JP6409538B2 - 回転伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転伝達装置に関する。

従来、磁気粘性流体を利用した回転制動装置が知られている。特許文献１には、中空円板状のハウジングと、ハウジング内に設けられ且つハウジングに対して相対回転可能な円板状のロータと、ロータの外周部に固定された環状のディスクと、ハウジングに固定され且つ通電時にディスクの板厚方向へ磁束を流す磁界を発生させる電磁石と、ハウジング内に設けられた磁気粘性流体と、を備える回転制動装置が開示されている。この回転制動装置では、電磁石が通電されると主にディスクと電磁石のヨークとの隙間にある磁気粘性流体が磁化し、この磁化した磁気粘性流体を介してディスクと電磁石のヨークとの間で回転が伝達される。

特開２０１１−２０２７４５号公報

ところで、前述のように構成された回転制動装置において伝達トルクを高めるには、ディスクの外径を大きくしなければならない。しかしながら、径方向のサイズに制約がある場合、ディスクの外径を大きくすることができず、必要な伝達トルクを得ることができないという問題があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、径方向体格を大きくすることなく伝達トルクを高めることができる回転伝達装置を提供することである。

本発明は、第１部材と第２部材との間で回転の伝達および遮断を切り替え可能な回転伝達装置であって、ハウジング、ロータ、ロータケース、電磁石および磁気粘性流体を備える。ハウジングは第１部材に固定可能である。ロータは、筒状であり、ハウジング内に設けられ、第２部材に固定可能である。ロータケースは、ロータの外側に位置する外筒部、および、ロータの内側に位置する内筒部を有し、ハウジングと一体に設けられ、ロータを相対回転可能に収容している。電磁石はロータケースに隣接して設けられている。磁気粘性流体は、ロータと外筒部との隙間、および、ロータと内筒部との隙間に設けられ、電磁石が発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大してロータとロータケースとの間で回転を伝達可能である。
本発明の第１の態様では、電磁石は、外筒部の周方向へ並ぶよう複数設けられている。内筒部は磁性体である。外筒部は、電磁石と同数設けられ、且つ、互いに間隔を空けて周方向へ並ぶよう配置されている複数の磁性部と、各磁性部の間を塞ぐ第１非磁性部と、を有する。
本発明の第２の態様では、回転伝達装置は、ロータに対して電磁石とは反対側に設けられている永久磁石をさらに備える。

このように構成することで、ロータ、外筒部および内筒部の軸方向のサイズを長くすれば、磁気粘性流体とロータとの間、および、磁気粘性流体と外筒部および内筒部との間に作用する外部摩擦力が増加するとともに、磁気粘性流体の内部摩擦力が増加する。したがって、本発明によれば、径方向体格を大きくすることなく伝達トルクを高めることができる。

本発明の第１実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 図１の回転伝達装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２の電磁石の通電時の磁束線を示す図である。 本発明の第２実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 図４の回転伝達装置のＶ−Ｖ線断面図である。 本発明の第３実施形態による回転伝達装置の縦断面図である。 図６の回転伝達装置のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による回転伝達装置について図１〜図３を参照して説明する。
回転伝達装置１０は、固定部材９０とシャフト９１との間で回転の伝達および遮断を切り替え可能なものである。固定部材９０は非回転部材であり、本実施形態では回転伝達装置１０はブレーキとして用いられる。固定部材９０は、特許請求の範囲に記載の「第１部材」に相当する。シャフト９１は、特許請求の範囲に記載の「第２部材」に相当する。

図１、図２に示すように、回転伝達装置１０は、ハウジング２０、ロータ３０、ロータケース４０、電磁石５０および磁気粘性流体６０を備える。
ハウジング２０は、固定部材９０に固定されており、有底筒状のカップ２１と、カップ２１の開口端部に固定されているカバー２２とを有する。

