JP6610495B2 - モータアクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、モータアクチュエータに関するものである。
この種のモータアクチュエータとして、ウォームホイールに噛合されるウォームギアを回転軸と一体回転駆動するモータを、弾性部材としてのOリングを介してハウジング本体に支持するように構成したものがある(例えば、特許文献1参照)。このモータアクチュエータは、モータがOリングを介してハウジング本体に支持されており、モータからハウジング本体に伝達する振動がOリングにより低減され静音性が確保されるようになっている。
上記特許文献1に記載されたモータアクチュエータは、モータアクチュエータの出力軸に負荷加重が加わったときに、この負荷加重がモータアクチュエータの出力軸からウォームギア側に順次伝搬する。そして、ウォームギアがウォームホイールから離れる方向に撓んでしまうという現象が生じる。このため、ウォームギアとウォームホイールとの噛み合い量が著しく低下して動力伝達効率が低下しまうという問題がある。
このような問題を解決するため、ケースに、ウォームギアの反ウォームホイール側に位置する第1規制面とウォームホイールの軸線方向に対向する一対の第2規制面とからウォームギアを囲うように反ウォームギア側に窪んで構成された規制部を設けたものがある(例えば、特許文献2参照)。このモータアクチュエータは、ウォームギアが反ウォームホイール側に撓んだときに、規制部がウォームギアと接触してウォームギアの移動が規制され、ウォームギアとウォームホイールとの噛み合い量を確保することができる。
特開2010−63310号公報 特開2009−131111号公報
しかしながら、上記特許文献2に記載されたモータアクチュエータは、ウォームギアが反ウォームホイール側に撓んだときに、ウォームギアが規制部と接触するため、モータで発生した振動が規制部を介してハウジング本体に伝達してしまい静音性が確保されないといった問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、モータからハウジング本体への振動伝達を抑制して静音性を確保することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、モータ(4)と、モータの回転軸(13)に設けられたウォームギア(5)と、ウォームギアと噛合するウォームホイール(6)とをハウジング本体(2)内に備え、回転軸の回転をウォームギアおよびウォームホイールにて減速して出力するモータアクチュエータであって、ウォームギアに負荷トルクを発生させる負荷トルク発生部(5、50)を備え、負荷トルク発生部は、ハウジング本体に設けられた部材(20)と接触する接触面(50a)を有し、
接触面は、モータの回転軸の回転に伴ってハウジング本体に設けられた部材(20)との摩擦力が変動するよう歪曲しており、負荷トルク発生部は、モータの回転軸のトルク変動を打ち消すようウォームギアに負荷トルクを発生させる。
このような構成によれば、負荷トルク発生部は、モータの回転軸のトルク変動を打ち消すようウォームギアに負荷トルクを発生させるので、モータからハウジング本体への振動伝達を抑制して静音性を確保することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。
本発明の第1実施形態に係るモータアクチュエータのカバーを外した平面図である。 図1中のII−II線に沿った断面図である。 モータアクチュエータの出力軸に負荷加重が加わり、ウォームギアが撓んだときの図1中のII−II線に沿った断面図である。 モータの回転軸の先端側からウォームギアの突出部を見た図である。 第1実施形態のモータアクチュエータのモータのトルクおよびモータ回転数の特性を示した図である。 比較例のモータアクチュエータのモータのトルクおよびモータ回転数の特性を示した図である。 本発明の第2実施形態に係るモータアクチュエータのモータの回転軸の先端側からウォームギアの突出部を見た図である。 本発明の第3実施形態に係るモータアクチュエータのモータの回転軸の先端側からウォームギアの突出部を見た図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係るモータアクチュエータについて図1〜図6を用いて説明する。図1に示すモータアクチュエータ1は、車両空調装置の空気取り入れ口切り換えドアや温度調節用ドアや吹き出し口切り換えドア等の各種送風経路切り換えドアを開閉するためにそれぞれのドアに設けられるものである。
