JP2023042272A - 電動アクチュエータ - Google Patents
電動アクチュエータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023042272A JP2023042272A JP2021149488A JP2021149488A JP2023042272A JP 2023042272 A JP2023042272 A JP 2023042272A JP 2021149488 A JP2021149488 A JP 2021149488A JP 2021149488 A JP2021149488 A JP 2021149488A JP 2023042272 A JP2023042272 A JP 2023042272A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- speed reducer
- lubricating oil
- electric actuator
- electric motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Retarders (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Abstract
【課題】潤滑油を用いて作動性及び耐久性の向上を図れると共に、電動モータが配置される空間への潤滑油の侵入を防止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、ステータ41及びロータ42を有する電動モータ4と、ロータ42の内径側に設けられロータ42と一体に回転するモータ軸51と、モータ軸51の内径側に配置されてモータ軸51の回転を減速して伝達する減速機5a,5bと、減速機5a,5bを通過する潤滑油が流れる潤滑流路Fを備える。モータ軸51は、電動モータ4が配置される空間と、潤滑流路Fが配置される空間とを、これらの空間の軸方向全体に渡って仕切る。【選択図】図5
Description
本発明は、電動アクチュエータに関する。
外部から駆動力が入力される入力回転体と入力された駆動力を出力する出力回転体との回転位相差を変更可能な電動アクチュエータとして、電動モータと、電動モータの回転を減速して伝達する減速機とを備えるものが知られている。
この種の電動アクチュエータの一例として、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又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電動アクチュエータがある。この電動アクチュエータにおいては、減速機によって入力回転体(例えば、スプロケット)に対する出力回転体(例えば、カムシャフト)の回転位相差を変更でき、これによってバルブの開閉タイミングが調整される。
ところで、上記のような減速機を備える電動アクチュエータにおいては、作動性及び耐久性を向上させるため、一般的に、減速機内に潤滑剤としてグリースが充填されている。しかしながら、減速機が作動すると、ギヤ同士の噛み合い部分などに介在するグリースが次第に流出するため、グリースが経時的に枯渇し、作動性及び耐久性が低下するという問題がある。
このような問題に対して、グリースに代えて、減速機内に潤滑油を供給する方法が挙げられる。減速機内に潤滑油を供給し続けることにより、ギヤ同士の噛み合い部分などにおいて常に油膜を形成することができるため、長期に亘って摺動抵抗を抑制でき、作動性及び耐久性を継続して向上させることが可能である。しかしながら、電動アクチュエータ内には、電動モータのステータなどの通電部が存在するため、万が一、このような通電部に潤滑油が付着すると、故障あるいは動作不良の原因となる。また、潤滑油内に混入する異物が電動モータのマグネットなどに付着した場合も、故障あるいは動作不良の原因となる虞がある。
そこで、本発明は、潤滑油を用いて作動性及び耐久性の向上を図れると共に、電動モータが配置される空間への潤滑油の侵入を防止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、ステータ及びロータを有する電動モータと、前記ロータの内径側に設けられ前記ロータと一体に回転するモータ軸と、前記モータ軸の内径側に配置されて前記モータ軸の回転を減速して伝達する減速機と、前記減速機を通過する潤滑油が流れる潤滑流路を備え、前記モータ軸は、前記電動モータが配置される空間と、前記潤滑流路が配置される空間とを、これらの空間の軸方向全体に渡って仕切ることを特徴とする。
このような構成の電動アクチュエータであれば、電動モータが配置される空間内に潤滑油が侵入するのを防止でき、潤滑油が電動モータに付着することによる故障及び動作不良を回避できる。また、このように、電動モータに対する潤滑油の付着を防止できるため、電動アクチュエータ内に潤滑油を供給する方法を採用できるようになり、電動アクチュエータの作動性及び耐久性を長期に亘って良好に維持できるようになる。
本発明に係る電動アクチュエータは、前記電動モータと前記減速機を収容するケーシングと、前記減速機の内径側に設けられ前記減速機によって減速された回転が伝達される出力部材を備え、前記潤滑油は、前記出力部材内を通って前記減速機へ供給されるように構成されてもよい。その場合、前記電動モータが配置される空間の軸方向一端側に、前記モータ軸と前記ケーシングとの間を封止する第一シール部材が設けられ、前記潤滑流路が配置される空間の前記軸方向一端側とは反対側に、前記出力部材と前記モータ軸との間を封止する第二シール部材が設けられることが好ましい。このような第一シール部材及び第二シール部材が設けられていることにより、電動モータが配置される空間内への潤滑油の侵入をより確実に防止できるようになる。
