CN103047314A

CN103047314A - 离合器装置

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Publication number: CN103047314A
Application number: CN2012103858477A
Authority: CN
Inventors: 鬼武稔; 宅野博; 细川隆司; 是永宪司
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: EP2581618A3; JP5951215B2; US20130092502A1; EP2581618A2; EP2581618B1; JP2013087792A; CN103047314B; US8899396B2

Abstract

一种离合器装置(1)，其设置在旋转构件(2)的旋转轴线上，并且包括：输出机构，该输出机构包括线圈壳、用于产生电磁力的电磁线圈、以及电枢(33)，电枢通过回复弹簧沿电枢离开电磁线圈的方向被施加有回复力；以及凸轮机构，该凸轮机构包括沿着旋转轴线与输出机构平行地设置并且能够相对于旋转构件旋转的控制凸轮(41)以及能够在存在于控制凸轮(41)和电枢之间的凸轮表面(330a)上滚动的凸轮从动件(42)。凸轮机构构造成：凸轮表面的凸轮角(θ)设定为如下角度，所述角度使由于伴随着与电磁线圈的摩擦接合产生的反作用力(Fp)而施加到电枢(33)的扭矩大于通过借助于凸轮机构的开动引起的推力(F)而施加到电枢的扭矩。

Description

离合器装置

技术领域

本发明涉及一种离合器装置，该离合器装置优选地用作用于对旋转构件之间的扭矩的传递进行控制或对旋转构件进行制动的电磁离合器。

背景技术

已知一种制动机构，在该制动机构中，旋转构件的旋转通过由电磁线圈的激励控制的离合器来限制(例如，见日本专利申请公开2010-208584(JP 2010-208584 A))。

JP 2010-208584 A中所公开的制动机构包括：通过旋转构件旋转的凸轮构件；设置成使得与凸轮构件相对的离合器片；置于凸轮构件与离合器片之间的凸轮球；在离合器片中产生摩擦扭矩的致动器以及用于产生将离合器片与致动器分离的迫压力的复位弹簧。致动器包括：电磁线圈；容置电磁线圈的吸入部；以及形成在吸入部中并与离合器片摩擦接触的摩擦部。

当在旋转构件旋转时电磁线圈被激励并且离合器片由于电磁线圈所产生的电磁力而与摩擦部相接触时，在凸轮构件与离合器片之间产生差速旋转，从而该差速旋转通过凸轮球而产生凸轮推力。由于该凸轮推力，离合器片被牢固地压抵住摩擦部，使得离合器片与摩擦部之间的摩擦力进一步增大。结果，制动机构进入自锁状态，使得即使在制动机构进入自锁状态之后停止激励电磁线圈，仍能够保持离合器片与摩擦部之间的接触状态。即，制动机构构造为自锁离合器的形式。

在这种自锁离合器中，如果其由于包括振动的一些原因而进入其经历自锁的错误锁定状态，则该错误锁定状态永远不会解除，直到施加到旋转构件的扭矩变得比预定值更小。因而，一些故障保护操作是必要的。例如，JP 2010-208584中所描述的混合动力车辆构造成：当错误锁定状态出现时停止向发动机供应燃料，同时，控制制动系统以减慢车辆的速度。

通过这种方式，为了防止上述错误锁定状态的出现，可以考虑增大复位弹簧的迫压力并随后通过该迫压力来解除自锁状态。然而，如果增大复位弹簧的迫压力，则相应地需要用于开动离合器的较大的电磁力，从而导致增大了电磁线圈的尺寸或增大了耗能。另外，根据施加到旋转构件的扭矩的大小，自锁状态可能不会通过复位弹簧的迫压力而成功地解除。

