(57)【要約】【課題】係合・解放状態を設定するための電磁気力を低減してエネルギ効率を向上させることのできる電磁係合装置を提供する。【解決手段】一対のカム部材１５，１６の間のトルク差に応じた推力を発生させるトルクカム機構４と、磁気吸引力を発生させてアーマチュア７をヨーク５に向けて吸引させる電磁アクチュエータ３とを備え、電磁アクチュエータ３でカム部材１６をアーマチュア９としてヨーク５に吸引させることにより、トルクカム機構４の推力を増大させてカム部材１５，１６を一体化させる電磁係合装置において、アーマチュア７を、ヨーク５に対向して配置される第１アーマチュア８と、カム部材１６を兼ねる第２アーマチュア９とから構成し、第１アーマチュア８に形成される第１磁気回路Ｃ１の磁路断面積が、第２アーマチュア９に形成される第２磁気回路Ｃ２の磁路断面積よりも小さくなるように構成した。【選択図】図１
2013092233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線方向で互いに対向しかつ相対回転可能に配置された一対のカム部材を有し、それらカム部材同士の間のトルク差に応じた前記回転軸線方向の推力を発生させるトルクカム機構と、ヨークに設置された電磁コイルに通電して磁気吸引力を発生させることにより、前記回転軸線方向に移動可能に配置されたアーマチュアを前記ヨークに向けて吸引する電磁アクチュエータとを備え、前記電磁アクチュエータで前記カム部材の一方を前記アーマチュアとして前記ヨークに吸引させ、その際に生じる摩擦力によって前記トルク差を増大させることにより、前記推力を増大させて前記カム部材同士を一体化させる係合力を増大させる電磁係合装置において、
前記アーマチュアが、前記ヨークに対向して配置されて前記磁気吸引力によって前記ヨークに直接吸着させられる第１アーマチュアと、前記第１アーマチュアを前記回転軸線を中心に一体回転させかつ前記回転軸線方向に相対移動可能に嵌合させ、前記磁気吸引力によって前記第１アーマチュアを介して前記ヨークに吸着させられるとともに、前記一方のカム部材を兼ねる第２アーマチュアとから構成され、
前記第１アーマチュアと前記第２アーマチュアとの間に設置されて前記第１アーマチュアを前記第２アーマチュアに引き付けて当接させる第１スプリングと、前記第２アーマチュアと前記ヨークとの間に設置されて前記第２アーマチュアを押圧して前記ヨークから離隔させるとともに、前記第１スプリングよりも弾性力が大きい第２スプリングとを備え、
前記第１アーマチュアが前記ヨークに吸着される際に前記第１アーマチュアに形成される第１磁気回路の磁路断面積が、前記第２アーマチュアが前記第１アーマチュアを介して前記ヨークに吸着される際に前記第２アーマチュアに形成される第２磁気回路の磁路断面積よりも小さくなるように構成されている
ことを特徴とする電磁係合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気力による電磁吸引力と、一対の係合部材間のトルク差に応じて発生する推力とを利用して係合・解放動作を行う電磁係合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の動力伝達系統においては、係合・解放動作することにより、動力伝達経路を接続・遮断するクラッチや回転部材の回転を規制するブレーキなどの係合装置が用いられている。この係合装置には各種の形式があり、例えば、かみ合い式、摩擦式、流体式、電磁式などの係合装置が知られている。このうち、電磁式の係合装置は、電力を供給することにより発生する電磁気力を利用して動力を断続する装置である。この電磁式の係合装置には、トルクを伝達する構造により、圧着式、かみ合い式、鉄粉を媒体とする空隙式などがある。
【０００３】
上記のような電磁式の係合装置の一例として、特許文献１には、電磁力によって磁気吸引されるアーマチュアを外側アーマチュアと内側アーマチュアとで構成し、外側アーマチュアを押圧する第１制動ばね、および内側アーマチュアを押圧する第２制動ばねを設けた無励磁作動形電磁ブレーキに関する発明が記載されている。また、この特許文献１には、第１制動ばねのばね力を第２制動ばねのばね力より小さくすることにより、磁束の磁気吸引力を漸次大きくすると、先ず外側アーマチュアがディスクから離隔し、次に内側アーマチュアがディスクから離隔するとともに、制動解放状態において、磁束の磁気吸引力を漸次小さくすると、先ず外側アーマチュアがディスクと摩擦係合され、次に内側アーマチュアがディスク１０と摩擦係合される構成が記載されている。
【０００４】
なお、特許文献２には、励磁コイルを備えた固定子と、固定子に吸着されるアーマチュアと、回転軸につながれた回転板と、回転板をアーマチュアとの間に狭持する制動板と、アーマチュアに押圧力を与える押圧ばねとを備え、アーマチュアを２層に分割して積層し、その積層されたアーマチュアの層間に緩衝部材を挿入した電磁連結・制動装置に関する発明が記載されている。また、この特許文献２には、２層のアーマチュアの層間に配置された緩衝部材の圧縮ばね定数を、アーマチュアに押圧力を与える押圧ばねのばね定数よりも小さくした構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−６２７４７号公報
