CN205070677U - 驱动器以及阀驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的驱动器以及阀驱动装置防止因冲击负载而引起的驱动器的破损。WG驱动器(1)具备：直流马达(4)，其在旋转运动的转子(6)的内侧形成有内螺纹部(12a)；以及轴(13)，其形成有与内螺纹部(12a)组合的外螺纹部(12b)，将直流马达(4)的旋转运动转换为直线运动并进行输出。轴承部(14)将转子(6)支承为能够相对于壳体(15)旋转，轴承部(14)设置于壳体(15)，并将弹簧部件(21)夹设于轴承部(14)与壳体(15)之间，借助该弹簧部件(21)吸收冲击负载。

Description

驱动器以及阀驱动装置

技术领域

本实用新型涉及对阀等驱动对象物进行驱动的驱动器以及阀驱动装置。

背景技术

驱动器的驱动对象物多种多样，例如在驱动对象物为与其他部件接触、分离的阀之类的部件的情况下，在对该阀实施闭阀时，阀受到的冲击力传递至驱动器，从而存在驱动器的耐久性降低或破损的可能性。因此，为了避免因冲击负载引起的驱动器的破损，从而提出了一种在闭阀时减慢阀的速度来进行软着陆(Softlanding)的控制方法(例如，参照专利文献1)。

专利文件1：日本特开平11-148327号公报

然而，在对阀等驱动对象物进行软着陆来减弱冲击的情况下，存在驱动器的控制变得复杂的课题。另外，由于减慢了阀的速度，所以响应性变差，从而还存在无法迅速闭阀的课题。

发明内容

本实用新型是为了解决如上所述的课题而产生的，其目的在于防止因冲击负载而引起的驱动器的破损，但不会导致控制的复杂化以及响应性的变差。

本实用新型的驱动器具备：马达，其在进行旋转运动的转子的内侧形成有内螺纹部；以及轴，其形成有与内螺纹部组合的外螺纹部，该轴将马达的旋转运动转换为直线运动并输出，马达的轴承部设置于壳体，将弹簧部件夹设在轴承部与壳体之间，轴承部将转子支承为能够相对于壳体旋转。

本实用新型的驱动器具备：马达，其在进行旋转运动的转子的内侧形成有内螺纹部；以及轴，其形成有与内螺纹部组合的外螺纹部，该轴将马达的旋转运动转换为直线运动并输出，内螺纹部由树脂材料构成。本实用新型的驱动器具备将驱动器安装于被安装部件的托架，该托架由奥氏体系不锈钢、铁系金属或者铝构成。本实用新型的驱动器具备将上述轴与驱动对象物连结起来的连杆机构，该连杆机构由奥氏体系不锈钢、铁系金属或者铝构成。本实用新型的阀驱动装置具备上述驱动器以及由上述驱动器进行驱动的阀。

根据本实用新型，由于借助设置于轴承部与壳体之间的弹簧部件来吸收冲击负载，所以能够防止驱动器的破损。

根据本实用新型，由于借助构成内螺纹部的树脂材料的弹性来吸收冲击负载，所以能够防止驱动器的破损。

附图说明

图1是表示本实用新型的实施方式1的废气旁通驱动器的结构例的剖视图。

图2是将实施方式1的废气旁通驱动器的轴承部周边放大后的图。

图3是表示用于考察实施方式1的废气旁通驱动器的各部分受到的冲击力的模型的图。

附图标记说明：

1…WG驱动器；2…WG阀(驱动对象物)；3…连杆机构；3a、3b…板；3c…支点；4…直流马达；5…磁铁；6…转子；7…线圈；8…定子；9…整流子；10…外部端子；11a、11b…电刷；12…螺纹机构；12a…内螺纹部；12b…外螺纹部；13…轴；13a…旋转限制部；13b、13c…抵接部；14…轴承部；14a…内圈；14b…外圈；15…壳体；15a…引导部；15b、15c…限位器；16…位置传感器；17…托架；18…管；19…树脂材料；20…板；21…弹簧部件；30…质点；31、32、33…刚体；34…限位器；100…排气通路；101…旁通通路。

具体实施方式

实施方式1.

