JP6575771B2 - 電磁気アクチュエータ・アセンブリ用非接触センサ - Google Patents

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Description

本発明は、電磁気アクチュエータ・アセンブリの係合/係合解除を感知することに関する。特定の複数の実施形態において、電磁気アクチュエータ・アセンブリは、ロッキング・デフ・アセンブリ又は他のロッキング・ギアセット・アセンブリの一部である。
特定の複数のロッキング・ギアセットは、係合状態と係合解除状態との間で切り替わり得る。車両デフキャリア(一般的には単に「差動装置」として公知である)は、そのようなタイプのギアを含む。状況として、差動装置は、その内部にある複数の差動歯車を利用し、複数の差動歯車は通常、3本のシャフトによってその外部に接続される。入力シャフトは、トルク及び回転を車両エンジンから複数の差動歯車内部へと伝達する。次に、他の2本のシャフトのそれぞれは、トルク及び回転の一部を、複数の差動歯車から外方へ、別個の複数の外輪へと個別に伝達する。差動装置の動作に関しては、車両が直線的に運転されているとき、差動装置は、軸と共に回転し、サイドギア及びピニオンギアはかみ合うが、互いに対して回転しない。しかしながら、車両が曲がるときでも差動装置は回転するが、サイドギア及びピニオンギアはかみ合い、わずかに回転するので、一方の車輪が他方の車輪より速く曲がることが可能である。
従って、非常に頻繁に発生することであるが、車両が曲がっているとき、外輪の軌道は内輪の軌道より半径が大きくなるので、差動装置は必要である。その結果、内輪と比較して、外輪はより長い距離を移動し、より速く動き、より多く回転する。しかしながら、両方の車輪が同一の車軸上にある場合、この例では、曲がるためには、一方又は両方の車輪が滑る、又はスリップする必要がある。したがって、差動装置の機能は、複数の車輪が、異なる速度ではあるが等しいトルクで曲がることを可能にする。
特定の複数の状況において、1つの軸上にある2つの車輪は、利用可能な駆動力(traction)及び各車輪で見られる抵抗における複数の差異に関係なく、同一の回転速度に限定されるように、差動装置をロックすることは望ましい。
差動装置をロックすることの制御には、いくつかの動作が関与している。差動装置の係合は、アクチュエータ・アセンブリによって制御される。アクチュエータ・アセンブリは、コントローラを通して、車両によって電力供給され、信号を受ける。当技術分野で公知のように、アクチュエータ・アセンブリは、他の複数の構成要素とともに、電流を機械力へと変換するソレノイドを含む。ソレノイドのコイルを通る電流の流れは、ソレノイドの磁気応答性プランジャを動かす磁場を生成し、それにより、アクチュエータ・アセンブリを係合させ、又は係合解除させ、その結果、ギアセットを係合させ、又は係合解除させる。
加えて、アクチュエータ・アセンブリのモードに関する情報を中継してコントローラに戻すことができるセンサを有することは有益である。センサが、アクチュエータ・アセンブリの係合/係合解除モードを示す信号を設ける。本明細書で説明されている技術は、そのようなセンサに関する。これらのセンサは、スイッチ又は位置スイッチと呼ばれることもある。
先行技術の複数の機械的位置センサは、摩耗又は搭載時に問題を有し得る。複数の磁気近接センサは、ランアウトに基づく精度の問題を有し得、隣接する電磁気ソレノイドからの複数の妨害場にさらされる。 しかしながら、本明細書で提案されているソリューションは、複数の運動部品と機械的に接触せず、ランアウトの影響を受けにくく、複数の外部磁場の影響を受けにくくなり得る。
電流設計は、ベーン遮断を使用する公知のホール型センサ(ホール素子としても公知である)を利用する。ホール型センサは、磁場に応じてその出力電圧を変化させるトランスデューサである。複数のホール効果センサが、近接スイッチング、位置特定、速度検出、及び複数の電流感知アプリケーションに広く使用される。ホール型センサの近くの磁場が遮られ、又は乱された場合、出力電圧は、それに応じて変化する。鉄材料(ベーン)が、磁場を生成する磁石とホールセンサとの間に配置される場合に、ベーン遮断が実現される。この効果の基本原理は、図1Aおよび図1Bに示される。図1Aは、ホールセンサ30により感知され得る磁場20を生成する磁石10を示す。図1Bは、鉄材料40のベーンにより遮られている磁場20を示す。電流設計は、この原理を利用して、差動装置等のロッキング・ギアセットのための位置センサを製造する。
好適には、電流設計は、感知されている運動部品のランアウトに対して概ね無反応である。本明細書で説明されている複数の実施形態の別の利点は、複数の異なるセンサの向きが、ソレノイドからの磁場干渉を最小化することが可能であるということである。 複数の集磁部(concentrator)が、センサの場を方向付け、効率を高めるのに使用され得る。加えて、本明細書で説明されている複数の実施形態で使用され得る、いくつかの磁石の配置が、非磁性の材料のより厚いレイヤにコーティングされ得、複数の鉄粒子の吸収を低減させる。
一実施形態において、係合解除モードおよび係合モードを有する電磁気アクチュエータ・アセンブリであって、ソレノイドと、ソレノイドから軸方向にずらされたプレートであって、ソレノイドに面している第1の側面と、ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含むプレートと、プレートの第2の側面に装着される鉄ターゲットと、鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサと、鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石とを有し、アクチュエータ・アセンブリの係合解除モードにおいて、センサと磁石との間に鉄ターゲットを介在させず、アクチュエータ・アセンブリの係合モードにおいて、センサと磁石との間に鉄ターゲットを介在させる電磁気アクチュエータ・アセンブリが説明されている。
