JP2003314685A - 自動変速機の電動式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】噛合いクラッチを所定変速段へ確実に締結さ
せ、安定した変速性能が得られる自動変速機の電動式ア
クチュエータを提供する。 【解決手段】噛み合い式の変速機構の噛み合いクラッチ
を軸方向に移動させて変速機構の変速段を切り替えるも
のにおいて、モータと、このモータの回転子磁極位置を
検出する検出器と、モータに通電する電流を定電流制御
するインバータ装置と、回転子磁極位置を検出した信号
に応じて前記クラッチが所定の位置に移動したことを検
知する移動検知手段と、この移動検知手段の信号に応じ
て前記定電流制御の指令値を変化させる電流切り替え手
段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や産業車両
等の変速装置に係わり、特に変速を行う操作機構を電動
式のアクチュエータで自動操作するようにした自動変速
機の電動式のアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、歯車式変速機の変速機構には、
主軸（出力軸）上の遊転ギアの回転を主軸に円滑に伝達
するシンクロメッシュ機構が採用されている。シンクロ
メッシュ機構は、主軸上にスプライン装着されたクラッ
チハブと、このクラッチハブの外周に嵌合され、外周に
シフトフォークが係合する溝をもつクラッチハブスリー
ブと、このシフトフォークのシフト動作によって遊転ギ
アのコーン面に摩擦接触されるシンクロナイザリング等
から構成されており、シフトフォークは電気式あるいは
流体圧式に駆動されるシフトアクチュエータによって作
用荷重を受けストローク駆動される。そして、遊転ギア
とクラッチハブスリーブが完全に噛合って所定の変速段
を形成することから、シンクロメッシュ機構は噛合クラ
ッチとも称される。

【０００３】従来の自動変速機の制御装置においては、
噛合クラッチを流体圧式シリンダや電気式モータ等のア
クチュエータで動作させる場合、アクチュエータがクラ
ッチハブスリーブを軸方向に押す作用を行うように制御
している。そして、噛合クラッチがアクチュエータの作
用により機械的に締結完了後は、消費電力軽減およびシ
フトフォークとクラッチハブスリーブの間に生じる接触
摩耗を防止すべく、アクチュエータへの押付け力が生じ
ないよう制御信号を出力している。ここで、従来の自動
変速機の制御装置においては、例えば、特開２０００−
２０５４１０号公報に記載されているように、アクチュ
エータの駆動操作に基づく可動部材またはスリーブの移
動量を検出し、この移動量が予め定められた所定値を超
過したときシフト動作完了と判定し、アクチュエータへ
の制御信号を遮断し、スリーブを軸方向へ押す荷重をカ
ットしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アクチ
ュエータの移動量を検出するセンサ、例えば、ストロー
クセンサには個体差による特性ばらつきがあるため、噛
合クラッチの締結状態を正確に検出することは困難であ
る。特開２０００−２０５４１０号公報に記載されてい
る方式では、噛合クラッチが完全に締結していない状態
でアクチュエータにて生じるの押付け力が低下する場合
があり、この場合には、クラッチハブスリーブがニュー
トラル状態へ移動し、その結果、アクチュエータの再駆
動によりシフト動作のハンチングが発生し、シンクロメ
ッシュ機構への機械的負担が増すという問題があった。

【０００５】また、例えば、特開２０００−６５１９９
号公報に記載されているように、エンジンと変速機構と
の間に配設された摩擦クラッチを用いて、エンジンから
の動力を一時的に遮断せず、変速機構に新たに配設られ
た摩擦クラッチを徐々に締結させることにより変速を実
現し、変速中におけるトルク中断を抑制する自動変速機
が知られている。このような自動変速においては、変速
の際に噛合クラッチにエンジンからの駆動トルクが付加
された状態でクラッチハブスリーブを押付けるため、通
常の歯車式変速機構よりも噛合クラッチが締結し難いも
のである。したがって、特開２０００−２０５４１０号
公報に記載されている方式では、噛合クラッチが完全に
締結していない状態でアクチュエータにて生じるの押付
け力が低下する場合があり、この場合には、シフト抜け
が発生するため、シフト動作を再び行う結果、アクチュ
エータの再駆動によりシフト動作のハンチングが発生
し、シンクロメッシュ機構への機械的負担が増すという
問題があった。

