JPH04228932A - 電気式クラッチ・アクチュエータ - Google Patents

電気式クラッチ・アクチュエータ

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JPH04228932A
JPH04228932A JP3115726A JP11572691A JPH04228932A JP H04228932 A JPH04228932 A JP H04228932A JP 3115726 A JP3115726 A JP 3115726A JP 11572691 A JP11572691 A JP 11572691A JP H04228932 A JPH04228932 A JP H04228932A
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fet
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clutch
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Larry O Gray
ラリ、オウ、グレイ
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Dana Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にクラッチ、こと
に電磁的に動作するクラッチ用の電気制御回路に関する
。
【0002】
【発明の背景】高いばね荷重又は初期荷重或はこれ等の
両者に打勝ち電磁クラッチの迅速な動作ができるように
するには、このクラッチを動作状態に保つのに必要な力
より実質的に強い磁力を生ずることが一般に行なわれて
いる。協働する電磁コイルにこの電磁コイルが損傷しな
いように比較的短い時限にわたり超過通電することによ
って比較的強い磁力を生ずる。このような操作を行なう
1つの方法では、巻き数の異なる2個の異なるコイルを
用意する。各コイルは、これ等の両コイルに通電するご
とにそれぞれ磁界が強化されるように巻いてある。始動
モードでは電子回路により、これ等のコイルを応答速度
が向上するように電源に並列に接続する。所定の時間後
に、これ等のコイルは運転モードにおける動作のために
同じ電源に直列に接続される。
【0003】
【発明の要約】本発明は、電磁クラッチを迅速に動作す
る装置に係わる。このクラッチは、駆動軸を回転するよ
うに従動軸を結合するのに利用することができる。この
電磁クラッチは、従動軸の端部に取付けるように中心穴
を形成したデイスク形クラッチ板を備えている。摩擦係
数の比較的高い材料で形成したクラッチ・デイスクは、
駆動軸の端部に向いたクラッチ板の平坦面に取付ける。 環状のクラッチ・ハウジングは、駆動軸の端部に取付け
るように中心穴を形成してある。この環状クラッチ・ハ
ウジングは、電磁クラッチを取付けた中空内部を備えて
いる。
【0004】第1の実施例  では、コイルは第1及び
第2の巻線を持つ。第1の巻線の第1の端部は電力源に
接続され、第2の巻線の第2の端部はFET(電界効果
トランジスタ)のような第1のスイッチを経て地電位に
接続してある。第1の巻線の第2の端部と第2の巻線の
第1の端部とは共に第2のFETスイッチを経て地電位
に接続してある。動作回路は、制御信号に応答して第1
のFET及び第2のFETを付勢る。この動作回路は、
所定の時限後に第1のFETを消勢するタイミング回路
を備えている。すなわち所定の時限中に両FETが作動
され、電力源からの電流を主として第1の巻線を通つて
流し、クラッチを迅速に作働し、所定の時限後に第2の
FETだけが付勢されたままになり電力源からの電流を
両巻線を通って流しクラッチを動作状態に保つ。
【0005】第2の実施例では、コイルはFETスイッ
チにより電源に直列に接続する。動作信号回路は、制御
信号に応答して、FETを所定の時限にわたりターン・
オンさせ電源の全電圧をコイルに印加して電磁クラッチ
を迅速に動作させる。所定の時限が終わると、動作信号
回路は、パルス状波形を発生しFETを交互にターン・
オン、ターン・オフさせる。すなわちコイルは電源の最
高電位以下で作動され、磁界を生じて電磁クラッチを作
動位置に保持する。たとえばパルス状波形のデユーテイ
