WO2013157316A1 - 自己保持型ソレノイド及びツースクラッチ - Google Patents

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WO2013157316A1
WO2013157316A1 PCT/JP2013/056362 JP2013056362W WO2013157316A1 WO 2013157316 A1 WO2013157316 A1 WO 2013157316A1 JP 2013056362 W JP2013056362 W JP 2013056362W WO 2013157316 A1 WO2013157316 A1 WO 2013157316A1
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coil
slider
magnetic flux
permanent magnet
energization
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PCT/JP2013/056362
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雄真 鈴木
学 大沼
欽吾 操谷
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株式会社プロスパイン
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    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/10—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings
    • F16D27/118—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with an electromagnet not rotating with a clutching member, i.e. without collecting rings with interengaging jaws or gear teeth
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
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    • H—ELECTRICITY
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    • F16D2027/008—Details relating to the magnetic circuit, or to the shape of the clutch parts to achieve a certain magnetic path

Definitions

  • the present invention relates to a self-holding solenoid and a tooth clutch.
  • the tooth clutch there is provided one that transmits torque from the rotor to the armature by meshing the tooth portion provided in the rotor that is a rotating body and the tooth portion provided in the armature.
  • This type of clutch ON / OFF (meshing / non-meshing) is performed by switching a coil provided in the stator between a non-excited state and an excited state.
  • a coil is in an excited state when the clutch is turned on (see, for example, Patent Document 1) or a coil that is in an excited state when the clutch is turned off (see, for example, Patent Document 2). is there.
  • Patent Document 1 it is necessary to continue energizing the coil against the return spring when the clutch is maintained in the ON state, and in the case described in Patent Document 2, the clutch is maintained in the OFF state. In this case, it is necessary to continue to energize the coil against the return spring, which may cause problems such as heat generation due to an increase in power consumption.
  • a self-holding solenoid as shown in FIG. 14 is known.
  • a cylindrical permanent magnet 2 is disposed on a fixed piece 1 made of a soft magnetic material, and ring-shaped coils 3a and 3b are disposed on both sides of the permanent magnet 2, respectively.
  • a slider 4 made of a soft magnetic material is provided at the center of the magnet 2 and the coils 3a and 3b.
  • the slider 4 and the fixed piece 1 are respectively It is adsorbed by one of the magnetic pole surfaces 4a and 1a and is mechanically stable.
  • an object of the present invention is to provide a self-holding solenoid and a tooth clutch that can obtain a large thrust and a large moving stroke in a slider and also have power saving characteristics.
  • the self-holding solenoid has coils disposed on both sides of the permanent magnet, and a slider made of a magnetic material is movably disposed along the parallel arrangement direction of the coils.
  • the slider is disposed at the first position, the slider is held at the first position by a magnetic circuit formed around the first coil by the magnetic flux of the permanent magnet.
  • the self-holding solenoid is configured to hold the slider at the second position by a magnetic circuit formed around the second coil by the magnetic flux of the permanent magnet.
  • the second coil is energized with the second coil around the first coil. Characterized by comprising a current control means for energizing the first coil as the magnetic flux to cancel the magnetic flux of the permanent magnet occurs.
  • the energization control unit may move the slider from the first position to the second position when the permanent magnet is disposed around the second coil.
  • the first coil is energized so that a magnetic flux is generated around the one coil to cancel the magnetic flux of the permanent magnet. It is characterized by performing.
  • the energization control unit when the energization control unit generates a magnetic flux that cancels the magnetic flux of the permanent magnet in the first coil, the energization is performed at a preset constant current value. It is characterized by that.
  • the energization control unit energizes the first coil while gradually changing a current value when generating a magnetic flux that cancels the magnetic flux of the permanent magnet. It is characterized by.
  • the present invention provides the self-holding solenoid described above, wherein the energization control means generates the magnetic flux that cancels the magnetic flux of the permanent magnet in the first coil, and when the slider starts to move, The energization to one coil is stopped, and the energization to the second coil is continued.
  • the tooth clutch according to the present invention is formed by forming the slider in a cylindrical shape in any one of the above-described self-holding solenoids, providing a tooth portion on an end surface thereof, and providing the slider with the center axis of the slider as a center.
  • a tooth portion is formed on a rotating body disposed so as to be relatively rotatable, and the slider is moved along a central axis by controlling a state of energization of the coil, and the tooth portion of the slider is moved to the rotating body.
  • the tooth portion is configured to be switched between a meshing state and a non-meshing state.
  • the present invention provides the above-described tooth clutch, in which at least the tooth portion of the slider and the tooth portion of the rotating body are separated from each other and contacted by the magnetic flux of the permanent magnet during the contact. The thrust is generated in a direction away from each other.
  • the present invention since it is not necessary to energize the coil when the slider is held at the first position or the second position, there is no possibility of causing problems such as heat generation due to an increase in power consumption.
  • the magnetic flux that cancels the magnetic flux of the permanent magnet is generated around the first coil while the second coil is energized. Since one coil is energized, a large thrust and a large moving stroke can be obtained on the slider.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the slider is arranged at the first position in the self-holding solenoid according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the slider is arranged at the second position in the self-holding solenoid shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an electric circuit for individually energizing the two coils of the self-holding solenoid shown in FIG.
  • FIG. 4A is a timing chart illustrating the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the second position to the first position.
  • FIG. 4A is a timing chart illustrating the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the second position to the first position.
  • FIG. 4B is a timing chart illustrating the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the first position to the second position.
  • FIG. 5A shows the relationship between the thrust acting on the slider and the value of current applied to the coil when the slider is moved from the first position to the second position in the self-holding solenoid shown in FIG. It is a graph.
  • FIG. 5-2 shows the relationship between the thrust acting on the slider and the current value applied to the coil when the slider is moved from the second position to the first position in the self-holding solenoid shown in FIG. It is a graph.
  • FIG. 6A is a timing chart showing a first modified example of the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG.
  • FIG. 6B is a timing chart showing a first modified example of the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the first position to the second position.
  • FIG. 7A is a timing chart illustrating a second modification example of the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the second position to the first position.
  • FIG. 7B is a timing chart illustrating a second modification example of the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the first position to the second position.
  • FIG. 7A is a timing chart illustrating a second modification example of the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from the second position to the first position.
  • FIG. 7B is a timing chart illustrating a second modification example of the timing of energization when the energization control unit illustrated in FIG. 3 moves the slider from
  • FIG. 8 is a half sectional view showing a state where the slider is disposed at the first position and the clutch is turned off in the tooth clutch according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a half sectional view showing a state in which the slider is disposed at the second position and the clutch is turned on in the tooth clutch shown in FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the thrust acting on the slider only by the permanent magnet and the position of the slider when the slider is moved without energizing the coil in the tooth clutch shown in FIG.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of the main part in a state where the slider is arranged at the first position in the tooth clutch shown in FIG. FIG.
  • FIG. 11-2 is a cross-sectional view of the main part in a state where the first coil and the second coil are energized in order to move the slider arranged at the first position to the second position in the tooth clutch shown in FIG.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view of the principal part in a state where the slider is disposed at the second position in the tooth clutch shown in FIG.
  • FIG. 11-4 is a cross-sectional view of the main part in a state where the first coil and the second coil are energized in order to move the slider arranged at the second position to the first position in the tooth clutch shown in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 12A is a graph showing the relationship between the position of the armature and the thrust acting on the armature when the armature moves from the OFF position to the ON position in a conventional general two-scratch.
  • FIG. 12-2 is a graph showing the relationship between the position of the armature and the thrust acting on the armature when the armature moves from the ON position to the OFF position in a conventional general two-scratch.
  • FIG. 13A is a graph showing the relationship between the position of the armature and the thrust acting on the armature when the armature moves from the OFF position to the ON position in the tooth clutch shown in FIG. FIG.
