JP2017099180A - 回転電機、および、それを用いたシフトバイワイヤシステム - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度にかかわらず出力トルクが安定する回転電機を提供する。【解決手段】ステータ３０は、ハウジング１０内に設けられている。コイル３３は、ステータ３０に設けられ、通電により磁束を発生可能である。ロータ４０は、磁性材料により形成され、ステータ３０の内側において回転可能に設けられ、ロータコア４１、ロータコア４１からステータ３０に向かって突出するよう形成された突極４２、および、ロータコア４１および突極４２のうち少なくとも突極４２を板厚方向に延びるよう形成された収容穴部４３を有している。膨張部材８０は、ロータ４０の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数の磁性材料により形成され、収容穴部４３の内側に設けられ、温度の上昇に応じて膨張する。【選択図】図１

Description

本発明は、トルクを出力可能な回転電機、および、それを用いたシフトバイワイヤシステムに関する。

従来、自動車のシフトレンジ切替装置では、運転者が選択したシフトレンジを電子制御装置で検出し、この検出値に応じて回転駆動装置を駆動制御し、自動変速機のシフトレンジを切り替えるシフトバイワイヤシステムが知られている。

特開２０１３−２４７７９８号公報

特許文献１のシフトバイワイヤシステムでは、回転駆動装置の出力部は、自動変速機のシフトレンジ切替装置に接続されている。回転駆動装置は回転電機を備えており、回転電機から出力されるトルク（以下、「出力トルク」という。）は、減速機を経由して出力部から出力される。回転電機からの出力トルクは、コイルにおいて発生する磁束に比例する。コイルで発生する磁束は、コイルに流れる電流に比例する。一般に、シフトバイワイヤシステムは、−４０〜１００℃以上の広い温度範囲で使用される。そのため、環境温度が高くなるとコイルの抵抗値が大きくなるというように、環境温度の変化によりコイルの抵抗値が変化する。これにより、コイルで発生する磁束が不安定になるおそれがある。したがって、低温時は回転電機からの出力トルクが大きく、高温時は出力トルクが小さくなるというように、環境温度の変化により、回転電機からの出力トルクが不安定になるおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、環境温度にかかわらず出力トルクが安定する回転電機、および、それを用いたシフトバイワイヤシステムを提供することにある。

本発明の回転電機は、ハウジングとステータとコイルとロータと膨張部材とを備えている。
ステータは、ハウジング内に設けられている。
コイルは、ステータに設けられ、通電により磁束を発生可能である。

ロータは、磁性材料により形成され、ステータの内側において回転可能に設けられ、ロータコア、ロータコアからステータに向かって突出するよう形成された突極、および、ロータコアおよび突極のうち少なくとも突極を板厚方向に延びるよう形成された収容穴部を有している。
膨張部材は、ロータの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数の磁性材料により形成され、収容穴部の内側に設けられ、温度の上昇に応じて膨張する。

本発明では、例えば環境温度が所定温度以下のとき、膨張部材の外壁と収容穴部の内壁との間に隙間が形成される。そのため、このとき、コイルの抵抗値は小さく、コイルから発生する磁束は多くなるものの、コイルから発生した磁束は、前記隙間により、ロータを流れ難くなる。これにより、低温時に回転電機からの出力トルクが過度に増大するのを抑制することができる。

一方、環境温度が前記所定温度より高いとき、膨張部材の外壁の少なくとも一部と収容穴部の内壁とは当接する。そのため、このとき、コイルの抵抗値は大きく、コイルから発生する磁束は少なくなるものの、コイルから発生した磁束は、ロータを流れ易くなる。これにより、高温時に回転電機からの出力トルクが過度に低下するのを抑制することができる。
このように、本発明では、収容穴部において、膨張部材が温度の上昇に応じて膨張することにより、環境温度にかかわらず、回転電機の出力トルクを安定させることができる。

本発明の一実施形態による回転電機を含む回転駆動装置を示す断面図。 本発明の一実施形態による回転電機を含む回転駆動装置を適用したシフトバイワイヤシステムを示す概略図。 本発明の一実施形態による回転電機を図１の矢印ＩＩＩ方向から見た図。 本発明の一実施形態による回転電機の膨張部材およびその近傍を示す断面図であって、（Ａ）は環境温度が所定温度以下のときの状態を示す図、（Ｂ）は環境温度が所定温度より高いときの状態を示す図。 （Ａ）は図４（Ａ）のＶＡ−ＶＡ線断面図、（Ｂ）は図４（Ｂ）のＶＢ−ＶＢ線断面図。

以下、本発明の一実施形態による回転電機を含む回転駆動装置を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
図１に示す回転駆動装置としての回転式アクチュエータ１は、例えば車両の自動変速機のシフトを切り替えるシフトバイワイヤシステムの駆動部として適用される。

