WO2018061574A1 - 電動アクチュエータ及び電動ウェイストゲートバルブシステム - Google Patents

電動アクチュエータ及び電動ウェイストゲートバルブシステム Download PDF

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WO2018061574A1
WO2018061574A1 PCT/JP2017/030957 JP2017030957W WO2018061574A1 WO 2018061574 A1 WO2018061574 A1 WO 2018061574A1 JP 2017030957 W JP2017030957 W JP 2017030957W WO 2018061574 A1 WO2018061574 A1 WO 2018061574A1
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WO
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shaft
electric actuator
rotor
axial direction
electric
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/030957
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English (en)
French (fr)
Inventor
正明 小柳
Original Assignee
大豊工業株式会社
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H35/00Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H35/10Arrangements or devices for absorbing overload or preventing damage by overload
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a technique of an electric actuator and an electric waste gate valve system including the electric actuator.
  • Patent Document 1 a stator, a rotor that is rotatably arranged inside the stator and has a female screw portion formed in a hole provided in the center, and rotation of the rotor into a linear motion in the axial direction are disclosed.
  • a turbo actuator comprising a shaft that translates and moves linearly.
  • the wastegate valve of the turbocharger is opened and closed as the shaft moves linearly.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a problem to be solved is to provide an electric actuator and an electric waste gate valve system that can reduce a load applied to the internal thread portion of the rotary shaft. It is.
  • the electric actuator according to the present invention includes a motor having a rotor formed with a female screw portion and a male screw portion that is screwed with the female screw portion of the rotor, and an axis line with respect to the rotor as the rotor rotates.
  • a first shaft that linearly moves in a direction
  • a second shaft that is connected to the first shaft so as to be relatively movable in the axial direction within a predetermined range.
  • the electric actuator of the present invention includes a biasing member that biases the second shaft toward one side in the axial direction with respect to the first shaft.
  • the first shaft includes the male screw portion and includes an insertion portion that is inserted into the rotor, and the biasing member is provided on the outer side in the axial direction than the insertion portion. Is.
  • the first shaft includes an accommodating portion that is formed on the outer side in the axial line direction than the insertion portion and accommodates the urging member.
  • the urging member is a coil spring, a disc spring, or a wave spring.
  • the second shaft includes a restricting portion that restricts movement of the first shaft in one axial direction with respect to the first shaft.
  • the second shaft is inserted through the first shaft.
  • the electric waste gate valve system of the present invention includes a waste gate valve of a turbocharger and an electric actuator of the present invention that drives the waste gate valve.
  • the electric waste gate valve system of the present invention is configured such that the waste gate valve is opened when the second shaft moves to the other side in the axial direction.
  • the load applied to the internal thread portion of the rotor can be reduced. Specifically, when a force is applied to the second shaft in the axial direction, the load applied to the internal thread portion of the rotor can be reduced.
  • the second shaft is in the axial direction. It is possible not to move to the other side of the.
  • the rotor can be downsized.
  • the urging member can be protected.
  • the position of the second shaft relative to the first shaft can be determined by the restricting portion and the biasing member.
  • the entire length of the first shaft and the second shaft can be shortened.
  • the waste gate valve of the turbocharger can be opened and closed.
  • the load applied to the internal thread portion of the rotating shaft can be reduced even when the exhaust pressure increases as the boost pressure increases and the movement of the first shaft is delayed. it can.
  • FIG. 4 The figure which showed the front housing.
  • FIG.5 The side view which showed the 2nd shaft.
  • the expanded side surface sectional view which showed the state which the 1st shaft and the 2nd shaft moved ahead.
  • the expanded side surface sectional view which showed the state which the 2nd shaft moved ahead.
  • FIGS. 1 to 6 mainly FIGS. 1 to 3
  • the electric actuator 1 shown in FIGS. 1 to 3 converts input electrical energy into physical motion.
  • the electric actuator 1 is used, for example, to open and close a waste gate valve of a turbocharger.
  • the electric actuator 1 includes a motor unit 100 and a shaft unit 200.
  • the motor unit 100 is a drive source for the electric actuator 1.
  • the motor unit 100 includes a housing 110, a rotor 120, a bearing 150, a first cap 160, a seal ring 170, and a position sensor 180.
  • the housing 110 constitutes an outer shell of the motor unit 100.
  • the housing 110 includes a main housing 111, a front housing 112, and a rear housing 113.
  • the main housing 111 constitutes a middle part before and after the housing 110.
  • the main housing 111 is formed in a cylindrical shape whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the outline of the main housing 111 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • a through hole having a substantially circular shape in front view that penetrates in the front-rear direction is formed inside the main housing 111.
  • the front housing 112 constitutes a front portion of the housing 110.
  • the front housing 112 is formed in a bottomed cylindrical shape whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the front housing 112 is disposed with the open side facing rearward.
  • the front housing 112 is formed with a flange portion 112a, a rotation stop hole 112b, and a shaft insertion hole 112c.
  • the flange portion 112 a is formed so as to spread outward from the outer peripheral surface of the front housing 112.
  • the flange portion 112a is formed in a rectangular shape in rear view (see FIG. 4A).
  • the flange portion 112a is fixed to the front end portion of the main housing 111 with a bolt or the like.
  • the anti-rotation hole 112b is formed in a long hole shape whose longitudinal direction is directed in the vertical direction when viewed from the back (see FIG. 4A).
  • the anti-rotation hole 112b is formed from the rear end of the front housing 112 to the inner bottom surface (the surface facing the rear of the front portion).
  • the shaft insertion hole 112c shown in FIGS. 3 and 4 is a hole through which the second shaft 220 is inserted.
  • the shaft insertion hole 112c is formed so as to penetrate the front portion of the front housing 112 in the front-rear direction.
  • the shaft insertion hole 112c is formed such that the front part has a larger diameter than the rear part (see FIG. 4B).
  • the rear housing 113 shown in FIGS. 1 and 2 constitutes the rear portion of the housing 110.
  • the rear housing 113 is formed in a bottomed cylindrical shape whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the rear housing 113 is disposed with the open side facing forward.
  • the rear housing 113 is fixed to the rear end portion of the main housing 111 at the front end portion.
  • the rotor 120 shown in FIGS. 2 and 3 is a member that rotates with respect to the housing 110.
  • the rotor 120 includes a core 121, a coil 122, and a rotating shaft 123.
  • a core 121 and a coil 122 wound around the core 121 are provided inside the main housing 111.
  • a rotation shaft 123 is provided inside the core 121.
  • the rotating shaft 123 is formed in a cylindrical shape whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the rotor 120 is provided so as to be rotatable about an axis with respect to the main housing 111 and the front housing 112 by bearings 150 provided in the main housing 111 and the front housing 112, respectively.
  • the rotor 120 rotates around the axis when the coil 122 is energized.
  • a female thread portion 123 a is formed on the inner peripheral surface of the rotating shaft 123.
  • the female screw portion 123 a is provided from the front end to the rear end of the rotating shaft 123.
  • the first cap 160 holds the seal ring 170 described later.
  • the first cap 160 is formed to close the front opening of the shaft insertion hole 112c.
  • the first cap 160 is fixed to the front housing 112 by welding or the like.
  • the seal ring 170 shown in FIGS. 2 and 3 seals the housing 110.
  • the seal ring 170 is provided in the shaft insertion hole 112 c of the front housing 112 while being compressed by the first cap 160.
  • the position sensor 180 shown in FIG. 2 detects the position of the second shaft 220 in the front-rear direction.
  • the position sensor 180 is configured to engage with the position detection unit 223 of the second shaft 220 and rotate around the fulcrum 180a when the second shaft 220 moves in the front-rear direction. And the position sensor 180 detects the position of the front-back direction of the 2nd shaft 220 by this rotation angle.
