JP2016052239A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータ１においてその体格を扁平化する。【解決手段】アクチュエータ１は、出力軸２０の軸線を中心とする円周方向に亘って円板状に形成されている永久磁石３０と、出力軸２０を中心として回転自在に支持されている複数のコイル４０とを備える。永久磁石３０から付与される磁界に基づいて複数のコイル４０への通電に伴って複数のコイル４０を回転させる回転力が発生する。減速機構５０は、複数のコイル４０の回転速度を減速して出力軸２０に出力する。複数のコイル４０および減速機構５０は、出力軸２０の軸線を中心とする同軸状に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに関するものである。

従来、車両用空調装置（ＨＶＡＣ：heating, ventilation, and air conditioning）のドア駆動用アクチュエータとして、例えば、特許文献１に示すサーボモータが用いられている。

このものにおいては、ＤＣモータと、軸方向に重ねるように配置されている複数の歯車を備えてＤＣモータの出力を減速して出力する減速機構と、ＤＣモータおよび減速機構を収納するケースとから構成されている。

特開２０１０−６３３１０号公報

上記特許文献１のアクチュエータでは、ＤＣモータおよび減速機構が独立してケース内に収納されて、かつ減速機構を構成する数の歯車がその軸方向に重ねるように配置されている。このため、サーボモータとしては、その厚み寸法が大きい体格となっていた。

一方、近年、車両用空調装置においては、小型化がもとめられており，アクチュエータとしても空調装置の体格の小型化に貢献できるように扁平化した形状が求められている。

本発明は上記点に鑑みて、体格を扁平化したアクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、出力軸（２０）の軸線を中心とする円周方向に複数の磁極が並べられている磁石（３０）と、
前記出力軸の軸線を中心とする円周方向に配置されている複数のコイル（４０）と、を備え、
前記磁石および前記複数のコイルのうち一方の部材が固定され、前記磁石から前記複数のコイルに磁界が与えられた状態で、前記複数のコイルへの通電に伴って前記磁石および前記コイルのうち他方の部材を前記出力軸の軸線を中心として回転させる回転力が発生するアクチュエータであって、
前記他方の部材の回転速度を減速して前記出力軸に出力する減速機構（５０）を備え、
前記他方の部材および前記減速機構は、前記出力軸の軸線を中心とする同軸状に配置されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、他方の部材および減速機構は、出力軸の軸線を中心とする同軸状に配置されている。このため、出力軸の軸線方向の寸法を厚み寸法として小さくして扁平化した体格のアクチュエータを提供することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態におけるアクチュエータ内部を透視した斜視図である。 図１のアクチュエータ内部をその出力軸の径方向外側から視た断面図である。 図２中III−III断面図である。

以下、本発明に係るアクチュエータ１の一実施形態について図に基づいて説明する。

本実施形態のアクチュエータ１は、車両用空調装置の空気通路を開閉するドアを駆動するサーボモータである。ドアとしては、空気取り入れ口を切り替えるための内外気切替ドア、吹き出し空気温度を調節するためのエアミックスドア、および空気吹き出し口を切り替えるためのモードドアを用いることができる。

具体的には、アクチュエータ１は、図１および図２に示すように、ケース１０、出力軸２０、永久磁石３０、複数のコイル４０、減速機構５０、キャリア６０、および回転センサ７０を備える。

ケース１０は、図２に示すように、側壁１１、底部１２、および天井部１３を備える。側壁１１は、軸線Ｓ１を中心とする筒状に形成されている。底部１２は、側壁１１に対して軸線方向他方側に配置されている。天井部１３は、側壁１１に対して軸線方向一方側に配置されている。

出力軸２０は、その軸線がケース１０の軸線Ｓ１に一致して、ケース１０の天井部１３の貫通穴１３ａを貫通するように配置されている。出力軸２０は、出力軸２０は、後述するキャリア６０を介して減速機構５０に支持されている。

