JP2013245809A - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】電磁クラッチの発熱量および消費電力を抑制することができる電動アクチュエータを提供すること。
【解決手段】電動アクチュエータ21は、回転駆動力を発生させるための単一の電動モータ23と、電動モータ23により発生させられた回転駆動力を、シフト変換機構に伝達/遮断するためのシフト電磁クラッチ43と、電動モータ23により発生させられた回転駆動力を、セレクト変換機構に伝達/遮断するためのセレクト電磁クラッチ45と、シフト電磁クラッチ43およびセレクト電磁クラッチ45に電流を供給して、当該電磁クラッチ43,45を制御するクラッチ制御ユニット160とを含む。クラッチ制御ユニット160は、PWM制御を用いて、電磁クラッチ43,45に対する供給電流の大きさを調整する。
【選択図】図6
【解決手段】電動アクチュエータ21は、回転駆動力を発生させるための単一の電動モータ23と、電動モータ23により発生させられた回転駆動力を、シフト変換機構に伝達/遮断するためのシフト電磁クラッチ43と、電動モータ23により発生させられた回転駆動力を、セレクト変換機構に伝達/遮断するためのセレクト電磁クラッチ45と、シフト電磁クラッチ43およびセレクト電磁クラッチ45に電流を供給して、当該電磁クラッチ43,45を制御するクラッチ制御ユニット160とを含む。クラッチ制御ユニット160は、PWM制御を用いて、電磁クラッチ43,45に対する供給電流の大きさを調整する。
【選択図】図6
Description
この発明は、シフトセレクト軸を軸まわりに回転させてシフトレバーをシフト動作させ、またはシフトセレクト軸を軸方向移動させてシフトレバーをセレクト動作させるための電動アクチュエータに関する。
従来から、マニュアルトランスミッションの変速が自動化された自動制御式マニュアルトランスミッション(Automated Manual Transmission)の変速装置が知られている。このような変速装置には、途中部にシフトレバーが固定されたシフトセレクト軸と、シフトセレクト軸を軸まわりに回転させてシフトレバーをシフト動作させ、またはシフトセレクト軸を軸方向移動させてシフトレバーをセレクト動作させるための電動アクチュエータとが備えられている。
たとえば下記特許文献1では、シフトセレクト軸を、単一の電動モータの回転駆動力によってその軸まわりに回転させてシフト動作を行わせたり、電動モータの回転駆動力によってシフトセレクト軸を軸方向に移動させてセレクト動作を行わせたりするシフト/セレクト駆動装置が、電動アクチュエータの一例として開示されている。このシフト/セレクト駆動装置は、電動モータの回転駆動力を、シフトセレクト軸を回転させるための力に変換するためのシフト変換機構と、当該回転駆動力を、シフトセレクト軸を軸方向移動させるための力に変換するためのセレクト変換機構と、電動モータからの回転駆動力の伝達を、第1変換機構に断続可能なシフト電磁クラッチと、電動モータからの回転駆動力の伝達を、第2変換機構に断続可能なセレクト電磁クラッチとを備えている。
特許文献1のシフト/セレクト駆動装置は、シフト電磁クラッチおよびセレクト電磁クラッチを制御するためのクラッチ制御回路を備えている。クラッチ制御回路には、配線などを介して電源から電圧供給(給電)されている。クラッチ駆動回路として、たとえばリレー回路などを含む構成を用いることも可能である。つまり、必要なタイミングでリレー回路を駆動して、シフト電磁クラッチおよびセレクト電磁クラッチに電流を選択的に供給し、選択先の電磁クラッチを作動させることができる。
ところで、各電磁クラッチへの供給電流は定格電流であり、当該電磁クラッチの最大負荷トルクを上回るような締結トルク(最大伝達トルク)を、電磁クラッチに発生させる大きさに設定されている。このような大電流が常時供給されているので、電磁クラッチに発熱があり、その消費電力も大きくなっている。
しかしながら、電動アクチュエータによる変速操作時において、締結トルクとして最大伝達トルクが必要なのは、シンクロ状態時など限れた局面だけであり、変速操作中のほとんどの局面では、電磁クラッチにそれほど大きな締結トルクが必要にならない。換言すると、変速操作中のほとんどの局面において、必要以上に大きな供給電流が電磁クラッチに供給されていることになる。
しかしながら、電動アクチュエータによる変速操作時において、締結トルクとして最大伝達トルクが必要なのは、シンクロ状態時など限れた局面だけであり、変速操作中のほとんどの局面では、電磁クラッチにそれほど大きな締結トルクが必要にならない。換言すると、変速操作中のほとんどの局面において、必要以上に大きな供給電流が電磁クラッチに供給されていることになる。
そこで、この発明の目的は、電磁クラッチの発熱量および消費電力を抑制することができる電動アクチュエータを提供することである。
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、シフトレバー(16)が連結されたシフトセレクト軸(15)を軸まわりに回転させることによって前記シフトレバーをシフト動作させ、前記シフトレバーを軸方向(M1〜M6)移動させることによって前記シフトレバーをセレクト動作させるための電動アクチュエータ(21)であって、回転駆動力を発生させるための単一の電動モータ(23)と、前記電動モータにより発生させられた回転駆動力を、前記シフトセレクト軸を軸まわりに回転させる力に変換して、前記シフトセレクト軸に伝達するためのシフト駆動機構(24)と、前記電動モータにより発生させられた回転駆動力を、前記シフトセレクト軸を軸方向移動させる力に変換して、前記シフトセレクト軸に伝達するためのセレクト駆動機構(25)と、前記電動モータにより発生させられた回転駆動力を、前記シフト駆動機構に伝達/遮断するためのシフト電磁クラッチ(43)と、前記電動モータにより発生させられたる回転駆動力を、前記セレクト駆動機構に伝達/遮断するためのセレクト電磁クラッチ(45)と、前記シフト電磁クラッチおよび前記セレクト電磁クラッチの少なくとも一方に電流を供給して、当該電磁クラッチを制御するクラッチ制御手段(160)とを含み、前記クラッチ制御手段は、PWM制御を用いて、前記クラッチ制御手段の制御対象の前記電磁クラッチに対する供給電流の大きさを調整するPWM制御手段(160)を有する、電動アクチュエータである。
この構成によれば、電磁クラッチへの供給電流の大きさをPWM制御により調節することができる。そのため、電磁クラッチに大きな締結トルクが必要にならない局面で、当該電磁クラッチへの供給電流を小さくすることができる。これにより、電磁クラッチにおける発熱量を低減させることができ、また、電磁クラッチにおける消費電力を抑制することもできる。
請求項2に記載のように、前記PWM制御手段は、前記制御対象の電磁クラッチに加わる負荷(電磁クラッチの負荷トルク)に応じて変動するように、前記供給電流の大きさを制御してもよい。
この構成によれば、電磁クラッチへの供給電流が大きくなるのに従って、電磁クラッチに発生する締結トルクが上昇する。また、電磁クラッチに加わる負荷が大きくなるのに従って、電動モータの負荷トルクの値は上昇する。そのため、電磁クラッチへの供給電流の大きさを、電磁クラッチの負荷トルクを上回るような締結トルクを当該電磁クラッチに発生させる必要最小限の大きさに調節することが可能である。
この構成によれば、電磁クラッチへの供給電流が大きくなるのに従って、電磁クラッチに発生する締結トルクが上昇する。また、電磁クラッチに加わる負荷が大きくなるのに従って、電動モータの負荷トルクの値は上昇する。そのため、電磁クラッチへの供給電流の大きさを、電磁クラッチの負荷トルクを上回るような締結トルクを当該電磁クラッチに発生させる必要最小限の大きさに調節することが可能である。
より具体的には、前記PWM制御手段は、前記制御対象の電磁クラッチに加わる負荷に基づいて、前記電磁クラッチの締結トルクが当該負荷を上回るように、前記駆動電流の大きさを制御してもよい。
請求項3記載の発明は、前記電動モータの負荷トルクを検出するためのトルク検出手段(159)をさらに含み、前記PWM制御手段は、検出された前記電動モータの前記負荷トルクの大きさに基づいて、前記駆動電流の大きさを制御する、請求項1または2記載の電動アクチュエータである。
請求項3記載の発明は、前記電動モータの負荷トルクを検出するためのトルク検出手段(159)をさらに含み、前記PWM制御手段は、検出された前記電動モータの前記負荷トルクの大きさに基づいて、前記駆動電流の大きさを制御する、請求項1または2記載の電動アクチュエータである。
この構成によれば、電動モータの負荷トルクの大きさに基づいて、電磁クラッチへの供給電流の大きさを調節する。電動モータの負荷トルクは、電磁クラッチに加わる負荷の大きさと一定の相関関係にある。そのため、検出された電動モータの負荷トルクの大きさに基づく供給電流制御により、電磁クラッチの負荷を上回る必要最小限の締結トルクを当該電磁クラッチに発生させることが可能である。
請求項4に記載のように、前記トルク検出手段は、前記電動モータの電流値を検出するモータ電流値検出手段(159)を含んでいてもよい。
