength condition and assembly condition of the amateur shaft 26. Here, the strength condition of the armature shaft 26 is a condition for determining whether or not “diameter is insufficient” due to the diameter dimension of each of the grooves 31 and 32 being too small. Further, the assembly condition of the armature shaft 26 is a condition for determining whether or not the coil 25 is “thickened” due to an excessively large diameter dimension of each of the grooves 31 and 32 by an assembly simulation.

表示制御部５５では、シミュレーション部５３におけるシミュレーション結果（図４参照）と、比較部５４で生成した比較表（図５参照）とを、ディスプレイ５７に表示させる制御を行う。これにより、操作者は、ディスプレイ５７を目視することで、入力した候補(φa〜φn)のアマチュア軸２６の振動状態を認識することができ、また、入力した候補(φa〜φn)のうちの最適直径寸法(φs)を認識することができる。 The display control unit 55 performs control to display the simulation result (see FIG. 4) in the simulation unit 53 and the comparison table (see FIG. 5) generated by the comparison unit 54 on the display 57. As a result, the operator can recognize the vibration state of the amateur shaft 26 of the input candidate (φa to φn) by visually observing the display 57, and the operator can recognize the vibration state of the input candidates (φa to φn). The optimum diameter dimension (φs) can be recognized.

次に、コンピュータ５０の処理内容について、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。 Next, the processing contents of the computer 50 will be described in detail using the flowchart shown in FIG.

［設計対象データの選定工程］
まず、コンピュータ５０を起動させて記憶部５１に格納されたプログラムを実行する（ステップＳ１）。次いで、キーボード５６を介して、今回設計対象とする仕様選定データ（仕様ａ）を入力する（ステップＳ２）。ステップＳ３では、演算部５２が仕様ａに基づいて記憶部５１内の基準データ群を参照する。ステップＳ４では、基準データ群の中に仕様ａの基準データ（設計対象データ）があるか否かを判定し、Yesと判定した場合にはステップＳ５に進み、Noと判定した場合にはステップＳ２に戻る。 [Design target data selection process]
First, the computer 50 is started and the program stored in the storage unit 51 is executed (step S1). Next, specification selection data (specification a) to be designed at this time is input via the keyboard 56 (step S2). In step S3, the calculation unit 52 refers to the reference data group in the storage unit 51 based on the specification a. In step S4, it is determined whether or not there is reference data (design target data) of specification a in the reference data group. If it is determined to be Yes, the process proceeds to step S5. If it is determined to be No, step S2 is performed. Return to.

［ベース周波数(BF)の算出工程］
ステップＳ５では、仕様ａの基準データ（設計対象データ）を記憶部５１から抽出する。ステップＳ６では、上記式(1)に基づいて、演算部５２により仕様ａのベース周波数(BF)を算出する。ここで、ステップＳ２〜ステップＳ５の処理内容が本発明における第１ステップを構成し、ステップＳ６の処理内容が本発明における第２ステップを構成している。 [Calculation process of base frequency (BF)]
In step S 5, reference data (design target data) of the specification a is extracted from the storage unit 51. In step S6, the calculation unit 52 calculates the base frequency (BF) of the specification a based on the above formula (1). Here, the processing contents of steps S2 to S5 constitute the first step in the present invention, and the processing contents of step S6 constitute the second step in the present invention.

［高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)の算出工程］
ステップＳ７では、上記式(2)に基づいて、演算部５２により、図５中破線部(I)に示す高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)を算出する。ここで、ステップＳ７の処理内容が本発明における第３ステップを構成している。 [Calculation process of high frequency frequency (HF) (1st to 4th)]
In step S7, the high frequency region frequency (HF) (primary to fourth order) indicated by the broken line part (I) in FIG. Here, the processing content of step S7 constitutes the third step in the present invention.

