JP2004308903A - 電磁式の摩擦クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦クラッチを改良して、迅速な係合・遮断及び／又はクラッチ部分の間における回転角の簡単な検出が可能である摩擦クラッチを提供する。
【解決手段】電磁式の摩擦クラッチであって、相対的に回転可能に支承された少なくとも２つのクラッチ部分が設けられており、該クラッチ部分が、クラッチ部分において軟質磁性材料の所を案内される磁気回路の磁力によって互いに圧着可能であり、磁気回路内に、クラッチ部分における磁束を変化させるために少なくとも１つの電磁石が配置されている形式のものにおいて、磁気回路がクラッチ部分において次のように、すなわち磁束が、磁束の流れ方向において相前後して配置された少なくとも１０箇所の、クラッチ部分の間における磁束移行箇所で交番するように、案内されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁式の摩擦クラッチであって、相対的に回転可能に支承された少なくとも２つのクラッチ部分が設けられており、該クラッチ部分が、クラッチ部分において軟質磁性材料の所を案内される磁気回路の磁力によって互いに圧着可能であり、磁気回路内に、クラッチ部分における磁束を変化させるために少なくとも１つの電磁石が配置されている形式のものに関する。

芝刈り機用の上記形式の摩擦クラッチは、ヨーロッパ特許第０５３７０２２号明細書に基づいて公知である。この摩擦クラッチは、モータの駆動軸に配置されていてほぼポット状に形成された第１のクラッチ部分と、ポット状のクラッチ部分の底部に対して平行に配置された第２のクラッチ部分とを有しており、この第２のクラッチ部分はほぼ円板状に形成されている。第２のクラッチ部分は板ばねを介して、カッタに駆動結合されたベルト車と回動不能に結合されており、このベルト車は同様に駆動軸に配置されていて、軸受を用いて第１のクラッチ部分に対して回転可能である。第２のクラッチ部分は、駆動軸に対して同軸的に、第１のクラッチ部分に対して相対的に移動可能であり、つまり、第２のクラッチ部分が第１のクラッチ部分に摩擦結合式に接触している係合ポジションと、第２のクラッチ部分が第１のクラッチ部分に対して距離をおいている遮断ポジションとに移動可能である。第２のクラッチ部分の係合のために電磁石が設けられており、この電磁石は、磁束を生ぜしめるためのコイルと磁界ハウジングとを有している。磁界ハウジングは、両クラッチ部分を貫通する磁気回路の一部であり、この磁気回路は軟質磁性材料において延び、かつ空隙を貫いて延びている。磁気回路は両クラッチ部分において次のように、すなわち磁束が磁束の流れ方向において相前後して配置された６つの、両クラッチ部分の間における磁束移行箇所において交番するように、案内されている。この公知の摩擦クラッチには、係合位置（固着）と遮断位置（滑り）との間における摩擦クラッチの切換えのための時間がなおかなり長いという欠点がある。したがってこのような摩擦クラッチは、迅速な係合・遮断が必要であるような使用例のためには適していない。相対回動可能な両クラッチ部分は互いに対して規定された回転位置を有していないので、公知の摩擦クラッチは、両クラッチ部分の間において所定の回転角が調節されねばならないような使用例のためも、使用することができない。
ヨーロッパ特許第０５３７０２２号明細書

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の摩擦クラッチを改良して、迅速な係合・遮断及び／又はクラッチ部分の間における回転角の簡単な検出が可能である摩擦クラッチを提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、磁気回路がクラッチ部分において次のように、すなわち磁束が、磁束の流れ方向において相前後して配置された少なくとも１０箇所の、クラッチ部分の間における磁束移行箇所で交番するように、案内されている。

本発明のように構成されていると、このような極めて多数の磁束移行箇所によって、軟質磁性材料における磁束横断面が比較的小さな場合でも、クラッチ部分の摩擦係合のために十分な力を、有利な形式で得ることができる。つまり磁気回路においては、磁束の形成・消滅のために比較的小さな容積だけを磁化すればよく、ひいては比較的小さなエネルギをもたらすだけでよく、つまり磁気回路における磁束は、電磁石のコイルへの相応な給電によって迅速に変化させることができる。これによって摩擦クラッチの高い調節推進力が可能になる。軟質磁性材料は、粉体複合材料であってもよい。

前記課題は、請求項２の特徴部に記載された構成によっても解決することができる。すなわち請求項２記載の構成では、軟質磁性材料が少なくとも部分的に、磁束の流れ方向に対して横方向で互いに電気絶縁された層を備えた成層鉄心ユニットとして形成されている。このように構成されていると、電磁式の摩擦クラッチの迅速な係合及び／又は遮断時にも、磁気回路における磁束の変化に抗して作用する渦電流が軟質磁性材料において形成されることが、著しく抑制される。また、有利には低合金ＦｅＳｉ-金属薄板によって、低い磁気抵抗が軟質磁性の構成部材において得られ、これによって圧着力の変化は磁気エネルギの比較的小さな変化しか必要としなくなる。そしてこれにより摩擦クラッチは大きな調節推進力を可能にする。

