JP4483526B2 - Electric actuator - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータの駆動により出力軸を回転させるとともに、この出力軸回転に基づいてパルス信号を発生する電動アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electric actuator that rotates an output shaft by driving an electric motor and generates a pulse signal based on the rotation of the output shaft.
従来は、車両用空調装置の電動アクチュエータにおいて、図12に示すように、電動モータ1、この電動モータ1から入力された回転力を減速して出力軸2aからドアに向けて出力する減速機構2と備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, in an electric actuator of a vehicle air conditioner, as shown in FIG. 12, an
ここで、減速機構2は、出力軸2aと一体的に回転するパルスパターンプレート3を備えており、パルスパターンプレート3には、導電部および非導電部を円周方向に交互に並べてなる二つのパルスパターン3a、3bが設けられている。さらに、バッテリの正極端子に接続されて、かつ、二つのパルスパターン3a、3bにそれぞれ接触するブラシ4a、4bが設けられている。
Here, the
このものにおいて、電動モータ1が回転してパターンプレート3が回転すると、ブラシ4aとパルスパターン3aの導電部とが接触する通電(ON)状態、及びブラシ4aとパルスパターン3aの非導電部とが接触する非通電(OFF)状態が相互に周期的に発生する。
In this case, when the
また、ブラシ4bとパルスパターン3bとの間においても、ブラシ4bとパルスパターン3bの導電部とが接触する通電(ON)状態、及びブラシ4bとパルスパターン3bの非導電部とが接触する非通電(OFF)状態が相互に周期的に発生する。
Also, between the
したがって、ブラシ4a、4bには、電動モータ1が所定角度回転する毎にA相、B相の角度検出パルス信号が発生することになり、A相、B相の角度検出パルス信号のレベル変化をカウントすることにより出力軸2aの回転角度を検出することができる。
Therefore, each time the
また、A相、B相の角度検出パルス信号は、互いに位相が異なる信号であり、A相、B相の角度検出パルス信号のうち何れのパルス信号が先にレベル変化するかを検出することによって出力軸2aの回転方向を検出できる。そして、以上のように検出される出力軸2aの回転角度、回転方向は、ドア作動角の制御に際して、用いられる。
The A phase and B phase angle detection pulse signals are signals having different phases, and by detecting which one of the A phase and B phase angle detection pulse signals changes in level first. The rotation direction of the
また、ドアの作動角の制御にあたり、初期化処理として、出力軸2aを初期位置まで戻す処理が必要であり、さらに出力軸2aが実際に初期位置に位置しているか否かを判定可能にしておくことも必要になる。
In addition, when controlling the operating angle of the door, as an initialization process, a process for returning the
これに対して、本出願人は、パターンプレート3に初期化領域を設け、出力軸2aが初期位置に到達するとブラシ4a、4bが初期化領域に接触して、通常の角度検出パルス信号に代えて、初期位置パルス信号を発生する電動アクチュエータについて特許出願した(特願2002−36392号明細書)。
On the other hand, the present applicant provides an initialization area in the
このものにおいて、初期化領域には、上述のパルスパターン3a、3bと異なるパターンの導電部および非導電部が設けられ、初期位置パルス信号のパルスパターンは、通常の角度検出パルス信号のパルスパターンと異なるものになっている。
In this, the initialization region is provided with conductive portions and non-conductive portions having patterns different from the above-described
このため、パルス信号のパルスパターンの識別により、出力軸2aが初期位置に到達しているか否かを判定することが可能になるので、出力軸2aを初期位置まで戻す初期化処理が実施可能になる。
ところで、上述の特許文献1に記載の電動アクチュエータにおいて、角度検出パルス信号をブラシ4a、4bから発生させるためには、ブラシ4a、4bをパルスパターンプレート3に接触させることが必要になる。
By the way, in the electric actuator described in
また、本出願人が特許出願した先願に記載の電動アクチュエータでも、初期位置パルス信号をブラシ4a、4bから発生させるためには、ブラシ4a、4bをパルスパターンプレート3の初期化領域に接触させることが必要になる。
Further, even in the electric actuator described in the prior application filed by the present applicant, in order to generate the initial position pulse signal from the
このように上述の二つの電動アクチュエータでは、それぞれブラシ4a、4bをパルスパターンプレート3に接触させることが必要になるため、機械的摩耗が生じ、耐久性が乏しくなる。
As described above, in the above-described two electric actuators, it is necessary to bring the
本発明は、上記に鑑みて、ブラシによる機械的摩耗を解消して、耐久性を向上した電動アクチュエータを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an electric actuator having improved durability by eliminating mechanical wear caused by a brush.
本発明は、出力軸の回転に伴って回転するマグネットを設け、このマグネットから発生する磁界変化を利用すれば、機械的に非接触の構造でパルス信号を発生することが可能であることに着目して成されたものである。 The present invention focuses on the fact that a pulse signal can be generated in a mechanically non-contact structure by providing a magnet that rotates with the rotation of the output shaft and utilizing a magnetic field change generated from this magnet. It was made as a result.
