WO2019078260A1 - アクチュエータ - Google Patents

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WO2019078260A1
WO2019078260A1 PCT/JP2018/038683 JP2018038683W WO2019078260A1 WO 2019078260 A1 WO2019078260 A1 WO 2019078260A1 JP 2018038683 W JP2018038683 W JP 2018038683W WO 2019078260 A1 WO2019078260 A1 WO 2019078260A1
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motor
output shaft
magnetic circuit
gear
housing
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PCT/JP2018/038683
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山口 雅史
山中 哲爾
邦夫 難波
尚明 河野
田中 篤
Original Assignee
株式会社デンソー
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Publication date
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    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
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    • F16H57/0495Gearings with spur or bevel gears with fixed gear ratio
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to an actuator that drives a supercharger control valve.
  • an actuator connected to a supercharging pressure control valve via, for example, a link mechanism and the like to control the supercharging pressure by adjusting the valve opening.
  • the actuator disclosed in Patent Document 1 decelerates the rotation of the motor by the decelerating unit and outputs it from the output shaft.
  • the gears of the reduction gear are made of resin.
  • the rotation angle of the output shaft is detected by a noncontact rotation angle sensor having a magnetic circuit portion and a detection portion.
  • the present disclosure person is considering making the gear metal.
  • abrasion powder generated by the gear becomes a problem. If wear debris generated by the gear adheres to the magnetic circuit portion of the rotation angle sensor, for example, the magnetic circuit may be magnetically shorted, or the like, so that the rotation angle detection accuracy may be reduced.
  • This indication is made in view of the above-mentioned point, and the object is to provide an actuator in which breakage of a gear of a reduction gear part was controlled, and a fall of rotation angle detection accuracy was controlled.
  • the actuator of the present disclosure includes a motor, an output shaft, a reduction unit, a rotation angle sensor, and a housing.
  • the speed reduction portion includes at least a pair of metal gear portions meshing with each other, and decelerates the rotation of the motor and transmits it to the output shaft.
  • the rotation angle sensor includes a magnetic circuit unit and a detection unit, and detects a rotation angle of the output shaft.
  • the housing accommodates the motor and the reduction gear, and supports the output shaft.
  • the housing accommodates the metal gear portion and the magnetic circuit portion in the same space. Assuming that the lowest position of the magnetic circuit in the direction of gravity within the range in which the output shaft can operate in the mounting posture to the engine is the lowermost point of the magnetic circuit, the meshing portion of the metal gear portion is closer than the lowermost point of the magnetic circuit. Is also located below the direction of gravity.
  • the wear powder generated in the metal gear portion falls away from the magnetic circuit portion by gravity.
  • the wear powder is a magnetic body. If the material is not a magnetic material, and is made of, for example, austenitic stainless steel, the material which is not magnetized may be magnetized by being strained, and in this case, the wear powder becomes a magnetic substance.
  • FIG. 1 is a schematic view of an intake and exhaust portion of an engine to which an actuator according to a first embodiment is applied
  • Figure 2 is a side view of the engine
  • FIG. 3 is a view of the turbocharger of FIG. 2 as viewed in the direction of arrow III
  • FIG. 4 is a perspective view of the actuator
  • FIG. 5 is a top view of the actuator
  • 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 7
  • FIG. 8 is a view showing a state in which the second housing portion etc. of the actuator of FIG.
  • FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8 with a part of the large diameter gear portion of each intermediate gear cut away and shown with the output shaft rotated to one end of the operable range Is a figure of
  • FIG. 10 is a view corresponding to FIG. 8 with a part of the large diameter gear portion of each intermediate gear cut away and shown with the output shaft rotated to the other end of the operable range Is a figure of
  • 11 is a view of the actuator of FIG. 5 viewed in the direction of arrow XI, showing a part of the housing cut away
  • FIG. 12 is a side view of an engine to which the actuator according to the second embodiment is applied
  • FIG. 13 is a view of one of the turbochargers of FIG. 12 as viewed in the direction of arrow XIII
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the actuator according to the third embodiment.
  • the actuator 10 according to the first embodiment is applied to an engine 11 which is a power source for traveling a vehicle.
  • the engine 11 is provided with an intake passage 12 for introducing intake air into the cylinder of the engine 11 and an exhaust passage 13 for discharging exhaust gas generated in the cylinder to the atmosphere.
  • An intake compressor 15 of the turbocharger 14 and a throttle valve 16 for adjusting the amount of intake air supplied to the engine 11 are provided in the middle of the intake passage 12.
  • an exhaust turbine 17 of the supercharger 14 and a catalyst 18 for purifying exhaust gas are provided in the middle of the exhaust passage 13.
  • the catalyst 18 is a well-known three-way catalyst adopting a monolithic structure, and by raising the temperature to an activation temperature, the harmful substances contained in the exhaust gas are purified by an oxidation action and a reduction action.
  • the engine 11 is an in-line engine, and a turbocharger 14 is mounted on one of the engine blocks.
  • the exhaust turbine 17 includes a turbine wheel 21 rotationally driven by exhaust gas discharged from the engine 11, and a spiral-shaped turbine housing 22 accommodating the turbine wheel 21.
  • the intake compressor 15 includes a compressor wheel 23 that rotates in response to the rotational force of the turbine wheel 21 and a spiral compressor housing 24 that accommodates the compressor wheel 23.
