JP2018159406A - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electric actuator.
近年、自動車や二輪車等の各種車両においては、その省力化や低燃費化のために電動化が進展し、例えば、自動変速機、ブレーキおよびステアリング等の操作を電動機(モータ)の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このようなシステムに使用される電動アクチュエータとして、モータの回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構にねじ機構の一種であるボールねじ機構(ボールねじ装置)を採用したものがある(例えば、特許文献1)。 In recent years, in various vehicles such as automobiles and motorcycles, electrification has progressed in order to save labor and reduce fuel consumption. For example, a system that performs operation of an automatic transmission, a brake, a steering, and the like with the power of an electric motor (motor). Has been developed and put on the market. As an electric actuator used in such a system, there is one that employs a ball screw mechanism (ball screw device), which is a kind of screw mechanism, as a motion conversion mechanism that converts a rotational motion of a motor into a linear motion and outputs the motion ( For example, Patent Document 1).
運動変換機構にボールねじ装置を採用した電動アクチュエータにおいては、その用途や操作対象の形状等に応じて、操作対象を操作するための操作部がねじ軸に設けられる。この点につき、特許文献1では、ねじ軸に操作部を一体的に設けた構成を採用している。しかしながら、このような構成を採用すると、操作部およびねじ軸を含んで構成される電動アクチュエータの出力部材(最終出力部材)を、用途や操作対象の形状等に応じた専用部品とする必要がある。そのため、部品を共用することによる電動アクチュエータのシリーズ化(多品種展開)を低コストに実現することができない、という問題がある。
In an electric actuator that employs a ball screw device as a motion conversion mechanism, an operation unit for operating the operation target is provided on the screw shaft in accordance with the application, the shape of the operation target, and the like. In this regard,
そこで、本願発明者らは、ねじ軸と操作部とを別体とし、電動アクチュエータの組立工程の最終段階において、ねじ軸(の軸方向の一端部)および操作部の何れか一方に設けた凹部に対して他方に設けた凸部を圧入することにより両者を固定することを検討した。しかしながら、この場合、操作部をねじ軸に対して固定する際の圧入荷重がねじ軸(を含むボールねじ装置)のみならず、モータやアクチュエータの筐体に負荷されるため、電動アクチュエータの各部が変形・損傷等し、ねじ軸の動作精度等に悪影響が及ぶおそれがある。 Accordingly, the inventors of the present application have a screw shaft and an operating portion as separate bodies, and in the final stage of the assembly process of the electric actuator, a recess provided in either the screw shaft (one end portion in the axial direction thereof) or the operating portion. On the other hand, it was studied to fix both of them by press-fitting a convex portion provided on the other side. However, in this case, since the press-fitting load when fixing the operation unit to the screw shaft is applied not only to the screw shaft (including the ball screw device) but also to the motor and actuator housing, each part of the electric actuator Deformation / damage may cause adverse effects on the operating accuracy of the screw shaft.
このような問題は、例えば、ボールねじ装置単体の状態で、ねじ軸および操作部の何れか一方に設けた凹部に対して他方に設けた凸部を圧入することで可及的に解消することができる。しかしながら、このようにすると、ボールねじ装置とその他の部品との組付性、ひいては電動アクチュエータの組立性が低下する。 Such a problem can be solved as much as possible by press-fitting a convex portion provided on the other side with respect to a concave portion provided on either the screw shaft or the operating portion in the state of the ball screw device alone, for example. Can do. However, in this case, the assembling property between the ball screw device and the other parts, and the assembling property of the electric actuator is lowered.
以上の実情に鑑み、本発明の主な課題は、ねじ軸に対する操作部の組付性に優れ、ねじ軸の動作精度が良好な電動アクチュエータを提供することにある。 In view of the above circumstances, a main object of the present invention is to provide an electric actuator that is excellent in assembling of an operation portion with respect to a screw shaft and has a good operation accuracy of the screw shaft.
上記の課題を解決するために創案された本発明は、モータ部と、モータ部の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部と、運動変換機構部の出力を受けて操作対象を操作する操作部と、軸方向の一端が開口し、モータ部および運動変換機構部を収容した有底筒状の筐体とを備え、運動変換機構部が、モータ部の回転中心と同軸に配置されたねじ軸と、ねじ軸の外周に嵌合され、モータ部の回転運動を受けて回転するナットとを有し、ナットの回転に伴って、ねじ軸および操作部が軸方向に進退移動する電動アクチュエータにおいて、ねじ軸の軸方向の一端部および操作部の何れか一方に設けた凹部の内周に他方に設けた凸部がすきまばめされ、ねじ軸と操作部とが凹部と凸部の嵌合領域内で軸方向に係合していることによりねじ軸と操作部とが連結され、ねじ軸に設けた凹部又は凸部が、モータ部の停止状態で筐体の開口部を介して筐体の外内に突出および収容可能であることを特徴とする。なお、ここでいう「すきまばめ」の定義は、日本工業規格JIS B0401−1の規定に準拠する。 The present invention, which was created to solve the above problems, operates a motor unit, a motion conversion mechanism unit that converts the rotational motion of the motor unit into a linear motion, and receives an output from the motion conversion mechanism unit to operate an operation target. The operation unit and an end in the axial direction are opened, and a bottomed cylindrical casing that houses the motor unit and the motion conversion mechanism unit is provided. The motion conversion mechanism unit is arranged coaxially with the rotation center of the motor unit. An electric actuator having a screw shaft and a nut that is fitted to the outer periphery of the screw shaft and that rotates by receiving the rotational motion of the motor unit, and the screw shaft and the operation unit move back and forth in the axial direction as the nut rotates. , The convex portion provided on the other is fitted into the inner periphery of the concave portion provided on one end of the axial direction of the screw shaft and the operating portion, and the screw shaft and the operating portion are fitted to the concave portion and the convex portion. Operation with the screw shaft by axially engaging in the joint area : It is connected, recesses or protrusions provided on the screw shaft, characterized in that in the stop state of the motor unit via the opening of the housing can be projected and housed in an outer casing. The definition of “clearance fit” here is based on the provisions of Japanese Industrial Standard JIS B0401-1.
