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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Drehbetätigungsvorrichtung
zum Drehen eines angetriebenen Elements, die insbesondere für Hochlastanwendungen
geeignet ist.
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Bekannte Techniken, die Drehbetätigungsvorrichtungen
betreffen, umfassen die folgenden:
- 1) ein direktes
Antreiben eines angetriebenen Elements mit der Ausgangswelle eines
Motors, wie es beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2001-271925 gezeigt ist;
- 2) ein Vergrößern des
Ausgabedrehmoments eines Motors mit einem Schnecken- und Schneckenrad-Satz
und ein Antreiben eines angetriebenen Elements mit der Ausgangswelle
des Schneckenuntersetzungsgetriebes, wie es beispielsweise in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5-60217 gezeigt ist;
und
- 3) ein Vergrößern des
Ausgabedrehmoments eines Motors mit einem Stirnradgetriebesatz und ein
Antreiben eines angetriebenen Elements mit der Ausgangswelle des
Stirnraduntersetzungsgetriebes.
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Mit der vorstehend beschriebenen
Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik 1 vergrößert sich die
Motorgröße, wenn
sich die Last vergrößert, auf Grund
des Aufbaus, der das angetriebene Element direkt mit der Ausgangswelle
des Motors antreibt. Beispielsweise muss bei Hochdrehmomentanwendungen,
wie beispielsweise bei einem Servomechanismus für die Schaltoperation einer
Parksperre und einer Schaltbereichsauswahleinrichtung eines Fahrzeugs,
der Motor gemäß dem Stand
der Technik 1 wesentlich groß sein.
Der Zwischenraum zwischen dem Automatikgetriebe und einem Fahrzeugkörper ist
jedoch für
einen größeren Innenraum üblicherweise
nicht größer als
40 bis 50 mm, und ein sperriger Motor ist bei einer derartigen Anwendung
problematisch. Das heißt,
es kann erforderlich sein, dass der Fahrzeugkörperentwurf bzw. das Fahrzeugkörperdesign
verändert
werden muss, um den großen
Motor unterzubringen, was einen kleineren Innenraum zur Folge hat.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik 2 erfordert ein Dämpfungselement
oder dergleichen, um ein Blockieren oder Sperren zwischen der Schnecke
und dem Schneckenrad in dem Schneckenuntersetzungsgetriebe zu verhindern.
Die Schnecke und das Schneckenrad greifen bei einer kleinen Anzahl
von Punkten in diesem Untersetzungsgetriebe ineinander ein, wobei
das System zur Aufnahme höherer
Lasten größer sein
muss. Wenn dieses System für
den vorstehend genannten Servomechanismus in einem Fahrzeug, der
hohe Lasten erfährt,
zu verwenden ist, zeigen sich auf Grund der zugehörigen Größe die gleichen Probleme,
wie sie vorstehend angegeben sind, das heißt, es wird schwerlich in dem
kleinen Raum zwischen dem Automatikgetriebe und dem Fahrzeugkörper anbringbar
sein, wobei es erforderlich sein kann, dass der Fahrzeugkörperentwurf
verändert werden
muss, was einen kleineren Innenraum zur Folge hat.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik 3 muss, um höhere Lasten
aufzunehmen, aus dem gleichen Grund, wie er vorstehend genannt ist,
ebenso größer sein,
da die Vielzahl von Stirnrädern
bei einer kleinen Anzahl von Punkten ineinander eingreift. Wenn
dieses System für
den vorstehend genannten Servomechanismus in einem Fahrzeug, der
hohe Lasten erfährt,
zu verwenden ist, zeigt es auf Grund der zugehörigen Größe die gleichen Probleme, wie
sie vorstehend angegeben sind, das heißt, es wird schwierig sein,
es in dem kleinen Raum zwischen dem Automatikgetriebe und dem Fahrzeugkörper zu
montieren, wobei es erforderlich sein kann, den Fahrzeugköperentwurf
zu verändern,
was einen kleineren Innenraum zur Folge hat.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist unter
Beachtung der vorstehend genannten Umstände ausgearbeitet worden, wobei
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine kompakte Drehbetätigungsvorrichtung
mit einer Hochlastkapazität
bereitzustellen.
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Um die vorstehend genannte Aufgabe
zu Erfüllen,
umfasst die Drehbetätigungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einen Synchronmotor
und ein intern eingreifendes Planetenuntersetzungsgetriebe. Da die
Getriebe oder Zahnräder
bei mehreren Punkten ineinander eingreifen, weist dieser Getriebetyp
eine höhere Lastkapazität als ein
Stirnrad- oder Schneckenuntersetzungsgetriebe der gleichen Größe auf.
Anders ausgedrückt,
das Untersetzungsgetriebe kann kleiner als die herkömmlichen
Typen ausgelegt werden, während
es die gleiche Lastkapazität
aufweist. Die Drehbetätigungsvorrichtung,
die dieses Untersetzungsgetriebe umfasst, ist dementsprechend kleiner gemacht.
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Da das Untersetzungsgetriebe die
Last bei mehreren Punkten trägt,
weist es eine hervorragende Haltbarkeit und eine hohe Zuverlässigkeit
auf, was zu der hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Drehbetätigungsvorrichtung
beiträgt.
Außerdem
sind, da das äußere Getrieberad
des Untersetzungsgetriebes intern in das innere Getrieberad eingreift,
die axialen Abmessungen kleiner gemacht, was wiederum die axialen
Abmessungen der Drehbetätigungsvorrichtung
verringert.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung können
der Synchronmotor und das intern eingreifende Planetenuntersetzungsgetriebe
innerhalb eines Gehäuses
angeordnet sein, wobei die Rotorwelle des Motors als die erste Welle
des Untersetzungsgetriebes doppelt verwendbar sein kann. Dadurch
kann die Drehbetätigungsvorrichtung
noch kleiner konstruiert werden.
