JP2006083723A - 電磁力−流体圧変換機構 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を抑制でき、効率の良い電磁力−流体圧変換機構を提供することである。
【解決手段】電磁力−流体圧変換機構であって、軸方向一端側の半径方向中心部に形成された磁極と、コイル収容溝と、磁極に対向して軸方向の他端側に形成されたアーマチュア部材挿入穴を有するコア部材と、コイル収容溝中に収容された励磁コイルと、コア部材の磁極と所定の空隙をもって対向配置されるようにアーマチュア部材挿入穴中に挿入されたアーマチュア部材とを含んでいる。空隙中には磁性流体等の透磁率の高い流体が満たされているとともに、コア部材の磁極に軸方向に伸長する貫通穴が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気的動力を流体の圧力に変換し、この流体圧で湿式多板クラッチ等の係合を制御する電磁力−流体圧変換機構に関する。

例えば、主駆動輪が前輪である４輪駆動車両の駆動力配分装置においては、エンジンの駆動力を前輪にだけ伝達する前輪駆動状態と、エンジンの駆動力を前輪及び後輪の両方に伝達する４輪駆動状態とを、エンジンと後輪間の駆動力伝達系に配置した油圧クラッチの係合を制御することにより切り替え可能である。

この油圧クラッチの締結制御は、例えば、モータで駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプが発生した油圧を蓄圧するアキュムレータと、アキュムレータに蓄圧した油圧を調圧するレギュレータとを含んだ油圧制御システムにより実行される。

しかし、この油圧制御システムでは、油圧クラッチを締結する所定の油圧を得るために、油圧ポンプが発生した油圧を一端アキュムレータに蓄圧し、その油圧をレギュレータによって調圧しているので、アキュムレータやレギュレータが必要になって部品点数やコストが増加する問題があった。

この問題を解決するために、油圧多板クラッチの締結制御をソレノイドを利用した油圧発生手段で行うようにした装置が特公平４−７７１６６号公報により提案されている。

この公告公報に記載された多板クラッチ装置では、多板クラッチの油圧室が管路を介してソレノイド部のシリンダ室に接続されている。シリンダ内にはソレノイドピストンが収容されており、このソレノイドピストンはアーマチュア（可動鉄片）に連結されている。アーマチュアの回りにはソレノイド（コイル）が配置されている。

ソレノイドに通電すると、電磁力によりアーマチュアが移動され、これによりソレノイドピストンが移動されてシリンダ内に油圧が発生する。発生した油圧は管路を介してクラッチの油圧室内に入り、クラッチピストンを所定の圧力で押圧する。これにより、クラッチプレートとクラッチディスクが互いに押し付けられ、入力側回転部材と出力側回転部材とが駆動力伝達状態に連結される。
特公平４−７７１６６号公報

上述した特許文献１に開示された多板クラッチの油圧発生機構では、ソレノイドに通電することにより可動鉄片（アーマチュア）を移動させ、アーマチュアに連結されたソレノイドピストンがシリンダ内で移動することにより油圧を発生させている。

しかし、この油圧発生機構では、ソレノイド部がコア（励磁鉄心）を有しないため、ソレノイドピストンによる大きな押圧力を発生するのが困難であるという問題がある。ソレノイドピストンに大きな押圧力を発生するためには、ソレノイドに大電流を流す必要があり、消費電力が大きくなるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的小さな電流の印加で大きな電磁吸引力を発生可能な電磁力−流体圧変換機構を提供することである。

請求項１記載の発明によると、軸方向一端側の半径方向中心部に形成された磁極と、コイル収容溝と、該磁極に対向して軸方向の他端側に形成されたアーマチュア部材挿入穴とを有するコア部材と、前記コイル収容溝中に収容された励磁コイルと、前記磁極と所定の空隙をもって対向配置されるように前記アーマチュア部材挿入穴中に挿入されたアーマチュア部材とを具備し、前記空隙中に透磁率の高い流体を満たすとともに、前記磁極に軸方向に伸長する貫通穴を設けたことを特徴とする電磁力−流体圧変換機構が提供される。

