JP2007270986A - Rotation transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、動力の伝達と遮断の切換えに用いられる回転伝達装置、及びその回転伝達装置を採用したステアバイワイヤシステムに関する。 The present invention relates to a rotation transmission device used for switching between power transmission and cutoff, and a steer-by-wire system employing the rotation transmission device.
この種の回転伝達装置は、大径部を有する入力軸の外側に上記大径部を覆う外輪を設け、その外輪と大径部との間に2方向クラッチを組込み、その2方向クラッチのオン、オフを電磁クラッチにより制御するようにしている(特許文献1参照)。
その2方向クラッチは、外輪の内周に円筒面を形成し、大径部の外周には上記円筒面との間で周方向の両端が狭小のくさび状空間を形成するカム面を設け、そのカム面と円筒面との間に組込まれたローラを外輪と大径部間に組込まれた保持器で保持し、その保持器にスイッチばねのばね力を付与して、ローラがカム面および円筒面に対して係合解除される中立位置に保持器を弾性保持している。 The two-way clutch is formed with a cylindrical surface on the inner periphery of the outer ring, and on the outer periphery of the large-diameter portion is provided with a cam surface that forms a wedge-shaped space with narrow ends in the circumferential direction between the cylindrical surface, The roller assembled between the cam surface and the cylindrical surface is held by a retainer assembled between the outer ring and the large diameter portion, and the spring force of the switch spring is applied to the retainer so that the roller is connected to the cam surface and the cylindrical surface. The cage is elastically held in a neutral position where the engagement with the surface is released.
一方、電磁クラッチは、2方向クラッチの保持器に回り止めされ、かつ軸方向に移動可能に支持されたアーマチュアと、外輪に回り止めされて上記アーマチュアと軸方向で対向するロータと、そのロータと軸方向で対向する電磁石とから成り、前記電磁石の電磁コイルに対する通電によりロータにアーマチュアを吸着し、その吸着面に作用する摩擦抵抗により入力軸と保持器とを相対回転させてローラを円筒面とカム面に係合させるようにしている。 On the other hand, the electromagnetic clutch is an armature that is supported by the cage of the two-way clutch and supported so as to be movable in the axial direction, a rotor that is supported by the outer ring and is opposed to the armature in the axial direction, and the rotor An electromagnet opposing in the axial direction, the armature is attracted to the rotor by energizing the electromagnetic coil of the electromagnet, and the input shaft and the cage are rotated relative to each other by the frictional resistance acting on the attracting surface, so that the roller and the cylindrical surface The cam surface is engaged.
この回転伝達装置においては、外輪と入力軸の大径部間に組込まれた2方向クラッチがローラを係合子とするメカニカルタイプの2方向クラッチであるため、電磁クラッチによってトルクの伝達と遮断とを切換えるようにした回転伝達装置に比較してトルク容量が大きいという特徴を有している。 In this rotation transmission device, since the two-way clutch incorporated between the outer ring and the large-diameter portion of the input shaft is a mechanical type two-way clutch having a roller as an engagement element, torque transmission and interruption are performed by an electromagnetic clutch. The torque capacity is larger than that of the rotation transmission device to be switched.
ところで、例えば、近年、自動車ハンドルであるステアリングホイールと操舵車輪であるステアリングギアが機械的に連結していないステアバイワイヤシステムの開発が進んでいる。このシステムは、車速検知による車輪舵角の自動制御を可能にしたり、車内レイアウトの自由度を増大させたりする等のメリットがあり、また車両のより安定した走行や運転性向上を可能にするものとして期待されている。 By the way, in recent years, for example, a steer-by-wire system in which a steering wheel that is an automobile steering wheel and a steering gear that is a steering wheel are not mechanically connected has been developed. This system has advantages such as enabling automatic control of the wheel rudder angle by detecting the vehicle speed, increasing the degree of freedom in the interior layout, and enabling more stable driving and improved drivability of the vehicle. As expected.
このステアバイワイヤシステムは、一般的に、ステアリングホイールに連結された第1シャフトとステアリングギアに連結された第2シャフトとをクラッチにより連結又は非連結状態に切替えるフェールセーフ機構を有しており、例えば、図13に示すように、自動車ハンドルであるステアリングホイールHと、このステアリングホイールHに連結された第1シャフトD1と、ステアリングギアGと、このステアリングギアGに連結された第2シャフトD2と、前記第1シャフトD1と第2シャフトD2との間に装着されたクラッチCとを備えている。
上記第1シャフトD1にギアG1を介して操舵反力を伝える第1モータM1が装着され、第2シャフトD2には、ギアG2を介してステアリングギアGへの操舵力を伝える第2モータM2が装着されている。
This steer-by-wire system generally has a fail-safe mechanism for switching a first shaft connected to a steering wheel and a second shaft connected to a steering gear to a connected state or a disconnected state by a clutch, for example, As shown in FIG. 13, a steering wheel H which is an automobile handle, a first shaft D1 connected to the steering wheel H, a steering gear G, a second shaft D2 connected to the steering gear G, A clutch C is provided between the first shaft D1 and the second shaft D2.
A first motor M1 that transmits a steering reaction force via a gear G1 is mounted on the first shaft D1, and a second motor M2 that transmits a steering force to the steering gear G via a gear G2 is mounted on the second shaft D2. It is installed.