  • the shaft portion 200 is a portion that operates by driving the motor portion 100.
  • the shaft part 200 includes a first shaft 210, a second shaft 220, a second cap 230, a spring 240, a connection part 250, and a connection part 260.
  • the first shaft 210 linearly moves with the rotation of the rotor 120.
  • the first shaft 210 is formed in a substantially columnar shape (cylindrical shape) whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the first shaft 210 is provided so that its axis coincides with the rotor 120 and is inserted through the interior of the rotor 120.
  • the first shaft 210 includes a through hole 211, a male screw part 212, and a rotation preventing part 213.
  • the through hole 211 includes a small diameter portion 211a and a large diameter portion 211b.
  • a small diameter portion 211 a shown in FIG. 5B is a portion constituting the rear portion of the through hole 211.
  • the small diameter portion 211a is formed in a circular shape when viewed from the front cross section.
  • the rear end portion of the small diameter portion 211 a is formed so as to open to the rear end portion of the first shaft 210.
  • the front end portion of the small diameter portion 211a is formed to extend forward to the front and rear midway portion of the first shaft 210.
  • a large diameter portion 211b shown in FIG. 5B is a portion constituting the front portion of the through hole 211.
  • the large diameter portion 211b is formed in a circular shape when viewed from the front cross section.
  • the large diameter portion 211b is formed to have a larger diameter than the small diameter portion 211a.
  • the front end portion of the large diameter portion 211b is formed so as to open to the front end portion of the first shaft 210.
  • the rear end portion of the large-diameter portion 211b is formed to extend rearward to the midway portion of the first shaft 210 (the front end portion of the small-diameter portion 211a).
  • the male screw portion 212 is formed from the vicinity of the front end portion of the first shaft 210 to the rear end portion.
  • the male screw portion 212 is screwed with the female screw portion 123 a of the rotary shaft 123.
  • the rotation stopper 213 shown in FIG. 5 prevents the rotation of the first shaft 210.
  • the anti-rotation portion 213 is formed at the front end portion of the first shaft 210 so as to engage with the anti-rotation hole 112b (see FIG. 4A) of the front housing 112.
  • the second shaft 220 is connected to the first shaft 210 so as to be relatively movable in the front-rear direction.
  • the second shaft 220 is formed in a substantially cylindrical shape (bar shape) with its axis line directed in the front-rear direction.
  • the second shaft 220 is inserted into the through hole 211 of the first shaft 210 and protrudes from the first shaft 210 at the front and rear portions.
  • the second shaft 220 includes a restriction part 221, a male screw part 222, and a position detection part 223.
  • the restricting portion 221 is formed so as to spread outward in the radial direction in the front-rear halfway portion of the second shaft 220.
  • the restricting portion 221 is located inside the large diameter portion 211b of the through hole 211 of the first shaft 210, has a larger diameter than the small diameter portion 211a of the through hole 211, and a smaller diameter (substantially the same diameter) than the large diameter portion 211b. ). As a result, the rearward movement of the second shaft 220 is restricted.
  • the male screw portion 222 is formed on the outer peripheral surface of the second shaft 220.
  • the male screw portion 222 is formed at the front portion of the second shaft 220.
  • the position detection unit 223 is formed on the outer peripheral surface of the rear portion of the second shaft 220.
  • the position detection unit 223 is formed into a plurality of grooves extending in the circumferential direction.
  • the second cap 230 shown in FIGS. 2 and 3 seals the through hole 211 of the first shaft 210.
  • the second cap 230 is formed so as to close the opening of the through hole 211.
  • the second cap 230 is fixed to the first shaft 210 by welding or the like.
  • the spring 240 is a compression spring.
  • the spring 240 is provided in the large-diameter portion 211b of the through hole 211 of the first shaft 210 with the contraction (extension) direction in the front-rear direction. More specifically, the spring 240 is provided between the restriction portion 221 of the second shaft 220 and the second cap 230. Thereby, the spring 240 biases the restricting portion 221 of the second shaft 220 backward.
  • the spring 240 determines the position of the second shaft 220 in the front-rear direction by urging the restricting portion 221 of the second shaft 220 rearward and pressing it against the first shaft 210.
  • connection part 250 is formed in a substantially cylindrical shape (bar shape) with the axis line directed in the front-rear direction.
  • the front portion of the connecting portion 250 is formed in a plate shape with the plate surface directed in the vertical direction.
  • the connecting portion 250 is provided in front of the second shaft 220 (via a connecting portion 260 described later).
  • a connection hole for connecting to the drive target of the electric actuator 1 is formed in the front part (plate-shaped part) of the connection part 250.
  • a male screw portion 251 is formed on the outer peripheral surface of the connecting portion 250 from the rear end to the front-rear halfway portion.
  • the connecting portion 260 is formed in a substantially cylindrical shape with the axis line directed in the front-rear direction. Holes are formed in the centers of the rear portion and the front portion of the connecting portion 260, and female screw portions 261 and 262 are formed in the holes, respectively.
  • the connecting portion 260 is fixed to the second shaft 220 by the female screw portion 261 being screwed with the male screw portion 222 of the second shaft 220. Further, the connecting portion 260 is fixed to the connecting portion 250 by the female screw portion 262 being screwed with the male screw portion 251 of the connecting portion 250.
  • the rotor 120 rotates around the axis.
  • the rotational force is transmitted to the first shaft 210 provided inside the rotor 120 via the female screw portion 123a and the male screw portion 212.
  • the rotation preventing portion 213 of the first shaft 210 is engaged with the rotation stopping hole 112b of the front housing 112, the rotation of the first shaft 210 is prevented.
  • the rotational motion of the rotor 120 is converted into the linear motion of the first shaft 210, and as a result, the first shaft 210 linearly moves forward.
  • the second cap 230 is moved from the position where the later-described waste gate valve 19 is closed (the position shown in FIG. 3) to the inner bottom surface of the front housing 112 (the surface facing the rear of the front portion).
  • a reciprocating linear movement is possible in the axial direction up to a contact position (position shown in FIG. 7).
  • the second shaft 220 is connected to the first shaft 210 so as to be relatively movable in the front-rear direction within a predetermined range. Specifically, in the second shaft 220, the spring 240 is most contracted from the position (the position shown in FIG. 3) where the restricting portion 221 contacts the bottom surface (front surface) of the large diameter portion 211b of the first shaft 210. It is possible to move relative to the first shaft 210 up to the position (the position shown in FIG. 8) that results in the above state. Therefore, when the connection part 250 receives the load (load) ahead, the 2nd shaft 220 can move to the front relatively with respect to the 1st shaft 210. FIG. Therefore, it is possible to avoid applying a forward load to the first shaft 210, and as a result, it is possible to reduce the load applied to the internal thread portion 123 a of the rotating shaft 123. Thereby, durability of the electric actuator 1 can be improved.
  • the second shaft 220 is urged rearward by a spring 240. For this reason, even when the connecting portion 250 receives a forward load, if the load does not exceed the urging force of the spring 240, the second shaft 220 moves forward relative to the first shaft 210. None do. Therefore, the unintended forward movement of the second shaft 220 (and the connection portion 250) can be prevented.
  • the second shaft 220 is urged rearward by the spring 240, even if the second shaft 220 moves relative to the front relative to the first shaft 210, the load on the connection portion 250 forward is increased. When removed, the second shaft 220 can be returned to the original position (position shown in FIG. 3).
  • the electric waste gate valve system 2 opens and closes the waste gate valve 19 of the turbocharger 10 by the electric actuator 1.
  • the electric waste gate valve system 2 includes an electric actuator 1 and a turbocharger 10. Since the configuration of the electric actuator 1 is as described above, the description thereof is omitted here.
  • the turbocharger 10 includes a compressor housing 11 provided in the middle of the engine intake passage 3 and a turbine housing 12 provided in the middle of the engine exhaust passage 4.