【０００６】本発明の代表的な目的は、噛合クラッチを
所定変速段へ確実に締結させ、安定した変速性能が得ら
れる自動変速機の電動式アクチュエータを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本願
の代表的な発明は、噛み合い式の変速機構の噛み合いク
ラッチを軸方向に移動させて変速機構の変速段を切り替
えるものにおいて、モータと、このモータの回転子磁極
位置を検出する検出器と、モータに通電する電流を定電
流制御するインバータ装置と、回転子磁極位置を検出し
た信号に応じて前記クラッチが所定の位置に移動したこ
とを検知する移動検知手段と、この移動検知手段の信号
に応じて定電流制御の指令値を変化させる電流切り替え
手段とを有することを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、噛合クラッチの締結状態
（即ちクラッチの所定の移動）を正確に検出し、定電流
制御の指令値を変化させることで押付け力の低下を防止
することができる。

【０００９】また、本発明は、移動検出器がクラッチの
所定の移動を検知するまでの期間、インバータ装置が出
力する交流電流の位相を変化させる位相補償手段を有す
る。

【００１０】また、本発明は、移動検出器が上記クラッ
チの所定の移動を検知すると、回転子磁極位置を検出し
た信号を所定の時間以上、固定するようにする。これに
より、シフト動作のハンチングを防止する。

【００１１】電流切り替え手段は、回転子磁極位置を検
出した信号が変化している期間は定電流制御の指令値を
低く設定し、回転子磁極位置を検出した信号が所定の時
間以上、一定の場合は定電流制御の指令値を高く設定す
る。

【００１２】上記目的を達成する本願の他の代表的な発
明は、噛み合いクラッチが設けられた噛み合い式の変速
機構と、この噛み合いクラッチを軸方向に移動させて上
記変速機構の変速段を切り替える電動式アクチュエータ
とを有する自動変速機において、上記電動式アクチュエ
ータはモータと、前記モータに通電する電流を定電流制
御するインバータ装置と、前記モータに通電する電流が
基準値に達したことを検出して前記クラッチの移動を検
知する移動検知手段と、前記移動検知手段の信号に応じ
て前記定電流制御の基準値を変化させる電流切り替え手
段とを備えるようにしたものである。

【００１３】本発明によれば、噛合クラッチの締結状態
を簡易なセンサで検出し、定電流制御の指令値を変化さ
せることで押付け力の低下を防止することができる。

【００１４】また、本発明は、移動検出器がクラッチの
所定の移動を検知するまでの期間、インバータ装置が出
力する交流電流の位相を変化させる位相補償手段を備え
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施例の自動変速機の制御
装置の全体構成を示す。

【００１６】クラッチ１４は、エンジン１０の出力軸１
１と歯車式変速機構を有する第１の入力軸１６の間に設
けられており、エンジン１０のトルクを第１の入力軸１
６に伝達可能にする。クラッチ１４の押付け力の制御に
は、後述するインバータ１−３により駆動するモータ３
−３をアクチュエータとして使用し、モータの回転力を
クラッチ１４の押付け力に変換する機構によって、エン
ジン１０の出力軸１１から第１の入力軸１６への動力伝
達を断続する構成としている。

【００１７】また、クラッチ１３が、エンジン１０の出
力軸１１と歯車式変速機構を有する第２の入力軸１２の
間に設けられており、エンジン１０のトルクを第２の入
力軸１２に伝達可能にする。クラッチ１３の押付け力の
制御には、後述するインバータ１−４により駆動するモ
ータ３−４をアクチュエータとして使用し、モータの回
転力をクラッチ１３の押付け力に変換する機構によっ
て、エンジン１０の出力軸１１から第２の入力軸１２へ
の動力伝達を断続する構成としている。クラッチ１３と
クラッチ１４を用いるツインクラッチは、摩擦クラッチ
と同様な働きを有するものである。

【００１８】第１の入力軸１６には、歯車１７，１８が
固着されており、第２の入力軸１２には、歯車１９，２
０が固着されている。第１の入力軸１６の内部は中空に
なっており、第２の入力軸１２はこの中空部分を貫通
し、第１の入力軸１６に対し回転方向への相対移動が可
能である。歯車式変速機構の出力軸１５には、スプライ
ン２５とシンクロナイザリング２６を備えた歯車２１
と、スプライン２７とシンクロナイザリング２８を備え
た歯車２２と、歯車２１および歯車２２と出力軸１５と
を直結するクラッチハブスリーブ２９を設けている。歯
車２１および歯車２２には、出力軸１５の軸方向に移動
しないようストッパーを設けている。また、スリーブ２
９の内側には、出力軸１５の複数の溝とかみ合う溝を設
けることにより、スリーブ２９は、出力軸１５の軸方向
には相対移動を可能にするが、回転方向への移動は制限
するように出力軸１５に係合している。従って、スリー
ブ２９のトルクは、出力軸１５に伝達される。変速の際
に、スリーブ２９を軸方向へ移動させ、所定変速段を形
成するには、後述するインバータ１−１により駆動する
モータ３−１をアクチュエータとして使用する。