永久磁石３０は、ケース１０のうち底部１２側に配置されている。永久磁石３０は、ケース１０の底部１２に固定されている。本実施形態の永久磁石３０は、出力軸２０の軸線を中心とする環状に形成されている。永久磁石３０のうち軸方向一方側において、複数の磁極が出力軸２０の軸線を中心とする円周方向に並べられている。本実施形態の永久磁石３０のうち軸方向一方側には、Ｓ極とＮ極とが円周方向に並べられている。

複数のコイル４０は、永久磁石３０に対してケース１０の軸線方向一方側に配置されている。複数のコイル４０は、減速機構５０に対して出力軸２０の軸線を中心とする径方向外側に配置されている。複数のコイル４０は、出力軸２０の軸線を中心とする円周方向に同一間隔で並べられている。複数のコイル４０は、減速機構５０の内歯車５１に支持されている。本実施形態では、７つのコイル４０が採用されている。このため、７スロットの回転子が構成されている。複数のコイル４０は、鉄芯（すなわち、磁性体製のコア）を用いることなく、空心の巻き線をスロット毎に構成している。このことにより、複数のコイル４０および永久磁石３０は、アキシャルギャップコアレスモータを構成している。

本実施形態の複数のコイル４０は、不図示のコンミテータおよびブラシを通してケース１０の外側から直流電力が供給される。コンミテータは、減速機構５０や出力軸２０に支持されている。ブラシは、ケース１０に支持されている。

減速機構５０は、複数のコイル４０の回転速度を減速して出力軸２０に伝える機構である。具体的には、減速機構５０は、内歯車５１、太陽ギア５２、および遊星ギア５３、５４、５５を備える遊星歯車機構である。

内歯車５１は、出力軸２０の軸線を中心とする径方向内側に形成されている歯５１ａを有している。

太陽ギア５２は、内歯車５１に対して、出力軸２０の軸線を中心とする径方向内側に配置されている。太陽ギア５２は、出力軸２０の軸線を中心とする径方向外側に形成されている歯５２ａを有している。太陽ギア５２は、その軸線が出力軸２０の軸線に一致するように配置されている。太陽ギア５２は、ケース１０の底部１２を通して締結部材としてのネジ８０が締結されることにより、太陽ギア５２がケース１０の底部１２に固定されている。これにより、太陽ギア５２がケース１０に対して出力軸２０の軸線を中心とする回転が規制されていることになる。

遊星ギア５３、５４、５５は、それぞれの軸心を中心とする径方向外側に歯５４ａ、５５ａ、５６ａを有する外歯車である。遊星ギア５３、５４、５５は、内歯車５１および太陽ギア５２の間において、出力軸２０の軸線を中心とする円周方向にそれぞれ同一間隔でオフセットして配置されている。遊星ギア５３、５４、５５は、それぞれ、太陽ギア５２の歯５２ａと内歯車５１の歯５１ａとに噛み合っている。これにより、内歯車５１、および遊星ギア５３、５４、５５は、それぞれ、太陽ギア５２を介して回転自在に支持されている。

キャリア６０は、出力軸２０の軸線方向一方側から視てＹ字状に形成されて、遊星ギア５３、５４、５５と出力軸２０とを連結している。キャリア６０は、遊星ギア５３、５４、５５の公転力を出力軸２０に伝える役割を果たす。出力軸２０は、太陽ギア５２に対してケース１０の軸線方向一方側に配置されている。

回転センサ７０は、出力軸２０の回転位置（回転角度）を検出するセンサである。本実施形態では、回転センサ７０としては、出力軸２０の絶対位置を検出するポテンショメータが用いられている。本実施形態では、ケース１０に支持されている。

次に、本実施形態のアクチュエータ１の作動について説明する。

まず、ネジ８０による太陽ギア５２の締結を緩めた状態で、ネジ８０がケース１０の底部１２に固定された状態で、太陽ギア５２は、ネジ８０の軸心を中心として回転自在になる。そこで、回転センサ７０に対する出力軸２０の回転位置を調整する。その後、ネジ８０によって太陽ギア５２を締結して太陽ギア５２をケース１０の底部１２に固定する。

