JP2022177235A - メカトロニックアクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】スペース要件が最適化され、満足のいく耐振動性および耐衝撃性を有するメカトロニックアクチュエータを提供する。【解決手段】シェルを内蔵したハウジングと、電気コイルによって励起される固定子３２および磁化された回転子７１によって形成されており、ギア列によって出力シャフトを駆動する三相電気モータと、前記回転子の軸、前記出力シャフトの軸、および平行な中間歯車と、を備えており、前記固定子は、バネの下部を収容する非絶縁性の孔を有し、前記バネは前記固定子のヨークの非絶縁区域とプリント回路の導電性グランドトラックとの間に圧縮状態で配置され、前記バネの周面は、前記バネが前記プリント回路によって圧縮されると、前記孔の非絶縁性の内面と接触する。【選択図】図３

Description

本発明は、特に、エアベント、空調フラップ、または、より一般的にはバルブシャッタといった自動車の機械部品の制御のためのメカトロニクスアクチュエータの分野に関する。これらは、非常に狭いスペース要件の上に、数十度の変位および５度未満の典型的な位置決め精度を伴う比較的高いトルクが要求される部品である。
電気モータ、特に、固定子と少なくとも１つの中間ホイールを備えたギア列（gear train）に運動を伝達する駆動ピニオンを備えた回転体とを備えたブラシレスＤＣモータを備えたアクチュエータとを記載した特許出願ＤＥ１０２０１４１０７９００は、最新技術として知られている。
ドイツ特許出願ＤＥ１０２０１１０５４９５５には、このような従来技術のアクチュエータの別の例が記載されている。
従来技術の解決策は、スペース要件に関して最適化されていない。ハウジングの内部容積の充填は、最大化されず、その結果、過度の寸法および空間要件が生じる。
さらに、耐振動性および耐衝撃性は、自動車用途にとって完全に満足のいくものではなく、振動によって、プリント回路が予期せずにその支持体から離れたり、または特定の機械部品または電磁部品の偶発的な分解が引き起こされたりすることがある。
これらの欠点を改善する本発明は、その最も広い意味で、メカトロニックアクチュエータに関し、当該メカトロニックアクチュエータは、シェルを内蔵したハウジングと、電気コイルによって励起される固定子および磁気回転子によって形成された三相電気モータと、から構成され、出力シャフトを、ギア列、前記回転子の軸、前記出力シャフトの軸、および平行な中間歯車の軸によって駆動し、前記固定子は、３つの捲回されたポールが星形の３つの分岐を形成し、互いに隣り合う捲回されたポールの対称軸が１２０°の機械角度を形成するように、放射状三角星形形状を有し、また前記ハウジングは、電気信号をフィルタリングするためのコンデンサを含む電子回路も内蔵しており、前記シェルが長手方向軸（Ｌ）を有している、メカトロニックアクチュエータであって、
前記固定子は、３つの捲回された前記ポールのうちの１つの対称軸が前記長手方向軸（Ｌ）に対して７０°～１１０°の間の角度を形成するように、前記ハウジング内に配置されることを特徴とする。
好ましくは、前記固定子は、３つの捲回されたポールのうちの１つの対称軸が前記長手方向軸（Ｌ）に対して９０°の角度を形成するように、前記ハウジング内に配置される。
代替的な解決策によれば、前記固定子は、前記長手方向軸（Ｌ）に対して７０°～１１０°の間の角度を形成する３つの捲回されたポールのうちの前記１つの対称軸が、側壁に最も近い領域に面取り部を有するように、前記ハウジング内に配置される。
特定の実施形態によれば、前記フィルタリングコンデンサは、前記プリント回路の平面に対し垂直に取り付けられた管状部品によって構成され、前記コンデンサは、一方が、中央平面に対して７０°～１１０°の間に配置されたポールを含む２つの隣り合う固定子ポール４２、４３によって、他方が前記２つの相補的な固定子ポールと向かい合うように配置されたハウジングの角によって規定された空間内に配置され、２つの隣り合う前記固定子ポール（４２，４３）の一方は、中央平面に対して７０°～１１０°の間に配置されたポールである。
好ましくは、電子部品の全ては、前記固定子に面する前記プリント回路の表面にはんだ付けされており、前記プリント回路は、前記回転子の軸を通すための孔と、３つの前記電気コイルの接続スタッド、ならびに電気コネクタのピンを挿入するためのスズめっきされた孔とを有し、前記ピンは全て、機械軸に平行に前記プリント回路の表面に向かって延びる。
