JP4750461B2

JP4750461B2 - 回転制御機能付モータ

Info

Publication number: JP4750461B2
Application number: JP2005128418A
Authority: JP
Inventors: 直人瀬下; 克幸田中; 祐介水越; 弘幸栗原; 佳永渡邉
Original assignee: 株式会社五十嵐電機製作所
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: US20060236802A1; US7573171B2; JP2006311656A

Description

本発明は、回転制御機能付モータに関し、さらに詳しくは、例えば自動車等の車両に開閉自在に設けられている跳ね上げ式の後部ドア、あるいは側面やルーフに設けられているスライドドアを開閉させるためのモータとして用いる回転制御機能付モータに関する。

従来、自動車の側面に設けたスライドドアをモータで開閉させるドア開閉装置は、例えば、特許文献１で知られている。

一方、ハッチバックタイプの乗用車やワゴン車等では、一般に、荷物を後方から出し入れするための跳ね上げ式のバックドアが設けられている。また、バックドアの開閉力を補助するための開閉補助手段として、ガススプリングが取り付けられている。ガススプリングには、一般にバックドアの重量を支持するための高圧ガスと、仕切端近傍において減衰力を付加するための作動油とが封入されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ガススプリングとモータにより開閉力を補助するようにしたバックドア開閉装置も、特許文献３で知られている。
特開平１１−７２３９５号公報特開平１０−１４１４０９号公報特開２００４−１７５２１１号公報（図９参照）

しかし、ガススプリングにより開閉力を補助するバックドア開閉装置は、バックドアを閉じた状態では、ドアとガススプリングがぼぼ平行に近い角度で取付けられるため、ガススプリング力における、ドアを垂直方向に回転させる回転モーメントは、わずかしか寄与しない。このため、開き始めでは、ドアが重くてなかなか開かず、ガススプリングの押圧力が自重に勝つ位置まで開くと、跳ね上がって行く。これに対して、ガススプリングとモータを並用した場合には、ドアとガススプリングがほぼ平行に近い角度であっても、モータの補助でドアの開閉を比較的スムーズに行わせることができる。

しかしながら、ガススプリングやモータ等による補助支持力は、通常は、ドアの回動角度に比例するものではない。したがって、坂道等でドアの開放トルクが小さくなった場合、及び、大きな温度変化があった場合には、ドアの回動位置と回動させるために必要なトルクの関係が、想定範囲と大きく異なり、モータへの負荷が小さいときには、モータが高速で回転をし、ドアが勢いよく跳ね上がるように開いて障害物に衝突することがある。

また、自動車の側面やルーフに設けたスライドドアを、モータで水平方向に開閉させるドア開閉装置でも、坂道等ではドアの開放トルクが異なる。すなわち、下っている方向にドアが動作する場合には、モータへの負荷が小さくなり、モータが高速で回転をし、ドアが勢いよく開いたりすることがある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、モータの回転が想定範囲より大きくなると、回転にブレーキをかけて、常に一定の速度範囲内で回転することができる回転制御機能付モータを提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）シャフトと、このシャフトに固定され、シャフトの軸方向に延びる複数のコアスロットによって分離された複数個のティースを備える電機子鉄心と、電機子鉄心のティースに導線を巻回して形成したコイルと、コイルと接続された複数個の整流子片を有する整流子とを備える電機子と、電機子の外側に配置された界磁マグネットとを有してなるモータにおいて、コイルを、特定のティースに導線を巻回してなる正規コイルと、正規コイルとは別に、電機子の回転数に比例した起電力が端子間に生じるように、導線を隣り合う複数のティースに共通に巻回し、かつ両端を同じ整流子片に戻るショート回路に接続して形成したブレーキコイルとをもって構成する。

（２）上記(１)項において、ブーレーキ用コイルを、回転方向にほぼ等しい角度ずつずれた等分位置にあるティースにそれぞれ設ける。

（３）上記(１)または(２)項において、正規コイルとブレーキコイルの各導線の線径を同じにする。

（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、円周方向にＡ〜Ｊ番までの順に並んだ１０個のティースを有する電機子鉄心と、ティースのＡ〜Ｊ番までの番号に対応して、円周方向に１〜１０番までの順に並んだ１０個の整流子片を有する整流子とを備え、ブレーキコイルの導線を、６番目の整流子から２番、３番のティースに同時に巻き付けた後、７番、８番のティースに同時に巻き付け、再び６番目の整流子に戻るようにして結線する。

