JP2020178421A - 回転式アクチュエータおよびこの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの軸方向寸法を小さくすることができる回転式アクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１０は、モータ３０と、モータ３０を制御する制御部１６と、モータ３０のステータ３１および制御部１６を固定しているハウジング１９と、ステータ３１のコイル３８と制御部１６とを電気的に接続しているターミナル９２とを備える。ターミナル９２は、コイル３８に電気的に接続するヒュージング部９４を有する。ヒュージング部９４の圧着方向はモータ３０の軸方向と一致している。【選択図】図３

Description

本発明は、回転式アクチュエータおよびこの製造方法に関する。

従来、モータを含む作動部とモータを制御する制御部とが一体に設けられた機電一体型の回転式アクチュエータが知られている。特許文献１では、モータのステータのコイルは、ボビンに取り付けられたターミナルを介して制御部と電気的に接続されている。コイルの端はターミナルとヒュージングにより電気的に接続される。

特願２００９−１４１９９２号公報

特許文献１では、ターミナルのヒュージングがモータの径方向に圧着して行われる。そのため、ステータとターミナルのヒュージング部とを含む部位の軸方向寸法が大きくなり、回転式アクチュエータの軸方向体格が大きくなる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向体格を小さくすることができる回転式アクチュエータを提供することである。

本発明は、車両のシフトバイワイヤシステム（１１）に用いられる回転式アクチュエータであって、モータ（３０）と、モータを制御する制御部（１６）と、モータのステータ（３１）および制御部を固定しているハウジング（１９）と、ステータのコイル（３８）と制御部とを電気的に接続しているターミナル（９２、１０２、１１２、１２２）と、を備える。ターミナルは、コイルに電気的に接続しているヒュージング部（９４、１０４、１２４）を有する。ヒュージング部の圧着方向はモータの軸方向と一致している。

このようにヒュージング部の圧着方向をモータの軸方向と一致させることで、ヒュージング部がヒュージングにより軸方向に潰れる分だけ、ステータとターミナルのヒュージング部とを含む部位の軸方向寸法を小さくすることができる。そのため、ヒュージング部に隣接する部品をモータ側に寄せて配置し、回転式アクチュエータの軸方向体格を小さくすることができる。

第１実施形態による回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを示す模式図。 図１のシフトレンジ切替機構を説明する図。 第１実施形態による回転式アクチュエータの断面図。 図３のＩＶ部分の拡大図。 図３のステータおよびバスバーをＶ方向から見た図。 図５のステータおよびバスバーのＶＩ−ＶＩ線断面図。 図５のバスバーのみを示す図。 図３のターミナルとコイルとを接続するヒュージング工程を説明する図。 第２実施形態による回転式アクチュエータのステータおよびバスバーの断面図であって、第１実施形態の図６に対応する図。 第３実施形態による回転式アクチュエータのアッパーケース部およびターミナルを示す正面図。 第４実施形態による回転式アクチュエータのヒュージング工程の前段階を説明する図であって、（Ａ）軸方向視のヒュージング部を示す図、（Ｂ）径方向視のヒュージング部を示す図である。 第４実施形態による回転式アクチュエータのヒュージング工程を説明する図であって、（Ａ）軸方向視のヒュージング部を示す図、（Ｂ）径方向視のヒュージング部を示す図である。 第４実施形態による回転式アクチュエータの曲げ工程を説明する第１の図であって、（Ａ）軸方向視のヒュージング部を示す図、（Ｂ）径方向視のヒュージング部を示す図である。 第４実施形態による回転式アクチュエータの曲げ工程を説明する第２の図であって、（Ａ）軸方向視のヒュージング部を示す図、（Ｂ）径方向視のヒュージング部を示す図である。 比較形態による回転式アクチュエータのモータおよびバスバーの正面図であて、第１実施形態の図５に対応する図。 図１５のステータおよびバスバーのＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図であって、第１実施形態の図６に対応する図。 第１実施形態と比較形態とでステータおよびバスバーの軸方向寸法を比較する図。