有利には、前記プリント回路は、前記歯車のうちの１つの機械軸を通すための少なくとも１つの孔またはノッチを有する。
好ましくは、プリント回路は、電気コネクタの接続に対応する前記プリント回路の後部を除いて、横断面上への投影が、前記固定子に外接する円の前記横断面上への投影に内接するような大きさを有し、前記プリント回路は、前記ハウジングの両側の側面に関して、前記ハウジングの内法幅の１０％よりも大きい幅を有するスペースを維持するように前記ハウジングに対して配置される。
本発明によるアクチュエータは、特定の実施方法によれば、前記固定子のシリンダヘッドの非絶縁区域とプリント回路の導電性グランドトラックとの間に圧縮状態で配置された金属バネを含む。
有利には、前記固定子は、前記バネの下部を収容する非絶縁性の孔を有し、前記バネの周面は、前記バネが前記プリント回路によって圧縮されると、前記孔の非絶縁性の内面と接触する。
特定の別の解決策によれば、前記ハウジングは、相補的なシェルと閉鎖カバーとから成り、前記シェルの側面の１つは、２つの歯車の間に配置された貫通キャビティによって貫通された内側突起と、非円形断面を有するキャビティによって貫通された第２の突起とを有し、前記カバーは、前記キャビティに適合し、他の接続スタッドよりも長い長さの２つのスタッドを有し、前記カバーは、機械軸の上端を案内する軸受も有する。
有利には、前記カバーはまた、前記プリント回路のためのストッパを形成する少なくとも１つのスタッドを有し、前記ストッパは、前記プリント回路がその公称位置にあるときに、前記プリント回路と接触しない。
特定の実施形態によれば、前記カバーはまた、前記固定子のためのストッパを形成する少なくとも１つのスタッドを有し、前記ストッパは、前記固定子がその公称位置にあるときに前記固定子と接触しない。
別の特定の実施形態によれば、前記ハウジングは、前記ハウジングの３つの隅に配置された３つの取付け延伸部を有し、前記延伸部の各々は、孔によって横断され、前記穴の孔の軸は、前記モータおよび前記歯車の機械軸に平行であり、前記延伸部の１つは、適合ハウジング内に位置決めタブを有し、前記延伸部の別の１つは、前記ハウジングが前記位置決めタブに対して旋回されるときのクリップ爪を有する。
本発明は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって最もよく理解されるであろう。
本発明に係るアクチュエータの斜め上方からの上面斜視図である。 カバー及びプリント回路が取り外された状態の、本発明にかかるアクチュエータの中央断面図である。 カバーが取り外された状態の、本発明に係るアクチュエータの中央断面図である。 固定子とプリント回路との間の電気接続の詳細図である。 カバーの下面図である。
図１は、カバー２によって閉じられたシェル１からなる例示的なアクチュエータの外観図である。
シェル１は、その隅の３つに３つの延伸部３、４、５を有する。延伸部の各々には、それぞれ１つの孔６、７、８が設けられている。
２つの延伸部４、５は、孔７、８を介したねじ止めかリベット止めによるによる二重取り付け機能、または、クリップ止めによる二重取り付け機能を有する。
クリップ止め取り付けを可能にするために、１つの延伸部５は、収容構造に設けられたハウジングに嵌合することができるタブ９を有する。
タブを有する延伸部５と同じ側面１０に設けられた延伸部４は、収容構造の適合部分と協働するフック１１を有する。取付けは、タブ９を収容構造の領域に係合させることによりアクチュエータを位置決めし、次いで、フック１１が収容構造の適合部分に係合するまで当該タブの下エッジ１２に対してタブ９を傾斜させることによって、することによって行われる。
横断面１３の一つは、接続ケーブルに設けられた雄コネクタを挿入するための中空スリーブ１４によって延長されている。
カバー２には、出力ホイールを案内するための軸受１６が内部に配置される開口部１５が設けられている。
任意選択的に、ハウジングは、伝達軸の貫通または２つの伝達軸のアクチュエータへの接続を可能にするように対称的に穿孔されていてもよい。
出力ホイールは、異なる断面の複数の軸を接続するために、一方の側と他方の側で異なる断面を有することができる。
