JP2007510400A - 電気サーボモータを持つ操作器及び電気サーボモータを持つ制御可能な摩擦クラッチ - Google Patents

Abstract

操作器は、電気サーボモータ、伝達機構及び操作素子から成り、サーボモータは、永久磁石を持つ第１の部分と、巻線及び磁極歯を持つ第２の部分から成っている。付加的な装置なしに、任意の始動位置に保持できるようにするため、第１の部分（３０）が、その周囲にわたって交互に、小さい磁界の強さの第１の区域（３１）と大きい磁界の強さの第２の区域（３２）とを持ち、第２の区域（３２）の周囲角（３３）が、第２の部分（３５）の磁極歯（４７）の周囲角（３８）に等しく、１つの磁極歯（３７）が常にすべての第２の区域（３２）を同時に通過するように、磁極歯（３７）の数が選ばれ、従って給電されない状態で回転の際、第１の部分（３０）と第２の部分（３５）との間に、脈動トルクが及ぼされる。
【選択図】図３

Description

本発明は電気サーボモータ、伝達機構及び操作素子から成る操作器であって、サーボモータの駆動により操作素子が特定の位置へもたらされ、かつこの位置に保持可能であり、サーボモータが、周囲に分布した多数の永久磁石を持つ第１の部分と整流された電流を供給される巻線を有する磁極歯を持つ第２の部分から成る直流電動機であり、両方の部分の一方が他方に対して回転可能であるものに関する。

操作器は、種々の設備及び装置の自動化のため、特に例えば自動車において伝動装置の切換えのため、制御可能なクラッチの操作のため、及び自動車において窓昇降機、座席調節装置等のために使用される。これらすべての使用において、行われる切換え又は調節の際にも、切換えられる位置又は調節が維持される。

そのため原理的に３つの可能性がある。即ち第１に、伝達機構例えば大きい変換比のウオーム伝動装置は非可逆的である。しかしそれは効率を著しく低下し、高出力の大きい電動機を必要とする。第２に、電動機はそれぞれの位置においても電流即ち保持電流を受けている。この電流は小さいけれども、長時間にわたって電動機の高い熱負荷を生じ、エネルギを必要とする。更に電流は非常に精確に調節されねばならない。第３に、構造費を著しく高め、特に駆動されねばならない付加的な制動機が必要である。３つのすべての可能性は、サーボモータがどんな種類又は構造であるかに関係なく、不充分である。

サーボモータとして、周囲に分布した多数の永久磁石を持つ第１の部分と整流された電流を供給される巻線を有する磁極歯を持つ第２の部分から成る直流電動機も使用される。この場合直流電動機は広い意味で解釈されるべきであり、ブラシを持つ従来の直流電動機又はブラシなし直流電動機であってもよい。後者では、電子的なやり方で適当な給電回路により整流が行われる。第１の部分は回転子であっても固定子であってもよく、好都合なように周囲に分布した少なくとも２つの永久磁石を持っている。第２の部分は固定子であっても回転子であってもよく、回転子は固定子内又は外にあってもよい。第１又は第２の部分は円板としても構成でき、その場合電動機はいわゆる円板回転子である。しかし永久磁石を持つ第１の部分はしばしば固定子であり、第２の部分は内部にある円筒状回転子である。ここで述べておくべきことは、所定の角度の特定の数のステップだけ送られかつそのために給電されねばならないステップモータが問題ではないことである。

本発明の目的は、上述した欠点なしに始動した位置の保持をできるだけ簡単に可能にする操作器を提案することである。

本発明によればこれは、第１の部分（即ち永久磁石）が、その周囲にわたって交互に、小さい磁界の強さの第１の区域と大きい磁界の強さの第２の区域とを持ち、第２の区域の周囲角が、第２の部分の磁極歯の周囲角に実質的に（即ちほぼ）等しく、１つの磁極歯が常にすべての第２の区域を同時に通過するように、周囲に均一に分布する磁極歯の数が選ばれ、従って給電されない状態で電動機の空転の際、第１の部分と第２の部分との間に、脈動トルクが及ぼされることによって、達せられる。このトルクが最小である位置、いわゆる休止位置において、電動機の回転可能な部分を保持しようとしかつそれに適している保持トルクが作用する。