本発明によると、次のような効果を奏することができる。
（ａ）請求項１記載の発明によれば、電機子の回転数が大きくなればなるほど、ブレーキコイルの端子間に大きな起電力を発生させる。また、この起電力でブレーキコイルに磁束を作り、この磁束が電機子の回転に負荷として働き、モータが高速で回転するのを抑制することができる。したがって、特別な速度制御回路等を使用することなく、簡単な構造で電機子の回転制御が行え、安価な回転制御機能付モータを提供することができる。また、ブレーキコイルの磁束の大きさは、ブレーキコイルの巻数の調整、あるいは巻回するステースの数等で変更できるので、要求性能が変更になっても、簡単に対応することができ、かつ、ブレーキコイルの両端を、同じ整流子片に戻るショート回路に接続するので、正規コイルの巻線と同一工程でブレーキコイルを巻線することができる。
また、ブレーキコイルは、隣り合う複数のティース共通に、導線を同時に巻き付けて形成しているので、より大きなブレーキ用磁束を発生させることができ、高トルクを扱う機器にも適用できる。

（ｂ）請求項２記載の発明によれば、ブレーキコイルを、回転方向にほぼ等しい角度ずつずれた等分位置にあるティースにそれぞれ設けているので、電機子の回転に対する負荷のバランスがとれ、回転ムラによる振動及び騒音の発生を抑制することができる。

（ｃ）請求項３記載の発明によれば、正規コイルに使用する導線の線径とブレーキコイルに使用する導線の線径とを同じにすることにより、正規コイルの巻線時に、同一工程でブレーキコイルを巻線することができ、製造を簡略化して、コストを下げることができる。

（ｄ）請求項４記載の発明によれば、円周方向にＡ〜Ｊ番までの順に並んだ１０個のティースを有する電機子鉄心と、ティースのＡ〜Ｊ番までの番号に対応して円周方向に１〜１０番までの順に並んだ１０個の整流子片を有する整流子とを備え、ブレーキコイルの導線を６番目の整流子から２番，３番のティースに同時に巻き付けた後、７番，８番のティースに同時に巻き付け、再び６番目の整流子に戻るようにして結線しているので、ブレーキコイルは、回転方向にほぼ等しい角度ずつずれた位置にあるティースにそれぞれ設けられ、電機子の回転に対する負荷のバランスがとれ、回転ムラによる振動及び騒音の発生を抑制することができる。また、ブレーキコイルの導線の端子を整流子の整流子片を共用することができ、構造を簡略化して、コストアップを抑えることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のモータを適用したバックドアを有するバンタイプ、またはこれと同等の自動車の後部側面図である。

図１において、自動車(11)の後部フレーム(12)には、枢軸(13)を支点として上下方向に回動して、図中実線で示す閉位置と、２点鎖線で示す跳ね上げ開位置とに切り換え可能な跳ね上げ式のバックドア(14)を取り付けている。後部フレーム(12)とバックドア(14)との間には、バックドア(14)の内側に、左右１組のガススプリング式アクチュエータ(15)(15)を設け、かつ、バックドア(14)の上部には、この実施形態による回転制御機能付モータを用いたモータ駆動式アクチュエタが設けられている。

ガススプリング式アクチュエータ(15)は、一般によく知られたガススプリングであり、バックドア(14)がいくらか開いた位置を境として、それより開いている場合はバックドア(14)を開方向に付勢し、それより閉じている場合は、若干の抵抗力を持つことから、バックドア(14)をスムーズに閉じることができる。

モータ駆動式アクチュエータ(16)は、図２に示すように、自動車(11)の前後方向に移動する出力部材(18)のラックギア(18a)に、ピニオン(19)を噛合させて設けられている。そのラックギア(18a)は、バックドア(14)と一体に前後方向に回動するリンクレバー(17)と連結されている。

図３は、モータ駆動式アクチュエータ(16)の内部を示す断面図である。図３に示すように、モータ駆動式アクチュエータ(16)のアクチュエータケース本体(20)の一端側には、この発明に係る回転制御機能付モータ(21)が設けられている。

