JP2020191722A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電源系の故障等により電動モータを駆動することができない場合でも、出力部材を手動で簡単に動かすことができる電動アクチュエータを提供する。【解決手段】電動アクチュエータ１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転軸２ａの回転を減速して出力する減速機４とを備える。電動モータ２の回転軸２ａの軸方向一方側の端部は減速機４に接続される。電動モータ２の回転軸２ａの軸方向他方側の端部に、回転軸２ａを手動で回転させるための操作部（嵌合孔２ａ３）を設ける。【選択図】図２

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アクチュエータとして、電動モータの駆動により生じた回転運動を減速機で減速して出力部材に伝達する電動アクチュエータが知られている。

特開２０１７−１８４４８２号公報

上記のような電動アクチュエータにおいて、例えば電源系の故障が生じると、電動モータが駆動できないため、出力部材を動かすことができない。このような状況で、出力部材を動かす必要が生じた場合、例えば作業者が出力部材を手で直接動かそうとすると、出力部材と共に、減速機を介して接続された電動モータの回転軸を回転させることになるため、減速機の減速比の分だけ余計に力（トルク）が必要となる。特に、減速機としてウォームギヤやすべりねじを用いた場合、減速機の逆効率が低いため、手動で出力部材を動かすことは非常に困難となる。また、電動アクチュエータの出力部材が取り付け先の部品と接続されている場合、出力部材を手で操作するためのスペースが十分に取れないことが多い。この場合、出力部材を動かすために、電動アクチュエータを取り付け先の部品から一旦取り外す必要があるため、作業効率が非常に悪くなる。

以上のような事情から、本発明は、電源系の故障等により電動モータを駆動することができない場合でも、出力部材を手動で簡単に動かすことができ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、前記電動モータの回転軸の回転を減速する減速機とを備えた電動アクチュエータにおいて、前記電動モータの回転軸の軸方向一方側の端部が前記減速機に接続され、前記電動モータの回転軸の軸方向他方側の端部に、前記回転軸を手動で回転させるための操作部が設けられた電動アクチュエータを提供する。

このように、本発明に係る電動アクチュエータでは、電動モータの回転軸の、減速機と反対側の端部に、回転軸を手動で回転させるための操作部を設けている。これにより、電源系の故障等により電動モータを駆動できない場合でも、回転軸に設けられた操作部を作業者が手動で操作することで、減速機の減速比や逆効率に左右されずに回転軸を簡単に回転させることができる。

上記の電動アクチュエータは、例えば、電動モータ及び減速機を収容するケーシングを有する。この場合、ケーシングが、電動モータの回転軸の軸方向他方側の延長線上に設けられた貫通孔と、前記貫通孔を閉塞する閉塞部材とを有することが好ましい。故障により電動モータを駆動できない場合は、閉塞部材を貫通孔から取り外し、貫通孔を介して回転軸の操作部を操作することができるため、ケーシングを分解することなく、回転軸を手動で回転させることができる。

電動モータの回転軸は、例えば、軸本体と、軸本体の軸方向他方側の端部に固定され、前記操作部を有する操作部材とを有する構成とすることができる。あるいは、上記の軸本体及び操作部材を一体化して、回転軸を一体品で構成することもできる。

以上のように、本発明に係る電動アクチュエータによれば、電源系の故障等により電動モータを駆動することができない場合でも、電動モータの回転軸を手動で簡単に回転させることができるため、出力部材を動かすことが可能となる。

本発明の一実施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側面図である。尚、ケーシングは、運動変換機構の出力軸と直交し、電動モータの回転中心を含む平面における断面を示している。 減速機を軸方向から見た正面図である。 （Ａ）は、電動モータを軸方向から見た正面図であり、（Ｂ）は同斜視図である。 電動モータの軸本体にリターンナットを固定する様子を示す斜視図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。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１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を有する回路基板３と、電動モータ２から出力された回転を減速する減速機４（第一の減速機）と、減速機４で減速された回転をさらに減速すると共に異なる方向の運動に変換して出力する運動変換機構５（第二の減速機）と、これらを収容するケーシング６とを主要な構成としている。