モータアクチュエータ1は、ハウジング本体2、モータ4、ウォームギア5、ウォームホイール6、第1ギア7および第2ギア8を備えている。
ハウジング本体2は、底部2aと該底部2aの縁部から垂設された側壁2bとを有する。ハウジング本体2の底部2aと側壁2bにより形成されるハウジング本体2の開口部は、不図示のカバーにより閉塞される。なお、このカバーとハウジング本体2がハウジングを構成している。
ハウジング本体2およびカバーは、合成樹脂よりなり、モータ4、ウォームギア5、ウォームホイール6、第1ギア7および第2ギア8を収容可能に形成されている。ハウジング本体2には、外部の図示しない制御装置と電気的に接続するためのコネクタ11が設けられている。
本実施形態のモータ4は、小型直流モータにより構成されている。具体的には、2極3スロットのブラシ付き小型直流モータにより構成されている。モータ4は、略円柱状のモータ本体部12の一端(図1中、左側端部)から突出した回転軸13にウォームギア5が一体回転可能に外嵌されている。そして、モータ4は、ハウジング本体2に弾性部材としてのOリング14、15を介して支持されている。
詳しくは、ハウジング本体2には、モータ本体部12の両端に対応した一対の支持部2cが立設されている。一方、モータ本体部12の両端の軸中心位置には、略円柱状に突出する突出部12a、12bが形成され、その突出部12a、12bの外周にOリング14、15が外嵌されている。そして、各突出部12a、12bに外嵌された各Oリング14、15が支持部2cに圧入されることでモータ4が支持されている。
そして、回転軸13と一体回転するウォームギア5は、ハウジング本体2に回転可能に支持されたウォームホイール6に噛合され、そのウォームホイール6は、ハウジング本体2に回転可能に支持された第1ギア7に噛合され、その第1ギア7は、ハウジング本体2に回転可能に支持された第2ギア8に噛合される。そして、第2ギア8の出力軸8aは、ドアに連結されることになる。なお、ウォームホイール6は、底部2aの底面と直交する軸線中心に回転可能に支持されている。
ここで、ウォームギア5は、そのモータ4の回転軸13の先端側に突出する突出部50を有している。突出部50は、螺旋状の歯筋が形成されたウォームホイール本体と一体で形成されている。
また、ハウジング本体2には、モータ4の回転軸13およびウォームギア5の移動を規制する規制部20が設けられている。規制部20は、断面L字状の板状部材により構成され、ハウジング本体2の側壁2bに固定されている。規制部20は、ウォームギア5の突出部50の側面50aと対向する面を有している。
なお、規制部20は、ハウジング本体2に設けられた部材に相当し、突出部50の側面50aは、ハウジング本体2に設けられた部材20と接触する接触面50aに相当する。規制部20は、ウォームギア5がウォームホイール6から離れる方向に撓んだときに、突出部50の側面50aと当接してモータ4の回転軸13およびウォームギア5がウォームホイール6から離れる方向へ移動するのを規制する。
上記した構成において、モータアクチュエータ1の出力軸8aに負荷加重が加わってない場合、図2に示すように、ウォームギア5の突出部50の側面50aとハウジング本体2の規制部20の間に隙間が形成されている。
次に、モータアクチュエータ1の出力軸8aに負荷加重が加わると、この負荷加重がモータアクチュエータの出力軸8aからウォームギア5側に順次伝搬して、ウォームギア5がウォームホイール6から離れる方向に撓む。
このように、ウォームギア5がウォームホイール6から離れる方向に撓むと、図3に示すように、ウォームギア5の突出部50の側面50aがハウジング本体2の規制部20と接触する。
この際、規制部20は、モータ4の回転軸13およびウォームギア5がウォームホイール6から離れる方向へ移動するのを規制する。これにより、ウォームギア5とウォームホイール6との噛み合い量が低下して動力伝達効率が低下するのが防止される。
