爪式离合器致动器 【技术领域】
本发明涉及一种用于驱动使卡爪(ドグ歯，犬齿)啮合而传递动力的爪式离合器(犬牙式离合器，牙嵌式离合器)的爪式离合器致动器。
背景技术
在车辆等的驱动力传递系统中，离合器是重要的部件而广泛应用。对于该离合器已知有各种形式，为了控制其挡合、分离(松开)就需要某种驱动机构。作为该驱动机构，一直以来广泛知道利用油压的机构，但存在相对大型且效率低不适用于高速动作这样的问题。
在专利文献1中，公开了对线圈通电而控制离合器的电磁离合器。就该电磁离合器而言，在未对线圈通电时，使用弹簧使离合器向一侧复位。另外，在专利文献2中，公开了利用剩磁保持离合器的状态，靠反向通电进行分离的电磁离合器。
专利文献1：日本特开2006-29579号公报
专利文献2：日本特开2005-168191号公报
【发明内容】
在专利文献1中，利用弹簧进行复位。因此，为了通过电磁离合器保持位置，需要维持电流。另外，因为需要克服弹簧力的电磁吸引力，所以装置的体格变大。
在专利文献2中，因为利用剩磁来保持位置，所以原则上不需要用于进行保持的通电。但是，在离合器要分离的时候需要进行通电。另外，需要反转线圈的极性，也就需要用于此的开关元件。
本发明，其特征在于，具有：设置于动力传递轴的外周的第一卡爪；能够与所述第一卡爪啮合的第二卡爪；内周面形成有所述第二卡爪、能够在所述动力传递轴的轴向上移动的移动部；与所述移动部靠近(接近)设置、通过流过线圈的电流产生使所述移动部在轴向上移动的磁场的磁轭；和通过控制流过所述线圈的电流，产生使所述移动部的第二卡爪相对于所述动力传递轴的第一卡爪进行接合或分离动作的电磁吸引力的电流控制部。
另外，优选，由所述移动部以及所述磁轭的形状，具有在所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪的接合时，对于啮合方向吸引力增加的特性，并且具有在分离时对于分离方向吸引力降低的特性。
另外，优选，所述电流控制部使得所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪接合后流过所述线圈的电流小于所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪接合时流过的电流。
另外，优选，所述电流控制部使得所述移动部的第二卡爪从所述动力传递轴的第一卡爪分离时的电磁吸引力与分离开始时的电磁吸引力相比降低。
另外，优选，所述电流控制部使得所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪接合时的电磁吸引力与接合开始时的电磁吸引力相比增加。
另外，优选，具有：在将所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪接合时通电的接合用线圈；和在将所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪分离时通电的分离用线圈。
另外，优选，所述磁轭包括：位于所述移动部的接合侧的接合端侧齿；位于所述移动部的分离侧的分离端侧齿；和位于这两齿的中间部地中间齿，接合用线圈配置在接合端侧齿与中间齿之间，分离用线圈配置在分离端侧齿与中间齿之间，中间齿为接合用线圈以及分离用线圈双方的磁路所共用。
另外，优选，接合端侧齿具有朝向中间齿侧而向径向外侧倾斜的倾斜面，在移动部的接合侧形成有与所述倾斜面相对向的倾斜面，随着所述移动部向接合侧移动，所述倾斜面彼此相对向的面积逐渐增加，由此电磁吸引力增加。
另外，优选，所述分离端侧齿随着所述移动部向分离端侧移动而产生磁饱和，由此电磁吸引力减小。
另外，优选，所述移动部在所述接合端侧齿至分离端侧齿之间移动。
另外，优选，在所述接合用线圈和所述分离用线圈中的某一方正在通电时，在另一方的线圈中流过对窜入(回り込み)该另一方的线圈的磁通量进行消除的电流。
