JP4411381B2

JP4411381B2 - 移動体電動制御装置

Info

Publication number: JP4411381B2
Application number: JP2005128435A
Authority: JP
Inventors: 直人瀬下; 克幸田中; 祐介水越; 弘幸栗原; 佳永渡邉; 洋佐藤
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: JP2006311658A; US20060238060A1; EP1717933A3; EP1717933B1; DE602006019170D1; US7511396B2; EP1717933A2

Description

本発明は、自動車等における移動体、例えば、ドアや窓の開閉位置、座席の位置や姿勢等を、モータを用いた電動アクチュエータを介して制御する移動体電動制御装置に関し、さらに詳しくは、自動車等に開閉自在に設けられている開閉体、例えば、跳ね上げ式の後部ドア、あるいは側面ドアやルーフに設けられているスライド窓を自動で開放動作させるのに使用する自動車における移動体電動制御装置に関する。

従来、自動車の側面に設けたスライドドアをモータで開閉させるドア開閉装置は、例えば、特許文献１で知られている。

一方、ハッチバックタイプの乗用車やワゴン車等では、一般に、荷物を後方から出し入れするための跳ね上げ式のバックドアが備えられている。また、バックドアの開閉力を補助するための開閉補助手段として、ガススプリングが取り付けられている。ガススプリングは、一般にバックドアの重量を支持するための高圧ガスと仕切端近傍において減衰力を付加するための作動油とを封入している（例えば、特許文献２参照）。

また、ガススプリングとモータにより開閉力を補助するようにしたバックドア開閉装置も特許文献３で知られている。
特開平１１−７２３９５号公報特開平１０−１４１４０９号公報特開２００４−１７５２１１号公報（図９参照）

しかし、ガススプリングにより開閉力を補助するバックドア開閉装置は、バックドアを閉じた状態では、ドアとガススプリングが略並行に近い角度で取付けられるため、ガススプリング力の、ドアを垂直方向に回転させる回転モーメントはわずかしか寄与しない。このため開き始めはドアが重くてなかなか開かず、ガススプリングの押圧力が自重に勝つ位置まで開くと跳ね上がって行く。これに対して、ガススプリングとモータを並用した場合には、ドアとガススプリングが略並行に近い角度であってもモータの補助でドアの開閉を比較的スムーズに行わせることができる。

しかしながら、ガススプリングやモータ等による補助支持力は、通常は、ドアの回動角度に比例せず、ドアの開度が大きい領域（開き方向）では、ドア自重よりもガススプリングがドアを押し上げる力が大きくなり、モータを用いてドアを開ける場合、モータを回そうとする外力が発生する。なお、外力は坂道、高温時に大きくなる。またモータは、高出力を要求されるため、ギア効率は比較的大きく設計されるため、外力によって、モータが高速で回転させられて、ドアが勢いよく、想定以上の速度で開閉してしまうことがある。

また、自動車の側面やルーフに設けたスライドドアをモータで水平方向に開閉させるドア開閉装置でも、坂道等ではドアの開放トルクが異なる。すなわち、下っている方向にドアが動作する場合には、モータを回そうとする外力が加わり、モータが高速で回転をし、ドアが勢いよく開いたりすることがある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、アクチュエータの動作スピードが想定範囲より大きくなると、モータの駆動電力に係わらず、動作にブレーキがかけられ、モータの駆動制御部の制御によらずに、常に一定の速度範囲内で動作を行うことができる移動体の自動制御装置を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）モータと、このモータのシャフトの回転を減速する減速機構とを備えた電動アクチュエータを介して、自動車における移動体の位置を、自動制御するようにした自動車における移動体電動制御装置において、前記モータのシャフトに固定される電機子鉄心に、シャフトの軸方向に延びる複数のコアスロットによって分離された複数個のティースを設け、かつ、該電機子鉄心に、特定のティースに導線を巻回して形成した正規コイルと、この正規コイルとは別に、正規コイルの導線と、線径・材質が共に同じか、もしくは線径が異なり材質が同じ導線で、所定の整流子片から発して、特定のティースに所定巻数巻回された後、同じ整流子片に戻るように、電機子の回転数に比例した起電力が端子間に生じるようにショート回路にして、特定のティースに導線を巻装して形成したブレーキコイルとを設ける。

