(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータ（１０）のシャフト（１１）の角度位置を決定するための装置（２０）であって、
前記シャフト（１１）に接続された磁石装置と、
複数の磁場センサ（２６、２７、２９）と、
を備え、
前記シャフト（１１）の前記角度位置は、前記磁場センサ（２６、２７、２８）の異なる信号から推測され、
前記磁石装置は、前記シャフト（１１）の長手方向において前後に配列された３つの別個の磁石要素（２１、２２、２３）を有し、
３つの前記磁石要素（２１、２２、２３）の磁場が前記磁場センサ（２６、２７、２８）によって決定されることが可能であるように、前記磁場センサ（２６、２７、２８）は、前記シャフト（１１）からわずかに離れて配置されたプリント回路基板（３０）上に配置されて、
３つの前記磁石要素（２１、２２、２３）は、リング状に構成されているとともに、前記シャフト（１１）を放射状に取り囲み、
３つの前記磁石要素（２１、２２、２３）は、同一の着磁パターンを有し、
３つの前記磁石要素（２１、２２、２３）は、前記シャフト（１１）上において異なる回転角度位置に配置され、
３つの前記磁石要素（２１、２２、２３）は、それぞれ１２０°ずつ互いに対してオフセットされて配置されている
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記プリント回路基板（３０）は、同時に、風防ワイパーモータ（１００）を制御するための構成要素を受ける役目を果たす
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各磁石要素（２１、２２、２３）は、前記ブラシレス電気モータ（１０）の極の数に応じて、２極の電気モータ（１０）では２つの極をそれぞれ有し、４極の電気モータ（１０）では４つの極をそれぞれ有し、８極の電気モータ（１０）では８つの極をそれぞれ有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記磁石要素（２１、２２、２３）は、前記シャフト（１１）の軸方向に見て、互いに直接隣接している
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
３つの前記磁石要素（２１、２２、２３）は、モータハウジング（１２）の外側に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記磁場センサ（２６、２７、２８）は、ＳＭＤ構成におけるホールセンサとして構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の装置（２０）を備えた風防ワイパーモータ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１のプリアンブルによる、電気モータのシャフト、特に風防ワイパーモータのシャフトの角度位置を決定するための装置に関連する。また、本発明は、本発明による装置を使用する風防ワイパーモータに関連する。
【背景技術】
【０００２】
特許請求の範囲の請求項１のプリアンブルよる装置は、実際に公知であり、電気モータが、風防ワイパーモータとして使用される時に、風防ワイパーモータに動作的に接続されている風防ワイパー装置のワイパーブレードが例えば特定の時点において停止されることができるように、制御装置によって駆動され得るように、電気モータの駆動シャフトの正確な位置を決定する役目を果たす。先行技術により公知の装置は、この目的のためにホールセンサを使用しており、当該ホールセンサは、電気モータのシャフト上に配置された磁石要素の磁場を決定する。この場合、ホールセンサは、電気モータのシャフト回りの異なる放射位置に配置されており、その結果、シャフトの特定の角度位置が、ホールセンサにより決定される信号の組み合わせから推測され得る。ホールセンサは、それぞれ、別個の構成要素の形状であり、対応する電気接続ラインによって制御装置または評価回路に接続され、制御装置または評価回路は、電気モータの内側に配置されると共に電気モータを制御する役目を果たすプリント回路基板上に配置されている。
【発明の概要】
【０００３】
前述の先行技術から進展して、本発明は、当該装置が特に単純であって費用効率が良い方法で製造され得ると共にさらに電気モータ上の装置に対して比較的柔軟性があるように、特許請求の範囲の請求項１のプリアンブルによる電気モータのシャフトの角度位置を決定するための装置を発展させるという目的に基づいている。本発明によれば、この目的は、磁石装置が少なくとも１つの磁石要素、好ましくはシャフトの長手方向において前後に配列された複数の別個の磁石要素を有し、磁石要素の磁場が磁場センサによって決定されることが可能であるように、磁場センサが磁石からわずかに離れて配置されたプリント回路基板上に配置されている、という特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する、電気モータのシャフトの角度位置を決定するための装置によって達成される。言い換えれば、これは、シャフトの長手方向における磁石要素の特別な配置が、磁場センサをプリント回路基板上に直接配置することを可能にし、これにより、磁場センサは、磁石装置の磁場を決定することができる、ということを意味する。したがって、磁場センサとプリント回路基板上の評価回路との間の追加の複雑かつ高価なケーブル手段が回避される。
