特許 6463511 ロッキング・ギアセットのアクチュエータ・アセンブリの位置を感知するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6463511

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年2月6日

(54)【発明の名称】ロッキング・ギアセットのアクチュエータ・アセンブリの位置を感知するための装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20190128BHJP

   H02K 11/215 20160101ALI20190128BHJP

   H02K 33/02 20060101ALI20190128BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20190128BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 101H

   H02K11/215

   H02K33/02 A

   G01D5/12 H

【請求項の数】11

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-559050(P2017-559050)

(86)(22)【出願日】2016年5月26日

(65)【公表番号】特表2018-517134(P2018-517134A)

(43)【公表日】2018年6月28日

(86)【国際出願番号】US2016034309

(87)【国際公開番号】WO2016196187

(87)【国際公開日】20161208

【審査請求日】2018年1月9日

(31)【優先権主張番号】62/168,018

(32)【優先日】2015年5月29日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508151105

【氏名又は名称】デーナ、オータモウティヴ、システィムズ、グループ、エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】クリーチ、マイケル、ズィー．

(72)【発明者】

【氏名】シュルテ、マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ミッツェル、アン、エム．

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１８７４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２９５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１０２２５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／１２

Ｈ０２Ｋ １１／２１５

Ｈ０２Ｋ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクチュエータ・アセンブリの位置を感知するための装置であって、
半径方向外側端と、半径方向内側端と、軸方向端とを有するアクチュエータ・ハウジングと、
前記アクチュエータ・ハウジングの内部に位置する電磁コイルと、
前記アクチュエータ・ハウジングの内部で、前記電磁コイルから半径方向内側に位置する電機子と、
前記電磁コイルから軸方向外側に位置する滑動リングと、
半径方向外側端と、半径方向内側端と、前記滑動リングから軸方向外側に位置するリムとを含むプレッシャプレートであり、
前記リムは、前記プレッシャプレートの前記半径方向外側端に位置する、プレッシャプレートと、
前記アクチュエータ・ハウジングの前記半径方向外側端に取り付けられ、従動部と、センサ・ハウジングと、センサとを含むセンサ・アセンブリであり、
前記従動部は、磁石と、前記プレッシャプレートの前記リムを受けるための凹部とを有し、
前記センサ・ハウジングは、前記従動部を受けるためのスロットを有し、
前記センサは、前記センサ・ハウジングと前記従動部との間で、前記センサ・ハウジング内部に固定される、センサ・アセンブリと
を備える、
装置。

【請求項2】

前記センサ・アセンブリは、バネを含み、前記バネは、前記センサ・ハウジングの内側で、前記センサ・ハウジングと前記従動部との間に円周方向に位置する、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記バネは、半径方向延在部と、軸方向延在部とを有し、前記軸方向延在部は、前記半径方向延在部の一端から前記センサ・ハウジングを通って、前記アクチュエータ・ハウジングの中へと延在する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記滑動リングは、前記アクチュエータ・ハウジングの前記半径方向内側端と前記半径方向外側端との間で延在する、請求項１から３の何れか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記センサ・アセンブリは、前記従動部と前記センサとの間に、半径方向に延在する固定間隙を含む、請求項１から４の何れか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記センサは、円周方向において感知するよう方向付けられる、請求項１から５の何れか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記センサは、ホール効果センサである、請求項１から６の何れか一項に記載の装置。

【請求項8】

前記リムは、前記プレッシャプレートの前記半径方向内側端から軸方向にずらされている、請求項１から７の何れか一項に記載の装置。

【請求項9】

前記アクチュエータ・アセンブリは、ロッキング・ギアセットに連結される、請求項１から８の何れか一項に記載の装置。

【請求項10】

前記ロッキング・ギアセットは、差動装置である、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記バネは、前記センサ・ハウジングの内側で、前記センサ・ハウジングと前記従動部との間に円周方向に位置し、前記従動部と前記センサとの間で半径方向に延在する固定間隙を保持する、請求項２に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］本出願は、２０１５年５月２９日に出願された米国仮出願第６２／１６８，０１８号の便益を主張し、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、アクチュエータ・アセンブリの位置を感知するための装置に関する。より具体的には、本発明は、自動車におけるロッキング・ギアセットの位置を感知するために、アクチュエータ・アセンブリに取り付けられたセンサ・アセンブリに関する。

【背景技術】

【0003】

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を切り替え得る。そのようなギアセットの例は、限定されるものではないが、自動車において頻繁に見つけられるような動力取出ユニット、および車軸連結解除部、または差動装置を含み得る。

