JP7172823B2 - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられる回転式アクチュエータが知られている。特許文献１には、モータのモータ軸と平行に配置された出力軸を持つ２軸タイプのアクチュエータが開示されている。モータから出力軸までの動力伝達経路には減速機構が設けられている。減速機構は、サンギヤおよびリングギヤからなる第１減速部と、ドライブギヤおよびドリブンギヤからなる平行軸式の第２減速部とを有する。モータの回転は第１減速部により減速された後、第２減速部により減速されてから出力軸に伝達される。

モータおよび減速機構はケースに収容されている。ケースは、モータ側のアッパーケース部と、減速機構側のロアケース部とを有する。軸方向においてモータ側から順に第１減速部と第２減速部が配置されている。リングギヤはアッパーケース部にねじ締結されている。

特願２０１７－９８２７０号公報

回転式アクチュエータを複数種類の車両用変速機に搭載するためには、周辺部品の制約がある中で搭載性を確保する必要がある。そのため、回転式アクチュエータの小型化が求められている。一方で、作動時の応答性およびトルク性能も所定水準以上を満たす必要がある。そのため、単純にモータや減速機構を小型化することが出来ない。したがって、限られたスペースの中で搭載性および性能を満足させる必要がある。

特許文献１では、モータとドリブンギヤとの間に第１減速部が設けられている。ドリブンギヤは、アッパーケース部に固定されたリングギヤを避けるようにして歯部から出力軸まで延びるように段付き形状に形成されている。上記段付き部分をリングギヤの外側に配置する必要があることから、モータ軸と出力軸との軸間距離を短縮することができないという課題がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、性能を低下させることなく搭載性を向上させることができる回転式アクチュエータを提供することである。

本発明は、車両のシフトバイワイヤシステム（１１）に用いられる回転式アクチュエータであって、モータ（３０）と、モータのモータ軸（３３）と平行に配置された出力軸（４０）と、モータの回転を減速して出力軸に伝達する減速機構（５０）と、モータおよび減速機構を収容しているケース（６０）とを備える。

減速機構は、リングギヤ（５１）およびサンギヤ（５２）を含む第１減速部（７１）と、モータ軸上のドライブギヤ（５３）および出力軸上のドリブンギヤ（５４）を含む平行軸式の第２減速部（７２）とを有する。ドライブギヤは、軸方向においてモータと第１減速部との間に配置されている。

このようにモータ側から順に第２減速部と第１減速部を配置することにより、ドライブギヤは、段付き形状でなくともリングギヤを避けるように配置することが可能となる。そのため、段付き部分を無くす分だけモータ軸と出力軸との軸間距離を短縮することができる。これにより、性能を低下させることなく搭載性を向上させることができる。
サンギヤは、回転伝達用の穴部（５６）を有する。ドライブギヤは、穴部に係合する回転伝達用の凸部（５８）と、凸部よりも径方向内側でドリブンギヤと噛み合う歯部（７８）と、を有する。サンギヤは、穴部よりもサンギヤの径方向内側でリングギヤと噛み合う。

一実施形態による回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを示す模式図。 図１のシフトレンジ切替機構を説明する図。 一実施形態による回転式アクチュエータの断面図。 図３のＩＶ部拡大図。

［一実施形態］
以下、一実施形態による回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）を図面に基づき説明する。アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられている。

（シフトバイワイヤシステム）
先ず、シフトバイワイヤシステムの構成について図１および図２を参照して説明する。図１に示すように、シフトバイワイヤシステム１１は、変速機１２のシフトレンジを指令するシフト操作装置１３と、変速機１２のシフトレンジ切替機構１４を作動させるアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０の通電を実施する駆動回路１５と、制御回路１７とを備える。制御回路１７は、シフトレンジの指令信号に応じて駆動回路１５を制御してアクチュエータ１０を駆動する。駆動回路１５および制御回路１７は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１８を構成している。

