JP2018197566A - Electric actuator for valve, and valve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブ用電動アクチュエータおよびバルブ装置に関する。 The present invention relates to an electric actuator for a valve and a valve device.
自動車エンジンなどの内燃機関の排ガス対策の一環として、これらの内燃機関には、一度排出されたガスを再び吸入空気と混合させて、燃焼室内の空気の酸素濃度を低下させ燃焼温度を低下させることで、窒素酸化物(NOx)の低減を図る排気ガス再循環装置(以下、EGR装置ともいう)が広く採用されている。このEGR装置では、排出される排気ガスの一部を再循環排ガス(以下、EGRガスともいう)として吸気側へ再循環させるが、そのEGRガスの流量を調節するために、再循環排ガス流量制御弁(以下、EGRバルブという)が使用されている。 As part of countermeasures against exhaust gas from internal combustion engines such as automobile engines, these internal combustion engines are mixed with intake air once again to reduce the oxygen concentration of the air in the combustion chamber and lower the combustion temperature. Therefore, exhaust gas recirculation devices (hereinafter also referred to as EGR devices) that reduce nitrogen oxides (NOx) are widely used. In this EGR device, a part of the exhaust gas exhausted is recirculated to the intake side as recirculated exhaust gas (hereinafter also referred to as EGR gas). In order to adjust the flow rate of the EGR gas, recirculated exhaust gas flow rate control is performed. A valve (hereinafter referred to as an EGR valve) is used.
近年、自動車においては、その省力化や低燃費化のために電動化が進展しており、その流れを受けてEGR装置についても電動アクチュエータによるバルブの開閉が試みられている。その一例として、例えば、モータの出力をギヤ列からなる減速機構を介してEGRバルブのバルブ軸に伝達し、バルブ軸を回転駆動するもの(特許文献1)、あるいはモータの出力を送りねじ機構により直線運動に変換し、その直線運動をさらにリンク機構を介してバルブ軸の回転運動に変換するもの(特許文献2)が知られている。 In recent years, automobiles have been electrified to save labor and reduce fuel consumption, and in response to this trend, attempts have been made to open and close valves for electric EGR devices using electric actuators. As an example, for example, the output of the motor is transmitted to the valve shaft of the EGR valve via a speed reduction mechanism comprising a gear train, and the valve shaft is driven to rotate (Patent Document 1), or the output of the motor is transmitted by a feed screw mechanism. There is known a technique that converts a linear motion into a rotational motion of a valve shaft via a link mechanism (Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1の駆動機構では、減速機構を構成するギヤ列のバックラッシが不可避となるため、EGRバルブの開閉精度が不十分となる。
However, in the drive mechanism of
特許文献2のEGRバルブの開閉機構は、送りねじ装置を使用し、減速機を使用しない構造であるため、バックラッシによる開閉精度の低下は回避することができる。しかしながら、この開閉機構では、中空ロッドの内周に、ねじ軸に螺合する雌ねじ部材を圧入し、かつ中空ロッドの先端にリンク機構を連結した構造になっている。そのため、ねじ軸、さらには中空ロッドよりも先端側の領域(モータへの結合側と反対側の領域)にリンク機構やバルブ軸が配置された形となり、駆動機構のサイズがねじ軸の延びる方向で大きくなっている。従って、このままでは余剰スペースに制約のあるエンジンルーム内への設置に支障を来すおそれがある。また、中空ロッドのバルブ軸やリンク機構からの荷重を受ける領域が片持ち支持された状態にあるため、荷重負荷により中空ロッド等が変形し、バルブ開閉動作の精度低下を招くおそれがある。この問題はねじ軸の伸長時に特に懸念される。
Since the opening / closing mechanism of the EGR valve of
そこで、本発明は、コンパクトでありながら高いバルブ開閉精度を有するバルブ用電動アクチュエータおよびバルブ装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electric actuator for a valve and a valve device that are compact and have high valve opening / closing accuracy.
