JP2017040307A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失が低減した回転伝達装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１１とロータ１２との間の径方向空間２７は格納空間２８を含む。格納空間２８の径方向幅Ｓ１は、ハウジング１１とロータ１２との間の軸方向隙間２６の軸方向幅Ｓ２よりも大きい。格納空間２８は、コイル１４の非通電時に軸方向隙間２６から離れた磁性粒子を格納する。これによりコイル１４の非通電時、軸方向隙間２６の磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度が低くなる。引きずり損失は上記濃度に比例することから、上記濃度が低くなると引きずり損失が低減する。一方、コイル１４の通電時、軸方向隙間２６に磁界が印加されると、格納空間２８の磁性粒子が軸方向隙間２６に吸い込まれ、軸方向隙間２６の磁性粒子の濃度が高まり、ロータ１２とハウジング１１との間でトルクが十分に伝達される。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転伝達装置に関する。

従来、磁気粘性流体等の機能性流体を利用した回転伝達装置が知られている。特許文献１には、電磁石が組み込まれた中空状のハウジングと、ハウジング内に設けられる円板状のロータと、ハウジングとロータとの隙間に設けられた磁気粘性流体と、を備える回転制動装置が開示されている。この回転制動装置では、電磁石が通電されると、主にロータのディスクと電磁石のヨークとの隙間にある磁気粘性流体が磁化し、この磁化した磁気粘性流体を介してロータとハウジングとの間で回転が伝達される。

特開２０１１−２０２７４５号公報

ところで、磁界中に置かれると磁化する磁気粘性流体等の機能性流体は、磁化していないときであっても比較的大きな粘性を持っている。そのため、磁界の無印加時、機能性流体の粘りによる引きずり損失が大きいという問題がある。

これに対して、ロータとハウジングとの隙間を広くすることによって引きずり損失を小さくすることが考えられる。しかし、ロータとハウジングとの隙間を広くすると、磁界の印加時にロータとハウジングとの間で伝達されるトルクが小さくなるという欠点がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減させた回転伝達装置を提供することである。

本発明による回転伝達装置は、中空状のハウジングと、ハウジング内に設けられているロータと、ハウジングとロータとの間の軸方向隙間に及ぶ磁界を通電により発生させるコイルと、ハウジング内に設けられている機能性流体と、を備える。機能性流体は、コイルが磁界を発生させると、基液中の磁性粒子が前記軸方向隙間で軸方向へ連なりハウジングとロータとの締結力を増加させる。回転伝達装置は、コイルの通電をオンオフすることにより、ロータとハウジングとの間で回転を伝達する回転伝達状態、および、回転伝達を遮断する遮断状態を切り替える。
また、ハウジングとロータとの間の径方向空間は、径方向の幅が前記軸方向隙間の軸方向の幅よりも大きい格納空間を含む。この格納空間は、コイルの非通電時に前記軸方向隙間から離れた磁性粒子を格納する。

このように構成することで、コイルの非通電時、前記軸方向隙間の機能性流体中に含まれる磁性粒子の濃度が低くなる。引きずり損失は上記磁性粒子の濃度に比例することから、上記磁性粒子の濃度が低くなると引きずり損失が低減する。一方、コイルの通電時、軸方向隙間に磁界が印加されると、格納空間の磁性粒子が前記軸方向隙間に吸い込まれて、当該軸方向隙間の機能性流体中に含まれる磁性粒子の濃度が高まり、機能性流体を介してロータとハウジングとの間でトルクが十分に伝達される。
したがって、本発明によれば、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減することができる。

本発明の第１実施形態による回転伝達装置の縦断面図であって、コイル通電による回転伝達状態を示す図である。 図１の回転伝達装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 本発明の第１実施形態による回転伝達装置の縦断面図であって、コイル非通電による遮断状態を示す図である。 図３の回転伝達装置のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 本発明の第２実施形態による回転伝達装置の縦断面図であって、コイル非通電による遮断状態を示す図である。 図５の回転伝達装置のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 本発明の第３実施形態による回転伝達装置の縦断面図であって、コイル非通電による遮断状態を示す図である。 本発明の第４実施形態による回転伝達装置の縦断面図であって、コイル通電による回転伝達状態を示す図である。 本発明の第５実施形態による回転伝達装置の横断面図であって、コイル非通電による遮断状態を示す図である。 本発明の他の実施形態による回転伝達装置の縦断面図であって、コイル非通電による遮断状態を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による回転伝達装置について図１〜図４を参照して説明する。
回転伝達装置１０は、ハウジング１１、ロータ１２、シャフト１３、コイル１４、および、磁気粘性流体１５等を備えている。

