CN103958934A - 电动式直动致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够高精度地控制外圈部件的轴向的位置的电动式直动致动器。该电动式直动致动器具有：旋转轴(10)，其由电动马达(15)驱动；多个行星辊(11)，它们与所述旋转轴(10)的外周的圆筒面滚动接触；行星架(13)，其将所述多个行星辊(11)保持为能够自转并且能够公转，并且轴向移动被限制；外圈部件(12)，其以包围多个行星辊(11)的方式配置，并且被支承为能够沿轴向滑动；螺旋凸条(22)，其设于所述外圈部件(12)的内周；圆周槽(23)，其以与所述螺旋凸条22卡合的方式设于各行星辊(11)的外周，该电动式直动致动器将旋转轴(10)的旋转转换成外圈部件(12)的直线运动，设有检测行星架(13)的旋转角的公转传感器(33)。

Description

电动式直动致动器
技术领域
本发明涉及将由电动马达驱动的旋转轴的旋转转换成直动部件的直线运动，用该直动部件按压对象物的电动式直动致动器。
背景技术
作为车辆用制动装置，过去一直采用了用油压缸驱动摩擦垫来按压制动盘的油压制动装置，但近年来，随着ABS(防抱死制动系统)等的制动器控制的导入，未使用油压电路的电动制动装置受到注目。
电动制动装置是使用将由电动马达驱动的旋转轴的旋转转换成直动部件的直线运动的电动式直动致动器，用由该电动式直动致动器驱动的摩擦垫按压制动盘，由此产生制动力的装置。
作为这种电动制动装置所使用的电动式直动致动器，例如公知有专利文献1所记载的电动式直动致动器。专利文献1的电动式直动致动器具有：旋转轴，其由电动马达驱动；多个行星辊，它们与上述旋转轴的外周的圆筒面滚动接触；行星架，其将上述多个行星辊保持为能够自转并且能够公转，限制轴向移动；外圈部件，其以包围多个行星辊的方式配置，被支承为能够沿轴向滑动；螺旋凸条，其设于上述外圈部件的内周；以及螺旋槽，其以与上述螺旋凸条卡合的方式设于各行星辊的外周。
而且，若用电动马达使旋转轴旋转，则与旋转轴滚动接触的行星辊自转并且公转，此时，外圈部件由于外圈部件的内周的螺旋凸状与行星辊的外周的螺旋槽的导程角之差而直线运动，用该直线运动的外圈部件驱动摩擦垫来按压制动盘。
专利文献1：日本特开2010－65777号公报
然而，在上述电动制动装置中，若解除制动时的摩擦垫与制动盘之间的游隙过窄，则由于制动盘的振动等引起制动盘与摩擦垫接触而成为阻力，从而有产生油耗的降低、摩擦垫的异常磨损的危险。另一方面，若游隙过宽，则在施加制动时，摩擦垫移动至与制动盘接触的位置所需要的时间延长，从而制动器的响应性降低。
因此，需要将摩擦垫与制动盘之间的游隙调整为规定的大小，为了进行该游隙调整，需要控制外圈部件的轴向位置。
为了进行该外圈部件的位置控制，本发明的发明人研究了用旋转传感器来检测电动马达从摩擦垫按压制动盘的状态起的旋转角，根据由该旋转传感器检测出的电动马达的旋转角，控制外圈部件的轴向的位置的方法。
然而，实际上在根据电动马达的旋转角进行外圈部件的位置控制的过程中，虽然在控制刚开始之后，能够高精度地进行外圈部件的位置控制，但之后，产生外圈部件的位置精度降低的问题。
于是，本发明的发明人对该问题产生的原因进行了调差，结果知道了，在使用了行星辊的电动式直动致动器中，从旋转轴向行星辊进行基于摩擦的扭矩传递，因此有时在旋转轴与行星辊之间产生微小的滑动，特别是在向外圈部件施加轴向的负载时(即用摩擦垫按压制动盘时)容易产生旋转轴与行星辊之间的滑动，由于该滑动的原因，而在实际上的外圈部件的轴向位置、与根据电动马达的旋转角计算的外圈部件的轴向位置之间产生误差。
