WO2018180657A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric actuator.
- an electric actuator provided with a motor and a speed reducer is known.
- an output member connected to a speed reducer is provided with a rotational position detecting means for detecting a rotational angle (see, for example, Patent Document 1).
- the sensor mounting position is far from the motor. Therefore, in addition to the wiring and the board for electrically connecting the connector for external connection and the motor, it is necessary to install the wiring and the board for electrically connecting to the sensor for the output shaft. As a result, the size of the device is easily increased, and the manufacturing process is complicated.
- An object of an aspect of the present invention is to provide an electric actuator with a built-in sensor having a structure that is excellent in assembling workability and can contribute to downsizing of equipment.
- a motor unit having a motor shaft extending in the axial direction, a speed reduction mechanism connected to one side of the motor shaft in the axial direction, and rotation of the motor shaft are transmitted via the speed reduction mechanism.
- An output unit having an output shaft and at least a control board electrically connected to the motor unit, wherein the motor unit and the output unit are arranged side by side in a radial direction of the motor unit,
- the control board extends from a position overlapping with the motor shaft in the axial direction to a position overlapping with the output shaft in the axial direction, and the control board is connected to a motor unit sensor for detecting a rotation angle of the motor shaft and the output shaft.
- An electric actuator having an output sensor for detecting a rotation angle of the driven shaft is provided.
- an electric actuator with a built-in sensor having a structure excellent in assembling workability and contributing to downsizing of equipment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the electric actuator of the embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the electric actuator of the present embodiment.
- the electric actuator 10 of this embodiment is used by being connected to a driven shaft 90.
- the electric actuator 10 rotates the driven shaft 90 around the axis.
- the electric actuator 10 includes a housing 11, a motor unit 20 having a motor shaft 21 extending in the axial direction of the first central axis J1, a speed reduction mechanism 30, an output unit 40, a control board 60, a first bearing 51, A second bearing 52, a third bearing 53, a fourth bearing 54, and an external connector 80 are provided.
- the first bearing 51 to the fourth bearing 54 are, for example, ball bearings.
- the axial direction of the first central axis J1 is parallel to the vertical direction in FIG.
- the axial direction of the first central axis J1 is simply referred to as “axial direction”, the upper side of FIG. 1 in the axial direction is simply referred to as “upper side”, and the lower side of FIG. Call side.
- the radial direction centered on the first central axis J1 is simply referred to as “radial direction”, and the circumferential direction centered on the first central axis J1 is simply referred to as “circumferential direction”.
- the upper side and the lower side are simply names for explaining the relative positional relationship between the respective parts, and the actual positional relationship or the like may be a positional relationship other than the positional relationship indicated by these names. .
- the upper side corresponds to the other side in the axial direction
- the lower side corresponds to one side in the axial direction.
- the housing 11 is disposed on the housing body 12 that houses the motor unit 20, the speed reduction mechanism 30, and the output unit 40, the lower cover member 13 disposed on the lower side of the housing body 12, and the housing body 12. And an upper cover member 14.
- the housing body 12 is a bottomed box-shaped container that opens upward.
- the housing body 12 includes a bottom wall 12a that extends in a direction orthogonal to the first central axis J1, and a peripheral wall 12b that extends upward from the outer peripheral end of the bottom wall 12a.
- the bottom wall 12a includes a through hole 12c that penetrates the bottom wall 12a in the axial direction, and a cylindrical projecting wall portion 12d that extends downward from the end edge of the through hole 12c in the axial direction. That is, the housing 11 has a through hole 12c and a protruding wall portion 12d.
- the housing body 12 has a motor holding part 122 that holds the motor part 20 and an output part holding part 123 that holds the output part 40.
- the motor holding part 122 and the output part holding part 123 are arranged side by side in the radial direction inside the through hole 12c.
- the housing body 12 has a through portion 12e that penetrates the peripheral wall 12b in the radial direction.
- the external connector 80 is inserted and fixed to the penetration part 12e.
- the motor holding part 122 has a cylindrical cylindrical part 122a extending in the axial direction and an annular lid part 122b extending radially inward from the upper end of the cylindrical part 122a.
- the opening on the lower side of the cylindrical portion 122a is located inside the through hole 12c.
- the cylindrical portion 122a surrounds the outside of the motor portion 20 in the radial direction.
- the lid part 122 b covers the upper side of the motor part 20.
- the lid portion 122b has a cylindrical bearing holding portion 122c that holds the fourth bearing 54 in the center.
- the output part holding part 123 is arranged adjacent to the motor holding part 122 in the radial direction inside the through hole 12c.
- the output portion holding portion 123 has a cylindrical tube portion 123a extending in the axial direction around the second central axis J2, and a support wall that extends radially outward from the lower end of the tube portion 123a and is connected to the periphery of the through hole 12c. Part 123b.
- the protruding wall portion 12d surrounding the through hole 12c accommodates part of the gears of the speed reduction mechanism 30 and the output portion 40.
- the region that overlaps the motor holding unit 122 in the axial direction is a region that accommodates the gear of the speed reduction mechanism 30, and the region that overlaps the output unit holding unit 123 in the axial direction is the region of the output unit 40. It is an area for housing gears.
- the lower cover member 13 is fixed to the protruding wall portion 12 d of the housing body 12.