上記の課題を解決するために創案された本発明は、回転駆動力を発生するモータ部と、前記モータ部に回転駆動される軸状の回転部材を備え、前記回転部材の回転運動を直線運動に変換する第一の運動変換機構部と、バルブ軸と、前記第一の運動変換機構部から出力された直線運動を、バルブ軸の回転運動に変換する第二の運動変換機構部とを備えるバルブ用電動アクチュエータにおいて、前記回転部材を一対の軸受で回転自在に支持し、前記一対の軸受の間に前記バルブ軸を配置したことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention includes a motor unit that generates a rotational driving force and a shaft-shaped rotating member that is rotationally driven by the motor unit, and the rotational motion of the rotating member is linearly moved. A first motion conversion mechanism unit that converts to a valve shaft, and a second motion conversion mechanism unit that converts the linear motion output from the first motion conversion mechanism unit into a rotational motion of the valve shaft. In the valve electric actuator, the rotating member is rotatably supported by a pair of bearings, and the valve shaft is disposed between the pair of bearings.
かかる構成から、回転部材よりもその先端側となる領域にバルブ軸やリンク機構を配置する場合に比べ、バルブ用電動アクチュエータの回転部材の延びる方向の長さを短くしてコンパクト化を達成することができる。また、回転部材への荷重負荷は、回転部材のうち、回転部材の延びる方向に離間した一対の軸受の間で行われる。この領域では回転部材が軸受によって両持ち支持された状態にあるため、片持ち支持された領域に荷重が付加される特許文献2に記載の構成に比べて、回転部材の変形が生じにくくなる。従って、バルブ開閉時の開閉精度の向上を図ることができる。
With this configuration, compared with the case where the valve shaft and the link mechanism are arranged in the tip side of the rotating member, the length of the electric actuator for the valve in the extending direction of the rotating member is shortened to achieve compactness. Can do. Moreover, the load load to a rotating member is performed between a pair of bearings spaced apart in the direction where a rotating member extends among rotating members. In this region, since the rotating member is supported at both ends by the bearing, the deformation of the rotating member is less likely to occur compared to the configuration described in
このバルブ用電動アクチュエータにおいては、第一の運動変換機構部および第二の運動変換機構部でリンク機構を構成し、リンク機構の各リンクの移動軌跡を前記一対の軸受の間に配置するのが好ましい。かかる構成により、上記と同様作用効果を得ることができる。 In this valve electric actuator, the first motion conversion mechanism portion and the second motion conversion mechanism portion constitute a link mechanism, and the movement trajectory of each link of the link mechanism is arranged between the pair of bearings. preferable. With this configuration, the same operational effects as described above can be obtained.
この場合、リンク機構に二つのスライダを設けるのが好ましい。かかる構成から、バルブ軸の角速度は、原動側のスライダの移動速度Vを定数(一定)として、三角比を用いた比較的簡単な式で表すことができる。そのため、バルブの全閉状態付近でのバルブ軸の角速度を遅くする一方で、中間状態付近でのバルブ軸の角速度を早くするような設計も容易となる。これに対し、モータ部の出力を、ギヤ列を介してバルブ軸に伝達する特許文献1の構成では、バルブの開閉状態に応じて角速度に差を設けようとすると、モータ部の回転速度を変更せざるを得ず、モータの制御が複雑化する。
In this case, it is preferable to provide two sliders in the link mechanism. With this configuration, the angular velocity of the valve shaft can be expressed by a relatively simple expression using a trigonometric ratio, where the moving speed V of the slider on the driving side is a constant (constant). Therefore, it is easy to design such that the angular velocity of the valve shaft near the fully closed state of the valve is reduced, while the angular velocity of the valve shaft near the intermediate state is increased. On the other hand, in the configuration of
第一の運動変換機構部の回転部材としてねじ軸を使用し、このねじ軸を、バルブ軸付近での配管の延設方向と平行に配置することにより、配管周辺の余剰スペースを有効活用してバルブ用電動アクチュエータを配設することが可能となる。 The screw shaft is used as the rotating member of the first motion conversion mechanism, and this screw shaft is arranged in parallel with the pipe extending direction in the vicinity of the valve shaft, thereby effectively utilizing the excess space around the pipe. An electric actuator for a valve can be provided.
