JP2005188559A

JP2005188559A - 電磁クラッチ

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Publication number: JP2005188559A
Application number: JP2003427643A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Nagano; 佳孝永野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】動力の伝達経路等において回転伝達装置として利用される電磁方式のクラッチで永久磁石を用いた形式の電磁クラッチ（無励磁作動型）を、電磁コイル式（電磁コイルへの通電によりクラッチが係合）に比べて電磁クラッチ部の軸方向寸法が大きくならず、組立性（生産性）のよいロータ及び磁石の形状を採用した電磁クラッチを得ることである。
【解決手段】電磁クラッチは、回転軸１に固定されたロータ４と、ロータから弾性部材の皿ばね７により弾性的に離反するように設けられたアーマチュア５をロータ４のスリットに嵌合された永久磁石８の磁気でロータ４に吸着させるように設け、ロータ４の凹部に挿置された電磁コイル６を備え、ロータ４の内、外側リング４ｂ、４ａ間を連結柱９で連結し、この連結柱の数を最小限の本数の３本としてクラッチ部Ａの軸方向寸法を最小限に形成したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、動力伝達経路等において動力の伝達と遮断の切換えを電磁力を用いて制御自在とした電磁クラッチに関する。

２つの回転軸間の動力を伝達、遮断する手段であるクラッチは、適用される種々の装置、例えば車両等に適用した場合、走行中の動力の伝達を速やかに切換えることが要求されるため、制御ユニットからの制御信号によって動力の伝達と遮断を迅速に制御できることが望ましい。この要求を満たすクラッチとして、電磁クラッチ、あるいはクラッチの係合、遮断により動力を正逆回転の二方向へ伝達する二方向クラッチにそのクラッチの係合、遮断を制御する電磁クラッチとを一体化した電磁式二方向クラッチがある。

上記電磁クラッチ等については、電磁コイルを有し電流を通電しないときに電磁クラッチが係合して動力を伝達する無励磁作動型電磁クラッチと、電磁コイルに電流を流したときに電磁クラッチが係合する電磁コイル式のものとがある。無励磁作動型電磁クラッチは、電磁コイルの断線や電源が使用不能等の際に動力が伝達されないと安全上問題となるような場合に用いられ、一般に永久磁石によってクラッチの係合が行なわれる。

上記無励磁作動型電磁クラッチの一例として特許文献１に「Magnetic Clutch with stationary winding （固定巻線付き電磁クラッチ）」が開示されている。この公報による電磁クラッチは、中軸とその外側に中空軸を設け、中軸上に設けたアーマチュアを中空軸上に設けたロータと耐摩擦材を介して対向、接触するように設置し、中軸のフランジ材とアーマチュア間のばねでアーマチュアをロータから引き離すように付勢し、かつロータには強い永久磁石が設けられ、その磁力で通常はアーマチュアをロータにばね力以上の吸引力で吸着して摩擦接触させ、中軸から中空軸へ動力を伝達できるように構成されている。

そして、ロータには近接して電磁石が適宜固定部に固定して設けられており、クラッチを遮断したいときは、永久磁石の磁束の向きと逆向きに電磁石に磁束を発生させ、永久磁石の磁束を打消し、ばね力によりアーマチュアをロータから引き離してロータへの回転の伝達を遮断するようになっている。

一方、電磁式二方向クラッチの一例として、特許文献２にローラの係合により動力の伝達を行なうクラッチ部材と隣接して電磁石ユニットを組合わせた「回転伝達装置」が開示されている。この公報による電磁式二方向クラッチは、一方の軸に連結された内方部材と他方の軸に連結され内方部材の外側に配置された外輪との間に係合子であるローラをポケットに入れた保持器を挿置し、内方部材と外輪との対向面間に楔空間を形成するカム面を形成し、保持器と外輪又は内方部材間にローラを係合させないように中立位置に保持するための弾性部材を組込み、保持器端部にアーマチュアを軸方向に移動可能に取付け、アーマチュアを吸着させるための電磁石を組込んで構成されている。

前述した無励磁作動型電磁クラッチは、アーマチュアとロータ間の係合を弾性部材の力で引き離そうとする以上の永久磁石の吸引力で吸引している。又、前記電磁式二方向クラッチを無励磁作動型電磁クラッチとすることもできるが、その場合もアーマチュアとロータ間の吸引力は弾性部材より強くする必要がある。このため、永久磁石は強力な磁石が使用され、かつアーマチュアへの磁束が減少しないように相互の構造、形状が決められている。しかしながら、上記従来のいずれの形式の電磁クラッチも、アーマチュア、ロータ、永久磁石を含むクラッチ部の構成は、軸方向の寸法が大きく、かつ各部材の寸法精度を確保しなければ生産性が不十分であり、結局電磁クラッチ部の寸法が大きくなるという問題がある。

