JP3816597B2 - 電動機及び電動機を有する測定機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自動車の表示計器のための電動機であって、合成された磁界を生じる２つの互いに独立した励磁コイルを１つのステータ上に備えており、かつ少なくとも１対の極を備えていて磁界に依存して回動角度位置を変化する永久磁化された１つのロータを有しており、このロータがロータ軸上に軸方向に固定的に配置されている形式のもの並びに電動機を備えている測定機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石から成るロータを備えた電動機が極めて多数の種々異なる形態で多数使用されていることは公知である。電子回路を介してコイルに通電することによって、この種の電動機を調整及び表示の目的で有利に使用することができる。その場合、この電動機はしばしばステップモータとして運転される。
【０００３】
ステップモータが電気的なデジタル制御指令を比例的な角度ステップへ変換することは公知である。その場合、このステップモータのロータ軸は、各制御パルスごとに規定された１ステップだけ逐次回転する。
【０００４】
公知のステップモータは１つの鉄心回路を備え、この鉄心回路に、互いに直交配列で巻成された互いに独立した２つの励磁コイルが配置されている。この励磁コイルにより、ステータの内部には空間的な位置及び強さを変えることのできる磁界が形成される。ロータはステータの磁界に依存してそのつど磁気抵抗の最も小さな位置へ動く。ロータはロータ軸上に固定的に配置されており、このロータ軸を介してロータの回動角度位置が指針駆動機構へ伝達される。
【０００５】
以上記載したコイルの交差した配置では、鉄心回路上のコイルの製作時に高い対称性と高い精度とが要求される。さらに、この構造では、モータの構造寸法を最小にすることが要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題とするところは、構造寸法が小さくかつ製作簡単な電動機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば請求項１に記載したように、ステータがマルチアーム状の構造を有していて、中央にロータを収容するための１つの開口を有しており、この開口の周りに個々のアームが配置されており、かつそれぞれ２つの互いに対向して位置するアームが対を成しており、かつ、互いに対向して位置するアームが、それらの間のそれぞれ１つの励磁コイルによって互いに直交する磁力ベクトルを生じるように，曲げられており、第１の対を成す互いに対向して位置する２つのアームが、互いに平行になるように互いに１回だけ屈曲せしめられており、第２の対を成す互いに対向して位置する２つのアームが複数回屈曲せしめられていることによって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
有利には４つのアームが開口の周りに９０°の間隔で配置される。
【０００９】
その場合、第１の対を成す２つの互いに対向して位置するアームは、互いに平行になるように１回だけ屈曲せしめられている。
【００１０】
第２の対を成す２つの互いに対向して位置するアームは複数回屈曲せしめられて，互いに平行になっている。
【００１１】
第２の対を成す両方のアームは開口の近くにそれぞれ第１の屈曲部を、かつ各自由端の近くにそれぞれ第２の屈曲部を備えることができる。
【００１２】
有利には両方のアームはほぼ直角に屈曲している。
【００１３】
鉄心回路は有利には打ち抜かれ折曲げられた三次元的な部品から成る。
【００１４】
さらに別の構成では、それぞれ１対を成す互いに屈曲したアームの自由端の間隔は、それらの間にそれぞれ１つの励磁コイルが磁気的に結合されて支承可能であるように選択されている。これによって励磁コイルの取付けが簡単となる。例えばそれぞれ１対を成す両方のアームの間にそれぞれ励磁コイルを締付けることができる。このようにする代わりに、それぞれ１対を成す互いに屈曲したアームの端部が励磁コイルの固定のための穴を備えることができる。励磁コイルとステータの鉄心回路との磁気的な流れの結合は，励磁コイルの巻線コアによって行われる。
【００１５】
