(57)【要約】【課題】  動力伝達装置の機械的構成を簡略化して開発コスト、製造コストの削減を可能にする。【解決手段】互いに電気的に絶縁された内輪１と外輪２との間に電気粘性流体６が密封される。印加電圧発生手段７から内輪１、外輪２を介して電気粘性流体６に電圧が印加される。印加制御手段１０ｂは、内輪１および外輪２の回転状態を検出する検出手段８，９の検出信号に基づいて、電気粘性流体６に印加する電圧を所定の印加パターンで変化させる。電圧の印加パターンは、印加パターン切換え手段１０ｃにより、他の印加パターンに切換えることができる。【選択図】図１
2005233303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に絶縁された内輪と外輪との間に密封され、印加される電圧に応じて粘度を変化させる電気粘性流体と、上記内輪および外輪を介し電気粘性流体に対して印加電圧を発生する印加電圧発生手段と、内輪および外輪の回転状態を検出する回転状態検出手段と、内輪および外輪の回転状態に応じて電気粘性流体に印加する電圧を所定の印加パターンで変化させる制御を行う印加制御手段と、印加制御手段による電圧の印加パターンを他の印加パターンに切換える印加パターン切換え手段とを備えことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力伝達装置を入力部もしくは出力部として備えていることを特徴とする回転電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両等に搭載のエンジンに対してオルタネータの入力部としてもスタータの出力部としても使用可能な動力伝達装置と、この動力伝達装置を備えた回転電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車では、エンジンの回転駆動力をクランクシャフト（駆動側）からベルトを介してオルタネータのプーリ（従動側）に伝達し、該プーリを介してロータを回転させることで発電を行うようにしている。
【０００３】
このように、エンジンを駆動源としてオルタネータのロータを回転駆動する場合、エンジンの動作工程により、クランクシャフトにはその回転中、常に回転変動がある。一方、オルタネータのロータは、その回転中、重量と形状とに応じた慣性トルクがかかっている。そのため、クランクシャフトの回転変動に際しては、ベルトの送り出し側および戻り側に、張り側と緩み側とが交互に発生し、ベルトに張力変動が生じる。これにより、ベルトとプーリとの間に滑りが起こって、いわゆる「ベルト鳴き」と称される異音が発生したり、ベルトの寿命が低下する不具合が発生する。
【０００４】
このようなベルトの張力変動に伴うベルトの上記不具合を抑制ないしは防止するものとして、プーリと、ロータに直結したロータ軸との間に一方向クラッチを設けた一方向クラッチ付きプーリユニットが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
この一方向クラッチ付きプーリユニットにおいては、プーリの回転変動に応じて一方向クラッチを、プーリとロータ軸とを一体回転させるロック状態や、プーリとロータ軸とを相対回転可能とするフリー状態として、ロータの慣性トルクによりベルトが負担するトルクを軽減して、ベルトの滑りによる異音の発生を防止し、ベルトの耐久性を高めることを可能としている。
【特許文献１】特開２００１−９０７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような一方向クラッチ付きのプーリユニットは、比較的多数の部品を高精度に組み合わせたものであるから、重量化および構造複雑化をきたすとともに、その製造上のコスト高という解決すべき課題があった。
【０００７】
一方、エンジンの周辺機器には、エンジンの始動をできるだけ騒音少なく静かに行うことができるスタータとして、始動用モータの回転動力をプーリおよびベルトとを介して、エンジンのクランクシャフトに伝達するようにしたスタータが提案されている。このスタータの出力部には、一方向クラッチを内蔵したプーリユニットが設けられ、その一方向クラッチにより、エンジンの回転が上がると、始動用モータの駆動軸とクランクシャフトとの伝動状態が解かれるようにしている。
【０００８】
