JP7210257B2 - 自動車両のワイパーシステム用の歯車電動機 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車両の払拭システム用の歯車付電動機に関する。
歯車付電動機は、本質的に、大きな回転伝動トルクを得るために速度をギアダウンするように使用される減速歯車に連結される電動機を備える。
歯車付電動機において、特に、長寿命、小型のサイズ、小さい消費電力、低い騒音レベル等の多くの利点を有する直流ブラシレス電動機において、種々のタイプの電動機が使用され得る。
このような歯車付電動機は、特に、単数又は複数のワイパーブレードと、単数又は複数のワイパーブレードを前後移動させるように駆動するためのリンク機構とを有する自動車両の払拭システムにおいて使用される。歯車付電動機の出力シャフトは、払拭システムのリンク機構を駆動する。
減速歯車はウォーム歯車であることが多く、ウォームスクリューは、典型的には金属から構成されるとともに、ロータの回転シャフトに堅固に接続される。典型的にはプラスチックから構成されるウォームホイールは、歯車付電動機の出力軸に堅固に接続される。
2つ又は3つのベアリング、例えばボールベアリングが、典型的には回転シャフトを案内して回転させるように使用される。各ボールベアリングは、内輪と外輪とを有し、ボールは内輪の軌道及び外輪の軌道において転動するように設計される。
発明者によれば、ウォーム歯車を備える減速歯車は、およそ65%の低い動力伝達効率しか有さず、ロスした動力(すなわち35%)は、ウォームスクリュー及び金属製の回転シャフトにおいて熱の形態で放散してしまうことに留意しなくてはならない。発明者の知見によれば、従来技術において公知の歯車付電動機の冷却には大きな改善の余地があり得る。
本発明の目的は、最適化された冷却性を有するウォーム駆動歯車付電動機を提案することにより、上述のデメリットを克服することである。
本発明の他の目的は、回転シャフトの長手方向軸に沿ってコンパクトであるこのような歯車付電動機を提案することである。
他の目的及び利点が、非制限的な例として本明細書に記載される。
また、本発明は、自動車両の払拭システム用の歯車付電動機であって、
‐電動機であって、
‐磁性要素を含むロータと、
‐前記ロータの電磁励起巻線を有するステータと、
‐前記ロータに堅固に接続される回転シャフトと、
を含む電動機と、
‐前記回転シャフトと前記歯車付電動機の出力シャフトとを連結する減速歯車であって、前記減速歯車は、ウォーム歯車システムを含み、前記ウォームスクリューは前記ロータの前記回転シャフトに堅固に接続され、前記ウォームホイールは前記歯車付電動機の出力シャフトに堅固に接続される、減速歯車と、
‐前記減速歯車用又は前記電動機用の保護包囲体を形成するケースと、
‐前記ロータの前記回転シャフトを案内して前記ケースに対して回転させるベアリング手段と、
前記ロータの前記回転シャフトに堅固に接続された多極電磁石を含む前記ロータの角度位置を測定するための測定装置と、
を備える歯車付電動機に関する。
本発明によれば、前記歯車付電動機は、前記回転シャフトから径方向に突出する要素の形状にあるヒートシンクであって、前記ベアリング手段及び前記多極電磁石と別個のヒートシンクを含み、前記ヒートシンクは、前記多極電磁石と前記ウォームスクリューとの間の中間位置にあるとともに、前記ウォームスクリューの近傍において前記回転シャフトに配設され、前記回転シャフトの組付けのための内側ブッシュを含み、前記要素は、前記ケースの内側雰囲気に対する熱交換表面を形成するように設計され、前記ヒートシンクが前記ウォームホイールから離間する距離Δは、前記多極電磁石が前記ウォームホイールから離間する距離に等しいか又はこれより小さい。
本発明の単独でも組み合わせてもよい選択的特徴を以下に記載する。
‐前記ヒートシンクは、前記ウォームホイールの直近に配設されるとともに、前記ウォームホイールの回転時に、前記ウォームホイールから4mm以下の距離Δを置くように配置される。
‐前記回転シャフトの方向における前記ヒートシンクの幅は、前記方向における前記多極電磁石の寸法の1倍乃至3倍である。
