JP2013160250A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従動側回転体の回転を好適に可変にすることが可能な動力伝達装置を提供する。
【解決手段】ウォータポンプ１はプーリ５、インナープレート６、ボール７、レバー８、カム１０ａおよびステータ１１を備えている。カム１０ａはレバー８に作用する量が相対的に小さく設定された第１の区間Ｒ１と相対的に大きく設定された第２の区間Ｒ２とを有し、レバー８はカム１０ａが第１の区間Ｒ１でレバー８に当接する場合にボール７と係合可能な第１の状態になるとともに、カム１０ａが第２の区間Ｒ２でレバー８に当接する場合にボール７と係合しない第２の状態になるように設けられている。ウォータポンプ１はインナープレート６に対するカム１０ａの相対的な位相を制御する第１から第３の制御モードを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は動力伝達装置に関する。

駆動側回転体から従動側回転体に動力を伝達する動力伝達装置が知られている。かかる動力伝達装置は例えばエンジンの動力で駆動するウォータポンプとして具現化されている。この点、駆動側回転体から従動側回転体への回転の伝達が非接触の状態で行われる流量可変型のウォータポンプが特許文献１で開示されている。

特許文献１ではこのウォータポンプが具体的には駆動側回転体が負圧室と一対の永久磁石とを備えるとともに、従動側回転体が一対の永久磁石の間に誘導体を備える構成とすることができることが開示されている。また、負圧室にはエンジンの吸気負圧を導入できることが開示されている。特許文献１が開示するウォータポンプはかかる構成の場合に、負圧室に導入するエンジンの吸気負圧によって一対の永久磁石を誘導体に対し回転軸方向に移動させて一対の永久磁石および誘導体の回転軸方向のオーバラップ量を変更することで、従動側回転体への伝達トルクを変更でき、これによりポンプ流量を変更できるようになっている。

国際公開第２００８／０７８７７４号パンフレット

駆動側回転体の回転に対して従動側回転体の回転を可変にするには例えば上述のようにして従動側回転体への伝達トルクを変更することができる。そしてこれにより、例えばエンジンの動力で駆動するウォータポンプとして具現化された動力伝達装置において、駆動側回転体の回転に対して従動側回転体の回転を減速させるかたちで従動側回転体の回転を可変にすることで、吐出量を可変にすることができる。ところがこの場合には、負圧としてエンジンの吸気負圧を用いることが合理的であると考えられる一方で、エンジンの運転状態によっては吸気負圧を利用できない結果、従動側回転体の回転の変更が制限される虞がある。

なお、ウォータポンプとしては例えば駆動側回転体から従動側回転体への動力の伝達を断続可能な電磁クラッチ付きのウォータポンプも知られている。ところが、電磁クラッチ付きのウォータポンプは一般に駆動側回転体の回転に応じた吐出を行う場合と吐出量をゼロにする場合とを切り替える用途に用いられ、少量吐出を行うことはできない。

或いは、電磁クラッチ付きのウォータポンプであっても例えば動力の伝達を間欠的に行うことで少量吐出を可能にすることも考えられる。ところがこの場合には高回転で電磁クラッチの断続を可能にするなどかかる用途に応じた新たな改造が必要になる。このためこの場合には、安価であるといったことや技術的に確立しているといった電磁クラッチ付きのウォータポンプのメリットを享受できなくなる虞がある。

また、ウォータポンプとしては例えば電動ウォータポンプも知られている。この点、電動ウォータポンプの場合には駆動側回転体から従動側回転体に動力を伝達する動力伝達装置とは異なり、内蔵モータで従動側回転体に当たる回転体を駆動することから、吐出量の高い制御性を確保できる。ところがこの場合には必要な最大吐出量を確保するために内蔵モータが大型化する虞があるほか、内蔵モータの大型化と相俟って消費電力が大きくなったりコスト面で不利になったりする虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、従動側回転体の回転を好適に可変にすることが可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。