上記問題は、具体的には構造上２つの問題を含む。まず、一般的に磁束量は、磁束の流れを横切る方向の部材の断面積と、その部分の平均磁束密度の積であるから、漏れ磁束を無視すれば、磁束量は各構成部材のどの場所でも同じである。又、磁束量の上限は磁束密度が飽和する部分によって決定される。従って、電磁コイル式の電磁クラッチで電磁クラッチ部の寸法を小さくする場合、特定の部分のみが磁束密度が飽和しないようにする必要がある。このため、磁気回路構成部材であるロータ、アーマチュア、フィールドコイルの材料の磁気特性がほぼ同じ場合、各部の磁束密度が均一になるように磁束の流れを横切る方向の断面積の寸法を決定する。

例えば、図１３に示すロータ４、アーマチュア５、フィールドコイル６ａ、ヨーク６ｂを含む磁気コイル６の磁気回路において、矢印ｆ₁、ｆ₂で示す部分の磁束密度が高くなるため、この場合はこの矢印部分によりロータのスリット部の軸寸法が決定される。一方、図１３の（ｂ）図に示す永久磁石式の電磁クラッチでは、永久磁石８の磁束はラジアル配向されているため、磁極は外径側から内径側に向い、永久磁石の磁束φ₂は永久磁石の磁極の断面積と永久磁石の表面平均磁束密度Ｂｒ₂の積である。

ここで、対比的に図１３の（ａ）図の電磁コイル式（永久磁石無し）のクラッチ部での磁束φ₁と等しいだけの磁束φ₂を上記電磁クラッチで発生させたとする。しかし、実際に使用される永久磁石として、希土類系焼結磁石の磁束密度Ｂｒ₂は、パーミアンス係数が無限大としても、約１Ｔ、希土類系ボンド磁石では約０．６Ｔであり、実際にはパーミアンス係数が１〜２程度となるため、表面磁束密度はさらに低下する。永久磁石をスリットに挿入した場合のロータの材料の飽和磁束密度Ｂｒ₁は、概ね１．５Ｔ程度であって、例えばＢｒ₂を０．６〜１Ｔとした場合、φ₂＝φ₁とするとロータの磁極部であるスリットの断面積は電磁コイル式に比べて１．５〜２．５（１．５÷１〜１．５＝０．６）倍以上となる。

そこで、第１の問題として、各部の半径をほぼ等しいと考えれば、断面積は軸寸法に比例するので、図１３に示す永久磁石式のクラッチのロータの軸寸法Ｌ₂は電磁コイル式の軸寸法Ｌ₁の１．５〜２．５倍となり、全体の軸寸法が長くなる。又、永久磁石はアーマチュアには直接接触しないようにアーマチュアとロータの接触面から隙間を有して固定されているため、この隙間分だけさらにＬ₂が長くなるという問題がある。

第２に、永久磁石式においては、ロータとフィールドコイルのギャップ（図１４の（ａ）図中のｇ₁）を接近させることができず、全体の軸寸法がさらに大きくなるという問題がある。その理由は次の通りである。アーマチュアとロータ間にギャップがある場合、磁石から発生する磁束はアーマチュアだけでなく、電磁コイル側にも流れる。図１４の（ｂ）図に示すように、フィールドコイルとロータ間のギャップがｇ₂のように小さくなると、ロータとフィールドコイル間の磁気抵抗が下がり、フィールドコイル側へ流れる磁束が増加し（図１４中の（ａ）図の点線から（ｂ）図の点線に変化する部分）、その増加分だけアーマチュアに流れる磁束が減少する。

従って、アーマチュアとロータ間の吸引力は、図１４の（ｃ）図に示すような特性となり、フィールドコイルとロータのギャップをあまり小さくすると、アーマチュアとロータ間のギャップの増加に対し急激に吸引力が減少する。そのため、アーマチュアとロータ間のギャップ及び弾性部材を精度よく管理しなければ、電磁コイルの通電を遮断したときに、永久磁石の吸引力でアーマチュアを吸引することができなくなるため、量産性が悪く、ロータとフィールドコイル間のギャップを接近させることができなかった。
米国特許第３，０５５，４７０号公報特開平１１−３３６７９９号公報

この発明は、上記の種々の問題に留意して、動力の伝達経路等において回転伝達装置として利用される電磁方式のクラッチで永久磁石を用いた形式の電磁クラッチ（無励磁作動型）を電磁コイル式（電磁コイルへの通電によりクラッチが係合）に比べてクラッチ部の軸方向寸法が大きくならず、組立性（生産性）のよいロータ及び磁石の形状を採用した電磁クラッチ形式の回転伝達装置を提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を解決する手段として、回転軸間に回転を伝達するためのロータと、軸方向へのみ移動して回転の伝達をするようにロータに摩擦係合するアーマチュアと、このアーマチュアをロータに係合させるためロータに設けた永久磁石とアーマチュアの係合、遮断をするための電磁石とを備え、永久磁石を挿入するためロータに設けたスリットで分離される内、外側リング部材間を連結する連結柱を磁束密度、部材強度上必要で、かつ組立性上必要とされる総隙間量が最小となる最小本数を設けて成る電磁クラッチを採用したのである。

