(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の入出力軸に結合されると共に磁性材よりなり、内径部に動作面を有する第一の回転子、第二の入出力軸に結合されると共に磁性材よりなり、外径部に動作面を有する第二の回転子、前記第一の回転子の動作面と前記第二の回転子の動作面との間に形成された環状の空隙に充填された磁性粒子、前記第一の回転子に埋設され、前記磁性粒子を磁化する励磁コイルを備え、前記第二の回転子の外径部の軸方向両側面の円周方向に、突出部と凹部とを交互にそれぞれ複数個均等に配設し、前記突出部は、磁性材により構成され、前記突出部の外径が、第二の回転子の動作面を形成する外径寸法より所定寸法小さく形成されて第二の回転子の動作面との間に段差が形成され、かつ、第二の回転子の動作面を形成する外径部の両端部、および各突出部の外径の軸方向先端部の各角部に、面取りまたはコーナーＲが施されていることを特徴とする磁性粒子式電磁連結装置。
【請求項２】
突出部と凹部は、第二の回転子と一体に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の磁性粒子式電磁連結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両における内燃機関からの回転トルクを伝達および遮断制御する磁性粒子式電磁連結装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の一般的な車両用コイル回転形磁性粒子式電磁連結装置の構成を示す断面図、図７は、この磁性粒子式電磁連結装置をハイブリッド式の車両に使用した状態を示す説明図、図８、ないし、図１０は、従来の磁性粒子式電磁連結装置の問題点を説明するための部分断面図である。図において、１は図示しない内燃機関の出力軸と連結され、通常の使用状態では入力軸とされる第一の入出力軸、２は第一の入出力軸１にネジ３により固定された駆動プレート、４は駆動プレート２にネジ５により取り付けられた磁性材料よりなるリング状のヨーク、６はヨーク４の内径に圧入固定され、リング状の磁性材料により構成されると共に外周側から凹部７が設けられた第一の回転子で、通常の使用状態ではドライブメンバとして使用され、第一の回転子６の内径には磁気連結のための動作面６ａが構成されている。８はボビン９に巻回されて第一の回転子６に設けられた凹部７に収納され、充填樹脂１０により固定された励磁コイルであり、ボビン９の一部にはフランジ９ａが設けられ、フランジ９ａには励磁コイル８の給電用の端子台１１が一体に成形されている。
【０００３】
１２は第一の回転子６の一方の端面にネジ１３にて取り付けられ、ヨーク４と第一の回転子６との側面を覆うブラケット、１４はブラケット１２にネジ１５にて取り付けられたスリップリングであり、スリップリング１４は図示しないブラシから電力が供給され、スリップリング１４から延長されたリード端子１７と、このリード端子１７をネジ１６により接続する端子台１１とを介して励磁コイル８に励磁電流を供給する。１８は第一の回転子６の他方の端面に接合されたプレートで、内径部に筒状のボス１９が固定され、ボス１９は第一の入出力軸１の内径にて位置決め保持され、図示しないオイルポンプを駆動するためのスプライン軸２０とスプライン結合されている。
【０００４】
２１は第一の回転子６の内径側に、ブラケット１２とプレート１８とに囲まれて配置され、磁性材料により構成された第二の回転子であり、第二の回転子２１は通常はドリブンメンバとして使用され、その外径には第一の回転子６の内径の動作面６ａに対向する動作面２１ａが形成されている。２２は第二の回転子２１とはピン２３により係合するハブであり、ハブ２２は通常は出力軸として使用される第二の入出力軸２４とスプライン結合されている。２５は第一の回転子６の内径の動作面６ａと第二の回転子２１の外径の動作面２１ａとの間に介在する環状の空隙であり、この環状の空隙２５には磁化されることにより第一の回転子６と第二の回転子２１とを連結する磁性粒子２６が所定の量充填され、励磁コイル８の通電により、第一の入出力軸１が第一の回転子６と第二の回転子２１とを介して第二の入出力軸２４に結合されるように構成されている。
【０００５】
