JP2014109374A

JP2014109374A - 電磁クラッチ

Info

Publication number: JP2014109374A
Application number: JP2012265646A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Sakurai; 潤一郎櫻井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: WO2014087846A1; JP6131582B2

Abstract

【課題】駆動側回転体の外径を小さくし得る電磁クラッチを構成する。
【解決手段】磁性体で成る駆動側回転体１０の環状空間１０Ｓに収容された電磁ソレノイド２０のソレノイド部２１に通電することにより駆動側回転体１０の側面にクラッチユニット３０のアーマチュア３３を吸着させて伝動状態に達する構成を備える。駆動側回転体１０に回転軸芯Ｘを中心とする筒状の補助ヨーク部１５を形成し、電磁ソレノイド２０のヨークとして環状空間１０Ｓから外方に延出し、補助ヨーク部１５に対向する筒状の延出ヨーク部２４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁クラッチに関し、詳しくは、駆動側回転体に伝えられる駆動力を、電磁式に作動するクラッチユニットを介して従動側回転体に伝える技術の改良に関する。

上記のように構成された電磁クラッチとして特許文献１には、駆動側回転体（文献では駆動プーリ）に嵌め込まれた電磁ソレノイド（文献では電磁コイル）と、従動側回転体（文献ではポンプ軸）と一体回転するクラッチ板とが示されている。

この特許文献１では、従動側回転体に対してハブ、プレート部材等を介してクラッチ板を支持し、駆動側回転体の側面でクラッチ板と対向する位置に摩擦材を形成している。これにより電磁ソレノイドが励磁された場合には、クラッチ板を摩擦材に吸引して圧接させ駆動側回転体の回転力を従動側回転体に伝える。

特開２０１０‐２４２６２３号公報

特許文献１にも記載されるように電磁ソレノイドは、磁性体で断面形状がコ字状となる環状のヨークの内部にコイルを収容し、コイルに通電することによりヨークで強い磁束を発生させ、この磁束を駆動側回転体に伝えるように構成される。

例えば、車両のエンジンに備えられるウォータポンプでは、冷却水を送るインペラを高速回転させることが望まれている。従って、特許文献１に示されるもののように、駆動側回転体がプーリとして構成され、このプーリに対してクランクシャフトで駆動されるベルトが巻回する構成では、インペラを高速で回転させるために駆動側回転体の半径を小さくする必要がある。

しかしながら、駆動側回転体の内部に収容された電磁ソレノイドで電磁クラッチを確実に作動させるためには、電磁ソレノイドのソレノイド部が所定の断面積で、所定の巻き数となる導体を用い、所定の断面積となるヨークを用いることが必要となる。このような理由から電磁ソレノイドを収容するための容積が決まることになり、駆動側回転体の小径化が困難となり改善の余地がある。

本発明の目的は、駆動側回転体の外径を小さくし得る電磁クラッチを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、回転軸芯を中心とする円筒状の外周壁と、これより内側の内周壁と、これらに連なる側壁とを磁性体で形成することにより駆動側回転体が構成され、この駆動側回転体において前記外周壁と前記内周壁と前記側壁とに取り囲まれる位置の環状空間に嵌め込まれる電磁ソレノイドを備え、前記回転軸芯と同軸芯で配置された従動側回転体に支持され、前記電磁ソレノイドの通電時に前記側壁に吸着されることにより前記駆動側回転体の回転力を前記従動側回転体に伝えるクラッチユニットを備えると共に、前記電磁ソレノイドが、通電により磁束を発生させるソレノイド部と、このソレノイド部からの磁束を前記駆動側回転体に伝えるように磁性体で成るヨークとを備えており、前記ヨークが、前記回転軸芯に対して直交する姿勢で前記環状空間を閉塞する位置に配置される主ヨーク部を備え、この主ヨーク部のうち前記回転軸芯に近接する内周側と、前記回転軸芯から離間する外周側との少なくとも一方を基準にして前記環状空間から離間する方向に延出し前記回転軸芯を中心にした筒状となる延出ヨーク部を備え、前記駆動側回転体には、前記延出ヨーク部と対向する位置に補助ヨーク部が磁性体で形成されている点にある。

