JP7033213B2 - 噛み合い電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、クラッチの技術分野に関し、特に、噛み合い電磁クラッチ（電磁ドッグクラッチ）に関する。

新エネルギー自動車の電気駆動システムでは、異なる作動モード間の切換えを実現するために、動力継断機構の使用が必要になる。従来のクラッチには、プレッシャープレートアセンブリ、ドリブンプレート、ダイヤフラムスプリング、リリースベアリング、ロッカーアーム、抵抗機構などが含まれているため、構成部品が多く、重量が大きく、無効点が多く、メンテナンスが不便である。

新エネルギー電気駆動システムに適用される従来の電磁クラッチシステムは、可動ギアスリーブと可動アーマチュアとが一体化されているため、ソレノイドコイルが通電されると、可動ギアスリーブと固定ギアスリーブとが噛み合い、両者が同期に回転してトルクを伝達し、このとき、固定アーマチュアと可動アーマチュアとが接触できないことが必要であり、さもなければ、互いに摩擦して損傷を引き起こしてしまう。このような構造には、２つの隠れた問題がある。１つ目として、電磁力は、可動／固定ギアスリーブ内の軸に取り付けられたベアリングにより負担しなければならならず、ベアリングの負荷は、増加してしまう。２つ目として、固定アーマチュアと可動アーマチュアとの間の隙間の制御は、容易ではない。

分離状態時において可動アーマチュアと固定アーマチュアとの間の間隔が大きすぎると、電磁吸引力が不足になり、逆に、分離状態時において可動アーマチュアと固定アーマチュアとの間の間隔が小さすぎると、吸引後、可動アーマチュアと固定アーマチュアとが接触しやすくなるため、摩擦による損傷が発生すると同時に、固定アーマチュアと可動アーマチュアとがくっついた後に残留磁気によって分離できなくなり、システムの効率及び信頼性に影響してしまう。

上記問題について、本発明は、従来のクラッチの可動ギアスリーブと固定ギアスリーブとが分離時に隙間が大きすぎることで吸引力が不足になったり、可動ギアスリーブと固定ギアスリーブとが吸引後に隙間が小さすぎることで、固定アーマチュアと可動アーマチュアとがくっついた後に残留磁気によって離脱できなくなると同時に相互の摩擦で損傷してしまうという問題を解決するための噛み合い電磁クラッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明には、以下の技術案が用いられている。

噛み合い電磁クラッチであって、互いに噛み合って伝動する可動ギアスリーブと固定ギアスリーブとを含み、前記固定ギアスリーブの外側に固定アーマチュアが外装され、前記固定アーマチュアと前記固定ギアスリーブとは、その間に隙間が設けられると共に、位置が固定されており、前記固定アーマチュア内にソレノイドコイルが設けられ、前記可動ギアスリーブの外側に可動アーマチュアが回転可能に外装されており、前記可動アーマチュアが前記可動ギアスリーブと共に軸方向に沿って移動可能であり、前記ソレノイドコイルが通電されると、前記可動アーマチュアが前記固定アーマチュアに吸引され、前記可動ギアスリーブと前記固定ギアスリーブとが噛み合う。

好ましくは、前記可動ギアスリーブの外周にベアリングが外装され、前記ベアリングがベアリングシート内に嵌装され、前記可動アーマチュアが前記ベアリングシートに接続され、前記ベアリングシート又は前記可動アーマチュアの後端に位置決め面が設けられている。

好ましくは、前記可動ギアスリーブ及び前記固定ギアスリーブがスプラインを介して第一軸及び第二軸にそれぞれ外装され、前記可動ギアスリーブが前記第一軸の軸方向に沿って移動可能であり、前記第一軸及び前記第二軸の外側に第一のエンドカバー及び第二のエンドカバーがそれぞれ設けられており、前記ベアリングシートの位置決め面が前記第一のエンドカバーに位置決めされてくっつく（貼合）。

好ましくは、前記第一のエンドカバーの前端が、前記ベアリングシート又は前記可動アーマチュアの位置決め面に合わせた鉛直平面である。

好ましくは、前記第一軸の前端に軸押さえ板が設けられ、前記軸押さえ板がスプリングを介して前記可動ギアスリーブに接続されており、前記ソレノイドコイルへの通電が切断されると、前記スプリングのばね力によって、前記可動ギアスリーブと前記固定ギアスリーブとが分離する。

好ましくは、前記ベアリングシートの後端の位置決め面の高さは、前記可動アーマチュアと前記固定アーマチュアとの分離後の隙間が２～８ｍｍの範囲内にあるように設定される。