このステアバイワイヤシステムを制御するコントローラ(制御装置)Pは、ステアリングホイールHの操舵角を検知する操舵角センサS1などの各種センサと、システムの異常を検知する異常検知センサS2を有しており、通常、操舵角センサS1は第1シャフトD1に設置され、異常検知センサS2は、第1モータM1、第2モータM2又はその両者M1、M2に設置される。 The controller (control device) P that controls the steer-by-wire system has various sensors such as a steering angle sensor S1 that detects the steering angle of the steering wheel H, and an abnormality detection sensor S2 that detects an abnormality of the system. Normally, the steering angle sensor S1 is installed on the first shaft D1, and the abnormality detection sensor S2 is installed on the first motor M1, the second motor M2, or both of them M1, M2.
コントローラPは、操舵角センサS1の検知舵角に関する信号、及び異常検知センサS2の異常検知信号に基づいて、第1モータM1、第2モータM2、クラッチCに制御信号を出力する。その制御信号により、クラッチCが操作されて、第1シャフトD1と第2シャフトD2が連結され又は切り離される(非連結とされる)。 The controller P outputs a control signal to the first motor M1, the second motor M2, and the clutch C based on the signal related to the detected steering angle of the steering angle sensor S1 and the abnormality detection signal of the abnormality detection sensor S2. The clutch C is operated by the control signal, and the first shaft D1 and the second shaft D2 are connected or disconnected (disconnected).
そのクラッチCの切り離し時、第1モータM1を介してステアリングホイールHの操舵角に応じた反力が第1シャフトD1に与えられ、第2モータM2により、第2シャフトD2を介してステアリングギアGがアシスト操舵される。すなわち、ステアバイワイヤによる操舵が行われる。 When the clutch C is disengaged, a reaction force corresponding to the steering angle of the steering wheel H is applied to the first shaft D1 via the first motor M1, and the steering gear G is transmitted via the second shaft D2 by the second motor M2. Is assisted steered. That is, steering by steer-by-wire is performed.
一方、異常検知センサS2がステアバイワイヤシステムの不具合を検知した時には、コントローラPは、そのセンサS2からの異常検知信号に基づいて、クラッチCを操作して第1シャフトD1と第2シャフトD2とを連結して、機械的な連結による操舵に切り替える。このようにして、万一、モータM1、M2の故障等により、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じ、ステアリングHによる車両制御に不具合が生じた場合、フェールセーフ機構が働いてステアリングホイールHにより直接操舵できるようになっている(特許文献2、3参照)。
上記従来の回転伝達装置においては、メカニカルタイプの2方向クラッチと、その2方向クラッチのオン、オフを制御する電磁クラッチとを軸方向に並設した部品点数の多い構成であるため、回転伝達装置の軸方向長さが長く、また、重量も重く、用途によってはサイズ的な制約によって使用することができない場合があり、小型化および軽量化を図るうえにおいて改善すべき点が残されている。 In the conventional rotation transmission device, since the mechanical type two-way clutch and the electromagnetic clutch for controlling on / off of the two-way clutch are arranged in parallel in the axial direction, the rotation transmission device The length in the axial direction is long and heavy, and depending on the application, it may not be usable due to size restrictions, and there are still points to be improved in reducing size and weight.
この小型化及び軽量化の改善は、ステアバイワイヤシステムの上記クラッチCとしてこの回転伝達装置を使用した場合にも同様に要求される。 This reduction in size and weight is also required when this rotation transmission device is used as the clutch C of the steer-by-wire system.
この発明は、上記の実情に鑑み、軸方向長さが短い部品点数の少ない小型コンパクトな軽量の回転伝達装置とすることを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a small, compact and lightweight rotation transmission device with a short axial length and a small number of parts.
上記課題を達成するために、この発明は、回転可能な内方部材と、その内方部材の外側に同一軸で回転自在に設けられた外方部材と、その外方部材の内周と内方部材の外周の間に前記同一軸周りに回転自在に組込まれてその同一軸方向に移動可能な磁性体から成るアーマチュアと、そのアーマチュアの側面に形成された径方向(前記同一軸の直交方向)溝内に収容され、前記アーマチュアが内方部材と外方部材の一方に結合されて他方に対する相対回転時に内方部材の外周および外方部材の内周に係合する係合子と、その係合子が内方部材の外周および外方部材の外周に対して係合解除される中立位置にアーマチュアを弾性保持するスイッチばねと、前記外方部材の内周又は内方部材の外周に固定されて前記アーマチュアと軸方向(前記同一軸方向)で対向するロータと、そのロータに設けられて前記アーマチュアを吸着する磁石と、静止部材に支持されて前記ロータと軸方向(前記同一軸方向)で対向し、通電により前記磁石の磁力を打ち消す磁束を生じさせて前記アーマチュアをロータから離す電磁石とから成る構成を採用したのである。 In order to achieve the above object, the present invention includes a rotatable inner member, an outer member rotatably provided on the same axis on the outer side of the inner member, an inner periphery and an inner portion of the outer member. An armature made of a magnetic material that is rotatably assembled around the same axis between the outer circumferences of the side members, and a radial direction formed on a side surface of the armature (a direction orthogonal to the same axis) And an engagement member that is accommodated in the groove and is engaged with the outer periphery of the inner member and the inner periphery of the outer member when the armature is coupled to one of the inner member and the outer member and rotates relative to the other. A switch spring that elastically holds the armature in a neutral position where the joint is disengaged from the outer periphery of the inner member and the outer periphery of the outer member, and is fixed to the inner periphery of the outer member or the outer periphery of the inner member. Axially with the armature (same as above A rotor that faces the rotor in the axial direction (the same axial direction) supported by a stationary member, and energized to magnetize the magnet. A configuration comprising an electromagnet that generates a magnetic flux to cancel and separates the armature from the rotor is adopted.