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Gemäß einer dritten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Drehbetätigungsvorrichtung eine Inkrementalkodiereinrichtung
umfassen, die entlang der Drehwelle des Synchronmotors zur Erfassung
von Drehwinkeln des Rotors des Motors bereitgestellt ist. Dadurch
wird eine Nicht-Synchronisation des Motors verhindert und eine hohe Geschwindigkeits-
und hohe Ansprechleistung wird erreicht.
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Gemäß einer vierten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Inkrementalkodiereinrichtung
mit einem Magneten konstruiert sein, der sich integral mit dem Rotor
dreht und mehrere Pole entlang der Drehrichtung aufweist. Zusätzlich ist
eine Magnetflusserfassungseinrichtung bei dem Gehäuse zur
Unterbringung des Synchronmotors für eine Erfassung einer Änderung
in einem Magnetfluss befestigt, wenn der Magnet gedreht wird.
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Gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung kann der Synchronmotor ein geschalteter Reluktanzmotor
sein. In einem derartigen Fall werden die nachstehend genannten
Effekte erreicht:
- (1) Da der Motor keinen Permanentmagneten
verwendet, wird ein mögliches
Blockieren der Drehbetätigungsvorrichtung
verhindert, das durch ein abgesplittertes, abgeschlagenes oder abgesondertes
Magnetteil verursacht wird.
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Über
Fehlfunktionen von Oberflächenpermanentmagnet-(SPM-)Synchronmotoren,
die durch einen Permanentmagneten verursacht werden, der von dem
Rotor auf Grund einer Zentrifugalkraft getrennt wird, wird oft berichtet.
Es sind ebenso Fälle bekannt,
bei denen sich der Permanentmagnet von dem Rotor auf Grund einer
wiederholten schnellen Beschleunigung und Abbremsung sowie von bestimmten
thermischen Effekten abtrennt.
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Die Ausgabe des Motors, der einen
Permanentmagneten einsetzt, nimmt ab, wenn sich die Temperatur vergrößert, da
die Magnetkraft eines Permanentmagneten unter Hochtemperaturbedingungen
abnimmt. Dementsprechend müssen
SPM-Motoren groß ausgelegt
sein, um eine verringerte Ausgabe an die Last zu erlauben, oder
der Oberflächenbereich
des Gehäuses
muss für
eine effektive Wärmeabgabe
groß gemacht
werden.
- 2) Da der Motor keinen Permanentmagneten
verwendet, erzeugt er eine sehr geringe elektromotorische Gegenkraft.
Ebenso ist das Motorträgheitsmoment
klein, wobei somit eine schnelle Beschleunigung/Abbremsung und ein
hohes (schnelles) Ansprechen erreicht werden.
- 3) Da der Motor kein Rastmoment erzeugt, ist ein Positionieren
mit einem Mechanismus, der eine Feder verwendet, die bei dem angetriebenen
Element oder der Drehbetätigungsvorrichtung
bereitgestellt ist, mit einer geringeren mechanischen Belastung
möglich.
- 4) Da der Motor ein Typ eines Schrittmotors ist, wird eine hohe
Positioniergenauigkeit erreicht.
- 5) Mit einem Schrittmotor kann die Drehposition durch Zählen der
Anzahl von Umschaltungen einer Energiezufuhr bestimmt werden. Folglich
ist eine Drehpositionssteuerung auch ohne eine Einrichtung zur Erfassung
des Drehwinkels des Rotors möglich.
- 6) Der Motor weist ein hohes Startdrehmoment auf und wird vorteilhafterweise
zum Antreiben eines angetriebenen Elements verwendet, das eine hohe
Last zum Starten erfordert.
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Gemäß einer sechsten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Drehbetätigungsvorrichtung eine Ausgangswinkelerfassungseinrichtung
zur Erfassung eines Drehwinkels der zweiten Welle des Untersetzungsgetriebes
umfassen.
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Gemäß einer siebten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Drehbetätigungsvorrichtung in einem
Fahrzeug angebracht sein und als ein Servomechanismus für Positionierungszwecke verwendet
werden.
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Gemäß einer siebten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Drehbetätigungsvorrichtung als der
Servomechanismus zum Schalten zwischen einem Sperrzustand und einem
Entriegelungszustand einer Fahrzeugparksperrvorrichtung verwendet
werden.
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Gemäß einer achten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann die Drehbetätigungsvorrichtung als der
Servormechanismus zum Schalten zwischen Schaltbereichspositionen
eines Automatikgetriebes des Fahrzeugs verwendet werden.
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Gemäß einer zehnten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann das Untersetzungsgetriebe eine Übertragungseinrichtung
umfassen, die eine Vielzahl von inneren Stiftlöchern, die auf einem Kreis
bei einem Flansch ausgebildet sind, der sich integral mit der zweiten
Welle des Untersetzungsgetriebes dreht, und eine Vielzahl von inneren
Stiften umfasst, die bei dem äußeren Getriebe
oder Zahnrad bei einem Ende fixiert sind und lose in die inneren Stiftlöcher eingepasst
sind.
