JP2005299713A - 自動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転速度の検出精度の向上、構造部品の加工不要化、低コスト化、および省スペース化が図れる自動変速機を提供する。特に、回転速度の検出精度の向上によるロックアップ機能の向上を図り、スムーズ感を確保しながら伝達効率の改善による燃費の向上を実現することができるものとする。
【解決手段】 エンジンのトルクを、トルクコンバータを介して変速機構部３に伝達し、この変速機構部３で変速したトルクを車軸に伝達する自動変速機に適用する。上記トルクコンバータはロックアップクラッチを有するものである。変速機構部３を構成する出力軸を支持する軸受６を、この軸受６の回転速度を検出する回転検出器７を有する回転検出器付き軸受とする。回転検出器７は、軸受６の内輪２１に設けられて一つまたは円周方向に並ぶ複数の磁極を有する被検出部２６と、外輪２２に取付けられて上記被検出部２６を検出する磁気センサ２７とでなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車等の車両に装備されるロックアップクラッチ式等の自動変速機に関する。

一般に自動車等の車両に搭載される自動変速機においては、変速出力を行う出力軸の回転速度や車速等を回転センサによって検出し、その検出信号によって車両の種々の制御、例えばロックアップクラッチの係脱制御を行っている。発進時にはロックアップクラッチを切っておいてトルクコンバータのみの動力伝達とし、車速がある程度上昇した段階でロックアップクラッチを係合することにより、スムーズ感と伝達効率（燃費）の改善を実現する。すなわち、トルクコンバータ内のインペラーとタービンの速度差が少なくなった時に、ロックアップクラッチが入り、これによりエンジンと副変速機入力軸が直接に動力伝達されることになって、トルクコンバータにおける滑りの影響がなくなり、機械的に１００％伝達されることで燃費が向上する。このため、自動変速機のロックアップクラッチの制御を適切に行うには、回転センサ等の検出精度を向上させることが必要となる。特に、近年の自動変速機においては、きめ細かい制御が要求され、回転速度の検出精度向上が強く要望されている。

自動変速機における従来の一般的な回転センサは、被検出部材と、これに対向するセンサとで構成されている。上記被検出部は、例えばディスク状のロータ部と、このロータ部を出力軸に取付けるためのスリーブ状の支持部とを溶接したものとされている。しかし、ロータ部はプレス成形されるものであるため、精度が低く、また支持部との溶接によっても精度の低下を招く。このため、回転検出の精度向上に限界がある。

この他に、ロータ部を焼結形成したものも提案されており（例えば特許文献１）、これによれば上記プレス成形のロータ部を用いるものに比べて形状精度が向上する。しかし、焼結成形によって形成された製品は、同一組成の溶解製品よりも密度が低く、そのために検出精度が低下する。焼結密度を高めることは可能であるが、密度を高めると出力軸への嵌合を精度良く行うための機械加工が難しくなるという問題が生じる。
これらの課題を解決するために、被検出部材を焼結成形したものにおいて、ロータ部と支持部との焼結密度を異ならせたものも提案されている（例えば特許文献２）。
特開平３−２２５２７９号公報 特開平９−４３２６１号公報

上記各従来例は、いずれも出力軸に被検出部材を取付け、変速機のハウジングにセンサ部を取付けるものであるため、被検出部材と変速機ハウジグとの間に存在する部材自身の寸法精度や、組立誤差によって回転速度の検出精度の低下を招く。特許文献２に記載のものは、被検出部材の出力軸への取付の高精度化の工夫が図られているが、変速機の組立時に被検出部材も組み立てることが必要であるため、組立誤差の影響回避は難しい。また、被検出部材とセンサ部とを別部材である出力軸とハウジングとに取付けることにより生じる組立誤差が避けられない。すなわち、被検出部材とセンサ部との間に存在する部材には(1) 回転軸（出力軸）、(2) 軸受（内輪，転動体，外輪）、(3) 変速機ハウジング（ケース）があり、各部材の寸法精度および組み立て誤差によって、被検出部材とセンサ部間のギャップ精度が悪化する可能性がある。

