JP5964958B2 - 角氷供給機のドア装置および電動回転アクチュエーター - Google Patents

Description

本発明は、小型の回転アクチュエーターに関し、より詳細には、そのようなアクチュエーターを用いたドアであって該ドアから角氷を供給するようにした電動ドアに関する。

［関連出願に対する相互参照］
本出願は、２０１１年７月１５日に出願された米国仮出願第61/508,345号の利益を主張し、引用することにより本明細書の一部をなす。

消費者向け冷蔵庫は、冷凍室のドアの開口を通して氷を供給する氷供給機を有することができる。通常、冷凍室のドアの開口は、冷凍室への周囲空気の進入を制限するように自動的に開閉する供給機ドアを有する。

供給機ドアは通常、付勢バネによって閉鎖状態に保持される。ユーザーが氷を要求すると、通常はスイッチによって起動するソレノイドにより供給機ドアが開く。スイッチは、供給機ドア付近に配置されており、例えば、供給機ドア付近に配置された飲用グラスの縁によって作動することができる。

氷を放出するように供給機ドアが開放状態に保持されている期間は、ソレノイドには電力を与えなければならない。ソレノイドは、動作中に著しい電力を消費し、一定でない電力が供給されと騒音をよく発生する。ドア開閉時にソレノイドの迅速な動作によって大きな衝撃音を生じることがある。

本発明は、低電力ＤＣモーターを使用する氷供給機ドアのアクチュエーターを提供する。ＤＣモーターに接続する歯車列およびＤＣモーターの自己調節特性により、モーターに電力が供給された場合の供給機ドアの開放速度が減少する。さらに、モーターを介した回生電気ブレーキにより供給機ドアの閉鎖速度が低下する。このようにして、ドアの衝撃音が実質的に低減される。スイッチシステムが、供給機ドアを開放しているときのモーターへの電力を減少させ、保持状態の電力消費をソレノイドが必要とするよりはるかに少なく制限する。

１つの実施形態において、本発明は、氷供給機ドア装置であって、ドア開口を有したドアフレームに取付けられて、前記ドア開口の一方の側でドアシャフトにおける軸の回りに枢動するドアプレートを有する氷供給機ドア装置を提供する。ＤＣ永久磁石モーターに回転モーターシャフトが設けられ、減速歯車列に、前記モーターシャフトに取付けられて該モーターシャフトとともに回転する第１の歯車と、前記ドアシャフトに取付けられて該ドアシャフトを前記モーターの回転とともに回転させる最終歯車とが設けられる。停止部が、前記モーターに電力が供給されるとき、前記モーターによって前記歯車列を介して駆動される第１の方向への前記ドアシャフトの回転を制限する。またバネが、前記第１の方向と反対の第２の方向への前記ドアシャフトの回転を付勢し、該バネは、前記モーターに電力が供給されない間、前記第２の方向に前記ドアシャフトを回転させる大きさを有している。

従って、電力消費のより高いソレノイドに優先してＤＣモーターを使用するエネルギー効率的なアイスドアを有することが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。ソレノイドに与えられるものと同じ信号を用いることができる代替のアイスドアを有することが、本発明の少なくとも１つの実施形態の別の特徴である。

氷供給機ドア装置は、前記停止部によって制限される前に前記ドアシャフトが前記第１の方向に回転されるとき、前記モーターと直列に抵抗を加えるように作動する電気スイッチを更に備えることができる。

従って、ドアを開放するのに必要な電力レベルを下回る低減した電力消費を伴ったドアの開放状態の確実な保持をもたらすことが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

前記電気スイッチは、前記歯車列における前記最終歯車の手前の中間歯車によって作動することができる。

従って、モーターの高精度の電力制御をもたらすことが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。歯車列を介してドアに対するスイッチ操作子の相対動作を増大させることによって、小型スイッチにおいて高精度のスイッチ切換えを得ることができる。

前記電気スイッチは前記中間歯車と連動するシャフトに取付けられたロータリー電気スイッチとすることができる。

従って、回転シャフトによって作動されるように好適に構成される単純なスイッチ素子をもたらすことが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

