JP6304139B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Description
この特許文献1の出力シャフトの一端は、ハウジングと出力シャフトの間に配置される軸受(以下、ハウジング側軸受と称す)によって回転自在に支持される。
また、出力シャフトの他端は、カバーと出力シャフトの間に配置される軸受(以下、カバー側軸受と称す)によって回転自在に支持される。
この反力は、カバー側軸受を介してカバーに伝えられる。このため、カバーには、反力を受け止める強度が要求される。
樹脂は、鉄鋼材料に比較して強度が半分以下である。
このため、反力を受けるカバー側軸受を、板厚が略一定の樹脂製のカバーによって支持する場合、カバー側軸受を支持する部位に反力が加わることで、カバーに変形や亀裂等の損傷が生じる懸念がある。その結果、電動アクチュエータの長期の信頼性が損なわれてしまう。
さらに、請求項1の発明は、補強リブが伸びる方向をリブ長手方向、反力発生範囲において最も大きな反力が生じる方向を最大反力方向とした場合、補強リブのリブ長手方向が最大反力方向に一致するものである。
これにより、カバーに対して最も大きな反力が作用する部位の強度を向上でき、カバー24の破断耐久性を向上できる。
さらに、請求項2の発明は、補強リブが伸びる方向をリブ長手方向、反力発生範囲のうちで最も大きな頻度で反力が生じる方向を高頻度方向とした場合、補強リブのリブ長手方向が高頻度方向に一致するものである。
これにより、カバーに対して最も疲労が蓄積する部位の強度を向上でき、カバーの疲労耐久性を向上できる。
図1〜図13に基づいて実施形態1を説明する。
自動車に搭載される走行用のエンジン1には、吸気をエンジン1の気筒内へ導く吸気通路2と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気通路3とが設けられる。
排気通路3の途中には、ターボチャージャTの排気タービン6と、排気ガスの浄化を行う触媒7とが設けられる。なお、触媒7はモノリス構造を採用する周知な三元触媒であり、活性化温度に昇温することで排気ガス中に含まれる有害物質を酸化作用と還元作用により浄化する。
吸気コンプレッサ4は、タービンホイール6aの回転出力を受けて回転するコンプレッサホイール4aと、このコンプレッサホイール4aを収容する渦巻形状のコンプレッサハウジング4bとを備える。
バイパス通路8は、タービンハウジング6bに流入した排気ガスを直接タービンハウジング6bの排気出口へ導く。このバイパス通路8は、ウエストゲートバルブ9によって開閉可能に設けられる。
電動アクチュエータ11は、排気ガスの熱影響を回避する目的で、排気タービン6から離れた吸気コンプレッサ4に搭載される。このように、電動アクチュエータ11は、ウエストゲートバルブ9から離れた位置に搭載される。このため、ターボチャージャTには、電動アクチュエータ11の出力をウエストゲートバルブ9に伝達するためのリンク機構が設けられる。
電動アクチュエータ11は、吸気コンプレッサ4に取り付けられるハウジング20と、このハウジング20に組み付けられる電動モータ21、減速機22、出力シャフト23、カバー24と、出力シャフト23の先端に固定されるアクチュエータレバー13とを備えて構成される。
以下では、説明の便宜上、ハウジング20において開口部αが開口する方向を上、逆方向を下として説明する。もちろん、この上下方向は、搭載方向を限定するものではない。なお、図3に示す符合20aは、電動アクチュエータ11を吸気コンプレッサ4に組付ける際に用いられるボルト挿通穴である。
そして、ハウジング20とカバー24との間に形成される空間βに、電動モータ21や減速機22等が配置される。
具体的に、この実施形態の減速機22は、3段の減速段を有するものであり、電動モータ21によって駆動されるピニオンギヤ26と、このピニオンギヤ26によって回転駆動される第1中間ギヤ27と、この第1中間ギヤ27によって回転駆動される第2中間ギヤ28と、この第2中間ギヤ28によって回転駆動される最終ギヤ29とを備える。
第1中間ギヤ27は、第1大径ギヤ27aと第1小径ギヤ27bが同芯で設けられた2重歯車である。この第1中間ギヤ27は、ハウジング20に固定される第1中間シャフト31によって回転自在に支持される。そして、ピニオンギヤ26と第1大径ギヤ27aが噛合して1段目の減速段が構成される。
具体的な一例として、第1中間シャフト31の下端は、ハウジング20に形成された第1圧入穴39に圧入される。また、第1中間シャフト31の上端は、カバー24の下面に形成された第1凹部61の内側に嵌め入れられる。