この構成の回転伝達装置は、電磁石の電磁コイルに対する通電を遮断すると(電磁コイルに通電しないと)、磁石によりアーマチュアがロータに吸着され、そのロータが固定された外方部材又は内方部材が回転すると、その回転に伴ってアーマチュアもスイッチばねに抗して(スイッチばねが弾性変形して)相対回転し、そのアーマチュアに収納された係合子が中立位置から動いて外方部材の内周および内方部材の外周に対して係合して、外方部材と内方部材の相互間で回転トルクの伝達が行なわれる。
一方、電磁石の電磁コイルに通電すると、その通電による電磁石の磁束が上記磁石の磁束(磁力)を打ち消すように働くため、アーマチュアがロータから離れて、スイッチばねにより、アーマチュアが中立位置に戻され、係合子が外方部材の内周および内方部材の外周に対して非係合となり、外方部材と内方部材の相互間での回転トルクの伝達が遮断される。
In the rotation transmission device of this configuration, when the energization of the electromagnet to the electromagnetic coil is interrupted (unless the electromagnet coil is energized), the armature is attracted to the rotor by the magnet, and the outer member or the inner member to which the rotor is fixed rotates. Then, the armature rotates relative to the switch spring as the switch rotates (the switch spring is elastically deformed), and the engaging element housed in the armature moves from the neutral position to move the inner periphery and the inner member of the outer member. The rotation torque is transmitted between the outer member and the inner member by engaging with the outer periphery of the outer member.
On the other hand, when the electromagnetic coil of the electromagnet is energized, the magnetic flux of the electromagnet caused by the energization works so as to cancel the magnetic flux (magnetic force) of the magnet. The engaging element is disengaged with respect to the inner periphery of the outer member and the outer periphery of the inner member, and transmission of rotational torque between the outer member and the inner member is interrupted.
上記係合子は、ローラであってもよく、あるいはスプラグであってもよい。ローラを係合子とする場合は、外方部材の内周と内方部材の外周における一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間で周方向の両端が狭小のくさび状空間を形成するカム面を設け、そのカム面と円筒面との間にローラを組込むようにする。 The engagement element may be a roller or a sprag. When a roller is used as an engagement element, a cylindrical surface is formed on one of the inner periphery of the outer member and the outer periphery of the inner member, and a wedge-shaped space whose both ends in the circumferential direction are narrow between the cylindrical surface and the other. A cam surface to be formed is provided, and a roller is assembled between the cam surface and the cylindrical surface.
一方、スプラグを係合子とする場合は、外方部材の内周および内方部材の外周に円筒面を形成し、その対向する円筒面間にスプラグを組込み、このスプラグを保持するアーマチュアを二分割し、一方の分割アーマチュアを内方部材又は外方部材に固定し、他方の分割アーマチュアにスイッチばねの弾性力を付与して中立位置に保持するとともに、その他方の分割アーマチュアを上記磁石に吸着するようにする。 On the other hand, when a sprag is used as an engagement element, a cylindrical surface is formed on the inner periphery of the outer member and the outer periphery of the inner member, and the sprag is incorporated between the opposing cylindrical surfaces, and the armature that holds the sprag is divided into two parts. Then, one split armature is fixed to the inner member or the outer member, the elastic force of the switch spring is applied to the other split armature and held in the neutral position, and the other split armature is attracted to the magnet. Like that.
また、上記係合子は、金属板のプレス成形品やアルミニウムあるいは合成樹脂の成形品から成るものを採用することによってコストの低減を図ることができる。 Further, the engagement element can be made of a metal plate press-molded product or an aluminum or synthetic resin molded product to reduce the cost.
上記係合子が上記アーマチュアのロータとの対向反対側面に形成された径方向溝内に収容されている場合(図1の収納状態の反対側面の径方向溝内に収容されている場合及び径方向溝がアーマチュアを貫通して係合子が通り抜ける場合)には、その係合子にはアーマチュアの径方向溝から軸方向(前記同一軸方向)に抜け出るのを防止する脱落防止手段を設けることが好ましく、その脱落防止手段としては、内方部材の外周に取付けられ、前記アーマチュアが前記ロータに吸着される状態でそのアーマチュアとの間に係合子の厚み以下の間隔をおいて対向する環状のストッパプレートから成るものを採用することができる。 When the engagement element is accommodated in a radial groove formed on a side surface opposite to the rotor of the armature (when accommodated in a radial groove on the opposite side surface of the storage state in FIG. When the groove passes through the armature and the engaging element passes through), it is preferable that the engaging element is provided with a dropping prevention means for preventing the armature from coming out from the radial groove in the axial direction (the same axial direction). The drop-off prevention means is an annular stopper plate that is attached to the outer periphery of the inner member and is opposed to the armature with a space equal to or less than the thickness of the engaging element in a state where the armature is attracted to the rotor. Can be employed.
