JP2005176526A - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアクチュエータ可動部が誤動作によって停止位置を超えて移動しようとするとき、その動作を検知することで、アクチュエータ動作を常に安全が保てる側に保持する電動アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electric actuator that, when an actuator moving part tries to move beyond a stop position due to a malfunction, detects the operation so that the actuator operation is always kept on a safe side.
最新の技術を駆使して変速のためのシーケンシャル操作をなし遂げるマニュアル・トランスミッションが注目されている。このマニュアル・トランスミッションにはギヤシフトを円滑に行うアクチュエータが搭載される。このアクチュエータの代表的な手段は油圧アクチュエータである。油圧アクチュエータはコンピュータ制御のもとで働く油圧パワーユニットとの連係でマニュアル・トランスミッションのギヤシフト機構を動作させ、変速のためのシーケンシャル操作を可能にする。 A manual transmission that uses the latest technology to achieve sequential operation for shifting is drawing attention. This manual transmission is equipped with an actuator for smooth gear shifting. A typical means of this actuator is a hydraulic actuator. The hydraulic actuator operates a manual transmission gearshift mechanism in conjunction with a hydraulic power unit that operates under computer control, enabling sequential operation for shifting.
このアクチュエータについてはより軽量で、メンテナンスが容易な電動アクチュエータに置き換えることが提案されている。電動アクチュエータを採用した場合、油圧アクチュエータで欠かせない、油圧パワーユニット、電磁切り換え弁、配管などが不要となり、これらの機器の搭載を免れることで、車輌重量の軽減に大きく寄与することができる。電動アクチュエータでは、一般に、回転運動を直線運動に変換するのに減速装置を必要とするために、通常、ボールねじ機構または歯車装置が用いられる。ギヤシフト用電動アクチュエータの場合、位置決め精度において十分に要求を満たすことが可能であるボールねじ機構が使用される。 It has been proposed to replace this actuator with an electric actuator that is lighter and easier to maintain. When an electric actuator is adopted, a hydraulic power unit, an electromagnetic switching valve, piping, and the like, which are indispensable for a hydraulic actuator, are unnecessary, and it is possible to greatly contribute to a reduction in vehicle weight by avoiding the mounting of these devices. In an electric actuator, generally, a ball screw mechanism or a gear device is used because a speed reducer is required to convert a rotational motion into a linear motion. In the case of an electric actuator for gear shift, a ball screw mechanism that can sufficiently satisfy the requirements in positioning accuracy is used.
ところで、変速のためのシフト操作は、図3に示すように、ミッションケース31上のスリーブ32を貫いて直立させて設けられた切換操作軸33によってなされる。すなわち、シフト操作はギヤシフト用電動アクチュエータ34の電動モータ35を回転させ、電動アクチュエータ34内部のボールねじ機構(図示せず)と連結したアーム部材36を軸方向(図では紙面と垂直方向)に変位させて行われる。アーム部材36が変位したとき、それと一体の円筒部材37が回動し、スプライン同士で結合した切換操作軸33が回動し、ギヤかみ合いを変えるシフト操作を行うことができる。このギヤシフト用電動アクチュエータについては特許文献1に記載されている。
Incidentally, a shift operation for shifting is performed by a
ところで、電動アクチュエータに組み込む電動モータは回転方向が簡単に変えられ、バッテリ駆動が容易である直流モータ(以下、DCモータと称する)が好ましい。DCモータは回転角制御と速度制御との連係で極めて精度の高い制御を行うことができる。すなわち、メインループの回転角制御にマイナーループとしての速度制御を加えることで、速度制御をしながら、回転角制御が可能となり、位置決め精度においてほぼ理想的であるといえる。 By the way, the electric motor incorporated in the electric actuator is preferably a direct current motor (hereinafter referred to as a DC motor) whose rotation direction can be easily changed and battery driving is easy. The DC motor can perform highly accurate control by linking rotation angle control and speed control. That is, by adding speed control as a minor loop to the rotation angle control of the main loop, the rotation angle control can be performed while performing the speed control, and it can be said that the positioning accuracy is almost ideal.
