JP2012161140A - 非接触動力伝達遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃や摩耗がなく、しかも、伝達損失がない非接触動力伝達遮断装置を提供する。
【解決手段】第一回転軸２に取り付けられた第一コイル４と、第一回転軸２と同軸に配置された第二回転軸３に取り付けられた第二コイル５と、第一コイル４及び第二コイル５のいずれか一方に電流を印加する給電回路６と、第一コイル４及び第二コイル５の残りの一方から誘導電力を取り出す取出回路７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃や摩耗がなく、しかも、伝達損失がない非接触動力伝達遮断装置に関する。

車両やその他の機械において、エンジン（内燃機関）やモータ等の回転力を発生する原動機からその回転力で回転される負荷まで動力を伝達する経路には、動力伝達を入り切りできる動力伝達遮断装置が介在する。特に、エンジンを原動機とする車両では動力伝達遮断装置は必要不可欠であり、重要である。

動力伝達遮断装置には、入力軸に取り付けられたクラッチ板と出力軸に取り付けられたクラッチ板とが機械的に押し付けられることにより回転の動力が伝達される機械式クラッチ、入力側の回転体の回転に連れ回る作動流体の流動が出力側の回転体を回転させる流体継ぎ手などが知られている。

特開２００５−１４３１８５号公報 特開平１１−２７８０７６号公報

機械式クラッチは、クラッチ板同士が繋がる際に回転の急激な伝達による衝撃が発生しやすく、この衝撃を緩和するための制御が複雑である。また、機械式クラッチは、クラッチ板同士に滑りがあるためクラッチ板に摩耗が発生し、メンテナンスが煩雑となる。

一方、流体継ぎ手は、回転が伝わり始めるときの衝撃が少なく、部材の摩耗も少ないが、作動流体での内部摩擦により、伝達損失が発生する。伝達損失が発生することは、省エネルギの観点から好ましくない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、衝撃や摩耗がなく、しかも、伝達損失がない非接触動力伝達遮断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の非接触動力伝達遮断装置は、第一回転軸に取り付けられた第一コイルと、前記第一回転軸と同軸に配置された第二回転軸に取り付けられた第二コイルと、前記第一コイル及び前記第二コイルのいずれか一方に電流を印加する給電回路と、前記第一コイル及び前記第二コイルの残りの一方から誘導電力を取り出す取出回路とを備えたものである。

前記第一回転軸と前記第二回転軸をロックアップするロック部材を備えてもよい。

前記第一回転軸と前記第二回転軸間の動力伝達を遮断するときは、前記ロック部材をロックアップ解除にし、前記給電回路からの電流印加を停止し、前記第一回転軸と前記第二回転軸間で動力を伝達させるときには、前記第一回転軸と前記第二回転軸との回転速度差が所定値以上であれば、前記ロック部材をロックアップ解除にし、前記給電回路からの電流印加を行うと共に前記取出回路への電力取出を行い、前記第一回転軸と前記第二回転軸との回転速度差が所定値未満であれば、前記ロック部材をロックアップにし、前記給電回路からの電流印加を停止する制御回路を備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）衝撃や摩耗がない。

（２）伝達損失がない。

本発明の一実施形態を示す非接触動力伝達遮断装置の構成図である。 図１の非接触動力伝達遮断装置の給電時に軸方向から見た電磁石のイメージ図である。 図１の非接触動力伝達遮断装置の車両停止エンジンアイドリング時の制御状態を示す図である。 図１の非接触動力伝達遮断装置の発進加速時の制御状態を示す図である。 図１の非接触動力伝達遮断装置の定速走行時の制御状態を示す図である。 図１の非接触動力伝達遮断装置の減速時の制御状態を示す図である。 本発明に用いるコイルとヨークの他の実施形態を示すクローポールのイメージ図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示した非接触動力伝達遮断装置１は、エンジン（図示せず）を原動機とする車両に適用される。すなわち、エンジンの出力軸が非接触動力伝達遮断装置１の入力軸２に相当し、非接触動力伝達遮断装置１の出力軸３が変速機（図示せず）の入力軸に相当する。