ロータ３０は、磁性材料からなる有底筒状部材であり、ハウジング２０内に設けられ、筒部３１および底部３２を有する。筒部３１は、シャフト９１の軸心ＡＸ１上に設けられている。底部３２は、筒部３１の一端に結合し、シャフト９１に固定されている。シャフト９１は、ロータケース４０の内側に設けられた軸受３５、３６に回転可能に支持されている。ロータ３０はシャフト９１と一体に回転可能である。

ロータケース４０は、ロータ３０の外側に位置する外筒部４１、および、ロータ３０の内側に位置する内筒部４２を有し、ロータ３０を相対回転可能に収容している。内筒部４２は、磁性体であり、軸方向においてロータ３０の底部３２とは反対側にフランジ４３を形成している。内筒部４２とシャフト９１との間にはオイルシール４８が設けられている。外筒部４１は、互いに間隔を空けて周方向へ並ぶよう配置されている複数の磁性部４４と、各磁性部４４の間を塞ぐ第１非磁性部４５と、磁性部４４および第１非磁性部４５とフランジ４３とを接続する第２非磁性部４６と、磁性部４４および第１非磁性部４５とカップ２１の底部とを接続する第３非磁性部４７と、を有する。本実施形態では、磁性部４４は４つ設けられている。ロータケース４０は、ハウジング２０と一体に設けられている。

電磁石５０はロータケース４０に隣接して設けられている。具体的には、電磁石５０は、外筒部４１の外側に設けられているコア５１と、コア５１を通り且つ外筒部４１の径方向へ延びる仮想的な軸ＡＸ２を中心にしてコア５１の周りに巻かれているコイル５２と、を有する。本実施形態では、電磁石５０は、外筒部４１の周方向へ並ぶよう４つ設けられている。周方向で隣り合う２つの電磁石５０のコイル５２の巻き方向は互いに反対である。つまり、周方向で隣り合う２つの電磁石５０は、通電時のコア５１の径方向内側の極性が異なる。また、本実施形態では、コア５１がハウジング２０に固定されることによって、ハウジング２０は電磁石５０と一体に設けられている。

磁気粘性流体６０は、ロータ３０と外筒部４１との隙間、ロータ３０と内筒部４２との隙間、および、ロータ３０とカップ２１との隙間に設けられている。磁気粘性流体６０は、電磁石５０が発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大してロータ３０とロータケース４０との間で回転を伝達可能である。

以上のように構成された回転伝達装置１０では、図３に示すように、電磁石５０のコイル５２が通電されるとコイル５２のまわりに磁界が発生する。磁気粘性流体６０での磁界の方向は、径方向あるいはそれに近い方向となる。すなわち、図３に二点鎖線で示す磁束線は、ロータ３０と外筒部４１との隙間、および、ロータ３０と内筒部４２との隙間を横断する。これにより、磁気粘性流体６０中で磁化された粒子は、ロータ３０から外筒部４１および内筒部４２に向かって並ぶように結びつく。そのため、磁気粘性流体６０とロータ３０との間に作用する周方向の外部摩擦、磁気粘性流体６０とロータケース４０との間に作用する周方向の外部摩擦、および、磁気粘性流体６０の周方向の内部摩擦が特に増大して、ロータ３０とロータケース４０との間で大きなトルクを伝達可能である。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、ロータ３０は、筒状であり、ロータケース４０の外筒部４１と内筒部４２との間で相対回転可能に設けられる。ロータ３０と外筒部４１との隙間、および、ロータ３０と内筒部４２との隙間には磁気粘性流体６０が設けられている。磁気粘性流体６０は、電磁石５０が発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大してロータ３０とロータケース４０との間で回転を伝達可能である。

このように構成することで、ロータ３０、外筒部４１および内筒部４２の軸方向のサイズを長くすれば、磁気粘性流体６０とロータ３０との間、および、磁気粘性流体６０と外筒部４１および内筒部４２との間に作用する外部摩擦力が増加するとともに、磁気粘性流体６０の内部摩擦力が増加する。したがって、本実施形態によれば、径方向体格を大きくすることなく伝達トルクを高めることができる。