另外，优选，所述接合端侧齿具有在轴向上向中间齿侧延伸的伸长部分，所述分离端侧齿具有在轴向上向中间齿侧延伸的伸长部分，中间齿具有在轴向上向接合端侧以及分离端侧延伸的伸长部分，在各齿的相对向的伸长部分之间设有空隙，而且在该空隙的至少一个空隙中具有磁检测部。
另外，优选，具有根据由所述磁检测部检测出的磁场强度，对所述移动部的位移进行检测的位移检测部。
另外，优选，在所述移动部的第二卡爪与所述动力传递轴的第一卡爪接合后的位置以及分离后的位置，具有限制所述移动部的轴向移动的限制部。
在本发明中，利用线圈使移动部的卡爪进行与动力传递轴的卡爪接合(卡合)、分离的动作，能够使爪式离合器的体格变小。
另外，由于移动部以及磁轭的形状，具有在离合器的接合时相对于啮合方向吸引力增加的特性，具有在分离时相对于分离方向吸引力降低的特性，从而能够成为使移动部良好移动的离合器。
另外，通过使得第二卡爪与第一卡爪接合后流过线圈的电流小于第二卡爪与第一卡爪接合时流过线圈的电流，从而能够使保持接合状态的电流变小，能够减少电力。
另外，通过使得第二卡爪从第一卡爪分离时的电磁吸引力与分离开始时的电磁吸引力相比降低，从而能够抑制分离时的冲击以及噪音的产生。
另外，通过使得第二卡爪与第一卡爪接合时的电磁吸引力与接合开始时的电磁吸引力相比增加，从而能够可靠地进行接合。
【附图说明】
图1是说明实施方式的装置的整体结构以及动作的图；
图2是表示实施方式的要部结构的图；
图3是表示图2的构成中的位移-推力特性的图；
图4是说明卡爪的啮合状态的示意图；
图5是表示其它实施方式的要部结构的图；
图6是表示图5的构成中的位移-推力特性的图；
图7是表示另外其它实施方式的要部结构的图；
图8是表示图7的构成中的位移-推力特性的图；
图9是表示磁通量朝向其它磁轭窜入的状态的图；
图10是表示另外其它实施方式的要部结构的图；
图11是说明活塞(plunger)以及拔叉(fork)的形状的图；
图12是表示磁轭的切口部中的磁通量密度的图。
符号说明
10套筒 12拔叉 14活塞 14a凸部 16磁轭
16a接合端侧齿 16b分离端侧齿
16c中间齿 18接合用线圈 20分离用线圈
22缓冲部件 24a、24b止挡件 26支柱 30输入轴
32输入侧齿轮 34输出轴 36输出侧齿轮
40固定用支柱 42球固定用槽 44定位球(锁止球，locking ball)
46弹簧 50孔 52轴承孔
【具体实施方式】
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
在图1中示出了说明具有本实施方式的致动器的电磁离合器的整体构成及其动作的图。
在输入轴30上设有在外周具有卡爪的输入侧齿轮32。另外，以围绕输入轴30的方式配置有中空的输出轴34，在该输出轴34上设有在外周具有卡爪的输出侧齿轮36。而且，这些输入侧齿轮32与输出侧齿轮36，具有一同样的直径，在轴向上隔开预定距离地配置。
在输入侧齿轮32以及输出侧齿轮36的外侧，配置有能够在轴向上移动的中空圆筒状的套筒10。该套筒10，通过在轴向上的移动，能够只与输入侧齿轮32或者与输入侧齿轮32以及输出侧齿轮36双方啮合。
在该套筒10的内周面形成有卡爪(啮合齿)，该卡爪在圆周方向上以恒定间距(pitch)形成有在轴向上成为恒定的半径方向高度的槽、牙。因此，在该套筒10的内周面的卡爪只与输入侧齿轮32啮合的状态下不传递动力，爪式离合器处于分离状态，而在套筒10的内周面的卡爪与输入侧齿轮32以及输出侧齿轮36的两方啮合的情况下，输入轴30的驱动力被传递至输出轴34。
使套筒10移动以使其至少以与啮合量相当的量位移(变位)。该距离通常为5mm～10mm左右的值。
在套筒10的外周，以能够与套筒10在旋转方向上滑动的方式固定有在半径方向上延伸的多个拔叉12，该拔叉的顶端部分固定于中空圆筒状的活塞14。因此，通过使该活塞14在轴向上移动，使得套筒10一边旋转一边在轴向上移动。另外，移动部与活塞14、拔叉12以及套筒10相当。