具体的には、請求項1に記載の発明では、電動モータ(110)と、
図3、図4に示すように、前記電動モータ側の歯車(123)に噛み合って回転する前段側歯車(124)と、
前記前段側歯車に対して回転軸方向(図4参照)に間隔を開けて、かつ前記前段側歯車と径方向(図5参照)に重なるように配置されて、前記前段側歯車から回転力伝達経路(125)を介して伝達される回転力に基づいて回転する後段側歯車(126)と、
前記後段側歯車からの回転力を可動部(11a、11b…11e)に伝える出力軸(127)と、
前記前段側歯車および前記後段側歯車のうち一方の歯車(124)に設けられ、N極とS極が円周方向に交互に並べられる多極マグネット(130:図5参照)と、
図4に示すように、前記第1、第2の歯車の間で前記径方向に重なる位置に配置され、前記多極マグネットから発生する磁界を非接触で検出する磁気センサ(140a)と、
前記前段側歯車および前記後段側歯車のうち他方の歯車(126)に配置され、前記出力軸が初期位置に到達したときだけは前記磁気センサに非接触で磁界を印加するように配置される初期位置側マグネット(160)と、を備えており
前記磁気センサには、前記多極マグネットの回転に伴って、互いに異なる向きの磁界が交互に印加されて、前記磁気センサが、前記印加される磁界の向きの変化に基づいてレベル変化する角度検出パルス信号を発生するようになっており、
さらに、図10に示すように、前記出力軸が前記初期位置に到達したときだけは、前記磁気センサが、前記初期位置側マグネットからの磁界と前記多極マグネットからの磁界の合成磁界に応じて、前記角度検出パルス信号と異なるパルスパターンの初期位置パルス信号を発生するようになっていることを特徴とする。
Specifically, in the invention according to
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, a front gear (124) that meshes with and rotates with the gear (123) on the electric motor side,
Rotational force is transmitted from the front-stage gear by being spaced from the front-stage gear in the rotational axis direction (see FIG. 4) and overlapping the front-stage gear in the radial direction (see FIG. 5). A rear gear (126) that rotates based on the rotational force transmitted through the path (125);
An output shaft (127) for transmitting the rotational force from the rear gear to the movable parts (11a, 11b,... 11e);
A multi-pole magnet (130: see FIG. 5) provided on one gear (124) of the front-stage side gear and the rear-stage side gear, wherein N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction;
As shown in FIG. 4, a magnetic sensor (140a) disposed in a position overlapping in the radial direction between the first and second gears and detecting a magnetic field generated from the multipolar magnet in a non-contact manner,
An initial arrangement that is arranged on the other gear (126) of the front-side gear and the rear-side gear, and that applies a magnetic field to the magnetic sensor without contact only when the output shaft reaches an initial position. The magnetic sensor is applied with magnetic fields of different directions alternately with the rotation of the multi-pole magnet, and the magnetic sensor is applied with the magnetic field applied to the magnetic sensor. An angle detection pulse signal whose level changes based on the change in direction of
Furthermore, as shown in FIG. 10, only when the output shaft reaches the initial position, the magnetic sensor responds to the combined magnetic field of the magnetic field from the initial position side magnet and the magnetic field from the multipolar magnet. An initial position pulse signal having a pulse pattern different from that of the angle detection pulse signal is generated.
請求項1に記載の発明によれば、磁気センサは、多極マグネットと非接触で、角度検出パルス信号を発生することができる。これに加えて、磁気センサは、多極マグネットおよび初期位置側マグネットの双方と非接触で、初期位置パルス信号を発生することができる。 According to the first aspect of the present invention, the magnetic sensor can generate an angle detection pulse signal without contact with the multipolar magnet. In addition, the magnetic sensor can generate an initial position pulse signal without contact with both the multi-pole magnet and the initial position side magnet.
以上のように磁気センサは、多極マグネットおよび初期位置側マグネットの間で非接触の構造で角度検出パルス信号、初期位置パルス信号を発生することができる。すなわち、機械的摩耗が生じることなく、角度検出パルス信号、および初期位置パルス信号を発生することができるため、ブラシによる機械的摩耗を解消して、耐久性を向上することができる。 As described above, the magnetic sensor can generate an angle detection pulse signal and an initial position pulse signal with a non-contact structure between the multipolar magnet and the initial position side magnet. That is, since the angle detection pulse signal and the initial position pulse signal can be generated without causing mechanical wear, the mechanical wear due to the brush can be eliminated and the durability can be improved.
また、従来の電動アクチュエータでは、回転角度に対するパルス数(すなわち、角度検出パルス信号のパルス数)は、パルスパターンプレートの導電部、非導電部の大きさによって決まる。 In the conventional electric actuator, the number of pulses with respect to the rotation angle (that is, the number of pulses of the angle detection pulse signal) is determined by the size of the conductive portion and the non-conductive portion of the pulse pattern plate.
すなわち、導電部、非導電部を小さくすれば、パルスパターンプレートを構成する導電部、非導電部の数を増加させることができるため、回転角度に対するパルス数が増加し、回転角検出精度を高くすることができる。 That is, if the conductive parts and non-conductive parts are made small, the number of conductive parts and non-conductive parts that constitute the pulse pattern plate can be increased, so the number of pulses with respect to the rotation angle increases and the rotation angle detection accuracy is increased. can do.
しかし、導電部、非導電部には、ブラシとの間で機械的摩耗が生じる。このため、一定期間以上の寿命を保持するためには、導電部、非導電部の小型化には限界が生じるため、回転角検出精度にも限界が生じる。 However, mechanical wear occurs between the conductive part and the non-conductive part with the brush. For this reason, in order to maintain a lifetime of a certain period or longer, there is a limit to the miniaturization of the conductive part and the non-conductive part, and thus the rotational angle detection accuracy is also limited.
