JP6011754B2 - モータ及びウインドウリフト - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石をもつモータに係り、又、永久磁石モータ及び該モータにより駆動されるギアボックスを備えたウインドウリフトに係る。

図１２は、慣習的な永久磁石直流（ＰＭＤＣ）モータ３０の半径方向断面図である。このＰＭＤＣモータは、固定子と、固定子に回転可能に装着された回転子とを備えている。固定子は、２つのフラットな側部２２及び２つのカーブした接続部２４より成るハウジング２０を備えている。又、固定子は、２つのカーブした接続部の内面に各々固定された２つの磁石２６も備えている。回転子は、２つの磁石２６に直面する回転子コア２８を有する。

同じ又は高い性能を有するより小型のモータが要望される。換言すれば、より高い電力密度を有するモータが要望される。モータの性能を高める方法は２つあり、一方は、磁石極の数を増加することであり、他方は、回転子コアの外径を増加することである。しかしながら、これら２つの方法は、両方とも、通常、モータサイズの増加を招く。ある用途では、モータサイズは、非常に重要なファクタである。例えば、モータ及びモータによって駆動されるギアボックスを備えたウインドウリフトは、通常、車のドアの２つの平行側壁により形成された限定スペースに設置され、特殊なモータサイズ及びモータ形状が要求される。例えば、図１２を参照すれば、２つのフラットな側部２２間の直径Ｄ２は、所定サイズより大きくてはならない。というのは、車のドアの２つの側壁間の距離が制限されているからである。一方、直径Ｄ１は、ドアの壁パネル間の方向に延びるので、より大きくてもよい。

そこで、より高い電力密度を有するモータが要望される。

これは、本発明では、特殊な形状をもつモータハウジングを形成することにより達成される。

従って、本発明は、その１つの態様によれば、固定子と、固定子に回転可能に装着された回転子とを備え、固定子及び回転子の一方は、ハウジングと、ハウジングの内面に固定された磁極をなす少なくとも１つの磁石とを備え、ハウジングの半径方向断面は、２より大きな整数をｎとすれば、ｎ個の側部及びｎ個の接続部を含み、隣接する側部は、１つの対応する接続部により一緒に接続され、磁極は、接続部に対応する場所に位置され、各側部の半径方向断面は、凸状曲線の２つの端を通る直線に対して外方にカーブした凸状曲線に似たものである、永久磁石モータを提供する。

好ましくは、ハウジング及び少なくとも１つの磁石は、固定子の部分であり、又、回転子は、磁極に直面する回転子コアを含む。

好ましくは、凸状曲線は、２つの点の最大値において直線により切断できる。

好ましくは、各々の前記側部の半径方向断面は、円の中心が回転子の回転軸からオフセットした円弧に似たものである。

或いは又、各側部の半径方向断面は、直線セグメントによって一緒に接続された２つの曲線セグメントを含む。

或いは又、各側部の半径方向断面は、曲線セグメントと、その曲線セグメントによって一緒に接続された２つの直線セグメントとを含む。

好ましくは、各接続部の半径方向断面は、各接続部の周囲長さが各側部の周囲長さより小さい円弧に似たものである。

或いは又、各接続部の半径方向断面は、直線セグメントに似たものである。

好ましくは、ｎは、３、４、６又は８に等しい。

任意であるが、少なくとも１つの磁石は、単片のリング磁石であり、ハウジングの接続部に対応する部分におけるリング磁石の半径方向厚みは、ハウジングの側部に対応する部分におけるリング磁石の半径方向厚みより大きい。或いは又、少なくとも１つの磁石は、磁極ごとに１つあって、各接続部に対応する場所でハウジングに固定された多数の個別の磁石片である。

本発明は、第２の態様によれば、ギアボックスと、本発明の第１の態様に基づいて構成されたモータとを備えたウインドウリフトを提供する。

本発明を具現化することにより、モータは、コンパクトな構造を有し、等しい又は高い性能をもつことになる。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。