この構成によれば、電動モータの電流値と、電動モータの負荷トルクの大きさとが比例関係にあるので、前記電動モータの電流値を検出することにより、電動モータの負荷トルクの大きさを正確に検出することができる。
この構成によれば、電動モータの電流値と、電動モータの負荷トルクの大きさとが比例関係にあるので、前記電動モータの電流値を検出することにより、電動モータの負荷トルクの大きさを正確に検出することができる。
なお、電動モータが三相ブラシレスモータである場合には、前記モータ電流値検出手段は、前記電動モータの相電流の値を検出してもよい。
請求項5記載の発明は、前記シフトレバーの位置を検出するレバー位置検出手段(87,89)をさらに含み、前記PWM制御手段は、前記レバー位置検出手段によって検出された前記シフトレバーの位置に基づいて、前記駆動電流の大きさを制御する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動アクチュエータである。
請求項5記載の発明は、前記シフトレバーの位置を検出するレバー位置検出手段(87,89)をさらに含み、前記PWM制御手段は、前記レバー位置検出手段によって検出された前記シフトレバーの位置に基づいて、前記駆動電流の大きさを制御する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動アクチュエータである。
この構成によれば、レバー位置検出手段によって検出されたシフトレバーの位置に基づいて、電磁クラッチへの供給電流の大きさを調節する。シフトレバーの動作状況に応じて、
電磁クラッチに加わる負荷の大きさは変化するので、シフトレバーの位置を検出して、当該シフトレバーの動作状況を把握することにより、その時点で必要な締結トルクの大きさを求めることが可能である。そのため、供給電流制御により、電磁クラッチの負荷を上回る必要最小限の締結トルクを当該電磁クラッチに発生させることが可能である。
電磁クラッチに加わる負荷の大きさは変化するので、シフトレバーの位置を検出して、当該シフトレバーの動作状況を把握することにより、その時点で必要な締結トルクの大きさを求めることが可能である。そのため、供給電流制御により、電磁クラッチの負荷を上回る必要最小限の締結トルクを当該電磁クラッチに発生させることが可能である。
なお、「シフトレバーの位置」とは、シフトセレクト軸の軸方向に沿う方向に関するシフトレバーの位置、およびシフトレバーのシフトセレクト軸まわりの揺動位置の少なくとも一方を含む趣旨である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ21が適用された変速装置1の一部構成の概略分解斜視図である。図2は、変速機構5の要部を拡大して示す断面図である。
変速装置1は、変速機2と、変速機2を変速駆動する変速駆動装置3とを備えている。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ21が適用された変速装置1の一部構成の概略分解斜視図である。図2は、変速機構5の要部を拡大して示す断面図である。
変速装置1は、変速機2と、変速機2を変速駆動する変速駆動装置3とを備えている。
変速機2は、公知の常時かみ合い式の平行軸歯車動力伝達機構により構成された変速機構5(図1には図示しない。図2参照)と、変速機構5の動力伝達経路を、複数の動力伝達経路の間で切り換えるための変速操作機構6と、これら変速機構5および変速操作機構6を収容するギヤハウジング7とを備えている。変速機2を含む構成の変速装置1は、乗用車やトラックなどの車両に搭載されている。変速機構5における動力伝達経路の切換えにより、動力伝達比を異ならせることができる。
変速機構5は、複数の出力軸(連結対象ギヤ)200(図2では1つのみ図示)と、各出力軸200に関連して配設されたクラッチスリーブ201(被操作部材)とを備えている。クラッチスリーブ201の内周には、クラッチスリーブ側スプライン部206が形成されている。
出力軸200の他端部(図2で示す左端部)には出力側スプライン部203が形成されている。出力側スプライン部203の外周には、円筒状のシンクロナイザハブ204が回転不能に、かつ出力軸200の軸方向M1〜M6移動可能にスプライン嵌合している。シンクロナイザハブ204の外周には、ハブ側スプライン部205が形成されている。また、シンクロナイザハブ204の外周には、シンクロナイザキー213が配置されている。シンクロナイザキー213の内面はハブ側スプライン部205と係合している。また、シンクロナイザキー213の外面には、径方向外方に突出し、クラッチスリーブ201のクラッチスリーブ側スプライン部206に係合する突起213Aが形成されている。
出力軸200の他端部(図2で示す左端部)には出力側スプライン部203が形成されている。出力側スプライン部203の外周には、円筒状のシンクロナイザハブ204が回転不能に、かつ出力軸200の軸方向M1〜M6移動可能にスプライン嵌合している。シンクロナイザハブ204の外周には、ハブ側スプライン部205が形成されている。また、シンクロナイザハブ204の外周には、シンクロナイザキー213が配置されている。シンクロナイザキー213の内面はハブ側スプライン部205と係合している。また、シンクロナイザキー213の外面には、径方向外方に突出し、クラッチスリーブ201のクラッチスリーブ側スプライン部206に係合する突起213Aが形成されている。
出力軸200における出力側スプライン部203に対し一端側(図2で示す右側)寄りには、出力ギヤ(図2ではたとえばサードギヤ)220が外嵌固定されている。また、出力軸200における出力側スプライン部203の他端部(図2で示す左端部)には、クラッチシャフト208が軸受209を介して回転可能に外嵌されている。
出力ギヤ220の他端部(左端部)の外周には、当該他端側に向かうに従って縮径を示すコーン状の第1コーン面210が形成されている。出力ギヤ220の第1コーン面210には、略円筒状の第1シンクロナイザリング211が遊びを持って外嵌されている。第1シンクロナイザリング211の内周面は第1コーン面210に整合するコーン状に形成されている。
出力ギヤ220の他端部(左端部)の外周には、当該他端側に向かうに従って縮径を示すコーン状の第1コーン面210が形成されている。出力ギヤ220の第1コーン面210には、略円筒状の第1シンクロナイザリング211が遊びを持って外嵌されている。第1シンクロナイザリング211の内周面は第1コーン面210に整合するコーン状に形成されている。
クラッチシャフト208の一端部(右端部)の外周には、当該一端側に向かうに従って縮径を示すコーン状の第2コーン面222が形成されている。クラッチシャフト208の第2コーン面222には、略円筒状の第2シンクロナイザリング223が遊びを持って外嵌されている。第2シンクロナイザリング223の内周面は第2コーン面222に整合するコーン状に形成されている。
変速操作機構6はギヤハウジング7内に収容され、互いに平行に延びる複数(たとえば3つ)のフォーク軸10A,10B,10Cを有している。フォーク軸10Aは軸方向M1,M2に移動可能に設けられている。フォーク軸10Bは軸方向M3,M4に移動可能に設けられている。フォーク軸10Cは軸方向M5,M6に移動可能に設けられている。軸方向M1,M3およびM5は、互いに同じ方向を向きかつ互いに並行な軸方向である。軸方向M2、M4およびM6は、それぞれ、軸方向M1,M3およびM5と逆向きの軸方向である。
フォーク軸10A,10B,10Cは、軸方向M1,M3,M5(M2,M4,M6)から見て一直線上に並置されている。各フォーク軸10A,10B,10Cの途中部には、変速駆動装置3によって駆動されるシフトヘッド12A,12B,12Cが固定されている。
各シフトヘッド12A,12B,12Cは、変速駆動装置3に対向する対向面を有している。各対向面は同一平面上に設けられている。各対向面には、係合凹所14A,14B,14Cが形成されている。これら3つの係合凹所14A,14B,14Cによって、3つのシフトヘッド12A,12B,12Cに跨る係合凹所が構成されている。
各シフトヘッド12A,12B,12Cは、変速駆動装置3に対向する対向面を有している。各対向面は同一平面上に設けられている。各対向面には、係合凹所14A,14B,14Cが形成されている。これら3つの係合凹所14A,14B,14Cによって、3つのシフトヘッド12A,12B,12Cに跨る係合凹所が構成されている。
後述するシフトレバー16の他端部16bは、3つの係合凹所14A,14B,14Cのいずれかに進入しており、他端部16bはシフトヘッド12A,12B,12Cのいずれかに係合している。他端部16bとシフトヘッド12A,12B,12Cとの係合は、他端部16bが係合凹所14A,14B,14Cの内壁と当接することにより達成されている。
