JP2005282640A

JP2005282640A - 電磁式カップリング

Info

Publication number: JP2005282640A
Application number: JP2004094287A
Authority: JP
Inventors: Nariaki Yamanaka; 成昭山中; Masahiro Doi; 雅宏土肥
Original assignee: Kubota Iron and Machinery Works Ltd; Kubota Tekkosho KK
Current assignee: Kubota Iron and Machinery Works Ltd; Kubota Tekkosho KK
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】電磁式カップリングを作動するための電磁クラッチの消費電力を抑制して、電磁式カップリングを用いる４輪駆動車の燃費を低減できるようにする。
【解決手段】リング状の電磁コイル１６の磁力作用面からの磁力にて作動する電磁クラッチ９にて作動する電磁式カップリングにおいて、上記電磁コイル１６を、個々に制御可能にした複数のコイル１６ａ，１６ｂを電磁クラッチの軸方向に、または同心状のいずれかに重ね合わせて配置した構成になっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、リング状の電磁コイルの磁力作用面からの磁力にて作動する電磁クラッチにて作動し、２輪駆動と４輪駆動の相互に切り替え可能にした４輪駆動車のプロペラシャフトの後端側または前端側に配置される電磁式カップリングに関するものである。

上記電磁式カップリングは例えば特許文献１によって知られており、その構成は図１に示すようになっている。例えば、図中２はエンジン側に連結されている入力軸、１は動力を後輪に伝える出力軸で、両軸はメインクラッチ３にてＯＮ、ＯＦＦ可能にして連結されている。メインクラッチ３は、内径側を出力軸１側にスプライン係合するドリブンプレート３ａと、外径側を入力軸２と一体状にして設けたケース２ａの内側にスプライン係合するドライブプレート３ｂを交互に配置し、これをケース２ａの先端側に固着した固定板４に向けて押圧装置５の押し板６にて押圧することにより両軸１，２の係合がＯＮとなり、押圧を解除することによりＯＦＦとなるようになっている。

押圧装置５は上記押し板６と、この押し板６の後側に配置される受け板７と、この受け板７に対して押し板６を押動作用させるためのスラスト力発生機構８とからなっている。

押し板６の内径側は出力軸１にスプライン係合されている。また受け板７はケース２ａと一体状になっている入力軸２に対してスラストベアリングにて回転自在に支持されていると共に、内径側は出力軸１側に摺動自在に嵌合されている。そしてこの受け板７は、この受け板７より外側に設けた電磁クラッチ９を介して入力軸２のケース２ａに回転方向に係脱可能に連結されている。

電磁クラッチ９は、上記受け板７の外側とケース２ａの内側にてリング状の空間が構成され、この空間内にアーマチュア１０がストップリングに当接する範囲において摺動可能に嵌合されている。そしてこのアーマチュア１０とケース２ａとの軸方向の間に、内径側が受け板７にスプライン係合するクラッチ板と外径側がケース２ａ側にスプライン係合する摩擦板とが交互に配置されている。ケース２ａには励磁力にて上記アーマチュア１０をケース２ａ側へ引きつけて上記クラッチ板と摩擦板を押圧し、電磁クラッチ９をＯＮにするためのリング状の電磁コイル１１が設けてある。

電磁コイル１１はケース２ａに設けたリング状の凹部１２内にコア１１ａに収納されて上記電磁クラッチ９側へ向けて配置されている。そしてこの電磁コイル１１を収納するコア１１ａは出力軸２に回転自在に嵌合され、フレーム側に結合されたカバー１３に支持されている。

ケース２ａの電磁コイル１１に対向するロータ部は、非磁性体であるステンレススチールの非磁性リング１４によって径方向に外側と内側に分断されており、また電磁クラッチ９の各クラッチ板と摩擦板には、非磁性リング１４と対応する径方向位置に、切欠きとこれらを連結するブリッジ部とが設けており、これら非磁性リング１４と切欠きによって、電磁コイル１１の磁気ループ１５での磁力の短絡が防止されている。

