JP5559864B2 - 電動補助駆動装置、特にワイパ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、広義では、請求項１に記載の電動補助駆動装置に関し、詳細には、ワイパ駆動装置、すなわちフロントガラスワイパモータに関する。

車両用の電動補助駆動装置には色々あるが、とりわけ、ワイパ駆動装置、すなわちワイパモータのアクチュエータが周知である。これは、基本的に、電動補助駆動装置の出力軸を有するフランジ付き歯車を備える電気モータからなっている。電気モータと、電気モータと出力軸との間の駆動列の中に、ウォームギヤの形とされた増倍手段、すなわち歯車列が設けられている電動補助駆動装置は公知である。

さらに、駆動装置が起動されている場合に、ピニオン軸、すなわち歯車の出力軸が、逆転運動、すなわち、周期的に異なる回転方向に、具体的には、電動補助駆動装置の電気または電子モータ制御ユニットにより電気モータを制御するか、または、歯車、または連結歯車としての歯車段を、適切に設計するかのいずれかによって駆動しうるように、ワイパ駆動装置すなわちワイパモータを設計することも公知である（特許文献１）。

ドイツ国特許公開第１０１４９２１８号公報

本発明の目的は、コンパクトな構造とエネルギー効率の改善とによって、ピニオン軸すなわち出力軸上で利用しうるトルクが大きくなるようにした電動補助駆動装置を提供することである。この問題を解決するために、請求項１に記載の電動補助駆動装置を開発した。

本発明による電動補助駆動装置は、例えば、ワイパ駆動装置、すなわちワイパモータを備えており、この場合、逆転型ワイパ駆動装置すなわちワイパモータであることが望ましい。駆動列の中に追加的に設けられ、かつ、ギヤハウジングの中に収容されている、第２の増倍手段すなわち歯車段は、電動補助駆動装置の出力軸上で利用可能なトルクを高め、および／または、特に、ウォームギヤに似た歯車段としての第１の歯車段の設計の場合にも、歯車の自動ロックを大幅に改善させる可能性をもたらす。

電動補助駆動装置を、ワイパ駆動装置またはワイパモータとして設計する際には、定位置に設けたワイパアームが、例えば、高速走行や洗車の際の洗車部材に押されて、強制的に定位置から移動させられて損傷を受けるのを防ぐため、適切なレベルに歯車を自動ロックすることが必要であるか、または少なくとも望ましい。

追加の第２の歯車段は、電動補助駆動装置が電気的に制御される逆転型設計である場合、具体的には、電気モータの加速または減速時期を延ばすことによって、さらにエネルギー効率の改善をもたらす。

追加の第２の歯車段は、歯車列に似た歯車段として設計されており、第１の歯車段の歯車要素と組み合わせてコンパクトな構造としうるため、歯車の構造は全体として小型でコンパクトであり、歯車の全体寸法は、ウォームギヤからなる歯車段だけである従来の電動補助駆動装置の歯車とほとんど違わない。

出力軸上のトルクは、歯車を修正しなくても、また電気モータの基本構造を変更しなくても、それぞれの要件に適応できる。この適応は、必要な範囲で、多様なモータコンポ―ネント（例えば電機子、固定子磁石、ポールポット等）を用いて行われる。適応の結果として、フロントガラスのワイパモジュールのワイパ駆動装置、すなわちワイパモータを用いて、ワイパレバーすなわちワイパアームを直接駆動するか、または追加の歯車装置（例えばレバーギヤ）を介して、２つのワイパレバー、すなわちワイパアームを駆動することができる。

追加の第２の歯車段の歯車要素だけでなく、各歯車も、すべて、単純なコンポーネントとして経済的に製造することができる。

また、本発明のさらなる展開、利点、および適用の可能性は、下記の実施例に関する説明および図面から明らかになると思う。この場合、記述および／または図示したすべての特徴は、それ自体で、またはいかなる所望の組み合わせにおいても、請求項におけるそれらの要約、またはそれらの逆方向の関係に関わらず、基本的に本発明の対象内である。また、請求項の内容を、本明細書の不可分の一部とする。

本発明を、添付図面に記載の実施形態を例として、詳しく説明する。

ワイパ駆動装置、すなわちワイパモータとして設計された、本発明による電動補助駆動装置の後面部の平面図である。 ワイパ駆動装置の必須要素を示す分解斜視図である。 ギヤハウジングを取り外した状態の図１と同様の図である。 図３の線Ｅにおける断面図である。 本発明の別の実施形態におけるワイパ駆動装置、すなわちワイパモータの必須要素の略図である。 図５の線Ａ−Ａにおける断面図である。