  • a compressor wheel 13 is accommodated in the compressor housing 11 and a compressor passage 16 is connected thereto.
  • a turbine wheel 14 is accommodated in the turbine housing 12 and a scroll passage 17 is connected thereto.
  • the compressor wheel 13 and the turbine wheel 14 are connected via a shaft 15.
  • a turbocharger 10 when exhaust discharged from the combustion chamber of the engine is supplied to the turbine wheel 14 through the scroll passage 17, the turbine wheel 14 rotates. Then, when the compressor wheel 13 rotates together with the turbine wheel 14, the intake air flowing through the intake passage 3 is pressurized and fed into the combustion chamber through the compressor passage 16. That is, the intake air is supercharged.
  • the exhaust passage 4 is provided with a bypass passage 18 that branches off from the scroll passage 17 and bypasses the turbine wheel 14.
  • a waste gate valve 19 that opens and closes the bypass passage 18 is provided in the bypass passage 18. The waste gate valve 19 is driven by the electric actuator 1.
  • the second shaft 220 is connected to the first shaft 210 so as to be relatively movable in the front-rear direction. Therefore, when the exhaust pressure rises and the waste gate valve 19 is pressed in the opening direction (backward), the second shaft 220 moves forward with respect to the first shaft 210 even when the drive of the electric actuator 1 is delayed. Relative movement is possible (see FIG. 8). Therefore, it is possible to avoid applying a forward load to the first shaft 210, and as a result, it is possible to reduce the load applied to the internal thread portion 123 a of the rotating shaft 123. Thereby, durability of the electric actuator 1 can be improved.
  • the second shaft 220 does not move forward relative to the first shaft 210. Therefore, the waste gate valve 19 can be prevented from opening unintentionally.
  • the motor unit 100 (motor) having the rotary shaft 123 (rotor 120) formed with the female screw portion 123a and the female screw portion 123a of the rotary shaft 123 are screwed together.
  • a first shaft 210 that linearly moves in the axial direction with respect to the rotation shaft 123 as the rotation shaft 123 rotates, and the first shaft 210 within a predetermined range.
  • a second shaft 220 connected to be freely movable in the axial direction.
  • the electric actuator 1 includes a spring 240 (biasing member) that biases the second shaft 220 backward (one side in the axial direction) with respect to the first shaft 210. It is. With this configuration, even when a force is applied forward (on the other side in the axial direction) to the second shaft 220, if the force does not exceed the urging force of the urging member, The two shafts 220 can be prevented from moving forward (the other side in the axial direction).
  • a spring 240 biasing member
  • the second shaft 220 includes a restricting portion 221 that restricts the backward movement (one side in the axial direction) with respect to the first shaft 210.
  • a restricting portion 221 that restricts the backward movement (one side in the axial direction) with respect to the first shaft 210.
  • the second shaft 220 is inserted through the first shaft 210. By comprising in this way, the whole length of the 1st shaft 210 and the 2nd shaft 220 can be shortened.
  • the electric waste gate valve system 2 includes the waste gate valve 19 of the turbocharger 10 and the electric actuator 1 that drives the waste gate valve 19. With this configuration, the waste gate valve 19 of the turbocharger 10 can be opened and closed.
  • the electric waste gate valve system 2 is formed such that the waste gate valve 19 is opened when the second shaft 220 moves forward (the other side in the axial direction). It is.
  • the motor unit 100 is an embodiment of a motor.
  • the spring 240 is an embodiment of the biasing member.
  • the electric actuator 1 is used for opening and closing the waste gate valve 19, but the present invention is not limited to this, and the electric actuator 1 can be used for various applications.
  • the second shaft 220 is inserted through the first shaft 210.
  • the present invention is not limited to this.
  • the second shaft 220 is provided in front of or behind the first shaft 210. There may be.
  • the spring 240 is disposed inside the first shaft 210, but is not limited to this, and may be disposed outside the first shaft 210.
  • the spring 240 may be disposed behind the first shaft 210.
  • the second shaft 220 is relatively moved forward when a load is applied forward, but the second shaft 220 is relatively moved backward when a load is applied rearward. It may be a combination of a configuration capable of relative movement forward and a configuration capable of relative movement backward.
  • the electric actuator 5 according to the second embodiment is different from the electric actuator 1 according to the first embodiment in that a shaft portion 300 is provided instead of the shaft portion 200. Therefore, below, the same code
  • the shaft part 300 includes a first shaft 310, a second shaft 320, a second cap 330, a spring 340, a connection part 250, and a connection part 260.
  • connection part 250 and the connection part 260 since it is the structure similar to 1st embodiment, description is abbreviate
  • the first shaft 310 shown in FIGS. 11 to 13 moves linearly as the rotor 120 rotates.
  • the first shaft 310 is formed in a substantially columnar shape (cylindrical shape) whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the first shaft 310 is provided so that the axis thereof coincides with the rotor 120.
  • the first shaft 310 includes an insertion part 312, an anti-rotation part 313, and a through hole 311.
  • the insertion part 312 shown in FIG.12 and FIG.13 is a part which comprises the rear part of the 1st shaft 310.
  • FIG. The insertion portion 312 is formed in a columnar shape (cylindrical shape) whose axis is directed in the front-rear direction.
  • the insertion part 312 is provided so that the axis of the rotor 120 coincides with the axis and the inside of the rotor 120 (rotary shaft 123) is inserted.
  • the insertion part 312 is formed with a male thread part 312a.
  • the male screw portion 312 a is formed on the outer peripheral surface of the insertion portion 312.
  • the male screw portion 312a is formed from the vicinity of the front end portion of the insertion portion 312 to the rear end portion.
  • the anti-rotation portion 313 is formed to engage with the anti-rotation hole 112b (see FIG. 4A) of the front housing 112.
  • the rotation preventing portion 313 is formed to be positioned in front of the rotor 120 (rotating shaft 123).
  • the through hole 311 includes a small diameter part 311a and a large diameter part 311b.
  • the small diameter portion 311 a is a portion constituting the rear portion of the through hole 311.
  • the small diameter portion 311a is formed in a circular shape when viewed from the front cross section.
  • the rear end portion of the small diameter portion 311 a is formed to open to the rear end portion of the first shaft 310.
  • the front end portion of the small diameter portion 311a is formed to extend forward to the vicinity of the front end portion of the first shaft 310.
  • the large diameter portion 311b is a portion constituting the front portion of the through hole 311.
  • the large diameter portion 311b is formed in a circular shape when viewed from the front cross section.
  • the large diameter part 311b is formed to have a larger diameter than the small diameter part 311a.
  • the front end portion of the large diameter portion 311b is formed so as to open to the front end portion of the first shaft 310.
  • the rear end portion of the large diameter portion 311b is formed so as to extend rearward to the midway portion of the rotation preventing portion 313 (the front end portion of the small diameter portion 311a).
  • the large-diameter portion 311b is entirely formed in the rotation preventing portion 313.
  • the second shaft 320 shown in FIGS. 11 and 12 is connected to the first shaft 310 so as to be relatively movable in the front-rear direction.
  • the second shaft 320 is formed in a substantially cylindrical shape (bar shape) with its axis line directed in the front-rear direction.
  • the second shaft 320 is inserted into the through hole 311 of the first shaft 310 and protrudes from the first shaft 310 at the front and rear portions.
  • the second shaft 320 includes a restriction part 321, a male screw part 322, and a position detection part 323.
  • the restricting portion 321 is formed so as to spread outward in the radial direction at the midway portion before and after the second shaft 320.
  • the restricting portion 321 is located inside the large diameter portion 311b of the through hole 311 of the first shaft 310, and has a larger diameter than the small diameter portion 311a of the through hole 311 and a smaller diameter (substantially the same diameter) than the large diameter portion 311b. ). Thereby, the second shaft 320 is restricted from moving backward.
