JP2011085180A - 変速電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】より実用的な変速電磁クラッチを提供する。
【解決手段】本発明の変速電磁クラッチは、スクロール型圧縮機３のフロントハウジング５と駆動軸８とに装着される。コイル５７に負の方向で通電を行えば、固定磁石５９を除く固定コア本体５５の一部、可動コア６９及び第１アーマチュア８１で磁気回路が形成され、第１アーマチュア８１が固定コア本体５５に磁着する。また、コイル５７に正の方向で通電を行えば、可動磁石７１を除く可動コア６９の一部、第２アーマチュア８３及び固定コア本体５５で磁気回路が形成され、第２アーマチュア８３が可動コア６９に磁着する。こうして、この変速電磁クラッチでは、プーリ７９と駆動軸８との動力伝達を２種類の変速で行うことができるとともに、動力遮断も行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は変速電磁クラッチに関する。

特許文献１に従来の変速電磁クラッチが開示されている。この変速電磁クラッチは電動機に装着されることとされている。電動機は、ハウジングと、ハウジングから前端部が露出し、ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸とを備えている。

この変速電磁クラッチでは、電動機のハウジングの前面に磁性材料からなる第１固定コアが固定される。第１固定コアは前端側が開放されており、その内部には第１コイルが収納されている。また、第１固定コア及び第１コイルの前面には非磁性材料からなる遮磁部材が固定されており、遮磁部材の前面には磁性材料からなる第２固定コアが固定されている。第２固定コアも前端側が開放されており、その内部に第２コイルが収納されている。

駆動軸の前端部には太陽歯車が駆動軸の軸心と同心で回転可能に固定されている。太陽歯車は軸方向の後方に向かって突出するボス部を有しており、そのボス部にはアームが支持されている。ボス部とアームとの間には、アームを駆動軸の軸心と同心で回転可能に支承する軸受が設けられている。

また、駆動軸の前端側の先端にはボルトによってハブが固定されており、太陽歯車及びハブにはプーリが支持されている。プーリは磁性材料からなり、第１固定コアの外周まで延びている。太陽歯車及びハブとプーリとの間には、プーリを駆動軸の軸心と同心で回転可能に支承する軸受が設けられている。また、ハブには板ばねによってプーリと対面可能な第１アーマチュアが支持されている。

太陽歯車には第１遊星歯車が噛合している。また、プーリの内周面には内歯が形成されており、その内歯には第２遊星歯車が噛合している。第２遊星歯車は第１遊星歯車に噛合しており、第１遊星歯車は太陽歯車に噛合している。第１、２遊星歯車はアームに回転可能に支持されている。アームには板ばねによって第２固定コアと対面可能な第２アーマチュアが支持されている。

この変速電磁クラッチでは、第１コイルに通電を行い、第２コイルには通電を行わないことにより、第１固定コア、プーリ及び太陽歯車で磁気回路を形成することが可能である。このため、この状態では第１アーマチュアが第１コイルによる吸着力でプーリに磁着し、駆動軸の回転がボルト、ハブ及び第１アーマチュアを介してプーリに直接的に伝達される。

また、第２コイルに通電を行い、第１コイルには通電を行わないことにより、第２固定コア及び第２アーマチュアで磁気回路を形成することが可能である。このため、この状態では第２アーマチュアが第２コイルによる吸着力で第２固定コアに磁着し、アームがハウジングに固定される。このため、駆動軸の回転は、太陽歯車、第１遊星歯車及び第２遊星歯車を介してプーリに伝達される。

第１、２コイルに通電を行わなければ、第１、２アーマチュアは第１、２固定コアに磁着せず、駆動軸の動力はプーリに伝達されない。

こうして、この変速電磁クラッチは、駆動軸とプーリとの動力伝達を２種類の変速で行うことができるとともに、動力遮断も行うことができる。

また、特許文献２、３開示の変速電磁クラッチも知られている。これらの変速電磁クラッチは駆動軸に有効径の異なる２個のプーリが回転可能に設けられている。駆動軸と各プーリとの間には、各プーリを駆動軸の軸心と同心で回転可能に支承する軸受が設けられている。また、ハウジングには両プーリ間に位置するコイルが固定されており、コイル周りには磁性材料からなる固定コアが設けられている。コイルは通電される電流の正負が切替可能に構成されており、電流の正負を切り替えることにより２個のアーマチュアが選択的に固定コアに磁着するようになっている。各プーリは、各アーマチュアの選択的な磁着により、駆動軸と結合するようになっている。

この変速電磁クラッチにおいては、アーマチュアの磁着により有効径が大きいプーリで駆動軸を駆動させれば、駆動軸が高速で回転する。また、アーマチュアの磁着により有効径が小さいプーリで駆動軸を駆動させれば、駆動軸が低速で回転する。こうして、この変速クラッチにおいても、２種類の変速の下、プーリと駆動軸との動力伝達を２種類の変速で行うことができるとともに、動力遮断を行うことができる。

実開昭５７−１７４８２９号公報 実開昭５７−４６１３５号公報 実開昭５７−４４９３７号公報

しかし、上記特許文献１開示の変速電磁クラッチは遊星歯車を２種類採用しており、また上記特許文献２、３開示の変速電磁クラッチはプーリを２個採用しており、いずれも構造が複雑である。このため、より実用的な変速電磁クラッチが求められている。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、より実用的な変速電磁クラッチを提供することを解決すべき課題としている。

