WO2005057051A1

WO2005057051A1 - 電動アクチュエータとその制御装置

Info

Publication number: WO2005057051A1
Application number: PCT/JP2003/015890
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Ajima; Hiroshi Kuroiwa; Hiroaki Saeki; Hideki Miyazaki; Ryoichi Naganuma
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-23
Also published as: JPWO2005057051A1

Abstract

迅速かつ円滑に伝達トルクの切り替えができると共に、装置コストの安価化及び装置のコンパクト化が可能な電動アクチュエータ（１０）及びその制御装置を提供する。回転トルクを出力するモータ（４０）と、該モータの回転運動を受けて２つの出力軸（５３，５４）に分配して出力するトルク分配手段（５０）と、該トルク分配手段（５０）の前記２つの出力軸（５３，５４）の回転運動を選択的に拘束する回転拘束手段（６０）と、前記２つの出力軸（５３，５４）の一方の前記回転運動受けて往復運動に変換する運動変換手段（７０）と、前記他方の出力軸の前記回転運動を受けて回転運動すると共に前記往復運動を受けて往復運動する出力シャフト（８０）と、を備えてなる。

Description

明細書電動ァクチユエータとその制御装置技術分野

本発明は、電動ァクチユエータとその制御装置に係り、特に、 1つのモータで、 1つの出力シャフトを回転運動と往復運動とをさせる電動ァクチユエータとその制御装置に関する。背景技術

従来、同期嚙合い式歯車変速機を用いた車両の変速は、該変速機内の歯車の嚙合いを変更（ギヤ比を変更）することによって、行われている。このような変速機は、具体的には、電動ァクチユエータを用いることにより、トルク伝達手段である複数ある嚙合いクラッチの中から適切なクラッチを選択（セレクト動作）し、選択した該クラッチをスライド（シフト動作）させることで、ギヤ比を変更し、自動変速を行っている。そして、通常、セレクト動作及びシフト動作を行うためには、 1つの自動変速機に、その動作数に合わせた複数の電動ァクチユエータを必要としている。

これらの問題を解決すべく、特開 2 0 0 0 - 3 5 1 2 7号公報の明細書には、

1つの電気モータを用いて、セレクト動作及びシフト動作（2つの動作）を行う電動式セレクトシフト装置が、開示されている。この電動式セレクトシフト装置は、 1つの電気モータで、 2つの動作を独立的に制御するために、次の 2つの構成を設けている。第一に、この装置は、セレクト動作又はシフト動作が可能なように、モータの出力軸を中空にすると共に、該出力軸内に、セレクト · シフト軸を設けている。そして、モータの出力軸とセレクト ·シフト軸とは、ボールねじ機構を介して、係合している。第二に、この装置は、駆動力を発生させる電気モータの出力軸と、制御対象にトルク伝達する回転軸との間に電磁クラッチを設置している。そして、この装置は、電磁クラッチを励磁した時は、モータの出力軸とセレクト 'シフト軸が同期回転をし、セレクト動作が行われる。一方、電磁クラッチを非励磁にした時は、セレクト 'シフト軸の回転が拘束されるこト動作が行われる。

しかし、このような機構を用いると、電磁クラッチの摩擦面は、伝達トルクを直接的に受け持つので、大きな電磁クラッチが必要とされる。また、動作の切り替えをする際には、急激なトルク変動が生じるため、装置に振動が発生する。そして、この振動は、制御対象の制御性に影響を与える虞があるので、動作の切り替え時には、ー且モータを停止することが望ましい。このように、モータの起動及び停止を繰返すと過剰な無駄時間が発生してしまう。

さらに、 2つの動作に要求されるトルク及び速度は、それぞれ異なるため、この要求されるトルク及び速度に合わせてモータ容量を選定し、制御を行なう必要がある。そして、負荷トルクと要求される動作速度との関係から、必要な駆動条件を満足するように、モータを選定するとモータの体格が大型化してしまう。また、単純に減速装置を用いたとしても、設計段階で、設置スペースを最小限に抑え、最適な減速比率を有した減速装置を選定し、該減速装置に合わせてモータスペックを決定することは困難である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、迅速かつ円滑に伝達トルクの切り替えができると共に、装置コストを低くし、装置のコンパクト化が可能な電動ァクチユエ一タ及ぴその制御装置を提供することにある。発明の開示

前記目的を達成すべく、本発明に係る電動ァクチユエータは、回転トルクを出力するモータと、該回転トルクを分配して、回転運動として 2つの出力軸に出力するトルク分配手段と、前記 2つの出力軸の回転運動を選択的に拘束する回転拘束手段と、前記 2つの出力軸の一方の前記回転運動を変換して受けて往復運動すると共に前記他方の出力軸の前記回転運動を受けて回転運動する出力シャフトと

、を備えることを特徴としている。また、本発明に係る電動ァクチユエータは、前記トルク分配手段が、サンギヤとプラネタリギヤとリングギヤとからなる遊星歯車機構であって、前記サンギヤの回転軸は、前記モータからの出力で回転する軸であり、前記プラネタリギヤの公転軸と、前記リングギヤの回転軸とは、前記

2つの出力軸のいずれかであることを特徴としている。また、本発明に係る電動ァクチユエータは、前記トルク分配手段が、入力ギヤと、該入力ギヤと嚙合して該入力ギヤの入力回転軸と垂直となる自転軸で自転すると共に該入力回転軸で公転する 2つのピニオンギヤと、前記 2つのピニオンギヤに嚙合して前記入力回転軸と同軸で回転する出力ギヤと、前記 2つのピニオンギヤを支持して該ピニオンギヤと一体となって回転するリングギヤと、からなるディファレンシャルギヤと、該リングギヤと嚙合し、連動して回転するセレクト部材と、を備えており、前記入力ギヤの回転軸は、前記モータからの出力で回転する軸であり、前記出力ギャの回転軸と、前記セレクト部材の回転軸とは、前記 2つの出力軸のいずれかであることを特徴としている。さらに、本発明に係る電動ァクチユエータは、前記 2つの出力軸の一方の出力軸と前記出力シャフトとは、ねじ係合した機構を介して、前記 2つの出力軸の他方の出力軸と前記出力シャフトとは、同調して回転するような機構を介して、連動連結され、前記他方の出力軸を拘束した時は、前記出力シャフトは、前記往復運動し、前記一方の出力軸を拘束した時は、前記出力シャフトは、前記回転運動することを特徴としている。

前記のごとく構成された本発明の電動ァクチユエータは、 1つのモータに対して、 2つの出力軸を持ち、回転拘束手段により、拘束する出力軸を選択することができる。また、回転運動を往復運動に変換するので、 1つのモータで、 2種類の動作を選択的に行うことが可能になり、装置の小型化、安価化、が実現可能となる。

さらに、モータの回転トルクを、トルク分配しているので、 2つの出力軸が同時に作動することが可能であり、このような構成により、滑らかに回転始動することができ、トルク伝達経路を切り替える際の急激な伝達トルクの変動を抑制することができる。また、トルクの分配する比率を適切に選定すれば、モータの出力を大幅に変更するとがないので、容量が異なる 2つのモータで個別に制御することはない。遊星歯車、ディファレンシャルギヤを用いた場合は、各ギヤ比を大きくとれることから伝達トルクが大きい場合に好適である。

また、本発明に係る電動ァクチユエータは、前記回転拘束手段が、ソレノィドァクチユエータと、該ソレノィドアクチユエータと連動した拘束部材と、を備え

、前記ソレノィドアクチユエ一タの励磁状態により、前記拘束部材は、前記 2つの出力軸のいずれかを拘束、及びノ又は、非拘束することを特徴としている。また、本発明に係る電動ァクチユエータは、前記回転拘束手段が、電磁式又は油圧式の 2つのクラッチを備え、該クラッチの締結又は非締結に伴い、前記 2つの出力軸のいずれかを拘束、及び/又は、非拘束することを特徴としている。