本発明による手段によって、通常望むこと即ち無電流状態における制動トルクを少なくすることの反対が行われる。永久磁石の間の第１の区域により、無電流状態における電動機のレラクタンスが角度に関係して増大される。その場合レラクタンスは、休止位置において（その位置及び数は永久磁石及び磁極歯の配置に関係している）、給電なしに、本発明による手段によって特に強い保持トルクを供給する。この保持トルクは、操作器の定格トルクが伝達機構の出力端に加えられても、摩擦を持つ伝達機構に関連して、操作素子の始動位置を保持するのに充分であるように、強くなる。強調すべきことは、サーボモータ自体が（ステップモータにおけるように）精確に規定された位置に留まるのではなく、そのつどの位置の最も近くにあって永久磁石の磁界により決定される休止位置に留まることである。

伝達機構は、可逆伝動装置であってもよい。その場合一層僅かな摩擦及び変換比が、本発明により高められるレラクタンスと関連して、位置を保持するのに充分である。操作運転（即ち給電される）において、サーボモータは、その巻線により、レラクタンスにより及ぼされる制動作用に打勝ち、通常の速度を持つ所望の操作運動を行う。

本発明による手段は種々のやり方で変えられる。第１の実施形態では、小さい磁界の強さの第１の区域及び大きい磁界の強さの第２の区域が、周囲にわたって変化する永久磁石の磁化によって生じる（請求項２）。この特に簡単で安価な構造様式は、小さいサーボモータ及び多量生産に特に適している。

第２の実施形態では、小さい磁界の強さの第１の区域の少なくとも若干が、２つの隣接する永久磁石の間の間隙により形成される（請求項３）。磁極歯は周囲にわたって均一に分布しており、永久磁石の数及び配置においてある程度の自由度がある。

第３の実施形態において、小さい磁界の強さの第１の区域の少なくとも若干が、磁極歯の周囲角の数倍の周囲角を持つ少なくとも若干の永久磁石における空隙の半径方向増大により形成される（請求項４）。こうして数個の磁極歯に対応する小さい数の永久磁石が設けられる。半径方向における空隙の増大は、種々のやり方で、なるべく永久磁石に加工される溝によって行うことができる。

本発明によるレラクタンス制動を最大にするため、小さい磁界の強さの第１の区域の少なくとも若干の周囲角が、周方向における磁極歯の間の間隙の周囲角にほぼ等しく（請求項５）、第１の区域の周囲角が、磁極歯の周囲角の０．２〜０．３倍の範囲にある（請求項６）。それにより永久磁石により形成される磁界の磁力線は、その制動作用が特に大きい所へ来る。

レラクタンス制動を最大にする別の手段も同じように作用する。この手段によれば、磁極歯の先端の半径方向における厚さが、２つの隣接する磁極歯の先端の間隔より小さい（請求項７）。磁極歯の先端は、断面において、磁極歯の間の周方向間隙を区画する端部である。これらの端部が薄いと、永久磁石磁界により、小さい渦電流及び縁電流しか誘起されない。

特に簡単で従来のものとは僅かしか相違していない構造様式によれば、第１の部分が固定子であり、第２の部分が内部にある回転子である（請求項８）。特に有利で保守を必要としない構造様式は、電動機の電子制御において可能である。このような制御により、整流を電子的方法で行うことができる。この構造様式では、第２の部分が固定子であり、第１の部分が内部にある回転子である（請求項９）。これは、電子制御がいずれにせよ行われると、ハードウェアの追加費用なしに可能である。

本発明は、請求項１〜９の１つに記載の操作器を持つ制御可能な摩擦クラッチにも関する（請求項１０）。摩擦クラッチでは、公知の操作器の最初に述べた欠点が重大であり、本発明の根底にある問題が特に大きい。自動車の動力伝達系列にある多板クラッチでは、更に特定の走行状況（ロック防止を持つ制動）において、非常に速い反応が与えられる。本発明による操作器は、適当な給電の際速い反応によりクラッチを速く開くにもかかわらず、実際にクラッチばねの作用に抗してクラッチを保持することがわかった。

このようなクラッチの特に有利な実施形態では、伝達機構が歯車伝動装置であり、操作素子が相対回転可能な２つの傾斜路環から成り、これら傾斜路環の少なくとも１つが、伝達機構を介して回転可能である（請求項１１）。このような操作素子は特に摩擦が少なく敏感であり、本発明による構成のため、操作器は非常に速く小さい慣性で反応することができる。