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供能够高精度地控制外圈部件的轴向的位置的电动式直动致动器。
为了解决上述课题，虽在旋转轴与行星辊之间产生了滑动时，旋转轴的旋转角与外圈部件的轴向位置的对应关系上产生相当于上述滑动的偏差，但本发明的发明人着眼于行星架的旋转角与外圈部件的轴向位置的对应关系不产生偏差这一点上。于是，在具有：旋转轴，其由电动马达驱动；多个行星辊，它们与上述旋转轴的外周的圆筒面滚动接触；行星架，其将上述多个行星辊保持为能够自转并且能够公转，并且轴向移动被限制；外圈部件，其以包围上述多个行星辊的方式配置，并且被支承为能够沿轴向滑动；螺旋凸条，其设于上述外圈部件的内周；螺旋槽或者圆周槽，其以与上述螺旋凸条卡合的方式设于上述各行星辊的外周，将上述旋转轴的旋转转换成上述外圈部件的直线运动的电动式直动致动器中，设置了对上述行星架或者与行星架一体公转的部件的旋转角进行检测的公转传感器。
如此，即使在旋转轴与行星辊之间产生了滑动的情况下，也不对行星架的旋转角与外圈部件的轴向位置的对应关系产生影响，因此通过根据由公转传感器检测出的行星架的旋转角进行外圈部件的位置控制，能够高精度地控制外圈部件的轴向的位置。
该电动式直动致动器优选为还设有检测电动马达的旋转角的旋转角检测单元。
若设置检测电动马达的旋转角的旋转角检测单元，则还能够设置比较由该旋转角检测单元检测出的电动马达的旋转角、与由上述公转传感器检测出的行星架的旋转角，在该旋转角之比超过预先设定的异常阈值时判定为产生了异常的异常检测单元，由此，能够检测旋转轴与行星辊之间的异常滑动等异常的产生的情况。
另外，若设置检测电动马达的旋转角的旋转角检测单元，则能够在通常情况下，根据由上述公转传感器检测出的行星架的旋转角进行上述外圈部件的位置控制，在上述公转传感器发生了故障时，根据由上述旋转角检测单元检测出的电动马达的旋转角进行上述外圈部件的位置控制，由此，能够提高冗余性。
还能够设置在用上述异常检测单元检测异常时向外部报告异常的异常报告单元。作为异常报告单元，例举有警告蜂鸣器、警告显示灯或向画面监视器进行警告显示的电子控制装置等。
在设置经由推力轴承而支承上述行星架的反作用力承受部件的情况下，作为上述公转传感器，能够采用由以与上述行星架一体旋转的方式与行星架设为同轴的环状的靶、以及设置成固定于与该靶对置的位置的靶位置检测部构成的传感器。
在该情况下，能够将上述靶位置检测部配置为相对于上述靶非接触，将该靶位置检测部由朝向上述靶射出光的投光部、和接受透过上述靶或者被上述靶反射的光的受光部来构成。如此，靶位置检测部与靶形成为彼此非接触，因此能够长期确保公转传感器的耐久性。
另外，优选为对上述靶以在周向交替出现相反的磁极的方式进行磁化，将上述靶位置检测部由配置为相对于上述靶非接触的磁检测部来构成。如此，由于靶位置检测部与靶形成为彼此非接触，所以不仅能够长期确保公转传感器的耐久性，即使在公转传感器附着有污垢的情况下也能够保证稳定的检测精度。
作为上述旋转角检测单元，例如能够采用根据向上述电动马达供给电力的线电压推断旋转角的电源装置。
本发明的电动式直动致动器由于根据由公转传感器检测出的行星架的旋转角进行外圈部件的位置控制，所以即使在旋转轴与行星辊之间产生了滑动的情况下，也能够高精度地控制外圈部件的轴向的位置。
附图说明
图1是表示组装有本发明的实施方式的电动式直动致动器的电动制动装置的剖视图。
图2是图1所示的电动式直动致动器的放大剖视图。
图3是沿图2的Ⅲ－Ⅲ线剖开的剖视图。
图4是控制图1所示的电动马达的电子控制装置的框图。
