JP3788611B2

JP3788611B2 - 磁性粒子式電磁連結装置

Info

Publication number: JP3788611B2
Application number: JP2002295884A
Authority: JP
Inventors: 一弘延澤; 嗣康溝上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: JP2004132423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性粒子式電磁連結装置に係り、特には装置の小型化を図るとともに、出力軸側の慣性モーメントの低減を図るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁性粒子式電磁連結装置は、これをたとえば自動車エンジンの動力伝達系に採用する場合、ドライブメンバをエンジンのクランクシャフトに、ドリブンメンバを変速機のメインシャフトにそれぞれ接続するとともに、ドライブメンバあるいはドリブンメンバ内に励磁コイルを内蔵させ、ドライブメンバとドリブンメンバとの間に介在された磁性粒子を励磁コイルで励磁することによりドライブメンバとドリブンメンバ間を連結してトルク伝達を行わせるようにしている。
【０００３】
このような従来の磁性粒子式電磁連結装置は、電気的制御によってトルク伝達を簡単に断続できる利点があるものの、この装置を上記のような自動車エンジンの動力伝達系に採用する場合、主として軽自動車に搭載される０.６６Ｌ程度の小容量のエンジンであれば比較的小型のままで使用できるが、大容量のエンジンの場合にはトルクが大きいので、これに伴って磁性粒子式電磁連結装置も大型になり、自動車への搭載が制約されるなど、実用化が難しくなる。
【０００４】
そこで、従来では、エンジンのクランクシャフトと磁性粒子式電磁連結装置との間に伝達トルクを分割する遊星歯車機構を設け、ドライブメンバとドリブンメンバとの間を連結させるのに必要なトルクを減少させるようにした技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−２３０６０号公報（第１−第４頁、第１−２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のした従来技術（特許文献１）では、次の点で未だ改良の余地がある。
【０００７】
（１）従来は、磁性粒子式電磁連結装置に対して遊星歯車機構を別体として外付けした構成としているため、小型化を図る上で未だ不十分であり、依然として大きな設置スペースを要する。
【０００８】
（２）また、装置の小型化が十分に図れないと、出力軸側の慣性モーメントの低減を図ることも難しくなり、たとえば変速機でのギアチェンジ時の変速動作が遅くなって応答性が劣化するなどの不具合を生じる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、入力軸に加わるトルクが大きい場合でも装置全体の小型化を図ることができ、また、出力軸側の慣性モーメントを低減して短時間の内に出力軸の回転運動を増減することができる磁性粒子式電磁連結装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、入力軸と一体をなすドライブメンバとその内側に配置されたドリブンメンバとを有し、両者間に介在された磁性粒子を磁化することで両者が連結されてドライブメンバの回転トルクをドリブンメンバに伝達する構成の磁性粒子式電磁連結装置において、次のようにしている。
【００１１】
すなわち、本発明では、ラビニョウ型遊星歯車機構を有し、このラビニョウ型遊星歯車機構は、ドリブンメンバの内周部に配置されるとともに、このラビニョウ型遊星歯車機構のシンプルプラネタリ側の第１太陽歯車にドライブメンバが、内歯歯車にドリブンメンバが、ダブルプラネタリ側の第２太陽歯車に出力軸がそれぞれ一体連結された構成を採用している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る磁性粒子式電磁連結装置の縦断面図、図２は同装置を構成するラビニョウ型遊星歯車機構の横断面図、図３は図１の装置の構成を概念的に示す模式図である。
【００１３】
この実施の形態１の磁性粒子式電磁連結装置１は、自動車エンジンの動力伝達系の途中に設けられるもので、略リング状をしたドライブメンバ２と、このドライブメンバ２の内方に配置されたドリブンメンバ３とを有し、両者２，３は共に高透磁率の金属（たとえばＳ１０Ｃ等の鉄）で製作されている。
