JP5110449B2 - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電動機と減速機とを組み合わせた回転式アクチュエータに関する。

例えば自動変速機のシフトレンジを切り換えるシフトバイワイヤシステムには、その駆動部に回転式アクチュエータを用いたものが知られている。このような回転式アクチュエータの中には、電動機と減速機とを軸方向に隣接して配置することにより薄型化を図り、しかも、出力トルクの向上を図ったものがあった（例えば、特許文献１参照）。

回転式アクチュエータの減速機には、出力軸に対し偏心した偏心部が形成されており、この偏心部にサンギアが支持されている。このサンギアは、その外周に外歯を有しており、偏心部に支持されることで外周のリングギアに噛み合い、偏心部を軸とする自転運動を行うと共に、リングギアの内周に沿った公転運動を行う。このサンギアの回転は、サンギアから突出する突部が出力軸のフランジ部に形成された嵌合穴に遊嵌することにより、出力軸へ伝えられる。

特開２００９−１７７９８２号公報

ところで、サンギアはベアリングにより偏心部に軸支されるのであるが、リングギアとの噛み合いによって、あるいは、突部を介した出力軸との当接によって、回転方向とは異なる方向のモーメントが発生する。結果として、ベアリングでのサンギアの傾き低減効果が不十分になる虞があり、ギア効率が低下することが懸念される。近年では特に、回転式アクチュエータの小型化や軽量化が求められており、回転式アクチュエータのギア効率を向上させることが望まれている。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、サンギアの傾きを低減させ、ギア効率を向上させることが可能な回転式アクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を解決するためになされた請求項１に記載の回転式アクチュエータは、円筒状のステータと、ステータの径方向内側に回転可能に軸支されるロータとを備えている。ロータはロータ軸を有しており、このロータ軸には、ロータ軸の中心に対し偏心する軸中心を持つ偏心部が形成されている。

また、回転式アクチュエータは、円板状のサンギアと、円環状のリングギアと、サンギアの回転を取り出す出力軸とを備えている。
サンギアは、軸受を介して偏心部に回転可能に軸支されている。サンギアには、外周に外歯が形成されている。また、軸方向へ回転を伝達するための嵌合部が形成されている。サンギアの嵌合部は、出力軸へ向けて軸方向に突出する突部である。軸受は、軸方向に並ぶ２つのベアリングで構成されている。

このサンギアの径方向外側に配置されるのが、リングギアである。リングギアには、サンギアの外歯に噛み合う内歯が内周に形成されている。

出力軸は、サンギアの軸方向に配置されている。また、出力軸には、サンギアの嵌合部に遊嵌する被嵌合部が形成されている。そして、嵌合部と被嵌合部との回転方向における当接により、出力軸によって、サンギアの回転が取り出される。

ここで特に本発明では、軸方向において、サンギアの軸受の中心位置が、サンギアの嵌合部と出力軸の被嵌合部との重なり範囲に含まれている。例えば、図３に示すように「軸受」としてのミドルベアリング５３の軸方向における中心位置（記号ｃで示す位置）が、サンギア５０の「嵌合部」としての突部５５と出力軸６０の「被嵌合部」としての嵌合穴６５との軸方向における重なり範囲（記号ｂで示す範囲）に含まれるという具合である。

このようにすれば、サンギアの軸受の中心位置と出力軸に対する当接位置との軸方向における「ずれ」が小さくなるため、サンギアに対し回転方向と異なるモーメントが発生することを低減することができる。その結果、サンギアの傾きを低減させ、ギア効率を向上させることができる。

さらに請求項１に示すように、サンギアの軸受の中心位置が、サンギアの外歯とリングギアの内歯との重なり範囲に含まれるようにするとよい。例えば、図３に示すように「軸受」としてのミドルベアリング５３の軸方向における中心位置（記号ｃで示す位置）が、サンギア５０の外歯５４とリングギア７０の内歯７３との軸方向における重なり範囲（記号ａで示した範囲）にも含まれるという具合である。

このようにすれば、サンギアの軸受の中心位置と出力軸に対する当接位置との軸方向における「ずれ」が小さくなることに加え、サンギアの軸受の中心位置とリングギアに対する噛み合い位置との軸方向における「ずれ」も小さくなる。その結果、サンギアに対し回転方向と異なるモーメントが発生することを低減することができ、サンギアの傾きを低減させ、ギア効率を向上させることができる。

