WO2011065470A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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WO2011065470A1
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高橋亨
池田良則
清水辰徳
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric actuator provided with a ball screw mechanism used in a drive unit of a general industrial electric motor, an automobile, a ship, etc., and more specifically, a position detection function and a rotation input from an electric motor. It is related with the electric actuator which converts into linear motion of a drive shaft via.
  • a gear mechanism such as a trapezoidal screw or a rack and pinion is generally used as a mechanism for converting the rotational motion of the electric motor into a linear linear motion. Since these conversion mechanisms involve a sliding contact portion, the power loss is large, and it is necessary to increase the size of the electric motor and increase the power consumption. Therefore, a ball screw mechanism has been adopted as a more efficient actuator.
  • the wire connected to a lever operated by an operator can be switched between the rotation of the screw in the forward direction and the rotation of the screw in the reverse direction.
  • the dog clutch is switched through this wire and engaged with the forward gear or the reverse gear.
  • electric actuators that switch dog clutches electrically have been developed to save labor.
  • the electric actuator it is necessary for the electric actuator to operate by accurately detecting the position of the dog clutch in the forward / reverse switching for the ship.
  • the rotation angle is transmitted to the potentiometer via the sensor gear according to the stroke of the moving axis, and the absolute position of the moving axis can be detected thereby to determine the stroke.
  • the longer the stroke of the shaft the larger the sensor gear ratio must be.
  • the gear size increases and the sensor gear needs to be multistaged, leading to an increase in the size of the electric actuator.
  • the accuracy of the rotation angle detected by the potentiometer may be reduced due to backlash or pitch error of the sensor gear.
  • the potentiometer can be used in a normal temperature environment, but as a result, it becomes easy to suffer from seawater, fuel, etc., so it becomes necessary to make it waterproof and oil resistant, Furthermore, it is necessary to provide a separate electromagnetic shielding structure, which may increase the cost.
  • the electric actuator 100 includes a cylindrical housing 101 and an electric motor 102 attached to the housing 101.
  • the housing 101 includes a housing main body 101A, a cover member 101B assembled to an end surface thereof, and a motor bracket 101C.
  • the housing body 101A has a motor chamber 101a and a screw shaft chamber 101b, and an electric motor 102 is disposed in the motor chamber 101a.
  • the electric motor 102 is fixed to a plate-like motor bracket 101C.
  • the motor bracket 101C is attached so that the outer ring of the ball bearing 114 is sandwiched between the housing main body 101A and the motor chamber 101a and the screw shaft chamber 101b of the housing main body 101A are closed.
  • the rotating shaft 102a of the electric motor 102 protrudes from the motor bracket 101C, and the first gear 103 is attached to the end of the rotating shaft 102a so as not to rotate relative to the end thereof.
  • a second gear 105 made of resin is rotatably disposed around the long shaft 104 implanted in the motor bracket 101C and meshes with the first gear 103 and the third gear 106.
  • the resin-made third gear 106 is attached to the end of the screw shaft 107 so as not to be relatively rotatable by serration coupling.
  • the screw shaft 107 is formed with a male screw groove 107a on the left end side and is rotatably supported by a ball bearing 114 on the right end side in the figure with respect to the housing body 101A.
  • the screw shaft 107 passes through a cylindrical nut 115.
  • a female screw groove 115a is formed on the inner peripheral surface of the nut 115 so as to oppose the male screw groove 107a, and a large number of balls 116 are rotatably arranged on a spiral rolling path formed by the both screw grooves 107a and 115a.
  • the nut 115 is provided with a detent with respect to the housing main body 101A, and is relatively movable in the axial direction within the screw shaft chamber 101b, and is not relatively rotatable.
  • the ball screw mechanism and the moving shaft 117 constitute a drive mechanism.
  • the left end of the screw shaft 107 penetrates into a bag hole 117a formed in a round shaft-shaped moving shaft 117.
  • the right end of the moving shaft 117 is coaxially fitted to the nut 115 and is connected by a pin so as to move integrally.
  • the moving shaft 117 is supported by the bush 118 so as to be movable in the axial direction with respect to the housing main body 101A.
  • a hole 117b for connecting to a link member (not shown) is formed at the end of the moving shaft 117 protruding from the housing main body 101A.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the internal structure of the electric motor 102
  • FIG. 7 is a view of the configuration of FIG. 6 cut along the line VII-VII and viewed in the direction of the arrow.
  • an annular magnet MG is attached to a rotating shaft 102a to which a rotor 102d is attached so as to rotate integrally.
  • the annular magnet MG is magnetized in the semi-annular part MGs and the semi-annular part MGn with the rotating shaft 102a interposed therebetween.
  • the annular portion MGs has an S pole on the outer peripheral side
  • the annular portion MGn has an N pole on the outer peripheral side.
  • the first sensor SA and the second sensor SB are attached to the inner wall of the motor housing 102c with a phase shift of 90 degrees around the axis of the rotating shaft 102a.
  • the stroke of the moving shaft 117 is determined by the amount of rotation of the rotating shaft 102a of the electric motor 102, the gear ratio of the reduction gears 103, 105, 106, and the lead of the ball screw mechanism. Of these, the gear ratio and the lead are known. Therefore, if the amount of rotation of the rotating shaft 102a can be accurately measured, the position of the dog clutch (not shown) can be detected. That is, when the phase of the waveform of the sensor SB advances with respect to the waveform of the sensor SA, it can be seen that the annular magnet MG rotates in the clockwise (CW) direction.
