JP2004208460A - 電磁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を少なくして、重量軽減を図ると共に、組み付け、部品管理を容易とする。
【解決手段】電圧制御に応じた電磁力を発生するソレノイド１５と、ソレノイド１５の電磁力に応じて移動するプランジャ１７と、プランジャ１７の移動に応じて位置を変化させるロック部材１９とを備えた電磁駆動装置１において、ソレノイド１５のインダクタンスに基づきロック部材１９の位置を検出するコントローラ２９を設け、コントローラ２９は、ロック部材１９の検出すべき位置でのソレノイド１５の電圧制御に対してロック部材１９の位置を変化させない程度の電圧を加え、検出すべき位置におけるソレノイド１５の電流応答時間に基づき位置の検出を行うことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁石を用いてデフロック装置等を駆動し、ロック位置などを簡単な構造で検出することのできる電磁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車のデファレンシャル装置において、デフロック装置のロック位置、アンロック位置を検出できる駆動装置として、図７に示すようなものがある。この図７は、自動車のリヤデファレンシャル装置の断面図を示している。
【０００３】
図７のように、リヤデファレンシャル装置１０１は、デフケース１０３内に左右のサイドギヤ１０５，１０７が回転自在に支持され、左右のサイドギヤ１０５，１０７は左右後輪側のアクスルシャフトに連動連結されている。左右のサイドギヤ１０５，１０７には、ピニオンシャフト１０９によって回転自在に支持されたピニオンギヤ１１１が噛み合っている。
【０００４】
前記一方のサイドギヤ１０７の背面側には、ドライブカム１１３がデフケース１０３の回転軸芯方向へ移動自在に配置されている。ドライブカム１１３は、デフケース１０３に対し回転方向に係合している。ドライブカム１１３と前記サイドギヤ１０７との対向面には、ドグクラッチ１１５が設けられている。前記ドライブカム１１３とサイドギヤ１０７との間には、リターンスプリング１１７が介設されている。
【０００５】
前記デフケース１０３には、スライドピン１１９がデフケース１０３の回転軸芯方向へ移動自在に配置されている。スライドピン１１９は、前記ドライブカム１１３の凸部１２１に係合している。前記スライドピン１１９は、アクチュエータ１２３によって回転軸芯方向へ動作される。前記スライドピン１１９の動作に応じて、ロアプレート１２５も移動し、ロアプレート１２５の移動をスイッチ１２７で検知できるようになっている。
【０００６】
従って、図７のように、ドグクラッチ１１５が係合しておらず、リヤデファレンシャル装置１０１の差動がアンロック状態であるときは、ロアプレート１２５の位置が移動前の状態でスイッチ１２７によって検知され、該スイッチ１２７の信号によってリヤデファレンシャル装置１０１の差動がアンロック状態であると検出される。
【０００７】
前記アクチュエータ１２３に圧縮空気が供給され、該アクチュエータ１２３の動作に応じて、スライドピン１１９がリターンスプリング１１７の付勢力に抗して回転軸芯方向へ移動すると、スライドピン１１９が凸部１２１に係合して、ドライブカム１１３が回転軸芯方向へ移動し、ドグクラッチ１１５が係合する。この係合によって、ドライブカム１１３を介し、サイドギヤ１０７のデフケース１０３に対する相対回転がロックされる。従って、ピニオンギヤ１１を介し、両サイドギヤ１０５，１０７間の差動回転もロックされ、リヤデファレンシャル装置１０１の差動がロック状態となる。
【０００８】
このとき、前記ロアプレート１２５は、図７において、左方へ移動しており、この移動位置をスイッチ１２７が検出し、リヤデファレンシャル装置１０１の差動がロック状態であると検出される（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−９６４６１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構造では、リヤデファレンシャル装置１０１のロック状態及びアンロック状態を検出するために、ロアプレート１２５及びスイッチ１２７等を必要としていた。また、スイッチ１２７を必要とするために、デフキャリア側からの配線も必要となっていた。このため全体として部品点数が多く、組み付け、部品管理が煩雑であると共に、重量増を招いていた。さらに、スイッチ１２７を配置するために、デフキャリア側の加工も必要となり、コスト高となる虞れがあった。