非接触動力伝達遮断装置１は、入力軸２に取り付けられた入力軸コイル４と、入力軸２と同軸に配置された出力軸３に取り付けられた出力軸コイル５と、入力軸コイル４に電流を印加する給電回路６と、出力軸コイル５から誘導電力を取り出す取出回路７とを備える。

非接触動力伝達遮断装置１は、入力軸２と出力軸３をロックアップするロック部材８を備える。

非接触動力伝達遮断装置１は、入力軸２と出力軸３間の動力伝達を遮断するときは、ロック部材８をロックアップ解除にし、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を停止し、入力軸２と出力軸３間で動力を伝達させるときには、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値以上であれば、ロック部材８をロックアップ解除にし、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を行うと共に出力軸コイル５から取出回路７への電力取出を行い、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値未満であれば、ロック部材８をロックアップにし、給電回路６からの電流印加を停止する制御回路９を備える。

本実施形態では、入力軸２の端部に出力軸３の端部の外周を覆う外側ヨーク１０が設けられ、外側ヨーク１０の内周には径方向内方に突き出た複数の突起１１が形成される。入力軸コイル４は、これらの突起１１に電線が巻かれたものである。一方、出力軸３の端部には外側ヨーク１０の突起１１に対向して径方向外方に突き出た複数の突起１２が形成される。出力軸コイル５は、これらの突起１２に電線が巻かれたものである。

入力軸コイル４は、入力軸２に設けられたスリップリング１３を介して給電回路６に接続される。出力軸コイル５は、出力軸３に設けられたスリップリング１４を介して取出回路７に接続される。

給電回路６は、バッテリ（図示せず）からの直流電流を入力軸コイル４に印加するようになっている。入力軸コイル４は、給電回路６から直流電流が印加されると直流電磁石を形成するものである。

図２に示されるように、本実施形態では、外側ヨーク１０の突起１１は、周方向に一定のピッチで１２個設けられる。各突起１１の電線（図示せず）は、給電回路６から直流電流が印加されたとき各突起１１の先端に現れる直流電磁石の極性が周方向に交互に逆極性となるよう配線される。このようにして各突起１１に電線が巻かれることで入力軸コイル４が形成される。

出力軸３の突起１２は、周方向に一定のピッチで１２個設けられる。各突起１２の電線（図示せず）は、各突起１２の電線ごとの誘導電力が重畳して取り出されるよう配線される。このようにして各突起１２に電線が巻かれることで出力軸コイル５が形成される。

この構成により、入力軸２と出力軸３の回転速度が異なるときに、入力軸コイル４が直流電磁石を形成していると、出力軸コイル５に誘導電力が発生することになる。出力軸コイル５から取り出される誘導電力は交流である。

図１の取出回路７には、誘導電力を直流に整流する整流回路（図示せず）と、直流として取り出された電力をバッテリに充電する充電回路（図示せず）が含まれる。

ロック部材８は、従来からある機械式クラッチと同様に、入力軸２に取り付けられたクラッチ板（図示せず）と出力軸３に取り付けられたクラッチ板（図示せず）が機械的に押し付けられることによりロックアップし、回転の動力が伝達されるよう構成される。

制御回路９は、電子制御装置（Electronical Control Unit；以下、ＥＣＵという）が実行するソフトウェア及びＥＣＵ内部のメモリに記憶された数値、マップ、テーブルで実現される。入力軸２及び出力軸３との回転速度は、従来公知の回転速度センサで検出され、ＥＣＵに通知されている。エンジンの状態や車両の運転状況は、従来公知の通り、常時ＥＣＵによって把握されている。

