JP4597954B2 - 特に摩擦クラッチに用いられる、磁気粘性流体によって調節されるアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、互いに相対的に回転可能な２つの部材を有する軸方向調節のためのアクチュエータに関する。さらに、本発明は、互いに相対的に回転可能な２つの部材を連結しかつ分離するための摩擦クラッチに関する。このような摩擦クラッチは、クラッチバスケットと、クラッチハブと、軸方向に移動可能なピストンとを有しており、クラッチバスケットが、薄板積層体の外側薄板を支持していて、第１の部材に結合可能であり、クラッチハブが、薄板積層体の内側薄板を支持していて、第２の部材に結合可能であり、ピストンが、摩擦クラッチを開閉するために、クラッチバスケットまたはクラッチハブに支持された薄板積層体を負荷することができるかまたは負荷軽減することができる。

多軸伝動式の自動車では、このようなクラッチがしばしばパワートレーンにおいて、要求に応じてのみ駆動される駆動軸のために使用される。多軸伝動式の車両の駆動のためのますます複雑な調整策に基づき、このような摩擦クラッチを操作しひいては前述したピストンを調整するために、種々異なる解決手段が提案された。多くの事例では、調節が、電動モータにより駆動される斜面ディスク対を介して行われる。この斜面ディスク対では、設けられた２つの斜面ディスクが、逆方向に延びる可変の深さのボール溝を有している。このボール溝内ではボールが走行する。このボールは斜面ディスクを互いに支持している。この場合、一方のディスクは軸方向で支持されており、他方のディスクは軸方向に移動可能である。一方のディスクに対して相対的な他方のディスクの回動時には、この他方のディスクが、軸方向で支持された一方のディスクに対して移動することができ、これによって、ピストンを負荷することができる。出願人のドイツ連邦共和国特許第３８１５２２５号明細書における例に見られる構造には比較的手間がかかる。

前述した形式の装置における一方の斜面ディスクの電動モータによる回動の代わりに、互いに回転する２つの斜面ディスクの一方のディスクに対する拘束機構または制動機構が提案された。この機構も同じく両ディスクの相対的な回動を生ぜしめ、したがって、同じく他方のディスクを軸方向に移動させ、クラッチ薄板を操作するためのピストンを負荷する。この場合、回転可能な斜面ディスクを環状円筒状の構造のビスカスカップリングによって制動させることがすでに知られている。このビスカスカップリングは磁気粘性流体で充填されている。液体による磁束の変化によって、液体の粘度ひいてはクラッチバスケットとクラッチハブとの間の回転数差に影響を与える量が摩擦クラッチの調節に影響を与え得る。このような形式のクラッチは、アメリカ合衆国特許第５９１５５１３号明細書に記載されている。

より簡単に形成された別のクラッチ装置によれば、前述した形式の摩擦クラッチにおいて、ピストンが、一方のクラッチ部材、特にクラッチバスケットによって取り囲まれた環状円筒状の室を仕切っており、この室内で、他方のクラッチ部材、特にクラッチバスケットによって取り囲まれた、複数の押退け羽根を備えたロータディスクが回転することが知られている。押退け羽根は室の横断面を占めている。この場合、室は十分に高粘性の液体で充填されている。室内でのロータディスクの回転運動は、押退け羽根によって液体に圧力増加を発生させる。この圧力増加は液体の動粘度に比例している。このような形式のクラッチは、アメリカ合衆国特許第５０５６６４０号明細書に記載されている。

本発明の課題は、改善された調整可能性を示す、簡単な構造を備えた、特に摩擦クラッチに用いられるアクチュエータならびに摩擦クラッチを提供することである。このための解決手段は、ピストンが、一方の側で、一方の部材、特にクラッチバスケットによって取り囲まれた環状円筒状の室を仕切っており、該室内で、他方の部材、特にクラッチハブに結合された、少なくとも１つの押退け羽根を備えたロータディスクが回転するようになっており、環状円筒状の室が、少なくとも多大な部分で磁気粘性流体で充填されていて、外部に対してシールされており、制御可能な電磁コイルが設けられており、該電磁コイルが、室を通る磁束を発生させるようになっていることにある。これにより説明したクラッチによって、著しく拡張された調整策が可能となる。従来、クラッチの閉鎖は、固定の特性線により入力側と出力側との間の回転数差に関連していて、たとえば別個の切換クラッチが、特定の走行状態で入力側と出力側とを分離するために必要であったのに対して、本発明による摩擦クラッチによって、相応の調整策を単にクラッチの制御でのみ実現することが可能である。磁気粘性流体が磁化されていない場合、粘度は、さほどの回転数差でさえ圧力増加が室内に生ぜしめられないほど僅かであってよく、これによって、クラッチが開放したままとなり、走行状態に影響を与えるトルクが伝達されないようになっている。このことは、摩擦クラッチがモード「磁化されていない」の切換によって、自由切換クラッチの機能を一緒に引き受けることができることを意味している。しかし、磁気粘性流体が磁化されている場合には、選択的に粘度の変化ひいては自由に選択可能な室内の圧力増加によって、すでに要求時の僅かな回転数差でもクラッチが閉鎖され、トルクが有効に伝達され得る。こうして、モード「磁化されている」では、摩擦クラッチのロック作用がすでに入力側と出力側との間の、従来簡単な手段によって実現することができなかった極めて僅かな回転数差で得ることができる。

有利な構成によれば、電磁コイルが、不動のハウジング部分内に配置されていることが提案されている。この構成によって、擦り接触を必要としない給電が容易になる。さらに、ピストンが、強磁性の材料から成っており、電磁コイルが、ピストンと反対の側で環状円筒状の室の他方の側に配置されていることが提案される。これによって、磁束がピストンにわたって案内される。

形成された摩擦クラッチの、あとで説明する有利な構成では、一方の部材もしくはクラッチバスケットが、入力軸に結合されており、他方の部材もしくはクラッチハブが、出力軸に結合されている。この場合、特に電磁コイルは薄板積層体に対して出力側に配置されている。室は、ピストンと反対の側で他方の側で、クラッチバスケット内に挿入されたカバーによって仕切られている。

磁気粘性流体における熱膨張に基づく室内の容積変化を補償しかつピストンの移動に基づく室内の容積変化を補償するためには、特別な手段が講じられなければならない。第１の手段によれば、室が、磁気粘性流体以外に僅かな割合でガス容積を有していてよい。このガス容積の圧縮性は容積補償を形成する。別の手段によれば、室が、完全に磁気粘性流体で充填されていて、同じく磁気粘性流体で充填された容積可変の補償室に接続されていてよい。

本発明の有利な構成では、ロータディスクの少なくとも１つの押退け羽根が、半割断面図で室をほぼ塞いでいる。つまり、少なくとも１つの押退け羽根は、室の横断面を、周方向で見て外周から中心軸線までの半部に対してほぼ完全に占めている。

本発明の有利な構成では、電磁コイルの励磁時に室がほぼ均一に磁界によって貫通されているように、電磁コイルと、室と、ピストンとが形成されている。つまり、電磁コイル、室およびピストンの構成は、電磁コイルの励磁時に可能な限り均一な磁界が室の領域に発生させられるように互いに調和させることができ、これによって、液体の均一な粘度を生ぜしめることができる。
さらに、本発明の有利な構成では、一方の部材もしくはクラッチバスケット内に挿入されたカバーが、室をピストンと反対の側で他方の側で仕切っている。

以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。

図１ａには、本発明によるクラッチが示してある。このクラッチの入力側はクラッチバスケット１１を有しており、出力側はクラッチハブ１２を有している。クラッチバスケットは、定置のハウジング１３内に２つの玉軸受け１４，１５によって回転可能に支承されている。クラッチバスケット１１は左側で軸ジャーナル１６で終わっている。この軸ジャーナル１６には駆動フランジ１７が載着されている。クラッチハブ１２は差嵌めスリーブ１８を有している。この差嵌めスリーブ１８内には出力軸１９が差し込まれている。クラッチバスケット１１内には、カバー２１が回動防止されて挿入されている。このカバー２１は、シールされてスリーブ１２に嵌め被せられている。クラッチバスケット１１とクラッチハブ１２とは別の玉軸受け２２を介して内外で支承されている。カバー２１は直接玉軸受け１５を介してハウジングインサート２３に支承されている。このハウジングインサート２３は環状の電磁コイル２４を支持している。クラッチバスケット１１とクラッチハブ１２との間には、カバー２１に対して軸方向の間隔を置いてピストン２５が位置している。このピストン２５はクラッチバスケット１１とクラッチハブ１２とに対してシールされていて、軸方向に移動可能である。カバー２１とピストン２５とは環状円筒状の室２６を形成している。この室２６は磁気流動学的な液体、つまり、磁気粘性流体（一般的にＭＲ流体と呼ばれている）でほぼ完全に充填されている。環状円筒状の室２６内には、半径方向の２つの押退け羽根２７を備えたロータディスク２９が位置している。このロータディスク２９は波形歯列２８を介してクラッチハブ１２に相対回動不能に結合されている。電磁コイル２４によって、ピストン２５と環状円筒状の室２６内の磁気粘性流体とが磁化され得る。これによって、磁気粘性流体の粘度が変化する。ロータディスク２７とハウジング２１との間の相対的な回転時には、室２６内に圧力増加が生ぜしめられる。この圧力増加はピストン２５の移動を生ぜしめる。このピストン２５は環状円筒状の室２６の増大時に薄板積層体３０を軸方向に負荷することができる。この薄板積層体３０はクラッチバスケット１１に軸方向で支持されていて、このクラッチバスケット１１に結合された外側薄板３１と、クラッチハブ１２に結合された内側薄板３２とから形成されている。薄板積層体３０の負荷によって、クラッチハブ１２がクラッチバスケット１１にひいては出力軸１９が軸ジャーナル１６に連結される。

図１ｂには、スリーブ１８によって内側でかつクラッチバスケット１１によって外側で仕切られる室２６の横断面図で、波形歯列２８と半径方向の２つの押退け羽根２９とを備えたロータディスク２７を認めることができる。

図２には、図１に示したクラッチの主要な機能的な部分が原理的に示してある。この場合、同じ部材には同じ符号が付してある。この点に関しては、前述した説明に記載してある。主として、バスケット１１、ハブ１２、外側薄板３１と内側薄板３２とを備えた薄板積層体３０、ピストン２５、環状円筒状の室２６、ロータディスク２７、カバー２１、ハウジングインサート２３ならびに電磁コイル２４が図示してある。図面ａでは、電磁コイル２４は励磁されていない。したがって、室２６内の磁気粘性流体がより僅かな粘度を有している。入力側としてのクラッチバスケット１１と出力側としてのクラッチハブ１２との間の仮定された回転数差では、著しい圧力増加は環状円筒状の室２６内に生ぜしめられない。ピストン２５は力を薄板積層体２９に加えない。図面ｂでは、電磁コイル２４が励磁されている。室２６内の磁気粘性流体の粘度が著しく高められている。入力側としてのクラッチバスケット１１と出力側としてのクラッチハブ１２との間の仮定された回転数差では、ロータディスク２７が室２６内に圧力を形成する。この圧力はピストン２５を薄板積層体２９に向かって移動させる。これによって、この薄板積層体２９がクラッチハブ１２をクラッチバスケット１１に連結する。矢印３３，３４，３５によって示したように、入力側から出力側へのトルクフロー、すなわち、クラッチバスケット１１から薄板積層体２９を介してクラッチハブ１２へのトルクフローが生ぜしめられる。

図３には、図１と同じ符号を備えた同じ詳細図が示してある。この点に関しては、図１の説明に記載してある。しかし、図１と異なり、ピストン２５に補償リザーバ３６が形成されている。この補償リザーバ３６は室２６に開放接続されていて、本事例では、最小容積に制限されている。補償リザーバ３６は補償ピストン３７によって仕切られる。この補償ピストン３７は皿ばね３８とディスク３９とを介して軸方向弾性的にピストン２５に支持されている。

図４には、室内での圧力形成の原理が明瞭に示してある。この場合、室内での押退け羽根の回転運動が、室２６′内での２つの羽根端部２９′，２９′′の線形運動に変えられている。ちなみに、室は、定置のハウジング２１′と移動可能なピストン２５′とによって形成される。ハウジング２１′とピストン２５′とは、それぞれ区分としてしか示していない。羽根２９′の前方に図示の運動方向で所定の圧力が形成されるのに対して、羽根２９′′の後方には、運動方向で最も少ない圧力が形成され、これによって、ここにガス容積４０が集められる。ピストン２５′の上方には、圧力のプロフィルが室長さＬの方向で示してある。この場合、押退け羽根２９′のすぐ前方には最も高い圧力ｐ１が形成され、ガス容積４０内には、容積の内部で最も少ないコンスタントな圧力ｐ２が形成される。室内の局所的な圧力はそれぞれｐ＝１２μＬ／ｈ・Ｕ＋ｐ２で示してある。この場合、Ｌおよびｈは室の寸法であり、Ｕは押退け羽根２９′，２９′′の周速度であり、μは磁気粘性流体の動粘度である。この動粘度は変化することができる。この場合、ピストン力はＦ＝∫_ＡＰｄＡで示してある。この場合、Ａはピストン２５′の全ピストン面積である。

本発明によるクラッチの縦断面図である。 本発明によるクラッチのロータディスクの半割断面図である。 図１に示したクラッチの開放時の原理図である。 図１に示したクラッチの閉鎖時の原理図である。 第２の構成における本発明によるクラッチの半割断面図である。 室内の圧力形成のための原理図である。

符号の説明

１１ クラッチバスケット、 １２ クラッチハブ、 １３ ハウジング、 １４，１５ 玉軸受け、 １６ 軸ジャーナル、 １７ 駆動フランジ、 １８ 差嵌めスリーブ、 １９ 出力軸、 ２１ カバー、 ２１′ ハウジング、 ２２ 玉軸受け、 ２３ ハウジングインサート、 ２４ 電磁コイル、 ２５，２５′ ピストン、 ２６，２６′ 室、 ２７ ロータディスク、 ２８ 波形歯列、 ２９，２９′，２９′′ 押退け羽根、 ３０ 薄板積層体、 ３１ 外側薄板、 ３２ 内側薄板、 ３３，３４，３５ 矢印、 ３６ 補償リザーバ、 ３７ 補償ピストン、 ３８ 皿ばね、 ３９ ディスク、 ４０ ガス容積

Claims (2)

1. 互いに相対的に回転可能な２つの部材を有する軸方向調節のためのアクチュエータにおいて、ピストン（２５）が設けられており、該ピストン（２５）が、一方の側で、一方の部材の全周にわたって延びる環状円筒状の室（２６）を仕切っており、該室（２６）内で、他方の部材に結合された、少なくとも１つの押退け羽根（２９）を備えたロータディスク（２７）が回転するようになっており、この場合、環状円筒状の室（２６）が、少なくとも部分的に磁気粘性流体で充填されていて、外部に対してシールされており、制御可能な電磁コイル（２４）が設けられており、該電磁コイル（２４）が、室（２６）を通る磁束をピストン（２５）にわたって発生させるようになっており、該ピストン（２５）が、強磁性の材料から成っており、電磁コイル（２４）が、ピストン（２５）と反対の側で環状円筒状の室（２６）の他方の側に配置されていることを特徴とする、互いに相対的に回転可能な２つの部材を有する軸方向調節のためのアクチュエータ。
2. 互いに相対的に回転可能な２つの部材を連結しかつ分離するための摩擦クラッチにおいて、クラッチバスケット（１１）と、クラッチハブ（１２）と、軸方向に移動可能なピストン（２５）とが設けられており、クラッチバスケット（１１）が、薄板積層体（２９）の外側薄板（３１）を支持していて、第１の部材に結合可能であり、クラッチハブ（１２）が、薄板積層体（２９）の内側薄板（３２）を支持していて、第２の部材に結合可能であり、ピストン（２５）が、軸方向でクラッチバスケット（１１）またはクラッチハブ（１２）に支持された薄板積層体（２９）を負荷するかまたは負荷軽減するようになっており、ピストン（２５）が、一方の側で、クラッチバスケット（１１）によって取り囲まれた環状円筒状の室（２６）を仕切っており、該室（２６）内で、クラッチハブ（１２）に結合された、少なくとも１つの押退け羽根（２９）を備えたロータディスク（２７）が回転するようになっており、この場合、環状円筒状の室（２６）が、少なくとも部分的に磁気粘性流体で充填されていて、外部に対してシールされており、制御可能な電磁コイル（２４）が設けられており、該電磁コイル（２４）が、室（２６）を通る磁束をピストン（２５）にわたって発生させるようになっており、該ピストン（２５）が、強磁性の材料から成っており、電磁コイル（２４）が、ピストン（２５）と反対の側で環状円筒状の室（２６）の他方の側に配置されていることを特徴とする、互いに相対的に回転可能な２つの部材を連結しかつ分離するための摩擦クラッチ。

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