ところで、請求項２に示すように、出力軸の被嵌合部は、突部が遊嵌される穴部であることが考えられる。

反対に、出力軸の被嵌合部を、サンギアへ向けて突出する突部であることとしてもよい。このときは、サンギアの嵌合部は、突部が遊嵌される穴部であることが考えられる。

実施形態の回転式アクチュエータを示す断面図である。 実施形態の回転式アクチュエータを分解して示す分解断面図である。 実施形態の回転式アクチュエータの特徴部分を示す拡大断面図である。 別実施形態の回転式アクチュエータを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動変速機のシフトレンジを切り換えるシフトバイワイヤシステムの駆動部となる回転式アクチュエータに発明を適用したものである。図１は、実施形態の回転式アクチュエータを示す断面図である。図２は、回転式アクチュエータを分解して示す分解断面図である。なお、図２では、煩雑になることを避けるため、ハッチングなどを適宜省略して示した。

回転式アクチュエータは、図１中に矢印Ｊで示す軸方向に、スイッチトリラクタンス（以下「ＳＲ」と記述する）モータ、及び、減速機を備えている。また、これらＳＲモータ及び減速機を収容し、外郭を構成するハウジングを備えている。ハウジングは、樹脂製であり、ＳＲモータ側を覆うリヤハウジング１０及び、減速機側を覆うフロントハウジング２０を有している。

リヤハウジング１０は、深皿状であり、底部中央に開口１１が形成されている。この開口１１には、リヤベアリング１２が配置される。また、側方に、コネクタ部１３が形成されており、底部に、ターミナル１４が形成されている（図１参照）。このとき、コネクタ部１３を介してターミナル１４へ電力が供給される。さらにまた、インサートモールドされた金属性のプレート１５を有している。

フロントハウジング２０は、後述する減速機に合わせた形状となっており、リヤハウジング１０へ向かって開口し、リヤハウジング１０から離れるに従って段階的に径が小さくなる円筒形状となっている。フロントハウジング２０は、減速機を内部に収容すると共に、ＳＲモータの一部を収容する。フロントハウジング２０の先端側の内周には、減速機を回転可能に支持するための円筒状のメタルベアリング２１が配置されている。

リヤハウジング１０及びフロントハウジング２０は、ボルト２３にて螺着される。ハウジング１０，２０同士の当接部には円環状の弾性部材１６が挟み込まれた状態で、ＳＲモータ及び減速機が内部に収容される。

ＳＲモータは、駆動力を発生するブラシレスモータであり、ステータ３０及びロータ４０を有している。
ステータ３０は、ステータコア３１及びコイル３２を有しており、略円筒状を呈している。このステータ３０は、リヤハウジング１０のプレート１５に圧入されることにより、リヤハウジング１０に固定される。

ステータコア３１は、複数の薄板が板厚方向に積層されることで形成されており、径方向内側へ向けて所定角度（例えば３０度）毎に突設されたステータティースを有している。コイル３２は、これらステータティースに対して巻回されている。

コイル３２のリヤハウジング１０側には、バスバー３３が設けられている。このバスバー３３は、上述したリヤハウジング１０のターミナル１４に電気的に接続される。これにより、コイル３２へ、ＥＣＵからの駆動信号に基づく電力がターミナル１４を介して供給される。

ロータ４０は、ステータ３０の径方向内側に設けられている。ロータ４０は、ロータ軸４１及びロータコア４２からなる。
ロータ軸４１は、リヤハウジング１０に近い側から、基端部４３、圧入部４４、偏心部４５、及び、先端部４６で構成されている。

基端部４３及び先端部４６は、相対的に小径の軸である。また、圧入部４４には、ロータコア４２が圧入固定されている。さらにまた、基端部４３、圧入部４４、及び、先端部４６は同軸上に設けられているのに対し、偏心部４５だけが、偏心して設けられている。

ロータコア４２は、複数の薄板が板厚方向に積層されることで形成されており、上述したように、ロータ軸４１の圧入部４４に圧入固定されている。また、ロータコア４２は、その外周に、ステータ３０に向けて所定角度（例えば４５度）毎に突設された複数の突極を有している。

