JP6632537B2 - 遊星転動型ねじ山付きスピンドル(pwg)を備えるアクチュエータ - Google Patents

遊星転動型ねじ山付きスピンドル(pwg)を備えるアクチュエータ Download PDF

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Description

本発明は、請求項1の上位概念部に記載の、遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG:Planetenwaelzgewindespindel)を備えるアクチュエータに関する。
遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)(遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構(Planetenwaelzgewindespindeltrieb)ともいう)は、長年来の公知技術であって、例えばDD0277308A5に記載されている。独国特許出願公開第102010047800号明細書において、例えば、電動モータにより起こした回転運動を軸方向運動に変換するための、ハイドロスタティッククラッチアクチュエータの形態のハイドロスタティックアクチュエータ内に含まれている遊星転動型ねじ山機構が公知である。ねじ山付きスピンドルと、ねじ山付きスピンドル上に配置されるナットと、周囲にわたって分配され、ねじ山付きスピンドルとナットとの間に配置される複数の遊星体であって、ナットの内周及びねじ山付きスピンドルの外周に沿って転動可能に配置されている遊星体とを備える遊星転動型ねじ山機構が、独国特許出願公開第102010011820号明細書において公知である。この解決手段にあっては、遊星体のための予圧装置が設けられている。ナットは、軸方向で互いに可動な2つのナット部分を有し、予圧装置は、一方のナット部分に対して弾接されるばね要素を有している。ナットは2つの機能を担っており、伝動機構の一部をなしながら、予圧装置の一部もなしている。
さらに、ねじ山付きスピンドル上に配置されるスピンドルナットと、周囲に分配配置される多数の遊星体であって、ねじ山付きスピンドルとスピンドルナットとに転動係合している遊星体とを備えるPWGのスリップ検出のために絶対測定を実施することが公知(独国特許出願公開第102011088995号明細書参照)である。この場合、スピンドルナットに対して軸方向で移動不能に配置されるセンサ素子が、ねじ山付きスピンドルとスピンドルナットとの相互の軸方向の変位を検出するようになっている。スピンドルナットは、センサ素子を有するハウジングに、スピンドル軸線周りに回転可能に支持されている。
本願の出願時には未公開のある出願には、駆動装置を用いてPWGを介し、ハウジング内に軸方向で移動可能に支持されているピストンを操作するようにした、自動車のクラッチ用のレリーズシステムが記載されている。
公知のシステムは、長大な軸方向の構造スペースを必要とし、比較的手間あるいはコストを要する構成となっている。
レリーズシステムにおいて使用される公知のセントラルレリーズ装置、例えば電動式のセントラルレリーズ装置は、比較的コンパクトに構成されているものの、軸方向で閉鎖されておらず、略環状の構造を有している。
本発明の課題は、必要とする構造スペースが小さくて済み、しかも構造が単純な、遊星転動型ねじ山機構を備えるアクチュエータを開発することである。
この課題は、請求項1の特徴により解決される。
有利な態様は、従属請求項に係る発明である。
本発明において、アクチュエータは、遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)を備え、特に車両のクラッチ操作用に使用され、スピンドルに複数の遊星ローラが係合し、遊星ローラは、遊星ローラを取り囲むリングギヤに噛み合い、遊星ローラは、両端部において遊星ローラキャリア内に位置決めされており、遊星ローラキャリアは、リングギヤを取り囲むとともに両端部において半径方向内向きとされているスリーブ内に相対回動不能に支持されており、本発明によると、スリーブと、スリーブ内に支持された遊星キャリアとは、軸方向で固定され、駆動装置のロータに相対回動不能に結合され、かつ回転軸線周りに駆動可能であり、スピンドルは、相対回動不能に支持されており、かつロータと、スリーブ内に支持された遊星キャリアとの回転時、軸方向のストロークを行なう。