まず、当該シフトバイワイヤシステムについて説明する。図２に示すように、シフトバイワイヤシステム１００は、回転式アクチュエータ１、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）２、シフトレンジ切替装置１１０およびパーキング切替装置１２０等を備えている。回転式アクチュエータ１は、駆動対象としてのシフトレンジ切替装置１１０のマニュアルシャフト１０１を回転駆動する。これにより、自動変速機１０８のシフトレンジが切り替えられる。回転式アクチュエータ１は、ＥＣＵ２によって回転が制御される。回転式アクチュエータ１は、例えば、シフトレンジ切替装置１１０のハウジング１３０に取り付けられる。なお、回転式アクチュエータ１は、シフトレンジ切替装置１１０のマニュアルシャフト１０１を回転駆動することにより、パーキング切替装置１２０のパークロッド１２１等を駆動する。

シフトレンジ切替装置１１０は、マニュアルシャフト１０１、ディテントプレート１０２、油圧バルブボディ１０４およびハウジング１３０等から構成されている。ハウジング１３０は、マニュアルシャフト１０１、ディテントプレート１０２および油圧バルブボディ１０４等を収容している。マニュアルシャフト１０１は、ハウジング１３０に形成された穴部１３１（図１参照）を経由して、一方の端部がハウジング１３０から飛び出すようにして設けられている。

マニュアルシャフト１０１は、一方の端部が回転式アクチュエータ１の出力軸６０にスプライン結合される（後述する）。ディテントプレート１０２は、マニュアルシャフト１０１から径外方向に延びる扇形状に形成され、マニュアルシャフト１０１と一体に回転する。ディテントプレート１０２には、マニュアルシャフト１０１と平行に突出するピン１０３が設けられている。

ピン１０３は、油圧バルブボディ１０４に設けられるマニュアルスプール弁１０５の端部に係止されている。このため、マニュアルスプール弁１０５は、マニュアルシャフト１０１と一体で回転するディテントプレート１０２によって、軸方向へ往復移動する。マニュアルスプール弁１０５は、軸方向に往復移動することで、自動変速機１０８の油圧クラッチへの油圧供給路を切り替える。この結果、油圧クラッチの係合状態が切り替わり、自動変速機１０８のシフトレンジが変更される。

ディテントプレート１０２は、径方向の端部に凹部１５１、凹部１５２、凹部１５３および凹部１５４を有している。当該凹部１５１〜１５４は、例えば、それぞれ自動変速機１０８のシフトレンジであるＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、およびＤレンジに対応している。板ばね１０６の先端に支持されているストッパ１０７が、ディテントプレート１０２の凹部１５１〜１５４のいずれかと噛み合うことにより、マニュアルスプール弁１０５の軸方向の位置が決定する。

回転式アクチュエータ１からマニュアルシャフト１０１を経由してディテントプレート１０２にトルクが加わると、ストッパ１０７は隣接する他の凹部（凹部１５１〜１５４のいずれか）へ移動する。これにより、マニュアルスプール弁１０５の軸方向の位置が変化する。

例えば、マニュアルシャフト１０１を図２の矢印Ｙ方向から見て時計回り方向に回転させると、ディテントプレート１０２を介してピン１０３がマニュアルスプール弁１０５を油圧バルブボディ１０４の内部に押し込み、油圧バルブボディ１０４内の油路がＤ、Ｎ、Ｒ、Ｐの順に切り替えられる。これにより、自動変速機１０８のシフトレンジがＤ、Ｎ、Ｒ、Ｐの順に切り替えられる。

一方、マニュアルシャフト１０１を反時計回り方向に回転させると、ピン１０３がマニュアルスプール弁１０５を油圧バルブボディ１０４から引き出し、油圧バルブボディ１０４内の油路がＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄの順に切り替えられる。これにより、自動変速機１０８のシフトレンジがＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄの順に切り替えられる。
このように、回転式アクチュエータ１により回転駆動されるマニュアルシャフト１０１の回転角度、すなわち回転方向の所定の位置は、自動変速機１０８の各シフトレンジに対応している。

パーキング切替装置１２０は、パークロッド１２１、パークポール１２３およびパーキングギア１２６等から構成されている。パークロッド１２１は、略Ｌ字型に形成され、一方の端部にディテントプレート１０２が接続されている。パークロッド１２１の他方の端部には、円錐部１２２が設けられている。ディテントプレート１０２の回転運動をパークロッド１２１が直線運動に変換することで、円錐部１２２は、軸方向へ往復移動する。円錐部１２２の側面には、パークポール１２３が当接している。そのため、パークロッド１２１が往復移動すると、パークポール１２３は軸部１２４を中心に回転駆動する。

パークポール１２３の回転方向には突部１２５が設けられており、この突部１２５がパーキングギア１２６の歯車に噛み合うと、パーキングギア１２６の回転が規制される。これにより、図示しないドライブシャフトまたはディファレンシャルギア等を経由して駆動輪がロックする。一方、パークポール１２３の突部１２５がパーキングギア１２６の歯車から外れると、パーキングギア１２６は回転可能となり、駆動輪のロックは解除する。

次に、回転式アクチュエータ１について説明する。
図１に示すように、回転式アクチュエータ１は、ハウジング１０、入力軸２０、回転電機としてのモータ３、減速機５０、出力軸６０、軸受部材９１およびシール部材９５等を備えている。

