CN109891723A - 电动致动器 - Google Patents

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Abstract

一种电动致动器，其具备：驱动用电动机(2)；运动转换机构(6)，其将驱动用电动机(2)的旋转运动转换为与驱动用电动机(2)的输出轴(2a)平行的轴向的直线运动；以及传递齿轮机构(5)，其从驱动用电动机(2)向运动转换机构(6)传递驱动力，将支承运动转换机构(6)的双列轴承(24)相对于传递齿轮机构(5)而配置于与驱动用电动机(2)相反一侧，所述电动致动器以如下方式构成：在设驱动用电动机(2)的外径为Dm、双列轴承(24)的外径为Db、驱动用电动机(2)与运动转换机构(6)之间的轴间距离为L的情况下，L＜Dm/2+Db/2。

Description

电动致动器
技术领域
本发明涉及电动致动器。
背景技术
近年来，为了车辆等省力化、低燃料消耗化而不断发展电动化，例如，开发出通过电动机的力来实施机动车的自动变速器、制动器、转向器等操作的***，并投入到市场中。作为用于这样的用途的致动器，已知有将电动机的旋转运动转换为直线方向的运动的使用了滚珠丝杠机构的电动线性致动器。
例如，如图8所示，在专利文献1中记载有将电动机100、滚珠丝杠200、以及使电动机100的旋转运动向滚珠丝杠200传递的齿轮减速机构500作为主要结构要素的电动线性致动器。这里，滚珠丝杠200具有：丝杠轴201，其在外周面上形成有螺旋状的螺纹槽；螺母202，其外嵌于丝杠轴201，并在内周面形成有螺旋状的螺纹槽；以及多个滚珠203，它们收容于两个螺纹槽中。齿轮减速机构500具有：小径的第一齿轮501，其固定于电动机100的电动机轴100a上；以及大径的第二齿轮502，其设置于螺母202的外周，与第一齿轮501啮合。在电动机100的驱动力经由这些齿轮501、502传递至螺母202时，螺母202旋转，从而丝杠轴201做直动运动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5243018号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述专利文献1中记载的电动线性致动器中，将2个滚动轴承600、700隔着第二齿轮502配置于螺母202的两侧，以支承螺母202。但是，若将滚动轴承600、700配置于这样的位置上，则当在滚珠丝杠200的周围配置其他结构部件时，有时会产生必须在隔着第二齿轮502的两侧避免与各滚动轴承600、700形成干扰这种布局上的制约，由此会妨碍小型化。
用于解决课题的手段
为此，本发明的目的在于，提供一种能够实现小型化的电动致动器。
作为用于实现上述目的的技术手段，本发明是一种电动致动器，其具备驱动用电动机；运动转换机构，其将驱动用电动机的旋转运动转换为与驱动用电动机的输出轴平行的轴向的直线运动；以及传递齿轮机构，其从驱动用电动机向运动转换机构传递驱动力，所述电动致动器的特征在于，将支承运动转换机构的双列轴承相对于传递齿轮机构而配置于与驱动用电动机相反一侧，所述电动致动器以如下方式构成：在设驱动用电动机的外径为Dm、双列轴承的外径为Db、驱动用电动机与所述运动转换机构之间的轴间距离为L的情况下，L＜Dm/2+Db/2。
