JP2019017148A - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electric actuator.
従来、モータと、当該モータのロータの回転を直動部材の直動に変換する回転直動変換機構と、を有した電動アクチュエータにおいて、ロータの内側を、直動部材や、多重化されたピストン、コイルスプリング等が貫通した電動アクチュエータが、知られている(特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an electric actuator having a motor and a rotation / linear motion conversion mechanism that converts the rotation of the rotor of the motor into the linear motion of the linear motion member, the linear motion member and the multiplexed piston are disposed inside the rotor. An electric actuator through which a coil spring or the like penetrates is known (Patent Document 1).
上記従来の電動アクチュエータにあっては、ロータの内側を貫通した部品の配置や構成等に起因して、電動アクチュエータが全体的に大型化してしまう虞があった。 In the conventional electric actuator described above, there is a concern that the electric actuator may increase in size as a whole due to the arrangement and configuration of components penetrating the inside of the rotor.
そこで、本発明の課題の一つは、例えば、より小さく構成することが可能となるなど、改善された新規な構成を有した電動アクチュエータを得ること、である。 Accordingly, one of the problems of the present invention is to obtain an electric actuator having a new and improved structure, such as being able to be made smaller.
本発明の電動アクチュエータは、回転中心回りに回転可能に設けられ上記回転中心に沿って貫通する貫通孔が設けられるとともに当該貫通孔の内周面に雌ねじ部が設けられたインナロータと、当該インナロータの周囲を取り囲むアウタステータと、を有したモータと、上記貫通孔を貫通し、上記内周面と面し上記雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部が設けられた外周面を有し、第一位置と当該第一位置よりも上記インナロータから上記回転中心の軸方向への突出長さが長い第二位置との間で上記回転中心の軸方向に沿って移動可能に設けられた直動部材と、上記直動部材から上記回転中心の径方向外方に突出した突起と、上記突起の回転を制限しながら上記突起を上記軸方向に案内するガイド部と、を有したガイド構造と、上記直動部材に設けられた押部と、上記直動部材によって動かされる作動部材に設けられ上記押部によって押される受部と、を有し、上記直動部材が上記第一位置に位置された状態では上記ガイド部より上記回転中心の径方向内方に位置された、軸力伝達構造と、を備える。上記電動アクチュエータにあっては、直動部材の突起の回転を制限するとともに軸方向に案内するガイド部の、径方向内方に、直動部材と作動部材との軸力伝達構造が配置されている。このような構成によれば、例えば、ガイド部と軸力伝達構造とが軸方向にずれて配置された電動アクチュエータと比べて、電動アクチュエータを軸方向により小さく構成することができる。 An electric actuator according to the present invention includes an inner rotor that is provided so as to be rotatable around a rotation center and that has a through-hole penetrating along the rotation center, and an internal thread portion is provided on an inner peripheral surface of the through-hole. A motor having an outer stator surrounding the periphery, and an outer peripheral surface provided with a male screw portion that penetrates the through hole, faces the inner peripheral surface and meshes with the female screw portion, and has a first position and the first position. A linear motion member provided to be movable along the axial direction of the rotation center between the inner rotor and a second position having a longer projection length in the axial direction of the rotation center than the one position; A guide structure having a protrusion projecting radially outward from the rotation center of the member, and a guide portion for guiding the protrusion in the axial direction while restricting rotation of the protrusion; and provided on the linear motion member Is A pressing portion and a receiving portion that is provided on the operating member that is moved by the linear motion member and is pressed by the pressing portion, and the linear motion member is positioned at the first position from the guide portion. An axial force transmission structure positioned radially inward of the center of rotation. In the electric actuator, the axial force transmission structure between the linear motion member and the actuating member is arranged radially inward of the guide portion that restricts the rotation of the projection of the linear motion member and guides in the axial direction. Yes. According to such a configuration, for example, the electric actuator can be configured to be smaller in the axial direction than the electric actuator in which the guide portion and the axial force transmission structure are arranged to be shifted in the axial direction.
