JP2006250312A - 電磁式クラッチ - Google Patents
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Abstract
【課題】板ばねの押し付け力を簡単な構造で増大でき、省エネかつ小型の電磁式クラッチを提供する。
【解決手段】本発明によれば、アーマチュア板20がロータ10に吸着され、ロータ10の回転力がアーマチュア板20に伝達される際、アーマチュア板20の回転力が板ばね40を介して回転シャフト3に伝達される。ここで、板ばね40とアーマチュア板20との角度(以下、傾斜角という)を10°以上で63°以下に設定し、一般の電磁クラッチ1の傾斜角(約3°)と比較して大きくしている。実験によれば、傾斜角を10°に設定するときは、一般の電磁式クラッチよりトルク上昇効果が5%ほどのアップした。また、傾斜角を63°以下として、アーマチュア板20がロータ10から離脱し難くなる不具合を防止している。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明によれば、アーマチュア板20がロータ10に吸着され、ロータ10の回転力がアーマチュア板20に伝達される際、アーマチュア板20の回転力が板ばね40を介して回転シャフト3に伝達される。ここで、板ばね40とアーマチュア板20との角度(以下、傾斜角という)を10°以上で63°以下に設定し、一般の電磁クラッチ1の傾斜角(約3°)と比較して大きくしている。実験によれば、傾斜角を10°に設定するときは、一般の電磁式クラッチよりトルク上昇効果が5%ほどのアップした。また、傾斜角を63°以下として、アーマチュア板20がロータ10から離脱し難くなる不具合を防止している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、エンジン等の外部駆動源の回転力を圧縮機等の駆動機器に断続的に伝達する電磁式クラッチに関するものである。
従来、この種の電磁式クラッチとして、実開平7−35830号公報等に記載されたものが知られている。
この公報に記載された電磁式クラッチは、電磁コイルと、外部駆動源により回転されるロータと、ロータに着脱自在のアーマチュア板と、主軸に連結された連結部材と、アーマチュア板と連結部材を連結する板ばねとを有する構造となっている。
また、電磁コイルに通電されていないときは板ばねの弾発力によりアーマチュア板がロータから離隔するよう付勢され、ロータの回転力がアーマチュア板に伝達されることがない。一方、電磁コイルに通電されたときはアーマチュア板が板ばねに弾発力に抗してロータに吸着され、ロータとアーマチュア板が結合される。この両者の結合により、ロータの回転力がアーマチュア板に伝達され、次いで、アーマチュア板の回転力が板ばねを介して連結部材に伝達され、そして、連結部材の回転力が主軸に伝達される。
ここで、外部駆動源が自動車のエンジンであり、また、主軸が圧縮機の回転シャフトであるときは、電磁式クラッチの断続的な接続により、圧縮機が断続的に運転される。
実開平7−35830号公報
しかしながら、前記従来の電磁式クラッチでは、アーマチュア板とロータとの結合力を電磁コイルの起磁力にのみ頼っているため、圧縮機のトルク容量を増大させるためには、電磁コイル及びロータの大型化が避けられず、電磁クラッチの軽量化及び省電力化の阻害要因となっていた。また、電磁コイルの大型化により自己インダクタンスが増大するため、クラッチの切れが悪く、ロータからアーマチュア板が離脱するときに発生する離脱音が非常に大きくなっていた。更に、電磁コイルの起磁力が大きい分、アーマチュア板とロータとの結合初期時の同期時間が短く、ロータの回転力がアーマチュア板に対して衝撃力となって伝達され、圧縮機の内部部品に悪影響を与えるという問題点を有していた。
本発明の目的は前記従来の問題点に鑑み、板ばねの押し付け力を簡単な構造で増大でき、省エネかつ小型の電磁式クラッチを提供することにある。
本発明は前記課題を解決するため、請求項1の発明は、電磁コイルと、ロータと、ロータに着脱自在のアーマチュア板と、一端が主軸側に連結され他端がアーマチュア板に連結されるとともに、電磁コイルに通電されていないときはアーマチュア板がロータから離隔するよう付勢され、また、電磁コイルに通電されたときはアーマチュア板がその付勢力に抗してロータに吸着されるよう弾発力が設定された板ばねとを備えた電磁式クラッチにおいて、アーマチュア板がロートに吸着されたときに板ばねとアーマチュアとの間に形成される角度を10°以上で63°以下に設定した構造となっている。