这样，通过使用双列轴承作为支承运动转换机构的支承轴承，由此能够稳定地对运动转换机构进行悬臂支承。即，能够构成为，将双列轴承相对于传递齿轮机构仅配置于与驱动用电动机相反一侧，而在驱动用电动机侧概不配置支承运动转换机构的轴承。由此，在驱动用电动机侧，可以不考虑驱动用电动机与轴承之间的干扰，从而能够使驱动用电动机在与轴向正交的径向上靠近运动转换机构而配置。具体而言，能够以在设驱动用电动机的外径为Dm、双列轴承的外径为Db、驱动用电动机与运动转换机构之间的轴间距离为L的情况下L＜Dm/2+Db/2的方式使驱动用电动机与运动转换机构靠近而配置。其结果是，能够缩小驱动用电动机与运动转换机构之间的轴间距离，从而能够实现电动致动器的在径向上的小型化。
另外，在电动致动器具备对驱动用电动机的旋转运动进行减速并向传递齿轮机构输出的减速机构的结构中，通过将减速机构设置于驱动用电动机与传递齿轮机构之间，能够将减速机构配置于不与双列轴承形成干扰的位置上。由此，能够使减速机构在与轴向正交的径向上与运动转换机构靠近，从而能够实现电动致动器的在径向上的小型化。具体而言，能够构成为：在设减速机构的外径为Dr、双列轴承的外径为Db、减速机构与运动转换机构之间的轴间距离为L时，L＜Dr/2+Db/2。另外，在为具备减速机构的结构的情况下，能够采用小型的电动机，因此能够实现电动致动器的进一步小型化。
此外，通过使用行星齿轮减速机构来作为减速机构，从而更容易实现电动致动器的小型化。
另外，通过将双列轴承设为双列角接触球轴承，从而能够使运动转换机构针对各种方向的载荷稳定可靠地进行悬臂支承，能够防止因在运动转换机构的轴上产生振摆而导致的工作效率的降低、驱动音和振动的增大。
发明效果
根据本发明，能够减小驱动用电动机与运动转换机构之间的轴间距离，从而能够实现电动致动器的在径向上的小型化。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电动致动器的纵剖视图。
图2是电动致动器的分解立体图。
图3是从轴向观察行星齿轮减速机构的图。
图4是电动致动器的控制框图。
图5是电动致动器的控制框图。
图6是本发明的其他实施方式的电动致动器的纵剖视图。
图7是上述其他实施方式的电动致动器的分解立体图。
图8是以往的电动线性致动器的纵剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明进行说明。需要说明的是，在用于说明本发明的各附图中，关于具有相同功能或形状的构件、结构部件等结构要素，尽可能地标注能够辨别的相同的附图标记，由此在进行了一次说明后，省略其说明。
图1是本发明的一实施方式的电动致动器的纵剖视图，图2是所述电动致动器的分解立体图。
如图1和图2所示，本实施方式的电动致动器1将具备驱动用电动机2和减速机构3的电动机部4与具备传递齿轮机构5和运动转换机构6的驱动传递转换部7作为主要结构。需要说明的是，如后所述，电动机部4也可以不具备减速机构3。
构成上述电动致动器1的各部分分别具有外装壳体，在各外装壳体内收容或支承有结构部件。具体而言，电动机部4具有收容驱动用电动机2和减速机构3的电动机壳体8，驱动传递转换部7具有支承传递齿轮机构5和运动转换机构6的致动器壳体9。另外，电动机壳体8具有收容驱动用电动机2的电动机壳体主体69以及相对于电动机壳体主体69另外独立形成的盖部件32。电动机壳体主体69以能够与致动器壳体9在驱动用电动机2的轴向上连结或分离的方式安装于致动器壳体9，驱动用电动机2和减速机构3也以能够与致动器壳体9在轴向上连结或分离的方式安装于致动器壳体9。此外，在致动器壳体9的与电动机壳体8侧相反一侧以能够在轴向上连结或分离的方式安装有收容运动转换机构6的一部分的轴壳体10。需要说明的是，这些外装壳体彼此相互通过螺栓紧固而组装。以下，对构成电动致动器1的各部分的详细结构进行说明。
图3是从轴向观察减速机构的图。