  • FIG. 13-2 is a graph showing the relationship between the position of the armature and the thrust acting on the armature when the armature moves from the ON position to the OFF position in the tooth clutch shown in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the structure of a conventional self-holding solenoid.
  • Embodiment 1 and 2 schematically show a self-holding solenoid according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the self-holding solenoid exemplified here includes a fixed base 20 including an excitation unit 10, a fixed piece 30, and a slider 40.
  • the fixed base 20, the fixed piece 30, and the slider 40 are all formed of a magnetic material such as a soft magnetic material.
  • the fixed base 20 has a disc-like base portion 22 having a center hole 21, an annular convex portion 23 projecting from the outer peripheral edge portion of the base portion 22, and the inner peripheral portion portion of the base portion 22 projecting in the same direction as the convex portion 23.
  • the substantially cylindrical magnetic yoke portion 24 is integrally formed. In the magnetic yoke portion 24, a hollow hole 25 communicating with the center hole 21 is formed, and a shaft (not shown) can be provided.
  • the fixed piece 30 has a substantially disk shape having a center hole 31 and has an annular convex portion 32 at a portion facing the fixed base 20 at the outer peripheral edge.
  • a parallel portion 33 is provided on the inner peripheral edge of the fixed piece 30 so as to be joined to the magnetic yoke portion 24.
  • the excitation unit 10 includes a hollow cylindrical permanent magnet 11, and ring-shaped first and second coils 12 and 13 having a predetermined number of turns in a manner of sandwiching the permanent magnet 11, and a base 22. It is sandwiched between the fixed piece 30.
  • the permanent magnet 11 is one pole magnetized in the radial direction with respect to the central axis L of the fixed base 20.
  • the slider 40 is formed in a substantially cylindrical shape, and can move along the juxtaposed direction of the first coil 12 and the second coil 13 on the radially outer side of the excitation unit 10. Although not explicitly shown in the drawing, the slider 40 is held by a movable piece (not shown), and is set in a shape that maintains a certain minute gap with the excitation unit 10.
  • each electric circuit includes terminal units 52 and 53 that switch the connection mode between the power source 51 and the coils 12 and 13 in accordance with a control signal supplied from the energization control unit (energization control means) 50.
  • the slider 40 contacts the fixed piece 30 and is disposed at the first position facing the first coil 12 and the permanent magnet 11.
  • a magnetic circuit is formed around the first coil 12 by the magnetic flux fm of the permanent magnet 11. That is, in the state where the slider 40 is disposed at the first position, the magnetic circuit is formed in the direction of the permanent magnet 11 ⁇ the slider 40 ⁇ the fixed piece 30 ⁇ the magnetic yoke portion 24 ⁇ the permanent magnet 11.
  • the slider 40 is held at the first position without continuing energization of the coil 12 and the second coil 13.
  • the first coil 12 and the first coil 12 may be energized individually. As shown in FIG. 1, the first coil 12 is energized such that a magnetic flux fc1 having the opposite direction and the same magnitude is generated around the first coil 12 with respect to the magnetic flux fm of the permanent magnet 11. Do. Energization of the second coil 13 is performed so that a magnetic flux fc2 that is equal in direction to the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 and that can cause the slider 40 to apply an attractive force is generated around the second coil 13.
  • the timing t1 at which energization is started for the first coil 12 and the second coil 13 is the same.
  • the timing of stopping energization may be simultaneously performed at the time point t3 when the slider 40 contacts the base 22 of the fixed base 20, as shown by a two-dot chain line in FIG. 4-1.
  • the energization of the first coil 12 may be stopped immediately at time t2 immediately after the slider 40 starts moving.
  • the reason why the energization is stopped at the time t2 immediately after the slider 40 starts moving is that the influence of the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 on the slider 40 rapidly decreases.
  • the continuous energization applies an attractive force to the slider 40 for as long as possible. This is to obtain a larger thrust and a larger movement stroke.
  • the magnetic circuit (permanent magnet 11 ⁇ slider 40 ⁇ base 22 ⁇ magnetic yoke 24 ⁇ permanent magnet 11) formed around the second coil 13 by the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 The slider 40 is held at the second position.
  • the first coil 12 and the second coil are controlled according to the timing chart shown in FIG.
  • Each of the power supplies 13 may be energized individually. Energization of the second coil 13 is performed such that a magnetic flux fc2 having the opposite direction and the same magnitude is generated around the second coil 13 with respect to the magnetic flux fm of the permanent magnet 11.
  • the first coil 12 is energized such that a magnetic flux fc1 that is equal in direction to the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 and that can cause the slider 40 to apply an attractive force is generated around the first coil 12.
  • the timing t4 for starting energization to the first coil 12 and the second coil 13 is the same, but the timing for stopping energization is as shown by the two-dot chain line in FIG. It may be performed at the same time t6 when contacting the fixed piece 30, or as indicated by the solid line in the figure, the second coil 13 is immediately energized at time t5 immediately after the slider 40 starts moving. You may make it stop.
  • the reason why the energization is stopped at the time point t5 immediately after the slider 40 starts moving is that the influence of the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 on the slider 40 rapidly decreases.
  • the first coil 12 For the first coil 12, an attractive force is applied to the slider 40 for as long as possible to obtain a larger thrust and a larger moving stroke until the slider 40 comes into contact with the fixed piece 30. During the period (t4 ⁇ t6), energization is continued. After the slider 40 comes into contact with the fixed piece 30 and moves to the first position facing the first coil 12 and the permanent magnet 11 as shown in FIG. 1, the first coil 12 is energized. Even when stopped, the slider 40 is held at the first position by the magnetic circuit formed around the first coil 12 by the magnetic flux fm of the permanent magnet 11.
  • the slider 40 moves between the first position and the second position.
  • the magnetic flux fm generated by the permanent magnet 11 indicates a direction for convenience, and is not limited to the illustrated direction.
  • the magnetic flux generated by the permanent magnet 11 is “fm” for convenience.
  • the magnetic flux generated around the coil 12 is denoted by “fc1”, and the magnetic flux generated around the second coil 13 is denoted by “fc2”. It doesn't mean.
  • FIGS. 5A and 5B show the relationship between the thrust acting on the slider 40 and the value of the current applied to the coils 12 and 13.
  • the horizontal axis indicates the ampere turn of the coils 12 and 13
  • the vertical axis indicates the thrust of the slider 40 in both directions.
  • the second coil 13 has a thrust (attraction force) acting on the slider 40 as the current value is increased. Will also increase.
  • the magnetic current fc1 from the first coil 12 and the magnetic flux fm from the permanent magnet 11 are substantially equal to the value of the current flowing through the first coil 12, and the thrust to the slider 40 is the highest at zero. There is a best point that is close. If the current value is less than the best point, the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 cannot be canceled, and if the current value exceeds the best point, the magnetic flux fc1 generated in the first coil 12 brings the slider 40 to the first position.
  • the first coil 12 when the slider 40 is moved from the first position to the second position, the first coil 12 is energized only to cancel the magnetic flux fm of the permanent magnet 11.
  • the second coil 13 is energized so as to obtain a necessary thrust.
  • the second coil 13 when the slider 40 is moved from the second position to the first position, the second coil 13 is energized only to cancel the magnetic flux fm of the permanent magnet 11, and the first coil 12 is required. Energization is performed so that thrust can be obtained. Accordingly, it is possible to obtain a large thrust and a large movement stroke for the slider 40.
  • the slider 40 when the slider 40 is held at the first position or the second position, it is not necessary to energize the coils 12 and 13, so there is no possibility of causing problems such as heat generation due to an increase in power consumption. .
  • having the function which can control the electric current of each of the coils 12 and 13 independently is that the central surface of the coils 12 and 13 in which one or more of the base 22 or the fixed piece 30 or the slider 40 are arranged to face each other.
