JP4824288B2 - Rotation transmission device - Google Patents
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Description
この発明は、車両の動力伝達経路等の回転軸上で回転駆動力の伝達と遮断の切換えを行う回転伝達装置に関する。 The present invention relates to a rotation transmission device that switches between rotation driving force transmission and cutoff on a rotation shaft such as a power transmission path of a vehicle.
車両の動力伝達経路等の回転軸上で回転駆動力の伝達と遮断を行う際に、電磁クラッチを含み、かつ内方部材と外輪の間にローラを組込み、電磁クラッチへの通電、遮断により内方部材と外輪との間で回転の伝達と遮断を行うツーウェイクラッチ方式の回転伝達装置が知られている。この回転伝達装置の電磁クラッチへの通電は、省電力化を図り、かつ発熱を抑制し得るようにするのが好ましい。又、低温時にはヒータとしての作用をすることができるように抑制することを必要とする場合もあり、これらの要求に対して種々の試みがなされている。その一例として特許文献1による「回転伝達装置の制御方法」の発明が公知である。
When transmitting and cutting off the rotational driving force on the rotating shaft of the vehicle's power transmission path, etc., an electromagnetic clutch is included, and a roller is incorporated between the inner member and the outer ring. 2. Description of the Related Art A two-way clutch type rotation transmission device that transmits and blocks rotation between a side member and an outer ring is known. The energization of the rotation transmission device to the electromagnetic clutch preferably saves power and suppresses heat generation. In addition, there are cases where it is necessary to suppress the function as a heater at a low temperature, and various attempts have been made to meet these requirements. As an example, the invention of “a method of controlling a rotation transmission device” according to
この制御方法では、モード切換えスイッチを直結4WD走行モードに切換えてツーウェイクラッチのロックを行う際に、電磁コイルへ通電する電流を間歇的に流すことにより消費電力を少なくして発熱を抑制する制御方法を提案している。電磁コイルへの通電は、パルス幅変調制御(PWM制御)で行なわれる。なお、上記特許文献1による回転伝達装置の制御方法は、具体例としてはFRベースの4WD車のトランスファ装置内で動力の伝達と遮断を行うツーウェイクラッチに適用されているが、ツーウェイクラッチ自体は種々の装置に適用される。
In this control method, when the mode changeover switch is switched to the direct-coupled 4WD travel mode to lock the two-way clutch, a control method for suppressing heat generation by reducing power consumption by intermittently passing a current to be applied to the electromagnetic coil Has proposed. Energization of the electromagnetic coil is performed by pulse width modulation control (PWM control). Note that the control method of the rotation transmission device according to
上記特許文献1と同じ構成の回転伝達装置を装着した4WD車両の制御方法が特許文献2により開示されている。この制御方法ではトランスファ内の油温が低い低温始動時に2WDモードを選択した際にローラが異常ロック(係合)され、ツーウェイクラッチがロック(係合)とフリー(遮断)を繰返すことによる振動の発生を防止する制御方法について提案している。この場合、トランスファ内の油温を温度センサにより検出し、検出された温度が設定温度以下の時はハブクラッチ又は前輪車軸係合離脱手段を係合させるようにしている。
ところで、上記特許文献1による回転伝達装置において、ツーウェイクラッチをロック状態、即ち電磁クラッチへ通電してローラクラッチを係合させる場合、パルス幅変調制御を前提として、(a)ロックへ移行する過程では比較的大きな電流、つまりロックの応答性を向上させるために可能な限り大きな電流を流し、(b)ロックを保持する間は比較的小さな電流、つまり電磁クラッチでスイッチばねの弾性力を僅かに上回る吸引力が発生する程度の電流を電磁コイルに印加している。そして、それぞれの場合の電流値は、ロック時の回転数に言及することなく、従ってクラッチの形式毎に必要な最大値に設定されていた。
By the way, in the rotation transmission device according to
そこで、電磁クラッチへ印加する電流について種々研究の結果、電磁クラッチのロック作用に対してはロック時の回転数を加味した電流値を電磁コイルに印加する方が、さらに省電力化を図ることができることを見出した。しかし、従来の回転伝達装置において電磁クラッチのロック作用に対してロック時の回転数による影響を考慮して電磁コイルへの印加電流を設定することについて提案した例はない。 Therefore, as a result of various studies on the current applied to the electromagnetic clutch, it is possible to further reduce power consumption by applying a current value to the electromagnetic coil that takes into account the locking speed of the electromagnetic clutch in consideration of the number of rotations at the time of locking. I found out that I can do it. However, there is no example proposed for setting the applied current to the electromagnetic coil in consideration of the influence of the rotational speed at the time of locking on the locking action of the electromagnetic clutch in the conventional rotation transmission device.
一方、特許文献2の制御方法では、低温時には電磁コイルに電流を流し、回転伝達装置の内部温度を上昇させるように電磁コイルをヒータとして使用することについても開示している。電磁コイルをヒータとすることは車両の走行中、停車時のいずれであれ、電磁コイルに通電すればヒータとなり、必要熱量を発生させて潤滑油の低温による粘性抵抗を瞬時に低減することができる。しかし、通電と同時に電磁石による吸引力も発生しており、必要熱量が大きい場合、クラッチの係合を意図しない場合でもアーマチュアを吸引し、誤係合を誘発する虞れがあった。従って、電磁コイルへの印加電流を最適に設定すると共に、低温時に電磁クラッチの不要な誤係合することに対する制約なく必要な熱量を発生するヒータとしても使用し得る電磁コイルとするのが望ましい。
この発明は、上記の問題に留意して、ローラクラッチ部を電磁力で制御してクラッチの係合、遮断をする回転伝達装置の電磁コイルへの通電に対し、回転軸の回転数の増減を加味してさらなる電力の省力化かつ電磁コイルのコンパクト化を図ることができる回転伝達装置を提供することを課題とする。又、上記の回転伝達装置に対し電磁コイルへの通電を可変印加し得る制御システムを提供することをもう1つの課題とする。 In consideration of the above problems, the present invention increases or decreases the rotational speed of the rotating shaft with respect to energization of the electromagnetic coil of the rotation transmission device that controls and engages and disengages the clutch by controlling the roller clutch portion with electromagnetic force. In consideration of the above, it is an object to provide a rotation transmission device capable of further reducing power consumption and reducing the size of an electromagnetic coil. Another object is to provide a control system capable of variably applying an energization to the electromagnetic coil to the rotation transmission device.
この発明は、上記の課題を解決する手段として、内方部材と外輪の間に係合子であるローラを組込んで回転軸の回転の伝達と遮断を行うローラクラッチ部と、このローラクラッチ部の係合、遮断を電磁コイルの電磁力により制御する電磁クラッチ部とを備え、電磁コイルを使用頻度が最大又はその所定範囲内の回転軸の回転を定格回転数とし、これに対応する定格電流を係合時に印加し得るように設け、係合時に内方部材又は外輪の回転速度の大きさに応じて電磁コイルへの通電を可変印加し、回転速度に適合する印加電流により係合し得るように構成し、前記電磁コイルをコイル中央位置に接続ラインを接続して2分割し、コイル両端に給電して電磁コイルが吸引力を発生する駆動状態と、コイル中央の接続ラインから給電することにより2つのコイル中に逆向きの電流を印加して発生する磁束が互いに打消し合うヒータモードのいずれかに切換え自在に形成した回転伝達装置としたのである。
As a means for solving the above-described problem, the present invention incorporates a roller as an engaging member between the inner member and the outer ring to transmit and block the rotation of the rotation shaft, and the roller clutch portion. And an electromagnetic clutch part that controls engagement and disconnection by the electromagnetic force of the electromagnetic coil, and the rotation frequency of the rotating shaft within the specified range of the electromagnetic coil is the maximum, and the rated current corresponding to this is set as the rated rotational speed. It is provided so that it can be applied at the time of engagement, and at the time of engagement, the energization to the electromagnetic coil can be variably applied according to the rotational speed of the inner member or the outer ring so that it can be engaged by an applied current that matches the rotational speed. configured to, the
そして、上記回転伝達装置を制御するシステムとして、内方部材と外輪の間に係合子であるローラを組込んで回転軸の回転の伝達と遮断を行うローラクラッチ部、及びこのローラクラッチ部の係合、遮断を電磁コイルの電磁力により制御する電磁クラッチ部を有する回転伝達装置と、クラッチの係合過程では内方部材又は外輪の回転速度の大きさに応じて電磁コイルへの通電を可変印加する可変設定部とを備え、前記クラッチの係合過程ではロック後の係合保持に必要な電流の基準値のn倍大きい電流、但しn>1、を電磁コイルに印加し、ロック後は基準電流値に設定し、上記基準値及びそのn倍の電流を相対速度の大きさに応じて可変設定する可変設定部を備えた回転伝達装置の制御システムを採用することができる。
As a system for controlling the rotation transmission device, a roller clutch portion that incorporates a roller as an engagement member between the inner member and the outer ring to transmit and block rotation of the rotation shaft, and the engagement of the roller clutch portion. In this case, the rotation transmission device having an electromagnetic clutch unit that controls the interruption by the electromagnetic force of the electromagnetic coil, and in the clutch engagement process, the energization to the electromagnetic coil is variably applied according to the rotational speed of the inner member or the outer ring. A variable setting unit that applies a current n times larger than a reference value of the current required for holding the locked state in the clutch engagement process, where n> 1 to the electromagnetic coil, and after the lock, It is possible to employ a control system for a rotation transmission device that includes a variable setting unit that sets a current value and variably sets the reference value and n times the current according to the relative speed .
上記の構成とした回転伝達装置では、電磁コイルへの電流の通電を可変印加することにより内方部材又は外輪の回転速度に適合した印加電流を加えることができ、さらなる電力の省力化、電磁コイルのコンパクト化が実現できる。このような印加電流を流すため、電磁コイルは使用頻度が最大となる回転速度での回転数又はその一定範囲内を定格回転数とし、これに対応する定格電流に適合するサイズに設定される。実際の使用時には定格回転数から増、減いずれにも回転速度は種々変化するが、増、減いずれかの状態に変化した回転速度において係合(ロック)動作が開始されると、そのときの回転速度に応じて必要な印加電流を増、減設定して印加する。但し、ローラクラッチ部が内輪カム構造タイプと外輪カム構造タイプとでは印加電流の増、減の方向が互いに反対となる。
The rotation transmission apparatus with configuration described above, can be added to the applied current adapted to the rotation speed of the inner member or the outer ring by varying application of energization current to the electromagnetic coil, labor saving additional power, electromagnetic The coil can be made compact. In order to allow such an applied current to flow, the electromagnetic coil is set to a size suitable for the rated current corresponding to the rated rotational speed at a rotational speed at a rotational speed that maximizes the use frequency or within a certain range thereof. During actual use, the rotational speed changes in various ways, both increasing and decreasing from the rated speed, but when the engaging (locking) operation is started at the rotational speed changed to either increasing or decreasing, Increase and decrease the required applied current according to the rotation speed and apply. However, when the roller clutch portion is an inner ring cam structure type and an outer ring cam structure type, the direction of increase or decrease in applied current is opposite to each other.
このような電磁コイルへの印加電流の可変設定をする場合、電磁クラッチによる吸引力はスイッチばねの弾性力をわずかに上回る力であればよいが、電磁クラッチへの通電の省力化と共にクラッチ応答性を速くするためには、係合(ロック)過程に必要な電流は、係合(ロック)後に係合保持するのに必要な電流より大きくするのが好ましく、係合保持に必要な電流を基準電流とすれば、係合過程ではそのn倍(n>1)の印加電流を必要とする。従って、そのn倍の印加電流を印加する際に上述した回転数、及び内輪カム又は外輪カム構造タイプかに応じて増、減されたn倍の印加電流を係合起動(開始)時から係合完了まで印加し、その後基準電流に減少させることとなる。この場合、基準電流も回転数と内、外輪カム構造タイプのいずれかによって異なる値に設定される。 When the current applied to the electromagnetic coil is variably set, the attraction force by the electromagnetic clutch may be a force that slightly exceeds the elastic force of the switch spring. In order to speed up the operation, it is preferable that the current required for the engagement (locking) process is larger than the current required for maintaining the engagement after the engagement (locking). In terms of current, the applied current requires n times (n> 1) of applied current in the engagement process. Therefore, when the applied current of n times is applied, the applied current of n times increased or decreased depending on the rotational speed and the inner ring cam or outer ring cam structure type is applied from the time of starting (starting) the engagement. It is applied until completion of the match, and then it is reduced to the reference current. In this case, the reference current is also set to a different value depending on the rotational speed and either the inner or outer ring cam structure type.
以上の印加電流の制御は、回転伝達装置の制御システムの可変設定部に対し制御部から制御信号を送ることにより行なわれる。このような回転数に応じた印加電流の可変制御をするために、入出力軸には回転センサを設けるが、他の目的で設けられている回転センサがあればその測定信号を利用して制御部へ送り、回転速度を検出する。そして検出された回転速度の検出信号に基づいて上述した電磁コイルへの電流を可変印加するように制御信号を可変設定部へ送る。 The control of the applied current is performed by sending a control signal from the control unit to the variable setting unit of the control system of the rotation transmission device. In order to variably control the applied current according to the rotation speed, a rotation sensor is provided on the input / output shaft. If there is a rotation sensor provided for other purposes, control is performed using the measurement signal. The rotation speed is detected. Then, a control signal is sent to the variable setting unit so as to variably apply the current to the electromagnetic coil based on the detected rotation speed detection signal.
可変設定部では、予め回転伝達装置が内、外輪カム構造タイプのいずれであるかによって係合過程での印加電流を回転数の増大と共に、例えば内輪カム構造タイプでは減少させ、外輪カム構造タイプでは増大させるというように印加する。従って、可変設定部では基本的に回転数の増、減に応じて印加電流を増、減するように設定するが、このとき同時に電磁クラッチの係合時のクラッチ応答性を向上させるには上述した基準の印加電流のn倍とする設定も可変設定部で行えばよい。 In the variable setting section, the applied current in the engagement process is increased with the increase in the number of rotations depending on whether the rotation transmission device is an inner or outer ring cam structure type in advance, for example, the inner ring cam structure type is decreased, and the outer ring cam structure type is decreased. Apply as increasing. Therefore, the variable setting unit is basically set to increase or decrease the applied current in accordance with the increase or decrease of the rotational speed. At the same time, in order to improve the clutch response when the electromagnetic clutch is engaged, The variable setting unit may be used to set the reference applied current to n times.
このクラッチ応答性向上の制御は、回転伝達装置を使用する対象物の目的、用途に応じてクラッチ応答速度の程度は異なる。従って、応答速度を高くすることを要求されればその要求の度合いに応じてn(>1)の値を大きく設定することとなる。その後、係合保持の状態になると基準の印加電流に戻すが、この場合も回転数と内、外輪カム構造タイプの種類に応じて適切な電流値に設定する。 In this control of improving the clutch response, the degree of the clutch response speed varies depending on the purpose and application of the object using the rotation transmission device. Therefore, if it is requested to increase the response speed, the value of n (> 1) is set to be large according to the degree of the request. After that, when the engagement is maintained, the reference applied current is restored. In this case as well, the current value is set to an appropriate value in accordance with the rotational speed, the inner and outer ring cam structure types.
この発明の回転伝達装置は、ローラによる回転の伝達、遮断を行うローラクラッチ部と、電磁コイルの電磁力によりローラクラッチ部の制御をする電磁クラッチ部とを有し、使用頻度に対応する定格回転数に応じた定格電流を印加し得るように電磁コイルを設け、回転軸の回転速度の大きさに応じて電磁コイルへの通電を可変印加するようにしたから、回転速度に応じた最適の印加電流に設定することにより従来よりさらなる省力化及び電磁コイルのコンパクト化が可能となるという利点が得られる。 The rotation transmission device of the present invention has a roller clutch portion that transmits and blocks rotation by a roller, and an electromagnetic clutch portion that controls the roller clutch portion by electromagnetic force of an electromagnetic coil, and has a rated rotation corresponding to the frequency of use. Since an electromagnetic coil is provided so that a rated current according to the number can be applied, and energization to the electromagnetic coil is variably applied according to the rotational speed of the rotating shaft, the optimum application according to the rotational speed is applied. By setting the current, it is possible to obtain an advantage that further labor saving and miniaturization of the electromagnetic coil can be achieved.
又、この回転伝達装置に対し電磁コイルへの通電を可変印加する可変設定部を備えた制御システムでは、制御部からの制御信号を可変設定部へ送ることにより回転軸の回転速度の大きさに応じた可変印加電流を電磁コイルへ通電でき、回転伝達装置の電力の省力化及び印加電流の可変設定が可能となる。 In addition, in a control system having a variable setting unit that variably applies energization to the electromagnetic coil to the rotation transmission device, the control signal from the control unit is sent to the variable setting unit to increase the rotation speed of the rotating shaft. A variable applied current corresponding to the electromagnetic coil can be applied, and power saving of the rotation transmission device and variable setting of the applied current are possible.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の回転伝達装置の主要断面図を示す。又、この実施形態は、内輪の外周面にカム面を有する内輪カム構造の例である。図示のように、回転伝達装置C1 は、入力軸1xの端部の内方部材11から保持器12のポケット17に所定の間隔で周方向に配置された係合子としてのローラ13を介して外輪14へ回転を伝達するローラクラッチ部10(2方向クラッチ)と、このクラッチ部10のローラ13による係合、遮断を電磁力により制御する電磁制御手段としての電磁クラッチ部20とを備えている。電磁クラッチ部20は、後述するように、アーマチュア23を電磁コイル21の電磁力によりロータ22と摩擦接触又は遮断して保持器12を内方部材11に対し回転させ、上記ローラ13を介して回転の伝達を行えるように設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a main cross-sectional view of the rotation transmission device of the first embodiment. Further, this embodiment is an example of an inner ring cam structure having a cam surface on the outer peripheral surface of the inner ring. As shown in the figure, the rotation transmission device C 1 is connected to the
ローラクラッチ部10は、図1に示すように、入力軸1xの端の内方部材11を外輪14の内径内に同軸状に配置し、入力軸1xと出力軸5xを含む各部材を軸受2、3、4により相対回転自在に支持し、内方部材11の外周面にカム面15を、外輪14の内径に転走面16を形成し、その間に保持器12を配置して形成されている。保持器12のポケット17にはカム面15と同数の複数個、所定の等間隔でローラ13を配置し、カム面15と転走面16とで形成される楔空間にローラ13を押込むことによりクラッチが係合される。なお、保持器12は、内方部材11に対しローラ13をカム面15のほぼ中央の中立位置に保持するようにスイッチばね18を介し回転方向に弾性的に保持されている。
As shown in FIG. 1, the roller
電磁クラッチ部20は、ローラクラッチ部10の外輪14の外側で、かつ互いに隣接して入力軸1x上に設けられており、電磁コイル21をヨーク21aで囲み、図1に示す適宜支持部材Spにより所定の位置に固定、支持し、この電磁コイル21を囲んでロータ22及びロータガイド22gが設けられ、ロータ22のフランジ面22aを挟んで一方に電磁コイル21、他方にアーマチュア23が配置されて構成されている。ロータ22とロータガイド22gは、外輪14に対しその端面に一体となるよう固定され、ロータ22は断面視略コ字状で、その中央ボス部22bを軸受3で入力軸1xに対し相対回転自在に嵌合、支持されている。なお、Lcは電磁コイルへの給電ラインである。
The electromagnetic
アーマチュア23は、入力軸1xの軸方向に移動自在で、かつアーマチュア23に複数箇所に設けられた図示しない穴に保持器12の端面に設けた突起部が嵌合し、このため回転に対しては保持器12と一体に回転するように設けられている。又、このアーマチュア23と外輪14の端面との間には前述したスイッチばね18がローラ13を中央位置へ戻す中立保持部材として設けられている。スイッチばね18はリング状の弾性部材が用いられ、内方部材11の異径段部に設けた溝11a内に収納されており、この溝11aの一部(図2(b)では上方)に設けた切欠き11c及び保持器に位相を一致させて設けた切欠き12cのそれぞれの両端間にスイッチばね18の両端の角(ツノ)18a、18aが挿置されている。
The
入力軸1xの回転により内方部材11が回転している際に、アーマチュア23が電磁コイル21への通電による吸引力でロータ22のフランジ面22aに摩擦係合すると、アーマチュア23が外輪14と一体となり、一方では内方部材11の端の溝11a内のスイッチばね18の一方の角18aを内方部材11の回転により切欠き11cの端で押しながら内方部材11のカム面15のみが保持器12に対して移動するため、ローラ13はカム面15と転走面16との成す内方部材11の回転に対し遅れ側となる楔空間の方へ押し込まれ、これにより内方部材11の回転がローラ13を介して外輪14へ伝達され、出力軸5xに回転が伝達される。
When the
電磁コイル21への通電を遮断すると弾性部材である離反ばね24のばね力でアーマチュア23がロータ22から引き離されて摩擦係合が遮断される。このため、アーマチュア23はロータ22から離れて保持器12と一緒に回転するが、スイッチばね18の弾性により保持器12をローラ13がカム面の中央となる元の位相位置へ引き戻し、これによってローラ13から外輪14への係合が遮断される。
When the energization of the
図3、図4に第2実施形態の回転伝達装置を示す。この回転伝達装置C2 は、外輪の内周にカム面を有する外輪カム構造の例である。第1実施形態と基本構造は同様であり、従って同じ機能部材には同じ符号を付し、異なる構成について主として説明する。図示のように、この回転伝達装置C2 は、第1実施形態と同じくローラクラッチ部10と、電磁クラッチ部20とを備え、電磁クラッチ部20はローラクラッチ部10の外輪の外側で互いに隣接して設けられている。ローラクラッチ部10は、入力軸1x上の異径段部の最大径部を内方部材11として有し、その外周面が転走面15’となり、その外側に同軸かつ相対回転可能に外輪14が配置され、この外輪14の内周面にカム面16’が形成されている。
3 and 4 show the rotation transmission device of the second embodiment. This rotation transmission device C 2 is an example of an outer ring cam structure having a cam surface on the inner periphery of the outer ring. The basic structure is the same as that of the first embodiment. Accordingly, the same functional members are denoted by the same reference numerals, and different configurations will be mainly described. As shown in the figure, this rotation transmission device C 2 includes a roller
そして、内方部材11と外輪14との間に保持器12が配置され、保持器12のポケット17にはローラ13がカム面16’と同数の複数個、所定の等間隔で挿置され、カム面16’と転走面15’とで形成される楔空間の周方向いずれかの側の狭空間にローラ13を押込むことでクラッチをロックするように構成されている。なお、この例では保持器12は外輪14に対し、ローラ13を互いに隣接するカム面16’、16’で形成される凹部のほぼ中央の中立位置に保持して、ローラ13による内方部材11と外輪14との係合を解除する中立保持部材としてのスイッチばね18を介し回転方向に弾性的に保持されている。
And the
保持器12は、この例では、図3に示すように保持器12の電磁クラッチ部側寄りの端部位置付近で、保持器12の内周面に沿ってリング状のスイッチばね18が設けられ、このリング両端に形成された角18a、18aは、位相を一致させて保持器12と外輪14に設けられた切欠き12c、14cのそれぞれの端に沿って挿置されている。又、外輪14は延長部5を電磁クラッチ部20と反対側寄りの端に一体に有し、この延長部5の内周で、内方部材11の転走面15’に隣接する異径段部との間に設けた軸受2により入力軸1xに対し相対回転自在に保持されている。6は外輪14からの回転を出力する歯車、7は入力軸1xへ回転を入力する歯車である。
In this example, the
電磁クラッチ部20は、入力軸1xに対してスリーブ19及びロータ22を一体に嵌合し、ロータ22のフランジ面22aを挟むように一方に電磁コイル21、他方にアーマチュア23が配置されて構成されている。アーマチュア23はスリーブ19に対し摩擦低減部材19aを介して相対回転自在に、かつ軸方向への所定の距離範囲内で移動自在に設けられ、その適宜位置に複数箇所設けられた係合穴に保持器12の端面に設けた突起が挿入されて保持器と一体に回転する。又、アーマチュア23は、外輪14の外周に設けた弾性部材である離反ばね24のばね力で常にローラクラッチ部10側へ引き付けられている。
The electromagnetic
電磁コイル21に通電すると、アーマチュア23は保持器12に対し軸方向のみ可動に嵌合しているため、ロータ22のフランジ面22aと摩擦接触する。ロータ22は入力軸1xと一体に嵌合しており、一方アーマチュア23は保持器12に対し回転不能に嵌合しているため、入力軸1xの回転により保持器12は外輪14に対するスイッチばね18の弾性保持力に抗してローラ13を楔空間のいずれかの狭空間に押込むように作動し、その結果内方部材11の回転力が外輪14へ伝達される。電磁コイル21への通電が遮断されるとアーマチュア23のロータ22への係合が解かれ、スイッチばね18の弾性力で保持器12を中立位置へ戻し、ローラ13による内方部材11と外輪14との係合が解除される。
When the
以上で内輪カム構造と外輪カム構造の回転伝達装置(以下それぞれを内輪カム構造タイプ、外輪カム構造タイプと略称する)の基本構成及び作用について説明したが、ローラ13によるクラッチの切替(係合)作用においてローラ13が受ける力の方向が内輪カム構造タイプと外輪カム構造タイプとでは互いに反対方向となる。そこで、それぞれの場合の電流値を最適に可変設定可能とすることにより従来のPWM制御による電力の省力化よりさらなる省力化を図り、かつクラッチ応答性の向上を図ることができる回転伝達装置の制御回路を図5に示す。
The basic configuration and operation of the rotation transmission device of the inner ring cam structure and the outer ring cam structure (hereinafter abbreviated as the inner ring cam structure type and the outer ring cam structure type) have been described above. In the operation, the direction of the force received by the
図示のように、回転伝達装置用の制御回路は、マイクロコンピュータを用いた制御部(ECU)30へ入力軸1x、出力軸5xに取付けた回転センサ34a、34bからそれぞれの回転数を表わす測定信号が送られ、制御部30内で検出された回転数の検出信号に基づく制御信号により、車両のバッテリ電源30B から電磁コイル21へ通電する状態を、可変設定部32、あるいはPWM変調部33を介して制御するように構成されている。上記制御信号は可変設定部32、あるいはPWM変調部33へ送られ、可変設定部32は後述するように入力軸1x、出力軸5xの回転数の大、小に応じて係合過程における電流値を最適に設定して電磁コイル21へ通電し、PWM変調部33は電磁クラッチ部20が係合した後、その係合を保持する際に電磁コイル21への電流をPWM制御により間欠的に流して通電するように設けられている。31は後述するモード切換スイッチ35のオン、オフを指示する入力スイッチである。
As shown in the figure, the control circuit for the rotation transmission device sends a measurement signal representing the number of rotations from the
上記の構成とした制御回路により電磁クラッチ20の係合過程における係合制御が回転伝達装置の各タイプ毎に次のように行なわれる。まず、図1の内輪カム構造タイプでは、カム面15の回転数が大きい場合、ローラ13が遠心力により半径方向の外側に押し出され、外輪14の転走面16と接触する。そして、その遠心力が比較的大きいと、接触面間の摩擦抵抗によりローラ13がカム面15に対して回転方向に位相遅れを生じる方向に力を受ける。即ち、クラッチの切替え(係合)を補助(又は助勢)する方向に力が作用する。
Engagement control in the engagement process of the
一方、図3の外輪カム構造タイプでは、カム面16’を有する外輪14の回転数が大きい場合、ローラ13が遠心力により半径方向外側に押出されるのは内輪カム構造と同様であるが、隣接するカム面16’、16’で形成される凹部にローラ13が嵌まり込む状態となる。その状態からローラ13をカム面16’と内方部材11の転走面15’との間に形成される楔空間のいずれかの狭空間に押込むためには、遠心力及びカム面16’の摩擦抵抗に抗してローラ13がカム面16’に対して回転方向に位相ずれを生じる方向に力を与えなければならない。即ち、クラッチの切替え(係合)を阻害する方向に力が作用する。
On the other hand, in the outer ring cam structure type of FIG. 3, when the rotation speed of the
以上のように、内輪カム構造タイプと外輪カム構造タイプとでは、内方部材11又は外輪14の回転数が大きくなると、ローラを介するクラッチ切替え(係合)に対する作用が相違する。そこで、まず内輪カム構造タイプの場合に、可変設定部32を介して可変設定される内方部材11の回転数Nと電磁コイル21への印加電流Iの関係を図6に、このように可変設定される印加電流Iに基づくロータ22とアーマチュア23間のクリアランスδとクラッチ切替え(係合)に必要な電磁石の吸引力Fとの関係を、回転数Nx、NY 、Nzをパラメータとして図7にそれぞれ示す。但し、カム面を有する内方部材11は図中ではカムリングという用語で示しており、以下でもカムリングという用語で説明する。又、図6における回転数N0 、印加電流I0 は定格状態での値を示しており、これについては後で説明する。
As described above, the inner ring cam structure type and the outer ring cam structure type have different effects on the clutch switching (engagement) via the roller when the rotational speed of the
図6に示すように、内輪カム構造タイプではクラッチ係合時の電磁コイル21への印加電流Iは、ローラ13と外輪14との摩擦抵抗による補助作用があるため、カムリングの回転数Nが高くなるに従って、クラッチ切替え(係合)のための電磁石の吸引力Fの大きさに対する電磁コイル21への印加電流を小さくすることができる。又、図7に示すように、クリアランスδが比較的大きいときは、ロータ22とアーマチュア23とを離反する離反ばね24の弾性力以上に電磁石吸引力Fを発生しなければならないのはどの回転数域にあっても同様であるが、クリアランスδ=0、即ちロータ22とアーマチュア23とが吸着したときは、カムリングの回転数がNz→NY →Nxと変化した場合(Nx>NY >Nz)、図示のように、回転数Nが大きい領域ほど必要な吸引力Fは小さくてよいから、印加電流Iも小さくてよいこととなる。従って、電磁クラッチ20が係合した後の係合保持状態では、回転数Nが大きい領域ほど保持のための電流は小さく設定される。
As shown in FIG. 6, in the inner ring cam structure type, the applied current I to the
次に、外輪カム構造タイプの場合の図6、図7に相当する図を図8、図9に示す。但し、図8では横軸をカムリングに代えて外輪の回転数Nとしている。図8に示すように、外輪14の回転数が高くなるに従って、ローラ13に負荷される遠心力が大きくなり、クラッチ係合前には隣接するカム面16’で形成される凹部へローラ13が嵌まり込んだ状態となるため、クラッチ係合のための吸引力、即ち電磁コイル21への印加電流Iは大きくなる。又、図9に示すように、クリアランスδが比較的大きいときは、ロータ22とアーマチュア23とを離反する離反ばね24(この例では引きばね)の弾性力以上に吸引力を発生しなければならないのはどの回転数域でも同様であるが、クリアランスδ=0、即ちロータ22とアーマチュア23とが吸着したときには外輪14の回転数Nが大きい領域ほど必要な吸引力Fは大きくなり、印加電流Iも大きくなる。
Next, FIGS. 8 and 9 show views corresponding to FIGS. 6 and 7 in the case of the outer ring cam structure type. However, in FIG. 8, the abscissa is replaced with the cam ring, and the rotational speed N of the outer ring is used. As shown in FIG. 8, as the rotational speed of the
以上のように、内輪カム構造タイプ、外輪カム構造タイプのいずれの場合であれ、それぞれの場合の電磁コイル21への印加電流Iを可変設定部32を介して回転領域に応じて必要な最小限の値に可変設定すれば、最適な電流制御が可能となる。この場合、特許文献1による従来のPWM制御では、回転数とは無関係にアーマチュア摩擦トルクがスイッチばねトルクを上回るように電磁コイルへの印加電流をPWM制御することを示している。従って回転数Nが内方部材又は外輪の予想される最大回転数を基準としてその最大電流値でPWM制御をしていることとなる。
As described above, in any case of the inner ring cam structure type and the outer ring cam structure type, the applied current I to the
これに対して、上述したこの実施形態では内輪カム構造タイプ、外輪カム構造タイプの形式に応じてそれぞれの回転数Nに対応して電磁コイル21への印加電流Iを可変制御するようにしたから、運転条件によって従来は過剰となっていた回転領域での電流を最適化でき、従って従来の制御に比してさらなる省力化及び電磁コイル21のコンパクト化を図ることができることとなる。なお、回転数Nに応じて電流制御をするため、入力軸1x、出力軸5x上に設けた回転センサ34a、34bからの信号をそれぞれ制御部30へ入力して回転領域を検知し、その情報に基づいて上述した電流制御が行なわれる。
On the other hand, in this embodiment described above, the applied current I to the
上記いずれのタイプの場合であれ、上述したクラッチ係合を制御する方法は、同時にクラッチ応答性向上の制御方法となるのが好ましい。クラッチ応答性向上のためには、まずクラッチが係合(ロック)に移行する過程として(1)電磁コイル21へ電流を印加し、(2)相対的にクリアランスδを有しているロータ22とアーマチュア23とが引き付けられ、(3)両者が接触することによりローラ13を内方部材11と外輪14の間で楔空間のいずれかの狭空間に押し込むための回転トルクが得られるが、この過程において応答性向上のためには(1)〜(3)の各過程の所要時間を短縮する必要がある。
In any case, the above-described method for controlling the clutch engagement is preferably a control method for improving the clutch response. In order to improve the response of the clutch, first, as a process of shifting the clutch to engagement (lock), (1) an electric current is applied to the
そこで、図10、図11に(1)、(2)項の時間短縮を行う制御方法をグラフで示す。図10では、印加電流Iと回転数Nと時間tの関係を3次元的に表示し、図11は図10の任意の回転数のうち、例えば定格回転数N0 で見た印加電流I0 と時間t0 の関係を2次元的に表示したグラフである。但し、図示の例は外輪カム構造タイプの場合を示す。 Therefore, FIG. 10 and FIG. 11 are graphs showing a control method for reducing the time of the items (1) and (2). In FIG. 10, the relationship between the applied current I, the rotational speed N, and the time t is three-dimensionally displayed. FIG. 11 shows the applied current I 0 viewed at, for example, the rated rotational speed N 0 among the arbitrary rotational speeds in FIG. And a time t 0 are two-dimensionally displayed graphs. However, the illustrated example shows the case of the outer ring cam structure type.
又、図示のクラッチ応答性向上のための制御は、上述したクラッチ係合(ロック)時の印加電流の可変制御を前提として行なわれる。このクラッチ応答性向上制御は、例えば軸の回転数Nが現在定格回転数N0 で回転しているとすると、電磁コイル21への通電開始から係合(ロック)するまでの時間t0 の間に定格回転数N0 に対応して必要とされる基準電流I0 のn倍、但しn>1、大きい電流nI0 を可変設定部32により電磁コイル21へ流し、係合(ロック)の後(t0 以後)は基準電流I0 に減少させるように制御し、回転数Nが定格回転数N0 以外の任意の回転数Nの場合も同じ関係となるように行なわれる制御である。図10は、上記制御状態を任意の回転数Nの領域に広げた状態を示している。
The illustrated control for improving the clutch response is performed on the premise of the above-described variable control of the applied current during clutch engagement (lock). In this clutch response improvement control, for example, if the rotational speed N of the shaft is currently rotating at the rated rotational speed N 0 , during the time t 0 from the start of energization to the
なお、電磁クラッチ20が係合(ロック)完了したかについては、回転センサ34a、34bの検出信号を制御部30において比較し、両方の信号が一致又はほぼ一致(所定範囲内)すれば係合完了したものとして印加電流nI0 を可変設定部32によりI0 に減少させればよい。又、印加電流をI0 に減少させた後はPWM変調部33によりPWM制御とし、電流を間欠的に流すようにしてもよい。
Whether the
ところで、上記定格回転数N0 は、次のような状態を考慮して決定され、かつこの定格状態に対する電流値I0 に適合するように電磁コイル21のサイズが決定され、これにより電磁コイル21のコンパクト化が可能となる。図12に示すように、例えば回転伝達装置として外輪カム構造タイプのクラッチを車両の動力伝達経路上に設けた場合、その回転数Nとクラッチとしての使用頻度(オン、オフの繰返し回数)との関係は統計的な使用回転数の範囲内で最大値を有すが、同図は車速の最高速度と最低速度の中間より少し低速側に寄った速度での所定の回転数N0 で使用頻度が最大となる状態を例示したものである。そこで、図中の使用頻度が最大となる回転数N0 、又はその一定範囲内(数%以内)の回転数を定格状態とし、この定格状態で電磁コイルのサイズを決定する。
By the way, the rated rotational speed N 0 is determined in consideration of the following state, and the size of the
製品の適用箇所は、低回転領域もあれば高回転領域もある。従って、それぞれの製品の適用箇所に応じて最適な定格状態を設定して電流コイルのサイズは決定される。しかし、実際の使用状態では、図10に示すように、定格回転数N0 より低い又は高い領域でもクラッチ係合が行なわれる。従って、定格回転数N0 以上では比較的大きな電流が通電されることとなるが、使用頻度が低くなる、あるいは極端に低くなる場合もあり、電磁コイルの寿命、耐久性に影響を及ぼすことはないと考えられる。即ち、使用頻度を加味した上でのサイズ決定に基づいているため、適切な使用方法となる。 The product is applied at a low rotation area and a high rotation area. Accordingly, the size of the current coil is determined by setting an optimum rated state according to the application location of each product. However, in the actual use state, as shown in FIG. 10, the clutch is engaged even in a region lower or higher than the rated speed N 0 . Therefore, a relatively large current is applied at the rated rotational speed N 0 or more, but the frequency of use may be low or extremely low, which may affect the life and durability of the electromagnetic coil. It is not considered. That is, since it is based on the size determination in consideration of the usage frequency, it is an appropriate usage method.
上記定格状態の設定、電磁コイルのサイズ決定を前提として行なわれるクラッチ応答性向上を含む制御では、完全係合となる時間tN までの電流値は、係合した後に必要な保持電流IN のn倍大きい電流を電磁コイル21に通電するように制御が行なわれる。但し、n>1である。この場合、保持電流IN はクラッチ係合をする瞬間のそれぞれの内方部材11、又は外輪14の回転数Nにおける係合後の保持電流であり、実際の回転数Nの変化に応じて変化する。
In the control including the clutch state responsiveness improvement performed on the assumption that the rated state is set and the size of the electromagnetic coil is determined, the current value up to the time t N when the engagement is complete is equal to the holding current I N required after the engagement. Control is performed such that a current n times larger is supplied to the
図13に給電ラインLcに電磁コイル21のモード切換スイッチ35を設けたモード切換回路の模式図を示す。このモード切換回路は、前述したように、低温時の係合における誤係合の可能性に対する制約なく必要な熱量を発生するヒータとしても使用できるようにするためのものである。(a)図はヒータモード、(b)図は駆動モードでの電磁コイル21の使用状態を示す。このモード切換回路は、電磁コイル21を、そのコイル中央位置に中央接続ラインLcnを設けて21xと21Y の2つに分割し、モード切換スイッチ35によりヒータモードと駆動モードを切換え自在とし、かつ誤係合の可能性が生じないようにしている。
FIG. 13 shows a schematic diagram of a mode switching circuit in which the
モード切換スイッチ35は、給電ラインLcの+側及び中央位置に接続される接続ラインLc+、Lcnに対し連動式の2つのスイッチ35a、35bを有する。接続ラインLc+は2つのスイッチ35a、35bのいずれかに接続し得るように2つに分岐して設けられている。Lc-は接続ラインのアース側である。なお、2つのスイッチ35a、35bは少なくとも可変設定部32の下流に設け、図示省略しているが、PWM変調部33を設ける場合は、さらにその下流側となる位置に設けるのが好ましい。又、2つのスイッチ35a、35bは、図示省略しているが、制御部30から制御信号を送り必要に応じてモード切換えができるようになっている。30B は車両用バッテリ電源である。
The
このようなモード切換回路に対し、車両の低温始動時等に(a)図のヒータモードを選択したとすると、電源30B からの電流は、モード切換スイッチ35のスイッチ35aがLc+、35bがLcnに接続されているため、2つのコイル21xと21Y に2分されて流れ、このため各コイル21x、21Y で発生する磁束φx、φY は互いに逆向きとなり、互いに打消し合うように発生する。従って、電磁コイル21に吸引力は発生しない。しかし、各コイル21x、21Y には通電されるから各コイルは発熱しヒータとして作用する。一方、(b)図の駆動モードを選択すると、スイッチ35aは接続ラインLc+から切離され、スイッチ35bが接続ラインLc+に接続され(中央接続ラインLcnは切離し)、2つの電磁コイル21x、21Y は1つの電磁コイル21として作動し、磁束φが発生する。この磁束φにより吸引力が発生する。
For such a mode switching circuit, if the heater mode shown in FIG. 5A is selected at the time of starting the vehicle at a low temperature or the like, the current from the
以上のようなモード切換回路を電磁コイル21への給電ラインLc上に設けることにより低温始動時に、ヒータモードと駆動モードを切換え、低温時の粘性抵抗を瞬時に低減して電磁クラッチ部20を正常に作動させることが可能となる。
By providing the mode switching circuit as described above on the power supply line Lc to the
この発明の回転伝達装置は、係合時の電力のさらなる省力化を図ることができるため、ローラクラッチの係合、遮断を電磁力で制御する形式の回転伝達装置に広く利用することができる。 Since the rotation transmission device of the present invention can further reduce the power consumption during engagement, the rotation transmission device can be widely used in a rotation transmission device of a type that controls the engagement and disconnection of the roller clutch with an electromagnetic force.
1x 入力軸
2、3、4 軸受
5x 出力軸
10 ローラクラッチ部
11 内方部材
12 保持器
13 ローラ
14 外輪
15 カム面
16 転走面
17 ポケット
18 スイッチばね
20 電磁クラッチ部
21 電磁コイル
22 ロータ
23 アーマチュア
24 弾性部材
30 制御部
31 入力スイッチ
32 可変設定部
33 PWM変調部
34a、34b 回転センサ
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