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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator für eine Ventilhubsteuervorrichtung, die
einen Ventilhub von zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil
einer Brennkraftmaschine (nachfolgend zur Vereinfachung als Kraftmaschine
bezeichnet) steuert.
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Bei
herkömmlichen
Ventilhubsteuervorrichtungen werden verschiedene Bauarten von Aktuatoren
verwendet, um eine Welle eines Änderungsmechanismus
linear anzutreiben, der einen Hubbetrag eines Ventils auf der Grundlage
einer Position der Welle in deren axialer Richtung steuert. Zum
Beispiel ist ein Aktuator in US-2004-0083997A1 (JP-2004-150332A)
beschrieben, der mittels eines Untersetzungsmechanismus und eines
Nockenmechanismus eine Drehantriebskraft einer Motoreinheit zu einer
linearen Antriebskraft umwandelt und die lineare Antriebskraft auf
die Welle des Änderungsmechanismus
aufbringt.
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Jedoch
muss der herkömmliche
Aktuator den Untersetzungsmechanismus in Kombination mit dem Nockenmechanismus
verwenden, damit die lineare Antriebskraft stark wird. Es ist daher
schwierig, den Aktuator so zu konstruieren, dass er klein ist. Somit
sind die Positionen begrenzt, an denen der Aktuator angebracht werden
kann.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Aufbau eines Förderschraubenmechanismus
untersucht, der eine Drehbewegung einer Drehspindel zu einer linearen
Bewegung einer Gewindewelle umwandelt. Der Förderschraubenmechanismus kann
eine starke lineare Antriebskraft mittels eines einfachen Aufbaus
erzeugen, bei dem die Drehspindel und die Gewindewelle direkt oder
indirekt koaxial verbunden sind. Ein Aktuator mit dem Förderschraubenmechanismus
kann daher so konstruiert werden, dass er kleiner als der Aktuator
mit dem Untersetzungsmechanismus und dem Nockenmechanismus ist.
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Gemäß weiteren
Untersuchungen der Erfindung über
den Förderschraubenmechanismus
tritt dann ein Problem auf, wenn sich der Förderschraubenmechanismus zwischen
dem Änderungsmechanismus
und einer elektrischen Leistungsverteilvorrichtung zum Verteilen
von elektrischer Leistung zu der Motoreinheit befindet. Falls die
Motoreinheit plötzlich
eine axiale Kraft erhöht,
die auf die Gewindewelle in einer Richtung zu dem Änderungsmechanismus
aufgebracht wird, dann schlägt
die Drehspindel in die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung,
indem sie eine starke axiale Widerstandskraft zu einer Richtung
entgegen dem Änderungsmechanismus
aufnimmt (das heißt
zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung). Da ein derartiger
Stoß eine
Zerstörung
oder Fehlfunktion einer elektrischen Schaltung in der elektrischen
Leistungsverteilungsvorrichtung verursacht, ist es besser, den Stoß zu vermeiden,
um die Haltbarkeit des Aktuators zu verbessern.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator
für eine
Ventilhubsteuervorrichtung vorzusehen, der so konstruiert sein kann, dass
er klein und haltbar ist.
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Ein
Aktuator für
eine Ventilhubsteuervorrichtung, die einen Betrag eines Hubs eines
Ventils steuert, treibt eine Steuerwelle eines Änderungsmechanismus linear
an, der den Betrag des Hubs gemäß einer
Position der Steuerwelle in einer axialen Richtung der Steuerwelle ändert, und
sie hat einen Förderschraubenmechanismus,
eine Motoreinheit, eine Peripherieeinheit, eine elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung
und einen Hindernisabschnitt.
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Der
Förderschraubenmechanismus
hat eine Gewindewelle, die sich zusammen mit der Steuerwelle linear
bewegt, und eine Drehspindel, die koaxial zu der Gewindewelle angeordnet
ist, und der Förderschraubenmechanismus
wandelt eine Drehbewegung der Drehspindel in eine lineare Bewegung
der Gewindewelle um.
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Die
Motoreinheit bewirkt durch Aufnahme von elektrischer Leistung die
Drehung der Drehspindel. Die Peripherieeinheit hat einen inneren
Ring, der an der Drehspindel angebracht ist. Die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung
befindet sich an einer entgegengesetzten Seite des Schraubenmechanismus
bezüglich
des Änderungsmechanismus,
und sie versorgt die Motoreinheit mit der elektrischen Leistung.
Der Hindernisabschnitt begrenzt eine Bewegung der Peripherieeinheit
in der axialen Richtung von einer Seite der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung
zu der Peripherieeinheit.
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Auch
wenn eine starke axiale Widerstandskraft auf die Drehspindel in
einer Richtung zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung
aufgebracht wird, wird die Peripherieeinheit durch den Hindernisabschnitt
gestoppt, und eine Bewegung der Drehspindel, die an der Peripherieeinheit
angebracht ist, wird somit begrenzt. Ein Stoß zwischen der Drehspindel
und der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung wird somit
unterdrückt.
