JP2013174273A

JP2013174273A - 電磁クラッチ

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Publication number: JP2013174273A
Application number: JP2012038052A
Authority: JP
Inventors: Masanori Mogi; 正徳茂木
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-05
Also published as: WO2013125532A1; DE112013001124T5; US20150027845A1; CN104145129A

Abstract

【課題】アーマチュアをアーマチュア板の積層構造とすることにより、電磁コイルの励磁によるロータのアーマチュアに対する吸引力を向上させた電磁クラッチを提供する。
【解決手段】電磁クラッチは、電磁コイル１６が内蔵されたロータ１と、ロータ１に対向して配置され、電磁コイル１６の磁力によりロータ１に吸着されるアーマチュア２とを備える。電磁コイル１６の励磁により、ロータ１とアーマチュア２との非接触時には、ロータ１から第１アーマチュア板２１，中間層２２，第２アーマチュア板２３，中間層２２，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る磁気回路Ｍ_１が形成され、ロータ１とアーマチュア２との接触時には、ロータ１から第１アーマチュア板２１，ロータ１の隣り合ったスリット１４間の部分１３ａ，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る磁気回路Ｍ_２が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機等に使用される電磁クラッチに関し、詳しくは、アーマチュアをアーマチュア板の積層構造とすることにより、電磁コイルの励磁によるロータのアーマチュアに対する吸引力を向上させた電磁クラッチに関する。

従来の電磁クラッチとして、電磁コイルの励磁によるロータのアーマチュアに対する吸着力を向上させるために、アーマチュアに複数本のスリットを形成し、アーマチュアの吸着時に形成される磁気回路がロータとアーマチュアとの間を複数回往復するように構成したものがあった（例えば特許文献１参照）。

特開平８−２８４９７６号公報

しかし、前記従来の電磁クラッチにおいて、電磁コイルの励磁によるアーマチュアの吸引時（すなわち、ロータとアーマチュアとが吸着する前の離間している時）に形成される磁気回路は、アーマチュアに形成された前記スリットの間を通らなければならなかった。スリットがある磁気回路は、スリットがない磁気回路に比べて磁気抵抗が大きくなるため、電磁コイルの励磁によるロータのアーマチュアに対する吸引力が低下する。

そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、電磁コイルの励磁によるロータのアーマチュアに対する吸引力が向上した電磁クラッチを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明による電磁クラッチは、電磁コイルが内蔵されたロータと、前記ロータに対向して配置され、前記電磁コイルの磁力により前記ロータに吸着されるアーマチュアと、を備えた電磁クラッチであって、前記ロータは、前記アーマチュアとの接触面に同心円状の複数のスリットを備え、前記アーマチュアは、前記ロータの隣り合ったスリット間の接触面と対向する同心円状の１本又は複数のスリットを備えた第１アーマチュア板と、前記第１アーマチュア板の背面側に設けられた第２アーマチュア板と、前記第１アーマチュア板と前記第２アーマチュア板との間に設けられ、第１アーマチュア板と第２アーマチュア板よりも透磁率が低い中間層とを備え、前記電磁コイルの励磁により、前記ロータと前記アーマチュアとの非接触時には、前記ロータから第１アーマチュア板，中間層，第２アーマチュア板，中間層，第１アーマチュア板を経てロータへと戻る磁気回路が形成され、前記ロータと前記アーマチュアとの接触時には、前記ロータから第１アーマチュア板，ロータの隣り合ったスリット間の部分，第１アーマチュア板を経てロータへと戻る磁気回路が形成されるものである。

本発明による電磁クラッチによれば、ロータから第１アーマチュア板，中間層，第２アーマチュア板，中間層，第１アーマチュア板を経てロータへと戻る磁気回路が形成される。この磁気回路は、磁気抵抗の大きい第１アーマチュア板のスリットを通らずに、磁気抵抗の小さい第２アーマチュア板を通るため、磁路Ｍ_１全体としての磁気抵抗が小さくなる。したがって、本発明による電磁クラッチは、電磁コイルの励磁によるロータのアーマチュアに対する吸引力を向上させることができる。

本発明による電磁クラッチの第１実施形態を示す分解斜視図である。前記電磁クラッチを示す中央断面図である。前記電磁クラッチのアーマチュア板を分解して示す平面図であり、（ａ）は第１アーマチュア板を示し、（ｂ）は第２アーマチュア板を示す。前記電磁クラッチを示す平面図である。前記電磁クラッチに形成される磁気回路の部分を示す部分拡大断面図であり、（ａ）はロータとアーマチュアとの非接触時、（ｂ）は接触時を示す。本発明による電磁クラッチの第２実施形態を示す図２と同様の断面図である。前記電磁クラッチに形成される磁気回路の部分を示す部分拡大断面図であり、（ａ）はロータとアーマチュアとの非接触時、（ｂ）は接触時を示す。本発明による電磁クラッチの第３実施形態を示す図２と同様の断面図である。前記電磁クラッチに形成される磁気回路の部分を示す部分拡大断面図であり、（ａ）はロータとアーマチュアとの非接触時、（ｂ）は接触時を示す。

以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
この電磁クラッチは、自動車や屋内空調用の圧縮機等に使用されるダブルフラックスタイプの電磁クラッチであり、圧縮機等のハウジングに設けられている。電磁クラッチは、図１に示すように、ロータ１とアーマチュア２とを含んで構成され、ロータ１とアーマチュア２との接触により接続され、動力源からの動力を伝達して圧縮機を駆動させる。

前記ダブルフラックスとは、ロータ１とアーマチュア２とのそれぞれの接触面をスリットにより半径方向に分割することによって、ロータ１とアーマチュア２の接触時に形成される磁気回路（以下「磁路」という）が、ロータ１とアーマチュア２との間を２往復することを意味する。同様に、トリプルフラックスといった場合には、ロータ１とアーマチュア２の接触時に形成される磁路が、ロータ１とアーマチュア２との間を３往復することを意味する。

ロータ１は、中央部が開口した環状であり、エンジン等の動力源（図示省略）からの動力を伝達するプーリ１２と一体に形成されている。中央部に形成された開口部１１には、アーマチュア１に接続された駆動軸（図示省略）が挿入される。この駆動軸は、開口部１１の壁面との間でラジアル軸受等により支持される。プーリ１２は、ロータ１の外周部を形成しており、動力源とベルトにより連結されて、ロータ１を回転させる。

ロータ１の表面のうち、アーマチュア２と接触する表面（以下「接触面」という）１３には、スリット１４が形成されている。スリット１４は、接触面１３に同心円状に２本形成されており、接触面１３を半径方向に３分割している。スリット１４により３分割された接触面１３は、スリット１４と同心円上に形成された接続部１５により接続されている。

ロータ１の内部には、図２に示すように、電磁コイル１６が内蔵されている。電磁コイル１６は、同一円周上に複数配置されており、通電により励磁され磁束を発生させる。発生した磁束は、全体の磁気抵抗が最も小さくなる磁路を形成する。磁気抵抗は、磁路における起磁力と磁束の比（起磁力／磁束）で表される。電磁コイル１６が励磁されると、その磁力により、アーマチュア２がロータ１に吸引・吸着される。

アーマチュア２は、ロータ１に対向して配置されており、第１アーマチュア板２１と、中間層２２と、第２アーマチュア板２３とを含んで構成される。アーマチュア２は、ロータ１側から、第１アーマチュア板２１，中間層２２，第２アーマチュア板２３の順で積層して形成されている。各アーマチュア板２１，２３は、鉄や酸化鉄等の磁性体により形成されており、ロータ１に内蔵された電磁コイル１６が励磁されると、その磁力により吸引・吸着される。

第１アーマチュア板２１は、ロータ１と対向して配置されており、図３（ａ）に示すように、中央に円形の開口部２４を有する円盤状に形成されている。第１アーマチュア板２１には、１本のスリット２５と、複数のリベット孔２６が設けられている。スリット２５は、ロータ１に形成された２本のスリット１４と同一中心軸の略円形に形成されており、図２に示すように、ロータ１の接触面１３のうち、ロータ１の２本のスリット１４の間に挟まれた接触面１３ａと対向するように配置されている。すなわち、ロータ１の２本のスリット１４と第１アーマチュア板２１のスリット２５とは、半径が異なる同心円状に形成され、第１アーマチュア板２１のスリット２５の半径は、ロータ１の２本のスリット１４のうち小さい方のスリット１４の半径より大きく、大きい方のスリット１４の半径より小さく設定される。

第１アーマチュア板２１のロータ１と反対側（以下「背面側」という）には、第２アーマチュア板２３が設けられている。第２アーマチュア板２３は、図３（ｂ）に示すように、中央に円形の開口部２７と複数のリベット孔２８とを有する円盤状に形成されている。第２アーマチュア板２３の開口部２７と第１アーマチュア板２１の開口部２４とは、同一中心軸かつ略同一半径の円形に形成されている。