【００１９】ここで、スリーブ２９と、スプライン２５
およびシンクロナイザリング２６と、スプライン２７お
よびシンクロナイザリング２８から成るトルク伝達機構
を噛合クラッチと称する。これらの機構は、エンジン１
０などの動力源からのエネルギーを高効率で出力側に伝
達することが可能であり、車両の燃費低減に大きな効果
がある。

【００２０】同様に、歯車式変速機構の出力軸１５に
は、スプライン３１とシンクロナイザリング３２を備え
た歯車２３と、スプライン３３とシンクロナイザリング
３４を備えた歯車２４と、歯車２３および歯車２４と出
力軸１５とを直結するクラッチハブスリーブ３０を設け
ている。歯車２３および歯車２４には、出力軸１５の軸
方向に移動しないようストッパーを設けている。また、
スリーブ３０の内側には出力軸１５の複数の溝とかみ合
う溝を設けることにより、このスリーブ３０は、出力軸
１５の軸方向には相対移動を可能にするが、回転方向へ
の移動は制限するように出力軸１５に係合している。従
って、スリーブ３０のトルクは出力軸１５に伝達され
る。ここで、スリーブ３０と、スプライン３１およびシ
ンクロナイザリング３２と、スプライン３３およびシン
クロナイザリング３４から成るトルク伝達機構も、噛合
クラッチと称する。

【００２１】第２の入力軸１２からのトルクをスリーブ
３０に伝達するためには、スリーブ３０を出力軸１５の
軸方向に移動させ、シンクロナイザリング３２あるいは
シンクロナイザリング３４を介してスプライン３１ある
いはスプライン３３とスリーブ３０とを直結する必要が
ある。スリーブ３０の移動には、後述するインバータ１
−２により駆動するモータ３−２をアクチュエータとし
て使用する。

【００２２】また、上述の自動変速機は、歯車１７と歯
車２１とから成る歯車列により１速段を、歯車１８と歯
車２２とから成る歯車列により２速段を、歯車１９と歯
車２３とから成る歯車列により３速段を、及び歯車２０
と歯車２４とから成る歯車列により４速段を実現する構
成となっている。ここで、３６及び３７はそれぞれ、歯
車１７及び歯車１９に対する回転数センサである。ま
た、３８は出力軸１５の軸方向を移動するスリーブ３０
に対するストロークセンサである。尚、図１の実施例に
おいては、ストロークセンサ３８を備えた構造を図示し
ているが、本実施例の１つの目的は、このストロークセ
ンサ３８の機能をインバータ１−２で果たすことであ
る。そこで、インバータ１−２がスリーブ３０の移動を
正確に検知できれば、図１におけるストロークセンサ３
８は無くても良い。

【００２３】次に、モータ２−１，２−２，２−３，２
−４とインバータ１−１，１−２，１−３，１−４につ
いて説明する。尚、モータ２−３，２−４はそれぞれク
ラッチ１４、及び１３に対するアクチュエータであり、
モータ２−１，２−２はそれぞれスリーブ２９、及び３
０に対するアクチュエータと使う目的は異なるが、モー
タ２−１，２−２，２−３，２−４はいずれも同じ構造
を有する磁石モータ（例えば直流ブラシレスモータ）で
あり、これらを駆動するインバータ１−１，１−２，１
−３，１−４も後述するように同じ回路構成を有する。
そこで、モータ２−１（以下、代表する場合は番号を２
で表す）とインバータ１−１（以下、代表する場合は番
号を１で表す）を代表として説明する。また、各モータ
に設けた３−１，３−２，３−３，３−４はそれぞれモ
ータ２−１，２−２，２−３，２−４の磁極位置を検出
する磁気的なセンサであり、例えば後述するホールＩ
Ｃ，磁束変化に対して電気特性が変化するホール素子を
用いたＩＣが代表例である。磁極位置センサ３−１，３
−２，３−３，３−４に関しても同じ構造，特性を有す
ることから、３−１（以下、代表する場合は番号を３で
表す）を代表して説明する。

