CZ15316U1 - Elektrický motor s kývavým pohybem jeho výstupní hřídele, zejména pro automobilové stěračové systémy - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká uspořádání elektrického motoru s kývavým pohybem jeho výstupní hřídele, zejména pro automobilové stěračové systémy.

Dosavadní stav techniky

Automobilové stěračové systémy se zhotovují s motory s rotačním pohybem nebo s motory s kývavým pohybem, u kterých je snímání polohy výstupní hřídele prováděno snímáním v několika jednotlivých úhlech a zpřesnění určení polohy výstupní hřídele je prováděno prostřednictvím snímání otáček rotoru poháněcího motoru. Nevýhodou tohoto řešení je to, že na polohu výstupní hřídele motoru mají vliv vnitřní vůle motoru a převodovky, pro řízení úhlové rychlosti motoru není dostatečný počet informací a dosažení harmonického průběhu pohybu stírátka je obtížné. Nevýhodou tohoto řešení snímání polohy výstupní hřídele je i jeho složitost s velkým počtem snímacích prvků a obtížné vyhodnocování jejich údajů zatížených řadou chyb, daných například výrobními nepřesnostmi snímacích systémů. Nevýhodou je i samotná konstrukce motoru, u které je obtížné dosáhnout potřebné souososti tří ložisek, ve kterých je uložen rotor a z toho plynoucí nutnost použít vyšší vzduchové mezery mezi statorem a rotorem, která magnetický tok, a tím i moment motoru, snižuje. Další nevýhodou je velká hmotnost motoru, vyplývající z použití feritových magnetů, a jejich nízký magnetický tok, vyžadující velký i hmotný rotor. Tento rotor má však i velký moment setrvačnosti, což pro motor s častými rozběhy a bržděním je nevýhodou. Další nevýhodou současných řešení je použití nevyztužených plastů pro materiál šnekového kola. Tato kola musí být z pevnostních důvodů velká, což vede k nárůstu rozměrů a hmotnosti stěračového motoru.

Podstata technického řešení

Předmětem tohoto technického řešení je konstrukce elektrického motoru s kývavým pohybem své výstupní hřídele, zejména pro automobilové stěračové systémy. Na hřídeli motoru jsou upevněny komutátor a plechy rotoru, ve kterých je uspořádáno elektrické vinutí motoru. Hřídel je šnekovým převodem spojena s výstupní hřídelí tohoto motoru pro přenos kroutícího momentu, například přes pákový mechanismus, na alespoň jedno stírátko, případně může být stěračový systém bez pákového mechanismu se samostatnými motory.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že statorová skříň motoru je ve tvaru otevřeného válce, do kterého je vsazeno víko statoru s ložiskem pro uložení jednoho konce hřídele, ve válcové části statorové skříně je uložen magnetický obvod, tvořený trubkou s do ní vloženými permanentními magnety. Permanentní magnety mohou být s výhodou ze vzácných zemin, například

Nd-Fe-B. Protože statorová skříň motoru je s výhodou integrální součástí převodové skříně motoru stěračového systému, dochází k výraznému snížení hmotnosti elektrického motoru. Současně je dosaženo podstatně přesnějšího uložení hřídele motoru a to dále umožňuje snížení velikosti vzduchové mezery mezi rotorem a permanentními magnety, zvýšení magnetického toku a kroutícího momentu motoru. Další výhodou je zlepšený odvod ztrátového tepla z rotoru, což je důležité zejména u motoru, který ve své funkci často reverzuje. Toto teplo je možné účinně odvádět zadním kluzným ložiskem do víka a dále do okolí žebrováním na válcové části, ve které je umístěn statorový obvod převodové skříně. Na výstupní hřídeli motoru může být upevněno šnekové kolo, na kterém mohou být upevněny permanentní magnety s pólovými nástavci, mezi kterými je ve funkční poloze zasunut Hallův snímač úhlové polohy výstupní hřídele motoru, který je součástí desky řídicí elektroniky motoru. Toto uspořádání je kompaktní. Hřídel motoru může být s výhodou pro omezení svého průhybu při záběru šneku a šnekového kola převodu po své délce uložena postupně ve třech ložiscích. Patní průměr šneku se s výhodou může plynule zvětšovat ve směru k vinutí motoru. Zlepšuje se tak záběr ozubení šneku a šnekového kola, snižují se měrné tlaky a zvyšuje účinnost ozubení. Pro snížení rozměrů a zvýšení pevnosti šnekového kola výstupní hřídele motoru při současném snížení opotřebení šneku může být s výhodou toto kolo zhotoveno z plastu vyztuženého dlouhými vlákny.