ハウジング１０は、フロントハウジング１１およびリアハウジング１２を有している。フロントハウジング１１およびリアハウジング１２は、例えば樹脂により形成されている。フロントハウジング１１は、有底筒部１３および支持筒部１４を有している。有底筒部１３は、一方の端部に底部を有する筒状に形成されている。支持筒部１４は、有底筒部１３の底部の中央に、有底筒部１３と一体に形成されている。リアハウジング１２は、有底筒部１５を有している。有底筒部１５は、一方の端部に底部を有する筒状に形成されている。

フロントハウジング１１とリアハウジング１２とは、有底筒部１３の底部とは反対側の端部、および、有底筒部１５の底部とは反対側の端部同士を当接した状態でボルト４により固定されている。これにより、フロントハウジング１１とリアハウジング１２との間に空間５が形成されている。フロントハウジング１１とリアハウジング１２とが当接する箇所には、ゴムにより形成された環状のガスケット６が挟み込まれている。そのため、空間５の内部と外部とは、気密または液密に保持されている。

入力軸２０は、例えば金属により形成されている。入力軸２０は、一端部２１、大径部２２、偏心部２３、他端部２４を有している。一端部２１、大径部２２、偏心部２３、他端部２４は、この順で軸Ａｘ１方向に並ぶよう一体に形成されている。

一端部２１は、円柱状に形成されている。大径部２２は、一端部２１より外径が大きい円柱状に形成され、一端部２１と同軸（軸Ａｘ１）に設けられている。偏心部２３は、大径部２２より外径が小さい円柱状に形成され、入力軸２０の回転中心である軸Ａｘ１に対し偏心して設けられている。すなわち、偏心部２３は、一端部２１および大径部２２に対し偏心して設けられている。他端部２４は、偏心部２３より外径が小さい円柱状に形成され、一端部２１および大径部２２と同軸（軸Ａｘ１）に設けられている。

入力軸２０は、他端部２４をフロントベアリング１６に、一端部２１をリアベアリング１７によって回転可能に支持されている。本実施形態では、フロントベアリング１６およびリアベアリング１７は、例えばボールベアリングである。

フロントベアリング１６は、後述する出力軸６０の内側に設けられている。出力軸６０は、フロントハウジング１１の内側に設けられた金属製で筒状のメタルベアリング１８によって回転可能に支持されている。すなわち、入力軸２０の他端部２４は、フロントハウジング１１に設けられたメタルベアリング１８、出力軸６０、および、フロントベアリング１６を介して回転可能に支持されている。一方、入力軸２０の一端部２１は、リアハウジング１２の底部の中央に設けられたリアベアリング１７を介して回転可能に支持されている。このように、入力軸２０は、ハウジング１０に回転可能に支持されている。

回転電機としてのモータ３は、永久磁石を用いることなく駆動力を発生する３相ブラシレスモータである。モータ３は、空間５のリアハウジング１２側に設けられている。すなわち、モータ３は、ハウジング１０に収容されるようにして設けられている。モータ３は、ステータ３０、コイル３３、ロータ４０および膨張部材８０等を有している。
ステータ３０は、略円環状に形成され、リアハウジング１２にインサートモールドされた金属製のプレート７に圧入されることにより、リアハウジング１２に回転不能に固定されている。

ステータ３０は、例えば鉄等の磁性材料からなる薄板を板厚方向に複数積層することによって形成されている。ステータ３０は、ステータコア３１およびステータティース３２を有している。ステータコア３１は、円環状に形成されている。ステータティース３２は、ステータコア３１から径方向内側へ突出するよう形成されている。ステータティース３２は、ステータコア３１の周方向に等間隔で複数形成されている。本実施形態では、ステータティース３２は、例えば１２個形成されている（図３参照）。なお、図３では、図面が煩雑になることを避けるため、実質的に同一の複数の部材または部位には符号を１つのみ付し、すべての部材または部位に符号を付すことはしていない。

コイル３３は、複数のステータティース３２のそれぞれに巻回されるようにして設けられている。コイル３３は、バスバー部７０に電気的に接続されている。バスバー部７０は、図１に示すようにリアハウジング１２の有底筒部１５の底部に設けられている。バスバー部７０には、コイル３３に供給される電力が流れる。バスバー部７０は、ステータ３０に設けられているコイル３３の径方向内側に、コイル３３と接続されるターミナル７１を有している。コイル３３は、ターミナル７１と電気的に接続されている。ターミナル７１には、ＥＣＵ２から出力された駆動信号に基づいて電力が供給される。

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、例えば鉄等の磁性材料、すなわち、軟磁性材料からなる薄板を板厚方向に複数積層することによって形成されている。ここで、ロータ４０の熱膨張係数は、１２．１（×１０^-6／℃）程度である。
ロータ４０は、ロータコア４１、突極４２および収容穴部４３を有している。

ロータコア４１は、円環状に形成され、入力軸２０の大径部２２に圧入固定されている。突極４２は、ロータコア４１から径方向外側のステータ３０に向けて突出するよう形成されている。突極４２は、ロータコア４１の周方向に等間隔で複数形成されている。本実施形態では、突極４２は、例えば８個形成されている（図３参照）。図３では、ロータコア４１と突極４２との境界を二点鎖線で示している。