发明内容

本发明提供了一种能够防止自锁状态出现的离合器装置。

本发明的一方面涉及离合器装置。该离合器装置包括：i)离合器机构，该离合器机构包括：能够相对于旋转构件旋转的摩擦接合构件，以及离合器构件，该离合器构件通过回复弹簧沿离合器构件离开摩擦接合构件的方向被施加有回复力；以及ii)凸轮机构，该凸轮机构包括能够相对于旋转构件旋转的凸轮构件以及能够在存在于凸轮构件与离合器构件之间的凸轮表面上滚动的凸轮从动件。凸轮构件和离合器机构沿着旋转构件的轴线设置成一排。凸轮机构构造成使得凸轮表面的凸轮角设定成如下角度，所述角度使由于伴随着与摩擦接合构件的侧部的摩擦接合产生的反作用力而施加到离合器构件的扭矩大于通过借助于凸轮机构的开动引起的推力而施加到离合器构件的扭矩。

在该离合器装置中，凸轮机构可以构造成使得凸轮角设定成满足μm×rm×F＜F×rc×(sinθ-μccosθ)/(cosθ+μcsinθ)的角度，其中，推力和反作用力为F，离合器构件对摩擦接合构件的摩擦表面的静摩擦系数为μm，凸轮从动件对离合器构件的滚动摩擦系数为μc，离合器构件的等效摩擦圆的半径为rm，凸轮从动件的作用圆的半径为rc，以及凸轮角为θ。

在该离合器装置中，凸轮机构可以构造成使得凸轮角设定成满足0＜μc≤0.02的角度。

在该离合器装置中，摩擦接合构件可以是线圈壳。离合器构件可以是电枢。离合器机构可以是包括有线圈壳、容置在线圈壳中的电磁线圈、以及电枢的输出机构。

根据本发明的上述方面，可以防止自锁状态的出现。

附图说明

下面，将通过参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是示出了作为根据本发明的实施方式的离合器装置的电磁离合器的驱动状态的截面图。

图2是示出了作为根据本发明的实施方式的离合器装置的电磁离合器的非驱动状态的截面图。

图3是示出了作为根据本发明的实施方式的离合器装置的电磁离合器中的凸轮从动件的滚动摩擦力的产生状态的截面图。

图4是沿着图3中的箭头A截取的视图。

图5是示意性示出为提出了用于设定图3和图4中所需的凸轮角的条件方程的截面图。

具体实施方式

实施方式

在下文中，将通过参照附图对作为根据本发明的实施方式的离合器装置的电磁离合器进行详细地描述。

电磁离合器的整体结构

图1示出了电磁离合器的驱动状态，图2示出了电磁离合器的非驱动状态。如图1和图2中所示，电磁离合器1主要包括：旋转构件2，旋转构件2与输入轴(未图示)一起旋转；输出机构3，输出机构3设置在旋转构件2的旋转轴线O上以作为离合器机构；以及凸轮机构4，凸轮机构4通过输出机构3的输出来运转，以将来自旋转构件2的旋转力转变为在旋转轴线O的方向上的推力。

电磁离合器1起到制动装置的作用，该制动装置用于相对于用作非旋转构件的壳体6制动旋转构件2，并且例如在通过行星齿轮系统(未图示)来转换扭矩传递路径时使用。壳体6在其内表面中设置有敞开的轴孔6a。

旋转构件2的结构

旋转构件2由包括有大本体部2a和小本体部2b的实心圆轴构成，大本体部2a和小本体部2b各自具有互不相同的外径、通过减速齿轮机构(未图示)连接到电动马达(未图示)的马达轴(输入轴)、并由壳体6中的轴孔6a(仅示出了一侧)通过轴承7可旋转地支承。

旋转构件2构造成通过电动马达的驱动而与输入轴一起旋转。

大直径本体部2a具有位于旋转构件2的一侧(电动马达侧)上的直花键配合部20a。小直径本体部2b设置在旋转构件2的另一侧(壳体6侧)上并且与大直径本体部2a是连贯的。

