JP2011106564A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子アクチュエータを用いた動力伝達装置の設計自由度を向上させる。
【解決手段】動力伝達装置は、２つの回転要素を連結自在な係合機構を備える。係合機構は、高分子アクチュエータ５で作動する。高分子アクチュエータ５は、固定部材１に設けられた磁界発生手段７１が発生させる磁界の影響を受けて電力を発生させる受電手段６１から電力が供給されることにより伸縮し、係合機構を係合させる。又、高分子アクチュエータ５が係合機構を係合させる際に受ける反力により発生する起電力に応じた信号を無線送信手段６４で無線受信手段８１に送信し、制御手段８が逆起電力から係合機構の実際の係合力を把握し、磁界発生手段７１の磁界の強さを調節するフィードバック制御を実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高分子アクチュエータで作動される係合機構を備える動力伝達装置に関する。

従来、駆動源から伝達される駆動力を左右の駆動輪に分配する動力伝達装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この動力伝達装置は、駆動源から伝達される駆動力を左右の駆動輪に分配する差動機構と、左右の駆動輪へ伝達される駆動力の配分比を切り換える動力配分比制御機構とを備える。

差動機構は、右側の駆動輪に右車軸を介して連結されるサンギヤと、駆動力が入力されるリングギヤと、互いに噛合すると共に一方がサンギヤに噛合し他方がリングギヤに噛合するピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなるダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。差動機構のキャリアには、左側の駆動輪が左車軸を介して連結されている。

動力配分比制御機構は、差動機構のキャリアに連結する第１サンギヤと、右車軸に固定され第１サンギヤよりも少ない歯数の第２サンギヤと、右車軸に回転自在に軸支され第２サンギヤよりも少ない歯数の第３サンギヤと、第１サンギヤに噛合する小径部と第２サンギヤに噛合する中径部と第３サンギヤに噛合する大径部とを有する段付きピニオンと、段付きピニオンを自転及び公転自在に軸支するキャリアとからなる複式遊星歯車機構を備える。

又、動力配分比制御機構は、係合機構として、キャリアをケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在な第１多板ブレーキと、第３サンギヤをケースに固定する固定状態と、この固定を解除する開放状態とに切換自在な第２多板ブレーキとを備える。

このように構成することにより、第１多板ブレーキを固定状態とすれば、右側の駆動輪に伝達させる駆動力を左側よりも大きくすることができ、第２多板ブレーキを固定状態とすれば、左側の駆動輪に伝達させる駆動力を右側よりも大きくすることができる。

係合機構たる第１及び第２多板ブレーキは、高分子アクチュエータにより、固定状態と開放状態とが切り換えられる。高分子アクチュエータは、電圧を印加することにより体積が増加するものであり、この体積増加を利用してピストンで多板ブレーキのプレートを押圧することにより、多板ブレーキを固定状態に切り換えるようにしている。

特開２００５−１５５８７１号公報

高分子アクチュエータを伸縮させるためには電力を供給する必要があるため、高分子アクチュエータと電源とを接続するリード線を配線する必要がある。

従来の動力伝達装置では、係合機構はブレーキだけであるため、高分子アクチュエータを回転することのないケース側に設ければ、高分子アクチュエータ用のリード線の配置は比較的容易である。

しかしながら、２つの回転要素を連結される係合機構に高分子アクチュエータを用いる場合には、高分子アクチュエータは、一方の回転要素に設ける必要がある。この場合、高分子アクチュエータが回転要素と共に回転することとなるため、電源と接続するためのリード線を設けることができない。

従って、従来のものでは、高分子アクチュエータで作動させることができる係合機構としては、ブレーキに限られてしまい、動力伝達装置の設計自由度が低いという不都合があった。