【００１１】
本発明は、検出用のスイッチを必要とすることなく、操作対象の位置を検出することのできる電磁駆動装置の提供を課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電圧制御に応じた電磁力を発生する電磁石と、前記電磁石の電磁力に応じて移動する可動体と、前記可動体の移動に応じて位置を変化させる操作対象とを備えた電磁駆動装置において、前記電磁石のインダクタンスに基づき前記操作対象の位置を検出する位置検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の電磁駆動装置であって、前記位置検出手段は、前記操作対象の検出すべき位置での前記電磁石の制御電圧に対して前記操作対象の位置を変化させない程度の電圧を加え、前記検出すべき位置における前記電磁石の電流応答時間に基づき前記検出を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２記載の電磁駆動装置であって、前記操作対象の検出すべき位置は、前記操作対象の位置変化前後の２位置であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の電磁駆動装置であって、前記電磁石は、車体側に取り付けられたソレノイドであり、前記可動体は、前記ソレノイドに対して出没移動するプランジャであり、前記操作対象は、デファレンシャル装置の差動をロック及びアンロックするためのロック部材であり、前記位置検出手段は、前記ロック部材のロック位置及びアンロック位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明では、電磁駆動装置において、電磁石の電圧制御を行って電磁力を発生させ、この電磁力に応じて可動体を移動させ、可動体の移動に応じて操作対象の位置を変化させることができる。
【００１７】
そして、位置検出手段により、前記電磁石のインダクタンスに基づき、前記操作対象の位置を検出することができる。従って、位置検出用の特別なスイッチを設ける必要がなく、部品点数が少なくなり、重量軽減を図ることができると共に組み付け、部品管理を容易にすることができる。また、検出用の特別なスイッチを必要としないので、これを配置するための加工も不要となり、コストダウンを図ることができる。
【００１８】
請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、前記位置検出手段は、前記操作対象の検出すべき位置での前記電磁石の制御電圧に対して、前記操作対象の位置を変化させない程度の電圧を加え、前記検出すべき位置における前記電磁石の電流応答時間に基づき前記検出を行うため、電磁石の電圧制御によって操作対象の位置を確実に変化させることができながら、その位置の検出を確実に行うことができる。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項２の発明の効果に加え、前記操作対象の検出すべき位置は、前記操作対象の位置変化前後の２位置であるため、電磁石の電圧制御によって操作対象の位置を２位置に確実に変化させながら、該２位置においてそれぞれ操作対象の位置を変化させない程度の電圧を加え、該２位置における電磁石の電流応答時間によりその位置を確実に検出することができる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項１〜３の何れかの発明の効果に加え、前記電磁石は、車体側に取り付けられたソレノイドであり、前記可動体は前記ソレノイドに対して出没移動するプランジャであり、前記操作対象はデファレンシャル装置の差動ロック及びアンロックするためのロック部材であり、前記位置検出手段は前記ロック部材のロック位置及びアンロック位置を検出することができる。
【００２１】
従って、ソレノイドの電圧制御によってプランジャを移動させ、ロック部材をロック位置及びアンロック位置に変化させることによりデファレンシャル装置をロック状態及びアンロック状態とすることができる。
【００２２】
前記ロック部材のロック位置及びアンロック位置においては、ロック部材の位置を変化させない程度の電圧を加え、このロック位置及びアンロック位置におけるソレノイドの電流応答時間によって、ロック位置及びアンロック位置を確実に検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係る電磁駆動装置を適用したデファレンシャル装置の断面図、図２は要部拡大断面図である。なお、図１は、上半部と下半部との断面位置が９０°異なっている。