以下、回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられている。

（シフトバイワイヤシステム）
先ず、シフトバイワイヤシステムの構成について図１および図２を参照して説明する。図１に示すように、シフトバイワイヤシステム１１は、変速機１２のシフトレンジを指令するシフト操作装置１３と、変速機１２のシフトレンジ切替機構１４を作動させるアクチュエータ１０とを備える。アクチュエータ１０は、モータ３０等を含む作動部１５と、シフトレンジの指令信号に応じてモータ３０を制御する制御部１６とを備える。

図２に示すように、シフトレンジ切替機構１４は、変速機１２（図１参照）内の油圧作動機構への油圧の供給を制御するレンジ切替弁２０と、シフトレンジを保持するディテントスプリング２１およびディテントレバー２２と、シフトレンジがパーキングレンジに切り替えられるとき変速機１２の出力軸のパークギヤ２３にパークポール２４を嵌合させて、出力軸の回転をロックするパークロッド２５と、ディテントレバー２２と一体に回転するマニュアルシャフト２６と、を備える。

シフトレンジ切替機構１４は、マニュアルシャフト２６とともにディテントレバー２２を回転させて、ディテントレバー２２に連結されたレンジ切替弁２０の弁体２７およびパークロッド２５を目標シフトレンジに対応した位置に移動させる。シフトバイワイヤシステム１１では、こうしたシフトレンジの切り替えを電動で行うために、マニュアルシャフト２６にアクチュエータ１０を連結している。

（アクチュエータ）
次に、アクチュエータ１０の構成について説明する。図３に示すように、アクチュエータ１０は、ハウジング１９内に作動部１５および制御部１６を備える機電一体型のアクチュエータである。

ハウジング１９は、筒状のアッパーケース部６１およびカップ状のロアケース部６２を含むケース６０と、プレートカバー６７とを有する。アッパーケース部６１の一端部６３と他端部６４との間には隔壁部６５が形成されている。一端部６３の内側には、制御基板７１が設けられている。制御基板７１は、一端部６３の開口端に設けられたプレートカバー６７によりカバーされており、これによりシールド性が確保される。ロアケース部６２は、他端部６４に組付けられている。またロアケース部６２は、アッパーケース部６１とは反対側に突き出す筒状突出部６９を形成している。マニュアルシャフト２６は、筒状突出部６９を挿通するように配置される。

作動部１５は、動力発生源としてのモータ３０と、モータ３０に対して平行に配置された出力軸４０と、モータ３０の回転を減速して出力軸４０に伝達する減速機構５０とを有する。

モータ３０は、他端部６４のプレートケース６８に圧入固定されているステータ３１と、ステータ３１の内側に設けられているロータ３２と、ロータ３２と共に回転軸心ＡＸ１まわりに回転するモータ軸３３とを有する。モータ軸３３は、プレートケース６８に設けられた軸受３４と、ロアケース部６２に設けられた軸受３５とにより回転可能に支持されている。またモータ軸３３は、ロータ３２に対してロアケース部６２側に、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心部３６を有する。モータ３０は、ステータ３１を構成するコイル３８への通電電流を制御部１６にて制御することにより双方向に回転でき、また、所望の回転位置で停止させることができる。プレートカバー６７の通孔にはプラグ３９が取り付けられている。故障時にはプラグ３９を外すことで、モータ軸３３を手動で回転させることができる。

減速機構５０は、リングギヤ５１およびサンギヤ５２を含む第１減速部１７と、ドライブギヤ５３およびドリブンギヤ５４を含む平行軸式の第２減速部１８とを有する。リングギヤ５１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられている。サンギヤ５２は、偏心部３６に嵌合する軸受５５により偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持され、リングギヤ５１に内接するように噛み合っている。サンギヤ５２は、モータ軸３３が回転すると、回転軸心ＡＸ１まわりに公転しながら偏心軸心ＡＸ２まわりに自転する遊星運動を行う。このときのサンギヤ５２の自転速度は、モータ軸３３の回転速度に対して減速される。サンギヤ５２は、回転伝達用の穴部５６を有する。

