JP2011174552A - Electromagnetic clutch mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転動力の伝達及び切断を切替可能な電磁クラッチ機構に関し、特に締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減したものに関する。 The present invention relates to an electromagnetic clutch mechanism capable of switching between transmission and disconnection of rotational power, and particularly relates to an electromagnetic clutch mechanism that reduces power consumption when maintaining an engagement release state or an engagement state.
自動車に搭載される水冷式のエンジンは、エンジンの出力で駆動されるウォーターポンプによって冷却水を循環させ、燃焼室まわりの冷却を行っている。従来、エンジンを冷間始動してから暖機運転が終了するまでの間は、熱交換器であるラジエータへの冷却水の流量をサーモスタットで制限することによって、冷却水が早期に昇温するようにしていた。 In a water-cooled engine mounted on an automobile, cooling water is circulated by a water pump driven by the output of the engine to cool the combustion chamber. Conventionally, between the cold start of the engine and the end of the warm-up operation, the cooling water flow rate to the radiator, which is a heat exchanger, is limited by a thermostat so that the temperature of the cooling water rises early. I was doing.
近年では、暖機運転中にウォーターポンプを停止することによって、エンジンの補器駆動損失を低減し、燃料消費の改善を図ることが提案されている。エンジンの運転中にウォーターポンプを停止するためには、例えば、エンジンによって駆動されるエアコンディショナのオンオフを切り替えるため従来から用いられていた電磁クラッチ機構を用いることが考えられる。
例えば、特許文献1には、回転軸に設けられたアーマチュアハブから外径側に突き出した板バネの外端側にアーマチュアを設け、プーリを挟んでアーマチュアと対向するコイルの通電状態によってアーマチュアとプーリとの圧着、離間を切り替える電磁クラッチ装置が記載されている。
In recent years, it has been proposed to stop the water pump during the warm-up operation, thereby reducing the loss in driving the auxiliary equipment of the engine and improving the fuel consumption. In order to stop the water pump during the operation of the engine, for example, it is conceivable to use an electromagnetic clutch mechanism that has been conventionally used to switch on and off an air conditioner driven by the engine.
For example, in
上述したような電磁クラッチ機構をウォーターポンプに適用した場合、ウォーターポンプは暖機運転中を除いて常時駆動する必要があることから、コイル通電オフでクラッチが締結され、通電オンで締結解除される負作動形の構成とすることが考えられる。
しかし、このような構成とした場合、クラッチを締結解除している間はコイルへの通電を継続する必要があり、さらにクラッチ圧着力を発生する板バネに打ち勝つ推力が必要であることから、消費する電力量も大きくなる。このため、エンジンによって駆動される発電機であるオルタネータの仕事量が多くなって燃料消費が悪化することが懸念される。
また、コンプレッサ等の補器駆動に用いられ、コイルに通電している間のみ締結される正作動形の電磁クラッチ機構においても、締結状態を保持する際の消費電力を低減することが要望されている。
本発明の課題は、締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減した電磁クラッチ機構を提供することである。
When the electromagnetic clutch mechanism as described above is applied to the water pump, the water pump needs to be driven at all times except during the warm-up operation. It is conceivable to adopt a negative operation type configuration.
However, with such a configuration, it is necessary to continue energization of the coil while the clutch is disengaged, and further, a thrust that overcomes the leaf spring that generates the clutch pressing force is required. The amount of power to be increased. For this reason, there is a concern that the work load of the alternator, which is a generator driven by the engine, increases and fuel consumption deteriorates.
Further, even in a positive operation type electromagnetic clutch mechanism that is used for driving an auxiliary device such as a compressor and is engaged only while the coil is energized, it is desired to reduce power consumption when maintaining the engaged state. Yes.