図２に示すように、シフトレンジ切替機構１４は、変速機１２（図１参照）内の油圧作動機構への油圧の供給を制御するレンジ切替弁２０と、シフトレンジを保持するディテントスプリング２１およびディテントレバー２２と、シフトレンジがパーキングレンジに切り替えられるとき変速機１２の出力軸のパークギヤ２３にパークポール２４を嵌合させて、出力軸の回転をロックするパークロッド２５と、ディテントレバー２２と一体に回転するマニュアルシャフト２６と、を備える。

シフトレンジ切替機構１４は、マニュアルシャフト２６とともにディテントレバー２２を回転させて、ディテントレバー２２に連結されたレンジ切替弁２０の弁体２７およびパークロッド２５を目標シフトレンジに対応した位置に移動させる。シフトバイワイヤシステム１１では、こうしたシフトレンジの切り替えを電動で行うために、マニュアルシャフト２６にアクチュエータ１０を連結している。

（アクチュエータ）
次に、アクチュエータ１０の構成について説明する。図３に示すように、アクチュエータ１０は、動力発生源としてのモータ３０と、モータ３０に対して平行に配置された出力軸４０と、モータ３０の回転を減速して出力軸４０に伝達する減速機構５０と、モータ３０、出力軸４０および減速機構５０を収容しているケース６０と、回転位置検出部８０とを備える。

ケース６０は、モータ３０側に位置する筒状のアッパーケース部６１、および、減速機構５０側に位置するカップ状のロアケース部６２を有する。アッパーケース部６１は、一端部６３と他端部６４との間に隔壁部６５を形成している。一端部６３の内側には、駆動回路および制御回路（図１参照）を搭載した制御基板６６が設けられている。制御基板６６は、例えば熱かしめにより隔壁部６５に固定されている。制御基板６６は鉄製のプレートカバー６７によりカバーされており、これによりシールド性が確保される。ロアケース部６２は、他端部６４に組付けられている。ロアケース部６２は、アッパーケース部６１とは反対側に突き出す筒状突出部６９を形成している。マニュアルシャフト２６は、筒状突出部６９を挿通するように配置される。

モータ３０は、他端部６４のプレートケース６８に圧入固定されているステータ３１と、ステータ３１の内側に設けられているロータ３２と、ロータ３２と共に回転軸心ＡＸ１まわりに回転するモータ軸３３とを有する。モータ軸３３は、プレートケース６８に設けられた軸受３４と、ロアケース部６２に設けられた軸受３５とにより回転可能に支持されている。またモータ軸３３は、ロータ３２に対してロアケース部６２側に、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心部３６を有する。モータ３０は、ステータ３１を構成する三相巻線３８への通電電流を制御回路（図１参照）にて制御することにより双方向に回転でき、また、所望の回転位置で停止させることができる。プレートカバー６７は通孔を有しており、この通孔にはプラグ３９が取り付けられている。故障時にはプラグ３９を外すことで、モータ軸３３を手動で回転させることができる。

減速機構５０は、リングギヤ５１およびサンギヤ５２を含む第１減速部７１と、ドライブギヤ５３およびドリブンギヤ５４を含む平行軸式の第２減速部７２とを有する。リングギヤ５１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられている。サンギヤ５２は、偏心部３６に嵌合する軸受５５により偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持され、リングギヤ５１に内接するように噛み合っている。サンギヤ５２は、モータ軸３３が回転すると、回転軸心ＡＸ１まわりに公転しながら偏心軸心ＡＸ２まわりに自転する遊星運動を行う。このときのサンギヤ５２の自転速度は、モータ軸３３の回転速度に対して減速される。サンギヤ５２は、回転伝達用の穴部５６を有する。

