JP2008121892A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズが小さく、特に小さい直径を有する上に示されたタイプの駆動装置を提供することを目的としている。
【解決手段】静止部品又は可動部品に接続できる第１の締結要素と、第１の締結要素と反対側の端部に第２の締結要素を有し、この第２の要素を前記可動部品又は静止部品に接続可能なハウジングチューブと、ねじ山付きスピンドル及びねじ山付きスピンドルに取り付けられたナットを備えるスピンドル駆動装置であって、スピンドル駆動装置が電動機により回転駆動でき、そのシャフトがねじ山付きスピンドル又はクラッチのクラッチ部品を回転できる駆動装置に関する。第１の締結要素とハウジングチューブを軸方向に互いに離れるように移動するために、この軸方向移動の過程にわたり減少するトルクでスピンドル駆動装置が回転駆動できる。
【選択図】図１

Description

本発明は駆動装置に関するものであって、特に、静止部品又は可動部品に接続できる第１の締結要素と、前記第１の締結要素と反対側の端部に配置され、前記第１の締結要素に対して軸方向に移動可能であり、前記第１の締結要素と反対側の端部に第２の締結要素を有し、この第２の要素を前記可動部品又は前記静止部品に接続可能なハウジングチューブと、ねじ山付きスピンドル及び前記ねじ山付きスピンドルに取り付けられたナットを備えるスピンドル駆動装置であって、それにより、前記第１の締結要素と前記ハウジングチューブが互いに軸方向に駆動できるスピンドル駆動装置とを有する、特に自動車のハッチ用駆動装置であって、前記スピンドル駆動装置が電動機により回転駆動でき、そのシャフトが前記ねじ山付きスピンドル又はクラッチのクラッチ部品を回転できる駆動装置に関する。

このタイプの駆動装置において、電動機は、全ての正常動作条件の下で駆動されるように部品を信頼性よく駆動できるように設計しなければならない。比較的重い可動部品の場合、それに対応して強力な電動機を使用しなければならず、そのサイズも、特にその直径に関しては相当なものである。これは大きな取付け空間を必要とする駆動装置をもたらす。

発明では、サイズが小さく、特に小さい直径を有する上に示されたタイプの駆動装置を提供することを目的としている。

本発明では、第１の締結要素とハウジングチューブを軸方向に互いに離れるように移動するために、この軸方向移動の過程にわたり減少するトルクでスピンドル駆動装置が回転駆動できることにより達成される。

第１の締結要素をハウジングチューブから離れるように軸方向に移動する初期においてより大きいトルクが必要であるので、この初期段階においてのみ大きいトルクを与えることが必要である。その後は、ずっと小さいトルクを加えることで十分である。

スピンドル駆動は好ましくは直流電流モータにより回転駆動でき、その場合、直流モータは第１の締結要素とハウジングチューブを軸方向に互いに離れるように移動する初期においてモータの定格負荷（ｎｏｒｍａｌ ｌｏａｄ）以上の負荷範囲内で動作される。

モータは過負荷範囲内（ｏｖｅｒ ｌｏａｄ ｒａｎｇｅ）でほんの短時間動作するので、この過負荷動作により発生する熱は直ちに消散し、従って、モータに対する損傷はない。従ってそれはより小さい定格電力を有してもよく、このことはこれらの電動機がより小さい直径を有してもよいことを意味する。従ってモータにより占有される駆動装置の領域はより小さい外径を有してもよい。駆動装置の付加的部分の外径は容易に小さいくすることができ、また駆動ユニットの外径はモータ領域の外径により決まるので、駆動装置全体の外径を小さくすることができる。

第１の締結要素とハウジングチューブが軸方向に互いに離れるように移動する際に、直流モータは移動距離の最初の２５〜５０％に対してはその定格負荷を超える負荷範囲内で動作してもよい。