図２は、カバー２が取り外された状態のアクチュエータの上面図を示す。
出力ホイール１７は、カバー２とシェル１との間を連結する平面に対して垂直な、互いに平行複数の軸に取り付けられた一連の歯車１７～２１からなるギア列によって駆動される。
電気モータの回転子７１は、当該ギア列を駆動するホイール２１を駆動する。
当該回転子の軸は、プリント回路２２に設けられた穴を通過する。
プリント回路２２の上側には電子部品は取り付けられていないため、ウェーブソルダリング処理を単一の機械パスで実行することができる。
プリント回路２２は、正中面に対して垂直に延びるコネクタピンに接続するための一連のスズメッキされた孔２３～２６を有する。
プリント回路２２には、電気コイルの電源スタッドを接続するためのスズメッキされた孔２７～３１（図２では６つ目のスズメッキされた孔は歯車２０によって隠れている）も設けられている。これらのスタッドは、例えば、プリント回路２２の表面に垂直な方向に直立したスタッドの上でプリント回路２２を単に前方に押すことによって、プリント回路２２のはんだなし電気接続を行うことを可能にする圧入スタッドである。
プリント回路２２の表面は、固定子３２の周囲表面を覆わない。
固定子３２に外接する円の横断面上への投影は、コネクタと接続するプリント回路２２の部分３３を除いて、同じ平面上のプリント回路２２の投影面を完全に覆う。
さらに、プリント回路２２は、シェル１のエッジと接触せず、いずれの側にも、シェル１の内法幅の１０％を超える幅を有するスペース３４、３５を維持する。
シェル１の側壁３８の内面は、第１の内側突起３６および第２の内側突起３７を有する。
第１の内側突起３６は、出口ホイール１７と中間歯車１９との間の利用可能なスペースに配置される。第１の内側突起３６は、カバー２に設けられ、図５で見ることができる円形部６０を有する位置決めピンを受け入れるための六角形部を有したキャビティ３９を有する。
第２の内側突起３７は、外側突起が無いシェル１の隅部に配置される。第２の内側突起３７は、記載例では、シェル１に対するカバー２の位置決めを容易にするために、側面３８に平行な主軸を有する長円形の貫通キャビティ４０を有する。
この貫通キャビティ４０は、図５に断面形状で見ることができ、カバー２の内面に垂直に延びる回転防止ピン６１を受け入れるようになっている。
図３は、カバー２及びプリント回路２２を取り外した後のアクチュエータの内部を示す図である。
固定子３２は、放射状に延びる３つの捲回されたポール４１～４３を有し、積層されたシートの構造によって形成されている。各ポール４１～４３は、コイルに囲まれた中心歯を有する。
それぞれ捲回されたポール４１～４３の中心軸４４～４６は、互いに１２０°の機械的角度を形成する。従って、固定子は、星形分岐を有する放射状三角星形を有する。
シェル１は、コネクタ１４を出力ホイール１７に接続する長手方向軸線Ｌを有する。この長手方向軸線は、それぞれ長手方向に延びているシェル１の２つの側面に平行である。
固定子３２は、ポール４３の１つがシェル１の長手方向軸線Ｌに対して約９０°の角度を形成するように配向されるように、シェル１内に配置される。この配置は、シェルの幅を減少させ、したがってアクチュエータの全体寸法を減少させ、シェル１の内部スペースの占有率を最適化する。
スペース要件への影響は、この角度変化の余弦の影響のために最小であるので、±２０°、好ましくは±１０°の公差が可能である。最適な９０°位置からのわずかな角度オフセットの影響は、側面４７に接触する固定子の角に面取り部４８を設けることによって、さらに低減することができる。
回転子３２のこの配置はまた、固定子の２つのポール４２、４３とシェルの角５０との間にスペース４９を形成することを可能にする。このスペースは、プリント回路２２にはんだ付けされた、典型的には化学的で円筒形のフィルタコンデンサ５１を配置することを可能にする。
（固定子接地）
図４は、固定子３２及びプリント回路２２の部分拡大図を示す。
固定子３２の電気的接地を達成するために、アクチュエータは、固定子ヨークに形成された貫通孔５３に挿入された金属バネ５２を有する。シェル１の底部は、この孔５３に対向する側に段付き又は傾斜した表面を有し、横断面に平行でないばねの下端５４を収容するための区域を形成する。この構成は、応力が加えられると、ばねの座屈をもたらし、バネ巻５２（spring wound）と孔５３の内面との間の機械的接触、したがって電気的接触を強制する。