  • Such a conventional electric actuator 100 includes sensors SA and SB that output a pulse-shaped signal corresponding to the rotation of the electric motor 102 inside the housing 101 of the electric motor 102 having the actuator. Since the control device for determining the stroke and direction of the moving shaft 117 based on the output of is provided, the sensors SA and SB can be protected from the external environment, and the reliability of the system can be improved.
  • the electric motor 102 since the structure and technology for disposing the sensors SA and SB in the housing 101 of the electric motor 102 requires specialized knowledge and a specialized design method, the electric motor 102 itself is special. And loses versatility. Further, in applications where the performance required for the electric motor 102 is different, it becomes impossible to standardize the electric motor 102, which causes a problem that the cost of the actuator increases.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to provide an inexpensive and versatile electric actuator provided with a position detection mechanism while protecting the rotation sensor from the external environment. To do.
  • the invention according to claim 1 of the present invention transmits a cylindrical housing, an electric motor attached to the housing, and a rotational force of the electric motor via a motor shaft.
  • An electric actuator comprising: a speed reduction mechanism; a ball screw mechanism that converts rotational motion of the electric motor to linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism; and a rotation sensor that detects the position of the drive shaft.
  • the ball screw mechanism is coupled to the electric motor, is integrally supported with the drive shaft, is supported so as to be non-rotatable with respect to the housing and is movable in the axial direction, and a plurality of balls on the screw shaft.
  • a swing link that engages with the projecting pin is arranged so that the pendulum can move in conjunction with the linear motion of the drive shaft, and a magnet is attached to the end of the rotating shaft that serves as a reference point for the pendulum motion.
  • the position of the drive shaft is detected by a rotation sensor facing the magnet via a predetermined air gap.
  • the speed reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor
  • the ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor to the linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism
  • the position detection of the drive shaft In the electric actuator including the rotation sensor, the ball screw mechanism is connected to the electric motor, and is integrally formed with the drive shaft, and is supported so as to be non-rotatable with respect to the housing and axially movable.
  • the shaft is extrapolated via a large number of balls, and is constituted by a nut supported so as to be rotatable and non-movable in the axial direction via a rolling bearing mounted on the housing, and is projected on the drive shaft.
  • An oscillating link that engages with the pin is arranged so that the pendulum can move in conjunction with the linear motion of the drive shaft, and an NS magnetic pole is magnetized in the radial direction at the end of the rotating shaft that serves as a reference point for the pendulum motion. Magnetized Since the position of the drive shaft is detected by the rotation sensor facing the magnet through a predetermined air gap, the rotation sensor and its peripheral part can be shielded from the external environment and protected.
  • An inexpensive and versatile electric actuator provided with a position detection mechanism can be provided.
  • a sensor case made of a non-magnetic material is attached to the housing, and the rotation sensor is disposed in the sensor case, and a detection angle is measured via the sensor case.
  • the sensor case is closed by a plate-like wall made of a non-magnetic material so as to penetrate the portion of the sensor case facing the magnet, and the rotation sensor is connected to the plate. If the detection angle is measured through the wall, the air gap between the rotation sensor and the magnet can be easily adjusted.
  • the housing is provided with an opening and the sensor case is attached so as to close the opening as in the invention described in claim 4, the attachment of the swing link is facilitated, and the assembly work is performed. Can be simplified.
  • one end portion of the rotating shaft is supported by a bearing mounted on the housing, and a cylindrical recess is formed on the inner wall of the sensor case. If the other end portion of the rotating shaft is accommodated in a place, the rotating shaft can be supported at both ends in a stable posture by the recess and the bearing, and iron powder or the like in the contamination is magnetized by the recess. Can be prevented, and reliability can be improved.
  • the sensor case rotates from the external environment.
  • the sensor and its surroundings can be blocked and protected.
  • the rotation sensor is constituted by a semiconductor sensor in which a magnetic sensor and a signal processing circuit are integrated and a function of detecting an absolute angle is incorporated, an automobile or the like Even if vibration or the like occurs under severe use conditions of the vehicle, stable detection accuracy can be ensured over a long period of time, and reliability can be improved.
  • the output from the rotation sensor can obtain both a voltage and a digital signal
  • the digital signal and the analog signal can be freely selected according to the system. It is possible to increase the degree of design freedom.
  • the sensor case is formed by injection molding from a thermoplastic synthetic resin as in the invention described in claim 9, a complicated shape can be molded at low cost, and the detection accuracy of the rotation sensor can be obtained. Will not be affected.
  • the swing link is coupled to the first link member that engages with the pin of the drive shaft, and the first link member is flexibly coupled to the first link member via a pivot. If the second link member is formed, the swing link prevents the drive shaft from rotating, and the pendulum movement can be performed so as not to prevent the drive shaft from moving in the axial direction. It is possible to provide a simple electric actuator.
  • An electric actuator includes a cylindrical housing, an electric motor attached to the housing, a reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and the electric motor via the reduction mechanism.
  • An electric actuator comprising a ball screw mechanism that converts rotational motion of a motor into linear motion in the axial direction of a drive shaft, and a rotation sensor that detects the position of the drive shaft, wherein the ball screw mechanism is coupled to the electric motor
  • a screw shaft that is supported integrally with the drive shaft so as not to rotate with respect to the housing and that can move in the axial direction, and is externally attached to the screw shaft via a number of balls and is mounted on the housing.
