JP5029889B2

JP5029889B2 - 電磁連結装置

Info

Publication number: JP5029889B2
Application number: JP2007169044A
Authority: JP
Inventors: 明塩崎; 龍太郎中野; 邦彦冨山; 盛男河辺
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: JP2009008140A

Description

本発明は、電磁作用により主動側から従動側にトルクを伝達・遮断する電磁連結装置に関する。

従来より、動力源である主動側から従動側にトルクを伝達・遮断するために電磁連結装置が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
電磁連結装置は、軸に固定されたロータと、このロータに対向配置されたアマチュアと、磁束を発生させるコイルとを備えたものが一般的である。そして、コイルに通電し、そのコイルから発生した磁束によってロータにアマチュアを吸着させ、又は、通電を解除して、ロータとアマチュアとを離隔させることにより、トルクの伝達・遮断を行うようになっている。

ここで、伝達するトルクをなるべく大きくするために、以下のような構成が考えられる。すなわち、コイルへの通電時に、ロータとアマチュアとの各摩擦面のうち外縁部のみを接触させ、それ以外の内方領域を接触させないようにする。つまり、通電時のそれぞれの内方領域同士の間にはギャップ（クリアランス）を設けることにより、トルク半径をなるべく大きくする。これにより、全体のトルクを増大させることができる。
特開２００４−５２９８５号公報

しかしながら、上記のような構成では、ロータ又はアマチュアの製造誤差などによって、コイルへの通電時に、それぞれの内方領域が接触してしまうという問題がある。それぞれの内方領域が接触してしまうと、全体のトルク半径が小さくなってしまい、トルクが減少してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、なるべく大きなトルクを得ることができる電磁連結装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、互いに対向配置された対向面をそれぞれ有するロータ及びアマチュアと、
所定値の電流が印加されることにより、前記ロータの対向面の外縁部と前記アマチュアの対向面の外縁部とを互いに吸着させるとともに、前記ロータの対向面のうち前記外縁部よりも内方の領域を前記アマチュア側に撓ませるための磁束を発生させるコイルとを備え、前記ロータの円板状をなす対向面は、前記外縁部と、前記外縁部よりも径方向内方側に形成され且つ前記外縁部の先端面に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した中間領域と、前記中間領域よりも径方向内方側に形成され且つ前記中間領域に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した内周領域とを備え、
前記ロータは、前記コイルに所定の電流を流して前記アマチュアの対向面との間に吸引力を生じさせた場合に前記中間領域及び前記内周領域からなる内方領域が前記アマチュア側に撓んで弾性変形可能な弾性を有するものであり、
前記コイルに所定の電流を流したときに前記アマチュアの対向面に最も近付けられ且つ前記アマチュアの対向面に接触していない状態に撓んだ前記内方領域のうち前記中間領域の径方向内方側の縁部及び前記内周領域の径方向内方側の縁部を通る直線から逆算可能であり、且つ通電を止めて前記内方領域の復元力により撓みが解除されて前記直線上の位置から元に戻った内方領域の位置を示す前記ロータの撓み曲線に、前記コイルに通電していない状態における前記中間領域の径方向内方側の縁部及び前記内周領域の径方向内方側の縁部を一致させていることを特徴とする。

この発明においては、コイルに所定値の電流が印加されると、磁束が発生し、この磁束によって、ロータとアマチュアとの外縁部同士が吸着し、ロータの対向面の内方の領域が、アマチュア側に撓む。
ロータの対向面の内方の領域は、あらかじめロータの撓み曲線に沿って配置されていることから、それぞれの対向面同士を接触させないようにすることができる。

