JP2004254367A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】大型化やエネルギーロスを伴わずに磁束のロスを軽減し、充分な操作力を得ると共に、組み付けを容易にする。
【解決手段】電磁コイル５と、電磁コイル５の磁束を通す磁束経路部材７，９とを備え、磁束経路部材７，９に、磁力向上手段１１を設けた。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クラッチなどの被操作装置を操作する電磁アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に図８のような差動歯車機構１００１が記載されている。
【０００３】
この差動歯車機構１００１は、デフケース１００３、ベベルギア式の差動機構１００５、ボールカム１００７、噛み合いクラッチ１００９、アーマチャ１０１１、電磁アクチュエータ１０１３、デフキャリヤ１０１５から構成されており、車体に固定されたデフキャリヤ１０１５に収容されている。
【０００４】
ベベルギア式の差動機構１００５は、デフケース１００３に連結されたピニオンシャフト１０１７、ピニオンシャフト１０１７上に支承されたピニオンギア１０１９、ピニオンギア１０１９と噛み合ったサイドギア１０２１，１０２３などからなり、リングギア１０２５を介してデフケース１００３を回転させるエンジンの駆動力は、ピニオンシャフト１０１７とピニオンギア１０１９からサイドギア１０２１，１０２３に配分され、左右の車輪に伝達される。
【０００５】
ボールカム１００７は、左右のカムリング１０２７，１０２９とその間に配置されたボール１０３１から構成されており、ボール１０３１はデフケース１００３上で回転自在に支持されている。また、噛み合いクラッチ１００９は、右のカムリング１０２９と左のサイドギア１０２１との間に形成されている。アーマチャ（駆動板）１０１１は、左のカムリング１０２７に固定されており、電磁アクチュエータ１０１３はデフキャリヤ１０１５に固定されている。
【０００６】
電磁アクチュエータ１０１３を励磁すると、アーマチャ１０１１が吸引され、左のカムリング１０２７がアーマチャ１０１１と電磁アクチュエータ１０１３を介してデフキャリヤ１０１５に連結され、さらに、デフケース１００３の回転を受けてボールカム１００７が作動し、右のカムリング１０２９を移動させて噛み合いクラッチ１００９を噛み合わせる。噛み合いクラッチ１００９が噛み合うと、左のサイドギア１０２１がカムリング１０２９を介してデフケース１００３に連結され、差動機構１００５の差動回転がロックされる。
【０００７】
また、電磁アクチュエータ１０１３の励磁を停止すると、カムリング１０２７が自由回転状態になり、ボールカム１００７の作動が停止して噛み合いクラッチ１００９の噛み合いが解除され、差動機構１００５の差動回転ロックが解除される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２４０７６０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電磁アクチュエータ１０１３は、電磁コイル１０３３を磁性材料のコイルハウジング１０３５と非磁性材料からなるスペーサ１０３７に収容して構成されている。コイルハウジング１０３５は電磁コイル１０３３のコア部分であり、コイルハウジング１０３５の端面１０３５ａ、１０３５ｂがアーマチャ１０１１と対向することで端面１０３５ａ、アーマチャ１０１１、端面１０３５ｂを通る磁束経路が構成されている。そして、電磁コイル１０３３へ通電することで、アーマチャ１０１１がコイルハウジング１０３５側へ磁力により引き付けられる。
【００１０】
この場合、アーマチャ１０１１と対向するコイルハウジング１０３５の端面１０３５ａ、１０３５ｂの面積を増やせば、例えば、端面１０３５ａからアーマチャ１０１１へ向かう磁力線やアーマチャ１０１１から端面１０３５ｂへ向かう磁力線を増やすことができ、アーマチャ１０１１をコイルハウジング１０３５側へ引き付ける磁力を大きくすることができる。
【００１１】
ところが、アーマチャ１０１１を引き付ける磁力を向上するために、アーマチャ１０１１に対向する端面１０３５ａ、１０３５ｂの面積を増やすとコイルハウジング１０３５が全体として大型になり、これに伴って、電磁アクチュエータ１０１３のレイアウト上の自由度と車載性が低下する。また、磁力を向上するために電磁コイル１０３３自体を大きくすると、これに伴ってコイルハウジング１０３５が大型になり、同様に電磁アクチュエータ１０１３が大型化する。
【００１２】
そこで、本発明は、アーマチャを引き付ける磁力を向上することができると共に、大型化することのない電磁アクチュエータの抵抗を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電磁アクチュエータは、電磁コイルと、前記電磁コイルの磁束を通す磁束経路部材とを備え、前記磁束経路部材に、磁力向上手段を設けたことを特徴としている。
【００１４】
このように、請求項１の電磁アクチュエータでは、磁束経路部材に磁力向上手段を設けたことにより、充分な磁力（操作力）が得られ、磁束を増やすために電磁コイルを大型にしたりコイルハウジング等を大型にする必要がなくなる。
【００１５】
従って、大型化に伴うレイアウト上の自由度及び車載性の低下と、バッテリー負担の増加によるエネルギーロスが避けられる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載された電磁アクチュエータであって、前記磁力向上手段が、前記磁束経路部材の磁束経路面積を拡大するように形成されていることを特徴とし、請求項１の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００１７】
