JP4078004B2 - 電磁クラッチおよびこれを用いた駆動力伝達装置 - Google Patents
電磁クラッチおよびこれを用いた駆動力伝達装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁クラッチ、およびこれを用いた駆動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁クラッチの一形式として、実開平６−１６７３１号公報に示されているように、磁路形成部材と、磁路形成部材の一側に位置するクラッチと、クラッチの一側に位置するアーマチャと、磁路形成部材の他側に位置する電磁石を備え、電磁石への通電により生じる磁力（吸引力）にてアーマチャを電磁石側へ吸引してクラッチを係合させる形式の電磁クラッチがある。
【０００３】
当該形式の電磁クラッチにおいては、電磁石の電磁コイルへの通電により上記した磁路を通る磁束により、電磁石にアーマチャを吸引作用する磁力が発生し、アーマチャは摩擦クラッチ側へ吸引されてクラッチを磁力に応じて押圧して係合させ、電磁クラッチはこれにより作動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式の電磁クラッチにおいては、電磁石の電磁コイルへ通電する電流はデューティ制御により所定の電流値に制御されている。デューティ制御は、電磁石の電磁コイルへ所定電圧を断続的に印加するもので、印加電圧のＯＮ−ＯＦＦサイクル（デューティ比）を変化させることにより、通電電流値を制御している。このため、電磁コイルへ通電される電流値は印加電圧の各ＯＮ−ＯＦＦ間で繰り返し変動し、この電流変動が磁力の繰り返しの変動をもたらす。この結果、電磁コイルへの通電により発生する磁力が変動して、クラッチの係合力を繰り返し変動させることになり、クラッチにおいては係合力の繰り返しの変動により異音が発生するおそれがある。
【０００５】
また、当該電磁クラッチにおいては、クラッチ特性が繰り返し変動することになり、当該電磁クラッチをアクチュエータとする機器類の作動に影響を及ぼすことになる。例えば、当該電磁クラッチをパイロットクラッチ機構とする駆動力伝達装置にあっては、電磁クラッチのクラッチ特性の繰り返しの変動に起因して、カム機構を介してメインクラッチの伝達トルクが繰り返し変動するとともに、この伝達トルクの繰り返しの変動に起因してメインクラッチでは異音が発生するおそれがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、この種形式の電磁クラッチにおいて、電磁コイルへ通電する電流のデューティ制御に起因する磁力の繰り返しの変動を可及的に抑制して、クラッチ特性の繰り返しの変動を抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁クラッチに関する。本発明に係る電磁クラッチは、磁路形成部材と、同磁路形成部材の一側に位置する湿式多板式のクラッチと、同クラッチの一側に位置するアーマチャと、前記磁路形成部材の他側に位置する電磁石を備え、同電磁石への通電により生じる磁力にて前記アーマチャを前記電磁石側へ吸引して前記クラッチを係合させる電磁クラッチであって、車両の駆動力を伝達する使用形態を採る電磁クラッチである。
【０００８】
しかして、本発明に係る電磁クラッチにおいては、前記磁路形成部材は磁性材料の中間部に埋設されて当該中間部を環状の非磁性部位とする非磁性材料からなる筒体を備えるとともに、前記中間部における他側に位置する環状凹所を備え、同環状凹所内には環状を呈する前記電磁石が嵌合されていて、前記環状凹所内の前記電磁石の一側には、非磁性かつ高導電性の部材である銅リングが介在していることを特徴とするものである。
【０００９】
【００１０】
また、本発明は当該電磁クラッチを採用した駆動力伝達装置であり、当該駆動力伝達装置は、互いに同軸的かつ相対回転可能に位置する外側回転部材と内側回転部材間に配設されたメインクラッチおよびパイロット機構と、これらメインクラッチおよびパイロット機構間に配設されて前記パイロット機構にて発生する作用力を前記メインクラッチに伝達して同メインクラッチを作動させるカム機構を備え、前記パイロット機構として前記電磁クラッチを採用したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の作用・効果】
本発明に係る電磁クラッチにおいては、電磁石の電磁コイルに通電することにより、電磁石を基点として磁路形成部材、クラッチ、アーマチャを循環するループ状の磁路が形成されて所定の大きさの磁束が発生する。これにより、通電電流値に応じた磁力が発生してアーマチャを電磁石側に吸引して、クラッチを通電電流値に応じて係合させる。
【００１２】
しかして、当該電磁クラッチにおいては、通電電流はデューティ制御により所定の電流値に制御されていて、電磁コイルへの通電電流値は印加電圧の各ＯＮ−ＯＦＦ間で繰り返し変動して磁束数を変動させ、この磁束数の変動が磁力の繰り返しの変動をもたらす。このため、この状態をそのまま放置すれば、電磁コイルへの通電により発生する磁力の変動により、クラッチの係合力を繰り返し変動させることになる。
【００１３】
しかしながら、当該電磁クラッチにおいては、循環磁路の近傍に配設した非磁性かつ高導電性部材に、磁束数の変動に起因する逆起電圧が発生して、電磁コイルの電流変動とは逆向きの逆向電流が発生する。この逆向電流は、通電電流の変動を相殺すべく作用して、通電電流の繰り返しの変動の変動幅を低減させる。これにより、クラッチの係合力は変動が少ない安定した状態に維持されるとともに、係合力の繰り返しの変動に起因する異音の発生が低減される。