好ましくは、透磁率の高い流体は磁性流体から構成される。

本発明によると、コア部材とアーマチュア部材が対向する空隙中に磁性流体等の透磁率の高い流体を満たしたため、励磁コイルへの電流の印加により大きな電磁力を発生させることができ、これを直接機械的推力に変換し、更に流体の圧力に変換することができる。よって、磁極に設けられた貫通穴を流体作動装置の流体圧室に連通することにより、小さな消費電力で流体作動装置の作動を制御することができる。

図１を参照すると、本発明実施形態の電磁力−流体圧変換機構（以下、本明細書では電磁アクチュエータと略称することがある）２の縦断面図が示されている。電磁アクチュエータ２は軸方向一端側の半径方向中心部に形成された磁極６と、コイル収容溝８と、磁極６に対向して軸方向の他端側に形成されたアーマチュア部材挿入穴１０を有するコア部材（励磁鉄心）４を含んでいる。

コア部材４のコイル収容溝８中には励磁コイル１２が収容されており、コア部材４のアーマチュア部材挿入穴１０中にはその磁極１４ａがコア部材４の磁極６に所定の空隙（ギャップ）をもって対向配置されるようにアーマチュア部材（可動鉄片）１４が挿入されている。

アーマチュア部材１４の磁極１４ａと反対側には鍔部１４ｂが形成されており、この鍔部１４ｂとコア部材４との間にリターンスプリング１６が介装されている。

コア部材４の磁極６とアーマチュア部材１４の磁極１４ａが対向する空隙１５中は、例えば磁性流体等の透磁率の高い流体２０で満たされている。本実施形態では空隙１５はコイル収容溝８と連通しているため、コイル収容溝８中にも透磁率の高い流体が満たされている。磁性流体としては多くのものが市販されており、例えば、窒化鉄系微粒子と界面活性剤及び炭化水素系のベースオイルから成る磁性流体を使用可能である。

コア部材４の磁極６には軸方向に伸長する流体圧取り出し用の貫通穴１８が形成されている。また、コア部材４とアーマチュア部材１４の摺動部には空隙１５中に満たされた流体２０を密封するための環状シール２２が設けられている。２４は固定フレームであり、固定フレーム２４とアーマチュア部材１４の鍔部１４ｂとでアーマチュア部材１４のストッパを形成している。

図２に示すように、励磁コイル１２に電流を印加すると、電流は矢印２６で示すコイルの巻回方向に流れる。これにより、コア部材４とアーマチュア部材１４の間にループ２８，３０で示すような磁路が形成される。

その結果、コア部材４とアーマチュア部材１４の磁極６，１４ａとの間に吸引力が発生する。発生する吸引力は磁路に蓄えられた磁気エネルギーを磁路に沿った距離で微分した値である。

磁気エネルギーは起磁力Ｈ（励磁電流Ｉ×コイルの巻き数Ｎ）と磁束密度Ｂに比例し、磁束密度Ｂは起磁力Ｈと透磁率μの積を、磁路の長さＬで割ったものである。よって、磁気エネルギーの大きさは透磁率μに比例する。

本実施形態では、この吸引力によって磁極間の空隙部１５に封入された流体に圧力が発生する。よって、電磁アクチュエータ２の貫通穴１８を管路を介して湿式多板クラッチ等の流体作動装置の流体圧室に接続することにより、電磁アクチュエータ２により流体作動装置の作動を制御することができる。

以下、図３及び図４を参照して、本発明実施形態の電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）２を自動車の湿式多板クラッチの締結の制御に適用したシステム構成例について説明する。

図３を参照すると、第１のシステム構成例が示されている。４輪駆動車両は主駆動輪たる左右の前輪３２と、副駆動輪たる左右の後輪３４を備えている。

エンジン３６の駆動力はトランスミッション３８、ファイナルドライブギヤ４０、ファイナルドリブンギヤ４２、フロントデファレンシャルギヤ４４、及び左右のフロント車軸４６を介して左右の前輪３２に伝達される。

