JP2006029579A - 電磁アクチュエータ、並びに、これを用いた電磁クラッチ及びデファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラッチを確実に作動させると共に、電力消費と発熱を抑制し、システムの大型化を防止する。
【解決手段】 互いに相対回転関係にある第１部材と第２部材との間の相対回転を制御するクラッチ７に、供給されたソレノイド電流に応じた操作力を与えて作動させる電磁コイル７３と、クラッチ７が作動状態になったことを検知して検知信号を発生する検知装置１５と、検知装置１５の検知信号に応じて前記ソレノイド電流を制御する制御装置１１とを含む電磁アクチュエータ。
【選択図】 図３

Description

本発明は、相対回転部材間の相対回転をロック又はフリーにするための電磁アクチュエータと、これを用いた電磁クラッチに関し、さらには、この電磁クラッチを用いた車両用のデファレンシャル装置に関する。

関連文献としての特開平１１−１８６０３１号公報は、「ソレノイドの駆動方法および駆動装置」を記載する。

一般の電磁アクチュエータで、例えば、噛み合いクラッチ（クラッチ装置）を作動させるときは、先ず大きなソレノイド電流を電磁ソレノイドに供給する。これにより、電磁ソレノイドを励磁して、噛み合いクラッチを噛み合わせる。その後、ソレノイド電流は、噛み合いクラッチを噛み合い状態に保持するのに充分な保持電流にまで低減される。

噛み合いクラッチを噛み合わせるときに励磁電流を供給する目的は、以下のとおりである。第１の目的は、電磁ソレノイドを大型化せずに、大きな操作力を与えて噛み合いクラッチを確実に噛み合わせるためである。第２の目的は、その後ソレノイド電流を保持電流に低減させるのは、電力消費と発熱などを低減するためである。

上記関連文献のソレノイド駆動方法では、励磁中に少なくとも２つの時点（Ｔａ，Ｔｂ）で測定した電磁ソレノイドの励磁電流（Ｉａ，Ｉｂ）から励磁電流が所定値に達する終了時点（Ｔｇ）を予測する（図６のグラフ５０１参照）。予測したこの終了時点（Ｔｇ）で励磁電流を保持電流に切り換える。これにより、ソレノイド電流を励磁電流から保持電流に切り換えるタイミングを確立する。
特開平１１−１８６０３１号公報

関連文献のソレノイド駆動方法のように励磁電流が所定値に達する終了時点を予測する構成では、例えば、噛み合いクラッチが実際に噛み合うまでに予想以上の時間が掛かった場合は、噛み合いクラッチの噛み合う前にソレノイド電流が保持電流にまで低減される。これにより、操作力を不足させ、噛み合いクラッチを噛み合わせできない。

しかし、操作力の不足を防止するには、電磁ソレノイドに励磁電流を常時供給を必要とされ、それだけ消費電流と発熱を増大させる。

このように電磁ソレノイドに励磁電流を常時供給する場合のソレノイド電流（励磁電流）を下げるためには、電磁ソレノイドを大型にすることを必要とされる。それだけ装置を大型化させ、レイアウト性と車載性を低下させる。

この発明の目的は、クラッチ装置を確実に作動させると共に、電力消費と発熱を抑制し、システムの大型化を防止する電磁アクチュエータ、これを用いた電磁クラッチ及びデファレンシャル装置の提供を目的とする。この電磁アクチュエータは、電磁石の操作力により差動制限用のクラッチ装置を作動させ、検知装置によってクラッチ装置の作動の実体を正確に検知する。

発明の特徴の主な原理によれば、クラッチが作動状態になったことを検知装置（切換の実体を検知する検知装置）が検知すると、制御装置がソレノイド電流を制御する。この構成は、切換（の実体）を検知せず切換を予測する従来例と異なり、クラッチが作動状態になったことを正確に判断することを可能にする。これにより、クラッチが実際に作動する前にソレノイド電流が保持電流まで低減されるエラーを防止し、操作力不足によるクラッチの作動不能を防止する。

従って、操作力不足を防止する目的で電磁コイルに励磁電流を供給し続ける必要がなくなる。これにより、それに伴う消費電流及び発熱の増大を防止しすると共に、励磁電流の常時供給を不要にする。これにより、ソレノイド電流（励磁電流）を下げるための電磁石及びこれを用いた装置の大型化を防止し、レイアウト性及び車載性の低下を防止する。

また、このようにクラッチを作動させるときだけ電磁コイルに励磁電流を加え、後は必要なタイミングで保持電流に低減する。これにより、高めの励磁電流を設定し、それだけ電磁石の小型化と軽量化を可能にする。

そのために各々の発明の特徴として、発明の第１の特徴は、次の電磁アクチュエータを提供する。電磁アクチュエータは、互いに相対回転関係にある第１部材と第２部材との間の相対回転を制御するクラッチに、供給されたソレノイド電流に応じた操作力を与えて作動させる電磁コイルを含む。電磁アクチュエータは、クラッチが作動状態になったことを検知し、検知信号を発生する検知装置とを含む。電磁アクチュ−タは、前記検知装置の検知信号に応じて前記ソレノイド電流を制御する制御装置を含む。

