JP2005224077A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御基板を収納する基板ケースで増幅される騒音を低減するモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】制御基板１８を収納する基板ケース１５がダンパー２３を介してモータ１０を収納するモータケース１４と一体に組み付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば車両用のサンルーフ駆動用に用いられるモータ駆動装置に関する。

車両用のサンルーフ装置、ウィンドウ開閉装置、ドア開閉装置、エンジンの駆動を切換えるシフトコントローラなど、電動モータによりアクチュエータを作動させるモータ駆動装置においては、モータの駆動回路が形成された制御基板が基板ケースに収納されて設けられる。駆動源としては、モータ軸にギヤ歯が形成されたＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステップモータ等様々な電動モータ（ギヤードモータ）が用いられ、ＣＰＵやＭＰＵなどを含む駆動回路により駆動制御される。ギヤードモータを用いたモータ駆動装置においては、電装部品を保護するため制御基板は筐体状の基板ケースに収納され、モータやギヤケースなどの近くにこれらと別室で配置される（特許文献１参照）。

特開２００３−１８９５４６号公報

ギヤードモータは、ブラシの摺動音、コギングやトルクリップルなどによる振動音や回転振動などのモータ回転駆動時の機械振動がモータケースから基板ケースへ伝わることで増幅されて騒音を増大させるおそれがある。これに対して、基板ケースなどの筐体の剛性を高めるため肉厚に形成すると、装置が大型化し製造コストも嵩む。
特に、サンルーフ駆動装置のように固定ルーフの狭い隙間に配置されるためには、小型化を図る他に、搭乗者の頭部近傍で作動するためできる限り騒音の発生を抑え、ルーフの開閉動作安定性を向上させるために、振動を抑える必要がある。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、制御基板を収納する基板ケースで増幅される騒音を低減するモータ駆動装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
モータと、該モータの駆動回路が形成された制御基板を具備するモータ駆動装置において、ケース内に制御基板を収納する基板ケースがダンパーを介してモータを収納するモータケースと一体に組み付けられることを特徴とする。
また、基板ケース内に制御基板が基板受け部に重ね合され、重ね合された制御基板及び基板受け部がダンパーにより挟み込まれて制御基板が基板ケースに組み付けられることを特徴とする。
また、筐体状の基板ケースの外装面から側面にわたって開口部が形成され、該開口部に外装面側で段差凹部を形成する基板受け部が基板ケース内に突設されており、基板受け部に制御基板を重ね合わせて側面側開口部を通じてダンパーを装着して制御基板及び基板受け部を挟みこみ、ダンパーの軸孔にねじを挿入してモータケースとの間でねじ止め固定されることを特徴とする。
更には車両用のサンルーフを開閉駆動するモータ駆動装置であることを特徴とする。

上述したモータ駆動装置を用いれば、ケース内に制御基板を収納する基板ケースがダンパーを介してモータを収納するモータケースと一体に組み付けられるので、モータケース側で発生した機械振動がダンパーにより吸収され基板ケースへ伝達され難くなる。
また、基板ケース内の基板受け部に制御基板が重ね合わされ、重ね合わされた制御基板及び基板受け部がダンパーに挟み込まれて制御基板が基板ケースに組み付けられるので、基板ケースを小型薄型にしても、モータ固有のブラシの摺動音、コギングやトルクリップルなどによる振動音やモータ回転駆動時の回転振動がダンパーにより吸収されて制御基板及び基板ケースへ伝達され難く、箱鳴りを抑えて低騒音化できる。
また、筐体状の基板ケースの外装面から側面にわたって開口部が形成され、該開口部に外装面側で段差凹部を形成する基板受け部が基板ケース内に突設されており、側面側開口部を通じてダンパーを装着して制御基板及び基板受け部を挟み込めるので、制御基板の基板ケースへの組み付けが容易であり、ダンパーの軸孔にねじを挿入してモータケースとの間で制御基板をねじ止めできるので、部品点数も少なく組立性が良い。
更に、車両用のサンルーフを開閉駆動するモータ駆動装置に採用することで、基板ケースの小型化を促進し車両の固定ルーフの狭い設置スペースに設置することができ、合せて低騒音化に寄与することができる。