（２）上記(１)項において、ブーレーキ用コイルを、回転方向にほぼ等しい角度ずつずれた等分位置にあるティースにそれぞれ設ける。

（３）上記(２)項において、ブレーキコイルを、隣り合う複数のティース共通に、導線を巻き付けて形成する。

（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、正規コイルを、モータの回転数に応じたモータ駆動電力で制御している。

（５）上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、移動体を、補助動力を併用して駆動している。

本発明によると、次のような効果を奏することができる。
（ａ）請求項１記載の発明によれば、電機子の回転数が大きくなればなるほどブレーキコイルの端子間に大きな起電力を発生させる。また、この起電力でブレーキコイルに磁束を作り、この磁束が電機子の回転に負荷として働き、モータが高速で回転して、アクチュエータが想定範囲よりも高速で動作するのを抑制することができる。したがって、正規コイルの制御に特別な速度制御手段等を使用することなく、簡単な構造でアクチュエータの動作スピードの制御が行え、安価なアクチュエータを提供することができる。また、アクチュエータの動作スピードの変更は、モータにおけるブレーキコイルの巻数の調整、あるいは巻回するステースの数等で対応することができるので、要求性能が変更になっても、簡単に対応することができる。

（ｂ）請求項２記載の発明によれば、ブレーキコイルを、回転方向にほぼ等しい角度ずつずれた等分位置にあるティースにそれぞれ設けているので、電機子の回転に対する負荷のバランスがとれ、回転ムラによる振動及び騒音の発生を抑制することができ、動作がスムーズで、かつ、振動及び騒音の発生を抑えたアクチュエータが得られる。

（ｃ）請求項３記載の発明によれば、ブレーキコイルは、隣り合う複数のティース共通に、導線を同時に巻き付けて形成しているので、より大きなブレーキ用磁束を発生させることができ、高トルクを扱うアクチュエータとしても対応できる。

（ｄ）請求項４記載の発明によれば、正規コイルの制御に変更を加えることなく、従来の移動体電動制御装置を本発明を適用した移動体電動制御装置に変更が容易である。

（ｅ）請求項５記載の発明によれば、補助動力として、ガススプリング式アクチュエータを併用した場合の、補助動力の温度環境などに対する不都合を、容易に解消し、補助動力の能力を十分に発揮させることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るアクチュエータをドア開放装置として適用したバックドアを有するバンタイプまたはこれと同等の自動車の後部側面図である。

図１において、自動車(11)の後部フレーム(12)には、枢軸(13)を支点として上下方向に回動して、図中実線で示す閉位置と、２点鎖線で示す跳ね上げ開位置とに切り換え可能な跳ね上げ式のバックドア(14)を取り付けている。後部フレーム(12)とバックドア(14)との間には、バックドア(14)の内側に、左右１組のガススプリング式アクチュエータ(15)(15)を備えるとともに、バックドア(14)の上部には、この実施形態による回転制御機能付モータを用いたモータ駆動式アクチュエータ(16)を備えている。

ガススプリング式アクチュエータ(15)は、一般によく知られたガススプリングであり、バックドア(14)がいくらか開いた位置を境として、それより開いている場合はバックドア(14)を開方向に付勢し、それより閉じている場合は、若干の抵抗力を持つことから、バックドア(14)をスムーズに閉じることができる。

モータ駆動式アクチュエータ(16)は、図２に示すように、自動車(11)の前後方向に移動する出力部材(18)のラックギア(18a)に、ピニオン(19)を噛合させて設けられている。そのラックギア(18a)は、バックドア(14)と一体に前後方向に回動するリンクレバー(17)と連結されている。

図３はモータ駆動式アクチュエータ(16)の内部を示す断面図である。図３に示すように、モータ駆動式アクチュエータ(16)は、アクチュエータケース本体(20)の一端側に、この発明に係る回転制御機能付モータ(21)を装備している。