【００２４】スリーブ２９は前述のように、その内側は
出力軸１５の複数の溝とかみ合う溝を有しており、モー
タ２によって回転力を与えられると、溝の噛合いがネジ
と同じ原理により、出力軸１５の軸方向に移動する。こ
こで、モータ２を設ける場合は特定するものではなく、
スリーブ２９に回転力を与え、これを軸方向に移動させ
る機能を果たせば良い。或いは上記ネジの原理の代わり
にモータの回転力をスリーブの推力に変換する他の機構
を途中に用いても良い。モータ２がロータに磁石を用い
た直流ブラシレスモータである場合、一般的に、モータ
２を駆動する為には回転するロータの磁極位置を正確に
検出するための磁極位置センサ３が必要である。尚、こ
の磁極位置センサを用いず、ロータの磁極位置を推定す
る磁極位置センサレス制御がある。図１の実施例では、
磁極位置センサ３を用いた場合を示している。後述する
図６の実施例では、磁極位置センサレス制御を適用した
一実施例を示す。この場合、磁極位置センサ３は不要で
ある。

【００２５】図１において５は電源であり、自動車の場
合は鉛電池等の二次電池を表す。インバータ１−１，１
−２，１−３，１−４はいずれも二次電池５から電力を
供給される。ここで、インバータ１−１，１−２と二次
電池５の負極間にはシャント抵抗４−１，４−２をそれ
ぞれ備え、二次電池５からインバータ１−１，１−２に
それぞれ流れる電流をシャント抵抗４−１，４−２で電
圧信号に変換し、シャント抵抗４−１，４−２両端の電
圧をインバータ１−１，１−２で計測する。図示してい
ないが、インバータ１−３，１−４も同様に二次電池５
と接続され、シャント抵抗を具備して電流を計測する。
インバータ１−１，１−２は信号切換え器６及び７を用
いて、自動変速機用コントローラ８からの信号を選択的
に受け取る。同様に、インバータ１−１，１−２が出力
する信号も信号切換え器６及び７を用いて、自動変速機
用コントローラ８に選択的に届けられる。また、自動変
速機用コントローラ８は上位の制御装置９と双方向の通
信で接続されている。エンジン１０は吸気管に設けられ
た電子制御スロットル３５により、吸入空気量を制御
し、燃料噴射装置から吸入空気量に見合う量の燃料を噴
射している。上位の制御装置９は回転数センサ４０から
検出されたエンジン回転数やその他の情報に応じて、電
動式アクチュエータ（例えば１−１のインバータと２−
１のモータ）を制御する信号を自動変速機用コントロー
ラ８に伝える。

【００２６】図１の実施例で、インバータ１−１は、ス
リーブ２９の移動に関して特別なストロークセンサを用
いることなく、磁極位置センサ３−１とシャント抵抗４
−１で検出したモータ電流に応じてスリーブ２９の移動
させると共に、クラッチ噛合い後に所定トルクを与える
締結動作を制御することが特徴である。この動作制御の
詳細は図２から図６の実施例を用いて詳細に説明する。

【００２７】図２に示す実施例は、インバータ１の詳細
な構成を示した一実施例である。インバータ１の内部に
は、パワーＭＯＳＦＥＴ Ｍ１〜Ｍ６によって構成され
る三相インバータの出力部を備え、パワーＭＯＳＦＥＴ
Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のドレイン端子（高電位側）はいず
れも二次電池５の正極に接続する。一方、パワーＭＯＳ
ＦＥＴ Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６のソース端子（低電位側）は
いずれもシャント抵抗４に接続し、シャント抵抗４の他
端は二次電池５の負極に接続する。パワーＭＯＳＦＥＴ
Ｍ１とＭ２の接続個所、同様にＭ３とＭ４の接続個
所、及びＭ５とＭ６の接続個所がそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相
の出力端子であり、対応するモータ２の固定子巻線に電
流を通電する。モータ２の周囲に図示したホールＩＣ
Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは前述の磁極位置センサの一例であ
る。