Es ist daher möglich,
die Haltbarkeit des Aktuators zu verbessern, indem die Zerstörung und
die Fehlfunktion der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung
verhindert werden. Zusätzlich
wird der Förderschraubenmechanismus,
der einen relativ einfachen Aufbau der Drehspindel und der Gewindewelle
aufweist, als ein Mechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung der Motoreinheit
zu der linearen Bewegung der Steuerwelle verwendet. Außerdem befinden
sich die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung und die Steuerwelle
an den gegenüberliegenden
Stellen bezüglich
des Förderschraubenmechanismus
in der axialen Richtung. Es ist daher möglich, den Aktuator so zu konstruieren,
dass er klein ist. Darüber
hinaus ist es möglich,
die Herstellungskosten des Aktuators zu reduzieren, da die elektrische
Leistungsverteilungsvorrichtung in dem Aktuator eingebaut ist und
dadurch Kabelbäume
oder dergleichen zwischen der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung
und dem Aktuator weggelassen werden können.
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Die
Wirkung der vorliegenden Erfindung wird verstärkt, falls die Peripherieeinheit
ein Lager ist (zum Beispiel ein Kugellager oder ein Winkelkontakt-Wälzlager),
das in wirksamer Weise eine axiale Kraft in der axialen Richtung
zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung überträgt.
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Die
Erfindung wird zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen aus
der folgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich. Zu den Zeichnungen:
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts eines Aktuators für eine Ventilhubsteuervorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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2A zeigt
eine ausschnittartige Querschnittsansicht der Ventilhubsteuervorrichtung;
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2B zeigt
eine Querschnittsansicht der Ventilhubsteuervorrichtung;
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht des Aktuators für die Ventilhubsteuervorrichtung;
und
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts eines Aktuators für eine Ventilhubsteuervorrichtung
gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
dies in den 2A und 2B gezeigt ist,
hat eine Ventilhubsteuervorrichtung 2 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
einen Änderungsmechanismus 8 und
einen Aktuator 10, und sie steuert einen Betrag eines Hubs
eines Einlassventils 6 einer Kraftmaschine 4.
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Der Änderungsmechanismus 8,
der zum Beispiel in JP-2001-263015A offenbart ist, ist an der Kraftmaschine 4 angebracht
und hat eine Steuerwelle 12, ein Schiebezahnrad 14,
eine Eingabeeinheit 15 und Schwenknocken 16. Das
Schiebezahnrad 14 ist entlang der Steuerwelle 12 in
der axialen Richtung der Steuerwelle 12 linear bewegbar,
und es ist mit einem Schraubenkeil an Innenflächen der Eingabeeinheit 15 und
der Schwenknocken 16 im Eingriff. Eine Differenz zwischen
Drehphasen der Eingabeeinheit 15 und der Schwenknocken 16 um
die axiale Richtung ändert
sich gemäß einer
Position der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung.
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Die
Eingabeeinheit 15 ist mit einem Einlassnocken 18 einer
Nockenwelle 17 in Kontakt, und einer der Schwenknocken 16 kann
mit einem Schwenkarm 19 des Einlassventils 6 in
Kontakt gelangen. Ein Schwenkwinkelbereich, der ein Bereich eines
Winkels um der axialen Richtung ist, innerhalb dessen sich der Schwenknocken 16 bewegen
kann, ändert sich
in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen den Drehphasen der Eingabeeinheit 15 und
der Schwenknocken 16. Daher steuert der Änderungsmechanismus 8 einen
Ventilhubbetrag, der ein Betrag einer nach oben gerichteten Bewegung
des Einlassventils 6 ist, und zwar in Abhängigkeit
von der Position der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung,
und dadurch steuert er Charakteristika des Einlassventils 6 wie zum
Beispiel einen Ventilwirkwinkel oder den maximalen Ventilhubbetrag.
Bei dem Ausführungsbeispiel dient
eine Ventilwiderstandskraft, die eine Kraft ist, die durch das Einlassventil 6 auf
die Steuerwelle 12 aufgebracht wird, als eine axiale Kraft,
die in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung von der Steuerwelle 12 zu
dem Aktuator 10 aufgebracht wird.
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Der
Aktuator 10 bewegt die Steuerwelle 12 in der axialen
Richtung. Wie dies in der 3 gezeigt ist,
hat der Aktuator 10 ein Gehäuse 20, einen Förderschraubenmechanismus 21,
ein Axiallager 22, ein Radiallager 23, eine Öldichtung 24,
eine Versetzungsbegrenzungseinheit 25, eine Motoreinheit 26, eine Magneteinheit 27,
eine Erfassungseinheit 28 und eine elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29.
Der Aktuator 10 ist so in dem Fahrzeug angebracht, dass
die Richtung von rechts nach links gemäß der 3 einer
horizontalen Richtung entspricht.