双方の制御ではDCモータの速度を検出する速度センサおよび回転角を検出する位置センサが用いられ、位置センサで検出される現在の回転角がフィードバック信号として第1の偏差検出部に送られ、位置指令と比較され、そのときの偏差が算出される。次いで、位置偏差は第1の演算処理部でDCモータの速度信号に変換され、さらに、第2の偏差検出部で速度センサで検出される現在のモータ速度と比較されて速度偏差が求められる。速度偏差は第2の演算処理部および増幅器でモータ駆動用の電圧信号に変換および増幅され、速度偏差が零になるまでDCモータを回転させる。この結果、ボールねじのボールナットの位置決めがなされ、その状態が保たれる。
しかしながら、この位置決めにおいて、何らかの原因で回転角制御が不調に陥ってしまうと、速度制御自体は正常であっても、常態での精度の高さに反してボールねじが誤動作してしまう。この場合、ボールナットおよび出力部材などアクチュエータ可動部の移動量が変化することから、アクチュエータの安全性が大きく損なわれる。 However, in this positioning, if the rotation angle control is unsatisfactory for some reason, the ball screw malfunctions against the high accuracy in the normal state even if the speed control itself is normal. In this case, since the movement amount of the actuator movable portion such as the ball nut and the output member changes, the safety of the actuator is greatly impaired.
たとえば、回転角制御用位置センサが故障によって誤作動したとき、位置センサから与えられるフィードバック信号には誤差が混入し、誤って演算された位置偏差のために回転角制御は不調に陥る。仮に、こうした誤差が過大になると、ボールねじの度を超えた回転によってボールナットは停止位置を超えて移動し、アクチュエータ可動部のオーバランによって機器の一部に損傷が生じる可能性がある。 For example, when the rotation angle control position sensor malfunctions due to a failure, an error is mixed in the feedback signal given from the position sensor, and the rotation angle control is in trouble due to an erroneously calculated position deviation. If such an error becomes excessive, the ball nut may move beyond the stop position due to the rotation exceeding the degree of the ball screw, and there is a possibility that a part of the device may be damaged due to overrun of the actuator movable part.
そこで、本発明の目的はアクチュエータ可動部の誤動作を検知することによりアクチュエータ動作を常に安全が確保できる側に保つようにした電動アクチュエータを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric actuator in which an actuator operation is always kept on the side where safety can be ensured by detecting a malfunction of an actuator movable portion.
本発明は円筒状のケースと、ケースに連設された電動モータと、電動モータに連結され、ボールねじおよび複数のボールを介してボールねじと螺合するボールナットを有するボールねじ機構と、ケース内に臨ませた一端をボールナットと結合されると共に、ケースに対して軸方向に摺動可能に設けられた出力軸と、ボールナット上に固着され、ボールねじの回転中、ボールナットの回転を止めるように、ケースのガイド溝と係合させた回り止め部材とを備える電動アクチュエータにおいて、アクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器を設けたことを特徴とするものである。 The present invention relates to a cylindrical case, an electric motor connected to the case, a ball screw mechanism connected to the electric motor and having a ball screw and a ball nut screwed to the ball screw via a plurality of balls, and the case One end facing the inside is coupled to the ball nut, and the output shaft is provided so as to be slidable in the axial direction with respect to the case. The ball nut is rotated while the ball screw is rotating. In the electric actuator provided with a detent member engaged with the guide groove of the case, a displacement detector for detecting a malfunction of the actuator movable portion is provided.
本発明においては誤動作を検知する変位検出器を設けたので、アクチュエータ可動部の動作から直接誤動作を検知することができ、直ちに退避動作を取ることで、安全が確保できる側に保つことが可能になる。これにより、電動アクチュエータの安全性が損なわれるのを防ぐことができる。 In the present invention, since a displacement detector for detecting a malfunction is provided, it is possible to detect a malfunction directly from the operation of the actuator moving part, and it is possible to keep it on the side where safety can be ensured by taking a retracting action immediately. Become. Thereby, it can prevent that the safety | security of an electric actuator is impaired.