  • a nut supported so as to be rotatable via a rolling bearing and not movable in the axial direction, and engages with a pin protruding from the drive shaft.
  • a swing link is arranged so as to be capable of pendulum movement in conjunction with the linear movement of the drive shaft, and a magnet having NS magnetic poles in the radial direction is provided at the end of the rotating shaft that serves as a reference point for the pendulum movement. Since the position of the drive shaft is detected by a rotation sensor that is attached and faces the magnet through a predetermined air gap, the rotation sensor and its surroundings can be shielded from the external environment and protected.
  • An inexpensive and versatile electric actuator provided with a position detection mechanism can be provided.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 3 is a front view which shows the sensor case which concerns on this invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional electric actuator.
  • FIG. 3 is a longitudinal section showing one embodiment of an electric actuator concerning the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • It is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional electric actuator.
  • a cylindrical housing an electric motor attached to the housing, a reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and a rotational movement of the electric motor via the reduction mechanism.
  • An electric actuator comprising a ball screw mechanism for converting linear motion in an axial direction and a rotation sensor for detecting the position of the drive shaft, wherein the ball screw mechanism is connected to the electric motor and integrated with the drive shaft.
  • the screw shaft is supported so as not to rotate with respect to the housing and is movable in the axial direction.
  • the screw shaft is extrapolated via a large number of balls and is rotatable via a rolling bearing mounted on the housing.
  • a rotation sensor is disposed in the recess of the sensor case, resin-molded, and a swing link that engages with a pin protruding from the drive shaft is used for linear movement of the drive shaft.
  • a magnet with an NS magnetic pole magnetized in a radial direction is attached to the end of the rotation shaft that is arranged so as to be capable of pendulum movement in conjunction with the pendulum movement, and the rotation sensor is connected to the magnet in a predetermined direction. The position of the drive shaft is detected by facing through an air gap.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric actuator according to the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view showing a ball screw mechanism in FIG. 1
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4 and 4 are front views showing a sensor case according to the present invention.
  • the electric actuator 1 includes a cylindrical housing 2, an electric motor 3 attached to the housing 2, and a pair of spur gears 4 and 5 for transmitting the rotational force of the electric motor 3 through a motor shaft 3a.
  • the housing 2 includes a first housing 2a and a second housing 2b assembled to the end surface thereof.
  • An electric motor 3 is disposed inside the first housing 2a.
  • the electric motor 3 is fixed to a disk-shaped motor bracket 10.
  • the motor bracket 10 is attached so as to close the first housing 2a and the second housing 2b, and an outer ring of the ball bearing 11 is fitted therein.
  • the ball bearing 11 rotatably supports a nut 24 of a ball screw mechanism 8 described later.
  • the motor shaft 3a of the electric motor 3 protrudes from the motor bracket 10, and a small spur gear 4 is attached to the end of the motor shaft 3a so as not to be relatively rotatable by press fitting.
  • the large spur gear 5 is fixed to a nut 24 constituting the ball screw mechanism 8 and meshes with the small spur gear 4.
  • the drive shaft 7 is accommodated in the second housing 2b.
  • a pin 12 protrudes from the drive shaft 7 and is connected to a swing link 13.
  • the swing link 13 includes a first link member 14 and a second link member 16 that is flexibly coupled to the first link member 14 via a pivot shaft 15 to constitute a pendulum mechanism.
  • the swing link 13 prevents rotation of the drive shaft 7 and enables pendulum movement so as not to prevent movement of the drive shaft 7 in the axial direction.
  • the compact electric actuator 1 can be provided.
  • a rotating shaft 17 that forms a pendulum reference point is rotatably inserted into the other end of the second link member 16, and a magnet 18 is attached to an end of the rotating shaft 17.
  • the second housing 2b is provided with a sliding bush 19 and an oil seal 20, and supports and guides the drive shaft 7 to the second housing 2b so that it cannot rotate but can move in the axial direction. Prevents foreign matter from entering the inside.
  • an opening 21 is provided in the second housing 2b, and a sensor case 22 is attached so as to close the opening 21.
  • the sensor case 22 does not affect the detection accuracy of the rotation sensor 9, and is not made of thermoplastic synthetic resin such as PA (polyamide) 66, aluminum alloy, austenitic stainless steel (JIS standard SUS304 system), or the like. It is formed from a magnetic material. In particular, if it is formed from synthetic resin by injection molding, a complicated shape can be molded at low cost.
  • the ball screw mechanism 8 includes a screw shaft 23 having a spiral screw groove 23a formed on the outer periphery, and a screw groove 23a facing the screw groove 23a of the screw shaft 23 and having a spiral screw groove on the inner periphery.
  • the nut 24 is formed with a plurality of balls 25 that are rotatably accommodated in a spiral space formed by both screw grooves 23a and 24a.
  • the above-described large spur gear 5 is press-fitted and fixed to the outer periphery of the nut 24, and the ball bearing 11 fitted to the first housing 2a and the motor bracket 10 is positioned and fixed via a retaining ring 26, and is relative to the axial direction. It cannot move and can rotate relatively.
  • the rotation sensor 9 is disposed in the sensor case 22 as shown in FIGS. That is, a keyhole-shaped recess 27 is formed in the sensor case 22 attached to the second housing 2 b via the fixing bolt 29, and the rotation sensor 9 is disposed in the recess 27.
  • the rotary shaft 17 is fitted and inserted into the second link member 16 and is rotatably supported via a needle roller bearing 28 with respect to the second housing 2b, and a magnet 18 is fixed to the tip portion thereof. .
