(57)【要約】【課題】消費電力増加を極力抑えるだけでなく、コイルスペースを増加させることなく、電磁式２方向クラッチの係合応答性を速くする。【解決手段】第１の回転軸と第２の回転軸間における動力の伝達と遮断を行う２方向クラッチ９と、この２方向クラッチ９の係合と解除を制御する電磁クラッチ１０とを備え、電磁クラッチの電磁コイル２２に流す電流をスイッチング素子によって制御する電磁式２方向クラッチの通電制御回路において、上記電磁コイル２２を複数に分割し、スイッチング素子によって複数に分割したコイルの通電方法の組み合わせを変更し、時定数および消費電力を制御することで、消費電力増加を極力抑えながら、係合応答性を向上させるようにした。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸と第２の回転軸間における動力の伝達と遮断を行う２方向クラッチと、この２方向クラッチの係合を制御する電磁クラッチとを備え、電磁クラッチの電磁コイルに流す電流をスイッチング素子によって制御する電磁式２方向クラッチの通電制御回路において、電磁コイルを複数に分割し、スイッチング素子によって複数に分割したコイルの通電方法の組み合わせを変更し、時定数および消費電力を制御することで、消費電力増加を極力抑えながら、係合応答性を向上させるようにしたことを特徴とする電磁式２方向クラッチの通電制御回路。
【請求項２】
電磁コイルを２分割として、電磁式２方向クラッチを係合させるときに、通電回路の組み合わせを、２つのコイルを並列に通電、どちらか１つのコイルに通電、２つのコイルを直列に通電する３つの組み合わせの中から２つ以上を組み合わせ、通電順序を起磁力の応答性が速いものからとすることを特徴とする請求項１記載の電磁式２方向クラッチの通電制御回路。
【請求項３】
上記通電回路が、電磁コイルＬ１とスイッチング素子ＳＷ３の一端を接続した直列回路１と、スイッチング素子ＳＷ１と電磁コイルＬ２の一端を接続した直列回路２とを、電源Ｅに対して直列回路１と直列回路２が並列接続になるように、電源Ｅの正極側へ直列回路１の電磁コイルＬ１側の他端と直列回路２のスイッチング素子ＳＷ１の他端と接続し、電源Ｅの負極側へ直列回路１のスイッチング素子ＳＷ３の他端と直列回路２の電磁コイルＬ２の他端と接続し、さらに、直列回路１の電磁コイルＬ１とスイッチング素子ＳＷ３の接続点と直列回路２のスイッチング素子ＳＷ１と電磁コイルＬ２の接続点間にスイッチング素子ＳＷ２を設けた回路からなる請求項１又は２記載の電磁式２方向クラッチの通電制御回路。
【請求項４】
四輪駆動車における常時二輪駆動モード、常時四輪駆動モード、走行状態によって自動的に二輪駆動状態と四輪駆動状態を切換えるオートモードの各モードの切換え制御に使用する請求項１〜３のいずれかに記載の電磁式２方向クラッチの通電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つの回転軸にそれぞれ設けられた摩擦係合器間に、電磁力の作用により摩擦力を発生させ、回転軸間の動力の伝達手段を切換える電磁式２方向クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの回転軸間で動力の伝達を断続する機構としてクラッチがある。クラッチは種々の装置に適用されているが、例えば車両に適用されたクラッチなどでは、走行中に動力の伝達を速やかに切換えることが要求されている。このため、車両の走行状態に応じて適切な切換えを行うために、制御ユニットからの制御信号によって動力の伝達と遮断を迅速に制御できることが望ましい。特に、図１に示すようにＦＲベースの四輪駆動車においては、前輪に対する駆動力の伝達と遮断を切換えるために使用するクラッチにより、動力を遮断した場合に二輪駆動、動力を伝達した場合は四輪駆動状態となるので、迅速な応答性が要求される。
この四輪駆動車に使用されるクラッチは、２方向クラッチと、その２方向クラッチの係合を制御する電磁クラッチを一体とした電磁式２方向クラッチであり、例えば、特開平１０−７１８７２号公報においては２方向クラッチ部にローラ式のものが、特開平８−１７５２０６号公報においては２方向クラッチ部にスプラグ式のものが開示されている。
【０００３】