【００１４】
また、本発明に係る駆動力伝達装置においては、当該電磁クラッチをパイロット機構として採用していることから、パイロット機構にて発生する作用力は変動の少ない安定したものとなり、メインクラッチの伝達トルクの変動が低減されるとともに、メインクラッチでの異音の発生が低減される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明すると、図１には本発明に係る電磁クラッチをパイロットクラッチ機構として採用した駆動力伝達装置１０が示されている。駆動力伝達装置１０は、図２に示すように、四輪駆動車における後輪側への駆動力伝達経路に搭載される。なお、駆動力伝達装置１０の主要部は、軸線に対して略対称の構成であるため、図１には、駆動力伝達装置１０の略半分の部位を示し、他の略半分の部位を省略している。
【００１６】
当該四輪駆動車において、トアランスアクスル２１はトランスミッション、トランスファおよびフロントディファレンシャルを一体に備えるもので、エンジン２２の駆動力をトランスアクスル２１のフロントディファレンシャル２３を介して、両アクスルシャフト２４ａ，２４ａに出力して左右の前輪２４ｂ，２４ｂを駆動させるとともに、第１プロペラシャフト２５側に出力させる。第１プロペラシャフト２５は、駆動力伝達装置１０を介して第２プロペラシャフト２６に連結されており、第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６がトルク伝達可能に連結された場合には、駆動力はリヤディファレンシャル２７に伝達され、リヤディファレンシャル２７から両アクスルシャフト２８ａ，２８ａへ出力されて左右の後輪２８ｂ，２８ｂを駆動させる。
【００１７】
駆動力伝達装置１０は、第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６間に配設されているもので、図１に示すように、アウタケース１０ａ、インナシャフト１０ｂ、メインクラッチ１０ｃ、パイロットクラッチ機構１０ｄ、およびカム機構１０ｅを備えている。本発明の一例に係る電磁クラッチは、パイロットクラッチ機構１０ｄとして採用されている。
【００１８】
駆動力伝達装置１０を構成するアウタケース１０ａは、有底筒状のハウジング１１ａと、ハウジング１１ａの後端開口部に嵌合螺着されて同開口部を覆蓋するリヤカバー１１ｂとにより形成されている。ハウジング１１ａは非磁性材料であるアルミ合金にて、かつ、リヤカバー１１ｂは磁性材料である鉄にてそれぞれ形成されている。リヤカバー１１ｂは本発明の磁路形成部材に該当する。なお、リヤカバー１１ｂにはその中間部に、非磁性材料であるステンレス製の筒体１１ｃが埋設されており、筒体１１ｃは環状の非磁性部位を形成している。
【００１９】
インナシャフト１０ｂは、リヤカバー１１ｂの中央部を液密的に貫通してアウタケース１０ａ内に同軸的に挿入されていて、軸方向を規制された状態で、ハウジング１１ａとリヤカバー１１ｂに回転可能に支持されている。インナシャフト１０ｂには、第２プロペラシャフト２６の先端部が挿入されて、トルク伝達可能に連結される。なお、アウタケース１０ａを構成するハウジング１１ａの前端部には、第１プロペラシャフト２５がトルク伝達可能に連結されている。
【００２０】
メインクラッチ１０ｃは湿式多板式の摩擦クラッチであり、多数のクラッチプレート（インナクラッチプレート１２ａ、アウタクラッチプレート１２ｂ）を備え、ハウジング１１ａ内に配設されている。メインクラッチ１０ｃを構成する各インナクラッチプレート１２ａは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各アウタクラッチプレート１２ｂはハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各インナクラッチプレート１２ａと各アウタクラッチプレート１２ｂは交互に位置していて、互いに当接して摩擦係合するとともに互いに離間して自由状態となる。
【００２１】
パイロットクラッチ機構１０ｄは、本発明の一例に係る電磁クラッチであり、電磁石１３、摩擦クラッチ１４、アーマチャ１５、およびヨーク１６にて構成されている。電磁石１３は環状を呈し、ヨーク１６に嵌着された状態でリヤカバー１１ｂの環状凹所１１ｄに嵌合されている。ヨーク１６は、リヤカバー１１ｂの後端部の外周に回転可能に支持された状態で車体側に固定されている。
【００２２】
摩擦クラッチ１４は、複数のアウタクラッチプレート１４ａとインナクラッチプレート１４ｂとからなる湿式多板式の摩擦クラッチであり、各アウタクラッチプレート１４ａはハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各インナクラッチプレート１４ｂは後述するカム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７ａの外周に、スプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。
【００２３】
アーマチャ１５は環状を呈するものであって、ハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられていて、摩擦クラッチ１４の前側に位置して対向している。
【００２４】