上記の構成としたこの発明の電磁クラッチは、回転軸と回転軸間での動力の伝達、遮断を行なう電磁クラッチの主要部の構造として、軸方向の電磁クラッチ部長さが最も短い合理的でコンパクト、かつ組立性（生産性）も最もよい構成のものが得られる。この場合、最も特徴的な構成は、ロータに永久磁石を取付けるため内、外側リングにロータを分割して形成し、かつ両リングを連結する連結柱が最小本数となるようにしたことである。この最小本数を採用する際の条件としてロータからアーマチュアへ流れる磁束密度及び両リングを連結する強度が十分であること、及び組立性上必要な総隙間量が最小となる条件を満たす必要がある。

このような条件を満足する連結柱の実際の本数は、他の種々の条件を総合して設定すると３本となり、これが最も合理的な本数である。他の条件とは、さらに本数によって決まる内、外側リングの相互の軸、軸周りの拘束度と、軸方向の連結柱の縦断面積が最小となるという条件である。このような条件を満足するようにクラッチ部の軸方向寸法を設定することによりクラッチ部は最小の軸方向長さとなり、合理的な構成でかつ強力、迅速なクラッチ作用が得られることとなる。

一方、上記課題を解決するもう１つの手段として、回転軸間に回転を伝達するためのロータと、軸方向へのみ移動して回転の伝達をするようにロータに摩擦係合するアーマチュアと、このアーマチュアをロータに係合させるためロータに設けた永久磁石と、アーマチュアの係合、遮断をするための電磁石とを備え、ロータの、電磁コイルのヨークに対向する面に凹部を設けて成る電磁クラッチとすることもできる。

このような構成の電磁クラッチとすることにより、第１の発明と同様に、回転軸と回転軸間での動力の伝達、遮断を行なう電磁クラッチの主要部の構造として、軸方向の電磁クラッチ部長さが最も短い合理的でコンパクト、かつ磁束の流れの良い構成のものが得られる。この場合、最も特徴的な構成は、電磁コイルのヨークに対向するロータの対向面に凹部を設け、フィールドコイルの端とロータ内面間のギャップは小さくするが、ヨークとロータ内面間の距離は凹部を設けるこにより大きくしてヨークとロータ間の磁気抵抗を大きくし、アーマチュアとロータ間にギャップがある場合にも永久磁石の磁束はフィールドコイル側へは流れ難く、アーマチュア側への磁束が減少しない。又、ロータに凹部を設けるため重量の軽減をすることにもなる。

なお、第１又は第２の発明のいずれかに記載の電磁クラッチにローラを係合子として有するローラクラッチを設け、ローラクラッチの内方部材と外方部材間の動力の伝達、遮断を電磁クラッチのロータとアーマチュア間の伝達、遮断により行なうようにした電磁式二方向クラッチとすることもできる。

このような電磁式二方向クラッチでは、電磁クラッチ部の軸方向寸法が最小に設計でき、従って合理的な配置、構成が可能となり、二方向クラッチに電磁クラッチの特性を併有することとなるため、機能性がさらに向上する。

第１、第２の発明の電磁クラッチのいずれもクラッチ部の構造において、軸方向寸法が最小となり、合理的でかつ十分な磁束密度をアーマチュアに及ぼし、コンパクトで経済的な電磁クラッチが得られるという利点がある。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１の（ａ）図は第１実施形態の回転伝達装置としての電磁クラッチの主要縦断面図である。この実施形態の電磁クラッチは、無励磁作動型電磁クラッチの一種であり、その基本原理構成は特許文献１に示されたものと同様であるが、図示の例では細部の構成は若干異なっている。１は回転動力を伝達する回転軸（入力軸）であり、２は回転ディスク状に形成された出力軸として動力を伝達する回転軸である。上記回転軸１と２の間に動力の伝達、遮断をするための電磁クラッチＡが設けられており、この電磁クラッチＡはロータ４、アーマチュア５、電磁コイル６を備えている。

ロータ４は回転軸１に一体に固定されており、図示のように、断面はコ字状に形成され、そのボス部の外側で最外周のフランジ部との間の凹部４ｉに対し電磁コイル６がロータ内面と所定の隙間を置いて挿置され、ロータ４の反対側面にはアーマチュア５がロータ４の外面に摩擦係合するように、従ってアーマチュア５と電磁コイル６とはロータ４を挟んで互いに対向して設置されている。ロータ４は、後述するように、外側リング４ａと内側リング４ｂとを連結柱９で一体に連結されており、両リング間の溝（スリット）内に永久磁石８が挿置されている。

アーマチュア５は、磁性材でディスク状に形成され、出力軸である回転軸２のボス部に内孔を挿入し、ボス部に設けたスプライン又は突条片２ａに嵌合され、回転軸２の軸方向には移動可能であるが、回転軸２とは一体に回転するように設けられている。又、ボス部の基部に設けられた、例えば皿ばね７のような弾性部材により通常はアーマチュア５は、ロータ４の外面に摩擦係合しないように押圧されている。なお、図１の（ｂ）図に示すようにアーマチュア５の対向面と永久磁石８の外面とが直接接触しないように、永久磁石８の外面はロータ４の外面からわずかな隙間ｔができるように永久磁石８の位置が設定されている。

