動力伝達装置
【課題】第１の回転部材および第２の回転部材と、ベルトとの接触部分を潤滑および冷却することの可能な動力伝達装置を提供する。
【解決手段】動力伝達経路を形成する第１の回転部材１および第２の回転部材２と、第１の回転部材１および第２の回転部材２に巻き掛けられ、かつ、第１の回転部材１と第２の回転部材２との間で動力伝達をおこなうベルト７とを備えた動力伝達装置において、ベルト７が強磁性体により構成されており、第１の回転部材１または第２の回転部材２の少なくとも一方とベルト７との間に介在された磁性流体８と、第１の回転部材１または第２の回転部材２の少なくとも一方の回転部材、およびベルト７および磁性流体８を通る磁力を発生させる磁力発生機構５，６とを有しており、第１の回転部材１または第２の回転部材２の少なくとも一方とベルト７との間で、磁力により動力伝達がおこなわれる構成である。
【解決手段】動力伝達経路を形成する第１の回転部材１および第２の回転部材２と、第１の回転部材１および第２の回転部材２に巻き掛けられ、かつ、第１の回転部材１と第２の回転部材２との間で動力伝達をおこなうベルト７とを備えた動力伝達装置において、ベルト７が強磁性体により構成されており、第１の回転部材１または第２の回転部材２の少なくとも一方とベルト７との間に介在された磁性流体８と、第１の回転部材１または第２の回転部材２の少なくとも一方の回転部材、およびベルト７および磁性流体８を通る磁力を発生させる磁力発生機構５，６とを有しており、第１の回転部材１または第２の回転部材２の少なくとも一方とベルト７との間で、磁力により動力伝達がおこなわれる構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両または産業機械に用いられる動力伝達装置、特に、第１の回転部材および第２の回転部材にベルトを巻き掛けた構成の動力伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両または産業機械に用いられる動力伝達装置には、巻き掛け伝動装置、歯車伝動装置などがある。このうち、巻き掛け伝動装置の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたベルト伝動装置は、駆動輪および受動輪に別個に取り付けられる大小１組のマグネットホイールと、このマグネットホイールに巻き掛けられるスチールベルトと、大マグネットホイールに取り付けられた永久磁石とを有する。そして、マグネットホイールにより磁力線が形成され、その磁力線の強さの範囲でスチールベルトが吸引されて、駆動輪と受動輪との間で動力伝達がおこなわれる、とされている。なお、この他の動力伝達装置は、特許文献２、３にも記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７９５６号公報
【特許文献２】特開平４−１３１５２６号公報
【特許文献３】特開平５−１０６６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたベルト伝動装置では、マグネットホイールにスチールベルトを巻き掛けているため、マグネットホイールとスチールベルトとの接触部分を潤滑および冷却することができず、耐久性が低下する問題があった。
【０００５】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、第１の回転部材および第２の回転部材と、ベルトとの接触部分を潤滑および冷却することの可能な動力伝達装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、動力伝達経路を形成する第１の回転部材および第２の回転部材と、この第１の回転部材と第２の回転部材との間で動力伝達をおこなうベルトとを備えた動力伝達装置において、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材と、ベルトとの間に介在された磁性流体と、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材、および前記磁性流体を通る磁力を発生させる磁力発生機構とを有しており、前記第１の回転部材または第２の回転部材のなくとも一方の回転部材と、前記ベルトとの間で、磁力により動力伝達がおこなわれる構成であることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記ベルトが前記第１の回転部材および前記第２の回転部材に巻き掛けられており、前記ベルトが磁性材料により構成されており、前記磁性流体が前記ベルトに接触する構成であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の構成に加えて、前記第１の回転部材または第２の回転部材と同軸上に、かつ、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の外周を取り囲むように配置されたローラが設けられており、このローラと第１の回転部材または第２の回転部材とが相対回転可能であり、このローラに前記ベルトが巻き掛けられており、前記ローラと前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方との間に前記磁性流体が介在されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方に、前記磁力発生機構が設けられているものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの構成に加えて、前記磁力発生機構には、永久磁石または電磁石のうちの少なくとも一方が含まれることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの構成に加えて、前記磁力発生機構は、前記第１の回転部材または第２の回転部材のうちの少なくとも一方の回転部材が回転する時の中心となる軸線を中心とする円周方向で、前記磁力の発生位置を可変とする構成であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１ないし６の構成に加えて、前記磁力発生機構は、発生する磁界の強さを変更できる構成であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、磁性流体を通る磁力が発生し、その磁力により、第１の回転部材または第２の回転部材のうちの少なくとも一方の回転部材と、ベルトとの間で動力伝達がおこなわれる。また、ベルトと回転部材との接触部分を、磁性流体により潤滑および冷却できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、磁力がベルトを通る。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、磁力がローラを通る。
【００１６】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、回転部材に磁力発生機構が設けられているため、回転部材の軸線を中心とする円周方向では、回転部材とベルトとが相対移動しないか、または回転部材とローラとが相対移動しないため、渦電流の発生を回避できる。したがって、動力損失を抑制できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、永久磁石または電磁石により磁力が発生する。
【００１８】
請求項６の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材が回転する時の中心となる軸線を中心とする円周方向で、磁力の発生位置を変更できる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、第１の回転部材と第２の回転部材との間で伝達されるトルクに基づいて、磁界の強さを変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の動力伝達装置は、例えば、車両または工作機械に用いることが可能である。この発明の動力伝達装置は、トルクを伝達する装置である。この発明を車両に用いる場合、駆動力源と車輪との間で動力伝達装置を介して動力伝達がおこなわれる。また、この発明を工作機械に用いる場合、動力源の動力が工作物または工具に伝達されて、工作物または刃物が回転運動または往復運動する。上記の駆動力源または動力源としては、例えば、エンジン、電動モータ、油圧モータ、フライホイールなどのうち、少なくとも１つを用いることができる。また、この発明においては、第１の回転部材と第２の回転部材との間で、ベルトを介して動力伝達がおこなわれる。このベルトは、第１の回転部材および第２の回転部材に巻き掛けられていてもよいし、第１の回転部材または第２の回転部材の外側にローラを配置し、そのローラにベルトが巻き掛けられていてもよい。
【００２１】
ここで、第１の回転部材または第２の回転部材にベルトを巻き掛ける構成では、そのベルトが磁性材料で構成され、ベルトと第１の回転部材または第２の回転部材との間に磁性流体が介在される。そして、磁性材料およびベルトを通る磁力が発生し、その磁力により、回転部材とベルトとの間で動力伝達がおこなわれる。これに対して、ローラを設ける構成では、ローラが磁性材料により構成され、ベルトは磁性材料でなくてもよい。そして、第１の回転部材または第２の回転部材とローラとの間に磁性流体が介在される。そして、ローラおよび磁性流体を通る磁力が発生し、第１の回転部材または第２の回転部材と、ローラとの間で動力伝達がおこなわれる。また、ベルトと第１の回転部材および第２の回転部材との間では、摩擦力により動力伝達がおこなわれる。
【００２２】
この発明において、発生する磁界の強さを変更するにあたり、電磁コイルを有する構成であれば、電流を制御して磁界の強さを変更できる。また、発生する磁界の強さを変更するにあたり、永久磁石を有する構成であれば、永久磁石と、第１の回転部材または第２の回転部材との半径方向の距離を変更することにより、磁界の強さを変更できる。さらに、発生する磁界の強さを変更するにあたり、永久磁石を有する構成であれば、第１の回転部材または第２の回転部材の回転方向における永久磁石の磁界発生領域を拡大、または狭めることにより、磁界の強さを変更できる。
【００２３】
この発明において、第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方と、ベルトとの間に磁性流体を介在する構成には、ベルトに直接磁性流体が接触する構成と、ベルトと磁性流体との間に別部材が設けられる構成とが含まれる。また、この発明における磁力を発生する磁力発生機構は、ベルトの内側またはベルトの外側に配置することができる。磁力発生機構をベルトの内側に配置する場合、例えば、回転部材に磁力発生機構の少なくとも一部を設けることができる。磁力発生機構としては、永久磁石または電磁石を用いることができる。つぎにこの発明の具体例を、図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１具体例）
この発明の動力伝達装置を車両に用いる場合の第１具体例を、図１および図２に基づいて説明する。図１および図２において、中空のケーシング（図示せず）内に動力伝達装置が設けられている。上記のケーシングは車体（図示せず）の下方に配置されている。この動力伝達装置は、第１の回転部材である駆動輪１と、第２の回転部材である受動輪２とを有している。前記駆動輪１は水平方向に配置された軸線Ａ１を中心として回転可能に設けられている。また、受動輪２は水平方向に配置された軸線Ａ２を中心として回転可能に設けられている。そして、軸線Ａ１，Ａ２同士が平行に配置されているとともに、駆動輪１および受動輪２は、共に軸受（図示せず）により回転可能に支持されている。上記の駆動輪１および受動輪２は、何れもトルクを伝達する回転要素であり、この駆動輪１および受動輪２は、回転軸、ローラ、ドラムなどにより構成される。つまり、駆動輪１および受動輪２は、軸線Ａ１，Ａ２と垂直な平面内で、外周形状（輪郭）が円形となっていればよく、中実または中空のいずれでもよい。また、駆動輪１は駆動力源（図示せず）と動力伝達可能に接続されており、受動輪２は、被駆動部材である車輪（図示せず）と動力伝達可能に接続されている。
