JP2014126071A - 電動アクチュエータおよびそれを備えた変速駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回生回路を省略または回生抵抗を小型化することによりコストダウンを図ることができる電動アクチュエータおよび変速駆動装置を提供すること。
【解決手段】変速機2を変速操作するための電動アクチュエータ21は、交流同期モータからなる電動モータ23と、シフトおよびセレクト電磁クラッチ43,45と、駆動回路200とを備えている。駆動回路200は、直流電源201からの直流電力をインバータ208を介して電動モータ23に付与するためのモータ回路205と、直流電源201からの直流電力を、シフトおよびセレクト電磁クラッチ43,45の第1および第2コイル50,53に供給するための第1および第2クラッチ回路203,204とを備えている。電動モータ23に発生する回生電力が、インバータ208を経由して第1および第2クラッチ回路203,204に選択的に付与される。
【選択図】図4
【解決手段】変速機2を変速操作するための電動アクチュエータ21は、交流同期モータからなる電動モータ23と、シフトおよびセレクト電磁クラッチ43,45と、駆動回路200とを備えている。駆動回路200は、直流電源201からの直流電力をインバータ208を介して電動モータ23に付与するためのモータ回路205と、直流電源201からの直流電力を、シフトおよびセレクト電磁クラッチ43,45の第1および第2コイル50,53に供給するための第1および第2クラッチ回路203,204とを備えている。電動モータ23に発生する回生電力が、インバータ208を経由して第1および第2クラッチ回路203,204に選択的に付与される。
【選択図】図4
Description
この発明は、電動アクチュエータおよびそれを備えた変速駆動装置に関する。
従来から、マニュアルトランスミッションの変速ギヤ段の変更を自動で行う機械式自動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。機械式自動マニュアルトランスミッションの変速装置は、変速ギヤ等を収容する変速機と、変速機を変速駆動するための電動アクチュエータとを含んでいる。
下記特許文献1では、電動モータ等を備え、電動モータにより発生される回転トルクによって、シフトセレクト軸を軸中心まわりに回転させてインターナルレバーをシフト動作させたり、シフトセレクト軸を軸方向移動させてインターナルレバーをセレクト動作させたりする電動アクチュエータが開示されている(たとえば下記特許文献1参照)。
下記特許文献1では、電動モータ等を備え、電動モータにより発生される回転トルクによって、シフトセレクト軸を軸中心まわりに回転させてインターナルレバーをシフト動作させたり、シフトセレクト軸を軸方向移動させてインターナルレバーをセレクト動作させたりする電動アクチュエータが開示されている(たとえば下記特許文献1参照)。
図6は、電動アクチュエータの一般的な電気的構成を示す回路図である。
駆動回路300は、直流電源301を有する電源側回路302に接続されており、直流2線式の回路である。電源側回路302は、シフト電磁クラッチ303の第1コイル304に給電するための第1クラッチ回路305と、セレクト電磁クラッチ306の第2コイル307に給電するための第2クラッチ回路308と、電動モータ309に給電するためのモータ回路310とを備えている。
駆動回路300は、直流電源301を有する電源側回路302に接続されており、直流2線式の回路である。電源側回路302は、シフト電磁クラッチ303の第1コイル304に給電するための第1クラッチ回路305と、セレクト電磁クラッチ306の第2コイル307に給電するための第2クラッチ回路308と、電動モータ309に給電するためのモータ回路310とを備えている。
第1クラッチ回路305は、当該第1クラッチ回路305を開閉するための第1スイッチ311と、シフト電磁クラッチ303の第1コイル304とを直列接続する構成の回路である。第1クラッチ回路305では、高電位側から第1コイル304および第1スイッチ311の順で接続されている。第1コイル304の一端は高電位側に接続され、第1スイッチ311の他端は低電位側に接続されている。なお、第1スイッチ311は、機械式スイッチまたは電気式スイッチによって構成されている。
第2クラッチ回路308は、当該第2クラッチ回路308を開閉するための第2スイッチ312と、セレクト電磁クラッチ306の第2コイル307とを直列接続する構成の回路である。第2クラッチ回路308では、高電位側から第2コイル307および第2スイッチ312の順で接続されている。第2コイル307の一端は高電位側に接続され、第2スイッチ312の他端は低電位側に接続されている。なお、第2スイッチ312は、機械式スイッチまたは電気式スイッチによって構成されている。
モータ回路310はインバータ313を有しており、モータ回路310はインバータ313を介して交流同期モータからなる電動モータ309を駆動する。
このような駆動回路300を有する電動アクチュエータでは、回転状態にある電動モータ309が急減速する際には、電動モータ309が発電機として動作し、運動エネルギーが電力に変換される。この場合、電動モータ309で発生した回生電力がインバータを経由しモータ回路310に逆流する。換言すると、駆動回路300に回生電流が流れるおそれがある。この場合、駆動回路300に設けられるコンデンサ(図示しない)にエネルギーがたまって電圧が上昇し、駆動回路300内が過電圧になり車両側電源へ影響を与えるおそれがある。
このような駆動回路300を有する電動アクチュエータでは、回転状態にある電動モータ309が急減速する際には、電動モータ309が発電機として動作し、運動エネルギーが電力に変換される。この場合、電動モータ309で発生した回生電力がインバータを経由しモータ回路310に逆流する。換言すると、駆動回路300に回生電流が流れるおそれがある。この場合、駆動回路300に設けられるコンデンサ(図示しない)にエネルギーがたまって電圧が上昇し、駆動回路300内が過電圧になり車両側電源へ影響を与えるおそれがある。
そのような過電圧を防止するために、駆動回路300に、回生電力を消費するための回生回路315が設けられている。回生回路315は、回生抵抗316と、たとえばFET等からなるスイッチング素子317とが直列に、回生抵抗316およびスイッチング素子317の順で接続されている。回生抵抗316の一端は高電位側に接続され、スイッチング素子317の他端は低電位側に接続されている。
駆動回路300を有する電動アクチュエータは、マイクロコンピュータ等からなる制御部321を有している。制御部321は、第1および第2スイッチ311,312を開閉制御することにより、第1および第2電磁クラッチへの給電を制御するクラッチ制御部322と、電動モータ309を制御するモータ制御部323と、回生回路315のスイッチング素子を開閉制御する回生回路制御部324とを備えている。
駆動回路300には、当該駆動回路300内の電圧を検出するための回路が抵抗319と抵抗320とによって構成されており、この回路による検出出力が、回生回路制御部324に与えられるようになっている。
モータ回路310(駆動回路300)に回生電流が流れると、駆動回路300内の電圧が上昇する。回生回路制御部324は駆動回路300内の電圧値に基づいて、回生回路315に適度の電流が流れるようにスイッチング素子317を制御する。これにより、回生回路315において回生電力を消費することができる。
モータ回路310(駆動回路300)に回生電流が流れると、駆動回路300内の電圧が上昇する。回生回路制御部324は駆動回路300内の電圧値に基づいて、回生回路315に適度の電流が流れるようにスイッチング素子317を制御する。これにより、回生回路315において回生電力を消費することができる。
回生回路315でなく、駆動回路300内の他の回路で回生電力を消費すれば、回生回路315を省略することができ、その結果、コストダウンを図ることができる。また、駆動回路300内の他の回路で回生電力を完全に消費できず、そのため回生回路315を省略できない場合であっても、その回生回路315に含まれる回生抵抗316をできる限り小型化することが望ましい。
そこで、この発明の目的は、回生回路を省略または回生抵抗を小型化することによりコストダウンを図ることができる電動アクチュエータおよび変速駆動装置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、操作レバー(16)が連結された操作軸(15)を移動させることで前記操作レバーを変速操作させるための電動アクチュエータ(21;21A)であって、交流同期モータからなり、回転トルクを発生させるための電動モータ(23)と、前記回転トルクを前記操作軸に伝達するための伝達機構(24,25)と、磁力を発生可能なコイル(50,53)を有し、接続/切断により前記電動モータからの前記回転トルクを前記伝達機構に伝達/遮断するための電磁クラッチ(43,45)と、前記電動モータに接続され、直流を交流に変換するためのインバータ(208)と、直流電源(201)からの直流電力を、前記インバータを介して前記電動モータに付与するためのモータ回路(205)と、前記直流電源からの直流電力を前記コイルに供給するためのクラッチ回路(203,204)とを有する駆動回路(200;200A)とを含み、前記電動モータに発生する回生電力が、前記インバータおよび前記モータ回路を経由して前記クラッチ回路に付与されるようになっている、電動アクチュエータである。
なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この構成によれば、電動モータからインバータを経由して駆動回路に流れ入る回生電力がクラッチ回路に付与され、回生電力がクラッチ回路によって消費される。すなわち、クラッチ回路を回生回路として機能させることができる。そのため、回生回路を省略しつつ回生電力を消費することができ、これにより、コストダウンを図ることができる。また、クラッチ回路で回生電力を完全に消費できず、回生回路が必要な場合であっても、その回生回路に含まれる回生抵抗の小型化を図ることができる。
この構成によれば、電動モータからインバータを経由して駆動回路に流れ入る回生電力がクラッチ回路に付与され、回生電力がクラッチ回路によって消費される。すなわち、クラッチ回路を回生回路として機能させることができる。そのため、回生回路を省略しつつ回生電力を消費することができ、これにより、コストダウンを図ることができる。また、クラッチ回路で回生電力を完全に消費できず、回生回路が必要な場合であっても、その回生回路に含まれる回生抵抗の小型化を図ることができる。
なお、操作軸を移動とは、操作軸をその軸まわりに回転させることや、操作軸をその軸方向に沿って移動(軸方向移動)させることを含む趣旨である。
請求項2に記載のように、前記電動アクチュエータは、前記操作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、前記操作軸を軸方向へ移動させることで前記操作レバーをセレクト動作させるためのものであり、前記伝達機構は、前記回転トルクを、前記操作軸を軸まわりに回転させる力に変換して前記操作軸に伝達するシフト変換機構(24)と、前記回転トルクを、前記操作軸を軸方向へ移動させる力に変換して前記操作軸に伝達するセレクト変換機構(25)とを含み、前記電磁クラッチは、磁力を発生可能な第1コイル(50)を有し、接続/切断により前記電動モータからの前記回転トルクを前記シフト変換機構に伝達/遮断するシフト電磁クラッチ(43)と、磁力を発生可能な第2コイル(53)を有し、接続/切断により前記電動モータからの前記回転トルクを前記セレクト変換機構に伝達/遮断するセレクト電磁クラッチ(45)とを含み、前記クラッチ回路は、前記直流電源からの直流電力を前記第1コイルに供給するための第1クラッチ回路(203)と、前記第1クラッチ回路と並列に接続され、前記直流電源からの直流電力を前記第2コイルに供給するための第2クラッチ回路(204)とを含んでいてもよい。
請求項2に記載のように、前記電動アクチュエータは、前記操作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、前記操作軸を軸方向へ移動させることで前記操作レバーをセレクト動作させるためのものであり、前記伝達機構は、前記回転トルクを、前記操作軸を軸まわりに回転させる力に変換して前記操作軸に伝達するシフト変換機構(24)と、前記回転トルクを、前記操作軸を軸方向へ移動させる力に変換して前記操作軸に伝達するセレクト変換機構(25)とを含み、前記電磁クラッチは、磁力を発生可能な第1コイル(50)を有し、接続/切断により前記電動モータからの前記回転トルクを前記シフト変換機構に伝達/遮断するシフト電磁クラッチ(43)と、磁力を発生可能な第2コイル(53)を有し、接続/切断により前記電動モータからの前記回転トルクを前記セレクト変換機構に伝達/遮断するセレクト電磁クラッチ(45)とを含み、前記クラッチ回路は、前記直流電源からの直流電力を前記第1コイルに供給するための第1クラッチ回路(203)と、前記第1クラッチ回路と並列に接続され、前記直流電源からの直流電力を前記第2コイルに供給するための第2クラッチ回路(204)とを含んでいてもよい。
請求項3に記載の発明は、前記駆動回路は、前記回生電力の付与先を前記第1クラッチ回路と前記第2クラッチ回路との間で選択的に切り換える切換え手段(206,207)をさらに含み、前記電動アクチュエータは、前記切換え手段を制御する切換え制御手段(213)をさらに含み、前記切換え制御手段は、前記第1および第2クラッチ回路のうち、接続状態にある電磁クラッチに対応する側のクラッチ回路を閉じる、請求項2に記載の電動アクチュエータである。
この構成によれば、シフト電磁クラッチが接続状態にある状態(かつセレクト電磁クラッチが切断状態にある状態)では第1クラッチ回路が閉じられており、この状態で電動モータに回生電力が発生すると、その回生電力が第1クラッチ回路に付与され、接続状態にあるシフト電磁クラッチによって回生電力が消費される。
また、セレクト電磁クラッチが接続状態にある状態(かつシフト電磁クラッチが切断状態にある状態)では第2クラッチ回路が閉じられており、この状態で電動モータに回生電力が発生すると、その回生電力が第2クラッチ回路に付与され、接続状態にあるセレクト電磁クラッチによって回生電力が消費される。
また、セレクト電磁クラッチが接続状態にある状態(かつシフト電磁クラッチが切断状態にある状態)では第2クラッチ回路が閉じられており、この状態で電動モータに回生電力が発生すると、その回生電力が第2クラッチ回路に付与され、接続状態にあるセレクト電磁クラッチによって回生電力が消費される。
また、接続状態にある側の電磁クラッチに給電するためのクラッチ回路に回生電流を流すので、回生電流を用いて接続状態にある電磁クラッチの締結力を増大させることができる。
請求項4に記載の発明は、前記切換え手段は、前記第1クラッチ回路に、前記シフト電磁クラッチと直接に接続された第1スイッチング素子(206)と、前記第2クラッチ回路に、前記セレクト電磁クラッチと直接に接続された第2スイッチング素子(207)とを含み、前記切換え制御手段は、前記第1および第2スイッチング素子をそれぞれPWM制御することにより、前記第1および第2クラッチ回路に流れる電流の大きさをそれぞれ制御する、請求項3に記載の電動アクチュエータである。
請求項4に記載の発明は、前記切換え手段は、前記第1クラッチ回路に、前記シフト電磁クラッチと直接に接続された第1スイッチング素子(206)と、前記第2クラッチ回路に、前記セレクト電磁クラッチと直接に接続された第2スイッチング素子(207)とを含み、前記切換え制御手段は、前記第1および第2スイッチング素子をそれぞれPWM制御することにより、前記第1および第2クラッチ回路に流れる電流の大きさをそれぞれ制御する、請求項3に記載の電動アクチュエータである。
この構成によれば、第1スイッチング素子をPWM制御することにより、第1電磁クラッチに対する供給電流の大きさを調節することができる。そして、回生電力が第1クラッチ回路に付与される場合には、第1スイッチング素子のPWM制御により、第1クラッチ回路に流れる回生電流の大きさを調節することができる。
また、第2スイッチング素子をPWM制御することにより、第2電磁クラッチに対する供給電流の大きさを調節することができる。そして、回生電力が第2クラッチ回路に付与される場合には、第2スイッチング素子のPWM制御により、第2クラッチ回路に流れる回生電流の大きさを調節することができる。
また、第2スイッチング素子をPWM制御することにより、第2電磁クラッチに対する供給電流の大きさを調節することができる。そして、回生電力が第2クラッチ回路に付与される場合には、第2スイッチング素子のPWM制御により、第2クラッチ回路に流れる回生電流の大きさを調節することができる。
請求項5に記載の発明は、前記駆動回路の電圧を検出するための駆動回路電圧検出回路をさらに含み、前記切換え制御手段は、前記駆動回路の電圧に基づいて、前記第1および第2クラッチ回路に流れる電流の大きさをそれぞれ制御する、請求項3または4に記載の電動アクチュエータである。
この構成によれば、電動モータからの回生電力が駆動回路に付与されると、駆動回路の電圧が上昇する。回生電力が付与される場合において、駆動回路の電圧に基づいて第1または第2クラッチ回路に流れる電流を制御することにより、第1または第2クラッチ回路を流れる電流を、回生電力を十分に消費可能な大きさに制御することができる。その結果、回生電力を第1および第2クラッチ回路において良好に消費することができる。
この構成によれば、電動モータからの回生電力が駆動回路に付与されると、駆動回路の電圧が上昇する。回生電力が付与される場合において、駆動回路の電圧に基づいて第1または第2クラッチ回路に流れる電流を制御することにより、第1または第2クラッチ回路を流れる電流を、回生電力を十分に消費可能な大きさに制御することができる。その結果、回生電力を第1および第2クラッチ回路において良好に消費することができる。
請求項6に記載の発明は、変速機(2)を操作するための操作レバー(16)が連結され、移動させられることにより前記操作レバーを変速動作させるための操作軸(15)と、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動アクチュエータとを含む、変速駆動装置である。