また、請求項１と同様に、電磁コイルを大型化せずに磁束のロスを軽減し、充分な操作力力が得られるから、大型化に伴うレイアウト上の自由度及び車載性の低下と、バッテリー負担の増加によるエネルギーロスが避けられる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された電磁アクチュエータであって、前記磁束経路部材が、前記電磁コイルを収容する磁性の収容部材であり、前記磁力向上手段が、前記収容部材に設けられていることを特徴とし、請求項１または請求項２の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００１９】
また、電磁コイルを収容する収容部材は必須の部材であり、必須の収容部材を磁束経路部材に利用して磁力向上手段を設けたことにより、部品点数の増加とコストの上昇が避けられる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項３に記載された電磁アクチュエータであって、前記収容部材が、複数個の磁性部材から構成されており、前記磁性部材を、ネジ部によって螺着することにより、前記ネジ部が、磁束経路面積を拡大して磁力を向上させる磁力向上手段を構成していることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の構成では、磁力向上手段をネジ部にしたことにより、各磁性部材の接触面積が増加して局部的な磁束の集中が防止され、その上、接合部の面圧が上昇する。その結果、磁気の飽和が起こりにくくなって磁束のロスが軽減され、請求項１〜請求項３の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００２２】
また、ネジ部を、テーパーネジにすれば、磁性部材間の接触面積と接合部（ネジ部）の面圧が増加し、磁束ロスの軽減効果がさらに向上する。
【００２３】
また、ネジ止めを用いるこの構成では、圧入や加締めを用いる従来例と異なって、それぞれの治具や工具が不要になり、それだけコストが低減されると共に、磁性部材の一方を他方にネジ込む作業は極めて容易であり、組み付け性がよい。
【００２４】
また、ネジ部の固定機能（ストッパ機能）によって各磁性部材が強固に連結され、振動や衝撃を受けても、磁性部材の、例えば、軸方向の浮き上がりや外れが防止されるから、信頼性が向上し、動作が正常に保たれる。
【００２５】
また、ネジ部の固定機能によって各磁性部材が強固に連結されるから、収容部材の強度も大きく向上する。
【００２６】
また、ネジ止めには特に広いスペースが必要ないから、限られたスペースで大きな磁力向上効果が得られる。
【００２７】
請求項５の発明は、請求項３に記載された電磁アクチュエータであって、前記収容部材が、複数個の磁性部材から構成されており、前記磁性部材の一方を前記磁束を横切って他方に貫入させることにより、前記貫入部が、磁束経路面積を拡大して磁力を向上させる磁力向上手段を構成していることを特徴とする。
【００２８】
請求項５の構成では、磁性部材の一方を磁束を横切って他方に貫入させることにより、例えば、貫入側が矩形であれば互いの間で磁束をほぼ直角に横切る２対の対向面が得られ、貫入側が楔形であれば互いの間で磁束を横切る２対の長い対向面が得られるから、磁気飽和が防止されて磁束のロスが軽減され、請求項１〜請求項３の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【００２９】
また、磁性部材の一方を他方に貫入させる構成は、構造が簡単であり、低コストに実施できる上に、特に広いスペースは必要ないから、限られたスペースで大きな磁力向上効果が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１〜図３によって本発明の第１実施形態である電磁アクチュエータ１及びこれを用いたデファレンシャル装置３の説明をする。なお、以下の説明の中で左右の方向はデファレンシャル装置３が用いられた車両及び図１での左右の方向である。
【００３１】
［電磁アクチュエータ１の構成］
電磁アクチュエータ１は、電磁コイル５と、電磁コイル５の磁束を通すリング状のコイルハウジング７，９（磁束経路部材：収容部材：磁性部材）と、コイルハウジング７，９を一体に連結するネジ部１１（磁力向上手段）から構成されている。
【００３２】
電磁コイル５は、コイルハウジング７，９に収容され、そのリード線はデファレンシャル装置３を収容するデフキャリヤ１３の外部に引き出され、コントローラを介して車載のバッテリに接続されている。
【００３３】
コイルハウジング７は断面がコの字状であり、コイルハウジング７，９は、互いの間に電磁コイル５を収容した状態で、ネジ部１１によって互いにネジ止めされ一体にされている。また、図３のように、周方向の数個所でネジ部１１に加締め部１４を設ければネジ部１１の弛みが防止される。コイルハウジング７，９は磁性材料（Ｓ１０Ｃ）で作られており、ネジ部１１を設けたことにより、コイルハウジング７，９の接合部で電磁コイル５の磁束ロスが軽減される。また、コイルハウジング７は連結部材を介してデフキャリヤ１３に固定され、回り止めされており、図２のように、コイルハウジング９の内周には、周方向等間隔に４個の切り欠き１５が設けられている。
【００３４】
［デファレンシャル装置３の構成］
デファレンシャル装置３は、電磁アクチュエータ１、ガイド部材１７、プランジャ１９、スライド部材２１、デフケース２３、ベベルギア式の差動機構２５、ドッグクラッチ２７（被操作装置）、リターンスプリング２９、ポジションスイッチ３１、コントローラから構成されている。
【００３５】