【００２５】
前記駆動輪１または受動輪２の少なくとも一方には、その外周面に全周に亘って溝が形成されており、その溝に電磁コイルが配置されている。第１具体例では、駆動輪１に溝３が形成され、かつ、受動輪２に溝４が形成されており、駆動輪１に電磁コイル５が巻き付けられ、かつ、受動輪２に電磁コイル６が巻き付けられているものとする。また、電磁コイルが巻かれた駆動輪１および受動輪２の外周には、一対の電極（図示せず）が取り付けられており、その電極に前記電磁コイル５，６の両端が接続されている。このように、電磁コイルが巻き付けられた駆動輪１および受動輪２は、磁性材料により構成されている。この磁性材料は強磁性の性質を示すものであり、例えば、鉄、ケイ素鋼、スチールなどを用いることができる。また、前記ケーシング内には通電用のブラシ（図示せず）が一対設けられており、そのブラシが電極に別個に接触されている。
【００２６】
一方、車体には電源（図示せず）が設けられている。電源としては、充電および放電をおこなうことの可能な二次電池、例えば、バッテリまたはキャパシタを用いることができる。さらに、電源として燃料電池を用いることもできる。そして、この電源に接続された電気回路にブラシが配置されている。さらに、前記電気回路を接続および遮断するスイッチ（図示せず）、および電磁コイルに供給する電力の電流および電圧を制御するコントローラ（図示せず）が設けられている。また、車両を制御する電子制御装置（図示せず）が設けられており、駆動力源から駆動輪１に入力されるトルク、車両を前進または後進させる要求などが電子制御装置により検知され、電子制御装置からはコントローラを制御する信号が出力される。
【００２７】
さらに、前記駆動輪１および受動輪２にはベルト７が巻き掛けられている。このベルト７は環状、または無端状であり、ベルト７は磁性材料により構成されている。ベルト７を構成する磁性材料としては、スチールが挙げられる。このベルト７は可撓性を有しており、駆動輪１および受動輪２の外周形状に沿って弾性変形することができる。そして、前記ケーシング内には磁性流体８が溜められている。この磁性流体８は、粒径が数十μｍないし数μｍの強磁性の粉粒体をオイルに混入した流体であり、磁束が作用することによりその粉粒体が相互に繋がり、その結果、実質的な粘度が増大するようになっている。また、この磁性流体８は、磁気を印加することにより、あるいは磁場中で流動性が低下し、もしくは固化する流体である。すなわち、磁気が印加されると、磁界の強さに応じて磁性流体８のせん断力が変化する。前記動力伝達装置の全部が磁性流体８内に浸漬されているため、ベルト７と駆動輪１との間、およびベルト７と受動輪２との間に、磁性流体８が介在されている。なお、図１では、便宜上、ベルト７が駆動輪１に巻き掛かっている部分、ベルト７が受動輪２に巻き掛かっている部分にのみ、磁性流体８が示されている。この理由は後述する。
【００２８】
この第１具体例の作用を説明すると、前記電気回路のスイッチが遮断されて、駆動輪１の電磁コイル５に電流が流れない場合は磁力が発生しないため、駆動輪１とベルト７との間のトルク容量は相対的に低い。このとき、駆動力源のトルクが駆動輪１に伝達されると、駆動輪１とベルト７との間に滑りが生じる。したがって、駆動輪１と受動輪２との間における動力伝達が遮断される。なお、スイッチが遮断されている場合の他、スイッチが接続されているものの電源の電力が不足している場合、または、電気回路の断線などのフェールにより、電磁コイル５に電力が流れない場合も、駆動輪１のトルクは受動輪２には伝達されない。
【００２９】
これに対して、電気回路のスイッチが接続されて、駆動輪１の電磁コイル５に電流が流れると、図２に示すように、駆動輪１および磁性流体８およびベルト７を通る磁気回路９が形成され、磁力が発生する。つまり、駆動輪１および電磁コイル５が電磁石となる。ここで、電磁コイル５に電流が流れて形成される磁気回路９は、抵抗の少ないところを通る性質があるため、実際には、駆動輪１の全周に亘って形成される訳ではなく、軸線Ａ１を中心とする半径方向で、ベルト７と駆動輪１との距離が所定値以下である箇所で、磁気回路９が形成される。具体的には、駆動輪１の全周方向で、ベルト７が巻き掛かっている領域、つまり、１８０度の範囲内に磁界が形成される。図１で駆動輪１の外周に磁性流体８が示されている範囲は、この磁界が形成されている範囲に整合させてある。
【００３０】
また、電気回路のスイッチが接続されて、受動輪２の電磁コイル６に電流が流れると、受動輪２および磁性流体８およびベルト７を通る磁気回路１０が形成され、磁力が発生する。つまり、受動輪２および電磁コイル６が電磁石となる。ここで、電磁コイル６に電流が流れて形成される磁気回路９は、上記と同じ原理により、軸線Ａ２を中心とする半径方向で、ベルト７と受動輪２との距離が所定値以下である箇所で、磁気回路１０が形成される。具体的には、受動輪２の全周方向で、ベルト７が巻き掛かっている領域、つまり、１８０度の範囲内に磁界が形成される。図１で受動輪２の外周に磁性流体８が示されている範囲は、この磁界が形成されている範囲に整合させてある。
【００３１】
上記のように、電磁コイル５，６に電流が流れると磁界が形成される。図３の線図には、電磁コイル５，６に流れる電流と磁界の強さとの関係が示されている。この図３によれば、電流が所定値以下であれば、電流が相対的に高くなることにともない、磁界の強さが相対的に高くなる傾向となることが分かる。また、電流が所定値を越えると、電流が変化しても、磁界の強さは一定となる。また、図４に示すように、磁界の強さが増加することに伴い、磁性流体８のせん断力が大きくなる。このため、電流が高められて磁界の強さが増加すると、駆動輪１の動力がベルト７に伝達されてベルト７が回転するとともに、ベルト７の動力が受動輪２に伝達される。このようにして、駆動輪１のトルクがベルト７を経由して受動輪２に伝達される。なお、受動輪２の電磁コイル６に電流が流れていなければ、ベルト７と受動輪２との間に滑りが生じるため、ベルト７の動力は受動輪２に伝達されない。この第１具体例において、電磁コイル５，６に流れる電流と、駆動輪１と受動輪２との間で伝達される最大トルク（トルク容量）との関係を図５に示す。この図５によれば、電流が高くなるほど最大トルクが増加することが分かる。したがって、駆動輪１に入力されるトルクが相対的に高くなるほど、電磁コイル５，６に流れる電流値を相対的に高く制御して、動力伝達装置のトルク容量を制御することができる。上記のように、動力伝達装置は、駆動輪１と受動輪２との間で動力伝達をおこなう機能に加えて、伝達されるトルク容量を制御するクラッチとしての機能をも兼備している。
【００３２】
また、第１具体例では、動力伝達装置がクラッチの機能を有しているため、専用のクラッチを設けずに済み、部品点数の増加を抑制できるとともに、動力伝達装置の製造コストの上昇を抑制できる。また、専用のクラッチを設けずに済むため、動力伝達装置の体格が大型化することを抑制できる。さらに、磁性流体８はオイルを主成分としているため、ベルト７と駆動輪１との接触部分、およびベルト７と受動輪２との接触部分を、潤滑および冷却することができる。したがって、ベルト７と駆動輪２との接触部分、およびベルト７と受動輪２との接触部分の摩擦力を低減し、かつ、摩耗および焼き付きを抑制でき、ベルト７および駆動輪１および受動輪２の耐久性を向上することができる。
【００３３】
この第１具体例は、請求項１、２、４、５、７に対応している。また、第１具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、駆動輪１が、この発明の第１の回転部材に相当し、受動輪２が、この発明の第２の回転部材に相当し、ベルト７が、この発明のベルトに相当し、磁性流体８が、この発明の磁性流体に相当し、駆動輪１および受動輪２および電磁コイル５，６および電源およびスイッチおよび電気回路および電極が、この発明の磁力発生機構に相当し、駆動輪１および受動輪２および電磁コイル５，６が、この発明の電磁石に相当する。
【００３４】
（第２具体例）
つぎに、動力伝達装置の第２具体例を図６に基づいて説明する。この第２具体例において、第１具体例と同じ構成部分については第１具体例と同じ符号を付してある。この第２具体例では、駆動輪１または受動輪２の少なくとも一方に永久磁石を取り付けてある。ここでは、駆動輪１および受動輪２の両方に永久磁石を取り付けた例を説明する。まず、駆動輪１の少なくとも一部が永久磁石１１により構成されている。永久磁石１１は、軸線に沿った方向に配置されたＮ極とＳ極とを有している。また、駆動輪１には溝３が形成されており、その溝３には電磁コイル５が配置されている。一方、受動輪２の少なくとも一部が永久磁石１２により構成されている。永久磁石１２は、軸線に沿った方向に配置されたＮ極とＳ極とを有している。また、受動輪１には溝４が形成されており、その溝４には電磁コイル６が配置されている。このように構成された駆動輪１および受動輪２を、図１の駆動輪１および受動輪２に代えて用いることができる。
【００３５】
この第２具体例においては、電磁コイル５に電流が流れていない場合、永久磁石１１により磁気回路９が形成されている。ここで、磁気回路９を示す磁力線はＮ極から出てＳ極に向かうため、その磁力線の向きを示す矢印が時計回りとなっている。また、電磁コイル６に電流が流れていない場合、永久磁石１２により磁気回路１０が形成されている。ここで、磁気回路１０を示す磁力線はＮ極から出てＳ極に向かうため、その磁力線の向きを示す矢印が時計回りとなっている。このように、第２具体例では、電磁コイル５，６に電流が流れていない場合に磁界が形成されるため、第１具体例と同じ原理により、駆動輪１と受動輪２との間でトルクが伝達される。
【００３６】
つぎに、この第２具体例において、電磁コイル５，６に電流を流す作用を説明する。電磁コイル５に電流が流れると、第１具体例と同じ原理により磁気回路が形成される。このとき、永久磁石１１により形成される磁力線の向きと、電磁コイル５により形成される磁力線の向きとが逆になるように、電磁コイル５を流れる電流の向きが決定されている。このように、電磁コイル５に電流が流れると、永久磁石１１により形成される磁力線の向きと、電磁コイル５により形成される磁力線の向きとが逆になる。このため、電磁コイル５に電流が流れていない場合に比べて、電磁コイル５に電流が流れているときの方が、磁性流体８を通る磁界の強さが相対的に弱くなり、駆動輪１とベルト７との間で伝達される最大トルクが相対的に低下する。そして、永久磁石１１により形成される磁界の強さと、電磁コイル５により形成される磁界の強さとが同じになるように、電磁コイル５に流れる電流を制御すると、駆動輪１とベルト７との間における動力伝達が遮断される。
【００３７】
さらに、受動輪２における動力伝達作用を説明する。まず、永久磁石１２により形成される磁力線の向きと、電磁コイル６により形成される磁力線の向きとが逆になるように、電磁コイル６を流れる電流の向きが決定されている。このように、電磁コイル６に電流が流れると、永久磁石１２により形成される磁力線の向きと、電磁コイル６により形成される磁力線の向きとが逆になる。このため、電磁コイル６に電流が流れている場合は、電磁コイル６に電流が流れていない場合に比べて、磁性流体８を通る磁界の強さが相対的に弱くなり、受動輪２とベルト７との間で伝達される最大トルクが相対的に低下する。そして、永久磁石１２により形成される磁界の強さと、電磁コイル６により形成される磁界の強さとが同じになるように、電磁コイル６に流れる電流を制御すると、受動輪２とベルト７との間における動力伝達が遮断される。
【００３８】