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Das
Gehäuse 20 hat
eine zylindrische Form mit einem Bodenabschnitt 31, der
in ein Montageloch 30 der Kraftmaschine 4 gepasst
ist, und es ist an der Kraftmaschine 4 durch Schrauben
befestigt. Das Gehäuse 20 hat
einen ersten Raum 32 und einen zweiten Raum 33 angrenzend
an dem ersten Raum 32. Die Grenze zwischen dem ersten und
dem zweiten Raum 32 und 33 ist in der 3 durch
eine abwechselnd lang und doppelt kurz gestrichelte Linie B dargestellt.
Der erste Raum 32, der näher an dem Bodenabschnitt 31 als
der zweite Raum 33 ist, wird mit einem Schmieröl durch
eine Ölpumpe 35 der
Kraftmaschine 4 durch ein Ölzuführungsloch 34 versorgt, das
das Gehäuse 20 durchdringt.
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Der
Förderschraubenmechanismus 21 dient als
ein Trapez-Schraubenmechanismus,
der durch eine Drehspindel 38 und eine Gewindewelle 39 ausgebildet
ist, die koaxial angeordnet sind. Die Drehspindel 38 hat
eine zylindrische Form mit einem Bodenabschnitt, der die Grenze
B zwischen dem ersten und dem zweiten Raum 32 und 33 zieht,
und der sich dadurch an einer Position zwischen der Steuerwelle 12 und
der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 befindet.
Wie dies in einer vergrößerten Ansicht
der 1 gezeigt ist, hat die Drehspindel 38 eine
Schraubenmutter 41, die an ihrem Innenumfang ein Innengewinde 40 aufweist,
dessen Querschnitt eine Trapez-Form aufweist. Die Drehspindel 38 hat außerdem einen
Deckel 42 und einen Sprengring 43, die an der
Schraubenmutter 41 angebracht sind.
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Die
Schraubenmutter 41 wird durch das Axiallager 22 und
das Radiallager 23 gestützt,
die koaxial mit der Schraubenmutter 41 angeordnet sind,
und dadurch kann sie sich um der axialen Richtung rückwärts und
vorwärts
drehen. Ein Endabschnitt 41a der Schraubenmutter 41 ist
zu dem ersten Raum 32 geöffnet. Anders gesagt verbindet
der Endabschnitt 41a den ersten Raum 32 mit einem
Innenraum 46 der Schraubenmutter 41. Der andere
Endabschnitt 41b ist in dem zweiten Raum 33 durch
den Deckel 42 abgedeckt. Anders gesagt trennt der Deckel 42 der Drehspindel 38 den
zweiten Raum 33 von dem Innenraum 46. Der Deckel 42 hat
eine Buchseneinheit 44 mit einer zylindrischen Form, die
koaxial zu der Schraubenmutter 41 ist. Die Buchseneinheit 44 hat ein
offenes Ende, das der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 in
der axialen Richtung zugewandt ist. Der Sprengring 43 hat
die Form eines Buchstabens C, und er ist mit einer radialen Nut 45 an
einem Außenumfang
der Schraubenmutter 41 im Eingriff. Der Sprengring 43 kann
sich bezüglich
der Schraubenmutter 41 in der axialen Richtung nicht bewegen.
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Die
Gewindewelle 39 ist so angeordnet, dass sie den Bodenabschnitt 31 durchdringt,
und zwar in einem Innenraum 46 der Schraubenmutter 41,
dem ersten Raum 32 und einem Ölkanal 47 der Kraftmaschine 4,
und dadurch befindet sie sich an einer Position zwischen der Steuerwelle 12 und
der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29. Ein
Außengewinde 48,
dessen Querschnitt eine Trapez-Form aufweist, ist an einem Endabschnitt
eines Außenumfangs
der Gewindewelle 39, wobei der Endabschnitt nahe der Schraubenmutter 41 ist.
Das Außengewinde 48 und
das Innengewinde 40 der Schraubenmutter 41 sind
mit einander verschraubt. Die Gewindewelle 39 bewegt sich
daher in der axialen Richtung, was durch eine Drehbewegung der Drehspindel 38 bewirkt
wird. Somit wandelt der Förderschraubenmechanismus 21 die
Drehbewegung der Drehspindel 38 in eine lineare Bewegung
der Gewindewelle 39 um.
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Wie
dies in der 3 gezeigt ist, ist ein Ende der
Gewindewelle 39 nahe dem Ölkanal 47 durch ein Fügeelement 49 koaxial
mit einem Ende der Steuerwelle 12 gegenüber dem Schiebezahnrad 14 verbunden.
Die Gewindewelle 39 ist daher zusammen mit der Steuerwelle 12 linear
bewegbar, und sie nimmt die Ventilwiderstandskraft in einer Richtung
zu der Steuerwelle 12 auf.
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Wie
dies in der 1 gezeigt ist, ist ein erstes
Keilwellenprofil 50 an einem mittleren Abschnitt des Außenumfangs
der Gewindewelle 39 ausgebildet. Eine Drehbegrenzungsbuchse 51 ist
mit einem Abschnitt des Innenumfangs des Bodenabschnitts 31 im
Eingriff und in Umfangsrichtung zu diesem fixiert. Ein zweites Keilwellenprofil 52 ist
an dem Innenumfang der Drehbegrenzungsbuchse 51 ausgebildet, und
er ist mit dem ersten Keilwellenprofil 50 radial im Eingriff.