個々のアームが種々異なる長さを有していることによって、本発明に基づく鉄心回路を種々の大きさの励磁コイルのために使用することができる。
【００１６】
有利には、ロータがステータに対して一直線にならないように配置されている。
【００１７】
このことによって、要求された寸法精度もしくは軸方向での支承のあそびに公差をもたせることができる。軸方向のあそびの軽減のための弾性的なエレメントを省くことができる。
【００１８】
さらに別の構成では、測定機構内に本発明に基づく電動機が配置され、この電動機が指針駆動機構と一緒に１つのケーシング内に配置されている。この場合，そのつどのロータの回動角度位置を指針駆動機構へ伝達するための伝動装置がロータと指針軸との間に配置されており、その場合、ケーシングの内側と、伝動装置の、指針軸上に位置する平歯車とに、指針駆動機構のゼロ点の機械的な調節のためのストッパが配置されている。
【００１９】
この構成によって、全システムの新たな始動時に指針軸の角度位置の規定が明確となる。ストッパと対向ストッパとによるこの角度制限によって、指針駆動機構の組立時でも、指針の機械的なゼロ点とロータの位置とが互いに固定的な関係を保つことができる。
【００２０】
有利には、ケーシングが円筒状に形成されている。
【００２１】
別の構成では、円筒状のケーシングの少なくとも一方の円形のケーシング表面に、支持体への固定のための少なくとも１つの係止ピンが配置されている。その場合、有利には支持体がプリント配線板から成る。
【００２２】
この構成は、測定機構が付加的なエレメントなしに係止ピンによって機械的に支持板に取付けられるという利点を有する。
【００２３】
さらに別の構成では、他方の円形のケーシング表面にも同様に、アダプタとの結合のための少なくとも１つの係止ピンが取付けられている。さらに別の構成では、アダプタがねじ結合のための開口を備えている。測定機構にアダプタを取付けることができることにより、コスト的に有利な使用領域拡大が可能となる。さらに例えばその他の構成部材とのねじ結合も可能である。
【００２４】
測定機構の製作時の部品点数の削減のために、有利にはケーシングが２つの同形のケーシング半割部から成る。
【００２５】
【実施例】
本発明では多数の実施態様が可能である。そのうちの１つを図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００２６】
図１に示す測定機構１は自動車の組合せ計器での使用のために設けられており、この測定機構は自動車に特有のデータ、例えば速度又はエンジン回転数などを表示するのに使用される。
【００２７】
この測定機構１はケーシング２を備えており、このケーシングは２つの同形のケーシング半割部２ａ，２ｂから構成されている。ケーシング２は円筒状に形成されている。各ケーシング半割部２ａ，２ｂはそれぞれ円形の端面２ｃ，２ｄ上に係止ピン３ａ，３ｂを備えている。これらの係止ピン３ａ，３ｂはケーシング半割部２ａ，２ｂのそれぞれ円形の端面２ｃ，２ｄ上に１２０°の間隔で分配されている。係止ピン３ｂによって、ケーシング２は組合せ計器の図示されていないプリント配線板に固定され、かつ同時に位置決めされることができる。
【００２８】
ケーシング２へのねじ結合の実現のためにアダプタ４が設けられている。ケーシング半割部２ａの係止ピン３ａはアダプタ４の係止作用を有するスピゴット５内へ係合し、これによって、これら両方の部材のスナップ結合が行われる。その場合、スピゴット５はそれぞれ１２０°の同じ間隔で、同様に円形の輪郭を有するアダプタ４上に分配されている。その場合、スピゴット５はケーシング半割部２ａの係止ピン３ａに対する対向部を成している。
【００２９】
スピゴット５は横ストラット６によって互いに安定にされている。
【００３０】
各ケーシング半割部２ａ，２ｂは位置決めピン７ａ，７ｂを備えている。位置決めピン７ａは、アダプタ４に設けた位置決め孔８内に係合する。これによって、ケーシング２は正確な位置でアダプタ４に結合されることが保証される。位置決めピン７ｂは図示されていないプリント配線板に対してこの機能を果たす。
【００３１】
アダプタ４はケーシング２から導出された指針軸１０のための貫通孔９を有している。指針軸１０には図示されていない指針が配置されている。
【００３２】