モータ(21)は、シャフト(23)と電機子(24)と固定子(27)とで構成されている。シャフト(23)は、アクチュエータケース本体(20)の中心を貫通し、かつ、左右の軸受(22)(22)によって、アクチュエータケース本体(20)に回転可能に支持されている。電機子(24)は、シャフト(23)上に固定されている。固定子(27)は、電機子(24)の外側を覆って、アクチュエータケース本体(20)の一端に止着されている有底円筒状のモータケースを兼ねるヨーク(25)と、ヨーク(25)内で電機子(24)の外側に配置された界磁マグネットとしての永久磁石(26)とで形成されている。

なお、外部から電機子(24)に電流を供給する給電用ブラシ(28)は、図示せぬ電気端子を設けた基板(29)を介してアクチュエータケース本体(20)に取り付けられている。また、ヨーク(25)の左側には、シャフト(23)の左端に装着された鋼球(30)を介してスラスト方向の力を受ける軸受(31)が設けられている。アクチュエータケース本体(20)の右側には、軸受(32)が取り付けられており、シャフト(23)の右端に装着された鋼球(33)を介して、スラスト方向の力を受けるようになっている。

永久磁石(26)は環状に形成されており、ヨーク(25)内に圧入嵌合され、必要に応じて接着固定されている。永久磁石(26)の環状内周面には、円周方向に沿って、Ｎ極とＳ極が、交互に等間隔で複数着磁されている。

永久磁石(26)の内側には、シャフト(23)に固定された電機子鉄心(34)が配されている。電機子鉄心(34)の図３における右側には、整流子(35)が配設されており、その周囲に給電ブラシ(28)が等分に配置されている。

図４は、電機子鉄心(34)及び整流子(10)の構造を示す図である。図４において、電機子鉄心(34)は、例えば珪素鋼板を積層して形成してなり、シャフト(23)の軸方向に延びる１０個のスロット(36)を円周方向に沿って等分に設け、このスロット(36)で等分に分離された概略Ｔ字状の、図４及び図５において、(Ａ)〜(Ｊ)までの番号で区別される歯部、すなわち、１０個のティース(37)を有する。各ティース(37)には、導線(38)を巻回してコイル(39)が形成されている。

整流子(35)は、シャフト(23)に固定された、図４及び図５において、(１)〜(10)までの符号で区別される１０個の整流子片(40)を備えている。各整流子片(40)は、互いに絶縁されて周方向に配列され、その外周面が給電用ブラシ(28)と摺接するようになっている。各整流子片(40)には、図４に示すように、導線(38)の各端部を接続するための係合爪(40a)が形成されている。

図５は、図３におけるモータ駆動式アクチュエータ(15)における回転制御機能付モータ(21)の結線状態を示す展開図である。コイル(39)は、線径・材質共に同じ導線(38)を使用して、電機子鉄心(34)の特定のティース(37)に導線(38)を巻回してなる正規コイル(39a)とブレーキコイル(39b)とからなっている。

図５に示すように、正規コイル(39a)は、次のようにして巻回されている。まず、１番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ａ及びＢ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、Ｆ及びＧ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、７番目の整流子片(40)に戻る。２番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ｂ及びＣ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、Ｇ及びＨ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、８番目の整流子片(40)に戻る。３番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ｃ及びＤ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、Ｈ及びＩ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、９番目の整流子片(40)に戻る。以下、順次、１つずつ隣接する側にズレながら、同様に巻回され、所定の正規コイル(39a)が形成される。

一方、ブレーキコイル(39b)は、特定のティース(37)に正規コイル(39a)と重ね巻されるもので、この場合、６番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ｇ及びＨ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、円周方向に等分ずれた位置、すなわち１８０度ずれたＢ及びＣ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、同じ６番目の整流子片(40)に戻るというように、ショート回路に接続して形成される。したがって、このブレーキコイル(39b)は、電機子(24)が回転されると、その回転数に比例した大きさの起電力、すなわち電機子(24)の回転数が大きくなればなるほどブレーキコイル(39b)の端子間に大きな起電力を発生させる。また、この起電力のショート電流でブレーキコイル(39b)に磁束を作り、この磁束が電機子(24)の回転に負荷として働き、モータ(21)が高速で回転するのを抑制する働きをする。