上記スイッチばねは、内方部材又は外方部材に対するアーマチュアの相対回転により弾性変形し、その相対回転により係合子が外方部材の内周および内方部材の外周に係合して、内方部材と外方部材の相互間での回転トルクの伝達が行われる。一方、内方部材又は外方部材に対してアーマチュアが供回りすると、スイッチばねの復元弾性によりアーマチュアおよび係合子が係合解除される中立位置に戻され、内方部材と外方部材の相互間での回転トルクの伝達が遮断される。 The switch spring is elastically deformed by the relative rotation of the armature with respect to the inner member or the outer member, and the engagement element engages with the inner periphery of the outer member and the outer periphery of the inner member by the relative rotation, thereby the inner member. Rotational torque is transmitted between the outer member and the outer member. On the other hand, when the armature rotates with respect to the inner member or the outer member, the armature and the engagement element are returned to the neutral position where the engagement is released by the restoring elasticity of the switch spring. Transmission of rotational torque at is interrupted.
また、上記ロータに離反ばねを設け、このばねにより、アーマチュアをそのロータから離反する方向に付勢すれば、永久磁石の磁力が打ち消された際、アーマチュアをロータから確実に離すことができる。さらに、この回転伝達装置をオイルやグリース等の潤滑下で使用する場合は、ロータとアーマチュア間に介在する潤滑剤の粘性によりアーマチュアがロータに吸着状態に保持され、誤作動を発生する可能性がある。このため、この離反ばねを設けると、確実に離反するため、その誤作動の発生を防止できる。この場合、ロータに離反ばねの一部を収容する窪みを設けることによって軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。 Further, if the separation spring is provided in the rotor and the armature is urged by the spring in a direction away from the rotor, the armature can be reliably separated from the rotor when the magnetic force of the permanent magnet is canceled. Furthermore, when using this rotation transmission device under lubrication with oil, grease, etc., the armature is held in the attracted state by the viscosity of the lubricant interposed between the rotor and the armature, which may cause malfunction. is there. For this reason, when the separation spring is provided, the separation spring is surely separated, so that the malfunction can be prevented. In this case, the axial length can be reduced by providing the rotor with a recess that accommodates a part of the separation spring.
この発明に係る回転伝達装置において、外方部材と内方部材はいずれに回転トルクを入力してもよい。例えば、内方部材により回転トルクを入力する使用において、電磁石の電磁コイルに対する非通電の遮断状態ではアーマチュアがロータに吸着されて一体になっており、ロータが外方部材に取付けられていると、アーマチュアおよびそのアーマチュアに保持された係合子が外方部材に結合されて内方部材とアーマチュアおよび係合子が相対回転し、その相対回転により係合子がくさび状空間の狭小部に押し込まれて外方部材の内周および内方部材の外周に係合する。その係合により、内方部材の回転が外方部材に伝達される。 In the rotation transmission device according to the present invention, the outer member and the inner member may input rotational torque. For example, in the use of inputting rotational torque by the inner member, the armature is attracted and integrated with the rotor in the non-energized cutoff state with respect to the electromagnetic coil of the electromagnet, and the rotor is attached to the outer member. The armature and the engaging member held by the armature are coupled to the outer member, and the inner member, the armature and the engaging member rotate relative to each other, and the engaging member is pushed into the narrow portion of the wedge-shaped space by the relative rotation. Engage with the inner periphery of the member and the outer periphery of the inner member. By the engagement, the rotation of the inner member is transmitted to the outer member.
電磁石の電磁コイルに通電されると、アーマチュアがロータから切り離されて、スイッチばねの弾性力により係合子が外方部材の内周および内方部材の外周に対して係合解除される中立位置に保持されるため、内方部材に入力される回転トルクは外方部材に伝達されず、内方部材のみがフリー回転する。 When the electromagnetic coil of the electromagnet is energized, the armature is disconnected from the rotor, and the engaging element is disengaged from the inner periphery of the outer member and the outer periphery of the inner member by the elastic force of the switch spring. Therefore, the rotational torque input to the inner member is not transmitted to the outer member, and only the inner member rotates freely.
一方、ロータが内方部材に取付けられていると、電磁石の電磁コイルへの非通電時、アーマチュアおよび係合子が内方部材に連結されて外方部材とアーマチュアおよび係合子が相対回転し、その相対回転により係合子がくさび状空間の狭小部に押し込まれて内方部材の内周および外方部材の外周に係合する。その係合により、内方部材の回転が外方部材に伝達される。 On the other hand, when the rotor is attached to the inner member, the armature and the engagement element are connected to the inner member when the electromagnetic coil of the electromagnet is de-energized, and the outer member, the armature and the engagement element rotate relative to each other. Due to the relative rotation, the engaging element is pushed into the narrow portion of the wedge-shaped space and engaged with the inner periphery of the inner member and the outer periphery of the outer member. By the engagement, the rotation of the inner member is transmitted to the outer member.
外方部材に回転トルクが入力される場合は、電磁石の電磁コイルへの通電・非通電によって、同一の作用により、外方部材の回転力が内方部材に伝達・非伝達とされる。 When rotational torque is input to the outer member, the rotational force of the outer member is transmitted / non-transmitted to the inner member by the same action by energization / non-energization of the electromagnetic coil of the electromagnet.