また、本発明は、互いに対向配置された対向面をそれぞれ有するロータ及びアマチュアと、所定値の電流が印加されることにより、前記ロータの対向面の外縁部と前記アマチュアの対向面の外縁部とを互いに吸着させるとともに、前記アマチュアの対向面のうち前記外縁部よりも内方の領域を前記ロータ側に撓ませるための磁束を発生させるコイルとを備え、前記ロータの円板状をなす対向面は、前記外縁部と、前記外縁部よりも径方向内方側に形成され且つ前記外縁部の先端面に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した中間領域と、前記中間領域よりも径方向内方側に形成され且つ前記中間領域に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した内周領域とを備えたものであり、
前記コイルに所定の電流を流したときに弾性変形可能な前記アマチュアが前記ロータ側に撓んだ前記アマチュアの対向面の位置を示す撓み曲線から前記ロータ側に所定の間隔を空けて配される前記アマチュアの撓み曲線に、前記中間領域の径方向内方側の縁部及び前記内周領域の径方向内方側の縁部を一致させていることを特徴とする。

この発明においては、コイルに所定値の電流が印加されると、磁束が発生し、この磁束によって、ロータとアマチュアとの外縁部同士が吸着し、アマチュアの対向面の内方の領域が、ロータ側に撓む。
ロータの対向面の内方の領域は、あらかじめアマチュアの撓み曲線に沿って配置されていることから、それぞれの対向面同士を接触させないようにすることができる。

また、本発明は、前記ロータの対向面の内方の領域に、前記磁束を遮断するロータ側磁束遮断部が、前記ロータの周方向に複数設けられ、かつ前記ロータの径方向に複数設けられており、前記アマチュアの対向面の内方の領域に、前記磁束を遮断するアマチュア側磁束遮断部が周方向に複数設けられており、前記ロータ側磁束遮断部と前記アマチュア側磁束遮断部とが、前記径方向に交互に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、ロータ側磁束遮断部とアマチュア側磁束遮断部とが、径方向に交互に配置されていることから、ロータとアマチュアとの径方向に磁束を交互に通すことができ、ロータとアマチュアとの間の吸着力を増大させることができる。

また、本発明は、前記磁束によって前記外縁部同士が吸着されたときに、前記ロータの対向面と前記アマチュアの対向面との間隔が、前記径方向の全長にわたって等しくなることを特徴とする。

この発明によれば、ロータの対向面とアマチュアの対向面との間隔が、前記径方向の全長にわたって等しくなることから、最大限のトルクを発生させることができる。

本発明によれば、コイルへの通電時に、それぞれの対向面同士を接触させないようにすることができることから、簡易な構成によって、より大きなトルクを容易に得ることができる。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態における電磁連結装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態として電磁連結装置を電磁クラッチに適用した例を示したものであり、軸線の半分側のみを示した断面図である。

図１に示すように、電磁クラッチ１は、略円筒状に形成された固定部２と、この固定部２に対して回転可能に支持されたロータ３と、略円板状のアマチュア４とを備えている。
これら固定部２、ロータ３及びアマチュア４は、磁性部材からなっている。
固定部２には、周方向の全長にわたって延び、後端から先端に向けて没する凹部７が形成されている。凹部７には、通電されることにより起磁力を発生させるコイル８が設けられている。

また、ロータ３は、円板状の基盤部１２を備えている。基盤部１２の外縁部１８には、その外縁部１８の全周から立ち上げられた側壁部１３が設けられている。基盤部１２の中心部には、側壁部１３に対して平行に延ばされた円筒状の軸部１４が設けられている。このロータ３は、軸部１４が固定部２の筒孔２ａに挿通されることにより、固定部２に対して、軸部１４の長さ方向に延びる軸線Ｌを中心として回転可能に支持されている。

また、図２に示すように、基盤部１２のうち、外縁部１８よりも径方向の内方側（軸心側、中心側）の内方領域２３に、基盤部１２の周方向に沿って延ばされた外周長孔（ロータ側磁束遮断部）１９及び内周長孔（ロータ側磁束遮断部）２０が形成されている。外周長孔１９は、径方向外方側（外縁部１８側）に形成されており、内周長孔２０は、径方向内方側（軸心側、軸部１４側）に形成されている。また、外周長孔１９及び内周長孔２０は、周方向に均等間隔を空けて三つ形成されている。さらに、外周長孔１９と内周長孔２０とは、周方向に交互にずらして配置されている。すなわち、外周長孔１９同士の周方向の間に設けられた連結領域１９ａと、内周長孔２０同士の周方向の間に設けられた連結領域２０ａとは、基盤部１２の径方向に延びる直線上に配置されておらず、周方向にずらされている。さらには、連結領域２０ａは、外周長孔１９の周方向の中心部に対向する位置に配されている。
なお、基盤部１２のうち、径方向における外周長孔１９と内周長孔２０との間の領域を中間領域３３とし、径方向における軸部１４の外周面と内周長孔２０との間の領域を内周領域３４というものとする。