本発明の変速電磁クラッチは、ハウジングと、該ハウジングから前端部が露出し、該ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸とに装着される変速電磁クラッチであって、
前記ハウジングに固定され、内部のコイル室を前後内外で覆う磁性材料からなる壁部を有する固定コアと、
該コイル室内に収納され、通電される電流の正負が切替可能なコイルと、
該コイルに前端側で対面するように該固定コアに固定され、該コイルへの一方向の通電時に生じる該固定コア内の磁束と沿う磁束を有する永久磁石からなる固定磁石と、
該駆動軸の軸心と同心で回転可能に該ハウジングに設けられたロータと、
該ロータに固定され、後端側を除いて該固定コアを囲包する磁性材料からなる壁部を有する可動コアと、
該コイルに該前端側で対面するように該可動コアに固定され、該固定磁石の磁束と逆向きの磁束を有する永久磁石からなる可動磁石と、
該駆動軸の前記前端部に該駆動軸の軸心と同心で回転可能に設けられた太陽歯車と、
該ロータに固定された内歯歯車と、
該太陽歯車及び該内歯歯車と噛合する遊星歯車と、
該遊星歯車を該ハウジングに対して該駆動軸の軸心と同心で回転可能に支承するアームと、
該遊星歯車及び該アームとともに該ハウジングに対して該駆動軸の軸心と同心で回転可能なプーリと、
該可動コアに弾性的に設けられ、該固定磁石を介して該固定コアと磁着可能な第１アーマチュアと、
該プーリに弾性的に設けられ、該可動磁石を介して該可動コアと磁着可能な第２アーマチュアとを備えていることを特徴とする（請求項１）。

本発明の変速電磁クラッチは、固定コアのコイル室内にコイルが収納され、固定コアがその壁部でコイルを前後内外で覆っているとともに、可動コアがその壁部で後端側を除いて固定コアを囲包している。このため、コイルに一方向で通電を行えば、コイルは固定コア及び可動コアで磁気回路を形成しようとする。ここで、固定磁石の磁束は形成される磁気回路の磁束の方向と沿うことから、磁束は、固定コア及び固定磁石を通り、第１アーマチュアを通り難い。また、可動磁石の磁束は固定磁石の磁束と逆向きであることから、磁束は、可動コアの可動磁石以外の部分を通ることとなり、磁束が第２アーマチュアを通る。このため、第１アーマチュアは固定コア側に移動せず、第２アーマチュアがコイルによる吸着力で可動コア側に移動し、可動磁石を介して可動コアに磁着する。このため、この状態ではプーリがロータに固定され、プーリ、ロータ、内歯歯車及び遊星歯車が一体化される。このため、プーリの回転は駆動軸に等速で伝達される。

また、コイルに逆方向で通電を行えば、形成される磁気回路の磁束の方向と固定磁石の磁束とが逆向きになることから、磁束は、固定コアの固定磁石以外の部分を通ることとなり、磁束が第１アーマチュアを通る。また、可動磁石の磁束は形成される磁気回路の磁束と沿うことから、磁束は、可動コア及び可動磁石を通り、第２アーマチュアを通り難い。このため、第１アーマチュアがコイルによる吸着力で固定コア側に移動し、固定磁石を介して固定コアに磁着する。一方、第２アーマチュアは可動コア側に移動しない。このため、この状態では、ロータがハウジングに固定される。このため、遊星歯車は、固定された内歯歯車と噛み合うかたちで自転しながらプーリと同じ角速度で駆動軸周りを公転する。このため、駆動軸は自転する遊星歯車と噛み合うかたちで同じ回転数で回転する。このため、プーリの回転は駆動軸に増速で伝達される。

コイルに通電を行わなければ、第１、２アーマチュアは固定コア及び可動コアに磁着せず、プーリの動力は駆動軸に伝達されない。

こうして、この変速電磁クラッチは、プーリと駆動軸との動力伝達を２種類の変速で行うことができるとともに、動力遮断も行うことができる。また、この変速電磁クラッチは、遊星歯車を１種類採用しているだけである。また、プーリも１個採用しているだけであり、これを駆動するベルトも１本で済むため、構造が比較的簡易である。

したがって、この変速電磁クラッチはより実用的なものとなっている。

特に、この変速電磁クラッチは、コイルの両端に固定磁石及び可動磁石を有し、それら固定磁石及び可動磁石の磁束の向きを同じくした変速電磁クラッチと比較しても、より実用的なものとなっている。

すなわち、出願人は、コイルの両端側に固定磁石及び可動磁石を有し、それら固定磁石及び可動磁石の磁束の向きを同じくした変速電磁クラッチを先に提案している（特願２００９−８５７１号）。この提案の変速電磁クラッチでは、コイルに一方向で通電を行うと、第２アーマチュアが可動コアに磁着した時点で、可動磁石を除く可動コアの一部、第２アーマチュア及び固定コアで形成される磁気回路の磁束密度が上昇する。このため、第１アーマチュアを通る洩れ磁束が増え、第１アーマチュアが固定コアに磁着してしまい易い。

