JP2020148137A - 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.
外部から駆動力が入力される入力側と、入力された駆動力を出力する出力側とで、回転位相差を変化させることが可能な電動アクチュエータとして、例えば、自動車のエンジンの吸気バルブと排気バルブの一方または両方の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置に用いられるものが知られている。 As an electric actuator capable of changing the rotation phase difference between the input side where the driving force is input from the outside and the output side where the input driving force is output, for example, the intake valve and the exhaust valve of an automobile engine. Those used for variable valve timing devices that change the opening / closing timing of one or both are known.
一般的に、この種の電動アクチュエータは、電動モータと、電動モータによる駆動力を得て回転力を減速して伝達する減速機とを備えている(特許文献1参照)。電動モータによって減速機が駆動されないときは、入力側の部材(例えば、スプロケット)と出力側の部材(例えば、カムシャフト)とが一体に回転する。電動モータによって減速機が駆動されると、減速機によって入力側の部材に対する出力側の部材の回転位相差が変更され、これによってバルブの開閉タイミングが調整される。 Generally, this type of electric actuator includes an electric motor and a speed reducer that obtains a driving force by the electric motor to reduce and transmit a rotational force (see Patent Document 1). When the speed reducer is not driven by the electric motor, the input side member (for example, sprocket) and the output side member (for example, camshaft) rotate integrally. When the speed reducer is driven by the electric motor, the speed reducer changes the rotational phase difference of the output side member with respect to the input side member, thereby adjusting the valve opening / closing timing.
下記の特許文献2に記載の電動アクチュエータは、中空の電動モータの内周に減速機を配置することで、軸方向の小型化を図っている。
The electric actuator described in
上記のように中空の電動モータの内周に減速機を配する場合、電動モータのロータに減速機の回転部材が取り付けられる。この場合、減速機で発生した熱が回転部材を介してロータのマグネットに伝わるため、マグネットが高温になって電動モータのトルクが低下し、電動アクチュエータの出力が不安定になる恐れがある。特に、可変バルブタイミング装置として使用される電動アクチュエータでは、電動モータの回転数が10000rpm以上となることもあり、減速機で発生する熱量が大きい。さらに、上記特許文献2の電動アクチュエータの減速機では、回転部材(偏心部材)の偏心回転に伴って遊星回転体(内歯車)の内歯部と出力部(入力回転体あるいは出力回転体)の外歯部とが滑りながら噛み合うため、これらの噛み合い部で発生する熱量が大きくなる。
When the speed reducer is arranged on the inner circumference of the hollow electric motor as described above, the rotating member of the speed reducer is attached to the rotor of the electric motor. In this case, since the heat generated by the speed reducer is transferred to the magnet of the rotor via the rotating member, the magnet becomes hot, the torque of the electric motor decreases, and the output of the electric actuator may become unstable. In particular, in an electric actuator used as a variable valve timing device, the rotation speed of the electric motor may be 10,000 rpm or more, and the amount of heat generated by the speed reducer is large. Further, in the speed reducer of the electric actuator of
そこで、本発明は、電動モータの内周に減速機を配した電動アクチュエータにおいて、減速機で発生する熱によるロータのマグネットの昇温を抑えることで、電動モータのトルクの低下を防止して出力を安定させることを目的とする。 Therefore, in the present invention, in an electric actuator in which a speed reducer is arranged on the inner circumference of the electric motor, the temperature rise of the rotor magnet due to the heat generated by the speed reducer is suppressed, thereby preventing the torque of the electric motor from decreasing and outputting. The purpose is to stabilize.
前記課題を解決するために、本発明は、ステータ、および、回転軸を中心として回転するロータを有する電動モータと、前記ロータに取り付けられた回転部材と、前記回転軸を中心として回転する出力部と、前記回転部材の回転を減速して前記出力部に伝達する減速機とを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ロータが、内周に前記回転部材が固定されたロータコアと、前記ロータコアに取り付けられたマグネットとを有し、前記ロータコアの内周面と前記回転部材の外周面との間に第一の空隙を設けた電動アクチュエータを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention presents an electric motor having a stator and a rotor that rotates about a rotating shaft, a rotating member attached to the rotor, and an output unit that rotates about the rotating shaft. In an electric actuator provided with a speed reducer that decelerates the rotation of the rotating member and transmits the rotation to the output unit, the rotor is attached to a rotor core in which the rotating member is fixed to the inner circumference and the rotor core. Provided is an electric actuator having a magnet and having a first gap between an inner peripheral surface of the rotor core and an outer peripheral surface of the rotating member.
