JP2013011288A - 電磁係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁気力を効果的に吸引および吸着に利用して、係合状態と解放状態を制御する電磁係合装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 電磁コイル５を備えたヨーク３と電磁気力によってヨーク３側に吸引されるアーマチュア６とが対向して配置されるとともに、これらヨーク３とアーマチュア６との互いに対向する箇所に摩擦係合してトルクを伝達する摩擦面が形成され、摩擦係合しているときにそれら摩擦面同士を通過する磁束の経路が形成されるように構成された電磁係合装置１において、ヨーク３とアーマチュア６との摩擦面を外れた箇所に、これらの摩擦面が離隔しているとき互いに接触しない磁気吸引面と被磁気吸引面とが形成され、摩擦係合していないときに前記磁気吸引面と被磁気吸引面とが前記摩擦面同士の間隔より小さいエアギャップを形成し、当該エアギャップを通過する磁束の経路を形成させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁気力によって可動部材を移動させて摩擦係合する電磁係合装置に関する。

従来、車両の動力伝達系において、エンジンとマニュアルトランスミッションとの間に、エンジンの回転と動力を断続するクラッチ装置が設けられている。このクラッチ装置には各種の形式があり、例えば、かみ合い式、摩擦式、流体式、電磁式などのクラッチ装置が知られている。

このなかの電磁式クラッチ装置は、電磁気力を利用して動力を断続する装置である。この電磁式クラッチ装置には、トルクを伝達する構造により、圧着式、かみ合い式、鉄粉を媒体とする空隙式などがある。例えば、特許文献１には、電磁コイルが発生する電磁気力により、作動部材であるアーマチャが吸引され、摩擦部であるワッシャで摩擦トルクを発生させる電磁クラッチ装置が記載されている。また、磁力線ループがテーパ面を通過することで、磁束断面積を確保できる構造を有していることが記載されている。

また、特許文献２には、磁路が通過するテーパ面を有する構造であって、電磁吸引する部材と電磁吸引される部材との間に設けた径方向ギャップと軸方向ギャップとの相違を利用して、構成部材同士の係合と解放を制御するアクチュエータが記載されている。

特開２０１０−１７４９４４号公報 特開２００８−２０２６７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の動力伝達装置では、磁力線ループが摩擦面を通過しないものであり、かつ構成部材ごとに磁気特性または摩擦特性のどちらかに特化させればよいものであった。したがって、磁性部材と摩擦部材とが互いの特性に影響を及ぼすおそれがなかった。また、特許文献２に記載のドグクラッチアクチュエータでは、磁路が電磁吸着時のヨークとプランジャとの接触面を通過するものの、この接触は摩擦トルクを発生させる目的の摩擦係合ではなかった。

これら従来技術では、摩擦係合する電磁式クラッチ装置において、摩擦力と電磁気力が作用する箇所が同一である場合に、摩擦力を向上させることで電磁気力の作用が低減され、一方で電磁気力を向上させることで摩擦力の作用が低減されるといった課題が残されていた。

そこで本発明は、上記の技術的課題に着目したものであって、電磁気力を受ける箇所と摩擦係合する箇所とが重なる場合であっても摩擦力および電磁気力を低減させない電磁係合装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電磁コイルを備えたヨークと電磁気力によってヨーク側に吸引されるアーマチュアとが対向して配置されるとともに、これらヨークとアーマチュアとの互いに対向する箇所に摩擦係合してトルクを伝達する摩擦面が形成され、摩擦係合しているときにそれらの摩擦面同士を通過する磁束の経路が形成されるように構成された電磁係合装置において、前記ヨークとアーマチュアとの摩擦面を外れた箇所に、これらの摩擦面が離隔しているとき互いに接触しない磁気吸引面と被磁気吸引面とが形成され、摩擦係合していないときに前記磁気吸引面と被磁気吸引面とが前記摩擦面同士の間隔より小さいエアギャップを形成し、当該エアギャップを通過する磁束の経路を形成させることを特徴とする電磁係合装置である。

本発明は、前記摩擦面が、リング状もしくは方形枠状に形成されるとともに、その摩擦面より外周側もしくは内周側に、前記ヨークからアーマチュア側に突出しかつ磁性のある磁気吸引部が設けられ、前記磁気吸引面は、この磁気吸引部の先端部に、前記摩擦面に対して垂直な軸線に対して傾斜させられて形成され、前記被磁気吸引面は、前記アーマチュアに、前記磁気吸引面に平行になって対向して形成されていることを特徴とする電磁係合装置である。

本発明は、前記摩擦面が、リング状もしくは方形枠状に形成されるとともに、その摩擦面より外周側もしくは内周側に、前記ヨークからアーマチュア側に突出しかつ磁性のある筒状もしくは軸状の磁気吸引部が設けられ、その磁気吸引部の内周側もしくは外周側に、前記アーマチュアに一体化され、かつ前記磁気吸引部の先端部側に伸びて形成された被吸引部が設けられ、前記磁気吸引部の先端部には、前記磁気吸引面が形成され、前記被吸引部には、前記エアギャップをあけて前記磁気吸引面に対向する面に前記被磁気吸引面が形成されていることを特徴とする電磁係合装置である。