上記構成の電磁式カップリングは以下のような作用がなされる。

電磁コイル１１への通電をＯＮにすると、磁気ループ１５が発生して、この電磁コイル１１の励磁力によりアーマチュア１０が引きつけられて電磁クラッチ９の両板をケース２ａ側へ押圧してこの電磁クラッチ９がＯＮになり、これにより押圧装置５の受け板７が電磁クラッチ９を介してケース２ａに、すなわち入力軸２側に係合される。４ＷＤカップリングにあってはこの状態が４ＷＤ状態である。

この状態で後輪のスリップ等により出力軸１と入力軸２との間に回転差が生じると、入力軸２側に係合しているこの受け板７と、出力軸１側に係合している押し板６との間に回転差が生じ、この回転差によりスラスト力発生機構８が作動して受け板７に対して押し板６が押されてメインクラッチ３がＯＮとなり、出力軸１と入力軸２が係合して両軸は一体回転される。

なお、上記スラスト力発生機構８は図２（ａ）に示すようになっていて、押し板６と受け板７のそれぞれの対向面に設けられた凹状カム６ａ，７ａにボール８ａを介装する構成になっている。そして両板６，７に回転差が生じると図２（ｂ）に示すようにボール８ａが凹状カム６ａ，７ａを乗り上げることにより押し板６が受け板７に対して離間する方向に移動し、これにより押圧作動がなされるようになっている。

特開２００２−２６６９０４号公報（第５〜６頁、図１）

上記した電磁式カップリングの電磁クラッチにおいて必要とするトルクは図４（ａ）に示すようになり、２輪駆動から４輪駆動への切り替え時のトルクＴ_１が大きくなり、切り替え後の４輪駆動走行時のトルクＴ_２は小さくなる。そしてこの必要とするトルクを得るために必要な電磁力も図４（ｂ）に示すようになって、上記切り替え時における電磁力Ｆ_１は大きくなり、その後の電磁力Ｆ_２は小さくてよいことになり、切り替え後の４輪駆動走行時のコイルへの供給電力は当然切り替え時より小さくてよいことになる。

ところが、従来の電磁コイル１１は上記したように１個のコイルが用いられていて、２輪駆動から４輪駆動に切り替える際の大きなトルクＴ_１を必要とする場合も、４輪駆動に切り替わった後の４輪駆動走行状態を維持する際の上記の駆動切り替え時より小さなトルクＴ_２しか必要としない場合でも、同じ能力の電磁コイルを用いて、上記必要とするトルクの大小に応じて電流値を増減して電磁力を制御することにより対応していた。

そのため、従来の電磁クラッチ９の電磁コイル１１は、必要最大のトルクを出力できるもの、すなわち、２輪駆動から４輪駆動への切り替え時に必要とするトルクＴ_１を出力することができる巻数の多いコイルを備えたものが用いられていた。

電磁コイルの場合、これの電気抵抗はコイルの巻数に比例することにより、巻数の多いコイルは電気抵抗が大きく、従って消費電力も大きい。そのため、従来の電磁クラッチのコイルへの供給電流は、図４（ｃ）に示すようになり、４輪駆動への切り替え時の電流値Ｉ_１はともかくとして、４輪駆動走行時における電流値Ｉ_２は上記抵抗に応じて大きくなり、上記したようにこのときにおける消費電力が大きかった。このことが４輪駆動車の燃費悪化の一因であった。

また、上記電磁クラッチを頻繁に切り替えを行うと、コイルの温度が上昇し、これの焼き付きが発生する恐れがある。

これを防止するために、コイル温度が上昇した場合には、電磁クラッチをＯＦＦにして４輪駆動を解除する制御を加えている。そのため、車両の走行時において、４輪駆動が必要になったときにも４輪駆動に切り替えることができないという事態が発生することがある。

また、コイルの線径を太くしてこれの電気抵抗を抑えることも考えられるが、これではコイルスペースが大きくなってしまい、ユニットが大型化してしまうことになる。

本発明は上記した従来の課題を解決して、電磁クラッチの消費電力を抑制して４輪駆動車の燃費を低減できるようにした電磁式カップリングを提供しようとするもので、その構成は、リング状の電磁コイルの磁力作用面からの磁力にて作動する電磁クラッチにて作動する電磁式カップリングにおいて、上記電磁コイルを、個々に制御可能にした複数のコイルを電磁クラッチの軸方向に、または同心状のいずれかに重ね合わせて配置した構成になっている。