本発明の好ましい実施形態によるウインドウリフトを示すブロック図である。 図１のブロック図の一部分であるＰＭＤＣモータを示す。 図２のＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。 本発明の第２の実施形態によるＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。 本発明の第３の実施形態によるＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。 本発明によるＰＭＤＣモータＺの固定子、及び慣習的な丸いモータＸの固定子の半径方向断面図である。 慣習的な丸いモータＸ、フラットなモータＹ、及び本発明の好ましい実施形態によるモータＺの固定子の半径方向断面図である。 ０から２０,０００Ｈｚの範囲における有限要素分析（ＦＥＡ）テストからのモータＸ、モータＹ及びモータＺのテスト結果を示す。 ０から１０,０００Ｈｚの範囲におけるＦＥＡテストからのモータＸ、モータＹ及びモータＺのテスト結果を示す。 本発明の第５の実施形態によるＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。 本発明の第６の実施形態によるＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。 慣習的なフラット側面モータの半径方向断面図である。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるウインドウリフトを示す。このウインドウリフトは、ＰＭＤＣモータ３０と、このモータ３０により駆動されるギアボックス３１とを備えている。図２は、ＰＭＤＣモータを部分的に分解した形態で示す。モータは、固定子及び回転子を備えている。固定子は、ハウジング２０と、ハウジングの内面に固定された磁石２６とを備えている。回転子は、回転子シャフト２７、回転子コア２８、及びシャフト２７に固定された整流子２９を備えている。巻線（図示せず）が回転子コアの周りに巻かれて、整流子に終端される。回転子は、回転子コア２８が磁石２６に直面するようにして固定子に回転可能に装着される。ウォーム（図示せず）がシャフト２７の端に固定され、ギアボックス２０内のウォームギア（図示せず）を駆動する。又、エンドキャップ２５がハウジングの開放端を閉じ、ブラシギア（図示せず）を支持する。

図３は、図２のＰＭＤＣモータ３０の固定子の半径方向断面図である。固定子は、ハウジング２０と、ハウジングの内面に固定された４つの磁石２６とを備えている。ハウジングは、４つの接続部４０及び４つの側部４２を備え、隣接する側部４２が１つの接続部４０により一緒に接続される。各磁石２６が、対応する接続部４０に固定される。各接続部４０の半径方向断面は、対応する軸の周りでカーブする円弧に似ているのが好ましい。各側部４２の半径方向断面は、凸状曲線の２つの端を通る直線に対して外方にカーブした凸状曲線に似たものである。本明細書及び特許請求の範囲において、「凸状曲線」という句は、円弧セグメントであるか、２つ以上の円弧セグメント又は２つ以上の直線セグメントを含むか、或いはその組合せでもよい。ここに示す実施形態では、各側部４２の半径方向断面は、直線セグメント４４と、この直線セグメント４４により一緒に接続された２つの円弧セグメント４６とを含む。円弧セグメント４６の円の中心Ｏ’は、回転子の回転の中心Ｏからオフセットされている。各接続部４０の円の中心は、回転の中心Ｏと一致してもよいし又はオフセットされてもよい。回転の中心Ｏは、回転子が回転するシャフトの軸と一線である。円の中心Ｏ’は、円弧がその一部分であるところの円の中心である。単一の側部４２の円弧部分４６を作り上げる２つの円弧は、同じ円の部分でよい。

慣習的な２極の丸いモータに比して、本発明の好ましい実施形態によるＰＭＤＣモータは、固定子がより多くの磁極（４極）を有するので、より高い性能を有すると共に、接続部に対応する部分に磁石が固定されるので、よりコンパクトな構造となる。それ故、本発明によるモータは、より高い電力密度を有する。更に、２つの対向する側部４２に対応する部分において外径Ｄ３を測定するのは容易である。というのは、各側部が直線セグメント４４を有するからである。更に重要なことに、側部の中間部をフラットにすることで、この部分が磁石と磁石との間に位置するので、モータの性能に悪影響を及ぼすことなく、側部を横切って測定されるモータの寸法を小さくすることができる。

図４は、本発明の第２の好ましい実施形態によるＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。このモータも、４つの接続部４０及び４つの側部４２を含むハウジング２０を備えている。この実施形態では、各接続部４０の半径方向断面は、円弧に似たものであり、そして各側部４２の半径方向断面は、円弧セグメント４６及び２つの直線セグメント４４を含む凸状曲線である。２つの直線セグメント４４は、円弧セグメント４６によって一緒に接続される。各円弧セグメント４６の円の中心Ｏ’は、回転子の回転の中心Ｏからオフセットされ、そして各接続部４０の円の中心が回転の中心に一致するのが好ましい。磁石２６は、接続部４０の内面及び側部４２の対応直線セグメント４４の内面に固定される。側部の直線セグメント４４は、磁石を固定し易くする。

