JP6733413B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチに関する。

従来、第１回転体と第２回転体との間で回転駆動力の伝達／切断を切換え可能な電磁クラッチがある。一般にこうした電磁クラッチは、電磁コイルと、電磁コイルと軸方向に隙間を空けて配置されるリング部を有するロータと、電磁コイルとの間にリング部を挟むようにして軸方向移動可能に設けられるアーマチャとを備えている。

例えば特許文献１の電磁クラッチでは、ロータのリング部は、内周リングと、内周リングの外周側に隙間を空けて配置される外周リングと、これら内周リングと外周リングとを連結するリブとを有している。そして、電磁コイルへの通電により、ロータの内周リング又は外周リングからアーマチャを経て外周リング又は内周リングを通過する磁気回路が形成され、アーマチャを吸引することで、第１回転体と第２回転体との間で回転駆動力の伝達／切断を切り換える。

特開２０１６−１１４１５３号公報

ところで、上記従来の構成では、内周リングと外周リングとがリブによって連結されているため、電磁コイルで発生した磁束の一部がアーマチャを通過せずにリブを介して外周リング及び内周リング間を流れる。このようにアーマチャの吸引に寄与しない磁束が生じる結果、アーマチャの吸引力を確保するために、例えば電磁コイルの巻き線数を多くする等の対策が必要となり、電磁クラッチの小型化が困難であった。

本発明の目的は、アーマチャの吸引力を確保しつつ小型化を図ることのできる電磁クラッチを提供することにある。

上記課題を解決する電磁クラッチは、電磁コイルと、環状の内周リングと、前記内周リングの外周側に隙間を空けて配置される環状の外周リングと、前記内周リングと前記外周リングとを接続する複数のリブとを有するリング部が前記電磁コイルに対して軸方向に隙間を空けて配置されたロータと、前記電磁コイルとの間に前記リング部を挟み込むように配置され、軸方向移動可能なアーマチャと、前記リブに埋め込まれる態様で固定された永久磁石とを備える。

上記構成によれば、永久磁石が埋め込まれることでリブの磁気抵抗が高くなるとともに、永久磁石の磁束によりリブが磁気飽和し易くなるため、電磁コイルの磁束がリブを通過し難くなる。これにより、内周リング又は外周リングからアーマチャを経て外周リング又は内周リングを通過する電磁コイルの磁束が減少することが抑制されるため、アーマチャの吸引力を確保しつつ、電磁コイルの小型化を図ることができる。

具体的には、上記電磁クラッチにおいて、前記電磁コイルは、該電磁コイルで発生する磁束が前記内周リングから前記アーマチャを経て前記外周リングへ流れるように駆動電流が供給されるものとすることができる。

上記電磁クラッチにおいて、前記永久磁石は、前記リブにおける前記内周リング側に配置された第１磁石と、前記リブにおける前記外周リング側に配置された第２磁石とを含み、前記第１磁石は、着磁方向が前記リング部の径方向に沿うとともに、前記内周リング側に第１の極性が現れるように着磁され、前記第２磁石は、着磁方向が前記リング部の径方向に沿うとともに、前記外周リング側に第１の極性が現れるように着磁されることが好ましい。

上記電磁クラッチにおいて、前記永久磁石は、前記リング部の周方向に並んで配置された第１及び第２磁石を含み、前記第１及び第２磁石は、着磁方向が前記リング部の周方向に沿うとともに、前記リング部の周方向において同一の極性が対向するように着磁されることが好ましい。

上記電磁クラッチにおいて、前記永久磁石は、着磁方向が前記リング部の周方向に沿うように着磁されることが好ましい。
上記電磁クラッチにおいて、前記永久磁石は、着磁方向が前記リング部の径方向に沿うとともに、前記内周リング側にＮ極が現れ、前記外周リング側にＳ極が現れるように着磁されることが好ましい。

上記各構成によれば、永久磁石で発生する磁束と電磁コイルで発生する磁束とが互いに反発することで、電磁コイルで発生した磁束がリブをより通過し難くなる。これにより、アーマチャの吸引力を確保しつつ、電磁コイルのより一層の小型化を図ることができる。