The subject of this invention is providing the electromagnetic clutch mechanism which reduced the power consumption at the time of hold | maintaining a fastening cancellation | release state or a fastening state.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1の発明は、第1の回転部材と第2の回転部材との間で動力を伝達するとともに、締結状態と締結解除状態とを切替可能な電磁クラッチ機構であって、前記第1の回転部材を前記第2の回転部材に対して回転軸方向に相対移動するよう駆動して前記締結状態と前記締結解除状態とを切替える第1のコイルと、前記第1の回転部材とともに回転しかつ回転軸と直交方向に移動可能な可動嵌合部材を、前記第1の回転部材に形成された被嵌合部に嵌合させる第2のコイルとを備え、前記可動嵌合部材の前記被嵌合部への嵌合時に前記第1のコイルへの通電を停止することを特徴とする電磁クラッチ機構である。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention of
請求項2の発明は、前記可動嵌合部材は前記第2のコイルとバネ要素を介して取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の電磁クラッチ機構である。
請求項3の発明は、前記第1の回転部材は前記第1のコイルへの通電時に前記被嵌合部へ前記可動嵌合部材が嵌合可能な位置に移動することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電磁クラッチ機構である。
The invention according to
The invention according to claim 3 is characterized in that the first rotating member moves to a position where the movable fitting member can be fitted to the fitted portion when the first coil is energized. The electromagnetic clutch mechanism according to
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)第1のコイルにより第1の回転部材を駆動した後に、第2のコイルにより被嵌合部に可動嵌合部材を嵌合させることによって、その後第1のコイルの通電を停止しても第1の回転部材の位置を保持し、電磁クラッチ機構の締結解除状態又は締結状態を維持することができる。このとき、第2のコイルの通電量は第1のコイルのようにクラッチ動作を行わせるものに対して小さくできるため、電磁クラッチ機構全体としての消費電力を低減し、例えばエンジンのウォーターポンプ等の補機類に適用した場合に、燃料消費を改善することができる。
(2)可動嵌合部材と第2のコイルとをバネ要素を介して取り付けることによって、第2のコイルの通電を停止するとバネ要素によって可動嵌合部材が通電開始前の位置まで自動的に復帰する。このため、簡単な構成によって可動嵌合部材の嵌合、非嵌合を切替えることができる。
(3)第1の回転部材は第1のコイルへの通電時に被嵌合部へ可動嵌合部材が嵌合可能な位置に移動することによって、可動嵌合部材の嵌合後は第1のコイルへの通電を停止することができ、消費電力を低減できる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) After the first rotating member is driven by the first coil, the movable coil member is fitted to the fitted portion by the second coil, and thereafter the energization of the first coil is stopped. Also, the position of the first rotating member can be maintained, and the engagement release state or the engagement state of the electromagnetic clutch mechanism can be maintained. At this time, since the energization amount of the second coil can be made smaller than that of the first coil that causes the clutch operation, the power consumption of the entire electromagnetic clutch mechanism can be reduced. When applied to accessories, fuel consumption can be improved.
(2) By attaching the movable fitting member and the second coil via the spring element, when the energization of the second coil is stopped, the movable fitting member automatically returns to the position before the energization is started by the spring element. To do. For this reason, fitting and non-fitting of the movable fitting member can be switched with a simple configuration.
(3) The first rotating member moves to a position where the movable fitting member can be fitted to the fitted portion when the first coil is energized. The energization to the coil can be stopped and the power consumption can be reduced.
本発明は、締結解除状態又は締結状態を保持する際の消費電力を低減した電磁クラッチ機構を提供する課題を、第1コイルによってプレートをプーリから離間させた後に、第2コイルによってプレートの凹部に嵌合ピンを挿入し、その後第1コイルへの通電を停止することによって解決した。 An object of the present invention is to provide an electromagnetic clutch mechanism that reduces power consumption when maintaining an engagement release state or an engagement state. After the plate is separated from the pulley by the first coil, the second coil is used to form a recess in the plate. The problem was solved by inserting a fitting pin and then stopping energization of the first coil.