また、この提案の変則電磁クラッチでは、コイルに他方向で通電を行うと、第１アーマチュアが固定コアに磁着した時点で、固定磁石を除く固定コアの一部、第１アーマチュア及び可動コアで形成される磁気回路の磁束密度が上昇する。このため、第２アーマチュアを通る洩れ磁束が増え、第２アーマチュアが可動コアに磁着してしまい易い。

これに対し、本発明の変速電磁クラッチでは、コイルに他方向で通電を行うと、第１アーマチュアが固定コアに磁着した時点で、磁束が第１アーマチュアを高い密度で流れる。このため、可動磁石を流れる磁束の密度が減り、第２アーマチュアを通る洩れ磁束が増えることがないことから、第２アーマチュアが可動コアに磁着し難い。

このため、本発明の変速電磁クラッチでは、固定コアと第１アーマチュアとの間隙、可動コアと第２アーマチュアとの間隙、それらを隔てる弾性力、電流値等に自由度が増し、製造等が容易になる。

この変速電磁クラッチにおいて、アームは、遊星歯車を回転可能に保持するピンと、ピンとは別体とされ、プーリと一体に回転可能なアーム本体とからなり得る。そして、アーム本体とハウジングとの間に第１軸受が設けられ、ロータとアーム本体又はハウジングとの間に第２軸受が設けられていることが好ましい（請求項２）。この場合、プーリに作用する荷重がアーム本体に伝わり、アーム本体から第１軸受を介してハウジングに伝わる。このため、プーリに作用する荷重がピンを介して遊星歯車に伝わり難く、遊星歯車が好適に回転する。また、このためにピンや遊星歯車を大型化する必要がなく、小型化を実現できる。

また、第１軸受と第２軸受とはそれぞれ駆動軸の軸方向に沿うように配設されていることが好ましい（請求項３）。この場合、変速電磁クラッチの外径が小さくなり、車両等への搭載性が向上する。

また、固定コアは、コイル室を前後内外で覆う磁性材料からなる固定コア本体と、固定コア本体をハウジングに固定する非磁性材料からなるブラケットとからなることが好ましい（請求項４）。この場合、磁性材料からなる固定コア本体により、磁気回路の磁束を強めることができる。また、ブラケットにより固定コア本体を容易にハウジングに固定できる。さらに、ブラケットが非磁性体であるため、ブラケットやハウジングに対する磁束の漏れがなくなり、磁束回路の磁束密度がより密となることで、本発明の作用が顕著になる。

永久磁石としては、ファライト磁石を採用することも可能であるが、希土類磁石を採用することが好ましい（請求項５）。希土類磁石はフェライト磁石よりも磁力が大きいことから、誤作動を防止しつつ、電流値の制限を緩和することが可能になる。

実施例の変速電磁クラッチ等の断面図である。 実施例の変速電磁クラッチの断面図である。 実施例の変速電磁クラッチの軸直角断面図である。 実施例に係り、非通電時の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 実施例に係り、負の方向に通電した場合の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 実施例に係り、正の方向に通電した場合の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 実施例に係り、電流値の変化と第１、２アーマチュアの吸着力との関係を示すグラフである。 比較例に係り、非通電時の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 比較例に係り、負の方向に通電した場合の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 比較例に係り、負の方向に通電する電流値を大きくした場合の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 比較例に係り、正の方向に通電した場合の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 比較例に係り、正の方向に通電する電流値を大きくした場合の変速電磁クラッチの要部を示す模式図である。 比較例に係り、電流値の変化と第１、２アーマチュアの吸着力との関係を示すグラフである。

以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。

（実施例）
図１に示すように、実施例の変速電磁クラッチはスクロール型圧縮機３に装着されている。

スクロール型圧縮機３では、ハウジングがフロントハウジング５とリヤハウジング７とから構成されており、フロントハウジング５とリヤハウジング７とが複数本のボルト９により接合されている。フロントハウジング５内には固定スクロール１１が固定されており、固定スクロール１１には可動スクロール１３が噛合している。固定スクロール１１は、円板状の基板１１ａと、この基板１１ａから前端側に一体に突出する渦巻体１１ｂとからなる。可動スクロール１３は、円板状の基板１３ａと、この基板１３ａから後端側に一体に突出する渦巻体１３ｂとからなる。固定スクロール１１及び可動スクロール１３は、互いに噛み合うことにより、外周側から中心に向かって容積が小さくなる圧縮室１７を形成している。

また、フロントハウジング５内には隔壁１５が固定されており、隔壁１５には前方から軸受２１及び軸封装置２３が設けられている。この軸封装置２３及び軸受２１により駆動軸８が回転可能に設けられている。駆動軸８の前端部８ａは、フロントハウジング５のボス部５ｂから突出することによって露出している。隔壁１５と可動スクロール１３との間には背圧室１５ａが形成されている。背圧室１５ａは後述する吐出室７ａと連通している。

駆動軸８の後端には、駆動軸８の軸心から偏心して後方に突出する駆動ピン８ｂが一体に形成されている。駆動ピン８ｂにはブッシュ２７が回動可能に設けられている。ブッシュ２７はバランスウェイト２７ａを一体に有している。可動スクロール１３の基板１３ａには前方に突出するボス部１３ｃが形成されており、ボス部１３ｃとブッシュ２７との間には軸受３１が設けられている。また、隔壁１５と可動スクロール１３の基板１３ａとの間には、可動スクロール１３の公転を許容し、自転を防止する自転防止機構３３が設けられている。

