JP2018079917A - 自動車ワイパーシステムのためのブラシレスｄｃ電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電気モータによって占められる空間をできる限り減らすこと。
【解決手段】多極磁石（５）を備えるロータ（２）を含む自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータに関し、多極磁石（５）は、回転軸（Ｌ）を中心に回転駆動されるように取り付けられるとともに、少なくとも３つの多極アキシャル層を備え、モータ（１）は、少なくとも３つの位置センサ（９）を含むロータの位置を決定するための装置（８）を備え、各センサ（９）がそれぞれ前記アキシャル層（７）のうちの１つと関連付けられ、センサ（９）は、互いに対して整列されつつ多極磁石（５）の回転軸と平行な方向を含む平面（Ｐ）内に設置され、中央センサは、それが中央層に対して軸方向で中心合わせされるように取り付けられ、２つの端部位置センサのうちの少なくとも一方は、関連する端部層に対して軸方向で中心から外される。
【選択図】図１

Description

本発明の主題は、自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータである。

そのような電気モータが主にロータ及びステータを含むことは知られている。

一般に、ステータは、ロータを電磁的に励磁するための複数のコイルを備え、一方、ロータは、多極磁石、特に、２つの反対のＮ磁極及びＳ磁極を備える磁石を備える。

電気モータは、コイルに電流が供給されるときに磁場が生成され、それにより、回転軸を中心に多極磁石が回転駆動されるように構成される。

また、電気モータにはロータの位置を決定するための装置も設けられ、この装置は、コイルへの電力供給がロータの角度にしたがって電子的に切り換えられようにすることを可能にし、それにより、ブラシの必要性が排除される。

自動車用のワイパーシステムにブラシレス電気モータを設置するには、電気モータによって占められる空間をできる限り減らすことが望ましいため、空間的制約を考慮に入れる必要がある。

ここで、電気モータによって占められる空間を減少させるために、多極磁石のサイズ、特に厚さを減少させることが理にかなっている。

しかしながら、ロータの位置を決定するための装置が例えばプリント回路基板上の複数の整列された位置センサを備えるときには多極磁石のサイズ、特に厚さを減少させることができない。これは、幅が狭い多極磁石の場合には、位置センサが、適切に機能せず、磁石の磁極の転移を確実に検出できないからである。

本発明の目的は、この欠点を少なくとも部分的に克服することである。

この目的を達成するために、本発明の１つの主題は、ステータとロータとを含む自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータであり、ステータは、ロータを電磁的に励磁するための複数のコイルを備え、ロータは多極磁石を備え、多極磁石は、回転軸を中心に回転駆動されるように取り付けられるとともに、少なくとも３つの多極アキシャル層を備え、２つの端部層が中央層の両側で前記回転軸に沿って位置付けられ、電気モータは、ロータの位置を決定するための装置を備え、ロータの位置を決定するための前記装置は、前記少なくとも３つの多極アキシャル層のうちの１つの位置を検出するための少なくとも３つの位置センサを備え、各位置センサがそれぞれ前記多極アキシャル層のうちの１つと関連付けられ、中央層と関連付けられるセンサが中央センサと称され、端部層のうちの１つと関連付けられる各センサが端部センサと称され、位置センサは、互いに対して整列されつつ多極磁石の回転軸と平行な方向を含む平面内に設置され、中央センサは、それが中央層に対して軸方向で中心合わせされるように取り付けられ、２つの端部位置センサのうちの少なくとも一方は、関連する端部層に対して軸方向で中心から外される。

したがって、１つ以上の端部センサが中心から外されることにより、各センサがそれと関連する層の磁気転移のみに対して感度が良いようにしつつ、多極磁石の多極アキシャル層のサイズ、特に厚さを減少させることができ、それにより、コイルへの電力供給が高精度で電子的に切り換えられることが保証される。

