特許 5785002 電磁係合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5785002

(24)【登録日】2015年7月31日

(45)【発行日】2015年9月24日

(54)【発明の名称】電磁係合装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 27/112 20060101AFI20150907BHJP

   F16D 55/00 20060101ALI20150907BHJP

   F16D 125/36 20120101ALN20150907BHJP

【ＦＩ】

   F16D27/10 341D

   F16D55/00 A

   F16D125:36

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-142898(P2011-142898)

(22)【出願日】2011年6月28日

(65)【公開番号】特開2013-11285(P2013-11285A)

(43)【公開日】2013年1月17日

【審査請求日】2014年2月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100083998

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 丈夫

(72)【発明者】

【氏名】江渕 弘章

(72)【発明者】

【氏名】駒田 英明

(72)【発明者】

【氏名】北畠 弘達

(72)【発明者】

【氏名】橋本 洋人

(72)【発明者】

【氏名】鬼武 稔

(72)【発明者】

【氏名】是永 憲司

【審査官】 久島 弘太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１２２６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２２６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４７４２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ ２５／００− ３９／００

Ｆ１６Ｄ ４８／０２− ４８／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向で互いに対向して配置された一対のカム部材を有しかつそれらのカム部材の間にこれらカム部材を互いに反対方向に回転するようにトルク差が生じた場合にそのトルク差に応じた軸線方向への推力を発生するカム機構と、磁気吸着力によって吸着することにより発生する摩擦力で前記トルク差を生じさせる吸引部材とを備え、いずれか一方の前記カム部材を前記吸引部材側に押圧する推力によって前記トルク差を増大させて前記カム部材を前記吸引部材側に押圧する係合力を増大させるように構成された電磁係合装置において、
前記吸引部によって吸着されて前記摩擦力を発生させる被吸引部を備えるとともに、
その被吸引部が、いずれかの一方の前記カム部に、当該一方のカム部材と一体となって回転しかつ軸線方向に相対移動可能に取り付けられ、
前記被吸引部を磁気吸引力に抗して前記吸引部から離れる方向に弾性力を作用させる第１リターンスプリングと、前記一方のカム部材を前記推力に抗して前記吸引部から離れる方向に弾性力を作用させる第２リターンスプリングとを更に備え、
前記第２リターンスプリングの弾性力は、前記第１リターンスプリングの弾性力よりも大きい
ことを特徴とする電磁係合装置。

【請求項2】

前記一方のカム部材が係合するまでは電磁コイルに通電する電流を制御してトルク制御し、当該一方のカム部材が係合したときは前記カム機構がセルフロックするようにカム角度と、カム摩擦係数と、転動体配置径との少なくともいずれかの値が設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁係合装置。

【請求項3】

前記被吸引部は、前記一方のカム部材と前記吸引部との間に配置され、前記推力により前記一方のカム部材が前記吸引部との間に前記被吸引部を挟みつけるように構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁係合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁気力による吸引力と差回転による推力を発生させて係合する電磁係合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両の動力伝達系において、エンジンとマニュアルトランスミッションとの間に、エンジンの回転と動力を断続するクラッチ装置が設けられている。このクラッチ装置には各種の形式があり、例えば、かみ合い式、摩擦式、流体式、電磁式などのクラッチ装置が知られている。このなかの電磁式クラッチ装置は、電磁気力を利用して動力を断続する装置である。この電磁式クラッチ装置には、トルクを伝達する構造により、圧着式、かみ合い式、鉄粉を媒体とする空隙式などがある。

【0003】

例えば、特許文献１には、電磁力によって磁気吸引されるアーマチュアを分割し、それぞれのアーマチュアに制動ばねを設けた電磁ブレーキが記載されている。また、最初に磁気吸引されるアーマチュアを付勢する制動ばねのばね力は、他方の制動ばねのばね力よりも小さいことが特許文献１に記載されている。

【0004】

また、特許文献２には、２層に分割して積層されたアーマチェアを有し、アーマチェアに付勢する押圧ばねと、アーマチェアの層間に緩衝部材を配置した電磁クラッチが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開平５−６２７４７号公報

【特許文献2】特開平１１−５１０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１あるいは２に記載された構成では、内外周の二つのアーマチュアを設け、それぞれのアーマチュアに対してリターンスプリングを配置するとともに、それぞれのアーマチュアを電磁力によって吸引するようになっている。したがって、特許文献１に記載された構成では、クラッチを解放させるための電磁力は上記のリターンスプリングの弾性力以上である必要があり、クラッチを解放するためには大きい電流を流すことになるので、エネルギ効率を向上させる点で改善する余地があった。

