JP2009506337A - 車両のための電動補助駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力シャフトの角度位置、その変化、特に、絶対角度位置の監視・決定が容易にできる電動補助駆動装置を提供する。
【解決手段】 車両用のワイパ駆動装置、または車両要素の調整駆動装置用の電動補助駆動装置に関し、電動機の下流に設けられた伝動装置と、少なくとも１つの永久磁石を備え、かつ、歯車のシャフトまたは歯車と一緒に回転する信号発信体構成または永久磁石構成と相互作用して、シャフトまたは歯車の回転運動の角度位置を検出する、少なくとも１つの磁気センサとを備えている。永久磁石が、軸受け構成内に受容されたシャフト端の前面、または、軸受け構成内に受容され、かつ、シャフト上に設けられている歯車の前面に配置されている。少なくとも１つの磁気センサが、軸受け構成内で、シャフト軸の方向に、永久磁石と対向するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両、特に請求項１の上位概念部（前段部）に記載の路上走行車のための電動補助駆動装置に関する。

通例、電動機（例えば直流電動機）と、二次伝動装置（例えばウォームギア装置）とで構成されている電動補助駆動装置が、非常に多様な機能を得るために、例えばワイパ駆動装置として、例えば、車両座席の位置を調整したり、サンルーフまたは車両の窓を開閉するためのアクチュエータとして、また、その他用として、車両に用いられている。

多くの場合、電動機を制御して、例えば、ワイパ駆動装置の反転運動を行うために、または、ワイパ構成のワイパアームの駐車位置または反転位置のあらかじめ定められた角度を維持するために、または、例えば、さらにバス・システムを介して、例えば、絶対角度に対応するデータを転送して、車両の他の機能要素を制御または同期させるために、または、あらかじめ定められた位置、または、あらかじめ選択された位置に到達したとき、アクチュエータとして構成されている電動補助駆動装置を停止させるために、および、その他の用途のために、例えば、電動補助駆動装置の伝動装置に、例えば、伝動装置の出力シャフトまたは歯車の回転速度、回転方向、角度、および、この場合には、特に絶対角度を正確に決定するためのセンサ装置、またはセンサ機構を備えることが必要である。

シャフトの絶対角度を決定するための方法および測定システムが、若干理論的な形態で知られている（特許文献１）。この方法および測定システムにおいては、それぞれが相対角度を表わす、種々の異なるセンサ信号が、磁界の大きさおよび極性に応じて、少なくとも１つの測定信号またはセンサ信号を供給する、少なくとも２つの磁気センサと、１つの永久磁石、または少なくとも１つの永久磁石を備える信号発信体装置とを有するセンサ機構によって発生する。

絶対角度は、この組み合わせに基づく電子回路システムにより、その後に決定される。この場合、磁気センサは、固定的に配置されている。すなわち、いずれか１つの磁気センサの中心は、シャフトの下で、かつ、このシャフトの軸線上にあるが、そのセンサ軸に関しては、シャフト軸に対して半径方向に設けられており、それぞれの磁気センサに対して、シャフト軸の周りに、一定の角度範囲だけ角度を付けられているか、あるいは、複数の磁気センサが、シャフト軸から外側に、一定の径方向の距離をもって配置され、このシャフト軸の周りに９０°未満の角度範囲だけ、互いにずらされている。永久磁石装置を形成している永久磁石は、シャフト上に配置されていて、シャフトと一体に回転する。

さらに、シャフト軸に対して分極方向が半径方向を向くように配置された永久磁石が、シャフト軸の方向に、その永久磁石に対向して、ずらして配置された２つの磁気センサと協動し、一方、２つの磁気センサの方では、それらの実効的なセンサ軸に関して、互いに９０°だけ角度を付けられており、したがって、シャフトが回転するとともに、一方の磁気センサは、正弦波センサ信号を送出し、他方の磁気センサは、余弦波センサ信号を送出する信号発信体として、シャフトの端に配置されている、回転軸すなわちシャフトの角度を定める方法が知られている（特許文献２）。

電動補助駆動装置内のセンサ機構、特に、このような電動補助駆動装置の伝動装置ケース内のセンサ機構、およびその要素については、上述した技術状態からは不明である。
ドイツ国特許公開第１０３６００４２号公報 ドイツ国特許第１９５４８７３８５号公報