以下、本発明に係るモータ駆動装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。モータ駆動装置は、電動モータによりアクチュエータを作動させる装置に広く適用できる。本実施の形態は、一例として車両用のサンルーフを開閉駆動するサンルーフ駆動装置に適用した場合について説明する。サンルーフ駆動装置は、モータ駆動により回転する出力ギヤに噛み合うギヤードケーブル（スパイラル状のギヤ溝が形成されたケーブル）、樹脂ベルトなどの押し引き手段に連繋するスライドパネルを全開位置と全閉位置との間でスライドさせるスライド動作及び全閉位置から後端側を上昇させるチルト動作を行って、固定ルーフの開口を開閉するようになっている。

図１のブロック図を参照して、車両用のサンルーフ駆動装置の概略構成について説明する。電源１は車両に搭載されているバッテリー、燃料電池等が用いられ、電源電圧（例えばバッテリー電圧１２Ｖ）が電源処理部２へ供給される。電源処理部２は、電源電圧（例えば１２Ｖ）を制御部用電圧（例えば５Ｖ）の変換、電源電圧の安定化、逆接続等の保護、外部信号による電源のＯＮ／ＯＦＦを行う。電圧監視部３はＣＰＵ（中央制御処理装置）４へ供給される制御電圧を監視し、電圧降下が生じた場合には、ＣＰＵ４へ入力信号を送信する。

ＣＰＵ４は、サンルーフ駆動装置を駆動制御するもので、サンルーフの動作制御とモータの回転磁界を形成するための相切替制御とを合せて行うようになっている。即ち、ＣＰＵ４には、ルーフ１３の開閉動作を制御するルーフ動作制御部５と、モータからの磁極検出信号により回転磁界を発生させて回転制御を行う回転磁界発生制御部６が一つのチップに設けられている。ＣＰＵ４には車両の操作パネルに設けられたスイッチ７などから動作開始信号が入力され、ルーフ動作制御部５は回転磁界発生制御部６を通じてモータを起動する。

また、不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭなど）８には、現在のルーフ位置情報と予めルーフの動作制御に必要な開閉位置、減速位置やモータ回転数などに関する制御データが書き込まれており、必要に応じてデータを書き換えることができるようになっている。例えば、電源投入時に前回記憶した位置情報を読み出し、電源電圧低下を電圧監視部３が検出したときに不揮発性メモリ８にルーフ位置情報を書き込む。また、回転磁界発生制御部６から送信された相切替信号に応じてモータ駆動部９は、トランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのスイッチング素子を設けた駆動回路（３相ブリッジ回路）を通じて駆動源である３相ＤＣブラシレスモータ１０へ相切替信号（駆動電圧）を出力する。モータ駆動部９の駆動電源は電源処理部２から供給される。ＤＣブラシレスモータ１０は後述する減速部１１を通じて連繋するルーフ駆動用ケーブル１２を押し引き駆動する。これにより、ルーフ駆動用ケーブル１２に連繋するルーフ（スライドパネル）１３を開閉動作するようになっている。

ルーフ動作制御部５及び回転磁界発生制御部６にはＤＣブラシレスモータ１０に設けられた磁極センサ（ホール素子、ホールＩＣ、ＭＲセンサなどの磁電変換素子）から３相の検出パルス信号が各々入力される。また、ルーフ動作制御部５は制御プログラムに基づいてルーフ速度（モータ回転数）と相切替信号のパルス数を監視しており、ルーフ速度（モータ回転数）に過不足がある場合には、回転磁界発生制御部６に指令して相切替信号を更新する。また、ルーフ動作制御部５は、３相の検出パルス信号を用いてルーフの位置情報を生成している。