ところで、車両空調装置の各種送風経路切り換えドアを開閉するために用いられるモータアクチュエータでは、低コスト化のためブラシ付き小型直流モータが用いられる。本実施形態のモータ4も、ブラシ付き小型直流モータが用いられている。
この種のモータでは、有限数の磁極と有限数の巻線から成る回転力発生機構を有している。例えば、本実施形態のモータ4は、2つの磁極と3つの巻線から成る回転力発生機構を有する2極3スロットのブラシ付き小型直流モータにより構成されている。
このようなモータは、回転軸が1回転する間に、磁極および巻線の数や配置に応じたトルク変動、所謂トルクリップルが発生する。例えば、2極3スロットのブラシ付き小型直流モータでは、回転軸が1回転する間に2×3=6回のトルク変動が発生する。
上記したように、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20とが接触する際、ウォームギア5は、ハウジング本体2の規制部20との接触によりモータ4の回転軸13に負荷トルクを生じさせる。なお、モータ4の回転軸13の回転速度は、モータ4自身が発生する発生トルクとウォームギア5が発生する負荷トルクを合成したトルクによって定まる。
本実施形態のウォームギア5の突出部50は、角丸六角柱形状を成している。なお、角丸六角柱形状は、図1、図4に示すように、丸みを帯びた六角形を底面とする柱体である。なお、図4には、正六角形を一点鎖線で示し、円を点線で示してある。突出部50の先端面は、正六角形の6つの頂点のそれぞれに丸みをもたせた6つの頂点部Tを有している。なお、突出部50の接触面50aは、モータ4の回転軸13の回転に伴ってハウジング本体2に設けられた部材20との摩擦力が変動するよう歪曲している。
モータアクチュエータ1の出力軸8aに負荷加重が加わると、ウォームギア5がウォームホイール6から離れる方向に撓み、ウォームギア5の突出部50の側面50aがハウジング本体2の規制部20と接触する。この際、ウォームギア5の突出部50は角丸六角柱形状を成しているので、ウォームギア5が発生する負荷トルクを変動させることができる。
具体的には、突出部50の頂点部Tがハウジング本体2の規制部20と接触する場合、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20との摩擦は大きくなり、負荷トルクは高めになる。
一方、突出部50の頂点部Tと頂点部Tとの間がハウジング本体2の規制部20と接触する場合、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20との摩擦は小さくなり、負荷トルクは低めになる。
本実施形態のモータアクチュエータ1は、2極3スロットのブラシ付き小型直流モータ4の回転軸13が1回転する間に発生する6回のトルク変動を打ち消すように、ウォームギア5の突出部50を角丸六角柱形状として回転軸13が1回転する間に負荷トルクを6回変動させる。
図5は、本実施形態のモータアクチュエータのモータ4のトルクおよびモータ回転数の特性を示した図である。(a)は、回転軸13の回転角θに対するモータ4のトルクの特性を示した図であり、(b)は、回転軸13の回転角θに対するモータ4の回転数の特性を示した図である。
また、図6は、ウォームギア5の突出部50を円筒形状とした比較例のモータアクチュエータのモータ4のトルクおよびモータ回転数の特性を示した図である。(a)は、回転軸13の回転角θに対するモータ4のトルクの特性を示した図であり、(b)は、回転軸13の回転角θに対するモータ4の回転数の特性を示した図である。
図5(a)に示すように、本実施形態のモータアクチュエータ1は、モータ4自身が発生するモータ発生トルクがモータ4の回転軸13が1回転する間に6回変動する。また、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20との接触部で生じる負荷トルクもモータ4の回転軸13が1回転する間に6回変動する。
ただし、モータ発生トルクと負荷トルクは互いにトルクの変動を打ち消し合うため、モータアクチュエータ1の出力軸8aのトルクは、モータ発生トルクの変動の影響を受けることなく一定となる。また、図5(b)に示すように、モータ4の回転軸13の回転数もモータ発生トルクの変動の影響を受けることなく一定となる。