前記課題は、請求項３の特徴部に記載された構成によっても解決される。この請求項３記載の構成では、磁束の横断面が少なくとも１つの空隙において、磁気回路の軟質磁性材料における最小の磁束横断面の、少なくとも５倍の大きさを有している。このような極めて大きな空隙面積に基づいて、空隙における容積は相応に増大するが、しかしながら同時に空隙における磁束密度は、容積増大に反比例して減少する。空隙における磁気エネルギは、磁束密度の二乗であるが、空隙容積に対しては比例するだけなので、全体として空隙においては小さな磁気エネルギしか生じない。つまりこの請求項３記載の解決策においても、摩擦クラッチを調節するためには空隙において、ひいては磁気回路においても、小さな磁気エネルギ形成もしくは消滅するだけでよく、これによって大きな調節推進力が可能になる。なお「空隙」というのは、磁束によって貫通される間隙であって、その透磁率がほぼ空気の透磁率に相当する間隙のことを意味する。空隙はガス状媒体及び／又は液状媒体によって満たされていても、又は真空状態であってもよい。両方の空隙における磁束の横断面が、磁気回路の最小の磁束横断面の、少なくとも５倍の大きさを有していると、有利である。このように構成されていると、磁気エネルギは、該磁気エネルギが最大でひいては減少が最も効果的である、磁気回路の箇所において減じられる。

本発明の別の有利な構成では、空隙における磁束の横断面が、軟質磁性材料における最小の磁束横断面の、少なくとも６倍、場合によっては７倍、特に８倍、有利には１０倍の大きさを有している。このように構成されていると、摩擦クラッチはさらに大きな調節推進力を可能にする。

本発明の特に有利な構成では、第１のクラッチ部分が、互いに対して接近・離反運動可能な少なくとも２つのクランプジョーを有しており、これらのクランプジョーの間に第２のクラッチ部分が配置されており、クラッチ部分の軟質磁性材料が次のように、すなわち磁束が少なくとも１回、一方のクランプジョーから第２のクラッチ部分を通って他方のクランプジョーに、かつ場合によっては該他方のクランプジョーから再び第２のクラッチ部分を通って一方のクランプジョーへと交番するように、配置されている。つまり、磁束が第２のクラッチ部分を通過する度に、第２のクラッチ部分の両側に配置された２つの磁束移行箇所において、一方のクラッチ部分から他方のクラッチ部分への磁束の交番が行われる。従って、簡単な形式でかつ僅かな構造空間で、多数の磁束の交番を、ひいてはクラッチ部分の相応に大きな圧着力又は摩擦力を得ることができる。

本発明の別の有利な構成では、少なくとも１つのクラッチ部分が、少なくとも１つの非強磁性の保持体を有していて、該保持体に、軟質磁性材料から形成された複数の磁束導体が配置されていて、これらの磁束導体が、互いに間隔をおいて位置していて、それぞれ少なくとも２つの磁束移行箇所を互いに接続している。この場合個々の磁束導体は、磁束の流れ方向に対して横方向に大きな磁気抵抗を有しているので、事実上磁束全体が磁束移行箇所を貫通する。これによって摩擦クラッチは、クラッチ部分の間におけるさらに大きな圧着力又は摩擦力を可能にする。

本発明の別の有利な構成では、磁束導体がほぼＵ字形の横断面を有していて、Ｕ字脚の自由端部が、磁束移行箇所に向けられている。これによって軟質磁性回路のコンパクトな構造が得られる。さらにＵ字形の磁束導体は、すべての磁束導体を一体的な変形部材として前製造し、次いで鋳造もしくは注型又は射出被覆し、そして最後に例えばウォータジェットによって２つの半部に分割することによって、クラッチ部分の安価な製造を可能にする。

本発明の別の有利な構成では、Ｕ字形横断面を有する磁束導体が、少なくとも１つのクラッチ部分の回転軸線に対して同心的な少なくとも１つの円形軌道に沿って延びており、有利には該円形軌道をリング状に取り囲んでいる。この場合クラッチ部分は該クラッチ部分に配置された磁束導体と共に、回転対称的に形成されていることができる。そして摩擦クラッチは、クラッチ部分の回転角度によって左右されない均一の摩擦係合を可能にする。

本発明の別の有利な構成では、複数の磁束導体が、回転軸線に対して異なった距離をおいて位置する互いにほぼ同心的な複数の円形軌道上に配置されており、回転軸線と該回転軸線に対する垂線とによって画成された平面における磁束導体の横断面が、回転軸線からの距離の増大に連れて減少していて、磁束導体によって形成される磁気回路の区分において、磁束密度がほぼ一定になっており、有利には磁束導体の成層鉄心ユニットの層の数が、半径方向で内側から外側に向かって減少している。このように構成されていると、クラッチ部分は良好な透磁率にもかかわらず、比較的僅かな量の軟質磁性材料しか有しておらず、これによって一方では磁気回路において小さな磁気エネルギが生ぜしめられ、かつ他方では小さな質量慣性を有するクラッチ部分のコンパクトな構造が可能になる。