フロントハウジング５及び隔壁１５によって吸入室５ａが形成されている。吸入室５ａは図示しない吸入口に接続された配管によって蒸発器に接続されている。圧縮室１７の外周側は、可動スクロール１３の公転角度に応じ、隔壁１５に形成された図示しない吸入通路により吸入室５ａに連通するようになっている。

また、固定スクロール１１の基板１１ａの中央には圧縮室１７の中央と連通する吐出ポート１１ｃが形成されている。リヤハウジング７内は吐出ポート１１ｃと連通する吐出室７ａとされている。基板１１ａには、吐出ポート１１ｃと当接する吐出弁３５と、この吐出弁３５のリフト量を規制するリテーナ３７とが固定ピン３９によって固定されている。吐出室７ａは吐出口７ｂに接続された配管によって図示しない凝縮器に接続されている。

この変速電磁クラッチでは、図２に示すように、非磁性材料からなるブラケット５１がフロントハウジング５の前面に固定されている。固定コア本体５５は、ともに磁性材料からなる前端部５５ａ及び後端部５５ｃからなる。ブラケット５１の前面側には後端部５５ｃが固定されている。この変速電磁クラッチでは、固定コア本体５５とブラケット５１とによって固定コアが形成されている。

前端部５５ａは、断面がコ字形状をしており、内周側及び外周側に一対の壁部５５ｂを有している。固定コア本体５５は前端部５５ａ及び後端部５５ｃにより内部にコイル室５５ｄを形成している。つまり、固定コア本体５５は、前端部５５ａの両壁部５５ｂと後端部５５ｃとが接合されることで、コイル室５５ｄを前後内外で覆っている。コイル室５５ｄにはコイル５７が収納された状態で固定されている。コイル５７は、図示しないバッテリに接続されており、コイル５７に通電される電流の正負は図示しないコントローラによって切替可能になっている。

固定コア本体５５には、コイル５７に前端側で対面するように複数個の永久磁石からなる固定磁石５９が固定されている。各固定磁石５９は、図４に示すように、駆動軸８の軸心側（図の下側）がＮ極、外周側（図の上側）がＳ極とされている。各固定磁石５９には希土類磁石が採用されている。

図２に示すように、フロントハウジング５のボス部５ｂの外周側には、第１軸受１４がサークリップ５ｃによって固定されており、第１軸受１４の外周側には筒状をなすアーム本体１６が設けられている。これにより、アーム本体１６は駆動軸８の軸心と同心で回転可能となっている。また、アーム本体１６は、図３に示すように、３個の切欠き１６ａを有している。アーム本体１６の各切欠き１６ａ間は、図２に示すように、軸方向に延びてプーリ７９とリベット３４によって固定されている。

ボス部５ｂの外周側にはロータ６７が設けられている。ロータ６７は、前端側に筒状をなすロータ本体６７ａが形成されており、後端側に可動コア６９が形成されている。このロータ６７では、ロータ本体６７ａと可動コア６９とが磁性材料によって一体に形成されている。可動コア６９は、固定コア本体５５の前端側に位置して、ロータ本体６７ａに固定されている。

ロータ６７の後端側にはフランジ部材１９が固定されている。ボス部５ｂとフランジ部材１９との間に第２軸受２０が設けられている。第２軸受２０はサークリップ１９ａによってフランジ部材１９に固定されている。第２軸受２０は第１軸受１４の後方に位置しており、第１軸受１４と第２軸受２０とは駆動軸８の軸方向に沿うようにフロントハウジング５上に配設されている。

可動コア６９は、全て磁性材料からなる前端部６９ａ及び一対の壁部６９ｂからなる。可動コア６９の内部には、後方が開放された空間６９ｃが形成されている。可動コア６９は、コイル５７の前端側に配置され、空間６９ｃ内に固定コア本体５５を収納することで、固定コア本体５５を囲包している。可動コア６９には、コイル５７に前端側で対面するように複数個の永久磁石からなる可動磁石７１が固定されている。各可動磁石７１は、図４に示すように、駆動軸８の軸心側（図の下側）がＳ極、外周側（図の上側）がＮ極とされている。各可動磁石７１には希土類磁石が採用されている。

図２に示すように、駆動軸８の先端部８ａには太陽歯車２６が固定されている。また、ロータ本体６７ａの内周面には内歯歯車２８が固定されている。そして、太陽歯車２６及び内歯歯車２８には３個の遊星歯車３０が噛合されている。各遊星歯車３０はアーム本体１６の切欠き１６ａ間に位置している。

各遊星歯車３０の軸心にはピン３２が回動可能に挿通されている。各ピン３２の先端はプーリ７９に固定されており、各ピン３２の後端にはナット３６が設けられ、ナット３６を介してアーム本体１６に固定されている。これにより、各遊星歯車３０はハウジング５に対して駆動軸８の軸心と同心で回転可能にアーム本体１６に支承される。この変速電磁クラッチでは、アーム本体１６と各ピン３２とによってアームが構成されている。

図１に示すように、プーリ７９には、ベルト５０が巻きかけられており、ベルト５０を介してプーリ７９に車両のエンジンから動力が伝達される。図２に示すように、プーリ７９には、各ピン３２の先端が固定されていることにより、プーリ７９は、各遊星歯車３０及びロータ６７とともにハウジング５に対して駆動軸８の軸心と同心で回転可能となっている。