【特許文献２】特開平１１−５１０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された構成では、外側アーマチュアと内側アーマチュアとの２つのアーマチュアが設けられ、それぞれのアーマチュアに対して制動ばね（リターンスプリング）が装着されるとともに、それぞれのアーマチュアが電磁力によって磁気吸引されるようになっている。したがって、上記の特許文献１に記載された構成では、電磁ブレーキを解放させるための電磁力は、上記のリターンスプリングの弾性力以上である必要がある。そのため、クラッチを解放するために消費される電力が増大してしまう可能性があり、係合装置のエネルギ効率を向上させる点で、未だ改良の余地があった。
【０００７】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、係合状態もしくは解放状態を設定するために要する電磁気力を低減してエネルギ効率を向上させることのできる電磁係合装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、回転軸線方向で互いに対向しかつ相対回転可能に配置された一対のカム部材を有し、それらカム部材同士の間のトルク差に応じた前記回転軸線方向の推力を発生させるトルクカム機構と、ヨークに設置された電磁コイルに通電して磁気吸引力を発生させることにより、前記回転軸線方向に移動可能に配置されたアーマチュアを前記ヨークに向けて吸引する電磁アクチュエータとを備え、前記電磁アクチュエータで前記カム部材の一方を前記アーマチュアとして前記ヨークに吸引させ、その際に生じる摩擦力によって前記トルク差を増大させることにより、前記推力を増大させて前記カム部材同士を一体化させる係合力を増大させる電磁係合装置において、前記アーマチュアが、前記ヨークに対向して配置されて前記磁気吸引力によって前記ヨークに直接吸着させられる第１アーマチュアと、前記第１アーマチュアを前記回転軸線を中心に一体回転させかつ前記回転軸線方向に相対移動可能に嵌合させ、前記磁気吸引力によって前記第１アーマチュアを介して前記ヨークに吸着させられるとともに、前記一方のカム部材を兼ねる第２アーマチュアとから構成され、前記第１アーマチュアと前記第２アーマチュアとの間に設置されて前記第１アーマチュアを前記第２アーマチュアに引き付けて当接させる第１スプリングと、前記第２アーマチュアと前記ヨークとの間に設置されて前記第２アーマチュアを押圧して前記ヨークから離隔させるとともに、前記第１スプリングよりも弾性力が大きい第２スプリングとを備え、前記第１アーマチュアが前記ヨークに吸着される際に前記第１アーマチュアに形成される第１磁気回路の磁路断面積が、前記第２アーマチュアが前記第１アーマチュアを介して前記ヨークに吸着される際に前記第２アーマチュアに形成される第２磁気回路の磁路断面積よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電磁係合装置では、電磁アクチュエータに通電して第１リターンスプリングのみの弾性力を上回る電磁吸引力を発生させることにより、第１アーマチュアがヨークに吸着させられる。すなわち、相対的に小さい電流を電磁アクチュエータに通電することにより、第１アーマチュアのみをヨークに吸着させた係合状態を設定することができる。そして、その状態から電磁アクチュエータに通電する電流を増大して第２リターンスプリングの弾性力を上回る電磁吸引力を発生させることにより、第２アーマチュアが第１アーマチュアと共にヨークに吸着させられる。すなわち、相対的に大きい電流を電磁アクチュエータに通電することにより、第１アーマチュアと第２アーマチュアとをヨークに吸着させた係合状態を設定することができる。第２アーマチュアを第１アーマチュアを介してヨークに吸着させることにより、その際に各吸着面で発生する摩擦力によってトルクカム機構の各カム部材の間のトルク差が増大し、そのトルク差に応じてトルクカム機構で発生する推力が増大する。そして、トルクカム機構で発生する推力が増大することにより、各カム部材の係合力が増大し、それら各カム部材が一体化される。すなわち、電磁係合装置が係合状態にされる。
【００１０】
したがって、この発明の電磁係合装置によれば、係合の初期段階を低電流の通電により行うことができる。そして、第２アーマチュアをヨークに吸着させてトルクカム機構の各カム部材を一体化させた後は、そのトルクカム機構の機械的な係合力によって電磁係合装置の係合状態を維持することができる。すなわち、各カム部材の間のトルク差が十分に大きい間は、トルクカム機構の機械的な係合力のみで電磁係合装置の係合状態を実現させることができる。そのため、電磁係合装置を作動させて係合させるための消費電力を低減することができる。
【００１１】