請求項1の発明によれば、アーマチュア板がロータに吸着され、ロータの回転力がアーマチュア板に伝達される際、アーマチュア板の回転力が板ばねを介して主軸に伝達される。ここで、請求項1の発明は、板ばねとアーマチュア板との角度(以下、傾斜角という)を10°以上で63°以下に設定し、一般の電磁クラッチの傾斜角(約3°)と比較して大きくしている。実験によれば、傾斜角を10°に設定するときは、一般の電磁式クラッチよりトルク上昇効果が5%ほどのアップした。なお、傾斜角を63°以下としたのは、この角度を超えるときは押し付け力が強すぎ、電磁コイルへの通電を切ったときでも、アーマチュア板がロータから離脱し難くなるとい不具合を考慮したものである。
請求項2の発明は、電磁コイルと、ロータと、ロータに着脱自在のアーマチュア板と、一端が主軸側に連結され他端がアーマチュア板に連結されるとともに、電磁コイルに通電されていないときはアーマチュア板がロータから離隔するよう付勢され、また、電磁コイルに通電されたときはアーマチュア板がその付勢力に抗してロータに吸着されるよう弾発力が設定された板ばねとを備えた電磁式クラッチにおいて、板ばねの主軸側連結部分から他端への延在方向がアーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交差するとともに、アーマチュア板の板ばね連結部分と主軸を結ぶ結線方向との成す角度が鋭角になるよう設定した構造となっている。
請求項2の発明によれば、ロータからアーマチュア板に回転力が伝達されるとき、板ばねの延在方向がアーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交差しているため、板ばねに対してアーマチュア板から主軸側に向かって圧縮力が生ずる。ここで、板ばねは一般に傾斜角を有しているので、この圧縮力がアーマチュアをロータに向かって押し付ける押し付け力として作用する。
また、アーマチュア板の板ばね連結部分と主軸を結ぶ結線方向との成す角度(以下、配置角という)が鋭角となっている。ここで、配置角が小さくなるに従って(0°より大きい)、板ばねに生ずる前述の圧縮力が大きくなる。
請求項3の発明は、請求項1の傾斜角の設定(10°〜63°)と請求項2の配置角の設定(鋭角)の両者を有する電磁式クラッチである。請求項3の発明によれば、請求項1及び請求項2の作用が相乗的に作用し、アーマチュア板の押し付け力が更に向上し、電磁式クラッチの省エネ及び小型化を確実に実現することができる。
なお、板ばねを連結部材を介して主軸に連結するようにしても良い(請求項4)。また、板ばねへの応力集中を回避するため、板ばねの形状を緩やかに湾曲した形状で形成するようにしてもよい(請求項5)。更に、ロータに対するアーマチュア板の吸着力を向上させるため、ロータとアーマチュア板との対向面積を大きくするようにしても良い(請求項6)。更にまた、板ばねの両端に連結部材やアーマチュア板に結合するリブを設けるときは、板ばねと連結部材及びアーマチュア板との連結強度が向上する。
請求項1の本発明によれば、板ばねの傾斜角を大きくすることにより、アーマチュア板に対する板ばねの押し付け力が上昇するし、また、請求項2の発明によれば、板ばねの配置角を小さくするときは同じく板ばねの押し付け力が上昇し、更に、請求項3の発明によれば、請求項1及び請求項2の発明の作用が相乗的に作用し、板ばねの押し付け力が更に向上する。
このように板ばねの押し付け力が向上した分、電磁コイルの電力消費量を少なくできるし、また、電磁コイルのコイル巻数を少なくできる。これにより、電磁式クラッチの省エネ化及び小型化を図ることができる。
図1乃至図4は本発明に係る電磁気式クラッチの第1実施形態を示すもので、図1は電磁式クラッチの正面図、図2は電磁式クラッチの断面図、図3は押し付け力発生原理の説明図、図4は傾斜角と配置角によるトルク上昇率を比較するグラフである。