- the lower cover member 13 closes the through hole 12c from the lower side.
- the lower cover member 13 includes a cover plate portion 13a that extends in a direction orthogonal to the axial direction, and a cylindrical side wall portion 13b that extends in the axial direction upward from the edge of the cover plate portion 13a.
- the side wall portion 13b surrounds the outer periphery of the protruding wall portion 12d of the housing body 12, and faces the direction orthogonal to the axial direction.
- the side wall portion 13b of the lower cover member 13 is caulked and fixed to the protruding wall portion 12d at a plurality of locations.
- the lower cover member 13 includes a speed reduction mechanism cover 131 that covers the speed reduction mechanism 30 in the axial direction, and an output portion cover 132 that covers the output portion 40 in the axial direction.
- the speed reduction mechanism cover 131 has a disk shape centered on the first central axis J1 when viewed from below.
- the speed reduction mechanism cover 131 has a plurality of receiving recesses 131a and 131b that are recessed downward.
- the housing recesses 131a and 131b are both cylindrical with a bottom centered on the first central axis J1.
- the housing recess 131 a is disposed in the central portion in the radial direction and houses the first bearing 51.
- the housing recess 131b is located above the housing recess 131b and houses the gear of the speed reduction mechanism 30.
- the output cover 132 has a disk shape centered on the second central axis J2 when viewed from below.
- the output portion cover 132 includes a cylindrical tube portion 132a that extends downward in the axial direction about the second central axis J2.
- the cylinder part 132 a has a through hole 132 b that penetrates the output part cover 132.
- a cylindrical bush 49 is disposed inside the cylindrical portion 132a.
- the bush 49 is fitted into the through hole 132b.
- the bush 49 has a flange portion protruding outward in the radial direction at the upper end portion. The flange portion of the bush 49 contacts the upper surface of the output portion cover 132 from above.
- the upper cover member 14 is fixed to the upper end portion of the peripheral wall 12b of the housing body 12.
- the upper cover member 14 closes the upper opening of the housing body 12.
- the control board 60 is disposed between the upper surface of the motor holding part 122 and the upper cover member 14.
- the control board 60 has a plate shape that extends in a direction orthogonal to the axial direction.
- the control board 60 is fixed within the housing body 12 at a position that covers the motor holding part 122 and the output part holding part 123 from above.
- Control board 60 is electrically connected to a coil wire extending from motor unit 20 and metal terminal 80 a extending from external connector 80.
- the motor unit 20 includes a motor shaft 21, a rotor 22, and a stator 23.
- the motor shaft 21 is supported by the first bearing 51 and the fourth bearing 54 so as to be rotatable around the first central axis J1.
- the motor shaft 21 extends downward from the rotor 22 and is connected to the speed reduction mechanism 30.
- the rotor 22 has a cylindrical rotor core fixed to the outer peripheral surface of the motor shaft 21, and a magnet fixed to the outer peripheral surface of the rotor core.
- the stator 23 includes an annular stator core that surrounds the radially outer side of the rotor 22 and a plurality of coils that are attached to the stator core. The stator 23 is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 122a.
- a ring-shaped sensor magnet 74 for a motor unit is attached to the upper end of the motor shaft 21 via a magnet holder 73.
- the magnet holder 73 and the motor part sensor magnet 74 are arranged between the cover part 122 b of the motor holding part 122 and the control board 60.
- the motor unit sensor 71 is disposed at a position facing the motor unit sensor magnet 74 of the control board 60.
- the motor unit sensor 71 is, for example, a Hall element or an MR element (magnetoresistance element).
- three motor unit sensors 71 including Hall elements are arranged around the first central axis J1.
- the speed reduction mechanism 30 is disposed below the motor unit 20.
- the motor shaft 21 penetrates the speed reduction mechanism 30 in the axial direction.
- the speed reduction mechanism 30 is disposed on the radially outer side of the lower portion of the motor shaft 21.
- the speed reduction mechanism 30 is accommodated between the motor unit 20 and the speed reduction mechanism cover 131.
- the speed reduction mechanism 30 includes an external gear 31, an internal gear 33, and an output gear 34.
- the external gear 31 has a substantially annular plate shape that extends in a plane perpendicular to the axial direction with the eccentric portion 21a of the motor shaft 21 as the center. A gear portion is provided on the radially outer surface of the external gear 31. The external gear 31 is connected to the eccentric portion 21 a via the second bearing 52.
- the external gear 31 has a plurality of pin holes 31a penetrating the external gear 31 in the axial direction. For example, eight pin holes 31a are provided. The plurality of pin holes 31 a are arranged at equal intervals around the central axis of the external gear 31 over one circumference.
- the internal gear 33 is fixed so as to surround the outer side in the radial direction of the external gear 31 and meshes with the external gear 31.
- the internal gear 33 is a substantially annular shape centered on the first central axis J1.
- the external shape of the internal gear 33 is a polygonal shape (a regular dodecagonal shape in the present embodiment), and is fitted into and fixed to the accommodating recess 131b of the speed reduction mechanism cover 131 having the same polygonal shape.
- a gear portion is provided on the inner peripheral surface of the internal gear 33. The gear portion of the internal gear 33 meshes with the gear portion of the external gear 31.