ガイド部材１７は、ステンレス鋼のような非磁性材料で作られており、コイルハウジング７の内周側に溶接され、図１のように、デフケース２３の右ボス部３３に形成された段差部３５と、右ボス部３３を支承するテーパーローラーベアリング３７のインナーレース３９とスラストワッシャ４１との間で軸方向に位置決めされている。
【００３６】
プランジャ１９は、磁性材料（Ｓ１０Ｃ）で作られており、スライド部材２１の外周に固定されている。プランジャ１９とスライド部材２１はコイルハウジング７，９とガイド部材１７との間に配置されており、プランジャ１９は上記のコイルハウジング９に組み付けられ、スライド部材２１はガイド部材１７の外周で軸方向移動自在に支承されている。なお、ガイド部材１７の、スライド部材２１との摺動部にはテフロン（登録商標）のコーティングが施され、ガイド部材１７との間で摺動抵抗を低減させている。
【００３７】
プランジャ１９とコイルハウジング７，９とによって電磁コイル５の磁束経路が構成されている。また、電磁コイル５の磁力によってプランジャ１９が左方へ移動したときに、プランジャ１９と突き当たって停止させるストッパ部４３がコイルハウジング９に設けられている。コイルハウジング７，９の間には、磁束のバイパスを防止し、コイルハウジング７とプランジャ１９とコイルハウジング９を通る磁束を成立させるためのエアギャップ４５が設けられている。さらに、ガイド部材１７には、プランジャ１９が右方へ戻るときにオイルを流出させて抵抗を低減し、ドッグクラッチ２７の噛み合い解除レスポンスを向上させる開口４７が設けられている。
【００３８】
デフケース２３は、デフキャリヤ１３の内部に配置されており、ケーシング本体４９とカバー５１から構成されている。ケーシング本体４９には、上記のボス部３３及び段差部３５と、開口５３，５５、５７と、支承部５９が設けられており、カバー５１には、ボス部６１と、開口６３と、支承部６５と、オイル流路６７が設けられている。ケーシング本体４９とカバー５１はボルト６９で固定されており、各ボス部３３，６１は上記のテーパーローラーベアリング３７を介してそれぞれデフキャリヤ１３に支承されている。また、デフキャリヤ１３にはオイル溜りが形成されており、各ボス部３３，６１の内周には螺旋状のオイル溝が形成されている。
【００３９】
デフケース２３にはリングギアがボルトで固定されており、このリングギアは動力伝達系のギヤと噛み合っている。この動力伝達系はトランスミッション側に連結されており、デフケース２３はトランスミッションとこの動力伝達系とを介して伝達されるエンジンの駆動力により回転駆動される。
【００４０】
差動機構２５は、複数本のピニオンシャフト７１、各ピニオンシャフト７１上で支承されたピニオンギア７３、出力側のサイドギア７５，７７から構成されている。
【００４１】
各ピニオンシャフト７１は、デフケース２３（ケーシング本体４９）の開口５５に端部を係合し、スプリングピン７９によって抜け止めされている。デフケース２３と各ピニオンギア７３との間には球面ワッシャ８１が配置されており、ピニオンギア７３の遠心力と、サイドギア７５，７７との噛み合いによってピニオンギア７３に生じる噛み合い反力を受けている。サイドギア７５，７７は左右からそれぞれ各ピニオンギア７３と噛み合っており、各サイドギア７５，７７のボス部８３，８５はカバー５１とケーシング本体４９の支承部６５，５９によって回転自在に支承されている。各ボス部８３，８５はスプライン連結された車軸を介して左右の車輪側に連結されている。また、左サイドギア７５とカバー５１との間にはスラストワッシャ８７が配置され、サイドギア７５の噛み合い反力を受けており、右サイドギア７７とケーシング本体４９との間にはスラストワッシャ８９，８９が配置され、サイドギア７７の噛み合い反力を受けている。
【００４２】
ドッグクラッチ２７は、右サイドギア７７に形成された噛み合い歯９１と、クラッチリング９３に形成された噛み合い歯９５によって構成されている。
【００４３】
クラッチリング９３には脚部９７が周方向等間隔に形成されており、各脚部９７はケーシング本体４９の開口５７を貫通してデフケース２３に回り止めされ、軸方向移動自在に配置されている。図１の下半部のようにクラッチリング９３が左に移動するとドッグクラッチ２７が噛み合って差動機構２５の差動がロックされ、図１の上半部のようにクラッチリング９３が右に移動するとドッグクラッチ２７の噛み合いが解除され、差動ロックが解除される。
【００４４】
リターンスプリング２９は右サイドギア７７とクラッチリング９３との間に配置され、クラッチリング９３をドッグクラッチ２７の噛み合い解除側（右方）に付勢している。また、クラッチリング９３はリターンスプリング２９の付勢力により、プレッシャープレート９９を介してスライド部材２１（プランジャ１９）を右方に押圧している。このプレッシャープレート９９は腕部１０１によって回転側のクラッチリング９３（脚部９７）に連結されており、静止側のスライド部材２１との間で摺動（相対回転）を許容（吸収）している。
【００４５】
ポジションスイッチ３１はデフキャリヤ１３に取り付けられており、プレッシャープレート９９の軸方向往復移動に伴ってＯＮ−ＯＦＦし、その信号をコントローラに送る。
【００４６】
［動作及び作用］
コントローラは、電磁コイル５の励磁と、励磁停止を行う。
【００４７】
電磁コイル５が励磁されると、磁束経路に磁束ループ１０３が発生し、その磁力によってプランジャ１９が、図１の上半部の位置から下半部の位置まで移動し、プレッシャープレート９９を介し、リターンスプリング２９の付勢力に抗してクラッチリング９３を左方へ押圧し、ドッグクラッチ２７を噛み合わせて差動機構２５の差動をロックさせる。
【００４８】