  • the turbine housing 22 is provided with a bypass passage 25 for passing exhaust gas around the turbine wheel 21.
  • the bypass passage 25 leads the exhaust gas flowing into the turbine housing 22 directly to the exhaust outlet of the turbine housing 22.
  • the bypass passage 25 can be opened and closed by the waste gate valve 26.
  • the waste gate valve 26 is a swing valve rotatably supported by a valve shaft 27 inside the turbine housing 22.
  • the turbocharger 14 is provided with an actuator 10.
  • the actuator 10 is attached to an intake compressor 15 remote from the exhaust turbine 17 for the purpose of avoiding the thermal influence of the exhaust gas.
  • the supercharger 14 is provided with a link mechanism 29 for transmitting the output of the actuator 10 to the waste gate valve 26.
  • the link mechanism 29 is a so-called four-bar link, and the actuator lever 31 which is rotationally operated by the actuator 10, the valve lever 32 coupled to the valve shaft 27, and the rotational torque applied to the actuator lever 31 And a rod 33 for transmitting to the lever 32.
  • the actuator 10 is controlled by an ECU (engine control unit) 34 mounted with a microcomputer. Specifically, the ECU 34 adjusts the opening degree of the waste gate valve 26 at high rotation of the engine 11 or the like to control the supercharging pressure by the turbocharger 14. Further, the ECU 34 warms up the catalyst 18 by fully opening the waste gate valve 26 when the temperature of the catalyst 18 has not reached the activation temperature, such as immediately after a cold start. As a result, the high temperature exhaust gas which has not been deprived of heat by the turbine wheel 21 can be introduced to the catalyst 18, and the catalyst 18 can be warmed up promptly.
  • the ECU 34 engine control unit 34 mounted with a microcomputer. Specifically, the ECU 34 adjusts the opening degree of the waste gate valve 26 at high rotation of the engine 11 or the like to control the supercharging pressure by the turbocharger 14. Further, the ECU 34 warms up the catalyst 18 by fully opening the waste gate valve 26 when the temperature of the catalyst 18 has not reached the activation temperature, such as immediately after a cold start. As a result
  • the actuator 10 includes a housing 35 attached to the intake compressor 15, a motor 36 assembled to the housing 35, a speed reduction unit 37, an output shaft 38, and a rotation angle sensor 39.
  • the housing 35 has a first housing portion 41 and a second housing portion 42.
  • the second housing portion 42 is fastened to the first housing portion 41 by a fastening member 43.
  • the first housing portion 41 forms a housing space 44 together with the second housing portion 42.
  • the first housing portion 41 and the second housing portion 42 are made of a metal material such as an aluminum alloy, for example, and are die-cast.
  • the motor 36 is accommodated in the housing 35 and fixed to the first housing 35 by a screw 47.
  • the motor 36 may be, for example, a well-known direct current motor or a well-known stepping motor regardless of its type.
  • the output shaft 38 is rotatably supported by a bearing 48 provided in the first housing portion 41 and a bearing 49 provided in the second housing portion 42.
  • One end of the output shaft 38 extends out of the housing 35.
  • the actuator lever 31 is fixed to the output shaft outside the housing 35.
  • the reduction gear unit 37 is a parallel shaft reduction gear that decelerates the rotation of the motor 36 and transmits it to the output shaft 38.
  • the reduction gear 37 has a pinion gear 51, a first intermediate gear 52, and a second intermediate gear.
  • a gear 53 and a final gear 54 are provided.
  • the pinion gear 51 is fixed to a motor shaft 55 of the motor 36.
  • the first intermediate gear 52 has a first large diameter external gear 57 engaged with the pinion gear 51, and a first small diameter external gear 58 smaller than the first large diameter external gear 57. It is rotatably supported by the first metal shaft 56.
  • the second intermediate gear 53 has a second large diameter external gear 62 engaged with the first small diameter external gear 58 and a second small diameter external gear 63 smaller than the second large diameter external gear 62. It is rotatably supported by the second metal shaft 61.
  • the final gear 54 is fixed to the output shaft 38 and meshes with the second small diameter external tooth portion 63.
  • the rotation angle sensor 39 is a noncontact sensor that detects the rotation angle of the output shaft 38, and includes a magnetic circuit unit 64 and a detection unit 65.
  • the magnetic circuit unit 64 includes magnets 66 and 67 as magnetic flux generating units and yokes 68 and 69 as magnetic flux transmitting units.
  • the magnets 66 and 67 and the yokes 68 and 69 form an arc-shaped closed magnetic circuit in the axial direction of the output shaft 38.
  • the magnetic circuit section 64 is held by a nonmagnetic magnetic circuit holding member 73 and rotates integrally with the output shaft 38.
  • the detection unit 65 is, for example, a Hall IC, and is disposed inside the closed magnetic circuit of the magnetic circuit unit 64.
  • the detection unit 65 is molded in the wire holding member 71 made of an insulator, and is fixed to the housing 35.
  • the basic applications and functions of the magnetic circuit unit 64 and the detection unit 65 are the same as those disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2014-126548.
  • the rotation angle of the output shaft 38 detected by the rotation angle sensor 39 is output to the ECU 34 (see FIG. 1).
