DE112017005684B4

DE112017005684B4 - Elektromagnetische Kupplung und Kompressor mit einer solchen Kupplung

Info

Publication number: DE112017005684B4
Application number: DE112017005684.5T
Authority: DE
Inventors: Yuki Sakamoto
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: WO2018088128A1; CN109923325B; US10968963B2; JP2018076955A; US20190271364A1; DE112017005684T5; CN109923325A

Abstract

Eine elektromagnetische Kupplung (1), die aufweist:einen Rotor (2), der durch die Kraft einer Antriebsquelle gedreht wird;einen Anker (3), der dem Rotor (2) gegenüber angeordnet und mit einer rotierenden Welle (9) einer angetriebenen Vorrichtung verbunden ist;eine elektromagnetische Spuleneinheit (4) mit einer elektromagnetischen Spule (41), die bewirkt, dass der Rotor (2) und der Anker (3) durch die der elektromagnetischen Spule (41) zugeführte elektrische Energie magnetisch aneinander angezogen werden;eine Thermosicherung (5), die in der Nähe eines Endflächenabschnitts des Rotors (2) auf der Ankerseite angeordnet und dazu konfiguriert ist, durchzubrennen, wenn eine Temperatur der Thermosicherung (5) eine vorbestimmte Betriebstemperatur überschreitet, um die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule (41) auf AUS zu schalten; undeinen thermisch betätigten Schalter (6), der mit der elektromagnetischen Spule (41) zusammen mit der Thermosicherung (5) in Reihe verbunden ist, der in eine AUS-Richtung der elektrischen Energieversorgung bewegt wird, wenn die Temperatur des thermisch betätigten Schalters (6) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, und danach durch eine Temperaturabsenkung in eine EIN-Richtung der elektrischen Energieversorgung bewegt wird, und wobei der thermisch betätigte Schalter (6) die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule (41) EIN/AUS schaltet, so dass eine Umgebungstemperatur der Thermosicherung (5) die Betriebstemperatur aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule (41) selbst nicht überschreitet, die durch die der elektromagnetischen Spule (41) zugeführte elektrische Energie erzeugt wird, wobei der thermisch betätigte Schalter (6) innerhalb des Rotors (2) und an einer Position näher an der anderen Seite des Endflächenabschnitts des Rotors (2) als die Thermosicherung (5) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Kupplung und insbesondere auf eine elektromagnetische Kupplung, die intermittierend die Leistung eines Fahrzeugmotors oder eines Motors auf einen Kompressor einer Fahrzeugklimaanlage oder dergleichen überträgt.
STAND DER TECHNIK
Als Beispiel für eine solche elektromagnetische Kupplung ist die im Patentdokument 1 offenbarte elektromagnetische Kupplung bekannt. Die in Patentschrift 1 offenbarte elektromagnetische Kupplung ist mit einem Rotor ausgestattet, der durch die Kraft einer Antriebsquelle gedreht wird, einem Anker, der diesem Rotor gegenüber angeordnet und mit der rotierenden Welle eines Kompressors verbunden ist, einer elektromagnetischen Spuleneinheit mit einer Spule, um die eine elektromagnetische Spule gewickelt ist und die bewirkt, dass der Rotor und der Anker durch die dieser elektromagnetischen Spuleneinheit zugeführte elektrische Energie magnetisch aneinander angezogen werden, und einer Thermosicherung, die ausgelöst wird, wenn eine Temperatur davon eine vorgegebene Betriebstemperatur überschreitet, um die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule zu unterbrechen. Bei einer derartigen elektromagnetischen Kupplung wird bei einer Blockierung der rotierenden Welle des Kompressors aus dem einen oder anderen Grund ein Schlupf im Kontaktbereich zwischen Anker und Rotor erzeugt, so dass die Temperatur dieses Kontaktbereichs durch Reibungswärme auf ein ungewöhnliches Maß erhöht wird. In diesem anormalen Zustand unterbricht die Thermosicherung die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule, um die Verbindung zwischen Rotor und Anker zwangsweise zu lösen, wodurch eine übermäßige Belastung der Antriebsquellenseite wie Maschine und Motor vermieden werden kann, und es ist möglich, Brüche oder dergleichen einer Komponente wie Rotorlager oder Antriebsriemen durch Reibungswärme zu verhindern oder zu unterdrücken.
Patentdokument 2 offenbart eine elektromagnetische Kupplung für einen Kompressor umfassend eine elektromagnetische Spule und eine Temperaturerfassungsvorrichtung, um einen übermäßigen Temperaturanstieg zu erfassen, wobei Stromkreise der Temperaturerfassungsvorrichtung und der elektromagnetischen Spule getrennt sind. Ein abnormaler Zustand kann durch die getrennte Schaltungsstruktur genau erkannt werden, und eine angemessene Reaktion auf den abnormalen Zustand kann schnell erfolgen.
Patentdokument 3 bezieht sich auf eine elektromagnetische Kupplung einschließlich einer thermischen Sicherung zum zwangsweisen Unterbrechen einer Erregung einer elektromagnetischen Spule.
Patentdokument 4 zeigt eine Struktur einer elektromagnetischen Kupplung und ein Verfahren zum Bilden der elektromagnetischen Kupplung, das ermöglicht, dass die thermische Sicherung an einer gewünschten Position angeordnet werden kann.
REFERENZDOKUMENTLISTE
PATENTSCHRIFT

Patentdokument 1: JP H8-247171 A
Patentdokument 2: US 2004 / 0 211 197 A1
Patentdokument 3: DE 11 2014 001 735 T5
Patentdokument 4: JP 2016- 89 848 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN IST
Im vorliegenden Fall erhöht sich in einer solchen elektromagnetischen Kupplung, wenn der elektromagnetischen Spule elektrische Energie zugeführt wird, auch im Normalbetrieb, in dem die rotierende Welle nicht blockiert ist, die Temperatur der elektromagnetischen Spule durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule selbst. Daher ist im Normalbetrieb ein Durchbrennen der Thermosicherung durch Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule zu vermeiden. Das heißt, sobald die Thermosicherung durchgebrannt ist, ist es unmöglich, die der elektromagnetische Spule zugeführte elektrische Energie wiederherzustellen, so dass eine Fehlfunktion der Thermosicherung durch Selbsterhitzung der elektromagnetische Spule (irrtümlich durchgebrannt) verhindert werden muss.