これらの構成の回転伝達装置は、種々の装置に採用でき、例えば、自動車ハンドルであるステアリングホイールに連結された第1シャフトと操舵車輪であるステアリングギアに連結された第2シャフトとをクラッチにより連結又は非連結状態に切替るステアバイワイヤシステムに採用できる。
そのステアバイワイヤシステムとしては、例えば、ステアリングホイールと、そのステアリングホイールに連結された第1シャフトと、第1シャフトへ操舵反力を伝える第1モータと、ステアリングギアと、そのステアリングギアに連結された第2シャフトと、第2シャフトへ操舵力を伝える第2モータと、前記第1シャフトと第2シャフトとの間に装着されて第1シャフトと第2シャフトとを連結または非連結状態に切替えるクラッチとを備えたものとし、そのクラッチに、これらの構成の回転伝達装置を採用し、前記内方部材に前記第1シャフト又は第2シャフトを連結し、前記外方部材に上記第2シャフト又は第1シャフトを連結し、前記通電により上記アーマチュアをロータから離して第1シャフトと第2シャフトが非連結となるようにした構成を採用することができる。
The rotation transmission device having these configurations can be used in various devices. For example, a first shaft connected to a steering wheel that is an automobile handle and a second shaft connected to a steering gear that is a steering wheel are connected by a clutch. Or it can employ | adopt for the steer-by-wire system switched to a non-connection state.
As the steer-by-wire system, for example, a steering wheel, a first shaft coupled to the steering wheel, a first motor for transmitting a steering reaction force to the first shaft, a steering gear, and the steering gear are coupled. A second shaft, a second motor that transmits a steering force to the second shaft, and a clutch that is mounted between the first shaft and the second shaft and switches the first shaft and the second shaft to a connected state or a disconnected state. And the clutch has a rotation transmission device of these configurations, the first shaft or the second shaft is connected to the inner member, and the second shaft or the second shaft is connected to the outer member. 1 shaft is connected and the armature is separated from the rotor by the energization so that the first shaft and the second shaft are disconnected. It is possible to adopt a configuration that was.
このステアバイワイヤシステムは、電磁石の電磁コイルへの通電によるこの回転伝達装置の切り離し時(外方部材と内方部材の係合解除による第1シャフトと第2シャフトの非連結時)、第1モータを介してステアリングホイールの操舵角に応じた反力が第1シャフトに与えられ、第2モータにより、第2シャフトを介してステアリングギアがアシスト操舵されて、ステアバイワイヤによる操舵が行われる。 In this steer-by-wire system, when the rotation transmission device is disconnected by energizing an electromagnetic coil of an electromagnet (when the first shaft and the second shaft are not connected by disengaging the outer member and the inner member), the first motor A reaction force corresponding to the steering angle of the steering wheel is applied to the first shaft via the steering wheel, and the steering gear is assisted and steered via the second shaft by the second motor, and steering by the steer-by-wire is performed.
一方、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じた時には、電磁石の電磁コイルへの通電を遮断(非通電と)することによって、この回転伝達装置における外方部材と内方部材の係合により、第1シャフトと第2シャフトとが連結されるフェールセーフ機構が働いて、ステアリングホイールにより直接操舵できるようになる。 On the other hand, when a malfunction occurs in the steer-by-wire system, the first shaft is engaged by the engagement between the outer member and the inner member in the rotation transmission device by shutting off the energization of the electromagnetic coil of the electromagnet. A fail-safe mechanism in which the second shaft and the second shaft are connected works to enable direct steering by the steering wheel.
この発明は、上記のように、係合子を介して回転トルクを伝達するため、トルク容量の大きな回転伝達装置を得ることができる。特に、係合子を保持するアーマチュアとロータとを軸方向に対向配置し、そのロータに対して電磁石を軸方向に対向配置した部品点数の少ない簡単な構成であり、軸方向長さの短い小型コンパクトな軽量の電磁式回転伝達装置を得ることができる。 According to the present invention, as described above, the rotational torque is transmitted via the engagement element, so that a rotation transmission device having a large torque capacity can be obtained. In particular, the armature that holds the engagement element and the rotor are arranged opposite to each other in the axial direction, and the electromagnet is arranged opposite to the rotor in the axial direction. And a lightweight electromagnetic rotation transmission device can be obtained.
