JP2008202657A - Electromagnetic clutch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁クラッチにおける回転シャフトの回転角度情報を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting rotation angle information of a rotary shaft in an electromagnetic clutch.
磁力によってクラッチの接続／非接続を行う電磁クラッチが知られている。図８に従来技術における電磁クラッチの断面構造の一例を示す。図８に示す電磁クラッチは、コイルＣに電流を流していない状態において、図示省略したモータによって、ウォームギア９が駆動されると、ロータ７が回転シャフト５およびステータ２に対して回転する。この状態は、電磁クラッチがＯＦＦの状態であり、ロータ７は、アーマチュア１１に対して空転し、回転シャフト５にロータ７の回転力は伝わらない。
2. Description of the Related Art An electromagnetic clutch that connects / disconnects a clutch by magnetic force is known. FIG. 8 shows an example of a cross-sectional structure of an electromagnetic clutch in the prior art. In the electromagnetic clutch shown in FIG. 8, when the worm gear 9 is driven by a motor (not shown) in a state where no current flows through the coil C, the
上記の状態において、コイルＣに電流を流すと、コイルＣが作り出す磁場の磁束がロータ７とアーマチュア１１を貫き、磁路が形成され、ロータ７にアーマチュア１１が磁気的に吸引される。そして、ロータ７とアーマチュア１１とが接触し、ロータ７の回転力がアーマチュア１１に摩擦力によって伝わり、アーマチュア１１がロータ７と共に回転する。この結果、回転シャフト５が回転し、プーリー１８からベルト２０を介して、駆動力が駆動対象へと伝えられる。この状態が、電磁クラッチＯＮの状態である。
In the above state, when a current is passed through the coil C, the magnetic flux generated by the coil C penetrates the
この構成において、回転シャフト５の回転状態（回転角度や回転速度）が、ホールセンサ１６の出力に基づいて算出される。この算出は、図示省略したマイコンによって電子的に行われる。図９は、芯金１４の外周に固定された永久磁石１５、さらにその外周にＮＳＮＳ・・と交互に各Ｎ個配置された磁極２１の配置状態が示されている。図９に示されるように、永久磁石１５の外周に対向する位置にホールセンサ１６が配置されている。ここで、ホールセンサ１６として、ホールセンサ１６ａおよび１６ｂが配置されている。
In this configuration, the rotation state (rotation angle or rotation speed) of the
図１０は、ホールセンサの特性を示す概念図である。図１０（Ａ）に示すように、ホールセンサ１６ａおよび１６ｂは、Ｎ→ＳまたはＳ→Ｎの方向の変化に対して、所定の値に設定された飽和磁束密度を超えた場合に、出力電圧がＯＦＦ→ＯＮとなり、逆の方向の変化に対して、ＯＮ→ＯＦＦとなる特性とされている。この構成において、ひとつのホールセンサは、芯金１４の１回転（回転シャフト５の１回転）当たり、Ｎ個のパルスを出力する。このパルスをカウントすることで、回転角を知ることができる。また、単位時間当たりのパルス数をカウントすることで回転速度を知ることができる。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing characteristics of the Hall sensor. As shown in FIG. 10 (A), the
また、ホールセンサ１６ｂは、その出力が、ホールセンサ１６ａの出力に対して、電気角的に９０°ずれた位相となる位置（ホールセンサ１６ａに対する相対的な位置）に配置されている。図１０（Ｂ）は、回転シャフト５に対するホールセンサａの出力電圧（Ａ相）およびホールセンサｂの出力電圧（Ｂ相）を示す概念図である。最初の出力が、Ａ相であるか、Ｂ相であるか、を判定することで、回転の方向を検出することができる。
The
ホール素子を用いて、クラッチの回転シャフトの回転を検出する技術に関しては、例えば特許文献１に、ホール素子を用いて回転角度を検出する技術に関しては、例えば特許文献２および３に記載されている。また、回転する物体の回転角を検出するセンサとして、磁気抵抗素子を用いたＭＲセンサが知られている。このＭＲセンサを用いて磁性体ロータの回転を検出する技術が、例えば特許文献４に記載されている。
Regarding the technology for detecting the rotation of the rotating shaft of the clutch using the Hall element, for example,
上述した回転シャフト５の回転角度を検出する機構において、回転角の検出分解能は、３６０°／Ｎである。分解能を高めるためには、Ｎ数を増加させればよい。しかしながら、Ｎ数を増加させると以下のような不都合がある。
In the mechanism for detecting the rotation angle of the
一般に永久磁石１５の外周にＮＳＮＳ・・と交互に各Ｎ個配置された磁極２１は、着磁により形成される。しかしながら、Ｎ数を大きくした場合、着磁ピッチが狭くなるので、着磁精度の確保や着磁装置のコスト高のために、製造コストが増加する。また、着磁時の磁界が弱くなるので、検出不良の発生要因が増える傾向が大となる。一方、Ｎ数を増やす方法として、永久磁石１５の外径を大きくする方法もあるが、大型化を招き、またコスト高となる。
Generally, N
そこで本発明は、低コストおよび小型化を維持しながら、電磁クラッチにおける回転シャフトの回転角度の検出分解能を高めることができる技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of increasing the detection resolution of the rotation angle of the rotary shaft in the electromagnetic clutch while maintaining low cost and downsizing.