さらに、この発明の電磁係合装置では、第１アーマチュアがヨークに吸着される際に第１アーマチュアに形成される第１磁気回路の磁路断面積が、第２アーマチュアが第１アーマチュアを介してヨークに吸着される際に第２アーマチュアに形成される第２磁気回路の磁路断面積よりも小さくなる。したがって、電磁係合装置への通電を停止した際の第１アーマチュアの残留磁気も低減される。そのため、電磁係合装置の解放動作を容易に実行することができる。また、上記のように残留磁気が低減されることにより、電磁係合装置の解放状態を実現させるためのリターンスプリングを、より弾性力の小さいものにすることができ、ひいては、電磁係合装置の係合状態を実現させるための消費電力を更に低減することができる。その結果、電磁係合装置のトルク容量を確保しつつ、そのエネルギ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る電磁係合装置の構成例およびその電磁係合装置の解放状態を模式的に示した断面図である。
【図２】この発明に係る電磁係合装置の構成例およびその電磁係合装置の第１係合状態を模式的に示した断面図である。
【図３】この発明に係る電磁係合装置の構成例およびその電磁係合装置の第２係合状態を模式的に示した断面図である。
【図４】カム機構におけるカム面を径方向から見た状態を示す断面図である。
【図５】この発明に係る電磁係合装置を制御する際の電流とトルク容量との関係を説明するための模式図ある。
【図６】この発明に係る電磁係合装置を搭載したハイブリッド駆動装置の一例を示す模式図である。
【図７】この発明に係る電磁係合装置を搭載したハイブリッド駆動装置の他の例を示す模式図である。
【図８】この発明に係る電磁係合装置を搭載したハイブリッド駆動装置の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、この発明の構成を図面を参照して説明する。図１に示す電磁係合装置１は、電磁気力による磁気吸引力を発生させ、回転軸２の回転軸線方向（図１の左右方向）に動作する電磁アクチュエータ３と、一対のカム部材の間に相対的なトルク差が生じることにより回転軸線方向の推力を発生させるトルクカム機構４とを備えている。
【００１４】
電磁アクチュエータ３は、全体として環状の部材であってその周辺部分の断面が回転軸線方向に開いたＵ字状に形成されたヨーク５と、そのヨーク５のＵ字状断面部分の内部に嵌め込まれて通電されることにより磁束を発生する電磁コイル６と、ヨーク５の開口側の面に対向するとともに回転軸２上でその回転軸線方向に移動可能に、かつ、回転軸２に対して相対回転可能に配置されたアーマチュア７とから構成されている。
【００１５】
ヨーク５は、例えばケーシング（図示せず）などの固定部材に固定されていて、強磁性体の磁気特性、および衝撃や摩擦に対する強度や耐久性を備えた材料により形成されている。また、ヨーク５のアーマチュア７との対向面には、ヨーク５と電磁コイル６とからなる電磁石がその電磁気力によってアーマチュア７を吸引した際に、アーマチュア７と当接して電磁的に接合する接合面５ａが形成されている。
【００１６】
アーマチュア７は、上記のようにヨーク５の接合面５ａと対向するとともに、ヨーク５と電磁コイル６とからなる電磁石の電磁気力により吸引された際に、ヨーク５の接合面５ａに直接当接する第１アーマチュア８と、その第１アーマチュア８のヨーク５との対向面と回転軸線方向で反対側の面に対向するとともに、回転軸２の回転軸線を中心に第１アーマチュア８と一体に回転し、かつ、第１アーマチュア８を回転軸線方向に移動可能に嵌合させる第２アーマチュア９との２つの部材から構成されている。
【００１７】
第１アーマチュア８は、強磁性体の磁気特性、および衝撃や摩擦に対する強度や耐久性を備えた材料により形成されている。そして、第１アーマチュア８は、中心部分が空洞の円環形状の部材であり、その内周部がスプライン穴８ｓとして形成されている。また、第１アーマチュア８のヨーク５との対向面、すなわち接合面５ａとの対向面には、第１アーマチュア８がヨーク５と電磁コイル６とからなる電磁石に吸引された際に、ヨーク５の摩擦面５ａと当接して電磁的に接合する接合面８ａが形成されている。さらに、第１アーマチュア８の接合面８ａと回転軸線方向で反対側の面に、第２アーマチュア９と当接する接合面８ｂが形成されている。
【００１８】
第２アーマチュア９は、第１アーマチュア８と同様に、強磁性体の磁気特性、および衝撃や摩擦に対する強度や耐久性を備えた材料により形成されている。そして、第２アーマチュア９は、中心部分に回転軸２を挿通可能な貫通穴を有するボス部９ａが形成された円環形状の部材であり、そのボス部９ａの外周部が、第１アーマチュア８のスプライン穴８ｓと嵌合するスプライン軸９ｓとして形成されている。また、第２アーマチュア９の第１アーマチュア８との対向面、すなわち接合面８ｂとの対向面には、第２アーマチュア９がヨーク５と電磁コイル６とからなる電磁石に吸引された際に、第１アーマチュア８の摩擦面８ｂと当接して電磁的に接合する接合面９ｂが形成されている。
【００１９】