【００２８】４１はドライバＩＣであり、パワーＭＯＳ
ＦＥＴ Ｍ１〜Ｍ６にゲート信号を与え、これらデバイ
スのオン，オフ状態を制御する。ドライバＩＣ４１の内
部には磁極位置検出信号Ｈｕ^* ，Ｈｖ^* ，Ｈｗ^* （Ｈｕ
^* と＊印を付けた意味は後述する）に従ってオンさせる
べきパワーＭＯＳＦＥＴを決定する信号分配回路４３を
備える。また、磁極位置検出信号Ｈｕ^* ，Ｈｖ^* ，Ｈｗ
^* の変化から速度フィードバック信号ＦＧを生成する速
度フィードバック回路４８，コントローラ８から入力さ
れる速度指令値Ｖｓと三角波発生器５０で生成した三角
波を比較し、比較器４９でパルス幅制御（ＰＷＭ制御）
の信号を出力する。電流検出器５５はシャント抵抗４の
電圧を差動増幅器５６で検出し、その結果を比較器５７
で所定の電流指令値と比較した結果を信号ＲＳとして出
力し、ドライバＩＣ内部の比較器を経て信号分配回路４
３に伝達する。信号分配回路４３は電流検出の結果に従
って、後述する定電流制御を実行する。ここで、比較器
５７に与えられる電流指令値は図２の実施例において
は、２つの値がある。即ち、ドライバＩＣに内蔵する電
圧レギュレータ（一定電圧を出力する）４７の出力ＣＢ
を抵抗で分圧した第一の電流指令値と、コントローラ８
が出力する第二の指令値ＣＳを増幅器、或いは積分器５
８を介して得た第二の電流指令値である。ここで、第一
の電流指令値は固定値であり、第二の電流指令値は可変
値である。尚、５８を増幅器或いは積分器の二通りとし
た理由は、ＣＳがコントローラ８に内蔵されたＤ／Ａ
（ディジタル−アナログ）変換器で作成されたアナログ
信号の場合は５８に増幅器を用い、ＣＳをディジタル値
のまま送る場合には、このディジタル値を積分器５８で
積分し、アナログ値に変換するためである。比較器５７
は上記第一，第二の電流指令値のうち大きい値を用いて
差動増幅器５６の出力と比較する。信号分配回路４３は
磁極位置検出信号Ｈｕ^* ，Ｈｖ^* ，Ｈｗ^* に従ってオン
させるパワーMOSFETＭ１〜Ｍ６を決定する。次に、オン
を決定されたパワーＭＯＳＦＥＴ（例えば高電位側がＭ
１、低電位側がＭ４とする）に対して、更に比較器４９
で指示されたＰＷＭ制御の指令と、比較器５１で指示さ
れた電流制御指令に応じて高電位側、或いは低電位側パ
ワーＭＯＳＦＥＴのいずれか一方をチョッパー制御（即
ち、比較器４９或いは５１の出力に応じ、三角波の周波
数でオン，オフを繰り返す）する。ここで、比較器４９
はモータ２の回転数が所定の値に達すると、上記チョッ
パー制御でパワーＭＯＳＦＥＴをオン，オフさせる回転
数制御の動作を指示する。また、比較器５１は電流検出
回路５５で検出したモータ電流が所定の値に達すると、
上記チョッパー制御でパワーＭＯＳＦＥＴをオン，オフ
させる動作を定電流制御（或いはトルク制御とも呼ぶ）
の動作を指示する。本実施例における自動変速機用電動
アクチュエータでは、クラッチ或いはスリーブが軸方向
に移動するまでの間は回転数制御と定電流制御の両方が
働き、クラッチ或いはスリーブが押し付け力を出して締
結する期間は定電流制御が働く。

【００２９】以上の構成において、ドライバＩＣ４１に
含まれる各回路は、例えば１９９３年発行のSmall Moto
r International Conference（小型モータ国際学会）の
予稿集ｐｐ２０３−２０８に類似な構成が紹介されてお
り、本実施例の特有の構成ではない。本実施例の特徴
は、ホールＩＣの出力Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを一旦、コント
ローラ８に取りこみ図５で後述する位相補償を施した信
号Ｈｕ^* ，Ｈｖ^*，Ｈｗ^*に変換し、Ｈｕ^* ，Ｈｖ^* ，Ｈ
ｗ^* をドライバＩＣ４１に入力する点である。また、図
３，図４で後述するように、コントローラ８がドライバ
ＩＣ４１から与えられた速度フィードバック信号ＦＧに
基づいて、電流検出回路５５の比較器５７に対する電流
指令値を前述の第一，第二指令値のように切り替えるこ
とも本実施例の特徴である。

