JP6568137B2 - 磁気クラッチ機構 - Google Patents

Description

この発明は、相対的に回転する二つの部材の間に磁路を形成し、またその磁路を解消することにより、トルクの伝達とトルクの遮断とを選択的に行うことのできる磁気クラッチ機構に関するものである。

磁力によってトルクを伝達する係合機構の一例として電磁ブレーキが特許文献１に記載されている。その電磁ブレーキは、回転体と固定体とを同一軸線上で軸線方向に対向して配置し、回転体にアーマチュアが設けられ、そのアーマチュアに対向するヨークが固定体に設けられている。ヨークには、第１の永久磁石と、コイルと、コイルに流すパルス電流の向きに応じて磁極が反転する第２の永久磁石とが設けられている。第１の永久磁石によってヨーク内に形成される磁路が順方向として第２の永久磁石の磁極を設定すると、その磁路がヨーク内で閉じたものとなる。その結果、ヨークとアーマチュアとの間（固定体と回転体との間）に磁路が形成されないので、これら両者の間にトルクが作用しない。すなわち電磁ブレーキは解放状態となる。これに対してコイルにパルス電流を流すことにより第２の永久磁石の磁極を反転させると、ヨークからアーマチュアを通る磁路が形成され、その結果、固定体と回転体との間に吸引力が生じ、これが固定体と回転体との間のトルクとして作用する。すなわち、電磁ブレーキが係合状態となる。

特開平１−３０３３３１号公報

特許文献１に記載された電磁ブレーキは、相対的に回転する固定体と回転体との間で、両者を接触させることなく、トルクを作用させ、またそのトルクを解消するように構成されているので、共に回転する二つの回転部材を有するクラッチ機構に用いることが考えられる。しかしながら、それらの回転部材は共に回転するのに加え、特許文献１に記載された構成は、いずれか一方の回転部材に永久磁石やコイルを保持させる構成であるから、特許文献１に記載された構成をクラッチ機構に用いるとすれば、コイルをいずれかの回転部材と共に回転させることになる。その場合、コイルに対して給電するための手段として、例えばカーボンブラシやワイヤーブラシなどのブラシをリングに接触させて給電するスリップリングを用いることになる。そのような場合、そのスリップリングでは、摩擦および摩耗が不可避であり、クラッチ機構の耐久性やクラッチ機構のトルク容量における信頼性などが低下し、例えば車両用動力伝達装置に採用することは困難である。

また、特許文献１に記載された構成では、軸線方向で回転体と固定体とを配置しており、クラッチ機構として二つの回転部材を軸線方向に対向して配置した場合には、そのクラッチ機構が軸線方向（スラスト方向）で大型化する。また、そのクラッチ機構を動力伝達装置に搭載した場合には、動力伝達装置全体としての構成が大型化し、併せて、大型化したクラッチ機構の係合力を確保するための係合面の面積が不足し、クラッチ機構としての信頼性が低下するおそれがあり改善の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目して創作されたものであり、耐久性や信頼性に優れ、かつ回転中心軸線方向への寸法の増大を抑制することのできる磁気クラッチ機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、相対回転可能な第１係合要素と第２係合要素との間に磁路を形成して前記第１係合要素と前記第２係合要素とを非接触でトルクの伝達を可能に連結し、かつ前記磁路を消去することにより前記第１係合要素と前記第２係合要素との間の前記トルクの伝達を遮断する磁気クラッチ機構において、前記第１係合要素と前記第２係合要素とが同心円上に配置され、回転することのない固定体が、前記第１係合要素および前記第２係合要素に対して前記同心円上でかつ前記第１係合要素および前記第２係合要素に対して内周側もしくは外周側に配置され、前記固定体に前記同心円上の半径方向で隣接する前記第１係合要素は、第１永久磁石を有し、前記固定体は、前記第１永久磁石によって前記固定体と前記第１係合要素との間に形成される磁路の方向に準じた正極性と前記正極性における磁路の方向とは反対の逆極性とに切り替わる第２永久磁石と、電流の方向に応じて前記第２永久磁石の極性を反転させる磁界を発生するコイルとを有し、前記第１係合要素を挟んで前記固定体とは反対側に位置する前記第２係合要素は、前記第１永久磁石による磁気を透過させて前記第１係合要素との間に閉磁路を形成する磁性体を有し、前記第２永久磁石が前記正極性の場合に、前記第１係合要素と前記第２係合要素との間の前記閉磁路が消去されることを特徴とするものである。

また、この発明では、前記第２永久磁石によって前記第１係合要素と前記第２係合要素との間の前記閉磁路の磁力を消去して解放状態を構成し、前記閉磁路を前記第２永久磁石によって形成し、かつ前記磁性体に前記磁力を及ぼさせることにより前記第１係合要素と前記第２係合要素との間に吸引力を生じさせて係合状態を構成してよい。