上記の構成によれば、操作部は、ねじ軸とは別体に設けられるので、電動アクチュエータの多品種展開(異なる用途への使用)を検討する際には、必要とされる出力が同等である限りにおいて操作部を異なる仕様のものに変更すれば良く、ねじ軸を含む運動変換機構部やモータ部を共用することができる。 According to the above configuration, since the operation unit is provided separately from the screw shaft, the required output is equivalent when considering various types of electric actuators (use in different applications). As long as the operation unit is changed, the operation unit may be changed to one having a different specification, and the motion conversion mechanism unit and the motor unit including the screw shaft can be shared.
また、上記の構成によれば、操作部をねじ軸に連結固定する際に、軸方向の圧入荷重が運動変換機構部や筐体等に作用することがなくなる。このため、ねじ軸に対する操作部の連結作業に伴って、電動アクチュエータの各部が変形・損傷等する可能性を効果的に低減することができる。また、ねじ軸(の軸方向の一端部)に設けた凹部又は凸部が、モータ部の停止状態で筐体の開口部を介して筐体の外内に突出および収容可能であることから、ねじ軸に対する操作部の連結作業は、電動アクチュエータの組立工程の最終段階でも容易に行うことができる。以上より、本発明によれば、種々の機器に適用できて汎用性が高く、操作部の組付性に優れ、しかもねじ軸の動作精度に優れた電動アクチュエータを提供することができる。 Moreover, according to said structure, when an operation part is connected and fixed to a screw shaft, the press-fit load of an axial direction does not act on a motion conversion mechanism part, a housing | casing, etc. For this reason, it is possible to effectively reduce the possibility that each part of the electric actuator is deformed / damaged along with the operation of connecting the operation part to the screw shaft. Further, since the concave portion or the convex portion provided on the screw shaft (one end portion in the axial direction thereof) can be projected and accommodated outside the housing through the opening of the housing with the motor portion stopped. The operation of connecting the operation unit to the screw shaft can be easily performed at the final stage of the assembly process of the electric actuator. As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electric actuator that can be applied to various devices, has high versatility, is excellent in assembling of the operation unit, and is excellent in the operation accuracy of the screw shaft.
ねじ軸と操作部とは、例えば、凹部および凸部(ねじ軸の軸方向の一端部および操作部)に設けた径方向の貫通孔にピンを挿通させることにより、あるいは、凹部の内周面に設けた雌ねじ部に凸部の外周面に設けた雄ねじ部を螺着させることにより、軸方向で係合させることができる。 The screw shaft and the operation portion are, for example, by inserting a pin through a radial through hole provided in a recess and a convex portion (one end portion of the screw shaft in the axial direction and the operation portion), or the inner peripheral surface of the recess The male screw portion provided on the outer peripheral surface of the convex portion is screwed to the female screw portion provided on the outer peripheral surface of the convex portion, so that they can be engaged in the axial direction.
上記構成において、ねじ軸に径方向の軸回りに回転可能な回転体を設けると共に、筐体の軸方向の一端部に筒状のガイド部材を着脱可能に連結し、このガイド部材に、回転体が転動可能に嵌合し、ねじ軸の進退移動量(ストローク量)を決定付ける軸方向の案内溝を設けることができる。このようにすれば、例えば、必要とされるねじ軸のストローク量が異なる用途に当該電動アクチュエータを展開する際にも、案内溝の軸方向寸法が異なるガイド部材に交換すれば良く、モータ部や運動変換機構部、さらにはこれらを収容した筐体を共用することが可能となる。よって、多品種展開(シリーズ化)の容易な電動アクチュエータを実現する上で有利となる。 In the above configuration, the screw shaft is provided with a rotating body that can rotate about a radial axis, and a cylindrical guide member is detachably connected to one end portion of the casing in the axial direction, and the rotating member is connected to the guide member. Are fitted so as to be able to roll, and an axial guide groove for determining the forward / backward movement amount (stroke amount) of the screw shaft can be provided. In this way, for example, even when the electric actuator is deployed in an application where the required stroke amount of the screw shaft is different, the guide member may be replaced with a guide member having a different axial dimension. It becomes possible to share the motion conversion mechanism and the housing that houses them. Therefore, it is advantageous in realizing an electric actuator that can be easily developed (series).
上記の構成を有する電動アクチュエータは、モータ部のロータコアを支持する中空回転軸と、中空回転軸を回転自在に支持する転がり軸受とをさらに備えるものとすることができ、この場合、ナットが、中空回転軸とトルク伝達可能に中空回転軸の内周に配置され、中空回転軸に、転がり軸受の内側軌道面が設けられた構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、軸方向にコンパクトな中空回転軸を使用することができるので、電動アクチュエータを軸方向にコンパクト化し、使用機器に対する搭載性を高めることができる。 The electric actuator having the above-described configuration may further include a hollow rotating shaft that supports the rotor core of the motor unit and a rolling bearing that rotatably supports the hollow rotating shaft. In this case, the nut is hollow. It is possible to adopt a configuration in which the inner shaft surface of the rolling bearing is provided on the inner periphery of the hollow rotating shaft so that torque can be transmitted to the rotating shaft. By adopting such a configuration, it is possible to use a hollow rotating shaft that is compact in the axial direction, so that the electric actuator can be made compact in the axial direction and the mountability to the equipment used can be improved.