電磁気アクチュエータ・アセンブリのモードを感知する方法も又説明されている。方法は、ソレノイドを設けることと、ソレノイドから軸方向にずらされたプレートであって、ソレノイドに面している第1の側面と、ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含むプレートを設けることと、プレートの第2の側面に装着される鉄ターゲットを設けることと、鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサを設けることと、鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石を設けることとを含み、アクチュエータ・アセンブリの係合解除モードにおいて、鉄ターゲットは、センサと磁石との間に挟まれていない第1の位置にあり、アクチュエータ・アセンブリの係合モードにおいて、鉄ターゲットは、センサと磁石との間に挟まれている第2の位置にあり、アクチュエータ・アセンブリが係合解除モードから係合モードへ変化する結果として、鉄ターゲットは第1の位置と第2の位置との間に移動される。
いくつかの実施形態において、センサは、ホール効果センサである。他の複数の実施形態において、アクチュエータ・アセンブリは、回転するロッキング・ギアセット・アセンブリの一部である。複数の各種の実施形態が、ロッキング・ギアセット・アセンブリと共に回転する鉄ターゲットを説明している。特定の複数の実施形態において、磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する。他の複数の実施形態において、磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する。本明細書で説明されている実施形態のいくつかのアクチュエータ・アセンブリはまた、センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を有する。本明細書で説明されている実施形態のいくつかのアクチュエータ・アセンブリはまた、少なくとも2つの磁石を有する。その他のものはまた、少なくとも2つのセンサを有する。いくつかの実施形態において、ホール素子は、周方向で感知するよう方向付けられる。
本発明に関する、上記の、及び、他の利点は、当業者が添付図面を考慮することで、以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
当技術分野で公知である、ベーン遮断型ホールセンサの原理を示す。 当技術分野で公知である、ベーン遮断型ホールセンサの原理を示す。 本発明の実施形態に係る、電磁気アクチュエータ・アセンブリの断面図である。 本発明の別の実施形態に係る、電磁気アクチュエータ・アセンブリの端面図である。
別の明示的な指定がある場合を除き、本発明には各種の代替的な方向及び一連の段階があり得ることを理解すべきである。また、添付図面に図示され、下記の明細書で説明されている具体的な複数の装置及び複数の工程は、本明細書で定義された複数の発明概念の例示的な実施形態に過ぎないことも理解すべきである。
従って、開示されている複数の実施形態に関する複数の具体的な寸法、方向、又は、その他の物理的特性は、限定するものと見なしてはならない。
図2は、ソレノイド120に取り付けられるセンサハウジング110の本体の断面図を示す。方向を示すために、回転軸が示されている。軸方向の動きが、横方向の両方向矢印で示される。この基本設計は、ベーン遮断型ホールセンサが、差動装置又は他のロッキング・ギアセットに対してどのように使用され得るかの説明を援助するための例であることを意図される。センサ100はまた、S極がホール素子140に向かって半径方向外側を指すよう方向付けられる磁石130を含み得る。ソレノイド120は、非磁性の材料のプレート150を軸方向(矢印)に動かし、非磁性の材料のプレート150は次に、ギアセットのロック機構(図示せず)を移動する役割を果たす。加えて、プレート150は、鉄ターゲット160を移動させるようにするであろう。鉄ターゲット160は、プレート150に装着され、これにより、プレート150が、ロック機構を係合となるよう動かす場合に、鉄ターゲット160は、ホール素子140と磁石130との間の磁場を妨げる。鉄ターゲット160又は260は、リングであり得る。センサ100は、ホール素子140における磁場レベルに基づき、鉄ターゲット160の具体的な位置において切替え(つまり、ターンオン又はオフ)し得る。そのような実施形態において、切替えポイントは、ランアウトに対して概ね無反応である。換言すれば、センサ100は、ベーン遮断スタイルの磁気感知を使用するので、感知されている回転部分のランアウトの影響を受けにくい。代替的に、センサ100は、リニアセンサであり得、ここでホール素子140の出力は、鉄ターゲット160の軸方向の位置とともに変化する。
センサ100は、アクチュエータ120、又はロッキング装置の他の部分に取り付けられ得る。磁石130は、静止状態であり得る。鉄ターゲット160は、ロッキング・ギアセットの運動部品に装着され得、プレート150等のギアセットとともに回転し得る。センサ100は、磁石130とホール素子140との間を移動する場合に、鉄ターゲット160の軸方向位置を感知する