また、この発明では、前記固定体は、前記第１係合要素と前記第２係合要素とに対して前記内周側に配置されてよい。

また、この発明では、前記第１係合要素と前記第２係合要素とは互いに対向する対向面を有し、前記対向面でギャップを設けた状態で前記第１係合要素と前記第２係合要素とを一体化する磁力を発生してよい。

また、この発明では、前記ギャップを狭くするように前記対向面から突出し、かつ磁極となる複数の突部からなる突極構造が前記対向面に形成されてよい。

また、この発明では、前記第１係合要素は、回転中心軸線方向で分割された分割体から構成され、前記第１永久磁石は、前記分割体により回転中心軸線方向で挟まれ、かつ前記半径方向の外側で前記分割体と一体となった突起部を有してよい。

また、この発明では、前記固定体は固定部に固定され、前記第１係合要素は第１円盤部材に連結され、前記第２係合要素は第２円盤部材に連結され、前記第１円盤部材は、第１回転要素の回転軸に連結され、前記第２円盤部材は、第１モータのロータ軸に連結されてよい。

そして、この発明では、前記第１係合要素と前記第２係合要素とが一体化することで前記第１回転要素に前記第１モータが連結され、第２回転要素にエンジンが連結され、第３回転要素に駆動輪に駆動力を伝達する出力部材が連結され、少なくとも前記第１回転要素および前記第２回転要素ならびに前記第３回転要素によって差動機構を構成し、前記駆動輪と前記第３回転要素との間の動力伝達経路に連結された第２モータを備え、前記第１モータによって発電した電力を前記第２モータに供給し、前記供給された電力によって前記第２モータが出力する駆動力を前記駆動輪に付加するように構成されてよい。

この発明によれば、磁気クラッチ機構は、回転することがない固定体と、固定体に隣接して設けられかつ第１永久磁石を有する第１係合要素と、その第１係合要素とで非接触でトルク伝達する第２係合要素とから構成されている。また、それら固定体、第１係合要素、ならびに、第２係合要素が同心円上に配置されている。そして、前記固定体は、第１係合要素との間に形成される磁路の方向を切り替える第２永久磁石と、その第２永久磁石の極性を反転させるコイルとを備えている。つまり、固定体に給電することにより、上記の極性を反転させ、第１係合要素と第２係合要素とをトルク伝達可能にする。言い換えれば、上記の給電を行う際に可動部材がないから、例えば上述したスリップリングを設けた場合における摩擦および摩耗が生じない。したがって、クラッチ機構の耐久性や信頼性が低下することを回避でき、その結果、例えば、車両用動力伝達装置に採用することができる。

また、この発明によれば、上述したように固定体と第１係合要素と第２係合要素とは同心円上に配置されている。つまり、径方向に配置されているため、回転中心軸線方向への長さ、すなわち軸長が長くなることを抑制することができる。したがって、磁気クラッチ機構の回転中心軸線方向への大型化、ならびに、動力伝達装置に搭載した場合における大型化を抑制もしくは回避することができる。

そして、この発明によれば、半径方向で固定体が第１係合要素と第２係合要素との内周側に配置され、第２係合要素が第１係合要素を挟んで固定体と反対側に配置されている。つまり、半径方向で外側に向けて固定体、第１係合要素、第２係合要素の順に配置されている。そのため第１係合要素と第２係合要素との係合面が半径方向における外側に形成されるからその係合面の面積は大きくなる。したがって、クラッチ機構の係合トルクが不足することを抑制もしくは回避することができ、その結果、クラッチ機構の信頼性を向上させることができる。

この発明で対象とする磁気クラッチ機構を用いた動力伝達装置を搭載した車両のギヤトレーンの一例を示す図である。 この発明で対象とする磁気クラッチ機構を説明するための図である。 図２の磁気クラッチ機構における突極構造を説明する図である。 図２の磁気クラッチ機構を図１のギヤトレーンに適用した場合における断面図である。 図２の磁気クラッチ機構の動作を説明する図であって、（ａ）は磁気クラッチ機構の解放状態を示し、（ｂ）は磁気クラッチ機構の係合状態を示す図である。

つぎに、この発明の実施形態を図を参照しつつ説明する。先ず、図１に、この発明に係る磁気クラッチ機構を用いた動力伝達装置を搭載した車両の一例を示してある。図１に示す車両Ｖｅは、主原動機としてエンジン（ＥＮＧ）１、および、第１モータ（ＭＧ１）２ならびに第２モータ（ＭＧ２）３の複数の駆動力源を備えている。車両Ｖｅは、エンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２側と駆動軸５側とに分割して伝達するように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３が出力する駆動力を駆動軸５および駆動輪６に付加することができるように構成されている。

エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの従来知られている内燃機関である。また、第１モータ２および第２モータ３は、いずれも、駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能（発電機能）との両方を兼ね備えた電動機である。それら第１モータ２および第２モータ３としては、例えば、永久磁石式同期モータあるいは誘導モータなどの交流モータが用いられる。なお、上記の第１モータ２および第２モータ３は、図示しないインバータなどを介してバッテリやキャパシタなどの蓄電装置に電気的に接続されており、その蓄電装置から電力が給電され、または発電した電力を蓄電装置に充電することもできるように構成されている。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と駆動輪６との間でトルクを伝達する伝動機構であり、サンギヤ７、リングギヤ８、および、キャリア９によって差動作用する。その動力分割機構４は、遊星歯車機構によって構成され、図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。遊星歯車機構のサンギヤ７に対して同心円上に、内歯歯車のリングギヤ８が配置されている。これらサンギヤ７とリングギヤ８とに噛み合っているピニオンギヤ１０がキャリア９によって自転および公転が可能なように保持されている。なお、動力分割機構４がこの発明の実施形態における「差動機構」に相当し、サンギヤ７が「第１回転要素」に相当し、キャリア９が「第２回転要素」に相当し、ならびに、リングギヤ８が「第３回転要素」に相当する。

動力分割機構４は、エンジン１および第１モータ２と同一の軸線上に配置されている。動力分割機構４を構成している遊星歯車機構のキャリア９に、エンジン１の出力軸が連結されている。その出力軸は、エンジン１から駆動輪６に到る動力伝達経路において動力分割機構４の入力軸となる。

遊星歯車機構のサンギヤ７には、第１モータ２が連結されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側（図１の左側）に配置されている。その第１モータ２のロータ２ａに一体となって回転するロータ軸２ｂが、後述する係合機構を介してサンギヤ７の回転軸７ａに連結されている。

遊星歯車機構のリングギヤ８に、この発明の実施形態における「出力部材」に相当する外歯歯車の第１ドライブギヤ１１がリングギヤ８と一体に形成されている。また、動力分割機構４および第１モータ２の回転中心軸線と平行に、カウンタシャフト１２が配置されている。このカウンタシャフト１２の一方（図１での右側）の端部に、上記の第１ドライブギヤ１１と噛み合うカウンタドリブンギヤ１３が一体となって回転するように取り付けられている。一方、カウンタシャフト１２の他方（図１での左側）の端部には、カウンタドライブギヤ（ファイナルドライブギヤ）１４がカウンタシャフト１２に一体となって回転するように取り付けられている。カウンタドライブギヤ１４は、終減速機であるデファレンシャルギヤ１５のデフリングギヤ（ファイナルドリブンギヤ）１６と噛み合っている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ８は、上記の第１ドライブギヤ１１、カウンタシャフト１２、カウンタドリブンギヤ１３、カウンタドライブギヤ１４、および、デフリングギヤ１６からなる出力ギヤ列１７を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

この車両Ｖｅの動力伝達装置は、上記の動力分割機構４から駆動軸５および駆動輪６に伝達されるトルクに、第２モータ３が出力するトルクを付加することができるように構成されている。具体的には、第２モータ３のロータ３ａに一体となって回転するロータ軸３ｂが、上記のカウンタシャフト１２と平行に配置されている。そのロータ軸３ｂの先端（図１での右端）に、上記のカウンタドリブンギヤ１３と噛み合う第２ドライブギヤ１８が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割機構４のリングギヤ８には、上記のような出力ギヤ列１７および第２ドライブギヤ１８を介して、第２モータ３が動力伝達可能に連結されている。すなわち、リングギヤ８は、第２モータ３と共に、出力ギヤ列１７を介して、駆動軸５および駆動輪６に動力伝達可能に連結されている。

また、この車両Ｖｅの動力伝達装置には、上述したようにサンギヤ７の回転軸７ａとロータ軸２ｂとを選択的に連結させるクラッチ機構１９が設けられている。このクラッチ機構１９は、この発明の実施形態における「磁気クラッチ機構」に相当し、図１に示すこの発明の実施形態では、磁気クラッチによって構成されている。磁気クラッチは、コイルに通電することにより係合および解放の動作を切り替えることができる係合機構である。したがって、そのクラッチ機構１９を係合することによりサンギヤ７に連結された回転軸７ａとロータ軸２ｂとが連結され一体回転する。なお、図１では、クラッチ機構１９のうちエンジン１の出力軸より上側がクラッチ機構１９の解放状態を示し、エンジン１の出力軸より下側がクラッチ機構１９の係合状態を示している。