ドライブギヤ５３は、回転軸心ＡＸ１上に設けられており、モータ軸３３に嵌合する軸受５７により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。またドライブギヤ５３は、穴部５６に挿入された回転伝達用の凸部５８を有する。サンギヤ５２の自転は、穴部５６と凸部５８との係合によりドライブギヤ５３に伝達される。穴部５６および凸部５８は伝達機構５９を構成している。ドリブンギヤ５４は、回転軸心ＡＸ１と平行であり且つ筒状突出部６９と同軸である回転軸心ＡＸ３上に設けられ、ドライブギヤ５３に外接するように噛み合っている。ドリブンギヤ５４は、ドライブギヤ５３が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると、回転軸心ＡＸ３まわりに回転する。このときのドリブンギヤ５４の回転速度は、ドライブギヤ５３の回転速度に対して減速される。

出力軸４０は、筒状に形成され、回転軸心ＡＸ３上に設けられている。隔壁部６５は、回転軸心ＡＸ３と同軸の貫通支持孔６６を有する。出力軸４０は、貫通支持孔６６に嵌合する第１つば付きブッシュ４６と、筒状突出部６９の内側に嵌合する第２つば付きブッシュ４７とにより回転軸心ＡＸ３まわりに回転可能に支持されている。ドリブンギヤ５４は、出力軸４０とは別部材であり、出力軸４０の外側に嵌合し、当該出力軸４０に回転伝達可能に連結されている。マニュアルシャフト２６は、出力軸４０の内側に挿入され、例えばスプライン嵌合により出力軸４０に回転伝達可能に連結される。

出力軸４０の一端部４１は、第１つば付きブッシュ４６により回転可能に支持されている。出力軸４０の他端部４２は、第２つば付きブッシュ４７により回転可能に支持されている。ドリブンギヤ５４は、第１つば付きブッシュ４６の第１つば部４８と第２つば付きブッシュ４７の第２つば部４９とに挟まれる形で軸方向に支持されている。なお、他の実施形態では、ドリブンギヤ５４は、例えばケース６０や他のプレート等、一対の支持部に挟まれる形で軸方向に支持されてもよい。

制御部１６は、モータ３０を制御する複数の電子部品と、それらの電子部品を実装した制御基板７１と、制御基板７１に実装された出力軸位置検出センサ７２と、制御基板７１に実装されたモータ位置検出センサ７３とを有する。制御基板７１は、外周部において熱かしめ部７４により隔壁部６５に固定された複数の外周固定部７５を有する。

上記複数の電子部品には、マイクロコンピュータ８１、ＭＯＳＦＥＴ８２、コンデンサ８３、ダイオード８４、ＡＳＩＣ８５、インダクタ８６、レジスタ８７およびコンデンサチップ８８等が含まれる。

出力軸位置検出センサ７２は、制御基板７１のうちマグネット４３に対向する位置に設けられている。マグネット４３は、出力軸４０に取り付けられたホルダ４４に固定されている。出力軸位置検出センサ７２は、マグネット４３が発生する磁束を検出することで、出力軸４０およびそれと一体に回転するマニュアルシャフト２６の回転位置を検出する。

モータ位置検出センサ７３は、制御基板７１のうちマグネット４５に対向する位置に設けられている。マグネット４５は、モータ軸３３に取り付けられたホルダ３７に固定されている。モータ位置検出センサ７３は、マグネット４５が発生する磁束を検出することで、モータ軸３３およびロータ３２の回転位置を検出する。

（接続構造）
次に、モータ３０と制御部１６との接続箇所の構成について説明する。以降、モータ３０の径方向のことを単に「径方向」と記載し、モータ３０の軸方向のことを単に「軸方向」と記載し、また、モータ３０の周方向のことを単に「周方向」と記載する。