反対側では、バネ５２は、グランドに接続されたプリント回路２２の導電性トラックと接触する。
プリント回路が位置決めされると、プリント回路はバネ５２上に位置し、バネ５２を圧縮し、したがって、固定子ヨーク２２と接地に接続された導電性トラックとの間の良好な電気的および機械的接続を確実にする。
（カバー）
図５は、カバーの内面の図である。
カバーは、出力ホイール１７を位置決めしかつ案内するための軸受１６と、歯車軸１８～２１のそれぞれの端部を位置決めしかつ案内するための軸受６２～６５とを有する。
カバー２はまた、２つの接続ピン６０、６１を有する。２つの接続ピン６０、６１は、カバー２がシェル１および機械的要素、特に中間歯車、出力ホイールおよび回転子７１の軸に対して正確に位置決めされることを可能にするように、軸受６２～６５よりも長い長さを有する。その結果、カバー２がシェル１に近づくように移動されると、軸の端部が対応する軸受に容易に係合する。
さらに、カバーは、振動に起因するプリント回路２２の意図しない動きを制限するために、４つのストッパ６６～６９を有する。これらのストッパ６６～６９は、プリント回路２２がその公称位置にあるときには、プリント回路２２の表面と接触しないが、衝撃または振動の場合には、接続スタッドを係合解除し得る過度な動きを防止する。
スタッド７０は、同様に、固定子３２がその公称位置にあるときには、固定子３２と接触することなく、固定子３２の変位を制限する。
さらに、本発明は、さらに以下のようにも表現され得る。
すなわち、本発明に係るメカトロニックアクチュエータは、シェル（１）を内蔵したハウジングと、電気コイルによって励起される固定子（３２）および磁化された回転子（７１）によって形成された三相電気モータと、から構成され、出力ホイール（１７）を、ギア列、前記回転子（７１）の軸、前記出力ホイールの軸、および平行な中間歯車（１８～２０）の軸によって駆動し、前記固定子（３２）は、３つの捲回されたポール（４１～４３）が星形の３つの分岐を形成し、互いに隣り合う捲回されたポールの対称軸が１２０°の機械角度を形成するように、放射状三角星形形状を有し、また前記ハウジングは、電気信号をフィルタリングするためのコンデンサ（５１）を含む電子回路（２２）も内蔵しており、前記シェル（１）が長手方向軸（Ｌ）を有する、メカトロニックアクチュエータであり、前記固定子（３２）は、３つの捲回された前記ポール（４１～４３）のうちの１つの対称軸（４６）が前記長手方向軸（Ｌ）に対して７０°～１１０°の間の角度を形成するように、前記ハウジング内に配置される。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記固定子（３２）は、３つの捲回された前記ポール（４１～４３）のうちの１つの対称軸が前記長手方向軸（Ｌ）に対して９０°の角度を形成するように、前記ハウジング内に配置される。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記固定子（３２）は、前記シェル（１）の側壁（４７）に最も近い領域に面取り部（４８）を有するように、前記ハウジング内に配置される。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記コンデンサ（５１）は、前記電子回路（２２）の平面に対し垂直に取り付けられた管状部品によって構成され、前記コンデンサ（５１）は、前記長手方向軸（Ｌ）に対して７０°～１１０°の間に配置されたポールを含む２つの隣り合うポール（４２、４３）と、前記２つのポール（４２、４３）と向かい合うように配置されたハウジングの角（５０）とによって規定された空間（４９）内に配置される。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、電子部品の全ては、前記固定子（３２）に面する前記電子回路（２２）の表面に、はんだ付けされており、前記電子回路（２２）は、前記回転子の軸を通すための孔と、３つの前記電気コイルの接続スタッド、ならびに電気コネクタのピンを挿入するためのスズめっきされた孔（２７～３１、２３～２６）とを有し、前記ピンは全て、前記中間歯車（１８～２０）の軸に平行に前記電子回路の表面に向って伸びている。