また、上記各従来例は、いずれもハウジングにセンサ部を取付けるため、構造部材であるハウジングにセンサ取付座の加工を施す必要があり、加工コストが高くなる。また、ハウジングにセンサ取付座の加工が必要であることから、回転検出器の必要な自動変速機と不要な自動変速機とでハウジングの共通化が図れない。すなわち複数機種におけるハウジング部品の共通化による生産性の向上、量産化によるコスト低下が図れない。さらに、上記各従来例は、出力軸およびハウジングに被検出部材およびセンサ部を取付けることが必要なため、その取付けのためのスペースが必要であり、自動変速機の小型化の妨げとなる。自動車部品では、自動車全体の軽量化、燃費の向上、車内スペースの拡大等のために、個々の部品にわずかでも小型化，軽量化を図ることが強く求められており、このような要望に対して改良の余地が多分にある。

この発明の目的は、回転速度の検出精度の向上、構造部品の加工不要化、低コスト化、および省スペース化が図れる自動変速機を提供することである。
この発明の他の目的は、回転速度の検出精度の向上によるロックアップ機能の向上を図り、スムーズ感を確保しながら伝達効率の改善による燃費の向上を実現することである。

この発明の自動変速機は、エンジンのトルクを、トルクコンバータを介して変速機構部に伝達し、この変速機構部で変速したトルクを車軸に伝達する自動変速機において、上記変速機構部を構成するいずれかの軸を支持する軸受を、この軸受の回転速度を検出する回転検出器が設けられた回転検出器付き軸受としたことを特徴とする。
この構成によると、軸受を回転検出器付きとしたため、回転検出器を単独で軸やハウジングに取付けるものに比べて組立誤差が少なくなり、回転速度の検出精度が向上する。回転検出器を軸受に組み付けるときの組立誤差の問題はあるが、小型で簡素な部品である軸受に対し回転検出器を組付ければ良いため、精度良く組み立てることが容易である。また、軸受を回転検出器付きとするため、構造部材であるハウジング等にセンサ取付座等の加工を施すことが不要であり、それだけハウジングの製造が簡素化され、結果とした低コストとなる。センサ取付座が不要なため、他機種の自動変速機とのハウジング共通化による量産化、コスト低下も図れる。また、軸受を回転検出器付きとするため、独立して回転検出器をハウジングおよび出力軸等に取付ける場合に比べて、省スペース化が図り易い。

上記トルクコンバータはロックアップクラッチを有するものであっても良い。その場合上記回転検出器の高精度な回転速度の検出信号により、ロックアップクラッチを精度良く制御することができて、スムーズ感を確保しながら、ロックアップクラッチの利点である伝達効率の改善による燃費の向上を実現することができる。

上記回転検出器付き軸受により支持する軸は、例えば上記変速機構部の出力軸とする。自動変速機における回転速度検出は、ロックアップクラッチの制御等を含めて、出力回転速度について求められることが多い。出力軸を支持する軸受を回転検出器付きとすることで、出力回転速度の検出が行える。

上記回転検出器は、例えば、軸受の内輪に設けられて一つまたは円周方向に並ぶ複数の磁極を有する被検出部と、上記外輪に取付けられて上記被検出部を検出する磁気センサとでなるものとされる。
被検出部が磁極を有するものとし、磁気センサを対向配置させると、コンパクトな構成で精度の良い回転検出が行い易い。そのため、軸受に組み込む回転検出器として優れたものとなる。

また、上記回転検出器は、回転速度の検出機能に加えて、回転方向の検出機能を有するものであっても良い。
自動車において、ヒルホールド制御等のより高度な制御を行おうとした場合、回転速度の他に回転方向の検出が必要となる。自動車において、車輪用軸受等に回転速度の検出手段が設けられたものがあるが、回転方向が検出できるものは少なく、また設置スペースが厳しくて、駆動伝達系や車輪回りに回転方向の検出を行う独立したセンサを設ける余裕が得難い場合が多い。そのため、自動変速機に備えられる軸受に、回転速度と共に回転方向が検出できる回転検出器を設けることで、省スペース化を達成しながら、回転方向の検出機能を付加することができる。

