JP5046938B2

JP5046938B2 - 電磁クラッチ機構

Info

Publication number: JP5046938B2
Application number: JP2007533104A
Authority: JP
Inventors: 穣森田; 勝山崎; 弘黒岩
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JPWO2007026434A1; WO2007026434A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のクラッチ装置に係わり、特にパワートレインに配置され、電磁アクチュエーターで操作される電磁クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチ用の電磁アクチュエーターでは、電磁コイルに通電して発生する磁界中に強磁性体で形成したヨークおよびアーマチャーを配置して、ヨークとアーマチャーが引き合う力を外部に取り出してクラッチの操作力とする構成としたものが知られている。この電磁アクチュエーターでは、ヨークに中空部を設け、この中空部にアーマチャーと接続されたスライダー及びシャフトを設置している。このような電磁クラッチは例えば特開２００３−３９９６０号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【技術文献】
【０００３】
【技術文献１】
特開２００３−３９９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のクラッチ用電磁アクチュエーターでは、クラッチのシャフトに同軸配置されているクラッチパックの中心軸に対して、電磁アクチュエーターの中心軸を同軸に配置し、電磁アクチュエーターに中空部を設け、そこにシャフトを配置している。
【０００５】
このため、電磁アクチュエーターの配置位置の自由度は小さく、システムのサイズ拡大につながる問題がある。
【０００６】
また、磁気力は、励磁電流値、電磁コイルの導線巻き数、ヨークとアーマチャーの対向する面積に比例する。しかし、上記の構造では、スライダーとシャフトを通す為に、ヨークに大口径の中空部が設けられるため、アーマチャーとヨークの対向する面積が少なくなる。従って、大きな磁気力を確保することが難しい。磁気力の不足を回避するには、励磁電流値を高くしたり、巻き線数を増やす方法がある。しかし、励磁用電流値を高くすると、エネルギーの損失、及び発熱量の増加に伴う温度上昇に対する配慮が必要になる。一方、巻き線数を増やすことは、電磁コイルの設置部体積の増加が必要になり、電磁アクチュエーターのサイズの大型化につながり、システム全体の大型化につながる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、電磁アクチュエーターの配置自由度及び形状の自由度を向上させることによりクラッチ機構のサイズを縮小すること、また、複数の電磁アクチュエーターを用いることで信頼性を向上させたクラッチ機構を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、電磁コイルと、電磁コイルに通電して発生させる磁束を通すヨークと、ヨークと所定のギャップを持って設置され電磁コイルへの通電によってヨークから放出される磁束を通しヨークに向かって吸引されるアーマチャーとを備えた電磁アクチュエーターと、前記電磁アクチュエーターの操作力により作動するクラッチとを有し、前記電磁アクチュエーターを偶数個有し、前記電磁アクチュエーターをクラッチの回転中心軸に対して対称に配置した電磁クラッチ機構において、クラッチの回転中心軸に対して対称に配置されて組となる電磁アクチュエーターは電磁コイルへの電力供給線を共有し、各コイルが直列に配線される。
【０００９】
本発明による自動車のパワートレインに適用される電磁アクチュエーターは、最適な形状を選択でき、また、電磁コイルに通電する電力の磁気力への変換効率を向上できるため、クラッチシステムを省エネルギーな装置にし、サイズを縮小することができる。更に、電磁アクチュエーターの複数分散配置によるクラッチ機能の信頼性の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の電磁コイルの一実施例の断面を示した図である。
【図２】本発明の電磁クラッチの一実施例の断面を示した図である。
【図３】本発明の電磁コイルの一実施例の断面を示した図である。
【図４】本発明の電磁アクチュエーターの制御方法の一実施例を示した制御ブロック図である。
【図５】本発明の電磁アクチュエーターの励磁用導線の配線方法についての一実施例を示した配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
以下、本発明の一実施例を図１、図２及び図３を用いて説明する。
【００１３】
図１と図３は、本発明による電磁アクチュエーターに用いる電磁コイルの実施例の断面を示したものである。以下断りのない限り、ヨークは図１に示したものとする。
【００１４】