  • the reduction gear 37 includes three pairs of metal gear parts. That is, a first gear pair consisting of the pinion gear 51 and the first large diameter external gear 57, a second gear pair consisting of the first small diameter external gear 58 and the second large diameter external gear 62, and a second small diameter This is a third gear pair including the external gear portion 63 and the final gear 54.
  • These metal gear portions are made of iron-based sintered metal, and grease is applied to the tooth surface. Iron-based sintered metals are generally magnetic substances.
  • the pinion gear 51, the first large diameter external gear 57, the first small diameter external gear 58, the second large diameter external gear 62, the second small diameter external gear 63, and the final gear 54 are simply referred to It describes as a metal gear part.
  • the housing 35 accommodates the metal gear portion and the magnetic circuit portion 64 in the same accommodation space 44. That is, the metal gear portion and the magnetic circuit portion 64 are disposed in the same space without any partition.
  • the first large diameter external tooth portion 57 has a hole 75 penetrating in the axial direction.
  • the holes 75 are provided at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the second large-diameter external tooth portion 62 has a hole 76 penetrating in the axial direction.
  • the holes 76 are provided at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • FIG. 5 shows the actuator 10 in the mounting attitude to the engine 11.
  • FIG. 9 The output shaft 38 can operate in the range shown in FIG. 9 to the position shown in FIG. This operable range corresponds to the operating range from the fully closed position to the fully open position of the waste gate valve 26, and is narrower than the rotation restricted range of the output shaft 38 by a stopper not shown.
  • the magnetic circuit portion 64 is positioned most downward in the direction of gravity within the range in which the output shaft 38 can operate, as shown in FIG. At this time, a point located most downward in the direction of gravity of the magnetic circuit unit 64 is referred to as “magnetic circuit lowest point p1”. As shown in FIG.
  • the meshing portions 77, 78, 79 of the metal gear portion are located below the magnetic circuit lowest point p1 in the direction of gravity.
  • the engagement portion 79 is located at the top in the direction of gravity. Assuming that the range in the direction of gravity of the meshing portion 79 is the uppermost meshing range R, the lowermost point p1 of the magnetic circuit is at a position higher than the uppermost meshing range in the mounting posture on the engine 11.
  • the motor 36 is inserted into a motor insertion hole 46 formed inside the first housing portion 41. Also, the motor 36 is fixed to the first housing portion 41 by a screw 47.
  • a wave washer 82 is provided between the bottom surface 81 of the motor insertion hole 46 and the motor 36. The bottom surface 81 of the motor insertion hole 46 and the motor 36 are in contact with the wave washer 82.
  • the wave washer 82 is a biasing member that supports the motor 36 while allowing relative movement between the motor 36 and the first housing portion 41.
  • the uppermost point p2 of the motor insertion hole 46 in the direction of gravity in the mounting posture of the engine 11 is the uppermost point p2 of the insertion hole
  • the uppermost point p2 of the insertion hole is lower than the lowermost point p1 of the magnetic circuit in the gravity direction. It is located in
  • FIG. 9 is a cross section orthogonal to the axial direction of the output shaft 38 and passing through the inner wall lowest point p3.
  • the inner wall surface 84 includes a downward surface 85 and an upward surface 86 in the direction of gravity.
  • the downward surface 85 is downward in the direction of gravity, so that foreign matter adhering to the downward surface 85 is separated by gravity.
  • the upward surface 86 is inclined toward the inner wall lowest point p3. That is, no recess is formed at a location other than the inner wall lowest point p3, and the inner wall surface 84 has a shape in which wear powder does not accumulate in the vertical direction.
  • the actuator 10 includes the motor 36, the output shaft 38, the speed reduction unit 37, the rotation angle sensor 39, and the housing 35.
  • the speed reduction unit 37 includes three pairs of metal gear units.
  • the housing 35 accommodates the metal gear portion and the magnetic circuit portion 64 in the same accommodation space 44.
  • the meshing portions 77, 78, 79 of the metal gear portion are located below the magnetic circuit lowest point p1 in the direction of gravity.
  • the decelerating portion 37 by the metal gear portion, the strength against a relatively large load due to the exhaust pulsation can be ensured. Thereby, breakage of the gear of the reduction gear 37 is suppressed.
  • wear powder which is a magnetic body generated in the metal gear portion, is magnetic circuit portion 64 by gravity. Will fall away from the. That is, adhesion of the wear powder to the magnetic circuit portion 64 while falling is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the rotational angle detection accuracy caused by the adhesion of the wear powder to the magnetic circuit portion 64.
  • grease is applied to the tooth surface of the metal gear portion.
  • wear powder generated in the metal gear portion is captured by grease. Therefore, it is possible to suppress the wear powder from scattering and adhering to the magnetic circuit portion 64, and it is possible to suppress the decrease in the rotational angle detection accuracy.
  • the housing 35 has a motor insertion hole 46 in which the motor 36 is inserted.
  • the motor insertion hole 46 has a portion abutting on the wave washer 82, and the motor 36 also has a portion abutting on the wave washer 82.
  • the insertion hole uppermost point p2 is located below the magnetic circuit lowest point p1 in the gravity direction.
  • the upward surface 86 in the gravity direction of the inner wall surface 84 of the housing 35 is a cross section perpendicular to the axial direction of the output shaft 38 and passing through the inner wall lowermost point p3.