Der erste und das zweite Keilwellenprofil 50 und 52 begrenzen
eine Drehung der Gewindewelle 39 und eine Fehlausrichtung
der Gewindewelle 39 von der axialen Richtung, während ein
Reibungswiderstand unterdrückt
wird, der auf die Gewindewelle 39 aufgebracht wird. Somit
wird der Umwandlungswirkungsgrad der Bewegungen bei dem Förderschraubenmechanismus 21 verbessert.
Zusätzlich wird
das Schmieröl
aus dem ersten Raum 32 zu dem Ölkanal 47 durch einen
Spalt zwischen der Gewindewelle 39 und der Drehbegrenzungsbuchse 51 ausgelassen.
Das zu dem Ölkanal 47 ausgelassene Schmieröl wird zu
der Ölpumpe 35 geschickt,
wie dies in der 3 gezeigt ist.
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Das
Axiallager 22, das die Drehspindel 38 gegen die
Axialkraft stützt,
befindet sich in dem ersten Raum 32, und es ist ein Axialkontakt-Kugellager einschließlich einer
inneren Laufbahn 53, einer äußeren Laufbahn 54 und
kugelförmigen
Wälzkörpern 55 zwischen
den Ringen 53 und 54. Die äußere Laufbahn 54 ist
mit dem Innenumfang des Gehäuses 20 im
Eingriff. Die innere Laufbahn 53 ist an dem Endabschnitt 41a der
Schraubenmutter 41 angebracht, wobei der Endabschnitt 41a der
Steuerwelle 12 in der axialen Richtung zugewandt ist. Die äußere Laufbahn 54 ist
an einem Teil des Bodenabschnitts 31 angebracht, wobei
der Teil der Schraubenmutter 41 in der axialen Richtung
zugewandt ist.
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Das
Radiallager 23, das die Drehspindel 38 gegen eine
auf die Drehspindel 38 aufgebrachte radiale Kraft stützt, befindet
sich in dem ersten Raum 33, und es ist ein Radialkontakt-Kugellager
einschließlich
einer inneren Laufbahn 56, einer äußeren Laufbahn 57 und
kugelförmigen
Wälzkörpern 58 zwischen
den Ringen 56 und 57. Die innere Laufbahn 56 ist
mit dem Außenumfang
der Schraubenmutter 41 im Eingriff. Der Sprengring 43 ist
an einer Seitenfläche
der inneren Laufbahn 56 so angebracht, dass er der Steuerwelle 12 in
der radialen Richtung zugewandt ist. Die äußere Laufbahn 57 ist
mit dem Innenumfang eines Halteabschnitts 59 im Eingriff,
der von dem Innenumfang des Gehäuses 20 vorsteht
und eine zylindrische Form aufweist.
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Die Öldichtung 24 ist
zwischen dem Gehäuse 20 und
dem Endabschnitt 41a der Schraubenmutter 41 vorgesehen.
Die Öldichtung 24 befindet
sich an der Grenze B zwischen dem ersten Raum 32 und dem
zweiten Raum 33 und an einer entgegengesetzten Seite des
Sprengrings 43 bezüglich
des Radiallagers 23. Somit dichtet die Öldichtung 24 einen
Spalt zwischen dem Gehäuse 20 und
der Schraubenmutter 41 ab, um den ersten Raum 32 von
dem zweiten Raum 33 flüssig
dicht zu trennen.
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Die
Versetzungsbegrenzungseinheit 25 hat einen Stopper 60 und
eine Wellenscheibe 61, und sie befindet sich in dem zweiten
Raum 33. Der Stopper 60 hat einen Eingriffsabschnitt 62,
einen Befestigungsabschnitt 63 und einen Hindernisabschnitt 64.
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Der
Eingriffsabschnitt 62 hat eine zylindrische Form, und er
ist mit dem Außenumfang
des Halteabschnitts 59 in Eingriff. Der Befestigungsabschnitt 63 hat
eine Form einer ringartigen Scheibe, die von einem Ende des Eingriffsabschnitts 62 radial
nach außen
vorsteht, und der in den Innenumfang des Gehäuses 20 geschraubt
ist. Der Hindernisabschnitt 64 ist in der axialen Richtung
von der äußeren Laufbahn 57 und
zwischen der äußeren Laufbahn 57 und
der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 angeordnet.
Der Hindernisabschnitt 64 hat eine Form einer ringartigen
Scheibe, die von dem anderen Ende des Eingriffsabschnitts 62 radial
nach innen vorsteht.
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Die
Wellenscheibe 61 befindet sich zwischen dem Hindernisabschnitt 64 und
der äußeren Laufbahn 57,
und sie hat eine Form einer ringartigen Scheibe. Die Wellenscheibe 61,
die koaxial zu dem Hindernisabschnitt 64 und der äußeren Laufbahn 57 ist,
wird in der radialen Richtung durch den Hindernisabschnitt 64 und
die äußere Laufbahn 57 komprimiert.
