特許 7416560 自動車ワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】自動車ワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 29/08 20060101AFI20240110BHJP

   B60S 1/08 20060101ALI20240110BHJP

   H02K 11/215 20160101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H02K29/08

B60S1/08 Z

H02K11/215

【請求項の数】 13

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017181327

(22)【出願日】2017-09-21

(65)【公開番号】P2018088799

(43)【公開日】2018-06-07

【審査請求日】2020-07-29

【審判番号】

【審判請求日】2022-06-20

(31)【優先権主張番号】1658929

(32)【優先日】2016-09-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】512092737

【氏名又は名称】ヴァレオ システム デシュヤージュ

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＥＯ ＳＹＳＴＥＭＥＳ Ｄ’ＥＳＳＵＹＡＧＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100196047

【弁理士】

【氏名又は名称】柳本 陽征

(72)【発明者】

【氏名】ジョズ、ルイス、エラッダ

【合議体】

【審判長】窪田 治彦

【審判官】八木 敬太

【審判官】柿崎 拓

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５０５６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－３４３９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02K29/00-29/14

H02K11/00-11/40

G03G13/08

G03G13/095

G03G15/08

G03G15/095

G01P1/00-3/80

G01B7/00-7/34

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータ（３）とロータ（２）とを含む自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータであって、前記ステータ（３）が前記ロータ（２）を電磁的に励磁するための複数のコイル（４）を備え、前記ロータ（２）が多極磁石（５）を備え、前記多極磁石（５）は、回転軸（Ｌ）を中心に回転駆動されるように取り付けられるとともに、３つの多極アキシャル層（７）を備え、前記電気モータ（１）が前記ロータの位置を決定するための装置（８）を備え、前記ロータの位置を決定するための前記装置（８）は、前記３つの多極アキシャル層（７）のうちの１つの位置を検出するための３つの位置センサ（９）を備え、前記各位置センサ（９）がそれぞれ前記多極アキシャル層（７）のうちの１つと関連付けられ、前記位置センサ（９）は、互いに対して整列されずに前記多極磁石（５）の前記回転軸と平行な方向を含む平面（Ｐ）内に設置され、
各位置センサ（９－１，９－２，９－３）の中心（１５－１，１５－２，１５－３）が、それぞれ多極アキシャル層（７－１，７－２，７－３）の中央線（１４－１，１４－２，１４－３）を含む平面内に位置付けられ、
前記位置センサ（９－１，９－２，９－３）が三角形（１６）に位置付けられ、前記位置センサ（９－１，９－２，９－３）の各中心（１５－１，１５－２，１５－３）が前記三角形（１６）の頂点を構成し、前記三角形（１６）が不等辺三角形又は二等辺三角形である、ブラシレスＤＣ電気モータ。

【請求項2】

前記三角形（１６）が鋭角不等辺三角形である、請求項１に記載の電気モータ。

【請求項3】

前記三角形（１６）が鋭角二等辺三角形である、請求項１に記載の電気モータ。

【請求項4】

プリント回路基板（１０）を備え、前記位置センサ（９）が前記プリント回路基板（１０）上に位置付けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気モータ。

【請求項5】

各多極アキシャル層（７）が円環の形状を成し、前記電気モータは、各円環の中心を通るモータシャフト（６）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気モータ。

【請求項6】

各多極アキシャル層（７）は、Ｎ極及びＳ極の少なくとも１つの対を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気モータ。

【請求項7】

前記多極アキシャル層（７）は、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層（７）上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットが存在するように前記回転軸（Ｌ）に沿って位置付けられる、請求項６に記載の電気モータ。

【請求項8】

前記多極アキシャル層（７）の厚さが同じである、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気モータ。

【請求項9】

連続する前記多極アキシャル層（７）を備える前記多極磁石（５）が単一部品として形成される要素である、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気モータ。

【請求項10】

前記多極アキシャル層（７）は、単一部品として形成される前記要素のそれぞれのアキシャル層を磁化することによって形成される、請求項９に記載の電気モータ。

【請求項11】

前記多極アキシャル層（７）がそれぞれ個別の部品によって形成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気モータ。

【請求項12】

前記多極アキシャル層（７）を形成する前記個別の部品は、同一であるとともに、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層（７）上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットを伴って前記回転軸（Ｌ）に沿って位置付けられる、請求項６との組み合わせにおける請求項１１に記載の電気モータ。