ここで、この発明の実施形態で用いられるクラッチ機構１９の原理について説明する。上述したように、このクラッチ機構１９は磁気クラッチであって、その磁気クラッチは、コイルに通電することにより、磁石の極性を反転させ、それによって係合要素に吸引力を発生させて係合要素の係合もしくは解放の動作を切り替える係合機構である。すなわち、磁界を変化させることによって係合もしくは解放を切り替えることができる可変界磁係合機構である（以下、単に可変界磁係合機構とも記す）。また、この発明の実施形態では、一方の回転体と他方の回転体との係合面に後述するエアギャップ２０が形成され、係合面が非接触の状態でトルク伝達およびそのトルク伝達を遮断することができるように構成されている。つまり、回転体同士が非接触の状態で係合および解放の動作が行われる。

なお、このように極性を反転させて非接触の状態で係合もしくは解放の動作を行うことができる可変界磁係合機構は、例えば従来知られている摩擦係合機構に比べて、特に、油圧を要しないこと、係合中にその係合状態を維持する電力が不要なこと、ならびに、非接触および非駆動のため潤滑部や摺動部が存在しない点で有利である。つまり、電力の消費量が少なく、コスト面ならびに耐環境性の観点で優れている。

図２は、その可変界磁係合機構により構成されたクラッチ機構１９を模式的に示す図であって、このクラッチ機構１９は、固定体２１、第１回転体２２、および第２回転体２３を備えている。そして、上記の第１回転体２２と第２回転体２３とが回転方向で一体化あるいは相対回転することでクラッチとして機能する。また、上述したように、このクラッチ機構１９は非接触で係合および解放の動作がされ、つまり、第１回転体２２と第２回転体２３との間に磁気を形成してトルク伝達し、その磁気を消去することにより第１回転体２２と第２回転体２３との間におけるトルクの伝達を遮断する。なお、上記の固定体２１、第１回転体２２、および、第２回転体２３は同心円上に配置され、かつ回転中心軸線Ｏから半径方向における外側（外径側）に向けて順に配置されている。なお、上記の第１回転体２２が、この発明の実施形態における「第１係合要素」に相当し、第２回転体２３が、この発明の実施形態における「第２係合要素」に相当する。

固定体２１は、円筒状の固定部材２４と、一対の永久磁石と、その一対の永久磁石の間に配置され、かつ磁界を発生させるコイル２６とから構成され、またクラッチ機構１９を構成する部材のうち最も内径側に配置されている。上記の一対の永久磁石は、コイル２６に通電することによりＮ極とＳ極との磁極が反転する極性反転磁石（以下、単に極性反転磁石と記す）２５であって、例えば、着磁が容易なアルニコ磁石などが用いられる。この極性反転磁石２５は、第１回転体２２に設けられた極性固定磁石２７によって固定体２１と第１回転体２２との間に形成される磁路の方向に準じた正極性と、その磁路の方向と反対の逆極性とに切り替える磁石である。また、上記のコイル２６は、その極性反転磁石２５を電流の方向に応じて反転させる。なお、上記の固定体２１は、図２に示す例では、第１回転体２２および第２回転体２３の内周側に配置されているものの、第１回転体２２および第２回転体２３の外周側に配置されてもよい。

第１回転体２２は、固定体２１より半径方向で外側に隣接して配置され、固定体２１と同様に円筒状の部材から構成されている。また、この第１回転体２２は回転中心軸線の方向（以下、軸線方向とも記す）で、二つに分割された円筒部材（分割体）２２ａ，２２ｂから構成されており、その分割された円筒部材２２ａ，２２ｂの間に、永久磁石が挟持されている。その永久磁石は、極性が固定された極性固定磁石（以下、単に極性固定磁石と記す）２７であって、例えば高磁力なネオジム磁石などが用いられる。また、この極性固定磁石２７の半径方向で外側には、極性固定磁石２７の径方向の移動を拘束する突起部２８が形成され、その突起部２８は、上記の各円筒部材２２ａ，２２ｂと一体となって形成されている。言い換えれば、極性固定磁石２７を挟持する各円筒部材２２ａ，２２ｂは、互いに向かい合うように軸線方向に突出した突起部２８を備え、その突起部２８により第１回転体２２が回転することによる極性固定磁石２７の遠心力を径方向で受けるように構成されている。なお、上記の極性固定磁石２７が、この発明の実施形態における「第１永久磁石」に相当し、極性反転磁石２５が、この発明の実施形態における「第２永久磁石」に相当する。

さらに、この第１回転体２２と上述した固定体２１との間には、径方向でエアギャップ２９が形成されており、そのエアギャップ２９はそのギャップ面を保持したまま磁界が形成される。つまり、この磁気クラッチは、非接触で係合および解放の動作が行われるように構成されている。なお、クラッチ機構１９が解放されている場合には、例えば固定体２１と第１回転体２２とをブレーキ機構として機能させることもできる。