これにより、ロータに配設された遊星キャリアの回転を、スピンドルの軸方向の運動に変換することが初めて可能となる。従来技術とは異なり、これにより、スピンドルの軸方向の位置を特定するために、絶対距離センサが不要となる。それというのも、スピンドルの軸方向の位置は、スピンドルのリードを介して特定可能であるからである。
有利には、この構造により、スピンドルは、アクチュエータの電子装置を収容する電子装置ハウジング内に軸方向で少なくとも部分的に埋没されることができ、このために電子装置は、スピンドルを導入し得る中空室を有している。
必要な所要構造スペースは、スピンドルの直径×ストロークに略等しく、従来技術の場合と比較して明らかに小さくなり、したがって、アクチュエータの軸方向の構造スペースをかなり削減することができる。
スリーブをロータに配設するため、ひいては遊星キャリアをロータ側の配設とするため、スリーブは、軸方向で、ロータキャリアの半径方向内向きの第1のフランジと、キャリア要素の半径方向内向きの第2のフランジとの間に固定されており、半径方向でロータキャリアにより取り囲まれ、かつ相対回動不能にロータキャリアに結合されている。ロータ側のキャリア要素は、信号キャリアを相対回動不能に保持し、モータ電子装置には、回転を検出する回転センサが組み込まれている。
ロータキャリアとキャリア要素との間の結合は、好ましくは、ねじ結合の形態で形成されており、このために、ロータキャリアは雌ねじ山を、キャリア要素は雄ねじ山を有している。これにより、ロータキャリアとキャリア要素とは、簡単に互いに組み立て可能である。ねじ結合は、好ましくは、例えばねじのロックによって回り止めされるように構成される。
ロータキャリアは、軸方向で不動に軸受に結合されており、軸受は、スピンドルを介して導入される軸方向力をハウジングに、特に方向転換があっても導出可能であるように、軸方向で遊びなしにハウジングに支持されている。
この1つの軸受しか設けられておらず、第2のモータ軸受としては、同期PWG(synchronisiertes PWG)自体が用いられる。
スピンドルは、相対回動不能に例えばガイドナットを介して支持される。
ガイドナットを回り止めされた状態に取り付けるために、ガイドナットは、相対回動不能に、しかし軸方向では可動に中空輪郭内で案内されており、他方、中空輪郭は、ハウジングに対して相対回動不能、ひいては、駆動装置のステータに対して相対回動不能となっている。
スピンドルの第2の端部には、操作すべき要素(例えばレリーズシステムのピストン又は液圧室)に対するインタフェースとして用いられる押圧部材が相対回動不能に配置されている。
特にインタフェースが機械式であるとき、アクチュエータを外的な影響から保護するために、押圧部材及び/又はスピンドルの第2の端部とハウジングとの間に、ブーツ/蛇腹ブーツを使用可能である。
本発明に係るアクチュエータのために、好ましくは、同期PWGが使用され、所定の回転にスピンドルの所定の送り量が割り当てられている。
本発明による解決手段により、コストのかかるセンサシステムをこのために使用することなく、ロータに配設された遊星ピニオンキャリアの回転を介して、スピンドルの軸方向のストロークを特定することが可能である。それというのも、従来技術とは異なり、スピンドルの軸方向の位置を特定するのに、絶対距離センサが不要であるからである。
有利には、本発明による解決手段は、基準取りの可能性と組み合わされ、これにより、アクチュエータの、軸方向で可動の要素、ここではスピンドル、ひいては押圧部材の軸方向の基準位置(Referenzposition)/ゼロ位置を特定することができる。
基準点(Referenzpunkt)の特定のために、基準取りを保証するばねセットが設けられる。ばねセットは、少なくともスピンドルの基準位置及びゼロ位置において、押圧部材と軸受の外レースとの間で支持されている。押圧部材は、押し出し運動とは逆方向に、ばねセットに向かって、ばねセットが密着状態に緊張されるまで走行可能である。これにより、ばねセットの特性線を介して、PWG、ひいてはスピンドル及び押圧部材のゼロ位置あるいは軸方向の基準点を特定することができる。