本発明の別の有利な構成では、クラッチ部分が摩擦ライニングを有しており、摩擦ライニングが少なくとも１つのクラッチ部分において、磁束導体のＵ字脚の間に配置されている。この場合摩擦ライニングは有利には非強磁性の材料から成っており、すなわち摩擦ライニングは２つの機能を満たし、つまり一方ではクラッチ部分の間における摩擦結合式の結合部を生ぜしめる機能と、他方では磁束導体のＵ字脚をその延在方向に対して横方向で互いに磁気的に絶縁する機能とを満たしている。

本発明の別の有利な構成では、第２のクラッチ部分が、クランプジョーの間に配置された薄い円板として形成されていて、有利には複数のスリットを有しており、これらのスリットが、軟質磁性材料において複数列で互いに並んで、有利には回転軸線に対してほぼ同心的な円形軌道上を延びており、スリット内に場合によっては摩擦ライニングが配置されている。このような配置形式においても、摩擦ライニングは有利には非強磁性の材料から成っており、一方ではクラッチ部分の間における摩擦結合式の結合部を生ぜしめるために働き、かつ他方では半径方向においてスリットの間に位置している軟質磁性材料のウェブを互いに磁気的に絶縁するために働く。

本発明の別の有利な構成では、スリットが中断部を有していて、該中断部においてウェブが、軟質磁性材料から形成されていて有利には回転軸線に対してほぼ半径方向に延びる横方向ウェブによって、互いに結合されている。このように構成されていると、円板状の第２のクラッチ部分は、打抜き工程によって例えば金属薄板から安価に製造することができる。そして円板のウェブ及び横方向ウェブは相対的な位置において等しく配置され、かつ互いに結合されていることができる。場合によっては、第２のクラッチ部分がこのようにして製造された軟質磁性材料から成る少なくとも２つの層を有していて、これらの層が例えば接着剤によって互いに結合されて１つの積層体を形成しているような構成も可能である。このような構成において、互いに隣接して連続する層の横方向ウェブが有利にはクラッチ部分の周方向において互いにずらされていると、クラッチ部分の高い機械的な強度を得ることができる。

本発明の別の有利な構成では、電磁石が位置固定のコイルを備えて形成されており、クラッチ部分が共通の軸において、コイルに対して及び相対的に回転可能に支承されている。このように構成されていると、相応な導体路を介して簡単な形式でコイルに電流を供給することができる。コイルに対してそれぞれ相対的に回転可能に支承されたクラッチ部分は、摩擦クラッチの係合時又は連結時に、回転軸線を中心にして共通に回転し、かつ摩擦クラッチの解離時又は遮断時には相対回動することができる。この場合、コイルへの相応な給電によって摩擦結合を短時間だけ中断することが可能であり、これによって両クラッチ部分は、例えば０°と６０°との間の所定の角度だけ相対回動することができる。場合によっては、１つのクラッチ部分がコイルと回動不能に結合されているような構成も可能である。このような構成では、電気機器のハウジングに対して回転可能な他方のクラッチ部分は、摩擦クラッチの閉鎖によって制動されることができる。さらに付言すれば、摩擦クラッチは２質量弾み車（Zweimassenschwungrad）においても使用することができ、この場合一方のクラッチ部分は２質量弾み車の一方の質量体と結合され、かつ他方のクラッチ部分は他方の質量体と結合されている。摩擦クラッチの閉鎖によって、軸を中心にして両質量体が相対的に生ぜしめる振動を、所望のように減衰することができる。

また本発明の別の有利な構成では、定置のコアとクラッチ部分との間における空隙が、該空隙が回転軸線に対してほぼ半径方向に磁束によって貫通されるように、配置されている。クラッチ部分と定置のコアとの間で両方の空隙において生じる磁力は、構成部材において受け止められ、軸受を負荷しない。

本発明の別の有利な構成では、クランプジョーが、歯列又はこれに類したガイドエレメントによって、回転軸線を中心にして回動不能ではあるが軸方向摺動可能に、互いに結合されている。これによって、クラッチ部分の間における摩擦力のさらに良好な伝達が可能になる。さらに、両クランプジョーは常に等しい相対回動位置を占めることになる。

本発明の特に有利な構成では、１つのクラッチ部分が、軸、特に内燃機関のカム軸と回動不能に結合されており、他方のクラッチ部分が車として形成されていて、該車がその外周部に、ベルト、チェーン又はこれに類した引張り手段のための係合箇所を有しており、該引張り手段が有利には、内燃機関のクランク軸と駆動結合されている。本発明のこのような構成は、内燃機関の運転時にクランク軸に比例して回転するカム軸が、その回転軸線を中心にした振動を有していて、この振動が引張り手段を介してクランク軸からカム軸に伝達されるような場合に、有用である。このような振動は、両クラッチ部分の間におけるトルク伝達がフリーホイールにおけるように、トルク振動の半波（Halbwelle）だけを調節過程のために利用する場合、カム軸を規定された角度だけクランク軸に対して相対回動させるのに、利用することができる。本発明はまた相応な形式で、主軸と該主軸に比例して回転する副軸とを有していて、主軸と副軸とが相対的に回動可能であるようなその他の系のために使用することができる。