  • the rotation sensor 9 is disposed in a state of facing the magnet 18 through a predetermined air gap.
  • the keyhole-shaped recess 27 is composed of a circular portion 27a and a semicircular portion 27b.
  • the center of the magnet 18 and the center of the rotation sensor 9 are arranged so as to coincide with the center of the circular portion 27a, and the sensor power supply and output harness 30 from the sensor board 9a is connected to the keyhole-shaped recess 27.
  • the circular portion 27a extends beyond the semicircular portion 27b and is connected to a control device (not shown) disposed outside. If the output from the rotation sensor 9 can obtain both an analog voltage and a digital signal, it is desirable because a digital signal and an analog signal can be selected according to the system.
  • the keyhole shape was illustrated as the dent part 27 here, it is not restricted to this, What is necessary is just a shape which can set the center position of the rotation sensor 9, for example, an elliptical shape or a rectangular shape may be sufficient.
  • the rotation sensor 9 is disposed in the recess 27, and this rotation sensor 9 is resin-molded. Thereby, the rotation sensor 9 and its peripheral part can be blocked and protected from the external environment, and the inexpensive and versatile electric actuator 1 provided with the position detection mechanism can be provided.
  • the recess 27 is formed without penetrating the inner wall of the sensor case 22, the rotation sensor 9 and its peripheral portion are protected from the internal environment without being affected by splashing of lubricant grease or contamination. Can do.
  • the sensor case 22 may be penetrated and closed by a plate-like wall made of a nonmagnetic material such as synthetic resin. Thereby, the air gap adjustment between the rotation sensor 9 and the magnet 18 can be facilitated.
  • a cylindrical recess 22a is formed on the inner wall of the sensor case 22, and the tip of the rotating shaft 17 is accommodated. Thereby, the rotating shaft 17 can be guided, the assembling property can be improved, and the rotating shaft 17 can be supported at both ends in a stable posture by the recess 22a and the needle roller bearing 28. . Further, the recess 22a can prevent the iron powder or the like in the contamination from adhering to the magnet 18 and improve the reliability.
  • the rotation sensor 9 may be configured by a non-contact type Hall IC, but here, a semiconductor sensor having excellent vibration resistance, a magnetic sensor and a signal processing circuit integrated, and a function of detecting an absolute angle is incorporated. It has been adopted. As a result, even if vibration or the like under severe use conditions of a vehicle such as an automobile occurs, stable detection accuracy can be ensured over a long period of time, and reliability can be improved.
  • the electric actuator according to the present invention is used in a drive unit of a general industrial electric motor, automobile, ship, etc., and has a position detection function, and a rotation input from the electric motor is converted into a linear motion of the drive shaft through a ball screw mechanism. It can be applied to an electric actuator provided with a ball screw mechanism for conversion.