【００２４】
図１，図２のように、電磁駆動装置１は、デファレンシャル装置３の差動をロック及びアンロックするデフロック装置として構成されている。
【００２５】
前記デファレンシャル装置３は、例えば左右後輪間のリヤデファレンシャル装置として構成され、デフケース５内に左右のサイドギヤ７，９が回転自在に設けられている。このサイドギヤ７，９は、前記デフケース５にピニオンシャフト１１によって回転自在に支持されたピニオンギヤ１３が噛み合っている。前記左右のサイドギヤ７，９には、左右後輪側のアクスルシャフトが連動連結されている。
【００２６】
前記電磁駆動装置１は、電磁石としてのソレノイド１５と、可動体としてのプランジャ１７と、操作対象としてのロック部材１９とを備えている。
【００２７】
前記ソレノイド１５は、電圧制御に応じた電磁力を発生するもので、フレーム２１とコイル２３とからなっている。フレーム２１の径方向の内周面側には、プランジャ１７のストッパ２５が突設されている。ソレノイド１５は、ハーネス２７を介してコントローラ２９側に接続されている。このソレノイド１５は、内周側に円筒スライダ３１が固定され、前記デフケース５に対し相対回転自在に嵌合配置されている。フレーム２１と円筒スライダ３１との間には、周回状の空間部３３が形成されている。このソレノイド１５は、図示はしないが、車体側であるデフキャリア側に固定的に取り付けられている。
【００２８】
前記プランジャ１７は、リング状に形成され、前記空間部３３内で円筒スライダ３１の外周面に嵌合支持されている。プランジャ１７は、前記ソレノイド１５の電磁力に応じてデフケース５の回転軸芯方向に移動する。図１，図２において、その移動方向は図示の状態から左方向のサイドギヤ９側へ向かう構成となっている。前記プランジャ１７と前記ソレノイド１５側の円筒スライダ３１との間には、スプリング３５が介設されている。スプリング３５はプランジャ１７を回転軸芯方向へ付勢し、前記ロック部材１９に常時接するようにしている。
【００２９】
前記ロック部材１９は、前記プランジャ１７の移動に応じて位置を変化させるもので、前記プランジャ１７に押されて回転軸芯方向であるサイドギヤ９側へ移動する構成となっている。ロック部材１９は、本体部１９ａ側がリング状に形成され、該本体部１９ａの背面側で周方向４箇所程度に回転軸芯方向への凸部１９ｂが設けられたものである。凸部１９ｂには、前記プランジャ１７に当接する当接部１９ｃが設けられている。
【００３０】
前記ロック部材１９の本体部１９ａは、前記デフケース５に設けられた支持穴３７に回転軸芯方向へ移動自在に支持されている。前記凸部１９ｂは、前記デフケース５の支持穴３７に対し、前記凸部１９ｂに対応して周方向４箇所に設けられた貫通穴３９内を回転軸芯方向へ貫通している。
【００３１】
前記ロック部材１９と前記サイドギヤ９との端面には、ドグクラッチ４１のクラッチ歯４１ａ，４１ｂが各別に設けられている。前記ロック部材１９の本体部１９ａ内周側には、回転軸芯方向に貫通した係合溝１９ｄが設けられている。この係合溝１９ｄには、ばね受プレート４３の足部４３ａが係合している。従って、ばね受プレート４３は、前記ロック部材１９に対し周方向に係合し、回転軸芯方向に移動自在となっている。
【００３２】
前記ばね受プレートの受部４３ｂは、前記サイドギヤ９に接触し、該受部４３ｂと前記ロック部材１９との間にリターンスプリング４５が介設されている。このリターンスプリング４５は、前記スプリング３５よりもそのばね力が強く設定されている。
【００３３】
前記コントローラ２９は、本実施形態において前記ソレノイド１５の電圧制御を行うものである。また、コントローラ２９は、本実施形態において位置検出手段を構成し、前記ソレノイド１５のインダクタンスに基づき、前記ロック部材１９の位置としてロック位置及びアンロック位置を検出するものである。
【００３４】
前記コントローラ２９の内部には、図３のような電圧印加回路４７が設けられている。電圧印加回路４７はＣＰＵ４９を備える他、Ｒ２抵抗５１，Ｒ３抵抗５３，検知抵抗５５、ＴＲ１トランジスタ５７，ＴＲ２トランジスタ５９，ＴＲ３トランジスタ６１を備えている。
【００３５】
