(57)【要約】【課題】減速機構付き電動モータで、ブラシレスモータを用いることにより小型化、低価格化可能な減速機構付き電動モータを提供するものである。  【解決手段】モータ２２の回転軸２２ｃと直角な平面となるよう基板２１を設け、その基板２１にロータの回転を検出するホール素子３１、３２、３３と出力軸１４ｃの回転を検出するホール素子３５を搭載する。さらに基板２１には駆動用ＩＣ３４およびコネクタ２１ｂを基板２１に取り付ける。【選択図】 図１
2006254534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータの外周に回転するロータを有するブラシレスモータにより駆動される歯車列で減速される出力軸を有する減速機構付き電動モータであって、前記モータの回転軸の一端側に設けられ前記歯車列を駆動するギヤと、そのギヤにより駆動され最終段に出力軸を有する歯車列と、前記モータの回転軸の他端側に回転軸と直交して設けられた印刷配線基板と、その印刷配線基板に設けられ前記ロータに取り付けられた駆動用環状マグネットに対向する第一の磁気センサとからなり、前記第一の磁気センサにより前記ロータの相対的回転角度を検出することを特徴とする減速機構付き電動モータ。
【請求項２】
前記出力軸に設けられその出力軸と一体に回転する磁石と、前記基板に設けられその磁石に対向する第二の磁気センサとがさらに設けられ、前記第一の磁気センサにより前記ロータの相対的回転角度を検出するとともに、前記第二の磁気センサにより前記出力軸の絶対位置を検出することを特徴とする請求項１記載の減速機構付き電動モータ。
【請求項３】
ステータの外周に回転するロータを有するブラシレスモータにより駆動される歯車列で減速される出力軸を有する減速機構付き電動モータであって、前記モータの回転軸の一端側に設けられ前記歯車列を駆動するギヤと、そのギヤにより駆動され最終段に出力軸を有する歯車列と、前記モータの回転軸の他端側に回転軸と直交して設けられた印刷配線基板と、その印刷配線基板に設けられ前記ロータに取り付けられた駆動用環状マグネットに対向する第一の磁気センサと、前記出力軸に設けられその出力軸と一体に回転する磁石と、前記基板に設けられその磁石に対向する第二の磁気センサとからなり、前記歯車列はモータの回転軸に固定された第一ギヤと、出力軸を有する出力ギヤと、第一ギヤと出力ギヤの間で歯車列を構成する第三ギヤとからなり、前記第三ギヤが外装を構成する第一の面にその面と直角方向に設けられた回転軸により回転可能に支持され、前記モータの回転軸が前記ギヤの回転軸に対し直角に配置されるとともに前記印刷配線板が前記回転軸と平行に配置されていることを特徴とする減速機構付き電動モータ。
【請求項４】
ステータの外周に回転するロータを有するブラシレスモータにより駆動される歯車列で減速される出力軸を有する減速機構付き電動モータであって、前記モータの回転軸の一端側に設けられ前記歯車列を駆動するギヤと、そのギヤにより駆動され最終段に出力軸を有する歯車列と、前記モータの回転軸の他端側に回転軸と直交して設けられた印刷配線基板と、その印刷配線基板に設けられ前記ロータに取り付けられた駆動用環状マグネットに対向する第一の磁気センサと、前記出力軸に設けられその出力軸と一体に回転する磁石と、前記基板に設けられその磁石に対向する第二の磁気センサとからなり、前記歯車列はモータの回転軸に固定された第一ギヤと、出力軸を有する出力ギヤと、第一ギヤと出力ギヤの間で歯車列を構成する第三ギヤとからなり、前記第三ギヤが外装を構成する第一の面にその面と直角方向に設けられた回転軸により回転可能に支持され、前記モータの回転軸が前記ギヤの回転軸と平行に配置され、前記印刷配線板が前記ギヤの回転軸と直角に配置されていることを特徴とする減速機構付き電動モータ。
【請求項５】
前記印刷配線板が前記第一の面と直交する外装を構成する第二の面と隣接して設けられていることを特徴とする請求項３記載の減速機構付き電動モータ。
【請求項６】