また、図１に示すように、アマチュア４の一方の主面（対向面）４ａは、ロータ３の底面（対向面）３ａに対向配置されており、アマチュア４は、ロータ３に対して、軸線Ｌ方向に接近、離隔する方向に移動可能に支持されている。なお、アマチュア４には、不図示の付勢部材が取り付けられており、アマチュア４は、ロータ３に対して離隔する方向に常に付勢されている。そのため、コイル８に通電していない自然状態においては、アマチュア４は、ロータ３に接触していない状態になる。なお、付勢部材はなくてもよい。

また、図３に示すように、アマチュア４の中心部には、円形の開口部２８が形成されている。またアマチュア４の外縁部２５より径方向の内方側（中心側）の内方領域３０には、アマチュア４の周方向に沿って延ばされたアマチュア側長孔（アマチュア側磁束遮断部）２９が形成されている。アマチュア側長孔２９は、周方向に均等間隔を空けて六つ形成されている。

このような構成のもと、一方の主面４ａと底面３ａとを対向配置させて、アマチュア４とロータ３とを互いに同軸上に配すると、図４に示すように、外周長孔１９、アマチュア側長孔２９及び内周長孔２０が、アマチュア４及びロータ３の径方向に交互にかつ重ならないように配されるようになっている。すなわち、径方向外方から内方に向かって、外周長孔１９、アマチュア側長孔２９、内周長孔２０の順に配されるようになっている。

さらに、本実施形態においては、図１に示すように、ロータ３の底面３ａ側の外縁部１８が軸線Ｌ方向に沿って突出している。そして、コイル８に通電していない状態において、内方領域２３は、底面３ａ側の外縁部１８の先端面２１に対して、固定部２側に没している。さらに、底面３ａの内方領域２３は、径方向内方に向かうにしたがって、より深く没している。すなわち、中間領域３３は、先端面２１に対して、固定部２側に没しており、内周領域３４は、中間領域３３に対して固定部２側に没している。つまり、コイル８に通電していない状態で、先端面２１と一方の主面４ａとの間の軸線Ｌ方向の距離寸法ｄ１は、中間領域３３と一方の主面４ａとの間の軸線Ｌ方向の距離寸法ｄ２よりも小さくなっており、この距離寸法ｄ２は、内周領域３４と一方の主面４ａとの間の軸線Ｌ方向の距離寸法ｄ３よりも小さくなっている。

さらに、基盤部１２は、コイル８に所定の電流を流して底面３ａと一方の主面４ａとの間に吸引力を生じさせると、内方領域２３がアマチュア４側に撓む（弾性変形する）ような弾性を有している。そして、中間領域３３及び内周領域３４は、ロータ３の撓み曲線Ｒ１に沿って配置されている。
なお、図１及び図５において、直線Ｒ２は、上記のように、所定の電流を流したときに、内方領域２３が一方の主面４ａに最も近づけられ、かつ一方の主面４ａに接触していない状態に撓んだときの位置を示す直線である。一方、撓み曲線Ｒ１は、直線Ｒ２上の位置から、通電を止めて基盤部１２の復元力により撓みが解除されて内方領域２３が元に戻ったときの位置を示す曲線である。つまり、撓み曲線Ｒ１は、ロータ３及びアマチュア４の形状、材質、硬さやコイル８に流す電流の大きさなどを考慮して、直線Ｒ２から逆算することができる。