本発明によれば、アーマチャの吸引力を確保しつつ小型化を図ることができる。

電磁クラッチの概略構成を示す断面図。 第１実施形態のロータのリング部を軸方向から見た側面図。 第１実施形態のリブ近傍での磁束の流れを示す模式図。 第２実施形態のロータのリング部におけるリブ近傍の部分側面図。 第２実施形態のリブ近傍での磁束の流れを示す模式図。 第３実施形態のロータのリング部におけるリブ近傍の部分側面図。 第３実施形態のリブ近傍での磁束の流れを示す模式図。 第４実施形態のロータのリング部におけるリブ近傍の部分側面図。 第４実施形態のリブ近傍での磁束の流れを示す模式図。

（第１実施形態）
以下、電磁クラッチの第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す駆動力伝達装置１は、ステアバイワイヤシステムが搭載されたステアリング装置に設けられるものである。駆動力伝達装置１は、ステアリング操作により回転する入力軸と転舵機構に回転を伝達する出力軸との間に設けられ、ステアバイワイヤシステムが有効となる通常時には入力軸から出力軸への回転駆動力の伝達を切断し、ステアバイワイヤシステムが無効となる異常時には入力軸から出力軸へ回転駆動力を伝達する。

駆動力伝達装置１は、入力軸に連結される第１回転体としての第１回転軸２と、出力軸に連結される第２回転体としての第２回転軸３と、ハウジング４と、電磁クラッチ５と、クラッチ機構６と、電磁クラッチ５の作動を制御する制御装置７とを備えている。クラッチ機構６は、電磁クラッチ５の作動に応じて第１回転軸２と第２回転軸３との間で回転駆動力を伝達／切断するものであり、本実施形態では電磁クラッチ５への通電時に回転駆動力の伝達が切断される上記特許文献１に記載のツーウェイクラッチが用いられている。なお、説明の便宜上、クラッチ機構６の詳細な構成は省略するが、クラッチ機構としては、種々の構成を採用可能であり、例えば特開２０１３−９２１９１号公報に記載のツーウェイクラッチを用いることも可能である。また、電磁クラッチ５への通電時に回転駆動力を伝達するものでもよく、例えば特開２００９−２５０３８３号公報に記載の多板クラッチを用いることも可能である。

第１回転軸２は、非磁性材料からなり、第２回転軸３側（図１中、左側）に大径部１１を有する軸状に形成されている。第２回転軸３は、第１回転軸２側（図１中、右側）に大径部１１を収容する筒状部１２を有する軸状に形成されている。そして、大径部１１と筒状部１２との間にクラッチ機構６が設けられている。

ハウジング４は、非磁性材料からなる有底円筒状のハウジング本体２１と、磁性材料からなる円板状のヨーク２２とを備えている。ハウジング本体２１の底部には、軸方向に貫通した貫通孔２３が形成されており、貫通孔２３を介して第２回転軸３の一部が外部に突出している。ハウジング本体２１は、貫通孔２３に設けられた軸受２４を介して第２回転軸３を回転可能に支持している。ヨーク２２は、円板状の蓋部２５、及び円筒状の外筒部２６を有している。ヨーク２２は、外筒部２６がハウジング本体２１の内周に嵌合した状態で、ハウジング本体２１の開口端に固定されている。蓋部２５の中央には、軸方向に貫通した貫通孔２７が形成されており、貫通孔２７を介して第１回転軸２の一部が外部に突出している。ヨーク２２は、貫通孔２７に設けられた軸受２８を介して第１回転軸２を回転可能に支持している。

電磁クラッチ５は、電磁コイル３１と、ロータ３２と、アーマチャ３３とを備えている。電磁コイル３１は、円筒状の形状をなしており、外筒部２６の内周に固定されている。電磁コイル３１の巻き始め及び巻き終わりの接続端部の一方は、スイッチＳＷを介して電源（バッテリ）Ｂに接続されるとともに、他方はグランドに接続されており、図１において破線で示す方向の磁束φｃが発生するように電流が流れる。スイッチＳＷには、制御装置７が接続されており、その開閉が制御される。

ロータ３２は、磁性材料からなり、円筒状の内筒部３４、及び内筒部３４の端部から径方向外側に延出される円環状のリング部３５を有している。図２に示すように、リング部３５は、内筒部３４に連続する円環状の内周リング３６と、内周リング３６の外周側に隙間を空けて配置される円環状の外周リング３７と、内周リング３６と外周リング３７とを接続する複数（本実施形態では、３つ）のリブ３８とを有している。図１に示すように、ロータ３２は、内筒部３４と電磁コイル３１との間に径方向の隙間を空けるとともに、リング部３５と電磁コイル３１との間に軸方向の隙間を空けた状態で、第１回転軸２に一体回転可能に固定されている。アーマチャ３３は、磁性材料からなり、円環状に形成されている。アーマチャ３３は、電磁コイル３１との間にリング部３５を挟み込むように配置され、第１回転軸２の外周に軸方向移動可能に設けられている。