ハウジング１１は中空状に形成されている。本実施形態では、ハウジング１１は、磁性材料からなるヨーク部２１と、非磁性材料からなる収容部２２とを有する。ヨーク部２１は、筒部２３と、筒部２３の両端部を塞ぐ一対の側壁部２４とを形成している。収容部２２については後述する。

ロータ１２は、ハウジング１１内に設けられている磁性体の回転板であり、ハウジング１１に対して相対回転可能に設けられている。
シャフト１３は、ロータ１２に固定されており、一方の側壁部２４を貫通してハウジング１１外へ突き出している。シャフト１３の外壁と一方の側壁部２４の開口部の内壁との間にはシール軸受２５が設けられている。シール軸受２５は、ハウジング１１の内部と外部とを液密にシールしつつ、シャフト１３を回転可能に支持している。

コイル１４は、ハウジング１１の側壁部２４とロータ１２との間の軸方向隙間２６に及ぶ磁界を通電により発生させる。本実施形態では、コイル１４は、ハウジング１１の筒部２３の内側に設けられており、周方向へ巻かれた環状のコイルである。

磁気粘性流体１５は、基液としてのオイル、および、磁性粒子を含む機能性流体である。磁気粘性流体１５は、ハウジング１１内、すなわちハウジング１１とロータ１２との間に区画された流体室に充填されている。磁気粘性流体１５は、コイル１４が磁界を発生させると、基液中の磁性粒子が軸方向隙間２６で軸方向へ連なって粒子クラスタを形成する。これにより、磁気粘性流体１５は、擬似的に粘性が増大した状態になり、ハウジング１１とロータ１２との締結力を増加させる。

軸方向隙間２６で磁性粒子が粒子クラスタを形成した状態においてロータ１２およびハウジング１１の一方が回転すると、粒子クラスタに引きずられるようにして他方が回転し、ハウジング１１とロータ１２との間で回転が伝達される。回転伝達装置１０は、ハウジング１１とロータ１２との間で回転を伝達する回転伝達状態、および、回転の伝達を遮断する遮断状態を切り替えるクラッチとして用いられる。

続いて、回転伝達装置１０の特徴的な構成について説明する。
ハウジング１１とロータ１２との間には、軸方向隙間２６および径方向空間２７が区画されている。径方向空間２７は、径方向幅Ｓ１が軸方向隙間２６の軸方向幅Ｓ２よりも大きい格納空間２８を含む。この格納空間２８は、コイル１４の非通電時に軸方向隙間２６から離れた磁性粒子を格納する。本実施形態では、格納空間２８は周方向の一部に設けられており、回転伝達装置１０は、格納空間２８が重力方向で下方に位置するよう設置される。これにより、コイル１４の通電が停止すると、軸方向隙間２６にある磁性粒子は重力により下方へ移動して格納空間２８に集まる。

図１〜図４において軸方向隙間２６および径方向空間２７のうち斑点が描かれた領域は、磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度が比較的高いことを示している。つまり、図１、図２においては軸方向隙間２６が上記濃度の比較的高い領域である。また、図３、図４においては格納空間２８が上記濃度の比較的高い領域である。

コイル１４は、径方向空間２７に対して径方向の外側に設けられている。ハウジング１１の収容部２２は、ロータ１２とコイル１４との間に設けられており、ロータ１２の外壁との間に格納空間２８を区画している凹部２９を有する。

ハウジング１１のヨーク部２１は、コイル１４に対して径方向の外側の位置から、軸方向隙間２６に隣接する位置まで延びている。径方向においてコイル１４とロータ１２との間には、径方向空間２７のみ、または、径方向空間２７および収容部２２のみが設けられている。収容部２２の厚みｔは、軸方向隙間２６の軸方向幅Ｓ２よりも大きい。ヨーク部２１は、コイル１４の通電時にロータ１２とともに磁気回路を形成する。

