JP5881798B1

JP5881798B1 - レンジ切替装置

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Publication number: JP5881798B1
Application number: JP2014212208A
Authority: JP
Inventors: 拓也瓜生; 和久栗田; 義生斎木; 菅野　千秋; 千秋菅野; 雅之青田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: US20160109022A1; US9429230B2; JP2016080078A; DE102015214342A1

Abstract

【課題】シフトレンジ切替システムにおいて、アクチュエータが正常に動作しない電圧低下時においても、シフトレンジの切り替えを行うことができるレンジ切替装置を提供することを目的としている。【解決手段】レンジ切替装置２は、主モータ１５および補助モータ４１と、主モータ１５のモータシャフト２２に結合された太陽歯車２３と、補助モータ４１のモータシャフト４２に結合された補助歯車４３と、太陽歯車２３に噛み合う複数の遊星歯車２４と、遊星歯車２４に噛み合う内歯２５ａとともに補助歯車４３と噛み合う外歯２５ｂが形成された環状歯車２５と、遊星歯車２４を自転および公転可能に支持するとともにモータシャフト２２の外周上で回転可能なキャリア２６と、キャリア２６に取付けられモータシャフト２２の軸を中心に回転する小歯車２７と、小歯車２７と噛み合う大歯車と、で構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の自動変速機のシフトレンジを電気信号を介して操作するシフトバイワイヤシステムにおけるレンジ切替装置に関するものである。

近年、車両制御において、車両操縦者の指令により車両の自動変速機のシフトレンジを電気信号で切り替えるシフトバイワイヤシステムが採用されている。車両に対しては、何らかの要因により、異常が生じた場合であっても、確実に停車させることができ、牽引可能であることが要求される。シフトバイワイヤシステムを使用しない、従来の車両の場合には、自動変速機のシフトレンジをＰレンジに切り替える、またはパーキングブレーキを使用することにより、車両の停車が可能である。また、自動変速機のシフトレンジをＰレンジから他のレンジへ切り替えることで、車両を容易に牽引することも可能である。

これに対して、シフトバイワイヤシステムが適用された車両においては、自動変速機のシフトレンジが電気的に切り替えられるため、例えば、バッテリ上がりや断線など、電源または電力供給系統に異常が生じると、自動変速機のシフトレンジの切り替えが困難になる。このため、シフトバイワイヤシステムを備えた車両においても、何らかの要因で、車両に異常が生じた場合に、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができるレンジ切替装置が求められている。

例えば、電力供給系統に異常が生じた場合の自動変速機のシフトレンジを切り替える方法として、特許文献１のシフトバイワイヤ装置（ＳＢＷ装置）では、レンジ制御手段に供給する電力を蓄えるキャパシタを備えており、そのため、バッテリや電力供給系統に異常が生じたときでも、ＳＢＷ装置のアクチュエータはキャパシタに蓄えられている電力によって少なくとも一回は自動変速機を「Ｐレンジ」に切り替えることができる。これにより、車両は安全かつ確実に停車される。また、自動変速機のシフトレンジは、レバーを操作することにより手動で「Ｐレンジ」から解除される。これにより、駐車された車両を、例えば牽引などにより容易に移動することができる。

特開２００８−１８０２５０号公報

従来のＳＢＷ装置は、電力供給系統の異常等で電力が供給されない場合に、キャパシタに蓄えられている電力によって、アクチュエータによりシフトレンジをＰレンジに切り替えることを想定した対策であるが、電源電圧低下による異常に対しては、アクチュエータが正常に動作せず、シフトレンジを切り替えることができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アクチュエータが正常に動作しない電圧低下時においても、シフトレンジの切り替えを行うことができるレンジ切替装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るレンジ切替装置は、主モータおよび補助モータと、前記主モータのモータシャフトに結合された太陽歯車と、前記補助モータのモータシャフトに結合された補助歯車と、前記太陽歯車に噛み合いとともに円周上に均等に配置された複数の遊星歯車と、前記遊星歯車に噛み合う内歯とともに前記補助歯車と噛み合う外歯が形成された環状歯車と、前記遊星歯車を自転および公転可能に支持するとともに前記主モータのモータシャフトの外周上で回転可能に摺動するように保持されているキャリアと、前記遊星歯車の取り付け面と反対側の面の前記キャリアに取付けられるとともに前記主モータのモータシャフトの軸中心を回転中心とする小歯車と、前記小歯車と噛み合う大歯車と、を備え、前記大歯車の回転により自動変速機のシフトレンジを切り替えることを特徴とするものである。

本発明のレンジ切替装置によれば、供給電圧が低下した場合にシフトレンジの切り替えを行うための補助モータが搭載されているので、供給電圧の低下時においても補助モータによりシフトレンジの切り替えを行うことができることができ、また、供給電圧の復帰時には、主モータにより通常のシフトレンジの切り替え動作に移行することができるという効果がある。