  • the best point of the current value when the coils 12 and 13 are energized so as to cancel the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 varies depending on the ambient temperature environment. Therefore, as shown in FIGS. 4A and 4B of the first embodiment, when the coils 12 and 13 are energized with a constant current value, the current value that is the best point according to the temperature condition is set. It is preferable to correct each time. However, in order to correct the current value as the best point each time according to the temperature condition, not only a sensor for detecting the temperature is required, but also the control becomes complicated.
  • a control signal as shown in FIGS. 6A and 6B is output from the energization control unit 50 in order to perform energization at the best point without requiring a temperature detection sensor or complicated control.
  • a control signal as shown in FIGS. 6A and 6B is output from the energization control unit 50 in order to perform energization at the best point without requiring a temperature detection sensor or complicated control.
  • a magnetic flux that cancels the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 is generated in the coils 12 and 13
  • energization is performed while gradually increasing the current value.
  • the width of the current value to be changed for example, a width equal to the plus side and the minus side may be set with respect to the best point of the current value determined under the standard temperature condition.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the coils 12 and 13 are energized while gradually increasing the current value as described above, the coils 12 and 13 can always be energized with a current value that matches the best point regardless of changes in temperature conditions. Thus, the slider 40 can be moved efficiently. As in the first embodiment, if the energization of the coils 12 and 13 is stopped when the slider 40 starts moving, gradually increasing the current value does not affect the movement of the slider 40. It is possible to obtain a large thrust and a large movement stroke on the slider 40.
  • Embodiment 2 shows a tooth clutch that is Embodiment 2 of the present invention.
  • the tooth clutch illustrated here is used when the rotation of the rotor (rotating body) 60 is switched between a state in which the rotation of the rotor (rotating body) 60 is transmitted to the shaft member 70 and a state in which the rotation is not transmitted, and the self-holding shown in the first embodiment.
  • a type solenoid is applied.
  • the shaft member 70 is rotatably supported via the bearing 71 in the center hole 21 of the fixed base 20 serving as a stator.
  • the fixed base 20 and the shaft member 70 are prevented from moving relative to each other along the central axis direction of the shaft member 70 by the tome 72.
  • An excitation unit 10 including a permanent magnet 11 and two coils 12 and 13 is disposed at a position facing the peripheral surface of the shaft member 70 in the fixed base 20. Further, an armature 80 is disposed between the excitation unit 10 and the shaft member 70.
  • the armature 80 includes a cylindrical actuator body 81 provided around the shaft member 70, and a cylindrical slider 40 fixed to the outer periphery of the actuator body 81.
  • a key 82 provided between the shaft member 70 and the shaft member 70 is mounted on the shaft member 70 in such a manner that the key member 82 can move along the central axis direction of the shaft member 70 and rotate around the shaft member 70.
  • a portion of the actuator main body 81 that protrudes from the inner periphery of the fixed base 20 has a large diameter, and has an armature tooth portion 83 on the end face thereof.
  • the fixed base 20 and the slider 40 are formed of a magnetic material such as a soft magnetic material.
  • the actuator body 81 is not necessarily formed of a soft magnetic material, and the armature tooth is not necessarily formed.
  • the portion 83 may be formed of a member that can ensure sufficient strength.
  • the rotor 60 is rotatably supported on the shaft member 70 via a bearing 61. Although not clearly shown in the drawing, relative movement of the rotor 60 and the shaft member 70 along the central axis direction of the shaft member 70 is prevented by the tongue.
  • a rotor tooth portion 62 is provided at a portion of the rotor 60 that faces the end surface of the actuator main body 81. As shown in FIG. 8, the rotor tooth portion 62 is an armature tooth portion provided in the actuator main body 81 when the slider 40 of the armature 80 is disposed at the first position facing the first coil 12 and the permanent magnet 11. 83, and when the slider 40 is disposed at the second position facing the second coil 13 and the permanent magnet 11, as shown in FIG. Is configured to be in a non-engagement state in which is released. Similarly to the actuator body 81, the rotor 60 is formed by a member that can ensure sufficient strength as the rotor tooth portion 62.
  • the position of the actuator body 81 is regulated by the abutting of the end surface on the narrow diameter side of the actuator body 81 against the tome 72, and the position between the rotor tooth portion 62 and the armature tooth portion 83 is the A predetermined gap is secured along the axial direction.
  • the position of the actuator main body 81 is defined by contacting the end face on the large diameter side of the actuator body 81 with the end face on the inner peripheral side of the rotor 60.
  • the slider 40 is moved from the first position toward the second position, and the tip of the armature tooth portion 83 and the tip of the rotor tooth portion 62 are mutually connected.
  • the rotor tooth portion 62 and the armature tooth portion 83 are engaged with each other, and the rotation of the rotor 60 is transmitted to the shaft member 70 via the armature 80 and the key 82, so that the shaft member 70 rotates (clutch ON).
  • the timing of starting energization of the first coil 12 and the second coil 13 is the same, but when energization is stopped, the first coil 12 and the second coil 13
  • the coil 13 may have the same timing or a different timing. If the current supply to the first coil 12 is stopped immediately after the slider 40 starts moving, that is, when the influence of the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 on the slider 40 suddenly decreases, the movement of the slider 40 is affected. It can contribute to reduction of power consumption without giving. On the other hand, by continuously energizing the second coil 13 until the slider 40 moves to the second position, an attractive force can be applied to the slider 40 for as long as possible. And a larger thrust and a larger moving stroke can be obtained.
  • the slider 40 is moved from the first position toward the second position, and the tip of the armature tooth portion 83 and the tip of the rotor tooth portion 62 contact each other.
  • the first coil 12 and the second coil 13 are not energized until the initial state of engagement beyond the point of time when the rotor 60 and the slider 40 are separated from each other by the magnetic flux fm of the permanent magnet 11.
  • thrust is generated.
  • the slider 40 returns to the first position by stopping the energization of the first coil 12 and the second coil 13.
  • the armature tooth portion 83 and the rotor tooth portion 62 are not in contact with each other, and it is possible to prevent a situation in which both are worn or damaged.
  • the permanent magnet 11 formed around the second coil 13 is controlled by the control signal from the energization control unit 50 in a state where the armature tooth portion 83 and the rotor tooth portion 62 are engaged with each other.
  • the second coil 13 is energized so as to cancel the magnetic flux fm
  • the first coil 12 is energized so that an attractive force can be applied to the slider 40, it is formed around the first coil 12.
  • the slider 40 is attracted by the applied magnetic flux fc1, and the slider 40 moves to the first position as shown in FIG.
  • the rotor tooth portion 62 and the armature tooth portion 83 are brought into a non-engagement state, and the rotation of the rotor 60 returns to a state where the rotation is not transmitted to the shaft member 70 (clutch OFF).
  • the permanent magnet 11 ⁇ the fixed base 20 ⁇ the slider 40 ⁇ the permanent magnet 11) holds the slider 40 in the first position.
  • the slider 40 moves between the first position and the second position, and the armature tooth portion 83 and the rotor tooth portion 62 are engaged with each other. And can be switched to a non-engagement state.
  • the magnetic flux fm generated by the permanent magnet 11 indicates the direction for convenience, and is not limited to the illustrated direction.
  • the magnetic flux generated by the permanent magnet 11 is “fm” for convenience.
  • the magnetic flux generated around the coil 12 is denoted by “fc1”, and the magnetic flux generated around the second coil 13 is denoted by “fc2”. It doesn't mean.
  • FIG. 12-1 and 12-2 show the relationship between the position of the armature and the thrust acting on the armature in a conventional general two-scratch.
  • FIG. 12-1 shows that the armature changes from the OFF position to the ON position.
  • FIG. 12-2 shows a change in thrust when the armature moves from the ON position to the OFF position.