・サイクルは50%にして急速作動電圧の半分を保持モ
ード中にコイルに印加することができる。
【0006】
【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
1に示すように従動軸11は、電磁クラッチ13により
駆動軸12を回転するように連結することができる。デ
イスク状クラッチ板14は、従動軸11の端部を受入れ
るように中心穴15を形成してある。クラッチ板14及
び従動軸11は一緒に回転するように固定してある。摩
擦係数の比較的高い材料で形成したクラッチ・デイスク
16は、駆動軸12の端部に面するクラッチ板14の平
坦な面に取付けてある。
【0007】クラッチ・ハウジング17は、形状が環状
であり、中心穴18を形成してある。駆動軸12の端部
は、中心穴18内に延び、クラッチ・ハウジング17は
、これと一緒に回転するように駆動軸12に固定してあ
る。環状のクラッチ・ハウジング17は中空の内部19
を持つ。しかしクラッチ・デイスク16に隣接するクラ
ッチ・ハウジング17の壁は、開口20を形成するよう
に取除きコイル21のような1個又は複数個の電磁コイ
ルを取付けるようにしてある。電磁コイル21には、こ
のコイルの一端部に接続した第1のリード線22と、コ
イルの反対側端部に接続した第2のリード線23とのよ
うなリード線を設けてある。電磁コイル21は、第3の
リード線24を取付けた位置で、相互に接続した1対の
巻線から形成してある。これ等の2つの巻線は、後述の
ように或る比の動作力対保持力を生ずる寸法にしなけれ
ばならない。
【0008】クラッチ板14は、従動軸11と共に回転
するが、クラッチ板14は、従動軸11の縦方向軸線に
沿いクラッチ・ハウジング17に向かい自由に移動する
。すなわち電磁コイル21に電力を加えることきは、ク
ラッチ板14を引付ける電磁界を生じ、クラッチ・デイ
スク16の面板は、クラッチ・ハウジング17の向き合
い面に摩擦を伴つて係合する。駆動軸12はこの場合、
従動軸11に摩擦を介して連結され、従動軸11により
回転する。
【0009】図2には図1に示した電磁クラッチ13を
動作させる電子動作回路25を示してある。電磁コイル
21の第1のリード線22は、電源(図示してない)の
正電位端子に接続してある。電磁コイル21は、それぞ
れ第3のリード線24に一端部を接続した2つの各別の
巻線21a、21bから形成してある。第1の巻線21
aの第1の端部を、第1のリード線22に接続し、第2
の巻線21bの第2の端部を、第2のリード線23に接
続し、第1の巻線21aの第2の端部と、第2の巻線2
1bの第1の端部とを、第3リード線24に接続し、そ
して第2リード線及び第3リード線24を、電子動作回
路25に接続してある。
【0010】電子動作回路25は、コンデンサ27の一
方の側に入力端子26を接続してある。コンデンサ27
の他方の側は、抵抗器28の一端部と、ダイオード29
の陰極とに接続してある。抵抗器28の他端部と、ダイ
オード29の陽極とは、抵抗器28及びダイオード29
が並列に接続されるように、互いに接続してある。コン
デンサ27、抵抗器28及びダイオード29の接続部は
、FET(電界効果トランジスタ)30のゲートに接続
してある。FET30は、ドレインを第3のリード線2
4に接続し、ソースをダイオード29の陽極に接続して
ある。ダイオード29は又この回路に対し地電位に接続
してある。入力端子26は又第2のFET31に接続し
てある。FET31は、ドレインを第2リード線23に
接続し、ソースを回路地電位に接続してある。
【0011】動作時には、電源(図示してない)の全電
圧は、初めに電磁コイル21の第1の巻線21aだけに
印加される。所定の時間後に、電磁コイル21の2つの
巻線は電源を横切って直列に接続される。この作用によ
り初期のクラッチ動作力を、クラッチの動作時間を減ら
す減少したインダクタンスで加えることができる。この
場合各コイル巻線は、直列に結合され、引張り力を減ら
しクラッチを係合した状態に保持する。
【0012】電磁クラッチ13は、入力端子26におけ
る制御信号32の発生に応答して動作する。制御信号3
2は、所定の振幅及びパルス幅を持つ電圧パルスを生ず
ることのできる任意普通の手段(図示してない)により
発生することができる。この制御信号は、動作信号とし