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記電子回路（２２）が、前記中間歯車のうちの１つの機械軸を通すための少なくとも１つの孔またはノッチを有する。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記電子回路（２２）は、電気コネクタ（１４）の接続に対応する前記電子回路（２２）の後部を除いて、横断面上への投影が、前記固定子に外接する円の前記横断面上への投影に内接するような大きさを有し、前記電子回路（２２）は、前記ハウジングの両側の側面に対して、前記ハウジングの内法幅の１０％よりも大きい幅のスペースを維持するように、前記ハウジングに対して配置される。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータは、前記固定子のヨークの非絶縁区域と前記電子回路（２２）の導電性グランドトラックとの間に圧縮状態で配置された金属バネ（５２）を備える。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記固定子（３２）は、前記金属バネ（５２）の下部を収容する非絶縁性の孔（５３）を有し、前記金属バネ（５２）の周面は、前記金属バネ（５２）が前記電子回路（２２）によって圧縮されると、前記孔（５３）の非絶縁性の内面と接触する。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記ハウジングは、相補的な前記シェル（１）と閉鎖カバー（２）とから成り、前記シェル（１）の側面の１つは、前記出力ホイール（１７）と前記中間歯車（１８～２０）のうちの１つの中間歯車（１９）の間に配置された貫通キャビティ（３９）によって貫通された内側突起（３６）と、キャビティ（４０）によって貫通された第２の突起（３７）とを有し、前記閉鎖カバー（２）は、前記貫通キャビティ及び前記キャビティに適合し、前記中間歯車それぞれの端部を位置決めしかつ案内するための案内軸受（６２～６５）よりも長い長さの、２つのスタッド（６０、６１）を有し、前記案内軸受（６２～６５）は、前記閉鎖カバー（２）の内面に伸びている。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記閉鎖カバー（２）はまた、前記電子回路（２２）のためのストッパを形成する少なくとも１つのスタッド（６６～６９）を有し、前記ストッパは、前記電子回路（２２）がその公称位置にあるときに、前記電子回路（２２）と接触しない。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記閉鎖カバーはまた、前記固定子（３２）のためのストッパを形成する少なくとも１つのスタッド（７０）を有し、前記ストッパは、前記固定子（３２）がその公称位置にあるときに、前記固定子（３２）と接触しない。
また、本発明に係るメカトロニックアクチュエータにおいて、前記ハウジングは、前記ハウジングの３つの隅に配置された３つの固定延伸部（３～５）を有し、前記固定延伸部（３～５）の各々は、孔（６～８）によって横断され、前記孔の軸は、前記三相電気モータおよび前記中間歯車の機械軸に平行であり、或る前記固定延伸部（５）は、前記ハウジング内に位置決めタブ（９）を有し、別の前記固定延伸部（４）は、前記ハウジングが前記位置決めタブ（９）に対して旋回されるときのクリップ爪（１１）を有する。

Claims (12)

  1. シェル（１）を内蔵したハウジングと、電気コイルによって励起される固定子（３２）および磁化された回転子（７１）によって形成されており、ギア列によって出力シャフト（１７）を駆動する三相電気モータと、
    前記回転子の軸、前記出力シャフトの軸、および平行な中間歯車（１８～２０）と、を備えており、
    前記固定子は、バネ（５２）の下部を収容する非絶縁性の孔（５３）を有し、前記バネ（５２）は前記固定子のヨークの非絶縁区域とプリント回路（２２）の導電性グランドトラックとの間に圧縮状態で配置され、前記バネ（５２）の周面は、前記バネが前記プリント回路によって圧縮されると、前記孔（５３）の非絶縁性の内面と接触する、メカトロニックアクチュエータ。