【0007】

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、係合状態もしくは解放状態を設定するために要する電磁気力を低減してエネルギ効率を向上させることのできる電磁係合装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、軸線方向で互いに対向して配置された一対のカム部材を有しかつそれらのカム部材の間にこれらカム部材を互いに反対方向に回転するようにトルク差が生じた場合にそのトルク差に応じた軸線方向への推力を発生するカム機構と、磁気吸着力によって吸着することにより発生する摩擦力で前記トルク差を生じさせる吸引部材とを備え、いずれか一方の前記カム部材を前記吸引部材側に押圧する推力によって前記トルク差を増大させて前記カム部材を前記吸引部材側に押圧する係合力を増大させるように構成された電磁係合装置において、前記吸引部によって吸着されて前記摩擦力を発生させる被吸引部を備えるとともに、その被吸引部が、いずれかの一方の前記カム部に、当該一方のカム部材と一体となって回転しかつ軸線方向に相対移動可能に取り付けられ、前記被吸引部を磁気吸引力に抗して前記吸引部から離れる方向に弾性力を作用させる第１リターンスプリングと、前記一方のカム部材を前記推力に抗して前記吸引部から離れる方向に弾性力を作用させる第２リターンスプリングとを更に備え、前記第２リターンスプリングの弾性力は、前記第１リターンスプリングの弾性力よりも大きいことを特徴とする電磁係合装置である。

【0010】

また、本発明は、前記一方のカム部材が係合するまでは電磁コイルに通電する電流を制御してトルク制御し、当該一方のカム部材が係合したときは前記カム機構がセルフロックするようにカム角度と、カム摩擦係数と、転動体配置径との少なくともいずれかの値を設定されていることを特徴とする電磁係合装置である。

【0011】

また、本発明は、前記被吸引部は、前記一方のカム部材と前記吸引部との間に配置され、前記推力により前記一方のカム部材が前記吸引部との間に前記被吸引部を挟みつけるように構成されていることを特徴とする電磁係合装置である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、電磁係合装置の構造を簡素にすることができ、被吸引部と可動カム部とに異なるリターンスプリングによる弾性力を付勢させているので、電流低減により容易に解放可能になる。また、被吸引部を吸引させる磁気吸引力は、第１リターンスプリングの弾性力にのみ打ち勝てばよいので、吸引時の消費電力を低減させることができる。さらに、通電電流量の制御によってトルク容量の制御が可能になる。また、第２リターンスプリングの弾性力によって可動カム部を離隔させることができ、可動カム部に押圧力を残すことができる。

【0013】

また、本発明によれば、リターンスプリングの弾性力を大小異なるように設定すればよく、電磁係合装置の構造を簡素にすることができる。相対的に第１リターンスプリングの弾性力が小さいので、吸引時の消費電力をさらに低減させることができ、係合初期の過大トルクの発生を抑制することができる。相対的に第２リターンスプリングの弾性力が大きいので、さらに容易に電流低減により解放が可能となる。また、摩擦面の衝撃的な荷重を低減させることができ、これによって電磁係合装置の耐久性を向上させ、摩擦面の摩擦係数の維持を可能にさせることができる。さらに、角加速度入力による可動カム部材のストロークを防止でき、リスクを低減させることができる。被吸引部を従来に比べて軽量に設計し構成に含めることが可能となる。被吸引部への振動入力によって、被吸引部がヨーク側へストロークした場合であっても、第２リターンスプリングの大きい弾性力によって可動カム部はストロークしないので、被吸引部が衝突してもトルク容量は一瞬に留められる。

【0014】

また、本発明によれば、電磁係合装置がセルフロックすることで、電流に依存しない係合状態を保つことができ、消費電力を低減されることができる。また、セルフロックの構成でありながら、電流によるトルク容量の制御が可能な領域を有しているので、電流制御によって動作制御が可能である。

【0015】

また、本発明によれば、係合部材と被吸引部とが摩擦係合している係合状態と、第１可動カム部被吸引部を介して係合部材と係合している係合状態と、異なるふたつの係合状態によって、係合と解放ができる。また、係合初期時の衝撃を低減でき、トルク容量の制御も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態における電磁係合装置の解放状態を模式的に示した断面図である。

【図2】一実施形態における電磁係合装置の第１係合状態を模式的に示した断面図である。

【図3】一実施形態における電磁係合装置の第２係合状態を模式的に示した断面図である。

【図4】カム機構におけるカム面を径方向から見た状態を示す断面図である。

【図5】（ａ）は、非セルフロック構造における電流とトルク容量との関係を示した図である。（ｂ）は、セルフロック構造における電流とトルク容量との関係を示した図である。

【図6】本発明に係る電磁係合装置を備えたハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示したスケルトン図である。

【図7】本発明に係る電磁係合装置を備えたハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示したスケルトン図である。

【図8】本発明に係る電磁係合装置を備えたハイブリッド駆動装置の一例を模式的に示したスケルトン図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態における電磁係合装置について説明する。

【0018】

図１は、本実施形態における電磁係合装置１の解放状態の断面図を模式的に示した図である。図１に示す電磁係合装置１は、電磁気力による磁気吸引力を発生するアクチュエータ２と、一対のカム部材の間に相反する方向にトルクが作用することすなわちトルク差が生じることにより軸線方向の推力を発生させるカム機構３と、このアクチュエータ２とカム機構３との間に設けられカム機構３に弾性力を付勢するリターンスプリング４とを備えている。