この発明の自動変速機は、変速機構部を構成する出力軸等の軸を支持する軸受を回転検出器付き軸受としたため、回転速度の検出精度の向上、構造部品の加工不要化、低コスト化、および省スペース化を図ることができる。
上記トルクコンバータがロックアップクラッチを有するものである場合には、回転速度の検出精度の向上によるロックアップ機能の向上が図れ、スムーズ感を確保しながら、ロックアップクラッチの利点である伝達効率の改善による燃費の向上を実現することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図２は、自動車のオートマチックトランスミッション（ＡＴ）における自動変速機１の概要を示す。自動変速機１は、エンジン１０のトルクを、トルクコンバータ２を介して変速機構部３に伝達し、変速機構部３の出力軸５のトルクを車軸に伝達するものである。この実施形態では、変速機構部３を構成するいずれかの軸を支持する軸受を、回転検出器付き軸受とする。図示の例では、出力軸５を支持する軸受６を、回転検出器７が設けられた回転検出器付き軸受としている。変速機構部３は、トルクコンバータ２に対する副変速機構となるものであり、遊星歯車式のものとされている。変速機構部３は、後に図８と共に説明するベルト式無段変速機であっても良い。

トルクコンバータ２は、内蔵のインペラーとタービン（図示せず）間で、オイルを介して動力の伝達と切断の切換、およびトルクの増大等を行う装置であり、これらの制御のための油圧の制御が油圧制御装置１５によって行われる。油圧制御装置１５は、電子制御装置１６によって制御される。電子制御装置１６は、アクセル開度を検出するスロットルセンサ（図示せず）や前記回転検出器７等から得られる出力軸回転速度等に応じて、油圧制御装置１５に制御信号を与えるものである。

トルクコンバータ２は、種々の形式のものがあるが、この例では、ロックアップクラッチ８を有するものとされている。ロックアップクラッチ８は、トルクコンバータ２内のインペラーとタービンの速度差が少なくなった時に、係合状態となって、エンジン１０と副変速機である変速機構部３の入力軸に直接に動力伝達する機構である。このロックアップクラッチ８の係脱の制御が、ロックアップ制御手段１７によって行われる。ロックアップ制御手段１７は、変速機構部３に設けられた軸受６の回転検出器７の回転速度検出信号に従い、ロックアップクラッチ８の係脱の制御指令を生成する。ロックアップ制御手段１７は、上記電子制御装置１６の一部として設けられている。

回転検出器付き軸受６は、図３に示すように、転がり軸受部６Ａに回転検出器７を設けたものである。転がり軸受部６Ａは、内輪２１と外輪２２との間に複数の転動体２３を介在させたものであり、これら転動体２３は保持器２４により保持されている。回転検出器７は、転がり軸受部６Ａの片側に設けられ、他の片側にはシール２５が設けられている。

回転検出器７は、内輪２１に取付けた被検出部２６と、この被検出部２６に対向して外輪２２に取付けられた磁気センサ２７とでなる。被検出部２６は、円周方向に多極に磁化された環状の磁気エンコーダとされている。具体的には、環状のバックメタル２９と、その外周側に設けられた着磁材２８とでなり、着磁材２８が、図４のように円周方向に等間隔で磁極Ｎ，Ｓが交互に設けられた部材とされている。着磁材２８は、ゴム磁石、プラスチッチ磁石、焼結磁石、または通常の磁石片等からなる。被検出部２６は、バックメタル２９の一側部が内輪２１の外径面に嵌合する状態で、内輪２１に固定されている。

磁気センサ２７は、ホール素子、ホールＩＣ、ＭＲ素子等からなり、環状のセンサ取付部材３０を介して外輪２２に取付けられている。センサ取付部材３０は金属リング等からなり、軸方向の一部が外輪２２の内径面に嵌合する状態に取付けられている。磁気センサ２７は、樹脂ケース３１内に納めて樹脂モールド３３に埋め込まれ、樹脂ケース３１を介してセンサ取付部材３０に取付けられている。

図１に示すように、回転検出器付き軸受６は、内輪２１が出力軸５に嵌合し、外輪２２が自動変速機１のハウジング３４に取付けられる。外輪２２はハウジング３４に設けられた軸受取付孔３５内に嵌合する状態に取付けられる。