本発明は、前記摩擦面同士が離隔しているとき、前記磁気吸引面と前記被磁気吸引面とを通過する磁束の経路を形成させることを特徴とする電磁係合装置である。

本発明は、同軸上に対向して配置された第一回転板と第二回転板との互いに対向する面に、転動体を挟み込んで互いに反対方向にトルクが作用することにより各回転板を軸線方向に離隔させる推力が生じるカム機構を更に備え、前記アーマチュアは、前記第一回転板もしくは第二回転板のいずれか一方と一体となっていることを特徴とする電磁係合装置である。

本発明は、前記磁気吸引面もしくは被磁気吸引面の少なくとも一方に磁気抵抗を抑制する表面処理が施されていることを特徴とする電磁係合装置である。

本発明によれば、電磁係合装置の解放状態において、アーマチュアとヨークとの摩擦面同士が対向している間のエアギャップは、アーマチュアのストローク量を確保しつつ、引摺り損失を防止もしくは低減させることができる。また、解放状態において、このエアギャップ量と比べて、アーマチュアと磁気吸引面との間のエアギャップを狭くすることができ、ストローク時の実質的なエアギャップ量を低減させることができる。このエアギャップを通過する磁路を形成することができる。これらによって、電磁コイルに通電する電気量を低減させることができる。

本発明によれば、磁気吸引部の先端部に形成された磁気吸引面とアーマチュアに形成された被磁気吸引面またはアーマチュアと一体化された被吸引部に形成された被磁気吸引面との間のエアギャップを生じ、係合状態におけるアーマチュアとヨークとの対向する面におけるエアギャップより狭くできる。

本発明によれば、筒状もしくは軸状の磁気吸引部が設けられるので、アーマチュアを吸引させる電磁吸引力を安定させることができる。また、解放状態において磁気吸引面と被磁気吸引面とを通過させる磁束の経路を形成させるので、摩擦面同士が離隔している間隔よりも狭い間隔を通過する磁束の経路を形成させることができる。

本発明によれば、カム機構により回転軸の回転力をスラスト方向の押圧力に変換でき、摩擦力を増大させることができる。

本発明によれば、磁気吸引面もしくは被磁気吸引面のうち少なくとも一方の面に施された表面処理によって、磁気抵抗が抑制される。

本発明に係る電磁係合装置の一例であって、解放状態を模式的に示した図である。 一実施形態における電磁係合装置の係合状態を模式的に示した図である。 本発明に係る電磁係合装置の一例であって、解放状態を模式的に示した図である。 一実施形態における電磁係合装置の係合状態を模式的に示した図である。 本発明に係る電磁係合装置を備えたハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示したスケルトン図である。 本発明に係る電磁係合装置を備えたハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示したスケルトン図である。 本発明に係る電磁係合装置を模式的に備えたハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示したスケルトン図である。

本発明に係る電磁係合装置は、通電された電磁コイルが発生する磁束をアーマチュアに伝達し、この磁束により磁化されたアーマチュアが電磁気力によって移動させられ、ヨークに接触して摩擦係合する装置である。この電磁係合装置において、アーマチュアが受ける磁気吸引力は、電磁コイルに流す電流量と電磁石によって形成された磁束の経路との関係と、この電磁石とアーマチュアとの間にあるエアギャップ量の関係とによって変化するものである。以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態における電磁係合装置について説明する。

図１および図２を参照して、本発明に係る一実施形態の電磁係合装置について説明する。図１は、本実施形態における電磁係合装置１の解放状態の断面図を模式的に示した図である。図２は、本実施形態における電磁係合装置１の係合状態の断面図を模式的に示した図である。電磁係合装置１は、回転軸１０とミッションケーシング１５に選択的に連結して回転軸１０に制動力を付与するように構成されており、その回転軸１０の軸受１６を介してミッションケーシング１５によって回転自在に支持されている。この回転軸１０の外周側に、電磁コイル５を備えたヨーク３が配置され、このヨーク３はミッションケーシング１５に固定されている。このヨーク３の外周側には、磁気吸引部４がヨーク３と一体に連結されている。このヨーク３と、磁気吸引部４と、通電されることにより磁束を発生する電磁コイル５とによって電磁石２が構成されている。また、ヨーク３に対向してアーマチュア６が配置されている。このアーマチュア６はカム機構７を介して回転軸１０に連結されているとともに、このカム機構７はフランジ状突部１０ａによって回転軸１０に固定されている。また、アーマチュア６とヨーク３との間には、スラスト軸受１２を挟んでリターンスプリング１１が配置されている。この電磁係合装置１は、アーマチュア６がリターンスプリング１１の弾性力によってヨーク３から離れる方向に押されていて、その弾性力が電磁石２による磁気吸引力より大きければ、リターンスプリング１１がアーマチュア６を押し戻して、ヨーク３とアーマチュア６同士の間の摩擦力を低下させるように構成されている。すなわち、リターンスプリング１１によって電磁係合装置１を解放するように構成されている。

