(57)【要約】回転結合は、回転軸を有するシャフトの周囲に配置されるように構成された結合ディスクを含む。結合ディスクの一方の側の電磁石組立体は、ハウジングと、ハウジング内の導体とを含む。アーマチュアは、導体とは反対側の結合ディスクの反対側に配置され、アーマチュアを結合ディスクと係合するように付勢するために電流が導体に供給されると、結合ディスク、電磁石組立体及びアーマチュアは電磁回路を形成する。電磁石組立体のための回転防止機構は、電磁石組立体のハウジングの外面及び固定された支持構造にそれぞれ取り付けられるように構成された１つ以上の結合永久磁石と１つ以上の固定された永久磁石とを含む。結合及び固定された永久磁石は、回転軸周りのいずれかの回転方向において結合永久磁石及び電磁石組立体の動きを抑止するように配列される。
2019516927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転結合装置であって、
回転軸を有するシャフトの周りに配置されるように構成された結合ディスクと、
前記結合ディスクの第１の側に配置された電磁石組立体であって、
ハウジングと、
該ハウジング内に配置された導体とを含む電磁石組立体と、
前記導体とは反対側の前記結合ディスクの第２の側に配置されたアーマチュアであって、電流が前記導体に供給されると、前記結合ディスク、前記電磁石組立体及び前記アーマチュアは前記アーマチュアを前記結合ディスクと係合するように付勢する電磁回路を形成するアーマチュアと、
前記電磁石組立体のための回転防止機構であって、
前記電磁石組立体の前記ハウジングの外面に取り付けられるように構成された少なくとも１つの結合永久磁石と、
固定された支持構造に取り付けられるように構成された少なくとも１つの固定された永久磁石とを含み、
前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石は、前記回転軸の周りのいずれかの回転方向において前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記電磁石組立体の動きを抑止するように配列される回転防止機構とを備える回転結合装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの結合永久磁石は第１及び第２の結合永久磁石を備え、前記少なくとも１つの固定された永久磁石は第１及び第２の固定された永久磁石を備え、前記第１の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石と整列されかつ前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石から周方向に間隔を空けて配置され、前記第２の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石と整列されかつ前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石から周方向に間隔を空けて配置された、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の結合永久磁石は、前記回転軸に対して周方向において前記第１及び第２の固定された永久磁石の間に配置される、請求項２に記載の回転結合装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの結合永久磁石の第１の磁極と、前記少なくとも１つの結合永久磁石の前記第１の磁極に面する前記少なくとも１つの固定された永久磁石の第１の磁極は、同じ極性を有する、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの結合永久磁石は第１及び第２の結合永久磁石を備え、前記少なくとも１つの固定された永久磁石は第１及び第２の固定された永久磁石を備え、前記第１の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石と整列され、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石から軸方向に間隔を空けて配置され、前記第２の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石と整列され、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石から軸方向に間隔を空けて配置された、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの結合永久磁石の第１の磁極と、前記少なくとも１つの結合永久磁石の前記第１の磁極に面する前記少なくとも１つの固定された永久磁石の第１の磁極は、反対の極性を有する、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項７】
前記回転防止機構は、前記ハウジングに固定された第１の取付ブラケットであって、前記少なくとも１つの結合永久磁石が取り付けられる第１の取付ブラケットをさらに含む、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項８】
前記第１の取付ブラケットは、前記少なくとも１つの結合永久磁石を受けるように構成された凹部を画定し、前記凹部の深さは前記少なくとも１つの結合永久磁石の深さを上回る、請求項７に記載の回転結合装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの結合永久磁石を前記凹部内に封入するエラストマーカバーをさらに備える、請求項８に記載の回転結合装置。
【請求項１０】