シフトレバー16の他端部16bは、係合凹所14A,14B,14C内を通って移動することができる。具体的には、互いに隣り合うフォーク軸10A,10Bがそれぞれニュートラル位置にあるときには、シフトレバー16の他端部16bは、係合凹所14A,14Bを通って、シフトヘッド12A,12Bの間を跨って移動することが可能である。また、互いに隣り合うフォーク軸10B,10Cがそれぞれニュートラル位置にあるときには、シフトレバー16の他端部16bは、係合凹所14B,14Cを通って、シフトヘッド12B,12Cの間を跨って移動することが可能である。なお、図1には係合凹所14A,14B,14Cとして係合溝が示されているが、この係合凹所14A,14B,14Cに代えて係合孔を採用してもよいのは言うまでもない。
また、各フォーク軸10A,10B,10Cには、クラッチスリーブ201と係合するためのシフトフォーク11(図1および図2では、フォーク軸10Aに設けられたシフトフォーク11のみを示す)が固定されている。シフトフォーク11の軸方向M1〜M6移動により、シフトフォーク11をクラッチスリーブ201に係合させることができ、そのクラッチスリーブ201を軸方向M1〜M6移動させることができる。
変速駆動装置3は、変速操作機構6にシフト操作およびセレクト操作を行わせるためのシフトレバー16と、シフトレバー16が一体回転に連結された円柱状のシフトセレクト軸15と、シフトセレクト軸15をシフト動作(変速操作機構6をシフト操作させるための動作)およびセレクト動作(変速操作機構6をセレクト操作させるための動作)させるための回転駆動源として用いられる電動アクチュエータ21とを備える。シフトセレクト軸15は中心軸線17を有している。シフトセレクト軸15はギヤハウジング7に、シフトセレクト軸15の軸まわり(すなわち中心軸線17まわり)に第1または第2軸回転方向R1,R2に回転可能に、かつ軸方向M11,M12に移動可能に支持されている。シフトセレクト軸15はフォーク軸10A,10B,10Cのそれぞれといわゆる90°の食違い軸の関係をなす状態に配置されている。第2軸回転方向R2は第1軸回転方向R1と逆向きの回転方向である。第2軸方向M12は、第1軸方向M11と逆向きの軸方向である。
シフトセレクト軸15の途中部には、ギヤハウジング7内に収容されるシフトレバー16の一端部16aが固定されている。シフトレバー16は、シフトセレクト軸15の中心軸線17まわりに、シフトセレクト軸15と同伴回転する。シフトセレクト軸15の先端部(図1に示す左手前部)は、ギヤハウジング7外に突出している。
前述のように、互いに隣り合うフォーク軸10A,10B,10Cがそれぞれニュートラル位置にあるときには、シフトレバー16の他端部16bは、係合凹所14A,14B,14Cを通って、シフトヘッド12A,12B,12Cの間を跨って移動することが可能である。電動アクチュエータ21により、シフトセレクト軸15が第1軸方向M11移動されると、シフトレバー16が第1軸方向M11に移動させられる。また、電動アクチュエータ21により、シフトセレクト軸15が第2軸方向M12移動されると、シフトレバー16が第2軸方向M12に移動させられる。そして、シフトレバー16の他端部16bを所要のシフトヘッド12A,12B,12Cに係合させることができ、これによりセレクト動作が達成される。
前述のように、互いに隣り合うフォーク軸10A,10B,10Cがそれぞれニュートラル位置にあるときには、シフトレバー16の他端部16bは、係合凹所14A,14B,14Cを通って、シフトヘッド12A,12B,12Cの間を跨って移動することが可能である。電動アクチュエータ21により、シフトセレクト軸15が第1軸方向M11移動されると、シフトレバー16が第1軸方向M11に移動させられる。また、電動アクチュエータ21により、シフトセレクト軸15が第2軸方向M12移動されると、シフトレバー16が第2軸方向M12に移動させられる。そして、シフトレバー16の他端部16bを所要のシフトヘッド12A,12B,12Cに係合させることができ、これによりセレクト動作が達成される。
一方、電動アクチュエータ21によりシフトセレクト軸15が第1軸回転方向R1に回転されると、シフトレバー16がシフトセレクト軸15まわりに第1軸回転方向R1に揺動させられる。また、電動アクチュエータ21によりシフトセレクト軸15が第2軸回転方向R2に回転されると、シフトレバー16がシフトセレクト軸15まわりに第2軸回転方向R2に揺動する。その結果、シフトレバー16と係合しているシフトヘッド12A,12B,12Cが、フォーク軸10A,10B,10Cの軸方向M1〜M6に移動し、これにより、シフト動作が達成される。
このシフト動作を具体的に説明する。フォーク軸10A,10B,10Cの軸方向M1〜M6移動(たとえば軸方向M2,M4,M6移動。図2に示すたとえば右側)に同伴して、シフトフォーク11も軸方向M1〜M6移動する。このとき、シフトフォーク11がクラッチスリーブ201に係合するともに、クラッチスリーブ201がシンクロナイザキー213に係合する。これにより、シフトフォーク11、クラッチスリーブ201およびシンクロナイザキー213が軸方向M1〜M6移動に同行移動する。軸方向M1〜M6移動するシンクロナイザキー213は、やがて第1シンクロナイザリング211に摩擦接触し、第1シンクロナイザリング211を、出力ギヤ220の第1コーン面210に押し付ける(このような摩擦接触状態を「シンクロ状態」という場合がある。)。このとき、第1シンクロナイザリング211と第1コーン面210との間に摩擦力が生じ、そのため、出力ギヤ220の回転がクラッチスリーブ201の回転速度に近づく。
出力ギヤ220の回転とクラッチスリーブ201の回転とが同期した後、シフトフォーク11が軸方向M1〜M6移動(たとえば軸方向M2,M4,M6移動。図2に示すたとえば右側)させられる。このとき、クラッチスリーブ201が、シフトフォーク11に同行して、軸方向M1〜M6に向けてギヤ噛合い位置(図2に示す二点鎖線)まで移動させられる。クラッチスリーブ201がギヤ噛合い位置に達した状態では、第1シンクロナイザリング211の外周および出力ギヤ220の他方側(図2に示すたとえば左側)端部の外周を、クラッチスリーブ201が取り囲んでいる。この状態で、ギヤ入れ操作は完了している。クラッチスリーブ側スプライン部206が、出力ギヤ220の出力側スプライン部215と係合している。クラッチスリーブ201と出力ギヤ220とが連結している。
図3は、電動アクチュエータ21の構成を示す斜視図である。図4は、電動アクチュエータ21の構成を示す断面図である。図5は、図4の切断面線V‐Vで切断したときの断面図である。なお、図3では、シフトセレクト軸15の図示を省略している。以下、図3〜図5を参照して、電動アクチュエータ21の構成について説明する。
電動アクチュエータ21は有底略筒状のハウジング22を備えている。電動アクチュエータ21は、ギヤハウジング7(図1参照)の外表面または車両の所定箇所に固定されている。
電動アクチュエータ21は有底略筒状のハウジング22を備えている。電動アクチュエータ21は、ギヤハウジング7(図1参照)の外表面または車両の所定箇所に固定されている。
電動アクチュエータ21は、ブラシレスモータ、とくに三相ブラシレスモータ等からなる電動モータ23と、電動モータ23により発生された回転トルクを、シフトセレクト軸15を軸まわりに回転させる力に変換するためのシフト変換機構(シフト駆動機構)24と、電動モータ23によって発生させられた回転トルクを、シフトセレクト軸15を軸方向M11,M12に移動させる力に変換するためのセレクト変換機構(セレクト駆動機構)25と、電動モータ23によって発生させられた回転トルクをシフト変換機構24および/またはセレクト変換機構25に断続するための切換ユニット26とを備えている。シフト変換機構24、セレクト変換機構25および切換ユニット26は、ハウジング22内に収容されている。
ハウジング22の開口部(図4に示す左側)は、略板状の蓋27によって閉塞されている。このハウジング22および蓋27は、それぞれたとえば鋳鉄やアルミニウムなどの金属材料を用いて形成されている。蓋27の外周がハウジング22の開口部に嵌め合わされている。蓋27にはその内側の面(図4に示す右面)と外側の面(図4に示す左面)とを貫通する円形の貫通孔29が形成されている。また、蓋27の外側の面には、電動モータ23の本体ケーシングが固定されている。電動モータ23は、第1回転方向R11(モータ出力軸側から見て時計まわり)と第2回転方向R12(たとえば反時計まわり)とに正逆回転可能な電動モータであり、この電動モータ23としてたとえばブラシレス電動モータが採用されている。電動モータ23は、その本体ケーシングがハウジング22外に露出するように取り付けられている。電動モータ23の出力軸40は、シフトセレクト軸15と、食違い角90°の食違い軸の関係をなして配置されている。軸方向M11,M12に沿う方向に直交する所定の方向(図4に示す左右方向)に延びている。出力軸40は蓋27の貫通孔29を介してハウジング22の内部に臨んでおり、切換ユニット26に対向している。
図5に示すように、ハウジング22は、シフトセレクト軸15における先端(図5に示す下端)側の部分や、シフト変換機構24の各構成部品を主に収容する略箱状の主ハウジング22Aを含んでいる。主ハウジング22Aは、第1側壁111と、第2側壁112と、シフトセレクト軸15の基端寄りを支持するための第1軸ホルダ113と、シフトセレクト軸15の先端部を収容支持するための第2軸ホルダ114と備えている。