ところで、図１に示すように、ＦＲベースの四輪駆動車においては、エンジン２に連なるトランスミッション３からの出力を、入力軸５を介して直接後輪６の推進軸７に伝達し、トランスファ４の内部に、入力軸５と、それと同軸上かつ相対回転可能に装着されたチエンスプロケット８との回転伝達と遮断を行うためのローラ係合型の２方向クラッチ９と、その２方向クラッチ９のロックとフリーを制御する電磁クラッチ１０を設け、チエンスプロケット８はサイレントチエン１１を介して前輪推進軸１２と連動し、これによって、従来の典型的なパートタイム四輪駆動の走行モード（二輪駆動、四輪駆動）に加えて、自動的に二輪駆動と四輪駆動を切換えるオートモードが追加されている。
【０００４】
図２は上記電磁式２方向クラッチにおける２方向クラッチ８と電磁クラッチ１０の具体的な構造を示し、２方向クラッチ９は、内方部材１３と外輪１４を、軸受を介して同軸上に回転可能に嵌合させ、内方部材１３と外輪１４の一方に複数のカム面１５を設け、他方に円筒面１６を設け、両面間に楔形空間を形成し、その楔形空間内に保持器１７を設け、保持器１７に形成した複数のポケットに係合子としてのローラ１８を組み込み、ローラ１８が円筒面１６とカム面１５に係合しない中立位置へ保持器１７を支持付勢するスイッチばね１９を、保持器１７とカム面１５を有する内方部材１３または外輪１４の間で係止して形成されている。
【０００５】
また、電磁クラッチ１０は、外輪１４または内方部材１３に固定された摩擦フランジ２０と、保持器１７の端部に保持器１７とスライド可能、相対回転不可能に嵌合したアーマチュア２１を適当な隙間を介して重ね合わせ、その摩擦フランジ２０とアーマチュア２１を磁力により圧接させるための電磁コイル２２を設け、電磁コイル２２の電流をオン・オフすることによってローラ１８を係合または空転させるようになっている。
【０００６】
この回転伝達装置によれば、手動によるモード切換えスイッチのオートモードを選択すれば、車両が通常一定走行中は後輪駆動（二輪駆動）状態であり、前輪速度検出手段２３と後輪速度検出手段２４から入力される前後輪速度間の相違や変化度合をＥＣＵ（コントローラ）が演算し、車両が加速した場合、基本的に前後の回転数からＥＣＵが後輪のスリップを感知して設定値を越えたときに電磁クラッチ１０に電流が流れ、２方向クラッチ９がロックされ四輪駆動となる。
【０００７】
また、低μ路で急なエンジンブレーキを掛けた場合なども後輪のスリップを感知して電磁クラッチ１０に電流を流し、四輪駆動とする制御を行っている。
【０００８】
また、電磁式２方向クラッチを走行状態に合わせて自動的に二輪駆動と四輪駆動を切換る制御方法として、特開平８−１７５２０６号公報、特開平９−３２８０２２号公報、特開平１１−２０１１９５号公報において前後輪の回転数差または回転数変化を利用したものが開示されている。
【０００９】
このような四輪駆動車においては、選択できる車両走行モードとして、二輪駆動モード、四輪駆動モード、走行状態に合わせて自動的に二輪駆動と四輪駆動を切換えるオートモードがある。
【００１０】
各モードの切換えは、図３（ａ）に示すように、電磁式２方向クラッチの係合を制御する電磁クラッチの電磁コイルＬがバッテリ等の電源Ｅと直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１をオン・オフすることによって行われ、二輪駆動モードではこのスイッチング素子をオフとして常時電流を遮断し２方向クラッチを空転状態とし、四輪駆動モードではスイッチング素子をオンとして常時電流を通電し２方向クラッチを係合状態とし、オートモードでは四輪駆動にするときのみスイッチング素子をオンして電流を通電して２方向クラッチを係合状態とする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
オートモードでは前後輪に所定の回転数差が発生した場合に電磁式２方向クラッチを係合させるが、例えば後輪急加速の場合には後輪と前輪の回転数差は時間とともに広がるので、係合応答性が遅いと電磁コイル２２の電流通電を開始してから係合までの間に回転数差が広がることになる。２方向クラッチが係合するときの前後輪の回転数差が大きいと運転者に係合時の違和感を与えるばかりか、係合時の衝撃ストレスが大きく電磁式２方向クラッチの耐久性を低下させる。したがって、電磁式２方向クラッチの係合応答性は非常に重要であり、係合応答性ができるだけ速いことが望ましい。