電動モータ２は、回転軸２ａと、回転軸２ａを回転させるためのコイル２ｂ及びマグネット２ｃとを有する（図２参照）。本実施形態では、電動モータ２として、コイル２ｂ及びマグネット２ｃを収容する略円筒状のモータハウジング２ｄを有し、回転軸２ａの端部がモータハウジング２ｄから突出した汎用の電動モータが使用され、モータハウジング２ｄが、ケーシング６に設けられた取付部６ｄに取り付けられる。図示例では、電動モータ２として、モータハウジング２ｄにマグネット２ｃが取り付けられると共に、回転軸２ａにコイル２ｂが取り付けられ、ブラシと整流子とで回転軸２ａの回転を制御するブラシ付きモータが使用される。この他、電動モータ２として、回転軸２ａにマグネット２ｃを取り付けると共に、モータハウジング２ｄにコイル２ｂを取り付け、インバータ回路により回転を制御するブラシレスモータを使用することもできる。図示しない制御部からの信号（電流）が回路基板３のリレー回路を介してコイル２ｂに伝達されることにより、回転軸２ａの回転速度及び回転方向が制御される。

回路基板３に設けられたリレー回路は、有接点式のリレー回路、あるいは、ＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いた無接点式のリレー回路の何れであってもよい。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。一方、無接点式のリレー回路は、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。

減速機４は、例えば図３に示すような遊星ギヤ減速機を使用できる。具体的に、減速機４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には、電動モータ２の回転軸２ａの軸方向一方側の端部（図２の左端）が接続される。図示例では、太陽ギヤ１２が、電動モータ２の回転軸２ａの軸方向一方の端部に圧入等により固定され、回転軸２ａと一体的に回転する。この他、回転軸２ａと減速機４とを、クラッチ等を介して間接的に接続してもよい。リングギヤ１３は、ケーシング６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。

運動変換機構５は、減速機４から出力された回転をさらに減速すると共に、異なる方向の運動に変換するものである。本実施形態の運動変換機構５は、図１に示すように、減速機４のキャリア１５に固定され、キャリア１５と一体的に回転する回転軸２１と、回転軸２１の回転に伴って揺動する揺動部材２２と、揺動部材２２の回転中心に設けられた出力部材としての出力軸２３とを備える。図２に示すように、回転軸２１の外周面には螺旋状の溝２１ａが形成され、揺動部材２２の下面には、回転軸２１の溝２１ａと噛み合う斜歯ギヤ２２ａが形成される。この回転軸２１と揺動部材２２とでウォームギヤが構成される。

回転軸２１の両端部は、ケーシング６に回転可能に取り付けられる。図示例では、回転軸２１の両端部の外周面が、それぞれケーシング６に設けられた軸受面１０でラジアル方向に摺動支持される。また、図示例では、回転軸２１の両端部が、スラスト軸受２４を介して、ケーシング６に対してスラスト方向に支持される。スラスト軸受２４は、例えば転がり軸受で構成され、具体的には、ケーシング６に固定された一方の軌道輪２４ａと、回転軸２１に固定された他方の軌道輪２４ｂと、両軌道輪２４ａ、２４ｂの間に介在された複数の転動体２４ｃ（ボール、ころなど）とを有する。尚、回転軸２１のラジアル方向の支持は、ケーシング６に固定した滑り軸受（例えば、円筒状の軸受メタル）で行ってもよい。また、特に必要が無ければ、スラスト軸受２４を省略してもよい。

揺動部材２２の上端には、回転軸２１と直行する方向の軸心を有する取付穴２２ｂが設けられ、この取付穴２２ｂに、出力軸２３が挿入される。揺動部材２２の取付穴２２ｂの内周面と、出力軸２３の外周面２３ａとは、例えばスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合される。

ケーシング６は、図１に示すように、電動モータ２の回転軸２ａと並行な平面（図示例では、出力軸２３の軸心と直交する平面）で二分割されており、図示例では、回転軸２ａの軸心に対して出力軸２３方向にオフセットした平面で二分割されている。すなわち、ケーシング６は、電動モータ２、回路基板３、減速機４、及び運動変換機構５が取り付けられたケーシング本体６ａと、ケーシング本体６ａの紙面手前側の開口部を閉塞する蓋部６ｂ（鎖線で示す）とで構成される。ケーシング本体６ａには、電動モータ２と回路基板３とが収容された第一収容部３１と、運動変換機構５が収容された第二収容部３２と、第一の減速機４が収容された第三収容部３３と、これらの収容部３１，３２，３３を区画する仕切部３４とが設けられる。ケーシング本体６ａと蓋部６ｂとを接合すると、これらの間に、仕切部３４によって互いに仕切られた３つの空間部（第一収容部３１、第二収容部３２、第三収容部３３）が形成される。蓋部６ｂには貫通孔（図示省略）が設けられ、この貫通孔を介して運動変換機構５の出力軸２３が外部に露出している。