减速机构3由行星齿轮减速机构11构成，该行星齿轮减速机构11由多个齿轮等构成。如图3所示，行星齿轮减速机构11由齿圈12、太阳轮13、多个行星齿轮14以及行星齿轮支架15构成。
在齿圈12的中央配置有太阳轮13，驱动用电动机2的输出轴2a压入太阳轮13而嵌合。另外，在齿圈12与太阳轮13之间以与这两者啮合的方式配置有多个行星齿轮14。各行星齿轮14由行星齿轮支架15保持为能够旋转。
在行星齿轮减速机构11中，在驱动用电动机2旋转驱动时，与驱动用电动机2的输出轴2a连结的太阳轮13旋转，与其相伴地，各行星齿轮14一边自转一边沿齿圈12公转。然后，通过该行星齿轮14的公转运动使行星齿轮支架15旋转。由此，驱动用电动机2的旋转被减速传递，旋转转矩增大。这样，通过经由行星齿轮减速机构11来传递驱动力，从而能够获得较大的电动致动器1的输出，并能够实现驱动用电动机2的小型化。在本实施方式中，作为驱动用电动机2，既可以使用价格低廉的(有刷)直流电动机，也可以使用无刷电动机等其他电动机。
接下来，如图1和图2所示，传递齿轮机构5由旋转轴与驱动用电动机2的输出轴2a配置于同轴上的作为第一齿轮的小径的驱动齿轮16以及与驱动齿轮16啮合的作为第二齿轮的大径的从动齿轮17构成。在驱动齿轮16的旋转中心部压入嵌合有作为旋转轴的齿轮轮毂18(参照图1)，齿轮轮毂18的轴向的一端部(图1中的右端部)由安装于致动器壳体9上的滚动轴承19支承为能够旋转。需要说明的是，驱动齿轮16与齿轮轮毂18也可以通过烧结一体成型。另一方面，齿轮轮毂的相反侧的端部(图1中的左端部)通过驱动用电动机2的输出轴2a***于在该端部侧开口的轴孔18a内而被支承。即，驱动用电动机2的输出轴2a相对于齿轮轮毂18以能够相对旋转的滑动轴承的关系***于齿轮轮毂18。
齿轮轮毂18与行星齿轮支架15以一体旋转的方式连结。具体而言，在行星齿轮支架15的中央部设置有圆筒部15a(参照图1)，该圆筒部15a压入齿轮轮毂18的外周面而嵌合。需要说明的是，还可以将行星齿轮支架15设为树脂，将齿轮轮毂18与行星齿轮支架15一体地嵌件成型。由此，当驱动用电动机2旋转驱动并且行星齿轮支架15与其伴随地旋转时，驱动齿轮16与行星齿轮支架15一体旋转，从而从动齿轮17旋转。需要说明的是，在本实施方式中，构成为从小径的驱动齿轮16向大径的从动齿轮17的旋转被减速(使转矩增大)地传递，但也可以设定为从驱动齿轮16向从动齿轮17等速地传递旋转。
接着，对运动转换机构进行说明。
运动转换机构6由配置于与驱动用电动机2的输出轴2a平行的轴上的滚珠丝杠20构成。需要说明的是，运动转换机构6并不局限于滚珠丝杠20，也可以是滑动丝杠装置。但是，从减小旋转转矩、使驱动用电动机2小型化的观点出发，优选滚珠丝杠20。
滚珠丝杠20具备滚珠丝杠螺母21、滚珠丝杠轴22、多个滚珠23以及未图示的循环部件。在滚珠丝杠螺母21的内周面和滚珠丝杠轴22的外周面上分别形成有螺旋状槽，在两螺旋状槽之间收容有2列滚珠23。
滚珠丝杠螺母21由安装于致动器壳体9上的双列轴承24支承为能够旋转。双列轴承24压入嵌合于滚珠丝杠螺母21的外周面上的比固定有从动齿轮17的部位靠滚珠丝杠轴22的后端侧(图1的右侧)而被固定。另一方面，滚珠丝杠轴22通过设置于其后端部(图1的右端部)的作为旋转限制部件的销25***于在轴壳体10的内周面上形成的轴向的引导槽10a中而被限制旋转。
当滚珠丝杠螺母21旋转时，与其伴随地多个滚珠23一边沿螺旋状槽移动一边经由循环部件循环，滚珠丝杠轴22沿轴壳体10的引导槽10a在轴向上进退。这样，通过滚珠丝杠轴22进退，从而使来自驱动用电动机2的旋转运动转换为与驱动用电动机2的输出轴2a平行的轴向的直线运动。而且，滚珠丝杠轴22的前进方向的顶端部(图1的左端部)作为对操作对象装置进行操作的操作部(致动器头部)发挥作用。需要说明的是，图1示出滚珠丝杠轴22配置于向图的右侧最大程度后退了的初始位置上的状态。
