JP2018179076A - 係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気的に結合された固定側と回転側との相対回転移動に伴う渦電流の発生を従来よりも抑制可能とする。【解決手段】固定体１２の一対の大径円環部２４Ａ，２４Ｂの外周面と、第１及び第２回転体ヨーク３０Ａ，３０Ｂの内周面とのギャップ幅Ｗ１は、周方向に沿って等しくなるように形成される。また、固定体１２の一対の大径円環部２４Ａの外周面と第１回転体ヨーク３０Ａの内周面との間、及び、一対の大径円環部２４Ｂ第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面との間には、周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石の極性反転を用いて係合状態の開放状態との切り替えが可能な、係合装置に関する。

従来から、特許文献１や２に開示されているように、２種類の永久磁石と電磁石とを用いた係合装置が知られている。例えば特許文献１では、図１３に例示するように、相対的に着磁し難い極性固定磁石１００、相対的に着磁し易い極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂ、及び極性反転させるためのコイル１０４Ａ，１０４Ｂを用いた係合装置（ブレーキ装置）が開示されている。

極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂはそれぞれその外周に、コイル１０４Ａ，１０４Ｂが巻き回されている。極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂ及びコイル１０４Ａ，１０４Ｂは固定側ヨーク１０６とともに固定されている。極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂとその側面が接するようにして固定リング１０７が設けられる。固定リング１０７は円弧状ヨーク１０８と、隣り合う円弧状ヨーク１０８Ａ，１０８Ｂを連結する極性固定磁石１００を備える。固定リング１０７の内周面は、ギャップ（間隔）を空けて回転リング１１０が設けられる。

図１４には開放状態の図が例示されている。極性固定磁石１００の磁束と極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂの磁束とは順方向（直列）であり、両者の合成磁束が極性可変磁石１０２Ａ→円弧状ヨーク１０８Ａ→極性固定磁石１００→円弧状ヨーク１０８Ｂ→極性可変磁石１０２Ｂ→固定側ヨーク１０６→極性可変磁石１０２Ａ→とのループ経路Ｌ＿ＯＦＦを通過する。

図１５には係合状態の図が例示されている。これはコイル１０４Ａ，１０４Ｂから生じた磁界によって、極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂの極性が図１４の状態から反転されたときの様子が例示されている。このとき、極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂの磁束は、固定側ヨーク１０６→極性可変磁石１０２Ｂ→円弧状ヨーク１０８Ｂ→回転リング１１０→円弧状ヨーク１０８Ａ→極性可変磁石１０２Ａとのループ経路Ｌ＿ＯＮ１を通過する。また、極性固定磁石１００の磁束は、円弧状ヨーク１０８Ｂ→回転リング１１０→円弧状ヨーク１０８Ａ→極性固定磁石１００とのループ経路Ｌ＿ＯＮ２を通過する。

円弧状ヨーク１０８Ａ，１０８Ｂの内周面及び回転リング１１０の外周面には周方向に沿って凹凸が形成されている。そのため、両者のギャップは周方向に沿って異なるものとなる。ギャップの変動に応じて当該ギャップを通過する磁気抵抗も変化する。例えば円弧状ヨーク１０８Ａ，１０８Ｂの内周面と回転リング１１０の外周面との凸部同士が対向すると磁気抵抗は最小値を取り、凹部同士が対向すると磁気抵抗は最大値を取る。この状態から円弧状ヨーク１０８Ａ，１０８Ｂと回転リング１１０とが上記の状態から相対回転移動しようとすると磁束を維持しようとする力が働き、その結果回転リング１１０は固定リング１０７と係合状態となり回転リング１１０の回転移動が止められる。

特開２０１６−２１７３７１号公報 特開平１−３０３３３１号公報

ところで、永久磁石の極性反転を用いた係合装置を、回転体同士の係合に適用することが考えられる。例えば図１３のブレーキ装置について、固定リング１０７を回転可能とし（回転リング１０７’とし）、極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂとは所定のギャップを介して磁路を形成することが考えられる。

しかしながらそのような場合、図１６に示すように、極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂ間で極性が反転しており、これを受ける回転リング１０７’も周方向（回転方向）に沿って極性が反転する。この状態で極性可変磁石１０２Ａ，１０２Ｂと回転リング１０７’とが相対回転移動すると、磁束の変化に伴って渦電流が発生し、回転リング１０７’の回転を妨げるおそれがある。そこで本発明は、回転に伴う渦電流の発生を従来よりも抑制可能な、係合装置を提供することを目的とする。