個別に又は組み合わせて解釈されてもよい本発明の様々な特徴によれば、
−２つの端部センサが関連する端部層に対して軸方向で中心から外される；
−多極アキシャル層の厚さが同一である；
−中央層の厚さが端部層の厚さよりも大きい；
−２つの端部層の厚さが同一である；
−２つの端部層の厚さが異なる；
−電気モータがプリント回路基板を備え、位置センサが前記プリント回路基板上に位置付けられる；
−各多極アキシャル層がクラウンの形態を成し、また、前記電気モータは、各クラウンの（幾何学的な）中心を通るモータシャフトを備える；
−各多極アキシャル層は、Ｎ磁極及びＳ磁極の少なくとも１つの対、好ましくはＮ極及びＳ極の３つの対（すなわち、６つの磁極）を備える；
−多極アキシャル層は、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットが存在するように位置付けられる；
−連続する多極アキシャル層を備える多極磁石が単一部品として形成される要素である；
−多極アキシャル層は、単一部品として形成される要素のそれぞれのセグメントを磁化することによって形成される；
−多極アキシャル層がそれぞれ付加部分によって形成される；
−多極アキシャル層を形成する付加部分は、同一であるとともに、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットを伴って回転軸に沿って位置付けられる；
−位置センサがホール効果センサである。

本発明の他の主題は、例えば前述のような電気モータを備える自動車用のワイパーシステムである。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明を読むと明らかになる。これは、単なる例示であって、添付図面と併せて読むべきである。

本発明に係る電気モータの斜視図である。 図１の細部の縦断面の概略図である。 図２の電気モータのセンサの位置取りの例を示す。

電気モータ
本発明の主題は、図１に参照符号１で示される自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータである。

図１において分かるように、電気モータ１はロータ２とステータ３とを含む。

ステータ３は、ロータ２を電磁的に励磁するための複数のコイル４を備える。

ロータ２は、回転軸を中心に回転駆動されるように取り付けられる多極磁石５を備える。

以下において、回転軸は、縦軸と称されて、参照符号Ｌが付される。

電気モータ１は、ロータ２がステータ３の内側で回転することによって多極磁石５に強固に接続されるモータシャフト６を回転させるように構成される。

モータシャフト６は縦軸Ｌに沿って延びる。

多極磁石５には少なくとも３つの多極アキシャル層７が設けられる。

図示の実施形態において、多極磁石５は、参照符号７−１，７−２，７−３が付される３つの多極アキシャル層７を備える。

図１及び図２において分かるように、各多極アキシャル層７はクラウンの形態を成す。

層７は、クラウンが縦軸Ｌに沿って互いに前後に位置付けられるため、「軸方向」層と称される。

図示の実施形態では、クラウン７が縦軸Ｌに沿って互いに結合される。或いは、クラウン７は、単一部品として形成される１つの同じ要素の一部分である。

図において分かるように、多極アキシャル層７は、縦軸Ｌに沿って互いに前後に来る。

中央多極アキシャル層には参照符号７−１が付され、一方、２つの端部多極層には参照符号７−２，７−３が付される。

２つの端部多極層７−２，７−３は、中央多極アキシャル層７−１の両側に位置付けられる。

クラウン７の並置は、電気モータ１によって占められる空間を減少させる。

モータシャフト６はクラウン７の中心を貫通する。

各多極アキシャル層７は縦軸Ｌを中心に回転するように構成される。

図示の実施形態において、各多極アキシャル層７は、交互に位置付けられる６つの極、すなわち、３対のＮ極及びＳ極を備える（Ｎ，Ｓ，Ｎ．．．）。各極は、６０°の角度範囲（すなわち、アキシャル層の３６０°／６極＝６０°）を占める。

３つの位置センサ９が６つの切り換え時間を決定するように配され、これらの切り換え時間でステータの電磁的な励起コイルが３６０°回転ごとに切り換えられる。

６つの切り換えステップは、３６０電気角の回転、すなわち、極の単一の対を備える永久磁石の場合には、３６０°のロータの完全回転に対応する。極の２つの対を備える磁石の場合、３６０電気角に対応する６つの切り換えステップは、１８０°のロータの回転に対応し、また、極の３つの対を備える磁石の場合、３６０電気角に対応する６つの切り換えステップは、１２０°のロータの回転に対応する。したがって、１つの切り換え動作から他の切り換え動作への移行は、６０電気角の角度分のモータシャフト６の各回転で起こる。