In Anbetracht dessen wird bei einer derartigen elektromagnetischen Kupplung zur Vermeidung von Fehlfunktionen der Thermosicherung durch Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule die Betriebstemperatur der Thermosicherung (Durchbrenntemperatur) im Allgemeinen höher eingestellt als die maximal erreichbare Temperatur der elektromagnetischen Spule durch Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule selbst unter den denkbar härtesten Bedingungen. Das heißt, die Betriebstemperatur der Thermosicherung wird unter Berücksichtigung der maximal erreichbaren Temperatur durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule auf eine höhere Temperatur als erforderlich eingestellt. So ist beispielsweise in einem Fall, in dem die maximal erreichbare Temperatur der elektromagnetischen Spule durch Selbsterhitzung etwa 170°C beträgt, die Betriebstemperatur der Thermosicherung auf 180°C eingestellt. So ist beispielsweise in einer Niedertemperaturatmosphäre, in der die Temperaturanstiegsrate durch Reibungswärme des Ankers und des Rotors niedrig ist, die erforderliche Zeit von dem Blockierender rotierenden Welle bis die Temperatur der Thermosicherung die Betriebstemperatur erreicht (d.h. die Zeit vom Zeitpunkt des Blockierens bis zum Durchbrennen der Thermosicherung) länger als in einer Hochtemperaturatmosphäre. So ist bei der herkömmlichen elektromagnetischen Kupplung, insbesondere in einer Niedertemperaturatmosphäre, die tatsächlich benötigte Zeit ab dem Zeitpunkt des Blockierens der rotierenden Welle bis zum Betätigen der Thermosicherung relativ lang, so dass die Möglichkeit besteht, dass Komponenten wie ein Lager des Rotors und ein Antriebsriemen, die Maschine oder dergleichen nicht ausreichend geschützt sind.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben genannte Problem gemacht. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Kupplung vorzusehen, die in der Lage ist, auch in einer Niedertemperaturatmosphäre die erforderliche Zeit ab dem Zeitpunkt des Blockierens der rotierenden Welle bis zum Betätigen der Thermosicherung zu verkürzen (Sicherungsreaktionszeit), während eine Fehlfunktion der Thermosicherung aufgrund der Selbsterhitzung der elektromagnetische Spule verhindert oder unterdrückt wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elektromagnetische Kupplung auf: einen Rotor, der durch die Kraft einer Antriebsquelle rotierend angetrieben wird; einen Anker, der dem Rotor gegenüber angeordnet und mit einer rotierenden Welle einer angetriebenen Vorrichtung verbunden ist; eine elektromagnetische Spuleneinheit mit einer elektromagnetischen Spule, die bewirkt, dass der Rotor und der Anker durch die der elektromagnetischen Spule zugeführte elektrische Energie magnetisch aneinander angezogen werden; und eine Thermosicherung, die in der Nähe eines Endflächenabschnitts des Rotors auf der Ankerseite angeordnet und dazu konfiguriert ist, durchzubrennen, wenn die Temperatur der Thermosicherung eine vorbestimmte Betriebstemperatur überschreitet, um die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule auszuschalten. Die elektromagnetische Kupplung weist einen thermisch betätigten Schalter auf, der mit der elektromagnetischen Spule zusammen mit der Thermosicherung in Reihe verbunden ist, der in einer AUS-Richtung der elektrischen Energieversorgung bewegt wird, wenn die Temperatur des thermisch betätigten Schalters eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, und danach in eine EIN-Richtung der elektrischen Energieversorgung durch eine Temperaturabsenkung bewegt wird, wobei die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule EIN/AUS geschaltet wird, so dass eine Temperatur in der Nähe der Thermosicherung die Betriebstemperatur aufgrund der Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule selbst nicht überschreitet. Der thermisch betätigte Schalter ist innerhalb des Rotors und an einer Position näher an der anderen Seite des Endflächenabschnitts des Rotors als die Thermosicherung angeordnet.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
In der elektromagnetischen Kupplung gemäß dem obigen Aspekt schaltet der thermisch betätigte Schalter die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule EIN/AUS, so dass die Temperatur in der Nähe der Thermosicherung die Betriebstemperatur aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule selbst nicht überschreitet. Somit ist es möglich, eine Fehlfunktion der Thermosicherung durch Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule selbst durch den thermisch betätigten Schalter im Normalbetrieb zu verhindern, bei dem die rotierende Welle nicht blockiert ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Fehlfunktion der Thermosicherung durch den thermisch betätigten Schalter zu verhindern, so dass es möglich ist, die Betriebstemperatur der Thermosicherung ohne Berücksichtigung der maximal erreichbaren Temperatur durch die Eigenerwärmung der elektromagnetische Spule selbst unter den denkbar härtesten Bedingungen einzustellen. Daher ist es nicht erforderlich, die Betriebstemperatur der Thermosicherung auf ein höheres als das erforderliche Niveau einzustellen. Dadurch ist es möglich, die Betriebstemperatur der Thermosicherung unter den konventionellen Sollwert (z.B. 180°C) einzustellen, und bei blockierter rotierender Welle ist es möglich, die Stromversorgung der elektromagnetische Spule schneller als nach dem Stand der Technik zu unterbrechen. So ist es auch in einer Niedertemperaturatmosphäre möglich, die Zeit der Stromversorgung im blockierten Zustand zu verkürzen und Komponenten wie das Lager des Rotors und den Antriebsriemen oder die Antriebsquelle wie den Motor zuverlässiger zu schützen.
Auf diese Weise ist eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen, die in der Lage ist, auch in einer Niedertemperaturatmosphäre die erforderliche Zeit ab dem Zeitpunkt der Verriegelung der rotierenden Welle beim Betätigen der Thermosicherung zu verkürzen (Sicherungsreaktionszeit) und gleichzeitig eine Fehlfunktion der Thermosicherung durch Selbsterhitzung der elektromagnetische Spule zu verhindern oder zu unterdrücken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer elektromagnetischen Kupplung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht der elektromagnetischen Kupplung.
3 ist eine Konzeptansicht zur Veranschaulichung der Verbindungsbeziehung zwischen einer elektromagnetischen Spule, einer Thermosicherung und einem thermisch betätigten Schalter der elektromagnetischen Kupplung.
4 ist eine Konzeptansicht zur Veranschaulichung der Anordnungspositionen der Thermosicherung und des thermisch betätigten Schalters.
5 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Kupplung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Konzeptansicht zur Veranschaulichung der Anordnungsposition des thermisch betätigten Schalters gemäß der zweiten Ausführungsform.
7 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Temperaturänderung in der Nähe der Thermosicherung gemäß der zweiten Ausführungsform.

VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der elektromagnetischen Kupplung nach dieser Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 und 2 veranschaulichen den Aufbau einer elektromagnetischen Kupplung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht der elektromagnetischen Kupplung 1, und 2 ist eine Schnittansicht der elektromagnetischen Kupplung 1.
Die elektromagnetische Kupplung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist in einen Kompressor integriert, der beispielsweise eine Fahrzeugklimaanlage bildet, und überträgt intermittierend die Leistung einer Fahrzeugmaschine und eines Motors als Antriebsquelle an einen Kompressor als angetriebene Vorrichtung. Das heißt, die elektromagnetische Kupplung 1 bewirkt das Umschalten zwischen der Kraftübertragung von Maschine oder Motor auf den Kompressor und deren Unterbrechung. Der Kompressor nach der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise mit der elektromagnetischen Kupplung 1 ausgestattet, deren Ausführungsformen im Folgenden beschrieben werden. Der Kompressor wird durch die Übertragung von Kraft (Energie) von der Maschine oder dem Motor betrieben und stoppt seinen Betrieb, wenn die Übertragung von Kraft (Energie) von der Maschine oder dem Motor unterbrochen wird. Als Kompressor der vorliegenden Erfindung ist es möglich, beispielsweise einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Verdrängung einzusetzen. Darüber hinaus ist es möglich, einen Kompressor mit variabler Verdrängung eines anderen Typs, einen Schneckenverdichter (Scrollverdichter) oder einen Schaufelverdichter (Vaneverdichter) mit fester Verdrängung einzusetzen.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, beinhaltet die elektromagnetische Kupplung 1 einen Rotor 2, der durch die Kraft einer Maschine oder eines Motors rotatorisch angetrieben wird, einen dem Rotor 2 gegenüberliegenden Anker 3, eine elektromagnetische Spuleneinheit 4, die bewirkt, dass der Rotor 2 und der Anker 3 magnetisch aneinander angezogen werden, eine Thermosicherung 5 und einen thermisch betätigten Schalter 6. In 1 ist der thermisch betätigte Schalter 6 nicht dargestellt.