本実施形態に係る電磁式クラッチ1は圧縮機2に使用されているもので、圧縮機2の回転シャフト3への回転力を断続的に伝達する機能を有している。また、回転シャフト3の先端は環状のフランジ4aを有するボス部4に螺着しており、電磁式クラッチ1からの回転力が後述するようにフランジ4aを通じて伝達されるようになっている。
電磁式クラッチ1は環状のロータ10と、アーマチュア板20と、連結板30と、板ばね40とを有している。
ロータ10は、内輪11と、外輪12と、内輪11及び外輪12の前端を連結する前面プレート13とからなり、内輪11と外輪12との間に電磁コイル50が介在されている。電磁コイル50に通電するときはロータ10全体が電磁石となりアーマチュア板20を吸着するようになっている。
ロータ10の外輪12に形成されたベルト掛け溝12aには外部駆動源、例えば図示しない自動車エンジンの回転力が伝達されるベルト(図示しない)が巻き付けられている。また、内輪11の内側には圧縮機2のフロントハウジング5が貫通し、更に、フロントハウジング5と内輪11との間に玉軸受6が介装されている。以上のようにロータ10を構成することにより、エンジンの回転力がロータ10に伝達され、ロータ10がフロントハウジング5を中心に回転するようになっている。
アーマチュア板20は磁性体材料で形成されており、例えば鉄系の材料で形成されている。また、アーマチュア板20は環状に形成され、ロータ10の前面プレート13と間隔をおいて対向するよう配置されている。
連結板30は、アーマチュア板20の前方に間隔をおいて配置されているもので、図1に示すように、略正三角形状に形成された金属プレートで形成されている。連結プレート30の適所には防振ゴムが固着されている。防振ゴム31は連結板を貫通してアーマチュア板20の前面に当接しており、連結板30の振動を減衰する機能を有している。
板ばね40は、図1に示すように、中央に有する略三角形状の共通プレート41と、共通プレート41の各コーナから径方向に延在した3箇所のばね本体42とを有している。各ばね本体42の一端42aはリベット43で連結板30のコーナに固定され、他端42bはリベット44でアーマチュア板20に固定され、板ばね40の付勢力によりアーマチュア板20をロータ10の前面プレート13から離隔している。リベット43は板ばね40の一端42a、ワッシャ45、連結板30、ワッシャ46、ボス部4のフランジ4aと順次貫通して、各部材42a,45,30,46,4aを一体に連結しており、板ばね40を通じて伝達される回転力をボス部4に伝達するようになっている。
また、このばね本体42は、図1に示すように、一端42aから他端42bに向かって延びており、ばね本体42の延在方向がアーマチュア板20の回転方向(図1の2点鎖線矢印)に対して鈍角に交差するよう設計されている。即ち、図1に示すように、ばね本体42の延在方向(2点鎖線L1)とアーマチュア板20の外周と交わる点における接線(2点鎖線L2)とが鈍角βとなっている。また、図2に示すように、ばね本体42の両端42a,42bは連結板30及びアーマチュア板20に平行に形成されているが、一端42aと他端42bとの間は斜めに傾斜する傾斜部42cを有し、傾斜部42cがアーマチュア板20に対して所定角度(傾斜角α)で形成されている。更に、図1に示すように、ばね本体42の延在方向(2点鎖線L1)と回転シャフト3の中心とリベット44の中心を結んだ結線方向(2点鎖線L3)とは所定角度(配置角θ)で交差しており、この配置角θが鋭角となっている。
本実施形態によれば、電磁コイル50に通電されていないときは、ロータ10とアーマチュア板20は離隔しており、ロータ10の回転力がアーマチュア板20に伝達されることはない。
一方、電磁コイル50に通電されたときはロータ10が電磁石となる。これにより、ロータ10に起磁力が発生するため、板ばね40の付勢力に抗してアーマチュア板20がロータ10の前面プレート13に吸着され、ロータ10とアーマチュア板20が結合する。両者の結合により、ロータ10の回転力がアーマチュア板20に伝達され、この回転力が板ばね40、連結板30、ボス部40、回転シャフト3と順次伝達され、回転シャフト3が回転する。この回転シャフト3の回転力により圧縮機2が冷媒の吸入・圧縮作用を発揮する。