‐前記ヒートシンクは、前記距離Δを置いて局所的に前記ウォームホイールに対面配置される周面を有し、前記周面は、前記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配向されるように、前記回転シャフトの軸に対して傾斜する。
‐前記ヒートシンクは、1W.m-1.K-1以上の熱伝導率を有する材料から構成される。
‐前記ヒートシンクを構成するのに使用される前記材料は金属である、又は代替的に、前記ヒートシンクを構成するのに使用される前記材料は、金属粒子で補強されたプラスチックである。
‐前記ベアリング手段の外径はDであり、前記ヒートシンクの外径は0.6D以上である。
‐前記ベアリング手段は、前記ウォームスクリューに関して、前記ステータを有する前記電動機の側で前記回転シャフトを案内するためのベアリングであって、ステータ側ローラーベアリングと称されるベアリングを含み、前記ヒートシンクは、前記回転シャフトにおいて前記ウォームスクリューと前記ステータ側ベアリングとの間の中間位置にある。
‐前記ヒートシンクは、前記多極電磁石に取り付けられるとともに、前記多極電磁石から横方向に前記ウォームスクリューに向かって突出する要素であり、前記多極電磁石とは異なる材料から構成される。
‐前記多極電磁石は、N対の磁北極/磁南極を形成するリングを含み、前記リングは、前記回転シャフトと同軸であるとともに、径方向における1mm乃至4mmの厚さを有し、前記ヒートシンクは、前記リングの内径において周方向支持体を形成し、前記支持体は、前記リングを前記回転シャフトに連結する。
‐前記ヒートシンクは複数のフィンを有する。
‐前記フィンは、前記ヒートシンクの回転軸を中心として配設されるとともに、前記回転シャフトとともに回転するように拘束された換気ブレードを形成するように設計される。
‐前記回転シャフトの動作中に、前記換気ブレードは、前記ウォームホイールの外周と、前記ウォームホイールの外周の周りで前記回転シャフトの反対側において長手方向に延在する前記ケースのベルトとの間に画成された半環状の空間において、脈動空気流を生成するように設計される。
‐前記ケースの前記ベルトは、その内壁に、前記ベルトにおいて長手方向に配向される突出リブを含む。
本発明は、添付図面を参照しつつ以下の説明を読むことでより良く理解され得る。
本発明の一実施形態による歯車付電動機を、電動機の回転シャフトの軸に対して平行な平面に沿った断面図であって、歯車付電動機は、ステータと、ロータ及び回転シャフトと、特に回転シャフトに堅固に接続されたウォーム歯車と、前記多極電磁石と、並びに中実要素の形状にある前記多極電磁石に取り付けられたヒートシンクを含む図。 図1のヒートシンクがウォームホイールから離間している様子を示す図。 図1の歯車付電動機において示す中実ヒートシンクに代えて使用され得るフィン付きヒートシンクの側面図。 図1の歯車付電動機において示す中実ヒートシンクに代えて使用され得るフィン付きヒートシンクの正面図。 図1のIV-IVに沿った詳細断面図であって、特にケースのベルトの内壁における突出リブを示す図。
また、本発明は、自動車両の払拭システム用の歯車付電動機1に関する。
歯車付電動機1は、
‐電動機2であって、
‐永久磁石等の磁性要素29を支承するロータ20と、
‐ロータの電磁励起巻線を有するステータ21と、
‐ロータに堅固に接続される回転シャフト22と、
を含む電動機2と、
‐回転シャフト22と歯車付電動機の出力シャフト8とを連結する減速歯車3と、
‐典型的には金属から構成されるケース4であって、減速歯車3用又は電動機2用の保護包囲体を形成可能なケース4と、
を備える。
電動機は、直流ブラシレス電動機であり得る。このような電動機は、ステータ21に対するロータ20の角度位置を測定する測定装置を含む。制御ユニット(図示せず)は、ロータの角度位置を測定するための測定装置により測定されたロータの角度位置に応じて、ステータ21の電磁励起巻線に給電するための制御信号を生成するように設計される。
ロータの角度位置を測定する測定装置は、この目的のために、ロータとともに回転するように拘束された多極電磁石5と、単数又は複数のホール効果センサ(図示せず)とを含む。ホール効果センサは、静止位置にあるとともに、ロータの回転中の多極電磁石の磁区における変化を検出するように設計される。
