JP2007538205A - 薄板バンドを備えた磁性流体クラッチ - Google Patents

薄板バンドを備えた磁性流体クラッチ Download PDF

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Abstract

本発明は、磁性流体クラッチに関し、該磁性流体クラッチは、固定部(1)と、複数の一次薄板帯(7)を備えた回転一次部(3)と、複数の二次薄板帯(20)を備えた二次部(4)とを含み、制御可能な磁場が磁性流体に作用する。本発明の目的は、可能な限り大きなトルクをできるだけ小さな空間で、かつ、最小の電力消費で伝達することである。上記目的は次のようにして達成される。ほぼ径方向の巻き線軸を備え、第1ヨーク(24, 24')をそれぞれが有する多くのソレノイドコイル(25, 25')の磁極は交互に反対とされ、第1ヨーク(24, 24')は筒状の前面(26,31)を有し、磁力線(40, 40')が前記ヨークの径方向に出入りし、上記複数の一次薄板帯(7)と二次薄板帯(20)は、閉じた筒状収容体を形成し、外側と内側の第２ヨーク(34, 37)は、上記第1ヨーク(24, 24')の径方向の外側と径方向の内側に設けられ、上記磁力線(40, 40')が径方向に第2ヨーク(34, 37)に入り、径方向に上記ヨークから反対向きに出る。

Description

本発明は、固定部と、一次薄板バンドを有する回転一次部と、二次薄板バンドを有する同軸で回転する二次部とを含み、一次部と二次部との間に作動空間が形成され、該作動空間は磁性流体を含み、一次薄板バンド及び二次薄板バンドが交互に径方向に並び、磁性流体に作用する調整可能な磁場を持つ磁性流体クラッチに関する。一次部および二次部を区別するために、他の何も記載されていないならば、二次部が一次部および作動空間の周りで係合すると考える。
動力車両の動力伝達経路において、電力消費と組み付けサイズは重要であり、磁性流体クラッチの使用では、電力消費と組み付けサイズをともに最小とする必要がある。また、静止した位置からスリップ無しで始動ができるような広範囲のトルク伝達が可能である一方、ノイズ要因からの完全な分離が可能であることも必要とされている。最後に、電子シューブレーキ(Electronic Shoe Brake : ESB)や、アンチロックブレーキシステム(Antilock Brake System : ABS)等の電子駆動レギュレーションシステムと共に使用できる速い反応も必要とされている。
この種のクラッチについては、EP 940 286 A2により知られている。ここで磁場は、ハウジングに固定されるコイルによって発生する。磁力線はヨークを備えた磁気コイルの構造のために比較的長くなっており、有効な磁場の一部、すなわち磁性流体に作用している部分が小さくなっている。エアギャップは、クラッチのヨークおよび複数の回転部、特にディスクの間にも存在しており、許容度のために相当な幅を有している。したがって、磁力線はエアギャップで遮られ、磁性流体に作用している磁場は大きくに弱められている。
本発明の目的は、できるだけ大きなトルクをできる限り最小の作動空間で、そして、最小の電力消費で伝達できるように、この種のクラッチを改善することである。
このことは、請求項1に記載された（本発明の）特徴によって達成されるものである。互いに極性が反対で、径方向の巻き線軸を有する偶数個の磁気コイルを有し、磁性流体を含む作動空間に磁気コイルが配置され（特徴a）、磁力線はほぼ径方向に第1ヨークに出入りし（特徴b）、作動空間内で第1ヨークの全長の大きな部分に作用する最も短い閉じた磁力線が得られる。薄板バンドは磁気コイルの内側か外側か両側に配置される。つまり少なくともどちらか一方には配置される。
一次薄板バンドと二次薄板バンドは、閉じた筒状ジャケットであるので（特徴c）、クラッチの軸方向寸法が小さく、磁界形状も特に好ましいものとなる。この好ましい磁界形状は、磁力線を発散し、作動空間の内外の境界をつける内側及び外側の第２ヨーク（特徴d）によっても支えられている。