［各溝部の直径寸法候補の入力工程］
ステップＳ８では、キーボード５６を介して、各溝部３１，３２の直径寸法の候補(φa〜φn)を演算部５２に入力する。ここでは、図５中破線部(II)に示すように、No.1(φ3)〜No.4(φ6)の４つの候補を入力している。なお、図５中破線部(II)のNo.5(無し)は、比較のための各溝部３１，３２が無いものを示している。 [Input process of diameter dimension candidates for each groove]
In step S 8, the diameter size candidates (φa to φn) of the grooves 31 and 32 are input to the calculation unit 52 via the keyboard 56. Here, as shown by the broken line part (II) in FIG. 5, four candidates No. 1 (φ3) to No. 4 (φ6) are input. Note that No. 5 (none) in the broken line part (II) in FIG. 5 indicates that there is no groove part 31, 32 for comparison.

ステップＳ９では、ステップＳ８で入力されたNo.1(φ3)〜No.4(φ6)の数値が適正か否か、つまりNo.1(φ3)〜No.4(φ6)の数値がアマチュア軸２６の他の部分の直径寸法φ7(mm)よりも小さいか否かを判定する。Yesと判定した場合にはステップＳ１０に進み、Noと判定した場合にはステップＳ８に戻る。ここで、ステップＳ８およびステップＳ９の処理内容が本発明における第４ステップを構成している。 In step S9, whether or not the numbers No.1 (φ3) to No.4 (φ6) input in step S8 are appropriate, that is, the numbers No.1 (φ3) to No.4 (φ6) is the amateur axis. It is determined whether or not it is smaller than the diameter dimension φ7 (mm) of the other part 26. When it determines with Yes, it progresses to step S10, and when it determines with No, it returns to step S8. Here, the processing content of step S8 and step S9 comprises the 4th step in this invention.

［固有振動周波数(PF)(1次〜4次)(φa〜φn)の算出工程］
ステップＳ１０では、演算部５２により、ステップＳ８で入力されたNo.1(φ3)〜No.4(φ6)のそれぞれについて、図５中破線部(II)に示すように、アマチュア軸２６の固有振動周波数(PF)(1次〜4次)を求める。ここで、ステップＳ１０の処理内容が本発明における第５ステップを構成している。 [Calculation process of natural frequency (PF) (1st to 4th) (φa to φn)]
In step S10, each of No. 1 (φ3) to No. 4 (φ6) input in step S8 by the calculation unit 52 is shown in the broken line part (II) in FIG. Obtain the vibration frequency (PF) (1st to 4th). Here, the processing content of step S10 constitutes the fifth step in the present invention.

ステップＳ１１では、シミュレーション部５３により、ステップＳ１０で求めたアマチュア軸２６の固有振動周波数(PF)(1次〜4次)に基づいて、No.1(φ3)〜No.4(φ6)のそれぞれに対応するアマチュア軸組立体２３の３次元モデルを生成（ＦＥＭ解析）する。ここでは、No.5(無し)の３次元モデルも生成し、その後、各３次元モデルはそれぞれディスプレイ５７に表示される。 In step S11, each of No. 1 (φ3) to No. 4 (φ6) is calculated based on the natural vibration frequency (PF) (primary to quaternary) of the armature shaft 26 obtained by the simulation unit 53 in step S10. A three-dimensional model of the amateur shaft assembly 23 corresponding to is generated (FEM analysis). Here, a No. 5 (none) three-dimensional model is also generated, and then each three-dimensional model is displayed on the display 57.

［最適直径寸法(φs)の決定工程］
ステップＳ１２では、比較部５４により、図５中破線部(I)の高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)と、図５中破線部(II)のNo.1(φ3)〜No.5(無し)に対応する固有振動周波数(PF)(1次〜4次)とに基づいて、図５に示す比較表を生成するとともに、高周波領域周波数(HF)と各固有振動周波数(PF)とをそれぞれ比較する比較処理を実行する。 [Determining the optimal diameter (φs)]
In step S12, the comparison unit 54 causes the high-frequency region frequency (HF) (primary to quaternary) in the broken line part (I) in FIG. 5 and No. 1 (φ3) to No in the broken line part (II) in FIG. The comparison table shown in FIG. 5 is generated based on the natural vibration frequency (PF) (primary to fourth order) corresponding to .5 (none), and the high frequency region frequency (HF) and each natural vibration frequency (PF ) Are compared with each other.