【0004】

ロッキング・ギアセットの係合は、アクチュエータにより達成され得る。動力取出ユニット、車軸連結解除部、または差動装置において、アクチュエータは、制御装置を通じて自動車により電力供給され、信号が送られる。当技術分野において知られているように、アクチュエータは、制御装置からの電流を機械力へと変換する。例えば、電流の流れは、アクチュエータのプレッシャプレートを動かす磁界を生成し、機械的構造を通じて、ギアセットを係合または係合解除する。

【0005】

センサが、アクチュエータの位置に関する情報を制御装置に送り返すために使用され得る。位置センサが、ロッキング・ギアセットの位置を示す信号を提供する。位置センサには、一般的に２種類あり、これらは、機械的または磁気的近接である。従来技術の機械的位置センサは、摩耗および実装の課題を有し得る。従来技術の磁気的近接センサは、移動部品の振れに基づく精度の問題を有し得、隣接する電磁アクチュエータから干渉磁界を受ける。多くの磁気的近接センサは、アクチュエータコイルで発生した干渉磁界により、軸方向および半径方向の両方に影響を受ける。

【0006】

それに応じて、外部磁界および移動部品からの振れの影響をより受けにくいセンサ・アセンブリをもつ、改良されたアクチュエータ・アセンブリを提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0007】

本発明では、アクチュエータ・ハウジング内の、電磁コイルをもつアクチュエータ・アセンブリ、電機子、滑動リング、一端にリムがあるプレッシャプレート、およびアクチュエータ・ハウジングに取り付けられたセンサ・アセンブリが対象とされる。滑動リングは、電磁コイルから軸方向外側に位置し、プレッシャプレートは、滑動リングの軸方向外側に位置する。電機子は、アクチュエータ・ハウジングの内部で、電磁コイルから半径方向内側に位置する。センサ・アセンブリは、磁石と、プレッシャプレートのリムを受けるための凹部とを有する従動部と、従動部を受けるためのスロットを有するセンサ・ハウジングと、センサ・ハウジングと従動部との間で、センサ・ハウジング内部に固定されたセンサとを含む。

【0008】

本発明にはまた、ロッキング・ギアセットの線形位置を感知するための方法が対象とされる。方法は、ロッキング・ギアセットに連結されたアクチュエータ・アセンブリに、アクチュエータ・ハウジング内の電磁コイルと、電機子と、プレッシャプレートと、アクチュエータ・ハウジングに取り付けられたセンサ・アセンブリとを提供する段階を含む。センサ・アセンブリは、磁石と、プレッシャプレートのリムを受けるための凹部とを有する従動部と、従動部を受けるためのスロットを有するセンサ・ハウジングと、センサ・ハウジングと従動部との間で、センサ・ハウジング内部に固定されたセンサとを含む。方法はまた、電流を供給することにより電磁コイルを駆動し、それにより、プレッシャプレートがロッキング・ギアセットを押して係合させるような、プレッシャプレートの軸方向移動を引き起こす段階と、プレッシャプレートの軸方向移動を磁石の軸方向移動へと変換する段階と、磁石の軸位置を感知し、それにより、ロッキング・ギアセットの線形位置についての情報を提供する段階とを含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本発明の、上記の、および、他の利点は、添付図面と照らし合わせて考慮されるとき、以下の詳細な説明から、当業者に容易に明らかとなるであろう。

【0010】

【図1A】本発明による、アクチュエータで発生した磁路およびその上に重畳する様々なセンサ方向を示すアクチュエータ・アセンブリの概略図である。

【0011】

【図1B】本発明による、アクチュエータで発生した磁路およびその上に重畳する様々なセンサ方向を示すアクチュエータ・アセンブリの概略図である。

【0012】

【図2】本発明の実施形態による、アクチュエータ・アセンブリおよびセンサ・アセンブリの上方位置の側断面図である。

【0013】

【図3】本発明の実施形態による、センサ・ハウジングの斜視図である。

【0014】

【図4】本発明の実施形態による、センサ・アセンブリの側面図である。

【0015】

【図5】本発明の実施形態による、従動部およびそこに配置された磁石をもつ、センサ・アセンブリの側面図である。

【0016】

【図6A】本発明の実施形態による、センサ・アセンブリの断面斜視図である。

【0017】

【図6B】本発明の実施形態による、センサ・アセンブリの断面斜視図である。

【0018】

【図6C】本発明の好ましい実施形態による、波状バネの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、そうでないと明確に特定されている場合を除いて、様々な代替的な方向性および段階の順番を取り得ることが理解されるべきである。また、添付図面に図示され、以下の明細書で説明されている特定のデバイスおよび処理は、本明細書で定義される発明概念の単なる例示的な実施形態であることが理解されるべきである。ゆえに、開示される実施形態に関する特定の寸法、方向、または他の物理的な特性は、そうでないと明確に述べられていない限り、限定的なものと考慮されるべきではない。