さらに、前記電動モータが配置される空間の前記軸方向一端側とは反対側に、前記モータ軸と前記ケーシングとの間を封止する第三シール部材が設けられてもよい。これにより、電動モータが配置される空間への潤滑油の侵入のほか、一端側とは反対側からの水及び塵埃などの異物の侵入も防止できる。
前記出力部材が、互いに分離可能な二部材によって構成されている場合は、前記二部材を結合するボルトとして、頭部にフランジ部を有するボルトを用いることが好ましい。出力部材が二部材によって構成されている場合、二部材の結合面から潤滑油が侵入し、ボルトの頭部と出力部材の端面との間から潤滑油が漏出する虞がある。そのため、頭部にフランジ部を有するボルトを用いることにより、ボルトの頭部と出力部材の端面との間からの潤滑油の漏出を効果的に防止できるようになる。
さらに、前記ボルトのフランジ部と前記フランジ部が締結される前記出力部材の端面との間に、シールワッシャを介在させてもよい。これにより、ボルトの頭部と出力部材の端面との間からの潤滑油の漏出をより効果的に防止できるようになる。
また、前記シールワッシャに代えて、互いに結合される前記二部材の結合面同士の間に、シール部材を介在させてもよい。
本発明に係る電動アクチュエータは、前記減速機を備える差動装置を備え、前記差動装置は、回転軸を中心として回転可能な駆動回転体と、前記回転軸に対して偏心する内周面を有し前記ロータと一体に回転する前記モータ軸としての偏心部材と、前記偏心部材の内径側に設けられ前記電動モータによって自転可能でかつ前記回転軸を中心として公転可能な遊星回転体と、前記回転軸を中心として回転可能な前記出力部材としての従動回転体と、前記遊星回転体と前記駆動回転体との噛み合いにより構成された第一の減速機と、前記遊星回転体と前記従動回転体との噛み合いにより構成された第二の減速機と、前記駆動回転体を前記偏心部材に対して回転可能に支持する軸受を有するものであってもよい。この場合、潤滑油が、前記従動回転体内を通って供給され、前記第一の減速機及び前記第二の減速機を通過し、前記駆動回転体を支持する軸受を通って外部へ排出されることにより、各減速機及び軸受の潤滑性が向上し、作動性及び耐久性が向上する。
本発明に係る電動アクチュエータは、例えば、前記駆動回転体と前記従動回転体のいずれか一方に、吸気用カムシャフトが設けられ、前記駆動回転体と前記従動回転体の他方に、排気用カムシャフトが設けられる電動アクチュエータに適用できる。
本発明によれば、潤滑油を用いて作動性及び耐久性の向上を図れると共に、電動モータが配置される空間への潤滑油の侵入を防止できる。
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、本実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図、図2は、当該電動アクチュエータの分解斜視図である。
本実施形態に係る電動アクチュエータは、SOHC(Single Over Head Camshaft)型のエンジン(駆動源)の可変バルブタイミング装置として用いられる。図1及び図2に示されるように、本実施形態に係る電動アクチュエータ1は、駆動回転体2と、従動回転体3と、電動モータ4と、差動装置5と、これら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ている。
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の部材である。駆動回転体2のシリンダヘッド側(図1の右側)には、排気用カムシャフト22と、エンジンからの駆動力の入力部となるスプロケット23が結合される。排気用カムシャフト22のシリンダヘッド側には、一つ又は複数の図示しない排気用カムが設けられている。スプロケット23は、駆動回転体2の外周面にトルク伝達可能に取り付けられ、外部からの駆動力、例えば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、排気用カムシャフト22、及びスプロケット23は、何れも回転軸Oを中心として同軸上に配置される。従って、駆動回転体2、排気用カムシャフト22、及びスプロケット23は、外部からの駆動力(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。
本実施形態では、駆動回転体2と排気用カムシャフト22とスプロケット23が、別部材で構成された場合を例示している。この例示に限らず、駆動回転体2、排気用カムシャフト22、及びスプロケット23のうち、任意の二つの部位を一体化し、残りの部位を別部材で構成することができる。あるいは駆動回転体2、排気用カムシャフト22、及びスプロケット23を全て一体に形成することもできる。
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出力部材であり、反シリンダヘッド側(図1の左側)に設けられた円筒状の本体31と、シリンダヘッド側(図1の右側)に設けられたシャフト32の、軸方向に分離可能な二部材によって構成されている。本体31とシャフト32は、センタボルト34によって互いに結合されている。また、シャフト32のシリンダヘッド側には、吸気用カムシャフト33が結合される。なお、シャフト32と吸気用カムシャフト33を一体に形成してもよい。吸気用カムシャフト33は、両端が開口した中空形状をなす排気用カムシャフト22の内周に配置される。吸気用カムシャフト33のシリンダヘッド側の軸端は、排気用カムシャフト22のシリンダヘッド側の軸端から軸方向に突出しており(図示省略)、吸気用カムシャフト33には、一つあるいは複数の吸気用カムが設けられている。本体31と、シャフト32、及び吸気用カムシャフト33は、回転軸O上で同軸に配置され、回転軸Oを中心として一体に回転する。