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Gemäß einer elften Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung kann das Untersetzungsgetriebe eine Übertragungseinrichtung
umfassen, die eine Vielzahl von inneren Stiftlöcher, die auf einem Kreis bei
dem äußeren Getriebe
oder Zahnrad ausgebildet sind, und eine Vielzahl von inneren Stiftlöchern umfasst,
die bei einem Ende bei einem Flansch fixiert sind, der sich integral
mit der zweiten Welle des Untersetzungsgetriebes dreht.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden
Erfindung sind aus der nachstehend bereitgestellten ausführlichen
Beschreibung ersichtlich. Es ist anzumerken, dass die ausführliche
Beschreibung und spezifische Beispiele, obwohl sie das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung angeben, lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen
sollen und den Bereich der Erfindung nicht begrenzen sollen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus
der ausführlichen
Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung verständlich.
Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung einer Drehbetätigungsvorrichtung,
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2 ein
Systementwurfsdiagramm einer Schaltbereichsauswahleinrichtung,
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3 eine
perspektivische Darstellung der Schaltbereichsauswahleinrichtung,
die eine Parksperre umfasst,
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4 eine
Vorderansicht eines Motors,
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Untersetzungsgetriebes, wie es
von der Rückseite
gesehen wird,
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6 eine
perspektivische Darstellung der Vorderseite des Untersetzungsgetriebes,
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7 eine
perspektivische Explosionsdarstellung des Untersetzungsgetriebes,
wie es von der Vorderseite gesehen wird,
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8 eine
perspektivische Darstellung eines Rotors, wie er von der Rückseite
gesehen wird,
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9 eine
Querschnittsdarstellung des Rotors, in dem ein Magnet angebracht
ist,
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10 eine
Draufsicht des Magneten, wobei ein Magnetisierungszustand veranschaulicht
ist,
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11 eine
Draufsicht, die das Layout von auf einem Substrat angebrachten Magnetflussänderungssensoren
veranschaulicht,
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12A eine
Umkehrdrehungsausgangssignalverlaufsdarstellung einer A-, B- und
Z-Phase, wenn der Rotor gedreht wird,
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12B eine
Drehausgangssignalverlaufsdarstellung von A-, B- und Z-Phasen, wenn
der Rotor in die normale Richtung gedreht wird,
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13 eine
Seitenansicht, die die Position veranschaulicht, bei der ein Ausgangswinkelsensor angebracht
ist,
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14 die
gleiche Seitendarstellung gemäß 13 ohne die Harzverbindungseinrichtung
für einen
Linearausgabe-Hall-IC,
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15 eine
Ansicht, die aus der Richtung eines Pfeils A gemäß 14 gewonnen wird, und
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16 einen
Graphen, der die Beziehung zwischen der Dichte des Magnetflusses,
der orthogonal zu dem Linearausgabe-Hall-IC ist, und der Ausgangsspannung
zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die nachstehende Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele
weist lediglich eine exemplarische Natur auf und soll keinesfalls
die Erfindung, eine zugehörige
Anwendung oder Verwendungen begrenzen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung
beschrieben.
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In 1 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt, das als eine Drehbetätigungsvorrichtung 1 verwendet
wird, die in einer Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3 eingebaut
ist, welche eine Parksperre 4, die in 3 gezeigt ist, umfasst, die in einem
Automatikgetriebe 2, das in 2 gezeigt
ist, für
ein Fahrzeug angebracht ist.
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Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 wird
als ein Servomechanismus zum Antreiben der Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3 verwendet
und umfasst einen Synchronmotor 5 (nachstehend "Motor"
genannt) und ein intern eingreifendes Planetenuntersetzungsgetriebe 6 (nachstehend
"Untersetzungsgetriebe" genannt). In der nachstehenden Beschreibung
ist die rechte Seite aus 1 als
die Vorderseite bekannt und die linke Seite ist als die Rückseite bekannt.
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Der in 1 und 4 gezeigte Motor 5 ist ein
geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor), der keinen Permanentmagneten
als ein zugehöriges
Teil verwendet und mit einem drehbar gelagerten Rotor 11 und
einem Stator 12, der koaxial zu dem Rotor 11 ist,
aufgebaut ist. Der Rotor 11 umfasst eine Drehwelle 13 (erste
Welle) und einen Rotorkern 14. Die erste Welle 13 wird
durch erste und zweite Rollenlager 15 und 16,
die jeweils bei dem Vorder- und Rückende angeordnet sind, drehbar
gelagert. Das erste Rollenlager 15 ist bei dem inneren
Umfang einer Ausgangswelle 17 (zweiten Welle) des Untersetzungsgetriebes 6 angeordnet,
wobei die Ausgangswelle 17 durch ein Metalllager 15 bei
dem inneren Umfang eines Vordergehäuses 18 drehbar gelagert
ist. Somit ist das Vorderende der ersten Welle 13 in dem
Vordergehäuse 18 durch
das erste Rollenlager 15 über die zweite Welle 17 und
das Metalllager 19 gelagert bzw. getragen.
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Die axiale Lagerungsstützspanne
mit des Metalllagers 19 überlappt die des ersten Rollenlagers 15,
um einen Kippen der ersten Welle 13 zu verhindern, das
durch eine Reaktionskraft von dem Untersetzungsgetriebe 6 verursacht
wird, insbesondere eine Reaktionskraft gegen die Last, die an ein
eingreifendes äußeres Zahnrad 26 und
ein inneres Zahnrad 27 angelegt wird, was nachstehend beschrieben
ist. Das zweite Rollenlager 16 wird in einem Rückgehäuse 20 gelagert
bzw. gehalten.
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Der Stator 12 umfasst einen
Statorkern 21 und Spulen 22 (22A–22L gemäß 4). Der Statorkern 21 weist
Statorzähne 23,
die mit einem Abstand von 30° zu
dem Rotor 11 hervorragen, auf, wobei die Spulen 22A–22L um
jeden der Zähne 23 gewickelt sind.
