JP2021044882A

JP2021044882A - モータアクチュエータ

Info

Publication number: JP2021044882A
Application number: JP2019163706A
Authority: JP
Inventors: 尚久小柳; Naohisa Koyanagi; 浩和阿部; Hirokazu Abe
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: JP7344547B2

Abstract

【課題】異音の発生を抑制できるモータアクチュエータを提供する。【解決手段】本発明のモータアクチュエータ１は、モータ３０と、ウォームギア３５ｆと、ウォームホイール４１と、弾性板１４と、下ケース１０と上ケース２０を有する。モータ３０の無通電時と通電時の双方において、電機子の軸方向の磁気中心Ｍ１が、永久磁石の軸方向の磁気中心Ｍ２よりもブラケット３２側に位置し、かつ、弾性板１４が回転軸３５ａの先端を押圧している。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、車両用空調装置における送風経路切換ドアを作動させるためのモータアクチュエータに関する。

従来、モータは、回転軸のスラスト方向の摩擦を減らすため、有底筒状のハウジング（モータケース）内に配された電機子（回転子）が、このハウジングを閉塞するブラケットに設けられたスラスト軸受側にスラスト吸引されているのが一般的である。

このようなモータの使用例として、モータと、モータの出力軸となる回転軸に取り付けられたウォームギヤと、ウォームギヤと噛合する減速ギヤ（ウォームホイール）とを備えるモータアクチュエータがある。

しかしながら、上記のモータアクチュエータでは、回転軸がスラスト軸受を支点として回転するため、回転軸がラジアル方向に振動するときは、振動幅が大きくなるという問題がある。

この問題を解決するため、例えば、特許文献１には、ハウジング内に配された電機子が有底筒状のハウジングの底部側にスラスト吸引させるように構成したモータと、このモータの回転軸に取り付けられたウォームギヤと、このウォームギヤと噛合する歯車と、を有するアクチュエータが記載されている。このアクチュエータによれば、回転軸がラジアル方向に振動するときの支点が回転軸の後端ではなく、回転軸の先端側になり、回転軸のラジアル方向の振動が抑制できる可能性がある。

特開２００９−２４０１４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のアクチュエータでは、電機子がハウジングの底部側に吸引される構成のため、回転軸が正逆転する場合、回転軸の一端がハウジングから突出する方向に移動すると、回転軸が軸方向にスラスト隙間分加速する。このため、特許文献１の図１、図２の場合では電機子とハウジングの軸受との間にて、または、特許文献１の図３、図４の場合ではウォームギヤ若しくは回転軸の一端と、ケースの接触部分の間にて、衝突が発生して、異音が増大することが危惧される。

そこで、本発明は、回転軸が正逆転する際の異音の発生を抑制できるモータアクチュエータを提供するものである。

本発明のモータアクチュエータは、
筒状部と底部を有する有底筒状のモータケースと、前記筒状部の内周面に固定された永久磁石からなる固定子と、前記固定子に対向するように前記モータケース内に設けられた電機子と回転軸を有する回転子と、前記モータケースの開口端部に装着されたブラケットと、前記モータケースと前記ブラケットに固定されて前記回転軸を軸支するラジアル軸受と、を有するモータと、
前記モータケースの前記底部から突出した前記回転軸の先端側に固定されたウォームギアと、
前記ウォームギアと噛合するウォームホイールと、
下ケースと上ケースで構成され、前記モータと前記ウォームギアと前記ウォームホイールを収容するハウジングと、
前記下ケースに固定された弾性体と、
を備え、
前記モータの無通電時と通電時の双方において、前記電機子の軸方向の磁気中心が、前記永久磁石の軸方向の磁気中心より、前記ブラケット側に位置しており、かつ、前記弾性体が、前記回転軸の先端を押圧している、
ことを特徴とするものである。

本発明のモータアクチュエータでは、弾性体が常に回転軸の先端を押圧しているため、回転軸の先端と弾性体との間において衝突が生じない。このため、回転軸の機械的な異音の発生を抑制できる。