图5是表示基于图4的电子控制装置的异常检测控制的流程图。
图6是表示图2所示的公转传感器的其他的例子的电动式直动致动器的放大剖视图。
具体实施方式
在图1中示出使用了本发明的实施方式的电动式直动致动器1的车辆用的电动制动装置。该电动制动装置具有：制动钳体6，其呈利用桥5将对置片3、4连结的形状，对置片3、4隔着与车轮一体旋转的制动盘2而对置；和左右一对摩擦垫7、8。而且，在收容孔9组装有电动式直动致动器1，该收容孔9在对置片3的相对于制动盘2的对置面开口。
摩擦垫7、8分别设于对置片3、4与制动盘2之间，被支承为能够相对于在支承车轮的转向节(未图示)固定的固定件(未图示)沿制动盘2的轴向移动。另外，制动钳体6也能够沿制动盘2的轴向滑动地被支承于固定件。
如图2所示，电动式直动致动器1具有旋转轴10、与旋转轴10的外周的圆筒面滚动接触的多个行星辊11、以包围上述的行星辊11的方式配置的外圈部件12、将行星辊11保持为能够自转并且能够公转的行星架13、以及配置于外圈部件12的轴向后方的反作用力承受部件14。
旋转轴10由于经由齿轮16接受图1所示的电动马达15的旋转而被旋转驱动。旋转轴10以一端从沿轴向贯通对置片3而形成的收容孔9的靠轴向后侧的开口突出的状态插入收容孔9，从收容孔9突出的部分固定有齿轮16。齿轮16被盖18覆盖，该盖18以堵住收容孔9的靠轴向后侧的开口的方式被螺栓17固定。在盖18组装有将旋转轴10支承为能够旋转的轴承19。
如图3所示，行星辊11与旋转轴10的外周的圆筒面滚动接触，在旋转轴10旋转时行星辊11由于行星辊11与旋转轴10之间的摩擦也旋转。行星辊11沿周向隔开一定的间隔而设有多个。
如图2所示，外圈部件12收容于设于制动钳体6的对置片3的收容孔9内，被该收容孔9的内周支承为能够沿轴向滑动。在外圈部件12的轴向前端，形成有与形成于摩擦垫7的背面的卡合凸部20卡合的卡合凹部21，由于该卡合凸部20与卡合凹部21的卡合，从而外圈部件12相对于制动钳体6无法转动。
在外圈部件12的内周设有螺旋凸条22，在行星辊11的外周设有与螺旋凸条22卡合的圆周槽23，在行星辊11旋转时，外圈部件12的螺旋凸条22被圆周槽23引导，从而外圈部件12沿轴向移动。在该实施方式中在行星辊11的外周设有导程角为0度的圆周槽23，但也可以代替圆周槽23而设置具有与螺旋凸条22不同的导程角的螺旋槽。
行星架13是由将行星辊11支承为能够旋转的行星架销13A、将上述各行星架销13A的轴向前端的周向间隔保持为一定的环状的行星架板13C、以及将各行星架销13A的轴向后端的周向间隔保持为一定的环状的行星架主体13B构成的。行星架板13C与行星架主体13B使行星辊11处于它们之间并在轴向对置，经由配置于在周向相邻的行星辊11之间的连结棒24而连结。在连结棒24安装有向行星辊11的外周涂覆润滑剂的润滑剂涂覆部件24a。
行星架主体13B经由滑动轴承25被旋转轴10支承，从而能够相对于旋转轴10相对旋转。在行星辊11与行星架主体13B之间，组装有阻断将行星辊11的自转传递至行星架主体13B的推力轴承26。
各行星架销13A被以与在周向隔开间隔配置的多个行星架销13A外接的方式安装的缩径环状弹簧27而向径向内侧施力。由于该缩径环状弹簧27的施力，行星辊11的外周被按压于旋转轴10的外周，从而防止旋转轴10与行星辊11之间的滑动。为使缩径环状弹簧27的施力在行星辊11的轴向全长上作用，而在行星架销13A的两端设有缩径环状弹簧27、27。
