JP2021035127A - Linear actuator, connection/disconnection device, and vehicle connection/disconnection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はリニアアクチュエータ、断接装置及び車両用断接装置に関する。 The present invention relates to a linear actuator, a disconnection device, and a vehicle disconnection device.
従来から、車両用断接装置のクラッチ部材を断接するために、アクチュエータが用いられている。例えば、特許文献1に記載の可動子に磁石を有するリニアアクチュエータがアクチュエータとして採用されている。
Conventionally, an actuator has been used to engage and disengage a clutch member of a vehicle engaging and disengaging device. For example, the linear actuator having a magnet in the mover described in
可動子に磁石を有するリニアアクチュエータでは、可動子に設置された磁石の磁力と、通電したコイルに発生する磁力をもとに可動子を移動させる推力を得ている。特許文献1では、磁石の磁力を大きくし、推力を向上させている。しかし、コイルにより発生した磁界を収束するヨークと磁石の間の透磁率が低い空隙が比較的大きいため、磁力を推力に変換する効率について改善の余地がある。
In a linear actuator having a magnet in the mover, a thrust for moving the mover is obtained based on the magnetic force of the magnet installed in the mover and the magnetic force generated in the energized coil. In
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁力の推力への変換効率が高いリニアアクチュエータ、断接装置及び車両用断接装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a linear actuator, a connection / disconnection device, and a connection / disconnection device for a vehicle, which have high efficiency of converting magnetic force into thrust.
上記の課題を解決するリニアアクチュエータは、固定子と、固定子に対して相対的に移動可能な可動子とを有し、固定子は、コイルと、コイルを保持するヨークとを有し、可動子は、プランジャーと、プランジャーから固定子へ向かって突出する磁性体を含む第1突出部及び第2突出部と、可動子の移動方向において第1突出部と第2突出部との間に配置される磁石とを有する。 A linear actuator that solves the above problems has a stator and a mover that can move relative to the stator, and the stator has a coil and a yoke that holds the coil and is movable. The child is between the plunger, the first and second protrusions containing the magnetic material protruding from the plunger toward the stator, and the first and second protrusions in the moving direction of the mover. Has a magnet and is placed in.
上記構成によれば、コイル又は磁石が発生させる磁力により第1突出部及び第2突出部が磁化され、透磁率が低い空隙が減少するため、磁力の推力への変換効率を向上できる。 According to the above configuration, the first protruding portion and the second protruding portion are magnetized by the magnetic force generated by the coil or the magnet, and the voids having low magnetic permeability are reduced, so that the conversion efficiency of the magnetic force into the thrust can be improved.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態にかかる車両用断接装置1の構成の一例を示す斜視図である。図2は第1実施形態にかかる車両用断接装置1の構成の一例を示す分解斜視図である。図3は第1実施形態にかかる車両用断接装置1の構成の一例を示す正面図である。図4は第1実施形態にかかる車両用断接装置1の図3におけるIV−IV断面図である。図5は第1実施形態にかかる車両用断接装置1の図4におけるV−V断面図である。図中、X軸は水平面上においてシャフト2の軸方向に直行する方向に対応し、Y軸はシャフト2の軸方向に対応し、Z軸は鉛直面上においてシャフト2の軸方向に直行する方向に対応する。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of the vehicle connecting / disconnecting