以上の構成のパイロットクラッチ機構１０ｄにおいては、電磁石１３の電磁コイルへの通電により、電磁石１３を基点としてヨーク１６、リヤカバー１１ｂ、摩擦クラッチ１４およびアーマチャ１５を循環する磁束が通るループ状の循環磁路Ｘが形成される。電磁石１３の通電電流は、デューティ制御により設定された所定の電流値に制御される。
【００２５】
電磁石１３の電磁コイルへの通電の断続は、スイッチの切替え操作によりなされ、後述する３つの駆動モードを選択できるようになっている。当該スイッチは、車室内の運転席の近傍に配設されて、運転者が容易に操作し得るようになっている。なお、駆動力伝達装置１０を後述する第２の駆動モードのみの構成とすれば、当該スイッチを省略できる。
【００２６】
カム機構１０ｅは、第１カム部材１７ａ、第２カム部材１７ｂ、およびカムフォロアー１７ｃにて構成されている。第１カム部材１７ａは、インナシャフト１０ｂの外周に回転可能に嵌合されていて、リヤカバー１１ｂに回転可能に支承されており、その外周に摩擦クラッチ１４のインナクラッチプレート１４ｂがスプライン嵌合している。第２カム部材１７ｂは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合されて一体回転可能に組付けられていて、メインクラッチ機構１０ｃのインナクラッチプレート１２ａの後側に対向して位置している。第１カム部材１７ａと第２カム部材１７ｂの互いに対向するカム溝には、ボール状のカムフォロアー１７ｃが介在している。
【００２７】
かかる構成の駆動力伝達装置１０においては、パイロットクラッチ機構１０ｄを構成する電磁石１３の電磁コイルが非通電状態にある場合には磁路は形成されず、摩擦クラッチ１４は非係合状態にある。このため、パイロットクラッチ機構１０ｄは非作動の状態にあって、カム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７ａはカムフォロアー１７ｃを介して第２カム部材１７ｂと一体回転可能であり、メインクラッチ１０ｃは非作動の状態にある。このため、車両は二輪駆動である第１の駆動モードを構成する。
【００２８】
一方、電磁石１３の電磁コイルへの通電がなされると、パイロットクラッチ機構１０ｄには電磁石１３を基点とするループ状の循環磁路Ｘが形成されて磁力が発生して、電磁石１３はアーマチャ１５を吸引する。このため、アーマチャ１５は摩擦クラッチ１４を押圧して摩擦係合させ、カム機構１０ｅの第１カム部材１７ａをアウタケース１０ａ側へ連結させて、第２カム部材１７ｂとの間に相対回転を生じさせる。この結果、カム機構１０ｅでは、カムフォロアー１７ｃが両カム部材１７ａ，１７ｂを互いに離間する方向へ押圧する。
【００２９】
このため、第２カム部材１７ｂはメインクラッチ１０ｃ側へ押動されて、メインクラッチ１０ｃをハウジング１１ａの奥壁部とにより押圧して、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力に応じて摩擦係合させる。これにより、アウタケース１０ａとインナシャフト１０ｂ間でのトルク伝達が生じ、車両は第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６が非直結状態と直結状態間での四輪駆動である第２の駆動モードを構成する。この駆動モードでは、車両の走行状態に応じて、前後輪間の駆動力分配比を１００：０（二輪駆動状態）〜直結状態の範囲で制御することができる。
【００３０】
この第２の駆動モードでは、車輪速センサ、スロットル開度センサ、舵角センサ等各種のセンサからの信号に基づいて、車両の走行状態や路面状態に応じて電磁コイルへの通電電流をデューティ制御することにより、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力、すなわち、後輪側への伝達トルクを制御される。
【００３１】
また、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流を所定の値に高めると電磁石１３のアーマチャ１５に対する吸引力が増大し、アーマチャ１５は強く吸引されて摩擦クラッチ１４の摩擦係合力を増大させ、両カム部材１７ａ，１７ｂ間の相対回転を増大させる。この結果、カムフォロアー１７ｃは第２カム部材１７ｂに対する押圧力を高めて、メインクラッチ機構１０ｃを結合状態とする。このため、車両は第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６が直結状態の四輪駆動である第３の駆動モードを構成する。
【００３２】
しかして、当該駆動力伝達装置１０においては、リヤーカバー１１ｂの凹所１１ｄに銅リング１８が嵌着されていて、電磁石１３の前側にてループ状の磁路Ｘの内側に位置している。銅リング１８は、本発明における非磁性かつ高導電性部材に該当するもので、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流がデューティ制御により所定の電流値に制御される場合、銅リング１８では磁路Ｘにおける磁束φの数の変動に起因して逆起電圧が発生して、電磁コイルの電流変動とは逆向きの電流（逆向電流）が発生する。この逆向電流は、通電電流の変動を相殺すべく作用して、通電電流の繰り返しの変動の変動幅を低減させる。
【００３３】