このように構成された電磁クラッチ５では、制御装置７によりスイッチＳＷが閉じられて電源Ｂから駆動電力が供給されると、破線で示すように、ヨーク２２の外筒部２６から、蓋部２５、ロータ３２の内筒部３４、内周リング３６、アーマチャ３３、外周リング３７を経て再び外筒部２６を通過する磁気回路が形成される。そして、この磁気回路を通る電磁コイル３１の磁束φｃによりアーマチャ３３がリング部３５（ロータ３２）に吸引される。その結果、クラッチ機構６によって、第１回転軸２と第２回転軸３との間の回転駆動力の伝達が切断される。一方、制御装置７によりスイッチＳＷが開かれて電源Ｂからの駆動電力の供給が停止されると、アーマチャ３３の吸引が解除される。その結果、クラッチ機構６によって、第１回転軸２と第２回転軸３との間で回転駆動力が伝達される。

（磁束漏れ抑制構造）
ここで、本実施形態の電磁クラッチ５では、電磁コイル３１で発生した磁束φｃの一部がアーマチャ３３を通過せずにリブ３８を介して内周リング３６及び外周リング３７間を流れることを抑制すべく、各リブ３８に永久磁石としての第１及び第２磁石４１，４２を埋め込む態様で固定している。

詳しくは、図２に示すように、各リブ３８には、軸方向視で四角形状の挿入孔４３，４４が径方向に並んで形成されている。第１磁石４１は、軸方向視で挿入孔４３に対応した四角形状に形成されており、挿入孔４３に挿入されている。第２磁石４２は、軸方向視で挿入孔４４に対応した四角形状に形成されており、挿入孔４４に挿入されている。そして、第１磁石４１は、着磁方向がリング部３５の径方向に沿うとともに、内周リング３６側に第１の極性としてＮ極が現れ、外周リング３７側に第２の極性としてのＳ極が現れるように着磁されている。また、第２磁石４２は、着磁方向がリング部３５の径方向に沿うとともに、外周リング３７側にＮ極が現れ、内周リング３６側にＳ極が現れるように着磁されている。なお、本明細書において、着磁方向が径方向に沿うとは、着磁方向が径方向と平行である場合以外に、径方向に対して多少交差する場合も含む。

これにより、図３のシミュレーション結果に示すように、第１磁石４１の磁束φｍ１及び第２磁石４２の磁束φｍ２がリブ３８及びその周辺を流れる。その結果、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を介して内周リング３６及び外周リング３７間を通過しようとすると、第１及び第２磁石４１，４２の磁束φｍ１，φｍ２と反発するため、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を通過し難くなる。また、同図に示すように、第１及び第２磁石４１，４２の磁束φｍ１，φｍ２は、リブ３８内を通過し、アーマチャ３３へはほとんど流れないため、アーマチャ３３の吸引には寄与せず、クラッチ機構６の作動に影響を与えない。つまり、電磁クラッチ５の非通電時には、クラッチ機構６により第１回転軸２から第２回転軸３へ確実に回転駆動力が伝達される。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）リブ３８に第１及び第２磁石４１，４２（永久磁石）を埋め込んだため、リブ３８の磁気抵抗が高くなるとともに、第１及び第２磁石４１，４２の磁束φｍ１，φｍ２によりリブ３８が磁気飽和し易くなり、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を通過し難くなる。これにより、内周リング３６又は外周リング３７からアーマチャ３３を経て外周リング３７又は内周リング３６を通過する電磁コイル３１の磁束φｃが減少することが抑制されるため、アーマチャ３３の吸引力を確保しつつ、電磁コイル３１の小型化を図ることができる。