  • 12A and 12B the horizontal axis represents the position of the armature, and the vertical axis represents the thrust acting on the armature. On the horizontal axis, the position of the armature when the clutch is ON is displayed as the ON position, and the position of the armature when the clutch is OFF is displayed as the OFF position.
  • FIGS. 13-1 and 13-2 show the relationship between the position of the armature 80 and the thrust acting on the armature 80 in the above-described tooth clutch ON / OFF switching operation of the second embodiment.
  • FIG. 13A shows a change in thrust when the armature 80 moves from the OFF position (first position of the slider 40) to the ON position (second position of the slider 40). It shows the change in thrust when the clutch transitions from the ON state to the OFF state.
  • the horizontal axis indicates the position of the armature 80
  • the vertical axis indicates the thrust acting on the armature 80.
  • the position of the armature 80 when the clutch is ON is displayed as the ON position
  • the position of the armature 80 when the clutch is OFF is displayed as the OFF position.
  • the thrust in the direction in which the armature 80 heads toward the ON position is the suction force
  • the thrust in the direction away from the ON position is the repulsive force.
  • Coordinate 1 in FIG. 13-1 is a holding force by the permanent magnet 11 when the armature 80 is disposed at the OFF position. From this state, the first coil 12 is energized so as to cancel the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 formed around the first coil 12, and the second force is applied so that an attractive force can be applied to the slider 40. When the coil 13 is energized, the thrust acting on the armature 80 at that moment becomes the attractive force of the coordinate 2. Thereafter, as the armature 80 moves, an attractive force as shown by the curve 3 is applied (the power supply to the first coil 12 is stopped), and the armature 80 reaches the ON position (coordinate 4). Further, when the energization to the second coil 13 is stopped while the armature 80 is in the ON position, the attraction force acting on the armature 80 is only due to the permanent magnet 11 and the coordinate 5 is obtained.
  • the second coil 13 is energized to cancel the magnetic flux fm of the permanent magnet 11 formed around the second coil 13 from the state indicated by the coordinate 5 in FIG.
  • the first coil 12 is energized so that an attractive force can be applied, the thrust acting on the armature 80 at that moment becomes the repulsive force of the coordinate 4 '.
  • the armature 80 moves, a repulsive force as shown by the curve 3 'acts (energization of the second coil 13 is stopped), and the armature 80 reaches the OFF position (coordinate 2').
  • the repulsive force acting on the armature 80 is only due to the permanent magnet 11 and becomes the coordinate 1.
  • the permanent magnet 11 is sandwiched to provide the two coils 12 and 13, and the armature 80 is moved from the first position to the second position by the control signal from the energization control unit 50.
  • the first coil 12 is energized so that a magnetic flux is generated around the first coil 12 to cancel the magnetic flux fm of the permanent magnet 11. I am doing so.
  • the armature 80 is held at the respective positions by the magnetic flux fm of the permanent magnet 11, so that it returns as in the conventional tooth clutch. Does not require a spring. As a result, the travel stroke can be made significantly longer than before, and a high transmission torque tooth clutch is possible.

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Abstract

　スライダに大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることができ、かつ省電力特性を併せ持つように構成するため、スライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に、第２のコイルに通電を行った状態で第１のコイルの周囲に永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように第１のコイルに通電を行う通電制御部を備えた。

Description

自己保持型ソレノイド及びツースクラッチ
　本発明は、自己保持型ソレノイド及びツースクラッチに関するものである。
　ツースクラッチとしては、回転体であるロータに設けたツース部と、アーマチュアに設けたツース部との噛み合いによってロータからアーマチュアへトルクを伝達するものが提供されている。この種のクラッチのＯＮ／ＯＦＦ（噛み合い／非噛み合い）は、ステータに設けたコイルを非励磁状態と励磁状態とに切り替えて行うようにしている。一般的には、クラッチをＯＮする際にコイルを励磁状態とするもの（例えば、特許文献１参照）、あるいはクラッチをＯＦＦする際にコイルを励磁状態とするもの（例えば、特許文献２参照）がある。しかし、特許文献１に記載のものではクラッチをＯＮ状態に維持する際に復帰バネに抗するようにコイルに通電し続ける必要があり、また特許文献２に記載のものではクラッチをＯＦＦ状態に維持する際に復帰バネに抗するようにコイルに通電し続ける必要があり、消費電力の増大に起因して発熱等の問題を招来する恐れがある。
　一方、図１４に示すような自己保持型ソレノイドが知られている。この自己保持型ソレノイドでは、軟磁性体から成る固定片１に円筒状の永久磁石２が配設されるとともに、永久磁石２の両側にそれぞれリング状のコイル３ａ，３ｂが配設され、これら永久磁石２及びコイル３ａ，３ｂの中心部に軟磁性体から成るスライダ４が設けられている。図１４に示した状態では、永久磁石２の磁束５の作用によって第１のコイル３ａの周囲にスライダ４及び固定片１を通過する磁気回路が構成されるため、スライダ４及び固定片１がそれぞれ一方の磁極面４ａ，１ａで吸着し、機械的に安定している。この状態から第１のコイル３ａに通電して永久磁石２の磁束５を打ち消す方向に磁束６を誘起させれば、スライダ４が固定片１に対して図中右側にスライドし、スライダ４と固定片１とが他方の磁極面４ｂ，１ｂで吸着した状態に変位する。