代替的な実施形態が、図3に示される。代替的な実施形態は、センサ200の複数の構成要素が、感知領域をホールセンサ240に方向付ける集磁部270を使用して、感知方向が寄生的な磁場の主な方向に対して横になるように方向付けられ得ることを除いて、上述された実施形態とおおよそ同様である。磁石230は、そのS極が周方向を指すよう方向付けられ得る。ホール素子240はまた、周方向で感知するよう方向付けられる。ホール素子240は、間接磁場を感知する。ホール素子240を介して磁場を強めるべく、鉄集磁部270は、ホール素子240のいずれかの側面に配置される。集磁部270の形状は、センサ200が最も高い性能を発揮するように最適化され得る。ソレノイド220により生成される磁場は軸方向及び半径方向で最も強くなる傾向にあるので、センサ200を周方向に方向付けることは、ソレノイド220からの干渉に対する感度を低減させる。磁石230の複数の極端はまた、より厚い材料で覆われ得、センサ200上に複数の鉄粒子を蓄積させる可能性を低減させる。最後に、磁石230の他の複数の方向及びセンサ200の他の複数の構成要素が、それらが複数の寄生的な磁場の影響を低減させる複数の目標を実現する限り、想定され得る。
複数の特許法の条項に従って、本発明は、その好ましい複数の実施形態を表すと見なされるものに関して説明されている。しかしながら、本発明は、その思想又は範囲を逸脱することなく、具体的に図示及び説明された方法とは異なる方法で実施され得ることに注意するべきである。
(項目1)
係合解除モードおよび係合モードを有する電磁気のアクチュエータ・アセンブリであって、
ソレノイドと、
上記ソレノイドから軸方向にずらされたプレートであって、上記ソレノイドに面している第1の側面と、上記ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含む、プレートと、
上記プレートの上記第2の側面に装着される鉄ターゲットと、
上記鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサと、
上記鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石と
を備え、
上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合解除モードにおいて、上記センサと上記磁石との間に上記鉄ターゲットを介在させず、上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合モードにおいて、上記センサと上記磁石との間に上記鉄ターゲットを介在させる
電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目2)
上記センサは、ホール効果センサである、項目1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目3)
上記アクチュエータ・アセンブリは、回転するロッキング・ギアセット・アセンブリの一部である、項目1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目4)
上記鉄ターゲットは、上記ロッキング・ギアセット・アセンブリと共に回転する、項目3に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目5)
上記磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する、項目1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目6)
上記磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する、項目1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目7)
上記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を更に備える、項目1または6に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目8)
少なくとも2つの磁石を更に備える、項目1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目9)
少なくとも2つのセンサを更に備える、項目1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目10)
ホール素子は、周方向で感知するよう方向付けられる、項目2に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目11)
電磁気アクチュエータ・アセンブリの係合解除モードおよび係合モードを感知する方法であって、
ソレノイドを設ける工程と、
上記ソレノイドから軸方向にずらされたプレートを設ける工程であって、上記プレートは、上記ソレノイドに面している第1の側面と、上記ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含む、設ける工程と、
上記プレートの上記第2の側面に装着される鉄ターゲットを設ける工程と、
上記鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサを設ける工程と、
上記鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石を設ける工程と
を備え、
上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合解除モードにおいて、上記鉄ターゲットは、上記センサと上記磁石との間に挟まれていない第1の位置にあり、上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合モードにおいて、上記鉄ターゲットは、上記センサと上記磁石との間に挟まれている第2の位置にあり、