ここで、本実施形態に係る電磁式クラッチ1はアーマチュア板20の回転力と板ばね40の延在方向が鈍角βで交わっているため、アーマチュア板20の回転力がばね本体42の圧縮力として作用する。また、ばね本体42の傾斜部42cが傾斜角αとなっているため、この圧縮力の下方向分力がアーマチュア板20をロータ10に向かって押し付ける押し付け力として作用する。更に、前記傾斜角α及び配置角θの度合いにより押し付け力が変化する。
以上の作用を図3(a)(b)の説明図を参照して説明する。この図3(a)(b)で、圧縮力をP、圧縮力Pの水平分力をF、押付力をFn、アーマチュア板20とロータ10の摩擦による伝達力をT、アーマチュア板20とロータ10との摩擦抵抗をμ、リベット44の中心と回転シャフト3の中心との距離をL、回転シャフト3の中心と力Fの作用線とが直行する距離をr、傾斜角をα、配置角をθ、押し付け力によって発生するトルクをTnとするとき、以下のように電磁式クラッチ1の発生トルクの計算を行うことができる。
F=T/r……(1)
r=L・sinθ……(2)
(1)式に(2)式を代入して、
F=T/(L・sinθ)……(3)
一方、
Fn=F・tanα……(4)
(3)式を(4)式に代入して、
Fn=T・tanα/(L・sinθ)……(5)
また、
Tn=μ・Fn・L……(6)
(5)式を(6)式に代入して、
Tn=T・μ・tanα/(sinθ)……(7)
以上の点から、アーマチュア板20とロータ10との静摩擦トルクは板ばね40のトルクTnが付加された状態となっている。また、傾斜角αを大きくするに従ってトルクTnが大きくなり、配置角θを小さくすれば小さくするに従って同じくトルクTnが大きくなることが分かる。
r=L・sinθ……(2)
(1)式に(2)式を代入して、
F=T/(L・sinθ)……(3)
一方、
Fn=F・tanα……(4)
(3)式を(4)式に代入して、
Fn=T・tanα/(L・sinθ)……(5)
また、
Tn=μ・Fn・L……(6)
(5)式を(6)式に代入して、
Tn=T・μ・tanα/(sinθ)……(7)
以上の点から、アーマチュア板20とロータ10との静摩擦トルクは板ばね40のトルクTnが付加された状態となっている。また、傾斜角αを大きくするに従ってトルクTnが大きくなり、配置角θを小さくすれば小さくするに従って同じくトルクTnが大きくなることが分かる。
ここで、傾斜角α及び配置角θからトルク上昇率の変化を実験したところ、図4に示す結果が得られた。この実験では、配置角θを20°から60°まで5°刻みのものを用意し、また、傾斜角αを5°から60°まで5°刻みのものを用意した。この実験の結果、傾斜角αが大きいほど、また、配置角θが小さいほどトルク上昇率が高くなることが証明された。
また、この実験によれば、傾斜角を10°に設定するときは、一般の電磁クラッチ(傾斜角3°)よりトルク上昇効果が5%ほどアップした。なお、傾斜角を63°以下としたのは、この角度を超えるときは押し付け力が強すぎ、電磁コイル50への通電を切ったときでも、アーマチュア板20がロータ10から離脱し難くなるという不具合を考慮したものである。従って、傾斜角として10°〜63°が最も好適であることが分かった。
以上のように本実施形態に係る電磁式クラッチ1によれば、電磁コイル50への電流値を小さくすることができ、また、電磁コイル50の巻線回数を少なくできるため、ロータ10の小型化及び軽量化を図ることができるし、また、省電力化を図ることができる。電磁コイル50の小型化に伴い、自己インダクタンスが減少して電磁式クラッチ1の切れがよくなり、ロータ10からアーマチュア板20が離脱するときに発生する離脱音を小さくすることができる。
図5は電磁式クラッチの第2実施形態を示すものである。なお、前記第1実施形態と共通の構成部分は同一符号を用い、その説明を省略する。本実施形態に係る板ばね100は共通プレート101と、共通プレート101の各コーナから径方向に延在した3箇所のばね本体102とを有している。各ばね本体102の一端102aはリベット103で連結板30のコーナに固定され、他端102bはリベット104でアーマチュア板20に固定され、板ばね100の付勢力によりアーマチュア板20をロータの前面プレートから離隔している。また、各ばね本体102は湾曲して形成しており、前記第1実施形態と同様に傾斜部102cを形成している。本実施形態においても前記第1実施形態と同様の作用効果を発揮する。なお、その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