また、上記のようにコイルハウジング７，９をネジ部１１で連結したことによりコイルハウジング７，９の接合部で接触面積が増加し、局部的な磁束の集中と磁束の集中による磁束の飽和が軽減され、その上、接合部の面圧が上昇して磁束の透過が促される。こうして磁束のロスが軽減され、プランジャ１９を大きな磁力で移動操作することができる。
【００４９】
悪路や低μ路を走行中のように、左右の駆動輪が空転し易い状況で差動をロックさせると、空転車輪からの駆動力の逃げが防止され、悪路などの脱出性、走破性が向上し、車両のスタックが防止される。
【００５０】
また、電磁コイル５の励磁を停止すると、リターンスプリング２９の付勢力によってクラッチリング９３とプレッシャープレート９９とプランジャ１９が右方へ戻り、ドッグクラッチ２７の噛み合いが解除され、差動機構２５の差動が自由になる。
【００５１】
コントローラはポジションスイッチ３１から受け取ったＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいて、デファレンシャル装置３（差動機構２５）の差動回転がロックされているか否かを判断する。
【００５２】
また、デフケース２３とリングギアが回転するとオイル溜りのオイルが掻き上げられ、掻き上げられたオイルはデフケース２３の開口５３，５７，６３から流入し、さらに、ボス部３３，６１内周の各螺旋状オイル溝のネジポンプ作用によってオイル流路６７と、スラストワッシャ８７，８９の隙間を通ってデフケース２３の内部に流入する。流入したオイルは、差動機構２５を構成する各ギア７３，７５，７７の噛み合い部、ピニオンシャフト７１とピニオンギア７３の摺動部、デフケース２３とクラッチリング９３との摺動部、ドッグクラッチ２７（噛み合い歯９１，９５）などに供給されてこれらを潤滑・冷却する。また、電磁アクチュエータ１の下部もオイル溜りに浸されており、プランジャ１９とプレッシャープレート９９との摺動部、プランジャ１９とコイルハウジング７，９との摺動部及びスライド部材２１とガイド部材１７との摺動部、ポジションスイッチ３１とプレッシャープレート９９との摺動部なども潤滑・冷却される。
【００５３】
上記の各潤滑・冷却部では、供給されたオイルによって磨耗が軽減され、耐久性が向上すると共に、各摺動部での摩擦抵抗の低減によってエンジンの燃費が向上する。
【００５４】
［電磁アクチュエータ１及びデファレンシャル装置３の効果］
電磁アクチュエータ１とデファレンシャル装置３は、上記のように構成されたことによって次のような効果が得られる。
【００５５】
コイルハウジング７，９をネジ部１１で連結して接触面積を広くし、接合部の面圧を上昇させたことにより、磁束のロスが軽減され、プランジャ１９を大きな磁力で移動操作することができる。
【００５６】
従って、プランジャ１９に倒れや囓りに伴う移動抵抗が生じても、その影響を受けにくくなると共に、オイルの粘度が大きくなる低温時（寒冷期や寒冷地）でもオイルによる移動抵抗の影響を受けにくくなり、プランジャ１９の操作レスポンスの低下とバラツキが防止されるから、電磁アクチュエータ１の動作が円滑で安定する。
【００５７】
また、電磁アクチュエータ１によってドッグクラッチ２７が円滑に断続されるから、車両が悪路などを走行する際、必要に応じて差動機構２５の差動を迅速にロックすれば、悪路の脱出性や走破性の向上効果、スタックの防止効果が高く保たれる。
【００５８】
また、電磁アクチュエータ１は、充分な磁力（操作力）が得られるから、磁束のロスを補うために電磁コイル５を大型にし、励磁電流を増加する必要がなくなり、電磁アクチュエータ１とデファレンシャル装置３の大型化に伴うレイアウト上の自由度及び車載性の低下と、バッテリーの負担増加が防止され、エンジンの燃費が向上する。
【００５９】
また、電磁コイル５を収容するコイルハウジング７，９は電磁アクチュエータ１にとって必須の部材であり、このように必須の部材を磁束経路部材に利用して磁力向上手段（ネジ部１１）を設けたから、部品点数の増加とコストの上昇が避けられる。
【００６０】
また、ネジ部１１によってコイルハウジング７，９を連結する電磁アクチュエータ１では、圧入や加締めを用いる従来例と異なって治具や工具が不要であり、それだけコストが低減されると共に、コイルハウジング９をコイルハウジング７にネジ込む作業は極めて容易であり、組み付け性がよい。
【００６１】
また、ネジ部１１の固定機能によってコイルハウジング７，９が強固に連結されるから、走行中などに振動や衝撃を受けても、コイルハウジング９がコイルハウジング７から軸方向に浮き上がったり、外れたりすることが防止され、電磁アクチュエータ１の信頼性が向上し、長期にわたって動作が正常に保たれる。
【００６２】
また、コイルハウジング７，９の強度も、ネジ部１１の固定機能によって大きく向上する。
【００６３】
また、ネジ止め（ネジ部１１を設けること）は特に広いスペースが必要ないから、限られたスペースで上記のような種々の効果が得られる。
【００６４】
［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態である電磁アクチュエータ２０１を示している。
【００６５】
［電磁アクチュエータ２０１の構成］
電磁アクチュエータ２０１は、電磁コイル５と、電磁コイル５を収容するコイルハウジング７，９と、コイルハウジング７，９を一体に連結するネジ部２０３（磁力向上手段）から構成されている。
【００６６】
第１実施形態はコイルハウジング７，９を平行ネジのネジ部１１で連結した例であるが、電磁アクチュエータ２０１では、コイルハウジング７，９がテーパーネジ２０３で連結されている。
【００６７】
このようにコイルハウジング７，９をテーパーネジ２０３で連結したことにより、コイルハウジング７，９の接触面積が平行のネジ部１１より増加し、また、接合部（ネジ部２０３）の面圧も上昇する。
【００６８】