【0019】

アクチュエータ２は、通電されると磁束を発生する電磁コイル６と、その電磁コイル６を備えているヨーク７とを有している。ヨーク７は、磁気吸引力によってカム機構３の一部を構成するアーマチュア８を吸引し、接触して摩擦力を発生するものである。このヨーク７は、回転軸５の外周側に配置され、図示しないミッションケーシングなどの固定部材に固定されており、全体として環状を成し、かつ周辺部分の断面が軸線方向に開いたコ字状に形成されている。電磁コイル６は、ヨーク７に形成されたコ字状の内部に嵌め込まれた状態になっている。またヨーク７は、アーマチュア８と対向して配置され、このアーマチュア８と摩擦係合する摩擦面７ａが形成されている。このヨーク７の摩擦面７ａは、リング状もしくは方形枠状に形成されている。さらにヨーク７は、強磁性体の磁気特性と、衝撃や摩擦に対する強度や耐久性などを向上させて構成されている。

【0020】

カム機構３は、回転軸５に一体化されている第１カム部材である回転板１０と、回転板１０と同軸上に配置され回転軸５に対して回転し軸線方向にも移動可能な第２カム部材と、回転板１０と第２カム部材との間に挟み込まれた転動体である球体状のカムボール１１とによって構成されている。第２カム部材は、軸線方向に相対移動が可能な二つの部材に分割されており、回転板１０に対向して配置されカムボール１１を挟み込んでいる第１可動カム部材である可動カム部９と、ヨーク７に対向して配置され磁気吸引力によって吸引される第２可動カム部材であるアーマチュア８とによって構成されている。したがって、カム機構３は回転軸５とともに回転する。

【0021】

このカム機構３は、回転軸５の外周側に配置され、軸線方向において、第２カム部材であるアーマチュア８及び可動カム部９が、第１カム部材である回転板１０とアクチュエータ２を構成するヨーク７との間に配置されている。また、軸線方向においてアーマチュア８がヨーク７と可動カム部９との間に配置されている。さらに、可動カム部９の一部もヨーク７と対向して配置されている。

【0022】

アーマチュア８は、回転部材であって、通電された電磁コイル６が磁束を発生しているときに磁化され、ヨーク７側へ磁気吸引されて、ヨーク７に接触すると磁気吸着されヨーク７と摩擦係合する部材である。このアーマチュア８は、図１に例示するように、断面が平板形状を形成する平板部がヨーク７と可動カム部９との間に配置され、内周側の部分が可動カム部９と軸線方向に相対移動可能に連結されている。例えば、このアーマチュア８の内周側の部分には、可動カム部９とスプライン嵌合する連結部が設けられている。換言すれば、この連結部における軸線方向の一部から径方向すなわち外周側方向に平板部が伸びて配置されている。アーマチュア８とヨーク７との間には第１リターンスプリングが配置され、この連結部付近の径方向におけるヨーク７と対向する箇所へ第１リターンスプリング４ａの弾性力が付勢されるように構成されている。また、この平板部は、ヨーク７と対向する面にはヨーク７と摩擦係合して摩擦力を発生させる摩擦面８ａが形成され、一方で可動カム部９と対向する面には可動カム部９と接触し押圧される押圧面８ｂが形成されている。また、アーマチュア８は、強磁性体の磁気特性を有する磁性材料によって構成されている。

【0023】

可動カム部９は、回転板１０との間で差回転が生じるようにトルクが作用することにより、そのトルクに基づく軸線方向の推力によって、軸線方向に移動をする部材であって、アーマチュア８を押圧しアーマチュア８を挟み込んでヨーク７と係合する部材である。この可動カム部９は、環状の回転部材であって、図１に例示するように、断面が略コ字状である。また可動カム部９は、軸線方向にアーマチュア８と相対移動が可能に連結されている。例えば、可動カム部９の内周側に設けられた軸線方向の突部には、この突部の内周側にボス部が形成され、このボス部にアーマチュア８をスプライン嵌合させ、この突部とヨーク７とが対向する箇所に第２リターンスプリング４ｂの弾性力が付勢されるように構成されている。また、可動カム部９の外周側に設けられた軸線方向の突部には、アーマチュア８と対向する面であって、アーマチュア８と接触する場合にはアーマチュア８をヨーク７側へ押圧する押圧面９ｂが形成されている。さらに、可動カム部９と回転板１０と対向する面には後述にて詳細に説明するカム面９ａが形成され、回転板１０と挟み込んでカムボール１１を保持している。なお、可動カム部９は、磁気吸引力によって吸引されることはなく、アクチュエータ２によってヨーク７側へ移動されない。