本発明の別の有利な構成では、磁束を生ぜしめるために少なくとも１つの永久磁石が、磁気回路に配置されており、電磁石が、少なくとも１つの永久磁石によって磁気回路内に生ぜしめられる磁束を弱化及び／又は強化するために形成されている。例えば内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回動時におけるように、摩擦クラッチが短時間だけ解離されるような使用時に、このような処置は電磁石のコイルの消費電流を減じることができ、つまりコイルにはほぼ、クラッチ部分の係合ポジションにおいてしか給電する必要がなく、クラッチ部分の係合時には磁気回路における磁束は、永久磁石によってもたらされる。

本発明の特に有利な構成では、永久磁石における磁束の横断面が、軟質磁性材料における最小の磁束横断面の少なくとも６倍、場合によっては７倍、特に８倍、有利には１０倍の大きさである。永久磁石は有利には、プラスチック結合された薄い層として構成されていて、そのエネルギプロダクトが比較的大きく、特に永久磁石の最大エネルギプロダクトに相当するような作業ポイントにおいて運転されることができる。

本発明の別の有利な構成では、少なくとも１つの永久磁石が軟質磁性材料と少なくとも１つの空隙との間に配置されていて、該永久磁石の一方の磁極が空隙に向けられ、かつ他方の磁極が軟質磁性材料に向けられている。このように構成されていると、コンパクトに構成された磁気回路が生ぜしめられる。磁極は軟質磁性材料と空隙との間に被覆層として設けられていることができる。

前記課題は、請求項２０の特徴部に記載された構成によっても解決することができる。すなわち請求項２０記載の構成では、発信エレメントがクラッチ部分と結合されていて、該発信エレメントが、クラッチ部分相互の回動時に両クラッチ部分に対して運動するようになっており、クラッチ部分の間における回転角を間接的に測定するために、発信エレメントの位置検出のためのセンサが設けられている。

このように構成されていると、両クラッチ部分が回転運動している場合でも、回転角を大きな精度をもって簡単に測定することが可能になる。しかしながらこの場合センサは位置固定に配置されていてもよい。このような構成では、両クラッチ部分の回転数又は角速度の検出及び相応な測定信号の積分による回転角の面倒かつ複雑な測定を、回避することができる。発信エレメント及びセンサによって形成される測定装置と、電磁石のコイルへの給電のための調節可能な電流源は、所定された又は所定可能なクラッチ部分の間における回転角を調節するための、調整回路の一部であってよい。また内燃機関との関連において使用される摩擦クラッチでは、調整回路を内燃機関の機関制御装置と連結することも可能である。

請求項２０記載の摩擦クラッチにおいて、別の有利な構成では、発信エレメントがそれぞれスライドガイドを介して、個々のクラッチ部分と摺動可能に結合されており、スライドガイドの摺動方向が互いに対して斜めに延びていて、クラッチ部分の相対的な回転時に、発信エレメントがクラッチ部分に対して接近・離反運動するようになっており、発信エレメントの移動距離を測定するためのセンサが、有利には距離センサとして形成されている。この場合センサは特に、誘導式の安価な軸方向距離センサであってよい。

本発明のさらに別の有利な構成では、少なくとも１つのスライドガイドが、該スライドガイドの摺動路が、少なくとも１つのクラッチ部分の回転軸線に対して同軸的な螺旋状の軌道曲線に沿って延びるように、形成されており、他方のクラッチ部分に配置されたスライドガイドが、有利にはリニアガイドとして形成されていて、その摺動運動路が回転軸線の延在方向に延びている。このように構成されていると、螺旋状の摺動路を備えたスライドガイドは、第１のガイド部分に設けられた少なくとも１つの凸部によって安価に実現することができ、この凸部は、第２のガイド部分の螺旋状の溝に係合している。この場合一方のガイド部分はクラッチ部分と結合されていて、他方のガイド部分は発信エレメントと結合されていることができる。

本発明の別の有利な構成では、発信エレメントが、少なくとも１つのクラッチ部分の回転軸線に対してほぼ同心的に配置されたリングエレメントとして形成されている。位置発信器とセンサとによって形成された測定装置は、クラッチ部分の回転運動時に、両クラッチ部分の間における回転角の連続的な検出を可能にする。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

全体を符号１で示された電磁式の摩擦クラッチは、第１のクラッチ部分２と、該第１のクラッチ部分２に対して回転可能に支承された第２のクラッチ部分３とを有しており、この第２のクラッチ部分３は軸４に配置されていて、この軸４は例えば、内燃機関のカム軸である。図１及び図２から分かるように、第２のクラッチ部分３は円錐スリーブ５を介して軸４と回動不能に結合されている。円錐スリーブ５は、軸４の端面側に配置されたねじ山付孔にねじ込まれた中央ねじ６を用いて、その内側円錐面で軸４の外側円錐面に緊締されている。図２から分かるように、中央ねじ６と円錐スリーブ５の端面との間にはワッシャ７が配置されている。第１のクラッチ部分２は、円錐スリーブ５の外周面に配置されていてニードルころを有している第１のころがり軸受８を介して、軸４の軸線を中心にして回転可能に該軸４と結合されている。軸方向で見てころがり軸受８の両側には、図２に示された実施例ではスラストワッシャ９が配置されている。