前記Ｒ２抵抗５１は、例えば１Ω程度に設定され、前記ソレノイド１５に高い電圧をかけるときのものである。前記Ｒ３抵抗５１は、例えば５０Ω程度に設定され、前記ソレノイド１５に低い電圧をかけるときのものである。コイル２３近傍に電圧モニタ▲１▼が設けられ、電圧値を測定するようになっている。前記検知抵抗５５は、電流モニタ用であり、前記ＣＰＵ４９のポート▲２▼で、前記ソレノイド１５の電流値を測定するようになっている。
【００３６】
そして、電圧印加回路４７の入力側に、デフロックスイッチ６３が接続され、出力側にソレノイド１５が接続されている。
【００３７】
ここで、前記コントローラ２９は、位置検出手段として、前記ソレノイド１５のインダクタンスに基づきロック部材１９の位置を検出するが、ロック部材１９の位置に対応するプランジャ１７のストロークと、インダクタンスの変化との関係を図４を用いて説明する。
【００３８】
一般に、電線やコイルに電流を流すと周囲に磁束が発生し、その磁束の変化を妨げる方向に逆起電力が生じる。この逆起電力と電流の変化する速さとの比がインダクタンスである。すなわち、インダクタンスを検出するためには、電流応答時間を測定すればよいことになる。
【００３９】
図４は横軸にプランジャストローク量（ｍｍ）、縦軸に電流の応答時間ｔ（ｍｍｓｅｃ）を示している。前記コイル２３に１Ｖ、６Ｖ、１２Ｖの電圧をかけて、プランジャストローク量との関係を検証した。この図４の１Ｖをかけた場合の曲線６３、６Ｖをかけた場合の曲線６５、１２Ｖをかけた場合の曲線６７の何れを見ても、プランジャストロークに応じて応答時間が変化しており、応答時間ｔを検出することによってプランジャ位置を知ることができる。しかも、１Ｖをかけた場合の曲線６３の変化が最も大きく、その検出を正確に行うことができる。
【００４０】
次ぎに図５のタイムチャートを参照しながら作用を説明する。図５（ａ）はトランジスタ、デフロックスイッチ、ソレノイドの各変化を示すタイムチャート、図５（ｂ）は電圧変化を示すタイムチャート、図５（ｃ）は電流変化を示すタイムチャートである。
【００４１】
前記デフロックスイッチ６３がＯＦＦの状態では、図５の時間Ｔ１まで、図５（ａ）３段のようにＴＲ２トランジスタ５９はＯＦＦとなっており、その間、同４段のようにＴＲ３トランジスタ６１のＯＮ，ＯＦＦが繰り返される。これによって図５（ｂ）のように、時間Ｔ１までＲ３抵抗５３によりソレノイド１５のコイル２３に１Ｖ程度の電圧変化が加えられる。この電圧変化に応じて、前記ソレノイド２３での図５（ｃ）のような電流変化がＣＰＵ４９に入力される。
【００４２】
このとき前記リターンスプリング４５の付勢力によって、ロック部材１９を介しプランジャ１７は押し戻された状態を維持し、図５（ａ）の最下段のように、ソレノイドストロークはアンロック位置（ＦＲＥＥ）となっている。従って、前記ドグクラッチ４１は噛み合わず、デファレンシャル装置３は差動が自由な状態となっている。
【００４３】
時間Ｔ１において、デフロックスイッチ６３が操作されてＯＮになると、ＣＰＵ４９からの信号によりＴＲ２トランジスタ５９がＯＮとなり、ＴＲ３トランジスタ６１はＯＦＦのまま維持され、ＴＲ１トランジスタ５７がＯＮ，ＯＦＦ制御される。これによって、Ｒ２抵抗５１により、図５（ｂ）のような高い電圧がソレノイド１５のコイル２３に加えられる。
【００４４】
また、ＴＲ１トランジスタ５７のＯＮ，０ＦＦ制御によって、高い電圧の状態で１Ｖ程度の電圧変化が加えられる。これに応じて、図５（ｃ）のように、ソレノイド１５の電流もプランジャ１７の動作に必要な電流を越えて大きく立ち上がり、この駆動電流の状態で前記１Ｖ程度の電圧変化に応じた電流変化が起こる。
【００４５】
前記高い電圧が加えられることによって、ソレノイド１５のプランジャ１７は移動してロック部材１９を押圧し、ドグクラッチ４１のクラッチ歯４１ａ，４１ｂが噛み合う。これによって、サイドギヤ９がデフケース５に対し相対回転不能となり、ピニオンギヤ１３を介しサイドギヤ７，９間の相対回転もロックされる。これによって、デファレンシャル装置３はロック状態となる。
【００４６】
このとき、前記図５（ｃ）の電流変化は、検知抵抗５５によってＣＰＵ４９でモニタされている。
【００４７】
このような電流変化において、電流の立ち上がり６９，７１の傾向は図６のようになっている。すなわち、ＴＲ１トランジスタ５７やＴＲ３トランジスタ６１のＯＮ，ＯＦＦ動作による、例えば１Ｖ程度の印加電圧の変化に対し、ソレノイド１５には電流の立ち上がりを妨げる方向に起電力が発生し、電流の立ち上がりが図６のように印加電圧に対して遅れることになる。
【００４８】