  • the male screw part 322 shown in FIG. 11 is for engaging with the connecting part 260.
  • the male screw portion 322 is formed on the outer peripheral surface of the second shaft 320.
  • the male screw part 322 is formed at the front part of the second shaft 320.
  • the position detection unit 323 shown in FIG. 11 is for detecting the position of the second shaft 320 in the front-rear direction.
  • the position detection unit 323 is formed on the outer peripheral surface of the rear portion of the second shaft 320.
  • the position detection unit 323 is formed in a plurality of grooves extending in the circumferential direction.
  • the second cap 330 shown in FIGS. 11 and 12 seals the through hole 311 of the first shaft 310.
  • the second cap 330 is formed so as to block the front end (opening) of the large diameter portion 311 b of the through hole 311.
  • the second cap 330 is fixed to the first shaft 310 by welding or the like.
  • the spring 340 is formed by laminating a plurality of disc springs in the front-rear direction.
  • the spring 340 is provided such that the direction of the front and rear direction of the adjacent disc springs is opposite to each other with the contraction (extension) direction in the front and rear direction.
  • the spring 340 is provided (accommodated) in the large diameter portion 311 b of the through hole 311 of the first shaft 310. More specifically, the spring 340 is provided between the restriction portion 321 of the second shaft 320 and the second cap 330. Thereby, the spring 340 is provided so that it may be located ahead of the rotor 120 (rotating shaft 123).
  • the spring 340 is provided in this manner, and biases the restricting portion 321 of the second shaft 320 backward.
  • the spring 340 determines the position of the second shaft 320 in the front-rear direction by urging the restricting portion 321 of the second shaft 320 rearward and pressing it against the first shaft 310.
  • the entire large-diameter portion 311b of the through hole 311 of the first shaft 310 that houses the spring 340 is provided in front of the rotor 120 (rotating shaft 123). ing.
  • the large diameter part 311b is not formed in the insertion part 312 (part inserted by the rotor 120) of the 1st shaft 310, the diameter of the insertion part 312 of the 1st shaft 310 is comparatively (FIG. 2). (In comparison with the embodiment shown in FIG. 4).
  • the insertion portion 312 of the first shaft 310 is inserted into the rotation shaft 123 (see FIG. 12), the diameter of the rotation shaft 123 can be reduced.
  • the core 121 has the rotating shaft 123 inserted in the through-hole 121a which penetrates the center part of the said core 121 to an axial direction, it can make the diameter of the said through-hole 121a small. it can.
  • the core 121 is formed with a plurality of winding portions 121b (spaced in the circumferential direction) extending outward in the radial direction so that the coil 122 can be wound.
  • the diameter of the through hole 121a can be reduced, the length of the winding portion 121b in the radial direction can be increased.
  • the amount (coiled amount) of the coil 122 per unit length in the axial direction can be increased.
  • the electromagnetic force can be maintained. Therefore, the length of the rotor 120 in the axial direction can be shortened, and as a result, the electric actuator 5 can be reduced in size.
  • the electric actuator 5 can be further downsized.
  • the spring 340 since the spring 340 is accommodated in the large diameter portion 311b of the through hole 311 of the first shaft 310, the spring 340 can be protected from intrusion of foreign matter. Further, the ease of assembling the spring 340 and the like can be improved.
  • the first shaft 310 includes the insertion portion 312 that is inserted into the rotor 120 to form the male screw portion 312a, and the spring 340 (biasing member) is The insertion portion 312 is provided on the outer side in the axial direction. With this configuration, the rotor 120 can be reduced in size.
  • the first shaft 310 includes a large-diameter portion 311 b (accommodating portion) that is formed on the outer side in the axial direction than the insertion portion 312 and accommodates the spring 340. With this configuration, the spring 340 can be protected.
  • the spring 340 is a disc spring. With this configuration, the rotor 120 can be reduced in size.