以下、本発明を適用した電磁クラッチ機構の実施例について説明する。
実施例の電磁クラッチ機構は、自動車用エンジンの冷却水を圧送するウォーターポンプの駆動、停止を切替える負作動形のものである。
図1に示すように、ウォーターポンプ1は、ハウジング10、シャフト20、軸受30、インペラ40、メカシール50、プーリ60、軸受70等を有し、さらに、プレート80、板バネ90、第1コイル100、嵌合ピン110、第2コイル120等からなる電磁クラッチ機構を備えている。
Embodiments of an electromagnetic clutch mechanism to which the present invention is applied will be described below.
The electromagnetic clutch mechanism of the embodiment is of a negative operation type that switches between driving and stopping of a water pump that pumps cooling water of an automobile engine.
As shown in FIG. 1, the
ハウジング10は、例えばアルミニウム系合金の鋳造等によって形成されたウォーターポンプ1の筐体である。ハウジング10の内部には、冷却水が循環する水路11が形成されている。
また、ハウジング10には、軸受30及び軸受70が取り付けられる軸受座12、及び、第1コイル100が取り付けられるコイル座13等が一体に形成されている。
The
The
軸受座12は、シャフト20と同心の円筒状に形成され、ハウジング10の水路11が設けられる部分からプーリ60側に突き出して配置されている。
軸受座12の内周面部には、軸受30の外輪31が固定される。また、軸受座12の外周面部には、軸受70の内輪71が固定される。
コイル座13は、軸受座12及び軸受70の外径側に配置され、第1コイル100をプーリ60の外筒部61と内筒部62との間隔へ挿入した状態で保持する部分である。
The
An
The
シャフト20は、軸受30によって、ハウジング10に対して回転可能に支持された回転軸である。シャフト20の一方の端部は、ハウジング10の水路11側へ挿入され、インペラ40が取り付けられている。シャフト20の他方の端部は、軸受座12から外部へ突き出して配置され、突端部には電磁クラッチ機構の板バネ90が取り付けられている。
シャフト20には、嵌合ピン110を保持する嵌合ピン座21が形成されている。嵌合ピン座21は、シャフト20の外周面から外径側へ突き出したブロック状の部分である。
The
A
軸受30は、シャフト20をハウジング10の軸受座12に対して回転可能に支持するものである。
図2等に示すように、軸受30は、軸受座12の内径側に固定される外輪31、及び、転動体である鋼球32を有する複列の深溝玉軸受である。また、シャフト20の外周面には、鋼球32が案内される内側軌道面が形成され、内輪を兼ねた構成となっている。
The
As shown in FIG. 2 and the like, the
インペラ40は、シャフト20の水路11側の端部に取り付けられ、冷却水を圧送する羽根車である。
The
メカシール50は、軸受30とインペラ40との間において、シャフト20の外周面とハウジング10の軸受座12の内周面との間をシールし、シャフト20を回転可能としつつ冷却水のリークを防止するものである。
The
プーリ60は、図示しないエンジンからの駆動力がベルトを介して入力される、本発明にいう第2の回転部材である。
プーリ60は、外筒部61、内筒部62、端面部63を一体に形成したものである。
外筒部61は、プーリ60の外端部に設けられ、ベルトが巻き掛けられる円筒状の部分である。
内筒部62は、外筒部61の内径側に同心に配置され、軸受70の外輪が圧入される円筒状の部分である。
端面部63は、外筒部61と内筒部62とのプレート80側の端部間を連結する平板状の部分であって、中央部に開口が設けられた円盤状に形成されている。
The
The
The outer cylinder portion 61 is a cylindrical portion that is provided at the outer end portion of the
The
The
軸受70は、プーリ60をハウジング10の軸受座12に対して回転可能に支持するものである。
図2等に示すように、軸受70は、軸受座12の外径側に固定される内輪71、プーリ60の内筒部62の内径側に固定される外輪72、及び、転動体である鋼球73を有する複列の深溝玉軸受である。
The
As shown in FIG. 2 and the like, the
プレート80は、プーリ60の端面部63と対向して配置された平板状の部材である。プレート80は、本発明にいう第1の回転部材である。プレート80は、電磁クラッチ機構の締結時には、プーリ60の端面部63と圧着して動力の伝達を行う。プレート80は、中央部に円形開口が設けられた円盤状に形成され、シャフト20と同心に配置されている。
プレート80は、第1コイル100を通電することによって、端面部63から離間する方向へ駆動される磁性体である。
プレート80の内径側端部には、嵌合ピン110が挿入され嵌合する被嵌合部である凹部81が形成されている。
The
The
At the inner diameter side end of the