また、第１実施形態では、電磁石５０は、外筒部４１の外側に設けられているコア５１と、コア５１を通り且つ外筒部４１の径方向へ延びる仮想的な軸ＡＸ２を中心にしてコア５１の周りに巻かれているコイル５２と、を有する。
このように構成することで、電磁石５０のコイル５２の通電時に発生する磁界の磁気粘性流体６０における方向は、径方向あるいはそれに近い方向となる。

また、第１実施形態では、電磁石５０は、外筒部４１の周方向へ並ぶよう複数設けられている。内筒部４２は磁性体である。外筒部４１は、電磁石５０と同数設けられ、且つ、互いに間隔を空けて周方向へ並ぶよう配置されている複数の磁性部４４と、各磁性部４４の間を塞ぐ第１非磁性部４５と、を有する。
このように構成することで、電磁石５０の周方向位置と磁性部４４の周方向位置とが一致するとき、コア５１と磁性部４４とロータ３０と内筒部４２とによる磁気回路が形成される。そのため、この磁気回路の途中にある磁気粘性流体６０まで確実に磁気作用を及ぼすことができる。

また、第１実施形態では、外筒部４１は、磁性部４４と内筒部４２のフランジ４３とを接続する第２非磁性部４６と、磁性部４４とカップ２１の底部とを接続する第３非磁性部４７と、を有する。
このように外筒部４１と内筒部４２およびハウジング２０とが接続する箇所を非磁性体とすることによって、磁束が外筒部４１からロータ３０および内筒部４２を通らずに内筒部４２およびハウジング２０に流れることを抑制することができる。そのため、磁気粘性流体６０まで確実に磁気作用を及ぼすことができる。

また、第１実施形態では、ハウジング２０は電磁石５０と一体に設けられている。
これにより、回転伝達装置１０をブレーキとして利用することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図４、図５に示すように、回転伝達装置７０は、シャフト９１とシャフト９２の間で回転の伝達および遮断を切り替え可能なものである。シャフト９２は回転体であり、本実施形態では回転伝達装置７０はクラッチとして用いられる。シャフト９２は、特許請求の範囲に記載の「第１部材」に相当する。

ハウジング７１はカップ２１のみから構成されている。また、回転伝達装置７０はベース７２および接続部材７３を備えている。ベース７２は、カップ２１の開口端部付近に設けられ、カップ２１に対して相対回転可能であり、固定部材９０に固定されている。接続部材７３は、磁性体であり、電磁石５０のコア５１とベース７２とを接続している。

第２実施形態では、ハウジング７１は電磁石５０に対して相対回転可能に設けられている。
これにより、回転伝達装置７０をクラッチとして利用することができる。
また、第２実施形態では、ハウジング７１以外の構成は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様に径方向体格を大きくすることなく伝達トルクを高めることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図６、図７に示すように、回転伝達装置８０は、ロータ３０に対して電磁石５０とは反対側に設けられている永久磁石８１を備える。永久磁石８１は、円筒状ラジアル異方性磁石である。永久磁石８１の外周部の極数は、電磁石５０の数と同じであり、４つである。

第３実施形態では、図７に示すように、電磁石５０の通電時のコア５１の径方向内側の極性が永久磁石８１の外周部の極性と異なるように、電磁石５０の周方向位置と永久磁石８１の外周部の磁極の周方向位置とが一致するとき、コア５１と磁性部４４とロータ３０と永久磁石８１とによる強力な磁気回路が形成される。そのため、この磁気回路の途中にある磁気粘性流体６０まで確実に磁気作用を及ぼすことができる。
また、第３実施形態では、永久磁石８１以外の構成は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様に径方向体格を大きくすることなく伝達トルクを高めることができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、電磁石の数は３つ以下あるいは５つ以上であってもよい。
本発明の他の実施形態では、電磁石は、内筒部の内側に設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、電磁石のコイルは、ロータの軸方向に延びる仮想的な軸を中心にコアのまわりに巻かれていてもよい。
本発明の他の実施形態では、非磁性部は、樹脂に限らず、例えば非磁性の金属などであってもよい。