基準点/ゼロ点が既知となった後は、スピンドルのリードを介して、スピンドルの軸方向の位置、ひいては、スピンドルに結合されている、軸方向で可動の別の構成部材(第2のスリーブ/ピストン)の軸方向の位置の特定が可能となる。
両遊星キャリアは、リングギヤを取り囲む、両端部において半径方向内向きとされている第1のスリーブ内に相対回動不能に支持されており、スリーブは、相対回動不能に駆動装置のロータに直接結合され、軸方向で不動に保持されている。
ハウジングは、駆動装置(好ましくは電動モータ)を収容するモータブロックに相対回動不能に取り付けられている。
相対回動不能かつ軸方向で操作可能なスピンドルは、0とは異なるリードを有しており、有利には、角度/位置センサのための、相対回動不能にロータ構成群の一要素と結合されている角度発信器とだけ組み合わされている。
スリーブは、好ましくは、ツーピースに、つまり2つの部分から形成されており、スリーブの両半部は、例えば溶接されるか、その他の方法で互いに結合される。
以下、本発明について、一実施の形態を基に添付の図面を参照しながら詳述する。
従来技術によるアクチュエータの原理図である。 本発明に係るアクチュエータの原理図である。 アクチュエータの縦断面図である。 ロータ構成群の3次元図である。 ロータ構成群の縦断面図である。 遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)の形態の伝動機構を示す図である。 信号発生器を有するキャリアを示す図である。 磁石キャリアを有するロータキャリアを示す図である。 ステータの3次元図である。 ステータの縦断面図である。 基準取り位置にあるアクチュエータの縦断面図である。 ゼロ位置にあるアクチュエータの縦断面図である。 最大で押し出された位置にあるアクチュエータの縦断面図である。
図1は、遊星転動型ねじ山付きスピンドルPWG1aを備える従来技術によるアクチュエータの原理図である。駆動装置のステータSaは、ハウジング2a内に嵌合されており、ステータSaの半径方向内側には、ロータRaが支持されている。PWG1aのスピンドル3aが、ロータRaとともに回転するようになっており、このために相対回動不能にロータRaに結合されている。スピンドルSaは、軸方向で不動にロータRaに保持されており、ロータRaとともに回転する。スピンドルSaと噛み合う複数の遊星体と、これらの遊星体を取り囲むリングギヤと、遊星キャリア(ここでは不可視)とは、PWGハウジング4aにより囲繞されており、スピンドルSaの回転時、ストロークHの形の軸方向運動を行なう。破線は、ストロークを経て最大に押し出された位置にある構成群を示している。スピンドルSaとは反対側には、電子装置構成群5aを収容する電子装置ハウジング6aが配置されている。このアクチュエータは、長大な構造長さLaを有している。
図2は、遊星転動型ねじ山付きスピンドル1を備える本発明に係るアクチュエータの原理図である。本発明に係るアクチュエータの場合も、駆動装置(電動モータ)のステータSは、ハウジング2内に嵌合されている。ステータSの半径方向内側には、ロータRが支持されている。従来技術とは異なり、スピンドル3は、ハウジング側に相対回動不能にかつ軸方向で移動可能に配置されている。スピンドル3と噛み合う複数の遊星体と、これらの遊星体を取り囲むリングギヤと、遊星キャリア(ここでは不可視)とは、スリーブ4により囲繞されており、直接又は中間要素を介してロータRに連結され、ロータRの回転時に回転運動を行なう。図示しない遊星体と噛み合うスピンドル3は、最大のストロークHの範囲内で軸方向のストローク運動を行なう。スピンドル3は、退入した位置では、第1の端部3.1でもって電子装置構成群5内、ひいては、この電子装置構成群5を収容する電子装置ハウジング6内に突入する。これにより、スピンドルSの軸方向ストロークは、電子装置内に「退没」することができる。このとき、電子装置構成群5内における所要構造スペースは、スピンドル3の符号を付していない外径×ストロークHに略等しい。