中空回転軸に上記の内側軌道面が設けられている場合、内側軌道面は、ナットの軸方向幅の内側に配置することができる。これにより、電動アクチュエータを軸方向に一層コンパクト化することができる。 When the inner raceway surface is provided on the hollow rotary shaft, the inner raceway surface can be disposed inside the axial width of the nut. Thereby, the electric actuator can be made more compact in the axial direction.
以上より、本発明によれば、種々の機器に適用できて汎用性が高く、ねじ軸に対する操作部の組付性に優れ、しかもねじ軸の動作精度が良好な電動アクチュエータを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electric actuator that can be applied to various devices, has high versatility, is excellent in assembling of the operation portion with respect to the screw shaft, and has good operation accuracy of the screw shaft. .
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図を示し、図2に、図1のE−E線矢視断面図を示す。図1および図2に示すように、電動アクチュエータ1は、電力の供給を受けて駆動されるモータ部Aと、モータ部Aの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部Bと、図示外の操作対象を操作する操作部Cと、ターミナル部Dとを備え、モータ部A、運動変換機構部Bおよびターミナル部Dは有底筒状の筐体2に収容・保持されている。なお、図1および図2は、電動アクチュエータ1の出力部材が原点に位置した状態を示している。ここでいう「原点に位置した状態」とは、後述する圧縮コイルばね48のばね力(弾性復元力)により、ねじ軸33(に連結された内方部材36)の端面が、これに対向するカバー29の端面と機械的に当接する位置にある状態のことである。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electric actuator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line EE in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
筐体2は、軸方向に結合された複数の部材からなる。本実施形態の筐体2は、軸方向一方側(図1および図2においては紙面右側。以下同様。)および軸方向他方側(図1および図2においては紙面左側。以下同様。)の端部が開口した筒状のケーシング20と、ケーシング20の軸方向他方側の端部開口を閉塞するカバー29と、ケーシング20とカバー29の間に配置され、ターミナル部Dを構成するターミナル本体50と、ケーシング20の軸方向一方側に配置された筒状のガイド部材10との結合体からなる。カバー29およびターミナル本体50は、図6に示す組立用ボルト61によりケーシング20に対して連結されており、ガイド部材10は、後述する手段によってケーシング20に対して着脱可能に連結されている。
The housing |
モータ部Aは、ケーシング20の内周に固定されたステータ23と、径方向隙間を介してステータ23の内周に対向配置されたロータ24とを備えたラジアルギャップ型のモータ(詳細には、U相、V相およびW相を有する三相ブラシレスモータ)25を有する。ステータ23は、ステータコア23aに装着された絶縁用のボビン23bと、ボビン23bに巻き回されたコイル23cとを備える。ロータ24は、ロータコア24aと、ロータコア24aの外周に取り付けられた永久磁石24bと、中空軸状に形成され、ロータコア24aを支持(外周に装着)した中空回転軸としてのロータインナ26とを備える。
The motor portion A is a radial gap type motor (in detail, including a
ロータインナ26の軸方向一方側の端部外周には転がり軸受27の内側軌道面27aが形成され、転がり軸受27の外輪27bはケーシング20の内周面に装着されている。また、ロータインナ26の軸方向他方側の端部内周面と、カバー29の円筒部29aの外周面との間に転がり軸受30が装着されている。このような構成により、ロータインナ26は、転がり軸受27,30を介して筐体2に対して回転自在に支持されている。転がり軸受27は、後述するナット32の軸方向幅の内側に配置されている。
An
図1および図2に示すように、本実施形態の運動変換機構部Bは、ボールねじ装置31で構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the motion conversion mechanism B of the present embodiment includes a
ボールねじ装置31は、ロータ24(ロータインナ26)と同軸に配置され、操作部Cとしてのアクチュエータヘッド39とともに電動アクチュエータ1の出力部材を構成するねじ軸33と、複数のボール34を介してねじ軸33の外周に回転自在に嵌合されたナット32と、循環部材としてのこま35とを備える。ナット32の内周面に形成された螺旋状溝32aと、ねじ軸33の外周面に形成された螺旋状溝33aとの間に複数のボール34が装填され、こま35が組み込まれている。ナット32は、モータ25のロータインナ26とトルク伝達可能にロータインナ26の内周に固定(本実施形態では圧入)されている。このような構成により、モータ部A(ロータインナ26)の回転運動を受けてナット32がねじ軸33の軸線回りに回転すると、ねじ軸33が軸方向に直線運動(進退移動)する。ねじ軸33が進退移動する際には、両螺旋状溝32a,33aの間でボール34が循環する。
The
ねじ軸33は、軸方向の両端が開口した中空状に形成され、内周に内方部材36が収容されている。内方部材36は、例えばPPS等の樹脂材料で形成され、軸方向一方側の端部に設けられた円形中実部36aと、軸方向他方側の端部に設けられたフランジ部36bと、両部36a,36bを接続する筒部36cとを一体に有する有底筒状をなす。ねじ軸33の内周に収容された内方部材36は、その円形中実部36aとねじ軸33とを径方向に貫通するようにピン37を嵌め込むことによってねじ軸33と連結される。ピン37の両端部は、ねじ軸33の外周面から径方向外側に突出しており、この突出部分に、PPS等の樹脂材料で形成された回転体としてのガイドカラー38が外嵌されている。
The