このように、ロータコアの内周面と回転部材の外周面との間に第一の空隙を設けることで、減速機で発生した熱が第一の空隙で遮断されるため、回転部材からロータコアへの伝熱が妨げられてマグネットの昇温を抑えることができる。 By providing the first gap between the inner peripheral surface of the rotor core and the outer peripheral surface of the rotating member in this way, the heat generated by the speed reducer is blocked by the first gap, so that the rotating member moves to the rotor core. The heat transfer of the magnet is hindered and the temperature rise of the magnet can be suppressed.
上記の電動アクチュエータは、例えば、自転可能で且つ前記回転軸を中心として公転可能であり、前記回転部材の回転に伴って前記出力部と滑りながら噛み合う遊星回転体を有する。このように、遊星回転体と出力部とが滑りながら噛み合う場合、この噛み合い部で発生する熱量が大きくなるため、上記のようにロータコアと回転部材との間に第一の空隙を設けることが特に有効となる。 The electric actuator has, for example, a planetary rotating body that can rotate and revolves around the rotation axis, and slides and engages with the output unit as the rotating member rotates. In this way, when the planetary rotating body and the output unit slide and mesh with each other, the amount of heat generated at the meshing portion increases. Therefore, it is particularly preferable to provide the first gap between the rotor core and the rotating member as described above. It becomes valid.
第一の空隙を、ロータコアと回転部材との固定部の軸方向全長に設ければ、回転部材からロータコアへの伝熱を妨げる効果が高められる。 If the first gap is provided over the entire length of the fixed portion between the rotor core and the rotating member in the axial direction, the effect of hindering heat transfer from the rotating member to the rotor core is enhanced.
上記の電動アクチュエータに、電動モータを内周に収容するケーシングを設け、第一の空隙をケーシング内の空間と連通すれば、減速機で発生した熱を、第一の空隙を介してケーシング内の空間に逃がすことができるため、減速機を冷却することができる。 If the above electric actuator is provided with a casing for accommodating the electric motor on the inner circumference and the first gap is communicated with the space inside the casing, the heat generated by the speed reducer is transferred to the inside of the casing through the first gap. Since it can be released to the space, the speed reducer can be cooled.
ロータコアと回転部材とを軸方向に当接させれば、これらを互いに軸方向で位置決めすることができる。この場合、ロータコアと回転部材の軸方向間に第二の空隙を設ければ、ロータコアから回転部材への軸方向の伝熱が妨げられるため、マグネットの昇温がさらに抑えられる。 If the rotor core and the rotating member are brought into contact with each other in the axial direction, they can be positioned in the axial direction with each other. In this case, if a second gap is provided between the rotor core and the rotating member in the axial direction, heat transfer in the axial direction from the rotor core to the rotating member is hindered, so that the temperature rise of the magnet is further suppressed.
また、ロータコアと回転部材とが軸方向に対向する場合、これらの軸方向間に断熱部材を設けることで、ロータコアから回転部材への軸方向の伝熱を妨げるようにしてもよい。 Further, when the rotor core and the rotating member face each other in the axial direction, a heat insulating member may be provided between these axial directions to prevent heat transfer in the axial direction from the rotor core to the rotating member.
上記の電動アクチュエータは、例えば、外部からの駆動力によって前記回転軸を中心として回転する駆動回転体と、前記回転軸を中心として回転する従動回転体と、前記駆動回転体と前記従動回転体を相対回転させる差動装置とを備え、前記差動装置が、前記回転部材と、前記遊星回転体と、前記遊星回転体と噛み合い、前記駆動回転体と一体に回転する前記出力部と、前記遊星回転体と噛み合い、前記従動回転体と一体に回転する他の出力部とを備え、前記遊星回転体と前記出力部との間に前記減速機を形成し、前記遊星回転体と前記他の出力部との間に他の減速機を形成し、前記減速機と前記他の減速機の減速比を異ならせた構成とすることができる。 The electric actuator includes, for example, a drive rotating body that rotates about the rotating shaft by an external driving force, a driven rotating body that rotates about the rotating shaft, and the driving rotating body and the driven rotating body. The differential device includes a differential device that rotates relative to each other, and the differential device meshes with the rotating member, the planetary rotating body, the planetary rotating body, and rotates integrally with the driving rotating body, and the planet. It is provided with another output unit that meshes with the rotating body and rotates integrally with the driven rotating body, forms the speed reducer between the planetary rotating body and the output unit, and forms the planetary rotating body and the other output. Another speed reducer may be formed between the parts and the reduction gear, and the reduction ratios of the speed reducer and the other speed reducer may be different from each other.