【0024】

また、カムボール１１を介する可動カム部９と回転板１０との対向する面には、カムボールを保持する溝部としてカム面９ａ，１０ａがそれぞれ形成されている。このカム面９ａ，１０ａは、図４に例示するように、径方向から見ると面がＶ字状に傾斜させられている。カム機構３は、回転軸５からの入力側の回転板１０と、摩擦力を発生させるアーマチュア８と、アーマチュア８からの入力側の可動カム部９と、カムボール１１とを含む構成であって、生じたトルク差によってトルクカム反力を発生させ、このトルクカム反力による押圧する推力を発生するものである。また、カム機構３が発生した推力は、カム機構３の構成部材同士を一体化させる係合力となり、この係合力によって自縛的にロック状態を形成するセルフロック機能の有無を設定することができる。例えば、カム面の摩擦係数、カムボール１１の配置径、回転板１０における摩擦面の有効半径、各カム部材におけるカム面９ａ，１０ａの各カム角度θなどのパラメータがある。なお、図４にはカム作用力Ｆを図示した。このカム機構３は、これらパラメータが所定値に設定され、ロック成立条件に設定されれば自縛的にロック状態を形成するセルフロック機能を有し、他方でロック非成立条件に設定されれば自縛的にロック状態を形成しない非セルフロック機能を有する。

【0025】

リターンスプリング４は、アーマチュア８および可動カム部９のそれぞれの一部がヨーク７に対向している箇所の間に配置されている。したがって、リターンスプリング４は二重に設けられている。このリターンスプリング４には、アーマチュア８とヨーク７との間に配置されアーマチュア８へヨーク７から離れる方向に弾性力を付勢する第１リターンスプリング４ａと、可動カム部９とヨーク７との間に配置され可動カム部９へヨーク７から離れる方向に弾性力を付勢する第２リターンスプリング４ｂとが含まれる。図１に例示するように、解放状態では、アーマチュア８とヨーク７とが離隔し、かつ可動カム部９とヨーク７とが離隔している。また、リターンスプリング４は、ヨーク７または第２カム部材のどちらか一方に取り付けられた図示しないスラストベアリングを介して設けられている。さらに、各リターンスプリング４ａ，４ｂの弾性力は大小異なるように設定されている。本実施形態における電磁係合装置１では、第１リターンスプリング４ａの弾性力は、第２リターンスプリング４ｂの弾性力よりも小さく設定されている。

【0026】

次に、電磁係合装置１の係合動作および解放動作について説明する。アクチュエータ２の電磁コイル６へ通電されていない状態では、アーマチュア８へ第１リターンスプリング４ａにより付勢される弾性力、および可動カム部９へ第２リターンスプリング４ｂにより付勢される弾性力によって、アーマチュア８および可動カム部９がヨーク７と離隔している。この解放状態は、図１に例示するように、アーマチュア８とヨーク７とが非接触の状態であり、かつアーマチュア８の押圧面８ｂと可動カム９の押圧面９ｂとが接触している状態である。この解放状態において電磁コイル６に電流を流すと、電磁コイル６は磁束を発生し、電磁気力によって磁化されたアーマチュア８は、ヨーク７側に磁気吸引される力を受ける。このアーマチュア８は、ヨーク７側に吸引される磁気吸引力が、第１リターンスプリング４ａがヨーク７側から離れる方向に付勢する弾性力に打ち勝った場合、この弾性力に抗してヨーク７側へ軸線方向に移動する。

【0027】

この磁気吸引されヨーク７側へ移動してきたアーマチュア８は、ヨーク７と接触して摩擦係合し、摩擦力を生じ摩擦トルクを発生する。この係合状態は、図２に例示する通りであり、アーマチュア８とヨーク７とが摩擦係合しているが、可動カム部９とヨーク７とが係合していない状態を表す。この係合状態を、第１係合状態とする。この第１係合状態におけるアーマチュア８は、アクチュエータ２の磁気吸着力によってヨーク７と摩擦係合している。したがって、電磁コイル６が通電され、この磁気吸着力が第１リターンスプリング４ａの弾性力に打ち勝っている間は第１係合状態が維持され、この弾性力が磁気吸着力に打ち勝った場合は第１係合状態が解除され解放状態に遷移する。また、第１係合状態の係合初期である接触時、瞬時にヨーク７がアーマチュア８の回転を停止させる係合状態にはならず、アーマチュア８はヨーク７に相対回転し摺動する。なお、本実施形態における電磁係合装置１は、ヨーク７と回転中のアーマチュア８とが相対回転し摩擦係合している間、アーマチュア８の摩擦面８ａとヨーク７の摩擦面７ａとの摩擦により摩擦力が生じ、この摩擦力に起因して摩擦トルクが発生する。

【0028】

この摩擦トルクは、アーマチュア８に制動力を付与するものであって、回転軸５に制動力を付与するブレーキトルクである。この第１係合状態における摩擦トルクをブレーキトルクＴｂ１とする。ブレーキトルクＴｂ１は、磁気吸着力をＦｍ、摩擦面の摩擦係数をμ、摩擦半径をｒとすると、「Ｔｂ１＝μ・ｒ・Ｆｍ」の関係で表される。したがって、電磁コイル６に通電される電流量を増加させると磁気吸引力Ｆｍが増加され、ブレーキトルクＴｂ１のトルク容量を増加させることになる。この関係は図５に例示するように、第１係合状態において、通電電流の増加に伴いブレーキトルクＴｂ１のトルク容量は比例して増加する。