前記回転防止機構は、前記固定された支持構造に取り付けられるように構成された第２の取付ブラケットであって、前記少なくとも１つの固定された永久磁石が取り付けられる第２の取付ブラケットをさらに含む、請求項７に記載の回転結合装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの結合永久磁石と前記少なくとも１つの固定された永久磁石は、前記回転軸に対して周方向に間隔を空けて配置された、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの結合永久磁石と前記少なくとも１つの固定された永久磁石は、前記回転軸に対して前記ハウジングから軸方向に間隔を空けて配置された、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石は環状の形状であり、前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石の一方は、前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石の他方内に同心円状に配置される、請求項１に記載の回転結合装置。
【請求項１４】
回転結合装置であって、
回転軸を有するシャフトの周りに配置されるように構成された結合ディスクと、
該結合ディスクの第１の側に配置された電磁石組立体であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された導体とを含む電磁石組立体と、
前記導体とは反対側の前記結合ディスクの第２の側に配置されたアーマチュアであって、電流が前記導体に供給されると、前記結合ディスク、前記電磁石組立体及び前記アーマチュアは前記アーマチュアを前記結合ディスクと係合するように付勢する電磁回路を形成するアーマチュアと、
前記電磁石組立体のための回転防止機構であって、
前記回転軸の周りのいずれかの回転方向において前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記電磁石組立体の動きを抑止するように、前記電磁石組立体の前記ハウジングの外面に取り付けられるように構成され、固定された支持構造に取り付けられた少なくとも１つの固定された永久磁石と整列された少なくとも１つの結合永久磁石を含む回転防止機構とを備える回転結合装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの結合永久磁石は第１及び第２の結合永久磁石を備え、前記少なくとも１つの固定された永久磁石は第１及び第２の固定された永久磁石を備え、前記第１の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石と整列され、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石から周方向に間隔を空けて配置され、前記第２の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石と整列され、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石から周方向に間隔を空けて配置された、請求項１４に記載の回転結合装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの結合永久磁石は第１及び第２の結合永久磁石を備え、前記少なくとも１つの固定された永久磁石は第１及び第２の固定された永久磁石を備え、前記第１の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石と整列され、前記回転軸に対して前記第１の固定された永久磁石から軸方向に間隔を空けて配置され、前記第２の結合永久磁石は、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石と整列され、前記回転軸に対して前記第２の固定された永久磁石から軸方向に間隔を空けて配置された、請求項１４に記載の回転結合装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石は前記回転軸に対して周方向に間隔を空けて配置された、請求項１４に記載の回転結合装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石は前記回転軸に対して前記ハウジングから軸方向に間隔を空けて配置された、請求項１４に記載の回転結合装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石は環状の形状であり、前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石の一方は、前記少なくとも１つの結合永久磁石及び前記少なくとも１つの固定された永久磁石の他方内に同心円状に配置される、請求項１４に記載の回転結合装置。
【請求項２０】
回転結合装置であって、
回転軸を有するシャフトの周りに配置されるように構成された結合ディスクと、
前記結合ディスクの第１の側に配置された電磁石組立体であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された導体とを含む電磁石組立体と、
前記導体とは反対側の前記結合ディスクの第２の側に配置されたアーマチュアであって、電流が前記導体に供給されると、前記結合ディスク、前記電磁石組立体及び前記アーマチュアは前記アーマチュアを前記結合ディスクと係合するように付勢する電磁回路を形成するアーマチュアと、