更なる特徴は、磁力線全体にわたる短縮化と均一化と、磁力線が有効な部分を最大化することと磁気短絡回路の最小化をももたらす。磁力線は、径方向の一方向に向かい、2つの第2ヨークで反転し、続いて径方向反対向きに向かう。閉じた磁力線自体の磁束密度はほとんど一定である。
第1ヨークを小さく組み合わせるために、また、早急な組み立てができるように、第1ヨークは磁気コイルを有する第1ヨーク・リングを形成するように組み合わされる（請求項2）。さらに、ヨーク内で渦電流の発生を制限するために、ヨークは金属シートから成るか、もしくは、高い磁気透過性の焼結された材料から成る。磁場はこうして確立され、再び速く段階的に排除される。そして、そのことが電子駆動補助および制動補助のために必要な速い制御ができるようになる。
第1ヨークは回転可能に一次部もしくは、二次部のどちらか一方に固定接続され、第2ヨークは回転可能に二次部もしくは、一次部のどちらか一方に固定接続される（請求項4、5）。筒状の薄板バンドは、薄板バンドの二つのリムの一つが一次部もしくは、二次部に接続されるので、両方の配置は等しく好ましくなる。
特に好ましい実施例において、一次薄板バンドおよび二次薄板バンドは、第1ヨークの内側と外側に配置され、二つのヨークは平行で同軸の薄板バンドの対向する筒状面を有している（請求項6）。したがって、第１ヨーク・リングは、薄板バンドの間の径方向に見てほぼ中央に配置され、それによって磁場のジェネレータの近くの薄板バンドの数は二倍になり、磁場は最適に利用される。
もう一つの実施例では、一次薄板バンドおよび二次薄板バンドは、第1ヨークの外側に配置され、内側の第2ヨークは、第1ヨークに接続される（請求項7）。第1ヨークに作用している遠心力がより小さいので、この配置は非常に高速度のときにより好ましい。
有利で更なる態様において、薄板バンドは、高い磁気透過性の材料から成り、軸方向の表面上にわたる低い磁気透過性ゾーンを備えている（請求項8）。これらのゾーンは、薄板バンド内の磁気短絡を減ずる。これらのゾーンは、連続した穴からなる列であり得、好ましくは、急角度をもって渦巻き上に連続的に配置され得る（請求項9）。これら列は、筒状ジャケット（薄板バンドが形成する）の母線に対して鋭角な角度をもって傾斜されている。これによりトルクの変動は減少する。
1列の連続した穴を結合しスリットとするこの手段も枠組みに含まれる（請求項11）。一次薄板バンドの低い磁気透過性ゾーンの大きさが、二次薄板バンドのゾーンの大きさと異なるとき、振動もしくはノイズの発生が制限される。
変更された実施例において、複数の第1ヨークおよび内側の第2ヨークは、最終的に、ハウジングに固定接続されおり、外側の第2ヨークは二次部に接続され、第2ヨークの内側において薄板バンドに向きあい、該薄板バンドに平行で同軸状の筒状面を有する（請求項12）。ハウジングに固定されている複数の第1ヨークがあるので、磁気コイルへのエネルギー供給のための摺動接触子が必要とならない。しかし、本発明による配置によりエアギャップの影響は非常に小さく抑えることができる。したがって、クラッチは電気モーターとの類似性がほとんどない。
本発明は、以下において図を参照して、記述と説明がなされる。
発明を実施するための形態
図1において、ハウジングは図示されず、電源供給のための摺動接触子2を備える固定部1が描画されているのみである。このクラッチ自身が、一次シャフト5を伴う一次部3から二次部4へ制御可能なトルクの伝達を行う。一次部3は、回転可能に一次シャフト5に固定接続され、低い磁気透過性の材料から成るディスク6と、多くの一次薄板バンド7と、以下に説明する制御可能な磁場のジェネレータによって形成されている。一次薄板バンド7は、それぞれが幾何学軸9を有する筒状ジャケットであり、一つの端部8がディスク6に固定接続されている。
二次部4は同様に、上記軸9の周りに回転可能であり、すなわち同軸上であり、ジャケット部14と、一次部3を取り囲み係合するベアリングプレート15、16から成る。ベアリングプレート15、16は封止材13によって一次部3に対してシールされる。ベアリングプレート15、16は、さらに、一次部3が二次部4に案内されるベアリング17を含む。ハウジング1の二次部中のベアリングは示されていない。二次部4のベアリングプレート16は、少なくとも部分的に低い磁気の透過性の材料から成り、筒状の二次薄板バンド20の端部18は、ベアリングプレート16にしっかりと搭載されている。したがって、作動空間21は一次部3と二次部4の間に形成され、磁性流体を含み、複数の一次薄板バンド7及び二次薄板バンド20が半径を減少しながら交互に配置されている。留め具22などは、ジャケット部14に対して、もう一方のベアリングプレート15が引き出すことができるように設けられている。