　上記のような自己保持型ソレノイドを適用すれば、クラッチをＯＮ状態に維持する場合及びクラッチをＯＦＦ状態に維持する場合のいずれであっても常時通電する必要がないため、消費電力を低減して発熱等の問題を招来する恐れがなくなる。
特開２００５－３０４９１号公報 実開平７－２３８２８号公報
　しかしながら、上記のように、コイル３ａに通電して永久磁石２の磁束５を打ち消しただけでは、スライダ４の推力を十分に得ることが難しい場合が多い。このため、スライダ４の移動が不安定となって、クラッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えが安定しないという問題を招来する恐れがある。特に、クラッチの切り替えに大きな力が必要となる場合、あるいは大きな移動ストロークが必要な場合には、上述した問題が一層顕著となる。
　本発明は、上記実情に鑑みて、スライダに大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることができ、かつ省電力特性を併せ持つ自己保持型ソレノイド及びツース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、本発明に係る自己保持型ソレノイドは、永久磁石の両側にそれぞれコイルを配設するとともに、磁性体から成るスライダを前記コイルの並設方向に沿って移動可能に配設し、前記スライダが第１の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第１のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第１の位置に保持する一方、前記スライダが第２の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第２のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第２の位置に保持するように構成した自己保持型ソレノイドにおいて、前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合に、前記第２のコイルに通電を行った状態で前記第１のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行う通電制御手段を備えたことを特徴とする。
　また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合、前記第２のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束に沿って磁束が生じるように前記第２のコイルに通電を行った状態で、前記一方のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行うことを特徴とする。
　また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、予め設定した一定の電流値で通電を行うことを特徴とする。
　また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、電流値を漸次変化させながら通電を行うことを特徴とする。
　また、本発明は、上述した自己保持型ソレノイドにおいて、前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、前記スライダが移動を開始した時点で前記第１のコイルへの通電を停止し、かつ前記第２のコイルへの通電を継続することを特徴とする。
　また、本発明に係るツースクラッチは、上述したいずれか一つの自己保持型ソレノイドにおいて前記スライダを円筒状に形成し、その端面にツース部を設けるとともに、前記スライダの中心軸線を中心として前記スライダに対して相対回転可能に配設した回転体にツース部を形成し、前記コイルへの通電状態を制御することによって前記スライダを中心軸線に沿って移動させ、前記スライダのツース部を前記回転体のツース部に対して噛み合い状態と非噛み合い状態とに切り替えるように構成したことを特徴とする。
　また、本発明は、上述したツースクラッチにおいて、少なくとも前記スライダのツース部と前記回転体のツース部とが離隔した状態から接触する時点までの間、前記永久磁石の磁束によって前記回転体と前記スライダとが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成したことを特徴とする。
　本発明によれば、スライダを第１の位置もしくは第２の位置に保持させる際にコイルに通電する必要がないため、消費電力の増大に起因した発熱等の問題を招来する恐れがない。しかも、スライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合には、第２のコイルに通電を行った状態で第１のコイルの周囲に永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように第１のコイルに通電を行うようにしているため、スライダに大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１である自己保持型ソレノイドにおいてスライダが第１の位置に配置された状態を模式的に示す断面図である。 図２は、図１に示した自己保持型ソレノイドにおいてスライダが第２の位置に配置された状態を模式的に示す断面図である。 図３は、図１に示した自己保持型ソレノイドの２つのコイルに個別に通電を行う電気回路を例示した図である。 図４－１は、図３に示した通電制御部がスライダを第２の位置から第１の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングを示したタイミングチャートである。 図４－２は、図３に示した通電制御部がスライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングを示したタイミングチャートである。 図５－１は、図１に示した自己保持型ソレノイドにおいてスライダを第１の位置から第２の位置へ移動させる場合にスライダに作用する推力とコイルへ通電する電流値との関係を示したグラフである。 図５－２は、図１に示した自己保持型ソレノイドにおいてスライダを第２の位置から第１の位置へ移動させる場合にスライダに作用する推力とコイルへ通電する電流値との関係を示したグラフである。 図６－１は、図３に示した通電制御部がスライダを第２の位置から第１の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例１を示したタイミングチャートである。 図６－２は、図３に示した通電制御部がスライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例１を示したタイミングチャートである。 図７－１は、図３に示した通電制御部がスライダを第２の位置から第１の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例２を示したタイミングチャートである。 図７－２は、図３に示した通電制御部がスライダを第１の位置から第２の位置に移動させる場合に通電を行うタイミングの変形例２を示したタイミングチャートである。 図８は、本発明の実施の形態２であるツースクラッチにおいてスライダが第１の位置に配置され、クラッチがＯＦＦとなった状態を示す半断面図である。 図９は、図８に示したツースクラッチにおいてスライダが第２の位置に配置され、クラッチがＯＮとなった状態を示す半断面図である。 図１０は、図８に示したツースクラッチにおいてコイルに通電を行うことなくスライダを移動させた場合に永久磁石のみによってスライダに作用する推力とスライダの位置との関係を示すグラフである。 図１１－１は、図８に示したツースクラッチにおいてスライダが第１の位置に配置された状態の要部断面図である。 図１１－２は、図８に示したツースクラッチにおいて第１の位置に配置されたスライダを第２の位置に移動させるために第１のコイル及び第２のコイルに通電した状態の要部断面図である。 図１１－３は、図８に示したツースクラッチにおいてスライダが第２の位置に配置された状態の要部断面図である。 図１１－４は、図８に示したツースクラッチにおいて第２の位置に配置されたスライダを第１の位置に移動させるために第１のコイル及び第２のコイルに通電した状態の要部断面図である。 図１２－１は、従来の一般的なツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＦＦ位置からＯＮ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１２－２は、従来の一般的なツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１３－１は、図８に示したツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＦＦ位置からＯＮ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１３－２は、図８に示したツースクラッチにおいてアーマチュアがＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動するときのアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したグラフである。 図１４は、従来の自己保持型ソレノイドの構造を概略的に示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明に係る自己保持型ソレノイド及びツースクラッチの好適な実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
　図１及び図２は、本発明の実施の形態１である自己保持型ソレノイドを模式的に示すものである。ここで例示する自己保持型ソレノイドは、励磁ユニット１０を備えた固定基体２０と、固定片３０と、スライダ４０とを備えて構成してある。固定基体２０、固定片３０及びスライダ４０は、いずれも軟磁性体等の磁性材料によって成形したものである。
　固定基体２０は、中心孔２１を有した円盤状を成す基部２２と、基部２２の外周縁部から突出する環状の凸部２３と、基部２２の内周縁部から凸部２３と同じ方向に突出した略円筒状の磁気ヨーク部２４とを一体に成形したものである。磁気ヨーク部２４には、その内部に中心孔２１に連通した中空孔２５が形成してあり、シャフト（図示せず）を設けることが可能である。
　固定片３０は、中心孔３１を有した略円盤状を成すもので、外周縁部において固定基体２０に対向する部位に円環状の凸部３２を有している。固定片３０の内周縁部には、磁気ヨーク部２４と接合できるように平行部３３が設けてある。