上記の電動アクチュエータは、前記駆動回転体が、エンジンからの回転駆動力が伝達されるスプロケットと一体に回転し、前記従動回転体が、カムシャフトと一体に回転する可変バルブタイミング装置として使用することができる。 The electric actuator is used as a variable valve timing device in which the drive rotating body rotates integrally with the sprocket to which the rotational driving force from the engine is transmitted, and the driven rotating body rotates integrally with the camshaft. Can be done.
以上のように、本発明の電動アクチュエータによれば、減速機で発生する熱によるモータロータのマグネットの昇温を抑えることができる。これにより、電動モータのトルクの低下を防止して、電動アクチュエータの出力を安定させることができる。 As described above, according to the electric actuator of the present invention, it is possible to suppress the temperature rise of the magnet of the motor rotor due to the heat generated by the speed reducer. As a result, it is possible to prevent a decrease in the torque of the electric motor and stabilize the output of the electric actuator.
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。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each drawing for explaining the present invention, components such as members and components having the same function or shape will be described once by giving the same reference numerals as much as possible. Omit.
図1に示す電動アクチュエータ1は、車両のエンジンのシリンダヘッド10(図1に鎖線で示す)に設けられる可変バルブタイミング装置として用いられる。この電動アクチュエータ1は、駆動回転体2と、シリンダヘッド10に設けられたカムシャフト(図示省略)と一体に回転する従動回転体3と、電動モータ4と、差動装置5と、電動モータ4及び差動装置5を収容するケーシング6とを主要な構成要素として備える。
The
駆動回転体2は、全体として軸方向両端が開口した円筒状をなし、反シリンダヘッド10側(図1の左側)の端部に設けられた小径部21と、小径部21のシリンダヘッド10側(図1の右側)に設けられ、内径及び外径が小径部21よりも大きい大径部22と、小径部21と大径部22とを連結する連結部23とを有する。大径部22の外周にはスプロケット20が固定される。スプロケット20は、大径部22の外周面にトルク伝達可能に取り付けられ、エンジンからチェーンを介して伝達された駆動力により回転駆動される。駆動回転体2およびスプロケット20は、回転軸Oを中心として同軸上に配置され、エンジンからの駆動力により回転軸Oを中心として一体に回転する。尚、本実施形態では、スプロケット20を大径部22の外周に圧入固定した別部材で構成した場合を例示しているが、この例示に限らず、大径部22とスプロケット20とを一体に形成してもよい。
The
従動回転体3は、駆動回転体2から伝達された駆動力を出力する部材であり、出力軸31と、出力軸31の反シリンダヘッド10側(図1の左側)に設けられた従動ギア32とを有する。出力軸31と従動ギア32は回転軸O上で同軸に配置され、センタボルト33によって互いに結合されている。そのため、出力軸31と従動ギア32は回転軸Oを中心として一体に回転する。出力軸31は、カムシャフトとトルク伝達可能に連結される。尚、出力軸31と従動ギア32、あるいは出力軸31とカムシャフト、あるいはこれらの全てを一体に形成してもよい。
The driven