モータ(21)は、シャフト(23)と電機子(24)と固定子(27)とで構成されている。シャフト(23)は、アクチュエータケース本体(20)の中心を貫通し、かつ、左右の軸受(22)(22)によって、アクチュエータケース本体(20)に回転可能に支持されている。電機子(24)は、シャフト(23)上に固定されている。固定子(27)は、電機子(24)の外側を覆ってアクチュエータケース本体(20)の一端に止着されている有底円筒状のモータケースを兼ねるヨーク(25)と、ヨーク(25)内で電機子(24)の外側に配置された界磁マグネットとしての永久磁石(26)とで形成されている。

なお、外部から電機子(24)に電流を供給する給電用ブラシ(28)は、図示せぬ電気端子を設けた基板(29)を介してアクチュエータケース本体(20)に取り付けられている。また、ヨーク(25)の図中左側にはシャフト(23)の左端に装着された鋼球(30)を介してスラスト方向の力を受ける軸受(31)を設けている。一方、アクチュエータケース本体(20)の図中右側には軸受(32)が取り付けられており、シャフト(23)の右端に装着された鋼球(33)を介してスラスト方向の力を受けるようになっている。

永久磁石(26)は環状に形成されており、ヨーク(25)内に圧入嵌合されて、必要に応じて接着固定されている。永久磁石(26)の環状内周面には、円周方向に沿って、Ｎ極とＳ極が交互に等間隔で複数着磁されている。

永久磁石(26)の内側には、シャフト(23)に固定された電機子鉄心(34)が配されている。電機子鉄心(34)の図３中右側には整流子(35)が配設されており、その周囲に給電ブラシ(28)が等分に配置されている。

図４は電機子鉄心(34)及び整流子(10)の構造を示す図である。図４において、電機子鉄心(34)は、例えば珪素鋼板を積層して形成してなり、シャフト(23)の軸方向に延びる１０個のスロット(36)を円周方向に沿って等分に設け、このスロット(36)で等分に分離された概略Ｔ字状の、図４及び図５において、(Ａ)〜(Ｊ)までの番号で区別される歯部、つまり１０個のティース(37)を有する。各ティース(37)には、導線(38)を巻回してコイル(39)を形成している。

整流子(35)は、シャフト(23)に固定された、図４及び図５において、(１)〜(10)までの符号で区別される１０個の整流子片(40)を備えている。各整流子片(40)は互いに絶縁されて周方向に配列され、その外周面が給電用ブラシ(28)と摺接するようになっている。各整流子片(40)には、図４に示すように、導線(38)の各端部を接続するための係合爪(40a)が形成されている。

図５は、図３におけるモータ駆動式アクチュエータ(15)における回転制御機能付モータ(21)の結線状態を示す展開図である。コイル(39)は、線径・材質共に同じ導線(38)を使用して、電機子鉄心(34)の特定のティース(37)に導線(38)を巻回してなる正規コイル(39a)とブレーキコイル(39b)とでなる。

図５に示すように、正規コイル(39a)は、次の形式により巻回されている。まず、１番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ａ及びＢ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、Ｆ及びＧ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、７番目の整流子片(40)に戻る。２番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ｂ及びＣ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、Ｇ及びＨ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、８番目の整流子片(40)に戻る。３番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ｃ及びＤ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、Ｈ及びＩ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、９番目の整流子片(40)に戻る。以下、順次、１つづつ隣接する側にズレながら同様に巻回され、所定の正規コイル(39a)が形成される。

一方、ブレーキコイル(39b)は、特定のティース(37)に正規コイル(39a)と重ね巻されるもので、この場合、６番目の整流子片(40)を発した導線(38)は、Ｇ及びＨ番目のティース(37)に所定巻数巻回された後、円周方向に等分ずれた位置、すなわち１８０度ずれたＢ及びＣ番目のティース(37)に所定巻数巻回され、同じ６番目の整流子片(40)に戻るというように、ショート回路にして形成される。したがって、このブレーキコイル(39b)は、電機子(24)が回転されると、その回転数に比例した大きさの起電力、すなわち電機子(24)の回転数が大きくなればなるほどブレーキコイル(39b)の端子間に大きな起電力を発生させる。また、この起電力のショート電流で、ブレーキコイル(39b)に磁束を作り、この磁束が電機子(24)の回転に負荷として働き、モータ(21)が高速で回転するのを抑制する働きをする。