ドライブギヤ５３は、回転軸心ＡＸ１上に設けられており、モータ軸３３に嵌合する軸受５７により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。またドライブギヤ５３は、穴部５６に挿入された回転伝達用の凸部５８を有する。サンギヤ５２の自転は、穴部５６と凸部５８との係合によりドライブギヤ５３に伝達される。穴部５６および凸部５８は伝達機構５９を構成している。ドリブンギヤ５４は、回転軸心ＡＸ１と平行であり且つ筒状突出部６９と同軸である回転軸心ＡＸ３上に設けられ、ドライブギヤ５３に外接するように噛み合っている。ドリブンギヤ５４は、ドライブギヤ５３が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると、回転軸心ＡＸ３まわりに回転する。このときのドリブンギヤ５４の回転速度は、ドライブギヤ５３の回転速度に対して減速される。

出力軸４０は、筒状に形成され、回転軸心ＡＸ３上に設けられている。隔壁部６５は、回転軸心ＡＸ３と同軸の貫通支持孔８９を有する。出力軸４０は、貫通支持孔８９に嵌合する第１つば付きブッシュ４６と、筒状突出部６９の内側に嵌合する第２つば付きブッシュ４７とにより回転軸心ＡＸ３まわりに回転可能に支持されている。ドリブンギヤ５４は、出力軸４０とは別部材であり、出力軸４０の外側に嵌合し、当該出力軸４０に回転伝達可能に連結されている。マニュアルシャフト２６は、出力軸４０の内側に挿入され、例えばスプライン嵌合により出力軸４０に回転伝達可能に連結される。

出力軸４０の一端部４１は、第１つば付きブッシュ４６により回転可能に支持されている。出力軸４０の他端部４２は、第２つば付きブッシュ４７により回転可能に支持されている。ドリブンギヤ５４は、第１つば付きブッシュ４６の第１つば部４８と第２つば付きブッシュ４７の第２つば部４９とに挟まれる形で軸方向に支持されている。なお、他の実施形態では、ドリブンギヤ５４は、例えばケース６０や他のプレート等から構成される一対の支持部に挟まれる形で軸方向に支持されてもよい。

回転位置検出部８０は、磁気回路部８１および磁気センサ８２を有する。磁気回路部８１は、出力軸４０に取り付けられている。具体的には、磁気回路部８１は、ホルダ８３とマグネット８４とが一体的に成形されてなる。ホルダ８３は、スラスト方向の位置がアッパーケース部６１により規制され、また、ラジアル方向の位置が出力軸４０により規制される。回転位置検出部８０は、出力軸４０およびそれと一体に回転するマニュアルシャフト２６の回転位置を検出し、ＥＣＵ１８に出力する。なお、他の実施形態では、磁気回路部は、出力軸またはそれと一体に回転する部材（例えばマニュアルシャフトなど）に設けられてもよい。例えば、磁気回路部のホルダが出力軸またはマニュアルシャフトと同一部品から構成され、磁気回路部のマグネットが上記ホルダに一体に固定（例えば接着、一体成形など）されてもよい。

ホルダ８３は、一端部４１の内側に挿入されている。ホルダ８３と一端部４１との間にはＯリング８５が設けられている。ホルダ８３の出力軸４０側の端部は有底穴８６を有する。有底穴８６には、スプリング８７が嵌められている。スプリング８７は、マニュアルシャフト２６の端部に形成された二面幅部２８をスプリング力により保持しており、マニュアルシャフト２６との隙間をなくしている。

出力軸４０の他端部４２と筒状突出部６９との間にはＸリング８８が設けられている。従来は、アクチュエータと変速機のトランスミッションケースとの間に設けられるシール部材によりシールする構造であった。しかし上記位置にＸリング８８が設けられることで、アクチュエータ１０単体でシール性を保証することができるようになった。

（減速機構）
次に、減速機構５０およびそれらの周辺箇所の構成について説明する。図４に示すように、リングギヤ５１はロアケース部６２に固定されている。本実施形態では、リングギヤ５１は圧入により固定されている。なお、他の実施形態では、リングギヤ５１は、例えばロアケース部６２にインサート成形されてもよいし、ねじ等の締結部材により固定されてもよい。