ヨーク３は、全体として環状を成し、かつ周辺部分の断面が、軸線方向に開いたコ字状に形成されている。電磁コイル５は、ヨーク３に形成されたコ字状の内部に嵌め込まれた状態になっている。この電磁コイル５が通電されて発生する磁束によりヨーク３は磁化され電磁石として機能する。このヨーク３は、強磁性体の磁気特性、例えば磁束密度、透磁率、保磁力、残留磁束密度などの特性を有する材質によって構成されている。特に、透磁率が大きい磁気特性と飽和磁化が大きい磁気特性とを有することが望ましい。

また、ヨーク３には、アーマチュア６との対向面に、摩擦係合によって摩擦トルクを発生させるための摩擦面３ａが設けられている。図２に例示する係合状態において、この摩擦面３ａは、アーマチュア６と接触して摩擦係合するものであり、磁束を通過させるものである。ヨーク３に構成された摩擦面３ａは、リング状もしくは方形枠状に形成されている。この摩擦面３ａには、摩擦抵抗や耐摩耗性を増加させる表面処理や被膜処理が施されている。例えば、この表面処理として焼き入れや窒化処理などがある。また、ヨーク３は、アーマチュア６により押圧され摩擦されるので、加圧されても変形しない強度や摩擦熱に対する耐熱性などの特性を向上させる材質によって構成されている。特に、摩擦係合に対する耐久性に優れた材質によって構成されていることが望ましい。したがって、ヨーク３は、強磁性体の磁気特性と、衝撃や摩擦に対する強度や耐久性などを向上させた特性を有するように構成されている。

磁気吸引部４は、ヨーク３の外周側に一体に連結され、この磁気吸引部４の先端部４ａがヨーク３の摩擦面３ａよりも図１における左側すなわちアーマチュア６側に突出するように配置されている。この磁気吸引部４の先端部４ａは、アーマチュア６の外周部分の少なくとも一部を覆うように配置されている。したがって、磁気吸引部４の先端部４ａは、径方向においてアーマチュア６の外周面６ｃの外側に配置され、軸線方向においてアーマチュア６の外周面６ｃの少なくとも一部を覆うようにして配置されている。この先端部４ａは、アーマチュア６の外周面６ｃと対向する磁気吸引面４ｂを有する構成である。また、磁気吸引部４は、筒状もしくは軸状に形成されている。なお、図示されていないが、磁気吸引部４は、ヨーク３からアーマチュア６側に突出して形成されていればよく、ヨーク３の摩擦面３ａの外周側もしくは内周側に配置されていてもよい。

この磁気吸引面４ｂは、図１に例示するように、ヨーク３の摩擦面３ａに対して垂直な軸線方向に対して傾斜させられた傾斜面、もしくは回転軸１０の軸線方向に対して傾斜させられた傾斜面である。電磁コイル５により発生した磁束は、この磁気吸引面４ｂを通過する磁束の経路を形成する。また、磁気吸引部４がリング状である場合、この傾斜された磁気吸引面４ｂはテーパ状に形成され、いわゆるテーパー面を形成する。また、磁気吸引面４ｂは、ヨーク３の摩擦面３ａにおける磁気抵抗と比べて磁気抵抗が小さい。さらに、磁気吸引面４ｂと摩擦面３ａとが異なる表面状態であればよい。例えば、摩擦面３ａに施された処理によって、摩擦面３ａにおける磁気抵抗が増加させられた場合、磁気抵抗を低減させる表面処理などを施されていない状態の磁気吸引面４ｂであっても、相対的に磁気抵抗が小さくなる。これは、摩擦面３ａには摩擦抵抗や耐摩耗性を増加させる処理が施されており、磁気抵抗を増加させるおそれがあるためである。なお、磁気吸引面４ｂまたは被磁気吸引面である外周面６ｃの少なくとも一方に磁気抵抗を抑制させるための表面処理を施してもよい。

また、磁気吸引部４は、ヨーク３とは別部材によって構成されている。例えば、磁気吸引部４は、強磁性体の磁気特性に特化した材質によって構成されている。この磁気吸引部４は、電磁コイル５が発生した磁束が通ることによって磁化され電磁石として機能する。また、磁気吸引部４は、アーマチュア６を磁気吸引させるためのものであって、強磁性体の磁気特性、例えば磁束密度、透磁率、保磁力、残留磁束密度などを向上させる特性を有する材質によって構成されている。特に、透磁率や飽和磁化を向上させる磁気特性を有することが望ましい。また、磁気吸引部４は、ヨーク３に比べて磁気抵抗が小さい磁気特性を有する材質によって構成されている。例えば、磁気吸引部４の磁気特性は、ヨーク３が有する磁気特性に比べて透磁率や飽和磁化が大きいものである。