従って、第２実施形態の電動式カップリング２０１は、磁束ロスの軽減効果がさらに向上し、プランジャ１９の操作力がそれだけ大きくなり、第１実施形態と同等の、あるいは、第１実施形態以上の作用・効果が得られる。
【００６９】
［第３実施形態］
図５と図６によって本発明の第３実施形態である電磁アクチュエータ３０１及びこれを用いたリヤデフ３０３及びこれを用いた動力伝達装置の説明をする。なお、以下の説明の中で左右の方向はリヤデフ３０３と動力伝達装置を後輪側の動力系に用いた４輪駆動車及び図５での左右の方向である。
【００７０】
この４輪駆動車は、駆動力源にエンジンと電動モータとを併用するハイブリッドの電気自動車であり、エンジンを駆動力源にする前輪側の動力系と、電動モータを駆動力源にする後輪側の動力系から構成され、リヤデフ３０３を用いた動力伝達装置は後輪側の動力系に用いられている。
【００７１】
前輪側動力系は、横置きのエンジン及びトランスミッションと、フロントデフ（駆動力を左右の前輪に配分するデファレンシャル装置と）、前車軸と、左右の前輪から構成されており、後輪側の動力系は、上記の動力伝達装置と、後車軸と、左右の後輪から構成されている。
【００７２】
［電磁アクチュエータ３０１の構成］
電磁アクチュエータ３０１は、電磁コイル３０５と、電磁コイル３０５の磁束を通すリング状のコイルハウジング３０７（磁束経路部材：収容部材：磁性部材）及びロータ３０９（磁束経路部材：収容部材：磁性部材）と、コイルハウジング３０７がロータ３０９に貫入する矩形の貫入部３１１，３１３（磁力向上手段）から構成されている。
【００７３】
電磁コイル３０５は、コイルハウジング３０７とロータ３０９との間に収容されており、そのリード線はリヤデフ３０３と動力伝達装置を収容するケーシング３１５の外部に引き出され、コントローラを介して車載のバッテリに接続されている。
【００７４】
コイルハウジング３０７は断面がコの字状であり、上記のように互いの間に電磁コイル３０５を収容した状態で、コイルハウジング３０７は貫入部３１１，３１３によってロータ３０９に貫入している。下記のように、これらの貫入部３１１，３１３を設けたことにより電磁コイル３０５の磁束ロスが軽減されている。コイルハウジング３０７はケーシング３１５に固定され、回り止めされており、コイルハウジング３０７とロータ３０９との間には適度なエアギャップが形成されている。コイルハウジング３０７とロータ３０９は磁性材料（Ｓ１０Ｃ）で作られており、コイルハウジング３０７と、上記のエアギャップと、ロータ３０９と、下記のパイロットクラッチ３２９とアーマチャ３３９とによって電磁コイル３０５の磁束経路が構成されている。
【００７５】
ロータ３０９には、図５，６のように、磁束経路上での磁束の短絡を軽減する開口３１７と、リヤデフ３０３側への磁束の漏洩を軽減する開口３１９がそれぞれ周方向等間隔に６個設けられており、また、係合部３２１が周方向等間隔に３個設けられている。
【００７６】
［リヤデフ３０３の構成］
リヤデフ３０３は、電磁アクチュエータ３０１と、アウターデフケース３２３と、インナーデフケース３２５と、多板式のメインクラッチ３２７及びパイロットクラッチ３２９と、ボールカム３３１と、プレッシャープレート３３３と、カムリング３３５と、リターンスプリング３３７と、アーマチャ３３９と、ベベルギア式の差動機構３４１と、コントローラから構成されている。
【００７７】
アウターデフケース３２３には、左端に大径ギア３４３が溶接され、また、内周にはスプライン部３４５が設けられており、大径ギア３４３をボールベアリング３４７，３４７によってインナーデフケース３２５上に支承されている。
【００７８】
インナーデフケース３２５には、左右のボス部３４９，３５１と、外周のスプライン部３５３と、支承部３５５，３５７と、開口３５９，３６１が設けられており、左のボス部３４９をボールベアリング３６３によってケーシング３１５に支承され、右のボス部３５１をボールベアリング３６３と電磁コイル３０５のコイルハウジング３０７とを介してケーシング３１５に支承されている。ボス部３４９，３５１の内周には螺旋状のオイル溝が形成されている。また、上記のロータ３０９は、スナップリング３６５によって右ボス部３５１の外周に固定され軸方向に位置決めされていると共に、アウターデフケース３２３の右側壁を兼ねている。
【００７９】
メインクラッチ３２７は、アウターデフケース３２３とインナーデフケース３２５との間に配置されており、アウタープレート３６７はアウターデフケース３２３のスプライン部３４５に連結され、インナープレート３６９はインナーデフケース３２５のスプライン部３５３に連結されている。
【００８０】
パイロットクラッチ３２９は、アウターデフケース３２３とカムリング３３５との間に配置されており、アウタープレート３７１はアウターデフケース３２３のスプライン部３４５に連結され、インナープレート３７３はカムリング３３５の外周にスプライン連結されている。また、パイロットクラッチ３２９（インナープレート３７３）とロータ３０９との間にはワッシャ３７２が配置され、その腕部３７４をロータ３０９の係合部３２１に係合させている。このワッシャ３７２はインナープレート３７３とロータ３０９が直接摺動して摩耗するのを防止する。
【００８１】
ボールカム３３１はプレッシャープレート３３３とカムリング３３５との間に配置されている。プレッシャープレート３３３はインナーデフケース３２５のスプライン部３５３に軸方向移動自在にスプライン連結されており、ボールカム３３１のカムスラスト力を受けてメインクラッチ３２７を押圧する。また、カムリング３３５とロータ３０９との間には、ボールカム３３１のカム反力を受けると共に、カムリング３３５とロータ３０９間の相対回転を吸収するスラストベアリング３７５が配置されている。
【００８２】