前記印刷配線板が前記第一の面と隣接して配置されていることを特徴とする請求項４記載の減速機構付き電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のワイパアームの駆動や空気調整装置の流路調節弁を駆動するのに用いられるアクチュエータとしての減速機構付き電動モータに関し、特に電動モータとしてブラシレスモータを用いた減速機構付き電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に用いられるワイパ装置や空気調整装置の気流調節弁の駆動源として、電動モータにより駆動されるアクチュエータが用いられている。そのアクチュエータはモータの回転を所要の回転数に減速して出力軸へ伝える減速機構が付いた減速機構付き電動モータとなっている。
このようなアクチュエータの減速機構は、モータの回転軸に取り付けられたウォームギヤから平歯車、ピニオンギヤにより減速され出力軸を駆動する構成が用いられる。出力軸にはワイパアームを動作させるリンク機構や流路調節弁が取り付けられる。
このようなアクチュエータでは、ワイパアームや弁の揺動運動を行うにあたりより精度良く揺動運動を行うため、出力軸の回転位置を検出する必要がある。そのため、減速機構付き電動モータには、出力軸の回転角度を検出するためのセンサが設けられている。
【０００３】
これまで、出力軸の回転位置を検出するには、接触式センサとして出力軸と一体に回転する減速歯車にブラシを設け、そのブラシを減速歯車近傍に取り付けた印刷配線基板上に印刷形成された印刷抵抗等のパターンへ摺接させる構成が用いられている。
また、出力軸の回転位置を検出する構成として非接触式のセンサも用いられる。このような減速機構付き電動モータとしては、特開２００２−２６２５１５号公報に示すような、出力軸の絶対位置を示すためのセンサを設けたものが知られている。
これは、モータ回転軸に設けられた多極着磁磁石の磁気をホールセンサにより検出することで出力軸の相対位置を検出し、出力軸と一体に設けられた減速用歯車に磁石を取付け、その磁石の磁気をホールセンサで検出して出力軸の絶対位置を検出するものである。
【特許文献１】特開２００２−２６２５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、減速機構付き電動モータにおいては出力軸の回転位置を検出するには、その初期位置を精度良く設定する必要がある。また、同時にこれら装置においては長寿命、高信頼性、高精度および低価格が常に要求される。
ブラシを用いた構成では接触式であるために長寿命化、高信頼性化に限界があり、ブラシや印刷抵抗等のばらつきにより初期位置設定や位置検出の高精度化にも限界がある。
そのため、ホールセンサを用い非接触式で検出する構成が用いられる。この構成は非接触式であるため長寿命化や高信頼性といった面では有利だが、センサやマグネット、検出回路等が比較的高価になり低価格化について問題が残る。
【０００５】
本願発明は上記課題を解決するもので、センサによる非接触式で長寿命化を達成し、簡単な構成で組み立てを容易にするとともにセンサ等のコストをおさえ低価格化をはかり、非常にコンパクトな減速機構付き電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に示すよう、ステータの外周に回転するロータを有するブラシレスモータにより駆動される歯車列で減速される出力軸を有する減速機構付き電動モータであって、前記モータの回転軸の一端側に設けられ前記歯車列を駆動するギヤと、そのギヤにより駆動され最終段に出力軸を有する歯車列と、前記モータの回転軸の他端側に回転軸と直交して設けられた印刷配線基板と、その印刷配線基板に設けられ前記ロータに取り付けられた駆動用環状マグネットに対向する第一の磁気センサとからなり、前記第一の磁気センサにより前記ロータの相対的回転角度を検出することを特徴とする減速機構付き電動モータとする。
この構成では、ブラシレスモータの回転軸端部側に軸と直角に配置した一枚の基板内に、ブラシレスモータを駆動するための磁気センサと、この磁気センサを利用した回転検出回路、を納めることができ、構成が非常に簡単なものとなる。
また、請求項２に示すよう出力軸と一体に回転する磁石とその磁石を検出するセンサを基板上に設けることで、簡単な構成により精度の高い回転位置検出が可能である。
【０００７】
