JP7080704B2 - ロータ、モータ及びブラシレスワイパーモータ - Google Patents
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Description
この種のモータは、コイルが巻回されたティースを有するステータと、ステータの径方向内側に回転自在に設けられたロータと、を備えている。ロータは、シャフトと、このシャフトに外嵌固定される略円柱状のロータコアと、ロータコアに設けられたマグネットと、を有している。そして、ステータに形成された鎖交磁束とロータコアに設けられたマグネットとの間に磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータが継続的に回転する。
また、簡素な構造でロータコアとマグネットカバーとを係合させることができる。
さらに、ロータが回転した際に、マグネットの最も大きな遠心力が働く方向と同軸の位置で加締められ、マグネットカバーが径方向に膨らむのを抑制する。このため、ステータとロータとの隙間を一定に保ち、高性能なロータとすることができる。
また、マグネットの径方向の厚さが周方向両端に向かうに従って薄くなる分、ステータとの距離がマグネットの周方向両端に向かうに従って長くなる。このため、周方向に隣接するマグネット間のステータに対する急激な磁束の変化を抑制できる。よって、コギングトルクを低減できる。
(ワイパー装置)
図1~図9は、第1実施形態に係るワイパー装置、モータ、及びロータを示す図面である。
図1に示すように、ワイパー装置11は、車両のウィンドウガラス(不図示)に設けられ、ウィンドウガラスに付着した雨や汚れ等を払拭して運転者の視界を確保する。
ワイパー装置11は、運転席側と助手席側とに設けられた例えば2本のワイパーアーム13と、各ワイパーアーム13の先端部に装着されたワイパーブレード14と、ワイパー軸15と、リンク機構16と、ブラシレスワイパーモータ(モータ)1と、を備えている。
図2は、第1実施形態に係るモータの断面図である。
モータ1は、例えば車両に搭載される電装品(例えば、上述したワイパー装置等)の駆動源となるものである。モータ1は、モータ部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。
なお、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の回転軸(シャフト31)の軸方向をいい、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環状のステータ6と、ステータ6の径方向内側に設けられ、ステータ6の径方向内側に回転可能に設けられたロータ7と、を備えている。モータ部2は、ステータ6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。
第1モータケース52は、軸方向一端側からモータ部2を覆っている。第1モータケース52は、軸方向一端側に一端側底部52aと、軸方向他端側に一端側開口部52bと、一端側開口部52bの周方向全体に亘って径方向外側に向かって延出する一端側縁部52cと、を有している。一端側縁部52cには、軸方向に貫通するボルト孔(不図示)が形成されている。
ステータ6は、シャフト31と同軸に配置された筒状のコア部63と、コア部63から径方向内側に向かって突出する複数のティース64とが一体形成されたステータコア61と、ステータコア61の内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティース64と、ティース64に装着されたコイル69と、を備えている。ステータ6は、モータケース5の内周面に固定され、ロータ7に対して回転磁界を作用させる。
ステータコア61は、電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されている。なお、ステータコア61は、いわゆる圧粉コアであってもよい。
ロータ7は、ステータ6の径方向内側に微小隙間を介して回転自在に設けられている。ロータ7は、回転軸線(軸芯C)回りに回転するシャフト31と、軸芯Cを径方向中心としてシャフト31と一体に回転する円柱状のロータコア71と、ロータコア71の外周面に配置された複数(本第1実施形態では4つ)のマグネット72と、ロータコア71及びマグネット72を軸方向及び径方向外側から覆うマグネットカバー73と、を備えている。シャフト31は、後述する減速部3を構成するウォーム軸43と一体成形されている。
ロータコア71は、複数の金属板が軸方向に積層されて構成されている。なお、ロータコア71は、いわゆる圧粉コアであってもよい。
図3~図5に示すように、ロータコア71は、径方向中央にシャフト保持孔78を有する円筒状の円筒部75と、円筒部75の外周面に、径方向外側へ向かって突出形成された突極76と、が一体形成されている。シャフト保持孔78には、シャフト31が圧入固定されている。なお、シャフト保持孔78に対してシャフト31を挿入とし、接着剤等を用いてシャフト31にロータコア71を外嵌固定してもよい。
このように形成された円筒部75の外周面には、周方向で隣り合う2つの突極76の間に、それぞれマグネット72が配置される。換言すれば、周方向で隣り合うマグネット72の間に、突極76が配置されている。マグネット72は、例えば接着剤等によりロータコア71に固定される。