以下、制御回路９による制御を制御状態ごとに説明する。

図３に示されるように、車両停止（エンジンアイドリング）時は、制御回路９は、入力軸２と出力軸３間の動力伝達を遮断するべく、ロック部材８をロックアップ解除にし、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を停止させる。入力軸コイル４が直流電磁石とならないため、入力軸２が回転しても出力軸コイル５には磁力線の変化が生じず、誘導電力は発生しない。これにより、入力軸２はアイドリング回転速度で回転するが、出力軸３は停止したままとなる。

図４に示されるように、車両の発進加速時は、入力軸２はアイドリング回転速度からそれより高い回転速度へと制御される。車両が発進する当初は出力軸３は停止している。制御回路９は、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値以上であるので、ロック部材８をロックアップ解除にしたまま、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を行うと共に出力軸コイル５から取出回路７への電力取出を行う。入力軸コイル４への電流印加により入力軸２の外側ヨーク１０の各突起１１の先端に磁極を有する直流電磁石が形成される。この直流電磁石が入力軸２と共に回転するので、回転磁界が生じる。この回転磁界により出力軸コイル５に誘導電力が発生する。この誘導電力が取出回路７に取り出されると、入力軸２と出力軸３との間に伝達トルクが発生し、出力軸３が回転磁界に対して連れ回るようになる。

このような動力の伝達と電力の取り出しの原理は、大型車両に採用されている補助ブレーキのひとつである電磁式リターダと似ている。電磁式リターダでは、制動対象となるシャフトに繋がるリターダドラムで渦電流が発生することで制動が生じ、その渦電流によりリターダドラムに熱が生じる。すなわち、制動エネルギが熱として放出される。本発明では、誘導電力が内部抵抗で消費されずに、取出回路７により取り出される。

入力軸２と出力軸３との回転速度差が十分に大きいときには、ある程度の大きい電力が取出回路７により取り出される。出力軸３の回転速度が高まって入力軸２と出力軸３との回転速度差が減少するに連れて、取り出される電力の大きさも減少する。また、入力軸２と出力軸３との回転速度差が大きいときは、入力軸２と出力軸３との結合力が大きいが、入力軸２と出力軸３との回転速度差が減少してくると、入力軸２と出力軸３との結合力が弱まる。そこで、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値未満になると制御の切替を行う。判定に用いる所定値は、入力軸２と出力軸３との結合力や取り出される電力を考慮して実験等により設定するのが好ましい。

図５に示されるように、定速運転時は、入力軸２と出力軸３との回転速度差が小さい。制御回路９は、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値未満であれば、ロック部材８をロックアップにし、給電回路６からの電流印加を停止する。ロック部材８では機械的なロックアップを行うが、入力軸２と出力軸３との回転速度差が小さいときにロックアップを行うので、衝撃や摩耗は生じない。

図６に示されるように、減速運転時は、入力軸２はアイドリング回転速度に制御される。一方、出力軸３の回転速度は高速である。制御回路９は、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値以上であるので、ロック部材８をロックアップ解除にし、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を行うと共に出力軸コイル５から取出回路７への電力取出を行う。入力軸コイル４への電流印加により発進加速時と同様、各突起１１の先端に磁極を有する直流電磁石が形成される。発進加速時とは異なり、入力軸２の回転速度がアイドリング回転速度であるのに対し、出力軸３の回転速度がそれより高速であるので、入力軸２と出力軸３との間には出力軸３を制動させる伝達トルクが発生する。このようにして、負荷がエンジンにより制動されるエンジンブレーキの状態となり、出力軸３が減速される。減速運転時においても、発進加速時と同様、入力軸２と出力軸３との回転速度差が十分に大きいときには、ある程度の大きい電力が取出回路７により取り出される。