本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態について図面を参照して説明する。図1(a)において、本発明の電動アクチュエータは円筒状のケース1と、このケース1の一端に連設される、回転角制御と速度制御とを同時に果たすDCモータ2とを有する。ケース1は内部に回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構3を収容している。このボールねじ機構3はDCモータ2と直結されるボールねじ4と、このボールねじ4と複数のボール(図示せず)を介して螺合するボールナット5とを備える。ボールねじ機構3に組み込まれるボールは球軸受の球体と同じようにねじ山の側面に沿って一端から他端へ回転移動する。ボールは他端において回収され、通路を通して出発地点の一端に戻され、再度ボールナット5内に入り、循環を続ける。このボールねじ機構3は一端を軸受6によって支承される。
An embodiment of an electric actuator according to the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1A, the electric actuator of the present invention has a
さらに、ケース1内に一端を臨ませた出力軸7が設けられる。この出力軸7はボールナット5と結ばれており、ケース1に対して軸方向に摺動することが可能である。出力軸7は他端がケース1から突出しており、被駆動体を動作させるアーム部材(図示せず)と連結することができる。この出力軸7はすべり軸受8によって支承されている。
Further, an
一方、ボールねじ機構3のボールナット5の上部には回り止め部材9が設けられる。この回り止め部材9はケース1の上面に刻設されたガイド溝10にかけて延びており、ボールねじ4の回転中、ケース1との係合を保ってボールナット5の回転を止める。さらに、ボールねじ4の回転中、回り止め部材9はガイド溝10に沿って軸方向にすべり、ボールナット5と一体の出力軸7を案内する。
On the other hand, an
この電動アクチュエータにはアクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器11が設けられる。この変位検出器11はアクチュエータ可動部の軸方向変位を検出する変位センサ12と、誤動作が検知されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する演算器13とで構成される。
This electric actuator is provided with a
変位センサ12は、図1(b)に示すように、ケース1のガイド溝10内に対峙して取り付けられた一対のホール素子14a、14bと、ホール素子14a、14b同士を結ぶ直線上に位置する回り止め部材9に取り付けた永久磁石15とで構成される。ホール素子14a、14bは半導体からなるホール素子の通電中に永久磁石15の磁場により起電力を生じるホール効果を利用するものである。
As shown in FIG. 1B, the
一方、再び図1(a)に戻って、演算器13はホール素子14a、14bから与えられる変位信号に基づいて演算し、基準値を超える変位信号が入力されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する。また、演算器13の出力信号を増幅してスイッチング信号として出力する増幅器16を備える。増幅器16の出力信号はDCモータ制御用コントローラ17に入力される。
On the other hand, returning to FIG. 1A again, the
電動アクチュエータの作動中、たとえば、位置センサの誤作動で回転角制御が不調となり、誤差を伴った信号でボールねじ4が回転することによりアクチュエータ可動部が停止位置を超えて移動しようとする。アクチュエータ可動部が直進するとき、永久磁石15が、たとえば、ホール素子14aに接近し、ホール素子14aに起電力が生じる。このときホール素子14aに生じた電位に応じて変位センサ12が変位信号を出力する。
During the operation of the electric actuator, for example, the rotation angle control is malfunctioned due to a malfunction of the position sensor, and the
変位信号は演算器13に送られ、そこで基準値と比較され、変位信号が基準値を超えたとき、演算器13からアクチュエータ操作信号が出力される。この操作信号は増幅器16で増幅されてスイッチング信号となる。スイッチング信号はコントローラ17のモータ駆動回路の正逆転切り換え回路に与えられる。この結果、DCモータ2が正転から逆転に切り換わり、DCモータ2に従うボールねじ4の逆転でボールナット5が後退し、これにより、アクチュエータ可動部がオーバランする直前で逆方向に移動方向を転換する。
The displacement signal is sent to the
このように本実施の形態においては誤動作を検知する変位検出器11を設けたので、電動アクチュエータの作動中、アクチュエータ可動部の動作から直接誤動作を検知することができ、ボールねじ4を逆転させるなど、安全が確保できる側に保つことが可能で、これにより、電動アクチュエータの安全性が損なわれるのを防ぐことができる。
As described above, since the