- the output gear 34 is an external gear arranged on the upper side of the external gear 31.
- the output gear 34 has an annular portion 34a and a plurality of carrier pins 34b.
- the annular portion 34a has an annular plate shape that extends in the radial direction about the first central axis J1.
- the plurality of carrier pins 34b have a cylindrical shape protruding downward from the lower surface of the annular portion 34a.
- eight carrier pins 34b are provided.
- the plurality of carrier pins 34b are arranged at equal intervals over the entire circumference around the first central axis J1. Each carrier pin 34b is inserted into the pin hole 31a.
- the output gear 34 meshes with a drive gear 42 described later.
- the output unit 40 is a part that outputs the driving force of the electric actuator 10.
- the output unit 40 includes an output shaft 41, a drive gear 42, an output unit sensor magnet 43, and a magnet holder 44.
- the output unit 40 is held by the output unit holding unit 123 and the output unit cover 132.
- the output shaft 41 has a cylindrical shape extending along the second central axis J2.
- the output shaft 41 has a spline groove at the lower part of the inner peripheral surface.
- the output shaft 41 has a recess 41a that is recessed in the axial direction at the upper end.
- a drive gear 42 is fixed to the outer peripheral surface of the output shaft 41.
- the drive gear 42 has an annular plate shape that extends in the radial direction about the second central axis J2.
- the lower part of the output shaft 41 is inserted into the bush 49 of the output part cover 132 from above.
- the upper part of the output shaft 41 is inserted into the cylinder part 123a of the output part holding part 123 from below.
- the magnet holder 44 is a substantially cylindrical member extending along the second central axis J2.
- the magnet holder 44 has a cylindrical portion 44a extending in the axial direction and an annular flange portion 44b extending in the radial direction from the upper portion of the cylindrical portion 44a.
- An annular output portion sensor magnet 43 is fixed to the upper surface of the flange portion 44b.
- the cylindrical part 44 a of the magnet holder 44 is inserted into the cylindrical part 123 a of the output part holding part 123.
- the magnet holder 44 has a movement restraining portion 44c formed of a protrusion that protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the lower end portion of the cylindrical portion 44a.
- the movement suppressing portion 44c is inserted into a concave groove 123c that is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 123a and extends in the circumferential direction.
- the movement suppression unit 44 c suppresses the movement of the magnet holder 44 in the axial direction.
- the magnet holder 44 has a hexagonal hole 44d having a hexagonal cross section on the upper side of the inner peripheral surface.
- the magnet holder 44 has a protrusion 44e that protrudes downward in the axial direction at the lower end of the cylindrical portion 44a.
- the protrusion 44e is inserted into the recess 41a of the output shaft 41.
- the output unit sensor magnet 43 is disposed between the output unit holding unit 123 and the control board 60.
- An output unit sensor 72 is disposed at a position facing the output unit sensor magnet 43 of the control board 60.
- the output unit sensor 72 is, for example, an MR element.
- an MR element and a Hall element may be used in combination.
- the output unit 40 can be connected to the driven shaft 90.
- the driven shaft 90 includes a hexagonal section 91 having a regular hexagonal cross section at a distal end portion to be inserted into the electric actuator 10, and a spline portion 92 positioned below the hexagonal section 91 (the base end side of the driven shaft 90).
- the driven shaft 90 and the magnet holder 44 are connected by the hexagonal portion 91 being fitted into the hexagonal hole 44 d of the magnet holder 44.
- the driven shaft 90 and the output shaft 41 are connected by fitting the spline portion 92 and the spline groove of the output shaft 41 together.
- the motor unit 20 and the output unit 40 are arranged side by side in the radial direction, and the control board 60 is output from the position overlapping the motor shaft 21 in the axial direction. Extending to a position overlapping in the axial direction and overlapping with both the motor unit 20 and the output unit 40 when viewed in the axial direction.
- the control board 60 includes a motor unit sensor 71 that detects the rotation angle of the motor shaft 21 and an output unit sensor 72 that detects the rotation angle of the driven shaft 90 connected to the output shaft 41. According to this configuration, since the motor unit sensor 71 and the output unit sensor 72 are mounted on the common control board 60, wiring is not required as in the case where the control board and the sensor are arranged at positions separated from each other. Become. Since the motor part sensor 71 and the output part sensor 72 can be arranged only by the installation work of the control board 60, the assembling workability is improved. Since the wiring installation space is not necessary, the actuator can be downsized.
- the volume of the output unit sensor magnet 43 is larger than the volume of the motor unit sensor magnet 74. Since the number of poles of the output unit sensor magnet 43 can be increased by increasing the output unit sensor magnet 43, the output unit sensor 72 having a high resolution can be used. Thereby, the rotation angle of the driven shaft 90 can be controlled with high accuracy.
- the output unit sensor magnet 43 is located outside the motor holding unit 122 in the radial direction of the motor unit 20.
- the output unit sensor magnet 43 is positioned between the output shaft 41 and the control board 60 in the axial direction. With this configuration, the output unit sensor magnet 43 having a large volume can be disposed in the output unit 40 without increasing the size of the housing 11.
