JP7246383B2

JP7246383B2 - 小型ギアモータ

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Publication number: JP7246383B2
Application number: JP2020519694A
Authority: JP
Inventors: ワトリン，マシュー
Original assignee: エムエムテーアーゲー
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2023-03-27
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: US11750061B2; KR20200085749A; CN111434011B; JP2020536485A; US20210152049A1; KR102611641B1; FR3072226A1; CN111434011A; WO2019068784A1; FR3072226B1; EP3692622A1

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明の分野は自動車内部の流体の循環（例えば、空調ルーバ、水バルブサーモスタット、電気自動車のバッテリーの冷却など）、または外部からの空気の制御された循環（例えば、エアグリルルーバ）に関する。より詳細には、本発明が電動アクチュエータを収容するハウジングと、それに機械的に結合された弁（例えばゲート弁またはスロットル弁）の油圧閉鎖構成部材を駆動するように意図された減速ギアトレインとを具備する小型ギアモータに関する。

当該小型ギアモータは、０．５Ｎｍのオーダーの比較的高いトルクを必要とする部品を含み、変位は数十度であり、典型的な位置決め精度は５度未満であり、また、最小サイズである。

より具体的には、本発明が減速ギアトレインに関連したブラシレス電動モータを非常にコンパクトな解決策の形で成形、そのような装置のために意図された歯車モータに関する。

〔背景技術〕
最先端技術において知られているのは、Ｙ字型のステータ鉄心を内部に設けたシェルを形成するベースとカバーとで構成されたハウジングを備える永久磁石マイクロモータを記載した中国の実用新案ＣＮ２０１４７８９３３である。モータは、永久磁石を備えたローターと、回転体のシャフトに平行な中間シャフトと、一端がハウジングの外側に延びる出力シャフトとを備える。ステータ鉄心は歯と歯の間隔が６０度である３つの歯を有し、２つの長い歯が巻線に巻かれ、１つの短い歯が中央にある。

中国実用新案出願ＣＮ２３３５２９７には、駆動部、オリエンテーション要素及び減速部から構成される電動機が記載されている。駆動部のステータの極部は溝［ｓｉｃ］の円形非対称アーク、凸および凹溝で設計され、これは不均一な空気空間を作ることができ、照射野の磁気分布条件を変えることができる。方位部と減速部はコンパクトで合理的な構造の利点がある。ユーティリティモデルはミニチュアモータの起動性能と出力トルクを改善し、騒音を低減し、付加的な部分容積を低減できる。

また、米国特許第９１６８８２８号から、車両のシャッターグリル用の別のアクチュエータが知られている。

欧州特許出願公開第２６４０５９０号明細書は、自動車のモータコンパートメントの吸気を調整することを意図した制御装置の別の例を記載している。

また、当該技術分野の状態では、電気モータを備えたアクチュエータ、特にステータと、少なくとも１つの中間ホイールを備えた歯車列に運動を伝達する駆動歯車を備えた回転体とを備えるブラシレス直流モータを説明する特許出願ＤＥ１０２０１４１０７９００も知られている。

例えばＤＥ４３４２１８５に記載されているようなコンパクトな機械的歯車減速システムを製造することも知られている。

さらに最近では、例えば特許ＵＳ８４０３３７６に記載されているようなコンパクトな減速装置を備えたブラシレス電気モータも知られている。

〔従来技術の課題〕
従来技術のこれらの装置は、比較的小型である機械的な減速アセンブリを有するという一般的な問題を解決することを目的としている。

しかしながら、小型ではあるが、これらの装置はシャッタのような構成部材を動かすのに十分なトルクを保証しながら、四角形の形状の設置面積と小さな厚さとを組み合わせることができる限られたスペース要件を許容しない。特に、自動車の中で温度調節シャッタを作動させる場合、市場はシャッタを動かすのに十分な作動トルクを保証しながら、既存の最先端技術に対する設置面積の減少を伴う、ますます小さくかつ数多くのギアモータセンブリを要求している。