前記のごとく構成された本発明の電動ァクチユエータは、電磁クラッチ又は油圧クラッチを採用することにより回転拘束力を独立して制御できるので、トルク分配手段におけるトルク分配量を細かく制御することができ、前述のシフト動作とセレクト動作におけるトルク配分を制御することが可能となる。

また、本発明に係る電動シフト装置は、前記電動ァクチユエータと、前記モータ及び前記回転拘束手段を制御する制御装置と、を備え、この電動シフト装置は、車両の同期嚙合い式歯車変速機用として用いられてもよく、このような用途に用いられた場合は、前記変速機が、該変速機を変速させるための変速手段を有し、該変速手段の操作に基づき、前記制御装置によって前記モータ及び前記回転拘束手段を制御する。このように、車両の同期嚙合い式歯車変速機に適用した場合も、該変速機の変速動作を円滑かつ迅速に行うことができる。

また、本発明に係る電動ァクチユエータ制御装置は、先に示した電動ァクチュエータを制御する制御装置であって、前記モータを制御するモータ制御手段と、前記回転拘束手段を制御する拘束制御手段と、を備えることを特徴としている。また、本発明に係る電動ァクチユエータ制御装置は、前記拘束制御手段が、 2 つの出力軸の拘束を選択変更するときは、非拘束の時間を、所定の時間を設けることを特徴としている。

このように、 2つの出力軸が、回転拘束手段に拘束されず、同時に回転するような重なり時間を設けることで、モータの出力トルクを適宜配分することが可能となる。ラップする時間を、セレクト動作、シフト動作とも動作の立ち下がり又は立ち上がりに設けると、モータの体格を U Pする必要はない。さらに、モータを停止することがないので、トルク伝達経路の切り替え時に生じるムダ時間を短縮することができ、連続したモータの回転も可能となり、一連の変速操作を短時間で行える。

さらに、駆動を切り替える際には、その途中にどちらも回転するような時間が存在するので、モータの回転トルクはスムースに 2つの出力軸に伝達切り替えされる。さらに、トルク伝達経路を切り替える際に発生する急激な伝達トルク変動を抑制することができる。

また、本発明に係る電動ァクチユエータ制御装置は、前記モータ制御手段が、前記モータに要求される回転数が高い時に、前記モータに通電する電流の位相を制御して弱め界磁制御を行なうことを特徴としている。

前記のごとく構成された本発明の電動ァクチユエータ制御装置は、 2つ制御対象に要求される負荷トルクと応答速度との関係から設定された弱め界磁制御に移行することにより 1つのモータでも必要な速度トルク特性を得ることができ、最適なァクチユエータの応答性を得ることができる。

また、本発明に係る電動ァクチユエータ制御装置は、前記モータの制御手段が、前記モータの容量を、 2つの出力軸のうち要求トルクが最大となる出力軸に合わせて、選定することを特徴としている。

前記の如く構成された本発明の電動ァクチユエータ制御装置は、弱め界磁制御に加えて、モータを適切に選定することでモータ体格を大きくする必要はなく、さらに、装置自体の安価化、コンパクト化が図れる。

また、本発明に係る電動ァクチユエータ制御装置は、前記モータの回転角度を検出するモータ角度検出手段を備え、前記モータ制御手段は、該検出したモータ検出角度と、前記モータの回転数及び前記出力軸の回転数の回転比と、前記トルク分配手段で分配されたトルク分配量と、から前記 2つの出力軸の変位量を演算し、前記算出した変位量が目標値と一致するように制御することを特徴としている。

前記の如く構成された本発明の電動ァクチユエータ制御装置は、 1つの回転位置検出センサのみで 2つの制御対象の変位を検出して制御することが可能となり、省スペース化及び低コスト化が可能となる。

また、本発明に係る電動ァクチユエータの制御方法は、先に示した電動ァクチユエータの制御方法であって、前記モータの前記回転トルクを制御すると共に、前記出力軸の回転運動を選択的に拘束することで、前記出力シャフ卜の回転運動、及び/又は、往復運動を制御することを特徴としている。

また、本発明に係る電動ァクチユエータの制御方法は、 2つの軸の拘束を選択変更するときは、非拘束の時間を、所定の時間を設けることを特徴としている。また、本発明に係る電動ァクチユエータの制御方法は、前記モータに要求される回転数が高い時に、前記モータに通電する電流の位相を制御して弱め界磁制御を行なうことを特徴としている。

また、本発明に係る電動ァクチユエータの制御方法は、前記モータの回転角度を検出すると共に、該モータ検出角度と、前記モータの回転数及び前記出力軸の回転数の回転比と、前記トルク分配手段で分配されたトルク分配量と、から前記 2つの出力軸の変位量を演算し、前記変位量が目標値と一致するように制御することを特徴としている。図面の簡単な説明 '

図 1は、本発明の一実施形態の電動ァクチユエータとその制御装置を車両の同期嚙合い式歯車変速機に適用したときの車両全体の概略図である。

図 2は、図 1に示す電動ァチユエータのトルク分配手段の一構成要素である遊星歯車機構の動作を説明するための図であり、（a ) は、遊星歯車機構を正面からみた装置構成図であり、（b ) は、回転拘束手段が、キャリアを拘束したときを表わす概念図であり、（c ) は、回転拘束手段が、リングを拘束したときを表わす概念図であり、（d ) は、（b ) 及び（c ) の状態における遊星歯車の共線図である。

図 3は、図 1に示す電動シフト装置の位置制御について説明するための図であり、（a ) は、車両のマニュアル式のシフトノブを示した図であり、（b ) は、シフトアームのシフト動作を説明するための図であり、（c ) は、シフトアームのセレクト動作を説明するための図であり、（d ) は、図 1に示す電動ァクチュエータのシフト動作及びセレクト動作と、回転拘束と、の関係を示したものであり、（e ) は、（a ) を用いて操作したときのシフト動作及びセレクト動作のタィミングチャートである。図 4は、図 1の実施形態における電動ァクチユエータのモータ特性を示す図でめる。

図 5は、本発明の第二実施形態を示す図である。

図 6は、本発明の第三実施形態を示す図である。発明を実施するための最良の形態

〔第一実施形態〕

以下に添付の図面を参照して本発明の電動ァクチユエータのいくつかの実施の形態を詳細に説明する。

図 1は、本発明の第一実施形態の電動ァクチユエータ 1 0を含む電動シフト装置 1 0 0を車両の同期嚙合い式歯車変速機（自動変速機 2 0 ) に適用した車両の全体概略図である。

図 1に示す電動シフト装置 1 0 0は、電動ァクチユエータ 1 0と、該ァクチュエータ 1 0を制御する電動ァクチユエータ制御装置 9 0と、からなる。

そして、本実施形態に係る電動シフト装置 1 0 0は、電動ァクチユエータ制御装置 9 0によって、電動ァクチユエータ 1 0を制御することで、シフトセレクタ 3 0， 3 1を選択（セレクト）して、シフトさせ、車両の変速機の変速を行う。自動変速機 2 0の構成並びにその動作についてについて以下に説明する。自動変速機 2 0は、動力を伝達させるための軸として、入力軸 4、カウンタ軸 5、及び出力軸 6を備え、これらの軸 4， 5， 6にトルクを伝達させるために、各軸には、複数の歯車 2 1〜 2 8と、その歯車 2 1〜 2 8を選択して繋ぐための嚙合いクラッチ 3 0 A， 3 1 Aと、を備えている。