本発明は係合装置に関する。当該係合装置は、固定体、第１回転体、及び第２回転体を備える。固定体は、小径円柱部と、小径円柱部の軸方向両端に設けられた一対の大径円環部とを備えるボビンと、小径円柱部の一対の大径円環部の間に巻き回されたコイルと、を備える。第１回転体は、一対の大径円環部の一方の外周面とギャップを設けて内周面が対向する円環形状の第１回転体ヨークと、一対の大径円環部の他方とギャップを設けて内周面が対向する円環形状の第２回転体ヨークと、を備える。第２回転体は、第１及び第２回転体ヨークの外周面とのギャップ幅が周方向に沿って異なるように形成された内周面を備える。固定体及び第１回転体の少なくとも一方には、第１永久磁石と、第１永久磁石よりも着磁し易い第２永久磁石が設けられる。コイルから生じる磁界によって第２永久磁石の磁極が反転し、第２永久磁石の磁極反転に応じて、第１及び第２永久磁石の磁束が第２回転体を通過する係合状態と、第１及び第２永久磁石の磁束が第２回転体を通過しない開放状態とに切り替え可能となる。この構成において、一対の大径円環部の外周面と、第１及び第２回転体ヨークの内周面とのギャップ幅は、周方向に沿って等しくなるように形成される。また、一対の大径円環部の一方の外周面と第１回転体ヨークの内周面との間、及び、一対の大径円環部の他方と第２回転体ヨークの内周面との間には、周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。

また上記発明において、第１永久磁石は、第１回転体ヨークと第２回転体ヨークとを接続するようにして第１回転体に設けられてもよい。

また上記発明において、第２永久磁石は、一対の大径円環部に設けられ、相対的に外周側であって周方向に沿って設けられた一方の磁極と、相対的に内周側であって周方向に沿って設けられた他方の磁極とを備えてもよい。

また上記発明において、第２永久磁石は、第１及び第２回転体ヨークに設けられ、相対的に外周側であって周方向に沿って設けられた一方の磁極と、相対的に内周側であって周方向に沿って設けられた他方の磁極とを備えてもよい。

本発明の係合装置の別態様では、当該係合装置は、固定体、第１回転体、第２回転体、及びガイド部材を備える。固定体は、小径円柱部と、小径円柱部の軸方向両端に設けられた一対の大径円環部とを備えるボビンと、小径円柱部の一対の大径円環部の間に巻き回されたコイルと、を備える。第１回転体は円環形状であって、一対の大径円環部の一方の外周面とギャップを設けて内周面が対向する。第２回転体は円環形状であって、一対の大径円環部の他方の外周面とギャップを設けて内周面が対向する。ガイド部材は第１及び第２回転体の少なくとも一方を軸方向にガイドする。固定体には、第１永久磁石と、第１永久磁石よりも着磁し易い第２永久磁石が設けられる。コイルから生じる磁界によって第２永久磁石の磁極が反転し、第２永久磁石の磁極反転に応じて、第１及び第２永久磁石の磁束が第１及び第２回転体を通過して両者を係合させる係合状態と、第１及び第２永久磁石の磁束が第１及び第２回転体を通過しない開放状態とに切り替え可能となっている。この構成において、一対の大径円環部の外周面と、第１及び第２回転体の内周面とのギャップ幅は、周方向に沿って等しくなるように形成される。また、一対の大径円環部の一方の外周面と第１回転体の内周面との間、及び、一対の大径円環部の他方と第２回転体の内周面との間には、周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。

また上記発明において、第１永久磁石は、コイルよりも外周側であって一対の大径円環部を接続するようにして固定体に設けられてもよい。

また上記発明において、第２永久磁石は、一対の大径円環部に設けられ、相対的に外周側であって周方向に沿って設けられた一方の磁極と、相対的に内周側であって周方向に沿って設けられた他方の磁極とを備えてもよい。

また上記発明において、第１回転体及び第２回転体のそれぞれの対向面には、互いに噛み合う突起列が形成されていてもよい。

本発明によれば、固定体の一対の大径円環部の外周面と、第１及び第２回転体ヨークの内周面とのギャップ幅を、周方向に沿って等しくしている。さらに、一対の大径円環部の一方の外周面と前記第１回転体ヨークの内周面との間、及び、前記一対の大径円環部の他方と前記第２回転体ヨークの内周面との間には、周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過するようにしている。その結果、周方向すなわち回転方向に沿った磁束変化を抑制可能となり、渦電流の発生を抑制可能となる。

第１実施形態に係る係合装置の一部切り欠き斜視断面図である。 第１実施形態に係る係合装置の別例を示す一部切り欠き斜視断面図である。 永久磁石の特性について説明するグラフである。 第１実施形態に係る係合装置の開放状態を例示する図である。 第１実施形態に係る係合装置の極性反転時を例示する図である。 第１実施形態に係る係合装置の係合状態を例示する図である。 第１実施形態に係る係合装置の更なる別例を示す一部切り欠き斜視断面図である。 第１実施形態に係る係合装置の更なる別例の開放状態及び係合状態を例示する図である。 第２実施形態に係る係合装置の一部切り欠き斜視断面図である。 第２実施形態に係る係合装置の開放状態を例示する図である。 第２実施形態に係る係合装置の極性反転時を例示する図である。 第２実施形態に係る係合装置の係合状態を例示する図である。 従来技術に係る係合装置の斜視断面図である。 従来技術に係る係合装置の開放状態を例示する図である。 従来技術に係る係合装置の係合状態を例示する図である。 従来技術に係る係合装置の係合状態を回転体同士の係合に適用したときの磁束について説明する図である。

＜第１実施形態＞
図１に、第１実施形態に係る係合装置１０を例示する。係合装置１０は、固定体１２、第１回転体１４、及び第２回転体１６を備える。係合装置１０は、例えば第１回転体１４と第２回転体１６とを連結させて駆動力を伝達させるクラッチ装置として機能する。なお、図１以降、図面には互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が示される。Ｙ軸は回転軸と平行な軸である。Ｘ軸、Ｚ軸は回転軸に直交する径方向の軸である。Ｘ軸及びＺ軸もまた直交関係にある。