本発明は、以上の点に鑑み、高分子アクチュエータを用いた動力伝達装置において、設計自由度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車両に対して回転自在に設けられる第１と第２の２つの回転要素と、該第１回転要素と該第２回転要素とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切り換え自在な係合機構とを備える動力伝達装置において、前記第１回転要素又は前記第２回転要素に連結されると共に、供給される電力に応じて伸縮自在に構成され、当該伸縮によって前記係合機構の連結状態と開放状態とを切り換えられる高分子アクチュエータと、前記車両に対して回転不能に設けられた固定部材と、該固定部材に設けられ、電力が供給されることにより磁界を発生させる磁界発生手段と、前記磁界発生手段に供給する電力を制御する制御手段と、前記第１回転要素又は前記第２回転要素に設けられ、前記磁界発生手段により発生された磁界により電力を発生させる受電手段と、前記高分子アクチュエータが縮むときに発生する逆起電力を検出し、当該逆起電力に応じた所定信号を無線で送信する無線送信手段と、該無線送信手段から送信された所定信号を受信し、受信した所定信号に基づいて電気信号を前記制御手段に送信する無線受信手段とを備え、前記高分子アクチュエータは、前記受電手段により発生した電力が供給されることにより伸縮され、前記制御手段は、前記無線受信手段から受信した電気信号に基づいて前記磁界発生手段に供給する電力を調節することを特徴とする。

本発明によれば、磁界発生手段により発生された磁界により受電手段が電力を発生させ、この電力を用いて高分子アクチュエータが伸縮する。このため、高分子アクチュエータに非接触で電力を供給させることができ、高分子アクチュエータを第１と第２の回転要素を互いに連結させる係合機構に用いることができ、動力伝達装置の設計自由度を向上させることができる。

又、高分子アクチュエータは、縮むときにマイナスイオンを放出し逆起電力を発生させる性質に着目し、本発明では、高分子アクチュエータで発生する逆起電力を検出し、検出された逆起電力に応じて所定信号を無線で送信する無線送信手段と、所定信号を受信し、これを電気信号に変換して制御手段に送信する無線受信手段とを設け、制御手段は受信した電気信号に基づき磁界発生手段に供給する電力を調節するように構成している。

固定部材に設けられた磁界発生手段と、回転要素に連結された受電手段との間には、隙間（エアギャップ）が存在するため、磁界発生手段に供給する電力又は磁界発生手段で発生される磁束から想定される係合機構への押圧力と、係合機構に実際に加わる押圧力との間には、誤差が生じる。

上記の如く構成される本発明によれば、高分子アクチュエータが係合機構に押圧力を加える際に発生する逆起電力に基づいて、実際の押圧力を推定することができ、制御手段による係合機構の制御精度を向上させることができる。

尚、本明細書中で記載する「無線」は、電波によるもののみならず、光や音波などによるものを含むものとして定義する。

本発明の実施形態の動力伝達装置を示すスケルトン図。 実施形態の係合機構を示す断面図。 実施形態の動力伝達装置の回路図。

図１〜３を参照して、本発明の実施形態の動力伝達装置を説明する。本実施形態の動力伝達装置は、前輪駆動車両に設けられるものであり、図１に示すように、変速機（図示省略）のケース１の中に配置される差動機構Ｄ及び配分比制御機構Ｔとを備える。

差動機構Ｄは、ケース１に回転自在に配置され、外周面に図外の変速機の出力ギヤと噛合する外歯２１ａを有するデフドラム２１と、デフドラム２１内に配置される左右一対のアウターサイドギヤ２２Ｌ，２２Ｒと、アウターサイドギヤ２２Ｌ，２２Ｒの内方に配置されるインナーサイドギヤ２３Ｌ，２３Ｒとを備える。

又、差動機構Ｄは、デフドラム２１の内周面から径方向内方に伸びるデフシャフト２４に回転自在に軸支されると共に、アウターサイドギヤ２２Ｌ，２２Ｒと噛合するアウターべベルギヤ２５と、デフシャフト２４に回転自在に軸支されると共にアウターべベルギヤ２５の内端側に連結され、インナーサイドギヤ２３Ｌ，２３Ｒと噛合するインナーべベルギヤ２６とを備える。アウターベベルギヤ２５とインナーベベルギヤ２６との歯数は同一に設定されている。