本発明の第１の実施形態例に係るモータアクチュエータであって、（ａ）は上ケース２０のみを内側から見た平面図であり、（ｂ）は上ケースを除いた平面図である。（ａ）は図１（ｂ）の矢視Ａにおける下ケースのみの断面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）の矢視Ａにおけるモータと下ケースのみの断面図でありモータの無通電時を示す。（ａ）はモータの無通電時におけるモータと下ケースのみの断面図であり、（ｂ）はモータの通電時に回転軸の先端がモータケースの底部から突出する方向に最大移動した状態の断面図であり、（ｃ）はモータの通電時に回転軸の後端がブラケットに接触した状態の断面図である。本発明の第２の実施形態例に係るモータアクチュエータであって、（ａ）は下ケースのみの断面図であり、（ｂ）はモータの無通電時におけるモータと下ケースのみの断面図である。本発明の第３の実施形態例に係るモータアクチュエータであって、（ａ）は下ケースのみの断面図であり、（ｂ）はモータの無通電時におけるモータと下ケースのみの断面図である。本発明の実施形態例に係るモータアクチュエータの変形例でありモータの無通電時を示す。

本明細書では、図２（ｂ）において、上ケース２０と下ケース１０の組み込み方向を「組み込み方向」と呼びＸで表し、組み込み方向に対して垂直な方向を「軸方向」と呼びＹで表す。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に説明する。

（第１の実施形態例）
本発明の第１の実施形態例に係るモータアクチュエータ１を図１から図３を用いて説明する。
本例のモータアクチュエータ１は、例えば空調装置の気流調節弁の駆動源として用いることができる。

モータアクチュエータ１は、下ケース１０と上ケース２０で構成されるハウジングと、モータ３０と、ウォームギア３５ｆと、減速ギヤ４０と、出力軸５０と、コネクタ側ターミナル７０等を有する。

下ケース１０は、略四辺形の底板１１と、底板１１から一体に立設された平板状の弾性体（弾性板１４）と、底板１１の周縁から立設された側板１２と、側板１２により形成された開口端部を有する樹脂の一体成形品からなる。
上ケース２０は、略四辺形の上板２１と、上板２１の周縁から下設された側板２２と、側板２２により形成された開口端部を有する樹脂の一体成形品からなる。
なお、本明細書では、図２の上側を上方とし下側を下方として記載するが、これは説明の便宜上のものであって、モータアクチュエータの使用時には上下が逆であっても、左右であってもよい。したがって、本発明において、例えば、下ケースは上ケースと、上ケースは下ケースと言い換えることもできる。

上ケース２０の開口端部が下ケース１０の開口端部に組み付けられて、所定の内部空間を有するハウジングが形成されている。このハウジングの内部には、モータ３０と、ウォームギア３５ｆと、減速ギヤ４０と、出力軸５０と、コネクタ側ターミナル７０等が配されている。

また、下ケースと上ケースの側板１２、２２の一つには、その側板１２、２２から突出する１個の外部コネクタの差し込み口１５、２５が形成されている。この差し込み口１５、２５には、外部装置から不図示のコネクタが差し込まれる。外部装置は、そのコネクタを差し込み口１５、２５に差し込んだとき、差し込み口１５、２５に設けられたコネクタピンに電気的に接続されている。

下ケース１０には、モータ３０を挿入して固定する凹部１３が形成されており、また、上ケース２０には、モータ３０を挿入して固定する凹部２３が形成されている。
モータ３０が下ケースの凹部１３に固定されると、モータ３０の軸方向は、下ケースの底板１１の上面に対して平行となる。

モータ３０が下ケースの凹部１３に固定される前、平板状の弾性板１４は、下ケース１０と上ケース２０の組み込み方向（Ｘ方向）に対して平行に立設されている。また、弾性板１４と側板１２の間には空隙が形成されており、弾性板１４は、側板１２と非接触に配置されている。

この弾性板１４は、モータ３０のモータケース３１の底部から突出した回転軸３５ａの先端が当接される押圧面１４ａと、この押圧面１４ａの裏側の裏面１４ｂを有し、弾性板１４の下端を固定端として、弾性板１４の上端を自由端とする。弾性板１４の上端は、下ケース１０に固定されたモータ３０の回転軸３５ａの先端より高く形成されている。

モータ３０は、モータケース３１と、ブラケット３２と、固定子３４と、回転子３５と、モータ用ブラシ３３と、を有し、下ケースと上ケースの凹部１３、２３に挿入されて固定されている。

モータケース３１は、金属材料により形成され、円筒状の筒状部と底部からなる有底筒状を成し、底部の中央部にラジアル軸受３６が圧入されている。
ブラケット３２は、モータケース３１の開口端部に嵌着され、樹脂等の絶縁材料によって一体成形されている。ブラケット３２の中央部には、円形の凹部が形成されており、凹部の底面はスラスト軸受３７となっている。凹部にはラジアル軸受３６が圧入されている。
また、ブラケット３２には、後述の整流子３５ｄに摺接して電流を流すように一対のモータ用ブラシ３３が設けられている。