本発明は駆動側回転体と、前記駆動側回転体から動力が伝達される従動側回転体と、前記駆動側回転体とともに回転可能に設けられたボールと、前記従動側回転体に前記ボールと係合可能に設けられたレバーと、前記レバーに当接するとともに前記レバーに作用する量が相対的に小さく設定された第１の区間と相対的に大きく設定された第２の区間とを有するカムと、前記従動側回転体に対する前記カムの相対的な位相を制御可能なアクチュエータとを備え、前記カムが前記第１の区間で前記レバーに当接する場合に前記ボールと係合可能な第１の状態になるとともに、前記カムが前記第２の区間で前記レバーに当接する場合に前記ボールと係合しない第２の状態になるように前記レバーが設けられている動力伝達装置である。

本発明によれば、従動側回転体の回転を好適に可変にすることができる。

ウォータポンプの概略構成図である。 ウォータポンプの要部を示す図である。 カムの説明図である。 第３の制御モードの説明図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はウォータポンプ１の概略構成図である。図２はウォータポンプ１の要部を示す図である。図３はカム１０ａの説明図である。図２（ａ）はレバー８が第１の状態にある場合を示し、図２（ｂ）はレバー８が第２の状態にある場合を示す。図１、図２に示すようにウォータポンプ１はボディ２とシャフト３とインペラ４とプーリ５とインナープレート６とボール７とレバー８とスプリング９とロータ１０とステータ１１とＥＣＵ２０とを備えている。ウォータポンプ１は動力伝達装置であり、エンジンの動力で駆動する。ボディ２は筐体部材であり、ボディ２にはベアリングを介してシャフト３が設けられている。シャフト３は駆動軸であり、シャフト３にはインペラ４が設けられている。

プーリ５は駆動側回転体であり、ベアリングを介してシャフト３に設けられている。プーリ５は有底円筒状の形状を有している。具体的にはプーリ５はボディ２側で円筒状に開口するとともに、ボディ２の反対側で有底円筒形状の底壁部をなす壁部を有している。そしてこれにより、外周部と対をなすように設けられた内周部を有している。内周部には窪み部５ａが設けられている。窪み部５ａは部分球状に窪んだ形状を有している。プーリ５はボディ２の反対側の壁部中央に開口するとともに、ボディ２側に向かって延伸する円筒状のベアリング保持部を内周部よりも内側の部分に有している。プーリ５にはエンジンの駆動力を伝達可能なベルトを外周部に巻き掛けることで、エンジンの駆動力を伝達することができる。

インナープレート６は従動側回転体であり、インナープレート６にはボール７およびレバー８を介してプーリ５から動力が伝達される。インナープレート６は段付きリング状の形状を有しており、シャフト３を挿通した状態でシャフト３に結合されている。シャフト３とインナープレート６とは例えばキー結合やスプライン結合によって結合することができる。インナープレート６は拡径した部分が窪み部５ａと隙間を有して対向するように設けられている。

ボール７はプーリ５とともに回転可能に設けられている。ボール７は具体的には窪み部５ａに設けられるとともに、インナープレート６によって窪み部５ａから外れないように設けられることで、プーリ５とともに回転可能に設けられている。この点、インナープレート６は拡径した部分が軸方向において窪み部５ａと重なり合う位置に設けられるとともに、窪み部５ａに設けられたボール７の径方向内側への移動を規制するように設けられることで、ボール７が窪み部５ａから外れないようにしている。

レバー８はインナープレート６にボール７と係合可能に設けられている。レバー８は具体的には軸方向に直交する方向に沿った回転動作を可能にする回転軸を介してインナープレート６に設けられている。また、一端部を径方向内側に駆動することで他端部が径方向外側に移動し、これにより図２（ａ）に示すように他端部でボール７と係合可能な第１の状態になるとともに、一端部を径方向外側に駆動することで他端部が径方向内側に移動し、これにより図２（ｂ）に示すように他端部でボール７と係合しない第２の状態になるように設けられている。そしてこのとき、回転軸はレバー８に対して一端部よりも他端部との間の距離が短くなる位置に設けられている。