反作用力承受部件14是由环状圆板部14A、和一体设于环状圆板部14A的径向内端的筒部14B构成的。环状圆板部14A嵌合于收容孔9的内周的相比供外圈部件12滑动的部分靠轴向后侧的部分。另外，环状圆板部14A的径向外端，被安装于收容孔9的内周的挡圈28卡止。在筒部14B的内周，沿轴向隔开间隔地组装有将旋转轴10支承为能够旋转的多个滚动轴承29。在行星架13与环状圆板部14A之间，组装有与行星架13一体公转的间隔件30、和将间隔件30支承为能够公转的推力轴承31。
反作用力承受部件14被安装于收容孔9的内周的挡圈28、39限制向轴向的前方以及后方移动。而且，该反作用力承受部件14经由间隔件30与推力轴承31沿轴向支承行星架主体13B，由此限制行星架13向轴向后方移动。另外，行星架13还被安装于旋转轴10的轴向前端的挡圈32限制向轴向前方移动。因此，行星架13向轴向前方和轴向后方的移动均被限制，行星架13所保持的行星辊11也形成为轴向移动被限制的状态。此外，在制动解除时欲使反作用力承受部件14向轴向前方移动的力非常小，因此以负间隙压入反作用力承受部件14与制动钳体6的收容孔9，所以还能够废除挡圈39。
反作用力承受部件14的筒部14B将形成为环状的间隔件30以能够相对旋转的方式穿过，穿过了间隔件30的部分与行星架主体13B在轴向对置。在筒部14B与行星架主体13B的对置面之间，设有检测行星架13的旋转角的公转传感器33。公转传感器33由以与行星架主体13B一体旋转的方式同轴地固定于行星架主体13B的环状的靶34、以及以与靶34在轴向对置的方式固定于反作用力承受部件14的筒部14B的靶位置检测部35构成。靶位置检测部35配置为相对于靶34非接触。
作为公转传感器33，还能够采用例如电触点式编码器，但优选采用具有由朝向靶34射出光的投光部、和接受被靶34反射的光的受光部构成的靶位置检测部35的光电式编码器。如此，靶位置检测部35与靶34形成为彼此非接触，因此能够长期确保公转传感器33的耐久性。
另外，作为公转传感器33，还能够采用使用以在周向交替出现相反的磁极的方式磁化的靶34，并由靶位置检测部35检测该靶34产生的磁场的磁式编码器。如此，靶位置检测部35与靶34形成为彼此非接触，因此不仅能够长期确保公转传感器33的耐久性，即使在公转传感器33附着有污垢的情况下也能够保证稳定的检测精度。采用静电电容式编码器也同样。
在电动马达15组装有检测电动马达15的旋转角的旋转角检测单元36(参照图4)。作为旋转角检测单元36，能够采用解析器或霍尔元件。另外，作为旋转角检测单元36，还能够采用根据向电动马达15供给电力的线电压推断旋转角的电源装置。
电动马达15由图4所示的电子控制装置37控制。向电子控制装置37，从公转传感器33输入与行星架13的旋转角对应的信号，从旋转角检测单元36输入与电动马达15的旋转角对应的信号。从电子控制装置37，输出控制电动马达15的旋转角的控制信号。另外，电子控制装置37与向驾驶员报告异常的异常报告单元38连接。作为异常报告单元38，例举有警告蜂鸣器、警告显示灯或向画面监视器进行警告显示的电子控制装置等。
接下来，对上述的电动式直动致动器1的动作例进行说明。
若使电动马达15工作，则旋转轴10旋转，行星辊11一边以行星架销13A为中心自转一边以旋转轴10为中心公转。此时由于螺旋凸条22与圆周槽23的卡合从而外圈部件12与行星辊11沿轴向相对移动，但行星辊11与行星架13一起沿轴向的移动被限制，因此行星辊11不沿轴向移动，外圈部件12沿轴向移动。如此，电动式直动致动器1将由电动马达15驱动的旋转轴10的旋转转换为外圈部件12的直线运动，用该外圈部件12驱动摩擦垫7按压制动盘2，由此产生电动制动装置的制动力。