そして、上記の第１アーマチュア８と第２アーマチュア９とが、スプライン嵌合されている。したがって、第１アーマチュア８は、第２アーマチュア９と一体に回転するとともに、第２アーマチュア９のボス部９ａの外周上を回転軸線方向に摺動可能なように構成されている。なお、第２アーマチュア９の第１アーマチュア８に対する対向面と回転軸線方向で反対側の面には、後述する固定カム部１５およびカムボール１７と共にトルクカム機構４を構成する可動カム部１６が形成されている。
【００２０】
第１アーマチュア８と第２アーマチュア９との間には、回転軸線方向で第１アーマチュア８を第２アーマチュア９側に引き付け、第１アーマチュア８を第２アーマチュア９に当接させる第１リターンスプリング１０が装着されている。すなわち、第１リターンスプリング１０の一方の端部が第１アーマチュア８に固定され、他方の端部が第２アーマチュア９に固定されている。
【００２１】
上記の第１リターンスプリング１０は、例えば引張コイルばねから構成されていて、第１アーマチュア８に軸方向の外力が作用しない通常時（すなわち磁気吸引力が作用しない非通電時）に、第１アーマチュア８を第２アーマチュア９に当接させている。言い換えると、第１アーマチュア８をヨーク５から離隔させている。すなわち、ヨーク５の接合面５ａとアーマチュア７の接合面７ａとの間に所定間隔のエアギャップを設定している。したがって、第１アーマチュア８は、第１リターンスプリング１０の弾性力よりも大きい回転軸線方向の外力、具体的には後述するようなヨーク５と電磁コイル６からなる電磁石の磁気吸引力が作用することにより、第２アーマチュア９のボス部９ａの外周上を回転軸線方向に摺動し、ヨーク５に引き付けられるように構成されている。
【００２２】
なお、第１アーマチュア８の第２アーマチュア９との対向面、もしくは第２アーマチュア９の第１アーマチュア８との対向面の少なくともいずれか一方には、第１アーマチュア８が第２アーマチュア９に当接した状態でそれら第１アーマチュア８と第２アーマチュア９との間に第１リターンスプリング１０を収容する凹部が形成されている。図１に示す例では、第１アーマチュア８に、第１リターンスプリング１０を収容する凹部が形成されている。
【００２３】
また、第２アーマチュア９とヨーク５との間には、回転軸線方向で第２アーマチュア９をヨーク５から遠ざかる方向に押し付け、第２アーマチュア９を後述のカムボール１７を介して固定カム部１５に押圧させる第２リターンスプリング１１が装着されている。すなわち、第２リターンスプリング１１の一方の端部が第２アーマチュア９のボス部９ａの先端面に固定され、他方の端部がヨーク５の中心部に形成されたボス部５ｂの一方の面にスラスト軸受１２を介して固定されている。なお、ボス部５ｂの一方の面と回転軸線方向で反対側の他方の面は、スラスト軸受１３を介して、回転軸２に固定されたスナップリング１４によって回転軸線方向の移動が規制されている。
【００２４】
第２リターンスプリング１１は、例えば圧縮コイルばねから構成されていて、第２アーマチュア９にカムボール１７からの反力以外の軸方向の外力が作用しない通常時（すなわち磁気吸引力が作用しない非通電時）に、第２アーマチュア９をヨーク５から離隔させている。したがって、第２アーマチュア９は、第２リターンスプリング１１の弾性力よりも大きい回転軸線方向の外力、具体的には後述するようにヨーク５と電磁コイル６からなる電磁石の磁気吸引力が作用することにより、回転軸２の外周上を回転軸線方向に摺動し、ヨーク５に引き付けられるように構成されている。
【００２５】
上記の各リターンスプリング１０，１１の弾性力は、第２リターンスプリング１１の弾性力が第１リターンスプリング１０の弾性力よりも大きくなるように設定されている。したがって、第１リターンスプリング１０の弾性力よりも大きく、かつ、第２リターンスプリング１１の弾性力よりも小さな、相対的に小さい磁気吸引力が作用することにより、先ず、第１アーマチュア８がヨーク５に吸引される。そして、第２リターンスプリング１１の弾性力よりも大きな、相対的に大きい磁気吸引力が作用することにより、先にヨーク５に引き付けられている第１アーマチュア８と共に、第２アーマチュア９がヨーク５に吸引されるようになっている。
【００２６】
前述のように、第１アーマチュア８は磁性体により形成されている。そのため、上記のように相対的に小さな磁気吸引力で第１アーマチュア８がヨーク５に吸引される際には、図２に示すように、ヨーク５および第１アーマチュア８の間で磁気回路Ｃ１が形成される。また、第２アーマチュア９も磁性体により形成されていて、さらに、第２アーマチュア９が磁気吸引力の作用によりヨーク５に吸引された場合には、第２アーマチュア９は第１アーマチュア８を介してヨーク５の接合面５ａに当接して電磁的に接合される。そのため、上記のように相対的に大きな磁気吸引力で第２アーマチュア９がヨーク５に吸引される際には、図３に示すように、ヨーク５、第１アーマチュア８および第２アーマチュア９の間にも磁気回路Ｃ２が形成されるようになっている。
【００２７】