【００１２】
係合応答性を向上させる１つの方法として、電磁クラッチの応答性を向上させる方法がある。この場合に電磁クラッチの応答性を決定するコイル電流の応答性は、電磁コイルのインダクタンス成分が大きいため、電磁コイルの時定数（インダクタンス成分／抵抗成分）によって決定される。そのため、電磁コイルのインダクタンス成分を小さくしてコイル駆動回路の時定数を小さくし、電流の立ち上がりを速くする必要がある。しかしながら、インダクタンス成分を小さくするにはコイルの巻数を減らす必要があり、所定の起磁力を確保しようとすると、コイル巻数を減らした分だけ電流を増加させなければならず、電流を増加させるとコイルの消費電力が増加するとともにコイル発熱が大きくなるという問題があった。
【００１３】
そこで、この発明は、消費電力増加を極力抑えるだけでなく、コイルスペースを増加させることなく、電磁式２方向クラッチの係合応答性を速くしようとするものである。
【００１４】
【発明が解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、第１の回転軸と第２の回転軸間における動力の伝達と遮断を行う２方向クラッチと、この２方向クラッチの係合と解除を制御する電磁クラッチとを備え、電磁クラッチの電磁コイルに流す電流をスイッチング素子によって制御する電磁式２方向クラッチの通電制御回路において、上記電磁コイルを複数に分割し、スイッチング素子によって複数に分割したコイルの通電方法の組み合わせを変更し、時定数および消費電力を制御することで、消費電力増加を極力抑えながら、係合応答性を向上させるようにしたものである。
【００１５】
より具体的には、電磁コイルを２分割として、電磁式２方向クラッチを係合させるときに、通電回路の組み合わせを、２つのコイルを並列に通電、どちらか１つのコイルに通電、２つのコイルを直列に通電する３つの組み合わせの中から２つ以上を組み合わせ、通電順序を起磁力の応答性が速いものからとするというものである。
【００１６】
この発明の制御回路は、四輪駆動車の回転伝達機構として電磁式２方向クラッチが使用される場合に、常時二輪駆動モード、常時四輪駆動モード、走行状態によって自動的に二輪駆動状態と四輪駆動状態とに切換えるオートモードの各モードの切換え制御に使用することができる。
【００１７】
【実施例】
この発明に係る電磁式２方向クラッチにおける電磁クラッチの制御回路の具体例を図３（ｂ）に示す。
この制御回路は、電磁コイルＬ１とスイッチング素子ＳＷ３の一端を接続した直列回路１と、スイッチング素子ＳＷ１と電磁コイルＬ２の一端を接続した直列回路２とを、電源Ｅに対して直列回路１と直列回路２が並列接続になるように、電源Ｅの正極側へ直列回路１の電磁コイルＬ１側の他端と直列回路２のスイッチング素子ＳＷ１の他端と接続し、電源Ｅの負極側へ直列回路１のスイッチング素子ＳＷ３の他端と直列回路２の電磁コイルＬ２の他端と接続し、さらに、直列回路１の電磁コイルＬ１とスイッチング素子ＳＷ３の接続点と直列回路２のスイッチング素子ＳＷ１と電磁コイルＬ２の接続点間にスイッチング素子ＳＷ２を設けたものである。
【００１８】
この制御回路の例では、スイッチング素子としてスイッチ記号を用いているが、通常はパワーＭＯＳ型ＦＥＴやパワートランジスタ等の半導体素子が使用される。また、電磁コイルの周辺部には通常、スイッチング素子を保護するためにサージ回路を取り付けるが、上記の回路図では省略している。
【００１９】
従来の巻数Ｎの電磁コイルを２分割すれば、分割された電磁コイルのそれぞれの巻数はＮ／２となる。インダクタンスは巻数の二乗に比例するため、分割後の各電磁コイルのインダクタンスは分割前の１／４となる。コイルの抵抗値は、２分割なので分割前の半分となる。この場合にコイルサイズは従来と同じである。
【００２０】
電磁コイルへの印加電圧を一定とし、図３（ａ）に示す分割前と図３（ｂ）に示す分割後の電磁コイルＬ１、Ｌ２を、図４に示すように並列動作させた場合、図５に示すように片側動作させた場合、図６に示すように直列動作させた場合についての電気的特性の比較を表１に示す。また、各電磁コイルの起磁力の応答特性を図７に示す。この場合、並列動作については、片側動作の抵抗値が半分になるとすれば考えやすい。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記電磁クラッチの応答性の比較は、起磁力によって行うことができるので、分割前のコイルの時定数であるＬ／Ｒ秒後で比較する。