【００３０】ドライバＩＣ４１で上アーム駆動回路４４
の出力ＰＧＵ，ＰＧＶ，ＰＧＷはそれぞれ、パワーＭＯ
ＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のゲート端子にオン、又は
オフのゲート駆動信号を伝える。同時に、下アーム駆動
回路４５の出力ＮＧＵ，NGV,ＮＧＷはそれぞれ、パワー
ＭＯＳＦＥＴ Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６のゲート端子にオン、
又はオフのゲート駆動信号を伝える。ここで、出力ＰＧ
Ｕ，ＰＧＶ，ＰＧＷとＭ１，Ｍ３，Ｍ５の共通ドレイン
端子間には、例えばツエナーダオード５３のように電圧
が所定値以上になると導通する電圧検知素子を設けてい
る。同様に、出力ＮＧＵ，ＮＧＶ，ＮＧＷとＭ１，Ｍ
３，Ｍ５の各ドレイン端子間にもツエナーダオード５４
のような電圧検知素子を設けている。パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ Ｍ１の場合を例として、上記電圧検知素子の動作を
説明する。Ｍ１をターンオフ（電流遮断）すると、電流
の時間変化が激しいほどサージ電圧が発生し、このサー
ジ電圧がＭ１のドレイン−ソース間耐圧を越えると、Ｍ
１は耐圧破壊してしまう。本発明は後の図４で説明する
ように、前記第二の電流指令値が電流検出回路に与えら
れるとモータに通電する電流を増加させる。この際、前
述のサージ電圧が問題になる恐れがあり、これを避ける
ために電圧検知素子を備える。サージ電圧が電圧検知素
子の所定値を越えると、電圧検知素子が導通してＭ１の
ゲート端子に電流が流れ込む。Ｍ１は通常、ゲート・ソ
ース間の静電容量に蓄えた電荷を取り去る、即ち、放電
させることでオフさせる。これに対して、電圧検知素子
が導通するとＭ１のドレイン・ソース間電圧に応じて逆
にゲート・ソース間容量を充電する電流が流れ込む為、
Ｍ１が電流を遮断する動作が緩やかになり、サージ電圧
は抑制される。本実施例では、パワーＭＯＳＦＥＴはク
ラッチ或いはスリーブが押し付け力を出して締結する期
間中、定格電流を越える電流をチョッパー制御しながら
流し続けるため、上記大電流遮断時のサージ電圧を防止
する回路手段は必要な機能である。

【００３１】図１に示した自動変速機の機構で、本実施
例が特徴とするクラッチ或いはスリーブの移動とその締
結に関する電動式アクチュエータ（即ち、モータ２とイ
ンバータ１）の制御法を次の図３及び図４を用いて説明
する。図３はクラッチ或いはスリーブが所定の方向に移
動する過程において、インバータ１への入力とこれに応
じた出力の変化を示すタイムチャートである。

【００３２】図３で、磁極位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈ
ｗ（或いは図５で述べる位相補償を施したＨｕ^* ，Ｈｖ
^* ，Ｈｗ^* ）はそれぞれ位相が電気角で２π／３ラジア
ン（或いは１２０°）ずつ異なる信号である。速度フィ
ードバック信号ＦＧは例えば磁極位置検出信号の立ち上
がりと立ち下がり毎に図示するようなパルスが生成され
るものとする。この磁極位置検出信号に応じてパワーＭ
ＯＳＦＥＴ Ｍ１〜Ｍ６に伝えるゲート信号ＰＧＵ，Ｐ
ＧＶ，ＰＧＷ及びＮＧＵ，ＮＧＶ，ＮＧＷはそれぞれ図
３のように変化する。ここで、１つのゲート信号は電気
角で２π／３ラジアンの期間、対応するパワーＭＯＳＦ
ＥＴをオンさせるものであり、こうした駆動法を１２０
°通電と呼ぶ。図３では、低電位側のパワーＭＯＳＦＥ
Ｔを前述のチョッパー制御する場合を図示している。こ
こで、時刻の原点からモータ電流が第一の電流指令値Ｉ
_r1到達するまでの期間は各低電位側のパワーMOSFETのゲ
ート信号はチョッピングされていない。そして、モータ
電流が第一の電流指令値Ｉ_r1に到達した以降は三角波の
周波数に応じてゲート信号がパルス状になるチョッピン
グ動作を図示している。モータ電流が第一の電流指令値
Ｉ_r1に到達するまでの期間は、前述の回転数制御による
ＰＷＭ制御（チョッピング動作と同じようにパルス波に
なる）が実行されるはずであるが、図３の例ではクラッ
チ或いはスリーブが移動を開始して、所定の回転数に到
達する前に、モータ電流が第一の電流指令値Ｉ_r1に到達
したことを示したものである。実際に自動変速機のクラ
ッチ切り替えにおいては、モータが停止状態から起動し
て、回転数が一定速度になる前にクラッチ或いはスリー
ブが締結位置に達し、図３のような動作が起きることに
なる。