ステップＳ１３では、No.1(φ3)〜No.4(φ6)の中から、各次数(1〜4)のそれぞれにおいて70Hz以上の差を有する直径寸法(φ)のものを選定する。ここでは、図５に示すようにNo.1(φ3)〜No.3(φ5)の３つが、周波数比較の観点から最適直径寸法(φs)として選定される。 In step S13, a diameter (φ) having a difference of 70 Hz or more in each order (1 to 4) is selected from No. 1 (φ3) to No. 4 (φ6). Here, as shown in FIG. 5, three of No. 1 (φ3) to No. 3 (φ5) are selected as optimum diameter dimensions (φs) from the viewpoint of frequency comparison.

ステップＳ１４では、ステップＳ１３で選定したNo.1(φ3)〜No.3(φ5)が諸条件を満たすか否か、つまり、図５中破線部(III)に示すように、No.1(φ3)〜No.3(φ5)がそれぞれ「強度条件」および「組立条件」の双方を満たすか否かを判定する。Yesと判定した場合にはステップＳ１５に進み、Noと判定した場合にはステップＳ８に戻る。 In step S14, whether or not No. 1 (φ3) to No. 3 (φ5) selected in step S13 satisfies various conditions, that is, as indicated by broken line part (III) in FIG. It is determined whether φ3) to No. 3 (φ5) satisfy both “strength condition” and “assembly condition”. When it determines with Yes, it progresses to step S15, and when it determines with No, it returns to step S8.

ステップＳ１５では、No.1(φ3)〜No.3(φ5)のうち、「強度条件」および「組立条件」の双方を十分に満たすものを１つ選定、つまり図５に示すようにNo.3(φ5)を選定する。そして、選定したNo.3(φ5)を、「周波数比較条件」，「強度条件」および「組立条件」の何れをも満たす最適直径寸法(φs)として最終的に決定し、No.3(φ5)の総合判定を「○」とする。ここで、ステップＳ１２〜ステップＳ１５の処理内容が本発明における第６ステップを構成している。 In step S15, one of No. 1 (φ3) to No. 3 (φ5) that satisfies both the “strength condition” and the “assembly condition” is selected, that is, as shown in FIG. Select 3 (φ5). Then, the selected No. 3 (φ5) is finally determined as the optimum diameter dimension (φs) that satisfies all of the “frequency comparison condition”, “strength condition”, and “assembly condition”. ) Is determined as “◯”. Here, the processing content of step S12-step S15 comprises the 6th step in this invention.

［ディスプレイ表示工程］
ステップＳ１６では、シミュレーション表示（図４参照）および最適直径寸法(φs)（図５参照）の表示に加え、No.3(φ5)にて量産に移行可能である旨の内容、つまり「量産移行許可」等をディスプレイ５７に表示させ、これにより操作者は、低騒音化を実現できる各溝部３１，３２の最適直径寸法(φs)を認識することができる。その後、ステップＳ１７に進んで本プログラムが終了する。ここで、ステップＳ１６の処理内容が本発明における第７ステップを構成している。 [Display process]
In step S16, in addition to displaying the simulation display (see FIG. 4) and the optimum diameter dimension (φs) (see FIG. 5), the content that it can be transferred to mass production with No. 3 (φ5), that is, “transition to mass production” “Permission” or the like is displayed on the display 57, and thus the operator can recognize the optimum diameter dimension (φs) of each of the grooves 31 and 32 that can realize noise reduction. Then, it progresses to step S17 and this program is complete | finished. Here, the processing content of step S16 comprises the 7th step in this invention.