また、上記電動アクチュエータは、例えば、上記モータに対して上記軸力伝達構造の反対側に位置されて上記モータと上記軸方向に並び、電気部品と、当該電気部品が実装され上記軸方向と交差した回路基板と、を有した制御回路を備える。このような構成によれば、例えば、制御回路がモータの径方向外方に位置された電動アクチュエータと比べて、電動アクチュエータを径方向により小さく構成することができる。 In addition, the electric actuator is, for example, positioned on the opposite side of the axial force transmission structure with respect to the motor and is aligned with the motor in the axial direction, and the electric component and the electric component are mounted and intersect the axial direction. And a control circuit having a circuit board. According to such a configuration, for example, the electric actuator can be configured to be smaller in the radial direction than the electric actuator in which the control circuit is positioned outward in the radial direction of the motor.
また、上記電動アクチュエータは、例えば、上記突起の先端が三次元的な凸曲面を有する。このような構成によれば、例えば、突起の先端が角部を有した電動アクチュエータと比べて、ガイド部が突起を軸方向に案内する際の突起とガイド部との摩擦抵抗をより小さくすることができ、これにより、モータの負荷トルクを小さくでき、ひいてはモータをより小さく構成することができる。 In the electric actuator, for example, the tip of the protrusion has a three-dimensional convex curved surface. According to such a configuration, for example, the friction resistance between the projection and the guide portion when the guide portion guides the projection in the axial direction is made smaller than in an electric actuator in which the tip of the projection has a corner portion. Thus, the load torque of the motor can be reduced, and as a result, the motor can be made smaller.
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention are disclosed. The configuration of the embodiment shown below, and the operation and result (effect) brought about by the configuration are examples. The present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments. According to the present invention, it is possible to obtain at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration.
また、以下では、モータの回転中心Axの軸方向を、単に軸方向と称し、回転中心Axの径方向を、単に径方向と称し、回転中心Axの周方向を、単に周方向と称する。また、図1,5の右方を軸方向前方、図1,5の左方を軸方向後方と定義し、各図において、軸方向前方を方向Xで示している。 In the following, the axial direction of the rotation center Ax of the motor is simply referred to as the axial direction, the radial direction of the rotation center Ax is simply referred to as the radial direction, and the circumferential direction of the rotation center Ax is simply referred to as the circumferential direction. 1 and 5 is defined as the front in the axial direction, and the left side in FIGS. 1 and 5 is defined as the rear in the axial direction. In each figure, the front in the axial direction is indicated by the direction X.