そして、上記のようにヨーク５および第１アーマチュア８の間に形成される磁気回路Ｃ１の磁路断面積が、ヨーク５、第１アーマチュア８および第２アーマチュア９の間に形成される磁気回路Ｃ２の磁路断面積よりも小さくなるように、ヨーク５、第１アーマチュア８および第２アーマチュア９がそれぞれ形成されている。例えば、それらヨーク５、第１アーマチュア８および第２アーマチュア９の形状・寸法や材料の磁性強度などを適宜に設計することにより、磁気回路Ｃ１の磁路断面積が磁気回路Ｃ２の磁路断面積よりも小さくなるように構成することができる。このように磁気回路Ｃ１の磁路断面積が磁気回路Ｃ２の磁路断面積よりも小さくなっていることにより、電磁コイル６への通電が停止されて磁気吸引力がなくなった際の磁気回路Ｃ１の残留磁気が、磁気回路Ｃ２の残留磁気よりも少なくなる。そのため、電磁アクチュエータ３におけるヨーク５と第１アーマチュア８との間の解放動作を容易に実行することができる
【００２８】
なお、第１アーマチュア８のスプライン穴８ｓと第２アーマチュア９のスプライン軸９ｓとが形成された嵌合部分には、上記のような各磁気回路Ｃ１，Ｃ２の磁束が通過しないように構成されている。すなわち、第１アーマチュア８および第２アーマチュア９は、それらの嵌合部分に上記のような各磁気回路Ｃ１，Ｃ２が形成されないように構成されている。したがって、電磁コイル６に通電されて電磁気力が発生する場合であっても、第１アーマチュア８と第２アーマチュア９との間の相対移動が電磁気力によって妨げられることがないようになっている。
【００２９】
一方、トルクカム機構４は、回転軸２に固定されて回転軸２と一体回転する固定カム部１５と、回転軸２上でその回転軸２に対して相対回転可能にかつ回転軸線方向に移動可能に配置された可動カム部１６と、固定カム部１５と可動カム部１６との間に挟み込まれた球体状の転動体であるカムボール１７とから構成されている。
【００３０】
固定カム部１５は、円盤状の部材であり、回転軸２に一体に固定されている。もしくは回転軸２と一体に成形されている。そして固定カム部１５の可動カム部１６との対向面に、カムボール１７を保持するカム面１５ａが形成されている。また、可動カム部１６は、前述の第２アーマチュア９の第１アーマチュア８に対する対向面と回転軸線方向で反対側の面に形成されている。すなわち、第２アーマチュア９と可動カム部１６は一体の部材により形成されている。そして可動カム部１６の上記の固定カム部１５との対向面、すなわちカム面１５ａとの対向面に、カム面１５ａと共にカムボール１７を保持するカム面１６ａが形成されている。
【００３１】
固定カム部１５および可動カム部１６に形成された各カム面１５ａ，１６ａは、図４に示すように、径方向から見ると断面がＶ字形状となるようにカム角度θで傾斜した２つの面により構成されている。そして、カム面１５ａとカム面１６ａとの間にカムボール１７を転動可能に保持するように、固定カム部１５および可動カム部１６をそれぞれ配置することにより、トルクカム機構４が構成されている。
【００３２】
このようにトルクカム機構４は、回転軸２からトルクが入力される固定カム部１５と、第２アーマチュア９と一体の可動カム部１６と、カムボール１７とを含む構成であって、固定カム部１５と可動カム部１６との間のトルク差に応じた軸力を発生させて、可動カム部１５と固定カム部１６とを係合させる機構である。このトルクカム機構４の基本的な構成・原理等に関しては、例えば、特許第４１２６９８６号公報、特開２０１０−２１５０７９号公報などに記載されているように周知であるため、より詳細な説明は省略する。
【００３３】
次に、この発明の電磁係合装置１の係合動作および解放動作について説明する。電磁アクチュエータ３の電磁コイル６へ通電されていない状態では、第１アーマチュア８を第２アーマチュア９へ付勢して当接させる第１リターンスプリング１０の弾性力、および第２アーマチュア９を固定カム部１５側へ付勢する第２リターンスプリング１１の弾性力によって、アーマチュア７、すなわち第１アーマチュア８および第２アーマチュア９がヨーク５と離隔させられている。この解放状態は、図１に示すように、アーマチュア７とヨーク５とが非接触の状態であり、かつ、第１アーマチュア８の接合面８ｂと第２アーマチュア９の接合面９ｂとが接触し、なおかつ、第２アーマチュア９に形成された可動カム部１６と固定カム部１５とがカムボール１７を介して接触している状態である。
【００３４】
上記のような解放状態の電磁係合装置１における電磁コイル６に電流を流すと、電磁コイル６は磁束を発生し、それに伴いヨーク５から第１アーマチュア８に作用する磁気吸引力により、第１アーマチュア８がヨーク５に吸引される。このとき、第１アーマチュア８は第１リターンスプリング１０の弾性力によって第２アーマチュア９側へ付勢されているので、電磁コイル６に通電される電流に応じて発生する磁気吸引力が、それに対抗する第１リターンスプリング１０の弾性力に打ち勝った場合に、第１アーマチュア８がヨーク５側へ回転軸線方向に移動する。
【００３５】
第１リターンスプリング１０の弾性力よりも大きな磁気吸引力により吸引されてヨーク５側へ移動してきた第１アーマチュア８は、その接合面８ａがヨーク５の接合面５ａに当接して、ヨーク５と電磁的に接合されるとともに、接合面８ａと接合面５ａとの間の摩擦力により、第１アーマチュア８とヨーク５とが摩擦係合することになる。この係合状態は、図２に示すように、第１アーマチュア８とヨーク５とが電磁的に接合し、かつ、摩擦係合していて、一方、第２アーマチュア９とヨーク５とは未だ係合していない状態である。この係合状態を、第１係合状態とする。
