JP2016100910A - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】第１ケースと第２ケースとの組み付け性を低下させることなく軸精度を向上させた回転式アクチュエータを提供する。
【解決手段】ステータは、第１仮想円筒面Ｓ１に沿うように形成されている円筒状外壁部７１と、第１仮想円筒面Ｓ１に対して径方向外側に突出する突出部７２とを有する。第２ケースは、第２仮想円筒面Ｓ２に沿うように形成され、隙間７７を隔てて円筒状外壁部７１と対向している円筒状内壁部７５と、突出部７２と一致する周方向位置で第２仮想円筒面Ｓ２に対して径方向内側に出るように形成され、ステータとの間隔を減少させている間隔減少部７６とを有する。そのため、第２ケースをステータの外側に被せる段階ではステータと第２ケースとの間にクリアランスが存在し、突出部７２と間隔減少部７６との周方向位置を一致させる段階ではステータと第２ケースとの間のクリアランスが減少させられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、例えば車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部などに用いられる回転式アクチュエータが知られている。特許文献１に開示された回転式アクチュエータは、モータと、モータの回転を減速する減速機構と、減速された回転を外部へ出力する出力部材と、モータおよび減速機構を収容しているケースとを備えている。

ケースは、有底筒状の第１ケースおよび第２ケースから構成されている。第１ケースと第２ケースとは、開口端部同士が突き合わされて固定されている。モータ軸は、一端部が第１ケースにより支持され、他端部が出力部材を介して第２ケースにより支持されている。モータのステータは、一端部が第１ケースに圧入され、他端部が第２ケースに挿入されている。

特開２００９−１７７９８２号公報

ところで、前述のように構成された回転式アクチュエータでは、第１ケースの支持軸心と第２ケースの支持軸心との相互の位置および傾きの精度（軸精度）は、ステータの他端部と第２ケースとの間のクリアランスの大きさでほぼ決まる。つまり、上記クリアランスが小さいほど軸精度が高まる。

しかしながら、上記クリアランスは、モータ、減速機構の一部および出力部材が取り付けられた第１ケースと、減速機構の一部が取り付けられた第２ケースとを組み付けるときにどうしても必要である。そのため、上記クリアランスを小さくして軸精度を高めることによって例えば個体間での出力トルクのばらつきを低減すること等の性能の向上を図るには限界があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１ケースと第２ケースとの組み付け性を低下させることなく軸精度を向上させた回転式アクチュエータを提供することである。

本発明では、ステータの他端部は、ステータの軸心を中心とする仮想的な円筒面である第１仮想円筒面に沿うように形成されている円筒状外壁部と、第１仮想円筒面に対して径方向外側に突出している突出部と、を有する。また、第２ケースは、第１仮想円筒面と同心であり且つ第１仮想円筒面よりも径が大きい第２仮想円筒面に沿うように形成されている円筒状内壁部と、突出部に対して周方向に重なる位置で第２仮想円筒面に対して径方向内側に出るように形成され、ステータとの間隔を減少させている間隔減少部と、を有する。

そのため、モータ、減速機構の一部および出力部材が取り付けられた第１ケースと、減速機構の一部が取り付けられた第２ケースとを組み付けるとき、例えば、ステータの突出部と第２ケースの間隔減少部との周方向位置をずらした状態で第２ケースをステータの外側に被せたのち、突出部と間隔減少部との周方向位置が一致するように第１ケースに対して第２ケースを周方向へ移動させればよい。