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Abstract

【課題】外部環境から回転センサを保護すると共に、位置検出機構を備えた廉価で汎用性のある電動アクチュエータを提供する。 【解決手段】電動モータ３の回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８を備え、ハウジング２に開口部２１が設けられ、この開口部２１を塞ぐように合成樹脂からなるセンサケース２２が取り付けられ、このセンサケース２２の凹み部２７に回転センサ９が配設されて樹脂モールドされると共に、駆動軸７に突設されたピン１２に係合する揺動リンク１３が、駆動軸７の直線運動に連動して振り子運動可能に配設され、この振り子運動の基準点となる回転軸１７の端部に磁石１８が取り付けられ、この磁石１８に回転センサ９が所定のエアギャップを介して対峙し、駆動軸７の位置を検出するようにした。

Description

電動アクチュエータ
　本発明は、一般産業用の電動機、自動車、船舶等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、詳しくは、位置検出機能を備え、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。
　各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。
　例えば、内燃機関でスクリューを駆動する比較的小型の船舶においては、前進方向へのスクリューの回転と、後進方向へのスクリューの回転との切換は、操作者により操作されたレバーに接続されたワイヤを使用し、このワイヤを介してドグクラッチを切り換え、前進用ギヤあるいは後進用ギヤに係合させることで行われている。然しながら、近年、省力化のため電動にてドグクラッチの切換を行う電動アクチュエータが開発されている。
　ここで、電動アクチュエータにおいては、船用の前後進切り換えにおけるドグクラッチの位置を精度良く検出して動作を行う必要がある。例えば、移動軸のストロークに応じて、センサ用ギアを介してポテンションメータに回転角度を伝達し、それにより移動軸の絶対位置を検出してストロークを求める方法が考えられるが、これでは、移動軸のストロークが長くなればなるほど、センサ用ギア比を大きくしなければならず、結果的にギアサイズが大きくなったり、センサ用ギアを多段にする必要が生じ、電動アクチュエータの大型化を招く。また、センサ用ギアのガタやピッチ誤差により、ポテンションメータで検出される回転角度の精度が低下する恐れがある。さらに、ギアの寸法精度や組み付け精度を向上させたとしても、電動アクチュエータ内等、モータの発熱により環境温度が高くなる場所でポテンションメータを使用すると、ゼロ点シフト等が生じて高い検出精度が得られない恐れもある。これに対し、ポテンションメータをハウジング外に取り付ければ、常温の環境でポテンションメータを使用できるが、その結果、海水や燃料等を被りやすくなるため、防水・耐油構造にしたりする必要が生じ、さらには電磁波遮蔽構造を別に設ける必要があり、コスト高を招く恐れがある。
　こうした問題を解決した電動アクチュエータとして、図５に示すようなものが知られている。この電動アクチュエータ１００は、円筒状のハウジング１０１と、このハウジング１０１に取り付けられた電動モータ１０２とを有している。
　ハウジング１０１は、ハウジング本体１０１Ａと、その端面に組み付けられたカバー部材１０１Ｂと、モータブラケット１０１Ｃとからなる。ハウジング本体１０１Ａの内部には、モータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂとを有し、モータ室１０１ａ内には、電動モータ１０２が配置されている。電動モータ１０２は、板状のモータブラケット１０１Ｃに固定されている。モータブラケット１０１Ｃは、玉軸受１１４の外輪をハウジング本体１０１Ａとの間に挟み込み、かつハウジング本体１０１Ａのモータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂを塞ぐようにして取り付けられている。
　電動モータ１０２の回転軸１０２ａは、モータブラケット１０１Ｃから突出しており、その端部には第１ギヤ１０３が圧入により相対回転不能に取り付けられている。モータブラケット１０１Ｃに植設された長軸１０４の周囲には、樹脂製の第２ギヤ１０５が回転自在に配置され、第１ギヤ１０３および第３ギヤ１０６に噛合している。樹脂製の第３ギヤ１０６は、ねじ軸１０７の端部にセレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。ねじ軸１０７は、左端側に雄ねじ溝１０７ａが形成され、ハウジング本体１０１Ａに対して、図で右端側を玉軸受１１４により回転自在に支持されている。
　ねじ軸１０７は、円筒状のナット１１５を貫通している。ナット１１５の内周面には、雄ねじ溝１０７ａに対向して雌ねじ溝１１５ａが形成され、両ねじ溝１０７ａ、１１５ａによって形成される螺旋状の転走路には多数のボール１１６が転動自在に配置され、ボールねじ機構を構成している。ナット１１５は、ハウジング本体１０１Ａに対して回り止めが設けられ、ねじ軸室１０１ｂ内において、軸線方向に相対移動可能で、相対回転不能となっている。なお、ボールねじ機構と移動軸１１７とで駆動機構を構成している。
　ねじ軸１０７の左端は、丸軸状の移動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。移動軸１１７の右端は、ナット１１５に対して同軸に嵌合し、ピンで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体１０１Ａに対して、移動軸１１７はブッシュ１１８により軸線方向に移動可能に支持されている。ハウジング本体１０１Ａから突出した移動軸１１７の端部には、リンク部材（図示せず）に連結するための孔１１７ｂが形成されている。
　図６は、電動モータ１０２の内部構造の概略図、図７は、図６の構成をＶＩＩ－ＶＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。図６、図７において、ロータ１０２ｄを取り付けた回転軸１０２ａには、環状マグネットＭＧが一体的に回転するように取り付けられている。環状マグネットＭＧは、回転軸１０２ａを挟んで半環状部ＭＧｓと半環状部ＭＧｎとに着磁されている。環状部ＭＧｓは外周側にＳ極を有し、環状部ＭＧｎは外周側にＮ極を有する。環状マグネットＭＧに近接して、第１のセンサＳＡと第２のセンサＳＢとが、回転軸１０２ａの軸線回りに９０度位相をずらせて、モータハウジング１０２ｃの内壁に取り付けられている。