- the output unit sensor magnet 43 overlaps the motor unit sensor magnet 74 in the radial direction. That is, the axial positions of the output portion sensor magnet 43 and the motor portion sensor magnet 74 are substantially the same. With this configuration, both the output unit sensor magnet 43 and the motor unit sensor magnet 74 can be disposed close to the control board 60. Thereby, as the motor unit sensor 71 and the output unit sensor 72, high-precision sensors with high resolution can be used. Moreover, the electric actuator 10 can be reduced in size in the axial direction. Further, when a sensor with sufficiently high accuracy is used as the output unit sensor 72, it is possible to drive the motor unit 20 using only the output unit sensor 72 without using the motor unit sensor 71.
- the sensor magnet 74 for motor part is arrange
- both the magnet holder 73 and the sensor magnet 74 for motor parts will enlarge.
- the motor unit sensor magnet 74 of the present embodiment can be significantly reduced in size, and the electric actuator 10 can also be reduced in size.
- the lid 122b of the motor holding part 122, the sensor magnet 74 for the motor part, and the sensor magnet 43 for the output part are arranged so as to overlap in the radial direction.
- the axial positions of the lid part 122b, the motor part sensor magnet 74, and the output part sensor magnet 43 substantially coincide.
- the cover part 122b, the motor part sensor magnet 74, and the output part sensor magnet 43 can be arranged close to the control board 60.
- the electric actuator 10 can be shortened in the axial direction.
- the motor holding part 122 is made of a nonmagnetic material. With this configuration, since there is no magnetic interference with surrounding magnetic components, the motor unit sensor 71, the output unit sensor 72, the motor unit sensor magnet 74, and the output unit sensor magnet 43 are located near the motor holding unit 122. Can be placed. The electric actuator 10 can be downsized.
- the control board 60 is a rigid board. With this configuration, the motor unit sensor 71 and the output unit sensor 72 can be stably held at predetermined positions.
- the plate surface of the control board 60 is orthogonal to the axial direction. With this configuration, the motor unit sensor 71 and the output unit sensor 72 are aligned in the axial direction. Therefore, the motor unit sensor 71 and the motor unit sensor magnet 74 are aligned, and the output unit sensor 72 sensor and the output unit sensor magnet 43 Positioning becomes easy. Thereby, workability
- a drive circuit that drives the motor unit 20 is mounted on the control board 60.
- the signal lines of the motor unit sensor 71 and the output unit sensor 72 are connected to the metal terminal 80 a of the external connector 80 via wiring on the control board 60.
- the signal line of the motor unit sensor 71 is connected to the control IC.