て機能する。制御信号32の前縁で第2のFET31を
ターン・オンさせる。コンデンサに加わる電圧は、瞬間
的には変えることができないから、制御信号32は、動
作信号としてコンデンサ27を経て送られ、又第1のF
ET30をターン・オンさせる。従って電流は電源(図
示してない)から第1のリード線22に第1のコイル巻
線21aを経て流れる。次いで電流は、第3のリード線
24及びFETを経て地電位に流れる。ターン・オンし
たFET30の電圧降下は比較的小さいから、電源のほ
ぼ全電圧がコイル巻線21aに印加され、電磁クラッチ
13の比較的迅速な動作を生ずる。第2のFET31も
又ターン・オンするから、第2のリード線23及び第3
のリード線24に取付けた第2のコイル巻線21bの互
いに対向する端部は、実際上同じ電圧であり、従ってコ
イル巻線21bにはほとんど又は全く電流が流れない。
【0013】制御信号32を、電子動作回路25に加え
ると、コンデンサ27は、制御信号32の全振幅になる
ように充電し始める。コンデンサ及び抵抗器は、タイミ
ング回路として機能し、充電時間は、回路の地電位への
充電径路を形成するコンデンサ27及び抵抗器28の各
値によつて定まる。コンデンサ27が所定の電圧レベル
に充電されるときに、第1FET30がターン・オフさ
せられる。しかし第2のFET31は制御信号32によ
りターン・オンしたままになっている。すなわち第3リ
ード線24から地電位への電流の流れは阻止され、代り
に第2のコイル巻線21b、第2のリード線23及び第
2のFET31を経て地電位に電流が流れる。
【0014】コイル巻線21a、21bが同じであり、
たとえば単一コイル巻線の半分ずつであれば、コイル巻
線21aにより生ずる磁界は初めには、第1のFET3
0がターン・オフさせられたときに、巻線21a、21
bにより生ずる複合の磁界と同じである。巻線21aだ
けを動作するときに、各巻線21a、21bが直列に電
流を引き出すときと同様に、巻線21aは、電源から2
倍量の電流を引き出すのは明らかである。この結果は、
単一の巻線21aの初期インダクタンスが比較的低く、
直列の両巻線の保持力が散逸パワーの約1/4であるの
で、動作時間が一層早くなる。しかし各巻線を、寸法の
互いに異なるワイヤで形成すると、この効果が向上する
。発生電磁力は、巻線を経て流れる電流と、この巻線の
巻き数との相乗積、すなわちアンペア回数に正比例する
。すなわち巻線21aは、一層高いクラッチ動作力を生
ずるように第1の所定巻き数の一層太い直径のワイヤで
形成することができる。巻線21bは、第2の所定巻き
数の一層細い直径のワイヤで形成することができる。 このワイヤは、巻線21aと直列で、電流の流れを減ら
し十分な低い方の保持力を生ずる。
【0015】1変型として第2の入力端子33を設け図
2に示すように第2のFET31のゲートに直接接続す
ることができる。第1の入力端子26と第2の入力端子
33との間の線路の部分34を除き、そして制御信号源
(図示してない)により1対の制御信号35、36を発
生する。制御信号35は、比較的短い幅を持ち、第1の
力端子26に印加される。コンデンサ27、抵抗器28
及びダイオード29を除き、そして端子26を線路37
により第1のFET30のゲートに直接接続する。第2
の制御信号36は、一層長い幅を持ち、第2の入力端子
33に加えられる。すなわち制御信号35、36は、動
作信号として様能し、FET30及びFET31は、初
めに同時にターン・オンさせられ、巻線21aだけが通
電され、電磁クラッチ13を迅速に動作させる。第1の
制御信号35の終りに、FET30はターン・オフさせ
られ、電源からの電流は、第2のFET31は、ターン
・オンしたままになつているから、直列の巻線21a、
21bを経て流れる。
【0016】第2の変型として巻線21a、21bは、
初めに並列に通電され、次いで直列接続に切換えられる
。スイッチ端子38は、電源(図示してない)の正極性
端子に接続することができる。スイッチ端子38は、。 第3のリード線24と、コイル巻線21bの第1端部と
の間に接続したスイッチの2個の端子の一方である。ス
イッチ39は、通常図2に示すように閉じてある。次い
でスイッチ39は、矢印の向きに動き、巻線21bの第
1の端部を、スイッチ端子38に接続する。すなわち巻
線21a、21bは、電源(図示してない)に並列に接