このようにすれば、第２ケースをステータの外側に被せる第１段階ではステータと第２ケースとの間にクリアランスが存在し、突出部と間隔減少部との周方向位置を一致させる第２段階ではステータと第２ケースとの間のクリアランスが減少させられる。突出部と間隔減少部との寸法設計次第では、第２段階でステータと第２ケースとの間のクリアランスを無くすことができる。したがって、第１ケースと第２ケースとの組み付け性を低下させることなく軸精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態による回転式アクチュエータの断面図である。 図１の回転式アクチュエータのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２のＩＩＩ部分の拡大図である。 図３のＩＶ部分の拡大図である。 図１の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、第１ケースと第２ケースとを組み付ける前の状態を示す図である。 図１の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、第１ケースに取り付けた出力部材と第２ケースに取り付けた軸受とが嵌合させられた状態を示す図である。 図１の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、リングギヤとプラネタリギヤとが噛み合わせられつつ、第２ケースがステータの外側に被せられた状態を示す図である。 図１の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、ステータの突出部と第２ケースの間隔減少部との周方向位置がずれた状態を示す図である。 本発明の第２実施形態による回転式アクチュエータの断面図であって、第１実施形態における図４に相当する図である。 図９の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、ステータの突出部と第２ケースの間隔減少部との周方向位置がずれた状態を示す図である。 本発明の第３実施形態による回転式アクチュエータの断面図であって、第１実施形態における図４に相当する図である。 図１１の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、ステータの突出部と第２ケースの間隔減少部との周方向位置がずれた状態を示す図である。 本発明の第４実施形態による回転式アクチュエータの断面図であって、ステータコアのヨークの他端部とそれに被せられた第２ケースの嵌合部とを拡大して示す図である。 図１３の回転式アクチュエータの構成部材同士を組み付ける途中であって、ステータの外側に第２ケースの嵌合部が被せられる前の状態を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による回転式アクチュエータを図１に示す。回転式アクチュエータ１０は、例えば車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられる。

（全体構成）
先ず、回転式アクチュエータ１０の全体構成について図１、図２を参照して説明する。
回転式アクチュエータ１０は、ケース２０と、モータ３０と、減速機構５０と、出力部材６０とを備えている。

ケース２０は、カップ状の第１ケース２１および第２ケース２２から構成されている。第１ケース２１と第２ケース２２とは、開口端部同士が突き合わされてボルト２４により固定されている。第１ケース２１にはカップ状の金属プレート２３が埋め込まれている。

モータ３０は、スイッチトリラクタンスモータであり、ステータ３１、ロータ４１およびモータ軸４４を備えている。
ステータ３１は、ステータコア３２および複数のコイル３７を有している。ステータコア３２は、筒状のヨーク３３と、ヨーク３３から径方向内側に突き出し、コイル３７が巻回されている複数のティース３４とを形成している。ヨーク３３は、一端部３５が金属プレート２３の内側に圧入されており、他端部３６が第２ケース２２に嵌合している。ティース３４は周方向で等間隔に例えば１２個設けられている。本実施形態では、ステータコア３２は、複数の金属板が軸方向へ積層されることによって作られている。

ロータ４１は、ステータ３１の内側で回転可能に設けられており、筒状のボス４２と、ボス４２から放射状に突き出す複数の突極４３とを有している。突極４３は周方向で等間隔に例えば８個設けられている。本実施形態では、ロータ４１は、複数の金属板が軸方向へ積層されることによって作られている。

モータ軸４４は、ロータ４１の内側に圧入されており、ロータ４１と一体に回転可能である。モータ軸４４の一端部４５は、軸受４８を介して第１ケース２１により回転可能に支持されており、また、モータ軸４４の他端部４６は、軸受４９を介して出力部材６０により回転可能に支持されている。モータ軸４４は、一端部４５と他端部４６との間に、それら一端部４５および他端部４６に対して偏心する偏心部４７を形成している。

減速機構５０は、遊星歯車装置の一種であり、リングギヤ５１およびプラネタリギヤ５２を有している。リングギヤ５１は、一端部４５および他端部４６の軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、第２ケース２２に固定されている。プラネタリギヤ５２は、偏心部４７の軸心である偏心軸心ＡＸ２と同軸上に設けられ、リングギヤ５１に内接するように噛み合っており、軸受５４を介して偏心部４７により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時のプラネタリギヤ５２の自転速度は、モータ軸４４の回転速度に対して変速させられる。プラネタリギヤ５２は、軸方向へ突き出す回転伝達用の突起５３を形成している。

出力部材６０は、軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、軸受６１を介して第２ケース２２により回転可能に支持されており、突起５３が挿入されている通孔６２を有する。プラネタリギヤ５２の自転は、突起５３と通孔６２の内壁との係合部を介して出力部材６０に伝達される。