回転部材の回転速度を一定にした状態で、バルブ軸の角速度をバルブの全閉状態付近で最小にすれば、バルブの全閉状態付近でのバルブの開閉精度を高めることができる。これにより、例えばEGR装置にバルブ用電動アクチュエータを使用する場合には、EGR装置の機能上重要となる全閉状態付近でバルブの開閉精度を高めることができる。 If the angular speed of the valve shaft is minimized in the vicinity of the fully closed state of the valve while the rotational speed of the rotating member is kept constant, the valve opening / closing accuracy near the fully closed state of the valve can be improved. As a result, for example, when an electric actuator for a valve is used in an EGR device, the opening / closing accuracy of the valve can be increased in the vicinity of a fully closed state that is important for the function of the EGR device.
バルブ用電動アクチュエータは、第一の運動変換機構部に駆動されて直線運動を行う入力部と、前記バルブ軸と共に、前記バルブ軸を中心として回転運動を行う出力部と、入力部と出力部の何れか一方に設けられ、他方と係合し、かつ前記入力部と出力部を、前記他方に対するスライド移動を許容して回転可能に連結する連結部とを備える構成にするのが好ましい。かかる構成において、バルブの全閉状態で連結部の回転半径が最大となるように各リンクを設計すれば、全閉状態付近でのバルブ軸の角速度を小さくして、バルブの開閉精度を高めることができる。 The valve electric actuator includes an input unit that is driven by the first motion conversion mechanism unit to perform a linear motion, an output unit that performs a rotational motion around the valve shaft together with the valve shaft, and an input unit and an output unit. It is preferable to include a connecting portion that is provided on any one of them, engages with the other, and allows the input portion and the output portion to be connected to each other so as to allow sliding movement relative to the other. In such a configuration, if each link is designed so that the turning radius of the connecting portion is maximized when the valve is fully closed, the angular velocity of the valve shaft near the fully closed state is reduced and the opening and closing accuracy of the valve is increased. Can do.
バルブ軸を収容するハウジングを設け、当該ハウジングと第二の運動変換機構部の出力部との間に、バルブが全閉状態となる向きにバルブ軸を付勢する弾性部材を配置すれば、第一の変換機構に異常が生じた際にもバルブを自動的に全閉状態に移行させることができ、フェイルセーフ機能が高まる。 If a housing for accommodating the valve shaft is provided, and an elastic member that biases the valve shaft in a direction in which the valve is fully closed is disposed between the housing and the output portion of the second motion conversion mechanism, Even when an abnormality occurs in one conversion mechanism, the valve can be automatically shifted to the fully closed state, and the fail-safe function is enhanced.
第一の運動変換機構部、バルブ軸、または第二の運動変換機構部の何れかの運動からバルブの開閉程度を検出するセンシング装置を設けることにより、バルブの開閉程度を検出してその開閉量を制御することが可能となる。 By providing a sensing device that detects the degree of opening and closing of the valve from the movement of either the first motion conversion mechanism, the valve shaft, or the second motion conversion mechanism, the degree of opening and closing of the valve is detected. Can be controlled.
以上に述べた電動アクチュエータと、バルブ軸に設けられたバルブとでバルブ装置を構成することができる。 A valve device can be constituted by the electric actuator described above and the valve provided on the valve shaft.
本発明によれば、コンパクトでありながら高いバルブ開閉精度を有するバルブ用電動アクチュエータおよびバルブ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric actuator for a valve and a valve device that are compact and have high valve opening / closing accuracy.