第２回転体２３は、第１回転体２２より半径方向で外側に隣接して配置され、つまり、第１回転体２２を挟んで固定体２１と反対側に配置されている。また、固定体２１および第１回転体２２と同様に円筒状の部材から構成されている。そして、この第２回転体２３と第１回転体２２との間には、上記の固定体２１と第１回転体２２との間に形成されたギャップ面と同様にエアギャップ２０が形成されている。つまり、クラッチとして機能する第２回転体２３と第１回転体２２との対向面３０には、極性固定磁石２７による磁気を透過させて第１回転体２２との間に磁路（閉磁路）を形成する磁性体が設けられ、上述した固定体２１に設けられたコイル２６に通電させることにより、磁界が変化して第１回転体２２と第２回転体２３との間で磁力が発生するように構成されている。言い換えれば、第１回転体２２と第２回転体２３との対向面３０がこのクラッチ機構１９における係合部として機能する。

なお、上述した固定体２１と第１回転体２２との対向面３２におけるエアギャップ２９、および、第１回転体２２と第２回転体２３との対向面３０におけるエアギャップ２０は、少なくとも、エンジン１の振動等によって固定体２１と第１回転体２２、ならびに、第１回転体２２と第２回転体２３とが接触しない間隔に形成される。また、そのエアギャップ２０，２９の間隔は、狭い方が磁束密度が増加してより大きな吸引トルクが発生する。したがって、より大きな吸引トルクを発生させるためには上記のエアギャップ２０，２９は狭い方が好ましい。また、この発明の実施形態では、第１回転体２２と第２回転体２３とが径方向で外側に設けられ、したがって、その第１回転体２２と第２回転体２３とにおけるエアギャップ２０も径方向で外側に形成されるから、ギャップ面の面積Ｓを大きくすることができる。つまり、回転中心軸線Ｏからエアギャップ２０までの半径Ｒが長いためギャップ面、言い換えれば係合面を大きくすることができる。なお、このギャップ面の面積Ｓを数式で示すと以下のように示すことができる。
Ｓ＝２πＲ×Ｌ
なお、Ｌは、図２に示すエアギャップ２０の軸線方向での長さを示している。

上述したように半径Ｒの長さによりギャップ面の面積Ｓが変更され、それに応じてクラッチ機構１９におけるトルク容量が変更されるものの、そのトルク容量は、上記の極性反転磁石２５および極性固定磁石２７の配置によっても変更することができる。具体的には、極性反転磁石２５および極性固定磁石２７を周方向（回転方向）に所定の間隔を空けて複数配置、あるいは、周方向にリング状に配置してもよく、その極性反転磁石２５および極性固定磁石２７の配列は、クラッチ機構１９のトルク容量に応じて適宜変更されてよい。

また、上述した第１回転体２２と第２回転体２３との対向面３０、すなわち係合部には図３に示すように突極構造３１が形成されている。具体的には、第１回転体２２と第２回転体２３との対向面に、その対向面３０から突出し、かつ磁極となる複数の突部３１ａが形成されている。その突部３１ａは、例えば三角形状に構成されており、第１回転体２２側は、第２回転体２３側の先端に向けて径方向の長さが、次第に短くなるように形成され、同様に、第２回転体２３側は、第１回転体２２側の先端に向けて径方向の長さが、次第に短くなるように形成されている。すなわち、突極構造３１は、第１回転体２２と第２回転体２３との互いに対抗する面に向けて先細りとなるように複数の突部３１ａから形成され、言い換えれば、上述したエアギャップ２０を狭くするように対向面３０から突出して形成されている。このように複数の突部３１ａからなる突極構造３１を形成することにより、第１回転体２２と第２回転体２３とが係合する際に、その各突部３１ａに磁力が作用し、係合部で大きな吸引トルクを発生させることができる。

なお、上記の各突部３１ａの形状は、上記の三角形状の他に例えば、台形形状であってもよく、係合部で比較的大きな吸引トルクを発生させることができる形状であれば適宜変更してよい。また、このような突極構造３１は、固定体２１と第１回転体２２との間に形成されたエアギャップ２９における対向面３２にも同様に形成されてもよく、そのような場合には、第１回転体２２と第２回転体２３との係合動作が、そのエアギャップ２９あるいは対向面３２で発生する磁界によって引き摺られない形状とされる。つまり、第１回転体２２と第２回転体２３とにおける係合動作が阻害されない形状とされる。

