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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 gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dessen Merkmale aus der Druckschrift
JP 2002-161764 A bekannt sind.
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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 der Druckschrift
US 2004-0083997 A1 (
JP 2004-150332 A ) 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 die 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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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Aktuator nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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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 Buchenneinheit 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, der durch den Bereich der anhängenden Ansprüche definiert ist.
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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.
