特許 7377020 自動車用途向けフレキシブルリニア電動アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-31

(45)【発行日】2023-11-09

(54)【発明の名称】自動車用途向けフレキシブルリニア電動アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F02D 11/10 20060101AFI20231101BHJP

   F01L 13/00 20060101ALI20231101BHJP

   F02M 26/54 20160101ALI20231101BHJP

   F02B 37/16 20060101ALI20231101BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20231101BHJP

   F16K 31/50 20060101ALI20231101BHJP

   F16H 25/20 20060101ALI20231101BHJP

   F16H 25/24 20060101ALI20231101BHJP

   F16C 19/50 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

F02D11/10 C

F01L13/00 301F

F02M26/54

F02B37/16 B

F16K31/04 A

F16K31/50 B

F16H25/20 E

F16H25/24 B

F16C19/50

【請求項の数】 18

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019142778

(22)【出願日】2019-08-02

(65)【公開番号】P2020023968

(43)【公開日】2020-02-13

【審査請求日】2022-04-07

(31)【優先権主張番号】102018000007766

(32)【優先日】2018-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】597132126

【氏名又は名称】マニェティ・マレリ・ソシエタ・ペル・アチオニ

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＧＮＥＴＩ ＭＡＲＥＬＬＩ Ｓ．ｐ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(72)【発明者】

【氏名】ジャンカルロ・バルトロッタ

(72)【発明者】

【氏名】ステファノ・ムゾレジ

(72)【発明者】

【氏名】フェデリコ・ペッツォッタ

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２７０８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５０５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０８０９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７９６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８５７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８０６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１３５８４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１１４５４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０３７０６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１０／１１３５７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １１／１０

Ｆ０１Ｌ １３／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

Ｆ０２Ｂ ３７／００

Ｆ１６Ｋ ３１／００

Ｈ０２Ｋ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車用途向けアクチュエータ（４）であって、
・モータ手段（１２）を収容する本体（８）と、伝達手段（１６）と、前記伝達手段（１６）によって前記モータ手段に運動学的に接続された制御軸（２０）と、を備え、
・前記制御軸（２０）は、伝達手段（１６）に接続された第１の伝達端部（２４）から、ユーザ装置に動作可能に接続された第２の操作端部（２８）まで延び、
・前記制御軸（２０）は、モータ手段（１２）の駆動軸（Ｘ－Ｘ）に沿った回転運動を、前記軸方向（Ｙ－Ｙ）に沿った制御軸（２０）の並進運動（Ｙ－Ｙ）に変換する前記伝達手段（１６）によって軸方向（Ｙ－Ｙ）に往復直線運動で制御され、
・前記モータ手段（１２）と前記制御軸（２０）は、駆動軸（Ｘ－Ｘ）と軸方向（Ｙ－Ｙ）が垂直または平行で、互いに間隔を空けるように配置されており、
・前記伝達手段（１６）は、ねじとナットが直接接触するねじナット型カップリング（３２）を備え、ナット（３６）は、モータ手段（１２）によって回転運動し、ナット（３６）に対して制御軸（２０）を動かすことができるように、ねじ（４０）が第１の伝達端部（２４）に作られているか、または、適用されており、
・前記ナット（３６）は、前記軸方向（Ｙ－Ｙ）に平行な軸方向荷重と、軸方向（Ｙ－Ｙ）に垂直でそれに入射するラジアル荷重とを支持する二重効果軸受（４４）によって支持されており、
・前記軸受（４４）は、締まりばめによって少なくとも部分的に取り付けられ、および／または本体（８）に同時成形されている、
アクチュエータ（４）。

【請求項2】

前記ナット（３６）は、軸受（４４）のリングに一体化されている、請求項１に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項3】

前記軸受（４４）の内側リングは、同じナットを構成している、請求項１または２に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項4】

前記軸受（４４）の旋回リングまたは外側リングは、締まりばめにより取り付けられ、および／または本体（８）に同時成形されている、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項5】

前記ねじナット型カップリング（３２）は、可逆型である、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項6】

前記ねじナット型カップリング（３２）には、ねじ（４０）とナットねじ（３６）との間の摩擦を克服するために、少なくとも１つの弾性手段（９２）が設けられている、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項7】

前記少なくとも１つの弾性手段（９２）は、第２の操作端部（２８）に配置されている、請求項６に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項8】

前記本体（８）は、本体（８）内の制御軸（２０）の引き込み運動において、第１の伝達端部（２４）を少なくとも部分的に収容するのに適したシート（４８）を提供するように構成されている、請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項9】