なお、導線(38)の線径は０.６ｍｍ、正規コイル(39a)の巻回数は１７回、ブレーキコイル(39b)の巻回数は５回であるが、導線(38)の線径及び各コイル(39a)(39b)の巻回数や巻回形式は、要求性能によって変わる。すなわち、例えばブレーキコイル(39b)による負荷の大きさは、ティース(37)の数及び導線の巻回数を変えることによっても変えることができ、一般に、数を多くすれば負荷も大きくすることができる。しかし、ブレーキコイル(39b)の巻回形式にあっては、回転方向で等分な位置(例えば、１８０度間隔、１２０度間隔、９０度間隔等)にあるティース(37)にそれぞれ設けてバランスさせたほうが、電機子(24)の回転に対する負荷のバランスがとれ、回転ムラによる振動及び騒音の発生を抑制することができる。

シャフト(23)には、軸受(22)(22)との間に位置して、ウォーム歯車(41)を設けている。このウォーム歯車(41)には、図２に示したピニオン(19)と一体に回転する駆動軸(42)に取り付けられたウォームホィール(43)が、減速装置として噛合されている。

次に、作用を説明する。本例では、モータ(21)への給電は、バックドア(14)の図示せぬロック解除レバーに連動するスイッチの操作によって行われる。したがって、ロック解除レバーが操作されると、モータ(21)が正回転され、この回転がシャフト(23)−ウォーム歯車(41)−駆動軸(42)−ピニオン(19)−ラックギア(18a)を介して出力部材(18)に伝達され、出力部材(18)を開方向に移動させる。これにより、リンクレバー(17)が枢軸(13)及びバックドア(14)と共に開方向に回動し、バックドア(14)の回転が開始される。バックドア(14)がいくらか開くと、ガススプリング式アクチュエータ(15)の力が加わり、大きな力でバックドア(14)が開放されて行く。また、バックドア(14)が全開状態になると、図示せぬスイッチが操作されて給電が断たれ、モータ(21)の回転は停止する。
この、正規コイル(39a)への給電には、モータ(21)の回転数がフィードバックされる電子的プログラマブル制御が行われており、この制御は周知な制御手段である。

このとき、自動車(11)が坂道等に停車していて、バックドア(14)の開放トルクが想定範囲よりも非常に小さくなっていた場合、ガススプリング式アクチュエータ(15)及びモータ駆動式アクチュエータ(16)であるモータ(21)に加わる負荷トルクが小さくなり、急速に開こうとして、モータ(21)が外力で回されて、モータ(21)の回転も想定よりも速くなる。モータ(21)の回転が速くなると、その回転数が大きくなればなるほど、ブレーキコイル(39b)の端子間に大きな起電力が発生し、この起電力でブレーキコイル(39b)に大きな磁束が作られ、この磁束が電機子(24)の回転に負荷として働き、モータ(21)の回転を抑制する。これにより、バックドア(14)が勢いよく跳ね上がることがなくなる。

図６は、本発明に係るモータ(21)を使用するモータ駆動式アクチュエータ(16)と、従来のガススプリング式アクチュエータ(15)とを併用した場合と、従来のガススプリング式アクチュエータ(15)だけを使用した場合との、ドアスピードの関係を比較した図である。図中(ｉ)は、本実施例であるモータ駆動式アクチュエータ(16)とガススプリング式アクチュエータ(15)とを使用した場合のスピード、(ii)は、ガススプリング式アクチュエータ(15)だけを使用した場合のスピードである。また、縦軸がドアスピード(Ｖ)、横軸がドア開度(Ｍ)である。

本実施例の場合(ｉ)では、バックドア(14)の開放開始と同時にモータ(21)が駆動するので、スムーズに開放が始まり、モータ(21)の速度制御により制御範囲内でドアの開放スピードが抑えられ、バックドア(14)が勢いよく跳ね上がり、障害物に激しく衝突するのが防止される。一方、従来のガススプリング式アクチュエータ(15)だけを使用した場合(ii)には、バックドア(14)側の負荷が小さいと、開放端近くで急激にスピードを増して勢いよく跳ね上がり、障害物に激しく衝突する虞がある。