（２）上記のように第１及び第２磁石４１，４２（永久磁石）で発生する磁束φｍ１，φｍ２と電磁コイル３１で発生する磁束φｃとが反発することで、磁束φｃがリブ３８をより通過し難くなる。これにより、アーマチャ３３の吸引力を確保しつつ、電磁コイル３１のより一層の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、電磁クラッチの第２実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、図４に示すように、各リブ３８には、軸方向視で径方向に長い四角形状の挿入孔５３，５４が周方向に並んで形成されている。第１磁石５１は、軸方向視で挿入孔５３に対応した四角形状に形成されており、周方向一方側（図４中、上側）に配置された挿入孔５３に挿入されている。第２磁石５２は、軸方向視で挿入孔５４に対応した四角形状に形成されており、周方向他方側（図４中、下側）に配置された挿入孔５４に挿入されている。そして、第１及び第２磁石５１，５２は、着磁方向が周方向に沿うとともに、周方向においてＳ極が対向するように着磁されている。なお、本明細書において、着磁方向が周方向に沿うとは、着磁方向が周方向と平行である場合以外に、周方向に対して多少交差する場合も含む。

これにより、図５のシミュレーション結果に示すように、第１磁石５１の磁束φｍ１及び第２磁石５２の磁束φｍ２がリブ３８及びその周辺を流れる。その結果、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を介して内周リング３６及び外周リング３７間を通過しようとすると、第１及び第２磁石５１，５２の磁束φｍ１，φｍ２と反発するため、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を通過し難くなる。また、同図に示すように、第１及び第２磁石５１，５２の磁束φｍ１，φｍ２は、リブ３８内を通過し、アーマチャ３３へはほとんど流れない。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。
（第３実施形態）
次に、電磁クラッチの第３実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、図６に示すように、各リブ３８には、軸方向視で径方向に長い四角形状の挿入孔６２が形成されている。永久磁石６１は、軸方向視で挿入孔６２に対応した四角形状に形成されており、挿入孔６２に挿入されている。そして、永久磁石６１は、着磁方向が周方向に沿うとともに、周方向一方側（図６中、上側）にＳ極が現れ、周方向他方側（図６中、下側）にＮ極が現れるように着磁されている。

これにより、図７のシミュレーション結果に示すように、永久磁石６１の磁束φｍがリブ３８及びその周辺を流れる。その結果、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を介して内周リング３６及び外周リング３７間を通過しようとすると、永久磁石６１の磁束φｍと反発するため、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を通過し難くなる。また、同図に示すように、永久磁石６１の磁束φｍは、リブ３８内を通過し、アーマチャ３３へはほとんど流れない。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。
（第４実施形態）
次に、電磁クラッチの第４実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、図８に示すように、各リブ３８には、軸方向視で径方向に長い四角形状の挿入孔７２が形成されている。永久磁石７１は、軸方向視で挿入孔７２に対応した四角形状に形成されており、挿入孔７２に挿入されている。そして、永久磁石７１は、着磁方向が径方向に沿うとともに、内周リング３６側にＮ極が現れ、外周リング３７側にＳ極が現れるように着磁されている。また、電磁コイル３１には、上記のように電磁コイル３１で発生する磁束φｃが内周リング３６からアーマチャ３３を経由し、外周リング３７へ流れるように制御装置７を介して駆動電流が供給される。

これにより、図９のシミュレーション結果に示すように、永久磁石７１の磁束φｍがリブ３８及びその周辺を流れるため、電磁コイル３１の磁束φｃが永久磁石７１の磁束φｍと反発し、電磁コイル３１の磁束φｃがリブ３８を通過し難くなる。また、同図に示すように、永久磁石７１の磁束φｍは、リブ３８内を通過し、アーマチャ３３へはほとんど流れない。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。

・上記第１実施形態では、第１の極性をＮ極としたが、これに限らず、第１の極性をＳ極とし、内周リング３６側にＳ極が現れるように第１磁石４１を着磁し、外周リング３７側にＳ極が現れるように第２磁石４２を着磁してもよい。このように構成しても、上記第１実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。

・上記第２実施形態では、周方向においてＳ極が対向するように第１及び第２磁石５１，５２を着磁したが、これに限らず、周方向においてＮ極が対向するように着磁してもよい。このように構成しても、上記第１実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。

・上記第３実施形態において、永久磁石６１を、周方向一方側にＮ極が現れ、周方向他方側にＳ極が現れるように着磁してもよい。このように構成しても、上記第１実施形態の（１），（２）と同様の作用効果を奏することができる。