以将本实用新型的驱动器用作对搭载于车辆的涡轮增压器的废气旁通(以下，称为WG)阀进行驱动的WG驱动器的情况为例进行说明。

图1是表示实施方式1的WG驱动器1的结构例的剖视图。涡轮增压器构成为：借助来自发动机的废气使涡轮旋转，对与该涡轮同轴连接的压缩机进行驱动，从而将吸气压缩并供给至发动机。在排气通路100的涡轮上游侧设置有供废气从排气通路100向旁通通路101逃脱的WG阀2，WG驱动器1开闭WG阀2对从排气通路100向旁通通路101流入的废气流入量进行调整，由此控制涡轮的转速。另外，在图1中，用实线表示WG阀2的全闭状态，用双点划线表示全开状态。

WG驱动器1具备：成为驱动源的直流马达4、开闭WG阀2的轴13、以及将直流马达4的旋转运动转换为轴13的直线运动的螺纹机构12。直流马达4包括转子6和定子8，其中，转子6具有被磁化为多个N极与S极的磁铁5，定子8卷绕有线圈7。在线圈7的端部连接有电刷11b。转子6的一端侧被轴承部14支承为可旋转，在另一端侧固定有整流子9。对于轴承部14使用滚珠轴承等。

若对外部端子10施加电压，则电流经由与该外部端子10连接的电刷11a向构成整流子9的多个整流子片中的与电刷11a接触的整流子片流动，进而电流经由与该整流子片电连接的电刷11b向线圈7流动。通过向线圈7通电而将定子8磁化为N极与S极，通过该定子8与磁铁5的N极和S极相互排斥以及吸引而使转子6旋转。伴随转子6的旋转而通电的线圈7进行切换，由此也切换定子8的磁极，从而转子6持续旋转。若使电流的流向相反，则转子6的旋转方向也相反。

应予说明，在图1中作为直流马达4而使用了有刷DC马达，但也可以使用无刷DC马达。

在转子6的内部开设有用于配置轴13的孔，在孔的内周面形成有内螺纹部12a，在轴13的外周面形成有外螺纹部12b。将该外螺纹部12b螺入内螺纹部12a并与之结合，从而将转子6的旋转运动转换为轴13的直线运动。上述内螺纹部12a与外螺纹部12b构成了螺纹机构12。轴13的一端侧贯通壳体15，并经由连杆机构3与WG阀2连结。在轴13的另一端侧设置有对该轴13的轴向位置进行检测的位置传感器16。对于位置传感器16使用霍尔元件或者磁阻元件等。该WG驱动器1使用托架17固定于被安装部件。在图1中，WG驱动器1的壳体15与托架17利用螺栓进行紧固，该托架17利用螺栓而紧固于作为被安装部件的涡轮增压器。

连杆机构3具有两块板3a、3b。在板3a的一端侧安装有轴13，在另一端侧的支点3c安装有板3b的一端侧并使其能够转动。在该板3b的另一端侧安装有WG阀2。若通过转子6向一个方向的旋转而使轴13沿向壳体15外被推出的方向移动，则板3a也朝相同方向移动，板3b与WG阀2以支点3c为中心转动，从而WG阀2向开阀方向移动。若通过转子6向相反方向的旋转而使轴13沿向壳体15内被导入的方向移动，则板3a也朝相同方向移动，板3b与WG阀2以支点3c为中心转动，从而WG阀2向闭阀方向移动。

在轴13形成有双平面等，该双平面作为旋转限制部13a发挥功能。另外，在供轴13贯通的壳体15的孔的内周面，以与该旋转限制部13a的形状对应的方式而形成有双平面等的引导部15a。通过旋转限制部13a与引导部15a滑动，来限制轴13的与转子6的旋转相对应的旋转运动，从而辅助轴13使其直线移动。在引导部15a的端部形成有向轴13侧突出的限位器15b，通过具有从轴13突出的形状的抵接部13b与该限位器15b抵接，来限制轴13过度向开阀方向直线移动。同样，在螺纹机构12的端部设置有作为限位器15c而发挥功能的板，通过作为抵接部13c而发挥功能的轴13的端面与限位器15c抵接，来限制轴13过度向闭阀方向移动。

图2是将WG驱动器1中的轴承部14及其周边放大后的图。在本例中，将磁铁5以及管18等作为嵌入部件并向其周围注入树脂材料19，从而嵌入成型使上述部件一体化的转子6。此时，将树脂材料19成型而形成有内螺纹部12a。管18的下端部从树脂材料19突出，将轴承部14的内圈14a压入固定于该突出部分，并焊接板20来对内圈14a与转子6进行固定。在将固定有轴承部14的转子6收容于壳体15时，将弹簧部件21夹设于轴承部14与壳体15之间，并将轴承部14的外圈14b嵌入壳体15。作为弹簧部件21，使用盘簧或者板簧等。

