JP7210255B2 - 自動車ビークルワイパーシステム用のギヤモータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車ワイピングシステム用のギヤードモータ（geared motor）に関する。

ギヤードモータは本質的に、大きな回転伝達トルクを得る速度にシフトダウンするために使用される減速歯車に連結された電気モータを備える。

様々な種類の電気モータが、小型、低消費電力、低騒音レベルなどの多くの利点を有するギヤードモータ、特に直流ブラシレス電気モータに使用され得る。

かかるギヤードモータは、特に、１つ又は複数のワイパーブレードとこの１つ又は複数のワイパーブレードを前後運動で駆動するためのリンク機構とを含む自動車ワイピングシステムに使用され、ギヤードモータの前記出力シャフトはワイピングシステムのリンク機構を駆動する。

減速歯車はしばしばウォームギヤであり、ウォームねじは一般に金属で作られ、回転子の回転シャフトに剛体的に連結されるものであり、ウォームホイールはギヤードモータの出力シャフトに剛体的に連結され、一般にプラスチックで作られるものである。

２つ又は３つの玉軸受などの軸受が、通常は回転シャフトを回転で案内するために使用され、各玉軸受は内輪及び外輪を有し、玉は内輪の軌道及び外輪の軌道を転がるように設計される。

発明者によれば、ウォームギヤを備える減速歯車は低出力伝達効率、約６５％を有し、失われた出力（すなわち３５％）はウォームねじ及び金属回転シャフト内に熱の形で消散されることにも留意すべきである。発明者の意見では、従来技術で知られるギヤードモータの冷却は大幅に改善することができた。

本発明の目的は、冷却を最適化したウォーム駆動ギヤードモータを提案することにより前述の欠点を解決することである。

本発明の別の目的は、回転シャフトの縦軸線に沿って小型になるギヤードモータを提案することである。

本発明は、自動車ワイピングシステム用のギヤードモータであって、
磁気要素を含む回転子、
回転子の電磁励起巻線を有する固定子、及び
回転子に剛体的に連結された回転シャフト
を含む電気モータと、
回転シャフトとギヤードモータの出力シャフトとを連結する減速歯車と、
前記減速歯車又は電気モータ用の保護覆い（protective envelope）を形成するケーシングと、を備え、
前記減速歯車がウォームギヤシステムを含み、ウォームねじが回転子の回転シャフトに剛体的に連結され、ウォームホイール（３１）がギヤードモータの出力シャフトに剛体的に連結されており、
回転子の回転シャフトをケーシングに対して回転で案内するための軸受手段と、
潜在的に、回転子の回転シャフトに剛体的に連結された多極磁石を含む、回転子の角度位置を決定するための決定装置と、をさらに備える、ギヤードモータにも関する。

本発明によれば、ギヤードモータは、軸受手段と異なり多極磁石とも異なり、存在する場合は、回転シャフトから半径方向に突出する要素の形をとる少なくとも１つのヒートシンクを含み、
前記軸受手段は、回転シャフトの、電気モータの固定子側とは反対側の端部を回転シャフトの方向にかつ前記ウォームねじに対して案内するための軸受を含み、前記ヒートシンクは、ウォームねじと電気モータの固定子とは反対側の前記軸受との間の中間位置に、前記回転シャフト上のウォームねじに近接して配置され、前記ヒートシンクが回転シャフトを組み付けるための内部ブッシュを有し、前記要素がケーシングの内部雰囲気との熱交換面を形成するように設計され、
前記ヒートシンクは、ウォームホイールと局所的に向かい合って配置されかつウォームホイールに対して実質的に接線方向に局所的に向けられるように回転シャフトの軸線に対して傾斜している周面を有する。

