JP2015124876A - 回転駆動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば特許文献1に開示された回転駆動装置では、減速機は、遊星歯車装置から構成されている。遊星歯車装置の内歯車は、ハウジングと一体に形成されている。
モータは、第1ハウジング内に設けられている。第2ハウジングは、第1ハウジングに嵌合して固定されている。出力軸は、モータ軸と同軸上に位置し、第2ハウジングにより回転可能に支持されている。偏心軸は、モータのモータ軸に対し偏心し、モータ軸と一体に回転可能である。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態による回転駆動装置は、図1、図2に示すウェイストゲートバルブ装置に用いられている。ウェイストゲートバルブ装置100は、ターボチャージャー101による過給エンジンにおいて、排気の一部を分流させることによりタービン102への流入量を調節する装置である。タービン102への流入量を調節することにより、ターボチャージャー101の回転数が制御され、安定した過給圧を得ることができる。
先ず、ウェイストゲートバルブ装置100の構成について図1、図2を参照して説明する。
ウェイストゲートバルブ装置100は、タービンハウジング103内に設けられているウェイストゲートバルブ105と、コンプレッサーハウジング106の外壁に固定されている回転駆動装置10と、回転駆動装置10の出力軸35とウェイストゲートバルブ105とを連結しているリンク機構107とを備える。タービンハウジング103は、排気の入口と出口とを仕切る隔壁104を形成しており、ウェイストゲートバルブ105は、隔壁104が有する図示しないバイパス孔を開閉可能である。
次に、回転駆動装置10の構成について図3〜図12を参照して説明する。
図3に示すように、回転駆動装置10は、第1ハウジング15、第2ハウジング20、コネクタ25、モータ30、出力軸35、減速機40および回転角度検出手段60を備えている。
図3、図4に示すように、第1ハウジング15は、例えばアルミニウム合金製であり、有底筒状に形成されている。第1ハウジング15の内壁には、軸方向に順に並ぶ第1円筒面16、第2円筒面17、第3円筒面18および第4円筒面19が形成されている。第1円筒面16、第2円筒面17、第3円筒面18および第4円筒面19は、その順で内径が大きくなるように形成されている。第4円筒面19は、第3円筒面18と同軸上に位置している。
第2ハウジング20は、例えばアルミニウム合金製であり、有底筒状に形成されている。第2ハウジング20の筒部の外壁面である第5円筒面21は、第1ハウジング15の第4円筒面19に嵌合している。第2ハウジング20の底部に空いた孔の内壁面である第6円筒面22は、第5円筒面21と同軸上に位置している。第1ハウジング15および第2ハウジング20は、ねじ13によって一体に固定されている。
図3、図5に示すように、コネクタ25は、第1ハウジング15の外壁に組み合わせられ、ねじ14によって第1ハウジング15に固定されている。また、コネクタ25は、モータ30のモータ端子31と接続しているパワー端子26、および、回転角度検出手段60と接続しているシグナル端子27を有している。
図3、図4に示すように、モータ30は、主要部が第1ハウジング15の第1円筒面16の内側に収容されている。モータ30のモータ軸32は、第1ハウジング15の第2円筒面17内および第3円筒面18内に突き出している。本実施形態では、モータ30はDCモータから構成されている。図3〜図7に示すように、モータ30は、パワー端子26を介して電子制御装置111に電気的に接続されており、電子制御装置111から電力が供給されることによってモータ軸32を回転させる。
図3、図4に示すように、出力軸35は、第6円筒面22に嵌めつけられた軸受36を介して第2ハウジング20により回転可能に支持されている。
(減速機)
図3、図4、図6に示すように、減速機40は、遊星歯車装置から構成されており、偏心軸41、第1内歯車46、第1遊星歯車47、第2遊星歯車49、および出力部材52を備えている。
図3、図4、図6、図8に示すように、第1遊星歯車47は、偏心軸41の偏心部43と同心の外歯車であり、第1内歯車46に内接している。また、第1遊星歯車47は、軸受48を介して偏心軸41の偏心部43により偏心軸心AX2まわりに回転可能に支持されている。
