JP7134959B2 - 特に空気循環弁用のギアモータ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔発明の技術分野〕
本発明は、特に自動車内の空気流を調整するための小形ギアモータに関する。好ましい適用例によれば、本発明は、小形ギアモータに関連し、前記弁の制御を確実にする弁に関する。

〔従来技術〕
電気コイルによって励磁される固定子部と、交互の方向に放射状に磁化されたＮ対の磁極を有する回転子とによって形成される多相電動機を含み、前記固定子部は、環状歯車から放射状に延在する幅広の歯および幅狭の歯を備える、２つの角度領域α―１およびα―２、それぞれの半径Ｒ１およびＲ２を含むギアモータであって、前記幅広の歯は、前記幅狭の歯の幅の２倍以上の幅を有し、ノッチの幅は、幅狭の歯の幅よりも大きく、前記角度領域α１は、２２０°未満でありすべてのコイルを含み、ならびに、Ｒ１／Ｒ２の比率は、１．２から２である、ことを特徴とするギアモータ、を含めてギアモータを開示する国際特許出願ＷＯ２００９０３４２７０が既知である。

例えば、米国特許出願第２００３０１７８００４号に記載されているような、弁体とギアモータとから成る弁も、従来技術において知られている。モータは、直流であり、大きく、弁体に隣接して配置される。減速ギアのセットは、弁体の上方に配置される。この組立体は、比較的扱いにくいが、この容積の大きい構造によって大きなレバーアームが許容されるので、単段式の減速ギアのセットを使用することができる。

さらに、米国特許第７５９１２４５号は、弁体の上方に配置されたギアモータを備え、また、１つの減速段のみを使用する、よりコンパクトな電動弁を提示している。しかし、幅が狭いほどレバーアームが短くなるため、ギアモータに使用されるブラシレスモータは比較的大きく、緩やかなトルクを提供し、弁体よりも高さがコンパクトでないように設計された弁体上に突出部を形成する。

また、米国特許出願第２０１２０３１３０２５号明細書には、アクチュエータ部と、流体通路を有する弁部ハウジングとが別々に設計され、アクチュエータ部と弁部ハウジングとの間に水冷通路が配置された流体制御弁が記載されていることも知られている。また、アクチュエータ部と弁部との間の水冷路を含むアクチュエータ側には、ベアリング、戻りバネ、アクチュエータ部と弁棒を直接接続するギア等が配置されており、前記アクチュエータを大量に存在する高温流体からの熱伝達及び放熱から保護している。

〔本発明の概要〕
本発明の目的は、従来技術と比較して小型化されたサイズのブラシレスモータから利益を得つつ、単一の減速段を維持することを可能にする、特に小型のギアモータを提案することによって、従来技術の製造の改善を提案することである。しかし、本発明は、単一の減速段の使用に限定されない。

本発明の好ましい用途によれば、この目的は、これらの技術的利点を有する電動弁の製造に関する。

より詳細には、本発明は、特許請求の範囲の１つ又はこれらの特許請求の範囲の組み合わせによるギアモータ及び／又は電動空気循環弁に関する。

〔図面の簡単な説明〕
本発明の他の特徴および利点は、詳細な実施形態に関連し、それぞれを表す添付の図面を参照する以下の説明から明らかになるであろう。図１は、本発明に係る２つの電動弁の斜視図である。図２では、本発明に係る電動弁の上面図を、ギアモータカバーなしで示す。図３は、減速ギアの組の第１の実施形態に係る、本発明に係る電動弁の断面図である。図４は、減速ギアの組の第２の実施形態に係る、本発明に係る電動弁の断面図である。図５ａおよび図５ｂは、図１の２つの電動弁の側面図である。図６ａおよび図６ｂは、図１、図５ａおよび図５ｂの２つの電動弁の上面図である。図７および図９は、それぞれ、本発明に係る弁の特定の実施形態の断面図、側面図、および分解斜視図である。図８は、別の特定の実施形態に係る本発明に係る弁の断面図である。図１０ａおよび図１０ｂは、それぞれ、本発明に係るカセット形状のギアモータの特定の実施形態の斜視図および断面図である。図１１に、電動機、および本発明で使用することができるかさ歯車マウンティングを備えた１組の減速ギアの分離斜視図を示す。図１２ａおよび図１２ｂは、それぞれ、３つの平歯車減速段を備えた本発明に係るギアモータの上面図および斜視図である。

〔一実施形態の詳細な説明〕
図１は、２つの例示的な配向によって表される弁に関連する、本発明に係るギアモータを示す。これは、弁体２の上方に配置されたギアモータ１のコンパクトさと、本発明によって可能になる製造の大きな柔軟性とを示している。実際に、この図１では、高さ（厚さ）がコンパクトであり、弁体２の完全に上方に位置するために、ギアモータ１に与えられる可能な配向が、大いに理解される。ギアモータ１は、弁体２の最長の軸に沿って、図１の左側において、またはこの弁体軸(valve body axis)２に対して垂直に、図１の右側に、または前記弁体軸２の周りの任意の角度方向(angular orientation)に従って、配向することができる。前記弁体軸、または管路軸１３は、より良く理解するために図６ａおよび図６ｂに示されている。

