特開 2022-187505 電磁アクチュエータ駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022187505

(43)【公開日】2022-12-20

(54)【発明の名称】電磁アクチュエータ駆動システム

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/18 20060101AFI20221213BHJP

   H01F 7/16 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

H01F7/18 Q

H01F7/16 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021095515

(22)【出願日】2021-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】橋本 英明

(72)【発明者】

【氏名】中川 雄介

(72)【発明者】

【氏名】松井 健志

【テーマコード（参考）】

5E048

【Ｆターム（参考）】

5E048AA08

5E048AD02

(57)【要約】

【課題】コイルに蓄積された電流の立ち下りを促進することで、応答性を向上させることが可能な電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明にかかるアクチュエータ駆動システム１００の構成は、電磁アクチュエータ２００と、電磁アクチュエータ２００を駆動する駆動回路１１０とを含み、電磁アクチュエータは、ハウジング２０２と、ハウジングの内側に配置された円筒状の駆動コイル２１０と、駆動コイルの内側に配置された駆動プランジャ２２０と、駆動プランジャに挿通されたシャフト１０と、駆動コイルが励磁されたときに駆動プランジャとシャフトとを係合するロック機構と、を備え、駆動回路は、駆動コイルにパルス電流を送出するスイッチ（駆動スイッチ１２２）と、駆動コイルとグランドとの間に閉ループを形成するツェナーダイオード（駆動側ツェナーダイオード１２４）とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁アクチュエータと、該電磁アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む電磁アクチュエータ駆動システムであって、
前記電磁アクチュエータは、
ハウジングと、
前記ハウジングの内側に配置された円筒状の駆動コイルと、
前記駆動コイルの内側に配置された駆動プランジャと、
前記駆動プランジャに挿通されたシャフトと、
前記駆動コイルが励磁されたときに前記駆動プランジャと前記シャフトとを係合するロック機構と、
を備え、
前記駆動回路は、
前記駆動コイルにパルス電流を送出するスイッチと、
前記駆動コイルとグランドとの間に閉ループを形成するツェナーダイオードとを備えていることを特徴とする電磁アクチュエータ駆動システム。

【請求項2】

前記電磁アクチュエータは、
前記ハウジングの内側に配置された円筒状の解除コイルと、
前記解除コイルの内側に配置され前記シャフトが挿通された解除プランジャと、
前記解除プランジャの動作によって前記ロック機構を解除する解除機構と、
をさらに備え、
前記駆動回路は、
前記解除コイルにパルス電流を送出するスイッチと、
前記解除コイルとグランドとの間に閉ループを形成するツェナーダイオードとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ駆動システム。

【請求項3】

前記駆動回路の動作を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記解除コイルにパルス電流を送出するスイッチに対し、ＯＮおよびＯＦＦを断続して繰り返すことにより、前記シャフトを徐々に初期位置に戻すことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁アクチュエータと、電磁アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む電磁アクチュエータ駆動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

車両では、パーキングロック機構等に電磁アクチュエータが用いられている。例えば特許文献１に開示されているアクチュエータは、従動部材と、駆動機構と、ロック装置と、解除機構とを備えている。そして、従動部材が往復移動することにより、変速機の出力軸をロックするパーキングロック状態と、出力軸がロックされていないロック解除状態とを切り換えるように構成される。特許文献１によれば、装置を大型化することなく、従動部材の移動距離を長くすることができるアクチュエータを提供可能であるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６６１００８４３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電磁アクチュエータでは、コイルに対して電流を断続的に流すことにより（パルス電流）、可動鉄心の動きに合わせて可動鉄心とシャフトとの係合と解除を繰り返すステップ送りを行う（ステッピングアクチュエータ）。これによってシャフトを少しずつ繰り出すことで大きな移動距離を得ることができる。