第１及び第２の部材は、車両用のデファレンシャル装置に用いた場合、例えば、一対のサイドギア、ピニオンギアとサイドギア、サイドギアとインプット部材、ピニオンギアとインプット部材の組合せを含む。インプット部材は、例えば、リングギア、デフハウジングを含む。なお、上記第１及び第２の部材は、設計的な配慮によれば、上記組合せに用いられる第１の部材や第２の部材と一体に回転する他の部材も含む。

前記電磁アクチュエータは、前記クラッチを作動するために前記電磁コイルによって移動可能な操作部材を含んでもよい。

検知装置が、前記操作部材が前記クラッチを作動する位置に移動したことを検知するポジションスイッチを含んでもよい。

「操作部材」は、実施形態で、クラッチを作動させるために電磁コイルからクラッチ部材までの作動経路に存在する部材の１つが該当する。複数の部材が直列に作動力を及ぼす場合には、複数の部材のうちいずれか一つの部材でもよい。例えば、電磁ソレノイドのコイルハウジング、プランジャ、プレッシャプレート、クラッチリングのいずれかが該当する。

前記電磁アクチュエータは、前記操作部材を原状態に復帰する弾発部材を含んでもよい。

前記制御装置は、電磁コイルにソレノイド電流を供給した後、検知装置がクラッチの切り換えの実体を検知してから、所定の待ち時間だけ待って、前記ソレノイド電流を保持電流まで低減してもよい。

発明の第２の特徴は、次のデファレンシャル装置を提供する。このデファレンシャル装置は、互いに相対回転可能な第１の部材と第２の部材とを含む。デファレンシャル装置は、前記第１の部材と第２の部材とを連結可能なクラッチを含む。デファレンシャル装置は、前記クラッチを作動する電磁アクチュエータを含む。

前記電磁アクチュエータは、前記クラッチを作動する第１の状態と作動された前記クラッチを保持する第２の状態とに励磁される電磁石を含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチの作動を検知する検知装置を含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチの作動を検知した前記検知装置に応答して、前記電磁石を前記第１の状態から第２の状態へ変更する制御装置とを含む。

発明の第３の特徴は、次の電磁クラッチを含む。この電磁クラッチは、互いに相対回転可能な第１の部材と第２の部材とを連結可能なクラッチを含む。電磁クラッチは、前記クラッチを作動する電磁アクチュエータを含む。

前記電磁アクチュエータは、前記クラッチを作動する第１の状態と作動された前記クラッチを保持する第２の状態とに励磁される電磁石を含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチの作動を検知する検知装置を含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチの作動を検知した前記検知装置に応答して、前記電磁石を前記第１の状態から第２の状態へ変更する制御装置とを含む。

発明の第４の特徴は、電磁アクチュエータを提供する。電磁アクチュエータは、クラッチを作動する第１の状態と、作動された前記クラッチを保持する第２の状態とに励磁されて、第１の部材と第２の部材の相対回転を制御する電磁石を含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチの作動を検知する検知装置を含む。電磁アクチュエータは、前記クラッチの作動を検知した前記検知装置に応答して、前記電磁石を前記第１の状態から第２の状態へ変更する制御装置とを含む。

前記クラッチは、前記第１及び第２の部材の一方と連結して前記電磁アクチュエータによって第１の位置と第２の位置の間で移動可能なクラッチ部材を含んでもよい。

前記クラッチ部材は、前記第１の位置で前記クラッチを解除する一方、前記第２の位置で前記クラッチを締結する。前記検知装置が前記クラッチ部材について前記第１及び第２の位置の間の移動を検知した検知信号を供したときに、前記制御装置は前記検知信号に応答して前記電磁石を第１の状態から第２の状態にする。

前記検知装置は、前記クラッチ部材の位置を測定してもよい。

前記制御装置は、前記検知装置による前記クラッチの作動の検知から所定時間だけ遅延して前記電磁石を第１の状態から第２の状態へ変更してもよい。

前記第１及び第２の部材は、車両用デファレンシャル装置における第１及び第２の差動回転部材を含んでもよい。前記クラッチは、前記第１及び第２の差動回転部材間の差動回転を制御する。

以下、実施形態について説明する。

図１〜図５によって電磁アクチュエータ１（本発明の一実施形態）、電磁クラッチ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。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。

電磁アクチュエータ１を記述する。

図１を参照して、電磁アクチュエータ１は、差動機構５の差動回転をロックするクラッチとしてのドッグクラッチ７に、ソレノイド電流に応じた操作力を与えて作動させるデフロック電磁石９（以下、電磁石と称する）を含む。