駆動回転体2の小径部21の内周面と出力軸31の外周面とは摺動可能な状態で嵌合している。また、駆動回転体2の大径部22の内周面と出力軸31の外周面との間には、軸受11が設けられる。これにより、駆動回転体2と従動回転体3との間の相対回転が許容される。軸受11としては、例えば転がり軸受、具体的には玉軸受が使用でき、図示例では深溝玉軸受が使用されている。軸受11の外輪は駆動回転体2の大径部22の内周面に固定され、軸受11の内輪は出力軸31の外周面に固定される。尚、駆動回転体2の小径部21の内周面と出力軸31の外周面との間にも軸受(例えば、滑り軸受)を配してもよい。
The inner peripheral surface of the
ケーシング6は、回転することなくその場に静止する静止側の部材である。ケーシング6は、組み立ての都合上、有底円筒状のケーシング本体6aと、蓋部6bとに分割されている。ケーシング本体6aと蓋部6bとは、ボルト等の締結手段を用いて一体化される。ケーシング本体6aは、円筒部6a1と、円筒部6a1のシリンダヘッド10側の端部から内径側に延びるフランジ部6a2とを一体に有する。蓋部6bには、電動モータ4へ給電するための給電線や、電動モータ4の回転数を検知する図示しない回転数検知センサに接続される信号線を、外部に引き出すための筒状の突起6c,6d(図2参照)が設けられている。
The
ケーシング本体6aのフランジ部6a2の内周面と駆動回転体2の外周面との間には軸受12(第二の軸受)が設けられ、これにより駆動回転体2がケーシング6に対して回転可能に支持される。また、蓋部6bの内周面と従動回転体3の従動ギア32の外周面との間には軸受13が設けられ、これにより従動回転体3がケーシング6に対して回転可能に支持される。軸受12、13としては、例えば転がり軸受、具体的には玉軸受が使用でき、図示例では深溝玉軸受が使用されている。軸受12の外輪はケーシング本体6aの内周面に固定され、軸受12の内輪は駆動回転体2の外周面に固定される。軸受13の外輪は蓋部6bの内周面に固定され、軸受13の内輪は従動回転体3の外周面に固定される。
A bearing 12 (second bearing) is provided between the inner peripheral surface of the flange portion 6a2 of the
電動モータ4は、ケーシング本体6aに固定されたステータ41と、ステータ41の半径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ42とを有するラジアルギャップ型のモータである。ステータ41は、軸方向に積層した複数の電磁鋼板から成るステータコア41aと、ステータコア41aに装着された絶縁材料から成るボビン41bと、ボビン41bに巻回されたステータコイル41cとを有する。ロータ42は、環状のロータコア(ロータインナ)42aと、ロータコア42aに取り付けられた複数のマグネット42bとを有する。ステータ41とロータ42の間に作用する励磁力により、ロータ42が回転軸Oを中心として回転する。
The
差動装置5は、ロータ42と一体に回転する偏心部材51と、偏心部材51の内周に配置された遊星回転体52と、偏心部材51と遊星回転体52の間に配置された軸受53,54と、遊星回転体52と駆動回転体2との間に設けられた第一の減速機5aと、遊星回転体52と従動回転体3との間に設けられた第二の減速機5bとを主要な構成要素として備える。
The
偏心部材51は、全体として軸方向両端が開口した円筒状を成している。図示例の偏心部材51は、ロータコア42aの内周に固定された第一筒部51aと、第一筒部51aより大径に形成され、第一筒部51aからシリンダヘッド10側に突出する第二筒部51bと、第一筒部51aから反シリンダヘッド10側に突出する第三筒部51cとを一体に有する。偏心部材51の各筒部51a,51b,51cの外周面は、回転軸Oと同軸に形成された円筒面である。偏心部材51の第一筒部51aおよび第二筒部51bの内周面には、回転軸Oに対して偏心した円筒面状の偏心内周面51a1、51b1が形成される。偏心部材51の第三筒部51cの内周面は、回転軸Oと同軸に形成された円筒面である。偏心部材51は、偏心内周面51a1、51b1を通る半径方向の断面で見ると、厚肉部分と薄肉部分とを有する(図3および図4参照)。
The
図1に示すように、偏心部材51の軸方向の両端は、軸受14,15によってケーシング6に対して回転支持される。軸受14,15は、例えば転がり軸受(深溝玉軸受)で構成される。本実施形態では、軸受14の外輪がケーシング本体6aの内周面に固定され、軸受14の内輪が偏心部材51の第二筒部51bの外周面に固定される。また、軸受15の外輪が蓋部6bの内周面に固定され、軸受15の内輪が偏心部材51の第三筒部51cの外周面に固定される。
As shown in FIG. 1, both ends of the