回転体53は、出力軸35と同軸上で軸受38を介して偏心軸41の同心部42の第8円筒面45により相対回転可能に支持され、出力軸35と一体に回転可能である。本実施形態では、回転体53は、金属製であり、軸受38の外輪に嵌合している筒部と、出力軸35に圧入されて固定されている底部とから構成されている。回転体53の筒部の内壁面である第9円筒面54は、軸受36が嵌めつけられた出力軸35の第10円筒面37と同軸上に位置している。
図3、図6、図9、図10に示すように、回転角度検出手段60は、軸方向において出力部材52と一致し且つ径方向において回転軸心AX1から外れた位置に設けられ、出力部材52の回転角度を検出可能である。回転角度検出手段60は、第1磁石61、第2磁石62、第1ヨーク63、第2ヨーク64、および磁束密度検出手段66を有している。
第1磁石61は、出力部材52の凹部59のうち回転方向の一端に設けられ、軸方向に着磁されている。
第2磁石62は、出力部材52の凹部59のうち回転方向の他端に設けられ、軸方向に着磁され且つ着磁方向が第1磁石61とは反対である。
第2ヨーク64は、出力部材52の凹部59のうち軸方向の他方の内壁面に沿って回転方向へ延びるように弧状に形成され、第2磁石62のN極と第1磁石61のS極とをつないでいる。
第1磁石61、第2磁石62、第1ヨーク63および第2ヨーク64は、径方向外側に開口する閉磁気回路を形成している。
第2磁石62のN極から出る磁束には、第2ヨーク64を通って第1磁石61のS極に流れる還流磁束と、第2ヨーク64から隙間65を通って第1ヨーク63に流れる漏洩磁束と、第2ヨーク64および第1ヨーク63を通ることなく隙間65を通って第2磁石62のS極に流れる直通磁束とが含まれる。
ホール素子69の出力信号Vと出力部材52の回転角度θとの関係は、図11に示すように、Act全閉位置の付近およびAct全開位置の付近において、前述の直通磁束の影響を受けて線形関係から遠ざかる。
このように構成された回転駆動装置10は、電子制御装置111から電力が供給されると、モータ30により出力軸35を回転させつつ、出力部材52の回転角度に応じた信号を回転角度検出手段60から電子制御装置111に出力する。電子制御装置111は、回転角度検出手段60の出力信号に基づいてモータ30を駆動し、出力部材52の回転角度が目標値に一致するようにフィードバック制御を実行する。
次に、第1内歯車46の詳細な構成について図6、図7、図13〜図15を参照して説明する。
第1内歯車46は、内歯部71、軸支持部72およびフランジ部73から構成されている一つの部材であり、第1ハウジング15とは別部材である。
フランジ部73の底部79は、軸方向へ貫通しモータ30のモータ端子31が挿通している第2通孔83を有する。
第1内歯車46の内歯74および軸支持部72は、同一部材の一部分であり、互いの位置関係を精度良く形成することは比較的簡単である。したがって、第1内歯車46を精度良く形成することによって、第1内歯車46の内歯74とモータ30のモータ軸32との同軸度を高めることができる。
したがって、減速機40は、第1内歯車46および第1遊星歯車47からなる第1減速部により減速された回転を、第2遊星歯車49および第2内歯車55からなる第2減速部でさらに減速して出力するようになっている。そのため、第1減速部の減速比と第2減速部の減速比を調整することにより高い減速比を得ることができる。
したがって、インボリュート歯形のものと比べて、各歯車の噛合い歯数を増やすことができる。そのため、各歯車の歯面に作用する応力を低減することができる。また、インボリュート歯形のものと比べて、トロコイド干渉やインボリュート干渉を回避しやすく、歯数の選択の自由度が高くなる。
したがって、減速機40を小型化しつつも高い減速比を得ることができる。
したがって、第1遊星歯車47および第2遊星歯車49をフッ素樹脂含有材料から構成するのみで、減速機40のギヤ噛み合い部分の潤滑を良好とすることができる。つまり、複数の部材に潤滑対策を施す必要がない。
したがって、モータ軸32を支持するための軸方向スペースを利用してモータ結線を行うことができる。そのため、回転駆動装置10を軸方向にコンパクトに構成することができる。
これにより、パワー端子26は、平行方向へ挿入することでモータ端子31との接合が完了する。したがって、モータ結線を簡素化することができ、部品点数の削減および組み付け工数の削減が可能である。
したがって、型を用いて例えば金属焼結などにより第1内歯車46を製造するとき、スライドコアを使わずに第1通孔82を形成することができる。そのため、モータ結線用の通孔を後加工無しで形成することができ、製造コストを削減可能である。
したがって、プレス加工により第1内歯車46を製造するとき、第1通孔82に対応する孔が形成された素材に絞り加工および内歯成形加工を施すことで、スライドコアを使わずに第1通孔82を形成することができる。そのため、モータ結線用の通孔を後加工無しで形成することができ、製造コストを削減可能である。