リターンスプリング３３７は、プレッシャープレート３３３とインナーデフケース３２５との間に配置されており、プレッシャープレート３３３をメインクラッチ３２７の連結解除方向（右方）に付勢している。
【００８３】
アーマチャ３３９はリング状に形成されており、プレッシャープレート３３３とパイロットクラッチ３２９（インナープレート３７３）との間に軸方向移動自在に配置されている。また、アーマチャ３３９の内周はプレッシャープレート３３３に形成された段差部３７７の外周で相対回転自在に支持され、センターリングされている。
【００８４】
差動機構３４１は、複数本のピニオンシャフト３７９、ピニオンギア３８１、出力側のサイドギア３８３，３８５などから構成されている。
【００８５】
各ピニオンシャフト３７９はインナーデフケース３２５の回転中心から放射状に配置されており、それぞれの先端はインナーデフケース３２５の開口３５９に係合すると共に、止め輪３８７でインナーデフケース３２５に取り付けられたメインクラッチ３２７用の受圧部材３８９に、段差部３９１を突き当てて回り止めされている。各ピニオンギア３８１はピニオンシャフト３７９上でそれぞれ回転自在に支承されており、サイドギア３８３，３８５は左右からピニオンギア３８１と噛み合っている。各サイドギア３８３，３８５とインナーデフケース３２５との間には、サイドギア３８３，３８５の噛み合い反力を受けるスラストワッシャ３９３がそれぞれ配置されている。サイドギア３８３，３８５は左右の後車軸にそれぞれスプライン連結されており、各後車軸はインナーデフケース３２５の左右のボス部３４９，３５１とケーシング３１５とをそれぞれ貫通して左右の後輪に連結されている。各後車軸とケーシング３１５との間にはオイルシール３９５がそれぞれ配置されており、オイル漏れと外部からの異物の侵入を防止している。
【００８６】
インナーデフケース３２５の回転はピニオンシャフト３７９からピニオンギア３８１を介して各サイドギア３８３，３８５に配分され、さらに後車軸から左右の後輪に伝達される。また、悪路や低μ路などで後輪の間に駆動抵抗差が生じると、インナーデフケース３２５を回転させる駆動力はピニオンギア３８１の自転によって左右の後輪に差動配分される。
【００８７】
［動力伝達装置の構成］
動力伝達装置は、電動モータと、減速機構と、リヤデフ３０３と、電動モータ用のバッテリーと、各種センサーと、コントローラから構成されている。
【００８８】
電動モータは、コントローラを介してバッテリーに接続されており、ケーシング３１５の外側にボルト止めされ、その出力軸はケーシング３１５に貫入し、ケーシング３１５の内部にベアリングで支承された第１軸に連結されている。
【００８９】
減速機構は、上記の第１軸と、第２軸と、２段の減速ギヤ組から構成されている。第１軸と同様に、第２軸もケーシング３１５の内部にベアリングで支承されており、初段の減速ギア組は互いに噛み合った小径ギアと大径ギアから構成され、終段の減速ギア組は互いに噛み合った小径ギアと大径ギア３４３から構成されている。初段減速ギア組の小径ギアは第１軸に一体形成されており、大径ギアは第２軸に圧入されている。また、終段減速ギア組の小径ギアは第２軸に一体形成されており、大径ギア３４３は、上記のように、リヤデフ３０３のアウターデフケース３２３に溶接されている。
【００９０】
電動モータの駆動力は、初段と終段の各減速ギア組によって後輪の走行回転数域まで減速され、トルクが増幅されてリヤデフ３０３のアウターデフケース３２３を回転させる。
【００９１】
［動作及び作用］
コントローラは、センサーからの情報に基づいて電動モータの駆動、回転数調整、駆動停止などを行うと共に、通常の走行中は、電動モータの駆動停止及びリヤデフ３０３（メインクラッチ３２７）による駆動力の遮断を行って後輪側動力系の作動を停止させると共に、前輪をエンジンで駆動し、車両を前輪側動力系による２輪駆動状態にする。また、大きな駆動力が必要になると、コントローラは電動モータを駆動すると共に、リヤデフ３０３のメインクラッチ３２７を連結して後輪側動力系を作動させ、後輪を補助的に駆動し、車両を４輪駆動走行させる。
【００９２】
さらに、コントローラは、センサーによって検知した路面状態、車両の発進、加速、旋回のような走行条件及び操舵条件などに応じて、電磁コイル３０５の励磁、励磁電流の制御、励磁停止を行う。また、電磁コイル３０５の励磁は、電動モータを回転させるとき同時に行われ、電磁コイル３０５の励磁停止は、電動モータの回転を停止させるとき同時に行われる。
【００９３】
電磁コイル３０５が励磁されると、磁束経路上に磁束ループ３９７が形成されてアーマチャ３３９が吸引され、ロータ３０９との間でパイロットクラッチ３２９を押圧して締結しパイロットトルクを発生させる。パイロットトルクが発生するとパイロットクラッチ３２９によってアウターデフケース３２３に連結されたカムリング３３５と、インナーデフケース３２５側のプレッシャープレート３３３とを介してボールカム３３１に電動モータの駆動力が掛かり、ボールカム３３１はこの駆動力を増幅しながらカムスラスト力に変換し、プレッシャープレート３３３を左方に移動させてメインクラッチ３２７を押圧し締結させる。
【００９４】
また、上記のように、コイルハウジング３０７の貫入部３１１，３１３がロータ３０９に貫入しており、これらの貫入部３１１，３１３が矩形であるから、少なくとも貫入部３１１では磁束をほぼ直角に横切る２対の対向面が得られると共に、コイルハウジング３０７とロータ３０９との重なり幅（貫入部３１１，３１３の深さ）が大きくなって磁束経路面積が拡大され、磁気飽和が防止されて磁束のロスが軽減される。従って、電磁コイル３０５を小型にしても、充分な磁力でアーマチャ３３９を移動操作することができる。
【００９５】
