JP2014521037A - 磁束漏れ路遮断器を有する回転結合装置 - Google Patents

Abstract

装置を係合させる磁気回路からの磁束漏れを最小限にする回転結合装置が提供される。装置は、対向する係合面を画定する回転子および電機子を含む。回転子と、電機子と、回転子の片側に配置され、電気導体を収容したフィールドシェルとは、電気導体への通電時に、電機子を引き寄せて回転子と係合させる磁気回路の部材を構成する。トルク伝達部材は電機子に結合され、ベアリングによって支持される。一実施形態では、スリーブがベアリングの半径方向内側に配置される。トルク伝達部材を通る漏れ磁束を防止するために、スリーブは、磁気回路の部材の透磁率よりも低い透磁率を有する。別の実施形態では、トルク伝達部材の支持カップが、支持カップを回転子から遠ざけるために半径方向外側に向けられたフランジを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレーキおよびクラッチなどの回転結合装置に関し、特に、装置を係合するのに使用する磁気回路からの磁束漏れを低減する構造体を有する回転結合装置に関する。

クラッチおよびブレーキなどの回転結合装置は、回転体間のトルク伝達を制御するために使用される。従来の装置の１つのタイプが、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第５，１１９，９１８号明細書、同第５，２８５，８８２号明細書、同第５，９７１，１２１号明細書、同第７，４９３，９９６号明細書、同第７，５２７，１３４号明細書、および同第７，７３２，９５９号明細書と、米国特許出願公開第２００６−０２７８４９１号明細書、同第２００９−０２２９９４１号明細書、および同第２０１０−０１１６６１６号明細書とに示されており、これらの特許の全開示は、参照により本明細書に援用するものとする。この装置は、回転軸のまわりにシャフトと共に回転するようにシャフトに結合される回転子を含む。フィールドシェルも回転子の片側で回転軸のまわりに配置され、回転しないように固定される。フィールドシェルは、半径方向に離間し、軸方向に延びる内側および外側磁極を画定し、電気導体が、回転子に対向して、内側磁極と外側磁極との間に配置される。ブレーキ板は、フィールドシェルに結合され、フィールドシェルから軸方向に離間する。ブレーキ板は、回転子の電気導体とは反対の側に配置される。プーリーなどのトルク伝達部材に結合された電機子は、回転子のブレーキ板と同じ側に配置され、軸方向で回転子とブレーキ板との間に配置される。電機子は、複数の板ばねによってトルク伝達部材に結合される。電気導体に通電することで、フィールドシェル、回転子、および電機子に磁気回路が形成され、この磁気回路は、電機子を引き寄せて回転子と係合させ、シャフトおよびトルク伝達部材を共に回転するように結合する。電気導体の通電を切ると、板ばねは電機子を引き寄せて、回転子との係合から切り離し、ブレーキ板と係合させて、電機子およびトルク伝達部材にブレーキをかける。永久磁石もブレーキ板に結合することができ、電機子およびトルク伝達部材にブレーキをかける際に板ばねの助けとなるように、ブレーキ板、フィールドシェル、および電機子間に別の磁気回路を形成するのに使用することができる。

結合装置を係合させるために使用される、フィールドシェル、回転子、および電機子間の磁気回路は、様々な磁路に沿った磁束の漏れによって弱体化されることがある。特に、磁束は、電機子および／またはブレーキ板から隣接するトルク伝達部材に漏れることがある。この場合に、磁束は、回転子に戻る前に、支持ベアリングと、場合によっては、結合装置が取り付けられたシャフトとを含むことができる利用可能なすべての磁路を通って半径方向内側に進む。この磁路（または漏れ回路）がこのように存在することで、回転子／電機子の境界部から磁束が流出し、それにより、境界部の磁束密度および回転子と電機子との間の引付け力が低下する。そのため、結合トルクが小さくなり、結合装置の摩耗寿命が短くなる。

発明者は、上記の欠陥の１つまたは複数を最小化する、かつ／またはなくす回転結合装置が必要であると認識した。

本発明は、回転結合装置を提供する。

本発明の一実施形態による回転結合装置は、シャフトと共に回転するためにシャフトに結合するように構成され、回転軸のまわりに配置された回転子を含む。回転子は、第１のクラッチ係合面を画定する。装置は、回転軸のまわりに配置され、回転しないように固定されたフィールドシェルと、回転子の第１の側でフィールドシェル内に配置された電気導体とをさらに含む。装置は、電気導体とは反対側の回転子の第２の側に配置された電機子をさらに含む。電機子は、第２のクラッチ係合面を画定する。電機子、回転子、およびフィールドシェルは、磁気回路の部材を構成する。装置は、電機子と共に回転するように電機子に結合されたトルク伝達部材をさらに含む。トルク伝達部材は回転軸のまわりに配置され、回転軸のまわりに配置されたベアリングによって支持される。装置は、回転軸のまわりでベアリングの半径方向内側に配置されたスリーブをさらに含む。スリーブは、磁気回路の部材の透磁率よりも低い透磁率を有する。