好ましくは、前記固定アーマチュアの端面又は外周には、前記可動アーマチュアとの吸引時に、緩衝作用を果たし、前記固定アーマチュア（１０）と前記可動アーマチュア（８）との間に隙間を残させるための緩衝部材が設けられている。

好ましくは、前記緩衝部材が、前記固定アーマチュアの端面又は外周に設けられた緩衝ガスケットであるか、又は、周方向に沿って前記固定アーマチュアの端面又は外周に設けられた複数の緩衝ブロックである。

好ましくは、前記緩衝部材の高さは、前記可動アーマチュアと前記固定アーマチュアとの吸引後の隙間が０．１～１．５ｍｍの範囲内にあるように設定される。

好ましくは、前記可動ギアスリーブ及び前記固定ギアスリーブのいずれにも端面歯が設けられており、前記可動ギアスリーブと前記固定ギアスリーブとは、噛み合った時に、二つの前記端面歯の歯先と歯元との間に隙間が残されており、歯側面が接触することによりモーメント伝達を実現する。

本発明の利点及び有益な効果としては、本発明は、新エネルギー自動車用電気駆動システムに適用されるものであり、本発明は、構造がコンパクトで、補助実行構造がなく、操作が便利な電磁クラッチシステムであって、動力トルクの伝達と遮断を制御する電磁クラッチシステムを提供している。

本発明は、可動アーマチュアとエンドカバーとの間の正確な位置決めにより、クラッチの分離後に二つのアーマチュア間の隙間が予めに設定された範囲内にあるようにし、クラッチの吸引時に十分な吸引力を保証し、迅速な吸引を実現している。

本発明においては、固定アーマチュアの端面に緩衝ガスケットが設けられており、電磁力による吸引後、まず緩衝ガスケットを圧縮して緩衝作用を果たさせ、構造の騒音を大幅に低減すると同時に、緩衝ガスケットが、固定ギアスリーブと可動ギアスリーブとの噛合時に固定アーマチュアと可動アーマチュアとの間に一定の隙間を保証し、固定アーマチュアと可動アーマチュアとがくっついた後に残留磁気によって離脱できなくなることを回避している。

本発明においては、クラッチの吸引時に、固定アーマチュアにおける緩衝ガスケットが可動アーマチュアにしっかりとくっつき、可動アーマチュアと固定アーマチュアとが相対的に回転せず、相互に摩擦する問題が回避される。

本発明においては、クラッチの吸引時に、固定ギアスリーブと可動ギアスリーブとが噛み合って、同期に回転してトルクを伝達し、このとき、固定ギアスリーブと可動ギアスリーブとは、端面歯の歯側面のみが接触し、歯元と歯先とが接触しないため、電磁力による余分な軸方向荷重が第一軸及び第二軸に作用することが回避され、これら２つの軸のベアリングへの負荷が軽減される。

本発明の構造模式図である。 本発明における固定ギアスリーブの構造模式図である。 本発明における可動ギアスリーブの構造模式図である。 本発明における可動ギアスリーブと可動アーマチュアの組立模式図である。

従来のクラッチには、プレッシャープレートアセンブリ、ドリブンプレート、ダイヤフラムスプリング、リリースベアリング、ロッカーアーム、抵抗機構などが含まれているため、構成部品が多く、重量が大きく、無効点が多く、メンテナンスが不便である。

従来のクラッチにおける吸引力不足、又は、固定アーマチュアと可動アーマチュアとが相互に摩擦する問題を解決するために、本発明は、可動アーマチュアとエンドカバーとの間の正確な位置決めにより、クラッチの分離後に、二つのアーマチュア間の隙間が予めに設定された範囲内にあるようにし、クラッチの吸引時に十分な吸引力を保証し、迅速な吸引を実現する。

本発明の目的、技術案及び利点がさらに明確になるように、以下、図面及び具体的な実施例を参照して、本発明を詳しく説明する。

図１に示すように、本発明による噛み合い電磁クラッチは、互いに噛み合って伝動する可動ギアスリーブ５と固定ギアスリーブ１２とを含み、固定ギアスリーブ１２の外側に固定アーマチュア１０が外装され、固定アーマチュア１０と固定ギアスリーブ１２とは、その間に隙間が設けられると共に、位置が固定されており、固定アーマチュア１０内にソレノイドコイル１１が設けられ、可動ギアスリーブ５の外側に可動アーマチュア８が回転可能に外装されており、可動アーマチュア８が可動ギアスリーブ５と共に軸方向に沿って移動可能であり、ソレノイドコイル１１が通電されると、可動アーマチュア８が固定アーマチュア１０に吸引され、可動ギアスリーブ５と固定ギアスリーブ１２とが噛み合う。

可動ギアスリーブ５は、スプラインを介して第一軸４に外装され、第一軸４の軸方向に沿って移動可能であり、可動ギアスリーブ５と第一軸４とが周方向において固定されており、即ち、可動ギアスリーブ５と第一軸４とが接続されており、両者間では相対摺動はできるが、相対回転はできなく、第一軸４の外側に第一のエンドカバー６が設けられている。固定ギアスリーブ１２がスプラインを介して第二軸１４に外装され、かつ、エンドパネルを介して固定接続されており、固定ギアスリーブ１２と第二軸１４とは、軸方向及び周方向のいずれにおいても相対的に固定されており、即ち、両者間では相対摺動も相対回転もできなく、第二軸１４の外側に第二のエンドカバー１３が設けられ、固定アーマチュア１０が第二のエンドカバー１３に固定されている。

第一軸４の前端に軸押さえ板３が設けられ、軸押さえ板３がスプリング２を介して可動ギアスリーブ５に接続されており、ソレノイドコイル１１への通電が切断されると、スプリング２の弾性力により、可動ギアスリーブ５と固定ギアスリーブ１２との分離を実現する。軸押さえ板３の役割は、スプリング２を圧縮状態に保つことであり、クラッチの離接に伴ってスプリング２の弾性力の圧縮量が変化し、弾性力値も変化する。

固定アーマチュア１０内にソレノイドコイル１１が巻かれており、ソレノイドコイル１１が通電されると電磁力を発生することができ、この電磁力がスプリング２と協力して、固定ギアスリーブ１２と可動ギアスリーブ５との噛合及び分離を制御する。

可動ギアスリーブ５の外周にベアリング１が外装され、ベアリング１がベアリングシート７内に嵌装され、可動アーマチュア８がベアリングシート７の前端に接続され、ベアリングシート７又は可動アーマチュア８の後端に位置決め面が設けられている。ベアリングシート７又は可動アーマチュア８の位置決め面が第一のエンドカバー６に位置決めされてくっつき、第一のエンドカバー６の前端が、ベアリングシート７又は可動アーマチュア８の位置決め面に合わせた鉛直平面である。本発明の一実施例において、ベアリングシート７の後端に位置決め面が設けられている。

可動ギアスリーブ５と可動アーマチュア８との間にベアリング１が設けられ、可動ギアスリーブ５と可動アーマチュア８とが相互に回転可能である。ベアリング１のベアリング外輪がベアリングシート７に取り付けられ、ベアリング内輪が可動ギアスリーブ５に取り付けられ、ベアリングシート７と可動アーマチュア８とが図４に示すようにねじ止めされている。

又は、ベアリングシート７と可動アーマチュア８とがリベットで締付されててもよく、こうして、緩み防止性能を向上させ、クラッチシステム全体の信頼性を高めることができる。

ベアリングシート７の後端の位置決め面の高さは、可動アーマチュア８と固定アーマチュア１０との分離後の隙間が２～８ｍｍの範囲内にあるように設定される。

固定アーマチュア１０の端面又は外周に緩衝部材が設けられており、固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８との吸引時に、緩衝部材が緩衝作用を果たし、固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８との間に隙間を残させる。

緩衝部材は、固定アーマチュア１０の端面又は外周に設けられた緩衝ガスケット９であるか、又は、周方向に沿って前記固定アーマチュア１０の端面又は外周に設けられた複数の緩衝ブロックである。

本発明の一実施例において、固定アーマチュア１０の可動アーマチュア８と吸引する端面に、緩衝ガスケット９が設けられている。緩衝ガスケット９は、固定アーマチュア１０の端面に設けられたリング状溝内に嵌装されたリング状構造であり、固定アーマチュア１０のリング状溝内にねじで固定される。

又は、射出成形によって緩衝ガスケット９を固定アーマチュア１０のリング状溝内に固定してもよく、こうして、生産効率を向上させると共に、緩衝ガスケット９と固定アーマチュア１０との接触面積を増大させ、緩衝ガスケット９の緩衝性能を向上させることができる。

緩衝部材の高さは、可動アーマチュア８と固定アーマチュア１０との吸引後の隙間が０．１～１．５ｍｍの範囲内にあるように設定される。

固定アーマチュア１０に取り付けられた緩衝ガスケット９は、固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８との直接衝突を回避する一方で、固定ギアスリーブ１２と可動ギアスリーブ５との噛合時に固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８との間に一定の隙間を保証し、固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８とがくっついた後に残留磁気によって離脱できなくなることを回避している。