固定体１２は、ボビン１８、コイル２０、及び極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂ（第２永久磁石）を備える。ボビン１８は側面視（Ｚ軸方向）Ｈ型の部材であり、回転軸方向（Ｙ軸方向）に延設される小径円柱部２６と、その両端に設けられる一対の大径円環部２４Ａ，２４Ｂを備える。ボビン１８の少なくとも一部は高透磁率材料から構成され、例えば低炭素鋼等の軟質磁性材料から構成される。

ボビン１８の小径円柱部２６にはコイル２０が巻き回される。コイル２０は接続配線２８を介して外部の電源（図示せず）に接続される。コイル２０の小径円柱部２６への巻数は１回でも複数回でもよい。

極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ大径円環部２４Ａ，２４Ｂの少なくとも一部を構成する。例えば、大径円環部２４Ａ，２４Ｂのそれぞれ全体が極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂから構成されてもよい。この場合、小径円柱部２６を高透磁率材料から形成してこれをヨークとする。また、極性可変磁石２２Ａの外周面は、大径円環部２４Ａの外周面を構成し、極性可変磁石２２Ｂの外周面は、大径円環部２４Ｂの外周面を構成する。

極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂは、周方向に沿って同一の磁極のみが揃うように構成される。例えば極性可変磁石２２Ａは、図１に破線で示すように、相対的に外周側にはその周方向に沿って一方の磁極２３Ａ（例えばＳ極）が配置され、相対的に内周側にはその周方向に沿って他方の磁極２３Ｂ（例えばＮ極）が配置される。このようにすることで、周方向に沿って磁性が同一の磁束のみが通過することになる。

極性可変磁石２２Ｂは、極性可変磁石２２Ａとは磁極が反転するように配置される。すなわち、相対的に外周側にはその周方向に沿って一方の磁極２３Ｂ（例えばＮ極）が配置され、相対的に内周側にはその周方向に沿って他方の磁極２３Ａ（例えばＳ極）が配置される。

極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂはともに、円筒形状もよい。また図２に示すように、円弧形状の極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂを複数組み立てて円筒形状としてもよい。

極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂは、後述する極性固定磁石３２（第１永久磁石）よりも着磁し易いという特性を備える。つまり、極性固定磁石３２よりも磁極を反転させ易い特性を備える。図３には磁界（横軸）と磁束密度（縦軸）からなる磁石特性グラフが例示されている。

一般的に、磁石の動作点はパーミアンス直線（磁石形状や磁気回路などで決まる直線）と減磁曲線の交点で決まる。例えば、図３に示すようなパーミアンス直線を仮定した場合、アルニコ磁石（Ａｌｎｉｃｏ５）の動作点は点Ａ，ネオジム磁石は点Ｂとなる。このグラフから、アルニコ磁石はネオジム磁石の１／３程度の磁束密度しか得られないことが分かる。

このことから、アルニコ磁石（Ａｌｍｉｃｏ５）は着磁が容易だが磁力が弱く，ネオジム磁石（Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ）は着磁が困難だが磁力が強い特性を有していることが導かれる。上記を踏まえて、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂは例えばアルニコ磁石から構成され、極性固定磁石３２は例えばネオジム磁石から構成される。

第１回転体１４は、第１回転体ヨーク３０Ａ、第２回転体ヨーク３０Ｂ、及び極性固定磁石３２を備える。第１回転体１４は、固定体１２の外周側に設けられ、かつ、第２回転体１６の内周側に設けられる、略円環形状の部材である。第１回転体１４は、その周方向に沿って（言い換えるとＹ軸回りに）回転可能となっている。

第１回転体ヨーク３０Ａは、高透磁率材料から構成され、例えば低炭素鋼等の軟質磁性材料から構成される。第１回転体ヨーク３０Ａは略円環形状であって、その内周面はギャップ（間隔）を設けて大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の外周面と対向する。また、第１回転体ヨーク３０Ａの軸方向長さは大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の軸方向長さと略等しく形成される。

さらに、第１回転体ヨーク３０Ａの内周面と大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の外周面のギャップ幅Ｗ１は、周方向に沿って等しくなるように形成される。これにより、周方向に沿ってギャップによる磁気抵抗が一様となるので、周方向に沿った磁束変化が抑制され、その結果、渦電流の発生が抑制される。

例えば、大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の外周面と第１回転体ヨーク３０Ａの内周面は、側面視（Ｙ軸方向視）で同心円となるように形成される。第１回転体１４は図示しない軸受け等により、第１回転体ヨーク３０Ａと大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の外周面のギャップ幅Ｗ１が維持される。

第２回転体ヨーク３０Ｂは、高透磁率材料から構成され、例えば低炭素鋼等の軟質磁性材料から構成される。第２回転体ヨーク３０Ｂも第１回転体ヨーク３０Ａと同様に略円環形状であって、その軸方向長さは大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の軸方向長さに略等しい。また第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面はギャップ（間隔）を設けて大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の外周面と対向する。