この特徴によると、主ヨーク部の内周側と外周側との少なくとも一方から環状空間に対して離間する方向に延出する延出ヨーク部を形成するので、駆動側回転体の内周壁又は外周壁の内面に対向する位置にヨークを形成しないで済む。具体的な構成として、主ヨーク部の外周に延出ヨーク部を形成したものを例に挙げると、従来、駆動側回転体の外周壁の内面に対向する位置に形成されていたヨークの壁部分を取り除いた断面形状となるようにヨークを構成することが可能となる。これにより、ヨークの厚みに相当する距離だけ駆動側回転体の外周壁の内面をコイル部の外周面に近づけることが可能となり、駆動側回転体外径を小さくすることができる。
また、この構成では、延出ヨーク部と補助ヨーク部との間に隙間が形成されるが、これらの対向する面積を広くして磁気抵抗を低くする。このような理由から、ソレノイド部に通電した場合は、磁束を主ヨーク部から延出ヨーク部に効率的に伝え、更に、この延出ヨーク部に近接する補助ヨーク部を介して駆動側回転体に効率的に伝えることができる。
従って、電磁ソレノイドを構成するヨークと、駆動側回転体の一部の形状とを変更するものでありながら駆動側回転体に対してクラッチユニットを強力に吸着させる性能を維持しながら駆動側回転体の小径化が可能となる電磁クラッチが構成された。

本発明は、前記ヨークが、前記主ヨーク部と、前記内周壁と対向する内側ヨーク部と、前記主ヨーク部の前記外周側を基準に形成された前記延出ヨーク部とを備えて構成されても良い。

これによると、内側ヨーク部に対して導体を巻き付ける形態でソレノイド部を構成することが可能となる。また、ソレノイド部に通電した場合には内側ヨーク部とヨーク本体とに流れる磁束を延出ヨーク部に伝えることができる。更に、ソレノイド部の外周側にヨークが配置されないので、ヨークの厚みに相当する距離だけソレノイド部の外周面に近づける位置に駆動側回転体の外周壁の内面を配置することもでき、この位置関係から駆動側回転体の外径を小さくすることが可能となる。

電磁クラッチの断面図である。伝動状態の電磁クラッチの拡大断面図である。別実施形態（ａ）の電磁クラッチの拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１及び図２には本発明の電磁クラッチＣによって動力の伝動と遮断との切換が可能で、車両のエンジンＥの冷却水を循環させるウォータポンプが示されている。このウォータポンプは、車両のエンジンＥに連結固定されるポンプハウジング１に対し、回転軸芯Ｘを中心にして回転自在な駆動側回転体としての駆動プーリ１０と、従動側回転体としてのシャフト１８とを回転自在に支持している。

ポンプハウジング１には回転軸芯Ｘを中心とする開口１Ａが形成されると共に、この開口に連なる位置に回転軸芯Ｘを中心にとする筒状のボス状部１Ｂが形成されている。シャフト１８（従動側回転体の一例）は、開口１Ａからボス状部１Ｂに亘る空間を貫通する位置に配置され、ボールベアリング型のシャフト軸受２によりボス状部１Ｂの内周部に回転自在に支持されている。また、シャフト１８と開口１Ａとの間には、メカニカルシール３を備え、シャフト１８の内端には送水用のインペラ４を備えている。

駆動プーリ１０（駆動側回転体の一例）は、ボールベアリング型のプーリ軸受５によりポンプハウジング１のボス状部１Ｂの外周面に回転自在に支持されている。この構成から駆動プーリ１０とシャフト１８とは回転軸芯Ｘを中心にして相対回転自在となる。

駆動プーリ１０は、回転軸芯Ｘを中心とする円筒状の外周壁１１と、これより内側で回転軸芯を中心とする円筒状の内周壁１２と、これらに連なり回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢の側壁１３とを、鉄材やニッケル合金材等の磁性体（強磁性体であることが望ましい）を用いて一体的に形成されている。この駆動プーリ１０は、外周壁１１と内周壁１２と側壁１３とで囲まれる領域にポンプハウジング１の方向に開放する環状空間１０Ｓが形成され、この環状空間１０Ｓに電磁クラッチＣの電磁ソレノイド２０が嵌め込まれている。

外周壁１１の外周面には、Ｖリブドベルト型の駆動ベルト１４が巻回するためのベルト巻回部１１Ａが形成されている。内周壁１２において回転軸芯Ｘの方向に対向する面にアウタレースを接触させる状態で、プーリ軸受５が配置されている。側壁１３の外面側（ポンプハウジング１と反対側の外面）にはアーマチュア３３が圧接するクラッチ面１３Ａが形成され、この側壁１３はクラッチ面１３Ａを貫通する複数の貫通孔１３Ｂが周方向に設定間隔を隔てて形成されている。