マグネット72は、軸方向から見て略円弧状に形成されている。軸方向から見た平面視において、マグネット72の径方向外側の外表面81及び径方向内側の内表面82は、それぞれ円弧中心がシャフト31の軸芯Cと同軸の円弧状に形成されている。内表面82は、ロータコア71の円筒部75の外周面に接着されている。また、軸方向から見た平面視において、マグネット72の周方向両端部の側面83は、各側面83が対向する突極76の壁面76aと平行に形成されている。側面83は、突極76の壁面76aと接触している。
つまり、マグネット72の外表面81とティース64の内周面との間の隙間は、マグネット72の周方向中央が最も小さく、この周方向中央から周方向に離間するに従って徐々に隙間が大きくなるように構成されていてもよい。
第1実施形態では、この傾斜面85が回避部として機能する。傾斜面85が形成されることにより、マグネットカバー73の屈曲部92、97は、その内側において、ロータコア71の突極76とのみ接触している。
図6は、図3のA-Aに沿う断面図であり、図7は、図6のマグネット角部における部分拡大図である。また、図8は、図3のB-Bに沿う断面図における、マグネット角部の部分拡大図である。
マグネットカバー73は、マグネット72及びロータコア71を端面及び周面外側から覆っている中空の円柱状である。図5及び図6に示すように、マグネットカバー73は、マグネット72、ロータコア71及び突極76の軸方向端面を覆う端面カバー(第1端面カバー91及び第2端面カバー98)と、端面カバーの外周縁からマグネット72の角部及び突極76の角部76bに対応する位置に形成された屈曲部(第1屈曲部92および第2屈曲部97)と、屈曲部を介して軸方向に沿って延出し、マグネット72及び突極76の外周を覆う外周面カバー93と、が一体形成されている。
第2端面カバー98には、その中央部にカバー開口96が設けられている。カバー開口96の内径は、シャフト貫通孔94よりも大きく、かつマグネット72の外表面81よりも小さい。
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ヤケース55と、ギヤケース55内に収納されるウォーム減速機構41と、を備えている。ギヤケース55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。ギヤケース55は、一面に側面開口部55a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を収容するギヤ収容部45を有する。また、ギヤケース55の側壁55bには、第2モータケース53が一体成形されている箇所に、この第2モータケース53の貫通孔53dとギヤ収容部45とを連通する開口部56が形成されている。
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51が実装されたコントローラ基板25と、ギヤケース55の側面開口部55aを閉塞するように設けられたカバー26と、を有している。そして、コントローラ基板25が、ウォームホイール42のセンサマグネット側(ギヤケース55の側面開口部55a側)に対向配置されている。
また、カバー26の外周部に、不図示のコネクタが一体成形されている。このコネクタは、不図示の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。そして、不図示のコネクタの端子に、コントローラ基板25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25に供給される。
次に、モータ1の動作について説明する。
モータ1は、不図示のコネクタを介してコントローラ基板25に供給された電力が、不図示のパワーモジュールを介してモータ部2の各コイル69に選択的に供給される。すると、ステータ6(ティース64)に所定の鎖交磁束が形成され、この鎖交磁束とロータ7のマグネット72により形成される有効磁束との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータ7が継続的に回転する。
ロータ7が回転すると、シャフト31と一体化されているウォーム軸43が回転し、さらにウォーム軸43に噛合されているウォームホイール42が回転する。そして、ウォームホイール42に連結されている出力軸48が回転し、所望の電装品が駆動する。
次に、図3~図9に基づいて、ロータ7の作用、効果について説明する。
ロータ7の組付けにあたり、初めに、ロータコア71に接着等によりマグネット72が固定される。このとき、マグネット72は、ロータコア71の突極76の間に、磁束線80の向きが外向きのものと内向きのものとが周方向において交互に並ぶように、それぞれ複数配置される。また、ロータコア71及びマグネット72の軸方向の高さは同一であり、両端面が面一となるように配置される。
ここで、ロータコア71及びマグネット72にマグネットカバー73が装着される前の状態(装着前)において、マグネットカバー73は、第1端面カバー91と、第1屈曲部92と、外周面カバー93とを有し、軸方向第2側は開口されている。すなわち、第2屈曲部97及び第2端面カバー98はこの時点では未だ形成されていない。また、第1端面カバー91のシャフト貫通孔94の縁部に形成された係合爪95は、装着前において、第1端面カバー91と同一平面上に存在し、径方向内側に向かって突出している。