本実施形態にかかる車両用断接装置1は、シャフト2、第1回転体3、第2回転体4、ドグクラッチ(クラッチ部材)5及びリニアアクチュエータ6を有する。
The
第1回転体3及び第2回転体4は、シャフト2により回動可能に軸支され、軸方向の摺動は制限される。
The first rotating
ドグクラッチ5は、シャフト2に対してスプライン嵌合しており、シャフト2に対する相対回動は制限されるが、軸方向に摺動可能である。ドグクラッチ5はリニアアクチュエータ6によりシャフト2の軸方向に摺動することで第1回転体3と係合する第1係合状態、第2回転体4と係合する第2係合状態、第1係合状態と第2係合状態の間で第1回転体3及び第2回転体4の双方と係合しない非係合状態とを推移する。係合状態とは、ドグクラッチ5に設けられるドグクラッチ歯9と、第1回転体3又は第2回転体4に設けられる回転体歯10が係り合う状態をいい、ドグクラッチ歯9及び回転体歯10を介して第1回転体3又は第2回転体4の動力がドグクラッチ5に伝達される。ドグクラッチ5はクラッチ部材の一例である。クラッチ部材として、摩擦クラッチ等を用いてもよい。回転体(第1回転体3及び第2回転体4)は1つのみでもよい。
The
図4に示すように、リニアアクチュエータ6は、固定子7及び可動子8を有する。
As shown in FIG. 4, the
固定子7は、シャフト2の同心円状に固定されている。
The
可動子8は、ドグクラッチ5と連動し、固定子7に対して相対的に移動可能である。
The
図4、図5に示すように、固定子7は、ケース11、コイル12(12A、12B、12C)、ボビン13及びヨーク14を有する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
ケース11は、固定子7の外郭の一部を形成する。
The
コイル12は、ボビン13に銅線等の電気伝動体を巻き付けることで形成される。コイル12に電気を流すことで磁界(磁力)が発生する。本実施形態においては、図4に示すように、固定子7は、3つのコイル12を有し、第1回転体3側からY軸方向に沿って、コイル12A、コイル12B、コイル12Cの順に配置される。なお、コイル12の個数は必ずしも3つである必要はなく、2つ以下でも、4つ以上でもよい。コイル12の数が多いほど、推力が向上し、後述するプランジャー21が保持される地点が増える。コイル12の数が少ないほど、車両用断接装置1が小型になる。
The
ヨーク14は、コイル12を保持する。ヨーク14は、固定子7の外郭の一部を形成する。ヨーク14は、磁性体を含み、コイル12により発生した磁界を収束し、磁化される。
The
図4、図5に示すように、可動子8はプランジャー21及び2つの磁石22(22A、22B)を有する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
プランジャー21は、磁性体を含み、コイル12又は磁石22が発生させる磁場により磁化される。プランジャー21は、ドグクラッチ5に連結され、ドグクラッチ5と一体的に移動する。
The
プランジャー21は、環状部23、2つの磁石固定部24、第1突出部25、及び第2突出部26を有する。
The
環状部23は、ドグクラッチ5の外周に沿って環状に形成される。環状部23は、ドグクラッチ5に連結される。環状部23は、磁性体を含み、磁石固定部24、第1突出部25及び第2突出部26を連結し、磁力を伝える。
The
磁石固定部24は、磁石22を固定する部分である。磁石固定部24は、環状部23(プランジャ―21の外周)から固定子6に向かって延設される。磁石固定部24は磁性体を含み、コイル12又は磁石22が発生させる磁場により磁化される。なお、磁石固定部24の個数は必ずしも2つである必要はなく、磁石22の個数に対応する個数だけ設けられるのがよい。
The
第1突出部25及び第2突出部26は、環状部23(プランジャ―21の外周)から固定子6に向かって延設される。第1突出部25及び第2突出部26は、空気より透磁率の高い磁性体を含み、コイル12又は磁石22が発生させる磁場により磁化される。
The first protruding
磁石固定部24は、第1突出部25及び第2突出部26の間に配置される。2つの磁石固定部24、第1突出部25及び第2突出部26は、互いに離れて配置される。なお、環状部23、磁石固定部24、第1突出部25及び第2突出部26を一体的に形成することで、プランジャー21全体の透磁率を向上できる。
The
上記構成により、コイル12又は磁石22が発生させる磁力により第1突出部25及び第2突出部26が磁化され、透磁率が低い空隙が減少するため、磁力の推力への変換効率を向上できる。これにより、リニアアクチュエータ6の推力が向上し、ドグラッチ5は応答性が向上する。また、ドグクラッチ5の応答性を向上する必要がない場合には、向上した変換効率に相当するコイル12の磁力を低減できるため、コイル12の巻き数を減らし、車両用断接装置1としての外径を小型化でき、車両への搭載性を向上させることができる。
With the above configuration, the first protruding
磁石22は、磁石固定部24に固定され、環状に配置される。磁石22のN極及びS極のうち、一方の極は固定子7に近い領域に配置され、他方の極はプランジャー21に近い領域に配置される。本実施形態における磁石22A(第1磁石)のN極は、固定子7に近い領域に配置され、本実施形態における磁石22B(第2磁石)のN極は、プランジャー21に近い領域に配置される。なお、磁石22の個数は必ずしも2つである必要はなく、1つでも、3つ以上でもよい。磁石22の数が多いほど、推力が向上し、後述するプランジャー21が保持される地点が増える。磁石22の数が少ないほど、車両用断接装置1が小型になる。なお、異なる領域に配置される磁石22のN極の個数が必ずしも同数である必要はないし、一方の領域に磁石22のN極がすべて配置されてもよい。磁石22のN極の配置に合わせて、後述するようにコイル12の通電方法を適切に選択することで、プランジャー21の移動と保持が可能である。
The
図6はコイル12が非通電の場合にプランジャー21に加わる推力とプランジャー21の中心の変位の関係の一例を示すグラフである。図7はコイル12に通電した場合にプランジャー21に加わる推力とプランジャー21の中心の変位の関係の一例を示すグラフである。図8は図7に示すd地点におけるプランジャー21、第1回転体3及び第2回転体4の位置関係の一例を示す断面図である。図9は図7に示すe地点におけるプランジャー21、第1回転体3、及び第2回転体4の位置関係の一例を示す断面図である。
FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the thrust applied to the
図6、図7に示すグラフの縦軸はプランジャー21に働く推力を示し、推力が正のときは、プランジャー21が変位の正方向に移動する。横軸はプランジャー21の中心の変位を示す。変位の正方向はY軸の矢印方向に対応しており、変位がbのとき、図4に示すようにプランジャー21の中心はコイル12Bの正面に位置する。
The vertical axis of the graphs shown in FIGS. 6 and 7 indicates the thrust acting on the
図6において、推力が正の位置に存在する場合には、プランジャー21は変位の正方向に移動し、曲線と横軸の交点で推力が0となり、保持される。推力が負の位置に存在する場合には、プランジャー21は変位の負方向に移動し、曲線と横軸の交点で推力が0となり、保持される。図6中では、プランジャー21はa、b、c地点の3か所に保持されうる。
In FIG. 6, when the thrust is in the positive position, the
図7において、通電例Aは、コイル12Aの電流磁性が紙面から出てくる方向に流れ、コイル12B及びコイル12Cの電流磁性が紙面に向かって流れる場合の推力と変位の関係を示す。通電例Bは、コイル12Aの電流磁性が紙面に向かって流れ、コイル12B及びコイル12Cの電流磁性が紙面から出てくる方向に流れる場合の推力と変位の関係を示す。
In FIG. 7, the energization example A shows the relationship between the thrust and the displacement when the current magnetism of the
非通電時にa地点に存在するプランジャー21をc地点まで移動させる場合には、まず、通電例Aに従いコイル12に電流を流す。a地点に存在するプランジャー21に正方向の推力が働くため、プランジャー21はb地点に向かって移動する。b地点では推力が0となり、プランジャー21は停止する。次に、b地点付近で通電例Bに切り替えることで、引き続きプランジャー21に正方向の推力が働くため、プランジャー21はc地点に向かって移動する。c地点に到達すると推力が0となり、プランジャー21は停止する。ここで、通電を止めると、非通電の場合の推力に従い、プランジャー21はc地点に保持される。
When moving the
非通電時にa地点に存在するプランジャー21をd地点まで移動させる場合には、まず、通電例Bに従いコイル12に電流を流す。a地点に存在するプランジャー21に負方向の推力が働くため、プランジャー21はd地点に向かって移動する。図8に示すようにd地点ではプランジャー21が第1回転体3に接触し、d地点で停止する。ここで、通電を止めると、非通電の推力に従い、プランジャー21に負方向の推力が働くものの、第1回転体3から受ける抗力が推力とつりあうため、d地点に保持される。なお、通電方法を適切に選択することで、プランジャー21をc地点からa地点に移動することや、c地点からe地点に移動したのちに、図9に示すようにe地点に保持することが可能である。なお、第1回転体3又は第2回転体4の位置は、必ずしも図8又は図9に示す位置である必要はない。非通電時に、第1回転体3又は第2回転体4からプランジャー21に対して抗力が発生する位置であればよい。抗力が発生する位置とは、第1回転体3側においては、非通電時にプランジャー21に負方向の推力が働く位置であり、第2回転体4側においては、非通電時にプランジャー21に正方向の推力が働く位置である。
When moving the
以上に記述したように、本実施形態によれば少なくとも以下の効果を得られる。
・コイル12又は磁石22が発生させる磁力により第1突出部25及び第2突出部26が磁化され、透磁率が低い空隙が減少するため、磁力の推力への変換効率を向上できる。これにより、リニアアクチュエータ6の推力が向上し、ドグラッチ5は応答性が向上する。また、ドグクラッチ5の応答性を向上する必要がない場合には、向上した変換効率に相当するコイル12の磁力を低減できるため、コイル12の巻き数を減らし、車両用断接装置1としての外径を小型化でき、車両への搭載性を向上させることができる。
・コイル12の個数が3つ以上であり、磁石22の個数が2つ以上である場合には、非通電時に推力が0となる地点が3か所以上存在し、ドグクラッチ5を第1係合状態、第2係合状態、及び非係合状態の3つの状態で保持できる。さらに、N極の配置が異なる磁石22が交互に配置される場合には、少なくとも3か所の保持点において、N極の配置が異なる複数の磁石22がヨーク14と対向する。これにより、主に磁石22を介して磁束ループが形成され、推力を生じる第1突出部及び第2突出部が磁化されづらいため、保持力を向上できる。
・第1回転体3を非通電時にプランジャー21に負方向の推力が発生する位置に配置すること、又は第2回転体4を非通電時にプランジャー21に正方向の推力が発生する位置に配置することで、非通電時に推力が0となる地点以外の地点において、非通電状態でプランジャー21を保持できる。
As described above, at least the following effects can be obtained according to the present embodiment.