以上のように構成された回転式アクチュエータ１０では、コイル３７が各相ごとに順番に通電されると回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ４１が回転する。ロータ４１と共にモータ軸４４が軸心ＡＸ１まわりに回転するとプラネタリギヤ５２が遊星運動し、モータ軸４４の回転に対して減速させられたプラネタリギヤ５２の自転が出力部材６０から外部へ出力される。

（特徴構成）
次に、回転式アクチュエータ１０の特徴構成について図２〜図１０を参照して説明する。図３、図４に示す一点鎖線の直線は図示しない軸心ＡＸ１から放射状に延びる直線であり、各直線は軸心ＡＸ１まわりに１５°間隔で記載されている。
図２〜図４に示すように、ヨーク３３の外壁は円筒状外壁部７１および突出部７２を有する。円筒状外壁部７１は、ステータ３１の軸心すなわち軸心ＡＸ１を中心とする仮想的な円筒面である第１仮想円筒面Ｓ１に沿うように形成されている。突出部７２は、第１仮想円筒面Ｓ１に対して径方向外側に突出するように形成されている。

本実施形態では、突出部７２は、ティース３４と同じ数だけ設けられている。各突出部７２は、軸心ＡＸ１まわりに３０°間隔で設けられている。
また、突出部７２は、周方向位置がティース３４の中央と一致する箇所に設けられている。周方向位置がティース３４の中央と一致する箇所は、ヨーク３３のうち周方向で最も剛性が高い箇所である。
また、突出部７２のうち径方向で第２ケース２２と対向している対向面７３は凸曲面である。すなわち、対向面７３は、周方向の中央部（頂部）から端部（裾部）にいくにしたがって第２ケース２２から離れるように形成されている。

第２ケース２２のうちヨーク３３の他端部３６に嵌合している嵌合部７４は、円筒状内壁部７５および間隔減少部７６を有する。円筒状内壁部７５は、第１仮想円筒面Ｓ１と同心であり且つ第１仮想円筒面Ｓ１よりも径が大きい第２仮想円筒面Ｓ２に沿うように形成されている。間隔減少部７６は、突出部７２と一致する周方向位置で第２仮想円筒面Ｓ２に対して径方向内側に出るように形成され、ステータ３１との間隔を減少させている。円筒状内壁部７５は隙間７７を隔てて円筒状外壁部７１と対向している。

本実施形態では、間隔減少部７６は突起であり、１２個設けられている。各間隔減少部７６は、軸心ＡＸ１まわりに３０°間隔で設けられている。
また、間隔減少部７６のうち径方向でヨーク３３と対向している対向面７８は凸曲面である。すなわち、対向面７８は、周方向の中央部（頂部）から端部（裾部）にいくにしたがってヨーク３３から離れるように形成されている。対向面７３と対向面７８とは、中央部同士が隙間無く接触している。

このように構成された回転式アクチュエータ１０の構成部品同士を組み付けるとき、先ず図５に示すように、モータ３０、プラネタリギヤ５２および出力部材６０が第１ケース２１に取り付けられ、また、リングギヤ５１が第２ケース２２に取り付けられる。

続いて図６〜図８に順番に示すように、開口端部同士が突き合わせられるように第１ケース２１と第２ケース２２とが組み付けられる。具体的には、最初に図６に示すように出力部材６０と軸受６１とが嵌合させられる。次いで図７に示すようにリングギヤ５１とプラネタリギヤ５２とが噛み合わせられつつ、図８に示すようにステータ３１の突出部７２と第２ケース２２の間隔減少部７６との周方向位置がずれた状態で、図７に示すように第２ケース２２がステータ３１の外側に被せられる。次いで図３、図４に示すように突出部７２と間隔減少部７６との周方向位置が一致するように第１ケース２１に対して第２ケース２２が周方向へ移動させられる。最後に第１ケース２１と第２ケース２２とがボルト２４により固定される。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、ヨーク３３の他端部３６は、第１仮想円筒面Ｓ１に沿うように形成されている円筒状外壁部７１と、第１仮想円筒面Ｓ１に対して径方向外側に突出している突出部７２とを有する。また、第２ケース２２の嵌合部７４は、第２仮想円筒面Ｓ２に沿うように形成され、隙間７７を隔てて円筒状外壁部７１と対向している円筒状内壁部７５と、突出部７２と一致する周方向位置で第２仮想円筒面Ｓ２に対して径方向内側に出るように形成され、ステータ３１との間隔を減少させている間隔減少部７６とを有する。