第1側壁111の内側の側面は、平坦面からなる第1内壁面111Aである。第2側壁112の内側の側面は、平坦面からなる第2内壁面112Aである。第2内壁面112Aは第1内壁面111Aと対向し、第1内壁面111Aと平行に形成されている。
第1軸ホルダ113は、第1側壁111の外壁面(第1内壁面111Aとは反対側の面)から外方に膨出して形成されており、たとえば円柱状に形成されている。第1軸ホルダ113は第1側壁111と一体的に形成されている。第1軸ホルダ113および第1側壁111には、断面円形の挿通孔104が形成されている。挿通孔104は第1軸ホルダ113および第1側壁111を、それらの厚み方向(図5に示す上下方向)に貫通している。挿通孔104には、シフトセレクト軸15が挿通されている。
第1軸ホルダ113は、第1側壁111の外壁面(第1内壁面111Aとは反対側の面)から外方に膨出して形成されており、たとえば円柱状に形成されている。第1軸ホルダ113は第1側壁111と一体的に形成されている。第1軸ホルダ113および第1側壁111には、断面円形の挿通孔104が形成されている。挿通孔104は第1軸ホルダ113および第1側壁111を、それらの厚み方向(図5に示す上下方向)に貫通している。挿通孔104には、シフトセレクト軸15が挿通されている。
挿通孔104の内周壁には、第1すべり軸受101が内嵌固定されている。第1すべり軸受101は、挿通孔104に挿通されているシフトセレクト軸15の途中部(先端部よりもやや基端寄り)の外周を取り囲み、シフトセレクト軸15の途中部の外周を摺接支持している。
第2軸ホルダ114は、第2側壁112の外壁面(第2内壁面112Aとは反対側の面)から外方に膨出して形成されており、たとえば略円筒状に形成されている。第2軸ホルダ114は第2側壁112と一体的に形成されている。第2軸ホルダ114の内周面および底面によって、シフトセレクト軸15の先端部(図5に示す下端部)を収容する円柱状の先端部収容溝115(図5参照)が区画されている。先端部収容溝115の内周壁は、円筒状の挿通孔104と同軸の中心軸線を有する円筒状に形成されている。
第2軸ホルダ114は、第2側壁112の外壁面(第2内壁面112Aとは反対側の面)から外方に膨出して形成されており、たとえば略円筒状に形成されている。第2軸ホルダ114は第2側壁112と一体的に形成されている。第2軸ホルダ114の内周面および底面によって、シフトセレクト軸15の先端部(図5に示す下端部)を収容する円柱状の先端部収容溝115(図5参照)が区画されている。先端部収容溝115の内周壁は、円筒状の挿通孔104と同軸の中心軸線を有する円筒状に形成されている。
先端部収容溝115の内周壁には、第2すべり軸受102が内嵌固定されている。第2すべり軸受102は、先端部収容溝115に収容されているシフトセレクト軸15の先端部の外周を取り囲んで、当該先端部の外周を摺接支持している。シフトセレクト軸15は、これら第1および第2すべり軸受101,102によって、その中心軸線17まわりに回転可能にかつ軸方向M11,M12移動可能に支持されている。
挿通孔104における第1すべり軸受101の外側の部分には、ごみや埃がハウジング22内(主ハウジング22A内)に進入しないように、挿通孔104の内周壁とシフトセレクト軸15の外周との間をシールするためのシール部材103が介装されている。
第1軸ホルダ113において、厚み方向(図5に示す上下方向)に関しシール部材103と第1すべり軸受101との間には、ロックボール106が配設されている。具体的には、挿通孔104の内周壁と、第1軸ホルダ113の外周面とを貫通する貫通孔105内にロックボール106が収容されている。ロックボール106は、円筒状の先端部収容溝115の中心軸線(すなわちシフトセレクト軸15の中心軸線17)に沿う方向と直交する方向(直交方向)に延び、略円筒状をなすともに、当該方向(直交方向)に沿って移動可能に設けられている。ロックボール106の先端部は半球状をなしており、次に述べる係合溝107に係合する。
第1軸ホルダ113において、厚み方向(図5に示す上下方向)に関しシール部材103と第1すべり軸受101との間には、ロックボール106が配設されている。具体的には、挿通孔104の内周壁と、第1軸ホルダ113の外周面とを貫通する貫通孔105内にロックボール106が収容されている。ロックボール106は、円筒状の先端部収容溝115の中心軸線(すなわちシフトセレクト軸15の中心軸線17)に沿う方向と直交する方向(直交方向)に延び、略円筒状をなすともに、当該方向(直交方向)に沿って移動可能に設けられている。ロックボール106の先端部は半球状をなしており、次に述べる係合溝107に係合する。
シフトセレクト軸15の外周には、軸方向M11,M12に間隔を空けて、周方向に延びる複数本(たとえば3本)の係合溝107が形成されている。各係合溝107は全周にわたって設定されている。ロックボール106がその長手方向に移動することにより、先端部が挿通孔104の内周壁よりも中心軸線17側(図5に示す右方)に突出して、その先端部が係合溝107と係合して、シフトセレクト軸15の軸方向M11,M12移動を阻止する。これにより、シフトセレクト軸15は、軸方向M11,M12への移動が阻止された状態で、一定力で保持される。
図5に示すように、シフトセレクト軸15の外周における第1すべり軸受101が摺接する部分と第2すべり軸受102が摺接する部分との間には、雄スプライン121と、ピニオン36が噛み合う後述するラック122とが、第1すべり軸受101側からこの順で形成されている。
図4に示すように、切換ユニット26は、電動モータ23の出力軸40と同軸に連結された伝達軸41と、伝達軸41と同軸にかつ、同伴回転可能に設けられた第1ロータ42と、伝達軸41に同軸にかつ、同伴回転可能に設けられた第2ロータ44と、第1ロータ42と第2ロータ44との間で伝達軸41の連結先を切り換えるためのクラッチ機構39とを備えている。
図4に示すように、切換ユニット26は、電動モータ23の出力軸40と同軸に連結された伝達軸41と、伝達軸41と同軸にかつ、同伴回転可能に設けられた第1ロータ42と、伝達軸41に同軸にかつ、同伴回転可能に設けられた第2ロータ44と、第1ロータ42と第2ロータ44との間で伝達軸41の連結先を切り換えるためのクラッチ機構39とを備えている。
伝達軸41は、電動モータ23側に設けられた小径の主軸部46と、主軸部46の第1ロータ42側の軸方向端部(図4に示す右端部)に、主軸部46と一体的に設けられ、主軸部46よりも大径の大径部47とを備えている。
第1ロータ42は、伝達軸41に対し電動モータ23側と反対側に配置されている。第1ロータ42は、電動モータ23側の軸方向端部(図4に示す左端部)の外周から径方向外方に向けて張り出す第1アーマチュアハブ54を備えている。第1アーマチュアハブ54は大径部47の電動モータ23側と反対側の面(図4に示す右面)に対向して配置されている。
第1ロータ42は、伝達軸41に対し電動モータ23側と反対側に配置されている。第1ロータ42は、電動モータ23側の軸方向端部(図4に示す左端部)の外周から径方向外方に向けて張り出す第1アーマチュアハブ54を備えている。第1アーマチュアハブ54は大径部47の電動モータ23側と反対側の面(図4に示す右面)に対向して配置されている。
第2ロータ44は、伝達軸41の大径部47に対し第1ロータ42と反対側、すなわち電動モータ23側に配置されており、伝達軸41の主軸部46の周囲を取り囲んでいる。第2ロータ44は、電動モータ23側と反対側の軸方向端部(図4に示す右端部)の外周から径方向外方に向けて張り出す第2アーマチュアハブ55を備えている。第2アーマチュアハブ55は大径部47の電動モータ23側の面(図4に示す左面)に対向して配置されている。言い換えれば、第1ロータ42(の第1アーマチュアハブ54)および第2ロータ44(の第2アーマチュアハブ55)が、伝達軸41の大径部47を挟むように配置されている。
クラッチ機構39は、第1ロータ42と断続して、伝達軸41と第1ロータ42とを連結/解放する摩擦式のシフト電磁クラッチ43と、第2ロータ44と断続して、伝達軸41と第2ロータ44とを連結/解放する摩擦式のセレクト電磁クラッチ45とを備えている。
シフト電磁クラッチ43は、第1フィールド48と第1アーマチュア49とを備えている。第1アーマチュア49は、伝達軸41の大径部47の軸方向他方側の面(図4に示す右面)に第1アーマチュアハブ54の電動モータ23側の面(図4に示す左面)と微小間隔を隔てて配置されており、略円環板状をなしている。第1アーマチュア49は鉄などの強磁性体を用いて形成されている。第1フィールド48は、ヨーク内に第1電磁コイル50を内蔵しており、ハウジング22に固定されている。シフト電磁クラッチ43として、外径が比較的小径の小型の電磁クラッチが採用されている。そのため、シフト電磁クラッチ43の第1アーマチュア49に係合可能な回転体である第1アーマチュアハブ54も比較的小径を有している。