第１のクラッチ部分２は、軸４に対して同軸的に互いに対して接近・離反運動可能な２つのクランプジョー１０ａ，１０ｂを有している。外側のクランプジョー１０ａはリング状に形成されていて、軸４の回転軸線１１と該軸４に対する垂線とによって画成された直径平面、つまり例えば図１及び図２における図平面において、ほぼＵ字形のリング横断面を有している。外側のクランプジョー１０ａにおける内側のＵ字脚は、外側のクランプジョー１０ａが軸方向で軸４に固定されるように、ころがり軸受８に対して支持されている。外側のクランプジョー１０ａはその外周部に、引張り手段（図示せず）のための係合箇所を有しており、引張り手段は例えば、内燃機関のクランク軸によって駆動される歯付きベルトであり、この歯付きベルトは、クランプジョー１０ａの外周部に設けられた歯列に係合している。

外側のクランプジョー１０ａの両Ｕ字脚の間には、内側のクランプジョー１０ｂが配置されており、この内側のクランプジョー１０ｂは同様にリング状に形成されていて、クランプジョー１０ａに対してほぼ同心的に配置されている。内側のクランプジョー１０ｂは図平面においてほぼＵ字形のリング横断面を有していて、外側のクランプジョー１０ａ内に次のように、すなわち内側のクランプジョー１０ｂのＵ字脚の自由端部が外側のクランプジョー１０ａのＵ字脚と同じ方向を指すように、配置されている。内側のクランプジョー１０ｂは、玉軸受として形成された第２のころがり軸受を介して、電磁石の位置固定の軟質磁性のコア１２と、回転軸線１１を中心にして回転可能に結合され、かつ回転軸線１１の方向では軟質磁性のコア１２に対して接近・離反運動可能に結合されている。位置固定のコア１２は図面には詳しく示されていない保持装置、例えば内燃機関の機関ブロックに固定されていることができる保持装置によって、保持される。

図２から分かるように、クランプジョーは、その外側の脚部分に設けられていて互いに係合している歯列１３によって互いに結合されていて、その結果内側のクランプジョー１０ｂは軸方向においてほぼ軸４に沿って摺動可能でかつこれにより外側のクランプジョー１０ａに対して接近・離反運動可能である。内側のクランプジョー１０ｂの内側のクランプジョー１０ｂの係合ポジションにおいて、第２のクラッチ部分３は該クラッチ部分と外側のクランプジョー１０ａとの間において、クラッチ部分２，３を貫通する磁束により生ぜしめられたクランプ力によって緊締されている。このクランプ力は、クランプジョー１０ａ，１０ｂがスリップなしに互いに摩擦係合するように、設定されている。遮断ポジションにおいては、両クラッチ部分２，３は相対的に回転可能である。

磁束は永久磁石１４によって生ぜしめられ、この永久磁石１４は、第１のクラッチ部分２の両クランプジョー１０ａ，１０ｂと第２のクラッチ部分３と定置のコア１２と、このコア１２と第２のクラッチ部分３との間に配置された空隙１５とを通る磁気回路に配置されている。定置のコア１２と、クラッチ部分３の磁束を通す領域とは、軟質磁性の材料から成っている。図１の上半部には、磁束が磁束線１６によって示され、流れ方向が矢印によって示されている。

摩擦クラッチ１の係合・遮断のために設けられた電磁石は、軟質磁性のコア１２にコイル１７を有しており、このコイル１７は周方向において複数の巻条で回転軸線１１を中心にして巻かれている。コイル１７には、図示されていない電気的な接続導体を介して、永久磁石１４の磁束とは逆向きの磁界を生ぜしめるように、給電可能であり、このコイル１７によって生ぜしめられる磁界は、磁気回路における磁束を少なくともある程度減じられ、すなわち磁束によって生ぜしめられる力、つまりクランプジョー１０ａ，１０ｂを第２のクラッチ部分３に押圧する力が減じられ、クラッチ部分２，３の間においてスリップが生じるようになっている。永久磁石１４の磁束は、コイル１７が給電されていない場合にクラッチ部分２，３が相互に作用するトルクを伝達するように、設定されている。

磁束はクラッチ部分２，３において次のように、すなわち磁束が、流れ方向において相前後して配置された、クラッチ部分２，３の間における（図１の実施例では１２の、図２の実施例では２０の）磁束移行箇所（Flussuebergangsstelle）において交番するように、案内されている。この場合磁束はそれぞれ複数回相前後して、一方のクランプジョー１０ａから第２のクラッチ部分３を通って他方のクランプジョー１０ｂに延び、その後でこの他方のクランプジョー１０ｂから第２のクラッチ部分３を通って最初に挙げたクランプジョー１０ａに戻る。従ってクランプジョー１０ａ，１０ｂにおいてクランプ力を生ぜしめるのに、磁気回路において比較的小さな磁気エネルギしか必要ない。