個々に又は組み合わせてなされる、本発明の任意的な機能によれば、
前記ヒートシンクはウォームホイールのすぐ近くに配置され、前記周面は、ウォームホイール３１が回転しているときにウォームホイール３１から４ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下の距離Δを置いて配置され、
回転シャフトの軸線に沿ったヒートシンクの幅方向の寸法は、ヒートシンクのレベルでの回転シャフトの直径の０．８倍以上であり、
ヒートシンクは、１Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１以上の熱伝導率を有する材料で作られ、
前記少なくとも１つのヒートシンクを作るために使用される材料は金属であり、又は代替的に前記少なくとも１つのヒートシンクを作るために使用される材料は金属粒子で強化されたプラスチックであり、
軸受手段の外径はＤであり、前記ヒートシンクの外径は０．６Ｄ以上であり、
前記軸受手段は、固定子側ころ軸受と呼ばれる、回転シャフトを電気モータの固定子側で前記ウォームねじ３０に対して案内するための軸受を含み、
軸受手段は、回転シャフトの両端をそれぞれ案内するための固定子側軸受及び固定子の反対側の軸受（２４）を専ら備え、
前記ヒートシンクはフィンを有し、
フィンはヒートシンクの回転軸線を中心に配置され、回転シャフトと共に強制的に回転される通気ブレードを形成するように設計される。

本発明は、１つ又は複数のワイパーブレード、この１つ又は複数のワイパーブレードを前後運動で駆動するためのリンク機構、ならびに本発明によるギヤードモータを含む自動車ワイピングシステムであって、出力シャフトがリンク機構を駆動する、自動車ワイピングシステムにも関する。

本発明は、下記の説明を添付図面と共に読むことでより良く理解することができる。

モータの回転シャフトの軸線に平行な面に沿って見た断面図であり、固定子と、回転子及び回転シャフトと、ウォームギヤと、特に回転シャフトに剛体的に連結された前記多極磁石と、ウォームねじと固定子の反対側に配置された回転シャフトの端部を案内するために使用される軸受との間に配置された、ウォームねじに近接して配置される固体要素の形をとるヒートシンクと、を含む、本発明の一実施形態によるギヤードモータを示す。 ヒートシンクとウォームホイールとの間の距離Δを示す、図１のフレームの詳細図である。 図１のギヤードモータ内に示されている固体ヒートシンクの代わりに使用され得るフィン付きヒートシンクの側面図である。 図１のギヤードモータ内に示されている固体ヒートシンクの代わりに使用され得るフィン付きヒートシンクの正面図である。

本発明は、
永久磁石などの磁気要素２９を支持する回転子２０、
固定子の電磁励起巻線を有する固定子２１、及び
回転子に剛体的に連結された回転シャフト２２
を含む電気モータ２と、
回転シャフト２２とギヤードモータの出力シャフト８とを連結する減速歯車３と、を備える、自動車ワイピングシステム用のギヤードモータ１にも関する。

一般に金属で作られるケーシング４は、前記減速歯車３、又は電気モータ２用の保護覆いを形成することができる。

電気モータは直流ブラシレスモータとすることができる。この種のモータは、固定子２１に対する回転子２０の角度位置を決定するための決定装置を含む。制御ユニット（図示せず）は、固定子２１の電磁励起巻線に電力供給する制御信号を、回転子の角度位置を決定するための決定装置によって決定される回転子の角度位置の関数として生成するように設計される。

ギヤードモータは、この目的のために回転子と共に強制的に回転する多極磁石５を含む、回転子の角度位置を決定するための決定装置と、静止位置にありかつ回転子の回転中に多極磁石の磁区の変化を検出するように設計された１つ又は複数のホール効果センサ（図示せず）と、を含むことができる。

減速歯車３は、ウォームねじ３０とウォームホイール３１の歯車装置を含み、ウォームねじ３０は回転子２０の回転シャフト２２に剛体的に連結され、ウォームホイール３１はギヤードモータの出力シャフト８に剛体的に連結される。この出力シャフト８は、電気モータ２の回転シャフト２２に対して実質的に垂直である。ウォームねじ３０のねじ山は回転シャフト２２の材料から得ることができ、一般に金属で作られる。ウォームホイール３１は一般にプラスチックで作られる。

回転子２２の回転シャフトは、軸受手段２３、２４によってケーシング４に対して回転で案内される。使用される軸受２３、２４は、ころ軸受、ブッシング又は当業者に知られる他の形の軸受とすることができる。

このようなギヤードモータ１では、減速歯車３のウォームねじ３０とウォームホイール３１との間に発生する摩擦がウォームねじ及び回転シャフト２２の顕著な加熱を引き起こす。

しかしながら、本発明は、ウォームねじ３０及び電気モータ２の回転シャフト２２の冷却を最適化するためのものである。

特に、ギヤードモータ１は、存在する場合は、軸受手段２３、２４と異なり多極磁石５とも異なる、回転シャフト２２から半径方向に突出する要素の形をとるヒートシンク７を含む。このヒートシンク７は回転シャフト２２を組み付けるための内部ブッシュ７０を有し、前記要素はケーシング４の内部雰囲気との熱交換面を形成するように設計される。

さらに、前記軸受手段は、回転シャフト２２の、電気モータ２の固定子２１側とは反対側の端部を回転シャフト２２の方向に前記ウォームねじ３０に対して案内するための軸受２４を含む。本発明によれば、前記ヒートシンク７は、ウォームねじ３０と電気モータ２の固定子とは反対側の前記軸受２４との間の中間位置に、前記回転シャフト２２上のウォームねじ３０に近接して配置される。

動作しているとき、ヒートシンク７は、回転シャフト２２から、ウォームねじ３０の近くではヒートシンク７の内部ブッシュ７０から熱を除去するとともに、内部雰囲気によって冷却され得る前記要素の熱交換面の場所までカロリーを放射状に伝えるように設計される。

さらに、前記ヒートシンク７は、ウォームホイール３１と局所的に向かい合って配置されかつウォームホイール３１に対して実質的に接線方向に局所的に向けられるように回転シャフト２２の軸線に対して傾斜している周面７１を有する。

前記ヒートシンク７はウォームホイール３１のすぐ近くに配置され、前記周面７１は、ウォームホイール３１が回転しているときにウォームホイール３１から好ましくは４ｍｍ以下、特に３ｍｍ以下、又は２ｍｍ以下の距離（Δ）を置いて配置される。

この傾斜周面７１は、前記突出要素をウォームホイール３１のできるだけ近くに配置することによりヒートシンクを形成する要素の熱交換面を最大にするのに役立つ。前記ヒートシンク７の幅、すなわち回転シャフト方向に沿ったヒートシンクの寸法は、ヒートシンク（７）のレベルでの回転シャフトの直径の０．８倍以上とすることができる。

ヒートシンクは、１Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１以上の熱伝導率を有する材料で作ることができる。特に、前記ヒートシンク７を作るために使用される材料は金属とすることができる。この材料は金属粒子で強化されたプラスチックとすることもできる。

軸受手段の外径はＤであり、前記ヒートシンク７の外径は０．６Ｄ以上、例えば０．７Ｄ以上あるいは０．８Ｄより大きくすることができる。前記ヒートシンク７の外径は１．５Ｄ以下、例えば１．３Ｄ以下とすることができる。

前記ヒートシンク７は、内部雰囲気との熱交換面を形成するフィン７３も有することもできる。一実施形態によれば、フィン７３はヒートシンク７の回転軸線を中心に配置され、回転シャフト２２と共に強制的に回転される通気ブレードを形成するように設計され得る。例えば、回転シャフト２２が回転シャフト２２の軸線を中心に運動する間、通気ブレードはパルス状空気流を作り出すように設計される。

前記軸受手段２３、２４は、固定子側ころ軸受と呼ばれる、回転シャフトを電気モータ２の固定子２１側で前記ウォームねじ３０に対して案内するための軸受２３を含むことができる。一実施形態によれば、軸受手段は固定子側軸受２３及び固定子の反対側の軸受２４を専ら備え、これらの２つの軸受２３、２４はそれぞれ回転シャフト２２の両端を案内する。

特に、固定子側案内軸受２３は、回転子２０と固定子２１の組立体の内側に、回転子２０の内側の凹所内に着座して配置することができる。したがって、回転シャフトのこの端部は、回転シャフトの端部が回転子から確実に突出するくらい長いシャフトを必要とせずに軸受２３によって有利に案内され得る。さらに、回転子内側のこの軸受２３の組立体は、ウォームねじを支持しかつ／又は極性磁石５を支持するために既に使用されている、回転子の外側の回転シャフトの使用可能な長手方向部分上にジャーナルを必要としない。回転子の外側の回転シャフトのこの長手方向部分は、この方向のギヤードモータのコンパクト性を増大させるために最小化することができる。