従って、軸受軸あたり少なくとも２つの歯車／歯車付きホイールアセンブリを有する小型のギア減速機を利用する最先端の解決策は特に、既存の解決策と比較して比較的平坦で狭い単一のハウジング内にこれらの要素を一体化することによって、モータとギアボックスとの間のより良い一体化を必要とするこのタイプの用途に課せられた要求を満たすことを可能にしない。

〔本発明によって提供される解決策〕
本発明はブラシレス電動機と運動減速機の集合体とを巧みに関連させるギアモータを、薄型の正方形の設置面積で提案することにより、最先端技術の欠点を克服しようとするものである。

そのために、本発明はその最も一般的な概念によれば、ハウジングから構成されるギアモータに関し、ハウジングはステータアセンブリと、各々が歯付きホイールおよび歯付きギアに連結されたシャフトから構成される複数の中間ステージを有する減速ギアトレインを駆動するローターと、ホイールおよび連結用の構成部材に連結されたシャフトから構成される出力ステージとを備え、ローターのシャフトは平行であり、前記中間ステージおよび前記出力ホイールは、前記ステータの上に横方向に配置されたプリント回路をさらに備える。出力段の前記ホイールは前記ステータの一部の上方に配置され、前記中間ステージシャフトは前記ローターのシャフト及び前記出力ホイールのシャフトを含む領域の、横方向垂直面に対して反対側に位置するハウジングの領域に位置する。

有利には前記ステータアセンブリが各々が巻線を担持する磁極の形態の少なくとも２つのステータ延長部と、半環状閉鎖領域とを有し、出力ステージの前記ホイールは前記ステータ延長部及び前記巻線の少なくとも１つの一部分の上方に配置される。

有利には、本発明によるギアモータが以下を含む：
－２つずつが６０°ずれている磁極の形態の３つのステータ延伸部を有するステータアセンブリと、２４０°にわたって延びる半円環状閉鎖領域とを有する電動機、および、
減速ギアトレインを駆動するローター、を備え、
前記減速ギアトレインは、
１つのギアと１つの車輪とに連結された１つのシャフトを各々が有する複数の中間ステージ、および、
ホイールおよび連結部材に連結されたシャフトを具備する出力ステージ
を有し、
前記ギアモータは、前記ローターによって発生するに磁束を検出するための少なくとも１つの電磁プローブが設けられた、前記ステータの上方に横方向に配置される電子回路を、さらに備え、
－前記出力ステージの前記ホイールは、前記ステータ延伸部のうちの１つの上方に配置され、
前記中間ステージの前記シャフトは、前記ローターおよび出力ステージのシャフトを有する領域と相補する、前記ハウジングの領域に円弧に配置され、
－前記ハウジングの領域とは、前記ローター及び前記出力ホイールのシャフトを含む領域の、横断垂直面に対して反対側に位置する領域である。

好ましくは、コネクタまたは取付部材を有さない前記ハウジングの長さと幅との比率が０．８～１．２である。

特定の実施形態によれば、電子回路はローターによって生成された磁束密度を検出するための少なくとも１つの感磁プローブを備え、
好ましくはプリント回路が、第２の中間ステージの歯車の通過のための切り欠きを有する。

有利には、プリント回路が出力ステージの前記ホイールの下面に取り付けられた永久磁石の変位領域に対向して配置された付加的な磁気感応プローブを有する。

１つの変形例によれば、プリント回路は、前記ローターおよび前記出力ホイールのシャフトを含む領域において横方向に延在する。

１つの特定の実施形態によれば、カバーおよび／またはハウジングの底部は、前記ローター、前記中間ステージ、および出力ステージの前記シャフトをガイドするガイドベアリングを形成する中空突起部を有する。