Der Rotor 2 ist ringförmig ausgebildet, und seine innere Umfangsfläche ist durch die äußere Umfangsfläche eines Kompressorgehäuses 8 (gekennzeichnet durch die gestrichelte Linie in 2) über ein Lager 7 drehbar gelagert. In der äußeren Umfangsfläche des Rotors 2 ist eine Riemennut 2a ausgebildet, und die äußere Umfangsfläche des Rotors 2 fungiert als Riemenscheibe. Insbesondere weist der Rotor 2 einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 21 mit der äußeren Umfangsfläche, einen inneren rohrförmigen Abschnitt 22, der mit der inneren Umfangsfläche versehen und konzentrisch zu dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 21 angeordnet ist, und einen ringförmigen plattenförmigen Anschlussabschnitt 23 auf, der den äußeren rohrförmigen Abschnitt 21 und den inneren rohrförmigen Abschnitt 22 an einer Endseite verbindet, und diese sind ineinander integriert (siehe 2). Der Anschlussabschnitt 23 des Rotors 2 liegt dem Anker 3 gegenüber. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Anschlussabschnitt 23 des Rotors 2 dem „ankerseitigen einen Endflächenabschnitt des Rotors“ der vorliegenden Erfindung.
An der Außenumfangsfläche des Rotors 2, in der die Riemennut 2a ausgebildet ist, ist ein Antriebsriemen (nicht dargestellt) montiert, und der Rotor 2 wird durch die über diesen Antriebsriemen übertragene Kraft der Maschine oder des Motors gedreht. Darüber hinaus ist, wie in 2 dargestellt, eine elektromagnetische Spuleneinheit 4 in einem Ringraum (im Folgenden als Unterbringungsnut für die elektromagnetische Spuleneinheit bezeichnet) 24 angeordnet, der durch den äußeren Rohrabschnitt 21, den inneren Rohrabschnitt 22 und den Anschlussabschnitt 23 gebildet wird.
Der Anker 3 ist dem Rotor 2 gegenüber angeordnet und mit einer rotierenden Welle 9 verbunden. Der Anker 3 beinhaltet eine rohrförmige Nabe 31 mit einem Flanschabschnitt, eine scheibenförmige Ankerplatte 32 aus einem magnetischen Material, eine Vielzahl (in diesem Beispiel drei) von Blattfedern 33 und einen dreieckigen plattenförmigen Schwingungsdämpfer 34.
Die Nabe 31 ist beispielsweise mit einem Endabschnitt der rotierenden Welle (Antriebswelle) 9 des Kompressors (gekennzeichnet durch die gestrichelte Linie in 2) verzahnt, der nach außen aus einem Gehäuse 8 herausragt, und in diesem Zustand ist die Nabe 31 mit der rotierenden Welle 9 durch eine Mutter (nicht dargestellt) befestigt (verbunden). Die Ankerplatte 32 ist gegenüber dem Anschlussabschnitt (ankerseitigen einen Endflächenabschnitt) 23 des Rotors 2 angeordnet. Ein Endabschnitt jeder Blattfeder 33 ist mit einem Niet 35 zusammen mit dem Schwingungsdämpfer 34 am Flanschabschnitt der Nabe 31 befestigt, und der andere Endabschnitt davon ist mit einem Niet 36 an der Ankerplatte 32 befestigt. Jede Blattfeder 33 drückt die Ankerplatte 32 vom Anschlussabschnitt 23 des Rotors 2 weg, wodurch ein vorgegebener Spalt g zwischen dem Anschlussabschnitt 23 des Rotors 2 und der Ankerplatte 32 gebildet wird. Ein vibrationsfester Gummi 37 ist an einem Abschnitt in der Nähe jedes Scheitelpunktes des Schwingungsdämpfers 34 angebracht. Der Schwingungsdämpfer 34 und der vibrationsfeste Gummi 37 sind mit einem Niet 38 an der Ankerplatte 32 befestigt und dämpfen die in der Ankerplatte 32 erzeugten Schwingungen.
Die elektromagnetische Spuleneinheit 4 weist eine elektromagnetische Spule 41 auf, und durch die dieser elektromagnetischen Spule 41 zugeführte elektrische Energie werden der Rotor 2 und der Anker 3 magnetisch aneinander angezogen, wodurch es möglich ist, die Kraft der Antriebsquelle auf den Kompressor als angetriebene Vorrichtung zu übertragen. Die elektromagnetische Spuleneinheit 4 beinhaltet die elektromagnetische Spule 41 (die in 1 als eng um einen Spulenkörper gewickelt dargestellt ist), einen Spulenkörper 42, um den die elektromagnetische Spule 41 gewickelt ist, und einen Magnetkern 43. An einer Endabschnittseite der elektromagnetischen Spule 41 sind eine Thermosicherung 5 und ein thermisch betätigter Schalter 6 angeschlossen. Die Verbindungsbeziehung zwischen der elektromagnetischen Spule 41, der Thermosicherung 5 und dem thermisch betätigten Schalter 6 wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Der Spulenkörper 42 weist einen zylindrischen Abschnitt 421, einen ersten Flanschabschnitt 422 und einen zweiten Flanschabschnitt 423 auf. Der zylindrische Abschnitt 421 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, und die elektromagnetische Spule 41 ist um die äußere Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 421 gewickelt. Der erste Flanschabschnitt 422 ist an einem Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 421 vorgesehen und liegt dem Anschlussabschnitt 23 des Rotors 2 gegenüber. Der zweite Flanschabschnitt 423 ist am anderen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 421 vorgesehen. Ein Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 ist an der Außenfläche des zweiten Flanschabschnitts 423 befestigt (d.h. die Endfläche auf der dem Anker 3 gegenüberliegenden Seite). Ein seitlicher Verbinder für die elektrische Energiequelle (nicht dargestellt) ist mit dem Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 verbunden, und es ist möglich, die elektromagnetische Spule 41 mit elektrischer Energie zu versorgen. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der erste Flanschabschnitt 422 dem „Flanschabschnitt“ der vorliegenden Erfindung.
Ähnlich wie der Rotor 2 ist der Magnetkern 43 ringförmig ausgebildet. Das heißt, der Magnetkern 43 weist einen äußeren Rohrabschnitt 431, einen inneren Rohrabschnitt 432, der konzentrisch zum äußeren Rohrabschnitt 431 angeordnet ist, und einen ringförmigen Plattenverbindungsabschnitt 433 auf, der den äußeren Rohrabschnitt 431 und den inneren Rohrabschnitt 432 an einer Stirnseite verbindet. Der Anschlussabschnitt 433 weist eine Durchgangsbohrung auf, durch die der Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 geführt wird. Der Magnetkern 43 nimmt den Spulenkörper 42 auf, an der der Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 in einem Raum 434 montiert ist, der durch den äußeren Rohrabschnitt 431, den inneren Rohrabschnitt 432 und den Verbindungsabschnitt 433 (nachfolgend als Spulenaufnahmerille bezeichnet) gebildet wird. Insbesondere nimmt der Magnetkern 43 den proximalen Endabschnitt des Verbinders für die elektrische Energieversorgung 44 und den Spulenkörper 42 in der Spulenaufnahmerille 434 in einem Zustand auf, in dem die distale Endseite des Verbinders für die elektrische Energieversorgung 44 über das Durchgangsloch nach außen freiliegt. Danach wird das Innere der Spulenaufnahmerille 434 mit Harz 45 gefüllt. Durch dieses eingefüllte Harz 45 wird die elektromagnetische Spule 41 zusammen mit der Thermosicherung 5 und dem thermisch betätigten Schalter 6 abgedichtet, und die elektromagnetische Spule 41, der Spulenkörper 42, der Magnetkern 43 und der Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 sind integriert, um die elektromagnetische Spuleneinheit 4 herzustellen. Darüber hinaus ist, wie in 2 dargestellt, eine Montageplatte 46 an einer Stirnfläche des Magnetkerns 43 montiert. Die elektromagnetische Spuleneinheit 4 ist über die Montageplatte 46 in das Kompressorgehäuse 8 eingebaut (befestigt), und in diesem Zustand ist die elektromagnetische Spuleneinheit 4 in der Aufnahmebohrung 24 der elektromagnetischen Spuleneinheit des Rotors 2 untergebracht.
