WO2018116739A1 - 電動アクチュエータ用回転駆動源および電動アクチュエータ - Google Patents

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WO
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drive source
speed reducer
electric actuator
outer ring
electric motor
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卓志 松任
公人 牛田
川合　正浩
加藤　晃央
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Ntn株式会社
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    • F16H13/00—Gearing for conveying rotary motion with constant gear ratio by friction between rotary members
    • F16H13/06—Gearing for conveying rotary motion with constant gear ratio by friction between rotary members with members having orbital motion
    • F16H13/08—Gearing for conveying rotary motion with constant gear ratio by friction between rotary members with members having orbital motion with balls or with rollers acting in a similar manner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the present invention relates to a rotary drive source for an electric actuator and an electric actuator.
  • Patent Document 1 describes a rotary motion type electric actuator (drive device).
  • the drive device includes an electric motor, a speed reducer that decelerates and outputs the rotation of the electric motor, and a torque limiter provided in a torque transmission path between the electric motor and the speed reducer. For this reason, when the rotational torque of the electric motor is greater than or equal to a predetermined value, torque transmission from the electric motor to the speed reducer is interrupted.
  • the torque limiter is disposed on the outer side in the axial direction of the electric motor.
  • the torque limiter is provided in the above-described manner, it is possible to prevent the speed reducer from being damaged due to an overload acting on the speed reducer, so that the reliability of the drive device can be improved.
  • the torque limiter is arrange
  • the gear reducer included in the drive device of Patent Document 1 includes an input gear shaft that is disposed coaxially with the rotor of the electric motor, an output gear shaft that is disposed in parallel with the input gear shaft, and both gear shafts. Since the intermediate gear shaft disposed between them is provided, the overall radial dimension of the apparatus is also large.
  • the drive device of Patent Document 1 has a problem that the application target is limited because the size of the entire device is large.
  • the speed reducer in the drive device of Patent Document 1 is replaced with a so-called planetary speed reducer, the drive device can be made compact in the radial direction, but the torque limiter is arranged on the outer side in the axial direction of the electric motor. The problem remains that the overall axial dimension of the device is large.
  • an object of the present invention is to provide a rotary drive source for an electric actuator that is lightweight, compact, and highly reliable, and further provides an electric actuator.
  • the present invention devised to achieve the above object includes an electric motor, a speed reducer that decelerates and outputs the rotation of the rotor of the electric motor, and a housing that houses the electric motor and the speed reducer.
  • a solar member that rotates in response to the rotation of the rotor an outer ring that is disposed radially outside the solar member, and a solar member that rotates and revolves as the solar member rotates.
  • the outer ring is held in the housing by a frictional force between the outer ring and a holding surface provided on the outer side in the axial direction. .
  • the speed reducer itself has a function of a torque limiter. Therefore, unlike the drive device of Patent Document 1, the torque limiter is not arranged on the outer side in the axial direction of the electric motor. Further, it is possible to prevent the reduction gear (the component member) from being damaged and the rotation drive source from being damaged due to this.
  • the function of the torque limiter included in the reduction gear is realized by only the essential components of the planetary reduction gear, the reduction gear does not become complicated and large.
  • both the outer ring and the holding surface are made of ferrous metal, even if the internal temperature of the housing rises as the electric motor rotates, the contact allowance of the outer ring against the holding surface, that is, friction Power is less likely to change. Therefore, the function as the torque limiter can be constantly maintained stably.
  • a so-called traction drive type planetary speed reducer in which the outer diameter surface of the solar member, the inner diameter surface of the outer ring, and the outer diameter surface of the planetary member are all formed into a smooth cylindrical surface. This can be applied when the machine is employed.
  • the rotary motion type electric actuator provided with the rotary drive source having the above configuration and the final output member connected to the output side of the speed reducer constituting the rotary drive source is lightweight and compact and is mounted on the used device. It has excellent characteristics and is highly reliable.
  • a rotational drive source having the above configuration, and a motion conversion mechanism unit that is connected to the output side of the speed reducer that constitutes the rotational drive source and converts the rotational motion output from the output side into a linear motion
  • the linear motion type electric actuator provided is characterized by being lightweight and compact, excellent in mountability to equipment used, and highly reliable.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 3.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of an outer diameter end portion of the speed reducer in a state before assembly of the electric actuator shown in FIG.
  • FIG. 6 is a transverse cross-sectional view of the electric actuator shown in FIG. 5 for explaining a detent mechanism for the ball screw shaft.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electric actuator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line BB in FIG. 1
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line CC in FIG. A cross-sectional view is shown.
  • This electric actuator is a rotary motion type that outputs rotational power, and is used, for example, for driving a robot arm or steering-by-wire of an automobile.
  • the electric actuator A includes a rotational drive source 1, a speed reducer 2 disposed on the axially outer side of the rotational drive source 1, and connected to the output side of the rotational drive source 1.
  • a final output shaft 3 as a final output member connected to the output side, and a bottomed cylindrical casing 8 that accommodates and holds them are provided.
  • the opening side of the housing 8 (the right side in FIG. 1) is referred to as one side in the axial direction, and the closed side (bottom portion) of the housing 8 is provided.
  • the left side in FIG. 1 is called the other side in the axial direction.
  • the housing 8 of the present embodiment is composed of three housing constituent members (first housing constituent member 81 to third housing constituent member 83) provided continuously in the axial direction.
  • the casing constituent members 81 to 83 are coupled and integrated using a bolt member (not shown).
