JP6311657B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Description
この特許文献1の電動アクチュエータは、電動モータが発生する回転出力を平行軸式の歯車減速機で減速して出力シャフトを駆動する。歯車減速機は、出力シャフトと平行な中間シャフトを備える。この中間シャフトは、ハウジングに支持される。
また、出力シャフトの他端は、カバーと出力シャフトの間に配置される軸受(以下、カバー側軸受と称す)によって回転自在に支持される。
このため、カバーをハウジングに組付ける際、カバー側軸受と出力シャフトの隙間、およびハウジング側軸受と出力シャフトの隙間を管理することができない。このため、カバー側軸受と出力シャフトの間、およびハウジング側軸受と出力シャフトの間に、隙間が存在しない状態で組み付くことで、出力シャフトに過大な荷重が加えられた状態で、カバーがハウジングに固定される可能性がある。
このため、出力シャフトがカバーの位置決めに用いられない。その結果、出力シャフトに位置決めの荷重が作用しない。これにより、カバーがハウジングに固定された状態において、カバー側軸受と出力シャフトの間、およびハウジング側軸受と出力シャフトの間に、過大な荷重が発生しない。
ハウジングに対するカバーの位置決めは、2つの凹部を用いるものであり、2つの凹部のうち、一方の凹部が丸穴に設けられ、他方の凹部が長穴に設けられる。そして、長穴の長手方向は、長穴から丸穴に向かう直線に沿うものである。
これにより、長穴の長手方向の公差を大きくすることができる。
図1〜図12に基づいて実施形態1を説明する。
自動車に搭載される走行用のエンジン1には、吸気をエンジン1の気筒内へ導く吸気通路2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3とが設けられる。
排気通路3の途中には、ターボチャージャTの排気タービン6と、排気ガスの浄化を行う触媒7とが設けられる。なお、触媒7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。
吸気コンプレッサ4は、タービンホイール6aの回転出力を受けて回転するコンプレッサホイール4aと、このコンプレッサホイール4aを収容する渦巻形状のコンプレッサハウジング4bとを備える。
バイパス通路8は、タービンハウジング6bに流入した排気ガスを直接タービンハウジング6bの排気出口へ導く。このバイパス通路8は、ウエストゲートバルブ9によって開閉可能に設けられる。
電動アクチュエータ11は、排気ガスの熱影響を回避する目的で、排気タービン6から離れた吸気コンプレッサ4に搭載される。このように、電動アクチュエータ11は、ウエストゲートバルブ9から離れた位置に搭載される。このため、ターボチャージャTには、電動アクチュエータ11の出力をウエストゲートバルブ9に伝達するためのリンク機構が設けられる。
電動アクチュエータ11は、吸気コンプレッサ4に取り付けられるハウジング20と、このハウジング20に組み付けられる電動モータ21、歯車減速機22、出力シャフト23、カバー24と、出力シャフト23の先端に固定されるアクチュエータレバー13とを備えて構成される。
以下では、説明の便宜上、ハウジング20において開口部αが開口する方向を上、逆方向を下として説明する。もちろん、この上下方向は、搭載方向を限定するものではない。なお、図3に示す符合20aは、電動アクチュエータ11を吸気コンプレッサ4に組付ける際に用いられるボルト挿通穴である。
そして、ハウジング20とカバー24との間に形成される空間βに、電動モータ21や歯車減速機22等が配置される。
具体的に、この実施形態の歯車減速機22は、3段の減速段を有するものであり、電動モータ21によって駆動されるピニオンギヤ26と、このピニオンギヤ26によって回転駆動される第1中間ギヤ27と、この第1中間ギヤ27によって回転駆動される第2中間ギヤ28と、この第2中間ギヤ28によって回転駆動される最終ギヤ29とを備える。
第1中間ギヤ27は、第1大径ギヤ27aと第1小径ギヤ27bが同芯で設けられた2重歯車である。この第1中間ギヤ27は、ハウジング20に固定される第1中間シャフト31によって回転自在に支持される。そして、ピニオンギヤ26と第1大径ギヤ27aが噛合して1段目の減速段が構成される。なお、ハウジング20に対する第1中間シャフト31の固定技術として、この実施形態では圧入を採用している。