収容穴部４３は、ロータコア４１および突極４２のうち少なくとも突極４２を板厚方向に延びるよう形成されている（図３、４参照）。図３に示すように、収容穴部４３は、８個の突極４２のそれぞれに形成されている。つまり、収容穴部４３は、突極４２と同じく、８つ形成されている。
収容穴部４３は、ロータコア４１と突極４２との境界近傍に形成されている。収容穴部４３は、大部分が突極４２側に形成され、その他の一部がロータコア４１側に形成されている。
図３、４、５に示すように、収容穴部４３は、内壁４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６を有している。

内壁４３１は、収容穴部４３の中心に対し入力軸２０の軸Ａｘ１側に、矩形の平面状に形成される内壁である。内壁４３１は、軸Ａｘ１に対し平行である。内壁４３２は、内壁４３１に対向するよう、収容穴部４３の中心に対し軸Ａｘ１とは反対側に、矩形の平面状に形成される内壁である。ここで、内壁４３１と内壁４３２とは、互いに平行である。

内壁４３３は、内壁４３１の外縁部と内壁４３２の外縁部との間に、矩形の平面状に形成される内壁である。内壁４３４は、内壁４３３に対向するよう内壁４３１の外縁部と内壁４３２の外縁部との間に、矩形の平面状に形成される内壁である。ここで、内壁４３３と内壁４３４とは、互いに平行である。

内壁４３５は、外縁部が内壁４３１〜４３４の外縁部に接続するよう、収容穴部４３の中心に対しフロントハウジング１１側に、矩形の平面状に形成される内壁である。なお、内壁４３５は、ロータ４０を構成する薄板のうち最もフロントハウジング１１側に位置する薄板のリアハウジング１２側の面に形成されている（図４参照）。

内壁４３６は、内壁４３５に対向し外縁部が内壁４３１〜４３４の外縁部に接続するよう、収容穴部４３の中心に対しリアハウジング１２側に、矩形の平面状に形成される内壁である。内壁４３６は、ロータ４０を構成する薄板のうち最もリアハウジング１２側に位置する薄板のフロントハウジング１１側の面に形成されている（図４参照）。ここで、内壁４３５と内壁４３６とは、互いに平行である。
上述のように内壁４３１〜４３６が形成されることにより、収容穴部４３は、直方体状に形成されている。なお、本実施形態では、内壁４３１と内壁４３３との間の角部、内壁４３３と内壁４３２との間の角部、内壁４３２と内壁４３４との間の角部、内壁４３４と内壁４３１との間の角部は、曲面状に形成されている（図５参照）。
図４に示すように、内壁４３５の中央に、内壁４３６側へ突出する突起４０１が形成されている。また、内壁４３６の中央に、内壁４３５側へ突出する突起４０２が形成されている。
ロータ４０は、ロータコア４１が入力軸２０に圧入固定されることにより、ハウジング１０およびステータ３０に対し、相対的に回転可能である。

膨張部材８０は、例えばパーマロイ等の磁性材料、すなわち、軟磁性材料により形成されている。より詳しくは、膨張部材８０は、Ｎｉ含有量が約７８％のＮｉ−Ｆｅ合金である７８−パーマロイにＭｏ、Ｃｕ等を添加して透磁率を高めたもの（ＪＩＳ規格ではパーマロイＣ）により形成されている。そのため、膨張部材８０は、透磁率が比較的高い。また、膨張部材８０の熱膨張係数は、１３．６（×１０^-6／℃）程度である。つまり、膨張部材８０の熱膨張係数は、ロータ４０の熱膨張係数より大きい。
膨張部材８０は、ロータ４０に形成された収容穴部４３の内側に設けられている。膨張部材８０は、収容穴部４３に対応し、収容穴部４３と同数、すなわち、８つ設けられている。
膨張部材８０は、収容穴部４３の形状に対応し、直方体状に形成されている。図３、４、５に示すように、膨張部材８０は、正面８１、背面８２、側面８３、８４、上面８５、下面８６を有している。

正面８１は、収容穴部４３の内壁４３１に対向するよう、矩形の平面状に形成される外壁である。背面８２は、収容穴部４３の内壁４３２に対向するよう、矩形の平面状に形成される外壁である。ここで、正面８１と背面８２とは、互いに平行である。

側面８３は、収容穴部４３の内壁４３３に対向するよう、矩形の平面状に形成される外壁である。側面８４は、収容穴部４３の内壁４３４に対向するよう、矩形の平面状に形成される外壁である。ここで、側面８３と側面８４とは、互いに平行である。

上面８５は、収容穴部４３の内壁４３５に対向するよう、矩形の平面状に形成される外壁である。下面８６は、収容穴部４３の内壁４３６に対向するよう、矩形の平面状に形成される外壁である。ここで、上面８５と下面８６とは、互いに平行である。
なお、本実施形態では、正面８１と側面８３との間の角部、側面８３と背面８２との間の角部、背面８２と側面８４との間の角部、側面８４と正面８１との間の角部は、曲面状に形成されている（図５参照）。