このような構成を持つ従来の磁性粒子式電磁連結装置において、通常の使用状態では第一の入出力軸１は図示しない内燃機関の回転軸に結合され、内燃機関の運転中は、第一の入出力軸１と駆動プレート２とを介してヨーク４と第一の回転子６とブラケット１２とプレート１８とは一体となって回転する。スリップリング１４を介して励磁コイル８に通電されると図６の点線Φに示すように、第一の回転子６とヨーク４と第二の回転子２１とで構成される磁路に磁束が発生し、この磁束が第一の回転子６の動作面６ａと第二の回転子２１の動作面２１ａとの間の環状の空隙２５内に介在する、遠心力作用により充分に拡散され均等分布された磁性粒子２６を磁化し、第一の回転子６の回転トルクが第二の回転子２１に伝達され、ハブ２２を介して第二の入出力軸２４を回転させる。この第二の入出力軸２４の回転は図示しない車両のトランスミッションに伝達され車両を駆動する。励磁コイル８の通電が遮断されると磁性粒子２６は第一の回転子６の回転による遠心力で動作面６ａに押し付けられ、また、環状の空隙２５の両側にあるサイドギャップ２５ａおよび２５ｂに拡散して第一の回転子６と第二の回転子２１との結合は解除される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁性粒子式電磁連結装置は以上のような構成と動作とを有するが、車両の構成によっては、内燃機関からの回転入力を第二の入出力軸２４側とし、出力を第一の入出力軸１側とせざるを得ない場合がある。また、例えば図７に示すようなハイブリッド式の車両に使用する場合、電動機２７をトランスミッション２８に結合し、電動機２７と内燃機関２９との間に磁性粒子式電磁連結装置３０を介在させる構成がとられ、車両の発進時においては内燃機関が停止状態で、電動機２７がトランスミッション２８を介して車両を駆動し、車両の走行速度が所定値に達したときに内燃機関２９が始動され、車両の駆動を電動機２７から内燃機関２９に切り換えるような使用がなされる。このような使用方法では磁性粒子式電磁連結装置は、装置が作動する前に第二の回転子２１が回転して第一の回転子６が停止状態で使用されることが多くなり、次のような問題を生ずることになる。
【０００７】
すなわち、第二の回転子２１が回転して第一の回転子６が停止状態で使用されるとき、環状の空隙２５に介在する磁性粒子２６には充分な遠心力が作用せず、磁性粒子２６は図８、および、図９に示すように、重力により環状の空隙２５とサイドギャップ２５ａおよび２５ｂの下方に沈殿して集積されることになる。この状態で励磁コイル８の通電がなされると、磁性粒子２６が環状の空隙２５とサイドギャップ２５ａおよび２５ｂの下方に残留し、環状の空隙２５内に均等に分布しないため、伝達トルクの立ち上がりが悪化し、また、伝達トルクが低下することになる。
【０００８】
さらに、サイドギャップ２５ａおよび２５ｂの下方に集積した磁性粒子２６が励磁コイル８の通電で磁化されることにより、環状の空隙２５の下方の両端部、すなわち、第二の回転子２１の動作面２１ａの軸方向両端部の下方に部分的に高密度で集積され、励磁コイル８の通電が遮断された後も拡散しないために引きずりトルクが残留し、最悪時にはロック状態となって第一の回転子６と第二の回転子２１との結合が解除されないという問題が生じていた。さらにまた、車両に搭載される磁性粒子式電磁連結装置では車両の加減速や旋回により磁性粒子２６に加速力が働き、このために、図１０に示すように磁性粒子２６の偏りが生じて上記のロック状態の発生を助長していた。
【０００９】
このようなトラブルを避けるために、例えば、特開昭５８ー２０３２３４号公報や特開昭５９ー１９７２４号公報、あるいは、特開昭５９ー４３２３１号公報に開示されているような技術が従来にも提案されていた。これらの従来技術はいずれも、第二の回転子に非磁性体の磁性粒子偏向羽根を設け、この磁性粒子偏向羽根の回転により磁性粒子を拡散し、サイドギャップに流出した磁性粒子を第一の回転子の動作面と第二の回転子の動作面との間の環状の空隙内に戻すように構成されている。
【００１０】
このように構成することにより、重力により環状の空隙やサイドギャップの下方に集積した磁性粒子は、かき上げられて環状の空隙内とサイドギャップとに均等に戻すことができるが、非磁性体の磁性粒子偏向羽根を第二の回転子の両側面に設けることは遠心力などに対する機械的強度を損なうことになり、強度の維持と、部品の追加による寸法精度の維持とに困難な作業が要求されることとなって製造原価を引き上げる結果を招いていた。