電磁コイル６は、フィールドコイル６ａをヨーク６ｂで囲み、フィールドコイルに通電すると発生する磁束をヨーク６ｂの端面又は外周面を介してロータ、アーマチュアへ及ぼして電磁力を発生させる。この電磁コイル６は、この例では回転軸１を回転自在に支持する支持部材３に適宜固定手段（図示せず）により静止、固定されている。支持部材３は図示の例以外どんな構造、形状でもよい。電磁コイル６には、図示していないが、外部より電源ラインが接続され、制御回路の指令により通電、非通電が制御される。

図２〜図５に示すように、ロータ４は外側リング４ａと内側リング４ｂとが連結柱９により複数箇所（図示の例では３箇所）において一体に連結されている。連結柱９は外側リング４ａ、内側リング４ｂと同一の磁性材料が用いられ、一体物として製作される。この連結柱９はロータ４の外側、内側にリング状に形成された外側、内側リング４ａ、４ｂが互いに分離しないようにして永久磁石８を両リング間の溝（スリット）に装着するために設けられるが、例えば図７に示す従来の一般的な（ａ）電磁コイル式、（ｂ）永久磁石式のどちらの場合もリング部材と同一材で形成される。

図７にはそれぞれの場合の磁束の流れを示している。（ａ）では電磁コイル６による磁束ｆａ、ｆｂ、ｆｂ’、（ｂ）では永久磁石８による磁束ｆａ、ｆｂ、ｆｂ’を示している。なお、ロータ４の外側フランジ部と中央の突出したボス部間に挿入される電磁コイル６との内径側及び外径側のそれぞれの隙間は磁束ｆｂが流れ易い適宜のわずかな寸法とされる。

又、ロータ４は、その一側方に凹部４ｉが形成されているから、連結柱９で外側、内側リング４ａ、４ｂが連結されている以外の部分は、溝４ｒで両リング４ａ、４ｂは互いに分離されている。この溝４ｒに嵌合される永久磁石８は、平扁なドーナツ状の円形リング状として形成され、連結柱９に対応する位置のみ部分的に片面に浅い凹部８ｓがそれぞれ形成されている。このロータ４の中心孔１ｒに回転軸１がスプライン又はキーなどを用いて一体に固定される。

なお、連結柱９の本数は図２〜図５では、連結柱９の両脇に設けられる隙間９ａ、９ａの本数分の総隙間量が最小、かつ永久磁石８の軸寸法が最小となる３本が最もスペース効率がよいとして図示している。その理由を以下説明する。即ち、前述したように、連結柱９は、外側、内側リング４ａ、４ｂと同一の磁性材料が用いられているから、永久磁石の磁束はロータの両リング４ａ、４ｂを介してアーマチュア５へ流れるが、同時に連結柱９にも流れ、アーマチュア５を流れる磁束がその分だけ減少する。そのため、連結柱の総断面積は極力少ない方がよい。

連結柱９の軸方向の断面積は、外側、内側両リング４ａ、４ｂを互いに保持する強度を保持するのに必要な最小限以上の断面積とする必要がある。連結柱の強度は、各連結柱の断面積×柱本数が必要な強度以上であればよく、その総断面積を何本の柱本数に分割しても、本数を何本に選んだかという点の影響は比較的小さく、一般には寸法管理等の容易な４本が選ばれることが多い。例えば、本出願人の先願である特願２００２−３５６９８８号では、４本の連結柱を設けた例が示されている。

以上は、連結柱の磁束と強度についての影響であるが、さらに以下の条件も考慮する必要がある。永久磁石８を溝（スリット）４ｒに挿入する際に、永久磁石８の溝４ｒに対する組立性、即ち生産性を考慮すると、一般に連結柱９と永久磁石８との溝４ｒに対する干渉を避けるために、ある程度の隙間９ａ（＝ｄ）を設ける必要がある。従って、このような隙間９ａを設ければ、総隙間量＝柱本数×ｄ×２は連結柱の本数に比例して増加し、このため永久磁石の磁極総断面積が連結柱を何本に分割したとしても全て等しいとすると、連結柱を３本としたときに結果的に磁石の回転軸方向の寸法も最小となる。その理由は次の通りである。

まず、連結柱の本数の増減に対する外側、内側リング４ａ、４ｂの相互の自由度の拘束状態を考える。図８に連結柱９の数を１〜４に変化させたときのロータ４の模式図を示し、対応する自由度の拘束数の変化を次の表１に示す。

上記表では、連結柱を支点と見做した場合に、連結柱９と溝（スリット）４ｒによって分割されたロータ４の外側リング４ａに対する内側リング４ｂの自由度の拘束数を表にしたものである。例えば、図８の（ａ）図で連結柱９を１とした場合、この連結柱を支点として取扱うものとすると、支点を中心に内側リング４ｂは外側リング４ａに対しＸ軸、Ｚ軸のいずれの方向にも可動であり、拘束されないし、Ｙ軸の周りにも支点を中心として回転することができる。連結柱９を２とすると、上下の連結柱の支点を中心としてＹ軸周りのみ回転できる。本数が３以上となれば全ての軸、軸周りの拘束を受ける。従って、拘束数は表１に示す通りとなる。