  • the large diameter portion 311b is an embodiment of the accommodating portion.
  • the spring 340 is an embodiment of the biasing member.
  • the spring 340 is a disc spring, but may be a wave spring.
  • the present invention can be applied to an electric actuator and an electric waste gate valve system including the electric actuator.

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Abstract

回転シャフトの雌ねじ部にかかる負荷を低減することができる電動アクチュエータ及び電動ウェイストゲートバルブシステムを提供する。 雌ねじ部123aが形成された回転シャフト123(ロータ120)を有するモータ部100と、回転シャフト123の雌ねじ部123aと螺合する雄ねじ部212を有し、回転シャフト123の回転に伴って回転シャフト123に対して軸線方向に直線移動する第一シャフト210と、第一シャフト210に対して所定の範囲内で前記軸線方向に相対移動自在に連結された第二シャフト220と、を具備する。

Description

電動アクチュエータ及び電動ウェイストゲートバルブシステム
 本発明は、電動アクチュエータ及び当該電動アクチュエータを具備する電動ウェイストゲートバルブシステムの技術に関する。
 従来、電動アクチュエータ及び電動ウェイストゲートバルブシステムの技術は公知となっている。例えば、特許文献1に記載の如くである。
 特許文献1には、固定子と、前記固定子の内側に回転可能に配置されて中心に設けた穴に雌ねじ部が形成された回転子と、前記回転子の回転を軸方向の直線運動に変換して直線移動するシャフトと、を具備するターボ用アクチュエータが記載されている。当該ターボ用アクチュエータにおいては、シャフトが直線移動することにより、ターボチャージャのウェイストゲートバルブを開閉する。
 しかしながら、特許文献1に記載の技術においては、過給圧の上昇に伴って排圧が上昇した場合、アクチュエータの動作が遅れると、排圧によってシャフトが押され、これにより回転子の雌ねじ部に負荷がかかってしまうという問題があった。
特許5710018号公報
 本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、回転シャフトの雌ねじ部にかかる負荷を低減することができる電動アクチュエータ及び電動ウェイストゲートバルブシステムを提供するものである。
 本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
 即ち、本発明の電動アクチュエータは、雌ねじ部が形成されたロータを有するモータと、前記ロータの前記雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を有し、前記ロータの回転に伴って当該ロータに対して軸線方向に直線移動する第一シャフトと、前記第一シャフトに対して所定の範囲内で前記軸線方向に相対移動自在に連結された第二シャフトと、を具備するものである。
 また、本発明の電動アクチュエータは、前記第一シャフトに対して前記第二シャフトを前記軸線方向の一方側へ付勢する付勢部材を具備するものである。
 また、前記第一シャフトは、前記雄ねじ部が形成されていると共に、前記ロータに挿通された挿通部を具備し、前記付勢部材は、前記挿通部よりも前記軸線方向外側に設けられているものである。
 また、前記第一シャフトは、前記挿通部よりも前記軸線方向外側に形成されて、前記付勢部材を収容する収容部を具備するものである。
 また、前記付勢部材は、コイルスプリング又は皿ばね又はウェーブスプリングであるものである。
 また、前記第二シャフトは、前記第一シャフトに対する前記軸線方向の一方側への移動を規制する規制部を具備するものである。
 また、前記第二シャフトは、前記第一シャフトに挿通されるものである。
 また、本発明の電動ウェイストゲートバルブシステムは、ターボチャージャのウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動する本発明の電動アクチュエータと、を具備するものである。
 また、本発明の電動ウェイストゲートバルブシステムは、前記第二シャフトが前記軸線方向の他方側に移動することにより、前記ウェイストゲートバルブが開くように形成されているものである。
 本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
 本発明の電動アクチュエータにおいては、ロータの雌ねじ部にかかる負荷を低減することができる。具体的には、第二シャフトに対して軸線方向に力が加えられた場合において、ロータの雌ねじ部にかかる負荷を低減することができる。
 本発明の電動アクチュエータにおいては、第二シャフトに対して軸線方向の他方側に力が加えられた場合でも、当該力が付勢部材の付勢力を超えない場合には、第二シャフトが軸線方向の他方側に移動しないようにすることができる。
 本発明の電動アクチュエータにおいては、ロータの小型化を図ることができる。
 本発明の電動アクチュエータにおいては、付勢部材を保護することができる。
 本発明の電動アクチュエータにおいては、規制部及び付勢部材によって、第一シャフトに対する第二シャフトの位置を決めることができる。
 本発明の電動アクチュエータにおいては、第一シャフト及び第二シャフトの全体の長さを短くすることができる。
 本発明の電動ウェイストゲートバルブシステムにおいては、ターボチャージャのウェイストゲートバルブを開閉することができる。
 本発明の電動ウェイストゲートバルブシステムにおいては、過給圧の上昇に伴って排圧が上昇した場合、第一シャフトの移動が遅れた場合でも、回転シャフトの雌ねじ部にかかる負荷を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータを示した平面図。 図1におけるA-A断面を示した図。 図2の要部拡大図。 (a)前ハウジングを示した背面図。(b)図4(a)におけるC-C断面を示した図。 (a)第一シャフトを示した正面図。(b)図5(a)におけるD-D断面を示した図。 第二シャフトを示した側面図。 第一シャフト及び第二シャフトが前方へ移動した状態を示した拡大側面断面図。 第二シャフトが前方へ移動した状態を示した拡大側面断面図。 本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータを用いた電動ウェイストゲートバルブシステムを示した概略図。 別例に係る電動アクチュエータを示した側面断面図。 本発明の第二実施形態に係る電動アクチュエータを示した側面断面図。 図11の要部拡大図。 本発明の第二実施形態に係る電動アクチュエータの第一シャフトの側面断面図。 コアの正面図。
 以下では、図中の矢印U、矢印D、矢印F、矢印B、矢印L及び矢印Rで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。
 以下では、図1から図6(主に図1から図3)を用いて、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ1について説明する。
 図1から図3に示す電動アクチュエータ1は、入力された電気エネルギーを物理的運動に変換するものである。電動アクチュエータ1は、例えばターボチャージャのウェイストゲートバルブを開閉させるのに用いられる。電動アクチュエータ1は、モータ部100及びシャフト部200を具備する。
 モータ部100は、電動アクチュエータ1の駆動源である。モータ部100は、ハウジング110、ロータ120、ベアリング150、第一キャップ160、シールリング170及び位置センサ180を具備する。
 ハウジング110は、モータ部100の外郭を構成するものである。ハウジング110は、主ハウジング111、前ハウジング112及び後ハウジング113を具備する。
 主ハウジング111は、ハウジング110の前後中途部を構成するものである。主ハウジング111は、軸線を前後方向へ向けた筒状に形成される。主ハウジング111の外郭は、直方体状に形成される。主ハウジング111の内側には、前後方向に貫通する正面視略円状の貫通孔が形成される。
 前ハウジング112は、ハウジング110の前部を構成するものである。前ハウジング112は、軸線を前後方向へ向けた有底円筒状に形成される。前ハウジング112は、開放側を後方へ向けて配置される。前ハウジング112には、フランジ部112a、回り止め穴112b及びシャフト挿通孔112cが形成される。
 図1、図3及び図4に示すフランジ部112aは、前ハウジング112の後端部に形成される。フランジ部112aは、前ハウジング112の外周面から外側に広がるように形成される。フランジ部112aは、背面視矩形状に形成される(図4(a)参照)。フランジ部112aは、ボルト等により主ハウジング111の前端部と固定される。
 図3及び図4に示す回り止め穴112bは、第一シャフト210の回転を防止するためのものである。回り止め穴112bは、背面視において、長手方向を上下方向へ向けた長穴状に形成される(図4(a)参照)。回り止め穴112bは、前ハウジング112の後端から内底面(前部の後方を向く面)にかけて形成される。
 図3及び図4に示すシャフト挿通孔112cは、第二シャフト220を挿通する孔である。シャフト挿通孔112cは、前ハウジング112の前部を前後方向に貫通するように形成される。シャフト挿通孔112cは、前部が後部よりも大径に形成される(図4(b)参照)。