これに対して、請求項1に記載の発明によれば、上述の如く、磁気センサ(或いは、他の磁気センサ)および多極マグネットの間に機械的摩耗が生じないため、多極マグネットを構成するS極、N極の大きさを小型化してS極、N極の個数の増加(すなわち、多極化)を容易に行うことができる。したがって、従来に比べて、回転角度に対するパルス数を増加させて、回転角検出精度を向上することが可能になる。 On the other hand, according to the first aspect of the present invention, as described above, no mechanical wear occurs between the magnetic sensor (or other magnetic sensor) and the multipolar magnet. The size of the S and N poles can be reduced, and the number of S and N poles can be easily increased (that is, the number of poles can be increased). Therefore, it is possible to increase the rotation angle detection accuracy by increasing the number of pulses with respect to the rotation angle as compared with the conventional case.
なお、多極マグネットとしては、請求項7に記載の発明のように、一対の前記N極とS極が円周方向に一定角度毎に並べられていることが必要である。 In addition, as a multipolar magnet, as in the invention described in claim 7, it is necessary that the pair of the N pole and the S pole are arranged at a certain angle in the circumferential direction.
また、請求項2に記載の発明のように、前記出力軸が初期位置に到達したときだけは、前記多極マグネットから前記磁気センサに印加される磁界が、前記初期位置側マグネットからの磁界によって打ち消されるようにしてもよい。 Further, as in the second aspect of the invention, only when the output shaft reaches the initial position, the magnetic field applied from the multipolar magnet to the magnetic sensor is caused by the magnetic field from the initial position side magnet. You may make it cancel.
また、請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の電動アクチュエータにおいて、前記磁気センサ(140a)以外に、前記多極マグネットから発生する磁界を非接触で検出して、前記多極マグネットからの磁界に基づいて角度検出パルス信号を発生する他の磁気センサ(140b)が設けられており、
当該他の磁気センサ(140b)および前記磁気センサ(140a)は、互いに異なる位相の前記角度検出パルス信号を発生するように配置されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the invention, in the electric actuator according to the first or second aspect, in addition to the magnetic sensor (140a), a magnetic field generated from the multipolar magnet is detected in a non-contact manner, and the multiple Another magnetic sensor (140b) that generates an angle detection pulse signal based on the magnetic field from the polar magnet is provided,
The other magnetic sensor (140b) and the magnetic sensor (140a) are arranged so as to generate the angle detection pulse signals having different phases.
請求項3に記載の発明によれば、他の磁気センサからの角度検出パルス信号と、
磁気センサからの角度検出パルス信号とのうち、いずれの角度検出パルス信号が先にレベル変化(例えば、ハイレベル→ローレベルに変化)するかを検出することにより、出力軸の回転方向を検出することができる。
According to invention of
The rotation direction of the output shaft is detected by detecting which angle detection pulse signal from the angle detection pulse signal from the magnetic sensor first changes in level (for example, change from high level to low level). be able to.
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の電動アクチュエータでは、前記他の磁気センサは、前記出力軸が初期位置に到達したときでも、前記多極マグネットからの磁界だけが印加されるようになっていてもよい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the electric actuator according to the third aspect, only the magnetic field from the multipolar magnet is applied to the other magnetic sensor even when the output shaft reaches an initial position. It may be like this.
ここで、請求項5に記載の発明では、前記回転力伝達経路は、前記前段側歯車に対して同軸的に回転し、かつその回転力を前記後段側歯車に伝える中間歯車(125)を備えるようにしてもよい。特に、請求項6に記載の発明としては、中間歯車(125)は、前記後段側歯車に噛み合って回転力を前記後段側歯車に伝えるものであってもよい。
Here, in the invention according to
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
図1は、本発明の実施形態に係る電動アクチュエータシステムを、車室内の空気調和を行う車両用空調装置に適用したものである。以下に、車両用空調装置の概略について図1を用いて説明する。 FIG. 1 shows an electric actuator system according to an embodiment of the present invention applied to a vehicle air conditioner that performs air conditioning in a passenger compartment. Below, the outline of a vehicle air conditioner is demonstrated using FIG.
