CN103075484A - 使用磁性粘性流体的变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用磁性粘性流体的变矩器，能够进行可靠的锁止，并且不对扭矩增幅功能产生影响。本发明的变矩器在由轭部（30）将传动板（12）和泵叶轮（20）连接的变矩器壳体（10）内配置有与涡轮（5）连结的离合器用部件（45），使轭部（30）的内周圆筒面及与其相连的第一离合器板部（41）、和形成于离合器用部件的外周部的第二、第三离合器板部（47、49）以规定间隙交替地相对配置而形成多板构成的离合器机构（CL）。离合器机构位于在泵叶轮与涡轮之间形成的循环路的外部，通过对卷绕于轭部的线圈（38）通电，磁通使各离合器板部间的磁性粘性流体的屈服应力变化而可进行锁止，另一方面，不对循环路内的磁性粘性流体产生影响，故而不损害扭矩增幅功能。

Description

使用磁性粘性流体的变矩器

技术领域

本发明涉及用于车辆用变速器等的变矩器，尤其是涉及作为动作流体代替油而使用了磁性粘性流体的变矩器。

背景技术

以往，作为动作流体使用油的变矩器在用于扭矩传递的多个领域中被利用，但是，为了小型化和传递效率的提高，也对使用比重比油大的磁性粘性流体的变矩器进行探讨。

而且，尤其是在用于车辆用变速器等的情况下，也必须有锁止功能，因此，也期待通过使用磁性粘性流体能够进行基于磁力控制的高精度的锁止控制。

作为使用这样的磁性粘性流体的变矩器，例如具有在日本实开平7－2663号公报中公开的结构。

在使用了该现有的磁性粘性流体的变矩器中，在叶轮叶片和涡轮叶片相对的外周缘附近配置励磁线圈，在其外方依次设有感应线圈及起电线圈，从起电线圈侧经由感应线圈向励磁线圈供电。

而且，若由于励磁线圈的磁力而使磁性粘性流体磁化，则其屈服应力（表观上的粘度）发生变化。因此，通过控制磁力，使泵叶轮与涡轮间的滑动阻力发生变化，例如，在负荷侧的旋转未充分提高的情况下，不对磁性粘性流体施加磁力控制，通过磁性粘性流体的惯性力在涡轮上产生扭矩，在负荷侧的旋转加快后对磁性粘性流体施加磁力并减小泵叶轮和涡轮的滑动，以达到能够锁止进行精细控制的目的。

专利文献1：（日本）实开平7-2663号公报

但是，在叶轮叶片和涡轮叶片的相对部位附近配置有励磁线圈的构造中，不能形成效率良好的磁路，因此，认为即使在励磁线圈产生大的磁力也不能完全地锁止。

相反，磁性粘性流体的磁通具有发散特性，故而若在叶轮叶片和涡轮叶片的外周缘相对部位将来自励磁线圈的磁力对磁性粘性流体施加时，磁通密度的大范围分散化而向变矩器的流体回路内泄漏，粘度对循环流产生影响，可能使变矩器本来的扭矩增幅功能降低。

因此，上述现有的使用磁性粘性流体的变矩器尽管理论上达到了其目的，但是实际情况是仍然难以实用。

发明内容

本发明是鉴于上述现有的问题而设立的，其目的在于提供一种使用磁性粘性流体的变矩器，能够进行可靠的锁止，而且不会对循环流产生影响。

本发明的变矩器，使动作流体在泵叶轮与涡轮之间循环而进行扭矩传递，其中，作为所述动作流体采用磁性粘性流体，在变矩器壳体内，在动作流体的循环路的外部，使在泵叶轮侧连结且具备线圈的轭部件和在涡轮侧连结的磁性部件以规定的间隙相对并交替配置，在轭部件与磁性部件之间形成通过对线圈通电而产生的磁路。

根据本发明，通过向线圈的通电的控制，将在轭部件与磁性部件的间隙中存在的磁性粘性流体磁化而使其屈服应力（表观上的粘度）有效地变化，通过根据需要消除泵叶轮和涡轮的滑动，能够实现锁止。

而且，在使轭部件和磁性部件的间隙中的磁性粘性流体的表观上的粘度变化的期间，磁路的磁通不对分离的循环路的磁性粘性流体产生影响，因此，也不会使基于循环流的扭矩增幅功能降低。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的剖面图；