- 1 CZ 15316 Ul

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je pro lepší názornost znázorněno na připojeném výkrese, kde na obr. 1 je v řezu schematicky vyobrazena část elektrického motoru, jehož statorová skříň je integrální částí převodové skříně a je ve tvaru otevřeného válce, do kterého je vsazeno víko statoru s kluzným ložiskem. Do válcové části je vložen magnetický obvod, tvořený ocelovou trubkou s vloženými permanentními magnety ze vzácných zemin. Na obr. 2 je v čelním pohledu ve směru osy a na obr. 3 v bočním pohledu znázorněn ozubený segment šnekového kola výstupní hřídele a doraz, na šnekovém koleje uspořádán snímač úhlové polohy výstupní hřídele motoru, tvořený například permanentními magnety a pólovými nástavci.

Příklady provedení technického řešení

Hřídel i elektrického motoru automobilového stěrače je šnekovým převodem spojena s výstupní hřídelí tohoto motoru. Na šnekovém kole výstupní hřídele je uspořádán snímač úhlové polohy výstupní hřídele motoru, tvořený například permanentními magnety a pólovými nástavci. Hallův snímač úhlové polohy je součástí desky řídicí elektroniky a je ve své funkční poloze zasunut mezi pólovými nástavci. Hřídel i je po své délce uložena ve třech ložiscích, aby byl omezen její průhyb při záběru šneku a šnekového kola převodu. Ze stejného důvodu se patní průměr šneku plynule zvětšuje ve směru k vinutí elektrického motoru tak, aby bylo dosaženo maximální ohybové tuhosti hřídele. Tím se zlepšuje záběr ozubení šneku a šnekového kola, snižují se měrné tlaky a zvyšuje se účinnost ozubení. Na hřídeli 1 jsou nalisovány komutátor a plechy 2 rotoru elektrického motoru, ve kterých je navinuto elektrické vinutí tohoto motoru. Jho rotorových plechů 2 je zesíleno. Převodová skříň je zhotovena z jednoho dílu se skříní 3 motoru, která je provedena jako její nástavec a je ve tvaru otevřeného válce, do kterého je vsazeno víko 4 statoru s kluzným ložiskem 5. Do válcové části skříně 3 je vložen magnetický obvod 6, tvořený ocelovou trubkou s vloženými (přilepenými) permanentními magnety 7 ze vzácných zemin, například

Nd-Fe-B (neodym-železo-bór). Tímto uspořádáním se zvyšuje magnetický tok ve vzduchové mezeře a tím narůstá specifický kroutící moment motoru a klesá jeho hmotnost pro daný výkon. Statorová skříň 3 motoru je součástí skříně převodovky. Tím je dosaženo podstatně přesnějšího uložení hřídele i motoru a je možno snížit vzduchovou mezeru mezi rotorem a magnety 7 a tak zvýšit magnetický tok a kroutící moment motoru.

Kývavý pohyb výstupní hřídele 8 elektrického motoru je omezen mechanickým dorazem 9, který může být integrální částí skříně 3 motoru. Šnekové kolo z plastu, vyztuženého dlouhými vlákny, je tvořeno ozubeným segmentem 10, jehož boční strany v krajních polohách jednotlivě narážejí na boční strany dorazu 9. Doraz 9 může být opatřen na svém povrchu tlumicí vrstvou 11, například z měkkého plastu nebo pryže. Přípojný konektor elektrického motoru (není zobrazen) může být součástí desky řídicí elektroniky. Přináší to technologickou výhodu, projevující se ve snížení výrobních nákladů systému ať již při výrobě samotné elektroniky, tak při montáži do motoru. Navíc vznikají dva samostatné celky, které lze nezávisle testovat, což zvyšuje kvalitu výsledného produktu. Stěračový elektrický motor nejprve vykývne do jedné koncové polohy až na svůj doraz (který je tvořen mechanickým dorazem, může však být i optickým nebo magnetickým dorazem), změní směr otáčení a konstantní rychlostí se navrací až do svého druhého protilehlého dorazu. Ve stejných, předem zvolených konstantních časových intervalech se přitom měří údaj jeho úhlové polohy mezi dorazy. Nasnímané údaje úhlové polohy se převedou při znalosti velikosti úhlu mezi oběma dorazy na přírůstky úhlu v jednotlivých naměřených konstantních časových intervalech a vytvoří se kalibrační křivka použitého snímače úhlové polohy výstupní hřídele motoru. Z této kalibrační křivky se pro libovolný úhel skutečné polohy výstupní hřídele motoru vypočítá absolutní hodnota výstupní veličiny (napětí) použitého snímače. Aby byl dosažen harmonický koncový pohyb stírátka, to je jeho plynulé rozjezdy a brždění bez rázů v oblasti změny směru jeho pohybu, stanoví se nejprve v závislosti na kinematice pákového mechanismu stěračového systému požadovaný průběh úhlové rychlosti elektrického motoru v čase. Pak se průběžně v určitých ča50 sových intervalech, v závislosti na požadovaném počtu kyvů za časovou jednotku (obvykle kyvů za minutu), snímá údaj o úhlové poloze výstupní hřídele motoru, podle kalibrační křivky se tento údaj převede na skutečnou úhlovou hodnotu polohy výstupní hřídele, zjistí se odchylka od požadovaného průběhu rychlosti v daném okamžiku a v závislosti na směru a velikosti této odchylky se provádí korekce rychlosti elektrického motoru. Tento proces korekce odchylek úhlových