输出机构3的结构

输出机构3包括：线圈壳31，线圈壳31为能够相对于旋转构件2旋转的摩擦接合构件；电磁线圈32，电磁线圈32用于在线圈壳31内产生电磁力；以及电枢33，电枢33为在电磁线圈32通电时被移动的离合器构件。输出机构3围绕旋转构件2的外部周缘设置。

输出机构3利用电磁线圈32产生作为对线圈壳31的按压力P1的电磁力，并且输出移动力以移动电枢33。

线圈壳31包括线圈保持件310和用作磁轭的内部凸缘311，并且由环形构件形成，该环形构件通过合适的螺栓8固定到壳体6并且旋转构件2穿过该环形构件。

线圈保持件310具有环形线圈容置部310a，该环形线圈容置部310a向电枢33侧敞开并且设置在线圈壳31的外部周缘中。线圈保持件310具有摩擦面310b，该摩擦面310b朝电枢33的线圈壳31侧的端面定向。

内部凸缘311设置在线圈壳31的内部周缘侧中并且与线圈保持件310的内部周缘面一体地形成。

电磁线圈32容置在线圈壳31的线圈容置部310a中，使得与电枢33相对并且通过扣环9而被禁止放松。然后，电磁线圈32被如此构造以在通电时形成穿过电枢33和线圈壳31的电磁回路M。

电枢33具有与线圈壳31的摩擦面310b相对的摩擦面33a并且设置在输出机构3的凸轮机构4侧，使得电枢33能够相对于旋转构件2旋转及移动。电枢33完全由旋转构件2所穿过的环形构件形成。

然后，电枢33通过输出机构3的输出而沿轴线方向移动，使得摩擦面33a由于按压力P1而与线圈壳31的摩擦面310b摩擦接合。

电枢33具有凸轮槽330，该凸轮槽330在与输出机构3的线圈壳侧上的端面相反的端面中开口，并且连同控制凸轮41(在下面描述)和凸轮从动件42(在下面描述)一起用作凸轮机构4的组成部分。通过借助于开动凸轮机构4而产生的凸轮作用，摩擦面33a通过比按压力P1(P1＜P2)更大的按压力P2与线圈壳31的摩擦面310b摩擦接合。凸轮槽330形成为使得其在轴线方向上的深度沿着电枢33的周向改变。

电枢33一直通过回复弹簧10沿电枢33离开(脱离)电磁线圈32的方向被施加有回复力。回复弹簧10由例如盘形弹簧形成并且置于线圈壳31上的轴承11与电枢33之间，同时围绕旋转构件2的外部周缘设置。

凸轮机构4的结构

凸轮机构4具有用作凸轮构件的控制凸轮41以及凸轮从动件42，该凸轮从动件42被置于控制凸轮41与电枢33之间并且围绕旋转构件2的外部周缘设置。

控制凸轮41具有与旋转构件2中的直花键配和部20a对应的直花键配合部41a。控制凸轮41设置在旋转构件2的大直径本体部2a上并且位于凸轮机构4的电动马达侧，使得控制凸轮41不能够相对于大直径本体部2a旋转，而能够相对于大直径本体部2a移动。另外，控制凸轮41被扣环12限制，不能沿轴线的一个方向移动(向电动马达移动)。

控制凸轮41设置有向凸轮从动件42侧敞开的凸轮槽410。凸轮槽410由凹槽形成，该凹槽在轴向方向上的深度沿着控制凸轮41的周向改变。

凸轮从动件42由球形构件形成并且置于控制凸轮41中的凸轮槽410与电枢33中的凸轮槽330之间，使得凸轮从动件42能够滚动。凸轮从动件42由保持器13保持。保持器13设置有用于保持凸轮从动件42的球保持孔13a，使得凸轮从动件42能够滚动。