- the signal line of the output unit sensor 72 may be connected to the control IC.
- the control board 60 may be configured such that the drive circuit and the control IC are not mounted, and only the motor unit sensor 71 and the output unit sensor 72 and their peripheral circuits are mounted.
- DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric actuator, 11 ... Housing, 20 ... Motor part, 21 ... Motor shaft, 22 ... Rotor, 23 ... Stator, 30 ... Reduction mechanism, 40 ... Output part, 41 ... Output shaft, 43 ... Sensor magnet for output part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Control board, 71 ... Motor part sensor, 72 ... Output part sensor, 74 ... Sensor magnet for motor parts, 90 ... Driven shaft, 122 ... Motor holding part, 122b ... Cover part
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Abstract
軸方向に延びるモータシャフトを有するモータ部と、モータシャフトの軸方向一方側に連結される減速機構と、減速機構を介してモータシャフトの回転が伝達される出力軸を有する出力部と、少なくともモータ部に電気的に接続される制御基板と、を備え、モータ部と出力部とは、モータ部の径方向に並んで配置され、制御基板は、モータシャフトと軸方向に重なる位置から出力軸と軸方向に重なる位置まで延び、制御基板は、モータシャフトの回転角を検出するモータ部センサと、出力軸に連結される被駆動シャフトの回転角を検出する出力部センサとを有する、電動アクチュエータ。
Description
本発明は、電動アクチュエータに関する。
従来、モータと減速機を備えた電動アクチュエータが知られている。この種の電動アクチュエータでは、減速機に連結された出力部材に、回転角度を検出する回転位置検出手段が設けられていた(例えば特許文献1参照)。
電動アクチュエータの出力軸にセンサを設ける場合、センサの取り付け位置がモータから離れている。そのため、外部接続用のコネクタとモータとを電気的に接続する配線や基板のほかに、出力軸用のセンサに電気的に接続する配線や基板を設置する必要があった。その結果、機器が大型化しやすくなり、製造工程も煩雑であった。
本発明の態様は、組み立ての作業性に優れ、機器の小型化にも寄与しうる構成を備えたセンサ内蔵の電動アクチュエータを提供することを目的の一つとする。
本発明の態様によれば、軸方向に延びるモータシャフトを有するモータ部と、前記モータシャフトの軸方向一方側に連結される減速機構と、前記減速機構を介して前記モータシャフトの回転が伝達される出力軸を有する出力部と、少なくとも前記モータ部に電気的に接続される制御基板と、を備え、前記モータ部と前記出力部とは、前記モータ部の径方向に並んで配置され、前記制御基板は、前記モータシャフトと軸方向に重なる位置から前記出力軸と軸方向に重なる位置まで延び、前記制御基板は、前記モータシャフトの回転角を検出するモータ部センサと、前記出力軸に連結される被駆動シャフトの回転角を検出する出力部センサとを有する、電動アクチュエータが提供される。
本発明の態様によれば、組み立ての作業性に優れ、機器の小型化にも寄与しうる構成を備えたセンサ内蔵の電動アクチュエータが提供される。
(電動アクチュエータ)
以下、実施形態の電動アクチュエータについて、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態の電動アクチュエータの断面図である。
以下、実施形態の電動アクチュエータについて、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態の電動アクチュエータの断面図である。
本実施形態の電動アクチュエータ10は、被駆動シャフト90に連結されて使用される。電動アクチュエータ10は、被駆動シャフト90を軸周りに回転させる。
電動アクチュエータ10は、ハウジング11と、第1中心軸J1の軸方向に延びるモータシャフト21を有するモータ部20と、減速機構30と、出力部40と、制御基板60と、第1ベアリング51と、第2ベアリング52と、第3ベアリング53と、第4ベアリング54と、外部コネクタ80と、を備える。第1ベアリング51~第4ベアリング54は、例えば、ボールベアリングである。第1中心軸J1の軸方向は、図1の上下方向と平行である。
電動アクチュエータ10は、ハウジング11と、第1中心軸J1の軸方向に延びるモータシャフト21を有するモータ部20と、減速機構30と、出力部40と、制御基板60と、第1ベアリング51と、第2ベアリング52と、第3ベアリング53と、第4ベアリング54と、外部コネクタ80と、を備える。第1ベアリング51~第4ベアリング54は、例えば、ボールベアリングである。第1中心軸J1の軸方向は、図1の上下方向と平行である。
以下の説明においては、第1中心軸J1の軸方向を単に「軸方向」と呼び、軸方向における図1の上側を単に「上側」と呼び、軸方向における図1の下側を単に「下側」と呼ぶ。また、第1中心軸J1を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、第1中心軸J1を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。なお、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。なお、上側は、軸方向他方側に相当し、下側は、軸方向一方側に相当する。
ハウジング11は、モータ部20、減速機構30、および出力部40を収容するハウジング本体12と、ハウジング本体12の下側に配置される下側カバー部材13と、ハウジング本体12の上側に配置される上側カバー部材14と、を有する。
