JP4129875B2 - Electric motor with reduction mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車のワイパアームの駆動や空気調整装置の流路調節弁を駆動するのに用いられるアクチュエータとしての減速機構付き電動モータに関し、特に電動モータとしてブラシレスモータを用いた減速機構付き電動モータに関する。 The present invention relates to an electric motor with a speed reduction mechanism as an actuator used to drive a wiper arm of an automobile or a flow path control valve of an air conditioner, and more particularly to an electric motor with a speed reduction mechanism using a brushless motor as the electric motor. About.
自動車などの車両に用いられるワイパ装置や空気調整装置の気流調節弁の駆動源として、電動モータにより駆動されるアクチュエータが用いられている。そのアクチュエータはモータの回転を所要の回転数に減速して出力軸へ伝える減速機構が付いた減速機構付き電動モータとなっている。
このようなアクチュエータの減速機構は、モータの回転軸に取り付けられたウォームギヤから平歯車、ピニオンギヤにより減速され出力軸を駆動する構成が用いられる。出力軸にはワイパアームを動作させるリンク機構や流路調節弁が取り付けられる。
このようなアクチュエータでは、ワイパアームや弁の揺動運動を行うにあたりより精度良く揺動運動を行うため、出力軸の回転位置を検出する必要がある。そのため、減速機構付き電動モータには、出力軸の回転角度を検出するためのセンサが設けられている。
An actuator driven by an electric motor is used as a drive source for a wind control valve of a wiper device or an air conditioning device used in a vehicle such as an automobile. The actuator is an electric motor with a speed reduction mechanism with a speed reduction mechanism that reduces the rotation of the motor to a required rotational speed and transmits it to the output shaft.
Such a reduction mechanism for the actuator uses a configuration in which the output shaft is driven by being decelerated by a spur gear and a pinion gear from a worm gear attached to a rotating shaft of the motor. A link mechanism for operating the wiper arm and a flow path control valve are attached to the output shaft.
In such an actuator, it is necessary to detect the rotational position of the output shaft in order to perform the swinging motion with higher accuracy when performing the swinging motion of the wiper arm and the valve. Therefore, the electric motor with a speed reduction mechanism is provided with a sensor for detecting the rotation angle of the output shaft.
これまで、出力軸の回転位置を検出するには、接触式センサとして出力軸と一体に回転する減速歯車にブラシを設け、そのブラシを減速歯車近傍に取り付けた印刷配線基板上に印刷形成された印刷抵抗等のパターンへ摺接させる構成が用いられている。
また、出力軸の回転位置を検出する構成として非接触式のセンサも用いられる。このような減速機構付き電動モータとしては、特開2002−262515号公報に示すような、出力軸の絶対位置を示すためのセンサを設けたものが知られている。
これは、モータ回転軸に設けられた多極着磁磁石の磁気をホールセンサにより検出することで出力軸の相対位置を検出し、出力軸と一体に設けられた減速用歯車に磁石を取付け、その磁石の磁気をホールセンサで検出して出力軸の絶対位置を検出するものである。
A non-contact sensor is also used as a configuration for detecting the rotational position of the output shaft. As such an electric motor with a speed reduction mechanism, there is known an electric motor provided with a sensor for indicating the absolute position of the output shaft as disclosed in JP-A-2002-262515.
This detects the relative position of the output shaft by detecting the magnetism of the multi-pole magnetized magnet provided on the motor rotation shaft with a Hall sensor, and attaches the magnet to the reduction gear provided integrally with the output shaft, The absolute position of the output shaft is detected by detecting the magnetism of the magnet with a hall sensor.
ところで、減速機構付き電動モータにおいては出力軸の回転位置を検出するには、その初期位置を精度良く設定する必要がある。また、同時にこれら装置においては長寿命、高信頼性、高精度および低価格が常に要求される。
ブラシを用いた構成では接触式であるために長寿命化、高信頼性化に限界があり、ブラシや印刷抵抗等のばらつきにより初期位置設定や位置検出の高精度化にも限界がある。
そのため、ホールセンサを用い非接触式で検出する構成が用いられる。この構成は非接触式であるため長寿命化や高信頼性といった面では有利だが、センサやマグネット、検出回路等が比較的高価になり低価格化について問題が残る。
By the way, in the electric motor with a speed reduction mechanism, in order to detect the rotational position of the output shaft, it is necessary to set the initial position with high accuracy. At the same time, these devices always require long life, high reliability, high accuracy and low price.