また、ファイナルドリブンギヤ４２の駆動力は、第１ベベルギヤ４８、第２ベベルギヤ５０、フロントユニバーサルジョイント５２、プロペラシャフト５４、リヤユニバーサルジョイント５６、湿式多板クラッチ５８、第３ベベルギヤ６０、第４ベベルギヤ６２、リヤデファレンシャルギヤ６４及び左右のリヤ車軸６６を介して左右の後輪３４に伝達される。

湿式多板クラッチ５８は入力側に連結されたクラッチガイドに回転不能且つ軸方向移動可能に取り付けられた複数のクラッチプレート６８と、クラッチプレート６８と交互に配置されるように、出力側に連結されたクラッチインナーハブに回転不能且つ軸方向移動可能に取り付けられた複数のクラッチディスク７０を有している。

湿式多板クラッチ５８は更にクラッチピストン７２を有しており、流体圧室７４に作用する流体圧でクラッチピストン７２を駆動してクラッチプレート６８及びクラッチディスク７０を互いに締結することで、プロペラシャフト５４の回転を第３ベベルギヤ６０に伝達する。

湿式多板クラッチ５８の流体圧室７４は、管路７６を介して上述した実施形態の電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）２の貫通穴１８に接続されている。管路７６中の流体圧は圧力センサ７８で検出され、圧力センサ７８が検出した圧力信号に応じてコントローラ８０が励磁コイル１２の駆動回路８２を制御する。

よって、圧力センサ７８で検出した管路７６中の流体圧に応じて、駆動回路８２より励磁コイル１２に所望の電流を流し、電磁アクチュエータ２をフィードバック制御できるため、電磁アクチュエータ２が発生した所望の流体圧で湿式多板クラッチ５８の係合の程度を制御することができる。

図４を参照すると４輪駆動車両の湿式多板クラッチのアクチュエータとして適用した他のシステム構成例が示されている。図３に示したシステム構成と同一構成部分については同一符号を付し、その説明を省略する。

このシステム構成例での電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）２Ａは図１及び図３に示した電磁アクチュエータ２と類似しているが、アーマチュア部材１４の鍔部１４ｂから伸長するロッド８４を設け、このロッド８４の位置をポテンショメータ等の位置センサ８６で検出して、励磁コイル１２の電流値をフィードバック制御するようにしている。

即ち、位置センサ８６によりアーマチュア部材１４の変位を検出し、アーマチュア部材１４の変位に応じてコントローラ８６が励磁コイル１２の駆動回路８２を制御する。

このシステム構成例においては、電磁アクチュエータ２Ａの空隙１５、管路７６及び湿式多板クラッチ５８の流体圧室７４中の流体は閉回路を構成するため、アーマチュア部材１４の変位が管路７６中の流体圧に比例することになる。

よって、電磁アクチュエータ２Ａのアーマチュア部材１４の変位をフィードバック制御することにより、湿式多板クラッチ５８を所望の圧力で締結して、その係合の程度を制御することができる。

次に、図５の断面図を参照して、本発明実施形態の電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）２を四輪駆動装置に組み込んだ具体的構造例について説明する。

ケーシング８８内には入力シャフト９２と出力シャフト９４が回転自在に取り付けられている。入力シャフト９２はコンパニオンフランジ９０にスプライン結合されており、コンパニオンフランジ９０はプロペラシャフト５４に連結される。

湿式多板クラッチ５８は入力シャフト９２に固定的に取り付けられたクラッチガイド９６と、出力シャフト９４にスプライン結合されたクラッチハブ９８を含んでいる。クラッチガイド９６の内周部には複数のクラッチプレート６８が回転不能且つ軸方向に移動可能に取り付けられている。