さらに、第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面と大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の外周面のギャップ幅Ｗ１は、周方向に沿って等しくなるように形成される。これにより、周方向に沿って磁気抵抗が一様となるので、周方向に沿ったギャップによる磁束変化が抑制され、その結果、渦電流の発生が抑制される。

例えば、大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の外周面と第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面は、側面視（Ｙ軸方向視）で同心円となるように形成される。第１回転体１４は図示しない軸受け等により、第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面と大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の外周面のギャップ幅Ｗ１が維持される。

一方、第１及び第２回転体ヨーク３０Ａ，３０Ｂの外周面と、第２回転体１６の内周面とのギャップは、周方向に沿って異なるように形成される。例えば、第１及び第２回転体ヨーク３０Ａ，３０Ｂの外周面には、周方向に沿って凹凸部３１Ａが形成され、第２回転体１６の内周面にも周方向に沿って凹凸部３１Ｂが形成される。このような形状とすることで、第１及び第２回転体ヨーク３０Ａ，３０Ｂの外周面と、第２回転体１６の内周面との間の磁気抵抗が周方向に沿って異なることになる。この結果、第１及び第２回転体ヨーク３０Ａ，３０Ｂと、第２回転体１６との相対回転が妨げられ、両者は同期して回転可能となる。

極性固定磁石３２（第１永久磁石）は、上述したように極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂと比較して着磁し難い特性を備えている。例えば極性固定磁石３２はネオジム磁石から構成される。極性固定磁石３２は、第１回転体ヨーク３０Ａと第２回転体ヨーク３０Ｂとの間を接続（連結）するように設けられる。つまり、第１回転体ヨーク３０Ａと第２回転体ヨーク３０Ｂとのギャップを連絡（接続）する機能を極性固定磁石３２が備えている。極性固定磁石３２は例えば円環状に形成される。

極性固定磁石３２は固定体１２及び第１回転体１４の少なくとも一方に設けられればよい。この点について、極性固定磁石３２（第１磁石）が、第１回転体１４に設けられることで、第２回転体１６との磁束ループを形成する際に乗り越えるギャップの数は２で済むというメリットが得られる。比較例として固定体１２に極性固定磁石３２を設ける場合、固定体１２と第１回転体１４との間に形成されたギャップを含んで、第２回転体１６との磁束ループを形成する際に乗り越えるギャップの数は４となる。このように、乗り越えるギャップ数が相対的に少ない第１回転体１４に極性固定磁石３２を設けることで、ギャップを乗り越える際の磁気抵抗による磁力の減少を抑制可能となる。

第２回転体１６は、第１回転体１４の外周側に設けられる、円柱形状の部材である。第２回転体１６は高透磁率材料から構成され、例えば低炭素鋼等の軟質磁性材料から構成される。第２回転体１６は図示しない軸受等によりその軸（Ｙ軸）回りに回転可能に支持されている。

図４〜図６には、第１実施形態に係る係合装置１０の開放状態、磁極反転時、及び係合状態の様子が例示されている。なお図４〜図６はいずれも、図１または図２の斜視図のＺ−Ｙ平面を示している。

図４には開放時の例が示されている。開放時には、第１回転体１４及び第２回転体１６の係合が解かれる。具体的には図４に示すように、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂと極性固定磁石３２の極性が揃っており（直列状態であり）、これらの磁石の磁束は合成磁束となって破線で示すループ経路Ｌ＿ＯＦＦを通過する。具体的には、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂ及び極性固定磁石３２の磁束は、極性固定磁石３２→第１回転体ヨーク３０Ａ→極性可変磁石２２Ａ→ボビン１８（小径円柱部２６）→極性可変磁石２２Ｂ→第２回転体ヨーク３０Ｂ→極性固定磁石３２との経路を通過する。

図５には極性反転時の様子が例示されている。コイル２０に電流を供給して磁界を発生させることで、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂの極性を反転させる。例えば図３のグラフより、動作点ＡとＢの中間値を取る磁界をコイル２０に発生させて、選択的に極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂの極性を反転させる。

図６には極性反転後の係合時の様子が例示されている。この図の破線で示されているように、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂの磁束と極性固定磁石３２の磁束とが逆極性となるために、概念上並列に２種類のループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２が発生する。

すなわち、極性固定磁石３２→第１回転体ヨーク３０Ａ→第２回転体１６→第２回転体ヨーク３０Ｂ→極性固定磁石３２との経路を通過するループ経路Ｌ＿ＯＮ１が形成される。また、極性可変磁石２２Ａ→第１回転体ヨーク３０Ａ→第２回転体１６→第２回転体ヨーク３０Ｂ→極性可変磁石２２Ｂ→ボビン１８（小径円柱部２６）→極性可変磁石２２Ａとの経路を通過するループ経路Ｌ＿ＯＮ２が形成される。

ループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２は第１回転体１４及び第２回転体１６を通過（鎖交）することから、両者は磁気的に結合される。さらに上述したように両者の対向面は周方向（回転方向）に沿ってギャップ幅Ｗ２が変化するように形成されているため、磁束変化を阻害するように、第１回転体１４及び第２回転体１６が同期して回転する。すなわち両者が係合される。