【０００４】
電気モータのシャフトの角度位置を決定するための本発明による装置の有利な発展は、特許請求の範囲の従属項に記載されている。特許請求の範囲の請求項、明細書、および／または図面に開示されている少なくとも２つの特徴の全ての組み合わせは、本発明の範囲に含まれる。
【０００５】
同時に風防ワイパーモータを制御するための構成要素を受ける役目を果たすプリント回路基板上の磁場センサの配置が、特に好ましい。結果として、追加のプリント回路基板が風防ワイパーモータに必要とされず、むしろ、既に存在している磁場センサを受けるための通常単一のプリント回路基板で十分である。
【０００６】
構造的な観点から好ましい改良では、前記少なくとも１つの磁石要素は、リング状に構成されているとともに、（電機子または回転子）シャフトを放射状に取り囲んでいる。
【０００７】
シャフトの回転角度位置を決定することできるために、磁石要素がシャフト上において異なる回転角度位置に配置されるようになっている。結果として、異なる磁場（Ｎ／Ｓ極の組み合わせ）が、シャフトの特定の角度位置において個々の磁石によって生成されるとともに、これにより特定の分解能の範囲内においてシャフトのそれぞれの角度位置を決定することができるために、評価回路によって評価され得る。
【０００８】
正確な整流の目的のために回転位置が決定される必要があるブラシレス電気モータにおける本発明の使用が、特に好ましい。しかしながら、言うまでも無く、原理的には、それは、同様に回転子のシャフトの角度位置を知ることが必要であり得る従来の（ブラシ付き）電気モータにおいても好都合であり、且つ、可能である。ブラシレス電気モータにおいて使用される時、本発明による装置は、２極の電気モータおよび４極の電気モータの両方に対して、さらに８極の電気モータに対して、（一般にｎ極のモータに対して、）適切である。この場合、電気モータの極のそれぞれの数に応じて、各磁石要素は、電気モータの極の数に応じて、２極の電気モータでは２つの極をそれぞれ有し、４極の電気モータでは４つの極をそれぞれ有し、８極の電気モータでは８つの極をそれぞれ有するようになっている。
【０００９】
磁場センサからの信号の評価を単純化するために、３つの磁石要素が設けられており、これらの磁石要素は、好ましくはそれぞれ１２０°ずつ互いに対してオフセットされて配置されるようになっている。この種の配置は、実際に、電気モータのシャフトの角度位置が１０°の分解能で正確に決定されることを可能にし、これは、多くの場合、実用上十分であると証明されている。
【００１０】
さらに、できるだけコンパクトな装置の構造が、磁石要素（これらはリング状の要素として実現されていてもよいし、リング状の複数の要素の形状の要素として実現されていてもよい）が、シャフトの軸方向に見て、互いに直接隣接している時に達成される。この場合、たとえば、個々の磁石要素を互いに接着的に接合することが可能であり、これにより、それらは、複合構成要素として比較的単純なやり方でシャフト上に取り付けられ得ると同時に１つのアセンブリとして高い強度を有し得る。その代わりとして、単一の磁石要素も、実現可能であり、これは、対応する磁化により複数の磁場センサと一緒の使用に適切である。
【００１１】
さらに、電気モータのモータハウジングの外側における磁石要素の位置が、好ましく提供される。結果として、第１に、磁石要素および磁場センサがモータハウジング内に配置される必要がないため、モータハウジングのための設置空間が非常にコンパクトになり得て、第２に、電気モータの（単一の）プリント回路基板がたとえばモータハウジングの直径より大きいサイズであり得るため、当該電気モータの（単一の）プリント回路基板を使用することが可能である。
【００１２】
磁場センサがＳＭＤ構成におけるホールセンサとして構成されている時、製造がさらに単純化される。この種のＳＭＤ構成要素は、産業上で多数使用され、特にリフローはんだ付けによってプリント回路基板に接続されており、結果として、高レベルの製造品質を有する費用効率が高い製造プロセスが達成され得る。
【００１３】
また、本発明は、本発明による装置を有する風防ワイパーモータを備える。この種の風防ワイパーモータは、比較的低コストで、且つ、特にコンパクトな構造で、製造され得る。
【００１４】
さらなる特徴、利点、および詳細は、好ましい例示の実施形態の以下の説明において、および、図面を参照して、見ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ブラシレス電気モータのシャフトの角度位置を決定するための本発明による装置を使用する風防ワイパーモータの一部の単純化された側面図を示している。
【図２】図２は、図１による装置の平面図を示している。
【図３】図３は、リング状の３つの磁石要素を有する磁石装置の斜視図を示している。
【図４】図４は、図３による磁石装置の側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
同一の構成要素または同じ機能を有する構成要素には、図面において同じ参照数字が設けられている。
【００１７】
図１および図２は、車両の風防ワイパーシステム、たとえば車両の前方風防ガラスを洗浄するための風防ワイパーシステムの構成部分である風防ワイパーモータ１００の高度に単純化された一部を示している。風防ワイパーモータ１００は、円筒状のモータハウジング１２内に回転可能に取り付けられるとともに、モータハウジング１２内に同様に配置された（図面では図示されていない）固定子巻き線と相互作用する、磁石要素を有する回転子シャフト１１を含むブラシレス電気モータ１０を有している。