減速歯車3は、ウォームスクリュー30と、ウォームホイール31歯車とを含む。ウォームスクリューは、ロータ20の回転シャフト22に堅固に接続され、ウォームホイール31は、歯車付電動機の出力シャフト8に堅固に接続される。この出力シャフト8は、電動機2の回転シャフト22に対して実質的に垂直である。ウォームスクリュー30のねじ山は、典型的には金属から構成される回転シャフト22の材料から得られる。ウォームホイール31は、典型的にはプラスチックから構成される。
ロータの回転シャフト22は、ベアリング手段23、24によって案内されてケース4に対して回転する。使用されるベアリング23、24は、ローラーベアリング、ブッシング、又は当業者に公知のベアリングの他の形状物であり得る。
このような歯車付電動機1において、減速歯車3のウォームスクリュー30とウォームホイール31との間に生じる摩擦により、ウォームスクリュー及び回転シャフト22は顕著に加熱される。
しかしながら、本発明は、ウォームスクリュー30及び電動機2の回転シャフト22の冷却を最適化することを意図している。
特にこの目的のために、歯車付電動機1は、回転シャフト22から径方向に突出する要素の形状にあるヒートシンク7であって、ベアリング手段23、24と別個の、且つ多極電磁石5と別個のヒートシンク7を含む。前記ヒートシンク7は、前記多極電磁石5とウォームスクリュー30との間の中間位置にあるとともに、ウォームスクリュー30の近傍において前記回転シャフト22に配設される。
ヒートシンク7を形成する突出要素は、スリーブ26によって直接的に又は間接的に回転シャフト22を組付けるための内側ブッシュ70を有する。前記要素は、ケース4の内側雰囲気に対する熱交換表面を形成するように設計される。
動作中、ヒートシンク7は、ウォームスクリュー30の近傍において回転シャフト22から熱を奪い、その内側ブッシュ70から、熱量を径方向に前記要素の熱交換表面まで伝達するように設計される。前記要素の熱交換表面は、内側雰囲気によって冷却される。
特に、前記ヒートシンク7がウォームホイール31から離間する距離Δは、前記多極電磁石5がウォームホイール31から離間する距離に等しいかこれより小さい。
一実施形態によれば、前記ヒートシンク7は、ウォームホイール31の直近に配設され、回転中のウォームホイール31から4mm以下、例えば3mm以下、更に又は2mm以下の距離Δを置くように配置される。
更に、前記ヒートシンク7は周面71を有し得る。周面71は、特にウォームホイールから所定距離Δを置いて局所的にウォームホイール31に対面配置されるとともに、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配向されるように回転シャフト22の軸に対して傾斜している。この傾斜した周面は、前記突出要素をウォームホイールに可能な限り近く配置することにより、ヒートシンクを形成する要素の交換表面を最大化する助けとなる。前記ヒートシンク7の幅l、すなわちヒートシンクの回転シャフトの方向における寸法は、前記方向における多極電磁石5の寸法の1倍乃至3倍、例えば、多極電磁石5の寸法の1.5倍乃至2.5倍であり得る。
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から構成され得る。具体的には、前記ヒートシンク7を構成するのに使用される材料は、金属であり得る。この材料は、金属粒子で補強されたプラスチックであってもよい。
ベアリング手段の外径はDであり、前記ヒートシンク7の外径は0.6D以上、又は例えば0.7D以上、更に又は0.8D以上であり得る。前記ヒートシンク7の外径は、1.5D以下、例えば1.3D以下であり得る。
前記ベアリング手段23、24は、前記ウォームスクリュー30に関して、ステータ21を有する電動機2の側で、シャフト22の軸に沿って回転シャフトを案内するためのベアリング23であって、ステータ側ローラーベアリングと称されるベアリング23を含み得る。
前記ヒートシンク7は、回転シャフト22において、ウォームスクリュー30と前記ステータ側ベアリング23との間の中間位置にあり得る。