可動コア６９における空間６９ｃ内において、固定コア本体５５の前端側には、固定部材３７及び板ばね８１ａを介して第１アーマチュア８１が弾性的に固定されている。より詳細には、車両の運転に伴う振動によって第１アーマチュア８１と固定コア本体５５とが接触しないように、板ばね８１ａは、第１アーマチュア８１と固定コア本体５５とが離れるような予荷重を与えられた状態で可動コア６９に固定されている。第１アーマチュア８１は、板ばね８１ａの弾性変形に抗しつつ、固定磁石５９を介して固定コア本体５５と磁着可能になっている。

プーリ７９の後端面には、板ばね８３ａを介して第２アーマチュア８３が弾性的に固定されている。より詳細には、車両の運転に伴う振動によって第２アーマチュア８３と可動コア６９とが接触しないように、板ばね８３ａは、第２アーマチュア８３と可動コア６９とが離れるような予荷重を与えられた状態でプーリ７９に固定されている。第２アーマチュア８３は、板ばね８３ａの弾性変形に抗しつつ、可動磁石７１を介して可動コア２２と磁着可能になっている。

以上のように構成された変速電磁クラッチでは、固定コア本体５５のコイル室５５ｄ内にコイル５７が収納され、固定コア本体５５の前端部５５ａ、壁部５５ｂ及び後端部５５ｃでコイル５７を前後内外で覆っている。さらに、可動コア６９がその前端部６９ａ及び壁部６９ｂで後端側を除いて固定コア本体５５を囲包している。

このため、図５に示すように、コイル５７に負の方向で通電を行えば、コイル５７は固定コア本体５５及び可動コア６９で矢印で示す方向の磁気回路を形成しようとする。ここで、固定磁石５９の磁束は形成される磁気回路の磁束の方向と沿うことから、磁束は、固定コア本体５５及び固定磁石５９を通り、第１アーマチュア８１を通り難い。また、可動磁石７１の磁束は固定磁石５９の磁束と逆向きであることから、磁束は、可動コア６９の可動磁石７１以外の部分を通ることとなり、磁束が第２アーマチュア８３を通る。このため、第１アーマチュア８１は固定コア本体５５側に移動せず、第２アーマチュア８３がコイル５７による吸着力で可動コア６９側に移動し、可動磁石７１を介して可動コア６９に磁着する。このため、この状態では、プーリ７９がロータ６７に固定され、プーリ７９、ロータ６７、内歯歯車２８及び各遊星歯車３０が一体化される。このため、プーリ７９の回転は駆動軸８に等速で伝達される。この場合には、スクロール型圧縮機３は低い回転数で駆動され、抑制的な冷房が行われることとなる。

また、図６に示すように、コイル５７に正の方向で通電を行えば、形成される矢印方向の磁気回路の磁束の方向と固定磁石５９の磁束とが逆向きになることから、磁束は、固定コア本体５５の固定磁石５９以外の部分を通ることとなり、磁束が第１アーマチュア８１を通る。また、可動磁石７１の磁束は形成される磁気回路の磁束と沿うことから、磁束は、可動コア６９及び可動磁石７１を通り、第２アーマチュア８３を通り難い。このため、第１アーマチュア８１がコイル５７による吸着力で固定コア側に移動し、固定磁石を介して固定コアに磁着する。一方、第２アーマチュア８３は可動コア６９側に移動しない。このため、この状態では、各遊星歯車３０は、固定された内歯歯車２８と噛み合うかたちで自転しながらプーリ７９と同じ角速度で駆動軸８周りを公転する。このため、駆動軸８は自転する各遊星歯車３０と噛み合うかたちで同じ回転数で回転する。このため、プーリ７９の回転は駆動軸８に増速で伝達される。この場合、スクロール型圧縮機３が高い回転数で駆動されるため、効果的な冷房が行われることとなる。

図４に示すように、コイル５７に通電を行わなければ、第１、２アーマチュア８１、８３は固定コア本体５５及び可動コア６９に磁着せず、プーリ７９の動力は駆動軸８に伝達されない。この場合には、スクロール型圧縮機３による冷房が行われない。

次に、図７を用いて、第１、２アーマチュア８１、８３が固定コア本体５５又は可動コア６９に磁着する場合の電流値Ａと吸着力Ｎとの関係を詳細に説明する。図７に示すグラフでは、縦軸に、磁束が通ることによる第１、２アーマチュア８１、８３の固定コア本体５５又は可動コア６９に対する吸着力Ｎの強さを示しており、横軸にコイル５７に通電する電流値Ａの大きさを示している。さらに、この横軸では、ゼロ地点を境に紙面右方向に向かうほど正の向きの電流値Ａが大きくなることを示しており、紙面左方向に向かうほど負の向きの電流値Ａが大きくなることを示している。また、このグラフでは、第２アーマチュア８３の吸着力Ｎの変化を実線で示しており、第１アーマチュア８１の吸着力Ｎの変化を一点鎖線で示している。また、各板ばね８１ａ、８３ａに与えられた予荷重を破線で示している。