前記回転軸の周りのいずれかの回転方向における前記電磁石組立体の回転を抑止するための手段とを備える回転結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、動力伝達組立体用の回転結合装置に関する。特に、本開示は、動力伝達組立体の部材を結合、分離又は制動する際に使用するための電磁石組立体を有する回転結合装置であって、電磁石組立体が、電磁石組立体と周囲構造との間の機械的接触を必要とすることなく、回転しないように保持される回転結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチ及びブレーキなどの回転結合装置は、２つの本体間のトルクの移送を制御するために使用される。電磁結合装置では、入力及び出力部材を回転可能に結合又は分離し、及び／又は部材のうちの１つを制動するために、入力部材又は出力部材に結合されたアーマチュアが、入力部材又は出力部材の他方に結合された結合ディスクと係合し及び／又は切り離される。
【０００３】
従来型の電磁結合装置では、アーマチュアと結合ディスクとの間に電磁回路を確立するために使用される電磁石組立体は、電磁石組立体のハウジングを近くの構造体に機械的に結合することによって回転しないように固定される。しかしながら、この機械的結合は、回転結合装置の動作中に機械的結合が電磁石組立体の回転に抵抗しようとするとき、電磁石組立体と構造体との間の係合の結果として生じるいくつかの欠点を有する。第１に、電磁石組立体と構造体との間の係合は、望ましくないレベルのノイズを生成する。第２に、係合は、回転結合装置の構成要素及び構造体にかなりの機械的応力及び摩耗をもたらす。
【０００４】
本発明者らは、上で特定した1つ以上の欠陥を最小限に抑える及び／又は排除する回転結合装置の必要性を認識した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、電磁石組立体と周囲構造体との間の機械的接触を必要とすることなく、装置の電磁石組立体が回転しないように保持される回転結合装置に関する。
【０００６】
本教示の一実施形態による回転結合装置は、回転軸を有するシャフトの周りに配置されるように構成された結合ディスクを含む。装置は、結合ディスクの第１の側に配置された電磁石組立体をさらに含む。組立体は、ハウジングと、ハウジング内に配置された導体とを含む。装置は、導体とは反対側の結合ディスクの第２の側に配置されたアーマチュアをさらに含む。電流が導体に供給されると、結合ディスク、電磁石組立体及びアーマチュアはアーマチュアを結合ディスクと係合するように付勢する電磁回路を形成する。装置はさらに、電磁石組立体のための回転防止機構を含む。この機構は、電磁石組立体のハウジングの外面に取り付けられるように構成された少なくとも１つの結合永久磁石と、固定された支持構造に取り付けられるように構成された少なくとも１つの固定された永久磁石とを含む。少なくとも１つの結合永久磁石及び少なくとも１つの固定された永久磁石は、回転軸周りのいずれかの回転方向において少なくとも１つの結合永久磁石及び電磁石組立体の動きを抑止するように配列される。
【０００７】
本教示の別の実施形態による回転結合装置は、回転軸を有するシャフトの周りに配置されるように構成された結合ディスクを含む。装置は、結合ディスクの第１の側に配置された電磁石組立体をさらに含む。組立体は、ハウジングと、ハウジング内に配置された導体とを含む。装置は、導体とは反対側の結合ディスクの第２の側に配置されたアーマチュアをさらに含む。電流が導体に供給されると、結合ディスク、電磁石組立体及びアーマチュアはアーマチュアを結合ディスクと係合するように付勢する電磁回路を形成する。装置はさらに、電磁石組立体のための回転防止機構を含む。機構は、回転軸の周りのいずれかの回転方向において少なくとも１つの結合永久磁石及び電磁石組立体の動きを抑止するように、電磁石組立体のハウジングの外面に取り付けられるように構成され、固定された支持構造に取り付けられた少なくとも１つの固定された永久磁石と整列された少なくとも１つの結合永久磁石を含む。
【０００８】
本教示の別の実施形態による回転結合装置は、回転軸を有するシャフトの周りに配置されるように構成された結合ディスクを含む。装置は、結合ディスクの第１の側に配置された電磁石組立体をさらに含む。組立体は、ハウジングと、ハウジング内に配置された導体とを含む。装置は、導体とは反対側の結合ディスクの第２の側に配置されたアーマチュアをさらに含む。電流が導体に供給されると、結合ディスク、電磁石組立体及びアーマチュアはアーマチュアを結合ディスクと係合するように付勢する電磁回路を形成する。装置は、回転軸の周りのいずれかの回転方向における電磁石組立体の回転を抑止するための手段をさらに含む。
【０００９】
本教示による回転結合装置は、従来型の結合装置と比べて有利である。特に、電磁石組立体は、電磁石組立体と固定構造との間の機械的結合とは対照的に、電磁石組立体及び固定構造上の整列された磁石を用いて回転しないように固定される。結果として、従来型の回転結合装置における電磁石組立体と固定構造との機械的係合の間に発生する可聴ノイズ、機械的応力及び摩耗が低減又は排除され得る。
【００１０】
本発明の前述及び他の態様、特徴、詳細、有用性及び利点は、以下の詳細な記載及び特許請求の範囲を読むことにより、及び例として本発明の特徴を示す添付図面を検討することにより明らかになるであろう。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本教示の一実施形態による回転結合装置の断面図である。
【図２】図１の回転結合装置の部分の斜視図であり、結合装置用の回転防止機構の一実施形態を示す。
【図３】図２に示す回転防止機構の分解斜視図である。
【図４】図１の結合装置用の回転防止機構の別の実施形態の概略図である。
【図５】図１の結合装置用の回転防止機構の別の実施形態の斜視図である。
【図６】図５の回転防止機構の平面図である。
【図７】図１の結合装置用の回転防止機構の別の実施形態の斜視図である。
【図８】図１の結合装置用の回転防止機構の別の実施形態の概略図である。