電圧源から直流モータへの供給ラインにエネルギー蓄積装置が配置されれば、モータの始動電流は予め蓄積できる。その結果、システム全体の供給ラインを減らすことができる。

電圧源から１２Ｖの電圧が利用可能である自動車において、例えば、電圧を一時的に２４Ｖに倍化し、従って電力を４倍増加することが可能である。しかしながらこれはまたモータの直径の大きさを半分にするだけでよいことを意味する。

エネルギー蓄積装置はコンデンサである。

コンデンサは電解コンデンサ（ＥＬＣＯ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｃ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）でも、電気化学二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ−ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）でもよい。このタイプの電気化学二重層コンデンサは、非常に大きい容量を有し、かつ、ほんわずかな空間しか占めないという利点を提供する。

好ましくはエネルギー蓄積装置の下流に変圧器が取り付けられる。

変圧器がダイオード・カスケード変圧器であれば、二つのコンデンサが並列的に周期的に充電され、直列的に放電される。その結果、入力電圧を倍化することができる。

しかしながら、変圧器は、入力側直流電圧がパルスにチョップされ、次いで変圧器により変換されるチョッパ／変換型変圧器であってもよい。その結果、何れの所望の電圧レベルも実現できる。この出力側ＡＣ電圧は整流され、こうして駆動ユニットに供給するために使用できる。

電圧は、好ましくは電力出力段を経由してモータに印加される。マスタ制御ユニットにより計算された値は、変圧器により直接供給されるパルス幅変調リレーにより変換することができる。０〜２４Ｖの平均値を有するパルス幅変調電圧を設定することができる。

トルクを増加するもう一つの可能性は、高トルク特性でも低トルク特性でも動作できるように設計し、移動距離の最初の部分は高トルク特性で、移動距離の後の部分は低トルク特性でそれを動作することにある。

しかしながら、もう一つの実施例においてスピンドルが可変変速機を経由して回転駆動されることも可能である。

変速機は、連続可変変速機（ＣＶＴ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）でも、多段変速機（ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｏｎ）、特に三段変速機でもよい。

変速機が、負荷の関数として（ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏａｄ）自動制御される変速機であるときに必要なトルクへの最適適応が達成される。

原理的には、電動機をハウジングチューブの外側に取り付けることができる。しかしながら、電動機がハウジングチューブ内に取り付けられれば、駆動装置は、ハウジングチューブが位置決め受容部と電動機用保護スリーブを同時に形成するコンパクトな構造ユニットを形成する。

ねじ山付きスピンドルはハウジングチューブの一端に回転自在に支持できるが、ハウジングチューブに対して軸方向には静止して保持され、電動機により回転駆動でき、第１の締結要素に接続されたスピンドルナットのハウジングチューブに対する回転を防止することができる。この設計は、スピンドルナットのトルクが駆動装置内で吸収され、締結要素を介して可動部品と静止部品上に支持される必要がないという結果を有する。

これは駆動装置を可動部品及と静止部品上に何れの所望の向きにも取り付けることを可能にし、その結果、駆動装置の取付けをかなり容易にする。

ハウジングチューブは、たとえば金属部品を深絞り加工することにより、あるいはプラスチック部品を射出成形することにより簡単かつ容易に製造される。

スピンドルナットはねじ山付きスピンドルを同軸に囲むスピンドルチューブの一端に容易に接続でき、第１の締結要素はスピンドルチューブの他端に恒久的に接続される。

スピンドルチューブはまた深絞り加工のような成形プロセスにより作られた金属部品でもよく、あるいは射出成形により作られたプラスチック部品でもよい。

締結要素の一方又は両方はボールジョイントのボールヘッドとして、あるいは球状ソケットとして設計されたなら、駆動装置の縦軸に対して何れの所望の回転位置にも容易に取り付けることができる実施例が得られる。

電動機の調整力の他に、第１の締結要素が、ハウジングチューブから離れるように外側移動方向にばねの力により作動され、あるいは作動可能であれば、駆動装置の力を支持することができ、従ってハッチの重量は均衡される。