請求項１に記載の発明は、ロータと、前記ロータに対して所定の隙間を有した状態で対向して配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの回転中心に固定された回転シャフトと、前記ロータと前記アーマチュアとを吸着させる磁力を発生するための電磁コイルと、前記回転シャフトの端部に配置された磁石と、前記磁石に対して所定の隙間を有した状態で、前記回転シャフトの回転軸線上に配置されたＭＲセンサとを備えることを特徴とする電磁クラッチである。
The invention according to
請求項１に記載の発明によれば、回転シャフトの端部に配置された磁石の作る磁場をＭＲセンサによって検出する。回転シャフトが回転すると、磁場が回転し、磁場の状態が変化する。この変化がＭＲセンサによって検出され、ＭＲセンサの出力に現れる。そして、ＭＲセンサのこの出力の変化に基づいて、回転シャフトの回転に関する情報を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the magnetic field created by the magnet disposed at the end of the rotating shaft is detected by the MR sensor. When the rotating shaft rotates, the magnetic field rotates and the state of the magnetic field changes. This change is detected by the MR sensor and appears in the output of the MR sensor. Then, based on the change in the output of the MR sensor, information regarding the rotation of the rotating shaft can be obtained.
この構成によれば、ＭＲセンサが検出する磁場は、Ｎ極からＳ極に向かう磁束が作る磁場でよいので、高分解能を得るための多数の磁極を用意する必要がない。また、角度変化に対するセンサ出力は、連続性のある値変化となるので、高分解能の角度検出を行うことができる。このため、シンプルな構造でありながら、高分解能の角度検出特性を有する電磁クラッチを得ることができる。すなわち、従来技術のように、２Ｎ個の磁極を用意しても分解能が３６０°／Ｎである問題が解決され、ＮとＳの２個の磁極を有する磁石を回転シャフトの端部に配置した構造で高分解能の角度検出精度を得ることができる。このため、低コスト化および小型化と、回転シャフトの回転角の高分解能検出とを両立することができる。 According to this configuration, the magnetic field detected by the MR sensor may be a magnetic field generated by the magnetic flux from the north pole to the south pole, so there is no need to prepare a large number of magnetic poles for obtaining high resolution. Further, since the sensor output with respect to the angle change is a continuous value change, it is possible to detect the angle with high resolution. Therefore, it is possible to obtain an electromagnetic clutch having a high resolution angle detection characteristic with a simple structure. That is, as in the prior art, the problem of resolution of 360 ° / N is solved even if 2N magnetic poles are prepared, and a magnet having two magnetic poles of N and S is arranged at the end of the rotating shaft. High resolution angle detection accuracy can be obtained with the structure. For this reason, it is possible to achieve both cost reduction and size reduction and high-resolution detection of the rotation angle of the rotating shaft.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、磁石は、ＭＲセンサの部分において、このＭＲセンサを構成する磁気抵抗素子の飽和磁束密度以上の強さの磁場を形成することを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、ＭＲセンサを構成する磁気抵抗素子に、その飽和磁束密度以上の値の磁束密度が加わるので、ＭＲセンサの出力は、加わる磁束の向きに主に依存する傾向となる。このため、部品の寸法精度や取り付け精度の誤差の影響が、回転角の検出精度に与える影響を抑えることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the magnet forms a magnetic field having a strength equal to or higher than a saturation magnetic flux density of a magnetoresistive element constituting the MR sensor in the MR sensor portion. It is characterized by. According to the second aspect of the present invention, since the magnetic flux density equal to or higher than the saturation magnetic flux density is applied to the magnetoresistive element constituting the MR sensor, the output of the MR sensor mainly depends on the direction of the applied magnetic flux. It becomes a trend. For this reason, it is possible to suppress the influence of the error in the dimensional accuracy and mounting accuracy of the parts on the detection accuracy of the rotation angle.
すなわち、一般に磁場の向きを検出する用途のＭＲセンサは、磁気抵抗素子で抵抗ブリッジ回路を構成し、磁場の向きの変化による各磁気抵抗素子の電気抵抗の変化を当該抵抗ブリッジ回路のバランスの変化として検出（あるいは出力）する。したがって、検出する磁場の磁束密度を、利用される磁気抵抗素子が磁気飽和する値以上とすることで、このブリッジ回路の出力が磁場の向きに依存する傾向を大とし、角度変化の影響を支配的とすることができる。これにより、部品の寸法精度や取り付け精度の誤差の影響が、回転角の検出精度に与える影響を抑えることができる。 That is, in general, an MR sensor for use in detecting the direction of a magnetic field comprises a resistance bridge circuit with magnetoresistive elements, and changes in the electrical resistance of each magnetoresistive element due to changes in the direction of the magnetic field change in the balance of the resistance bridge circuit. Is detected (or output). Therefore, by setting the magnetic flux density of the magnetic field to be detected to be greater than or equal to the value at which the magnetoresistive element used is magnetically saturated, the output of this bridge circuit has a greater tendency to depend on the direction of the magnetic field, and dominates the influence of angular changes. Can be. Thereby, it is possible to suppress the influence of the error of the dimensional accuracy and mounting accuracy of the parts on the detection accuracy of the rotation angle.