次に、全ての連結柱の軸方向総断面積をロータの外側、内側リングをそれぞれ互いに支える強度を保つのに最小限必要な面積として連結柱を１〜４本に分割した場合に、それぞれの場合の軸方向総断面積を比較すると、連結柱の本数が３以上の場合は全ての自由度が拘束されるため、全ての連結柱の軸方向断面積の総和がほぼ等しくなる。従って、３以上の本数に分割しても強度上はあまり大きく変化しないこととなる。反対に、本数を３以下の１又は２とすると、この場合は拘束されない自由度があるため、強度上の理由から柱の断面積を広げたとすると拘束されない自由点まで拘束しようとする。

このため、軸方向の連結柱の総断面積は本数が３のときより却って大きくなってしまう。従って、本数が３以上の方が連結柱の総断面積は最も少なく、その中で総隙間量の最も少ない３本が永久磁石を挿入する磁石スペースを最も効率的に使用でき、結果的に永久磁石の幅寸法が最小となるのである。以上の種々の条件を総合的に判断すると連結柱の本数を３とするのが最適であることが分る。但し、上記各種条件のうち最適本数３を決定するのに重要なのは、連結柱の強度、磁束への影響、及び隙間設定の条件である。

以上のように構成したこの実施形態の回転伝達装置としての電磁クラッチは、無励磁作動電磁クラッチとして作動するものである。電磁コイル６への通電を遮断した状態では永久磁石８の磁束は、図１の（ｂ）図に示すように、その一端から出てアーマチュア５へ磁束ｆａとして流れ、かつ電磁コイル６のヨーク６ｂへも磁束ｆｂとして流れる。このとき、磁束ｆａによるアーマチュア５のロータ４への吸着力は弾性部材の皿ばね７のばね力でアーマチュア５をロータ４から引き離そうとする弾性力（離反力）より大きく設定されている。従って、アーマチュア５はロータ４の外面に摩擦係合してロータ４と一緒に回転し、回転軸１と２の間で回転動力が伝達される。

電磁コイル６に電流を通電すると、図６の（ａ）図に示すようにヨーク６ｂには永久磁石による磁束ｆｂと逆向きの磁束ｆｃが生じ（逆向きとなるようにフィールドコイル６ａに通電する）、永久磁石８による磁束ｆａも磁束ｆｃにより打消されて減少した磁束ｆａ’となり、アーマチュア５の吸着力が小さくなる。アーマチュア５は軸方向へ移動可能であって、アーマチュア５をロータ４から引き離すよう弾性部材の皿ばね７が作用しているから、アーマチュアに作用する吸着力が弾性部材のばね力より小さくなると、アーマチュア５は軸方向に移動してロータ４から離れ、電磁クラッチの係合は解除される。電磁コイル６への通電を遮断すると、最初の状態に戻り、アーマチュア５とロータ４間は永久磁石の磁力でトルク伝達を行なうことができる。

図１〜図５に示されている永久磁石は、リング磁石の一部に溝を設けたものを用いた。永久磁石は、希土類の焼結磁石、又はボンド磁石等が使用されるが、ボンド磁石はある程度柔軟な形状ができるので上記リング磁石に用いられている。焼結型の磁石は複雑な形状とすることができないので、図６の（ｂ）図に示すように溝に合せて分割（８’）するのが一般的である。又、磁石の形状が大きくなる場合は、永久磁石８”のように３つに分割したそれぞれをさらに細分割した形状とする場合もある。

図９に第１実施形態の回転伝達装置としての電磁クラッチのクラッチ部Ａの一部変形例Ａ’の部分断面図を示す。この変形例Ａ’は、ロータ４の、電磁コイル６のヨーク６ｂ端面に対向する部分に凹部４Ｔを形成した例である。この変形例Ａ’は、第１実施形態ではロータ４と電磁コイル６の対向面間のギャップを所定距離以下に接近させることができないという不都合を解消し、クラッチ部Ａ’の軸方向寸法を小さくすることをねらいとしている。図示のように、ロータ４の軸方向厚みを、外側リング４ａの内周縁４ＰＲと内側リング４ｂの外周縁４ＰＲをフィールドコイル６ａに対して極く接近するように突出させ、連結柱９部分では突出した内、外周縁４ＰＲを上下連続一体に形成している。

従って、ロータ４の内面が電磁コイル６のヨーク６ｂ端面に対向する位置では厚みを厚くすることなく、これによりロータ４の内面に凹部４Ｔ、４Ｔのリング状面を形成している。その他の構成については第１実施形態と同じであり、第１実施形態の構成がそのまま適用される。このような構成とした理由は次の通りである。即ち、図１０の（ａ）図に示すように、ロータ４の内面と外面間の厚みを全体に厚くして電磁コイル６との対向面間のギャップをｇ₂に小さくすると、永久磁石８による磁束は、電磁コイル６のヨーク６ｂの端面を通る流れとして磁束ｆｂに加えて磁束ｆｂ’が生じ、その分アーマチュア５への磁束ｆａが減少する。