Since the configuration using the brush is a contact type, there is a limit in extending the life and reliability, and there is a limit in increasing the accuracy of initial position setting and position detection due to variations in the brush and printing resistance.
For this reason, a non-contact detection structure using a hall sensor is used. Since this configuration is a non-contact type, it is advantageous in terms of long life and high reliability. However, a sensor, a magnet, a detection circuit, and the like are relatively expensive, and there remains a problem with low price.
本願発明は上記課題を解決するもので、センサによる非接触式で長寿命化を達成し、簡単な構成で組み立てを容易にするとともにセンサ等のコストをおさえ低価格化をはかり、非常にコンパクトな減速機構付き電動モータを提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned problems, achieves a long service life with a non-contact type sensor, facilitates assembly with a simple configuration, reduces the cost of the sensor, etc., and is very compact. An electric motor with a speed reduction mechanism is provided.
上記課題を解決するため、請求項1に示すようにすれば、構成が非常に簡単なものとなる。
To solve the above problem, if as shown in
以上説明した実施の形態構成によれば、ブラシレスモータの駆動に必要な磁気センサと回転検出用の磁気センサを共通とすることでブラシレスモータに必要な磁気センサを用いて減速機構付き電動モータの制御が可能となり、それら磁気センサと出力軸の回転を検出する磁気センサを一つの基板上に配置できるので非常にコンパクトな減速機構付き電動モータとすることができる。
According to the configuration of the embodiment described above, the magnetic sensor necessary for driving the brushless motor and the magnetic sensor for rotation detection are used in common to control the electric motor with a reduction mechanism using the magnetic sensor necessary for the brushless motor. Since the magnetic sensor and the magnetic sensor for detecting the rotation of the output shaft can be arranged on one substrate, an extremely compact electric motor with a speed reduction mechanism can be obtained .
以下、本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
図1および図2は本願発明の減速機構付き電動モータの一例であるアクチュエータ1で、図1はその内部平面図を示し、図2は図1に示す切断線A−Aにより要部を切断した側面図を示す。断面はそれぞれハッチングで示すものとする。
アクチュエータ1は下ケース2と上ケース3によりほぼ直方体の箱状に形成され、内部に駆動用モータ22、減速歯車列となるウオームギヤ10、第一中間ギヤ11、第二中間ギヤ12、第三中間ギヤ13および出力軸14cを有する出力ギヤ14、そして印刷配線基板で形成された基板21が収容されている。基板21には後述するモータの駆動回路、減速ギヤの回転を検出するための回路等が構成されている。
下ケース2はケースの底面を構成する底板2aとその底板2aの外周に形成された外周壁2bにより浅いカップ状に形成され、外周壁2bにはこのアクチュエータ1を各種装置へ取り付けるための取付フランジ2dが設けられている。上ケース3は図を見やすくするため破線でその外形を示し、説明を省略する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an
The
The
モータ22はブラシレスモータで、取付板兼ステータベースとなる金属板状のベース22bにより底板2aの所定位置に固定されている。
このアクチュエータ1の減速歯車列は、モータ22の回転軸22cに取り付けられたウオームギヤ10、第一中間ギヤ11、第二中間ギヤ12、第三中間ギヤ13および出力ギヤ14で構成されている。第一中間ギヤ11、第二中間ギヤ12、第三中間ギヤ13はそれぞれ底板2aに形成された支持ボス2h、2i、2jに回転支持されている。