・上記第１〜第３実施形態において、電磁コイル３１に、電磁コイル３１で発生する磁束φｃが外周リング３７からアーマチャ３３を経て内周リング３６へ流れるように駆動電流を供給してもよい。

・上記第４実施形態において、永久磁石７１を、内周リング３６側にＳ極が現れ、外周リング３７側にＮ極が現れるように着磁してもよい。また、永久磁石７１を、内周リング３６側にＮ極が現れ、外周リング３７側にＳ極が現れるように着磁し、電磁コイル３１に、電磁コイル３１で発生する磁束φｃが外周リング３７からアーマチャ３３を経由し、内周リング３６へ流れるように駆動電流が供給してもよい。いずれの構成も、永久磁石７１の磁束φｍによりリブ３８の磁気抵抗が高くなるとともに、永久磁石７１の磁束φｍにより磁気飽和し易くなるため、上記第１実施形態の（１）と同様の作用効果を奏することができる。

・上記第１実施形態において、各リブ３８に、例えば複数の第１磁石４１を周方向に並べて設け、それぞれ内周リング３６側にＮ極が現れるように着磁してもよい。また、第１及び第２磁石４１，４２を、例えば軸方向視でそれぞれ六角形状に形成してもよい。要は、第１磁石４１を内周リング３６側に第１の極性が現れるように着磁し、第２磁石４２を外周リング３７側に第１の極性が現れるように着磁すればよく、第１及び第２磁石４１，４２の数や形状は適宜変更可能である。同様に、上記第２〜第４実施形態において、第１及び第２磁石５１，５２、永久磁石６１，７１の数や形状は適宜変更可能である。

・上記各実施形態では、電磁クラッチ５をステアリング装置に設けられる駆動力伝達装置１に用いたが、他の装置に適用してもよい。

１…駆動力伝達装置、５…電磁クラッチ、７…制御装置、２１…ハウジング本体、２２…ヨーク、２５…蓋部、２６…外筒部、３１…電磁コイル、３２…ロータ、３３…アーマチャ、３４…内筒部、３５…リング部、３６…内周リング、３７…外周リング、３８…リブ、４１，５１…第１磁石（永久磁石）、４２，５２…第２磁石（永久磁石）、４３，４４，５３，５４，６２，７２…挿入孔、６１，７１…永久磁石、φｍ１，φｍ２，φｃ…磁束。

Claims (6)

1. 電磁コイルと、
   環状の内周リングと、前記内周リングの外周側に隙間を空けて配置される環状の外周リングと、前記内周リングと前記外周リングとを接続する複数のリブとを有するリング部が前記電磁コイルに対して軸方向に隙間を空けて配置されたロータと、
   前記電磁コイルとの間に前記リング部を挟み込むように配置され、軸方向移動可能なアーマチャと、
   前記リブに埋め込まれる態様で固定された永久磁石とを備えた電磁クラッチ。
2. 請求項１に記載の電磁クラッチにおいて、
   前記電磁コイルは、該電磁コイルで発生する磁束が前記内周リングから前記アーマチャを経て前記外周リングへ流れるように駆動電流が供給されるものである電磁クラッチ。
3. 請求項１又は２に記載の電磁クラッチにおいて、
   前記永久磁石は、前記リブにおける前記内周リング側に配置された第１磁石と、前記リブにおける前記外周リング側に配置された第２磁石とを含み、
   前記第１磁石は、着磁方向が前記リング部の径方向に沿うとともに、前記内周リング側に第１の極性が現れるように着磁され、
   前記第２磁石は、着磁方向が前記リング部の径方向に沿うとともに、前記外周リング側に第１の極性が現れるように着磁された電磁クラッチ。
4. 請求項１又は２に記載の電磁クラッチにおいて、
   前記永久磁石は、前記リング部の周方向に並んで配置された第１及び第２磁石を含み、
   前記第１及び第２磁石は、着磁方向が前記リング部の周方向に沿うとともに、前記リング部の周方向において同一の極性が対向するように着磁された電磁クラッチ。
5. 請求項１又は２に記載の電磁クラッチにおいて、
   前記永久磁石は、着磁方向が前記リング部の周方向に沿うように着磁された電磁クラッチ。
6. 請求項２に記載の電磁クラッチにおいて、
   前記永久磁石は、着磁方向が前記リング部の径方向に沿うとともに、前記内周リング側にＮ極が現れ、前記外周リング側にＳ極が現れるように着磁された電磁クラッチ。