スピンドルSが後退した位置で電子装置構成群5内に没入する長さの分だけ、アクチュエータの長さは減少し、その結果、アクチュエータの構造長さLは、ストロークHが同じであれば、従来技術の場合と比較して明らかに小さくなる。スピンドル3の第2の端部3.2には、押圧部材7が取り付けられている。押圧部材7は、図示しない操作すべき要素に作用する。押圧部材7とハウジング2との間には、蛇腹ブーツ8あるいはベローズが延在している。蛇腹ブーツ8は、アクチュエータを汚損や湿分の進入から保護している。図2に破線により示す矢印は、スピンドル2のストロークHが最大であるときの構成部材を示している。
図3は、遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)1を備えるアクチュエータの縦断面図である。PWG1は、電動モータにより発生させたロータRの回転運動をPWG1のスピンドル3の軸方向のストローク運動に変換する。このために、スピンドル3の第1の端部3.1は、ハウジング2に、ひいては駆動装置のステータSに関して相対回動不能に保持されており、本図に示すスピンドル3が退入した状態において、電子装置構成群5内、ひいては電子装置ハウジング6内に突入している。スピンドル3の第2の端部3.2には、押圧部材7が相対回動不能に配置されている。押圧部材7とハウジング1との間には、蛇腹ブーツ8が延在している。スリーブ4は、リングギヤ4.1を取り囲んでいる。リングギヤ4.1は、遊星ローラ4.2と係合している。遊星ローラ4.2は、両側の遊星ローラキャリア4.3内で支持されており、スピンドル3と噛み合っている。スリーブ4と、スリーブ4内に支持された遊星キャリア4.3とは、軸方向で固定され、駆動装置のロータRに相対回動不能に結合され、回転軸線A周りに駆動可能である。スピンドル3は、相対回動不能に支持されているので、ロータRと、スリーブ3内に支持された遊星ローラキャリア4.3とが回転すると、遊星ローラ4.2を介して軸方向のストロークHを行なう。ロータRと、ロータRとともに回転する構成部材とは、軸受16を介してハウジング1に支持されている。スピンドル3の軸方向の位置をスピンドル3の回転とリードとを介して特定すべく、ロータ側には信号発生器15が、ハウジング側には回転センサ15.1が配置されている。
基準点を特定するために、ばねセットFが設けられる。
図4及び5は、ロータ構成群及びスピンドル3を示し、図6は、ロータ構成群の遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)1を示している。ロータ構成群は、ロータRから形成される。ロータRは、相対回動不能にロータキャリア9に被嵌されている。ロータキャリア9内には、PWG1の、ロータRとともに回転する部材が収容されている。ロータRは、磁石キャリア10(Eisenruecken/裏鉄)を有している。磁石キャリア10の周りには、半径方向外側に磁石11が配置されており、ジャケット12が設けられている。ロータキャリア9には、雌ねじ山9.1と、半径方向内向きの第1のフランジ9.2とが設けられている(図8も参照)。さらにキャリア要素13が設けられており、キャリア要素13は、雄ねじ山13.1と、半径方向内向きの第2のフランジ13.2とを有している(図7も参照)。ロータキャリア9とキャリア要素13とは、雌ねじ山9.1と雄ねじ山13.1とを介して互いに螺合されており、ロータキャリア9とキャリア要素13とが互いに螺合されるときに、スリーブ4の、個別に符号を付すことはしない両半部が、軸方向で互いに対して締め付けられるので、第1のフランジ9.2と第2のフランジ13.2との間においてスリーブ4が軸方向で固定される。螺合後、ロータキャリア9と、キャリア要素13と、スリーブ4とは、相対回動不能に互いに結合されている。この場合、ねじ結合は、付加的に、意図せず緩解することがないようにされてもよい。PWGのスリーブ4内には、遊星ローラキャリア4.3が相対回動不能に収容されており、遊星ローラキャリア4.3内には、遊星ローラ4.2が端部側で支持されている。遊星ローラ4.2は、半径方向外側でリングギヤ4.1に噛み合い、半径方向内側でスピンドル3のねじ山3.3に噛み合う(図6も参照)。
