(57)【要約】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。
2005057051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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アクチュエータ。
【請求項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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記トルク分配手段は、入力ギヤと、該入力ギヤと噛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噛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、該リングギヤと噛合し、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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記回転拘束手段は、ソレノイドアクチュエータと、該ソレノイドアクチュエータと連動した拘束部材と、を備え、前記ソレノイドアクチュ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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項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／又は、非拘束することを特徴とする請求項２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１に記載の電動アクチュエータと、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。
【請求項９】
前記電動シフト装置は、車両の同期噛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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
請求項２に記載の電動アクチュ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アクチュエータの制御装置。
【請求項１２】
請求項３に記載の電動アクチュ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アクチュエータの制御装置。
【請求項１３】
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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１４】
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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１５】
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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１６】
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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の電動アクチュ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／又は、往復運動を制御することを特徴とする電動アクチュエータの制御方法。
【請求項１８】
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１７に記載の電動アクチュエータの制御方法。
【請求項１９】
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１７に記載の電動アクチュエータの制御方法。
【請求項２０】
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する請求項１７に記載の電動アクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、電動アクチュ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アクチュエータとその制御装置に関する。
【背景技術】  従来、同期噛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噛合いを変更（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、電動アクチュ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噛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アクチュ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２０００−３５１２７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とでシフト動作が行われる。
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、一旦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アクチュエータ及び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、本発明に係る電動アクチュエータは、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、本発明に係る電動アクチュエータは、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、本発明に係る電動アクチュエータは、前記トルク分配手段が、入力ギヤと、該入力ギヤと噛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噛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、該リングギヤと噛合し、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している。さらに、本発明に係る電動アクチュエータは、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アクチュエータは、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、本発明に係る電動アクチュエータは、前記回転拘束手段が、ソレノイドアクチュエータと、該ソレノイドアクチュエータと連動した拘束部材と、を備え、前記ソレノイドアクチュ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している。また、本発明に係る電動アクチュエータは、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アクチュエータは、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、前記電動アクチュエータと、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、車両の同期噛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、車両の同期噛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、本発明に係る電動アクチュエータ制御装置は、先に示した電動ア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、本発明に係る電動アクチュエータ制御装置は、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ＵＰ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、本発明に係る電動アクチュエータ制御装置は、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アクチュエータ制御装置は、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、最適なアクチュエータの応答性を得ることができる。
また、本発明に係る電動アクチュエータ制御装置は、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アクチュエータ制御装置は、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、本発明に係る電動アクチュエータ制御装置は、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アクチュエータ制御装置は、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、本発明に係る電動アクチュエータの制御方法は、先に示した電動アクチュ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／又は、往復運動を制御することを特徴としている。