この第２具体例において、電磁コイル５，６を流れる電流の向きは、フレミング左手の法則に基づいて決定すればよい。また、第２具体例では、駆動輪１に永久磁石１１が設けられ、受動輪２に永久磁石１２が設けられているため、電源の電力不足、またはフェールにより、電磁コイル５，６の両方に電力を供給することができないときでも、駆動輪１と受動輪２との間で動力伝達をおこなうことができる。したがって、車両のリンプフォーム性能を確保できる。
【００３９】
なお、第２具体例において、永久磁石により形成される磁力線の向きと、電磁コイルにより形成される磁力線の向きとが同じになるように、電磁コイルに流れる電流の向きを決定することも可能である。すると、電磁コイルに電流が流れた場合は、電磁コイルに電流が流れない場合に比べて、磁性流体を通る磁界の強さが相対的に強くなり、駆動輪と受動輪との間で伝達される最大トルクが相対的に増加する。この第２具体例でも、駆動輪１に入力されるトルクに基づいて、電磁コイル５，６に流れる電流値を制御することにより、形成される磁界の強さを制御可能である。この第２具体例は、請求項１、２、４、５、７に対応しており、永久磁石１１，１２が、磁力発生機構に含まれる。なお、第２具体例で説明したその他の構成と、この発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、この発明の構成との対応関係と同じである。
【００４０】
（第３具体例）
つぎに、動力伝達装置の第３具体例を、図７ないし図９に基づいて説明する。この第３具体例では、駆動輪１と同軸上に円筒形状のローラ２０が配置され、受動輪２と同軸上に円筒形状のローラ２１が配置されている。前記軸線Ａ１を中心とする半径方向で、駆動輪１の外側にローラ２０が配置されており、駆動輪１とローラ２０とが相対回転可能な状態で、軸受（図示せず）により支持されている。また、前記軸線Ａ２１を中心とする半径方向で、受動輪２の外側にローラ２１が配置されており、受動輪２とローラ２１とが相対回転可能な状態で、軸受（図示せず）により支持されている。この第３具体例では、ローラ２０，２１が共に磁性材料、例えば、鉄、ケイ素鋼、スチールにより構成されている。上記のローラ２０およびローラ２１にベルト７が巻き掛けられている。なお、この第３具体例では、ベルト７は磁性材料で構成してもよいし、磁性材料以外の材料で構成してもよい。ベルト７を磁性材料以外の材料で構成する場合は、ベルト７とローラ２０との接触面、および、ベルト７とローラ７との接触面で、動力伝達に必要な摩擦力が発生するように、ベルト７に張力が与えられる。
【００４１】
また、駆動輪１の外周には、一定の間隔をおいて溝１３が形成されている。この溝１３内には、図８のように、半径方向に延ばされた軸１４が配置されており、その軸１４には電磁コイル１５が巻かれている。つまり、図９に示すように、駆動輪１には複数の電磁コイル１５が放射状に取り付けられている。そして、複数の電磁コイル１５について、個別に通電および非通電を制御することが可能である。電磁コイル１５に通電する構成は、第１具体例と同じである。また、複数の電磁コイル１５について、個別に電流および電圧制御可能である。
【００４２】
一方、受動輪２の外周には一定の間隔をおいて溝１６が形成されている。この溝１６内には、半径方向に延ばされた軸１７が配置されており、その軸１７には電磁コイル１８が巻かれている。つまり、図９に示すように、受動輪２には複数の電磁コイル１８が放射状に取り付けられている。そして、複数の電磁コイル１８について、個別に通電および非通電を制御することが可能である。電磁コイル１８に通電する構成は第１具体例と同じである。また、複数の電磁コイル１８について、個別に電流および電圧制御可能である。
【００４３】
さらに、この第３具体例では、図９に示すように、前記駆動輪１の外周面と、ローラ２０の内周面との間に磁性流体が介在され、前記受動輪２の外周面と、ローラ２１の内周面との間に磁性流体が介在されている。この図９では便宜上、軸線Ａ１を中心とする円周方向の半分、および軸線Ａ２を中心とする円周方向の半分に、磁性流体８が示されている。その理由は後述する。
【００４４】
この第３具体例において、全ての電磁コイル１５に電流が流れていない場合は磁界が形成されない。このため、駆動輪１が回転しても、駆動輪１とローラ２０とが相対回転するため、駆動輪１とベルト７との間では動力伝達が遮断される。一方、第３具体例では、電磁コイル１５に電流が流れると、駆動輪１および磁性流体８およびローラ２０を通る磁気回路が形成され、駆動輪１のトルクが磁力によりローラ２０に伝達される。ここで、ベルト７が磁性材料により構成されていれば、ローラ２０の動力が、磁力および摩擦力によりベルト７に伝達される。なお、ベルト７が磁性材料でない場合は、ローラ２０の動力が摩擦力でベルト７に伝達される。このようにして、ベルト７が回転する。
【００４５】
一方、全ての電磁コイル１８に電流が流れていない場合は、受動輪２では磁界が形成されず、ベルト７と受動輪２とが相対回転する。したがって、ベルト７の動力は受動輪２に伝達されない。これに対して、ベルト７が回転しているとき、電磁コイル１８に電流が流れると、ベルト７が磁性材料で構成されていると、受動輪２および磁性流体８およびローラ２１およびベルト７を通る磁気回路が形成され、ベルト７のトルクが、磁力および摩擦力により受動輪２に伝達される。なお、ベルト７が磁性材料でない場合は、ベルト７の動力が摩擦力でローラ２１に伝達され、ローラ２１の動力が磁力で受動輪２に伝達される。このように、第３具体例では、電磁コイル１５および電磁コイル１８の両方に電流が流れた場合に、駆動輪１と受動輪２との間で動力伝達がおこなわれる。
【００４６】
また、第３具体例では、電磁コイル１５に電流を流す場合に、ローラ２０の回転方向における位置毎に、電磁コイル１５への通電および非通電を、個別に制御可能である。具体的には、ローラ２０の回転方向で、ベルト７がローラ２０に接触する範囲に位置している電磁コイル１５に電流を流し、ローラ２０の回転方向で、ベルト７がローラ２０に接触しない範囲に位置している電磁コイル１５には電流を流さない制御をおこなうことができる。具体的には、ローラ２０の回転方向で、ベルト７がローラ２０に巻き掛かる位置Ｂ１を基点として、ベルト７がローラ２０から離れる位置Ｂ２までの間で、電磁コイル１５に電流を流す範囲を変更することができる。
【００４７】
例えば、電磁コイル１５に電流を流す範囲を、範囲Ｃ１、範囲Ｃ２、範囲Ｃ３という異なる範囲に設定できる。この範囲Ｃ１および範囲Ｃ２および範囲Ｃ３は、位置Ｂ１を基点とする角度を示しており、範囲Ｃ１よりも範囲Ｃ２の方が広角であり、範囲Ｃ２よりも範囲Ｃ３の方が広角である。この図９では、範囲Ｃ１が４５度であり、範囲Ｃ２が９０度であり、範囲Ｃ３が１８０度である。この範囲Ｃ３は、位置Ｂ１から位置Ｂ２までの最大範囲である。そして、駆動力源から駆動輪１に入力されるトルクに基づいて、電磁コイル１５に電流を流す範囲を制御することが可能である。この具体例では、電磁コイル１５に電流が流される範囲が広くなるほど、駆動輪１とローラ２０との間におけるトルク容量が高くなる。
【００４８】
そこで、電磁コイル１５の通電および非通電を制御するときに用いるマップの一例を、図１０に示す。図１０のマップは、入力トルクが高くなるほど、磁界発生領域が広くなる、つまり、ローラ２０の回転方向で、電磁コイル１５に電流を流す範囲が拡大する特性である。なお、受動輪２の電磁コイル１８に電流を流すとき、駆動輪１側と同じ原理に基づいて、ローラ２１の回転方向で、電磁コイル１８に電流を流す位置および範囲を制御することも可能である。図９において、ローラ２０の回転方向で、１８０度の範囲に磁性流体８を示し、ローラ２１の回転方向で、１８０度の範囲に磁性流体８を示しているのは、前記の範囲Ｃ３と整合させたからである。
【００４９】
この第３具体例では、ローラ２０と駆動輪１との間、ローラ２１と受動輪２との間に磁性流体が介在されているため、ローラ２０と駆動輪１との接触部分が潤滑および冷却されるとともに、ローラ２１と受動輪２との接触部分が潤滑および冷却される。したがって、第１具体例と同様の効果を得られる。また、第３具体例でも、動力伝達装置がクラッチとしての機能を兼備しているため、第１具体例と同様の効果を得られる。また、第３具体例では、ローラがベルト７に接触する範囲に位置する電磁コイルのみに電流が流れ、ローラがベルト７に接触していない部分に位置する電磁コイルには電流を流さない制御をおこなうことができる。つまり、入力トルクに基づいて、駆動輪１の中心となる軸線Ａ１を中心とする円周方向で、磁界発生領域を狭めたり拡大したりすることができる。また、入力トルクに基づいて、受動輪２の中心となる軸線Ａ２を中心とする円周方向で、磁界発生領域を狭めたり拡大したりすることができる。このように、第３具体例では、入力されるトルクに基づいて、通電する電磁コイルの数を増減できるため、無駄な電力の消費を抑制できる。さらに、最も広い範囲Ｃ３でも、位置Ｂ２で電磁コイル１５への通電が終了するため、ベルト７がローラ２０から離れるときに、ベルト７をローラ２０に引きつける磁気力が発生せず、動力損失を抑制できる。
【００５０】
さらに、この具体例３においても駆動輪１に入力されるトルクに基づいて、電磁コイル１５，１８の電流値を制御することにより、形成される磁界の強さを変更することができる。この第３具体例は、請求項１、３、４、５、６、７に対応している。また、第３具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、駆動輪１および受動輪２および電磁コイル１５，１８が、この発明の電磁石および磁力発生機構に相当し、ローラ２０，２１が、この発明のローラに相当する。
【００５１】
（第４具体例）
つぎに、動力伝達装置の第４具体例を、図１１および図１２に基づいて説明する。図１１および図１２では、便宜上、駆動輪１および受動輪２を同一物で示してある。駆動輪１が円筒状に構成されており、その駆動輪１の内部に回転軸２２が配置されている。以下、便宜上、駆動輪１を主として説明する。この回転軸２２は、駆動輪１と同軸上に、かつ、相対回転可能に構成されている。軸線Ａ１と直交する平面内で、回転軸２２の外周形状は円形に構成されている。また、軸線Ａ１を中心とする半径方向で、駆動輪１の内周面と回転軸２２の外周面との隙間量は、全周に亘って一定である。そして、回転軸２２の円周方向における一定範囲は、永久磁石２３により構成されている。ここで、回転軸２２の円周方向における一定範囲は、駆動輪１の回転方向で、ベルト７と駆動輪１とが接触する範囲と同じである。
【００５２】
さらに、回転軸２２を回転させるアクチュエータ（図示せず）が設けられている。このアクチュエータに、電動モータおよびソレノイドが含まれる。例えば、電動モータの回転運動を回転軸２２に伝達して、回転軸２２を回転および停止させることができる。なお、回転軸２２は一定の角度範囲で回転させればよいので、電動モータとしてステップモータを用いればよい。また、アクチュエータとしてソレノイドを用いる場合、電流の制御により動作するプランジャの直線運動を、ラックアンドピニオン機構を用いて回転運動に変換し、回転軸２２を一定角度回転させればよい。なお、第４具体例におけるその他の構成は、第１具体例の構成と同じであり、アクチュエータは、第１具体例で説明した電子制御装置により制御される。また、第４具体例では、駆動輪１および受動輪２に電磁コイルは設けられていない。
【００５３】
つぎに、第４具体例の作用を説明する。ここでは、主として駆動輪１とベルト７との間における動力伝達作用を説明する。駆動力源のトルクが駆動輪１に伝達されると、回転軸２２の位相が制御されて、駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量が制御される。第４具体例でも、磁性流体８を通る磁力が発生して、第１具体例と同様の原理で、駆動輪１のトルクがベルト７に伝達される。前述のように、ベルト７と駆動輪１との接触部分では磁力が発生し、ベルト７と駆動輪１との非接触部分では磁力は発生しない。このため、第４具体例では、回転軸２２の位相を変化させると、駆動輪１の回転方向で、磁界の発生範囲もしくは領域を変更できる。例えば、図１１のように、ベルト７と駆動輪１との接触範囲と同じ範囲に、永久磁石２３が位置しているときは、その範囲全体（１８０度の範囲Ｃ３）で磁力が発生する。これに対して、図１２に示すように、ベルト７と駆動輪１との接触範囲の一部に、永久磁石２３が位置しているときは、磁力が発生する範囲Ｃ４は、図１１の範囲Ｃ３よりも狭くなる。このように、駆動輪１の回転方向で磁力が発生する範囲を調整すると、単位面積あたりの磁界の強さは同じであるとしても、全体としての磁界の強さ、および駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量は変化する。
【００５４】
また、受動輪２側の構成を駆動輪１側と同様に構成することも可能である。すなわち、受動輪２を円筒形状に構成し、その受動輪２の内部に回転軸２２を設けることができる。このように、受動輪２の内部に回転軸２２を設けると、回転軸２２の位相を制御することにより、駆動輪１側と同様の原理で、ベルト７と受動輪２との間でトルク伝達がおこなわれ、かつ、そのトルク容量を変更できる。このように、第４具体例でも、駆動輪１とベルト７との間、または受動輪２とベルト７との間で、磁性流体８を通る磁力により、動力伝達をおこなうことができる。したがって、第１具体例と同じ作用効果を得られる。なお、この第４具体例では、回転軸２２が円柱形状であり、駆動輪１および受動輪２が円筒形状であるため、永久磁石２３の位相を変更しても、駆動輪１の半径方向で、永久磁石２３と駆動輪１との距離は一定であり、受動輪２の半径方向で、永久磁石２３と受動輪２との距離は一定である。この具体例４は、請求項１、２、４、５、６に対応しており、回転軸２２および永久磁石２３が、この発明の磁力発生機構に相当し、永久磁石２３が、この発明の永久磁石に相当する。第４具体例におけるその他の構成と、この発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、この発明の構成との対応関係と同じである。
【００５５】
（第５具体例）
つぎに、動力伝達装置の第５具体例を、図１３および図１４に基づいて説明する。この第５具体例では、駆動輪１および受動輪２が円筒形状に構成されており、駆動輪１の内部空間、または受動輪２の内部空間に永久磁石２４が配置されている。この永久磁石２４は軸線Ａ１，Ａ２を中心として回転可能に構成されている。永久磁石２４を回転させるアクチュエータは、第４具体例と同じである。また、駆動輪１と永久磁石２４とが相対回転可能であり、受動輪２と永久磁石２４とが相対回転可能である。また、軸線Ａ１，Ａ２と直交する平面内で、永久磁石２４の外周形状は非円形に構成されている。この第５具体例でも、駆動輪１および受動輪２には電磁コイルが設けられていない。この第５具体例においてその他の構成部分は、第１具体例と同じである。
【００５６】
つぎに、第５具体例の作用を説明する。ここでは、主として駆動輪１とベルト７との間における動力伝達作用を説明する。駆動力源のトルクが駆動輪１に伝達されると、永久磁石２４の位相が制御されて、駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量が制御される。第４具体例でも、磁性流体８を通る磁力が発生して、第１具体例と同様の原理で、駆動輪１のトルクがベルト７に伝達される。前述のように、ベルト７と駆動輪１との接触部分では磁力が発生し、ベルト７と駆動輪１との非接触部分では磁力は発生しない。
【００５７】
そして、第５具体例では、永久磁石２４が停止しているとき、駆動輪１と永久磁石２４との距離、具体的には、駆動輪１の半径方向における距離が、駆動輪１の円周方向で不均一である。また、永久磁石２４の位相を変化させると、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に短い領域を、相対的に狭めたり拡大したりすることができる。つまり、第５具体例では、駆動輪１と永久磁石２４との距離により、形成される磁界の強さが異なる。具体的には、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に短くなるほど、磁界は相対的に強くなる。さらに、永久磁石２４の位相を変化させると、磁界の相対的に強い領域を狭めたり拡大したりすることができる。例えば、図１３では、駆動輪１の回転方向で１８０度の範囲Ｃ３で、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に長くなっている。
【００５８】
これに対して、図１４では、駆動輪１の回転方向の一部分の範囲Ｃ４で、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に短くなっている。ここで、範囲Ｃ４は範囲Ｃ３よりも狭い。このように、磁力が発生する範囲を変更すると、単位面積あたりにおける磁界の強さは同じであるが、全体としての磁界の強さ、およびトルク容量は変化する。このように、第５具体例においては、永久磁石２４の位相を変更することにより、駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量を制御できる。なお、受動輪２の内部空間に永久磁石２４が配置されていれば、その永久磁石２４の回転位相を変更することにより、上記と同様の原理により、受動輪２とベルト７との間におけるトルク容量を制御できる。
【００５９】
このように、第５具体例でも、駆動輪１とベルト７との間、または受動輪２とベルト７との間で、磁性流体８を通る磁力により、動力伝達をおこなうことができる。したがって、第１具体例と同じ作用効果を得られる。この具体例５は、請求項１、２、４、５、６、７に対応しており、駆動輪１および受動輪２および永久磁石２４が、この発明の磁力発生機構に相当し、永久磁石２４が、この発明の永久磁石に相当する。第５具体例におけるその他の構成と、この発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、この発明の構成との対応関係と同じである。
【００６０】
なお、各具体例において、駆動輪１および受動輪２が、共に磁力によりベルト７との間で動力伝達がおこなわれる構成であるが、駆動輪１または受動輪２のいずれか一方とベルト７との間で、摩擦力により動力伝達がおこなわれる構成とすることも可能である。この場合、その回転部材には電磁コイルが巻き付けられず、かつ、その回転部材は磁性材料でなくてよい。さらに、摩擦力により動力伝達がおこなわれる回転部材が磁性流体に浸漬されないように、軸線同士の高さを異ならせることとなる。具体的には、摩擦力により動力伝達をおこなう回転部材の軸線が、磁力で動力伝達をおこなう回転部材の軸線よりも高い位置に配置される。
【００６１】
また、駆動輪１を各具体例のいずれかの構成とし、受動輪２を各具体例のいずれかの構成とするとともに、駆動輪１と受動輪２とで、異なる具体例の構成を採用することもできる。例えば、駆動輪１を第１具体例または第２具体例または第３具体例または第４具体例または第５具体例の構成とし、受動輪とベルトとの間で摩擦力のみにより動力伝達がおこなわれる構成とすることもできる。また、受動輪２を第１具体例または第２具体例または第３具体例または第４具体例または第５具体例の構成とし、駆動輪とベルトとの間で摩擦力のみにより動力伝達がおこなわれる構成とすることもできる。さらに、駆動輪側を第１具体例または第２具体例または第４具体例または第５具体例の構成とし、受動輪側を第３具体例の構成とすることもできる。さらまた、駆動輪側を第３具体例の構成とし、受動輪側を第１具体例または第２具体例または第３具体例または第４具体例または第５具体例のの構成とすることもできる。
【００６２】
また、各具体例では、駆動輪１および受動輪２が同じ外径で構成されていてもよいし、異なる外径で構成されていてもよい。また、第３具体例では、ローラ２０，２１が同じ外径で構成されていてもよいし、異なる外径で構成されていてもよい。なお、各具体例は、動力伝達装置を車両に用いる場合について説明しているので、車両を前進または後退させる向きの駆動力を、車輪で発生させる要求がある時に、電気回路のスイッチが接続される。これに対して、車両を前進または後退させる向きの駆動力を、車輪で発生させる要求がない時に、電気回路のスイッチが遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明における動力伝達装置の第１具体例を示す概念図である。
【図２】図１に示す動力伝達装置の部分的な断面図である。
【図３】この発明の動力伝達装置の各具体例において、電流と磁界の強さとの関係を示す線図である。
【図４】この発明の動力伝達装置の各具体例において、磁界の強さと磁性流体のせん断力との関係を示す線図である。
【図５】この発明の動力伝達装置の各具体例において、電流と最大トルクとの関係を示す線図である。
【図６】この発明における動力伝達装置の第２具体例を示す部分的な断面図である。
【図７】この発明における動力伝達装置の第３具体例を示す部分的な断面図である。
【図８】図７に示された動力伝達装置の駆動輪または受動輪を外周側から見た図である。
【図９】図７に示された動力伝達装置の駆動輪または受動輪の側面図である。
【図１０】この発明における動力伝達装置の第３具体例で、複数の電磁コイルの通電および非通電を制御する時に用いるマップの一例である。
【図１１】この発明における動力伝達装置の第４具体例を示す断面図である。
【図１２】この発明における動力伝達装置の第４具体例を示す他の断面図である。
【図１３】この発明における動力伝達装置の第５具体例を示す断面図である。
【図１４】この発明における動力伝達装置の第５具体例を示す他の断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…駆動輪、 ２…受動輪、 ５，６，１５，１８…電磁コイル、 ７…ベルト、 ８…磁性流体、 １１，１２，２３，２４…永久磁石、 ２０，２１…ローラ、 ２２…回転軸。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両または産業機械に用いられる動力伝達装置、特に、第１の回転部材および第２の回転部材にベルトを巻き掛けた構成の動力伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両または産業機械に用いられる動力伝達装置には、巻き掛け伝動装置、歯車伝動装置などがある。このうち、巻き掛け伝動装置の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたベルト伝動装置は、駆動輪および受動輪に別個に取り付けられる大小１組のマグネットホイールと、このマグネットホイールに巻き掛けられるスチールベルトと、大マグネットホイールに取り付けられた永久磁石とを有する。そして、マグネットホイールにより磁力線が形成され、その磁力線の強さの範囲でスチールベルトが吸引されて、駆動輪と受動輪との間で動力伝達がおこなわれる、とされている。なお、この他の動力伝達装置は、特許文献２、３にも記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７９５６号公報
【特許文献２】特開平４−１３１５２６号公報
【特許文献３】特開平５−１０６６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたベルト伝動装置では、マグネットホイールにスチールベルトを巻き掛けているため、マグネットホイールとスチールベルトとの接触部分を潤滑および冷却することができず、耐久性が低下する問題があった。