図７は、従来の設計方法によるワイパモータ（図示せず）の作動音と、本発明の設計方法によるワイパモータ１０の作動音とを比較したグラフ（実測値）を示しており、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析により得たものである。図７に示すように、Over All値で従来例が「34.00dB」であったのに対し、本発明では「28.80dB」となり「5.20dB」の作動音低減が図れた。特に、耳障りとなる２次成分周波数（1200Hz）の近傍において、大幅に作動音を低減させることができた（図中破線円部分参照）。なお、図７に示すグラフは、何れもモータ基準回転数「40.00rpm」で、かつ無負荷状態における測定結果である。 FIG. 7 shows a graph (actual measurement value) comparing the operation sound of a wiper motor (not shown) according to the conventional design method with the operation sound of the wiper motor 10 according to the design method of the present invention. ) Obtained by analysis. As shown in FIG. 7, the conventional example with the “Over All” value was “34.00 dB”, whereas in the present invention, it was “28.80 dB”, and the operating noise was reduced by “5.20 dB”. In particular, in the vicinity of the secondary component frequency (1200 Hz) that causes annoyance, it was possible to significantly reduce the operating noise (see the broken-line circle in the figure). In addition, all the graphs shown in FIG. 7 are measurement results in the motor reference rotation speed “40.00 rpm” and in the no-load state.

ここで、従来の設計方法によるグラフ（一点鎖線）は、製作した複数の試作品の中で最も作動音が最小となるものをピックアップしたものであり、各試作品の中には、本発明の設計方法により見出した最適直径寸法(φs)のものが存在しなかった。つまり、本発明の設計方法においては、試作品を製作すること無く最適直径寸法(φs)を容易に導き出すことができるが、従来の設計方法において本発明と同等の結果を得るためには、最適直径寸法（φs）が得られる可能性を高めるために、より多くの試作品を製作することが必要となる。 Here, the graph (one-dot chain line) according to the conventional design method picks up the one with the smallest operating sound among the plurality of manufactured prototypes. There was no optimum diameter dimension (φs) found by the design method. In other words, in the design method of the present invention, the optimum diameter dimension (φs) can be easily derived without producing a prototype, but in order to obtain results equivalent to the present invention in the conventional design method, it is optimal. In order to increase the possibility of obtaining the diameter dimension (φs), it is necessary to produce more prototypes.

以上詳述したように、本実施の形態に係るモータ装置の設計方法によれば、第５ステップで求めた固有振動周波数(PF)(1次〜4次)(φa〜φn)と、第３ステップで求めた高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)とを、第６ステップにおいて比較部５４により比較し、周波数差が70Hz以上となる最適直径寸法(φs)を決定し、第７ステップにおいて最適直径寸法(φs)をディスプレイ５７に表示するようにしたので、共振の発生（作動音の増大）が抑制された第１溝部３１および第２溝部３２を備えたアマチュア軸２６を設計することができる。 As described above in detail, according to the design method of the motor device according to the present embodiment, the natural vibration frequency (PF) (primary to fourth order) (φa to φn) obtained in the fifth step, and the third The high frequency region frequency (HF) (primary to fourth order) obtained in the step is compared by the comparison unit 54 in the sixth step, and the optimum diameter dimension (φs) at which the frequency difference is 70 Hz or more is determined. Since the optimum diameter dimension (φs) is displayed on the display 57 in the step, the amateur shaft 26 including the first groove portion 31 and the second groove portion 32 in which the occurrence of resonance (increase in operating noise) is suppressed is designed. be able to.