以下、本発明にかかるバルブ用電動アクチュエータの実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of an electric actuator for a valve according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るバルブ用電動アクチュエータの斜視図であり、図2は図1のX−X線断面図である。図3はバルブ軸を拡大して示す斜視図であり、図4は図1のY−Y線断面図である。なお、X−X線は後述のねじ軸31の中心線O1に一致し、Y−Y線は後述のバルブ軸4の中心線O2に一致する。
FIG. 1 is a perspective view of an electric actuator for a valve according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG. FIG. 3 is an enlarged perspective view showing the valve shaft, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG. The XX line coincides with a center line O1 of a later-described
本実施形態におけるバルブ用電動アクチュエータ1は、例えば自動車のEGR装置に使用される。
このバルブ用電動アクチュエータ1は、図1および図2に示すように、電力の供給を受けて回転駆動力を発生するモータ部2と、モータ部2で得られた回転運動を直線運動に変換する第一の運動変換機構部3と、バルブ軸4と、第一の運動変換機構部3から出力された直線運動を、バルブ軸4を中心とした回転運動に変換する第二の運動変換機構部5とを具備する。
The
As shown in FIGS. 1 and 2, the
モータ部2は、ステータとロータとを備えた例えばラジアルギャップ型のモータ(例えば三相ブラシレスモータ)で構成されている。図2に示すように、モータ部2の出力軸21は中実状をなし、その軸方向両端が、モータハウジング22の内周面に固定した軸受23およびモータ内部に配置した軸受(図示省略)で回転自在に支持されている。なお、符号25は、図示しないバスバーや基板等を収容したターミナル部を示す。
The
本実施形態の第一の運動変換機構部3は、ボールねじ装置で構成される。このボールねじ装置3は、軸状の回転部材としてのねじ軸31と、複数のボールを介してねじ軸31の外周に嵌合されたナット部材32とを具備する。ねじ軸31は、モータ部2の出力軸21と同軸に配置され、その基端部(モータ部3側の端部)が、モータ部2の出力軸21に減速機等を介在させることなく直接結合されている。ねじ軸31の軸方向両側の端部は、それぞれ転がり軸受等の軸受33,34により、ハウジング(バルブハウジング42)に対して回転自在に支持される。かかる構成から、モータ部2を正逆方向に駆動させると、ねじ軸31が正逆方向に回転する。
The first motion
ねじ軸の外周面に形成された螺旋状溝と、ナット部材32の内周面に形成された螺旋状溝との間に複数のボールが組み込まれている。ねじ軸31を回転させることで、ナット部材32がねじ軸31の延びる方向に沿って直線運動を行うと共に、両螺旋状溝の間でボールが循環する。ボールの循環は、例えばナット部材32に循環部材としてのこま(図示省略)を設けることで行うことができる。
A plurality of balls are incorporated between the spiral groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft and the spiral groove formed on the inner peripheral surface of the
第二の運動変換機構部5は、入力部51と、出力部52と、入力部51および出力部52を連結する連結部53とを有する。
The second motion
入力部51は円筒状の部材であり、ナット部材32の外周面に圧入等の手段で固定されている、従って、入力部51は、ナット部材32の直線運動と連動してねじ軸31の延びる方向に直線運動を行う。入力部51には、ねじ軸31の中心線O1から離間してねじ軸31と直交する方向に延びる貫通穴が形成され、この貫通穴に、連結部53として円筒面状の外周面を有するピンが圧入固定されている。ピン53の一端は入力部51の端面よりも出力部52側に突出している(図4参照)。
The