另外，本实施方式的电动致动器1具备用于防止滚珠丝杠轴22的意外进退的锁定机构26(参照图2)。锁定机构26安装于轴壳体10上，构成为能够与在驱动齿轮16的周向上形成的多个卡合孔16a(参照图2)接合或分离。通过锁定机构26与卡合孔16a中的一个卡合来限制驱动齿轮16的旋转，由此即使从操作对象装置侧向滚珠丝杠轴22侧输入外力，也能防止滚珠丝杠轴22的意外进退，将其进退方向上的位置事先保持于规定的位置上。具备这种锁定机构26的结构在将电动致动器应用于需要保持位置的设备的情况下尤为适合。
在滚珠丝杠轴22的顶端部侧安装有防止异物侵入滚珠丝杠螺母21内的护罩27。护罩27由大径端部27a、小径端部27b以及连接它们并在轴向上伸缩的波纹部27c构成，小径端部27b由护罩带28紧固于滚珠丝杠轴22的外周面。护罩27的大径端部27a由护罩带29紧固于在电动机壳体主体69上安装的圆筒状的护罩安装部件30的外周面。
另外，在护罩27的外侧设置有用于保护护罩27的圆筒状的护罩套31。在护罩套31的内侧设置有圆筒状的安装部31a(参照图1)，护罩安装部件30安装于该安装部31a。护罩套31和安装部31a均与电动机壳体主体69设置为一体。
另外，在电动机壳体主体69的与致动器壳体9侧相反一侧，安装有盖部件32。在盖部件32有形成插通孔32a，该插通孔32a供用于从未图示的动力电源向驱动用电动机2供电的汇流条33插通(参照图2)。此外，在电动机壳体主体69的外周面一体地设置有传感器壳体34，该传感器壳体34收容有用于对滚珠丝杠轴22的行程进行检测的行程传感器(参照图2)。
接着，基于图4，对使用了行程传感器的电动致动器的反馈控制进行说明。
如图4所示，在将目标值向控制装置80发送时，从控制装置80的控制器81向驱动用电动机2发送控制信号。需要说明的是，该目标值例如是在向车辆上位的ECU输入了操作量时ECU基于该操作量计算出的行程值。
接受到控制信号的驱动用电动机2开始旋转驱动，该驱动力经由上述行星齿轮减速机构11、驱动齿轮16、从动齿轮17、滚珠丝杠螺母21而向滚珠丝杠轴22传递，使滚珠丝杠轴22前进。由此，配置于滚珠丝杠轴22的顶端部侧(致动器头部侧)的操作对象装置***作。
此时，由行程传感器70检测出滚珠丝杠轴22的行程值(轴向位置)。由行程传感器70检测出的检测值被发送至控制装置80的比较部82，计算出检测值与上述目标值的差分。然后，使驱动用电动机2驱动，直至检测值与目标值一致。这样，通过反馈由行程传感器70检测出的行程值来控制滚珠丝杠轴22的位置，从而在将本实施方式的电动致动器1例如应用于线控换挡的情况下，能够可靠地控制换挡位置。
接下来，基于图5，对使用压力传感器83来取代行程传感器70的情况下的反馈控制进行说明。
如图5所示，在该情况下，在操作对象装置设置有压力传感器83。当向车辆上位的ECU输入操作量时，ECU运算所要求的目标值(压力指令值)。在向控制装置80发送该目标值，从控制器81向驱动用电动机2发送控制信号时，驱动用电动机2开始旋转驱动。由此，滚珠丝杠轴22前进，配置于滚珠丝杠轴22的顶端部侧(致动器头部侧)的操作对象装置被加压操作。
由压力传感器83检测出此时的滚珠丝杠轴22的操作压力，与使用上述行程传感器70的情况相同，基于该检测值和目标值，对滚珠丝杠轴22的位置进行反馈控制。这样，通过反馈由压力传感器83检测出的压力值来控制滚珠丝杠轴22的位置，由此在将本实施方式的电动致动器1例如应用于线控制动的情况下，能够可靠地控制制动器的液压。