【0005】

しかしながら、コイルに対して電流を流し、その電流を止めた際、コイルには電流が蓄積された状態となるため、立ち下がりの波形が鈍る。蓄積された電流が残っている状態では可動鉄心に残留磁場による吸引力が発生しているため、可動鉄心が元の位置に復帰しない。そのため、蓄積された電流が放出されるのを待ってから次のパルスを開始する必要がある。しかしながら、コイルに蓄積された電流が放出されるのを待っていると、パルス間のタイミングを短縮することが難しく、電磁アクチュエータの動作の応答性が低下するという問題がある。

【0006】

本発明は、このような課題に鑑み、コイルに蓄積された電流の立ち下りを促進することで、応答性を向上させることが可能な電磁アクチュエータを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明にかかるアクチュエータ駆動システムの代表的な構成は、電磁アクチュエータと、電磁アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む電磁アクチュエータ駆動システムであって、電磁アクチュエータは、ハウジングと、ハウジングの内側に配置された円筒状の駆動コイルと、駆動コイルの内側に配置された駆動プランジャと、駆動プランジャに挿通されたシャフトと、駆動コイルが励磁されたときに駆動プランジャとシャフトとを係合するロック機構と、を備え、駆動回路は、駆動コイルにパルス電流を送出するスイッチと、駆動コイルとグランドとの間に閉ループを形成するツェナーダイオードとを備えていることを特徴とする。

【0008】

上記電磁アクチュエータは、ハウジングの内側に配置された円筒状の解除コイルと、解除コイルの内側に配置されシャフトが挿通された解除プランジャと、解除プランジャの動作によってロック機構を解除する解除機構と、をさらに備え、駆動回路は、解除コイルにパルス電流を送出するスイッチと、解除コイルとグランドとの間に閉ループを形成するツェナーダイオードとを備えているとよい。

【0009】

駆動回路の動作を制御する制御回路を備え、制御回路は、解除コイルにパルス電流を送出するスイッチに対し、ＯＮおよびＯＦＦを断続して繰り返すことにより、シャフトを徐々に初期位置に戻すことが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、コイルに蓄積された電流の立ち下りを促進することで、応答性を向上させることが可能な電磁アクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態にかかる電磁アクチュエータ駆動システムにおける電磁アクチュエータの全体構成を説明する図である。

【図2】本実施形態の電磁アクチュエータの動作を説明する図である。

【図3】本実施形態の駆動システムの全体構成を説明するブロック図である。

【図4】コイルにおける電流の波形を説明する図である。

【図5】駆動コイルを動作させた際の測定データを示す図である。

【図6】解除コイルを動作させた際の測定データを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

図１は、本実施形態にかかる電磁アクチュエータ駆動システム（以下、駆動システム１００と称する）における電磁アクチュエータ２００の全体構成を説明する図である。本実施形態における駆動システム１００の構成要素である電磁アクチュエータ２００は、シャフト１０の送り出しおよび引込みを行う。

【0014】

図１に示すように、電磁アクチュエータ２００は、筒状のハウジング２０２、およびハウジング２０２の両側に取り付けられたハウジングカバー２０４ａ・２０４ｂを有する。ハウジング２０２の内部にはシャフト１０が挿通されていて、またハウジングカバー２０４ａの内部には、リターンスプリング２０６が収容されている。

【0015】

ハウジング２０２の内側には、円筒状の駆動コイル２１０が配置されている。駆動コイル２１０の内側には、シャフト１０を送り出すための駆動プランジャ２２０が配置されている。かかる駆動プランジャ２２０にはシャフト１０が挿通されている。また電磁アクチュエータ２００には、駆動コイル２１０が励磁されたときに駆動プランジャ２２０とシャフト１０とを係合するロック機構が設けられている。

【0016】

ロック機構は、第１テーパリング２２２および第１転動体２２４、並びに第２テーパリング２５２および第２転動体２５４を含んで構成される。第１テーパリング２２２は、駆動プランジャ２２０の内周側に配置されていて、シャフト送り側に向かって径が広がるテーパ形状を有する。第１テーパリング２２２とシャフト１０の間には、第１テーパリング２２２およびシャフト１０と係合する第１転動体２２４が配置されている。