　励磁ユニット１０は、中空円筒形状の永久磁石１１と、永久磁石１１を挟持する態様で所定の巻数を有するリング状の第１のコイル１２及び第２のコイル１３とを備えており、基部２２と固定片３０との間に挟持されている。永久磁石１１は、固定基体２０の中心軸線Ｌに対してラジアル方向に１極着磁したものである。
　スライダ４０は、略円筒形状に形成したもので、励磁ユニット１０の径外周側において第１のコイル１２及び第２のコイル１３の並設方向に沿って移動することが可能である。図には明示していないが、このスライダ４０は、図示せぬ可動片にて保持されており、励磁ユニット１０との間に一定の微小な隙間を保つような形状に設定してある。
　図３に例示するように、励磁ユニット１０の第１のコイル１２及び第２のコイル１３には、それぞれ独立した電気回路が構成してある。それぞれの電気回路は、通電制御部（通電制御手段）５０から与えられた制御信号に応じて電源５１と各コイル１２，１３との接続態様を切り替える端子ユニット５２，５３を有したものである。
　上記のように構成した自己保持型ソレノイドでは、図１に示すように、スライダ４０が固定片３０と当接し、第１のコイル１２と永久磁石１１とに対向した第１の位置に配置された場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に磁気回路が形成される。つまり、スライダ４０が第１の位置に配置された状態においては、永久磁石１１→スライダ４０→固定片３０→磁気ヨーク部２４→永久磁石１１の向きに磁気回路が形成されるため、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を継続することなくスライダ４０が第１の位置に保持されることになる。
　この状態からスライダ４０を固定基体２０の基部２２に当接する第２の位置まで移動させるには、通電制御部５０からの制御信号により、図４－１に示すタイミングチャートに従って第１のコイル１２及び第２のコイル１３にそれぞれ個別に通電を行えば良い。第１のコイル１２への通電は、図１に示すように、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して、方向が逆向きで大きさの等しい磁束ｆｃ１が第１のコイル１２の周囲に生じるように行う。第２のコイル１３への通電は、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して方向が等しく、スライダ４０に吸引力を作用させることができる磁束ｆｃ２が第２のコイル１３の周囲に生じるように行う。
　第１のコイル１２及び第２のコイル１３に対して通電を開始するタイミングｔ１は同じである。これに対して通電を停止するタイミングは、図４－１中の二点鎖線で示すように、スライダ４０が固定基体２０の基部２２に当接する時点ｔ３で同時に行っても良いし、同図中の実線で示すように、第１のコイル１２に対してはスライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ２で直ちに通電を停止するようにしても良い。スライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ２で通電を停止するのは、スライダ４０に対する永久磁石１１の磁束ｆｍの影響が急激に低下するためである。第２のコイル１３に対してスライダ４０が固定基体２０の基部２２に当接するまでの間（ｔ１→ｔ３）、継続して通電を行うのは、スライダ４０に対してできるだけ長い時間吸引力を作用させ、より大きな推力及びより大きな移動ストロークを得るようにするためである。スライダ４０が固定基体２０の基部２２に当接し、図２に示すように、第２のコイル１３と永久磁石１１とに対向した第２の位置まで移動した後においては、第２のコイル１３への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第２のコイル１３の周囲に形成される磁気回路（永久磁石１１→スライダ４０→基部２２→磁気ヨーク部２４→永久磁石１１）によりスライダ４０が第２の位置に保持されることになる。
　同様に、スライダ４０を第２の位置から第１の位置まで移動させるには、通電制御部５０からの制御信号により、図４－２に示すタイミングチャートに従って第１のコイル１２及び第２のコイル１３にそれぞれ個別に通電を行えば良い。第２のコイル１３への通電は、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して、方向が逆向きで大きさの等しい磁束ｆｃ２が第２のコイル１３の周囲に生じるように行う。第１のコイル１２への通電は、永久磁石１１の磁束ｆｍに対して方向が等しく、スライダ４０に吸引力を作用させることができる磁束ｆｃ１が第１のコイル１２の周囲に生じるように行う。
　第１のコイル１２及び第２のコイル１３に対して通電を開始するタイミングｔ４は同じであるが、通電を停止するタイミングは、図４－２中の二点鎖線で示すように、スライダ４０が固定片３０に当接する時点ｔ６で同時に行っても良いし、同図中の実線で示すように、第２のコイル１３に対してはスライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ５で直ちに通電を停止するようにしても良い。スライダ４０が移動を開始した直後の時点ｔ５で通電を停止するのは、スライダ４０に対する永久磁石１１の磁束ｆｍの影響が急激に低下するためである。第１のコイル１２に対しては、スライダ４０に対してできるだけ長い時間吸引力を作用させ、より大きな推力及びより大きな移動ストロークを得るようにするため、スライダ４０が固定片３０に当接するまでの間（ｔ４→ｔ６）、継続して通電を行う。スライダ４０が固定片３０に当接し、図１に示すように、第１のコイル１２と永久磁石１１とに対向した第１の位置まで移動した後においては、第１のコイル１２への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に形成される磁気回路によりスライダ４０が第１の位置に保持されることになる。
　以下、通電制御部５０を通じて同様の通電制御を行うことにより、スライダ４０が第１の位置と第２の位置との間で移動することになる。尚、永久磁石１１による磁束ｆｍは、便宜的に方向を示したものであり、図示する方向に限定されることはない。また、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に移動させる場合と、第２の位置から第１の位置に移動させる場合とで、便宜上永久磁石１１による磁束を「ｆｍ」、第１のコイル１２の周囲に生じる磁束を「ｆｃ１」、第２のコイル１３の周囲に生じる磁束を「ｆｃ２」として同じ符号を付しているが、これらの符号は磁束の大きさが同じであることを意味するものではない。
　図５－１及び図５－２は、スライダ４０に作用する推力と各コイル１２，１３へ通電する電流値との関係を示したものである。図５－１及び図５－２において横軸は各コイル１２，１３のアンペアターンを示し、縦軸は双方向へのスライダ４０の推力を示している。
　図５－１に示すように、スライダ４０を第１の位置から第２の位置へ移動させる場合、第２のコイル１３については、電流値を増加させるに従ってスライダ４０に作用する推力（吸引力）も増大することになる。これに対して、第１のコイル１２に流す電流値には、第１のコイル１２からの磁束ｆｃ１と、永久磁石１１からの磁束ｆｍとがほぼ同等となり、スライダ４０への推力が０に最も近くなるような最良点が存在する。最良点未満の電流値では、永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すことができず、また、最良点を超える電流値では、第１のコイル１２に生じる磁束ｆｃ１が、スライダ４０を第１の位置に留める力として作用するためスライダ４０の移動に影響を及ぼすことになる。同様に、図５－２に示すように、スライダ４０を第２の位置から第１の位置へ移動させる場合、第１のコイル１２に対しては、電流値を増加させるに従ってスライダ４０に作用する推力（吸引力）が増大し、第２のコイル１３に対しては、電流値に最良点が存在する。
　従って、永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように各コイル１２，１３に通電を行う場合には、それぞれの最良点に一致する電流値を予め設定し、通電制御部５０から設定した電流値で通電を行うように制御信号を与えることが好ましい。
　このように実施の形態１の自己保持型ソレノイドにおいては、スライダ４０を第１の位置から第２の位置へ移動する際に、第１のコイル１２に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すだけの通電を行い、かつ第２のコイル１３へは必要な推力を得られるように通電を行う。また、スライダ４０を第２の位置から第１の位置へ移動させる際は、第２のコイル１３に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すだけの通電を行い、かつ第１のコイル１２には必要な推力を得られるように通電を行うようにしている。従って、スライダ４０に大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることが可能となる。しかも、スライダ４０を第１の位置もしくは第２の位置に保持させる際には、コイル１２，１３に通電する必要がないため、消費電力の増大に起因した発熱等の問題を招来する恐れがない。また、コイル１２，１３それぞれの電流を独立に制御可能な機能を有することは、基部２２または固定片３０またはスライダ４０の１つ以上が、対向して配置されているコイル１２，１３の中心面に対して非対称な形状である場合にも大きな推力を得る観点から特に有用である。大きな推力を得るために適切なアンペアターンがコイル１２，１３ごとに異なるためである。
　図５－１及び図５－２で示した、永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すようにコイル１２，１３へ通電する際の電流値の最良点は、周囲の温度環境によって変化するものである。従って、実施の形態１の図４－１及び図４－２に示すように、一定の電流値でコイル１２，１３に通電を行う場合には、温度条件に応じて最良点となる電流値を都度補正することが好ましい。しかしながら、最良点となる電流値を温度条件によって都度補正するには、温度を検出するセンサが必要となるばかりか、制御も煩雑化することになる。