一実施形態によれば、前記ヒートシンク7は、多極電磁石5に取り付けられるとともに、多極電磁石5から横方向にウォームスクリュー30に向かって突出する要素であり、多極電磁石5とは異なる材料から構成される。
図5に示す他の可能な実施形態において、多極電磁石5には、ヒートシンク7が取り付けられ、又は取り付けられず、回転シャフト22において、ウォームスクリュー30と前記ベアリング24との間の中間位置において、ロータ20の反対端部の近傍に配設され得る。
一実施形態によれば、前記多極電磁石5は、N対の磁北極/磁南極を形成するリング50を含み得る。前記リング50は、回転シャフト22と同軸であるとともに、径方向における1mm乃至4mmの厚さepを有する。こうして、前記ヒートシンク7は、リング50の内径において周方向支持体72を形成し、前記支持体72は、リング50を前記回転シャフト22に連結する。
また、前記ヒートシンク7は、内側雰囲気に対する交換表面を形成するフィン73を有し得る。
一実施形態によれば、フィン73は、ヒートシンク7の回転軸を中心として配設され得るとともに、回転シャフト22とともに回転するように拘束された換気ブレードを形成するように設計される。例えば、回転シャフト22がその軸を中心として動作する際、換気ブレードは、ウォームホイール31の外周と、ウォームホイール31の外周の周りで回転シャフト22の反対側において長手方向に延びるケース4のベルト40と、の間に画成された半環状の空間において、脈動空気流を生成するように設計される。
ケース4のベルト40は、その内壁に突出リブ41を含み得る。突出リブ41は、前記ベルト40において長手方向に配向されるとともに、ケースの内側雰囲気とケースの内壁との間の熱交換表面を増大させることが意図されている。これらの内側リブは、脈動空気流と接触するように設計される。
特に、ステータ側案内ベアリング23は、ロータ20及びステータ21からなるアセンブリの内側に配設され、ロータ20の内側の凹部に着座し得る。したがって、回転シャフトの当該端部は、この端部がロータを超えて突出することを確保するように十分に長いシャフトを必要とすることなく、ベアリング23によって有利に案内され得る。更に、ロータ内への当該ベアリグ23の組付けには、既にウォームスクリューの支承、及び/又は多極電磁石5の支承のために使用されている、ロータの外側の回転シャフトの使用可能な縦方向部分におけるジャーナルが必要ない。当該方向において歯車付電動機をよりコンパクトにするように、ロータの外側にあるこのシャフトの縦方向部分は最小化され得る。
この目的のために、中空支持体25が、前記磁性要素29をその周囲の周りで支承し得るとともに、回転シャフト22と同軸に配設され、これとともに回転するように拘束される。有利には、この中空支持体25は、回転シャフト22の長手方向端部を電動機2のステータ側において案内する前記ベアリング23を覆う。
この中空支持体25は、回転シャフト22の長手方向端部を軸方向に超えて、電動機のステータ側において更に延在し得る。特に、これにより、図3に例示的に示すように、ロータの前記磁性要素29が、回転シャフト22の長手方向端部を少なくとも部分的に超えるように配設され得る。この中空支持体は、例えば、ベアリング23又はケースの突出部分を収容可能な内径を有する中空の管状部分を含む回転体である。
また、当該中空支持体25は、中空支持体25を回転シャフト22に取り付けることを可能とするスリーブ26を含み得る。このスリーブ26は、回転シャフト22において、減速歯車3とベアリング23との間の中間位置に取り付けられる。スリーブ26の内径は、この中間位置において回転シャフトの外径に合わせて調整され得る。これは、中空支持体と前記回転シャフト22との収縮嵌めを可能とするぴったりとした嵌合であり得る。このスリーブ26は、接着によってもシャフト22に取り付けられ得る。
多極電磁石5は、回転シャフトの周りに組付けられたリングの形状であり得る。磁区(北/南)は、リングの周囲の周りを交互に延在している。この多極電磁石5は、前記中空支持体25に堅固に接続され得るとともに、前記中空支持体25を取り付けるように前記スリーブ26の周りに配設され得る。