図6は電磁式クラッチの第3実施形態を示すものである。なお、前記第1実施形態と共通の構成部分は同一符号を用い、その説明を省略する。本実施形態に係る板ばね200は連結板30の各コーナ3箇所から径方向に延在したものとのとなっている。各板ばね200の一端200aはリベット201で連結板30のコーナに固定され、他端200bはリベット202でアーマチュア板20に固定され、各板ばね200の付勢力によりアーマチュア板20をロータの前面プレートから離隔している。また、各板ばね200は湾曲して形成しており、前記第1実施形態と同様に傾斜部202cを形成している。本実施形態においても前記第1実施形態と同様の作用効果を発揮する。なお、その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
図7は電磁式クラッチの第4実施形態を示すものである。なお、前記第1実施形態と共通の構成部分は同一符号を用い、その説明を省略する。本実施形態に係る板ばね300は連結板30の各コーナ3箇所から径方向に延在したものとのとなっている。各板ばね300は略T字状となっており、一端300aが幅広となっている。ここで、各板ばね300の一端300aはリベット301で連結板30のコーナに固定され、他端300bはリベット302でアーマチュア板20に固定され、各板ばね300の付勢力によりアーマチュア板20をロータの前面プレートから離隔している。また、前記第1実施形態と同様に傾斜部300cを形成している。
本実施形態に係る各板ばね300の一端300a側が幅広となっているため、板ばね300と連結板30との接触面積が大きくなり、各板ばね300の連結強度が向上する。なお、その他の構成、作用は前記第1実施形態と同様である。
図8は電磁式クラッチの第5実施形態を示すものである。なお、前記第1実施形態と共通の構成部分は同一符号を用い、その説明を省略する。本実施形態に係る板ばね400はアーマチュア板20の中央寄りに形成された環状の内側プレート401と、アーマチュア板20の周縁寄りに形成された環状の外側プレート402と、内側プレート401と外側プレート402を連結するよう一体に延在された3箇所のばね本体403とを有している。各ばね本体403の一端403aはリベット404で連結板30のコーナに固定され、他端403bはリベット405でアーマチュア板20に固定され、各ばね本体403の付勢力によりアーマチュア板20をロータの前面プレートから離隔している。また、前記第1実施形態と同様に傾斜部403cを形成している。
本実施形態によれば、環状の内側プレート401及び外側プレート402がアーマチュア板20全体に亘って形成されているため、各ばね本体403の付勢力がアーマチュア板20全体に付加され、アーマチュア板20をバランス良くロータ10に脱着できる。なお、その他の構成、作用は前記第1実施形態と同様である。
図9は電磁式クラッチの第6実施形態を示すものである。なお、前記第1実施形態と共通の構成部分は同一符号を用い、その説明を省略する。本実施形態に係る板ばね500は回転シャフト3に直接的に固定するタイプで、略卍状に4個のばね本体501を径方向に延在したものである。また、各ばね本体501の一端501aから他端501bに向かって傾斜部501cを有し、他端を501bをリベット502によりアーマチュア板20に連結している。このように、前記各実施形態の連結板を有しないタイプの電磁式クラッチにおいても、前記第1実施形態と同様の作用効果を発揮する。なお、その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
図10(a)(b)は前記各実施形態に係る板ばね40,100,200,300,400の変形例を示すもので、図10(a)は板ばね40〜400の一端42a,102a,200a,300a,403aを連結板30上面に形成した例を示し、図10(b)は板ばね40〜400の一端42a〜403aを連結板30の下面に形成した例を示している。
また、図10(a)に示す例は、連結板30の板ばね連結部位を斜め下方に曲げ、この曲げ部分に各板ばね40〜400の一端42a〜403aをリベット止めする一方、各板ばね40〜400の他端42b,102b,200b,300b,403bをアーマチュア板20の上面に対して緩やかに湾曲した状態でリベット止めしている。