Wenn eine Temperatur der Thermosicherung 5 eine vorgegebene Betriebstemperatur (Sicherungstemperatur) Tf überschreitet, wird die Thermosicherung 5 ausgelöst, um die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 abzuschalten (zu unterbrechen). Die Thermosicherung 5 ist eine so genannte durchgebrannte Sicherung und ist in der Nähe des Anschlussabschnitts 23 angeordnet, der der eine ankerseitige Endflächenabschnitt des Rotors 2 ist, um die Reibungswärme zwischen dem Rotor 2 und dem Anker 3 leicht zu erfassen. So ist beispielsweise die Thermosicherung 5 nahe der Seite des Anschlussabschnitts 23 (d.h. der Seite des Ankers 3) innerhalb der Aufnahmebohrung 24 der elektromagnetischen Spuleneinheit des Rotors 2 zusammen mit der elektromagnetischen Spuleneinheit 4 angeordnet.
Der thermisch betätigte Schalter 6 ist zusammen mit der Thermosicherung 5 in Reihe mit der elektromagnetischen Spule 41 verbunden und ist ein Schalter mit einem thermisch betätigten Bauteil (Element), das bei Temperaturänderungen bewegt wird. So ist beispielsweise der thermisch betätigte Schalter 6 ein Bimetall-Schalter. Wenn eine Temperatur des thermisch betätigten Schalters 6 eine vorgegebene Temperatur (im Folgenden als Schalttemperatur bezeichnet) Ts überschreitet, wird das thermisch betätigte Element in der AUS-Richtung der elektrischen Stromversorgung bewegt. Danach wird aufgrund der Abschaltung der Stromversorgung die Temperatur der elektromagnetischen Spule 41 abgesenkt, wodurch das thermisch betätigte Bauteil in die Richtung der elektrischen Stromversorgung EIN bewegt wird. Genauer gesagt, wird im thermisch betätigten Schalter 6, wenn eine Temperatur in der Nähe des thermisch betätigten Bauteils einschließlich der Temperatur des thermisch betätigten Bauteils (d.h. der nachstehend beschriebenen Schalterumgebungstemperatur T2) die Schalttemperatur Ts aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 selbst, die durch die der elektromagnetischen Spule 41 zugeführte elektrische Energie erzeugt wird, überschreitet, das thermisch betätigte Bauteil in die AUS-Richtung der elektrischen Energieversorgung bewegt. Danach, wenn die Umgebungstemperatur des thermisch betätigten Bauteils niedriger wird als z.B. die Schalttemperatur Ts, indem die Temperatur der elektromagnetischen Spule 41 selbst durch Abschalten der elektrischen Stromversorgung gesenkt wird, wird das thermisch betätigte Bauteil in die EIN-Richtung der elektrischen Stromversorgung bewegt. Im thermisch betätigten Schalter 6 wird die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 so EIN/AUS geschaltet, dass die Temperatur in der Nähe der Thermosicherung 5 (Umgebungstemperatur der Thermosicherung) T1 die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 selbst, die durch die der elektromagnetischen Spule 41 zugeführte elektrische Energie erzeugt wird, nicht überschreitet.
Im Folgenden werden bezüglich der Thermosicherung 5 und des thermisch betätigten Schalters 6 die jeweiligen schematischen Strukturen, deren Verbindungsbeziehung zur elektromagnetischen Spule 41, die spezifische Anordnungsposition, ein Beispiel für die Sollwerte der Betriebstemperatur Tf und der Schalttemperatur Ts sowie deren Betrieb beschrieben.
Zunächst wird mit Bezug auf 3 ein Beispiel für die schematischen Strukturen der Thermosicherung 5 und des thermisch betätigten Schalters 6 beschrieben. Genauer gesagt, weist die Thermosicherung 5 einen Sicherungshauptkörperabschnitt 5a und Zuleitungsdrähte 5b auf, die sich jeweils von beiden Enden dieses Sicherungshauptkörperabschnitts 5a erstrecken. Im Sicherungshauptkörperabschnitt 5a ist ein Sicherungskörper untergebracht, der Sicherungskörper ist geeignet, ausgelöst zu werden, wenn seine Temperatur die Betriebstemperatur Tf überschreitet, und die Zuleitungsdrähte 5b sind jeweils elektrisch mit beiden Endabschnitten dieses Sicherungskörpers verbunden. Der thermisch betätigte Schalter 6 weist einen Schalterhauptkörperabschnitt 6a und Zuleitungsdrähte 6b auf, die sich jeweils von beiden Enden des Schalterhauptkörperabschnitts 6a erstrecken. Im Schalterhauptkörperabschnitt 6a ist ein Bimetall-Element als thermisch betätigtes Bauteil aufgenommen, das in die AUS-Richtung der Stromversorgung bewegt wird, wenn dessen Temperatur die Schalttemperatur Ts überschreitet, und danach in die EIN-Richtung der Stromversorgung aufgrund einer Temperaturabsenkung bewegt (wiederhergestellt) wird. Die Zuleitungsdrähte 6b sind jeweils mit beiden Endabschnitten dieses Bimetall-Elements elektrisch verbunden.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf 3 die Verbindungsbeziehung zwischen der elektromagnetischen Spule 41, der Thermosicherung 5 und dem thermisch betätigten Schalter 6 beschrieben. Die elektromagnetische Spule 41, die Thermosicherung 5 und der thermisch betätigte Schalter 6 sind in Reihe geschaltet. Insbesondere ist beispielsweise ein wicklungsseitiger Endabschnitt 41e der um den Spulenkörper 42 gewickelten elektromagnetischen Spule 41 über eine Anschlussklemme 5c mit einem Endabschnitt eines Leitungsdrahtes 5b der Thermosicherung 5b verbunden. Ein Endabschnitt der anderen Zuleitung 5b der Thermosicherung 5b ist über die Anschlussklemme 5c mit einem Endabschnitt einer Verbindungszwischenleitung C1 verbunden. Der andere Endabschnitt dieser Verbindungszwischenleitung C1 ist über eine Anschlussklemme 6c mit einem Endabschnitt einer Zuleitung 6b des thermisch betätigten Schalters 6 verbunden. Der Endabschnitt der anderen Zuleitung 6b des thermisch betätigten Schalters 6 ist über die Anschlussklemme 6c mit einem Endabschnitt einer Anschlussende Kupferleitung C2 verbunden. Auf diese Weise werden die elektromagnetische Spule 41, die Thermosicherung 5 und der thermisch betätigte Schalter 6 in Reihe geschaltet. Ein wicklungsseitiger Anfangsendabschnitt 41s der elektromagnetischen Spule 41, der um den Spulenkörper 42 gewickelt ist, ist mit einer Klemme (z.B. der Minusseite) in einem Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 (siehe 2) verbunden, und der andere Endabschnitt des Verbindungsabschlusses ist mit der anderen Klemme (z.B. der Plusseite) im Verbinder für die elektrische Energieversorgung 44 verbunden.