【請求項13】

各位置センサ（９）がホール効果センサである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の主題は、自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータである。

【背景技術】

【0002】

そのような電気モータが主にロータ及びステータを含むことは知られている。

【0003】

一般に、ステータは、ロータを電磁的に励磁するための複数のコイルを備え、一方、ロータは、多極磁石、特に、２つの反対のＮ磁極及びＳ磁極を備える磁石を備える。

【0004】

電気モータは、コイルに電流が供給されるときに磁場が生成され、それにより、回転軸を中心に多極磁石が回転駆動されるように構成される。

【0005】

また、電気モータにはロータの位置を決定するための装置も設けられ、この装置は、コイルへの電力供給がロータの角度にしたがって電子的に切り換えられようにすることを可能にし、それにより、ブラシの必要性が排除される。

【0006】

自動車用のワイパーシステムにブラシレス電気モータを設置するには、電気モータによって占められる空間をできる限り減らすことが望ましいため、とりわけロータの位置を決定するための装置が複数の位置センサを備える場合、空間的制約を考慮に入れる必要がある。

【発明の概要】

【0007】

本発明の目的は、この欠点を少なくとも部分的に克服することである。

【0008】

この目的を達成するために、本発明の１つの主題は、ステータとロータとを含む自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータであり、ステータは、ロータを電磁的に励磁するための複数のコイルを備え、ロータは多極磁石を備え、多極磁石は、回転軸を中心に回転駆動されるように取り付けられるとともに、少なくとも３つの多極アキシャル層を備え、電気モータは、ロータの位置を決定するための装置を備え、ロータの位置を決定するための前記装置は、前記少なくとも３つの多極アキシャル層のうちの１つの位置を検出するための少なくとも３つの位置センサを備え、各位置センサがそれぞれ前記多極アキシャル層のうちの１つと関連付けられ、位置センサは、互いに対して整列されずに多極磁石の回転軸と平行な方向を含む平面内に設置される。

【0009】

したがって、本発明の、センサが整列されないことにより、各多極アキシャル層の角度位置が追跡されるようにしつつ、多極磁石の多極アキシャル層のサイズ、特に厚さを減少させることができ、コイルへの電力供給が高精度で電子的に切り換えられることが保証される。

【0010】

個別に又は組み合わせて解釈されてもよい本発明の様々な特徴によれば、
－各センサの（幾何学的な）中心が関連する多極アキシャル層の中央線の延長内に位置付けられる；
－位置センサが三角形に位置付けられ、センサの（幾何学的な）各中心が三角形の頂点を構成し、前記三角形が不等辺三角形又は二等辺三角形である；
－前記三角形が鋭角不等辺三角形である；
－前記三角形が鋭角二等辺三角形である；
－前記モータがプリント回路基板を備え、位置センサが前記プリント回路基板上に位置付けられる；
－各多極アキシャル層がクラウンの形態を成し、また、前記電気モータは、各クラウンの（幾何学的な）中心を通るモータシャフトを備える；
－各多極アキシャル層は、Ｎ磁極及びＳ磁極の少なくとも１つの対、好ましくはＮ極及びＳ極の３つの対（すなわち、６つの磁極）を備える；
－多極アキシャル層は、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットが存在するように位置付けられる；
－多極アキシャル層の厚さが同じである；
－連続する多極アキシャル層を備える多極磁石が単一部品として形成される要素である；
－多極アキシャル層は、単一部品として形成される要素のそれぞれのセグメントを磁化することによって形成される；
－多極アキシャル層がそれぞれ付加部分によって形成される；
－多極アキシャル層を形成する付加部分は、同一であるとともに、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層上のＮ極とＳ極との間に角度オフセットを伴って回転軸に沿って位置付けられる；
－各位置センサがホール効果センサである。

【0011】

本発明の他の主題は、例えば前述のような電気モータを備える自動車用のワイパーシステムである。

【0012】

本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明を読むと明らかになる。これは、単なる例示であって、添付図面と併せて読むべきである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る電気モータの斜視図である。