なお、導線(38)の線径は0.6ミリ、正規コイル(39a)の巻回数は１７回、ブレーキコイル(39b)の巻回数は５回であるが、導線(38)の線径及び各コイル(39a)(39b)の巻回数や巻回形式は、要求性能によって変わる。すなわち、例えばブレーキコイル(39b)による負荷の大きさは、ティース(37)の数及び導線の巻回数を変えることによっても変えることができ、一般に、数を多くすれば負荷も大きくすることができる。しかし、ブレーキコイル(39b)の巻回形式にあっては、回転方向で等分な位置(例えば、１８０度間隔、１２０度間隔、９０度間隔等)にあるティース(37)にそれぞれ設けてバランスさせたほうが、電機子(24)の回転に対する負荷のバランスがとれ、回転ムラによる振動及び騒音の発生を抑制することができる。

シャフト(23)には、軸受(22)(22)との間に位置して、ウォーム歯車(41)を設けている。このウォーム歯車(41)には、図２に示したピニオン(19)と一体に回転する駆動軸(42)に取り付けられたウォームホィール(43)が、減速装置として噛合されている。

次に、作用を説明する。本例では、モータ(21)への給電は、バックドア(14)の図示せぬロック解除レバーに連動するスイッチの操作によって行われる。したがって、ロック解除レバーが操作されると、モータ(21)が正回転され、この回転がシャフト(23)−ウォーム歯車(41)−駆動軸(42)−ピニオン(19)−ラックギア(18a)を介して出力部材(18)に伝達され、出力部材(18)を開方向に移動させる。これによりリンクレバー(17)が枢軸(13)及びバックドア(14)と共に開方向に回動し、バックドア(14)の回転が開始される。バックドア(14)がいくらか開くと、ガススプリング式アクチュエータ(15)の力が加わり、大きな力でバックドア(14)が開放されて行く。また、バックドア(14)が全開状態になると、図示せぬスイッチが操作されて給電が断たれ、モータ(21)の回転は停止する。
この、正規コイル(39a)への給電には、モータ(21)の回転数がフィードバックされる電子的プログラマブル制御が行われており、この制御は周知な制御手段である。

このとき、自動車(11)が坂道等に停車していて、バックドア(14)の開放トルクが想定範囲よりも非常に小さくなっていた場合、ガススプリング式アクチュエータ(15)に加わる負荷トルクが小さくなり、急速に開こうとして、モータ(21)が外力で回され、モータ(21)の回転も想定よりも速くなる。モータ(21)の回転が速くなると正規コイル(39a)の駆動電力は減少するが、それにも係わらず、その回転数が大きくなればなるほどブレーキコイル(39b)の端子間に大きな起電力が発生し、この起電力でブレーキコイル(39b)に大きな磁束が作られ、この磁束が電機子(４)の回転に負荷として働き、モータ(21)の回転を抑制する。これにより、バックドア(14)が勢いよく跳ね上がることがなくなる。

図６は、本発明に係るモータ(21)を使用するモータ駆動式アクチュエータ(16)と従来のガススプリング式アクチュエータ(15)とを併用した場合と、従来のガススプリング式アクチュエータ(15)だけを使用した場合との、ドアスピードの関係を比較した図である。図中(ｉ)は、本実施例であるモータ駆動式アクチュエータ(16)とガススプリング式アクチュエータ(15)とを使用した場合のスピード、(ii)はガススプリング式アクチュエータ(15)だけを使用した場合のスピードである。また、縦軸がドアスピード(V)、横軸がドア開度(M)である。

本実施例の場合(ｉ)では、バックドア(14)の開放開始と同時にモータ(21)が駆動するのでスムーズに開放が始まり、モータ(21)の正規コイル(39a)に係る速度制御により制御範囲内でドアの開放スピードが抑えられ、バックドア(14)が勢いよく跳ね上がり、障害物に激しく衝突するのを防止する。一方、従来のガススプリング式アクチュエータ(15)だけを使用した場合(ii)では、バックドア(14)側の負荷が小さいと、開放端近くで急激にスピードを増して、正規コイル(39a)への駆動電力を完全に遮断しても、ガススプリングの駆動力により、バックドア(14)が勢いよく跳ね上がる虞がある。