このように、スタータの出力部に設けられるプーリユニットは、オルタネータの入力部に設けられるプーリユニットと、一方向クラッチを内蔵する点で共通する。しかしながら、それらの一方向クラッチの動作状態にはかなりの相違があるので、オルタネータ用のプーリユニットと、スタータ用のプーリユニットとは、別個に開発され、別個に製造されているのが実情である。そのため、開発コストが嵩み、そのことが製品価格の上昇を招来している。
【０００９】
本発明は、オルタネータ等の回転電気機器の入力部もしくは出力部となる動力伝達装置の開発コスト、製造コストの削減を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による動力伝達装置は、互いに電気的に絶縁された内輪と外輪との間に密封され、印加される電圧に応じて粘度を変化させる電気粘性流体と、上記内輪および外輪を介し電気粘性流体に対して印加電圧を発生する印加電圧発生手段と、内輪および外輪の回転状態を検出する回転状態検出手段と、内輪および外輪の回転状態に応じて電気粘性流体に印加する電圧を所定の印加パターンで変化させる制御を行う印加制御手段と、印加制御手段による電圧の印加パターンを他の印加パターンに切換える印加パターン切換え手段とを備えことを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、電圧の印加パターンとは、内輪および外輪の回転状態に関連付けて設定された電圧印加動作とその解除動作との時系列を意味する。
【００１２】
本発明によれば、印加制御手段が印加電圧発生手段を介して内輪と外輪との間に所定値以上の高い電圧を印加すると、内外輪間で電気粘性流体の粘度が上昇し、内輪と外輪とが回転方向に結合してほぼロック状態となり、内外輪の一方の回転が他方に伝わる。これに対して、内輪と外輪との間の電圧印加を解除するか、印加電圧を下げるかすると、電気粘性流体の粘度が低下して、内外輪の一方に対して他方がフリー状態となって、自由に相対回転しうるようになる。これにより、従来の一方向クラッチ付きプーリユニットと同様に、回転動力の伝達、遮断が行われる。
【００１３】
ここで、印加制御手段による電圧の印加パターンは、印加パターン切換え手段により切換え可能であるから、印加パターンの切換えにより、動作態様が変わり、使用個所に応じた動力伝達装置として使用可能となる。
【００１４】
例えば、内輪にオルタネータのロータ軸が結合されている状態で、外輪には、エンジンのクランクシャフトの変動を含む回転が外部から伝達され、印加制御手段が、回転変動に対応する印加パターンで、回転変動ごとに電圧の印加とその解除とを繰り返すと、回転の変動が内外輪間で吸収もしくは抑制され、ロータ軸には変動の少ない回転が伝わる。
【００１５】
また、内輪に始動用モータの駆動軸が結合され、外輪にはエンジンのクランクシャフトが連動連結されている状態で、印加制御手段が、エンジン始動に対応する印加パターン、すなわち、エンジン回転数が所定数以上に上がるまでの間だけ電圧印加を続けるという印加パターンで電圧印加を行うと、エンジンが自己回転を始めたところで、クランクシャフトとモータの駆動軸との連動が解かれ、エンジンに余計な負荷がかからず、モータの駆動軸も高速で回転駆動されることもない。
【００１６】
したがって、本発明の動力伝達装置は、機械的な構成を変更せずに、印加制御手段による電圧の印加パターンを切換えることで、オルタネータの入力部としても、スタータの出力部としても好適に使用することができ、汎用性がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、印加制御手段による電圧の印加パターンを切換えるというソフトウェア的な処理で、使用個所に応じた動力伝達装置とすることができ、ハードウェア上の構成は同一のものでよいから、部品等を共通化して量産効果により、製造コストを大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面を参照して本発明による最良の実施形態を説明すると、図１は、最良の実施形態に係る動力伝達装置の構成図で、主要部は軸方向に沿って断面して示している。図２は、図１の(２)−(２)線に沿った断面図である。
【００１９】
本実施形態の動力伝達装置は、内輪１と、外輪２と、絶縁性のシール部材３，４と、密閉空間５と、電気粘性流体６と、印加電圧発生手段７と、回転状態検出手段としての内輪１側の回転センサ８および外輪２側の回転センサ９と、マイクロコンピュータ１０と、操作部としての切換えスイッチ１１とを備えている。
【００２０】