【0020】

図１Ａおよび図１Ｂで図示されているように、アクチュエータ・アセンブリ１００が、アクチュエータ・ハウジング１１８内に、電機子１１０と、プレッシャプレート１１２と、銅ワイヤ１１６の電磁コイル１１４とを含む。電機子１１０は、アクチュエータ・ハウジング１１８の内部で、電磁コイル１１４から半径方向内側に位置する。一実施形態において、電機子１１０は、図２で示されているようなＬ字型の断面を有する。

【0021】

プレッシャプレート１１２は、半径方向外側端１１２ａと、半径方向内側端１１２ｂと、リム１２０とを含む。リム１２０は、図１Ａから図１Ｂ、および図２で示されているように、プレッシャプレート１１２の半径方向外側端１１２ａに位置し、半径方向内側端１１２ｂから軸方向にずらされている。リム１２０は、センサ・アセンブリ・スロットに位置決めされるよう半径方向内側端１１２ｂから軸方向にずらされ、以下でより詳細に説明される。

【0022】

滑動リング１２２が、プレッシャプレート１１２と電磁コイル１１４との間で、電磁コイル１１４から軸方向外側に位置する。滑動リング１２２は、概矩形の断面領域を有する。一実施形態において、アクチュエータ・ハウジング１１８は、軸方向端１１８ａと、半径方向外側端１１８ｂと、半径方向内側端１１８ｃとをあわせたＵ字型の断面領域を有し、切れ目のない、単一部品を形成する。軸方向端１１８ａは、滑動リング１２２とは反対側で電磁コイル１１４に面している。滑動リング１２２は、ハウジング１１８の半径端１１８ｂと１１８ｃとの間で半径方向に延在して、ハウジング１１８の開口側を閉じる。ハウジング１１８は、電磁コイル１１４および電機子１１０を収容する。アクチュエータ・ハウジング１１８および電磁コイル１１４は、動かない。

【0023】

センサ・アセンブリ２００が、図２で示されているように、アクチュエータ・ハウジング１１８に対して、その半径方向外側端１１８ｂに取り付けられる。図２は、アクチュエータ・アセンブリ１００の上方部分およびセンサ・アセンブリ２００を図示する。センサ・アセンブリ２００は、図２および図４で示されているように、センサ・ハウジング２１４内部に、少なくとも１つのセンサ２３０と、従動部２１０と、従動部２１０内に配置された磁石２１２とを含む。センサ・アセンブリ２００とアクチュエータ・ハウジング１１８との間の取り付けは、当技術分野において知られている、いかなるタイプの取り付けデバイスまたは方法であり得る。一実施形態において、センサは、限定されるものではないが、ホール素子であり得る。

【0024】

従動部２１０は、図２で示されているように、半径方向外側端２１０ａおよび半径方向内側端２１０ｂを有し、プレッシャプレート１１２のリム１２０が内部に配置される凹部２１６を含む。凹部２１６は、半径方向内側端２１０ｂに位置する。一実施形態において、凹部２１６は、Ｕ字型チャネルであり、凹幅２１８を有する。プレッシャプレート１１２のリム１２０は、リム幅１２０ａを有する。凹幅２１８は、自動車の作動中にプレッシャプレート１１２が回転軸Ａの周りを回転するにつれ、その振れ、または左右への軸方向移動を受け入れるよう、リム幅１２０ａより大きい。従動部２１０は、プレッシャプレート１１２のリム１２０により軸方向に動かされる。

【0025】

プレッシャプレート１１２は、自動車の作動中に回転する。凹部２１６は、ライナ２２０と一列に並べることが好ましい。ライナ２２０は、摩擦および摩耗に耐えることに適した任意の材料から作られ得る。非限定的な例として、従動部２１０は、プラスチックまたはエポキシ材料で作られ得、ライナ２２０は、金属または他の適した材料で作られ得る。

【0026】

一実施形態において、従動部２１０は、磁石２１２を内部に嵌めるための開口部２２２を含む。開口部２２２は、図２で示されているように、磁石２１２の表面２１２ｂが、センサ・ハウジング２１４およびセンサに対向する従動部前面２１０ａと同一平面にあるように、従動部２１０の中央に位置する。一実施形態において、磁石２１２は、その電極に軸方向に配向する。