図1は、電動アクチュエータ100の断面図である。図1に例示されるように、電動アクチュエータ100は、ハウジング110と、モータ10と、当該モータ10のインナロータ12の回転を直動部材20の直動に変換する回転直動変換機構120と、直動部材20によって軸方向に動かされるピストン30と、を備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
モータ10や、回転直動変換機構120、ピストン30等の電動アクチュエータ100の構成部品は、ハウジング110内に収容されるか、あるいはハウジング110に支持されている。
The components of the
ハウジング110は、モータハウジング111と、モータカバー112と、シリンダハウジング113と、を有している。モータハウジング111は、周壁111aと底壁111bとを有している。モータハウジング111の形状は、略有底円筒状である。底壁111bの形状は、回転中心Axと交差した略円板状であり、周壁111aの形状は、底壁111bの周縁から軸方向後方(図1の左方)に延びた回転中心Axを中心とする略円筒状である。モータハウジング111は、例えば、アルミニウム合金や鉄系材料等の金属材料で構成される。
The
モータカバー112の形状は、回転中心Axと交差した略円板状である。モータカバー112は、モータハウジング111の周壁111aの開口端111cを覆っている。モータハウジング111の周壁111a、底壁111b、およびモータカバー112によって囲まれる室内に、モータ10のアウタステータ11およびインナロータ12が収容されている。モータカバー112は、例えば、合成樹脂材料で構成される。
The
シリンダハウジング113の形状は、略有底円筒状である。シリンダハウジング113は、壁部113aを有している。シリンダハウジング113の形状は、軸方向後方(図1の左方)すなわちモータ10に向けて開放された、略有底円筒状である。シリンダハウジング113には、略一定の直径の内周面として、シリンダ113bが設けられている。壁部113aは、シリンダ113bの隔壁とも称されうる。シリンダハウジング113は、例えば、アルミニウム合金や鉄系材料等の金属材料で構成される。シリンダハウジング113は、例えば、結合具114によってモータハウジング111と結合されている。
The
シリンダ113bには、ピストン30が軸方向に往復動可能に収容されている。シリンダ113bは、略円筒面(円筒凹面)であり、ピストン30の外周面は、略円筒面(円筒凸面)である。シリンダ113bとピストン30の外周面との間には、微小なクリアランスが設けられている。ピストン30は、例えば、アルミニウム合金や鉄系材料等の金属材料で構成される。ピストン30は、電動アクチュエータ100によって動かされる作動部材の一例である。
The
シリンダ113b内のピストン30よりも軸方向前方の空間は、液体や気体等の作動流体が収容された流体室Rである。流体室Rの容積は、ピストン30の軸方向前方への動きに応じて縮小する一方、ピストン30の軸方向後方への動きに応じて拡大する。
The space in the axial direction ahead of the
ピストン30の軸方向後方の端部30a、言い換えると流体室Rの反対側の端部30aには、軸方向前方に向けて凹む凹部30bが設けられている。凹部30bは、略円錐面(円錐凹面)である。
A
モータ10は、アウタステータ11と、インナロータ12と、を有している。アウタステータ11は、モータハウジング111に固定されている。アウタステータ11は、鉄心11aと巻線11bとを有している。鉄心11aは、例えば、軸方向に互いに積層された円環状かつ板状の複数の電磁鋼板を含んでいる。巻線11bは、鉄心11aに設けられた径方向内方に向けて突出したティースに巻かれている。巻線11bへの通電の制御により、アウタステータ11は、極性が経時的に変化する電磁石として機能する。
The
インナロータ12は、軸方向に互いに離間した第一ベアリング13および第二ベアリング14を介して、モータハウジング111に、回転中心Ax回りに回転可能に支持されている。第一ベアリング13は、鉄心12aおよび永久磁石12bの軸方向前方(方向X、図1では右方)に隙間をあけて配置されている。なお、第一ベアリング13は、鉄心12aまたは永久磁石12bの軸方向前方に隣接して配置されてもよい。また、第一ベアリング13の内側保持器は、インナロータ12(の筒状部材12c)の一部分であるが、これには限定されず、第一ベアリング13の内側保持器は、インナロータ12とは別体であってもよい。第二ベアリング14は、鉄心12aの軸方向後方(方向Xの反対方向、図1では左方)に隣接して配置されている。なお、第二ベアリング14は、鉄心12aまたは永久磁石12bの軸方向後方に隙間をあけて配置されてもよい。
The
インナロータ12は、鉄心12aと、複数の永久磁石12bと、筒状部材12cと、を有している。鉄心12a、永久磁石12b、および筒状部材12cは、例えば、接着や、溶接、圧入等によって一体化されている。鉄心12aは、例えば、軸方向に互いに積層された円環状かつ板状の複数の電磁鋼板を含んでいる。永久磁石12bは、径方向に着磁されている。極性が異なる複数の永久磁石12bが、周方向に間隔をあけて配置されている。
The