また、ループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２は固定体１２と第１回転体１４を通過（鎖交）することから、両者は磁気的に結合される。しかしながら上述したように、ボビン１８の大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の外周面と第１回転体ヨーク３０Ａの内周面は周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過し、同様にしてボビン１８の大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の外周面と第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面も周方向（回転方向）に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。

その上、ボビン１８の大径円環部２４Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の外周面と第１回転体ヨーク３０Ａの内周面、及び、ボビン１８の大径円環部２４Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の外周面と第２回転体ヨーク３０Ｂの内周面とのギャップ幅Ｗ１は周方向（回転方向）に沿って一定となるように形成される。その結果、周方向に沿った磁束分布が発生しないため、回転の「引っ掛かり」となるような渦電流の発生が抑制され、第１回転体１４及び第２回転体１６の円滑な回転が可能となる。

＜第１実施形態の変形例＞
図１に示す例では、固定体１２に極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂを設けていたが、この形態に限らない。例えば図７に例示するように、第１回転体１４に極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂを設けてもよい。

図７に示す例では、第１回転体ヨーク３０Ａの内周側に極性可変磁石２２Ａが設けられ、第１回転体ヨーク３０Ａの内周側に極性可変磁石２２Ｂが設けられる。ここで便宜的に、第１回転体ヨーク３０Ａの一部として極性可変磁石２２Ａが含まれ、第２回転体ヨーク３０Ｂの一部として極性可変磁石２２Ｂが含まれるものとすると、第１回転体ヨーク３０Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の内周面と大径円環部２４Ａの外周面のギャップ幅Ｗ１は、周方向に沿って等しくなるように形成される。同様にして、第２回転体ヨーク３０Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の内周面と大径円環部２４Ｂの外周面のギャップ幅Ｗ１は、周方向に沿って等しくなるように形成される。

また図１の例と同様に、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂは、周方向に沿って同一の磁極のみが揃うように構成される。例えば極性可変磁石２２Ａは、図７に破線で示すように、相対的に外周側にはその周方向に沿って一方の磁極２３Ａ（例えばＳ極）が配置され、相対的に内周側にはその周方向に沿って他方の磁極２３Ｂ（例えばＮ極）が配置される。

極性可変磁石２２Ｂは、極性可変磁石２２Ａとは磁極が反転するように配置される。すなわち、相対的に外周側にはその周方向に沿って一方の磁極２３Ｂ（例えばＮ極）が配置され、相対的に内周側にはその周方向に沿って他方の磁極２３Ａ（例えばＳ極）が配置される。

図８の上段には図７の実施形態に係る係合装置１０の開放時の例が示されており、図８下段には当該係合装置１０の係合時の例が示されている。

図８上段では、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂと極性固定磁石３２の極性が揃っており、これらの磁石の磁束は直列となり合成磁束となって破線で示すループ経路Ｌ＿ＯＦＦを通過する。具体的には、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂ及び極性固定磁石３２の磁束は、極性固定磁石３２→第１回転体ヨーク３０Ａ（極性可変磁石２２Ａ）→ボビン１８→第２回転体ヨーク３０Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）→極性固定磁石３２との経路を通過する。

図８下段には極性反転後の係合時の様子が例示されている。この図の破線で示されているように、極性可変磁石２２Ａ，２２Ｂの磁束と極性固定磁石３２の磁束とが逆極性となるために、概念上並列に２種類のループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２が発生する。

すなわち、極性固定磁石３２→第１回転体ヨーク３０Ａ→第２回転体１６→第２回転体ヨーク３０Ｂ→極性固定磁石３２との経路を通過するループ経路Ｌ＿ＯＮ１が形成される。また、第１回転体ヨーク３０Ａ（極性可変磁石２２Ａ）→第２回転体１６→第２回転体ヨーク３０Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）→ボビン１８→第１回転体ヨーク３０Ａ（極性可変磁石２２Ａ）との経路を通過するループ経路Ｌ＿ＯＮ２が形成される。

ループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２は第１回転体１４及び第２回転体１６を通過（鎖交）することから、両者は磁気的に結合される。さらに上述したように両者の対向面は周方向（回転方向）に沿ってギャップ幅Ｗ２が変化するように形成されているため、磁束変化を阻害するように、第１回転体１４及び第２回転体１６が同期して回転する。すなわち両者が係合される。

一方、ループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２は固定体１２と第１回転体１４を通過（鎖交）することから、両者は磁気的に結合される。しかしながら上述したように、ボビン１８の大径円環部２４Ａの外周面と第１回転体ヨーク３０Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の内周面は周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過し、同様にしてボビン１８の大径円環部２４Ｂの外周面と第２回転体ヨーク３０Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の内周面も周方向（回転方向）に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。

その上、ボビン１８の大径円環部２４Ａの外周面と第１回転体ヨーク３０Ａ（極性可変磁石２２Ａ）の内周面、及び、ボビン１８の大径円環部２４Ｂの外周面と第２回転体ヨーク３０Ｂ（極性可変磁石２２Ｂ）の内周面とのギャップ幅Ｗ１は周方向（回転方向）に沿って一定となるように形成される。その結果、周方向に沿った磁束分布が発生しないため、回転の「引っ掛かり」となるような渦電流の発生が抑制され、第１回転体１４及び第２回転体１６の円滑な回転が可能となる。