キャリア要素13は、信号発生器キャリア14を介して信号発生器15を相対回動不能に保持している。
ロータRあるいはロータ構成群は、軸受16を介して支持されている。軸受16の軸受内レース16.1は、軸方向で不動かつ相対回動不能にロータキャリア9に結合されており、軸受16の軸受外レース16.2は、軸方向で遊びなしかつ相対回動不能に、ここでは図示しないハウジングに、スピンドル3を介して導入される軸方向力をこのハウジングに導出可能であるようにされている。
前述のロータ構成群の回転時、スピンドル3は、軸方向のストローク運動を行なう。このために、スピンドル3は、その第1の端部3.1において相対回動不能かつ軸方向で可動に、外側輪郭17.1を有するガイドナット17を介してハウジング側に支持されている。スピンドル3とガイドナット17とは、相対回動不能に互いに結合されており、好ましくは、スピンドル3の雄ねじ山3.3と、ガイドナット17の、符号を付していない雌ねじ山とを介して螺合されている。
内部でロータRが回転することになる、図9及び10に示すステータSは、半径方向外側に鉄心18を有し、半径方向内側に、ここでは図示しない電子装置構成群に通じる端子20を有するコイル19を有している。スリーブ状のステータキャリア21は、内側輪郭22を有し、内側輪郭22内には、ガイドナット17の外側輪郭17.1が相対回動不能に支持される。
図11は、基準取り位置(Referenzierposition)にあるアクチュエータを示している。この位置で、スピンドル3と押圧部材7とは、退入した終端位置にあり、ばねセット7は予圧されている。このために、押圧部材7は、押し出し運動とは逆方向にばねセットFに向かって、ばねセットFが密着状態に緊張されるまで走行可能である。図12に示したゼロ位置では、スピンドル3は、ここでは右向きに小さなストロークを行なっており、ばねセットFは弛緩されている。これにより、ばねセットの特性線を介してPWG、ひいてはスピンドル及び押圧部材のゼロ位置あるいは軸方向の基準点を特定することが可能である。
基準点/ゼロ点が既知となった後は、スピンドル3のリードを介して、スピンドル3の軸方向の位置、ひいては、スピンドル3に結合されている押圧部材7の軸方向の位置を特定可能となる。この位置の特定は、ロータ側の信号発生器15とステータ側の回転センサ15.1とを介して実現され、所定の回転にスピンドルの所定の送り量が割り当てられる。
スピンドル3及び押圧部材7の最大で押し出された位置あるいは最大のストロークHは、図13に示してある。
アクチュエータの短い構造長さを保証すべく、ステータキャリア21は、ステータキャリア21内に係合したスピンドル3とともに、電子装置ハウジング6内において対応する空所を有する電子装置構成群5内に突入する。
従来技術 図1:
1a 遊星転動型ねじ山付きスピンドル PWG
2a ハウジング
3a スピンドル
4a PWGハウジング
5a 電子装置構成群
6a 電子装置ハウジング
H ストローク
La 構造長さLa
Sa スピンドル
Ra ロータ
本発明による解決手段 図2乃至13:
1 遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)
2 ハウジング
3 スピンドル
3.1 スピンドルの第1の端部
3.2 スピンドルの第2の端部
3.3 ねじ山
4 スリーブ
4.1 リングギヤ
4.2 遊星ローラ
4.3 遊星ローラキャリア
5 電子装置構成群
6 電子装置ハウジング
7 押圧部材
8 蛇腹ブーツ
9 ロータキャリア
9.1 雌ねじ山
9.2 第1のフランジ
10 磁石キャリア
11 磁石
12 ジャケット
13 キャリア要素
13.1 雄ねじ山
13.2 第2のフランジ
14 信号発生器キャリア
15 信号発生器
15.1 回転センサ
16 軸受
16.1 軸受内レース
16.2 軸受外レース
17 ガイドナット
17.1 外側輪郭
18 鉄心
19 コイル
20 端子
21 ステータキャリア
22 内側輪郭
F ばねセット
H ストローク
L 構造長さ
R ロータ
S ステータ
S1 信号発生器
S2 回転センサ