【図2】図１の詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

電気モータ
本発明の主題は、図１に参照符号１で示される自動車のワイパーシステムのためのブラシレスＤＣ電気モータである。

【0015】

図１及び図２において分かるように、電気モータ１はロータ２とステータ３とを含む。

【0016】

ステータ３は、ロータ２を電磁的に励磁するための複数のコイル４を備える。

【0017】

ロータ２は、回転軸を中心に回転駆動されるように取り付けられる多極磁石５を備える。

【0018】

以下において、回転軸は、縦軸と称されて、参照符号Ｌが付される。

【0019】

電気モータ１は、ロータ２がステータ３の内側で回転することによって多極磁石５に強固に接続されるモータシャフト６を回転させるように構成される。

【0020】

モータシャフト６は縦軸Ｌに沿って延びる。

【0021】

多極磁石５には少なくとも３つの多極アキシャル層７が設けられる。

【0022】

図示の実施形態において、多極磁石５は、参照符号７－１，７－２，７－３が付される３つの多極アキシャル層７を備える。

【0023】

図１において、多極アキシャル層７－１がステータ３の側方に位置付けられ、多極アキシャル層７－３がステータ３から最も遠くにある。

【0024】

図１及び図２において分かるように、各多極アキシャル層７はクラウンの形態を成す。

【0025】

層７は、クラウンが縦軸Ｌに沿って互いに前後に位置付けられるため、「軸方向」層と称される。

【0026】

図示の実施形態では、クラウン７が縦軸Ｌに沿って互いに結合される。或いは、クラウン７は、単一部品として形成される１つの同じ要素の一部分である。

【0027】

クラウン７の並置は、電気モータ１によって占められる空間を減少させる。

【0028】

モータシャフト６はクラウン７の中心を貫通する。

【0029】

各多極アキシャル層７は縦軸Ｌを中心に回転するように構成される。

【0030】

図示の実施形態において、各多極アキシャル層７は、交互に位置付けられる６つの極、すなわち、３対のＮ極及びＳ極を備える（Ｎ，Ｓ，Ｎ．．．）。各極は、６０°の角度範囲（すなわち、アキシャル層の３６０°／６極＝６０°）を占める。

【0031】

３つの位置センサ９が６つの切り換え時間を決定するように配され、これらの切り換え時間でステータの電磁的な励起コイルが３６０°回転ごとに切り換えられる。

【0032】

６つの切り換えステップは、３６０電気角の回転、すなわち、極の単一の対を備える永久磁石の場合には、３６０°のロータの完全回転に対応する。極の２つの対を備える磁石の場合、３６０電気角に対応する６つの切り換えステップは、１８０°のロータの回転に対応し、また、示されるように極の３つの対を備える磁石の場合、３６０電気角に対応する６つの切り換えステップは、１２０°のロータの回転に対応する。したがって、１つの切り換え動作から他の切り換え動作への移行は、６０電気角の角度分のモータシャフト６の各回転で起こる。

【0033】

多極アキシャル層７は、少なくとも２つの連続する多極アキシャル層７上、好ましくは３つの連続する多極アキシャル層７上の１つの同じタイプの極（Ｎ及びＳ）間に角度オフセットが存在するように更に位置付けられる。２つ又は３つの連続する多極アキシャル層の磁石間のこの角度オフセットは、多極アキシャル層７の極の対の数に依存するとともに、後述する図２で参照符号が付される距離にも依存する。

【0034】

しかしながら、本発明は、各アキシャル層７が６つの極を備える１つの変形実施形態に限定されない。前述の形態などの２つ又は４つの極を有する形態は、３つを上回る極対を有する形態と同様に完全に想定し得る。

【0035】

図１及び図２において分かるように、電気モータ１は、参照符号８が付されるロータの位置を決定するための装置も備える。

【0036】

ロータの位置を決定するための装置８は、多極アキシャル層７のうちの１つの位置を検出するための複数の位置センサ９を備え、各位置センサ９は前記多極アキシャル層７のうちの１つとそれぞれ関連付けられる。

【0037】

好ましくは、各位置センサ９はホール効果センサである。

【0038】

図１及び図２において分かるように、参照符号９－１が付されるホール効果センサは多極アキシャル層７－１と関連付けられ、参照符号９－２が付されるホール効果センサは多極アキシャル層７－２と関連付けられ、また、参照符号９－３が付されるホール効果センサは多極アキシャル層７－３と関連付けられる。

【0039】

ホール効果センサ９は、縦軸Ｌと平行な方向を含む平面Ｐ内に互いに対して整列されずに設置される。

【0040】

以下で詳細に述べられるように、ホール効果センサ９が整列されないことにより、磁石の各多極アキシャル層の中心と各ホール効果センサのそれぞれの中心との整列を維持することができる。