鉄心12aおよび永久磁石12bは、筒状部材12cを取り囲むように配置されている。筒状部材12cには、軸方向に延びた貫通孔12dが設けられており、貫通孔12dの内周面12eは、凹凸を含む略円筒面(円筒凹面)である。内周面12eには、雌ねじ部12fが設けられている。本実施形態では、雌ねじ部12fは、内周面12eに部分的に、具体的には、内周面12eの軸方向前方の端部に近い位置に、設けられている。また、雌ねじ部12fはボールねじの雌ねじ部であり、螺旋状の溝である。なお、雌ねじ部12fは、ボールねじ以外の雌ねじでもよいし、内周面12eの軸方向の全域に設けられてもよい。筒状部材12cは、例えば、アルミニウム合金や鉄系材料等の金属材料である。
The
図2は、直動部材20の斜視図である。図1,2に例示されるように、直動部材20は、シャフト21とピン22とを有している。シャフト21の形状は、軸方向に延びた略円柱状である。シャフト21の外周面21aは、凹凸を含む略円筒面(円筒凸面)である。外周面21aと筒状部材12c(インナロータ12)の内周面12eとの間には、クリアランスが設けられている。外周面21aには、雄ねじ部21bが設けられている。雄ねじ部21bはボールねじの雄ねじ部であり、螺旋状の溝である。雄ねじ部21bと雌ねじ部12fとは、複数のボール121を介して間接的に噛み合っている。なお、雄ねじ部21bは、ボールねじ以外の雄ねじであってもよい。シャフト21は、例えば、アルミニウム合金や鉄系材料等の金属材料である。
FIG. 2 is a perspective view of the
ピン22は、シャフト21に設けられた径方向に延びた貫通孔を貫通している。ピン22は、貫通孔に圧入されている。ピン22は、シャフト21の径方向の両側に突出した突起22aを構成している。突起22aの先端22bは、三次元的な凸曲面、例えば半球面を有している。ピン22は、例えば、アルミニウム合金や鉄系材料等の金属材料である。なお、突起22aは、シャフト21とは別の部材ではなく、シャフト21の一部であってもよい。
The
図3は、図1のIII−III断面図である。図1,3に例示されるように、突起22aは、シリンダ113bに設けられた溝113c内に収容されている。溝113cは、シリンダ113bから径方向外方に向けて凹む、言い換えると径方向内方に向けて開放されるとともに、軸方向に沿って延びている。図3に例示されるように、溝113cは、略周方向を向いて互いに略平行に面した二つの側面113dと、径方向外方の底面とによって構成されている。溝113cの周方向の幅は、突起22a(ピン22)の直径よりも僅かに大きい。溝113cの側面113dは、突起22aの周方向の移動、ひいては直動部材20の回転中心Ax回りの回転を制限する。また、溝113cの二つの側面113dは、突起22aを軸方向に摺動可能に案内する。側面113dは、ガイド部の一例である。
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. As illustrated in FIGS. 1 and 3, the
シャフト21の軸方向前方(図1の右方)の端部には、押部21cが設けられている。押部21cは、例えば、外周面21aよりも細い外形で軸方向前方に突出した円柱状の突起である。押部21cの先端の形状は、鈍頭の円錐面状である。
A
シャフト21から軸方向前方に突出した押部21cは、ピストン30に設けられた軸方向前方に凹む凹部30b、言い換えると軸方向後方に向けて開放された凹部30bに、収容されている。押部21cと凹部30bとは、直動部材20(のシャフト21)からピストン30へ押力(軸力)を伝達する軸力伝達構造140を構成している。軸力伝達構造140は、モータ10の軸方向前方に位置され、モータ10と軸方向に並んでいる。軸力伝達構造140は、押圧構造や、接続構造等とも称されうる。凹部30bは受部の一例である。なお、本実施形態では、軸力伝達構造140において直動部材20とピストン30とは結合されていないが、直動部材20とピストン30とは結合されていてもよい。この場合、軸力伝達構造140は、結合構造とも称されうる。
The
モータカバー112のモータ10とは反対側には、当該モータカバー112と隣接して、レゾルバ40が設けられている。レゾルバ40は、モータカバー112に固定されるステータ41と、インナロータ12に固定されたロータ42と、を有している。レゾルバ40は、インナロータ12の回転速度を検出する回転検出装置の一例である。
On the opposite side of the
図4は、電動アクチュエータ100を軸方向後方から見た背面図である。モータカバー112のモータ10とは反対側には、当該モータカバー112から離間して、制御回路50が設けられている。言い換えると、制御回路50は、モータ10の軸方向後方に位置され、モータ10と軸方向に並んでいる。制御回路50は、回路基板51と、回路基板51に実装された電気部品52と、を有している。制御回路50においては、回路基板51の配線と、電気部品52とによって、モータ10を駆動する駆動回路や、レゾルバ40の信号によってインナロータ12の回転(速度)を検出する回転検出回路等が構成される。回路基板51は、軸方向と交差した(直交した)姿勢で配置され、例えば高ナットやねじ等の固定機構(不図示)を介して、ハウジング110に固定されている。制御回路50は、制御装置とも称されうる。
FIG. 4 is a rear view of the
