JP6837559B2

JP6837559B2 - 車載用アクチュエータ

Info

Publication number: JP6837559B2
Application number: JP2019535505A
Authority: JP
Inventors: 將敏春名
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: JPWO2019030856A1; WO2019030856A1

Description

この発明は、回転出力タイプの車載用アクチュエータに関するものである。

回転出力タイプのアクチュエータ（以下、回転式アクチュエータと称する）は、モータの回転トルクを歯車変速機構によって所望のトルクおよび回転速度に加減速して、各種機器を作動させる。従来の回転式アクチュエータにおいて、モータ軸と出力軸とは、平ギアまたはウォーム減速機構を介して平行または直交した位置関係に配置される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１８０４５６号公報

回転式アクチュエータの耐熱許容温度は、出力軸の回転角度を検出するための電子部品であるポジションセンサの耐熱許容温度によって決定される。上述のような従来の回転式アクチュエータが車両に搭載された場合、回転式アクチュエータの構造上、ポジションセンサがターボチャージャの熱源に近い位置に配置されるため、耐熱許容温度に到達するまでの使用可能時間が短いという課題があった。

また、従来の回転式アクチュエータにおける出力軸は、減速機構の軸間距離だけモータ軸から平行または直交方向にオフセットした位置に配置されるため、回転式アクチュエータが大型であるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転式アクチュエータの耐熱性を向上させること、および小型化することを目的とする。

この発明に係る車載用アクチュエータは、中空のモータ軸を有するモータと、モータ軸の内部を貫通して両端部がモータ軸から突出した出力軸と、モータ軸と前記出力軸との間に設けられて当該モータ軸の内部で出力軸を保持する軸受と、モータ軸から突出した出力軸の一端部側に配置され、モータ軸の回転力を出力軸へ伝達する変速機構と、モータ軸から突出した出力軸の他端部側に配置され、出力軸の回転角度を検出するポジションセンサとを備えるものである。

この発明によれば、耐熱性の低いポジションセンサを熱源から遠い位置に配置することにより回転式アクチュエータの耐熱性を向上させることができる。また、モータ軸と出力軸とを同軸上に配置することにより回転式アクチュエータを小型化できる。

実施の形態１に係る回転式アクチュエータの構成例を示す断面図である。実施の形態１に係る回転式アクチュエータの理解を助けるための参考例であり、モータ軸と出力軸が平行に配置された例を示す断面図である。実施の形態１に係る回転式アクチュエータの理解を助けるための参考例であり、熱源とポジションセンサとの位置関係を示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転式アクチュエータ１の構成例を示す断面図である。この回転式アクチュエータ１は、出力軸２に連結されたレバー３を回転させるものである。レバー３の先には図示しないターボチャージャの可変翼（ＶＧ）、排気再循環（ＥＧＲ）バルブ、またはウェイストゲート（ＷＧ）バルブ等が接続され、これらは回転式アクチュエータ１によって作動される。

まず、回転式アクチュエータ１の構成を説明する。
モータ４は、モータ軸５を回転させる駆動源である。モータ４は、モータ軸５、整流子６、ブラシ７、コイル８、マグネット９、およびヨーク１０を含むブラシ付きＤＣモータであり、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等により構成されたモータハウジング１３に被覆される。モータハウジング１３の内部には、モータ軸５の軸方向の両端部に２つの軸受１１，１２が設置され、軸受１１，１２はモータ軸５を回転自在に支持する。モータ軸５の外周面には整流子６、コイル８および変速機構２０の太陽ギア２１が固定される。モータハウジング１３における整流子６の外周側には、ブラシ７が設置される。モータハウジング１３におけるコイル８の外周側には、マグネット９およびヨーク１０が設置される。なお、モータ４は、ブラシ付きＤＣモータに限定されるものでなく、モータ軸５を回転させるものであればよい。

モータ軸５は、中空構造であり、モータ軸５の内部を出力軸２が貫通している。モータ軸５と出力軸２との間は、空間であってもよいし、軸受１４が設置されていてもよい。モータ軸５を貫通して突出した出力軸２の一端部には、ポジションセンサ３０のターゲットであるセンサマグネット３１が固定される。モータ軸５を貫通して突出した出力軸２の他端部には、変速機構２０のキャリア２２が固定される。出力軸２およびモータ軸５は、ステンレス鋼等の非磁性体またはスチール等の磁性体で構成される。非磁性体で構成された出力軸２およびモータ軸５は高価であるが、モータ４に発生するノイズの影響を受けにくい等の特性があり回転式アクチュエータ１の出力が大きい。磁性体で構成された出力軸２およびモータ軸５は安価であるが回転式アクチュエータ１の出力が小さい。