入力軸 4は、エンジン（原動機） 1からのトルクが入力される軸であり、ドライブ歯車 2 1が固定されている。また、カウンタ軸 5は、入力軸 4及び出力軸 6 に並設されている。このカウンタ軸 5には、カウンタ歯車 2 2が設けられており、ドライブ歯車 2 1と嚙合している。この他にも、カウンタ軸 5には、第一ドライブ歯車 2 3、第二ドライブ歯車 2 4、第三ドライブ歯車 2 5が固定されている一方、自動変速機 2 0の出力軸 6は、入力軸 4と同軸に設けられており、第一ドリブン歯車 2 6、第二ドリブン歯車 2 7、及び第三ドリブン歯車 2 8が回転自在に設けられている。この第一ドリブン歯車 2 6は、第一ドライブ歯車 2 3と嚙合しており、第二ドリブン歯車 2 7は、第二ドライブ歯車 2 4と嚙合しており、第三ドリブン歯車 2 8は、第三ドライブ歯車 2 5と嚙合している。

そして、第一ドリブン歯車 2 6と第二ドライブ歯車 2 3の間には、第一ドリブン歯車 2 6を出力軸 6に係合させる、若しくは第二ドリブン歯車 2 7を出力軸 6 に係合させるために、シンクロナイザ機構を有した嚙合いクラッチ 3 1 Aが軸支されている。

また同様に、第三ドリブン歯車 2 8とドライブ歯車 2 1の間には、第三ドリブン歯車 2 8を出力軸 6に係合させる、若しくは入力軸 4を出力軸 6に係合させるために、シンクロナイザ機構を有した嚙合いクラッチ 3 O Aが軸支されている。ここで、自動変速機 2 0のトルク伝達及びその動作について説明する。自動変速機 2 0へ入力されるトルクは、次のように伝達される。エンジン 1の出力軸であるエンジン軸 2には、第一摩擦クラッチ 3が設けられている。この第一摩擦クラッチ 3は、該第一摩擦クラッチ 3に発生する押付け力によって、エンジン軸 2 を自動変速機 2 0の入力軸 4に連結する。そして、この連結に伴いエンジン 1のトルクが、自動変速機 2 0の入力軸 4に伝達される。また、図示していない第一クラッチ駆動装置を用いることによって、第一摩擦クラッチ 3に発生する押付け力（クラッチ伝達トルク）の制御を行い、. トルク調整を行う。すなわち、この第ークラツチ駆動装置の操作による押付け力の調整に伴い、エンジン 1のエンジン軸 2から入力軸 4への動力伝達の断、接及び伝達させるトルク量の調整を行うことが可能となる。

自動変速機 2 0の入力軸 4に入力されたトルクは、ドライブ歯車 2 1とカウンタ歯車 2 2との嚙合いにより、カウンタ軸 5に伝達される。ここで、嚙合いクラツチ 3 O A , 3 1 Aのいずれか一方が出力軸方向に移動することにより、カウンタ軸 5のトルクは、出力軸 6に伝達される。

具体的には、嚙合いクラッチ 3 1 Aを介してカウンタ軸 5の回転トルクを出力軸 6へ伝達する場合は、嚙合いクラッチ 3 1 Aを出力軸 6の軸方向に移動させ、嚙合いクラッチ 3 1 Aを第一ドリブン歯車 2 6又は第二ドリブン歯車 2 7に係合させる。 ■

また、嚙合いクラツチ 3 O Aを介して入力軸 4の回転トルクを出力軸 6へ伝達する場合は、嚙合いクラッチ 3 O Aを出力軸 6の軸方向に移動させ、嚙合いクラツチ 3 O Aを第三ドリブン歯車 2 8又は入力軸 4に係合させる。

そして、第一ドライブ歯車 2 3、第二ドライブ歯車 2 4、又は第三ドライブ歯車 2 5から、第一ドリブン歯車 2 6、第二ドリブン歯車 2 7、又は第三ドリブン歯車 2 8を介して得られた回転トルク、若しくは、直接的に出力軸 6に伝達された入力軸 4の回転トルクは、ディファレンシャル歯車 7を介して車軸 8に伝達され、駆動輪 9を回転させる。

このように、嚙合いクラッチ 3 0 A， 3 1 Aを移動させるための装置として、後述する電動シフト装置 1 0 0があり、いずれかのシフトセレクタ 3 0 , 3 1を選択（セレクト）し、シフトセレクタ 3 0 , 3 1とシフトシャフト 3 0 B， 3 1 Bとシフトフォーク 3 0 C， 3 1 Cをスライドさせて、嚙合いクラッチ 3 0 A, 3 1 Aを作動させる。

尚、上に説明した図 1の自動変速機 2 0は 1速から 4速ギヤまでに相当する変速機を示しているが、 5速ギヤとパックギヤの機能が追加された場合には、更に、第四と第五のドライブ歯車と、第四と第五のドライブ歯車にそれぞれ嚙合する第四と第五のドリブン歯車と、第四ドリブン歯車と第五ドリブン歯車の間で軸支された嚙合いクラッチと、力自動変速機 2 0に追加される。また、これらの歯車及び嚙合いクラツチの動作は、上述した歯車 2 1〜2 8及び嚙合いクラツチ 3 O A, 3 1 Aと動作と同様の動作をする。

次に、電動シフト装置 1 0 0について説明する。電動シフト装置 1 0 0は、モータ 4 0、トルク分配手段 5 0、回転拘束手段 6 0、運動変換手段 7 0、シフトアーム（出力シャフト） 8 0、からなる電動ァクチユエータ 1 0と、該電動ァクチユエータ 1 0を制御する電動ァクチユエータ制御装置 9 0と、を備えている。まず、モータ 4 0は、電動ァクチユエータ制御装置 9 0の動力信号 dを受けて

、電動ァクチユエータ 1 0のシフトアーム 8 0を、回転運動、及び又は、往復運動させるための動力源である。図 1に示すように、モータ 4 0は、モータシャフト 4 1、ロータ 4 2、ステータ 4 3、及ぴ回転位置検出センサ 4 5を備えたブラシレスモータである。該モータ 4 0は、ロータ 4 2に永久磁石を用い、ステータ 4 3に三相の卷線 4 4を卷回したものが用られている。

このモータ 4 0を回転させるために、ロータ 4 2の回転位置に応じて三相の巻線 4 '4に電流を通電する。具体的には、モータ 4 0は、ロータ 4 2の回転位置検出センサ 4 5から出力される位置信号 aを電動ァクチユエータ制御装置 9 0に出力し、該電動ァクチユエータ制御装置 9 0からモータ 4 0を駆動させるための動力信号 dが入力される。そして、図示していない三相交流を発生させるためのィンパータ回路を介して、三相の卷線 4 4が、通電される。このことにより、モータ 4 0の回転トルクが、モータシャフト 4 1に出力される。

尚、モータ 4 0に、ブラシレス D Cモータを適用したが、該ブラシレス D Cモータに限定するものではなく、 D Cモータ、ステッピングモータ、又はインダクションモータなど動力源であっても差し支えない。

次に、トルク分配手段 5 0について説明する。トルク分配手段 5 0は、差動機構の 1つである遊星歯車機構（図 2を用いて詳細を後述する）を備え、モータ 4 0の回転トルクの分配と、減速機構によるトルク増幅を行うものである。

このトルク分配手段 5 0は、サンギヤ 5 1と、 3つのプラネタリギヤ 5 2 A， 5 2 B , 5 2 Cと、リングギヤ 5 3 Bと、キャリア 5 4と、を備えている。サンギヤ 5 1は、モータ 4 0からの回転トルクが入力され、モータシャフト 4 1の先端を歯切りして形成されている。そして、サンギヤ 5 1の周りには、 3つのブラネタリギヤ 5 2 A, 5 2 B , 5 2 Cが、サンギヤ 5 1と嚙合するように等間隔に配設され、その周りにさらにリング 5 3の内側に一体に支持されているリングギャ 5 3 Bが、前記 3つのプラネタリギヤ 5 2 A， 5 2 B , 5 2 Cと嚙合するように配設されている。また、プラネタリギヤ' 5 2 A , 5 2 B , 5 2 Cは、回転（自転）可能に、キャリア 5 4に軸支されている。さらに、プラネタリギヤ 5 2 A， 5 2 B , 5 2じが、サンギヤ 5 1の回転駆動により該サンギヤ 5 1の周りを公転したときには、キャリア 5 4が、回転するような機構となっている。

