(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1〜
図3に示すように、アクチュエータ1は、例えば、自動車に搭載され、可変ノズル式ターボチャージャのノズルベーンを開閉動作させるために用いられるものであって、ケーシングユニット2内に電動モータ3、変速機構4、および電動モータ3の駆動制御を行う制御基板5とを備えている。
ケーシングユニット2は、電動モータ3が内装されている第一ケース6と、変速機構4が内装されている第二ケース7とで構成されている。これらケース6,7は、両者6,7の間に平板状のベースプレート8を介装させた状態で複数のボルト50によって互いに締結固定されている。
【0015】
第一ケース6は、樹脂で第二ケース7側に開口部6aを有する平面視長方形であって、かつ箱状に形成されている。箱状に形成することにより、第一ケース6の内部に電動モータ3を収納するためのモータ室86が形成されている。
第一ケース6のエンド部(底部)6bには、長手方向の一端側に、電動モータ3を固定するための有底筒状の固定部16が突設されている。固定部16は、エンド部(底部)16aを外側に向けた形で設けられている。
【0016】
電動モータ3は、略円筒状のステータ11と、ステータ11の内側に回転自在に配置されたロータ12とを有する、所謂インナーロータ型のブラシレスモータである。
ステータ11は、磁性材料の板材を軸方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したり(圧粉磁心)することで形成されたものであって、周壁を形成するコア本体13と、コア本体13から径方向内側に向かって突設された複数のティース部14とが一体成形されている。
【0017】
コア本体13は、環状の磁路を形成する部分である。一方、ティース部14は、巻線15を巻装する部分であって、周方向に等間隔で設けられている。ティース部14は、軸方向平面視略T字状に形成されており、ティース部14の先端部14aがステータ11の内周部を形成している。各ティース部14には、それぞれインシュレータ56が装着され、このインシュレータ56を介して各ティース部14に巻線15が巻装されている。
【0018】
ここで、ステータ11は、第一ケース6の固定部16にインサートモールドされており、ティース部14の先端部14aのみ露出した状態になっている。すなわち、固定部16は、ステータ11を固定するステータハウジング(モータハウジング)の役割を有している。そして、固定部16は、ティース部14の先端部14aのみが露出可能なように有底筒状に形成されている。
【0019】
固定部16の開口縁16bには、軸方向に沿って突出するリング状の立ち上がり部19が設けられている。一方、固定部16のエンド部16aには、径方向略中央にボス部42が形成され、ここに軸受け18が設けられている。この軸受け18は、後述するロータ12の回転軸17の一端を回転自在に軸支するためのものである。
【0020】
図2、
図4に示すように、ロータ12は回転軸17を有している。ロータ12における、ステータ11のティース部14に対応する部位には、略円筒状のマグネット20が外嵌固定されている。マグネット20は、周方向に複数の磁極が着磁されている。また、回転軸17には、マグネット20の軸方向両端に対応する部位にフランジ部21a,21bが形成されており、これらフランジ部21a,21bによってマグネット20の軸方向の位置決めが行われる。
【0021】
さらに、回転軸17の他端側には、固定部16の立ち上がり部19よりもやや外側に対応する部位に、フランジ部23が形成されている。フランジ部23には、円環状のセンサマグネット22が固定されている。センサマグネット22は、ロータ12の回転位置を検出するための回転位置検出装置24の一方を構成するものであって、周方向に沿って複数の磁極が着磁されている。
この他に、回転軸17の他端には、第二ケース7に内装されている変速機構4に噛合うピニオンギア41が設けられている。
【0022】
図2、
図3、および
図5に示すように、第一ケース6の内周面6cには、開口縁からエンド部(底部)6bに向かうに従って徐々に開口面積が小さくなるように第一段差部9と第二段差部10とが順に形成されている。