【０００５】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、第１の回転部材および第２の回転部材と、ベルトとの接触部分を潤滑および冷却することの可能な動力伝達装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、動力伝達経路を形成する第１の回転部材および第２の回転部材と、この第１の回転部材と第２の回転部材との間で動力伝達をおこなうベルトとを備えた動力伝達装置において、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材と、ベルトとの間に介在された磁性流体と、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材、および前記磁性流体を通る磁力を発生させる磁力発生機構とを有しており、前記第１の回転部材または第２の回転部材のなくとも一方の回転部材と、前記ベルトとの間で、磁力により動力伝達がおこなわれる構成であることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記ベルトが前記第１の回転部材および前記第２の回転部材に巻き掛けられており、前記ベルトが磁性材料により構成されており、前記磁性流体が前記ベルトに接触する構成であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１の構成に加えて、前記第１の回転部材または第２の回転部材と同軸上に、かつ、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の外周を取り囲むように配置されたローラが設けられており、このローラと第１の回転部材または第２の回転部材とが相対回転可能であり、このローラに前記ベルトが巻き掛けられており、前記ローラと前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方との間に前記磁性流体が介在されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方に、前記磁力発生機構が設けられているものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの構成に加えて、前記磁力発生機構には、永久磁石または電磁石のうちの少なくとも一方が含まれることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの構成に加えて、前記磁力発生機構は、前記第１の回転部材または第２の回転部材のうちの少なくとも一方の回転部材が回転する時の中心となる軸線を中心とする円周方向で、前記磁力の発生位置を可変とする構成であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１ないし６の構成に加えて、前記磁力発生機構は、発生する磁界の強さを変更できる構成であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、磁性流体を通る磁力が発生し、その磁力により、第１の回転部材または第２の回転部材のうちの少なくとも一方の回転部材と、ベルトとの間で動力伝達がおこなわれる。また、ベルトと回転部材との接触部分を、磁性流体により潤滑および冷却できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、磁力がベルトを通る。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、磁力がローラを通る。
【００１６】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、回転部材に磁力発生機構が設けられているため、回転部材の軸線を中心とする円周方向では、回転部材とベルトとが相対移動しないか、または回転部材とローラとが相対移動しないため、渦電流の発生を回避できる。したがって、動力損失を抑制できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、永久磁石または電磁石により磁力が発生する。
【００１８】
請求項６の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材が回転する時の中心となる軸線を中心とする円周方向で、磁力の発生位置を変更できる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、第１の回転部材と第２の回転部材との間で伝達されるトルクに基づいて、磁界の強さを変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の動力伝達装置は、例えば、車両または工作機械に用いることが可能である。この発明の動力伝達装置は、トルクを伝達する装置である。この発明を車両に用いる場合、駆動力源と車輪との間で動力伝達装置を介して動力伝達がおこなわれる。また、この発明を工作機械に用いる場合、動力源の動力が工作物または工具に伝達されて、工作物または刃物が回転運動または往復運動する。上記の駆動力源または動力源としては、例えば、エンジン、電動モータ、油圧モータ、フライホイールなどのうち、少なくとも１つを用いることができる。また、この発明においては、第１の回転部材と第２の回転部材との間で、ベルトを介して動力伝達がおこなわれる。このベルトは、第１の回転部材および第２の回転部材に巻き掛けられていてもよいし、第１の回転部材または第２の回転部材の外側にローラを配置し、そのローラにベルトが巻き掛けられていてもよい。
【００２１】
ここで、第１の回転部材または第２の回転部材にベルトを巻き掛ける構成では、そのベルトが磁性材料で構成され、ベルトと第１の回転部材または第２の回転部材との間に磁性流体が介在される。そして、磁性材料およびベルトを通る磁力が発生し、その磁力により、回転部材とベルトとの間で動力伝達がおこなわれる。これに対して、ローラを設ける構成では、ローラが磁性材料により構成され、ベルトは磁性材料でなくてもよい。そして、第１の回転部材または第２の回転部材とローラとの間に磁性流体が介在される。そして、ローラおよび磁性流体を通る磁力が発生し、第１の回転部材または第２の回転部材と、ローラとの間で動力伝達がおこなわれる。また、ベルトと第１の回転部材および第２の回転部材との間では、摩擦力により動力伝達がおこなわれる。
【００２２】
この発明において、発生する磁界の強さを変更するにあたり、電磁コイルを有する構成であれば、電流を制御して磁界の強さを変更できる。また、発生する磁界の強さを変更するにあたり、永久磁石を有する構成であれば、永久磁石と、第１の回転部材または第２の回転部材との半径方向の距離を変更することにより、磁界の強さを変更できる。さらに、発生する磁界の強さを変更するにあたり、永久磁石を有する構成であれば、第１の回転部材または第２の回転部材の回転方向における永久磁石の磁界発生領域を拡大、または狭めることにより、磁界の強さを変更できる。
【００２３】
この発明において、第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方と、ベルトとの間に磁性流体を介在する構成には、ベルトに直接磁性流体が接触する構成と、ベルトと磁性流体との間に別部材が設けられる構成とが含まれる。また、この発明における磁力を発生する磁力発生機構は、ベルトの内側またはベルトの外側に配置することができる。磁力発生機構をベルトの内側に配置する場合、例えば、回転部材に磁力発生機構の少なくとも一部を設けることができる。磁力発生機構としては、永久磁石または電磁石を用いることができる。つぎにこの発明の具体例を、図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１具体例）
この発明の動力伝達装置を車両に用いる場合の第１具体例を、図１および図２に基づいて説明する。図１および図２において、中空のケーシング（図示せず）内に動力伝達装置が設けられている。上記のケーシングは車体（図示せず）の下方に配置されている。この動力伝達装置は、第１の回転部材である駆動輪１と、第２の回転部材である受動輪２とを有している。前記駆動輪１は水平方向に配置された軸線Ａ１を中心として回転可能に設けられている。また、受動輪２は水平方向に配置された軸線Ａ２を中心として回転可能に設けられている。そして、軸線Ａ１，Ａ２同士が平行に配置されているとともに、駆動輪１および受動輪２は、共に軸受（図示せず）により回転可能に支持されている。上記の駆動輪１および受動輪２は、何れもトルクを伝達する回転要素であり、この駆動輪１および受動輪２は、回転軸、ローラ、ドラムなどにより構成される。つまり、駆動輪１および受動輪２は、軸線Ａ１，Ａ２と垂直な平面内で、外周形状（輪郭）が円形となっていればよく、中実または中空のいずれでもよい。また、駆動輪１は駆動力源（図示せず）と動力伝達可能に接続されており、受動輪２は、被駆動部材である車輪（図示せず）と動力伝達可能に接続されている。
【００２５】
前記駆動輪１または受動輪２の少なくとも一方には、その外周面に全周に亘って溝が形成されており、その溝に電磁コイルが配置されている。第１具体例では、駆動輪１に溝３が形成され、かつ、受動輪２に溝４が形成されており、駆動輪１に電磁コイル５が巻き付けられ、かつ、受動輪２に電磁コイル６が巻き付けられているものとする。また、電磁コイルが巻かれた駆動輪１および受動輪２の外周には、一対の電極（図示せず）が取り付けられており、その電極に前記電磁コイル５，６の両端が接続されている。このように、電磁コイルが巻き付けられた駆動輪１および受動輪２は、磁性材料により構成されている。この磁性材料は強磁性の性質を示すものであり、例えば、鉄、ケイ素鋼、スチールなどを用いることができる。また、前記ケーシング内には通電用のブラシ（図示せず）が一対設けられており、そのブラシが電極に別個に接触されている。
【００２６】
一方、車体には電源（図示せず）が設けられている。電源としては、充電および放電をおこなうことの可能な二次電池、例えば、バッテリまたはキャパシタを用いることができる。さらに、電源として燃料電池を用いることもできる。そして、この電源に接続された電気回路にブラシが配置されている。さらに、前記電気回路を接続および遮断するスイッチ（図示せず）、および電磁コイルに供給する電力の電流および電圧を制御するコントローラ（図示せず）が設けられている。また、車両を制御する電子制御装置（図示せず）が設けられており、駆動力源から駆動輪１に入力されるトルク、車両を前進または後進させる要求などが電子制御装置により検知され、電子制御装置からはコントローラを制御する信号が出力される。
【００２７】
さらに、前記駆動輪１および受動輪２にはベルト７が巻き掛けられている。このベルト７は環状、または無端状であり、ベルト７は磁性材料により構成されている。ベルト７を構成する磁性材料としては、スチールが挙げられる。このベルト７は可撓性を有しており、駆動輪１および受動輪２の外周形状に沿って弾性変形することができる。そして、前記ケーシング内には磁性流体８が溜められている。この磁性流体８は、粒径が数十μｍないし数μｍの強磁性の粉粒体をオイルに混入した流体であり、磁束が作用することによりその粉粒体が相互に繋がり、その結果、実質的な粘度が増大するようになっている。また、この磁性流体８は、磁気を印加することにより、あるいは磁場中で流動性が低下し、もしくは固化する流体である。すなわち、磁気が印加されると、磁界の強さに応じて磁性流体８のせん断力が変化する。前記動力伝達装置の全部が磁性流体８内に浸漬されているため、ベルト７と駆動輪１との間、およびベルト７と受動輪２との間に、磁性流体８が介在されている。なお、図１では、便宜上、ベルト７が駆動輪１に巻き掛かっている部分、ベルト７が受動輪２に巻き掛かっている部分にのみ、磁性流体８が示されている。この理由は後述する。
【００２８】
この第１具体例の作用を説明すると、前記電気回路のスイッチが遮断されて、駆動輪１の電磁コイル５に電流が流れない場合は磁力が発生しないため、駆動輪１とベルト７との間のトルク容量は相対的に低い。このとき、駆動力源のトルクが駆動輪１に伝達されると、駆動輪１とベルト７との間に滑りが生じる。したがって、駆動輪１と受動輪２との間における動力伝達が遮断される。なお、スイッチが遮断されている場合の他、スイッチが接続されているものの電源の電力が不足している場合、または、電気回路の断線などのフェールにより、電磁コイル５に電力が流れない場合も、駆動輪１のトルクは受動輪２には伝達されない。