前記シート（４８）は、少なくとも部分的に、モータ手段（１２）によって駆動される伝達手段（１６）の歯車またはプーリ（５２）の内側に得られる、請求項８に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項10】

第２の操作端部（２８）側の前記制御軸（２０）は、前記制御軸（２０）とは対をなす形状のブッシング（５６）によって支持されている、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項11】

前記制御軸（２０）は、本体（８）に直接支持されている、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項12】

前記制御軸（２０）の全ての支持体および／または軸受は、同じ本体（８）に配置されている、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項13】

前記制御軸（２０）は、例えば、溶接、または、圧着および類似の機械的接続手段によって、互いに一体にされた２つの当接部を備えている、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項14】

前記制御軸（２０）には、前記軸方向（Ｙ－Ｙ）の周りの回転を防止する回転防止手段（６０）が装備されている、請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項15】

前記回転防止手段（６０）は、制御軸（２０）上に作られた溝（６８）と隙間で結合されたプラグ（６４）を備えている、請求項１４に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項16】

前記溝（６８）は、制御軸（２０）の最大駆動ストローク、すなわち、前記溝（６８）の対向する軸方向端部（７０，７２）間の距離を構成する寸法である、請求項１５に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項17】

前記回転防止手段（６０）は、制御軸（２０）に対して固定された対をなす形状の停止部に関連する非軸対称形状を有する駆動軸（２０）の部分を備えている、請求項１４ないし１６のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【請求項18】

制御軸（２０）の軸方向センサ（７６）が設けられ、前記軸方向センサ（７６）は、制御軸（２０）の第１の伝達端部（２４）に軸方向に面する本体（８）のカバー（８０）と関連付けられている、請求項１ないし１７のうちいずれか１項に記載のアクチュエータ（４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に、バタフライバルブ、コンプレッサまたはターボチャージャーグループ用のチョークバルブ、排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブなどの自動車用途向けリニア電動アクチュエータ、さらには自動または電気作動ギアシフトセレクタ、空力的付属器処理装置などに関する。

【背景技術】

【0002】

知られているように、アクチュエータは、スロットル本体の場合などだけでなく、ＥＧＲバルブまたはコンプレッサまたはターボチャージャーグループ、自動または電気作動ギアシフトセレクタ、空力的付属器処理装置などの場合などの燃焼ガスの混合物、エンジンに供給される流れ、典型的には燃料および／または酸化剤の混合物を制御およびチョークするためにモータ用途で使用される。

【0003】

上述した全ての用途において、アクチュエータの下流に配置されたシステム／装置の正しい動作を保証するために、アクチュエータの駆動運動は非常に正確で信頼性が高く制御可能でなければならない。さらに、自動車分野のメーカは、明らかに従来のアクチュエータシステムと同じ信頼性で、コンポーネントの寸法の厳密な制限をますます要求している。

【0004】

さらに、特定の用途に応じて、絶対値および駆動方向の両方で変化する可能性のある駆動ストロークに関して、すなわち、変位に関して、最大戻りストロークとは異なる最大外向きストロークを想定することによる非対称的な方法であっても、変化および／またはカスタマイズが必要になる可能性があるため、アクチュエータの汎用性がますます要求されている。

【0005】

明らかに、市場は、これらのニーズを満たすことができる一方で、極めて低いコストを維持できる技術的解決策を必要としている。

【0006】

既知の解決策は、前述の仕様／ニーズを保証することができない。

【発明の概要】

【0007】

したがって、従来技術に関して言及された欠点及び制限を解決するニーズがある。

【0008】

その結果、ニーズは、信頼性が高く経済的で、汎用性の高い、ユーザの特定のニーズに適応し、また寸法が小さいアクチュエータを提供するニーズがある。

【0009】

このようなニーズは、請求項１に記載のアクチュエータによって満たされる。

【0010】

本発明のさらなる特徴および利点は、その好ましい非限定的な実施形態の以下の説明からより明確に理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの斜視図を示している。