具体的に、カバー24は、モータターミナル51の他に、電動モータ21の通電端子21bと結合して電気的な接続を行う中継ターミナル52と、磁気検出部37の根元部と、この磁気検出部37に電気的に接続されるセンサターミナル53と、カバー24をハウジング20に固定するためのボルト42が挿通される複数の金属製のカラー54と、カバー側軸受34が圧入される金属製のベアリングホルダ55とがモールドされる。
アクチュエータレバー13の回動端には、出力シャフト23と平行なピン44が設けられる。このピン44は、ロッド15の端部に回動自在に連結されて、アクチュエータレバー13の回動トルクをロッド15に伝える部品である。
回転角センサ35は、非接触型であり、出力シャフト23と一体に回動する磁束発生部36と、カバー24またはハウジング20の一方に取り付けられて磁束発生部36の発生する磁束を検出する磁気検出部37とを備える。そして、回転角センサ35によって検出される出力シャフト23の回転角度は、ECU12へ出力される。なお、この回転角センサ35の詳細は後述する。
具体的に、ECU12は、エンジン1の運転状態からエンジン1の運転状態に適したウエストゲートバルブ9の目標開度を算出する。そして、算出した目標開度と回転角センサ35によって検出した検出開度とが一致するように電動アクチュエータ11をフィードバック制御する。もちろん、この過給圧制御は一例であり、限定するものではない。
以下では、出力シャフト23、第1中間シャフト31、第2中間シャフト32の各軸芯が伸びる方向を軸方向と称する。
ハウジング20は、カバー24が接するハウジング端面20bを備える。このハウジング端面20bは、軸方向に対して垂直な平面に設けられる。
同様に、カバー24は、ハウジング20と接するカバー端面24bを備える。このカバー端面24bも軸方向に対して垂直な平面に設けられる。
カバー24は、ハウジング20に対して位置決めが成されている。そして、位置決めが成された状態でカバー24は、複数のボルト42によってハウジング20に固定されている。
以下では、ハウジング20に対するカバー24の位置決め構造を説明する。
また、カバー24と出力シャフト23の間には、カバー24に対して出力シャフト23を回転自在に支持するカバー側軸受34が配置される。
このように設けることで、出力シャフト23が回転自在に支持される。
第1中間シャフト31の下端はハウジング20に圧入される。同様に、第2中間シャフト32の下端もハウジング20に圧入される。具体的に、第1中間シャフト31と第2中間シャフト32は、開口部αの内側の底面に形成された第1圧入穴39と第2圧入穴40に圧入される。
即ち、ハウジング20に対するカバー24の位置決めは、「第1中間シャフト31と第1凹部61の嵌合」と「第2中間シャフト32と第2凹部62の嵌合」の2箇所で成される。
以下では、「第1中間シャフト31と第1凹部61の嵌合」を第1嵌合と称し、「第2中間シャフト32と第2凹部62の嵌合」を第2嵌合と称して説明する。
そして、第1嵌合と第2嵌合がなされた状態では、ハウジング端面20bに対してカバー端面24bをどの方向に摺動させても、カバー24の負荷が出力シャフト23に与えられないように設けられている。即ち、この実施形態では、カバー24の組付負荷が出力シャフト23に伝わるのを防ぐクリアランスxが設けられる。
また、この実施形態とは異なり、カバー側軸受34がメタルベアリングの場合は、図10に示すように、カバー側軸受34と出力シャフト23の間にクリアランスxが設けられる。
なお、図10は、ハウジング20に対するカバー24の組付けのズレ、即ちハウジング側軸受33とカバー側軸受34の径方向の組付けのズレによって出力シャフト23が傾斜した状態を示す。そして、図10中の一点鎖線y1は、ハウジング20に対して出力シャフト23が傾くことなく組み付けられた場合の軸方向を示す。また、図10中の一点鎖線y2は、傾斜した状態の出力シャフト23の軸方向を示す。