内輪１は、本実施形態ではほぼ筒状で、これには、回転電気機器、例えば、オルタネータ１２のロータ軸１２ａが挿入され一体回転するよう結合される。
【００２１】
外輪２は、プーリを兼ねるもので、外周部にプーリ溝２ａが形成されている。このプーリ溝２ａの部分には、図外のエンジンのクランクシャフトに連動して回送されるベルト１３が巻き掛けられている。この外輪２は、その内周の軸方向２個所に介装された玉軸受１４，１５により、内輪１に対して回転自在に支持されている。
【００２２】
軸方向２個所の玉軸受１４，１５は、いずれもセラミック製の玉１４ａ，１５ａを有するもので、この玉１４ａ，１５ａにより、内輪１と外輪２とを電気的に絶縁している。
【００２３】
絶縁性のシール部材３，４は、２つの玉軸受１４，１５の軸方向内側に設けられており、これらシール部材３，４により、内輪１の外周面と外輪２の内周面との間に密閉空間５を形成している。この密閉空間５内に電気粘性流体６が充填されている。
【００２４】
電気粘性流体６は、特開平１−１７２４９６号公報や特開平２−９２２９５号公報に示されているように、液中に分散媒としての粒子が分散したものであり、電場内にないときには、普通の流体のように低い粘性を示すが、電場内に置かれると、上記粒子が分極して粒子間に連結力が発生し、その電場の大きさに比例して可逆的に粘性が増加する特性を有している。
【００２５】
印加電圧発生手段７は、例えばバッテリ等の電源とその出力回路とから構成され、内輪１および外輪２を介して密封空間５内の電気粘性流体６に電圧を印加するものである。この印加電圧発生手段７は、ブラシおよびスリップリング等からなる通電機構１６，１７を介して、内輪１および外輪２に通電するようになっている。印加電圧発生手段７には、印加電圧を電源電圧より高い電圧とする昇圧回路や、その他の回路を含めることがある。
【００２６】
内輪１側の回転センサ８と外輪２側の回転センサ９とは、いずれも検出対象である内輪１もしくは外輪２に近接して設けられている。これら回転センサ８，９は、例えば、検出対象の表面に形成された凹凸部の通過を磁気的に検出するものであってもよいし、検出対象に形成された反射部もしくは光透過部の通過を光学的に検出するものであってもよく、回転検出の方式は特に問わない。また。内外輪１，２の一方を検出対象として、他方に回転センサを設け、この回転センサにより、内外輪１，２の相対回転を検出しうるようにしてもよく、内輪１および外輪２の回転状態を検出する回転状態検出手段としては、必ずしも、内輪１側および外輪２側の２つの回転センサ８，９を必要としない。
【００２７】
マイクロコンピュータ１０は、主として、内輪１および外輪２の回転状態に応じて電気粘性流体６に印加する電圧を所定の印加パターンで変化させて電気粘性流体６の粘度を変化させる制御を行うもので、内輪１側の回転センサ８と外輪２側の回転センサ９とからそれぞれ検出信号を取り込み、これら検出信号に基づいて所定の演算を行い、その演算結果に応じて、印加電圧発生手段７には、内外輪１，２への電圧印加とその解除、印加電圧の高低を示す指令信号を出力する。
【００２８】
電圧の印加パターンとは、内輪１および外輪２の回転状態に関連付けて設定された電圧印加動作とその解除動作との時系列であって、マイクロコンピュータ１０のメモリ１０ａには、複数の印加パターンが格納されている。
【００２９】
より具体的には、マイクロコンピュータ１０は、メモリ１０ａに記憶されているプログラムに従って動作することで、内輪１および外輪２の回転状態に応じて電気粘性流体６に印加する電圧を変化させる印加制御手段１０ｂとして動作する。また、マイクロコンピュータ１０は、切換えスイッチ１１から印加パターンの切換えを示す操作信号が入力するのに応答して、電圧の印加パターンを他の印加パターンに切換える印加パターン切換え手段１０ｃとしても動作する。
【００３０】
上記構成において、印加電圧発生手段７から内輪１および外輪２に、それぞれ対応する通電機構１６，１７を介して通電されると、内輪１と外輪２とは、玉軸受１４，１５のセラミック製玉１４ａ，１５ａで電気的に絶縁されているから、内輪１と外輪２とを介して電気粘性流体６に電圧が印加される。電気粘性流体６に所定値以上の高い電圧が印加されると、電気粘性流体６の粘度が上昇し、これにより内輪１と外輪２とが回転方向に結合してほぼロック状態となり、内外輪１，２の一方の回転が他方に伝わる。これに対して、電気粘性流体６に対する電圧印加を解除、もしくは印加電圧を下げると、電気粘性流体６の粘度が低下して、内外輪１，２の一方に対して他方がフリー状態となって、自由に相対回転しうるようになる。