また、上記複数のコイルのそれぞれの電磁力制御を、２輪駆動と４輪駆動の切り替え時において、電磁クラッチをスリップ状態にすることによりメインクラッチがスリップ状態になるように制御する。

上記構成によれば、電磁式カップリングを作動する電磁クラッチのトルクの変動に応じて、これの複数のコイルの制御を選択的に行うことにより、１個のコイルを用いた電磁クラッチに比較して、それぞれのコイルの巻数が少ないことにより、この電磁クラッチの消費電力を抑制できる。

そのため、発電機の容量を小さくでき、発電機を駆動するための消費電力を低減でき、結果として、この電磁クラッチにて作動する電磁式カップリングを用いた４輪駆動車の燃費を低減することができる。

また、４輪駆動による通常走行時には複数のコイルのうち少なくとも１つはＯＦＦにしておくことができることにより、電磁クラッチ全体の温度上昇を防止でき、常に正常な２輪駆動と４輪駆動の切り替えを行うことができる。さらに本発明によれば、電磁クラッチのコイルを、これの電気抵抗を抑えるために太くする必要はなく、コイルスペースが大きくなることがなく、ユニットの大型化を防止することができる。

そして、上記の電磁式カップリングにおいて、複数のコイルのそれぞれの電磁力制御を、２輪駆動と４輪駆動の切り替え時に、電磁クラッチがスリップ状態になるように制御することにより、２輪駆動と４輪駆動の切り替え時のメインクラッチをスリップ状態として、２輪駆動と４輪駆動の中間状態とすることができ、２輪駆動と４輪駆動の相互の切り替え時の駆動系にかかる負担を軽減することができ、上記切り替えを滑らかに行うことができる。

本発明の第１の実施の形態を図３及び図５に基づいて説明する。なお以下において、図１に示した従来の技術における部材と同一の部材は同一の符号を用いて説明を省略する。

電磁クラッチ９をＯＮ，ＯＦＦするための電磁コイル１６は、コア１７内に収納されて電磁クラッチ９側に向けて設けられているが、この電磁コイル１６は電磁クラッチ９の軸方向に２個重ね合わせて収納した第１コイル１６ａ、第２コイル１６ｂにて構成されている。そしてこの各コイル１６ａ，１６ｂはそれぞれ図示しない制御装置にて個々にＯＮ，ＯＦＦ制御できるようになっている。

上記の第１コイル１６ａと第２コイル１６ｂのそれぞれの電磁力をＦ_３，Ｆ_４とすると、例えば第１コイル１６ａの電磁力Ｆ_３は、図４（ａ）に示すところの切り替え後の４輪駆動走行時に必要な電磁力Ｆ_２と同じ大きさになっており、また第２のコイル１６ｂの電磁力Ｆ_４は、図４（ｂ）に示した切り替え時の電磁力Ｆ_１から４輪駆動走行時の電磁力Ｆ_３を引いた値と同じ大きさになっている。すなわち、Ｆ_３＝Ｆ_２、Ｆ_４＝（Ｆ_１−Ｆ_２）である。そしてこの各電磁コイル１６ａ，１６ｂは、それぞれの電磁力に応じたコイルの巻数になっていて、それぞれのコイルの巻数は当然従来の１個の電磁コイル１１のコイル巻数より少なくなっている。

上記構成において、２輪駆動走行から４輪駆動走行に切り替えるには、第１・第２の双方のコイル１６ａ，１６ｂをＯＮにする。これにより、電磁コイル１６は図５（ｃ）に示すように両コイル１６ａ，１６ｂの合計の電磁力Ｆ_３＋Ｆ_４（＝Ｆ_１）の電磁力を出力する。

４輪駆動走行に切り替わった後は第２コイル１６ｂをＯＦＦにし、第１コイル１６ａのみに通電して電磁力Ｆ_３の出力を継続する。

このときにおける各コイル１６ａ，１６ｂへの電流値Ｉ_３，Ｉ_４の大きさは図５（ｄ），（ｅ）に示すようになり、４輪駆動切り替え時の合計の電流値Ｉ_５は図５（ｆ）に示すようにＩ_３＋Ｉ_４となる。