尚、駆動プーリ１０は、平ベルトが巻回する構造であって良く、タイミングベルトが巻回する構成であっても良い。

このウォータポンプでは、エンジンＥのクランクシャフトに備えた出力プーリと、駆動プーリ１０とに亘って駆動ベルト１４が巻回するため、エンジンＥの稼動時には駆動プーリ１０が継続的に回転する。電磁クラッチＣは、冷却水の水温を検出する温度センサ（図示せず）の検出結果を取得する制御装置（図示せず）によって制御される。この制御装置は、エンジンＥの始動直後のように冷却水の水温が低い（エンジンＥの暖機が充分でない）ことを判別した場合には電磁クラッチＣを遮断状態に維持して暖機を促進し、エンジンＥの温度が設定値を超えたことを判別した場合には電磁クラッチＣを伝動状態に設定してインペラ４の駆動により冷却水を循環させる。

〔電磁クラッチ〕
電磁クラッチＣは、前述したように駆動プーリ１０の環状空間１０Ｓに収容される電磁ソレノイド２０と、シャフト１８と一体回転するクラッチユニット３０とを備えて構成されている。また、駆動プーリ１０は、電磁ソレノイド２０からの磁束をクラッチユニット３０のアーマチュア３３に作用させる磁気回路を形成するものであり、この駆動プーリ１０も電磁クラッチＣの一部を構成する。

電磁ソレノイド２０は、通電により励磁する（磁束を発生させる）ソレノイド部２１と、このソレノイド部２１からの磁束を駆動プーリ１０に伝えるように鉄材やニッケル合金材等の磁性体で成るヨークとを備えている。ヨークは、主ヨーク部２２と、内周側の内側ヨーク部２３と、外周側の外側延出ヨーク部２４とを一体形成している。主ヨーク部２２は、回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢で環状空間１０Ｓを閉塞する位置に配置される。内側ヨーク部２３は、主ヨーク部２２のうち回転軸芯Ｘに近接する内周側において回転軸芯Ｘを中心にして筒状で内周壁１２の内周面に対し所定距離を隔てて対向する位置に配置される。外側延出ヨーク部２４は、主ヨーク部２２のうち、回転軸芯Ｘを基準にして前述した内周側より外方に離間する外周側において回転軸芯Ｘを中心にした筒状で環状空間１０Ｓから離間する方向に延出する形態で配置される。

この電磁ソレノイド２０では、回転軸芯Ｘを基準にしたソレノイド部２１の外周面までの半径を、回転軸芯Ｘを基準にした外側延出ヨーク部２４の外周面までの半径と一致させている。この電磁ソレノイド２０は、外側延出ヨーク部２４の外周面と、ソレノイド部２１の外周面とが共通する仮想円周面上に存在するように配置されるものであるが、本発明では、外側延出ヨーク部２４の外周面と、ソレノイド部２１の外周面とがの位置関係が半径方向で僅かに異なる位置関係にあるものを排除するものではない。

ポンプハウジング１には、前記ボス状部１Ｂより外側において、回転軸芯Ｘを中心とする筒状となる筒状部１Ｃが形成され、この筒状部１Ｃに対して外側延出ヨーク部２４の延出端が支持されている。これにより、ヨークがポンプハウジング１に支持され電磁ソレノイド２０の位置が決まる。尚、電磁ソレノイド２０をポンプハウジング１に支持するために、ポンプハウジング１に固定されるブラケット等に対してヨークを連結する構成を採用して良い。

また、ボス状部１Ｂの外周側と、筒状部１Ｃの内周側と、ヨークの主ヨーク部２２とで取り囲まれる導入空間Ｇが形成され、ボス状部１Ｂには、導入空間Ｇとシャフト１８が配置される空間とを結ぶ複数の案内孔２Ｈが形成されている。

ソレノイド部２１は、ボビン２０Ａに対して導線を巻回した構成を有しており、ボビン２０Ａの内周面を内側ヨーク部２３に密着させ、側面を主ヨーク部２２に密着させる位置関係に固定されている。図面には示していないが、ポンプハウジング１からソレノイド部２１の導線に電力を供給する電力ケーブルが筒状部１Ｃに沿って形成されている。

駆動プーリ１０の外周壁１１のうち、ポンプハウジング１に対向する端部には前述した外側延出ヨーク部２４の外周面に対向する補助ヨーク部１５を備えている。この補助ヨーク部１５は位置で鉄材やニッケル合金材等の磁性体で形成され、駆動プーリ１０の外周壁１１に取り付けられるものであるが、駆動プーリ１０と一体的に形成しても良い。