　そこで、変形例１では、温度を検出するセンサや煩雑な制御を要することなく最良点での通電を行うべく通電制御部５０から図６－１及び図６－２に示すような制御信号を出力するようにしている。すなわち、変形例１では、コイル１２，１３に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消す磁束を生じさせる場合、電流値を漸次増加させながら通電を行うようにした。変化させる電流値の幅は、例えば標準となる温度条件で決定される電流値の最良点に対してプラス側とマイナス側とに等しい幅を設定すれば良い。尚、本変形例１において実施の形態１と同様の構成に関しては同一の符号を付して詳細説明を省略している。
　上記のように電流値を漸次増加させながらコイル１２，１３へ通電を行えば、温度条件の変化に関わらず常に最良点に合致した電流値でコイル１２，１３に通電を行うことができるようになり、スライダ４０を効率良く移動させることが可能となる。尚、実施の形態１と同様、スライダ４０が移動を開始した時点でコイル１２，１３への通電を停止すれば、電流値を漸次増加させることがスライダ４０の移動に影響を与える恐れはなく、スライダ４０に大きな推力及び大きな移動ストロークを得ることが可能となる。
　尚、図６－１及び図６－２では、電流値を漸次増加するように変化させているが、図７－１及び図７－２の変形例２に示すように、電流値を漸次減少するように変化させるようにしても同様の作用効果を奏することが可能である。
（実施の形態２）
　図８及び図９は、本発明の実施の形態２であるツースクラッチを示したものである。ここで例示するツースクラッチは、ロータ（回転体）６０の回転を軸部材７０に対して伝達する状態と非伝達の状態とに切り替える場合に用いられるもので、実施の形態１で示した自己保持型ソレノイドを応用して構成してある。すなわち、このツースクラッチでは、ステータとなる固定基体２０の中心孔２１にベアリング７１を介して軸部材７０が回転可能に支持してある。固定基体２０と軸部材７０とは、トメワ７２によって軸部材７０の中心軸線方向に沿った相対移動が阻止されている。固定基体２０において軸部材７０の周面に対向する位置には、永久磁石１１及び２つのコイル１２，１３から成る励磁ユニット１０が配設してある。さらに、励磁ユニット１０と軸部材７０との間には、アーマチュア８０が配設してある。アーマチュア８０は、軸部材７０の周囲に設けた円筒状を成すアクチュエータ本体８１と、アクチュエータ本体８１の外周部に固定した円筒状を成すスライダ４０とを備えて構成したもので、アクチュエータ本体８１と軸部材７０との間に設けたキー８２により、軸部材７０の中心軸線方向に沿っては移動可能、かつ軸部材７０と供回りする態様で軸部材７０に装着してある。アクチュエータ本体８１において固定基体２０の内周から突出した部分は太径となっており、その端面にアーマチュアツース部８３を有している。実施の形態１で記載したように、固定基体２０及びスライダ４０は、軟磁性体等の磁性材料によって成形してあるが、アクチュエータ本体８１については必ずしも軟磁性体で成形する必要はなく、アーマチュアツース部８３として十分な強度を確保できる部材によって成形しても良い。
　ロータ６０は、ベアリング６１を介して軸部材７０に回転可能に支持してある。図には明示していないが、ロータ６０と軸部材７０とは、トメワによって軸部材７０の中心軸線方向に沿った相対移動が阻止されている。ロータ６０においてアクチュエータ本体８１の端面に対向する部位には、ロータツース部６２が設けてある。ロータツース部６２は、図８に示すように、アーマチュア８０のスライダ４０が第１のコイル１２と永久磁石１１とに対向した第１の位置に配置された場合にアクチュエータ本体８１に設けたアーマチュアツース部８３に対して噛み合い状態となり、かつ、図９に示すように、スライダ４０が第２のコイル１３と永久磁石１１とに対向した第２の位置に配置された場合にアーマチュアツース部８３との噛み合いが解除された非噛み合い状態となるように構成したものである。ロータ６０についてもアクチュエータ本体８１と同様、ロータツース部６２として十分な強度を確保できる部材によって成形してある。
　スライダ４０が第１の位置に配置された場合には、アクチュエータ本体８１の細径側端面がトメワ７２に当接することによってその位置が規定され、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３との間に中心軸線方向に沿った所定のギャップが確保される。スライダ４０が第２の位置に配置された場合には、アクチュエータ本体８１の太径側端面がロータ６０の内周側端面に当接することによってその位置が規定される。
　ここで、本実施の形態２では、図１０に示すように、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に向けて移動させ、アーマチュアツース部８３の先端とロータツース部６２の先端とが互いに接触する時点Ｐを超えた噛み合い初期の状態までは、第１のコイル１２及び第２のコイル１３に通電を行わない場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによってロータ６０とスライダ４０とが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成してある。これは、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２との噛み合いがスムーズに行われない場合、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を停止することで直ちにロータ６０に対してスライダ４０を退行移動させ、アーマチュアツース部８３及びロータツース部６２を非噛み合い状態に戻すことで双方に摩耗や損傷を来す事態を防止するためである。
　尚、その他、実施の形態２において実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略している。
　上記のように構成したツースクラッチにおいては、図１１－１に示すように、スライダ４０が第１の位置に配置された場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に磁気回路が形成される。つまり、スライダ４０が第１の位置に配置された状態においては、永久磁石１１→固定基体２０→スライダ４０→永久磁石１１の向きに磁気回路が形成される。このため、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を継続することなくスライダ４０が第１の位置に保持されることになる。この状態においては、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３とが非噛み合い状態となっており、ロータ６０の回転が軸部材７０に伝達されることはない（クラッチＯＦＦ）。
　スライダ４０が第１の位置に配置された状態において、通電制御部（通電制御手段）５０からの制御信号により、図１１－２に示すように、第１のコイル１２の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第１のコイル１２に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第２のコイル１３に通電を行うと、第２のコイル１３の周囲に形成される磁束ｆｃ２によってスライダ４０が吸引されることになり、図１１－３に示すように、スライダ４０が第２の位置に移動する。従って、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３とが噛み合い状態となり、ロータ６０の回転がアーマチュア８０及びキー８２を介して軸部材７０に伝達され、軸部材７０が回転することになる（クラッチＯＮ）。
　ここで、実施の形態１と同様、第１のコイル１２及び第２のコイル１３に対して通電を開始するタイミングは同じであるが、通電を停止する場合は第１のコイル１２と第２のコイル１３とで同じタイミングであっても異なるタイミングであっても良い。スライダ４０が移動を開始した直後の時点、つまりスライダ４０に対する永久磁石１１の磁束ｆｍの影響が急激に低下した時点で第１のコイル１２に対する通電を直ちに停止すれば、スライダ４０の移動に影響を与えることなく、消費電力の低減に寄与することができる。一方、第２のコイル１３に対しては、スライダ４０が第２の位置に移動するまでの間、継続して通電を行うことにより、スライダ４０に対してできるだけ長い時間吸引力を作用させることができ、より大きな推力及びより大きな移動ストロークを得ることができる。さらに大きな移動ストロークを得ることにより、図８に示すように、アーマチュアツース部８３及びロータツース部６２の双方に軸部材７０の中心軸線方向に沿った平行部分８３ａ，６２ａを設けることができるようになり、回転方向の噛み合い力の向上によってより大きなトルクを伝達することが可能となる。スライダ４０が第２の位置まで移動した後においては、第２のコイル１３への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第２のコイル１３の周囲に形成される磁気回路（永久磁石１１→固定基体２０→スライダ４０→永久磁石１１）によりスライダ４０が第２の位置に保持され、ロータ６０の回転が軸部材７０に伝達された状態を維持する。
　上述した動作の間、本実施の形態２のツースクラッチでは、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に向けて移動させ、アーマチュアツース部８３の先端とロータツース部６２の先端とが互いに接触する時点を超えた噛み合い初期の状態までは、第１のコイル１２及び第２のコイル１３に通電を行わない場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによってロータ６０とスライダ４０とが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成してある。従って、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２との噛み合いがスムーズに行われない場合、第１のコイル１２や第２のコイル１３への通電を停止することでスライダ４０が第１の位置に戻るため、アーマチュアツース部８３及びロータツース部６２相互の接触がなくなり、双方に摩耗や損傷を来す事態を防止することができる。
　一方、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２とが噛み合った状態において通電制御部５０からの制御信号により、図１１－４に示すように、第２のコイル１３の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第２のコイル１３に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第１のコイル１２に通電を行うと、第１のコイル１２の周囲に形成される磁束ｆｃ１によってスライダ４０が吸引されることになり、図１１－１に示すように、スライダ４０が第１の位置に移動する。従って、ロータツース部６２とアーマチュアツース部８３とが非噛み合い状態となり、ロータ６０の回転が軸部材７０に伝達されない状態に復帰する（クラッチＯＦＦ）。スライダ４０が第１の位置まで移動した後においては、第１のコイル１２への通電を停止した場合にも、永久磁石１１の磁束ｆｍによって第１のコイル１２の周囲に形成される磁気回路（永久磁石１１→固定基体２０→スライダ４０→永久磁石１１）によりスライダ４０が第１の位置に保持される。