第１アーマチュア板２１と第１アーマチュア板２３との間には、中間層２２が設けられている。この中間層２２は、各アーマチュア板２１，２３の表面に塗装された防食剤等の塗膜により形成されている。前記塗膜には、アーマチュア板２１，２３よりも透磁率が低い材料が選択される。これにより、中間層２２の磁気抵抗は、アーマチュア板２１，２３の磁気抵抗より大きくなる。また、中間層２２の磁気抵抗は、第１アーマチュア板２１のスリット２５（すなわち、スリット２５内の空間）の磁気抵抗よりも小さくなるように設定される。中間層２２の磁気抵抗は、塗膜の材料や厚さを変化させることにより設定される。

第２アーマチュア板２３の背面側には、図２に示すように、制振板２９が配置されている。この制振板２９は、図４に示すように、中央部が開口した略三角形状の金属製部材であり、アーマチュア２の振動を減衰する。制振板２９は、第１アーマチュア板２１のリベット孔２６と第２アーマチュア板２３のリベット孔２８とを挿通するリベット３０により、第１アーマチュア板２１、中間層２２及び第２アーマチュア板２３と連結される。

第２アーマチュア板２３と制振板２９との間には、リーフスプリング３１が配置されている。リーフスプリング３１は、アーマチュア２を制振板２９に引き付ける方向（すなわち、アーマチュア２がロータ１から離れる方向）に付勢する付勢手段であり、ロータ１の電磁コイル１６が励磁されていない場合、アーマチュア２はこのリーフスプリング３１の付勢力により、ロータ２と離間している。したがって、電磁コイル１６によるアーマチュア２の吸引・吸着は、リーフスプリング３１の付勢力に抗して行われることとなる。第２アーマチュア板２３と制振板２９との間には、リーフスプリング３１を配置する隙間を維持するために、スペーサ３２が配置されている。

リーフスプリング３１の外側の端部は、図３に示した第１アーマチュア板２１のリベット孔２６と第２アーマチュア板２３のリベット孔２８とを挿通するリベット３０（図２参照）により、第１アーマチュア板２１、中間層２２及び第２アーマチュア板２３と連結されている。

制振板２９の背面側には、図２に示すように、カプラ３３が配置されている。カプラ３３は、円盤状の金属部材の中央部がロータ１側に突出した形状であり、アーマチュア２と圧縮機の駆動軸とを連結する。カプラ３３の中央部に形成されたスリーブ３４は、第２アーマチュア板２３の開口部２７と第１アーマチュア板２１の開口部２４とを通ってロータ１側に突出しており、その内側には圧縮機の駆動軸が連結される。このカプラ３３と、制振板２９と、リーフスプリング３１の内側の端部とは、ボルト３５により連結されている。

次に、このように構成された電磁クラッチに形成される磁路について、図５を参照して説明する。
本実施形態における電磁クラッチは、電磁コイル１６が励磁されていない状態では、リーフスプリング３１の付勢力により、ロータ１とアーマチュア２とが離間しており、ロータ１とアーマチュア２とは非接触である。このように、ロータ１とアーマチュア２とが非接触のとき（以下単に「非接触時」という）に、電磁コイル１６が通電により励磁されると、磁路Ｍ_１が形成される。

この磁路Ｍ_１は、図５（ａ）に示すように、ロータ１から第１アーマチュア板２１，中間層２２，第２アーマチュア板２３，中間層２２，第１アーマチュア板２１を経てロータ１に戻る閉回路である。中間層２２の透磁率は、各アーマチュア板２１，２３の透磁率より低いが、中間層２２の磁気抵抗は、第１アーマチュア板２１のスリット２１（すなわちち、スリット２５内の空間）の磁気抵抗より低く設定されているため、非接触時において、磁路Ｍ_１の磁気抵抗が最小となる。

磁路Ｍ_１が形成されると、磁力によりアーマチュア２がロータ１に吸引され、ロータ１とアーマチュア２とが接触し、アーマチュア２はロータ１に吸着される。ロータ１とアーマチュア２との接触時（以下単に「接触時」という）には、磁路Ｍ_２が形成される。

磁路Ｍ_２は、図５（ｂ）に示すように、ロータ１から第１アーマチュア板２１，ロータ１の２本のスリット１４の間の接触面１３ａ，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る閉回路である。ロータ１から第１アーマチュア板２１に進入した磁力線は、第１アーマチュア板２１よりも透磁率の低い中間層２２を通らず、ロータ１の２本のスリット１４の間の接触面１３ａから中間層２２よりも透磁率の大きいロータ１に進入する。このようにロータ１に進入した磁力線は、第１アーマチュア板２１のスリット２５を迂回して再び第１アーマチュア板２１に進入する。第１アーマチュア板２１に再度進入した磁力線は、ロータ１とアーマチュア２との接触面１３から再びロータ１に進入し、磁路Ｍ_２を形成する。すなわち、磁路Ｍ_２は、ロータ１と第１アーマチュア板２１との間を、ロータ１のスリット１４及び第１アーマチュア板２１のスリット２５を迂回しながら２往復する。