この支持は移動ストローク全体にわたっても、その一部のみにわたってもよい。

単純な設計によれば、第１の締結要素はこの支持のために、ハウジングチューブに支持された圧縮ばね、特に圧縮コイルばねにより作動される。

その代わりに、あるいはそれに加えて、第１の締結要素はガス圧により作動できる。

スピンドルを手動で移動するために必要な力は好ましくは、回転駆動装置が切られるときにハッチが中間位置に保持できるように正確に選択される。従って、電動機の形式の回転駆動装置の場合、無電流停止位置が容易に実現できる。

スピンドルチューブを囲むガイドチューブは一定の間隙を残してハウジングチューブに取り付けることができる。

圧縮コイルばねが一定の間隙を残してガイドチューブを囲み、また第１の締結要素に接続されたジャケットチューブにより一定の間隙を設けて囲まれれば、圧縮コイルばねは半径方向に外側と内側の両方に向かって案内及び保護される。

駆動装置の部品は、ハウジングチューブとジャケットチューブが伸縮して互いに出入りできるようにそれらを設計することにより埃及び損傷から保護できる。

ねじ山付きスピンドルが容易にかつ効率よく手動操作できるように、それは多条ねじ（ｍｕｌｔｉ−ｔｈｒｅａｄ ｓｐｉｎｄｌｅ）を有する。

発明の実施例は図面に図解され、以下にもっと詳細に述べられる。

図１に示される駆動装置はハウジングチューブ１を有し、その上にジャケットチューブ２が伸縮自在に案内される。ハウジングチューブ１と反対側のジャケットチューブ２の端部には第１のボールソケット３が設けられ、ジャケットチューブ２と反対側のハウジングチューブ１の端部には第２のボールソケット４が設けられる。これらのソケットは駆動装置を、ハッチとして設計された自動車の静止車体部品と自動車の可動部品にヒンジすることを可能にする。ジャケットチューブ２に面するハウジングチューブ１の端部領域において、第１の軸受部５が恒久的に挿入され、その中に摩擦クラッチ７の第１のクラッチ部６が回転自在に支持される。クラッチ部はジャケットチューブ２の中に突き出るねじ山付きスピンドル８の一端に固定される。スピンドルナット９はねじ山付きスピンドル８に螺合されるが、ハウジングチューブ１に対して回転できない。

スピンドルナット９は、ねじ山付きスピンドル８を同軸に囲むスピンドルチューブ１１の一端に接続される。第１のボールソケット３はスピンドルチューブの他端に恒久的に取り付けられる。スピンドルナット９はスピンドルチューブ１１を囲むガイドチューブ１０内を軸方向に摺動する自由度を設けて案内され、ガイドチューブはハウジングチューブ１に恒久的に接続される。

ガイドチューブ１０と、一定の間隙を設けてそれを囲むジャケットチューブ２との間の環状間隙内には圧縮コイルばね１２が設けられ、その一端は第１のジャケットチューブ２上の第１のボールソケット３の領域において支持され、他端はハウジングチューブ１上に支持される。

第１のクラッチ部６に背を向ける（離れたところの）端部において、ねじ山付きスピンドル８はガイドスリーブ１３を保持する。このスリーブの円筒横表面はスピンドルチューブ１１内の軸方向運動の自由度を設けてねじ山付きスピンドル８を案内する。

ガイドチューブ１０は三つの軸方向スロット１４を有し、これらは円周の周りに一様に分布し、ほとんどその長さ全体にわたり延びている。軸方向スロット１４に対応して、放射方向に突き出る支持ピン１５がスピンドルナット９上に配置される。これらのピンは軸方向スロット１４の中に付き出てスピンドルナット９のガイドチューブ１０に対する回転を防止する。

ハウジングチューブ１内には第２のクラッチ部１６が第１のクラッチ部６に対向して同軸に取り付けられる。二つのクラッチ部６と１６の間に環状の摩擦ライニングを設けてもよい。第２のクラッチ部１６の第１のクラッチ部６に背を向ける側は、ハウジングチューブ１内に恒久的に取り付けられた当接部１８上のアキシャル軸受１７により軸方向に支持される。