【００３６】
この第１係合状態における第１アーマチュア８は、電磁アクチュエータ３の磁気吸引力によってヨーク５と摩擦係合している。したがって、電磁コイル６に通電され、この磁気吸引力が第１リターンスプリング１０の弾性力に打ち勝っている間は、この第１係合状態が維持される。そして、磁気吸引力が第１リターンスプリング１０の弾性力を下回った場合には、この第１係合状態が解除されて上記の解放状態に移行する。
【００３７】
電磁アクチュエータ３の磁気吸引力は、電磁コイル６に通電される電流の大きさに応じて増減する。そして、この電磁係合装置１のトルク容量は、図５に示すように、電磁電磁コイル６に通電される電流の大きさに応じて変化する。したがって、電磁コイル６に通電される電流を制御することにより、この電磁係合装置１の係合・解放状態およびトルク容量を制御することができる。
【００３８】
上記のような第１係合状態における電磁係合装置１のトルク容量、すなわち、電磁係合装置１が図１に示すようなブレーキである場合のブレーキトルクＴb1は、電磁アクチュエータ３で発生させる磁気吸引力をＦｍ、第１アーマチュア８とヨーク５との摩擦係合面の摩擦係数をμ、それらの摩擦係合面の摩擦半径（有効径）をｒとすると、
Ｔb1＝μ・ｒ・Ｆｍ
の関係式で表すことができる。したがって、電磁コイル６に通電する電流を増大させることにより、その電流の大きさに比例して、ブレーキトルクＴb1を増大させることができる。
【００３９】
上記のように、第１係合状態は、第１アーマチュア８だけがヨーク５に吸引される状態であるため、電磁コイル６には相対的に小さい電流が通電される低電流状態となっている。この低電流状態における電流よりも更に大きな相対的に大きい電流を電磁コイル６に通電させ、第２リターンスプリング１１の弾性力に打ち勝つ力、すなわち電磁アクチュエータ３による磁気吸引力と各カム部１５，１６間のトルク差に応じてトルクカム機構４で発生する推力との合力を発生させることにより、第２アーマチュア９がヨーク５側へ移動する。すなわち、電磁コイル６に通電している電流を更に大きくすると、第１磁気回路Ｃ１の磁束が飽和し、余剰となった磁束が第１アーマチュア８から外部に放出される。その結果、第２アーマチュア９を第１アーマチュア８へ引き付ける磁気吸引力が発生し、その磁気吸引力とトルクカム機構４による推力との合力が第２リターンスプリング１１の弾性力よりも大きくなった時点で、第２アーマチュア９がヨーク５側へ吸引される。
【００４０】
第２アーマチュア９がヨーク５側へ吸引されることにより、第２アーマチュア９は、その接合面９ｂが、既にヨーク５と磁気的に接合されて摩擦係合している第１アーマチュア８の接合面８ｂに当接して、第１アーマチュア８を介してヨーク５と電磁的に接合される。すなわち、第２アーマチュア９が第１アーマチュア８を介してヨーク５に吸着される。そして、それに伴って接合面９ｂと接合面８ｂとの間で発生する摩擦力により、第２アーマチュア９と第１アーマチュア８とが摩擦係合することになる。この係合状態は、図３に示すように、既に第１アーマチュア８とヨーク５とが電磁的に接合し、かつ、摩擦係合していて、さらに、第２アーマチュア９と第１アーマチュア８とが電磁的に接合し、かつ、摩擦係合している状態である。すなわち、ヨーク５と第１アーマチュア８と第２アーマチュア９とが一体に摩擦係合されている状態である。この係合状態を、第２係合状態とする。
【００４１】
この第２係合状態における第２アーマチュア９は、電磁アクチュエータ３の磁気吸引力によってヨーク５と摩擦係合している。したがって、電磁コイル６に通電され、この磁気吸引力が第２リターンスプリング１１の弾性力に打ち勝っている間は、この第２係合状態が維持される。そして、磁気吸引力が第２リターンスプリング１０の弾性力を下回った場合には、この第２係合状態が解除されて上記の第１係合状態に移行する。
【００４２】
この第２係合状態においても、電磁アクチュエータ３の磁気吸引力は、電磁コイル６に通電される電流の大きさに応じて増減する。したがって、この第２係合状態における第２アーマチュア９とヨーク５との間のトルク容量は、電磁電磁コイル６に通電される電流の大きさに応じて変化する。さらに、この第２係合状態では、第２アーマチュア９がヨーク５に吸引されてヨーク５とアーマチュア７との間のトルク容量が増大すると、第２アーマチュア９すなわち可動カム部１６と固定カム部１５との間にトルク差が生じる。具体的には、第２アーマチュア９がヨーク５に係合することにより第２アーマチュア９が制動され、その回転数が低下する。そして第２アーマチュア９の回転数が低下することにより、可動カム部１６と固定カム部１５との間に回転数差が生じ、その結果、可動カム部１６と固定カム部１５との間にトルク差が生じることになる。
【００４３】