本発明の別の実施形態による回転結合装置は、シャフトと共に回転するためにシャフトに結合するように構成され、回転軸のまわりに配置された回転子を含む。回転子は、第１のクラッチ係合面を画定する。装置は、回転軸のまわりに配置され、回転しないように固定されたフィールドシェルと、回転子の第１の側でフィールドシェル内に配置された電気導体とをさらに含む。装置は、電気導体とは反対側の回転子の第２の側に配置された電機子をさらに含む。電機子は、第２のクラッチ係合面を画定する。装置は、電機子と共に回転するように電機子に結合されたトルク伝達部材をさらに含む。トルク伝達部材は回転軸のまわりに配置され、回転軸のまわりに配置されたベアリングによって支持される。トルク伝達部材は、ベアリングの上で支持された、軸方向に延びる部分と、軸方向に延びる部分から半径方向に延びるフランジとを有する支持カップを含む。装置は、電機子と支持カップのフランジとの間に延びるばねをさらに含む。支持カップのフランジは、支持カップの軸方向に延びる部分から半径方向外側に延びる。

本発明による回転結合装置は、トルク伝達部材を通る磁路に沿った磁束漏れを低減する、またはなくすことにより、従来の装置に勝る改良点を示す。上記の第１の実施形態では、スリーブは、トルク伝達部材および支持ベアリングを通って回転子に戻る磁路（または漏れ回路）に沿った磁束遮断器として機能し、それにより、磁路に沿った磁束漏れを低減する。上記の第２の実施形態では、トルク伝達部材の支持カップ上で半径方向外側に向けられたフランジは、支持カップと、シャフトおよび／または回転子との間の空隙を大きくし、それにより、同じ磁路に沿った磁束漏れを低減する。

以下の詳細な説明、および例として本発明の特徴を示す添付図面から、本発明のこれらのおよび他の利点が当業者に明らかになるであろう。

本発明の一実施形態による回転結合装置の断面図である。 本発明の別の実施形態による回転結合装置の断面図である。 本発明の別の実施形態による回転結合装置の部分断面図である。

ここで図面を参照すると、様々な図において同一の構成要素を特定するために、同じ参照数字が使用されており、図１は、本発明の一実施形態による回転結合装置１０を示している。装置１０は、シャフト１２と別の装置（図示せず）との間でトルクを選択的に伝達するクラッチとして機能する。装置１０はまた、トルクが伝達されない場合にブレーキとして機能する。装置１０は、乗用型芝刈り機または同様の装置で使用するために用いることができる。しかし、クラッチおよび／またはブレーキを必要とする広範な用途で装置１０を使用することができると、当業者には分かるであろう。装置１０は、回転子１４、スペーサー１６、１８、ベアリング２０、２２、フィールドシェル２４、電導アセンブリ２６、電機子２８、ブレーキ板３０、ばね３２、トルク伝達部材３４、およびスリーブ３６を含むことができる。

シャフト１２は、装置（図示せず）から延びており、その装置からのトルクを結合装置１０を介して別の装置（図示せず）に伝達する入力シャフトとして機能することができる。あるいは、シャフト１２は、結合装置１０を介して別の装置（図示せず）からトルクを受け取り、そのトルクを装置（図示せず）に伝達する出力シャフトとして機能することができ、シャフト１２は装置から延びる。シャフト１２は、従来の金属および金属合金から作ることができ、中実または管状とすることができる。シャフト１２は回転軸３８を中心とし、入力シャフトとして機能する場合に、エンジン、電気モータ、または他の従来からの動力源によって駆動することができる。図示した実施形態では、シャフト１２は、装置１０のトルク伝達部材３４と同じ側で装置１０に挿入されている（「逆取り付け」）。しかし、シャフト１２およびスペーサー１６の向きは、シャフト１２がトルク伝達部材３４とは反対の側で装置１０に挿入されるように逆にすることもできるのは当然のことである（「標準取り付け」。

回転子１４は、シャフト１２と部材３４との間でトルクを伝達するために、電機子２８と選択的に係合するように設けられている。回転子１４は回転軸３８のまわりに配置され、スリーブ３６を介してシャフト１２と共に回転するようにシャフト１２に結合されている。回転子１４は、従来の金属および金属合金から作ることができ、ハブ４０および回転子ディスク４２を含む。