好ましくは前記突起部がリブによって取り囲まれ、当該リブの少なくとも１つはそれぞれのシャフトに加えられる横方向の力の方向に向けられる。

好ましい実施形態によれば、１つのステージの減速比は３～６の間である。

別の有利な実施形態によれば、全減速比は２００～６００である。

〔実施形態の詳細な説明〕
本発明は、添付の図面を参照して、非限定的な実施形態に関する以下の説明からより良く理解されるのであろう：
－図１は、本発明に係るギアモータ機構の底面図を示す。
－図２は、本発明に係るギアモータ機構の側面図を示す。
－図３は、三相モータ付きの本発明に係るギアモータ及びそのハウジング（カバー無し、プリント回路無し）の側面図を示す。
－図４は、本発明に係るギアモータ及びそのハウジング（カバー無し）の斜視図を示す。
－図５は、本発明に係るギアモータのハウジングの斜視図を示す。
－図６は、本発明に係るギアモータのハウジングの内部の斜視図を示す。
－図７は、本発明に係るギアモータのハウジングのカバーの底面斜視図を示す。
－図８は、ステータ組立体とプリント回路との電気的接続の詳細図を示す。
－図９は、二相モータ付きの本発明に係るギアモータ及びそのハウジング（カバー無し、プリント回路無し）の側面図を示す。
－図１０は、出力ホイールの位置センサを備える本発明に係るギアモータの断面図を示す。
－図１１は、スクリューダウンステータの図とともにカバー無しのハウジングの斜視図を示す。
－図１２は、プリント回路の図とともにカバー無しのモータの上面図を示す。

＜ドライブチェーンの説明＞
添付の図面によって示されるギアモータは、一例として３つの電気相を有するブラシレスモータを含む。ギアモータは、シャフト（２）の周りを回転する永久磁石を備えたローター（１）と、半径方向の複数の歯に構成される３つの長い磁極（４～６）を有するステータアセンブリ（３）とを具備する。３つの長い磁極（４～６）は、それぞれ、巻線（７～９）を担持しており、その巻線軸は、半径方向に延在し、６０°の機械的角度で離間されている。ステータアセンブリ（３）には、２４０°を超えて延在する歯付き環状領域（１０）が延設されている。この非限定的な場合において、使用されるモータは、三相モータである。この歯付き環状領域（１０）の半径方向に延びる短い半径方向の歯は、巻出された磁極を構成する。

図９は、２相モータを用いた実施形態を示す。ステータアセンブリ（３）は巻線を担持する２つの磁極（６、７）を有し、ここでは、巻線の各々の間の角度は９０°である。モータのトポロジーは、本発明を限定するものではない。

図３の例におけるギアモータは、各々が歯車（１０２、２０２、３０２）と、各シャフト（１０１、２０１、３０１）にしっかりと取り付けられた歯付きギヤ（１０３、２０３、３０３）とで構成されるペアによって形成される３つの中間減速ステージ（１００、２００、３００）と、ホイール（４０２）および連結部品に連結されたシャフト（４０１）を具備する出力ステージ（４００）とを備える。入力ステージは歯車（１０２）と噛み合う歯車（１３）を具備しており、最終的には４段減速機を形成する。

減速速度は、それぞれ４．３、３．５、３．８および５．２、またはトータルの減速比が約３００である。

ローター（１）のシャフト及び出力シャフト（４０１）は、横断面（５００）の一方の側に配置され、一方、中間ステージ（１０１，２０１，３０１）の３つのシャフトは前記横断面（５００）の他方の側に配置されている。この配置により、利用可能な空間を最大限に利用して、縮小断面でかつほぼ正方形のアスペクト比で高い減速比を達成することが可能になる。

プリント回路（２０）は、電気モータの電源及び制御コンポーネントをサポートする。巻線（７～９）は、圧入タイプのはんだ無し接続によってプリント回路（２０）に接続されている。永久磁石によって生成された磁界を感知し、制御信号を供給するために、ローター（１）の前面に対向するプリント回路（２０）の面の一方に、感磁プローブが配置される。別の感磁プローブは出力ホイールの位置を表す信号を供給するために、永久磁石を装備した出力ホイール（４０２）の下のプリント回路（２０）上に配置される。