また、磁性粒子偏向羽根を使用してもサイドギャップに残留する磁性粒子を全て環状の空隙内に戻すことは不可能であるため、励磁コイルに通電するとき、第二の回転子の両端部のエッジ効果による磁界の強さの大きい部分には磁性粒子が高密度で集積されることになり、上記の引きずりトルクを皆無にすることは不可能であった。
【００１１】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、余分な部品の追加による製造原価の上昇や強度低下をきたすことなく磁性粒子を効果的に拡散させることを可能とし、いかなる使用条件下でも伝達トルクの低下やロック現象を防止することのできる磁性粒子式電磁連結装置を得ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる磁性粒子式電磁連結装置は、第一の入出力軸に結合されると共に磁性材よりなり、内径部に動作面を有する第一の回転子と、第二の入出力軸に結合されると共に磁性材よりなり、外径部に動作面を有する第二の回転子と、第一の回転子の動作面と第二の回転子の動作面との間に形成された環状の空隙に充填された磁性粒子と、第一の回転子に埋設され、環状の空隙に介在する磁性粒子を磁化する励磁コイルとを備え、第二の回転子の外径部の軸方向両側面の円周方向に突出部と凹部とを交互にそれぞれ複数個均等に配設したものである。
【００１３】
そして、突出部は、磁性材により構成されたものである。
さらに、突出部と凹部は、第二の回転子と一体に形成されたものである。
さらにまた、突出部の外径が、第二の回転子の動作面を形成する外径寸法より所定寸法小さく形成されたものである。
また、第二の回転子の動作面を形成する外径部の両端部、および各突出部の外径の軸方向先端部の各角部に、面取りまたはコーナーＲが施されているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
参考例１．
図１、ないし、図４は、この発明の基礎となる技術を説明するための参考例１の磁性粒子式電磁連結装置の構成を示すもので、図１は磁性粒子式電磁連結装置の断面図、図２は第二の回転子の側面図、図３は第二の回転子の平面図、図４は動作を説明するための説明図であり、上記の従来例と同一部分には同一符号が付与されている。図において、１は第一の入出力軸、２は第一の入出力軸１にネジ３により固定された駆動プレート、４は駆動プレート２にネジ５により取り付けられた磁性材料よりなるリング状のヨーク、６はヨーク４の内径に圧入固定され、リング状の磁性材料にて構成されると共に外周側から凹部７が設けられた第一の回転子で、第一の回転子６の内径には磁気連結のための動作面６ａが形成されている。８はボビン９に巻回されて第一の回転子６の凹部７に収納された励磁コイルであり、励磁コイル８は第一の回転子６の凹部７内に充填樹脂１０により固定され、ボビン９の一部にはフランジ９ａが設けられ、フランジ９ａには励磁コイル８の給電用の端子台１１が設けられている。
【００１５】
１２は第一の回転子６の一方の端面にネジ１３にて取り付けられ、外面に放熱フィン１２ａを有する非磁性体よりなるブラケット、１４はブラケット１２にネジ１５にて取り付けられたスリップリングであり、スリップリング１４は図示しないブラシから電力供給され、リード端子１７と、リード端子１７をネジ１６により固定する端子台１１とを介して励磁コイル８に励磁電流を供給するように構成されている。１８は第一の回転子６の他方の端面に接合された非磁性体のプレートで、内径部に筒状のボス１９を固定し、ボス１９は第一の入出力軸１の内径にて位置決め保持され、図示しないオイルポンプなどを駆動するためのスプライン軸２０とスプライン結合されている。
【００１６】
３１は第一の回転子６の内径側に、ブラケット１２とプレート１８とに囲まれて配置され、磁性材料により構成された第二の回転子であり、第二の回転子３１は第一の回転子６の内径に設けられた磁気連結のための動作面６ａに対向する動作面３１ａを有している。２２は第二の回転子３１とはピン２３により係合されたハブであり、ハブ２２は第二の入出力軸２４とスプライン結合されている。２５は第一の回転子６の内径の動作面６ａと第二の回転子３１の外径の動作面３１ａとの間に介在する環状の空隙であり、この環状の空隙２５には磁性粒子２６が所定の量充填されている。