この構成によれば、請求項1に関連して説明した作用効果と同等の作用効果を奏する。
この構成によれば、請求項1に関連して説明した作用効果と同等の作用効果を奏する。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
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が組み込まれた変速装置の概略構成を示す分解斜視図である。
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歯車式変速機であり、乗用車やトラックなどの車両に搭載される。変速機2は、ギヤハウジング7と、ギヤハウジング7内に収容される常時かみ合い式の平行歯車式変速機構(図示せず)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が組み込まれた変速装置の概略構成を示す分解斜視図である。
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歯車式変速機であり、乗用車やトラックなどの車両に搭載される。変速機2は、ギヤハウジング7と、ギヤハウジング7内に収容される常時かみ合い式の平行歯車式変速機構(図示せず)とを備えている。
変速駆動装置3は、変速機2の前記変速機構(図示せず)にシフト動作またはセレクト動作を行わせるシフトセレクト軸(操作軸)15と、シフトセレクト軸15をシフト動作またはセレクト動作させるための共通の駆動源として用いられる電動アクチュエータ21とを含む。
シフトセレクト軸15は、所定方向(図示されたM4の方向)に長手の軸状体であり、鋼材を用いて形成されている。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(操作レバー)16の一端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の先端側(図1に示す右奥側)は、ギヤハウジング7外に突出している。ここで、シフトレバー16は、シフトセレクト軸15が軸回りに回転したり、軸方向M4に移動したりすることに応じて、実際のシフト動作やセレクト動作を行う。具体的には、電動アクチュエータ21は、シフトセレクト軸15を回転させることでシフトレバー16をシフト動作させ、シフトセレクト軸15をスライドさせることでシフトレバー16をセレクト動作させる。
シフトセレクト軸15は、所定方向(図示されたM4の方向)に長手の軸状体であり、鋼材を用いて形成されている。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(操作レバー)16の一端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の先端側(図1に示す右奥側)は、ギヤハウジング7外に突出している。ここで、シフトレバー16は、シフトセレクト軸15が軸回りに回転したり、軸方向M4に移動したりすることに応じて、実際のシフト動作やセレクト動作を行う。具体的には、電動アクチュエータ21は、シフトセレクト軸15を回転させることでシフトレバー16をシフト動作させ、シフトセレクト軸15をスライドさせることでシフトレバー16をセレクト動作させる。
ギヤハウジング7内には、互いに平行に延びる複数のシフトロッド10A,10B,10Cが収容されている。各シフトロッド10A,10B,10Cには、シフトレバー16の他端16Bと係合可能なシフトブロック12A,12B,12Cが固定されている。また、各シフトロッド10A,10B,10Cには、変速機2内のクラッチスリーブ(図示せず)と係合するシフトフォーク11が設けられている。なお、図1では、シフトロッド10Aに設けられたシフトフォーク11のみを示している。
電動アクチュエータ21により、シフトセレクト軸15が、その軸方向M4に移動(スライド)されると、シフトレバー16が軸方向M4に移動される。その結果、シフトレバー16の他端16Bがシフトブロック12A,12B,12Cのいずれかに対して選択的に係合し、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がその中心軸線17まわりに回転されると、シフトレバー16が中心軸線17まわりに揺動する。その結果、シフトレバー16と係合しているいずれかのシフトブロック12A,12B,12Cが、シフトロッド10A,10B,10Cの軸方向M1,M2,M3に移動し、これにより、シフト動作が達成される。なお、このシフト動作のために必要なシフトセレクト軸15の回転角度は360°(シフトセレクト軸15一周分)よりも著しく小さい(たとえば120°程度)。
一方、電動アクチュエータ21によりシフトセレクト軸15がその中心軸線17まわりに回転されると、シフトレバー16が中心軸線17まわりに揺動する。その結果、シフトレバー16と係合しているいずれかのシフトブロック12A,12B,12Cが、シフトロッド10A,10B,10Cの軸方向M1,M2,M3に移動し、これにより、シフト動作が達成される。なお、このシフト動作のために必要なシフトセレクト軸15の回転角度は360°(シフトセレクト軸15一周分)よりも著しく小さい(たとえば120°程度)。
図2は、変速駆動装置3の構成を示す断面図である。図3は、図2のA−A線に沿う断面図である。図2に示すように、電動アクチュエータ21は、電動モータ23と、シフト変換機構24と、セレクト変換機構25と、切換ユニット26とを備えている。
電動モータ23は正逆回転可能に設けられており、この電動モータ23としてたとえばブラシレスの交流同期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本体ハウジング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は正逆回転可能に設けられており、この電動モータ23としてたとえばブラシレスの交流同期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本体ハウジング22外に露出するように取り付けられている。
シフト変換機構24は、電動モータ23の回転トルクを、シフトセレクト軸15を中心軸線17まわり(軸まわり)に回転させる力に変換してシフトセレクト軸15に伝達するためのものである。セレクト変換機構25は、電動モータ23の回転トルクを、シフトセレクト軸15をその軸方向M4(図2における紙面に直交する方向)へ移動(スライド)させる力に変換してシフトセレクト軸15に伝達するためのものである。切換ユニット26は、電動モータ23の回転トルクの伝達先を、シフト変換機構24とセレクト変換機構25との間で切り換えるためのものである。電動モータ23が本体ハウジング22に対して外から取り付けられているのに対し、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、本体ハウジング22内に収容されている。
本体ハウジング22では、電動モータ23側(図2における左側)に、モータ用開口部(図示しない)が形成されている。モータ用開口部13は、略板状の蓋27によって閉塞されている。蓋27は、本体ハウジング22の一部である。これらの本体ハウジング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おり、蓋27の外周が本体ハウジング22のモータ用開口部13に嵌め合わされている。蓋27には、その内面(図2に示す右面)と外面(図2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の外面には、電動モータ23のモータハウジング(図示しない)が固定されている。電動モータ23は、モータケース(図示しない)およびモータハウジングが本体ハウジング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、平面視(図2において上方から見た場合)における食い違い角が90°の食い違い角の関係をなして配置されている。そのため、出力軸40は、軸方向M4と直交する所定の方向(図2に示す左右方向)に沿って延びている。出力軸40(電動モータ23からはみ出した部分)は、蓋27の貫通孔29を介して本体ハウジング22の内部に臨んでおり、切換ユニット26に対向している。
本体ハウジング22は、前述したようにボックス状であり、シフトセレクト軸15における先端側(図1に示す右奥側)の領域や、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の各構成部品を主に収容する。詳しくは、図3に示すように、本体ハウジング22は、側方(図3における右側)に底を有する箱状をなしている。本体ハウジング22は、底壁111と、底壁111の一端部(図3に示す上端部)と、他端部(図3に示す下端部)とからそれぞれ、互いに平行に立ち上がる一対の側壁112,113とを主に備えている。本体ハウジング22には、側壁112,113の先端部(図3に示す左端部)などによって区画された開口部115が形成されている。開口部115は平板状の蓋114によって閉塞されている。蓋114は、本体ハウジング22の一部をなしている。