図５は、本発明の第３の好ましい実施形態によるＰＭＤＣモータの固定子の半径方向断面図である。固定子は、４つの側部４２及び４つの接続部４０を含むハウジング２０を備え、隣接する側部４２は、対応する１つの接続部４０により接続される。各側部４２の半径方向断面は、２つの点の最大値において直線により切断できる凸状曲線に似ている。この凸状曲線は、回転子の回転の中心Ｏからオフセットされた円の中心Ｏ’を有する円弧であるのが好ましい。各接続部分４０の半径方向断面も、円弧に似ている。各接続部４０の周囲長さは、各側部４２の周囲長さより小さい。各接続部４０に対応する円弧の半径は、各側部４２に対応する円弧の半径より小さい。例えば、半径Ａは、半径Ｂより小さく、そして半径Ａ対半径Ｂの比は、１％〜８０％であるのが好ましい。この好ましい実施形態では、半径Ｂは、回転子コアの半径より大きい。

２つの対角方向に対向する接続部４０間で測定した外径Ｄ４は、モータの最大外径であり、そして２つの対向する側部４２間で測定した外径Ｄ３は、モータの最小外径である。磁石２６は、最大外径に対応する部分においてハウジング２０に固定され、ハウジングの内部スペースが効率的に使用されるようにする。良く知られたように、回転子を回転できるようにするために、磁石２６と回転子コアとの間にエアギャップが形成される。エアギャップの半径方向厚みは、均一でも不均一でもよい。

図６は、慣習的な丸いモータＸの固定子及び本発明の好ましい実施形態によるモータＺの固定子の半径方向断面図である。モータＸ及びモータＺの性能は、磁石と磁石との間の最小直径が同じであるから、ほぼ同じである。モータＺの最大外径Ｄ４は、モータＸの外径Ｄ５にほぼ等しい。モータＺの最小直径Ｄ３は、外径Ｄ５より小さい。換言すれば、モータＺのサイズは、モータＸのサイズより小さい。慣習的な丸いモータＸに比して、本発明によるモータは、より小さなサイズを有し、従って、より高い電力密度を有する。

図７は、慣習的な丸いモータＸの固定子、フラットなモータＹの固定子、及び本発明の好ましい実施形態によるモータＺの固定子の半径方向断面図である。モータＹの固定子ハウジングは、４つのフラットな側部及び４つの接続部を備え、これらの接続部に対応する位置でハウジングに磁石が取り付けられる。有限要素分析（ＦＥＡ）テストでは、各モータの固定子ハウジングにおいて磁石が固定される部分に励起力が課せられた。３つのモータのテスト結果が図８及び９に示されている。

図８は、０から２０,０００Ｈｚの範囲におけるＦＥＡテスト結果を示し、横座標は、周波数をＨｚで表し、そして縦座標は、振動振幅をｍｍ／ｓ²で表す。このテスト結果によれば、モータＺは、より小さな振動振幅及びより少ないノイズである。

図９は、０から１０,０００Ｈｚの範囲におけるＦＥＡテスト結果を示す。このテスト結果によれば、これらの条件のもとでも、モータＺは、より小さな振動振幅及びより少ないノイズである。

図１０は、本発明の第４の実施形態によるモータの固定子ハウジング２０の半径方向断面図である。ハウジング２０は、４つの凸状曲線側部４２及び４つのフラットな接続部４０を備えている。各側部４２の半径方向断面は、２つの点の最大値において直線によって切断できる凸状曲線であり、そして各接続部分４０の半径方向断面は、直線セグメントである。磁石２６は、接続部４０に対応する部分においてハウジングに固定される。

図１１は、本発明の第５の実施形態によるモータの固定子の半径方向断面図である。この実施形態では、固定子は、ハウジング２０、及びハウジング２０内に固定された磁石２６を備えている。磁石は、多数の磁極を与える単一片のリング磁石である。ハウジング２０の接続部４０に対応する部分におけるリング磁石２６の半径方向厚みは、固定子ハウジングの側部４２に対応する部分におけるリング磁石２６の半径方向厚みより大きい。リング磁石２６により４つの磁極が形成される。各磁極は、ハウジングの接続部４０の１つに対応する場所に位置される。この実施形態では、磁石２６が単一片磁石であるので、その固定は容易である。この実施形態では、接続部４０は、円の中心が回転子の回転の中心Ｏにある円弧セグメントとして示されている。