本実施例において、磁気コイル25を有する多くの第1ヨーク24は、巻き線軸が径方向であり、周方向に連続的にそれぞれ反対の磁極を有し、多くの第1ヨーク24は、一次及び二次薄板バンド7と20の組の間の径方向のほぼ中央に位置している。このことは、磁気コイル25を有する第1ヨーク24の隣には、周方向に反対の磁性を有する磁気コイル25'を有する第1ヨーク24'などヨークが続いて並んでいることを意味し、その結果偶数個の第1ヨークが周方向に配置され存在している（図2、3参照のこと）。
第1ヨーク24、24'は外側の筒状端面26を有し、回転軸はシリンダーの幾何学軸でもある。第1ヨーク同士の隙間は、低い磁気透過性材料で充填されるか、もしくは、他の方法と組み合わせて閉リング28を設けるようにしてもよい。閉リング28の片側に設けられた脚部29においてディスク6と固定接続される。この接続により、摺動接触子2からの磁気コイル25、25'に至る電力供給33も生じる。第1ヨーク24は内側の筒状端面31も有し、さらにシリンダー軸として回転軸9を有する。
さらに、2つの第2ヨークが設けられ、外側の第2ヨーク34及び内側の第2ヨーク37の両方が高い磁気透過性の材料から成る。外側の第2ヨーク34はリングであり、好ましくは同時に二次部のジャケットである。第2ヨーク34は、最も外側の薄板バンド7及び20と等距離の同軸の筒状内面35を有し、作動空間21と外部との境界をつけている。内側の第2ヨーク37は、回転可能に二次部4のベアリングプレート16に固定接続しており、外側の同軸の円筒面38を有する。更なる薄板バンド7*、20*の複数の組は、第1ヨーク24と内側の第2ヨーク37の間に位置する。図示例では、一次及び二次それぞれ一つの薄板バンド7、20だけが、ヨーク・リング28の外側に描かれており、一組の一次及び二次薄板バンド7*、20*がヨーク・リング28の内側に描がれている。しかし、多くの場合、高いトルク伝達のためには、複数組の薄板バンドが必要である。
記述されている磁気コイル及びヨークの組み合わせが、磁力線40、40'、41、42により示されている磁場を生成する。図2において、第1ヨーク24の磁気コイル25は、外側の第2ヨーク34内の作動空間21、薄板バンド7及び20を横切り径方向外側に向かう磁力線40を生成し、その結果、磁力線は径方向内側に向かう磁力線40'に合流する、ということが一番よくわかる。薄板バンド7、20と、第1ヨーク40に隣接して反対の磁極を備えた磁気コイル25'を有する第1ヨーク40'と、を何回か貫通した後、磁力線は薄板バンド7*及び20*（ヨーク・リング28の径方向内側にある）が存在する作動空間21を再度貫通する。内側の第2ヨーク37において、続いて再度磁力線は周方向へ発散し、第1ヨーク24内で再びに外側に向う磁力線を形成する。全ての実施例において、第1ヨーク24、第2ヨーク34及び37は、磁力線が延びる平面を有する互いに接触する金属シートから成る。または、それらは、高い磁気透過性かつ低い電気伝導率を有する材料から成る。
図4及び図5の実施例では、各部の参照番号がそれぞれ100増え、違いは、ヨーク・リング128が作動空間121の内側の境界を形成し、したがって、全ての一次及び二次薄板バンド107及び120は外側にあることである。このことは、第1ヨーク124と内側の第2ヨーク137が一つの構造体（ワンピース構造）として作られることを意味する。図示例において、ヨーク・リング128は回転可能に二次部104に固定接続しており、電源供給133も、プレート115、116及びジャケット部134を介して摺動接触子102から磁気コイル125まで通じている。したがって、ここで隣接する磁気コイル125、125'の磁極もまた反対である。