図３のグラフは、デューティ制御における電圧Ｖと電流Ａの経時的変化を示すもので、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流は所定の印加電圧をＯＮ−ＯＦＦサイクル（デューティ比）を変化させることにより、所定の電流値に制御される。グラフにおいて、実線で示す広幅の柱Ｙ、１点鎖線で示す狭幅の柱Ｚは電圧を示し、各柱Ｙ，Ｚの横幅はＯＮしている時間（ｔ1Ｙ，ｔ1Ｚ）、間隔幅はＯＦＦしている時間（ｔ2Ｙ，ｔ2Ｚ）を示している。当該デューティ制御でのデューティ比は、ｔ1Ｙ／（ｔ1Ｙ＋ｔ2Ｙ），ｔ1Ｚ／（ｔ1Ｚ＋ｔ2Ｚ）である。
【００３４】
当該デューティ制御においては、印加電圧を柱ＹのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、例えば通電電流の電流値を曲線Ｙ1（実線）のごとく５Ａに制御し、印加電圧を柱ＺのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、例えば通電電流の電流値を曲線Ｚ1（１点鎖線）のごとく２Ａに制御することができる。
【００３５】
図４のグラフは、デューティ制御における起磁力ＮＩの経時的変化を示すもので、印加電圧を柱ＹのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、磁路Ｘでは曲線Ｙ2（実線）のごとき起磁力ＮＩが発生する。この起磁力ＮＩは、印加電圧をＯＮ−ＯＦＦ制御している間繰り返し変動して磁束φの数を変動させ、この磁束φの数の変動が磁力の繰り返しの変動をもたらす。このため、この状態をそのまま放置すれば、電磁コイルへの通電により発生する磁力の変動により、クラッチの係合力を繰り返し変動させることになる。
【００３６】
しかしながら、当該駆動力伝達装置１０においては、リヤカバー１１ｂに配設されている非磁性かつ高導電性である銅リング１８に、磁束φの数の変動に起因して曲線Ｙ3（１点鎖線）のごとき逆向きの起磁力ＮＩが発生する。銅リング１８には、この逆向きの起磁力ＮＩにより逆起電圧が発生して、電磁コイルの電流変動とは逆向きの逆向電流が発生する。この逆向電流は、図３のグラフ中の曲線Ｙ4（実線）で示すもので、曲線Ｙ1で示す通電電流の変動を相殺すべく作用する。つまり、通電電流の繰り返しの変動の変動幅が低減されるので、磁束φの数の変動が低減される。
【００３７】
これにより、パイロットクラッチ機構１０ｄの摩擦係合力は変動幅の少ない安定した状態に維持されるとともに、摩擦係合力の繰り返しの変動に起因する摩擦クラッチからの異音の発生が低減される。これにともない、当該駆動力伝達装置１０においては、カム機構１０ｅを介してメインクラッチ１０ｃに伝達される作用力は変動の少ない安定したものとなり、メインクラッチ１０ｃでの伝達トルクの変動が低減されるとともに、メインクラッチ１０ｃでの異音の発生が低減される。
【００３８】
また、印加電圧を図５の柱ＺのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御する場合も、柱ＹのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御する場合と同様であり、この場合に発生する逆向電流は、図３のグラフ中の曲線Ｚ4（１点鎖線）であって、この逆向電流が曲線Ｚ1で示す通電電流の変動を相殺すべく作用して同様の作用効果をもたらす。
なお、図１に示す駆動力伝達装置１０においては、リヤカバー１１ｂの凹所１１ｄに銅リング１８を嵌着しているが、銅リング１８に換えてカーボン等の非磁性かつ高導電性部材からなるリングを採用することができる。
【００３９】
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る電磁クラッチをパイロットクラッチ機構として採用した駆動力伝達装置の部分断面図である。
【図２】同駆動力伝達装置を搭載した四輪駆動車の概略構成図である。
【図３】デューティ制御における電圧Ｖと電流Ａの経時的変化を示すグラフである。
【図４】デューティ制御における起磁力ＮＩの経時的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…駆動力伝達装置、１０ａ…アウタケース、１０ｂ…インナシャフト、１０ｃ…メインクラッチ、１０ｄ…パイロットクラッチ機構、１０ｅ…カム機構、１１ａ…ハウジング、１１ｂ…リヤカバー、１１ｃ…筒体、１１ｄ…凹所、１２ａ…インナクラッチプレート、１２ｂ…アウタクラッチプレート、１３…電磁石、１４…摩擦クラッチ、１４ａ…アウタクラッチプレート、１４ｂ…インナクラッチプレート、１５…アーマチャ、１６…ヨーク、１７ａ…第１カム部材、１７ｂ…第２カム部材、１７ｃ…カムフォロアー、１８…銅リング、２１…トランスアクスル、２２…エンジン、２３…フロントディファレンシャル、２４ａ…アクスルシャフト、２４ｂ…前輪、２５，２６…プロペラシャフト、２７…リヤディファレンシャル、２８ａ…アクスルシャフト、２８ｂ…後輪。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁クラッチ、およびこれを用いた駆動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁クラッチの一形式として、実開平６−１６７３１号公報に示されているように、磁路形成部材と、磁路形成部材の一側に位置するクラッチと、クラッチの一側に位置するアーマチャと、磁路形成部材の他側に位置する電磁石を備え、電磁石への通電により生じる磁力（吸引力）にてアーマチャを電磁石側へ吸引してクラッチを係合させる形式の電磁クラッチがある。
【０００３】