この構成の自動変速機１によると、回転検出器付き軸受６に設けられた回転検出器７により出力軸５の回転速度が検出され、その検出値に従い、電子制御装置６および油圧制御装置１５を介してトルクコンバータ２の制御が行われる。また、上記回転検出器７で検出される出力軸５の回転速度に応じて、ロックアップ制御手段１７を介し、ロックアップクラッチ８の係脱制御が行われる。

この自動変速機１は、軸受６を回転検出器付きとしたため、回転検出器を単独で軸やハウジングに取付けるものに比べて組立誤差が少なくなり、特に、被検出部２６と磁気センサ２７との間のギャップＧ（図３）が小さくでき、回転速度の検出精度が向上する。回転検出器７を軸受６に組み付けるときの組立誤差の問題はあるが、小型で簡素な部品である軸受６に対して回転検出器７を組付ければ良いため、精度良く組み立てることが容易である。このため、上記ギャップＧは、例えば０．３ｍｍ程度まで小さくすることができる。

また、軸受６を回転検出器７付きとするため、構造部材であるハウジング３４等にセンサ取付座等の加工を施すことが不要であり、それだけハウジング３４の製造が簡素化される。その結果として低コストとなる。また、軸受６を回転検出器７付きとするため、独立して回転検出器をハウジング３４や出力軸５等に取付ける場合に比べて、省スペース化が図れる。

トルクコンバータ２はロックアップクラッチ８を有するものであるが、上記回転検出器７の高精度な回転速度の検出信号により、ロックアップクラッチ８を精度良く制御することができる。これにより、スムーズ感を確保しながら、ロックアップクラッチ２の利点である伝達効率の改善による燃費の向上が実現される。
また、回転検出器７は、被検出部２６が着磁された磁極を有し、磁気センサ２７を対向配置したものであるため、コンパクトな構成で精度の良い回転検出が行い易い。そのため軸受６に組み込む回転検出器７として優れたものとなる。これにより、変速機１の全体がより小型化される。

図５，図６は、回転検出器７を原点検出信号付きとした変形例を示す。この例では、被検出部２６に、軸方向に並ぶ２つの着磁材部２８Ａ，２８Ｂが設けられれている。第１の着磁材部２８Ａに対向して２つの磁気センサ２７Ａ，２７Ｂ（図６）が設けられ、第２の着磁材部２８Ｂに対して１つの磁気センサ２７Ｃが設けられている。第１の着磁材部２８Ａには、円周上の一箇所に、磁極Ｎ，Ｓの周期性を乱す磁気特性を付与する磁気特性乱し部分４１が設けられている。この磁気特性乱し部分４１は、例えば被検出部２６のバックメタル２９に微細な孔を形成することによって構成されている。なお、磁気特性乱し部分４１として、着磁材部２８Ａを貫通するものであっても良いし、微細孔を形成するのに代えて、バックメタル２９の一部に切欠部を形成したり、一部の磁極Ｎ，Ｓの着磁強度や着磁方向を変えることによって構成してもよい。

被検出部２６の第１の着磁材部２８Ａと第２の着磁材部２８Ｂの間には、第１の着磁材部２８Ａにおける磁気特性乱し部分４１の磁気的影響が第２の着磁材部２８Ｂに及ぶのを避けるための磁気抵抗高め手段４２が設けられている。磁気抵抗高め手段４２は、例えば、第１の着磁材部２８Ａと第２の着磁材部２８Ｂとを仕切るように周方向に延びる円周溝とされて、バックメタル２９に設けられている。