車両用空調装置は、計器盤内に収納された空調ケース10を備えており、空調ケース10内において、内外気切換ドア11aが、空調ケース10に回転可能に支持されて、サーボモータ100aによる駆動のもとに、第1切換位置(図に実線で示す位置)および、第2切換位置(図に破線で示す位置)の一方から他方に切り替えられる。
The vehicle air conditioner includes an
ここで、内外気切換ドア11aが、第1切換位置に切り替えられた場合には、外気導入モードとして、空調ケース10内にその外気導入口15aから外気が流入させる一方、第2切換位置(図に破線で示す位置)に切り替えられた場合には、内気導入モードとして、空調ケース10内にその内気導入口15bから車室内の空気(内気)が流入させる。
Here, when the inside / outside
ブロワ12は、ブロワモータ12a(直流モータ)の回転速度に応じて、外気導入口15aからの外気または内気導入口15bからの内気を空気流としてエバポレータ13に送風し、エバポレータ13は、そのブロワ12から吹き出される空気流を、公知の冷凍サイクルの作動によって循環する冷媒により冷却する。
The
エアミックスドア(A/Mドア)11bは、サーボモータ100bにより駆動されて、エバポレータ13から吹き出される冷却空気流をヒータコア15に流入される気流とヒータコア15をバイパスする気流(以下、バイパス冷却気流という)とに分ける。
The air mix door (A / M door) 11b is driven by the
ヒータコア15に流入される気流は、ヒータコア15内のエンジン冷却水(温水)により加熱されるので、ヒータコア15から温風が吹き出されることになる。これに伴い、ヒータコア15から吹き出される温風とバイパス冷却気流とは混合されて吹出口ドア15c、15d、15eに向けて流動されることになる。ここで、温風とバイパス冷却気流との混合比SW(%)は、エアミックスドア11bの開度により決められることになる。
Since the airflow flowing into the
吹出口ドア11cは、サーボモータ100cによる駆動のもとに、デフモード時にて第1切換位置(図に実線で示す位置)から第2切換位置(図に破線で示す位置)に切り換えられて、開口部15cを開けて開口部15cから主にフロントウインドシールドに向けて空気を吹き出させる。
The
吹出口ドア11eは、サーボモータ100aによる駆動のもとに、フェイスモード時に第1切換位置(図に実線で示す位置)から第2切換位置(図に破線で示す位置)に切り換えられて、開口部15eを開けてこの開口部15eから車室の乗員上半身に向けて空気を吹き出させる。
The
吹出口ドア11dは、サーボモータ100aによる駆動のもとに、フットモード時にて第1切換位置(図に実線で示す位置)から第2切換位置(図に破線で示す位置)に切り換えられて、開口部15dを開けてこの開口部15dから車室の乗員下半身に向けて空気を吹き出させる。
The
なお、ドア11a〜11eは、それぞれ、樹脂等で板状にそれぞれ成形されたものである。また、以下、吹出口ドア11c、11d、11eを区別するために、それぞれ、デフ吹出口ドア11c、フット吹出口ドア11d、フェイス吹出口ドア11eともいう。
Each of the
エアコン用電子制御装置400は、メモリおよびマイクロコンピュータ等から構成されている周知の装置であり、このエアコン用電子制御装置400は、内気温センサS1により検出される車室内温度と、日射センサS2により検出される車室内の日射強度と、外気温センサS3により検出される車室外の温度と、乗員により設定された温度設定器Reから出力される設定温度等とに基づいて、周知の目標吹出温度TAOを演算する。
The air conditioner
ここで、目標吹出温度TAOは環境条件(車両熱負荷条件)の変化にかかわらず車室内を設定温度に維持するために必要な吹出空気温度である。 Here, the target blowing temperature TAO is a blowing air temperature necessary for maintaining the passenger compartment at a set temperature regardless of changes in environmental conditions (vehicle thermal load conditions).
エアコン用電子制御装置400は、目標吹出温度TAOに基づいて、ブロワ12の目標風量(すなわち、ブロワモータ12aへの印加電圧)、内外気切換ドア111bの目標位置の決定(すなわち、第1、第2の切換位置のうちいずれか一方を決定する)、エアミックスドア11bの目標位置(目標開度)、吹出口ドア11c、1e、1dの目標位置の決定などを行う。
The air conditioner
そして、エアコン用電子制御装置400は、サーボモータ100a〜100cとの間で通信ラインを通して通信して、目標位置(目標角度)を個別に送信し、サーボモータ100a〜100cに対してそれぞれの目標位置までドア11a、11b、11c、11d、11eをそれぞれ独立して回転させる。さらに、エアコン用電子制御装置400は、ブロワ12から送風される風量が目標風量になるようにブロアモータ9aを制御する。
The air conditioner
ここで、サーボモータ100a〜100cはそれぞれ実質的に同様な構造を備えており、以下、サーボモータ100a〜100cの一例としてサーボモータ100aについて説明する。
Here, each of the
図2はサーボモータ100aの外観図であり、図3はサーボモータ100aの構成図である。そして、図4中、サーボモータ100aは、直流モータ110および減速機構120を収納するケーシング150を備えている。直流モータ110は車両に搭載されたバッテリから電力を得て回転するものであり、減速機構120はモータ110から入力された回転力を減速して内外気切換ドア11aに向けて出力する変速機構である。
FIG. 2 is an external view of the
ここで、減速機構120は、モータ110の出力軸111に圧入されたウォーム121、このウォーム121と噛み合うウォームホィール122、複数枚の中間平歯車123、124、125、および、出力歯車126からなる歯車列であり、この出力歯車126には、出力軸127が設けられている。なお、各種の歯車121〜126は、例えば、樹脂材料により成型されている。
Here, the
ここで、中間平歯車124は回転軸125を軸として回転し、中間平歯車125は、中間平歯車124に対して同軸的で、かつ、出力歯車126に噛み合って回転する。そして、中間平歯車124および出力歯車126は、互いの回転軸124a、127が平行であって、かつ、図4、図5に示すように、回転軸方向で間隔を開けて、かつ径方向に重なるように配置されている。