次に減速機の構成を説明する。減速機は、遊星歯車の一種であるサイクロイド減速機であり、サンギア５０、出力軸６０、及び、リングギア７０を備えている。
サンギア５０は、円筒状の中央部５１と、中央部５１から径外方向へ張り出す円板部５２とを有している。中央部５１の内周には、ミドルベアリング５３が設けられている。ミドルベアリング５３は、軸方向に並ぶ２つのベアリングで構成されている。このミドルベアリング５３に支持されるのが、ロータ軸４１の偏心部４５である（図１参照）。円板部５２は、その外周に、外歯５４を有している。また、円板部５２は、出力軸６０側の面に、出力軸６０側へ突出する複数の突部５５を有している。突部５５は、円板部５２の周方向に所定間隔で形成されている。

出力軸６０は、ロータ軸４１の先端部４６を支持する支持部６１と、支持部６１に連続しサンギア５０側へ開口するカップ状のカップ部６２と、カップ部６２の開口縁から径方向外側へ張り出すフランジ部６３とを有している。

支持部６１にはフロントベアリング６４が配置されている。このフロントベアリング６４によって、ロータ軸４１の先端部４６が支持される。また、フランジ部６３には、軸方向に貫通する嵌合穴６５が設けられている。これにより、サンギア５０の突部５５が、嵌合穴６５に遊嵌する。

リングギア７０は、サンギア５０よりも一回り大きな円環状の環状基部７１を有している。環状基部７１には、そのフロントハウジング２０側の周縁が径方向内側へ折り曲げられるようにして、開口７２が形成されている（図２参照）。この開口７２には、径方向内側へ突出する内歯７３が形成されている。また、環状基部７１の外周には、径方向外側へ突出する耳部７４が所定間隔で形成されている。

リングギア７０は、上述した耳部７４によってフロントハウジング２０に圧入固定される。このとき、サンギア５０がロータ軸４１の偏心部４５に支持されることにより、サンギア５０の外歯５４と、リングギア７０の内歯７３とが噛み合う。

このような状態で、ロータ軸４１が回転すると、サンギア５０は、偏心部４５を軸として自転運動を行いつつ、リングギア７０の内側に接した状態で、公転運動を行う。このサンギア５０の回転は、円板部５２に設けられた突部５５が出力軸６０の嵌合穴６５に対し回転方向に当接することで、出力軸６０へ伝達される。

ここで特に、本実施形態では、図３に示すように、軸方向において、サンギア５０を支持するミドルベアリング５３の中心位置（記号ｃで示す位置）が、サンギア５０の外歯５４とリングギア７０の内歯７３との重なり範囲（記号ａで示す範囲）、及び、サンギア５０の突部５５と出力軸６０の嵌合穴６５との重なり範囲（記号ｂで示す範囲）に含まれるように構成した。

これにより、サンギア５０のミドルベアリング５３の中心位置と出力軸６０に対する当接位置との軸方向における「ずれ」が小さくなると共に、サンギア５０のミドルベアリング５３の中心位置とリングギア７０に対する噛み合い位置との軸方向における「ずれ」も小さくなる。その結果、サンギア５０に対し回転方向と異なるモーメントが発生することを低減することができ、サンギア５０の傾きを低減させ、ギア効率を向上させることができる。

なお、本実施形態におけるステータ３０が「ステータ」に相当し、ロータ４０が「ロータ」に相当し、ロータ軸４１が「ロータ軸」に相当し、偏心部４５が「偏心部」に相当する。
また、サンギア５０が「サンギア」に相当し、外歯５４が「外歯」に相当し、突部５５が「嵌合部」が具現化された「突部」に相当する。

さらにまた、リングギア７０が「リングギア」に相当し、内歯７３が「内歯」に相当する。
また、出力軸６０が「出力軸」に相当し、嵌合穴６５が「被嵌合部」が具現化された「穴部」に相当する。

以上、本発明は、上述の実施形態に何等限定されるものではなく、その技術思想の範囲において種々なる形態で実施可能である。

（イ）例えば図４に示すような、サンギア５００及び出力軸６００を採用してもよい。この場合、サンギア５００は、円筒状の中央部５０１と、中央部５０１から径外方向へ張り出す円板部５０２とを有している。中央部５０１の内周には、ミドルベアリング５０３が設けられている。円板部５０２は、その外周に、外歯５０４を有している。ここで特に、サンギア５００は、円板部５０２に、軸方向へ貫通する嵌合穴５０５を有している。

