JP7120141B2

JP7120141B2 - 回転式アクチュエータ

Info

Publication number: JP7120141B2
Application number: JP2019077984A
Authority: JP
Inventors: 諒内藤; 幹根粂; 弘之角
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: CN111828616A; JP2020178422A; US20200336037A1; CN111828616B; US11509189B2

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

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アクチュエータが知られている。特許文献１では、制御部は、ケーシングと、ケーシング内に配置されたバスバーモジュールと、バスバーモジュールの上面に重ねて配置された制御基板とを有する。バスバーモジュールのバスバーには、パワー部品等に接合される端子片と、信号伝達用の細いピン状の端子とが設けられている。

ピン状の端子の中のいくつかは、バスバーの保持部側の固定端と制御基板側の固定端との間の中間部に、両者間での応力を緩和する応力緩和構造を有する。応力緩和構造は、制御基板とは反対側へ曲げた後に制御基板側へ反転させてなるＵ字形の構造、または、局部的にＣ字形に湾曲させた構造などがある。

特許第５４８０２１７号公報

特許文献１に開示された応力緩和構造は、バスバーの保持部と制御基板との間で制御基板に垂直な方向の空間を十分に確保できない場合には採用できない。そのため、バスバーの保持部と制御基板とを近づけて配置することができず、アクチュエータが大型化する。

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、バスバーの応力緩和とアクチュエータの小型化とを両立可能な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、バスバー（９１）とを備える。バスバーは、ステータのコイル（３８）と制御部の制御基板（７１）とを電気的に接続しているターミナル（９２）、および、ターミナルの一部をモールドしている保持部（９３）を有する。

ターミナルは、保持部から延出する基板側延出部（９６）と、基板側延出部から制御基板に向けて突出し、制御基板に接続している接続ピン部（９７）とを有する。基板側延出部は、制御基板と平行な平面（Ｌ）に沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部（１０１、１１１）を含む。

この応力緩和部をもつことで、保持部と制御基板との間で制御基板に垂直な方向の空間を十分に確保できない場合であっても、ターミナルと制御基板との接続部にかかる温度変形または振動による応力を緩和し、信頼性を向上することができる。したがって、バスバーの保持部と制御基板とを近づけて配置することによるアクチュエータの小型化と、バスバーの応力緩和とを両立可能である。

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のバスバーをＶ方向から見た図。図５の一のターミナルの拡大図。第２実施形態による回転式アクチュエータのバスバーを示す断面図であって、第１実施形態における図４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バスバーを示す断面図であって、第１実施形態における図４に対応する図。第４実施形態による回転式アクチュエータのバスバーを示す図であって、第１実施形態における図５に対応する図。

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６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は樹脂製であり、絶縁体である。

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から径方向内側に延出するモータ側延出部９４と、モータ側延出部９４の先端に設けられ、コイル３８のコイル端９９に接続しているヒュージング部９５と、保持部材９３から径方向外側に延出する基板側延出部９６と、基板側延出部９６から制御基板７１に向けて突出し、制御基板７１に接続している接続ピン部９７とを有する。

保持部材９３は、モータ側延出部９４と基板側延出部９６との接続部分をモールドしている。ヒュージング部９５は、ヒュージングによりコイル端９９に圧着されている。接続ピン部９７は、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接続されている。

基板側延出部９６は、制御基板７１と平行な仮想平面Ｌに沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部１０１を含む。図５は、仮想平面Ｌに垂直な方向から見たバスバー９１を示している。本実施形態では、応力緩和部１０１は、保持部材９３から径方向外側に延出する基部１０２の先端に設けられている。具体的には、応力緩和部１０１は、基部１０２の先端から略周方向へ直線的に延出する第１直線部１０３と、第１直線部１０３の一端から略径方向内側へ直線的に延出する第２直線部１０４と、第２直線部１０４の一端から略周方向へ直線的に延出する第３直線部１０５と、第３直線部１０５の一端から略径方向外側へ直線的に延出する第４直線部１０６と、第４直線部１０６の一端から略周方向へ直線的に延出する第５直線部１０７とから構成されている。応力緩和部１０１は、延出方向が断続的に変化するとともに渦巻き形状に形成された第１～第５直線部１０３～１０７から構成されている。接続ピン部９７は、その渦巻き形状の中心部、すなわち第５直線部１０７の一端から突き出すように形成されている。

ここで、基板側延出部が径方向へ延出する基部のみである比較形態について考える。比較形態では、１つのターミナルだけに注目すると、制御基板がバスバーに対して、軸方向と基板側延出部の延出方向とに直交する軸まわりに相対移動するように動くときには、基板側延出部が変形することで応力緩和が可能なように思える。しかし、制御基板が上記とは異なる向きに相対移動するときには、その移動に追従して基板側延出部が変形し難く、応力緩和ができない。さらに、複数のターミナルの基板側延出部の延出方向が異なることを考慮すると、全てのターミナルにおいて制御基板との接続部にかかる温度変形または振動による応力を緩和することができない。