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。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の回転角度を検知する回転角度検知装置に接続される信号線などを、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。
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。本実施形態においては、電動モータ4として、U相、V相及びW相を有する三相ブラシレスモータが用いられている。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に巻き回されたステータコイル41cとで構成されている。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とで構成されている。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。
差動装置5は、駆動回転体2と、従動回転体3と、ロータ42と一体に回転するモータ軸でもある偏心部材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に対して遊星回転体52を回転可能に支持する2つの軸受53,54とを主要な構成要素として備える。
偏心部材51は、シリンダヘッド側(図1の右側)から反シリンダヘッド側(図1の左側)へ向かって段階的に縮径する内周面を有する一体(一部品)の筒状部材である。本実施形態においては、偏心部材51が、最小内径の第一筒部51aと、第一筒部51aよりも大径の第二筒部51bと、第二筒部51bよりも大径の第三筒部51cと、第三筒部51cよりも大径の第四筒部51dを有している。偏心部材51の各筒部51a~51dは、互いに異なる外径の外周面を有しているが、これらの外周面は、いずれも回転軸Oと同軸に形成された円筒面である。これに対して、偏心部材51の第二筒部51b及び第三筒部51cの内周面は、回転軸Oに対して偏心した円筒面状の偏心内周面である。また、偏心部材51の内周面のうち、偏心内周面以外の領域(第一筒部51a及び第四筒部51dの内周面)は、回転軸Oと同軸に形成された円筒面である。このように、第二筒部51b及び第三筒部51cの内周面は、回転軸Oに対して偏心しているため、偏心部材51は、第二筒部51b及び第三筒部51cの偏心内周面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、図4参照)。
偏心部材51は、その外周面とケーシング6との間に設けられた2つの軸受17,18によって支持される。本実施形態では、いずれの軸受17,18も転がり軸受(深溝玉軸受)で構成しているが、両軸受17,18の構成や種類は任意に選択することができる。偏心部材51のシリンダヘッド側(図1の右側)の外周面に設けられた軸受17により、偏心部材51がケーシング6のケーシング本体6aに対して回転可能に支持され、偏心部材51の反シリンダヘッド側(図1の左側)の外周面に設けられた軸受18により、偏心部材51がケーシング6の蓋部6bに対して回転可能に支持される。
また、偏心部材51の第一筒部51aの内周面には、従動回転体3を回転可能に支持する軸受8が設けられ、偏心部材51の第四筒部51dの内周面には、駆動回転体2を回転可能に支持する軸受7が設けられている。これらの軸受7,8は、例えば転がり軸受(深溝玉軸受)で構成することができる。
また、駆動回転体2の内周面と従動回転体3のシャフト32の外周面との間には、軸受9が配置されている。この軸受9により、駆動回転体2と従動回転体3の間の相対回転が許容される。この軸受9も、例えば転がり軸受(深溝玉軸受)で構成することができる。
遊星回転体52は円筒状をなし、その内周に第一内歯部55と第二内歯部56とが形成される。第一内歯部55と第二内歯部56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。第一内歯部55と第二内歯部56は軸方向にずらして形成され、第一内歯部55がシリンダヘッド側(図1の右側)に、第二内歯部56が反シリンダヘッド側(図1の左側)にそれぞれ設けられている。第二内歯部56のピッチ円径は第一内歯部55のピッチ円径よりも小さい。また、第二内歯部56の歯数は、第一内歯部55の歯数よりも少ない。
駆動回転体2の外周面には、第一内歯部55と噛み合う第一外歯部57が形成される。また、従動回転体3の本体31の外周面には、第二内歯部56と噛み合う第二外歯部58が形成される。第一外歯部57及び第二外歯部58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58のピッチ円径は第一外歯部57のピッチ円径よりも小さく、第二外歯部58の歯数は、第一外歯部57の歯数よりも少ない。
第一外歯部57の歯数は、互いに噛み合う第一内歯部55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58の歯数も、互いに噛み合う第二内歯部56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55の歯数を24個、第二内歯部56の歯数を20個、第一外歯部57の歯数を23個、第二外歯部58の歯数を19個としている。