【００２９】
これに対して、電気回路のスイッチが接続されて、駆動輪１の電磁コイル５に電流が流れると、図２に示すように、駆動輪１および磁性流体８およびベルト７を通る磁気回路９が形成され、磁力が発生する。つまり、駆動輪１および電磁コイル５が電磁石となる。ここで、電磁コイル５に電流が流れて形成される磁気回路９は、抵抗の少ないところを通る性質があるため、実際には、駆動輪１の全周に亘って形成される訳ではなく、軸線Ａ１を中心とする半径方向で、ベルト７と駆動輪１との距離が所定値以下である箇所で、磁気回路９が形成される。具体的には、駆動輪１の全周方向で、ベルト７が巻き掛かっている領域、つまり、１８０度の範囲内に磁界が形成される。図１で駆動輪１の外周に磁性流体８が示されている範囲は、この磁界が形成されている範囲に整合させてある。
【００３０】
また、電気回路のスイッチが接続されて、受動輪２の電磁コイル６に電流が流れると、受動輪２および磁性流体８およびベルト７を通る磁気回路１０が形成され、磁力が発生する。つまり、受動輪２および電磁コイル６が電磁石となる。ここで、電磁コイル６に電流が流れて形成される磁気回路９は、上記と同じ原理により、軸線Ａ２を中心とする半径方向で、ベルト７と受動輪２との距離が所定値以下である箇所で、磁気回路１０が形成される。具体的には、受動輪２の全周方向で、ベルト７が巻き掛かっている領域、つまり、１８０度の範囲内に磁界が形成される。図１で受動輪２の外周に磁性流体８が示されている範囲は、この磁界が形成されている範囲に整合させてある。
【００３１】
上記のように、電磁コイル５，６に電流が流れると磁界が形成される。図３の線図には、電磁コイル５，６に流れる電流と磁界の強さとの関係が示されている。この図３によれば、電流が所定値以下であれば、電流が相対的に高くなることにともない、磁界の強さが相対的に高くなる傾向となることが分かる。また、電流が所定値を越えると、電流が変化しても、磁界の強さは一定となる。また、図４に示すように、磁界の強さが増加することに伴い、磁性流体８のせん断力が大きくなる。このため、電流が高められて磁界の強さが増加すると、駆動輪１の動力がベルト７に伝達されてベルト７が回転するとともに、ベルト７の動力が受動輪２に伝達される。このようにして、駆動輪１のトルクがベルト７を経由して受動輪２に伝達される。なお、受動輪２の電磁コイル６に電流が流れていなければ、ベルト７と受動輪２との間に滑りが生じるため、ベルト７の動力は受動輪２に伝達されない。この第１具体例において、電磁コイル５，６に流れる電流と、駆動輪１と受動輪２との間で伝達される最大トルク（トルク容量）との関係を図５に示す。この図５によれば、電流が高くなるほど最大トルクが増加することが分かる。したがって、駆動輪１に入力されるトルクが相対的に高くなるほど、電磁コイル５，６に流れる電流値を相対的に高く制御して、動力伝達装置のトルク容量を制御することができる。上記のように、動力伝達装置は、駆動輪１と受動輪２との間で動力伝達をおこなう機能に加えて、伝達されるトルク容量を制御するクラッチとしての機能をも兼備している。
【００３２】
また、第１具体例では、動力伝達装置がクラッチの機能を有しているため、専用のクラッチを設けずに済み、部品点数の増加を抑制できるとともに、動力伝達装置の製造コストの上昇を抑制できる。また、専用のクラッチを設けずに済むため、動力伝達装置の体格が大型化することを抑制できる。さらに、磁性流体８はオイルを主成分としているため、ベルト７と駆動輪１との接触部分、およびベルト７と受動輪２との接触部分を、潤滑および冷却することができる。したがって、ベルト７と駆動輪２との接触部分、およびベルト７と受動輪２との接触部分の摩擦力を低減し、かつ、摩耗および焼き付きを抑制でき、ベルト７および駆動輪１および受動輪２の耐久性を向上することができる。
【００３３】
この第１具体例は、請求項１、２、４、５、７に対応している。また、第１具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、駆動輪１が、この発明の第１の回転部材に相当し、受動輪２が、この発明の第２の回転部材に相当し、ベルト７が、この発明のベルトに相当し、磁性流体８が、この発明の磁性流体に相当し、駆動輪１および受動輪２および電磁コイル５，６および電源およびスイッチおよび電気回路および電極が、この発明の磁力発生機構に相当し、駆動輪１および受動輪２および電磁コイル５，６が、この発明の電磁石に相当する。
【００３４】
（第２具体例）
つぎに、動力伝達装置の第２具体例を図６に基づいて説明する。この第２具体例において、第１具体例と同じ構成部分については第１具体例と同じ符号を付してある。この第２具体例では、駆動輪１または受動輪２の少なくとも一方に永久磁石を取り付けてある。ここでは、駆動輪１および受動輪２の両方に永久磁石を取り付けた例を説明する。まず、駆動輪１の少なくとも一部が永久磁石１１により構成されている。永久磁石１１は、軸線に沿った方向に配置されたＮ極とＳ極とを有している。また、駆動輪１には溝３が形成されており、その溝３には電磁コイル５が配置されている。一方、受動輪２の少なくとも一部が永久磁石１２により構成されている。永久磁石１２は、軸線に沿った方向に配置されたＮ極とＳ極とを有している。また、受動輪１には溝４が形成されており、その溝４には電磁コイル６が配置されている。このように構成された駆動輪１および受動輪２を、図１の駆動輪１および受動輪２に代えて用いることができる。
【００３５】
この第２具体例においては、電磁コイル５に電流が流れていない場合、永久磁石１１により磁気回路９が形成されている。ここで、磁気回路９を示す磁力線はＮ極から出てＳ極に向かうため、その磁力線の向きを示す矢印が時計回りとなっている。また、電磁コイル６に電流が流れていない場合、永久磁石１２により磁気回路１０が形成されている。ここで、磁気回路１０を示す磁力線はＮ極から出てＳ極に向かうため、その磁力線の向きを示す矢印が時計回りとなっている。このように、第２具体例では、電磁コイル５，６に電流が流れていない場合に磁界が形成されるため、第１具体例と同じ原理により、駆動輪１と受動輪２との間でトルクが伝達される。
【００３６】
つぎに、この第２具体例において、電磁コイル５，６に電流を流す作用を説明する。電磁コイル５に電流が流れると、第１具体例と同じ原理により磁気回路が形成される。このとき、永久磁石１１により形成される磁力線の向きと、電磁コイル５により形成される磁力線の向きとが逆になるように、電磁コイル５を流れる電流の向きが決定されている。このように、電磁コイル５に電流が流れると、永久磁石１１により形成される磁力線の向きと、電磁コイル５により形成される磁力線の向きとが逆になる。このため、電磁コイル５に電流が流れていない場合に比べて、電磁コイル５に電流が流れているときの方が、磁性流体８を通る磁界の強さが相対的に弱くなり、駆動輪１とベルト７との間で伝達される最大トルクが相対的に低下する。そして、永久磁石１１により形成される磁界の強さと、電磁コイル５により形成される磁界の強さとが同じになるように、電磁コイル５に流れる電流を制御すると、駆動輪１とベルト７との間における動力伝達が遮断される。
【００３７】
さらに、受動輪２における動力伝達作用を説明する。まず、永久磁石１２により形成される磁力線の向きと、電磁コイル６により形成される磁力線の向きとが逆になるように、電磁コイル６を流れる電流の向きが決定されている。このように、電磁コイル６に電流が流れると、永久磁石１２により形成される磁力線の向きと、電磁コイル６により形成される磁力線の向きとが逆になる。このため、電磁コイル６に電流が流れている場合は、電磁コイル６に電流が流れていない場合に比べて、磁性流体８を通る磁界の強さが相対的に弱くなり、受動輪２とベルト７との間で伝達される最大トルクが相対的に低下する。そして、永久磁石１２により形成される磁界の強さと、電磁コイル６により形成される磁界の強さとが同じになるように、電磁コイル６に流れる電流を制御すると、受動輪２とベルト７との間における動力伝達が遮断される。
【００３８】
この第２具体例において、電磁コイル５，６を流れる電流の向きは、フレミング左手の法則に基づいて決定すればよい。また、第２具体例では、駆動輪１に永久磁石１１が設けられ、受動輪２に永久磁石１２が設けられているため、電源の電力不足、またはフェールにより、電磁コイル５，６の両方に電力を供給することができないときでも、駆動輪１と受動輪２との間で動力伝達をおこなうことができる。したがって、車両のリンプフォーム性能を確保できる。
【００３９】
なお、第２具体例において、永久磁石により形成される磁力線の向きと、電磁コイルにより形成される磁力線の向きとが同じになるように、電磁コイルに流れる電流の向きを決定することも可能である。すると、電磁コイルに電流が流れた場合は、電磁コイルに電流が流れない場合に比べて、磁性流体を通る磁界の強さが相対的に強くなり、駆動輪と受動輪との間で伝達される最大トルクが相対的に増加する。この第２具体例でも、駆動輪１に入力されるトルクに基づいて、電磁コイル５，６に流れる電流値を制御することにより、形成される磁界の強さを制御可能である。この第２具体例は、請求項１、２、４、５、７に対応しており、永久磁石１１，１２が、磁力発生機構に含まれる。なお、第２具体例で説明したその他の構成と、この発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、この発明の構成との対応関係と同じである。
【００４０】
（第３具体例）
つぎに、動力伝達装置の第３具体例を、図７ないし図９に基づいて説明する。この第３具体例では、駆動輪１と同軸上に円筒形状のローラ２０が配置され、受動輪２と同軸上に円筒形状のローラ２１が配置されている。前記軸線Ａ１を中心とする半径方向で、駆動輪１の外側にローラ２０が配置されており、駆動輪１とローラ２０とが相対回転可能な状態で、軸受（図示せず）により支持されている。また、前記軸線Ａ２１を中心とする半径方向で、受動輪２の外側にローラ２１が配置されており、受動輪２とローラ２１とが相対回転可能な状態で、軸受（図示せず）により支持されている。この第３具体例では、ローラ２０，２１が共に磁性材料、例えば、鉄、ケイ素鋼、スチールにより構成されている。上記のローラ２０およびローラ２１にベルト７が巻き掛けられている。なお、この第３具体例では、ベルト７は磁性材料で構成してもよいし、磁性材料以外の材料で構成してもよい。ベルト７を磁性材料以外の材料で構成する場合は、ベルト７とローラ２０との接触面、および、ベルト７とローラ７との接触面で、動力伝達に必要な摩擦力が発生するように、ベルト７に張力が与えられる。
【００４１】
また、駆動輪１の外周には、一定の間隔をおいて溝１３が形成されている。この溝１３内には、図８のように、半径方向に延ばされた軸１４が配置されており、その軸１４には電磁コイル１５が巻かれている。つまり、図９に示すように、駆動輪１には複数の電磁コイル１５が放射状に取り付けられている。そして、複数の電磁コイル１５について、個別に通電および非通電を制御することが可能である。電磁コイル１５に通電する構成は、第１具体例と同じである。また、複数の電磁コイル１５について、個別に電流および電圧制御可能である。
【００４２】
一方、受動輪２の外周には一定の間隔をおいて溝１６が形成されている。この溝１６内には、半径方向に延ばされた軸１７が配置されており、その軸１７には電磁コイル１８が巻かれている。つまり、図９に示すように、受動輪２には複数の電磁コイル１８が放射状に取り付けられている。そして、複数の電磁コイル１８について、個別に通電および非通電を制御することが可能である。電磁コイル１８に通電する構成は第１具体例と同じである。また、複数の電磁コイル１８について、個別に電流および電圧制御可能である。
【００４３】
さらに、この第３具体例では、図９に示すように、前記駆動輪１の外周面と、ローラ２０の内周面との間に磁性流体が介在され、前記受動輪２の外周面と、ローラ２１の内周面との間に磁性流体が介在されている。この図９では便宜上、軸線Ａ１を中心とする円周方向の半分、および軸線Ａ２を中心とする円周方向の半分に、磁性流体８が示されている。その理由は後述する。