図２及び図３に示すように、可動ギアスリーブ５及び固定ギアスリーブ１２のいずれにも端面歯が設けられており、即ち、可動ギアスリーブ５の端面に可動ギアスリーブ端面歯５０１が、固定ギアスリーブ１２の端面に固定ギアスリーブ端面歯１２１が設けられている。可動ギアスリーブ５の可動ギアスリーブ端面歯５０１と固定ギアスリーブ１２の固定ギアスリーブ端面歯１２１とが噛み合った時、可動ギアスリーブ端面歯５０１と固定ギアスリーブ端面歯１２１とは、歯先と歯元との間に隙間が残されているが、歯側面が接触しているので、この際、モーメントを伝達することができ、可動ギアスリーブ５と固定ギアスリーブ１２とが分離すると、固定ギアスリーブ１２の固定ギアスリーブ端面歯１２１と可動ギアスリーブ５の可動ギアスリーブ端面歯５０１とが接触しなくなる。

固定アーマチュア１０及び緩衝ガスケット９は、いずれも軸方向位置が固定されているが、可動アーマチュア８及び可動ギアスリーブ５の軸方向位置は、ソレノイドコイル１１が通電されたか否かに応じて軸方向に変位する。スプリング２が予圧縮状態にあり、ソレノイドコイル１１が通電されると、固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８との間の電磁力が、スプリング２の弾性力と、可動ギアスリーブ５と第一軸４との間の摩擦力との和よりも大きくなり、可動ギアスリーブ５が固定ギアスリーブ１２に向かって移動するため、可動ギアスリーブ５と固定ギアスリーブ１２とが噛み合い、ソレノイドコイル１１への通電が切断されると、固定アーマチュア１０と可動アーマチュア８との間の電磁力がなくなり、このとき、スプリング２の弾性力の作用で、可動ギアスリーブ５と固定ギアスリーブ１２とが分離する。

クラッチが分離状態にある時、スプリング２の予圧縮の下で、ベアリングシート７の位置決め面が第一のエンドカバー６にくっつくため、分離状態での可動アーマチュア８の位置が決まり、可動アーマチュア８と固定アーマチュア１０との分離後の隙間が３．６～４ｍｍの範囲内とされ、この隙間によって、ソレノイドコイル１１に通電した時に、固定アーマチュア１０が十分な吸引力を有することが保証され、可動アーマチュア８が迅速に吸引される。ソレノイドコイル１１による電磁力が、スプリング２の弾性力、及び、可動ギアスリーブ５と第一軸４との摩擦力よりも大きい場合、クラッチが分離状態から結合状態に変化する。結合状態を維持しようとする場合、その発生する電磁力がばね力よりも大きくなるようにソレノイドコイル１１に通電する必要がある。また、結合状態にある時、緩衝ガスケット９と可動アーマチュア８とがくっつき、可動アーマチュア８と固定アーマチュア１０との吸引後の隙間が０．３～０．５ｍｍの範囲内にあることが保証される。本発明は、可動アーマチュアとエンドカバーとの間の正確な位置決めにより、クラッチの分離後に二つのアーマチュア間の隙間が予めに設定された範囲内にあるようにし、クラッチの吸引時に十分な吸引力を保証し、迅速な吸引を実現している。

本発明においては、クラッチの吸引時に、固定アーマチュアの緩衝ガスケットが可動アーマチュアにしっかりとくっつき、可動アーマチュアと固定アーマチュアとが相対的に回転せず、相互に摩擦する問題が回避され、その同時に、固定ギアスリーブと可動ギアスリーブとが噛み合って、同期に回転してトルクを伝達し、このとき、固定ギアスリーブと可動ギアスリーブ端面歯とは、歯側面のみが接触し、歯元と歯先とが接触しないため、電磁力による余分な軸方向荷重が第一軸及び第二軸に作用することが回避され、これら２つの軸のベアリングへの負荷が軽減される。

本発明は、新エネルギー自動車用電気駆動システムに適用され、構造がコンパクトで、補助実行構造がなく、操作が便利な電磁クラッチシステムであり、当該システムが、動力トルクの伝達と遮断を制御する。本発明は、構造が単純で、組立製造性が良い。

上記内容は、あくまでも本発明の実施形態であり、本発明の保護範囲を制限するものではない。本発明の精神及び原則内になされたいかなる変更、均等的置換、改善、拡張等、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