更に、クラッチプレート６８と交互に配置されるようにクラッチハブ９８の外周に回転不能且つ軸方向移動可能に複数のクラッチディスク７０が取り付けられている。

湿式多板クラッチ５８は更に、クラッチピストン７２を有しており、流体圧室７４に作用する流体圧でクラッチピストン７２を駆動してクラッチプレート６８及びクラッチディスク７０を互いに締結することで、入力シャフト９２の回転を出力シャフト９４に伝達する。

出力シャフト９４の先端には第３ベベルギヤ６０が一体的に形成されており、この第３ベベルギヤ６０はリヤデファレンシャル装置６４のデファレンシャルケース６５に固定された第４ベベルギヤ６２と噛み合っている。

よって、出力シャフト９４の回転は、第３ベベルギヤ６０、第４ベベルギヤ６２、リヤデファレンシャル装置６４を介して、サイドシャフト１０４，１０６に伝達される。サイドシャフト１０４，１０６は左右のリヤ車軸６６に連結されている。

湿式多板クラッチ５８の流体圧室７４は、管路７６を介して電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）２の貫通孔１８に接続されている。図３に示したシステム構成例と同様に、管路７６中の流体圧は図示しない圧力センサで検出され、圧力センサが検出した圧力信号に応じてコントローラが励磁コイル１２の駆動回路を制御する。

クラッチピストン７２とクラッチハブ９８の間には、リターンスプリング１００が介装されている。１０２はトロコイド式の油圧ポンプであり、クラッチ５８のクラッチガイド９６を介して入力シャフト９２に接続されているため、エンジンの回転力により常時駆動されている。

図５に示した実施形態において、電磁アクチュエータ２の空隙１５、管路７６及び湿式多板クラッチ５８の流体圧室７４中には透磁率の高い流体が満たされ、且つ閉回路を構成する。

よって、圧力センサで検出した管路７６中の流体圧に応じて、励磁コイル１２に所望の電流を流し、電磁アクチュエータ２が発生する所望の流体圧で湿式多板クラッチ５８の係合の程度を制御することができる。

湿式多板クラッチ５８を解放すると、エンジンの駆動力は全て前輪の駆動に向けられ、車両は二輪駆動モードで動作する。湿式多板クラッチ５８を完全に締結すると、エンジンの駆動力は前輪と後輪とに５０％ずつ配分され、車両は四輪駆動モードで動作する。湿式多板クラッチ５８の係合の程度を制御することにより、エンジンの駆動力を後輪に０〜５０％の範囲内で配分することができる。

本発明実施形態の電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）の縦断面図である。 実施形態の作動を説明する図である。 本発明の電磁アクチュエータを湿式多板クラッチの制御に適用したシステム構成を示す図である。 本発明の電磁アクチュエータを湿式多板クラッチの制御に適用した他のシステム構成を示す図である。 本発明の電磁アクチュエータを組み込んだ四輪駆動装置の縦断面図である。

符号の説明

２ 電磁アクチュエータ（電磁力−流体圧変換機構）
４ コア部材
６ 磁極
８ コイル収容溝
１２ 励磁コイル
１４ アーマチュア部材
１５ 空隙
１６ リターンスプリング
１８ 圧力取出し用貫通穴
２０ 透磁率の高い流体
５８ 湿式多板クラッチ
７４ 流体圧室
７８ 圧力センサ
８０ コントローラ
８２ 駆動回路
８６ 位置センサ

Claims (2)

1. 軸方向一端側の半径方向中心部に形成された磁極と、コイル収容溝と、該磁極に対向して軸方向の他端側に形成されたアーマチュア部材挿入穴とを有するコア部材と、
   前記コイル収容溝中に収容された励磁コイルと、
   前記磁極と所定の空隙をもって対向配置されるように前記アーマチュア部材挿入穴中に挿入されたアーマチュア部材とを具備し、
   前記空隙中に透磁率の高い流体を満たすとともに、
   前記磁極に軸方向に伸長する貫通穴を設けたことを特徴とする電磁力−流体圧変換機構。
2. 前記透磁率の高い流体は磁性流体であることを特徴とする請求項１記載の電磁力−流体圧変換機構。

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