永久磁石８の寸法を大きくして磁束を増大させたい場合に、並行してロータ４の厚みを厚くすることなく、かつ電磁コイル６とのギャップをｇ₂のまま小さく保持するためには、ロータ４の内面をヨーク６ｂの端面と対向する位置で凹部４Ｔ、４Ｔとして形成すれば、ヨーク６ｂの端面とロータ４の内面凹部４Ｔ間のギャップ量が増大するため磁気抵抗が増加し、従って図７の（ａ）図中の磁束ｆｂ’が生じなくなる。これによってロータの重量を減少させると共に、クラッチ部Ａ’の軸方向の寸法を小さくすることができることとなる。なお、この変形例によるロータ４の内面に凹部を設けるという構成は第１実施形態に設けることを前提として説明したが、第１実施形態と異なる種々の電磁クラッチに対し独立に採用してもよい。

図１１、図１２に第２実施形態の回転伝達装置としての電磁クラッチの構成を示す。この電磁クラッチは、ローラを係合子とするローラクラッチＢに電磁クラッチユニットＣを組込んだ電磁式二方向クラッチである。電磁クラッチユニットＣでは、第１実施形態とその変形例によるクラッチ部の軸方向寸法を小さくするための構成要素がそれぞれ採用されており、かつアーマチュアを介してローラクラッチＢの係合、遮断を行なうように構成されている。なお、第１実施形態とその変形例と同じ操作、機能については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分及びローラクラッチＢについて主として説明する。

図１１の主要断面図に示すように、電磁クラッチユニットＣは、第１実施形態、その変形例と同様に、ロータ４、アーマチュア５、電磁コイル６を備えているが、この例では後述するローラクラッチＢに連結される回転軸に対してロータ４、電磁コイル６は固定されておらず、回転軸に対してはそれぞれ相対回転できる。但し、電磁コイル６は支持部材３’により図示しない静止部材に対し固定されている。又、ロータ４はローラクラッチＢの外方部材（外輪）１２に一体に固定され、弾性部材としての皿ばね７はアーマチュア５のロータ４側の側面に設けられ、アーマチュア５をロータ４から引き離すよう弾性力を作用させている。

ローラクラッチＢは、特許文献２に記載されているものと基本構成は同じであるが、以下簡単にその構成、作用を説明する。このローラクラッチＢは、内方部材（内輪）１０と外方部材（外輪）１２間でローラ１１を介して回転を伝達するクラッチであり、ローラ１１は保持器１３に設けられた複数（図示の例では１１）のポケットに挿入、保持され、保持器１３は内方部材１０の端の保持溝内に端部材が挿入されて軸方向には移動しないが、回転方向には内方部材１０に対し回転し得るように設けられている。内方部材１０の外周にはそれぞれのローラ１１に対応する所定角度範囲内で内周の接線方向に延びる平面状のカム面と、このカム面と外方部材１２の内周面との間に形成されている楔空間内でローラ１１が移動することにより内方部材１０と外方部材１２の両部材が係合又は遮断されるようになっている。

この場合、図１２の（ｂ）図に示すように、ローラ１１がカム面の中央位置にあれば外方部材１２の内周面とのわずかな隙間により両部材は係合せず（遮断）、カム面中央からローラ１１がいずれかの方向に移動して楔空間の狭い方へ寄るとローラ１１が内方部材１０のカム面と外方部材１２の内周面間に挟まれて両部材が係合し、内方部材１０と外方部材１２間で回転が伝達される。又、保持器１３の上記内方部材１０の保持溝と反対側面には、円形状のばね溝にリング状のスイッチばね１４が取付けられ、このスイッチばね１４の２本の先端の角（ツノ）１４ａ、１４ａは上記ばね溝及び保持器１３の一部に形成した切欠き１５に挿入され、半径方向の外方へ突出している。

又、保持器１３には、そのばね溝側の端の少なくとも２箇所に突出片１３Ｒが設けられ、この突出片１３Ｒはアーマチュア５の円形板の対応する位置に設けた孔１３Ｈに挿入されている。従って、アーマチュア５は保持器１３に対して回転方向には一体に回転し、軸方向への移動は保持器１３に対し自在である。なお、アーマチュア５は軸方向及び回転方向に移動、回転自在とするため内方部材１０のばね溝側の突出端には、図１の（ｂ）図に示す突条２ａは設けられておらず、内方部材１０に対し遊嵌状に嵌合されている。又、内方部材１０の中心穴１ｒには回転軸１が挿入され、スプライン嵌合されて内方部材１０と一体に回転するが、簡略化のため回転軸１は図示省略している。