ハウジング本体12は、上側に開口する有底の箱形容器である。ハウジング本体12は、第1中心軸J1と直交する方向に拡がる底壁12aと、底壁12aの外周端から上側へ延びる周壁12bとを有する。底壁12aは、底壁12aを軸方向に貫通する貫通孔12cと、貫通孔12cの端縁から軸方向の下側へ延びる筒状の突出壁部12dと、を有する。すなわち、ハウジング11は、貫通孔12cおよび突出壁部12dを有する。
ハウジング本体12は、モータ部20を保持するモータ保持部122と、出力部40を保持する出力部保持部123と、を有する。モータ保持部122と出力部保持部123は、貫通孔12cの内側において径方向に並んで配置される。ハウジング本体12は、周壁12bを径方向に貫通する貫通部12eを有する。貫通部12eに外部コネクタ80が挿入され、固定される。
モータ保持部122は、軸方向に延びる円筒状の筒部122aと、筒部122aの上端から径方向内側へ拡がる円環状の蓋部122bとを有する。筒部122aの下側の開口部は、貫通孔12cの内側に位置する。筒部122aはモータ部20の径方向外側を囲む。蓋部122bはモータ部20の上側を覆う。蓋部122bは、中央に第4ベアリング54を保持する円筒状のベアリング保持部122cを有する。
出力部保持部123は、貫通孔12cの内側において、モータ保持部122と径方向に隣り合って配置される。出力部保持部123は、第2中心軸J2を中心として軸方向に延びる円筒状の筒部123aと、筒部123aの下端から径方向外側へ拡がり、貫通孔12cの周縁と接続される支持壁部123bとを有する。
貫通孔12cを取り囲む突出壁部12dは、減速機構30および出力部40の一部のギアを収容する。突出壁部12dに囲まれる領域のうち、モータ保持部122と軸方向に重なる領域が減速機構30のギアを収容する領域であり、出力部保持部123と軸方向に重なる領域が出力部40のギアを収容する領域である。
下側カバー部材13は、ハウジング本体12の突出壁部12dに固定される。下側カバー部材13は貫通孔12cを下側から塞ぐ。下側カバー部材13は、軸方向と直交する方向に拡がる蓋板部13aと、蓋板部13aの端縁から上側へ軸方向に延びる筒状の側壁部13bとを有する。側壁部13bは、ハウジング本体12の突出壁部12dの外周を取り囲み、軸方向と直交する方向に対向する。下側カバー部材13の側壁部13bは、複数箇所において突出壁部12dにカシメ固定される。
下側カバー部材13は、減速機構30を軸方向に覆う減速機構カバー131と、出力部40を軸方向に覆う出力部カバー132とを有する。
減速機構カバー131は、下側から見て、第1中心軸J1を中心とする円板状である。減速機構カバー131は、下側へ凹む複数の収容凹部131a、131bを有する。収容凹部131a、131bは、いずれも第1中心軸J1を中心とする有底の円筒状である。収容凹部131aは、径方向の中央部に配置され、第1ベアリング51を収容する。収容凹部131bは、収容凹部131bの上側に位置し、減速機構30のギアを収容する。
減速機構カバー131は、下側から見て、第1中心軸J1を中心とする円板状である。減速機構カバー131は、下側へ凹む複数の収容凹部131a、131bを有する。収容凹部131a、131bは、いずれも第1中心軸J1を中心とする有底の円筒状である。収容凹部131aは、径方向の中央部に配置され、第1ベアリング51を収容する。収容凹部131bは、収容凹部131bの上側に位置し、減速機構30のギアを収容する。
出力部カバー132は、下側から見て、第2中心軸J2を中心とする円板状である。出力部カバー132は、第2中心軸J2を中心として軸方向の下側に延びる円筒状の筒部132aを有する。筒部132aは、出力部カバー132を貫通する貫通孔132bを有する。筒部132aの内側には円筒状のブッシュ49が配置される。ブッシュ49は、貫通孔132bに嵌め合わされる。ブッシュ49は、上端部に径方向外側に突出するフランジ部を有する。ブッシュ49のフランジ部は、出力部カバー132の上面に上側から接触する。
上側カバー部材14は、ハウジング本体12の周壁12bの上端部に固定される。上側カバー部材14は、ハウジング本体12の上側の開口を塞ぐ。モータ保持部122の上面と、上側カバー部材14との間に、制御基板60が配置される。制御基板60は、軸方向と直交する方向に拡がる板状である。制御基板60は、ハウジング本体12内において、モータ保持部122と出力部保持部123を上側から覆う位置に固定される。制御基板60は、モータ部20から延びるコイル線、および外部コネクタ80から延びる金属端子80aと電気的に接続される。
モータ部20は、モータシャフト21と、ロータ22と、ステータ23と、を有する。モータシャフト21は、第1ベアリング51と第4ベアリング54とによって、第1中心軸J1周りに回転可能に支持される。モータシャフト21は、ロータ22から下側へ延び、減速機構30と連結される。
ロータ22は、モータシャフト21の外周面に固定される円筒状のロータコアと、ロータコアの外周面に固定されるマグネットと、を有する。ステータ23は、ロータ22の径方向外側を囲む環状のステータコアと、ステータコアに装着される複数のコイルと、を有する。ステータ23は、筒部122aの内周面に固定される。
モータシャフト21の上端には、マグネットホルダ73を介して、リング状のモータ部用センサマグネット74が取り付けられる。マグネットホルダ73およびモータ部用センサマグネット74はモータ保持部122の蓋部122bと、制御基板60との間に配置される。制御基板60のモータ部用センサマグネット74と対向する位置に、モータ部センサ71が配置される。モータ部センサ71は、例えばホール素子またはMR素子(磁気抵抗素子)である。ホール素子からなるモータ部センサ71は、第1中心軸J1の軸周りに例えば3つ配置される。
減速機構30は、モータ部20の下側に配置される。モータシャフト21は減速機構30を軸方向に貫通する。減速機構30は、モータシャフト21の下側部分の径方向外側に配置される。減速機構30は、モータ部20と、減速機構カバー131との間に収容される。減速機構30は、外歯ギア31と、内歯ギア33と、出力ギア34と、を有する。
外歯ギア31は、モータシャフト21の偏心部21aを中心として軸方向と直交する平面に拡がる略円環板状である。外歯ギア31の径方向外側面には、歯車部が設けられる。外歯ギア31は、偏心部21aに第2ベアリング52を介して接続される。外歯ギア31は、外歯ギア31を軸方向に貫通する複数のピン孔31aを有する。複数のピン孔31aは、例えば8つ設けられる。複数のピン孔31aは、外歯ギア31の中心軸周りに一周にわたって等間隔に配置される。