このときにおいて、切り替え時の電流値Ｉ_５は図４（ｃ）にて示した従来の電磁コイル１１の切り替え時の電流値Ｉ_１と略同じであるが、４輪駆動走行時の第１コイル１６ａの上記従来の電磁コイル１１による４輪駆動走行時における電磁力Ｆ_２と略同じ電磁力Ｆ_３を出すための電流値Ｉ_３は、この第１コイル１６ａのコイル巻数が上記従来の電磁コイル１１のコイル巻数より少なく、これを流れる電流の抵抗がその分小さいことにより、この従来の電磁コイルの電流値Ｉ_２より小さい。すなわちＩ_５≒Ｉ_１，Ｉ_３＜Ｉ_２である。

従って、４輪駆動切り替え時における電磁コイル１６への入力電力は従来の電磁コイル１１の場合と略同じになるが、４輪駆動走行時における入力電力は従来の電磁コイル１１のものより小さくなる。

上記実施の形態では電磁コイル１６を２個のコイル１６ａ，１６ｂにて構成した例を示したが、このコイルの数は２個以上で、数に限定はなく、この場合も各コイルは個々に制御できるようにする。

そしてこの複数個の制御において、２輪駆動から４輪駆動への切り替え時におけるそれぞれへの入力電力を、各コイルの電磁力が上記した電磁クラッチ９をＯＮにする電磁力より弱い電磁力になるように制御して、４輪駆動時の電磁クラッチ９をスリップ状態にすることによりメインクラッチがスリップ状態になるようにすることにより、電磁式カップリングが２輪駆動と４輪駆動の中間状態となり、２輪駆動と４輪駆動の相互の切り替え時の駆動系に負担がかかることなく、滑らかに切り替え走行できる。

また、上記複数の電磁コイルのコイルの巻き数比は、それぞれの電磁コイルが出力しようとする電磁力に応じて、例えば１：１．１：１．２のように最適にすることにより、各電磁コイルにダメージを与えない最適条件で電磁式カップリングの切り替えを行うことができる。

図６は本発明の第２の実施の形態であり、この実施の形態では、電磁コイル１６′を構成する２個（複数）のコイル１６ａ′，１６ｂ′は同心状に重ねて配置されており、この場合においても、２輪駆動走行から４輪駆動走行への切り替え時には双方のコイル１６ａ′，１６ｂ′を励磁し、切り替え後では、一方のコイルをＯＦＦに、他方のコイルの励磁力を作用させて４輪駆動走行を継続する。

従来の電磁式カップリングを示す断面図である。（ａ），（ｂ）はスラスト力発生機構部を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態での電磁式カップリングを示す断面図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、従来の電磁式カップリングにおける電磁クラッチの必要とするトルク、電磁力、電流値を示す線図である。（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は、本発明に係る電磁式カップリングにおける電磁力、電流値を示す線図である。本発明の第２の実施の形態での電磁式カップリングを示す断面図である。

符号の説明

１…出力軸、２…入力軸、２ａ…ケース、３…メインクラッチ、３ａ…ドリブンプレート、３ｂ…ドライブプレート、４…固定板、５…押圧装置、６…押し板、７…受け板、８…スラスト力発生機構、８ａ…ボール、９…電磁クラッチ、１０…アーマチュア、１１，１６，１６′…電磁コイル、１１ａ，１７…コア、１６ａ，１６ｂ，１６ａ′，１６ｂ′…コイル、１２…凹部、１３…カバー、１４…非磁性リング、１５…磁気ループ、２１…ケース、２２…カバー部材、２３…電磁コイル、２４…磁性リング、２５ａ、２５ｂ…空間。

Claims

リング状の電磁コイルの磁力作用面からの磁力にて作動する電磁クラッチにて作動する電磁式カップリングにおいて、
上記電磁コイルを、個々に制御可能にした複数のコイルを電磁クラッチの軸方向に、または同心状のいずれかに重ね合わせて配置した構成にしたことを特徴とする電磁式カップリング。
電磁コイルを構成する複数のコイルのそれぞれの電磁力制御を、２輪駆動と４輪駆動の切り替え時に、電磁クラッチをスリップ状態にすることによりメインクラッチがスリップ状態になるように制御することを特徴とする請求項１記載の電磁式カップリング。