以上の構成とした第２実施形態の回転伝達装置としての電磁クラッチは、第１実施形態と同様に無励磁作動型の電磁式二方向クラッチである。前述したように、電磁クラッチユニットＣは非通電時にアーマチュア５がロータ４に摩擦係合し、通電時にはアーマチュア５はロータ４と係合が遮断される。但し、この場合、アーマチュア５とロータ４の外面間のギャップが所定値（ｇ）以上のギャップ量であれば永久磁石８によるアーマチュア５に対する吸着力は弾性部材による離反力以下となるため及ばなくなる。

又、上記保持器１３の位相ずれによりローラ１１はカム面と外方部材１２内周面との間の楔空間の一方に片寄り、ローラ１１は内方部材１０ト外方部材１２の両者に係合し、内方部材１０からの回転が外方部材１２に伝達される。

一方、電磁クラッチユニットＣへ通電すると電磁コイル６において永久磁石８の磁束を打消す方向の磁束を発生させることにより永久磁石８と電磁コイル６との磁束の差による吸引力はギャップ０であっても弾性部材の離反力より小さくなり、このためアーマチュア５はロータ４からギャップｇ’の位置に引き離され、電磁クラッチユニットＣの係合は遮断される。そして、このまま電磁コイル６への通電を遮断して電磁コイル６の磁束を０としても、アーマチュア５とロータ４間にはギャップｇ’があるため、ｇ’＞ｇの状態ではＦｍ＜Ｆ_Kとなり、アーマチュア５は永久磁石の磁力だけではロータ４に吸着することができない。よって、電磁コイル６への通電を遮断したままでも電磁クラッチユニットＣの遮断状態は保持される。

次に、再びローラクラッチＢを係合したい場合は、電磁コイル６へ通電し、かつこの場合は永久磁石８の磁束と同方向の磁束を生じるように上記とは反対方向へ電流を流すと、永久磁石８と電磁コイル６の合わせた吸引力Ｆ_Mはギャップがｇ’と大きくても弾性部材の離反力より大きくなる。このため、アーマチュア５をロータ４に吸着することができる。そして、吸着後は電磁コイル６への通電を遮断してもアーマチュア５とローラ４の間にはギャップがないためＦｍ＞Ｆ_Kとなり、アーマチュア５は永久磁石の磁力だけでロータ４に摩擦係合され続ける。このため、電磁コイル６への通電を維持しなくても電磁クラッチユニットＣの係合が保持される。吸引力Ｆｍと、弾性部材の皿ばね７による離反力Ｆ_Kとの関係がＦｍ＜Ｆ_K、ギャップ量がｇ以下であればＦｍ＞Ｆ_Kとなるように永久磁石８の磁力を設定するものとする。

上記のように設定された電磁クラッチユニットＣは、非通電時にアーマチュア５がロータ４に摩擦係合し、この状態で回転軸１が回転して内方部材１０が回転すると、その回転はローラ１１に伝達されるが、ローラ１１は初期にはカム面の中央に位置しているため、外方部材１２へは回転は直ちには伝達されない。又、保持器１３は外方部材１２にアーマチュア５、ロータ４を介して回転方向には固定されているから、外方部材１２が静止していれば保持器１３も回転に対しては静止している。しかし、内方部材１０が回転を始めた直後に内方部材１０に対し保持器１３が内方部材１０の回転方向と反対方向に相対的に極くわずかに位相がずれ、これにより保持器１３の切欠き１５に挿入されていたスイッチばねの２つの角（ツノ）１４ａの一方が押されて縮径する。

このため保持器１３に保持されているローラ１１も内方部材１０の回転方向と反対方向に位相がずれて外方部材１２との間の楔空間の狭い方へ進み、両部材に対してローラ１１が係合し、これにより内方部材１０の回転が外方部材１２へ伝達され、外方部材１２も回転を始める。しかし、電磁コイル６へ通電をすると、前述した第１実施形態又はその変形例と同様に、アーマチュア５のロータ４に対する摩擦係合が遮断されると、ロータ４と保持器１３との係合が遮断される。このため、外方部材１２の回転の追従が断たれ、スイッチばね１４が拡径してローラ１１をカム面の中央に戻し、これにより内方部材１０から外方部材１２へ回転は伝達されなくなる。

上記第２実施形態の変形例として、第２実施形態における永久磁石８の磁力Ｆｍと弾性部材の離反力Ｆ_Kの関係をギャップ量ｇがどんな値（但し、弾性部材によりアーマチュアが移動し得る距離範囲内で）であってもＦｍ＞Ｆ_Kとすることもできる。この場合、電磁コイル６への通電を遮断した状態では直ちにアーマチュア５とロータ４とが摩擦係合し、内方部材１０と外方部材１２に回転数差があればローラクラッチＢは係合状態となる。このような電磁クラッチユニットＣを空転状態とするには、永久磁石８の磁束を打消す方向の磁束でかつ永久磁石による吸引力が少なくとも弾性部材による離反力以下に打消された状態となる程の磁束強度を発生させるように電磁コイル６に電流を流す必要がある。