【0027】

図３で示されているように、センサ・アセンブリ２００用のセンサ・ハウジング２１４は、互いに隣接する少なくとも２つのスロット２２４および２２６を含む。第１のスロット２２４は、図４から図６Ｃで示されているように、プリント回路基板（ＰＣＢ）２２８を収容するために使用され得る。第２のスロット２２６は、従動部２１０を収容する。好ましい実施形態において、第１および第２のスロット２２４および２２６はそれぞれ、矩形の形状である。しかしながら、スロット２２４および２２６は、従動部２１０およびＰＣＢ２２８を収容するために必要とされる、いかなる形状であり得る。スロット２２４および２２６は、センサ・ハウジング２１４の内側で互いに平行である。スロット２２４および２２６の両方は、少なくとも１つの開口端を有する。開口端は、ＰＣＢ２２８または磁石２１２をもつ従動部２１０の装着を可能にする。一実施形態において、従動部２１０を収容する第２のスロット２２６は、ＰＣＢ２２８を収容する第１のスロット２２４より大きい。

【0028】

図４は、センサ・アセンブリ２００のセンサ・ハウジング２１４内部に配置されたセンサ２３０の位置を図示する。一実施形態において、センサ２３０は、図４から図５で示されているように、ＰＣＢ２２８へと組み込まれ得る。ワイヤ２３２が、ＰＣＢ２２８からグロメット２３４を介してセンサ・アセンブリ２００の外部へ延び得る。センサ２３０は、従動部２１０を受け入れる第２のスロット２２６に対向するように位置する。従動部２１０は、第２のスロット２２６内部に配置され、それにより、磁石２１２の面２１２ｂをセンサ２３０に隣接して装着する。センサ・ハウジング２１４は、センサ２２０を保護および収容するのに適した、当技術分野において知られている任意の材料で作られ得る。これは、エポキシ、樹脂、またはプラスチックを含むが、これらに限定されるものではない。図５は、センサ・ハウジング２１４内のセンサ２３０およびＰＣＢ２２８、ならびに磁石２１２の位置を図示し、従動部２１０は、点線により示されている。

【0029】

図１Ａで図示されているように、アクチュエータ・アセンブリ１００は、銅ワイヤ１１６に垂直な平面における電磁コイル１１４に沿った地点で、電磁コイル１１４で発生した磁束経路３００を有し得る。アクチュエータ・アセンブリ１００が駆動するとき、電流が、電磁コイル１１４の銅ワイヤ１１６に供給され、電磁石コイル１１４は、銅ワイヤ１１６の平面に垂直な磁束経路３００を生み出す。さらに示されるものは、磁路３００上で重畳されたセンサ２３０の方向を感知する第１の平面３１０である。この構成において、センサ２３０は、円周方向で（すなわち、磁路３００と同じ平面で）感知するよう方向付けられる。したがって、方向を感知する第１の平面３１０はまた、銅ワイヤ１１６に垂直な平面である。

【0030】

図１Ｂは、電磁コイル１１４および異なる方向に重畳された、センサの方向を感知する第２の平面３１２と、センサの方向を感知する第３の平面３１４とをもつ磁路３００の斜視断面概略図を図示する。方向を感知する第２および第３の平面３１２、３１４は、円周以外の方向にあり、アクチュエータ・アセンブリ１００で発生した磁路３００に対する感度をもつセンサをもたらす。本発明の実施形態は、図１Ａで示されているような電磁コイル１１４の磁束経路３００からの干渉を回避するよう、図４から図６Ｃで示されているように、センサ２３０を円周方向に方向付ける。

【0031】

図２で示されているように、アクチュエータ・アセンブリ１００が駆動されるとき、電流が電磁コイル１１４に供給される。これは、電機子１１０を軸方向に移動させ滑動リング１２２と交わらせる磁界を発生し、それにより、滑動リング１２２を軸方向に移動させる。滑動リング１２２は次に、プレッシャプレート１１２に力を加え、これは、プレッシャプレート１１２が回転軸Ａの周りを回転するときに、当該プレッシャプレート１１２を、アクチュエータ・アセンブリ１００から離れて軸方向に直線的に移動させる。

【0032】

一実施形態において、アクチュエータ・アセンブリ１００が駆動されるとき、プレッシャプレート１１２は、プレッシャプレート１１２に隣接するリング１２４を、図２で部分的に図示される差動装置ギアセット１２６と係合する。アクチュエータ・アセンブリ１００が駆動／停止するときに、プレッシャプレート１１２が軸方向に動くにつれ、従動部２１０は、プレッシャプレート１１２のリム１２０と接触することにより、プレッシャプレート１１２に沿って軸方向に押される、または引っぱられる。