【００１４】
上記のドライブメンバ２は、外側母材４に内側母材５が圧入されて両者４，５が一体固定されてなる。そして、内側母材５は、その内周部にはクロムメッキ等が施されており、これがドリブンメンバ３との連結面２ａとされる。また、内側母材５の外周側の中央には周方向に沿って凹部５ｂが形成され、この凹部５ｂ内に合成樹脂製のボビン９を介して励磁コイル１０が設けられるとともに、凹部５ｂ内が樹脂封止されている。また、上記のボビン９からは一対のフランジ部９ａが突設され、これらのフランジ部９ａ内に端子台１１が一体に取り付けられている。さらに、内側母材５の一方（図中左側）の側端部にはその開口部を覆うようにプレート組立体１２がカシメ固定により一体に接合されている。なお、１２ａはプレート組立体１２に設けられた磁性粒子３１の受止部である。
【００１５】
また、このドライブメンバ２の一方（図中左側）の側端部のプレート組立体１２よりも外方の位置には、複数の固定ネジ１５によって駆動プレート１６が取り付けられ、この駆動プレート１６に対して図示しないエンジンのクランクシャフトに連結された入力軸１７がボルト１８で固定されている。
【００１６】
また、ドライブメンバ２の他方（図中右側）の側端部には、ドライブメンバ２を覆ってブラケット１９がネジ２０で固定されており、このブラケット１９には放熱用のフィン１９ａおよび磁性粒子３１の受止部１９ｂが形成されている。
【００１７】
さらに、このブラケット１９には、固定部材２３がネジ２４で取り付けられ、この固定部材２３にスリップリング２５が一体に挿着されている。そして、このスリップリング２５からは一対のリード端子２６が延設され、これらの各リード端子２６の他端側は各々の端子台１１にネジ２７で取り付けられている。また、スリップリング２５には、図示しないブラシが常時接触しており、ブラシからスリップリング２５、リード端子２６、および端子台１１を介して励磁コイル１０に給電されるようになっている。
【００１８】
ドリブンメンバ３は、中空状のものでドライブメンバ２と同心に配置されており、ドライブメンバ２の内周の連結面２ａとの間に微小間隙（パウダギャップ）３０が形成されるように、ドライブメンバ２の内径よりも僅かに小さい外径になるように設定されている。そして、このドリブンメンバ３の外周部にはクロムメッキ等が施されてドライブメンバ２との連結面３ａが形成されている。
【００１９】
上記のドライブメンバ２の連結面２ａとドリブンメンバ３の連結面３ａとの間の微小間隙３０には磁性粒子３１が介在されている。そして、上記の励磁コイル１０への通電によって、磁性粒子３１が磁化されることでドライブメンバ２とドリブンメンバ３とが互いに連結されるようになっている。
【００２０】
この実施の形態１の磁性粒子式電磁連結装置１の特徴として、ドリブンメンバ３の内周部にラビニョウ型遊星歯車機構４０が配置されている。この場合のラビニョウ型遊星歯車機構４０は、第１，第２の太陽歯車４１，４２、内歯歯車４３、キャリア４４、および第１，第２の遊星歯車４５，４６を備えている。
【００２１】
第１太陽歯車４１は、内歯歯車４３と第２太陽歯車４２との間に介在された軸受け５８，５９によって回転自在に支持されるとともに、前述のブラケット１９に複数の固定ネジ５１で固定されている。そして、この第１太陽歯車４１の中央には図示しない変速機のメインシャフトに連結された出力軸５２が貫通していて出力軸５２と同心状に配置されている。したがって、この第１太陽歯車４１は、ドライブメンバ２、ブラケット１９、駆動プレート１６、および入力軸１７と共に一体的に回転するようになっている。
【００２２】
また、第２太陽歯車４２は、第１太陽歯車４１よりも小径のもので、上記の出力軸５２にスプライン嵌合されており、したがって、第２太陽歯車４２は出力軸５２とともに一体的に回転するようになっている。
【００２３】
内歯歯車４３は、ドリブンメンバ３の内壁部に複数の固定ネジ５３によって一体に取り付けられてドリブンメンバ３と共に一体的に回転するように構成されている。また、キャリア４４は、第２太陽歯車４２と内歯歯車４３との間にそれぞれ軸受け５４，５５を介して回転自在に支持されている。そして、キャリア４４には周方向に沿って複数（ここでは６個）のピン部４４ａ，４４ｂが軸方向に沿って突設されており、これらの各ピン部４４ａ，４４ｂの内、３箇所のピン部４４ａには第１遊星歯車４５が、残りの３箇所のピン部４４ｂには第２遊星歯車４６がそれぞれ軸受けを介して回転自在に支持されている。