前記歯車列および前記モーターは、前記第１の方向および前記第２の方向への前記ドアシャフトの動作を伴う前記ドアシャフトとの係合を保持することができ、アイスドア供給システムは、分路素子であって、前記第２の方向への前記ドアシャフトの動作によって前記モーターにより生成される該分路素子を通る電流を可能にし、それにより、電気抵抗性分散によってその動作の減衰を得ることができる、分路素子を更に備えることができる。

従って、モーターによって生成される電力におけるバネエネルギーの分散により、ドアの閉鎖が減速されることが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

前記分路素子は、前記モーターに前記電力が供給されるとき、逆バイアスのダイオードとすることができる。

従って、ダイオードによる選択的導電方向付けを用いて、ドア開放中の電力の方向転換を伴わずにドアの閉鎖中にのみ分路を有することが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

氷供給機ドア装置は、第２の方向への前記ドアシャフトの回転を制限する第２の停止部を更に備えることができる。

従って、他の用途間で共有することができる自己充足式アクチュエーター要素を有することが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

前記バネは前記ドアシャフトの回りに同軸に取付けられたねじりコイルバネとすることができる。

従って、外部戻り機構、すなわち例えば外部バネまたはドアの重量の必要性を制限する自己充足式バネを有することが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

氷供給機ドア装置は、ハウジングであって、前記モーター、前記歯車列、前記バネ、前記停止部、および前記ドアシャフトの第１の部分を収容するとともに、前記ドアシャフトが通って該ハウジングの外側に該ドアシャフトの第２の部分を露出するように延びることができるジャーナル軸受を提供する開口を有する、ハウジングを更に備えることができる。

従って、隔離してテストすることができる自己充足式アクチュエーターを有することが、本発明の少なくとも１つの実施形態の特徴である。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、、面を検討することによって当業者に明らかになる。図面では、同様の数字は同様の特徴を指すために使用される。

例えば冷蔵庫のドアにある、面するグラスに角氷を供給する角氷供給機ドアの概略側面図である。 シャフトを介して本発明の回転アクチュエーターと連動する構成要素である剛性シェル部材、絶縁部材、およびエラストマーガスケットを示している、図１の供給機ドアの分解斜視図である。 ドアの角度に応じて内部ＤＣモーターへの電力を制御する電気スイッチを示している、回転アクチュエーターの内部機構の斜視図である。 図３の機構の分解斜視図である。 図３の内部機構を内部に備え付けた状態で示している、図２の回転アクチュエーターのハウジングの切取図である。 回転アクチュエーターの回路部の概略図である。

本発明の実施形態が詳細に説明される前に、本発明が、その適用において、以下の説明で述べられるかまたは図面で示される構成の詳細および構成要素の配置に限定されないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、種々の方法で実施または実行されることが可能である。同様に、本明細書で使用される言い回しおよび用語は、説明のためのものであり、制限的であるとみなされるべきでないことが理解される。「含む」および「備える」並びにその変形の使用は、その後に挙げられる事項およびその等価物並びに更なる事項およびその等価物を包含することを意図される。

ここで図１を参照すると、本発明による角氷供給機構１０は冷蔵庫ドア１２等の内部に取り付けることができ、仕切り壁１６に枢動供給機ドア１４を提供する。仕切り壁１６は冷蔵庫の冷凍容積１７を外部空気１８から隔離する。

枢動供給機ドア１４は、仕切り壁１６を貫通する開口１９を覆うまたは露出するように軸２０の回りに枢動することができ、開放位置では、角氷２４の非妨害経路２２をもたらし、角氷２４は落とし口２６を降下してグラス２８等に入る。軸２０の回りに枢動するようにドア１４を作動させることは、例えば、グラス２８の縁によって操作される電気供給機スイッチにより制御される回転アクチュエーター３０によってもたすことができる。

ここで図１、２を参照すると、ドア１４は、軸２０に沿って延びる芯棒３６の回りに枢動するとともに、一方において回転アクチュエーター３０の出力シャフト３５と係合する剛性のフラッパー３４を備えることができる。芯棒３６は、フレーム３８のジャーナル軸受４０に保持することができる。フレーム３８は、開口１９の上方で仕切り壁１６の内側に対して取り付けることができる。剛性のフラッパー３４は、冷凍容積１７に向かって内方に面する円筒形のカップ状空所４６を有することができ、この空所４６は断熱発泡部材４８（発泡ポリスチレン）を収納する。発泡部材４８は、円筒形のカップ状空所４６の縁にわたって取り付けられるエラストマーガスケット５０によって、円筒形のカップ状空所４６内に捕捉することができる。