【0017】

第２テーパリング２５２は、固定鉄心２５０の内周側に配置されていて、シャフト送り側に向かって径が広がるテーパ形状を有する。第２テーパリング２５２とシャフト１０の間には、第２テーパリング２５２と係合する第２転動体２５４が配置されている。第１転動体２２４および第２転動体２５４は、シャフト１０の軸と直行する方向に配置されたローラないし玉である。

【0018】

ハウジング２０２の内側には、円筒状の解除コイル２３０が配置されている。解除コイル２３０の内側には解除プランジャ２４０が配置されている。かかる解除プランジャ２４０もシャフト１０が挿通されている。また電磁アクチュエータ２００には、解除プランジャ２４０の動作によってロック機構を解除する解除機構を備え、解除プランジャ２４０が動作することにより、駆動プランジャ２２０によって送り出されたシャフト１０が初期位置に戻る。

【0019】

解除機構は、第３テーパリング２４２および第３転動体２４４を含んで構成される。第３テーパリング２４２は、解除プランジャ２４０の内周側に配置されていて、シャフト送り側と反対側に向かって径が広がるテーパ形状を有する。第３テーパリング２４２とシャフト１０との間には、第３テーパリング２４２を係合する第３転動体２４４が配置されている。

【0020】

図２は、本実施形態の電磁アクチュエータ２００の動作を説明する図である。図２（ａ）は、シャフト１０の送り出し時の電磁アクチュエータ２００の状態を例示していて、図２（ｂ）は、シャフト１０の戻り時の電磁アクチュエータ２００の状態を例示している。

【0021】

駆動コイル２１０および解除コイル２３０のいずれにも電力が流れていない非励磁状態では、図１に示すように、シャフト１０はリターンスプリング２０６の付勢力によってシャフト送り方向と逆側に付勢されている。この状態では、第１テーパリング２２２と第１転動体２２４、第２テーパリング２５２と第２転動体２５４、第３テーパリングと第３転動体は、すべて係合した状態となっている。

【0022】

シャフト１０を送り出す際には、まず駆動コイル２１０に電力を流す。すると、駆動プランジャ２２０が固定鉄心２５０に吸着されてシャフト送り側に向かって移動する。すると第１転動体２２４が第１テーパリング２２２とシャフト１０に噛み合い、くさび効果によってこれらの相対的な移動を抑制するため、図２（ａ）に示すように、シャフト１０が１ステップ送り出される。シャフト１０が移動しているときは第２転動体２５４は第２テーパリング２５２から離間しているが、駆動プランジャ２２０が戻るときにシャフト１０も戻ろうとすると第２転動体２５４が第２テーパリング２５２とシャフト１０との間に噛み合うため、シャフト１０は戻ることができずにその位置に留まる。そして駆動コイル２１０に対して電力を断続的に流すことにより（パルス電流）、シャフト１０が任意のステップ分送り出される。

【0023】

一方、シャフト１０を初期位置に戻す際には、解除コイル２３０に電力を流す。すると、解除プランジャ２４０が固定鉄心２７０に吸着されてシャフト送り側に向かって移動する。解除プランジャ２４０と共にリテーナ２６０をシャフト送り側に移動すると、リテーナ２６０は第１転動体２２４を第１テーパリング２２２から離間させると共に、第２転動体２５４を第２テーパリング２５２から離間させる。第３転動体２４４は、シャフト１０が戻る方向には係合しない。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１転動体２２４、第２転動体２５４、第３転動体は、すべて係合が解除される。そして、シャフト１０はリターンスプリング２０６の付勢力によってシャフト送り側とは逆側に移動し、初期位置に戻る。

【0024】

図３は、本実施形態の駆動システム１００の全体構成を説明するブロック図である。図３に示すように、本実施形態の駆動システム１００では、図１および図２を用いて説明した電磁アクチュエータ２００と、かかる電磁アクチュエータ２００を駆動する駆動回路１１０と、駆動回路１１０の動作を制御する制御回路１４０とを含んで構成される。