すなわち、中間領域３３及び内周領域３４は、コイル８に所定の電流を流したときに、一方の主面４ａに最も近づけられ、かつ一方の主面４ａに接触しない直線Ｒ２上の位置に配されるように、あらかじめ逆算された撓み曲線Ｒ１上に配置されるものである。

次に、このように構成された本実施形態における電磁クラッチ１の作用について説明する。
まず、主動機器を駆動し、ロータ３を軸線Ｌを中心として回転させる。このときには、従動機器側に連結されるアマチュア４は、ロータ３に接触していないため、主動機器からのトルクは、従動機器側に伝達されない。
この状態から、コイル８に所定の電流を流すと、コイル８によって起磁力が発生する。そのため、コイル８回りに磁束が生じる。図６において、符号Ｍは、その磁束のループを示すものである。

その磁束について図６に基づいて説明する。
磁束は、例えば固定部２の開始点Ｓ１からロータ３の側壁部１３、基盤部１２へと通っていく。基盤部１２では、外周長孔１９によって径方向内方の磁気抵抗が高くなっているため、磁束はアマチュア４へと伝わる。この磁束は、アマチュア４から径方向内方に向けて進んでいくが、アマチュア側長孔２９が設けられていることから、アマチュア側長孔２９の手前の地点Ｓ２で、ロータ３側に折れて中間領域３３へと伝わる。中間領域３３では、磁束は径方向内方に向かうが、内周長孔２０が設けられていることから、内周長孔２０の手前の地点Ｓ３でアマチュア４側に折れて再度アマチュア４へと伝わる。そして、磁束は、アマチュア４から径方向内方に向かい、アマチュア４の内縁部から底面３ａの内縁部Ｓ４へと伝わる。さらに、内縁部Ｓ４から軸部１４を通って、固定部２のポイントＳ５へと伝わる。それから、固定部２内を進んで開始点Ｓ１に戻る。これにより磁束ループＭとなる。

そして、底面３ａと一方の主面４ａとの間であって、磁束の通る空間が磁極となる。すなわち、径方向外方から内方にむかって、第一磁極Ｍ１、第二磁極Ｍ２、第三磁極Ｍ３及び第四磁極Ｍ４が形成される。これにより、底面３ａと一方の主面４ａとの間に吸引力が生じる。そのため、図７に示すように、不図示の付勢部材の付勢力に抗してアマチュア４がロータ３側に軸線Ｌ方向に移動する。底面３ａでは外縁部１８が突出していることから、一方の主面４ａの外縁部２５が先端面２１に、あるタイミングで接触する。これにより、ロータ３とアマチュア４とがロックされ、アマチュア４が軸線Ｌを中心として回転する。そして、このアマチュア４の回転によるトルクが従動機器に伝達される。

一方、コイル８への通電を止めると、磁束がなくなり、ロータ３とアマチュア４とのロックが解除される。そのため、アマチュア４は、付勢部材の付勢力により、ロータ３から離間する方向に移動し、これにより、主動機器からのトルクが遮断される。
このように、コイル８への通電をオン、オフすることによって、主動機器から従動機器へのトルクの伝達・遮断が行われる。
なお、付勢部材がない場合、コイル８への通電を止めると、ロータ３とアマチュア４とのロックが解除され、互いの一部が接していたとしても、主動機器からのトルクは伝達されず、駆動側のみ回転する。これにより、主動機器からのトルクが遮断される。

本実施形態においては、コイル８に所定の電流を流すと、磁束による吸引力により、アマチュア４がロータ３の外縁部１８に接触し、さらに、基盤部１２が弾性を有することから、ロータ３の内方領域２３がアマチュア４に向けて撓む。このとき、中間領域３３及び内周領域３４は、あらかじめ撓み曲線Ｒ１に沿って配置されていることから、図５に示すように、直線Ｒ２に沿って配される。すなわち、中間領域３３及び内周領域３４は、アマチュア４の一方の主面４ａに最も近づいて、かつ一方の主面４ａに接触しない状態となる。
そのため、軸線Ｌから、ロータ３とアマチュア４との接触点（外縁部１８，２５同士の接触点）までの径寸法（トルク半径）が、最大となり、全体のトルクが増大する。