ここで、トルク分配機構の構造について簡単に説明する。一般的に、遊星機構となるサンギヤ、プラネタリギヤ、リングギヤの組み合わせにはいろいろな形態があるが、本実施形態では、（1 ) 入力軸、 2つの出力軸の一方が出力軸、他方が運動を拘束する軸（これを補助軸と呼ぶ）の 3個の軸があること、（2 ) 補助軸の拘束を解けばその機構の自由度は少なくとも 2であること、の 2点が満足しなければならない。先に述べたサンギヤ 5 1を歯切したモータシャフト 4 1が入力軸に該当し、出力軸と補助軸とには、リングギヤ 5 3 Bを支持するリング 5 3 と、プラネタリギヤ 5 2 A， 5 2 B , 5 2 Cの公転軸であるキャリア 5 4とのいずれかが該当することになる。そして、後述する回転拘束手段 6 0が、リング 5 3とキャリア 5 4とのいずれかの回転を拘束することよって、リング 5 3とキヤリア 5 4のいずれか一方が出力軸、他方が補助軸として機能する。

このように、 1つの入力軸（サンギヤ）に対して、 2つの出力軸（リング 5 3 及びキャリア 5 4 ) を持つことにより、 2つの制御対象物を選択制御（2通りの動作）することが可能となる。尚、ここでは、遊星歯車機構を説明しているが、このような構成は、歯車でなくても、互いに回転し合うような円盤などでも可能であり、歯車機構に限定するものではない。

次に、回転拘束手段 6 0について説明する。回転拘束手段 6 0は、これまでに説明した 2つの出力軸のうち 1つを選択的に拘束し、結果として、出力シャフトであるシフトアーム 8 0を回転運動又は往復運動させるためのものである。

具体的には、回転拘束手段 6 0は、ソレノイドコイル 6 1、戻りパネ 6 2、及び吸引プレート 6 3からなるソレノィドアクチユエータと、ソレノィドアーム 6 4と、拘束部材 6 5と、キャリア拘束プレート 6 6と、を備えている。この回転拘束手段 6 0は、ソレノイドコイル 6 1を通電制御（励磁）することで、適切な磁気吸引力を発生させることができ、この磁気吸引力により吸引プレート 6 3を吸引駆動させる。一方、ソレノイドコイル 6 1が通電されていない非励磁のときは、吸引プレート 6 3は、戻りパネ 6 2の復元力により初期位置に戻る。ここでは、戻りパネ 6 2をソレノィドアクチユエータに実装しているが、拘束部材 6 5 に設けてもよい。また、キャリア拘束プレート 6 6は、先に示したプラネタリギャ 5 2 A, 5 2 B , 5 2 Cを軸支し、キャリア 5 4と一体となって回転する。ここで、この回転拘束手段 6 0の拘束の動作を説明する。まず、吸引プレート

6 3が磁気吸引力によって駆動されると、ソレノイドアーム 6 4が、梃子の原理によって拘束部材 6 5を駆動させる。この駆動により、拘束部材 6 5に形成された嚙合い歯 6 5 Aと、リング 5 3の外周に形成されたリング嚙合い歯 5 3 Aとが嚙合し、リング 5 3の回転を拘束する。そして、ソレノイドコイル 6 1が励磁されている間は、リング 5 3は、回転拘束された状態となっている。

また、ソレノイドコイル 6 1の状態が、励磁から非励磁になると、磁気吸引力がなくなるので、戻りパネ 6 2の復元力により、拘束部材 6 5は、初期位置に戻される。この時は、嚙合い歯 6 5 Aとリング嚙合い歯 5 3 Aとの嚙合が外れ、リング 5 3の回転拘束は解除されると共に、今度は、嚙合い歯 6 5 Aと、キャリア拘束プレート 6 6の嚙合い歯 6 6 Aが嚙合する。その結果、キャリア拘束プレート 6 6と一体に連結されているキヤリァ 5 4の回転が拘束される。このように、回転拘束手段 6 0を設けることで、トルク分配手段 5 0のリング 5 3とキャリア 5 4との回転を直接かつ選択的に拘束することが可能となる。

次に、運動変換手段 7 0を説明する。運動変換手段 7 0は、一方の出力軸であるキャリア 5 4の回転運動を変換し、出力シャフト 8 0を往復運動させる、若しくは、他方の出力軸であるリング 5 3の回転運動に連動して出力シャフトを回転運動させるものである。

具体的には、蓮動変換手段 7 0は、回転一往復運動変換ギヤ部 7 1、回転拘束溝部 7 2、及び回転拘束突起部 7 3からなる。回転一往復運動変換ギヤ部 7 1は、キャリア 5 4の先端雄ねじ部と、該先端雄ねじ部と同軸に内設されたシフトァーム 8 0の基端雌ねじ部と、を備えている。シフトアーム 8 0 (の基端部）が回転拘束溝部 7 2と回転拘束突起部 7 3とにより、リング 5 3の回転が拘束されることでキヤリア 5 4の回転運動を受けて、シフトアーム 8 0が往復蓮動するような形態となっている。

この運動変換手段 7 0の動作としては、回転拘束手段 6 0によりリング 5 3の回転が拘束されると、シフトシアーム 8 0の回転も拘束され、キャリア 5 4のみが回転することになり、このキャリア 5 4の回転運動が、回転一往復運動変換ギャ部 7 1を介して往復運動に変換され、シフトアーム 8 0を軸方向にスライド移動させ、自動変速機 2 0のシフト操作を可能とする。

また、回転拘束手段 6 0によりキャリア 5 4の回転が拘束されると、リング 5

3の回転が回転拘束溝部 7 2と回転拘束突起部 7 3とを介して、シフトアーム 8 0に伝わり該シフトアーム 8 0を回転させ、自動変速機 2 0のセレクト操作を可能にする。

このように、回転拘束手段 6 0を用いてリング 5 3とキャリア 5 4とを、選択して、いずれか一方の回転を拘束することにより、 1つのモータ 4 0で、シフトアーム 8 0は、回転運動と往復運動の 2つの動作を行うことが可能になり、装置の小型化及び安価化が実現される。

次に、電動ァクチユエータ制御装置 9 0を説明する。電動ァクチユエータ制御装置 9 0は、モータ 4 0及び回転拘束手段 6 0を制御することで、先に示したトルク分配手段 5 0を操作して、運動変換手段 7 0を適切に動作させて、結果として、自動変速機 2 0のセレクト動作とシフト動作とを制御するものである。

電動ァクチユエータ制御装置 9 0は、モータ制御手段と拘束制御手段とを有するァクチユエータ制御手段 9 1、変位検出手段 9 2、及び変速設定手段 9 3を備えている。まず、モータ 4 0の回転位置検出センサ 4 5からのモータ検出角度を含む位置信号 aが、変位検出手段 9 2に入力される。この変位検出手段 9 2は、この位置信号 aに基づいて、シフトアーム 8 0のシフト位置とセレクト位置を演算する。具体的には、モータ検出角度と、モータ 4 0の回転数及び出力軸（リング 5 3又はキャリア 5 4 ) の出力回転数の回転比と、トルク分配手段 5 0で分配されたトルク分配量と、から、変位検出手段 9 2は、シフトアーム 8 0の変位量を演算する。この演算結果に基づいて、算出した変位量が目標量と一致するように、モータ制御手段は、モータ 4 0を制御し、拘束制御手段は、回転拘束手段 6 0を制御する。