磁気センサ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃは例えばホール素子からなる。これらの磁気センサ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃは、内輪２１の回転により、対向する被検出部２６の磁極Ｎ，Ｓの変化に対応して、インクリメンタルなパルス信号を出力する。１組となる２つの磁気センサ２７Ａ，２７Ｂと他の１つの磁気センサ２７Ｃとは、軸方向に分けて配置され、１組の磁気センサ２７Ａ，２７Ｂとこれに対向する被検出部２６の第１の着磁材部２８Ａとで第１の回転検出器部７Ａが構成される。また、他の１つの磁気センサ２７Ｃとこれに対向する第２の着磁材部２８Ｂとで第２の回転検出器部７Ｂが構成される。すなわち、１つの被検出部２６において、第１の着磁材部２８Ａと第２の着磁材部２８Ｂが軸方向に並べた状態に配置される。
３つの磁気センサ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃは、樹脂ケース３１内に挿入した後に樹脂モールドし、その樹脂ケース３１を金属ケース等からなるセンサ取付部材３０を介して外輪２２に固定している。

図６（Ａ）は、第１の着磁材部２８Ａと１組の磁気センサ２７Ａ，２７Ｂとの位置関係を示し、図２（Ｂ）は第２の着磁材部２８Ｂと１つの磁気センサ２７Ｃとの位置関係を示す。磁気センサ２７Ａ，２７Ｂは、互いに着磁材部２８Ａの磁気特性乱し部分４１により周期性が乱れる円周方向幅よりも広く周方向に離間して配置されるが、磁極配列の繰り返し周期における位相は略同位相となる位置関係とされている。第１の回転検出器部７Ａにおける磁気センサ２７Ａと第２の回転検出器部７Ｂの磁気センサ２７Ｃの位相の関係は、略９０°の位相差を有するようにされている。

図７は、回転検出器７からの出力信号を示す波形図である。図７（Ａ）は磁気センサ２７Ａからの出力信号波形を、図７（Ｂ）は磁気センサ２７Ｂからの出力信号波形をそれぞれ示す。図７（Ａ），（Ｂ）の波形におけるａ部およびｂ部は、第１の着磁材部２８Ａにおける磁気特性乱し部分４１が検出された波形部分を示す。図７（Ｃ）は、磁気センサ２７Ａの出力信号（図７（Ａ））と磁気センサ２７Ｂの出力信号との論理和から得られるパルス信号（Ａ相のパルス信号）の波形である。図７（Ｄ）は、磁気センサ２７Ｃからの出力信号（Ｂ相のパルス信号）波形であり、これらのパルス信号により回転速度を検出することができる。

回転速度を示すパルス信号が２つ得られるため、回転速度検出の確実性が高められる。また、磁気センサ２７Ｃが磁気センサ２７Ａ，２７Ｂと９０°の位相差を持つことから、Ａ相のパルス信号（図７（Ｃ））とＢ相のパルス信号（図７（Ｄ））との位相差を検出して、内輪２１の回転方向を検出することができる。図７（Ｅ）は、磁気センサ２７Ａの出力信号（図７（Ａ））と磁気センサ２７Ｂの出力信号（図７（Ｂ））との差分として得られる原点信号の波形である。この原点信号の正の波形部だけ、または負の波形部だけを抽出するように電気回路を組むことにより、原点信号として１回転に１パルスの信号波形を得ることができる。なお、正の波形部と負の波形部との両方の検出によって原点を認識すれば、ノイズに対して検出の信頼性を高めることができる。図７（Ｅ）の例では、アナログ信号の差分により原点信号を得たが、デジタル信号の差分であっても構わない。すなわち、図７（Ａ）と図７（Ｃ）の排他的論理和からは図７（Ｆ）が得られるため、この信号を原点信号として使用することができる。

この実施形態の場合、回転速度検出だけでなく、原点検出も可能でかつ回転方向も検出できる回転検出器内蔵の軸受でありながら、回転速度検出センサと原点検出センサとを個別に設置する必要がない。
回転検出器付き軸受６における回転検出器７が上記のように回転方向の検出が可能なものであると、自動車のヒルホールド制御等のような、より高度な制御が行える。自動車において、車輪用軸受等に回転速度の検出手段が設けられたものがあるが、回転方向が検出できるものは少なく、また設置スペースが厳しくて、駆動伝達系や車輪回りに回転方向を検出する独立したセンサを設ける余裕が得難い場合が多い。そのため、自動変速機１に備えられる軸受６に、回転速度と共に回転方向が検出できる回転検出器７を設けることで、省スペース化を達成しながら、回転方向の検出機能を付加することができる。