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、電磁コイルの中心軸は、回転シャフトの回転軸に略一致し、磁石のＮ極とＳ極は、この回転軸の軸線を挟んだ部分に位置していることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、回転軸の軸線上において、電磁コイルが作る磁気ベクトルを当該軸線方向とすることができ、また回転シャフト端部の磁石が作る磁気ベクトルを当該軸線に垂直な面内に位置させることができる。このため、電磁コイルへの通電の有無（つまり電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ）がＭＲセンサの出力に影響を与えないようにすることができる。つまり、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦの影響を受けない回転シャフトの角度情報を得ることができる。
The invention according to
なお、電磁コイルの軸は、回転シャフトの回転軸に略一致するという記載における略一致とは、両軸中心間の位置ズレが１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍ以下であり、且つ両軸のなす角度が１．０°以下、好ましくは０．５°以下である状態をいう。 The term “coincidence” in the description that the axis of the electromagnetic coil substantially coincides with the rotation axis of the rotary shaft means that the positional deviation between the centers of both axes is 1.0 mm or less, preferably 0.5 m or less, and both axes Is an angle of 1.0 ° or less, preferably 0.5 ° or less.
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、磁石と回転シャフトとは、凹凸構造が噛み合う状態で結合していることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、回転シャフトに対する磁石の固定状態を強固に、また高い信頼性を有した状態とすることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the magnet and the rotating shaft are coupled in a state where the concavo-convex structure is engaged. According to invention of
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、回転シャフトは、磁性材料を含み、磁石は、回転シャフトの端部に非磁性のスペーサを介して固定されていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、磁石から回転シャフト側に吸い寄せられる磁束を減らすことができ、磁石の作り出す磁束をＭＲセンサによる角度情報の検出に有効に利用することができる。このため、無駄に高磁力の磁石を利用せずに済み、磁石のコストを下げることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the rotating shaft includes a magnetic material, and the magnet is interposed at the end of the rotating shaft via a nonmagnetic spacer. It is fixed. According to the fifth aspect of the present invention, the magnetic flux attracted from the magnet toward the rotating shaft can be reduced, and the magnetic flux generated by the magnet can be effectively used for detection of angle information by the MR sensor. For this reason, it is not necessary to use a magnet with a high magnetic force in vain, and the cost of the magnet can be reduced.
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、磁石には、回転シャフトの回転軸線を挟んで配置された相対的に大きな隙間寸法を有する第１および第２の隙間部と、回転シャフトの回転軸線上に位置し、相対的に小さな隙間寸法を有すると共に第１および第２の隙間部を繋ぐ第３の隙間部とを備えた隙間構造が設けられていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the magnet has a relatively large gap dimension arranged with the rotation axis of the rotary shaft interposed therebetween. And a second gap portion, and a gap structure provided on the rotation axis of the rotary shaft and having a relatively small gap size and a third gap portion connecting the first and second gap portions. It is characterized by being.
請求項６に記載の発明によれば、第３の隙間部分に磁束が集中するので、回転シャフトの回転軸線上に磁束を集中させることができる。このため、ＭＲセンサによる検出Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。また、磁石の磁力を有効に利用することができるので、無駄に高磁力の磁石を利用せずに済み、低コスト化を図ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the magnetic flux concentrates in the third gap portion, the magnetic flux can be concentrated on the rotation axis of the rotary shaft. For this reason, the S / N ratio detected by the MR sensor can be increased. In addition, since the magnetic force of the magnet can be used effectively, it is not necessary to use a high-magnetic force magnet unnecessarily, and the cost can be reduced.
本発明によれば、多数の磁極を必要とせずに高分解能の角度検出が可能となる。このため、低コストおよび小型化を維持しながら、電磁クラッチにおける回転シャフトの回転角度の検出分解能を高めることができる。 According to the present invention, high-resolution angle detection is possible without requiring a large number of magnetic poles. For this reason, the detection resolution of the rotation angle of the rotating shaft in the electromagnetic clutch can be increased while maintaining low cost and downsizing.