図７に示すように、ゼロ地点、すなわち、コイル５７に対して通電を行っていない状態では磁束回路が形成されず、第１、２アーマチュア８１、８３の吸着力Ｎは発生していない。この状態からコイル５７に対して負の方向で通電を行うことで、第２アーマチュア８３を通る磁束が増え、第２アーマチュア８３の吸着力Ｎが次第に上昇する。しかし、第２アーマチュア８３の吸着力Ｎよりも板ばね８３ａに与えられた予荷重が上回っているため、第２アーマチュア８３は可動コア６９側に移動しない。この状態からさらにコイル５７に通電する電流値Ａを大きくし、電流値Ａの大きさがＡ１となることで、第２アーマチュア８３の吸着力Ｎが板ばね８３ａに与えられた予荷重を上回る。このため、第２アーマチュア８３が可動コア６９側に移動し始め、両者の距離が近づくにつれて第２アーマチュア８３の吸着力Ｎが急激に上昇する。こうして、第２アーマチュア８３が可動コア６９に磁着する。このように、第２アーマチュア８３が可動コア６９に磁着し、図５に示す磁気回路の磁束密度が上昇しても、第１アーマチュア８１側を通る磁束が増えることがないため、第１アーマチュア８１の吸着力Ｎは変化しない。図７に示すように、電流値Ａの大きさをＡ１よりもさらに大きくしても、第２アーマチュア８３の吸着力Ｎのみが上昇するだけであり、第１アーマチュア８１の吸着力Ｎに変化はない。このため、第１アーマチュア８１が固定コア本体５５側に移動することはない。

一方、コイル５７に対して正の方向で通電を行うことで、第１アーマチュア８１に通る磁束が増え、第１アーマチュア８１の吸着力Ｎが次第に上昇する。図７では図示を省略しているが、第２アーマチュア８３の場合と同様に、コイル５７に通電する電流値Ａをさらに大きくすることで、第１アーマチュア８１の吸着力Ｎが板ばね８１ａに与えられた予荷重を上回る。このため、第１アーマチュア８１が固定コア本体５５側に移動し始め、両者の距離が近づくにつれて第１アーマチュア８１の吸着力Ｎが急激に上昇する。こうして、第１アーマチュア８１が固定コア本体５５に磁着する。この際、図６に示す磁気回路の磁束密度が上昇しても、第２アーマチュア８３を通る磁束が増えることはないため、第２アーマチュア８３の吸着力Ｎは変化しない。このため、第２アーマチュア８３が可動コア６９側に移動することはない。

こうして、この変速電磁クラッチは、プーリ７９と駆動軸８との動力伝達を２種類の変速で行うことができるとともに、動力遮断も行うことができる。また、この変速電磁クラッチは、遊星歯車３０を１種類採用しているだけである。また、プーリ７９も１個採用しているだけであり、これを駆動するベルト５０も１本で済むため、構造が比較的簡易である。

したがって、この変速電磁クラッチはより実用的なものとなっている。

特に、この変速電磁クラッチは、図８に示す比較例の変速電磁クラッチと比較しても、より実用的なものとなっている。なお、比較例の変速電磁クラッチは、出願人が先の特願２００９−８５７１号において提案した変速電磁クラッチである。

比較例の変速電磁クラッチは、コイル１０が固定コア本体６内に収納されており、可動コア２２内に形成された空間に、コイル１０の先端側及び固定コア本体６の先端側が収納されている。また、固定コア本体６及び可動コア２２において、コイル１０の両端側に位置する部分に、それぞれ固定磁石１２及び可動磁石２４が設けられている。固定磁石１２及び可動磁石２４の磁束の向きは同じ方向である。固定コア本体６は後端側でブラケット２に固定されている。ロータ本体１８ａの後端には、フランジ部材１８ｂが固定されており、フランジ部材１８ｂの前面には、板ばね３８ａを介して第１アーマチュア３８が固定されている。また、プーリ３９の後面には、板ばね４０ａを介して第２アーマチュア４０が固定されている。

この変速電磁クラッチでは、図９に示すように、コイル１０に負の方向で通電を行うと、第２アーマチュア４０が可動コア２２に磁着した時点で、可動磁石２４を除く可動コア２２の一部、第２アーマチュア４０及び固定コア本体６で形成される矢印方向の磁気回路の磁束密度が上昇する。このため、破線で示すように、第１アーマチュア３８を通る洩れ磁束も増え、図１０に示すように、第１アーマチュア３８が固定コア本体６に磁着してしまい易い。

また、図１１に示すように、コイル１０に正の方向で通電を行うと、第１アーマチュア３８が固定コア本体６に磁着した時点で、固定磁石１２を除く固定コア本体６の一部、第１アーマチュア３８及び可動コア２２で形成される磁気回路の磁束密度が上昇する。このため、破線で示すように、第２アーマチュア４０を通る洩れ磁束も増える。このため、図１２に示すように、第２アーマチュア４０が可動コア２２に磁着してしまい易い。

図１３に示すグラフを用いて、第１アーマチュア３８を通る洩れ磁束が増えることにより、第１アーマチュア３８が固定コア本体６に磁着する状態について、さらに具体的に説明する。このグラフでは、第２アーマチュア４０の吸着力Ｎの変化を実線で示しており、第１アーマチュア３８の吸着力Ｎの変化を一点鎖線で示している。また、各板ばね３８ａ、４０ａに与えられた予荷重を破線で示している。他の内容は図７に示すグラフと同様であり、各内容に対する詳細な説明を省略する。

