JP2019097382A

JP2019097382A - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2019097382A
Application number: JP2018219284A
Authority: JP
Inventors: 卓志松任; Takushi Matto; 加藤　晃央; Akio Kato; 晃央加藤; 篤史池田; Atsushi Ikeda
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2038-11-22
Also published as: EP3719965A1; US11476732B2; US20200336038A1; EP3719965A4; JP7240150B2

Abstract

【課題】密閉箇所を削減し、低コスト化を図れる電動アクチュエータを提供する。【解決手段】電動モータ２と、電動モータ２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるリレー回路３と、電動モータ２の回転運動をそれとは異なる方向の運動に変換して出力する運動変換機構４と、ハウジング１とを備える電動アクチュエータにおいて、ハウジング１は、２つのハウジング分割体１ａ，１ｂを互いに接合して構成され、２つのハウジング分割体１ａ，１ｂが接合されて形成された内部空間に、電動モータ２、リレー回路３、運動変換機構４を収容した。【選択図】図１

Description

本発明は、電動アクチュエータに関する。

近年、車両等の省力化、低燃費化のために電動化が進み、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリング等の操作を電動機の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。

このような用途に使用される電動アクチュエータとして、例えば特許文献１には、電動モータ等の駆動部品と、駆動部品を制御する電子部品とが一体的に組み付けられた、いわゆる機電一体型の電動アクチュエータが提案されている。具体的に、特許文献１に記載の構成では、電動モータ等が組み付けられるハウジングに箱状のケースが設けられており、このケース内に電動モータの駆動を制御するための電子部品が収容されることで、駆動部品と電子部品とが一体的に組み付けられている。

特開２０１５−５８８２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成においては、電子部品が駆動部品とは別の空間内に収容されているため、駆動部品と電子部品との両方に対して防塵又は防水対策をしようとすると、それぞれが配置される空間を個別に密閉処理する必要がある。このように、電子部品を駆動部品とは別の空間内に収容すると、密閉箇所が増えるため、密閉に必要なシール材の数の増加や、組み立て作業の複雑化、さらには密閉性の検査箇所の増加に繋がり、電動アクチュエータが高コスト化するといった課題がある。

そこで、本発明は、密閉箇所を削減し、低コスト化を図れる電動アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、電動モータと、電動モータへの電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるリレー回路と、電動モータの回転運動をそれとは異なる方向の運動に変換して出力する運動変換機構と、ハウジングとを備える電動アクチュエータにおいて、ハウジングは、２つのハウジング分割体を互いに接合して構成され、２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、電動モータ、リレー回路、運動変換機構を収容したことを特徴とする。

このように、本発明に係る電動アクチュエータにおいては、２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、駆動部品である電動モータ及び運動変換機構と、電子部品としてのリレー回路とが収容されていることで、駆動部品と電子部品とを別個の空間内に配置する構成に比べて、密閉性を確保する必要のある箇所を減らすことができる。これにより、密閉性確保のために必要なシール構造や作業、検査の数を減らすことができるので、電動アクチュエータの低コスト化を図ることが可能である。また、密閉箇所が減ることで、内部への異物侵入の可能性も低減するので、防塵性又は防水性に関する信頼性も向上する。

また、本発明に係る電動アクチュエータが、電動モータから運動変換機構へ回転を減速して伝える減速機を備える場合、２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、電動モータ、リレー回路、運動変換機構に加えて、減速機を収容してもよい。

特に、望ましくは、２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、他の（ハウジング分割体以外の）全ての構成部品が収容されるように構成されているとよい。この場合、２つのハウジング分割体を密閉するだけで、全ての構成部品についての防塵性又は防水性を確保することができるので、密閉に必要なコストをより効果的に低減できると共に、防塵性又は防水性に関する信頼性が一層向上する。

また、電動モータとリレー回路とが収容された空間と、運動変換機構が収容された空間との間に、仕切部を設けることで、運動変換機構からの摩耗粉やグリース等の異物がリレー回路に付着するのを防止できる。これにより、リレー回路に異物が付することによる誤作動や故障等の虞を回避できるようになる。

リレー回路は、有接点式のリレー回路であってもよいし、無接点式のリレー回路であってもよい。

また、接合面間の密閉性を向上させるため、ハウジング分割体同士の接合面間にシール構造を設けてもよい。

ハウジング分割体同士の接合面は、同一平面状に形成されるのが好ましい。接合面を同一平面状に形成することで、組み付け時に、ハウジング分割体の接合面同士の間で多少のずれが生じても、接合面同士の間に隙間が生じにくいため、密閉性を確保しやすくなる。