＜第２実施形態＞
図９には、第２実施形態に係る係合装置５０が例示されている。係合装置５０は第１回転体５２と第２回転体５４とを軸方向（Ｙ軸方向）に相対移動可能なアクチュエータ装置として機能する。係合装置５０は、固定体５６、第１回転体５２、第２回転体５４、及びガイド部材５８を備える。

固定体５６は、ボビン６０、コイル６２、極性固定磁石６４（第１永久磁石）、及び、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂ（第２永久磁石）を備える。ボビン６０は、小径円柱部６８とその軸方向（Ｙ軸方向）両端に大径円環部７０Ａ，７０Ｂを備える。また大径円環部７０Ａの一部として極性可変磁石６６Ａが設けられ、大径円環部７０Ｂの一部として極性可変磁石６６Ｂが設けられる。ボビン６０の、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂ以外の部分はヨークとして機能する。すなわち当該部分は高透磁率材料から構成され、例えば低炭素鋼等の軟質磁性材料から構成される。

極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂは、極性固定磁石６４よりも着磁し易いという特性を有する。後述するように、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂは、コイル６２から生じる磁界によってその極性が反転させられる。極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂは、例えばアルニコ磁石から構成される。

また極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂは、周方向に沿って同一の磁極のみが揃うように構成される。例えば極性可変磁石６６Ａは、図９に破線で示すように、相対的に外周側にはその周方向に沿って一方の磁極６７Ａ（例えばＳ極）が配置され、相対的に内周側にはその周方向に沿って他方の磁極６７Ｂ（例えばＮ極）が配置される。この構成によって、ボビン６０の大径円環部７０Ａの外周面と第１回転体５２の内周面は周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過するようになる。

極性可変磁石６６Ｂは、極性可変磁石６６Ａとは磁極が反転するように配置される。すなわち、相対的に外周側にはその周方向に沿って一方の磁極６７Ｂ（例えばＮ極）が配置され、相対的に内周側にはその周方向に沿って他方の磁極６７Ａ（例えばＳ極）が配置される。この構成によって、ボビン６０の大径円環部７０Ｂの外周面と第２回転体５４の内周面は周方向（回転方向）に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。

コイル６２は、ボビン６０の小径円柱部６８に巻き回される。コイル６２は接続配線７２を介して外部の電源（図示せず）に接続される。コイル６２の小径円柱部６８への巻数は１回でも複数回でもよい。

極性固定磁石６４は、例えばコイル６２よりも外周側に設けられる。例えば極性固定磁石６４は、大径円環部７０Ａと大径円環部７０Ｂとの間を軸方向に接続（連結）するように設けられる。つまり、大径円環部７０Ａ，７０Ｂ間のギャップを連絡（接続）する機能を極性固定磁石６４が備えている。極性固定磁石６４は例えば円環状に形成される。極性固定磁石６４は例えばネオジム磁石から構成される。

第１回転体５２は、ボビン６０と同軸（Ｙ軸）の略円環部材である。その内周面はギャップを設けて（介して）固定体５６の大径円環部７０Ａの外周面と対向している。第１回転体５２の内周面と大径円環部７０Ａの外周面とのギャップ幅Ｗ１は周方向に沿って一定となる（等しくなる）ように構成される。これにより、周方向に沿って磁気抵抗が一様となるので、周方向に沿ったギャップによる磁束変化が抑制され、その結果、渦電流の発生が抑制される。

例えば、大径円環部７０Ａの外周面と第１回転体５２の内周面は、側面視（Ｙ軸方向視）で同心円となるように形成される。第１回転体５２は図示しない軸受け等により、その内周面と大径円環部７０Ａの外周面のギャップ幅Ｗ１が維持される。

第１回転体５２は、軸周り（Ｙ軸周り）に回転可能である他に、軸方向（Ｙ軸方向）に沿って直動可能となっている。例えば第１回転体５２は、ガイド部材５８にガイドされつつ、軸方向に直動する。第１回転体５２はリターンスプリング７６によって第２回転体５４とは離間する側に付勢される。後述するように、係合装置５０の係合時には、この付勢力に抗するように第１回転体５２が第２回転体５４に向かって直動する。

また第１回転体５２の、第２回転体５４と対向する側面７３には、周方向に沿って複数の突起（ドグ）が設けられた突起列７４Ａが設けられている。突起列７４Ａにおける突起幅は、第２回転体５４の側面（対向面）に設けられた突起列７４Ｂのピッチ（間隔）と同一であり、また突起列７４Ａにおけるピッチは、突起列７４Ｂの突起幅と同一であることが好適である。このような構成を備えることで、第１回転体５２と第２回転体５４とが軸方向に沿って近接したときに突起列７４Ａ，７４Ｂ同士が噛み合い、同期した回転駆動が可能となる。

ガイド部材５８は、第１回転体５２の外周面を覆うように設けられる略円筒形の部材である。ガイド部材５８の内周面と第１回転体５２の外周面とは例えば摺動によって相対移動可能となっている。つまり第１回転体５２はガイド部材５８によって軸方向にその動きをガイドされる。ガイド部材５８のフランジ７８にはリターンスプリング７６の一端が接続される。リターンスプリング７６は周方向に複数設けられていてもよい。またガイド部材５８は、第１回転体５２と同期して回転可能となっている。