-The first protruding
When the number of
The first
(第2実施形態)
図10は第2実施形態にかかる車両用断接装置1の制御部32等の一例を示すブロック図である。図11は第2実施形態にかかる振動検知センサー31が振動を検知した場合に制御部32が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。第2実施形態について、第1実施形態と異なる構成のみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a
本実施形態にかかる車両用断接装置1は、振動検知センサー31及び制御部32を有する。
The
振動検知センサー31は、可動子8に外力が働いているかを判断するために、可動子8の振動を検出し、制御部32に信号を出力する。なお、可動子8に外力が働いているかを判断する方法として、ストロークセンサー等を用いてもよい。
The
制御部32は、CPU(Central Processing Unit)33を有する。制御部32は、振動検知センサー31からの出力信号をCPU33により処理し、リニアアクチュエータ6にコイル12に通電させるための信号を出力する。CPU33に替えて、DSP(Digital Signal Processor)等の他の論理演算プロセッサや論理回路等が用いられる構成であってもよい。
The
図11に示すフローチャートを参照して、振動検知センサー31が振動を検知した場合に制御部32が実行する処理について説明する。
The process executed by the
図11に示すように、制御部32は、可動子8の移動(第1係合状態、第2係合状態及び非係合状態の切り替え)が必要であるか否かを判断する(ステップS1)。必要であると判断された場合(ステップS1:Yes)、制御部32はコイル12に可動子8に推力が働くように通電を行う(ステップS2)。その後、制御部32は本処理を繰り返す。
As shown in FIG. 11, the
可動子8の移動が必要ではないと判断された場合(ステップS1:No)、振動検知センサー31が所定値以上の振動を検知しているか否かを判断する(ステップS3)。検知していない場合(ステップS3:No)、制御部32はコイルへの通電を止める(ステップS4)。
When it is determined that the movement of the
振動を検知した場合(ステップS3:Yes)には、制御部32はコイル12に可動子8が現状の位置に保持されるように通電を行う(ステップS5)。例えば、可動子8が図7のb地点に存在する場合には、b地点付近のb地点に向かう推力が非通電の場合に比べて大きくなるように、通電例Aに従い通電を行う。その後、ステップS1に戻って処理を続ける。
When vibration is detected (step S3: Yes), the
上記のように、制御を行うことで、一定値以上の外力を検知した場合にのみ、コイル12に通電を行い、外力に耐えうる保持力を発生させることができ、保持力を得るために常時通電する場合に比べて、消費電力を抑制できる。
As described above, by performing control, the
(第3実施形態)
図12は第3実施形態にかかる車両用断接装置1の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態について、第1実施形態と異なる構成のみ説明する。
(Third Embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the vehicle connecting /
本実施形態にかかる磁石22は、複数の棒磁石41により構成される。棒磁石41はプランジャー21の外周に沿って、環状に配置される。なお、磁石22を構成する複数の磁石は棒磁石41に限られず、板状磁石等を用いてもよい。
The
棒磁石41を使用する場合には、1つの環状の磁石を使用する場合に比べて、車両用断接装置1の製造コストを低減できる。
When the
(別実施形態)
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
(Separate embodiment)
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1:車両用断接装置
2:シャフト
3:第1回転体
4:第2回転体
5:ドグクラッチ(クラッチ部材)
6:リニアアクチュエータ
7:固定子
8:可動子
9:ドグクラッチ歯
10:回転体歯
11:ケース
12:コイル
13:ボビン
14:ヨーク
21:プランジャー
22:磁石
23:環状部
24:磁石固定部
25:第1突出部
26:第2突出部
31:振動検知センサー
32:制御部
33:CPU
41:棒磁石
1: Vehicle disconnection device 2: Shaft 3: First rotating body 4: Second rotating body 5: Dog clutch (clutch member)
6: Linear actuator 7: Stator 8: Movable 9: Dog clutch tooth 10: Rotating body tooth 11: Case 12: Coil 13: Bobbin 14: York 21: Plunger 22: Magnet 23: Annulus 24: Magnet fixing part 25 : 1st protruding part 26: 2nd protruding part 31: Vibration detection sensor 32: Control unit 33: CPU
41: Bar magnet
Claims (8)
前記固定子は、コイルと、前記コイルを保持するヨークとを有し、
前記可動子は、プランジャーと、前記プランジャーから前記固定子へ向かって突出する磁性体を含む第1突出部及び第2突出部と、前記可動子の移動方向において前記第1突出部と前記第2突出部との間に配置される磁石とを有する
リニアアクチュエータ。 It has a stator and a mover that can move relative to the stator.