【００１７】
３２および３３は図２、および、図３に詳細を示すように、第二の回転子３１の外周部両側面のそれぞれに所定の間隔を置いて複数個配列された突出部、３４および３５は突出部３２および３３の間にある凹部を示すもので、突出部３２および３３は円周方向にほぼ均等に配列されている。この突出部３２と３３とは第二の回転子３１に、例えば、溶接などにより取り付けても良く、また、第二の回転子３１から機械加工などにより一体に造形しても良い。突出部３２および３３と両側のブラケット１２およびプレート１８との間の隙間は、これらが接触しない範囲で可能な限り小さく設定される。
【００１８】
このように構成された参考例１の磁性粒子式電磁連結装置において、その動作は上記の従来例と同様であり、励磁コイル８に対する通電により環状の空隙２５に介在する磁性粒子２６が磁化されて第一の回転子６と第二の回転子３１とが結合され、励磁コイル８の電流が遮断されることにより結合が解除される。この磁性粒子式電磁連結装置が、例えば、従来例で説明した図７のような構成で使用され、電動機２７により車両が駆動されて内燃機関２９が停止状態のとき、すなわち、第二の回転子３１が回転して第一の回転子６が停止状態のときには、磁性粒子２６には充分な遠心力が作用せず、磁性粒子２６は重力により環状の空隙２５とサイドギャップ２５ａおよび２５ｂの下方に沈殿しようとするが、第二の回転子３１の回転により、図４に示すように突出部３２および３３がこれをすくい上げて環状の空隙２５内に戻すように働き、環状の空隙２５内やサイドギャップ２５ａおよび２５ｂの全周に均等に分布するように拡散して下方に沈殿集積するのを防止する。
【００１９】
このように磁性粒子２６がサイドギャップ２５ａおよび２５ｂの下方に集積されず全周に拡散されているので、励磁コイル８の通電によって磁性粒子２６は環状の空隙２５内に直ちに引き戻されて速やかにトルクを伝達し、また、磁性粒子２６が部分的に集積しないので一部が高密度になることがなく、ロック現象を引き起こすことがない。さらに、突出部３２および３３を磁性材料により構成して凹部３４および３５と交互配置することにより、環状の空隙２５の軸方向両端部の集中磁束が緩和され、環状の空隙２５の軸方向両端部に磁性粒子２６が集中することが緩和されるので引きずりトルクが残ることもない。この効果をさらに高めるためには、突出部３２および３３の径方向の厚み寸法は小さい方が効果的であり、また、軸方向高さは大きいほど良く、凹部３４および３５の底面から突出部３２および３３の先端までの寸法を少なくとも３ｍｍ以上の高さにするのが効果的である。また、突出部３２および３３の数は片側で２個所以上１６個所までが効果的であることが確認されている。
【００２０】
さらに、第二の回転子３１の軸方向両端部と突出部３２および３３の軸方向先端部との各角部に適当な面取り、もしくは、コーナーアール（Ｒ）を設けることにより、サイドギャップ２５ａおよび２５ｂに存在する磁性粒子２６が、励磁コイル８の通電時に環状の空隙２５内に入り込み易くなり、また、コーナー部における磁束の集中が緩和でき、ロック現象や引きずりトルクの防止をより完全なものとすることができる。また、上記したように突出部３２および３３を第二の回転子３１から一体に造形するように構成することにより、突出部３２および３３を高精度に機械加工することができ、余分な部品の追加が排除でき、さらに、機械的強度を充分なものとして遠心力などによる破損を防止することができる。
【００２１】
実施の形態１．
図５は、この発明の実施の形態１の磁性粒子式電磁連結装置に使用される第二の回転子３１の構成を示す断面図であり、この実施の形態は、第二の回転子３１の軸方向両端面の複数個所に設けられた突出部３２および３３の外径を、第二の回転子３１の動作面３１ａを構成する外径寸法より小さくするように構成し、両者の間に段差を設けるようにしたものである。また、段差を有する第二の回転子３１の軸方向両端部と突出部３２および３３の軸方向先端部との各角部に面取り、もしくは、コーナーアール（Ｒ）３１ｂと３１ｃおよび３２ａと３３ａを設けるようにしたものである。このように構成することにより、第二の回転子３１の両端部の磁束の集中が緩和でき、また、磁性粒子２６を環状の空隙２５内に導入し易くなり、ロック現象や引きずりトルクの防止をより完全なものとすることができるものである。