第一段差部9には、平面視略長方形状のベースプレート8が内周面6cに内嵌された状態で配置されている。また、第一段差部9の段差面9aには、全周に亘って溝59が形成され、ここに段差面9aとベースプレート8との合わせ面をシールするためのパッキン60が設けられている。
【0023】
一方、第二段差部10には、制御基板5が配置されている。制御基板5は、平面視略長方形状に形成されており、周縁に沿って位置決め孔33が6箇所形成されている。第二段差部10には、制御基板5の位置決め孔33に対応する部位に、位置決めピン34が突設されている。この位置決めピン34に制御基板5の位置決め孔33が嵌合することによって、制御基板5の第一段差部9上でのガタツキを抑えることができるようになっている。
【0024】
また、制御基板5には、第一ケース6の立ち上がり部19に対応する部位に、開口部57が形成されている。立ち上がり部19は、開口部57を貫通した状態になっている。開口部57の周囲には、第二ケース7側の面に3つのホール素子25が周方向に沿って60度間隔で配置されている。ホール素子25は、回転位置検出装置24の他方を構成するものであって、回転軸17に設けられているセンサマグネット22と軸方向で対向した状態になっている。そして、ホール素子25は、センサマグネット22から発生する磁界の変化を示す情報として検出し、それぞれ60度位相のずれた正弦波アナログ信号を出力する。
【0025】
制御基板5には、制御回路を構成する複数の電子チップ27が実装されており、ホール素子25からの出力信号に基づいて電動モータ3のロータ12の回転位置が検出できるようになっている。
また、制御基板5には、第二ケース7側の面に、変速機構4に設けられたセンサマグネット28の磁界の変化を示す情報として検出する磁気抵抗素子29が実装されている。
【0026】
さらに、制御基板5には、ステータ11のティース部14に巻装されている巻線15が接続されており、各巻線15に電流を供給するようになっている。制御回路を構成する複数の電子チップ27は、所定の巻線15に順次電流を供給できるようにスイッチング素子などを含むドライブ回路も構成している。すなわち、制御基板5は、電動モータ3を駆動させるための駆動用(コントロール用)基板と、センサ基板とが一体化したものになっている。
この他に、制御基板5には、長手方向の電動モータ3とは反対側端の一側と、長手方向略中央の一側とに、それぞれ後述する雑防素子を実装するための端子接続部5a,5bが設けられている。
【0027】
ここで、制御基板5の第一ケース6のエンド部6b側の面には、電動モータ3を駆動する際に発生する電磁ノイズを低減するための雑防素子として、コンデンサ30やインダクタ31が実装されている。これらコンデンサ30やインダクタ31は、第一ケースのエンド部6bに一体成形されている収納部32に収納されており、第一ケース6のエンド部6bに埋設されたターミナルユニット121を介して制御基板5に接続されている。
【0028】
収納部32は、第一ケース6のエンド部6bの長手方向略中央に配置され、それぞれコンデンサ30、およびインダクタ31の形状に対応するように、外側に向かって突設された断面略U字状の複数の凸部32aで構成されている。
ターミナルユニット121は、コンデンサ30、およびインダクタ31から制御基板5の接続端子5a,5bに至る間に延在する不図示のターミナルを有している。また、ターミナルユニット121は、後述するコネクタ35の端子37と一体化された不図示のコネクタ用ターミナルを有している。コネクタ用ターミナル(不図示)は、コネクタ35の端子37と制御基板5の接続端子5aとの間を跨るように形成されている。
【0029】
また、第一ケース6のエンド部6bには、制御基板5と不図示の外部電源、および外部制御機器とを電気的に接続するためのコネクタ35が一体成形されている。コネクタ35は、不図示の外部コネクタが嵌着可能な受入れ口36を軸方向外側に向けた形で第一ケース6の長手方向他端側に配置されている。すなわち、コンデンサ30やインダクタ31を収納するための収納部32(凸部32a)は、ステータ11がインサートモールドされている固定部16とコネクタ35との間に配置された状態になる。
収納部32の凸部32aは、コンデンサ30、およびインダクタ31を収納可能な突出高さに設定されているので、固定部16やコネクタ35の突出高さと比較して低くなる。