この実施形態では、上述したように、「第1中間シャフト31と第1凹部61の嵌合」と、「第2中間シャフト32と第2凹部62の嵌合」とにより、ハウジング20に対するカバー24の位置決めが成される。
これにより、カバー24がハウジング20に固定された状態であれば、カバー24を組付ける際に加えられた負荷が、カバー側軸受34およびハウジング側軸受33を介して出力シャフト23に伝わらないようにできる。即ち、クリアランスx>0(ゼロ)となるようにカバー24とハウジング20の位置決めをすることができる。
なお、クリアランスx=0(ゼロ)であっても、カバー側軸受34およびハウジング側軸受33を介して出力シャフト23に伝わる荷重を許容荷重以下にできる。このため、クリアランスx≧0(ゼロ)であれば良い。
このように、カバー24がハウジング20に固定された状態において、カバー側軸受34と出力シャフト23の間、およびハウジング側軸受33と出力シャフト23の間に、過大な荷重が発生しない。
ハウジング20に対するカバー24の位置決めは、複数の中間シャフトのうちで最も出力シャフト23に近い中間シャフトを用いる。
即ち、この実施形態では、第2中間シャフト32を位置決めに用いる。
このように、出力シャフト23に最も近い第2中間シャフト32を用いてカバー24の位置決めを行うことで、出力シャフト23に対するカバー側軸受34の組付精度を高めることができる。
この実施形態では、第1凹部61または第2凹部62の一方が丸穴に設けられる。また、第1凹部61または第2凹部62の他方が長穴に設けられる。
そして、図11に示すように、長穴の長手方向は、長穴から丸穴に向かう直線に沿って設けられる。
なお、丸穴と長穴は、カバー24を下面から見た第1凹部61と第2凹部62の穴形状である。具体的に、丸穴は、真円の穴形状である。また、長穴は、真円を2つに分割した各円弧の端を、平行な直線で接続した穴形状である。
丸穴によってハウジング20に対するカバー24の基準位置が規制される。また、長穴によって丸穴を中心としたカバー24の回転方向の位置が規制される。このように、長穴は、回転方向の規制のみを行う。このため、長穴の長手方向の公差を大きくすることができる。
丸穴は、複数の中間シャフトのうちで最も出力シャフト23に近い中間シャフトに嵌合する凹部に設けられる。
即ち、この実施形態では、第2凹部62に丸穴が設けられ、第1凹部61が長穴に設けられる。
このように、出力シャフト23に最も近い第2凹部62によってハウジング20に対するカバー24の基準位置を規制するため、出力シャフト23に対するカバー側軸受34の組付精度を高めることができる。
電動アクチュエータ11は、出力シャフト23の回転角度を検出する回転角センサ35を備える。
この回転角センサ35は、出力シャフト23と一体に回動する磁束発生部36と、カバー24またはハウジング20の一方に取り付けられて磁束発生部36の発生する磁束を検出する磁気検出部37とを備える。なお、この実施形態では、磁気検出部37をカバー24に設ける例を示す。
電動アクチュエータ11に機械的なロックが生じた場合には、回転角センサ35により異常を検出することができる。
回転角センサ35によって検出した出力シャフト23の回転角に基づいてウエストゲートバルブの開度を読み取ることができる。
具体的に、この実施形態では、最終ギヤ29を設けない回動スペースを利用して磁束発生部36を配置する。これにより、電動アクチュエータ11の小型化が可能になる。そして、電動アクチュエータ11の小型化により、吸気コンプレッサ4に対する搭載性を向上できる。
磁束発生部36は、最終ギヤを成す樹脂部品にモールドされるものであり、2つの永久磁石71と、2つの磁性体金属製のヨーク72とを組み合わせて閉磁路を成す。2つのヨーク72は、曲率半径の異なる円弧形状を呈した2つのヨーク72を組み合わせて設けられる。
2つのヨーク72は、曲率半径の異なる円弧形状を呈する鉄製部品である。そして、2つのヨーク72は、その両端において永久磁石71を1つずつ挟む。
2つのヨーク72の間には、磁気検出部37が挿し入れられる円弧状の円弧隙間δが形成される。この円弧隙間δは、出力シャフト23の軸中心と同芯の円弧である。2つのヨーク72の対向幅は、ラジアル方向において一定に設けられる。そして、円弧隙間δは、出力シャフト23が回動に伴って磁束発生部36が回動しても、磁気検出部37に対して非接触の状態を保つように設けられる。