図3に示すように、底壁111の内側の底面111Aは、平坦面によって形成されている。底壁111には、シフトセレクト軸15の途中部(後述するスプライン部120およびラック部122よりも基端(図3における右端)寄り)を支持するため軸ホルダ116が形成されている。軸ホルダ116は、底壁111と一体的に形成されており、底壁111の外壁面(底面111Aとは反対側の面)よりも外方に膨出してたとえば直方体状をなしている。底壁111および軸ホルダ116には、断面円形の(丸い)通過孔104が形成されている。通過孔104は、軸ホルダ116および底壁111を、それらの厚み方向(図3に示す左右方向。底面111Aと直交する方向)に貫通している。通過孔104には、シフトセレクト軸15が挿通されている。通過孔104は、シフトセレクト軸15(通過孔104を塞いでいる部分)よりも若干大径である。そのため、底壁111および軸ホルダ116において通過孔104を区画する内周面とシフトセレクト軸15の外周面との間には、本体ハウジング22の内外を連通させる隙間Sが形成されている。
通過孔104の内周面には、すべり軸受101が内嵌固定されている。すべり軸受101は、通過孔104に挿通されているシフトセレクト軸15の途中部(後述する閉塞部150)の外周を取り囲み、当該シフトセレクト軸15の閉塞部150の外周を摺接支持している。
軸ホルダ116において、厚み方向(図3に示す左右方向)における途中には、ロックボール106が配設されている。具体的には、通過孔104の内周面と、軸ホルダ116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、通過孔104の中心軸線(すなわちシフトセレクト軸15の中心軸線17)と直交する方向に延びる略円筒状をなすとともに、当該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。
軸ホルダ116において、厚み方向(図3に示す左右方向)における途中には、ロックボール106が配設されている。具体的には、通過孔104の内周面と、軸ホルダ116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、通過孔104の中心軸線(すなわちシフトセレクト軸15の中心軸線17)と直交する方向に延びる略円筒状をなすとともに、当該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。
ここで、シフトセレクト軸15において通過孔104をちょうど塞ぐ部分(軸方向M4において通過孔104と一致する位置にある部分)を閉塞部150ということにする。閉塞部150は、シフトセレクト軸15に対して同軸状で一体化された円筒体であって、通過孔104を塞ぐ位置に配置されている。閉塞部150の外周には、軸方向M4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、先端部が通過孔104の内周面よりも中心軸線17側(図3に示す下方)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M4における移動を阻止する。これにより、シフトセレクト軸15は、軸方向M4への移動が阻止された状態で、一定力で保持される。ただし、この状態では、シフトセレクト軸15の不意の動きが防止されているだけであるので、この状態でも、シフトセレクト軸15の軸回りの回転および軸方向M4へのスライドは可能である。
図3に示すように、シフトセレクト軸15において、通過孔104よりも先端側(本体ハウジング22の内側)の部分には、スプライン部120と、後述するピニオンギヤ36が噛み合うラック部122とが、通過孔104に近い側からこの順で設けられている。つまり、シフトセレクト軸15において、スプライン部120およびラック部122は、本体ハウジング22内側へ通過孔104から離れた位置にあり、特に、ラック部122は、スプライン部120に比べて本体ハウジング22内側へ通過孔104から離れた位置にある。スプライン部120およびラック部122は、いずれも、シフトセレクト軸15に対して同軸状で一体化される円筒体であり、軸方向に所定の長さを有している。スプライン部120およびラック部122は、シフトセレクト軸15の軸部15A(シフトセレクト軸15のうち、スプライン部120およびラック部122を除く領域)よりも大径である。
スプライン部120の外周面には、スプライン121(軸方向に延びる筋状の凸部)が周方向に間隔を隔てつつ、全域に亘って形成されている。
ラック部122の外周面には、その周方向における全域に、ラック歯形成領域125が設けられている。ラック歯形成領域125では、ラック部122の軸方向M4の一端(図3に示す左端)から他端(図3に示す右端)にわたって、複数のラック歯123がそれぞれ中心軸線17に沿って互いに平行に延びている。ラック歯形成領域125のラック歯123が、後述するピニオンギヤ36と噛み合っている。
ラック部122の外周面には、その周方向における全域に、ラック歯形成領域125が設けられている。ラック歯形成領域125では、ラック部122の軸方向M4の一端(図3に示す左端)から他端(図3に示す右端)にわたって、複数のラック歯123がそれぞれ中心軸線17に沿って互いに平行に延びている。ラック歯形成領域125のラック歯123が、後述するピニオンギヤ36と噛み合っている。
ここで、シフトセレクト軸15における、本体ハウジング22に収容される部分は、すべり軸受101によって摺接支持されている。なお、シフトセレクト軸15においてラック部122に対してスプライン部120の反対側における先端部(図3における左端部)は、本体ハウジング22の蓋114を貫通して本体ハウジング22の外に突出している。当該先端部には、円環状のすべり軸受102を介して、円筒状のキャップ100が外嵌されている。シフトセレクト軸15は、すべり軸受102によっても摺接支持されている。
図2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と同軸状の伝達軸41と、伝達軸41と同軸にかつ、同伴回転可能に設けられた環状の回転体である第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環状の回転体である第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。出力軸40、伝達軸41、第1ロータ42および第2ロータ44は、共通の回転軸線Cまわりに回転する。
伝達軸41は、電動モータ23側に設けられて電動モータ23の出力軸40と一体回転可能に連結される主軸部46と、主軸部46の一端部(第1ロータ42側の端部。図2に示す右端部)に、主軸部46と一体的に設けられ、主軸部46よりも大径の円板状をなす大径部(円板部)47とを備えている。伝達軸41は、後述するように、電動モータ23側(出力軸40側)とは反対側の大径部47において、電動モータ23の回転トルクをシフト変換機構24およびセレクト変換機構25に伝達するためのものである。
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(図2における右側)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2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2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(図2における左側)に配置されており、伝達軸41の主軸部46の周囲を非接触状態で取り囲んでいる。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2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2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。この状態で、第1ロータ42と、第2ロータ44と、伝達軸41とは、同軸状に配置されていて、それぞれが軸回りに回転可能である。
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、電動モータ23からの回転トルクを第1ロータ42に伝達して第1ロータ42を回転させることができる。セレクト電磁クラッチ45は、電動モータ23からの回転トルクを第2ロータ44に伝達して第2ロータ44を回転させることができる。
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、電動モータ23からの回転トルクを第1ロータ42に伝達して第1ロータ42を回転させることができる。セレクト電磁クラッチ45は、電動モータ23からの回転トルクを第2ロータ44に伝達して第2ロータ44を回転させることができる。