  • the inner wall lowest point p3 side is inclined.
  • the generated wear powder is guided to the lowermost portion of the accommodation space 44 along the inner wall surface 84. Therefore, the accumulated wear powder is prevented from scattering and adhering to the magnetic circuit portion 64, and it is possible to suppress a decrease in the rotational angle detection accuracy.
  • the intermediate gears 52, 53 have small diameter external teeth 58, 63 as metal gear portions and large diameter external teeth 57, 62 as metal gear portions.
  • the large diameter external teeth 57, 62 are larger in diameter than the small diameter external teeth 58, 63.
  • the large diameter external teeth 57, 62 have holes 75, 76 penetrating in the axial direction. Therefore, the wear powder generated in the small diameter external teeth 58, 63 can be discharged from the holes 75, 76.
  • the engine 91 is a V-type engine
  • the turbocharger 14 is mounted on one side of the engine block
  • the turbocharger 92 is mounted on the other side.
  • the turbocharger 92 has a symmetrical shape with respect to the turbocharger 14.
  • the actuator 93 attached to the turbocharger 92 has a symmetrical shape with respect to the actuator 10.
  • the structure other than the shape, for example, that the meshing portion of the metal gear portion is positioned below the magnetic circuit lowest point in the direction of gravity is the same as the actuator 10. Therefore, the actuator 93 can obtain the same effect as the actuator 10.
  • an actuator 95 is mounted as shown in FIG. That is, the actuator 95 is mounted such that the axial direction of the output shaft 38 substantially matches the direction of gravity. Also in the actuator 95, the meshing portions 78 and 79 of the metal gear portion are located below the magnetic circuit lowest point p1 in the direction of gravity, as in the actuator 10 of the first embodiment. The same applies to the meshing portion between the first large-diameter external tooth portion 57 and the pinion gear (not shown). Similarly to the actuator 10, the actuator 95 can suppress breakage of the gear of the speed reduction unit 37, and can suppress a decrease in rotational angle detection accuracy due to adhesion of wear powder to the magnetic circuit unit 64.
  • the actuator is mounted on the engine such that the axial direction of the output shaft substantially coincides with the horizontal direction
  • the axial direction of the output shaft is the gravity direction It was mounted to roughly match.
  • the actuator may be mounted to the engine such that the axial direction of the output shaft is inclined relative to the horizontal and gravity directions. Even in this case, the same effect as in the first, second, and third embodiments can be obtained as long as the meshing portion of the metal gear portion of the speed reducing portion is positioned lower than the magnetic circuit lowest point in the gravity direction. .