【００２４】
上記の第１遊星歯車４５は、第２遊星歯車４６よりも軸方向に沿って長尺に形成されていて、内歯歯車４３および第１太陽歯車４１の双方に常時噛合されている。また、第２遊星歯車４６は、第２太陽歯車４２と第１遊星歯車４５の双方に常時噛合されている。
【００２５】
ここで、第１，第２太陽歯車４１，４２および第１，第２遊星歯車４５，４６に着目したとき、第１太陽歯車４１は第１遊星歯車４５にのみ噛合しているのでシンプルプラネタリ側の太陽歯車と称し、第２太陽歯車４２は、第２遊星歯車４６に噛合し、この第２遊星歯車４６がさらに第１遊星歯車４５に噛合しているのでダブルプラネタリ側と称する。
【００２６】
上記構成の磁性粒子式電磁連結装置１は、図３に示すように、入力軸１７の回転トルクが駆動プレート１６、ドライブメンバ２、ブラケット１９、第１太陽歯車４１、および第１遊星歯車４５を順次介してキャリア４４に伝達される第１トルク伝達経路Ａと、入力軸１７の回転トルクが駆動プレート１６、ドライブメンバ２、ドリブンメンバ３、内歯歯車４３、第１遊星歯車４５、第２遊星歯車４６、および第２太陽歯車４２を順次介して出力軸５２に伝達される第２トルク伝達経路Ｂとが存在する。
【００２７】
ここで、いま、励磁コイル１０への通電が行われず、ドライブメンバ２とドリブンメンバ３との連結が切り離されている場合、エンジンの始動に伴いクランクシャフトから入力軸１７に伝わる回転トルクは、上述した第１トルク伝達経路Ａに伝達される。すなわち、入力軸１７の回転トルクは、駆動プレート１６を介してドライブメンバ２に伝達されるが、ドライブメンバ２とドリブンメンバ３との連結が切り離されているので、ドリブンメンバ３へのトルク伝達はなく、その代わりに、ブラケット１９、第１太陽歯車４１、および第１遊星歯車４５を順次介してキャリア４４に伝達される。この場合、第１太陽歯車４１およびキャリア４４は同期回転するものの、第２遊星歯車４６は第２太陽歯車４２の回りを公転するだけで、第２太陽歯車４２にはトルクが伝達されない。このため、出力軸５２は回転せずに停止している。
【００２８】
一方、励磁コイル１０への通電により磁性粒子３１が磁化されてドライブメンバ２とドリブンメンバ３とが完全に一体結合されると、第１トルク伝達経路Ａへのトルク伝達がなくなり、その代わりに、入力軸１７の回転トルクは全て第２トルク伝達経路Ｂを通って出力軸５２に伝達されるようになる。つまり、ドライブメンバ２とドリブンメンバ３とが完全に連結されると、内歯歯車４３と第１太陽歯車４１が一体となって回転するため、第１遊星歯車４５は第１太陽歯車４１に対して公転も自転もせずにその位置に固着される。これに伴い第１遊星歯車４５に噛合している第２遊星歯車４６も同様にその位置に固着される。したがって、遊星歯車機構４０を構成する全ての歯車４１，４２，４３，４５，４６およびキャリア４４は一体となって回転することになる。
【００２９】
したがって、入力軸１７の回転トルクと出力軸５２に伝達されるトルクは同じで、回転数も同じになる。すなわち、入力軸１７からの入力回転数に対して出力軸５２は減速することなく同じ回転数でトルク伝達が行われる。
【００３０】
また、励磁コイル１０への通電が行われてはいるが、ドライブメンバ２とドリブンメンバ３とが完全には連結されておらず両者２，３間でスリップが生じている、いわゆる半クラッチ状態では、入力軸１７からの回転トルクは、上述した第１トルク伝達経路Ａに伝達されるとともに、第２トルク伝達経路Ｂにも伝達される。そして、ドリブンメンバ３がドライブメンバ２に結合される度合いが強くなるのに従って第２トルク伝達経路Ｂに伝わるトルクの割合が多くなる。
【００３１】
以上の説明から分かるように、ドライブメンバ２とドリブンメンバ３間を一体連結させるのに必要な力は、第１トルク伝達経路Ａを伝わるトルクを拘束してドリブンメンバ３をドライブメンバ２に連結させるのに必要な力だけであり、したがって、両者２，３を断続させるに必要な力は小さくて済む。このため、大容量のエンジンに使用する場合でもドライブメンバ２およびドリブンメンバ３の形状を大型化する必要がなくなり、安価に製造することができる。しかも、ラビニョウ型の遊星歯車機構４０はドリブンメンバ３の内周部に配置された構成となっているため、従来よりも小型化される。したがって、自動車等の車両への搭載が容易になる。
【００３２】
次に、出力軸５２側の慣性モーメントについて説明する。