（１） 第１の実施形態
（構成）
図１は、本発明を利用した電磁クラッチの一例を示す断面図である。図１には、電磁クラッチ１が示されている。符号２は、ベースであり、電磁クラッチ１を適当な筐体に固定するための部材である。ベース２には、ステータ（固定子）３が固定され、ステータ３には、コイルＣが固定されている。ステータ３は、円環形状の平円板構造体と円筒構造体とを組み合わせた形状を有し、その断面形状は、図示するように左右対称で、右半分で見て略Ｌ字形状を有している。コイルＣは、コイル線材がステータ２の円筒構造体部分に巻かれ、その周回方向は、回転シャフト５を軸とした円周方向に一致する構造とされている。つまり、コイルＣの中心軸は、回転シャフト５の回転軸に一致する状態とされている。
(1) First embodiment (configuration)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an electromagnetic clutch using the present invention. FIG. 1 shows an
回転シャフト５は、ベアリング４によってステータ２に対して回転自在な状態で軸支され、さらに回転シャフト５には、ベアリング６を介して、ロータ７が回転自在な状態で固定されている。ロータ７も円環形状の平板構造体と円筒構造体とを組み合わせた形状を有し、その断面形状は、図示するような略逆Ｕ字形状を有している。図示するように、ステータ３とロータ７に囲まれる空間にコイルＣが配置されている。また、ステータ３とロータ７とは、ベアリング１０を介して連結されており、互いに相対的に回転可能とされている。また、ステータ３とロータ７とは、共に鉄を主成分とした磁性体で構成され、コイルＣが作る磁束が通る磁路が形成されるようにされている。
The
ロータ７の外周には、ウォームホイール８が固定され、このウォームホイール８には、ウォーム（ネジ歯車）９が噛み合っている。ウォーム９は、図の紙面に垂直な方向に回転軸を有している。ロータ７は、ステータ２、コイルＣ、後述するアーマチュア１１、および後述する外装カバー１３に接触しない構造とされている。
A
回転シャフト５には、磁性体で構成されるアーマチュア（摩擦板）１１が固定されている。アーマチュア１１と回転シャフト５とは同時に回転する。アーマチュア１１は、自身が弾性を有するか、あるいは図示省略した板バネを介して、回転シャフト５に固定されている。このため、アーマチュア１１がロータ７に磁力によって吸引されると、アーマチュア１１の変形あるいはアーマチュア１１の回転シャフト５の軸方向への移動が起こり、アーマチュア１１がロータ７に接触する。この接触の際の摩擦力によって、ロータ７とアーマチュア１１との間で回転力の伝達が行われる。アーマチュア１１は、回転シャフト５以外の部材に接触しない構造とされている。この構造では、シャフト５がベース２に対して回転可能であり、それと独立にロータ７がシャフト１およびベース２に対して回転可能な構造とされている。
An armature (friction plate) 11 made of a magnetic material is fixed to the
また、回転シャフト５は、ベアリング１２を介して、外装カバー１３に固定されている。外装カバー１３は、ベース２に固定されている。つまり、回転シャフト５は、外装カバー１３に対して回転可能とされている。なお、ウォームギア９の回転シャフト（図示省略）は、外装カバー１３に図示省略したベアリングを介して固定され、外装カバー１３から外に延在している。
The
回転シャフト５の最上部には、プーリー１８がボルト１９によって固定され、プーリー１８には、ベルト２０が掛けられている。ベルト２０は、図示省略する駆動対象の回転軸に固定された図示省略するプーリーに掛けられている。
A
回転シャフト５の軸線上において、ベース２には、矩形の開口２３が形成されている。この開口２３内に突出するように回転シャフト５の下端が位置し、その端部に永久磁石２２が取り付けられている。永久磁石２２は、円盤状であり、右半円部分がＳ（またはＮ）極、左半円部分がＮ（またはＳ）極を有している。この構造によれば、Ｎ極からＳ極に向かう磁束は、回転シャフト５の回転軸線に対して、略直角に交わる。なお、略直交とは、直角から±１°以下、好ましくは０．５°以下の範囲で両者が交わることをいう。また、回転シャフト５への永久磁石２２の固定は、例えば接着剤によって行われている。
A
ベース２には、開口２３を外側から塞ぐように、断面凹型のセンサカバー２４が取り付けられている。センサカバー２４の凹型内側（回転シャフト５側）には、プリント基板２５上に取り付けられたＭＲセンサＩＣ２６が配置されている。
A
図２は、ＭＲセンサＩＣ２６が配置されている部分を拡大した上面図（Ａ）、その側面図（Ｂ）、上面図（Ａ）のＡ−Ａ’の線で切った断面部分の構造を示す断面図（Ｃ）である。図２に示すように、ＭＲセンサ素子ＩＣ２６は、集積化されたＩＣチップであり、中央にＭＲセンサの検出部２６ａを備え、外部にプリント基板に半田接続するための複数の端子を備えている。センサ検出部２６ｃは、磁気抵抗効果を示す材質を用いた磁気抵抗素子でブリッジ回路を構成した磁気検出回路をシリコン基板上に集積化した構造を備えている。また、ＭＲセンサＩＣ２６は、このブリッジ回路の出力に基づいて回転角や回転方向に関する電気信号を生成する電子回路を備えている。
FIG. 2 is a top view (A) in which the portion where the
図２に示されているように、検出部２６ａ（ＭＲセンサＩＣ２６）は、回転シャフト５の中心軸（回転軸）線上に、回転シャフト５の端面から所定の隙間をおいた位置に配置されている。永久磁石２２は、回転シャフト５の断面形状（円形形状）と同じ円形形状を有し、半円部がN極、残りの半円部がＳ極とされている。したがって、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線は、検出部２６ａの部分でＭＲセンサＩＣ２６上面に対して略平行となる。つまり、永久磁石２２が作る磁束は、上記ブリッジ回路が形成されている面に対して略平行な状態となる。
As shown in FIG. 2, the
回転シャフト５が、ＭＲセンサ検出部２６ｃに対して相対的に回転すると、永久磁石２２が作る磁束が、上記ブリッジ回路に対して回転する。すると、ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子の抵抗発生方向に対する磁束の方向が、各磁気抵抗素子において変化し、その変化がブリッジ回路の出力に現れる。この出力の変化には、回転シャフト５の回転角や回転方向に関する情報が含まれている。この出力の変化に基づいて、ＭＲセンサＩＣ２６内で信号の処理が行われ、ケーブル３１から外部に角度検出信号が出力される。