実施の形態１に係るレンジ切替装置を備えたシフトレンジ切替システムの全体構成を示す斜視図である。実施の形態１に係るレンジ切替装置の側面断面図である。実施の形態１に係るレンジ切替装置の平面透視図である。実施の形態２に係るレンジ切替装置における主モータのコイル部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るレンジ切替装置の詳細について、図１から図４を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレンジ切替装置を備えたシフトレンジ切替システムの全体構成を示す斜視図であり、図２は、レンジ切替装置の側面断面図を示すものであり、また、図３は、レンジ切替装置の平面透視図を示すものである。

まず、図１を用いて、実施の形態１に係るレンジ切替装置を備えたシフトレンジ切替システムの全体構成について説明する。シフトレンジ切替システム１は、レンジ切替装置２と、ディテント機構３と、パーキング機構４およびバルブボディ５とで構成されている。

ここで、レンジ切替装置２は、例えば、車両に搭載される自動変速機に取り付けられるように構成されており、車両操縦者によって選択されるシフトレバー（レンジ選択手段）からのシフト信号（電気信号）が供給されるコネクタ２ａを備えている。このシフト信号に基づいてレンジ切替装置２は、その出力軸１８（後述する。）に連結された駆動対象となるシフトシャフト６を回転駆動させ、このシフトシャフト６に取り付けられた略扇形状のディテントプレート７を正逆に回転させる。このディテントプレート７には、スプール弁８が連動するように取り付けられており、シフトシャフト６の回転によりディテントプレート７が回転すると、連動するスプール弁８がバルブボディ５内で往復移動し、これによってバルブボディ５内の油路を切り替えて、所定のシフトレンジ（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）に設定するように構成されている。

また、ディテントプレート７には、略扇形状の先端部に複数の凹部７ａが設けられており、この凹部７ａは、スプール弁８の各レンジ位置（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）に対応している。さらに、バルブボディ５に固定されたディテントスプリング９が板バネとして作用し、その先端を凹部７ａに押圧することによって、ディテントプレート７を位置決め保持するように構成されている。

一方、パーキング機構４は、ディテントプレート７に連結されたパーキングロッド１０と、パーキングロッド１０の先端に設けられた円錐部１１と、パーキングポール１２と、パーキングギヤ１３とを有している。パーキングロッド１０は、ディテントプレート７の正逆の回転運動に伴い、パーキングロッド１０の位置が変わることによって、その先端に設けられた円錐部１１を介してパーキングポール１２が、軸１２ａを中心に上下にシーソー運動する。この運動に伴い、パーキングポール１２の凸部１２ｂが、パーキングギヤ１３の凹部１３ａに嵌合あるいは凹部１３ａから離脱することによってパーキング機構４のロックとアンロックが達成され、自動変速機におけるパーキングギヤ１３の中心出力軸の回転を阻止または可能とすることになる。

以上のように、このシフトレンジ切替システム１においては、ディテントプレート７を介してシフトシャフト６とスプール弁８とが連動していることから、シフトシャフト６の回転角度を制御することによって、スプール弁８の位置を制御し、所定のシフトレンジに設定することが可能となるものである。

次に、この発明の要部であるレンジ切替装置２の構成および動作について、図２および図３に基づいて詳細に説明する。図２において、レンジ切替装置２は、シフトレバーからのシフト信号に基づいて制御信号を発生させる制御基板１４と、制御基板１４からの制御信号に基づいて制御される主モータ１５、および補助モータ４１と、主モータ１５に連結された減速機構１６と、減速機構１６に連結されシフトシャフト６を回転させることによってシフトレンジの切り替えを行うレンジ切替部１７とを備える。また、減速機構１６は、補助モータ４１にも連結されている。

ここで、レンジ切替部１７の出力軸１８は、レンジ切替装置２のハウジングを構成するフロントボディ１９の支持筒部１９ａにその内側に設けられたメタルベアリング２０を介して回転可能に保持されている。また、出力軸１８のフロント側外周部には、凹部１８ａが設けられており、凹部１８ａとフロントボディ１９間に挟み込まれたシール部材２１によって外部とは気密または液密に保持されている。

