JP7172824B2 - 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、ドライブギヤおよびドリブンギヤからなる平行軸式減速部を有する。

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、作動中のフェイルセーフ時の最大トルク、およびディテントプレートの駐車位置からの解除トルクを考慮した減速機構のギヤ強度が必要であり、ギヤの歯部の噛み合い長さの確保が必要である。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ギヤ強度を満足させる必要がある。

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、ギヤ強度を確保しつつ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）とを備える。

減速機構は、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）を含む平行軸式減速部（７２）を有する。モータ軸の軸方向において減速機構に対するモータ側を軸方向一方とし、モータに対する減速機構側を軸方向他方とする。ドリブンギヤの歯部（７３）の軸方向一方側の端（Ｅ１）は、モータのステータの軸方向他方側の端（Ｅ２）よりも軸方向一方に配置されている。

このようにステータの径方向内側のスペースを有効活用して、ドリブンギヤの歯部とステータとを軸方向にオーバーラップさせることで、減速機構をモータ側に寄せて配置することができる。そのため、ドライブギヤとドリブンギヤとの噛み合い長さを確保しつつ、上記オーバーラップさせる分だけ回転式アクチュエータの装置体格を軸方向に小型化することができる。これにより、ギヤ強度を確保しつつ搭載性を向上させることができる
ステータは、ステータコア（９１）、ステータコアに装着された絶縁部材であるインシュレータ（９４）、および、インシュレータに巻かれたコイル（３８）を有する。ドリブンギヤの歯部（７３）の軸方向一方側の端（Ｅ１）は、ステータの一部であるインシュレータの軸方向他方側の端（Ｅ２）よりも軸方向一方に配置されている。

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。 図３のステータおよびドリブンギヤをＶ方向から見た図。

［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を構成するコイル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を含む平行軸式減速部である第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と噛み合うドリブン歯部７３と、出力軸４０に回転伝達可能に嵌合した連結部７４と、連結部７４とドリブン歯部７３とを接続するプレート部７５とを有する。連結部７４とドリブン歯部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。

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、サンギヤ５２を支持する軸受５５と軸方向において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、軸受５５と軸方向において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と噛み合うドライブ歯部７８を有する。ドライブ歯部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。

以下の説明では、モータ軸３３の軸方向において減速機構５０に対するモータ３０側を軸方向一方とし、モータ３０に対する減速機構５０側を軸方向他方とする。

ドリブンギヤ５４のドリブン歯部７３の軸方向一方側の端Ｅ１は、ステータ３１の軸方向他方側の端Ｅ２よりも軸方向一方に配置されている。すなわち、ドリブン歯部７３およびステータ３１は、軸方向において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、ステータ３１の端Ｅ２よりも軸方向他方に配置されている。プレート部７５は、連結部７４からドリブン歯部７３まで径方向へ延びるストレート形状である。ドリブン歯部７３の軸方向厚みはプレート部７５の軸方向厚みよりも大きくなっている。ドリブン歯部７３は、プレート部７５に対して軸方向他方に突き出すことなく、軸方向一方にのみ突き出している。

図３～図５に示すように、ステータ３１は、ステータコア９１と、ステータコア９１に装着された絶縁部材であるインシュレータ９４と、インシュレータ９４のボビン部９５に巻かれたコイル３８とを有する。ステータコア９１は、環状のバックヨーク部９２と、バックヨーク部９２から径方向内側に突き出すティース部９３とを有する。インシュレータ９４は、ステータコア９１に被さるように装着されている。

インシュレータ９４は、軸方向他方側においてコイル３８に対して径方向外側で当該コイル３８を保持している突起９６を有する。突起９６は、ティース部９３、ボビン部およびコイル３８からなるスロット９７に対応して設けられており、周方向において所定間隔を空けて並ぶように複数配置されている。

ステータ３１は、軸方向他方側においてスロット９７間の位置に隙間９８を形成している。隙間９８は、所定の円周上において周方向に間隔を空けて並ぶように設けられている。各隙間９８のうち特定隙間９８１は、一対の突起９６の間であって、ドリブンギヤ５４が回転するときのドリブン歯部７３の軌跡Ｔｇ上の二箇所に形成されている。ドリブン歯部７３は、ドリブンギヤが回転するとき特定隙間９８１を通過する。

（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とを備える。

減速機構５０は、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を有する。ドリブンギヤ５４のドリブン歯部７３の軸方向一方側の端Ｅ１は、ステータ３１の軸方向他方側の端Ｅ２よりも軸方向一方に配置されている。

このようにステータ３１の径方向内側のスペースを有効活用して、ドリブンギヤ５４のドリブン歯部７３とステータ３１とを軸方向にオーバーラップさせることで、減速機構５０をモータ３０側に寄せて配置することができる。そのため、ドライブギヤ５３とドリブンギヤ５４との噛み合い長さを確保しつつ、上記オーバーラップさせる分だけアクチュエータ１０の装置体格を軸方向に小型化することができる。これにより、ギヤ強度を確保しつつ搭載性・耐振性を向上させることができる。

また、本実施形態では、ドリブンギヤ５４は、ドライブギヤ５３と噛み合っているドリブン歯部７３と、出力軸４０に回転伝達可能に設けられている連結部７４と、ドリブン歯部７３と連結部７４とを接続しているプレート部７５とを有する。ドリブン歯部７３の軸方向厚みはプレート部７５の軸方向厚みよりも大きい。ギヤ強度向上において必要なドリブン歯部７３のみを厚くすることにより、ギヤ軽量化およびイナーシャ低減を図り、耐振性、応答性および位置制御性が向上する。