このように構成することで、図８に示すように第２ケース２２をステータ３１の外側に被せる段階ではステータ３１と第２ケース２２との間にクリアランスが存在し、図３、図４に示すように突出部７２と間隔減少部７６との周方向位置を一致させる段階ではステータ３１と第２ケース２２との間のクリアランスが減少させられる。したがって、第１ケース２１と第２ケース２２との組み付け性を低下させることなく軸精度を向上させることができる。

また、第１実施形態では、突出部７２の対向面７３と間隔減少部７６の対向面７８とは、中央部同士が隙間無く接触している。
そのため、ステータ３１と第２ケース２２との間のクリアランスを無くすことができ、軸精度を一層向上させることができる。

また、第１実施形態では突出部７２および間隔減少部７６は３つ以上設けられている。
そのため、突出部７２と間隔減少部７６との周方向位置を一致させることで第１ケース２１と第２ケース２２との芯出しが可能となる。

また、第１実施形態では、間隔減少部７６の対向面７８は凸面である。
これにより、対向面７８は、周方向の中央部から端部にいくにしたがってステータ３１から離れるように形成される。そのため、組み付け時に突出部７２と間隔減少部７６との周方向位置を一致させる際、間隔減少部７６と突出部７２とのひっかかりが抑制され、第１ケース２１に対して第２ケース２２を周方向へスムーズに移動させることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図９に示すように、間隔減少部８１のうち突出部７２と対向している対向面８２は平面である。このように対向面８２が平面であっても、周方向の中央部から端部にいくにしたがってヨーク３３から離れるように形成される。そのため、第１実施形態と同様に、組み付け時に図１０の状態から突出部７２と間隔減少部８１との周方向位置を一致させる際、間隔減少部８１と突出部７２とのひっかかりが抑制され、第１ケース２１に対して第２ケース２２を周方向へスムーズに移動させることができる。
また、第３実施形態では、第２ケース２２を成形する金型のうち対向面８２に対応する箇所が平面である。そのため、金型が作りやすくなる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図１１に示すように、間隔減少部８５は、第２仮想円筒面Ｓ２に対して径方向内側に突出している突起であり、突出部７２と対向している対向面８６が凹曲面である。このように対向面８６が凹曲面であっても、突出部７２が凸曲面であれば、周方向の中央部から端部にいくにしたがってヨーク３３から離れるように形成される。そのため、第１実施形態と同様に、組み付け時に図１２の状態から突出部７２と間隔減少部８５との周方向位置を一致させる際、間隔減少部８５と突出部７２とのひっかかりが抑制され、第１ケース２１に対して第２ケース２２を周方向へスムーズに移動させることができる。

また、第３実施形態では、対向面８６は、曲率中心線が軸心ＡＸ１と一致する円弧状の凹曲面である。そのため、対向面８６は、中央部に限らず端部であっても突出部７２と隙間無く接触可能である。したがって、組み付け時に突出部７２と間隔減少部８５との周方向位置を一致させる際、第１ケース２１に対して第２ケース２２を回転させる角度のばらつきを許容することができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、図１３に示すように、間隔減少部９１のうち突出部７２と対向している対向面９２は、軸方向において第１ケース２１側から第２ケース２２側にいくにしたがって突出部７２に近づくよう傾斜している傾斜面９３を含む。そのため、組み付け時に図１４の状態から第２ケース２２をステータ３１の外側に被せるとき、突出部７２と間隔減少部９１との周方向位置が一致する状態であっても、突出部７２が傾斜面９３に案内されることによってステータ３１に対して第２ケース２２が芯出しされる。そのため、間隔減少部９１と突出部７２とのひっかかりが抑制され、第１ケース２１に対して第２ケース２２を軸方向へスムーズに移動させることができる。