【0033】

従動部２１０は、アクチュエータ・アセンブリ１００が駆動するとき、図６Ａで示されているような、スロット２２６内での嵌め込まれた静止位置から、図６Ｂで示されているような、スロット２２６から突出する駆動位置へ軸方向に動く。結果として、磁石２１２は、アクチュエータ・アセンブリ１００が駆動／停止するとき、センサ２３０の前方で前後にスライドする。センサ２３０の位置に対する磁石２１２の位置が変わるにつれ、センサ２３０の周りの磁界が変わる。センサ２３０は、この位置の変化を検出して、当該変化をギアセットの駆動／停止と関連付ける。

【0034】

アクチュエータ・アセンブリ１００が停止されるとき、電磁コイル１１４には電流が供給されず、プレッシャプレート１１２の軸方向移動を引き起こす磁界を生成しない。電磁コイル１１４に対して電流が止められ、アクチュエータ・アセンブリ１００が停止されるとき、プレッシャプレート１１２またはロッキング・ギアセット（図示せず）と係合する下流機械的要素（図示せず）は、限定されるものではないが、バネ（図示せず）等の戻し機構（図示せず）を介して、係合解除状態に戻る。

【0035】

したがって、プレッシャプレート１１２の回転軸Ａに沿う線形移動が、ロッキング・ギアセット（図示せず）の下流係合／係合解除を示し、本明細書で説明されるセンサ・アセンブリ２００により感知する対象としての役割を果たし得る。代替的に、センサ・アセンブリ２００は、ロッキング・ギアセットの係合／係合解除状態よりもむしろ、プレッシャプレート１１２の線形位置に関する情報を提供し得る。

【0036】

一実施形態において、センサ２３０は、近傍磁界における変化に応じて、その出力電圧を変え得る。ある実施形態において、変換器が、出力電圧を異なるタイプの出力へと変換してもよく、これは限定されるものではないが、距離に比例するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号または２つの電流レベル間を切り替えるスイッチ等であり得る。

【0037】

好ましい実施形態において、磁石２１２およびセンサ２３０は、図５で示されているような予め定められたサイズの小さな間隙２３８により分離される。一実施形態において、間隙２３８は、０．５ｍｍと５ｍｍとの間、１ｍｍと４．５ｍｍとの間、２ｍｍと４．５ｍｍとの間、または好ましくは３ｍｍと４ｍｍとの間である。予め定められたサイズの間隙２３８の存在が、センサ２３０のキャリブレーションを可能にする。センサ２３０は、近傍磁界における変化に対する感度をもつので、センサ２３０と磁石２１２との間の距離を僅かでも変えることは、センサ２３０の出力に大きく影響し得る。そのため、間隙２３８は、センサ２３０をキャリブレートし、センサ２３０の精度を向上するよう、従動部２１０の位置に関係なく一定に保たれるべきである。プレッシャプレート１１２が回転するにつれての、その軸振れにかかわらず、一定の間隙２３８を保持することが好ましい。

【0038】

別の実施形態において、図６Ａで示されているように、従動部２１０は、少なくとも１つのバネ２４０により、センサ・ハウジング２１４に対して付勢される。一実施形態において、バネ２４０は、センサ・ハウジング２１４内部で、センサ・ハウジング２１４と従動部２１０との間に円周方向に位置する。一実施形態において、バネ２４０は、軸方向延在部２４２と、半径方向延在部２４４とを有する。軸方向延在部２４２は、半径方向延在部２４４の一端からセンサ・ハウジング２１４を通って、アクチュエータ・ハウジング１１８の中へと延在する。

【0039】

図６Ｃで示される実施形態において、少なくとも１つのバネ２４０は、波状バネである。図６Ａで示されているように、半径方向延在部２４４は、波形を有し、軸方向延在部２４２は、アクチュエータ・ハウジング１１８の穴１２８の中に配置される。少なくとも１つのバネ２４０は、従動部２１０をセンサ２３０のほうへ付勢し、円周方向における間隙２３８のサイズを保持する。

【0040】

例示的な実施形態は、ロッキング・ギアセットと共に使用されるセンサ・アセンブリ２００について言及しているが、センサ・アセンブリ２００は、他の類似するシステムと共に使用され得る。

【0041】

特許法の規定に従って、本発明は、その好ましい実施形態を表すと考慮されるものについて説明されてきた。しかしながら、本発明は、その主旨または範囲から逸脱することなく、具体的に図示され、説明されているものとは異なるように実施され得ることに留意すべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】