JP2021530656A - 電気アクチュエータ - Google Patents

Abstract

電気アクチュエータ２０が提供される。アクチュエータ２０は、電気駆動手段２２の作動時に回転駆動される電気駆動手段２２および駆動部材２６と、第１のばね２８によって駆動部材２６に回転的に接続される出力部材２４と、出力部材２４に接続され、出力部材２４と固定管３４との間に一方向クラッチを形成する第２のばね３２と、を備え、電気アクチュエータ２０は、第２のばね３２と係合して出力部材２４を固定管３４から切り離すように構成された調整カップ３０をさらに備える。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用途で使用される電気アクチュエータに関する。より具体的には、本発明は、そのような電気アクチュエータのラッチ機構に関する。

車両は、通常、それぞれの部材間の所望のトルク伝達を可能にするために互いに選択的に接続される必要があるいくつかの対の回転部材を備えている。例えば、そのような部材は、入力ドライブシャフトおよび出力ドライブシャフト、あるいは電気モータの出力シャフトおよび関連するドライブトレイン部材であり得る。

２つの回転部材間の選択的なトルク伝達は、通常、クラッチとそのようなクラッチの適切な制御によって調整される。クラッチは、例えば、ディスククラッチまたはドッグクラッチであり、一方の側が回転入力シャフトに接続され、もう一方の側が出力シャフトに接続され、クラッチを閉じると、出力シャフトが回転入力シャフトとともに回転するように促される。

クラッチ制御にはアクチュエータが必要である。市場にはさまざまなタイプがあるが、電気アクチュエータの需要が高まっている。電気アクチュエータは、通常、弾性に逆らって動作する。ドッグクラッチの場合、弾性は、ドッグクラッチを非接続モードに向けてバイアスするリターンスプリングによって提供され、ディスククラッチの場合、弾性は、個々のディスクの固有のバイアスによって提供される。弾性により、駆動電流がゼロのときにトルク伝達がないことが保証される。この構成は安全上の理由によるもので、クラッチの意図しないロックアップを防ぐ。他方、クラッチ作動（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）中の弾性を打ち消す必要があり、それにより、定常トルク伝達中にアクチュエータに大電流を供給しなければならない。

消費電力を低減するために、そして電気アクチュエータを過熱から保護するためにも、駆動電流がないときに保持トルクをゼロに保ちながら、電気アクチュエータの定常保持トルクを下げることが望ましい。したがって、改良された電気アクチュエータが必要である。

従来技術の問題のいくつかを軽減することができる改良された電気アクチュエータを提供することが目的である。また、単純で、堅牢で、信頼性が高く、かつ費用効果の高い方法によって、所望の操作機能（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）を提供する電気アクチュエータを提供することが目的である。

第１の態様によれば、電気アクチュエータが提供される。電気アクチュエータは、電気駆動手段の作動時に回転駆動される電気駆動手段および駆動部材と、第１の一方向ばねクラッチによって駆動部材に回転的に接続される出力部材と、出力部材に接続され、出力部材と固定ハウジングの一部を形成する固定管との間に一方向クラッチを形成する第２のばねと、を備える。電気アクチュエータは、第２のばねと係合して出力部材を固定管から切り離すように構成された調整カップをさらに備える。

駆動部材および出力部材は、同軸に配置され得る。

調整カップは、駆動部材ならびに出力部材を取り囲み得る。

第１のばねの第１の端部は、出力部材に固定され得、第２のばねの第２の端部は、駆動部材ならびに調整カップに固定され得る。

第２のばねは、出力部材が固定管に接続されているアイドル位置と、出力部材が固定管から切り離されている開位置との間で操作可能（ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｌｅ）であり得る。

第１のばねは、第２のばねがその開位置に操作される（ｍａｎｅｕｖｅｒ）ときに、出力部材の自動戻り回転を提供するように構成され得る。

調節カップは、第２のばねの半径方向に突出する端部の軸方向位置に円形の端部、および調節カップの回転時に第２のばねの端部を押すように構成されている少なくとも１つの軸方向エッジを有し得る。

円形端部の軸方向エッジは、円形端部の軸方向により長い部分と、円形端部の軸方向により短い部分との間の界面（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）によって形成され得る。

第２の態様によれば、クラッチが提供される。クラッチは、第１の態様による電気アクチュエータを備える。

クラッチは、クラッチの戻りバイアス機能から生じる弾性特性を備え得る。

第３の態様によれば、車両が提供される。車両は、第２の態様による少なくとも１つのクラッチを備える。

本発明は、添付図面を参照して以下でさらに詳細に説明される。

図１は、一実施形態による車両の概略図である。 図２は、一実施形態による電気アクチュエータの断面図である。 図３は、図１に示す電気アクチュエータの部品の等角図である。

図１には、車両１が概略的に示されている。車両１は、前車軸３、後車軸５、および、前車軸３、後車軸５、またはその両方に接続されている推進ユニット７を有する。車両１は、１つまたは複数のクラッチ９ａ〜９ｂを備えている。示されている例では、第１のクラッチ９ａが後車軸５に配置されて、車両１の全輪駆動を可能にする。第１のクラッチ９ａは、この目的のために、後車軸差動装置１１に配置されたディスククラッチ９ａであり、ディスククラッチ９ａを作動させることによって、後車軸５は、推進ユニット７から駆動トルクを受けている。