図6の実施例は更に異なり、各部の参照番号がそれぞれ200増える。直前の実施例から、第1ヨーク224の磁気コイル225が静止部201に固定接続され、したがって回転しないという点が異なる。したがって、内側の第2ヨーク237は、再度第1ヨーク224と一体構造となる。ここでエアギャップ250が第1ヨーク224と一次部206の間に存在する。しかし、このような構造であるため、大きさを非常に小さくしておくことができる。それに加えて、薄板バンド207及び220が回転軸209からより距離を取って存在するので、磁力線の強さに対して大きなトルクを伝達することができる。
図7において、低い磁気透過性ゾーンの二つの異なる実施例が一次薄板バンド7において示されている。穴50は、ライン52に沿って配置され、ライン52は薄板バンド7の母線であり、かつ、回転軸9に平行である。列51は螺旋状である。図8において、穴の列の代わりにスリット150及び151が薄板バンド上に設けられている一次薄板バンド107及び二次薄板バンド120が示されている。スリット150は、薄板バンド120の母線に対して鋭角な角度152で傾いている。スリット151は、螺旋状であり、その形状・長さはスリット150とも異なる。このように軸109の方向へ交点が移動することにより、一次部と二次部との間にスピード差が生じる。低い磁気透過性ゾーンは、薄板バンド内で磁気短絡を減ずるか、排除する。交点の移動が、速度の違いにより起こっている「サイレン効果」を防止する。上記した穴もしくは、スリットの複数の列は、それぞれ特定の間隔で薄板バンドの全周にわたり設けられているが、1本の列もしくは、1本のスリットだけが常に図7及び8に示されている。
本発明の第1実施例によるクラッチの長手方向の断面図を示す。 図1のII-IIに沿った断面図を示す。 図1の軸測投影図を示す。 本発明の第2実施例によるクラッチの長手方向の断面図を示す。 図4のV-Vに沿った従う断面図を示す。 本発明の第3の実施例によるクラッチの長手方向の断面図を示す。 薄板バンドの第1実施例を示す。 薄板バンドの第2実施例を示す。

Claims (13)

  1. 固定部(1; 101; 201)と、複数の一次薄板バンド(7; 107; 207)を有する回転一次部(3; 103; 203)と、複数の二次薄板バンド(20; 120; 220)を有する同軸で回転する二次部(4; 104; 204)とを含み、磁性流体を含む作動空間 (21; 121; 221) 内には、前記複数の一次薄板バンド(7; 107; 207)及び二次薄板バンド(20; 120; 220)が径方向に交互に連続して並び、前記磁性流体に作用する調整可能な磁場を持つ磁性流体クラッチであって、
    a) 第1ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')及びほぼ径方向の巻き線軸をそれぞれが有する多くの磁気コイル(25, 25'; 125, 125'; 225, 225')は、磁性流体を含む前記作動空間(21; 121; 221)に配置され、前記第1ヨークは周方向にわたって分布して配置され、前記複数の一次薄板バンド(7; 107; 207) 及び二次薄板バンド(20; 120; 220)が、前記第1ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')の外側と内側の少なくとも一方に配置され、隣接する前記磁気コイル(25, 25'; 125, 125'; 225, 225')はそれぞれ反対の磁極を有し、
    b)前記第1ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')は、筒状端面(26, 31; 126, 31; 226, 231)を有し、磁力線(40, 40', 41, 42; 140, 140', 141, 142; 240, 240', 242, 242)のほとんどが筒状端面のほぼ径方向の外へ出て中へ入り、前記筒状端面の曲率の軸がクラッチの回転軸(9; 109; 209)であり、
    c)複数の一次薄板バンド(7; 107; 207)及び複数の二次薄板バンド(20; 120; 220)は、 閉じた筒状ジャケットであり、