【0030】
コネクタ35の受入れ口36には、端子37が設けられている。この端子37の一端は、受入れ口36内に突出している一方、他端はターミナルユニット121を介して制御基板5に接続されている。これによって、外部電源(不図示)の電力をコネクタ35、ターミナルユニット121、および制御基板5を介して電動モータ3に供給することができる。また、制御基板5と外部制御機器(不図示)との間でコネクタ35を介して信号の入出力を行うことができる。
【0031】
図2、
図6に示すように、第一ケース6の第一段差部9に設けられたベースプレート8には、電動モータ3の回転軸17に対応する部位に、軸受けハウジング39が設けられている。この軸受けハウジング39には、回転軸17の他端を回転自在に軸支するための軸受け38が設けられている。また、軸受けハウジング39には、第一ケース6とは反対側に挿通孔40が形成されている。回転軸17の他端に設けられたピニオンギア41は、軸受けハウジング39の挿通孔40から第二ケース7側に向かって突出している。そして、第二ケース7に内装されている変速機構4に噛合い、変速機構4に回転軸17の回転力を伝達する。
【0032】
第二ケース7は、金属製で第一ケース6側に開口部7aを有する平面視略長方形であって、かつ箱状に形成されたものであり、変速機構4を収納するギア室43を有している。
第二ケース7は、この外周縁が第一ケース6に内嵌された状態で固定されている。すなわち、ベースプレート8は、第二ケース7の周壁7bの端面7cと第一ケース6の第一段差部9の段差面9aとで挟持された状態になっている。このため、ケーシングユニット2の内部は、ベースプレート8によって第一ケース6側のモータ室86と、第二ケース7側のギア室43とに区画された状態になる。
【0033】
また、ベースプレート8には、第二ケース7の周壁7bの端面7cに対応する部位に、全周に亘って溝82が形成され、ここにベースプレート8と第二ケース7の端面7cとの合わせ面をシールするためのパッキン83が設けられている。
ここで、ベースプレート8が第一ケース6の第一段差部9に配置されることによって、第一ケース6の第二段差部10に配置された制御基板5は、モータ室86内に存在している状態になる。
【0034】
変速機構4は、第一ギア44、第二ギア45、および出力軸47を有するセクタギア46を備え、電動モータ3の回転軸17の回転速度を減速させると共に、トルクを増大させて出力軸47に伝達させるものである。
変速機構4の第一ギア44は、電動モータ3の回転軸17に取り付けられているピニオンギア41と噛合う大径歯車44aと、この大径歯車44aよりも小さい小径歯車44bとが一体成形されたものである。第一ギア44は、第一アイドラ軸48に回転自在に軸支されている。第一アイドラ軸48は、両端がそれぞれベースプレート8と第二ケース7のエンド部(底部)7cに支持されている。
【0035】
ベースプレート8には、第一アイドラ軸48に対応する部位に、この一端を嵌合固定可能なボス部51が第一ギア44側に向かって突出形成されている。一方、第二ケース7のエンド部7cには、第一アイドラ軸48に対応する部位に、この他端を嵌合固定可能なボス部52が外側に向かって突出形成されている。また、これらボス部51,52によって、第一ギア44の軸方向への移動が規制されている。
【0036】
第一ギア44の小径歯車44bには、第二ギア45の大径歯車45aが噛合されている。第二ギア45は、大径歯車45aと、この大径歯車45aよりも小さい小径歯車45bとが一体成形されたものである。第二ギア45は、第二アイドラ軸49に回転自在に軸支されている。第二アイドラ軸49は、両端がそれぞれベースプレート8と第二ケース7のエンド部(底部)7cに支持されている。
【0037】
ベースプレート8には、第二アイドラ軸49に対応する部位に、この一端を嵌合固定可能なボス部53が第二ギア45側に向かって突出形成されている。一方、第二ケース7のエンド部7cには、第二アイドラ軸49に対応する部位に、この他端を嵌合固定可能なボス部54が外側に向かって突出形成されている。また、これらボス部53,54によって、第二ギア45の軸方向への移動が規制されている。第二ギア45の小径歯車45bには、セクタギア46が噛合されている。