ハブ４０は管状であり、シャフト１２およびスリーブ３６が中に延びる中心穴を画定する。穴の直径（すなわち、ハブ４０の内径）は、スリーブ３６の一方の軸方向端部部分の外径と実質的に同じであり、穴は、スリーブ３６のこの部分を受け入れる大きさとされている。穴の直径は、シャフト１２の外径よりも大きいので、シャフト１２がスリーブ３６の軸方向端部を越えて延びる範囲まで、空隙がハブ４０とシャフト１２との間に存在し、それにより、シャフト１２を通る磁束漏れの可能性がさらに低くなる。ハブ４０は、キー（図示せず）と相補的に成形され、キーを受け入れるように構成された、軸方向に延びるキー溝（図示せず）を画定することができる。キー溝は、スリーブ３６の対応するキー溝と対向することができ、キーは、シャフト１２への装置１０の組み込み時にキー溝に挿入される。あるいは、ハブ４０およびスリーブ３６の一方は、ハブ４０およびスリーブ３６の他方のキー溝内に受け入れられるように構成された、半径方向に延びる一体キーを有して成形することができる。ハブ４０は、軸方向両端部で、ベアリング２０、２２に対接し、これらを支持するショルダ部を画定する。さらに、全開示が参照により本明細書に援用される米国特許第７，５２７，１３４号明細書でさらに詳細に説明されているように、ハブ４０は、ハブ４０の軸方向両端面に配置され、スペーサー１６、１８の対応するノッチまたはラグと係合するように構成された１つまたは複数のノッチ４４またはラグを画定することができる。ノッチ４４またはラグの数量、形状、および向きは異なってもよく、両端部のノッチまたはラグは、互いに一列に、または同位相に並んでよいし、あるいはハブ４０の製造上の改良に考慮して、位相をずらされてもよい（例えば、各端面は、直径方向に対向するノッチ４４またはラグを含むことができ、一方の端面のノッチ４４またはラグは、反対側の端面のノッチ４４またはラグに対して９０°だけ位相をずらされる）。ハブ４０は、その半径方向外側の直径部で、軸方向に延びる内側回転子磁極４６を画定する。ハブ４０は、下記に説明する目的のために、磁極４６の半径方向内側で軸方向に延びる凹部４８をさらに画定する。

ディスク４２は、ハブ４０から半径方向外側に延び、電機子２８に対向するクラッチ係合面を画定する。ディスク４２は、例えば、複数の相補的ラグおよびノッチを含む圧入の関係によってハブ４０に結合される。当技術分野において公知なように、ディスク４２は、角度的に離間したバナナ形のスロット（図示せず）からなる、半径方向に離間した複数の列を含むことができる。電導アセンブリ２６に通電すると、スロットにより、磁束が空隙を横断してディスク４２と電機子２８との間を往復し、回転子１４と電機子２８との間の高いトルクによる係合を可能にする。ディスク４２は、その外径部で、軸方向に延びる外側回転子磁極５０を画定する。磁極５０は、磁極４６と半径方向に整列し、磁極４６の半径方向外側に離間して配置されている。

スペーサー１６は、装置１０の他の構成要素と共に組み立てられた関係において、フィールドシェル２４を支持するために設けられ、粉末金属を含む従来の材料で作ることができる。しかし、本発明の一態様によれば、スペーサー１６は、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８よりも低い透磁率を有することができ、例えば、特定のステンレス鋼などの非強磁性材料で作ることができる。スペーサー１６は、回転軸３８のまわりに配置され、形状が略円筒状である。スペーサー１６は、スペーサー１６を貫通し、シャフト１２内に延びる留め具５２を受け入れるように構成されている。本発明の一態様によれば、留め具５２は、スペーサー１６と同様に、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８よりも低い透磁率を有することができ、例えば、特定のステンレス鋼などの非強磁性材料で作ることができる。スペーサー１６は、一方の軸方向端部で、スペーサー１６がトルクを留め具５２に加えながら固定されるのを可能にする複数の平坦部を有するヘッド５４を画定することができる。スペーサー１６は、ヘッド５４から軸方向に延びる胴体５６をさらに画定することができる。胴体５６は、略円筒状の外側面を有し、ベアリング２０は、その外側面で、回転子ハブ４０およびスペーサー１６内に画定された、対向するショルダ部間に支持することができる。スペーサー１６は、スペーサー１６の胴体５６の軸方向端面に、軸方向に突出した１つまたは複数のラグ５８またはノッチをさらに画定することができる。ラグ５８は、スペーサー１６と回転子ハブ４０とを回転可能に結合するために、回転子ハブ４０のノッチ４４内に受け入れられるように構成されている。ラグ５８は、テーパーを付けることができ、ノッチ４４内に圧入することができる。ラグ５８またはノッチの数量、形状、および向きは、この場合も異なってよい。