前記中空支持体25は、磁性要素29を支承する縦方向支持部分27を有する。この縦方向支持部分27は、実質的に円筒状である。ロータの磁性要素29は、円筒の外壁に堅固に接続される。特にリングの形状にあるショルダ28が、磁性要素を支承する前記縦方向支持部分27の先端部において径方向外方に延在し得る。このショルダ28は、ロータの前記磁性要素29用の横方向ストッパを形成する。このショルダ28は、単独の直径ラインに沿った磁性要素29の整列を容易にする。
更に、中空支持体25は、スリーブ26と、このスリーブ26より大きい直径を有する前記円筒状縦方向支持部分27とを連結する縦方向連結部分を有する。
中空支持体25は、一体部品要素を、具体的にはスリーブ26、連結部分、円筒状支持部分27又は前記ショルダ28を連続的に形成するような形状とされた金属シートを、本質的に備え得る。
したがって、ヒートシンク7を形成する前記要素の内側ブッシュ70は、回転シャフト22の外側ジャーナルに直接的に、又は前記中空支持体25のスリーブ26等のスリーブを介して間接的に係合し得る。
更にまた、回転シャフト22は、回転シャフト22の2つの端部に配設された2つのベアリング23、24のみによって、具体的には、ステータ21を有する電動機の側のベアリング23及び回転シャフト22の他端部における別のベアリング24のみによって案内されて回転し得る。
1. 歯車付電動機
2. 電動機
20. ロータ
21. ステータ
22. 回転シャフト
23、24. ベアリング、各ステータ側、及びステータの反対側ローラーベアリング
25. 中空支持体
26. 取付スリーブ(中空支持体)
27. 縦方向円筒状部分(中空支持体)
28. ショルダ
29. 磁性要素
3. 減速歯車
30. ウォームスクリュー
31. ウォームホイール
4. ケース
40. ベルト
41. 内側リブ
5. 多極電磁石
50. リング
7. ヒートシンク
70. 回転シャフトの組付けのためのヒートシンクの内側ブッシュ
71. ウォームホイールの直近に位置する傾斜した周面
72. 多極電磁石のリング用の内側周方向支持体
73. フィン、特に換気ブレード
8. 歯車付電動機の出力シャフト

Δ. ヒートシンクがウォームホイールから離間する距離
D. ベアリングの外径
l. ヒートシンクの幅(回転シャフトの方向における寸法)
ep. リング厚さ

Claims (14)

  1. 自動車両の払拭システム用の歯車付電動機(1)であって、前記歯車付電動機(1)は、
    ‐電動機(2)であって、
    ‐磁性要素を含むロータ(20)と、
    ‐前記ロータの電磁励起巻線を有するステータ(21)と、
    ‐前記ロータに堅固に接続される回転シャフト(22)と、
    を含む電動機(2)と、
    ‐前記回転シャフト(22)と前記歯車付電動機の出力シャフトとを連結する減速歯車(3)であって、前記減速歯車(3)は、ウォームスクリューとウォームホイールとを含み、前記ウォームスクリュー(30)は前記ロータの前記回転シャフト(22)に堅固に接続され、前記ウォームホイール(31)は前記歯車付電動機の出力シャフト(8)に堅固に接続される、減速歯車(3)と、
    ‐前記減速歯車用又は前記電動機(2)用の保護包囲体を形成するケース(4)と、
    ‐前記ロータの前記回転シャフト(22)を案内して前記ケース(4)に対して回転させるベアリング手段(23、24)と、
    前記ロータ(20)の前記回転シャフト(22)に堅固に接続された多極電磁石(5)を含む前記ロータの角度位置を測定するための測定装置と、
    を備え、
    前記歯車付電動機(1)は、前記回転シャフト(22)から径方向に突出する要素の形状にあるヒートシンク(7)であって、前記ベアリング手段(23、24)及び前記多極電磁石(5)と別個のヒートシンク(7)を含み、前記ヒートシンク(7)は、前記多極電磁石(5)と前記ウォームスクリュー(30)との間の中間位置にあるとともに、前記ウォームスクリュー(30)の近傍において前記回転シャフト(22)に配設され、前記回転シャフト(22)の組付けのための内側ブッシュ(70)を含み、前記要素は、前記ケース(4)の内側雰囲気に対する熱交換表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)から離間する距離Δは、前記多極電磁石(5)が前記ウォームホイール(31)から離間する距離に等しいか又はこれより小さく、