複数の図の中で１で示してあるワイパ駆動装置は、基本的に公知の要領で、電気モータ２と歯車３とを備えている。この実施形態では、歯車３のピニオン軸すなわち出力軸４は、ワイパ軸となっており、これに、例えば車両の後部フロントガラスのための、フロントガラスワイパモジュールの図示しないワイパブレードのための、図１で示すワイパアーム５が、適切な要領で固定されている。

ワイパ駆動装置１は、電気制御の逆転型駆動装置として、すなわち、操作中は、出力軸４およびワイパアーム５が、電気モータ２の回転方向の周期的変化を制御することによって、フロントガラスワイパモジュールのワイパ角に対応する角度範囲αを、周期的に前後に旋回させるような駆動装置として設計されている。

電気モータ２は、電機子軸７を有し、その一端は、キャップ状のモータハウジング６に回転自在に取り付けられており、かつブラシプレート９上のブラシと相互作用する電機子８と整流器１０とが設けられている。電機子軸７の他端５は、歯車３のギヤハウジング１１内へ伸び、このギヤハウジング１１に、具体的には、モータハウジング６とギヤハウジング１１との間の移行部、すなわち、モータハウジング６がギヤハウジング１１に支持されている場所に、回転自在に取り付けられている。

ギヤハウジング１１は、モータハウジング６と同じ要領で金属で製造されており、桶状をなしている。具体的には、ギヤハウジングの底壁１１．１と、モータハウジング６のフランジ取り付けのためのフランジ１１．２．１とを備え、ギヤハウジング１１を取り巻く環状壁１１．２とで構成されている。

ギヤハウジング１１の中に部分的に支えられた長い電機子軸７には、ウォーム７．１が形成され、ウォーム７．１は、ウォームホイールすなわち大歯車１２の歯１２．１と係合し、大歯車１２は、ウォーム７．１と共に第１の増倍手段すなわち歯車段１３を、ギヤハウジング１１の中に形成している。大歯車１２は、軸１４上に設けられており、ギヤハウジング１１の底壁１１．１上の軸受部１１．１．１の中に、摩擦軸受１４．１と共に、具体的には、電機子軸７と直交する軸の周りに、かつ、出力軸４と平行に、自由に回転できるように取り付けられている。

歯付きホイール１５が、ハウジングの底壁１１．１の反対側において、大歯車１２の軸と同じ軸に、大歯車１２の上側に設けられている。歯付きホイール１５は、大歯車１２よりも小径であり、大歯車１２と一体とされている。大歯車１２および歯付きホイール１５は、適切な材料、例えば金属材料またはプラスチックで製造されている。

出力軸４は、摩擦軸受４．１によって、ハウジング底壁１１．１および軸受部１１．１．２に、この位置で、回転可能にかつ旋回可能に取り付けられている。出力軸４には、歯付きホイール、または円弧状歯車１６が、ハウジング１１の内側で歯車付きホイール１５と相互作用しており、その歯１６．１は、歯車付きホイール１５の歯１５．１と係合している。歯車付きホイール１５および円弧状歯車１６により、第２の増倍手段および歯車段１７が形成されている。

円弧状歯車１６は、出力軸４に対してほぼ半径方向を向く２つのほぼ直交する側面１８を有しており、その角距離は、ワイパ角αと同じであるか、またはそれより若干大きい。万一、図２に示す電気モータ２または点線で示す制御ユニット２．１の不具合によって、ワイパ角αを定める角終端位置の１つに達した時点で、電気モータ２の回転方向の切り替えが行われない場合、側面１８がそれぞれ、ギヤハウジング１１の中の対向面に当接するように、すなわち、実施形態では、ハウジングの環状壁１１．２の内側表面に設けたゴム緩衝体１９に当接するように、ギヤハウジング１１の中の円弧状歯車１６の寸法は定められる。

歯車段１７の減速化は、１より小さいように、すなわち、歯車付きホイール１５が或る回転角で回転すると、円弧状歯車１６の回転または旋回動作の回転角が、それより小さくなるように、歯車付きホイール１５および円弧状歯車１６の有効半径は選択される。この実施形態における追加の歯車段１７のギヤ比は、およそ０．６および０．７である。