ドライブギヤ５３は、軸方向においてモータ３０と第１減速部７１との間に配置されている。つまり、ドライブギヤ５３は、アッパーケース部６１に固定されたモータ３０と、ロアケース部６２の底部に固定された第１減速部７１との間のスペースに配置されている。これにより、ドライブギヤ５３とリングギヤ５１とが軸方向でオーバーラップしないようになっている。

ドリブンギヤ５４は、ドライブギヤ５３と噛み合う噛合部７３と、出力軸４０に嵌合する嵌合部７４と、嵌合部７４と噛合部７３とを接続するプレート部７５とを有する。嵌合部７４と噛合部７３とは、軸方向位置が互いにオーバーラップするように配置されている。プレート部７５は、嵌合部７４から噛合部７３まで径方向へ延びるストレート形状である。プレート部７５と比べて噛合部７３は厚肉とされることでギヤ強度が確保されている。

伝達機構５９の穴部５６はサンギヤ５２に設けられ、また凸部５８はドライブギヤ５３に設けられている。穴部５６は、軸方向においてサンギヤ５２を支持する軸受５５とオーバーラップするように設けられている。そして、凸部５８と穴部５６との係合箇所も同様に、軸方向において軸受５５とオーバーラップするようになっている。

ドライブギヤ５３は、小径部７６および大径部７７を有する段付き形状である。小径部７６はモータ３０側に位置し、大径部７７はサンギヤ５２側に位置する。凸部５８は、大径部７７の外周部から軸方向へ突出している。ドライブギヤ５３は、凸部５８よりも径方向内側でドリブンギヤ５４と噛み合う歯部７８を有する。歯部７８は、軸方向位置がドライブギヤ５３の途中で止まっている止まり形状の歯である。

（効果）
以上説明したように、本実施形態では、アクチュエータ１０は、モータ３０と、モータ３０のモータ軸３３と平行に配置された出力軸４０と、モータ３０の回転を減速して出力軸４０に伝達する減速機構５０と、モータ３０および減速機構５０を収容しているケース６０とを備える。

減速機構５０は、リングギヤ５１およびサンギヤ５２を含む第１減速部７１と、モータ軸３３上のドライブギヤ５３および出力軸４０上のドリブンギヤ５４を含む平行軸式の第２減速部７２とを有する。ドライブギヤ５３は、軸方向においてモータ３０と第１減速部７１との間に配置されている。

このようにモータ３０側から順に第２減速部７２と第１減速部７１を配置することにより、ドライブギヤ５３は、段付き形状でなくともリングギヤ５１を避けるように配置することが可能となる。そのため、段付き部分を無くす分だけモータ軸３３と出力軸４０との軸間距離を短縮することができる。これにより、性能を低下させることなく搭載性を向上させることができる。

また、ドライブギヤ５３から段付き部分を無くす分だけ軽量化およびイナーシャ低減を図ることができる。そのため、耐振性、応答性および位置制御性が向上する。

また、本実施形態では、ケース６０は、モータ３０側に位置する筒状のアッパーケース部６１、および、減速機構５０側に位置するカップ状のロアケース部６２を有する。リングギヤ５１は、ロアケース部６２に固定されている。これにより、第１減速部７１をロアケース部６２寄りに配置し、モータ３０と第１減速部７１との間に第２減速部７２の配置スペースを確保することができる。

また、本実施形態では、ドリブンギヤ５４は、ドライブギヤ５３と噛み合う噛合部７３と、出力軸４０に嵌合する嵌合部７４と、嵌合部７４と噛合部７３とを接続するプレート部７５とを有する。プレート部７５は、嵌合部７４から噛合部７３まで径方向へ延びるストレート形状である。これにより、ドライブギヤ５３から段付き部分を無くす分だけ軽量化およびイナーシャ低減を図ることができる。そのため、耐振性、応答性および位置制御性が向上する。