アーマチュア６は、回転部材であり、電磁コイル５が発生した磁束による電磁気力によってヨーク３側に磁気吸引されて移動可能に配置され、ヨーク３に直接接触して摩擦係合しヨーク３に押圧力を加える部材である。アーマチュア６は、ヨーク３に対向するリング状もしくは方形枠形状の平板部６ａと、回転軸１０の動力を伝達させるカム機構７を介して動力を受けるカム部６ｂとを備えている。この平板部６ａは、平板部６ａの外周部分を形成された外周面６ｃと、ヨーク３と対向する面にヨーク３との摩擦係合によって摩擦トルクを発生させる摩擦面６ｄとを備えている。また、平板部６ａが磁気吸引部４の先端部４ａ側に向けて伸びて形成され、この平板部６ａと外周面６ｃを含む部分を被吸引部とすることもできる。

この外周面６ｃのうち少なくとも一部が、磁気吸引部４の磁気吸引面４ｂと対向するように形成されている。また、この外周面６ｃは、摩擦面６ｄとヨーク３の摩擦面３ａとが接触するまでの間、磁気吸引部４の磁気吸引面４ｂと接触しないように対向して形成されている。例えば、外周面６ｃと磁気吸引面４ｂとが平行に対向するものであってもよく、軸線方向に対する外周面６ｃの傾斜角が磁気吸引面４ｂの傾斜角よりも小さくなるように形成または配置されているものであってもよい。摩擦面６ｄは、リング状もしくは方形枠状に形成されている。この摩擦面６ｄには、摩擦抵抗や耐摩耗性を増加させる表面処理や被膜処理が施されている。例えば、この表面処理として、焼入れや窒化処理などがある。なお、摩擦面６ｄと摩擦面３ａとは、各々同様の処理が施されているものであっても、各々異なる表面処理が施されているものであってもよい。また、アーマチュア６は、強磁性体の磁気特性を有する材質によって構成されている。したがって、磁化されたアーマチュア６は電磁気力によって磁気吸引されヨーク３側へ移動させられる。なお、外周面６ｃは、電磁コイル５が磁束を発生した際に磁束を通過させる。さらに、この外周面６ｃは、対向する磁気吸引部４の磁気吸引面４ｂとの間に磁束の経路を形成するものである。したがって、外周面６ｃは磁束を通過させるものとして機能するものであり、外周面６ｃを被磁気吸引面と表現することができる。

カム機構７は、回転軸１０の軸線方向上に対向して配置された回転板９とアーマチュア６との間にカムボール８を挟んで構成され、この回転軸１０の回転力をアーマチュア６に伝達させる機構である。このカム機構７は、カムボール８を挟み込んで、回転板９とアーマチュア６とを互いに同一軸線の反対方向にトルクを作用させることにより、この回転板９とアーマチュア６を離隔させる推力を生じさせる機構である。この回転板９とアーマチュア６との対向面にはそれぞれカム部９ａとカム部６ａとが形成され、これらカム部６ａ，９ａとカムボール８とによって、互いに反対方向にトルクが作用される。

次に、電磁係合装置１の解放状態と係合過渡期のストローク動作と係合状態について説明する。図１に例示するように電磁係合装置１の解放状態において、アーマチュア６はリターンスプリング１１の弾性力によってヨーク３から離れる方向に押されており、アーマチュア６とヨーク３とが離隔されている。この電磁係合装置１の解放状態において、電磁石２とアーマチュア６とが対向する間には、間隔の異なる２つのエアギャップが生じる。一方がヨーク３とアーマチュア６とが対向する間に生じたエアギャップであり、他方が磁気吸引部４とアーマチュア６とが対向する間に生じたエアギャップである。

エアギャップとは、対向する構成部材間に形成させる間隔であって、構成部材同士の間隔のうちその状態における最も狭い構成部材間の距離である。換言すれば、対向する構成部材の面同士が平行な場合、この構成部材の面同士と垂直の距離である。なお、この説明において、エアギャップとエアギャップ量と異なる記載をする場合があるが、上述の意味合いで同義のものである。

このアーマチュア６と磁気吸引部４とが対向する間に生じるエアギャップは、アーマチュア６とヨーク３とが対向する間に生じるエアギャップに比べて間隔が狭い、換言すればエアギャップ量が少ないものである。一方、ヨーク３とアーマチュア６とが対向する間に生じたエアギャップの間隔は、アーマチュア６が最も離隔した状態から係合過渡期に移動する距離、すなわちストローク量であり、アーマチュア６と磁気吸引部４とが対向する間に生じたエアギャップよりも広い。

ストローク量とは、対向する構成部材間に形成させる間隔であって、アーマチュア６がヨーク３側、すなわち回転軸１０の軸線方向に移動することができる距離である。例えば、アーマチュア６の摩擦面６ｄとヨーク３の摩擦面３ａとの間に形成される間隔がストローク量となる。すなわち、アーマチュア６の摩擦面６ｄとヨーク３の摩擦面３ａとの間隔において、ストローク量とエアギャップ量とは等しくなる。また、アーマチュア６と磁気吸引部４との間に形成される間隔において、エアギャップ量とストローク量とが異なる。この場合、アーマチュア６と磁気吸引部４とのエアギャップ量は、ストローク量よりも少なくなる。