本発明は、実用的に好適に構築された構成を用いて、多くの観点の中でも、とりわけシャフト、好ましくは電動補助駆動装置の伝動装置の出力シャフトの角度位置または相対位置、およびそれらの変化、また特に、この場合には、絶対角度位置の監視または決定が、より容易に可能である電動補助駆動装置を提示することを、主な課題としている。

この課題を解決するために、請求項１に記載した電動補助駆動装置を完成した。本発明のさらなる展開を、従属請求項に記載してある。

本発明による電動補助駆動装置において、センサ機構の少なくとも１つの信号発信体装置または永久磁石装置が、シャフトの一端面に配置されており、かつ、センサ機構の少なくとも１つの磁気センサが、そのシャフト端を支えるための軸受け装置の内部に配置されている。好適な一実施形態においては、磁気センサは、電子制御モジュールまたは電子制御デバイスの回路基板、またはプリント基板上に配置されている。

軸受け装置は、基板またはプリント基板の開口を貫通し、好ましくは少なくとも１つの半径方向に配置された開口を貫通して突き出ており、それによって、回路基板またはプリント基板が、軸受け構成の内部にも達し、軸受け構成の内部に、少なくとも１つの磁気センサが設けられている。

本発明の利点は多くあるが、その中でも、センサ機構、より詳細には、その要素を、関係するシャフト端の正面に配置し、それによって、シャフト軸に中心を合わせることができ、しかも、それによって、シャフトの角度に応じた、少なくとも１つの最適な連続したセンサ信号を得ることができるということ、またそれにもかかわらず、信号発信体構成または永久磁石構成を備えたシャフト端の領域において、シャフトを軸受け装置によって保持することが可能であるということにある。さらに、本発明は、簡単化され、かつコンパクトな構造を特徴としている。

他の利点として、多くの中でも、特に、角度を決定するためのセンサ機構が、このセンサ機構を除いて、電動補助駆動装置の既存の構造体、試作されている構造体、および信頼されている構造体に、何らの基本的な変更も加える必要がないことであり、そのため、伝動装置、さらには、伝動装置ケースの構成にも適用しうることにある。

別の重要な利点は、少なくとも１つのセンサから送出されたセンサ信号によって、シャフトの位置、回転速度、または、回転方向も決定することができること、すなわち、回転速度または回転方向を決定するための永久磁石、およびそれに対応するセンサによって形成される、別の信号発信体を必要としないということ、さらに、組み込む部品が減少することによって、構造の単純化および生産コストの低減に寄与するということである。

特に、制御電子装置、より詳細には、マイクロプロセッサを用いた制御モジュール電子装置である場合には、単純なプログラムの変更によって、電動補助駆動装置の制御を、ユーザまたは顧客のそれぞれの要求または希望に、好適に適応させることが可能である。

本発明による構造、より詳細には、センサ装置によって、電動補助駆動装置のスイッチを入れたほぼ直後に、センサ機構から送出されたセンサ信号によって、シャフトの絶対角度位置を知ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４において、１は電動補助駆動装置の伝動装置を示し、電動補助駆動装置は、この伝動装置１のほかに、図に表わされていない電動機を備えている。図１に破線で示してあるロータシャフト２が、伝動装置ケース３内に入り込んでおり、ウォームとして形成されたロータシャフトの一部が、伝動装置ケース３の内部に配置され、ウォーム歯車として形成されている歯車４と一緒に作動する。

伝動装置ケース３は、図示の実施形態においては、２つの部分からなり、図示しない電動機、より具体的には、電動機のハウジングがフランジで固定されるケース要素３．１と、伝動装置ケース３が閉じられるとき、ケース要素３．１上に配置されて、例えば、ねじで固定することにより、このケース要素３．１に適切に結合されている、ふた状のケース要素３．２とから成っている。

伝動装置１、より具体的には、電動補助駆動装置の出力シャフトを形成し、伝動装置ケース３、より具体的には、ケース要素３．１から突き出したシャフト端を有し、このシャフト端の領域において、ケース要素３．１内の軸受け６によって回転可能に保持されているシャフト５に、歯車４が嵌合されている。

シャフト５の他端の領域には、別の軸受けが設けられ、軸方向および半径方向に支持されている。より具体的に言うと、ふた状のケース要素３．２の底と一体に成型されており、その底の内側表面から、伝動装置ケース３の内部に突き出した、さや状またはリング状の軸受け素子７によって支持されている。シャフト軸５．１と同軸に配置された、この軸受け素子７内において、歯車４が、シャフト軸５．１を同心的に取り囲んで、リング形状または円筒形状の軸受け面を形成している半径方向の支持部に、ハブ状部分４．１ではまり込んでいる。さらに、歯車４は、軸受け素子７の前面７．１に接して、軸方向に支持されている。