また、本発明に係る電動アクチュ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、本発明に係る電動アクチュ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、本発明に係る電動アクチュ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アクチュエータとその制御装置を車両の同期噛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に示す電動アチュ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に示す電動ア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イ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アクチュエータのモータ特性を示す図である。
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アクチュ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アクチュエータ１０を含む電動シフト装置１００を車両の同期噛合い式歯車変速機（自動変速機２０）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１００は、電動アクチュエータ１０と、該アクチュエータ１０を制御する電動アクチュエータ制御装置９０と、からなる。
そして、本実施形態に係る電動シフト装置１００は、電動アクチュエータ制御装置９０によって、電動アクチュエータ１０を制御することで、シフトセレクタ３０，３１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２０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２０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２１〜２８と、その歯車２１〜２８を選択して繋ぐための噛合いクラッチ３０Ａ，３１Ａ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２１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２２が設けられており、ドライブ歯車２１と噛合している。この他にも、カウンタ軸５には、第一ドライブ歯車２３、第二ドライブ歯車２４、第三ドライブ歯車２５が固定されている。
一方、自動変速機２０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２６、第二ドリブン歯車２７、及び第三ドリブン歯車２８が回転自在に設けられている。この第一ドリブン歯車２６は、第一ドライブ歯車２３と噛合しており、第二ドリブン歯車２７は、第二ドライブ歯車２４と噛合しており、第三ドリブン歯車２８は、第三ドライブ歯車２５と噛合している。
そして、第一ドリブン歯車２６と第二ドライブ歯車２３の間には、第一ドリブン歯車２６を出力軸６に係合させる、若しくは第二ドリブン歯車２７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噛合いクラッチ３１Ａが軸支されている。
また同様に、第三ドリブン歯車２８とドライブ歯車２１の間には、第三ドリブン歯車２８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噛合いクラッチ３０Ａが軸支されている。
ここで、自動変速機２０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２０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２０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２０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、この第一クラッ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２０の入力軸４に入力されたトルクは、ドライブ歯車２１とカウンタ歯車２２との噛合いにより、カウンタ軸５に伝達される。ここで、噛合いクラッチ３０Ａ，３１Ａ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、噛合いクラッチ３１Ａ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、噛合いクラッチ３１Ａを出力軸６の軸方向に移動させ、噛合いクラッチ３１Ａを第一ドリブン歯車２６又は第二ドリブン歯車２７に係合させる。
また、噛合いクラッチ３０Ａ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、噛合いクラッチ３０Ａを出力軸６の軸方向に移動させ、噛合いクラッチ３０Ａを第三ドリブン歯車２８又は入力軸４に係合させる。
そして、第一ドライブ歯車２３、第二ドライブ歯車２４、又は第三ドライブ歯車２５から、第一ドリブン歯車２６、第二ドリブン歯車２７、又は第三ドリブン歯車２８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、噛合いクラッチ３０Ａ，３１Ａ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１００があり、いずれかのシフトセレクタ３０，３１を選択（セレクト）し、シフトセレクタ３０，３１とシフトシャフト３０Ｂ，３１Ｂとシフトフォーク３０Ｃ，３１Ｃをスライドさせて、噛合いクラッチ３０Ａ，３１Ａを作動させる。
尚、上に説明した図１の自動変速機２０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速ギヤとバ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噛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噛合いクラッチと、が、自動変速機２０に追加される。また、これらの歯車及び噛合いクラッチの動作は、上述した歯車２１〜２８及び噛合いクラッチ３０Ａ，３１Ａと動作と同様の動作をする。
次に、電動シフト装置１００について説明する。電動シフト装置１００は、モータ４０、トルク分配手段５０、回転拘束手段６０、運動変換手段７０、シフトアーム（出力シャフト）８０、からなる電動アクチュエータ１０と、該電動アクチュエータ１０を制御する電動アクチュエータ制御装置９０と、を備えている。
まず、モータ４０は、電動アクチュエータ制御装置９０の動力信号ｄを受けて、電動アクチュエータ１０のシフトアーム８０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４０は、モータシャフト４１、ロータ４２、ステータ４３、及び回転位置検出センサ４５を備えたブラシレスモータである。該モータ４０は、ロータ４２に永久磁石を用い、ステータ４３に三相の巻線４４を巻回したものが用られている。
このモータ４０を回転させるために、ロータ４２の回転位置に応じて三相の巻線４４に電流を通電する。具体的には、モータ４０は、ロータ４２の回転位置検出センサ４５から出力される位置信号ａを電動アクチュエータ制御装置９０に出力し、該電動アクチュエータ制御装置９０からモータ４０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インバータ回路を介して、三相の巻線４４が、通電される。このことにより、モータ４０の回転トルクが、モータシャフト４１に出力される。
尚、モータ４０に、ブラシレスＤＣモータを適用したが、該ブラシレスＤＣモータに限定するものではなく、ＤＣ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５０について説明する。トルク分配手段５０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４０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５０は、サンギヤ５１と、３つのプラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃと、リングギヤ５３Ｂと、キャリア５４と、を備えている。サンギヤ５１は、モータ４０からの回転トルクが入力され、モータシャフト４１の先端を歯切りして形成されている。そして、サンギヤ５１の周りには、３つのプラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが、サンギヤ５１と噛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５３の内側に一体に支持されているリングギヤ５３Ｂが、前記３つのプラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃと噛合するように配設されている。また、プラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、回転（自転）可能に、キャリア５４に軸支されている。さらに、プラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが、サンギヤ５１の回転駆動により該サンギヤ５１の周りを公転したときには、キャリア５４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５１を歯切したモータシャフト４１が入力軸に該当し、出力軸と補助軸とには、リングギヤ５３Ｂを支持するリング５３と、プラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの公転軸であるキャリア５４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６０が、リング５３とキャリア５４とのいずれかの回転を拘束することよって、リング５３とキャリア５４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５３及びキャリア５４）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６０について説明する。回転拘束手段６０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８０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６０は、ソレノイドコイル６１、戻りバネ６２、及び吸引プレート６３からなるソレノイドアクチュエータと、ソレノイドアーム６４と、拘束部材６５と、キャリア拘束プレート６６と、を備えている。この回転拘束手段６０は、ソレノイドコイル６１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６３を吸引駆動させる。一方、ソレノイドコイル６１が通電されていない非励磁のときは、吸引プレート６３は、戻りバネ６２の復元力により初期位置に戻る。ここでは、戻りバネ６２をソレノイドアクチュエータに実装しているが、拘束部材６５に設けてもよい。また、キャリア拘束プレート６６は、先に示したプラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃを軸支し、キャリア５４と一体となって回転する。