接着，将通过参照图3和图4对电枢33中的凸轮槽330和控制凸轮41中的凸轮槽410进行描述。图3示出了凸轮机构的运行状况。图4示出了电枢和控制凸轮中的各自的凸轮槽。如图3和图4中所示，凸轮槽330由凹槽形成，该凹槽沿电枢33的轴线方向的深度从深度最大的沿周向方向的中央部a朝向沿周向方向的端部b、c逐渐减小。槽底部由以下部分形成：凸轮表面330a，该凸轮表面330a存在于沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部b之间；以及凸轮表面330b，该凸轮表面330b存在于沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部c之间。

当电磁线圈32未通电时，凸轮从动件42设置在凸轮槽330的沿周向方向的中央部a中。当在凸轮槽330的沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部b之间的范围内沿箭头R1的方向相对于电枢33旋转控制凸轮41或者在凸轮槽330的沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部c之间的范围内沿箭头R2的方向(与箭头R1的方向相反)相对于电枢33旋转控制凸轮41时，凸轮从动件42滚动，使得扭转力Fc施加到电枢33。

凸轮表面330a和凸轮表面330b由具有凸轮角θ(相对于与旋转轴线O垂直的平面的倾斜角θ)的斜面形成，该凸轮角θ从沿周向方向的中央部a朝向沿周向方向的端部b、c上升(使得电枢33的厚度沿电枢33的宽度方向从沿周向方向的中央部a朝向沿周向方向的端部b、c增大)。

同样地，凸轮槽410由凹槽形成，该凹槽沿控制凸轮41的轴线方向的深度从深度最大的沿周向方向的中央部a朝向沿周向方向的端部b、c逐渐减小。槽底部由以下部分形成：凸轮表面410a，该凸轮表面410a存在于沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部b之间；以及凸轮表面410b，该凸轮表面410b存在于沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部c之间。

当电磁线圈32未通电时，凸轮从动件42设置在凸轮槽410的沿周向方向的中央部a中。当在凸轮槽410的沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部b之间的范围内沿箭头R1的方向相对于电枢33旋转控制凸轮41或者在凸轮槽410的沿周向方向的中央部a与沿周向方向的端部c之间的范围内沿箭头R2的方向相对于电枢33旋转控制凸轮41时，凸轮从动件42滚动，使得扭转力Fc施加到控制凸轮41。

凸轮表面410a和凸轮表面410b由具有凸轮角θ(相对于与旋转轴线O垂直的平面的倾斜角θ)的斜面形成，该凸轮角θ从沿周向方向的中央部a朝向沿周向方向的端部b、c上升(使得控制凸轮41的厚度沿控制凸轮41的宽度方向从沿周向方向的中央部a朝向沿周向方向的端部b、c增大).

凸轮角θ设定成这样的角度：即，相对于由于通过凸轮机构4的开动引起的推力F而施加到电枢33的扭矩T1(未指出)，增强了通过伴随着与电磁线圈32的摩擦接合产生的反作用力Fp而施加到电枢33的扭矩T2(T1＜T2：未指出)。即，假定由于凸轮机构4的开动而在电枢33中产生的推力为F，其反作用力为Fp(F＝Fp)，则电枢33对电磁线圈32的摩擦面310b的静摩擦系数为μm(例如，μm≈0.1至0.15)，凸轮从动件42对电枢33的滚动摩擦系数为μc(例如，0＜μc≤0.02)，电枢33的等效摩擦圆的半径为rm，凸轮从动件42的作用圆的半径为rc，则凸轮角设定成满足T1(T1＞0.7×T2)＝μm×rm×F＜F×rc×(sinθ-μc cosθ)/(cosθ+μc sinθ)＝T2的角度。