電動補助駆動装置、より具体的には、図示しない電動機を制御するために、さらに、電子的な、マイクロプロセッサを使った制御デバイス８（制御モジュール）が、伝動装置ケース内に収容されている。より具体的に言うと、回路基板またはプリント基板９、その他のものを用いて、制御デバイス８の構成部品１０が配置されている。制御デバイス８、より具体的には、そのプリント基板９は、ふた状のケース要素３．２の内側表面に固定されている。

より具体的に言うと、伝動装置ケース３が閉じているときには、プリント基板９の表面は、シャフト軸５．１と直交する平面になる向きに置かれており、プリント基板９は、伝動装置ケース３が閉じた状態で、ふた状のケース要素３．２の端がケース要素３．１の開口端に接続している場所に、ほぼ位置するように固定されている。

さや状の軸受け素子７は、ケース要素３．２の底から隔たった、その自由端から始まる複数の切り込みを縦方向に入れられており、その結果、相応する切り込み１１によって、軸受け素子７のセグメント状の構造が形成されている。より具体的に言えば、図示の実施形態においては、３つの切り込み１１によって、３つのリング状セグメント７．２を持つ構造体が形成されている。

プリント基板９には、リング状セグメント７．２に対応する開口１２が設けられており、したがって、プリント基板９を、ケース要素３．２の内部に固定する際に、開口１２を用いて軸受け素子７に、より詳細には、リング状セグメント７．２に押して嵌め込むことができ、そのため、リング状セグメント７．２が、プリント基板９の、ケース要素３．１に面する側の上方に突き出る。

さらにプリント基板９は、軸受け素子７の内部に、すなわち、軸受け素子の内部７．３に、プリント基板の一部９．１を有している。切り込み１１は、それらが、軸受け素子７の自由端から始まって、軸受け素子の全高にわたらずに、歯車４から見て遠い側の、プリント基板９の下面の高さに、ケース要素３．２の底から間隔を置いて延びている。そのため、プリント基板は、切り込み１１の領域内に支持されるように、作られているのが好ましい。

軸受け６から隔たったシャフト５のシャフト端において、その前面に、永久磁石１３が配置されている。この永久磁石１３は、図３に示す実施形態においては、円盤状の永久磁石１３であり、円柱の半分１３．１がＳ極として、他の半分１３．２がＮ極となるように、磁化されている。したがって、分極の異なる、最も高い磁界強度を持つ２つの領域が、円柱形状の永久磁石１３の軸に関して、直径方向に互いに逆側に位置する。

図示の実施形態においては、永久磁石１３は、適切な円柱状の開口１４（図１においては、下端が、プリント基板９に向かって開口し、上端が、シャフト５の前面によって限定されている）内に収容されている。

シャフト軸５．１と同軸に配置された軸を持つ永久磁石１３に対向して、２つの磁気センサ１５および１６が、プリント基板の一部９．１に配置されている、より具体的に言うと、図示の実施形態においては、永久磁石１３に面しているプリント基板９の上面上に、磁気センサ１５が配置されており、永久磁石１３から遠い側にある、プリント基板９の下面上に、磁気センサ１６が配置されている。

伝動装置ケース３の外部に対して閉じた、リング状の軸受け素子７の内部７．３に収容されている両磁気センサ１５および１６は、それぞれ、磁界（多くの観点の中でも、とりわけ、磁界強度または磁界の方向）または磁界の変化に依存して、少なくとも１つの電気的なセンサ信号を送出する。磁気センサ１５および１６は、例えば、電気抵抗値が磁界に依存して変化する磁気抵抗センサ、または、ホールセンサである。

シャフト軸５．１が、それぞれの磁気センサ１５および１６と、そのセンサ中心点において交差し、磁気センサ１５および１６が、それらのセンサ軸をシャフト軸５．１に対して半径方向になる向きとされ、さらに、９０°未満の、あらかじめ定められた角度範囲だけ、シャフト軸５．１の周りに、互いに対して角度をなすように、磁気センサは、プリント基板の一部９．１上に配置されている。