次に、複数のコイル４０に永久磁石３０からの磁界が付与された状態で、電源からブラシおよびコンミテータを通して複数のコイル４０に電流が流れると、複数のコイル４０には、出力軸２０の軸線を中心として回転力が発生する。このため、内歯車５１は、複数のコイル４０とともに出力軸２０の軸心を中心として回転する。これに伴い、遊星ギア５３、５４、５５は、それぞれの歯５４ａ、５５ａ、５６ａが内歯車５１の歯５１と太陽ギア５２の歯５２ａとに噛み合った状態で、自転しつつ、公転する。これらの遊星ギア５３、５４、５５の公転に伴って、キャリア６０は、出力軸２０の軸線を中心として回転する。このため、出力軸２０がその軸線を中心として回転する。このことにより、遊星ギア５３、５４、５５の公転力は、キャリア６０を介して出力軸２０に出力されることになる。つまり、複数のコイル４０の回転速度を減速して出力軸２０から出力することができる。

以上説明した本実施形態によれば、アクチュエータ１は、出力軸２０の軸線を中心とする円周方向に離れて配置されている永久磁石３０と、出力軸２０の軸線を中心とする円周方向に並べられている複数のコイル４０とを備える。永久磁石３０は、ケース１０に固定されている。複数のコイル４０は、減速機構５０の内歯車５１に支持されている。永久磁石３０から複数のコイル４０に磁界が付与された状態で複数のコイル４０への通電に伴って複数のコイル４０を出力軸２０の軸線を中心とする回転させる回転力が発生する。減速機構５０は、複数のコイル４０を支持して、複数のコイル４０の回転速度を減速して出力軸２０に出力する。複数のコイル４０および減速機構５０は、出力軸２０の軸線を中心とする同軸状に配置されていることを特徴とする。したがって、出力軸２０の軸線方向の寸法を厚み寸法として小さくして扁平化した体格のアクチュエータ１を提供することができる。

本実施形態では、回転トルクを発生させる複数のコイル４を減速機構５０の外側に配置するので、複数のコイル４０および永久磁石３０からなるサーボモータとして比較的、低速・高トルクが得られ易くなった。

（他の実施形態）
上記実施形態では、減速機構５０として遊星歯車機構を用いた例について説明したが、これに代えて、減速機構５０としてハーモニックドライブ（登録商標）を用いてもよい。

上記実施形態では、減速機構５０としての遊星歯車機構において３つの遊星ギア（５３、５４、５５）を用いた例について説明したが、４つ以上の遊星ギアを用いてもよい。

上記実施形態では、永久磁石３０に対して出力軸２０の軸線方向に複数のコイル４０を配置した例について説明したが、これに代えて、永久磁石３０に対して出力軸２０の軸心を中心とする径方向に複数のコイル４０を配置してもよい。つまり、永久磁石３０および複数のコイル４０によって、ラジアルギャップモータを構成してもよい。

上記実施形態では、本発明の磁石として、Ｓ極とＮ極とが円周方向に並べられている永久磁石３０を用いた例について説明したが、これに代えて、４つ以上の磁極が円周方向に並べられている永久磁石３０を用いてもよい。この場合、円周方向にＳ極とＮ極が交互に配置されることになる。

上記実施形態では、本発明に係る磁石を永久磁石とした例について説明したが、これに代えて、本発明に係る磁石を電気磁石としてもよい。

上記実施形態では、複数のコイル４０によって、鉄芯を用いていることなく、巻き線を構成するコアレスモータを構成した例について説明したが、これに代えて、複数のコイル４０によって、鉄芯を芯として巻き線を構成するモータを構成してもよい。

上記実施形態では、複数のコイル４０を減速機構５０の内歯車５１に固定してロータを構成した例について説明したが、これに代えて、永久磁石３０を減速機構５０の内歯車５１に固定してロータを構成してもよい。この場合、複数のコイル４０をケース１０に固定することになる。