また、本発明は、例えば、運動変換機構の出力部が、電動モータの回転運動とは異なる方向で正方向又は逆方向に回転運動する電動アクチュエータに適用可能である。

本発明によれば、密閉箇所を削減し、低コスト化を図れる電動アクチュエータを提供することができる。

本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの内部構造を示す斜視図である。図１に示す電動アクチュエータの内部構造を示す正面図である。減速機の構成を示す図である。図１に示す電動アクチュエータの電気的構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの内部構造を示す正面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの内部構造を示す斜視図、図２は、図１に示す電動アクチュエータの内部構造を示す正面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１００は、電動モータ２と、電動モータ２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるリレー回路３と、電動モータ２の回転運動をそれとは異なる方向の運動に変換して出力する運動変換機構４と、電動モータ２から運動変換機構４へ回転を減速して伝える減速機５と、これら全てを収容するハウジング１とを主要な構成としている。

運動変換機構４は、回転運動を直線運動に変換する直動変換機構８と、直線運動を回転運動に変換する揺動部材６と、出力部７とで構成されている。本実施形態では、直動変換機構８として、すべりねじ機構を用いている。すべりねじ機構は、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸９と、ねじ軸９に対して螺合するねじ溝を内周面に有する円筒状のナット１０とで構成されている。ねじ軸９の両端部は、ハウジング１によって回転可能に支持されている。なお、すべりねじ機構に代えて、ボールねじ機構を用いてもよい。電動モータ２が正回転又は逆回転して、その回転運動が減速機５を介してねじ軸９に伝達されると、ねじ軸９が正回転又は逆回転し、これに伴ってナット１０が軸方向に前進又は後退することで、回転運動が直線運動に変換される。

上記すべりねじ機構のナット１０には、揺動部材６が連結されている。具体的には、揺動部材６が有する矩形の枠体部６ａ内にナット１０が挿入されており、ピン状の連結部材１１が枠体部６ａに設けられた長孔６ｂを通してナット１０に取り付けられている。これにより、揺動部材６は、連結部材１１を軸にナット１０に対して揺動可能に連結されている。また、揺動部材６は、二股に分かれた一対の腕部６ｃを有する。これらの腕部６ｃによって、筒状の出力部７が保持されている。

電動モータ２によってねじ軸９が正回転又は逆回転させられ、ナット１０が図２中のＡ１方向又はＡ２方向に移動すると、これに連動して揺動部材６が図２中のＢ１方向又はＢ２方向に揺動することで、出力部７がその軸心回りに所定角度範囲内で正方向又は逆方向に回転運動する。出力部７の内周面には、軸方向に延びるスプライン７ａが形成されている。このスプライン７ａが形成された内周面に対して、操作対象である図示しない使用機器に設けられたスプライン軸（操作軸）が連結される。

減速機５は、電動モータ２と運動変換機構４との間でこれらに連結されている。本実施形態では、減速機５として、図３に示すような遊星ギヤ減速機を用いている。

図３に示すように、減速機５は、入力回転体としての太陽ギヤ１２と、太陽ギヤ１２の外周に配置された軌道リングとしてのリングギヤ１３と、太陽ギヤ１２とリングギヤ１３との間に回転可能に配置された遊星回転体しての複数の遊星ギヤ１４と、各遊星ギヤ１４を保持する出力回転体としてのキャリア１５とを有する。

太陽ギヤ１２は、電動モータ２の回転軸２ａに対して固定されており、電動モータ２の回転軸２ａと一体的に回転する。リングギヤ１３は、ハウジング１に対して回転しないように固定されている。複数の遊星ギヤ１４は、太陽ギヤ１２とリングギヤ１３との間に配置され、これらと噛み合うように組み付けられている。また、各遊星ギヤ１４は、ピン等によりキャリア１５に対して回転可能に取り付けられている。キャリア１５は、運動変換機構４のねじ軸９の一端部に固定され（図１参照）、ねじ軸９と一体的に回転するように構成されている。

上記のように構成された減速機５において、電動モータ２が駆動を開始することにより太陽ギヤ１２が回転すると、これに伴って複数の遊星ギヤ１４が自転しながらリングギヤ１３に沿って公転する。これにより、キャリア１５が減速されて回転する。そして、減速された回転運動が運動変換機構４のねじ軸９に伝達されると、ねじ軸９、ナット１０及び揺動部材６の上述の作用により出力部７が回転する。

リレー回路３は、有接点式のリレー回路であり、電動モータ２に正方向の電流を流して正回転させるための正回転用リレー回路３ａと、反対に電動モータ２逆方向の電流を流して逆回転させるための逆回転用リレー回路３ｂとで構成されている。