Claims (8)

  1. 遊星転動型ねじ山付きスピンドル(PWG)(1)を備えるアクチュエータであって、スピンドル(3)に複数の遊星ローラ(4.2)が係合し、前記遊星ローラ(4.2)は、前記遊星ローラ(4.2)を取り囲むリングギヤ(4.1)に噛み合い、前記遊星ローラ(4.2)は、両端部において遊星ローラキャリア(4.3)内に位置決めされており、前記遊星ローラキャリア(4.3)は、前記リングギヤ(4.1)を取り囲むとともに両端部において半径方向内向きとされているスリーブ(4)内に相対回動不能に支持されており
    前記スリーブ(4)と、前記スリーブ(4)内に支持された前記遊星ローラキャリア(4.3)とは、軸方向で固定され、駆動装置のロータ(R)に相対回動不能に結合され、かつ回転軸線(A)周りに駆動可能であり、
    前記スピンドル(3)は、ハウジング(2)及び前記駆動装置のステータ(S)に関して相対回動不能に支持されており、かつ
    前記スピンドル(3)は、前記ロータ(R)と、前記スリーブ(4)内に支持された前記遊星ローラキャリア(4.3)との回転時、軸方向のストローク(H)を行なう、アクチュエータにおいて、
    前記スピンドル(3)は、前記アクチュエータの電子装置構成群(5)を収容する電子装置ハウジング(6)内に軸方向で少なくとも部分的に埋没され、前記電子装置構成群(5)は、前記スピンドル(3)を導入し得る中空室を有し、
    前記スリーブ(4)は、軸方向で、ロータキャリア(9)の半径方向内向きの第1のフランジ(9.2)と、キャリア要素(13)の半径方向内向きの第2のフランジ(13.2)との間に固定されており、前記ロータキャリア(9)と前記キャリア要素(13)とは、互いに相対回動不能に結合されており、前記キャリア要素(13)は、信号発生器(15)を相対回動不能に保持する
    ことを特徴とする、アクチュエータ。
  2. ロータキャリア(9)とキャリア要素(13)との間の前記結合は、ねじ結合の形態で形成されており、このために、前記ロータキャリア(9)は雌ねじ山(9.1)を、前記キャリア要素(13)は雄ねじ山(13.1)を有し、前記ロータキャリア(9)は、軸方向で不動に軸受(16)に結合されており、前記軸受(16)は、前記スピンドル(3)を介して導入される軸方向力が前記ハウジング(2)に導出可能であるように、軸方向で遊びなしに前記ハウジング(2)に支持されている、請求項に記載のアクチュエータ。
  3. 前記スピンドル(S)の前記軸方向力は、方向転換があっても前記ロータキャリア(9)と前記軸受(16)とを介して前記ハウジング(2)に導出可能である、請求項に記載のアクチュエータ。
  4. 前記スピンドル(S)は、相対回動不能にガイドナット(17)を介して支持されている、請求項1に記載のアクチュエータ。
  5. 前記ガイドナット(17)は、前記スピンドル(S)の第1の端部に回り止めされて取り付けられ、ステータキャリア(21)内に軸方向で可動に案内されており、前記ステータキャリア(21)は、前記ハウジング(2)に対して相対回動不能、ひいては、前記駆動装置の前記ステータ(S)に対して相対回動不能であり、かつ前記スピンドル(3.2)の第2の端部に、操作すべき要素に対するインタフェースとして用いられる押圧部材(7)が相対回動不能に配置されている、請求項に記載のアクチュエータ。
  6. 前記押圧部材(7)及び/又は前記スピンドル(3.2)の前記第2の端部と、前記ハウジング(2)との間に、蛇腹ブーツ(8)が配置されている、請求項に記載のアクチュエータ。
  7. 前記遊星転動型ねじ山付きスピンドル(1)は、電動モータにより発生させたロータの回転運動を、前記スピンドル(3)の軸方向のストローク運動に変換する、請求項1からまでのいずれか1項に記載のアクチュエータ。
  8. 基準取りを保証するばねセット(F)が、少なくとも前記スピンドル(3)の基準位置及びゼロ位置において、前記押圧部材(7)と前記軸受(16)の軸受外レース(16.2)との間で支持されている、請求項1からまでのいずれか1項に記載のアクチュエータ。
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