減速機構１６は、遊星歯車減速機構と平歯車減速機構によって構成されており、回転するモータシャフト２２に取付けられた太陽歯車２３と、この太陽歯車２３に噛み合う遊星歯車２４と、この遊星歯車２４に噛み合う内歯２５ａを有するとともに、補助モータ４１のモータシャフト４２に取付けられた補助歯車４３に噛み合う外歯２５ｂを有する環状歯車２５と、遊星歯車２４を自転及び公転可能に支持するキャリア２６と、遊星歯車２４と反対面側のキャリア２６に取付けられた小歯車２７と、出力軸１８に固定され、小歯車２７に噛み合う大歯車２８を有している。ここで、補助モータ４１のモータシャフト４２に取付けられた補助歯車４３はウォームギヤであり、環状歯車２５の外歯２５ｂはウォームホイールである。
なお、キャリア２６は、遊星歯車２４側に延出したモータシャフト２２の外周上で回転可能に摺動するように保持されている。また、環状歯車２５は、主モータ１５の中心軸と同軸に第３の転がり軸受３５で回転可能に保持されている。

主モータ１５は、永久磁石を用いたブラシレスモータであり、回転可能に支持されたロータ３０と、このロータ３０の回転中心と同軸上に配置されたステータ３１とで構成されている。ロータ３０は、モータシャフト２２に圧入固定されており、磁石３２は、ロータ３０内に接着等の手段により固定されている。また、モータシャフト２２は、第１の転がり軸受３３と第２の転がり軸受３４によって、リアボディ３６に回転可能に保持されている。また、リアボディ３６は、フロントボディ１９とともにレンジ切替装置２のハウジングを構成し、レンジ切替部１７の出力軸１８とモータシャフト２２の軸中心は、離間して配置され、小歯車２７と大歯車２８の配置を可能としている。

制御基板１４は、リアボディ３６に固定され、一面がレンジ切り替え部１７の出力軸１８に対向して配置されるとともに、他面が主モータ１５のロータ３０に対向する位置に配置されている。

また、制御基板１４の出力軸１８に対向する位置には、出力軸１８の回転角度を検出するレンジ切替位置検出センサ３７が取り付けられている。すなわち、レンジ切替位置検出センサ３７は、磁束方位検出型の磁気センサからなり、制御基板１４上の出力軸１８の軸上で、出力軸１８内に埋設された磁石３８に対向する位置に配置され、出力軸１８の回転に伴う磁石３８の磁束変化により回転位置を検出するものである。

また、ステータ３１は、ステータコア３９及びコイル４０から構成されている。ステータコア３９は、径内方向に向けて突出する複数のステータティースを形成する。コイル４０は、各ステータティースに巻回されているＵ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルからなる三相結線を構成している。

以上のように構成された実施の形態１のレンジ切替装置において、主モータ１５で発生したトルクは、太陽歯車２３、遊星歯車２４、環状歯車２５およびキャリア２６によって減速され、小歯車２７に伝達される。小歯車２７に伝達されたトルクは、小歯車２７と噛み合う大歯車２８によって減速され、出力軸１８に伝達される。なお、主モータ１５によるシフトレンジの切り替えにおいては、補助モータ４１と連結されるウォームギヤ４３のセルフロックにより、環状歯車２５は回転を拘束されている。このため、補助モータ４１は、主モータ１５の負荷にはならない。

次に、補助モータ４１によるシフトレンジの切り替え動作について説明する。レンジ切替装置２への供給電圧の低下などにより、主モータ１５によるシフトレンジの切り替えが行えないと判断された場合、主モータ１５によるシフトレンジの切り替えから、補助モータ４１によるシフトレンジの切り替えに移行する。この場合、主モータ１５のコイル４０の少なくともいずれかの１相を励磁することで、主モータ１５のモータシャフト２２の回転を拘束するとともに、補助モータ４１へは電源供給を行う。ここで、主モータ１５への励磁は直流励磁であり、主モータ１５への励磁を開始した後に、補助モータ４１への給電が開始される。これにより、主モータ１５のコイル４０の励磁によって、モータシャフト２２が励磁に応じた定位置まで移動した後に回転が拘束されて、補助モータ４１による環状歯車２５の回転が行われる。

このようにすることで、補助モータ４１により環状歯車２５が回転されると、拘束された主モータ１５のモータシャフト２２によって遊星歯車２４の自転が拘束されるので、環状歯車２５の回転は、キャリア２６に伝達されて大歯車２８が駆動される。これにより、補助モータ４１によるシフトレンジの切り替えが可能となる。

なお、主モータ１５としては、大トルクで応答性が要求されるので大電流タイプのものが使用されるが、供給電圧が通常の動作電圧以下になると駆動することができなくなる。これに対して、補助モータ４１としては、応答性に劣るが、主モータ１５よりも低い電圧でも駆動することができるものを使用する。

また、補助モータ４１への給電は、車両バッテリからリレーなどのスイッチを介して行われてもよい。

また、供給電圧が正常状態に復帰した後、主モータ１５によるシフトレンジの切り替えが実施可能と判断された場合には、補助モータ４１への電源供給を停止する。これにより、環状歯車２５は再び回転が拘束される。そして、補助モータ４１によって実行されたレンジ位置から、主モータ１５によるシフトレンジの切り替えに移行することが可能である。