上述した幾つかの実施形態は、固定子ハウジングが４つの側部及び４つの磁石を含むモータに関するものであった。しかしながら、本発明によるモータは、４つより多くの又は４つより少ない側部／磁石、例えば、３つの側部、６つの側部、又は８つの側部を含むものでもよい。更に、ハウジング及び磁石は、固定子ではなく、回転子の部分であってもよい。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

２０：ハウジング
２５：エンドキャップ
２６：磁石
２７：シャフト
２８：回転子コア
２９：整流子
３０：ＰＭＤＣモータ
３１：ギアボックス
４０：接続部
４２：側部
４４：直線セグメント
４６：円弧セグメント

Claims (13)

1. 固定子と、固定子に回転可能に装着された回転子とを備え、固定子は、ハウジングと、ハウジングの内面に固定された磁極をなす少なくとも１つの磁石とを備え、ハウジングの半径方向断面は、２より大きな偶数をｎとすれば、ｎ個の側部及びｎ個の接続部を含み、隣接する側部は、１つの対応する接続部によって一緒に接続され、磁極は、接続部に対応する場所に位置され、各磁極の２つの周端部は、対応する隣接する側部に取り付けられ、各側部の半径方向断面は、凸状曲線に似たものであって、該凸状曲線の２つの端を通る直線に対して外方にカーブしており、各磁極は、接続部に対応する第１のカーブ部分と隣接する側部に対応する２つの第２のカーブ部分とを有する外面を有し、第２のカーブ部分の曲率は、第１のカーブ部分の曲率よりも小さい、永久磁石モータ。
2. 前記ハウジング及び少なくとも１つの磁石は、固定子の部分であり、回転子は、磁極に直面する回転子コアを含む、請求項１に記載のモータ。
3. 各々の前記側部の半径方向断面は、円の中心が回転子の回転軸からオフセットした円弧に似たものである、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 各側部の半径方向断面は、直線セグメントによって一緒に接続された２つの曲線セグメントを含む、請求項１又は２に記載のモータ。
5. 各側部の半径方向断面は、曲線セグメントと、その曲線セグメントによって一緒に接続された２つの直線セグメントとを含む、請求項１又は２に記載のモータ。
6. ハウジングは、４個の側部を含み、２つの対向する側部の対応する直線セグメントの間の距離は、側部の第１の周端部から第２の周端部まで変化する、請求項５に記載のモータ。
7. 各接続部の半径方向断面は、円弧に似たものであり、各接続部の周方向長さは、各側部の周方向長さより小さい、請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
8. ｎは、４、６又は８に等しい、請求項１から７のいずれかに記載のモータ。
9. 固定子と、固定子に回転可能に装着された回転子とを備え、固定子は、ハウジングと、ハウジングの内面に固定された磁極をなす少なくとも１つの磁石とを備え、ハウジングの半径方向断面は、２より大きな偶数をｎとすれば、ｎ個の側部及びｎ個の接続部を含み、隣接する側部は、１つの対応する接続部によって一緒に接続され、磁極は、接続部に対応する場所に位置され、各側部の半径方向断面は、凸状曲線に似たものであって、該凸状曲線の２つの端を通る直線に対して外方にカーブしており、各接続部の半径方向断面は、直線である、永久磁石モータ。
10. ｎは、４、６又は８に等しい、請求項９に記載のモータ。
11. 各磁極は、接続部に対応する直線部分と隣接する側部に対応する２つのカーブ部分とを有する外面を有する、請求項９に記載のモータ。
12. 少なくとも１つの磁石は、単一片のリング磁石であり、ハウジングの接続部に対応する部分におけるリング磁石の半径方向厚みは、ハウジングの側部に対応する部分におけるリング磁石の半径方向厚みより大きい、請求項９に記載のモータ。
13. 永久磁石モータと、該モータにより駆動されるギアボックスとを備え、モータは、請求項１から１２のいずれかに記載のものである、ウインドウリフト。

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