シフト電磁クラッチ43は、第1フィールド48と第1アーマチュア49とを備えている。第1アーマチュア49は、伝達軸41の大径部47の軸方向他方側の面(図4に示す右面)に第1アーマチュアハブ54の電動モータ23側の面(図4に示す左面)と微小間隔を隔てて配置されており、略円環板状をなしている。第1アーマチュア49は鉄などの強磁性体を用いて形成されている。第1フィールド48は、ヨーク内に第1電磁コイル50を内蔵しており、ハウジング22に固定されている。シフト電磁クラッチ43として、外径が比較的小径の小型の電磁クラッチが採用されている。そのため、シフト電磁クラッチ43の第1アーマチュア49に係合可能な回転体である第1アーマチュアハブ54も比較的小径を有している。
セレクト電磁クラッチ45は、第2フィールド51と、第2アーマチュア52とを備えている。第2アーマチュア52は、伝達軸41の大径部47の軸方向一方側の面(図4に示す左面)に第2アーマチュアハブ55の電動モータ23と反対側の面(図4に示す右面)と微小間隔を隔てて配置されており、略円環板状をなしている。第2アーマチュア52は鉄などの強磁性体を用いて形成されている。第2フィールド51はヨーク内に第2電磁コイル53を内蔵しており、ハウジング22に固定されている。第1フィールド48および第2フィールド51は、大径部47、第1アーマチュアハブ54および第2アーマチュアハブ55を挟んで軸方向に沿って並置されている。セレクト電磁クラッチ45として、外径が比較的小径の小型の電磁クラッチが採用されている。そのため、セレクト電磁クラッチ45の第2アーマチュア52に係合可能な回転体である第2アーマチュアハブ55も比較的小径を有している。
シフトおよびセレクト電磁クラッチ43,45には、配線などを介して電源Vb(たとえば24V。図6参照)から電圧供給(給電)されている。シフト電磁クラッチ43に対する給電により、第1電磁コイル50に通電されると、その第1電磁コイル50が励磁状態になり、第1電磁コイル50を含む第1フィールド48に電磁吸引力が発生する。そして、第1アーマチュア49が第1フィールド48に吸引されて第1フィールド48に向けて変形し、第1アーマチュア49が第1アーマチュアハブ54と摩擦接触する。したがって、第1電磁コイル50への通電により第1電磁コイル50が第1ロータ42に結合(締結)され、伝達軸41が第1ロータ42に連結される。そして、第1電磁コイル50に対する電圧供給が停止され、第1電磁コイル50に電流が流れなくなることにより、第1アーマチュア49に対する吸引力もなくなり、第1アーマチュア49が元の形状に復帰する。これにより、第1電磁コイル50が第1ロータ42から分離して、伝達軸41が第1ロータ42から解放される。つまり、シフト電磁クラッチ43に対する給電/給電停止を切り換えることにより、電動モータ23から第1ロータ42への回転トルクの伝達を断続させることができる。
一方、セレクト電磁クラッチ45に対する給電により、第2電磁コイル53に通電されると、その第2電磁コイル53が励磁状態になり、第2電磁コイル53を含む第2フィールド51に電磁吸引力が発生する。そして、第2アーマチュア52が第2フィールド51に吸引されて第2フィールド51に向けて変形し、第2アーマチュア52が第2アーマチュアハブ55と摩擦接触する。したがって、第2電磁コイル53への通電により、第2電磁コイル53が第2ロータ44に結合(締結)され、伝達軸41が第2ロータ44に連結される。そして、第2電磁コイル53に対する電圧供給が停止され、第2電磁コイル53に電流が流れなくなることにより、第2アーマチュア52に対する吸引力もなくなり、第2アーマチュア52が元の形状に復帰する。これにより、第2電磁コイル53が第2ロータ44から分離して、伝達軸41が第2ロータ44から解放される。つまり、第2電磁コイル53への給電通電/給電停止を切り換えることにより、電動モータ23から第2ロータ44への回転トルクの伝達を断続させることができる。
第2ロータ44の外周には、小径の円環状の第1歯車56が外嵌固定されている。第1歯車56は第2ロータ44と同軸に設けられている。第1歯車56は転がり軸受57によって支持されている。転がり軸受57の外輪は、第1歯車56に内嵌固定されている。転がり軸受57の内輪は、伝達軸41の主軸部46の外周に外嵌固定されている。
シフト変換機構24は、回転運動を直線運動に変換する減速機としてのボールねじ機構58と、このボールねじ機構58のナット59の軸方向移動に伴って、シフトセレクト軸15の中心軸線17まわりに回動するアーム60とを備えている。
シフト変換機構24は、回転運動を直線運動に変換する減速機としてのボールねじ機構58と、このボールねじ機構58のナット59の軸方向移動に伴って、シフトセレクト軸15の中心軸線17まわりに回動するアーム60とを備えている。
ボールねじ機構58は、第1ロータ42と同軸(すなわち伝達軸41と同軸)に延びるねじ軸61と、ねじ軸61にボール(図示しない)を介して螺合するナット59とを備えている。ねじ軸61はシフトセレクト軸15と、食違い角が90°の食違い軸の関係をなしている。言い換えれば、ねじ軸61の軸方向およびシフトセレクト軸15の軸方向M11,M12の双方に直交する方向から見て、ねじ軸61およびシフトセレクト軸15は互いに直交している。
ねじ軸61は転がり軸受64,67によって軸方向への移動が規制されつつ支持されている。具体的には、ねじ軸61の一端部(図4に示す左端部)は転がり軸受64によって支持されており、また、ねじ軸61の他端部(図4に示す右端部)は転がり軸受67によって支持されている。これらの転がり軸受64,67により、ねじ軸61がその中心軸線80まわりに回転可能に支持されている。
転がり軸受64の内輪は、ねじ軸61の一端部に外嵌固定されている。また、転がり軸受64の外輪は、ハウジング22に固定された切換ユニット26ケーシングの底壁65の内外面を貫通する貫通孔に内嵌されている。また、転がり軸受64の外輪にはロックナット66が係合されて、ねじ軸61の軸方向の他方(図4に示す右方)への移動が規制されている。ねじ軸61の一端部における転がり軸受64よりも電動モータ23側(図4に示す左側)の部分は、第1ロータ42の内周に挿通されて、この第1ロータ42に同伴回転可能に連結されている。転がり軸受67の外輪は、ハウジング22に固定されている。
ナット59の一側面(図4に示す手前側側面。図5に示す下側側面)、および当該一側面とは反対側の他側面(図4に示す奥側側面。図5に示す上側側面)には、それぞれシフトセレクト軸15の軸方向M11,M12に沿う方向(図4の紙面に直交する方向。図5に示す上下方向)に延びる円柱状の突出軸70(図4では一方のみ図示。図5を並行して参照)が突出形成されている。一対の突出軸70は同軸である。ナット59はアーム60の第1係合部72によって、ねじ軸61まわりの回転が規制されている。したがって、ねじ軸61が回転されると、ねじ軸61の回転に同伴して、ナット59がねじ軸61の軸方向に移動する。なお、図5では、ねじ軸61の軸方向に関し、図4に示すナット59の位置よりも、第1ロータ42に対し離反する方向(図4に示す右方)にナット59が位置するときの断面状態を示している。
アーム60は、ナット59に係合するための第1係合部72と、シフトセレクト軸15にスプライン嵌合するための係合部としての第2係合部73(図5参照)と、第1係合部72と第2係合部73とを接続する直線状の接続ロッド74とを備えている。接続ロッド74は、たとえば、その全長にわたって断面矩形状をなしている。第2係合部73は略円筒状をなし、シフトセレクト軸15に外嵌されている。
第1係合部72は互いに対向する一対の支持板部76と、一対の支持板部76の基端辺同士(図4に示す下端辺および図5に示す右端辺)を連結する連結板部77とを備え、側面視で略U字状をなしている。各支持板部76には、各突出軸70の外周と、当該突出軸70の回転を許容しつつ係合するU字係合溝78が形成されている。U字係合溝78は前記の基端辺と反対側の先端辺から切り欠かれている。そのため、第1係合部72は、ナット59に、突出軸70まわりに相対回転可能にかつ、ねじ軸61の軸方向に同行移動可能に係合している。また、各U字係合溝78と各突出軸70との係合により、ナット59はアーム60の第1係合部72によってねじ軸61まわりの回転が規制される。したがって、ねじ軸61の回転に伴って、ナット59および第1係合部72がねじ軸61の軸方向に移動する。第2係合部73は、たとえば円環板状をなしている。しかし、第2係合部73が円筒状をなしていてもよい。
シフトセレクト軸15の外周と第2係合部73の内周とはスプライン嵌合している。具体的には、第2係合部73の内周に設けられた雌スプライン75に、シフトセレクト軸15の外周に設けられた雄スプライン121が噛み合っている。このとき、雄スプライン121と雌スプライン75との間には噛合いのための隙間が確保されている。
言い換えれば、シフトセレクト軸15の外周には第2係合部73が、当該シフトセレクト軸15に対して相対回転不能にかつ相対軸方向移動が許容された状態で連結されている。したがって、ねじ軸61が回転し、これに伴ってナット59がねじ軸61の軸方向に移動すると、アーム60がシフトセレクト軸15の中心軸線17まわりに回動し、このアーム60の移動に同伴してシフトセレクト軸15が回転する。