差動機構５は一手段としてベベルギヤ機構を採用した。電磁アクチュエータ１は、ドッグクラッチ７が作動状態になったことを検知し、検知信号を発生する検知装置１０（クラッチの切り換えの実体を検知する；図３参照）を含む。

電磁アクチュエータ１は、前記検知装置１０の検知信号に応じて電磁石９に供給する電流を制御するデフロックＥＣＵ１１（以下、ＥＣＵと称する；制御装置；図３参照）を含む。

前記検知装置１０が、ドッグクラッチ７のクラッチリング１３（操作部材）が噛み合い位置（作動位置）側に移動したことを検知するデフロックポジションスイッチ１５（以下、ポジションスイッチと称する）を含む。

その特徴は、電磁石９にソレノイド電流を供給した後、ポジションスイッチ１５がドッグクラッチ７の切り換えの実体を検知してから、ソレノイド電流を保持電流まで低減するまでの間に所定の待ち時間（t１）をＥＣＵ１１が設定したことである。

「切り替えの実体」とは、例えば、クラッチリング１３の実質的な移動位置、又は、クラッチリング１３と軸方向に連動する部材としてのプレッシャプレート８１の位置移動である。組み付け状態で、クラッチリング１３の変位とクラッチ７の締結・解除の関係を得る。この関係を参照してクラッチリング１３の作動位置に基づいて、クラッチ７の実質的な切り替えを把握する。
「保持電流」とは、リターンスプリング１９に抗してドッグクラッチ７の締結を維持する程度の電流である。

デファレンシャル装置３の構成を記述する。

図１を参照して、デファレンシャル装置３は、電磁アクチュエータ１と、差動機構５と、ドッグクラッチ７と、リターンスプリング１９と、デフケース２１と、下記の各種ＥＣＵ（electric control unit；制御装置）を統合したコントローラを含む。

デフケース２１は、ボルト２７で固定したケーシング本体２３と左カバー２５を含む。

デフケース２１は、オイル溜りが形成されると共に前述した検知装置１０としてのポジションスイッチ１５が固定された静止部材の１つとしてのデフキャリヤ２９の内部に配置される。デフケース２１は、カバー２５とケーシング本体２３に形成された各ボス３１，３３を含む。ボス３１、３３のそれぞれは、テーパーローラーベアリング３５を使用してそれぞれデフキャリヤ２９に支承される。デフケース２１はボルトで固定されたリングギアを含む。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に連結され、デフケース２１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って回転駆動される。デフケース２１は、これを貫通する開口４６を有して、潤滑油をデフケース２１の内側と外側との間で流通させる。

差動機構５は、デフケース２１に固定された複数のピニオンシャフト３７を含む。差動機構は５と、各ピニオンシャフト３７上に支承されたピニオンギア３９を含む。差動機構５は、左右からそれぞれ各ピニオンギア３９と噛み合った出力側のサイドギア４１，４３を含む。各ピニオンシャフト３７は、デフケース２１（ケーシング本体２３）に設けられた貫通孔４５に係合する端部を有する。この端部はスプリングピン４７によって抜け止めされる。デフケース２１と各ピニオンギア３９とは、それらの間に配置された球面ワッシャ４９を含む。球面ワッシャ４９は、ピニオンギア３９から遠心力と噛み合い反力を受ける。この噛み合い反力は、ピニオンギア３９とサイドギア４１，４３との噛み合いによって生じる。

各サイドギア４１，４３のボス５１，５３は、カバー２５とケーシング本体２３に形成された支承部５５，５７によって回転自在に支承される。

各ボス５１，５３は、車軸とスプライン連結され、左右の車輪に連結されている。左サイドギア４１とデフケース２１とは、その間に配置された環状のスラストワッシャ５９を有する。右サイドギア４３とデフケース２１とは、その間に配置されたスラストワッシャ６１，６１を有する。それぞれのスラストワッシャ５９、６１はサイドギア４１，４３から噛み合い反力を受けている。

ドッグクラッチ７は、右サイドギア４３に形成された噛み合い歯６３を有する。ドッグクラッチ７は、クラッチリング１３に形成された噛み合い歯６５を含む。クラッチリング１３は、ケーシング本体２３の各開口６９にそれぞれ貫通する複数の脚６７を有する。この脚６７は、デフケース２１に回り止めされ、軸方向移動自在に配置される。図２に示すように、クラッチリング１３が左に移動すると、ドッグクラッチ７が噛み合って差動機構５を差動回転についてロックする。図１に示すのように、クラッチリング１３が右に戻ると、ドッグクラッチ７が外れて差動ロックを解除する。

リターンスプリング１９は、右サイドギア４３とクラッチリング１３との間に配置され、クラッチリング１３をドッグクラッチ７の噛み合い解除位置（右方）へ向けて付勢する。

先ず、電磁アクチュエータ１の機能的概念を説明する。

電磁アクチュエータ１は、電磁石９に電流を通じることによってクラッチリング１３を作動する力を発生する。従って、電磁石９への通電よって、クラッチリング１３を直接的に又は媒体を用いて間接的に作動させるかは、設計に関わる選択事項である。