ヨーク２は強磁性体から成り、図１のような断面を有する円筒形状である。ヨーク２の開口部分を塞ぐようにアーマチャー３を所定のギャップをもって設置する。ヨーク２の、図１に示した溝内部に銅線を円環状に巻いて樹脂でモールドした電磁コイル１を配置する。
【００１５】
電磁コイル１は、外側Ｃリング４と内側Ｃリング５によって固定されている。電磁コイル１に通電すると電磁コイル１の周りに磁界が発生し、電磁コイル１による磁束はヨーク２とアーマチャー３からなる部分を還流するように通る。
【００１６】
アーマチャー３は、特に図示していないが、ガイドによって支えられ、ヨーク２とのギャップを詰める方向には移動自由に、その他の方向（中心軸に関して半径方向）には拘束される。
【００１７】
電磁コイル１に通電して磁界が発生すると、ギャップがあるためアーマチャー３はヨーク２に引き付けられるため、磁気吸引力を操作対象へと伝えて所定の働きを行うことができる。
【００１８】
次に、図２を用いて、電磁アクチュエーターを用いたクラッチ機構の主要構成について説明する。クラッチ機構は、電磁アクチュエーター（電磁コイル１、ヨーク２、及びアーマチャー３から成る）、入力軸２１、出力軸２２、入力軸の支持をするボールベアリング３１、出力軸の支持をするボールベアリング３２、クラッチパック７、スライダー６、スライダー６を支持するボールベアリング９、スライダー６とアーマチャー３を連結するリンク機構８で構成される。この構成により、電磁アクチュエーターにより発生する操作力を、リンク機構８とスライダー６による伝達手段とし、クラッチ機構の操作対象であるクラッチパック７を押し付ける力に変換する。
【００１９】
また、上記説明では電磁コイル１を円環状で構成されるソレノイドとしたが、同様の効果が出せれば矩形コイルでも良いし、別の形状であっても良いことは言うまでもない。ヨーク形状についても、図１のような中空部を有しない形状であってもよいし、目的とする磁気力が得られれば、図３のように中空部を有する形状であってもよい。
【００２０】
上記説明では、図２において電磁コイル１が２個の場合を示したが、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。また、その配置方法は、クラッチ機構の構成要素のレイアウト要求に応じ、自由に配置してよい。また、図２に示すクラッチ機構では、同一形状の電磁コイルを２個使用する場合を与えたが、複数の電磁コイル１を使用する場合は、全ての電磁コイル１の大きさが同じである必要は無い（図４）。
【００２１】
また、電磁コイル１の銅線の巻き数および線径を変えて、応答性や、消費電力を異なるものとしても良い。この際、太い巻き線を持つ電磁アクチュエーターと細い巻き線を持つ電磁アクチュエーターとし、太い巻き線の電磁アクチュエーターを大電力を消費する高速動作用、細い巻き線の電磁アクチュエーターを消費電量の少ない保持用としても良い。電磁コイルの使用個数は、各電磁アクチュエーターが発生させる磁気力の和が、要求されるクラッチパックの押し付け力の値以上になるように決定する。
【００２２】
アーマチャー３に作用する磁気力をクラッチパック７の押し付け力として伝達するリンク構造８は、他点に支点を有するアーム形状であってもよいし、板状であってもよく、クラッチ機構内の電磁アクチュエーター周囲のレイアウトに応じてその形状を決めてよい。
【００２３】
本実施例の、ヨーク２とアーマチャー３の材料としては、強磁性体でかつ残留磁化の小さな、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４２０、電磁純鉄、電磁軟鉄等の軟磁性体を使用する。残留磁化が高い場合、電流を印加しない場合であってもアーマチャー３とヨーク２の間に磁気力が発生し、制御が複雑になるためである。
【００２４】
次に、操作対象であるクラッチパック７への力の伝達を、図２を用いながら具体的に説明する。まず、電磁コイル１に通電すると、磁束がアーマチャー３とヨーク２を循環する。この場合、電流値に応じた磁界がヨーク２とアーマチャー３間のギャップに発生し、ヨーク２とアーマチャー３の間に吸引力が発生し、電磁コイル１に流す電流を減少させると吸引力も減少する。
【００２５】
アーマチャー３は、吸引力により、ヨーク２に向かう力を受ける。この力は、アーマチャー３に連結されているリンク構造８を介し、スライダー６に伝えられる。このスライダー６の運動により、クラッチパック７への押し付け力が与えられる。
【００２６】
ここで、電磁コイル１への電力供給は、図示しない制御器によって行われる。また、アーマチャー３は操作対象へと接続されていて、アーマチャー３の受ける磁気力は、操作対象であるスライダー６並びにクラッチパック７へと伝えられる。
【００２７】
次に、図４を用いて、制御方法について説明する。ここでは、複数の電磁コイル１のうちの一つにおいて、励磁電源制御器４０による励磁電流が定常状態に到達し、アーマチャー３に作用する磁気力が一定になっている定常状態を考える。他の電磁アクチュエーターには励磁電流が通電されていないとする。
【００２８】