さらに請求項３および請求項４記載の構成とすれば、筒型のブラシレスモータや扁平のブラシレスモータにより、回転軸端部側に軸と直角に配置した一枚の基板内に、ブラシレスモータを駆動するための磁気センサと、この磁気センサを利用した回転検出回路、および出力軸の回転を検出する磁気センサを納める構成とできる。
さらに基板の配置を外装体の内側にその壁と隣接して設ければ外形が非常にコンパクトな減速機構付き電動モータとすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明した実施の形態構成によれば、ブラシレスモータの駆動に必要な磁気センサと回転検出用の磁気センサを共通とすることでブラシレスモータに必要な磁気センサを用いて減速機構付き電動モータの制御が可能となり、それら磁気センサと出力軸の回転を検出する磁気センサを一つの基板上に配置できるので非常にコンパクトな減速機構付き電動モータとすることができる。
さらに、基板を外周壁や底板と平行に隣接させることで、減速機構付き電動モータの外形を直方体状にできるので、さらにコンパクトな外形を有する減速機構付き電動モータとすることができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
図１および図２は本願発明の減速機構付き電動モータの一例であるアクチュエータ１で、図１はその内部平面図を示し、図２は図１に示す切断線Ａ−Ａにより要部を切断した側面図を示す。断面はそれぞれハッチングで示すものとする。
アクチュエータ１は下ケース２と上ケース３によりほぼ直方体の箱状に形成され、内部に駆動用モータ２２、減速歯車列となるウオームギヤ１０、第一中間ギヤ１１、第二中間ギヤ１２、第三中間ギヤ１３および出力軸１４ｃを有する出力ギヤ１４、そして印刷配線基板で形成された基板２１が収容されている。基板２１には後述するモータの駆動回路、減速ギヤの回転を検出するための回路等が構成されている。
下ケース２はケースの底面を構成する底板２ａとその底板２ａの外周に形成された外周壁２ｂにより浅いカップ状に形成され、外周壁２ｂにはこのアクチュエータ１を各種装置へ取り付けるための取付フランジ２ｄが設けられている。上ケース３は図を見やすくするため破線でその外形を示し、説明を省略する。
【００１０】
モータ２２はブラシレスモータで、取付板兼ステータベースとなる金属板状のベース２２ｂにより底板２ａの所定位置に固定されている。
このアクチュエータ１の減速歯車列は、モータ２２の回転軸２２ｃに取り付けられたウオームギヤ１０、第一中間ギヤ１１、第二中間ギヤ１２、第三中間ギヤ１３および出力ギヤ１４で構成されている。第一中間ギヤ１１、第二中間ギヤ１２、第三中間ギヤ１３はそれぞれ底板２ａに形成された支持ボス２ｈ、２ｉ、２ｊに回転支持されている。
第一中間ギヤ１１は大ギヤ１１ａと小ギヤ１１ｂが一体に形成され、所定の減速比になるよう歯数が決定される。また、第二中間ギヤ１２、第三中間ギヤ１３も同様に大ギヤ１２ａと小ギヤ１２ｂ、大ギヤ１３ａと小ギヤ１３ｂで形成されている。
ウオームギヤ１０は第一中間ギヤ１１の大ギヤ１１ａと噛み合い、小ギヤ１１ｂが第二中間ギヤ１２の大ギヤ１２ａと噛み合う。さらに、第二中間ギヤ１２、第三中間ギヤ１３がそれぞれ大ギヤと小ギヤ同士噛み合い、第三中間ギヤ１３の小ギヤ１３ｂが出力ギヤ１４の大ギヤ１４ａと噛み合う。第一中間ギヤ１１から出力ギヤ１４までは平歯車とピニオンギヤが用いられ、それらの回転軸は底板２ａに対し垂直でそれぞれ平行している。
【００１１】
出力ギヤ１４は大ギヤ１４ａと出力軸１４ｃがフランジ部１４ｄを介して一体に形成され、出力ギヤの回転軸である出力軸１４ｃが底板２ａに設けられた開孔である出力軸ガイド２ｇにより下ケース２に回転支持されている。
出力軸１４ｃには同心に開孔１４ｈが形成されて筒状になるとともにその内壁には係止用凸片１４ｇが形成されている。この係止用凸片１４ｇにより開孔１４ｈは断面Ｄ字状の穴になり、この開孔に合わせた形状の軸を有する被駆動装置（例えば空調装置の扉の回転軸やワイパの回転軸）が装着される。
【００１２】
ここで、図３および図４によりモータ２２および基板２１の構成について説明する。図３はその側面図要部断面で、図４は回転軸方向から見た正面図である。
モータ２２はブラシレスモータで、外転型のロータ２２Ｒとステータ２２Ｓで構成されている。
【００１３】