図により本発明が以下に説明される。

図１において、操作器が１で示され、クラッチが２で示されている。操作器１は、制御装置３により制御されるサーボモータ４、伝達機構５及び操作素子６から構成され、この操作素子によりクラッチ２に、特定の押圧力又は伝達すべき特定のトルクが設定される。クラッチ２により伝達すべきトルクは、制御装置３により車両運動量又は他の量から求められ、サーボモータへの電流供給を介して適当に調節される。

クラッチ２自体例えば多板クラッチは、普通の構造様式なので、概略的にのみ示されている。このクラッチは、一次軸及び一次板を持つ一次部分１０と、二次軸及び二次板を持つ二次部分１１から成っている。両方の部分１０，１１の板は、操作素子６の作用を受ける押圧板１２により圧縮可能である。操作素子６は第１の傾斜路環１３と第２の傾斜路環１４及びその間にある玉１５から成っている。１６，１７で、傾斜路環を回転しない部分及び異なる回転数で回転する部分に対して支持する押圧支持体が示されている。

このような操作素子も同様に公知であり、普通用いられているものである。両方の傾斜路環の１つここでは環１３は、伝達機構としての伝動装置５の出力部を形成するピニオン１８により回転せしめられる。伝動装置５は減速歯車装置例えば平歯車伝動装置又は軸伝動装置（ハーモニック・ドライブ）又は本発明のため非可逆的である必要がないウオーム伝動装置である。本発明の範囲内で別の伝達機構及び別の操作素子も使用可能であり、本発明は図示した実施例に限定されない。例えば両方の傾斜路環１３，１４は、ねじりカム及び二又レバー（いずれも図示せず）により操作することができる。傾斜路環の代わりに別の機構を使用することもできる。

図２はサーボモータ４の第１の実施例を詳細に示す。サーボモータは固定子２０及び回転子２５から成っている。固定子２０は、ここでは周囲を閉じられた中空円筒の形の永久磁石として構成され、この中空円筒上で小さい磁界の強さの第１の区域２１と大きい磁界の強さの第２の区域２２とが交互になっている。その極性は図面に文字Ｎ及びＢで示されている。固定子２０の第１の区域２１はそれぞれ周囲角２３′にわたり、その間にある第２の区域２２は周囲角２３にわたっている。ここで回転子２５は巻線２６を有する６つの磁極歯２７を持っている。磁極歯２７の形は図３により詳細に説明される。磁極歯２７の周囲角は２８で示され、磁極歯の間の間隙は２８′で示されている。直流電動機が問題なので、回転子２５への給電は整流子２９を介して行われる。

図３の実施例は、固定子の構成において前述したものとは相違しており、他の点は図２と同じである。ここで固定子３０は記入された極性を持つ２対の永久磁石３２を備えている。しかし破線で示す別の永久磁石対３２′を設けることもできる。永久磁石３２の間に間隙３１がある。永久磁石３２の周囲角は３３で示され、間隙３１の周囲角は３３′で示されている。巻線３６及び磁極歯３７を持つ回転子３５は図２におけるのと同様である。磁極歯３７の周囲角は３８で示され、間隙３１の周囲角は３８′で示されている。磁極歯３７の先端３９、即ち磁極の間の間隙に続く端部は、半径方向にできるだけ薄い。

図４の実施例と図３のそれとの相違は、間隙３１を持つ２つの永久磁石３２の代わりに、溝４１を持ったただ１つの永久磁石４２が設けられていることである。これらの溝４１は、大きくされる間隙幅の区域を形成する。ここで間隙は、回転する回転子４５の磁石歯４７から見て、溝４１を通過する際大きくなる空隙４２′を意味する。他のすべての部分は、図３の符号に１０を加えた符号で示されている。

図５の実施例では関係が逆である。ここでは永久磁石を持つ電動機の第１の部分を形成するのは固定子ではなく、回転子５０である。小さい磁界の強さの第１の区域５１と大きい磁界の強さの区域５２は、ここでは回転子５０に形成されている。そのため先の図について述べた可能性がある。即ち図３に相当する部分のみが記入されている。区域５１，５２は周囲角５３′，５３を占めている。従ってここでは固定子５５が、巻線５６及び（先の実施例の磁極歯に相当する）磁極片５７を持っている。磁極片５７及び間隙５９の周囲角は５８及び５８′により示されている。巻線５６が固定子５５にあり、従って機械的整流子を介しては給電されないことによって、巻線５６，５６′及び場合によっては存在する別の巻線に、励磁電流を既に整流された形で供給することができる。電子的整流は制御装置３において行われる。制御装置３はここでは概略的にのみ考えられているが、種々の機能をそれ自体にまとめることができる。