この発明の一実施形態を図1〜図4に示し、この実施形態の回転伝達装置は、図1(I)(II)に示すように、内方部材としての第1軸1は大径部2を軸端部に有し、その大径部2を覆うようにして外方部材としての外輪3が設けられている。
外輪3は端板4を有し、その端板4に第2軸5が設けられている。また、外輪3は第1軸1に対して同一軸上に配置され、第1軸1の軸端部に設けた軸受6によって外輪3と第1軸1とは相対的に回転自在とされている。
1 to 4 show an embodiment of the present invention. In the rotation transmission device of this embodiment, as shown in FIGS. 1 (I) and (II), a
The
外輪3の内周には円筒面7が形成され、一方、第1軸1の大径部2の外周には上記円筒面7との間で周方向の両端が狭小のくさび状空間を形成する複数のカム面8が周方向に等間隔に設けられている。
大径部2の外周と外輪3の内周間には板状のアーマチュア9が組込まれている。アーマチュア9は磁性体から成り、そのアーマチュア9のロータ18と対向する側面には複数の径方向溝10が等間隔に形成され、各径方向溝10内に係合子としての扁平なローラ11が組込まれている。
A
A plate-shaped
ローラ11は円板状をなしている。このローラ11は外輪3の円筒面7および大径部2のカム面8に対する係合によって第1軸1と外輪3の相互間で回転トルクを伝達するため、その伝達トルクの大きさに応じて材質を適宜に決定する。
例えば、大きなトルクを伝達する場合は、高い硬度を必要とするため、鉄等の磁性体で形成する。このとき、ローラ11は切削により形成してもよい。あるいはプレス打抜きにより形成してもよい。
一方、小さなトルクを伝達する場合は、アルミニウムや合成樹脂等の非磁性体でローラ11を鋳造や射出成形等により形成してもよい。この場合、ローラ11は成形によって形成することができるため、コストの安いローラ11を得ることができる。
The
For example, when a large torque is transmitted, a high hardness is required, and therefore, it is formed of a magnetic material such as iron. At this time, the
On the other hand, when transmitting a small torque, the
大径部2には第1軸1の軸端側の一側面にばね収納凹部12が形成され、そのばね収納凹部12内にスイッチばね13が組込まれている。
このスイッチばね13はC形をなし、その両端には外向きに一対の押圧片13aが設けられている。一対の押圧片13aはばね収納凹部12の周壁に形成された切欠き14からアーマチュア9に設けられた切欠部15内に挿入されて、切欠き14および切欠部15の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧しており、その押圧によってローラ11が円筒面7およびカム面8に対して係合解除される中立位置にアーマチュア9を弾性保持している。
The large-
The
第1軸1の軸端部には環状のストッパプレート16が嵌合され、そのストッパプレート16は第1軸1の軸端部に取付けた止め輪17によって大径部2の一側面に衝合する状態に保持されている。このストッパプレート16はばね収納凹部12の開口を閉塞し、スイッチばね13がばね収納凹部12の開口から抜け出るのを防止している。また、ロータ18からのアーマチュア9の離反量を制限している。
An
アーマチュア9の他側方には磁性体から成るロータ18が設けられている。ロータ18は外周および内周に同方向に向く円筒部18a、18bを有し、外側円筒部18aは外輪3の開口端部内に圧入されて外輪3と一体化されている。
ここで、外輪3が磁性体から成る場合、外輪3の開口端部に非磁性体から成る円筒状のロータガイドを接続し、そのロータガイド内にロータ18の外側円筒部18aを圧入して、ロータ18から外輪3に磁気が漏洩するのを防止しても良い。
A
Here, when the
ロータ18の内側円筒部18bは第1軸1の外側に設けた軸受19によって回転自在に支持されている。
ロータ18のアーマチュア9に対する対向面には環状の溝20が形成され、その溝20内に永久磁石21が組込まれており、この永久磁石21により、常時、アーマチュア9はロータ18に吸着されて一体となっている。このとき、ローラ11も永久磁石21側にあるため、ローラ11が磁性体であれば、永久磁石21に吸着されて動きが制限される。
The inner
An
永久磁石21は、図3〜図6に示す種々の形状が考えられ、その形状に応じた溝20の形状とする。このとき、溝20を形成するロータ18の壁は、溝20全周に亘って貫通していると、永久磁石21によってその溝20で切り離されたロータ18を一体化することとなるため、各図に示すように、溝20は、その周囲の適宜位置で、底のあるものとする(溝20でロータ18が分断されないものとする)。
Various shapes shown in FIGS. 3 to 6 can be considered for the
ロータ18の外側円筒部18aと内側円筒部18b間には電磁石22が組込まれている。この電磁石22は、電磁コイル22aとその電磁コイル22aを支持するコア22bとから成り、コア22bは静止部材23に支持されて固定の配置とされている。この電磁石22の電磁コイル22aに通電されると、その通電により、永久磁石21の磁束(磁力)を打ち消す磁束が生じて(図6のa参照)、アーマチュア9のロータ18への吸着が解除されて、アーマチュア9が回転自在となる。
An
この実施形態の回転伝達装置は以上の構成であり、図1(I)、(II)および図2は電磁石22の電磁コイル22aへの非通電状態を示し、永久磁石21により、アーマチュア9がロータ18に吸着されて一体となり、ロータ18を介してアーマチュア9が外輪3に結合される。
このため、第1軸1とアーマチュア9はスイッチばね13に抗して相対回転し、その相対回転によって図1(II)に示すように、ローラ11が外輪3の円筒面7および大径部2のカム面8に係合する。このため、第1軸1の回転はローラ11を介して外輪3に伝達され、上記外輪3が第1軸1と同方向に回転する。このとき、図示のように、永久磁石21はロータ18の表面から没してローラ18に直接に触れないようにすることが好ましい。
1 (I), (II) and FIG. 2 show a non-energized state of the
For this reason, the
この回転状態において、電磁石22の電磁コイル22aに通電すると、図6に示すように、電磁コイル22aの磁束aが生じて、その電磁コイル22aの磁束aによる永久磁石21の磁束b(磁力)が打ち消され、アーマチュア9はロータ18から切り離される。また、スイッチばね13の復元弾性によりアーマチュア9が回動され、図7に示すように、ローラ11は円筒面7およびカム面8に対して係合解除される中立位置に戻され、第1軸1から外輪3へのトルク伝達が遮断される。
このため、第1軸1に回転トルクが入力されて第1軸1が回転しても、アーマチュア9とローラ11はその中立位置で第1軸1と供回りして、その回転は外輪3に伝達されず、第1軸1のみがフリー回転する。
In this rotating state, when the
For this reason, even if rotational torque is input to the
このように、この実施形態で示す回転伝達装置は、電磁コイル22aに対する通電とその遮断とにより、ローラ11を係合および係合解除させることができるため、第1軸1と外輪3との間で回転トルクの伝達と遮断とを行なうことができる。
As described above, the rotation transmission device shown in this embodiment can engage and disengage the
また、アーマチュア9は、ローラ11を保持する機能を有するため、部品点数の低減化を図ることができると共に、従来の回転伝達装置の電磁クラッチ内に2方向クラッチのローラ11を組込んだ構成であるため、軸方向の長さの短い小型コンパクトな軽量の回転伝達装置を得ることができる。
Further, since the
図8(I)、(II)、図9は、他の実施形態を示し、この実施形態は、外輪3の内周にカム面24を設け、大径部2の外周に円筒面25を形成している。この場合、ロータ18の内側円筒部18bを第1軸1に圧入してその第1軸1にロータ18を固定し、そのロータ18の外側円筒部18aを外輪3の開口端部内に組込んだ軸受26で回転自在に支持する。
FIGS. 8 (I), (II), and FIG. 9 show another embodiment. In this embodiment, a
また、スイッチばね13をアーマチュア9のロータ18に対向する面の反対側面に形成された環状溝12’内に収容し、そのスイッチばね13の両端に設けられた一対の押圧片13aをアーマチュア9に形成された切欠き27から外輪3の内周に形成された切欠部28内に挿入して、その切欠き27および切欠部28の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧し、その押圧によってローラ11がカム面24および円筒面25に対して係合解除される中立位置にアーマチュア9を弾性保持する。
Further, the
他の構成は上記の実施形態と同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略し、また、作用および効果についても、同様に、上記の実施形態と同じであるため、説明を省略する。 Since other configurations are the same as those in the above embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the operations and effects are also the same as those in the above embodiment. The description is omitted.