図４に示すように、各リレー回路３ａ，３ｂは、電源１６と電動モータ２との間に接続されており、ＣＰＵ等から成る制御部１７からの信号によって電動モータ２への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換える接点を有する。また、本実施形態では、電動モータ２としてブラシ付きＤＣモータを用いている。各リレー回路３ａ，３ｂの接点が両方ともＯＦＦの状態では、電源１６から電動モータ２へ電力は供給されず、電動モータ２が停止状態となっている。この状態から、制御部１７の信号によって正回転用リレー回路３ａの接点がＯＮの状態に切り換えられると、電源１６から電動モータ２へ正方向の電流が流れ電動モータ２が正回転させられる。また、各リレー回路３ａ，３ｂの接点が両方ともＯＦＦの状態から、制御部１７の信号によって逆回転用リレー回路３ｂの接点がＯＮの状態に切り換えられると、電源１６から電動モータ２へ逆方向の電流が流れ電動モータ２が逆回転させられる。このように、各リレー回路３ａ，３ｂの接点が切り換えられることで、電動モータ２が正回転又は逆回転させられ、上述の作用によりすべりねじ機構のナット１０が前進又は後退する。

図１に示すように、ハウジング１は、二分割されており、２つのハウジング分割体１ａ，１ｂが互いに接合されて構成されている。各ハウジング分割体１ａ，１ｂには、電動モータ２とリレー回路３とが収容されている第１収容部１８と、運動変換機構４が収容されている第２収容部１９と、減速機５が収容されている第３収容部２０とが形成されている。また、各ハウジング分割体１ａ，１ｂには、これらの収容部１８，１９，２０同士を仕切る仕切部２１が設けられている。このように、本実施形態では、２つのハウジング分割体１ａ，１ｂ同士を接合すると、両ハウジング分割体１ａ，１ｂの間に、仕切部２１によって互いに仕切られた３つの空間部（第１収容部１８、第２収容部１９、第３収容部２０）が形成される。

図２において斜線で示す部分が、２つのハウジング分割体１ａ，１ｂ同士を接合した場合に互いに接触する接合面である。なお、図２では、一方のハウジング分割体１ａの接合面だけ示しているが、他方のハウジング分割体１ｂの接合面も同様に形成されている。本実施形態では、接合面が、各ハウジング分割体１ａ，１ｂの外周縁部２２と仕切部２１とによって形成されている。また、一方のハウジング分割体１ａの外周縁部２２（接合面）には、シール材（図示省略）を装着又は塗布するためのシール溝２３が全周に渡って設けられている。

シール材は、Ｏリング、ゴムシート、樹脂シート、ジョイントシート、メタルガスケット等の固体のシール材又は液状ガスケット等の液体のシール材を採用することができる。

従って、一方のハウジング分割体１ａの各収容部１８，１９，２０内に電動モータ２、リレー回路３、運動変換機構４及び減速機５の各構成部品を収容し、シール溝２３にシール材を装着又は塗布して、ハウジング分割体１ａ，１ｂ同士を図示しない固定具を用いて接合すると、シール材によって接合面間が密閉される。これにより、ハウジング１内への粉塵や水等の異物の侵入が防止される。また、図１において、手前側に示すハウジング分割体１ｂには、使用機器に設けられた上記スプライン軸（操作軸）を挿通させて出力部７に連結するための貫通孔２４が形成されているが、この貫通孔２４とスプライン軸（操作軸）との隙間は別のシール材によって密閉される。

このように、本実施形態においては、電動アクチュエータの（ハウジング以外の）全ての構成部品が二分割されたハウジング１内に収容されるように構成されているので、ハウジング１の外周縁部のみにシール構造（本実施形態では、シール溝及びシール材）を設けるだけで、構成部品全ての防塵性又は防水性を確保することができる。すなわち、２つのハウジング分割体１ａ，１ｂが接合されて形成された内部空間に、電動モータ２、運動変換機構４及び減速機５の各駆動部品と一緒に電子部品であるリレー回路３が収容されているため、電子部品と駆動部品とを別個の空間内に配置する上記特許文献１に記載の構成に比べて、密閉性を確保する必要のある箇所が減るので、密閉性確保のために必要なシール構造や作業、検査の数を減らすことができる。

また、本実施形態では、各ハウジング分割体１ａ，１ｂの接合面が段差の無い同一平面状に形成されているので、組み付け時に、ハウジング分割体の接合面同士の間で多少のずれが生じても、接合面同士の間に隙間が生じにくく、密閉性を確保しやすい。なお、密閉性を確保できれば、接合面に段差がある場合であっても構わない。