続してある。スイッチ39は、制御信号32、35、3
6の1つ又はコイル巻線21aを通る電流の流れに応答
して、任意適当な手段により動作することができる。
【0017】図3ないし5には本発明による電子動作回
路の別の変型を示してある。動作回路51は図3に示し
てある。電力リード線52は電源(図示してない)の正
極性端子に接続してある。電力リード線52は又1対の
直列接続の抵抗器53、54を経て回路地電位に接続し
てある。抵抗器53、54の接合部は、演算増幅器55
の非反転入力端子に接続してある。演算増幅器55は、
電力リード線52及び回路地電位に接続した1対の入力
端子を経て電力を受け取る。後述の他の演算増幅器は図
示してない同様な結線を持つ。
【0018】増幅器55の反転端子は、コンデンサ56
を経て増幅器55の出力に接続してある。増幅器55の
出力は、又抵抗器57を経て電力リード線52に、又抵
抗器58を経て第2の演算増幅器59の非反転入力にそ
れぞれ接続してある。増幅器59の非反転入力は、抵抗
器60を経て増幅器59の出力に接続してある。増幅器
59の反転入力は、増幅器55の非反転入力に接続され
、又増幅器59の出力は抵抗器61を経て増幅機55の
反転入力に接続してある。増幅器59の出力は又抵抗器
62を経て、電力リード線52と、第3の演算増幅器6
3の反転入力と、第4の演算増幅器64の出力とに接続
してある。増幅器59の反転入力は、又増幅器63の反
転入力に接続してある。
【0019】第4の増幅器64の非反転入力は、抵抗器
65を経て電力リード線52に接続され、又ダイオード
66の陽極に接続されている。ダイオード66は、陰極
を回路地電位に接続してある。増幅器64の反転入力は
、抵抗器67を経て回路地電位に接続され、又抵抗器6
8及びコンデンサ69を経て端子70に直列に接続され
ている。第3の増幅器63の出力は、端子71に接続さ
れ、又抵抗器72は端子70、71間に接続される。
【0020】図4に示すように信号源73の出力は、動
作回路51の第1の端子70に接続してある。第2の端
子71は、FET74のゲードに接続してある。コイル
75の一方のリード線76を電源(図示してない)の正
電位端子に接続してある。コイル75の反対側端部のリ
ード線77は、FET74のドレインに接続してある。 FET74のソースは、回路地電位に接続してある。ダ
イオード78は、コイル75に並列に陽極をリード線7
7に接続し陰極をリード線76に接続してある。
【0021】信号源73は、端子70に制御信号を発生
し、又動作回路51は、端子71に作動信号を発生し、
FET74をターン・オンさせる。FET74のターン
・オンに先だって、リード線77は、電源の正極性電位
であるリード線76と同じ電位にあった。図5は、端子
71に生ずる動作信号の鏡像であるリード線77に生ず
る波形79を示す。FET74がターン・オンさせられ
ると、リード線77は電位がほぼ回路地電位に低下する
。すなわち電源電位のほぼ全振幅が、コイル75に並列
に接続される。動作回路51は、この動作モードを図5
に示した時限にわたつて保持し、電磁クラッチを急速に
動作する。
【0022】時限80の終りに動作回路51は、約50
%のデユー・テイ・サイクルを持つ方形波形81を発生
する。従って電源(図示してない)の電位がたとえば1
2Vであると、動作の時限80中に12Vのほぼ全部が
コイル75の前後に加わる。波形81は50%のデユー
テイ・サイクルを持つから、平均約6Vが波形81の持
続時間中にコイル75に加わる。従って6Vの電位を印
加したときに、電磁クラッチ13内に保持するようにコ
イル75の寸法を定めると、12Vの印加の時限80に
より電磁クラッチが一層早く動作するようになる。制御
信号を除くと、動作回路51は、動作信号の発生を止め
る。
【0023】以上本発明をその実施例について詳細に説
明したが本発明はなおその精神を逸脱しないで種種の変
化変型を行うこができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使う電磁クラッチの部分断面図である
。
【図2】図1に示したクラッチに使う本発明による電磁
クラッチ動作回路の回路図である。
【図3】図1に示したクラッチに使う本発明による電磁
クラッチ動作回路の変型の回路図である。
【図4】図3に示した動作回路の残りの部分の回路図で