図10(I)、(II)及び図11はこの発明に係るさらに他の実施形態を示し、この実施形態は、大径部2の外周および外輪3の内周を円筒面29、30とし、その円筒面29、30間に係合子としての扁平なスプラグ31を組込んでいる。
10 (I), (II) and FIG. 11 show still another embodiment according to the present invention. In this embodiment, the outer periphery of the
このスプラグ31は板体から成り、起立状態で高さが低く、重心回りに回転することで高さが次第に高くなり、両端に設けられた弧状面31a、31bが円筒面29、30に係合するようになっている(図10(II)参照)。また、上記起立状態で両端の弧状面31a、31bが円筒面29、30に対して非係合の中立位置とされている(図11参照)。
また、アーマチュア9を径の異なる二つの分割アーマチュア9a、9bに二分割し、その小径側(内側)の分割アーマチュア9bを大径部2に固定し、その小径側の分割アーマチュア9bに対して大径側(外側)の分割アーマチュア9aを回転自在としている。永久磁石21はこの大径側の分割アーマチュア9aを吸着する。
The
In addition, the
さらに、スイッチばね13の両端の押圧片13aを小径側の分割アーマチュア9bに形成された切欠き32から大径側の分割アーマチュア9aに設けられた切欠部33に挿入して、切欠き32および切欠部33の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧し、その押圧によってスプラグ31が円筒面29、30に対して係合解除される中立位置に大径側の分割アーマチュア9aを弾性保持している。
Further, the
他の構成は上記の実施形態と同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
この実施形態の回転伝達装置において、電磁コイル22aに対する通電状態では、その電磁コイル22aの磁束により永久磁石21による分割アーマチュア9aの吸着が解除されて、スプラグ31は図11に示すように、円筒面29、30に対して係合解除される中立位置に保持されている。このため、第1軸1に回転トルクが入力されて回転してもその回転は外輪3に伝達されず、第1軸1がフリー回転する。
In the rotation transmission device of this embodiment, in the energized state of the
その第1軸1が回転する状態において、電磁コイル22aへの通電が遮断されると(非通電となると)、大径側の分割アーマチュア9aがロータ18に永久磁石21により吸着され、第1軸1に固定された小径側の分割アーマチュア9bと大径側の分割アーマチュア9aが相対回転し、その相対回転によりスプラグ31が重心回りに回転して傾き、図10(II)に示すように、両端の弧状面31a、31bが円筒面29、30に係合する。その係合により、第1軸1の回転がスプラグ31を介して外輪3に伝達され、外輪3が第1軸1と同方向に回転する。このとき、小径側の分割アーマチュア9bと大径側の分割アーマチュア9aの相対回転により、図示のように、スイッチばね13が弾性変形する。
In the state where the
この状態で、再び、電磁コイル22aに通電すると、大径側の分割アーマチュア9aがロータ18から切り離され、スイッチばね13の復元弾性により大径側の分割アーマチュア9aが回動され、スプラグ31は図11に示すように円筒面29、30に対して係合解除される中立位置に戻され、第1軸1から外輪3への回転トルクの伝達が遮断される。
In this state, when the
この実施形態においても、上記の実施形態と同様に、軸方向長さの短い小型コンパクトな軽量の回転伝達装置を得ることができる。 Also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, it is possible to obtain a small, compact and lightweight rotation transmission device having a short axial length.