なお、ヨーク３の摩擦面３ａとアーマチュア６の摩擦面６ｄとの間に生じたエアギャップと、これら摩擦面３ａと摩擦面６ｄを外れた箇所であって、この解放状態における摩擦面３ａと摩擦面６ｄとの摩擦面同士の間隔よりも狭い間隔のエアギャップとが、生じるように構成部材を配置していればよい。また、磁気吸引面４ｂと被磁気吸引面である外周面６ｃとが対向する間に生じるエアギャップが、この摩擦面３ａと摩擦面６ａとを外れた箇所に形成しているとも言える。

この解放状態から、通電された電磁コイル５によって磁束が発生する。この磁束は、電磁コイル５の周りに形成され、図１に破線で示すように、ヨーク３と磁気吸引部４とアーマチュア６を通過する磁束の経路を形成する。したがって、この磁束は、ヨーク３とアーマチュア６とが対向する間に生じているエアギャップと、このエアギャップよりも狭い間隔で離隔している磁気吸引部４とアーマチュア６とが対向する間に生じているエアギャップとを通過する。この通電されて発生した磁束によって、アーマチュア６は磁化され磁気吸引力を受け、この磁気吸引力がリターンスプリング１１の弾性力よりも大きくなった場合、アーマチュア６はヨーク３側へ移動を開始する。このとき電磁コイル５に通電する電力量を増加させることによって、電磁コイル５で発生する磁束を増加させることができる。また、ヨーク３および磁気吸引部４を構成する強磁性体の磁気特性を向上させることで、電磁石２によって形成される磁束密度を向上させることができる。さらに、電磁石２とアーマチュア６とが離隔している場合、電磁石２とアーマチュア６との間に生じるエアギャップ量を小さくすることで、アーマチュア６に伝達される磁束を大きくすることができる。また、ストローク量を所定の間隔だけ確保して構成部材を配置することで、磁束発生時の引き摺りトルクによるエネルギ損失を低減させることができる。すなわち、異なる間隔のエアギャップが生じる構成により、アーマチュア６のストローク量を維持し、かつストローク時の実質的なエアギャップ量を低減させることができる。

アーマチュア６の受ける磁気吸引力が、これとは反対方向に作用するリターンスプリング１１の弾性力よりも大きい間、アーマチュア６はヨーク３側へ移動を続ける。この間、アーマチュア６は、トルク容量を有してヨーク３に対して相対回転をしている。そして、アーマチュア６とヨーク３とが直接接触して摩擦面６ｄ，３ａ同士が摩擦係合する。これら摩擦面同士の摩擦係合によって摩擦トルクが発生し、アーマチュア６はミッションケーシング１５に固定されているヨーク３から制動力を受け、回転軸１０に制動力を付与する。また、この摩擦係合中において、磁束の経路は、図２に破線で示す経路を通過するように形成される。したがって、ヨーク３とアーマチュア６とによって磁束の経路が形成されて、ヨーク３の摩擦面３ａとアーマチュア６の摩擦面６ｄの両面を通過する磁束の経路が形成される。解放状態に形成される磁束の経路と、係合状態に形成される磁束の経路の経路とが異なるものであってもよい。

この係合状態すなわちアーマチュア６とヨーク３とが接触している間、アーマチュア６はヨーク３によって磁気吸着され、ヨーク３はアーマチュア６によって押圧される。一方で、アーマチュア６と磁気吸引部４とが接触し摩擦係合して摩擦トルクを発生させることはない。なお、この係合状態において、磁気吸引部４とアーマチュア６とが接触するものであっても、接触しないものであってもよい。要は、この係合状態において、接触している摩擦面３ａ，６ｄ同士によってトルク伝達が行われ、かつこの摩擦面を磁束が通過すればよい。また、摩擦面３ａと摩擦面６ｄとを有する構成により、アーマチュア６がトルク容量を持ちながら相対回転することが可能になる。

次に、図３よび図４を参照して、他の実施形態における電磁係合装置について説明する。図３は、他の実施形態における電磁係合装置１００の解放状態の断面図を模式的に示した図である。図４は、他の実施形態における電磁係合装置１００の係合状態の断面図を模式的に示した図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略し、参照符号を引用する。

電磁係合装置１００は、磁気吸引部１８と、アーマチュア１９とを備えた構成である。磁気吸引部１８の先端部１８ａは、ヨーク３の摩擦面３ａよりも図３における左側すなわちアーマチュア１９側に突出するように配置されている。この磁気吸引部１８の先端部１８ａは、アーマチュア１９の外周部分の少なくとも一部を覆うように配置されている。すなわち、磁気吸引部１８の先端部１８ａは、径方向においてアーマチュア１９の外周面１９ｃの外側に配置され、軸線方向においてアーマチュア１９の外周面１９ｃの少なくとも一部を覆うようにして配置されている。したがって、この先端部１８ａは、アーマチュア１９の外周面１９ｃと対向する対向面１８ｂを有する構成である。また、磁気吸引部１８の先端部１８ａは、電磁係合装置１００の解放状態において、アーマチュア１９の外周部分の全部を覆うようには配置されない。この対向面１８ｂは、回転軸１０の軸線方向に平行もしくは、アーマチュア１９のストローク方向に平行になるように形成されている。さらに、この先端部１８は、対向面１８ｂに垂直な磁気吸引面１８ｃを有する構成である。電磁コイル５により発生した磁束は、この磁気吸引面１８ｃを通過する磁束の経路を形成する。