図４は、この発明の実施形態における可変界磁係合機構からなるクラッチ機構１９を図１の動力伝達装置に適用した例を示している。具体的には、クラッチ機構１９は、軸線方向でこの発明の実施形態における「固定部」に相当するケーシング３３とハウジング３４との間に配置され、また、上述したように、径方向で外側に向けて固定体２１、第１回転体２２、第２回転体２３の順に配置されている。また、固定体２１には上述したようにコイル２６と一対の極性反転磁石２５とが設けられている。さらに、第１回転体２２には、円筒部材２２ａ，２２ｂに挟まれて保持される極性固定磁石２７が設けられている。そして、クラッチ機構１９を構成する上記の固定体２１、第１回転体２２、ならびに、第２回転体２３はそれぞれケーシング３３、第１円盤部材３５、ならびに、第２円盤部材３６の各部材に連結されてサンギヤ７の回転軸７ａとロータ軸２ｂとを係合および解放の動作を行うように構成されている。

具体的には、固定体２１がケーシングにボルトなどの固定部材３７によって固定されている。また、サンギヤ７の回転軸７ａが、第１円盤部材３５にスプラインによって取り付けられ、その第１円盤部材３５を介して上述した第１回転体２２に連結されている。そして、ロータ軸２ｂが、第２円盤部材３６にスプラインによって取り付けられ、その第２円盤部材３６を介して上述した第２回転体２３に連結されている。つまり、クラッチ機構１９を係合することにより、第１回転体２２と第２回転体２３とが一体回転し、それに伴って、サンギヤ７の回転軸７ａとロータ軸２ｂとが一体回転する。一方、クラッチ機構１９を解放することにより、第１回転体２２と第２回転体２３とが相対回転し、それに伴って、サンギヤ７の回転軸７ａとロータ軸２ｂとが相対回転する。

なお、軸線方向で第１円盤部材３５とケーシング３３との間、および、第１円盤部材３５と第２円盤部材３６との間、ならびに、第２円盤部材３６とハウジング３４に設けられたリブ３８との間には、それぞれスラスト軸受３９が設けられており、そのスラスト軸受３９によって、軸線方向での荷重を受けるように構成されている。また、上述した第１回転体２２における分割された円筒部材２２ａ，２２ｂは、図４に示すように、ボルトなどの固定部材４０によって連結されている。

このように構成されたクラッチ機構１９は、上述したようにコイル２６に通電させることによって、極性反転磁石２５の極性が反転して、第１回転体２２と第２回転体２３とが係合する。図５は、そのクラッチ機構１９の係合時と解放時とにおける磁力線を示す図である。以下に具体的に説明する。図５（ａ）は、クラッチ機構１９の解放状態を示し、極性反転磁石２５と極性固定磁石２７との関係で、矢印で示すような磁界が発生している。この磁界における磁力線は、Ｎ極からＳ極に向けて流れるためクラッチ機構１９の解放時には、固定体２１と第１回転体２２との間で磁力線が描かれる。すなわち、図５（ａ）に示す例では、固定体２１と第１回転体２２との間に、極性固定磁石２７によって正極性の磁路が形成され、つまり、固定体２１と第１回転体２２との間で矢印が示す磁界が発生する。そして、その状態から固定体２１に設けられたコイル２６に通電させることで図５（ｂ）のように磁界が変化する。なお、図１の動力伝達装置において、クラッチ機構１９が解放状態から係合状態になる場合としては、例えば、第１モータ２を切り離して第２モータ３の動力だけで走行する単駆動モードで走行している状態から、要求駆動力が増大されてハイブリッド走行モードに切り替える場合である。

図５（ｂ）は、クラッチ機構１９の係合状態を示し、クラッチ機構１９の係合時では、コイル２６に通電させることにより直流電流の流れる向きが反転するので、それに伴ってＮ極とＳ極との極性が反転する。つまり、上記の正極性における磁路とは反対の逆極性が形成される。したがって、その極性の反転により磁界の向きが変化して矢印で示すような磁力線が描かれる。すなわち、図５（ａ）の解放状態からコイル２６に通電させることにより磁界の向きが変化して、第１回転体２２と第２回転体とに発生した磁力によってその第１回転体２２と第２回転体２３とが吸着され係合状態となる。つまり、第１回転体２２と第２回転体２３との間に吸引力が生じて第１回転体２２と第２回転体２３との間に閉磁路Ｐが形成される。また、この係合状態から、コイル２６に通電させて極性反転磁石２５の磁極を再度反転させることにより、第１回転体２２と第２回転体２３との間の磁路が消去される。つまり、極性反転磁石２５が正極性となり、前記第１回転体２２と第２回転体２３との間の閉磁路Ｐが消去されるため、図５（ａ）に示す解放状態となる。