第１のクラッチ部６と第２のクラッチ部１６はそれらの間に一定量の遊びを有し、従って、それらは互いに軸方向に離れるように移動して摩擦接続を遮断することができる。

変速機２０のテイクオフシャフト１９は第２のクラッチ部１６に同軸にかつ回転できないように接続され、その場合、変速機２０は電動機２１のシャフト２１により回転駆動できる。電動機２１はハウジングチューブ１内に回転できないように取り付けられる。

電動機２２は端子接点２６を有し、これらは、モータに電圧が供給されるように電圧供給ユニット２２に接続される。

特に図２で分かるように、駆動装置は線形ポテンショメータ２３として設計されたストローク検知センサを有する。

このために、スピンドルチューブ１１のスピンドルナット９の近傍にはワイパー２４が取り付けられる。ワイパーは軸方向スロット１４の一つを通って付き出、軸方向スロット１４の外側に対向して延びるワイパートラック２５に沿ってスピンドルナット９とスピンドルチューブ１１により移動することができる。

図３に示される電圧供給システムの回路図はバッテリ２７を有し、これはコンデンサ２８に印加される１２Ｖの電圧を利用可能にする。

変圧器ユニット２９はこのコンデンサにより供給することができる。この電圧ユニットは制御ユニット３０とＤＣ／ＤＣコンバータ３１から成る。

変圧器ユニット２９は電力出力段３２を供給でき、これが今度は電動機２１に電圧を供給することができる。

バッテリ２７によりコンデンサ２８に供給された電気エネルギーはコンデンサ２８に蓄積され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に利用可能となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１はバッテリ２７により供給された電圧を増加する役目を有する。このより高い電圧が今度は制御ユニット３０を経由して電動機２１に一時的に印加されて、次いでこれがその過負荷範囲内で短時間稼働する。

駆動装置の断面図を示す。 図１のＸ部分の駆動装置の部分拡大図を示す。 図１による駆動装置のモータの電圧供給の回路図を示す。

符号の説明

１ ハウジングチューブ
２ ジャケットチューブ
３ 第１のボールソケット
４ 第２のボールソケット
５ 軸受部
６ 第１のクラッチ部
７ クラッチ
８ ねじ山付きスピンドル
９ スピンドルナット
１０ ガイドチューブ
１１ スピンドルチューブ
１２ 圧縮コイルばね
１３ ガイドスリーブ
１４ 軸方向スロット
１５ 支持ピン
１６ 第２のクラッチ部
１７ アキシャル軸受
１８ 当接部
１９ テイクオフシャフト
２０ 変速機
２１ 電動機
２２ 電圧供給ユニット
２３ 線形ポテンショメータ
２４ ワイパー
２５ ワイパートラック
２６ 端子接点
２７ バッテリ
２８ コンデンサ
２９ 変圧器ユニット
３０ 制御ユニット
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ 電力出力段

Claims (26)