互いに噛み合う第一内歯部55と第一外歯部57は第一の減速機5aを構成し、第二内歯部56と第二外歯部58は第二の減速機5bを構成する。第一の減速機5a及び第二の減速機5bは、何れもハイポ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、エンジンによって駆動される吸気用カムシャフト33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。
遊星回転体52を支持する2つの軸受53,54のうち、反シリンダヘッド側(図1の左側)に設けられた軸受53は、例えば外輪53aを有する針状ころ軸受で構成される。この軸受53は、偏心部材51の第二筒部51bの内周面(偏心内周面)と、遊星回転体52の円筒面状の外周面との間に配置される。一方、シリンダヘッド側(図1の右側)に設けられた軸受54は、偏心部材51の第三筒部51cの内周面(偏心内周面)と、遊星回転体52の円筒面状の外周面との間に配置された転がり軸受(深溝玉軸受)である。このように、2つの軸受53,54が、偏心部材51と遊星回転体52との間に配置されていることにより、これらの軸受53,54によって、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。また、これらの軸受53,54が、偏心部材51の偏心内周面に対して遊星回転体52を回転可能に支持していることにより、遊星回転体52の外周面及び内周面の中心P(図3、図4参照)は、回転軸Oに対して偏心した位置にある。
図3は、第一の減速機5aで切断した断面図(図1におけるA-A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B-B線矢視断面図)である。
図3に示されるように、第一内歯部55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55と第一外歯部57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に示されるように、第二内歯部56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56と第二外歯部58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55と第二内歯部56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55及び第二内歯部56は同じ方向に同じ距離Eだけ偏心している。
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23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。
また、第一内歯部55の歯数をz1、第二内歯部56の歯数をz2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。
減速比=z1×z2/|z1-z2|・・・式1
例えば、第一内歯部55の歯数(z1)が24、第二内歯部56の歯数(z2)が20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。
本実施形態の電動アクチュエータ1では、遊星回転体52の内径側に駆動回転体2及び従動回転体3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の外径側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。
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。
エンジンの動作中は、スプロケット23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が回転し、これに伴って排気用カムシャフト22が回転する。
また、駆動回転体2の回転は、遊星回転体52を介して従動回転体3に伝達される。このとき、電動モータ4の回転運動によって、遊星回転体52と駆動回転体2との噛み合い状態(第一内歯部55と第一外歯部57との噛み合い位置)、及び遊星回転体52と従動回転体3との噛み合い状態(第二内歯部56と第二外歯部58の噛み合い位置)が維持されたまま、遊星回転体52が回転する。これにより、遊星回転体52と従動回転体3とが同期して回転する。このため、駆動回転体2と従動回転体3は同じ回転位相を保持しながら回転し、排気用カムシャフト22と吸気用カムシャフト33とは回転位相差0で回転する。
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、ロータ42をスプロケット23の回転数よりも相対的に遅く又は速く回転させる。電動モータ4を作動させると、ロータ42のロータコア42aに結合された偏心部材51が回転軸Oを中心として一体に回転する。これに伴い、薄肉部分と厚肉部分とを備えた偏心部材51の回転に伴う押圧力が軸受53,54を介して遊星回転体52に作用する。この押圧力により、第一内歯部55と第一外歯部57との噛み合い部で周方向の分力が生じるため、遊星回転体52が駆動回転体2に対して相対的に偏心回転運動を行う。つまり、遊星回転体52が回転軸Oを中心として公転しながら、第一内歯部55及び第二内歯部56の中心Pを中心として自転する。この際、遊星回転体52が1回公転するごとに、第一内歯部55と第一外歯部57との噛み合い位置が一歯分ずつ周方向にずれるため、遊星回転体52は減速されつつ回転(自転)する。