Here, the
中間平歯車124の裏側(図4中図示下側)には、多極マグネット130が例えば、接着剤等で固定されており、多極マグネット130は、中間平歯車124の回転に伴って回転運動する。
A
多極マグネット130は、図5、図6に示すように、N極とS極が円周方向に一定角度θ(例えば、22.5度)毎にて交互に並べられ、かつ一対のN極とS極が一定角度2θ(例えば、45度)毎に配置されるリング状の磁石である。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the
なお、図5は、図4中矢印Aの方向に視た拡大図であり、図6は、中間平歯車124および多極マグネット130の拡大図である。
5 is an enlarged view as viewed in the direction of arrow A in FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged view of the
また、出力歯車126の表側(図4中図示上側)には、初期位置側マグネット160が固定されており、初期位置側マグネット160は、多極マグネット130との間に隙間をあけて配置されている。そして、初期位置側マグネット160は、多極マグネット130のS極(或いは、N極)とほぼ同等(或いは、若干小さい)の面積を有する板状マグネットであり、初期位置側マグネット160は、出力歯車126の回転に伴って回転する。
Further, an initial
ここで、初期位置側マグネット160のN極が径方向外側に配置されて、多極マグネット130の一部に対向し、初期位置側マグネット160のS極が径方向内側に配置される。そして、初期位置側マグネット160のN極は、出力軸127が初期位置に位置するときに、後述する磁気センサ140aに対向するように配置されている。
Here, the N pole of the initial
また、中間平歯車124の裏側(図4中図示下側)には、磁気センサ140a、140bが設けられており、磁気センサ140a、140bは、プリント基板180を介してケーシング150によってそれぞれ固定されている。
ここで、磁気センサ140a、140bは、多極マグネット130の回転軌跡上に配置されており、磁気センサ140a、140bは、一定角度(0.5±2n)×θ度ずれて配置されている。このため、磁気センサ140a、140bのうち一方は、多極マグネット130のS極、N極のいずれか一方に対向し、他方の磁気センサは、S極、N極の中間位置に対向する。
Here, the
ここで、磁気センサ140aは、出力歯車126および中間歯車124の間にて径方向の重なる部分にて配置されており、多極マグネット130から発生する磁界を非接触で検出して、後述する如く、角度検出パルス信号を発生する。また、磁気センサ140aは、後述するように、初期位置側マグネット160から発生する磁界および多極マグネット130から発生する磁界に応じて、出力軸127の初期位置を示す初期位置パルス信号を出力する。
Here, the
磁気センサ140bは、中間平歯車124の裏側(図4中図示下側)に配置され、多極マグネット130の一部に対向し、かつ、初期位置側マグネット160の回転軌跡から外れて位置する。磁気センサ140bは、多極マグネット130から発生する磁界だけを非接触で検出して、後述する如く、パルス信号を発生する。
The
ここで、磁気センサ140a(140b)としては、磁界の向きの変化に応じてレベル変化するパルス信号を発生するホール素子が採用される。具体的には、磁気センサ140a(140b)では、検出対象となる磁極(すなわち、磁気センサに対向する磁極)がS極→N極に切り替わると、パルス信号の振幅がローレベルからハイレベルに変化する。一方、検出対象となる磁極がN極→S極に切り替わると、パルス信号の振幅がハイレベルからローレベルに変化する。
Here, as the
なお、以下、磁気センサ140aから発生するパルス信号をA相パルス信号と呼び、磁気センサ140bから発生するパルス信号をB相パルス信号と呼ぶ。
Hereinafter, a pulse signal generated from the
また、図2に示すように、出力軸127には、エアミックスドア11bを揺動させるリンクレバー170が圧入固定されているとともに、空調ケーシング10には、ストッパ11g、11hが設けられている。このため、エアミックスドア11b(すなわち、出力軸127)は、ストッパ11g、11hの間の作動範囲内において、揺動することになる。なお、ストッパ11g、11hは、直流モータ110の回転の電気的な規制に失敗したときに、リンクレバー170を衝突させてモータの回転を停止させるのに用いられる。
Further, as shown in FIG. 2, a
次に、サーボモータ100aの電気回路構成について、図7を参照して説明する。図7は、サーボモータ100aの電気回路構成を示すブロック図である。
Next, the electric circuit configuration of the
サーボモータ100aは、制御回路200を備えており、制御回路200は、モータ駆動回路210、定電圧回路211、CPU212、パルス検出回路220、および、記憶回路230を備えている。
The
モータ駆動回路210は、CPU212によって制御されて、直流モータ110を駆動する回路であり、定電圧回路211は、車載バッテリから電源線を通して印加されるバッテリ電圧を一定電圧に変換して回路212、220、230に出力する。
The
CPU212は、エアコン用電子制御装置400との間で通信線を介して通信して、パルス検出回路220により検出されるパルス信号に応じてモータ駆動回路210を制御する。記憶回路230は、CPU212で実行されるコンピュータプログラムなどを記憶する。パルス検出回路220は、A相パルス信号、B相パルス信号を波形整形してCPU212に出力する。
The
次に、サーボモータ100bの作動について説明する。先ず、電動モータ110の出力軸111が回転すると、その回転力がウォーム121、ウォームホィール122、及び、中間平歯車123〜125を通して出力歯車126に伝えられる。
Next, the operation of the
このとき、中間平歯車124は、時計回りに回転し、出力歯車126が時計回りに回転する。これに伴い、多極マグネット130が時計回りに回転し、初期位置側マグネット160が時計回りに回転する。
At this time, the