図２から分かるように、ステータアセンブリ（３）、及び第３の中間ステージ（３００）のホイール（３０２）は、プリント回路（２０）の下に配置される。一方、第１の中間ステージ（１００）のホイール（１０２）、及び出力ホイール（４０２）は、プリント回路（２０）の上に配置されている。第２の中間ステージ（２００）のホイール（２０２）は、プリント回路（２０）の平面内に配置され、その縁部は前記ホイール（２０２）の通過を可能にするように切り欠かれている。

図３から分かるように、アセンブリはほぼ正方形の断面のハウジング（３０）内に配置され、周縁（３５）はオプションとしてガスケットを取り付けることができるか、またはハウジング（３０）にレーザ溶接することができる。ハウジングは３つの取り付けタブ（３１～３３）を有し、これらの取り付けタブは、用途における収容構造にハウジングを取り付けるためのリベットまたはボルトを通すための貫通孔を有する。

また、電気接続部の通路用のコネクタを形成する横方向延長部（３４）を有する。電気的接続は図６に見られる剛性湾曲した導体（６１から６４）によって達成され、その内側の端部はプリント回路（２０）に強制的に挿入（圧入）することによって接続される。

ハウジング（３０）は図５で見えるカバー（４０）を受けることができる構成となっている。カバー（４０）は、内側リブ付きリング（４１）を有する出力シャフト（４０１）の通路用の環状ベアリング（４２）を設置するための穴を備え、例えば、バルブを閉鎖するための要素に連結するための構成部材として機能する。

図６から分かるように、ハウジング（３０）の底部には、ローター（２）と出力ホイール（４０２）のそれぞれのシャフト（１，４０１）をガイドする軸受（７１，７２）と、中間ステージ（１００，２００，３００）のシャフト（１０１，２０１，３０１）を案内する軸受（７３～７５）が設けられている。

図４に図示されるように、プリント回路（２０）は、出力ホイールのシャフト（４０１）の通路のための穴、並びに第２の中間ステージの歯車（２０２）の通路のための横方向の切り欠きを有する。

＜ステータ接地＞
ステータアセンブリ（３）を接地するために、アクチュエータは、２つの磁極（６，７）の間でステータアセンブリ（３）の片側に接触する金属バネ（５２）を含む。ハウジング（３０）の底部は、横断面に平行でないばねの下端部（５４）の受け入れ領域を形成するために階段状または傾斜した表面を有する。この構成はストレス下に配置されるときにバネの座屈を生じ、この座屈はバネ（５２）のコイルとステータアセンブリ（３）の外面との間に機械的、ひいては電気的接触を強制する。

反対側では、スプリング（５２）はプリント回路（２０）の導体トラックに接触し、これはグラウンドに接続される。

プリント回路（２０）が所定の位置に置かれると、それはバネ（５２）に押圧され、かくしてそれを圧縮し、ステータアセンブリ（３）のヨークとグランドに接続された導体トラック（図示せず）との間の良好な電気的及び機械的接続を保証する。

また、ハウジング（３０）の底部には、ステータアセンブリ（３）が支持される支持領域（７９，８０）と同様に、ステータ磁極（４～６）の位置合わせのためのフィン（７６～７８）が設けられている。

図７において、カバー（４０）は、ハウジング（３０）の境界（３５）にシール可能に押し付けられる周縁（４３）を有する。カバー（４０）は、出力ホイール（４０２）のシャフト（４０１）をガイドするための環状の軸受（４２）を含む複数の突起部を有する。前記環状の軸受（４２）は、出力ホイール（４０２）に加えられる力の大部分の方向に半径方向に向けられた、機械的補強材として機能するリブ（４４～４８）によって囲まれている。

また、カバー（４０）には、ローター（１）のシャフト（２）をガイドする軸受（９０）と、中間ステージ（１００，２００，３００）のシャフト（１０１，２０１，３０１）をガイドする軸受（９１～９３）が設けられている。