つぎに、この発明の実施形態におけるクラッチ機構１９の作用および効果について説明する。上述したように、この発明の実施形態におけるクラッチ機構１９は、磁界を変化させることによって、係合および解放の動作を行う可変界磁係合機構であって、また、その係合および解放の動作を第１回転体２２と第２回転体２３とを接触させず、非接触の状態で行うことができる。また、クラッチ機構１９を構成する固定体２１、第１回転体２２、ならびに、第２回転体２３のうち、固定体２１に極性反転磁石２５が配置され、極性固定磁石２７が第１回転体２２に配置されている。つまり、固定体２１に給電する際には、従来知られているリード線により給電を行うことができるから第１回転体２２と第２回転体２３との一方に給電を要しない。つまり、スリップリングを設けたり、そのスリップリングを構成するリングにブラシによって給電したりすることがない。そのため、ブラシの摩耗あるいはリングとブラシとの接触の不安定により、クラッチ機構１９の係合力が低下するなどの不都合を回避でき、その結果、クラッチ機構１９の信頼性を向上させることができる。

また、このクラッチ機構１９は、回転中心軸線Ｏから径方向外側に向けて、固定体２１、第１回転体２２、第２回転体２３の順に配置されており、第１回転体２２と第２回転体２３との係合面が径方向における外側に形成されるから、係合面が大きくなる。すなわち、この発明の実施形態では、第１回転体２２と第２回転体２３との間にエアギャップ２０が形成され、そのエアギャップ２０のギャップ面が係合面とされているから、図２に示すように、回転中心軸線Ｏからギャップ面までの径方向の長さＲが比較的長くなる。そのため、ギャップ面の軸線方向の長さＬと半径方向の長さＲとで表すことができるギャップ面の面積Ｓが大きくなる。したがって、そのギャップ面の面積Ｓが大きくなることにより係合面積が大きくなり、言い換えればクラッチ機構１９のトルク容量を大きくすることができる。そのため、クラッチ機構１９の係合トルクが不足することを回避することができる。また、第１回転体２２を構成する円筒部２２ａ，２２ｂには、極性固定磁石２７の径方向への移動を拘束する突起部２８が設けられ、その突起部２８が、上述したエアギャップ２０のギャップ面を併せて形成している。そのため、上述したギャップ面の面積Ｓをより大きくできるため、クラッチ機構１９のトルク容量を向上させることができる。

さらに、上述したように径方向に固定体２１、第１回転体２２、ならびに、第２回転体２３を配置してクラッチ機構１９を構成することによって、回転中心軸線方向への長さ、すなわち軸長が長くなることを抑制することができ、その結果、クラッチ機構１９の大型化、ならびに、動力伝達装置全体としての大型化を抑制もしくは回避することができる。なお、上述した図１に示す動力伝達装置の構成においては、径方向に比較的スペースがあるため、上記のようにクラッチ機構１９を径方向（縦置き）に配置することによって、そのスペースを有効に利用することができる。つまり、この発明の実施形態では、径方向にクラッチ機構１９を配置したことにより、係合面の面積を確保してトルク容量を確保しつつ、軸長が長くなることを抑制し、さらには径方向のスペースを有効に活用することができる。なお、上述したように、このクラッチ機構１９を径方向に配置することによって軸長が長くなることを抑制できるから、このクラッチ機構１９は、例えばエンジン横置きの車両に搭載する場合に有利となる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上述した実施形態では、係合機構としてクラッチ機構１９について説明したものの、この係合機構は、係合要素の一方が物理的に固定されるブレーキ機構であってもよい。なお、このブレーキ機構を係合させる場合の例としては、例えば、エンジン１と第１モータ２との動力によって走行するハイブリッド走行している状態から第１モータ２の回転をロックして、エンジン走行に切り替える場合などである。より具体的には、ハイブリッド走行の状態から、例えば、エンジン回転数に比例して車速が変化するいわゆるリニアな走行をする場合や、第１モータ２を冷却する場合、ならびに、第１モータ２を保護する場合などが想定される。そのような場合には、第１モータ２の回転をロック（停止）するために、ブレーキ機構を係合する。

さらに、上述した実施形態では、クラッチ機構１９を、第１回転体２２と第２回転体２３とが非接触により係合および解放の動作を行う係合機構として説明したものの、このクラッチ機構１９は、参考例として、接触させることによって係合動作を行うように構成されてもよい。なお、そのような場合には、クラッチ機構１９の搭載は上記の径方向における縦置きに替えて横置きの方が好ましい。つまり、そのような場合には、固定体２１、第１回転体２２、ならびに、第２回転体２３が軸線方向でユニットとして構成され配置される。