次に、サンルーフ駆動装置の具体的な構成について図２及び図３を参照して説明する。
図２（ａ）（ｂ）において、サンルーフ駆動装置は、例えば樹脂製の基板ケース１５と該基板ケース１５を覆うモータケース１４及び外装ケース１６とを組み合わせて構成されている。モータケース１４には、３相ＤＣブラシレスモータ１０や該３相ＤＣブラシレスモータ１０に減速部１１を通じて連繋してルーフ駆動用ケーブル１２を押し引き駆動するケーブル駆動機構が収納されている。基板ケース１５には、ＣＰＵ４、モータ駆動部９、不揮発性メモリ８などの制御回路を構成する電子部品を搭載した制御基板１８が組み付けられている。外装ケース１６は基板ケース１５に組み付けられた制御基板１８を覆っている。

３相ＤＣブラシレスモータ１０はモータケース１４に挿入され、蓋体１７を嵌め込むことでケース内で支持固定される。モータケース１４の外面にはルーフ駆動ケーブル１２の移動をガイドする一対のガイドプレート１９が外側に向かって突設されている（図２（ｂ）参照）。また、図３（ａ）において、モータケース１４にはルーフ駆動ケーブル１２の移動経路に沿って２箇所に貫通孔２０が各々形成されている。図３（ｂ）において、各貫通孔２０の内壁に形成されたＣ型止め部２１に、ダンパー（グロメット、防振ゴムなど）２２が外周に形成された周溝（凹溝）にて各々嵌め込まれている。これらのダンパー２２は、ＤＣブラシレスモータ１０の回転振動がモータケース１４を通じてルーフ駆動装置支持部及びルーフ駆動ケーブル１２に伝達しないように設けられている。

図２（ａ）（ｂ）において、基板ケース１５内に制御基板１８が基板受け部１５ａに重ね合され、重ね合された制御基板１８及び基板受け部１５ａの上下面がダンパー（グロメット）２３により挟み込まれて制御基板１８が基板ケース１５に組み付けられる。具体的には、筐体状の基板ケース１５の外装面１５ｂから側面１５ｃにわたって開口部１５ｄが形成されている。開口部１５ｄに外装面側で段差凹部を形成する基板受け部１５ａ（平面視Ｕ字状：図２（ａ）参照）が基板ケース１５内に突設されている。基板受け部１５ａに制御基板１８を重ね合わせて側面１５ｃ側の開口部１５ｄを通じてダンパー２３を装着して制御基板１８及び基板受け部１５ａを挟みこみ、ダンパー２３の軸孔に止めねじ２４を挿入してモータケース（他のケース）１４との間でねじ止め固定される。ダンパー（グロメット）２３は、円筒状のゴム材の周方向に凹溝が形成され、軸孔にカラー（金属円筒）が嵌め込まれたものが好適に用いられる。

このように、制御基板１８及び基板受け部１５ａの端面がダンパー２３に突き当てられ、上下面がダンパー２３に挟み込まれて制御基板１８が基板ケース１５に組み付けられるので、基板ケース１５を小型薄型にしても、モータ駆動時の回転振動がダンパー２３により吸収されて制御基板１８及び基板ケース１５へ伝達され難く、箱鳴りを抑えて低騒音化できる。特に、ロータ径の小さいモータにおいては、高回転駆動を行うため回転振動が基板ケース１５へ伝わり易く、ギヤードモータのようにモータ軸が長い場合にも振動が伝わり易いためダンパー２３を設けることが有効である。

制御基板１８にはコネクタ部２５が接続されており、基板ケース１５に設けられた切欠部より外方へ突設されている。コネクタ部２５は、サンルーフ駆動装置を車両の固定ルーフ内に組み付ける際に、車両側の端子部（図示せず）と結合して電気的に接続される。

尚、基板ケース１５及び制御基板１８のダンパー２２に対応する部位及び後述する出力軸に対応する部位には貫通孔２６が設けられている。サンルーフ駆動装置は、ルーフ駆動用ケーブル１２のねじ止め部にモータケース１４の貫通孔２０を位置合わせして取り付けられる。即ち、基板ケース１５側よりダンパー２２にワッシャーを重ねて、ねじをダンパー２２の軸孔へ挿入してねじ止め部へねじ嵌合することでサンルーフ駆動装置がルーフ駆動用ケーブル１２へ連繋して固定される。また、貫通孔２７は、サンルーフ駆動装置が非常停止した場合、基板ケース１５側より工具を出力軸に嵌合させて出力ギヤを回転させることで、ルーフ駆動用ケーブル１２を移動させてルーフ１３を手動で開閉するために設けられている。