【００４４】
この第３具体例において、全ての電磁コイル１５に電流が流れていない場合は磁界が形成されない。このため、駆動輪１が回転しても、駆動輪１とローラ２０とが相対回転するため、駆動輪１とベルト７との間では動力伝達が遮断される。一方、第３具体例では、電磁コイル１５に電流が流れると、駆動輪１および磁性流体８およびローラ２０を通る磁気回路が形成され、駆動輪１のトルクが磁力によりローラ２０に伝達される。ここで、ベルト７が磁性材料により構成されていれば、ローラ２０の動力が、磁力および摩擦力によりベルト７に伝達される。なお、ベルト７が磁性材料でない場合は、ローラ２０の動力が摩擦力でベルト７に伝達される。このようにして、ベルト７が回転する。
【００４５】
一方、全ての電磁コイル１８に電流が流れていない場合は、受動輪２では磁界が形成されず、ベルト７と受動輪２とが相対回転する。したがって、ベルト７の動力は受動輪２に伝達されない。これに対して、ベルト７が回転しているとき、電磁コイル１８に電流が流れると、ベルト７が磁性材料で構成されていると、受動輪２および磁性流体８およびローラ２１およびベルト７を通る磁気回路が形成され、ベルト７のトルクが、磁力および摩擦力により受動輪２に伝達される。なお、ベルト７が磁性材料でない場合は、ベルト７の動力が摩擦力でローラ２１に伝達され、ローラ２１の動力が磁力で受動輪２に伝達される。このように、第３具体例では、電磁コイル１５および電磁コイル１８の両方に電流が流れた場合に、駆動輪１と受動輪２との間で動力伝達がおこなわれる。
【００４６】
また、第３具体例では、電磁コイル１５に電流を流す場合に、ローラ２０の回転方向における位置毎に、電磁コイル１５への通電および非通電を、個別に制御可能である。具体的には、ローラ２０の回転方向で、ベルト７がローラ２０に接触する範囲に位置している電磁コイル１５に電流を流し、ローラ２０の回転方向で、ベルト７がローラ２０に接触しない範囲に位置している電磁コイル１５には電流を流さない制御をおこなうことができる。具体的には、ローラ２０の回転方向で、ベルト７がローラ２０に巻き掛かる位置Ｂ１を基点として、ベルト７がローラ２０から離れる位置Ｂ２までの間で、電磁コイル１５に電流を流す範囲を変更することができる。
【００４７】
例えば、電磁コイル１５に電流を流す範囲を、範囲Ｃ１、範囲Ｃ２、範囲Ｃ３という異なる範囲に設定できる。この範囲Ｃ１および範囲Ｃ２および範囲Ｃ３は、位置Ｂ１を基点とする角度を示しており、範囲Ｃ１よりも範囲Ｃ２の方が広角であり、範囲Ｃ２よりも範囲Ｃ３の方が広角である。この図９では、範囲Ｃ１が４５度であり、範囲Ｃ２が９０度であり、範囲Ｃ３が１８０度である。この範囲Ｃ３は、位置Ｂ１から位置Ｂ２までの最大範囲である。そして、駆動力源から駆動輪１に入力されるトルクに基づいて、電磁コイル１５に電流を流す範囲を制御することが可能である。この具体例では、電磁コイル１５に電流が流される範囲が広くなるほど、駆動輪１とローラ２０との間におけるトルク容量が高くなる。
【００４８】
そこで、電磁コイル１５の通電および非通電を制御するときに用いるマップの一例を、図１０に示す。図１０のマップは、入力トルクが高くなるほど、磁界発生領域が広くなる、つまり、ローラ２０の回転方向で、電磁コイル１５に電流を流す範囲が拡大する特性である。なお、受動輪２の電磁コイル１８に電流を流すとき、駆動輪１側と同じ原理に基づいて、ローラ２１の回転方向で、電磁コイル１８に電流を流す位置および範囲を制御することも可能である。図９において、ローラ２０の回転方向で、１８０度の範囲に磁性流体８を示し、ローラ２１の回転方向で、１８０度の範囲に磁性流体８を示しているのは、前記の範囲Ｃ３と整合させたからである。
【００４９】
この第３具体例では、ローラ２０と駆動輪１との間、ローラ２１と受動輪２との間に磁性流体が介在されているため、ローラ２０と駆動輪１との接触部分が潤滑および冷却されるとともに、ローラ２１と受動輪２との接触部分が潤滑および冷却される。したがって、第１具体例と同様の効果を得られる。また、第３具体例でも、動力伝達装置がクラッチとしての機能を兼備しているため、第１具体例と同様の効果を得られる。また、第３具体例では、ローラがベルト７に接触する範囲に位置する電磁コイルのみに電流が流れ、ローラがベルト７に接触していない部分に位置する電磁コイルには電流を流さない制御をおこなうことができる。つまり、入力トルクに基づいて、駆動輪１の中心となる軸線Ａ１を中心とする円周方向で、磁界発生領域を狭めたり拡大したりすることができる。また、入力トルクに基づいて、受動輪２の中心となる軸線Ａ２を中心とする円周方向で、磁界発生領域を狭めたり拡大したりすることができる。このように、第３具体例では、入力されるトルクに基づいて、通電する電磁コイルの数を増減できるため、無駄な電力の消費を抑制できる。さらに、最も広い範囲Ｃ３でも、位置Ｂ２で電磁コイル１５への通電が終了するため、ベルト７がローラ２０から離れるときに、ベルト７をローラ２０に引きつける磁気力が発生せず、動力損失を抑制できる。
【００５０】
さらに、この具体例３においても駆動輪１に入力されるトルクに基づいて、電磁コイル１５，１８の電流値を制御することにより、形成される磁界の強さを変更することができる。この第３具体例は、請求項１、３、４、５、６、７に対応している。また、第３具体例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、駆動輪１および受動輪２および電磁コイル１５，１８が、この発明の電磁石および磁力発生機構に相当し、ローラ２０，２１が、この発明のローラに相当する。
【００５１】
（第４具体例）
つぎに、動力伝達装置の第４具体例を、図１１および図１２に基づいて説明する。図１１および図１２では、便宜上、駆動輪１および受動輪２を同一物で示してある。駆動輪１が円筒状に構成されており、その駆動輪１の内部に回転軸２２が配置されている。以下、便宜上、駆動輪１を主として説明する。この回転軸２２は、駆動輪１と同軸上に、かつ、相対回転可能に構成されている。軸線Ａ１と直交する平面内で、回転軸２２の外周形状は円形に構成されている。また、軸線Ａ１を中心とする半径方向で、駆動輪１の内周面と回転軸２２の外周面との隙間量は、全周に亘って一定である。そして、回転軸２２の円周方向における一定範囲は、永久磁石２３により構成されている。ここで、回転軸２２の円周方向における一定範囲は、駆動輪１の回転方向で、ベルト７と駆動輪１とが接触する範囲と同じである。
【００５２】
さらに、回転軸２２を回転させるアクチュエータ（図示せず）が設けられている。このアクチュエータに、電動モータおよびソレノイドが含まれる。例えば、電動モータの回転運動を回転軸２２に伝達して、回転軸２２を回転および停止させることができる。なお、回転軸２２は一定の角度範囲で回転させればよいので、電動モータとしてステップモータを用いればよい。また、アクチュエータとしてソレノイドを用いる場合、電流の制御により動作するプランジャの直線運動を、ラックアンドピニオン機構を用いて回転運動に変換し、回転軸２２を一定角度回転させればよい。なお、第４具体例におけるその他の構成は、第１具体例の構成と同じであり、アクチュエータは、第１具体例で説明した電子制御装置により制御される。また、第４具体例では、駆動輪１および受動輪２に電磁コイルは設けられていない。
【００５３】
つぎに、第４具体例の作用を説明する。ここでは、主として駆動輪１とベルト７との間における動力伝達作用を説明する。駆動力源のトルクが駆動輪１に伝達されると、回転軸２２の位相が制御されて、駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量が制御される。第４具体例でも、磁性流体８を通る磁力が発生して、第１具体例と同様の原理で、駆動輪１のトルクがベルト７に伝達される。前述のように、ベルト７と駆動輪１との接触部分では磁力が発生し、ベルト７と駆動輪１との非接触部分では磁力は発生しない。このため、第４具体例では、回転軸２２の位相を変化させると、駆動輪１の回転方向で、磁界の発生範囲もしくは領域を変更できる。例えば、図１１のように、ベルト７と駆動輪１との接触範囲と同じ範囲に、永久磁石２３が位置しているときは、その範囲全体（１８０度の範囲Ｃ３）で磁力が発生する。これに対して、図１２に示すように、ベルト７と駆動輪１との接触範囲の一部に、永久磁石２３が位置しているときは、磁力が発生する範囲Ｃ４は、図１１の範囲Ｃ３よりも狭くなる。このように、駆動輪１の回転方向で磁力が発生する範囲を調整すると、単位面積あたりの磁界の強さは同じであるとしても、全体としての磁界の強さ、および駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量は変化する。
【００５４】
また、受動輪２側の構成を駆動輪１側と同様に構成することも可能である。すなわち、受動輪２を円筒形状に構成し、その受動輪２の内部に回転軸２２を設けることができる。このように、受動輪２の内部に回転軸２２を設けると、回転軸２２の位相を制御することにより、駆動輪１側と同様の原理で、ベルト７と受動輪２との間でトルク伝達がおこなわれ、かつ、そのトルク容量を変更できる。このように、第４具体例でも、駆動輪１とベルト７との間、または受動輪２とベルト７との間で、磁性流体８を通る磁力により、動力伝達をおこなうことができる。したがって、第１具体例と同じ作用効果を得られる。なお、この第４具体例では、回転軸２２が円柱形状であり、駆動輪１および受動輪２が円筒形状であるため、永久磁石２３の位相を変更しても、駆動輪１の半径方向で、永久磁石２３と駆動輪１との距離は一定であり、受動輪２の半径方向で、永久磁石２３と受動輪２との距離は一定である。この具体例４は、請求項１、２、４、５、６に対応しており、回転軸２２および永久磁石２３が、この発明の磁力発生機構に相当し、永久磁石２３が、この発明の永久磁石に相当する。第４具体例におけるその他の構成と、この発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、この発明の構成との対応関係と同じである。
【００５５】
（第５具体例）
つぎに、動力伝達装置の第５具体例を、図１３および図１４に基づいて説明する。この第５具体例では、駆動輪１および受動輪２が円筒形状に構成されており、駆動輪１の内部空間、または受動輪２の内部空間に永久磁石２４が配置されている。この永久磁石２４は軸線Ａ１，Ａ２を中心として回転可能に構成されている。永久磁石２４を回転させるアクチュエータは、第４具体例と同じである。また、駆動輪１と永久磁石２４とが相対回転可能であり、受動輪２と永久磁石２４とが相対回転可能である。また、軸線Ａ１，Ａ２と直交する平面内で、永久磁石２４の外周形状は非円形に構成されている。この第５具体例でも、駆動輪１および受動輪２には電磁コイルが設けられていない。この第５具体例においてその他の構成部分は、第１具体例と同じである。
【００５６】
つぎに、第５具体例の作用を説明する。ここでは、主として駆動輪１とベルト７との間における動力伝達作用を説明する。駆動力源のトルクが駆動輪１に伝達されると、永久磁石２４の位相が制御されて、駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量が制御される。第４具体例でも、磁性流体８を通る磁力が発生して、第１具体例と同様の原理で、駆動輪１のトルクがベルト７に伝達される。前述のように、ベルト７と駆動輪１との接触部分では磁力が発生し、ベルト７と駆動輪１との非接触部分では磁力は発生しない。
【００５７】