在用摩擦垫7按压制动盘2时，外圈部件12承受按压制动盘2的负载的反作用力，该反作用力经由行星辊11、行星架13、间隔件30以及推力轴承31被反作用力承受部件14阻挡。
然而，对于上述电动制动装置而言，若解除制动时的摩擦垫7、8与制动盘2之间的游隙过窄，则由于制动盘2的振动等引起制动盘2与摩擦垫7、8接触而成为阻力，从而有产生车辆的油耗的降低、摩擦垫7、8的异常磨损的危险。另一方面，若游隙过宽，则在施加制动时，摩擦垫7、8移动至与制动盘2接触的位置所需要的时间延长，从而制动器的响应性降低。
因此，为了将摩擦垫7、8与制动盘2之间的游隙调整为规定的大小，电子控制装置37对外圈部件12的轴向位置进行控制。此处，作为进行外圈部件12的位置控制的方法，例如可以考虑用旋转角检测单元36检测从摩擦垫7、8按压到制动盘2的状态起的电动马达15的旋转角，根据由该旋转角检测单元36检测出的电动马达15的旋转角，控制外圈部件12的轴向的位置的方法。
然而，在使用了行星辊11的上述电动式直动致动器1中，由于从旋转轴10向行星辊11进行基于摩擦的扭矩传递，所以有时在旋转轴10与行星辊11之间产生微小的滑动，特别是在向外圈部件12施加轴向的负载时(即用摩擦垫7、8按压制动盘2时)容易产生旋转轴10与行星辊11之间的滑动。
因此，在根据电动马达15的旋转角进行外圈部件12的位置控制的方法中，由于旋转轴10与行星辊11之间的滑动，而在实际的外圈部件12的轴向位置、与根据电动马达15的旋转角计算的外圈部件12的轴向位置之间产生误差的可能性。
为此，在该实施方式的电动式直动致动器1中，根据由公转传感器33检测出的行星架13的旋转角进行外圈部件12的位置控制。另外，通过比较公转传感器33的输出与旋转角检测单元36的输出，来检测旋转轴10与行星辊11之间的异常滑动等异常的产生，并将该情况向驾驶员报告。
以下，根据图5所示的流程图对该异常检测控制进行说明。
首先，比较由旋转角检测单元36检测出的电动马达15的旋转角、与由公转传感器33检测出的行星架13的旋转角，判定电动马达15的旋转角相对于行星架13的旋转角之比是否超过预先设定的异常阈值(步骤S1、S2)。
在旋转角之比超过异常阈值时，被认为电动式直动致动器1产生了某种异常，因此从电子控制装置37向异常报告单元38输出异常信号，从异常报告单元38向驾驶员通知异常的产生(步骤S3)。作为异常的种类，主要有旋转轴10与行星辊11之间的异常滑动，但除此以外还例举有齿轮16的故障等。若产生了旋转轴10与行星辊11之间的异常滑动，则电动制动装置的响应性降低，因此有必要迅速进行维护。
然后，在电动马达15的旋转角相对于行星架13的旋转角之比，小于预先设定的解除阈值(＜异常阈值)时，被认为旋转轴10与行星辊11之间的异常滑动已消除，因此解除异常信号(步骤S4、S5)。
该电动式直动致动器1根据由公转传感器33检测出的行星架13的旋转角进行外圈部件12的位置控制，因此即使在旋转轴10与行星辊11之间产生了滑动的情况下，也能够高精度地控制外圈部件12的轴向的位置。
另外，该电动式直动致动器1能够在通常情况下，根据由公转传感器33检测出的行星架13的旋转角进行外圈部件12的位置控制，在公转传感器33发生了故障时，根据由旋转角检测单元36检测出的电动马达15的旋转角进行外圈部件12的位置控制。因此，与仅根据电动马达15的旋转角进行外圈部件12的位置控制的情况相比，冗余性高。
在上述实施方式中，举以靶34与靶位置检测部35在轴向对置的方式配置的公转传感器33为例进行了说明，但也可以如图6所示，以靶34与靶位置检测部35在径向对置的方式配置。