変速機構２０は、モータ軸５の回転力を加減速させ、トルクを増減させて出力軸２へ伝達する変速機構であり、モータ軸５と出力軸２とを同軸上に配置可能である。変速機構２０は、スチールまたは樹脂等により構成された太陽ギア２１、キャリア２２、遊星ギア２３、およびリングギア２４を含む遊星減速機構であり、アルミ等により構成されたギアハウジング２５に被覆される。太陽ギア２１はモータ軸５に固定され、キャリア２２は出力軸２に固定される。キャリア２２は、太陽ギア２１およびリングギア２４に噛み合う遊星ギア２３を、回転可能に支持する。なお、遊星ギア２３は、１つでもよいし、複数でもよい。リングギア２４は、ギアハウジング２５の内周面に形成される。また、ギアハウジング２５の内部には、軸受２６が設置され、軸受２６は出力軸２を回転自在に支持する。なお、変速機構２０は、遊星減速機構に限定されるものではなく、ハイポサイクロイド機構または波動歯車機構等のモータ軸５と出力軸２とを同軸上に配置できるものであればよい。

モータ軸５を貫通して突出した出力軸２の一端部側は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂等により構成されたセンサハウジング３２に被覆される。この一端部には、センサマグネット３１が固定される。センサマグネット３１は、例えば樹脂で被覆され、この樹脂部分が圧入、かしめ、または溶着等によって出力軸２の一端部に固定される。センサハウジング３２におけるセンサマグネット３１の対向位置には、ポジションセンサ３０が設置される。ポジションセンサ３０は、出力軸２の回転角度に相当するセンサマグネット３１の磁界を検出する。このポジションセンサ３０は、ホールＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等の耐熱性の低い電子部品であるため、先立って説明したようにポジションセンサ３０の耐熱許容温度により回転式アクチュエータ１の耐熱許容温度が決定される。また、センサハウジング３２にはコネクタ３３が形成される。

次に、回転式アクチュエータ１の動作を説明する。
コネクタ３３に通電されると、ブラシ７、整流子６、およびコイル８へ電流が流れ、コイル８と共にモータ軸５が回転する。モータ軸５と共に太陽ギア２１が回転すると、太陽ギア２１に噛み合う遊星ギア２３が、自転しながらモータ軸５を中心に公転する。遊星ギア２３の公転回転成分がキャリア２２により出力軸２に伝達され、出力軸２が回転することによってレバー３が作動する。ポジションセンサ３０は、出力軸２と共に回転するセンサマグネット３１の磁界を検出して出力軸２の回転角度に変換し、コネクタ３３を介して外部出力する。ポジションセンサ３０が検出した出力軸２の回転角度はフィードバック制御に使用され、モータ４への通電方向および印加デューティが決定される。

次に、回転式アクチュエータ１の効果を説明する。
図２は、実施の形態１に係る回転式アクチュエータ１の理解を助けるための参考例であり、モータ軸１０５と出力軸１０２が平行に配置された回転式アクチュエータ１００の断面図である。参考例において、モータ１０４のモータ軸１０５と、レバー１０３が連結された出力軸１０２との間には、ピニオンギア１２１および平ギア１２２，１２３を含む変速機構１２０が介在する。変速機構１２０は、モータ軸１０５の回転力を減速させ、トルクを増大させて出力軸１０２に伝達する。出力軸１０２の回転角度を検出するポジションセンサ１３０およびセンサマグネット１３１は、出力軸１０２の上端部に配置される。

図３は、実施の形態１に係る回転式アクチュエータ１の理解を助けるための参考例であり、熱源とポジションセンサ１３０との位置関係を示す図である。ターボチャージャ２００は、コンプレッサホイールを内蔵したコンプレッサハウジング２０１と、タービンホイールを内蔵したタービンハウジング２０２とを備える。タービンホイールが排気ガスを利用して回転すると、タービンホイールに連結されたコンプレッサホイールも回転してエンジンの吸気を圧縮する。排気ガスが流れるタービンハウジング２０２は高温になり、熱源となる。ターボチャージャ２００に設置された回転式アクチュエータ１００におけるポジションセンサ１３０は、変速機構１２０の先の出力軸１０２先端側に配置されており、熱源側になるレバー１０３に近い位置に配置されている。そのため、ポジションセンサ１３０は、実使用環境において耐熱許容温度に到達するまでの使用可能時間が短い。