又、デフドラム２１内には、サイドギヤ２２Ｌ,２２Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒを左右方向で挟むように配置される左右一対の遊星歯車機構ＰＧＬ，ＰＧＲが配置させている。両遊星歯車機構ＰＧＬ，ＰＧＲは、サンギヤＳＬ，ＳＲと、リングギヤＲＬ，ＲＲと、互いに噛合すると共に、一方がサンギヤＳＬ，ＳＲに噛合し、他方がリングギヤＲＬ，ＲＲに噛合する一対のピニオンＰＬ，ＰＬ’，ＰＲ，ＰＲ’を自転及び公転自在に軸支するキャリアＣＬ，ＣＲとからなるダブルピニオン型の遊星歯車機構で構成される。

左インナーサイドギヤ２３Ｌは、左遊星歯車機構ＰＧＬのサンギヤＳＬと連結されると共に、左車軸３Ｌを介して左前輪ＷＦＬに連結される。右インナーサイドギヤ２３Ｒは、右遊星歯車機構ＰＧＲのサンギヤＳＲと連結されると共に、右車軸３Ｒを介して右前輪ＷＦＲに連結される。又、左アウターサイドギヤ２２Ｌは、左遊星歯車機構ＰＧＬのキャリアＣＬと連結され、右アウターサイドギヤ２２Ｒは、右遊星歯車機構ＰＧＲのキャリアＣＲと連結されている。

又、デフドラム２１内には、各遊星歯車機構ＰＧＬ,ＰＧＲのリングギヤＲＬ，ＲＲとデフドラム２１とを連結する連結状態、この連結を断つ開放状態とに切換自在な係合機構たる多板クラッチＣＬＬ,ＣＬＲが設けられている。

両多板クラッチＣＬＬ,ＣＬＲは、デフドラム２１の内周面にスプライン結合される複数のアウタープレート４１と、アウタープレート４１間に配置されると共に、遊星歯車機構ＰＧＬ,ＰＧＲのリングギヤＲＬ，ＲＲとスプライン結合される複数のインナープレート４２と、左右方向の最も内側に位置するアウタープレート４１の内側への移動を阻止するサークリップ４３と、左右方向の最も外側に位置するアウタープレート４１を内側へ押圧するためのピストン４４（図２参照）とを備える。

実施形態の配分比制御機構Ｔは、左右一対の多板クラッチＣＬＬ，ＣＬＲ及び左右一対の遊星歯車機構ＰＧＬ，ＰＧＲで構成される。

図２に示すように、両ピストン４４の左右方向外側には、高分子アクチュエータ５，５が夫々配置されている。各高分子アクチュエータ５は、断面コ字状で左右方向内側が開口する環状のシリンダ５１と、シリンダ５１内に収納されたチューブ型環状のゴム製の弾性容器５２とを夫々備える。ピストン４４はシリンダ５１内に挿入され、シリンダ５１内に配置された弾性容器５２と接触している。

弾性容器５２には、径方向外側に配置されたアクリルアミドゲル等のゲル状の電場応答性体積相転移高分子５３ａと、径方向内側に配置された電解質ゲル５３ｂとが封入される。電場応答性体積相転移高分子５３ａと電解質ゲル５３ｂとは、その間に仕切りを設けなくても相互に混ざり合うことはない。弾性容器５２の内面には、電場応答性体積相転移高分子５３ａに接触するプラス電極５４ａと、電解質ゲル５３ｂに接触するマイナス電極５４ｂとが設けられている。

高分子アクチュエータ５，５の左右方向外側には、ケース１の内面に対向させてデフドラム２１に固定される受電手段たる受電コイル６１が複数設けられている。受電コイル６１は、車軸３Ｌ，３Ｒを中心に周方向に間隔を存して直列に配置されている。