具体的な一例として、第2中間シャフト32の下端は、ハウジング20に形成された第2圧入穴40に圧入される。また、第2中間シャフト32の上端は、カバー24の下面に形成された第2凹部62の内側に嵌め入れられる。
アクチュエータレバー13の回動端には、出力シャフト23と平行なピン44が設けられる。このピン44は、ロッド15の端部に回動自在に連結されて、アクチュエータレバー13の回動トルクをロッド15に伝える部品である。
回転角センサ35は、非接触型であり、出力シャフト23と一体に回動する磁束発生部36と、カバー24またはハウジング20の一方に取り付けられて磁束発生部36の発生する磁束を検出する磁気検出部37とを備える。そして、回転角センサ35によって検出される出力シャフト23の回転角度は、ECU12へ出力される。なお、この回転角センサ35の詳細は後述する。
具体的に、ECU12は、エンジン1の運転状態からエンジン1の運転状態に適したウエストゲートバルブ9の目標開度を算出する。そして、算出した目標開度と回転角センサ35によって検出した検出開度とが一致するように電動アクチュエータ11をフィードバック制御する。もちろん、この過給圧制御は一例であり、限定するものではない。
ハウジング20と出力シャフト23の間には、ハウジング20に対して出力シャフト23を回転自在に支持するハウジング側軸受33が配置される。
また、カバー24と出力シャフト23の間には、カバー24に対して出力シャフト23を回転自在に支持するカバー側軸受34が配置される。
なお、この実施形態では、ボールベアリングを採用するものとして説明する。
このように設けることで、出力シャフト23が回転自在に支持される。
電動アクチュエータ11の発生する出力は、出力シャフト23からアクチュエータレバー13を介して対象物に伝えられる。即ち、アクチュエータレバー13からロッド15を介してウエストゲートバルブ9に伝えられる。
このように、出力シャフト23からアクチュエータレバー13とロッド15を介してウエストゲートバルブ9を駆動する場合、図7に示すように、出力シャフト23からカバー側軸受34およびベアリングホルダ55に反力Fが作用する。なお、反力Fの方向は、駆動時のロッド15やレバー等の慣性モーメントや、ピン44とロッドの穴部との接触状態等によって変わるものである。であるから、反力Fの方向は、図7に示す方向に限定されるものではない。
具体的に、アクチュエータレバー13は、ウエストゲートバルブ9がバイパス通路8を閉塞する全閉角度θ0から、ウエストゲートバルブ9がバイパス通路8を最大に開く最大角度θxの範囲で角度変化する。
このため、アクチュエータレバー13の角度が全閉角度θ0から最大角度θxの範囲で変化すると、出力シャフト23からカバー側軸受34に加わる反力Fの発生方向は、全閉角度θ0の時の反力Fの発生方向F0から、最大角度θxの時の反力Fの発生方向Fxの範囲で変化する。
また、カバー側軸受34の周囲のうちで、アクチュエータレバー13が回動してカバー側軸受34を介してカバー24に反力が与えられる範囲を反力発生範囲Bとする。即ち、軸受支持範囲Aのうちで、上述した発生方向F0から発生方向Fxの範囲を反力発生範囲Bとする。
具体的に、カバー24は、モータターミナル51の他に、電動モータ21の通電端子21bと結合して電気的な接続を行う中継ターミナル52と、磁気検出部37の根元部と、この磁気検出部37に電気的に接続されるセンサターミナル53と、カバー24をハウジング20に固定するためのボルト42が挿通される複数の金属製のカラー54と、カバー側軸受34が圧入される金属製のベアリングホルダ55とがモールドされる。
しかし、カバー24を樹脂材料で設けたことにより、カバー24においてカバー側軸受34を支持する軸受支持範囲Aの強度不足が懸念される。特に、反力Fが作用する反力発生範囲Bの強度不足が懸念される。
補強リブRは、断面が上方へ向かう突起形状を呈する。そして、この実施形態では、複数の補強リブRがカバー側軸受34の周囲において放射状に設けられる。もちろん、補強リブRは、カバー24を成す樹脂材料によってカバー24と一体に設けられる。
このことを具体的に説明する。反力Fによりカバー24に生じる応力は、カバー側軸受34に近いほど大きく、カバー側軸受34から径方向に遠ざかるに従い分散されて小さくなる。そこで、この実施形態では、図4に示すように、カバー側軸受34に近いほど補強リブRの高さ寸法を高く設け、カバー側軸受34から径方向に遠ざかるに従って補強リブRの高さ寸法を低く設けている。
もちろん、高さ方向を変化させるものに限定するものではない。他の具体例を示すと、カバー側軸受34に近いほど補強リブRの厚み寸法を大きく設け、カバー側軸受34から径方向に遠ざかるに従って補強リブRの厚み寸法を小さくしても良い。