電動モータ２の回転軸２ａを正方向あるいは逆方向に駆動すると、回転軸２ａの回転が減速機４を介して減速されて、運動変換機構５の回転軸２１に伝達される。そして、回転軸２１の回転に伴って揺動部材２２が揺動し（図２の矢印Ａ参照）、揺動部材２２の回転中心に設けられた出力軸２３が回転する（図２の矢印Ｂ参照）。以上により、電動モータ２の回転軸２ａの回転が、減速機４及び運動変換機構５を介して減速されると共に、回転軸２ａと直交する出力軸２３の回転運動に変換される。

上記の電動アクチュエータ１に電源系の故障が生じると、電動モータ２を駆動することができず、出力軸２３を動かすことができなくなる。この状態で、出力軸２３を手動で直接回転させようとすると、運動変換機構５（第二の減速機）、及び、減速機４（第一の減速機）を介して、電動モータ２の回転軸２ａを回転させる必要がある。しかし、この場合、運動変換機構５及び減速機４の減速比の分だけ回転トルクが大きくなるため、出力軸２３を手動で直接回転させることは事実上不可能である。

そこで、上記の電動アクチュエータ１では、電動モータ２の回転軸２ａを手動で回転させる機構を設けた。具体的には、図２に示すように、回転軸２ａのうち、軸方向他方側の端部（減速機４と反対側の端部。図中右端。）に、回転軸２ａを手動回転させるための操作部として、工具が嵌合可能な形状を有する嵌合孔２ａ３を設けた。嵌合孔２ａ３は、例えば図４に示すような断面多角形状の孔で構成される。本実施形態では、回転軸２ａが、減速機４に接続された軸本体２ａ１と、軸本体２ａ１の軸方向他方側の端部に固定された操作部材としてのリターンナット２ａ２とを有する。リターンナット２ａ２には、軸本体２ａ１と固定するための固定孔２ａ４が設けられ、この固定孔２ａ４が、軸本体２ａ１の軸方向他方側の端部に、例えば圧入により固定される（図５参照）。尚、本実施形態では、リターンナット２ａ２の固定孔２ａ４と嵌合孔２ａ３とが連通していないが（図２参照）、これらを連通させて、リターンナット２ａ２を軸方向に貫通する貫通孔を設けてもよい。

上記の場合、モータハウジング２ｄから軸方向他方側（図２の右側）に突出した軸本体２ａ１の端部にリターンナット２ａ２を取り付けるだけで、回転軸２ａに操作部（嵌合孔２ａ３）を設けることができる。尚、回転軸２ａの構成はこれに限らず、上記の軸本体２ａ１とリターンナット２ａ２とを一体化してもよい。すなわち、一部品からなる回転軸２ａの軸方向一方側の端部を減速機４に接続すると共に、回転軸２ａの軸方向他方側の端部に嵌合孔２ａ３を形成してもよい。また、操作部は、上記のような嵌合孔２ａ３に限らず、例えば、回転軸２ａの軸方向他方側の端面に設けたドライバー溝であってもよい。あるいは、回転軸２ａの軸方向他方側の端部の外周面に、工具が嵌合可能な形状（例えば多角形状）の操作部を設けてもよい。

ケーシング６のうち、電動モータ２の回転軸２ａの軸方向他方側の延長線上には貫通孔６ｃが設けられ、本実施形態では、ケーシング本体６ａに貫通孔６ｃが設けられる（図１参照）。この貫通孔６ｃが閉塞部材７で閉塞される。閉塞部材７は、例えばボルトで構成され、貫通孔６ｃの内周面に設けられたねじ溝に螺合している（図２参照）。閉塞部材７とケーシング６との間には、シール材が介在される（図示省略）。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。これにより、電動アクチュエータ１の使用時は、閉塞部材７によってケーシング６の貫通孔６ｃが密閉され、ケーシング６内への粉塵や水等の異物の侵入が防止される。

上記構成の電動アクチュエータ１に電源系の故障等が生じ、電動モータ２を駆動できなくなった場合には、閉塞部材７をケーシング６から取り外し、ケーシング６の貫通孔６ｃに外部から工具を挿入し、その先端を電動モータ２の回転軸２ａの嵌合孔２ａ３に嵌合させる。そして、工具を用いて手動で回転軸２ａを回転させることで、減速機４及び運動変換機構５を介して出力軸２３を回転させることができる。このように、電動モータ２に、回転軸２ａを手動で回転させる操作部（嵌合孔２ａ３）を設けることで、出力軸２３を手動で容易に回転させることが可能となる。特に、本実施形態では、ケーシング６に設けた貫通孔６ｃに工具を挿入して操作部２を操作可能とすることで、電動アクチュエータ１を、これが取り付けられた部品から取り外したり、電動アクチュエータ１自体を分解したりすることなく、回転軸２ａを手動で簡単に回転させて、出力軸２３及びこれが接続された部品を操作することができる。