  2. 前記シェル（１）の底部は、この孔（５３）に対向する側に段付き又は傾斜した表面を有し、横断面に平行でない前記バネの下端（５４）を収容するための区域を形成する、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  3. 電子部品の全ては、前記固定子（３２）に面する前記プリント回路（２２）の表面に、はんだ付けされており、
    前記プリント回路は、前記回転子の軸を通すための孔を有する、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  4. 前記プリント回路は、３つの前記電気コイルの接続スタッドを挿入するためのスズめっきされた孔（２７～３１、２３～２６）を有する、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  5. 前記プリント回路は、電気コネクタのピンを挿入するためのスズめっきされた孔（２７～３１、２３～２６）を有し、前記ピンは全て、機械軸に平行に前記プリント回路の表面に向って伸びている、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  6. 前記固定子は、３つの捲回されたポール（４１～４３）を有し、互いに隣り合う捲回されたポールの対称軸が１２０°の機械角度を形成し、前記ハウジングは、電子回路も内蔵している、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  7. 前記プリント回路は、前記歯車のうちの１つの機械軸を通すための少なくとも１つの孔またはノッチを有する、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  8. 前記プリント回路は、電気コネクタ（１４）の接続に対応する前記プリント回路（２２）の後部を除いて、横断面上への投影が、前記固定子に外接する円の横断面上への投影に内接するような大きさを有する、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  9. 前記ハウジングは、相補的な前記シェル（１）と閉鎖カバー（２）とを備え、
    前記シェルの側面の１つは、２つの歯車（１７および１９）の間に配置された貫通キャビティ（３９）によって貫通された内側突起（３６）と、キャビティ（４０）によって貫通された第２の突起（３９）とを有し、
    前記カバー（２）は、前記キャビティ（３９、４０）に適合し、機械軸の上端の案内軸受（６２～６５）よりも長い長さの、２つのスタッド（６０、６１）を有し、
    前記案内軸受（６２～６５）は、前記カバーの内面に伸びている、請求項８に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  10. 前記ハウジングは、前記ハウジングの３つの隅に配置された３つの固定延伸部（３～５）を有し、
    前記延伸部（３～５）の各々は、孔（６～８）によって横断され、
    前記孔の軸は、前記モータおよび前記歯車の機械軸に平行であり、
    或る前記延伸部（５）は、適合ハウジング内に位置決めタブ（９）を有し、
    別の前記延伸部（４）は、前記ハウジングが前記位置決めタブ（９）に対して旋回されるときのクリップ爪（１１）を有する、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  11. 前記ハウジングは、相補的な前記シェルと閉鎖カバーとを備え、前記カバーは、前記プリント回路（２２）のためのストッパを形成する少なくとも１つのスタッド（６６～６９）を有し、前記ストッパは、前記プリント回路がその公称位置にあるときに、前記プリント回路と接触しない、請求項１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
  12. 前記ハウジングは、相補的な前記シェルと閉鎖カバーとを備え、
    前記カバーはまた、前記固定子のためのストッパを形成する少なくとも１つのスタッド（７０）を有し、
    前記ストッパは、前記固定子がその公称位置にあるときに、前記固定子と接触しない、請求項１１に記載のメカトロニックアクチュエータ。
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