上記実施形態では、７個のコイル４０を用いて７スロットの回転子を構成した例について説明したが、これに代えて、Ｎ（Ｎ≠７）個のコイル４０によってＮ（Ｎ≠７）スロットの回転子を構成してもよい。

上記実施形態では、アクチュエータ１として直流モータを構成した例について説明したが、これに代えて、同期モータ等の交流モータをアクチュエータ１として構成してもよい。

上記実施形態では、回転センサ７０としては、出力軸２０の絶対位置を検出するポテンショメータを用いた例について説明したが、回転センサ７０としては、複数のコイル４０から漏れる磁界に基づいて複数のコイル４０の回転位置を出力軸２０の回転位置として検出する磁気エンコーダを用いてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

１ アクチュエータ
１０ ケース
２０ 出力軸
３０ 永久磁石
４０ コイル
５０ 減速機構
５１ 内歯車
５２ 太陽ギア
５３、５４、５５ 遊星ギア
６０ キャリア
７０ 回転センサ

Claims (9)

1. 出力軸（２０）の軸線を中心とする円周方向に複数の磁極が並べられている磁石（３０）と、
   前記出力軸の軸線を中心とする円周方向に配置されている複数のコイル（４０）と、を備え、
   前記磁石および前記複数のコイルのうち一方の部材が固定され、前記磁石から前記複数のコイルに磁界が与えられた状態で、前記複数のコイルへの通電に伴って前記磁石および前記コイルのうち他方の部材を前記出力軸の軸線を中心として回転させる回転力が発生するアクチュエータであって、
   前記他方の部材の回転速度を減速して前記出力軸に出力する減速機構（５０）を備え、
   前記他方の部材および前記減速機構は、前記出力軸の軸線を中心とする同軸状に配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記減速機構は、遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記遊星歯車機構は、
   前記出力軸の軸線を中心とする径方向内側に形成されている歯（５１ａ）を有し、前記他方の部材を支持する内歯車（５１）と、
   前記内歯車に対して前記径方向内側に配置されて、前記出力軸の軸線を中心とする径方向外側に形成されている歯（５２ａ）を有し、前記出力軸の軸線を中心とする回転が規制されている太陽ギア（５２）と、
   前記内歯車および前記太陽ギアの間において、前記出力軸の軸線を中心とする円周方向にそれぞれオフセットして配置されて、前記太陽ギアの歯と前記内歯車の歯とに噛み合う歯（５３ａ、５４ａ、５５ａ）をそれぞれ備える複数の遊星ギア（５３、５４、５５）と、
   前記複数の遊星ギアと前記出力軸とを連結するキャリア（６０）と、を備え、
   前記内歯車が前記他方の部材に生じる回転力で回転し、前記内歯車の回転に伴って前記複数の遊星ギアがそれぞれ自転しながら、前記出力軸の軸線を中心として公転し、前記キャリアが前記複数の遊星ギアの公転力を前記出力軸に出力することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記磁石、前記コイル、および前記減速機構を収納するケース（１０）を備え、
   軸線が前記出力軸の軸線に一致するように配置されて、前記ケースを通して前記太陽ギアを締結して前記ケースに対して前記太陽ギアが回転することを規制する締結部材（８０）と、
   前記締結部材による前記太陽ギアの締結を緩めた状態で、前記締結部材が前記太陽ギアを前記締結部材の軸線を中心とする回転自在に支持することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記一方の部材は、前記磁石であり、
   前記他方の部材は、前記複数のコイルであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
6. 前記磁石は、前記複数のコイルに対して前記出力軸の軸線方向に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記出力軸の回転位置を検出する回転センサ（７０）を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
8. 前記回転センサは、前記出力軸の回転位置として絶対位置を検出するポテンショメータであることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。
9. 前記複数のコイルから漏れる磁界に基づいて前記複数のコイルの回転位置を前記出力軸の回転位置として検出する磁気エンコーダであることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。

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