また、磁気吸引部１８は、ヨーク３とは別部材によって構成されている。例えば、磁気吸引部１８は、強磁性体の磁気特性に特化した材質によって構成される。この磁気吸引部１８は、アーマチュア１９を磁気吸引させるためのものであって、強磁性体の磁気特性、例えば磁束密度、透磁率、保磁力、残留磁束密度などの特性を有する材質によって構成されている。特に、透磁率が大きく飽和磁化が大きい磁気特性を有することが望ましい。また、磁気吸引部１８は、ヨーク３に比べて磁気抵抗が小さい磁気特性を有する材質によって構成されている。例えば、磁気吸引部１８の磁気特性は、ヨーク３に比べて透磁率と飽和磁化が大きい。

アーマチュア１９は、回転部材であり、電磁石２によって磁気吸引されてヨーク３側に移動可能に配置され、ヨーク３に直接接触して摩擦係合しヨーク３に押圧力を加える部材である。アーマチュア１９は、平板部の外周部分に形成された外周面１９ａなどを備えている。この外周面１９ａのうち少なくとも一部が、磁気吸引部１８の対向面１８ｂと対向するように形成されている。なお、この外周面１９ａは、磁気吸引部１８の対向面１８ｂと接触しないように対向して形成されている。

次に、電磁係合装置１００の解放状態と係合過渡期のストローク動作と係合状態について説明する。図３に例示する電磁係合装置１００の解放状態において、ヨーク３とアーマチュア１９とが対向する間に生じたエアギャップと、磁気吸引部１８とアーマチュア１９とが対向する間に生じたエアギャップとがある。このアーマチュア１９と磁気吸引部１８とが対向する間に生じるエアギャップは、アーマチュア１９とヨーク３とが対向する間に生じるエアギャップに比べて間隔が狭い、すなわちエアギャップ量が少ないものである。

この解放状態から、通電された電磁コイル５によって磁束が発生する。発生された磁束は、電磁コイル５の周りに形成され、図３に破線で示すように、ヨーク３と磁気吸引部１８とアーマチュア１９を通過するように形成される。したがって、この磁束は、ヨーク３とアーマチュア１９とが対向する間に生じているエアギャップと、このエアギャップよりも狭い間隔で離隔している磁気吸引部１８とアーマチュア１９とが対向する間に生じているエアギャップとを通過する。

また、アーマチュア１９とヨーク３とが直接接触して摩擦面同士が摩擦係合すると摩擦トルクが発生し、アーマチュア１９はミッションケーシング１５に固定されているヨーク３から制動力を受け、回転軸１０に制動力を付与する。この摩擦係合中において、磁束は、図４に破線で示す経路を通過するように形成される。したがって、ヨーク３とアーマチュア１９とによって磁束の経路が形成されて、ヨーク３の摩擦面とアーマチュア１９の摩擦面１９ａの両面を通過する磁束の経路が形成される。解放状態に形成される磁束の経路と、係合状態に形成される磁束の経路とが異なるものであってもよい。

このアーマチュア１９とヨーク３とが接触している間、アーマチュア１９はヨーク３によって磁気吸着され、ヨーク３はアーマチュア１９によって押圧される。一方で、アーマチュア１９と磁気吸引部１８とが摩擦係合して摩擦トルクを発生させることはない。具体的には、解放状態と係合状態とを問わず、磁気吸引部１８とアーマチュア１９とが接触しない。

次に、図５を参照して、本発明に係る電磁係合装置を搭載したハイブリッド車両の動作について説明する。図５は、本実施形態の電磁係合装置１を搭載したハイブリッド車両のギヤトレーンの一例を模式的に示したスケルトン図である。ここに示す例は、いわゆる２モータタイプのハイブリッド駆動装置であって、エンジン４０が出力した動力を動力分割機構４１によって出力軸４２側の第１モータ・ジェネレータ４３側とに分割するように構成されている。そのエンジン４０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機構であり、そのクランクシャフトなどの出力要素が動力分割機構４１に連結されている。動力分割機構４１は、図５に示す例では、シングルピニオン側の遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤ４４とリングギヤ４５とが同心円上に配置され、これらサンギヤ４４およびリングギヤ４５に噛み合っているピニオンギヤがキャリア４６によって自転かつ公転できるように保持されている。エンジン４０は、そのキャリア４６に連結され、したがってキャリア４６が入力要素になっている。また、サンギヤ４４には第１モータ・ジェネレータ４３が連結され、したがってサンギヤ４４が反力要素となっている。さらに、リングギヤ４５が出力軸４２に連結され、したがってリングギヤ４５が出力要素となっている。