  • the gears of the speed reducing portion are not limited to ferrous sintered metals, and may be made of other metals.
  • ferrous sintered metals for example, in the case of using austenitic stainless steel, a material which is not magnetized is magnetized by being strained to generate magnetic powder wear powder. Even in this case, if the meshing portion of the metal gear portion of the reduction gear portion is located below the lowermost point of the magnetic circuit in the direction of gravity, the decrease in detection accuracy caused by the adhesion of the magnetic powder to the magnetic circuit is suppressed. can do.
  • no grease may be applied to the gear tooth surface of the reduction gear.
  • the large diameter external teeth of the intermediate gear may not have a hole penetrating in the axial direction.
  • the motor may be provided so as to be in direct contact with the inner wall surface of the motor insertion hole.

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Abstract

アクチュエータ(10)は、エンジン(11)の過給器(14)の過給圧制御用バルブ(26)を駆動するアクチュエータであって、モータ(36)と、出力シャフト(38)と、減速部(37)と、回転角センサ(39)と、ハウジング(35)とを備えている。減速部(37)は、3対の金属ギヤ部を含み、モータ(36)の回転を減速して出力シャフト(28)に伝達する。回転角センサ(39)は、磁気回路部(64)および検出部(65)を含み、出力シャフト(38)の回転角を検出する。ハウジング(35)は、金属ギヤ部および磁気回路部(64を同一の収容空間(44)に収容しており、出力シャフト(38)を支持している。エンジン(11)への搭載姿勢において、金属ギヤ部の噛み合い部分(77、78、79)は、磁気回路最下点(p1)よりも重力方向下方に位置している。

Description

アクチュエータ 関連出願の相互参照
 本出願は、2017年10月20日に出願された特許出願番号2017-203298号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、過給器の過給圧制御用バルブを駆動するアクチュエータに関する。
 従来、例えばリンク機構等を介して過給圧制御用バルブに接続され、バルブ開度を調整して過給圧を制御するアクチュエータが知られている。特許文献1に開示されたアクチュエータは、モータの回転を減速部で減速して出力シャフトから出力する。減速部のギヤは樹脂製である。出力シャフトの回転角は、磁気回路部および検出部を有する非接触式の回転角センサにより検出される。
特開2017-8757号公報
 アクチュエータを例えば排気脈動が大きいエンジンまたはポート径が大きい過給器に適用すると、減速部のギヤの歯に過大な応力が作用することになる。この場合、特許文献1のように樹脂製のギヤの歯は破損するおそれがある。
 これに対して、本開示者は、ギヤを金属製にすることを検討している。しかし、この場合にはギヤで生じる摩耗粉が問題となる。ギヤで生じた摩耗粉が回転角センサの磁気回路部に付着すると、例えば磁気回路が磁気的に短絡する等により回転角検出精度が低下する可能性がある。
 本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、減速部のギヤの破損が抑制され、また、回転角検出精度の低下が抑制されたアクチュエータを提供することである。
 本開示のアクチュエータは、モータと、出力シャフトと、減速部と、回転角センサと、ハウジングとを備えている。減速部は、互いに噛み合う少なくとも一対の金属ギヤ部を含み、モータの回転を減速して出力シャフトに伝達する。回転角センサは、磁気回路部および検出部を含み、出力シャフトの回転角を検出する。ハウジングは、モータおよび減速部を収容しており、出力シャフトを支持している。
 ハウジングは、金属ギヤ部および磁気回路部を同じ空間に収容している。エンジンへの搭載姿勢において、出力シャフトが作動しうる範囲で磁気回路部の最も重力方向下方に位置する点を磁気回路最下点とすると、金属ギヤ部の噛み合い部分は、磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置している。
 このように減速部を金属ギヤ部で構成することで、排気脈動による比較的大きな荷重に対して強度を保証することができる。これにより、減速部のギヤの破損が抑制される。また、金属ギヤ部の噛み合い部分が磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置することで、金属ギヤ部で生じた摩耗粉が重力により磁気回路部から離れる方へ落下するようになる。金属ギヤが磁性材料からなる場合、摩耗粉は磁性体である。また、磁性材料でなくとも、例えばオーステナイト系ステンレスなどからなる場合、磁化していない材料が歪を受けることで磁化されることがあり、この場合には摩耗粉は磁性体化したものとなる。上述のような金属ギヤ部の噛み合い部分と磁気回路最下点との位置関係によって、磁性体の摩耗粉が落下する途中に磁気回路に付着することが抑制される。そのため、摩耗粉の磁気回路部への付着に起因した回転角検出精度の低下を抑制することができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態によるアクチュエータが適用されたエンジンの吸排気部の概略図であり、 図2は、エンジンの側面図であり、 図3は、図2の過給器を矢印III方向から見た図であり、 図4は、アクチュエータの斜視図であり、 図5は、アクチュエータの上面図であり、 図6は、図5のVI-VI線断面図であり、 図7は、図5のVII-VII線断面図であり、 図8は、図5のアクチュエータの第2ハウジング部等を取り外した状態を示す図であり、 図9は、図8に対応する図であって、各中間ギヤの大径ギヤ部の一部を切り欠いて示す図であり、出力シャフトが作動しうる範囲の一方側の端まで回転した状態の図であり、 図10は、図8に対応する図であって、各中間ギヤの大径ギヤ部の一部を切り欠いて示す図であり、出力シャフトが作動しうる範囲の他方側の端まで回転した状態の図であり、 図11は、図5のアクチュエータを矢印XI方向から見た図であって、ハウジングの一部を切り欠いて示す図であり、 図12は、第2実施形態によるアクチュエータが適用されたエンジンの側面図であり、 図13は、図12の一方の過給器を矢印XIII方向から見た図であり、 図14は、第3実施形態によるアクチュエータの断面図である。