  • a terminal portion 4 On the inner periphery of the first casing member 81, there is provided a terminal portion 4 that collectively holds various electrical components such as a power source terminal and a sensor (for example, a rotation angle detection sensor of an electric motor). Yes.
  • the third casing constituent member 83 is formed of an iron-based metal, and the first and second casing constituent members 81 and 82 have a small specific gravity. And an aluminum alloy having high thermal conductivity.
  • the electric actuator A is preferably lighter and more compact in order to improve the mountability of the electric actuator A to the equipment used, and the internal temperature of the housing 8 can be increased due to the rotational drive of the rotational drive source 1. This is to suppress as much as possible. Therefore, if the above configuration is adopted, the cooling efficiency can be improved while reducing the weight of the housing 8 (electric actuator A).
  • the rotational drive source 1 of the present embodiment includes an electric motor 5 and a drive source output shaft 6.
  • the electric motor 5 is a radial gap type including a stator 51 fixed to the housing 8 and a rotor 52 disposed to face the stator 51 via a radial gap.
  • the stator 51 includes a stator core 51a made of a plurality of electromagnetic steel plates laminated in the axial direction, a bobbin 51b made of an insulating material attached to the stator core 51a, and a stator coil 51c wound around the bobbin 51b.
  • the rotor 52 includes an annular rotor core 52a, a plurality of magnets 52b attached to the rotor core 52a, and a cylindrical (hollow) rotor inner 52c fixed to the inner periphery of the rotor core 51a.
  • the rotor core 52a is formed of a plurality of electromagnetic steel plates laminated in the axial direction.
  • the rotor inner 52c is formed to be longer in the axial direction than the rotor core 52a, and end portions on one side and the other side of the rotor inner 52c protrude outward in the axial direction of the rotor core 52a.
  • the rotor inner 52c is rotatably supported with respect to the housing 8 by bearings 53 and 54 fixed to the outer peripheral surfaces of the end portions on one side and the other side in the axial direction.
  • bearings 53 and 54 a rolling bearing capable of supporting both a radial load and an axial load, for example, a deep groove ball bearing is used.
  • the drive source output shaft 6 is formed in a cylindrical shape (hollow shape) and is disposed on the inner periphery of the rotor inner 52c. Thereby, the rotational drive source 1 has a structure as a hollow motor.
  • the drive source output shaft 6 is fitted to the inner periphery of the rotor inner 52c so as to be rotatable integrally with the rotor inner 52c.
  • the drive source output shaft 6 is not necessarily provided separately from the rotor inner 52c, and a portion corresponding to the drive source output shaft 6 may be provided integrally with the rotor inner 52c.
  • the speed reducer 2 is connected to a drive source output shaft 6 that is an output side of the rotary drive source 1 and a final output shaft 3. In this case, since the high torque rotational force decelerated by the speed reducer 2 is transmitted to the final output shaft 3, the electric motor 5 can be reduced in size. Thereby, the electric actuator A can be reduced in weight and size.
  • the speed reducer 2 of the present embodiment includes a sun roller 21 as a solar member, an outer ring 22 arranged on the radially outer side of the sun roller 21, and the sun roller 21 and the outer ring 22.
  • a planetary roller 23 as a planetary member that is arranged in between and rotates and revolves as the sun roller 21 (drive source output shaft 6) rotates, and a carrier 24 that extracts and outputs the revolving motion of the planetary roller 23.
  • it is a so-called traction drive type planetary speed reducer (planet roller speed reducer).
  • the outer diameter surface of the sun roller 21, the inner diameter surface of the outer ring 22, and the outer diameter surface of the planetary roller 23 are all formed as smooth cylindrical surfaces.
  • the end on one side in the axial direction of the drive source output shaft 6 is used as the sun roller 21, and the outer ring of the rolling bearing (for example, deep groove ball bearing) 25 is used as the planetary roller 23.
  • the inner ring of each rolling bearing 25 is press-fitted and fixed to the hollow shaft 26.
  • the final output shaft 3 is fixed to the inner peripheral surface of the carrier 24 constituting the output side of the speed reducer 2 by appropriate means such as press fitting.
  • the end of the final output shaft 3 on the other side in the axial direction is rotatably supported with respect to the drive source output shaft 6 via a rolling bearing 31.
  • FIG. 4 schematically shows an enlarged view of the vicinity of the outer diameter end of the speed reducer 2 in a state before the electric actuator A (housing 8) is assembled.
  • the outer ring 22 integrally includes a main body portion 22a having a U-shaped cross section and a pair of flange portions 22b and 22b provided on both sides in the axial direction of the main body portion 22a.
  • G 3141 is a press-formed product of a ferrous metal plate represented by the cold-rolled steel plate specified in G 3141.
  • the dimension t (amount of protrusion in the axial direction of the flange portion 22b) is set in the range of 0.1 mm to 0.5 mm, for example.
  • an iron-based metal adjusting member 28 having an annular shape is disposed between the flange 22b on the other axial side of the outer ring 22 and the casing 8 (second casing constituent member 82).
  • the adjustment member 28 projects the protruding amount of the flange portion 22b on one axial side of the outer ring 22 before the casing 8 is assembled (in other words, the axial direction of the outer ring 22 after the casing 8 is assembled). Compression amount) is adjusted.
  • the adjustment member 28 may be disposed between the flange portion 22b on the one axial side of the outer ring 22 and the housing 8 (third housing component member 83).
  • the outer ring 22 When the casing 8 is assembled (the first to third casing constituent members 81 to 83 are combined and integrated using a bolt member), the outer ring 22 is connected to the third casing constituent member 83 and the adjusting member. By being clamped by both sides in the axial direction, the elastic deformation occurs in the axial direction between the end surface 83a of the third housing component 83 and the end surface 28a of the adjustment member 28.