板バネ90は、シャフト20の外周面とプレート80の内周縁部とを連結するとともに、その付勢力によって、電磁クラッチ機構の締結時にプレート80をプーリ60の端面部63に圧着させるものである。
The
第1コイル100は、ハウジング10のコイル座13に取り付けられ、プーリ60の外筒部61と内筒部62との間隔に配置されている。第1コイル100は、プーリ60の端面部63を挟んで、プレート80と対向して配置されている。第1コイル100は、コイル座13のプレート80側の側面部を凹ませて形成された凹部に嵌め込まれ固定されている。第1コイル100に給電する配線は、凹部から反対側に貫通して形成された開口から引き出されている。
第1コイル100は、電磁クラッチ機構の締結解除動作時に通電されることによって、プレート80をプーリ60から離間する方向に駆動する。
The
The
嵌合ピン110は、電磁クラッチ機構が締結解除状態にあるときに、プレート80の凹部81に挿入されることによって、第1コイル100の通電を停止してもプレート80の位置を保持する可動嵌合部材である。
嵌合ピン110は、シャフト20の径方向に伸びた柱状に形成され、シャフト20の嵌合ピン座21に挿入されている。嵌合ピン110は、嵌合ピン座21に対して、シャフト20の軸方向に相対移動可能となっている。
嵌合ピン110の先端部は、図1、図2に示す電磁クラッチ機構の締結状態においては、シャフト20の嵌合ピン座21からわずかに突き出しかつプレート80の内周縁部とは間隔を隔てて配置されている。
また、嵌合ピン110は、図3に示す電磁クラッチ機構の締結解除状態においては、先端部がプレート80の凹部81内に挿入され、シャフト20とプレート80とが軸方向に相対変位しないよう拘束する。
嵌合ピン110は、磁性体によって構成され、第2コイル120を通電することによって、嵌合ピン座21から繰出される方向の推力を受ける。
The
The
The front end portion of the
Further, when the electromagnetic clutch mechanism shown in FIG. 3 is disengaged, the
The
第2コイル120は、通電時に嵌合ピン110をシャフト20の嵌合ピン座21から、シャフト20の径方向外側に突き出すように駆動するものである。
第2コイル120は、嵌合ピン座21の内部に設けられ、嵌合ピン110のシャフト20中心側の端部と対向して配置されている。
第2コイル120に給電する配線は、嵌合ピン座21に形成された開口を通じて、軸受30側に引き出されている。
嵌合ピン座21から引き出された配線は、配線端が軸受座12内に設置された図示しない配線と、図示しないスリップリングを介して第2コイル120の回転に関わらず常時導通するようになっている。これによって、シャフト20とともに回転する第2コイル120への給電が可能となる。
第2コイル120と嵌合ピン110とは、リターンスプリング121によって連結されている。このリターンスプリング121は、第2コイル120の通電停止時に、嵌合ピン110を図2に示す初期位置に引き戻すものである。
The
The
The wiring for supplying power to the
The wiring drawn out from the
The
次に、上述した実施例のウォーターポンプ1の動作について説明する。
ウォーターポンプ1は、エンジンの運転中は冷間始動後の暖機運転中のみ停止され、それ以外の通常運転時はほぼ常時駆動される。
ウォーターポンプ1の駆動中においては、電磁クラッチ機構は、図1、図2に示す締結状態とされる。このとき、第1コイル100及び第2コイル120はともに通電を停止された状態となっている。
このとき、プレート80の凹部81は、嵌合ピン110に対してシャフト20の回転軸方向にずれた位置にあり、嵌合ピン110の挿入は不可能な状態となっている。
Next, operation | movement of the
The
While the
At this time, the
ウォーターポンプ1を停止する場合には、先ず第1コイル100に通電することによって、図3に示すように、プレート80をプーリ60から離間する方向に駆動する。これによって、プレート80の凹部81は、シャフト20の回転軸方向に沿った位置が嵌合ピン110とほぼ一致した位置となり、嵌合ピン110の挿入が可能となる。
次に、第2コイル120に通電することによって、嵌合ピン110がシャフト20の嵌合ピン座21から繰出され、嵌合ピン110の先端部がプレート80の凹部81に挿入される。
その後、第1コイル100の通電は停止され、プレート80は嵌合ピン110によって、プーリ60から離間した状態(電磁クラッチ機構の締結解除状態)に保持される。このとき、第2コイル120への通電は継続される。
When the
Next, when the
Thereafter, the energization of the
ウォーターポンプ1が停止した状態から駆動状態へ復帰させる(電磁クラッチ機構を締結解除状態から締結状態へ復帰させる)場合には、第2コイル120への通電を停止する。
このとき、嵌合ピン110はリターンスプリング121の引張力によってシャフト20の嵌合ピン座21内へ引き込まれ、嵌合ピン110とプレート80の凹部81との嵌合が解除される。
そして、プレート80は、板バネ90の付勢力によってプーリ60側へ移動し、端面部63に圧着し、電磁クラッチ機構が締結状態とされる。
When returning the
At this time, the
Then, the