次に、図３及び図４を参照してＤＣブラシレスモータ１０の構成について説明する。図４において、ＤＣブラシレスモータ１０としては、例えば４極６スロットのインナーロータ型の３相ＤＣブラシレスモータが好適に用いられる。ステータコア２８は例えば積層コアが用いられ、径方向内側に向かってステータティース部２９が６カ所に突設されている。各ステータティース部２９にはステータコイル３０が巻き回されている。このステータコア２８に囲まれた空間内にロータ３１が組み込まれている。このような、ロータ径が小さいインナーロータ型のモータを用いることでイナーシャが小さく、回転振動が少ないので静音化を促進するうえにロータ３１の回転バランス取り加工も不要となる。ロータ外周付近でロータ３１に対向して磁極センサ（ホール素子、ホールＩＣ、ＭＲセンサなどの磁電変換素子）３２が３箇所に設けられている。尚、ＤＣブラシレスモータ１０は、４極６スロットに限らず、例えば８極１２スロット等のモータであっても良い。
図３（ａ）において、磁極センサ３２はモータ軸３３と直交して配置されたセンサ基板３４に設けられている。センサ基板３４は、ステータコア２８の端面に突き当てられ、Ｏリング等の弾性体３５を介して蓋体１７との間で挟み込まれてモ−タケース１４内で固定されている。センサ基板３４は制御基板１８と配線接続され、制御回路に接続されている。

図３（ａ）において、ロータ３１はモータ軸３３がモータケース１４と蓋体１７とで合計３カ所に設けられた軸受部３６にてラジアル方向で軸支されている。モータ軸３３の両端部は、モータケース１４及び蓋体１７に設けられたスラスト受け３７に突き当てられている。ロータ３１は、モータ軸３３の周囲に円筒状のロータマグネット３８が設けられてる。ロータマグネット３８は、回転方向でＮ極及びＳ極が交互に着磁されている。ロータマグネット３８は、ラジアル方向にスキュー着磁若しくは正弦波着磁されていても良く、この場合にはモータのトルクリップルやコギングトルクを減らして回転振動を低減することができる。

ＤＣブラシレスモータ１０の減速部１１の構成について説明する。図３（ａ）において、ＤＣブラシレスモータ１０のモータ軸３３は、ステータコア２８を貫通して、一端側がモータケース１４側で軸受部３６にてラジアル方向に軸支されており、他端側は蓋体１７の軸受部３６にてラジアル方向に軸支されている。この一端側に延設されたモータ軸３３には、スパイラル状のギヤ溝が形成されたウォーム部３９が形成されている。

図３（ｃ）において、モータケース１４の軸孔１４ａには、出力ギヤ（ピニオンギヤ）４０が一体に形成された出力軸４１が外面側より嵌め込まれる。モータケース１４の内面側には軸孔１４ａの周囲に円筒状のボス部４２が起立形成されており、ボス部４２には減速ギヤ（ウォームギヤ）４３の軸孔が嵌め込まれる。減速ギヤ４３は、内周側をボス部４２に、外周側をモータケース１４に形成されたギヤ収納壁４４に囲まれてモータケース１４内に組み込まれ、モータ軸３３のウォーム部３９と回転方向が直交する位置で噛み合う。
減速ギヤ４３の内周面側には複数箇所で挿入されたダンパー４５がロックプレート４６により一体に組み付けられている。減速ギヤ４３はボス部４２に嵌め込まれ、出力軸４１が軸孔１４ａに嵌め込まれて減速ギヤ４３の側面より突出した軸端側にＣ形止め輪４７が取り付けられて一体に連繋する。