上面提到的扭矩T2能够如下利用图3至图5而获得。图5示出了当停止向电磁线圈32供电时扭转力Fc施加到电枢33的状态。

在图5中，假定当凸轮从动件42滚动时施加到电枢33的凸轮表面330a的法向力为N，则得到Fc＝-Nsinθ+μNcosθ，Fp＝-Ncosθ-μNsinθ。若从这两个方程中删除掉法向力N，则得到Fc＝Fp×(sinθ-μcosθ)/(cosθ+μsinθ)。结果，则得到T2＝rc×Fc＝Fp×rc×(sinθ-μcosθ)/(cosθ+μsinθ)＝F×rc×(sinθ-μcosθ)/(cosθ+μsinθ)。

根据本实施方式，当在停止向电磁线圈32供电时确保电枢33的自解除特性时，电枢33通过回复弹簧10与电磁线圈32分离，凸轮从动件42对电枢33的滚动摩擦系数为μc，凸轮表面330a的凸轮角θ能够利用由试验结果所获得的μc＝0.02的滚动摩擦系数来设定，并且由于凸轮机构4的开动产生的推力F(传递扭矩量)能够增大到可能的程度。

因此，通过将凸轮表面330a的凸轮角θ设定成极大的角度以确保电枢33的自解除特性，可以避免以估计传递扭矩量低于所需扭矩为基础的设计。

电磁离合器1的运转

接着，将通过参照图1至图5对根据本实施方式的电磁离合器的运转进行描述。

参照图2，当驱动电动马达(未图示)时，电动马达的旋转驱动力通过减速齿轮机构(未图示)传递到旋转构件2以使旋转构件2旋转。

由于在起动电动马达时输出机构3的电磁线圈32通常没有通电，因此没有形成源自电磁线圈32的磁路M。因而，电枢33始终没有通过线圈壳31被吸引到电磁线圈32。

因而，没有产生转变为输出机构3中的离合器力的按压力P1，从而电枢33的摩擦面33a和线圈保持件310的摩擦面310b始终没有彼此摩擦接合。因此，没有借助于电磁离合器1产生的制动力传递到旋转构件2。

另一方面，当在驱动电动马达时(在旋转构件2旋转时)对电磁线圈32通电时，磁路M由电磁线圈32形成，从而电枢33从其初始位置朝向线圈壳31中的线圈保持件310移动。

因此，如图1中所示，电枢33的摩擦面33a通过按压力P1与线圈保持件310的摩擦面310b摩擦接合，并且伴随着这种现象，凸轮机构4开动。

当凸轮机构4开动时，由于通过开动而引起的凸轮作用，电枢33的摩擦面33a通过按压力P2(P1＜P2)与线圈保持件310的摩擦面310b进行比起动凸轮机构4之前的摩擦接合更牢固的摩擦接合，从而通过电磁离合器1产生的制动力传递到旋转构件2。

如图3中所示，当在驱动电动马达时停止向电磁线圈32供电时，电枢33通过回复弹簧10的弹簧弹力与线圈壳31分离。然而，由于来自旋转构件2的扭矩仍被输入到控制凸轮41，因此凸轮机构4通过施加到控制凸轮41和电枢33的扭转力Fc(在图4中示出)而开动，从而推力F施加到电枢33。伴随着这种现象，电枢33通过推力F与线圈壳31摩擦接合。同时，反作用力Fp(Fp＝F)从线圈壳31施加到电枢33，从而在电枢33与凸轮从动件42之间产生滚动摩擦力Fm(在图5中示出)。

根据本实施方式，电枢33的凸轮表面330a、330b中的每个的凸轮角θ以及控制凸轮41的凸轮表面410a、410b中的每个的凸轮角θ均设定成满足μm×rm×F＜F×rc×(sinθ-μccosθ)/(cosθ+μcsinθ)的角度，以使凸轮从动件42的滚动变得平滑。因此，凸轮从动件42在凸轮表面330a、330b、410a、410b上的滚动始终未受到阻碍。这种现象已经通过大量试验得到证实。

本实施方式的优点

根据上述实施方式获得了以下优点。

(1)T1(通过凸轮推力而施加到电枢的摩擦扭矩)设定成比T2(通过反作用力而施加到电枢的扭矩)更小。因此，当电磁线圈32未通电时，电磁离合器1确保被解除从而未产生自锁状态。