このように、モータ4の回転軸13の回転数を一定とすることができるだけでなく、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20とが接触したとしても、モータ4からハウジング本体2に伝達する振動や騒音を低減することができる。
これに対し、ウォームギア5の突出部50を円筒形状とした比較例としてのモータアクチュエータは、図6(a)に示すように、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20との接触部で生じる負荷トルクは一定となる。しかし、モータ4自身が発生するモータ発生トルクがモータ4の回転軸13が1回転する間に6回変動する。このため、モータアクチュエータ1の出力軸8aは、モータ発生トルクの変動の影響を受け、モータ4の回転軸13の回転数にムラが生じる。
このモータ4の回転軸13の回転数のムラが、モータ4の振動発生の原因となり、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20との接触により、モータ4からハウジング本体2に振動や騒音として伝搬する。
上記した構成によれば、モータアクチュエータ1は、ウォームギア5に負荷トルクを発生させる負荷トルク発生部5、50を備え、負荷トルク発生部5、50は、モータ4の回転軸13のトルク変動を打ち消すようウォームギア5に負荷トルクを発生させる。
このような構成によれば、負荷トルク発生部5、50は、モータ4の回転軸13のトルク変動を打ち消すようウォームギアに負荷トルクを発生させるので、モータ4からハウジング本体2への振動伝達を抑制して静音性を確保することができる。
また、負荷トルク発生部5、50は、ハウジング本体2に設けられた部材20と接触する接触面50aを有し、接触面50aは、モータ4の回転軸13の回転に伴ってハウジング本体2に設けられた部材20との摩擦力が変動するよう歪曲している。
このように、接触面50aは、モータ4の回転軸13の回転に伴ってハウジング本体2に設けられた部材20との摩擦力が変動するよう歪曲するよう構成することができる。
また、ウォームギア5は、モータ4の回転軸が1回転する間に発生するトルク変動の変動回数と同数の頂点部Tを有する角丸多角柱形状を成す突出部50を有し、接触面50aは、突出部50の側面に形成されている。
これによれば、モータ4の回転軸が1回転する間に発生するトルク変動の回数と同数のトルク変動を発生させることができ、モータ4の回転軸13のトルク変動を打ち消すことができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態に係るモータアクチュエータについて図7を用いて説明する。上記第1実施形態のモータアクチュエータ1は、ウォームギア5の突出部50が角丸六角柱形状を成しており、このウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20と接触により負荷トルクを変動させる。
これに対し、本実施形態のモータアクチュエータ1は、ウォームギア5の突出部50に外周多極磁石51を形成するとともにハウジング本体2の規制部20に磁性体20aを設け、外周多極磁石51と磁性体20aの引力および反発力により負荷トルクを変動させる。
本実施形態のウォームギア5の突出部50は円筒形状を成している。このウォームギア5の突出部50には、複数のS極と複数のN極を有する外周多極磁石51が形成されている。磁性体20aは、鉄片または磁石により構成されている。
モータ4の回転軸13の回転に伴ってウォームギア5の突出部50が回転すると、突出部50に形成された外周多極磁石51とハウジング本体2の規制部20に設けられた磁性体20aとの引力および反発力が変動する。
このように、突出部50に形成された外周多極磁石51とハウジング本体2の規制部20に設けられた磁性体20aとの引力および反発力の変動により負荷トルクを変動させることもできる。
上記した構成によれば、負荷トルク発生部5、50は、回転軸13およびウォームギア5を含む回転体側に配置された外周多極磁石51と、ハウジング本体2側に配置された磁性体20aと、を有している。そして、回転軸13およびウォームギア5の回転に伴う外周多極磁石51および磁性体20aの引力および反発力の変動により、モータ4のトルク変動を打ち消すよう負荷トルクを発生させる。