したがって、出力部材52を設けるための軸方向のスペースに回転角度検出手段60を設けることができる。そのため、回転駆動装置10を軸方向にコンパクトに構成することができる。
これにより、磁束密度検出手段66は、出力部材52に対し径方向へ挿入することで閉磁気回路の内側に配置される。したがって、第1実施形態によれば、磁束密度検出手段66を軸方向へ挿入するように組み付ける形態と比べて、回転駆動装置10を軸方向にコンパクトに構成することができる。また、外乱磁界の発生源を回転角度検出手段60から遠ざけることができる。
したがって、モータ結線のための第3通孔84および磁束密度検出手段66を挿入するための第4通孔85を第1ハウジング15に形成するとき、同一方向から孔加工を施すことができる。そのため、例えば機械加工により第3通孔84および第4通孔85を形成する場合、1チャックでの加工が可能である。また、第1ハウジング15を成型するとき同時に第3通孔84および第4通孔85を形成する場合、型抜きにより容易に各通孔を形成することができる。
したがって、コネクタ25を第1ハウジング15に組み付けることにより、パワー端子26、シグナル端子27および磁束密度検出手段66の固定と、第3通孔84および第4通孔85のシールとを同時に行うことができる。そのため、部品点数の削減および組み付け工数の削減が可能である。
これにより、モータ30および第1内歯車46は、圧入の緊迫力により第1ハウジング15に固定される。したがって、モータ30を固定するための部材を別途設ける必要がないので、部品点数の削減および組み付け工数の削減が可能である。
したがって、圧入による変形に起因したトロコイド干渉およびインボリュート干渉を避けることができる。
したがって、モータ30を軸方向の両側で支持しつつ、モータ30の振動を波型座金89により吸収することができる。そのため、振動に起因するモータ30の損傷を抑制することができる。
したがって、第1実施形態によれば、ウェイストゲートバルブ105を完全に閉弁させるとき回転駆動装置10が出力すべきトルクすなわち全閉位置にウェイストゲートバルブ105を保持する為に必要なトルクは、正効率と逆効率とが同じである例えば平行軸式減速機を備える比較形態と比べて、小さくて済む。そのため、ウェイストゲートバルブ105の全閉時の消費電力を低減することができる。言い換えれば、ウェイストゲートバルブ105の全閉時の消費電力が比較形態と同じとなるように設計した場合、減速機40を小さくすることができる。
本発明の第2実施形態による回転駆動装置の回転角度検出手段について図11、図16〜図18を参照して説明する。
第2実施形態では、図16に示す回転角度検出手段90のホールIC91は、多点補正手段を用いることにより、図11に示すホール素子92の出力信号Vを、図17に示すウェイストゲートバルブ105の流量特性に合わせて、図18に示すような補正出力信号Vhに補正し、出力部材52の回転角度θに対するホールIC91の出力変化が非線形となるような出力特性を実現することができる。
第1実施形態では、減速機は、第1内歯車および第1遊星歯車から構成された第1変速部と、第2内歯車および第2遊星歯車から構成された第2変速部とを備えていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、第2減速部に代えて、第1遊星歯車の変速軸心まわりの回転を変速せずに出力軸に伝達する回転伝達手段が設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、第1内歯車は、圧入に限らず、例えば固定部材などを用いて第1ハウジングに固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、第1内歯車と第1遊星歯車との歯数差、および、第2内歯車と第2遊星歯車との歯数差は、2以上であってもよい。
本発明の他の実施形態では、第1内歯車は、第1通孔および第2通孔を有していなくてもよい。また、モータのモータ端子は、第1内歯車のフランジ部の外側でパワー端子と結線されてもよい。
本発明の他の実施形態では、モータの端部に波型座金が設けられなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、ホールICは、必要に応じて複数個配置してもよい。
本発明の他の実施形態では、リンク機構に代えて、他の伝達機構が設けられてもよい。要するに、回転駆動装置の出力軸の回転をウェイストゲートバルブに伝達可能な伝達機構であればよい。