スペーサー１８は、装置１０の他の構成要素と共に組み立てられた関係において、ベアリング２２およびトルク伝達部材３４を支持するために設けられ、粉末金属を含む従来の材料で作ることができる。しかし、本発明の一態様によれば、スペーサー１８は、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８よりも低い透磁率を有し、例えば、非強磁性材料で作ることができる。スペーサー１８は、回転軸３８のまわりに配置され、形状が略円筒状である。スペーサー１８は、スリーブ３６を受け入れる大きさとされた内径を有し、スリーブ３６の上で支持され、軸方向で回転子ハブ４０の一方の軸方向端部とスリーブ３６の半径方向に延びるフランジとの間に配置されている。スペーサー１８は、略円筒状の外側面を有し、ベアリング２２は、その外側面で、回転子ハブ４０およびスペーサー１８内に画定された、対向するショルダ部間に支持することができる。

ベアリング２０は、フィールドシェル２４に対して回転子ハブ４０およびスペーサー１６が回転するのを可能にするために設けられている。ベアリング２０は技術上一般的である。ベアリング２０の内輪は、スペーサー１６および回転子ハブ４０の上で支持され、スペーサー１６および回転子ハブ４０内に画定された、対向するショルダ部に当接している。ベアリング２０の外輪は、フィールドシェル２４を支持している。

ベアリング２２は、入力シャフト１２、回転子１４、およびスリーブ３６に対してトルク伝達部材３４が回転するのを可能にするために設けられている。ベアリング２２は技術上一般的である。ベアリング２２の内輪は、スペーサー１８および回転子ハブ４０の上で支持され、スペーサー１８および回転子ハブ４０内に画定された、対向するショルダ部に当接している。ベアリング２２の外輪は、トルク伝達部材３４を支持している。

フィールドシェル２４は、電導アセンブリ２６を収容するために設けられている。シェル２４はまた、回転子１４と電機子２８とを選択的に係合させる磁気回路の一部を形成している。フィールドシェル２４は、鋼を含む従来の金属および金属合金から作ることができる。シェル２４は円筒状であり、回転軸３８のまわりに配置され、ベアリング２０の外輪の上で支持されている。シェル２４は、例えば、シェル２４のスロット（図示せず）を貫通する留め具（図示せず）によって、回転しないように固定される。シェル２４は、断面が略Ｕ字形であり、半径方向内側の環状部材６０および半径方向外側の環状部材６２を含む。

内側部材６０は、ベアリング２０の外輪の上で支持されている。部材６０は、断面が略Ｌ字形であり、軸方向に延びる内側磁極６４を画定する。磁極６４は、回転子１４のハブ４０の凹部４８に延び、したがって、内側回転子磁極４６の半径方向内側に配置されている。参照により、全開示が本明細書に援用される、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第７，４９３，９９６号明細書にさらに完全に説明されているように、磁極４６、６４の相対的な配置は、いくつかの理由から有利である。第１に、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８を含む磁気回路の磁気効率が、回路内の磁束の少なくとも一部に対する空隙の数量を減らすことで向上する。第２に、電導アセンブリ２６が配置される環状間隙が拡大されて、アセンブリ２６のフィールドシェル２４内へのより容易な挿入および固定が可能になる。

外側部材６２は、内側部材６０に結合され、内側部材６０の上で支持されている。外側部材６２は、端部壁６６、軸方向に延びる外側磁極６８、およびフランジ７０を画定する。端部壁６６は、部材６０から半径方向外側に延びている。磁極６８は、端部壁６６と一体であり、端部壁６６から軸方向に延びている。磁極６８は、回転子１４の磁極５０から半径外側に配置されている。フランジ７０は、端部壁６６とは反対側の磁極６８の端部で磁極６８と一体になり、磁極６８から半径方向外側に延びている。フランジ７０は、磁極６８の円周の少なくとも一部分に沿って延びている。

電導アセンブリ２６は、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８間で磁気回路を形成して、電機子２８を回転子１４と係合するように移動させ、シャフト１２とトルク伝達部材３４との間でトルクを伝達させるために設けられている。電導アセンブリ２６は略環状であり、フィールドシェル２４内で回転軸３８のまわりに配置されている。特に、アセンブリ２６は、シェル２４の内側磁極６４と外側磁極６８との間に配置されている。アセンブリ２６は、電気導体７２および電気導体シェル７４を含む。