上記の電動アクチュエータ１を組み立てる際には、ケーシング本体６ａの各収容部３１，３２，３３内に電動モータ２、回路基板３、減速機４及び運動変換機構５を収容し、ケーシング本体６ａの接合面３５（図１参照）にシール材を装着又は塗布して、ケーシング本体６ａと蓋部６ｂとをボルト等の固定具（図示省略）を用いて接合する。シール材の具体例は、上記の閉塞部材７とケーシング６との間に設けられたシール材の具体例と同様である。このシール材によってケーシング本体６ａと蓋部６ｂとの接合部が密閉され、ケーシング６内への粉塵や水等の異物の侵入が防止される。

このように、本実施形態においては、電動アクチュエータ１の（ケーシング６以外の）全ての構成部品が、二分割されたケーシング６内に収容されるように構成されているので、ケーシング６の外周縁部のみにシール構造（例えばシール材）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つのケーシング分割体（ケーシング本体６ａ及び蓋部６ｂ）が接合されて形成された内部空間に、電動モータ２、減速機４及び運動変換機構５の各駆動部品と一緒に電子部品である回路基板３が収容されているため、例えば電子部品と駆動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、各ケーシング分割体（ケーシング本体６ａ及び蓋部６ｂ）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、ケーシ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及び回路基板３が収容される収容部（第一収容部３１）と、減速機４及び運動変換機構５が収容される他の収容部（第二収容部３２、第三収容部３３）との間が仕切部３４によって仕切られていることで、減速機４や運動変換機構５からの摩耗粉やグリース等の異物が回路基板３に付着するのを防止できる。これにより、回路基板３に異物が付着することによる誤作動や故障等の不具合を回避できるようになる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、減速機４（第一の減速機）は、遊星減速機に限らず、例えばサイクロイド減速機であってもよい。また、運動変換機構５（第二の減速機）は、ウォームギヤに限らず、例えばねじ機構（すべりねじ機構あるいはボールねじ機構）で構成された減速機を有するものであってもよい。この場合、回転軸２１の外周面にナットを設け、回転軸２１のねじ溝と、ナットの内周面に形成されたねじ溝とを直接あるいは多数のボールを介して噛み合わせる。この場合、電動モータ２を駆動すると、回転軸２ａの回転が減速機４を介して減速されて、運動変換機構５の回転軸２１に伝達される。そして、回転軸２１の回転に伴って、ナットが回転軸２１の軸方向に沿って直線運動する。

また、上記の実施形態では、電動アクチュエータ１が二つの減速機（減速機４及び運動変換機構５）を有する場合を示したが、これらのうちの一方の減速機のみを有する構成としてもよい。

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。

１ 電動アクチュエータ
２ 電動モータ
２ａ 回転軸
２ａ１ 軸本体
２ａ２ リターンナット（操作部材）
２ａ３ 嵌合孔（操作部）
２ａ４ 固定孔
２ｂ コイル
２ｃ マグネット
２ｄ モータハウジング
３ 回路基板
４ 減速機
５ 運動変換機構
６ ケーシング
７ 閉塞部材
２１ 回転軸
２２ 揺動部材
２３ 出力軸

Claims (4)

1. 電動モータと、前記電動モータの回転軸の回転を減速する減速機とを備えた電動アクチュエータにおいて、
   前記電動モータの回転軸の軸方向一方側の端部が前記減速機に接続され、前記電動モータの回転軸の軸方向他方側の端部に、前記回転軸を手動で回転させるための操作部が設けられた電動アクチュエータ。
2. 前記電動モータ及び前記減速機を収容するケーシングを有し、
   前記ケーシングが、前記電動モータの回転軸の軸方向他方側の延長線上に設けられた貫通孔と、前記貫通孔を閉塞する閉塞部材とを有する請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記電動モータの回転軸が、軸本体と、前記軸本体の軸方向他方側の端部に固定され、前記操作部を有する操作部材とを有する請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記電動モータの回転軸が一部品で構成された請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
   

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