ここで、この回転拘束手段６０の拘束の動作を説明する。まず、吸引プレート６３が磁気吸引力によって駆動されると、ソレノイドアーム６４が、梃子の原理によって拘束部材６５を駆動させる。この駆動により、拘束部材６５に形成された噛合い歯６５Ａと、リング５３の外周に形成されたリング噛合い歯５３Ａとが噛合し、リング５３の回転を拘束する。そして、ソレノイドコイル６１が励磁されている間は、リング５３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６１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、戻りバネ６２の復元力により、拘束部材６５は、初期位置に戻される。この時は、噛合い歯６５Ａとリング噛合い歯５３Ａとの噛合が外れ、リング５３の回転拘束は解除されると共に、今度は、噛合い歯６５Ａと、キャリア拘束プレート６６の噛合い歯６６Ａが噛合する。その結果、キャリア拘束プレート６６と一体に連結されているキャリア５４の回転が拘束される。このように、回転拘束手段６０を設けることで、トルク分配手段５０のリング５３とキャリア５４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７０を説明する。運動変換手段７０は、一方の出力軸であるキャリア５４の回転運動を変換し、出力シャフト８０を往復運動させる、若しくは、他方の出力軸であるリング５３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、運動変換手段７０は、回転−往復運動変換ギヤ部７１、回転拘束溝部７２、及び回転拘束突起部７３からなる。回転−往復運動変換ギヤ部７１は、キャリア５４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アーム８０の基端雌ねじ部と、を備えている。シフトアーム８０（の基端部）が回転拘束溝部７２と回転拘束突起部７３とにより、リング５３の回転が拘束されることでキャリア５４の回転運動を受けて、シフトアーム８０が往復運動するような形態となっている。
この運動変換手段７０の動作としては、回転拘束手段６０によりリング５３の回転が拘束されると、シフトシアーム８０の回転も拘束され、キャリア５４のみが回転することになり、このキャリア５４の回転運動が、回転−往復運動変換ギヤ部７１を介して往復運動に変換され、シフトアーム８０を軸方向にスライド移動させ、自動変速機２０のシフト操作を可能とする。
また、回転拘束手段６０によりキャリア５４の回転が拘束されると、リング５３の回転が回転拘束溝部７２と回転拘束突起部７３とを介して、シフトアーム８０に伝わり該シフトアーム８０を回転させ、自動変速機２０のセレクト操作を可能にする。
このように、回転拘束手段６０を用いてリング５３とキャリア５４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４０で、シフトアーム８０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、電動アクチュエータ制御装置９０を説明する。電動アクチュエータ制御装置９０は、モータ４０及び回転拘束手段６０を制御することで、先に示したトルク分配手段５０を操作して、運動変換手段７０を適切に動作させて、結果として、自動変速機２０のセレクト動作とシフト動作とを制御するものである。
電動アクチュエータ制御装置９０は、モータ制御手段と拘束制御手段とを有するアクチュエータ制御手段９１、変位検出手段９２、及び変速設定手段９３を備えている。まず、モータ４０の回転位置検出センサ４５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９２に入力される。この変位検出手段９２は、この位置信号ａに基づいて、シフトアーム８０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４０の回転数及び出力軸（リング５３又はキャリア５４）の出力回転数の回転比と、トルク分配手段５０で分配されたトルク分配量と、から、変位検出手段９２は、シフトアーム８０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４０を制御し、拘束制御手段は、回転拘束手段６０を制御する。
また、変速設定手段９３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、アクチュエータ制御手段９１は、変位・トルク指令ｂの指令値に一致するように、モータ４０及び回転拘束手段６０を制御する。
そして、アクチュエータ制御手段９１は、モータ４０に、動力信号ｄを出力し、回転拘束手段６０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８０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６３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イドコイル６１のインダクタンスの変化、すなわち吸引プレート６３の位置を検出するので、拘束部材６５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４０に取り付けた１つの回転位置検出センサ４５を用いてその位置を演算することで、シフトアーム８０の回転角度を検出するセンサと、ストロ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、電動アクチュエータ制御装置９０は、シフトアーム８０でシフトシャフト３０Ｂ、３１Ｂをセレクトすると共に、シフトアーム８０でセレクトしたシフトシャフト３０Ｂ、３１Ｂ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５０と回転拘束手段６０との組み合わせにより、キャリア５４又はリング５３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５４とリング５３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、電動アクチュエータ１０の制御時間を短縮することもできる。
また、回転拘束手段６０、運動変換手段７０の機械的な構成を一部設計変更することで、キャリア５４の回転とリング５３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５０の減速比の選定としては、キャリア５４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８０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８０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１００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８０の初期位置である。電源ダウン時には必ずニュートラル（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８０を正逆に回転させ、その動作範囲の変位量とモータ４０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８０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８０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５０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６０が、キャリア５４を拘束したときを示す概念図であり、（ｃ）は、回転拘束手段６０が、リング５３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４０からの回転トルクが入力されるサンギヤ５１と、該サンギヤ５１と噛合しその周りを回転するプラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃと、該プラネタリギヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃと噛合し回転可能なリングギヤ５３Ｂ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６０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５１であり、出力軸をキャリア５４又はリング５３のいずれにするかの選択は、回転拘束手段６０によって決定されるものである。出力軸をリング５３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６６の噛合い歯６６Ａと、拘束部材６５の噛合い歯６５Ａと、が噛合うことによりキャリア５４の回転の拘束をする。
また、出力軸をキャリア５４に選定した場合は、図２の（ｃ）に示すように、リング５３の外周にあるリング噛合い歯５３Ａと、拘束部材６５の噛合い歯６５Ａと、が噛合うことによりによってリング５３の回転の拘束をする。