なお、この実施形態において、大径側の分割アーマチュア9aを外輪3に固定し、小
径側の分割アーマチュア9bを回転自在にしてスイッチばね13を係止しても同様の効果が得られ、その場合は、ロータ18を第1軸1に固定し、永久磁石21により小径側の分割アーマチュア9bを吸着する。
In this embodiment, the same effect can be obtained by fixing the large-diameter-
各実施形態において、ロータ18には永久磁石21の磁力が打ち消された際、アーマチュア9をロータ18から確実に離すための離反ばねを設けることが好ましい。例えば、図12に示すように、ロータ18のアーマチュア9に対する対向面に環状の窪み20’を形成し、その窪み20内に離反ばね21’の一部を組み込んで、その離反ばね21’により、アーマチュア9をロータ18から離反する方向に付勢する。
In each embodiment, it is preferable that the
また、各実施形態において、アーマチュア9のロータ18に対する面は反対面、すなわち、係合子11、31の露出する面(径方向溝10のある面)が対向面の反対側になるようにすることができる。このようにすると、磁束はアーマチュア9の全円周を通るため、磁気効率が良くなり、電力削減ができる。また、磁石21と係合子11、31の干渉がなくなり、アーマチュア9の動作が円滑になる。
In each embodiment, the surface of the
さらに、各実施形態において、上記径方向溝10は軸方向に打ち抜いた(アーマチュア9を貫通して係合子11、31が通り抜ける)ものでも良い。この打ち抜きにより、アーマチュア9の製作コストの低減を図ることができる。この径方向溝10が貫通した場合及び上記反対側面にある場合には、上記ストッパプレート16は、ロータ18にアーマチュア9が吸着される状態でそのアーマチュア9との間に係合子11、31の厚み以下の間隙が確保される位置に配置されて径方向溝10から係合子11、31が抜け出るのを防止するようにすると良い。
Furthermore, in each embodiment, the
以上の各実施形態の回転伝達装置をステアバイワイヤシステムのクラッチCに採用すれば、例えば、図13のステアバイワイヤシステムにおいて、第1軸1に第1シャフトD1を連結し、第2軸5に第2シャフトD2を連結すれば、この回転伝達装置(クラッチC)の電磁石22の電磁コイル22aに通電すると、この回転伝達装置は切り離され(第1シャフトD1と第2シャフトD2が切り離され)、第1モータM1を介してステアリングホイールHの操舵角に応じた反力が第1シャフトD1に与えられ、第2モータM2により、第2シャフトD2を介してステアリングギアGがアシスト操舵される。すなわち、ステアバイワイヤによる操舵が行われる。
If the rotation transmission device of each of the above embodiments is employed in the clutch C of the steer-by-wire system, for example, in the steer-by-wire system of FIG. 13, the first shaft D1 is connected to the
一方、ステアバイワイヤシステムに不具合が生じた時には、電磁石22の電磁コイル22aへの通電を遮断すれば(非通電とすれば)、この回転伝達装置により、第1シャフトD1と第2シャフトD2とが連結されるフェールセーフ機構が働いて、ステアリングホイールHにより直接操舵できるようになる。
このとき、第1軸1に第2シャフトD2を連結し、第2軸5に第1シャフトD1を連結することもできる。
On the other hand, when a malfunction occurs in the steer-by-wire system, if the energization of the
At this time, the second shaft D2 can be connected to the
1 第1軸(内方部材)
3 外輪(外方部材)
5 第2軸
7 円筒面
8 カム面
9 アーマチュア
9a 大径側の分割保持器(アーマチュア)
9b 小径側の分割保持器(アーマチュア)
10 径方向溝
11 ローラ(係合子)
13 スイッチばね
18 ロータ
20 溝
21 永久磁石
21’ 離反ばね
22 電磁石
22a 電磁コイル
23 静止部材
24 カム面
25 円筒面
29 円筒面
30 円筒面
31 スプラグ(係合子)
C クラッチ(回転伝達装置)
D1 第1シャフト
D2 第2シャフト
G ステアリングギア
H ステアリングホイール
M1 第1モータ
M2 第2モータ
1 First shaft (inner member)
3 Outer ring (outer member)
5
9b Small diameter split cage (armature)
10
13
C Clutch (Rotation transmission device)
D1 first shaft D2 second shaft G steering gear H steering wheel M1 first motor M2 second motor
Claims (8)
上記クラッチ(C)に請求項1乃至7の何れかに記載の回転伝達装置を採用し、上記内方部材(1)に上記第1シャフト(D1)又は第2シャフト(D2)を連結し、上記外方部材(3)に上記第2シャフト(D2)又は第1シャフト(D1)を連結し、上記通電により上記アーマチュア(9)をロータ(18)から離して第1シャフト(D1)と第2シャフト(D2)を非連結となるようにしたことを特徴とするステアバイワイヤシステム。 A steer-by-wire comprising a clutch (C) for switching the first shaft (D1) connected to the steering wheel (H) and the second shaft (D2) connected to the steering gear (G) to a connected state or a non-connected state. In the system,
The rotation transmission device according to any one of claims 1 to 7 is adopted for the clutch (C), the first shaft (D1) or the second shaft (D2) is connected to the inner member (1), The second shaft (D2) or the first shaft (D1) is connected to the outer member (3), and the armature (9) is separated from the rotor (18) by the energization, so that the first shaft (D1) and the first shaft (D1) A steer-by-wire system characterized in that the two shafts (D2) are disconnected.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010221918A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Nissan Motor Co Ltd | Steering device for vehicle |
JP2010221758A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Nissan Motor Co Ltd | Clutch of steering device for vehicle |
JP2010221757A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Nissan Motor Co Ltd | Clutch of steering device for vehicle |
JP2012127397A (en) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Fujikura Kasei Co Ltd | Friction clutch, steering input device and power transmission device |
-
2006
- 2006-03-31 JP JP2006098062A patent/JP2007270986A/en not_active Withdrawn
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