図２は、本発明に係る、ブラシレス電動機６とギア段とから構成されるギアモータ１の一体化物を、カバーなしで上方から見た図である。

これらの要素は、弁体２によって規定される窪みの一部であり、電動機６は、弁体２の前記側部１２に可能な限り近接して配置され、前記側部１２は、ギアモータ１の一端を定義する。

図２に、特許出願ＷＯ２００９０３４２７０に記載されているモータと同様であるが、予期されない方法でここでは使用される電動機６の特定の使用を示す。実際、モータ６は、固定子部１０のコイル１１が出力ホイール９の上方に設けられるように、減速ギアの組に対して位置決めされる。この新しい構成は、回転子７の回転軸とギアモータ１の前記前記側部１２との間の距離を減少させることによって、したがって、回転子７と一体の、図３および図４に見られるピニオン８と、出力ホイール９と、の間の距離を最大にすることによって、減速比を最大にすることを可能にし、したがって、弁体２を閉鎖するのに適したトルク増倍を可能にしながら、単一の減速段の使用を促進する。

本発明は、単段式減速プロジェクトのために特に高められ得るが、本発明に鑑みる一方で、２つ以上の減速段、例えば、図１１に示されるような２つの段、または、例えば、図１２ａおよび１２ｂに示されるような３つの減速段を有するギアモータを製造することが可能であることが明記される。図１１の例は、かさ歯車取付部２２の使用を提案している。図１２ａおよび図１２ｂの例は、直線歯を有する平歯車２３として３つの減速段を使用することを提案している。

モータ６の構成は、前記角度領域α１およびα２によって画定される２つの主要領域を含むようになっている。角度領域α１は、モータ６の電気コイル１１を含む領域であり、前記領域は、回転子７の回転軸の周りで円周方向に数えて、最初のコイル１１および最後のコイル１１の巻線軸によって画定される。前記角度領域α１で区切られたこの領域は、モータ６の最大半径である半径Ｒ１を有する。

コイルの数は、３つのコイルを有する３相モータを考慮する特許の例に限定されないことに留意されたい。例えば、本発明によれば、２つのコイルを有する２相モータを使用することが考えられる。

前記角度領域α２によって画定される当該領域は、一般に半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ２を有する。したがって、Ｒ２と回転子７の回転軸との間の距離は、主として回転子６の磁石の内径、回転子７と固定子部１０との間の機械的クリアランス、および前記歯の厚さ、または固定子部１０およびその底部の巻き戻し(uncoiled)磁極１９によって規定されて、最小限に抑えられる。前記側部１２に可能な限り近接して配置されることによって、角度領域α２によって画定される領域は、回転子７の回転軸とこの側部１２との間の距離を最小にすることを可能にする。これは、回転子７の回転軸と弁体２のシャッタ４の回転軸３との間の距離の最大化につながる。前記固定子部１０は、用途によって必要とされる電流を伴わずに、および伴って、トルク要件に従って幅が変化する歯１９を有していてもよいが、好ましくは、環状歯車から半径方向にそれぞれ延びる幅広の歯および幅狭の歯を有し、前記幅広の歯は、前記幅狭の歯の幅の２倍以上の幅を有する。

図３および図４は、はすば歯車減速段（ピニオン８）を有するギアモータ１を示しており、ピッチ円に対するねじれ角の値は変化することができる。図３では、はす歯は、４０°のピッチ円でねじれ角を有し、図４では、はす歯は、２５°のピッチ円でねじれ角を有する。はす歯を使用することにより、歯の数を減少させたピニオン８を使用することができ、したがってギア比を増大させることができる。発生する軸方向の力を最小にするために、ピッチ円に対するねじれ角を小さくすることが望ましい。

ギアモータ１の外側部分は、一方では弁体２の延長部によって形成され、他方ではカバー５によって形成され、これら２つの部分は密閉ハウジングを形成する。弁体２から切り離された２つの別個の部品から成るハウジングを考慮することができることに留意されたい。このように、前記ギアモータは、図１０ａ及び図１０ｂに示すように、ユニット又はカセットを形成し、このユニット又はカセットは、完全に取り付けられ、次いで弁体２に取り付けることができる。