本発明の他の実施形態では、リンク機構は減速しなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、モータ軸と偏心軸との連結は、例えばスプライン嵌合などの他の方法により連結されてもよい。
本発明の他の実施形態では、モータは、DCモータに限らず、他の型式のモータから構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、回転駆動装置は、ウェイストゲートバルブ装置に限らず、例えば可変容量ターボの可変ベーン制御装置、排気スロットルまたは排気切替弁のバルブ作動装置、あるいは、可変吸気機構のバルブ作動装置などの他の装置に適用されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
20・・・第2ハウジング 30・・・モータ
32・・・モータ軸 35・・・出力軸
41・・・偏心軸 46・・・第1内歯車
47・・・第1遊星歯車 49・・・第2遊星歯車(回転伝達手段)
55・・・第2内歯車(回転伝達手段) 71・・・内歯部
72・・・軸支持部 73・・・フランジ部
74・・・内歯
Claims (20)
- 第1ハウジング(15)と、
前記第1ハウジング内に設けられているモータ(30)と、
前記第1ハウジングに嵌合して固定されている第2ハウジング(20)と、
前記モータのモータ軸(32)と同軸上に位置し、前記第2ハウジングにより回転可能に支持されている出力軸(35)と、
前記モータ軸に対し偏心し、前記モータ軸と一体に回転可能な偏心軸(41)と、
前記モータ軸と同軸上に位置し、前記第1ハウジングに相対回転不能に嵌合している第1内歯車(46)と、
前記第1内歯車に内接し、前記偏心軸により当該偏心軸まわりに回転可能に支持され、前記モータ軸が回転すると、前記第1内歯車との噛み合い位置を変えながら前記モータ軸まわりに公転しつつ、前記モータ軸の回転に対し減速して前記偏心軸まわりに回転する第1遊星歯車(47)と、
前記第1遊星歯車の前記偏心軸まわりの回転を前記出力軸に伝達可能な回転伝達手段(49、55)と、
を備え、
前記第1内歯車は、前記第1ハウジングに嵌合し、前記第1遊星歯車と噛み合う内歯(74)を形成している筒状の内歯部(71)と、前記モータ軸を支持している筒状の軸支持部(72)と、前記内歯部と前記軸支持部とを接続しているフランジ部(73)とから構成されている一つの部材であり、前記第1ハウジングとは別部材であることを特徴とする回転駆動装置(10)。 - 前記回転伝達手段は、
前記偏心軸により当該偏心軸まわりに回転可能に支持され、前記第1遊星歯車と一体に形成されている第2遊星歯車(49)と、
前記出力軸と同軸上に位置し、前記第2遊星歯車に外接し、前記出力軸と一体に回転可能であり、前記第2遊星歯車が前記第1遊星歯車と共に前記偏心軸まわりに回転しつつ前記モータ軸まわりに公転すると、前記第2遊星歯車の前記偏心軸まわりの回転に対し減速して前記モータ軸まわりに回転する第2内歯車(55)と、
から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転駆動装置。 - 前記第1内歯車、前記第1遊星歯車、前記第2内歯車および前記第2遊星歯車の歯形はトロコイド歯形であることを特徴とする請求項2に記載の回転駆動装置。
- 前記第1内歯車と前記第1遊星歯車との歯数差は1であることを特徴とする請求項3に記載の回転駆動装置。
- 前記第2遊星歯車は、前記第1遊星歯車と同一部材から構成され、フッ素樹脂またはフッ素樹脂含有材料から構成されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の回転駆動装置。
- 前記第1内歯車において、
前記内歯部は、前記軸支持部に対し軸方向へ外れて位置し、
前記フランジ部は、前記軸支持部に対し径方向外側に位置し、前記内歯部に接続されている筒部(78)と、当該筒部のうち前記内歯部とは反対側の端部と前記軸支持部とを接続している底部(79)とを有し、
前記フランジ部の前記筒部は、径方向へ貫通している第1通孔(82)を有し、
前記フランジ部の前記底部は、軸方向へ貫通し前記モータのモータ端子(31)が挿通している第2通孔(83)を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転駆動装置。 - 前記モータ軸の回転軸心(AX1)に対し直交する方向を直交方向とし、当該直交方向に対し平行な方向を平行方向とすると、
前記第1ハウジングは、前記直交方向または前記平行方向へ貫通し前記第1内歯車の前記第1通孔に連通している第3通孔(84)を有し、