図１及び図２から分かるように、第１のクラッチ部分２のクランプジョー１０ａ，１０ｂはそれぞれ保持体２５ａ，２５ｂを有しており、この保持体２５ａ，２５ｂは、例えばアルミニウムのような非強磁性材料から成っており、保持体２５ａ，２５ｂには、互いに間隔をおいて複数の軟質磁性の磁束導体１８ａ，１８ｂ，１８ｃが配置されており、これらのうちの磁束導体１８ａは、各１つの空隙１５を磁束移行箇所と接続し、磁束導体１８ｂ，１８ｃは、互いに間隔をおいて位置する磁束移行箇所のうちの、回転軸線１１に対して半径方向に並んで配置された各２つの磁束移行箇所を、ほぼＵ字形に互いに接続している。すなわち図面から明らかなように、磁束導体１８ｂ，１８ｃのＵ字脚の自由端部は、それぞれ第２のクラッチ部分３に向けられている。磁束導体１８ｂ，１８ｃはリング状に形成されていて、回転軸線１１に対してほぼ同心的に、回転軸線１１に対して横方向に互いに間隔をおいて位置する複数の列で、回転軸線１１を中心に巻かれている。以上のことすべてによって、流れ方向が交番する右湾曲部と左湾曲部とを有する磁束経過が生ぜしめられ、右に向かって湾曲した磁束導体１８ｂはそれぞれ一方のクランプジョー１０ａ，１０ｂに配置され、かつ左に向かって湾曲した磁束導体１８ｃはそれぞれ他方のクランプジョー１０ｂ，１０ａに配置されている。磁束導体１８ａもまたリング状に形成されていて、回転軸線１１に対して同心的に配置されている。

図２に示された実施例から分かるように、磁束導体１８ｂ，１８ｃはそれぞれ、クランプジョー１０ａ，１０ｂの非強磁性の保持体２５ａ，２５ｂ内に埋め込まれている。個々の磁束導体のＵ字脚の間には、非強磁性の摩擦ライニングによって満たされた中間室が設けられている。

図３から分かるように、第２のクラッチ部分３は軟質磁性材料から成る薄い円板として形成されていて、スリット１９を有しており、これらのスリット１９は、複数列において互いに並んで配置されていて、回転軸線１１に対してほぼ同心的に配置された複数の円形軌道に沿って延びている。スリット１９の間には軟質磁性のウェブが形成されており、これらのウェブは回転軸線１１を取り囲んでいて、半径方向において互いに間隔をおいて配置されている。図３からさらに分かるように、スリット１９は中断部を有しており、これらの中断部においてウェブは、回転軸線１１に対してほぼ半径方向に延びる軟質磁性の横方向ウェブによって互いに結合されている。スリット１９は摩擦ライニングによって満たされていて、この摩擦ライニングは摩擦クラッチ１の閉鎖位置において、クランプジョー１０ａの摩擦ライニングと共働する。

定置のコア１２と磁束導体１８ａとの間における空隙１５は、周方向において回転軸線１１を中心にして同心的に延びている。特に図１から良く分かるように、空隙は半径方向で磁束によって貫通される。図２に示された実施例では磁束の横断面は両方の空隙１５において、マグネットコアの軟質磁性材料における最小の磁束横断面に比べて、それぞれ少なくとも５倍の大きさを有している。これによって空隙においてはコイル１７の非給電時において、僅かな磁気エネルギしか貯えられていない。従って滑りクラッチ１の相応に大きな調節推進力（Verstelldynamik）が生ぜしめられる。永久磁石１４は空隙に配置されている。永久磁石１４における磁束横断面は少なくとも、磁気回路の成分における最小の磁束横断面の数倍になる。これによって永久磁石１４における低い磁束密度が得られ、永久磁石１４は最大のエネルギプロダクトの近傍において運転することができる。

図２に示された実施例では、磁気回路の軟質磁性の材料は、磁束の流れ方向に対して横方向で互いに電気絶縁されている層を備えた成層鉄心ユニットとして形成されている。さらに図面から明らかなように、クランプジョー１０ａ，１０ｂにおいて磁束導体１８ｂ，１８ｃの横断面は図平面において、回転軸線１１からの間隔の増大に連れて減少している。このことは、磁束導体１８ｂ，１８ｃの成層鉄心ユニットの層の数が、半径方向において内側から外側に向かって減少していることによって達成される。このような構成によって、磁束導体１８ｂ，１８ｃによって形成された磁気回路区分において磁束密度はほぼ一定であり、すなわち外方に向かって減少する軟質磁性材料の横断面は、リング状の磁束導体１８ｂ，１８ｃの横断面に対して該磁束導体１８ｂ，１８ｃの周囲の長さが外方に向かって増大することによって、ほぼ相殺される。

図２及び図３から分かるように、摩擦クラッチ１は発信エレメント２０を有しており、この発信エレメント２０は、回転軸線１１に対して同心的に配置されたリングエレメントとして形成されている。発信エレメント２０のリング横断面は、回転軸線１１と該回転軸線１１に対する垂線とによって画成された平面において、２つの脚部分を備えてほぼＬ字形に形成されており、この場合一方の脚部分はほぼ回転軸線１１に対して同心的なスリーブ２６の形をしており、かつ他方の脚部分はリングフランジ２７として形成されていて、そのフランジ平面はほぼ回転軸線１１に対して直角に配置されている。発信エレメント２０は、スリーブ２６に配置された第１のスライドガイドを介して、回転軸線１１の方向で、第１のクラッチ部分２の外側のクランプジョー１０ａと摺動可能に結合されており、かつ第２のスライドガイド２８を介して、第１のスライドガイドの摺動方向に対して斜めに第２のクラッチ部分３と結合されており、そして両方のクラッチ部分２，３の相対回動時に発信エレメント２０が軸方向において軸４に沿って摺動するようになっている。両クラッチ部分２，３の間における回転角を間接的に測定するために、発信エレメント２０の位置検出のためのセンサ２１が設けられており、このセンサ２１は図２に示された実施例では間接的な距離センサとして形成されている。