続いて、回転伝達装置１０の作用効果について説明する。
図１、図２に示すように、回転伝達状態では、コイル１４に通電されることにより、コイル１４を中心とする磁気回路が形成される。この磁気回路に沿う磁力線ＭＬは、ヨーク部２１とロータ１２との間すなわち軸方向隙間２６を軸方向へ通過する。このとき、磁気粘性流体１５中の磁性粒子は軸方向隙間２６に磁気吸引され、軸方向隙間２６の磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度が高まり、磁気粘性流体１５を介してロータ１２とハウジング１１との間でトルクが十分に伝達される。

一方、図３、図４に示すように、遮断状態では、コイル１４への通電が停止されることにより磁気回路が消失し、磁気粘性流体１５中の磁性粒子を軸方向隙間２６に留める磁気吸引力が失われる。このとき、磁性粒子は重力方向で下方へ沈殿して格納空間２８に集まる。これにより、軸方向隙間２６の磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度が低くなる。ロータ１２が回転するときの引きずり損失は、軸方向隙間２６の磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度に比例することから、上記磁性粒子の濃度が低くなると引きずり損失が低減する。

このように第１実施形態では、ハウジング１１とロータ１２との間の径方向空間２７に格納空間２８が含まれ、コイル１４の非通電時に軸方向隙間２６から離れた磁性粒子が格納空間２８に格納される。そのため、コイル１４の非通電時に軸方向隙間２６の磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度を低くすることができる。また、コイル１４の通電時には格納空間２８の磁性粒子は軸方向隙間２６に磁気吸引され、軸方向隙間２６の磁気粘性流体１５中に含まれる磁性粒子の濃度を高くすることができる。したがって、伝達トルクを低下させることなく磁界無印加時の引きずり損失を低減することができる。

また、第１実施形態では、コイル１４は、径方向空間２７に対して径方向の外側に設けられている。そして、ハウジング１１は、非磁性材料からなる収容部２２と、磁性材料からなるヨーク部２１とを有する。収容部２２は、ロータ１２の外壁との間に格納空間２８を区画している凹部２９を有する。ヨーク部２１は、コイル１４に対して径方向の外側の位置から軸方向隙間２６に隣接する位置まで延びている。これにより、コイル１４の通電時に収容部２２は磁化しない。したがって、コイル１４の通電時、格納空間２８外において磁化されたヨーク部２１とロータ１２との間の軸方向隙間２６に磁性粒子を磁気吸引させることができる。

また、第１実施形態では、径方向においてコイル１４とロータ１２との間には、径方向空間２７のみ、または、径方向空間２７および収容部２２のみが設けられている。つまり、径方向においてコイル１４とロータ１２との間には磁性体が存在しない。これにより、コイル１４の通電時に磁束がコイル１４のすぐ内側を通って磁気短絡することがない。したがって、軸方向隙間２６に十分大きな磁気吸引力を発生させることができる。

また、第１実施形態では、収容部２２の厚みｔは、軸方向隙間２６の軸方向幅Ｓ２よりも大きい。これにより、コイル１４の通電時に磁束が収容部２２を通って磁気短絡することを抑制できる。したがって、軸方向隙間２６に十分大きな磁気吸引力を発生させることができる。
また、第１実施形態では、格納空間２８は周方向の一部に設けられている。そのため、回転伝達装置１０をコンパクトに構成することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態では、図５、図６に示すように、収容部３１は、周方向へ延びよう環状に形成されている。ロータ１２の外壁との間に格納空間３２を区画している凹部３３は、環状溝である。格納空間３２は、周方向へ延びる環状の空間である。
このように格納空間３２がロータ１２の全周に設けられてもよい。それでも第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２実施形態によれば、格納空間３２の周方向位置を気にせずに回転伝達装置を設置することができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態では、図７に示すように、軸方向隙間４１は、格納空間２８に近いほど軸方向の幅が段階的に大きくなる。これにより、格納空間２８にある磁性粒子が軸方向隙間４１へ移動しやすくなっている。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態では、図８に示すように、ハウジング５１のヨーク部５２および収容部５３は、軸方向の幅が比較的大きく形成されている。そして、ロータ１２は、軸方向へ間隔を空けて複数設けられている。各ロータ１２間には、ハウジング５１に固定された磁性プレート５４が設けられている。このように多板構造のクラッチであっても、格納空間５５が設けられていることによって第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態では、図９に示すように、ロータ６１の外壁部には、周方向と交差する方向へ延びる突起６２が形成されている。これにより、格納空間２８が重力方向下方に位置していなくても、回転するロータ６１から付与される遠心力により磁性粒子が突起６２により外側へ飛ばされることによって、磁性粒子を格納空間２８に集めることができる。したがって、格納空間２８の周方向位置を気にせずに回転伝達装置を設置することができる。