(2)由于凸轮机构的推力在电枢的自解除特性被满足的条件下能够尽可能的增大，因此可以避免过分限制离合器装置的能力。即，由于凸轮推力在凸轮角增大时减小，因此有必要采取诸如增大离合器装置的尺寸以及增大线圈电流之类的应对措施，以弥补凸轮推力的减小。根据本实施方式，能够抑制由于这种应对措施所造成的离合器装置的尺寸的增大和耗能的增大。

尽管已经关于上述实施方式对本发明的离合器装置进行了描述，但本发明并不限于上述实施方式，而是可以在不背离本发明的精神的范围内以各种不同的实施方式来实施。例如，可以为下面所描述的改型。

(1)在上述实施方式中，已经描述了控制凸轮41在旋转构件2上设置为使控制凸轮41其能够相对于旋转构件2移动并且不能够相对于旋转构件2旋转的情况。然而，尽管本发明不限于该示例，但控制凸轮还是可以在旋转构件上设置为使得控制凸轮不能够相对于旋转构件移动并且不能够相对于旋转构件旋转。总之，本发明的不可或缺的条件仅是控制凸轮不能够相对于旋转构件旋转。

(2)尽管在上述实施方式中已经描述了离合器装置为利用了电磁力的电磁离合器的情况，但本发明并不限于该示例，而是本发明可以实施成利用了例如油压力或水压力的其他锁定力的离合器装置。

(3)尽管在上述实施方式中已经描述了本发明的离合器装置起到用于对旋转构件2进行制动的制动装置的作用的情况，但本发明并不限于该示例，而是本发明的离合器装置可以做成起到用于在一对旋转构件之间传递驱动扭矩的驱动力传递装置的作用。

Claims

1.一种离合器装置，其特征在于，包括：

离合器机构(3)，所述离合器机构(3)包括：能够相对于旋转构件旋转的摩擦接合构件；以及离合器构件，所述离合器构件通过回复弹簧沿所述离合器构件离开所述摩擦接合构件的方向被施加有回复力；以及

凸轮机构(4)，所述凸轮机构(4)包括能够相对于所述旋转构件旋转的凸轮构件以及能够在存在于所述凸轮构件与所述离合器构件之间的凸轮表面上滚动的凸轮从动件，所述凸轮构件和所述离合器机构(3)沿着所述旋转构件的旋转轴线成一排地设置，并且所述凸轮机构(4)构造成使得所述凸轮表面的凸轮角设定成如下角度，所述角度使由于伴随着与所述摩擦接合构件的侧部的摩擦接合产生的反作用力而施加到所述离合器构件的扭矩大于通过借助于所述凸轮机构(4)的开动引起的推力而施加到所述离合器构件的扭矩。

2.根据权利要求1所述的离合器装置，其中，

所述凸轮机构(4)构造成使得所述凸轮角设定成满足μm×rm×F＜F×rc×(sinθ-μccosθ)/(cosθ+μcsinθ)的角度，其中，所述推力和所述反作用力为F，所述离合器构件对所述摩擦接合构件的摩擦表面的静摩擦系数为μm，所述凸轮从动件对所述离合器构件的滚动摩擦系数为μc，所述离合器构件的等效摩擦圆的半径为rm，所述凸轮从动件的作用圆的半径为rc，以及所述凸轮角为θ。

3.根据权利要求2所述的离合器装置，其中，

所述凸轮机构(4)构造成使得所述凸轮角设定成满足0＜μc≤0.02的角度。

4.根据权利要求1至3所述的离合器装置，其中，

所述摩擦接合构件为线圈壳；

所述离合器构件为电枢；以及

所述离合器机构(3)为包括所述线圈壳、容置在所述线圈壳中的电磁线圈、以及所述电枢的输出机构。