When the
図３は、ＭＲセンサＩＣ２６の回転角と出力される角度検出信号との関係を示す特性図である。図３の横軸は、回転シャフト５のベース２に対する回転角度であり、縦軸は、角度検出信号の値（相対値）である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotation angle of the
図３に示すようにＭＲセンサＩＣ２６は、＋Ａ、−Ａ、＋Ｂ、−Ｂの４つの信号を出力する。各信号は、それぞれ位相が９０°ずれており、各信号の値の関係から、回転シャフト５の回転角を得ることができる。各出力は、磁気抵抗素子の抵抗検出方向と磁束の方向とがなす角度に依存するので、角度変化に対する出力変化は、連続的（滑らか）となる。このため、永久磁石２２がＮＳ単極着磁の構造（Ｎ極とＳ極を各１極しか備えていない構造）であっても、高分解能の角度検出が可能となる。
As shown in FIG. 3, the
図１に示す構造において、コイルＣが作る磁場の磁力線は、回転シャフト５の下側端部において、その回転軸を軸とした放射状に軸対称な状態で存在するものとなる。また、回転シャフト５の回転軸線上において、コイルＣが作る磁場の磁気ベクトルは、回転シャフト５の回転軸方向に向き、この回転軸に直交する成分は生成しない。
In the structure shown in FIG. 1, the magnetic field lines of the magnetic field created by the coil C exist in a radially axisymmetric state about the rotation axis at the lower end of the
一方、回転シャフト５の回転軸線上において、永久磁石２２が作る磁場の磁気ベクトルは、回転シャフト５の回転軸に直交する。このため、回転シャフト５の回転に伴って永久磁石２２が回転すると、永久磁石２２が作る磁場の磁気ベクトルは、回転シャフト５の回転軸を中心として、この軸に垂直な面内において回転する。したがって、回転シャフト５の回転軸に垂直な平面内で考えた場合、永久磁石２２が回転シャフト５の軸線上で作る磁気ベクトルは、コイルＣが作る磁場の影響を受けない。このため、コイルＣへの通電制御（つまりクラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御）は、検出部２６ｃで検出されない。すなわち、回転シャフト５の回転状態の検出信号は、コイルＣへの通電制御の影響を受けない。あるいは、その影響を問題のないレベルに抑えることができる。
On the other hand, on the rotation axis of the
すなわち、本発明を利用した電磁クラッチは、磁力の有無によりクラッチの接続／非接続を制御するにもかかわらず、クラッチ制御の磁力の有無の影響を受けずにＭＲ素子による回転シャフト５の回転角情報の検出を行うことができる。これは、上述のようにＭＲセンサが検出する磁束の向きが、回転シャフト５の軸線上において軸方向に対して直交するのに対して、クラッチ制御を行うための磁場の磁束は、回転シャフト５の軸線上において軸方向に平行であり、その存在の有無がＭＲセンサの回転角情報の出力に影響を与えない現象を利用しているからである。
That is, in the electromagnetic clutch using the present invention, the rotation angle of the
検出部２６ａの部分における永久磁石２２が作る磁場の磁束密度は、ＭＲセンサＩＣ２６の磁気抵抗素子の飽和磁束密度を超える値になるようにする。すなわち、永久磁石２２は、その磁力が、ＭＲセンサＩＣ２６の磁気抵抗素子の部分において、その飽和磁束密度を超える値になる強さのものを採用する。こうすることで、部品の寸法誤差、組み立て時の位置精度の誤差、回転シャフト５の偏芯等があっても、ＭＲセンサＩＣ２６の出力に現れるそれら誤差の影響を少なくすることができる。
The magnetic flux density of the magnetic field generated by the
また、プリント基板２５には、基板側コネクタ２９が配置されており、基板側コネクタ２９とＭＲセンサＩＣ２６とは、プリント基板２５上のプリント配線パターンによって接続されている。基板側コネクタ２９には、ケーブル３１の先端に取り付けられたケーブル側コネクタ３０が接続される。ケーブル３１を介して、ＭＲセンサＩＣ２６に駆動電圧が加えられ、またＭＲセンサＩＣ２６からの検出信号が外部に出力される。なお、ケーブル３１を介して、外部に出力されるこの検出信号に基づいて、回転シャフト５の回転角度、回転方向、回転速度といった計測値が図示省略する電子回路によってデジタル的および／またはアナログ的に算出される。あるいは、ケーブル３１を介して、外部に出力されるこの検出信号に基づいて、各種の制御が行われる。また、プリント基板２５は、スペーサ２７を介して、ねじ２８によってセンサカバー２４の裏側に固定されている。なお、センサカバー２４は、ねじ３２によって、ベース２に固定されている。
Further, a board-
（動作）
以下、図１および２に示した電磁クラッチの動作の一例を説明する。コイルＣに電流を流していない状態において、図示省略したモータによって、ウォームギア９が駆動されると、ロータ７が回転シャフト５およびステータ２に対して回転する。この状態は、電磁クラッチ１がＯＦＦの状態であり、ロータ７は、アーマチュア１１に対して空転し、回転シャフト５にロータ７の回転力は伝わらない。この状態が、電磁クラッチＯＦＦの状態である。
(Operation)
Hereinafter, an example of the operation of the electromagnetic clutch shown in FIGS. 1 and 2 will be described. When the worm gear 9 is driven by a motor (not shown) in a state where no current flows through the coil C, the