大歯車１２と歯車付きホイール１５の両方の共通軸と、出力軸４とは、共通平面上Ｅにある。電機子軸７と、ウォーム７．１の軸とは、この平面Ｅに対して直角方向にある。

ワイパ駆動装置１の最終の組み立て状態において、ギヤハウジング１１の開放側は、ハウジングカバー２０によって密接に閉じられる。電気モータ２を制御するための、特に、電気モータ２に印加されるＤＣ電圧の極性を逆転させることによって、電気モータ２および電機子軸７の逆回転を制御するための制御電子回路、すなわちモータの制御ユニット２．１が、ハウジングカバー２０の内側に設けられている。

モータの制御ユニット２．１の少なくとも１つのセンサを使って、歯車付きホイール１５の回転位置が、従って、出力軸４の回転位置すなわち旋回位置が監視され、ワイパ角αの終端位置にそれぞれ達した時点で、少なくとも、電気モータ２の回転方向の切り替えが行われる。実施形態では、永久磁石である位置磁石２１が、歯車付きホイール１５に設けられており、この磁石の磁界の影響を受けるセンサ、例えばモータ制御ユニット２．１のホールセンサと、相互作用するようになっている。ハウジングカバー２０の外側に、具体的には、ワイパ駆動装置１を電力供給および車両側の制御線に接続するための、マルチポートまたはマルチコンタクトプラグ２２が設けられている。

図５および図６は、別の実施形態であるワイパ駆動装置１ａにおける必須の機能要素だけを、すなわち、電機子８と整流器９とウォーム７．１とを、電機子軸７上に設けた状態の電機子軸７を示しており、これが、ウォームホイールすなわち大歯車１２ａと共に、第１の歯車段１３ａを形成している。ワイパ駆動装置１ａの歯車３ａは、第１の歯車段１３ａの大歯車１２ａが、その切片１２ａ．１において、そして、この位置における歯で、ウォーム７．１と相互作用し、同時に、第２の歯車段１７ａの構成部品であるという点で、すなわち、大歯車１２ａがこの位置の第２の歯を使って、出力軸４上の円弧状歯車１６の歯１６．１と相互作用する大歯車円弧として設計されているという点で、歯車３とは基本的に異なっている。従って歯車付きホイール１５は省略してある。

円弧状の切片１２ａ．１および１２ａ．２は、大歯車１２ａの軸に対して、相互に対向している。さらに、大歯車１２ａの軸に対して直交する切片１２ａ．１および１２ａ．２の前面は、この実施形態では、共通面上にある。切片１２ａ．１、および、この位置での歯の半径は、切片１２ａ．２、および、この位置での歯の半径よりも大きい。大歯車１２ａを使用しているため、出力軸４の軸方向においても、設置スペース、すなわち歯車３ａの体積はさらに削減される。

・追加の増倍手段、すなわち歯車段１７および１７ａを備えるワイパ駆動装置１および１ａの利点は、歯車３および３ａについてのコンパクトな構造、および設置スペースの削減に加えて、次のようである。

・追加の増倍手段、すなわち歯車段１７および１７ａにより、電気モータ２の同じトルクに対して、追加の増倍手段すなわち歯車段１７を有しないワイパ駆動装置と比べて、出力軸４上のトルクが増大する。

・電機子軸７と、大歯車１２および１２ａと、出力軸４およびギヤハウジングの底壁１１．１上に形成された軸受部１１．１．２との間のウォーム７．１を形成することにより、かつ、同様に、出力軸４上に円弧状歯車１６を設けたことにより、追加の歯車段１７および１７ａがあるにもかかわらず、歯車３および３ａに対して、設置スペースが少ない、非常にコンパクトな構造が得られる。

・大歯車１２ａの独特な設計と、歯車３ａにおける歯車付きホイール１５の省略とに加えて、より大きい大歯車１２（図３および図４）と部分的に重なり合うような円弧状歯車１６が、歯車３および３ａの全体的な寸法の削減に大いに貢献している。