在套筒10的外侧，配置有中空圆筒状(环状)的磁轭16。即，磁轭16包括：圆筒部分、在圆筒部分的两端部向内侧延伸的环状的接合端侧齿16a以及分离端侧齿16b、和在圆筒部分的中间部向内侧延伸的中间齿16c，接合端侧齿16a以及分离端侧齿16b的内侧端部向中间齿16c侧延伸，另外中间齿16c的内侧端部向接合端侧齿16a以及分离端侧齿16b侧延伸。
在磁轭16的接合端侧齿16a与中间齿16c之间的圆筒状空间中收纳有接合用线圈18，在分离端侧齿16b与中间齿16c之间的圆筒状空间中收纳有分离用线圈20。
而且，通过对接合用线圈18通电，形成通过磁轭16的接合端侧齿16a、中间齿16c以及活塞14的磁路，由此将活塞14吸引至接合侧。另一方面，通过对分离用线圈20通电，形成通过磁轭16的分离端侧齿16b、中间齿16c以及活塞14的磁路，由此将活塞14吸引至分离侧。
在图1的左侧示出了接合时的状态，套筒10与输入侧齿轮32以及输出侧齿轮36的两方相啮合。在图1的右侧示出了分离时的状态，套筒10只与输入侧齿轮32相啮合。通过上述那样的对接合用线圈18、分离用线圈的通电控制，来进行活塞14以及套筒10的移动。
在图2中，示出了关于活塞14、磁轭16的具体的形状的一例。在该例子中，活塞14，整体为圆筒形状，但在其中央部分具有形成了朝向外侧突出的环状凸部14a的形状。另一方面，磁轭16，其接合端侧齿16a以及分离端侧齿16b与中间齿16c相比较长，延伸至半径方向内侧。另外，接合端侧齿16a以及分离端侧齿16b的内侧前端部分向中间齿16c侧弯曲，在各自与中间齿之间分别形成有间隙。
而且，活塞14的凸部14a的外侧面位置与磁轭16的中间齿16c的内侧面接近。因此，在活塞14在轴向上移动了的情况下，活塞14的凸部14a的侧面撞到接合端侧齿16a或分离端侧齿16b的相对向的端面而停止。
另外，在接合端侧齿16a以及分离端侧齿16b的相对向的端面上设有橡胶(弹性材料)制的缓冲部件22。因此，在活塞14由于对接合用线圈18、分离用线圈通电而产生的磁力而移动了的情况下，通过缓冲部件22来缓和冲击，能够防止产生冲击音。
另外，在磁轭16的轴向外侧配置有包括环状板的止挡件24a、24b(stopper)，在该止挡件24a、24b之间，与轴平行的多个支柱26设置在从中心起同一半径位置。该支柱26贯通活塞14的向半径方向内侧延伸的部分，该支柱26的贯通部分作为活塞14在轴向上移动时的轴承发挥作用。另外，拔叉12的半径方向外侧的端部位于活塞14的切口部内，在此处固定于活塞14。支柱26贯通活塞14的不存在拔叉12的部分。
此外，磁轭16的接合端侧齿16a的内面，朝向轴向的中间部变薄，以从轴中心离开的方式倾斜。另外，活塞14的与磁轭16的接合端侧齿16a相对应的外面，以朝向轴向的中间部变厚的方式与磁轭16的接合端侧齿16a的内面同样地倾斜。而且，这些磁轭的接合端侧齿16a的内面与活塞14的接合侧的外面的倾斜角度大致相同，两面大致并行。因此，若活塞14向接合侧移动则活塞14的外面与磁轭16的内面的对应面变大，并且两者的距离变小。另外，如上所述，通过活塞14的凸部14a侧面与缓冲部件22相撞而使活塞14的移动停止，从而将活塞14和止挡件24a、24b设定为不相冲击。
另一方面，磁轭16的分离端侧齿16b的内面大致笔直状，而活塞14的与磁轭16的分离端侧齿16b相对应的外面为朝向分离端侧多少朝向轴中心方向的倾斜面。因此，即使活塞14向接合侧移动，通常磁轭16的分离端侧齿16b的中间齿16c侧端部会位于与活塞14最接近的位置，这一点不会改变。
通过这样的结构，对于以恒定的容许电流对接合用线圈18或分离用线圈20进行了通电时的推力，由图3表示。如图3的上图所示，在对接合用线圈18进行了通电的情况下，推力在接合侧变为最大，在分离侧变小。由于在接合侧推力变大，则能够紧紧地推挤套筒10。另外，在对分离用线圈20进行了通电的情况下，如图3的下图所示，推力在接合侧端部变大，一旦变得更大之后，就以大致一定的斜率减小，在分离侧端部变小。在分离侧端部，套筒10从输出侧齿轮36离开，所以推力可以变小。