  • the outer ring 22 is compressed and deformed in the axial direction, the main body portion 22 of the outer ring 22 bulges and deforms radially inward as shown by a two-dot chain line in FIG. Exaggerated degree). Accordingly, traction (radial preload) is applied to the inside of the speed reducer 2, more specifically, to the contact portion between the outer ring 22 and the planetary roller 23, and further to the contact portion between the planetary roller 23 and the sun roller 21.
  • the outer ring 22 is held by the casing 8 by being sandwiched by the third casing constituent member 83 and the adjustment member 28 from both sides in the axial direction, and is adjacent to the flange portion 22b of the outer ring 22.
  • a detent means for restricting the outer ring 22 from rotating relative to the casing 8 for example, adhesion
  • the outer ring 22 includes the frictional force between the flange portion 22b on the one axial side and the end surface 83a of the third casing component member 83, and the end surface 28a of the flange 22b on the other axial side and the adjustment member 28. Is held by the housing 8 using the frictional force between the two. Therefore, in the present embodiment, the end surface 83a of the third casing component member 83 and the end surface 28a of the adjustment member 28 serve as the holding surface S in the present invention.
  • the electric actuator A of the present embodiment operates in the following manner by having the above configuration. First, during normal times, the rotational power of the electric motor 5 is transmitted to the final output shaft 3 via the drive source output shaft 6 and the speed reducer 2. Thereby, an operation target (not shown) connected to the final output shaft 3 is rotationally driven.
  • the outer ring 22 and the members having the holding surface S that holds the outer ring 22 are both high in strength and high in rigidity. It is formed of an iron-based metal material that has a small deformation amount due to a temperature change. For this reason, the tightening margin of the outer ring 22 with respect to the holding surface S, that is, the frictional force between the outer ring 22 and the holding surface S is basically within the range of the internal temperature change of the housing 8 accompanying the drive of the electric motor 5. Does not change. Therefore, the torque limiter function of the speed reducer 2 is stably expressed.
  • the speed reducer 2 since the speed reducer 2 itself has a function of a torque limiter, the torque limiter arranged outside the electric motor in the axial direction in the driving device of Patent Document 1 can be omitted.
  • the function of the torque limiter provided in the speed reducer 2 is realized by only the essential components of the speed reducer 2 including a planetary roller speed reducer, the speed reducer 2 does not become complicated and large.
  • the rotary drive source 1 according to the present invention and the electric actuator A provided with the same have the characteristics that they are light and compact and have few failures and high reliability.
  • the electric actuator A shown in FIG. 5 is a so-called linear motion type, and can be used for an electric brake system installed in a vehicle such as an automobile.
  • the main difference between the electric actuator A of this embodiment and the rotary motion type electric actuator A described above is that a ball screw 91 as a movement converting mechanism 9 is used instead of the final output shaft 3, and a housing. 8 is formed by coupling and integrating first to fourth casing constituent members 81 to 84 provided continuously in the axial direction. That is, the structure of the speed reducer 2 in the electric actuator A of this embodiment is substantially the same as that of the electric actuator A shown in FIG.
  • the above differences will be described in detail, and description of members / parts having the same functions and the like as those of the electric actuator A shown in FIG.
  • a spiral groove is formed on the outer peripheral surface, a screw shaft 93 disposed coaxially with the rotation center of the rotor 52 of the electric motor 29, and a spiral groove is formed on the inner peripheral surface.
  • a nut 92 fitted to the outer periphery of the screw, a large number of balls 94 disposed between the screw shaft 93 and the spiral groove of the nut 92, and a top as a circulating member disposed between the screw shaft 93 and the nut 92. (Not shown).
  • An end of one side in the axial direction of the screw shaft 93 is provided with an operation unit (actuator head) for operating an operation target (not shown).
  • an operation unit (actuator head) for operating an operation target (not shown).
  • one end in the axial direction of the screw shaft 93 is provided.
  • An actuator head is integrally provided at the end.
  • the screw shaft 93 constitutes the final output member of the electric actuator A.
  • the actuator head can be provided separately from the screw shaft 93, and the actuator head is selected and used according to the application.
  • a hollow shaft portion of the carrier 24 on the output side of the speed reducer 2 is fixed to the outer peripheral surface of the nut 92 by means such as press fitting.
  • the nut 92 is disposed on the outer side in the axial direction of the rotary drive source 1 (electric motor 5), and does not overlap with the rotor inner 52c of the electric motor 5 and the drive source output shaft 6 in the radial direction.
  • the inner diameter dimension D1 of the rotor inner 52c and the inner diameter dimension D2 of the drive source output shaft 6 can be made smaller than the outer diameter dimension D3 of the nut 92, the small electric motor 5 having a small radial dimension is used. be able to. Thereby, the rotational drive source 1 and by extension the electric actuator 1 can be made compact in the radial direction.
  • a rotation prevention mechanism for the screw shaft 93 is provided on the inner periphery of the hollow drive source output shaft 6. That is, the rotation prevention mechanism for the screw shaft 93 is provided in the axial range of the rotary drive source 1. Thereby, the electric actuator 1 can be made compact in the axial direction as compared with the case where the rotation prevention mechanism for the screw shaft 93 is provided on the outer side in the axial direction of the rotary drive source 1.
  • the anti-rotation mechanism of the present embodiment is fixed to the first housing component member 81 and penetrates the cylindrical guide member 95 disposed on the inner diameter side of the drive source output shaft 6 and the screw shaft 93 in the radial direction.