閉磁路を成す磁束発生部36を用いることにより、磁気ノイズなど外部から付与される磁気的な影響を受け難くできる。このため、回転角センサ35による出力シャフト23の検出精度を高めることができる。
カバー24は、上述したように、樹脂材料によって設けられる。
そして、カバー24を成す樹脂材料は、磁気検出部37をモールドしている。
磁気検出部37をカバー24にモールドしたことで、ハウジング20に組付ける部品点数を減らすことができる。
上記実施形態では、ウエストゲートバルブ9を駆動する電動アクチュエータ11を例示したが、電動アクチュエータ11の駆動対象物をウエストゲートバルブ9に限定しない。具体的な一例を開示すると、電動アクチュエータ11によってタービンハウジング6bに設けた第2排気スクロールの開閉を行う流路切替バルブを駆動しても良い。もちろん、電動アクチュエータ11によってウエストゲートバルブ9と流路切替バルブの両方を操作しても良い。
21・・・電動モータ 22・・・歯車減速機
23・・・出力シャフト 24・・・カバー
31・・・第1中間シャフト 32・・・第2中間シャフト
33・・・ハウジング側軸受 34・・・カバー側軸受
61・・・第1凹部 62・・・第2凹部
β・・・空間
Claims (4)
- 電力を回転出力に変換する電動モータ(21)と、
前記電動モータが固定されるハウジング(20)と、
前記電動モータの発生する回転出力を減速する平行軸式の歯車減速機(22)と、
前記歯車減速機によって減速された回転出力により駆動される出力シャフト(23)と、
前記ハウジングに組み付けられ、前記ハウジングとの間に前記電動モータ(21)と前記歯車減速機を収容する空間(β)を形成するカバー(24)と、
前記ハウジングと前記出力シャフトの間に配置されて、前記ハウジングに対して前記出力シャフトを回転自在に支持するハウジング側軸受(33)と、
前記カバーと前記出力シャフトの間に配置されて、前記カバーに対して前記出力シャフトを回転自在に支持するカバー側軸受(34)とを備え、
前記歯車減速機は、前記出力シャフトに平行な複数の中間シャフト(31、32)を備え、
複数の前記中間シャフトの一端は、前記ハウジングに固定され、
複数の前記中間シャフトの他端は、前記カバーに形成された複数の凹部(61、62)の内側に嵌め入れられ、
複数の前記中間シャフトの他端と、複数の前記凹部との嵌合によって、前記ハウジングに対する前記カバーの位置決めが成され、
前記ハウジングに対する前記カバーの位置決めは、2つの前記凹部を用いるものであり、
2つの前記凹部のうち、一方の前記凹部が丸穴に設けられ、他方の前記凹部が長穴に設けられ、
前記長穴の長手方向は、当該長穴から前記丸穴に向かう直線に沿うことを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記丸穴は、複数の前記中間シャフトのうちで最も前記出力シャフトに近い前記中間シャフトに嵌合する前記凹部に設けられることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1または請求項2に記載の電動アクチュエータにおいて、
この電動アクチュエータは、前記出力シャフトの回転角度を検出する回転角センサ(35)を備え、
前記回転角センサは、前記出力シャフトと一体に回動する磁束発生部(36)と、前記カバーまたは前記ハウジングの一方に支持されて前記磁束発生部の発生する磁束を検出する磁気検出部(37)とを備え、
前記出力シャフトの周囲には、前記歯車減速機の最終ギヤ(29)が設けられるギヤ範囲(θ1)と、前記磁束発生部が設けられる検出範囲(θ2)とが別々に設けられることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項3に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記カバーは、樹脂材料によって設けられるものであり、
前記カバーを成す樹脂材料は、前記磁気検出部をモールドしていることを特徴とする電動アクチュエータ。
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