在图3中，位移0mm为最靠接合侧端部，位移6mm为分离侧端部。另外，在该例子中，是线圈面积为35mm2、占空因数(占積率)67％、电流密度20A，以470AT(max)的线圈电流进行驱动的情况下的数据。
这样，在正在对接合用线圈18通电的情况下，推力与活塞14的位置相对应地变化，这是因为在套筒10已向接合侧移动的情况下，上述的活塞14与磁轭16的倾斜面彼此的接近的面积变大，磁通量通过该路径，导致磁阻减小而吸引力上升。另一方面，在对分离用线圈20通电而套筒10已向分离侧移动的情况下，是因为磁通量的路径本身大体不变，在磁轭16内产生磁饱和，导致磁阻变大而吸引力降低。
这样，根据本实施方式，在接合侧，随着移动推力变强，在分离侧随着移动推力变弱。
这里，在图4中示意地表示了离合器接合时的卡爪的啮合。在分离状态下，通过使套筒10移动，最初分离的套筒10的卡爪与输出侧齿轮36啮合(花键插入倒角内)，如果此时的推力大，则接触时的冲击就大，也会发出声音。接着，花键最初进入倒角时不需要很大的推力。因此，优选，控制推力使其与从分离状态开始移动时相等或稍大一些。
而且，若套筒10移动则卡爪彼此紧紧啮合，两者的接触面积增加。因此，需要克服其摩擦力的推力，需要使推力逐渐变大。
这样，如本实施方式所述，在接合时，伴随着套筒10的移动推力逐渐变大，在分离时伴随着套筒10的移动推力逐渐变小，因此，能够适当地进行爪式离合器中的接合以及分离。
而且，对流过接合用线圈18的电流进行控制，使得在使套筒10的卡爪与输出侧齿轮36接合后，流过接合用线圈18的电流相比要使套筒10的卡爪与输出侧齿轮36接合时流过的电流较小。这样一来，能够减小保持接合状态的电流，能够降低电力。具体而言，优选，在使套筒10的卡爪与输出侧齿轮36接合后，使流过接合用线圈18的电流为零。
在图5中示出了其他的实施方式的结构。在该例子中，相对于图2，活塞14的分离侧部分与磁轭16的分离端侧齿16b的结构不同。即，活塞14，从中央部分到分离侧厚度大致相同(朝向分离侧厚度稍稍变薄)，因此上述的凸部14a成为按照原样延伸至活塞14的分离侧端部那样的结构。
另一方面，磁轭16的分离端侧齿16b，与中间齿16c长度大致相同，其内侧面的高度与中间齿16c对齐。因此，即使活塞14移动，也不会冲击磁轭16的分离端侧齿16b，而是沿着分离端侧齿16b的内侧面移动。
另外，与磁轭16的分离端侧齿的内侧面相对向的活塞14的部分，变得逐渐向内侧方向凹陷(活塞14的厚度变薄)。因此，与图2的情况相同，具有在分离时发生磁饱和而使推力逐渐变小的特性。
另外，在图5中，在磁轭16的轴向的两端面设有止挡件24a、24b。而且，在图5的结构中，在活塞14向分离侧移动的路径的止挡件24a、24b的表面上设有例如橡胶制的缓冲部件22。因此，活塞14，在向接合侧移动的情况下，其凸部14a的侧端面与设置在磁轭16的接合端侧齿16a的靠中间齿16c侧端面的缓冲部件22，在向分离侧移动的情况下通过与止挡件24b上的缓冲部件22冲击，从而限制移动。
在该结构中，磁轭16的分离端侧齿16b相比活塞14的外面位于外侧。因此，在磁轭16完成后，能够从磁轭16的分离侧端部进行活塞14的组装，活塞14的组装作业变得容易。
另外，根据该结构，对于由接合用线圈18、分离用线圈20形成的磁通(磁通量)，与图2的情况一样。在图6中，表示了图5的装置中的接合时以及分离时的位移和推力的关系。这样，在图5的装置中也能够得到与上述情况下同样的推力，能够实现基于良好的活塞14的移动而进行的爪式离合器的接合、分离的控制。
在图7中还示出了其他的结构例。在该例子中，在活塞14上未设有凸部14a，其外侧面形成为大致平坦(flat)的形状。而且，即使在活塞14向接合侧移动了的情况下，活塞14也位于磁轭16的接合端侧齿16a的内侧。在接合侧的止挡件24a的与活塞14的接合侧端部冲击的位置，配置有缓冲部件22。