【図９】図８に示す回転防止機構の部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで図面を参照する。図面中、様々な眺めにおいて、同様の参照番号は、同一の構成要素を識別するために使用される。図１は、本発明の一実施形態による回転結合装置１０を示す。装置１０はシャフト１２と別の装置（図示せず）との間でトルクを選択的に移送するクラッチとして機能する。装置１０はまた、トルクが伝達されない場合、ブレーキとして機能する。装置１０は、乗車型芝刈り機又は同様の装置で使用するために提供されてもよい。しかしながら、装置１０は、クラッチ及び／又はブレーキを必要とする幅広い用途で使用されてもよいことは、当業者に理解されるだろう。装置１０は、ローター１４と、スペーサー１６、１８と、ベアリング２０、２２と、電磁石組立体２４と、アーマチュア２６と、スプリング２８と、トルク伝達部材３０とを含んでもよい。本教示によれば、結合装置１０はさらに、電磁石組立体２４用の回転防止機構３２を含む。
【００２１】
シャフト１２は、シャフト１２が延在する装置（図示せず）から結合装置１０を介して別の装置（図示せず）までトルクを送達する入力シャフトとして機能してもよい。あるいは、シャフト１２は、トルクを結合装置１０を介して別の装置（図示せず）から受け取り、そのトルクをシャフト１２が延在する装置（図示せず）に移送する出力シャフトとして機能してもよい。シャフト１２は、従来の金属及び金属合金から製造されてもよく、中実又は管状であってもよい。シャフト１２は、回転軸３４を中心にして置かれ、入力シャフトとして機能する場合、エンジン、電気モータ又は他の従来の動力源によって駆動されてもよい。図示の実施形態では、シャフト１２は、トルク伝達部材３０と反対側で装置１０に挿入される（「標準の取付け」）。しかしながら、シャフト１２がトルク伝達部材３０と同じ側で装置１０に挿入される（「逆の取付け」）ように、シャフト１２及びスペーサー１６の向きを逆にすることができることを理解されたい。
【００２２】
ローター１４は、トルクをシャフト１２と部材３０との間で伝達するためにアーマチュア２６と選択的に係合するために提供される。ローター１４は、軸３４の周囲に配置され、シャフト１２と回転するためにシャフト１２に結合される。ローター１４は、従来の金属又は金属合金から作製されてもよく、ハブ３６及びローター又は結合ディスク３８を含む。
【００２３】
ハブ３６は管状であり、シャフト１２が延在する中心ボアを画定する。ハブ３６は、シャフト１２内のキー（図示せず）と相補的な形状を有するかそれを受けるように構成された軸方向に延びるキー溝（図示せず）を画定してもよい。あるいは、ハブ３６は、シャフト１２のキー溝に受けられるように構成された一体型の半径方向に延在するキーを備えて成形されてもよい。軸方向のいずれかの端部に、ハブ３６は、ベアリング２０、２２に当接してこれらを支持する肩部を画定する。さらに、ハブ３６は、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，５２７，１３４号明細書により詳細に記載されているようにスペーサー１６、１８内の対応する切欠き又は突起と係合するように構成されたハブ３６のいずれかの軸方向端面に配置された１つ以上の切欠き又は突起を画定してもよい。その半径方向外径に、ハブ３６は、軸方向に延在する内側ローター磁極４０を画定する。ハブ３６は、以下に記載する目的のために、磁極４０の半径方向内側に軸方向に延在する凹部４２をさらに画定する。
【００２４】
ディスク３８は、ハブ３６から半径方向外側に延在し、アーマチュア２６に面するクラッチ係合表面を画定する。ディスク３８は、例えば、複数の相補的な突起及び切欠きを含む圧入関係を介してハブ３６に結合される。当該技術分野で知られているように、ディスク３８は、角度方向に間隔を空けて配置されたバナナ形状のスロット（図示せず）の複数の半径方向に間隔を空けて配置された列を含んでもよい。電磁石組立体２４に通電すると、スロットは磁束をディスク３８とアーマチュア２６との間で空隙を介して前後に移動させ、ローター１４とアーマチュア２６との間の高トルク係合を可能にする。その外径に、ディスク３８は、軸方向に延在する外側ローター磁極４４を画定する。磁極４４は、磁極４０と半径方向に整列され、磁極４０から半径方向外側に間隔を空けて配置されている。
【００２５】
スペーサー１６は、ベアリング２０及びトルク伝達部材３０を、装置１０の他の構成要素と組み立てられた関係で支持するように設けられ、粉末金属を含む従来の材料から作製されてもよい。スペーサー１６は、ローター１４、電磁石組立体２４及びアーマチュア２６よりも低い透磁率を有してもよく、例えば、非強磁性材料から作製されてもよい。スペーサー１６は、軸３４の周りに配置され、概ね円筒形である。スペーサー１６は、スペーサー１６を通り、シャフト１２へ延在するファスナー（図示せず）を受けるように構成される。スペーサー１６と同様に、ファスナーは、ローター１４、電磁石組立体２４、及びアーマチュア２６よりも低い透磁率を有してもよく、例えば、特定のステンレス鋼などの非強磁性材料から作製されてもよい。スペーサー１６は、ファスナーにトルクを加えながらスペーサー１６が固定されることを可能にする複数の平坦部を有するヘッド４６を１つの軸方向端部に画定してもよい。スペーサー１６はさらに、ヘッド４６から軸方向に延在する本体４８を画定してもよい。本体４８は、ほぼ円筒形の外面を有し、その外面上で、ローターハブ３６に画定された対向する肩部とスペーサー１６との間にベアリング２０が支持されてもよい。スペーサー１６はさらに、本体４８の軸方向端面に１つ以上の軸方向に突出する突起又は切欠きを画定してもよく、突起又は切欠きは、スペーサー１６とローターハブ３６とを回転可能に結合するように、ローターハブ３６の軸方向端面の対応する切欠きに受けられる、又は軸方向端面の対応する突起を受けるように構成される。