【００３３】次に、図４を用いて、クラッチ或いはスリ
ーブが締結位置に達した時刻付近の動作を説明する。

【００３４】図４でクラッチ或いはスリーブが締結位置
に達し、それ以上移動しない、即ちモータ２が拘束され
た状態になると、ロータが固定される為、磁極位置検出
信号は図４に示すように変化しなくなる。そして、速度
フィードバック信号も出力されなくなる。コントローラ
８は速度フィードバック信号が出なくなった状況を検知
すると、電流指令ＣＳを図４に示すように第一の値Ｉ_r1
から第二の値Ｉ_r2に増加させる。これに応じてゲート信
号のＮＧＵが変化し（電流増加期間中はチョッピング波
形でなくなっている）、モータ電流が増加して、拘束状
態のモータに対するトルクを増加する。そして、モータ
電流が第二の指令値に達すると、チョッピングが再開す
る。このようにトルクを増加することによってクラッチ
或いはスリーブに押し付け力を加えることが特徴であ
る。また、図３動作開始から図４に至る過程では、クラ
ッチ或いはスリーブが移動を開始して締結の位置に達し
たことを磁極位置検出信号で判断していることも本実施
例の大きな特徴である。

【００３５】以上、図３と図４を用いて説明したインバ
ータの動作（或いは制御）をフローチャートで表したも
のが図５である。図５の説明は図３及び図４で述べた説
明と重複するため、特記すべき点を除き省略する。

【００３６】図５で重要な事項は、（３）で磁極位置検
出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに進み位相を付加する補償を施
しＨｕ^* ，Ｈｖ^* ，Ｈｗ^* の信号を生成することであ
る。これは弱め界磁制御とも呼ばれ、モータの力率を悪
くするものである。この弱め界磁制御によれば回転数が
低い領域（即ち、回転の初期）においてモータに発生す
る誘起電圧を制御し、モータに過大な電流が流れること
を防ぐ効果がある。この（３）の処理が必要であるか否
かはモータの特性に依存し、（３）の位相補償を実施し
ない場合も有り得る。そこで、図５では（３）の処理を
破線で示した。尚、図２の実施例では上記進み位相を付
加する補償をコントローラで実施する場合を示したが、
この補償機能をドライバＩＣ４１に搭載しても良い。図
５の（５）から（８）の動作は前述の図４で同様の説明
をしたため、省略する。

【００３７】次に、（８）で第二の電流指令に従いトル
クを増加させた後、（９）で再度、速度フィードバック
信号を検知すると、噛合い動作が終了し、噛合い個所の
余裕だけクラッチあるいはスリーブが移動していること
を判断して、（１０）で電流指令値を減少させる。これ
は過大なトルクによって噛合い個所の破損を防ぐ為であ
る。そして、（１１）で再度磁極位置検出信号を取りこ
み、（１２）でモータ電流を第一の電流指令以下に制御
する。（１３）で再度、速度フィードバック信号が無く
なった場合、締結動作が完全に終了したことを判断して
動作を終了させる。

【００３８】図６に示すフローチャートは、図１及び図
２の実施例に示した磁極位置センサ３を用いない位置セ
ンサレス制御に関する動作を表す。図６で（１）では、
コントローラ８からインバータ１に回転数指令（或いは
速度指令とも呼ぶ）Ｖｓと第一の電流指令値Ｃｓが与え
られ、インバータ１が動作を開始する。（２）でコント
ローラ８から疑似磁極位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗをイン
バータ１に与える。ここで、疑似磁極位置信号とは本来
の磁極位置信号が図２の実施例に示したようにロータの
磁極位置センサ３で検出した信号であるのに対して、コ
ントローラ８が磁極位置センサ３を使用せずに擬似的に
作成した信号パターンである。ロータの磁極位置と疑似
磁極位置信号の関係が合致しない場合、電流位相ずれが
発生し脱調に至る場合もあり得る。しかし、クラッチ或
いはスリーブを締結の位置まで移動させる過程ではモー
タの負荷が軽いことから、脱調が発生する可能性は低
い。インバータ１は疑似磁極位置信号を元に図３に示し
た動作を開始する。（３）で前述のように第一の電流指
令に対する定電流制御を行うが、クラッチ或いはスリー
ブを締結の位置まで移動させる過程ではモータ電流が第
一の電流指定値まで到達しないとして扱う。そして、
（４）でモータ電流が第一の電流指令値に達した時点
が、モータが拘束され誘起電圧がほぼゼロになった時刻
であるとする。誘起電圧がほぼゼロになると、モータ電
流は急増して第一の電流指令値を越える。（５）では、
モータ電流は急増して第一の電流指令値を越えたことを
検出して、クラッチ或いはスリーブを締結の位置まで移
動したことを判断し、これが本実施例の特徴である。こ
の判断の結果、（６）で第二の電流指令値まで増加さ
せ、（７）でモータ拘束時のトルクを増加させるべく、
モータ電流を第二の電流指令値に制御する。（８）でモ
ータ電流が第二の電流指令値に到達後、所定の時間を経
過したか否かを判断し、時間経過していれば、（９）で
電流指令値を第一の値以下に減少させ、（１０）で再び
疑似磁極位置信号に従った通電を行う。そして、（１
１），（１２）でモータ電流が第一の指令値を再び越え
たことを検出して、噛合い動作が終了し、更に噛合い個
所の余裕分だけクラッチあるいはスリーブが移動したこ
とを判断して、動作を終了させる。図６の実施例によれ
ば、磁極位置センサが不要になり、特に自動車用のよう
に温度環境或いは排気的環境の悪い用途では磁極位置セ
ンサを使用しないことでシステムの高信頼化を図ること
ができる。尚、磁極位置センサレス制御として図６に示
した以外の方法を用いても良い。本実施例は、モータ電
流の変化に応じてクラッチあるいはスリーブが所定の位
置まで移動したことを判断することに特徴を有する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、噛み合い
クラッチを所定変速段へ確実に締結させ、安定した変速
性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である自動変速機の全体構成を
示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例であるインバータ装置の構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明の実施例であるインバータ装置の動作を
示すタイムチャートである。