図２の（ｄ）には、遊星歯車のリング５３とキャリア５４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５１の回転速度ωｓ、リング５３の回転速度ωｒ、キャリア５４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５４の回転速度ωｃとし、ギヤ比をβとすると、下記に示す式（１）で表わされ、
ωｃ＝β・ωｓ＋（１−β）ωｒ  …（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βの取り得る値は、０＜β＜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ピニオン（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、電動アクチュエータ１０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５３を固定（ωｒ＝０）した場合を実線で、キャリア５４を固定（ωｒ＝０）した場合を一点鎖線で、リング５３とキャリア５４が回転している（ωｒ≠０、ωｃ≠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７０の回転−往復変換ギヤ部７１のギヤ比を再度調整することで電動アクチュエータ１０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１００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８０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８０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に示す電動アクチュエータ１０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１００を用いて車両の同期噛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（バック）ギヤと、を選択する操作パターンが存在する。この操作を同期噛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８０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３０（回転角度位置α）、３−４速のシフトセレクタ３２（回転角度位置０）、又は、５−Ｒ速のシフトセレクタ３１（回転角度位置−α）、を選択し、シフトアーム８０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ローク（シフト動作）すればストローク方向によって噛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３１を選択し、シフト動作によりシフトシャフト３１Ｂを噛合いクラッチ３０Ａが噛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１００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１００は、リング５３とキャリア５４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８０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５３とキャリア５４との回転拘束の切り替え時には、リング５３とキャリア５４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４０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４０の体格が大きくってしまう。
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４０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４０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１／１０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、アクチュエータの位置（シフトアーム８０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４０は、一度停止し、その後シフト動作に移行して所定のアクチュエータ位置で１速にギヤインする。
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４０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５３、及びキャリア５４が、同時に回転する重なり時間を設けることで、モータ４０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４０の体格をＵＰする必要はなく、さらに、モータ４０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４０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５３からキャリア５４へ、又は駆動中のキャリア５４からリング５３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４０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、車両の同期噛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４０のモータ特性を示した図である。モータ４０の速度−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ＭＡｔ、無負荷時に、モータ回転速度ＭＡｓ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（一点鎖線）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ＭＢｔ、無負荷時にモータ回転速度ＭＢｓ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ＭＣ（破線）で表わされる。そして、共用特性ＭＣは、速度＝０の時にモータロックトルクＭＡｔ、無負荷時にモータ回転速度ＭＣｓとなり、この共用特性ＭＣを満足するには、消費電力を大きくしたモータ設計となり、モータ容量が増えるため、モータ４０の体格が大きくなってしまう。
そこで、電動アクチュ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ＭＣ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ＡＣＴを満足するよう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、電動アクチュエータ制御装置９０は、ロックトルクＭＡｔ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４０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ＭＰ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ＭＰ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ＭＰ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−トルク特性を得ることで、最適な電動アクチュ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アクチュエータ１０’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６０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、電動アクチュエータ１０’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５３及びキャリア５４の回転が、拘束される。具体的には、キャリア５４の回転を拘束するために、第一の電磁クラッチ６１Ａとクラッチパッド６２Ａが、キャリア拘束プレート６６’に配設されており、第一の電磁クラッチ６１Ａの励磁により発生する磁気吸引力は、クラッチパッド６２Ａを介して、キャリア拘束プレート６６’の回転を拘束するように配設されている。また、リング５３の回転を拘束するために、第二の電磁クラッチ６１Ｂ及びクラッチパッド６２Ｂが、リング５３に配設されており、第二の電磁クラッチ６１Ｂの励磁により発生する磁気吸引力は、クラッチパッド６２Ｂを介して、リング５３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６１Ａ，６１Ｂは、クラッチ押し付けバネ（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バネにより、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６１Ａが非励磁の時に、キャリア５４の回転が拘束され、第二の電磁クラッチ６１Ｂが非励磁の時に、リング５３の回転が拘束される。また、クラッチ押し付けバ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６１Ａ，６１Ｂに対応したキャリア５４及びリング５３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５４とリング５３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５０’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個の電磁クラッチと戻りバ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アクチュエータ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５２Ａ’，５２Ｂ’、ピニオンシャフト５２Ｃ’、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５２Ａ’，５２Ｂ’と噛合している。