この目的のために、中空支持体２５が、前記磁気要素２９を中空支持体２５の周囲に支持することができ、回転シャフト２２と同軸に配置されかつ回転シャフト２２と共に強制的に回転される。有利には、この中空支持体２５は前記軸受２３を覆い、前記軸受２３は、電気モータ２の固定子側で回転シャフト２２の長手方向端部を案内する。

この中空支持体２５は、電気モータの固定子側で回転シャフト２２の長手方向端部の向こうに軸線方向に延びる。これにより、特に、回転子の前記磁気要素２９は、図１に例として示されているように、回転シャフト２２の長手方向端部の向こうに少なくとも部分的に配置されることが可能になる。この中空支持体２５は、例えば、軸受２３又はケーシング４の突出部分を収容することができる内径を有する中空管状部分を含む回転体である。

この中空支持体２５は、中空支持体２５を回転シャフト２２に装着できるようにするスリーブ２６も含むことができる。このスリーブ２６は、減速歯車３と軸受２３との間の回転シャフト２２上の中間位置に装着される。スリーブ２６の内径は、この中間位置での回転シャフトの外径に合わせることができる。これは、中空支持体２５と前記回転シャフト２２との間の焼嵌めを可能にする締まりばめでよい。このスリーブ２６は接着でシャフト２２に装着することもできる。

多極磁石５は、回転シャフトのまわりに組み付けられるリングの形をとることができる。磁区（北／南）はリングの周囲に交互に延びる。この多極磁石５は、前記中空支持体２５に剛体的に連結され、前記中空支持体２５を装着するための前記スリーブ２６のまわりに配置され得る。

前記中空支持体２５は、磁気要素２９を支持する長手方向支持部分２７を有する。この長手方向支持部分２７は実質的に円筒形である。回転子の磁気要素２９は円筒の外壁に剛体的に連結される。特にリングの形をした肩部２８が、磁気要素を支持する前記長手方向支持部分２７の遠位端部で半径方向外向きに延びることができる。この肩部２８は、回転子２０の前記磁気要素２９用の横方向ストッパを形成する。この肩部２８は、単一直径線に沿った磁気要素の整列を容易にする。

さらに、中空支持体２５は、スリーブ２６とスリーブ２６より大きい直径を有する前記円筒形長手方向支持部分２７とを連結する長手方向連結部分を有する。

中空支持体２５は本質的に、一体の要素、特に、スリーブ２６、連結部分、円筒形支持部分２７、又は前記肩部２８を連続的に形成するように形状を定められた金属シートを備えることができる。

本発明は、１つ又は複数のワイパーブレードと、この１つ又は複数のワイパーブレードを前後運動で駆動するためのリンク機構と、本発明によるギヤードモータと、を含む自動車ワイピングシステムであって、出力シャフト８がリンク機構を駆動する、自動車ワイピングシステムにも関する。

１ ギヤードモータ
２ 電気モータ
２０ 回転子
２１ 固定子
２２ 回転シャフト
２３，２４ 軸受、電気モータの固定子側のころ軸受及び電気モータの固定子側とは反対側のころ軸受
３ 減速歯車
３０ ウォームねじ
３１ ウォームホイール
４ ケーシング
５ 多極磁石
７ 電気モータの固定子側とは反対側の軸受とウォームねじとの間に配置されるヒートシンク
７０ 回転シャフトを組み付けるためのヒートシンクの内部ブッシュ
７１ ウォームホイールのすぐ近くに配置される傾斜周面
７２ 多極磁石のリングの内部周囲支持体
７３ フィン、特に通気ブレード
Δ ウォームホイールをヒートシンクから隔てる距離

Claims (12)