ここで、電磁クラッチを、付加電圧が変動するシステムで使用した場合、過電圧時に所定の電流以上の電流がコイルに流れるおそれがある。この場合、電磁クラッチに過大な負荷がかかってしまう。
本実施形態における電磁クラッチ１では、所定の電流以上の電流がコイル８に流れると、吸引力が増大し、底面３ａと一方の主面４ａとが接触する。
トルク半径は、軸線Ｌから底面３ａと一方の主面４ａとの接触点によって決まることから、吸引力が増大すると、底面３ａと一方の主面４ａとが径方向内方において接触していき、そのため全体のトルク半径が減少する。
したがって、伝達トルクを減少させることができ、トルク制限をかけることができる。

以上より、本実施形態における電磁クラッチ１によれば、底面３ａの内方領域２３を撓み曲線Ｒ１に沿って配置することにより、コイル８への通電時において、内方領域２３をアマチュア４の一方の主面４ａに近づけて、かつ一方の主面４ａに接触させない状態にすることができる。そのため、簡易な構成によって、より大きなトルクを容易に得ることができる。
また、外周長孔１９、内周長孔２０及びアマチュア側長孔２９が径方向に交互に配置されていることから、ロータ３からアマチュア４にわたるループを確実に作ることができるだけでなく、径方向の全体にわたって吸引力を増大させることができる。

さらに、所定の電流以上の電流がコイル８に流れても、トルク制限をかけることができることから、電磁クラッチ１や従動機器を保護することができ、それらの耐久性を向上させることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態を示したものである。
図８及び図９において、図１から図７に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第１の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。

本実施形態におけるアマチュア４は、コイル８への通電時に、先端面２１と一方の主面４ａとが接触するとともに、アマチュア４がロータ３側に撓むような弾性を有している。そして、底面３ａの中間領域３３及び内周領域３４は、アマチュア４の撓み曲線Ｒ３に沿って配置されている。撓み曲線Ｒ３は、図９に示すように、コイル８に所定の電流を流し、アマチュア４がロータ３側に撓んだときのアマチュア４の位置を示す撓み曲線Ｒ４から所定の間隔を空けて配される曲線である。すなわち、撓み曲線Ｒ３は、アマチュア４の形状、材質、硬さやコイル８に流す電流の大きさなどを考慮して、撓み曲線Ｒ４に基づいて決められたものである。

このように、中間領域３３及び内周領域３４が、あらかじめ撓み曲線Ｒ３に沿って配置されていることから、上記通電時に、一方の主面４ａは、底面３ａに最も近づき、かつ接触しない状態になる。
以上より、本実施形態における電磁クラッチ１によれば、上記第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態において、外周長孔１９、内周長孔２０及びアマチュア側長孔２９の周方向及び径方向の数や位置は、適宜変更可能である。
また、中間領域３３及び内周領域３４の表面を、軸線Ｌに直交する方向に延在させているが、これに限ることはなく、撓み曲線Ｒ１，Ｒ３に沿って、傾斜をつけてもよい。これによって、通電時に、中間領域３３及び内周領域３４と一方の主面４ａとの間の距離寸法（間隔）を径方向の全長にわたって等しくすることができる。そのため、最大限のトルクを発生させることができる。
また、電磁連結装置として電磁クラッチ１を例に挙げて説明したが、これに限ることはなく、適宜変更可能である。例えば、電磁連結装置として電磁ブレーキなどにも適用可能である。
また、主動機器とロータ３とが連結され、従動機器とアマチュア４とが連結されるとしたが、これに限ることはなく、主動機器と従動機器とを逆に設けてもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態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において、種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る電磁クラッチの第１の実施形態を示す図であって、電磁クラッチを軸線方向に破断し、軸線の半分側を示す断面図である。図１のロータを拡大して示す平面図である。図１のアマチュアを拡大して示す平面図である。図１のロータとアマチュアとを重ねた様子を拡大して示す平面図である。図１のロータがアマチュア側に撓んだ様子を示す説明図である。図１の固定部、ロータ及びアマチュアを通る磁束のループを示す説明図である。図６のアマチュアがロータ側に移動し、ロータがアマチュア側に撓んだ様子を示す説明図である。本発明に係る電磁クラッチの第２の実施形態を示す図であって、図１と対応する部分を示す断面図である。図８のアマチュアがロータ側に移動してロータ側に撓んだ様子を示す説明図である。