ロータ２２Ｒは円筒の筒部２２１と平板状の天面部２２２が磁性金属板で一体に形成され、天面部２２２の中心に回転軸２２ｃが固定されている。筒部２２１の内側にはやはり円筒状でＮ、Ｓ極が円周方向で交互に着磁された駆動用磁石２２３が固定されている。
そして、回転軸２２ｃの１端側には前述のようにウオームギヤ１０が圧入、接着等で取り付けられている。
ステータ２２Ｓは、ほぼ矩形の磁性金属板でできたベース２２ｂの中央に取り付けられた円筒状の軸受けホルダ２２４、そのホルダ内に取り付けられた軸受け２２５およびコイル２２６が巻き付けられたコア２２７で構成され、コア２２７が軸受けホルダ２２４の外側に固定された構成となっている。ロータ２２Ｒの回転軸２２ｃは軸受け２２５によりステータに回転可能に支持される。このモータ２２の構成は一般的なもので、その詳細な説明は省略する。
【００１４】
ベース２２ｂのロータ２２Ｒと対向する面には回転軸２２ｃと直交する面となるよう基板２１が取り付けられている。この基板２１は印刷配線基板で、その面上にはロータの回転を検出する３個のホール素子３１、３２、３３、モータ２２の回転を制御する駆動用ＩＣ３４、および出力軸１４ｃの回転を検出するホール素子３５が取り付けられ、それらが基板面に設けられた所定のパターンにより接続されている。
基板２１にはさらに、アクチュエータ１の外部からの信号や電力の入力に用いられるコネクタ２１ｂが取り付けられている。コネクタ２１ｂは樹脂製で直方体のベース２１１と複数のピン２１２で構成され、ピン２１２はベース２１１と一体成型あるいはカシメ等でベース２１１を貫通して取り付けられている。コネクタ２１ｂはベース２１１が基板２１に接して台となり、ピン２１２が基板を貫通してベース２１１と反対側の面で半田付けされている。
【００１５】
ホール素子３１、３２、３３はロータ２２Ｒに取り付けられた駆動用磁石２２３の端部と対向してロータ２２Ｒの回転を検出する。ホール素子３５はリード３５ａによりセンサ部３５ｂが基板２１から離れた状態で取り付けられ、センサ部３５ｂは出力ギヤ１４にフランジ部１４ｄと対向する位置となっている。これらホール素子や駆動用ＩＣの動作については後述する。
この基板２１は、モータの回転軸２２ｃに直角で、かつ各歯車と緩衝しない位置で外周壁２ｂに沿うようアクチュエータ内に配置されている。
一方出力ギヤ１４にはフランジ部１４ｄに磁石片１８が、ヨーク片１９を介してホール素子３５のセンサ部３５ｂと対向するよう取り付けられている。磁石片はＮ極とＳ極が１極ずつ出力軸と平行な方向に着磁され、ホール素子３５には一極のみが対向する。そのためホール素子３５は出力軸１４ｃが一回転する毎に一つのパルスが形成される波形を出力する。磁石片１８は出力軸１４ｃの係止用凸片１４ｇと対応した位置に取り付けられる。
【００１６】
図５は上述の構成によるアクチュエータ１を駆動するためのブロック図である。この図により駆動ＩＣ３４の構成とアクチュエータ１の動作を説明する。
駆動ＩＣ３４は、ドライバ部３４１、制御部３４２、電源部３４３で構成されている。  ドライバ部３４１はホール素子３１、３２、３３からの検出出力パルスＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗをアンプ３４１ａで増幅し、スイッチング部３４１ｂから駆動コイルＬｖ、Ｌｕ、Ｌｗへの駆動電流を供給する。
アンプ出力のうち出力パルスＰｕ、Ｐｖは制御部３４２に設けられたカウンタ部３４２ａへ入力され、回転方向や回転角を検出するのに用いられる。
【００１７】
制御部３４２はカウンタ部３４２ａとモータ制御部３４２ｂからなり、カウンタ部３４２ａへ入力されたパルス信号によりモータの回転を検出する。カウンタ部３４２ａには、磁石片１８がホール素子３５に作用して発生する出力パルスＰｚがアンプ３４１ｃを介して入力される。カウンタ部３４２ａは出力パルスＰｕ、Ｐｖ、Ｐｚによる検出出力Ｌをモータ制御部３４２ｂへ出力する。
モータ制御部３４２ｂは検出出力Ｌとこのアクチュエータ１の動作を制御するコンピュータＣから入力される制御信号Ｌ１を基にモータの駆動を制御する制御信号Ｌ３を、カウンタ部３４２ａを介してスイッチング部３４１ｂへ出力する。なお、制御信号Ｌ１はコネクタ２１ｂを介して入力される。
【００１８】