 図1及び図2に示す後ハウジング113は、ハウジング110の後部を構成するものである。後ハウジング113は、軸線を前後方向へ向けた有底円筒状に形成される。後ハウジング113は、開放側を前方へ向けて配置される。後ハウジング113は、前端部において主ハウジング111の後端部と固定される。
 図2及び図3に示すロータ120は、ハウジング110に対して回転する部材である。ロータ120は、コア121、コイル122及び回転シャフト123を具備する。
 図3に示すように、主ハウジング111の内部には、コア121と、コア121に巻回されたコイル122とが設けられる。コア121の内部には、回転シャフト123が設けられている。回転シャフト123は、軸線を前後方向へ向けた円筒状に形成される。
 ロータ120は、主ハウジング111及び前ハウジング112にそれぞれ設けられたベアリング150によって、当該主ハウジング111及び前ハウジング112に対して軸線回りに回転可能に設けられている。ロータ120は、コイル122に通電されることで軸線回りに回転する。
 回転シャフト123の内周面には、雌ねじ部123aが形成される。雌ねじ部123aは、回転シャフト123の前端から後端にかけて設けられる。
 第一キャップ160は、後述するシールリング170を押さえるものである。第一キャップ160は、シャフト挿通孔112cの前側開口部を塞ぐように形成される。第一キャップ160は、前ハウジング112に溶接等により固定されている。
 図2及び図3に示すシールリング170は、ハウジング110をシールするものである。シールリング170は、前ハウジング112のシャフト挿通孔112cに、第一キャップ160によって圧縮された状態で設けられている。
 図2に示す位置センサ180は、第二シャフト220の前後方向の位置を検知するものである。位置センサ180は、第二シャフト220の被位置検知部223と係合し、第二シャフト220が前後方向に移動すると支点180a回りに回動するように構成されている。そして、位置センサ180は、この回動角度により、第二シャフト220の前後方向の位置を検知する。
 シャフト部200は、モータ部100の駆動によって動作する部分である。シャフト部200は、第一シャフト210、第二シャフト220、第二キャップ230、ばね240、接続部250及び連結部260を具備する。
 図2、図3及び図5に示す第一シャフト210は、ロータ120の回転に伴って直線移動するものである。第一シャフト210は、軸線を前後方向へ向けた略円柱状(円筒状)に形成される。第一シャフト210は、ロータ120と軸線が一致するように、且つ、ロータ120の内部を挿通するように設けられる。第一シャフト210は、貫通孔211、雄ねじ部212及び回り止め部213を具備する。
 図3及び図5(b)に示す貫通孔211は、第一シャフト210を前後方向に貫通する孔である。貫通孔211は、小径部211a及び大径部211bにより構成される。
 図5(b)に示す小径部211aは、貫通孔211の後部を構成する部分である。小径部211aは、正面断面視円状に形成される。小径部211aの後端部は、第一シャフト210の後端部に開口するように形成される。小径部211aの前端部は、第一シャフト210の前後中途部まで前方へ延びるように形成される。
 図5(b)に示す大径部211bは、貫通孔211の前部を構成する部分である。大径部211bは、正面断面視円状に形成される。大径部211bは、小径部211aよりも大径に形成される。大径部211bの前端部は、第一シャフト210の前端部に開口するように形成される。大径部211bの後端部は、第一シャフト210の前後中途部(小径部211aの前端部)まで後方へ延びるように形成される。
 図3及び図5に示す雄ねじ部212は、第一シャフト210の外周面に形成される。雄ねじ部212は、第一シャフト210の前端部近傍から後端部にかけて形成される。雄ねじ部212は、回転シャフト123の雌ねじ部123aと螺合している。
 図5に示す回り止め部213は、第一シャフト210の回転を防止するものである。回り止め部213は、第一シャフト210の前端部に、前ハウジング112の回り止め穴112b(図4(a)参照)に係合するように形成される。
 第二シャフト220は、第一シャフト210に対して前後方向に相対移動自在に連結されたものである。第二シャフト220は、軸線を前後方向へ向けた略円柱状(棒状)に形成される。第二シャフト220は、第一シャフト210の貫通孔211に挿通されると共に、前部及び後部において第一シャフト210から突出している。第二シャフト220は、規制部221、雄ねじ部222及び被位置検知部223を具備する。
 図2、図3及び図6に示す規制部221は、第二シャフト220の位置及び移動範囲を規制するものである。規制部221は、第二シャフト220の前後中途部において径方向外側に広がるように形成される。規制部221は、第一シャフト210の貫通孔211の大径部211bの内部に位置し、貫通孔211の小径部211aよりも大径であって、大径部211bよりも小径(略同径)に形成される。これにより、第二シャフト220は、後方への移動が規制されている。
 図1、図2及び図6に示す雄ねじ部222は、後述する連結部260と係合させるためのものである。雄ねじ部222は、第二シャフト220の外周面に形成される。雄ねじ部222は、第二シャフト220の前部に形成される。
 図2及び図6に示す被位置検知部223は、第二シャフト220の前後方向の位置を検知するためのものである。被位置検知部223は、第二シャフト220の後部の外周面に形成される。被位置検知部223は、周方向に延びる複数の溝状に形成される。
 図2及び図3に示す第二キャップ230は、第一シャフト210の貫通孔211をシールするものである。第二キャップ230は、貫通孔211の開口部を塞ぐように形成される。第二キャップ230は、第一シャフト210に溶接等により固定されている。
 図2及び図3に示すばね240は、第二シャフト220を後方へ付勢するものである。ばね240は、圧縮ばねである。ばね240は、収縮(伸長)方向を前後方向へ向けて、第一シャフト210の貫通孔211の大径部211bに設けられる。より詳細には、ばね240は、第二シャフト220の規制部221と第二キャップ230との間に設けられる。これにより、ばね240は、第二シャフト220の規制部221を後方へ付勢する。また、ばね240は、第二シャフト220の規制部221を後方へ付勢して第一シャフト210に押し付けることで、第二シャフト220の前後方向の位置を決定する。
 図1及び図2に示す接続部250は、電動アクチュエータ1の駆動対象と接続される部分である。接続部250は、軸線を前後方向へ向けた略円柱状(棒状)に形成される。接続部250の前部は、板面を上下方向へ向けた板状に形成される。接続部250は、第二シャフト220の前方に(後述する連結部260を介して)設けられる。接続部250の前部(板状部)には、電動アクチュエータ1の駆動対象と接続するための接続孔が形成される。接続部250の外周面には、後端から前後中途部にかけて雄ねじ部251が形成される。
 図1及び図2に示す連結部260は、第二シャフト220と接続部250とを連結するものである。連結部260は、軸線を前後方向へ向けた略円柱状に形成される。連結部260の後部及び前部の中心にはそれぞれ穴が形成され、当該穴にはそれぞれ雌ねじ部261・262が形成される。連結部260は、雌ねじ部261が第二シャフト220の雄ねじ部222と螺合することで、第二シャフト220と固定されている。また、連結部260は、雌ねじ部262が接続部250の雄ねじ部251と螺合することで、接続部250と固定されている。
 次に、図3、図7及び図8を用いて、電動アクチュエータ1の動作について説明する。
 前述の如く構成された電動アクチュエータ1において、コイル122に通電されるとロータ120が軸線回りに回転する。ロータ120がある方向(一方向)に回転すると、ロータ120の内側に設けられた第一シャフト210に、雌ねじ部123a及び雄ねじ部212を介してその回転力が伝達される。しかし、第一シャフト210の回り止め部213が前ハウジング112の回り止め穴112bに係合しているため、第一シャフト210の回転は防止される。すると、ロータ120の回転運動が第一シャフト210の直線運動に変換され、その結果、第一シャフト210が前方へ直線移動する。
 第一シャフト210が前方へ直線移動すると、第一シャフト210が第二シャフト220の規制部221を前方へ押圧する。これにより、第二シャフト220は、第一シャフト210と一体的に前方へ直線移動する。
 一方、ロータ120が他方向へ(逆向きに)回転したときは、第一シャフト210は後方へ直線移動する。このとき、第二シャフト220は、ばね240によって後方へ付勢されているため、第一シャフト210と一体的に後方へ直線移動する。
 このようにして、第一シャフト210は、後述するウェイストゲートバルブ19が閉じる位置(図3に示す位置)から、第二キャップ230が前ハウジング112の内底面(前部の後方を向く面)に当接する位置(図7に示す位置)まで、軸線方向に往復直線移動可能とされる。第一シャフト210を直線移動させることで、接続部250を前方及び後方へ移動させることができ、ひいては駆動対象を動作させることができる。
 また、第二シャフト220は、第一シャフト210に対して所定の範囲内で前後方向に相対移動自在に連結されている。具体的には、第二シャフト220は、規制部221が第一シャフト210の大径部211bの底面(前方を向く面)に当接する位置(図3に示す位置)から、ばね240が最も収縮した状態となる位置(図8に示す位置)まで、第一シャフト210に対して相対移動可能とされている。よって、接続部250が前方への負荷(荷重)を受けた場合、第二シャフト220は第一シャフト210に対して前方へ相対移動することができる。よって、第一シャフト210に対して前方への負荷がかかるのを回避することができ、ひいては回転シャフト123の雌ねじ部123aにかかる負荷を低減することができる。これにより、電動アクチュエータ1の耐久性を向上させることができる。