なお、バックドア(14)に適用した場合について説明したが、自動車の側面に設けたスライドドアをモータで水平方向に開閉させるドア開閉装置や、モータでサンルーフを開閉させる開閉装置等の場合でも、このモータ駆動式アクチュエータ(16)を使用すると、同じような作用が得られる。また、モータ駆動式アクチュエータ(16)と従来のガススプリング式アクチュエータ(15)とを併用した場合で説明したが、モータ駆動式アクチュエータ(16)単独で使用することもできる。

したがって、本発明によれば、モータ(21)の回転が、正規コイル(39a)へのプログラム想定範囲より大きくなると、プログラム制御手段は、正規コイル(39a)への電力供給を遮断するが、それでもモータ(21)が高速回転を続けると、モータ(21)の回転に自動的にブレーキをかけ、常に一定の速度範囲内で回転することができるので、特別な速度制御回路、もしくは制御手段を、正規コイル(39a)の制御に使用することなく、簡単な構造でアクチュエータ(16)の動作スピードの制御が行え、安価なアクチュエータおよび自動制御装置を提供することができる。また、アクチュエータ(16)の動作スピードの変更は、モータ(21)におけるブレーキコイル(39ｂ)の巻数の調整、あるいは巻回するティース(37)の数等で対応することができるので、要求性能が変更になっても、簡単に対応することができる。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態に種々の変形や変更を施すことが可能である。

本発明のアクチュエータを適用した自動車の後部側面図である。同上自動車における要部構成拡大図である。同上自動車におけるモータ駆動式アクチュエータの内部構造を示す断面図である。同上アクチュエータで使用しているモータにおける電機子鉄心及び整流子の構造拡大図である。同上モータの結線状態を示す展開図である。本発明のモータ駆動式アクチュエータと従来のガススプリング式アクチュエータとを併用した場合と、従来のガススプリング式アクチュエータだけを使用した場合との、ドアスピードの関係を比較した図である。

(Ａ)〜(Ｊ)ティースの識別番号
(１)〜(10)整流子片の識別番号
(11)自動車
(12)後部フレーム
(13)枢軸
(14)バックドア
(15)ガススプリング式アクチュエータ
(16)モータ駆動式アクチュエータ
(17)リンクレバー
(18)出力部材
(18a)ラックギア
(19)ピニオン
(20)アクチュエータケース本体
(21)回転制御機能付モータ
(22)軸受
(23)シャフト
(24)電機子
(25)ヨーク(モータケース)
(26)永久磁石(界磁マグネット)
(27)固定子
(28)給電用ブラシ
(29)基板
(30)鋼球
(31)軸受
(32)軸受
(33)鋼球
(34)電機子鉄心
(35)整流子
(36)スロット
(37)ティース
(38)導線
(39)コイル
(39a)正規コイル
(39b)ブレーキコイル
(40)整流子片
(41)ウォーム歯車
(42)駆動軸

Claims

モータと、このモータのシャフトの回転を減速する減速機構とを備えた電動アクチュエータを介して、移動体の位置を、自動制御するようにした移動体電動制御装置において、
前記モータのシャフトに固定される電機子鉄心に、シャフトの軸方向に延びる複数のコアスロットによって分離された複数個のティースを設け、かつ、該電機子鉄心に、特定のティースに導線を巻回して形成した正規コイルと、この正規コイルとは別に、正規コイルの導線と、線径・材質が共に同じか、もしくは線径が異なり材質が同じ導線で、所定の整流子片から発して、特定のティースに所定巻数巻回された後、同じ整流子片に戻るように、電機子の回転数に比例した起電力が端子間に生じるようにショート回路にして、特定のティースに導線を巻装して形成したブレーキコイルとを設けたことを特徴とする移動体電動制御装置。
ブレーキコイルを、回転方向にほぼ等しい角度ずつずれた等分位置にあるティースにそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の移動体電動制御装置。
ブレーキコイルを、隣り合う複数のティース共通に、導線を巻き付けて形成したことを特徴とする請求項２記載の自動車における移動体電動制御装置。
正規コイルを、モータの回転数に応じたモータ駆動電力で制御している、請求項１〜３いずれかに記載の移動体電動制御装置。
移動体を、補助動力を併用して駆動している、請求項１〜４いずれかに記載の移動体電動制御装置。