マグネットカバー73は、ロータコア71に軸方向第2側の開口側を向けた状態で、軸方向第1側からロータコア71及びマグネット72に被さる。そして、マグネットカバー73の内部に、ロータコア71及びマグネット72を収容する。マグネットカバー73の第1端面カバー91内面とロータコア71の軸方向第1側端面とが接触した状態で、加締め等により、マグネットカバー73に第2屈曲部97及び第2端面カバー98が同時形成される。
さらに、第2端面カバー98を形成する工程と同時に、マグネットカバー73の内側に、第1端面カバー91の係合爪95が約90°折り曲げられる。そして、ロータコア71の係合孔79に、係合爪95を係合する。これにより、ロータコア71に対するマグネットカバー73の周方向(回転方向)、及び軸方向への動きが規制される。このように構成することで、簡素な構造でロータコア71とマグネットカバー73とを係合させ、マグネットカバー73の装着作業効率を向上させることができる。
ここで、図9に示すように、通電時、ロータコア71に流れる磁束は、突極76の径方向中間に位置する鉄極部87で最も多く、円筒部75における各マグネット72の周方向中間部に対応する位置(背面部88)で最も少ない。従って、周方向において、各マグネットの周方向中間部と前記径方向に重なる位置(背面部88に相当する位置)に係合孔79を形成することで、この係合孔がマグネットの磁路を妨げるのをできる限り防止できる。このため、高性能なロータとすることができる。
また、本実施形態では、ロータ7の回転時に、各マグネット72の周方向中間部に、径方向外側への遠心力が作用する。従って、背面部88に係合孔79を形成することで、ロータ7が回転した際に、マグネット72の最も大きな遠心力が働く方向と同軸の位置で加締められ、マグネットカバー73が径方向に膨らむのを抑制できる。このため、ステータ6とロータ7との隙間を一定に保ち、高性能なロータ7とすることができる。
次に、回避部の作用、効果について説明する。
本実施形態では、マグネット72の傾斜面85を回避部とした。
ここで、マグネットカバー73の装着時には、第2屈曲部97及び第2端面カバー98を形成する際の加締め工程、並びに係合爪95を折り曲げる折り曲げ工程において、マグネットカバー73に径方向及び軸方向内側へ力が働く。このとき、マグネットカバー73がマグネット72に接触するので、マグネット72に応力が発生する。特に、マグネット72の角部に応力が集中しやすく、マグネット72の角部から割れが発生するおそれがある。本実施形態では、マグネット72の角部に傾斜面85が形成されることにより、簡素な構造でマグネット72の角部とマグネットカバー73との接触が回避される。このため、マグネットカバー73のマグネット72の角部における加締め時の応力発生を抑え、マグネット72の割れを抑制することができる。また、マグネット72の角部を面とすることで応力集中しにくい形状とし、マグネット72の強度を高めることができる。よって、より一層マグネット72の割れを低減できる。
ここで、マグネット72の周方向両端部は、突極76が突出しているので、この突極76を起点としてマグネットカバー73を折り曲げることになる。このため、マグネット72の周方向両端部において、マグネット72の角部とマグネットカバー73との接触を回避しやすい。これに対し、マグネット72の周方向中間部は、突極76から離れている分、マグネットカバー73と接触しやすい。
また、マグネット72の径方向の厚さが周方向両端に向かうに従って薄くなる分、ステータ6との距離がマグネット72の周方向両端に向かうに従って長くなる。このため、周方向に隣接するマグネット72間のステータ6に対する急激な磁束の変化を抑制できる。よって、コギングトルクを低減できる。
上述した実施形態では、ロータコア71の係合孔79が4つ形成された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、図10に示すように、係合孔79の数は4つ以外(例えば、6つ)であってもよい。これにより、係合爪95にかかる力が分散されるので、マグネットカバー73の強度を高めることができる。
上述した実施形態では、係合孔79は、軸方向に垂直な平面視において、径方向内側の辺が径方向外側の辺よりも短い略台形に形成されている構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、図11に示すように、係合孔79は、軸方向に垂直な平面視において、円形状に形成されていてもよい。これにより、係合孔79を容易に加工できるので、作業性を向上させることができる。
次に、図12に基づいて、本発明に係る第2実施形態について説明する。
図12は、第2実施形態に係るマグネット72の角部における部分断面拡大図である。以下の説明において、上述した第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する(以下の実施形態でも同様)。
図12に示すように、本第2実施形態と前述の第1実施形態との相違点は、本第2実施形態では、マグネット72ではなく、マグネットカバー73に回避部を設けた点で上述した第1実施形態と相違している。