図３（ｃ）において、ケース内で減速ギヤ４３と制御基板１８とが遮蔽材４８を隔てて対向して同室配置されている。具体的にはモータケース１４内に減速ギヤ４３及び該減速ギヤ４３を覆う遮蔽材４８が組み付けられ、基板ケース１５に制御基板１８が固定されている。このモータケース１４と基板ケース１５とを組み付けることで減速ギヤ４３と制御基板１８とが遮蔽材４８を隔てて対向して同室配置される。これにより、制御基板１８を小型化でき、ケースの高さ及び設置面積を減らして装置を小型化できる。

ＤＣブラシレスモータ１０を起動すると、モータ軸３３が所定方向へ回転し、ウォーム部３９と噛み合う減速ギヤ４３により減速されて出力軸４１及び出力ギヤ４０を回転駆動する。これにより、出力ギヤ４０に噛み合うルーフ駆動用ケーブル１２が所定方向へ移動（押し引き駆動）して、ルーフ１３の開閉動作が行われる。

本実施例は車両のサンルーフ開閉用のモータ駆動装置について説明したが、これに限定されるものではなく例えばサンシェード開閉用のモータ駆動装置などに用いてもよく、また車両用に限らずアクチュエータを作動させる他の装置の駆動源に適用することができる。
更に、モータはＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステップモータ等様々な電動モータが用いられ、インナーロータ型、アウターロータ型の何れのタイプのモータであっても良い。

サンルーフ駆動装置のブロック構成図である。 サンルーフ駆動装置を基板ケース側から見た平面図及び正面図である。 サンルーフ駆動装置をモータケース側から見た部分破断図、矢印Ａ−Ａ部分断面図及び矢印Ｂ−Ｂ断面図である。 ３相ＤＣブラシレスモータの説明図である。

符号の説明

１ 電源
２ 電源処理部
３ 電圧監視部
４ ＣＰＵ
５ ルーフ動作制御部
６ 回転磁界発生制御部
７ スイッチ
８ 不揮発性メモリ
９ モータ駆動部
１０ ３相ＤＣブラシレスモータ
１１ 減速部
１２ ルーフ駆動用ケーブル
１３ ルーフ
１４ モータケース
１５ 基板ケース
１５ａ 基板受け部
１５ｂ 外装面
１５ｃ 側面
１５ｄ 開口部
１６ 外装ケース
１７ 蓋体
１８ 制御基板
１９ ガイドプレート
２０、２６、２７ 貫通孔
２１ Ｃ形止め部
２２、４５ ダンパー
２３ 防振ゴム
２４ 止めねじ
２５ コネクタ部
２８ ステータコア
２９ ステータティース部
３０ コイル
３１ ロータ
３２ 磁極センサ
３３ モータ軸
３４ センサ基板
３５ 弾性体
３６ 軸受部
３７ スラスト受け
３８ ロータマグネット
３９ ウォーム部
４０ 出力ギヤ
４１ 出力軸
４２ ボス部
４３ 減速ギヤ
４４ ギヤ収納壁
４６ ロックプレート
４７ Ｃ形止め輪
４８ 遮蔽材

Claims (4)

1. モータと、該モータの駆動回路が形成された制御基板を具備するモータ駆動装置において、ケース内に制御基板を収納する基板ケースがダンパーを介してモータを収納するモータケースと一体に組み付けられることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 基板ケース内に制御基板が基板受け部に重ね合わされ、重ね合わされた制御基板及び基板受け部がダンパーにより挟み込まれて制御基板が基板ケースに組み付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 筐体状の基板ケースの外装面から側面にわたって開口部が形成され、該開口部に外装面側で段差凹部を形成する基板受け部が基板ケース内に突設されており、基板受け部に制御基板を重ね合わせて側面側開口部を通じてダンパーを装着して制御基板及び基板受け部を挟みこみ、ダンパーの軸孔にねじを挿入してモータケースとの間でねじ止め固定されることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 車両用のサンルーフを開閉駆動するモータ駆動装置であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。

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