内歯ギア33は、外歯ギア31の径方向外側を囲んで固定され、外歯ギア31と噛み合う。内歯ギア33は、第1中心軸J1を中心とする略円環状である。内歯ギア33の外形は、多角形状(本実施形態では正十二角形状)であり、同一の多角形状とされた減速機構カバー131の収容凹部131bに嵌め合わされて固定される。内歯ギア33の内周面には、歯車部が設けられる。内歯ギア33の歯車部は、外歯ギア31の歯車部と噛み合う。
出力ギア34は、外歯ギア31の上側に配置される外歯ギアである。出力ギア34は、円環部34aと、複数のキャリアピン34bとを有する。円環部34aは、第1中心軸J1を中心として径方向に拡がる円環板状である。複数のキャリアピン34bは、円環部34aの下面から下側に突出する円柱状である。キャリアピン34bは、例えば、8本設けられる。複数のキャリアピン34bは、第1中心軸J1を中心として一周に亘って等間隔に配置される。キャリアピン34bは、それぞれピン孔31aに挿入される。出力ギア34は後述する駆動ギア42と噛み合う。
出力部40は、電動アクチュエータ10の駆動力を出力する部分である。出力部40は、出力軸41と、駆動ギア42と、出力部用センサマグネット43と、マグネットホルダ44と、を有する。出力部40は、出力部保持部123と、出力部カバー132とに保持される。
出力軸41は、第2中心軸J2に沿って延びる円筒状である。出力軸41は、内周面の下部にスプライン溝を有する。出力軸41は、上端に軸方向に凹む凹部41aを有する。出力軸41の外周面には駆動ギア42が固定される。駆動ギア42は第2中心軸J2を中心として径方向に拡がる円環板状である。出力軸41の下部は出力部カバー132のブッシュ49に上側から挿入される。出力軸41の上部は、出力部保持部123の筒部123aに下側から挿入される。
マグネットホルダ44は、第2中心軸J2に沿って延びる略円筒状の部材である。マグネットホルダ44は、軸方向に延びる筒状部44aと、筒状部44aの上部から径方向に拡がる円環状のフランジ部44bとを有する。フランジ部44bの上面に円環状の出力部用センサマグネット43が固定される。
マグネットホルダ44の筒状部44aは、出力部保持部123の筒部123aに挿入される。マグネットホルダ44は、筒状部44aの下端部の外周面から径方向外側へ突出する突起からなる移動抑制部44cを有する。移動抑制部44cは、筒部123aの内周面に設けられ周方向に延びる凹溝123cに挿入される。移動抑制部44cは、マグネットホルダ44の軸方向の移動を抑制する。マグネットホルダ44は、内周面の上部側に、断面六角形状の六角孔部44dを有する。マグネットホルダ44は、筒状部44aの下端に、軸方向の下側へ突出する突起部44eを有する。突起部44eは、出力軸41の凹部41aに挿入される。
出力部用センサマグネット43は、出力部保持部123と制御基板60との間に配置される。制御基板60の出力部用センサマグネット43と対向する位置に、出力部センサ72が配置される。出力部センサ72は、例えばMR素子である。出力部センサ72として、MR素子とホール素子を併用してもよい。
出力部40は、被駆動シャフト90と連結可能である。被駆動シャフト90は、電動アクチュエータ10に挿入される先端部分に、断面正六角形の六角部91と、六角部91よりも下側(被駆動シャフト90の基端側)に位置するスプライン部92とを有する。六角部91が、マグネットホルダ44の六角孔部44dに嵌め合わされることで、被駆動シャフト90とマグネットホルダ44とがつながる。また、スプライン部92と出力軸41のスプライン溝とが嵌め合わされることで、被駆動シャフト90と出力軸41とがつながる。
電動アクチュエータ10では、図1に示したように、モータ部20と出力部40とが径方向に並んで配置されており、制御基板60は、モータシャフト21と軸方向に重なる位置から出力軸41と軸方向に重なる位置まで延び、軸方向に見てモータ部20と出力部40の両方と重なって配置される。そして、制御基板60は、モータシャフト21の回転角を検出するモータ部センサ71と、出力軸41に連結される被駆動シャフト90の回転角を検出する出力部センサ72とを有する。
この構成によれば、モータ部センサ71と出力部センサ72とが共通の制御基板60に実装されるので、制御基板とセンサが離れた位置に配置される場合のような配線の引き回しが不要になる。制御基板60の設置作業のみでモータ部センサ71および出力部センサ72を配置できるので、組み立ての作業性が向上する。配線の設置スペースが不要になることで、アクチュエータの小型化も可能である。
この構成によれば、モータ部センサ71と出力部センサ72とが共通の制御基板60に実装されるので、制御基板とセンサが離れた位置に配置される場合のような配線の引き回しが不要になる。制御基板60の設置作業のみでモータ部センサ71および出力部センサ72を配置できるので、組み立ての作業性が向上する。配線の設置スペースが不要になることで、アクチュエータの小型化も可能である。
電動アクチュエータ10では、出力部用センサマグネット43の体積が、モータ部用センサマグネット74の体積よりも大きい。出力部用センサマグネット43を大きくすることにより出力部用センサマグネット43の極数を増やせるため、分解能が高い出力部センサ72を使用することができる。これにより、被駆動シャフト90の回転角を高精度に制御可能である。
出力部用センサマグネット43は、モータ部20のモータ保持部122の径方向外側に位置する。出力部用センサマグネット43は、軸方向において、出力軸41と制御基板60との間に位置する。この構成により、ハウジング11を大きくすることなく、体積の大きい出力部用センサマグネット43を出力部40に配置できる。
出力部用センサマグネット43は、モータ部用センサマグネット74と径方向に重なる。すなわち、出力部用センサマグネット43とモータ部用センサマグネット74の軸方向位置が概ね一致する。この構成により、出力部用センサマグネット43とモータ部用センサマグネット74の両方を、制御基板60に対して近づけて配置できる。これにより、モータ部センサ71および出力部センサ72として、分解能が高い高精度のセンサを使用することができる。また、軸方向において電動アクチュエータ10を小型化可能である。さらに、出力部センサ72として十分に精度が高いセンサを用いた場合、モータ部センサ71を使用せずに出力部センサ72のみを用いてモータ部20の駆動を行うことも可能である。
モータ部用センサマグネット74は、モータシャフト21のモータ保持部122から外側(上側)へ突出する部位に配置される。この構成により、モータシャフト21を支持する第4ベアリング54の外側(上側)にモータ部用センサマグネット74が配置されるので、モータシャフト21の先端部に、小さい径のモータ部用センサマグネット74を設置できる。仮に、第4ベアリング54と第3ベアリング53との間にモータ部用センサマグネット74を取り付けるとすると、モータ部用センサマグネット74と制御基板60とを対向させるためには、マグネットホルダ73を大型化して第4ベアリング54の径方向外側を回り込ませる必要がある。そうすると、マグネットホルダ73とモータ部用センサマグネット74の両方が大型化する。このような構成に対して、本実施形態のモータ部用センサマグネット74は、大幅な小型化を実現でき、電動アクチュエータ10の小型化も可能である。