図４に示すように、上面８５の中央に、下面８６側へ凹む凹部８０１が形成されている。また、下面８６の中央に、上面８５側へ凹む凹部８０２が形成されている。膨張部材８０は、凹部８０１に突起４０１が入り込み、凹部８０２に突起４０２が入り込んだ状態で収容穴部４３に設けられている。これにより、膨張部材８０は、収容穴部４３における位置が安定する。
膨張部材８０およびロータ４０は、例えば環境温度が上昇し温度が上昇すると、膨張する。

本実施形態では、環境温度が所定温度以下のとき、つまり、膨張部材８０およびロータ４０の温度が所定温度以下のとき、膨張部材８０の外壁と収容穴部４３の内壁との間に隙間が形成される。例えば、正面８１と内壁４３１との間に隙間Ｓ１が形成され、背面８２と内壁４３２との間に隙間Ｓ２が形成され、側面８３と内壁４３３との間に隙間Ｓ３が形成され、側面８４と内壁４３４との間に隙間Ｓ４が形成され、上面８５と内壁４３５との間に隙間Ｓ５が形成され、下面８６と内壁４３６との間に隙間Ｓ６が形成される（図４（Ａ）、図５（Ａ）参照）。このように、膨張部材８０およびロータ４０の温度が所定温度以下のとき、膨張部材８０の外壁と収容穴部４３の内壁との間にエアギャップが形成される。なお、このとき、突起４０１は凹部８０１に入り込み、突起４０２は凹部８０２に入り込んだ状態である。

一方、環境温度が所定温度より高いとき、つまり、膨張部材８０およびロータ４０の温度が所定温度より高いとき、膨張部材８０の外壁の少なくとも一部と収容穴部４３の内壁とは当接する。本実施形態では、正面８１と内壁４３１とが当接し、背面８２と内壁４３２とが当接し、側面８３と内壁４３３とが当接し、側面８４と内壁４３４とが当接し、上面８５と内壁４３５とが当接し、下面８６と内壁４３６とが当接する（図４（Ｂ）、図５（Ｂ）参照）。
なお、本実施形態では、上記所定温度は、例えば約０℃に設定されている。

コイル３３に電力が供給されると、コイル３３が巻回されたステータティース３２に磁束が生じる。ステータティース３２に生じた磁束は、ロータ４０の突極４２を経由してロータコア４１に流れる。また、突極４２を経由してロータコア４１に流れた磁束は、突極４２を経由してステータティース３２に流れる。これにより、対応するロータ４０の突極４２がステータティース３２に引き寄せられる。複数のコイル３３は、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相を構成している。ＥＣＵ２がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に通電を切り替えるとロータ４０は例えば周方向の一方に回転し、逆にＷ相、Ｖ相、Ｕ相の順に通電を切り替えるとロータ４０は周方向の他方に回転する。このように、各コイル３３への通電を切り替えてステータティース３２に生じる磁力を制御することによって、ロータ４０を任意の方向へ回転させることができる。

例えば膨張部材８０およびロータ４０の温度が所定温度以下のとき、膨張部材８０の外壁と収容穴部４３の内壁との間に隙間Ｓ１〜Ｓ６、すなわち、エアギャップが形成されるため、コイル３３に電力が供給され、ステータティース３２に磁束が生じると、この磁束は、膨張部材８０および隙間Ｓ１〜Ｓ６を避けるようにして突極４２およびロータコア４１を流れる（図５（Ａ）参照）。つまり、このとき、隙間Ｓ１〜Ｓ６により、ロータ４０は、磁束が流れ難い状態、すなわち、磁気飽和状態になっている。

一方、膨張部材８０およびロータ４０の温度が所定温度より高いとき、膨張部材８０の外壁と収容穴部４３の内壁とが当接しエアギャップが消滅するため、コイル３３に電力が供給され、ステータティース３２に磁束が生じると、この磁束は、膨張部材８０を避けることなく、突極４２、膨張部材８０およびロータコア４１を流れる（図５（Ｂ）参照）。つまり、このとき、ロータ４０は、磁束が流れ易い状態になっている。

本実施形態では、リアハウジング１２の有底筒部１５の底部とロータコア４１との間にロータリーエンコーダ７２が設けられている。ロータリーエンコーダ７２は、磁石７３、基板７４およびホールＩＣ７５等を有している。

磁石７３は、環状に形成され、Ｎ極およびＳ極が周方向で交互に着磁された多極磁石である。磁石７３は、ロータコア４１と同軸に、ロータコア４１のリアハウジング１２側の端部に配置されている。基板７４は、リアハウジング１２の有底筒部１５の底部の内壁に固定されている。ホールＩＣ７５は、磁石７３に対向するようにして基板７４に実装されている。

ホールＩＣ７５は、ホール素子および信号変換回路を有している。ホール素子は、ホール効果を利用した磁電変換素子であり、磁石７３が発生する磁束の密度に比例した電気信号を出力する。信号変換回路は、ホール素子の出力信号をデジタル信号に変換する。ホールＩＣ７５は、ロータコア４１の回転に同期したパルス信号を、信号ピン７６を経由してＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ホールＩＣ７５からのパルス信号に基づき、ロータコア４１の回転角および回転方向を検出可能である。
減速機５０は、リングギア５１およびサンギア５２を有している。