次に、電磁アクチュエータ１の構成を記述する。

電磁アクチュエータ１は、図１のように、電磁石９と、ＥＣＵ１１と、ポジションスイッチ１５と、デフロック作動スイッチ１７（以下、作動スイッチと称する）を含む。

電磁石９は、図１のように、磁性材料のコイルハウジング７１に収容された電磁コイル７３を含む。電磁石９は、磁性材料のガイド部材７５と、磁性材料のプランジャ７７と、非磁性材料のスライドリング７９を含む。コイルハウジング７１は連結部材を介して回転方向でデフキャリヤ２９に回り止めされる。ガイド部材７５はコイルハウジング７１の内周部に溶接される。 ガイド部材７５はケーシング本体２３のボス３３とテーパーローラーベアリング３５との間で軸方向に位置決めされる。プランジャ７７は、コイル３１の通電の間コイルハウジング７１と共に磁束ループを構成し、軸方向へ移動する。プランジャ７７はスライドリング７９の外周に固定されている。プランジャ７７及びスライドリング７９はコイルハウジング７１の内周とガイド部材７５の外周との間に配置される。スライドリング７９の内周はガイド部材７５の外周によって軸方向移動自在に支承されている。

電磁石９は、第１の状態に励磁されてクラッチ７を作動する。電磁石９は、第２の状態に励磁されて作動したクラッチ７をリターンスプリング１９に抗して保持する。

回転すべきクラッチリング１３の脚６７は、プレッシャプレート８１と内周側の腕８３によって連結されており、静止した上記スライドリング７９と対向している。プレッシャプレート８１は電磁コイル３への通電によってクラッチリングと軸方向に一体に連動する部材である。クラッチリング１３は、リターンスプリング１９によって付勢力の下押圧され、プレッシャプレート８１を使用してスライドリング７９（プランジャ７７）を右方に付勢している。

なお、リターンスプリング１９は、急激な噛み合いを防止するため、クラッチ7の待ち機構として機能する。すなわち、リターンスプリング１９は、クラッチリング１３が軸方向移動したとき、ドッグクラッチ７のスムーズな噛合いが得られない場合、噛み合い可能な状態になるまで、クラッチリング１３に形成された噛合い歯６５の先端とサイドギヤ４３に形成された噛合い歯６３の先端とが当接する。リターンスプリング１９により両先端部が緩衝的に付勢され相対回転しているので、ドグクラッチ７の噛合いが不完全な状態でクラッチリング１３とサイドギヤ４３が一体回転することなく、噛合い可能な状態を得るまでドグクラッチ７の噛合いを待機させる。

ＥＣＵ１１は、図３のように、電源回路８５と、ＣＰＵ８７（中央処理ユニット）を含む。ＥＣＵ１１は、電磁石９（電磁コイル７３）の駆動回路である電磁石ドライバ８９を含む。ＥＣＵ１１は、電流モニタ回路９１と、スイッチ入力回路９３と、保持移行タイマーＴ１（以下、タイマーと称する）と、励磁制限タイマーＴ２（以下、タイマーと称する）を含む。ＥＣＵ１１は、外部ＥＣＵとのインターフェースである他ＥＣＵとの通信回路９９を含む。

電源回路８５は、供給されたバッテリー電圧（Ｖｃｃ）を所定の電圧に変換して安定化し、コネクターを介してイグニション側に電圧（ＶＩＧＮ）を供給する。ＣＰＵ８７は、電磁石ドライバ８９と、電流モニタ回路９１と、スイッチ入力回路９３と、タイマーＴ１と、タイマーＴ２と他ＥＣＵとの通信回路９９と接続される。ＣＰＵ８７は、バッテリー電圧（Ｖｃｃ）によって駆動される。

電磁石ドライバ８９は、ＣＰＵ８７によって制御される。電磁石ドライバ８９は、上流のコネクターを介して接続された電磁石９（電磁コイル７３）に電源回路８５からのソレノイド電流を供給して作動させる。ソレノイド電流は、励磁電流と、この励磁電流よりも小さい保持電流を含む。励磁電流は、電磁石９を前記第１の状態に励磁する。保持電流は電磁石９を前記第２の状態に励磁する。電流モニタ回路９１は、下流のコネクターを介して接続された電磁石９（電磁コイル７３）の上記ソレノイド電流値を電流検出抵抗１０１を使用してモニタし、ＣＰＵ８７にソレノイド電流値をフィードバックする。 電流検出抵抗１０１と電磁石ドライバ８９の上流コネクター側とは、その間に接続された逆起電電圧対策用ダイオード１０３を有し、これにより、逆電流を防止する。