第２回転体５４は、ボビン６０と同軸（Ｙ軸）の略円筒部材である。その内周面はギャップを設けて固定体５６の大径円環部７０Ｂの外周面と対向している。第２回転体５４の内周面と大径円環部７０Ｂの外周面とのギャップ幅Ｗ１は周方向に沿って一定となる（等しくなる）ように構成される。これにより、周方向に沿って磁気抵抗が一様となるので、周方向に沿ったギャップによる磁束変化が抑制され、その結果、渦電流の発生が抑制される。

例えば、大径円環部７０Ｂの外周面と第２回転体５４の内周面は、側面視（Ｙ軸方向視）で同心円となるように形成される。第２回転体５４は図示しない軸受け等により、その内周面と大径円環部７０Ｂの外周面のギャップ幅Ｗ１が維持される。

第２回転体５４は、軸方向（Ｙ軸方向）に第１回転体５２と隣接する。また第２回転体５４は、軸周り（Ｙ軸周り）に回転可能となっている。一方、第２回転体５４は、第１回転体５２とは異なり、軸方向の直動は規制される。

なおこの形態に限らずに、第２回転体５４にもガイド部材５８を設けて軸方向に直動可能としてもよい。また、第２回転体５４のみにガイド部材５８を設けて、第１回転体５２の直動を規制してもよい。

第２回転体５４の第１回転体５２と対向する側面（対向面）には、周方向に沿って複数の突起（ドグ）が設けられた突起列７４Ｂが設けられている。上述したように、突起列７４Ｂにおける突起幅は、突起列７４Ａのピッチ（間隔）と同一であり、また突起列７４Ｂにおけるピッチは、突起列７４Ａの突起幅と同一であることが好適である。

図１０〜図１２には、第２実施形態に係る係合装置５０の開放状態、磁極反転時、及び係合状態の様子が例示されている。なお図１０〜図１２はいずれも、図９の斜視図のＺ−Ｙ平面を示している。

図１０には開放時の例が示されている。開放時には、第１回転体５２及び第２回転体５４の係合が解かれる。

図１０に示すように、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂと極性固定磁石６４の極性が揃っており、これらの磁石の磁束は直列に合成磁束となって破線で示すループ経路Ｌ＿ＯＦＦを通過する。具体的には、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂ及び極性固定磁石６４の磁束は、極性固定磁石６４→大径円環部７０Ａ→極性可変磁石６６Ａ→小径円柱部６８→極性可変磁石６６Ｂ→大径円環部７０Ｂ→極性固定磁石６４との経路を通過する。

このように、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂ及び極性固定磁石６４の磁束は第１回転体５２及び第２回転体５４を通過（鎖交）しない。このため磁力によって両者は引き合わずに、リターンスプリング７６によって第１回転体５２は第２回転体５４から軸方向（Ｙ軸方向）に離間させられる。

図１１には極性反転時の様子が例示されている。コイル６２に電流を供給して磁界を発生させることで、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂの極性を反転させる。例えば図３のグラフより、動作点ＡとＢの中間値を取る磁界をコイル６２に発生させて、選択的に極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂの極性を反転させる。

図１２には極性反転後の係合時の様子が例示されている。この図の破線で示されているように、極性可変磁石６６Ａ，６６Ｂの磁束と極性固定磁石６４の磁束とが逆極性となるために、概念上並列に２種類のループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２が発生する。

すなわち、極性固定磁石６４→大径円環部７０Ａ→第１回転体５２→第２回転体５４→大径円環部７０Ｂ→極性固定磁石６４との経路を通過するループ経路Ｌ＿ＯＮ１が形成される。また、極性可変磁石６６Ａ→大径円環部７０Ａ→第１回転体５２→第２回転体５４→大径円環部７０Ｂ→極性可変磁石６６Ｂ→小径円柱部６８→極性可変磁石６６Ａとの経路を通過するループ経路Ｌ＿ＯＮ２が形成される。

ループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２は第１回転体５２及び第２回転体５４を通過（鎖交）することから、両者は磁気的に結合され、互いに引き合う。このとき、リターンスプリング７６の弾性力に抗して第１回転体５２が軸方向（Ｙ軸方向）に直動し、第２回転体５４に近づく。さらに第１回転体５２の突起列７４Ａと第２回転体５４の突起列７４Ｂとが噛み合い、両者が同期して回転移動する。

このとき、ループ経路Ｌ＿ＯＮ１，Ｌ＿ＯＮ２によって、固定体５６と第１回転体５２及び第２回転体５４とが磁気的に結合される。しかしながら上述したように、ボビン６０の大径円環部７０Ａの外周面と第１回転体５２の内周面は周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過し、同様にしてボビン６０の大径円環部７０Ｂの外周面と第２回転体５４の内周面も周方向（回転方向）に沿って極性が同一の磁束のみが通過する。その上、ボビン６０の大径円環部７０Ａの外周面と第１回転体５２の内周面、及び、ボビン６０の大径円環部７０Ｂの外周面と第２回転体５４の内周面とのギャップ幅Ｗ１は周方向（回転方向）に沿って一定となるように形成される。その結果、周方向に沿った磁束分布が発生しないため、回転の「引っ掛かり」となるような渦電流の発生が抑制され、第１回転体５２及び第２回転体５４の円滑な回転が可能となる。