モータ保持部122の蓋部122bと、モータ部用センサマグネット74と、出力部用センサマグネット43とは、径方向に重なって配置される。この構成により、蓋部122bとモータ部用センサマグネット74と出力部用センサマグネット43の軸方向位置が概ね一致する。これにより、蓋部122bとモータ部用センサマグネット74と出力部用センサマグネット43を、制御基板60に近づけて配置できる。電動アクチュエータ10を軸方向に短くすることができる。
モータ保持部122は、非磁性材料からなる。この構成により、周辺の磁気部品との磁気的干渉がなくなるので、モータ部センサ71、出力部センサ72、モータ部用センサマグネット74、および出力部用センサマグネット43を、モータ保持部122の近くに配置できる。電動アクチュエータ10の小型化が可能である。
制御基板60はリジッド基板である。この構成により、モータ部センサ71および出力部センサ72を所定位置に安定して保持できる。また、制御基板60の板面は軸方向に直交する。この構成により、モータ部センサ71および出力部センサ72の軸方向位置が揃うので、モータ部センサ71とモータ部用センサマグネット74の位置合わせ、および出力部センサ72センサと出力部用センサマグネット43の位置合わせが容易になる。これにより、センサの組み立てにおいて作業性が向上する。
制御基板60には、モータ部20を駆動する駆動回路が実装される。モータ部センサ71および出力部センサ72の信号線は、制御基板60上の配線を介して、外部コネクタ80の金属端子80aに接続される。制御基板60上に、駆動回路を制御する制御ICが実装されている場合には、モータ部センサ71の信号線は制御ICに接続される。出力部センサ72の信号線を制御ICに接続してもよい。
なお、制御基板60は、駆動回路や制御ICが実装されておらず、モータ部センサ71および出力部センサ72とそれらの周辺回路のみが実装された構成であってもよい。
なお、制御基板60は、駆動回路や制御ICが実装されておらず、モータ部センサ71および出力部センサ72とそれらの周辺回路のみが実装された構成であってもよい。
本出願は、2017年3月31日に出願された日本出願である特願2017-072602号に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
10…電動アクチュエータ、11…ハウジング、20…モータ部、21…モータシャフト、22…ロータ、23…ステータ、30…減速機構、40…出力部、41…出力軸、43…出力部用センサマグネット、60…制御基板、71…モータ部センサ、72…出力部センサ、74…モータ部用センサマグネット、90…被駆動シャフト、122…モータ保持部、122b…蓋部
Claims (11)
- 軸方向に延びるモータシャフトを有するモータ部と、
前記モータシャフトの軸方向一方側に連結される減速機構と、
前記減速機構を介して前記モータシャフトの回転が伝達される出力軸を有する出力部と、
少なくとも前記モータ部に電気的に接続される制御基板と、
を備え、
前記モータ部と前記出力部とは、前記モータ部の径方向に並んで配置され、
前記制御基板は、前記モータシャフトと軸方向に重なる位置から前記出力軸と軸方向に重なる位置まで延び、
前記制御基板は、前記モータシャフトの回転角を検出するモータ部センサと、前記出力軸に連結される被駆動シャフトの回転角を検出する出力部センサとを有する、電動アクチュエータ。 - 前記モータシャフトとともに回転するモータ部用センサマグネットと、前記被駆動シャフトとともに回転する出力部用センサマグネットとを有し、
前記出力部用センサマグネットの体積は、前記モータ部用センサマグネットの体積よりも大きい、請求項1に記載の電動アクチュエータ。 - 前記モータ部用センサマグネットと、前記出力部用センサマグネットとは、径方向に重なって配置される、請求項2に記載の電動アクチュエータ。
- 前記モータ部は、前記モータシャフトに取り付けられるロータと、前記ロータの外周を囲むステータと、前記ロータおよびステータを収容するモータ保持部とを有し、
前記モータ部用センサマグネットは、前記モータシャフトの前記モータ保持部から外側へ突出する部位に配置される、請求項2または3に記載の電動アクチュエータ。 - 前記出力部用センサマグネットは、前記モータ保持部の外周面の側方に位置する、請求項4に記載の電動アクチュエータ。
- 前記モータ保持部は、前記制御基板に面する蓋部を有し、
前記蓋部と、前記モータ部用センサマグネットと、前記出力部用センサマグネットとは、径方向に重なって配置される、請求項4または5に記載の電動アクチュエータ。 - 前記モータ保持部は、非磁性材料からなる、請求項4から6のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
- 前記制御基板はリジッド基板であり、前記制御基板の板面は軸方向に直交する、請求項1から7のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
- 前記モータ部センサは、ホール素子を有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
- 前記出力部センサは、MR素子を有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
- 前記出力部センサは、MR素子とホール素子とを有する、請求項1から10のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
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US20200014284A1 (en) | 2020-01-09 |
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Legal Events
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ENP | Entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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