固定子３４は、モータケース３１の円筒部の内周面に固着されており、円筒形状で円周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に着磁された永久磁石からなる。
回転子３５は、回転軸３５ａに固定された電機子を有する。この電機子は、回転軸３５ａに固定され薄い鋼鈑を複数枚積層してなる電機子コア３５ｂと、電機子コア３５ｂにコイル状に巻回された銅線３５ｃと、回転軸３５ａに固定されて銅線３５ｃに電気的に接続された整流子３５ｄと、電機子コア３５ｂに対して整流子３５ｄとは反対側の回転軸３５ａに固定された樹脂製の環状部材３５ｅを有する。

回転軸３５ａは、ラジアル軸受３６に挿通されて回転自在に支承されている。回転軸３５ａの先端は、モータケース３１の底部から突出しており、回転軸３５ａの先端にはウォームギア３５ｆが圧入固定され、回転軸３５ａの後端はラジアル軸受３６とスラスト軸受３７により支承されている。

また、電機子の軸方向の磁気中心Ｍ１が、永久磁石の軸方向の磁気中心Ｍ２より、ブラケット３２側に位置している。よって、電機子がモータケース３１の底部側にスラスト吸引されて、回転軸３５ａの先端がモータケース３１の底部から突出する方向に付勢される。本発明ではこの付勢力をスラスト吸引力と呼ぶ。よって、下ケースに組み込む前のモータの完成単品では、電機子の環状部材３５ｅがモータケース３１の底部に接触しており、回転軸３５ａの後端とスラスト軸受３７との間には若干のスラスト隙間が存在する。このスラスト隙間により、回転軸が正逆転する場合、回転軸が軸方向に若干移動する。

モータ３０が下ケース１０の凹部１３に挿入されて固定されると、図２（ｂ）のように、回転軸３５ａの先端が弾性板１４を押圧する。すると、弾性板１４は押圧されて変位する。このときの変位量は、下ケース単品の弾性板の押圧面１４ａから回転軸先端までの変位量Ｌ_ｉｎｉとして表される。この弾性板１４は、押圧面１４ａと裏面１４ｂを貫く軸方向に適度なバネ性を持って略弧状に撓み、元の形状に戻ろうとする。なお、本発明における弾性体は、変形後に元の形状に戻る弾性領域を使用するものである。

次に、回転軸３５ａの軸方向の移動と弾性板１４の変位との関係を説明する。
まず、モータの無通電時（回転軸が停止している場合）、図３（ａ）に示すように、スラスト吸引力と弾性板１４の弾性力が均衡して、回転軸３５ａの後端とブラケット３２との間には軸方向に隙間が設けられた状態で、回転軸３５ａと弾性板１４が静止する。このとき、電機子の環状部材３５ｅとモータケース３１の底部との間には、軸方向に隙間Ｇ１が設けられている。

一方、モータの通電時（回転軸が正逆転している場合）、ウォームギア３５ｆとウォームホイール４１の噛合により、回転軸３５ａの先端がモータケース３１の底部から突出する方向に移動した場合、あるいは、回転軸３５ａの後端がブラケット３２に接触する方向に移動した場合、弾性板１４はバネ性により回転軸３５ａの先端から離れることなく追従して、常時、回転軸の先端に接触し、回転軸の先端を押圧している。

より具体的に説明する。モータが無通電時から通電時となり、例えば、回転軸３５ａの先端が弾性板１４を押圧する力が、図３（ａ）の弾性板１４の弾性力より大きくなり、回転軸３５ａの先端がモータケース３１の底部から突出する方向に最大に移動すると、図３（ａ）から図３（ｂ）の状態となる。このときの弾性板１４の変位量は、下ケース単品の弾性板１４の押圧面１４ａから回転軸先端までの変位量Ｌ_ｐとして表される。このとき、回転軸３５ａの先端が弾性板１４を押圧する力が、図３（ｂ）の弾性板１４の弾性力と均衡する。また、弾性板１４は側板１２と非接触に配置されている。また、電機子の環状部材３５ｅとモータケース３１の底部との間には、軸方向に隙間Ｇ２が設けられている。

一方、モータの通電方向が逆になり、回転軸３５ａの後端がブラケット３２に接触する方向に移動して、回転軸３５ａの後端がスラスト軸受３７に接触すると、図３（ｂ）から図３（ｃ）の状態となる。このときの弾性板１４の変位量は、下ケース単品の弾性板１４の押圧面１４ａから回転軸先端までの変位量Ｌ_ｑとして表される。このとき、弾性板１４は傾斜しているため、回転軸３５ａの先端を押圧している。また、電機子の環状部材３５ｅとモータケース３１の底部との間には、軸方向に隙間Ｇ３が設けられている。