ここで図２、３を参照すると、回転アクチュエーター３０に向かって延びる芯棒３６は、回転アクチュエーター３０の出力シャフト３５にわたって適合されるとともに、出力シャフト３５の平坦部３７と係合する内部棚状部を有するボアを有することができ、芯棒３６および出力シャフト３５は、回転アクチュエーター３０が軸方向に摺動されてフレーム３８の保持要素３９に係合すると、軸２０に沿ってともに回転することが可能になる。

ここで図３、４を参照すると、回転アクチュエーター３０の内部機構３１は、準分数馬力のＤＣ電気モーター５２（２５ワット未満、好ましくは１０ワット未満の動作電力を有する）を備える。ＤＣ電気モーター５２は永久磁石ステーターおよびブラシを備え、ブラシはモーター５２の基部から延びる導電モーター端子５６、５７によってプリント回路基板５４に取り付けることができる。軸２０に平行な軸６０に沿って基部から反対側に延びるモーターシャフト５８は、減速歯車列６４と係合するスパー歯車６２を保持することができる。

減速歯車列６４は、歯車対６１、６３と部分歯車７２とを有する。歯車対６１は、スパー歯車６２と連動するより大きい直径の歯車と、歯車対６３のより大きい直径の歯車と連動する、ともに回転するより小さい直径の歯車とを有する。歯車対６３のより大きい直径の歯車とともに回転する、歯車対６３のより小さい直径の歯車は、出力シャフト３５に直接取り付けられる部分歯車７２と連動する。

以下でより詳細に説明するように、歯車対６３とともに回転するシャフト６５がまた、導電ワイパー６８との内部係合によって形成されるロータリースイッチ６６に取り付けられ、導電ワイパー６８はシャフト６５上かつプリント回路基板５４の導電トレース６７上に保持される。

部分歯車７２と連動する歯車対６３は、ドア１４を開閉するシャフト３５の角度範囲が約５５度のドアの動作範囲に対応するように出力シャフト３５を駆動する。概して、歯車対６３に取り付けられる、部分歯車７２の手前のシャフト６５の対応回転は、シャフト３５が全回転するとき、これらの２つのシャフト６５、３５間の歯車リング（およそ３．５：１の歯車比）の結果として、シャフト３５の回転よりはるかに大きい。結果として、ロータリースイッチ６６の回転は、ドア１４を開放または閉鎖するとき、１８０度より大きい。ロータリースイッチ６６を、剛性のフラッパー３４の回転とともに直接回転するようにシャフト３５にではなく、シャフト６５に取り付けることによって、以下に説明するようにロータリースイッチ６６のスイッチ切換え点においてはるかに良好な精度を得ることができる。

プリント回路基板５４はまた、冷蔵庫（図示せず）のワイヤーハーネスに接続することができるフィンガー端子７４を有することができる。従って、プリント回路基板５４は、回転アクチュエーター３０に必要な全ての電気相互接続点、すなわち、モーター５２の構成部材、ダイオード８０、８４、レジスタ７６、ロータリースイッチ６６（ロータリースイッチ６６の１つの接点も提供する）並びにフィンガー素子７４の間の電気相互接続点を有することができ、いかなるハンドワイヤリングも排除されることが理解される。

ここで図５を参照すると、回転アクチュエーター３０の内部機構３１をハウジング７３内に備え付けることができ、フィンガー端子７４および出力シャフト３５はハウジング７３から延出することができるようになっている。ねじりバネ７７が、ハウジング７３内でハウジング７３の壁と部分歯車７２の受止め部７９との間に出力シャフト３５の回りに同軸に取り付けられ、回転する出力シャフト３５を付勢し、モーター５２に対して電力供給がないときにドア１４を概ね閉鎖する。自己充足式ねじりバネ７７は、ドア機構の他の部材に取り付けられていることと無関係に、回転アクチュエーター３０の完全な機能テストを可能にする。

ハウジング７３は、留め部８３を有することができる。留め部８３は、ハウジングが、述べたように出力シャフト３５およびフィンガー端子７４を除いて内部機構３１を完全に包囲するように、対応するハウジング構成部材（図示せず）とともにスナップ固定されることを可能にする。