この実施形態では、上述したように、カバー24のうちの少なくとも反力発生範囲Bに複数の補強リブRを設けている。複数の補強リブRにより、カバー24の反力発生範囲Bの強度を向上できる。このため、カバー24に付与される反力Fによって樹脂製のカバー24に変形や亀裂等の損傷が生じる不具合を回避できる。
これにより、カバー24を樹脂で形成しつつ、電動アクチュエータ11の長期信頼性を確保できる。
以下では、補強リブRが伸びる方向をリブ長手方向とする。
また、以下では、反力発生範囲Bにおいて最も大きな反力Fが生じる方向を最大反力方向Fmaxとする。
そして、この実施形態では、複数の補強リブRのうちの1つ補強リブRのリブ長手方向が、最大反力方向Fmaxと同一方向に一致するように設けられている。
最大反力方向Fmaxと補強リブRのリブ長手方向が一致して設けられることにより、カバー24に対して最も大きな反力Fが作用する部位の強度を向上できる。
これにより、カバー24の一部に局所的な反力Fが加わることにより生じる破断を回避できる。即ち、カバー24の破断耐久性を向上できる。
以下では、反力発生範囲Bのうちで最も大きな頻度で反力Fが生じる方向を高頻度方向Faとする。
そして、この実施形態では、複数の補強リブRのうちの1つ補強リブRのリブ長手方向が、高頻度方向Faと同一方向に一致するように設けられている。
高頻度方向Faと補強リブRのリブ長手方向が一致して設けられることにより、カバー24に対して最も疲労が蓄積する部位の強度を向上できる。
これにより、カバー24の一部に疲労が蓄積されることにより生じる変形や亀裂等の損傷を回避できる。即ち、カバー24の疲労耐久性を向上できる。
電動アクチュエータ11は、出力シャフト23の回転角度を検出する回転角センサ35を備える。
この回転角センサ35は、出力シャフト23と一体に回動する磁束発生部36と、カバー24またはハウジング20の一方に取り付けられて磁束発生部36の発生する磁束を検出する磁気検出部37とを備える。なお、この実施形態では、磁気検出部37をカバー24に設ける例を示す。
電動アクチュエータ11に機械的なロックが生じた場合には、回転角センサ35により異常を検出することができる。
回転角センサ35によって検出した出力シャフト23の回転角に基づいてウエストゲートバルブ9の開度を読み取ることができる。
具体的に、この実施形態では、最終ギヤ29を設けない回動スペースを利用して磁束発生部36を配置する。これにより、電動アクチュエータ11の小型化が可能になる。そして、電動アクチュエータ11の小型化により、吸気コンプレッサ4に対する搭載性を向上できる。
磁束発生部36は、最終ギヤを成す樹脂部品にモールドされるものであり、2つの永久磁石71と、2つの磁性体金属製のヨーク72とを組み合わせて閉磁路を成す。2つのヨーク72は、曲率半径の異なる円弧形状を呈した2つのヨーク72を組み合わせて設けられる。
2つのヨーク72は、曲率半径の異なる円弧形状を呈する鉄製の部品である。そして、2つのヨーク72は、その両端において永久磁石71を1つずつ挟む。
2つのヨーク72の間には、磁気検出部37が挿し入れられる円弧状の円弧隙間δが形成される。この円弧隙間δは、出力シャフト23の軸中心と同芯の円弧である。2つのヨーク72の対向幅は、ラジアル方向において一定に設けられる。そして、円弧隙間δは、出力シャフト23が回動に伴って磁束発生部36が回動しても、磁気検出部37に対して非接触の状態を保つように設けられる。
閉磁路を成す磁束発生部36を用いることにより、磁気ノイズなど外部から付与される磁気的な影響を受け難くできる。このため、回転角センサ35による出力シャフト23の検出精度を高めることができる。
カバー24は、上述したように、樹脂材料によって設けられる。
そして、カバー24を成す樹脂材料は、磁気検出部37をモールドしている。
磁気検出部37をカバー24にモールドしたことで、ハウジング20に組付ける部品点数を減らすことができる。
上記実施形態では、ウエストゲートバルブ9を駆動する電動アクチュエータ11を例示したが、電動アクチュエータ11の駆動対象物をウエストゲートバルブ9に限定しない。具体的な一例を開示すると、電動アクチュエータ11によってタービンハウジング6bに設けた第2排気スクロールの開閉を行う流路切替バルブを駆動しても良い。もちろん、電動アクチュエータ11によってウエストゲートバルブ9と流路切替バルブの両方を操作しても良い。
また、減速機22は、平行軸式の歯車減速機に限定するものではない。
13・・・アクチュエータレバー 15・・・ロッド(対象物)
20・・・ハウジング 21・・・電動モータ
22・・・歯車減速機 23・・・出力シャフト
24・・・カバー 33・・・ハウジング側軸受