スイッチ入力回路９３は、バッテリー電圧（Ｖｃｃ）との比較によって電圧変化を検知する３個の電圧変換ユニット１０５，１０７，１０９を内蔵する。電圧変換ユニット１０５，１０７は、作動スイッチ１７のオン側端子とオフ側端子にオンコネクターとオフコネクターを介してそれぞれ接続される。電圧変換ユニット１０５、１０７は、作動スイッチ１７がオンであるかオフであるかの信号をＣＰＵ８７にフィードバックする。電圧変換ユニット１０９は、ポジションスイッチ１５のオンとオフによる電圧変化をモニタし、ＣＰＵ８７にフィードバックする。

他ＥＣＵとの通信回路９９は警告灯制御ＥＣＵ１１１に接続されている。ＣＰＵ８７は、下記のような不具合を検知したときは必要に応じて警告灯を点灯させ、乗員の注意を喚起する。

ポジションスイッチ１５は、図１のように、デフキャリヤ２９を貫通して螺着されている。プローブ１１３は、プレッシャプレート８１の左側面と対向していると共に、内部に設けられた適度な強さのリターンスプリングによって右方に付勢される。ドッグクラッチ７が噛み合うと、プローブ１１３はプレッシャプレート８１の移動に伴って破線の位置まで左へ移動し、ドッグクラッチ７の噛み合いが解除されると、上記のリターンスプリング１９によって実線の位置に戻る。

ポジションスイッチ１５の検知対象は、クラッチリング１３自体、クラッチリング１３と一体に移動する部材、プランジャ７７でもよい。

電磁石９が軸方向に移動可能となってクラッチリング１３を直接移動させる場合、検知対象は電磁石９のコイルハウジング７１でもよい。

ポジションスイッチ１５は、実施形態の接点接触式のように、検知対象の実際の移動位置を検出するセンサを含んでよい。

ポジションスイッチ１５は、デフキャリヤ２９などの静止部材に取り付けられ、移動部材と接触せずにその相対移動距離を検知する非接触のセンサ、例えば、パルスセンサ、近接スイッチを含んでもよい。

他の例として、検知装置１０は、回転軸の回転数の変化を入力して、クラッチの断続状態を推定判断してもよい。

検知装置１０は、電磁石９への電流の変化をモニタして電流変化値からクラッチの断続状態を推定判断してもよい。

上記センサ類を含めた検知装置１０は、検知信号をＣＰＵ８７へ出力する。ＣＰＵ８７は、この検知信号に基づいて、電流値を決定する。

電流値を付与にあたって、ＰＷＭ制御を用いてもよい。

また、トランスミッションの変速状態、車速、エンジン回転数、ＡＢＳ、車両傾斜状態、加速状態等を検知するセンサ類から信号をＣＰＵ８７に入力してもよい。

これにより、クラッチ制御のためにより総合的なアクチュエータ制御を達成する。

作動スイッチ１７は、運転席に配置されており、必要に応じてドライバーによって操作される。

タイマーＴ１は、ポジションスイッチ１５の作動から電磁コイル７３のソレノイド電流の保持電流への低減までに必要な所定の待ち時間（ｔ１）に設定される。タイマーＴ１は、ポジションスイッチ１５が作動するとカウントを開始する。例えば、停車の間にドライバーがデファレンシャル装置３の差動をロックした場合、待ち時間（ｔ１）が経過するとソレノイド電流が保持電流に切り換えられる。

タイマーＴ２は、作動スイッチ１７が作動して電磁コイル７３にソレノイド電流（励磁電流）が供給されると、カウントを開始する。タイマーＴ２は、タイマーＴ１の待ち時間（ｔ１）が経過してソレノイド電流が保持電流に切り換えられるとリセットされる。

タイマーＴ２は、所定の待ち時間ｔ２に設定される。タイマーＴ２は、ドライバーが作動スイッチ１７によってドッグクラッチ７の噛み合い（差動機構５の差動ロック）を支持してから待ち時間ｔ２が経過してもポジションスイッチ１５が作動しないときは、その旨を通知する信号をＣＰＵ８７に送る。

次に、図１、２を参照してデファレンシャル装置３の動作を説明する。

エンジンは、トランスミッションを介してデフケース２１を回転する。デフケース２１の回転により差動機構５も同期して回転する。左右の車軸の間に回転差が生じると、ピニオンギア３９が回転し、サイドギア４１、４３の相対回転を許容する。ここで、電磁石９に通電して電磁コイル７３を励磁すると、プランジャ７７はスライドリング７９と共にサイドギア４３へ向けて軸方向に移動する。

スライドリング７９は、プレッシャプレート８１をサイドギア４３へ向けて押し、これに伴って、クラッチリング１３をサイドギア４３へ移動させる。

クラッチリング１３がサイドギア４３に当たり、歯６３、６５同士を噛み合わせてドッグクラッチ７を締結する。ドッグクラッチ７の締結は、サイドギア４１、４３の相対回転を制限する。ここで、ポジションスイッチ１５のプローブ１１３は、プレッシャプレート８１に伴って、軸方向へ移動する。