【図2】異なる角度からの図１のアクチュエータの斜視図を示している。

【図3】図１のアクチュエータの斜視図を示しており、内部コンポーネントが見えるように部分的に透明になっている。

【図4】図２のアクチュエータの断面斜視図を示している。

【図5】図２のアクチュエータの２次元断面図を示している。

【図6】本発明の２つの可能な実施形態の変形例に係るアクチュエータの斜視図を示している。

【図7】本発明の２つの可能な実施形態の変形例に係るアクチュエータの斜視図を示している。

【図8】図７のアクチュエータの斜視図を示しており、それぞれ２つの端部停止部構成を示している。

【図9】図７のアクチュエータの斜視図を示しており、それぞれ２つの端部停止部構成を示している。

【図10】２つの端部停止部構成における本発明に係るアクチュエータの部分断面斜視図を示している。

【図11】２つの端部停止部構成における本発明に係るアクチュエータの部分断面斜視図を示している。

【図12】本発明のさらなる可能な実施形態に係るアクチュエータの部分斜視断面図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下の実施の形態と共通する要素の要素または部分には同一符号を用いて示される。

【0013】

前述の図面を参照して、符号４は、グローバルに、本発明に係る自動車用途向けアクチュエータの概略全体図を示している。

【0014】

上述したように、これは、ガソリン、ディーゼル、ＬＰＧ、メタン、水素などの燃料および／または酸化剤の混合物を供給するのに適したアクチュエータであり、内燃機関、燃料電池等に搭載するのに適している。また、排気ガス再循環バルブ（ＥＧＲ）、コンプレッサまたはターボチャージャーグループ用のチョークバルブなどのアクチュエータでも、自動または電気作動のギアシフトセレクタ、空力的付属器処理装置などでもかまわない。

【0015】

本発明の目的のために、前述の用途は、説明的かつ非網羅的な方法で考慮されるべきである。

【0016】

アクチュエータ４は、モータ手段１２、伝達手段１６、制御軸２０を収容する本体８を備え、制御軸２０は、前記伝達手段１６によって前記モータ手段１２に運動学的に接続される。

【0017】

モータ手段１２は、典型的には、アクチュエータ４の動作に必要な駆動トルクを提供するＤＣ電動機を備える。

【0018】

明らかに、ＡＣ電動機を使用することも可能である。

【0019】

制御軸２０は、伝達手段１６に接続された第１の伝達端部２４から、バタフライ弁またはアクチュエータ手段に動作可能に接続された第２の操作端部２８まで延びている。

【0020】

特に、第１の伝達端部２４は、伝達手段１６に接続されており、これにより、モータ手段１２の駆動トルクが伝達手段１６を介して受けられる。

【0021】

駆動軸２０の第２作動端２８は、想定される特定の用途に応じて、直接またはさらなるプーリまたは運動機構を介して、任意のアクチュエータ手段に接続するのに適している。

【0022】

好ましくは、制御軸２０は、本体８によって直接支持されている。好ましくは、制御軸２０の全ての支持体および／または軸受は、同一の本体８上に配置されている。この配置により、支持体のより高い剛性が確保され、コンポーネントの組み立て／分解も容易になる。

【0023】

可能な実施形態によれば、制御軸２０は、例えば、溶接、例えば、摩擦、または、圧着および類似の機械的接続手段により、互いに一体化された２つの当接部を備えている。この差別化の目的は、異なる機能を最大限に実行できる２つのダイまたは異なる材料の部品を使用することである。例えば、第１の当接部は、例えば、ボールベアリング伝達機構のボールと接続するために、より軟らかい鋼で作られており、一方、第２の当接部は、例えば、高温で腐食性の排ガスで覆われているため、かなりの熱および機械的ストレスに耐えるために使用できる。

【0024】

制御軸２０は、伝達手段１６によって軸方向Ｙ－Ｙに沿って往復直線運動で制御される。これは、モータ手段１２の駆動軸Ｘ－Ｘに沿った回転運動を、前記軸方向Ｙ－Ｙに沿った制御軸２０の並進運動に変換する。

【0025】

したがって、駆動軸Ｘ－Ｘの周りのモータ手段１２の回転運動は、軸方向Ｙ－Ｙに沿った制御軸２０の並進運動に変換される。

【0026】

モータ手段１２および制御軸２０は、駆動軸Ｘ－Ｘおよび軸方向Ｙ－Ｙが互いに垂直または平行であり、互いに離隔するように配向されている。

【0027】

換言すれば、モータ手段１２が軸方向Ｙ－Ｙに対して実質的に垂直であることを想定することが可能である。このような垂直構成では、駆動軸Ｘ－Ｘ軸および軸方向Ｙ－Ｙは、必ずしも互いに付随する必要はなく、それぞれ角度を成してもよい。