本実施形態の出力部52は、図3に示すようにバルブ軸4の一端部(ねじ軸31側の端部)にバルブ軸4と一体に形成され、かつバルブ軸4の半径方向に延びた平板状の形態を有する。出力部52には、バルブ軸4の半径方向に沿って溝部52aが形成され、この溝部52aに、溝部52aの延びる方向へのスライド移動を許容してピン53が嵌合されている(図5(a)〜(c)参照)。本実施形態では、溝部52aの一端を出力部52の先端に開口させているが、溝部52aの一端を開口することなく、閉じてもよい。また、出力部52の先端には、後述する捩りコイルばね44の端部44bを係止するための係止部52bが設けられている。なお、出力部52をバルブ軸4に一体に設けた場合を例示したが、出力部52とバルブ軸4を別部品として、出力部52をバルブ軸4に圧入等の手段で固定してもよい。
As shown in FIG. 3, the
バルブ軸4の本体には、バルブ軸4の延びる方向に沿ってスリット4bが形成されている。このスリット4bには、円板状のバルブ41(バタフライバルブ)が挿入される。バルブ軸4の本体に設けられたねじ孔4cにねじ等をねじ込むことで、バルブ41がバルブ軸4に固定される。
A
図4に示すように、バルブ軸4は、バルブハウジング42に固定された軸受43で回転自在に支持される。軸受43として、本実施形態では、例えば二つの転がり軸受43を内輪同士および外輪同士を接触させた状態で配置した場合を例示している。転がり軸受43の各外輪はシール部材45とバルブハウジング42に取り付けた止め輪46とによって、転がり軸受42,43の各内輪はバルブ軸4の肩部4aとバルブ軸4に取り付けた止め輪47とによって、それぞれバルブ軸4の軸方向で位置決めされている。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、転がり軸受42,43の外周には、弾性部材としてリターンスプリング44が配置される。本実施形態では、リターンスプリングとして捩りコイルばね44を使用した場合を例示している。図2に示すように、捩りコイルばね44の一端44aはバルブハウジング42に取り付けられ、他端44bは出力部52の先端に設けた係止部52bに係止される(図5(a)参照)。この捩りコイルばね44により、バルブ軸4は、常時、バルブ41が全閉する方向(図5(a)でいえば反時計周り方向)に付勢される。バルブ41が全閉状態にある時には、配管を流れる排気ガスの圧力によりバルブ41が回転モーメントを受けるが、この排気ガスの圧力に抗してバルブ41の全閉状態が維持されるように、捩りコイルばね44の弾性力が設定される。
As shown in FIG. 4, a
図6は、バルブ装置の平面図である。
図1に示すバルブ用電動アクチュエータ1において、図6に示すように、モータハウジング22とバルブハウジング42の間に形成された開口部をバルブカバー60で覆うことにより、バルブ用電動アクチュエータ1とバルブ41とを有するバルブ装置が完成する。モータハウジング22、バルブハウジング42、およびバルブカバー60は、全体としてバルブ用電動アクチュエータ1のハウジングとして機能する。このハウジングの分割の態様や分割数は上記の例に限定されず、任意に採択することができる。
FIG. 6 is a plan view of the valve device.
In the valve
図6に示すように、完成したバルブ装置は、自動車のエンジンルーム内に配置され、バルブハウジング42の両端開口部42a(図1参照)に、排気流路の配管49(二点鎖線で示す)が取り付けられる。この際、バルブ用電動アクチュエータ1は、ねじ軸31の中心線O1(図6中のX−X線)がバルブ軸4付近の配管49の延設方向と平行となるように取り付けられる。これに対応して、バルブ軸4の中心線O2(図6中のY−Y線)は、配管49の延設方向と直交する方向に延びた形となる。
As shown in FIG. 6, the completed valve device is disposed in the engine room of the automobile, and the exhaust passage pipe 49 (shown by a two-dot chain line) is provided at both
以下、以上に述べたバルブ用電動アクチュエータ1の動作を図5(a)〜(c)に基づいて説明する。なお、図5(a)〜(c)は、図2に示す断面図において、モータ部2および第一の運動変換機構部3の図示を省略したものである。
Hereinafter, the operation of the electric actuator for
図5(a)は、バルブ41の全閉状態(図1参照)を示す。この全閉状態では、第二の運動変換機構5の連結部53は、溝部52aの外径端に位置し、バルブ軸4の中心O2からの距離(回転半径)が最大となっている。この状態から、モータ部2を正方向に駆動すると、ねじ軸31が回転してナット部材32、さらに入力部51がねじ軸31方向で、かつモータ部2から離反する方向(図2の左方向)にスライド移動する。これに伴って、連結部53と回転方向に係合した出力部52が図5(a)において時計回り方向に回転(正方向回転)し、この回転がバルブ軸4に伝達されることでバルブ41が開き始める。出力部52の正方向回転に伴って、捩りコイルばね44に弾性力が蓄積される。出力部52の正方向回転中は、連結部53が出力部52の溝部52aに案内され、溝部52aに対して相対回転しながらバルブ軸4の内径方向にスライド移動する。これに伴って、連結部53の回転半径は徐々に小さくなる。