ここで、出力軸127が初期位置に到達する前では、磁気センサ140aは、多極マグネット130からの磁界だけを検出する。すなわち、磁気センサ140aには、多極マグネット130の回転に伴い、互いに向きの異なる磁界が交互に印加される。そして、磁気センサ140aは、図8(a)に示すように、前記印加される磁界の向きの変化に基づいて、規則的にレベル変化するA相パルス信号を発生する。
Here, before the
一方、磁気センサ140bにおいても、互いに向きの異なる磁界が交互に印加され、図8(b)に示すように、前記印加される磁界の向きの変化に基づいて、規則的にレベル変化するB相パルス信号を発生する。
On the other hand, in the
以上のようにレベル変化するA相、B相パルス信号は、その立ち上がり時期(或いは、立ち下がり時期)がCPU212でカウントされて、CPU212により出力軸127の回転角度が検出される。
As described above, the rising timing (or falling timing) of the A-phase and B-phase pulse signals whose levels change is counted by the
ここで、上述の如く、磁気センサ140a、140bは、(0.5±2n)×θ度、ずれて配置されているため、A相、B相パルス信号は、パルス期間Tp(ハイレベルの期間)の半分の期間Th(=Tp/2)分の位相が相互にずれている。このため、CPU212は、一定角度θ(=22.5度)の1/2の角度(θ/2)を最小角度とする分解能で、回転角度の検出を行うことになる。
Here, as described above, since the
また、A相パルス信号およびB相パルス信号うち、いずれのパルス信号が先に立ち上がるかをCPU212で検出することにより、出力軸127の回転角度方向が検出される(図8参照)。
Further, the
次に、出力軸127が初期位置に到達すると、磁気センサ140aは、多極マグネット130からの磁界以外に、初期位置側マグネット160からの磁界を検出する。
Next, when the
すなわち、磁気センサ140aには、多極マグネット130のN極からの磁界と、初期位置側マグネット160のN極からの磁界とが印加されて、図10に示すように、双方の磁界は、打ち消される。したがって、磁気センサ140aから出力されるA相パルス信号には、そのレベル変化に不規則性が生じる。すなわち、このときのA相パルス信号のパルスパターンは、出力軸127が初期位置に到達する以前のパルスパターンと異なるものになる。
That is, a magnetic field from the N pole of the
先ず、出力軸127が初期位置に到達する以前では、磁気センサ140a(140b)の検出対象となる磁極がS極→N極に変化すると、A相パルス信号(B相パルス信号)が立ち下がり、N極→S極に変化すると、A相パルス信号(B相パルス信号)が立ち上がる。
First, before the
なお、図9(a)では、鎖線で、A相パルス信号の立ち上がり時期、および立ち下がり時期を示している。また、以下、出力軸127が初期位置に到達する以前にて、磁気センサ140a(140b)から出力されるパルス信号を角度検出パルス信号とも呼ぶ。
In FIG. 9A, the rising time and the falling time of the A-phase pulse signal are indicated by chain lines. Hereinafter, the pulse signal output from the
一方、出力軸127が初期位置に到達すると、磁気センサ140aには、初期位置側マグネット160からの磁界(図10中矢印G2)が印加されるため、この磁界により、多極マグネット130からの磁界(図10中矢印G3)が打ち消される。このため、磁気センサ140aの検出対象となる多極マグネット130の磁極がS極→N極に変化しても、またN極→S極に変化しても、A相パルス信号の振幅は変化しなく、図9に示すように、所定期間Tsの間にて、ハイレベルを保つ。
On the other hand, when the
ここで、所定期間Tsは、多極マグネット130が一定角度θ×2/3(67.5度)回転するのに要する時間であり、この所定期間Tsの間において、B相パルス信号では、タイミングt1で立ち上がり、タイミングt2で立ち下がり、タイミングt3で立ち上がる。
Here, the predetermined period Ts is a time required for the
このようなA相、B相パルス信号がCPU212で検出されるときには、CPU212は、出力軸127が初期位置に位置していると判定する。そして、以下、出力軸127の初期位置に位置しているときに磁気センサ140aから出力されるパルス信号を初期位置パルス信号とも呼ぶ。
When the
そして、出力軸127が初期位置に位置していると判定されると、CPU212は、モータ駆動回路210により直流モータ110への給電を停止することにより直流モータ110の回転を電気的に規制するとともに、この2相の初期位置パルス信号を検出した位置を回転開始位置として記憶回路230に記憶する。
When it is determined that the
そして、その後は、バッテリが外れた場合及びパルス信号に異常が発生した場合を除き、CPU212は、回転開始位置から所定数のパルスずれた位置を作動基準として直流モータ110を制御する。
After that, the
すなわち、CPU212は、エアコン用電子制御装置400から目標位置を指定されると、この目標位置に相当するパルス数(具体的には、立ち上がり時期)をA相、B相パルス信号でカウントする迄、直流モータ110を駆動する。このため、出力軸127、ひいては、内外気切換ドア11aの目標位置まで回転させることができる。
In other words, when the target position is designated by the air conditioner
次に、本実施形態の作用効果について説明する。すなわち、本実施形態のアクチュエータ100aは、電動モータ110と、電動モータ側の中間歯車123に噛み合って回転する中間歯車124と、中間歯車124に対して回転軸方向(図4参照)に間隔を開けて、かつ中間歯車124と径方向(図5参照)に重なるように配置されて、中間歯車124から中間歯車125を介して伝達される回転力に基づいて回転する出力歯車126と、出力歯車126からの回転力を内外気切換ドア11aに伝える出力軸127と、中間歯車124に設けられ、N極とS極が円周方向に交互に並べられる多極マグネット(130:図5参照)と、歯車124、126の間で径方向に重なる位置に配置され、多極マグネット130から発生する磁界を非接触で検出する磁気センサ140aと、出力歯車126に配置され、出力軸124が初期位置に到達したときだけは磁気センサ140aに非接触で磁界を印加するように配置される初期位置側マグネット160と、を備えており、磁気センサ140aには、多極マグネット130の回転に伴って、互いに異なる向きの磁界が交互に印加されて、磁気センサ140aが、前記印加される磁界の向きの変化に基づいてレベル変化する角度検出パルス信号を発生するようになっており、さらに、図10に示すように、出力軸127が初期位置(規定位置)に到達したときだけは、磁気センサ140aが、初期位置側マグネット160からの磁界と多極マグネット130からの磁界の合成磁界に応じて、角度検出パルス信号と異なるパルスパターンの初期位置パルス信号を発生するようになっていることを特徴とする。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated. That is, the