Die Spulen 22A, 22D, 22G und 22J erzeugen eine
U-Phasenausgabe, die Spulen 22B, 22E, 22H und 22K erzeugen
eine V-Phasenausgabe und die Spulen 22C, 22F, 22I und 22L erzeugen
eine W-Phasenausgabe.
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Der Rotorkern 14 weist Polstücke 24 auf,
die 45° beabstandet
sind und zu dem Stator 12 hervorragen. Eine Energiezufuhr
in der Reihenfolge W-, V- und U-Phase von dem in 4 gezeigten Zustand dreht den Rotor 11 gegen
den Uhrzeigersinn, während
eine Energiezufuhr in der Reihenfolge V-, W- und U-Phase den Rotor 11 im
Uhrzeigersinn dreht. Der Rotor 11 dreht sich 45° pro Runde
einer Energiezufuhr zu der U-, V- und W-Phase.
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Zusätzlich ist es möglich, den
Rotor der Betätigungsvorrichtung
unmittelbar zu stoppen, den Rotor der Betätigungsvorrichtung bei der
gestoppten Position zu halten und die Drehrichtung des Rotors der Betätigungsvorrichtung
unmittelbar umzuschalten. Da die Betätigungsvorrichtung gesteuert
wird, während
die Drehposition des Rotors kontinuierlich überwacht wird, ist es möglich, zu
wissen, welche Spule mit Energie versorgt werden muss, um die Drehung
des Rotors unmittelbar zu stoppen oder umzukehren.
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Obwohl der Synchronmotor die vorstehend beschriebenen
Vorteile aufweist, weist der Synchronmotor eine Drehpositionsauflösung, die
in großem Maße von der
Anzahl von Spulen und der Anzahl von Polen abhängt, in Bezug auf das Stoppen
des Rotors und des Umschaltens der Drehrichtung des Rotors auf.
Diese Drehpositionsauflösung
des Synchronmotors ist für
die Drehbetätigungsvorrichtung
relativ groß und
ist somit für
eine Ausführung
einer Feinpositionssteuerung nicht geeignet. Folglich ist es erforderlich
die Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung mit dem Synchronmotor
zu kombinieren, um die Drehpositionsauflösung zu verbessern.
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Ruf Grund des relativ hohen Startdrehmoments
des Synchronmotors kann jedoch, wenn der Synchronmotor unmittelbar
gestoppt wird oder unmittelbar geschaltet wird, um die zugehörige Drehrichtung
zu verändern,
das Getriebe der Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung bei dem
zugehörigen Eingriffsabschnitt
verklemmen. Im Gegensatz dazu trägt
das intern eingreifende Planetenuntersetzungsgetriebe (auch als
eine intern eingreifende Platenuntersetzungsgetriebeeinrichtung
bezeichnet) immer die Eingriffslast über mehrere Punkte. Somit ist
es, auch wenn das intern eingreifende Planetenuntersetzungsgetriebe
auf die vorstehend beschriebene Weise verwendet wird, nicht wahrscheinlich, dass
das Verklemmen des Getriebes auftritt. Deshalb wird das intern eingreifende
Planetenuntersetzungsgetriebe mit dem Synchronmotor kombiniert.
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[Beschreibung des Untersetzungsgetriebes
6]
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Das in 1 und
in 5 bis 7 gezeigte Untersetzungsgetriebe 6 umfasst
die erste Welle 13, die als die Rotorwelle des Motors 5 doppelt
verwendbar ist, ein äußeres Zahnrad 26,
das bei der ersten Welle 13 mit einem Exzenterteil 25 angebracht
ist, so dass sie sich in Bezug auf die Welle 13 exzentrisch dreht,
ein inneres Zahnrad 27, mit dem das äußere Zahnrad 26 intern
eingreift, und die zweite Welle 17, die über eine Übertragungsreinrichtung 28 verbunden
ist, die lediglich die Drehung des äußeren Zahnrades 26 auf
der zugehörigen
Achse überträgt.
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Der Exzenterteil 25 ist
aus einer Welle ausgebildet, die sich exzentrisch zu der Mitte der
ersten Welle 13 dreht, um die Drehposition des äußeren Zahnrads 26 zu
verschieben. Der Exzenterteil 25 trägt das äußere Zahnrad 26 drehbar
durch ein drittes Rollenlager 31, das bei dem zugehörigen äußeren Umfang
angeordnet ist. Somit dreht eine Drehung des Exzenterteils 25 das äußere Zahnrad 26 um
die ersten Welle 13 über
das dritte Rollenlager 31, während es gegen das innere Zahnrad 27 gepresst wird.
Das innere Zahnrad 27 ist bei dem Gehäuse 28 mit Befestigungsnaben 32 befestigt,
die auf der Vorderseite ausgebildet sind.
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Die Übertragungseinrichtung 28 umfasst eine
Vielzahl von inneren Stiftlöchern 34,
die entlang einem Kreis auf einem Flansch 33 ausgebildet
sind, der sich integral mit der zweiten Welle 17 dreht,
und eine Vielzahl von inneren Stiften 35, die bei dem äußeren Zahnrad 26 bei
einem Ende fixiert sind und lose in die Löcher 34 eingepasst
sind. Diese inneren Stifte 35 ragen bei der Vorderseite
des äußeren Zahnrades 26 hervor.