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の軸方向の他方側の面(一方面。図2に示す右面)に当該大径部47と同伴回転可能にかつ後述する第1アーマチュアハブ54に対向するように設けられている。第1アーマチュア49は、伝達軸41と同軸状をなす略円環円板状をなし、伝達軸41(大径部47)に同伴して回転軸線Cまわりに回転する。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、周方向から見た断面が横に傾いたU字をなす環状のヨーク(継鉄)170と、ヨーク170に収容され、周方向から見た断面がU字をなす環状のボビン31と、ボビン31内(U字の内側)に内蔵され、給電により磁力を発生する第1コイル50とを含む環状体である。ヨーク170の外周面が本体ハウジング22の内周面に固定されることによって、第1フィールド48は、本体ハウジング22に固定されている。ヨーク170の内周面には、環状の転がり軸受154が嵌め込まれている。転がり軸受154の外輪がヨーク170の内周面に固定(内嵌)され、転がり軸受154の内輪が第1ロータ42に固定(外嵌)されている。これにより、ヨーク170は、第1ロータ42を回転可能に支持している。
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(他方面。図2に示す左面)に当該大径部47と同伴回転可能にかつ後述する第2アーマチュアハブ55に対向するように設けられている。第2アーマチュア52は、伝達軸41と同軸状をなす略円環円板状をなし、伝達軸41(大径部47)に同伴して回転軸線Cまわりに回転する。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、周方向から見た断面が横に傾いたU字をなす環状のヨーク(継鉄)171と、ヨーク171に収容され、周方向から見た断面がU字をなす環状のボビン32と、ボビン32内(U字の内側)に内蔵され、給電により磁力を発生する第2コイル53とを含む環状体である。ヨーク171の外周面が本体ハウジング22の内周面に固定されることによって、第2フィールド51は、本体ハウジング22に固定されている。ヨーク171の内周面には、環状の転がり軸受155が嵌め込まれている。転がり軸受155の外輪がヨーク171の内周面に固定(内嵌)され、転がり軸受155の内輪が第2ロータ44に固定(外嵌)されている。これにより、ヨーク171は、第2ロータ44を回転可能に支持している。
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(第1ロータ42、第2ロータ44および伝達軸41のそれぞれの中心軸の延びる方向であり、図2では左右方向)に沿って並んで配置されている。
第1コイル50に給電されると、第1フィールド48、第1アーマチュアハブ54および第1アーマチュア49間に磁気回路が形成される。これにより第1アーマチュア49が第1フィールド48に引き寄せられ、当該第1アーマチュア49が第1フィールド48に向けて変形し、第1アーマチュアハブ54と摩擦接触する。これにより、シフト電磁クラッチ43が接続状態になり、伝達軸41が第1ロータ42に連結される。
第1コイル50に給電されると、第1フィールド48、第1アーマチュアハブ54および第1アーマチュア49間に磁気回路が形成される。これにより第1アーマチュア49が第1フィールド48に引き寄せられ、当該第1アーマチュア49が第1フィールド48に向けて変形し、第1アーマチュアハブ54と摩擦接触する。これにより、シフト電磁クラッチ43が接続状態になり、伝達軸41が第1ロータ42に連結される。
また、第1コイル50に非給電であると、第1フィールド48、第1アーマチュアハブ54および第1アーマチュア49間に磁気回路が形成されないので、第1アーマチュア49に対して吸引力が作用せず、第1アーマチュア49が元の形状を維持し、第1アーマチュアハブ54に接触しない。すなわち、シフト電磁クラッチ43が切断状態にあり、伝達軸41が第1ロータ42から解放(遮断)される。
つまり、第1コイル50に対する給電/給電停止を切り換えることにより、シフト電磁クラッチ43の接続状態と切断状態とを切り換えることができる。接続状態のシフト電磁クラッチ43は、電動モータ23からの回転トルクを、伝達軸41からシフト変換機構24に伝達することができ、切断状態のシフト電磁クラッチ43は、当該回転トルクを、伝達軸41からシフト変換機構24に対して遮断することができる。
一方、第2コイル53に給電されると、第2フィールド51、第2アーマチュアハブ55および第2アーマチュア52間に磁気回路が形成される。これにより第2アーマチュア52が第2フィールド51に引き寄せられ、当該第2アーマチュア52が第2フィールド51に向けて変形し、第2アーマチュアハブ55と摩擦接触する。これにより、セレクト電磁クラッチ45が接続状態になり、伝達軸41が第2ロータ44に連結される。
また、第2コイル53に非給電であると、第2フィールド51、第2アーマチュアハブ55および第2アーマチュア52間に磁気回路が形成されないので、第2アーマチュア52に対して吸引力が作用せず、第2アーマチュア52が元の形状を維持し、第2アーマチュアハブ55に接触しない。すなわち、セレクト電磁クラッチ45が切断状態にあり、伝達軸41が第2ロータ44から解放(遮断)される。
電動アクチュエータ21の制御では、通常、シフト電磁クラッチ43およびセレクト電磁クラッチ45の一方のみが選択的に接続されるようになっている。すなわち、シフト電磁クラッチ43が接続状態にあるときには、セレクト電磁クラッチ45が切断状態にあり、セレクト電磁クラッチ45が接続状態にあるときには、シフト電磁クラッチ43が切断状態にある。
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に備えられるナット59と、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とを主に備えている。
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に備えられるナット59と、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とを主に備えている。
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(図示せず)を介して螺合する前述したナット59とを備えている。ねじ軸61は、図2の上方から見た平面視において、シフトセレクト軸15と、食い違い角が90°の食い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M4の双方に直交する方向(図2の上方)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2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2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(図2および図3参照)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、本体ハウジング22に固定されている。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2に示す右方)への転がり軸受64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2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の内輪は、ねじ軸61の他端部に外嵌固定されている。転がり軸受67の外輪は、本体ハウジング22に固定されている。
ナット59の一側面(図2に示す手前側側面。図3に示す左側側面)、および当該一側面とは反対側の他側面(図2に示す奥側側面。図3に示す右側側面)には、それぞれシフトセレクト軸15の軸方向M4に沿う方向(図2の紙面に直交する方向)に延びる円柱状の突出軸70(図2では一方のみ図示。図3を併せて参照)が突出形成されている。一対の突出軸70は、同軸状に配置されている(図3参照)。ナット59は、アーム60の第1係合部72(後述する)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3では、ねじ軸61の軸方向に関し、図2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2に示す右方)にナット59が位置するときのナット59およびアーム60の断面状態を示している。
図2および図3に示すように、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のスプライン部120にスプライン嵌合するための第2係合部73(図3参照)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、リング状(円環状)をなし、シフトセレクト軸15のスプライン部120に対して外嵌されている。第2係合部73の内周面には、スプライン75が形成されており、第2係合部73のスプライン75とスプライン部120のスプライン121とが噛み合うことで、第2係合部73とスプライン部120とのスプライン嵌合が達成されている。なお、第2係合部73は、円環板状をなしているが、円筒状(軸方向に所定の厚みを有する形状)をなしていてもよい。