また、モータの通電方向が逆になり、回転軸３５ａの先端がモータケース３１の底部から突出する方向に移動すると、図３（ｃ）から図３（ｂ）の状態となり、以後、繰り返す。そして、モータの通電時から無通電時になると、図３（ａ）に示す状態に戻る。

このように、モータの無通電時、あるいは、モータの通電時で回転軸が正逆転して回転軸３５ａが軸方向に移動した場合、弾性板１４は、回転軸３５ａの先端を軸方向に所定のバネ性を保ち押圧しているため、回転軸３５ａの先端から離れることなく追従して、回転軸３５ａの先端に、常時、接触している。
より具体的には、図３（ａ）に示すモータの無通電時の状態において、回転軸３５ａの後端とブラケット３２との間の軸方向の隙間よりも、弾性板１４の撓み量Ｌ_ｉｎｉが大きくなるように設定することにより、モータの無通電時と通電時の双方において、弾性体１４で回転軸３５ａの先端を押圧することができる。

また、モータの通電時に回転軸３５ａが軸方向に移動した場合、回転軸３５ａの軸方向の押圧力を受ける弾性板１４により、回転軸３５ａが軸方向に移動できるスラスト移動範囲が設計上決められている。つまり、このスラスト移動範囲は、回転軸３５ａの後端がスラスト軸受３７に接触した状態の回転軸３５ａの先端の位置から、最大の変位量Ｌ_ｐになった弾性板１４に接触する回転軸３５ａの先端の位置までである。

また、回転軸３５ａが軸方向に移動できるスラスト移動範囲は、電機子の環状部材３５ｅとモータケース３１の底部との軸方向の隙間Ｇ３より短くなるように設定されており、電機子の環状部材３５ｅとモータケース３１の底部との間には、常に、軸方向に隙間が設けられている。

上述のような弾性板１４は、回転軸３５ａが弾性板１４を押圧する最大押圧力やバネ性や耐久性やスラスト吸引力等が考慮されて、位置や材質や板厚や高さ等が設計されている。

減速ギヤ４０は、ウォームギア３５ｆに噛合されるウォームホイール４１を有している。
出力軸５０は、減速ギヤ４０に噛合されるフランジ状の出力ギヤを有している。また、出力軸５０は、下ケース１０と上ケース２０に形成された軸孔により軸支されている。

上述の構成により、モータの駆動力を、ウォームギア３５ｆ、減速ギヤ４０および出力軸５０を介して、例えば空調装置の気流調節弁の操作軸に伝達することができる。

以上説明した本例のモータアクチュエータ１は、モータ３０の無通電時と通電時の双方において、電機子の軸方向の磁気中心Ｍ１が、永久磁石の軸方向の磁気中心Ｍ２より、ブラケット３２側に位置しており、かつ、弾性板１４が、回転軸３５ａの先端を押圧している。

よって、本例のモータアクチュエータ１では、回転軸３５ａの先端と弾性板１４との間において衝突が生じず異音が発生しないため、モータの回転軸が正逆転する場合、回転軸の機械的な異音の発生頻度が半減される。
また、モータの通電時、回転軸３５ａの後端がブラケット３２に接触する方向に移動した際、弾性板１４が回転軸３５ａの先端を押圧して回転軸が加速するものの、電機子の軸方向の磁気中心Ｍ１が永久磁石の軸方向の磁気中心Ｍ２よりブラケット３２に位置することにより、スラスト吸引力が抵抗となり回転軸が減速するため、回転軸の後端とスラスト軸受との衝突が生じた際の異音が低減される。

また、本例のモータアクチュエータ１では、モータの無通電時と通電時の双方において、弾性板１４は下ケース１０の側板１２に接触しないため、弾性板１４が下ケース１０に衝突せず異音が発生しない。

また、本例のモータアクチュエータ１では、モータの無通電時と通電時の双方において、電機子はモータケース３１の底部に衝突せず異音が発生しない。

（第２の実施形態例）
次に、本発明の第２の実施形態例に係るモータアクチュエータの構成を図４により説明する。
図４において、図１ないし図３中の部材と同一の部材には同一の符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。