  • the pin 96 is inserted through the through-hole and has a radially outer end projecting radially outward of the screw shaft 93, and a guide collar 97 that is rotatably fitted to the projecting portion of the pin 96.
  • the guide member 95 has a cylindrical portion 95 a disposed between the inner peripheral surface of the drive source output shaft 6 and the outer peripheral surface of the screw shaft 93.
  • a guide groove 95b extending in the axial direction is formed on the inner diameter surface of the cylindrical portion 95a, and a guide collar 97 is fitted into the guide groove 95b.
  • the nut 92 is rotatably supported with respect to the casing 8 by a rolling bearing 10 having an inner ring fixed to the outer peripheral surface thereof.
  • a rolling bearing 10 having an inner ring fixed to the outer peripheral surface thereof.
  • a double row deep groove ball bearing having a high load supporting ability is used, particularly one capable of supporting both a radial load and an axial load. If a double row deep groove ball bearing is used as the rolling bearing 10, the nut 92 can have a double-sided structure, and therefore the nut 92 is prevented from being inclined with respect to the axial direction and the rotational accuracy of the nut 92 being lowered. There is an advantage that you can.
  • the rolling bearing 10 is positioned in the axial direction by sandwiching the outer ring between the third housing constituent member 83 and the fourth housing constituent member 84 from both axial sides. In this case, since the rolling bearing 10 can be positioned in the axial direction as the casing 8 is assembled, the assemblability is good.
  • the rotational power of the electric motor 5 is transmitted to the nut 92 via the drive source output shaft 6 and the speed reducer 2. Therefore, by rotating the electric motor 5 in the forward / reverse direction, the nut 92 can be rotated in the forward / reverse direction, and the screw shaft 93 can be moved forward / backward (linear motion) in the axial direction.
  • the rotary drive source 1 and the speed reducer 2 have substantially the same configuration. Therefore, the rotary drive source 1 and the speed reducer 2 can be shared by both types of electric actuators. That is, in the electric actuator A shown in FIG. 1, the ball screw 91 is used without using the final output shaft 3 and the screw shaft 93 is arranged on the inner periphery of the drive source output shaft 6, so that FIG.
  • the basic configuration of the linear motion type electric actuator A shown can be obtained.
  • the cost of the electric actuator can be reduced.
  • a planetary roller speed reducer is adopted as the speed reducer 2, but the present invention can also be preferably applied when a planetary gear speed reducer is adopted as the speed reducer 2.
  • a sun gear having an outer diameter surface formed on a tooth surface is used as a sun member