・追加の歯車段１７および１７ａによって、出力軸１４の自動ロックが、さらに改良されている。

・大歯車１２、１２ａ、歯車付きホイール１５、および円弧状歯車１６は、比較的簡単な構成部品であるので、低価格で製造することができる。

以上、本発明を、上記では実施例に基づいて説明してきたが、本発明はその基となる概念から逸脱することなく、修正および変形が可能であることは理解しうると思う。

従って、上記説明では、ワイパ駆動装置の出力軸４は、フロントガラスワイパモジュールのワイパアーム５が直接固定されているワイパ軸として機能していると仮定した。もちろん、出力軸４が、例えばレバー歯車によって、フロントガラスワイパモジュールの１つまたは複数のワイパアームに駆動接続されるようになっているフロントガラスワイパモジュールにおいて、ワイパ駆動装置１を用いることも可能である。

１、１ａ ワイパ駆動装置
２ 電気モータ
２．１ 制御ユニット
３、３ａ 歯車
４ 出力軸
４．１ 摩擦軸受
５ ワイパアーム
６ モータハウジング
７ 電機子軸
７．１ ウォーム
８ 電機子
９ コンミュテータ
１０ 整流器
１１ ギヤハウジング
１１．１ 底壁
１１．１．１ 軸受部
１１．２ 環状壁
１１．１．２ 軸受部
１１．２．１ フランジ
１２、１２ａ 大歯車
１２．１ 歯
１２ａ．１、１２ａ．２ 切片
１３、１３ａ 歯車段
１４ 軸
１４．１ 摩擦軸受
１５ 歯付きホイール
１５．１ 歯
１６ 円弧状歯車
１６．１ 歯
１７、１７ａ 歯車段
１８ 側面
１９ ゴム緩衝体
２０ ハウジングカバー
２１ 位置磁石
２２ マルチコンタクトプラグ
α 旋回角
Ｅ 平面

Claims (17)