上記アクチュエータ・アセンブリが上記係合解除モードから上記係合モードへ変化する結果として、上記鉄ターゲットは、上記第1の位置と上記第2の位置との間に移動される
方法。
(項目12)
上記磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する、項目11に記載の方法。
(項目13)
上記磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する、項目11に記載の方法。
(項目14)
上記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を設ける段階を更に備える、項目13に記載の方法。
(項目15)
係合解除モードおよび係合モードを有する電磁気アクチュエータ・アセンブリであって、
ソレノイドと、
上記ソレノイドから軸方向にずらされたプレートであって、上記ソレノイドに面している第1の側面と、上記ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含む、プレートと、
上記プレートの上記第2の側面に装着される鉄ターゲットと、
第1軸方向延長部分と、第2軸方向延長部分と、上記第1軸方向延長部分と上記第2軸方向延長部分とを接続する半径方向延長部分とを含むセンサ本体と、
上記センサ本体の上記第2軸方向延長部分で、上記鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサと、
上記センサ本体の上記第1軸方向延長部分で、上記鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石と
を備え、
上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合解除モードにおいて、上記センサと上記磁石との間に上記鉄ターゲットを介在させず、上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合モードにおいて、上記センサと上記磁石との間に上記鉄ターゲットを介在させる
電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目16)
上記センサは、ホール効果センサである、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目17)
上記アクチュエータ・アセンブリは、回転するロッキング・ギアセット・アセンブリの一部である、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目18)
上記鉄ターゲットは、上記ロッキング・ギアセット・アセンブリと共に回転する、項目17に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目19)
上記磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目20)
上記磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目21)
上記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を更に備える、項目20に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目22)
上記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を更に備える、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目23)
少なくとも2つの磁石を更に備える、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目24)
少なくとも2つのセンサを更に備える、項目15に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目25)
ホール素子は、周方向で感知するよう方向付けられる、項目16に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
(項目26)
電磁気アクチュエータ・アセンブリの係合解除モードおよび係合モードを感知する方法であって、
ソレノイドを設ける段階と、
上記ソレノイドから軸方向にずらされたプレートを設ける段階であって、上記プレートは、上記ソレノイドに面している第1の側面と、上記ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含む、設ける段階と、
上記プレートの上記第2の側面に装着される鉄ターゲットを設ける段階と、
第1軸方向延長部分と、第2軸方向延長部分と、上記第1軸方向延長部分と上記第2軸方向延長部分とを接続する半径方向延長部分とを含むセンサ本体を設ける段階と、
上記センサ本体の上記第2軸方向延長部分で、上記鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサを設ける段階と、
上記センサ本体の上記第1軸方向延長部分で、上記鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石を設ける段階と
を備え、
上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合解除モードにおいて、上記鉄ターゲットは、上記センサと上記磁石との間に挟まれていない第1の位置にあり、上記アクチュエータ・アセンブリの上記係合モードにおいて、上記鉄ターゲットは、上記センサと上記磁石との間に挟まれている第2の位置にあり、