  • a so-called internal gear having an inner diameter surface formed on a tooth surface is used as an outer ring
  • the outer diameter surface Is used as a planetary member is used as a planetary member.
  • an axial gap type may be adopted instead of the radial gap type as described above.
  • the motion conversion mechanism is configured by the ball screw 91, but the motion conversion mechanism is configured by a so-called slide screw in which the ball 94 and the circulation member are omitted. You can also.

Abstract

電動モータ５と、減速機２と、電動モータ５および減速機２を収容した筐体８とを備え、減速機２が、ロータ５２ｃの回転を受けて回転する太陽部材としての太陽ローラ２１と、太陽ローラ２１の径方向外側に配置された外側リング２２と、太陽ローラ２１と外側リング２２の間に配置され、太陽ローラ２１の回転に伴って自転および公転する複数の遊星ローラ２３とを備える電動アクチュエータ用回転駆動源１において、外側リング２２は、その軸方向外側に設けられた保持面Ｓとの間の摩擦力により、筐体８に保持されている。

Description

電動アクチュエータ用回転駆動源および電動アクチュエータ
　本発明は、電動アクチュエータ用回転駆動源および電動アクチュエータに関する。
　例えば特許文献１には、回転運動型の電動アクチュエータ（駆動装置）が記載されている。この駆動装置は、電動モータと、電動モータの回転を減速して出力する減速機と、電動モータと減速機の間のトルク伝達経路中に設けられたトルクリミッタとを備えている。このため、電動モータの回転トルクが所定値以上のときには、電動モータから減速機へのトルク伝達が遮断される。なお、特許文献１の駆動装置において、トルクリミッタは電動モータの軸方向外側に配置されている。
特開２０１４－８４９５０号公報
　上記態様でトルクリミッタを設けておけば、減速機に過負荷が作用して減速機が破損等するのを防止することができるため、駆動装置の信頼性を高めることができる。しかしながら、特許文献１の駆動装置は、電動モータの軸方向外側にトルクリミッタが配置されているため、装置全体の軸方向寸法が大きくなる。また、特許文献１の駆動装置が具備する歯車減速機は、電動モータのロータと同軸に配置された入力ギヤ軸と、該入力ギヤ軸と平行に配置された出力ギヤ軸と、両ギヤ軸の間に配置された中間ギヤ軸とを備えるため、装置全体の径方向寸法も大きい。
　以上より、特許文献１の駆動装置は、装置全体のサイズが大きいため、適用対象が限定的になるという問題がある。例えば、特許文献１の駆動装置における減速機をいわゆる遊星減速機に置き換えれば、駆動装置を径方向にコンパクト化することができるが、トルクリミッタが電動モータの軸方向外側に配置されているために、装置全体の軸方向寸法が大きいという問題は依然として残る。
　そこで、本発明は、軽量・コンパクトで、かつ信頼性に富む電動アクチュエータ用回転駆動源、さらには電動アクチュエータを提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために創案された本発明は、電動モータと、電動モータのロータの回転を減速して出力する減速機と、電動モータおよび減速機を収容した筐体とを備え、減速機が、ロータの回転を受けて回転する太陽部材と、太陽部材の径方向外側に配置された外側リングと、太陽部材と外側リングの間に配置され、太陽部材の回転に伴って自転および公転する複数の遊星部材とを備える電動アクチュエータ用回転駆動源において、外側リングは、その軸方向外側に設けられた保持面との間の摩擦力により、筐体に保持されていることを特徴とする。
　上記の構成によれば、減速機に、外側リングと保持面との間の摩擦力（静止摩擦力）を上回るトルクが入力された場合、外側リングが保持面に対して滑るため、減速機内部（減速機の構成部材間）でのトルク伝達を遮断することができる。このように、本発明に係る回転駆動源では、減速機自体がトルクリミッタの機能を有することから、特許文献１の駆動装置のように、電動モータの軸方向外側にトルクリミッタを配置せずとも、減速機（の構成部材）の破損、またこれに起因した回転駆動源の故障を防止することができる。また、減速機が具備するトルクリミッタの機能は、遊星減速機の必須構成部材のみで実現されることから、減速機が複雑化・大型化することもない。以上より、本発明によれば、軽量・コンパクトで簡素な構成でありながら、信頼性に富む電動アクチュエータ用回転駆動源を実現することができる。
　外側リングおよび上記の保持面を何れも鉄系金属で形成しておけば、電動モータの回転駆動に伴って筐体の内部温度が上昇しても、保持面に対する外側リングの接触代、すなわち摩擦力が変化し難くなる。そのため、上記のトルクリミッタとしての機能を常時安定的に維持することができる。
　本発明は、例えば、太陽部材の外径面、外側リングの内径面および遊星部材の外径面が、何れも平滑な円筒面に形成された、いわゆるトラクションドライブ式の遊星減速機（遊星ローラ減速機）が採用される場合に適用することができる。
　以上の構成を有する回転駆動源と、該回転駆動源を構成する減速機の出力側に接続された最終出力部材と、を備えた回転運動型の電動アクチュエータは、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、かつ信頼性に富む、という特徴を有する。
　また、以上の構成を有する回転駆動源と、該回転駆動源を構成する減速機の出力側に接続され、この出力側から出力される回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部と、を備えた直線運動型の電動アクチュエータは、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、かつ信頼性に富む、という特徴を有する。