FIG. 5A shows a fully closed state of the valve 41 (see FIG. 1). In the fully closed state, the connecting
さらに出力部52を正方向に回転させると、図5(b)に示すように、連結部53が溝部52aの内径端に達して、その回転半径が最小となり(中間状態)、次いで連結部53がバルブ軸4の外径方向に向けて反転移動する。最終的には、図5(c)に示すバルブ41が全開した状態(全閉状態から90°回転した状態)となるが、この全開状態では、連結部53は、全閉状態と同様に、溝部52aの外径端に位置し、その回転半径が最大となっている。
When the
モータ部2を逆方向に駆動すれば、以上の動作と反対の動作が行われ、出力部52が反時計回り方向に回転(逆方向回転)し、バルブ41が閉じられる。車両の運転状態等に応じて、モータ部2を正逆駆動することにより、バルブ41の開閉をコントロールして最適な排気ガス再循環が行われる。
If the
バルブ41を開く過程では、既に述べたように捩りコイルばね44に弾性力が蓄積される。何らかの異常でモータ部2が制御不能となった際には、この弾性力によってバルブ41が自動的に全閉状態に切り替わる。このように捩りコイルばね44は、基本的にモータ異常時のフェイルセーフとして機能する。従って、バルブ41の開閉は、通常は、モータ部2の正逆駆動によって行われる。なお、全開状態から全閉状態に移行する際には、モータ部の駆動力に、捩りコイルばね44に蓄積された弾性力が重畳されるため、全閉状態から全開状態に移行する場合に比べて、モータ部2の消費電力が少なくなる。
In the process of opening the
以上に述べたバルブ用電動アクチュエータ1では、バルブ41の開閉状態を制御するため、バルブ用電動アクチュエータ1の内部にバルブの開閉程度を検出するセンシング装置を配置するのが好ましい。このセンシング装置の一例として、例えば図4に示すように、バルブカバー60の内面にストロークセンサ61を装着すると共に、これと対峙する形で第二の運動変換機構5の入力部51にマグネット62を装着することが考えられる。このようにストロークセンサ61を使用すれば、入力部51のねじ軸31方向の位置を検出し、この検出値からバルブ41の開閉状態を認識することが可能となる。センシング装置の構成は、バルブ41の開閉程度を検出できる限り任意であり、上記のようにストロークセンサ61を使用して入力部51の位置を検出する他、回転角センサを使用して出力部52の回転位相を直接検出しても構わない。また、モータ部2やねじ軸31の回転位相を検出し、あるいはナット部材32の移動量を検出しても構わない。このようにセンシング装置は、第1の運動変換機構部3、第2の変換機構部5、またはバルブ軸4の何れかの運動(直線運動あるいは回転運動、又はその双方)からバルブ41の開閉程度を検出する構成とする。
In the
本実施形態にかかるバルブ用電動アクチュエータ1では、図1および図2に示すように、バルブ軸4がねじ軸31を支持する一対の軸受33,34の間に配置されている。また、バルブ41の開閉に伴う入力部51、出力部52、およびナット部材32の各移動軌跡も全て一対の軸受33,34の間の領域中にある。そのため、特許文献2のようにねじ軸よりもねじ軸先端側となる領域にバルブ軸やリンク機構を配置した構成に比べ、バルブ用電動アクチュエータ1のねじ軸31方向の長さを短くできる。エンジンルーム内における排気ガス再循環用流路を設置できる領域は限られており、その一方で当該流路の配管49と周辺機器との間には、熱影響を防止するために一定の隙間を設けるのが通例である。そのため、本実施形態のようにバルブ用電動アクチュエータ1のねじ軸31方向の長さを短縮することにより、たとえバルブ軸4方向の厚さが多少増しても、エンジンルーム内にバルブ装置を設置することが容易となる。
In the valve
また、ねじ軸31への荷重負荷は、ねじ軸31のうち、一対の軸受33,34の間の領域で行われる。この領域ではねじ軸31が軸受33,34によって両持ち支持されているため、中空ロッドの片持ち支持された領域に荷重が付加される特許文献2の構成に比べて、ねじ軸31の変形が生じにくくなる。従って、バルブ開閉時の開閉精度や安定性の向上を図ることができる。
Further, a load is applied to the