在将WG阀2闭阀时等情况下，该WG阀2受到的冲击通过连杆机构3从WG驱动器1的轴13向转子6等传递。因此，由于冲击负载而存在WG驱动器1的耐久性降低或破损的可能性。因此，在实施方式1中，利用具有弹性的部件来构成连杆机构3的板3a、3b或者托架17中的至少一方，以此来吸收冲击。作为具有弹性的部件，使用奥氏体系不锈钢、该不锈钢以外的以铁为主要成分的铁系金属、或者铝。

另外，利用树脂材料19构成转子6的一部分，通过该树脂材料19的弹性来吸收从轴13向转子6传递的冲击。如图2所示，在实施方式1中，由于利用树脂材料19构成与轴13接触的内螺纹部12a，所以能够高效地吸收从轴13向转子6传递的冲击。并且，利用具有弹性的奥氏体系不锈钢、铁系金属、或者铝构成管18与板20，也能够提高转子6的冲击吸收性能。

并且，在WG阀2全闭时，即便抵接部13c与限位器15c抵接而使轴13向上方向的直线移动停止，但在刚停止后由于惯性转子6旋转，因此转子6的内螺纹部12a沿轴13的外螺纹部12b向下方向移动，从而对支承该转子6的轴承部14施加有向下的负载。由于轴承部14的外圈14b与壳体15具有配合公差，所以受到向下的负载的外圈14b存在向壳体15碰撞的可能性。因此，在实施方式1中，借助设置于轴承部14的外圈14b与壳体15之间的弹簧部件21，来对轴13刚停止后从转子6向轴承部14施加的冲击负载进行吸收。

应予说明，无需使连杆机构3、转子6、托架17、管18以及板20全部具有如上所述的弹性，只要使施加于WG驱动器1的冲击负载为耐冲击力以下，则使至少一部分部件具有弹性即可。

此处，为了考察WG驱动器1的各部分受到的冲击力，而如图3所示进行模型化。该模型将质量M的质点30与三个刚体31、32、33以直线状连结，并使该连结体与作为完全刚体的限位器34碰撞。各刚体假定为构成WG驱动器1的托架17、轴13、连杆机构3等，并分别具有与上述部件相当的刚性。被连结的刚体的个数不必限定于三个。

质点30的质量M主要为转子6的等效惯量，若将转子6的惯量设为I，将转子6的角速度设为ω，将与限位器34碰撞之前的轴13的直线移动速度设为v，则下式(1)成立。L为螺纹机构12的螺纹导程、即轴13在旋转一圈时沿旋转轴向前进的距离。

$\begin{array}{c}\frac{1}{2}{\mathrm{I\ω}}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{Mv}}^2\\ \mathrm{\ω}=2\mathrm{\π}v/L\end{array}---\left(1\right)$

将刚体31、32、33的连结方向刚性设为K₁、K₂、K₃，将其应变量设为ε₁、ε₂、ε₃。与质点30连结的三个刚体31、32、33以速度v向下方向移动，下部端面与作为完全刚体的限位器34碰撞。该下部端面相当于WG阀2，限位器34相当于WG。

若将各刚体31、32、33的质量设为0，则在碰撞前连结体所具有的动能如上式(1)所示。此处，使用瑞利法求各刚体31、32、33的应力。若(动能)＝(应变能)，则导出下式(2)。

$\frac{1}{2}{\mathrm{I\ω}}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{Mv}}^2=\frac{1}{2}{K}_1{\mathrm{\ϵ}}_1^2+\frac{1}{2}{K}_2{\mathrm{\ϵ}}_2^2+\frac{1}{2}{K}_3{\mathrm{\ϵ}}_3^2---\left(2\right)$

在碰撞时，对各刚体31、32、33施加有相同的压缩力F，因此根据胡克定律，式(2)变为下式(3)。若利用式(3)求压缩力F，则变为下式(4)。

$\frac{1}{2}{\mathrm{I\ω}}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{Mv}}^2=\frac{1}{2K_1}{F}^2+\frac{1}{2K_2}{F}^2+\frac{1}{2K_3}{F}^2=\frac{F^2}{2}(\frac{1}{K_1}+\frac{1}{K_2}+\frac{1}{K_3})---\left(3\right)$