このような構成の電動アクチュエータ100において、制御回路50によってモータ10が駆動され、インナロータ12が回転すると、インナロータ12の雌ねじ部12fと直動部材20のシャフト21の雄ねじ部21bとの噛み合い、および直動部材20の突起22aの溝113cの側面113dの側面による回転制限により、直動部材20は、図1に示される第一位置P1と、図5に示される第二位置P2との間で直動する。第二位置P2に位置された直動部材20のインナロータ12からの軸方向一方への突出長L2は、第一位置P1に位置された直動部材20のインナロータ12からの軸方向一方への突出長L1よりも長い。第一位置P1は、引込位置や収納位置とも称され、第二位置P2は、突出位置や伸長位置とも称されうる。本実施形態では、直動部材20が第一位置P1に位置された状態で、インナロータ12が正転すると、直動部材20は軸方向前方へ移動して第二位置P2へ到達する。他方、直動部材20が第二位置P2に位置された状態で、インナロータ12が逆転すると、直動部材20は軸方向後方へ移動して第一位置P1へ到達する。本実施形態では、突起22aと溝113cの側面113dとによって、突起22aを溝113cに沿って軸方向に摺動可能に案内するガイド構造130(回り止め構造)が構成されている。そして、雄ねじ部21bおよび雌ねじ部12fの噛み合い構造と、ガイド構造130と、によって、回転直動変換機構120が構成されている。
In the
以上の本実施形態では、図1に例示されるように、直動部材20が第一位置P1に位置された状態で、直動部材20の押部21cとピストン30の凹部30bとを含む軸力伝達構造140は、溝113cの側面113d(ガイド部)よりも径方向内方に位置されている。よって、本実施形態によれば、例えば、ガイド部と軸力伝達構造とが軸方向にずれて配置された電動アクチュエータ(不図示)と比べて、電動アクチュエータ100が、軸方向により短く、よりコンパクトに構成されうる。
In the above embodiment, as illustrated in FIG. 1, the shaft including the
また、本実施形態では、図1に例示されるように、制御回路50は、モータ10に対して軸力伝達構造140の反対側に位置されるとともに、モータ10と軸方向に並んでおり、軸方向と交差した回路基板51を有している。よって、本実施形態によれば、例えば、制御回路がモータの径方向外方に位置された電動アクチュエータ(不図示)と比べて、電動アクチュエータ100が、径方向により小さく、よりコンパクトに構成されうる。また、本実施形態によれば、制御回路50とモータ10とをより近くに配置することができるため、例えば、制御回路50とモータ10とを電気的に接続する配線構造が、より簡素な構成によって実現されうる。
In the present embodiment, as illustrated in FIG. 1, the
また、本実施形態では、図1に例示されるように、レゾルバ40(回転検出装置)は、モータ10と制御回路50との間に位置されている。よって、本実施形態によれば、制御回路50、レゾルバ40、およびモータ10をより近くに配置することができるため、例えば、制御回路50、レゾルバ40、およびモータ10を電気的に接続する配線構造が、より簡素な構成によって実現されうる。
In the present embodiment, as illustrated in FIG. 1, the resolver 40 (rotation detection device) is located between the
また、本実施形態では、図2に例示されるように、突起22a(ピン22)の先端22bが三次元的な凸曲面を有している。よって、本実施形態によれば、例えば、突起の先端が角部を有した電動アクチュエータ(不図示)と比べて、溝113cの側面113d(ガイド部)が突起22aを軸方向に案内する際の当該突起22aと側面113dとの摩擦抵抗をより小さくすることができ、ひいては、モータ10をより小型化することができる。
In the present embodiment, as illustrated in FIG. 2, the
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各例の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック(構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、高さ、数、配置、位置等)は、適宜に変更して実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was illustrated, the said embodiment is an example and is not intending limiting the range of invention. The embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, combinations, and changes can be made without departing from the scope of the invention. In addition, the configuration and shape of each example can be partially exchanged. In addition, the specifications (structure, type, direction, shape, size, length, width, height, number, arrangement, position, etc.) of each configuration and shape can be changed as appropriate.