また、第一の運動変換機構3としてボールねじ装置を使用しているので、特許文献2のように、雌ねじ部材とねじ軸間の摩擦が大きくなる送りねじ装置を使用する場合に比べ、高効率化を図ることができる。そのため、モータ部を低容量化することができる。また、特許文献2のように送りねじ装置を使用する場合、モータ異常に対応したフェイルセーフに際して、バルブを全閉状態に移行させるリターンスプリングの弾性力を高める必要があるが、本実施形態のようにボールねじ装置を使用すれば、高効率であるが故にリターンスプリング(捩りコイルばね44)のサイズを小型化することができる。従って、特許文献2に記載の電動アクチュエータに比べて小型化を図ることができる。
In addition, since a ball screw device is used as the first
また、本実施形態では、リターンスプリングとしての捩りコイルばね44を、バルブ軸4を収容するハウジング(バルブハウジング42)と出力部52との間に配置している。つまり、モータ駆動力の伝達経路において、ボールねじ装置3よりも下流側に捩りコイルばね44を配置している。そのため、ボールねじ装置3に何らかの異常が生じた場合でも、バルブ41を全閉状態に自動的に復帰させることができ、フェイルセーフ機能をさらに向上させることができる。
In the present embodiment, the
ところで、EGR装置においては、EGR装置の特性上、バルブ41の中間状態(図5(b)の状態)に比べて、全閉状態付近でバルブ41の開閉量をよりシビアにコントロールする必要がある。これはEGRガスの再循環量は一般に少量となるためである。本実施形態では、既に述べたように、バルブの全閉状態で連結部53の回転半径が最大となるが(図5(a)参照)、この状態では、入力部51のスライド速度が一定でも、図5(b)に示す中間状態に比べて出力部52の角速度、すなわちバルブ41の開閉速度が最小となる。従って、全閉状態付近でバルブ41を精度良くコントロールすることが可能となり、EGR装置に要求されるバルブ開閉特性に適合するものとなる。
By the way, in the EGR device, due to the characteristics of the EGR device, it is necessary to control the opening / closing amount of the
図7(a)に、以上に述べた第一の運動変換機構3および第二の運動変換機構5で構成されるリンク機構を簡略化して示す。このように、第一の運動変換機構3および第二の運動変換機構5は、二つのスライダS1,S2を有するリンク機構を構成する。二つのスライダS1,S2のうち、第一のスライダS1はナット部材32(あるいは入力部51)で構成され、第二のスライダS2は連結部53で構成される。このように二つのスライダを有するリンク機構であれば、バルブ軸4の角速度(出力部52の角速度)は、第一のスライダS1の移動速度Vを定数(一定)として、三角比を用いた比較的簡単な式で表すことができる。そのため、全閉状態付近でのバルブ軸4の角速度を遅くする一方で、中間状態付近でのバルブ軸4の角速度を早くするような設計も容易となり、EGR装置の性能を向上させることができる。かかる効果は、二つのスライダを有するリンク機構である限り、他のリンク機構を使用しても得ることができる。例えば連結部53を出力部52に設ける一方で、この連結部53を入力部51に設けた溝部52aにスライド移動可能に嵌合した機構(往復両スライダクランク機構)であっても、同様の効果を得ることができる。
FIG. 7A shows a simplified link mechanism including the first
これに対し、特許文献1のように、モータ部の出力を、減速機を介してバルブ軸に伝達する構成では、バルブの開閉状態に応じてバルブ軸の角速度に差を設けようとすると、モータ部の回転速度を変更せざるを得ず、モータの制御が複雑化する。
On the other hand, in the configuration in which the output of the motor unit is transmitted to the valve shaft via the reduction gear as in
また、特許文献2に記載のリンク機構は、図7(b)に示すように、4つのリンク81〜84のうち、一つのみをスライダS3(雌ねじ部材82)とした、所謂往復スライダクランク機構である。このリンク機構では、バルブ軸の角速度(リンク84の角速度)を求める式は複雑な形となり、簡略化したとしても近似式が得られるにすぎない。従って、全閉状態付近でのバルブ軸4の角速度を遅くする一方で、中間状態でのバルブ軸4の角速度を早くするような設計は容易には実現できず、そのため、本実施形態に比べて、全閉状態付近でのバルブ41の開閉精度が劣るものとなる。
The link mechanism described in