言い換えれば、シフトセレクト軸15の外周には第2係合部73が、当該シフトセレクト軸15に対して相対回転不能にかつ相対軸方向移動が許容された状態で連結されている。したがって、ねじ軸61が回転し、これに伴ってナット59がねじ軸61の軸方向に移動すると、アーム60がシフトセレクト軸15の中心軸線17まわりに回動し、このアーム60の移動に同伴してシフトセレクト軸15が回転する。
セレクト変換機構25は、第1歯車56と、伝達軸41と平行に延び、回転可能に設けられたピニオン軸95と、ピニオン軸95における一端部(図4に示す左端部)寄りの所定位置に同軸に固定された第2歯車81と、ピニオン軸95の他端部(図4に示す右端部)寄りの所定位置に同軸に固定された小径のピニオン36とを備え、全体として減速機を構成している。なお、第2歯車81は、第1歯車56およびピニオン36の双方よりも大径に形成されている。
ピニオン軸95の一端部(図4に示す左端部)は、ハウジング22に固定された転がり軸受96によって支持されている。転がり軸受96の内輪は、ピニオン軸95の一端部(図4に示す左端部)に外嵌固定されている。また、転がり軸受96の外輪は、蓋27の内面に形成された円筒状の凹部97内に固定されている。また、ピニオン軸95の他端部(図4に示す右端部)は、転がり軸受84によって支持されている。ピニオン36とラック122とがラックアンドピニオンにより噛み合っているので、伝達軸41の回転に伴ってピニオン軸95が回転すると、これに伴って、シフトセレクト軸15が軸方向M11,M12に移動する。
ピニオン軸95の他端部82(図4に示す右端部)に関連して、ピニオン軸95の回転角を検出するためのセレクト回転角センサ(レバー位置検出手段)87が配設されている。
ハウジング22の底壁(蓋27とは反対側の壁。図4に示す右壁)には、その内外面を貫通するセンサ用孔85が形成されている。セレクト回転角センサ87は、センサ部(図示しない)と、センサ部に連結された第1センサ軸99とを備えている。第1センサ軸99の先端部は、センサ用孔85を通ってピニオン軸95の他端部82に同伴回転可能に連結されている。ピニオン軸95が回転すると、そのピニオン軸95に同伴して第1センサ軸99がその軸まわりに回転する。セレクト回転角センサ87は第1センサ軸99の回転角に基づいて、ピニオン軸95の回転角を検出し、これにより、シフトセレクト軸15の軸方向M11,M12に沿う方向に関するシフトレバー16の位置(以下、「シフトレバー16の軸方向位置」という)を検出する。
ハウジング22の底壁(蓋27とは反対側の壁。図4に示す右壁)には、その内外面を貫通するセンサ用孔85が形成されている。セレクト回転角センサ87は、センサ部(図示しない)と、センサ部に連結された第1センサ軸99とを備えている。第1センサ軸99の先端部は、センサ用孔85を通ってピニオン軸95の他端部82に同伴回転可能に連結されている。ピニオン軸95が回転すると、そのピニオン軸95に同伴して第1センサ軸99がその軸まわりに回転する。セレクト回転角センサ87は第1センサ軸99の回転角に基づいて、ピニオン軸95の回転角を検出し、これにより、シフトセレクト軸15の軸方向M11,M12に沿う方向に関するシフトレバー16の位置(以下、「シフトレバー16の軸方向位置」という)を検出する。
また、ハウジング22内には、シフトセレクト軸15の回転角(シフトレバー16のシフトセレクト軸15まわりの揺動位置)を検出するシフト回転角センサ(レバー位置検出手段)89が設けられている。
シフト回転角センサ89は、センサ部(図示しない)が内蔵された本体90と、本体90のセンサ部に一体回転可能に連結された第2センサ軸94と、第2センサ軸94に外嵌固定されたセクタ歯車91とを備えている。このセクタ歯車91は、シフトセレクト軸15に同伴回転可能に設けられた(外嵌固定された)センサ用歯車92と噛み合っている。シフトセレクト軸15がその軸まわりに回転すると、そのシフトセレクト軸15に同伴してセンサ用歯車92およびセクタ歯車91が回転し、これに伴って第2センサ軸94がその軸まわりに回転する。シフト回転角センサ89は、第2センサ軸94の回転角に基づいてシフトセレクト軸15の回転角を検出し、これにより、シフトセレクト軸15まわりのシフトレバー16の揺動位置を検出する。
シフト回転角センサ89は、センサ部(図示しない)が内蔵された本体90と、本体90のセンサ部に一体回転可能に連結された第2センサ軸94と、第2センサ軸94に外嵌固定されたセクタ歯車91とを備えている。このセクタ歯車91は、シフトセレクト軸15に同伴回転可能に設けられた(外嵌固定された)センサ用歯車92と噛み合っている。シフトセレクト軸15がその軸まわりに回転すると、そのシフトセレクト軸15に同伴してセンサ用歯車92およびセクタ歯車91が回転し、これに伴って第2センサ軸94がその軸まわりに回転する。シフト回転角センサ89は、第2センサ軸94の回転角に基づいてシフトセレクト軸15の回転角を検出し、これにより、シフトセレクト軸15まわりのシフトレバー16の揺動位置を検出する。
図6は、電動アクチュエータ21の電気的構成を示すブロック図である。
電動アクチュエータ21は制御部88を備えている。制御部88の一例としてECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)を挙げることができる。制御部88は、CPUおよび記憶部を含むマイクロコンピュータを備えている。制御部88には、第1電磁コイル50を含むシフト電磁クラッチ43、第2電磁コイル53を含むセレクト電磁クラッチ45、および電動モータ23が、それぞれ制御対象として接続されている。制御部88は、電動モータ23を制御するためのモータ制御部151と、シフト電磁クラッチ43およびセレクト電磁クラッチ45を制御するためのクラッチ制御部(PWM制御手段)152とを備えている。
電動アクチュエータ21は制御部88を備えている。制御部88の一例としてECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)を挙げることができる。制御部88は、CPUおよび記憶部を含むマイクロコンピュータを備えている。制御部88には、第1電磁コイル50を含むシフト電磁クラッチ43、第2電磁コイル53を含むセレクト電磁クラッチ45、および電動モータ23が、それぞれ制御対象として接続されている。制御部88は、電動モータ23を制御するためのモータ制御部151と、シフト電磁クラッチ43およびセレクト電磁クラッチ45を制御するためのクラッチ制御部(PWM制御手段)152とを備えている。
また、制御部88には、上位ECU140を介して車両の変速操作用の操作レバー93の位置情報が入力されるようになっている。さらに、制御部88には、シフト回転角センサ89の検出出力(たとえば検出電圧)が入力されるようになっている。さらに、制御部88には、セレクト回転角センサ87の検出出力(たとえば検出電圧)が入力されるようになっている。
シフト電磁クラッチ43とセレクト電磁クラッチ45とは、電源VBに互いに並列に接続されている。シフト電磁クラッチ43と電源VBとの間には、シフト電流調整部154が接続されている。セレクト電磁クラッチ45と電源VBとの間には、セレクト電流調整部155が接続されている。シフト電流調整部154およびセレクト電流調整部155のそれぞれは、たとえばオン/オフを切り換えるFET(電界効果トランジスタ)等の電子スイッチによって構成されている。クラッチ制御部152、シフト電流調整部154およびセレクト電流調整部155によって、クラッチ制御ユニット160が構成されている。換言すると、クラッチ制御部152およびシフト電流調整部154によって、シフト電磁クラッチ43の制御用のクラッチ制御ユニット160が構成されており、クラッチ制御部152およびセレクト電流調整部155によって、セレクト電磁クラッチ45の制御用のクラッチ制御ユニット160が構成されている。
シフト電流調整部154には、クラッチ制御部152からPWM信号が与えられるようになっており、シフト電流調整部154は、与えられるPWM信号のパルス幅でオン/オフを高速で切り換えることにより、シフト電磁クラッチ43に、所定の大きさの電流を供給する。PWM信号のデューティ比が制御されることにより、シフト電磁クラッチ43への供給電流が調節される。
セレクト電流調整部155には、クラッチ制御部152からPWM信号が与えられるようになっており、セレクト電流調整部155は、与えられるPWMパルス幅の電流幅でオン/オフを高速で切り換えることにより、セレクト電磁クラッチ45に、所定の大きさの電流を供給する。PWM信号のデューティ比が制御されることにより、セレクト電磁クラッチ45への供給電流が調節される。
前述のように、電動モータ23として三相ブラシレスモータが採用されている。電動モータ23は、界磁としてのロータ(図示しない)と、ロータに対向するステータ(図示しない)に配置されたU相、V相、W相のステータ巻線(図示しない)とを備えている。制御部88には、電動モータ23に電力を供給するための駆動回路132が接続されている。制御部88は、駆動回路132を介して、電動モータ23を制御する。