例えば、モータ10の形式や構造は、上記実施形態で開示されたものには限定されないし、軸力伝達構造140の構成は、上記実施形態で開示された構成には限定されない。また、ハウジング110では、モータハウジング111とシリンダハウジング113(の一部)とが同じ部材であってもよい。また、シリンダ113bおよびピストン30は、車両用ブレーキのマスタシリンダおよびピストンの一部を構成してもよい。この場合、電動アクチュエータ100は、車両用ブレーキの電動アクチュエータである。また、電動アクチュエータ100は、ピストン30以外の部材を駆動するものであってもよい。
For example, the type and structure of the
10…モータ、11…アウタステータ、12…インナロータ、12a…鉄心、12b…永久磁石、12d…貫通孔、12e…内周面、12f…雌ねじ部、20…直動部材、21a…外周面、21b…雄ねじ部、21c…押部、22a…突起、22b…先端、30…ピストン(作動部材)、30b…凹部(受部)、40…レゾルバ(回転検出装置)、50…制御回路、51…回路基板、52…電気部品、100…電動アクチュエータ、113d…側面(ガイド部)、130…ガイド構造(回り止め構造)、140…軸力伝達構造、Ax…回転中心、P1…第一位置、P2…第二位置、X…軸方向(前方)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記貫通孔を貫通し、前記内周面と面し前記雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部が設けられた外周面を有し、第一位置と当該第一位置よりも前記インナロータから前記回転中心の軸方向への突出長さが長い第二位置との間で前記回転中心の軸方向に沿って移動可能に設けられた直動部材と、
前記直動部材から前記回転中心の径方向外方に突出した突起と、前記突起の回転を制限しながら前記突起を前記軸方向に案内するガイド部と、を有したガイド構造と、
前記直動部材に設けられた押部と、前記直動部材によって動かされる作動部材に設けられ前記押部によって押される受部と、を有し、前記直動部材が前記第一位置に位置された状態では前記ガイド部より前記回転中心の径方向内方に位置された、軸力伝達構造と、
を備えた、電動アクチュエータ。 An inner rotor provided with a through hole provided rotatably around the rotation center and penetrating along the rotation center and having an internal thread portion provided on an inner peripheral surface of the through hole, an outer stator surrounding the periphery of the inner rotor, A motor having
It has an outer peripheral surface provided with a male screw portion that penetrates the through hole, faces the inner peripheral surface and meshes with the female screw portion, and has a first position and an axial direction of the rotation center from the inner rotor to the first position. A linear motion member provided so as to be movable along the axial direction of the rotation center between the second position having a long projecting length to
A guide structure having a protrusion protruding radially outward from the rotation center from the linear motion member, and a guide portion for guiding the protrusion in the axial direction while restricting rotation of the protrusion;
A pressing portion provided on the linear motion member; and a receiving portion provided on an operating member moved by the linear motion member and pressed by the pressing portion, wherein the linear motion member is positioned at the first position. An axial force transmission structure that is positioned radially inward of the center of rotation from the guide portion in an
An electric actuator with
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2017
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