JP3941242B2 - 電磁クラッチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁クラッチに関するものであり、車両用空調装置の圧縮機に用いて有効である。
【0002】
【従来の技術】
車両用空調装置の圧縮機は、走行用エンジンから駆動力を得て稼働しており、その稼働制御は電磁クラッチのON−OFFにより行う手段が一般的である。
ところで、何らかの原因により圧縮機が焼き付き、圧縮機がロック(圧縮機内の可動部が焼き付いて固着)した場合には、エンジンを保護するために、電磁クラッチをOFFとし、駆動力の伝達を遮断する保護機構を必要とする。
【0003】
そこで、例えば特開昭57−51025号公報に記載の発明では、圧縮機がロックした際に、アーマチャとロータハウジングの摩擦面との間に発生する摩擦熱によって溶断される温度ヒューズを、電磁クラッチ内の電気回路に直列に接続している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の発明では、温度ヒューズを励磁コイルの電気回路に接続する(結線する)必要があるため、製造工数の増加及び生産性の低下を招き、電磁クラッチの製造原価上昇を招いてしまうという問題がある。
また、温度ヒューズを電磁クラッチに内蔵するためには、温度ヒューズを内蔵するスペースに加えて温度ヒューズの結線部を内蔵するスペースを必要とするため、電磁クラッチの体格が大きくなってしまうという問題がある。
【0005】
この電磁クラッチの大型化という問題に対しては、励磁コイルの巻数を減少させて励磁コイルを小さくするといった手段が考えられるが、この手段では、励磁コイルによって誘起される起磁力が小さくなるため、励磁コイルへの通電量を増大させて起磁力が低下することを防止する必要がある。しかし、励磁コイルへの通電量を増大させると、電磁クラッチ(励磁コイル)の消費電力が大きくなってしまうという問題が新たに発生する。
【0006】
本発明は、上記点に鑑み、保護機構を有する電磁クラッチにおいて、電磁クラッチの消費電力を小さくしつつ、電磁クラッチの製造原価低減を図ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項1〜11に記載の発明では、アーマチャ(130)と前記ハウジング(113、120)との間に発生する摩擦熱が所定以上となったときに、前記励磁コイル(111)を短絡させることを特徴とする。
【0008】
これにより、上記公報に記載の発明と異なり、電磁クラッチ内に形成された電気回路に、温度ヒューズのごとく、摩擦熱により電気回路を切断するものを接続する必要がないので、結線部を内蔵するスペースを確保する必要がなく、電磁クラッチの体格及び消費電力を小さくしつつ、電磁クラッチの製造原価低減を図ることができる。
【0009】
また、上記公報と異なり、電気的な結線作業を必要としないので、結線部の振動及び冷熱サイクル等による疲労強度を考慮する必要がない。したがって、上記公報に記載のごとく、温度ヒューズにより電磁クラッチを遮断する手段に比べて、信頼性及び耐久性を向上させることができる。
請求項2に記載の発明では、励磁コイル(111)を構成する巻線の巻始め側と巻終わり側とを短絡させることを特徴とする。
【0010】
これにより、励磁コイル(111)の内部にて励磁コイル(111)を短絡させる場合に比べて、単純な構造で短絡手段(150)を構成することができる。
請求項3に記載の発明では、短絡手段(150)の一部は、前記ハウジング(113、120)の一部に接触していることを特徴とする。
【0011】
これにより、摩擦熱を素早く低融点導電部(152)に伝達することができるので、摩擦熱の発生(圧縮機のロック)に対してさらに応答性よく励磁コイル(111)を短絡させることができる。
請求項4に記載の発明では、一対の給電端子(115、116)間を短絡させることを特徴とする。
【0012】
これにより、被覆された電線部分を溶融した低融点導電部材にて短絡させる場合に比べて、摩擦熱の発生(圧縮機のロック)に対して応答性よく励磁コイル(111)を短絡させることができる。
請求項5に記載の発明では、短絡手段(150)は、ハウジング(113、120)より低い所定の融点を有し、かつ、導電性を有する低融点導電部材からなる低融点導電部(152)を有して構成されているとともに、摩擦熱により低融点導電部材を溶融させて励磁コイル(111)を短絡させることを特徴とする。
【0013】
これにより、本発明に係る電磁クラッチでは、低融点部材の融点を適宜選定することにより、励磁コイル(111)を短絡させる条件(タイミング)容易に設定することができるので、短絡手段(150)をアーマチャ(130)の近傍に内蔵しなければならないといった制約を受けにくい。
したがって、低融点部材(152)をアーマチャ(130)の近傍に内蔵する必要がないので、励磁コイル(111)が軸方向に移動してして電磁クラッチの軸方向寸法が拡大することがない。
【0014】
請求項6に記載の発明では、溶融した低融点導電部材が流通する向きに低融点導電部(152)を押圧する押圧手段(160)を有していることを特徴とする。
これにより、低融点導電部材の流通方向によらず、確実に励磁コイル(111)を短絡させることができる。