また、遊星回転体52が上述の偏心回転運動を行うことにより、遊星回転体52の1回の公転ごとに、第二内歯部56と第二外歯部58との噛み合い箇所が一歯分ずつ周方向にずれる。これにより、従動回転体3が遊星回転体52に対して減速されつつ回転する。このように、遊星回転体52を電動モータ4で駆動することにより、スプロケット23からの駆動力に電動モータ4からの駆動力が重畳され、従動回転体3の回転が、電動モータ4からの駆動力の影響を受ける差動の状態となる。そのため、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、吸気用カムによる吸気バルブ(図示省略)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。
このように吸気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23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23に対する吸気用カムシャフト33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。
このように本実施形態の電動アクチュエータであれば、駆動回転体2及び遊星回転体52への入力(前者はエンジンの駆動力の入力、後者は電動モータ4の駆動力の入力)と、駆動回転体2及び従動回転体3からの出力(前者は排気用カムシャフト22への出力、後者は吸気用カムシャフト33への出力)が可能であり、2系統の入力と2系統の出力が許容されている。そのため、2系統の入力と1系統の出力が一般的な電動アクチュエータに比べ、電動アクチュエータ1の用途を拡大することができる。
ここで、図5に示されるように、本実施形態の電動アクチュエータにおいては、作動性及び耐久性を向上させるため、差動装置5(減速機)内に潤滑油を供給する潤滑流路Fが形成されている。本実施形態に係る潤滑流路Fは、図示しないエンジンから差動装置5内に潤滑油(エンジンオイル)を供給するための供給流路F1と、供給流路F1から分岐する第一分岐流路F2及び第二分岐流路F3と、潤滑油を差動装置5外へ排出するための排出流路F4を有している。
供給流路F1は、主に、従動回転体3のシャフト32内に設けられたシャフト内流路(従動回転体内流路)70と、駆動回転体2の内周面とシャフト32の外周面との間の隙間によって構成されている。シャフト内流路70は、シャフト32の回転軸Oを通るように設けられた導入部71と、導入部71の入口側(図1の右側)とは反対側の端部から外径方向に放射状に伸びる複数の拡散部72を有している。複数の拡散部72は、シャフト32を支持する軸受9よりも反シリンダヘッド側(図1の左側)においてシャフト32の外周面から開口し、各拡散部72の開口部72aは、駆動回転体2の内周面とシャフト32の外周面との間に形成された隙間に連通している。
第一分岐流路F2及び第二分岐流路F3は、供給流路F1の下流端から分岐するように設けられている。第一分岐流路F2は、駆動回転体2に設けられた第一外歯部57と遊星回転体52に設けられた第一内歯部55との間を通過するように設けられている。すなわち、第一分岐流路F2は、第一外歯部57と第一内歯部55から成る第一の減速機5aを通過する。一方、第二分岐流路F3は、従動回転体3の本体31に設けられた第二外歯部58と遊星回転体52に設けられた第二内歯部56との間、従動回転体3を支持する反シリンダヘッド側(図5の左側)の軸受8、及び遊星回転体52を支持する各軸受53,54を通過するように設けられている。すなわち、第二分岐流路F3は、第二外歯部58と第二内歯部56から成る第二の減速機5bと、各軸受8,53,54の外輪と内輪の間を通過する。従動回転体3を支持する反シリンダヘッド側の軸受8、及び遊星回転体52を支持する各53,54としては、潤滑油が通過できるように、シールを有しない開放型の軸受が用いられている。
排出流路F4は、第一分岐流路F2と第二分岐流路F3とが合流する位置から、駆動回転体2を支持する軸受7を通過し、差動装置5外へ達するように設けられている。また、駆動回転体2を支持する軸受7は、潤滑油が通過できるように、シールを有しない開放型の軸受によって構成されている。一方、従動回転体3を支持するシリンダヘッド側(図5の右側)の軸受9は、開放型ではなく、ボールの軸方向両側にシール部材が取り付けられ、両シール部材間にグリースなどの潤滑剤が充填された、いわゆる密封型の軸受によって構成されている。従って、この軸受9は、供給された潤滑油の外部への漏出を防止すると共に、外部から電動アクチュエータ1内への異物の侵入を防止するシール部材として機能する。
上記のように構成された電動アクチュエータ1において、エンジンから供給流路F1へ潤滑油が供給されると、まず、潤滑油は、シャフト32内に設けられたシャフト内流路70を通過し、駆動回転体2及びシャフト32の間を通って、第一分岐流路F2及び第二分岐流路F3に送られる。第一分岐流路F2に送られた潤滑油は、第一の減速機5a(第一外歯部57と第一内歯部55との間)を通過し、第二分岐流路F3に送られた潤滑油は、第二の減速機5b(第二外歯部58と第二内歯部56との間)と、従動回転体3を支持する反シリンダヘッド側の軸受8と、遊星回転体52を支持する各軸受53,54を通過する。そして、第一分岐流路F2及び第二分岐流路F3を通過した潤滑油は、合流し、排出流路F4へ送られる。そして、潤滑油は、駆動回転体2を支持する軸受7を通って排出され、図示しない戻り流路を介してエンジン内へ戻される。そして、潤滑油は、再びエンジンから電動アクチュエータ1へ供給されることにより、エンジンと電動アクチュエータ1との間で循環する。