そして、図６の立ち上がりの中で６３．２％までの立ち上がり応答時間ｔを検出することによって、インダクタンスの変化を検出し、プランジャ１７のストローク位置を知ることができる。すなわち、プランジャ１７がストロークしないアンロック位置での図５（ｃ）の立ち上がり６９における応答時間ｔは、プランジャ１７がストロークしたロック位置での同立ち上がり７１の応答時間ｔよりも、図４で説明したように短くなる。この応答時間ｔの相違によって、プランジャ１７、換言すればロック部材１９のロック位置及びアンロック位置を正確に検出することができる。
【００４９】
従って、位置検出用の特別なスイッチを設ける必要がなく、部品点数が少なくなり、重量軽減を図ることができると共に組み付け、部品管理を容易にすることができる。また、検出用の特別なスイッチを必要としないので、これを配置するための加工も不要となり、コストダウンを図ることができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、電磁駆動装置１をデフロック装置としてデファレンシャル装置３に適用したが、ソレノイドやその他の電磁石によって操作対象の位置を変化させる他の装置にも適用することができる。例えば、同軸的に互いに相対回転可能に配置された２部材間を断続するために軸方向に移動することにより軸方向位置が変化する部材又はこの部材と一体に移動する部材又はこの部材の移動を起動させるために軸方向に所定位置変化の移動が可能な部材をもつ装置や、１つの回転部材を静止部材に連結するために軸方向移動可能な部材をもつ装置などである。操作対象の位置検出は、位置変化前後の２位置に限らず、位置変化後あるいは位置変化前の単一の位置を検出する構成にすることもできる。また、位置変化前後の中間における位置を検出する構成にすることも可能である。これらの場合、変化前後の比較ではなく、予め実験により検出すべき位置でのインダクタンスを検出し、この検出値と比較することで単一の位置を検出することができる。
【００５１】
ソレノイド及びプランジャの構成は、他の電磁石及び可動体として構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に適用したデファレンシャル装置の断面図である。
【図２】一実施形態に係り、要部の拡大断面図である。
【図３】一実施形態に係り、電圧印加回路である。
【図４】一実施形態に係り、プランジャストロークと電流応答時間との関係を示すグラフである。
【図５】タイムチャートであり、（ａ）はトランジスタ、デフロックスイッチ、ソレノイドの各変化を示すタイムチャート、（ｂ）は電圧変化を示すタイムチャート、（ｃ）は電流変化を示すタイムチャートである。
【図６】一実施形態に係り、電流立ち上がりの応答遅れを示すグラフである。
【図７】従来例のデファレンシャル装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電磁駆動装置
３ デファレンシャル装置
１５ ソレノイド（電磁石）
１７ プランジャ（可動体）
１９ ロック部材（操作対象）
２９ コントローラ（位置検出手段）

Claims (4)

1. 電圧制御に応じた電磁力を発生する電磁石と、
   前記電磁石の電磁力に応じて移動する可動体と、
   前記可動体の移動に応じて位置を変化させる操作対象とを備えた電磁駆動装置において、
   前記電磁石のインダクタンスに基づき前記操作対象の位置を検出する位置検出手段を設けたことを特徴とする電磁駆動装置。
2. 請求項１記載の電磁駆動装置であって、
   前記位置検出手段は、前記操作対象の検出すべき位置での前記電磁石の制御電圧に対して前記操作対象の位置を変化させない程度の電圧を加え、前記検出すべき位置における前記電磁石の電流応答時間に基づき前記検出を行うことを特徴とする電磁駆動装置。
3. 請求項２記載の電磁駆動装置であって、
   前記操作対象の検出すべき位置は、前記操作対象の位置変化前後の２位置であることを特徴とする電磁駆動装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の電磁駆動装置であって、
   前記電磁石は、車体側に取り付けられたソレノイドであり、
   前記可動体は、前記ソレノイドに対して出没移動するプランジャであり、
   前記操作対象は、デファレンシャル装置の差動をロック及びアンロックするためのロック部材であり、
   前記位置検出手段は、前記ロック部材のロック位置及びアンロック位置を検出することを特徴とする電磁駆動装置。

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