全体として上述した装置により、無電流のサーボモータを図２〜５に示す位置に停止させ、そこで永久磁石の作用のみにより特定の力に抗して保持することができる。サーボモータの図示したすべての実施例では３つの部分から成る対称が存在するので、厳密にいうと、図示した位置に６つの異なる位置が相当している。

本発明によるクラッチの概略的を示す。 本発明によるサーボモータの第１実施例を図１のＡ−Ｂ断面で示す。 第２実施例を図２と同様に示す。 第３実施例を図２と同様に示す。 第４実施例を図２と同様に示す。

Claims (11)

1. 電気サーボモータ、伝達機構及び操作素子から成る操作器であって、サーボモータの駆動により操作素子が特定の位置へもたらされ、かつこの位置に保持可能であり、サーボモータが、周囲に分布した多数の永久磁石を持つ第１の部分と整流された電流を供給される巻線を有する磁極歯を持つ第２の部分から成る直流電動機であるものにおいて、
   ａ）第１の部分（２０；３０；４０；５０）が、その周囲にわたって交互に、小さい磁界の強さの第１の区域（２１；３１；４１；５１）と大きい磁界強さの第２の区域（２２；３２；４２；５２）とを持ち、第２の区域（２２；３２；４２；５２）の周囲角（２３；３３；４３；５３）が、第２の部分（２５；３５；４５；５５）の磁極歯（２７；３７；４７；５７）の周囲角（２８；３８；４８；５８）に実質的に等しく、
   ｂ）１つの磁極歯（２７；３７；４７；５７）が常にすべての第２の区域（２２；３２；４２；５２）を同時に通過するように、周囲に均一に分布する磁極歯（２７；３７；４７；５７）の数が選ばれ、
   ｃ）従って給電されない状態で電動機の空転の際、第１の部分（２０；３０；４０；５０）と第２の部分（２５；３５；４５；５５）との間に、高められた脈動トルクが及ぼされることを特徴とする、操作器。
2. 小さい磁界の強さの第１の区域（２１）及び大きい磁界の強さの第２の区域（２２）が、周囲にわたって変化する永久磁石（２０）の磁化によって生じることを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
3. 小さい磁界の強さの第１の区域（３１）の少なくとも若干が、２つの隣接する永久磁石（３２）の間の間隙により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
4. 小さい磁界の強さの第１の区域（４１）の少なくとも若干が、磁極歯（４７）の周囲角の数倍の周囲角（４３）を持つ少なくとも若干の永久磁石（４２）における空隙（４１′）の半径方向増大により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
5. 小さい磁界の強さの第１の区域（２１；３１；４１；５１）の少なくとも若干の周囲角（２３′；３３′；４３′；５３′）が、周方向における磁極歯（２７；３７；４７；５７）の間の間隙の周囲角（２８′；３８′；４８′；５８′）にほぼ等しいことを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
6. 第１の区域の周囲角（２３′；３３′；４３′；５３′）が、磁極歯（２７；３７；４７；５７）の周囲角（２８；３８；４８；５８）の０．２〜０．３倍の範囲にあることを特徴とする、請求項５に記載の操作器。
7. 磁極歯（２７；３７；４７）の先端（３９）の半径方向における厚さが、２つの隣接する磁極歯の先端の間隔より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
8. 第１の部分（２０；３０；４０）が固定子であり、第２の部分（２５；３５；４５）が内部にある回転子であることを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
9. 第２の部分（５５）が固定子であり、第１の部分（５０）が内部にある回転子であることを特徴とする、請求項１に記載の操作器。
10. 請求項１〜９の１つに記載の操作器を持つ制御可能な摩擦クラッチ。
11. 伝達機構（５）が歯車伝動装置であり、操作素子（６）が相対回転可能な２つの傾斜路環（１３，１４）から成り、これら傾斜路環の少なくとも１つが、伝達機構（５）を介して回転可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の制御可能な摩擦クラッチ。

Images