本実施形態による電磁クラッチは、電磁コイル１６が内蔵されたロータ１と、ロータ１に対向して配置され、電磁コイル１６の磁力によりロータ１に吸引・吸着されるアーマチュア２とを備える。さらに、ロータ１は、アーマチュア２との接触面１３に同心円状の２本のスリット１４を備え、アーマチュア２は、ロータ１の隣り合ったスリット１４の間の接触面１３ａと対向する同心円状の１本のスリット２５を備えた第１アーマチュア板２１と、第１アーマチュア板２１の背面側に設けられた第２アーマチュア板２３と、第１アーマチュア板２１と第２アーマチュア板２３との間に設けられ、各アーマチュア板２１，２３よりも透磁率が低い中間層２２とを備える。そして、この電磁クラッチにおいて、電磁コイル１６の励磁により、ロータ１とアーマチュア２との非接触時には、ロータ１から第１アーマチュア板２１，中間層２２，第２アーマチュア板２３，中間層２２，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る磁路Ｍ_１が形成され、ロータ１とアーマチュア２との接触時には、ロータ１から第１アーマチュア板２１，ロータ１の隣り合ったスリット１４の間の接触面１３ａ，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る磁路Ｍ_２が形成される。
このような構成により、非接触時に形成される磁路Ｍ_１は、磁気抵抗の大きい第１アーマチュア板２１のスリット２５を通らずに、磁気抵抗の小さい第２アーマチュア板２３を通るため、磁路Ｍ_１全体としての磁気抵抗が小さくなる。したがって、電磁コイル１６の励磁によるロータ１のアーマチュア２に対する吸引力を向上させることができる。
また、接触時に形成される磁路Ｍ_２は、ロータ１と第１アーマチュア板２１との間を２往復する。したがって、電磁コイル１６の励磁によるロータ１のアーマチュア２に対する吸着力を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、中間層２２は塗膜により形成されるため、容易に形成することができる。また、前記塗膜として、アーマチュアの表面に塗装される防食剤等を使用することができるため、新たな材料が不要となる。

次に、本発明の第２実施形態について、図６，７を参照して説明する。ここでは、第１実施形態と異なる部分について説明する。
図６に示すように、本実施形態において、第１アーマチュア板２１の背面側には、第２アーマチュア板２３が配置されている。各アーマチュア板２１，２３の間にはスペーサ３５が挟みこまれており、各アーマチュア板２１，２３の間に所定の空気層（空間）を維持している。この空気層は、本実施形態における中間層２２として機能する。

本実施形態における中間層２２の透磁率は、空気の透磁率に等しいため、各アーマチュア板２１，２３の透磁率よりも低い。したがって、中間層２２の磁気抵抗は、アーマチュア板２１，２３の磁気抵抗より大きくなる。また、中間層２２の磁気抵抗は、第１アーマチュア板２１のスリット２５（すなわち、スリット２５の間の空間）の磁気抵抗よりも小さくなるように設定される。中間層２２の磁気抵抗は、前記中間層（空気層）２２の幅を変化させることにより設定される。特に、前記中間層２２の幅は、スリット２５の幅よりも薄くされるのが好ましい。

本実施形態における電磁クラッチにおいて、非接触時の磁気回路Ｍ_１は、図７（ａ）に示すように、ロータ１から第１アーマチュア板２１，中間層２２，第２アーマチュア板２３，中間層２２，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る閉回路となる。また、接触時の磁気回路Ｍ_２は、図７（ｂ）に示すように、ロータ１から第１アーマチュア板２１，ロータ１の２本のスリット１４の間の接触面１３ａ，第１アーマチュア板２１を経てロータへと戻る閉回路となる。

本実施形態によれば、中間層２２は、各アーマチュア板２１，２３の間の空気層により形成される。したがって、中間層２２を容易に形成することができる。また、スペーサ３５の高さを変更することにより、中間層２２の磁気抵抗を容易に調整することができる。

次に、本発明の第３実施形態について、図８，９を参照して説明する。ここでは、上記の実施形態と異なる部分について説明する。
図８に示すように、本実施形態における電磁クラッチは、トリプルフラックスタイプである。すなわち、ロータ１は、アーマチュア２との接触面１３に同心円状の３本のスリット１４を備え、第１アーマチュア板２１は、３本のスリット１４のうち隣り合った２本のスリット１４によりそれぞれ形成された２つの接触面１３ａ（図９（ａ）参照）とそれぞれ対向する同心円状の２本のスリット２５を備える。