【0028】

軸方向Ｙ－Ｙと駆動軸Ｘ－Ｘが互いに平行である平行構成では、そのような軸／方向は代わりに一致してはならない。すなわち、互いに同軸であるが、平行であり、相互に間隔を空けなければならない。

【0029】

可能な実施形態によれば、伝達手段１６は、ねじナット型カップリング３２を備え、ナット３６は、モータ手段１２によって回転運動し、ねじ４０は、ナット２６に対して制御軸２０を動かすことができるように、第１の伝達端部２４と一体に作られるか、または、第１の伝達端部２４に適用される。

【0030】

好ましくは、ねじナット型カップリング３２は、可逆型である。さらに、前記ねじナットカップリングには、例えば、ボールベアリングねじがなくても摩擦を克服するのを助けるために、少なくとも１つの弾性手段９２が設けられている。このシステムはまた、前記摩擦の克服を容易にするために、例えば、軸方向および／またはねじり型の複数のばね９２の使用を提供することができる。好ましくは、前記少なくとも１つのばね９２は、出口段に、すなわち、第２の操作端２８の近くに配置される。

【0031】

一の実施形態によれば、ナット３６は、軸受４４、好ましくは、前記軸方向Ｙ－Ｙに平行な軸方向荷重および軸方向Ｙ－Ｙに垂直でそれに入射するラジアル荷重を支持する二重効果軸受によって支持される。

【0032】

例えば、ボールまたはローラ軸受を使用することができる。スライディングブロックなども使用できる。

【0033】

ナット３６は、軸受４４のリングに一体化されてもよい。

【0034】

換言すれば、軸受４４の内側リングが同じナットを構成する実施形態が提供される。可能な実施形態によれば、前記軸受４４の旋回リングまたは外側リングは、締め代により取り付けられ、および／または本体８に同時成形される。

【0035】

さらに可能な実施形態によれば、ナット３６は、軸受またはブッシングなどの介在コンポーネントなしで直接動いている。

【0036】

前記軸受４４は、例えば、モータと一体であり、ねじで本体８に固定された支持フランジによって、軸方向Ｙ－Ｙに拘束されている。

【0037】

本体８は、本体８内の制御軸２０の引き込み運動において、制御軸２０の第１の伝達端部２４を少なくとも部分的に収容するのに適したシート４８を提供するように構成されている。

【0038】

例えば、前記シート４８は、少なくとも部分的に、モータ手段１２により駆動される伝達手段１６の歯車またはプーリ５２の内側に得られる。

【0039】

このように、制御軸２０は、前記制御軸と前記歯車またはプーリ５２との間の同軸関係のおかげで、特に、本体８の内側の引き込みまたは挿入方向でも、両方向に軸方向Ｙ－Ｙに沿って軸方向に摺動することができる。

【0040】

上述したように、制御軸２０は、第１の伝達端部２４の側で、好ましくは、必ずしも必要ではないが二重の効果を有する軸受４４によって案内される。

【0041】

一の実施形態によれば、制御軸２０の移動は、例えば、前記軸に対してカウンタ形状のブッシング５６を介在させることにより、または、好ましくは、低摩擦材料で作られた本体８と直接、第２の操作端部２８の側でも案内される。

【0042】

このように、制御軸２０のより正確な案内が得られ、第１の伝達端部２４の側部に配置された軸受４４に委ねられた軸方向の荷重支持体を、ブッシングに委ねられたラジアル荷重支持体から、区別することも可能である。これにより、制御軸２０の移動をより正確に全体的に案内することができる。

【0043】

特に、より高い精度は、前記支持体４４、５６の軸方向Ｙ－Ｙに沿った距離に起因する。

【0044】

制御軸２０には、好ましくは、前記軸方向Ｙ－Ｙ周りの回転を防止する回転防止手段６０が設けられている。実際、前記回転防止手段６０がない場合、ねじ／ナットカップリング３２のおかげで、制御軸は、回転する傾向があるとともに、軸方向Ｙ－Ｙに対して並進する傾向がある。

【0045】

回転防止手段６０は、様々なタイプのものであってもよい。

【0046】

例えば、回転防止手段６０は、制御軸２０上に作られた溝６８と隙間で結合されたプラグ６４を備えてもよい。

【0047】

前記溝６８は、制御軸２０の最大駆動ストローク、すなわち、機械的端部停止部として作用する前記溝６８の対向する軸方向端部７０、７２間の距離を構成するように寸法決めされる。