１０，５０ 係合装置、１２，５６固定体、１４，５２ 第１回転体、１６，５４ 第２回転体、１８，６０ ボビン、２０，６２ コイル、２２Ａ，２２Ｂ，６６Ａ，６６Ｂ 極性可変磁石、２４Ａ，２４Ｂ，７０Ａ，７０Ｂ 大径円環部、２６，６８ 小径円柱部、３０Ａ，３０Ｂ 回転体ヨーク、３２，６４ 極性固定磁石、７４Ａ，７４Ｂ 突起列。

Claims (8)

1. 小径円柱部と、前記小径円柱部の軸方向両端に設けられた一対の大径円環部とを備えるボビンと、前記小径円柱部の前記一対の大径円環部の間に巻き回されたコイルと、を備える固定体と、
   前記一対の大径円環部の一方の外周面とギャップを設けて内周面が対向する円環形状の第１回転体ヨークと、前記一対の大径円環部の他方とギャップを設けて内周面が対向する円環形状の第２回転体ヨークと、を備える第１回転体と、
   前記第１及び第２回転体ヨークの外周面とのギャップ幅が周方向に沿って異なるように形成された内周面を備える第２回転体と、
   を備え、
   前記固定体及び前記第１回転体の少なくとも一方には、第１永久磁石と、前記第１永久磁石よりも着磁し易い第２永久磁石が設けられ、
   前記コイルから生じる磁界によって前記第２永久磁石の磁極が反転し、前記第２永久磁石の磁極反転に応じて、前記第１及び第２永久磁石の磁束が前記第２回転体を通過する係合状態と、前記第１及び第２永久磁石の磁束が前記第２回転体を通過しない開放状態とに切り替え可能な、
   係合装置であって、
   前記一対の大径円環部の外周面と、前記第１及び第２回転体ヨークの内周面とのギャップ幅は、周方向に沿って等しくなるように形成され、
   前記一対の大径円環部の一方の外周面と前記第１回転体ヨークの内周面との間、及び、前記一対の大径円環部の他方と前記第２回転体ヨークの内周面との間には、周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過する、
   係合装置。
2. 請求項１に記載の係合装置であって、
   前記第１永久磁石は、前記第１回転体ヨークと前記第２回転体ヨークとを接続するようにして前記第１回転体に設けられる、係合装置。
3. 請求項１または２に記載の係合装置であって、
   前記第２永久磁石は、前記一対の大径円環部に設けられ、相対的に外周側であって周方向に沿って設けられた一方の磁極と、相対的に内周側であって周方向に沿って設けられた他方の磁極とを備える、係合装置。
4. 請求項１または２に記載の係合装置であって、
   前記第２永久磁石は、前記第１及び前記第２回転体ヨークに設けられ、相対的に外周側であって周方向に沿って設けられた一方の磁極と、相対的に内周側であって周方向に沿って設けられた他方の磁極とを備える、係合装置。
5. 小径円柱部と、前記小径円柱部の軸方向両端に設けられた一対の大径円環部とを備えるボビンと、前記小径円柱部の前記一対の大径円環部の間に巻き回されたコイルと、を備える固定体と、
   前記一対の大径円環部の一方の外周面とギャップを設けて内周面が対向する円環形状の第１回転体と、
   前記一対の大径円環部の他方の外周面とギャップを設けて内周面が対向する円環形状の第２回転体と、
   前記第１及び第２回転体の少なくとも一方を軸方向にガイドするガイド部材と、
   を備え、
   前記固定体には、第１永久磁石と、前記第１永久磁石よりも着磁し易い第２永久磁石が設けられ、
   前記コイルから生じる磁界によって前記第２永久磁石の磁極が反転し、前記第２永久磁石の磁極反転に応じて、前記第１及び第２永久磁石の磁束が前記第１及び第２回転体を通過して両者を係合させる係合状態と、前記第１及び第２永久磁石の磁束が前記第１及び第２回転体を通過しない開放状態とに切り替え可能な、
   係合装置であって、
   前記一対の大径円環部の外周面と、前記第１及び第２回転体の内周面とのギャップ幅は、周方向に沿って等しくなるように形成され、
   前記一対の大径円環部の一方の外周面と前記第１回転体の内周面との間、及び、前記一対の大径円環部の他方と前記第２回転体の内周面との間には、周方向に沿って極性が同一の磁束のみが通過する、
   係合装置。
6. 請求項５に記載の係合装置であって、
   前記第１永久磁石は、前記コイルよりも外周側であって前記一対の大径円環部を接続するようにして前記固定体に設けられる、係合装置。
7. 請求項５または６に記載の係合装置であって、
   前記第２永久磁石は、前記一対の大径円環部に設けられ、相対的に外周側であって周方向に沿って設けられた一方の磁極と、相対的に内周側であって周方向に沿って設けられた他方の磁極とを備える、係合装置。
8. 請求項５または６に記載の係合装置であって、
   前記第１回転体及び前記第２回転体のそれぞれの対向面には、互いに噛み合う突起列が形成されている、係合装置。