また、変速設定手段 9 3は、操作者が操作するシフト ·セレクトの操作に合わせて、その操作量に相当する変位 · トルク指令 bを出力する。そして、ァクチュエータ制御手段 9 1は、変位 ' トルク指令 bの指令値に一致するように、モータ 4 0及び回転拘束手段 6 0を制御する。

そして、ァクチユエータ制御手段 9 1は、モータ 4 0に、動力信号 dを出力し

、回転拘束手段 6 0に、ソレノイド駆動信号 cを出力して、制御を行なうことにより、シフトアーム 8 0を操作者が望む適切な位置に制御する。

さらに、吸引プレート 6 3を駆動するソレノイド駆動信号 cは、パルス幅が変調された駆動信号であり、この駆動信号 Cの変調率を変えることで磁気吸引力の大きさを制御すると共に、電流の応答を検出することでソレノィドコイル 6 1のインダクタンスの変化、すなわち吸引プレート 6 3の位置を検出するので、拘束部材 6 5の応答速度と位置とを制御することができる。

また、モータ 4 0に取り付けた 1つの回転位置検出センサ 4 5を用いてその位置を演算することで、シフトアーム 8 0の回転角度を検出するセンサと、スト口ークを検出するセンサと、を省略することが可能となり、省スペースでかつ低コストな電動シフト装置を提供することができる。

このようにして、電動ァクチユエータ制御装置 9 0は、シフトアーム 8 0でシフトシャフト 3 0 B、 3 1 Bをセレクトすると共に、シフトアーム 8 0でセレクトしたシフトシヤフト 3 0 B、 3 1 Bのいずれか一方をスライドさせることで、円滑かつ迅速な自動変速が可能となる。

さらに、トルク分配手段 5 0と回転拘束手段 6◦との組み合わせにより、キヤリア 5 4又はリング 5 3のどちらも拘束しないように制御することが可能で、キャリア 5 4とリング 5 3の両方を同時に回転させ、セレクト作動とシフト動作とを同時に行うことができる。このような同時動作手段を設けることにより、セレクト動作とシフト動作の切り替え時にトルク変動が発生しないので、切り替えがスムースになる。また、重複して動作を行えるので、電動ァクチユエータ 1 0の制御時間を短縮することもできる。

また、回転拘束手段 6 0、運動変換手段 7 0の機械的な構成を一部設計変更することで、キャリア 5 4の回転とリング 5 3の機械的機能を入れ替えることは設計上可能であるが、トルク分配手段 5 0の減速比の選定としては、キャリア 5 4 に減速比の大きい方、すなわち要求トルクの大きい方を接続するのが好ましい。しかし、 2つの出力軸によるシフト動作とセレクト動作が逆となるようにこれらの構成を設計変更しても動作上は大きな問題ではない。

さらに、セレクト動作によるシフトアーム 8 0の回転角度位置を検出するセンサと、シフト動作によるシフトアーム 8 0のストローク位置を検出するセンサを個別に設け、電動シフト装置 1 0 0の位置制御を行ってもよい。ここで重要なのは、電源投入時のシフトアーム 8 0の初期位置である。電源ダウン時には必ず二ユートラル（N) 位置でセルフシャットダウンするハード構成と、電源投入時にシフトアーム 8 0を正逆に回転させ、その動作範囲の変位量とモータ 4 0の負荷電流の変動とから初期位置を同定し、ニュートラル位置補正するソフト構成と、を用いることで、正しいシフトアーム 8 0の位置を検出することができる。さらに、ニュートラル位置センサを設置すればさらにシフトアーム 8 0の位置検出精度を向上することができる。

図 2は、図 1に示すトルク分配手段 5 0に用いた遊星歯車機構の動作を説明するための図であり、（a ) は、遊星歯車機構を正面からみた装置構成図であり、 ( b ) は、回転拘束手段 6 0が、キャリア 5 4を拘束したときを示す概念図であり、（c ) は、回転拘束手段 6 0が、リング 5 3を拘束したときを示す概念図である。さらに、図 2の（d ) は、（b ) 及び（c ) の状態における遊星歯車の共線図を示している。

図 2の（a ) に示すように、先に図 1にも簡単に説明した遊星歯車は、モータ

4 0からの回転トルクが入力されるサンギヤ 5 1と、該サンギヤ 5 1と嚙合しその周りを回転するプラネタリギヤ 5 2 A, 5 2 B , 5 2 Cと、該プラネタリギヤ

5 2 A, 5 2 B , 5 2 Cと嚙合し回転可能なリングギヤ 5 3 Bからなる。

図 2の（b ) 、（c ) は（a ) のギヤを側面から示した概念図であり、回転拘束手段 6 0の拘束位置も同時に示している。本実施形態では、常に入力軸はサンギヤ 5 1であり、出力軸をキャリア 5 4又はリング 5 3のいずれにするかの選択は、回転拘束手段 6 0によって決定されるものである。出力軸をリング 5 3に選択した場合は、図 2の（b ) に示すように、キャリア拘束プレート 6 6の嚙合い歯 6 6 Aと、拘束部材 6 5の嚙合い歯 6 5 Aと、が嚙合うことによりキャリア 5 4の回転の拘束.をする。

また、出力軸をキャリア 5 4に選定した場合は、図 2の（c ) に示すように、リング 5 3の外周にあるリング嚙合い歯 5 3 Aと、拘束部材 6 5の嚙合い歯 6 5 Aと、が嚙合うことによりによってリング 5 3の回転の拘束をする。

図 2の（d ) には、遊星歯車のリング 5 3とキャリア 5 4とをそれぞれ拘束した時の遊星歯車の速度比が示されており、サンギヤ 5 1の回転速度 o) s、リング 5

3の回転速度 ca r、キヤリア 5 4の自転運動を中心軸の回転として取り出した回転速度をキャリア 5 4の回転速度とし、ギヤ比を /3とすると、下記に示す式（1 ) で表わされ、

ω^β · ωβ+ ( 1 - β) ωτ … （1 )

遊星歯車を構成する各歯車の中心距離が満足しなければならない条件から ]3の取り得る値は、 0く ]3く 0. 5の範囲となる。ここで、ギヤ比の設計自由度を向上させる手法としてダブルビ-オン（ダブルプラネタリ）遊星機構も必要に応じて採用でき、この場合、電動ァクチユエータ 1 0の減速比の設計自由度が向上できる。

さらに、図 2の（d) の遊星歯車の共線図に示すように、リング 5 3を固定（ ωτ= 0) した場合を実線で、キャリア 5 4を固定（ωΐ"= 0) した場合を一点鎖線で、リング 5 3とキャリア 5 4が回転している（wr≠ 0、の c≠ 0) 場合を破線で示しており、実際には遊星歯車の取り得るギヤ比には制限があり、運動変換手段 7 0の回転一往復変換ギヤ部 7 1のギヤ比を再度調整することで電動ァクチユエータ 1 0のギヤ比の最適化を図っている。

図 3は、図 1に示す電動シフト装置 1 0 0の位置制御を説明するための図であり、（a ) は、車両のマニュアル式のシフトノブを示した図であり、（b) は、シフトアーム 8 0のシフト動作を説明するための図であり、（c ) は、シフトァーム 8 0のセレクト動作を説明するための図である。さらに図 3の（d) は、図 1に示す電動ァクチユエータ 1 0のシフト動作及びセレクト動作と、回転拘束と、の関係を示したものであり、（e ) は、（a ) を用いて操作したときのシフト動作及びセレクト動作のタイミングチャートを示している。

図 3の（a ) に示すように、電動シフト装置 1 0 0を用いて車両の同期嚙合い式歯車変速機の変速操作を制御しようとした場合、通常のマニュアル式のシフトノブ（変速手段）は、 1速から 5速までのギヤと、さらに R (パック）ギヤと、を選択する操作パターンが存在する。この操作を同期嚙合い式歯車変速機の変速を行う場合には、図 3の（b) 及び（c ) に示すように、まず、シフトアーム 8