図３〜図７に示すようにアクチュエータ１０はバスバー９１を備える。バスバー９１は、コイル３８と制御基板７１とを電気的に接続しているターミナル９２と、ターミナル９２の一部をモールドしている樹脂製の保持部材９３とを有する。

保持部材９３は、ハウジング１９とは別部材であり、環状に形成され、ステータ３１と同心上に配置されている。保持部材９３は、アッパーケース部６１の隔壁部６５のうち制御基板７１に対向する部分に例えば熱かしめ等により固定されている。

ターミナル９２は複数設けられている。各ターミナル９２は周方向に並ぶように配置されている。ターミナル９２は、保持部材９３に対して径方向内側に位置するヒュージング部９４と、保持部材９３に対して径方向外側に位置するピン部９５と、ヒュージング部９４とピン部９５とをつなぐ中間部９６とを有する。ピン部９５は、制御基板７１に向けて軸方向へ突き出しており、制御基板７１に例えばはんだやスナップフィット等により電気的に接続されている。保持部材９３は中間部９６の一部をモールドしている。

ヒュージング部９４は、コイル３８の端（以下、コイル端）９７を軸方向に挟むようにＣ字状に形成されている。コイル端９７は、ヒュージングによりヒュージング部９４に圧着されている。ヒュージング部９４の圧着方向は軸方向と一致している。製造時のヒュージング工程では、図８に示すようにヒュージング部９４が溶接端子９８により加熱しながら径方向に加圧されて、ヒュージング部９４とコイル端９７とが電気的に接続される。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、ターミナル９２は、コイル３８に電気的に接続するヒュージング部９４を有する。ヒュージング部９４の圧着方向はモータ３０の軸方向と一致している。このようにヒュージング部９４の圧着方向をモータ３０の軸方向と一致させることで、ヒュージング部９４がヒュージングにより軸方向に潰れる分だけ、ステータ３１とヒュージング部９４とを含む部位の軸方向寸法Ｈ１（図６参照）を小さくすることができる。そのため、ヒュージング部９４に隣接する例えば制御基板７１等をモータ３０側に寄せて配置し、アクチュエータ１０の軸方向体格を小さくすることができる。

ここで、図１５〜図１６に示す比較形態との比較により第１実施形態の有利な点を説明する。比較形態では、ターミナル２０２のヒュージング部２０４の圧着方向はモータの軸方向と直交する方向であって、周方向に略一致している。この比較形態では、ヒュージングによってヒュージング部２０４は軸方向に潰れず、ステータ３１とヒュージング部２０４とを含む部位の軸方向寸法Ｈ２（図１６参照）が小さくならない。これに対して図１７に示すように、第１実施形態では、比較形態と比べて、ヒュージングによりヒュージング部９４が軸方向に潰れる分ｈだけモータ３０の軸方向寸法Ｈ１が小さくなっている。

また、第１実施形態では、ターミナル９２は、ハウジング１９とは別部材の保持部材９３と一体成形されている。これにより複数のターミナル９２が１つにまとめられるので組付けが容易であるとともに、バスバー９１として一体化されることでモータ３０の軸方向寸法を小さくすることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図９に示すようにバスバー１０１のターミナル１０２のヒュージング部１０４は、ステータ３１のうち軸方向幅が最大である部分（以下、最大幅部分）に対して径方向内側に配置されている。最大幅部分は、ボビン１０８のうち、コイル３８に対して径方向外側で当該コイル３８を保持している突起１０９である。このヒュージング部１０４の配置により、ステータ３１およびヒュージング部１０４を含む部分の軸方向寸法Ｈ１を「（ヒュージング部１０４の軸方向幅）＋（ステータ３１の軸方向幅）」と同等以下にすることができる。そのため、ヒュージング部１０４に隣接する例えば制御基板等をモータ側に寄せて配置し、アクチュエータの軸方向体格を小さくすることができる。