本発明の他の実施形態では、永久磁石は、周方向に分割された複数の磁石片が用いられてもよい。
本発明の他の実施形態では、外筒部の各磁性部の間は、空間であってもよい。つまり、第１非磁性部が設けられなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、外筒部の各磁性部と内筒部およびカップとの間は、空間であってもよい。つまり、第２非磁性部および第３非磁性部が設けられなくてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０、７０、８０・・・回転伝達装置
２０、７１・・・ハウジング
３０・・・ロータ
４１・・・外筒部
４２・・・内筒部
４０・・・ロータケース
５０・・・電磁石
６０・・・磁気粘性流体
９０・・・固定部材（第１部材）
９１・・・シャフト（第２部材）
９２・・・シャフト（第１部材）

Claims (6)

1. 第１部材（９０、９２）と第２部材（９１）との間で回転の伝達および遮断を切り替え可能な回転伝達装置（１０、７０、８０）であって、
   前記第１部材に固定可能なハウジング（２０、７１）と、
   筒状であり、前記ハウジング内に設けられ、前記第２部材に固定可能なロータ（３０）と、
   前記ロータの外側に位置する外筒部（４１）、および、前記ロータの内側に位置する内筒部（４２）を有し、前記ハウジングと一体に設けられ、前記ロータを相対回転可能に収容しているロータケース（４０）と、
   前記ロータケースに隣接して設けられている電磁石（５０）と、
   前記ロータと前記外筒部との隙間、および、前記ロータと前記内筒部との隙間に設けられ、前記電磁石が発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大して前記ロータと前記ロータケースとの間で回転を伝達可能な磁気粘性流体（６０）と、
   を備え、
   前記電磁石は、前記外筒部の周方向へ並ぶよう複数設けられ、
   前記内筒部は磁性体であり、
   前記外筒部は、前記電磁石と同数設けられ、且つ、互いに間隔を空けて周方向へ並ぶよう配置されている複数の磁性部（４４）と、各前記磁性部の間を塞ぐ第１非磁性部（４５）と、を有することを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記外筒部は、前記磁性部と前記内筒部とを接続する第２非磁性部（４６）と、前記磁性部と前記ハウジングとを接続する第３非磁性部（４７）と、を有することを特徴とする請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 第１部材（９０、９２）と第２部材（９１）との間で回転の伝達および遮断を切り替え可能な回転伝達装置（１０、７０、８０）であって、
   前記第１部材に固定可能なハウジング（２０、７１）と、
   筒状であり、前記ハウジング内に設けられ、前記第２部材に固定可能なロータ（３０）と、
   前記ロータの外側に位置する外筒部（４１）、および、前記ロータの内側に位置する内筒部（４２）を有し、前記ハウジングと一体に設けられ、前記ロータを相対回転可能に収容しているロータケース（４０）と、
   前記ロータケースに隣接して設けられている電磁石（５０）と、
   前記ロータと前記外筒部との隙間、および、前記ロータと前記内筒部との隙間に設けられ、前記電磁石が発生させる磁界中で磁化すると粘性が増大して前記ロータと前記ロータケースとの間で回転を伝達可能な磁気粘性流体（６０）と、
   を備え、
   前記ロータに対して前記電磁石とは反対側に設けられている永久磁石（８１）をさらに備えることを特徴とする回転伝達装置。
4. 前記電磁石は、前記外筒部の外側に設けられているコア（５１）と、前記コアを通り且つ前記外筒部の径方向へ延びる仮想的な軸（ＡＸ２）を中心にして前記コアの周りに巻かれているコイル（５２）と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転伝達装置。
5. 前記ハウジングは前記電磁石と一体に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転伝達装置（１０、８０）。
6. 前記ハウジングは前記電磁石に対して相対回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転伝達装置（７０）。

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