次に、上述した実施例の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、比較例の説明において、実施例と実質的に共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図4、図5に示す比較例のウォーターポンプ2は、実施例における嵌合ピン110及び第2コイル120が設けられていない。また、これに伴い、シャフト20の嵌合ピン座21、プレート80の凹部81、リターンスプリング121等も設けられていない。
ウォーターポンプ2に設けられる電磁クラッチ機構は、締結解除時(切断時)にコイルに通電を継続するいわゆる負作動形のクラッチである。
Next, the effect of the above-described embodiment will be described in comparison with a comparative example of the present invention described below. In the description of the comparative example, portions that are substantially the same as those in the embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
The
The electromagnetic clutch mechanism provided in the
比較例において、図4に示すウォーターポンプ2の駆動状態(電磁クラッチ機構の締結状態)では、第1コイル100の通電は停止され、プレート80は板バネ90の付勢力によってプーリ60の端面部63に圧着されている。
また、図5に示すウォーターポンプ2の停止状態(電磁クラッチ機構の締結解除状態)では、第1コイル100の通電が継続され、プレート80は、第1コイル100による推力によって、プーリ60から離間した状態を維持する。
ここで、第1コイル100が発生する推力は、板バネ90の付勢力に打ち勝つ必要があるため、第1コイル100にはある程度大きな電力を供給することが必要となる。
In the comparative example, in the driving state of the
In the stop state of the
Here, since the thrust generated by the
これに対し、本実施例によれば、電磁クラッチ機構の締結解除状態を維持する際、第2コイル120の通電は継続されるが、第1コイル100への通電は停止することができる。ここで、第2コイル120が嵌合ピン110に作用させる推力は、リターンスプリング121の付勢力及び各部材間の摩擦に打ち勝てればよいので、第2コイル120の消費電力は第1コイル100の消費電力よりも大幅に小さくなり、少ない消費電力により電磁クラッチ機構の締結解除状態を維持することができる。
また、嵌合ピン110は、第2コイル120への通電を停止すればリターンスプリング121によって嵌合ピン座21内へ引き込まれるので、簡単な構成により嵌合ピンの突き出し、引き込みを行うことができる。
On the other hand, according to the present embodiment, when the engagement state of the electromagnetic clutch mechanism is maintained, the energization of the
In addition, since the
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)電磁クラッチ機構を構成する各部材の形状、構造、材質等は、上述した実施例のものに限定されず適宜変更することができる。
(2)本発明の電磁クラッチ機構は、実施例のようなウォーターポンプに限らず、各種ポンプ、コンプレッサ、その他の自動車エンジン用補機類や、その他の用途にも適用することができる。
(3)実施例の電磁クラッチ機構は、締結解除時に可動嵌合部材と回転部材とを嵌合させる構成としているが、例えば締結解除状態よりも締結状態のほうが頻度が低い場合には、電磁クラッチ機構を正作動形とし、第1のコイルによって第1及び第2の回転部材を圧着させた後にこの状態で可動嵌合部材を嵌合させる構成としてもよい。この場合、各コイルの通電を停止すると、第1及び第2の回転部材は例えばバネ要素等によって離間した状態(締結解除状態)に維持される。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The shape, structure, material and the like of each member constituting the electromagnetic clutch mechanism are not limited to those of the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
(2) The electromagnetic clutch mechanism of the present invention is not limited to the water pump as in the embodiment, but can be applied to various pumps, compressors, other auxiliary components for automobile engines, and other uses.