Der Flansch ist bei dem rückseitigen
Ende der zweiten Welle 17 bereitgestellt. Somit übertragt
der Eingriff zwischen den inneren Stiften 35 und den inneren
Stiftlöchern 34 die
Drehung des äußeren Zahnrades 26 die
zweite Welle 17. Eine Drehung der ersten Welle 13 wird
durch die exzentrische Drehung des äußeren Zahnrades 26 verringert und
zu der zweiten Welle 17 übertragen, die mit einem Steuerungsstab 45,
der nachstehend beschrieben ist, der Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3 verbunden
ist.
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Die Konfiguration der Übertragungseinrichtung 28 kann
auf geeignete Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die
inneren Stiftlöcher 34 entlang
einem Kreis bei dem äußeren Zahnrad 26 ausgebildet
sein und die inneren Stifte 35 können bei einem Flansch 33 befestigt
sein, der sich integral mit der zweiten Welle 17 dreht.
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[Beschreibung der Schaltbereichsauswahlvorrichtung
3]
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Die Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3,
die in 3 einschließlich der
Parksperre 4 gezeigt ist, ist ein angetriebenes Element
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel,
das durch die zweite Welle 17 des vorstehend beschriebenen
Untersetzungsgetriebes 6 angetrieben wird. Ein Umschalten
zwischen verschiedenen Schaltbereichspositionen (P, R, N, D) des
Automatikgetriebes 2 wird durch eine Schiebebewegung eines
manuellen Steuerschiebers 42 in einer pneumatischen Steuerungsbox 41 in
geeignete Positionen erreicht.
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Das Umschalten der Parksperre 4 wird
durch ein Eingreifen und Loslösen
zwischen einer Einkerbung 43a eines Parkzahnrades 43 und
einem Vorsprung 44a einer Parkstange 44 erreicht.
Das Parkzahnrad 43 ist mit einer (nicht gezeigten) Ausgangswelle
des Automatikgetriebes 2 über ein (nicht gezeigtes) Differentialgetriebe
verbunden. Eine Begrenzung einer Drehung des Parkzahnrades 43 sperrt
die Antriebsräder
des Fahrzeugs, wodurch sie in dem Parkzustand gesperrt sind.
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An den Steuerungsstab 45,
der durch das Untersetzungsgetriebe 6 angetrieben wird,
ist eine fächerförmige Arretierplatte 46 mit
einem (nicht gezeigten) Federstift oder dergleichen angebracht.
Die Arretierplatte 46 weist eine Vielzahl von Vertiefungen 46a bei
dem radialen Distalende entlang einem kreisförmigen Bogen auf. Eine Blattfeder 47,
die bei der pneumatischen Steuerungsbox 41 befestigt ist,
greift in eine dieser Vertiefungen 46a ein, wodurch die
ausgewählte
Schaltbereichsposition beibehalten wird.
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Die Arretierplatte 46 weist
einen Stift 48 auf, der in eine Nut 49 eingepasst
ist, die bei einem Ende des manuellen Steuerschiebers 42 ausgebildet
ist, um dieselbe anzusteuern. Wenn die Arretierplatte 46 durch
den Steuerungsstab gedreht wird, bewegt sich der Stift 48 entlang
einem kreisförmigen
Bogen, wobei somit eine lineare Bewegung des manuellen Steuerschiebers 42 innerhalb
der pneumatischen Steuerungsbox 41 verursacht wird.
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Eine Drehung im Uhrzeigersinn des
Steuerungsstabes 45, wenn sie aus der Richtung eines Pfeils
A gemäß 3 betrachtet wird, veranlasst
den Stift 48, den manuellen Steuerschieber 42 in
die pneumatische Steuerungsbox 41 über die Arretierplatte 46 zu
drücken,
wodurch der Öldurchgang
darin in der Reihenfolge von D-, N-, R- und P-Positionen entsprechend
den D-, N-, R- und P-Bereichspositionen
des Automatikgetriebes 2 verändert wird. Eine Drehung gegen
den Uhrzeigersinn des Steuerungsstabes 45 bewegt den Stift 48,
um den manuellen Steuerschieber 42 aus der pneumatischen
Steuerungsbox 41 zu ziehen, wobei der Öldurchgang darin in der Reihenfolge
von P-, R-, N- und D-Positionen entsprechend den P-, R-, N- und
D-Bereichspositionen des Automatikgetriebes 2 verändert wird.
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Die Arretierplatte 46 weist
ferner einen Parkstab 51 mit einem kegelförmigen Teil 52 bei
dem Distalende zum Ansteuern der Parkstange 44 auf. Der kegelförmige Teil 52 befindet
sich zwischen einem hervorragenden Abschnitt 53 des Gehäuses des
Automatikgetriebes 2 und dem Parkstab 44. Wenn
der Steuerungsstab 45 im Uhrzeigersinn, wenn es aus der
Richtung eines Pfeils A gemäß 3 betrachtet wird, von der
R- zu der P-Bereichsposition gedreht wird, bewegt die Arretierplatte 46 den
Parkstab 51 in die Richtung eines Pfeils B gemäß 3, so dass der kegelförmige Teil 52 den
Parkstab 44 nach oben drückt (erhöht). Der Parkstab 44 dreht
sich daraufhin in die Richtung eines Pfeils C um die Welle 44b,
wobei der Vorsprung 44a mit der Vertiefung 43a des Parkzahnrades 43 in
Eingriff gebracht wird, wodurch der Sperrzustand der Parksperre 4 erreicht
ist.