ここで、ギヤ強度確保のために浸炭処理を施すことが考えられるが、熱処理歪みによりギヤ歯部精度が確保できない懸念がある。そのため、本実施形態のようにドリブン歯部７３のみを厚くすることで噛み合い長さを確保し、ギヤ強度向上を図ることができる。

また、本実施形態では、ドリブン歯部７３は、プレート部７５に対して軸方向一方にのみ突き出している。これにより、噛み合い長さが同等である場合、歯部が軸方向両側に突き出す形態と比べて、減速機構５０をできるだけモータ３０側に寄せて配置することができる。

また、本実施形態では、減速機構５０は、リングギヤ５１およびサンギヤ５２を含み、モータ軸３３の回転を減速する第１減速部７１と、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、第１減速部７１の出力回転を減速する第２減速部７２とを有する。プレート部７５は、連結部７４からドリブン歯部７３まで径方向へ延びるストレート形状である。従来は各減速部の配置の制約によりプレート部を段付き形状にする必要があったが、本実施形態のように各減速部を配置することでプレート部７５をストレート形状にすることが可能となる。これによりドリブンギヤ５４の軽量化およびイナーシャ低減を図ることができ、耐振性、応答性および位置制御性が向上する。また、ストレート形状のプレート部７５は製造が容易である。

また、本実施形態では、ステータ３１は、軸方向他方側においてステータ３１のスロット９７間の位置に特定隙間９８１を形成している。ドリブン歯部７３は、ドリブンギヤ５４が回転するとき特定隙間９８１を通過する。これにより、スペースを有効活用し、減速機構５０を軸方向に拡大することなくギヤ噛み合い長さを確保することができる。

また、本実施形態では、ステータ３１のインシュレータ９４は、軸方向他方側においてステータ３１のコイル３８に対して径方向外側で当該コイル３８を保持している突起９６を有する。特定隙間９８１は、一対の突起９６の間であって、ドリブンギヤ５４が回転するときのドリブン歯部７３の軌跡Ｔｇ上の二箇所に形成されている。これにより、ドリブンギヤ５４の回転方向の両側のスペースを有効活用し、減速機構５０を軸方向に拡大することなくギヤ噛み合い長さを確保することができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、減速機構は、少なくとも平行軸式減速部を有していればよい。また、他の実施形態では、ドリブンギヤが出力軸と同一部材から構成されてもよい。また、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
５３：ドライブギヤ ５４：ドリブンギヤ
７１：第１減速部 ７２：第２減速部
７３：ドリブン歯部（歯部） Ｅ１：軸方向一方側の端
Ｅ２：軸方向他方側の端

Claims (7)

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、
   を備え、
   前記減速機構は、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）を含む平行軸式減速部（７２）を有し、
   前記モータ軸の軸方向において前記減速機構に対する前記モータ側を軸方向一方とし、前記モータに対する前記減速機構側を軸方向他方とすると、
   前記ドリブンギヤの歯部（７３）の軸方向一方側の端（Ｅ１）は、前記モータのステータの軸方向他方側の端（Ｅ２）よりも軸方向一方に配置されており、
   前記ステータは、ステータコア（９１）、前記ステータコアに装着された絶縁部材であるインシュレータ（９４）、および、前記インシュレータに巻かれたコイル（３８）を有し、
   前記ドリブンギヤの歯部（７３）の軸方向一方側の端（Ｅ１）は、前記ステータの一部である前記インシュレータの軸方向他方側の端（Ｅ２）よりも軸方向一方に配置されている回転式アクチュエータ。
2. 前記インシュレータは、前記コイルが巻かれたボビン部（９５）、および、軸方向他方側において前記コイルに対して径方向外側で当該コイルを保持するよう前記ボビン部から突出している突起（９６）を有し、
   前記ドリブンギヤの歯部（７３）の軸方向一方側の端（Ｅ１）は、前記インシュレータの一部である前記突起の軸方向他方側の端（Ｅ２）よりも軸方向一方に配置されている請求項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っている前記歯部と、前記出力軸に回転伝達可能に設けられている連結部（７４）と、前記歯部と前記連結部とを接続しているプレート部（７５）とを有し、
   前記歯部の軸方向厚みは前記プレート部の軸方向厚みよりも大きい請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記歯部および前記連結部は、前記プレート部に対して軸方向一方にのみ突き出している請求項３に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記減速機構は、リングギヤ（５１）およびサンギヤ（５２）を含み、前記モータ軸の回転を減速する第１減速部（７１）と、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、前記第１減速部の出力回転を減速する第２減速部としての前記平行軸式減速部とを有し、
   前記プレート部は、前記連結部から前記歯部まで径方向へ延びるストレート形状である請求項３または４に記載の回転式アクチュエータ。
6. 前記ステータは、軸方向他方側において前記ステータのスロット間の位置に隙間（９８１）を形成しており、
   前記歯部は、前記ドリブンギヤが回転するとき前記隙間を通過する請求項１～５のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
7. 前記ステータの前記インシュレータは、軸方向他方側において前記ステータの前記コイルに対して径方向外側で当該コイルを保持している突起（９６）を有し、
   前記隙間は、一対の前記突起の間であって、前記ドリブンギヤが回転するときの前記歯部の軌跡（Ｔｇ）上の二箇所に形成されている請求項６に記載の回転式アクチュエータ。

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