    d)外側と内側の第２ヨーク(34, 37; 134, 137; 234, 237)は、前記作動空間(21; 121; 221)を外縁と内縁に区画し、前記作動空間は、前記第1ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')の径方向の外方及び内方に延び、前記磁力線(40, 40'; 140, 140'; 240, 240')は、径方向に前記第2ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')に入り、再び径方向反対向きに該第2ヨークから出ることを、特徴とする磁性流体クラッチ。
  2. 前記第1ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')は、該第1ヨークの磁気コイル(25, 25'; 125, 125'; 225, 225')と組み合わされて、第1ヨーク・リング(28; 128; 228)を形成することを特徴とする請求項2記載の磁性流体クラッチ。
  3. 前記第1ヨーク(24, 24'; 124, 124'; 224, 224')及び、もしくは、前記第２ヨーク(34, 37; 134, 137; 234, 237)は、金属シートで構成されるか、もしくは、高い磁気透過性の焼結された材料から成ることを特徴とする請求項1記載の磁性流体クラッチ。
  4. 前記第1ヨーク(24, 24')は、回転可能に一次部(3)に固定接続され、前記第2ヨーク(34, 37)は、回転可能に二次部(3)に固定接続され、ライン(33)が、前記磁気コイル(25,25')へ電源を供給するために、前記一次部内(4)に設けられていることを特徴とする請求項1記載の磁性流体クラッチ。
  5. 前記第1ヨーク(124)は、回転可能に前記二次部(4)に固定接続され、前記第2ヨーク(134, 137)は、同様に、回転可能に前記二次部(4)に固定接続され、ライン(133)が、前記磁気コイルへ電源を供給するために、前記二次部(4)内に設けられていることを特徴とする請求項1記載の磁性流体クラッチ。
  6. 一次薄板バンド(7, 7*)及び二次薄板バンド(20, 20*)は、前記第１ヨーク(24)の外側と内側に配置され、前記外側の第2ヨーク(34)は筒状内面(35)を持ち、該内面は前記薄板バンド(7,20)に平行で同軸であり、前記内側の第2ヨーク(37)は、筒状外面(38)を有し、該外面は前記薄板バンド(7*, 20*)と平行で同軸であることを特徴とする請求項4もしくは、請求項5記載の磁性流体クラッチ。
  7. 前記一次薄板バンド(107)及び二次薄板バンド(120)は、前記第1ヨーク(124、124')の外側に配置され、前記内側の第2ヨーク(137)は、前記第1ヨーク(124)に接続されていることを特徴とする請求項1記載の磁性流体クラッチ。
  8. 前記薄板バンドは、高い磁気透過性の材料からなり、低い磁気透過性ゾーンを有し、該ゾーンは周方向にわたって分布し、軸方向に延びていることを特徴とする請求項1記載の磁性流体クラッチ。
  9. 前記低い磁気透過性ゾーンは、連続穴(50)からなる列(51; 52)から成ることを特徴とする請求項8記載の磁性流体クラッチ。
  10. 連続穴からなる列(51)は、急勾配の螺旋状であることを特徴とする請求項9記載の磁性流体クラッチ。
  11. 連続穴の列は組み合わされてスリット(150; 151)を形成することを特徴とする請求項9記載の磁性流体クラッチ。
  12. 前記一次薄板バンド(107)の低い磁気透過性ゾーンの形状・長さは、前記二次薄板バンド(120)の低い磁気透過性ゾーンの形状・長さとは異なることを特徴とする請求項9記載の磁性流体クラッチ。
  13. 前記第1ヨーク(224)及び前記内側の第2ヨーク(237)は、ハウジング(201)に固定接続され、前記外側の第2ヨーク(234)は、前記二次部(204)に接続され、
    筒状面(235)を有し、該筒状面の内側が前記薄板バンド(207, 220)に向きあい、該薄板バンドに平行で同軸であることを特徴とする請求項1記載の磁性流体クラッチ。
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