ケーシング20は小径円筒部20aを有し、この小径円筒部20aに筒状のガイド部材10が着脱可能に連結されている。ガイドカラー38は、ガイド部材10の内周に設けられた軸方向の案内溝11に嵌合され、ねじ軸33の進退移動時には案内溝11を転動する。このような構成により、モータ25の回転に伴ってナット32がねじ軸33の軸線回りに回転すると、ねじ軸33は回り止めされた状態で軸方向に進退移動する。なお、ねじ軸33が、軸方向一方側に直線運動(前進)するか、あるいは、軸方向他方側に直線運動(後退)するかは、基本的には、ナット32の回転方向に応じて決定付けられるが、本実施形態では、付勢部材としての圧縮コイルばね48のばね力によってもねじ軸33が後退移動可能となっている(詳細は後述する)。
The
図1および図2に示すように、ねじ軸33の軸方向一方側の端部には、操作部Cとしてのアクチュエータヘッド39が連結されており、ねじ軸33およびこれに連結されたアクチュエータヘッド39で電動アクチュエータ1の出力部材が構成される。アクチュエータヘッド39としては、電動アクチュエータ1の用途に応じたものが選択使用される。図示例のアクチュエータヘッド39は、ねじ軸33が前進するのに伴って図示外の操作対象を軸方向に加圧操作する、いわゆる押しタイプのアクチュエータヘッドである。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, an
図1および図2に示すように、カバー29は、ねじ軸33の外周に配置された円筒部29aを有し、この円筒部29aの先端部外周にスラスト受けリング46が取り付けられている。スラスト受けリング46とナット部材32との間にはスラスト軸受としての針状ころ軸受47が配設されている。かかる態様で針状ころ軸受47が配設されていることにより、ねじ軸33が軸方向一方側に直線運動するのに伴って生じる反力(スラスト荷重)が滑らかに支持される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
針状ころ軸受47は、ロータインナ26を支持する転がり軸受27,30間の軸方向範囲内に配置されている。この場合、モーメント荷重に対して有利であるため、針状ころ軸受47、さらにはスラスト受けリング46等として小型のものが採用可能となり、電動アクチュエータ1をコンパクト化することができる。
The
図1および図2に示すように、カバー29の円筒部29aの内周面29bとねじ軸33の外周面との間には、付勢部材としての圧縮コイルばね48が配設されている。圧縮コイルばね48の軸方向一方側および他方側の端部は、それぞれ、針状ころ軸受47および内方部材36のフランジ部36bに当接している。このように設けられた圧縮コイルばね48のばね力により、内方部材36と連結されたねじ軸33が常時原点側に付勢される。このようにすれば、例えば、モータ部Aに適切に駆動電力が供給されないような場合には、ねじ軸33を自動的に原点復帰させることができるので、図示しない操作対象の作動性に悪影響が及び難くなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
以上で説明したカバー29は、加工性(量産性)および熱伝導率に優れた金属材料、例えば、アルミニウム合金、亜鉛合金又はマグネシウム合金で形成される。図示は省略しているが、カバー29の外側表面には、電動アクチュエータ1の冷却効率を高めるための冷却フィンを設けても良い。図6に示すように、カバー29の外周部には、電動アクチュエータ1の組立用ボルト61が挿通された図示外の貫通穴と、電動アクチュエータ1を使用機器に取り付けるための取付用ボルトが挿通される貫通穴62とが設けられている。
The
次に、ターミナル部Dを図1〜図5を参照して説明する。図3に示すように、ターミナル部Dは、筐体2の一部を構成する短筒状部、および短筒状部の軸方向他方側の端部から径方向内側に延びる円盤状部を一体に有するターミナル本体50と、ターミナル本体50(の円盤状部)に対してねじ止めされたバスバー51およびプリント基板52とを備える。図4および図5に示すように、ターミナル本体50の短筒状部は、図6に示す組立用ボルト61が挿通される貫通穴68と、電動アクチュエータ1を使用機器に取り付けるためのボルトが挿通される貫通穴69とを有し、上記の組立用ボルト61により、ケーシング20とカバー29の間で挟持される(図1,2参照)。ターミナル本体50は、例えばPPS等の樹脂材料で形成される。
Next, the terminal part D is demonstrated with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, the terminal portion D has a short cylindrical portion constituting a part of the
ターミナル部D(ターミナル本体50)は、モータ25に駆動電力を供給するための給電回路を保持している。給電回路は、図4および図5に示すように、ステータ23のコイル23cをU相、V相、W相の相別にバスバー51の端子51aに結線し、さらに、図2に示すように、バスバー51の端子51bと、ターミナル本体50の端子台50aとをねじ70で締結することで構成される。端子台50aは、図示外のリード線が接続される端子50bを有し、上記のリード線は、ターミナル本体50の短筒状部に設けられた開口部50c(図1参照)を介して筐体2の外側に引き出され、制御装置80のコントローラ81(図13又は図14参照)に接続される。
The terminal portion D (terminal body 50) holds a power feeding circuit for supplying driving power to the
本実施形態の電動アクチュエータ1には2種類のセンサが搭載されており、これら2種類のセンサはターミナル部Dに保持されている。図1等に示すように、2種類のセンサのうちの一方は、モータ25の回転制御に用いる回転角度検出用センサ53であり、他方は、ねじ軸33のストローク制御(軸方向の変位量検出)のために用いるストローク検出用センサ55である。回転角度検出用センサ53およびストローク検出用センサ55としては、何れも、磁気センサの一種であるホールセンサが使用される。
Two types of sensors are mounted on the
図1および図5に示すように、回転角度検出用センサ53は、円盤状をなしたプリント基板52に取り付けられており、ロータインナ26の軸方向他方側の端部に取り付けられたパルサリング54と軸方向隙間を介して対向配置されている。この回転角度検出用センサ53は、モータ25のU相、V相、W相のそれぞれに電流を流すタイミングを決める。
As shown in FIGS. 1 and 5, the rotation
図2および図5に示すように、ストローク検出用センサ55は、軸方向に延び、軸方向他方側の端部がプリント基板52に接続された帯状のプリント基板56に取り付けられている。プリント基板56およびストローク検出用センサ55は、ねじ軸33の内周、より詳細には、ねじ軸33の内周に収容された内方部材36の筒部36c内周に配置されている。また、内方部材36の筒部36cの内周には、ストローク検出用センサ55と径方向隙間を介して対向するようにターゲットとしての永久磁石57が取り付けられており、本実施形態では軸方向に離間した二箇所に永久磁石57が取り付けられている。そして、ホールセンサからなるストローク検出用センサ55は、永久磁石57の周囲に形成される軸方向および径方向の磁界をそれぞれ検出し、これに基づいてねじ軸33の軸方向の変位量を算出する。
As shown in FIGS. 2 and 5, the