[第1実施形態]
 以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図1に示すように、第1実施形態によるアクチュエータ10は、車両走行用の動力源であるエンジン11に適用されている。
(エンジンの吸排気部)
 先ず、エンジン11の吸排気部について図1~図3を参照して説明する。エンジン11には、吸気をエンジン11の気筒内へ導く吸気通路12と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気通路13とが設けられている。吸気通路12の途中には、過給器14の吸気コンプレッサ15と、エンジン11に供給される吸気量の調整を行うスロットルバルブ16とが設けられている。排気通路13の途中には、過給器14の排気タービン17と、排気ガスの浄化を行う触媒18とが設けられている。触媒18はモノリス構造を採用する周知な三元触媒であり、活性化温度に昇温することで排気ガス中に含まれる有害物質を酸化作用と還元作用により浄化する。エンジン11は、直列型エンジンであり、エンジンブロックの一方に過給器14が搭載されている。
 排気タービン17は、エンジン11から排出された排気ガスによって回転駆動されるタービンホイール21と、このタービンホイール21を収容する渦巻形状のタービンハウジング22とを備えている。吸気コンプレッサ15は、タービンホイール21の回転力を受けて回転するコンプレッサホイール23と、このコンプレッサホイール23を収容する渦巻形状のコンプレッサハウジング24とを備えている。
 タービンハウジング22には、タービンホイール21を迂回して排気ガスを流すバイパス通路25が設けられている。バイパス通路25は、タービンハウジング22に流入した排気ガスを直接タービンハウジング22の排気出口へ導く。このバイパス通路25は、ウェイストゲートバルブ26により開閉可能である。ウェイストゲートバルブ26は、タービンハウジング22の内部でバルブ軸27により回動可能に支持されているスイングバルブである。
 ウェイストゲートバルブ26を駆動する手段として、過給器14は、アクチュエータ10を備えている。アクチュエータ10は、排気ガスの熱影響を回避する目的で、排気タービン17から離れた吸気コンプレッサ15に取り付けられている。過給器14には、アクチュエータ10の出力をウェイストゲートバルブ26に伝達するためのリンク機構29が設けられている。このリンク機構29は、所謂4節リンクであり、アクチュエータ10によって回動操作されるアクチュエータレバー31と、バルブ軸27に結合されるバルブレバー32と、アクチュエータレバー31に付与される回動トルクをバルブレバー32に伝えるロッド33とを有している。
 アクチュエータ10は、マイクロコンピュータを搭載するECU(エンジン・コントロール・ユニット)34により制御される。具体的に、ECU34は、エンジン11の高回転時などにウェイストゲートバルブ26の開度を調整して過給器14による過給圧を制御する。また、ECU34は、冷間始動直後など、触媒18の温度が活性化温度に達していない時に、ウェイストゲートバルブ26を全開にして触媒18の暖機を行う。これにより、タービンホイール21に熱を奪われていない高温の排気ガスを触媒18へ導くことができ、触媒18の早期暖機を実施できる。
(アクチュエータ)
 次に、アクチュエータ10について図4~図8を参照して説明する。アクチュエータ10は、吸気コンプレッサ15に取り付けられるハウジング35と、ハウジング35に組み付けられているモータ36、減速部37、出力シャフト38および回転角センサ39を備えている。
 図4~図6に示すように、ハウジング35は、第1ハウジング部41および第2ハウジング部42を有している。第2ハウジング部42は、締結部材43により第1ハウジング部41に締結されている。また、第1ハウジング部41は、第2ハウジング部42と共に収容空間44を形成している。第1ハウジング部41および第2ハウジング部42は、例えばアルミニウム合金等の金属材料からなり、ダイキャスト製である。
 図7、図8に示すように、モータ36は、ハウジング35内に収容され、スクリュ47により第1ハウジング35に固定されている。モータ36は、形式を問わず、例えば周知の直流モータであっても良いし、周知のステッピングモータであっても良い。
 図6に示すように、出力シャフト38は、第1ハウジング部41に設けられた軸受48と、第2ハウジング部42に設けられた軸受49とにより回転自在に支持されている。出力シャフト38の一端部は、ハウジング35外に延び出ている。アクチュエータレバー31は、ハウジング35外で出力シャフトに固定されている。
 図6~図8に示すように、減速部37は、モータ36の回転を減速して出力シャフト38に伝達する平行軸式の減速機であり、ピニオンギヤ51、第1中間ギヤ52、第2中間ギヤ53および最終ギヤ54を有している。ピニオンギヤ51は、モータ36のモータ軸55に固定されている。第1中間ギヤ52は、ピニオンギヤ51に噛み合っている第1大径外歯部57、および、第1大径外歯部57と比べて小径な第1小径外歯部58を有しており、第1金属シャフト56により回転自在に支持されている。第2中間ギヤ53は、第1小径外歯部58に噛み合っている第2大径外歯部62、および、第2大径外歯部62と比べて小径な第2小径外歯部63を有しており、第2金属シャフト61により回転自在に支持されている。最終ギヤ54は、出力シャフト38に固定されており、第2小径外歯部63に噛み合っている。