遊星回転体52は、全体として軸方向両端が開口した円筒状を成している。図示例の遊星回転体52は、第一筒部52aと、第一筒部52aの反シリンダヘッド10側(図中左側)に設けられた第二筒部52bとを一体に有する。第一筒部52aの内周面には第一内歯部57が形成され、第二筒部52bの内周面には第二内歯部58が形成される。第一内歯部57と第二内歯部58は、何れも半径方向の断面が曲線(例えばトロコロイド系曲線)を描く複数の歯で構成されている。第二内歯部58のピッチ円径は第一内歯部57のピッチ円径よりも小さい。また、第二内歯部58の歯数は、第一内歯部57の歯数よりも少ない。
The planetary
遊星回転体52の第一内歯部57は、駆動回転体2の小径部21(出力部)の外周面に設けられた第一外歯部55と噛み合う。また、遊星回転体52の第二内歯部58は、従動回転体3の従動ギア32(他の出力部)の外周面に設けられた第二外歯部56と噛み合う。第一外歯部55および第二外歯部56は、何れも半径方向の断面が曲線(例えばトロコイド系曲線)を描く複数の歯で形成されている。第二外歯部56のピッチ円径は第一外歯部55のピッチ円径よりも小さく、第二外歯部56の歯数は第一外歯部55の歯数よりも少ない。
The first
第一外歯部55の歯数は、互いに噛み合う第一内歯部57の歯数よりも少なく、好ましくは一つ少ない。同様に、第二外歯部56の歯数も、互いに噛み合う第二内歯部58の歯数よりも少なく、好ましくは一つ少ない。一例として、本実施形態では、第一内歯部57の歯数を24個、第二内歯部58の歯数を20個、第一外歯部55の歯数を23個、第二外歯部56の歯数を19個としている。
The number of teeth of the first
互いに噛み合う第一内歯部57と第一外歯部55は第一の減速機5aを構成し、第二内歯部58と第二外歯部56は第二の減速機5bを構成する。第一の減速機5aおよび第二の減速機5bは、何れもサイクロイド減速機と呼ばれるものである。二つの減速機5a,5bの減速比は異なっており、本実施形態では第一の減速機5aの減速比を第二の減速機5bの減速比よりも大きくしている。このように二つの減速機5a,5bの減速比を異ならせることで、後で述べるように、エンジンに駆動される出力軸31の回転を、電動モータ4の作動状態に応じて変化させる(差動させる)ことが可能となる。
The first
軸受53は、例えば転がり軸受で構成され、図示例では針状ころ軸受で構成される。この軸受53は、偏心部材51の第一筒部51aの偏心内周面51a1と、遊星回転体52の第二筒部52bの円筒面状の外周面との間に配置される。従って、遊星回転体52の第二筒部52bの外周面および内周面の中心P(図4参照)は、回転軸Oに対して偏心した位置にある。軸受54は、例えば転がり軸受で構成され、図示例では深溝玉軸受で構成される。この軸受54は、偏心部材51の第二筒部51bの偏心内周面51b1と、遊星回転体52の第一筒部52aの円筒面状の外周面との間に配される。従って、遊星回転体52の第一筒部52aの外周面および内周面の中心P(図3参照)は、回転軸Oに対して偏心した位置にある。これらの軸受53,54により、遊星回転体52が偏心部材51に対して相対回転可能に支持される。
The
図3は、第一の減速機5aで切断した断面図(図1におけるIII−III線矢視断面図)、図4は、第二の減速機5bで切断した断面図(図1におけるIV−IV線矢視断面図)である。
FIG. 3 is a cross-sectional view cut by the
図3に示すように、第一内歯部57の中心Pは、回転軸Oに対して径方向に距離E偏心している。従って、第一内歯部57と第一外歯部55は、周方向の一部の領域で互いに噛み合った状態となり、これとは径方向反対側の領域で噛み合わない状態となる。また、図4に示すように、第二内歯部58の中心Pも回転軸Oに対して径方向に距離E偏心しているため、第二内歯部58と第二外歯部56とは、周方向の一部の領域で互いに噛み合った状態となり、これとは径方向反対側の領域で噛み合わない状態となる。なお、図3及び図4では、互いの矢視方向が異なっているため、第一内歯部57と第二内歯部58のそれぞれの偏心方向が各図において互いに左右逆方向に示されているが、第一内歯部57及び第二内歯部58は同じ方向に同じ距離Eだけ偏心している。
As shown in FIG. 3, the center P of the first
ここで、差動装置5の減速比をi、モータ回転速度をnm、スプロケット20の回転速度をnSとすると、出力回転位相角度差は(nm−nS)/iとなる。
Here, assuming that the reduction ratio of the
また、第一減速機5aの減速比をi1、第二減速機5bの減速比をi2とすると、本実施形態に係る差動装置5の減速比は、下記式1によって求められる。
Further, assuming that the reduction ratio of the
減速比=i1×i2/|i1−i2|・・・式1
Reduction ratio = i1 x i2 / | i1-i2 | ...