このようにレバー８を設けるにあたって、レバー８はさらに具体的には第２の状態で軸方向に沿って見た場合に他端部がインナープレート６のうち、拡径した部分に収容され、且つ当該部分とともにボール７が窪み部５ａから外れないように設けられている。この点、インナープレート６のうち、拡径した部分の外周部にはレバー８の他端部を収容可能な切欠き部が設けられている。レバー８は他端部が軸方向に沿ってインナープレート６のうち、拡径した部分の両側に張り出すように設けられるとともに、一端部が張り出した部分それぞれから軸方向に直交する方向に延伸するようにして設けられている。

スプリング９は付勢部材であり、第１の状態になるようにレバー８を付勢する。この点、スプリング９は一端部がレバー８の一端部に、他端部がインナープレート６に固定された状態で設けられており、レバー８の一端部を付勢する。これに対し、レバー８は具体的にはスプリング９が伸張した状態で他端部がインナープレート６のうち、拡径した部分の外周部よりも径方向外側に位置するように設けられている。また、スプリング９が短縮した状態で他端部がインナープレート６のうち、拡径した部分の外周部と径方向において同等の位置、或いは当該外周部よりも径方向内側に位置するように設けられている。スプリング９はインナープレート６のうち、拡径した部分の両側に分離して配置されるレバー８の一端部それぞれに対して設けることができる。

ロータ１０はベアリングを介してシャフト３に設けられている。ロータ１０はモータの回転子であり、筒状の形状を有している。ロータ１０はインナープレート６およびボディ２間に位置するように設けられるとともに、インナープレート６のうち、縮径した部分を収容するように設けられている。ロータ１０のうち、軸方向においてインナープレート６の縮径した部分と重なり合う部分にはカム１０ａが設けられている。カム１０ａはレバー８と当接するように設けられており、レバー８を駆動する。

この点、図３に示すようにカム１０ａはレバー８に作用する量が相対的に小さく設定された第１の区間Ｒ１と相対的に大きく設定された第２の区間Ｒ２とを有している。そして、レバー８はスプリング９およびカム１０ａの作用のもと、具体的にはカム１０ａが第１の区間Ｒ１で当接する場合に第１の状態になるように設けられている。また、カム１０ａが第２の区間Ｒ２で当接する場合に第２の状態になるように設けられている。

ステータ１１はボディ２に設けられている。ステータ１１はモータの固定子であり、ロータ１０を駆動することでカム１０ａを駆動する。ステータ１１はインナープレート６に対するカム１０ａの相対的な位相を制御可能なアクチュエータに相当する。この点、ウォータポンプ１ではステータ１１をアクチュエータとすることで、カム１０ａを非接触で駆動することができる。

ＥＣＵ２０は電子制御装置であり、ＥＣＵ２０にはステータ１１が通電可能に接続されている。また、ＥＣＵ２０にはシャフト３の位相および回転数を検出可能な第１の位相センサ３１やプーリ５の位相および回転数を検出可能な第２の位相センサ３２やエンジンの運転状態を検出可能なセンサ群３３がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は以下に示す各制御モードを有している。

すなわち、ＥＣＵ２０はカム１０ａが第１の区間Ｒ１でレバー８に当接するようにインナープレート６に対するカム１０ａの相対的な位相を制御する第１の制御モードを有している。また、カム１０ａが第２の区間Ｒ２でレバー８に当接するようにインナープレート６に対するカム１０ａの相対的な位相を制御する第２の制御モードを有している。さらに、第１のモードと第２のモードとを交互に切り替える第３の制御モードを有している。これらの制御モードはＥＣＵ２０においてＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで実現できる。