ケース１には、受電コイル６１に対向させて磁界発生手段たる給電コイル７１が設けられている。受電コイル６１と給電コイル７１との隙間（エアギャップ）は出来るだけ小さく（例えば、０．７ｍｍ以下）することが好ましい。

図３に、本実施形態の固定部材たるケース１側に設けられた給電コイル７１を備える給電回路７と、回転要素たるデフドラム２１側に設けられた受電コイル６１を備える受電回路６を模式的に示す。

給電回路７は、電源７２と給電コイル７１とスイッチング制御部７３とが直列に接続されて構成される。又、給電回路７には、電源７２と並列にコンデンサ７４が設けられている。

電源７２は、制御手段たるＥＣＵ８の指示信号に基づく電圧を出力する。スイッチング制御部７３は、ＥＣＵ８の指示信号に基づき、給電コイル７１と電源７２とを接続させる接続状態と、この接続を断つ遮断状態とに切換自在に構成されている。即ち、スイッチング制御部７３は、接続状態と遮断状態とを交互に切り換えることで、直流を交流に変換する。

受電回路６は、受電コイル６１と整流回路６２と平滑回路６３と負荷としての高分子アクチュエータ５とを備える。又、受電回路６には、発光ダイオード６４が高分子アクチュエータ５と並列に設けられている。発光ダイオード６４が設けられた回路部分には、増幅回路６５とＶ−Ｆ回路６６とで制御される可変抵抗器（図示省略）が介設されている。

この可変抵抗器は、高分子アクチュエータ５で発生した逆起電力を検出するアクチュエータ逆起電力検出部６７の出力電圧を増幅回路６５で増幅させて、Ｖ−Ｆ変換回路６６で電圧をパルス信号（周波数）に変換し、このパルス信号に基づいて抵抗を変化させる。これにより、発光ダイオード６４がパルス信号に基づいて所定の発光パターンで点灯（点滅）する。

ケース１には、発光ダイオード６４の発光パターンを電気信号に変換しＥＣＵ８に送信するフォトレジスタ８１が設けられている。実施形態では、発光ダイオード６４が本発明の無線送信手段に該当し、フォトレジスタ８１が本発明の無線受信手段に該当する。

又、ＥＣＵ８は、回転数検出部８２から第１回転要素たるデフドラム２１の回転速度を示す信号を受信することができるように構成されている。回転数検出部８２は、図外の車両速度センサや駆動輪の回転速度センサなどからデフドラム２１の回転速度を求め、ＥＣＵ８の要求信号に応じて、デフドラム２１の回転速度を示す信号を送信する。

次に、以上の如く構成される高分子アクチュエータ５の作動を説明する。

ＥＣＵ８は、多板クラッチＣＬＬ，ＣＬＲを連結状態とする場合には、先ず、回転数検出部８２からの信号に基づき、デフドラム２１が回転しているか否かをチェックする。デフドラム２１が回転していない場合には、電源７２で電圧を印加させると共に、スイッチング制御部７３で直流を交流に変換させる。デフドラム２１が回転している場合には、回転速度に応じて電源７２の出力電圧を調整する。

給電コイル７１に電圧が印加されると磁界が発生し、受電コイル６１で電圧が発生する。そして、高分子アクチュエータ５に電圧が印加され、電解質ゲル５３ｂ中のマイナスイオンが電場応答性体積相転移高分子５３ａに取り込まれ、電場応答性体積相転移高分子５３ａが膨張する。これにより、ピストン４４がプレート４１，４２をサークリップ４３に押し付けるように押圧力が発生し、多板クラッチＣＬＬ，ＣＬＲが、デフドラム２１とリングギヤＲＬ，ＲＲとを連結させる連結状態となる。

ここで、電場応答性体積相転移高分子５３ａが膨張する際には、ピストン４４からの反力を受けるため、電場応答性体積相転移高分子５３ａの一部が収縮し、電場応答性体積相転移高分子５３ａから電解質ゲル５３ｂにマイナスイオンを放出して、比較的低い逆起電力が発生する。