图2是表示模拟模型的图。

标记说明：

1：变矩器

2：主轴

3：叶轮叶片

4：定子

5：涡轮

6：涡轮叶片

7：输出轮毂

8：单向超越离合器

9：定子基体

10：变矩器壳体

12：传动板

13：圆盘部

14：鼓部

16：周壁部

20：泵叶轮

21：叶轮保持部

23a、23b、23c：密封件

25：套筒部件

26：圆盘部

27：套筒部

28：集电环

30：轭部

31：第一面

32：第二面

34：小径部

35：圆筒面

36：线圈收纳槽

38：线圈

38a：引线

39：触点刷

40：第一连接壁

41：第一离合器板部

41a：区域

45：离合器用部件

46：圆盘部

47：第二离合器板部

48：第二连接壁

49：第三离合器板部

49a：区域

60：磁轭（ヨ一ク）

61：相对面

62、62A：侧壁

63：第一离合器板相当部

65：底面

68、78：中间区域

70、70A：磁性体块

71：块主体

72、72A：侧壁

73：第三离合器板相当部

B：循环流

CL：离合器机构

G、G1、G2、G3：间隙

J：磁通

K：空间

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示实施方式的剖面图。

变矩器1以主轴2为旋转中心，在变矩器壳体10内收纳配置有叶轮叶片3、涡轮5、定子4，同样地，在变矩器壳体10内配置5有离合器用部件。

变矩器壳体10由与发动机等未图示的动力源连结的传动板12、泵叶轮20、套筒部件25以及将传动板12和泵叶轮20连接的轭部30构成变矩器壳体10，在变矩器壳体10内形成有由泵叶轮20、涡轮5、定子4生成动作流体的循环流B的循环路。

在变矩器壳体10内还配置有离合器用部件45。

传动板12在圆盘部13的外周具有鼓部14，轭部30与鼓部14结合并向轴向延伸，在内周具有平滑的圆筒面35。

泵叶轮20的外周缘通过焊接与轭部30的鼓部14的相反侧的端缘连接，并且，在径向中间具有保持叶轮叶片3的截面弯曲形状的叶轮保持部21，内周缘通过焊接与套筒部件25连接。

套筒部件25由将外周缘与泵叶轮20的上述内周缘连接的圆盘部26、从圆盘部26的中央向传动板12的相反方向延伸的套筒部27构成，在套筒部27上，可在与主轴2同心的例如固定轴上旋转。

涡轮5具备与叶轮叶片3相对的涡轮叶片6，与内周部同主轴2花键结合的输出轮毂7连结。另外，离合器用部件45也将其内周部与输出轮毂7连结，在涡轮5与传动板12的圆盘部13之间延伸。对于离合器用部件45进行后述。

夹持配置在叶轮叶片3与涡轮叶片6之间的定子4通过单向超越离合器8被支承于可向一方向旋转的定子基体9。

变矩器壳体10内作为动作流体被磁性粘性流体充满，在输出轮毂7与传动板12的圆盘部13之间、涡轮5与定子基体9之间以及定子基体9与套筒部件25的圆盘部26之间设有密封件23a、23b、23c，阻止磁性粘性流体泄漏。

在变矩器壳体10外周部的轭部30周围，与离合器用部件45协同动作而形成离合器机构CL。以下，对该离合器机构CL进行说明。

轭部30为铁等透磁率高的磁性体，如前所述，构成为内周平滑的圆筒面。轭部30的外周成为具有形成有线圈收纳槽36并且被传动板12的鼓部14覆盖的第一面31和与鼓部14的外周面连续并延伸的第二面32的台阶形状，使其台阶部与鼓部14的开口端面抵接。由此，轭部30成为插入传动板12的鼓部14的形态。

另外，在插入到鼓部14的轭部30的里端形成从第一面31削入的小径部34，在传动板12上设有具有与该小径部34匹配的内径的周壁部16，形成有锁扣（インロウ）。

另外，轭部30为了便于后述的线圈的维修、更换等，虽未特别图示，但只要例如通过在轴向贯通轭部30的螺栓将第一面31与第二面32之间的台阶部与鼓部14的开口端面连结且与传动板12结合即可。