【0029】

また、第１係合状態において、ブレーキトルクＴｂ１である摩擦トルクが発生すると、この摩擦トルクに起因する差回転によってカム機構３が作動する。この差回転は、第１カム部材と第２カム部材とを反対方向に回転させるようにトルク差が生じた場合に発生する。したがって、生じたトルク差に応じて軸線方向への推力が発生する。カム機構３の作動時は、第１カム部材である回転板１０と、第２カム部材であるアーマチュア８および可動カム部９とが差回転しトルクカム反力を発生する。具体的には、差回転によりカムボール１１がカム面９ａ，１０ａに乗り上げて、可動カム部９および回転板１０を押圧し離隔させる方向にトルクカム反力を生じる。可動カム部９においてトルクカム反力が第２リターンスプリング４ｂから付勢されている弾性力に打ち勝った場合、この弾性力に抗して可動カム部９がヨーク７側へ軸線方向に移動する。また、アーマチュア８とヨーク７との摩擦力が増大し差回転が大きくなると、アーマチュア８からの摩擦トルクは可動カム部９によって入力され、トルクカム反力を増大させることになる。したがって、トルクカム反力は、カム機構３における差回転によって発生するもの、すなわち摩擦係合により生じた摩擦力に起因する摩擦トルクによって発生するものである。このトルクカム反力は、第１係合状態から図３に例示する第２係合状態へ遷移する間は、可動カム部を軸線方向に移動させる推力として作用するものである。

【0030】

このトルクカム反力を受けて可動カム部９はヨーク７側へ軸線方向に移動させられ、ヨーク７と摩擦係合しているアーマチュア８と接触する。しがたって、離隔していたアーマチュア８の押圧面８ｂと可動カム部９の押圧面９ｂとが接触する。この状態は図３に例示するように、ヨーク７とアーマチュア８との摩擦面７ａ，８ａが接触し、かつアーマチュア８と可動カム部９との押圧面８ｂ，９ｂが接触している状態である。この状態を第２係合状態とする。この第２係合状態では、アーマチュア８とヨーク７とが摩擦係合し、かつトルクカム反力を受ける可動カム部９がアーマチュア８を介してヨーク７を押圧して係合している状態である。したがって、この可動カム部９はトルクカム反力によってヨーク７およびアーマチュア８を押圧し係合しており、このトルクカム反力が、第２リターンスプリング４ｂの弾性力と第１リターンスプリング４ａの弾性力から磁気吸着力を減じた力との合力に打ち勝っている間は第２係合状態が維持される。また、この合力または第２リターンスプリング４ｂの弾性力が、このトルクカム反力に打ち勝った場合、第２係合状態は解除され、第１係合状態または解放状態に遷移する。

【0031】

例えば、第２係合状態の係合初期時、電磁コイル６が通電され発生している磁束による電磁吸着力によってアーマチュア８がヨーク７に摩擦係合されており、可動カム部９は、アーマチュア８を介して第１リターンスプリング４ａの弾性力から磁気吸着力を減じた力を付与されない。したがって、可動カム部９は、トルクカム反力が第２リターンスプリング４ｂの弾性力に打ち勝っている間は、第２係合状態は維持される。一方、電磁コイル６に通電していた電流を停止しアーマチュア８を吸着していた電磁吸着力はなくなった場合、可動カム部９はアーマチュア８を介して第１リターンスプリング４ａの弾性力をヨーク７側から離れる方向に付勢される。この場合、トルクカム反力がリターンスプリング４の弾性力の合力に打ち勝っている間は、可動カム部９がアーマチュア８を介してヨーク７を押圧し続け第２係合状態は維持される。なお、電磁コイルに通電していた電流を停止した場合、即時または緩やかに磁気吸着力が失われるか否かは、ヨーク７およびアーマチュア８を構成する強磁性体材料の磁気特性に起因するものである。

【0032】

また、第２係合状態の係合初期である接触時、瞬時にヨーク７が可動カム部９の回転を停止させる係合状態にはならず、アーマチュア８はヨーク７に相対回転し摺動する。この係合初期に限らず、ヨーク７と回転中のアーマチュア８が摩擦係合している間、アーマチュア８の摩擦面８ａとヨーク７の摩擦面７ａとによって摩擦力が生じ、この摩擦力に起因して摩擦トルクが発生している。