なお、起磁力は次の式に各諸元を代入すれば計算できる。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
上記表１に示すＬ／Ｒ秒後における起磁力の比較から応答性の速さは、並列動作、片側動作、直列動作の順番となる。定常時の消費電力は、応答性の高さに合わせて増加する。
【００２５】
したがって、オートモードでは、車両の走行状態によってコイルの通電時間が異なるが、電磁クラッチの駆動を開始したときは高速応答性の回路を使用し、時間とともに消費電力の少ない低速応答性の回路に切換える。通電時間が短い場合には低速応答性の回路に切換える前に電流の通電が終了し、通電時間が長い場合には低速応答性の回路まで切換わる。これらの場合、通電時間の長短にかかわらず、消費電力の大きい高速応答性の回路の使用時間は短いので、従来に比べ消費電力の増加が少なくコイルの発熱を抑えながら電磁クラッチの応答性を向上させることができる。
【００２６】
次に、図８に示す制御回路は、図３（ｂ）の例より並列動作をなくした片側動作と直列動作のみの場合の例である。この例では最初に片側動作、次に直列動作を行う。この場合のスイッチング素子の切換えは、図９に示すように、ＳＷ２をオンにして片側動作として、次に図１０に示すようにＳＷ１をオンにし、最後に図１１に示すように、ＳＷ２をオフにして直列動作とする。ＳＷ２をオフする前にＳＷ１をオンするのは、ＳＷ２を先にオフすると、一瞬だがコイルに電流を供給しない状態が発生するからである。また、図９のＳＷ２のみをオンする状態をなくして、最初から図１０に示すように片側動作から開始してもよい。この方法は図３（ｂ）の例の場合でも使用することができる。この場合は、図５において、ＳＷ２をオンする。
【００２７】
なお、電磁コイルの分割数は、２分割だけでなく３分割以上にもすることができる。また、コイル分割時にコイルを均等に分割する必要もない。
【００２８】
【発明の効果】
この発明により、消費電力増加を極力抑えるだけでなく、コイルスペースを増加させることなく、電磁式２方向クラッチの係合応答性を速くすることができる。係合応答性が速くなることで、運転者に対して係合時の違和感が発生せず、電磁式２方向クラッチ自体では係合時の衝撃ストレスも小さくなるため耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁式２方向クラッチを搭載した四輪駆動車のレイアウトを示す平面図
【図２】電磁式２方向クラッチ部分を示す縦断面図
【図３】（ａ）は従来の電磁式２方向クラッチの通電制御回路を示す回路図、（ｂ）はこの発明に係る電磁式２方向クラッチの通電制御回路を示す回路図
【図４】この発明に係る通電制御回路図の動作状態の一例を示す回路図
【図５】この発明に係る通電制御回路図の動作状態の一例を示す回路図
【図６】この発明に係る通電制御回路図の動作状態の一例を示す回路図
【図７】電磁コイルの起磁力の応答特性の比較を示すグラフ
【図８】この発明に係る電磁式２方向クラッチの通電制御回路の他の例を示す回路図
【図９】図８の通電制御回路図の動作状態の一例を示す回路図
【図１０】図８の通電制御回路図の動作状態の一例を示す回路図
【図１１】図８の通電制御回路図の動作状態の一例を示す回路図
【符号の説明】
１　前輪
２　エンジン
３　トランスミッション
４　トランスファ
５　入力軸
６　後輪
７　推進軸
８　チエンスプロケット
９　２方向クラッチ
１０　電磁クラッチ
１１　サイレントチエン
１２　前輪推進軸
１３　内方部材
１４　外輪
１５　カム面
１６　円筒面
１７　保持器
１８　ローラ
１９　スイッチばね
２０　摩擦フランジ
２１　アーマチュア
２２　電磁コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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