1. 電動補助駆動装置、特にワイパ駆動装置であって、電気モータ（２）および末端の歯車（３、３ａ）が、前記電動補助駆動装置の出力軸を形成し、前記電気モータ（２）と出力軸（４）との間の駆動列の中に直列に配置された少なくとも２つの歯車段（１３、１３ａ、１７、１７ａ）を有しており、そのうちの１つの第１の歯車段（１３、１３ａ）が、ウォーム（７．１）と、このウォームと相互作用するウォームホイール状の歯車の要素（１２、１２ａ）とで構成されているウォームギヤの形で設計されており、
   前記駆動列の中に設けられた少なくとも１つの第２の歯車段（１７、１７ａ）が、歯車列の形で設計されている電動補助駆動装置において、
   前記電気モータ（２）および電気モータ（２）の軸（７）の回転方向が周期的に変化するように、前記出力軸（４）の旋回または回転を逆転させるように設計されており、
   前記第２の歯車段（１７、１７ａ）の１つの歯車要素上に、前記出力軸（４）上に配置された前記第２の歯車段（１７、１７ａ）の歯車要素（１６）上に、前記逆転する電動補助駆動装置のモータ制御ユニット（２．１）の故障または不具合の場合に、前記ギヤハウジング（１０）上に設けられた少なくとも１つの弾性のある対向面（１９）に衝突させることによって、前記出力軸（４）の前記旋回動作を、強制的に終了させる少なくとも１つのストップ（１８）が設けられていることを特徴とする電動補助駆動装置。
2. 前記第２の歯車段が、前記第１の歯車段（１３、１３ａ）と前記出力軸（４）との間の駆動列の中に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電動補助駆動装置。
3. 前記第２の歯車段（１７）が、２つの歯車要素（１２ａ、１５、１６）で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電動補助駆動装置。
4. 前記第２の歯車段（１７、１７ａ）の１つの歯車要素（１６）が、前記出力軸（４）上に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の電動補助駆動装置。
5. 前記第１の歯車段（１３）のウォームホイール状の歯車要素（１２）、および前記第２の歯車段（１７）の歯状ホイール状の歯車要素（１５）が、少なくとも相互に駆動接続されており、かつ、ギヤハウジング（１１）の中の共通軸（１４）の周りに回転自在に取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
6. 前記第１の歯車段（１３、１３ａ）のウォームホイール状の歯車要素（１２、１２ａ）が、同時に、前記第２の歯車段（１７、１７ａ）の歯車要素であり、かつ、この目的のために、前記ウォーム（７．１）との相互作用のために、第１の切片（１２．１、１２ａ．１）上に、および、前記第２の歯車段（１７、１７ａ）の歯車要素（１６）との交互作用のために、少なくとも第２の切片（１５、１２ａ．２）上に設計されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
7. 前記第１の歯車段（１３）のウォームホイール状の歯車要素（１２）、および、前記の歯車要素と同じ軸に配置された第２の歯車段（１７）の歯状ホイール状の歯車要素（１５）が、１つのユニットを形成するように接続されるか、または単一のものとして製造されていることを特徴とする、請求項６に記載の電動補助駆動装置。
8. 前記第１の歯車段（１３）のウォームホイール状の歯車要素（１２）と、前記歯車要素に駆動しうるように接続された前記第２の歯車段（１７）の歯車要素（１５）とが、または、前記ウォームホイール状の歯車要素（１２）の前記第１の切片（１２．１、１２ａ．１）と前記第２の切片（１５、１２ａ．２）とが、異なる直径または半径を有しており、例えば、前記ウォームホイール状の歯車要素（１２）が、この歯車要素（１２）と同じ軸に配置されている前記第２の歯車段の歯車要素（１５）よりも大きい直径または半径を有するか、または、前記ウォームホイール状の歯車要素（１２ａ）の第１の切片（１２ａ．１）が、前記第２の切片（１２ａ．２）より大きい直径、または半径を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
9. 前記第２の歯車段（１７）のギヤ比が１より小さく、好ましくは０．６と０．７の間の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
10. 前記第１および／または第２の歯車段（１３ａ、１７、１７ａ）の少なくとも１つの歯車要素（１２ａ、１６）が、円弧状をなしていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
11. 前記ウォーム（７．１）と相互作用する前記第１の歯車段（１３ａ）の歯車要素（１２ａ）、および／または、前記第２の歯車段（１７）の出力に設けられている歯車要素（１６）、および／または、前記第２の歯車段（１７ａ）の歯車要素（１２ａ）であって、この歯車段（１７ａ）の出力で前記歯車要素（１６）と相互作用する歯車要素（１２ａ）が、円弧状をなしていることを特徴とする、請求項１０に記載の電動補助駆動装置。
12. 前記ウォームホイール状の歯車要素（１２、１２ａ）の軸が、前記出力軸（４）に平行に、かつ間隔を置いて配置され、かつ、前記第１の歯車段（１３、１３ａ）のウォーム（７．１）、または、前記電気モータ（２）の電機子軸（７）のうちのこのウォーム（７．１）を呈する部分が、出力軸（４）と、前記第１の歯車段（１３、１３ａ）のウォームホイール状の歯車要素（１２、１２ａ）とのためにギヤハウジング（１１）上に形成された軸受部（１１．１．１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
13. 前記第１の歯車段（１３、１３ａ）のウォーム（７．１）または、前記電機子軸（７）のうちのこのウォーム（７．１）を呈する部分の長さが、その縦の面では、前記第１の歯車段（１３、１３ａ）のウォームホイール状の歯車要素（１２、１２ａ）の軸に加えて、出力軸（４）の軸も含む平面（Ｅ）と垂直または基本的に垂直な方向であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
14. 前記第２の歯車段（１７）の１つの歯車要素（１６）が、前記第１の歯車段（１３）のウォームホイール状の歯車要素（１２）に部分的に重なり合っていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
15. 前記第１の歯車段（１３、１３ａ）のウォームホイール状の歯車要素（１２、１２ａ）、および前記第２の歯車段（１７、１７ａ）の歯車要素（１２ａ、１５、１６）に加えて、出力軸（４）も、桶状または貝殻の形状に設計されたギヤハウジング（１１）の下面（１１．１）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
16. １つの歯車要素（１５）上に、例えば、前記ウォームホイール状の歯車要素（１２）と同じ軸に配置された前記第２の歯車段（１７）の歯車要素（１５）上に、前記電気または電子モータ制御ユニット（２．１）と相互作用する少なくとも１つの制御要素が、前記歯車要素（１５）の回転位置または旋回位置に応じて、電気モータ（２）を制御するために、例えば、永久磁石（２１）形式で、および／または、永久磁石装置の形式で、および／または制御カムおよび／またはカーブの形式で設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。
17. 前記モータハウジング（１１）が、ハウジングカバー（２０）によって、前記ハウジング下面（１１．１）の反対側のそのハウジング側で閉じられ、かつ、前記電気または電子モータ制御ユニット（２．１）が、前記ハウジングカバー（２０）上に設けられていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電動補助駆動装置。

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