このように、本実施形態においては、エンジンから電動アクチュエータ1へ潤滑油が供給されるため、潤滑油が通過する第一の減速機5a及び第二の減速機5bのそれぞれの噛み合い部における摺動抵抗、さらには、潤滑油が通過する開放型の各軸受53,54,7,8の外輪及び内輪の軌道溝におけるボール又はころの転がり抵抗を長期に亘って低減できる。すなわち、本実施形態においては、グリースを使用する従来の方法とは異なり、エンジンから電動アクチュエータ1内へ継続して潤滑油を供給することにより、噛み合い部などの摺動箇所において常に油膜を形成でき、摺動抵抗を長期に亘って低減できる。また、本実施形態においては、電動モータの回転駆動に伴う発熱のほか、減速機構(差動装置5)の偏心運動に伴う部材同士の接触により摩擦熱が生じるが、潤滑油を循環させることによる冷却効果も得られる。このため、本実施形態においては、作動性と耐久性の両方を長期に亘って良好に維持できる。
上述のように、本実施形態においては、電動アクチュエータ1内に潤滑油を供給する構成を採用しているため、作動性及び耐久性を長期に亘って良好に維持できる。しかしながら一方で、電動アクチュエータ1内に侵入を供給すると、潤滑油がステータなどの通電部に付着したり、潤滑油内に混入する異物が電動モータのマグネットなどに付着したりする虞があるため、電動モータが配置される空間への潤滑油の侵入を防止する対策が必要である。
そのため、本実施形態においては、図5に示されるように、電動モータ4の内径側に配置される偏心部材(モータ軸)51を軸方向に長く形成し、偏心部材51によって、電動モータ4が配置される空間と潤滑油が流れる空間を仕切っている。具体的に、偏心部材51は、ケーシング6の軸方向の一端から他端まで連続して設けられている。この一体(一部品)の偏心部材51によって、電動モータ4が配置されるモータ空間と、潤滑流路Fが配置される潤滑空間(第一の減速機5a、第二の減速機5b、及び各軸受7,8,53,54が配置される空間)とが、軸方向全体に渡って仕切られている。
また、本実施形態においては、排出流路F4から排出された潤滑油がモータ空間内へ侵入するのを防止するため、モータ空間のシリンダヘッド側(図5の右側)の端に、偏心部材51の外周面とケーシング6の内面との間を封止する第一シール部材61が設けられている。さらに、本実施形態においては、潤滑油が従動回転体3を支持する反シリンダヘッド側(図5の左側)の軸受8から外部へ漏出するのを防止するため、潤滑空間の反シリンダヘッド側の端に、従動回転体3の外周面と偏心部材51の内周面との間を封止する第二シール部材62が設けられている。
このように、本実施形態においては、モータ空間と潤滑空間とがそれぞれの軸方向全体に渡って偏心部材51によって仕切られ、さらに、2つのシール部材61,62によってモータ空間のシリンダヘッド側(軸方向一端側)と潤滑空間の反シリンダヘッド側(軸方向一端側とは反対側)が封止されているため、モータ空間内への潤滑油の侵入を確実に防止できる。これにより、潤滑油がステータなどの通電部に付着したり、潤滑油内に混入する異物が電動モータのマグネットなどに付着したりすることによる故障及び動作不良を回避できる。
第一シール部材61及び第二シール部材62としては、潤滑油の侵入又は漏出を効果的に防止できるようにオイルシールであることが好ましい。本実施形態においては、第一シール部材61及び第二シール部材62として、金属製の芯材と、芯材の周囲に設けられたゴムなどから成る弾性部材を有するオイルシールが用いられている。
また、本実施形態においては、第一シール部材61及び第二シール部材62に加え、モータ空間の反シリンダヘッド側(図5の左側)の端にも、偏心部材51の外周面とケーシング6の内面との間を封止する第三シール部材63が設けられている。これにより、モータ空間内への潤滑油の侵入のほか、反シリンダヘッド側からの水及び塵埃などの異物の侵入も防止できるため、故障及び動作不良の発生の虞が低減し、信頼性が向上する。なお、第三シール部材63は、第一シール部材61及び第二シール部材62と同様、オイルシールであることが好ましい。
また、本実施形態においては、従動回転体3が本体31とシャフト32との二部材によって構成されているため、本体31とシャフト32の結合面同士の間に潤滑油が侵入し、センタボルト34の頭部と本体31の端面との間から潤滑油が漏出する虞がある。そのため、本実施形態においては、センタボルト34として、頭部にフランジ部34aを有するボルトを用いている。これにより、センタボルト34と本体31の端面との間から潤滑油が漏出するのを効果的に防止できるようになる。
さらに、本実施形態においては、潤滑油の漏出をより確実に防止するため、センタボルト34のフランジ部34aと本体31の端面との間に、シールワッシャ35を介在させている。シールワッシャ35は、金属材料から成る環状のワッシャ本体と、ワッシャ本体の内周側に設けられたゴム又は樹脂などから成るシール部を有している。シールワッシャ35が、センタボルト34のフランジ部34aによって締め付けられると、シール部が圧縮されて、フランジ部34aと本体31の端面との間が封止される。なお、シールワッシャ35に代えて、フランジ部34aにシール部を有するセンタボルト34を用いてもよい。
図6は、本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。