ここで図４、図５、６を参照すると、ロータリースイッチ６６は、２つのフィンガーである端子７４間でモーター５２に直列に位置決めすることができる。ＤＣ電力源８１を、供給機スイッチ３２を介して端子７４にまたがるように適用することができ、それにより、グラス２８が供給機スイッチ３２を作動（閉鎖）すると、モーター５２の一方の端子５６が正電圧（ＤＣで通常１３．２ボルト、好ましくは２０ボルト未満）を直接受ける。

ＤＣ電力源８１に対する戻り電流はダイオード８０のカソードが受け、ダイオード８０は、電力供給する回転アクチュエーター３０の不適切な極性反転接続の場合に回転アクチュエーター３０に対する損傷を防止する機能を果たす。

ダイオード８０のアノードはロータリースイッチ６６に接続し、次にロータリースイッチ６６はモーター５２の残りの端子５７に接続する。モーター５２の端子５６、５７はダイオード８０により分路され、ダイオード８０のカソードは正電圧を直接受ける端子５６に取付けられた。同様にロータリースイッチ６６はレジスタ７６により分路される。

最初に、供給機ドア１４が閉鎖しており供給機スイッチ３２が開放している（グラス２８によって作動されていない）場合、モーター５２に電力は与えられず、回転アクチュエーター３０は静止したままである。このとき、ロータリースイッチ６６はレジスタ７６を短絡させる閉鎖状態８５にある。

例えばグラス２８により供給機スイッチ３２を押圧することによって供給機スイッチ３２が閉鎖すると、ロータリースイッチ６６および順バイアスダイオード８０を介してモーター５２に電力が供給され、モーター５２が、ドアを開放するように矢印８２によって示されているように回転される。ダイオード８４が逆バイアスされ、ロータリースイッチ６６が、レジスタ７６を短絡させてレジスタ７６を通過する電流が実質的にないようになっている閉鎖状態８５にあるため、実質的にゼロの電流がダイオード８４を通過する。当該分野で理解されるように、ＤＣモーター５２は印加電圧に比例する逆電磁力（ＥＭＦ）によって速度制限され、その制限される速度は歯車列６４によって減少され、ドア開放衝撃音を低減するようにドア１４の開放速度が制御される。１つの実施形態において、モーターは１３ボルトで５００ミリアンペアを引き込み、実質的に６．５ワットがモーター５２に与えられる。

ドア１４が完全に開放する直前に、ロータリースイッチ６６は開放状態８９に移動し、モーター５２への電力はレジスタ７６を通過しなければならない。レジスタ７６が、ドアをねじりバネ７７に抗して開放状態に保持するのに必要な量であるが、ドア１４を開放するように回転アクチュエーター３０を駆動するのに用いられる電力よりも実質的に少ない量に、モーター５２を通る電流を低減させる。重要な事には、レジスタ７６は、ＤＣモーターのインピーダンスが急激に低下する失速状態におけるモーター５２への過電流を防止する。１つの実施形態において、レジスタ７６は、モーター５２に６．５ワットよりも実質的に少ない電力を与える量に、モーター５２への電流を制限する。レジスタ７６は、回転アクチュエーター３０の電力消費（モーター５２およびレジスタ７６によって消費される総電力）およびアクチュエーター３０の付随する加熱を低減する。

（例えばグラス２８を退けることにより）供給機スイッチ３２が開放されると、ねじりバネ７７の力が、矢印８２の反対方向の矢印９０によって示されているようにシャフト３５を後方に回転させ、同様にモーター５２を後方に回転させる。この回転により、モーター５２が順バイアスダイオード８４に対して電力を生成し、順バイアスダイオード８４を電流が通過する。結果として得られる電力は、ダイオード８４およびモーター５２の巻線において分散し、それによって、モーター５２において動作に対する回生ブレーキを提供する機能を果たし、ドア１４の閉鎖が減速されるとともにドア閉鎖衝撃音が低減される。