可動カム部１６と固定カム部１５との間にトルク差が生じると、トルクカム機構４が作動する。すなわち、トルクカム機構４においては、可動カム部１６と固定カム部１５との間にトルク差が生じると、そのトルク差に応じて回転軸線方向への推力が発生する。具体的には、可動カム部１６と固定カム部１５との間にトルク差により、カムボール１７がカム面１５ａ，１６ａに乗り上げて、可動カム部１６および固定カム部１５をそれぞれ押圧し離隔させる方向にトルクカム反力が発生する。
【００４４】
第２アーマチュア９とヨーク５との間のトルク容量が増大し、可動カム部１６と固定カム部１５との間のトルク差が大きくなると、トルクカム機構４における各カム面１５ａ，１６ａとカムボール１７との間のいわゆるくさび効果によって、トルクカム機構４のトルクカム反力が増大することになる。
【００４５】
したがって、この第２係合状態においても、電磁係合装置１のトルク容量は、図５に示すように、電磁電磁コイル６に通電される電流の大きさに応じて変化する。その場合、この第２係合状態では、上記のように、トルクカム機構４により機械的に係合されるトルク容量が付加されるため、第１係合状態と比較してより大きなトルク容量で係合されることになる。結局、この電磁係合装置１は、電磁コイル６に通電される電流を制御することにより、その係合・解放状態およびトルク容量を制御することができる。
【００４６】
上記のような第２係合状態における電磁係合装置１のトルク容量、すなわち、ブレーキトルクＴb2は、電磁アクチュエータ３で発生させる磁気吸引力をＦｍ、トルクカム機構４におけるトルクカム反力をＦｃ、第１アーマチュア８とヨーク５との摩擦係合面の摩擦係数をμ、それらの摩擦係合面の摩擦半径（有効径）をｒとすると、
Ｔb2＝μ・ｒ・（Ｆｍ＋Ｆｃ）
の関係式で表すことができる。したがって、この第２係合状態においても、電磁コイル６に通電する電流を増大させることにより、その電流の大きさに比例して、ブレーキトルクＴb2を増大させることができる。
【００４７】
次に、この発明の電磁係合装置１を、ハイブリッド駆動装置のギヤトレーンにおけるブレーキに適用した例について説明する。図６に示す構成はいわゆる２モータタイプのハイブリッド駆動装置である。その構成を簡単に説明すると、このハイブリッド駆動装置は、エンジン４０が出力した動力を動力分割機構４１によって出力軸４２側と第１モータ・ジェネレータ４３側とに分割するように構成されている。そのエンジン４０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機構であり、そのクランクシャフトなどの出力要素が動力分割機構４１に連結されている。
【００４８】
動力分割機構４１は、図６に示す例では、シングルピニオン側の遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤ４４とリングギヤ４５とが同心円上に配置され、これらサンギヤ４４およびリングギヤ４５にかみ合っているピニオンギヤがキャリア４６によって自転かつ公転可能に保持されている。そのキャリア４６にはエンジン４０の出力軸４０ａが連結されている。したがって、この例ではキャリア４６が入力要素になっている。また、サンギヤ４４には第１モータ・ジェネレータ４３が連結されている。したがって、この例ではサンギヤ４４が反力要素となっている。さらに、このサンギヤ４４および第１モータ・ジェネレータ４３に、ブレーキとしてこの発明の電磁係合装置１が連結されている。したがって、電磁係合装置１を係合させることにより、サンギヤ４４および第１モータ・ジェネレータ４３の回転を制動し固定することができる構成となっている。そして、リングギヤ４５が出力軸４２に連結されている。したがって、この例ではリングギヤ４５が出力要素となっている。
【００４９】
また、出力軸４２には第２モータ・ジェネレータ４７が変速部４８を介して連結されている。この変速部４８は、第２モータ・ジェネレータ４７のトルクを増大もしくは減少させて出力軸４２に伝達する変速機構によって構成されており、その変速比は所定の一つの値に固定されていてもよく、あるいは複数の変速比に切り替えられるように構成されていてもよい。
【００５０】
各モータ・ジェネレータ４３，４７は、例えば永久磁石式の同期電動機によって構成され、コイルに通電することによりモータとして機能してトルクを出力し、またロータが外力によって強制的に回転させられることにより発電機として機能し、電力を発生するように構成されている。これらの各モータ・ジェネレータ４３，４７は、図示しないインバータを介してバッテリなどの蓄電装置に電気的に接続され、また一方のモータ・ジェネレータで発電した電力を他方のモータ・ジェネレータに供給できるように構成されている。そして、インバータにはマイクロプロセッサーを主体にして構成された図示しない電子制御装置が接続され、この電子制御装置によって、各モータ・ジェネレータ４３，４７の回転数やトルク、発電量などを制御するように構成されている。なお、エンジン４０は、吸入空気量や燃料供給量、点火時期などが電気的に制御され、それに伴ってトルクや回転数が電気的に制御されているように構成されている。
【００５１】