-2CZ 15316 Ul rychlostí se provádí průběžně po každém změření úhlové polohy výstupní hřídele motoru. Vzhledem k tomu, že koncový pohyb stírátka je harmonický, dochází ke klidnému překlápění lišty stírátka bez rušivých zvukových efektů. V mechanismu nevznikají mechanické rázy a tak dochází k nižšímu opotřebení ložisek a kulových čepů pákového mechanismu. Prodlužuje se tak jeho životnost a snižuje nárůst vůlí v mechanismu během životnosti systému.

Kalibrace snímače úhlové polohy výstupní hřídele motoru umožňuje využití vyšších výrobních tolerancí materiálu magnetů, jejich mechanického provedení a také mechanického provedení pólových nástavců permanentních magnetů, včetně vyšších výrobních tolerancí snímače úhlové polohy.

Velmi jednoduše lze měnit počet kyvů elektrického motoru za časovou jednotku, a to změnou jednotkového časového intervalu pro snímání, kontrolou a korekcí úhlové polohy výstupní hřídele motoru. Podstatnou výhodou je dále skutečnost, že elektronická řídicí jednotka elektrického motoru je schopna vyhodnotit a zároveň nastavit požadovanou úhlovou polohu stírátka. Lze toho využít například pro jeho nastavení do různých parkovacích poloh (poloha pro letní období a pro zimní období) nebo překlápění stírátka v koncových polohách pro snížení opotřebení stírací lišty, pro nastavení do servisní polohy nebo pro změnu stíracího úhlu v závislosti na rychlosti vozidla. Rovněž při vyšší sněhové vrstvě na okně vozidla lze takto postupně odstraňovat tuto vrstvu. Tím, že se přímo snímá poloha výstupní hřídele stěračového motoru, je vyloučen vliv vůlí šnekového ozubení na přesnost polohy výstupní hřídele a poloha výstupní hřídele je známa za všech okol20 ností (například při násilném protočení hřídele vnější silou).

Průmyslová využitelnost technického řešení

Využití technického řešení je zejména v oblasti automobilových stěračových systémů.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Elektrický motor, zejména pro automobilové stěračové systémy, na jehož hřídeli (1) jsou

   25 upevněny komutátor a plechy rotoru (2), ve kterých je uspořádáno elektrické vinutí motoru, a kde tato hřídel (1) je šnekovým převodem spojena s výstupní hřídelí (8) tohoto motoru pro přenos kroutícího momentu zejména přes pákový mechanismus na alespoň jedno stírátko, vyznačující se tím, že statorová skříň (3) motoru je ve tvaru otevřeného válce, do kterého je vsazeno víko (4) statoru s ložiskem (5) pro uložení jednoho konce hřídele (1), do válcové části statoro30 vé skříně (3) je vložen magnetický obvod (6), tvořený trubkou s do ní vloženými permanentními magnety (7), přičemž na jeho výstupní hřídeli (8) je upevněno šnekové kolo, na kterém jsou upevněny permanentní magnety s pólovými nástavci, mezi kterými je ve funkční poloze zasunut Hallův snímač úhlové polohy výstupní hřídele (8) motoru.
2. 2. Elektrický motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že statorová skříň (3)

   35 motoru je integrální součástí jeho převodové skříně.
3. 3. Elektrický motor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že permanentní magnety (7) jsou ze vzácných zemin, například Nd-Fe-B.
4. 4. Elektrický motor podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že Hallův snímač a/nebo přípojný konektor motoru jsou součástí desky řídicí elektroniky motoru.

   40
5. 5. Elektrický motor podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že jeho hřídel (1) je pro omezení svého průhybu při záběru šneku a šnekového kola převodu po své délce uložena postupně ve třech ložiscích (5).
6. 6. Elektrický motor podle některého z nároků 1 až 5, vy zn ač u j í c í se tí m , že patní průměr šneku se plynule zvětšuje ve směru k vinutí motoru.

   45 7. Elektrický motor podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že šnekové kolo je z plastu, vyztuženého dlouhými vlákny.

   1 výkres