Die Komprimierung bewirkt eine Erzeugung einer Wiederherstellungskraft
durch die Wellenscheibe 61, die auf die äußere Laufbahn 57 aufgebracht
wird und dadurch als eine Axialkraft dient, die auf das Radiallager 23 in
einer Richtung zu der Steuerwelle 12 aufgebracht wird.
Die Wiederherstellungskraft wird außerdem auf den Hindernisabschnitt 64 aufgebracht
und dient dadurch als eine Axialkraft zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29.
Ein Spiel zwischen dem Hindernisabschnitt 64 und der äußeren Laufbahn 57 wird
daher unterdrückt.
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Die
Motoreinheit 26 ist ein bürstenloser Motor, der durch
einen Drehrotor 65 und einen Stator 66 ausgebildet
ist, und sie befindet sich in dem zweiten Raum 33. Der
Drehrotor 65 hat einen Rotorkern 67, Dauermagnete 68 und
Magnetabdeckungen 69. Der Rotorkern 67 ist durch
laminierte Eisenstücke
ausgebildet, die jeweils eine Form einer ringartigen Scheibe aufweisen,
und er ist mit dem Außenumfang
des Endabschnitts 41b der Schraubenmutter 41 koaxial
zu der Schraubenmutter 41 im Eingriff. Der Rotorkern 67 kann
sich zusammen mit der Drehspindel 38 rückwärts und vorwärts drehen,
und er dient dadurch als eine Motorwelle für die Motoreinheit 26.
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Die
Dauermagnete 68 und die Magnetabdeckungen 69 sind
an den Rotorkern 67 angebracht. Die Dauermagnete 68 sind
nahe einer äußeren Verkleidung
des Rotorkerns 67 in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 67 in
konstanten Intervallen eingebettet. Die Magnetabdeckungen 69 sind
nicht magnetische Substanzen mit einer Form einer ringartigen Scheibe,
und sie sind an beiden Enden des Rotorkerns 67 in der axialen
Richtung vorgesehen. Die beiden Magnetabdeckungen 69 begrenzen
somit die Positionen der vielen Dauermagnete 68 zwischen
ihnen.
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Der
Stator 66 befindet sich an einer Außenumfangsseite des Drehrotors 65,
und er hat einen Statorkern 70, Spulen 71 und
Haspeln 72. Der Statorkern 70 hat Vorsprungsabschnitte 70a,
die radial nach innen vorstehen. Der Statorkern 70 ist
durch laminierte Eisenstücke
so ausgebildet, dass er die Form von Blöcken aufweist, und er ist an
dem Innenumfang des Gehäuses 20 ausgebildet.
Die Spulen 71 sind um entsprechende Vorsprungsabschnitte 70a gewickelt,
wobei verschiedene Haspeln 72 zwischen geordnet sind.
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Die
Magneteinheit 27 befindet sich in dem zweiten Raum 33,
und sie hat einen Magnethalter 74 und einen Dauermagnet 75,
der mehrere magnetische Pole aufweist, die in Umfangsrichtung angeordnet
sind, wobei sie einer Endfläche
der Erfassungseinheit 28 zugewandt sind. Der Magnethalter 74 besteht
aus einem magnetischen Material, und er ist zusammen mit der Magnetabdeckung 69 durch
Nieten an der Seite des Rotorkerns 67 nahe der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 befestigt.
Der Dauermagnet 75 ist mit einer vorbestimmten Position des
Magnethalters 74 im Eingriff und magnetisch an dieser angebracht.
Die Magneteinheit 27, die den Magnethalter 74 und
den Dauermagnet 75 aufweist, kann sich daher zusammen mit
dem Drehrotor 65 und der Drehspindel 38 rückwärts und
vorwärts
drehen.
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Die
Erfassungseinheit 28 ist durch mehrere Hall-Sonden 76 aufgebaut,
die von der Magneteinheit 27 in der axialen Richtung zwischen
der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 und
der Magneteinheit 27 entfernt angeordnet sind, und sie liegt
in dem zweiten Raum 33 frei. Jede Hall-Sonde 76 ist
an einem vorbestimmten Ort der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 befestigt
und erfasst durch Aufnahme einer magnetischen Wirkung von dem Dauermagnet 75 der
Magneteinheit 27 einen Drehwinkel der Drehspindel 38.
Die Magneteinheit 27 und die Erfassungseinheit 28 sind
so konstruiert, dass die Hall-Sonden 76 Signale abgeben,
die jeweils eine vorbestimmte Wechselwirkung mit dem Drehwinkel
der Drehspindel 38 aufweisen, die sich dreht, damit sich
die Positionen der magnetischen Pole des Dauermagneten 75 ändern. Zusätzlich sind die
Magneteinheit 27 und die Erfassungseinheit 28 so
angeordnet, dass ein Intervall C1 entlang der axialen Richtung zwischen
dem Dauermagnet 75 und den Hall-Sonden 76 größer als
der maximale Komprimierungsbetrag der Wellenscheibe 61 ist,
wenn die Axialkraft nicht auf die Drehspindel 38 und dem
Dauermagnet 75 aufgebracht wird, und die Hall-Sonden 76 einander
zugewandt sind. Der maximale Komprimierungsbetrag der Wellenscheibe 61 ist
ein Betrag, durch den die Wellenscheibe 61 maximal komprimiert
werden darf.