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 4 die Anordnungsposition der Thermosicherung 5 und des thermisch betätigten Schalters 6 beschrieben und ein Beispiel für die Sollwerte der Betriebstemperatur Tf und der Schalttemperatur Ts beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Thermosicherung 5 auf der Außenfläche (d.h. der ankerseitigen Endfläche) des ersten Flanschabschnitts 422 des Spulenkörpers 42 angeordnet, um die Reibungswärme zwischen dem Rotor 2 und dem Anker 3 leicht zu erfassen. Andererseits ist der thermisch betätigte Schalter 6 innerhalb des Rotors 2 und an einer Position näher an der Seite des anderen Endflächenabschnitts des Rotors 2 (d.h. des Endflächenabschnitts auf der dem Anker 3 gegenüberliegenden Seite) als die Thermosicherung 5 angeordnet, so dass die Reibungswärme nicht leicht erfasst werden kann. Genauer gesagt, ist der thermisch betätigte Schalter 6 auf einer spulenseitigen Oberfläche 41a angeordnet, die der äußerste Umfangsabschnitt der elektromagnetischen Spule 41 ist, der um den zylindrischen Abschnitt 421 des Spulenkörpers 42 gewickelt ist, so dass die Reibungswärme schwer zu erfassen ist und die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 leicht zu erfassen ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist davon auszugehen, dass die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 auf einen ausreichend niedrigeren Wert (z.B. 155°C) eingestellt ist als der herkömmliche Sollwert (z.B. 180°C). Je niedriger die Betriebstemperatur Tf, desto kürzer die erforderliche Zeit (Sicherungsreaktionszeit) von dem Blockieren der rotierenden Welle 9 bis zur Betätigung der Thermosicherung 5 und desto kürzer die Zeit für die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule 41 im blockierten Zustand. Je niedriger also die Betriebstemperatur Tf, desto höher die Zuverlässigkeit beim Schutz von Komponenten wie dem Lager 7 des Rotors 2 und des Antriebsriemens sowie des Motors oder dergleichen. In einem Fall, in dem die Betriebstemperatur Tf nicht mehr als 155°C beträgt, ist es möglich, eine Thermosicherung 5 ohne Blei einzusetzen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schalttemperatur Ts des thermisch betätigten Schalters 6 so eingestellt, dass sie mit der Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 übereinstimmt. Das heißt, die Schalttemperatur Ts und die Betriebstemperatur Tf werden auf den gleichen Wert eingestellt (z.B. 155°C). Wenn der elektromagnetischen Spule 41 elektrische Energie zugeführt wird, steigt aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41, die ihrerseits durch die elektrische Energieversorgung verursacht wird, die Temperatur der elektromagnetischen Spule 41 und die Temperatur ihres Umfangs. Die maximal erreichbare Temperatur Tmax der elektromagnetischen Spule 41 durch die Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule 41, die selbst unter den schwersten denkbaren Bedingungen (Umgebungstemperatur o.ä.) liegt, beträgt beispielsweise etwa 170°C. Dieser Temperaturanstieg durch Selbsterhitzung ist an der Spulenseitenfläche 41a höher als an der Außenfläche des ersten Flanschabschnitts 422 des Spulenkörpers 42. Wenn also im Normalbetrieb, in dem die rotierende Welle 9 nicht blockiert ist, die Temperatur der Spulenseitenfläche 41a durch Selbsterhitzung ansteigt, um z.B. 155°C zu erreichen, ist die Temperatur T1 in der Nähe der auf der Außenfläche des ersten Flanschabschnitts 422 des Spulenkörpers 42 angeordneten Thermosicherung 5 (Umgebungstemperatur der Thermosicherung) niedriger als 155°C. Wenn also beispielsweise der Sollwert der Schalttemperatur Ts und der Sollwert der Betriebstemperatur Tf gleich sind, auch wenn die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 auf einen niedrigeren Wert als den konventionellen Wert eingestellt ist, ist es möglich, die Stromversorgung der elektromagnetische Spule 41 durch den thermisch betätigten Schalter 6 so EIN/AUS zu schalten, dass die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 nicht überschreitet. Auf diese Weise ist in der vorliegenden Ausführungsform der thermisch betätigte Schalter 6 an einer Stelle angeordnet, an der die Reibungswärme zwischen Rotor 2 und Anker 3 schwer zu erfassen ist und an der die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 leicht zu erfassen ist, wodurch eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 durch den thermisch betätigten Schalter 6 verhindert wird.
Anschließend wird der intermittierende Betrieb der Leistungsübertragung zum Kompressor durch die elektromagnetische Kupplung 1 mit der oben genannten Konfiguration kurz beschrieben.
Zunächst wird in einem Zustand, in dem die Thermosicherung 5 und der thermisch betätigte Schalter 6 nicht betätigt werden, d.h. in einem Zustand, in dem die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung die Betriebstemperatur Tf nicht erreicht und in dem die Temperatur T2 in der Nähe des thermisch betätigten Schalters 6 (nachfolgend als Schalterumgebungstemperatur bezeichnet) die Schalttemperatur Ts (T1 < Tf, und T2 < Ts) nicht erreicht, der intermittierende Betrieb der Leistungsübertragung beschrieben. In diesem Zustand wird die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 durch die fahrzeugseitige Klimasteuerung EIN/AUS gesteuert. Zunächst wird der Rotor 2 durch die vom Motor abgegebene Antriebskraft gedreht. In diesem Zustand, wenn der elektromagnetischen Spule 41 elektrische Energie zugeführt wird, magnetisiert die elektromagnetische Spuleneinheit 4 den Rotor 2 und bewirkt, dass der Anker 3 durch die elektromagnetische Kraft zum Rotor 2 angezogen wird, wodurch sich der Anker 3 und der Rotor 2 durch die Reibungskraft dazwischen synchron miteinander drehen. Die Drehkraft des Ankers 3 wird über die Nabe 31 auf die rotierende Welle 9 übertragen, und die rotierende Welle 9 dreht sich, um den Verdichtungsvorgang des Kompressors durchzuführen. Wird dagegen die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 durch die fahrzeugseitige Klimaanlagensteuerung unterbrochen, wird der Rotor 2 entmagnetisiert und der Anker 3 durch die Rückstellkraft der Blattfeder 33 vom Rotor 2 getrennt. Die Drehung des Rotors 2 wird nicht auf den Anker 3 übertragen, und die Drehung der rotierenden Welle 9 stoppt, um den Verdichtungsvorgang des Kompressors zu stoppen.
Als nächstes wird beispielsweise der Betrieb im Normalbetrieb beschrieben, bei dem der elektromagnetischen Spule 41 von der Klimasteuerung elektrische Energie zugeführt wird und bei dem die rotierende Welle 9 nicht blockiert ist und in einem Zustand, in dem die Schalterumgebungstemperatur T2 aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 (T1 < Tf und T2 Ts≥) die Schalttemperatur Ts überschreitet. In diesem Zustand überschreitet die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung nicht die Betriebstemperatur Tf, die auf die gleiche Temperatur wie die Schalttemperatur Ts eingestellt ist. Somit funktioniert die Thermosicherung 5 nicht durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41. Andererseits bewegt der thermisch betätigte Schalter 6 sein Bimetall-Element in die AUS-Richtung der Stromversorgung, um die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 abzuschalten (zu unterbrechen). Dadurch wird der Anker 3 vom Rotor 2 getrennt, und die Drehung der rotierenden Welle 9 stoppt und stoppt den Verdichtungsvorgang des Kompressors. Gleichzeitig wird die Schalterumgebungstemperatur T2 (d.h. die Temperatur der Spulenseitenfläche 41a in der vorliegenden Ausführungsform) gesenkt. Wenn die Schalterumgebungstemperatur T2 niedriger wird als z.B. die Schalttemperatur Ts, bewegt der thermisch betätigte Schalter 6 sein Bimetall-Element in die EIN-Richtung der Stromversorgung, um die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 einzuschalten (Wiederversorgung mit elektrischer Energie). Nach dem Abschalten der Stromversorgung durch den thermisch betätigten Schalter 6 wird die Schalterumgebungstemperatur T2 schnell auf ein Niveau unterhalb der Schalttemperatur Ts abgesenkt, so dass die Haltezeit des Kompressors so kurz ist, dass sie vernachlässigbar ist. Dementsprechend wird der Betrieb der Klimaanlage nicht stark beeinträchtigt, und es besteht keine Möglichkeit großer Schwankungen der Fahrzeuginnentemperatur.