リングギア５１は、例えば鉄等の金属により円環状に形成されている。リングギア５１は、ミドルハウジング１３にインサートモールドされた環状のプレート８に圧入されることにより、ハウジング１０に対し回動不能に固定されている。ここで、リングギア５１は、入力軸２０と同軸（軸Ａｘ１）となるようハウジング１０に固定されている。リングギア５１は、内縁部に形成される内歯５３を有している。

サンギア５２は、例えば鉄等の金属により略円盤状に形成されている。サンギア５２は、一方の面の中心から径方向に所定距離離れた位置から板厚方向へ突出するよう形成される円柱状の突出部５４を有している。当該突出部５４は、サンギア５２の周方向に等間隔で複数形成されている。また、サンギア５２は、リングギア５１の内歯５３に噛み合うよう外縁部に形成される外歯５５を有している。サンギア５２は、入力軸２０の偏心部２３の外周に設けられたミドルベアリング１９を介し、入力軸２０に対し相対回転可能に偏心して設けられている。これにより、入力軸２０が回転すると、サンギア５２は、外歯５５がリングギア５１の内歯５３に噛み合いながらリングギア５１の内側で自転しつつ公転する。ここで、ミドルベアリング１９は、フロントベアリング１６およびリアベアリング１７と同様、例えばボールベアリングである。

出力軸６０は、例えば鉄等の金属により形成されている。出力軸６０は、略円筒状の出力筒部６１および略円盤状の円盤部６２を有している。出力筒部６１は、フロントハウジング１１の支持筒部１４の内側に設けられたメタルベアリング１８を介し、ハウジング１０の支持筒部１４に回転可能に支持されている。ここで、出力筒部６１は、入力軸２０の大径部２２と同軸になるよう設けられている。出力筒部６１の内側にフロントベアリング１６が設けられている。これにより、出力筒部６１は、メタルベアリング１８およびフロントベアリング１６を介して入力軸２０の他端部２４を回転可能に支持している。また、出力筒部６１の内側には、スプライン溝６４が形成されている。

円盤部６２は、空間５において、出力筒部６１のサンギア５２側の端部から径方向外側に拡がるように略円盤状に形成されている。円盤部６２には、サンギア５２の突出部５４が入り込み可能な穴部６３が形成されている。穴部６３は、円盤部６２を板厚方向に貫くよう形成されている。穴部６３は、突出部５４に対応し、円盤部６２の周方向に突出部５４と同数形成されている。
円盤部６２の外縁部には、周方向の全範囲に亘り外歯６４が形成されている（図３参照）。

上述の構成により、サンギア５２がリングギア５１の内側で自転しつつ公転すると、出力軸６０の円盤部６２の穴部６３の内壁は、突出部５４の外壁によって円盤部６２の周方向に押される。これにより、サンギア５２の自転成分が出力軸６０に伝達される。サンギア５２の自転の速度は、入力軸２０の回転速度に比べて遅い。そのため、モータ３の回転出力は、減速されて出力軸６０から出力される。このように、リングギア５１およびサンギア５２は、「減速機」として機能する。

図１に示すように、シフトバイワイヤシステム１００のマニュアルシャフト１０１の一端が出力軸６０のスプライン溝６４に嵌合することにより、出力軸６０とマニュアルシャフト１０１とがスプライン結合される。これにより、出力軸６０は、入力軸２０の回転が減速機５０を経由して伝達されることで、モータ３のトルクをマニュアルシャフト１０１に出力する。

軸受部材９１は、支持筒部１４の内側で支持されるようにして設けられている。具体的には、支持筒部１４の内側にインサートモールドされた金属製の筒状の固定部材９２の内側に嵌め込まれるようにして設けられている。本実施形態では、軸受部材９１は、フロントベアリング１６、リヤベアリング１７およびミドルベアリング１９と同様、ボールベアリングである。
図１に示すように、回転式アクチュエータ１は、出力軸６０の出力筒部６１の内側にマニュアルシャフト１０１の端部が結合するよう、シフトレンジ切替装置１１０のハウジング１３０に取り付けられる。

具体的には、マニュアルシャフト１０１の出力軸６０に結合する側の端部には、小径部１１１が形成されている。当該小径部１１１は、マニュアルシャフト１０１の他の部位よりも外径が小さい。そのため、小径部１１１の出力軸６０とは反対側の端部には、テーパ状のテーパ部１１２が形成されている。本実施形態では、小径部１１１およびテーパ部１１２は、ハウジング１３０の外側に位置している。なお、軸受部材９１の内径は、小径部１１１の外径と概ね同じに設定されている。
小径部１１１のテーパ部１１２とは反対側の端部、すなわち、マニュアルシャフト１０１の一方の端部の外壁には、スプライン溝１１３が形成されている。