さらに、段差を設けることにより面取りやコーナーアール３１ｂと３１ｃおよび３２ａと３３ａの加工を容易とすることができるものである。この段差は２ｍｍ以内であれば、効果が向上することが確認されている。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたように、この発明の磁性粒子式電磁連結装置によれば、第二の回転子の外周部の軸方向両側面の円周方向に突出部と凹部とをほぼ均等に配列するようにしたので、回転によって磁性粒子に遠心力を与えて拡散し、磁性粒子を均等分布させる機能を持つ第一の回転子が停止状態で、第二の回転子のみが回転するような使用がなされても、第二の回転子の回転により磁性粒子が均等に拡散され、励磁コイルに通電がなされたとき、磁性粒子は第一の回転子と第二の回転子との間に形成された環状の空隙内に直ちに引き戻されて速やかにトルクを伝達することが可能になるものである。
加えて、突出部を磁性材料にて構成し、この突出部の外径を、第二の回転子の動作面を形成する外径寸法より所定寸法小さくして突出部の外径と第二の回転子の外径との間に段差を設け、さらに、第二の回転子の軸方向両端部と突出部の軸方向先端部との各角部に面取り、または、コーナーＲが施されているので、磁性粒子が励磁コイルの通電時に環状の空隙内に入り込み易くなり、環状の空隙の軸方向両端部の集中磁束が緩和されて両端部に磁性粒子が集中することが防止され、励磁コイルの通電遮断時にロック現象を起こしたり、引きずりトルクが残ったりすることが防止される。
さらに、突出部を第二の回転子と一体に形成したので、製造原価を引き上げることなく、また機械的強度の確保ができ、第一、および、第二の入出力軸のいずれからの入力にも耐え得る優れた磁性粒子式電磁連結装置を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基礎となる技術を説明する参考例１の磁性粒子式電磁連結装置の構成を示す断面図である。
【図２】  参考例１の磁性粒子式電磁連結装置の第二の回転子の構成を示す側面図である。
【図３】  参考例１の磁性粒子式電磁連結装置の第二の回転子の構成を示す平面図である。
【図４】  参考例１の磁性粒子式電磁連結装置の動作説明図である。
【図５】  この発明の実施の形態１の磁性粒子式電磁連結装置の第二の回転子の構成を示す断面図である。
【図６】  従来の磁性粒子式電磁連結装置の構成を示す断面図である。
【図７】  磁性粒子式電磁連結装置をハイブリッド車に使用した状態の説明図である。
【図８】  従来の磁性粒子式電磁連結装置の問題点を説明する部分断面図である。
【図９】  従来の磁性粒子式電磁連結装置の問題点を説明する部分断面図である。
【図１０】  従来の磁性粒子式電磁連結装置の問題点を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
１  第一の入出力軸、２  駆動プレート、
３、５、１３、１５、１６  ネジ、４  ヨーク、６ 第一の回転子、
６ａ  動作面、８  励磁コイル、９ ボビン、１１  端子台、
１２  ブラケット、１４  スリップリング、１７  リード端子、
１８  プレート、１９  ボス、２０ スプライン軸、２２  ハブ、
２３  ピン、２４  第二の入出力軸、２５  環状の空隙、
２５ａ、２５ｂ  サイドギャップ、２６  磁性粒子、２７ 電動機、
２８  トランスミッション、２９  内燃機関、
３０  磁性粒子式電磁連結装置、３１  第二の回転子、３１ａ  動作面、
３２、３３  突出部、３４、３５  凹部、
３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３３ｂ  コーナーアール。
【図１】
0003716139.tif 000002
【図２】
0003716139.tif 000003
【図３】
0003716139.tif 000004
【図４】
0003716139.tif 000005
【図５】
0003716139.tif 000006
【図６】
0003716139.tif 000007
【図７】
0003716139.tif 000008
【図８】
0003716139.tif 000009
【図９】
0003716139.tif 000010
【図１０】
0003716139.tif 000011