    前記ヒートシンク(7)は、前記多極電磁石(5)に取り付けられるとともに、前記多極電磁石(5)から横方向に前記ウォームスクリュー(30)に向かって突出する要素であり、前記多極電磁石(5)とは異なる材料から構成される、
    ことを特徴とする歯車付電動機。
  2. 前記ヒートシンク(7)は、前記ウォームホイール(31)の直近に配設されるとともに、前記ウォームホイール(31)の回転時に、前記ウォームホイール(31)から4mm以下の距離Δを置くように配置される、
    請求項1に記載の歯車付電動機。
  3. 前記回転シャフト(22)の方向における前記ヒートシンク(7)の幅(l)は、前記方向における前記多極電磁石(5)の寸法の1倍乃至3倍である、
    請求項1又は2に記載の歯車付電動機。
  4. 前記ヒートシンク(7)は、前記距離Δを置いて局所的に前記ウォームホイール(31)に対面配置される周面(71)を有し、前記周面は、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配向されるように、前記回転シャフト(22)の軸に対して傾斜する、
    請求項2又は3に記載の歯車付電動機。
  5. 前記ヒートシンクは、1W・m^(-1)・K^(-1)以上の熱伝導率を有する材料から構成される、
    請求項1乃至4の一項に記載の歯車付電動機。
  6. 前記ヒートシンクを構成するのに使用される前記材料は、金属である、
    請求項5に記載の歯車付電動機。
  7. 前記ヒートシンクを構成するのに使用される前記材料は、金属粒子で補強されたプラスチックである、
    請求項5に記載の歯車付電動機。
  8. 前記ベアリング手段の外径はDであり、前記ヒートシンク(7)の外径は0.6D以上である、
    請求項1乃至7の一項に記載の歯車付電動機。
  9. 前記ベアリング手段(23、24)は、前記ウォームスクリュー(30)に関して、前記ステータ(21)を有する前記電動機(2)の側で前記回転シャフトを案内するためのベアリング(23)であって、ステータ側ベアリングと称されるベアリング(23)を含み、
    前記ヒートシンク(7)は、前記回転シャフト(22)において前記ウォームスクリュー(30)と前記ステータ側ベアリング(23)との間の中間位置にある、
    請求項1乃至8の一項に記載の歯車付電動機。
  10. 前記多極電磁石(5)は、N対の磁北極/磁南極を形成するリング(50)を含み、
    前記リング(50)は、前記回転シャフト(22)と同軸であるとともに、径方向における1mm乃至4mmの厚さ(ep)を有し、
    前記ヒートシンク(7)は、前記リング(50)の内径において周方向支持体(72)を形成し、
    前記周方向支持体(72)は、前記リング(50)を前記回転シャフト(22)に連結する、
    請求項1乃至9の一項に記載の歯車付電動機。
  11. 前記ヒートシンク(7)は複数のフィン(73)を有する、
    請求項1乃至10の一項に記載の歯車付電動機。
  12. 前記フィン(73)は、前記ヒートシンク(7)の回転軸を中心として配設されるとともに、前記回転シャフト(22)とともに回転するように拘束された換気ブレードを形成するように設計される、
    請求項11に記載の歯車付電動機。
  13. 前記回転シャフト(22)の動作中に、前記換気ブレードは、前記ウォームホイール(31)の外周と、前記ウォームホイール(31)の外周の周りで前記回転シャフト(22)の反対側において長手方向に延在する前記ケース(4)のベルト(40)と、の間に画成された半環状の空間において、脈動空気流を生成するように設計される、
    請求項12に記載の歯車付電動機。
  14. 前記ケース(4)の前記ベルト(40)は、その内壁に、前記ベルト(40)において長手方向に配向される突出リブ(41)を含む、
    請求項13に記載の歯車付電動機。
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