＜他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、磁気粘性流体（Magneto Rheological Fluid）に代えて、磁性流体（Magnetic Fluid）等の他の機能性流体が用いられてもよい。
本発明の他の実施形態では、格納空間は、周方向において複数箇所に設けられてもよい。
第３実施形態では、軸方向隙間４１は、格納空間２８に近いほど軸方向の幅が段階的に大きくなっていた。これに対して、本発明の他の実施形態では、軸方向隙間は、格納空間に近いほど軸方向の幅が連続的に大きくなっていてもよい。
本発明の他の実施形態では、格納空間の軸方向の幅は、ハウジングが有する一対の側壁部の間隔以下であってもよい。
本発明の他の実施形態では、図１０に示すように、ハウジングの収容部は、径方向内側の開口縁部からロータ側に向かって突き出す突出部を有していてもよい。これにより、コイル通電時、ロータを迂回して格納空間を通るように磁気回路が形成されることを抑制し、磁力線が確実に軸方向隙間を通るようにすることができる。

本発明の他の実施形態では、ロータの回転板は、少なくとも外周部が磁性体であれば、その他の部分は非磁性体であってもよい。
本発明の他の実施形態では、非磁性材料は、樹脂に限らず、例えば非磁性の金属などであってもよい。
本発明の他の実施形態では、回転伝達装置は、回転部材と非回転部材との間に設けられるブレーキとして用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１１、５１・・・ハウジング
１２、６１・・・ロータ
１４・・・コイル
１５・・・磁気粘性流体（機能性流体）
２６、４１・・・軸方向隙間
２７・・・径方向空間
２８、３２、５５・・・格納空間

Claims (9)

1. 中空状のハウジング（１１、５１）と、
   前記ハウジングに対して相対回転可能なよう当該ハウジング内に設けられているロータ（１２、６１）と、
   前記ハウジングと前記ロータとの間の軸方向隙間（２６、４１）に及ぶ磁界を通電により発生させるコイル（１４）と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記コイルが磁界を発生させると、基液中の磁性粒子が前記軸方向隙間で軸方向へ連なり前記ハウジングと前記ロータとの締結力を増加させる機能性流体（１５）と、
   を備え、前記コイルの通電をオンオフすることにより、前記ロータと前記ハウジングとの間で回転を伝達する回転伝達状態、および、回転伝達を遮断する遮断状態を切り替える回転伝達装置であって、
   前記ハウジングと前記ロータとの間の径方向空間（２７）は、径方向の幅（Ｓ１）が前記軸方向隙間の軸方向の幅（Ｓ２）よりも大きくなるよう形成された格納空間（２８、３２、５５）を含み、
   前記格納空間は、前記コイルの非通電時に前記軸方向隙間から離れた前記磁性粒子を格納することを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記コイルは、前記径方向空間に対して径方向の外側に設けられ、
   前記ハウジングは、非磁性材料からなり、前記ロータの外壁との間に前記格納空間を区画している凹部（２９）を有する収容部（２２、３１、５３）と、磁性材料からなり、前記コイルに対して径方向の外側の位置から前記軸方向隙間に隣接する位置まで延びているヨーク部（２１、５２）と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 径方向において前記コイルと前記ロータとの間には、前記径方向空間のみ、または、前記径方向空間および前記収容部のみが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転伝達装置。
4. 前記収容部の厚みは、前記軸方向隙間の軸方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の回転伝達装置。
5. 前記格納空間は周方向の一部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転伝達装置。
6. 前記軸方向隙間（４１）は、前記格納空間に近いほど軸方向の幅が大きくなっていることを特徴とする請求項５に記載の回転伝達装置。
7. 前記格納空間（３２）は、周方向へ延びる環状の空間であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転伝達装置。
8. 前記ロータは、軸方向へ間隔を空けて複数設けられ、
   各前記ロータの間に設けられ、前記ハウジングに固定されている１つまたは複数の磁性プレート（５４）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転伝達装置。
9. 前記ロータの外壁部には、周方向と交差する方向へ延びる突起（６２）が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転伝達装置。

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