第1係合部72は、互いに対向する一対の支持板部76(図2では、一方の支持板部76のみを図示)と、一対の支持板部76の基端辺同士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(図2および図3における上端辺)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では、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。
前述したように、シフトセレクト軸15のスプライン部120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スプライン75に、スプライン部120の外周に設けられたスプライン121が噛み合っている。このとき、スプライン121とスプライン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のスプライン部120の外周に対して、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、シフト電磁クラッチ43が接続状態にあって、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の揺動に同伴してシフトセレクト軸15が、中心軸線17まわりに回転する。つまり、スプライン部120が電動モータ23の回転トルクを第2係合部73から受けることで、シフトセレクト軸15が軸回りに回転する。これにより、前述したシフト動作が達成される。
図2に示すように、セレクト変換機構25は、前述した第1歯車56と、伝達軸41と平行に延びた状態で回転可能に設けられたピニオン軸95と、ピニオン軸95の一端部(図2に示す左端部)寄りの所定位置に同軸に固定されて第1歯車56と噛み合う第2歯車81と、ピニオン軸95の他端部(図2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ギヤ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およびピニオンギヤ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2に示す左端部)は、本体ハウジング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2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2に示す右端部)は、転がり軸受84によって支持されている。ピニオンギヤ36とラック部122(図3参照)とがラック・アンド・ピニオン機構により噛み合っているので、セレクト電磁クラッチ45が接続状態にあって、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M4(図1参照)に移動する。つまり、ラック部122が電動モータ23の駆動力をピニオンギヤ36から受けることで、シフトセレクト軸15が軸方向にスライドする。これにより、前述したセレクト動作が達成される。なお、シフトセレクト軸15がスライドしても、第2係合部73とスプライン部120とのスプライン嵌合は維持されている。
ピニオン軸95の他端部82(図2に示す右端部)に関連して、ピニオン軸95の回転角度を検出するためのピニオン角センサ87が配設されている。ピニオン角センサ87によるピニオン軸95の回転角度検出に基づいて、シフトセレクト軸15の軸方向位置が検出される。
本体ハウジング22の底壁(蓋27とは反対側の壁。図2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。ピニオン角センサ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。ピニオン角センサ87は第1センサ軸99の回転角度に基づいて、ピニオン軸95の回転角度を検出する。
本体ハウジング22の底壁(蓋27とは反対側の壁。図2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。ピニオン角センサ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。ピニオン角センサ87は第1センサ軸99の回転角度に基づいて、ピニオン軸95の回転角度を検出する。
また、本体ハウジング22内には、シフトセレクト軸15の回転角度を検出するシフトセレクト角センサ89が設けられている。シフトセレクト角センサ89は、たとえばアナログ電圧出力方式のセンサであり、シフトセレクト軸15の回転角度に対応する検出出力を出力する。
シフトセレクト角センサ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。シフトセレクト角センサ89は、第2センサ軸94の回転角度に基づいてシフトセレクト軸15の回転角度を検出する。
シフトセレクト角センサ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。シフトセレクト角センサ89は、第2センサ軸94の回転角度に基づいてシフトセレクト軸15の回転角度を検出する。
ここで、図2を参照して、前述した本体ハウジング22は、第1本体ハウジング22Aと、第2本体ハウジング22Bとを有している。なお、第1本体ハウジング22Aと第2本体ハウジング22Bとは一体化されていて、これらのハウジングの継ぎ目に隙間は存在しない。そのため、第1本体ハウジング22Aと第2本体ハウジング22Bとの継ぎ目から本体ハウジング22の内外が連通することはない。
第1本体ハウジング22Aは、主にシフトセレクト軸15、ボールねじ機構58、アーム60およびピニオンギヤ36(図2参照)を収容している。第1本体ハウジング22Aは、前述した底壁111、側壁112、側壁113および蓋114(図3参照)等によって区画されている。
第2本体ハウジング22Bは、第1本体ハウジング22Aから、平面視においてシフトセレクト軸15に直交する方向へ延び出る中空円筒状である。第2本体ハウジング22Bにおいて第1本体ハウジング22Aとは反対側の端面には、前述したモータ用開口部13が形成されていて、この端面に対して、蓋27を介して電動モータ23が取り付けられている(図2参照)。図2に示すように、第2本体ハウジング22B内には、前述した切換ユニット26や第2歯車81等が収容されている。
第2本体ハウジング22Bは、第1本体ハウジング22Aから、平面視においてシフトセレクト軸15に直交する方向へ延び出る中空円筒状である。第2本体ハウジング22Bにおいて第1本体ハウジング22Aとは反対側の端面には、前述したモータ用開口部13が形成されていて、この端面に対して、蓋27を介して電動モータ23が取り付けられている(図2参照)。図2に示すように、第2本体ハウジング22B内には、前述した切換ユニット26や第2歯車81等が収容されている。
図4は、電動アクチュエータ21の電気的構成を示す回路図である。
電動アクチュエータ21は、直流回路からなる駆動回路200を有している。駆動回路200は、直流電源201を有する電源側回路202に接続されており、直流2線式の回路である。駆動回路200は、シフト電磁クラッチ43の第1コイル50に給電するための第1クラッチ回路203と、セレクト電磁クラッチ45の第2コイル53に給電するための第2クラッチ回路204と、電動モータ23に給電するためのモータ回路205とを備えている。第1および第2クラッチ回路203,204は、互いに並列に接続されている。
電動アクチュエータ21は、直流回路からなる駆動回路200を有している。駆動回路200は、直流電源201を有する電源側回路202に接続されており、直流2線式の回路である。駆動回路200は、シフト電磁クラッチ43の第1コイル50に給電するための第1クラッチ回路203と、セレクト電磁クラッチ45の第2コイル53に給電するための第2クラッチ回路204と、電動モータ23に給電するためのモータ回路205とを備えている。第1および第2クラッチ回路203,204は、互いに並列に接続されている。
第1クラッチ回路203は、当該第1クラッチ回路203を流れる(第1コイル50に供給される)電流値を変更するための第1スイッチング素子206と、シフト電磁クラッチ43の第1コイル50とを直列接続する構成の回路である。第1クラッチ回路203では、高電位側から第1コイル50および第1スイッチング素子206の順で接続されている。第1コイル50の一端は高電位側に接続され、第1スイッチング素子206の他端は低電位側に接続されている。第1スイッチング素子206は、第1クラッチ回路203の開閉を切り換える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。なお、第1コイル50と第1スイッチング素子206との接続は、第1スイッチング素子206が高電位側であってもよい。
第1スイッチング素子206は、後述するPWM制御部213から与えられるPWM信号を受けて、第1クラッチ回路203の開閉を高速で切り換える。これにより、第1クラッチ回路203に所定の大きさの電流が流れる。