図１３に示すように、コイル１０に負の方向で通電を行うことで第２アーマチュア４０に通る磁束が増え、第２アーマチュア４０の吸着力Ｎが上昇する。そして、電流値ＡがＡ１になることで、第２アーマチュア４０の吸着力Ｎが板ばね４０ａに与えられた予荷重を上回り、第２アーマチュア４０が可動コア２２側に移動し始め、両者の距離が近づくにつれて第２アーマチュア４０の吸着力Ｎが急激に上昇する。こうして、第２アーマチュア４０が可動コア２２に磁着する。これにより、上述の図９のように形成された磁気回路の磁束密度が上昇する。この際、固定磁石１２を通る磁束の密度も増えることで、第１アーマチュア３８を通る洩れ磁束も増える。このため、第１アーマチュア３８の吸着力Ｎも上昇する。この状態でさらにコイル１０に通電する電流値Ａを大きくすると、第１、２アーマチュア３８、４０のそれぞれの吸着力Ｎが上昇する。そして、電流値がＡ２となることで、洩れ磁束が第１アーマチュア３８を通ることによって上昇した第１アーマチュア３８の吸着力Ｎが板ばね３８ａに与えられた予荷重の弾性力を上回る。このため、第１アーマチュア３８が固定コア６側に移動する。このため、上述の図１０に示すように、第１アーマチュア３８が固定コア本体６に磁着し、図９の状態で形成された磁気回路に第１アーマチュア３８も加えた磁気回路が形成される。

このように、第１、２アーマチュア３８、４０がそれぞれ固定コア本体６及び可動コア２２に磁着した状態では、変速電磁クラッチが誤作動してしまう。つまり、この変速電磁クラッチでは、コイル１０に通電する電流値ＡがＡ１とＡ２との間である場合にのみ、第１、２アーマチュア３８、４０の作動を適切に行うことが可能となる。なお、コイルに１０通電する電流の向きが正の方向にある場合も同様であり、コイル１０に通電する電流値Ａが一定値以上となると、上述の図１２に示すように、第２アーマチュア４０が可動コア２２に磁着して、変速電磁クラッチが誤作動してしまう。

この変速電磁クラッチでは、そのような誤作動を防止するため、固定コア本体６と第１アーマチュア３８との間隙、可動コア２２と第２アーマチュア４０との間隙、それらを隔てる各板ばね３８ａ、４０ａの弾性力、電流値Ａ等を慎重に調整せざるを得ず、製造等が困難になってしまう。つまり、固定コア本体６と第１アーマチュア３８との間隙や可動コア２２と第２アーマチュア４０との間隙を大きくすれば、磁着と離反とを生じ難く、電流値Ａに制限を生じる。また、固定磁石１２や可動磁石２４にフェライト磁石よりも磁力の大きい希土類磁石を採用して電流値Ａの制限を緩和すれば、固定磁石１２等の残留磁力が大きくなることから、各板ばね３８ａ、４０ａの弾性力を大きくせざるを得ず、そのためにコイル１０による起磁力を大きくせざるを得ず、変速電磁クラッチの体格が大型化するとともに、消費電力が増大してしまう。

これに対し、実施例の変速電磁クラッチでは、コイル５７の前端側に固定磁石５９及び可動磁石７１を有し、それら固定磁石５９及び可動磁石７１の磁束の向きを逆にしている。このため、図５に示すように、コイル５７に負の方向で通電を行うと、第２アーマチュア８３が可動コア６９に磁着した時点で、第２アーマチュア８３に磁束が高い密度で流れる。このため、固定磁石５９を流れる磁束の密度が減り、第１アーマチュア８１を通る洩れ磁束が増えることがないことから、第１アーマチュア８１が固定コア本体５５に磁着し難い。

また、実施例の変速電磁クラッチでは、コイル５７に正の方向で通電を行うと、図６に示すように、第１アーマチュア８１が固定コア本体５５に磁着した時点で、第１アーマチュアに磁束が高い密度で流れる。このため、可動磁石７１を流れる磁束の密度が減り、第２アーマチュア８３を通る洩れ磁束が増えることがないことから、第２アーマチュア８３が可動コア６９に磁着し難い。

このため、実施例の変速電磁クラッチでは、固定コア本体５５と第１アーマチュア８１との間隙、可動コア６９と第２アーマチュア８３との間隙、それらを隔てる各板ばね８１ａ、８３ａの弾性力、電流値Ａ等に自由度が増し、製造等が容易になる。

この変速電磁クラッチでは、アームは、各遊星歯車３０を回転可能に保持するピン３２と、ピン３２とは別体とされ、プーリ７９と一体に回転可能なアーム本体１６とで構成されている。そして、アーム本体１６とフロントハウジング５のボス部５ｂとの間に第１軸受１４が設けられ、ロータ６７に固定されたフランジ部材１９とフロントハウジング５のボス部５ｂとの間に第２軸受が設けられている。このため、プーリ７９に作用する荷重がアーム本体１６に伝わり、アーム本体１６から第１軸受１４を介してハウジングに伝わる。このため、プーリ７９に作用する荷重がピン３２を介して各遊星歯車３０に伝わり難く、各遊星歯車３０が好適に回転する。また、このためにピン３２や各遊星歯車３０を大型化する必要がないため、変速電磁クラッチの小型化を実現している。