したがって、従前のように、複数の試作品を製作した上で、実際に各試作品を作動させて検証する作業が不要となる。アマチュア軸２６に設ける各溝部３１，３２の直径寸法(φ)を複数の試作品を製作せずに最適化することができるので、ワイパモータ１０の設計期間の大幅な短縮化を図ることができ、ひいては製造コストを低減することができる。 Therefore, as before, it is not necessary to actually operate each prototype and verify it after producing a plurality of prototypes. Since the diameter dimension (φ) of each groove 31 and 32 provided on the amateur shaft 26 can be optimized without producing a plurality of prototypes, the design period of the wiper motor 10 can be greatly shortened. As a result, the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施の形態に係るモータ装置の設計方法によれば、第３ステップでは、高周波領域周波数(HF)(1次〜4次)、ベース周波数(BF)と、スロット２４ｃのスロット数と、周波数の次数とを積算して求めるので、記憶部５１に格納されたワイパモータ１０のデータ（設計対象データ）を用いて高周波領域周波数を求めることができる。したがって、高周波領域周波数を求めるために別途データ等を入力する作業が不要となる。 Further, according to the design method of the motor device according to the present embodiment, in the third step, the high frequency region frequency (HF) (primary to fourth order), the base frequency (BF), the number of slots of the slot 24c, Since the frequency order is integrated and determined, the high frequency region frequency can be determined using the wiper motor 10 data (design target data) stored in the storage unit 51. Therefore, it is not necessary to separately input data or the like in order to obtain a high frequency region frequency.

さらに、本実施の形態に係るモータ装置の設計方法によれば、第６ステップでは、周波数差が70Hz以上となる第１溝部３１および第２溝部３２の直径寸法(φ)を、最適直径寸法(φs)に決定するので、アマチュア軸２６の回転数のバラツキ（ワイパモータ１０の個体差）により高周波領域周波数に差が生じる場合であっても、共振の発生を確実に抑制することができる。 Furthermore, according to the design method of the motor device according to the present embodiment, in the sixth step, the diameter dimension (φ) of the first groove part 31 and the second groove part 32 where the frequency difference is 70 Hz or more is set to the optimum diameter dimension ( Therefore, even if there is a difference in the frequency in the high frequency region due to variations in the rotational speed of the armature shaft 26 (individual differences in the wiper motor 10), the occurrence of resonance can be reliably suppressed.

また、本実施の形態に係るモータ装置の設計方法によれば、第６ステップでは、最適直径寸法(φs)の決定条件に、アマチュア軸２６の強度条件および組立条件を加えるので、耐久性および生産性にも優れたワイパモータ１０を設計することができる。 Further, according to the motor device design method according to the present embodiment, in the sixth step, the strength condition and assembly condition of the armature shaft 26 are added to the conditions for determining the optimum diameter dimension (φs). The wiper motor 10 having excellent performance can be designed.

さらに、本実施の形態に係るモータ装置の設計方法によれば、第７ステップでは、最適直径寸法(φs)の表示に加えて、アマチュア軸２６の振動状態をシミュレーション表示するので、ワイパモータ１０の作動状態の可否を容易に検証することができる。 Furthermore, according to the design method of the motor device according to the present embodiment, in the seventh step, in addition to displaying the optimum diameter dimension (φs), the vibration state of the armature shaft 26 is displayed by simulation, so that the operation of the wiper motor 10 is performed. It is possible to easily verify the status.

本発明は上記実施の形態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、上記実施の形態においては、本発明の設計方法を、車両のリヤガラスを払拭するリヤワイパ装置のワイパモータ１０に適用したものを示したが、本発明はこれに限らず、車両のフロントガラスを払拭するフロントワイパ装置のワイパモータに適用することもできる。また、この他に、車載用の電動モータとしてのパワーウィンドモータや電動サンルーフ用モータ，電動スライドドア用モータ等にも本発明を適用することができる。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above embodiment, the design method of the present invention is applied to the wiper motor 10 of the rear wiper device that wipes the rear glass of the vehicle. However, the present invention is not limited to this, and the windshield of the vehicle is wiped. It can also be applied to a wiper motor of a front wiper device. In addition, the present invention can be applied to a power window motor, an electric sunroof motor, an electric sliding door motor, and the like as an on-vehicle electric motor.