また、本実施形態では、サンギヤ５２は、回転伝達用の穴部５６を有する。ドライブギヤ５３は、穴部５６に係合する回転伝達用の凸部５８と、凸部５８よりも径方向内側でドリブンギヤ５４と噛み合う歯部７８とを有する。このように歯部７８を比較的内側に配置することにより、第２減速部７２のギヤ比を大きくすることができる。これにより、従来技術と同等またはそれ以上のギヤ比を確保しつつモータ軸３３と出力軸４０との軸間距離を短縮することができるので、アクチュエータ１０を小型化できる。また、第２減速部７２のギヤ噛み合い部への荷重が低減する。これにより、ドリブンギヤ５４の歯幅を薄くすることができるので、アクチュエータ１０を薄型化できる。

また、減速機構５０全体の減速比を従来技術と同等にすることを考えたとき、歯部７８を比較的内側に配置して第２減速部７２のギヤ比を大きくした場合、第１減速部７１のギヤ比を小さくすることができる。そのため、第１減速部７１を小型化および軽量化できる。また、リングギヤ５１およびサンギヤ５２の小型化、軽量化により、耐振性、応答性および位置制御性が向上する。

また、ドライブギヤが穴部を有し、サンギヤが凸部を有する形態と比べると、サンギヤ５２の荷重作用点（すなわち穴部５６と凸部５８との当接中央箇所）を、軸方向において、サンギヤ５２を支持する軸受５５の中心部に近づけることができる。これにより軸受負荷が低減し、軸受５５を従来の２つから１つに減らすことができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、穴部がドライブギヤに設けられ、凸部がサンギヤに設けられてもよい。また、他の実施形態では、歯部が凸部よりも径方向外側に位置していてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０：回転式アクチュエータ １１：シフトバイワイヤシステム
３０：モータ ３３：モータ軸
４０：出力軸 ５０：減速機構
５１：リングギヤ ５２：サンギヤ
５３：ドライブギヤ ５４：ドリブンギヤ
６０：ケース ７１：第１減速部
７２：第２減速部

Claims (6)

1. 車両のシフトバイワイヤシステム（１１）に用いられる回転式アクチュエータであって、
   モータ（３０）と、
   前記モータのモータ軸（３３）と平行に配置された出力軸（４０）と、
   前記モータの回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構（５０）と、
   前記モータおよび前記減速機構を収容しているケース（６０）と、
   を備え、
   前記減速機構は、リングギヤ（５１）およびサンギヤ（５２）を含む第１減速部（７１）と、前記モータ軸上のドライブギヤ（５３）および前記出力軸上のドリブンギヤ（５４）を含む平行軸式の第２減速部（７２）とを有し、
   前記ドライブギヤは、軸方向において前記モータと前記第１減速部との間に配置されており、
   前記サンギヤは、回転伝達用の穴部（５６）を有し、
   前記ドライブギヤは、前記穴部に係合する回転伝達用の凸部（５８）と、前記凸部よりも径方向内側で前記ドリブンギヤと噛み合う歯部（７８）と、を有し、
   前記サンギヤは、前記穴部よりも前記サンギヤの径方向内側で前記リングギヤと噛み合う回転式アクチュエータ。
2. 前記ケースは、前記モータ側に位置するアッパーケース部（６１）と、前記減速機構側に位置するロアケース部（６２）とを有し、
   前記リングギヤは前記ロアケース部に固定されている請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記ドリブンギヤは、前記ドライブギヤと噛み合う噛合部（７３）と、前記出力軸に嵌合する嵌合部（７４）と、前記嵌合部と前記噛合部とを接続するプレート部（７５）とを有し、
   前記プレート部は、前記嵌合部から前記噛合部まで径方向へ延びるストレート形状である請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記噛合部は、前記プレート部と比べ肉厚が大きい請求項３に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記嵌合部は、前記プレート部と比べ肉厚が大きい請求項４に記載の回転式アクチュエータ。
6. 前記モータの一部（３８）は、前記嵌合部の径方向外側に位置している請求項５に記載の回転式アクチュエータ。

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