電気導体７２として、従来の銅製コイルがあり得るが、代替として、他の公知の電気導体を使用することもできる。電気導体７２は、バッテリーなどの電源（図示せず）に電気的に接続することができる。電気導体７２への通電時に、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８間に磁気回路が形成される。磁束は、シェル２４の外側磁極６８から空隙を横断して回転子１４の外側磁極５０に流れる。次いで、磁束は、ディスク４２と電機子２８との間の空隙を横断して、ディスク４２と電機子２８との間を往復する。次いで、磁束は、回転子１４のディスク４２から回転子１４のハブ４０に流れる。最後に、磁束は、ハブ４０からいくつかの磁路に沿ってフィールドシェル２４の部材６０、６２に戻る。特に、磁束の一部は、内側回転子磁極４６からシェル２４の外側部材６２に直接流れる。磁束の別の部分は、外側部材６２に流れる前に、ハブ４０から、内側部材６０によって画定されたシェル２４の内側磁極６４を通って流れる。磁束のさらに別の部分は、ベアリング２０の半径方向内側で、ハブ４０からスペーサー１６（少なくとも、これらの実施形態において、スペーサー１６は、別の磁路に沿った構造体よりも低い透磁率を有する材料でできていない）に流れ、次いで、内側部材６０および外側部材６２に流れて、磁束の一部分が、内側回転子磁極４６および内側フィールドシェル磁極６４の高密度領域を回避するのを可能にし、回路の磁気効率をさらに向上させる。

電気導体シェル７４は、電気導体７２を収容するために設けられ、フィールドシェル２４内に電気導体７２を取り付けるためにも使用される。シェル７４は、従来のプラスチックから型成形することができる。シェル７４は、組み込み端子コネクタ７６を含むことができ、電気導体７２は、組み込み端子コネクタ７６を通じて、電源に電気的に接続することができる。シェル７４はまた、電導アセンブリ２６の回転を防止するために、フィールドシェル２４の端部壁６６の凹部内に受け入れられる大きさとされた１つまたは複数のラグを画定することができる。参照により、全開示が本明細書に援用される、本発明の譲渡人に譲渡された、係属中の米国特許出願第１１／１５０，６７０号明細書に説明されているように、シェル７４は、フィールドシェル２４の外側磁極６８に近接して配置され、複数の地点でシェル２４に固定された、半径方向外側に延びるフランジを含むことができる。

電機子２８は、ブレーキトルクをトルク伝達部材３４に伝達し、回転子１４と部材３４との間で駆動トルクを選択的に伝達するために設けられている。電機子２８は、鋼を含む様々な従来の金属および金属合金から作ることができる。電機子２８は構造的に環状であり、回転軸３８のまわりに配置され、回転子ディスク４２に対向するクラッチ係合面を画定する。電機子２８は、空隙分だけ回転子ディスク４２から軸方向に離間している。回転子ディスク４２と同様に、電機子２８は、電導アセンブリ２６の通電時に、磁束が回転子１４と電機子２８との間を往復するのに寄与する、角度的に離間したスロット（図示せず）からなる半径方向に離間した複数の列を含むことができる。電機子２８は、伝達部材３４に結合されている。特に、電機子２８は、複数の板ばね３２によってトルク伝達部材３４に結合することができる。

ブレーキ板３０は、電機子２８が係合してトルク伝達部材にブレーキをかけるためのブレーキ面を提供する。ブレーキ板３０は、鋼などの従来の金属および金属合金を含む、比較的高い透磁率を有する従来の材料で作ることができる。ブレーキ板３０は、装置１０の円周の少なくとも一部分、好ましくは、装置１０の円周の一部分だけのまわりに延び、フィールドシェル２４に結合されている。特に、ブレーキ板３０は、フィールドシェル２４のフランジ７０に結合され、１つまたは複数の留め具７８を使用して、フランジ７０から吊されている。留め具７８は、電導アセンブリ２６が通電された場合に、ブレーキ板３０とフィールドシェル２４との間の磁束の転流を少なくするか、またはなくし、それにより、クラッチの係合を容易にするために、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８の透磁率よりも低い透磁率を有する１つまたは複数の材料（非磁性材料を含む）から作ることができる。ブレーキ板３０は、参照により、全開示が本明細書に援用される、本発明の譲渡人に譲渡された、同時係属中の米国特許出願公開第２０１０／０１１６６１６号明細書に説明されているスペーサーおよびシムなどの１つまたは複数のスペーサー８０またはシムを使用して、フィールドシェル２４のフランジ７０から軸方向に離間することができる。スペーサー８０は、ブレーキ板３０の位置調整により、回転子１４および電機子２８のそれぞれのクラッチ係合面、ならびに電機子２８およびブレーキ板３０のブレーキ係合面の摩耗が補償されるのを可能にする。スペーサー８０は、留め具７８が貫通する穴を含むことができる。スペーサー８０も同様に、ブレーキ板３０とフィールドシェル２４との間の磁束の転流を少なくするか、またはなくすために、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８の透磁率よりも相対的に低い透磁率を有する１つまたは複数の材料（非磁性材料を含む）から作ることができる。例えば、本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第７，７３２，９５９号明細書を参照すると、板３０は、１つまたは複数の磁石（図示せず）を収容し、それにより、電機子２８および磁石を含む磁気回路の一部を形成して、ブレーキトルクをトルク伝達部材３４に供給するために、電機子２８を引き寄せてブレーキ板３０と係合させる際にばね３２を手助けすることができる。