さらに、上記実施の形態においては、本発明の設計方法を、車両に搭載されるワイパモータ１０に適用したものを示したが、本発明はこれに限らず、例えば、航空機や鉄道車両，建設機械等に設けられるワイパ装置のワイパモータに適用することもできる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the design method of the present invention is applied to the wiper motor 10 mounted on the vehicle. However, the present invention is not limited to this, for example, an aircraft, a railway vehicle, a construction machine, etc. The present invention can also be applied to a wiper motor of a wiper device provided in the apparatus.

本発明に係る設計方法により設計したモータ装置の断面図である。It is sectional drawing of the motor apparatus designed by the design method which concerns on this invention. （ａ），（ｂ）は、図１のモータ装置のアマチュア軸組立体を説明する説明図である。(A), (b) is explanatory drawing explaining the amateur shaft assembly of the motor apparatus of FIG. 本発明に係る設計方法を実行するコンピュータの構成図である。It is a block diagram of the computer which performs the design method which concerns on this invention. アマチュア軸の振動状態の表示内容を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the display content of the vibration state of an amateur axis | shaft. 比較部の処理内容を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the processing content of a comparison part. 図３のコンピュータの処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the computer of FIG. 周波数(Hz)−音圧レベル(dB)グラフである。It is a frequency (Hz)-sound pressure level (dB) graph.

符号の説明Explanation of symbols

１０ワイパモータ（モータ装置）
２０モータ本体部
２１ヨーク
２１ａスラストプレート
２３アマチュア軸組立体
２４コア
２４ａ芯部
２４ｂティース
２４ｃスロット
２５コイル
２６アマチュア軸
２６ａ凹部
２６ｂウォーム
２７スチールボール
２８ラジアル軸受
２９スラスト軸受
３０ラジアル軸受
３１第１溝部
３２第２溝部
３３コンミテータ（整流子）
３３ａ接触片
３４ブラシホルダ
３５ブラシ
４０ギヤケース部
４１ケース
４２減速機構
４３運動変換機構
４４コネクタ接続部
４４ａターミナル
４５ウォームホイール
４５ａ回転軸
４６セクタギヤ
４６ａギヤ本体
４６ｂギヤ歯
４７出力歯車
４７ｂ出力軸
４８連結板
５０コンピュータ
５１記憶部（記憶手段）
５２演算部（演算手段）
５３シミュレーション部
５４比較部（比較手段）
５５表示制御部
５６キーボード（入力手段）
５７ディスプレイ（表示手段） 10 Wiper motor (motor device)
20 Motor body portion 21 Yoke 21a Thrust plate 23 Amateur shaft assembly 24 Core 24a Core portion 24b Teeth 24c Slot 25 Coil 26 Amateur shaft 26a Recessed portion 26b Worm 27 Steel ball 28 Radial bearing 29 Thrust bearing 30 Radial bearing 31 First groove portion 32 First groove portion 32 2 groove part 33 commutator
33a Contact piece 34 Brush holder 35 Brush 40 Gear case part 41 Case 42 Reduction mechanism 43 Motion conversion mechanism 44 Connector connection part 44a Terminal 45 Worm wheel 45a Rotating shaft 46 Sector gear 46a Gear body 46b Gear teeth 47 Output gear 47b Output shaft 48 Connecting plate 50 Computer 51 Storage unit (storage means)
52 Calculation unit (calculation means)
53 Simulation part 54 Comparison part (comparison means)
55 Display control unit 56 Keyboard (input means)
57 Display (display means)