プローブ１１３が、ドッグクラッチ７の締結に相当する位置に移動すると、ポジションスイッチ１５はオンとなる。一方、電磁石９に対する通電を止めて電磁コイル７３を消磁すると、リターンスプリング１９はクラッチリング１３を元の位置に押し戻し、ドッグクラッチ７を解除する。プローブ１１３も、ポジションスイッチ１５のリターンスプリングで、元の位置に戻る。

次に、図５を参照して、作動スイッチ１７と、電磁コイル７３のソレノイド電流と、ポジションスイッチ１５と、タイマーＴ１と、タイマーＴ２と、警告灯（またはブザー）の制御を説明する。

タイミングｔ１１で、ドライバーが作動スイッチ１７を入れると、電磁コイル７３に励磁電流が供給され第１の状態に励磁され、タイマーＴ２が作動を開始する。電磁石９は、プローブ１１３とともにクラッチリング１３を右サイドギア４３へ向かって移動させ、ドッグクラッチ７を締結する。その後、タイミングｔ１３で、ドッグクラッチ７の締結によりプローブ１１３が原位置から一定距離変位されると、ポジションスイッチ１５が入り、タイマーＴ１が作動を開始する。

その後、タイミングｔ１７でタイマーＴ１が閾値に達する。

即ち、待ち時間ｔ１が経過すると、電磁石９の電流が励磁電流から保持電流に切り換えられ、電磁石９を前記第１の状態から第２の状態へ励磁する。このとき、タイマーＴ２もリセットされる。これにより、電磁石９は保持制御へ移行する。 この保持制御によりドッグクラッチ７は、リターンスプリング１９に抗して締結し続ける。

タイミングｔ１９で、ドッグクラッチ７の解除によりポジションスイッチ１５が切れると、励磁電流が電磁石９に再度供給される。このとき、タイマーＴ１はリセットされ、タイマーＴ２は作動開始する。

タイミングｔ２１で、ドグクラッチ７の締結により、ポジションスイッチ１５が入ると、以下、タイミングｔ２１、ｔ２３で、タイミングｔ１３、１７と同様の制御が実行される。

タイミングｔ２５で、作動スイッチ１７が切れると、電磁石９の通電は止まり、タイマーＴ１はリセットされる。

タイミングｔ２７で、ドライバーが作動スイッチ１７を再度入れる。このとき、電磁石９に励磁電流が通電され、タイマーＴ２が作動開始する。 一方、ドッグクラッチ７は締結しないため、ポジションセンサＴ１は入らずに、タイマーＴ１は切れたままである。

この後、タイマーＴ２が閾値に達する。即ち、タイミングｔ２９で待ち時間ｔ２が経過すると、警告灯が点灯する。

警告灯は、差動をロックしようとしてもドッグクラッチ７が噛み合わず差動をロックできないことをドライバーに警告して注意を喚起する。

タイミングｔ３１で、作動スイッチ１７を切ると、警告灯も消灯し、タイマーＴ２もリセットされる。

図４のフローチャートを参照して、ＥＣＵ１１による電磁コイル７３の電流制御を説明する。

ステップＳ１で、スイッチ入力回路９３の電圧変換ユニット１０５，１０７からの信号によって作動スイッチ１７がオンか否かを確認する。作動スイッチ１７がオンであれば、電磁石９に励磁電流を供給し、励磁タイマーＴ２をオンにして、ステップＳ４に移行する。作動スイッチ１７がオンでなければステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、タイマーＴ１、Ｔ２をリセットし、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、電磁コイル７３への電流供給を停止する。以上のステップＳ１〜Ｓ３の内容は、例えば、タイミングｔ１１の前及びタイミングｔ２５〜ｔ２７の制御に相当する。

ステップＳ４では、ステップＳ２で作動スイッチ１７がオンであったことから、ポジションスイッチ１５がオンか否かを確認する。オンであればステップＳ５へ移行し、オンでなければステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、電磁コイル７３に励磁電流が既に供給されているが、ポジションスイッチ１５はまだ作動していない。タイマーＴ１をリセットし、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９では、タイマーＴ２の経過時間を確認する。つまり、待ち時間ｔ２が経過したか否かを判定する。待ち時間ｔ２が経過していなければステップＳ１０へ移行する。待ち時間ｔ２が経過していればステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１０では、電磁コイル７３に励磁電流を供給し、リターンに移行する。以上のステップＳ８〜Ｓ１０は、タイミングｔ１１〜ｔ１３及びタイミングｔ１９〜ｔ２１の制御に相当する。

ステップＳ５では、タイマーＴ１の経過時間を確認する、つまり、待ち時間ｔ１が経過したか否かを判定する。待ち時間ｔ１が経過していれば（保持電流への移行条件が整えば）ステップＳ６へ移行する。待ち時間ｔ１が経過していなければステップＳ９へ移行する。