［他の実施形態］
第１〜第４実施形態では、間隔減少部は、突出部と丁度隙間無く接触するように形成されていた。これに対して、本発明の他の実施形態では、間隔減少部は、突出部に非接触となるように形成されてもよい。要するに、間隔減少部は、第２仮想円筒面に対して径方向内側に出るように形成されればよい。また、本発明の他の実施形態では、間隔減少部は、組み付け前の段階では突出部よりも径が大きく形成され、組み付け時に突出部との係合により潰されて突出部に密着するように構成されてもよい。

本発明の他の実施形態では、突出部および間隔減少部は、１２個より少なくてもよいし、１２個より多くてもよい。突出部および間隔減少部が３個以上設けられることにより、第１ケースに対して第２ケースを芯出し可能である。
本発明の他の実施形態では、突出部および間隔減少部は、周方向で等間隔に設けられなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、突出部は、周方向位置がティースの中央と一致していなくてもよい。例えば、突出部は、周方向位置がティースと重なる箇所に設けられてもよいし、周方向位置が各ティース間のスロットと重なる箇所に設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、間隔減少部の対向面に傾斜面が含まれる場合、突出部の対向面および間隔減少部の対向面は凸曲面でなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、モータは、スイッチトリラクタンスモータに限らず、他の種類のシンクロナスモータ等であってもよい。
本発明の他の実施形態では、減速機構は、他の種類の遊星歯車装置であってもよいし、例えば平歯車減速機構などの他の形式のものであってもよい。
本発明の他の実施形態では、回転式アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステム以外の装置に用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

２１・・・第１ケース ２２・・・第２ケース
３１・・・ステータ ３５・・・ステータの一端部
３６・・・ステータの他端部 ４１・・・ロータ
４４・・・モータ軸 ４５・・・モータ軸の一端部
４６・・・モータ軸の他端部 ５０・・・減速機構
６０・・・出力部材 ７１・・・円筒状外壁部
７２・・・突出部 ７５・・・円筒状内壁部
７６、８１、８５、９１・・・間隔減少部 ＡＸ１・・軸心
Ｓ１・・・第１仮想円筒面 Ｓ２・・・第２仮想円筒面

Claims (5)

1. ステータ（３１）と、
   前記ステータの内側で回転可能なロータ（４１）と、
   前記ロータと一体に回転可能なモータ軸（４４）と、
   前記モータ軸の回転を減速する減速機構（５０）と、
   前記モータ軸の一端部（４５）を回転可能に支持し、前記ステータの一端部（３５）に嵌合している第１ケース（２１）と、
   前記モータ軸の他端部（４６）を回転可能に支持し、前記減速機構により減速された回転を外部へ出力可能な出力部材（６０）と、
   前記出力部材を回転可能に支持し、前記ステータの他端部（３６）に嵌合している第２ケース（２２）と、
   を備え、
   前記ステータの前記他端部は、前記ステータの軸心（ＡＸ１）を中心とする仮想的な円筒面である第１仮想円筒面（Ｓ１）に沿うように形成されている円筒状外壁部（７１）と、前記第１仮想円筒面に対して径方向外側に突出している突出部（７２）と、を有し、
   前記第２ケースは、前記第１仮想円筒面と同心であり且つ前記第１仮想円筒面よりも径が大きい第２仮想円筒面（Ｓ２）に沿うように形成されている円筒状内壁部（７５）と、前記突出部に対して周方向に重なる位置で前記第２仮想円筒面に対して径方向内側に出るように形成され、前記ステータとの間隔を減少させている間隔減少部（７６、８１、８５、９１）と、を有することを特徴とする回転式アクチュエータ。
2. 前記突出部および前記間隔減少部は３つ以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記間隔減少部（８１）のうち前記突出部と対向している対向面（８２）は平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記間隔減少部（７６）のうち前記突出部と対向している対向面（７３）は凸面であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記間隔減少部（９１）のうち前記突出部と対向している対向面（９２）は、軸方向において前記第１ケース側から前記第２ケース側にいくにしたがって前記突出部に近づくよう傾斜している傾斜面（９３）を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。

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