(3) The electromagnetic clutch mechanism of the embodiment is configured to fit the movable fitting member and the rotating member at the time of releasing the engagement. For example, when the frequency in the engaged state is lower than the engaged state, the electromagnetic clutch It is good also as a structure which makes a mechanism a normal action type and makes a movable fitting member fit in this state, after crimping | bonding the 1st and 2nd rotation member with a 1st coil. In this case, when energization of each coil is stopped, the first and second rotating members are maintained in a separated state (fastened state) by, for example, a spring element or the like.
1 ウォーターポンプ(実施例) 2 ウォーターポンプ(比較例)
10 ハウジング 11 水路
12 軸受座 13 コイル座
20 シャフト 21 嵌合ピン座
30 軸受 31 外輪
32 鋼球 40 インペラ
50 メカシール 60 プーリ
61 外筒部 62 内筒部
63 端面部 70 軸受
71 内輪 72 外輪
73 転動体 80 プレート
81 凹部 90 板バネ
100 第1コイル 110 嵌合ピン
120 第2コイル 121 リターンスプリング
1 Water pump (Example) 2 Water pump (Comparative example)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の回転部材を前記第2の回転部材に対して回転軸方向に相対移動するよう駆動して前記締結状態と前記締結解除状態とを切替える第1のコイルと、
前記第1の回転部材とともに回転しかつ回転軸と直交方向に移動可能な可動嵌合部材を、前記第1の回転部材に形成された被嵌合部に嵌合させる第2のコイルとを備え、
前記可動嵌合部材の前記被嵌合部への嵌合時に前記第1のコイルへの通電を停止することを特徴とする電磁クラッチ機構。 An electromagnetic clutch mechanism that transmits power between the first rotating member and the second rotating member and is capable of switching between a fastening state and a fastening release state,
A first coil that drives the first rotating member to move relative to the second rotating member in the rotation axis direction to switch between the fastening state and the fastening release state;
A second coil for fitting a movable fitting member that rotates together with the first rotating member and is movable in a direction orthogonal to the rotation axis to a fitted portion formed in the first rotating member; ,
An electromagnetic clutch mechanism, wherein energization of the first coil is stopped when the movable fitting member is fitted to the fitted portion.
を特徴とする請求項1に記載の電磁クラッチ機構。 The electromagnetic clutch mechanism according to claim 1, wherein the movable fitting member is attached via the second coil and a spring element.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電磁クラッチ機構。 The first rotating member moves to a position where the movable fitting member can be fitted to the fitted portion when the first coil is energized. Electromagnetic clutch mechanism.
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