シャフト５および歯車４が回転すると、永久磁石１３も一緒に運動し、その結果、両磁気センサ１５および１６は、磁界の回転に起因して、より詳細には、センサ軸に対して磁界の方向が変化することに起因して、シャフト５の回転に応じて、それぞれ、例えば、連続した正弦波または余弦波（磁気センサ１５および１６のセンサ信号は、それらのセンサ軸の相異なる向きに応じて位相変位する）を示す、少なくとも１つのセンサ信号を送出する。

磁気センサ１５および１６によって送出されるセンサ信号、または、それらの組み合わせに基づいて、シャフト５の絶対角度位置、または、回転位置を決定することが可能である。さらに、制御デバイス８は、センサ信号に基づいて、例えば、それらのセンサ信号の時間的変化または極性または位相関係から、位置だけではなくて、シャフト５の回転速度または回転方向を決定することができる。

上記の構造を用いると、軸受け素子７によって、シャフト５、より詳細には、歯車４に対する支持体を加えているにもかかわらず、センサ機構の素子を、シャフト軸５．１と同軸に、より詳細には、シャフト軸５．１上に中心を置くように組み込み、それによって、センサ信号として、連続した正弦波または余弦波であるセンサ信号、または、少なくとも最適に近似されたセンサ信号を獲得することが可能であり、それによって、シャフト５のそれぞれの角度位置と、さらに、このシャフトのそれぞれの絶対角度位置を、制御デバイス８を用いて高精度に決定することができる。

制御デバイス８、および、永久磁石１３および磁気センサ１５、１６によって形成されたセンサ機構によって、電動補助駆動装置、より詳細には、この電動補助駆動装置の電動機の、例えばシャフト５の反転回転運動のための、正確な制御が可能である。

さらに、シャフト５の角度位置を、他の制御目的および監視目的のために、例えば、電動補助駆動装置と他の機能要素との同期動作のために用いることもでき、そのとき、センサ機構によって決定された絶対角度を、他の機能素子またはデバイス、および他の制御素子またはデバイスに転送することが、例えばバスシステムを介して可能である。

電動補助駆動装置、より詳細には、伝動装置１が、例えば座席位置調整、サンルーフまたは自動車の窓の開閉などのためのアクチュエータの一部である場合には、センサ機構、より詳細には、センサ機構によって送出されるセンサ信号を、その時々のアクチュエータの軌跡または、運動の許容範囲の監視、または制御などに用いることもできる。

さらに、当然ながら、センサ機構によって送出されたセンサ信号を、シャフト５の回転速度または回転方向の決定のために用いることもできる。

図５は、伝動装置１ａのさらなる一実施形態を、図１と同様の表現で示しており、伝動装置１ａは、基本的に、歯車４に対応する歯車４ａが、軸受け素子７、より詳細には、対応するリング状セグメント７．２の内側表面および外側表面の両方で支持されているということ以外は、伝動装置１と異なっていない。そのため、歯車４ａは、そのハブ状部分４ａ．１に、ハブ状部分４ａ．１の前面に開口し、かつ、シャフト軸５．１を同心的に囲むリング状の溝１７を設けられており、軸受け素子７、より詳細には、軸受け素子７のリング状の部分は、プリント基板９の上方に、その長さの一部だけ突き出している。

以上本発明を、実施例に基づいて説明した。変更例および変形例が、本発明の思想から逸脱することなく可能であることは言うまでもない。

したがって、例えば、永久磁石１３ではなくて、磁気センサ１５および１６の領域に磁界を発生させ、シャフト５の回転運動とともに回転させ、かつ磁気センサ１５および１６に、その回転に応じて異なるセンサ信号を発生する、別の磁石構成を設けることも可能である。

上述において、センサ機構は、２つの磁気センサ１５および１６を持つと仮定してある。しかしながら、原理的には、ただ１つの磁気センサ１５または１６だけを備えることも、また、さらには、２つ以上の磁気センサの機能を備えるセンサ部品を用いることも可能である。

電動補助駆動装置の伝動装置の縦断面図である。 図１の伝動装置のふた状のケース要素の上方斜視図である。 図１の伝動装置に備えられるセンサ機構とともに用いるための信号発信体構成または永久磁石構成の各々を表わす斜視図である。 図１の伝動装置の詳細を表わす拡大図である。 さらなる実施形態を表わす、図１と同様の縦断面図である。