【００２６】
スペーサー１８は、ベアリング２２及び電磁石組立体２４を、装置１０の他の構成要素と組み立てられた関係で支持するように設けられ、粉末金属を含む従来の材料から作製されてもよい。スペーサー１８は、ローター１４、電磁石組立体２４及びアーマチュア２６よりも低い透磁率を有してもよく、例えば、特定のステンレス鋼などの非強磁性材料から作製されてもよい。スペーサー１８は、軸３４の周りに配置され、概ね円筒形である。スペーサー１８の内径は、シャフト１２を受けるようにサイズ決めされる。スペーサー１８の外径は、ベアリング２２と当接するように構成された肩部を画定するように変化し、それによりベアリング２２がローターハブ３６に画定された対向する肩部とスペーサー１８との間に配置されるようにする。スペーサー１８はさらに、スペーサー１８の軸方向端面に１つ以上いの軸方向に突出する突起又は切欠きを画定してもよく、突起又は切欠きは、スペーサー１８とローターハブ３６とを回転可能に結合するように、ローターハブ３６の軸方向端面の対応する切欠きに受けられる、又は軸方向端面の対応する突起を受けるように構成される。
【００２７】
ベアリング２０は、入力シャフト１２、ローター１４及びスペーサー１６に対するトルク伝達部材３０の回転を可能にするために設けられる。ベアリング２０は当該技術分野において従来型のものである。ベアリング２０の内輪は、スペーサー１６及びローターハブ３６に支持され、スペーサー１６及びローターハブ３６に画定された対向する肩部に当接する。ベアリング２０の外輪は、トルク伝達部材３０を支持する。
【００２８】
ベアリング２２は、ローターハブ３６及びスペーサー１８が電磁石組立体２４に対して回転することを可能にするために設けられている。ベアリング２２は、当該技術分野において従来型のものである。ベアリング２２の内輪は、スペーサー１８及びローターハブ３６に支持され、スペーサー１８及びローターハブ３６に画定された対向する肩部に当接する。ベアリング２２の外輪は、電磁石組立体２４を支持する。
【００２９】
電磁石組立体２４は、ローター１４と、組立体２４の複数部分と、アーマチュア２６との間に電磁回路を作り出し、ローター１４と係合するアーマチュア２６の動きを引き起こし、シャフト１２とトルク伝達部材３０との間のトルクの伝達を引き起こす。組立体２４は、結合ディスク３６の一方の側に配置され、フィールドシェル又はハウジング５０と、伝導組立体５２とを含む。
【００３０】
ハウジング５０は、伝導組立体５２を収容するために設けられる。ハウジング５０は、ローター１４とアーマチュア２６の選択的係合を引き起こす磁気回路の一部をも形成する。ハウジング５０は、従来の金属及び鋼を含む金属合金から作製されてもよい。ハウジング５０は、円筒形であり、軸３４の周りに配置され、ベアリング２２の外輪に支持される。以下により詳細に記載するように、ハウジング５０は回転しないように固定される。ハウジング５０は、断面が略Ｕ字形であり、半径方向環状内側部材５４及び半径方向環状外側部材５６を含む。
【００３１】
内側部材５４は、ベアリング２２の外輪に支持される。部材５４は、断面が略Ｌ字形であり、軸方向に延在する内側磁極５８を画定する。磁極５８は、ローター１４のハブ３６の凹部４２内に延在し、従って、内側ローター磁極４０の半径方向内側に配置される。その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる共通の譲受人に譲渡された米国特許第７，４９３，９９６号明細書により完全に記載されているように、磁極４０、５８の相対的な位置は、いくつかの理由により有利である。第１に、ローター１４、アーマチュア２６及びハウジング５０を含む磁気回路の磁気効率は、回路内の磁束の少なくともいくつかの空隙の数を減らすことによって改善される。第２に、伝導組立体５２が配置される環状間隙が拡大され、ハウジング５０内での組立体５２の挿入及び固定が容易になる。
【００３２】
外側部材５６は、内側部材５４に結合され、支持される。外側部材５６は、端壁６０、軸方向に延在する外側磁極６２、及びフランジ６４を画定する。端壁６０は、部材５４から半径方向外側に延在する。磁極６２は、端壁６０と一体であり、端壁６０から軸方向に延在する。磁極６２は、ローター１４の磁極４４の半径方向外側に配置されている。フランジ６４は、端壁６０の反対側の磁極６２の端部で磁極６２と一体であり、磁極６２から半径方向外側に延在する。フランジ６４は、磁極６２の円周の少なくとも一部分に沿って延在する。
【００３３】
アーマチュア２６の動きをローター１４と係合させ、シャフト１２とトルク伝達部材３０との間にトルク伝達を生じさせるために、ローター１４、アーマチュア２６及びハウジング５０の間に磁気回路を作り出すための伝導組立体５２が設けられる。伝導組立体５２は、概ね環状であり、ハウジング５０内に軸３４の周りに配置される。特に、組立体５２は、ハウジング５０の内側及び外側磁極５８、６２の間に配置される。組立体５２は、導体６６及び導体シェル６８を含む。
【００３４】
導体６６は、従来型の銅コイルを含んでもよいが、他の既知の導体を代わりに使用することもできる。導体６６は、バッテリなどの電源（図示せず）に電気的に接続することができる。導体６６に通電すると、ローター１４、アーマチュア２６及びハウジング５０の間に電磁回路が形成される。磁束は、ハウジング５０の外側磁極６２から空隙を横切ってローター１４の外側磁極４４に流れる。その後、磁束は、ディスク３８とアーマチュア２６との間の空隙を横切ってそれらの間を前後に移動する。次に、磁束は、ローター１４のディスク３８からローター１４のハブ３６に流入する。最後に、磁束はハブ３６からいくつかの経路に沿ってハウジング５０の部材５４、５６に戻る。特に、磁束の一部は、内側ローター磁極４０からハウジング５０の外側部材５６に直接流れる。磁束の別の部分は、外側部材５６に流れる前に、ハブ３６から、内側部材５４によって画定されたハウジング５０の内側磁極５８を通って流れる。磁束のさらに別の部分は、ハブ３６からスペーサー１８へ（少なくとも、スペーサー１８が代替経路に沿った構造よりも低い透磁率を有する材料から作製されていない実施形態において）、ベアリング２２の半径方向内側に流れ得、次いで内側部材５４及び外側部材５６へ流れ、磁束の一部が内側ローター磁極４０及び内側ハウジング磁極５８の高密度領域を回避することを可能にし、さらに回路の磁気効率を向上する。