第１の制御モードを実現するにあたり、カム１０ａが第１の区間Ｒ１でレバー８に当接していることはシャフト３がプーリ５の回転に応じて回転していることで判断できる。第２の制御モードを実現するにあたり、カム１０ａが第２の区間Ｒ２でレバー８に当接していることはシャフト３がプーリ５の回転に応じて回転していないことで判断できる。そして、シャフト３がプーリ５の回転に応じて回転しているか否かはシャフト３およびプーリ５の回転数に基づき判断できる。

このため、第１の制御モードは具体的には例えばシャフト３がプーリ５の回転に応じて回転している場合にシャフト３の回転と同期させるようにカム１０ａの回転を制御することで実現できる。また、第２の制御モードは例えばシャフト３がプーリ５の回転に応じて回転していない場合にシャフト３が停止するまでの間、シャフト３の回転と同期させるようにカム１０ａの回転を制御することで実現できる。

第１または第２の制御モードを実行するにあたっては、例えば所定の速度で回転するようにカム１０ａの回転を制御し、これによりレバー８の状態を変化させることで、シャフト３がプーリ５の回転に応じて回転しているか否かを判断した上で、上述のように第１または第２の制御モードを実現することができる。

この点、第１の制御モードは第２の制御モードから移行するかたちで実現することができる。この場合、第１の制御モードはシャフト３、カム１０ａ間に回転数差が生じるようにカム１０ａの回転を制御するとともに、シャフト３がプーリ５の回転に応じて回転するようになった場合にシャフト３の回転と同期させるようにカム１０ａの回転を制御することで実現できる。

また、第２の制御モードは第１の制御モードから移行するかたちで実現することができる。この場合、第２の制御モードはシャフト３、カム１０ａ間に回転数差が生じるようにカム１０ａの回転を制御するとともに、シャフト３が停止した場合を含め、プーリ５の回転に応じて回転しなくなった場合にシャフト３の回転と同期させるようにカム１０ａの回転を制御することで実現できる。

そして、第３の制御モードは第１の制御モードと第２の制御モードとの間で制御モードの移行を交互に繰り返すことで実現できる。第３の制御モードではプーリ５の一回転中に第１の制御モードと第２の制御モードとの間で制御モードを交互に切り替えることができる。そして、プーリ５の一回転中に占める第１の制御モードの実行割合を小さくするほど、シャフト３の回転（すなわち、インナープレート６の回転）をプーリ５の回転よりも大きく減速させることができる。

第３の制御モードではプーリ５の回転に対してカム１０ａの回転を加速するか、或いは減速するようにカム１０ａの回転を制御することで、第１の制御モードと第２の制御モードとを交互に切り替えることもできる。すなわち、第３の制御モードでは必ずしもシャフト３の回転と同期させるようにカム１０ａの回転を制御しなくても第１の制御モードと第２の制御モードとを交互に切り替えるようにして実行できる。第３の制御モードではこのほか例えば間欠的に回転するようにカム１０ａの回転を制御することで、第１の制御モードと第２の制御モードとを交互に切り替えるようにしてもよい。

図４は第３の制御モードの説明図である。図４（ａ）はプーリ５の回転回数を位相とともに示す図である。図４（ｂ）はインナープレート６の回転回数を位相とともに示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）に示す縦軸それぞれは位相、横軸それぞれは回転回数である。図４では図４（ａ）および図４（ｂ）でプーリ５の回転回数とインナープレート６の回転回数との関係を示す。図４（ｂ）ではボール７およびレバー８の係合、非係合によるプーリ５およびインナープレート６の接続、分離状態についても合わせて示す。

プーリ５の回転回数が図４（ａ）に示すように増加するのに対し、インナープレート６の回転回数は第３の制御モードを実行することで、プーリ５の回転回数に対して次のように減少させることができる。すなわち、図４（ｂ）に示すようにこの例ではまず第２の制御モードを実行することでプーリ５とインナープレート６とを分離する。そしてこれにより、プーリ５の位相が進んでもインナープレート６の位相が進まないようにする。