なお、バックドア(14)に適用した場合について説明したが、自動車の側面に設けたスライドドアをモータで水平方向に開閉させるドア開閉装置や、モータでサンルーフを開閉させるドア開閉装置等の場合にも、このモータ駆動式アクチュエータ(16)を使用すると、同じような作用が得られる。また、モータ駆動式アクチュエータ(16)と従来のガススプリング式アクチュエータ(15)とを併用した場合について説明したが、モータ駆動式アクチュエータ(16)を単独で使用することもできる。

したがって、本発明によれば、モータ(21)の回転が想定範囲より大きくなると、モータ(21)の回転に自動的にブレーキをかけ、常に一定の速度範囲内で回転することができるので、特別な速度制御回路等を使用することなく、簡単な構造で回転制御が行える。また、ブレーキ用磁束の大きさは、ブレーキコイルの巻数の調整、あるいは巻装するステースの数等で変更できるので、要求性能が変更になっても、簡単に対応することができる。さらに、正規コイル(39a)に使用する導線(38)の線径と、ブレーキコイル(39b)に使用する導線(38)の線径とを同じにしてあるので、正規コイル(39a)の巻線時に、同一工程でブレーキコイル(39b)を巻線することができる。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態に種々の変形や変更を施すことが可能である。

本発明のモータを適用した自動車の後部側面図である。同上自動車における要部構成拡大図である。同上自動車におけるモータ駆動式アクチュエータの内部構造を示す断面図である。同上モータにおける電機子鉄心及び整流子の構造拡大図である。同上モータ駆動式アクチュエータにおける回転制御機能付モータの結線状態を示す展開図である。本発明に係るモータを使用するモータ駆動式アクチュエータと従来のガススプリング式アクチュエータとを併用した場合と、従来のガススプリング式アクチュエータだけを使用した場合との、ドアスピードの関係を比較した図である。

(Ａ)〜(Ｊ)ティースの識別番号
(１)〜(10)整流子片の識別番号
(11)自動車
(12)後部フレーム
(13)枢軸
(14)バックドア
(15)ガススプリング式アクチュエータ
(16)モータ駆動式アクチュエータ
(17)リンクレバー
(18)出力部材
(18a)ラックギア
(19)ピニオン
(20)アクチュエータケース本体
(21)回転制御機能付モータ
(22)軸受
(23)シャフト
(24)電機子
(25)ヨーク(モータケース)
(26)永久磁石(界磁マグネット)
(27)固定子
(28)給電用ブラシ
(29)基板
(30)鋼球
(31)軸受
(32)軸受
(33)鋼球
(34)電機子鉄心
(35)整流子
(36)スロット
(37)ティース
(38)導線
(39)コイル
(39a)正規コイル
(39b)ブレーキコイル
(40)整流子片
(41)ウォーム歯車
(42)駆動軸

Claims

シャフトと、このシャフトに固定され、シャフトの軸方向に延びる複数のコアスロットによって分離された複数個のティースを備える電機子鉄心と、電機子鉄心のティースに導線を巻回して形成したコイルと、コイルと接続された複数個の整流子片を有する整流子とを備える電機子と、電機子の外側に配置された界磁マグネットとを有してなるモータにおいて、
コイルを、特定のティースに導線を巻回してなる正規コイルと、正規コイルとは別に、電機子の回転数に比例した起電力が端子間に生じるように、導線を隣り合う複数のティースに共通に巻回し、かつ両端を同じ整流子片に戻るショート回路に接続して形成したブレーキコイルとをもって構成したことを特徴とする回転制御機能付モータ。
ブレーキコイルを、回転方向とほぼ等しい角度ずつずれた等分位置にあるティースに、それぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の回転制御機能付モータ。
正規コイルとブレーキコイルの各導線の線径を同じにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転制御機能付モータ。
円周方向にＡ〜Ｊ番までの順に並んだ１０個のティースを有する電機子鉄心と、ティースのＡ〜Ｊ番までの番号に対応して、円周方向に１〜１０番までの順に並んだ１０個の整流子片を有する整流子とを備え、ブレーキコイルの導線を、６番目の整流子から２番、３番のティースに同時に巻き付けた後、７番、８番のティースに同時に巻き付け、再び６番目の整流子に戻るようにして結線したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転制御機能付モータ。