【0015】
請求項7に記載の発明では、低融点導電部材が固体状態において、溶融した低融点導電部材が流通する通路(151)の内壁と低融点導電部(152)との間には、所定の空隙(171)が形成されていることを特徴とする。
これにより、溶融した低融点導電部材が表面張力により通路(151)の内壁に密着することを防止することができるので、溶融した低融点導電部材の流動性を向上させることができるので、短絡手段(150)の信頼性を向上させることができる。
【0016】
請求項8に記載の発明では、通路(151)は、外部に開放された開空間であることを特徴とする。
これにより、低融点導電部材が溶融したときに、通路(151)内に存在する空気を外部に放出することができるので、確実に溶融状態の低融点導電部材を流動させることができるので、短絡手段(150)の信頼性をさらに向上させることができる。
【0017】
請求項9に記載の発明では、溶融状態の低融点導電部材の流動性を促進する流動性促進部材(170、173)が設けられていることを特徴とする。
これにより、確実に溶融状態の低融点導電部材を流動させることができるので、短絡手段(150)の信頼性をさらに向上させることができる。
請求項10に記載の発明では、柱部(172)のうち溶融した低融点導電部材の流通方向前進側に、溶融状態の低融点導電の流動性を促進する流動性促進部(173)を設けたことを特徴とする。
【0018】
これにより、確実に溶融状態の低融点導電部材を流動させることができるので、短絡手段(150)の信頼性をさらに向上させることができる。
請求項11に記載の発明では、低融点部(152)に埋設された導電性の導電部材(174)を有しているとともに、摩擦熱によって低融点部材を溶融させて導電部材(174)を可動させることにより、励磁コイル(111)を短絡させることを特徴とする。
【0019】
これにより、励磁コイル(111)を確実に短絡させることができるので、短絡手段(150)の信頼性をさらに向上させることができる。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は本実施形態に係る電磁クラッチ100の半断面図であり、この電磁クラッチ100は、車両用空調装置(車両用冷凍サイクル)の圧縮機(図示せず)に走行用エンジン(図示せず)からの駆動力を断続可能に伝達するものである。
【0021】
図1中、111は通電されることにより磁界を発生する励磁コイルであり、112は励磁コイル111の巻枠を構成する樹脂製のスプールである。以下、励磁コイル111とスプール112とを総称してコイル110と表記する。
112は、コイル110を収納するとともに、円盤状のプレート114を介してコイル110を圧縮機のハウジング(図示せず)に固定するステータハウジングであり、コイル110は、ステータハウジング112とコイル110との隙間に充填された樹脂によりステータハウジング112に固定されている。
【0022】
また、115、116はコイル110(励磁コイル111)に電力を供給する金属製の給電端子(以下、端子と略す。)であり、端子115が負極(ボディーアース)側に接続され、端子116は正極側に接続される。
121はVベルト(図示せず)を介してエンジンにより回転駆動されるプーリであり、120はプーリ121に溶接されてプーリ121と一体的に回転するロータハウジングである。このロータハウジング120は、ステータハウジング113を含むコイル110を収納するとともに、ステータハウジング113と共にコイル110(励磁コイル111)が発生する磁界の磁路を構成するものである。
【0023】
130は電磁吸引力によりロータリハウジング120の摩擦面122に吸引されるアーマチャであり、このアーマチャ130は、ハブ140を介して圧縮機のシャフト(図示せず)に連結されている。
なお、ハブ140は、スプライン等の連結手段によりシャフトと一体的に回転するハブセンター141、ピン142を介してアーマチャ130に連結された保持部143、及びアーマチャ130を介して保持部材143に伝達された駆動力(トルク)をハブセンタ141に伝達するとともに、トルク変動を吸収するゴム製の伝達部144から構成されている。
【0024】
また、ステータハウジング113には、その外周壁から端子116に至る穴状の通路151が上下方向に延びて形成されており、この通路151のうちステータハウジング113の外周壁から端子115に至る部位には、ステータハウジング113より低い融点を有するとともに、導電性を有する低融点金属(本実施形態では、はんだ)が充填(圧入)されている。以下、低融点金属が充填された部位を低融点金属部152と呼ぶ。
【0025】
ところで、電磁クラッチ100(励磁コイル111)は、図2に示すように、所定電流値以上の電流が流れたときに、自らが溶断することにより電力の供給を停止するヒューズ(ブレーカ手段)200介して車両搭載のバッテリ210から電力の供給を受けており、220は電磁クラッチ100(励磁コイル111)への通電をON−OFFするリレーである。
【0026】
なお、240は車両用空調装置(A/C)の始動スイッチであり、230は送風機の電動モータを示すものである。