【図４】本発明の実施例であるインバータ装置の動作を
示す締結時のタイムチャートである。

【図５】本発明の実施例であるインバータ装置の制御法
を示すフローチャートである。

【図６】本発明の実施例であるインバータ装置の磁極位
置センサレス制御法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…インバータ、２…磁石型モータ、３…磁極位置セン
サ、４…シャント抵抗、５…二次電池、６，７…信号切
換え器、８…自動変速機用コントローラ、９…上位の制
御装置、１０…エンジン、１１…出力軸、１２…第２の
入力軸、１３，１４…クラッチ、１５…歯車式変速機構
の出力軸、１６…歯車式変速機構を有する第１の入力
軸、１７〜２４…歯車、２５，２７，３１，３３…スプ
ライン、２６，２８，３２，３４…シンクロナイザリン
グ、２９，３０…クラッチハブスリーブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 文男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 孝司 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松延 豊 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3J056 AA02 AA13 AA63 BB02 BB32 BD15 BD25 BD34 BE30 CA02 CB05 DA04 DA18 GA05 GA12 3J067 AB23 AC05 BA58 BB02 BB11 CA23 DB35 FB14 GA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】噛み合い式の変速機構の噛み合いクラッチ
   を軸方向に移動させて前記変速機構の変速段を切り替え
   るものであって、モータと、該モータの回転子磁極位置
   を検出する検出器と、前記モータに通電する電流を定電
   流制御するインバータ装置と、前記回転子磁極位置を検
   出した信号に応じて前記クラッチが所定の位置に移動し
   たことを検知する移動検知手段と、前記移動検知手段の
   信号に応じて前記定電流制御の指令値を変化させる電流
   切り替え手段とを有することを特徴とする自動変速機の
   電動式アクチュエータ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の自動変速機の電動式アク
   チュエータにおいて、前記移動検出器が前記クラッチの
   所定の移動を検知するまでの期間、前記インバータ装置
   が出力する交流電流の位相を変化させる位相補償手段を
   有することを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエ
   ータ。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の自動変速機の電動
   式アクチュエータにおいて、前記電流切り替え手段は、
   前記回転子磁極位置を検出した信号が変化している時期
   は前記定電流制御の指令値を低く設定し、前記回転子磁
   極位置を検出した信号が所定の時間以上、一定の場合は
   前記定電流制御の指令値を高く設定することを特徴とす
   る自動変速機の電動式アクチュエータ。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の自動変
   速機の電動式アクチュエータにおいて、前記移動検出器
   が前記クラッチの所定の移動を検知すると、前記回転子
   磁極位置を検出した信号を所定の時間以上、固定するこ
   とを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ。
5. 【請求項５】噛み合い式の変速機構の噛み合いクラッチ
   を軸方向に移動させて前記変速機構の変速段を切り替え
   るものであって、モータと、前記モータに通電する電流
   を定電流制御するインバータ装置と、前記モータに通電
   する電流が基準値に達したことを検出して前記クラッチ
   の移動を検知する移動検知手段と、前記移動検知手段の
   信号に応じて前記定電流制御の基準値を変化させる電流
   切り替え手段とを有することを特徴とする自動変速機の
   電動式アクチュエータ。
6. 【請求項６】請求項５に記載の自動変速機の電動式アク
   チュエータにおいて、前記移動検出器が前記クラッチの
   所定の移動を検知するまでの期間、前記インバータ装置
   が出力する交流電流の位相を変化させる位相補償手段を
   備えることを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエ
   ータ。