ある。
【図5】図3及び4に示した動作回路により生ずるクラ
ッチ・コイル動作パルスの波形図である。
【符号の説明】
21    コイル 21a    第1の巻線 21b    第2の巻線 25    動作回路 30    第1のFET 31    第2のFET

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  電力源に接続するのに適する第1の端
    部を持つ巻線を備えたクラッチ作動コイルと、前記巻線
    の第2の端部及び地電位の間に接続され、動作信号に応
    答してターン・オンするFETと、このTETに接続さ
    れ、制御信号に応答して前記動作信号を発生し前記FE
    Tをターン・オンさせ、所定の時限後にこのTETを制
    御する動作回路とを備えることにより、前記所定の時限
    中に、前記FETをターン・オンさせ、電源からの電流
    を前記第1巻線を通って流すことができるようにし、前
    記所定の時限後に、前記FETを制御して電源から前記
    巻線を通って流れる電流を減らすようにした、電気式ク
    ラッチ・アクチユエータ。
  2. 【請求項2】  前記動作回路に、前記所定の時限後に
    、引続く制御信号が加わるまで、前記動作信号の発生を
    中止し、前記FETをターン・オフさせるタイミング回
    路を設けた請求項1記載の電気式クラッチ・アクチユエ
    ータ。
  3. 【請求項3】  前記作動回路が、前記動作信号を発生
    し、前記所定の時限後に、前記制御信号が除去されるま
    で前記FETを交互にターン・オフさせ、ターン・オン
    させるようにした請求項1記載の電気式クラッチ・アク
    チユエータ。
  4. 【請求項4】  前記作動回路が、前記所定の時限後に
    、前記制御信号が除去されるまで、約50%のデユーテ
    イ・サイクルで前記動作信号を発生するようにした請求
    項3記載の電気式クラッチ・アクチユエータ。
  5. 【請求項5】  第1及び第2の巻線を持ち、前記第1
    の巻線の第1の端部を電力源に接続するのに適するよう
    にし、前記第1の巻線の第2の端部と、前記第2の巻線
    の第1端部とを、接合部で互いに接続して成るクラッチ
    動作コイルと、前記接続部と地電位との間に接続され、
    第1の動作信号に応答してターン・オンされ、所定の時
    限後にターン・オフされる第1のFETと、前記第2の
    巻線の第2の端部と地電位との間に接続され、第2の動
    作信号に応答してターン・オンされる第2のFETとを
    備えることにより、前記所定の時限中に、前記第1及び
    第2のFETをターン・オンさせ電源からの電流を主と
    して前記第1の巻線を通って流すことができるようにし
    、前記所定の時限後に、前記第2のFETだけをターン
    ・オンさせ、電源からの電流を前記両巻線を通って流す
    ことができるようにした、電磁クラッチを動作させるア
    クチユエータ。
  6. 【請求項6】  前記第1のFETの入力端子とゲート
    との間に接続され、前記入力端子に加えられる制御信号
    に応答して、前記第1の動作信号を発生するようにした
    タイミング回路を備えた請求項5記載の電磁クラッチを
    動作させるアクチユエータ。
  7. 【請求項7】  前記タイミング回路に、前記第1のF
    ETの前記入力端子と前記ゲートとの間に接続したコン
    デンサと、前記ゲートと地電位との間に接続した抵抗器
    とを設け、前記所定の時限を、前記コンデンサと前記抵
    抗器との値により定めるようにした請求項6記載の電磁
    クラッチを動作させるクラチユエータ。
  8. 【請求項8】  前記第1のFETのゲートに接続され
    、前記所定の時限にわたって第1制御信号を受け取る第
    1の入力端子と、前記第2のFETのゲートに接続され
    、前記第1の制御信号より一層長い持続時間の第2の制
    御信号を受け取る第2の入力端子とを備え、前記第1及
    び第2の制御信号が、それぞれ前記の第1及び第2の動
    作信号である請求項5記載の電磁クラッチを動作させる
    アクチユエータ。