回転式アクチュエータ１がハウジング１３０に取り付けられるとき、出力軸６０の出力筒部６１のスプライン溝６４とマニュアルシャフト１０１のスプライン溝１１３とが嵌り合うことにより、出力軸６０とマニュアルシャフト１０１とはスプライン結合される。この状態で、軸受部材９１は、マニュアルシャフト１０１の小径部１１１を軸受けする。

シール部材９５は、例えばアクリル等の樹脂または耐熱耐水ゴム等により環状に形成されている。シール部材９５は、フロントハウジング１１の支持筒部１４の内側に設けられている。なお、シール部材９５は、外径が支持筒部１４の内径と概ね同じ、かつ、内径がマニュアルシャフト１０１の小径部１１１の外径と概ね同じに設定されている。シール部材９５は、マニュアルシャフト１０１が出力軸６０の出力筒部６１に結合した状態で、マニュアルシャフト１０１の小径部１１１の外壁と支持筒部１４の内壁との間を気密または液密に保持可能である。

以上説明したように、（１）本実施形態のモータ３は、ハウジング１０とステータ３０とコイル３３とロータ４０と膨張部材８０とを備えている。
ステータ３０は、ハウジング１０内に設けられている。
コイル３３は、ステータ３０に設けられ、通電により磁束を発生可能である。

ロータ４０は、磁性材料により形成され、ステータ３０の内側において回転可能に設けられ、ロータコア４１、ロータコア４１からステータ３０に向かって突出するよう形成された突極４２、および、ロータコア４１および突極４２のうち少なくとも突極４２を板厚方向に延びるよう形成された収容穴部４３を有している。
膨張部材８０は、ロータ４０の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数の磁性材料により形成され、収容穴部４３の内側に設けられ、温度の上昇に応じて膨張する。

本実施形態では、例えば環境温度が所定温度以下のとき、膨張部材８０の外壁と収容穴部４３の内壁との間に隙間Ｓ１〜Ｓ６が形成される。そのため、このとき、コイル３３の抵抗値は小さく、コイル３３から発生する磁束は多くなるものの、コイル３３から発生した磁束は、前記隙間により、ロータ４０を流れ難くなる。これにより、低温時にモータ３からの出力トルクが過度に増大するのを抑制することができる。

一方、環境温度が前記所定温度より高いとき、膨張部材８０の外壁の少なくとも一部と収容穴部４３の内壁とは当接する。そのため、このとき、コイル３３の抵抗値は大きく、コイル３３から発生する磁束は少なくなるものの、コイル３３から発生した磁束は、ロータ４０を流れ易くなる。これにより、高温時にモータ３からの出力トルクが過度に低下するのを抑制することができる。
このように、本実施形態では、収容穴部４３において、膨張部材８０が温度の上昇に応じて膨張することにより、環境温度にかかわらず、モータ３の出力トルクを安定させることができる。

また、（２）本実施形態では、所定温度以下のとき、膨張部材８０の外壁の少なくとも一部と収容穴部４３の内壁との間に隙間（Ｓ１〜Ｓ６）が形成される。一方、前記所定温度より高いとき、膨張部材８０の外壁の少なくとも一部と収容穴部４３の内壁とは当接する。そのため、上述のように、環境温度にかかわらず、モータ３の出力トルクを安定させることができる。

また、（３）本実施形態では、膨張部材８０は、軟磁性材料により形成されている。つまり、膨張部材８０は、透磁率が大きく、保持力が小さい。そのため、温度の上昇に応じて膨張部材８０の外壁と収容穴部４３の内壁とが当接したとき、磁束は、膨張部材８０を流れ易い。また、磁束が膨張部材８０を流れても、磁束が消滅すれば、膨張部材８０に残留する磁力は小さくなる。よって、環境温度にかかわらず、モータ３の出力トルクを安定させることができるとともに、膨張部材８０に残留する磁力がロータ４０の回転に影響するのを抑制することができる。

また、（４）本実施形態のシフトバイワイヤシステム１００は、上述のモータ３を含む回転式アクチュエータ１とシフトレンジ切替装置１１０とを備えている。シフトレンジ切替装置１１０は、回転式アクチュエータ１の出力軸６０に接続され、出力軸６０を経由してモータ３から出力されるトルクにより自動変速機１０８のシフトレンジを切り替え可能である。

本実施形態のモータ３は、環境温度にかかわらず出力トルクが安定するため、環境温度にかかわらず、回転式アクチュエータ１により、自動変速機１０８のシフトレンジを安定して切り替えることができる。よって、本実施形態のモータ３は、−４０〜１００℃以上の広い温度範囲で使用されるシフトバイワイヤシステム１００に好適である。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、所定温度以下のとき、膨張部材の６つすべての外壁と収容穴部の６つすべての内壁との間に隙間（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）が形成され、前記所定温度より高いとき、膨張部材の６つすべての外壁と収容穴部の６つすべての内壁とが当接する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、所定温度以下のとき、膨張部材の外壁の少なくとも一部と収容穴部の内壁との間に隙間が形成され、前記所定温度より高いとき、膨張部材の外壁の少なくとも一部と収容穴部の内壁とが当接することとしてもよい。