 また、第二シャフト220はばね240によって後方へ付勢されている。このため、接続部250が前方への負荷を受けた場合であっても、当該負荷がばね240の付勢力を超えない場合は、第二シャフト220は第一シャフト210に対して前方へ相対移動することはない。したがって、第二シャフト220(及び接続部250)の意図しない前方への移動を防止することができる。
 また、第二シャフト220がばね240によって後方へ付勢されていることにより、第二シャフト220が第一シャフト210に対して前方へ相対移動しても、接続部250への前方への負荷が除かれた場合には、第二シャフト220を元の位置(図3に示す位置)に戻すことができる。
 次に、図9を用いて、電動アクチュエータ1を具備する電動ウェイストゲートバルブシステム2について説明する。
 電動ウェイストゲートバルブシステム2は、ターボチャージャ10のウェイストゲートバルブ19を電動アクチュエータ1によって開閉するものである。電動ウェイストゲートバルブシステム2は、電動アクチュエータ1及びターボチャージャ10を具備する。電動アクチュエータ1の構成は前述のとおりであるので、ここでは説明を省略する。
 ターボチャージャ10は、エンジンの吸気通路3の途中に設けられるコンプレッサハウジング11と、エンジンの排気通路4の途中に設けられるタービンハウジング12とを具備する。コンプレッサハウジング11には、コンプレッサホイール13が収容されると共に、コンプレッサ通路16が接続されている。また、タービンハウジング12には、タービンホイール14が収容されると共に、スクロール通路17が接続されている。
 コンプレッサホイール13とタービンホイール14とは、シャフト15を介して連結されている。こうしたターボチャージャ10において、エンジンの燃焼室から排出される排気がスクロール通路17を通じてタービンホイール14に供給されると、タービンホイール14が回転する。そして、タービンホイール14とともにコンプレッサホイール13が回転することにより、吸気通路3を流通する吸気が加圧され、コンプレッサ通路16を通じて燃焼室に送り込まれる。すなわち、吸入空気の過給が行われるようになる。
 また、排気通路4には、スクロール通路17から分岐し、タービンホイール14を迂回するバイパス通路18が設けられている。バイパス通路18には、このバイパス通路18を開閉するウェイストゲートバルブ19が設けられている。ウェイストゲートバルブ19は、電動アクチュエータ1によって駆動される。
 このように構成されるターボチャージャ10において、コンプレッサ通路16における過給圧が上昇すると、これに伴ってスクロール通路17における排圧が上昇する。排圧が上昇した場合には、電動アクチュエータ1を駆動してウェイストゲートバルブ19の弁体を開方向(後方)へ移動させる(図7に示すようにシャフト部200を前方へ移動させる)ことで、バイパス通路18を開放する。これにより、過給圧のオーバーシュートを防止することができる。
 また、第二シャフト220は、第一シャフト210に対して前後方向に相対移動自在に連結されている。よって、排圧が上昇してウェイストゲートバルブ19が開方向(後方)へと押圧されたとき、電動アクチュエータ1の駆動が遅れた場合でも、第二シャフト220は第一シャフト210に対して前方へ相対移動することができる(図8参照)。よって、第一シャフト210に対して前方への負荷がかかるのを回避することができ、ひいては回転シャフト123の雌ねじ部123aにかかる負荷を低減することができる。これにより、電動アクチュエータ1の耐久性を向上させることができる。
 また、ばね240の働きにより、排圧による負荷がばね240の付勢力を超えない場合は、第二シャフト220は第一シャフト210に対して前方へ相対移動することはない。したがって、ウェイストゲートバルブ19が意図せず開いてしまうのを防止することができる。
 以上の如く、本実施形態に係る電動アクチュエータ1は、雌ねじ部123aが形成された回転シャフト123(ロータ120)を有するモータ部100(モータ)と、前記回転シャフト123の前記雌ねじ部123aと螺合する雄ねじ部212を有し、前記回転シャフト123の回転に伴って当該回転シャフト123に対して軸線方向に直線移動する第一シャフト210と、前記第一シャフト210に対して所定の範囲内で前記軸線方向に相対移動自在に連結された第二シャフト220と、を具備するものである。
 このように構成されることにより、回転シャフト123の雌ねじ部123aにかかる負荷を低減することができる。具体的には、第二シャフト220に対して軸線方向に力が加えられた場合において、回転シャフト123の雌ねじ部123aにかかる負荷を低減することができる。
 また、本実施形態に係る電動アクチュエータ1は、前記第一シャフト210に対して前記第二シャフト220を後方(前記軸線方向の一方側)へ付勢するばね240(付勢部材)を具備するものである。
 このように構成されることにより、第二シャフト220に対して前方(軸線方向の他方側)に力が加えられた場合でも、当該力が付勢部材の付勢力を超えない場合には、第二シャフト220が前方(軸線方向の他方側)に移動しないようにすることができる。
 また、前記第二シャフト220は、前記第一シャフト210に対する後方(前記軸線方向の一方側)への移動を規制する規制部221を具備するものである。
 このように構成されることにより、規制部221及びばね240によって、第一シャフト210に対する第二シャフト220の位置を決めることができる。
 また、前記第二シャフト220は、前記第一シャフト210に挿通されるものである。
 このように構成されることにより、第一シャフト210及び第二シャフト220の全体の長さを短くすることができる。
 また、本実施形態に係る電動ウェイストゲートバルブシステム2は、ターボチャージャ10のウェイストゲートバルブ19と、前記ウェイストゲートバルブ19を駆動する電動アクチュエータ1と、を具備するものである。
 このように構成されることにより、ターボチャージャ10のウェイストゲートバルブ19を開閉することができる。
 また、本実施形態に係る電動ウェイストゲートバルブシステム2は、前記第二シャフト220が前方(前記軸線方向の他方側)に移動することにより、前記ウェイストゲートバルブ19が開くように形成されているものである。
 このように構成されることにより、過給圧の上昇に伴って排圧が上昇した場合、第一シャフト210の移動が遅れた場合でも、回転シャフト123の雌ねじ部123aにかかる負荷を低減することができる。
 なお、モータ部100は、モータの実施の一形態である。
 また、ばね240は、付勢部材の実施の一形態である。
 以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
 例えば、本実施形態においては、電動アクチュエータ1は、ウェイストゲートバルブ19の開閉に用いるものとしたが、これに限定されるものではなく、電動アクチュエータ1は、種々の用途に用いることができる。
 また、本実施形態においては、第二シャフト220は、第一シャフト210に挿通されるものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば第一シャフト210の前方や後方に設けられるものであってもよい。
 また、本実施形態においては、ばね240は第一シャフト210の内部に配置されるものとしたが、これに限定されるものではなく、第一シャフト210の外側に配置されていてもよい。例えば、図10に示すように、ばね240は、第一シャフト210の後方に配置されていてもよい。
 また、本実施形態においては、前方へ負荷がかかったときに第二シャフト220が前方へ相対移動するものとしたが、後方へ負荷がかかったときに第二シャフト220が後方へ相対移動する構成であってもよく、また前方へ相対移動可能な構成と後方へ相対移動可能な構成との組み合わせであってもよい。
 次に、図11から図14を用いて、第二実施形態に係る電動アクチュエータ5について説明する。
 第二実施形態に係る電動アクチュエータ5が、第一実施形態に係る電動アクチュエータ1と異なる点は、シャフト部200に代えてシャフト部300を具備する点である。よって以下では、第二実施形態に係る電動アクチュエータ5のうち第一実施形態に係る電動アクチュエータ1と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
 図11に示すシャフト部300は、モータ部100の駆動によって動作する部分である。シャフト部300は、第一シャフト310、第二シャフト320、第二キャップ330、ばね340、接続部250及び連結部260を具備する。なお、接続部250及び連結部260については、第一実施形態と同様の構成であるので、ここでは説明を省略する。
 図11から図13に示す第一シャフト310は、ロータ120の回転に伴って直線移動するものである。第一シャフト310は、軸線を前後方向へ向けた略円柱状(円筒状)に形成される。第一シャフト310は、ロータ120と軸線が一致するように設けられる。第一シャフト310は、挿通部312、回り止め部313及び貫通孔311を具備する。
 図12及び図13に示す挿通部312は、第一シャフト310の後部を構成する部分である。挿通部312は、軸線を前後方向へ向けた円柱状(円筒状)に形成される。挿通部312は、ロータ120と軸線が一致するように、且つ、ロータ120(回転シャフト123)の内部を挿通するように設けられる。挿通部312には、雄ねじ部312aが形成される。
 図12及び図13に示す雄ねじ部312aは、回転シャフト123の雌ねじ部123aと螺合するものである。雄ねじ部312aは、挿通部312の外周面に形成される。雄ねじ部312aは、挿通部312の前端部近傍から後端部にかけて形成される。
 図12及び図13に示す回り止め部313は、第一シャフト310の前部を構成し、第一シャフト310の回転を防止するものである。回り止め部313は、前ハウジング112の回り止め穴112b(図4(a)参照)に係合するように形成される。回り止め部313は、ロータ120(回転シャフト123)よりも前方に位置するように形成される。