ばね３２は、駆動およびブレーキトルクを電機子２８からトルク伝達部材３４に伝達し、電機子２８の部材３４に対する軸方向移動、ならびに回転子ディスク４２に向かう、および回転子ディスク４２から離れる軸方向移動を可能にする。ばね３２は、ステンレス鋼で作ることができ、リベット、ねじ、ボルト、またはピンなどの従来の留め具８２を使用して、一方の端部で電機子２８に結合され、反対側の端部で部材３４に結合されている。

トルク伝達部材３４は、シャフト１２と芝刈り機ブレードなどの別の装置との間でトルクを伝達する。部材３４は、トルク伝達ベルトが巻き付けられ、装置に連結される従来のプーリー８４を含むことができる。部材３４は、プーリー８４が支持された支持カップ８６をさらに含み、プーリー８４は、支持カップ８６から半径方向外側に延びている。支持カップ８６は、ベアリング２２の外輪の上で支持され、軸方向に延びる部分８８と、部分８８に対して半径方向に延びるフランジ９０とを含む。各ばね３２の一方の端部は、留め具８２を使用して、従来の態様でフランジ９０に結合されている。

スリーブ３６は磁束遮断器であり、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８を含む磁気回路からの磁束漏れを低減する手段を提供する。特に、スリーブ３６は、電機子２８からトルク伝達部材３４を通ってベアリング２２およびシャフト１２に入り、回転子１４に戻る磁路（または漏れ回路）に沿った磁束漏れを低減する手段を提供する。スリーブ３６は、例えば、オーステナイトステンレス鋼などの非強磁性材料を含む、磁気回路の部材（すなわち、回転子１４、フィールドシェル２４、および電機子２８）よりも低い透磁率を有する材料でできている。その結果、より多くの磁束が、回転子／電機子境界部に残り、それにより、境界部での磁束密度および引付け力が大きくなる。スリーブ３６は、ベアリング２２の半径方向内側で回転軸３８のまわりに配置され、形状が略円筒状である。スリーブ３６は、受け入れたシャフト１２に合わせた大きさとされた内径を有する。図示した実施形態では、スリーブ３６は、シャフト１２の一方の軸方向端部にある、シャフト１２の直径が小さい部分を受け入れている。スリーブ３６は、従来のキー／キー溝の関係を使用してシャフト１２に結合することができる。特に、スリーブ３６は、キー（図示せず）と相補的に成形され、キーを受け入れるように構成された、軸方向に延びるキー溝（図示せず）を画定することができる。キー溝は、シャフト１２の対応するキー溝と対向することができ、キーは、シャフト１２へのスリーブ３６の組み込み時にキー溝に挿入される。あるいは、スリーブ３６およびシャフト１２の一方は、スリーブ３６およびシャフト１２の他方のキー溝内に受け入れられるように構成された、半径方向に延びる一体キーを有して成形することができる。スリーブ３６は、スリーブ３６の軸方向長さに沿って変わる外径を有する。特に、スリーブ３６は、ハブ４０の一部分およびスペーサー１８の一部分が、共に半径方向でベアリング２２とスリーブ３６との間に配置されるような位置において、回転子ハブ４０およびスペーサー１８内に受け入れられる大きさとされた外径を有する１つの部分９２を有する。スリーブ３６は、一方の軸方向端部に、部分９２の外径よりも大きい外径を有する別の部分９６を有する。部分９２、９６は、スペーサー１８の一方の軸方向端部が対接するショルダ部を共同して画定する。