ステップＳ５からＳ９への移行及びステップＳ１０の内容は、タイミングｔ１３とｔ１７の間、例えばタイミングｔ１５及びタイミングｔ２１とｔ２３の間の制御に相当する。

ステップＳ６では、タイマーＴ１の待ち時間ｔ１が経過したことに伴いタイマーＴ２をリセットし、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ５で条件が満たされたことに伴って、電磁コイル７３に供給されている励磁電流をリターンスプリング１９に抗してドッグクラッチ７の噛み合いの保持に必要で充分な保持電流まで低減する。これらステップＳ６、Ｓ７の内容は、タイミングｔ１７及びｔ２３の制御に相当する。

ステップＳ９でタイマーＴ２の待ち時間ｔ２が経過する。その後、ステップＳ１１では、電磁コイル７３への通電を停止し、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、タイマーＴ２の待ち時間ｔ２が経過したことに応じ、他ＥＣＵとの通信回路９９から警告灯制御ＥＣＵ１１１を介して警告灯を点灯（または、警告ブザーを作動）させる。その後、リターンへ移行する。以上のステップＳ９、Ｓ１１、Ｓ１２の内容は、タイミングｔ２７〜ｔ３１の制御に相当する。

以後、ＥＣＵ１１はスタートからリターンまでの上記各ステップを所定の周期（周波数）で繰り返す。

電磁アクチュエータ１は次の効果を達成する。

ポジションスイッチ１５を用いてドッグクラッチ７の切換の実体を検知し、ＥＣＵ１１が電磁コイル７３のソレノイド電流を制御する。

この制御では、関連例と異なって、ＥＣＵ１１はドッグクラッチ７が噛み合ったことを正確に判断する。この判断は、ドッグクラッチ７が実際に噛み合う前にソレノイド電流が保持電流に低減されるというエラーを防止し、操作力不足によるドッグクラッチ７の噛み合い不能を防止する。

従って、操作力不足を防止するために電磁コイル７３に励磁電流を供給し続ける必要がなくなるから、それに伴う消費電流及び発熱の増大を防止する。励磁電流の常時供給が不要になるから、ソレノイド電流（励磁電流）を下げるために電磁コイル７３を大型にする必要がなくなる。これにより、デファレンシャル装置３の大型化と、レイアウト性及び車載性の低下を防止する。

安価な検知装置であるポジションスイッチ１５を用いたことにより、それだけ安価に実施できる。

ポジションスイッチ１５がドッグクラッチ７の切り換えの実体を検知してから、電磁コイル７３のソレノイド電流を保持電流に低減するまでに、所定の待ち時間（ｔ１）を設定した。

この待ち時間ｔ１により、ドッグクラッチ７が噛み合ったことをさらに正確に判断することを許容する。

このようにドッグクラッチ７を噛み合わせるときだけ電磁コイル７３に励磁電流を加え、後は保持電流に低減できる。

この低減は、励磁電流を高めに設定することを供し、それだけ電磁コイル７３及びデファレンシャル装置３の小型化と軽量化を許容する。

励磁電流を高めに設定すれば、ドッグクラッチ７でチャタリングが生じても、これを迅速に収束させる。

本発明の電磁アクチュエータでは、電磁コイル７３の操作力をドッグクラッチ７に伝達する待ち機構（スプリング）を用いてもよい。

待ち機構が用いられてチャタリングを抑制してドッグクラッチ７を確実に噛み合わせる。

これにより、チャタリングに伴う騒音及び噛み合い歯６３，６５の摩耗、耐久性低下などを軽減する。

特に、本発明は、電磁コイル７３のソレノイド電流を保持電流に低減するまでに所定の待ち時間（ｔ１）を設定する。

この待ち時間（ｔ１）を待ち機構による待機時間に応じて変えることにより、異なったシステム構成（仕様の異なったクラッチ装置及び待ち機構の組合せ）でも、ソレノイド電流を保持電流に切り換えるタイミングを正確に検知するように調整可能である。

一実施形態である電磁アクチュエータを用いたデファレンシャル装置を示す断面図である。 図１のデファレンシャル装置ついて回転方向に９０°変位させたデファレンシャル装置の断面図である。 図１のデファレンシャル装置に用いたデフロックＥＣＵなどの回路構成を示すブロック図である。 デフロックＥＣＵによる電磁石の電流制御の手順を示すフローチャートである。 デフロックＥＣＵによる電磁石の電流制御に伴うタイミングチャートである。 関連例の電磁石の電流制御を示すグラフである。

符号の説明

１ 電磁アクチュエータ
３ デファレンシャル装置
５ 差動機構
７ ドッグクラッチ（クラッチ)
９ デフロック電磁石（電磁石）
１１ デフロックＥＣＵ１１（制御装置）
１３ クラッチリング（操作部材；クラッチ部材）
１５ デフロックポジションスイッチ（検知装置）
ｔ１ ソレノイド電流を保持電流に切り換えるまでの待ち時間

Claims (13)