当該形式の電磁クラッチにおいては、電磁石の電磁コイルへの通電により上記した磁路を通る磁束により、電磁石にアーマチャを吸引作用する磁力が発生し、アーマチャは摩擦クラッチ側へ吸引されてクラッチを磁力に応じて押圧して係合させ、電磁クラッチはこれにより作動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式の電磁クラッチにおいては、電磁石の電磁コイルへ通電する電流はデューティ制御により所定の電流値に制御されている。デューティ制御は、電磁石の電磁コイルへ所定電圧を断続的に印加するもので、印加電圧のＯＮ−ＯＦＦサイクル（デューティ比）を変化させることにより、通電電流値を制御している。このため、電磁コイルへ通電される電流値は印加電圧の各ＯＮ−ＯＦＦ間で繰り返し変動し、この電流変動が磁力の繰り返しの変動をもたらす。この結果、電磁コイルへの通電により発生する磁力が変動して、クラッチの係合力を繰り返し変動させることになり、クラッチにおいては係合力の繰り返しの変動により異音が発生するおそれがある。
【０００５】
また、当該電磁クラッチにおいては、クラッチ特性が繰り返し変動することになり、当該電磁クラッチをアクチュエータとする機器類の作動に影響を及ぼすことになる。例えば、当該電磁クラッチをパイロットクラッチ機構とする駆動力伝達装置にあっては、電磁クラッチのクラッチ特性の繰り返しの変動に起因して、カム機構を介してメインクラッチの伝達トルクが繰り返し変動するとともに、この伝達トルクの繰り返しの変動に起因してメインクラッチでは異音が発生するおそれがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、この種形式の電磁クラッチにおいて、電磁コイルへ通電する電流のデューティ制御に起因する磁力の繰り返しの変動を可及的に抑制して、クラッチ特性の繰り返しの変動を抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁クラッチに関する。本発明に係る電磁クラッチは、磁路形成部材と、同磁路形成部材の一側に位置する湿式多板式のクラッチと、同クラッチの一側に位置するアーマチャと、前記磁路形成部材の他側に位置する電磁石を備え、同電磁石への通電により生じる磁力にて前記アーマチャを前記電磁石側へ吸引して前記クラッチを係合させる電磁クラッチであって、車両の駆動力を伝達する使用形態を採る電磁クラッチである。
【０００８】
しかして、本発明に係る電磁クラッチにおいては、前記磁路形成部材は磁性材料の中間部に埋設されて当該中間部を環状の非磁性部位とする非磁性材料からなる筒体を備えるとともに、前記中間部における他側に位置する環状凹所を備え、同環状凹所内には環状を呈する前記電磁石が嵌合されていて、前記環状凹所内の前記電磁石の一側には、非磁性かつ高導電性の部材である銅リングが介在していることを特徴とするものである。
【０００９】
【００１０】
また、本発明は当該電磁クラッチを採用した駆動力伝達装置であり、当該駆動力伝達装置は、互いに同軸的かつ相対回転可能に位置する外側回転部材と内側回転部材間に配設されたメインクラッチおよびパイロット機構と、これらメインクラッチおよびパイロット機構間に配設されて前記パイロット機構にて発生する作用力を前記メインクラッチに伝達して同メインクラッチを作動させるカム機構を備え、前記パイロット機構として前記電磁クラッチを採用したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の作用・効果】
本発明に係る電磁クラッチにおいては、電磁石の電磁コイルに通電することにより、電磁石を基点として磁路形成部材、クラッチ、アーマチャを循環するループ状の磁路が形成されて所定の大きさの磁束が発生する。これにより、通電電流値に応じた磁力が発生してアーマチャを電磁石側に吸引して、クラッチを通電電流値に応じて係合させる。
【００１２】
しかして、当該電磁クラッチにおいては、通電電流はデューティ制御により所定の電流値に制御されていて、電磁コイルへの通電電流値は印加電圧の各ＯＮ−ＯＦＦ間で繰り返し変動して磁束数を変動させ、この磁束数の変動が磁力の繰り返しの変動をもたらす。このため、この状態をそのまま放置すれば、電磁コイルへの通電により発生する磁力の変動により、クラッチの係合力を繰り返し変動させることになる。
【００１３】
しかしながら、当該電磁クラッチにおいては、循環磁路の近傍に配設した非磁性かつ高導電性部材に、磁束数の変動に起因する逆起電圧が発生して、電磁コイルの電流変動とは逆向きの逆向電流が発生する。この逆向電流は、通電電流の変動を相殺すべく作用して、通電電流の繰り返しの変動の変動幅を低減させる。これにより、クラッチの係合力は変動が少ない安定した状態に維持されるとともに、係合力の繰り返しの変動に起因する異音の発生が低減される。
【００１４】
また、本発明に係る駆動力伝達装置においては、当該電磁クラッチをパイロット機構として採用していることから、パイロット機構にて発生する作用力は変動の少ない安定したものとなり、メインクラッチの伝達トルクの変動が低減されるとともに、メインクラッチでの異音の発生が低減される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明すると、図１には本発明に係る電磁クラッチをパイロットクラッチ機構として採用した駆動力伝達装置１０が示されている。駆動力伝達装置１０は、図２に示すように、四輪駆動車における後輪側への駆動力伝達経路に搭載される。なお、駆動力伝達装置１０の主要部は、軸線に対して略対称の構成であるため、図１には、駆動力伝達装置１０の略半分の部位を示し、他の略半分の部位を省略している。
【００１６】
当該四輪駆動車において、トアランスアクスル２１はトランスミッション、トランスファおよびフロントディファレンシャルを一体に備えるもので、エンジン２２の駆動力をトランスアクスル２１のフロントディファレンシャル２３を介して、両アクスルシャフト２４ａ，２４ａに出力して左右の前輪２４ｂ，２４ｂを駆動させるとともに、第１プロペラシャフト２５側に出力させる。第１プロペラシャフト２５は、駆動力伝達装置１０を介して第２プロペラシャフト２６に連結されており、第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６がトルク伝達可能に連結された場合には、駆動力はリヤディファレンシャル２７に伝達され、リヤディファレンシャル２７から両アクスルシャフト２８ａ，２８ａへ出力されて左右の後輪２８ｂ，２８ｂを駆動させる。
【００１７】
駆動力伝達装置１０は、第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６間に配設されているもので、図１に示すように、アウタケース１０ａ、インナシャフト１０ｂ、メインクラッチ１０ｃ、パイロットクラッチ機構１０ｄ、およびカム機構１０ｅを備えている。本発明の一例に係る電磁クラッチは、パイロットクラッチ機構１０ｄとして採用されている。
【００１８】
駆動力伝達装置１０を構成するアウタケース１０ａは、有底筒状のハウジング１１ａと、ハウジング１１ａの後端開口部に嵌合螺着されて同開口部を覆蓋するリヤカバー１１ｂとにより形成されている。ハウジング１１ａは非磁性材料であるアルミ合金にて、かつ、リヤカバー１１ｂは磁性材料である鉄にてそれぞれ形成されている。リヤカバー１１ｂは本発明の磁路形成部材に該当する。なお、リヤカバー１１ｂにはその中間部に、非磁性材料であるステンレス製の筒体１１ｃが埋設されており、筒体１１ｃは環状の非磁性部位を形成している。
【００１９】
インナシャフト１０ｂは、リヤカバー１１ｂの中央部を液密的に貫通してアウタケース１０ａ内に同軸的に挿入されていて、軸方向を規制された状態で、ハウジング１１ａとリヤカバー１１ｂに回転可能に支持されている。インナシャフト１０ｂには、第２プロペラシャフト２６の先端部が挿入されて、トルク伝達可能に連結される。なお、アウタケース１０ａを構成するハウジング１１ａの前端部には、第１プロペラシャフト２５がトルク伝達可能に連結されている。
【００２０】
メインクラッチ１０ｃは湿式多板式の摩擦クラッチであり、多数のクラッチプレート（インナクラッチプレート１２ａ、アウタクラッチプレート１２ｂ）を備え、ハウジング１１ａ内に配設されている。メインクラッチ１０ｃを構成する各インナクラッチプレート１２ａは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各アウタクラッチプレート１２ｂはハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。各インナクラッチプレート１２ａと各アウタクラッチプレート１２ｂは交互に位置していて、互いに当接して摩擦係合するとともに互いに離間して自由状態となる。
【００２１】
パイロットクラッチ機構１０ｄは、本発明の一例に係る電磁クラッチであり、電磁石１３、摩擦クラッチ１４、アーマチャ１５、およびヨーク１６にて構成されている。電磁石１３は環状を呈し、ヨーク１６に嵌着された状態でリヤカバー１１ｂの環状凹所１１ｄに嵌合されている。ヨーク１６は、リヤカバー１１ｂの後端部の外周に回転可能に支持された状態で車体側に固定されている。
【００２２】
摩擦クラッチ１４は、複数のアウタクラッチプレート１４ａとインナクラッチプレート１４ｂとからなる湿式多板式の摩擦クラッチであり、各アウタクラッチプレート１４ａはハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられ、かつ、各インナクラッチプレート１４ｂは後述するカム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７ａの外周に、スプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられている。
【００２３】
アーマチャ１５は環状を呈するものであって、ハウジング１１ａの内周にスプライン嵌合して軸方向へ移動可能に組付けられていて、摩擦クラッチ１４の前側に位置して対向している。
【００２４】
以上の構成のパイロットクラッチ機構１０ｄにおいては、電磁石１３の電磁コイルへの通電により、電磁石１３を基点としてヨーク１６、リヤカバー１１ｂ、摩擦クラッチ１４およびアーマチャ１５を循環する磁束が通るループ状の循環磁路Ｘが形成される。電磁石１３の通電電流は、デューティ制御により設定された所定の電流値に制御される。
【００２５】
電磁石１３の電磁コイルへの通電の断続は、スイッチの切替え操作によりなされ、後述する３つの駆動モードを選択できるようになっている。当該スイッチは、車室内の運転席の近傍に配設されて、運転者が容易に操作し得るようになっている。なお、駆動力伝達装置１０を後述する第２の駆動モードのみの構成とすれば、当該スイッチを省略できる。
【００２６】
カム機構１０ｅは、第１カム部材１７ａ、第２カム部材１７ｂ、およびカムフォロアー１７ｃにて構成されている。第１カム部材１７ａは、インナシャフト１０ｂの外周に回転可能に嵌合されていて、リヤカバー１１ｂに回転可能に支承されており、その外周に摩擦クラッチ１４のインナクラッチプレート１４ｂがスプライン嵌合している。第２カム部材１７ｂは、インナシャフト１０ｂの外周にスプライン嵌合されて一体回転可能に組付けられていて、メインクラッチ機構１０ｃのインナクラッチプレート１２ａの後側に対向して位置している。第１カム部材１７ａと第２カム部材１７ｂの互いに対向するカム溝には、ボール状のカムフォロアー１７ｃが介在している。
【００２７】
かかる構成の駆動力伝達装置１０においては、パイロットクラッチ機構１０ｄを構成する電磁石１３の電磁コイルが非通電状態にある場合には磁路は形成されず、摩擦クラッチ１４は非係合状態にある。このため、パイロットクラッチ機構１０ｄは非作動の状態にあって、カム機構１０ｅを構成する第１カム部材１７ａはカムフォロアー１７ｃを介して第２カム部材１７ｂと一体回転可能であり、メインクラッチ１０ｃは非作動の状態にある。このため、車両は二輪駆動である第１の駆動モードを構成する。
【００２８】
一方、電磁石１３の電磁コイルへの通電がなされると、パイロットクラッチ機構１０ｄには電磁石１３を基点とするループ状の循環磁路Ｘが形成されて磁力が発生して、電磁石１３はアーマチャ１５を吸引する。このため、アーマチャ１５は摩擦クラッチ１４を押圧して摩擦係合させ、カム機構１０ｅの第１カム部材１７ａをアウタケース１０ａ側へ連結させて、第２カム部材１７ｂとの間に相対回転を生じさせる。この結果、カム機構１０ｅでは、カムフォロアー１７ｃが両カム部材１７ａ，１７ｂを互いに離間する方向へ押圧する。
【００２９】
このため、第２カム部材１７ｂはメインクラッチ１０ｃ側へ押動されて、メインクラッチ１０ｃをハウジング１１ａの奥壁部とにより押圧して、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力に応じて摩擦係合させる。これにより、アウタケース１０ａとインナシャフト１０ｂ間でのトルク伝達が生じ、車両は第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６が非直結状態と直結状態間での四輪駆動である第２の駆動モードを構成する。この駆動モードでは、車両の走行状態に応じて、前後輪間の駆動力分配比を１００：０（二輪駆動状態）〜直結状態の範囲で制御することができる。
【００３０】
この第２の駆動モードでは、車輪速センサ、スロットル開度センサ、舵角センサ等各種のセンサからの信号に基づいて、車両の走行状態や路面状態に応じて電磁コイルへの通電電流をデューティ制御することにより、摩擦クラッチ１４の摩擦係合力、すなわち、後輪側への伝達トルクを制御される。
【００３１】
また、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流を所定の値に高めると電磁石１３のアーマチャ１５に対する吸引力が増大し、アーマチャ１５は強く吸引されて摩擦クラッチ１４の摩擦係合力を増大させ、両カム部材１７ａ，１７ｂ間の相対回転を増大させる。この結果、カムフォロアー１７ｃは第２カム部材１７ｂに対する押圧力を高めて、メインクラッチ機構１０ｃを結合状態とする。このため、車両は第１プロペラシャフト２５と第２プロペラシャフト２６が直結状態の四輪駆動である第３の駆動モードを構成する。
【００３２】
しかして、当該駆動力伝達装置１０においては、リヤーカバー１１ｂの凹所１１ｄに銅リング１８が嵌着されていて、電磁石１３の前側にてループ状の磁路Ｘの内側に位置している。銅リング１８は、本発明における非磁性かつ高導電性部材に該当するもので、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流がデューティ制御により所定の電流値に制御される場合、銅リング１８では磁路Ｘにおける磁束φの数の変動に起因して逆起電圧が発生して、電磁コイルの電流変動とは逆向きの電流（逆向電流）が発生する。この逆向電流は、通電電流の変動を相殺すべく作用して、通電電流の繰り返しの変動の変動幅を低減させる。
【００３３】
図３のグラフは、デューティ制御における電圧Ｖと電流Ａの経時的変化を示すもので、電磁石１３の電磁コイルへの通電電流は所定の印加電圧をＯＮ−ＯＦＦサイクル（デューティ比）を変化させることにより、所定の電流値に制御される。グラフにおいて、実線で示す広幅の柱Ｙ、１点鎖線で示す狭幅の柱Ｚは電圧を示し、各柱Ｙ，Ｚの横幅はＯＮしている時間（ｔ1Ｙ，ｔ1Ｚ）、間隔幅はＯＦＦしている時間（ｔ2Ｙ，ｔ2Ｚ）を示している。当該デューティ制御でのデューティ比は、ｔ1Ｙ／（ｔ1Ｙ＋ｔ2Ｙ），ｔ1Ｚ／（ｔ1Ｚ＋ｔ2Ｚ）である。
【００３４】
当該デューティ制御においては、印加電圧を柱ＹのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、例えば通電電流の電流値を曲線Ｙ1（実線）のごとく５Ａに制御し、印加電圧を柱ＺのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、例えば通電電流の電流値を曲線Ｚ1（１点鎖線）のごとく２Ａに制御することができる。
【００３５】
図４のグラフは、デューティ制御における起磁力ＮＩの経時的変化を示すもので、印加電圧を柱ＹのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、磁路Ｘでは曲線Ｙ2（実線）のごとき起磁力ＮＩが発生する。この起磁力ＮＩは、印加電圧をＯＮ−ＯＦＦ制御している間繰り返し変動して磁束φの数を変動させ、この磁束φの数の変動が磁力の繰り返しの変動をもたらす。このため、この状態をそのまま放置すれば、電磁コイルへの通電により発生する磁力の変動により、クラッチの係合力を繰り返し変動させることになる。
【００３６】
しかしながら、当該駆動力伝達装置１０においては、リヤカバー１１ｂに配設されている非磁性かつ高導電性である銅リング１８に、磁束φの数の変動に起因して曲線Ｙ3（１点鎖線）のごとき逆向きの起磁力ＮＩが発生する。銅リング１８には、この逆向きの起磁力ＮＩにより逆起電圧が発生して、電磁コイルの電流変動とは逆向きの逆向電流が発生する。この逆向電流は、図３のグラフ中の曲線Ｙ4（実線）で示すもので、曲線Ｙ1で示す通電電流の変動を相殺すべく作用する。つまり、通電電流の繰り返しの変動の変動幅が低減されるので、磁束φの数の変動が低減される。
【００３７】
これにより、パイロットクラッチ機構１０ｄの摩擦係合力は変動幅の少ない安定した状態に維持されるとともに、摩擦係合力の繰り返しの変動に起因する摩擦クラッチからの異音の発生が低減される。これにともない、当該駆動力伝達装置１０においては、カム機構１０ｅを介してメインクラッチ１０ｃに伝達される作用力は変動の少ない安定したものとなり、メインクラッチ１０ｃでの伝達トルクの変動が低減されるとともに、メインクラッチ１０ｃでの異音の発生が低減される。
【００３８】
また、印加電圧を図５の柱ＺのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御する場合も、柱ＹのごとくＯＮ−ＯＦＦ制御する場合と同様であり、この場合に発生する逆向電流は、図３のグラフ中の曲線Ｚ4（１点鎖線）であって、この逆向電流が曲線Ｚ1で示す通電電流の変動を相殺すべく作用して同様の作用効果をもたらす。
なお、図１に示す駆動力伝達装置１０においては、リヤカバー１１ｂの凹所１１ｄに銅リング１８を嵌着しているが、銅リング１８に換えてカーボン等の非磁性かつ高導電性部材からなるリングを採用することができる。
【００３９】
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る電磁クラッチをパイロットクラッチ機構として採用した駆動力伝達装置の部分断面図である。
【図２】同駆動力伝達装置を搭載した四輪駆動車の概略構成図である。
【図３】デューティ制御における電圧Ｖと電流Ａの経時的変化を示すグラフである。
【図４】デューティ制御における起磁力ＮＩの経時的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…駆動力伝達装置、１０ａ…アウタケース、１０ｂ…インナシャフト、１０ｃ…メインクラッチ、１０ｄ…パイロットクラッチ機構、１０ｅ…カム機構、１１ａ…ハウジング、１１ｂ…リヤカバー、１１ｃ…筒体、１１ｄ…凹所、１２ａ…インナクラッチプレート、１２ｂ…アウタクラッチプレート、１３…電磁石、１４…摩擦クラッチ、１４ａ…アウタクラッチプレート、１４ｂ…インナクラッチプレート、１５…アーマチャ、１６…ヨーク、１７ａ…第１カム部材、１７ｂ…第２カム部材、１７ｃ…カムフォロアー、１８…銅リング、２１…トランスアクスル、２２…エンジン、２３…フロントディファレンシャル、２４ａ…アクスルシャフト、２４ｂ…前輪、２５，２６…プロペラシャフト、２７…リヤディファレンシャル、２８ａ…アクスルシャフト、２８ｂ…後輪。
Claims (2)
- 磁路形成部材と、同磁路形成部材の一側に位置する湿式多板式のクラッチと、同クラッチの一側に位置するアーマチャと、前記磁路形成部材の他側に位置する電磁石を備え、同電磁石への通電により生じる磁力にて前記アーマチャを前記電磁石側へ吸引して前記クラッチを係合させる電磁クラッチであって、車両の駆動力を伝達する使用形態を採る電磁クラッチであり、前記磁路形成部材は磁性材料の中間部に埋設されて当該中間部を環状の非磁性部位とする非磁性材料からなる筒体を備えるとともに、前記非磁性部位の他側に位置する環状凹所を備え、同環状凹所内には環状を呈する前記電磁石が嵌合されていて、前記環状凹所内の前記電磁石の一側には、非磁性かつ高導電性部材である銅リングが介在していることを特徴とする電磁クラッチ。
- 請求項１に記載の電磁クラッチを用いた駆動力伝達装置であり、互いに同軸的かつ相対回転可能に位置する外側回転部材と内側回転部材間に配設されたメインクラッチおよびパイロット機構と、これらメインクラッチおよびパイロット機構間に配設されて前記パイロット機構にて発生する作用力を前記メインクラッチに伝達して同メインクラッチを作動させるカム機構を備え、前記パイロット機構として前記電磁クラッチが採用されていることを特徴とする駆動力伝達装置。
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| JP31391099A JP4078004B2 (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | 電磁クラッチおよびこれを用いた駆動力伝達装置 |
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Family Applications (1)
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- 1999-11-04 JP JP31391099A patent/JP4078004B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2001132777A (ja) | 2001-05-18 |
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