1. 自動車ワイピングシステム用のギヤードモータ（１）であって、
   磁気要素を含む回転子（２０）、
   前記回転子の電磁励起巻線を有する固定子（２１）、及び
   前記回転子に剛体的に連結された回転シャフト（２２）
   を含む電気モータ（２）と、
   前記回転シャフト（２２）と前記ギヤードモータの出力シャフトとを連結する減速歯車（３）と、
   前記減速歯車又は電気モータ（２）用の保護覆いを形成するケーシング（４）と、を備え、
   前記減速歯車（３）がウォームねじ及びウォームホイールの歯車装置を含み、前記ウォームねじ（３０）が前記回転子の前記回転シャフト（２２）に剛体的に連結され、前記ウォームホイール（３１）が前記ギヤードモータの出力シャフト（８）に剛体的に連結されており、
   前記回転子の前記回転シャフト（２２）を前記ケーシング（４）に対して回転で案内するための軸受手段（２３、２４）と、
   前記回転子（２０）の前記回転シャフト（２２）に剛体的に連結された多極磁石（５）を含む、前記回転子の角度位置を決定するための決定装置と、をさらに備える、ギヤードモータ（１）において、
   前記ギヤードモータ（１）が、前記軸受手段（２３、２４）と異なり、前記多極磁石（５）とも異なる、前記回転シャフト（２２）から半径方向に突出する要素の形をとる少なくとも１つのヒートシンク（７）を含み、
   前記軸受手段（２３、２４）が、前記回転シャフトの、前記電気モータ（２）の前記固定子側とは反対側の端部を前記回転シャフト（２２）の方向にかつ前記ウォームねじ（３０）に対して案内するための軸受（２４）を含み、前記ヒートシンク（７）が、前記ウォームねじ（３０）と前記電気モータ（２）の前記固定子とは反対側の前記軸受（２４）との間の中間位置に、前記回転シャフト（２２）上の前記ウォームねじ（３０）に近接して配置され、前記ヒートシンク（７）が前記回転シャフト（２２）を組み付けるための内部ブッシュ（７０）を有し、前記要素が前記ケーシング（４）の内部雰囲気との熱交換面を形成するように設計され、
   前記ヒートシンク（７）が、前記ウォームホイール（３１）と局所的に向かい合って配置されかつ前記ウォームホイール（３１）に対して実質的に接線方向に局所的に向けられるように前記回転シャフト（２２）の軸線に対して傾斜している周面（７１）を有することを特徴とする、ギヤードモータ（１）。
2. 前記ヒートシンク（７）が前記ウォームホイール（３１）のすぐ近くに配置され、前記周面（７１）は、前記ウォームホイール（３１）が回転しているときに前記ウォームホイール（３１）から４ｍｍ以下の距離（Δ）を置いて配置される、請求項１に記載のギヤードモータ（１）。
3. 前記回転シャフト（２２）の軸線に沿った前記ヒートシンク（７）の幅方向の寸法が、前記ヒートシンク（７）のレベルでの前記回転シャフトの直径の０．８倍以上である、請求項１又は２に記載のギヤードモータ（１）。
4. 前記少なくとも１つのヒートシンクが、１Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１以上の熱伝導率を有する材料から作られる、請求項１から３のいずれか一項に記載のギヤードモータ（１）。
5. 前記少なくとも１つのヒートシンクを作るために使用される前記材料が金属である、請求項４に記載のギヤードモータ（１）。
6. 前記少なくとも１つのヒートシンクを作るために使用される前記材料が金属粒子で強化されたプラスチックである、請求項４に記載のギヤードモータ（１）。
7. 前記軸受手段の外径がＤであり、前記ヒートシンク（７）の外径が０．６Ｄ以上である、請求項１から６のいずれか一項に記載のギヤードモータ（１）。
8. 前記軸受手段（２３、２４）が、固定子側ころ軸受と呼ばれる、前記回転シャフトを前記電気モータ（２）の前記固定子（２１）側で前記ウォームねじ（３０）に対して案内するための軸受（２３）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のギヤードモータ（１）。
9. 前記軸受手段が、前記回転シャフト（２２）の両端をそれぞれ案内するための前記固定子側軸受（２３）及び前記固定子の反対側の軸受（２４）を専ら備える、請求項８に記載のギヤードモータ（１）。
10. 前記ヒートシンク（７）がフィン（７３）を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のギヤードモータ（１）。
11. 前記フィン（７３）が前記ヒートシンク（７）の回転軸線を中心に配置され、前記回転シャフト（２２）と共に強制的に回転される通気ブレードを形成するように設計される、請求項１０に記載のギヤードモータ（１）。
12. １つ又は複数のワイパーブレードと、前記１つ又は複数のワイパーブレードを前後運動で駆動するためのリンク機構と、請求項１から１１のいずれか一項に記載のギヤードモータと、を含む自動車ワイピングシステムであって、前記出力シャフト（８）が前記リンク機構を駆動する、自動車ワイピングシステム。

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