　以下、通電制御部５０を通じて同様の通電制御を行うことにより、スライダ４０が第１の位置と第２の位置との間で移動することになり、アーマチュアツース部８３とロータツース部６２とを噛み合い状態と非噛み合い状態に切り替えることができる。尚、実施の形態１と同様、永久磁石１１による磁束ｆｍは、便宜的に方向を示したものであり、図示する方向に限定されることはない。また、スライダ４０を第１の位置から第２の位置に移動させる場合と、第２の位置から第１の位置に移動させる場合とで、便宜上永久磁石１１による磁束を「ｆｍ」、第１のコイル１２の周囲に生じる磁束を「ｆｃ１」、第２のコイル１３の周囲に生じる磁束を「ｆｃ２」として同じ符号を付しているが、これらの符号は磁束の大きさが同じであることを意味するものではない。
　図１２－１及び図１２－２は、従来の一般的なツースクラッチにおいてアーマチュアの位置とアーマチュアに作用する推力との関係を表したもので、図１２－１はアーマチュアがＯＦＦ位置からＯＮ位置に移動するときの推力の変化を示し、図１２－２はアーマチュアがＯＮ位置からＯＦＦ位置に移動するときの推力の変化を表している。図１２－１及び図１２－２において横軸はアーマチュアの位置を示し、縦軸はアーマチュアに作用する推力を表している。横軸においては、クラッチがＯＮのときのアーマチュアの位置をＯＮ位置として表示し、クラッチがＯＦＦのときのアーマチュアの位置をＯＦＦ位置として表示している。縦軸においては、アーマチュアがＯＮ位置に向かう方向の推力を吸引力とし、ＯＮ位置から離れる方向の推力を反発力としている。図１２－１中の曲線１はアーマチュアがＯＦＦ位置に復帰するための復帰バネによる反発力を示し、曲線２はコイルに通電したときの吸引力を示し、曲線１と曲線２との合成した曲線３がアーマチュアに作用する推力となる。クラッチがＯＮの状態を維持するには、復帰バネによる反発力に抗しなければならないため、常時コイルに通電が必要となる。尚、図１２－２に示すように、クラッチがＯＮの状態からコイルの通電を停止すると、復帰バネによってクラッチがＯＦＦの状態になる。この従来例では、図１２－１に示すように、コイルからアーマチュアが離隔する方向に移動すると、コイルへの通電による吸引力が指数関数的に低下することになる。このため、アーマチュアを確実に吸引するためには、アーマチュアの移動ストロークを長く設定することが困難となる。
　これに対して図１３－１及び図１３－２は、上述した実施の形態２のツースクラッチのＯＮ／ＯＦＦ切り替え動作において、アーマチュア８０の位置とアーマチュア８０に作用する推力との関係を表したもので、図１３－１は、アーマチュア８０がＯＦＦ位置（スライダ４０の第１の位置）からＯＮ位置（スライダ４０の第２の位置）に移動するときの推力の変化を示し、図１３－２はクラッチＯＮ状態からＯＦＦ状態に推移するときの推力の変化を表している。図１３－１及び図１３－２において横軸はアーマチュア８０の位置を示し、縦軸はアーマチュア８０に作用する推力を示している。横軸においては、クラッチがＯＮのときのアーマチュア８０の位置をＯＮ位置として表示し、クラッチがＯＦＦのときのアーマチュア８０の位置をＯＦＦ位置として表示している。縦軸においては、アーマチュア８０がＯＮ位置に向かう方向の推力を吸引力とし、ＯＮ位置から離れる方向の推力を反発力としている。
　図１３－１中の座標１は、アーマチュア８０がＯＦＦ位置に配置されている場合の永久磁石１１による保持力である。この状態から第１のコイル１２の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第１のコイル１２に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第２のコイル１３に通電を行うと、その瞬間にアーマチュア８０に作用する推力が座標２の吸引力となる。その後、アーマチュア８０の移動に伴って曲線３に示すような吸引力が作用し（第１のコイル１２への通電を停止）、アーマチュア８０がＯＮ位置に至る（座標４）。さらにアーマチュア８０がＯＮ位置の状態で第２のコイル１３への通電を停止すると、アーマチュア８０に作用する吸引力が永久磁石１１によるものだけとなり、座標５となる。
　同様に、図１３－２中の座標５に示す状態から第２のコイル１３の周囲に形成される永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消すように第２のコイル１３に通電を行うとともに、スライダ４０に吸引力を作用させることができるように第１のコイル１２に通電を行うと、その瞬間にアーマチュア８０に作用する推力が座標４′の反発力となる。その後、アーマチュア８０の移動に伴って曲線３′に示すような反発力が作用し（第２のコイル１３への通電を停止）、アーマチュア８０がＯＦＦ位置に至る（座標２′）。さらにアーマチュア８０がＯＦＦ位置の状態で第１のコイル１２への通電を停止すると、アーマチュア８０に作用する反発力が永久磁石１１によるものだけとなり、座標１となる。
　このように、実施の形態２のツースクラッチでは、永久磁石１１を狭持して２つのコイル１２，１３を設け、通電制御部５０からの制御信号により、アーマチュア８０を第１の位置から第２の位置に移動させる場合に、第２のコイル１３に通電を行った状態で第１のコイル１２の周囲に永久磁石１１の磁束ｆｍを打ち消す磁束が生じるように第１のコイル１２に通電を行うようにしている。しかも、このツースクラッチにおいては、アーマチュア８０が第１の位置及び第２の位置に配置された場合、永久磁石１１の磁束ｆｍによってそれぞれの位置に保持されるため、従来のツースクラッチのように復帰バネを要しない。このため、移動ストロークを、従来より大幅に長くすることが可能となり、高伝達トルクのツースクラッチが可能となった。
　１１　　　永久磁石
　１２，１３　　　コイル
　２０　　　固定基体
　２１　　　中心孔
　２２　　　基部
　２３　　　凸部
　２４　　　磁気ヨーク部
　２５　　　中空孔
　３０　　　固定片
　３１　　　中心孔
　３２　　　凸部
　３３　　　平行部
　４０　　　スライダ
　５０　　　通電制御部
　５１　　　電源
　５２，５３　　　端子ユニット
　６０　　　ロータ
　６１　　　ベアリング
　６２　　　ロータツース部
　７０　　　軸部材
　７１　　　ベアリング
　７２　　　トメワ
　８０　　　アーマチュア
　８１　　　アクチュエータ本体
　８２　　　キー
　８３　　　アーマチュアツース部

Claims (7)

  1. 　永久磁石の両側にそれぞれコイルを配設するとともに、磁性体から成るスライダを前記コイルの並設方向に沿って移動可能に配設し、前記スライダが第１の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第１のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第１の位置に保持する一方、前記スライダが第２の位置に配置された場合には前記永久磁石の磁束によって第２のコイルの周囲に形成される磁気回路により前記スライダを前記第２の位置に保持するように構成した自己保持型ソレノイドにおいて、
    　前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合に、前記第２のコイルに通電を行った状態で前記第１のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行う通電制御手段を備えたことを特徴とする自己保持型ソレノイド。
  2. 　前記通電制御手段は、前記スライダを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる場合、前記第２のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束に沿って磁束が生じるように前記第２のコイルに通電を行った状態で、前記一方のコイルの周囲に前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が生じるように前記第１のコイルに通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の自己保持型ソレノイド。
  3. 　前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、予め設定した一定の電流値で通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の自己保持型ソレノイド。
  4. 　前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、電流値を漸次変化させながら通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の自己保持型ソレノイド。
  5. 　前記通電制御手段は、前記第１のコイルに前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束を生じさせる場合、前記スライダが移動を開始した時点で前記第１のコイルへの通電を停止し、かつ前記第２のコイルへの通電を継続することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の自己保持型ソレノイド。
  6. 　請求項１～請求項５のいずれか一つに記載した自己保持型ソレノイドにおいて前記スライダを円筒状に形成し、その端面にツース部を設けるとともに、前記スライダの中心軸線を中心として前記スライダに対して相対回転可能に配設した回転体にツース部を形成し、前記コイルへの通電状態を制御することによって前記スライダを中心軸線に沿って移動させ、前記スライダのツース部を前記回転体のツース部に対して噛み合い状態と非噛み合い状態とに切り替えるように構成したことを特徴とするツースクラッチ。
  7. 　少なくとも前記スライダのツース部と前記回転体のツース部とが離隔した状態から接触する時点までの間、前記永久磁石の磁束によって前記回転体と前記スライダとが互いに離反する方向に向けて推力が発生するように構成したことを特徴とする請求項６に記載のツースクラッチ。
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