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Die
elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29, wie sie
in der 3 gezeigt ist, hat ein Schaltungsgehäuse 80 und
eine Antriebsschaltung 81 in dem Schaltungsgehäuse 80.
Das Schaltungsgehäuse 80 ist
durch Schrauben an das Gehäuse 20 befestigt,
und es hat ein Basiselement 82 und ein Abdeckungselement 83,
die jeweils die Form eines Bechers aufweisen. Das Basiselement 82 hat
einen Bodenabschnitt 84, der die Öffnung des Gehäuses 20 abdeckt
und in der entgegengesetzten Richtung zu dem Gehäuse 20 zugewandt ist.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat das Basiselement 82 außerdem einen
Stützabschnitt 85,
der von dem Bodenabschnitt 84 zu dem Gehäuse 20 vorsteht.
Der Stützabschnitt 85 hat
die Form eines Zylinders, und er ist in die Buchseneinheit 44 des
Deckels 42 koaxial zu dem Deckel 42 eingefügt. Zusätzlich sind
das Basiselement 82 und die Drehspindel 38 so
angeordnet, dass Intervalle C2 und C3 entlang der axialen Richtung
zwischen dem Bodenabschnitt 84 und der Buchseneinheit 44 bzw.
zwischen dem Stützabschnitt 85 und dem
Deckel 42 größer sind
als der maximale Komprimierungsbetrag der Wellenscheibe 61 in
einer Situation, in dem die Axialkraft nicht auf die Drehspindel 38 aufgebracht
wird. Eine Gleitbuchse 86 mit einer Form eines Zylinders
ist zwischen dem Stützabschnitt 85 und
der Buchseneinheit 44 eingefügt, die dadurch durch den Stützabschnitt 85 durch
die Gleitbuchse 86 gestützt
wird. Es ist somit möglich,
eine Neigung der Drehspindel 38 um ihren Stützpunkt
angrenzend an dem Radiallager 23 zu verhindern, da eine
Versetzung der Buchenseinheit 44 zu einer radialen Richtung
senkrecht zu der axialen Richtung begrenzt wird.
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Wie
dies in der 3 gezeigt ist, ist ein Kantenabschnitt
des Basiselements 82 an einer Öffnung des Basiselements 82 flüssig dicht
an einem Kantenabschnitt des Abdeckungselements 83 an der Öffnung des
Abdeckungselements 83 angebracht. Die Antriebsschaltung 81 befindet
sich in einem Raum 87, der durch das Basiselement 82 und
das Abdeckungselement 83 umgeben ist. Die Antriebsschaltung 81 ist
eine elektrische Schaltung, die durch Aufstapeln von mehreren Substraten 89 in
der axialen Richtung ausgebildet ist, an denen Schaltelemente 88 angebracht
sind. Die Antriebsschaltung 81 ist mit jeder Spule 71 in
der Motoreinheit 26 elektrisch verbunden, und sie ist außerdem durch
einen Anschluss (nicht gezeigt) mit einer Steuerschaltung 90 an
einer Außenseite
des Schaltungsgehäuses 80 verbunden. Wie
dies in der 1 gezeigt ist, ist ein Substrat 89a der
Substrate 89 mit dem Bodenabschnitt 84 des Basiselements 82 im
Eingriff und daran befestigt. Ein anderes Substrat 91,
an dem die Hall-Sonden 76 der Erfassungseinheit 28 angebracht
sind, ist zwischen dem Substrat 89a und dem Bodenabschnitt 84 eingefügt. Die
Antriebsschaltung 81 ist außerdem mit den Hall-Sonden 76 elektrisch
verbunden. Die Hall-Sonden 76 liegen in dem zweiten Raum 33 durch
Durchgangslöcher 92 frei,
die den Bodenabschnitt 84 des Basiselements 82 durchdringen.
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Die
Steuerschaltung 90 ist eine elektrische Schaltung, die
durch die Antriebsschaltung 81 das Signal aufnimmt, das
von den Hall-Sonden 76 abgegeben
wird, und die dadurch den Drehwinkel der Drehspindel 38 und
eine Position in der axialen Richtung der Steuerwelle 12 erfasst.
Die Steuerschaltung 90 schätzt des weiteren den Ist-Ventilhubbetrag
und gibt einen Befehl zu der Antriebsschaltung 81 zum Abgeben
von elektrischer Leistung ab, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Ist-Ventilhubbetrag
und einem Soll-Ventilhubbetrag auszugleichen. Gemäß dem Befehl
dreht die Antriebsschaltung 81 den Drehrotor 65 und
die Drehspindel 38, indem sie die elektrische Leistung
zu den Spulen 71 steuert, und dadurch werden die Spulen 71 in
einer vorbestimmten Reihenfolge erregt. Die Gewindewelle 39 und
die Steuerwelle 12 werden somit in der axialen Richtung linear
angetrieben, und infolge dessen wird der Soll-Ventilhubbetrag erreicht.