【００３５】
導体シェル６８は、導体６６を収容するために設けられ、導体６６をハウジング５０内に取り付けるためにも使用される。シェル６８は、従来のプラスチックから成形することができる。シェル６８は、導体６６が電源に電気的に接続され得る一体型端子コネクタ（図示せず）を含んでもよい。シェル６８はまた、伝導組立体５２の回転を防止するために、ハウジング５０の部材５６の端壁６０の凹部内に受けられるようにサイズ決めされた１つ以上の突起を画定してもよい。シェル６８は、ハウジング５０の外側磁極６２に近接して配置されかつその開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる共通の譲受人に譲渡された係属中の米国特許第７，９７５，８１８号明細書に記載されているように複数の点でハウジング５０の部材５６に固定された半径方向外側に延在するフランジを含んでもよい。
【００３６】
アーマチュア２６は、ローター１４とトルク伝達部材３０との間でトルクを伝達するために設けられる。アーマチュア２６は、様々な従来の金属及び鋼を含む金属合金から作製することができる。アーマチュア２６は、環状の構造であり、軸３４の周りに配置される。アーマチュア２６は、電磁石組立体２４とは反対側の結合ディスク３６の一方の側に配置され、結合ディスク３８に面するクラッチ係合面を画定する。アーマチュア２６は、空隙によって結合ディスク３８から軸方向に間隔を空けて配置される。結合ディスク３８と同様に、アーマチュア２６は、伝導組立体５２を通電するとローター１４とアーマチュア２６との間で前後に磁束が移動するのを促進する、半径方向に間隔を空けて配置された複数の角度方向に間隔を空けて配置されたスロットの列（図示せず）を含むことができる。アーマチュア２６は、伝達部材３０に結合される。特に、アーマチュア２６は、複数のリーフスプリング２８によってトルク伝達部材３０に結合されてもよい。
【００３７】
スプリング２８は、アーマチュア２６からトルク伝達部材３０に駆動トルク及び制動トルクを伝達し、アーマチュア２６の部材３０に対する軸方向の動き及び結合ディスク３８に近づいたり離れたりする軸方向の動きを可能にする。スプリング２８は、ステンレス鋼から作製されてもよく、また、リベット、ねじ、ボルト、又はピンなどの従来のファスナーを使用して、一方の端部でアーマチュア２６に、他方の端部で部材３０に接続される。
【００３８】
トルク伝達部材３０は、シャフト１２と芝刈り機ブレードなどの別の装置との間でトルクを伝達する。部材３０は、周りにトルク伝達ベルトが巻き付けられて装置に結合される従来型のプーリー７０を含むことができる。部材３０はさらに、プーリー７０が支持され、プーリー７０が半径方向外向きに延在する支持カップ７２を含む。カップ７２は、ベアリング２０の外輪上に支持された軸方向に延在する部分と、各スプリング２８の一端が従来型のファスナーを用いて結合される半径方向に延在するフランジとを含む。
【００３９】
図２〜３を参照すると、回転防止機構３２は、組立体２４を固定構造に機械的に結合することなく、軸３４の周りのいずれかの回転方向において電磁石組立体２４の回転を抑止する手段を提供する。組立体２４は、取付ブラケット７４、７６及び永久磁石７８、８０を含むことができる。
【００４０】
ブラケット７４、７６は、磁石７８、８０を取付け、及び磁石７８、８０を互いに対して方向付けるための手段を提供する。ブラケット７４、７６は、非強磁性材料又は比較的低い透磁率を有する他の材料から作製することができる。ブラケット７４は、組立体２４のハウジング５０に付けられる。図示の実施形態では、ブラケット７４は、ハウジング５０の外側部材５６のフランジ６４内の対応するボアと整列し、ボアを通して延在するねじなどのファスナー８４を受けるように構成されたボア８２を画定する。ブラケット７６は、固定された支持構造（図示せず）に取り付けられるように構成される。固定された支持構造の性質は、装置１０が使用される用途に応じて変化する。一実施形態では、固定された支持構造は、芝刈り機用フレームを備えてもよい。「固定された支持構造」という用語は、軸３４に対して回転しないように固定された構造を指し、構造が全体的に移動できないことを意味するものではないことを理解されたい。図示の実施形態では、ブラケット７６は、２つの部材８６、８８を含む。部材８６は、断面が概ねＳ字形である。部材８６の一方の端部９０は、固定された支持構造に結合するように構成され、ブラケット７６の固定された支持構造との整列を容易にし、固定された支持構造にブラケット７６を結合するために１つ以上のファスナー（図示せず）が延在してもよい複数のスロット９２を含んでもよい。部材８６の他端９４は、部材８８に結合するように構成され、部材８６、８８の整列を容易にし、部材８６、８８を結合するために１つ以上のファスナー９８が延在してもよい１つ以上のスロット９６を含んでもよい。部材８８は図示された実施形態では実質的に直線状の形状であり、フランジ１００が部材８８のいずれかの周方向の側から軸方向に延在し、組み立てられると、それらの間に、磁石７８、８０及びブラケット７４が受けられてもよい。ブラケット７４及びブラケット７６の部材８８はそれぞれ、磁石７８、８０をその中に受けるように構成された凹部を画定してもよい。ブラケット８８上のフランジ１００は、磁石７８、８０の磁力が不十分である場合に、固定された支持構造に対する電磁石組立体２４のハウジング５０の動きを防止する。ブラケット７４、７６の構成は、ブラケット７４、７６をそれぞれ電磁石組立体２４のハウジング５０及び固定された支持構造体に結合するために必要に応じて、及び磁石７８、８０を適切に方向付けるために必要に応じて用途に依存して変更してもよいことを理解されたい。