【0025】

図３に示すように、本実施形態の駆動システム１００では、駆動回路１１０において、電源１０２から電磁アクチュエータ２００の駆動コイル２１０に電力を供給する駆動電力回路１２０を有する。駆動電力回路１２０には、駆動スイッチ１２２が設けられている。制御回路１４０から駆動信号（パルス電流）が送出されているときには、駆動スイッチ１２２はＯＮの状態となり、電源１０２から駆動コイル２１０に対して電力が供給される。制御回路１４０から駆動信号（パルス電流）が送出されていない場合には、駆動スイッチ１２２はＯＦＦの状態となる。

【0026】

また駆動回路１１０には、電源１０２から電磁アクチュエータ２００の解除コイル２３０に電力を供給する解除電力回路１３０が設けられている。解除電力回路１３０には、解除スイッチ１３２が設けられている。制御回路１４０から解除信号（パルス電流）が送出されているときは、解除スイッチ１３２はＯＮの状態となり、電源１０２から解除コイル２３０に対して電力が供給される。制御回路１４０から解除信号（パルス電流）が送出されていない場合には、解除スイッチ１３２がＯＦＦの状態となる。

【0027】

本実施形態の駆動システム１００の特徴として、駆動回路１１０では、駆動コイル２１０とグランドとの間に閉ループを形成する還流ダイオード１２３および駆動側ツェナーダイオード１２４が設けられている。

【0028】

駆動コイル２１０と還流ダイオード１２３は並列に接続されていて、電源１０２から駆動コイル２１０に電力が供給されるときには還流ダイオード１２３には電流が流れない。還流ダイオード１２３と駆動側ツェナーダイオード１２４は背中合わせに配置されている。スイッチを切ったときに駆動コイル２１０において電磁誘導によって発生した電流は、グランドを介して駆動コイル２１０に還流し、駆動側ツェナーダイオード１２４において消費される。

【0029】

同様に、解除コイル２３０とグランドとの間に閉ループを形成する還流ダイオード１３３および解除側ツェナーダイオード１３４が設けられている。

【0030】

解除コイル２３０と還流ダイオード１３３は並列に接続されていて、電源１０２から解除コイル２３０に電力が供給されるときには還流ダイオード１３３には電流が流れない。還流ダイオード１３３と解除側ツェナーダイオード１３４は背中合わせに配置されている。スイッチを切ったときに解除コイル２３０において電磁誘導によって発生した電流は、グランドを介して解除コイル２３０に還流し、解除側ツェナーダイオード１３４において消費される。

【0031】

図４は、コイルにおける電流の波形を説明する図である。駆動スイッチ１２２または解除スイッチ１３２がＯＮとなると、駆動コイル２１０または解除コイル２３０に電力が供給される。このとき、スイッチをＯＮの状態とすると、電流は所定の時定数を以て緩やかに立ち上がる。そして、駆動スイッチ１２２または解除スイッチ１３２をＯＦＦとすると、図４の破線カーブに示すように電流は緩やかに立ち下がる。

【0032】

しかしながら、図４の破線カーブのように電流の立ち下りが緩やかであると、電流が立ち下がり終わった時間ｔ１まで次の駆動信号または解除信号が送出されないこととなる。すると、パルス電流の周期を短縮することができず、シャフト１０を送り出すまたは戻す動作の応答性を向上させることができない。

【0033】

しかしながら上述したように駆動コイル２１０とグランドとの間に閉ループを形成する還流ダイオード１２３および駆動側ツェナーダイオード１２４を設け、解除コイル２３０とグランドとの間に閉ループを形成する還流ダイオード１３３および解除側ツェナーダイオード１３４を設けている（図３参照）。これにより、スイッチがＯＦＦとなった際の駆動コイル２１０または解除コイル２３０に蓄積された電流が駆動コイル２１０または解除コイル２３０に還流し、駆動側ツェナーダイオード１２４または解除側ツェナーダイオード１３４において消費される。

【0034】

上記構成によれば、図４実線カーブに示すように、スイッチがＯＦＦとなった後、電流は、急激に立ち下り、時間ｔ２で立ち下がり終わる。したがって、本実施形態の駆動システム１００によれば、従来の電磁アクチュエータと比して、早いタイミングで次の駆動信号または解除信号を送出することができ、シャフト１０を送り出すまたは戻す動作の応答性を向上させることが可能となる。