詳細な図示は省略しているが、回転角度検出用センサ53およびストローク検出用センサ55の信号線は、何れも、ターミナル本体50の開口部50c(図1参照)を介して筐体2の外側に引き出され、制御装置80(図13又は図14参照)に接続される。
Although detailed illustration is omitted, the signal lines of the rotation
本実施形態の電動アクチュエータ1の基本的な構成は以上で説明したとおりであり、この電動アクチュエータ1は以下のような作用効果を奏し得る。
The basic configuration of the
まず、中空回転軸としてのロータインナ26は、ロータコア24aの軸方向一方側の端部に近接配置された転がり軸受27により軸方向一方側の端部が回転自在に支持され、ロータコア24aの軸方向他方側の端部に近接配置された転がり軸受30により軸方向他方側の端部が回転自在に支持されている。このような構造により、ロータインナ26を軸方向にコンパクト化することができる。これに加えて、転がり軸受27がナット32の軸方向幅の内側に配置された構造、およびロータインナ26とナット32の半径方向での重畳構造が相俟って、筐体2、ひいては電動アクチュエータ1を軸方向および径方向にコンパクト化することができる。これにより、電動アクチュエータ1の使用機器に対する搭載性が向上する。
First, the rotor inner 26 as a hollow rotating shaft is rotatably supported at one end in the axial direction by a rolling
また、通常、ロータ24は、その回転バランスが取られている。この場合、ロータインナ26を支持する転がり軸受27,30は、ロータ24の自重程度のラジアル荷重を支持できれば良いため、転がり軸受27の内側軌道面27aを一体に有するロータインナ26は、高強度の材料で形成する必要がなく、例えば、焼入れ焼戻し等の熱処理が省略された安価な軟鋼材で形成しても必要強度を確保することができる。また、ねじ軸33の直線運動に伴って生じる反力(スラスト荷重)は専用の針状ころ軸受47で支持される。従って、転がり軸受27は、ラジアル方向の位置決め機能を有していれば足りるため、転がり軸受27の内側軌道面27aを一体に有するロータインナ26は、上記のような材料仕様で足りる。これにより、電動アクチュエータ1を低コスト化することができる。
Usually, the
また、ロータインナ26とナット32とを別体構造としたので、例えば、仕様が異なるボールねじ装置31を採用する場合でも、ロータインナ26(ひいてはモータ部A)を共用することができる。これにより、部品を共用することによる電動アクチュエータ1の多品種展開(シリーズ化)を容易に実現することが可能となる。
In addition, since the rotor inner 26 and the
また、給電回路、回転角度検出用センサ53およびストローク検出用センサ55等の電装部品をターミナル本体50でまとめて保持し、このターミナル本体50(ターミナル部D)をケーシング20とカバー29とで軸方向に挟持するサンドイッチ構造を採用したので、組立性が良好である。さらに、上記のサンドイッチ構造と、ターミナル本体50の外周部(短筒状部)に設けた開口部50cを介して給電回路のリード線や上記センサの信号線を筐体2の外側に引き出し可能にした構造とにより、複数の電動アクチュエータ1(モータ部A、運動変換機構部Bおよびターミナル部Dをユニット化したもの)を軸方向に連ねて配置してなり、複数の操作対象を個別に操作可能な電動アクチュエータを実現することもできる。
In addition, electrical components such as a power feeding circuit, a rotation
本実施形態の電動アクチュエータ1は、以上で説明した特徴的な構成に加え、以下説明する特徴的な構成を備える。その詳細を、図1、図2および図7〜12に基づいて説明する。
The
まず、図1および図2に示すように、ねじ軸33の直線運動を案内する筒状のガイド部材10は、筐体2(ケーシング20)の軸方向一方側の端部に着脱可能に連結されている。すなわち、ガイド部材10は、ねじ軸33に設けられたガイドカラー38が転動可能に嵌合した軸方向の案内溝11を有し、この案内溝11は、電動アクチュエータ1の用途に応じて必要とされるねじ軸33のストローク量に見合った軸方向寸法を有する。ガイド部材10は、内周面に案内溝11が形成された内径側円筒部10Aと、内径側円筒部10Aの径方向外側に設けられた外径側円筒部10Bと、両円筒部10A,10Bを接続する円盤部10Cとを一体に有し、両円筒部10A,10Bの間(内径側円筒部10Aの外周面10Aaと外径側円筒部10Bの内周面10Baとの間)には、ケーシング20の小径円筒部20aが嵌合される環状溝12が形成されている。
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the
ケーシング20に対するガイド部材10の組付性を考慮し、外径側円筒部10Bの内周面10Baとケーシング20の小径円筒部20aの外周面との間のはめあい、および内径側円筒部10Aの外周面10Aaとケーシング20の小径円筒部20aの内周面との間のはめあいは、何れもすきまばめ(日本工業規格JIS B 0401−1参照)とされる。図示は省略しているが、ガイド部材10の外径側円筒部10Bとケーシング20の小径円筒部20aとの間には、必要に応じてOリング等のシール部材が配設され、これによってケーシング20とガイド部材10間のシール性が担保される。ガイド部材10は、ケーシング20の小径円筒部20aの自由端が、環状溝12の溝底面12a(円盤部10Cの軸方向他方側の端面)に当接するまで押し込まれ、その後、ガイド部材10の外径側円筒部10Bとケーシング20の小径円筒部20aとの間にピン(例えば、スプリングピン)13を挿入することにより、ケーシング20に対する相対移動が規制されるようにしてケーシング20に連結される。
In consideration of the assembly of the
本実施形態で採用しているケーシング20とガイド部材10の連結構造について、図7および図8を参照して詳細に説明する。図7に示すように、ガイド部材10の外径側円筒部10Bには、その周方向に離間した二箇所に形成された切欠き部10Dと、二つの切欠き部10Dに開口した貫通孔10Eとが設けられている。また、ケーシング20の小径円筒部20aの外周面には、上記の貫通孔10Eの延在方向に沿う切欠き部20bが形成されている。そして、図8に示すように、貫通孔10Eと切欠き部20bの位相合わせを行った状態でガイド部材10の環状溝12にケーシング20の小径円筒部20aを嵌合し、小径円筒部20aの自由端が環状溝12の溝底面12aに当接した時点で貫通孔10Eにピン13を挿入する。これにより、ガイド部材10は、ケーシング20(筐体2)に対する軸方向の相対移動および相対回転が規制されるようにして、ケーシング20に対して連結固定される。
A connection structure between the