本实施方式的电动致动器1的整体构成和动作如上所述。以下，关于本实施方式的电动致动器1，对适合小型化的结构部分进行说明。
如图1所示，在本实施方式的电动致动器1中，使用双列轴承24作为支承滚珠丝杠20的支承轴承。由此，由于能够稳定地对滚珠丝杠20进行悬臂支承，因此能够构成为，将双列轴承24相对于从动齿轮17仅配置于单侧(右侧)，在相反一侧(左侧)概不配置支承滚珠丝杠20的轴承。这样，通过将支承滚珠丝杠20的支承轴承相对于从动齿轮17仅配置于单侧，由此在没有配置支承轴承的一侧，可以不考虑支承轴承与其他结构部件之间的干扰，从而能够实现小型化。
具体而言，在本实施方式中，通过将双列轴承24相对于从动齿轮17配置于与驱动用电动机2相反一侧，从而避免驱动用电动机2与双列轴承24之间的干扰。由此，在驱动用电动机2一侧不配置双列轴承24，从而能够使驱动用电动机2在与轴向正交的径向上相应地靠近滚珠丝杠20而配置。即，能够以从轴向观察、驱动用电动机2与双列轴承24彼此在径向上重叠的方式配置驱动用电动机2。这里，能够以在设驱动用电动机2的外径为Dm、双列轴承24的外径为Db、驱动用电动机2与滚珠丝杠20之间的径向的轴间距离为L时L＜Dm/2+Db/2的方式，使驱动用电动机2靠近滚珠丝杠20而配置。
如上所述，采用本实施方式的电动致动器1的结构，通过将支承运动转换机构6(滚珠丝杠20)的双列轴承24相对于传递齿轮机构5(驱动齿轮16和从动齿轮17)配置于与驱动用电动机2相反一侧，由此与图8所示的以往的构成相比，能够减小驱动用电动机2与运动转换机构6(滚珠丝杠20)之间的轴间距离L，从而能够实现电动致动器的在径向上的小型化。
另外，在本实施方式的情况下，行星齿轮减速机构11也同样，相对于传递齿轮机构5(驱动齿轮16和从动齿轮17)配置于与双列轴承24相反一侧，从而能够减小行星齿轮减速机构11与滚珠丝杠20之间的轴间距离L。即，能够构成为，在设行星齿轮减速机构11的外径(在本实施方式中为齿圈12的外径)为Dr、双列轴承24的外径为Db、行星齿轮减速机构11与滚珠丝杠20之间的轴间距离同上述轴间距离相同地为L时，L＜Dr/2+Db/2。另外，如本实施方式的电动致动器1那样，在具备减速机构的构成的情况下，能够采用小型的电动机，因此能够使电动致动器进一步小型化。特别是，行星齿轮减速机构11有助于电动致动器的小型化。
另外，在本实施方式中，为了稳定地支承滚珠丝杠20，而使用双列角接触球轴承来作为双列轴承24。如图1所示，双列角接触球轴承由于夹设于外圈38与内圈39之间的2列滚珠40均以接触角接触外圈38的轨道面和内圈39的轨道面，因此除了径向载荷外，还能够支承两个方向的轴向载荷，从而能够稳定且可靠地支承直线运动的滚珠丝杠20。这里，接触角是指同轴承中心轴垂直的平面(径向平面)与从轨道面向滚珠40传递的力的合力的作用线(图1所示的穿过各滚珠40的中心的单点划线)所成的角度。此外，在本实施方式中，各滚珠40的上述作用线配置为在径向外侧交叉的所谓背对背的结构，因此对力矩载荷也是有利的。这样，在本实施方式中，通过使用背对背的双列角接触球轴承来作为双列轴承24，由此针对各种方向的载荷，能够稳定可靠地悬臂支承滚珠丝杠20，从而能够防止因在滚珠丝杠20的轴上产生振摆而导致的工作效率的降低、驱动音和振动的增大。
需要说明的是，支承运动转换机构6的双列轴承24并不局限于双列角接触球轴承，也可以组合一对单列的角接触球轴承进行使用。除了角接触球轴承外，例如，还能够应用使用了深沟球轴承等其他双列轴承。