在图6中，环状的靶34固定于与行星架主体13B一体旋转的间隔件30的外周，靶位置检测部35以与靶34在径向对置的方式固定于收容孔9的内周。该公转传感器33也能够与上述实施方式同样采用光电式编码器或磁式编码器。
附图标记说明：
1…电动式直动致动器；7、8…摩擦垫；10…旋转轴；11…行星辊；12…外圈部件；13…行星架；14…反作用力承受部件；15…电动马达；22…螺旋凸条；23…圆周槽；30…间隔件；31…推力轴承；33…公转传感器；34…靶；35…靶位置检测部；36…旋转角检测单元；37…电子控制装置；38…异常报告单元；39…挡圈。

Claims (9)

1.一种电动式直动致动器，具有：旋转轴(10)，其由电动马达(15)驱动；多个行星辊(11)，它们与所述旋转轴(10)的外周的圆筒面滚动接触；行星架(13)，其将所述多个行星辊(11)保持为能够自转并且能够公转，并且轴向移动被限制；外圈部件(12)，其以包围所述多个行星辊(11)的方式配置，并且被支承为能够沿轴向滑动；螺旋凸条(22)，其设于所述外圈部件(12)的内周；以及螺旋槽或者圆周槽(23)，其以与所述螺旋凸条(22)卡合的方式设于各所述行星辊(11)的外周，所述电动式直动致动器将所述旋转轴(10)的旋转转换成所述外圈部件(12)的直线运动，
所述电动式直动致动器的特征在于，
设有对所述行星架(13)或者与行星架(13)一体公转的部件(30)的旋转角进行检测的公转传感器(33)。
2.根据权利要求1所述的电动式直动致动器，其特征在于，
还设有旋转角检测单元(36)，其检测所述电动马达(15)的旋转角。
3.根据权利要求2所述的电动式直动致动器，其特征在于，
还设有异常检测单元(37)，其比较由所述旋转角检测单元(36)检测出的电动马达(15)的旋转角、与由所述公转传感器(33)检测出的行星架(13)的旋转角，在该旋转角之比超过预先设定的异常阈值时判定为产生了异常。
4.根据权利要求2或3所述的电动式直动致动器，其特征在于，
在通常情况下，根据由所述公转传感器(33)检测出的行星架(13)的旋转角进行所述外圈部件(12)的位置控制，在所述公转传感器(33)发生了故障时，根据由所述旋转角检测单元(36)检测出的电动马达(15)的旋转角进行所述外圈部件(12)的位置控制。
5.根据权利要求3或4所述的电动式直动致动器，其特征在于，
还设有异常报告单元(38)，其在由所述异常检测单元(37)检测出异常时向外部报告异常。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的电动式直动致动器，其特征在于，
设有经由推力轴承(31)而支承所述行星架(13)的反作用力承受部件(14)，所述公转传感器(33)由以与所述行星架(13)一体旋转的方式与行星架(13)设为同轴的环状的靶(34)、以及设置成固定于与该靶(34)对置的位置的靶位置检测部(35)构成。
7.根据权利要求6所述的电动式直动致动器，其特征在于，
将所述靶位置检测部(35)配置为相对于所述靶(34)非接触，将该靶位置检测部(35)由朝向所述靶(34)射出光的投光部、和接受被所述靶反射的光的受光部来构成。
8.根据权利要求6所述的电动式直动致动器，其特征在于，
对所述靶(34)以在周向交替出现相反的磁极的方式进行磁化，将所述靶位置检测部(35)由配置为相对于所述靶(34)非接触的磁检测部来构成。
9.根据权利要求2～8中的任一项所述的电动式直动致动器，其特征在于，
所述旋转角检测单元(36)为根据向所述电动马达供给电力的线电压来推断旋转角的电源装置。
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