　移動軸１１７のストロークは、電動モータ１０２の回転軸１０２ａの回転量と、減速ギア１０３、１０５、１０６のギア比と、ボールねじ機構のリードにより決定されるが、このうちギア比とリードは既知であるので、回転軸１０２ａの回転量が正確に測定できれば、ドグクラッチ（図示せず）の位置検出が可能となる。すなわち、センサＳＡの波形に対して、センサＳＢの波形の位相が進んだ時は、環状マグネットＭＧが時計回り（ＣＷ）方向に回転していることが分かる。一方、センサＳＡの波形に対して、センサＳＢの波形の位相が遅れた時は、環状マグネットＭＧが反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転していることが分かる。したがって、センサＳＡ、ＳＢの出力信号に基づいて、制御装置ＥＣＵは、移動軸１１７のストロークと移動方向とを精度良く求めることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８－２７４９７１号公報
　こうした従来の電動アクチュエータ１００では、アクチュエータを有する電動モータ１０２のハウジング１０１の内部に、電動モータ１０２の回転に応じたパルス状の信号を出力するセンサＳＡ、ＳＢを備え、これらのセンサＳＡ、ＳＢからの出力に基づいて移動軸１１７のストロークと方向を求める制御装置が配置されているので、外部環境からセンサＳＡ、ＳＢを保護することができると共に、システムとしての信頼性を向上させることができる。
　然しながら、電動モータ１０２のハウジング１０１の中にセンサＳＡ、ＳＢを配設する構造および技術は、専門的な知識や専門的な設計手法が必要となるため、電動モータ１０２自体が特殊なものとなって汎用性を失う。また、電動モータ１０２に要求される性能が異なるアプリケーションでは、電動モータ１０２を兼用して標準化することができなくなるため、アクチュエータのコストが高騰するという問題が内在している。
　本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、外部環境から回転センサを保護すると共に、位置検出機構を備えた廉価で汎用性のある電動アクチュエータを提供することを目的とする。
　係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、前記駆動軸の位置検出をする回転センサとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構が、前記電動モータに連結され、前記駆動軸と一体に、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットとで構成されると共に、前記駆動軸に突設されたピンに係合する揺動リンクが、前記駆動軸の直線運動に連動して振り子運動可能に配設され、この振り子運動の基準点となる回転軸の端部に磁石が取り付けられ、この磁石に所定のエアギャップを介して対峙した回転センサによって前記駆動軸の位置を検出する。
　このように、電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、駆動軸の位置検出をする回転センサを備えた電動アクチュエータにおいて、ボールねじ機構が、電動モータに連結され、駆動軸と一体に、ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットとで構成されると共に、駆動軸に突設されたピンに係合する揺動リンクが、駆動軸の直線運動に連動して振り子運動可能に配設され、この振り子運動の基準点となる回転軸の端部に、径方向にＮＳ磁極が着磁された磁石が取り付けられ、この磁石に所定のエアギャップを介して対峙した回転センサによって駆動軸の位置を検出するようにしたので、外部環境から回転センサおよびその周辺部を遮断し、保護することができると共に、位置検出機構を備えた廉価で汎用性のある電動アクチュエータを提供することができる。
　また、請求項２に記載の発明のように、前記ハウジングに非磁性体からなるセンサケースが取り付けられ、このセンサケースに前記回転センサが配設され、前記センサケースを介して検出角を計測するようにすれば、潤滑グリースの飛散やコンタミ等の影響を受けず、内部環境から回転センサおよびその周辺部を保護することができる。
　また、請求項３に記載の発明のように、前記センサケースの前記磁石と対峙する部分を貫通させ、非磁性体からなる板状の壁によって当該センサケースが閉塞され、前記回転センサが前記板状の壁を介して検出角を計測するようにすれば、回転センサと磁石とのエアギャップ調整を容易にすることができる。
　また、請求項４に記載の発明のように、前記ハウジングに開口部が設けられ、この開口部を塞ぐように前記センサケースが取り付けられていれば、揺動リンクの取り付けが容易となり、組立作業が簡素化できる。
　また、請求項５に記載の発明のように、前記回転軸の一端部が前記ハウジングに装着された軸受で支持されると共に、前記センサケースの内壁に円筒状の凹所が形成され、この凹所に前記回転軸の他端部が収容されていれば、回転軸を凹所と軸受とで安定した姿勢で両持ち支持することができると共に、凹所によって、コンタミ中の鉄粉等が磁石に付着するのを防止することができ、信頼性を向上させることができる。
　また、請求項６に記載の発明のように、前記センサケースに凹み部が形成され、この凹み部に前記回転センサが配設されて当該凹み部が樹脂モールドされていれば、外部環境から回転センサおよびその周辺部を遮断し、保護することができる。
　また、請求項７に記載の発明のように、前記回転センサが、磁気センサと信号処理回路とが集積され絶対角度を検出する機能が組み込まれた半導体センサで構成されていれば、自動車等の車両の厳しい使用条件における振動等が生じても長期間に亘って安定した検出精度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。
　また、請求項８に記載の発明のように、前記回転センサからの出力が電圧とデジタル信号の両方が得られるものであれば、システムに応じてデジタル信号とアナログ信号を自在に選択することができ、設計自由度を高めることができる。
　また、請求項９に記載の発明のように、前記センサケースが熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されていれば、複雑な形状を廉価に成形することができると共に、回転センサの感知精度に影響を及ぼすことがない。
　また、請求項１０に記載の発明のように、前記揺動リンクが、前記駆動軸のピンに係合する第１のリンク部材と、この第１のリンク部材に枢軸を介して屈曲自在に結合された第２のリンク部材とで構成されていれば、この揺動リンクによって駆動軸の回転を阻止し、駆動軸の軸方向の移動を妨げないように振り子運動が可能となると共に、一層コンパクトな電動アクチュエータを提供することができる。
　本発明に係る電動アクチュエータは、円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、前記駆動軸の位置検出をする回転センサとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構が、前記電動モータに連結され、前記駆動軸と一体に、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットとで構成されると共に、前記駆動軸に突設されたピンに係合する揺動リンクが、前記駆動軸の直線運動に連動して振り子運動可能に配設され、この振り子運動の基準点となる回転軸の端部に、径方向にＮＳ磁極が着磁された磁石が取り付けられ、この磁石に所定のエアギャップを介して対峙した回転センサによって前記駆動軸の位置を検出するようにしたので、外部環境から回転センサおよびその周辺部を遮断し、保護することができると共に、位置検出機構を備えた廉価で汎用性のある電動アクチュエータを提供することができる。