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Eine Drehung des Steuerungsstabes 45 in die
umgekehrte Richtung, das heißt
von der B- zu der R-Bereichsposition, zieht den Parkstab 51 zurück in die
entgegengesetzte Richtung von Pfeil B gemäß 3, wodurch die Kraft, die den Parkstab 44 hochdrückt, aufgehoben
wird. Da der Parkstab 44 mit einer (nicht gezeigten) verdrillten
Spiralfeder in die entgegensetzte Richtung von Pfeil C vorgespannt
ist, löst
sich der Vorsprung 44a von der Vertiefung 43a und
setzt das Parkzahnrad 43 frei, wodurch die Parksperre 4 entriegelt
wird.
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Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 umfasst eine
Inkrementalkodiereinrichtung 60 (nachstehend "Kodiereinrichtung"
genannt) innerhalb des Raumes, der durch das Vordergehäuse 18 und
das rückseitige Gehäuse 20 gebildet
wird, zur Erfassung des Drehwinkels des Rotors 11. Diese
Kodiereinrichtung 60 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1, 4 und 8 bis 12 beschrieben. Eine Erfassung des Drehwinkels
des Rotors 11 unter der Verwendung der Kodiereinrichtung 60 ermöglicht einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb
des Motors 5 ohne Nicht-Synchronisation und stellt ein
hohes Ansprechen sicher.
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Die Kodiereinrichtung 60 umfasst
einen Magneten 61, der sich integral mit dem Rotor 11 dreht, und
eine bei dem rückseitigen
Gehäuse 20 befestigte Magnetflussänderungserfassungseinrichtung 62, welche
aus ersten bis dritten Sensoren 62A, 62B und 62Z hergestellt
ist. Der Magnet 61 ist im Wesentlichen ringförmig und
koaxial mit der ersten Welle 13 des Rotors 11,
wie es in 8 gezeigt
ist. Der Magnet 61 ist derart magnetisiert, dass eine Magnetkraft in
einer axialen Richtung des Rotors 11 erzeugt wird, wie
es in 9 gezeigt ist.
Eine große
Anzahl von N- und S-Polen wechseln sich in der Drehrichtung des Rotors 11 ab,
wie es in 10 gezeigt
ist, wobei der Magnetfluss aus den N-Polen im Wesentlichen parallel
zu der ersten Welle 13 herauskommt und in die S-Pole hineingeht.
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Genauer gesagt wechseln sich die
N- und S-Pole des Magneten 61 alle 7,5° entlang dem äußeren Umfang
ab, wie es in 10 gezeigt
ist, wodurch die in 12A und 12B gezeigten A- und B-Phasenausgangssignale
für eine
genaue Erfassung des Drehwinkels des Rotors 11 erhalten
werden.
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Bei der inneren Umfangsseite des
Magneten 61 sind interne Vorsprünge 61a bereitgestellt,
die um 45° beabstandet
sind, wobei S-Pole bei den Mitten der Vorsprünge 61a platziert
sind und N-Pole an beide Seiten der S-Pole in der Drehrichtung angrenzen. Das
in 12A und 12B gezeigte Phasenausgangssignal
zum Erhalten eines synchronen Signals des Motors 5 wird
auf der Grundlage von Magnetpoländerungen
bei diesen internen Vorsprüngen 61a erhalten.
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Die ersten bis dritten Magnetflussänderungssensoren 62A, 62B und 62Z erfassen
einen Magnetfluss aus dem Magneten 61. Sie sind mit Elementen aufgebaut,
die eine Änderung
in einem Magnetfluss erfassen, wie beispielsweise Hall-IC, Hall-Elemente, MRIC
und dergleichen. Die ersten bis dritten Magnetflussänderungssensoren 62A, 62B und 62Z sind
bei Orten, die in 4 gezeigt
sind, zum jeweiligen Erfassen des A-, B- und Z- Phasenausgangssignals angebracht. Genauer
gesagt sind sie bei einem Substrat oder Trägermaterial 63, wie
es in 1 und 11 gezeigt ist, angebracht
und in dem rückseitigen
Gehäuse 20 eingebaut.
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Die ersten und zweiten Magnetflussänderungssensoren 62A und 62B sind
auf einem Kreis angeordnet, der dem äußeren Umfang des Magneten 61 gegenüberliegt,
um A-Phasen- und B-Phasenausgangssignale entsprechend den Änderungen
in dem Magnetfluss um den äußeren Umfang
des Magneten 61 zu erhalten. Der Dritte Magnetflussänderungssensor 62Z ist
bei einem Kreis angeordnet, der einem internen Vorsprung 61a des
Magneten 61 gegenüberliegt,
um ein Z-Phasenausgangssignal
entsprechend der Änderung
in dem Magnetfluss aus dem internen Vorsprung 61a zu erhalten.
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In 12A und
in 12B sind die A-,
B- und Z-Phasenausgangssignalverläufe gezeigt,
die durch die Kodiereinrichtung 60 erhalten werden. Die A-Phase
und B-Phase sind
Ausgangssignale, die eine Phasenwinkeldifferenz von 90° von elektrischen Graden
aufweisen. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird ein Zyklus jeweils der A-Phase und B-Phase pro 15°-Drehung
des Rotors 11 ausgegeben. Die Z-Phase ist ein Indeximpulsausgangssignal
pro 45°-Drehung
des Rotors 11 und bestimmt die relativen Positionen der
Energiezufuhrphase des Motors 5 und der A- und B-Phasen.
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Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 umfasst einen
Ausgangswinkelsensor 70 zur Erfassung des Drehwinkels der
zweiten Welle 17, um den ausgewählten Schaltbereich P, R, N
oder D zu erfassen. Dieser Ausgangswinkelsensor 70 ist nachstehend unter
Bezugnahme auf 1 und 13 bis 16 beschrieben.