車両停止時、発進加速時、定速走行時、減速時について、給電、電力取出、ロックアップの各制御状態を表１にまとめる。

以上説明したように、本発明の非接触動力伝達遮断装置１によれば、入力軸２に取り付けられた入力軸コイル４と、入力軸２と同軸に配置された出力軸３に取り付けられた出力軸コイル５と、入力軸コイル４に電流を印加する給電回路６と、出力軸コイル５から誘導電力を取り出す取出回路７とを備えたので、入力軸２と出力軸３とに回転速度差がありさえすれば、入力軸コイル４への電流印加を行うと共に出力軸コイル５から取出回路７への電力取出を行うことで、入力軸２と出力軸３間で動力を伝達させることができる。このように、非接触動力伝達遮断装置１は、電磁誘導により入力軸２と出力軸３との間の伝達トルクを得ながら、一部の電力を回収することができる。このとき、非接触動力伝達遮断装置１は、入力軸２と出力軸３とが非接触であるため、衝撃や摩耗がなく、しかも、作動流体が介在しないので伝達損失がない。

本発明の非接触動力伝達遮断装置１によれば、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を停止しておきさえすれば入力軸２と出力軸３間の動力伝達を遮断することができるので、従来の機械式クラッチのようにクラッチ板をクラッチ断の状態にホールドするためのアクチュエータが不要であり、構成が簡素となる。

本発明の非接触動力伝達遮断装置１によれば、入力軸２と出力軸３をロックアップするロック部材８を備えたので、入力軸２と出力軸３との回転速度差が小さく、入力軸２と出力軸３との結合力が弱いときには、入力軸２と出力軸３とをロックアップして動力伝達を継続することができる。このとき、ロック部材８による結合は、従来の機械式クラッチと同様、機械的結合であるが、入力軸２と出力軸３との回転速度差が小さいときにロックアップするので、衝撃や摩擦がない。また、ロック部材８は、衝撃を緩和するための複雑な構成や制御が必要なく、従来の機械式クラッチより簡素な構成及び制御とすることができる。

本発明の非接触動力伝達遮断装置１によれば、制御回路９は、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値以上であれば、ロック部材８をロックアップ解除にし、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を行うと共に出力軸コイル５から取出回路７への電力取出を行い、入力軸２と出力軸３との回転速度差が所定値未満であれば、ロック部材８をロックアップにし、給電回路６からの電流印加を停止するようになっているので、電磁誘導による動力伝達とロックアップによる動力伝達とを、それぞれの利点が活用されるよう切り替えて入力軸２と出力軸３間の動力伝達を図ることができる。

本実施形態では、減速運転時にエンジンがアイドリング回転速度に制御されたが、減速運転時にエンジンが停止されてもよい。このようにしても、給電回路６から入力軸コイル４への電流印加を行うと共に出力軸コイル５から取出回路７への電力取出を行うことで、制動が行われる。

本実施形態では、非接触動力伝達遮断装置１は、エンジンを原動機とする車両に適用されたが、モータを原動機とする車両にも適用できる。また、非接触動力伝達遮断装置１は、車両に限らず、あらゆる機械の原動機から負荷まで動力を伝達する経路に設置することができる。

本実施形態では、入力軸コイル４において、巻線が巻かれる突起１１が１２箇所に配置されて電磁石のＮ極とＳ極が６個ずつ交互に並ぶように構成されたが、入力軸コイル４の個数はいくつでもよい。

本実施形態では、出力軸コイル５において、巻線が巻かれる突起１２が入力軸コイル４の突起１１と同じく１２箇所に配置されたが、出力軸コイル５の突起１２の個数はいくつでもよく、入力軸コイル４の突起１１と同じ個数でなくともよい。

本実施形態では、入力軸コイル４が出力軸コイル５の外周に配置されたが、これとは逆に、出力軸コイル５が入力軸コイル４の外周に配置されても本発明の効果が得られる。

本実施形態では、給電回路６から入力軸コイル４へ電流が印加され、出力軸コイル５から取出回路７へ電力が取り出されるよう構成されたが、給電回路６から出力軸コイル５へ電流が印加され、入力軸コイル４から取出回路７へ電力が取り出されるよう構成されても本発明の効果が得られる。

本実施形態では、入力軸コイル４と出力軸コイル５を図２のように、複数の突起１１、１２に巻線を巻いて構成したが、入力軸コイル４と出力軸コイル５のいずれか一方は、クローポール型としてもよい。図７の実施形態では、入力軸コイル４がクローポール型となる。