Als nächstes, z.B. in dem Zustand, in dem der elektromagnetischen Spule 41 von der Klimasteuerung elektrische Energie zugeführt wird und in dem die Schalterumgebungstemperatur T2 stabilisiert wird, ohne die Schalttemperatur Ts (T2 < Ts) durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 zu überschreiten, ist ein Betrieb, wenn die rotierende Welle 9 zu verriegeln beginnt. In der vorliegenden Ausführungsform stimmen die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 und die Schalttemperatur Ts des thermisch betätigten Schalters 6 überein, und außerdem ist die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung unmittelbar vor Beginn des Blockierens der rotierenden Welle 9 auf einem niedrigeren Wert als die Schalterumgebungstemperatur T2 stabil. Somit besteht bei blockierter rotierender Welle 9 keine Möglichkeit, dass die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 die Betriebstemperatur Tf überschreitet. Wenn jedoch die rotierende Welle 9 zu blockieren beginnt, wird durch die Reibung zwischen Rotor 2 und Anker 3 Reibungswärme erzeugt, und es kann vorkommen, dass die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung aufgrund der Reibungswärme die Betriebstemperatur Tf überschreitet. Das heißt, wenn die Thermosicherung 5 vor dem thermisch betätigten Schalter 6 in einem Zustand arbeitet, in dem die Schalterumgebungstemperatur T2 stabil ist, ohne die Schalttemperatur Ts zu überschreiten, wurde die rotierende Welle 9 blockiert. Herkömmlicherweise wird die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 beispielsweise auf 180°C eingestellt, während sie in der vorliegenden Ausführungsform auf 155°C eingestellt ist. So ist es in einem Fall, in dem die rotierende Welle 9 zu blockieren beginnt, möglich, die Stromversorgung der Elektromagnetspule 41 durch die Thermosicherung 5 schnell zu unterbrechen. Dadurch wird nach dem Blockieren der rotierenden Welle 9 der Anker 3 in kürzerer Zeit als beim Stand der Technik vom Rotor 2 getrennt, wodurch eine übermäßige Belastung der Antriebsquellenseite wie Maschine oder Motor vermieden wird. Gleichzeitig ist es möglich, Schäden an Komponenten wie dem Lager 7 des Rotors 2 und dem Antriebsriemen zu vermeiden, um eine sichere Fahrt des Fahrzeugs zu gewährleisten.
In der elektromagnetischen Kupplung 1 der vorliegenden Ausführungsform schaltet der thermisch betätigte Schalter 6 die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 so EIN/AUS, dass die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 selbst die Betriebstemperatur Tf nicht überschreitet. Dadurch ist es im Normalbetrieb, in dem die rotierende Welle 9 nicht blockiert ist, möglich, eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 durch den thermisch betätigten Schalter 6 zu verhindern. Da es also möglich ist, eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 zu verhindern, kann die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 ohne Berücksichtigung der maximal erreichbaren Temperatur Tmax durch die Eigenerwärmung der elektromagnetische Spule 41 eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 auf ein niedrigeres Niveau als nach dem Stand der Technik einzustellen, um die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 schnell zu unterbrechen. So wird beispielsweise auch in einer Niedertemperaturatmosphäre, in der die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit durch die Reibungswärme des Ankers 3 und des Rotors 2 niedrig ist, die Zeit der elektrischen Energieversorgung im blockierten Zustand verkürzt und es ist möglich, Komponenten wie das Lager des Rotors und den Antriebsriemen sowie die Antriebsquelle wie den Motor zuverlässiger zu schützen. Auf diese Weise ist es möglich, eine elektromagnetische Kupplung 1 vorzusehen, die auch in einer Niedertemperaturatmosphäre die erforderliche Zeit (Sicherungsreaktionszeit) ab dem Zeitpunkt, zu dem die rotierende Welle 9 blockiert ist, bis zum Zeitpunkt, zu dem die Thermosicherung betätigt wird, verkürzen kann, während eine Fehlfunktion der Temperatursicherung durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule verhindert oder unterdrückt wird.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform der thermisch betätigte Schalter 6 an einer Position angeordnet, die sich innerhalb des Rotors 2 befindet und näher an der Seite des anderen Endflächenabschnitts des Rotors 2 (d.h. auf der dem Anker 3 gegenüberliegenden Endflächenabschnittsseite) als die Thermosicherung 5 liegt. Dadurch ist der thermisch betätigte Schalter 6 an einer Position angeordnet, an der die Reibungswärme zwischen Rotor 2 und Anker 3 schwer zu erfassen ist, und so ist es möglich, den Einfluss der Reibungswärme auf die Selbsterhitzung der elektromagnetischen Spule 41 durch den thermisch betätigten Schalter 6 zu reduzieren. Genauer gesagt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Thermosicherung 5 auf der Außenfläche des ersten Flanschabschnitts 422 des Spulenkörpers 42 angeordnet, und der thermisch betätigte Schalter 6 ist auf der Spulenseitenfläche 41a des Spulenkörpers 42 angeordnet. Somit kann die Thermosicherung 5 an einer Stelle angeordnet werden, an der die Reibungswärme leicht erkannt wird und an der die Eigenerwärmung schwer zu erkennen ist, und der thermisch betätigte Schalter 6 kann an einer Stelle angeordnet werden, an der die Reibungswärme schwer zu erkennen ist und an der die Eigenerwärmung leicht erkannt wird. Dementsprechend ist es möglich, die Genauigkeit der Selbsterwärmung durch den thermisch betätigten Schalter 6 zu verbessern und gleichzeitig eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 durch die Selbsterwärmung zu vermeiden.