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Der Ausgangswinkelsensor 70 umfasst
einen Magneten 71, der bei der Vorderseite des Flansches 33 befestigt
ist, der sich integral mit der zweiten Welle 17 dreht,
und einen Linearausgabe-Hall-IC 72. Der Magnet ist in ein
Harz 73 gegossen oder ausgeformt, wie es in 15 gezeigt ist, um ihn bei
dem Flansch 33 anzubringen. Der Magnet 71 ist
im Wesentlichen halbmondförmig
und derart magnetisiert, dass der Magnetfluss orthogonal zu dem
Linearausgabe-Hall-IC 72 in der Richtung eines Pfeils B
gemäß 15 ist. Der Abstand zwischen
dem Magneten 71 und dem Linearausgabe-Hall-IC 72 ist
in dem Drehbereich der zweiten Welle 17 von den P- zu D-Schaltbereichspositionen
veränderbar.
Genauer gesagt ist der Abstand zwischen dem Magneten 71 und
dem Linearausgabe-Hall-IC 72 maximal, wenn sich die zweite
Welle 17 zu der D-Bereichsposition dreht, wohingegen er
minimal ist, wenn sich die zweite Welle 17 zu der P-Bereichsposition
dreht.
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Der Linearausgabe-Hall-IC 72 ist
ein Element, das ein Ausgangssignal entsprechend dem Abstand von
dem Magneten 71 oder der Dichte in dem dazu orthogonalen
Magnetfluss erzeugt. Das Element 72 ist im Allgemeinen
unter Verwendung einer Harzverbindungseinrichtung 74 angebracht.
Die zugehörige
Ausgangsspannung (Vo) ist proportional zu der Dichte des orthogonalen
Magnetflusses, wie es in 16 gezeigt
ist. Jeder Ausgangsspannungswert, der der Schaltbereichsposition
oder dem Drehwinkel der zweiten Welle 17 entspricht, ist
in einer in 2 gezeigten
Motorsteuerungseinheit (ECU)
80 gespeichert, so dass der
Schaltbereich, der derzeit ausgewählt ist, aus der Ausgangsspannung
des Linearausgabe-Hall-IC 72 erfassbar ist.
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Die ECU 80 ist entsprechend
der nachstehenden Beschreibung aufgebaut. Wenn eine (nicht gezeigte)
Bereichsoperationseinrichtung durch den Fahrer betrieben wird, steuert
die ECU die Drehung des Motors 5, um die Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3,
die über
das Untersetzungsgetriebe 6 angetrieben wird, auf der Grundlage
der Schaltbereichsposition oder des Drehwinkels der zweiten Welle 17, der
durch den Ausgangswinkelsensor 70 erfasst wird, und des
Drehwinkels des Rotors 11, der durch die Kodiereinrichtung 60 erfasst
wird, zu steuern.
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In 2 sind
eine eingebaute Batterie 81, Anzeigeeinrichtungen 82,
die zur Anzeige des ausgewählten
Schaltbereichs und des Zustands der Drehbetätigungsvorrichtung 1 verwendet
werden, die verschiedene andere visuelle Anzeigeeinrichtungen umfassen,
die während
eines normalen Fahrens verwendet werden, wie beispielsweise Warnlichter
und Warnsummer, gezeigt. Ebenso sind eine Ansteuerungsschaltung 83 für den Motor 5,
ein Geschwindigkeitssensor 84 und Sensoren 85 zur
Erfassung der Zustände
der Bereichsoperationseinrichtung, eines Bremsschalters und verschiedener
anderer Elemente gezeigt.
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Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht die nachstehend genannten Wirkungen:
Da
dass Untersetzungsgetriebe 6, das bei der Drehbetätigungsvorrichtung 1 angebracht
ist, ein Mehrpunktkontakttyp ist, weist es eine größere Lastkapazität als das
Stirnrad- oder Schneckenuntersetzungsgetriebe der gleichen Größe gemäß dem Stand
der Technik auf. Anders ausgedrückt
kann das Untersetzungsgetriebe 6 kleiner als die herkömmlichen
Typen gemacht werden, während
die gleiche Lastkapazität oder
Lasthandhabungsfähigkeit
beibehalten wird. Dementsprechend kann die Drehbetätigungsvorrichtung 1 kleiner
gemacht werden.
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Der Motor und das Untersetzungsgetriebe 6 sind
beide innerhalb des Raumes angeordnet, der durch das Vordergehäuse 18 und
das rückseitige
Gehäuse 20 gebildet
wird. Die Rotorwelle des Motors 5 ist als die Eingangswelle
des Untersetzungsgetriebes und die erste Welle 13 doppelt
verwendbar. Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 ist
somit kompakt aufgebaut.
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Das äußere Zahnrad 26 des
Untersetzungsgetriebes 6 greift intern in das innere Zahnrad 27 ein. Dieser
Aufbau macht die axialen Abmessungen kleiner, wobei somit die axialen
Abmessungen der Drehbetätigungsvorrichtung 1 verringert
werden.
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Der Raum zwischen dem Automatikgetriebe 2 und
dem Fahrzeugkörper
ist üblicherweise
nicht größer als
40 bis 50 mm, um so viel Innenraum wie möglich bereitzustellen. Herkömmliche
sperrige Drehbetätigungsvorrichtungen,
die Schnecken- oder Stirnraduntersetzungsgetriebe verwenden, erfordern einen
Fahrzeugkörperentwurf,
der einen großen
Anteil des Innenraums verwendet. Im Gegensatz dazu ist die Drehbetätigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung viel kleiner und viel raumeffektiver, wobei somit das
durch den Stand der Technik aufgeworfene Problem bewältigt wird.
