JP6714601B2 - 遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構を備えたアクチュエータ - Google Patents

Description

近年、自動化されたクラッチがますます普及している。センサ系の使用および電子的に開始される走行経過への介入によって、快適性および安全性がますます高まっている。

車両技術から、自動化された伝動装置においてクラッチを制御するために、少なくとも１つのクラッチアクチュエータが使用されることが知られている。クラッチアクチュエータにおいて絶対距離測定が用いられない場合、インクリメンタル距離測定が設けられてよい。インクリメンタル距離測定は、相応してインクリメンタル距離測定センサを有している。いわゆるＥＣモータを使用するとき、このインクリメンタル距離測定センサは、モータ内に直接に組み込まれている。

インクリメンタル距離測定は定期的に調整されるべきであることが分かっている。インクリメンタル距離測定の調整時に、キャリブレーションポイントが走査されて調整を開始することができる。キャリブレーションポイントの位置は、ゼロ点またはクラッチ基準位置として、インクリメンタル距離測定の調整のために使用される。

独国特許発明第１０２００５０２８８４４号明細書は、駆動ユニットと伝動装置との間の、通電可能なクラッチアクチュエータにより操作可能な、非自己保持型のクラッチを制御する方法を開示している。非自己保持型のクラッチは制御装置を備え、この制御装置により、クラッチアクチュエータの制御と、クラッチ位置を特定するためのセンサの測定データの検出とが行われる。クラッチ基準位置の検証のために、クラッチアクチュエータは、予め設定された第１のパッシブ期間の間またはアクチュエータ停止状態の発生まで無通電状態に切り換えられ、次いで到達されたクラッチ位置が、第１の測定において求められ、予め設定されたアクティブ期間の間、クラッチアクチュエータの通電が行われ、クラッチアクチュエータは、次いで予め設定された別のパッシブ期間の間またはアクチュエータ停止状態の発生まで改めて無通電状態に切り換えられ、その後で別の測定において、クラッチ位置が特定され、次いで、最後の測定において特定されたクラッチ位置と以前の測定において特定されたクラッチ位置とが一致しているか、またはクラッチ基準位置のための妥当な値領域内にあるかを確認することにより、最後に測定されたクラッチ位置が新しいクラッチ基準位置として検証可能であるかチェックされる。

この場合、駆動モーメントにより運動させられたスピンドルが機械的な抵抗により停止した場合、基準設定点が見出されたとみなされる。不適当な機械抵抗（たとえば汚れ）を排除するために、妥当性ストラテジを介して基準設定点を保護することが推奨される。定ピッチのスピンドル機構の使用が推奨される。このような定ピッチのスピンドル機構は、たとえば遊星転動型伝動装置（ＰＷＧ）である。

遊星転動型伝動装置（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、たとえば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、たとえば、電動モータにより起こした回転運動を軸方向移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たナットと、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た複数の遊星体であって、ナットの内周およ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。この構成手段にあっては、遊星体のための予荷重装置が設けられている。ナットは、軸方向で互いに対して可動な２つのナット部分を有し、予荷重装置は、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、一方では、伝動機構の一部を成していて、他方では予荷重装置の一部も成している。

後から公開された国際公開第２０１５／０８１９５１号からはさらに、ばねセットおよび回転角度センサを用いてロータまたはスピンドルにおいて位置特定を実施可能であるＰＷＧが知られている。

本発明の課題は、基準設定に必要となるストッパの配置構造を提供することにある。

この課題は、請求項１および請求項７に記載の特徴により解決される。有利な構成は、従属請求項に記載されている。

本発明は、遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構（ＰＷＧ）を備えたアクチュエータ、特に軸方向に移動可能なピストンによる車両クラッチ操作用のアクチュエータであって、スピンドルに複数の遊星ローラが係合しており、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っており、遊星ローラは、スピンドルに対して軸平行に延び、かつ遊星ローラキャリア内で固有の長手方向軸線を中心に回転可能に配置されており、アクチュエータは、レリーズ運動を実現するための軸方向で可動の少なくとも１つの構成要素を有しており、構成要素は、スピンドルであるかまたは伝動装置ハウジングであり、軸方向で可動の構成要素の基準位置を特定する手段が組み込まれており、さらに、軸方向で可動の構成要素の基準位置を特定する手段は、ストッパばねと、スピンドルの角度変化を特定するための角度センサとを含んでいる、アクチュエータに関する。