他方、図10(b)に示す例は、連結板30の下面にリベット止めされる一端側42a〜403aを緩やかに湾曲させ、また、アーマチュア板20に上面にリベット止めされる他端42b〜403b側を緩やかに湾曲させている。
このように、各板ばね40〜400は先鋭な屈曲部分を形成していないため、各板ばね40〜400に対する応力集中を防止することができる。なお、屈曲部分を比較的大きな径となっているR形状とするようにしてもよい。
なお、前記各実施形態によれば、各板ばね40〜400の構造によりアーマチュア板20とロータ10との吸着力を向上させているが、アーマチュア板20とロータ10との対向面積を大きくして当該吸着力を向上させるようにしても良い。また、各板ばね40〜400はリベット固定するようになっているが、各板ばね40〜400の固定強度を向上させるため、このリベット固定に加えて、各板ばね40〜400に突起状のリブ(図示しない)を設け、このリブを連結板30やアーマチュア板20に結合するようにしても良い。
1…電磁式クラッチ、3…回転シャフト、10…ロータ、20…アーマチュア板、30…連結板、40,100,200,300,400,500…板ばね、42a,102a,200a,300a,403a…一端、42b,102b,200b,300b,403b…他端、50…電磁コイル。
Claims (7)
- 電磁コイルと、ロータと、該ロータに着脱自在のアーマチュア板と、一端が主軸側に連結され他端が該アーマチュア板に連結されるとともに、該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板ばねとを備えた電磁式クラッチにおいて、
前記アーマチュア板が前記ロータに吸着されたときに前記板ばねと該アーマチュアとの間に形成される角度を10°以上で63°以下に設定した
ことを特徴とする電磁式クラッチ。 - 電磁コイルと、ロータと、該ロータに着脱自在のアーマチュア板と、一端が主軸側に連結され他端が該アーマチュア板に連結されるとともに、該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板ばねとを備えた電磁式クラッチにおいて、
前記板ばねの主軸側連結部分から他端への延在方向が前記アーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交差するとともに、該アーマチュア板の板ばね連結部分と前記主軸を結ぶ結線方向との成す角度が鋭角になるよう設定した
ことを特徴とする電磁式クラッチ。 - 電磁コイルと、ロータと、該ロータに着脱自在のアーマチュア板と、一端が主軸側に連結され他端が該アーマチュア板に連結されるとともに、該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板ばねとを備えた電磁式クラッチにおいて、
前記アーマチュア板が前記ロータに吸着されたとき、前記板ばねと該アーマチュアとの間に形成される角度を10°以上で63°以下に設定し、
前記板ばねの主軸側連結部分から他端への延在方向が前記アーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交差するとともに、該アーマチュア板の板ばね連結部分と前記主軸を結ぶ結線方向との成す角度が鋭角になるよう設定した
ことを特徴とする電磁式クラッチ。 - 前記板ばねは前記主軸に対して連結部材を介して連結した
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項記載の電磁式クラッチ。 - 前記板ばねは緩やかに湾曲してなる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項記載の電磁式クラッチ。 - 前記ロータと前記アーマチュア板との対向面積を大きくした
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項記載の電磁式クラッチ。 - 前記板ばねの一端又は他端の少なくとも一方には前記連結部材又は前記アーマチュア板に結合するリブを有する
ことを特徴とする請求項4乃至請求項6の何れか一項記載の電磁式クラッチ。
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