【0038】
図2、
図7(a)、
図7(b)に示すように、セクタギア46は、略円板状の歯車本体61と、歯車本体61の径方向略中央に設けられ、軸方向に延びる有底円筒部62とが一体成形されたものである。
歯車本体61には、第一ケース6側の面に平面視略環状の溝63が形成されており、ここに平面視略C字状の凸部79が形成されている。この凸部79が形成された溝63には、リターンスプリング(不図示)が設けられている。リターンスプリングは、セクタギア46が回動した際、セクタギア46に対して初期位置への復帰習性を付与するためのものである。なお、アクチュエータ1の仕様によっては、歯車本体61の溝63にリターンスプリングを設けずに、セクタギア46に初期位置への復帰習性を付与しなくてもよい。
【0039】
有底円筒部62は、エンド部(底部)62aを第一ケース6側に向けた形で設けられている。有底円筒部62のエンド部62aには、段差によって縮径された縮径部76が設けられている。縮径部76の端部には、第一ケース6側に向かって突出するマグネットホルダ64が一体成形されている。マグネットホルダ64には、平面視長方形状のセンサマグネット28が設けられている。
【0040】
また、有底円筒部62には、出力軸47が内嵌されている。出力軸47の歯車本体61に対応する箇所には、セレーション65が形成されている。ここで、出力軸47は、セレーション65を形成することによって、セクタギア46のインサートモールドを可能としている。有底円筒部62のエンド部62aに形成されている貫通孔66は、出力軸47にセクタギア46をインサートモールドする際の抑え孔として使用される。
また、出力軸47の先端側には、先端に向かうに従って徐々に先細りとなるように形成された先細り部67が設けられており、ここにセレーション68が形成されている。
【0041】
図2、
図6に示すように、ベースプレート8には、セクタギア46の有底円筒部62に対応する部位に、軸受けハウジング72が設けられ、ここに有底円筒部62の縮径部76を回転自在に支持する軸受け73が設けられている。一方、第二ケース7のエンド部7cには、出力軸47に対応する部位に、外部に向かって突出するボス部74が形成され、ここに出力軸47を回転自在に支持する軸受け75が設けられている。
セクタギア46は、有底円筒部62に設けられている縮径部76の段差面76aがベースプレート8の軸受け73の内輪に当接すると共に、有底円筒部62の先端が第二ケース7の軸受け75の内輪に当接することによって軸方向への移動が規制されている。
【0042】
出力軸47の先細り部67よりも先端側は、第二ケースのボス部74から外側に突出した状態になっている。ボス部74の軸受け75よりも先端側には、オイルシール77が設けられており、外部から第二ケース7内への塵埃の侵入を防止できるようになっている。
回転軸17の先細り部67に形成されているセレーション68には、出力アーム69が取り付けられる(
図1参照)。この出力アーム69は、例えば、可変ノズル式ターボチャージャのノズルベーンに連係されるものである。出力軸47の先細り部67よりも先端側には、雄ネジ部70が設けられており、ここにナット71を螺入することによって出力アーム69が出力軸47に締結固定されるようになっている。
【0043】
このように、ベースプレート8、および第二ケース7に回転自在に支持されているセクタギア46は、有底円筒部62に設けられたセンサマグネット28がベースプレート8よりも制御基板5側に突出した状態になっている。そして、センサマグネット28と制御基板5の磁気抵抗素子29とが対向するようになっている。これらセンサマグネット28と磁気抵抗素子29は、セクタギア46の回転位置を検出する回転位置検出装置80を構成している。磁気抵抗素子29は、センサマグネット28から発生する磁界の変化を示す情報として検出し信号出力する。この信号を制御基板5の電子チップ27などによって処理し、セクタギア46の回転位置が検出できるようになっている。
【0044】
このような構成のもと、アクチュエータ1は、例えば、可変ノズル式ターボチャージャのタービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を調整する際、電動モータ3が駆動する。電動モータ3は、外部電源からの電力によって所定の巻線15に順次電流が供給されると、ステータ11に回転磁界が生じる。そして、この回転磁界とロータ12のマグネット20との間に吸引力、または反発力が生じ、ロータ12が回転する。