図6に示される電動アクチュエータ1においては、センタボルト34と従動回転体3(本体31)の端面との間からの潤滑油の漏出を防止するため、シール部材としてのOリング36を、本体31の外周面とシャフト32の内周面との間に介在させている。このように、上記シールワッシャ35に代えて、本体31とシャフト32のそれぞれの結合面同士の間にOリング36を介在させてもよい。この場合、潤滑油が本体31とシャフト32のそれぞれの結合面の間を介してボルト孔に侵入するのを阻止できるため、センタボルト34と従動回転体3の端面との間からの潤滑油の漏出を防止できる。
以上のように、本発明の実施形態においては、電動モータが配置される空間(モータ空間)と、潤滑流路が配置される空間(潤滑空間)が、ロータと一体に回転するモータ軸(偏心部材)によって仕切られていることにより、潤滑油がモータ空間内に侵入することによる故障及び動作不良を回避できる。また、このように、本実施形態においては、モータ空間内への潤滑油の侵入を防止できるため、電動アクチュエータ内に潤滑油を供給する方法を採用できるようになり、電動アクチュエータの作動性及び耐久性を長期に亘って良好に維持できるようになる。
上述の実施形態においては、本発明に係る電動アクチュエータを、SOHC型エンジン用の可変バルブタイミング装置に使用する例について説明したが、本発明は、吸気用カムシャフトと排気用カムシャフトとが分離独立して設けられるDOHC(Double Over Head Camshaft)型のエンジン用の可変バルブタイミング装置にも適用可能である。
また、本発明に係る電動アクチュエータが備える減速機は、上述のようなハイポサイクロイド減速機に限らず、サイクロイド減速機、波動歯車装置、遊星歯車装置などの任意の構成の減速機を使用することができる。また、遊星回転体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及び第二外歯部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。
また、上述の実施形態においては、駆動回転体に排気用カムシャフトを設け、従動回転体に吸気用カムシャフトを設ける場合を例示したが、これとは逆に、駆動回転体に吸気用カムシャフトを設け、従動回転体に排気用カムシャフトを設けてもよい。また、吸気用カムシャフトを中空形状とし、その内周に排気用カムシャフトを配置することも可能である。
1 電動アクチュエータ
2 駆動回転体
3 従動回転体(出力部材)
4 電動モータ
5 差動装置
5a 第一の減速機
5b 第二の減速機
6 ケーシング
7 軸受
8 軸受
9 軸受
17 軸受
18 軸受
22 排気用カムシャフト
33 吸気用カムシャフト
34 センタボルト
34a フランジ部
35 シールワッシャ
36 Oリング(シール部材)
41 ステータ
41a ステータコア
41b ボビン
41c ステータコイル
42 ロータ
51 偏心部材(モータ軸)
52 遊星回転体
53 軸受
54 軸受
61 第一シール部材
62 第二シール部材
63 第三シール部材
F 潤滑流路
2 駆動回転体
3 従動回転体(出力部材)
4 電動モータ
5 差動装置
5a 第一の減速機
5b 第二の減速機
6 ケーシング
7 軸受
8 軸受
9 軸受
17 軸受
18 軸受
22 排気用カムシャフト
33 吸気用カムシャフト
34 センタボルト
34a フランジ部
35 シールワッシャ
36 Oリング(シール部材)
41 ステータ
41a ステータコア
41b ボビン
41c ステータコイル
42 ロータ
51 偏心部材(モータ軸)
52 遊星回転体
53 軸受
54 軸受
61 第一シール部材
62 第二シール部材
63 第三シール部材
F 潤滑流路
Claims (8)
- ステータ及びロータを有する電動モータと、
前記ロータの内径側に設けられ前記ロータと一体に回転するモータ軸と、
前記モータ軸の内径側に配置されて前記モータ軸の回転を減速して伝達する減速機と、
前記減速機を通過する潤滑油が流れる潤滑流路を備え、
前記モータ軸は、前記電動モータが配置される空間と、前記潤滑流路が配置される空間とを、これらの空間の軸方向全体に渡って仕切ることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 前記電動モータと前記減速機を収容するケーシングと、
前記減速機の内径側に設けられ前記減速機によって減速された回転が伝達される出力部材を備え、
前記潤滑油は、前記出力部材内を通って前記減速機へ供給され、
前記電動モータが配置される空間の軸方向一端側に、前記モータ軸と前記ケーシングとの間を封止する第一シール部材が設けられ、
前記潤滑流路が配置される空間の前記軸方向一端側とは反対側に、前記出力部材と前記モータ軸との間を封止する第二シール部材が設けられる請求項1に記載の電動アクチュエータ。 - 前記電動モータが配置される空間の前記軸方向一端側とは反対側に、前記モータ軸と前記ケーシングとの間を封止する第三シール部材が設けられる請求項2に記載の電動アクチュエータ。
- 前記出力部材は、互いに分離可能な二部材によって構成され、
前記二部材を結合するボルトとして、頭部にフランジ部を有するボルトを用いる請求項1から3のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。 - 前記ボルトのフランジ部と前記フランジ部が締結される前記出力部材の端面との間に、シールワッシャが介在する請求項4に記載の電動アクチュエータ。
- 互いに結合される前記二部材の結合面同士の間に、シール部材が介在する請求項4に記載の電動アクチュエータ。
- 前記減速機を備える差動装置を備え、
前記差動装置は、
回転軸を中心として回転可能な駆動回転体と、