この貫通孔に関して対称的に、ねじ１２を受容するための２つのねじ孔が設けられており、これによって例えば目盛板をアダプタ４に固定することができる。さらに、ねじ孔の代わりにたんなる孔を設け、目盛板をセルフタッピングねじによってアダプタ４に固定することも可能である。
【００３３】
指針軸１０は、測定機構１のケーシング内に配置されたステップモータによって駆動される。
【００３４】
図２には測定機構１のケーシング半割部２ｂ内のステップモータのロータ機構の支承部が示されている。
【００３５】
２つの極Ｎ，Ｓを備えていてロータ１３として作動する磁石がロータ軸１４に固定的に配置されており、このロータ軸はウオーム伝動装置１５を支持している。その場合、このウオーム伝動装置１５は同様にロータ軸１４に固定的に結合されている。ウオーム伝動装置１５は、指針軸１０に固定された平歯車１６と噛み合っており、この平歯車１６はストッパ１７を備えている。対向ストツパ１８がケーシング半割部２ｂの内側に取付けられており、これによって、ロータ１３の休止位置でストツパ１７と対向ストツパ１８とが互いに当接し、指針のゼロ点が機械的に明確に固定されるようになっている。
【００３６】
図３によれば、ロータ軸１４に配置されたロータ１３がステータの鉄心回路１９内に配置されており、その場合、ロータ軸１４はステータの開口３３（図５参照）を貫通している。
【００３７】
その際、ロータ１３は鉄心回路１９に対して一直線にならないようにロータ軸１４に固定されている。このことによって、ロータ軸１４の方向の分力が生じ、この分力がロータ軸を支承部に常に当接させるように働く。
【００３８】
ステータは図３に示したように、システムの励起のための磁気の流れを案内する一体の鉄心回路１９と励磁コイル２２，２３とから成っている。
【００３９】
鉄心回路１９は４アーム構成で形成されており、その場合、２つの互いに対向して位置するアーム２０ａ，２０ｂが第１のアーム対を成しており、アーム２１ａとアーム２１ｂとが第２のアーム対を成している。対を成すそれぞれのアームは種々異なる長さで形成されている。
【００４０】
この構成を明確にするために、図３及び図５には三次元の座標系が示されている。
【００４１】
第１のアーム対を成すアーム２０ａ及び２０ｂは同一平面内で（図４）種々の角度で湾曲している。これら両方のアームは線２０ｃに沿って、図５に示されているようにｘ方向にそれぞれ９０°だけ曲げられる。アーム２０ａ及び２０ｂはその際ｘ方向で互いに平行になっている。
【００４２】
第２のアーム対を成すアーム２１ａ及び２１ｂは複数回曲げられている。
【００４３】
アーム２１ａもしくは２１ｂは線２１ｃに沿って、アーム２０ａ，２０ｂの曲げ方向に対して逆方向でそれぞれ屈曲（ｙ方向からｘ方向へ）している。別の曲げ過程で、アーム２１ａ，２１ｂの自由端が互いに向き合うように，線２１ｄに沿って同様に９０°だけ曲げられている（ｚ方向）。
【００４４】
アーム２０ａとアーム２０ｂとの間には第１の励磁コイル２２が、アーム２１ａとアーム２１ｂとの間には第２の励磁コイル２３がそれぞれ配置されている。
【００４５】
打抜き加工及び曲げ加工によって形成された三次元的な鉄心回路１９は、制御に必要な互いに直交する磁力ベクトルを生じるような形状を有している。その場合、両方の励磁コイルの軸方向は互いに平行である。
【００４６】
磁気回路の励磁のために、励磁コイル２２，２３に電気的なエネルギが供給される。励磁された両方の磁力ベクトルは合力を形成し、この合力の方向にロータ１３が回動角度位置を変える。ロータ１３のこの回動角度位置の変化はロータ軸１４を介して指針駆動機構へ伝達される。この伝達は、ロータ軸１４に固定的に配置されていて平歯車１６と噛み合っているウオーム伝動装置１５を介して行われる。平歯車１６が指針軸１０に固定的に配置されているため、指針軸１０はロータ１３の回動角度位置の変化に相応して回動する。ロータ１３の回動角度位置の変化は指針軸１０に結合された指針によって表示される。
【００４７】
磁気回路の励磁のために励磁コイル２２，２３にプリント配線板の導体路を介して電流パルスが供給される。このプリント配線板はフレキシブルなプリント配線シート又は積層配線板から成ることもできる。
【００４８】
励磁コイル２２の原理的な導電接続形式が図６に示されている。
【００４９】