特に、第２実施形態ではヒュージング部１０４はステータ３１の軸方向幅Ｈ３内に配置されている。すなわち、ヒュージング部１０４は、軸方向においてステータ３１と完全に重なるように配置されている。これにより、ステータ３１およびヒュージング部１０４を含む部分の軸方向寸法Ｈ１をステータ３１の軸方向幅Ｈ３と同等にすることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図１０に示すようにターミナル１１２はハウジング１９と一体成形されている。具体的には、ターミナル１１２は、アッパーケース部６１の隔壁部６５にインサート成形されている。これにより複数のターミナル１１２が１つにまとめられるので組付けが容易であるとともに、ハウジング１９と一体化されることでモータ３０の軸方向寸法を小さくすることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、アクチュエータ１０の製造方法はヒュージング工程および曲げ工程を含む。ヒュージング工程の前段階では、図１１に示すようにターミナル１２２のヒュージング部１２４は、コイル端９７の挿入方向が軸方向と一致するように形成されている。

ヒュージング工程では、図１２に示すようにターミナル１２２のヒュージング部１２４を加熱しながら軸方向に直交する方向に加圧して、ヒュージング部１２４とコイル端９７とを電気的に接続するヒュージングが行われる。

曲げ工程では、図１３に示すようにターミナル１２２の所定部位、すなわちヒュージング部１２４と中間部９６との接続部分を曲げて、図１４に示すようにヒュージング部１２４の圧着方向が軸方向と一致させられる。

以上のようにヒュージング部１２４を軸方向に直交する方向に圧着したあと、ヒュージング部９４を倒すことにより、製造が容易となる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、ヒュージング部は、ステータのうち軸方向幅が最大である部分に対して径方向外側に配置されていてもよい。他の実施形態では、バスバーは、１つの保持部材に限らず、複数の保持部材を有していてもよい。他の実施形態では、制御基板は、熱かしめに限らず、ねじ締結、接着、圧入、プレスフィット等の他の固定方法で固定されてもよい。また、制御基板は、ケースに限らず、ハウジングの他の部位であるプレートカバーに固定されてもよい。

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。

１０：回転式アクチュエータ
１１：シフトバイワイヤシステム
１６：制御部
１９：ハウジング
３０：モータ
９２、１０２、１１２、１２２：ターミナル
９４、１０４、１２４：ヒュージング部

Claims (5)

1. 車両のシフトバイワイヤシステム（１１）に用いられる回転式アクチュエータであって、
   モータ（３０）と、
   前記モータを制御する制御部（１６）と、
   前記モータのステータおよび前記制御部を固定しているハウジング（１９）と、
   前記ステータのコイルと前記制御部とを電気的に接続しているターミナル（９２、１０２、１１２、１２２）と、
   を備え、
   前記ターミナルは、前記コイルに電気的に接続しているヒュージング部（９４、１０４、１２４）を有し、
   前記ヒュージング部の圧着方向は前記モータの軸方向と一致している回転式アクチュエータ。
2. 前記ヒュージング部は、前記ステータのうち軸方向幅が最大である部分（１０９）に対して径方向内側または径方向外側に配置されている請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記ターミナル（９２、１０２、１２２）は、前記ハウジングとは別部材の保持部材（９３）と一体成形されている請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記ターミナル（１１２）は前記ハウジングと一体成形されている請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
5. モータと、前記モータを制御する制御部と、前記モータのステータおよび前記制御部を固定しているハウジングと、前記ステータのコイルと前記制御部とを電気的に接続しているターミナルとを備え、車両のシフトバイワイヤシステムに用いられる回転式アクチュエータの製造方法であって、
   前記ターミナルのヒュージング部を加熱しながら前記モータの軸方向に直交する方向に加圧して、前記ヒュージング部と前記コイルとを電気的に接続するヒュージング工程と、
   前記ヒュージング部の圧着方向が前記モータの軸方向と一致するように前記ターミナルの所定部位を曲げる曲げ工程と、
   を含む回転式アクチュエータの製造方法。

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