上記アクチュエータ・アセンブリが上記係合解除モードから上記係合モードへ変化する結果として、上記鉄ターゲットは上記第1の位置と上記第2の位置との間に移動される
方法。
(項目27)
上記磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する、項目26に記載の方法。
(項目28)
上記磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する、項目26に記載の方法。
(項目29)
上記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を設ける段階を更に備える、項目28に記載の方法。

Claims (14)

  1. 係合解除モードおよび係合モードを有する電磁気のアクチュエータ・アセンブリであって、
    ソレノイドと、
    前記ソレノイドから軸方向にずらされたプレートであって、前記ソレノイドに面している第1の側面と、前記ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含む、プレートと、
    前記プレートの前記第2の側面に装着され、一部が軸に沿って曲げられる鉄ターゲットと、
    センサハウジングと、
    前記センサハウジングにおいて前記鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサと、
    前記センサハウジングにおいて前記鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石と
    を備え、
    前記アクチュエータ・アセンブリの前記係合解除モードにおいて、前記センサと前記磁石との間に前記鉄ターゲットを介在させず、前記アクチュエータ・アセンブリの前記係合モードにおいて、前記鉄ターゲットの曲げられた前記一部が前記軸に沿って移動されて前記センサと前記磁石との間に介在
    電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  2. 前記センサは、ホール効果センサである、請求項1に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  3. 前記アクチュエータ・アセンブリは、回転するロッキング・ギアセット・アセンブリの一部である、請求項1又は2に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  4. 前記鉄ターゲットは、前記ロッキング・ギアセット・アセンブリと共に回転する、請求項3に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  5. 前記磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  6. 前記磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  7. 前記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を更に備える、請求項1または6に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  8. 少なくとも2つの磁石を更に備える、請求項1から7のいずれか1項に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  9. 少なくとも2つのセンサを更に備える、請求項1から8のいずれか1項に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  10. ホール素子は、周方向で感知するよう方向付けられる、請求項2に記載の電磁気アクチュエータ・アセンブリ。
  11. 電磁気アクチュエータ・アセンブリの係合解除モードおよび係合モードを感知する方法であって、
    ソレノイドを設ける工程と、
    前記ソレノイドから軸方向にずらされたプレートを設ける工程であって、前記プレートは、前記ソレノイドに面している第1の側面と、前記ソレノイドから離れた方を面する第2の側面を含む、設ける工程と、
    センサハウジングを設ける工程と、
    前記プレートの前記第2の側面に装着され、一部が軸に沿って曲げられる鉄ターゲットを設ける工程と、
    前記センサハウジングにおいて前記鉄ターゲットから半径方向外側へ配置されるセンサを設ける工程と、
    前記センサハウジングにおいて前記鉄ターゲットから半径方向内側へ配置される磁石を設ける工程と
    を備え、
    前記アクチュエータ・アセンブリの前記係合解除モードにおいて、前記鉄ターゲットは、前記センサと前記磁石との間に挟まれていない第1の位置にあり、前記アクチュエータ・アセンブリの前記係合モードにおいて、前記鉄ターゲットは、前記センサと前記磁石との間に挟まれている第2の位置にあり、
    前記アクチュエータ・アセンブリが前記係合解除モードから前記係合モードへ変化する結果として、前記鉄ターゲットの曲げられた前記一部が前記軸に沿って、前記第1の位置と前記第2の位置との間に移動される
    方法。
  12. 前記磁石は、回転軸に向かって半径方向内側に向けられるN極と、回転軸から半径方向外側に向けられるS極とを有する、請求項11に記載の方法。
  13. 前記磁石は、回転軸から半径方向に等距離であり、周方向に方向付けられるN極及びS極を有する、請求項11又は12に記載の方法。
  14. 前記センサに隣接して配置される少なくとも1つの集磁部を設ける段階を更に備える、請求項13に記載の方法。
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