本実施形態によれば、磁気センサ140a、140bは、多極マグネット130と非接触で、角度検出パルス信号を発生することができる。これに加えて、磁気センサ140aは、多極マグネット130および初期位置側マグネット160の双方と非接触で、初期位置パルス信号を発生することができる。このため、耐久性を損なうことなく、初期位置信号や角度検出パルス信号を出力することができる。
According to the present embodiment, the
また、従来の電動アクチュエータでは、回転角度に対するパルス数(すなわち、角度検出パルス信号のパルス数)は、パルスパターンプレートの導電部、非導電部の大きさによって決まる。 In the conventional electric actuator, the number of pulses with respect to the rotation angle (that is, the number of pulses of the angle detection pulse signal) is determined by the size of the conductive portion and the non-conductive portion of the pulse pattern plate.
すなわち、導電部、非導電部を小さくすれば、パルスパターンプレートを構成する導電部、非導電部の数を増加させることができる。このため、回転角度に対するパルス数が増加するので、回転角検出精度を高くすることができる。 That is, if the conductive portions and the nonconductive portions are reduced, the number of conductive portions and nonconductive portions constituting the pulse pattern plate can be increased. For this reason, since the number of pulses with respect to the rotation angle increases, the rotation angle detection accuracy can be increased.
しかし、導電部、非導電部には、ブラシとの間で機械的摩耗が生じる。このため、一定期間以上の寿命を保持するためには、導電部、非導電部の小型化には限界が生じるため、回転角検出精度にも限界が生じる。 However, mechanical wear occurs between the conductive part and the non-conductive part with the brush. For this reason, in order to maintain a lifetime of a certain period or longer, there is a limit to the miniaturization of the conductive part and the non-conductive part, and thus the rotational angle detection accuracy is also limited.
これに対して、本実施形態によれば、上述の如く、磁気センサ140a、140bおよび多極マグネット130の間に機械的摩耗が生じないため、多極マグネット130のS極、N極の数の増加を容易に行うことができる。したがって、従来に比べて、回転角度に対するパルス数を増加させて、回転角検出精度を向上することが可能になる。
On the other hand, according to the present embodiment, as described above, no mechanical wear occurs between the
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、磁気センサとして2つのセンサを用いた例について説明したが、これに限らず、図11に示すように、1つだけの磁気センサ140aを採用してもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, an example in which two sensors are used as the magnetic sensor has been described. However, the present invention is not limited to this, and only one
この場合、出力軸127が初期位置に到達すると、上述の実施形態と同様、磁気センサ140aには、初期位置側マグネット160からの磁界(図10中矢印G2)が印加されるため、A相パルス信号の振幅は変化しなく、所定期間Tsの間にて、ハイレベルを保つ。そこで、CPU212は、A相パルス信号のレベルが一定期間以上、ハイレベルになると、出力軸127が初期位置に位置すると判定する。
In this case, when the
上述の実施形態では、アクチュエータを車両用空調装置に適用した例について説明したが、これに限らず、家庭用空調機器、業務用空調機器など各種の産業機器に適用してもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the actuator is applied to the vehicle air conditioner has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the actuator may be applied to various industrial devices such as a home air conditioner and a commercial air conditioner.