本実施形態における電磁クラッチにおいて、非接触時の磁気回路Ｍ_１は、図９（ａ）に示すように、ロータ１から第１アーマチュア板２１，中間層２２，第２アーマチュア板２３，中間層２２，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る閉回路となる。また、接触時の磁気回路Ｍ_２は、図９（ｂ）に示すように、ロータ１から第１アーマチュア板２１，ロータ１の隣り合ったスリット１４の間の接触面１３ａの一方，第１アーマチュア板２１，ロータ１の隣り合ったスリット１４の間の接触面１３ａの他方，第１アーマチュア板２１を経てロータ１へと戻る閉回路となる。すなわち、接触時の磁路Ｍ_２は、ロータ１とアーマチュア２との間を３往復する。このような構成により、電磁コイル１６の励磁によるロータ１のアーマチュア２に対する吸着力が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１アーマチュア板２１，中間層２２，及び第２アーマチュア板２３は、それぞれが複数の板状部材を積層して構成されたものであってもよい。例えば、第２アーマチュア板２３は、実施形態において説明した第２アーマチュア板２３を２枚以上積み重ねて形成されてもよい。

また、ロータ１は、プーリ１２と一体に形成されなくてもよい。例えば、それぞれ別々に用意されたロータ１とプーリ１２とを、溶接等の方法により接合してもよい。

また、電磁クラッチは、ダブル・トリプルフラックスタイプに限られず、接触時の磁路Ｍ_２が、ロータ１とアーマチュア２との間を４回以上の複数回往復するように構成されてもよい。例えば、接触時の磁路Ｍ_２がＮ回ロータ１とアーマチュア２との間を往復する場合、ロータ１のスリット１４は、アーマチュア２との接触面１３に同心円状にＮ本設けられ、アーマチュア２のスリット２５は、ロータ１の隣り合ったスリット１４間に形成されるＮ−１箇所の接触面１３ａと対向するように同心円状にＮ−１本設けられる。このような構成により、電磁コイル１６の励磁によるロータ１のアーマチュア２に対する吸着力を向上させることができる。

また、中間層２２は、アーマチュア板２１，２３より透磁率が低い軟鉄やニッケル等の材料により形成されてもよい。この場合、中間層２２の磁気抵抗は、第１アーマチュア板２１のスリット２５（すなわち、スリット２５の間の空間）の磁気抵抗よりも小さくなるように設定される。中間層２２の磁気抵抗は、中間層の厚さや材質を変化させることにより調整することができる。

１…ロータ
１１，２４，２７…開口部
１２…プーリ
１３，１３ａ…接触面
１４…スリット
１５…接続部
１６…電磁コイル
２…アーマチュア
２１…第１アーマチュア板
２２…中間層
２３…第２アーマチュア板
２５…スリット
２６，２８…リベット孔
２９…制振板
３０…リベット
３１…リーフスプリング
３２，３５…スペーサ
３３…カプラ
３４…スリーブ
３６…ボルト
Ｍ_１，Ｍ_２…磁気回路（磁路）

Claims

電磁コイルが内蔵されたロータと、
前記ロータに対向して配置され、前記電磁コイルの磁力により前記ロータに吸着されるアーマチュアと、
を備えた電磁クラッチであって、
前記ロータは、前記アーマチュアとの接触面に同心円状の複数のスリットを備え、
前記アーマチュアは、前記ロータの隣り合ったスリット間の接触面と対向する同心円状の１本又は複数のスリットを備えた第１アーマチュア板と、前記第１アーマチュア板の背面側に設けられた第２アーマチュア板と、前記第１アーマチュア板と前記第２アーマチュア板との間に設けられ、第１アーマチュア板と第２アーマチュア板よりも透磁率が低い中間層とを備え、
前記電磁コイルの励磁により、前記ロータと前記アーマチュアとの非接触時には、前記ロータから第１アーマチュア板，中間層，第２アーマチュア板，中間層，第１アーマチュア板を経てロータへと戻る磁気回路が形成され、前記ロータと前記アーマチュアとの接触時には、前記ロータから第１アーマチュア板，ロータの隣り合ったスリット間の部分，第１アーマチュア板を経てロータへと戻る磁気回路が形成されることを特徴とする電磁クラッチ。
前記中間層は、塗膜により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
前記中間層は、前記第１アーマチュア板と前記第２アーマチュア板との間の空気層により形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。