なお、この発明の実施形態におけるクラッチ機構１９は、上述した実施形態では、ハイブリッド車両に適用する例として説明したものの、例えばクラッチやブレーキなどの係合機構を係合もしくは解放させることにより駆動トルクの伝達流路を変えて変速を実行する有段変速機を搭載した車両、あるいは、プーリに対するベルトの巻き掛け半径を変化させて変速比を連続的に変化させることのできるベルト式無段変速機を搭載した車両、あるいは、モータを主原動機とした電気自動車に適用されてもよい。また、車両に限られず、産業機械などの各種動力伝達装置に適用されてもよい。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ２ａ，３ａ…ロータ、 ２ｂ，３ｂ…ロータ軸、 ３…第２モータ（ＭＧ２）、 ４…動力分割機構（伝動機構）、 ６…駆動輪、 ７…サンギヤ、 ７ａ…回転軸、 ８…リングギヤ、 ９…キャリア、 １１…第１ドライブギヤ、 １９…クラッチ機構、 ２０，２９…エアギャップ、 ２１…固定体、 ２２…第１回転体、 ２３…第２回転体、 ２４…固定部材、 ２５…極性反転磁石（第２永久磁石）、 ２６…コイル、 ２７…極性固定磁石（第１永久磁石）、 ２８…突起部、 ３０，３２…対向面、 ３１…突極構造、 ３１ａ…突部、 ３３…ケーシング（固定部）、 ３５…第１円盤部材、 ３６…第２円盤部材、 Ｏ…回転中心軸線、 Ｐ…閉磁路、 Ｒ…半径、 Ｖｅ…車両。

Claims (8)

1. 相対回転可能な第１係合要素と第２係合要素との間に磁路を形成して前記第１係合要素と前記第２係合要素とを非接触でトルクの伝達を可能に連結し、かつ前記磁路を消去することにより前記第１係合要素と前記第２係合要素との間の前記トルクの伝達を遮断する磁気クラッチ機構において、
   前記第１係合要素と前記第２係合要素とが同心円上に配置され、
   回転することのない固定体が、前記第１係合要素および前記第２係合要素に対して前記同心円上でかつ前記第１係合要素および前記第２係合要素に対して内周側もしくは外周側に配置され、
   前記固定体に前記同心円上の半径方向で隣接する前記第１係合要素は、第１永久磁石を有し、
   前記固定体は、前記第１永久磁石によって前記固定体と前記第１係合要素との間に形成される磁路の方向に準じた正極性と前記正極性における磁路の方向とは反対の逆極性とに切り替わる第２永久磁石と、電流の方向に応じて前記第２永久磁石の極性を反転させる磁界を発生するコイルとを有し、
   前記第１係合要素を挟んで前記固定体とは反対側に位置する前記第２係合要素は、前記第１永久磁石による磁気を透過させて前記第１係合要素との間に閉磁路を形成する磁性体を有し、
   前記第２永久磁石が前記正極性の場合に、前記第１係合要素と前記第２係合要素との間の前記閉磁路が消去される
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
2. 請求項１に記載の磁気クラッチにおいて、
   前記第２永久磁石によって前記第１係合要素と前記第２係合要素との間の前記閉磁路の磁力を消去して解放状態を構成し、
   前記閉磁路を前記第２永久磁石によって形成し、かつ前記磁性体に前記磁力を及ぼさせることにより前記第１係合要素と前記第２係合要素との間に吸引力を生じさせて係合状態を構成する
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
3. 請求項１または２に記載の磁気クラッチ機構において
   前記固定体は、前記第１係合要素と前記第２係合要素とに対して前記内周側に配置されている
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の磁気クラッチ機構において、
   前記第１係合要素と前記第２係合要素とは互いに対向する対向面を有し、前記対向面でギャップを設けた状態で前記第１係合要素と前記第２係合要素とを一体化する磁力を発生する
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
5. 請求項４に記載の磁気クラッチ機構において、
   前記ギャップを狭くするように前記対向面から突出し、かつ磁極となる複数の突部からなる突極構造が前記対向面に形成されている
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気クラッチ機構において
   前記第１係合要素は、回転中心軸線方向で分割された分割体から構成され、
   前記第１永久磁石は、前記分割体により前記回転中心軸線方向で挟まれ、かつ前記半径方向の外側で前記分割体と一体となった突起部を有する
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の磁気クラッチ機構において、
   前記固定体は固定部に固定され、前記第１係合要素は第１円盤部材に連結され、前記第２係合要素は第２円盤部材に連結され、
   前記第１円盤部材は、第１回転要素の回転軸に連結され、
   前記第２円盤部材は、第１モータのロータ軸に連結されている
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。
8. 請求項７に記載の磁気クラッチ機構において、
   前記第１係合要素と前記第２係合要素とが一体化することで前記第１回転要素に前記第１モータが連結され、第２回転要素にエンジンが連結され、第３回転要素に駆動輪に駆動力を伝達する出力部材が連結され、少なくとも前記第１回転要素および前記第２回転要素ならびに前記第３回転要素によって差動機構を構成し、
   前記駆動輪と前記第３回転要素との間の動力伝達経路に連結された第２モータを備え、
   前記第１モータによって発電した電力を前記第２モータに供給し、前記供給された電力によって前記第２モータが出力する駆動力を前記駆動輪に付加するように構成されている
   ことを特徴とする磁気クラッチ機構。

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