【0033】

この摩擦トルクは、アーマチュア８に制動力を付与するものであって、回転軸５に制動力を付与するブレーキトルクである。この第２係合状態における摩擦トルクとブレーキトルクＴｂ２とする。ブレーキトルクＴｂ２は、磁気吸着力をＦｍ、摩擦面の摩擦係数をμ、摩擦半径をｒとすると、「Ｔｂ２＝μ・ｒ・（Ｆｍ＋Ｆｃ）」の関係で表される。したがって、第２係合状態の係合初期における磁気吸引力Ｆｍとトルクカム反力Ｆｃとの合計の力と比較して、係合力（Ｆｍ＋Ｆｃ）が増加されると、ブレーキトルクＴｂ２のトルク容量を増加させることになる。したがって、磁気吸着力Ｆｍが減少した場合であっても、トルクカム反力が増大し、相対的に係合力が増大されれば、トルク容量は増大されることになる。このトルクカム反力は、第２係合状態を維持している間は、第２カム部材をヨーク７に係合させる係合力として作用するものである。また、第２係合状態におけるトルクカム反力は、摩擦トルクが増大することに伴って増大するものである。

【0034】

ここで、カム機構３のパラメータが、ロック非成立条件に設定された場合と、ロック成立条件に設定された場合との係合状態について説明する。このロック非成立条件に設定された場合、電磁係合装置１は、自縛的なロック状態に形成させない非セルフロック機能を有する。一方、ロック成立条件に設定された場合、電磁係合装置１は、自縛的なロック状態に形成させるセルフロック機能を有する。

【0035】

電磁係合装置１が非セルフロック機能を有する場合、電磁コイル６に電流を通電し続けなければ、すなわち磁気吸着力によってアーマチュア８がヨーク７に吸着されていなければ、第２係合状態を維持することができない。換言すれば、電磁係合装置１は、カム機構３におけるトルクカム反力が第２リターンスプリング４ｂの弾性力に打ち勝っていれば第２係合状態を維持でき、第１係合状態と第２係合状態とともにアクチュエータ２における通電電流によってトルク容量を制御することが可能になる。図５（ａ）は、非セルフロック構造すなわち電流によるトルク制御可能な構造における電流とトルク容量との関係を示した図である。図５（ａ）に例示するように、第１係合状態および第２係合状態において、通電電流の増加に比例してトルク容量は増加される。このトルク容量の増加を示す傾きは、係合状態における係合力に比例するものであり、第１係合状態における係合力は磁気吸着力に基づき、第２係合状態における係合力は磁気吸着力およびトルクカム反力に基づくものである。したがって、電磁コイルへの通電電流量の増加に伴い磁気吸着力は増加するため、第２係合状態における係合力はトルクカム反力が付与されているので、第２係合状態における傾きが第１係合状態における傾きよりも大きくなる。

【0036】

一方、電磁係合装置１がセルフロック機能を有する場合、第２係合状態において、電磁コイル６に通電されていた電流を停止しても、すなわち磁気吸着力がなくなっても、第２係合状態を維持することができる。したがって、第２係合状態において、アクチュエータ２における通電電流によってトルク容量を制御できない。一方で、セルフロック状態になれば、ヨーク７によって付与され摩擦力が増大され、この増大された摩擦力による摩擦トルクが増大され、この摩擦トルクによる差回転による入力がされるとトルクカム反力が増大する循環を繰り返し行う。図５（ｂ）は、セルフロック構造における電流とトルク容量との関係を示した図である。図５（ｂ）に例示するように、第１係合状態において、通電電流の増加に比例してトルク容量は増加される。一方、第２係合状態において、通電電流を増加させてもトルク容量の増加に寄与しない。したがって、セルフロック構造において、第１係合状態では、アクチュエータ２における通電電流によってトルク制御が可能である。第２係合状態では、セルフロック状態となりトルク循環して自縛的な係合力を増加させるため、通電電流によらずにトルク容量を増大させることができる。また、セルフロック機能は、カム機構３の構成部材同士を一体化させる係合力を増大させるものである。

【0037】

なお、この電磁係合装置１は、カム機構３における差回転によってトルクカム反力が発生するものであり、例えば図１に例示する解放状態においても第１カム部材と第２カム部材とが差回転する場合にはトルクカム反力が発生してしまう。しかしながら、この電磁係合装置１において、カム機構３が作動することによる意図しないロック状態（誤ロック）を防止するため、所定のロック成立条件の設定や、第２リターンスプリング４ｂの弾性力の強化がされている。例えば、セルフロック状態となり誤ロックを起こさないロック成立条件として、カム角度が適正な角度に設定されていることや、カム面９ａ，１０ａとカムボール１１との摩擦力に寄与するカム摩擦係数を適正な所定値に設定することや、カムボール１１の配置径が適正な値になるように配置することなどがある。この所定のロック成立条件が設定されていることで、カム機構３はセルフロック機能を発揮し、かつ誤ロックを防止するものである。また、アーマチュア８への振動入力によってアーマチュア８がヨーク７側へ移動させられる場合も考えられる。この場合におけるリスク低減のため、アーマチュア７は軽量に構成されてもよい。また、可動カム部９が解放状態の位置に維持され、アーマチュア８のみが振動によってヨーク７と衝突しても、トルク容量は衝突時の一瞬だけに留めることが可能である。