上記の状態において、コイルＣに電流を流すと、コイルＣが作り出す磁場の磁束がロータ７とアーマチュア１１を貫き、磁路が形成され、ロータ７にアーマチュア１１が磁気的に吸引される。この磁気的な吸引力によって、ロータ７にアーマチュア１１が接触し、ロータ７とアーマチュア１１との間に摩擦力が発生する。この結果、ロータ７の回転力がアーマチュア１１に伝わり、アーマチュア１１がロータ７と共に回転し、同時に回転シャフト５が回転する。この回転力が、プーリー１８からベルト２０を介して、駆動対象へと伝えられる。この状態が、電磁クラッチＯＮの状態である。
In the above state, when a current is passed through the coil C, the magnetic flux generated by the coil C penetrates the
回転シャフト５が回転すると、ＭＲセンサＩＣ２６から出力される信号が、回転角や回転方向に応じた変化を示す。この信号の変化を図示省略した電子回路によって処理することで、回転シャフトの回転角や回転方向に関する情報を得ることができる。また、ＭＲセンサＩＣ２６から出力される信号に基づいて各種の制御が行われる。
When the
（優位性）
図１および２に示す電磁クラッチは、図８に示すような２Ｎ個の磁極は必要とせず、Ｎ極とＳ極とを各一つ備えた永久磁石２２を回転シャフト５の端部に取り付けたシンプルで小型化に適した構造とすることができる。また、ＭＲセンサＩＣ２６の出力は、図３に示すように角度変化に対して滑らかに変化するので、高分解能な角度検出を行うことができる。このため、低コストおよび小型化を維持しながら、回転シャフト５の回転角度の検出精度を高めることができる。
(Superiority)
The electromagnetic clutch shown in FIGS. 1 and 2 does not require 2N magnetic poles as shown in FIG. 8, and a
（２） 第２の実施形態
図１および図２に示す構造では、回転シャフト５に永久磁石２２は、例えば接着剤によって固定される。接着剤による固定は、汚れや油分の除去が必要であり、また接着剤の種類によっては、温度や湿度変化による経年変化により、接着力の低下が問題となる場合がある。本実施形態では、この点を更に改善した工夫の一例である。
(2) Second Embodiment In the structure shown in FIGS. 1 and 2, the
図４は、回転シャフトに永久磁石を固定する構造の一例を示す側断面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。なお、図４（Ｂ）のＡ−Ａ’の線で切った断面の構造が、図４（Ａ）に示されている。また、図４（Ｂ）は、図１および２における回転シャフト５を下方から見た場合に相当する。
FIG. 4 is a side sectional view (A) and a top view (B) showing an example of a structure for fixing a permanent magnet to a rotating shaft. Note that a cross-sectional structure taken along line A-A ′ in FIG. 4B is illustrated in FIG. FIG. 4B corresponds to the case where the
図４に示す構造では、側面から見て、永久磁石２２の中央部分に円環形状の窪み（凹部）２２ａが形成され、それに噛み合う（合致する）形状で回転シャフト５側に入口部分で径が狭まった部分５ａを有した開口５ｂが形成されている。回転シャフト５側の径が狭まった部分（円環状に内側に突出した凸部）５ａと永久磁石の凹部２２ａとが噛み合うことで、回転シャフト５に永久磁石２２が固定されている。
In the structure shown in FIG. 4, when viewed from the side, an annular recess (recess) 22 a is formed in the central portion of the
また、図４（Ｂ）に示されるように、回り止め手段として、永久磁石２２の外周部の２箇所には、凸部３３が形成されている。この凸部３３は、回転シャフト５の開口内壁に形成された凹部３４に噛み合い、それにより、永久磁石２２が回転シャフト５に対して回転しない構造とされている。
As shown in FIG. 4B,
図４に示す永久磁石２２の回転シャフト５への固定構造は、永久磁石２２を射出成型法によって回転シャフト５の端部に直接形成することで得ることができる。すなわち、まず回転シャフト５の端面に図示する形状の開口５ｂを形成し、そこに磁性体を材料として用いた射出成型法によって永久磁石２２の出発部材（図３の永久磁石２２の形状を有した磁化されていない磁性体材料の部材）を形成する。次に、着磁を行うことでこの磁性体材料の部材の磁化を行い、永久磁石２２を得る。
The structure for fixing the
図４に示す構造において、凹凸の関係を逆にした例とすることもできる。図５は、回転シャフトに永久磁石を固定する構造の一例を示す側断面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。なお、図５（Ｂ）のＡ−Ａ’の線で切った断面の構造が、図５（Ａ）に示されている。図５に示す例では、回転シャフト５の端部に突出部５ｃが形成されている。突出部５ｃは、端部に向かって小径部および大径部が形成され、側面が凹凸な構造とされている。永久磁石２２は、この凹凸構造に噛み合う形状を有している。また、回転シャフト５には、凸部３５が形成され、この凸部３５に噛み合う凹部が永久磁石２２側に設けられ、回転止め構造とされている。図４に示す構造も図３に示す構造と同様に永久磁石を射出成型法で形成することで得ることができる。
In the structure shown in FIG. 4, an example in which the unevenness relationship is reversed can also be used. FIG. 5 is a side sectional view (A) and a top view (B) showing an example of a structure for fixing a permanent magnet to a rotating shaft. Note that a cross-sectional structure taken along line A-A ′ in FIG. 5B is illustrated in FIG. In the example shown in FIG. 5, a