図７に示されるように、入力軸２の端部にクローポール７１と呼ばれるヨークが入力軸２と同軸に取り付けられる。クローポール７１は、入力軸２の延長上に位置して軸方向に延びた軸心部７２と、軸心部７２の両端から径方向に立ち上がる片極リブ部７３及び他極リブ部７４と、片極リブ部７３及び他極リブ部７４の最大径の位置でそれぞれ軸心部７２を囲む片極リング部７５及び他極リング部７６と、片極リング部７５から他極リング部７６に向けて突き出た複数の三角形状の片極爪部７７と、他極リング部７６から片極リング部７５に向けて突き出た複数の三角形状の他極爪部７８とを有する。

片極爪部７７と他極爪部７８は、片極爪部７７と他極爪部７８との間に広い間隔のギャップが広範囲に形成されるよう、互い違いに向き合わせて配置される。軸心部７２の周囲に電線が巻かれて入力軸コイル４が形成される。ここでは、図示のように軸心部７２の図示左端にＮ極が現れ、右端にＳ極が現れるように入力軸コイル４に電流が印加されるものとする。クローポール７１に磁力線が導かれることで、片極爪部７７がＮ極となり、他極爪部７８がＳ極となる。

出力軸（図示せず）には、クローポール７１の外周を覆う外側ヨーク（図示せず）が設けられ、外側ヨークの内周には径方向内方に突き出た複数の突起７９が形成される。突起７９は、片極爪部７７と他極爪部７８に対して狭いギャップを隔てて設けられる。突起７９に電線が巻かれて出力軸コイル５が形成される。

入力軸２と出力軸が相対的に静止しているとき、入力軸コイル４に電流が印加されたとすると、Ｎ極である片極爪部７７と突起７９が対向している場所では、片極爪部７７から突起７９にギャップを介して磁力線が入り、突起７９とＳ極である他極爪部７８が対向している場所では、突起７９から他極爪部７８にギャップを介して磁力線が入る。入力軸２と出力軸が異なる回転速度のときは、突起７９を通る磁力線が変化するため、出力軸コイル５に誘導電力が発生する。

図７のように入力軸コイル４がクローポール型の場合でも、あるいは逆に出力軸コイル５がクローポール型の場合でも、制御回路９が前述と同様の制御を行うことで、入力軸２と出力軸間の動力伝達と遮断を実現できる。

１ 非接触動力伝達遮断装置
２ 入力軸
３ 出力軸
４ 入力軸コイル
５ 出力軸コイル
６ 給電回路
７ 取出回路
８ ロック部材
９ 制御回路

Claims (3)

1. 第一回転軸に取り付けられた第一コイルと、
   前記第一回転軸と同軸に配置された第二回転軸に取り付けられた第二コイルと、
   前記第一コイル及び前記第二コイルのいずれか一方に電流を印加する給電回路と、
   前記第一コイル及び前記第二コイルの残りの一方から誘導電力を取り出す取出回路とを備えたことを特徴とする非接触動力伝達遮断装置。
2. 前記第一回転軸と前記第二回転軸をロックアップするロック部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の非接触動力伝達遮断装置。
3. 前記第一回転軸と前記第二回転軸間の動力伝達を遮断するときは、前記ロック部材をロックアップ解除にし、前記給電回路からの電流印加を停止し、
   前記第一回転軸と前記第二回転軸間で動力を伝達させるときには、
   前記第一回転軸と前記第二回転軸との回転速度差が所定値以上であれば、前記ロック部材をロックアップ解除にし、前記給電回路からの電流印加を行うと共に前記取出回路への電力取出を行い、
   前記第一回転軸と前記第二回転軸との回転速度差が所定値未満であれば、前記ロック部材をロックアップにし、前記給電回路からの電流印加を停止する制御回路を備えたことを特徴とする請求項２の非接触動力伝達遮断装置。