ストッパばねが、少なくともリングギヤと連動していることが特に提案されていてよい。

有利には、ストッパばねは、皿ばね、圧縮コイルばね、管状ばね（Rohrfeder）または板ばねである。

ストッパばねは、スピンドル端部に、または遊星転動型伝動装置の伝動装置ハウジング内に配置されていてよい。

特に、ストッパばねは、特に遊星ローラの領域の遊星転動型伝動装置のスラスト軸受と、スピンドルの端部との間、具体的にはスピンドルの端部の領域または遊星転動型伝動装置の端部の領域においてストッパ領域との間に位置している。この領域は、特に伝動装置の、モータ、つまりスピンドルを駆動するための電動モータを有している領域とは反対の側に配置されていてよい。

この場合、ストッパばねは、軸受環と転がり軸受または類似の軸受との間に配置されていてよく、そこでこの別の軸受は、ストッパばねをスピンドルの回転運動から分離している。

特にストッパディスクは、軸方向で不動の構成要素に関して軸方向で固定された位置に配置されている。

有利な実施形態では、軸方向で不動の構成要素がスピンドルであり、軸方向で可動の構成要素が伝動装置ハウジングである。伝動装置ハウジングは、遊星ローラ、リングギヤ、スラスト玉軸受および遊星ローラキャリアを含んでいる。ロータによりスピンドルに導入される駆動モーメントによって、遊星ローラは、軸方向でストッパディスクの方向に移動される。

軸方向で可動の構成要素の、ストッパディスクの方向への軸方向の移動時に、軸方向でストッパディスクとストッパばねとの間に配置されている針状ころ軸受がストッパディスクに接触し、これにより、トルクが高まる。

この場合、有利には、ストッパディスクと針状ころ軸受とが接触した後の、遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の、ストッパディスクの方向へのさらなる軸方向の移動が、ストッパばねの変位を生じさせる。

ストッパばねは、導入された駆動モーメントと、ストッパばねの変形により生じた抵抗モーメントとの間の均衡が生じるまで変形する。

別の有利な実施形態では、予荷重ばねがストッパばねに対して直列に配置されている。有利には、予荷重ばねとストッパばねとの直列の配置時に、遊星転動型ねじ山付きスピンドルのための予荷重の比較的簡単な調節を行うことができる。なぜならば、全体剛性は、決定的に最も軟らかいばね、つまり予荷重ばねに合わせて調整されるからである。並列の配置に比べて、予荷重ばねはこの場合、直列配置において改善された予荷重ばねのための構造空間提供に基づいて、極めて軟らかく形成することができる。

代替的に、予荷重ばねがストッパばねに対して並列に配置されている。この配置には付加的な軸受箇所が不要であり、有利である。

ストッパの特性線は、ストッパばねの予荷重、ストッパばねの剛性および構造による影響を受け得る。これに関する詳しい説明は、実施の形態の説明に記載されている。

ストッパハウジングの内部に、ストッパばねの圧縮を制限するために、付加的なストッパスリーブが、ストッパばねに直接的に作用接続して配置されていてよい。

ストッパディスクと針状ころ軸受との当接時に、スピンドルと遊星ローラとの間の回転運動の分離を行うことができる。この分離は、たとえば種々異なる軸受または局所的な分離を介して行うことができる。種々異なる軸受を介した分離は、たとえばスリーブと遊星ローラのスラスト玉軸受ディスクとの間の滑り軸受を介して、またはスラスト軸受とストッパばねとの間の針状ころ軸受を介して実現することができる。

本発明による構成において特に有利なことは、短い力の流れ、これによる、負荷を加えられる部材の個数の最少化、および好都合な負荷、有利には曲げ負荷の代わりの圧縮負荷である。