0をセレクト動作させる。すなわち、 1 — 2速のシフトセレクタ 3 0 (回転角度位置ひ）、 3— 4速のシフトセレクタ 3 2 (回転角度位置 0) 、又は、 5— R速のシフトセレクタ 3 1 (回転角度位置一 α) 、を選択し、シフトアーム 8 0を回転させる。そして、セレクト動作終了後にシフト位置をスト口一ク（シフト動作

) すればストローク方向によって嚙合いクラッチが移動し、出力軸 6にトルク伝達が行われる。例えば、 1 _ 2速セレクト動作によりシフトセレクタ 3 1を選択し、シフト動作によりシフトシャフト 3 1 Bを嚙合いクラツチ 3 O Aが嚙合う所定の量だけ移動させれば 1速ギヤに変速が可能である。

次に電動シフト装置 1◦ 0の重なり（ラップ）制御について説明する。図 3の ( d ) に示すように、電動シフト装置 1 0 0は、リング 5 3とキャリア 5 4の回転運動の拘束を選択的に解除する。すなわち、この回転運動の拘束との拘束解除により、シフトアーム 8 0のシフト動作及びセレクト動作を選択的に行うことができる。また、リング 5 3とキャリア 5 4との回転拘束の切り替え時には、リング 5 3とキャリア 5 4の両方の回転拘束を解除した状態が存在し、この状態を保持することによって、セレクト動作及びシフト動作を同時に行うことも可能である。

一方、セレクトとシフトを協働させるには、モータ 4 0の出力がセレクトとシフトの両動作が同時に行えるトルクが必要となる。このようなトルクを常時発生させるためには、モータ 4 0の体格が大きくつてしまう。

しかし、このようなトルクを発生させるタイミングとしては、セレクト動作からシフト（ギヤイン）動作に移行する時か、シフト（ニュートラル）からセレクト動作に移行する時である。

よって、モータ 4 0は、常に先に示したトルクを常時必要とするわけではなく、モータ体格が大きくならない程度に、モータ 4 0は、先のトルクを所定の時間発生させればよい。本実施形態では、作動させるセレクト動作とシフト動作の移行時間は、セレクトからシフトに移行してギヤインするまでの全行程の 1 Z 1 0 以下の時間で設定される。この設定により、セレクト動作とシフト動作とを所定時間ラップさせることが可能となる。

具体的には、図 3の（e ) に示すように、変速時の時間経過を横軸に、ァクチユエータの位置（シフトアーム 8 0の位置）を縦軸にとると、ニュートラル（N

) から 1速にシフトチェンジする時には、時間的余裕があり、ラップ動作をさせる必要はない。よって、セレクト動作後にモータ 4 0は、一度停止し、その後シフト動作に移行して所定のァクチユエータ位置で 1速にギヤィンする。

次に、 1速から 4速にシフトチェンジする際には迅速にシフトチェンジされることが望ましい。この時、 1速ギヤ抜きのシフト動作の時間とラップするように所定の時間からセレクト動作を開始させる。このようにラップさせると、モータ 4 0の回転を落とすことなくセレクト動作に移行できる。同様に、セレクト動作の時間とラップするように所定の時間にシフト動作を開始させ、 4速にギヤインする。

このように、リング 5 3、及びキャリア 5 4が、同時に回転する重なり時間を設けることで、モータ 4 0の出力トルクを適宜配分することが可能となる。ラップする時間は、セレクト動作、シフト動作とも動作の立ち下がり又は立ち上がりであるため前述したようなモータ 4 0の体格を U Pする必要はなく、さらに、モータ 4 0を停止することがないので、トルク伝達経路の切り替え時に生じるムダ時間を短縮することができ、連続したモータ 4 0の回転も可能となり、一連の変速操作を短時間で行える。

さらに、駆動中のリング 5 3からキャリア 5 4 へ、又は駆動中のキャリア 5 4 からリング 5 3 へ、駆動を切り替える際には、その途中にどちらも回転するような時間が存在するので、モータ 4 0の回転トルクはスムースに 2つの出力軸に伝達切り替えされる。さらに、トルク伝達経路を切り替える際に発生する急激な伝達トルク変動を抑制することができる。この他に、車両の同期嚙合い式歯車変速機に適用した場合も、該変速機の変速動作を円滑かつ迅速に行うことができる。尚、動作説明のために 1速から 4速に飛び変速しているが、変速時には、シフト動作とセレクト動作の連携動作となるため、通常の 1速ずつの変速をした時も上述した効果と同様の効果が得られる。

図 4は、図 1に示すモータ 4 0のモータ特性を示した図である。モータ 4 0の速度一トルク特性は、電動シフト装置に求められる要求特性に相当する。図 4に示すように、シフト動作時に要求されたときのモータ特性は、シフト時特性 MA

(実線）で表わされる。このシフト時特性 MAは、速度 = 0の時に、モータロックトルク MA t、無負荷時に、モータ回転速度 MA sとなる。シフト動作は、比較的大きな操作力を必要とすると共に、シンクロナイザ機構でギヤ間の同期を取る際には大きなシフト力が必要とされる。

一方、セレクト動作時に要求されるモータ特性は、セレクト時特性 MB (—点鎖線）で表わされる。このセレクト時特性 MBは、速度 = 0の時にモータロックトルク MB t、無負荷時にモータ回転速度 MB sとなる。

そして、この 2つの特性（セレクト時特性 MBとシフト時特性 MA) を満足させるためのモータ特性は、共用特性 M C (破線）で表わされる。そして、共用特性 M Cは、速度 = 0の時にモータロックトルク MA t：、無負荷時にモータ回転速度 M C sとなり、この共用特性 M Cを満足するには、消費電力を大きくしたモ一タ設計となり、モータ容量が増えるため、モータ 4 0の体格が大きくなつてしまう

そこで、電動ァクチユエータ装置そのものの大きさと、消費電流と、を極力小さくするためには共用特性 M Cを満足するモータを適用するのではなく、シフト時特性 MAとセレクト時特性 MBとで示される動作領域 A C Tを満足するよぅモータ制御を行って、モータ特性を変更することが望ましい。

このモータ特性を得るために、電動ァクチユエータ制御装置 9 0は、ロックトルク MA tとなるようにシフト時特性 MAを満足し、軽負荷時の回転速度ではセレクト時特性 MBを満足するように弱め界磁制御を行う。このようにして、弱め界磁制御による弱め界磁制御特性 MDで、モータ制御をすることで 2つ制御対象に要求される特性を満足することができる。

図 4に示すように、モータ 4 0は、負荷トルクと応答速度との関係から設定された弱め界磁移行ポイント M Pで弱め界磁制御に移行される。すなわち、弱め界磁移行ポイント M Pよりも、要求トルクが大きいとき（主にシフト動作時）は、シフト時特性 MAとなるとうにする。一方、弱め界磁移行ポイント M Pよりも要求トルクが小さいとき（主にセレクト動作時）は、セレクト時特性 MBとなるようにする。

このような速度一トルク特性を得ることで、最適な電動ァクチユエータの応答性を得ることができると共に、モータ容量を大きくする必要はなく、さらに、装置自体の安価化、コンパクト化が図れる。

尚、シフト時特性 MAと一致するモータ特性の場合、弱め界磁を必要とするのはセレクト動作時のみであるが、要求されるシフト時特性 MAによってはシフト動作時も弱め界磁制御を行うことにより、より好適な電動シフト装置を提供することができる。

〔第二実施形態〕

図 5は、本発明の第二実施形態の電動ァクチユエータ 1 0 ' を示した図である。図 5において、図 1〜4の第一実施形態と同一のものは、同一符号を付し、詳細の説明は、省略する。第二実施形態では、図 1に示した回転拘束手段 6 0の具体的構成を電磁クラッチとした点が異なる構成となっている。