Darüber hinaus kann in der vorliegenden Ausführungsform die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 auf ein ausreichend niedrigeres Niveau eingestellt werden als beispielsweise im Stand der Technik, das etwa 155°C oder weniger als 155°C beträgt. So ist es möglich, eine preiswerte, bleifreie, durchgebrannte Sicherung als Thermosicherung 5 einzusetzen und hervorragende Vorteile im Hinblick auf den Umweltschutz zu bieten.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform die Thermosicherung 5 und der thermisch betätigte Schalter 6 wie vorstehend beschrieben angeordnet, und dann wird die Schalttemperatur Ts des thermisch betätigten Schalters 6 so eingestellt, dass sie mit der Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 (also Ts = Tf) übereinstimmt. In der elektromagnetischen Kupplung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist es im Vergleich zu dem Fall, in dem die Betriebstemperatur Tf wie in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise auf 155°C und die Schalttemperatur Ts auf einen Wert unterhalb der Betriebstemperatur Tf (z.B. 150°C) (d.h. Ts < Tf) eingestellt ist, möglich, die Anzahl der Schaltvorgänge des thermisch betätigten Schalters 6 durch die Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, in der elektromagnetischen Kupplung 1 der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Betrieb der Klimaanlage erforderlich ist, die Zeitspanne zu verkürzen, in der der Kompressor in Ruhe gehalten werden muss, um eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 durch Selbsterhitzung zu verhindern, und somit ist es dem Fahrer oder dergleichen möglich, im Fahrzeug zu fahren oder dergleichen ohne Unannehmlichkeiten zu erleben.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schalttemperatur Ts so eingestellt, dass sie mit der Betriebstemperatur Tf übereinstimmt; sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Schalttemperatur Ts kann auf einen niedrigeren Wert als die Betriebstemperatur Tf eingestellt werden. Dadurch kann eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 durch die Eigenerwärmung zuverlässiger verhindert werden. Darüber hinaus ist in der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform der thermisch betätigte Schalter 6 auf der Spulenseitenfläche 41a angeordnet, die der äußerste Umfangsabschnitt der elektromagnetischen Spule 41 ist; er ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise der thermisch betätigte Schalter 6 auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 421 des Spulenkörpers 42 oder innerhalb der elektromagnetischen Spule 41 zwischen dieser äußeren Umfangsfläche und der Spulenseitenfläche 41a angeordnet sein. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnung der Thermosicherung 5 und des thermisch betätigten Schalters 6 nicht auf die in 2 dargestellte Anordnung beschränkt. Die Thermosicherung 5 kann an einer Stelle angeordnet werden, an der die Reibungswärme leicht erkannt wird und an der die Eigenerwärmung schwer zu erkennen ist, und andererseits kann der thermisch betätigte Schalter 6 an einer Stelle angeordnet werden, an der die Reibungswärme schwer zu erkennen ist und an der die Eigenerwärmung leicht erkannt wird.
Die 5 und 6 veranschaulichen den Aufbau der elektromagnetischen Kupplung 1 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine Schnittansicht der elektromagnetischen Kupplung 1, und 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptabschnitts davon. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Anordnungsposition des thermisch betätigten Schalters 6. Die gleichen Bezugszahlen werden verwendet, um Elemente zu bezeichnen, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, und ihre Beschreibung wird weggelassen, und es werden nur verschiedene Elemente beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform ist der thermisch betätigte Schalter 6 in der Nähe der Thermosicherung 5 angeordnet. Genauer gesagt, ist der thermisch betätigte Schalter 6 auf der Außenfläche des ersten Flanschabschnitts 422 des Spulenkörpers 42 und in der Nähe der Thermosicherung 5 angeordnet. So sind in der zweiten Ausführungsform die Thermosicherung 5 und der thermisch betätigte Schalter 6 am ersten Flanschabschnitt 422 angeordnet.
Darüber hinaus wird in der zweiten Ausführungsform die Schalttemperatur Ts des thermisch betätigten Schalters 6 niedriger als die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5 und die Temperaturdifferenz ΔTfs zwischen der Betriebstemperatur Tf und der Schalttemperatur (= Tf - Ts) kleiner als eine vorgegebene Temperaturdifferenz ΔTos eingestellt. Die vorgegebene Temperaturdifferenz ΔTos ist ein Wert, der durch Subtraktion der Schalttemperatur Ts von einer vorgegebenen Überschwingungsmaximaltemperatur To in einem nachfolgend beschriebenen Überschwingungsphänomen erhalten wird, und somit kann die vorgegebene Temperaturdifferenz ΔTos vorher bestimmt werden und beträgt beispielsweise etwa 15°C. So wird beispielsweise wie bei der ersten Ausführungsform die Betriebstemperatur Tf auf 155°C und die Schalttemperatur Ts auf niedriger als die Betriebstemperatur Tf und auf 150°C eingestellt, so dass ΔTfs kleiner als ΔTos (= 15°C) sein kann (d.h. Ts < Tf und Tfs Δ< Tos). In der zweiten Ausführungsform entspricht die vorgegebene Temperaturdifferenz ΔTos dem „vorgegebenen Wert“ der vorliegenden Erfindung.
Anschließend wird der intermittierende Betrieb der Kraftübertragung in Bezug auf den Kompressor durch die elektromagnetische Kupplung 1 der zweiten Ausführungsform kurz beschrieben. Der Betrieb der elektromagnetischen Kupplung 1 in dem Zustand, in dem die Thermosicherung 5 und der thermisch betätigte Schalter 6 nicht betätigt werden (T1 < Tf, und T2 < Ts), und der Betrieb der elektromagnetischen Kupplung 1 während des Normalbetriebs, in dem die rotierende Welle 9 nicht blockiert ist, sondern in einem Fall, in dem die Schalterumgebungstemperatur T2 die Schalttemperatur Ts (T1 < Tf, und T2 ≥ Ts) überschreitet, sind dem Betrieb in der ersten Ausführungsform ähnlich, so dass eine Beschreibung davon weggelassen wird. Im Folgenden wird beispielsweise der Betrieb in einem Fall beschrieben, in dem die rotierende Welle 9 in einem Zustand zu blockieren beginnt, in dem der elektromagnetischen Spule 41 von der Klimasteuerung elektrische Energie zugeführt wird und in dem aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule 41 die Schalterumgebungstemperatur T2 stabil ist, ohne die Schalttemperatur Ts (T2 < Ts) (Zustand A) zu überschreiten.
7 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Änderung der Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung, wenn die rotierende Welle 9 im Zustand A (t < t1) zu blockieren beginnt. In 7 zeigt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung an. Wenn die rotierende Welle 9 zum Zeitpunkt t1 zu blockieren beginnt, steigt die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung aufgrund der Reibungswärme an. In der zweiten Ausführungsform ist der thermisch betätigte Schalter 6 in der Nähe der Thermosicherung 5 angeordnet, so dass sich die Temperaturänderung in der Schalterumgebungstemperatur T2 und die Temperaturänderung in der Thermosicherung Umgebungstemperatur T1 annähern. Somit veranschaulicht 7 auch ein Beispiel für die Temperaturänderung in der Schalterumgebungstemperatur T2. Darüber hinaus wird in der zweiten Ausführungsform die Schalttemperatur Ts des thermisch betätigten Schalters 6 so eingestellt, dass sie niedriger ist als die Betriebstemperatur Tf der Thermosicherung 5, und wenn also die Temperatur T1 (= die Schalterumgebungstemperatur T2) die Schalttemperatur Ts (t = t2) überschreitet, arbeitet der thermisch betätigte Schalter 6 vor der Thermosicherung 5, um die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule 41 abzuschalten.
In diesem Fall wird beim Abschalten der Stromversorgung der Anker 3 vom Rotor 2 getrennt, so dass nach dem Abschalten der Stromversorgung keine Reibungswärme neu erzeugt wird. So wird beispielsweise eine vorgegebene Zeitspanne benötigt, um die Reibungswärme, die durch die Zeit unmittelbar vor dem Abschalten der Stromversorgung erzeugt und über den Anschlussabschnitt 23 in den Rotor 2 eingebracht wurde, über den gesamten Rotor 2 zu übertragen. So steigt die Temperatur im Rotor 2 auch nach dem Abschalten der Stromversorgung, wie in 7 dargestellt, für eine vorgegebene Zeitspanne weiter an (z.B. t2 < t4 für ca. 30 Sekunden) und wird gesenkt, wenn die zugeführte Reibungswärme vollständig über den gesamten Rotor 2 übertragen wurde (t = t4). Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass ein Überschwingungsphänomen entsteht, bei dem auch nach dem Abschalten der Stromversorgung die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung (= T2) die auf eine vorgegebene maximale Temperatur To zu erhöhende Schalttemperatur Ts übersteigt (überschwingt).