同様に、本発明によれば、遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構（ＰＷＧ）を備えるアクチュエータ、特に軸方向に移動可能なピストンによる車両クラッチ操作用のアクチュエータの、軸方向で可動の構成要素の基準位置を特定する方法は、
ａ）アクチュエータに導入された駆動モーメントと、ストッパばねの変形により生じた抵抗モーメントとを測定するステップと、
ｂ）スピンドルの回転角度を、スピンドルの軸方向で一方の端部に配置された角度センサ（７）により検出するステップと、
ｃ）導入された駆動モーメントと、ストッパばねの変形により生じた抵抗モーメントとの間の均衡点を検出するステップと、
を含み、
ステップａ）〜ｃ）を任意の順序でまたは同時に行うことができる。

以下、実施の形態および添付の図面に基づき本発明を詳しく説明する。

遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構を備えた本発明に係るアクチュエータの断面図である。 ストッパを備える遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面図である。 スリーブとスラスト玉軸受との間での回転運動の分離を伴う遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面図である。 針状ころ軸受によるスラスト軸受とストッパばねとの間での回転運動の分離を伴う遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面図である。 スピンドル端部にストッパを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面図である。 予荷重ばねに対して直列に配置されたストッパばねを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面図である。 予荷重ばねに対して並列に配置されたストッパばねを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面図である。 力を加えられていないストッパを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面と特徴的な特性線を示す図である。 予荷重を加えられたストッパを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面と特徴的な特性線を示す図である。 予荷重を加えられたストッパと、付加的なストッパスリーブとを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面と特徴的な特性線を示す図である。

図１には、遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構を備えた本発明に係るアクチュエータが縦断面で図示されている。ロータは、駆動モーメントをスピンドル６に導入する。このスピンドル６は、図１に示された実施の形態では軸方向で不動に軸支されている。スピンドル６には、複数の遊星ローラ４が係合し、これらの遊星ローラ４は、遊星ローラ４を取り囲むリングギヤ５に噛み合っており、遊星ローラ４は、遊星ローラキャリア内で、その固有の長手方向軸線を中心に回転可能に配置されている。スピンドル６には、スピンドル６に関して軸方向で固定され、かつその位置が不変であるストッパディスク１が配置されている。ストッパディスク１と、遊星ローラ４のスラスト軸受との間には、スピンドル６に関して軸方向で可動の針状ころ軸受２と、同様に軸方向で可動のストッパばね３とが位置している。ストッパばね３に対して直列に、さらに予荷重ばね８が配置されている。駆動モーメントの導入により、遊星ローラ４は伝動装置ハウジング、ここではスリーブ１０と共に、左に向かって、つまり開放もしくは減圧方向へと移動する。針状ころ軸受２がストッパディスク１に接触すると直ちに、ストッパばね３が変形させられる。ストッパばね３は、導入された駆動モーメントと、ストッパばね３の変形により生じる抵抗モーメントとの間で均衡が生じるまで、変形する。この均衡点において、スピンドル端部に設けられた角度センサ７により検出される、スピンドル６の角度が妥当であると記録されると、これにより基準設定点が見出される。

図２は、ストッパを備えた遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面を示している。図１に関して説明した事項の他に、力の流れが破線として図示されている。駆動モーメントの導入時に、駆動モーメントはスピンドル６から遊星ローラ４へと伝達される。遊星ローラ４によりトルクは軸方向の力へと変換され、スラスト軸受を介してストッパばね３、針状ころ軸受２およびストッパディスク１へと伝達される。その内部に含まれる構成要素と一緒のスリーブ１０の軸方向の移動が、ストッパディスク１の方向で生じる。針状ころ軸受２がストッパディスク１に接触すると直ちに、ストッパばね３は、導入された駆動モーメントと、ストッパばね３の変形により生じた抵抗モーメントとの間の均衡が生じるまで、変形する。図示された実施の形態では、不都合な影響を最小限に減じることができる。このために、一方で、抵抗モーメントの結果として生じる軸方向力が転がり軸受（針状ころ軸受２）を介してストッパディスク１に伝達される。他方では、駆動モーメントの偏差が、許容可能な小さな基準点変動をもたらし、当接時の慣性力の発生による機械的な負荷になお耐えられるように、ストッパばね３の剛性が高く選択されていてよい。