多極アキシャル層７は、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層７上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層７上の１つの同じタイプの極（Ｎ及びＳ）間に角度オフセットが存在するように更に位置付けられる。２つ又は３つの連続する多極アキシャル層の磁石間のこの角度オフセットは、多極アキシャル層７の極の対の数に依存するとともに、後述する図２で参照符号が付される距離にも依存する。

しかしながら、本発明は、各アキシャル層７が６つの極を備える１つの変形実施形態に限定されない。前述の形態などの２つ又は４つの極を有する形態は、３つを上回る極対を有する形態と同様に完全に想定し得る。

図１において分かるように、電気モータ１は、参照符号８が付されるロータの位置を決定するための装置も備える。

ロータの位置を決定するための装置８は、多極アキシャル層７のうちの１つの位置を検出するための複数の位置センサ９を備え、各位置センサ９は前記多極アキシャル層７のうちの１つとそれぞれ関連付けられる。

好ましくは、各位置センサ９はホール効果センサである。

図において分かるように、参照符号９−１が付されるホール効果センサは中央多極アキシャル層７−１と関連付けられ、参照符号９−２が付されるホール効果センサは端部多極アキシャル層７−２と関連付けられ、また、参照符号９−３が付されるホール効果センサは端部多極アキシャル層７−３と関連付けられる。

ホール効果センサ９は、縦軸Ｌと平行な方向を含む平面Ｐ内に整列されつつ設置される。

図１及び図２において分かるように、電気モータ１はプリント回路基板１０も備える。

プリント回路基板１０の面１１のうちの１つが平面Ｐを含む。

面１１はロータ２と対向して位置付けられる。

ホール効果センサ９は、プリント回路基板１０の面１１上に位置付けられる。

ホール効果センサの位置
ここで、主に図２及び図３を参照して、ホール効果センサ９の位置について詳しく説明する。

各ホール効果センサ９は、ロータ２がステータ３の内側で回転している間、反対の極の連続的な移行を検出するように取り付けられる。

図２において分かるように、各クラウン７は、縦軸Ｌと直交する対称面によって２つの同様の領域に実質的に分けられる縦壁１２を備える。

それぞれのクラウン７ごとに、対称面は、縦壁１２に沿う中央線１４を備える。

多極アキシャル層７−１の中央線には参照符号１４−１が付され、多極アキシャル層７−２の中央線には参照符号１４−２が付され、また、多極アキシャル層７−３の中央線には参照符号１４−３が付される。

したがって、ホール効果センサ９−１の中心１５−１は、多極アキシャル層７−１の中央線１４−１と対向して位置付けられる。

言い換えると、中央ホール効果センサ９−１は、中央多極アキシャル層７−１に対して軸方向で中心合わせされる。

図２において分かるように、端部センサ９−２は、端部多極アキシャル層７−２に対して軸方向で中心から外される。

言い換えると、端部センサ９−２の中心１５−２は、多極アキシャル層７−２の中央線１４−２に対してオフセットされる。

同様に、端部センサ９−３は、端部多極アキシャル層７−３に対して軸方向で中心から外される。

言い換えると、端部センサ９−３の中心１５−３は、多極アキシャル層７−３の中央線１４−３に対してオフセットされる。

この形態により、端部多極アキシャル層７−２，７−３の厚さを薄くすることができる。

したがって、多極磁石は少ない材料で済み、また、電気モータ１が短くなり、それにより、電気モータ１により占められる全体の空間が減少される。

好ましくは、図２に示されるように、端部センサ９−２の中心１５−２と中央センサ９−１の中心１５−１との間の距離ｄは、端部多極アキシャル層７−２の中央線１４−２と中央多極アキシャル層７−１の中央線１４−１との間の距離Ｄよりも大きい。

言い換えると、センサ９−１，９−２は、中央線１４−２に対して中心合わせされるセンサ９−２の位置と比べて互いからより離れている。

センサ９−１，９−２のこの距離間隔は、端部多極アキシャル層７−２及び／又は中央多極アキシャル層７−１の厚さが薄い場合であっても端部センサ９−２が中央多極アキシャル層７−１の磁気転移に影響されにくいようにする。