轭部30的线圈收纳槽36朝向内径侧具有两级变尖的截面，在此卷绕线圈38。向线圈38的通电如下进行，即，将在轴向贯通轭部30并从线圈38引出的引线38a与在套筒部27的外周以绝缘状态设置的集电环28连接，使来自固定侧的触点刷39与集电环28滑动接触。

在线圈收纳槽36与内周的圆筒面35之间残留有薄的壁部，以不使磁性粘性流体泄漏。

在变矩器壳体10内，从涡轮5到传动板12侧且径向外方部分形成有空间。在该空间，第一连接壁40从轭部30的位于鼓部14里端的部位沿传动板12的圆盘部13向内径方向延伸，第一离合器板部41在与圆筒面35之间保持规定的间隙并从第一连接壁40的内径端与该圆筒面35平行地向轴向延伸。第一离合器板部41为圆筒形状。

第一离合器板部41的主体设为透磁率高的材质，但是，与线圈收纳槽36的尖的前端相对的区域41a设为铝等透磁率低的材质，第一连接壁40也优选设为透磁率低的材质。

离合器用部件45具备：圆盘部46、与圆盘部46的外周缘相连的第二离合器板部47和第三离合器板部49。

即，圆盘部46从与输出轮毂7的连结部向径向与涡轮5大致平行地延伸到涡轮叶片6的中间附近之后，前进到传动板12的圆盘部13附近，延伸到第一离合器板部41的根部（第一连接壁40侧）附近。

第二离合器板部47与第一离合器板部41之间保持一定间隙而使比第一离合器板部41更靠内径侧的部位从圆盘部46的外周缘向轴向延伸，第三离合器板部49在第一离合器板部41的前端附近经由第二连接壁48而折返，在第一离合器板部41与轭部30的圆筒面35之间向轴向延伸到第一离合器板部41的根部附近。

第一离合器板部41与轭部30的圆筒面35之间的规定的间隙设定为使第三离合器板部49与圆筒面35之间、及第三离合器板部49与第一离合器板部41之间与前述的第二离合器板部47与第一离合器板部41间的一定间隙相同。

第二离合器板部47与第三离合器板部49之间的第二连接壁48及第三离合器板部49的与线圈收纳槽36的尖的前端相对的区域49a也优选为透磁率低的材质。

由第一离合器板部41和第二、第三离合器板部47、49以及轭部30构成所谓的多板离合器。即，通过向线圈38通电，形成有从轭部30经由第三离合器板部49、第一离合器板部41、第二离合器板部47的实际有效的磁路，因此，通过控制通电，能够控制埋入各多板离合器构成部件之间的磁性粘性流体的表观上的粘度（屈服应力）。

以下，为了便于说明，将表观上的粘度简单地称为“粘度”。

本实施方式的离合器机构CL是基于由以下所示的模型的模拟实验得到的见解而构成的。

图2是表示用于实验的模拟模型的图。

图2的模型（a）为相对于由具有矩形的截面外形的铁材料包围线圈38的磁轭60的一面（相对面61），使磁性体块70以间隙d相对。磁性体块70也为铁材料。

磁性体块70形成为大致倒三角形，在其上部具有一定宽度部分，使其具有宽大面积的上面与磁轭60的相对面61平行地相对。但是，磁性体块70的上面的宽度比磁轭60的相对面61的宽度小。

线圈38形成与实施方式的卷绕于线圈收纳槽36同样的两级变尖的截面的束，划分尖的前端的线圈收纳槽的底面65相对于与磁性体块70的相对面61成为残留有薄壁的小面积的平行面。以下，为了便于说明，底面65也称为线圈的底面。

之所以将线圈38形成为朝向磁轭60的与磁性体块70相对的相对面61变尖的形状，是因为由线圈38产生的磁通J遍及磁轭60与磁性体块70之间的间隙G（距离d）的尽可能大的范围横切。

假设一般的乘用车用变矩器而将线圈38的规格、磁轭60及磁性体块70的尺寸等等效地设定。磁性体块70如后所述地与离合器用部件45对应。

图2的模型（b）为将模型（a）变形为与多板离合器相当的模型。

第一离合器板相当部63从自磁轭60的与磁性体块70A相对的相对面61的一端侧垂直地延伸的侧壁62的下端与相对面61平行地向另一端侧延伸。

磁性体块70A将模型（a）的磁性体块70的上部一定宽度部分从侧方切口，形成为可收纳第一离合器板相当部63的空间K。将空间K的上壁形成为与第一离合器板相当部63同等板厚的第三离合器板相当部73。