図３の断面図は、回転子軸７の両側に分配されたボールベアリングタイプの２つのベアリング１７によって提供される回転ガイドを示す。

図４に示すように、回転子７をガイドするカバー５に挿入されたガイドシャフト１８を有する滑りベアリング１７のような他のベアリングタイプも使用することができる。

あるいは、図８に示すように、ギアモータ１は、弁体２上に配置された自律ギアモータ組立体１から利益を得るために、前記ベアリング１７を含むカバー５を有していてもよい。例えば、前記ベアリング１７はカバー５にオーバーモールドされる。

別の代替例では、図７および図９に示すように、ギアモータ１と弁体２との間に配置された中間プレート２１は、特に、図９に示すようにギアモータ１の軸３上に予め配置された下部ベアリング１７ｂを支持するように、使用される。

図４は、カバー５に一体化された固定子部１０と、電動機６に取り付けられたプリント回路１４とを示しており、これにより、電気接続（例えば、はんだ付け又は圧入タイプの接続）による前記電動機６の電力供給が可能になる。

プリント回路１４は、電気制御回路であって、電動機６を制御し、前記シャッター４の位置に関するフィードバックを提供することによって空気循環弁を所定位置に制御する電気制御回路を、支持する。

この位置情報は、軸端センサ磁石１６ａによって放出される磁界を読み取る磁気感受性プローブ１５ａによって図３および図４に示されている。これは、「軸端センサ」と呼ばれるバージョンである。

エンコーダとして作用する第２の磁界読み取りバージョンは、磁気感受性プローブ１５ｂと領域１６ｂとしてのセンサ磁石とを組み合わせることによって、図３及び図４に示されている。これは、「軸外し(off-axis)センサ」と呼ばれるバージョンである。

記載された２つのタイプの検出を組み合わせて使用することは必須ではなく、１つのセンサのみを使用することができる。

この検出原理は限定的なものではなく、他の種類のセンサも、磁気抵抗による磁界読み取りを有するセンサ、またはインダクタンス変動を有するセンサ（誘導センサ）、または電位差測定タイプのセンサのように考えることができる。

例えば、コイルアレイ２０を用いた誘導型センサを図７及び図９に示す。

図５ａおよび図６ａは、管路軸１３と整列したギアモータ１、または管路軸１３に平行な側部法線ベクトル１２、を示している。

図５ｂ及び図６ｂは、図５ａ及び図６ａの当該説明図に垂直に配向されたギアモータ１を示しており、法線ベクトル１２は管路軸１３に垂直である。

図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂは、前記ギアモータシステムを回転シャフト３の周りに角度的に配向する可能性を示している。この可動性は、場合に応じて、アクチュエータが共存しなければならない接続ケーブル、空気ダクト、ラジエータなどの外部要素のために利用可能な空間を最大にするために、ギアモータ１を可能な限り十分に配向させることを可能にする。

配向は適応可能であるので、法線ベクトル１２と管路軸１３との間の角度は、必要に応じて規定することができる。

図１は、本発明に係る２つの電動弁の斜視図である。 図２では、本発明に係る電動弁の上面図を、ギアモータカバーなしで示す。 図３は、減速ギアの組の第１の実施形態に係る、本発明に係る電動弁の断面図である。 図４は、減速ギアの組の第２の実施形態に係る、本発明に係る電動弁の断面図である。 図５ａおよび図５ｂは、図１の２つの電動弁の側面図である。 図６ａは、図１、図５ａの電動弁の上面図である。 図６ｂは、図１、図５ｂの電動弁の上面図である。 図７は、本発明に係る弁の特定の実施形態の断面図、側面図である。 図８は、別の特定の実施形態に係る本発明に係る弁の断面図である。 図９は、本発明に係る弁の特定の実施形態の分解斜視図である。 図１０ａは、本発明に係るカセット形状のギアモータの特定の実施形態の斜視図および断面図である。 図１０ｂは、本発明に係るカセット形状のギアモータの特定の実施形態の斜視図および断面図である。 図１１に、電動機、および本発明で使用することができるかさ歯車マウンティングを備えた１組の減速ギアの分離斜視図を示す。 図１２ａは、３つの平歯車減速段を備えた本発明に係るギアモータの上面図および斜視図である。 図１２ｂは、３つの平歯車減速段を備えた本発明に係るギアモータの上面図および斜視図である。

Claims (12)