Claims

ヨーク内に回転自在に設けられ、回転中心から放射状に延びる複数のティースおよび当該各ティース間に形成される複数のスロットを有するコアと、
前記コアの回転中心に設けられるアマチュア軸と、
前記アマチュア軸の軸方向に沿う前記コアの一側および他側に設けられ、前記アマチュア軸の周方向に沿う第１溝部および第２溝部と、
前記アマチュア軸の前記第１溝部側に設けられる整流子と、
前記複数のスロットに巻装され、端部が前記整流子に電気的に接続されるコイルとを備えるモータ装置の設計方法であって、
記憶手段に格納された複数の異なるモータ装置のデータ群から、設計対象とする設計対象データを選択する第１ステップと、
前記設計対象データのモータ基準回転数に基づいて、演算手段により前記設計対象データにおけるベース周波数を求める第２ステップと、
前記ベース周波数に基づいて、前記演算手段により前記設計対象データにおける高周波領域周波数を求める第３ステップと、
前記第１溝部および前記第２溝部の直径寸法を、入力手段により前記演算手段に複数入力する第４ステップと、
前記各直径寸法に対応した前記設計対象データにおけるアマチュア軸の固有振動周波数を、前記演算手段により求める第５ステップと、
前記第５ステップで求めた各固有振動周波数と前記第３ステップで求めた高周波領域周波数とを比較手段により比較し、周波数差が所定値以上となる最適直径寸法を決定する第６ステップと、
前記最適直径寸法を表示手段に表示する第７ステップとを有することを特徴とするモータ装置の設計方法。 A core provided rotatably in the yoke and having a plurality of teeth extending radially from the rotation center and a plurality of slots formed between the teeth;
An amateur shaft provided at the center of rotation of the core;
A first groove portion and a second groove portion provided on one side and the other side of the core along the axial direction of the armature shaft, and along the circumferential direction of the armature shaft;
A commutator provided on the first groove portion side of the armature shaft;
A design method of a motor device comprising a coil wound around the plurality of slots and having an end portion electrically connected to the commutator,
A first step of selecting design target data to be designed from a plurality of data groups of different motor devices stored in the storage means;
A second step of obtaining a base frequency in the design target data by a calculation means based on the motor reference rotational speed of the design target data;
A third step of obtaining a high frequency region frequency in the design object data by the arithmetic means based on the base frequency;
A fourth step of inputting a plurality of diameter dimensions of the first groove portion and the second groove portion to the calculation means by an input means;
A fifth step of obtaining the natural vibration frequency of the armature shaft in the design object data corresponding to each diameter dimension by the calculating means;
A sixth step of comparing each natural vibration frequency obtained in the fifth step with a high frequency region frequency obtained in the third step by a comparison means, and determining an optimum diameter dimension at which the frequency difference is a predetermined value or more;
And a seventh step of displaying the optimum diameter dimension on a display means.

請求項１記載のモータ装置の設計方法において、前記第３ステップでは、前記高周波領域周波数を、前記ベース周波数と、前記スロットのスロット数と、周波数の次数とを積算して求めることを特徴とするモータ装置の設計方法。 2. The motor device design method according to claim 1, wherein in the third step, the high frequency region frequency is obtained by integrating the base frequency, the number of slots of the slot, and the order of the frequency. Motor device design method.

請求項１または２記載のモータ装置の設計方法において、前記第６ステップでは、周波数差が７０Ｈｚ以上となる前記第１溝部および前記第２溝部の直径寸法を、前記最適直径寸法に決定することを特徴とするモータ装置の設計方法。 3. The motor device design method according to claim 1, wherein, in the sixth step, the diameter dimension of the first groove part and the second groove part having a frequency difference of 70 Hz or more is determined as the optimum diameter dimension. A method for designing a motor device.

請求項３記載のモータ装置の設計方法において、前記第６ステップでは、前記最適直径寸法の決定条件に、前記アマチュア軸の強度条件および組立条件を加えることを特徴とするモータ装置の設定方法。 4. The motor device design method according to claim 3, wherein, in the sixth step, a strength condition and an assembly condition of the amateur shaft are added to the determination condition of the optimum diameter dimension.

請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ装置の設計方法において、前記第７ステップでは、前記最適直径寸法の表示に加えて、前記アマチュア軸の振動状態をシミュレーション表示することを特徴とするモータ装置の設計方法。 5. The motor device design method according to claim 1, wherein, in the seventh step, in addition to displaying the optimum diameter dimension, a vibration state of the amateur shaft is displayed by simulation. To design a motor device.