このエンジン４０が出力した動力を出力軸４２側の第１モータ・ジェネレータ４３側に分割するいわゆる通常のハイブリッドモードでは、第１モータ・ジェネレータ４３が発電機として機能させられ、発電に伴うトルクがサンギヤ４４にいわゆる反力トルクとして作用する。これに伴って、出力要素であるリングギヤ４５には、エンジントルクを増幅させたトルクが生じる。また、第１モータ・ジェネレータ４３で得られた電力は、第２モータ・ジェネレータ４７がモータとして機能し、その出力トルクが変速部４８を介して出力軸４２に伝達される。すなわち、エンジン４０が出力した動力の一部は、動力分割機構４１を介して出力軸４２に伝達され、かつ他の動力が一旦電力に変換された後、再び機械的な動力に変換されて出力軸４２に伝達される。
【００５２】
また、エンジン負荷が次第に小さくなると、サンギヤ４４すなわち第１モータ・ジェネレータ４３の回転数を低下させる。これは、エンジン４０の回転数を燃費のよい回転数に制御するためである。そして、ついにはサンギヤ４４の回転数を０にする場合には、第１モータ・ジェネレータ４３によって反力トルクを生じさせる代わりに、電磁係合装置１を係合させることにより、サンギヤ４４を固定して反力トルクを発生させる。こうすることにより、第１モータ・ジェネレータ４３のトルクを制御する必要がなくなり、このハイブリッド駆動装置のエネルギ効率を向上させることができる。
【００５３】
なお、図７，図８には、この発明の電磁係合装置１を適用したハイブリッド駆動装置の他の構成例を示してある。また、この発明の電磁係合装置１は、例えば、遊星歯車機構とクラッチやブレーキなどの油圧式の摩擦係合装置とから構成され、クラッチおよびブレーキの係合・解放状態を油圧で制御することにより変速制御を行う従来の車両用自動変速機にも適用することができる。すなわち、従来の車両用自動変速機に用いられている摩擦係合装置に替えて、この発明の電磁係合装置１を用いることができる。
【００５４】
このように、この発明の電磁係合装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、ブレーキとして用いられる以外に、クラッチとして用いられる場合も対象とすることができる。また、上述の実施形態では、ヨーク５がケーシング等の固定部に固定され、回転軸２に制動力を付与する構成例について説明したが、ヨーク５が回転軸２の伝達トルクを受け動力伝達系統における他の回転部材にトルク伝達する構成であってもよい。
【００５５】
以上のように、この発明に係る電磁係合装置１によれば、第１アーマチュア８をヨーク５に吸着させる係合の初期段階を、低電流の通電により行うことができる。そして、第２アーマチュア９を第１アーマチュア８と共にヨーク５に吸着させてトルクカム機構４の固定カム１５と可動カム１６とを一体化させた後は、そのトルクカム機構４における機械的な係合力によって電磁係合装置１の係合状態を維持することができる。したがって、固定カム１５と可動カム１６との間のトルク差が十分に大きい間は、トルクカム機構４の機械的な係合力のみで電磁係合装置１の係合状態を実現させることができる。すなわち、非通電状態であってもトルク入力があることにより係合状態を維持するいわゆるセルフロック機構を構成することができる。そのため、電磁コイル６に通電することにより電磁係合装置１を作動させて係合させるための消費電力を低減することができる。なお、設計的には、上記のようなセルフロック機構に替えて、トルク入力がある状態でも解放状態を実現させることが可能ないわゆるセルフリリース機構を構成することも可能である。
【００５６】
そして、第１アーマチュア８がヨーク５に吸着される際に第１アーマチュア８に形成される第１磁気回路Ｃ１の磁路断面積が、第２アーマチュア９が第１アーマチュア８を介してヨーク５に吸着される際に第２アーマチュア９に形成される第２磁気回路Ｃ２の磁路断面積よりも小さくなる。したがって、第１磁気回路Ｃ１の磁路断面積が小さい分、電磁係合装置１への通電を停止した際に第１アーマチュア８に残留する残留磁気も小さくなる。そのため、電磁係合装置１の解放動作を容易に実行することができる。
【００５７】
また、上記のように第１アーマチュア８の残留磁気が小さいことにより、電磁係合装置１の解放状態を実現させるための第１リターンスプリング１０を、より弾性力の小さいものにすることができる。そのため、電磁係合装置１の係合状態を実現させるための消費電力を更に低減することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…電磁係合装置、  ２…回転軸、  ３…電磁アクチュエータ、  ４…トルクカム機構、  ５…ヨーク、  ６…電磁コイル、  ７…アーマチュア、  ８…第１アーマチュア、  ９…第２アーマチュア、  １０…第１リターンスプリング、  １１…第２リターンスプリング、  １５…固定カム部、  １６…可動カム部、  １７…カムボール。
【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】
2013092233.tif 000009
【図８】
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