【0048】

回転防止手段６０は、制御軸２０に対して固定された、対応するカウンタ形状の停止部に関連付けられた、制御軸２０の、例えば、半月形状の非軸対称部分を備えてもよい。

【0049】

可能な実施形態（図６）によれば、回転防止手段６０は、互いに直径方向に対向する一対の正方形の切断面６１を備えたリングを備えている。

【0050】

さらに可能な実施形態によれば、回転防止手段６０は、六角ナット６２を備えている。

【0051】

制御軸２０の引き出しおよび引き込みの最大ストロークを制限する端部停止部は、制御軸２０に対して固定された部品に作られた機械的停止部によって取得することができる。

【0052】

制御軸の端部停止部条件は、図８～図９および図１０～図１１に示されている。

【0053】

最大引き出しおよび引き込みストロークは、必ずしも同じである必要はなく、ユーザの特定のニーズに応じて、非対称でさえあり得ることに留意されたい。

【0054】

制御軸２０の動作を制御するために、アクチュエータ４は、制御軸２０の軸方向位置センサ７６を備えてもよい。

【0055】

例えば、前記軸方向位置センサ７６は、制御軸２０の第１の伝達端部２４に軸方向に面するように、本体８のカバー８０と関連付けられてもよい。

【0056】

このようにして、軸方向位置センサ７６は、制御軸２０の実際の軸方向位置、したがって、それによって駆動される対応する装置の動作状態を測定し、例えば、モータ手段１２または伝達手段１６にセンサを取り付けることによって得られるような推定を行わない。

【0057】

さらに、線形センサは、出力軸上に配置されているため、運動学的障害が発生した場合、自動車の安全規制に準拠して、軸の正しい位置を読み取ることが可能である。

【0058】

好ましくは、軸方向位置センサ７６は、本体８のカバー８０と同時成形される。

【0059】

カバー８０は、それらの保守または交換のために伝達手段１６への迅速なアクセスを可能にし、またユーザの要求に応じてカスタマイズを行うことができるように、容易に取り外し可能である。カバー８０は、伝達手段１６を収容するか、少なくとも部分的に一体化することができる。

【0060】

前記カバー８０とは反対側の本体８には、制御軸２０の第２の作動端部２８に影響を及ぼす摺動ガスケット８４が関連付けられている。

【0061】

特に、前記摺動ガスケット８４は、第２の操作端部２８上を摺動して、本体８内部への汚れの侵入を防止する。

【0062】

摺動ガスケット８４は、好ましくは、本体８上のその位置を固定するために、典型的には金属である保持リング８８を備えている。

【0063】

説明から理解されるように、本発明に係るアクチュエータは、従来技術の欠点を克服することができる。

【0064】

実際、問題のリニアアクチュエータは、寸法が３軸に沿って縮小されるため、コンパクトさの問題を解決し、同時に、いくつかのサブコンポーネント、つまり、制御軸、伝達手段、および本体のカバーをカスタマイズすることにより最大ストロークを変更できるため、軸方向のストロークに高い柔軟性が得られる。

【0065】

また、ユーザのニーズに応じて、対称または非対称のストローク分布を備えたダブル出力を有することも可能である。

【0066】

アクチュエータは、静的状態および動的状態の両方でより良い制御のための低い可逆性を保証し、最終的な軸上の位置センサを装備することもできる。

【0067】

本発明の解決策の柔軟性は、ねじピッチを変更することによりさらに増大し、これにより、制御軸上の複数の速度／力の変動が可能になる。

【0068】

また、カバーと制御軸のみを変更すると、単一出力または二重効果、サーボまたはオン／オフ解決策が生成される。

【0069】

また、この解決策は、容易に拡張可能である。

【0070】

軸方向位置センサは、制御軸の実際の軸方向位置の間接的な測定ではなく、直接計算を可能にする。このようにして、作動装置の極めて正確な制御が可能である。

【0071】

制御軸用の２つの支持体の存在により、アクチュエータは、非常に頑丈であり、ピーク負荷および振動に耐える（これらは同じボディに配置されているため、このレイアウトではなおさらである。したがって、極めて正確な相互位置決めを保証することが可能である。）。

【0072】

全体として、本発明に係るアクチュエータは、非常に低い実現コストを維持しながら、コンパクトな寸法、高い精度および信頼性を有するように見える。

【0073】

加えて、アクチュエータは、エンドユーザの特定の要求／ニーズに応じて容易にカスタマイズ可能である。

【0074】

当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の保護範囲内に留まりながら、偶発的かつ特定の要件を満たすように、上述のアクチュエータに多数の修正および変更を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】