【0045】
ロータ12の回転軸17が回転すると、変速機構4を介して出力軸47が回転する。すると、出力軸47の先細り部67に締結固定されている出力アーム69が回動し、出力アーム69に連係されているノズルベーンが開閉動作を行う。このとき、ノズルベーンの開閉制御は、電動モータ3側に設けられている回転位置検出装置24、およびセクタギア46側に設けられている回転位置検出装置80の検出結果に基づいて行われる。そして、ノズルベーンが開けば開くほどタービンホイールが高速回転するようになる。
【0046】
したがって、上述の実施形態によれば、ケーシングユニット2の内部は、ベースプレート8によって第一ケース6側のモータ室86と、第二ケース7側のギア室43とに区画された状態になるので、第二ケース7のギア室43内において、各ギア44〜46がそれぞれ噛合うことにより生じる各ギア44〜46の摩耗粉が第一ケース6のモータ室86内に侵入してしまうのを防止することができる。このため、摩耗粉による電動モータ3の不作動を防止することが可能になる。
【0047】
また、ベースプレート8が第一ケース6の第一段差部9に配置されることによって、第一ケース6の第二段差部10に配置された制御基板5は、モータ室86内に存在している状態になるので、ギア室43内で生じる摩耗粉が制御基板5に飛散してしまうのを防止できる。このため、より確実に電動モータ3の不作動を防止することができる。
【0048】
さらに、ケーシングユニット2を電動モータ3が内装されている第一ケース6と、変速機構4が内装されている第二ケース7とで構成すると共に、これらケース6,7の間にベースプレート8を設け、両者6,7でベースプレート8を挟持した状態にしている。このため、アクチュエータ1を組み付けるにあたって、第一ケース6側に配設される電動モータ3などの各部品と第二ケース7側に配設される変速機構4とをそれぞれケース6,7毎に組み付けた後、これら第一ケース6、および第二ケース7でベースプレート8を挟み込むように組み付けることができる。よって、従来のようにケーシング2内に変速機構と電動モータとが混在している場合と比較してアクチュエータ1の組み付け性の向上を図りつつ電動モータ3の不作動を防止することが可能になる。
【0049】
そして、ベースプレート8と第二ケース7の端面7cとの合わせ面にパッキン83が設けられているのに加え、第一ケース6の第一段差部9に、ベースプレート8を内嵌固定しているので、第一ケース6の内周面6cとベースプレート8との間に隙間が形成され難い。このため、より確実に変速機構4からの摩耗粉のモータ室86内への侵入を防止でき、アクチュエータ1の動作を安定させることができる。
【0050】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、第一ケース6の内周面6cに、開口縁からエンド部(底部)6bに向かうに従って徐々に開口面積が小さくなるように第一段差部9と第二段差部10とを順に形成し、第一段差部9にベースプレート8を、第二段差部10に制御基板5を配置した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、第二ケース7に、開口縁から順に第一段差部9と第二段差部10とを形成し、第一ケース6寄りの第一段差部9に制御基板5を、第二段差部10にベースプレート8を配置してもよい。また、第一ケース6、および第二ケース7の何れか一方に制御基板5、およびベースプレート8を配置せずに、第一ケース6に制御基板5を、第二ケース7にベースプレート8を配置するように構成してもよい。
【0051】
さらに、上述の実施形態では、第一ケース6の第二段差部10にベースプレート8を内嵌した状態で配置し、第一ケース6のモータ室86と第二ケース7のギア室43とを区画した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ベースプレート8によってモータ室86とギア室43とを区画できればよく、例えば、第一ケース6の開口側端面にベースプレート8を重ねるように配置してもよい。