【００４１】
磁石７８、８０は、電磁石組立体２４のハウジング５０を固定された支持構造に対して位置決めし、それによってハウジング５０の回転を防止するために、引力及び／又は反発力を確立する。磁石７８は、ブラケット７４を介して、電磁石組立体２４のハウジング５０の外面に取り付けられるように構成され、磁石８０は、ブラケット７６を介して、固定された支持構造に取り付けられるように構成される。磁石７８、８０は、ネオジム鉄ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石又は他の既知の永久磁石を含んでもよい。磁石７８、８０は、磁石７８、８０が１つ以上の特定の向きに整列するべく構成されるように定められた極性の様々な領域を有する自己整列磁石（例えば、Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＬＬＣ（Ｈｕｎｔｓｖｉｌｌｅ、Ａｌａｂａｍａ）によって商標「ＰＯＬＹＭＡＧＮＥＴ」として販売されるタイプのもの）を含んでもよい。図示された実施形態では、磁石７８、８０はそれぞれ、磁石７８の磁極が磁石８０の反対の極性の磁極に面する複数の磁極を定めてもよい。図示の実施形態では、磁石７８、８０は円形であるが、磁石７８、８０の形状は変化してもよいことを理解されたい。磁石７８、８０はブラケット７４、７６に磁石７８、８０を接着する、磁石７８、８０をブラケット７４、７６にクランプする、又は注封することによって、ブラケット７４、７６に結合することができる。磁石７８、８０の間の物理的接触を防止し、磁石７８、８０の間に空隙を確立するために、ポリマー又は別の非磁性材料から作製されたカバーが磁石７８及び／又は磁石８０の上に配置され、磁石７８、８０の間に存在してもよい。
【００４２】
ここで図４を参照すると、本教示の別の実施形態による回転防止機構１０２が示されている。機構１０２は、組立体２４を固定構造に機械的に結合することなく、軸３４の周りのいずれかの回転方向において電磁石組立体２４の回転を抑止する別の手段を提供する。機構１０２は、上述したブラケット７４、７６と同様であってもよい取付ブラケット１０４、１０６と、ブラケット１０４、１０６にそれぞれ結合された磁石１０８、１１０とを含む。磁石１０８は、ブラケット１０４を介して電磁石組立体２４のハウジング５０の外面に取り付けられるように構成される一方、磁石１１０は、ブラケット１０６を介して固定された支持構造に取り付けられるように構成される。磁石１０８、１１０は、ネオジム鉄ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石又は他の既知の永久磁石をここでも含んでもよい。磁石１０８、１１０はここでも自己整列磁石を含んでもよい。図示された実施形態では、磁石１０８、１１０はそれぞれ、周方向に交互に移動する６つの極を定める。磁石１０８上の各磁極は、反対の極性を有する磁石１１０の磁極から軸方向に間隔を空けて配置され、それと整列する傾向がある。このようにして、ブラケット１０４及び磁石１０８が結合されるハウジング５０は、軸３４の周りのいずれかの周方向において動くことが抑止される。磁石１０８、１１０は、２つの反対極性のそれぞれの複数の定められた磁極（例えば、少なくとも２つの南極及び少なくとも２つの北極）を有する一体構造を含んでもよく、又は一緒に結合された複数の磁石から形成されてもよく、それぞれは２つの反対極性のそれぞれの単一の定められた磁極を有することを理解されたい。
【００４３】
ここで図５〜６を参照すると、本教示の別の実施形態による回転防止機構１１２が示されている。機構１１２は、組立体２４を固定構造に機械的に結合することなく、軸３４周りのいずれかの回転方向において電磁石組立体２４の回転を抑止する別の手段を提供する。機構１１２は、ハウジング５０及び固定された支持構造（図示せず）に固定された取付ブラケット１１４、１１６、並びに磁石１１８、１２０、１２２、１２４を含む。ブラケット１１４、１１６は、非強磁性材料から作製されてもよい。ブラケット１１４は、実質的に矩形の形状であるが、ハウジング５０の外側部材５６のフランジ６４の対応する切欠き内に受けられるように構成された突起１２６を１つの軸方向端部に画定してもよい。ブラケット１１４はさらに、磁石１１８、１２０を受けるように構成された凹部をいずれかの周方向の側に画定する。凹部の深さは、磁石１１８、１２０がブラケット１１４の円周面と同一平面上にないように、対応する磁石１１８、１２０の深さより大きくてもよい。カバーは、磁石１１８、１２０を凹部内に封入してもよい。カバーはエラストマー材料から作製されてもよい。ブラケット１１６は、断面が実質的にＣ字形であり、ブラケット１１４のいずれかの周方向の側に配置されるように構成された周方向に間隔を空けて配置されたアーム１２８、１３０を備える。アーム１２８、１３０は、磁石１２２、１２４を取り付けるように構成され、磁石１２２、１２４を受けるように構成された凹部を画定してもよい。凹部の深さは、ここでも、磁石１２２、１２４がアーム１２８、１３０の内周面と同一平面上にないように、対応する磁石１２２、１２４の深さよりも大きくてもよい。エラストマーカバーは、ここでも、凹部内に磁石１２２、１２４を封入してもよい。磁石１１８、１２０は、ブラケット１１４を介して電磁石組立体２４のハウジング５０の外面に取り付けられるように構成され、一方、磁石１２２、１２４は、ブラケット１１６を介して固定された支持構造に取り付けられるように構成される。