以上で説明した構成(手順)によれば、ガイド部材10を、容易にかつ精度良くケーシング20に対して連結することができる。詳細な図示は省略するが、ピン13を抜き取った後、ガイド部材10とケーシング20とを相対的に離反移動させれば、ガイド部材10をケーシング20から分離することができる。このため、ガイド部材10は、例えば図9に示すように、(案内溝11の)軸方向寸法が異なるガイド部材10’に容易に変更することができる。図9に示すガイド部材10’は、図8に示したガイド部材10(軸方向寸法がW1のガイド部材10)よりも大きい軸方向寸法W2を有し、案内溝11の軸方向寸法が延長された以外は、図8に示すガイド部材10と実質的に同様の構成を有する。
According to the configuration (procedure) described above, the
そのため、本実施形態の電動アクチュエータ1は、モータ部A、運動変換機構部Bおよびこれらを収容したケーシング20(筐体2)等、その構成部品の大半を共用しつつ、ねじ軸33に必要とされるストローク量が異なる用途に応じた仕様に変更することが容易に行い得る。
Therefore, the
次に、前述したとおり、操作部Cとしてのアクチュエータヘッド39はねじ軸33とは別体に設けられており、電動アクチュエータ1の組立工程の最終段階、すなわち、内周にモータ部Aや運動変換機構部B等が組み付けられた筐体2に対してガイド部材10を連結した後(図8等参照)にねじ軸33の軸方向一方側の端部に連結される。
Next, as described above, the
図10は、図2に示す電動アクチュエータ1の要部拡大図であって、ねじ軸33に対するアクチュエータヘッド39の連結作業が完了した状態を示す図である。アクチュエータヘッド39は、ねじ軸33の軸方向一方側の端部に設けられた凹部R(ここでは、ねじ軸33の中空部の軸方向一方側の端部)の内周に嵌合された凸部Pを有し、凹部Rに対する凸部Pのはめあい(ねじ軸33の内周面33bとこれに対向するアクチュエータヘッド39の外周面39bとの間のはめあい)は、いわゆるすきまばめとされる。そのため、ねじ軸33の内周面33bは、図10中の拡大図に示すように、微小な隙間幅を有する径方向隙間δを介してアクチュエータヘッド39の外周面39bと対向している。ねじ軸33の軸方向一方側の端部およびアクチュエータヘッド39の凸部Pには、径方向の貫通孔33c,39aがそれぞれ形成されており、この貫通孔33c,39aに径一定の中実軸からなる連結ピン40が挿通されている。これにより、ねじ軸33とアクチュエータヘッド39とは、凹部Rと凸部Pの嵌合領域内で軸方向に係合し、両者33,39の軸方向の相対移動および相対回転が規制されるようにして連結される。
FIG. 10 is an enlarged view of a main part of the
図示例の連結ピン40は、径一定の中実軸であることから、何らの対策も講じていなければ、何らかの拍子に連結ピン40が抜け落ちる可能性がある。そのため、本実施形態では、貫通孔33c,39aに連結ピン40を挿通させた後、ねじ軸33に加締め部33dを形成することにより、連結ピン40の抜け落ちを可及的に防止するようにしている。
Since the connecting
ねじ軸33のうち、少なくともアクチュエータヘッド39の凸部Pが嵌合される被嵌合部(凹部R)は、モータ部Aの停止状態において、筐体2の軸方向一方側の開口部(ここでは、ケーシング20の小径円筒部20aに連結されたガイド部材10の軸方向一方側の開口部)を介して筐体2の外内に突出および収容可能とされる。そして、ねじ軸33に対するアクチュエータヘッド39の連結作業、すなわち、ねじ軸33の凹部Rへのアクチュエータヘッド39の凸部Pの嵌合、ねじ軸33およびアクチュエータヘッド39にそれぞれ設けた貫通孔33c,39aへの連結ピン40の挿通、および加締め部33dの形成は、図10に示すように、ねじ軸33の凹部Rを筐体2の外側に突出させた状態で行われる。
Of the
このようにすれば、電動アクチュエータ1の組立工程の最終段階でねじ軸33に対してアクチュエータヘッド39を連結するようにしても、ねじ軸33に対するアクチュエータヘッド39の連結固定時に、ねじ軸33(を含むボールねじ装置31)、モータ部A、さらにはこれを収容した筐体2等に軸方向の圧入荷重が作用することがなくなる。このため、ねじ軸33に対するアクチュエータヘッド39の連結作業に伴って、電動アクチュエータ1の各部が変形・損傷等する可能性を効果的に低減することができ、これを通じてねじ軸33の動作精度が良好で信頼性に富む電動アクチュエータ1を実現することができる。
In this way, even if the
なお、このような作用効果を享受するために採り得る構成は上記のものに限られない。すなわち、以上では、中実の連結ピン40を用いてねじ軸33とアクチュエータヘッド39とを連結したが、このような連結ピン40に替えて、例えば図11に示すような中空状のスプリングピン41を使用することも可能である。この場合、貫通孔33c,39cにスプリングピン41を挿通させた後、スプリングピン41の両端部を拡径させてねじ軸33と係合させることにより、スプリングピン41の抜け止めを図ることができる。
In addition, the structure which can be taken in order to enjoy such an effect is not restricted to the above. That is, in the above, the
また、ねじ軸33とアクチュエータヘッド39とは、以上で説明した軸状部材(中実の連結ピン40や中空状のスプリングピン41)に替えて、ねじ軸33とアクチュエータヘッド39とを螺着させることによって連結することも可能である。その一例を図12に示す。図示例では、内周面に雌ねじ部が設けられたねじ軸33の凹部Rに対し、外周面に雄ねじ部が設けられたアクチュエータヘッド39の凸部Pを螺着させることにより、ねじ軸33とアクチュエータヘッド39とを軸方向で係合させ、両者を連結している。なお、詳細な図示は省略しているが、この場合も、アクチュエータヘッド39の凸部Pは、その外周面(雄ねじ部の頂部)が、ねじ軸33の凹部Rの内周面(雌ねじ部の底部)と径方向隙間を介して対向する。そのため、図12に示す構成も本発明の範囲に含まれる。
Further, the
本実施形態の電動アクチュエータ1は、前述した種々の特徴的な構成が相俟って、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、ねじ軸33の動作精度が良好で信頼性に富み、しかも組立およびシリーズ化も容易である、という特長を有する。
The
最後に、図1および図13を参照して本実施形態の電動アクチュエータ1の作動態様を簡単に説明する。例えば、図示しない車両上位のECUに操作量が入力されると、この操作量に基づいてECUは要求される位置指令値を演算する。図13に示すように、位置指令値は制御装置80のコントローラ81に送られ、コントローラ81は、位置指令値に必要なモータ回転角の制御信号を演算し、この制御信号をモータ25に送る。
Finally, the operation mode of the
コントローラ81から送られた制御信号に基づいてロータ24(ロータインナ26)が回転すると、この回転運動が運動変換機構部B、すなわちボールねじ装置31のナット32に伝達される。ロータインナ26の回転運動を受けてナット32が回転すると、ねじ軸33は、回り止めされた状態で軸方向一方側に直線運動(前進)する。この際、ねじ軸33はコントローラ81の制御信号に基づく位置まで前進し、ねじ軸33の軸方向一方側の端部に連結されたアクチュエータヘッド39が図示しない操作対象を操作する。