第一中間ギヤ11は大ギヤ11aと小ギヤ11bが一体に形成され、所定の減速比になるよう歯数が決定される。また、第二中間ギヤ12、第三中間ギヤ13も同様に大ギヤ12aと小ギヤ12b、大ギヤ13aと小ギヤ13bで形成されている。
ウオームギヤ10は第一中間ギヤ11の大ギヤ11aと噛み合い、小ギヤ11bが第二中間ギヤ12の大ギヤ12aと噛み合う。さらに、第二中間ギヤ12、第三中間ギヤ13がそれぞれ大ギヤと小ギヤ同士噛み合い、第三中間ギヤ13の小ギヤ13bが出力ギヤ14の大ギヤ14aと噛み合う。第一中間ギヤ11から出力ギヤ14までは平歯車とピニオンギヤが用いられ、それらの回転軸は底板2aに対し垂直でそれぞれ平行している。
The
The reduction gear train of the
In the first
The
出力ギヤ14は大ギヤ14aと出力軸14cがフランジ部14dを介して一体に形成され、出力ギヤの回転軸である出力軸14cが底板2aに設けられた開孔である出力軸ガイド2gにより下ケース2に回転支持されている。
出力軸14cには同心に開孔14hが形成されて筒状になるとともにその内壁には係止用凸片14gが形成されている。この係止用凸片14gにより開孔14hは断面D字状の穴になり、この開孔に合わせた形状の軸を有する被駆動装置(例えば空調装置の扉の回転軸やワイパの回転軸)が装着される。
In the
An opening 14h is formed concentrically on the output shaft 14c to form a cylindrical shape, and a locking convex piece 14g is formed on the inner wall thereof. The opening 14h is a hole having a D-shaped cross section due to the locking convex piece 14g, and a driven device (for example, a rotating shaft of a door of an air conditioner or a rotating shaft of a wiper) having an axis shaped according to the opening Is installed.
ここで、図3および図4によりモータ22および基板21の構成について説明する。図3はその側面図要部断面で、図4は回転軸方向から見た正面図である。
モータ22はブラシレスモータで、外転型のロータ22Rとステータ22Sで構成されている。
Here, the configuration of the
The
ロータ22Rは円筒の筒部221と平板状の天面部222が磁性金属板で一体に形成され、天面部222の中心に回転軸22cが固定されている。筒部221の内側にはやはり円筒状でN、S極が円周方向で交互に着磁された駆動用磁石223が固定されている。
そして、回転軸22cの1端側には前述のようにウオームギヤ10が圧入、接着等で取り付けられている。
ステータ22Sは、ほぼ矩形の磁性金属板でできたベース22bの中央に取り付けられた円筒状の軸受けホルダ224、そのホルダ内に取り付けられた軸受け225およびコイル226が巻き付けられたコア227で構成され、コア227が軸受けホルダ224の外側に固定された構成となっている。ロータ22Rの回転軸22cは軸受け225によりステータに回転可能に支持される。このモータ22の構成は一般的なもので、その詳細な説明は省略する。
In the rotor 22R, a cylindrical
The
The stator 22S includes a
ベース22bのロータ22Rと対向する面には回転軸22cと直交する面となるよう基板21が取り付けられている。この基板21は印刷配線基板で、その面上にはロータの回転を検出する3個のホール素子31、32、33、モータ22の回転を制御する駆動用IC34、および出力軸14cの回転を検出するホール素子35が取り付けられ、それらが基板面に設けられた所定のパターンにより接続されている。
基板21にはさらに、アクチュエータ1の外部からの信号や電力の入力に用いられるコネクタ21bが取り付けられている。コネクタ21bは樹脂製で直方体のベース211と複数のピン212で構成され、ピン212はベース211と一体成型あるいはカシメ等でベース211を貫通して取り付けられている。コネクタ21bはベース211が基板21に接して台となり、ピン212が基板を貫通してベース211と反対側の面で半田付けされている。
A
Further, a
ホール素子31、32、33はロータ22Rに取り付けられた駆動用磁石223の端部と対向してロータ22Rの回転を検出する。ホール素子35はリード35aによりセンサ部35bが基板21から離れた状態で取り付けられ、センサ部35bは出力ギヤ14にフランジ部14dと対向する位置となっている。これらホール素子や駆動用ICの動作については後述する。
この基板21は、モータの回転軸22cに直角で、かつ各歯車と緩衝しない位置で外周壁2bに沿うようアクチュエータ内に配置されている。
一方出力ギヤ14にはフランジ部14dに磁石片18が、ヨーク片19を介してホール素子35のセンサ部35bと対向するよう取り付けられている。磁石片はN極とS極が1極ずつ出力軸と平行な方向に着磁され、ホール素子35には一極のみが対向する。そのためホール素子35は出力軸14cが一回転する毎に一つのパルスが形成される波形を出力する。磁石片18は出力軸14cの係止用凸片14gと対応した位置に取り付けられる。
The
This board |
On the other hand, a