1. 互いに相対回転関係にある第１部材と第２部材との間の相対回転を制御するクラッチに、供給されたソレノイド電流に応じた操作力を与えて作動させる電磁コイルと、
   クラッチが作動状態になったことを検知し、検知信号を発生する検知装置と、
   前記検知装置の検知信号に応じて前記ソレノイド電流を制御する制御装置とを含む電磁アクチュエータ。
2. 前記クラッチを作動するために前記電磁コイルによって移動可能な操作部材を含み、
   検知装置が、前記操作部材が前記クラッチを作動するために移動したことを検知するポジションスイッチを含む請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記操作部材を原状態に復帰する弾発部材を含む請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 請求項１に記載された発明であって、
   前記電磁コイルにソレノイド電流を供給した後、検知装置がクラッチの切り換えの実体を検知してから、前記制御装置は所定の時間だけ待って、前記ソレノイド電流を保持電流まで低減する電磁アクチュエータ。
5. 互いに相対回転可能な第１の部材と第２の部材と；
   前記第１の部材と第２の部材とを連結可能なクラッチと；
   前記クラッチを作動する電磁アクチュエータとを含み、
   前記電磁アクチュエータは、
   前記クラッチを作動する第１の状態と作動された前記クラッチを保持する第２の状態とに励磁される電磁石と；
   前記クラッチの作動を検知する検知装置と；
   前記クラッチの作動を検知した前記検知装置に応答して、前記電磁石を前記第１の状態から第２の状態へ変更する制御装置とを含むことを特徴とするデファレンシャル装置。
6. 前記クラッチは、前記第１及び第２の部材の一方と連結して前記電磁アクチュエ−タによって第１の位置と第２の位置の間で移動可能なクラッチ部材を含み、
   前記クラッチ部材は、前記第１の位置で前記クラッチを解除する一方、前記第２の位置で前記クラッチを締結し、
   前記検知装置が前記クラッチ部材について前記第１及び第２の位置の間の移動を検知して検知信号を供したときに、前記制御装置は前記検知信号に応答して前記電磁石を第１の状態から第２の状態にすることを特徴とする請求項５に記載のデファレンシャル装置。
7. 互いに相対回転可能な第１の部材と第２の部材とを連結可能なクラッチと；
   前記クラッチを作動する電磁アクチュエータとを含み、
   前記電磁アクチュエータは、
   前記クラッチを作動する第１の状態と作動された前記クラッチを保持する第２の状態とに励磁される電磁石と；
   前記クラッチの作動を検知する検知装置と；
   前記クラッチの作動を検知した前記検知装置に応答して、前記電磁石を前記第１の状態から第２の状態へ変更する制御装置とを含むことを特徴とする電磁クラッチ。
8. 前記クラッチは、前記第１及び第２の部材の一方と連結して前記電磁アクチュエータによって第１の位置と第２の位置の間で移動可能なクラッチ部材を含み、
   前記クラッチ部材は、前記第１の位置で前記クラッチを解除する一方、前記第２の位置で前記クラッチを締結し、
   前記検知装置が前記クラッチ部材について前記第１及び第２の位置の間の移動を検知して検知信号を供したときに、前記制御装置は前記検知信号に応答して前記電磁石を第１の状態から第２の状態にすることを特徴とする請求項７に記載の電磁クラッチ。
9. クラッチを作動する第１の状態と、作動された前記クラッチを保持する第２の状態とに励磁されて、第１の部材と第２の部材の相対回転を制御する電磁石と；
   前記クラッチの作動を検知する検知装置と；
   前記クラッチの作動を検知した前記検知装置に応答して、前記電磁石を前記第１の状態から第２の状態へ変更する制御装置とを含むことを特徴とする電磁アクチュエータ。
10. 前記クラッチは、前記第１及び第２の部材の一方と連結して前記電磁アクチュエータによって第１の位置と第２の位置の間で移動可能なクラッチ部材を含み、
    前記クラッチ部材は、前記第１の位置で前記クラッチを解除する一方、前記第２の位置で前記クラッチを締結し、
    前記検知装置が前記クラッチ部材について前記第１及び第２の位置の間の移動を検知した検知信号を供したときに、前記制御装置は前記検知信号に応答して前記電磁石を第１の状態から第２の状態にすることを特徴とする電磁アクチュエータ。
11. 前記検知装置は、前記クラッチ部材の位置を測定することを特徴とする請求項１０に記載の電磁アクチュエータ。
12. 前記制御装置は、前記検知装置による前記クラッチの作動の検知から所定時間だけ遅延して前記電磁石を第１の状態から第２の状態へ変更することを特徴とする請求項９に記載の電磁アクチュエータ。
13. 前記第１及び第２の部材は、車両用デファレンシャル装置における第１及び第２の差動回転部材を含み、
    前記クラッチは、前記第１及び第２の差動回転部材間の差動回転を制御することを特徴とする請求項９に記載の電磁アクチュエータ。
    
    
    

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