このように、実施の形態１に係るレンジ切替装置によれば、補助モータを設けることで、供給電圧が低下し、主モータでのシフトレンジの切り替えを行うことが困難になった場合に、主モータのコイルの１相を励磁するとともに、補助モータを駆動させることで、シフトレンジの切り替えを行うことができ、供給電圧が復帰した場合には、主モータによる通常のシフトレンジの切り替えに戻すことができるという効果がある。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係るレンジ切替装置における主モータのコイル部の構成を示す図である。実施の形態１のレンジ切替装置との違いは、主モータのコイル部の構成が異なる点である。実施の形態２のレンジ切替装置の他の構成については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

主モータ１５の少なくとも１相のステータ３１のスロットには、主モータ１５を回転駆動させるコイル４０とは異なるコイル４４が備えられている。コイル４４は、補助モータ４１への給電と同じ給電系統により給電される。そして、コイル４４への励磁が開始された後に、補助モータ４１への給電が開始される。

本実施の形態によれば、主モータ１５と補助モータ４１の給電系統が分離されているので、主モータ１５がコイル断線など何らかの異常によって主モータ１５への給電系統が不能となった場合であっても、補助モータ４１と給電系統を同じくするコイル４４を励磁することで、主モータ１５のモータシャフト２２は回転を拘束されて、補助モータ４１によるシフトレンジの切り替えが可能である。

また、コイル４４と補助モータ４１の給電系統において、主モータ１５への給電系統とは異なっているので、主モータ１５に生じた異常の形態に影響されることなく、シフトレンジの切り替えを行うことが可能となる。

なお、上述の実施の形態２の説明においては、コイル４４を主モータ１５のステータコア３９のうちの１相のコイルの上に重ねて巻回した構成で示したが、この形態に限定されるものではなく、いずれかの２相にまたがって巻回されていてもよく、モータシャフト２２を拘束するための形態であれば、本発明の効果を得ることが可能である。

このように、実施の形態２に係るレンジ切替装置によれば、補助モータを設けることで、供給電力の停止あるいは供給電圧の低下により、主モータでのシフトレンジの切り替えを行うことが困難になった場合に、主モータに通常のコイルとは別に設けられた励磁用のコイルを励磁するとともに、補助モータを駆動させることで、シフトレンジの切り替えを行うことができ、供給電圧が復帰した場合には、主モータによる通常のシフトレンジの切り替えに戻すことができるという効果がある。

なお、上記実施形態の説明において、供給電圧の低下時のシフトレンジの切り替えをモータによる駆動としているが、これに限定されるものではなく、回転動作を出力とする電磁ソレノイドによっても達成することが可能である。

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１シフトレンジ切替システム、２レンジ切替装置、３ディテント機構、４パーキング機構、５バルブボディ、６シフトシャフト、７ディテントプレート、８スプール弁、９ディテントスプリング、１０パーキングロッド、１１円錐部、１２パーキングポール、１３パーキングギヤ、１５主モータ、１６減速機構、１７レンジ切替部、１８出力軸、２２モータシャフト、２３太陽歯車、２４遊星歯車、２５環状歯車、２５ａ内歯、２５ｂ外歯、２６キャリア、２７小歯車、２８大歯車、３７レンジ切替位置検出センサ、３８磁石、３９ステータコア、４０コイル、４１補助モータ、４２モータシャフト、４３補助歯車（ウォームギヤ）、４４コイル。

Claims

主モータおよび補助モータと、
前記主モータのモータシャフトに結合された太陽歯車と、
前記補助モータのモータシャフトに結合された補助歯車と、
前記太陽歯車に噛み合うとともに円周上に均等に配置された複数の遊星歯車と、
前記遊星歯車に噛み合う内歯とともに前記補助歯車と噛み合う外歯が形成された環状歯車と、
前記遊星歯車を自転および公転可能に支持するとともに前記主モータのモータシャフトの外周上で回転可能に摺動するように保持されているキャリアと、
前記遊星歯車の取り付け面と反対側の面の前記キャリアに取付けられるとともに前記主モータのモータシャフトの軸を中心として回転する小歯車と、
前記小歯車と噛み合う大歯車と、を備え、
前記大歯車の回転により自動変速機のシフトレンジを切り替えることを特徴とするレンジ切替装置。
前記補助歯車は、ウォームギヤであり、前記環状歯車の外歯がウォームホイールであることを特徴とする請求項１に記載のレンジ切替装置。
前記主モータに、直流励磁するための導体を備えることを特徴とする請求項１に記載のレンジ切替装置。
前記導体および前記補助モータの給電系統は、前記主モータの給電系統とは異なることを特徴とする請求項３に記載のレンジ切替装置。