図３から図５には、当接時のスピンドル６と遊星ローラ４との間の回転運動を分離する種々異なる可能性が図示されている。この分離は、各構成によって局所的に行うことができる。

図３は、スリーブ１０とスラスト玉軸受との間の回転運動の分離を伴う、図２において説明した、遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面を示している。この場合、スリーブ１０とスラスト玉軸受ディスク１１との間には、滑り軸受１２が配置されている。

図４に図示された実施の形態では、スラスト玉軸受ディスク１１とストッパばね３との間の回転運動の分離が、当接時に針状ころ軸受２により行われる。

図５によれば、当接時に回転運動の局所的な分離が行われる。この場合、ストッパディスク１、ストッパばね３および針状ころ軸受２は、スピンドル端部に配置されている。予荷重ばね８により、スリーブ１０は常に一緒に移動させられ、包囲スリーブ１６は常にスラスト玉軸受ディスク１１に対して押圧されている。当接時に、包囲スリーブ１６は針状ころ軸受ディスク１７に接触する。抵抗モーメントが発生する。針状ころ軸受ディスク１７は、ストッパディスク１に接触するまで、軸方向に移動させられる。

ストッパばねは、図６および図７に示されているように、予荷重ばねに対して直列または並列に配置することができる。

図６は、予荷重ばね８に対して直列に配置されたストッパばね３を備える遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面を示している。直列配置の利点は、遊星ローラ４のための予荷重を比較的簡単に調節する可能性にある。なぜならば、この配置では、予荷重ばねのための比較的大きな構造空間によって、予荷重ばねを軟らかく設計することができるからである。全体剛性は、決定的に最も軟らかいばね、つまり予荷重ばねに合わせて調整される。

図７は、予荷重ばね８に対して並列に配置されたストッパばね３を備える遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面を示している。

ストッパの特性線は、ストッパばねの予荷重と、ストッパばねの剛性と、構造とによる影響を受け得る。図８から図１０では、様々な変形の可能性が、３つの特徴的な特性線と、特性線に付随する構造的な態様に基づき説明される。この場合、トルクは３つの全ての実施の形態において、０よりも大きく始まる。なぜならば、駆動モーメントの導入後には、遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構内に摩擦モーメントが常に作用するからである。点ｐ１は、図８〜図１０の３つ全ての図面において、ストッパディスク１と針状ころ軸受２とが接触する瞬間を示しており、この点からトルクが増大する。針状ころ軸受２およびストッパばね３は、３つ全ての実施の形態において、ストッパハウジング１３により取り囲まれており、ストッパハウジング１３は、半径方向で隙間嵌めによりピストン収容部１５に取り付けられている。ストッパハウジング１３および予荷重ばね８は、この場合、中央の切欠きを有している。これらの切欠きを通じて、ストッパディスク１は、針状ころ軸受２に接触する前に、進入することができる。

図８には、力を加えられていないストッパを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面と、付随する特徴的な特性線とが図示されている。ある程度のスピンドル回転角ｐ１においてストッパディスク１が針状ころ軸受２に接触すると、これにより軸方向で可動の構成要素がさらに軸方向で移動し、ストッパばね３の変位が始まる。この点から、トルクが連続的に上昇する。

図９は、予荷重を加えられたストッパを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面と、付随する特徴的な特性線とを示している。予荷重を加えられたストッパでは、トルクは位置ｐ１において、摩擦モーメントを起点として急激に高まり、次いで連続的にさらに上昇する。

図１０は、予荷重を加えられたストッパと付加的なストッパスリーブ１４とを有する遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構の断面と、付随する特徴的な特性線とを示している。付加的なストッパスリーブ１４を備えた、予荷重を加えられたストッパでは、トルクは位置ｐ１において、摩擦モーメントを起点として急激に高まり、次いでストッパばね３の圧縮段階の間は、ストッパスリーブ１４が針状ころ軸受２に接触する（位置ｐ２）まで引き続き連続的に上昇する。ストッパスリーブ１４は、さらに、ストッパばね３を強制的に完全に圧縮する必要なしに、規定された端部ストッパを提供する。