When the rotor 24 (rotor inner 26) rotates based on the control signal sent from the
ねじ軸33の軸方向位置(軸方向の変位量)は、図13にも示すように、ストローク検出用センサ55により検出され、その検出信号は制御装置80の比較部82に送られる。そして、比較部82は、ストローク検出用センサ55により検出された検出値と位置指令値との差分を算出し、コントローラ81はこの算出値および回転角度検出用センサ53から送られた信号に基づいてモータ25に制御信号を送る。このようにして、アクチュエータヘッド39の位置がフィードバック制御される。このため、本実施形態の電動アクチュエータ1を、例えば、シフト・バイ・ワイヤに適用した場合、シフト位置を確実にコントロールすることができる。なお、モータ25やセンサ53,55等を駆動するための電力は、車両側に設けられたバッテリ等の外部電源(図示せず)から、制御装置80およびターミナル部Dに保持された給電回路を介してモータ25等に供給される。
As shown in FIG. 13, the axial position of the screw shaft 33 (the amount of displacement in the axial direction) is detected by the
以上、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ1について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限られない。
As mentioned above, although the
例えば、以上で説明した実施形態においては、ねじ軸33に対して操作部Cとしてのアクチュエータヘッド39を連結するに際し、ねじ軸33に設けた凹部Rの内周にアクチュエータヘッド39に設けた凸部Pを嵌合(すきまばめ)するようにしたが、これとは逆に、アクチュエータヘッド39に凹部Rを設け、この凹部Rの内周にねじ軸33に設けた凸部Pを嵌合するようにしても構わない。
For example, in the embodiment described above, when the
また、以上で説明した実施形態においては、ねじ軸33を常時原点側に付勢する圧縮コイルばね48を設けているが、圧縮コイルばね48は付勢する機能を必要とする用途に応じて設ければよく、必要としない場合は省略しても構わない。
Further, in the embodiment described above, the
また、以上で説明した実施形態においては、ロータインナ26およびその内周に配置したナット32をトルク伝達可能に連結することにより、ロータインナ26(モータ部A)の回転運動をナット32(運動変換機構部B)に直接伝達するようにしたが、ロータインナ26とナット32の間のトルク伝達経路上に減速機(例えば、遊星歯車減速機や遊星ローラ減速機)を設け、減速機の入力側とロータインナ26とをトルク伝達可能に連結すると共に、減速機の出力側とナット32とをトルク伝達可能に連結することにより、ロータインナ26の回転を減速してナット32に伝達するようにしても良い。この場合、モータ25の回転トルクを増加させることができるので、モータ25を小型化することができ、これを通じて電動アクチュエータ1を軽量・コンパクト化することができる。
In the embodiment described above, the rotor inner 26 and the
また、以上で説明した実施形態においては、ラジアルギャップ型のモータ25を採用したが、アキシャルギャップ型のモータを採用しても構わない。また、以上で説明した実施形態においては、運動変換機構部Bをボールねじ装置31で構成したが、本発明は、運動変換機構部Bに、ボール34および循環部材としてのこま35が省略された、いわゆるすべりねじを使用する場合にも好ましく適用することができる。
In the embodiment described above, the radial
また、以上で説明した実施形態においては、ストローク検出用センサ55を使用するようにしているが、使用機器によっては、ストローク検出用センサ55を使用しない場合もある。
In the embodiment described above, the
図14に基づき、ストローク検出用センサ55を使用しない場合における電動アクチュエータ1の作動態様の一例を説明する。図14は、圧力制御の例であり、図示外の操作対象に圧力センサ83が設けられている。図示外のECUに操作量が入力されると、ECUは要求される圧力指令値を演算する。この圧力指令値が制御装置80のコントローラ81に送られると、コントローラ81は、圧力指令値に必要なモータ回転角の制御信号を演算し、この制御信号をモータ25に送る。そして、図13を参照して説明した場合と同様に、ねじ軸33がコントローラ81の制御信号に基づく位置まで前進し、ねじ軸33の軸方向一方側の端部に固定されたアクチュエータヘッド39が図示外の操作対象を操作する。
Based on FIG. 14, an example of the operation mode of the
ねじ軸33(アクチュエータヘッド39)の操作圧力は、外部に設置された圧力センサ83により検出され、フィードバック制御される。このため、ストローク検出用センサ55を使用しない電動アクチュエータ1を例えばブレーキバイワイヤに適用した場合、ブレーキの液圧を確実にコントロールすることができる。
The operating pressure of the screw shaft 33 (actuator head 39) is detected by a
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. It includes the equivalent meanings recited in the claims and the equivalents recited in the claims, and all modifications within the scope.
1 電動アクチュエータ
2 筐体
10 ガイド部材
11 案内溝
20 ケーシング
23 ステータ
24 ロータ
25 モータ
26 ロータインナ(中空回転軸)
27 転がり軸受
27a 内側軌道面
31 ボールねじ装置
32 ナット
33 ねじ軸
38 ガイドカラー(回転体)
39 アクチュエータヘッド(操作部)
47 針状ころ軸受
A モータ部
B 運動変換機構部
C 操作部
D ターミナル部
P 凸部
R 凹部
δ 径方向隙間
DESCRIPTION OF
27 Rolling bearing 27a
39 Actuator head (operation unit)
47 Needle roller bearing A Motor part B Motion conversion mechanism part C Operation part D Terminal part P Convex part R Concave part δ Radial gap
Claims (6)