前記回転軸に対して偏心する内周面を有し前記ロータと一体に回転する前記モータ軸としての偏心部材と、
前記偏心部材の内径側に設けられ前記電動モータによって自転可能でかつ前記回転軸を中心として公転可能な遊星回転体と、
前記回転軸を中心として回転可能な前記出力部材としての従動回転体と、
前記遊星回転体と前記駆動回転体との噛み合いにより構成された第一の減速機と、
前記遊星回転体と前記従動回転体との噛み合いにより構成された第二の減速機と、
前記駆動回転体を前記偏心部材に対して回転可能に支持する軸受を有し、
前記潤滑油は、前記従動回転体内を通って供給され、前記第一の減速機及び前記第二の減速機を通過し、前記駆動回転体を支持する軸受を通って外部へ排出される請求項1から6のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。 - 前記駆動回転体と前記従動回転体のいずれか一方に、吸気用カムシャフトが設けられ、 前記駆動回転体と前記従動回転体の他方に、排気用カムシャフトが設けられる請求項7に記載の電動アクチュエータ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021149488A JP2023042272A (ja) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | 電動アクチュエータ |
PCT/JP2022/031684 WO2023042613A1 (ja) | 2021-09-14 | 2022-08-23 | 電動アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021149488A JP2023042272A (ja) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | 電動アクチュエータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023042272A true JP2023042272A (ja) | 2023-03-27 |
Family
ID=85717182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021149488A Pending JP2023042272A (ja) | 2021-09-14 | 2021-09-14 | 電動アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023042272A (ja) |
-
2021
- 2021-09-14 JP JP2021149488A patent/JP2023042272A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5376288B2 (ja) | 可変バルブタイミング装置 | |
WO2018216421A1 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2007255412A (ja) | バルブタイミング調整装置 | |
JP2007224865A (ja) | バルブタイミング調整装置 | |
US4540356A (en) | Internal axis crankless rotary piston engine | |
JP2023042272A (ja) | 電動アクチュエータ | |
WO2023042613A1 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP7240213B2 (ja) | 電動アクチュエータ | |
US11965437B2 (en) | Electric actuator | |
JP5218249B2 (ja) | バルブタイミング調整装置 | |
JP2023042273A (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP7463140B2 (ja) | 電動アクチュエータ | |
WO2021182357A1 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP7261621B2 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2020150716A (ja) | 電動モータおよびこれを備えた電動アクチュエータ | |
WO2021182019A1 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP7175821B2 (ja) | 電動アクチュエータ | |
WO2020189200A1 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2020143635A (ja) | カムシャフト構造 | |
JP2010242595A (ja) | 可変バルブタイミング装置 | |
JP2021143721A (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2021143720A (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2020143600A (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2018155258A (ja) | 減速装置 | |
JP2020150665A (ja) | 電動アクチュエータ |