符号の説明

１、１ａ 伝動装置
２ ロータシャフト
３ 伝動装置ケース
３．１、３．２ ケース要素
４、４ａ 歯車
４．１、４ａ．１ ハブ状部分
５ シャフト
５．１ シャフト軸
６ 軸受け
７ 軸受け装置
７．１ 前面
７．２ リング状セグメント
７．３ 内部
８ 制御デバイス
９ プリント基板
９．１ プリント基板の一部
１０ 構成部品
１１ 切り込み
１２、１４ 開口
１３ 永久磁石
１３．１、１３．２ 円柱の半分
１５、１６ 磁気センサ
１７ リング状の溝

Claims (19)

1. 電動機（１）のための二次伝動装置（１）と、少なくとも１つの永久磁石（１３）を備え、かつ歯車のシャフト（５）または歯車（４）とともに回転する信号発信体または永久磁石と協働して、特に、前記シャフト（５）または前記歯車（４）の角度位置、またはこの角度位置の前記回転に伴う変化を記録するようになっている、少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）とを備える、車両用の例えばワイパ駆動装置または車両要素の調整駆動装置用の電動式の補助駆動装置であって、
   前記永久磁石（１３）は、軸受け構成内に定置されたシャフト端の前面、または、前記軸受け構成内に定置され、かつ、前記シャフト上に配置されている歯車（４、４ａ）の前面に配置されており、前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）は、前記軸受け構成（７）内で、シャフト軸（５．１）の方向に、前記永久磁石（１３）に対向するように配置されていることを特徴とする補助駆動装置。
2. 前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）および前記永久磁石（１３）によって形成されるセンサ機構の軸は、前記シャフト軸（５．１）と同軸に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の補助駆動装置。
3. 前記永久磁石構成は、Ｎ極とＳ極を構成する永久磁石（１３）で形成されており、かつ、該永久磁石（１３）のＮ極とＳ極は、前記シャフト軸（５．１）に関して、直径方向に、互いに反対側にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の補助駆動装置。
4. 前記永久磁石（１３）は、前記シャフト（５）の前面のシャフト端上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
5. 前記永久磁石（１３）は、前記シャフト（５）の開口内、または、前記シャフト上に配置された歯車素子、例えば前記歯車（４、４ａ）の開口（１４）内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
6. 前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）は、磁界または該磁界の変化に応じて、少なくとも１つのセンサ信号を送出するようになっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
7. 前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）は、前記磁界の方向または極性に応じて、少なくとも１つのセンサ信号を送出するようになっていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
8. 前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）は、磁気抵抗センサまたはホールセンサであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
9. 前記シャフト軸（５．１）は、前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）と、そのセンサ中心点で交差していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
10. 前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）は、そのセンサ軸が、前記シャフト軸（５．１）に対して半径方向に向くように配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
11. 少なくとも２つの磁気センサ（１５、１６）は、前記シャフト軸（５．１）の方向に、互いに対してオフセットを付けて配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
12. 前記少なくとも２つの磁気センサ（１５、１６）は、前記シャフト軸（５．１）の周りに、１つの角度範囲だけ、互いに対して角度を付けて配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の補助駆動装置。
13. 前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）が、制御モジュール（８）の回路基板またはプリント基板（９）の上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の補助駆動装置。
14. 前記回路基板（９）は、その表面が、前記シャフト軸（５．１）に直交するように配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の補助駆動装置。
15. 前記軸受け構成は、伝動装置ケース（３）のケース要素（３．２）から前記伝動装置の内部に突き出して、少なくとも１つの軸受け面を形成し、かつ、少なくとも前記永久磁石（１３）、および前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）を受容するためのカットアウトを備えている軸受け素子（７）から成っており、かつ、前記少なくとも１つの磁気センサ（１５、１６）を支持している、前記プリント基板（９）の一部（９．１）が、前記軸受け素子（７）の前記カットアウト内に位置するように、前記軸受け素子（７）が、前記プリント基板（９）の開口（１２）を貫通していることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の補助駆動装置。
16. 前記軸受け素子（７）には、前記シャフト軸（５．１）と平行な軸方向の切り込みがいれられていることを特徴とする、請求項１５に記載の補助駆動装置。
17. 前記軸受け素子（７）は、少なくとも１つの切り込みを有することを特徴とする、請求項１６に記載の補助駆動装置。
18. 前記軸受け素子（７）は、前記切り込み（１１）によって、少なくとも２つの部分（７．２）に分割されていることを特徴とする、請求項１７に記載の補助駆動装置。
19. 前記部分（７．２）は、それぞれ、前記プリント基板（９）の開口（１２）を貫通していることを特徴とする、請求項１８に記載の補助駆動装置。

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