ここで図２を参照すると、本発明の別の実施形態による回転結合装置１１０が示されている。装置１１０は装置１０と同様である。したがって、同様の構造体は同じ参照番号で特定され、同様の構造体についての説明は上記に見出すことができる。装置１１０は、軸方向で回転子１１４のハブ１４０とスペーサー１８との間に配置されたスリーブ１３６を含むという点で装置１０と異なる。スリーブ１３６は、基本的に、回転子ハブ１４０が装置１０のハブ４０と比べて軸方向に短縮されるように、回転子ハブの一部分と置き換わる。スリーブ１３６は、この場合も磁束遮断器であり、回転子１１４、フィールドシェル２４、および電機子２８を含む磁気回路からの磁束漏れを低減する手段を提供する。特に、スリーブ１３６は、電機子２８からトルク伝達部材３４を通ってベアリング２２およびシャフト１１２に入り、回転子１１４に戻る磁路（または漏れ回路）に沿った磁束漏れを低減する手段を提供する。スリーブ１３６は、例えば、オーステナイトステンレス鋼などの非強磁性材料を含む、磁気回路の部材（すなわち、回転子１１４、フィールドシェル２４、および電機子２８）よりも低い透磁率を有する材料でできている。その結果、より多くの磁束が、回転子／電機子境界部に残り、それにより、境界部での磁束密度および引付け力が大きくなる。スリーブ１３６は、ベアリング２２の半径方向内側で回転軸３８のまわりに配置され、形状が略円筒状である。スリーブ１３６は、受け入れたシャフト１１２に合わせた大きさとされた内径を有する。スリーブ１３６は、従来のキー／キー溝の関係を使用してシャフト１１２に結合することができる。特に、スリーブ１３６は、キー（図示せず）と相補的に成形され、キーを受け入れるように構成された、軸方向に延びるキー溝（図示せず）を画定することができる。キー溝は、シャフト１１２の対応するキー溝と対向することができ、キーは、シャフト１１２へのスリーブ１３６の組み込み時にキー溝に挿入される。あるいは、スリーブ１３６およびシャフト１１２の一方は、スリーブ１３６およびシャフト１１２の他方のキー溝内に受け入れられるように構成された、半径方向に延びる一体キーを有して成形することができる。スリーブ１３６は、スリーブ１３６の軸方向長さに沿って変わる外径を有する。特に、スリーブ１３６は、一方の軸方向端部に、回転子ハブ１４０の軸方向端面に形成された凹部内に受け入れられる大きさとされた外径を有する１つの部分１９２を有する。スリーブ１３６は、一方の軸方向端部に、部分１９２の外径よりも小さい外径を有する別の部分１９６を有する。部分１９２、１９６は、ベアリング２２の一方の軸方向端部が対接するショルダ部を共同して画定する。

ここで図３を参照すると、本発明の別の実施形態による回転結合装置２１０が示されている。装置２１０は装置１０、１１０と同様である。したがって、同様の構造体は同じ参照番号で特定され、同様の構造体についての説明は上記に見出すことができる。装置２１０は、装置２１０のトルク伝達部材２３４がフランジ２９０を有する支持カップ２８６を含み、フランジ２９０は、支持カップ２８６の軸方向に延びる部分２８８から半径方向外側に伸びている点で装置１０、１１０と異なっている。フランジ２９０は、半径方向外側に延びているので、フランジ２９０と、回転子ハブ４０およびシャフト１２との間の空隙が大きくなっている。その結果、より多くの磁束が、回転子／電機子境界部に残り、それにより、境界部での磁束密度および引付け力が大きくなる。

本発明による回転結合装置は、トルク伝達部材を通る磁路に沿った磁束漏れを低減するか、またはなくすことにより、従来の装置に勝る改良点を示す。上記のいくつかの実施形態では、スリーブ３６またはスリーブ１３６は、電機子２８からトルク伝達部材３４および支持ベアリング２２およびシャフト１２を通って回転子１４、または回転子１１４に戻る磁路（または漏れ回路）に沿った磁束遮断器として機能し、それにより、磁路に沿った磁束漏れを低減する。上記の他の実施形態では、トルク伝達部材２３４の支持カップ２８６の半径方向外側に向けられたフランジ２９０は、支持カップ２８６と、シャフト１２および／または回転子１４との間の空隙を大きくし、かつ／あるいは比較的低い透磁率を有する材料でできており、それにより、同じ磁路に沿った磁束漏れを低減する。

本発明が、本発明の１つまたは複数の特定の実施形態に関連して図示および説明されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができると当業者には分かるであろう。

Claims (21)