第三离合器板相当部73通过侧壁72与磁性体块的残余部（块主体71）连接。收纳第一离合器板相当部63的空间K的底面（块主体71的上面）与磁轭60的相对面61平行。

磁性体块70A与实施方式的包含第二、第三离合器板部47、49的离合器用部件45相当，其中，块主体71与第二离合器板部47和圆盘部46相当。

磁轭60的相对面61与第三离合器板相当部73之间、第三离合器板相当部73与第一离合器板相当部63之间以及第一离合器板相当部63与块主体71的上面之间分别成为具有同样的一定距离d（参照模型（a））的间隙G1、G2、G3。

除此之外与模型（a）相同。

图2的模型（c）相对于模型（b）将第一离合器板相当部63和第三离合器板相当部73各自的与线圈（束）38的尖的底面65（参照模型（a））对应的中间区域68、78设为透磁率低的铝，另外，将使第一离合器板相当部63与磁轭60连接的侧壁62A及使第三离合器板相当部73与块主体71连接的侧壁72A也同样地设为铝。

除此之外与模型（b）相同。

关于图2的（a）、（b）、（c）各模型，向线圈38通电时的磁路如用细线表示的磁通J的流动所示，均在磁轭60与磁性体块70（71）之间闭合，从磁性体块向其它方向没有实质的泄漏。

另外，线圈（束）38前端的底面65和磁轭60的相对面61的厚度薄，因此，在磁轭60内通过该部分的磁通极少，磁通J的大部分遍及除了被底面65和相对面61夹持的平行面区域的大范围而横切磁性粘性流体并向磁性体块70（71）流动。

接着，详细地观察3个模型间的磁通J的流动的不同，首先，在模型（a）中，磁通J遍及与磁轭60相对的磁性体块70的上面的整个宽度（其中，除了平行面区域之外）而横切间隙G，该宽度内的磁性粘性流体被磁化，粘度发生变化。

另一方面，对于模型（b），在磁通J从磁轭60向与第一离合器板相当部63相连的侧壁62、以及将第三离合器板相当部73与块主体71连接的侧壁72若干流动，但是，与模型（a）同样，大部分从磁轭60的相对面61横切间隙G1而向第三离合器板相当部73的整个宽度流动。

在间隙G1，磁通J以最短距离从相对面61垂直地流动，但是，在第三离合器板相当部73及第一离合器板相当部63内，向在板内流动的方向倾斜，因此，每次经过第三离合器板相当部73及第一离合器板相当部63，横切下一间隙G2、G3的磁通J依次减少。

但是，与间隙G仅为1个的模型（a）相比，磁通J横切多个间隙G1、G2、G3，因此，被磁化的磁性粘性流体的量大。

在模型（c）中，磁通从磁轭60不流入与第一离合器板相当部63相连的侧壁62A，另外，磁通也不流入将第三离合器板相当部73与块主体71连接的侧壁72A，从磁轭60的相对面61横切间隙G1而向第三离合器板相当部73流动的磁通J的密度也相应变高。

另外，磁通也难以通过第三离合器板相当部73与第一离合器板相当部63的中间区域78、68，分别阻止磁通沿板面的流动，因此，进入第三离合器板相当部73的磁通J的大部分横切间隙G2而流向第一离合器板相当部63，依次进入第一离合器板相当部63的磁通J也是大部分横切间隙G3而向块主体71流动。进入块主体71的磁通因为没有透磁率小的中间区域，故而在块主体71内流动并将磁路闭合，因此，不向外部泄漏。

因此，与模型（b）进行比较，横切被磁性粘性流体充满的各间隙G1、G2、G3的磁通J的密度高，故而磁性粘性流体的磁化程度大，能够得到更大的粘度变化。

该变化作为传递扭矩的差而表现，具体而言，相对于在模型（a）中得到的最大传递扭矩71.5Nm，在模型（b）中最大传递扭矩为86.9Nm，在模型（c）中最大传递扭矩为111.4Nm。