本発明の異なる実施の形態について説明する。図2(a)に示すように、電動アクチュエータの主要な構成は上記実施の形態のものと同一である。この電動アクチュエータにはアクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器18が設けられる。この変位検出器18はアクチュエータ可動部の軸方向変位を検出する変位センサ19と、誤動作が検知されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する演算器20とからなる。
Different embodiments of the present invention will be described. As shown in FIG. 2A, the main configuration of the electric actuator is the same as that of the above embodiment. This electric actuator is provided with a
変位センサ19は、図2(b)に示すように、ケース1の上部に同軸上に対面して配置された一対の発光ダイオード(以下、LEDと称する)21a、21bと、ガイド溝10内に対峙して取り付けられた一対のフォトディテクタ22a、22bと、フォトディテクタ22a、22b同士を結ぶ直線上に位置する回り止め部材9に取り付けた光学ミラー23とからなる。フォトディテクタ22a、22bは、たとえば、GaAsのような化合物半導体で構成され、そこに光があたると、起電力を生じる、光電効果を利用したものである。
As shown in FIG. 2B, the
さらに、光学ミラー23については光学ミラーがフォトディテクタ22aおよびフォトディテクタ22bに近づいたとき、LED21aおよびLED21bからの光が光学ミラー23で反射し、反射光がフォトディテクタ22aおよびフォトディテクタ22bで感知できるように反射角度が設定される。
Further, with respect to the
一方、再び図2(a)に戻って、演算器20はフォトディテクタ22a、22bから与えられる変位信号に基づいて演算し、基準値を超える変位信号が入力されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する。また、演算器20の出力信号を増幅してスイッチング信号として出力する増幅器16を備える。増幅器16の出力信号はDCモータ制御用コントローラ17に入力される。
On the other hand, returning to FIG. 2A again, the
電動アクチュエータの作動中、たとえば、位置センサの誤作動で回転角制御が不調に陥り、誤差を伴った信号でボールねじ4が回転することによりアクチュエータ可動部が停止位置を超えて移動しようとする。アクチュエータ可動部が直進するとき、光学ミラー23が、たとえば、フォトディテクタ22aに近づき、LED21aからの光が光学ミラー23で反射し、その反射光がフォトディテクタ22aに入射し、光が当たることによりフォトディテクタ22aに起電力が生じる。このときフォトディテクタ22aに生じた電位に応じて変位センサ19が変位信号を出力する。
During the operation of the electric actuator, for example, the rotation angle control is malfunctioned due to the malfunction of the position sensor, and the
変位信号は演算器20に送られ、そこで基準値と比較され、変位信号が基準値を超えたとき、演算器20からアクチュエータ操作信号が出力される。この操作信号は増幅器16で増幅されてスイッチング信号となる。スイッチング信号はコントローラ17のモータ駆動回路の正逆転切り換え回路に与えられる。この結果、DCモータ2が正転から逆転に切り換わり、DCモータ2に従うボールねじ4の逆転でボールナット5が後退し、これにより、オーバランする直前でアクチュエータ可動部が逆方向に移動方向を転換する。
The displacement signal is sent to the
このように本実施の形態においては誤動作を検知する変位検出器18を設けたので、電動アクチュエータの作動中、アクチュエータ可動部の動作から直接誤動作を検知することができ、ボールねじ4を逆転させるなど、安全が確保できる側に保つことが可能で、これにより、電動アクチュエータの安全性が損なわれるのを防ぐことができる。
As described above, since the
1… ケース
2… DCモータ
4… ボールねじ
5… ボールナット
7… 出力軸
9… 回り止め部材
11、18… 変位検出器
14a、14b… ホール素子
15… 永久磁石
21a、21b… LED
22a、22b… フォトディテクタ
23… 光学ミラー
DESCRIPTION OF
22a, 22b ...
Claims (4)
The electric actuator according to claim 2, wherein the displacement sensor includes a pair of a light source and a photodetector provided facing the stationary part, and an optical mirror provided on the actuator movable part.
Priority Applications (1)
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JP2003414218A JP2005176526A (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Electric actuator |
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