これによれば、負荷トルク発生部5、50は、回転軸13およびウォームギア5を含む回転体側とハウジング本体2側を非接触として負荷トルクを変動させることができる。
なお、本実施形態では、8極の外周多極磁石51をウォームギア5の突出部50に形成したが、磁石の極数はモータ4の構成に応じて異ならせることができる。
また、本実施形態では、外周多極磁石51をウォームギア5の突出部50に形成したが、外周多極磁石51をウォームギア5の突出部50に固定するようにしてもよい。
また、本実施形態では、ウォームギア5の突出部50に外周多極磁石51を形成したが、外周多極磁石と異なる種類の磁石により磁石51を構成してもよい。
本実施形態では、上記第1実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第1実施形態と同様に得ることができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態に係るモータアクチュエータについて図8を用いて説明する。上記第1実施形態のモータアクチュエータ1は、ウォームギア5が撓んでないときに、ウォームギア5の突出部50とハウジング本体2の規制部20とが接触しないように構成されている。
これに対し、本実施形態のモータアクチュエータ1は、ハウジング本体2の規制部20に弾性ヒンジ部20bが形成されており、ウォームギア5が撓んでないときでも、モータ4の回転軸13と弾性ヒンジ部20bとが接触するように構成されている。
弾性ヒンジ部20bは、ハウジング本体2の規制部20においてウォームギア5の突出部50と接触する部位に形成されている。また、本実施形態のウォームギア5の突出部50は、角丸六角柱形状を成している。
このように、ウォームギア5が撓んでないときでも、モータ4の回転軸13と弾性ヒンジ部20bとが接触するように構成することができる。
本実施形態では、上記第1実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第1実施形態と同様に得ることができる。
(他の実施形態)
(1)上記各実施形態では、モータ4として、2極3スロットのブラシ付き小型直流モータを用いた例を示したが、このようなモータに限定されるものではなく、例えば、4極6スロットのブラシ付き小型直流モータを用いることもできる。このような4極6スロットのブラシ付き小型直流モータでは、モータの回転軸が1回転する間に24回トルクが変動するため、ウォームギア5の突出部50を角丸24角柱形状とすればよい。
(2)上記各実施形態では、モータ4として、2極3スロットのブラシ付き小型直流モータを用いた例を示したが、モータ4として、ブラシレス直流モータを用いることもできる。
(3)上記各実施形態では、ウォームギア5の突出部50の頂点部Tと、この頂点部Tと隣り合う頂点部Tの間が平面形状となるよう構成されている。これに対し、ウォームギア5の突出部50の頂点部Tと、この頂点部Tと隣り合う頂点部Tの間が凹形状となるよう構成してもよい。
(4)上記各実施形態では、ウォームギア5の突出部50をハウジング本体2の規制部20に接触させるよう構成するとともにウォームギア5の突出部50を角丸六角柱形状とするよう構成した。これに対し、ウォームギア5の突出部50以外の部位をハウジング本体2の規制部20に接触させるよう構成するとともにハウジング本体2の規制部20に接触するウォームギア5の突出部50以外の部位を角丸六角柱形状とするよう構成してもよい。
(5)上記各実施形態では、ウォームギア5の突出部50をハウジング本体2の規制部20に接触させるよう構成するとともにウォームギア5の突出部50を多角柱形状とするよう構成した。これに対し、例えば、ウォームホイール6と噛合するウォームギア5の歯面を角丸六角柱形状に歪曲させるように構成し、ウォームギア5の歯面とウォームホイール6との接触により負荷トルクを変動させるよう構成してもよい。この場合、角丸六角柱形状の部材にウォームギア5の歯筋を形成して、ウォームギア5の歯面形状を角丸六角柱形状に歪曲させることができる。