具体的には、マグネットカバー73の第1屈曲部92は、軸方向外側に、全周に亘って張り出した張り出し部99を有しており、この張り出し部99を回避部としている。このように構成することで、マグネット72の角部とマグネットカバー73との距離が遠くなり、マグネット72の角部とマグネットカバー73との接触が回避されやすくなる。なお、張り出し部99は、第2屈曲部97側にも同様に設けられていてもよい。
次に、図13に基づいて、本発明に係る第3実施形態について説明する。
図13は、第3実施形態に係るロータコアの斜視図である。図13に示すように、本第3実施形態と前述の第1実施形態との相違点は、本第3実施形態では、ロータコア71の係合孔79が、シャフト保持孔78と一体とされている点で、上述した実施形態と相違している。
ロータコア71に設けられた係合孔79は、シャフト保持孔78と径方向で連通している。このように構成することで、ロータコア71の軽量化及びイナーシャの向上が達成でき、高性能なロータ7とすることができる。さらに、シャフト31圧入時にロータコア71との接触面積が減るので、シャフト31の圧入荷重を減少でき、作業性を向上させることができる。また、係合孔79に対して、径方向のストロークが伸長されるので、ロータ7組立て時等において係合孔79をチャックしやすくなる。よって、作業性を向上できる。
例えば、上述した実施形態では、ロータ7の軸方向第1側にのみ係合部(係合孔79及び係合爪95)が設けられた場合について説明したが、この構成のみに限られない。ロータ7の軸方向第2側にも同様の係合部79,95が設けられていてもよい。
6…ステータ
7…ロータ
31…シャフト
61…ステータコア
64…ティース
71…ロータコア
72…マグネット
73…マグネットカバー
76…突極
76b…角部
78…シャフト保持孔
79…係合孔(係合部)
85…傾斜面(回避部)
91…第1端面カバー(端面カバー)
92…第1屈曲部(屈曲部)
93…外周面カバー
94…シャフト貫通孔
95…係合爪(係合部)
97…第2屈曲部(屈曲部)
98…第2端面カバー(端面カバー)
99…張り出し部
C…回転軸線(軸芯)
Claims (9)
- 回転軸線回りに回転するシャフトと、
前記回転軸線を径方向中心として回転するロータコアと、
前記ロータコアの外周面に配置されたマグネットと、
前記ロータコア及び前記マグネットを覆うマグネットカバーと、を備え、
前記ロータコアは、
前記シャフトを保持するシャフト保持孔を有する円筒部と、
前記円筒部の外周面の周方向で隣り合う前記マグネットの間に、径方向外側に向かって突出形成された突極と、
を備え、
前記マグネットカバーは、
前記マグネット、前記ロータコア、及び前記突極の前記回転軸線方向一端面側を覆う端面カバーと、
前記端面カバーの外周縁から前記マグネットの角部及び前記突極の角部に対応する位置に形成された屈曲部を介して前記回転軸線方向に沿って延出し、前記マグネット及び前記突極の外周を覆う外周面カバーと、
を備え、
前記ロータコアの前記回転軸線方向一端面及び前記端面カバーには、前記ロータコアと前記マグネットカバーとを相対回転不能に係合する係合部が設けられており、
前記マグネットの前記角部と前記屈曲部との少なくともいずれか一方に、他方との接触を回避するための回避部が設けられており、
前記係合部は、
前記円筒部の前記回転軸線方向一端面に形成された係合孔と、
前記端面カバーに形成され、前記係合孔に係合可能な係合爪と、からなる
ことを特徴とするロータ。 - 前記マグネットの前記屈曲部に対応する前記角部には、前記回転軸線方向一端側に向かうに従って径方向の厚さが薄くなるように傾斜面が形成されており、前記傾斜面を前記回避部とした
ことを特徴とする請求項1に記載のロータ。 - 前記傾斜面の角度は、前記回転軸線に対して20°~30°である
ことを特徴とする請求項2に記載のロータ。 - 前記屈曲部は、前記回転軸線方向外側に、全周に亘って張り出した張り出し部を有しており、前記張り出し部を前記回避部とした
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のロータ。 - 前記マグネットは、前記周方向端部における径方向の厚さが、前記周方向中間部における径方向の厚さよりも小さい
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロータ。 - 前記係合孔は、前記円筒部における前記周方向で隣り合う前記突極の前記周方向中間部に形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロータ。 - 前記係合孔は、前記シャフト保持孔と前記径方向で連通している
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のロータ。 - 環状のステータコア及び前記ステータコアの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティースを有するステータを備え、
前記ティースの径方向内側に、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のロータを設けた
ことを特徴とするモータ。 - 車両のワイパー装置用として請求項8に記載のモータを備えたことを特徴とするブラシレスワイパーモータ。
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