Der Soll-Ventilhubbetrag ist eine physikalische Größe, die
zum Beispiel durch die Steuerschaltung 90 in Abhängigkeit
von Antriebszuständen
eines Fahrzeugs wie zum Beispiel eine Kraftmaschinendrehzahl und
eine Drosselposition bestimmt wird.
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Wenn
bei diesem Ausführungsbeispiel
die Gewindewelle 39 plötzlich
in einem Zustand gestoppt wird, in dem der Aktuator 10 so
betrieben wird, dass sich die Gewindewelle 39 zu der Steuerwelle 12 bewegt,
dann erhöht
sich die auf die Gewindewelle 39 aufgebrachte Axialkraft
in der Richtung der Steuerwelle 12. Infolge dessen wird
eine große
axiale Widerstandskraft auf die Drehspindel 38 in einer
Richtung der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 aufgebracht,
und dadurch bewegt sich die Drehspindel 38 zusammen mit
dem Radiallager 23 in der axialen Richtung zu der elektrischen
Leistungsverteilungsvorrichtung 29. Jedoch wird die äußere Laufbahn 57 des
Radiallagers 23 durch den Hindernisabschnitt 64 über die
Wellenscheibe 61 in einer Situation gestoppt, in dem die
Wellenscheibe 61 maximal komprimiert ist. Die Bewegungen
des Radiallagers 23 und der Drehspindel 38 werden
somit begrenzt.
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Da
die Intervalle C2 und C3 zwischen dem Basiselement 82 und
der Drehspindel 38 größer sind als
der maximale Komprimierungsbetrag der Wellenscheibe 61 in
einer Situation, in dem die Axialkraft nicht auf die Drehspindel 38 aufgebracht
wird, verbleiben die Intervalle C2 und C3 ungleich Null, wenn die
Bewegung der Drehspindel 38 durch den Hindernisabschnitt 64 gestoppt
wird. Es ist daher möglich, einen
Stoß zwischen
der Drehspindel 38 und dem Basiselement 82 zu
vermeiden, dass die Antriebsschaltung 81 hält, und
dadurch die Haltbarkeit des Aktuators 10 zu verbessern,
indem die Zerstörung des
Basiselements 82 und der Antriebsschaltung 81 oder
ein Auftreten einer Fehlfunktion der Antriebsschaltung 81 verhindert
wird.
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In ähnlicher
Weise ist das Intervall C1 zwischen der Magneteinheit 27 und
der Erfassungseinheit 28 größer als der maximale Komprimierungsbetrag
der Wellenscheibe 61, wenn die Axialkraft nicht auf die
Drehspindel 38 aufgebracht wird, und wenn der Dauermagnet 75 und
die Hall-Sonden 76 einander zugewandt sind. Das Intervall
C1 verbleibt daher ungleich Null, wenn die äußere Laufbahn 57 durch Aufnehmen
einer Kraft von einer Seite der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung
gestoppt wird, die durch den Hindernisabschnitt 64 über die Wellenscheibe 61 aufgebracht
wird. Somit wird die Bewegung der Drehspindel 38 begrenzt.
Es ist daher möglich,
einen Stoß zwischen
der Magneteinheit 27 und der Erfassungseinheit 28 zu
vermeiden, und dadurch die Haltbarkeit des Aktuators 10 zu
verbessern, indem eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit
des Drehwinkels durch Zerstörung
oder Fehlausrichtung der Magneteinheit 27 und der Erfassungseinheit 28 verhindert
wird.
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Da
zusätzlich
die Wellenscheibe 61 die Wiederherstellungskraft auf das
Radiallager 23 in der axialen Richtung zu der Steuerwelle 12 aufbringt,
nimmt die Drehspindel 38 immer die axiale Kraft in einer Richtung
zu der Steuerwelle 12 auf. Somit ist es möglich, die
Versetzung der Drehspindel 38 in der axialen Richtung zu
der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 zu
reduzieren, da die axiale Kraft der vorstehend genannten axialen
Widerstandskraft entgegengesetzt ist.
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Der
Sprengring 43 der Drehspindel 38 ist an einer
Fläche
der inneren Laufbahn 56 gepasst, die der Steuerwelle 12 zugewandt
ist. Die Schraubenmutter 41 ist mit der inneren Laufbahn 56 im
Eingriff, wodurch sie sich kaum bezüglich der inneren Laufbahn 56 in
der axialen Richtung zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 bewegt,
auch wenn die starke axiale Widerstandskraft auf die Drehspindel 38 aufgebracht
wird. Es ist daher möglich,
die Drehspindel 38 an einer gewünschten Position zu stoppen,
indem die Versetzung der Drehspindel 38 in der axialen
Richtung begrenzt wird.
