JP3788611B2 - 磁性粒子式電磁連結装置 - Google Patents
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Description
【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 (1)
- 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。
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