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Das Untersetzungsgetriebe 6 weist
einen derartigen Aufbau auf, dass es nicht mechanisch gesperrt wird,
bis nicht eine Fremdsubstanz, die zwischen den Zahnrädern deponiert
ist, oder eine Fehlfunktion der Wellen vorhanden ist. Eine Dämpfungseinrichtung
oder dergleichen, die zum Verhindern eines Sperrens bei dem Schneckenuntersetzungsgetriebe
gemäß dem Stand
der Technik erforderlich gewesen ist, kann weggelassen werden. Da
das Untersetzungsgetriebe 6 die Last bei mehreren Punkten trägt, weist
es eine exzellente Haltbarkeit auf und ist in hohem Maße zuverlässig, was
zu der hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Drehbetätigungsvorrichtung 1 beiträgt.
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Die Drehbetätigungsvorrichtung 1 verwendet eine
Dünntyp-Kodiereinrichtung 60.
Der Drehwinkel des Rotors 11 wird somit ohne Verletzung
der Kompaktheit der Drehbetätigungsvorrichtung 1 erfasst. Ein
Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Motors 5 ohne Nicht-Synchronisation wird
möglich
gemacht und ein hohes Ansprechen wird erreicht.
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Da der SR-Motor keinen Permanentmagneten
als Teil des Motors 5 verwendet, wird ein mögliches
Blockieren der Drehbetätigungsvorrichtung 1, das
durch ein abgesplittertes, abgeschlagenes oder abgesondertes Teil
eines Magneten verursacht wird, verhindert, wobei er eine sehr kleine
elektromotorische Gegenkraft erzeugt. Ebenso ist das Rotorträgheitsmoment
klein. Somit werden eine schnelle Beschleunigung/Abbremsung und
ein hohes Ansprechen erreicht.
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Da der SR-Motor kein Rastmoment erzeugt, ist
eine Positionierung der Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3 mit
einem Mechanismus, der eine Blattfeder 47 verwendet, mit
geringerer mechanischer Belastung möglich. Da der SR-Motor ein Schrittmotor ist,
wird eine hohe Positionierungsgenauigkeit erreicht. Der SR-Motor
weist ein hohes Startdrehmoment auf und wird vorteilhafterweise
zum Antreiben der Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3 verwendet, die
eine hohe Startlast erfordert.
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Der SR-Motor weist eine relativ kurze
Länge auf
und ist im Allgemeinen flach. Diese physikalischen Eigenschaften
sind möglich,
da die Wicklung lediglich in dem Stator vorgesehen ist und eine
konzentrische Wicklung mit einem kurzen Spulenende ist. Des Weiteren
ist der SR-Motor ein bürstenloser Motor,
so dass kein Erfordernis besteht, einen Raum zur Unterbringung von
Bürsten
bereitzustellen. Das intern eingreifende Planetenuntersetzungsgetriebe, das
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, weist ebenso eine relativ kurze Länge auf
und ist im Allgemeinen flach. Somit kann, wenn das intern eingreifende
Planetenuntersetzungsgetriebe mit dem SR-Motor kombiniert wird, eine Hochdrehmomentbetätigungsvorrichtung,
die einen relativ kurze Länge aufweist
und im Allgemeinen flach ist, gebildet werden.
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[Variationen]
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Während
ein Beispiel eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung vorstehend gezeigt worden ist, bei dem die Drehbetätigungsvorrichtung
an die Schaltbereichsauswahlvorrichtung 3, die die Parksperre 4 umfasst,
angewendet wird, ist es ersichtlich, dass die Erfindung ebenso bei
anderen angetriebenen Elementen angewendet werden kann, die bei
einem Fahrzeug angebracht sind, oder bei beliebigen anderen angetriebenen
Elementen angewendet werden kann.
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Die Beschreibung der Erfindung ist
lediglich als Beispiel zu verstehen, wobei somit Variationen, die
den Bereich der Erfindung nicht verlassen, in den Bereich der Erfindung
fallen sollen. Derartige Variationen werden nicht als ein Verlassen
des Bereichs der Erfindung betrachtet.
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Wie es vorstehend beschrieben ist,
weist eine Drehbetätigungsvorrichtung
(1) einen Synchronmotor (5) und ein intern eingreifendes
Planetenuntersetzungsgetriebe (6) auf mit einer ersten
Welle (13), die durch den Synchronmotor (5) gedreht
wird, einem äußeren Zahnrad
(26), das bei der ersten Welle (13) mit einem
Exzenterteil (25) angebracht ist, so dass es um die erste
Welle (13) exzentrisch drehbar ist, einem inneren Zahnrad
(27), in das das äußere Zahnrad
(26) intern eingreift, und einer zweiten Welle (17), die
mit dem äußeren Zahnrad
(26) mit einer Übertragungseinrichtung
(28) verbunden ist, die lediglich die Drehung des äußeren Zahnrads
(26) auf einer zugehörigen
Achse zu der zweiten Welle (17) überträgt. Der Synchronmotor (5)
und das intern eingreifende Planetenuntersetzungsgetriebe (6)
sind innerhalb eines Gehäuses
(18, 20) angeordnet, wobei die ersten Welle (13)
als die Rotorwelle des Synchronmotors (5) doppelt verwendbar
ist. Eine Inkrementalkodiereinrichtung (60), die entlang
einer Drehwelle des Synchronmotors (5) bereitgestellt ist,
erfasst den Drehwinkel eines Rotors (11) des Synchronmotors
(5).