例えば、第一減速機5aの減速比(i1)が24/23、第二減速機5bの減速比(i2)が20/19の場合、上記式1から減速比は120となる。このように、本実施形態に係る差動装置5では、大きな減速比によって高トルクを得ることが可能である。
For example, when the reduction ratio (i1) of the
本実施形態の電動アクチュエータ1では、遊星回転体52の内周に駆動回転体2(小径部21)および従動回転体3(出力軸31、従動ギア32)を配置しているため、遊星回転体52を駆動する電動モータ4として中空モータを採用し、この中空モータを遊星回転体52の外周に配置するレイアウトを採用することができる。そのため、スペース効率が良好となり、電動アクチュエータのコンパクト化(特に軸方向寸法のコンパクト化)を達成できるメリットが得られる。
In the
上記の電動アクチュエータ1では、図1に示すように、電動モータ4のロータコア42aの内周面と偏心部材51の外周面との間に第一の空隙7が形成される。本実施形態では、図5に示すように、ロータコア42aの内周面に凹部42a1が形成され、この凹部42a1と偏心部材51の第一筒部51aの外周面との間に第一の空隙7が形成される。具体的には、図4に示すように、ロータコア42aの凹部42a1が回転軸Oを中心とした円筒面状の底面を有し、この底面と偏心部材51の円筒面状の外周面との間に部分円筒状の第一の空隙7が形成される。
In the
第一の空隙7は、例えば周方向複数箇所(図示例では3箇所)に設けられる。図示例では、ロータコア42aの内周面に複数の凸部42a2が周方向等間隔に設けられると共に、偏心部材51の第一筒部51aの外周面に、凸部42a2が嵌合する凹部51a2が設けられる。この凸部42a2と凹部51a2とが周方向で係合することで、ロータコア42aと偏心部材51とがトルク伝達可能に結合される。これらの係合部(凸部42a2及び凹部51a2)の間の周方向領域に、第一の空隙7が設けられる。
The
図示例では、ロータコア42aの内周面の凹部42a1が、ロータコア42aの軸方向全長に設けられる。これにより、第一の空隙7が、ロータコア42aの内周面と偏心部材51の外周面との固定部の軸方向全長に設けられ、ロータコア42aの軸方向両側の端面に開口する(図1参照)。第一の空隙7(凹部42a1)は、軸方向にストレートな形状を有する(すなわち、径方向断面形状が軸方向で同一である)。例えば、複数の鋼板を打ち抜き加工で同形状に形成し、これらの鋼板を積層することで、凹部42a1を有するロータコア42aが形成される。
In the illustrated example, the recess 42a1 on the inner peripheral surface of the
尚、ロータコア42aの凹部42a1の形状は上記に限らず、例えば、ロータコア42aの内周面に、凹部として多数の軸方向溝を形成したり、ディンプル状の凹部を形成したりしてもよい。ただし、図4に示すように、ロータコア42aと偏心部材51との係合部を除く領域に部分円筒状の第一の空隙7を設け、なるべく広い領域でロータコア42aと偏心部材51とを非接触とすることが好ましい。また、偏心部材51の外周面に凹部を設け、この凹部とロータコア42aの内周面との間に第一の空隙7を形成してもよい。ただし、本実施形態のように、ロータコア42aを積層鋼板で形成する場合は、各鋼板の打ち抜き形状を変更することでロータコア42aの内周面に凹部42a1を比較的容易に形成することができるため、ロータコア42a側に凹部を設けることが好ましい。
The shape of the recess 42a1 of the
続いて、図1〜図4を参照しつつ本実施形態に係る電動アクチュエータの動作について説明する。 Subsequently, the operation of the electric actuator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
エンジンの動作中は、スプロケット20に伝達されたエンジンからの駆動力によって駆動回転体2が回転する。電動モータ4に通電されず、電動モータ4から差動装置5への入力がない状態では、駆動回転体2の回転が遊星回転体52を介して従動回転体3に伝達され、従動回転体3は駆動回転体2と同期して回転する。すなわち、駆動回転体2と遊星回転体52、遊星回転体52と従動回転体3とが、それぞれに設けられた歯(第一外歯部55と第一内歯部57、第二外歯部56と第二内歯部58)によって互いにトルク伝達可能に係合しているため、駆動回転体2が回転すると、これらの係合関係を維持しながら駆動回転体2と遊星回転体52と従動回転体3とが同期して回転する。これにより、駆動回転体2に設けられたスプロケット20と従動回転体3の出力軸31に連結されたカムシャフトとが同期して回転する。
During the operation of the engine, the driving
その後、例えばエンジンがアイドル運転などの低回転域に移行した際には、公知の手段、例えば、電子制御などによって電動モータ4に通電し、ロータ42およびこれに結合された偏心部材51を回転軸Oを中心として一体に回転させる。これにより、偏心部材51の偏心内周面51a1、51b1、軸受53、54、および遊星回転体52が、回転軸Oを中心とした偏心運動(公転)を行う。偏心部材51が一回転するごとに、第一内歯部57と第一外歯部55との係合箇所、および、第二内歯部58と第二外歯部56との係合箇所が、それぞれ一歯分ずつ周方向にずれる。このとき、第一の減速機(第一内歯部57と第一外歯部55)と第二の減速機(第二内歯部58と第二外歯部56)の減速比が異なることで、偏心部材51の回転に伴う、駆動回転体2の位相変化量と従動回転体3の位相変化量とが異なり、両者が相対回転する差動の状態となる。これにより、駆動回転体2に対する従動回転体3の相対的な回転位相差を正逆方向に変更することが可能となり、カムシャフトによるバルブの開閉タイミングを進角方向もしくは遅角方向に変更することができる。
After that, when the engine shifts to a low rotation range such as idle operation, the
このようにバルブの開閉タイミングを変更することにより、アイドル運転時のエンジンの回転の安定化と燃費の向上を図ることができる。また、アイドル状態からエンジンの運転が通常運転に移行し、例えば、高速回転に移行した際には、スプロケット20に対する電動モータ4の相対回転の速度差を大きくすることで、スプロケット20に対する出力軸31及びこれに連結されたカムシャフトの回転位相差を高回転に適した回転位相差に変更することができ、エンジンの高出力化を図ることが可能である。