また、電動モータ23と駆動回路132との間には、電動モータ23に流れるU相電流を検出するためのU相電流センサ133と、電動モータ23に流れるV相電流を検出するためのV相電流センサ134とを備えている。
駆動回路132は、三相ブリッジインバータ回路である。駆動回路132では、電動モータ23のU相に対応した一対のFET122UH,122ULの直列回路と、電動モータ23のV相に対応した一対のFET122VH,122VLの直列回路と、電動モータ23のW相に対応した一対のFET122WH,122WLの直列回路とが、直流電源123と接地との間に並列に接続されている。
駆動回路132は、三相ブリッジインバータ回路である。駆動回路132では、電動モータ23のU相に対応した一対のFET122UH,122ULの直列回路と、電動モータ23のV相に対応した一対のFET122VH,122VLの直列回路と、電動モータ23のW相に対応した一対のFET122WH,122WLの直列回路とが、直流電源123と接地との間に並列に接続されている。
電動モータ23のU相コイルは、U相に対応した一対のFET122UH,122ULの間の接続点に接続されている。電動モータ23のV相コイルは、V相に対応した一対のFET122VH,122VLの間の接続点に接続されている。電動モータ23のW相コイルは、W相に対応した一対のFET122WH,122WLの間の接続点に接続されている。
U相の界磁コイルと駆動回路132とを接続するための接続線にU相電流センサ133が設けられている。また、V相の界磁コイルと駆動回路132とを接続するための接続線にV相電流センサ134が設けられている。
モータ制御部151は相電流検出部159を備えている。相電流検出部159は、所定の演算周期毎に、U相電流センサ133およびV相電流センサ134の出力信号に基づいて、U相、V相およびW相の相電流を求める。相電流検出部159により検出されたU相、V相およびW相の相電流の検出値のうち、少なくとも1つの相電流がクラッチ制御部152に与えられる。
モータ制御部151は相電流検出部159を備えている。相電流検出部159は、所定の演算周期毎に、U相電流センサ133およびV相電流センサ134の出力信号に基づいて、U相、V相およびW相の相電流を求める。相電流検出部159により検出されたU相、V相およびW相の相電流の検出値のうち、少なくとも1つの相電流がクラッチ制御部152に与えられる。
クラッチ制御部152には、電動モータ23の相電流値と、電磁クラッチ43,45に対する供給電流値との対応関係が規定された対応テーブル(図示しない)が記憶されている。この対応テーブルに記憶されている供給電流値は、対応する相電流値が検出されるときの電磁クラッチ43,45の負荷トルクを上回るような締結トルクを当該電磁クラッチ43,45に発生させる最小限の供給電流値が記憶されている。
クラッチ制御部152は、この対応テーブルを参照して、相電流検出部159によって検出される相電流の値に基づいて、シフト電磁クラッチ43に供給する電流値、またはセレクト電磁クラッチ45に供給する電流値を決定する。また、クラッチ制御部152は、シフト電磁クラッチ43またはセレクト電磁クラッチ45に決定した値の電流を供給するように、それぞれシフト電流調整部154またはセレクト電流調整部155を制御するためのPWM信号を作成する。
図7は、変速操作時において、シフト電磁クラッチ43に対する供給電流の変化の一例を示すグラフである。たとえば、所定のギヤに入っている状態から、変速操作により、他のギヤにギヤ入れする場合について説明する。
変速操作のためにシフトレバー16のシフト操作(シフトセレクト軸15のシフト動作)のみで足り、シフトレバー16のセレクト操作(シフトセレクト軸15のセレクト動作)が必要ない場合には、図7に示すように、連続して実行されるギヤ抜き動作、移動動作およびギヤ入れ動作により、変速駆動装置3による変速操作が達成される。
変速操作のためにシフトレバー16のシフト操作(シフトセレクト軸15のシフト動作)のみで足り、シフトレバー16のセレクト操作(シフトセレクト軸15のセレクト動作)が必要ない場合には、図7に示すように、連続して実行されるギヤ抜き動作、移動動作およびギヤ入れ動作により、変速駆動装置3による変速操作が達成される。
このような変速操作時において、シフト電磁クラッチ43に加わる負荷(シフト電磁クラッチ43の負荷トルク)が変化する。すなわち、変速元のギヤからのギヤ抜き操作やシンクロ状態時以外のフォーク軸10A,10B,10C(図1参照)移動動作には、シフト電磁クラッチ43に小さな負荷しか加わらないが、ギヤ入れ時やシンクロ状態時にはシフト電磁クラッチ43に大きな負荷が加わる。たとえば、シフト電磁クラッチ43に加わる負荷の大きさは、電動モータ23の負荷トルクの値と一定の相関関係にある。そして、電動モータ23の負荷トルクは、電動モータ23の電流値(たとえば相電流)と比例関係にある。そのため、この実施形態では、電動モータ23の相電流の値を検出し、検出する電動モータ23の相電流の値に応じて、シフト電磁クラッチ43に供給する電流値の大きさを変化させている。
変速元のギヤからのギヤ抜き操作やシンクロ状態時以外のフォーク軸10A,10B,10C(図1参照)移動動作時には、シフト電磁クラッチ43に加わる負荷が比較的小さく、電動モータ23の負荷トルクの値が比較的小さいので、シフト電磁クラッチ43に対する供給電流値は、たとえば0.5A(アンペア)と低値に設定される。これに対し、変速先のギヤへのギヤ入れ操作やシンクロ状態時には、シフト電磁クラッチ43に加わる負荷が大きく、電動モータ23の負荷トルクの値が大きい。そのため、ギヤ入れ操作時には、シフト電磁クラッチ43に対する供給電流値が、たとえば1Aと高値に設定される。とくにシンクロ状態時には、シフトフォーク11(図1参照)が軸方向M1〜M6(図1参照)に向けて移動することにより、第1シンクロナイザリング211が出力ギヤ220に摩擦接触し、第1シンクロナイザリング211が出力ギヤ220を押し付ける。その結果、シフト電磁クラッチ43に作用する負荷(シフト電磁クラッチ43の負荷トルク)が上昇する。そのため、シフト電磁クラッチ43に対する駆動電流値が、たとえば2A(アンペア)と極めて高値に設定される。
また、図示等は省略するが、セレクト電磁クラッチ45に供給する電流の大きさも、検出する電動モータ23の相電流の値に応じて変化させる。
以上によりこの実施形態によれば、電動モータ23の負荷トルクの大きさに基づいて、電磁クラッチ43,45への供給電流の大きさをPWM制御により調節する。電磁クラッチ43,45への供給電流が大きくなるのに従って、電磁クラッチ43,45に発生する締結トルクが上昇する。また、電磁クラッチ43,45の負荷トルクが上昇するのに従って、電動モータ23の負荷トルクの値は上昇する。そのため、電磁クラッチ43,45への供給電流の大きさを、電磁クラッチ43,45の負荷トルクを上回るような締結トルクを当該電磁クラッチ43,45に発生させる必要最小限の大きさに調節することが可能である。この場合、電磁クラッチ43,45に大きな締結トルクが必要にならない局面で、当該電磁クラッチ43,45への供給電流を小さくすることができる。これにより、電磁クラッチ43,45における発熱量をより一層低減させることができるとともに、電磁クラッチ43,45における消費電力をより効果的に抑制することができる。
以上によりこの実施形態によれば、電動モータ23の負荷トルクの大きさに基づいて、電磁クラッチ43,45への供給電流の大きさをPWM制御により調節する。電磁クラッチ43,45への供給電流が大きくなるのに従って、電磁クラッチ43,45に発生する締結トルクが上昇する。また、電磁クラッチ43,45の負荷トルクが上昇するのに従って、電動モータ23の負荷トルクの値は上昇する。そのため、電磁クラッチ43,45への供給電流の大きさを、電磁クラッチ43,45の負荷トルクを上回るような締結トルクを当該電磁クラッチ43,45に発生させる必要最小限の大きさに調節することが可能である。この場合、電磁クラッチ43,45に大きな締結トルクが必要にならない局面で、当該電磁クラッチ43,45への供給電流を小さくすることができる。これにより、電磁クラッチ43,45における発熱量をより一層低減させることができるとともに、電磁クラッチ43,45における消費電力をより効果的に抑制することができる。
また、電動モータ23の相電流の大きさを検出することにより、電動モータ23の負荷トルクの大きさを正確に検出することができる。
また、電磁クラッチ43,45をPWM制御するために、当該電磁クラッチ43,45に常に大電流が供給されるわけではないので、電磁クラッチ43,45として小型の電磁クラッチを採用することができる。電磁クラッチ43,45として、小型の電磁クラッチを採用することにより、第1および第2アーマチュアハブ54,55も比較的小径のものを採用することができるので、それらのイナーシャを低減させることができる。これにより、電動アクチュエータ21による加速操作時または減速操作時における電動モータ23の出力を抑制することができる。