磁石１１８、１２０、１２２、１２４は、ネオジム鉄ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石又は他の既知の永久磁石をここでも含んでもよく、射出成形又は焼結によって形成することができる。磁石１１８、１２０、１２２、１２４は、磁石１１８、１２０が軸３４に対して磁石１２２、１２４の間に周方向に配置されるように配列される。磁石１１８、１２２は、互いに整列され、互いに周方向に間隔を空けて配置され、磁石１２０、１２４は同様に互いに整列され、互いに周方向に間隔を空けて配置される。磁石１１８、１２２は、互いに向き合って同じ極性を有する磁極を定める。同様に、磁石１２０、１２４は、互いに向き合って同じ極性を有する磁極を定める。その結果、ブラケット１１４は、ブラケット１１６のいずれかのアーム１２８、１３０からアーム１２８、１３０の間の中心位置に向かって付勢され、軸３４に対して回転しないように固定される。
【００４４】
ここで図７を参照すると、本教示の別の実施形態による回転防止機構１３２が示されている。機構１３２は、組立体２４を固定構造に機械的に結合することなく、軸３４の周りのいずれかの回転方向において電磁石組立体２４の回転を抑止するための別の手段を提供する。機構１３２は、ハウジング５０及び固定された支持構造に付けられた取付ブラケット１３４、１３６、並びに磁石１３８、１４０、１４２、１４４を含む。ブラケット１３４、１３６及び磁石１３８、１４０、１４２、１４４は、上述した機構１１２内のブラケット１１４、１１６及び磁石１１８、１２０、１２２、１２４と実質的に同様のものであってもよい。しかしながら、ブラケット１３４、１３６は、磁石１１８、１２０、１２２、１２４を、機構１１２に対して軸３４から半径方向にさらに外側に配置するように構成される。再び図５〜６を参照すると、ブラケット１１４は、ハウジング５０のフランジ６４から軸方向に突出し、磁石１１８、１２０、１２２、１２４を、ハウジング５０の磁極６２の半径方向外側に、軸３４から第１の半径方向距離の所に配置する。図７を参照すると、ブラケット１３４は、ハウジング５０のフランジ６４から半径方向に突出し、その結果、磁石１３８、１４０、１４２、１４４は、ハウジング５０の半径方向外周を越えて、軸３４から第２のより大きな半径方向距離の所に配置される。半径方向の距離が増大すると、軸３４に対するモーメントアームの増加により回転防止力が増大される。磁石１３８、１４０、１４２、１４４はまた、ブラケット１３４、１３６の構成に応じて、軸３４に対してハウジング５０から軸方向に間隔を空けて配置されてもよい。
【００４５】
ここで図８〜９を参照すると、本教示の別の実施形態による回転防止機構１４６が示されている。機構１４６は、組立体２４を固定構造に機械的に結合することなく、軸３４の周りのいずれかの回転方向において電磁石組立体２４の回転を抑止するための別の手段を提供する。機構１４６は、ハウジング５０及び固定された支持構造に付けられた取付ブラケット１４８、１５０、並びに磁石１５２、１５４を含む。ブラケット１４８、１５０は、実質的に円形の形状であってもよい。ブラケット１４８は、可変直径の部分１５６、１５８を画定する。部分１５６は、その上に磁石１５２を受けるように構成されてもよく、ハウジング５０のフランジ６４の対応する凹部内に受けられるようにさらに構成されてもよい。部分１５６の一部は、スプライン、ねじ山又はブラケット１４８をハウジング５０に固定するためにハウジング５０の対応する形状部分と係合するように意図された他の形状部分を含んでもよい。部分１５８は、ブラケット１４８に磁石１５２を保持するように構成された肩部を画定してもよい。ブラケット１５０は、形状が環状であってもよく、磁石１５４を受けるように構成された円形の溝を半径方向内面に画定してもよい。磁石１５２は、ブラケット１４８を介して電磁石組立体２４のハウジング５０の外面に取り付けられるように構成され、一方、磁石１５４は、ブラケット１５０を介して固定された支持構造に取り付けられるように構成される。磁石１５２、１５４は環状の形状であり、組み立てられると、磁石１５４は磁石１５２を取り囲むように構成される。しかしながら、ブラケット１４８、１５０及び磁石１５２、１５４は、磁石１５２が磁石１５４を取り囲むように構成され得ることを理解されたい。磁石１５２の半径方向外側の表面上に形成された磁極、及び磁石１５４の半径方向内側の表面上に形成された磁極は、同じ極性を有してもよい。その結果、磁石１５２は、磁石１５４に関して中心の同心位置に付勢され、磁石１５４に対する動きが抑止され、それによって、ハウジング５０及び電磁石組立体２４の動きが抑止される。
【００４６】
本教示による回転結合装置１０は、従来型の結合装置と比べて有利である。具体的には、電磁石組立体２４は、電磁石組立体２４と固定構造との間の機械的結合とは対照的に、電磁石組立体２４及び固定された構造上の整列した磁石７８、８０又は１０８、１１０又は１１８、１２０、１２２、１２４又は１３８、１４０、１４２、１４４又は１５２、１５４を使用して回転に対して固定される。その結果、従来型の回転結合装置において電磁石組立体と固定構造との機械的係合の間に発生する可聴ノイズ、機械的応力及び摩耗が、低減又は排除され得る。
【００４７】
本発明を、その１つ以上の特定の実施形態を参照して示し、記載してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正を行うことができることを理解するであろう。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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