【００３１】
今、外輪１には、エンジンのクランクシャフトの変動を含む回転がベルト１３を介して伝達されるとする。マイクロコンピュータ１０の印加制御手段１０ｂが、メモリ１０ａに格納されている複数の印加パターンのうち、回転変動に対応する印加パターンに従い、回転変動ごとに電圧の印加とその解除とを繰り返すと、回転の変動が内外輪１，２間で吸収もしくは抑制され、ロータ軸１２ａには変動の少ない回転が伝わる。したがって、上記構成の動力伝達装置は、オルタネータ１２の入力部として好適に使用しうる。
【００３２】
本実施形態の動力伝達装置は、スタータの出力部としても使用可能で、内輪１に始動用モータ１８の駆動軸１８ａを挿入して一体回転するよう結合してもよい。この場合、スタータの出力部としての動力伝達装置は、オルタネータ１２の入力部としての動力伝達装置とは動作状態が異なるので、切換えスイッチ１１により、電圧の印加パターンを切換える必要がある。切換えスイッチ１１の切換え操作に応答して、マイクロコンピュータ１０の印加パターン切換え手段１０ｃが、印加制御手段１０ｂにより印加電圧を変化させる印加パターンを、エンジン始動に対応する印加パターンに切換える。
【００３３】
外輪２がベルト１３を介してエンジンのクランクシャフトが連動連結されている状態で、印加制御手段１０ｂが、エンジン始動に対応する印加パターンで、電気粘性流体６に印加する電圧を制御し、エンジン回転数が所定数以上に上がるまでの間だけ電圧印加を続けると、エンジンが自己回転を始めるまで、内輪１と外輪２とが回転方向に結合されてモータ１８の駆動軸１８ａの回転がエンジンのクランクシャフトに伝わる。エンジンが自己回転を始めたところで、クランクシャフトとモータ１８の駆動軸１８ａとの連動が解かれ、エンジンに余計な負荷がかからず、またモータ１８の駆動軸１８ａも高速で回転駆動されることもない。したがって、本実施形態の動力伝達装置は、スタータの出力部としても好適に使用しうる。
【００３４】
電気粘性流体６が充填される密封空間５は、内輪１の円筒状外周面と外輪２の円筒状内周面との間に形成してもよいが、図２に示すように、内輪１の外周面と外輪２の内周面とにそれぞれ波形の凸部１ａ，２ａを形成して、電気粘性流体６が内外の凸部１ａ，２ａ間の狭い間隔ｄに絞られるようにしてもよい。これは、電気粘性流体６を介した回転方向の結合力を高めて伝達トルクのロスを低減させるためである。
【００３５】
なお、本発明の動力伝達装置を専らオルタネータ１２の入力部として使用する場合は、内輪１側の凸部１ａと外輪２側の凸部２ａとを、互いに回転方向に係合する大きさとして、これら凸部１ａ，２ａの係合により確実な動力伝達が行えるようにしてもよい。
【００３６】
図示の実施形態では、外輪２をプーリと一体のものとしたが、外輪２には、ギヤ等他の回転伝動部を設けてもよく、また、外輪２と、プーリ等の回転伝動部とを別体に構成してもよい。内輪１は筒体に限定されず、軸体でもよく、またギヤ等の回転伝動部が一体に設けられたものでもよい。
【００３７】
内輪１側と外輪２側とを電気的に絶縁するには、内外輪１，２間に設けられる軸受１４，１５に、転動体もしくは軌道輪がセラミック等の絶縁性材料で構成された軸受を用いてもよいし、軸受１４，１５の外周もしくは内周に絶縁性の環状体を介装してもよい。
【００３８】
印加制御手段１０ｂにより印加電圧を変化させる印加パターンを、他の印加パターンに切換えるには、キーボードのような操作部を通じてメモリ１０ａに他の印加パターンを書き込むようにしてもよい。この場合、マイクロコンピュータ１０では、印加パターン切換え手段１０ｃが、操作部の操作に応じてメモリ１０ａの印加パターンを書き換える。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る動力伝達装置の構成図で、主要部は軸方向に沿って断面して示している。
【図２】図１の(２)−(２)線に沿った断面図
【符号の説明】
【００４０】
１    内輪
２    外輪
５    密閉空間
６    電気粘性流体
７    印加電圧発生手段
８，９  回転センサ(回転状態検出手段)
１０    マイクロコンピュータ
１０ａ  メモリ
１０ｂ  印加制御手段
１０ｃ  印加パターン切換え手段
１２    オルタネータ
１８    始動用モータ
【図１】
2005233303.tif 000003
【図２】
2005233303.tif 000004