【0038】

また、電磁係合装置１は、係合状態において、リターンスプリングの弾性力が係合力に打ち勝った場合、係合状態は解除され、解放状態へ移行する。例えば、第１係合状態において、第１リターンスプリング４ａの弾性力が磁気吸着力に打ち勝った場合、アーマチュア８はヨーク７から離れる方向に移動させられ、第１係合状態が解除され解放状態に移行する。また、非セルフロック構造のカム機構３における第２係合状態において、電磁コイル６に通電される電流が停止され磁気吸着力がなくなり第２リターンスプリング４ｂの弾性力が係合力に打ち勝った場合、可動カム部９は第２リターンスプリング４ｂによってヨーク７から離れる方向に移動させられ、第２係合状態が解除され解放状態に移行する。さらに、セルフロック構造のカム機構３における第２係合状態において、第１リターンスプリング４ａと第２リターンスプリング４ｂとの弾性力の合力がトルクカム反力に打ち勝った場合、アーマチュア８は第１リターンスプリング４ａによって、かつ可動カム部９は第２リターンスプリング４ｂによって、ヨーク７から離れる方向に移動させられ、第２係合状態は解除され解放状態に移行する。

【0039】

次に、図６を参照して、本発明に係る電磁係合装置を搭載したハイブリッド車両の動作について説明する。図６は、本実施形態の電磁係合装置１を搭載したハイブリッド車両のギヤトレーンの一例を模式的に示したスケルトン図である。ここに示す例は、いわゆる２モータタイプのハイブリッド駆動装置であって、エンジン４０が出力した動力を動力分割機構４１によって出力軸４２側の第１モータ・ジェネレータ４３側とに分割するように構成されている。そのエンジン４０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機構であり、そのクランクシャフトなどの出力要素が動力分割機構４１に連結されている。動力分割機構４１は、図６に示す例では、シングルピニオン側の遊星歯車機構によって構成されており、サンギヤ４４とリングギヤ４５とが同心円上に配置され、これらサンギヤ４４およびリングギヤ４５に噛み合っているピニオンギヤがキャリア４６によって自転かつ公転できるように保持されている。エンジン４０は、そのキャリア４６に連結され、したがってキャリア４６が入力要素になっている。また、サンギヤ４４には第１モータ・ジェネレータ４３が連結され、したがってサンギヤ４４が反力要素となっている。さらに、リングギヤ４５が出力軸４２に連結され、したがってリングギヤ４５が出力要素となっている。

【0040】

また、出力軸４２には第２モータ・ジェネレータ４７が変速部４８を介して連結されている。この変速部４８は、第２モータ・ジェネレータ４７のトルクを増大もしくは減少させて出力軸４２に伝達する変速機構によって構成されており、その変速比は所定の一つの値に固定されていてもよく、あるいは複数の変速比に切り替えられるように構成されていてもよい。

【0041】

各モータ・ジェネレータ４３，４７は、例えば永久磁石式の同期電動機によって構成され、コイルに通電することによりモータとして機能してトルクを出力し、またロータが外力によって強制的に回転させられることにより発電機として機能し、電力を発生するように構成されている。これらの各モータ・ジェネレータ４３，４７は、図示しないインバータを介してバッテリなどの蓄電装置に電気的に接続され、また一方のモータ・ジェネレータで発電した電力を他方のモータ・ジェネレータに供給できるように構成されている。そして、インバータにはマイクロプロセッサーを主体にして構成された図示しない電子制御装置が接続され、この電子制御装置によって、各モータ・ジェネレータ４３，４７の回転数やトルク、発電量などを制御するように構成されている。なお、エンジン４０は、吸入空気量や燃料供給量、点火時期などが電気的に制御され、それに伴ってトルクや回転数が電気的に制御されているように構成されている。

【0042】

このエンジン４０が出力した動力を出力軸４２側の第１モータ・ジェネレータ４３側に分割するいわゆる通常のハイブリッドモードでは、第１モータ・ジェネレータ４３が発電機として機能させられ、発電に伴うトルクがサンギヤ４４にいわゆる反力トルクとして作用する。これに伴って、出力要素であるリングギヤ４５には、エンジントルクを増幅させたトルクが生じる。また、第１モータ・ジェネレータ４３で得られた電力は、第２モータ・ジェネレータ４７がモータとして機能し、その出力トルクが変速部４８を介して出力軸４２に伝達される。すなわち、エンジン４０が出力した動力の一部は、動力分割機構４１を介して出力軸４２に伝達され、かつ他の動力が一旦電力に変換された後、再び機械的な動力に変換されて出力軸４２に伝達される。

【0043】

また、エンジン負荷が次第に小さくなると、サンギヤ４４すなわち第１モータ・ジェネレータ４３の回転数を低下させる。これは、エンジン４０の回転数を燃費のよい回転数に制御することによる。そして、ついにはサンギヤ４４の回転数を０にする走行状態になり、その場合には、第１モータ・ジェネレータ４３によって反力トルクを生じさせる代わりに、電磁係合装置１を係合させて電磁係合装置１によりサンギヤ４４を固定する反力トルクを発生させる。こうすることにより、第１モータ・ジェネレータ４３のトルクを制御する必要がなくなり、エネルギ損失を抑制することができる。