前記ねじ軸の軸方向の一端部および前記操作部の何れか一方に設けた凹部の内周に他方に設けた凸部がすきまばめされ、前記ねじ軸と前記操作部とが前記凹部と前記凸部の嵌合領域内で軸方向に係合していることにより前記ねじ軸と前記操作部とが連結され、
前記ねじ軸に設けた前記凹部又は前記凸部が、前記モータ部の停止状態で前記筐体の開口部を介して前記筐体の外内に突出および収容可能であることを特徴とする電動アクチュエータ。 A motor unit, a motion conversion mechanism unit that converts the rotational motion of the motor unit into a linear motion, an operation unit that receives an output of the motion conversion mechanism unit, and operates an operation target; A screw shaft disposed coaxially with the rotation center of the motor unit, and an outer periphery of the screw shaft. In the electric actuator in which the screw shaft and the operation portion move forward and backward in the axial direction along with the rotation of the nut,
A convex portion provided on the other side of the concave portion provided on one end of the axial direction of the screw shaft and the operating portion is fitted into the other, and the screw shaft and the operating portion are connected to the concave portion and the operating portion. The screw shaft and the operation part are connected by being engaged in the axial direction within the fitting region of the convex part,
The electric actuator characterized in that the concave portion or the convex portion provided on the screw shaft can be projected and housed outside the casing through the opening of the casing when the motor section is stopped. .
前記ガイド部材が、前記回転体が転動可能に嵌合し、前記ねじ軸の進退移動量を決定付ける軸方向の案内溝を有する請求項1〜3の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。 A rotating body that is rotatable about a radial axis is provided on the screw shaft, and a cylindrical guide member is detachably connected to one axial end of the housing.
The electric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the guide member has an axial guide groove that fits in such a manner that the rotating body can roll and determines an amount of forward and backward movement of the screw shaft.
前記ナットが、前記中空回転軸とトルク伝達可能に前記中空回転軸の内周に配置され、
前記中空回転軸に、前記転がり軸受の内側軌道面が設けられている請求項1〜4の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。 A hollow rotary shaft that supports the rotor core of the motor unit, and a rolling bearing that rotatably supports the hollow rotary shaft;
The nut is disposed on the inner periphery of the hollow rotary shaft so as to be able to transmit torque with the hollow rotary shaft,
The electric actuator according to claim 1, wherein an inner raceway surface of the rolling bearing is provided on the hollow rotary shaft.
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Cited By (2)
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WO2023245735A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 深圳市一晤未来科技有限公司 | Composite motion electric motor having ball bushing, and electric toothbrush |
WO2023245734A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 深圳市一晤未来科技有限公司 | Composite-motion electric motor having elastic bearing pedestal, and electric toothbrush |
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2017
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WO2023245734A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 深圳市一晤未来科技有限公司 | Composite-motion electric motor having elastic bearing pedestal, and electric toothbrush |
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