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Der
Förderschraubenmechanismus 21,
der einen relativ einfachen Aufbau der Drehspindel 38 und
der Schraubenwelle 39 aufweist, wird als ein Mechanismus
zum Umwandeln der Drehbewegung der Motoreinheit 26 zu der
linearen Bewegung der Steuerwelle 12 verwendet. Außerdem befinden
sich die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29 und die
Steuerwelle 12 an entgegengesetzten Orten bezüglich des
Förderschraubenmechanismus 21 in
der axialen Richtung. Es ist daher möglich, den Aktuator 10 so
zu konstruieren, dass er klein ist. Darüber hinaus ist es möglich, die
Herstellungskosten des Aktuators 10 zu reduzieren, da die
elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29 in dem Aktuator 10 eingebaut
ist, wodurch Kabelbäume
oder dergleichen zwischen der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 und
dem Aktuator 10 weggelassen werden können.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel
beschränkt,
das in den Figuren gezeigt ist, sondern sie kann in vielfältiger Weise
ausgeführt
werden, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird.
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Zum
Beispiel ist bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Förderschraubenmechanismus 21 dadurch
konstruiert, dass die Drehspindel 38 und die Schraubenwelle 39 in
einem direkten Eingriff sind. Jedoch kann der Förderschraubenmechanismus 21 dadurch
aufgebaut sein, dass die Drehspindel 38 und die Schraubenwelle 39 indirekt
durch ein Zahnrad oder eine Kugel verbunden sind.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Schraubenmutter 41,
der Deckel 42 und der Sprengring 43 als separate
Bauelemente ausgebildet. Jedoch können zumindest zwei der Bauelemente 41 bis 43 als
ein einziges Bauelement ausgebildet sein.
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Zusätzlich kann
die Schraubenwelle 39 nicht koaxial sondern exzentrisch
mit der Steuerwelle 12 verbunden sein.
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Wie
dies in der 4 gezeigt ist, kann das Radiallager 23 ein
Winkelkontakt-Wälzlager
oder ein Winkelkontakt-Kugellager sein. Zusätzlich kann das Axiallager 22 ein
Winkelkontakt- oder Axialkontakt-Wälzlager sein. Außerdem kann
das Axiallager 22 weggelassen werden.
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Zusätzlich kann
die Steuerschaltung 90 in dem Schaltungsgehäuse 80 als
ein Bauelement der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 eingebaut
sein.
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Zusätzlich kann
die Wellenscheibe 61 durch irgendein anderes elastisches
Material ausgetauscht werden, das eine Wiederherstellungskraft erzeugt, indem
es zwischen dem Hindernisabschnitt 64 und dem Radiallager 23 komprimiert
wird. Außerdem kann
die Wellenscheibe 61 weggelassen werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Motoreinheit 26 als
ein bürstenloser
IPM-Motor aufgebaut, der den Drehrotor 65 und den Dauermagneten 68 aufweist,
der in dem Drehrotor 65 eingebettet ist. Die Motoreinheit 26 kann
jedoch durch irgendeinen anderen bekannten Motor wie zum Beispiel
ein Gleichstrommotor aufgebaut sein. Zusätzlich werden die Hall-Sonden 76 als
Sensorelemente verwendet, die die Erfassungseinheit 28 bilden.
Die Sensorelemente können
jedoch magnetoresistive Elemente sein. Die Anzahl der Sensoren kann
beliebig bestimmt sein.
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Zusätzlich kann
der Änderungsmechanismus 8,
der in der 2 beschrieben ist, durch
irgendeine andere Vorrichtung ausgetauscht werden, falls die Vorrichtung
den Ventilhubbetrag gemäß der Position
der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung ändert.
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Zusätzlich kann
der Aktuator 10 in Kombination mit einem Änderungsmechanismus
verwendet werden, der mittels der Ventilwiderstandskraft, die auf
die Steuerwelle 12 aufgebracht wird, eine Kraft auf die
Gewindewelle 39 in der axialen Richtung zu der elektrischen
Leistungsverteilungsvorrichtung 29 aufbringt.
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Zusätzlich kann
der Aktuator 10 in Kombination mit einem Änderungsmechanismus
verwendet werden, der einen Betrag eines Hubs eines Auslassventils
einer Kraftmaschine steuert.
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Ein
Aktuator (10) für
eine Ventilhubsteuervorrichtung (2), die eine Steuerwelle
(12) eines Änderungsmechanismus
(8) linear antreibt, hat einen Förderschraubenmechanismus (21)
einschließlich
einer Gewindewelle (39), die sich zusammen mit der Steuerwelle
(12) linear bewegt, und einer Drehspindel (38),
die sich koaxial zu der Gewindewelle (39) dreht. Der Förderschraubenmechanismus
(21) wandelt eine Drehbewegung der Drehspindel (38)
zu einer linearen Bewegung der Gewindewelle (39) um. Außerdem hat
der Aktuator (10) eine Einheit (23), die an der
Drehspindel (38) angebracht ist, eine elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung
(29), die sich an einer entgegengesetzten Seite des Schraubenmechanismus
(21) bezüglich
des Änderungsmechanismus (8)
befindet, und ein Stopperelement (64), das eine Bewegung
der Einheit (23) in der axialen Richtung von der elektrischen
Leistungsverteilungsvorrichtung zu der Einheit (23) begrenzt.