一方、出力軸６００は、ロータ軸４１の先端部４６を支持する支持部６０１と、支持部６０１に連続しサンギア５００側へ開口するカップ状のカップ部６０２と、カップ部６０２の開口縁から径方向外側へ張り出すフランジ部６０３とを有している。ここで特に、フランジ部６０３には、サンギア５００側へ突出し、サンギアの嵌合穴５０５に遊嵌される突部６０５が形成されている。

つまり、上記実施形態ではサンギア５０に突部５５が形成されており出力軸６０に嵌合穴６５が形成されていたが、これとは反対に、サンギア５００に嵌合穴５０５を形成し、出力軸６００に突部６０５を形成したのである。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が奏される。

なお、この場合、サンギア５００が「サンギア」に相当し、外歯５０４が「外歯」に相当し、嵌合穴５０５が「嵌合部」が具現化された「穴部」に相当する。
また、出力軸６００が「出力軸」に相当し、突部６０５が「被嵌合部」が具現化された「突部」に相当する。

１０・・・リヤハウジング
１１・・・ 開口
１２・・・ リヤベアリング
１３・・・ コネクタ部
１４・・・ ターミナル
１５・・・ プレート
１６・・・ 弾性部材
２０・・・フロントハウジング
２１・・・ メタルベアリング
２３・・・ ボルト
３０・・・ステータ
３１・・・ ステータコア
３２・・・ コイル
３３・・・ バスバー
４０・・・ロータ
４１・・・ ロータ軸
４２・・・ ロータコア
４３・・・ 基端部
４４・・・ 圧入部
４５・・・ 偏心部
４６・・・ 先端部
５０・・・サンギア
５１・・・ 中央部
５２・・・ 円板部
５３・・・ ミドルベアリング
５４・・・ 外歯
５５・・・ 突部
６０・・・出力軸
６１・・・ 支持部
６２・・・ カップ部
６３・・・ フランジ部
６４・・・ フロントベアリング
６５・・・ 嵌合穴
７０・・・リングギア
７１・・・ 環状基部
７２・・・ 開口
７３・・・ 内歯
７４・・・ 耳部
５００・・・サンギア
５０１・・・ 中央部
５０２・・・ 円板部
５０３・・・ ミドルベアリング
５０４・・・ 外歯
５０５・・・ 嵌合穴
６００・・・出力軸
６０１・・・ 支持部
６０２・・・ カップ部
６０３・・・ フランジ部
６０５・・・ 突部

Claims (2)

1. 円筒状のステータと、
   前記ステータの径方向内側に回転可能に軸支され、当該軸中心に対し偏心する軸中心を持つ偏心部が形成されたロータ軸を有するロータと、
   前記偏心部に軸受を介して回転可能に軸支され、外周に外歯が形成されるとともに、軸方向へ回転を伝達するための嵌合部が形成された円板状のサンギアと、
   前記偏心部に軸支されることで偏心して回転するサンギアの径方向外側に配置され、前記外歯に噛み合う内歯が内周に形成された円環状のリングギアと、
   前記サンギアの軸方向に配置され、前記嵌合部に遊嵌する被嵌合部が形成されて、前記嵌合部と前記被嵌合部との回転方向における当接により、前記サンギアの回転を取り出す出力軸と、を備え、
   前記軸受は、軸方向に並ぶ２つのベアリングで構成され、
   前記サンギアの前記嵌合部は、前記出力軸へ向けて軸方向に突出する突部であり、
   軸方向において、前記軸受の中心位置は、前記サンギアの前記嵌合部と前記出力軸の前記被嵌合部との重なり範囲に含まれており、
   軸方向において、前記軸受の中心位置は、前記サンギアの前記外歯と前記リングギアの前記内歯との重なり範囲に含まれていること
   を特徴とする回転式アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の回転式アクチュエータにおいて、
   前記出力軸の前記被嵌合部は、前記突部が遊嵌される穴部であること
   を特徴とする回転式アクチュエータ。

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