メインクラッチ３２７が連結されると、大径ギア３４３（アウターデフケース３２３）を回転させる電動モータの駆動力は、インナーデフケース３２５に伝達され、その回転は差動機構３４１によって左右の後輪に配分され、車両が４輪駆動状態になる。
【００９６】
このとき、電磁コイル３０５の励磁電流を制御すると、パイロットクラッチ３２９の滑り率が変化してボールカム３３１のカムスラスト力が変わり、後輪側に伝達される駆動力が制御される。このような駆動力の制御を、例えば、旋回時に行うと旋回性と車体の安定性とを大きく向上させることができる。
【００９７】
また、電磁コイル３０５の励磁を停止すると、パイロットクラッチ３２９が開放されてボールカム３３１のカムスラスト力が消失し、リターンスプリング３３７の付勢力によってプレッシャープレート３３３が右方に戻り、メインクラッチ３２７の連結が解除され、車両は前輪駆動の２輪駆動状態になる。
【００９８】
メインクラッチ３２７の連結解除操作は、上記のように電動モータの停止操作と同時に行われるから、２輪駆動状態では、アウターデフケース３２３と減速機構と電動モータが後輪の連れ回りから切り離され、減速機構、電動モータ及びそのベアリング、バッテリー、レギュレータなどの集積回路が後輪の連れ回りによる悪影響から保護され、耐久性が向上する。
【００９９】
また、ケーシング３１５に設けられたオイル溜りのオイルは、各減速ギア組と大径ギア３４３の回転によって撥ね上げられ、各減速ギア組とそのベアリングを潤滑・冷却すると共に、アウターデフケース３２３とインナーデフケース３２５の左右両側の隙間からこれらの間に流入し、パイロットクラッチ３２９、アーマチャ３３９とプレッシャープレート３３３との摺動部（段差部３７７）、ボールカム３３１、スラストベアリング３７５、メインクラッチ３２７などを潤滑・冷却する。また、オイル溜りのオイルはインナーデフケース３２５の回転に伴って、ボス部３４９，３５１の螺旋状オイル溝からそのネジポンプ作用によって内部に流入し、差動機構３４１の各ギア３８１，３８３，３８５の噛み合い部などを潤滑・冷却し、さらに遠心力を受けて開口３６１からメインクラッチ３２７側に移動し、メインクラッチ３２７、ボールカム３３１、パイロットクラッチ３２９などを潤滑・冷却した後、オイル溜りに戻る。
【０１００】
［電磁アクチュエータ３０１及びリヤデフ３０３の効果］
電磁アクチュエータ３０１とリヤデフ３０３は、上記のように構成されたことによって次のような効果が得られる。
【０１０１】
コイルハウジング３０７の貫入部３１１，３１３により、ロータ３０９との間で磁束のロスが軽減されるから、電磁コイル３０５は充分な磁力でアーマチャ３３９を操作できる。
【０１０２】
従って、アーマチャ３３９に倒れや囓りに伴う移動抵抗が生じても、その影響を受けにくくなると共に、オイルの粘度が大きくなる低温時でもオイルによる移動抵抗の影響を受けにくくなり、アーマチャ３３９の操作レスポンスの低下とバラツキが防止されるから、リヤデフ３０３（パイロットクラッチ３２９とメインクラッチ３２７）は、電磁アクチュエータ３０１により円滑で安定して断続操作される。
【０１０３】
このように、メインクラッチ３２７が円滑に断続操作されるから、路面状態、車両の発進、加速、旋回のような走行条件及び操舵条件などに応じて、メインクラッチ３２７を迅速に断続操作すれば、悪路の脱出性や走破性、スタックの防止効果、発進性、加速性、旋回性を大きく向上させることができる。
【０１０４】
また、充分な磁力（操作力）が得られるから、磁束のロスを補うために電磁コイル３０５を大型にし、励磁電流を増加する必要がなくなり、電磁アクチュエータ３０１とリヤデフ３０３の大型化に伴うレイアウト上の自由度及び車載性の低下と、バッテリーの負担増加が防止され、エンジンの燃費が向上する。
【０１０５】
また、電磁コイル３０５を収容するコイルハウジング３０７とロータ３０９は電磁アクチュエータ３０１にとって必須の部材であり、このように必須の部材を磁束経路部材に利用して磁力向上手段（貫入部３１１，３１３）を設けたから、部品点数の増加とコストの上昇が避けられる。
【０１０６】
また、コイルハウジング３０７の貫入部３１１，３１３をロータ３０９に貫入させるこの構成では、圧入や加締めを用いる従来例と異なって治具や工具が不要であり、それだけコストが低減される。
【０１０７】
また、コイルハウジング３０７をロータ３０９に貫入させる構成は、構造が簡単であり、低コストに実施できる上に、貫入部３１１，３１３を設けるには特に広いスペースが必要ないから、限られたスペースで上記のような種々の効果が得られる。
【０１０８】
［第４実施形態］
図７は本発明の第４実施形態である電磁アクチュエータ４０１を示しており、この電磁アクチュエータ４０１は、第３実施形態のリヤデフ３０３で、電磁アクチュエータ３０１に代えて用いられている。
【０１０９】
［電磁アクチュエータ４０１の構成］
電磁アクチュエータ４０１は、電磁コイル３０５と、電磁コイル３０５を収容するコイルハウジング３０７及びロータ３０９と、コイルハウジング３０７がロータ３０９に貫入する貫入部４０３，４０５（磁力向上手段）から構成されている。
【０１１０】
第３実施形態はコイルハウジング３０７の矩形の貫入部３１１，３１３をロータ３０９に貫入させた例であるが、電磁アクチュエータ４０１では、コイルハウジング３０７が楔形の貫入部４０３，４０５をロータ３０９に貫入させている。
【０１１１】
このように、第４実施形態の電動式カップリング４０１は、貫入部４０３，４０５を楔形にしたことによって互いの間で磁束を横切る長い対向面が得られ、磁束ロスの軽減効果が向上し、アーマチャ３３９の操作力が大きくなり、第３実施形態と同等の作用・効果が得られる。
【０１１２】
［本発明の範囲に含まれる他の態様］