$F=v\sqrt{M/(\frac{1}{K_1}+\frac{1}{K_2}+\frac{1}{K_3})}---\left(4\right)$

若将各刚体31、32、33的截面积设为A_i，则施加于各刚体的应力σ_i＝F/A_i，因此能够利用上式(4)求得施加于各刚体的应力σ_i。只要以使该应力σ_i满足刚体的允许应力值的方式进行设计，便能够避免因碰撞而引起的各部分的破损。另外，根据上式(4)，为了降低因冲击产生的压缩力F，则增大(1/K₁+1/K₂+1/K₃)即可。换句话说，只要降低被连结的刚体31、32、33的任一个的刚性，便能够减小碰撞时的压缩力F。

如图1所示，托架17以及连杆机构3能够构成为沿弯曲方向施加有冲击负载，这样一来，刚性的调整较容易。因此，除了如上述那样利用弹性部件构成托架17以及连杆机构3之外，通过对形状进行研究也能够实现冲击吸收性能的提高。应予说明，弯曲应力的计算能够根据材料力学领域的梁理论而容易地计算，因此省略此处的说明。

以上，根据实施方式1，WG驱动器1具备：直流马达4，其在进行旋转运动的转子6的内侧形成有内螺纹部12a；以及轴13，其形成有与内螺纹部12a组合的外螺纹部12b，并将直流马达4的旋转运动转换为直线运动并进行输出，直流马达4中的轴承部14设置于壳体15，将转子6支承为能够相对于壳体15旋转，并将弹簧部件21夹设于轴承部14与壳体15之间，因此能够借助该弹簧部件21吸收冲击负载。因此，能够防止因冲击负载而引起的WG驱动器1的破损。

另外，根据实施方式1，WG驱动器1利用树脂材料19构成转子6的内螺纹部12a，因此能够借助该树脂材料19的弹性来吸收冲击负载。因此，能够防止因冲击负载而引起的WG驱动器1的破损。

应予说明，对于在转子6与壳体15之间设置弹簧部件21以及利用树脂材料19构成转子6的内螺纹部12a的情况，可以仅实施任一方也可以实施双方。在实施方式1的WG驱动器1中，可以不实施以往那样的软着陆控制，因此能够防止因冲击负载而引起的破损，但不会导致控制的复杂化以及响应性的变差。

并且，根据实施方式1，利用奥氏体系不锈钢、铁系金属或者铝构成托架17或者连杆机构3的至少一方，因此能够借助该托架17或者连杆机构3的弹性来吸收冲击负载。因此，能够防止因冲击负载而引起的WG驱动器1的破损。

应予说明，本实用新型在该实用新型的范围内能够进行实施方式的任意的构成要素的变形、或者实施方式的任意的构成要素的省略。

在上述说明中，作为本实用新型的驱动器所驱动的驱动对象物的一个例子而举出有WG阀，但并不限定于此，也可以为安装于发动机的废气再循环(EGR)阀、或者安装于可变容量(VG；VariableGeometry)涡轮增压器的可动叶片等。

另外，虽示出了使用连杆机构将本实用新型的驱动器的轴与驱动对象物连结起来的结构，但也可以形成为不使用连杆机构而直接将轴与驱动对象物连结起来的结构。

另外，也可以构成为具备本实用新型的驱动器和作为驱动对象物的阀的阀驱动装置。

Claims (5)

1.一种驱动器，其特征在于，具备：

马达，其在旋转运动的转子的内侧形成有内螺纹部；以及

轴，其形成有与所述内螺纹部组合的外螺纹部，该轴将所述马达的旋转运动转换为直线运动并进行输出，

所述马达的轴承部设置于壳体，并将弹簧部件夹设于该轴承部与所述壳体之间，所述轴承部将所述转子支承为能够相对于所述壳体旋转。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，

所述内螺纹部由树脂材料构成。

3.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，

具备将驱动器安装于被安装部件的托架，该托架由奥氏体系不锈钢、铁系金属或者铝构成。

4.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，

具备将所述轴与驱动对象物连结起来的连杆机构，该连杆机构由奥氏体系不锈钢、铁系金属或者铝构成。

5.一种阀驱动装置，其特征在于，具备：

权利要求1所述的驱动器；以及

由所述驱动器进行驱动的阀。