1. 静止部品又は可動部品に接続できる第１の締結要素と、
   前記第１の締結要素と反対側の端部に配置され、前記第１の締結要素に対して軸方向に移動可能であり、前記第１の締結要素と反対側の端部に第２の締結要素を有し、この第２の要素を前記可動部品又は前記静止部品に接続可能なハウジングチューブと、
   ねじ山付きスピンドル及び前記ねじ山付きスピンドルに取り付けられたナットを備えるスピンドル駆動装置であって、前記第１の締結要素と前記ハウジングチューブが互いに軸方向に駆動できる前記スピンドル駆動装置と、
   を有する、特に自動車のハッチ用駆動装置において、
   前記スピンドル駆動装置が電動機により回転駆動可能であり、シャフトが前記ねじ山付きスピンドル又はクラッチのクラッチ部品を回転できる駆動装置であって、
   前記第１の締結要素と前記ハウジングチューブを軸方向に互いに離れるように移動するために、この軸方向移動の過程にわたり減少するトルクで前記スピンドル駆動装置が回転駆動可能であることを特徴とする駆動装置。
2. スピンドル駆動装置が直流モータ（２１）により回転駆動可能であって、互いに離れるような前記第１の締結要素と前記ハウジングチューブ（１）の軸方向移動の初期において、前記直流モータ（２１）が定格負荷を超える負荷範囲内で動作されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記第１の締結要素と前記ハウジングチューブ（１）が軸方向に互いに離れるように移動する間、前記直流モータ（２１）がおよそ移動距離の最初の２５〜５０％にわたりその定格負荷を超える負荷範囲内で動作されることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 電圧源から前記直流モータ（２１）への供給ラインにエネルギー蓄積装置が配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の駆動装置。
5. 前記エネルギー蓄積装置がコンデンサ（２８）であることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記コンデンサが電解コンデンサであることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記コンデンサが電気化学二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）であることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
8. 前記エネルギー蓄積装置の下流に変圧器（３１）が接続されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の駆動装置。
9. 前記変圧器がダイオード・カスケード変圧器であることを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
10. 前記変圧器がチョッパ／変圧器型の変圧器であることを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
11. 電圧が電力出力ステージ（３２）を経由して電動機（２１）に印加可能であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の駆動装置。
12. 前記電動機が高トルク特性と低トルク特性の両方で動作可能であり、移動距離の最初の部分は高トルク特性で動作され、前記移動距離の後の部分は低トルク特性で動作されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。
13. 前記スピンドル駆動装置が可変変速機（２０）を経由して作用する電動機により回転駆動できることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか1項に記載の駆動装置。
14. 前記変速機が連続可変変速機（ＣＶＴ）であることを特徴とする請求項１３に記載の駆動装置。
15. 前記変速機が多段変速機、特に三段変速機であることを特徴とする請求項１３に記載の駆動装置。
16. 前記変速機が負荷の関数として自動制御できる変速機であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の駆動装置。
17. 前記電動機（２１）及び／又は前記変速機（２０）が前記ハウジングチューブ内に配置されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の駆動装置。
18. 前記ねじ山付きスピンドル（８）が前記ハウジングチューブ（１）の一端に回転自在に支持され、かつ、前記ハウジングチューブ（１）に対して軸方向に静止して保持され、前記電動機（２１）により回転駆動され、前記第１の締結要素に接続された前記スピンドルナット（９）の前記ハウジングチューブ（１）に対する回転を防止することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の駆動装置。
19. 前記スピンドルナット（９）が、前記ねじ山付きスピンドル（８）を同軸に囲むスピンドルチューブ（１１）の一端に接続され、一方、前記第１の締結要素がこのスピンドルチューブの他端に取り付けられることを特徴とする請求項１８に記載の駆動装置。
20. 前記締結要素の一方又は両方がボールジョイントのボールヘッド又はボールソケット（３、４）であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の駆動装置。
21. 前記第１の締結要素が、前記ハウジングチューブ（１）から離れるように外側移動方向のばねの力により作動可能であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の駆動装置。
22. 前記第１の締結要素が前記ハウジングチューブ（１）上に支持された圧縮ばね、特に圧縮コイルばね（１２）により作動されることを特徴とする請求項２１に記載の駆動装置。
23. 一定の間隙を残して前記スピンドルチューブ（１１）を囲むガイドチューブ（１０）が前記ハウジングチューブ（１）に取り付けられることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の駆動装置。
24. 前記圧縮コイルばね（１２）が、一定の間隙を残して前記ガイドチューブ（１０）を囲み、前記第１の締結要素に接続されたジャケットチューブ（２）により一定の間隙を設けて囲まれることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の駆動装置。
25. 前記ハウジングチューブ（１）と前記ジャケットチューブ（２）が伸縮自在に互いにスライド可能であることを特徴とする請求項２４に記載の駆動装置。
26. 前記ねじ山付きスピンドル（８）が多条ねじスピンドルであることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の駆動装置。

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