また、上述の実施形態では、上記所定温度を約０℃に設定する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、上記所定温度は、０℃より低い温度に設定してもよい。また、上記所定温度は、０℃より高い温度に設定してもよい。ただし、上記所定温度は、常温（例えば１５℃）より低い温度に設定するのが好ましい。
また、上述の実施形態では、収容穴部が突極とロータコアとの境界近傍に形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、収容穴部は、突極の先端部寄りに形成されていてもよい。また、収容穴部および膨張部材は、磁束の流れを制限できる部位であれば、ステータ側に設けられていてもよい。

また、上述の実施形態では、収容穴部および膨張部材が直方体状に形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、収容穴部および膨張部材は、互いに対応する形状であれば、直方体状に限らず、どのような形状に形成されていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、収容穴部に突起４０１、４０２が形成されていなくてもよい。また、膨張部材に凹部８０１、８０２が形成されていなくてもよい。

また、上述の実施形態では、膨張部材がパーマロイＣにより形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、膨張部材は、例えば、Ｎｉ含有量が約４５％のＮｉ−Ｆｅ合金である４５−パーマロイ（ＪＩＳ規格ではパーマロイＢ）により形成されていてもよい。この場合、膨張部材の熱膨張係数は、７．７（×１０^-6／℃）程度である。つまり、膨張部材の熱膨張係数は、ロータの熱膨張係数より小さい。このような構成であっても、温度に応じて膨張部材の外壁とロータの収容穴部の内壁との間に隙間を形成することができるため、上述の実施形態と同様、環境温度にかかわらず、回転電機の出力トルクを安定させることができる。

また、本発明の他の実施形態では、膨張部材８０は、パーマロイに限らず、例えば、ケイ素鋼、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金等の軟磁性材料により形成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、入力軸の回転を減速して出力軸に伝達する減速機を備える例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、減速機に代えて、入力軸の回転を増速して出力軸に伝達する増速機を備えることとしてもよい。または、減速機に代えて、入力軸の回転を等速で出力軸に伝達する機構を備えることとしてもよい。あるいは、これら減速機や増速機等の機構を備えることなく、入力軸と出力軸とを相対回転不能に一体に結合または形成する構成としてもよい。すなわち、出力軸は、入力軸の回転が伝達されることによって回転電機のトルクを駆動対象のシャフトに出力可能であればよい。

また、上述の実施形態では、回転電機を含む回転式アクチュエータをシフトレンジ切替装置のハウジングに取り付ける例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、回転式アクチュエータをシフトレンジ切替装置のハウジング以外の部位あるいは装置の外壁等に取り付けることとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、回転電機は、３相ブラシレスモータに限らず、他の形式のモータであってもよい。また、回転電機は、トルクが入力されることにより発電可能なジェネレータであってもよい。

また、本発明の他の実施形態では、ディテントプレートの凹部は、いくつ形成されていてもよい。すなわち、本発明を適用可能な自動変速機のレンジの数は４つに限らない。
本発明によるシフトバイワイヤシステムは、上述の実施形態と同様に「Ｐ」、「Ｒ」、「Ｎ」、「Ｄ」の４ポジションを切り替える無段変速機（ＣＶＴ）やＨＶ（ハイブリッド車）の自動変速機（Ａ／Ｔ）の他、「Ｐ」または「ｎｏｔＰ」の２ポジションを切り替えるＥＶ（電気自動車）もしくはＨＶのパーキング機構等のレンジ切替に用いることもできる。
また、本発明の他の実施形態では、回転電機を含む回転式アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステムのシフトレンジ切替装置またはパーキング切替装置以外の装置等を駆動対象としてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

３ モータ（回転電機）、１０ ハウジング、３０ ステータ、３３ コイル、４０ ロータ、４１ ロータコア、４２ 突極、４３ 収容穴部、８０ 膨張部材

Claims (4)

1. ハウジング（１０）と、
   前記ハウジング内に設けられているステータ（３０）と、
   前記ステータに設けられ、通電により磁束を発生可能なコイル（３３）と、
   磁性材料により形成され、前記ステータの内側において回転可能に設けられ、ロータコア（４１）、前記ロータコアから前記ステータに向かって突出するよう形成された突極（４２）、および、前記ロータコアおよび前記突極のうち少なくとも前記突極を板厚方向に延びるよう形成された収容穴部（４３）を有するロータ（４０）と、
   前記ロータの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数の磁性材料により形成され、前記収容穴部の内側に設けられ、温度の上昇に応じて膨張する膨張部材（８０）と、
   を備える回転電機（３）。
2. 所定温度以下のとき、前記膨張部材の外壁の少なくとも一部と前記収容穴部の内壁との間に隙間（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）が形成され、
   前記所定温度より高いとき、前記膨張部材の外壁の少なくとも一部と前記収容穴部の内壁とは当接する請求項１に記載の回転電機。
3. 前記膨張部材は、軟磁性材料により形成されている請求項１または２に記載の回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機と、
   前記回転電機から出力されるトルクにより自動変速機（１０８）のシフトレンジを切り替え可能なシフトレンジ切替装置（１１０）と、
   を備えるシフトバイワイヤシステム（１００）。

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