第１のスライドガイドはリニアガイドとして形成されていて、発信エレメント２０に歯列２９を有しており、これらの歯列２９はその歯が回転軸線１１に対して平行に延びていて、第２のクラッチ部分３に配置された対応歯列２２と係合している。第１のスライドガイドを用いて発信エレメント２０は、軸方向摺動可能ではあるが相対回動不能に第２のクラッチ部分３と、ひいては軸４と結合されている。

図４から良く分かるように、発信エレメント２０における第２のスライドガイドは溝２３を有しており、この溝２３は、回転軸線１１に対して同心的な螺旋軌道に沿って延びている。第１のクラッチ部分の内側のクランプジョー１０ｂには、溝２３に対応する凸部２４が設けられており、この凸部２４は溝２３内において案内され、かつ螺旋軌道に沿って発信エレメント２０に対して相対的に移動可能である。

クラッチ部分の軟質磁性材料において案内される磁束によって貫通される、相対的に回転可能な２つのクラッチ部分を備えた摩擦クラッチを示す横断面図である。 軟質磁性材料が積層されて形成された電磁式の摩擦クラッチであって、該摩擦クラッチが、相対的に回転するクラッチ部分の回転角を検出するためのセンサを有している摩擦クラッチを示す横断面図である。 電磁式の摩擦クラッチの円板として形成されたクラッチ部分を示す平面図である。 クラッチ部分の凸部が係合する溝を有している、角度センサの発信エレメントを示す斜視図であって、クラッチ部分が突出部の領域においてしか示されていない斜視図である。

符号の説明

１ 摩擦クラッチ、 ２，３ クラッチ部分、 ４ 軸、 ５ 円錐スリーブ、 ６ 中央ねじ、 ７ ワッシャ、 ８ ころがり軸受、 ９ スラストワッシャ、 １０ａ，１０ｂ クランプジョー、 １１ 回転軸線、 １２ コア、 １３ 歯列、 １４ 永久磁石、 １５ 空隙、 １６ 磁束線、 １７ コイル、 １９ スリット、 ２０ 発信エレメント、 ２１ センサ、 ２３ 溝、 ２４ 凸部、 ２５ａ，２５ｂ 保持体、 ２６ スリーブ、 ２７ リングフランジ、 ２８ スライドガイド、 ２９ 歯列

Claims (23)