这些传递扭矩只要根据车辆的重量、驱动扭矩进行选择，则均能够将变矩器充分地锁止。

返回图1的实施方式，离合器机构CL在从变矩器壳体10内的涡轮5既沿径向也沿轴向离开的空间内构成，从形成于泵叶轮20与涡轮5之间的动作流体（磁性粘性流体）的循环路离开。而且，由离合器机构CL产生的磁通J在轭部30侧（轭部30、与其相连的第一离合器板部41）与离合器用部件45的轭部侧相对部分（第二离合器板部47、第三离合器板部49）之间形成闭合的磁路而几乎不向外部泄漏，因此，不对循环路内的磁性粘性流体产生影响。

由此，由于变矩器1具备上述的离合器机构CL，不对循环流B产生影响，能够可靠地锁止。

在本实施方式中，变矩器壳体10与发明的变矩器壳体相当，轭部30及第一离合器板部41构成轭部件，具备第二离合器板部47及第三离合器板部49的离合器用部件45与磁性部件相当。

实施方式如上地构成，在使用了磁性粘性流体的变矩器中，在变矩器壳体10内，在泵叶轮20与涡轮5之间的磁性粘性流体的循环路的外部形成有将与泵叶轮20连结且具备线圈38的轭部30及第一离合器板部41、和与涡轮5连结的第二离合器板部47及第三离合器板部49以规定的间隙相对并交替配置的离合器机构CL，在轭部30及各离合器板部41、47、49之间形成通过对线圈38通电产生的磁路，故而，通过通电的控制能够使存在于这些轭部及各离合器板部的间隙的磁性粘性流体的粘度有效地变化，根据需要不使泵叶轮和涡轮滑动，能够进行锁止。

而且，在使轭部30及各离合器板部41、47、49的间隙内的磁性粘性流体的粘度变化的期间，磁路的磁通不对分开的循环路的磁性粘性流体产生影响，故而也不会使基于循环流的扭矩增幅功能降低（与权利要求1对应的效果）。

而且，轭部30及各离合器板部41、47、49构成彼此重合的中空圆筒形状，在它们之间形成多个间隙是特别容易的（与权利要求2对应的效果）。

另外，第一、第三离合器板部41、49分别设有透磁率小的区域41a、49a，以阻止磁通沿第一、第三离合器板部41、49各自的圆筒面磁通流动，因此，横切各间隙的磁通的密度提高，能够进一步提高锁止功能（与权利要求3对应的效果）。

另外，由于轭部30及各离合器板部41、47的相对部配置在比循环路更靠近径向外侧的位置，并且如上所述地彼此在径向相对，因此，离合器机构的重心位置位于距变矩器的旋转轴远的距离并产生大的旋转惯性力，尤其是在锁止时能够获得变动少的稳定的旋转（与权利要求4对应的效果）。

另外，在实施方式中，形成为在径向上排列有第一离合器板部41、第二离合器板部47、第三离合器板部49的多板离合器构成，但是，只要从由叶轮、涡轮及定子形成的动作流体的循环路独立地配置，根据需要，构成多板离合器的各离合器板部也可以在轴向上排列。

Claims (4)

1.一种使用磁性粘性流体的变矩器，使动作流体在泵叶轮与涡轮之间循环而进行扭矩传递，其特征在于，

作为所述动作流体采用磁性粘性流体，

在变矩器壳体内，在所述动作流体的循环路的外部，使在所述泵叶轮侧连结且具备线圈的轭部件和在所述涡轮侧连结的磁性部件以规定的间隙相对并交替配置，

在所述轭部件与所述磁性部件之间形成通过对所述线圈通电而产生的磁路。

2.如权利要求1所述的使用磁性粘性流体的变矩器，其特征在于，

将所述轭部件和所述磁性部件形成为彼此重合的中空圆筒形状，在所述轭部件与所述磁性部件之间形成有多个所述间隙。

3.如权利要求2所述的使用磁性粘性流体的变矩器，其特征在于，

所述轭部件和所述磁性部件分别设有透磁率小的部件，以阻止磁通沿所述轭部件和所述磁性部件各自的圆筒面流动。

4.如权利要求1所述的使用磁性粘性流体的变矩器，其特征在于，

所述轭部件和所述磁性部件的相对部配置在比所述循环路更靠径向外侧的位置，所述轭部件和所述磁性部件在径向彼此相对。

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