同様に、端部センサ９−３の中心１５−３と中央センサ９−１の中心１５−１との間の距離ｄｄは、端部多極アキシャル層７−３の中央線１４−３と中央多極アキシャル層７−１の中央線１４−１との間の距離ＤＤよりも大きい。

言い換えると、センサ９−１，９−３は、中央線１４−３に対して中心合わせされるセンサ９−３の位置と比べて互いからより離れている。

センサ９−１，９−３のこの距離間隔は、端部多極アキシャル層７−３及び／又は中央多極アキシャル層７−１の厚さが薄い場合であっても端部センサ９−３が中央多極アキシャル層７−１の磁気転移に影響されにくいようにする。

図示の実施形態において、中央多極アキシャル層７−１のＥ１で示される厚さは、Ｅ２及びＥ３でそれぞれ示される端部多極アキシャル層７−２，７−３の厚さよりも大きい。

図２では、２つの層７−２，７−３の厚さが同じである。

１つの変形例（図示せず）によれば、２つの端部層７−２，７−３の厚さが異なる。

１つの実施形態（図示せず）によれば、多極アキシャル層７−１〜７−３の厚さが同一である。

図３を参照すると、端部センサ９−２が好ましくは軸方向で中心から外される、すなわち、中央線１４−２に対して中心から外される区域１６−２内に位置付けられるのが分かる。

区域１６−２は２つの領域１７，１８から成る。

第１の領域１７は、中央線１４−２と対向するがこの中央線を除く位置から多極アキシャル層７−１に至るまで延びて位置付けられる。

領域１８は、中央線１４−２から、しかしこの中央線を除いて、多極アキシャル層７−１とは反対側の多極アキシャル層７−２の一端に至るまで延びて位置付けられる。

領域１７内で、端部センサ９−２は、好ましくは、］０，３８％］Ｅ２の値の範囲内に含まれる距離を中心１５−２から隔てて位置付けられる。

或いは、領域１８内で、端部センサ９−２は、好ましくは、］０，６３％］Ｅ２の値の範囲内に含まれる距離を中心１５−２から隔てて位置付けられる。

５０％Ｅ２よりも大きい距離値の場合、センサは、多極アキシャル層７−２と対向する代わりにそれが多極磁石５の端部方向にオフセットされるように位置付けられるのが分かる。

端部センサ９−２が領域１７内に位置付けられる場合、端部多極アキシャル層７−２の厚さＥ２は、特に薄くなるように選択されてもよい。

端部センサ９−２が領域１８内に位置付けられる場合、中央多極アキシャル層７−１の厚さＥ１は、特に薄くなるように選択されてもよい。

区域１６−３は２つの領域１９，２０から成る。

第１の領域１９は、中央線１４−３から、しかしこの中央線を除いて、多極アキシャル層７−１に至るまで延びて位置付けられる。

領域２０は、中央線１４−３と対向するがこの中央線を除く位置から、多極アキシャル層７−１とは反対側の多極アキシャル層７−３の一端に至るまで延びて位置付けられる。

領域１９内で、端部センサ９−３は、］０，３８％］Ｅ３の値の範囲内に含まれる距離を中心１５−３から隔てて位置付けられる。

或いは、領域２０内で、端部センサ９−３は、］０，６３％］Ｅ３の値の範囲内に含まれる距離を中心１５−３から隔てて位置付けられる。

５０％Ｅ３よりも大きい距離値の場合、センサは、多極アキシャル層７−３と対向する代わりにそれが多極磁石５の端部方向にオフセットされるように位置付けられるのが分かる。

例えば、厚さＥ３は、数ミリメートル程度、好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍ、好適には４ｍｍである。