以上のように、ギャップ量に拘らずＦｍ＞Ｆ_Kとすると、空転状態を確保するには電磁コイル６へ電流を流し続ける必要があるが、第２実施形態の場合と異なり、ギャップ量に拘らず非通電とすれば必ず電磁クラッチユニットＣ、ローラクラッチＢを係合状態とすることができる。従って、このＦｍ＞Ｆ_Kとする変形例は電磁コイル６の配線が断線したときや駆動電源が故障又は電圧低下した最に、安全上上記クラッチを必ず係合させる必要がある場合、あるいは望ましい場合に適合する。

この発明の回転伝達装置としての電磁クラッチは、軸方向のクラッチ部寸法を最小限に構成したものであり、従って車両等の動力伝達経路等における動力の伝達と遮断の切換えを必要とする構成部に広く利用できる。

第１実施形態の電磁クラッチの（ａ）主要断面図、（ｂ）部分断面図図１（ａ）の矢視II−IIの部分断面側面図図２の矢視III−IIIの部分断面図ロータ及び永久磁石の分解斜視図ロータの側面図クラッチ部の（ａ）作用説明図、（ｂ）永久磁石の変形例の斜視図従来の一般的な電磁クラッチの（ａ）電磁コイル式、（ｂ）永久磁石式の例を示す模式図連結柱の本数によるロータリングの拘束条件を説明する図第１実施形態のクラッチ部の変形例を示す（ａ）部分断面図、（ｂ）（ａ）図中の矢視Ｂ−Ｂの部分断面図同上変形例の（ａ）対比例の作用の説明図、（ｂ）本例の作用の説明図第２実施形態の電磁クラッチの（ａ）主要断面図、（ｂ）作用の説明図図１１（ａ）の（ａ）矢視XIａ−XIａの断面図、（ｂ）矢視XIｂ−XIｂの部分断面図従来例の電磁式のクラッチの（ａ）電磁コイルクラッチ、（ｂ）永久磁石による無励磁作動型電磁クラッチの説明図従来例の無励磁作動型電磁クラッチの（ａ）ギャップｇ₁、（ｂ）ギャップｇ₂の場合の作用の説明図

符号の説明

１回転軸（入力軸）
２回転軸（出力軸）
３支持部材
４ロータ
５アーマチュア
６電磁コイル
７皿ばね
８永久磁石
９連結柱
Ａ電磁クラッチ

Claims

回転軸間に回転を伝達するためのロータと、軸方向へのみ移動して回転の伝達をするようにロータに摩擦係合するアーマチュアと、このアーマチュアをロータに係合させるためロータに設けた永久磁石とアーマチュアの係合、遮断をするための電磁石とを備え、永久磁石を挿入するためロータに設けたスリットで分離される内、外側リング部材間を連結する連結柱を磁束密度、部材強度上必要で、かつ組立性上必要とされる総隙間量が最小となる最小本数を設けて成る電磁クラッチ。
前記連結柱の最小本数を、さらに本数によって決まる内、外側リングの相互の軸及び軸周りの拘束度と軸方向柱の総断面積が最小となる条件下で設定したことを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
前記連結柱の最小本数を３本としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。
回転軸間に回転を伝達するためのロータと、軸方向へのみ移動して回転の伝達をするようにロータに摩擦係合するアーマチュアと、このアーマチュアをロータに係合させるためロータに設けた永久磁石と、アーマチュアの係合、遮断をするための電磁石とを備え、ロータの、電磁コイルのヨークに対向する面に凹部を設けて成る電磁クラッチ。
前記最小本数の連結柱を設けると共に、ロータの、電磁石のヨークに対向する面に凹部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁クラッチ。
前記アーマチュアをロータから離反する方向に作用する弾性部材をアーマチュアに設け、電磁クラッチが電磁コイルへの通電を遮断することによりアーマチュアをロータに摩擦係合させるように永久磁石の磁束密度を設定したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁クラッチ。
前記電磁コイルへの通電をすることにより永久磁石の磁束を打消す方向に電磁コイルによる磁束を発生させるように電磁コイルを設けたことを特徴とする請求項６に記載の電磁クラッチ。
前記弾性部材の弾性力Ｆ_Kに対し永久磁石の磁力Ｆｍを、ロータと永久磁石間の隙間が所定量以下のギャップ量ではＦｍ＞Ｆ_K、所定量以上のギャップではＦｍ＜Ｆ_Kとなるように永久磁石の磁力Ｆｍを設定したことを特徴とする請求項６又は７に記載の電磁クラッチ。
前記永久磁石の磁力Ｆｍをロータと永久磁石間の隙間が所定範囲内である限り、そのギャップ量の如何に拘らず弾性部材の弾性力Ｆ_Kに対しＦｍ＞Ｆ_Kとなるように設定したことを特徴とする請求項６又は７に記載の電磁クラッチ。
前記請求項１乃至９のいずれかに記載の電磁クラッチにローラを係合子として有するローラクラッチを設け、ローラクラッチの内方部材と外方部材間の動力の伝達、遮断を電磁クラッチのロータとアーマチュア間の伝達、遮断により行なうようにした電磁式二方向クラッチ。