また、電磁クラッチ43,45をPWM制御するために、当該電磁クラッチ43,45に常に大電流が供給されるわけではないので、電磁クラッチ43,45として小型の電磁クラッチを採用することができる。電磁クラッチ43,45として、小型の電磁クラッチを採用することにより、第1および第2アーマチュアハブ54,55も比較的小径のものを採用することができるので、それらのイナーシャを低減させることができる。これにより、電動アクチュエータ21による加速操作時または減速操作時における電動モータ23の出力を抑制することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、電動モータ23の負荷トルクの大きさに基づいて、電磁クラッチ43,45への供給電流の大きさを調節するものでなく、シフトレバー16のシフトセレクト軸15まわりの揺動位置に基づいて、シフト電磁クラッチ43の供給電流の大きさを調節したり、
シフトレバー16の軸方向位置に基づいて、セレクト電磁クラッチ45への供給電流の大きさを調節したりするものであってもよい。この場合、シフトレバー16のシフトセレクト軸15まわりの揺動位置と、シフト電磁クラッチ43の供給電流の大きさとの対応関係が規定された対応テーブル(図示しない)が、クラッチ制御部152に記憶されている。この対応テーブルに記憶されている供給電流値は、対応するシフトレバー16の揺動位置が検出されるときのシフト電磁クラッチ43の負荷トルクを上回るような締結トルクを当該シフト電磁クラッチ43に発生させる最小限の供給電流値が記憶されている。
たとえば、電動モータ23の負荷トルクの大きさに基づいて、電磁クラッチ43,45への供給電流の大きさを調節するものでなく、シフトレバー16のシフトセレクト軸15まわりの揺動位置に基づいて、シフト電磁クラッチ43の供給電流の大きさを調節したり、
シフトレバー16の軸方向位置に基づいて、セレクト電磁クラッチ45への供給電流の大きさを調節したりするものであってもよい。この場合、シフトレバー16のシフトセレクト軸15まわりの揺動位置と、シフト電磁クラッチ43の供給電流の大きさとの対応関係が規定された対応テーブル(図示しない)が、クラッチ制御部152に記憶されている。この対応テーブルに記憶されている供給電流値は、対応するシフトレバー16の揺動位置が検出されるときのシフト電磁クラッチ43の負荷トルクを上回るような締結トルクを当該シフト電磁クラッチ43に発生させる最小限の供給電流値が記憶されている。
また、シフトレバー16の軸方向位置と、セレクト電磁クラッチ45の供給電流の大きさとの対応関係が規定された対応テーブル(図示しない)が、クラッチ制御部152に記憶されている。この対応テーブルに記憶されている供給電流値は、対応するシフトレバー16の軸方向位置が検出されるときのセレクト電磁クラッチ45の負荷トルクを上回るような締結トルクを当該セレクト電磁クラッチ45に発生させる最小限の供給電流値が記憶されている。
クラッチ制御部152は、これらの対応テーブルを参照して、シフト回転角センサ89またはセレクト回転角センサ87によってそれぞれ検出されたシフトレバー16の揺動位置または軸方向位置に基づいて、シフト電磁クラッチ43に供給する電流の大きさ、またはセレクト電磁クラッチ45に供給する電流の大きさをそれぞれ決定する。また、クラッチ制御部152は、決定した値の電流を、シフト電磁クラッチ43またはセレクト電磁クラッチ45に供給するように、それぞれシフト電流調整部154またはセレクト電流調整部155を制御するためのPWM信号を作成する。
この場合には、シフト回転角センサ89によって検出されたシフトレバー16の揺動位置に基づいてシフト電磁クラッチ89への供給電流の大きさを調節するとともに、セレクト回転角センサ87によって検出されたシフトレバー16の軸方向位置に基づいてセレクト電磁クラッチ87への供給電流の大きさを調節する。シフトレバー16の動作状況に応じて、電磁クラッチ87,89に加わる負荷の大きさは変化するので、シフトレバー16の軸方向位置または揺動位置を検出して、当該シフトレバー16の動作状況を把握することにより、電磁クラッチ87,89の負荷トルクを上回る必要最小限の締結トルクを当該電磁クラッチ87,89に発生させることができる。
なお、シフト回転角センサ89として、シフトセレクト軸15の回転角を検出するものではなく、シフトレバー16の揺動位置を直接的に検出するセンサを採用してもよい。さらに、セレクト回転角センサ87として、ピニオン軸95の回転角を検出するものではなく、シフトレバー16の軸方向位置を直接的に検出するセンサを採用してもよい。また、シフトおよびセレクト回転角センサ89,87はメカ式のセンサに限られず、光学センサや静電容量式センサを採用することもできる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
15…シフトセレクト軸、16…シフトレバー、21…電動アクチュエータ、23…電動モータ、24…シフト変換機構(シフト駆動機構)、25…セレクト変換機構(セレクト駆動機構)、43…シフト電磁クラッチ、45…セレクト電磁クラッチ、87…セレクト回転角センサ(レバー位置検出手段)、89…シフト回転角センサ(レバー位置検出手段)、159…相電流検出部(モータ電流値検出手段)、160…クラッチ制御ユニット(PWM制御手段)、軸方向(M1〜M6)
Claims (5)
- シフトレバーが連結されたシフトセレクト軸を軸まわりに回転させることによって前記シフトレバーをシフト動作させ、前記シフトレバーを軸方向移動させることによって前記シフトレバーをセレクト動作させるための電動アクチュエータであって、
回転駆動力を発生させるための単一の電動モータと、
前記電動モータにより発生させられた回転駆動力を、前記シフトセレクト軸を軸まわりに回転させる力に変換して、前記シフトセレクト軸に伝達するためのシフト駆動機構と、
前記電動モータにより発生させられた回転駆動力を、前記シフトセレクト軸を軸方向移動させる力に変換して、前記シフトセレクト軸に伝達するためのセレクト駆動機構と、
前記電動モータにより発生させられた回転駆動力を、前記シフト駆動機構に伝達/遮断するためのシフト電磁クラッチと、
前記電動モータにより発生させられたる回転駆動力を、前記セレクト駆動機構に伝達/遮断するためのセレクト電磁クラッチと、
前記シフト電磁クラッチおよび前記セレクト電磁クラッチの少なくとも一方に電流を供給して、当該電磁クラッチを制御するクラッチ制御手段とを含み、
前記クラッチ制御手段は、PWM制御を用いて、前記クラッチ制御手段の制御対象の前記電磁クラッチに対する供給電流の大きさを調整するPWM制御手段を有する、電動アクチュエータ。 - 前記PWM制御手段は、前記制御対象の電磁クラッチに加わる負荷に応じて変動するように、前記供給電流の大きさを制御する、請求項1記載の電動アクチュエータ。
- 前記電動モータの負荷トルクを検出するためのトルク検出手段をさらに含み、
前記PWM制御手段は、検出された前記電動モータの前記負荷トルクの大きさに基づいて、前記駆動電流の大きさを制御する、請求項1または2記載の電動アクチュエータ。 - 前記トルク検出手段は、前記電動モータの電流値を検出するモータ電流値検出手段を含む、請求項3記載の電動アクチュエータ。
- 前記シフトレバーの位置を検出するレバー位置検出手段をさらに含み、
前記PWM制御手段は、前記レバー位置検出手段によって検出された前記シフトレバーの位置に基づいて、前記駆動電流の大きさを制御する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動アクチュエータ。
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JP2012122096A JP2013245809A (ja) | 2012-05-29 | 2012-05-29 | 電動アクチュエータ |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017512950A (ja) * | 2014-03-26 | 2017-05-25 | シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー. カー・ゲーSchaeffler Technologies AG & Co. KG | 自動車トランスミッション用のトランスミッションアクチュエータ |
-
2012
- 2012-05-29 JP JP2012122096A patent/JP2013245809A/ja active Pending
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JP2017512950A (ja) * | 2014-03-26 | 2017-05-25 | シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー. カー・ゲーSchaeffler Technologies AG & Co. KG | 自動車トランスミッション用のトランスミッションアクチュエータ |
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