続いてこの例では第２の制御モードから第１の制御モードに移行することでボール７およびレバー８を介してプーリ５とインナープレート６とを接続する。そしてこれにより、インナープレート６の位相をプーリ５の位相と同様に進ませる。続いてこの例ではさらに第１の制御モードから第２の制御モードに移行することでプーリ５とインナープレート６とを分離する。そしてこれにより、インナープレート６の位相が惰性回転によって進んだ後に進まなくなるようにする。

この例では、ここまでで第３の制御モードによってプーリ５が一回転する間にインナープレート６が半回転するようにしている。そして、その後も同様に第３の制御モードを継続することで、プーリ５の回転回数に対し、インナープレート６の回転回数を半分に減少させている。この例に示すように、第３の制御モードではプーリ５の回転数よりもインナープレート６の回転数を低くすることで、少量吐出を実現することができる。

なお、ＥＣＵ２０は第１から第３の制御モードを機関運転状態など所定の条件に応じて実行することができる。具体的には例えばＥＣＵ２０は機関暖機時に第２の制御モードを実行するとともに、機関暖機後に第１の制御モードを実行することができる。そして、機関暖機時には必要に応じて第３の制御モードを実行することができる。この場合、機関暖機時に第２の制御モードを実行することで機関暖機を促進できる。また、機関暖機後に第１の制御モードを実行することでエンジンを冷却できる。そして、機関暖機時に必要に応じて第３の制御モードを実行することで、例えばエンジンの局所過熱を防止できる。

機関暖機時に第２の制御モードを実行する場合に、第３の制御モードは機関暖機時に例えば途中から少量吐出を行うように実行することもできる。この場合には機関暖機の促進と両立させるようにして、ウォータポンプ１が吐出する冷却水を利用する機器（例えばヒータコアやＥＧＲクーラなどの熱交換器）を機能させることもできる。ＥＣＵ２０はこれに限られず、第１から第３の制御モードを所定の条件に応じて適宜実行してよい。

次に動力伝達装置であるウォータポンプ１の作用効果について説明する。ウォータポンプ１はプーリ５、インナープレート６、ボール７、レバー８、カム１０ａおよびステータ１１を備える構成で、カム１０ａを駆動することで第３の制御モードを実現できる。そしてこれにより、例えば機関運転状態によって特段制限されることなくインナープレート６の回転を可変にすることができる点で、インナープレート６の回転を好適に可変にすることができる。

インナープレート６の回転を可変にするにあたり、ウォータポンプ１はステータ１１でカム１０ａを駆動する構成となっている。この点、アクチュエータであるステータ１１はロータ１０を含むカム１０ａそのものの駆動と、カム１０ａを介したレバー８の駆動とができれば足りる。そして、カム１０ａそのものを駆動することは例えばシャフト３を駆動することと比較して必要なトルクを遥かに小さくことができる。また、カム１０ａを介したレバー８の駆動は第１の状態にする場合にはスプリング９の付勢力に抗してレバー８を駆動できればよく、第２の状態にする場合にはテコの原理を働かせることで係合の解除に必要な力を小さくすることができる。このため、ウォータポンプ１は例えば電動ウォータポンプと比較して小型化に有利であり、且つ消費電力やコストの面でも好適である。

ウォータポンプ１ではボール７およびレバー８の係合、非係合によってプーリ５およびインナープレート６を接続、分離する構成となっている。この点、ウォータポンプ１ではボール７をレバー８と係合させることで、くさびの効果によってボール７とレバー８とを機械的にロックすることもできる。そしてこれにより、例えば回転変動によって動力の伝達が寸断される事態が発生することも防止しつつ、インナープレート６の回転を可変にすることができる点でも、インナープレート６の回転を好適に可変にすることができる。

ボール７およびレバー８の係合、非係合によってプーリ５およびインナープレート６を接続、分離するウォータポンプ１は例えば次の点でも好適である。すなわち、ボール７およびレバー８による係合、非係合は例えば摩擦板を圧着することで結合を行うクラッチの断続とは異なり、長期の使用に対する高い信頼性を確保できる。このため、ウォータポンプ１は長期の使用に対する高い信頼性を確保しつつ、インナープレート６の回転を可変にすることができる点でも、インナープレート６の回転を好適に可変にすることができる。