第2クラッチ回路204は、当該第2クラッチ回路204を流れる(第2コイル53に供給される)に供給される電流値を変更するための第2スイッチング素子207と、セレクト電磁クラッチ45の第2コイル53とを直列接続する構成の回路である。第2クラッチ回路204では、高電位側から第2コイル53および第2スイッチング素子207の順で接続されている。第2コイル53の一端は高電位側に接続され、第2スイッチング素子207の他端は低電位側に接続されている。第2スイッチング素子207は、第2クラッチ回路204の開閉を切り換える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。なお、第2コイル53と第2スイッチング素子207との接続は、第2スイッチング素子207が高電位側であってもよい。
第2クラッチ回路204は、当該第2クラッチ回路204を流れる(第2コイル53に供給される)に供給される電流値を変更するための第2スイッチング素子207と、セレクト電磁クラッチ45の第2コイル53とを直列接続する構成の回路である。第2クラッチ回路204では、高電位側から第2コイル53および第2スイッチング素子207の順で接続されている。第2コイル53の一端は高電位側に接続され、第2スイッチング素子207の他端は低電位側に接続されている。第2スイッチング素子207は、第2クラッチ回路204の開閉を切り換える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。なお、第2コイル53と第2スイッチング素子207との接続は、第2スイッチング素子207が高電位側であってもよい。
第2スイッチング素子207は、次に述べるPWM制御部213から与えられるPWM信号を受けて、第2クラッチ回路204の開閉を高速で切り換える。これにより、第2クラッチ回路204に所定の大きさの電流が流れる。
モータ回路205にはインバータ208が設けられている。モータ回路205はインバータ208を介して交流同期モータからなる電動モータ23に交流電流を与える。
モータ回路205にはインバータ208が設けられている。モータ回路205はインバータ208を介して交流同期モータからなる電動モータ23に交流電流を与える。
このような駆動回路200では、回転状態にある電動モータ23が急減速する際には、電動モータ23が発電機として動作し、インバータ208を経由してモータ回路205に回生電流が流れるおそれがある。
駆動回路200では、第1クラッチ回路203や第2クラッチ回路204と並列に接続されている。そのため、電動モータ23の減速に伴ってモータ回路205に流れ入る回生電流が、第1クラッチ回路203および第2クラッチ回路204に選択的に供給される。すなわち、駆動回路200では、第1クラッチ回路203および第2クラッチ回路204を回生回路として機能させており、その他に回生回路は設けられていない。
駆動回路200では、第1クラッチ回路203や第2クラッチ回路204と並列に接続されている。そのため、電動モータ23の減速に伴ってモータ回路205に流れ入る回生電流が、第1クラッチ回路203および第2クラッチ回路204に選択的に供給される。すなわち、駆動回路200では、第1クラッチ回路203および第2クラッチ回路204を回生回路として機能させており、その他に回生回路は設けられていない。
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、電動モータ23を制御するためのモータ制御部211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212とを備えている。クラッチ制御部212は、第1および第2スイッチング素子206,207をPWM制御するためのPWM制御部213を備えている。PWM制御部213は、所定のデューティ比のPWM信号を第1および第2スイッチング素子206,207にそれぞれ与える。第1スイッチング素子206に付与されるPWM信号のデューティ比を制御することにより、第1クラッチ回路203を流れる電流、すなわち第1コイル50への供給電流を調節する。また、第2スイッチング素子207に付与されるPWM信号のデューティ比を制御することにより、第2クラッチ回路204を流れる電流、すなわち第2コイル53への供給電流を調節する。
なお、制御部88には、ピニオン角センサ87(図2参照)およびシフトセレクト角センサ89(図2参照)の検出出力(たとえば検出電圧)や、車両の変速操作レバー(図示しない)の位置情報が入力されるようになっている。
駆動回路200には、当該駆動回路200内の電圧を検出するための電圧検出回路(駆動回路電圧検出回路)が設けられている。電圧検出回路の一端が抵抗216を介して高電位側に接続されており、また、電圧検出回路の他端が抵抗217を介して低電位側に接続されている。
駆動回路200には、当該駆動回路200内の電圧を検出するための電圧検出回路(駆動回路電圧検出回路)が設けられている。電圧検出回路の一端が抵抗216を介して高電位側に接続されており、また、電圧検出回路の他端が抵抗217を介して低電位側に接続されている。
電動アクチュエータ21の駆動時には、シフトおよびセレクト電磁クラッチ43,45は選択的に接続状態にある。すなわち、第1および第2クラッチ回路203,204が選択的に閉じている。
そして、回転状態にある電動モータ23が急減速する際には、電動モータ23が発電機として機能し、電動モータ23で発生した回生電力がインバータ208を経由しモータ回路205(駆動回路200)に逆流する。換言すると、駆動回路200に回生電流が流れるおそれがある。この場合、駆動回路200に設けられるコンデンサ(図示しない)にエネルギーがたまって電圧が上昇する。
そして、回転状態にある電動モータ23が急減速する際には、電動モータ23が発電機として機能し、電動モータ23で発生した回生電力がインバータ208を経由しモータ回路205(駆動回路200)に逆流する。換言すると、駆動回路200に回生電流が流れるおそれがある。この場合、駆動回路200に設けられるコンデンサ(図示しない)にエネルギーがたまって電圧が上昇する。
そして、駆動回路200に付与された回生電流は、閉状態にあるクラッチ回路203,204(クラッチ回路203,204のうち、接続状態にある電磁クラッチ43,45に対応するクラッチ回路203,204)を流れる。また、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて、スイッチング素子206,207に付与するPWM信号のデューティ比を、駆動回路200内の電圧に応じて制御する。以下、具体的に説明する。
シフト電磁クラッチ43が接続状態にある状態で駆動回路200に回生電力が与えられると、第1コイル50に給電するための第1クラッチ回路203に回生電流が流れる。すなわち、駆動回路200に付与された回生電力を第1クラッチ回路203で消費することができる。このとき、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて、第1スイッチング素子206に付与するPWM信号のデューティ比をそれまでよりも高くする。すなわち、第1スイッチング素子206に対するPWM制御により、第1クラッチ回路203を流れる回生電流の大きさを調節することができる。そして、第1コイル50に与えられる電流値が大きくなる結果、当該第1コイル50に発生する磁力が大きくなることにより、接続状態にあるシフト電磁クラッチ43の締結力を増大させることができる。
セレクト電磁クラッチ45が接続状態にある状態で駆動回路200に回生電力が与えられると、第2コイル53に給電するための第2クラッチ回路204に回生電流が流れる。すなわち、駆動回路200に付与された回生電力を第2クラッチ回路204で消費することができる。このとき、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて、第2スイッチング素子207に付与するPWM信号のデューティ比をそれまでよりも高くする。すなわち、第2スイッチング素子207に対するPWM制御により、第2クラッチ回路204を流れる回生電流の大きさを調節することができる。そして、第2コイル53に与えられる電流値が大きくなる結果、当該第2コイル53に発生する磁力が大きくなることにより、接続状態にあるセレクト電磁クラッチ45の締結力を増大させることができる。すなわち、PWM制御部213(クラッチ制御部212)は、回生電流の大きさを調節する回生制御部として機能する。
以上によりこの実施形態によれば、電動モータ21の急減速に伴ってインバータ208を経由して駆動回路200に流れ入る回生電力がクラッチ回路203,204によって消費される。すなわち、クラッチ回路203,204を回生回路として機能させることができる。これにより、駆動回路200において、回生回路を省略しつつ回生電力を消費することができ、その結果、コストダウンを図ることができる。
また、接続状態にある側の電磁クラッチ43,45に給電するためのクラッチ回路203,204に回生電流を流すので、回生電流を用いて接続状態にある電磁クラッチ43,45の締結力を増大させることができる。