出力軸５２の慣性モーメントは、出力軸５２と共に回転される部品であるから、ここでは、第２太陽歯車４２、キャリア４４、内歯歯車４３、ドリブンメンバ３、第１，第２遊星歯車４５，４６が対象となり、これらの各部品の慣性モーメントの総和となる。ここに、第２太陽歯車４２は、第１太陽歯車４１に比べて外径も質量も小さく、また、第１，第２遊星歯車４５，４６は第２太陽歯車４２に比べてさらに外径も質量も小さい。このため、これらの部品４２，４５，４６の慣性モーメントは小さい。したがって、実質的にドリブンメンバ３、内歯歯車４３、およびキャリア４４の慣性モーメントが問題になる。
【００３３】
ここで、ドリブンメンバ３と内歯歯車４３とは一体物とみなせるため、第２太陽歯車４２との間のギア比Ｋは、第２太陽歯車４２の歯数（Ｚａ）を内歯歯車４３の歯数（Ｚｒ）で除した値になる。このとき、慣性モーメントはギア比の２乗に比例するので、たとえば、Ｚａ＝２５、Ｚｒ＝５２とすると、ギア比Ｋ≒０.４８となり、慣性モーメントはその２乗で０.２３倍となり、出力軸５２上での慣性モーメントは非常に小さな値になる。同様にキャリア４４の出力軸５２上での慣性モーメントも非常に小さな値となる。したがって、これらの各部品３，４３，４４の慣性モーメントの総和も小さくなる。そのため、短時間の内に出力軸５２の回転運動が増減されることになり、たとえば変速機でのギアチェンジ時の変速動作が迅速になって応答性を高めることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記の実施の形態１で説明した形態のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができる。たとえば、上記の実施の形態１では、磁性粒子式電磁連結装置１を自動車エンジンの動力伝達系に適用した場合について説明したが、これに限らず、作業機械や工作機械などの他の動力伝達に必要な部分に適用することができる。また、この実施の形態１では、ドライブメンバ２に励磁コイル１０を内蔵させているが、ドリブンメンバ３に励磁コイル１０を内蔵させた構成を採用することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ラビニョウ型の遊星歯車機構を設け、このラビニョウ型遊星歯車機構をドリブンメンバの内周部に配置するとともに、このラビニョウ型遊星歯車機構のシンプルプラネタリ側の第１太陽歯車にドライブメンバが、内歯歯車にドリブンメンバが、ダブルプラネタリ側の第２太陽歯車に出力軸がそれぞれ一体連結された構成を採用したので、ドライブメンバとドリブンメンバの間を断続する際に必要な力を小さくすることができる。このため、大容量エンジンに使用する場合のように、入力軸に加わるトルクが大きいときでも装置全体の小型化を図ることができる。しかも、ラビニョウ型の遊星歯車機構がドリブンメンバの内側に収納された構成となっているため、この点でも小型化を図ることができ、自動車等への搭載が容易になる。
【００３６】
さらに、このようなラビニョウ型の遊星歯車機構を用いることで、出力軸側の慣性モーメントを低減することができるので、短時間の内に出力軸の回転運動が増減されることになり、たとえば変速機でのギアチェンジ時の変速動作が迅速になって応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る磁性粒子式電磁連結装置を示す縦断面図である。
【図２】同装置を構成するラビニョウ型遊星歯車機構の横断面図である。
【図３】図１の装置の構成を概念的に示す模式図である。
【符号の説明】
１磁性粒子式電磁連結装置、２ドライブメンバ、３ドリブンメンバ、１０励磁コイル、１７入力軸、３１磁性粒子、４０ラビニョウ型遊星歯車機構、４１第１太陽歯車、４２第２太陽歯車、４３内歯歯車、４４キャリア、４５第１遊星歯車、４６第２遊星歯車、５２出力軸。

Claims

入力軸と一体をなすドライブメンバとその内側に配置されたドリブンメンバとを有し、両者間に介在された磁性粒子を磁化することで両者が連結されてドライブメンバの回転トルクをドリブンメンバに伝達する構成の磁性粒子式電磁連結装置において、ラビニョウ型遊星歯車機構を有し、このラビニョウ型遊星歯車機構は、ドリブンメンバの内周部に配置されるとともに、このラビニョウ型遊星歯車機構のシンプルプラネタリ側の第１太陽歯車にドライブメンバが、内歯歯車にドリブンメンバが、ダブルプラネタリ側の第２太陽歯車に出力軸がそれぞれ一体連結されていることを特徴とする磁性粒子式電磁連結装置。