1. １組の減速ギアと、
   Ｎ対の磁化された磁極を有する回転子（７）によって形成されたブラシレス電動機（６）とを備えるギアモータ（１）であって、
   前記回転子（７）は、前記１組の減速ギアのピニオン（８）に接続され、
   前記ピニオン（８）は、回転シャフト（３）に固定された状態で接続された出力ホイール（９）を駆動し、
   前記電動機（６）は、少なくとも２つのコイル（１１）を有する固定子部（１０）を備え、前記固定子部（１０）は、半径Ｒ１の角度領域α１、および半径Ｒ２（＜Ｒ１）の角度領域α２を有し、前記半径の中心および前記角度領域は、前記回転子（７）の回転中心に対して規定され、前記角度領域α１は、前記モータの円周方向において、最初のコイル（１１）の軸と、最後のコイル（１１）の軸との間の角度の偏差によって規定されており、
   前記角度領域α１は、１８０°よりも小さく、前記コイルを備える一方、前記領域α２は作りつけのコイルを欠いており、
   前記ギアモータ（１）の一端は、前記ギアモータ（１）の側部（１２）を規定し、
   前記固定子部の前記角度領域α２は、前記側部（１２）に面して配置されており、
   前記ギアモータは、プリント回路（１４）を備え、前記プリント回路は、前記ブラシレス電動機に取り付けられ、前記ブラシレス電動機と前記１組の減速ギアとの間に配置されていることを特徴とするギアモータ（１）。
2. 前記ピニオン（８）は、前記出力ホイール（９）と直接係合し、前記ギアモータ（１）は、単一の減速段を有することを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
3. 前記固定子部（１０）は、環状歯車から半径方向にそれぞれ延びる幅広の歯および幅狭の歯を有し、前記幅広の歯は、前記幅狭の歯の幅の２倍以上の幅を有することを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
4. 前記ピニオン（８）がヘリカル形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
5. 前記プリント回路（１４）は、前記モータ（６）と電気的に接続されており、
   前記プリント回路（１４）上に磁気感受性プローブ（１５ａ）が配置され、前記回転シャフト（３）は、前記シャフト（３）の端部に、および前記磁気感受性プローブ（１５）の反対側に配置されるセンサ磁石（１６ａ）に固定された状態で接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
6. 前記プリント回路（１４）は、前記モータ（６）と電気的に接続されており、
   前記プリント回路（１４）上に磁気感受性プローブ（１５ｂ）が配置され、前記回転シャフト（３）は、前記シャフト（３）の周りを回転し、前記磁気感受性プローブ（１５）の反対側に配置される角度領域としてのセンサ磁石（１６ｂ）に固定された状態で接続されることを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
7. 前記センサ磁石（１６ｂ）は、前記軸（３）に対して半径方向に、前記電動機（６）の反対側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
8. 前記減速ギアの組が２つの段を有することを特徴とする、請求項１に記載のギアモータ（１）。
9. ギアモータ（１）と、弁本体（２）と、シャッタ（４）と共に提供される回転シャフト（３）と、を備える電動空気循環弁であって、
   前記回転シャフト（３）は前記ギアモータ（１）によって作動させられ、
   前記ギアモータ（１）は、１組の減速ギアと、Ｎ対の磁極を有する回転子（７）によって形成されたブラシレス電動機（６）とを備えるギアモータ（１）であって、
   前記回転子（７）は、前記１組の減速ギアのピニオン（８）に接続され、
   前記ピニオン（８）は、前記回転シャフト（３）に固定された状態で接続された出力ホイール（９）を駆動し、
   前記電動機（６）は、少なくとも２つのコイル（１１）を有する固定子部（１０）を備え、前記固定子部（１０）は、半径Ｒ１の角度領域α１、および半径Ｒ２（＜Ｒ１）の角度領域α２を有し、前記半径の中心および前記角度領域は、前記回転子（７）の回転中心に対して規定され、前記角度領域α１は、前記モータの円周方向において、最初のコイル（１１）の軸と、最後のコイル（１１）の軸との間の角度の偏差によって規定されており、
   前記角度領域α１は、１８０°よりも小さく、前記コイルを備える一方、前記角度領域α２は作りつけのコイルを欠いており、
   前記ギアモータ（１）の一端は、前記ギアモータ（１）の側部（１２）を規定し、
   前記固定子部の前記角度領域α２は、前記側部（１２）の反対側に配置されており、
   前記ギアモータは、プリント回路（１４）を備え、前記プリント回路は、前記ブラシレス電動機に取り付けられ、前記ブラシレス電動機と前記１組の減速ギアとの間に配置されていることを特徴とする、電動空気循環弁。
10. 前記ギアモータ（１）は、前記シャッタ（４）の上方に位置し、前記弁体（２）は、導管軸（１３）を規定し、前記ギアモータ（１）の最大寸法は、前記導管軸（１３）に実質的に平行に配向されることを特徴とする、請求項９に記載の電動空気循環弁。
11. 前記ギアモータ（１）は、前記シャッタ（４）の上方に配置され、前記弁体（２）は、導管軸（１３）を規定し、前記ギアモータ（１）の最大寸法は、前記導管軸（１３）に対して実質的に垂直に配向されていることを特徴とする、請求項９に記載の電動空気循環弁。
12. 前記ギアモータ（１）は、一方では前記弁体（２）の延長部によって形成され、他方ではカバー（５）によって形成されることを特徴とする、請求項９に記載の電動空気循環弁。

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