(6)上記第2実施形態では、モータ4の回転軸13およびウォームギア5を含む回転体側に外周多極磁石51を配置するとともにハウジング本体2側に磁性体20aを配置した。そして、回転軸13の回転に伴う外周多極磁石51および磁性体20aの引力および反発力の変動により、モータ4のトルク変動を打ち消すよう負荷トルクを発生させるようにした。
これに対し、モータ4の回転軸13およびウォームギア5を含む回転体側に磁性体20aを配置するとともにハウジング本体2側に外周多極磁石51を配置してもよい。そして、回転軸13の回転に伴う外周多極磁石51および磁性体20aの引力および反発力の変動により、モータ4のトルク変動を打ち消すよう負荷トルクを発生させるようにしてもよい。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
(まとめ)
・上記実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、ウォームギアに負荷トルクを発生させる負荷トルク発生部を備え、負荷トルク発生部は、モータの回転軸のトルク変動を打ち消すようウォームギアに負荷トルクを発生させることである。
・上記実施形態の一部または全部で示された第2の観点によれば、負荷トルク発生部は、ハウジング本体に設けられた部材と接触する接触面を有し、接触面は、モータの回転軸の回転に伴ってハウジング本体に設けられた部材との摩擦力が変動するよう歪曲している。
このように、接触面は、モータの回転軸の回転に伴ってハウジング本体に設けられた部材との摩擦力が変動するよう歪曲するよう構成することができる。
・上記実施形態の一部または全部で示された第3の観点によれば、ウォームギアは、モータの回転軸が1回転する間に脈動により発生するトルク変動の変動回数と同数の頂点部Tを有する角丸多角柱形状を成す突出部を有している。そして、接触面は、突出部の側面に形成されている。
これによれば、モータの回転軸が1回転する間に発生するトルク変動の回数と同数のトルク変動を発生させることができ、モータの回転軸のトルク変動を打ち消すことができる。
・上記実施形態の一部または全部で示された第4の観点によれば、負荷トルク発生部は、回転軸およびウォームギアを含む回転体側とハウジング本体側のいずれか一方に配置された磁石を有している。さらに、回転軸およびウォームギアを含む回転体側とハウジング本体側のいずれか他方に配置された磁性体を有している。そして、回転軸およびウォームギアの回転に伴う磁石および磁性体の引力および反発力の変動により、モータのトルク変動を打ち消すよう負荷トルクを発生させる。
これによれば、負荷トルク発生部は、回転軸13およびウォームギア5を含む回転体側とハウジング本体2側を非接触として負荷トルクを変動させることができる。
なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、ウォームギア5および突出部50が負荷トルク発生部に相当する。
2 ハウジング本体
4 モータ
5 ウォームギア
6 ウォームホイール
13 回転軸
20 規制部
50 突出部
50a 側面

Claims (2)

  1. モータ(4)と、前記モータの回転軸(13)に設けられたウォームギア(5)と、前記ウォームギアと噛合するウォームホイール(6)とをハウジング本体(2)内に備え、前記回転軸の回転を前記ウォームギアおよび前記ウォームホイールにて減速して出力するモータアクチュエータであって、
    前記ウォームギアに負荷トルクを発生させる負荷トルク発生部(5、50)を備え、
    前記負荷トルク発生部は、前記ハウジング本体に設けられた部材(20)と接触する接触面(50a)を有し、
    前記接触面は、前記モータの回転軸の回転に伴って前記ハウジング本体に設けられた部材(20)との摩擦力が変動するよう歪曲しており、
    前記負荷トルク発生部は、前記モータの回転軸のトルク変動を打ち消すよう前記ウォームギアに前記負荷トルクを発生させるモータアクチュエータ。
  2. 前記ウォームギアは、前記モータの回転軸が1回転する間に発生するトルク変動の変動回数と同数の頂点部(T)を有する角丸多角柱形状を成す突出部(50)を有し、前記接触面は、前記突出部の側面に形成されている請求項に記載のモータアクチュエータ。
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