また、出力軸４２には第２モータ・ジェネレータ４７が変速部４８を介して連結されている。この変速部４８は、第２モータ・ジェネレータ４７のトルクを増大もしくは減少させて出力軸４２に伝達する変速機構によって構成されており、その変速比は所定の一つの値に固定されていてもよく、あるいは複数の変速比に切り替えられるように構成されていてもよい。なお、図中では、第１モータ・ジェネレータ４３をＭＧ１、第２モータ・ジェネレータ４７をＭＧ２としている。

各モータ・ジェネレータ４３，４７は、例えば永久磁石式の同期電動機によって構成され、コイルに通電することによりモータとして機能してトルクを出力し、またロータが外力によって強制的に回転させられることにより発電機として機能し、電力を発生するように構成されている。これらの各モータ・ジェネレータ４３，４７は、図示しないインバータを介してバッテリなどの蓄電装置に電気的に接続され、また一方のモータ・ジェネレータで発電した電力を他方のモータ・ジェネレータに供給できるように構成されている。そして、インバータにはマイクロプロセッサーを主体にして構成された図示しない電子制御装置が接続され、この電子制御装置によって、各モータ・ジェネレータ４３，４７の回転数やトルク、発電量などを制御するように構成されている。なお、エンジン４０は、吸入空気量や燃料供給量、点火時期などが電気的に制御され、それに伴ってトルクや回転数が電気的に制御されているように構成されている。

このエンジン４０が出力した動力を出力軸４２側の第１モータ・ジェネレータ４３側に分割するいわゆる通常のハイブリッドモードでは、第１モータ・ジェネレータ４３が発電機として機能させられ、発電に伴うトルクがサンギヤ４４にいわゆる反力トルクとして作用する。これに伴って、出力要素であるリングギヤ４５には、エンジントルクを増幅させたトルクが生じる。また、第１モータ・ジェネレータ４３で得られた電力は、第２モータ・ジェネレータ４７がモータとして機能し、その出力トルクが変速部４８を介して出力軸４２に伝達される。すなわち、エンジン４０が出力した動力の一部は、動力分割機構４１を介して出力軸４２に伝達され、かつ他の動力が一旦電力に変換された後、再び機械的な動力に変換されて出力軸４２に伝達される。

また、エンジン負荷が次第に小さくなると、サンギヤ４４すなわち第１モータ・ジェネレータ４３の回転数を低下させる。これは、エンジン４０の回転数を燃費のよい回転数に制御することによる。そして、ついにはサンギヤ４４の回転数を０にする走行状態になり、その場合には、第１モータ・ジェネレータ４３によって反力トルクを生じさせる代わりに、電磁係合装置１を係合させて電磁係合装置１によりサンギヤ４４を固定する反力トルクを発生させる。こうすることにより、第１モータ・ジェネレータ４３のトルクを制御する必要がなくなり、エネルギ損失を抑制することができる。

このハイブリッド駆動装置を搭載した車両の車速がさらに増加し、かつエンジン負荷が相対的に小さい場合、エンジン４０の過回転を防止するなどのために、第１モータ・ジェネレータ４３をモータとして機能させてサンギヤ４４をエンジン４０とは反対方向に回転させる。この場合、第２モータ・ジェネレータ４７を発電機として機能させてエネルギ回生を行い、その電力が第１モータ・ジェネレータ４３に供給される。

また、本発明に係る電磁係合装置１をハイブリッド駆動装置にブレーキとして用いる場合、図５を参照して説明してきた上述のハイブリッド駆動装置の構成に限定されない。例えば、図６に示すように構成されたハイブリッド駆動装置に用いることができる。図６に示す例は、動力分割機構４１を、１組のシングルピニオン型遊星歯車機構と１組のダブルピニオン型遊星歯車機構とからなるいわゆる複合型遊星歯車機構によって構成した例である。これは、エンジン４０が連結されているシングルピニオン側遊星歯車機構におけるキャリア４６がダブルピニオン型遊星歯車機構におけるリングギヤ５１に連結され、出力軸４２に連結されているシングルピニオン型遊星歯車機構におけるリングギヤ４５が、ダブルピニオン型遊星歯車機構におけるキャリア５２に連結されている。そして、このダブルピニオン型遊星歯車機構におけるサンギヤ５３が、電磁係合装置１に連結されている。他の構成については、図５に例示する構成と同様であり、図６は図５と同様の参照符号を付している。

このように構成されたハイブリッド駆動装置においても、電磁係合装置１を係合させることにより、第１モータ・ジェネレータ４３が受け持つトルクを、電磁係合装置１に受け持たせて第１モータ・ジェネレータ４３への通電や第１モータ・ジェネレータ４３による発電を停止させることができる。