The stator has a coil and a yoke that holds the coil.
The mover includes a plunger, a first protrusion and a second protrusion containing a magnetic material protruding from the plunger toward the stator, and the first protrusion and the mover in the moving direction of the mover. A linear actuator having a magnet arranged between it and a second protrusion.
前記可動子の移動方向において、前記磁石は、2つ以上配置され、
前記複数の磁石は、N極が前記固定子に近い領域に配置され、S極が前記プランジャーに近い領域に配置される第1磁石と、S極が前記固定子に近い領域に配置され、N極が前記プランジャーに近い領域に配置される第2磁石とを少なくとも有し、前記第1磁石と前記第2磁石とが、交互に配置されて構成される
請求項2に記載のリニアアクチュエータ。 In the moving direction of the mover, three or more of the coils are arranged.
Two or more of the magnets are arranged in the moving direction of the mover.
The plurality of magnets include a first magnet in which the north pole is arranged in a region close to the stator and the south pole is arranged in a region close to the plunger, and the south pole is arranged in a region close to the stator. The linear actuator according to claim 2, wherein the N pole has at least a second magnet arranged in a region close to the plunger, and the first magnet and the second magnet are alternately arranged. ..
請求項2又は3に記載のリニアアクチュエータ。 The linear actuator according to claim 2 or 3, wherein the coil is energized when an external force acts on the mover while the coil is not energized.
前記クラッチ部材は、前記シャフトの外周であって前記コイルの内周に配置された前記プランジャーに接続され、前記リニアアクチュエータにより前記シャフトの軸方向に摺動し、前記回転体と係合する係合状態と、前記回転体と係合しない非係合状態とを推移する
断接装置。 A shaft, a rotating body rotatably supported by the shaft, a clutch member whose relative rotation is restricted with respect to the shaft and slidably supported on the shaft, and claims 1 to 1. 3 Having the linear actuator according to any one of the above,
The clutch member is connected to the plunger which is the outer circumference of the shaft and is arranged on the inner circumference of the coil, slides in the axial direction of the shaft by the linear actuator, and engages with the rotating body. A connecting / disconnecting device that changes between an engaged state and a non-engaged state that does not engage with the rotating body.
請求項4に記載の断接装置。 Claim that the rotating body is arranged in a region that regulates the thrust in the direction from the first protrusion acting on the mover by the magnetic force of the magnet while the coil is not energized. 4. The connecting / disconnecting device according to 4.
前記クラッチ部材は、前記シャフトの外周であって前記コイルの内周に配置された前記プランジャーに接続され、前記リニアアクチュエータにより前記シャフトの軸方向に摺動し、前記第1回転体と係合する係合状態と、前記第2回転体と係合する係合状態とを推移する
車両用断接装置。 A shaft, a first rotating body and a second rotating body rotatably supported by the shaft, and a clutch whose relative rotation is restricted with respect to the shaft and slidably supported on the shaft. It has a member and the linear actuator according to any one of claims 1 to 3.
The clutch member is connected to the plunger which is the outer circumference of the shaft and is arranged on the inner circumference of the coil, slides in the axial direction of the shaft by the linear actuator, and engages with the first rotating body. A vehicle connecting / disconnecting device that changes between an engaged state in which the vehicle engages and an engaged state in which the second rotating body engages with the second rotating body.
請求項6に記載の車両用断接装置。 The first rotating body is located in a region that regulates the thrust in the direction from the second rotating body to the first rotating body that acts on the mover by the magnetic force of the magnet while the coil is not energized. The vehicle connecting / disconnecting device according to claim 6, which is arranged.
請求項6又は7に記載の車両用断接装置。
The second rotating body is located in a region that regulates the thrust in the direction from the first rotating body to the second rotating body that acts on the mover by the magnetic force of the magnet while the coil is not energized. The vehicle connecting / disconnecting device according to claim 6 or 7.
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Family Applications (1)
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JP (1) | JP2021035127A (en) |
-
2019
- 2019-08-21 JP JP2019151473A patent/JP2021035127A/en active Pending
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