本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。 図１のボールねじ機構を示す断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明に係るセンサケースを示す正面図である。 従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。 図５の電動モータの内部構造を示す概略図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線で切断して矢印方向に見た図である。
　円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、前記駆動軸の位置検出をする回転センサとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構が、前記電動モータに連結され、前記駆動軸と一体に、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットとで構成されると共に、前記ハウジングに開口部が設けられ、この開口部を塞ぐように合成樹脂からなるセンサケースが取り付けられ、このセンサケースの凹み部に回転センサが配設されて樹脂モールドされ、前記駆動軸に突設されたピンに係合する揺動リンクが、前記駆動軸の直線運動に連動して振り子運動可能に配設され、この振り子運動の基準点となる回転軸の端部に、径方向にＮＳ磁極が着磁された磁石が取り付けられ、この磁石に前記回転センサが所定のエアギャップを介して対峙し、前記駆動軸の位置を検出するようにした。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のボールねじ機構を示す断面図、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、本発明に係るセンサケースを示す正面図である。
　この電動アクチュエータ１は、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、この電動モータ３の回転力をモータ軸３ａを介して伝達する一対の平歯車４、５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータ３の回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８と、駆動軸７の位置検出をする回転センサ９（図３参照）とを備えている。
　ハウジング２は、第１のハウジング２ａと、その端面に組み付けられた第２のハウジング２ｂとからなる。第１のハウジング２ａの内部には電動モータ３が配置されている。電動モータ３は、円板状のモータブラケット１０に固定されている。モータブラケット１０は、第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂを塞ぐようにして取り付けられ、玉軸受１１の外輪が内嵌されている。この玉軸受１１は、後述するボールねじ機構８のナット２４を回転自在に支承している。
　電動モータ３のモータ軸３ａはモータブラケット１０から突出しており、その端部には小平歯車４が圧入により相対回転不能に取り付けられている。大平歯車５は、ボールねじ機構８を構成するナット２４に固定され、小平歯車４に噛合している。
　第２のハウジング２ｂの内部には駆動軸７が収容されている。この駆動軸７にはピン１２が突設され、揺動リンク１３が連結されている。揺動リンク１３は、第１のリンク部材１４と、この第１のリンク部材１４に枢軸１５を介して屈曲自在に結合された第２のリンク部材１６からなり、振り子機構を構成している。この揺動リンク１３によって駆動軸７の回転を阻止し、駆動軸７の軸方向の移動を妨げないように振り子運動が可能となると共に、コンパクトな電動アクチュエータ１を提供することができる。
　第２のリンク部材１６の他端には振り子基準点をなす回転軸１７が回転自在に挿入され、この回転軸１７の端部に磁石１８が取り付けられている。なお、第２のハウジング２ｂには摺動用ブッシュ１９とオイルシール２０が装着され、第２のハウジング２ｂに対して駆動軸７を回転不可で軸方向移動可能に支持案内すると共に、外部から雨水等の異物が内部に侵入するのを防止している。
　本実施形態では、第２のハウジング２ｂには開口部２１が設けられ、この開口部２１を塞ぐようにセンサケース２２が取り付けられている。これにより、揺動リンク１３の取り付けが容易となり、組立作業が簡素化できる。センサケース２２は、回転センサ９の感知精度に影響を及ぼすことがない、ＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂、あるいはアルミ合金、オーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系）等の非磁性体材料から形成されている。特に、合成樹脂から射出成形によって形成されていれば、複雑な形状を廉価に成形することができる。
　ボールねじ機構８は、図２に示すように、外周に螺旋状のねじ溝２３ａが形成されたねじ軸２３と、このねじ軸２３のねじ溝２３ａに対向し、内周に螺旋状のねじ溝２４ａが形成されたナット２４と、両ねじ溝２３ａ、２４ａによって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボール２５とで構成されている。ナット２４の外周には前述した大平歯車５が圧入固定されると共に、第１のハウジング２ａとモータブラケット１０に嵌合された玉軸受１１が止め輪２６を介して位置決め固定され、軸方向に相対移動不可で、相対回転可能となっている。
　ここで、図１において、電動モータ３が駆動されると、減速機構６を介してボールねじ機構８のナット２４に減速して伝達され、ねじ軸２３が軸方向に直線運動をする。そして、このねじ軸２３と同軸上に一体に形成された駆動軸７の直線運動に連動される。この駆動軸７の直動運動に伴い、揺動リンク１３の各リンク部材１４、１６が揺動して直動範囲を規制する。この時、回転軸１７が所定の検出角の範囲で回転する。すなわち、駆動軸７の直動範囲の任意の位置で、後述する回転センサ９で検出角を計測することによって駆動軸７の位置を直接検出することができる。
　回転センサ９は、図３および図４に示すように、センサケース２２に配設されている。すなわち、第２のハウジング２ｂに固定ボルト２９を介して取り付けられたセンサケース２２に鍵穴状の凹み部２７が形成され、この凹み部２７に回転センサ９が配設されている。回転軸１７は、第２のリンク部材１６に嵌挿されると共に、第２のハウジング２ｂに対して針状ころ軸受２８を介して回転自在に支承され、その先端部に磁石１８が固定されている。回転センサ９は、この磁石１８に所定のエアギャップを介して対峙した状態で配設されている。