以上の構造および製造方法によれば、回転シャフト５への永久磁石２２の固定を確実にすることができ、高い信頼性を得ることができる。また、接着剤を利用する場合のような、洗浄や下地処理の工程を省く（あるいは簡略化する）ことができるので、製造コストを下げることができる。
According to the above structure and manufacturing method, the
（３）第３の実施形態
第１または第２の実施形態の構成において、回転シャフト５が磁性体（例えば鉄）である場合、回転シャフト５の端面に永久磁石２２を直接接触させると、永久磁石２２が作る磁束が回転シャフト５に吸い寄せられ、永久磁石２２が作る磁束がＭＲセンサＩＣ２６側において有効に利用されない。この点を改善した例を以下に示す。
(3) Third Embodiment In the configuration of the first or second embodiment, when the
図６は、回転シャフト５に非磁性のスペーサを介して永久磁石２２を取り付けた場合の例を示す断面図である。この例では、回転シャフト５は、鉄等の磁性材料または磁性材料を含む材質であることが前提となる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example where the
図６（Ａ）には、永久磁石２２を非磁性スペーサ３７に固定し、それを回転シャフト５に固定した構造が示されている。すなわち、永久磁石２２は、非磁性スペーサ３７に図４に示す構造を利用した構造で固定されている。そして、非磁性スペーサ３７は、凸部３７ａが回転シャフト５の端面に設けられた凹部５ｄに圧入され、回転シャフト５に固定されている。
FIG. 6A shows a structure in which the
図６（Ａ）に示す構造の製造方法の一例を説明する。最初に図示する構造を有し、非磁性体であるセラミックスで構成される非磁性スペーサ３７を得、次に非磁性スペーサ３７に射出成形法により磁性材料を永久磁石２２の形状に形成し、さらに磁化を行うことで、非磁性スペーサ３７に永久磁石２２が固定された構造体を得る。次に、非磁性スペーサ３７の凸部３７ａを凹部５ｄに圧入することで図６（Ａ）に示す構造を得る。
An example of a manufacturing method of the structure shown in FIG. First, a
図６（Ｂ）には、図５に示す固定構造を利用して、永久磁石２２を非磁性スペーサ３８に固定した例が示されている。製造方法は、上述した図６（Ａ）に示す方法と同じである。
FIG. 6B shows an example in which the
図６に一例を示す構造によれば、磁性材料である回転シャフト５と永久磁石２２との間の距離が、非磁性スペーサ３８によって離されるので、永久磁石２２が作り出す磁束が、回転シャフト５の方向に吸い寄せられる傾向を緩和することができる。そのため、永久磁石２２から、回転シャフト５の端部方向に離れた場所に位置するＭＲセンサＩＣ（図１または２の符号２６）方向に向かう磁束の数を増やすことができ、ＭＲセンサＩＣの検出感度を高めることができる。すなわち、信号のＳ／Ｎ比を高め、ノイズに強いセンシング構造とすることができる。また、磁束が無駄にならないので、磁石の磁力を無駄なく利用することができ、磁石のコストを抑えることができる。また、永久磁石２２を小型化（より薄い構造と）することができる。
According to the structure shown in FIG. 6, the distance between the
（４） 第４の実施形態
本実施形態は、図１および２に示す構成において、永久磁石２２の磁力を更に有効に利用する例を説明する。図７は、図１および図２に示す永久磁石２２にエアギャップ３７を設けた構造の一例を示す上面図（Ａ）と即断面図（Ｂ）である。図７において、（Ａ）のＡ−Ａ’の線で切った断面の構造が（Ｂ）に示されている。
(4) Fourth Embodiment In the present embodiment, an example in which the magnetic force of the
図７に示す構造では、回転シャフト５の端部方向から見て、永久磁石２２の中央付近に、底辺が対向する２つの半円形のギャップ（第１および第２のギャップ）を幅細のスリット形状のギャップ（第３のギャップ）３７ａで結んだ形状を有するエアギャップ３７が設けられている。このスリット形状のギャップ３７ａは、その中心部分が回転シャフト５の回転軸線上に位置している。上下に位置する半円径の二つのギャップそれぞれの底辺中央部分をスリット形状のギャップ３７ａが繋ぐ形状であるので、ギャップ３７ａを挟んで位置するＮ極およびＳ極は、共に幅の狭められた突出構造とされ、しかも短い間隔を有した状態で向かい合う。このため、このギャップ３７ａの部分に磁束が集中し、その付近における磁束密度を高めることができる。
In the structure shown in FIG. 7, two semicircular gaps (first and second gaps) whose bottoms are opposed to each other near the center of the
この構成によれば、永久磁石２２の磁力をより有効に利用して、ＭＲセンサＩＣ（図１または２の符号２６）による磁束密度の変化の検出を行うことができるので、検出精度のＳ／Ｎ比を高くすることができる。また、永久磁石２２の磁力を有効に（換言すれば無駄なく）利用することができるので、永久磁石２２に必要とされるコストを抑えることができる。
According to this configuration, it is possible to detect the change in magnetic flux density by the MR sensor IC (
本発明は、回転情報の検出機能を有する電磁クラッチに利用することができる。 The present invention can be used for an electromagnetic clutch having a rotation information detection function.