また、ヨークを構成する内側ヨーク部２３の外周面を、駆動プーリ１０の内周壁１２の内周面に対し所定距離を隔てて対向させ、駆動プーリ１０の外周壁１１の内周面をソレノイド部２１の外周面に対し所定距離を隔てて対向させている。更に、前述したように外側延出ヨーク部２４の外周面に補助ヨーク部１５の内周面を対し所定距離を隔てて対向させるように相対的な位置関係が設定されている。尚、前述した所定距離とは対向するもの同士の間の磁気抵抗を可能な限り小さくする値であることが望ましい。

この構成により、内側ヨーク部２３、主ヨーク部２２、外側延出ヨーク部２４、補助ヨーク部１５、及び、駆動プーリ１０の外周壁１１、側壁１３、内周壁１２とで磁気回路が形成される。特に、この磁気回路では、内側ヨーク部２３と内周壁１２とが互いに近接する位置関係で広い面で対向しているため、この部位での磁気抵抗を低くしている。また、外側延出ヨーク部２４と補助ヨーク部１５とが互いに近接する位置関係で広い面で対向するため、この部位での磁気抵抗も低くしている。

そして、ソレノイド部２１に通電した場合には、磁気回路に対して高い磁束密度の磁束Ｆ（図２を参照）を伝え、側壁１３の貫通孔１３Ｂの部位で外方に漏れる磁束Ｆをアーマチュア３３に作用させ、強い吸引力でクラッチ面１３Ａに吸着する。尚、このクラッチ面１３Ａにライニング等を形成することで摩擦係数を高め、摩耗を抑制するように構成しても良い。

〔クラッチユニット〕
クラッチユニット３０は、シャフト１８の端部に支持されるブッシュ３１と、環状のアーマチュア３３と、アーマチュア３３を駆動プーリ１０の側壁１３から離間させる複数のバネ板３４とを備えている。

ブッシュ３１はシャフト１８と一体回転するように嵌合連結されている。アーマチュア３３は、鉄材やニッケル合金材等の磁性体で形成され、バネ板３４は、バネ鋼のように弾性変形可能な板材が用いられ、ブッシュ３１の端部のフランジ部３１Ａに一端を連結し、他端をアーマチュア３３に連結している。これにより、アーマチュア３３を駆動プーリ１０の側壁１３から離間させる方向に付勢力を作用させる。

この構成から、ソレノイド部２１に通電しない場合には、バネ板３４の付勢力により、図１に示す如くアーマチュア３３が側壁１３のクラッチ面１３Ａから離間する位置にある。この状態が電磁クラッチＣの遮断状態であり、駆動プーリ１０からの駆動力はシャフト１８に伝えられない。次に、ソレノイド部２１に通電した場合には、図２に示す如く、ヨークと駆動プーリ１０とで構成される磁気回路に磁束Ｆが形成され、この磁束Ｆの一部が側壁１３の貫通孔１３Ｂの部位で外方に漏れ出してアーマチュア３３に作用し、このアーマチュア３３に強い吸引力を作用させてクラッチ面１３Ａに吸着する。この状態が電磁クラッチＣの入り状態であり、駆動プーリ１０の回転力をクラッチユニット３０からシャフト１８に伝え、ウォータポンプを駆動する。

ソレノイド部２１に通電した場合には、主ヨーク部２２と内側ヨーク部２３とで作り出される磁束を外側延出ヨーク部２４と補助ヨーク部１５との間隙を介して伝えることになるが、これらが広い面で対向し、夫々が互いに近接する位置関係にあり磁気抵抗が低いため、この部位で磁束密度を減衰させることがなく、電磁クラッチＣの入り状態を良好に維持できる。

特に、電磁ソレノイド２０のヨークの断面形状が、従来、コ字状であったものに代えて外周側のヨーク部を取り除いた形状にしているため、ヨーク全体の外径を小さくし、ヨークの厚みに相当する距離だけ駆動側回転体の外周壁の内面をソレノイド部２１の外周面に近づけて駆動側回転体外径を小さくすることが可能にしている。これにより、駆動プーリ１０の外周径を小さくしてインペラ４の回転速度の高速度化を実現する。