また、図７に示す例は、図６に示すハイブリッド駆動装置の構成要素の配列を、前置きエンジン前輪駆動車に適するように替えた例である。したがって、図７に図５と同様の参照符号を付して説明を省略する。なお、図７に示す例では、変速部４８はキャリアを固定したシングルピニオン型遊星歯車機構５５によって構成されている。また、出力軸４２に替えてカウンタギヤ対５６が設けられている。このカウンタギヤ対５６を介してフロントディファレンシャル５７に動力を出力するように構成されている。

なお、本発明に係る電磁係合装置は、上述してきた実施形態に限定されるものではなく、ブレーキ以外にクラッチとして用いられる電磁係合装置を対象としたものであってもよく、また上述のハイブリッド駆動装置以外の駆動装置に適用することができる。また、一の実施形態である電磁係合装置１に限定されず、別実施形態１００を適用してもよいものであることは当然である。

例えば、上述の実施形態では、ヨークが固定部であるミッションケーシングに固定され回転軸に制動力を付与する例について説明したが、ヨークが回転軸の伝達トルクを受け動力伝達系統の他構成部材にトルク伝達する構成であってもよい。

さらに、上述の実施形態では、磁気吸引部がアーマチュアの外周側に配置されている構成例について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、アーマチュアの摩擦面に対して径方向に内周側に磁気吸引部を配置し、この摩擦面の内周側において対向する面である磁気吸引面おいて、磁気吸引部とアーマチュアが対向する場合であってもよい。また、この摩擦面に対する外周側または内周側にのみ、磁気吸引部とアーマチュアとの対向する磁気吸引面を備える場合にも限定されず、摩擦面の外周側と内周側の両方に磁気吸引面を備えてもよい。

なお、通電された電磁コイル５が発生するものを磁束として説明してきたが、これは表現上のものであって本発明はこれに限定されない。例えば、通電された電磁コイル５が発生するものは、磁力線や磁界や磁場などと表現されるものであってもよい。したがって、上述の説明における磁束の経路との表現についても、磁力線の向きは考慮されずに磁束の流れや磁気回路や磁路などと表現するものであってもよい。

１，１００…電磁係合装置、 ２…電磁石、 ３…ヨーク、 ４，１８…磁気吸引部、 ５…電磁コイル、 ６，１９…アーマチュア、 ７…カム機構、 １０…回転軸、 １１…リターンスプリング、 ４０…エンジン、４１…遊星歯車機構、 ４２…出力軸、 ４３，４７…モータ・ジェネレータ。

Claims (6)

1. 電磁コイルを備えたヨークと電磁気力によってヨーク側に吸引されるアーマチュアとが対向して配置されるとともに、これらヨークとアーマチュアとの互いに対向する箇所に摩擦係合してトルクを伝達する摩擦面が形成され、摩擦係合しているときにそれらの摩擦面同士を通過する磁束の経路が形成されるように構成された電磁係合装置において、
   前記ヨークとアーマチュアとの摩擦面を外れた箇所に、これらの摩擦面が離隔しているとき互いに接触しない磁気吸引面と被磁気吸引面とが形成され、
   摩擦係合していないときに前記磁気吸引面と被磁気吸引面とが前記摩擦面同士の間隔より小さいエアギャップを形成し、当該エアギャップを通過する磁束の経路を形成させる
   ことを特徴とする電磁係合装置。
2. 前記摩擦面は、リング状もしくは方形枠状に形成されるとともに、
   その摩擦面より外周側もしくは内周側に、前記ヨークからアーマチュア側に突出しかつ磁性のある磁気吸引部が設けられ、
   前記磁気吸引面は、この磁気吸引部の先端部に、前記摩擦面に対して垂直な軸線に対して傾斜させられて形成され、
   前記被磁気吸引面は、前記アーマチュアに、前記磁気吸引面に平行になって対向して形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁係合装置。
3. 前記摩擦面は、リング状もしくは方形枠状に形成されるとともに、
   その摩擦面より外周側もしくは内周側に、前記ヨークからアーマチュア側に突出しかつ磁性のある筒状もしくは軸状の磁気吸引部が設けられ、
   その磁気吸引部の内周側もしくは外周側に、前記アーマチュアに一体化され、かつ前記磁気吸引部の先端部側に伸びて形成された被吸引部が設けられ、
   前記磁気吸引部の先端部には、前記磁気吸引面が形成され、
   前記被吸引部には、前記エアギャップをあけて前記磁気吸引面に対向する面に前記被磁気吸引面が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁係合装置。
4. 前記摩擦面同士が離隔しているとき、前記磁気吸引面と前記被磁気吸引面とを通過する磁束の経路を形成させる
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の電磁係合装置。
5. 同軸上に対向して配置された第一回転板と第二回転板との互いに対向する面に、転動体を挟み込んで互いに反対方向にトルクが作用することにより各回転板を軸線方向に離隔させる推力が生じるカム機構を更に備え、
   前記アーマチュアは、前記第一回転板もしくは第二回転板のいずれか一方と一体となっている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電磁係合装置。
6. 前記磁気吸引面もしくは被磁気吸引面の少なくとも一方に磁気抵抗を抑制する表面処理が施されている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電磁係合装置。

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