【００１８】
従来の（ブラシ付き）電気モータ１０の使用は、同様に、本発明の範囲内にある。電気モータの構成部分の形状でモータハウジング１２内に配置されたシェル状の磁石要素、および、モータハウジング１２がまだ鉄を含有していないまたは鋼鉄から構成されている場合における鉄含有磁気リターンパス要素も、図示されていない。
【００１９】
電気モータ１０の回転速度は、同様に、出力駆動ホイール上の相手歯システムと噛みあうモータハウジング１２から背けられた側において回転子シャフト１１上に形成された歯配列によるステップダウン歯車機構（不図示）によって、それ自体公知のやり方で減少され得る。
【００２０】
風防ワイパーモータ１００を駆動するために、または、風防ワイパーを位置的に正確なやり方で移動させるために、回転子シャフト１１の（回転）角度位置を正確に決定できることが必要である。また、電気モータ１０を正確に電気的に整流するために、回転子の位置を知ることが必要である。ブラシ付き電気モータの場合、回転子シャフト１１と相互作用する歯車ホイールの位置をさらに知ることが必要であり得る。実際、１０°の精度または分解能で回転子シャフト１１の角度位置を正確に決定することができることが、通常は十分である。これを可能にするために、電気モータ１０は、本発明による装置２０を備えている。電気モータ１０が２極の（ブラシレス）電気モータ１０の形状であると仮定されている、図示された例示の実施形態では、本件装置２０は、各々がリング状であり、同一であり、且つ、回転子シャフト１１の長手軸１３に関して前後に配列された、３つの磁石要素２１〜２３を有している。特に図３を参照して見ることができるように、３つの磁石要素２１〜２３は、回転シャフト１１の軸方向に見て互いに直接隣接しており、たとえば、互いに接着的に接合されている。磁石要素２１〜２３は、回転子シャフト１１を放射状に取り囲んでいる。
【００２１】
さらに、３つの磁石要素２１〜２３の代わりに、対応する磁化を有する単一の磁石要素を使用することも可能である、ということに言及されるべきである。
【００２２】
３つの磁石要素２１〜２３の各々は、いずれの場合にも、１８０°の回転角度範囲をそれぞれ有するＳ磁極２４およびＮ磁極２５を有している。３つの磁石要素２１〜２３は、例示の実施形態では、それぞれ１２０°ずつ互いに対してオフセットされて配置されている。
【００２３】
さらに、４極の（ブラシレス）電気モータ１０の場合には、磁石要素２１〜２３は、４つの極をそれぞれ有し、８極の（ブラシレス）電気モータ１０の場合には、磁石要素２１〜２３は、８つの極をそれぞれ有する、ということに言及されるべきである。
【００２４】
回転子シャフト１１が長手軸１３回りを回転する時、３つの磁石要素２１〜２３は、磁場を形成し、３つの磁場センサ２６〜２８によって当該磁場の強度および方向を決定することが可能である。ホールセンサとして構成された磁場センサ２６〜２８は、好ましくは、ＳＭＤ構成として構成されており、この場合、磁石要素２１〜２３に対して方向付けられるやり方で配置されている。図２および図３を参照して見られるように、磁場センサ２６〜２８は、プリント回路基板３０が磁石要素２１〜２３と同様にモータハウジング１２の外側に配置された状態で、プリント回路基板３０上に直接配置されている、または、当該プリント回路基板に接続されている。（共通のハウジング内に配置され得る、または、共通のチップ上に構成され得る）磁場センサ２６〜２８に加えて、プリント回路基板３０には、特に風防ワイパーモータ１００を制御する役目を果たす（図１および図２では図示されていない）別の構成要素、たとえばレジスタ、キャパシタ、ＩＣが取り付けられている。図示された例示の実施形態では、磁場センサ２６〜２８は、プリント回路基板３０の磁石要素２１〜２３から背けられた側に配置されている。言うまでもなく、本発明の範囲は、プリント回路基板３０が磁場センサ２６〜２８の磁石要素２１〜２３から背けられた側に位置決めされるように、磁場センサ２６〜２８が磁石要素２１〜２３と直接対向して配置されている状況もカバーする。
【００２５】
３つの磁石要素２１〜２３は、特に図４を参照して見ることができるように、磁場センサ２６〜２８によって決定され得る３つのトラックを形成する。
【００２６】
これまでに説明された本発明による装置２０は、本発明の概念から逸脱すること無く、さまざまなやり方で改良され得る。風防ワイパーモータ１００の（回転）角度位置を決定することに加えて他の可能な用途が、同様に、実現可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    電気モータ
１１    回転子シャフト
１２    モータハウジング
１３    長手軸
２０    装置
２１    磁石要素
２２    磁石要素
２３    磁石要素
２４    Ｓ極
２５    Ｎ極
２６    磁場センサ
２７    磁場センサ
２８    磁場センサ
３０    プリント回路基板
３１    トラック
３２    トラック
３３    トラック
１００  風防ワイパーモータ
【図１】
0006396806.tif 000002
【図２】
0006396806.tif 000003
【図３】
0006396806.tif 000004
【図４】
0006396806.tif 000005