また、本実施形態では、電動モータ２及びリレー回路３が収容される収容部（第１収容部１８）と、運動変換機構４又は減速機５が収容される他の収容部（第２収容部１９、第３収容部２０）との間が仕切部２１によって仕切られていることで、運動変換機構４や減速機５からの摩耗粉やグリース等の異物がリレー回路３に付着するのを防止できる。これにより、リレー回路３に異物が付着することによる誤作動や故障等の虞を回避できるようになる。

続いて、図５に基づき、本発明の他の実施形態について説明する。主に上述の実施形態とは異なる部分について説明し、それ以外の部分は基本的に同様であるので説明を省略する。

図５に示すように、他の実施形態に係る電動アクチュエータ１００は、リレー回路３として、ＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いた無接点式のリレー回路３を備えている。無接点式のリレー回路３の場合、半導体素子を用いて電気的にスイッチング動作を行うことができるので、機械的にスイッチング動作を行う有接点式のリレー回路に比べて、耐久性に優れる利点がある。一方、有接点式のリレー回路は、安価であるので、電動アクチュエータの低コスト化を図ることが可能である。

また、他の実施形態に係る電動アクチュエータ１００おいては、運動変換機構４が、上記すべりねじ機構に代えて、ウォーム（ねじ歯車）３０と、これと噛み合うカムギヤ３１と、を有するウォームギヤ機構で構成されている。本実施形態では、カムギヤ３１が、揺動部材６と一体に構成されており、電動モータ２の駆動によりウォーム３０が正回転又は逆回転すると、揺動部材６が図５中のＣ１方向又はＣ２方向に揺動する。これにより、上述の実施形態と同様に、出力部７がその軸心回りに所定角度範囲内で正方向又は逆方向に回転運動する。

このように、本発明に係る電動アクチュエータにおいては、運動変換機構４として、すべりねじ機構のほかに、ウォームギヤ機構を採用することも可能である。また、リレー回路３は、有接点式のものに限らず、無接点式のものであってもよい。また、電動アクチュエータに用いられるリレー回路３の種類と運動変換機構４の種類との組み合わせは、適宜変更可能である。例えば、上述の各実施形態に挙げられる組み合わせのほか、本発明に係る電動アクチュエータは、無接点式のリレー回路３と、すべりねじの運動変換機構４とを備えるものであってもよいし、有接点式のリレー回路３と、ウォームギヤの運動変換機構４とを備えるものであってもよい。

また、本発明は、そ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る。

上記実施形態では、一対のハウジング分割体の一方にシール溝２３が設けられているが、いずれのハウジング分割体にもシール溝を設けない構成とすることもできる。その場合、一対のハウジング分割体の間に、シート状のシール材を装着したり、液状のシール材を塗布したりすることで、密閉性を確保することが可能である。

また、上記実施形態では、電動モータとして、安価なブラシ付きＤＣモータを用いているが、ブラシレスモータ等の他の電動モータを用いてもよい。また、減速機は、遊星ギヤ減速機に限らず、例えばサイクロイド減速機であってもよい。また、必要なければ減速機を省略し、減速機を設けない構成とすることも可能である。

１ハウジング
１ａハウジング分割体
１ｂハウジング分割体
２電動モータ
３リレー回路
４運動変換機構
５減速機
６揺動部材
７出力部
２１仕切部
２３シール溝
１００電動アクチュエータ

Claims

電動モータと、前記電動モータへの電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるリレー回路と、前記電動モータの回転運動をそれとは異なる方向の運動に変換して出力する運動変換機構と、ハウジングとを備える電動アクチュエータにおいて、
前記ハウジングは、２つのハウジング分割体を互いに接合して構成され、
前記２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、前記電動モータ、前記リレー回路、前記運動変換機構を収容したことを特徴とする電動アクチュエータ。
前記電動モータから前記運動変換機構へ回転を減速して伝える減速機を備え、
前記２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、前記電動モータ、前記リレー回路、前記運動変換機構に加えて、前記減速機を収容した請求項１に記載の電動アクチュエータ。
前記２つのハウジング分割体が接合されて形成された内部空間に、他の全ての構成部品を収容した請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
前記電動モータと前記リレー回路とが収容された空間と、前記運動変換機構が収容された空間との間に、仕切部を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記リレー回路は、有接点式のリレー回路である請求項１から４のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記リレー回路は、無接点式のリレー回路である請求項１から４のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記ハウジング分割体同士の接合面間にシール構造を設けた請求項１から６のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記ハウジング分割体同士の接合面が、同一平面状に形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
前記運動変換機構は、前記電動モータの回転運動とは異なる方向で正方向又は逆方向に回転運動する出力部を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。