１…電磁クラッチ、２…べース、３…ステータ、Ｃ…コイル、４…ベアリング、５…回転シャフト、６…ベアリング、７…ロータ、８…ウォームホイール、９…ウォーム、１０…ベアリング、１１…アーマチュア（摩擦板）、１２…ベアリング、１３…外装カバー、２２…永久磁石、２３…開口、２４…センサカバー、２５…プリント基板、２６…ＭＲセンサＩＣ、２６ａ…検出部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータに対して所定の隙間を有した状態で対向して配置されたアーマチュアと、
前記アーマチュアの回転中心に固定された回転シャフトと、
前記ロータと前記アーマチュアとを吸着させる磁力を発生するための電磁コイルと、
前記回転シャフトの端部に配置された磁石と、
前記磁石に対して所定の隙間を有した状態で、前記回転シャフトの回転軸線上に配置されたＭＲセンサと、
を備えることを特徴とする電磁クラッチ。 A rotor,
An armature disposed opposite to the rotor with a predetermined gap;
A rotating shaft fixed to the rotation center of the armature;
An electromagnetic coil for generating a magnetic force for attracting the rotor and the armature;
A magnet disposed at an end of the rotating shaft;
An MR sensor disposed on a rotation axis of the rotating shaft in a state having a predetermined gap with respect to the magnet;
An electromagnetic clutch comprising:
前記磁石は、前記回転シャフトの端部に非磁性のスペーサを介して固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。 The rotating shaft includes a magnetic material,
The electromagnetic clutch according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnet is fixed to an end portion of the rotating shaft via a nonmagnetic spacer.
前記回転シャフトの回転軸線を挟んで配置された相対的に大きな隙間寸法を有する第１および第２の隙間部と、
前記回転シャフトの回転軸線上に位置し、相対的に小さな隙間寸法を有すると共に前記第１および第２の隙間部を繋ぐ第３の隙間部と
を備えた隙間構造が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。 The magnet includes
First and second gap portions having relatively large gap dimensions arranged across the rotation axis of the rotation shaft;
A gap structure is provided that is located on the rotation axis of the rotary shaft, has a relatively small gap dimension, and includes a third gap portion that connects the first and second gap portions. The electromagnetic clutch according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007037596A JP2008202657A (en) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | Electromagnetic clutch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007037596A JP2008202657A (en) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | Electromagnetic clutch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008202657A true JP2008202657A (en) | 2008-09-04 |
Family
ID=39780389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007037596A Pending JP2008202657A (en) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | Electromagnetic clutch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008202657A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019157994A (en) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | スミダコーポレーション株式会社 | Brake mechanism |
-
2007
- 2007-02-19 JP JP2007037596A patent/JP2008202657A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019157994A (en) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | スミダコーポレーション株式会社 | Brake mechanism |
| JP7047494B2 (en) | 2018-03-13 | 2022-04-05 | スミダコーポレーション株式会社 | Braking mechanism |
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