符号の説明

１電磁クラッチ（電磁連結装置）
３ロータ
３ａ底面（対向面）
４アマチュア
４ａ一方の主面（対向面）
８コイル
１９外周長孔（ロータ側磁束遮断部）
２０内周長孔（ロータ側磁束遮断部）
２９アマチュア側長孔（アマチュア側磁束遮断部）
Ｒ１，Ｒ３撓み曲線

Claims

互いに対向配置された対向面をそれぞれ有するロータ及びアマチュアと、
所定値の電流が印加されることにより、前記ロータの対向面の外縁部と前記アマチュアの対向面の外縁部とを互いに吸着させるとともに、前記ロータの対向面のうち前記外縁部よりも内方の領域を前記アマチュア側に撓ませるための磁束を発生させるコイルとを備え、
前記ロータの円板状をなす対向面は、前記外縁部と、前記外縁部よりも径方向内方側に形成され且つ前記外縁部の先端面に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した中間領域と、前記中間領域よりも径方向内方側に形成され且つ前記中間領域に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した内周領域とを備え、
前記ロータは、前記コイルに所定の電流を流して前記アマチュアの対向面との間に吸引力を生じさせた場合に前記中間領域及び前記内周領域からなる内方領域が前記アマチュア側に撓んで弾性変形可能な弾性を有するものであり、
前記コイルに所定の電流を流したときに前記アマチュアの対向面に最も近付けられ且つ前記アマチュアの対向面に接触していない状態に撓んだ前記内方領域のうち前記中間領域の径方向内方側の縁部及び前記内周領域の径方向内方側の縁部を通る直線から逆算可能であり、且つ通電を止めて前記内方領域の復元力により撓みが解除されて前記直線上の位置から元に戻った内方領域の位置を示す前記ロータの撓み曲線に、前記コイルに通電していない状態における前記中間領域の径方向内方側の縁部及び前記内周領域の径方向内方側の縁部を一致させていることを特徴とする電磁連結装置。
互いに対向配置された対向面をそれぞれ有するロータ及びアマチュアと、
所定値の電流が印加されることにより、前記ロータの対向面の外縁部と前記アマチュアの対向面の外縁部とを互いに吸着させるとともに、前記アマチュアの対向面のうち前記外縁部よりも内方の領域を前記ロータ側に撓ませるための磁束を発生させるコイルとを備え、
前記ロータの円板状をなす対向面は、前記外縁部と、前記外縁部よりも径方向内方側に形成され且つ前記外縁部の先端面に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した中間領域と、前記中間領域よりも径方向内方側に形成され且つ前記中間領域に対して前記アマチュアの対向面側から離間する側に没した内周領域とを備えたものであり、
前記コイルに所定の電流を流したときに弾性変形可能な前記アマチュアが前記ロータ側に撓んだ前記アマチュアの対向面の位置を示す撓み曲線から前記ロータ側に所定の間隔を空けて配される前記アーマチュアの撓み曲線に、前記中間領域の径方向内方側の縁部及び前記内周領域の径方向内方側の縁部を一致させていることを特徴とする電磁連結装置。
前記ロータの対向面の内方の領域に、前記磁束を遮断するロータ側磁束遮断部が、前記ロータの周方向に複数設けられ、かつ前記ロータの径方向に複数設けられており、
前記アマチュアの対向面の内方の領域に、前記磁束を遮断するアマチュア側磁束遮断部が周方向に複数設けられており、
前記ロータ側磁束遮断部と前記アマチュア側磁束遮断部とが、前記径方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁連結装置。