示されている例の車両１はまた、第２のクラッチ９ｂを備え、ここでは、前車軸３に配置され、後車軸５（およびカルダンシャフト１３）をドライブトレインから切り離すドッグクラッチ９ｂの形態である。二輪駆動モードで運転するとき、ドッグクラッチ９ｂは切断され、それにより車両１の回転質量を減少させる。四輪駆動モードが要求されると、ディスククラッチ９ａが作動してカルダンシャフト１３を回転させ、その後、ドッグクラッチ９ｂが作動して、後車軸５を（ドッグクラッチ９ｂおよびディスククラッチ９ａを介して）推進ユニット７に接続する。

少なくとも１つのクラッチ９ａ〜９ｂは、アクチュエータ２０によって調整され、これについては、以下でさらに説明する。しかしながら、電気アクチュエータ２０の詳細に移る前に、図１に示される車両１の正確な構成は、例示の目的のためだけであることに留意されたい。車両１は、任意の適切なクラッチ９ａ〜９ｂと組み合わせて配置された少なくとも１つの電気アクチュエータ２０が存在する限り、原則として任意の可能な構成を有し得ることを容易に理解されたい。このような例には、トランスファーケース、電気ドライブトレイン、トルクベクタリングシステムなどが含まれる。

電気アクチュエータ２０の実施形態を図２に示す。電気アクチュエータ２０は、電気駆動手段２２、例えば、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、または回転ソレノイド、を備える。電気アクチュエータ２０はまた、任意の適切な接続またはギアリングを介してクラッチ（図示せず）に接続されている出力部材２４を有する。前に説明したように、クラッチは、例えば、ドッグクラッチ９ｂまたはディスククラッチ９ａであり得る。重要なことに、関連するクラッチ９ａ〜９ｂは、弾性システムを形成する。すなわち、クラッチ９ａ〜９ｂは、以下でさらに説明するように、出力部材２４が戻り力を受けるように、戻りバイアス機能を備えている。好ましくは、クラッチは、出力部材２４の回転がクラッチの作動を制御するように構成される。

電気駆動手段２２は、電気駆動手段２２の作動時に回転するように構成された駆動部材２６に接続されている。出力部材２４を参照して、駆動部材２６は入力シャフトを形成する。駆動部材２６は、一方向クラッチを形成する戻り回転ばね２８によって出力部材２４に接続されている。駆動部材２６および出力部材２４は同軸に配置され、軸方向の端部が互いに向き合う。戻り回転ばね２８は、駆動部材２６および出力部材２４の外周の周りに配置されている。戻り回転ばね２８の一端部２８ａは、例えば、端部２８ａを出力部材２４のドリルで開けられた半径方向の穴に挿入することによって、出力部材２４に固定される。戻り回転ばね２８の反対側の端部２８ｂは、駆動部材２６、およびそれに接続された調整カップ３０にしっかりと取り付けられている。したがって、調整カップ３０は、駆動部材２６に回転的に固定される。

電気駆動手段２２が作動すると、駆動部材２６が回転し、したがって、戻り回転ばね２８も回転させる。戻り回転ばね２８の一端部２８ａが出力部材２４に固定されるので、戻り回転ばね２８の直径は、駆動部材２６および出力部材２８の外面と接触するまで減少する。その結果、出力部材２４の回転が達成される。出力部材２４のこの回転運動は、例えば、ばねを圧縮することによって、またはディスクを互いに向かって押し付けることによって、関連するクラッチを作動させる動作に相当する。

出力部材２４の外周にも、一方向ばねクラッチ３２を形成するばねが設けられている。このために、出力部材２４は、ばね３２が配置されている半径方向の延長部２５を備えている。これにより、ばね３２は、戻り回転ばね２８と比較して、異なる半径方向および軸方向の位置に配置される。

ばね３２の一端部３２ａは、例えば、端部３２ａをドリルで開けられた半径方向の穴に挿入することによって、出力部材２４に回転的に固定されている。ばね３２は、固定管３４の周りにクランプされ、固定ハウジング３６の一部を形成する。したがって、電気駆動手段２２が作動されると、出力部材２４の回転はまた、ばね３２が固定管３４の周りを回転することを可能にする。

出力部材２４の所望の回転に達したとき、すなわち関連するクラッチ９ａ〜９ｂが所望の方法で作動されたとき、電気駆動手段２２に供給される電流は、作動中に必要な電流と比較して、例えば５〜２５％、好ましくは１０％のレベルまで大幅に減少する。これは、いわゆる保持位置に相当し、アクチュエータ２０の出力部材２４は、駆動部材２６の回転によって得られるその位置を保持するように意図されている。この電流は、電気駆動手段２２を駆動して駆動部材２６を所定の位置に維持するのに十分であり、一方、ばね３２の提供は、出力部材２４の自動戻り運動を防止する。これは、ばね３２と固定管３４との間の摩擦が、固定管３４に対する出力部材２４の自動戻り回転を妨げ、それによってばね３２が固定管３４を通るトルクを収容するという事実による。

作動が完了すると、駆動電流は遮断され、したがって、電気駆動手段２２によって供給されるトルクがゼロになる。次に、戻り回転ばね２８は、駆動部材２６および電気駆動手段２２を後ろ向きに回転させることができ、これはまた、調整カップ３０の対応する回転運動を引き起こす。調整カップ３０は、駆動部材２６だけでなく出力部材２４も取り囲み、これらの２つの部材２４、２６を取り囲むスリーブとして延びる。すでに述べたように、調整カップ３０の一端部３０ａは、駆動部材２６に回転的に固定されている。反対側の端部３０ｂは、図３に示されるように、円形の形状を有する。この円形端部３０ｂは、その円周の一部が軸方向に切断されており、その結果、この端部３０ｂの周囲の第１の部分３０ｃは、周囲の別の部分３０ｄよりも幾分長い軸方向長さを有する。２つの部分３０ｃ〜３０ｄは、互いに隣接して配置され、一緒になって全体の円形周辺を形成し、これは、２つの軸方向エッジ３０ｅが２つの部分３０ｃ〜３０ｄの間の界面に形成されることを意味する。調整カップ３０の円形端部３０ｂの軸方向の長さおよび直径は、軸方向の端部３０ｅがばね３２の半径方向に突出する端部３２ｂと接触することができるような寸法になっている。

調整カップ３０が後ろ向きに回転すると、軸方向端部３０ｅは、ばね３２の半径方向端部３２ｂに最終的に接触して押し、そのクラッチ機能を開放し、それにより、出力部材２４が後ろ向きに回転する。

本明細書に記載の実施形態は、ｉ）駆動電流がゼロのときの出力部材２４の自動戻り運動、およびｉｉ）出力部材２４をその作動位置に保持するために必要な大幅に低減された駆動電流を可能にする、非常に単純でありながら堅牢で信頼性の高い電気アクチュエータを可能にする。

Claims (11)

1. 電気アクチュエータ（２０）であって、電気駆動手段（２２）の作動時に回転駆動される電気駆動手段（２２）および駆動部材（２６）と、第１の一方向ばねクラッチ（２８）によって駆動部材（２６）に回転的に接続される出力部材（２４）と、出力部材（２４）に接続され、出力部材（２４）と固定ハウジングの一部を形成する固定管（３４）との間に一方向クラッチを形成する第２のばね（３２）と、を備え、電気アクチュエータ（２０）は、第２のばね（３２）と係合して出力部材（２４）を固定管（３４）から切り離すように構成された調整カップ（３０）をさらに備える、電気アクチュエータ（２０）。
2. 前記駆動部材（２６）および前記出力部材（２４）は、同軸に配置されている、請求項１に記載の電気アクチュエータ（２０）。
3. 前記調整カップ（３０）は、前記駆動部材（２６）ならびに前記出力部材（２４）を取り囲む、請求項１または２に記載の電気アクチュエータ（２０）。
4. 第１のばね（２８）の第１の端部（２８ａ）は、前記出力部材（２４）に固定され、第２のばね（２８）の第２の端部（２８ｂ）は、前記駆動部材（２６）ならびに前記調整カップ（３０）に固定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気アクチュエータ（２０）。
5. 第２のばね（３２）は、前記出力部材（２４）が前記固定管（３４）に接続されているアイドル位置と、前記出力部材（２４）が前記固定管（３４）から切り離されている開位置との間で操作可能である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気アクチュエータ（２０）。
6. 第１のばね（２８）は、第２のばね（３２）がその開位置に操作されるときに、前記出力部材（２４）の自動戻り回転を提供するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気アクチュエータ（２０）。
7. 前記調整カップ（３０）は、第２のばね（３２）の半径方向に突出する端部（３２ｂ）の軸方向位置に円形の端部（３０ｂ）、および前記調整カップ（３０）の回転時に第２のばね（３２）の端部（３２ｂ）を押すように構成されている少なくとも１つの軸方向エッジ（３０ｅ）、を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気アクチュエータ（２０）。
8. 円形端部（３０ｂ）の軸方向エッジ（３０ｅ）は、円形端部（３０ｂ）の軸方向により長い部分（３０ｃ）と、円形端部（３０ｂ）の軸方向により短い部分（３０ｄ）との間の界面によって形成される、請求項７に記載の電気アクチュエータ（２０）。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気アクチュエータ（２０）を備えるクラッチ（９ａ〜９ｂ）。
10. クラッチ（９ａ〜９ｂ）は、クラッチ（９ａ〜９ｂ）の戻りバイアス機能から生じる弾性特性を備えている、請求項９に記載のクラッチ（９ａ〜９ｂ）。
11. 請求項９または１０に記載のクラッチ（９ａ〜９ｂ）を少なくとも１つ備える車両（１）。
    
    

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