そして、ピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’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５２Ａ’，５２Ｂ’に噛合し、ピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’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５２Ａ’，５２Ｂ’は、ピニオンシャフト５２Ｃ’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５２Ｃ’を介して、２つのピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’を支持して、該２つのピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’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’の外周にはリング噛合い歯５３Ａ’があり、モータセレクト部材５５’のセレクト噛合い歯５５Ａ’と噛合している。また、セレクト部材５５’の他端には、シフトアーム８０のスライド噛合い歯８０Ａと噛合したセレクトレールギヤ５５Ｂ’を有し、このセレクトレールギヤ５５Ｂ’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’と噛合したピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’が回転する。該ピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’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８０を回転させる。このようにしてアクチュエータ１０”のセレクト動作が可能となる。
一方、ピニオン５２Ａ’，５２Ｂ’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−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、アクチュエータ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６１Ａ”，６１Ｂ”、プレッシャプレート６２Ａ”，６２Ｂ”、及び固定体６３Ａ”，６３Ｂ”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６１Ａ”は、モータ４０の外部と固着した固定体６３Ａ”と、外力が作用するプレッシャプレート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６１Ｂ”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６３Ａ”と、外力が作用するプレッシャプレート６２Ｂ”の間に挿入されている。また、プレッシャプレート６２Ａ”，６２Ｂ”が作用する外力は図示していないが、ソレノイドコイル、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ッチ６１Ａ”は、プレッシャプレート６２Ａ”に外力が作用することによりクラッチ締結し、固定体６３Ａ”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５３’の回転拘束に伴い、セレクトレールギヤ５５Ｂ’が回転を拘束されるため、シフトアーム８０のスライドギヤ８０Ａは、セレクトレールギヤ５５Ｂ’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６１Ｂ”は、プレッシャプレート６２Ｂ”に外力が作用することによりクラッチ締結し、固定体６３Ｂ”により固定されて、出力サイドギヤ５４’の回転を拘束する。そして、出力サイドギヤ５４’の回転を拘束することで、シフト部材５５’の回転と連動してシフトアーム８０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アクチュエータ１０”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ッチが用いられるが、湿式多板クラッチや電磁クラッチなどのいかなる摩擦クラッチを用いてもよい。
【産業上の利用の可能性】
以上の説明のように、本発明の電動アクチュ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しなくてもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月25日(2004.3.25)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項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アクチュエータ。
【請求項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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】前記トルク分配手段は、入力ギヤと、該入力ギヤと噛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噛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、該リングギヤと噛合し、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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】（補正後）前記回転拘束手段は、ソレノイドアクチュエータと、該ソレノイドアクチュエータと連動した拘束部材と、を備え、前記ソレノイドアクチュ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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項６】（補正後）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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項７】（補正後）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に記載の電動アクチュエータ。
【請求項８】請求項１に記載の電動アクチュエータと、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。
【請求項９】前記電動シフト装置は、車両の同期噛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。
【請求項１０】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。
【請求項１１】請求項２に記載の電動アクチュ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アクチュエータの制御装置。
【請求項１２】請求項３に記載の電動アクチュ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アクチュエータの制御装置。
【請求項１３】（補正後）前記拘束制御手段は、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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１４】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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１５】（補正後）前記モータの制御手段は、前記モータの容量を、前記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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１６】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１１に記載の電動アクチュエータの制御装置。
【請求項１７】（補正後）請求項１に記載の電動アクチュ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２つの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又は往復運動を制御することを特徴とする電動アクチュエータの制御方法。
【請求項１８】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１７に記載の電動アクチュエータの制御方法。
【請求項１９】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１７に記載の電動アクチュエータの制御方法。
【請求項２０】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する請求項１７に記載の電動アクチュエータの制御方法。
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【国際調査報告】
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