コイル支持体２４は２つの電気的に絶縁された導電接続脚部２５ａ，２５ｂを備えており、これらの導電接続脚部は１平面内でコイル支持体２４の一方の端部のところで励磁コイル２２に対して平行に配置されている。この場合、両方の導電接続脚部２５ａ，２５ｂは同一構造を有している。両導電接続脚部はコイル支持体２４へ向かう方向とは逆向きにプリント配線板２７の導体路２６，２６ａへ向かって開いた切欠３４ａ，３４ｂを形成するように二またに形成されている。
【００５０】
二またのこの導電接続脚部の下部に、この導電接続脚部の周りに卷かれたコイル端部２８，３０の線輪２８ａ，３０ａのために溝の形状の案内が設けられている。導電接続脚部２５ａ，２５ｂはコイル支持体２４と切欠３４ａ，３４ｂとの間に、それぞれの導電接続脚部に配置された線輪２８ａ，３０ａの固定のためのそれぞれ１つの切欠３２ａ，３２ｂを備えている。
【００５１】
製作の過程で、励磁コイル２２のコイル端部２８は第１の導電接続脚部２５ａの周りに複数回巻き付けられ、その結果、線輪２８ａが導体路２６に接触するようになる。
【００５２】
第１の導電接続脚部２５ａにコイル端部の線輪を巻き付けた後に、コイル支持体２４に励磁コイル２２が取付けられる。次いで、第２の導電接続脚部２５ｂに第１の導電接続脚部と同様形式で第２のコイル端部３０の線輪３０ａが巻き付けられる。
【００５３】
導電接続のために導電接続脚部２５ａ，２５ｂがプリント配線板２７上に載せられて、電気的にプリント配線板２７の導体路２６，２６ａに接続される。その際、コイル端部２８の線輪２８ａが導体路２６に、コイル端部３０の線輪３０ａが導体路２６ａにそれぞれ接触する。
【００５４】
両方のコイル端部２８，３０の線輪２８ａ，３０ａの導電接続はろう接部３１によって行われる。
【００５５】
導電接続脚部の二またの構成は、導電結合ペースト、本実施例の場合にはろうペーストの集合を可能ならしめ、ひいては導体路とコイル端部との信頼性の高い動電結合を保証する。自動的なろう付け過程の代わりに導電性接着剤によって導電結合を行うことも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の利点とするところは、互いに直交する磁力ベクトルが、従来では励磁コイルの交差状の配置により実現されていたのを、本発明によれば、磁気の流れの案内に必要な鉄心回路によって生ぜしめられることにある。鉄心回路の形状は、励磁コイルが軸平行に配置されるように形成される。このことは電動機の比較的小さな構造を可能にする。さらに、電動機は高い精度で比較的簡単に製作可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】表示機構のための本発明に基づく測定機構の斜視図である。
【図２】本発明に基づく測定機構内の伝動装置の配置を示す斜視図である。
【図３】本発明に基づくステップモータのステータを示す斜視図である。
【図４】本発明に基づくステータの鉄心の打抜素材の形状を示す図である。
【図５】図４に示す素材から折り曲げによって形成された鉄心回路を示す斜視図である。
【図６】プリント配線板上への励磁コイルの導電接続を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 測定機構、 ２ ケーシング、 ２ａ．２ｂ ケーシング半割部、 ２ｃ，２ｄ 端面、 ３ａ，３ｂ 係止ピン、 ４ アダプタ、 ５ スピゴット（係止凹所）、 ６ 横ストラット、 ７ａ，７ｂ 位置決めピン、 ８ 位置決め孔、 ９ 貫通孔、 １０ 指針軸、 １１ ねじ孔（開口）、 １２ ねじ、 １３ ロータ、 １４ ロータ軸、 １５ ウオーム伝動装置、 １６ 平歯車、 １７ ストッパ、 １８ 対向ストッパ、 １９ 鉄心回路、 ２０ａ，２０ｂ アーム、 ２０ｃ 線、 ２１ａ，２１ｂ アーム、 ２１ｃ，２１ｄ 線（屈曲部）、 ２２，２３ 励磁コイル、 ２４ コイル支持体、 ２５ａ，２５ｂ 導電接続脚部、 ２６，２６ａ 導体路、 ２７ プリント配線板、 ２８ コイル端部、 ２８ａ 線輪、 ３０ コイル端部、 ３０ａ 線輪、 ３１ ろう接部、 ３２ａ，３２ｂ 切欠、 ３３ 開口、 ３４ａ．３４ｂ 切欠

Claims (18)