１ ストッパディスク
２ 針状ころ軸受
３ ストッパばね
４ 遊星ローラ
５ リングギヤ
６ スピンドル
７ 角度センサ
８ 予荷重ばね
９ ロータ
１０ スリーブ
１１ スラスト玉軸受ディスク
１２ 滑り軸受
１３ ストッパハウジング
１４ ストッパスリーブ
１５ ピストン収容部
１６ 包囲スリーブ
１７ 針状ころ軸受ディスク

Claims (10)

1. 遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構（ＰＷＧ）を備えるアクチュエータであって、スピンドル（６）に複数の遊星ローラ（４）が係合しており、前記遊星ローラ（４）は、該遊星ローラ（４）を取り囲むリングギヤ（５）に噛み合っており、前記遊星ローラ（４）は、前記スピンドル（６）に対して軸平行に延び、かつ遊星ローラキャリア内に、固有の長手方向軸線を中心に回転可能に配置されており、当該アクチュエータは、レリーズ運動を実現するための軸方向で可動の少なくとも１つの構成要素を有しており、該構成要素は、前記スピンドル（６）であるかまたは伝動装置ハウジング（１０）であり、軸方向で可動の前記構成要素の基準位置を特定する手段が組み込まれており、さらに、軸方向で可動の前記構成要素の基準位置を特定する前記手段は、ストッパばね（３）と、前記スピンドル（６）の角度変化を特定する角度センサ（７）とを含み、前記ストッパばね（３）は、前記スピンドル（６）を駆動するための電動モータを有している領域とは反対の側に配置されている、
   遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構（ＰＷＧ）を備えるアクチュエータ。
2. ストッパディスク（１）が、軸方向で不動の構成要素に関して軸方向で固定された位置に配置されている、請求項１記載のアクチュエータ。
3. ストッパディスク（１）が、前記スピンドル（６）に関して軸方向で固定された位置に配置されている、請求項１または２記載のアクチュエータ。
4. 軸方向で可動の前記構成要素の、ストッパディスク（１）の方向への軸方向の移動時に、軸方向でストッパディスク（１）とストッパばね（３）との間に配置されている針状ころ軸受（２）が前記ストッパディスク（１）に接触する、請求項１から３までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
5. ストッパディスク（１）と針状ころ軸受（２）とが接触した後の、軸方向で可動の前記構成要素の、前記ストッパディスク（１）の方向へのさらなる軸方向の移動が、前記ストッパばね（３）の変位を生じさせる、請求項４記載のアクチュエータ。
6. 前記ストッパばね（３）は、皿ばね、圧縮コイルばね、管状ばねまたは板ばねである、請求項１から５までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
7. 予荷重ばね（８）が、前記ストッパばね（３）に対して直列または並列に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
8. 前記針状ころ軸受（２）と前記ストッパばね（３）とを取り囲むストッパハウジング（１３）をさらに備え、該ストッパハウジング（１３）の内部に、前記ストッパばね（３）の圧縮を制限するために、ストッパスリーブ（１４）が前記ストッパばね（３）に作用接続して配置されている、請求項４または５記載のアクチュエータ。
9. 前記ストッパディスク（１）と前記針状ころ軸受（２）の当接時に、前記ストッパばね（３）が前記スピンドル（６）の回転運動から分離される、請求項４、５または８記載のアクチュエータ。
10. 遊星転動型ねじ山付きスピンドル機構（ＰＷＧ）を備えるアクチュエータの、軸方向で可動の構成要素の基準位置を特定する方法であって、
    ａ）前記アクチュエータに導入された駆動モーメントと、ストッパばね（３）の変形により生じた抵抗モーメントとを測定するステップと、
    ｂ）スピンドル（６）の回転角度を、該スピンドル（６）の軸方向で一方の端部に配置された角度センサ（７）により検出するステップと、
    ｃ）導入された駆動モーメントと、前記ストッパばねの変形により生じた抵抗モーメントとの間の均衡点を検出するステップと、
    を含み、
    前記ステップａ）〜ｃ）を実行可能である方法。

Images