【0044】

このハイブリッド駆動装置を搭載した車両の車速がさらに増加し、かつエンジン負荷が相対的に小さい場合、エンジン４０の過回転を防止するなどのために、第１モータ・ジェネレータ４３をモータとして機能させてサンギヤ４４をエンジン４０とは反対方向に回転させる。この場合、第２モータ・ジェネレータ４７を発電機として機能させてエネルギ回生を行い、その電力が第１モータ・ジェネレータ４３に供給される。

【0045】

また、本発明に係る電磁係合装置１をハイブリッド駆動装置にブレーキとして用いる場合、図６を参照して説明してきた上述のハイブリッド駆動装置の構成に限定されない。例えば、図７に示すように構成されたハイブリッド駆動装置に用いることができる。図７に示す例は、動力分割機構４１を、１組のシングルピニオン型遊星歯車機構と１組のダブルピニオン型遊星歯車機構とからなるいわゆる複合型遊星歯車機構によって構成した例である。これは、エンジン４０が連結されているシングルピニオン側遊星歯車機構におけるキャリア４６がダブルピニオン型遊星歯車機構におけるリングギヤ５１に連結され、出力軸４２に連結されているシングルピニオン型遊星歯車機構におけるリングギヤ４５が、ダブルピニオン型遊星歯車機構におけるキャリア５２に連結されている。そして、このダブルピニオン型遊星歯車機構におけるサンギヤ５３が、電磁係合装置１に連結されている。他の構成については、図６に例示する構成と同様であり、図７は図６と同様の参照符号を付している。

【0046】

このように構成されたハイブリッド駆動装置においても、電磁係合装置１を係合させることにより、第１モータ・ジェネレータ４３が受け持つトルクを、電磁係合装置１に受け持たせて第１モータ・ジェネレータ４３への通電や第１モータ・ジェネレータ４３による発電を停止させることができる。

【0047】

また、図８に示す例は、図７に示すハイブリッド駆動装置の構成要素の配列を、前置きエンジン前輪駆動車に適するように替えた例である。したがって、図８に図６と同様の参照符号を付して説明を省略する。なお、図８に示す例では、変速部４８はキャリアを固定したシングルピニオン型遊星歯車機構５５によって構成されている。また、出力軸４２に替えてカウンタギヤ対５６が設けられている。このカウンタギヤ対５６を介してフロントディファレンシャル５７に動力を出力するように構成されている。

【0048】

なお、本発明に係る電磁係合装置は、上述してきた実施形態に限定されるものではなく、ブレーキ以外にクラッチとして用いられる電磁係合装置を対象としたものであってもよく、また上述のハイブリッド駆動装置以外の駆動装置に適用することができる。また、一の実施形態である電磁係合装置１に限定されず、別実施形態を適用してもよいものであることは当然である。

【0049】

例えば、上述の実施形態では、ヨーク７が固定部に固定され回転軸５に制動力を付与する例について説明したが、ヨーク７が回転軸５の伝達トルクを受け動力伝達系統の他構成部材にトルク伝達する構成であってもよい。

【0050】

なお、通電された電磁コイル６が発生するものを磁束として説明してきたが、これは表現上のものであって本発明はこれに限定されない。例えば、通電された電磁コイル６が発生するものは、磁力線や磁界や磁場などと表現するものであってもよい。したがって、上述の説明における磁束の流れについても、磁気回路や磁路などと表現するものであってもよい。

【0051】

また、上述の実施形態における電磁係合装置１では、第２カム部材が第１可動カム部材と第２可動カム部材とに分割され、第１可動カム部材を可動カム部９とし、第２可動カム部材をアクチュエータ８として説明をしてきたが、これは説明のための表現の一例である。したがって、第２カム部材は一体化している構成部材であって、この第２カム部材を可動カム部として、この可動カム部にアクチュエータの一部を構成するアーマチュアが軸線方向に相対移動可能であり一体回転するように連結されているものであってもよい。つまり、アーマチュアをアクチュエータを構成する一部材と捉えるか若しくはカム機構を構成する一部材と捉えるかという表現上の相違であって、いずれの表現による構成も本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0052】

１…電磁係合装置、 ２…アクチュエータ、 ３…カム機構、 ４…リターンスプリング、 ４ａ…第１リターンスプリング、 ４ｂ…第２リターンスプリング、 ５…電磁コイル、 ６…ヨーク、 ７…第１カム部材、 ８…第２カム部材、 ９…カムボール、 １０…アーマチュア、 １１…可動カム部、 １２…回転軸、 ４０…エンジン、４１…遊星歯車機構、 ４２…出力軸、 ４３，４７…モータ・ジェネレータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】