By changing the opening / closing timing of the valve in this way, it is possible to stabilize the rotation of the engine during idle operation and improve fuel efficiency. Further, when the operation of the engine shifts from the idle state to the normal operation, for example, when the rotation shifts to high speed, the speed difference of the relative rotation of the
こうして、電動モータ4に通電して差動装置5を駆動すると、遊星回転体52の偏心運動に伴って、遊星回転体52の第一内歯部57及び第二内歯部58が、駆動回転体2に設けられた第一外歯部55及び従動回転体3に設けられた第二外歯部56と滑りながら噛み合うため、これらの噛み合い部が摩擦により発熱する。特に、可変バルブタイミング装置では、ロータ42の回転数が10000rpm以上になることもあり、内歯部57、58と外歯部55、56との噛み合い部における発熱量が大きくなる。
In this way, when the
本実施形態では、上記のように、電動モータ4のロータコア42aの内周面と偏心部材51の外周面との間に第一の空隙7が設けられているため、内歯部57、58と外歯部55、56との噛み合い部で発生した熱が第一の空隙7で遮断されて、ロータコア42aに伝達されにくくなる。特に、本実施形態では、第一の空隙7が、ロータコア42aの軸方向全長に第一の空隙7が設けられ(図1参照)、且つ、ロータコア42aと偏心部材51との係合部(凸部42a2及び凹部51a2)を除く略全域に設けられるため(図4参照)、偏心部材51からロータコア42aへの伝熱がさらに抑えられる。これにより、偏心部材51からロータコア42aのマグネット42bに熱が伝わりにくくなるため、マグネット42bの昇温を抑えて、モータトルクを安定させることができる。
In the present embodiment, as described above, since the
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、図6に示す実施形態では、ロータコア42aのシリンダヘッド10側(図中右側)の端面42a3と、これと軸方向に対向する偏心部材51の端面51d(第二筒部51bの反シリンダヘッド10側の端面)との軸方向間に、第二の空隙8を設けている。具体的には、偏心部材51の端面51dの内径端に軸方向の凸部51d1を設け、この凸部51d1をロータコア42aの端面42a3と当接させることで、ロータコア42aと偏心部材51とを互いに軸方向で位置決めしている。そして、偏心部材51の端面51dのうち、凸部51d1よりも外径側の領域と、ロータコア42aの端面42a3との間に、第二の空隙8を設けている。これにより、ロータコア42aの端面42a3の全域を偏心部材51の端面51dに接触させる場合と比べて、両者の接触面積が減じられるため、偏心部材51からロータコア42aへの伝熱量が減じられる。また、図示は省略するが、ロータコア42aの反シリンダヘッド10側の端面と、これと軸方向に対向する部材の端面との間に、上記と同様の第二の空隙を設けてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment shown in FIG. 6, the end surface 42a3 on the
また、図6に示す実施形態では、ロータコア42aの内周面と偏心部材51の外周面との間の第一の空隙7が、ケーシング6内の空間と連通している。具体的には、ロータコア42aと偏心部材51の半径方向間に形成された第一の空隙7を、ロータコア42aと偏心部材51の軸方向間に形成された第二の空隙8と連通し、さらに、第二の空隙8の外径端を、偏心部材51の第二筒部51bの外周の空間Sと連通している。これにより、減速機5a,5bで発生した熱が、偏心部材51、第一の空隙7および第二の空隙8を介して空間Sに逃がすことができるため、減速機5a,5bを冷却することができる。尚、第一の空隙7の軸方向端部を、ケーシング6内の空間に直接開口させてもよい。
Further, in the embodiment shown in FIG. 6, the
図7に示す実施形態では、ロータコア42aのシリンダヘッド10側(図中右側)の端面42a3と、これと軸方向に対向する偏心部材51の端面51d(第二筒部51bの反シリンダヘッド10側の端面)との間に断熱部材9を配している。図示例では、断熱部材9が、ロータコア42aの端面42a3と偏心部材51の端面51dとで軸方向両側から挟持され、ロータコア42aと偏心部材51とが断熱部材9を介して互いに軸方向で位置決めされている。図示例では、ロータコア42aの端面42a3の全域が偏心部材51の端面51dと非接触であり、且つ、これらの間に断熱部材9が配されている。断熱部材9により、偏心部材51からロータコア42aへの伝熱が妨げられ、マグネット42bの昇温が抑えられる。また、図示は省略するが、ロータコア42aの反シリンダヘッド側の端面と、これと軸方向に対向する部材の端面との間に、上記と同様の断熱部材を設けてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 7, the end surface 42a3 on the
以上の説明では、第一の減速機5aおよび第二の減速機5bとしてサイクロイド減速機を使用する場合を例示したが、差動装置5としては、自転・公転する遊星回転体52を有し、かつ二つの減速機5a,5bの減速比が異なる限り任意の構成の減速機(サイクロイド減速機、波動歯車装置、遊星歯車装置等)を使用することができる。遊星回転体52に代えて複数のローラを保持器で保持したローラアセンブリを使用し、ローラを第一外歯部55および第二外歯部56に沿って転動させるタイプの減速機を使用することもできる。
In the above description, the case where the cycloidal reducer is used as the