図 5に示すように、電動ァクチユエータ 1 0 ' は、回転拘束手段に電磁クラッチを用い、この電磁クラッチを動作させることにより、リング 5 3及びキャリア

5 4の回転が、拘束される。具体的には、キャリア 5 4の回転を拘束するために、第一の電磁クラッチ 6 1 Aとクラッチパッド 6 2 Aが、キャリア拘束プレート

6 6 ' に配設されており、第一の電磁クラッチ 6 1 Aの励磁により発生する磁気吸引力は、クラッチパッド 6 2 Aを介して、キャリア拘束プレート 6 6 ' の回転を拘束するように配設されている。また、リング 5 3の回転を拘束するために、第二の電磁クラッチ 6 1 B及びクラツチパッド 6 2 Bが、リング 5 3に配設されており、第二の電磁クラッチ 6 1 Bの励磁により発生する磁気吸引力は、クラッチパッド 6 2 Bを介して、リング 5 3の回転を拘束するように配設されている。それぞれのクラッチ 6 1 A， 6 I Bは、クラッチ押し付けパネ（図示しない）が装備されている。電磁クラッチに電流が通電されていない非励磁のときは、このクラッチ押しつけパネにより、クラッチが連結状態となる。すなわち、第一の電磁クラッチ 6 1 Aが非励磁の時に、キャリア 5 4の回転が拘束され、第二の電磁クラッチ 6 1 Bが非励磁の時に、リング 5 3の回転が拘束される。また、クラツチ押し付けパネの力以上の吸引力が発生するように、電磁クラッチに電流を通電（励磁）すると、クラッチが開放され、各々の電磁クラッチ 6 1 A, 6 1 Bに対応したキャリア 5 4及びリング 5 3の回転の拘束が、解除される。

以上のように、電磁クラッチを採用することによりキャリア 5 4とリング 5 3 の回転の拘束を独立して制御できるので、トルク分配手段 5 0 ' におけるトルク分配量を細かく制御することができ、前述のシフト動作とセレクト動作とのラップ動作期間のトルク配分を制御することが可能となる。

この他にも、 1個の電磁クラツチと戻りパネとの併用により同様の動作をすることが可能である。このような場合は、電動シフト装置の低コスト化が図れ、好適である。また、回転拘束手段はウォーム 'ホイール機構を用いても実現可能である。さらに、後述のような湿式あるいは乾式の多板クラッチを用いることもでき、キャリア 54あるいはリング 53の回転トルクを拘束することができるものであればどのような構成であってもよい。

〔第三実施形態〕

図 6は、本発明の第三実施形態の電動ァクチユエータ 10" のを示した図である。図 6において、第二実施形態と同一のものは、同一符号を付し、詳細の説明は、省略する。第三実施形態では、第二実施形態と比べて、トルク分配手段にディファレンシャルギヤを適用した点と、回転拘束手段として湿式多板クラッチを用いた点とが、異なる構成となっている。

まずトルク分配手段 50" について説明する。図 6に示すように、トルク分配手段 50" は、入力サイドギヤ 51 ' 、ピニオン 52 A，， 52 B' 、ピニオンシャフト 52 C' 、リングギヤ（リング） 53' 、及び出力サイドギヤ 54' とからなるディファレンシャルギヤと、その附帯部材として、セレクト部材 55，と、を備えている。

具体的には、各々の配置を説明すると、入力サイドギヤ 51' は、モータ 40 と連結しており、ピニオン 52Α，， 52 B' と嚙合している。そして、ピニォン 52A' ， 52 Β' は、入力サイドギヤ 51，の回転軸と垂直となる自転軸で自転可能に配置されている。そして、出力サイドギヤ 54，は、 2つのピニオン 52 A' ， 52 B' に嚙合し、ピニオン 52 Α，， 52 B' の自転に伴い回転するように配置されている。

一方、 2つのピニオン 52 Α，， 52 B' は、ピニオンシャフト 52 C，と、先の自転可能なように軸支されており、入力サイドギヤ 51' の回転軸を軸心として公転可能に配設されている。そして、リング 53' は、ピニオンシャフト 5

2 C を介して、 2つのピニオン 52A' , 52 B' を支持して、該 2つのピニオン 52A' ， 52 B' と一体となって回転す'る機構となっている。さらに、リング 53，の外周にはリング嚙合い歯 53 A' があり、モータセレクト部材 55 ，のセレクト嚙合い歯 55 A' と嚙合している。また、セレクト部材 55' の他端には、シフトアーム 80のスライド嚙合い歯 8 OAと嚙合したセレクトレールギヤ 55 B' を有し、このセレクトレールギヤ 55 B' は、シフトアーム 80が軸方向にストローク可能となる幅で歯切りされている。

ここでディファレンシャルギヤを用いた機構によるトルク伝達を説明すると、モータ 40の回転トルクは、入力サイドギヤ 51' に入力される。この入力により、入力サイドギヤ 51' と嚙合したピニオン 52 A' , 52 B' が回転する。該ピオン 52 Α，， 52 B' に伝達されたトルクは、リング 53' と出力サイドギヤ 54，に分配される。そして、リング 53，に伝達されたトルクは、セレクト部材 55' に伝達され、シフトアーム 8◦を回転させる。このようにしてァクチユエータ 10" のセレクト動作が可能となる。

一方、ピニオン 52 A' , 52 B' を介して出力サイドギヤ 54，も、回転する。そして、該出力サイドギヤ 54' の出力端には回転一往復変換ギヤ部 71があり、シフトアーム 80を軸方向にストロークさせる。このようにして、ァクチユエータ 10" のシフト動作が可能となる。

次に、回転拘束手段について説明する。回転拘束手段は、湿式多板クラッチ 6 1A"， 61 B" 、プレツシャプレート 62 A，，， 62 B，，、及び固定体 63 A " ， 63 B" を備えている。

図 6に示すように、セレクト動作を拘束する湿式多板クラッチ 61 A" は、モータ 40の外部と固着した固定体 63 A" と、外力が作用するプレツシャプレート 62A" の間に挿入されており、シフト動作を拘束する湿式多板クラッチ 61 B" は、装置外部の非駆動部（図示していない）と固着された固定体 63 A" と、外力が作用するプレツシャプレート 62 B" の間に挿入されている。また、プレツシャプレート 62 A" , 62 B" が作用する外力は図示していないが、ソレノィドコイル、油圧が挙げられる。

この回転拘束手段の動作を説明すると、セレクト動作を拘束する湿式多板クラツチ 61 A" は、プレツシャプレート 62 A" に外力が作用することによりクラツチ締結し、固定体 63 A" により固定されて、リング 53' の回転を拘束する。そして、リング 5 3 ' の回転拘束に伴い、セレクトレールギヤ 5 5 B，が回転を拘束されるため、シフトアーム 8 0のスライドギヤ 8 O Aは、セレクトレーノレギヤ 5 5 B ' をスライドし、シフト動作が可能となる。

同様に、シフト動作を拘束する湿式多板クラッチ 6 1 B " は、プレツシャプレート 6 2 B " に外力が作用することによりクラッチ締結し、固定体 6 3 B " により固定されて、出力サイドギヤ 5 4 ' の回転を拘束する。そして、出力サイドギャ 5 4，の回転を拘束することで、シフト部材 5 5 ' の回転と連動してシフトァーム 8 0が回転するので、セレクト動作が可能となる。

このように、ディファレンシャルギヤを用いた電動ァクチユエータ 1 0 " は、先に示した効果ばかりでなく、各ギヤを大きくとれることから伝達トルクが大きい場合に好適である。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

尚、上記のように、 2つの制御対象を制御する場合について説明し、トルクを分配する手段として、遊星歯車、ディファレンシャルギヤなどの機構を用いた例を示したが、このような機構を複数個備えることにより 2つ以上の制御対象にトルクを分配することが可能であるので、 2つの制御対象のみに制限されるものではない。