In einem Fall, in dem die rotierende Welle 9 blockiert ist, wurde ein schwerwiegender Fehler im Kompressor verursacht, und so ist es nach dem Blockieren notwendig, die Thermosicherung 5 zuverlässig zu betreiben, um die Stromversorgung der elektromagnetischen Spule 41 abzuschalten und die Verbindung zwischen Rotor 2 und Anker 3 zwangsweise zu lösen. Selbst wenn beispielsweise die Schalttemperatur Ts niedriger als die Betriebstemperatur Tf eingestellt ist, in einem Fall, in dem die Temperaturdifferenz ΔTfs zwischen der Betriebstemperatur Tf und der Schalttemperatur Ts größer ist als die Temperaturdifferenz ΔTos (d.h. der Überschwingungsbetrag) zwischen der vorgegebenen Maximaltemperatur To im Überschwingungsphänomen und der Schalttemperatur Ts (ΔTfs > ΔTos), kann die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung vor Erreichen der Betriebstemperatur Tf abgesenkt werden. Somit wird vor Beginn des Betriebs der Thermosicherung 5 die Umgebungstemperatur T1 der Thermosicherung niedriger als die Schalttemperatur Ts, und die Stromversorgung kann durch den thermisch betätigten Schalter 6 wiederhergestellt werden. In diesem Zusammenhang wird in der zweiten Ausführungsform die Temperaturdifferenz ΔTfs zwischen der Betriebstemperatur Tf und der Schalttemperatur Ts so eingestellt, dass sie kleiner als eine vorgegebene Temperaturdifferenz ΔTos (15°C) ist. Dementsprechend ist es möglich, die Thermosicherung 5 zuverlässig zu betreiben, so dass die Stromversorgung nach dem Blockieren der rotierenden Welle 9 durch den thermisch betätigten Schalter 6 nicht wiederhergestellt werden kann. Die Temperaturdifferenz ΔTfs zwischen der Betriebstemperatur Tf und der Schalttemperatur Ts ist nicht auf 5°C begrenzt, sondern kann entsprechend eingestellt werden, so dass sie kleiner als die Temperaturdifferenz ΔTos (Überschwingungsbetrag) ist.
Darüber hinaus wird in der zweiten Ausführungsform, wie in den 5 und 6 dargestellt, auch wenn der thermisch betätigte Schalter 6 beispielsweise in der Nähe der Thermosicherung 5 auf der Außenfläche des ersten Flanschabschnitts 422 des Spulenkörpers 42 angeordnet ist, so eingestellt, dass Ts < Tf, und damit eine Fehlfunktion der Thermosicherung 5 durch Selbsterhitzung zuverlässig verhindert werden kann. Weiterhin ist der thermisch betätigte Schalter 6 auf der Außenfläche des ersten Flanschabschnitts 422 angeordnet, wodurch es möglich ist, den Raum an einem Abschnitt der Spulenseitenfläche 41a effektiv zu nutzen und den Außendurchmesser des Spulenkörpers 42 zu reduzieren.
Die Tf und Ts der obigen Ausführungsformen sind nur als Beispiel angegeben und ermöglichen eine entsprechende Einstellung. Darüber hinaus wird in den obigen Ausführungsformen beispielsweise die elektromagnetische Kupplung beschrieben, die an einem Kompressor befestigt ist, der in einem Fahrzeugklimaanlagensystem verwendet wird, wobei die Verwendung der elektromagnetischen Kupplung der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Sie gilt auch für andere Verwendungen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, sondern ermöglicht verschiedene Modifikationen und Variationen, die auf der technischen Idee der vorliegenden Erfindung basieren.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Elektromagnetische Kupplung
2: Rotor
3: Anker
4: elektromagnetische Spuleneinheit
5: Thermosicherung
6: thermisch betätigter Schalter
9: rotierende Welle
23: Verbindungsabschnitt (ein Endflächenabschnitt auf der Ankerseite)
41: elektromagnetische Spule
42: Spulenkörper
421: zylindrischer Teil
422: erster Flanschabschnitt
423: zweiter Flanschabschnitt
Tf: Betriebstemperatur
Ts: Schalttemperatur (vorgegebene Temperatur)
T1: Umgebungstemperatur der Thermosicherung
ΔTfs: Temperaturdifferenz zwischen der Betriebstemperatur und der Schalttemperatur (vorgegebene Temperatur)
ΔTos: vorgegebene Temperaturdifferenz (vorgegebener Wert)

Claims

Eine elektromagnetische Kupplung (1), die aufweist: einen Rotor (2), der durch die Kraft einer Antriebsquelle gedreht wird; einen Anker (3), der dem Rotor (2) gegenüber angeordnet und mit einer rotierenden Welle (9) einer angetriebenen Vorrichtung verbunden ist; eine elektromagnetische Spuleneinheit (4) mit einer elektromagnetischen Spule (41), die bewirkt, dass der Rotor (2) und der Anker (3) durch die der elektromagnetischen Spule (41) zugeführte elektrische Energie magnetisch aneinander angezogen werden; eine Thermosicherung (5), die in der Nähe eines Endflächenabschnitts des Rotors (2) auf der Ankerseite angeordnet und dazu konfiguriert ist, durchzubrennen, wenn eine Temperatur der Thermosicherung (5) eine vorbestimmte Betriebstemperatur überschreitet, um die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule (41) auf AUS zu schalten; und einen thermisch betätigten Schalter (6), der mit der elektromagnetischen Spule (41) zusammen mit der Thermosicherung (5) in Reihe verbunden ist, der in eine AUS-Richtung der elektrischen Energieversorgung bewegt wird, wenn die Temperatur des thermisch betätigten Schalters (6) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, und danach durch eine Temperaturabsenkung in eine EIN-Richtung der elektrischen Energieversorgung bewegt wird, und wobei der thermisch betätigte Schalter (6) die elektrische Energieversorgung der elektromagnetischen Spule (41) EIN/AUS schaltet, so dass eine Umgebungstemperatur der Thermosicherung (5) die Betriebstemperatur aufgrund der Eigenerwärmung der elektromagnetischen Spule (41) selbst nicht überschreitet, die durch die der elektromagnetischen Spule (41) zugeführte elektrische Energie erzeugt wird, wobei der thermisch betätigte Schalter (6) innerhalb des Rotors (2) und an einer Position näher an der anderen Seite des Endflächenabschnitts des Rotors (2) als die Thermosicherung (5) angeordnet ist.
Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetische Spuleneinheit (4) einen Spulenkörper (42) mit einem zylindrischen Abschnitt, um den die elektromagnetische Spule (41) gewickelt ist, und einem ersten Flanschabschnitt (422) aufweist, der an einem Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts und gegenüber dem ankerseitigen Endflächenabschnitt vorgesehen ist; die Thermosicherung (5) auf dem ersten Flanschabschnitt (422) angeordnet ist; und der thermisch betätigte Schalter (6) auf einer Spulenseitenfläche angeordnet ist, die der äußerste Umfangsabschnitt der elektromagnetischen Spule (41) ist, der um den zylindrischen Abschnitt gewickelt ist.
Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Temperatur des thermisch betätigten Schalters (6) so eingestellt ist, dass sie mit der Betriebstemperatur der Thermosicherung (5) übereinstimmt.
Kompressor, der mit einer elektromagnetischen Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgestattet ist.