次に、本実施形態の特徴的作動を述べる。
エンジンが稼働している状態において、電磁クラッチ100に電力が供給され、アーマチャ130がロータハウジング120の摩擦面122に接触しているときに圧縮機がロックすると、アーマチャ130が停止するのに対して、ロータハウジング120が回転するため、アーマチャ130と摩擦面122との間に大きな摩擦熱が発生し、両ハウジング120、113を加熱する。
【0027】
そして、摩擦熱が上昇し、ステータハウジング113の温度が低融点金属の融点以上まで上昇すると、低融点金属(低融点金属部152)が溶融し、その溶融した低融点金属が、重力及び毛細管現象により通路151を流通して端子116に到達する。このため、両端子115、116が電気的に接続されるので、励磁コイル111を構成する巻線の巻始め側と巻終わり側とが短絡(ショート)した状態なる。
【0028】
したがって、ヒューズ200に過電流が流れるので、ヒューズ200が溶断して励磁コイル111への通電が遮断され、アーマチャ130が摩擦面122から離脱する。
つまり、本実施形態では、ステータハウジング113の外周壁から端子116に至る部位に穴をあけて通路151を形成するとともに、ステータハウジング113の外周壁から端子115に至る部位に低融点金属を充填することにより、摩擦熱が所定以上となったときに励磁コイル111を短絡させる短絡手段150を構成している。
【0029】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態では、上記公報に記載の発明と異なり、電磁クラッチ100内に形成された端子116から端子115に至る電気回路に、温度ヒューズのごとく、摩擦熱により電気回路を切断するものを接続する必要がなく、結線部を内蔵するスペースを確保する必要もない。
【0030】
したがって、電磁クラッチ100の体格及び消費電力を小さくしつつ、電磁クラッチの製造原価低減を図ることができる。
ところで、上記公報に記載のごとく、温度ヒューズにて電気回路を切断(溶断)するには、温度ヒューズを内蔵する必要があるので、励磁コイル111が図1の右側に移動してしまい、電磁クラッチ100の軸方向寸法が大きくなってしまう。また仮に、電磁クラッチ100の体格を同等に維持したまま、温度ヒューズを内蔵するには、前述のごとく、励磁コイル111の巻数を少なくする必要があるので、電磁クラッチ100の消費電力が上昇してしまう。
【0031】
これに対して、本実施形態に係る電磁クラッチ100では、低融点金属の融点を適宜選定することにより、励磁コイル111を短絡させる条件(タイミング)容易に設定することができるので、短絡手段150を摩擦面122(アーマチャ130)の近傍に内蔵しなければならないといった制約を受けにくい。
したがって、低融点金属部152を摩擦面122の近傍に内蔵する必要がないので、励磁コイル111が図1の右側に移動してして電磁クラッチ100の軸方向寸法が拡大することがないことに加えて、消費電力が上昇することを防止できる。
【0032】
また、上記公報と異なり、電気的な結線作業を必要としないので、結線部の振動及び冷熱サイクル等による疲労強度を考慮する必要がない。したがって、上記公報に記載のごとく、温度ヒューズにより電磁クラッチ100を遮断する手段に比べて、信頼性及び耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態では、端子115、116にて励磁コイル111を短絡させるので、例えば被覆された電線部分を溶融した低融点金属にて短絡させる場合に比べて、摩擦熱の発生(圧縮機のロック)に対して応答性よく励磁コイル111を短絡させることができる。
【0033】
また、低融点金属部152(低融点金属)の一部はステータハウジング113に直接に接触しているので、摩擦熱を素早く低融点金属部152(低融点金属)に伝達することができる。したがって、摩擦熱の発生(圧縮機のロック)に対してさらに応答性よく励磁コイル111を短絡させることができる。
なお、本実施形態では、低融点金属部152はステータハウジング113に加えて負極側端子115にも接触しているが、これは端子115にボディアースされ、ステータハウジング113と端子115とが同電位であるためである。したがって、ステータハウジング113と端子115とが同電位でないとき(端子115が正極側であるとき)には、低融点金属部152(低融点金属)と端子115とは非接触状態としなければならない。
【0034】
また、励磁コイル111を構成する巻線の巻始め側と巻終わり側とを短絡させるので、例えば励磁コイル111の内部にて励磁コイル111を短絡させる場合に比べて、単純な構造で短絡手段150を構成することができる。
(第2実施形態)
ところで、第1実施形態では、重力を利用して溶融した低融点金属を通路151内を流通させているので、仮に通路151が略水平に形成された場合、溶融した低融点金属が流通しないおそれがある。
【0035】
そこで、本実施形態では、図3、4に示すように、溶融した低融点金属が流通する向きに低融点金属部152を押圧するコイルバネ(押圧手段)160を設けたものである。
これにより、通路151が略水平に形成されても、溶融した低融点金属を確実に流通させて励磁コイル111(両端子115、116間)を短絡させることができる。
【0036】
なお、図3では、プレート161を介してコイルバネ160により低融点金属部152を端子116側(紙面下側)に押し出すように構成したものである。
また、図4では、縮めた状態のコイルバネ160を固体状態の低融点金属部152に内蔵し、低融点金属が溶融したときに、縮めたコイルバネ160が伸びることにより溶融した低融点金属を端子116側(紙面下側)に押し出すものである。因みに、162は通路151の一端側を閉塞する、樹脂等の非電導かつ耐熱性に優れた樹脂(本実施径他ではナイロン)製の蓋である。
【0037】
(第3実施形態)
本実施形態は、低融点金属が溶融した際の低融点金属の流動性を促進させる流動性促進部材としてフラックス170を、図5に示すように、溶融した低融点金属の流通方向前進側(端子116側)に充填したものである。
これにより、確実に溶融した低融点金属を流通させることができるので、短絡手段150の信頼性を向上させることができる。
【0038】
(第4実施形態)
本実施形態は、図6に示すように、低融点金属が固体状態において、通路151の内壁と低融点金属部152との間に所定の空隙171が形成されるように、低融点金属部152の径寸法より通路151の径寸法を拡大するとともに、通路151をハブセンタ141側に貫通させて外部に開放された開空間としたものである。
【0039】
なお、本実施形態では、低融点金属が固体状態において、低融点金属部152が端子116側(下方側)に落下することを防止すべく、低融点金属部152のうちステータハウジング113の外周側にフランジ状のつば部152aを設けて低融点金属部152をステータハウジング113に係止している。
そして、本実施形態では、通路151の内壁と低融点金属部152との間に所定の空隙171が形成されているので、溶融した低融点金属が表面張力により通路151の内壁に密着することを防止することができる。したがって、溶融した低融点金属の流動性を向上させることができるので、短絡手段150の信頼性を向上させることができる。
【0040】
また、通路151が開空間となっているので、低融点金属が溶融したときに、通路151内に存在する空気を外部に放出することができる。したがって、確実に溶融状態の低融点金属を流動させることができるので、短絡手段150の信頼性をさらに向上させることができる。
(第5実施形態)
本実施形態は、図7、8に示すように、低融点金属部152を貫通して通路151の伸張方向(上下方向)に延びる柱部172を蓋162に一体形成するとともに、柱部172の下方側(端子116側)に、溶融状態の低融点金属の流動性を促進する流動性促進部173を設けたものである。
【0041】
なお、図7では、柱部172の下方側にすずめっきを施すことにより流動性促進部173を構成し、図8では、柱部172の下方側に対応する低融点金属部152にフラックスを内蔵することにより流動性促進部173を構成している。
(第6実施形態)
本実施形態は、図9に示すように、柱部172が両端子115、116間を渡す橋をなすように、柱部172を端子115側から端子116まで延ばすとともに、柱部172に螺旋状の溝173を形成したものである。
【0042】
これにより、溶融状態の低融点金属は、毛細管現象により溝173を伝って確実に端子116側に流通させることができるので、短絡手段150の信頼性をさらに向上させることができる。
(第7実施形態)
本実施形態は、図10に示すように、低融点金属部152に導電性の金属片(導電部材)174を埋設するとともに、アーマチャ130と摩擦面122との摩擦熱により低融点金属を溶融させて金属片174を自重によって可動(落下)させることにより、励磁コイル111を短絡させるものである。
【0043】
これにより、上述の実施形態と異なり、低融点金属の流動性の影響を受けないので、励磁コイル111を確実に短絡させることができ、短絡手段150の信頼性をさらに向上させることができる。
ところで、上述の実施形態では、ステータハウジング113の融点より低い融点を有し、かつ、導電性を有する低融点導電部材として、はんだ等の低融点金属を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば樹脂に金属粉等の導電性部材の粉末を混合して構成した導電性樹脂を用いてもよい。
【0044】
また、低融点金属に代えて、温度によって形状が変化する形状記憶合金、又は温度膨張率の異なる材料を貼り合わせることにより、温度によって形状が変化するバイメタル等を用いてもよい。
また、上述の実施形態に係る電磁クラッチは、励磁コイル111(コイル110)は圧縮機に対して停止(固定)したタイプであったが、プーリ121と共に回転するタイプの電磁クラッチに対しても本発明を実施することができる。
【0045】
また、上述の実施形態では、巻線の巻始めと巻終わりとの間(両端子115、116間)を短絡させたが、励磁コイル111の内部又は外部等の被覆された電線間を短絡させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る電磁クラッチの断面図である。
【図2】車両用空調装置の電気回路を示す模式図である。