なお、本発明の電磁アクチュエータでは、磁力で操作する部材は、各実施形態のように、プランジャでも、アーマチャでもよい。
【０１１３】
また、本発明の電磁アクチュエータの被操作装置は、クラッチに限らない。また、このクラッチも、各実施形態のように噛み合いクラッチや多板クラッチの他に、単板クラッチやコーンクラッチのような摩擦クラッチでもよく、さらに、第３実施形態のように、磁力でパイロットクラッチを連結してカム機構を作動させ、メインクラッチを締結させるように構成しても、あるいは、磁力でクラッチを直接連結させるように構成してもよい。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１の電磁アクチュエータは、磁束経路部材に設けた磁力向上手段により充分な磁力（操作力）が得られ、磁束を増やすために電磁コイルやコイルハウジング等を大型にする必要がない。従って、大型化に伴うレイアウト上の自由度及び車載性の低下と、バッテリー負担の増加によるエネルギーロスが避けられる。
【０１１５】
請求項２の電磁アクチュエータは、請求項１の構成と同等の効果を得ることができる。
【０１１６】
請求項３の電磁アクチュエータは、請求項１または請求項２の構成と同等の効果を得ることができる。
【０１１７】
また、電磁コイルを収容するために必須の部材を磁束経路部材に利用して磁力向上手段を設けたから、部品点数の増加とコストの上昇が避けられる。
【０１１８】
請求項４の電磁アクチュエータは、磁力向上手段のネジ部によって、各磁性部材の接触面積が増加し、接合部の面圧が上昇して磁束のロスが軽減され、請求項１〜請求項３の構成と同等の効果を得ることができる。
【０１１９】
また、ネジ部をテーパーネジにすれば、磁束ロスの軽減効果がさらに向上する。
【０１２０】
また、ネジ止めを用いる構成では、圧入や加締めを用の治具や工具が不要になってコストが低減されると共に、磁性部材の一方を他方にネジ込む作業は極めて容易であり、組み付け性がよい。
【０１２１】
また、ネジ部の固定機能によって各磁性部材の連結強度（収容部材の強度）が向上し、振動や衝撃を受けても、磁性部材の浮き上がりや外れが防止されて信頼性が向上し、動作が正常に保たれる。
【０１２２】
また、ネジ止めには広いスペースが必要ないから、限られたスペースで大きな磁力向上効果が得られる。
【０１２３】
請求項５の電磁アクチュエータは、磁性部材の一方を他方に貫入させることによって磁束を横切る広い対向面が得られ、磁束のロスが軽減されて請求項１〜請求項３の構成と同等の効果を得ることができる。
【０１２４】
また、磁性部材の一方を他方に貫入させる構成は、構造が簡単であり、低コストで実施できる上に、広いスペースが必要ないから、限られたスペースで大きな磁力向上効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電磁アクチュエータとこれを用いたデファレンシャル装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】第１実施形態の要部拡大断面図である。
【図４】第２実施形態の要部拡大断面図である。
【図５】第３実施形態の電磁アクチュエータとこれを用いたリヤデフを示す断面図である。
【図６】第３実施形態に用いられたロータの側面図である。
【図７】第４実施形態の要部拡大断面図である。
【図８】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１ 電磁アクチュエータ
５ 電磁コイル
７，９ コイルハウジング（磁束経路部材：収容部材：磁性部材）
１１ コイルハウジング７，９を連結するネジ部（磁力向上手段）
２０１ 電磁アクチュエータ
２０３ コイルハウジング７，９を連結するテーパーネジ部（磁力向上手段）
３０１ 電磁アクチュエータ
３０７ コイルハウジング（磁束経路部材：収容部材：磁性部材）
３０９ ロータ（磁束経路部材：収容部材：磁性部材）
３１１，３１３ コイルハウジング３０７がロータ３０９に貫入する矩形の貫入部（磁力向上手段）
４０１ 電磁アクチュエータ
４０３，４０５ コイルハウジング３０７がロータ３０９に貫入する楔状の貫入部（磁力向上手段）

Claims (5)

1. 電磁コイルと、
   前記電磁コイルの磁束を通す磁束経路部材とを備え、
   前記磁束経路部材に、磁力向上手段を設けたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 請求項１に記載された発明であって、
   前記磁力向上手段が、前記磁束経路部材の磁束経路面積を拡大するように形成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２に記載された発明であって、
   前記磁束経路部材が、前記電磁コイルを収容する磁性の収容部材であり、
   前記磁力向上手段が、前記収容部材に設けられていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
4. 請求項３に記載された発明であって、
   前記収容部材が、複数個の磁性部材から構成されており、
   前記磁性部材を、ネジ部によって螺着することにより、
   前記ネジ部が、磁束経路面積を拡大して磁力を向上させる磁力向上手段を構成していることを特徴とする電磁アクチュエータ。
5. 請求項３に記載された発明であって、
   前記収容部材が、複数個の磁性部材から構成されており、
   前記磁性部材の一方を前記磁束を横切って他方に貫入させることにより、
   前記貫入部が、磁束経路面積を拡大して磁力を向上させる磁力向上手段を構成していることを特徴とする電磁アクチュエータ。

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