1. シャフトと共に回転するためにシャフトに結合するように構成され、回転軸のまわりに配置され、第１のクラッチ係合面を画定する回転子と、
   前記回転軸のまわりに配置され、回転しないように固定されたフィールドシェルと、
   前記回転子の第１の側で前記フィールドシェル内に配置された電気導体と、
   前記電気導体とは反対側の前記回転子の第２の側に配置され、第２のクラッチ係合面を画定する、前記回転子および前記フィールドシェルと共に磁気回路の部材を構成する電機子と、
   前記電機子と共に回転するように前記電機子に結合され、前記回転軸のまわりに配置されて、前記回転軸のまわりに配置されたベアリングによって支持されたトルク伝達部材と、
   前記ベアリングの半径方向内側で前記回転軸のまわりに配置されたスリーブと、
   を備え、
   前記スリーブは、前記磁気回路の前記部材の透磁率よりも低い透磁率を有する回転結合装置。
2. 前記ベアリングの半径方向内側で前記回転軸のまわりに配置され、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有するスペーサーをさらに備える請求項１に記載の回転結合装置。
3. 前記スペーサーは、半径方向で前記スリーブと前記ベアリングとの間に配置される請求項２に記載の回転結合装置。
4. 前記スリーブは、軸方向で前記スペーサーと前記回転子との間に配置される請求項２に記載の回転結合装置。
5. 前記回転軸のまわりに配置されたスペーサーと、
   前記スペーサーを貫通し、前記シャフトと係合するように構成された留め具と、
   をさらに備え、
   前記スペーサーおよび前記留め具の少なくとも１つは、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有する請求項１に記載の回転結合装置。
6. 前記トルク伝達部材はプーリーを備える請求項１に記載の回転結合装置。
7. 前記プーリーは、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有する請求項６に記載の回転結合装置。
8. 前記回転子の一部分は、半径方向で前記スリーブと前記ベアリングとの間に配置され、前記スリーブの上で支持される請求項１に記載の回転結合装置。
9. シャフトと共に回転するためにシャフトに結合するように構成され、回転軸のまわりに配置され、第１のクラッチ係合面を画定する回転子と、
   前記回転軸のまわりに配置され、回転しないように固定されたフィールドシェルと、
   前記回転子の第１の側で前記フィールドシェル内に配置された電気導体と、
   前記電気導体とは反対側の前記回転子の第２の側に配置され、第２のクラッチ係合面を画定する電機子と、
   前記電機子と共に回転するように前記電機子に結合され、前記回転軸のまわりに配置されて、前記回転軸のまわりに配置されたベアリングによって支持されたトルク伝達部材であって、前記ベアリングの上で支持された、軸方向に延びる部分と、前記軸方向に延びる部分から半径方向に延びるフランジとを有する支持カップを備えるトルク伝達部材と、
   前記電機子と前記支持カップの前記フランジとの間に延びるばねと、
   を備え、
   前記支持カップの前記フランジは、前記支持カップの前記軸方向に延びる部分から半径方向外側に延びる回転結合装置。
10. 前記電機子、前記回転子、および前記フィールドシェルは、磁気回路の部材を構成し、前記ベアリングの半径方向内側で前記回転軸のまわりに配置され、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有するスペーサーをさらに備える、請求項９に記載の回転結合装置。
11. 前記電機子、前記回転子、および前記フィールドシェルは、磁気回路の部材を構成し、
    前記回転軸のまわりに配置されたスペーサーと、
    前記スペーサーを貫通し、前記シャフトと係合するように構成された留め具と、
    をさらに備え、
    前記スペーサーおよび前記留め具の少なくとも１つは、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有する請求項９に記載の回転結合装置。
12. 前記トルク伝達部材はプーリーを備える請求項９に記載の回転結合装置。
13. 前記電機子、前記回転子、および前記フィールドシェルは、磁気回路の部材を構成し、前記プーリーは、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有する請求項１２に記載の回転結合装置。
14. シャフトと共に回転するためにシャフトに結合するように構成され、回転軸のまわりに配置された、第１のクラッチ係合面を画定する回転子と、
    前記回転軸のまわりに配置され、回転しないように固定されたフィールドシェルと、
    前記回転子の第１の側で前記フィールドシェル内に配置された電気導体と、
    前記電気導体とは反対側の前記回転子の第２の側に配置され、第２のクラッチ係合面を画定する、前記回転子および前記フィールドシェルと共に磁気回路の部材を構成する電機子と、
    前記電機子と共に回転するように前記電機子に結合され、前記回転軸のまわりに配置されて、前記回転軸のまわりに配置されたベアリングによって支持されたトルク伝達部材であって、前記ベアリングの上で支持された、軸方向に延びる部分と、前記軸方向に延びる部分から半径方向に延びるフランジとを有する支持カップを含むトルク伝達部材と、
    前記電機子と前記支持カップの前記フランジとの間に延びるばねと、
    前記ベアリングの半径方向内側で前記回転軸のまわりに配置されたスリーブと、
    を備える回転結合装置であって、
    前記支持カップの前記フランジは、前記支持カップの前記軸方向に延びる部分から半径方向外側に延び、前記スリーブは、前記磁気回路の前記部材の透磁率よりも低い透磁率を有する回転結合装置。
15. 前記ベアリングの半径方向内側で前記回転軸のまわりに配置され、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有するスペーサーをさらに備える請求項１４に記載の回転結合装置。
16. 前記スペーサーは、半径方向で前記スリーブと前記ベアリングとの間に配置される請求項１５に記載の回転結合装置。
17. 前記スリーブは、軸方向で前記スペーサーと前記回転子との間に配置される請求項１５に記載の回転結合装置。
18. 前記回転軸のまわりに配置されたスペーサーと、
    前記スペーサーを貫通し、前記シャフトと係合するように構成された留め具と、
    をさらに備え、
    前記スペーサーおよび前記留め具の少なくとも１つは、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有する請求項１４に記載の回転結合装置。
19. 前記トルク伝達部材にはプーリーが備わる請求項１４に記載の回転結合装置。
20. 前記プーリーは、前記磁気回路の前記部材の前記透磁率よりも低い透磁率を有する請求項１９に記載の回転結合装置。
21. 前記回転子の一部分は、半径方向で前記スリーブと前記ベアリングとの間に配置され、前記スリーブの上で支持される請求項１４に記載の回転結合装置。

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