また、第１軸受１４と第２軸受２０とはそれぞれ駆動軸８の軸方向に沿うように配設されている。このため、変速電磁クラッチの外径が小さくなり、車両等への搭載性が向上している。

また、上記のように固定コアは、コイル室５５ｄを前後内外で覆う磁性材料からなる固定コア本体５５と、固定コア本体をフロントハウジング５に固定する非磁性材料からなるブラケット５１とで構成されている。このため、磁性材料からなる固定コア本体５５により、磁気回路の磁束を強めることができる。また、ブラケット５１により固定コア本体５５を容易にフロントハウジング５に固定できる。さらに、ブラケット５１が非磁性体であるため、ブラケット５１やフロントハウジング５に対する磁束の漏れがなくなり、磁束回路の磁束密度がより密となることで、本発明の作用が顕著になっている。

さらに、この変速電磁クラッチでは、固定磁石５９及び可動磁石７１に用いられる永久磁石として、希土類磁石が採用されている。希土類磁石はフェライト磁石よりも磁力が大きいことから、この変速電磁クラッチでは、誤作動を防止しつつ、電流値Ａの制限を緩和することが可能となっている。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、本発明の変速電磁クラッチは、圧縮機に装着され得るだけでなく、電動機、ポンプ等にも装着され得る。また、圧縮機はスクロール型のものに限られず、斜板式、ベーン式等、種々のものであってもよい。

固定コア本体５５から後端部５５ｃを削除した固定コア本体を採用するとともに、ブラケット５１を磁性材料とし、これら固定コア本体及びブラケット５１を固定コアとすることもできる。

また、固定磁石５９及び可動磁石７１に用いられる永久磁石として、フェライト磁石が採用されるのも良い。この場合には、安価なフェライト磁石により、変速電磁クラッチの製造コストの削減が容易に可能となる。

本発明は、車両用圧縮機、より具体的には車両用空調装置に利用可能である。

５、７…ハウジング（５…フロントハウジング、７…リヤハウジング）
８ａ…前端部
８…駆動軸
５５ｄ…コイル室
５５ｂ、６９ｂ…壁部
５７…コイル
５９…固定磁石
６７…ロータ
６９…可動コア
７１…可動磁石
２６…太陽歯車
２８…内歯歯車
３０…遊星歯車
７９…プーリ
８１…第１アーマチュア
８３…第２アーマチュア
３２…ピン
１６…アーム本体
１４…第１軸受
２０…第２軸受
５５…固定コア本体
５１…ブラケット

Claims (5)

1. ハウジングと、該ハウジングから前端部が露出し、該ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸とに装着される変速電磁クラッチであって、
   前記ハウジングに固定され、内部のコイル室を前後内外で覆う磁性材料からなる壁部を有する固定コアと、
   該コイル室内に収納され、通電される電流の正負が切替可能なコイルと、
   該コイルに前端側で対面するように該固定コアに固定され、該コイルへの一方向の通電時に生じる該固定コア内の磁束と沿う磁束を有する永久磁石からなる固定磁石と、
   該駆動軸の軸心と同心で回転可能に該ハウジングに設けられたロータと、
   該ロータに固定され、後端側を除いて該固定コアを囲包する磁性材料からなる壁部を有する可動コアと、
   該コイルに該前端側で対面するように該可動コアに固定され、該固定磁石の磁束と逆向きの磁束を有する永久磁石からなる可動磁石と、
   該駆動軸の前記前端部に該駆動軸の軸心と同心で回転可能に設けられた太陽歯車と、
   該ロータに固定された内歯歯車と、
   該太陽歯車及び該内歯歯車と噛合する遊星歯車と、
   該遊星歯車を該ハウジングに対して該駆動軸の軸心と同心で回転可能に支承するアームと、
   該遊星歯車及び該アームとともに該ハウジングに対して該駆動軸の軸心と同心で回転可能なプーリと、
   該可動コアに弾性的に設けられ、該固定磁石を介して該固定コアと磁着可能な第１アーマチュアと、
   該プーリに弾性的に設けられ、該可動磁石を介して該可動コアと磁着可能な第２アーマチュアとを備えていることを特徴とする変速電磁クラッチ。
   
2. 前記アームは、前記遊星歯車を回転可能に保持するピンと、該ピンとは別体とされ、該プーリと一体に回転可能なアーム本体とからなり、
   前記アーム本体と前記ハウジングとの間に第１軸受が設けられ、前記ロータと該アーム本体又は前記ハウジングとの間に第２軸受が設けられている請求項１記載の変速電磁クラッチ。
3. 前記第１軸受と前記第２軸受とはそれぞれ前記駆動軸の軸方向に沿うように配設されている請求項２記載の変速電磁クラッチ。
4. 前記固定コアは、前記コイル室を前後内外で覆う磁性材料からなる固定コア本体と、該固定コア本体を該ハウジングに固定する非磁性材料からなるブラケットとからなる請求項１乃至３のいずれか１項記載の変速電磁クラッチ。
5. 前記永久磁石は希土類磁石である請求項１乃至４のいずれか１項記載の変速電磁クラッチ。

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