  9. 【請求項9】  前記第1の巻線の前記第2の端部と、
    前記第2の巻線の前記第1の端部との間に、前記所定の
    時限中は接続され、前記第2の巻線の前記第1の端部と
    、電力源との間に、前記第2のFETだけをターン・オ
    ンさせるときに接続されるスイッチを備えた請求項5記
    載の電磁クラッチを動作させるアクチユエータ。
  10. 【請求項10】  前記第1の巻線を、第1の所定巻き
    数の一層太い直径aワイヤで形成して、動作力と保持力
    の第1の部分とを発生するようにし、前記第2の巻線を
    、第2の所定巻き数の一層細い直径のワイヤで形成し、
    保持力の第2の部分を発生するようにした請求項5記載
    の電磁クラッチを動作させるアクチユエータ。
  11. 【請求項11】  電力源に接続するのに適する第1の
    端部を持つ巻線を備えたクラッチ動作コイルと、前記巻
    線の第2の端部と地電位との間に接続され、動作信号に
    応答してターン・オンするスイッチと、このスイッチに
    接続され、制御信号に応答して前記動作信号を発生し、
    前記スイッチをターン・オンさせ、所定の時限後に、こ
    のスイッチを制御するようにした動作回路とを備えるこ
    とにより、前記所定の時限中に、前記スイッチをターン
    ・オンさせ電源からの電流を、前記第1の巻線を通つて
    流れることができるようにし、前記所定に時限後に、前
    記スイッチを制御して電源から前記巻線を通る電流を減
    らすようにした、電気式クラッチ・アクチユエータ。
  12. 【請求項12】  前記スイッチがFETである請求項
    11記載の電気式クラッチ・アクチユエータ。
  13. 【請求項13】  前記動作回路が、動作信号を発生し
    、前記所定の時限後に、前記制御信号が除去されるまで
    、前記スイチを交互にターン・オフさせ、ターン・オン
    させるようにした請求項11記載の電気式クラッチ・ア
    クチユエータ。
  14. 【請求項14】  前記動作回路が、前記所定の時限後
    に、前記制御信号が除去されるまで、約50%のデユー
    テイ・サイクルで前記動作信号を発生するようにした請
    求項13記載の電気式クラッチ・アクチユエータ。
  15. 【請求項15】  前記動作回路に、正電位電源に接続
    された非反転端子を持つ第1の演算増幅器を設け、この
    第1の演算増幅器の出力に、第1のコンデンサを経て反
    転端子を接続し、又前記出力を、第1の抵抗器を経て正
    電位電力源に、そして第2の抵抗器を経て第2の演算増
    幅器の非反転入力にそれぞれ接続し、この第2の演算増
    幅器の前記非反転入力を、第3の抵抗器を経て前記第2
    の演算増幅器の出力に接続し、前記第2の演算増幅器の
    反転入力を、前記第1の演算増幅器の前記非反転入力に
    接続し、前記第2の演算増幅器の前記出力を、第4の抵
    抗器を経て前記第1の演算増幅器の前記反転入力に接続
    し、前記第2の演算増幅器の前記出力を、第5の抵抗器
    を経て正電位電力源に接続し、第3の演算増幅器の反転
    入力に接続し、又第4の演算増幅器の出力に接続し、前
    記第2の演算増幅器の前記反転入力を、前記第3の演算
    増幅器の非反転入力に接続し、前記第4の演算増幅器に
    、第6の抵抗器を経て正電位の電力源に接続され、ダイ
    オードを経て回路地電位に接続された非反転入力を設け
    、前記第4の演算増幅器に、第7の抵抗器を経て回路地
    電位に接続され、第8の抵抗器及び第2のコンデンサを
    経て制御信号入力端子に通列に接続された反転入力を設
    け、前記第3の演算増幅器の出力を、動作信号出力端子
    に接続し、そして第9の抵抗器を、前記の入出力端子間
    に接続し、前記出力端子を前記スイッチに接続した請求
    項11記載の電気式クラッチ・アクチユエータ。
  16. 【請求項16】  前記スイッチが、FETであり、前
    記出力端子を、前記FETのゲートに接続した請求項1
    5記載の電気式クラッチ・アクチユエータ
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