根据该结构，活塞14能在磁轭16的内侧移动。活塞14的接合侧的外侧面、与磁轭16的接合端侧齿16a的内侧面，与上述情况同样地倾斜，随着活塞14向接合侧移动，两者接近，磁通量变得容易通过两者的间隙。另一方面，活塞14的分离侧的外面为朝向内侧凹陷(细头状，顶端变细状)的倾斜面，磁轭16的分离端侧齿16b的内侧面为大致与轴平行的圆筒面。因此，在活塞14向接合侧移动的情况下，推力逐渐增大；在向分离侧移动的情况下，由于磁饱和使推力逐渐减小。
在图8中示出了位移与推力的关系。这样，在接合时随着活塞14向接合侧移动，推力增大。另外，在分离时随着活塞14向分离侧移动，推力减小。
在这样的图7所示的结构中，能够缩短磁轭16的接合端侧以及分离端侧齿16b的半径方向长度，能够缩短径向整体长度。而且，也没有必要在活塞14上设置凸部14a，也能够缩短轴向长度。
在图9中，对于对接合用线圈18通电的接合时以及对分离用线圈20通电的分离时的磁轭16的接合侧(左磁轭)以及分离侧(右磁轭)的磁通量进行了表示。这样，在对接合用线圈18通电了的情况下，产生朝向包括分离端侧齿16b的分离侧磁轭的磁通量的窜入；在对分离用线圈20通电了的情况下，产生朝向包括接合端侧齿16a的接合侧磁轭的磁通量的窜入。另一方面，可知朝向另一方侧窜入的磁通量的大小，基本不会由于活塞14的移动而变动。
因此，在对一方的线圈通电而驱动着活塞14的情况下，通过在另一方侧的线圈中流过消除窜入磁通量的电流，由此能够抵消窜入磁通量。通过这样消除窜入磁通量，能防止磁通量的干涉，实现更好的活塞14的驱动。
在图10中还示出了其他的实施方式。在该例子中，活塞14以及套筒10的移动在接合位置以及分离位置这两个位置被锁定。即，在止挡件24a、24b之间设置固定用支柱40，在该固定用支柱40的内侧面设有两个半球状的球固定用槽42。接合侧的球固定用槽42用于接合侧位置固定，分离侧的球固定用槽42用于分离侧位置固定。而且，通过弹簧46将定位球44以朝向外方按压的状态固定在套筒10或拔叉12的一部分。由此，在定位球44进入了球固定用槽42的状态下，活塞14的移动受到限制。因此，在停止了对接合用线圈18或分离用线圈20的通电的状态下，能够在接合或分离的某一位置对活塞14以及套筒10进行定位。另外，接合侧以及分离侧的球固定用槽42的深度可以一样也可以不一样。
在该结构中，为了用于接合或分离的活塞14以及套筒10的移动，需要解除锁定，所以作为最初移动时的推力需要具有能够解除锁定的大小。
在图11中示意地示出了用于设置固定用支柱40的结构。在活塞14的内侧端部在圆周方向上每隔一定距离就切掉一部分，在这里插入拔叉12的一部分以将两者固定。而且，在该拔叉12以及活塞14的相对应的部分开出轴向的孔50，在该孔50中插入固定用支柱40。另外，在活塞14的未插入有拔叉12的部分，设有轴承孔52，该轴承孔52支承一边容许活塞14的轴向的移动一边将活塞14支撑在止挡件24a、24b之间的轴。
在图12中，对于图7的结构中的磁轭16的中间齿16c和分离端侧齿16b的相对向端面间间隙(切口部)中的磁通量密度进行了示出。在图中，正对接合用线圈18通电的接合时的磁通量密度由圆圈表示，正对分离用线圈20通电的分离时的磁通量密度由方块表示。在分离时，伴随着活塞14的位移，在位移由0mm至6mm的过程中，磁通量密度大致直线状地变化。在接合时，伴随着活塞14的位移，在位移由6mm至1mm的过程中，磁通量密度大致直线状变化。
因此，通过对该位置的磁场强度进行检测，能够检测出活塞14的位置。因此，优选，在该间隙中配置霍尔元件等的比较小型的磁传感器，对活塞14的位置进行检测。由此，能够确认活塞14是否能够移动至预期的位置，在不能进行预期的移动的情况下，能够重新再次进行移动控制等。另外，磁轭16的中间齿16c与接合端侧齿16a的相对向端面间间隙(切口部)中的磁通量密度，在接合用线圈通电的情况下该磁通量密度会增大，但因为也表示出了同样的变化，所以通过对该间隙的磁通量密度进行检测也能够得到同样的效果。