また、駆動回路200に回生電力が付与される場合において、駆動回路200の電圧に基づいて第1および第2クラッチ回路203,204に流れる電流が制御することにより、第1および第2クラッチ回路203,204を流れる電流を、回生電力を十分に消費可能な大きさに制御することができる。その結果、第1および第2クラッチ回路203,204において、回生電力を完全に消費することができる。
また、駆動回路200に回生電力が付与される場合において、駆動回路200の電圧に基づいて第1および第2クラッチ回路203,204に流れる電流が制御することにより、第1および第2クラッチ回路203,204を流れる電流を、回生電力を十分に消費可能な大きさに制御することができる。その結果、第1および第2クラッチ回路203,204において、回生電力を完全に消費することができる。
図5は、本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータ21Aの電気的構成を示す回路図である。電動アクチュエータ21Aは、図4に示す駆動回路200に代えて、駆動回路200Aを備えている。図5において図1〜4に示す実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。駆動回路200Aが駆動回路200と相違する点は、駆動回路200Aには、回生電力を消費するための回生回路220Aが設けられている。すなわち、駆動回路200Aでは、第1および第2クラッチ回路203,204ならびに回生回路220Aが回生回路として機能する。
回生回路220Aは、回生抵抗221Aと、たとえばFET等からなる回生用スイッチング素子222Aとが直列に、回生抵抗221Aおよび回生用スイッチング素子222Aの順で接続されている。回生抵抗221Aの一端は高電位側に接続され、回生用スイッチング素子222Aの他端は低電位側に接続されている。回生抵抗221Aは、抵抗値の比較的低い小型の抵抗器である。回生用スイッチング素子222Aは、第1および第2スイッチング素子206,207と同様、PWM制御部213によってPWM制御される。
シフト電磁クラッチ43が接続状態にある状態で駆動回路200に回生電力が与えられると、第1コイル50に給電するための第1クラッチ回路203に回生電流が流れる。このとき、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて、第1スイッチング素子206に付与するPWM信号のデューティ比をそれまでよりも高くする。
また、このとき、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて回生用スイッチング素子222AをPWM制御し、回生回路220Aを閉状態にする。そのため、第1クラッチ回路203だけでなく回生回路220Aにも回生電流が流れ、駆動回路200に付与された回生電力の一部を、回生回路220Aで消費させることができる。なお、回生抵抗221Aおよび回生用スイッチング素子222Aの接続は、回生用スイッチング素子222Aが高電位側であってもよい。
一方、セレクト電磁クラッチ45が接続状態にある状態で駆動回路200に回生電力が与えられると、第2コイル53に給電するための第2クラッチ回路204に回生電流が流れる。このとき、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて、第2スイッチング素子207に付与するPWM信号のデューティ比をそれまでよりも高くする。
また、このとき、PWM制御部213は、電圧検出回路によって検出される駆動回路200の電圧に基づいて回生用スイッチング素子222AをPWM制御し、回生回路220Aを閉状態にする。そのため、第2クラッチ回路204だけでなく回生回路220Aにも回生電流が流れ、駆動回路200に付与された回生電力の一部を、回生回路220Aで消費させることができる。
以上により図5の実施形態によれば、前述の実施形態の作用効果に加えて以下の効果を奏する。すなわち、クラッチ回路203,204で回生電力を完全に消費し切れない場合には回生回路220Aが別途必要になるが、その場合であっても、回生回路220Aに含まれる回生抵抗221Aとして小型の抵抗器を採用することができる。
以上、2つの実施形態を例に挙げて説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
以上、2つの実施形態を例に挙げて説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、電磁クラッチ43,45を2個有する電動アクチュエータ21,21Aを例に挙げて説明したが、1個しか電磁クラッチを有さない電動アクチュエータにも本願発明を適用することができる。
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。
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。
2…変速機、15…シフトセレクト軸(操作軸)、16…シフトレバー(操作レバー)、21…電動アクチュエータ、21A…電動アクチュエータ、23…電動モータ、24…シフト変換機構、25…セレクト変換機構、43…シフト電磁クラッチ、45…セレクト電磁クラッチ、50…第1コイル、53…第2コイル、200…駆動回路、200A…駆動回路、203…第1クラッチ回路、204…第2クラッチ回路、206…第1スイッチング素子、207…第2スイッチング素子、208…インバータ、215…電圧検出器(駆動回路電圧検出回路)
Claims (6)
- 操作レバーが連結された操作軸を移動させることで前記操作レバーを変速操作させるための電動アクチュエータであって、
交流同期モータからなり、回転トルクを発生させるための電動モータと、
前記回転トルクを前記操作軸に伝達するための伝達機構と、
磁力を発生可能なコイルを有し、接続/切断により前記電動モータからの前記回転トルクを前記伝達機構に伝達/遮断するための電磁クラッチと、
前記電動モータに接続され、直流を交流に変換するためのインバータと、
直流電源からの直流電力を、前記インバータを介して前記電動モータに付与するためのモータ回路と、前記直流電源からの直流電力を前記コイルに供給するためのクラッチ回路とを有する駆動回路とを含み、
前記電動モータに発生する回生電力が、前記インバータおよび前記モータ回路を経由して前記クラッチ回路に付与されるようになっている、電動アクチュエータ。 - 電動アクチュエータは、前記操作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、前記操作軸を軸方向へ移動させることで前記操作レバーをセレクト動作させるためのものであり、
前記伝達機構は、前記回転トルクを、前記操作軸を軸まわりに回転させる力に変換して前記操作軸に伝達するシフト変換機構と、前記回転トルクを、前記操作軸を軸方向へ移動させる力に変換して前記操作軸に伝達するセレクト変換機構とを含み、
前記電磁クラッチは、磁力を発生可能な第1コイルを有し、接続/切断することにより、前記電動モータからの前記回転トルクを前記シフト変換機構に伝達/遮断するシフト電磁クラッチと、磁力を発生可能な第2コイルを有し、接続/切断することにより、前記電動モータからの前記回転トルクを前記セレクト変換機構に伝達/遮断するセレクト電磁クラッチとを含み、
前記クラッチ回路は、前記直流電源からの直流電力を前記第1コイルに供給するための第1クラッチ回路と、前記第1クラッチ回路と並列に接続され、前記直流電源からの直流電力を前記第2コイルに供給するための第2クラッチ回路とを含む、請求項1に記載の電動アクチュエータ。 - 前記駆動回路は、前記回生電力の付与先を前記第1クラッチ回路と前記第2クラッチ回路との間で選択的に切り換える切換え手段をさらに含み、
前記電動アクチュエータは、前記切換え手段を制御する切換え制御手段をさらに含み、
前記切換え制御手段は、前記第1および第2クラッチ回路のうち、接続状態にある電磁クラッチに対応する側のクラッチ回路を閉じる、請求項2に記載の電動アクチュエータ。 - 前記切換え手段は、前記第1クラッチ回路に、前記シフト電磁クラッチと直接に接続された第1スイッチング素子と、前記第2クラッチ回路に、前記セレクト電磁クラッチと直接に接続された第2スイッチング素子とを含み、
前記切換え制御手段は、前記第1および第2スイッチング素子をそれぞれPWM制御することにより、前記第1および第2クラッチ回路に流れる電流の大きさをそれぞれ制御する、請求項3に記載の電動アクチュエータ。 - 前記駆動回路の電圧を検出するための駆動回路電圧検出回路をさらに含み、
前記切換え制御手段は、前記駆動回路の電圧に基づいて、前記第1および第2クラッチ回路に流れる電流の大きさをそれぞれ制御する、請求項3または4に記載の電動アクチュエータ。 - 変速機を操作するための操作レバーが連結され、移動させられることにより前記操作レバーを変速動作させるための操作軸と、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動アクチュエータとを含む、変速駆動装置。
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