また、本発明では自動車用に限定して説明したが、自動車以外に用いられる自動変速機に適用してもよい。また、第一の摩擦クラッチには、一般に乾式単板クラツチが用いられるが、湿式多板クラツチや電磁クラツチなどのいかなる摩擦クラツチを用いてもよい。産業上の利用の可能性

以上の説明のように、本発明の電動ァクチユエータ及びその制御装置は、 1つのモータに対して、 2つの出力軸を持ち、回転拘束手段により、拘束する出力軸を選択することができる。また、 1つのモータで、出力シャフトに対して 2種類の動作を選択的に実行することが可能になるので、装置の小型化、安価化、が実現可能となる。また、駆動すべき制御対象の回転拘束を共に解除することで回転要素が滑らかに回転始動することができ、トルク伝達経路を切り替える際の急激な伝達トルクの変動を抑制することができる。

また、トルクを分配して制御することによりトルク伝達の経路を変更する際に

、回転拘束を解除された 2つの回転要素が同時に回転可能となるような所定のラップ期間を設けることにより、トルク伝達経路の切り替え時に生じるムダ時間を短縮することができる。

また、駆動モータに通電する電流の位相を制御して弱め界磁制御することにより、 1つのモータを最適化して、 2つ制御対象に要求される負荷トルクと応答速度とを考慮した速度トルク特性を得ることができるので、モータの体格を大きく

Claims

請求の範囲

1 .回転トルクを出力するモータと、該回転トルクを分配して、回転運動として 2 つの出力軸に出力するトルク分配手段と、前記 2つの出力軸の回転運動を選択的に拘束する回転拘束手段と、前記 2つの出力軸の一方の前記回転運動を変換して受けて往復運動すると共に前記他方の出力軸の前記回転運動を受けて回転運動する出力シャフトと、を備えることを特徴とする電動ァクチユエータ。

2 . 前記トルク分配手段は、サンギヤとプラネタリギヤとリングギヤとからなる遊星歯車機構であって、

前記サンギヤの回転軸は、前記モータからの出力で回転する軸であり、前記プラネタリギヤの公転軸と、前記リングギヤの回転軸とは、前記 2つの出力軸のいずれかであることを特徴とする請求項 1に記載の電動ァクチユエータ。

3 . 前記トルク分配手段は、入力ギヤと、該入力ギヤと嚙合して該入力ギヤの入力回転軸と垂直となる自転軸で自転すると共に該入力回転軸で公転する 2つのピ二オンギヤと、前記 2つのピ-オンギヤに嚙合して前記入力回転軸と同軸で回転する出力ギヤと、前記 2つのピユオンギヤを支持して該ピニオンギヤと一体となつて回転するリングギヤと、からなるディファレンシャルギヤと、該リングギヤと嚙合し、連動して回転するセレクト部材と、を備えており、

前記入力ギヤの回転軸は、前記モータからの出力で回転する軸であり、前記出力ギヤの回転軸と、前記セレクト部材の回転軸とは、前記 2つの出力軸のいずれかであることを特徴とする請求項 1に記載の電動ァクチユエータ。

4 . 前記 2つの出力軸の一方の出力軸と前記出力シャフトとは、 .ねじ係合した機構を介して、前記 2つの出力軸の他方の出力軸と前記出力シャフトとは、同調して回転するような機構を介して、連動連結され、

前記他方の出力軸を拘束した時は、前記出力シャフトは、前記往復運動し、前記一方の出力軸を拘束した時は、前記出力シャフトは、前記回転運動することを特徴とする請求項 1に記載の電動ァクチユエータ。

5 . 前記回転拘束手段は、ソレノィドアクチユエータと、該ソレノィドアクチュエータと連動した拘束部材と、を備え、前記ソレノィドアクチユエータの励磁状態により、前記拘束部材は、前記 2つの出力軸のいずれかを拘束、及び/又は、非拘束することを特徴とする請求項 2に記載の電動ァクチユエータ。

6 . 前記回転拘束手段は、電磁式又は油圧式の 2つのクラッチを備え、該クラッチの締結又は非締結に伴い、前記 2つの出力軸のいずれかを拘束、及びノ又は、非拘束することを特徴とする請求項 2に記載の電動ァクチユエータ。

7 . 前記回転拘束手段は、電磁式又は油圧式の 2つのクラッチを備え、該クラッチの締結又は非締結に伴い、前記 2つの出力軸のずれかを拘束、及び/又は、非拘束することを特徴とする請求項 3に記載の電動ァクチユエータ。

8 . 請求項 1に記載の電動ァクチユエータと、前記モータ及び前記回転拘束手段を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする電動シフト装置。

9 . 前記電動シフト装置は、車両の同期嚙合い式歯車変速機用であることを特徴とする請求項 8に記載の電動シフト装置。

1 0 . 前記変速機は、該変速機を変速させるための変速手段を有し、該変速手段の操作に基づき、前記制御装置によって前記モータ及び前記回転拘束手段を制御することを特徴とする請求項 9に記載の電動シフト装置。

1 1 . 請求項 2に記載の電動ァクチユエータを制御する制御装置であって、該制御装置は、前記モータを制御するモータ制御手段と、前記回転拘束手段を制御する拘束制御手段と、を備えることを特徴とする電動ァクチユエータの制御

1 2 . 請求項 3に記載の電動ァクチユエータを制御する制御装置であって、該制御装置は、前記モータを制御するモータ制御手段と、前記回転拘束手段を制御する拘束制御手段と、を備えることを特徴とする電動ァクチユエータの制御

1 3 . 前記拘束制御手段は、 2つの出力軸の拘束を選択変更するときは、非拘束の時間を、所定の時間を設けることを特徴とする請求項 1 1に記載の電動ァクチユエータの制御装置。

1 4 . 前記モータ制御手段は、前記モータに要求される回転数が高い時には、前記モータに通電する電流の位相を制御して弱め界磁制御を行なうことを特徴とする請求項 1 1に記載の電動ァクチユエータの制御装置。

1 5 . 前記モータの制御手段は、前記モータの容量を、 2つの出力軸のうち要求トルクが最大となる出力軸に合わせて、選定することを特徴とする請求項 1 1に記載の電動ァクチユエータの制御装置。

1 6 . 前記モータの回転角度を検出するモータ角度検出手段を備え、前記モータ制御手段は、該検出したモータ検出角度と、前記モータの回転数及び前記出力軸の回転数の回転比と、前記トルク分配手段で分配されたトルク分配量と、から前記 2つの出力軸の変位量を演算し、前記算出した変位量が目標値と一致するように制御することを特徴とする請求項 1 1に記載の電動ァクチユエータの制御装置

1 7 . 請求項 1に記載の電動ァクチユエータの制御方法であって、

前記モータの前記回転トルクを制御すると共に、前記出力軸の回転運動を選択的に拘束することで、前記出力シャフトの回転運動、及び Z又は、往復運動を制御することを特徴とする電動ァクチユエータの制御方法。

1 8 . 前記 2つの出力軸の拘束を選択変更するときは、非拘束の時間を、所定の時間を設けることを特徴とする請求項 1 7に記載の電動ァチユエータの制御方法。 -

1 9 . 前記モータに要求される回転数が高い時には、前記モータに通電する電流の位相を制御して弱め界磁制御を行なうことを特徴とする請求項 1 7に記載の電動ァクチユエータの制御方法。

2 0 . 前記モータの回転角度を検出すると共に、該モ一タ検出角度と、前記モータの回転数及び前記出力軸の回転数の回転比と、前記トルク分配手段で分配されたトルク分配量と、から前記 2つの出力軸の変位量を演算し、前記変位量が目標値と一致するように制御することを特徴とする請求項 1 7に記載の電動ァクチュエータの制御方法。