1. 電動機であって、合成された磁界を生じる２つの互いに独立した励磁コイルを１つのステータ上に備えており、かつ少なくとも１対の極を備えていて磁界に依存して回動角度位置を変化する永久磁化された１つのロータを有しており、このロータがロータ軸上に軸方向に固定的に配置されている形式のものにおいて、ステータ（１９）がマルチアーム状の構造を有していて、中央にロータ（１３）を収容するための１つの開口（３３）を有しており、この開口（３３）の周りに個々のアーム（２０ａ，２０ｂ；２１ａ，２１ｂ）が配置されており、かつそれぞれ２つの互いに対向して位置するアーム（２０ａ，２０ｂ；２１ａ，２１ｂ）が対を成しており、かつ、互いに対向して位置するアーム（２０ａ，２０ｂ；２１ａ，２１ｂ）が、それらの間のそれぞれ１つの励磁コイル（２２，２３）によって互いに直交する磁力ベクトルを生じるように，曲げられており、第１の対を成す互いに対向して位置する２つのアーム（２０ａ，２０ｂ）が、互いに平行になるように互いに１回だけ屈曲せしめられており、第２の対を成す互いに対向して位置する２つのアーム（２１ａ，２１ｂ）が複数回屈曲せしめられていることを特徴とする電動機。
2. ４つのアーム（２０ａ、２０ｂ；２１ａ、２１ｂ）が開口（３３）の周りに９０°の間隔で配置されている請求項１記載の電動機。
3. アーム（２１ａ，２１ｂ）が開口（３３）の近くにそれぞれ第１の屈曲部（２１ｃ）を、かつ各アーム（２１ａ，２１ｂ）の自由端の近くにそれぞれ第２の屈曲部（２１ｄ）を備えている請求項１記載の電動機。
4. それぞれ対を成す互いに屈曲したアーム（２０ａ，２０ｂ；２１ａ，２１ｂ）の自由端の間隔は、それらの間にそれぞれ１つの励磁コイル（２２，２３）が磁気的に結合されて支承可能であるように選択されている請求項１から３までのいずれか１項記載の電動機。
5. それぞれ対を成す互いに屈曲したアーム（２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ）の自由端が励磁コイル（２２，２３）の固定のための穴を備えている請求項１から４までのいずれか１項記載の電動機。
6. 個々のアーム（２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ）が種々異なる長さを有している請求項１から５までのいずれか１項記載の電動機。
7. ステータ（１９）が一体の打抜き加工及び曲げ加工された部品から成る請求項１から６までのいずれか１項記載の電動機。
8. ロータ（１３）がステータ（１９）に対して一直線にならないように配置されている請求項１記載の電動機。
9. 励磁コイル（２２，２３）が同一の向きに配置されている請求項１記載の電動機。
10. 請求項１に記載の電動機を備えている測定機構において、電動機と指針駆動機構とが１つのケーシング内に配置されており、かつ、そのつどのロータ回動角度位置を指針駆動機構へ伝達するための伝動装置（１５，１６）がロータ軸（１４）と指針軸（１０）との間に配置されており、かつ、ケーシング（２）と、伝動装置（１５，１６）の、指針軸（１０）上に位置する平歯車（１６）とに、指針駆動機構のゼロ点の機械的な調節のためのストッパ（１７，１８）が配置されていることを特徴とする測定機構。
11. ケーシング（２）が円筒状に形成されている請求項１０記載の測定機構。
12. 円筒状のケーシング（２）の少なくとも一方の円形のケーシング表面（２ｄ）に、支持体への固定のための少なくとも１つの係止ピン（３ｂ）が配置されている請求項１１記載の測定機構。
13. 支持体がプリント配線板から成る請求項１２記載の測定機構。
14. 支持体がフレキシブルなプリント配線板を備えたシステムキャリヤから成る請求項１２記載の測定機構。
15. 支持体が積層配線板から成る請求項１２記載の測定機構。
16. 他方の円形のケーシング表面（２ｃ）にも同様に、アダプタ（４）との結合のための少なくとも１つの係止ピン（３ａ）が取付けられている請求項１２記載の測定機構。
17. アダプタ（４）が係止ピン（３ａ）のための少なくとも１つの係止凹所（５）の他に、その他の構成群との結合を実現するための開口（１１）を備えている請求項１６記載の測定機構。
18. ケーシング（２）が２つの同形のケーシング半割部（２ａ，２ｂ）から成る請求項１０から１７までのいずれか１項記載の測定機構。

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