第１の実施形態例では、弾性板１４と側板１２の間には、空隙が形成されており、他の部材が存在しない。
一方、本例では、弾性板１４と側板１２の間には、第２の弾性体としてバネ部材６０が配置されている。このバネ部材６０は、弾性板１４と側板１２の双方に当接しており、弾性板１４の変形に伴って変形する。

本例のモータアクチュエータでは、第１の実施形態の作用効果を有すると共に、バネ部材６０を弾性板１４と側板１２の間に追加することにより弾性板１４のバネ性を容易に高められると共に、より確実に弾性板１４が側板１２に衝突するのを防ぐことができる。

（第３の実施形態例）
次に、本発明の第３の実施形態例に係るモータアクチュエータの構成を図５により説明する。
図５において、図１ないし図４中の部材と同一の部材には同一の符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。

第１の実施形態例では、モータ３０が下ケースの凹部１３に固定される前、弾性板１４は、下ケース１０と上ケース２０の組み込み方向に対して平行に立設されている（図２（ａ）参照）。
一方、本例では、図５（ａ）に示すように、モータが下ケースの凹部１３に固定される前、弾性板１１４は若干傾斜している。

本例のモータアクチュエータでは、第１の実施形態の作用効果を有すると共に、弾性板１１４は、回転軸３５ａの先端がモータケース３１の底部から突出する方向に傾斜しているため、モータを下ケースの凹部１３に容易に組み込むことができる。

以上、本発明の３つの実施形態例について説明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。

上述の実施形態の説明では、弾性板１４、１１４は、下ケース１０に一体成形されているが、本発明はこれに限らない。

例えば、弾性板１４、１１４は、下ケース１０に固定された下ケース１０の材料と別体のゴム材でもよく、この場合、モータ３０が下ケースの凹部１３に固定されると、回転軸の先端はゴム材を圧縮変形して、上述のような作用効果を有する。

また、回転軸３５ａの先端が弾性板１４に直接接触している構成を説明したが、これに限らない。
例えば、図６に示すように、回転軸５３５ａに固定されたウォームギア５３５ｆの先端を弾性板１４に直接接触させることもできる。なお、この場合は、回転軸の先端とは、ウォームギアの先端を意味する。

１モータアクチュエータ
１０下ケース
１１下ケースの底板
１２下ケースの側板
１３下ケースの凹部
１４弾性板（弾性体）
１４ａ押圧面
１４ｂ裏面
１５下ケースの差し込み口
２０上ケース
２１上ケースの上板
２２上ケースの側板
２３凹部
２５上ケースの差し込み口
３０モータ
３１モータケース
３２ブラケット
３３モータ用ブラシ
３４固定子（永久磁石）
３５回転子
３５ａ回転軸
３５ｂ電機子コア
３５ｃ銅線
３５ｄ整流子
３５ｅ環状部材
３５ｆウォームギア
３６ラジアル軸受
３７スラスト軸受
４０減速ギヤ
４１ウォームホイール
５０出力軸
６０バネ部材（第２の弾性体）
７０コネクタ側ターミナル
１１４弾性板（弾性体）
５３５回転子
５３５ａ回転軸
５３５ｆウォームギア
Ｍ１電機子の軸方向の磁気中心
Ｍ２永久磁石の軸方向の磁気中心

Claims

筒状部と底部を有する有底筒状のモータケースと、前記筒状部の内周面に固定された永久磁石からなる固定子と、前記固定子に対向するように前記モータケース内に設けられた電機子と回転軸を有する回転子と、前記モータケースの開口端部に装着されたブラケットと、前記モータケースと前記ブラケットに固定されて前記回転軸を軸支するラジアル軸受と、を有するモータと、
前記モータケースの前記底部から突出した前記回転軸の先端側に固定されたウォームギアと、
前記ウォームギアと噛合するウォームホイールと、
下ケースと上ケースで構成され、前記モータと前記ウォームギアと前記ウォームホイールを収容するハウジングと、
前記下ケースに固定された弾性体と、
を備え、
前記モータの無通電時と通電時の双方において、前記電機子の軸方向の磁気中心が、前記永久磁石の軸方向の磁気中心より、前記ブラケット側に位置しており、かつ、前記弾性体が、前記回転軸の先端を押圧している、
ことを特徴とするモータアクチュエータ。
前記下ケースは、底板と、前記底板の周縁から立設された側板を有し、
前記弾性体は前記底板に立設された弾性板であり、
前記モータの無通電時と通電時の双方において、前記弾性板は前記側板に接触しない、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
前記モータの無通電時と通電時の双方において、前記電機子は前記モータケースの底部に接触しない、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータアクチュエータ。