JP4831416B2

JP4831416B2 - 電磁クラッチ装置

Info

Publication number: JP4831416B2
Application number: JP2006301985A
Authority: JP
Inventors: 大輔外山; 健橋詰
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-11-07
Also published as: US8714330B2; JP2008116012A; US20080110717A1; DE102007000631A1

Description

本発明は、回転駆動力の入出力いずれか一方を行う回転シャフトと、前記回転シャフトと一体的に軸芯回りで回転し、互いに極性の異なる磁極を周方向に沿って交互に備えたロータと、前記ロータに対して相対回転可能に支持されたアーマチュアと、前記アーマチュアに対して回転駆動力の入出力いずれか一方を行う回転部材と、前記アーマチュアを前記ロータに電磁吸着するための磁束を発生する励磁コイルと、前記磁極の磁束を検出する磁束検出素子とを備えた電磁クラッチ装置に関する。

この種の電磁クラッチ装置に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された電磁クラッチ装置では、モータによって駆動されるウォームギアから前記回転部材を構成するホイールギアに回転駆動力が入力される。また、回転シャフトには、車両のスライドドアを開閉操作するワイヤを巻き取るためのドラムが連結されている。励磁コイルに給電してアーマチュアがロータに電磁吸着されると、モータの回転駆動力がウォームギア、回転部材（ホイールギア）、アーマチュア、ロータ、回転シャフト、ドラムの順に伝達され、スライドドアが開閉操作される。また、励磁コイルへの給電が停止されてアーマチュアとロータとの吸着が解除されると、モータと回転シャフト、ドラムとの連結が解消されて、手動によるスライドドアの開閉操作が可能になる。また、磁極から生じる磁束の変化を磁束検出素子によって検出することで、ロータの回転方向や回転量を監視し、スライドドアの位置判定や、所定値を超えた速度で行われるスライドドアの開閉状態の判定などが可能となる。

特開２００３−７４２５５号公報（段落番号００２２〜００２４、００２７〜００２９、図４、図８）

しかし、特許文献１に記された電磁クラッチ装置では、アーマチュアを吸着するロータ本体に対して、励磁コイルを収納したコアが別体として組付けられており、両部材の境界部に組付けのための段差が形成されている。そのため、両部材の間にエアギャップが生じ、ロータ本体外へ磁束が漏洩し易い傾向があった。磁束検出素子に対する漏洩磁束の影響は特に軸芯方向において強いため、図６（ａ）に示すように、漏洩磁束の小さな径方向に磁束検出素子を配置する必要があり、磁束検出素子の配置の自由度が低かった。また、ロータ本体とコアとの間のエアギャップにおいて発生する漏洩磁束を避けるため、制御用基板と磁束検出素子用の基板とを別体に構成し、磁束検出素子用の基板をロータの径方向に配置し、制御用基板に対して直角に立てる必要があった。このため、コストの増加を招いていた。

そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術による電磁クラッチ装置の持つ前述した欠点に鑑み、磁束検出素子の配置の自由度が高く、コストを従来よりも廉価にすることができる電磁クラッチ装置を提供することにある。

本発明の第１の構成による電磁クラッチ装置は、
回転駆動力の入出力いずれか一方を行う回転シャフトと、
前記回転シャフトと一体的に軸芯回りで回転し、互いに極性の異なる磁極を周方向に沿って交互に備えたロータと、
前記ロータに対して相対回転可能に支持されたアーマチュアと、
前記アーマチュアに対して回転駆動力の入出力いずれか一方を行う回転部材と、
前記ロータの内部に収納され、前記アーマチュアを前記ロータに電磁吸着するための磁束を発生する励磁コイルと、
前記磁極の磁束を検出する磁束検出素子と、
前記回転シャフトの径方向に沿って延設された制御用基板と、
前記回転シャフトを枢支すると共に、前記ロータ、前記アーマチュア、前記回転部材、前記励磁コイルを収容する第１収容部と、前記第１収容部に対して前記回転シャフトの径方向に配置され、前記制御用基板を支持する第２収容部とを形成するハウジングとを備え、
前記制御用基板が、前記第２収容部から前記第１収容部に進入して前記軸心の方向に沿って前記磁極と対向した進入部を備え、
前記磁束検出素子は、前記制御用基板の前記進入部に支持されることで、前記軸芯の方向に沿って前記磁極と対向するように設けられている構成を有する。

本発明の第１の構成による電磁クラッチ装置では、励磁コイルがロータの内部に収納されているためにエアギャップが生じ難くなり、ロータ外への磁束の漏洩が抑制された。そのため、磁束検出素子を軸芯方向に沿って磁極と対向するように配置しても、漏洩磁束の影響を受け難くなった。したがって、従来構成のように磁束検出素子を径方向に配置する必要がなくなり、磁束検出素子の配置の自由度が得られた。また、ロータ本体とコアとの間のエアギャップで発生する漏洩磁束を避ける目的で制御用基板と磁束検出素子用の基板とを別体に構成する必要がなくなった。したがって、制御用基板と磁束検出素子用の基板とを共通化でき、コストを従来よりも廉価にすることができた。
また、本構成であれば、制御用基板と別に磁束検出素子用の専用の補助基板を設ける必要がなくなる。よって、材料のコスト削減、組み立て工程の簡略化、電磁クラッチ装置の全体のコンパクト化が実現できる。
本発明の他の特徴構成は、前記回転シャフトの径方向視において前記制御用基板が前記ロータと重複配置されている点にある。

本発明の他の特徴構成は、前記ロータは前記アーマチュアを電磁吸着する吸着面と励磁コイルを収納した部位とが一体形成されたロータ本体を有し、前記ロータ本体の前記アーマチュア側に前記励磁コイルを収納するための収納用凹部が設けられている点にある。

このように構成していれば、電磁吸着する吸着面を備えたロータ本体に励磁コイルを収納したコアが別体として取り付けられた従来の構成などに比してエアギャップがより生じ難いため、磁束検出素子に対する漏洩磁束の影響がより小さくまたは皆無になる。

本発明の他の特徴構成は、前記ロータ本体の外周面は単一の円筒状を呈している点にある。

このように構成していれば、エアギャップがさらに生じ難くなる。

本発明のさらに他の特徴構成は、前記励磁コイルに給電するための給電機構を有し、前記給電機構は、前記励磁コイルと電気的に接続されたブラシと、該ブラシが摺動可能なスリップリングとを備えている点にある。

本構成であれば、ロータとコアが別体構造で給電機構がコアに接続されたハーネスからなる構成の場合のような、コア自体を回転させた際にハーネスを引きずるといった問題が生じない。また、本構成であれば、給電機構がフレキシブルケーブルからなる構成の場合のような、ケーブルの巻き戻しや巻き取りの際にケーブルが切断されるといった事態が生じない。

以下に本発明に係る最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の電磁クラッチ装置を車両のスライドドア開閉システムに用いた例を示す断面図である。この電磁クラッチ装置は、回転駆動力の出力を行うべくハウジング１に枢支された回転シャフト２と、軸芯Ｘ回りで回転シャフト２と一体的に回転するロータ３（ロータ本体）と、ロータ３に対して相対回転可能に枢支されたアーマチュア６と、アーマチュア６と常に一体回転するホイールギア７（回転部材の一例）と、ホイールギア７と噛合したウォームギア８を有する。回転シャフト２の先端付近には、スライドドア（不図示）を開閉操作するための一対のワイヤＷ１，Ｗ２を交互に巻回可能なドラム９が外嵌固定されている。尚、ロータ３及びアーマチュア６は磁性材料で構成される。

図２は図１の電磁クラッチ装置の平面図であり、ウォームギア８に回転駆動力を伝える電動モータＭが図示されている。
アーマチュア６はロータ３の摩擦面３ａに対して摺動可能な第１位置と、同摩擦面３ａと密着した第２位置との間で軸芯方向に変位可能となるようホイールギア７に支持されている。

ロータ３の摩擦面３ａの一部には上方に開放された収納凹部が形成されており、この収納凹部の内部に、磁束を発生するための環状の励磁コイル４が、ボビンに巻回された形態で収納されている。したがって、本実施形態におけるロータ３は、従来の構成における、アーマチュア６を吸着するロータ本体と、励磁コイル４を収納したコアとが一体的に形成された構成を有する。また、段差状の構造の端面などからロータ３の外部への磁束漏洩が生じないように、ロータ３の外周面は単一の円筒状を呈している。言い換えれば、ロータ３の外周部位３ｂは、段差を持たず軸芯方向と周方向に平坦に延びた形状を呈している。

図４及び図５に示すように、励磁コイル４に励磁用電流を供給するための給電機構Ｅとして、ハウジング１の底面に２本のスリップリング１０が設けられ、ロータ３の下面にはこれらのスリップリング１０と電気的に常時接触する一対のブラシ１１が設けられている。一対のブラシ１１は励磁コイル４の両端に接続されている。

給電機構Ｅを介して励磁コイル４に励磁用電流が供給されると、励磁コイル４の周囲に磁場が生じる。この結果、ロータ３及びアーマチュア６が磁化され、ロータ３の摩擦面３ａとアーマチュア６との間に磁気吸引力が発生する。互いに吸着したロータ３とアーマチュア６とは一体回転し、ロータ３の回転動力が回転シャフト２を経てドラム９へと伝達され、電動モータＭによるスライドドアの開閉操作が可能になる。他方、励磁コイル４への給電が停止されると、ロータ３の摩擦面３ａとアーマチュア６との間の磁気吸引力が解消されて、ロータ３とアーマチュア６の相対回転が許容されて、手動によるスライドドアの開閉操作が可能になる。

ロータ３の回転方向や回転速度を判定するために、ロータ３の外周に沿って多数の磁極５が配置されている。具体的には、１個のリング状の磁性材料を、多数の磁極５が周方向に繰り返し配置されるように着磁させることで作製されたマグネットからなる。ハウジング１には磁極５から発生する磁束を検出するための一対のホール素子１４（磁束検出素子の一例）が備えられている。ロータ３の回転方向や回転速度の判定結果に基づいて、スライドドアの位置や車両に対する移動速度の監視が可能となる。
図３及び図６（ｂ）に示すように、本発明の電磁クラッチ装置では、磁極５はロータ３の上端付近から径方向外向きに延びたフランジ３ｃの下端面に、多数のＳ極とＮ極とが周方向に沿って交互に並ぶように取り付けられており、ホール素子１４は磁極５と軸芯Ｘに沿って対向するように配置されている。

本発明の実施形態によるロータ３は、従来技術の電磁クラッチにおけるロータとコアとを一体構造としたものであり、その内部に形成された収納用凹部に励磁コイル４を収納している。よって、励磁コイル４によって生じる磁束は、図３に示すように、収納用凹部の周囲にあるロータ３の領域内を流れ、ロータ３の外部に殆ど漏れ出ないようになっている。このように、本発明によれば、ホール素子１４（磁気検出素子）に対する漏れ磁束の影響は小さくなっている。
尚、ホール素子１４は、軸芯Ｘに沿って磁極５と対向しているため、専用の補助基板などを用いる必要はなく、電磁クラッチ制御用基板２０上に設置することができる。具体的には、２個のホール素子１４が平板状の電磁クラッチ制御用基板２０の端部に設置されている。

〔別実施形態〕
〈１〉励磁コイル４は必ずしもロータ３と一体回転するように設ける必要はなく、ハウジング１に固定されていても良い。

〈２〉ウォームギア８の代わりに例えば比較的歯数の多いピニオンギアを設けることで、回転シャフトで回転駆動力の出力を行い、ホイールギアで回転駆動力の入力を行う電磁クラッチ装置の形態とすることも可能である。

〈３〉本発明による電磁クラッチ装置は、車両用のスライドドアに限らず、パワースイングドアシステム及びパワーバックドアシステム等、モータなどの駆動源を使用してドアを自動で開閉するオート作動モードと、手動でドアを開閉するマニュアル操作モードとの間で切り替え可能な任意のオートドアシステムに適用できる。さらに、本発明による電磁クラッチ装置は、被駆動部を動力源により自動で作動させる場合と、手動で作動させる場合との間で切り替え可能な駆動システムであれば、車両用に限らず適用できる。

〈４〉図７に示すように、ロータ３の軸芯Ｘに沿った中間部位付近から径方向外向きに延びたフランジ３ｄの上端面にマグネットを取り付けても良い。このように構成すれば、軸芯方向に沿った厚さと磁力が互いに異なる環状のマグネットに付け替える操作が、ホール素子１４（磁束検出素子）との距離を変更することなくしかも容易にできる。

本発明による電磁クラッチ装置の破断側面図本発明による電磁クラッチ装置の平面図図１の電磁クラッチ装置の要部の拡大図本発明による電磁クラッチ装置のスリップリングを示す平面図本発明による電磁クラッチ装置のブラシを示す底面図従来技術と本発明におけるホール素子の位置を示す略図本発明の別実施形態を示す破断側面図

符号の説明

１ハウジング
２回転シャフト
３ロータ
４励磁コイル
５磁極（マグネット）
６アーマチュア
７ホイールギア（回転部材）
１０スリップリング
１１ブラシ
１４ホール素子（磁束検出素子）
２０制御用基板
Ｘ軸芯
Ｗ１，Ｗ２ワイヤ
Ｅ給電機構

Claims

回転駆動力の入出力いずれか一方を行う回転シャフトと、
前記回転シャフトと一体的に軸芯回りで回転し、互いに極性の異なる磁極を周方向に沿って交互に備えたロータと、
前記ロータに対して相対回転可能に支持されたアーマチュアと、
前記アーマチュアに対して回転駆動力の入出力いずれか一方を行う回転部材と、
前記ロータの内部に収納され、前記アーマチュアを前記ロータに電磁吸着するための磁束を発生する励磁コイルと、
前記磁極の磁束を検出する磁束検出素子と、
前記回転シャフトの径方向に沿って延設された制御用基板と、
前記回転シャフトを枢支すると共に、前記ロータ、前記アーマチュア、前記回転部材、前記励磁コイルを収容する第１収容部と、前記第１収容部に対して前記回転シャフトの径方向に配置され、前記制御用基板を支持する第２収容部とを形成するハウジングとを備え、
前記制御用基板が、前記第２収容部から前記第１収容部に進入して前記軸心の方向に沿って前記磁極と対向した進入部を備え、
前記磁束検出素子は、前記制御用基板の前記進入部に支持されることで、前記軸芯の方向に沿って前記磁極と対向するように設けられている電磁クラッチ装置。
前記回転シャフトの径方向視において前記制御用基板が前記ロータと重複配置されている請求項１に記載の電磁クラッチ装置。
前記ロータは前記アーマチュアを電磁吸着する吸着面と励磁コイルを収納した部位とが一体形成されたロータ本体を有し、前記ロータ本体の前記アーマチュア側に前記励磁コイルを収納するための収納用凹部が設けられている請求項１または２に記載の電磁クラッチ装置。
前記ロータ本体の外周面は単一の円筒状を呈している請求項３に記載の電磁クラッチ装置。
前記励磁コイルに給電するための給電機構を有し、前記給電機構は、前記励磁コイルと電気的に接続されたブラシと、該ブラシが摺動可能なスリップリングとを備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁クラッチ装置。