JP3077071B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロータとアマチュア
との吸着状態での回転スリップを検出する機能を備えた
電磁クラッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばカーエアコンのコンプ
レッサを補機とし、この補機の駆動に際して電磁クラッ
チを用いている。この種の電磁クラッチでは、円周方向
に沿って円弧状のスロットが複数開設されたロータとア
マチュアとを備え、電磁コイルへ電流を供給することに
より上記スロットを外極と内極との断磁路としてロータ
とアマチュアとを吸着させるものとしている。すなわ
ち、ロータに一体的に設けられたプーリとエンジン等の
駆動源との間にベルトを張架し、ロータを駆動側から回
転駆動するものとしており、補機側に回転結合されたア
マチュアを必要に応じてロータに吸着させることによっ
て、補機側へ回転トルクを伝達するものとしている。こ
のような電磁クラッチにおいては、補機側が回転ロック
した場合や異常に高い負荷が発生した場合、ロータとア
マチュアとが吸着状態で回転スリップする。このような
スリップ状態を長い時間持続させると、ロータとアマチ
ュアとの摩擦面の発熱のため、ベルトやベアリング等が
損傷してしまう。近年では、オルタネータやウォータポ
ンプ，パワーステアリング用オイルポンプ，エアーポン
プなどの補機に対して同様にして設けた電磁クラッチの
ロータへ、一本のベルトで動力を伝達する場合が多く、
ベルトやベアリング等が損傷すると、全ての補機に対し
動力の伝達が不可能となり、自動車の走行そのもが危う
くなる。そこで、従来においては、電磁コイルへ流れる
電流の低下に基づき、ロータとアマチュアとのスリップ
状態を検出するものとし、スリップ状態を検出した場合
に電磁コイルへの供給電流を遮断するようにしている。
これにより、ロータからアマチュアが離され、強制的に
空転状態となり、２次故障が未然に防止される。すなわ
ち、電磁コイルの巻線には銅線又はアルミ線が用いら
れ、銅やアルミなどその金属内部の温度が上昇すると、
ある法則性をもって電気抵抗が増加する。つまり、スリ
ップが発生して電磁クラッチが異常発熱を起こすと、電
磁コイルも高温となり、コイルの抵抗値が異常上昇す
る。抵抗値は通電電流と比例関係にある。これを利用し
て、従来においては、制御側で電磁コイルへの供給電流
の値を常に監視するものとし、この監視電流がある限界
値以下まで低下した場合をスリップ状態として検出し、
電磁コイルへの供給電流を遮断するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のスリップ検出方法によると、電磁クラッチの
形状、装着状態などの外部環境によっては、電磁コイル
が異常発熱するまでに時間がかかり、スリップ状態が検
出される前に他の部材の方が先に破壊してしまうという
ような不都合が生ずることがあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、ロータでの隣接する
スロット間の繋ぎ目とアマチュアでの隣接するスロット
間の繋ぎ目との回転角度位置の一致による電磁コイルへ
の供給電流の変化に基づき、ロータとアマチュアとの吸
着状態での回転スリップを検出するようにしたものであ
り、このために、電磁コイルと直列に接続された電流検
出用抵抗と、この電流検出用抵抗と電磁コイルとの接続
点に生じる電圧を所定の増幅率で増幅する第１の増幅手
段と、この第１の増幅手段での増幅率に対して小差の増
幅率で電流検出用抵抗と電磁コイルとの接続点に生じる
電圧を増幅する第２の増幅手段と、第１の増幅手段によ
って増幅された電圧を平滑する平滑手段と、この平滑手
段によって平滑された電圧と第２の増幅手段によって増
幅された電圧とを比較する比較手段と、この比較手段か
らの比較結果に基づいてロータとアマチュアとの吸着状
態での回転スリップを検出する回転スリップ検出手段と
を設けたものである。

【０００５】

【作用】したがってこの発明によれば、ロータでの隣接
するスロット間の繋ぎ目とアマチュアでの隣接するスロ
ット間の繋ぎ目との回転角度位置が一致したときの電磁
コイルへの供給電流の変化に基づき、すなわち急速にイ
ンダクタンスが変化し電磁コイルへの供給電流に制動が
かかることにより部分的に急低下する供給電流に基づ
き、ロータとアマチュアとの吸着状態での回転スリップ
が早期に検出される。具体的には、ロータでの隣接する
スロット間の繋ぎ目とアマチュアでの隣接するスロット
間の繋ぎ目との回転角度位置が一致したときの電磁コイ
ルへの供給電流の変化が電流検出用抵抗と電磁コイルと
の接続点に生じる電圧の変化として検出され、この電圧
が第１の増幅手段および第２の増幅手段によって増幅さ
れ、第１の増幅手段によって増幅された電圧を平滑した
平滑電圧と第２の増幅手段によって増幅された電圧とが
比較され、この比較結果に基づいて、ロータとアマチュ
アとの吸着状態での回転スリップが早期に検出される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明に係る電磁クラッチを詳細に説
明する。

【０００７】図２はこの電磁クラッチの一実施例を示す
機構部の側断面図である。同図において、１はカーエア
コンのコンプレッサのハウジングであり、環状のヨーク
２が支持板３を介して固定支持されている。ヨーク２の
環状溝２−１内には電磁コイル４が収納されている。

【０００８】ハウジング１のノーズ部１ａには、軸受６
が嵌着されていてスナップリング７で軸方向に固定され
ており、この軸受６の外輪には、ヨーク２を係入させる
環状溝８ａを備えたロータ８が、突起８ｂとスナップリ
ング９とで軸方向への移動を規制されて嵌装固定されて
いる。

【０００９】１０はロータ８の外周面に嵌装されて一体
化されたＶプーリであって、このＶプーリ１０とエンジ
ン等の駆動源との間には、Ｖベルトが張架されており、
ロータ８が駆動側から回転駆動されるものとなってい
る。

【００１０】一方、ハウジング１の中心孔を貫通してハ
ウジング１側の図示しない軸受に軸支された回転軸１１
の先端部には、ボス付き円板状に形成されたアマチュア
ハブ１２が、ボルト１３と座金１４とで固定されてお
り、その外周部を円周方向に複数等分する箇所に鋲着さ
れた板ばね１５の自由端部には、環状に形成されたアマ
チュア１６が、ロータ８とアマチュアハブ１２との間に
位置して固定支持されている。そして、このアマチュア
１６は、板ばね１５によりロータ８から離間する方向に
付勢されている。

【００１１】環状に形成された電磁コイル４は、断面
「コ」字形の環状に形成されたコイルボビン１７内に、
ボンドワイヤであらかじめ固められた状態で挿入されて
おり、その半部はコイルボビン１７の外へ露呈されてい
る。電磁コイル４の露呈部には、断面「コ」字形の環状
に形成されたカバー１８が被冠されている。

【００１２】図３はアマチュア１６の平面図である。ア
マチュア１６には、円周方向に沿って円弧状のスロット
１６−１（１６−１１〜１６−１６）が複数（６個）開
設されおり、各スロット１６−１の円周方向の端面は半
円状とされている。１６−Ａ（１６−Ａ１〜１６−Ａ
６）は、隣接するスロット１６−１間の微少な繋ぎ目
（以下、ブリッジ部と呼ぶ）である。

【００１３】図４はロータ８の平面図である。ロータ８
には、その内周方向側に円周方向に沿って円弧状のスロ
ット８−１（８−１１〜８−１６）が複数（６個）開設
されており、またその外周方向側に円周方向に沿って円
弧状のスロット８−２（８−２１〜８−２６）が複数
（６個）開設されており、各スロット８−１および８−
２の円周方向の端面は半円状とされている。８−Ａ（８
−Ａ１〜８−Ａ６）および８−Ｂ（８−Ｂ１〜８−Ｂ
６）は、隣接するスロット８−１間および８−２間の微
少な繋ぎ目（以下、ブリッジ部と呼ぶ）である。

【００１４】アマチュア１６のスロット１６−１１〜１
６−１６は、図２に示した組立状態において、ロータ８
のスロット８−１１〜８−１６と８−２１〜８−２６と
の間の環状板面に対向するものとして、その開設位置が
定められている。また、アマチュア１６のブリッジ部１
６Ａとロータ８のブリッジ部８−Ａおよび８−Ｂとは、
その円周方向の寸法ｈが同一とされている。

【００１５】図１はこの電磁クラッチの機構部に付設さ
れた制御回路を示す図である。同図において、Ｔｒ１は
パワートランジスタ（スイッチングトランジスタ）であ
り、電磁コイル４の一端と電源ライン（＋１２Ｖ）との
間に接続されている。Ｒ１は電流検出用微小抵抗であ
り、電磁コイル４の他端と接地ラインとの間に接続され
ている。なお、パワートランジスタＴｒ１は、ＦＥＴや
有接点リレーなどの採用も可能である。また、電流検出
用微小抵抗は、０．１Ω程度が良い。

【００１６】ＩＣ１およびＩＣ２は、電流検出用微小抵
抗Ｒ１に生ずる微小な検出電圧を増幅するオペアンプで
あり、抵抗Ｒ２とＲ３および抵抗Ｒ４とＲ５の設定によ
り、そのゲインが２０程度とされている。但し、オペア
ンプＩＣ１のゲインは、オペアンプＩＣ２のゲインより
若干低く設定されている。

【００１７】ＩＣ３はコンパレータであり、抵抗Ｒ６と
コンデンサＣ１とにより平滑されたオペアンプＩＣ１の
出力波形をその非反転入力とし、オペアンプＩＣ２の直
接の出力波形をその反転入力とする。コンパレータＩＣ
３の比較出力はナンドゲートＩＣ７の一端へ与えられ
る。

【００１８】ＳＤは遅延回路であり、ＩＣ４，ＩＣ５，
ＩＣ６，抵抗Ｒ７，コンデンサＣ２により構成され、ク
ラッチ駆動信号ＣＬＯＮが供与されてから所定時間Ｔ１
遅延させてナンドゲートＩＣ７の他端へ「Ｈ」レベルの
信号を送り、クラッチ駆動信号ＣＬＯＮの消失と同時に
ナンドゲートＩＣ７への「Ｈ」レベルの信号を「Ｌ」レ
ベルへ立ち下げる。遅延回路ＳＤでの遅延時間Ｔ１は、
電磁コイル４への供給電流が飽和値に達するまでの時間
以上として適当に定められている。すなわち、遅延回路
ＳＤにおいて、抵抗Ｒ７，コンデンサＣ２の時定数は、
電磁コイル４の時定数よりも十分に大きいものとされて
いる。

【００１９】Ｆ・Ｆはフリップフロップ回路であり、ナ
ンドゲートＩＣ８とＩＣ９とで構成され、ナンドゲート
ＩＣ７の出力が「Ｌ」レベルとなった場合にセットさ
れ、そのＱ出力（ＩＣ８の出力）が「Ｈ」レベルとさ
れ、そのＱバー出力（ＩＣ９の出力）が「Ｌ」レベルと
される。なお、このフリップフロップ回路Ｆ・Ｆは、使
用開始時に与えられるリセット信号ＲＳＴにより初期化
され、イニシャル時においてそのＱ出力およびＱバー出
力は「Ｌ」および「Ｈ」レベルとされている。勿論、リ
セット信号ＲＳＴは、回路内部で自動発生させるものと
してもよい。

【００２０】ＩＣ１０はＡＮＤゲートであり、その一端
にクラッチ駆動信号ＣＬＯＮが与えられ、その他端にフ
リップフロップ回路Ｆ・ＦのＱバー出力が与えられる。
そして、このＡＮＤゲートＩＣ１０の出力が、パワート
ランジスタＴｒ１を駆動するドライバＩＣ１１へ与えら
れる。

【００２１】次に、このように構成された電磁クラッチ
の動作を、図５に示す電磁コイル４への供給電流Ｉの変
化を参照しながら説明する。

【００２２】図２において、Ｖプーリ１０が駆動源側か
ら駆動されて回転すると、これと一体のロータ８が軸受
６を介してハウジング１のノーズ部１ａ上で回転する。

【００２３】このような状況で、図１に示した制御回路
にクラッチ駆動信号ＣＬＯＮが与えられると、ＡＮＤゲ
ートＩＣ１０の出力が「Ｈ」レベルとなり、ドライバＩ
Ｃ１１を介してパワートランジスタＴｒ１がオン駆動さ
れ、電磁コイル４へ電流Ｉが供給され始める（図５に示
すｔ１点）。

【００２４】電磁コイル４が励磁されると、ヨーク２か
らロータ８の外極を経たのちアマチュア１６へ迂回しロ
ータ８の内極を経てヨーク２へ戻る磁束回路が形成され
るので、アマチュア１６が板ばね１５の付勢力に抗して
ロータ８に吸着される（図５に示すｔ２点）。すなわ
ち、電磁コイル４へ電流Ｉを供給することにより、スロ
ット８−１，８−２，１６−１を断磁路としてアマチュ
ア１６がロータ８に吸着される。この結果、アマチュア
１６がロータ８と一体になって回転し、アマチュア１６
と一体の回転軸１１が回転してエアコンプレッサが作動
し始める。

【００２５】この後、電磁コイル４への供給電流Ｉは図
５に示す如く増加して行き、やがて飽和値（定常電流）
に達する。一方、遅延回路ＳＤはクラッチ駆動信号ＣＬ
ＯＮを受けて、電磁コイル４への供給電流Ｉが飽和値に
達した以降、所定時間Ｔ１が経過した時点ｔ３で、ナン
ドゲートＩＣ７へ「Ｈ」レベルの信号を送る。

【００２６】今、図５に示すｔ４時点にて、回転スリッ
プが発生したとする。この場合、電磁コイル４への供給
電流Ｉは、ロータ８とアマチュア１６との摩擦面の発熱
のために徐々に低下して行く。この際、電磁コイル４へ
の供給電流Ｉは、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・の如く部分的
に急低下し、特徴的な波形となる。この特徴的な波形
は、ロータ８でのブリッジ部８−Ａおよび８−Ｂとアマ
チュア１６でのブリッジ部１６−Ａとの回転角度位置が
一致したとき、急速にインダクタンスが変化し、電磁コ
イル４への供給電流Ｉに制動がかかることにより生ず
る。

【００２７】図６に示すＶ１およびＶ２は上述した特徴
的な波形に応じてコンパレータＩＣ３の非反転入力およ
び反転入力へ与えられる電圧波形である。すなわち、電
流検出用微小抵抗Ｒ１に生じる電磁コイル４への供給電
流Ｉに比例した検出電圧は、オペアンプＩＣ１およびＩ
Ｃ２へ与えられ増幅される。オペアンプＩＣ１で増幅さ
れた検出電圧は抵抗Ｒ６，コンデンサＣ１により平滑さ
れ、Ｖ１なる電圧波形としてコンパレータＩＣ３の非反
転入力へ与えられる。一方、オペアンプＩＣ２で増幅さ
れた検出電圧は、Ｖ２なる電圧波形として直接的にコン
パレータＩＣ３の反転入力へ与えられる。この電圧波形
Ｖ１およびＶ２を受けて、コンパレータＩＣ３は、Ｖ１
がＶ２を上回る期間ｔ５〜ｔ６において、その比較出力
Ｖ３を「Ｈ」レベルとする。

【００２８】すなわち、コンパレータＩＣ３は、電磁コ
イル４への供給電流ＩのＳ１部分での急低下を検出し、
その比較出力Ｖ３を「Ｈ」レベルとする。この「Ｈ」レ
ベルの比較出力Ｖ３はナンドゲートＩＣ７の一端へ与え
られる。ナンドゲートＩＣ７は、図５に示す時点ｔ３時
点以降そのゲートが開かれていることから、コンパレー
タＩＣ３の比較出力Ｖ３が「Ｈ」レベルとなると、その
出力が「Ｌ」レベルとなる。これにより、フリップフロ
ップ回路Ｆ・Ｆがセット状態とされ、そのＱ出力が
「Ｈ」レベル、Ｑバー出力が「Ｌ」レベルとなる。

【００２９】フリップフロップ回路Ｆ・Ｆの「Ｈ」レベ
ルのＱ出力は、ＥＲＲ信号（異常信号）としてシステム
の制御部（図示せず）へ送られ、回転スリップの発生を
知らせる。これにより、システムの制御部は、適当な異
常処理を実行する。

【００３０】一方、フリップフロップ回路Ｆ・ＦのＱバ
ー出力が「Ｌ」レベルとなると、ＡＮＤゲートＩＣ１０
でのクラッチ駆動信号ＣＬＯＮの通過が阻止される。こ
れにより、ドライバＩＣ１１を介するパワートランジス
タＴｒ１のオン駆動が中断され、電磁コイル４への供給
電流Ｉが遮断される。

【００３１】電磁コイル４への供給電流Ｉが遮断される
と、アマチュア１６が板ばね１５の付勢力によりロータ
８から離間し、回転トルクの伝達が解かれて回転軸１１
の回転が停止する。

【００３２】すなわち、本実施例による電磁クラッチに
よれば、供給電流Ｉが飽和値に達した以降の所定時点よ
り、部分的に急低下する特徴的な波形を監視するものと
し、この特徴的な波形が発生した場合を回転スリップと
して早期に検出するため、回転スリップが検出される前
に他の部材の方が先に破壊してしまうというような不都
合が生じないものとなる。

【００３３】なお、フリップフロップ回路Ｆ・Ｆのセッ
ト状況は、すなわち電磁コイル４への供給電流の遮断状
態は、リセット信号ＲＳＴを与えることにより必要に応
じて復旧させることができる。

【００３４】また、本実施例においては、６スロット−
６スロットのロータ８に対して６スロットのアマチュア
１６を組み合わせたが、６スロット−６スロット−６ス
ロットのトリプルフラックスのロータに対し６スロット
−６スロットのアマチュアを組み合わせてもよい。ここ
で肝要なことは、部分的に急低下する特徴的な波形での
電流変化を大きくするために、ロータ側のブリッジ部と
アマチュア側のブリッジ部との回転角度位置が一致する
瞬間と解かれる瞬間とで、可能な限り磁路の状況に差異
があるようにすることである。これを実現するには、ロ
ータ側のブリッジ部とアマチュア側のブリッジ部の寸法
ｈを同一とし、またそのブリッジ部の個数も同一とすれ
ばよい。

【００３５】なお、６スロット−６スロット−６スロッ
トのトリプルフラックスのロータに対し３スロット−３
スロットのアマチュアを組み合わせたり、スロットを千
鳥形状に配列したりした場合には、部分的に急低下する
特徴的な波形は出現しない。

【００３６】また、当然のことではあるが、スロットの
円周方向の端面は必ずしも半円状としなくてもよく、ク
ラッチ軸心を通る直線状とすれば最大の効果が発生す
る。

【００３７】また、参考として、図７に図１に示した制
御回路のブロック図を示す。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、ロータでの隣接するスロット間の繋ぎ目
とアマチュアでの隣接するスロット間の繋ぎ目との回転
角度位置が一致したときの電磁コイルへの供給電流の変
化が、すなわち急速にインダクタンスが変化し電磁コイ
ルへの供給電流に制動がかかることにより部分的に急低
下する供給電流の変化が、電流検出用抵抗と電磁コイル
との接続点に生じる電圧の変化として検出され、この電
圧が第１の増幅手段および第２の増幅手段によって増幅
され、第１の増幅手段によって増幅された電圧を平滑し
た平滑電圧と第２の増幅手段によって増幅された電圧と
が比較され、この比較結果に基づいてロータとアマチュ
アとの吸着状態での回転スリップが早期に検出されるも
のとなり、回転スリップが検出される前に他の部材の方
が先に破壊してしまうというような不都合が生じないも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁クラッチの一実施例において
その駆動を制御する制御回路を示す図。

【図２】この電磁クラッチの機構部の側断面図。

【図３】この電磁クラッチに用いるアマチュアの平面
図。

【図４】この電磁クラッチに用いるロータの平面図。

【図５】電磁コイルへの供給電流Ｉの変化を示す図。

【図６】図１に示した制御回路においてコンパレータで
の比較動作を説明するための電圧波形図。

【図７】図１に示した制御回路のブロック図。

【符号の説明】

４ 電磁コイル ８ ロータ ８−１，８−２ スロット ８−Ａ，８−Ｂ 繋ぎ部（ブリッジ部） １６ アマチュア １６−１ スロット １６−１Ａ 繋ぎ部（ブリッジ部） Ｒ１ 電流検出用微小抵抗 ＩＣ１，ＩＣ２ オペアンプ ＩＣ３ コンパレータ ＩＣ７ ナンドゲート Ｆ・Ｆ フリップフロップ回路 ＳＤ 遅延回路 ＩＣ１０ ＡＮＤゲート Ｔｒ１ パワートランジスタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に沿って円弧状のスロットが複
   数開設されたロータとアマチュアと、電流の供給を受け
   て前記スロットを外極と内極との断磁路として前記ロー
   タとアマチュアとを吸着させる電磁コイルと、前記ロー
   タでの隣接するスロット間の繋ぎ目と前記アマチュアで
   の隣接するスロット間の繋ぎ目との回転角度位置の一致
   による前記電磁コイルへの供給電流の変化に基づき、前
   記ロータと前記アマチュアとの吸着状態での回転スリッ
   プを検出するスリップ検出手段とを備えた電磁クラッチ
   であって、 前記スリップ検出手段は、 前記電磁コイルと直列に接続された電流検出用抵抗と、 この電流検出用抵抗と前記電磁コイルとの接続点に生じ
   る電圧を所定の増幅率で増幅する第１の増幅手段と、 この第１の増幅手段での増幅率に対して小差の増幅率で
   前記電流検出用抵抗と前記電磁コイルとの接続点に生じ
   る電圧を増幅する第２の増幅手段と、 前記第１の増幅手段によって増幅された電圧を平滑する
   平滑手段と、 この平滑手段によって平滑された電圧と前記第２の増幅
   手段によって増幅された電圧とを比較する比較手段と、 この比較手段からの比較結果に基づいて前記ロータと前
   記アマチュアとの吸着状態での回転スリップを検出する
   回転スリップ検出手段と を備えたことを特徴とする電磁
   クラッチ。