図5は上述の構成によるアクチュエータ1を駆動するためのブロック図である。この図により駆動IC34の構成とアクチュエータ1の動作を説明する。
駆動IC34は、ドライバ部341、制御部342、電源部343で構成されている。 ドライバ部341はホール素子31、32、33からの検出出力パルスPu、Pv、Pwをアンプ341aで増幅し、スイッチング部341bから駆動コイルLv、Lu、Lwへの駆動電流を供給する。
アンプ出力のうち出力パルスPu、Pvは制御部342に設けられたカウンタ部342aへ入力され、回転方向や回転角を検出するのに用いられる。
FIG. 5 is a block diagram for driving the
The driving
Out of the amplifier outputs, output pulses Pu and Pv are input to a counter unit 342a provided in the
制御部342はカウンタ部342aとモータ制御部342bからなり、カウンタ部342aへ入力されたパルス信号によりモータの回転を検出する。カウンタ部342aには、磁石片18がホール素子35に作用して発生する出力パルスPzがアンプ341cを介して入力される。カウンタ部342aは出力パルスPu、Pv、Pzによる検出出力Lをモータ制御部342bへ出力する。
モータ制御部342bは検出出力Lとこのアクチュエータ1の動作を制御するコンピュータCから入力される制御信号L1を基にモータの駆動を制御する制御信号L3を、カウンタ部342aを介してスイッチング部341bへ出力する。なお、制御信号L1はコネクタ21bを介して入力される。
The
The motor control unit 342b sends a control signal L3 for controlling the driving of the motor based on the detection output L and the control signal L1 input from the computer C for controlling the operation of the
電源部343には定電圧回路343bが設けられ、コネクタ21bを介して電源Vから供給される電源電圧を定電圧化する。電源Vからの電源電圧Vccはモータドライバ部341にかかり、アンプ341aを駆動し、スイッチング部341bによりスイッチングされて駆動コイルLv、Lu、Lwへの駆動電流を供給する。
一方定電圧回路343bで所定の電圧に降圧され定電圧化された電源電圧Vsはホール素子31、32、33およびホール素子35を駆動する。このとき定電圧回路343bはコンピュータCからの制御信号でその駆動が制御される。
The
On the other hand, the power supply voltage Vs stepped down to a predetermined voltage by the constant voltage circuit 343b drives the
ここでは、アクチェータ1の出力軸14を駆動するのにモータ22を回転させるとき、この定電圧回路343bを動作させホール素子31、32、33、35を駆動する。さらに、モータ停止時にもホール素子31、32、33、35を駆動しておく。また、制御部342もモータ22が停止しているとき駆動するよう制御しておく。
そうすることで、モータ停止時に何らかの原因で出力軸14が誤動作して動いてしまったとき、連動して駆動用磁石223が動いたことによるパルス信号をホールセンサ31、32、35から検知することができる。
そのため、次にモータ22を駆動しようとするとき、その誤動作による誤差を修正して適切に回転させることができる。
Here, when the
By doing so, when the
Therefore, when the
図6は本発明の減速機構付き電動モータとしての他の実施の形態を示すアクチュエータ100を示す。アクチュエータ1に対し同一の構成で同一の作用をするものについては同じ符号を付けてその説明を省略する。
モータ220は扁平アウタロータ型のブラシレスモータで、その回転軸220cは中間ギヤの回転軸2h、2i、2jと平行になっている。この回転軸220cにはピニオンギヤ9が取り付けられ、中間ギヤ15を介してその回転が中間ギヤ11に伝達される。
そして基板210および金属板状のベースが上述の構成と同様ステータとして設けられ、底板2aと平行に隣接して設けられている。また、ホール素子31、32、33および35、駆動用IC34が基板210に取り付けられ、やはり基板210に取り付けられたコネクタ21bが外部と接続されるよう外周壁2bを貫通して取り付けられている。
FIG. 6 shows an
The
A
なお、以上の説明で駆動用磁石223および磁石片18の磁気検出にホール素子を設けるとしたが、パルス整形回路を一体化したホールICとしても良い。また、出力軸は同心の開孔を用いたもので説明したが、ケースから突出した出力軸でも良く、本願発明が実施の形態で説明した例に限定されることはない。
In the above description, the Hall element is provided for the magnetic detection of the driving
以上説明した実施の形態構成によれば、ブラシレスモータの駆動に必要なホール素子と回転検出用のホール素子を共通とすることでブラシレスモータに必要なホール素子を用いてアクチュエータの制御が可能となり、それらホール素子と出力軸の回転を検出するホール素子を一つの基板上に配置できるので非常にコンパクトな減速機構付き電動モータとすることができる。