以上の説明では、バルブ用電動アクチュエータの用途としてEGR装置を例示したが、本発明にかかるバルブ用電動アクチュエータは、EGR装置に限らず、他の車載機器や産業機器等に搭載されるバルブの開閉用として広く使用することができる。また、バルブ用電動アクチュエータで開閉するバルブとしてバタフライバルブを例示したが、適用可能なバルブの種類はバタフライバルブに限定されるものではなく、バルブ軸の正逆回転でバルブ開閉量を制御する限り、他のバルブ装置(例えばボールバルブ)にも本発明のバルブ用電動アクチュエータを使用することができる。 In the above description, the EGR device is illustrated as an application of the electric actuator for the valve. However, the electric actuator for the valve according to the present invention is not limited to the EGR device, but can be used to open and close valves mounted on other in-vehicle devices and industrial devices. Can be widely used for In addition, the butterfly valve is exemplified as a valve that is opened and closed by the electric actuator for the valve, but the applicable valve type is not limited to the butterfly valve, as long as the valve opening and closing amount is controlled by forward and reverse rotation of the valve shaft, The electric actuator for valves of the present invention can be used for other valve devices (for example, ball valves).
1 電動アクチュエータ
2 モータ部
3 第一の運動変換機構(ボールねじ装置)
4 バルブ軸
5 第二の運動変換機構
22 ハウジング(モータハウジング)
31 回転部材(ねじ軸)
32 ナット部材
33 軸受(転がり軸受)
34 軸受(転がり軸受)
41 バルブ
42 ハウジング(バルブハウジング)
44 弾性部材(ねじリコイルばね)
49 配管
51 入力部
52 出力部
53 連結部
O1 ねじ軸の中心線
O2 バルブ軸の中心線
S1 第一のスライダ
S2 第二のスライダ
1
4
31 Rotating member (screw shaft)
32
34 Bearing (Rolling bearing)
41
44 Elastic member (screw recoil spring)
49
Claims (9)
前記回転部材を一対の軸受で回転自在に支持し、前記一対の軸受の間に前記バルブ軸を配置したことを特徴とするバルブ用電動アクチュエータ。 A motor unit that generates a rotational driving force; a shaft-shaped rotating member that is rotationally driven by the motor unit; a first motion conversion mechanism unit that converts a rotational motion of the rotating member into a linear motion; and a valve shaft; In the valve electric actuator comprising: a linear motion output from the first motion conversion mechanism portion; and a second motion conversion mechanism portion for converting the linear motion into a rotational motion of the valve shaft.
An electric actuator for a valve, wherein the rotary member is rotatably supported by a pair of bearings, and the valve shaft is disposed between the pair of bearings.
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