電源部３４３には定電圧回路３４３ｂが設けられ、コネクタ２１ｂを介して電源Ｖから供給される電源電圧を定電圧化する。電源Ｖからの電源電圧Ｖｃｃはモータドライバ部３４１にかかり、アンプ３４１ａを駆動し、スイッチング部３４１ｂによりスイッチングされて駆動コイルＬｖ、Ｌｕ、Ｌｗへの駆動電流を供給する。
一方定電圧回路３４３ｂで所定の電圧に降圧され定電圧化された電源電圧Ｖｓはホール素子３１、３２、３３およびホール素子３５を駆動する。このとき定電圧回路３４３ｂはコンピュータＣからの制御信号でその駆動が制御される。
【００１９】
ここでは、アクチェータ１の出力軸１４を駆動するのにモータ２２を回転させるとき、この定電圧回路３４３ｂを動作させホール素子３１、３２、３３、３５を駆動する。さらに、モータ停止時にもホール素子３１、３２、３３、３５を駆動しておく。また、制御部３４２もモータ２２が停止しているとき駆動するよう制御しておく。
そうすることで、モータ停止時に何らかの原因で出力軸１４が誤動作して動いてしまったとき、連動して駆動用磁石２２３が動いたことによるパルス信号をホールセンサ３１、３２、３５から検知することができる。
そのため、次にモータ２２を駆動しようとするとき、その誤動作による誤差を修正して適切に回転させることができる。
【００２０】
図６は本発明の減速機構付き電動モータとしての他の実施の形態を示すアクチュエータ１００を示す。アクチュエータ１に対し同一の構成で同一の作用をするものについては同じ符号を付けてその説明を省略する。
モータ２２０は扁平アウタロータ型のブラシレスモータで、その回転軸２２０ｃは中間ギヤの回転軸２ｈ、２ｉ、２ｊと平行になっている。この回転軸２２０ｃにはピニオンギヤ９が取り付けられ、中間ギヤ１５を介してその回転が中間ギヤ１１に伝達される。
そして基板２１０および金属板状のベースが上述の構成と同様ステータとして設けられ、底板２ａと平行に隣接して設けられている。また、ホール素子３１、３２、３３および３５、駆動用ＩＣ３４が基板２１０に取り付けられ、やはり基板２１０に取り付けられたコネクタ２１ｂが外部と接続されるよう外周壁２ｂを貫通して取り付けられている。
【００２１】
なお、以上の説明で駆動用磁石２２３および磁石片１８の磁気検出にホール素子を設けるとしたが、パルス整形回路を一体化したホールＩＣとしても良い。また、出力軸は同心の開孔を用いたもので説明したが、ケースから突出した出力軸でも良く、本願発明が実施の形態で説明した例に限定されることはない。
【００２２】
以上説明した実施の形態構成によれば、ブラシレスモータの駆動に必要なホール素子と回転検出用のホール素子を共通とすることでブラシレスモータに必要なホール素子を用いてアクチュエータの制御が可能となり、それらホール素子と出力軸の回転を検出するホール素子を一つの基板上に配置できるので非常にコンパクトな減速機構付き電動モータとすることができる。
さらに、基板を外周壁や底板と平行に隣接させることで、コネクタを基板に一体化でき、減速機構付き電動モータの外径を直方体状にできるので、さらにコンパクトな外形を有する減速機構付き電動モータとすることができる。  
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願発明の減速機構付き電動モータでの内部平面図である。
【図２】図１に示す切断線Ａ−Ａにより要部を切断した側面図である。
【図３】モータおよび基板の構成で、その側面図要部断面である。
【図４】モータおよび基板の構成で、その回転軸方向から見た正面図である。
【図５】本願発明の減速機構付き電動モータを駆動するためのブロック図である。
【図６】本願発明の減速機構付き電動モータの他の実施の形態である。
【符号の説明】
【００２４】
１  アクチュエータ
２  下ケース
１０  ウオームギヤ
１４  出力ギヤ
１４ｃ  出力軸
１８  磁石片
２１  基板
２２  モータ
２２ｃ  モータ回転軸
２２３  環状磁石
３１、３２、３３、３５  ホール素子
３４  駆動用ＩＣ
【図１】
2006254534.tif 000003
【図２】
2006254534.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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