图6是本发明的其他实施方式的电动致动器的纵剖视图，图7是该其他实施方式的电动致动器的分解立体图。
图6和图7所示的电动致动器不具备图1～图5所示的电动致动器所具备的行星齿轮减速机构11和锁定机构26。因此，电动机壳体8(电动机壳体主体69)在轴向上稍微变短，轴壳体10为不具有收容锁定机构26的部分的形状。另外，在该情况下，驱动用电动机2的输出轴2a压入齿轮轮毂18的轴孔18a而连结，驱动用电动机2的驱动力(不经由行星齿轮减速机构11)直接向驱动齿轮16传递，并从驱动齿轮16经由从动齿轮17向滚珠丝杠20传递。
这样，省略行星齿轮减速机构11和锁定机构26，仅将电动机壳体8(电动机壳体主体69)和轴壳体10更换为其他部件，无需更换较多的共用部分，便能构成与其他用途、规格对应的电动致动器。因此，根据本实施方式的电动致动器的结构，在将电动致动器向例如包括二轮车的机动车用电动驻车制动机构、电动液压制动机构、电动换挡切换机构、电动动力转向器以及除此以外的2WD/4WD电动切换机构、船外机用(船舶推进机用)的电动换挡切换机构等多品种展开的情况下，也能够提供低成本且通用性优异的电动致动器。
需要说明的是，关于其他实施方式的电动致动器的结构，除了上述事项以外，均与图1至图5所示的实施方式同样构成。因此，在其他实施方式的电动致动器中，也与图1至图5所示的实施方式相同，构成为利用双列轴承24悬臂支承滚珠丝杠20，在驱动用电动机2一侧概不配置支承滚珠丝杠20的轴承。因此，在其他实施方式中，也能够使驱动用电动机2在径向上靠近滚珠丝杠20而配置，从而能够构成为：在设驱动用电动机的外径为Dm、双列轴承的外径为Db、驱动用电动机与运动转换机构之间的轴间距离为L时，L＜Dm/2+Db/2。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述实施方式，当然在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进一步以各种方式实施。
附图标记说明
1 电动致动器
2 驱动用电动机
2a 输出轴
3 减速机构
5 传递齿轮机构
6 运动转换机构
11 行星齿轮减速机构
24 双列轴承。

Claims (4)

1.一种电动致动器，其具备：
驱动用电动机；
运动转换机构，其将所述驱动用电动机的旋转运动转换为与所述驱动用电动机的输出轴平行的轴向的直线运动；以及
传递齿轮机构，其从所述驱动用电动机向所述运动转换机构传递驱动力，
所述电动致动器的特征在于，
将支承所述运动转换机构的双列轴承相对于所述传递齿轮机构而配置于与所述驱动用电动机相反一侧，
所述电动致动器以如下方式构成：
在设所述驱动用电动机的外径为Dm、所述双列轴承的外径为Db、所述驱动用电动机与所述运动转换机构之间的轴间距离为L的情况下，L＜Dm/2+Db/2。
2.根据权利要求1所述的电动致动器，其中，
在所述驱动用电动机与所述传递齿轮机构之间设置减速机构，所述减速机构将所述驱动用电动机的旋转运动减速，并向所述传递齿轮机构输出，
所述电动致动器以如下的方式构成：
在设所述减速机构的外径为Dr、所述双列轴承的外径为Db、所述减速机构与所述运动转换机构之间的轴间距离为L的情况下，L＜Dr/2+Db/2。
3.根据权利要求2所述的电动致动器，其中，
所述减速机构为行星齿轮减速机构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动致动器，其中，
所述双列轴承为双列角接触球轴承。
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