ウォータポンプ１はカム１０ａが第１の区間Ｒ１でレバー８に当接する場合にボール７と係合可能な第１の状態になるとともに、カム１０ａが第２の区間Ｒ２でレバー８に当接する場合にボール７と係合しない第２の状態になるようにレバー８を設けることで、ボール７およびレバー８の係合の解除をカム１０ａによって行うことができる。そしてこれにより、インナープレート６の回転を可変にするにあたって、ボール７およびレバー８の係合が解除できなくなる事態が発生することを防止できる点でも、インナープレート６の回転を好適に可変にすることができる。

ウォータポンプ１は具体的には次のようにレバー８を設けることで、テコの原理を働かせることで係合の解除に必要な力を小さくすることができる。すなわち、一端部を径方向内側に駆動することで他端部が径方向外側に移動し、これにより他端部でボール７と係合可能な第１の状態になるとともに、一端部を径方向外側に駆動することで他端部が径方向内側に移動し、これにより他端部でボール７と係合しない第２の状態になるように設け、さらにレバー８に対して一端部よりも他端部との間の距離が短くなる位置に回転軸を設けることで、係合の解除に必要な力を小さくすることができる。このため、ウォータポンプ１は具体的にはこのようにレバー８を設けることが好適である。

ウォータポンプ１では吐出が必要な第１または第３の制御モード実行時にステータ１１が故障した場合にはカム１０ａの回転がフリーになる。そしてこの場合には、例えばボール７とレバー８とが係合、非係合を繰り返すか、或いはボール７およびレバー８のロックが維持されることで、プーリ５からインナープレート６への動力伝達を可能にするフェールセーフを有することもできる。このため、ウォータポンプ１はインナープレート６に対するカム１０ａの相対的な位相を制御するアクチュエータが具体的にはステータ１１のようにカム１０ａを非接触で駆動可能なアクチュエータであることが好適である。

ウォータポンプ１はプーリ５の回転に対してインナープレート６の回転を減速させるかたちでインナープレート６の回転を可変にする。この点、このようにインナープレート６の回転を可変にするウォータポンプ１は吐出量を制限することで冷却損失を低減し、これによりエンジンの熱効率を高めることに適している。このため、動力伝達装置は具体的にはエンジンの動力で駆動するウォータポンプ１であることが好適である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば動力伝達装置は必ずしもウォータポンプであることに限られず、エンジンの動力で駆動するオイルポンプやエアコン用コンプレッサのほか、エンジンの動力で駆動する燃料ポンプやバキュームポンプなど流量を可変にする必要性がある適宜のポンプであってもよい。また、動力伝達装置は必ずしもエンジンの動力で駆動することに限られず、その他の動力で駆動するようになっていてもよい。

ウォータポンプ １
ボディ ２
シャフト ３
インペラ ４
プーリ ５
インナープレート ６
ボール ７
レバー ８
スプリング ９
ロータ １０
ステータ １１
ＥＣＵ ２０

Claims (1)

1. 駆動側回転体と、
   前記駆動側回転体から動力が伝達される従動側回転体と、
   前記駆動側回転体とともに回転可能に設けられたボールと、
   前記従動側回転体に前記ボールと係合可能に設けられたレバーと、
   前記レバーに当接するとともに、前記レバーに作用する量が相対的に小さく設定された第１の区間と相対的に大きく設定された第２の区間とを有するカムと、
   前記従動側回転体に対する前記カムの相対的な位相を制御可能なアクチュエータとを備え、
   前記カムが前記第１の区間で前記レバーに当接する場合に前記ボールと係合可能な第１の状態になるとともに、前記カムが前記第２の区間で前記レバーに当接する場合に前記ボールと係合しない第２の状態になるように前記レバーが設けられている動力伝達装置。
   

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