 図6、図8に示すように、回転角センサ39は、出力シャフト38の回転角を検出する非接触式のセンサであり、磁気回路部64および検出部65を有している。磁気回路部64は、磁束発生部である磁石66、67と、磁束伝達部であるヨーク68、69を有している。磁石66、67およびヨーク68、69は、出力シャフト38の軸方向視において弧状の閉磁気回路を形成している。磁気回路部64は、非磁性体の磁気回路保持部材73に保持されており、出力シャフト38と一体に回動する。検出部65は、例えばホールIC等であり、磁気回路部64の閉磁気回路の内側に配置されている。検出部65は、絶縁体からなる配線保持部材71にモールドされており、ハウジング35に固定されている。磁気回路部64および検出部65の基本的な用途や機能は、特開2014-126548号に開示されているものと同様である。回転角センサ39により検出される出力シャフト38の回転角は、ECU34(図1参照)に出力される。
(ハウジングおよび減速部)
 次に、ハウジング35および減速部37について説明する。図6~図8に示すように、減速部37は、3対の金属ギヤ部を含んでいる。すなわち、ピニオンギヤ51および第1大径外歯部57からなる第1のギヤ対と、第1小径外歯部58および第2大径外歯部62からなる第2のギヤ対と、第2小径外歯部63および最終ギヤ54からなる第3のギヤ対である。これらの金属ギヤ部は、鉄系焼結金属からなり、歯面にはグリスが塗布されている。鉄系焼結金属は一般的に磁性体である。以降、ピニオンギヤ51、第1大径外歯部57、第1小径外歯部58、第2大径外歯部62、第2小径外歯部63および最終ギヤ54を特に区別しない場合、単に「金属ギヤ部」と記載する。
 ハウジング35は、金属ギヤ部および磁気回路部64を同一の収容空間44に収容している。つまり、金属ギヤ部および磁気回路部64は、同じ空間に間仕切りなく配置されている。第1大径外歯部57は、軸方向に貫通する孔75を有している。孔75は、周方向の複数箇所に設けられている。第2大径外歯部62は、軸方向に貫通する孔76を有している。孔76は、周方向の複数箇所に設けられている。
 図5、図9、図10は、エンジン11への搭載姿勢のアクチュエータ10を示している。出力シャフト38は、図9に示す位置から図10に示す位置までの範囲で作動しうる。この作動しうる範囲は、ウェイストゲートバルブ26の全閉位置から全開位置までの作動範囲に対応しており、図示しないストッパによる出力シャフト38の回転規制範囲よりも狭い。出力シャフト38が作動しうる範囲で磁気回路部64が最も重力方向下方に位置するのは、図9に示す状態のときである。このとき、磁気回路部64の最も重力方向下方に位置する点を「磁気回路最下点p1」とする。図9に示すように、エンジン11への搭載姿勢において、金属ギヤ部の噛み合い部分77、78、79は、磁気回路最下点p1よりも重力方向下方に位置している。噛み合い部分79は、重力方向で最も上部に位置している。噛み合い部分79の重力方向の範囲を最上噛み合い範囲Rとすると、エンジン11への搭載姿勢において磁気回路最下点p1が最上噛み合い範囲よりも高い位置にある。
 図11に示すように、モータ36は、第1ハウジング部41の内側に形成されたモータ挿入穴46に挿入されている。また、モータ36は、スクリュ47により第1ハウジング部41に固定されている。モータ挿入穴46の底面81とモータ36との間には、ウェーブワッシャ82が設けられている。モータ挿入穴46の底面81とモータ36は、ウェーブワッシャ82に当接している。ウェーブワッシャ82は、モータ36と第1ハウジング部41との相対移動を許容しつつモータ36を支持している付勢部材である。エンジン11への搭載姿勢において、モータ挿入穴46の最も重力方向上方に位置する点を「挿入穴最上点p2」とすると、挿入穴最上点p2は、磁気回路最下点p1よりも重力方向下方に位置している。
 図9に示すように、エンジン11への搭載姿勢において、出力シャフト38の軸方向視でハウジング35の内壁面84の最も重力方向下方に位置する点を「内壁最下点p3」とする。図9は、出力シャフト38の軸方向に直交し且つ内壁最下点p3を通る断面である。この断面において、内壁面84には、重力方向の下向き面85と上向き面86とが含まれる。下向き面85は、重力方向で下向きになっており、当該下向き面85に付着した異物が重力により離れるようになっている。上向き面86は、内壁最下点p3側に傾斜している。すなわち、内壁最下点p3以外の箇所で凹部を形成しておらず、内壁面84が上下方向で摩耗粉が溜まらない形状となっている。
(効果)
 以上説明したように、アクチュエータ10は、モータ36と、出力シャフト38と、減速部37と、回転角センサ39と、ハウジング35とを備えている。減速部37は、3対の金属ギヤ部を含んでいる。ハウジング35は、金属ギヤ部および磁気回路部64を同一の収容空間44に収容している。エンジン11への搭載姿勢において、金属ギヤ部の噛み合い部分77、78、79は、磁気回路最下点p1よりも重力方向下方に位置している。
 このように減速部37を金属ギヤ部で構成することで、排気脈動による比較的大きな荷重に対して強度を保証することができる。これにより、減速部37のギヤの破損が抑制される。また、金属ギヤ部の噛み合い部分77、78、79が磁気回路最下点p1よりも重力方向下方に位置することで、金属ギヤ部で生じた磁性体である摩耗粉が重力により磁気回路部64から離れる方へ落下するようになる。つまり、摩耗粉が落下する途中に磁気回路部64に付着することが抑制される。そのため、摩耗粉の磁気回路部64への付着に起因した回転角検出精度の低下を抑制することができる。
 また、第1実施形態では、金属ギヤ部の歯面にはグリスが塗布されている。これにより、金属ギヤ部で生じた摩耗粉がグリスで捕捉される。そのため、摩耗粉が飛散して磁気回路部64に付着することが抑制され、回転角検出精度の低下を抑制することができる。
 また、第1実施形態では、ハウジング35は、モータ36が挿入されているモータ挿入穴46を有している。モータ挿入穴46はウェーブワッシャ82に当接する箇所を有しており、また、モータ36もウェーブワッシャ82に当接する箇所を有している。エンジン11への搭載姿勢において、挿入穴最上点p2は、磁気回路最下点p1よりも重力方向下方に位置している。これにより、ウェーブワッシャ82とハウジング35との摺動部、および、ウェーブワッシャ82とモータ36との摺動部で発生した摩耗粉がモータ挿入穴46から排出されるとき、重力により磁気回路部64から離れる方へ落下するようになる。そのため、回転角検出精度の低下を抑制することができる。
 また、第1実施形態では、エンジン11への搭載姿勢において、出力シャフト38の軸方向に直交し且つ内壁最下点p3を通る断面において、ハウジング35の内壁面84の重力方向の上向き面86は、内壁最下点p3側に傾斜している。これにより、発生した摩耗粉が内壁面84に沿って収容空間44の最下部に導かれる。そのため、溜まった摩耗粉が飛散して磁気回路部64に付着することが抑制され、回転角検出精度の低下を抑制することができる。