この逆起電力をアクチュエータ逆起電力検出部６７で検出し、増幅回路６５で増幅させてＶ−Ｆ回路でパルス信号に変換し、パルス信号に応じて可変抵抗の抵抗値を切り換え、発光ダイオード６４が逆起電力に応じた所定の発光パターンで発光する。発光ダイオード６４の発光パターンは、フォトレジスタ８１で電気信号に変換されてＥＣＵ８に送信される。

ＥＣＵ８は、フォトレジスタ８１から受信した電気信号から高分子アクチュエータ５で発生した逆起電力を把握し、ピストン４４が目標の押圧力を出力できているかを判断する。ＥＣＵ８は、目標の押圧力からずれていると判断した場合には、目標の押圧力が得られるように電源７２の出力電圧を調整する。

以上のように、高分子アクチュエータ５が制御されることにより、多板クラッチＣＬＬ，ＣＬＲの制御性度を向上させることができる。

次に、実施形態の動力伝達装置の旋回時における作動を説明する。

動力伝達装置は、車両が右旋回している場合には、外輪となる左前輪ＷＦＬの回転速度を増速させるべく左多板クラッチＣＬＬを係合させる。左多板クラッチＣＬＬを係合させると、外歯２１ａを介してデフドラム２１に入力される入力トルクＴＥは、左多板クラッチＣＬＬが連結状態となることにより、リングギヤＲＬとデフシャフト２４とに分散される。リングギヤＲＬに伝達されるトルクをΔＴとすると、デフシャフト２４に伝達されるトルクは（ＴＥ−ΔＴ）となる。

リングギヤＲＬに伝達されたトルクΔＴは、サンギヤＳＬとキャリアＣＬとに分散される。サンギヤＳＬに伝達されるトルクをΔＴｓとすると、キャリアＣＬに伝達されるトルクは（ΔＴ−ΔＴｓ）となる。

従って、デフドラム２１からデフシャフト２４に伝達されたトルク（ＴＥ−ΔＴ）には、キャリアＣＬから左アウターサイドギヤ２２Ｌ及びアウターベベルギヤ２５を介してデフシャフト２４に伝達されるトルク（ΔＴ−ΔＴｓ）が加算され、デフシャフト２４のトルクは（ＴＥ−ΔＴｓ）となる。

このデフシャフト２４のトルク（ＴＥ−ΔＴｓ）は、左右のインナーベベルギヤ２３Ｌ，２３Ｒを介して各駆動輪側に等しく分配され、デフシャフト２４から各駆動輪に伝達されるトルクは（ＴＥ−ΔＴｓ）／２となる。左前輪ＷＦＬには、デフシャフト２４からのトルク（ＴＥ−ΔＴｓ）／２に加えて、サンギヤＳＬからのトルクΔＴｓが加算される。

従って、外輪となる左前輪ＷＦＬに伝達されるトルクは（ＴＥ＋ΔＴｓ）／２、内輪となる右前輪ＷＦＲに伝達されるトルクは（ＴＥ−ΔＴｓ）／２となり、左前輪ＷＦＬの回転が増加し、車両をスムーズに旋回させることができる。

車両が左旋回している場合には、外輪となる右前輪ＷＦＲの回転速度を増加させるべく右多板クラッチＣＬＲを係合させる。これにより、右旋回のときと同様に、外輪となる右前輪ＷＦＲに伝達されるトルクは（ＴＥ＋ΔＴｓ）／２、内輪となる左前輪ＷＦＬに伝達されるトルクは（ＴＥ−ΔＴｓ）／２となり、右前輪ＷＦＬの回転が増加し、車両をスムーズに旋回させることができる。