　以上より、本発明によれば、軽量・コンパクトで信頼性に富む電動アクチュエータ用回転駆動源、さらにはこれを備えた電動アクチュエータを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 図１のＢ－Ｂ線矢視断面図である。 図３のＣ－Ｃ線矢視断面図である。 図１に示す電動アクチュエータの組立前の状態における、減速機の外径端部付近の部分拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 図５に示す電動アクチュエータの横断面図であって、ボールねじ軸の回り止め機構を説明するための図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１に、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図を示し、図２に図１のＢ－Ｂ線矢視断面図を示し、図３に図１のＣ－Ｃ線矢視断面図を示す。この電動アクチュエータは、回転動力を出力する回転運動型であり、例えば、ロボットアームの駆動や、自動車のステアリングバイワイヤなどに使用される。
　図１に示すように、電動アクチュエータＡは、回転駆動源１と、回転駆動源１の軸方向外側に配置され、回転駆動源１の出力側に接続された減速機２と、減速機２の出力側に接続された最終出力部材としての最終出力軸３と、これらを収容・保持した有底筒状の筐体８とを備える。以下では、軸方向の方向性を説明する上での便宜から、筐体８の開口側（図１においては紙面右側）を軸方向一方側といい、筐体８の閉塞側（底部が設けられた側であり、図１においては紙面左側）を軸方向他方側という。
　本実施形態の筐体８は、軸方向に連ねて設けられた３つの筐体構成部材（第１の筐体構成部材８１～第３の筐体構成部材８３）からなり、第１～第３の筐体構成部材８１～８３は、図示しないボルト部材を用いて結合一体化されている。第１の筐体構成部材８１の内周には、動力電源用の端子やセンサ（例えば、電動モータの回転角度検出用センサ）等の各種電装部品をまとめて保持したターミナル部４が設けられている。
　第１～第３の筐体構成部材８１～８３のうち、第３の筐体構成部材８３は鉄系金属で形成され、第１および第２の筐体構成部材８１，８２は、比重が小さく、かつ熱伝導率が高いアルミニウム合金で形成される。これは、使用機器に対する電動アクチュエータＡの搭載性等を高める上では電動アクチュエータＡを軽量・コンパクト化することが好ましく、また、回転駆動源１の回転駆動に伴う筐体８の内部温度上昇を可及的に抑制するためである。従って、上記の構成を採用すれば、筐体８（電動アクチュエータＡ）を軽量化しつつ、冷却効率を高めることができる。
　本実施形態の回転駆動源１は、電動モータ５と、駆動源出力軸６とを備える。電動モータ５は、筐体８に固定されたステータ５１と、径方向隙間を介してステータ５１と対向配置されたロータ５２とを備えたラジアルギャップ型である。
　ステータ５１は、軸方向に積層した複数の電磁鋼板からなるステータコア５１ａと、ステータコア５１ａに装着された絶縁材料からなるボビン５１ｂと、ボビン５１ｂに巻き回されたステータコイル５１ｃとを有する。
　図２にも示すように、ロータ５２は、環状のロータコア５２ａと、ロータコア５２ａに取り付けられた複数のマグネット５２ｂと、ロータコア５１ａの内周に固定された筒状（中空状）のロータインナ５２ｃとを備える。ロータコア５２ａは、軸方向に積層した複数の電磁鋼板で形成される。ロータインナ５２ｃはロータコア５２ａよりも軸方向で長寸に形成され、ロータインナ５２ｃの軸方向一方側および他方側の端部はロータコア５２ａの軸方向外側に突出している。ロータインナ５２ｃは、その軸方向一方側および他方側の端部外周面に固定された軸受５３，５４によって筐体８に対して回転自在に支持されている。軸受５３，５４としては、ラジアル荷重とアキシャル荷重の双方を支持できる転がり軸受、例えば深溝玉軸受が使用される。
　駆動源出力軸６は円筒状（中空状）に形成され、ロータインナ５２ｃの内周に配置される。これにより、回転駆動源１は中空モータとしての構造を有する。駆動源出力軸６は、ロータインナ５２ｃと一体回転可能にロータインナ５２ｃの内周に嵌合されている。なお、駆動源出力軸６は、必ずしもロータインナ５２ｃと別体に設ける必要はなく、駆動源出力軸６に相当する部分をロータインナ５２ｃに一体的に設けても構わない。
　減速機２は、回転駆動源１の出力側である駆動源出力軸６と、最終出力軸３とに接続されている。この場合、最終出力軸３には、減速機２で減速された高トルクの回転力が伝達されるため、電動モータ５を小型化することができる。これにより、電動アクチュエータＡを軽量・コンパクト化することができる。
　図３にも示すように、本実施形態の減速機２は、太陽部材としての太陽ローラ２１と、太陽ローラ２１の径方向外側に配置された外側リング２２と、太陽ローラ２１と外側リング２２の間に複数配置され、太陽ローラ２１（駆動源出力軸６）の回転に伴って自転および公転する遊星部材としての遊星ローラ２３と、遊星ローラ２３の公転運動を取り出して出力するキャリア２４とを備えた、いわゆるトラクションドライブ式の遊星減速機（遊星ローラ減速機）である。太陽ローラ２１の外径面、外側リング２２の内径面および遊星ローラ２３の外径面は、何れも平滑な円筒面に形成されている。本実施形態では、駆動源出力軸６の軸方向一方側の端部を太陽ローラ２１として使用し、転がり軸受（例えば深溝玉軸受）２５の外輪を遊星ローラ２３として使用している。各転がり軸受２５の内輪は中空軸２６に圧入固定されている。
　減速機２の出力側を構成するキャリア２４の内周面には、最終出力軸３が圧入等の適宜の手段で固定される。最終出力軸３の軸方向他方側の端部は、転がり軸受３１を介して駆動源出力軸６に対して回転自在に支持されている。
　図４に、電動アクチュエータＡ（筐体８）の組立前の状態における、減速機２の外径端部付近の拡大図を模式的に示す。図４に示すように、外側リング２２は、断面Ｕ字状の本体部２２ａと、本体部２２ａの軸方向両側に設けられた一対のフランジ部２２ｂ，２２ｂとを一体に有し、例えば、ＪＩＳ　Ｇ　３１４１に規定の冷間圧延鋼板に代表される鉄系金属製の板材のプレス成形品とされる。筐体８の組立前（第２の筐体構成部材８２と第３の筐体構成部材８３とを結合一体化する前）の状態では、図４中に実線で示すように、第２の筐体構成部材８２の内周に配置された外側リング２２の軸方向一方側のフランジ部２２ｂが、第２の筐体構成部材８２の軸方向一方側の端面よりも寸法ｔだけ突出している。寸法ｔ（フランジ部２２ｂの軸方向の突出量）は、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍの範囲に設定される。