以上、本発明に係る電動アクチュエータの実施形態について説明したが、本発明は上記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る。 Although the embodiment of the electric actuator according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be further implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course.
1 電動アクチュエータ
2 駆動回転体
3 従動回転体
4 電動モータ
5 差動装置
5a 第一の減速機(減速機)
5b 第二の減速機(他の減速機)
6 ケーシング
7 第一の空隙
8 第二の空隙
9 断熱部材
10 シリンダヘッド
20 スプロケット
21 小径部(出力部)
22 大径部
23 連結部
31 出力軸
32 従動ギア(他の出力部)
41 ステータ
42 ロータ
42a ロータコア
42b マグネット
51 偏心部材
51a1、51b1 偏心内周面
52 遊星回転体
55 第一外歯部
56 第二外歯部
57 第一内歯部
58 第二内歯部
O 回転軸
1
5b Second reducer (other reducer)
6
22
41
Claims (8)
前記ロータが、内周に前記回転部材が固定されたロータコアと、前記ロータコアに取り付けられたマグネットとを有し、
前記ロータコアの内周面と前記回転部材の外周面との間に第一の空隙を設けた電動アクチュエータ。 An electric motor having a stator and a rotor that rotates around a rotating shaft, a rotating member attached to the rotor, an output unit that rotates around the rotating shaft, and a deceleration of rotation of the rotating member. In an electric motor equipped with a speed reducer that transmits to the output section,
The rotor has a rotor core in which the rotating member is fixed to the inner circumference, and a magnet attached to the rotor core.
An electric actuator provided with a first gap between the inner peripheral surface of the rotor core and the outer peripheral surface of the rotating member.
前記第一の空隙を前記ケーシング内の空間と連通した請求項1〜3の何れか1項に記載の電動アクチュエータ。 A casing for accommodating the electric motor is provided on the inner circumference.
The electric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the first gap is communicated with a space in the casing.
前記差動装置が、前記回転部材と、前記遊星回転体と、前記遊星回転体と噛み合い、前記駆動回転体と一体に回転する前記出力部と、前記遊星回転体と噛み合い、前記従動回転体と一体に回転する他の出力部とを備え、前記遊星回転体と前記出力部との間に前記減速機を形成し、前記遊星回転体と前記他の出力部との間に他の減速機を形成し、前記減速機と前記他の減速機の減速比を異ならせた請求項2に記載の電動アクチュエータ。 A drive rotating body that rotates about the rotating shaft by an external driving force, a driven rotating body that rotates about the rotating shaft, and a differential device that relatively rotates the driving rotating body and the driven rotating body. Prepare,
The differential device meshes with the rotating member, the planetary rotating body, the planetary rotating body, and the output unit that rotates integrally with the driving rotating body, and meshes with the planetary rotating body, and the driven rotating body and the driven rotating body. It is provided with another output unit that rotates integrally, the speed reducer is formed between the planetary rotating body and the output unit, and another speed reducer is formed between the planetary rotating body and the other output unit. The electric actuator according to claim 2, wherein the reduction ratios of the speed reducer and the other speed reducers are different from each other.
The electric actuator according to claim 7, wherein the drive rotating body rotates integrally with the sprocket to which the rotational driving force from the engine is transmitted, and the driven rotating body rotates integrally with the camshaft.
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