１ ベアリング
２ スプリング
３ 軸押さえ板
４ 第一軸
５ 可動ギアスリーブ
５０１ 可動ギアスリーブ端面歯
６ 第一のエンドカバー
７ ベアリングシート
８ 可動アーマチュア
９ 緩衝ガスケット
１０ 固定アーマチュア
１１ ソレノイドコイル
１２ 固定ギアスリーブ
１２１ 固定ギアスリーブ端面歯
１３ 第二のエンドカバー

Claims (7)

1. 互いに噛み合って伝動する可動ギアスリーブ（５）と固定ギアスリーブ（１２）とを含む噛み合い電磁クラッチであって、
   前記固定ギアスリーブ（１２）の外側に固定アーマチュア（１０）が外装され、前記固定アーマチュア（１０）と前記固定ギアスリーブ（１２）とは、その間に隙間が設けられると共に、位置が固定されており、前記固定アーマチュア（１０）内にソレノイドコイル（１１）が設けられ、前記可動ギアスリーブ（５）の外側に可動アーマチュア（８）が回転可能に外装されており、前記可動アーマチュア（８）が前記可動ギアスリーブ（５）と共に軸方向に沿って移動可能であり、前記ソレノイドコイル（１１）が通電されると、前記可動アーマチュア（８）が前記固定アーマチュア（１０）に吸引され、前記可動ギアスリーブ（５）と前記固定ギアスリーブ（１２）とが噛み合い、
   前記可動ギアスリーブ（５）の外周にベアリング（１）が外装され、前記ベアリング（１）がベアリングシート（７）内に嵌装され、前記可動アーマチュア（８）が前記ベアリングシート（７）に接続され、前記ベアリングシート（７）又は前記可動アーマチュア（８）の後端に位置決め面が設けられており、
   前記可動ギアスリーブ（５）及び前記固定ギアスリーブ（１２）がスプラインを介して第一軸（４）及び第二軸（１４）にそれぞれ外装され、前記可動ギアスリーブ（５）が前記第一軸（４）の軸方向に沿って移動可能であり、前記第一軸（４）及び前記第二軸（１４）の外側に第一のエンドカバー（６）及び第二のエンドカバー（１３）がそれぞれ設けられており、前記ベアリングシート（７）又は前記可動アーマチュア（８）の位置決め面が前記第一のエンドカバー（６）に位置決めされてくっつき、
   前記第一軸（４）の前端に軸押さえ板（３）が設けられ、前記軸押さえ板（３）がスプリング（２）を介して前記可動ギアスリーブ（５）に接続されており、前記ソレノイドコイル（１１）への通電が切断されると、前記スプリング（２）のばね力によって、前記可動ギアスリーブ（５）と前記固定ギアスリーブ（１２）とが分離する
   ことを特徴とする噛み合い電磁クラッチ。
2. 前記第一のエンドカバー（６）の前端が、前記ベアリングシート（７）又は前記可動アーマチュア（８）の位置決め面に合わせた鉛直平面である
   ことを特徴とする請求項１に記載の噛み合い電磁クラッチ。
3. 前記可動アーマチュア（８）と前記固定アーマチュア（１０）との分離後の隙間が２～８ｍｍの範囲内にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の噛み合い電磁クラッチ。
4. 前記固定アーマチュア（１０）の端面又は外周には、前記可動アーマチュア（８）との吸引時に、緩衝作用を果たし、前記固定アーマチュア（１０）と前記可動アーマチュア（８）との間に隙間を残させるための緩衝部材が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の噛み合い電磁クラッチ。
5. 前記緩衝部材が、前記固定アーマチュア（１０）の端面又は外周に設けられた緩衝ガスケット（９）であるか、又は、周方向に沿って前記固定アーマチュア（１０）の端面又は外周に設けられた複数の緩衝ブロックである
   ことを特徴とする請求項４に記載の噛み合い電磁クラッチ。
6. 前記緩衝部材の高さは、前記可動アーマチュア（８）と前記固定アーマチュア（１０）との吸引後の隙間が０．１～１．５ｍｍの範囲内にあるように設定される
   ことを特徴とする請求項４に記載の噛み合い電磁クラッチ。
7. 前記可動ギアスリーブ（５）及び前記固定ギアスリーブ（１２）のいずれにも端面歯が設けられており、前記可動ギアスリーブ（５）と前記固定ギアスリーブ（１２）とは、噛み合った時に、二つの前記端面歯の歯先と歯元との間に隙間が残されており、歯側面が接触することによりモーメント伝達を実現する
   ことを特徴とする請求項１に記載の噛み合い電磁クラッチ。

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