そして、第５具体例では、永久磁石２４が停止しているとき、駆動輪１と永久磁石２４との距離、具体的には、駆動輪１の半径方向における距離が、駆動輪１の円周方向で不均一である。また、永久磁石２４の位相を変化させると、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に短い領域を、相対的に狭めたり拡大したりすることができる。つまり、第５具体例では、駆動輪１と永久磁石２４との距離により、形成される磁界の強さが異なる。具体的には、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に短くなるほど、磁界は相対的に強くなる。さらに、永久磁石２４の位相を変化させると、磁界の相対的に強い領域を狭めたり拡大したりすることができる。例えば、図１３では、駆動輪１の回転方向で１８０度の範囲Ｃ３で、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に長くなっている。
【００５８】
これに対して、図１４では、駆動輪１の回転方向の一部分の範囲Ｃ４で、駆動輪１と永久磁石２４との距離が相対的に短くなっている。ここで、範囲Ｃ４は範囲Ｃ３よりも狭い。このように、磁力が発生する範囲を変更すると、単位面積あたりにおける磁界の強さは同じであるが、全体としての磁界の強さ、およびトルク容量は変化する。このように、第５具体例においては、永久磁石２４の位相を変更することにより、駆動輪１とベルト７との間におけるトルク容量を制御できる。なお、受動輪２の内部空間に永久磁石２４が配置されていれば、その永久磁石２４の回転位相を変更することにより、上記と同様の原理により、受動輪２とベルト７との間におけるトルク容量を制御できる。
【００５９】
このように、第５具体例でも、駆動輪１とベルト７との間、または受動輪２とベルト７との間で、磁性流体８を通る磁力により、動力伝達をおこなうことができる。したがって、第１具体例と同じ作用効果を得られる。この具体例５は、請求項１、２、４、５、６、７に対応しており、駆動輪１および受動輪２および永久磁石２４が、この発明の磁力発生機構に相当し、永久磁石２４が、この発明の永久磁石に相当する。第５具体例におけるその他の構成と、この発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、この発明の構成との対応関係と同じである。
【００６０】
なお、各具体例において、駆動輪１および受動輪２が、共に磁力によりベルト７との間で動力伝達がおこなわれる構成であるが、駆動輪１または受動輪２のいずれか一方とベルト７との間で、摩擦力により動力伝達がおこなわれる構成とすることも可能である。この場合、その回転部材には電磁コイルが巻き付けられず、かつ、その回転部材は磁性材料でなくてよい。さらに、摩擦力により動力伝達がおこなわれる回転部材が磁性流体に浸漬されないように、軸線同士の高さを異ならせることとなる。具体的には、摩擦力により動力伝達をおこなう回転部材の軸線が、磁力で動力伝達をおこなう回転部材の軸線よりも高い位置に配置される。
【００６１】
また、駆動輪１を各具体例のいずれかの構成とし、受動輪２を各具体例のいずれかの構成とするとともに、駆動輪１と受動輪２とで、異なる具体例の構成を採用することもできる。例えば、駆動輪１を第１具体例または第２具体例または第３具体例または第４具体例または第５具体例の構成とし、受動輪とベルトとの間で摩擦力のみにより動力伝達がおこなわれる構成とすることもできる。また、受動輪２を第１具体例または第２具体例または第３具体例または第４具体例または第５具体例の構成とし、駆動輪とベルトとの間で摩擦力のみにより動力伝達がおこなわれる構成とすることもできる。さらに、駆動輪側を第１具体例または第２具体例または第４具体例または第５具体例の構成とし、受動輪側を第３具体例の構成とすることもできる。さらまた、駆動輪側を第３具体例の構成とし、受動輪側を第１具体例または第２具体例または第３具体例または第４具体例または第５具体例のの構成とすることもできる。
【００６２】
また、各具体例では、駆動輪１および受動輪２が同じ外径で構成されていてもよいし、異なる外径で構成されていてもよい。また、第３具体例では、ローラ２０，２１が同じ外径で構成されていてもよいし、異なる外径で構成されていてもよい。なお、各具体例は、動力伝達装置を車両に用いる場合について説明しているので、車両を前進または後退させる向きの駆動力を、車輪で発生させる要求がある時に、電気回路のスイッチが接続される。これに対して、車両を前進または後退させる向きの駆動力を、車輪で発生させる要求がない時に、電気回路のスイッチが遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明における動力伝達装置の第１具体例を示す概念図である。
【図２】図１に示す動力伝達装置の部分的な断面図である。
【図３】この発明の動力伝達装置の各具体例において、電流と磁界の強さとの関係を示す線図である。
【図４】この発明の動力伝達装置の各具体例において、磁界の強さと磁性流体のせん断力との関係を示す線図である。
【図５】この発明の動力伝達装置の各具体例において、電流と最大トルクとの関係を示す線図である。
【図６】この発明における動力伝達装置の第２具体例を示す部分的な断面図である。
【図７】この発明における動力伝達装置の第３具体例を示す部分的な断面図である。
【図８】図７に示された動力伝達装置の駆動輪または受動輪を外周側から見た図である。
【図９】図７に示された動力伝達装置の駆動輪または受動輪の側面図である。
【図１０】この発明における動力伝達装置の第３具体例で、複数の電磁コイルの通電および非通電を制御する時に用いるマップの一例である。
【図１１】この発明における動力伝達装置の第４具体例を示す断面図である。
【図１２】この発明における動力伝達装置の第４具体例を示す他の断面図である。
【図１３】この発明における動力伝達装置の第５具体例を示す断面図である。
【図１４】この発明における動力伝達装置の第５具体例を示す他の断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…駆動輪、 ２…受動輪、 ５，６，１５，１８…電磁コイル、 ７…ベルト、 ８…磁性流体、 １１，１２，２３，２４…永久磁石、 ２０，２１…ローラ、 ２２…回転軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達経路を形成する第１の回転部材および第２の回転部材と、この第１の回転部材と第２の回転部材との間で動力伝達をおこなうベルトとを備えた動力伝達装置において、
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材と、ベルトとの間に介在された磁性流体と、
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材、および前記磁性流体を通る磁力を発生させる磁力発生機構とを有しており、
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材と、前記ベルトとの間で、磁力により動力伝達がおこなわれる構成であることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記ベルトが前記第１の回転部材および前記第２の回転部材に巻き掛けられており、前記ベルトが磁性材料により構成されており、前記磁性流体が前記ベルトに接触する構成であることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記第１の回転部材または第２の回転部材と同軸上に、かつ、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の外周を取り囲むように配置されたローラが設けられており、このローラと第１の回転部材または第２の回転部材とが相対回転可能であり、このローラに前記ベルトが巻き掛けられており、
前記ローラと前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方との間に前記磁性流体が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方に、前記磁力発生機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項５】
前記磁力発生機構には、永久磁石または電磁石のうちの少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項６】
前記磁力発生機構は、前記第１の回転部材または第２の回転部材のうちの少なくとも一方の回転部材が回転する時の中心となる軸線を中心とする円周方向で、前記磁力の発生位置を可変とする構成であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項７】
前記磁力発生機構は、発生する磁界の強さを変更できる構成であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項１】
動力伝達経路を形成する第１の回転部材および第２の回転部材と、この第１の回転部材と第２の回転部材との間で動力伝達をおこなうベルトとを備えた動力伝達装置において、
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材と、ベルトとの間に介在された磁性流体と、
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材、および前記磁性流体を通る磁力を発生させる磁力発生機構とを有しており、
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の回転部材と、前記ベルトとの間で、磁力により動力伝達がおこなわれる構成であることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記ベルトが前記第１の回転部材および前記第２の回転部材に巻き掛けられており、前記ベルトが磁性材料により構成されており、前記磁性流体が前記ベルトに接触する構成であることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記第１の回転部材または第２の回転部材と同軸上に、かつ、前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方の外周を取り囲むように配置されたローラが設けられており、このローラと第１の回転部材または第２の回転部材とが相対回転可能であり、このローラに前記ベルトが巻き掛けられており、
前記ローラと前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方との間に前記磁性流体が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項４】
前記第１の回転部材または第２の回転部材の少なくとも一方に、前記磁力発生機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項５】
前記磁力発生機構には、永久磁石または電磁石のうちの少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項６】
前記磁力発生機構は、前記第１の回転部材または第２の回転部材のうちの少なくとも一方の回転部材が回転する時の中心となる軸線を中心とする円周方向で、前記磁力の発生位置を可変とする構成であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の動力伝達装置。
【請求項７】
前記磁力発生機構は、発生する磁界の強さを変更できる構成であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の動力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２８１４１５（Ｐ２００９−２８１４１５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１３８８（Ｐ２００８−１３１３８８）
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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