【0041】

図１及び図２において分かるように、電気モータ１はプリント回路基板１０も備える。

【0042】

プリント回路基板１０の面１１のうちの１つが平面Ｐを含む。

【0043】

面１１はロータ２と対向して位置付けられる。

【0044】

ホール効果センサ９は、プリント回路基板１０の面１１上に位置付けられる。

【0045】

ホール効果センサの位置
ここで、主に図２を参照して、ホール効果センサ９の位置について詳しく説明する。

【0046】

各ホール効果センサ９は、ロータ２がステータ３の内側で回転している間、反対の極の連続的な移行を検出するように取り付けられる。

【0047】

このために、各ホール効果センサ９は、それと関連する多極アキシャル層７と対向して取り付けられる。

【0048】

好ましくは、各ホール効果センサ９は、それと関連する多極アキシャル層７に対して軸方向で中心付けられる。

【0049】

図２において分かるように、各クラウン７は、縦軸Ｌと直交する対称面によって２つの同様の領域に実質的に分けられる縦壁を備える。

【0050】

それぞれのクラウン７ごとに、対称面は、縦壁に沿う中央線１４を備える。

【0051】

多極アキシャル層７－１の中央線には参照符号１４－１が付され、多極アキシャル層７－２の中央線には参照符号１４－２が付され、また、多極アキシャル層７－３の中央線には参照符号１４－３が付される。

【0052】

したがって、ホール効果センサ９－１の中心１５－１は、多極アキシャル層７－１の中央線１４－１と対向して位置付けられる。

【0053】

ホール効果センサ９－２の中心１５－２は、多極アキシャル層７－２の中央線１４－２と対向して位置付けられる。

【0054】

ホール効果センサ９－３の中心１５－３は、多極アキシャル層７－３の中央線１４－３と対向して位置付けられる。

【0055】

好ましくは、各ホール効果センサ９は、それと関連する多極アキシャル層７と独占的に対向する。

【0056】

この構成により、各ホール効果センサ９が、関連する多極アキシャル層の極の転移のみに対して感度が良いようにすることが可能になる。

【0057】

図２においてより正確に分かるように、ホール効果位置センサ９は三角形１６に位置付けられ、各ホール効果センサ９－１，９－２，９－３は三角形１６の頂点を構成する。より好ましくは、各センサ９－１，９－２，９－３の各中心１５－１，１５－２，１５－３が三角形１６の頂点を構成する。さらにより好ましくは、前記三角形は不等辺三角形又は二等辺三角形である。

【0058】

図示の実施形態において、ホール効果センサ９－１及び９－３は、縦軸Ｌと平行な方向に整列されている。

【0059】

図２において分かるように、ホール効果センサ９は、実質的に平行六面体である。

【0060】

ホール効果センサ９－１の長辺１７－１は、参照符号Ｄが付された方向に沿って、ホール効果センサ９－３の長辺１７－３と、実質的に整列されている。

【0061】

長辺１７－１及び１７－３は、ホール効果センサ９－２の長辺１７－２と対向する。

【0062】

好ましくは、長辺１７－２を方向Ｄから隔てる距離ｙは、できるだけ短い。この距離ｙは、本質的にはモータ組立て方法の技術的な制限に起因する。実際は、この距離ｙは、一方では、各位置センサ９の基板１０上への取付け前及び取付け中において各位置センサ９を保持するために、他方では、各センサ９を、プリント回路基板１０上へ、例えばはんだ付けによって、正確に取付けるために、必要であるという事実に起因する。センサ９は、組立機が基板１０上への取付け時におけるセンサ９の位置決め前及び位置決め中にセンサ９を保持でき、センサ９が互いにはんだ付けされ得ないように、十分に間隔を空けられなければならない。

【0063】

利点
本発明の、ホール効果センサが整列されないことにより、多極磁石の多極アキシャル層のサイズ、特に厚さを減少させつつ、これらの各層の位置が追跡されるようにすることができる。

【0064】

反対に、センサが整列された構成は、この場合、各多極アキシャル層の幅が２つのホール効果センサ間の距離と少なくとも同等であることから、サイズ、特に多極アキシャル層の厚さ、を減少させるための障害となる。さらに、センサが、プリント回路基板上へ、特にはんだ付けにより、正確に取付けられるために、センサ間には一定の距離が必要である。

【図1】

【図2】