　本実施形態では、外側リング２２の軸方向他方側のフランジ部２２ｂと筐体８（第２の筐体構成部材８２）との間に円環状をなした鉄系金属製の調整部材２８を配置しており、この調整部材２８によって、筐体８の組立前における外側リング２２の軸方向一方側のフランジ部２２ｂの突出量（換言すると、筐体８の組立後における外側リング２２の軸方向の圧縮量）が調整される。なお、調整部材２８は、外側リング２２の軸方向一方側のフランジ部２２ｂと筐体８（第３の筐体構成部材８３）との間に配置しても良い。
　そして、筐体８を組み立てる（ボルト部材を用いて第１～第３の筐体構成部材８１～８３を結合一体化する）と、外側リング２２は、第３の筐体構成部材８３と調整部材２８とで軸方向両側から挟持されることにより、第３の筐体構成部材８３の端面８３ａと調整部材２８の端面２８ａとの間で軸方向に圧縮変形する。外側リング２２が軸方向に圧縮変形すると、外側リング２２の本体部２２は、図４中に二点鎖線で示すように、径方向内側に膨出変形して縮径する（図４では変形の程度を誇張している）。これにより、減速機２の内部、より詳細には、外側リング２２と遊星ローラ２３との接触部、さらには遊星ローラ２３と太陽ローラ２１との接触部にトラクション（径方向の予圧）が付与される。
　外側リング２２は、第３の筐体構成部材８３と調整部材２８とで軸方向両側から挟持されることによって筐体８に保持されており、外側リング２２のフランジ部２２ｂと、これに隣接する調整部材２８、並びに第２および第３の筐体構成部材８２，８３との間には、外側リング２２が筐体８に対して相対回転するのを規制するための回り止め手段（例えば、接着剤、凹凸嵌合構造等）は何ら設けられていない。要するに、外側リング２２は、軸方向一方側のフランジ部２２ｂと第３の筐体構成部材８３の端面８３ａとの間の摩擦力、および軸方向他方側のフランジ部２２ｂと調整部材２８の端面２８ａとの間の摩擦力を利用して筐体８に保持されている。そのため、本実施形態では、第３の筐体構成部材８３の端面８３ａおよび調整部材２８の端面２８ａが、本発明でいう保持面Ｓとなる。
　本実施形態の電動アクチュエータＡは、以上の構成を有することにより以下の態様で動作する。まず、通常時は、電動モータ５の回転動力が駆動源出力軸６および減速機２を介して最終出力軸３に伝達される。これにより、最終出力軸３に接続された図示しない操作対象が回転駆動される。
　これに対し、例えば操作対象が障害物と衝突等して最終出力軸３の回転がロックされることにより、最終出力軸３を介して減速機２に過大トルク（過大な逆入力荷重）が負荷された場合や、電動モータ５から減速機２に対して過大トルクが負荷された場合、外側リング２２が、これを保持した保持面Ｓ（第３の筐体構成部材８３の端面８３ａおよび／又は調整部材２８の端面２８ａ）に対して滑るため、減速機２内部でのトルク伝達が遮断される。従って、減速機２が破損等するのを効果的に防止することができる。
　本実施形態では、外側リング２２と、外側リング２２を保持する保持面Ｓを有する部材（第３の筐体構成部材８３および調整部材２８）とが、何れも、高強度・高剛性で、しかも温度変化に伴う変形量が小さい鉄系金属材料で形成されている。このため、保持面Ｓに対する外側リング２２の締め代、すなわち外側リング２２と保持面Ｓとの間の摩擦力は、電動モータ５の駆動に伴う筐体８の内部温度変化の範囲内では基本的に変化しない。従って、減速機２が有する上記のトルクリミッタ機能は安定的に発現される。
　本実施形態の電動アクチュエータＡは、減速機２自体がトルクリミッタの機能を有することから、特許文献１の駆動装置において電動モータの軸方向外側に配置されていたトルクリミッタを省略することができる。しかも、減速機２が具備するトルクリミッタの機能は、遊星ローラ減速機からなる減速機２の必須構成部材のみで実現されることから、減速機２が複雑化・大型化することもない。以上より、本発明に係る回転駆動源１およびこれを備えた電動アクチュエータＡは、軽量・コンパクトでありながら、故障が少なく信頼性に富む、という特徴を有する。
　以下、本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータを図５および図６を参照して説明する。図５に示す電動アクチュエータＡは、いわゆる直線運動型であり、例えば自動車等の車両に装備される電動ブレーキシステムに使用することができる。
　この実施形態の電動アクチュエータＡが以上で説明した回転運動型の電動アクチュエータＡと異なる主な点は、最終出力軸３に代えて運動変換機構９としてのボールねじ９１を使用した点、および筐体８が軸方向に連ねて設けられた第１～第４の筐体構成部材８１～８４を結合一体化することで形成されている点、にある。すなわち、この実施形態の電動アクチュエータＡにおける減速機２の構造は、外側リング２２の保持態様も含め、図１等に示した電動アクチュエータＡと実質的に同一である。以下では、上記の相違点について詳細に説明することとし、図１等に示す電動アクチュエータＡと機能等を同じくする部材・部位の説明は基本的に省略する。
　運動変換機構９は、外周面に螺旋状溝が形成され、電動モータ２９のロータ５２の回転中心と同軸に配置されたねじ軸９３と、内周面に螺旋状溝が形成され、ねじ軸９３の外周に嵌合されたナット９２と、ねじ軸９３とナット９２の螺旋状溝間に配置された多数のボール９４と、ねじ軸９３とナット９２の間に配設された循環部材としてのこま（図示省略）とを備えたボールねじ９１からなる。
　ねじ軸９３の軸方向一方側の端部には、図示外の操作対象を操作するための操作部（アクチュエータヘッド）が設けられており、本実施形態では、ねじ軸９３の軸方向一方側の端部にアクチュエータヘッドが一体的に設けられている。従って、ねじ軸９３は、電動アクチュエータＡの最終出力部材を構成する。アクチュエータヘッドは、ねじ軸９３と別体に設けることもでき、用途に応じたものが選択使用される。ナット９２の外周面には、減速機２の出力側となるキャリア２４の中空軸部が圧入等の手段で固定されている。
　ナット９２は、回転駆動源１（電動モータ５）の軸方向外側に配置されており、電動モータ５のロータインナ５２ｃおよび駆動源出力軸６と径方向で重畳していない。この場合、ロータインナ５２ｃの内径寸法Ｄ１および駆動源出力軸６の内径寸法Ｄ２を、ナット９２の外径寸法Ｄ３よりも小さくすることができるため、径方向寸法が小さい小型の電動モータ５を使用することができる。これにより、回転駆動源１、ひいては電動アクチュエータ１を径方向にコンパクト化することができる。