1. 電磁式の摩擦クラッチであって、相対的に回転可能に支承された少なくとも２つのクラッチ部分が設けられており、該クラッチ部分が、クラッチ部分において軟質磁性材料の所を案内される磁気回路の磁力によって互いに圧着可能であり、磁気回路内に、クラッチ部分における磁束を変化させるために少なくとも１つの電磁石が配置されている形式のものにおいて、磁気回路がクラッチ部分において次のように、すなわち磁束が、磁束の流れ方向において相前後して配置された少なくとも１０箇所の、クラッチ部分の間における磁束移行箇所で交番するように、案内されていることを特徴とする電磁式の摩擦クラッチ。
2. 請求項１の上位概念部に記載の摩擦クラッチ、特に請求項１記載の電磁式の摩擦クラッチであって、磁気回路がクラッチ部分において次のように、すなわち磁束が、磁束の流れ方向において相前後して配置された少なくとも５つの、クラッチ部分の間における磁束移行箇所において交番するように、案内されている形式のものにおいて、軟質磁性材料が少なくとも部分的に、磁束の流れ方向に対して横方向で互いに電気絶縁された層を備えた成層鉄心ユニットとして形成されていることを特徴とする電磁式の摩擦クラッチ。
3. 請求項２の上位概念部に記載の摩擦クラッチ、特に請求項１又は２記載の電磁式の摩擦クラッチであって、電磁石がコイルと軟質磁性のコアとを有しており、磁気回路が、軟質磁性のコアと少なくとも１つのクラッチ部分との間に空隙を有している形式のものにおいて、磁束の横断面が少なくとも１つの空隙において、磁気回路の軟質磁性材料における最小の磁束横断面の、少なくとも５倍の大きさを有していることを特徴とする電磁式の摩擦クラッチ。
4. 空隙における磁束の横断面が、軟質磁性材料における最小の磁束横断面の、少なくとも６倍、場合によっては７倍、特に８倍、有利には１０倍の大きさを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
5. 第１のクラッチ部分が、互いに対して接近・離反運動可能な少なくとも２つのクランプジョーを有しており、これらのクランプジョーの間に第２のクラッチ部分が配置されており、クラッチ部分の軟質磁性材料が次のように、すなわち磁束が少なくとも１回、一方のクランプジョーから第２のクラッチ部分を通って他方のクランプジョーに、かつ場合によっては該他方のクランプジョーから再び第２のクラッチ部分を通って一方のクランプジョーへと交番するように、配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
6. 少なくとも１つのクラッチ部分が、少なくとも１つの非強磁性の保持体を有していて、該保持体に、軟質磁性材料から形成された複数の磁束導体が配置されていて、これらの磁束導体が、互いに間隔をおいて位置していて、それぞれ少なくとも２つの磁束移行箇所を互いに接続している、請求項１から５までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
7. 磁束導体がほぼＵ字形の横断面を有していて、Ｕ字脚の自由端部が、磁束移行箇所に向けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
8. Ｕ字形横断面を有する磁束導体が、少なくとも１つのクラッチ部分の回転軸線に対して同心的な少なくとも１つの円形軌道に沿って延びており、有利には該円形軌道をリング状に取り囲んでいる、請求項１から７までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
9. 複数の磁束導体が、回転軸線に対して異なった距離をおいて位置する互いにほぼ同心的な複数の円形軌道上に配置されており、回転軸線と該回転軸線に対する垂線とによって画成された平面における磁束導体の横断面が、回転軸線からの距離の増大に連れて減少していて、磁束導体によって形成される磁気回路の区分において、磁束密度がほぼ一定になっており、有利には磁束導体の成層鉄心ユニットの層の数が、半径方向で内側から外側に向かって減少している、請求項１から８までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
10. クラッチ部分が摩擦ライニングを有しており、摩擦ライニングが少なくとも１つのクラッチ部分において、磁束導体のＵ字脚の間に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
11. 第２のクラッチ部分が、クランプジョーの間に配置された薄い円板として形成されていて、有利には複数のスリットを有しており、これらのスリットが、軟質磁性材料において複数列で互いに並んで、有利には回転軸線に対してほぼ同心的な円形軌道上を延びており、スリット内に場合によっては摩擦ライニングが配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
12. スリットが中断部を有していて、該中断部においてウェブが、軟質磁性材料から形成されていて有利には回転軸線に対してほぼ半径方向に延びる横方向ウェブによって、互いに結合されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
13. 電磁石が位置固定のコイルを備えて形成されており、クラッチ部分が共通の軸において、コイルに対して及び相対的に回転可能に支承されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
14. 定置のコアとクラッチ部分との間における空隙が、該空隙が回転軸線に対してほぼ半径方向に磁束によって貫通されるように、配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
15. クランプジョーが、歯列又はこれに類したガイドエレメントによって、回転軸線を中心にして回動不能ではあるが軸方向摺動可能に、互いに結合されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
16. １つのクラッチ部分が、軸、特に内燃機関のカム軸と回動不能に結合されており、他方のクラッチ部分が車として形成されていて、該車がその外周部に、ベルト、チェーン又はこれに類した引張り手段のための係合箇所を有しており、該引張り手段が有利には、内燃機関のクランク軸と駆動結合されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
17. 磁束を生ぜしめるために少なくとも１つの永久磁石が、磁気回路に配置されており、電磁石が、少なくとも１つの永久磁石によって磁気回路内に生ぜしめられる磁束を弱化及び／又は強化するために形成されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
18. 永久磁石における磁束の横断面が、軟質磁性材料における最小の磁束横断面の少なくとも６倍、場合によっては７倍、特に８倍、有利には１０倍の大きさである、請求項１から１７までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
19. 少なくとも１つの永久磁石が軟質磁性材料と少なくとも１つの空隙との間に配置されていて、該永久磁石の一方の磁極が空隙に向けられ、かつ他方の磁極が軟質磁性材料に向けられている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。
20. 発信エレメントがクラッチ部分と結合されていて、該発信エレメントが、クラッチ部分相互の回動時に両クラッチ部分に対して運動するようになっており、クラッチ部分の間における回転角を間接的に測定するために、発信エレメントの位置検出のためのセンサが設けられている、請求項の上位概念部に記載の摩擦クラッチ、特に請求項１記載の電磁式の摩擦クラッチ。
21. 発信エレメントがそれぞれスライドガイドを介して、個々のクラッチ部分と摺動可能に結合されており、スライドガイドの摺動方向が互いに対して斜めに延びていて、クラッチ部分の相対的な回転時に、発信エレメントがクラッチ部分に対して接近・離反運動するようになっており、発信エレメントの移動距離を測定するためのセンサが、有利には距離センサとして形成されている、請求項２０記載の電磁式の摩擦クラッチ。
22. 少なくとも１つのスライドガイドが、該スライドガイドの摺動路が、少なくとも１つのクラッチ部分の回転軸線に対して同軸的な螺旋状の軌道曲線に沿って延びるように、形成されており、他方のクラッチ部分に配置されたスライドガイドが、有利にはリニアガイドとして形成されていて、その摺動運動路が回転軸線の延在方向に延びている、請求項２０又は２１記載の電磁式の摩擦クラッチ。
23. 発信エレメントが、少なくとも１つのクラッチ部分の回転軸線に対してほぼ同心的に配置されたリングエレメントとして形成されている、請求項２０から２２までのいずれか１項記載の電磁式の摩擦クラッチ。

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