さらに、基板を外周壁や底板と平行に隣接させることで、コネクタを基板に一体化でき、減速機構付き電動モータの外径を直方体状にできるので、さらにコンパクトな外形を有する減速機構付き電動モータとすることができる。
According to the embodiment configuration described above, the Hall element necessary for driving the brushless motor and the Hall element for detecting rotation can be made common, and the actuator can be controlled using the Hall element necessary for the brushless motor. Since the Hall elements and the Hall elements that detect the rotation of the output shaft can be arranged on one substrate, an extremely compact electric motor with a speed reduction mechanism can be obtained.
Furthermore, by making the board adjacent to the outer peripheral wall and the bottom plate in parallel, the connector can be integrated with the board, and the outer diameter of the electric motor with a speed reduction mechanism can be made a rectangular parallelepiped, so the electric motor with a speed reduction mechanism having a more compact outer shape It can be.
1 アクチュエータ
2 下ケース
10 ウオームギヤ
14 出力ギヤ
14c 出力軸
18 磁石片
21 基板
22 モータ
22c モータ回転軸
223 環状磁石
31、32、33、35 ホール素子
34 駆動用IC
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モータの回転軸の一端側に設けられ前記歯車列を駆動するギヤと、そのギヤにより駆動され最終段に出力軸を有する歯車列と、前記出力軸に設けられその出力軸と一体に回転する磁石とを備え、
前記ロータに取り付けられた駆動用環状マグネットに対向するモータ駆動用の第一の磁気センサと、前記磁石に対向する第二の磁気センサとが、前記モータの回転軸の他端側に前記回転軸と直交して設けられた印刷配線板に配され、
前記第二の磁気センサにより前記出力軸の絶対位置を検出し、前記モータ駆動用の第一の磁気センサにより前記ロータの回転方向および回転角を検出して相対的回転角度を検出することを特徴とする減速機構付き電動モータ。 An electric motor with a speed reduction mechanism having an output shaft decelerated by a gear train driven by a brushless motor having a rotor rotating on the outer periphery of the stator,
A gear provided on one end of the rotating shaft of the motor for driving the gear train, a gear train driven by the gear and having an output shaft at the final stage, and a gear train provided on the output shaft that rotates integrally with the output shaft. With a magnet,
A first magnetic sensor for driving the motor that faces an annular magnet for driving attached to the rotor and a second magnetic sensor that faces the magnet are arranged on the other end side of the rotating shaft of the motor. Is arranged on the printed wiring board provided orthogonally,
The absolute position of the output shaft is detected by the second magnetic sensor, and the rotation direction and the rotation angle of the rotor are detected by the first magnetic sensor for driving the motor to detect the relative rotation angle. An electric motor with a reduction mechanism.
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