【0035】

図５は、駆動コイル２１０を動作させた際の測定データの例を示す図である。図５（ａ）に示すように、駆動スイッチをＯＮにすると、電流が緩やかに立ち上がる（図示Ａ１）。そして、駆動回路１１０において還流ダイオード１２３および駆動側ツェナーダイオード１２４が設けられている場合、駆動スイッチ１２２がＯＦＦになると、電流が急峻に立ち下がる（図示Ｂ１）。このことから、駆動側ツェナーダイオード１２４を設けることにより、電流の立ち下りを促進可能であることが理解できる。これにより、パルス電流の周期Ｔ１を短縮することができる。なお図５に示す波形はあくまでも例示であって、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間はいずれもさらに短縮することができ、確実に行える時間さえ取ればよい。

【0036】

また図５（ｂ）に示すように、駆動スイッチ１２２がＯＮになって駆動コイル２１０に電力が供給されると、駆動プランジャ２２０が移動する。そして駆動スイッチ１２２がＯＦＦになって駆動コイル２１０への電力の供給が止まると、駆動プランジャ２２０の移動が停止し、初期位置（ハウジングカバー２０４ｂ側）に戻る。そして、図５（ａ）に示すように駆動スイッチ１２２へのＯＮおよびＯＦＦを断続的に繰り返すことにより、図５（ｃ）に示すように、シャフト１０が徐々に送り出される。

【0037】

図６は、解除コイル２３０を動作させた際の測定データを示す図であって、図６（ａ）は実施例、図６（ｂ）は比較例である。図６（ｂ）の比較例は、単一の解除パルスを印加してシャフト１０を一度で初期位置に戻した例である。

【0038】

図６（ａ）に示すように、解除スイッチ１３２をＯＮにすると、電流がゆるやかに立ち上がる（図示Ａ２）。そして、駆動回路１１０において還流ダイオード１３３および解除側ツェナーダイオード１３４が設けられている場合、解除スイッチ１３２がＯＦＦになると、電流が急峻に立ち下がる（図示Ｂ２）。このことから、解除側ツェナーダイオード１３４を設けることにより、シャフト１０の解除においても、電流の立ち下りを促進可能であることが理解できる。これにより、パルス電流の周期Ｔ２を短縮することができる。

【0039】

また図６（ａ）では、解除スイッチ１３２のＯＮおよびＯＦＦを断続して繰り返し、シャフト１０を徐々に初期位置に戻している。このときの騒音のピーク値は１０１．３ｄＢであった。これに対し図６（ｂ）に示すようにシャフト１０を一度で初期位置に戻した比較例では、騒音のピーク値は１１０．１ｄＢであった。このように、本発明によればシャフト１０を戻すときの騒音を平均化させることができ、戻ったシャフト１０とハウジング２０２との衝突時のエネルギーを低減することができる。したがって、衝突音（騒音）を減らすことが可能となる。

【0040】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、電磁アクチュエータと、電磁アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む電磁アクチュエータ駆動システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0042】

１０…シャフト、１００…駆動システム、１０２…電源、１１０…駆動回路、１２０…駆動電力回路、１２２…駆動スイッチ、１２３…還流ダイオード、１２４…駆動側ツェナーダイオード、１３０…解除電力回路、１３２…解除スイッチ、１３３…還流ダイオード、１３４…解除側ツェナーダイオード、１４０…制御回路、２００…電磁アクチュエータ、２０２…ハウジング、２０４ａ…ハウジングカバー、２０４ｂ…ハウジングカバー、２０６…リターンスプリング、２１０…駆動コイル、２２０…駆動プランジャ、２２２…第１テーパリング、２２４…第１転動体、２３０…解除コイル、２４０…解除プランジャ、２４２…第３テーパリング、２４４…第３転動体、２５０…固定鉄心、２５２…第２テーパリング、２５４…第２転動体、２６０…リテーナ、２７０…固定鉄心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】