実施形態の動力伝達装置によれば、磁界発生手段たる給電コイル７１により発生された磁界により受電手段たる受電コイル６１が電力（電圧、電流）を発生させ、この電力を用いて高分子アクチュエータ５が伸縮する。このため、高分子アクチュエータ５に非接触で電力を供給させることができ、高分子アクチュエータ５を第１回転要素たるデフドラム２１と第２回転要素たるリングギヤＲＬ，ＲＲを互いに連結させる係合機構たる多板クラッチＣＬＬ，ＣＬＲに用いることができ、動力伝達装置の設計自由度を向上させることができる。

尚、実施形態においては、無線送信手段として発光ダイオード６４、無線受信手段としてフォトレジスタ８１を用い、無線通信として光によるものを用いたが、本発明の無線送信手段及び無線受信手段はこれに限らず、無線通信ができるものであれば、他のものを用いても本発明の効果を得ることができる。

１…変速機ケース、２１…デフドラム、２１ａ…外歯、２２Ｌ…左アウターサイドギヤ、２２Ｒ…右アウターサイドギヤ、２３Ｌ…左インナーサイドギヤ、２３Ｒ…右インナーサイドギヤ、２４…デフシャフト、２５…アウターベベルギヤ、２６…インナーベベルギヤ、３Ｌ…左車軸、３Ｒ…右車軸、４１…アウタープレート、４２…インナープレート、４３…サークリップ、４４…ピストン、５…高分子アクチュエータ、５１…シリンダ、５２…弾性容器、５３ａ…電場応答性体積相転移高分子、５３ｂ…電解質溶液、５４ａ…プラス電極、５４ｂ…マイナス電極、６…受電回路、６１…受電コイル（受電手段）、６２…整流回路、６３…平滑回路、６４…発光ダイオード（無線送信手段）、６５…増幅回路、６６…Ｖ−Ｆ回路、６７…アクチュエータ逆起電力検出部、７…給電回路、７１…給電コイル（磁界発生手段）、７２…電源、７３…スイッチング制御部、７４…コンデンサ、８…ＥＣＵ（制御手段）、８１…フォトレジスタ（無線受信手段）、８２…回転数検出部、９…、１０…、１１…、１２…、１３…、１４…、Ｄ…差動機構、Ｔ…配分比制御機構、ＰＧＬ…左遊星歯車機構、ＳＬ…サンギヤ、ＣＬ…キャリア、ＲＬ…リングギヤ、ＰＬ，ＰＬ’…ピニオン、ＰＧＲ…右遊星歯車機構、ＳＲ…サンギヤ、ＣＲ…キャリア、ＲＲ…リングギヤ、ＰＲ，ＰＲ’…ピニオン、ＷＦＬ…左前輪、ＷＦＲ…右前輪、ＣＬＬ…左多板クラッチ、ＣＬＲ…右多板クラッチ。

Claims (1)

1. 車両に対して回転自在に設けられる第１と第２の２つの回転要素と、
   該第１回転要素と第２回転要素とを連結する連結状態と、この連結を断つ開放状態とに切り換え自在な係合機構とを備える動力伝達装置において、
   前記第１回転要素又は前記第２回転要素に連結されると共に、供給される電力に応じて伸縮自在に構成され、当該伸縮によって前記係合機構の連結状態と開放状態とを切り換えられる高分子アクチュエータと、
   前記車両に対して回転不能に設けられた固定部材と、
   該固定部材に設けられ、電力が供給されることにより磁界を発生させる磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段に供給する電力を制御する制御手段と、
   前記第１回転要素又は前記第２回転要素に設けられ、前記磁界発生手段により発生された磁界により電力を発生させる受電手段と、
   前記高分子アクチュエータが縮むときに発生する逆起電力を検出し、当該逆起電力に応じた所定信号を無線で送信する無線送信手段と、
   該無線送信手段から送信された所定信号を受信し、受信した所定信号に基づいて電気信号を前記制御手段に送信する無線受信手段とを備え、
   前記高分子アクチュエータは、前記受電手段により発生した電力が供給されることにより伸縮され、
   前記制御手段は、前記無線受信手段から受信した電気信号に基づいて前記磁界発生手段に供給する電力を調節することを特徴とする動力伝達装置。