端部センサ９−３が領域１９内に位置付けられる場合、端部多極アキシャル層７−３の厚さＥ３は、特に薄くなるように選択されてもよい。

端部センサ９−３が領域２０内に位置付けられる場合、中央多極アキシャル層７−１の厚さＥ１は、特に薄くなるように選択されてもよい。

利点
本発明に係る形態により、多極磁石の多極アキシャル層のサイズ、特に厚さを減少させつつ、これらの各層の位置が追跡されるようにすることができる。

特に、端部層の厚さがより薄いことが有益であり、それにより、電気モータにより占められる全体な空間が減少される。

２つのセンサ９−２，９−３が中心から外される実施形態において本発明が与えられてきたことに留意されるべきである。

無論、本発明はこの実施形態に限定されない。

センサ９−２，９−３の一方又は他方のみが中心から外されることが想定し得る。

Claims (15)

1. ステータ（３）とロータ（２）とを含む自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータであって、前記ステータ（３）が前記ロータ（２）を電磁的に励磁するための複数のコイル（４）を備え、前記ロータ（２）が多極磁石（５）を備え、前記多極磁石（５）は、回転軸（Ｌ）を中心に回転駆動されるように取り付けられるとともに、少なくとも３つの多極アキシャル層を備え、２つの端部層（７−２，７−３）が前記回転軸（Ｌ）に沿って中央層（７−１）の両側に位置付けられ、前記電気モータ（１）が前記ロータの位置を決定するための装置（８）を備え、前記ロータの位置を決定するための前記装置（８）は、前記少なくとも３つの多極アキシャル層（７）のうちの１つの位置を検出するための少なくとも３つの位置センサ（９）を備え、前記各位置センサ（９）がそれぞれ前記多極アキシャル層（７）のうちの１つと関連付けられ、前記中央層（７−１）と関連付けられる前記センサ（９−１）が中央センサ（９−１）と称され、前記端部層のうちの１つと関連付けられる各センサ（９−２，９−３）が端部センサと称され、前記位置センサ（９）は、互いに対して整列されつつ前記多極磁石（５）の前記回転軸と平行な方向を含む平面（Ｐ）内に設置され、前記中央センサ（９−１）は、それが前記中央層（７−１）に対して軸方向で中心合わせされるように取り付けられ、２つの前記端部位置センサ（９−２，９−３）のうちの少なくとも一方は、関連する前記端部層（７−２，７−３）に対して軸方向で中心から外される、ブラシレスＤＣ電気モータ。
2. ２つの前記端部センサ（９−２，９−３）が関連する前記端部層（７−２，７−３）に対して軸方向で中心から外される、請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記多極アキシャル層（７−１，７−２，７−３）の厚さが同一である、請求項１又は２に記載の電気モータ。
4. 前記中央層（７−１）の厚さが前記端部アキシャル層（７−２，７−３）の厚さよりも大きい、請求項１又は２に記載の電気モータ。
5. ２つの前記端部層（７−２，７−３）の厚さが同一である、請求項４に記載の電気モータ。
6. ２つの前記端部層（７−２，７−３）の厚さが異なる、請求項４に記載の電気モータ。
7. プリント回路基板（１０）を備え、前記位置センサ（９）が前記プリント回路基板（１０）上に位置付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気モータ。
8. 各多極アキシャル層（７）がクラウンの形態を成し、前記電気モータは、各クラウンの中心を通るモータシャフト（６）を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気モータ。
9. 各多極アキシャル層（７）は、Ｎ磁極及びＳ磁極の少なくとも１つの対、好ましくはＮ極及びＳ極の３つの対を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気モータ。
10. 前記多極アキシャル層（７）は、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層（７）上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットが存在するように前記回転軸（Ｌ）に沿って位置付けられる、請求項９に記載の電気モータ。
11. 連続する前記多極アキシャル層（７）を備える前記多極磁石（５）が単一部品として形成される要素である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気モータ。
12. 前記多極アキシャル層（７）は、単一部品として形成される前記要素のそれぞれのセグメントを磁化することによって形成される、請求項１１に記載の電気モータ。
13. 前記多極アキシャル層（７）がそれぞれ付加部分によって形成される、請求項９との組み合わせにおける請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気モータ。
14. 前記多極アキシャル層（７）を形成する前記付加部分は、同一であるとともに、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層（７）上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットを伴って前記回転軸（Ｌ）に沿って位置付けられる、請求項１３に記載の電気モータ。
15. 前記位置センサがホール効果センサである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電気モータ。