上述の実施形態では、多極マグネット130として、一対のS極とN極が360度に亘り並べられるマグネットを用いた例について説明したが、これに限らず、N極とS極が円周方向にて交互に並べられるものであれば、一対のS極とN極が並べられる角度は、360度未満であってもよい。
In the above-described embodiment, an example in which a magnet in which a pair of S poles and N poles are arranged over 360 degrees is used as the
上述の実施形態では、磁気センサとして2つのセンサ140a、140bを設けるようにした例について説明したが、これに限らず、3つ以上の磁気センサを設けるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which two
上述の実施形態では、多極マグネット130を中間歯車124に設け、かつ、初期位置側マグネット160を出力歯車126に設けるようにした例について説明したが、これに限らず、多極マグネット130を出力歯車126に設け、かつ、初期位置側マグネット160を中間歯車124に設けるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
上述の実施形態では、回転力伝達経路として中間歯車125を採用した例について説明したが、これに限らず、中間歯車124からの回転力出力歯車126に伝える構成ならば、どのような構成をとってもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
例えば、上述の実施形態では、中間平歯車125が出力歯車126に噛み合うように配置される例を示したが、これに限らず、出力歯車126に対して同軸的に回転する他の中間平歯車を用いて、他の中間平歯車を介して中間平歯車125が出力歯車126に回転力を伝えるようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the
上述の実施形態では、出力歯車126の出力軸127がリンクレバー170を揺動して内外気切換ドア11a(可動部)を回動するように構成した例について説明したが、これに限らず、出力歯車126およびリンクレバー170の間に中間歯車を介在させるように構成してもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
上述の実施形態では、前段側歯車として、ウォーム121から歯車122、123、124を介して回転力が伝達される中間平歯車125を用いた例について説明したが、これに限らず、前段側歯車として、ウォーム121に直接噛み合う歯車を用いるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, an example has been described in which the
以下、上記実施形態と特許請求項の範囲の構成との対応関係について説明すると、中間歯車123が電動モータ側の歯車に相当し、磁気センサ140aが請求項1に記載の磁気センサに相当し、磁気センサ140bが請求項3に記載の他の磁気センサに相当し、中間平歯車124、出力歯車126がそれぞれ前段側歯車、後段側歯車に相当し、ドア11a、11b、11c、11d、11eがそれぞれ可動部に相当し、出力軸127が出力軸に相当する。
Hereinafter, the correspondence relationship between the above embodiment and the configuration of the scope of the claims will be described. The
100a〜100c…アクチュエータ、110…電動モータ、124…歯車、
11a…内外気切換ドア、127…出力軸、130…多極マグネット、
140a、140b…磁気センサ、160…初期位置側マグネット。
100a to 100c ... actuator, 110 ... electric motor, 124 ... gear,
11a ... inside / outside air switching door, 127 ... output shaft, 130 ... multipolar magnet,
140a, 140b ... magnetic sensors, 160 ... initial position side magnets.
Claims (7)
前記電動モータ側の歯車(123)に噛み合って回転する前段側歯車(124)と、
前記前段側歯車に対して回転軸方向に間隔を開けて、かつ前記前段側歯車と径方向に重なるように配置されて、前記前段側歯車から回転力伝達経路(125)を介して伝達される回転力に基づいて回転する後段側歯車(126)と、
前記後段側歯車からの回転力を可動部(11a、11b…11e)に伝える出力軸(127)と、
前記前段側歯車および前記後段側歯車のうち一方の歯車(124)に設けられ、N極とS極が円周方向に交互に並べられる多極マグネット(130)と、
前記第1、第2の歯車の間で前記径方向に重なる位置に配置され、前記多極マグネットから発生する磁界を非接触で検出する磁気センサ(140a)と、
前記前段側歯車および前記後段側歯車のうち他方の歯車(126)に配置され、前記出力軸が初期位置に到達したときだけは前記磁気センサに非接触で磁界を印加するように配置される初期位置側マグネット(160)と、を備えており
前記磁気センサには、前記多極マグネットの回転に伴って、互いに異なる向きの磁界が交互に印加されて、前記磁気センサが、前記印加される磁界の向きの変化に基づいてレベル変化する角度検出パルス信号を発生するようになっており、
さらに、前記出力軸が前記初期位置に到達したときだけは、前記磁気センサが、前記初期位置側マグネットからの磁界と前記多極マグネットからの磁界の合成磁界に応じて、前記角度検出パルス信号と異なるパルスパターンの初期位置パルス信号を発生するようになっていることを特徴とする電動アクチュエータ。 An electric motor (110);
A front gear (124) that meshes with and rotates with the gear (123) on the electric motor side;
It is arranged to be spaced apart from the front stage side gear in the direction of the rotation axis and to overlap the front stage side gear in the radial direction, and is transmitted from the front stage side gear via the rotational force transmission path (125). A rear gear (126) that rotates based on the rotational force;
An output shaft (127) for transmitting the rotational force from the rear gear to the movable parts (11a, 11b,... 11e);
A multi-pole magnet (130) provided on one gear (124) of the front-side gear and the rear-side gear, wherein N poles and S poles are alternately arranged in a circumferential direction;
A magnetic sensor (140a) disposed in a position overlapping in the radial direction between the first and second gears and detecting a magnetic field generated from the multipolar magnet in a non-contact manner;
Initially arranged to apply the magnetic field to the magnetic sensor in a non-contact manner only when the output shaft reaches the initial position, disposed on the other gear (126) of the front-stage gear and the rear-stage gear. The magnetic sensor is applied with magnetic fields of different directions alternately with the rotation of the multi-pole magnet, and the magnetic sensor is applied with the magnetic field applied to the magnetic sensor. An angle detection pulse signal whose level changes based on the change in direction of
Further, only when the output shaft reaches the initial position, the magnetic sensor detects the angle detection pulse signal according to the combined magnetic field of the magnetic field from the initial position side magnet and the magnetic field from the multipolar magnet. An electric actuator characterized by generating initial position pulse signals of different pulse patterns.
当該他の磁気センサ(140b)および前記磁気センサ(140a)は、互いに異なる位相の前記角度検出パルス信号を発生するように配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電動アクチュエータ。 In addition to the magnetic sensor (140a), another magnetic sensor (140b) that detects a magnetic field generated from the multipolar magnet in a non-contact manner and generates an angle detection pulse signal based on the magnetic field from the multipolar magnet. Provided,
3. The electric actuator according to claim 1, wherein the other magnetic sensor (140b) and the magnetic sensor (140a) are arranged to generate the angle detection pulse signals having different phases. .
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