軸受（９２）は、シャフト（２０１）の挿入を可能にする半管状延伸（９４）を有する。

図１０は出力ホイール（４０２）が組み込まれたケースを示しており、出力ホイール（４０２）の位置を検出するために使用される永久磁石（６０１）を一体にしている。磁石（６０１）に面して、感磁性プローブ（６００）がプリント回路（２０）上に配置され、前記磁石（６０１）の位置に基づいて磁石（６０１）によって放出される磁場（強度または方向）の変化を検出する。理想的にはしかし限定されないが、その方向および／または振幅における磁石（６０１）の磁化は出力ホイール（４０２）の回転に基づいて、磁気感知プローブ（６００）によって送達される信号の線形変動を可能にするために選択される。

図１１はハウジング（３０）とステータアセンブリ（３）との分離図である。このハウジングには、モータの電気巻線（７～９）がここでは三相で、例えば注入タイプのプラスチック材料によってオーバーモールドされている。オーバーモールドされたステータアセンブリ（３）はスクリュー（９５、９６）の手段によってハウジング（３０）にスクリュー止めされ、これにより、ステータアセンブリ（３）をハウジング（３０）に固定することができ、また、ギアモータの動作中にギアモータに及ぼされる機械的振動に対する耐性を提供することができる。

図１２は、プリント配線板（２０）をハウジング（３０）にどのように固定するかを示している。プリント配線板（２０）は、ステータアセンブリ（３）の上方で、ギア減速機のギアを取り付ける前に、取付ねじ（９７、９８）によって、ハウジング（３０）に固定している。ここでも、このアタッチメントにより、ギアモータは、その動作中にギアモータに加わる機械的振動に対する抵抗力を有することができる。

本発明に係るギアモータ機構の底面図を示す。本発明に係るギアモータ機構の側面図を示す。三相モータ付きの本発明に係るギアモータ及びそのハウジング（カバー無し、プリント回路無し）の側面図を示す。本発明に係るギアモータ及びそのハウジング（カバー無し）の斜視図を示す。本発明に係るギアモータのハウジングの斜視図を示す。本発明に係るギアモータのハウジングの内部の斜視図を示す。本発明に係るギアモータのハウジングのカバーの底面斜視図を示す。ステータ組立体とプリント回路との電気的接続の詳細図を示す。二相モータ付きの本発明に係るギアモータ及びそのハウジング（カバー無し、プリント回路無し）の側面図を示す。出力ホイールの位置センサを備える本発明に係るギアモータの断面図を示す。スクリューダウンステータの図とともにカバー無しのハウジングの斜視図を示す。プリント回路の図とともにカバー無しのモータの上面図を示す。