 図12及び図13に示す貫通孔311は、第一シャフト310を前後方向に貫通する孔である。貫通孔311は、小径部311a及び大径部311bにより構成される。
 小径部311aは、貫通孔311の後部を構成する部分である。小径部311aは、正面断面視円状に形成される。小径部311aの後端部は、第一シャフト310の後端部に開口するように形成される。小径部311aの前端部は、第一シャフト310の前端部近傍まで前方へ延びるように形成される。
 大径部311bは、貫通孔311の前部を構成する部分である。大径部311bは、正面断面視円状に形成される。大径部311bは、小径部311aよりも大径に形成される。大径部311bの前端部は、第一シャフト310の前端部に開口するように形成される。大径部311bの後端部は、回り止め部313の前後中途部(小径部311aの前端部)まで後方へ延びるように形成される。大径部311bは、その全体が回り止め部313に形成される。
 図11及び図12に示す第二シャフト320は、第一シャフト310に対して前後方向に相対移動自在に連結されたものである。第二シャフト320は、軸線を前後方向へ向けた略円柱状(棒状)に形成される。第二シャフト320は、第一シャフト310の貫通孔311に挿通されると共に、前部及び後部において第一シャフト310から突出している。第二シャフト320は、規制部321、雄ねじ部322及び被位置検知部323を具備する。
 図11及び図12に示す規制部321は、第二シャフト320の位置及び移動範囲を規制するものである。規制部321は、第二シャフト320の前後中途部において径方向外側に広がるように形成される。規制部321は、第一シャフト310の貫通孔311の大径部311bの内部に位置し、貫通孔311の小径部311aよりも大径であって、大径部311bよりも小径(略同径)に形成される。これにより、第二シャフト320は、後方への移動が規制されている。
 図11に示す雄ねじ部322は、連結部260と係合させるためのものである。雄ねじ部322は、第二シャフト320の外周面に形成される。雄ねじ部322は、第二シャフト320の前部に形成される。
 図11に示す被位置検知部323は、第二シャフト320の前後方向の位置を検知するためのものである。被位置検知部323は、第二シャフト320の後部の外周面に形成される。被位置検知部323は、周方向に延びる複数の溝状に形成される。
 図11及び図12に示す第二キャップ330は、第一シャフト310の貫通孔311をシールするものである。第二キャップ330は、貫通孔311の大径部311bの前端(開口部)を塞ぐように形成される。第二キャップ330は、第一シャフト310に溶接等により固定されている。
 図11及び図12に示すばね340は、第二シャフト320を後方へ付勢するものである。ばね340は、複数の皿ばねが前後方向に積層されて形成される。ばね340は、収縮(伸長)方向を前後方向へ向けて、隣接する皿ばね同士の前後方向の向きが互いに反対方向となるように設けられる。ばね340は、第一シャフト310の貫通孔311の大径部311bに設けられる(収容される)。より詳細には、ばね340は、第二シャフト320の規制部321と第二キャップ330との間に設けられる。これにより、ばね340は、ロータ120(回転シャフト123)よりも前方に位置するように設けられる。
 ばね340は、このように設けられることにより、第二シャフト320の規制部321を後方へ付勢する。また、ばね340は、第二シャフト320の規制部321を後方へ付勢して第一シャフト310に押し付けることで、第二シャフト320の前後方向の位置を決定する。
 このように構成された電動アクチュエータ5においては、前述の如く、ばね340を収容する第一シャフト310の貫通孔311の大径部311b全体が、ロータ120(回転シャフト123)よりも前方に設けられている。このように、第一シャフト310の挿通部312(ロータ120に挿通された部分)に大径部311bが形成されていないため、第一シャフト310の挿通部312の径を、比較的(図2に示す態様と比べて)小さく形成することができる。
 また、回転シャフト123の内部には、第一シャフト310の挿通部312が挿通されるため(図12参照)、回転シャフト123の径を小さくすることができる。また、図14に示すように、コア121は、当該コア121の中心部を軸線方向に貫通する貫通孔121aに回転シャフト123を挿通しているため、当該貫通孔121aの径を小さくすることができる。
 また図14に示すように、コア121は、コイル122を巻回できるように径方向外側に延設された巻回部121bが複数(周方向に間隔をおいて)形成されている。前述の如く、貫通孔121aの径を小さくすることができるため、巻回部121bの径方向の長さを長くすることができる。これにより、軸線方向の単位長さ当りのコイル122の量(巻回する量)を増やすことができる。このため、コイル122の軸線方向の長さを短くしても、電磁力を維持することができる。したがって、ロータ120の軸線方向の長さを短くすることができ、ひいては電動アクチュエータ5を小型化することができる。
 また、ばね340として、たわみ量が小さくても比較的大きな付勢力を得ることができる皿ばねを使用することにより、ばね340の収容スペース(大径部311b)の軸線方向の長さを短くしても、付勢力を維持することができる。したがって、さらに電動アクチュエータ5を小型化することができる。
 また、ばね340は、第一シャフト310の貫通孔311の大径部311bに収容されているので、ばね340を異物の侵入等から保護することができる。また、ばね340等の組み付け易さを向上させることができる。
 以上の如く、第二実施形態に係る電動アクチュエータ5において、第一シャフト310は、前記ロータ120に挿通されて雄ねじ部312aが形成された挿通部312を具備し、ばね340(付勢部材)は、前記挿通部312よりも前記軸線方向外側に設けられているものである。
 このように構成することにより、ロータ120の小型化を図ることができる。
 また、前記第一シャフト310は、前記挿通部312よりも前記軸線方向外側に形成されて、前記ばね340を収容する大径部311b(収容部)を具備するものである。
 このように構成することにより、ばね340を保護することができる。
 また、前記ばね340は、皿ばねであるものである。
 このように構成することにより、ロータ120の小型化を図ることができる。
 なお、大径部311bは、収容部の実施の一形態である。
 また、ばね340は、付勢部材の実施の一形態である。
 以上、本発明の第二実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
 例えば、第二実施形態においては、ばね340は、皿ばねであるものとしたが、ウェーブスプリングであってもよい。
 本発明は、電動アクチュエータ及び当該電動アクチュエータを具備する電動ウェイストゲートバルブシステムに適用することができる。
 1    電動アクチュエータ
 2    電動ウェイストゲートバルブシステム
 10   ターボチャージャ
 19   ウェイストゲートバルブ
 100  モータ部
 120  ロータ
 123  回転シャフト
 123a 雌ねじ部
 210  第一シャフト
 212  雄ねじ部
 220  第二シャフト
 221  規制部
 240  ばね
 311b 大径部
 312  挿通部
 340  ばね

Claims (9)

  1.  雌ねじ部が形成されたロータを有するモータと、
     前記ロータの前記雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を有し、前記ロータの回転に伴って当該ロータに対して軸線方向に直線移動する第一シャフトと、
     前記第一シャフトに対して所定の範囲内で前記軸線方向に相対移動自在に連結された第二シャフトと、
     を具備する、
     電動アクチュエータ。
  2.  前記第一シャフトに対して前記第二シャフトを前記軸線方向の一方側へ付勢する付勢部材を具備する、
     請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  3.  前記第一シャフトは、
     前記雄ねじ部が形成されていると共に、前記ロータに挿通された挿通部を具備し、
     前記付勢部材は、
     前記挿通部よりも前記軸線方向外側に設けられている、
     請求項2に記載の電動アクチュエータ。
  4.  前記第一シャフトは、
     前記挿通部よりも前記軸線方向外側に形成されて、前記付勢部材を収容する収容部を具備する、
     請求項3に記載の電動アクチュエータ。
  5.  前記付勢部材は、
     コイルスプリング又は皿ばね又はウェーブスプリングである、
     請求項2から請求項4までのいずれか一項に記載の電動アクチュエータ。
  6.  前記第二シャフトは、
     前記第一シャフトに対する前記軸線方向の一方側への移動を規制する規制部を具備する、
     請求項2から請求項5までのいずれか一項に記載の電動アクチュエータ。
  7.  前記第二シャフトは、
     前記第一シャフトに挿通される、
     請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電動アクチュエータ。
  8.  ターボチャージャのウェイストゲートバルブと、
     前記ウェイストゲートバルブを駆動する請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の電動アクチュエータと、
     を具備する、
     電動ウェイストゲートバルブシステム。
  9.  前記第二シャフトが前記軸線方向の他方側に移動することにより、前記ウェイストゲートバルブが開くように形成されている、
     請求項8に記載の電動ウェイストゲートバルブシステム。
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