複数の電磁コイル１並びにそれらによる電磁アクチュエーターを複数使用する場合において、電磁コイル１の一つに、指令電流制御器４１により、パルス状の電圧指令を加える。この際の電磁コイル１の電流の応答と電圧の応答を計測器４２で測定する。この値から、演算器４３においてインピーダンスを算出し、このインピーダンスから透磁率を算出する。これらの一連の演算から、ヨーク２とアーマチャー３との間の磁気力が推算され、必要な磁気力が発生していない場合は、励磁用電源の制御器４４により、電流調整により発生磁気力の制御・調整を行う。
【００２９】
本実施例において、特に図１のようにヨーク２が中空部を有しない場合は、アーマチャー３とヨーク２の対向する面積が極大にし、電磁コイル１が発生しうる磁気力を極大化する。すなわち、与えられた電磁コイル１に関して、励磁電流の磁気力への変換が極大化され、電磁アクチュエーターの大きさを極小化することができる。或いは、ヨーク２に中空部を設ける場合であっても、本実施例の電磁アクチュエーターは、スライダーとシャフトを貫通させるためのヨーク２の中空部を設ける必要はない。よって、必要な磁気力を得るために、ヨーク２の中空部の径を狭くしても構わない。
【００３０】
以上のように、本実施例によれば、電磁アクチュエーターの磁気力の極大化と大きさの極小化により、配置自由度及び形状の自由度を向上させ、クラッチ機構のサイズを縮小することが可能になる。また、複数の電磁アクチュエーターを用いることで機能信頼性を向上させること、及び、ヨーク２とアーマチャー３との間のギャップの計測を可能とし制御性を向上させることが可能になる。
【実施例２】
【００３１】
本発明の他の実施例を図５を用いて説明する。
【００３２】
図５は本発明による電磁アクチュエーターの複数個ある電磁コイル（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）と複数個ある励磁電流制御器（４１Ａ，４１Ｂ）の配線を示した図である。それぞれの電磁アクチュエーターの電磁コイル、ヨーク、及びアーマチャーの構成は実施例１と同様である。
【００３３】
図５に示す実施例は、例えば図２に示した実施例において、Ａ−Ａ′方向から眺めた際に、クラッチパック７の中心軸に関して、同一形状の電磁アクチュエーターが、偶数個で対称に配置されている場合である。この構成の利点は、力を対称的に発生させることができるため、リンク構造からスライダー６を介してクラッチパック７に伝達させる力を対称化させることができ、材料の構造設計が容易になることである。
【００３４】
本実施例の構造と動作の特徴を、図５を用いて説明する。本実施例では、上述の通り、同一形状の電磁コイル１並びにそれを用いる電磁アクチュエーター１０が偶数個、かつ対称に配置されている。ここでは、電磁アクチュエーター１０が４個の場合について扱う。
【００３５】
本実施例での構造では、電磁アクチュエーター１０Ａと対面する位置の電磁アクチュエーター１０Ｂが励磁用の導線１１Ａを共有しており、電磁アクチュエーター１０Ｃと対面する位置の電磁アクチュエーター１０Ｄが励磁用の導線１１Ｂを共有している。
【００３６】
電磁アクチュエーター１０Ａと電磁アクチュエーター１０Ｂの組は制御器を備えた励磁用電源１２Ａにより動作し、電磁アクチュエーター１０Ｃと電磁アクチュエーター１０Ｄの組は制御器を備えた励磁用電源１２Ｂにより動作する。
【００３７】
本実施例の動作の特徴は、仮に電磁コイルの一つにおいて、何らかの理由で導線が断線するなどの不具合が生じた場合でも、機能の信頼性を確保出来る点である。例えば、電磁アクチュエーター１０Ａ中の導線が熱焼損した場合、導線１１Ａに電流が通電しなくなるため、電磁アクチュエーター１０Ｂも機能を停止する。よって、軸対称配置されている電磁アクチュエーター１０Ｃと電磁アクチュエーター１０Ｄによる均等な磁気力がクラッチパックに与えられる。
【００３８】
これにより、クラッチの入出力軸に不均等な力が作用しない。また、電磁アクチュエーター１０Ｃと電磁アクチュエーター１０Ｄの組が機能しているため、急激なクラッチ機能の停止は生じない。よって、本機構により、クラッチ機能の信頼性が与えられる。
【００３９】
上記の具体例で示したように、本実施例のように偶数個の電磁アクチュエーターがクラッチパック中心軸に関して対称配置されている場合は、一つの電磁アクチュエーターが動作しなくなった場合でも、他の機能している電磁アクチュエーターの作動により急激な力の低下が生じず、加えて、他の電磁アクチュエーターが発生させる力の対称性も維持される。それにより、安全に運転を継続でき、かつ、クラッチ入出力軸に作用する力の均一性の維持もはかることが可能になる。以上のように、本実施例によれば、クラッチ機構の機能信頼性を向上させることが可能になる。

Claims

電磁コイルと、電磁コイルに通電して発生させる磁束を通すヨークと、ヨークと所定のギャップを持って設置され電磁コイルへの通電によってヨークから放出される磁束を通しヨークに向かって吸引されるアーマチャーとを備えた電磁アクチュエーターと、前記電磁アクチュエーターの操作力により作動するクラッチとを有し、
前記電磁アクチュエーターを偶数個有し、前記電磁アクチュエーターをクラッチの回転中心軸に対して対称に配置した電磁クラッチ機構において、
クラッチの回転中心軸に対して対称に配置されて組となる電磁アクチュエーターは電磁コイルへの電力供給線を共有し、各コイルが直列に配線されたことを特徴とする電磁クラッチ機構。