Claims

ハウジング（３０）を具備するギアモータであって、
ステータアセンブリ（３）と、減速ギアトレインを駆動するローター（１）と、を含む電動機を備え、
前記減速ギアトレインは、複数の中間ステージ（１００，２００，３００）と、出力ステージ（４００）とを有し、
前記中間ステージ（１００，２００，３００）は、歯車（１０２、２０２、３０２）と歯付きギア（１０３、２０３、３０３）とに連結したシャフト（１０１、２０１、３０１）を具備し、
前記出力ステージ（４００）は、出力ホイール（４０２）および連結部材（４１）に連結したシャフト（４０１）を具備し、
前記ローターの、複数の中間ステージ（１００，２００，３００）および前記出力ステージ（４００）の各々の前記シャフト（２、１０１、２０１、３０１、４０１）は、平行であり、
前記ギアモータは、前記ステータアセンブリ（３）の上方に横方向に配置されるプリント回路（２０）を更に備え、
前記出力ステージ（４００）の前記出力ホイール（４０２）は、前記ステータアセンブリ（３）の一部の上方に配置されており、
前記複数の中間ステージ（１００，２００，３００）の前記シャフトは、ハウジング（３０）の或る領域に位置しており、
当該或る領域は、横断方向垂直面（５００）に対して、前記ローター（１）のシャフト（２）および前記出力ホイール（４０２）のシャフト（４０１）を含む領域の反対側に位置する領域であり、
第２の前記中間ステージ（２００）のホイール（２０２）は、前記プリント回路（２０）の平面内に配置されている、
ことを特徴とするギアモータ。
前記ステータアセンブリ（３）は、１つの巻線（７、８）を担持する磁極の形態のステータ延長部（４、５）を少なくとも２つ有し、
前記ステータアセンブリ（３）は、歯付き環状領域（１０）を有し、
前記出力ステージ（４００）の前記ホイールは、少なくとも１つのステータ延長部（４、５）と、前記巻線（７、８）とにおける一部の上方に位置している、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
ハウジング（１）を具備し、
－２つずつが６０°ずれている磁極の形態の３つのステータ延伸部（４、５、６）を有するステータアセンブリ（３）と、２４０°にわたって延びる歯付き環状領域（１０）とを有する電動機、および、
減速ギアトレインを駆動するローター（１）、を備え、
前記減速ギアトレインは、
１つのギア（１０２，２０２，３０２）と１つのホイール（１０２，２０２，３０２）とに連結された１つのシャフト（１０１，２０１，３０１）を各々が有する複数の中間ステージ（１００，２００，３００）、および、
ホイールおよび連結部材に連結されたシャフトを具備する出力ステージ（４００）
を有し、
前記ギアモータは、前記ローターによって発生するに磁束を検出するための少なくとも１つの電磁プローブが設けられた、前記ステータの上方に横方向に配置される電子回路を、さらに備え、
－前記出力ステージ（４００）の前記ホイールは、前記ステータ延伸部のうちの１つの上方に配置され、
－前記中間ステージ（１００、２００、３００）の前記シャフトは、前記ローターおよび出力ステージ（４００）のシャフトを有する領域と相補する、前記ハウジングの領域に円弧に配置され、
前記ハウジングの領域とは、前記ローター（１）及び前記出力ホイール（４０２）のシャフト（２）を含む領域の、横断垂直面（５００）に対して反対側に位置する領域である、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記ハウジング（１）の長さと幅との比率は、コネクタや付属部材を除いて、０．８～１．２である、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のギアモータ。
前記プリント回路（２０）は、前記ローターが発生する磁束密度を検出するための少なくとも１つの感磁プローブを備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記プリント回路（２０）は、ステータアセンブリ（３）と第３の前記中間ステージ（３００）のホイール（３０２）とを含む領域の上方であって、且つ、第１の前記中間ステージ（１００）及び前記出力ホイール（４０２）のホイール（１０２）を含む領域の下方に、平面的に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記プリント回路（２０）は、前記第２の中間ステージ（２００）の前記ホイール（２０２）の通過のための切り欠きを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記プリント回路（２０）は、追加の感磁プローブを有し、
前記追加の感磁プローブは、前記出力ステージ（４００）の前記ホイールの下面に取り付けられた永久磁石の置換領域に対向して配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記プリント回路（２０）は、前記ローター（１）の及び前記出力ホイール（４０２）の前記シャフト（２）を含む領域を横方向に延びている、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記カバー（４０）は、前記ローター（１）のシャフトと、前記中間ステージ（１００，２００，３００）と、前記出力ホイール（４０２）のシャフト（４０１）とにおけるガイドベアリング（９０～９３）を形成する複数の中空突起部を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記複数の中空突起部は、リブ（４４～４８）で囲まれており、
前記リブの少なくとも１つは、前記シャフトにかかる横力の方向に沿って配向している、
ことを特徴とする請求項１０に記載のギアモータ。
各ステージ（１００，２００，３００）の減速比が３～６である、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。
前記中間ステージ（１００，２００，３００）を３つ有しており、その総減速比が２００～６００である、
ことを特徴とする請求項１に記載のギアモータ。