メカニカルシール３は僅かながら冷却水の漏れを生ずるものであり、冷却水が漏れた場合には、ボス状部１Ｂの案内孔２Ｈから導入空間Ｇに導き、電磁ソレノイド２０の主ヨーク部２２等に接触させることにより、電磁ソレノイド２０で発生する熱により気化させることができる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図３に示すように、電磁ソレノイド２０のヨークを、主ヨーク部２２と、外周側ヨーク部２５と、内側延出ヨーク部２６とを一体形成して構成する。主ヨーク部２２は実施形態と同様に回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢で環状空間１０Ｓを閉塞する位置に配置されている。外周側ヨーク部２５は、主ヨーク部２２の外周側において回転軸芯Ｘを中心にして筒状で外周壁１１の内周面に対し所定距離を隔てて対向する位置に配置されている。内側延出ヨーク部２６は、主ヨーク部２２のうち、回転軸芯Ｘの内周側において回転軸芯Ｘを中心にした筒状で環状空間１０Ｓから離間する方向に延出する形態で形成されている。

また、駆動側回転体としての駆動プーリ１０の内周壁１２のうち、ポンプハウジング１に対向する端部には前述した内側延出ヨーク部２６の内周面に対向する位置で鉄材やニッケル合金材等の磁性体で形成される補助ヨーク部１５を備えている。尚、この補助ヨーク部１５は、駆動プーリ１０に対して連結する構成であるが、駆動プーリ１０を構成する部材と一体的に形成することも可能である。

この別実施形態（ａ）では、回転軸芯Ｘを基準にした内側延出ヨーク部２６の内周面までの半径と、回転軸芯Ｘを基準にしたソレノイド部２１の内周面までの半径とが一致するように相対的な位置関係が設定されている。この構成により、ヨーク全体の外径を小さくし、ヨークの厚みに相当する距離だけ駆動側回転体の外周壁１１の内面をソレノイド部２１の外周面に近づけて配置し、駆動側回転体外径を小さくすることが可能にしている。これにより、駆動プーリ１０の外周径を小さくして、ウォータポンプの回転速度の高速度化が実現する。

（ｂ）電磁ソレノイド２０のヨークを、主ヨーク部２２と、この主ヨーク部２２の外周側に対して、実施形態に示す外側延出ヨーク部２４と、この主ヨーク部２２の外周側に対して、別実施形態（ａ）に示す内側延出ヨーク部２６とを一体的に形成する。このように構成することにより、ヨーク全体の外径を一層小さくし、駆動側回転体としての駆動プーリ１０の外周径を小さくしてウォータポンプの回転速度の高速化を可能にする。

本発明は、電磁ソレノイドに通電することにより、駆動側回転体の駆動力を従動側回転体に伝える電磁クラッチに利用することができる。

１ハウジング（ポンプハウジング）
１０駆動側回転体（駆動プーリ）
１０Ｓ環状空間
１１外周壁
１２内周壁
１３側壁
１５補助ヨーク部
１８従動側回転体（シャフト）
２０電磁ソレノイド
２１ソレノイド部
２２主ヨーク部
２３内側ヨーク部
２４延出ヨーク部（外側延出ヨーク部）
２６延出ヨーク部（内側延出ヨーク部）
３０クラッチユニット
Ｆ磁束
Ｘ回転軸芯

Claims

回転軸芯を中心とする円筒状の外周壁と、これより内側の内周壁と、これらに連なる側壁とを磁性体で形成することにより駆動側回転体が構成され、この駆動側回転体において前記外周壁と前記内周壁と前記側壁とに取り囲まれる位置の環状空間に嵌め込まれる電磁ソレノイドを備え、
前記回転軸芯と同軸芯で配置された従動側回転体に支持され、前記電磁ソレノイドの通電時に前記側壁に吸着されることにより前記駆動側回転体の回転力を前記従動側回転体に伝えるクラッチユニットを備えると共に、
前記電磁ソレノイドが、通電により磁束を発生させるソレノイド部と、このソレノイド部からの磁束を前記駆動側回転体に伝えるように磁性体で成るヨークとを備えており、
前記ヨークが、前記回転軸芯に対して直交する姿勢で前記環状空間を閉塞する位置に配置される主ヨーク部を備え、この主ヨーク部のうち前記回転軸芯に近接する内周側と、前記回転軸芯から離間する外周側との少なくとも一方を基準にして前記環状空間から離間する方向に延出し前記回転軸芯を中心にした筒状となる延出ヨーク部を備え、
前記駆動側回転体には、前記延出ヨーク部と対向する位置に補助ヨーク部が磁性体で形成されている電磁クラッチ。
前記ヨークが、前記主ヨーク部と、前記内周壁と対向する内側ヨーク部と、前記主ヨーク部の前記外周側を基準に形成された前記延出ヨーク部とを備えて構成されている請求項１記載の電磁クラッチ。