　鍵穴状の凹み部２７は、円状部２７ａと半円部２７ｂで構成されている。そして、円状部２７ａの中心に、磁石１８の中心と回転センサ９の中心が一致するように配置され、センサ基板９ａからのセンサ電源用および出力用のハーネス３０が、鍵穴状の凹み部２７の円状部２７ａから半円部２７ｂを越えて延び、外部に配設された制御装置（図示せず）に接続されている。回転センサ９からの出力はアナログ電圧とデジタル信号の両方が得られるものであれば、システムに応じてデジタル信号とアナログ信号が選択できるため望ましい。なお、ここでは、凹み部２７として鍵穴形状を例示したが、これに限らず、回転センサ９の中心位置が設定し易い形状であれば良く、例えば、楕円形状や矩形状であっても良い。
　前述したように、凹み部２７には回転センサ９が配設されているが、この回転センサ９は樹脂モールドされている。これにより、外部環境から回転センサ９およびその周辺部を遮断し、保護することができると共に、位置検出機構を備えた廉価で汎用性のある電動アクチュエータ１を提供することができる。ここでは、凹み部２７はセンサケース２２の内壁に貫通させずに形成されているので、潤滑グリースの飛散やコンタミ等の影響を受けず、内部環境から回転センサ９およびその周辺部を保護することができる。なお、図示はしないが、センサケース２２を貫通させ、合成樹脂等の非磁性体からなる板状の壁によって閉塞するようにしても良い。これにより、回転センサ９と磁石１８とのエアギャップ調整を容易にすることができる。
　また、センサケース２２の内壁には円筒状の凹所２２ａが形成され、回転軸１７の先端部が収容されている。これにより、回転軸１７をガイドすることができ、組立性を向上させることができると共に、回転軸１７をこの凹所２２ａと針状ころ軸受２８とで安定した姿勢で両持ち支持することができる。さらに、この凹所２２ａによって、コンタミ中の鉄粉等が磁石１８に付着するのを防止することができ、信頼性を向上させることができる。
　回転センサ９は非接触式のホールＩＣで構成されていても良いが、ここでは、耐振性に優れ、磁気センサと信号処理回路とが集積され絶対角度を検出する機能が組み込まれた半導体センサが採用されている。これにより、自動車等の車両の厳しい使用条件における振動等が生じても長期間に亘って安定した検出精度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
　本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車、船舶等の駆動部に使用され、位置検出機能を備え、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。
１　電動アクチュエータ
２　ハウジング
２ａ　第１のハウジング
２ｂ　第２のハウジング
３　電動モータ
３ａ　モータ軸
４　小平歯車
５　大平歯車
６　減速機構
７　駆動軸
８　ボールねじ機構
９　回転センサ
９ａ　センサ基板
１０　モータブラケット
１１　玉軸受
１２　ピン
１３　揺動リンク
１４　第１のリンク部材
１５　枢軸
１６　第２のリンク部材
１７　回転軸
１８　磁石
１９　摺動用ブッシュ
２０　オイルシール
２１　開口部
２２　センサケース
２２ａ　凹所
２３　ねじ軸
２３ａ、２４ａ　ねじ溝
２４　ナット
２５　ボール
２６　止め輪
２７　凹み部
２７ａ　円状部
２７ｂ　半円部
２８　針状ころ軸受
２９　固定ボルト
３０　ハーネス
１００　電動アクチュエータ
１０１　ハウジング
１０１Ａ　ハウジング本体
１０１Ｂ　カバー部材
１０１Ｃ　電動モータブラケット
１０１ａ　モータ室
１０１ｂ　ねじ軸室
１０２　電動モータ
１０２ａ　回転軸
１０２ｃ　モータハウジング
１０２ｄ　ロータ
１０３　第１ギヤ
１０４　長軸
１０５　第２ギヤ
１０６　第３ギヤ
１０７　ねじ軸
１０７ａ　雄ねじ溝
１１４　玉軸受
１１５　ナット
１１５ａ　雌ねじ溝
１１６　ボール
１１７　移動軸
１１７ａ　袋孔
１１７ｂ　孔
１１８　ブッシュ
ＭＧ　環状マグネット
ＭＧｓ、ＭＧｎ　半環状部
ＳＡ　第１のセンサ
ＳＢ　第２のセンサ

Claims (10)

  1. 　円筒状のハウジングと、
    　このハウジングに取り付けられた電動モータと、
    　この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、
    　この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、
    　前記駆動軸の位置検出をする回転センサとを備えた電動アクチュエータにおいて、
    　前記ボールねじ機構が、前記電動モータに連結され、前記駆動軸と一体に、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットとで構成されると共に、
    　前記駆動軸に突設されたピンに係合する揺動リンクが、前記駆動軸の直線運動に連動して振り子運動可能に配設され、この振り子運動の基準点となる回転軸の端部に磁石が取り付けられ、この磁石に所定のエアギャップを介して対峙した回転センサによって前記駆動軸の位置を検出することを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 　前記ハウジングに非磁性体からなるセンサケースが取り付けられ、このセンサケースに前記回転センサが配設され、前記センサケースを介して検出角を計測するようにした請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  3. 　前記センサケースの前記磁石と対峙する部分を貫通させ、非磁性体からなる板状の壁によって当該センサケースが閉塞され、前記回転センサが前記板状の壁を介して検出角を計測するようにした請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  4. 　前記ハウジングに開口部が設けられ、この開口部を塞ぐように前記センサケースが取り付けられている請求項２または３に記載の電動アクチュエータ。
  5. 　前記回転軸の一端部が前記ハウジングに装着された軸受で支持されると共に、前記センサケースの内壁に円筒状の凹所が形成され、この凹所に前記回転軸の他端部が収容されている請求項２乃至４いずれかに記載の電動アクチュエータ。
  6. 　前記センサケースに凹み部が形成され、この凹み部に前記回転センサが配設されて当該凹み部が樹脂モールドされている請求項２乃至５いずれかに記載の電動アクチュエータ。
  7. 　前記回転センサが、磁気センサと信号処理回路とが集積され絶対角度を検出する機能が組み込まれた半導体センサで構成されている請求項１乃至６いずれかに記載の電動アクチュエータ。
  8. 　前記回転センサからの出力が電圧とデジタル信号の両方が得られるものである請求項７に記載の電動アクチュエータ。
  9. 　前記センサケースが熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されている請求項１乃至６いずれかに記載の電動アクチュエータ。
  10. 　前記揺動リンクが、前記駆動軸のピンに係合する第１のリンク部材と、この第１のリンク部材に枢軸を介して屈曲自在に結合された第２のリンク部材とで構成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
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