 また、第1実施形態では、中間ギヤ52、53は、金属ギヤ部としての小径外歯部58、63、および、金属ギヤ部としての大径外歯部57、62を有している。大径外歯部57、62は、小径外歯部58、63よりも径が大きい。また、大径外歯部57、62は、軸方向に貫通する孔75、76を有している。そのため、小径外歯部58、63で生じた摩耗粉を孔75、76から排出することができる。
[第2実施形態]
 第2実施形態では、図12に示すように、エンジン91は、V型エンジンであり、エンジンブロックの一方側に過給器14が搭載され、他方側に過給器92が搭載されている。図2、図13に示すように、過給器92は、過給器14に対して左右対称な形状を有している。同様に、過給器92に取り付けられているアクチュエータ93は、アクチュエータ10に対して左右対称な形状を有している。その形状以外の構成、例えば金属ギヤ部の噛み合い部分が磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置していること等は、アクチュエータ10と同じである。そのため、アクチュエータ93は、アクチュエータ10と同様の効果を得ることができる。
[第3実施形態]
 第3実施形態では、図14に示すようにアクチュエータ95が搭載される。すなわち、アクチュエータ95は、出力シャフト38の軸方向が重力方向と略一致するように搭載される。アクチュエータ95においても、第1実施形態のアクチュエータ10と同様に、金属ギヤ部の噛み合い部分78、79が磁気回路最下点p1よりも重力方向下方に位置している。第1大径外歯部57と図示しないピニオンギヤとの噛み合い部分も同様である。アクチュエータ95は、アクチュエータ10と同様に、減速部37のギヤの破損が抑制され、また、摩耗粉の磁気回路部64への付着に起因した回転角検出精度の低下を抑制することができる。
[他の実施形態]
 第1、第2実施形態では、アクチュエータは、出力シャフトの軸方向が水平方向と略一致するようにエンジンに搭載され、また、第3実施形態では、アクチュエータは、出力シャフトの軸方向が重力方向と略一致するように搭載されていた。これに対して、他の実施形態では、アクチュエータは、出力シャフトの軸方向が水平方向および重力方向に対して傾くようにエンジンに搭載されてもよい。この場合でも、減速部の金属ギヤ部の噛み合い部分が磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置していれば、第1、第2、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
 他の実施形態では、減速部のギヤは、鉄系焼結金属に限らず、他の金属から構成されてもよい。例えば、オーステナイト系ステンレスを用いた場合、磁化していない材料が歪を受けることで磁化され、磁性体摩耗粉が発生する。その場合でも、減速部の金属ギヤ部の噛み合い部分が磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置していれば、磁性体摩耗粉の磁気回路への付着に起因した検出精度の低下を抑制することができる。
 他の実施形態では、減速部のギヤ歯面には、グリスが塗布されていなくてもよい。また、中間ギヤの大径外歯部は、軸方向に貫通する孔を有していなくてもよい。また、モータは、モータ挿入穴の内壁面に直に接するように設けられてもよい。
 本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1.  エンジン(11)の過給器(14)の過給圧制御用バルブ(26)を駆動するアクチュエータであって、
     モータ(36)と、
     出力シャフト(38)と、
     互いに噛み合う少なくとも一対の金属ギヤ部(51、54、57、58、62、63)を含み、前記モータの回転を減速して前記出力シャフトに伝達する減速部(37)と、
     磁気回路部(64)および検出部(65)を含み、前記出力シャフトの回転角を検出する回転角センサ(39)と、
     前記モータおよび前記減速部を収容しており、前記出力シャフトを支持しているハウジング(35)と、
     を備え、
     前記ハウジングは、前記金属ギヤ部および前記磁気回路部を同じ空間(44)に収容しており、
     前記エンジンへの搭載姿勢において、前記出力シャフトが作動しうる範囲で前記磁気回路部の最も重力方向下方に位置する点を磁気回路最下点(p1)とすると、
     前記金属ギヤ部の噛み合い部分(77、78、79)は、前記磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置しているアクチュエータ。
  2.  前記金属ギヤ部の歯面にはグリスが塗布されている請求項1に記載のアクチュエータ。
  3.  前記ハウジングは、前記モータが挿入されているモータ挿入穴(46)を有しており、
     前記モータ挿入穴は、前記モータまたは当該モータを支持している部材(82)に当接する内壁面(81)を有しており、
     前記エンジンへの搭載姿勢において、前記モータ挿入穴の最も重力方向上方に位置する点を挿入穴最上点(p2)とすると、
     前記挿入穴最上点は、前記磁気回路最下点よりも重力方向下方に位置している請求項1または2に記載のアクチュエータ。
  4.  前記エンジンへの搭載姿勢において、前記出力シャフトの軸方向視で前記ハウジングの内壁面(84)の最も重力方向下方に位置する点を内壁最下点(p3)とすると、
     前記出力シャフトの軸方向に直交し且つ前記内壁最下点を通る断面において、前記ハウジングの前記内壁面の重力方向の上向き面(86)は、前記内壁最下点側に傾斜している請求項1~3のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
  5.  前記減速部は、
      前記出力シャフトに固定されている前記金属ギヤ部としての最終ギヤ(54)と、
      前記モータのモータ軸に固定されている前記金属ギヤ部としてのピニオンギヤ(51)と、
      前記最終ギヤと前記ピニオンギヤとの間に設けられている少なくとも1つの中間ギヤ(52、53)と、
     を含み、
     前記中間ギヤは、前記金属ギヤ部としての小径外歯部(58、63)、および、前記小径外歯部よりも径が大きい前記金属ギヤ部としての大径外歯部(57、62)を有しており、
     前記大径外歯部は、軸方向に貫通する孔(75、76)を有している請求項1~4のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
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