　図６に示すように、中空状をなす駆動源出力軸６の内周に、ねじ軸９３の回り止め機構が設けられる。すなわち、ねじ軸９３の回り止め機構は、回転駆動源１の軸方向範囲内に設けられる。これにより、ねじ軸９３の回り止め機構を回転駆動源１の軸方向外側に設ける場合に比べ、電動アクチュエータ１を軸方向にコンパクト化することができる。
　本実施形態の回り止め機構は、第１の筐体構成部材８１に固定され、駆動源出力軸６の内径側に配置された筒状のガイド部材９５と、ねじ軸９３を径方向に貫通する貫通孔に挿通され、径方向外側の端部がねじ軸９３の径方向外側に突出したピン９６と、ピン９６の突出部分に回転自在に嵌合されたガイドカラー９７とで構成される。ガイド部材９５は、駆動源出力軸６の内周面とねじ軸９３の外周面との間に配置された円筒部９５ａを有する。この円筒部９５ａの内径面には、軸方向に延びたガイド溝９５ｂが形成されており、このガイド溝９５ｂにガイドカラー９７が嵌め込まれている。以上の構成により、ねじ軸９３は筐体８に対する回り止めがなされた状態で軸方向に滑らかに直線運動可能となる。
　図５に示すように、ナット９２は、その外周面に内輪が固定された転がり軸受１０により筐体８に対して回転自在に支持される。転がり軸受１０としては、ラジアル荷重とアキシャル荷重の双方を支持することができるもの、特にその中でも高い荷重支持能力を具備する複列の深溝玉軸受が使用される。転がり軸受１０として複列の深溝玉軸受を使用すれば、ナット９２を両持ち構造にすることができるので、ナット９２が軸方向に対して傾き、ナット９２の回転精度が低下するのを防止することができる、という利点がある。
　転がり軸受１０は、外輪が第３の筐体構成部材８３と第４の筐体構成部材８４とで軸方向両側から挟持されることによって軸方向で位置決めされている。この場合、筐体８の組み立てに伴って転がり軸受１０を軸方向で位置決めすることができるので、組立性が良好である。
　以上の構成を有する直線運動型の電動アクチュエータＡでは、電動モータ５の回転動力が駆動源出力軸６および減速機２を介してナット９２に伝達される。従って、電動モータ５を正逆方向に回転駆動させることで、ナット９２を正逆方向に回転させて、ねじ軸９３を軸方向に進退移動（直線運動）させることができる。
　図１等に示す回転運動型の電動アクチュエータＡと、図５等に示す直線運動型の電動アクチュエータＡとを対比すると、回転駆動源１および減速機２は実質的に同一の構成を有する。そのため、回転駆動源１および減速機２を、両タイプの電動アクチュエータで共用することができる。すなわち、図１に示す電動アクチュエータＡにおいて、最終出力軸３を使用せずに、ボールねじ９１を使用して、ねじ軸９３を駆動源出力軸６の内周に配置することにより、図５に示す直線運動型の電動アクチュエータＡの基本構成を得ることができる。このように回転駆動源１および減速機２を共用することで、電動アクチュエータの低コスト化を図ることができる。また、回転運動型と直線運動型の電動アクチュエータをシリーズ化し、商品展開力を強化することもできる。
　以上、本発明の実施形態に係る回転運動型および直線運動型の電動アクチュエータＡについてそれぞれ説明したが、本発明の実施の形態はこれに限られない。
　例えば、以上で説明した電動アクチュエータＡでは、減速機２として、遊星ローラ減速機を採用したが、本発明は、減速機２として遊星歯車減速機を採用する場合にも好ましく適用することができる。遊星歯車減速機の場合、外径面が歯面に形成された太陽歯車が太陽部材として使用され、内径面が歯面に形成されたいわゆる内歯車が外側リングとして使用され、また、外径面が歯面に形成された遊星歯車が遊星部材として使用される。この場合、外側リングとしての内歯車を、遊星ローラ減速機を構成する外側リング２２と同様にして筐体８で保持すれば、上述した実施形態と同様の作用効果を享受することができる。
　また、電動モータ５としては、以上で説明したようなラジアルギャップ型ではなく、アキシャルギャップ型を採用しても構わない。また、図５，６に示す直線運動型の電動アクチュエータＡでは、運動変換機構をボールねじ９１で構成したが、運動変換機構は、ボール９４および循環部材が省略されたいわゆる滑りねじで構成することもできる。
　本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、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、請求の範囲によって示され、さらに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。
１　　　　回転駆動源
２　　　　減速機
３　　　　最終出力軸
４　　　　ターミナル部
５　　　　電動モータ
８　　　　筐体
９　　　　運動変換機構
２１　　　太陽ローラ（太陽部材）
２２　　　外側リング
２３　　　遊星ローラ（遊星部材）
５２　　　ロータ
９１　　　ボールねじ
９２　　　ナット
９３　　　ねじ軸
Ａ　　　　電動アクチュエータ
Ｓ　　　　保持面

Claims (5)

  1. 　電動モータと、該電動モータのロータの回転を減速して出力する減速機と、前記電動モータおよび前記減速機を収容した筐体とを備え、該減速機が、前記ロータの回転を受けて回転する太陽部材と、該太陽部材の径方向外側に配置された外側リングと、前記太陽部材と前記外側リングの間に配置され、前記太陽部材の回転に伴って自転および公転する複数の遊星部材とを備える電動アクチュエータ用回転駆動源において、
    　前記外側リングは、その軸方向外側に設けられた保持面との間の摩擦力により、前記筐体に保持されていることを特徴とする電動アクチュエータ用回転駆動源。
  2. 　前記外側リングおよび前記保持面が、何れも鉄系金属で形成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ用回転駆動源。
  3. 　前記太陽部材の外径面、前記外側リングの内径面および前記遊星部材の外径面が、何れも平滑な円筒面に形成されている請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ用回転駆動源。
  4. 　請求項１～３の何れか一項に記載の電動アクチュエータ用回転駆動源と、前記減速機の出力側に接続された最終出力部材と、を備える電動アクチュエータ。
  5. 　請求項１～３の何れか一項に記載の電動アクチュエータ用回転駆動源と、前記減速機の出力側に接続され、該出力側から出力される回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、を備える電動アクチュエータ。
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