34・・・カバー側軸受 A・・・軸受支持範囲
B・・・反力発生範囲 D・・・肉厚部
F・・・反力 R・・・補強リブ
W・・・厚み寸法
Claims (4)
- 電力を回転出力に変換する電動モータ(21)と、
前記電動モータが固定されるハウジング(20)と、
前記電動モータの発生する回転出力を減速する減速機(22)と、
前記減速機によって減速された回転出力により駆動される出力シャフト(23)と、
前記ハウジングに組み付けられるカバー(24)と、
前記ハウジングと前記出力シャフトの間に配置されて、前記ハウジングに対して前記出力シャフトを回転自在に支持するハウジング側軸受(33)と、
前記カバーと前記出力シャフトの間に配置されて、前記カバーに対して前記出力シャフトを回転自在に支持するカバー側軸受(34)と、
前記出力シャフトから半径方向に延びて設けられ、前記出力シャフトの回転出力を、動力を伝達する対象物(15)に伝えるアクチュエータレバー(13)とを備え、
前記出力シャフトから前記アクチュエータレバーを介して前記対象物に動力を伝達する際に、前記出力シャフトから前記カバー側軸受に作用する力を反力(F)とし、
前記カバー側軸受の周囲のうちで、前記アクチュエータレバーが回動して前記カバー側軸受を介して前記カバーに反力が与えられる範囲を反力発生範囲(B)とした場合、
前記カバーは、樹脂材料によって設けられるものであり、
前記カバー側軸受の周囲における前記カバーのうちの少なくとも前記反力発生範囲には、前記カバー側軸受から径方向へ伸びる補強リブ(R)が設けられるものであり、
さらに、前記補強リブが伸びる方向をリブ長手方向とし、
前記反力発生範囲において最も大きな反力が生じる方向を最大反力方向(Fmax)とした場合、
前記補強リブの前記リブ長手方向は、前記最大反力方向に一致することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 電力を回転出力に変換する電動モータ(21)と、
前記電動モータが固定されるハウジング(20)と、
前記電動モータの発生する回転出力を減速する減速機(22)と、
前記減速機によって減速された回転出力により駆動される出力シャフト(23)と、
前記ハウジングに組み付けられるカバー(24)と、
前記ハウジングと前記出力シャフトの間に配置されて、前記ハウジングに対して前記出力シャフトを回転自在に支持するハウジング側軸受(33)と、
前記カバーと前記出力シャフトの間に配置されて、前記カバーに対して前記出力シャフトを回転自在に支持するカバー側軸受(34)と、
前記出力シャフトから半径方向に延びて設けられ、前記出力シャフトの回転出力を、動力を伝達する対象物(15)に伝えるアクチュエータレバー(13)とを備え、
前記出力シャフトから前記アクチュエータレバーを介して前記対象物に動力を伝達する際に、前記出力シャフトから前記カバー側軸受に作用する力を反力(F)とし、
前記カバー側軸受の周囲のうちで、前記アクチュエータレバーが回動して前記カバー側軸受を介して前記カバーに反力が与えられる範囲を反力発生範囲(B)とした場合、
前記カバーは、樹脂材料によって設けられるものであり、
前記カバー側軸受の周囲における前記カバーのうちの少なくとも前記反力発生範囲には、前記カバー側軸受から径方向へ伸びる補強リブ(R)が設けられるものであり、
さらに、前記補強リブが伸びる方向をリブ長手方向とし、
前記反力発生範囲のうちで最も大きな頻度で反力が生じる方向を高頻度方向(Fa)とした場合、
前記補強リブの前記リブ長手方向は、前記高頻度方向に一致することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1または請求項2に記載の電動アクチュエータにおいて、
この電動アクチュエータは、前記出力シャフトの回転角度を検出する回転角センサ(35)を備え、
前記回転角センサは、前記出力シャフトと一体に回動する磁束発生部(36)と、前記カバーまたは前記ハウジングの一方に支持されて前記磁束発生部の発生する磁束を検出する磁気検出部(37)とを備え、
前記出力シャフトの周囲には、前記減速機の最終ギヤ(29)が設けられるギヤ範囲(θ1)と、前記磁束発生部が設けられ検出範囲(θ2)とが、別々に設けられることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項3に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記カバーを成す樹脂材料は、前記磁気検出部をモールドしていることを特徴とする電動アクチュエータ。
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