一方、第１実施形態の応力緩和部１０１は、各直線部１０３～１０７が協同することで種々の向きの制御基板７１の相対移動に追従して変形することができる。そのため、各ターミナル９２の延出方向が異なっている状態においても、全てのターミナル９２において制御基板７１との接続部にかかる温度変形または振動による応力を緩和することができる。

（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、保持部材９３から延出する基板側延出部９６と、基板側延出部９６から制御基板７１に向けて突出し、制御基板７１に接続している接続ピン部９７とを有する。基板側延出部９６は、制御基板７１と平行な仮想平面Ｌに沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部１０１を含む。この応力緩和部１０１をもつことで、保持部材９３と制御基板７１との間で制御基板７１に垂直な方向の空間を十分に確保できない場合であっても、ターミナル９２と制御基板７１との接続部にかかる温度変形または振動による応力を緩和し、信頼性を向上することができる。したがって、バスバー９１の保持部材９３と制御基板７１とを近づけて配置することによるアクチュエータ１０の小型化と、バスバー９１の応力緩和とを両立可能である。

また、第１実施形態では、応力緩和部１０１は、延出方向が断続的に変化する直線部１０３～１０７を有する。このような直線部１０３～１０７を設けることで、制御基板７１と平行な仮想平面Ｌに沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部１０１を基板側延出部９６に設けることができる。また、応力緩和部１０１を直線部１０３～１０７で構成することで、バスバー９１の展開形状を設計しやすく、材料の歩留まりを少なくすることができる。

また、第１実施形態では、保持部材９３はアッパーケース部６１の隔壁部６５に固定されている。このようにバスバー９１をハウジング１９に固定することで、ハウジング１９の樹脂成型で応力緩和構造を設置しやすい。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図７に示すように保持部材９３は、ステータ３１のボビン１０９のうち制御基板７１側に例えば熱かしめ等により固定されている。このように保持部材９３がステータ３１に固定されてもよい。それでも制御基板７１と平行な仮想平面Ｌに沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部１０１を基板側延出部９６に設けることで、第１実施形態と同様にアクチュエータ１０の小型化とバスバー９１の応力緩和とを両立可能である。また、保持部材９３をステータ３１に固定することで、アクチュエータ全体をよりコンパクトに設計しやすくなる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図８に示すように保持部材９３は、アッパーケース部６１の隔壁部６５の一部に形成されている。このように保持部材９３がハウジング１９と同一部材で一体形成されてもよい。それでも制御基板７１と平行な仮想平面Ｌに沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部１０１を基板側延出部９６に設けることで、第１実施形態と同様にアクチュエータ１０の小型化とバスバー９１の応力緩和とを両立可能である。また、保持部材９３をハウジング１９と同一部材で一体形成することで、部品点数を減らすことができ、製造コストを削減可能である。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図９に示すように応力緩和部１１１は、制御基板と平行な仮想平面に沿って延出方向が１回以上変化する。具体的には、応力緩和部１１１は、延出方向が連続的に変化する曲線部から渦巻き形状に形成されている。応力緩和部１０１は、種々の向きの制御基板の相対移動に追従して変形することができる。そのため、各ターミナル９２の延出方向が異なっている状態においても、全てのターミナル９２において制御基板７１との接続部にかかる温度変形または振動による応力を緩和することができる。したがって、第１実施形態と同様にアクチュエータ１０の小型化とバスバー９１の応力緩和とを両立可能である。また、応力緩和部１１１を曲線部から構成することで、任意の方向にかかる応力をよりスムーズに吸収可能である。

［他の実施形態］
他の実施形態では、応力緩和部は、渦巻き形状に限らず、Ｌ字状、Ｃ字状、または波形状等の他の形状であってもよいし、直線部と曲線部とが複合した形状であってもよい。要するに、応力緩和部は、制御基板と平行な平面に沿って延出方向が１回以上変化する形状であればよい。

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、バスバーは、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。他の実施形態では、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３１：ステータ
３８：コイル７１：制御基板
９１：バスバー９２：ターミナル
９３：保持部材９６：基板側延出部
９７：接続ピン部１０１：応力緩和部

Claims

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（３１）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（３８）と前記制御部の制御基板（７１）とを電気的に接続しているターミナル（９２）、および、前記ターミナルの一部をモールドしている保持部（９３）を有するバスバー（９１）と、
を備え、
前記ターミナルは、前記保持部から延出する基板側延出部（９６）と、前記基板側延出部から前記制御基板に向けて突出し、前記制御基板に接続している接続ピン部（９７）とを有し、
前記基板側延出部は、前記制御基板と平行な平面（Ｌ）に沿って延出方向が１回以上変化する応力緩和部（１０１、１１１）を含む回転式アクチュエータ。
前記応力緩和部は、延出方向が断続的に変化する直線部を有する請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
前記応力緩和部は、延出方向が連続的に変化する曲線部を有する請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
前記保持部は前記ハウジングに固定されている請求項１～３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
前記保持部は前記ステータに固定されている請求項１～３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
前記保持部は前記ハウジングと同一部材で一体形成される請求項１～３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。