【図3】第2実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図4】第2実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図5】第3実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図6】第4実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図7】第5実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図8】第5実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図9】第6実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【図10】第7実施形態に係る短絡手段の模式図である。
【符号の説明】
111…励磁コイル、113…ステータハウジング、
115、116…端子、120…ロータハウジング、122…摩擦面、
130…アーマチャ、150…短絡手段、151…通路、
152…低融点金属(低融点導電部材)。
Claims (11)
- 所定電流値以上の電流が流れたときに、電力の供給を停止するブレーカ手段(200)を介して電力が供給され、動力を断続可能に伝達する電磁クラッチであって、
磁界を発生する励磁コイル(111)と、
前記励磁コイル(111)を収納するとともに、前記励磁コイル(111)が発生する磁界の磁路を構成するハウジング(113、120)と、
電磁吸引力により前記ハウジング(113、120)側に吸引されるアーマチャ(130)と、
前記アーマチャ(130)と前記ハウジング(113、120)との間に発生する摩擦熱が所定以上となったときに、前記励磁コイル(111)を短絡させる短絡手段(150)とを有することを特徴とする電磁クラッチ。 - 前記短絡手段(150)は、前記励磁コイル(111)を構成する巻線の巻始め側と巻終わり側とを短絡させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁クラッチ。
- 前記短絡手段(150)の一部は、前記ハウジング(113、120)の一部に接触していることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁クラッチ。
- 前記短絡手段(150)は、前記励磁コイル(111)に電力を供給する一対の給電端子(115、116)間を短絡させるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の電磁クラッチ。
- 前記短絡手段(150)は、前記ハウジング(113、120)より低い所定の融点を有し、かつ、導電性を有する低融点導電部材からなる低融点導電部(152)を有して構成されているとともに、前記摩擦熱により前記低融点導電部材を溶融させて前記励磁コイル(111)を短絡させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つ記載の電磁クラッチ。
- 前記短絡手段(150)は、溶融した前記低融点導電部材が流通する向きに前記低融点導電部(152)を押圧する押圧手段(160)を有していることを特徴とする請求項5に記載の電磁クラッチ。
- 溶融した前記低融点導電部材が流通する通路(151)が上下方向に延びて形成されており、
前記低融点導電部材が固体状態において、前記通路(151)の内壁と前記低融点導電部(152)との間には、所定の空隙(171)が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電磁クラッチ。 - 前記通路(151)は、外部に開放された開空間であることを特徴とする請求項7に記載の電磁クラッチ。
- 前記短絡手段(150)には、溶融状態の前記低融点導電部材の流動性を促進する流動性促進部材(170、173)が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の電磁クラッチ。
- 前記低融点導電部(152)を貫通するとともに、溶融した前記低融点導電部材が流通する通路(151)の伸張方向に延びる柱部(172)を有し、
前記柱部(172)のうち溶融した前記低融点導電部材の流通方向前進側には、溶融状態の前記低融点導電の流動性を促進する流動性促進部(173)が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の電磁クラッチ。 - 前記短絡手段(150)は、前記ハウジング(113、120)より低い所定の融点を有する低融点部材からなる低融点部(152)に埋設された導電性の導電部材(174)を有しているとともに、前記摩擦熱によって前記低融点部材を溶融させて前記導電部材(174)を可動させることにより、前記励磁コイル(111)を短絡させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電磁クラッチ。
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