本発明の種々の特徴が、添付の特許請求の範囲で述べられる。本発明が、その適用において、本明細書で述べる構成の詳細および構成要素の配置に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、種々の方法で実施または実行されることが可能である。上述の形態の変形形態および変更形態が本発明の範囲内にある。本明細書で開示され規定される発明が、述べられたかまたはテキストおよび／または図面から明らかな個々の特徴のうちの２つ以上の全ての代替の組合せに拡張されることも理解される。これらの異なる組合せは全て、本発明の種々の代替の態様を構成する。本明細書で述べる実施形態は、本発明を実施するために知られている最良の形態を説明し、当業者が本発明を利用することを可能にすることになる。

１０ 角氷供給機構
１２ 冷蔵庫ドア
１４ ドア
１６ 壁
１７ 冷凍容積
１８ 外部空気
１９ 開口
２０ 軸
２２ 非妨害経路
２４ 角氷
２６ 口
２８ グラス
３０ 回転アクチュエーター
３１ 内部機構
３２ 供給機スイッチ
３４ フラッパー
３５ 出力シャフト
３６ 芯棒
３７ 平坦部
３８ フレーム
３９ 保持要素
４０ ジャーナル軸受
４６ 空所
４８ 発泡部材
５０ エラストマーガスケット
５２ 電気モーター
５２ モーター
５４ プリント回路基板
５６ 導電モーター端子
５６ 端子
５７ 端子
５８ モーターシャフト
６０ 軸
６１ 歯車対
６２ スパー歯車
６３ 歯車対
６４ 歯車列
６５ シャフト
６６ ロータリースイッチ
６７ 導電トレース
６８ 導電ワイパー
７２ 部分歯車
７３ ハウジング
７４ フィンガー端子
７６ レジスタ
７７ バネ
７９ 受止め部
８０ ダイオード
８１ 電力源
８３ 留め部
８４ ダイオード
８５ 閉鎖状態
８９ 開放状態

Claims (2)

1. 電動回転アクチュエーターであって、
   出力シャフトと、
   回転モーターシャフトを提供するＤＣ永久磁石モーターと、
   前記モーターシャフトに取付けられて該モーターシャフトとともに回転する第１の歯車と、前記出力シャフトに取付けられ、前記モーターの回転によって該出力シャフトを回転させる最終歯車とを有する減速歯車列と、
   前記モーターに電力が供給されたとき前記モーターによって前記歯車列を介して駆動される前記出力シャフトの第１の方向への回転を制限する停止部と、
   前記第１の方向と反対の第２の方向へ前記出力シャフトを回転、付勢するバネであって、該バネは、前記モーターに電力が供給されない間、前記第２の方向に前記出力シャフトを回転させる大きさを有するバネとを具備し、
   前記出力シャフトが前記第１の方向および前記第２の方向への動作する間、前記歯車列および前記モーターは前記出力シャフトとの係合を保持し、
   該電動回転アクチュエーターは分路素子を更に備えており、前記第２の方向への前記出力シャフトの動作によって前記モーターにより生成される電流を該分路素子を通して流し、以って電気抵抗によって散逸させ、その動作を減衰させるようにした電動回転アクチュエーター。
2. 氷供給機ドア装置であって、
   ドア開口を有したドアフレームに取付けられて、前記ドア開口の一方の側でドアシャフトにおける軸の回りに枢動するドアプレートと、
   回転モーターシャフトを提供するＤＣ永久磁石モーターと、
   前記モーターシャフトに取付けられて該モーターシャフトとともに回転する第１の歯車と、前記出力シャフトに取付けられ、前記モーターの回転によって該出力シャフトを回転させる最終歯車とを有する減速歯車列と、
   前記モーターに電力が供給されるとき、前記モーターによって前記歯車列を介して駆動される第１の方向への前記ドアシャフトの回転を制限する停止部と、
   前記第１の方向と反対の第２の方向への前記ドアシャフトの回転を付勢するバネであって、該バネは、前記モーターに電力が供給されない間、前記第２の方向に前記ドアシャフトを回転させる大きさを有したバネとを具備し、
   前記出力シャフトが前記第１の方向および前記第２の方向への動作する間、前記歯車列および前記モーターは前記出力シャフトとの係合を保持し、
   該電動回転アクチュエーターは分路素子を更に備えており、前記第２の方向への前記出力シャフトの動作によって前記モーターにより生成される電流を該分路素子を通して流し、以って電気抵抗によって散逸させ、その動作を減衰させるようにした氷供給機ドア装置。

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