これに対し、実施の形態１のポジションセンサ３０は、変速機構２０とモータ４の先の出力軸１０２先端側に配置されており、回転式アクチュエータ１００におけるポジションセンサ１３０に比べて、熱源側になるレバー３から離れた位置に配置されている。そのため、回転式アクチュエータ１が図３に示される回転式アクチュエータ１００と同じ位置に設置された場合、実使用環境においてポジションセンサ３０の耐熱許容温度に到達するまでの使用可能時間を長くすることができ、回転式アクチュエータ１の耐熱許容温度を向上させることができる。また、回転式アクチュエータ１の耐熱許容温度を向上させたことにより、使用可能時間を長くする代わりにモータ４へ供給する電流を高くすることもでき、電流を高くすることで回転式アクチュエータ１の出力可能トルクを向上させることができる。

また、図２および図３に示される参考例の回転式アクチュエータ１００は、モータ軸１０５と出力軸１０２とが平行に配置された構成であるため、図２の矢印Ａの方向から見た投影面積が大きく、大型である。

これに対し、実施の形態１に係る回転式アクチュエータ１は、遊星減速機構等を用いた同軸減速方式であるため、図１の矢印Ａの方向から見た投影面積を小さくすることができ、回転式アクチュエータ１を小型化できる。また、遊星減速機構の遊星ギア２３の数を増やすことにより、遊星ギア２３ひとつあたりに対する負荷は小さくなる。そのため、遊星減速機構を構成する遊星ギア２３等の各部品の材質を低強度および低コストのものにすることができ、また、各部品に施す熱処理を低コストのものにすることができる。よって、回転式アクチュエータ１の小型化によるレイアウトの設計自由度向上を図りつつ、回転式アクチュエータ１のコストダウンを図ることが可能である。

以上のように、実施の形態１に係る回転式アクチュエータ１は、中空のモータ軸５を有するモータ４と、モータ軸５の内部を貫通して両端部がモータ軸５から突出した出力軸２と、モータ軸５から突出した出力軸２の一端部側に配置され、モータ軸５の回転力を出力軸へ伝達する変速機構２０と、モータ軸５から突出した出力軸２の他端部側に配置され、出力軸２の回転角度を検出するポジションセンサ３０とを備える。この構成により、耐熱性の低いポジションセンサ３０を熱源から遠い位置に配置することができるので、回転式アクチュエータ１の耐熱性を向上させることができる。また、モータ軸５と出力軸２とを同軸上に配置することができるので、回転式アクチュエータ１を小型化できる。

また、実施の形態１の出力軸２は非磁性体であり、モータ軸５から突出した出力軸２の他端部には、ポジションセンサ３０のターゲットであるセンサマグネット３１が固定されている。出力軸２のセンサマグネット３１固定部近傍を非磁性体で構成することにより、ポジションセンサ３０は、モータ４が発生するノイズおよび外部磁界の影響を受けにくくなる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る回転式アクチュエータは、耐熱性を向上させるようにしたので、高温になるターボチャージャ付近に設置される車載用アクチュエータなどに用いるのに適している。

１，１００回転式アクチュエータ（車載用アクチュエータ）、２，１０２出力軸、３，１０３レバー、４，１０４モータ、５，１０５モータ軸、６整流子、７ブラシ、８コイル、９マグネット、１０ヨーク、１１，１２軸受、１３モータハウジング、１４軸受、２０，１２０変速機構、２１太陽ギア、２２キャリア、２３遊星ギア、２４リングギア、２５ギアハウジング、２６軸受、３０，１３０ポジションセンサ、３１，１３１センサマグネット、３２センサハウジング、３３コネクタ、１２１ピニオンギア、１２２，１２３平ギア。

Claims

中空のモータ軸を有するモータと、
前記モータ軸の内部を貫通して両端部が前記モータ軸から突出した出力軸と、
前記モータ軸と前記出力軸との間に設けられて当該モータ軸の内部で前記出力軸を保持する軸受と、
前記モータ軸から突出した前記出力軸の一端部側に配置され、前記モータ軸の回転力を前記出力軸へ伝達する変速機構と、
前記モータ軸から突出した前記出力軸の他端部側に配置され、前記出力軸の回転角度を検出するポジションセンサと、
を備える車載用アクチュエータ。
前記出力軸は非磁性体であり、前記モータ軸から突出した前記出力軸の他端部には、前記ポジションセンサのターゲットであるマグネットが固定されていること
を特徴とする請求項１記載の車載用アクチュエータ。
ターボチャージャの可変翼を作動させること
を特徴とする請求項１記載の車載用アクチュエータ。
ターボチャージャの排気再循環バルブを作動させること
を特徴とする請求項１記載の車載用アクチュエータ。
ターボチャージャのウェイストゲートバルブを作動させること
を特徴とする請求項１記載の車載用アクチュエータ。
前記変速機構は、遊星減速機構であること
を特徴とする請求項１記載の車載用アクチュエータ。