なお、上記実施各実施形態では、回転検出器７は内輪２１の１回転で多数のパルスを得るものとしたが、回転検出器７は、内輪２１の１回転で１つのパルスを発生するものとしても良い。また、上記実施各実施形態では、回転検出器７が転がり軸受部６Ａから一側に突出するものとしたが、回転検出器７は内外輪２１，２２の幅内に納まるものとしても良い。例えば、内輪２１の外径面および外輪２２の内径面における転動体２３の一側部分に被検出部２６および磁気センサ７をそれぞれ設けても良い。

また、上記実施形態では、自動変速機１の変速機構部３を遊星歯車式のものとしたが、図２の自動変速機１における変速機構部３は、ベルト式無断変速機であって良い。
図８にベルト式無断変速機からなる変速機構部３の一例を示す。この変速機構部３は、第１軸４に設けられた第１プーリ１１と、出力軸５に設けられた第２プーリ１２と、両プーリ１１，１２間に掛装されたベルト１３とを有している。第１，第２プーリ１１，１２は、それぞれ第１軸４および出力軸５に固定された固定シーブ１１ａ，１２ａと、第１軸４および出力軸５にそれぞれ軸方向にのみ移動自在に取付けられた可動シーブ１１ｂ，１２ｂとで構成される。各可動シーブ１１ｂ，１２ｂは、油圧アクチュエータ（１８，１９）により進退駆動可能であり、これら可動シーブ１１ｂ，１２ｂの軸方向移動により、ベルト１３の掛装される半径方向位置が変わり、第１軸４と出力軸５との間の回転伝達比が変わる。出力軸５の出力はデファレンシャル（図示せず）を介して車軸に伝達される。

同図の変速機構部３において、出力軸５をハウジング３４に対し支持する軸受６に、図３ないし図７に示したいずれかの実施形態にかかる回転検出器付き軸受６が用いられる。この場合も、回転検出器付き軸受６の回転検出器７の回転速度の検出出力は、ロックアップ制御手段１７（図２）に入力され、ロックアップクラッチ８の制御に用いられる。

この発明の第１の実施形態にかかる自動変速機の回転検出器設置部分を示す断面図である。 同自動変速機の全体構成例の概念構成を示す説明図である。 回転検出器付き軸受の一例を示す断面図である。 同回転検出器付き軸受における被検出部と磁気センサの関係を示す説明図である。 回転検出器付き軸受の変形例の部分断面図である。 同変形例の回転検出器付き軸受における被検出部と磁気センサの関係を示す説明図である。 同回転検出器付き軸受の各磁気センサの出力およびその処理例を示す説明図である。 他の実施形態に係る自動変速機の変速機構部を示す断面図である。

符号の説明

１…自動変速機
２…トルクコンバータ
３…変速機構部
４…第１軸
５…出力軸
６…軸受
６Ａ…転がり軸受部
７…回転検出器
８…ロックアップクラッチ
１５…油圧制御装置
１６…電子制御装置
１７…ロックアップ制御手段
２１…内輪
２２…外輪
２３…転動体
２６…被検出部
２７，２７Ａ〜２７Ｃ…磁気センサ
２８，２８Ａ，２８Ｂ…着磁材

Claims (5)

1. エンジンのトルクを、トルクコンバータを介して変速機構部に伝達し、この変速機構部で変速したトルクを車軸に伝達する自動変速機において、上記変速機構部を構成するいずれかの軸を支持する軸受を、この軸受の回転速度を検出する回転検出器が設けられた回転検出器付き軸受としたことを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１において、上記トルクコンバータがロックアップクラッチを有するものである自動変速機。
3. 請求項１または請求項２において、上記回転検出器付き軸受により支持する軸が、上記変速機構部の出力軸である自動変速機。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、上記回転検出器は、軸受の内輪に設けられて一つまたは円周方向に並ぶ複数の磁極を有する被検出部と、上記外輪に取付けられて上記被検出部を検出する磁気センサとでなる自動変速機。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、上記回転検出器は、回転速度の検出機能に加えて、回転方向の検出機能を有するものである自動変速機。

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