前記第3通孔および前記第1通孔を挿通し前記モータ端子に接続されているパワー端子(26)を有し、前記第1ハウジングに固定されている第1コネクタ(25)をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の回転駆動装置。 - 前記第1通孔は、前記第1内歯車の前記フランジ部の前記底部側に向かって軸方向へ開口していることを特徴とする請求項6または7に記載の回転駆動装置。
- 前記第1内歯車の前記第1通孔は、前記内歯の歯先よりも径方向内側に位置していることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の回転駆動装置。
- 軸方向において前記回転伝達手段と一致し且つ径方向において前記回転軸心から外れた位置に設けられ、前記出力軸の回転角度を検出可能な回転角度検出手段(60、90)をさらに備えることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の回転駆動装置。
- 前記回転角度検出手段は、
前記出力軸の軸方向に着磁されている第1磁石(61)と、
前記出力軸の軸方向に着磁され且つ着磁方向が前記第1磁石とは反対であり、前記出力軸の回転方向において前記第1磁石に対し離間する位置に設けられている第2磁石(62)と、
前記出力軸の回転方向へ延びるように弧状に形成され、前記第1磁石のN極と前記第2磁石のS極とをつないでいる第1ヨーク(63)と、
前記出力軸の回転方向へ延びるように弧状に形成され、前記第2磁石のN極と前記第1磁石のS極とをつないでおり、前記第1磁石、前記第2磁石および前記第1ヨークと共に径方向へ開口する閉磁気回路を形成している第2ヨーク(64)と、
前記閉磁気回路の内側に設けられている磁気検出手段(67、91)と、
を有することを特徴とする請求項10に記載の回転駆動装置。 - 前記磁気検出手段は、通過する磁束の密度に応じた信号を出力する磁束密度検出素子(69、92)を含むことを特徴とする請求項11に記載の回転駆動装置。
- 前記第1ハウジングは、前記閉磁気回路に対し径方向外側で前記直交方向へ貫通し、前記磁気検出手段を前記第1ハウジングの外側から内側へ挿入可能な第4通孔(85)を有し、
前記磁気検出手段に接続されているシグナル端子(27)を有し、前記第1ハウジングに固定されている第2コネクタをさらに備えることを特徴とする請求項11または12に記載の回転駆動装置。 - 前記第1コネクタおよび前記第2コネクタは同一部材であることを特徴とする請求項13に記載の回転駆動装置。
- 前記モータは、前記第1内歯車の前記フランジ部に固定され、
前記第1内歯車の前記内歯部は、前記第1ハウジングに圧入されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の回転駆動装置。 - 前記第1内歯車の前記内歯は、前記第1ハウジングへの圧入により縮径された状態において前記第1遊星歯車との噛み合いが理想のものとなるように設計されていることを特徴とする請求項15に記載の回転駆動装置。
- 前記モータを前記第1内歯車の前記フランジ部側に付勢している付勢部材(89)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載の回転駆動装置。
- 前記モータ軸および前記偏心軸は同一部材であることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一項に記載の回転駆動装置。
- ウェイストゲートバルブ装置(100)の駆動源として用いられることを特徴とする請求項12に記載の回転駆動装置。
- 前記ウェイストゲートバルブ装置のバルブ開度(θv)と流量(Q)との関係を示す特性線のうち、低開度側の特性近似直線(QL1)と高開度側の特性近似直線(QL2)との交点を流量変曲点(Pvc)とし、当該流量変曲点のバルブ開度を特定バルブ開度(θvc)とすると、
前記磁気検出手段は、
前記最終減速部材の回転角度(θ)が、前記特定バルブ開度に対応する特定回転角度(θc)よりも小さい領域においては、回転角度が所定値変化したときの前記磁束密度検出素子の出力信号(V)の変化が比較的大きくなるように補正し、
前記最終減速部材の回転角度が前記特定回転角度よりも大きい領域においては、回転角度が前記所定値変化したときの前記磁束密度検出素子の出力信号の変化が比較的小さくなるように補正することを特徴とする請求項19に記載の回転駆動装置。
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