JP5138548B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチを用いて動力の伝達と遮断が行われ、外部から制御信号が入力されることによって運転制御がなされる圧縮機に関する。

従来から車両用設備において、電磁クラッチを用いて、駆動源からの動力を伝達および遮断する機構が知られている。たとえば特許文献１に記載される自動車用電動ドア開閉装置は、自動車のドアを電動モータにより開閉する機構に電磁クラッチを採用している。
特開２００６−１２５０３７号公報

特許文献１に記載される電磁クラッチを車両用空調設備における圧縮機に適用した場合、圧縮機の駆動トルクが大きくなると、ロータの摩擦面に吸着されたアーマチュアに働く吸着力が大きくなる。このために、電磁クラッチに供給する電力を遮断しても圧縮機運転が継続されてしまうおそれがある。

このような現状に鑑み、本発明の課題は、圧縮機駆動用動力を適切に伝達できるとともに、動力遮断が必要とされたときに迅速に遮断することが可能な電磁クラッチを備えた圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機は、電磁コイルを内蔵したコアとロータとを有する電磁クラッチを介して圧縮機駆動用動力の伝達と遮断を制御可能で、かつ、圧縮機の負荷トルクを軸方向の押圧力に変換し、変換された押圧力を動力伝達に供する負荷トルク変換機構を備えた動力伝達機構と、外部信号の入力により圧縮機の駆動トルクを略ゼロに設定可能な駆動トルク設定機構とを併せ持つことを特徴とするものからなる。このような本発明の圧縮機によれば、上記駆動トルク設定機構に対して外部信号を入力することによって圧縮機の駆動トルクを略ゼロに設定することによって、電磁クラッチ側へとかかる圧縮機の負荷トルクを強制的に大きく低下させ、負荷トルクから変換される動力伝達用の軸方向押圧力を急激に低下させて、圧縮機駆動用に駆動源から伝達されてくる動力を迅速に遮断することが可能となる。

本発明の圧縮機において、上記負荷トルク変換機構は、圧縮機の主軸に固定されたハブに対して軸方向に変位可能かつ回転方向に変位可能に保持されたアーマチュアと、上記ハブに対して軸方向に変位可能かつ回転不能に保持された円板との間に形成された、互いに係合するカム面を有する一対の部材から構成することができる。該カム面は、一対の部材の回転方向の相対的位置ずれを、少なくとも一方の部材の軸方向の変位に変換可能に形成されている。

本発明の圧縮機において、上記アーマチュアは、ゴム部材を介して上記ハブに対して保持された構造とすることが好ましい。さらに、上記ゴム部材は、上記主軸を中心軸とする環形状に形成されることが好ましい。かかる構造および形状を採用することにより、アーマチュアとハブとを容易に所望の連結状態に、つまり、上記の如くアーマチュアがハブに対して軸方向に変位可能でかつ回転方向に変位可能に、互いに連結させることができる。

本発明の圧縮機において、上記円板は、複数の板ばねを介して上記ハブに保持された構造とすることが好ましい。複数の板ばねで保持することにより、保持機構を設置するためのスペースを節約しつつ、円板を容易に軸方向に変位可能に保持することができる。

本発明の圧縮機において、上記負荷トルク変換機構は、上記ロータから延設され、上記円板の反アーマチュア側に当接可能な面を有する押圧力受け部材を備えている構造とすることができる。このような構造においては、負荷トルク変換機構における動力伝達に供される押圧力は、ロータ本体側と押圧力受け部材とにより両側から受けられるようになり、動力伝達の効率が向上する。また、動力の伝達をより効率的に行うために、上記円板および上記押圧力受け部材の接触面の少なくとも一方には摩擦材が設けられることが好ましい。

また、本発明の圧縮機を用いた空調装置において、圧縮機の運転停止を制御する手段が、外部信号の入力により圧縮機の駆動トルクを略ゼロに設定した後に、つまり、圧縮機の負荷トルクが実質的に発生しない制御状態とした後に、電磁クラッチの通電を遮断する手段から構成されることが好ましい。このような制御手段を採用することにより、圧縮機の負荷トルクが先に強制的に略ゼロとされるので、該負荷トルクによって圧縮機の運転が継続されてしまう不具合（例えば、圧縮機の負荷トルクによってアーマチュアが機械的にロータに押し付けられた状態が継続されてしまう不具合）が回避され、その回避状態（つまり、機械的な力が実質的に作用しない状態）にて電磁クラッチの電磁力によるアーマチュア吸着力を解除できるので、圧縮機駆動用動力の伝達を迅速にかつ確実に遮断することが可能となる。

また、本発明の圧縮機を用いた空調装置において、圧縮機の運転開始を制御する手段が、空調装置の運転開始信号に基づいて電磁クラッチへの通電を開始した後に、圧縮機の駆動トルクを制御すべき所定の値に増大させる手段から構成されることが好ましい。つまり、電磁クラッチに通電してトルク伝達状態にした後に、圧縮機に送られる、制御すべき駆動トルクの外部信号を出力し、その外部信号に対応する圧縮機の駆動負荷トルクを発生できるようにして、その負荷トルクに対応する伝達トルクを負荷トルク変換機構で変換するようにしたものである。このような制御手段を採用することにより、圧縮機起動時に、その時に要求される駆動トルク（負荷トルク）へと至らせるのに、相対的に小さな伝達トルクから負荷トルク変換機構で増大させるトルク分だけ徐々に立ち上げて円滑に所定の要求駆動トルクまで上げることが可能になり、急激に大きな伝達トルクが作用することはなくなる。従って、圧縮機起動時の立ち上がり伝達トルクの変動が極めて小さく抑えられ、起動特性が安定するとともに、伝達トルクの変動に起因する瞬間的な大きな伝達トルクに対応させる必要がなくなるので、最大伝達トルクの小さい電磁クラッチを採用することが可能になり、その分電磁クラッチの小型化を図って圧縮機の重量およびコストの低減を図ることができる。

このように、本発明の圧縮機によれば、空調装置など外部からの信号の入力によって圧縮機駆動用動力を迅速に遮断することが可能となるので、駆動源と圧縮機との間の動力伝達および遮断を円滑に行うことができる。また、本発明の圧縮機を車両用空調装置に使用する場合、上記のように圧縮機の運転停止時の動作順を特定することにより、圧縮機を所望のタイミングで確実に停止できるようになる。そして、圧縮機停止のタイミングを明確に把握できれば、駆動源としてのエンジンの負荷変動要因の把握が容易になり、例えばエンジン回転数の変動を補正する場合にも、その補正を容易に行えるようになる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る圧縮機を示しており、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の左方から見た正面図である。図１（Ａ）において圧縮機１は、電磁コイル２０を内蔵したコア２とロータ３とからなる電磁クラッチ２１をハウジング端面部１６と対向する位置に備えており、該電磁クラッチ２１を介して、外部動力源からの回転動力を主軸５に伝達している。また、図１（Ｂ）において、ハブ７は主軸５に固定されており、リング部材１０はゴム部材２４を介して回転方向に変位可能にハブ７に接続されている。

図２は、図１の動力伝達機構部分を拡大した部分拡大縦断面図である。負荷トルク変換機構の一部を構成する円板６は、主軸５に固定されたハブ７に対して軸方向に変位可能で、かつ、回転不能となるように、複数の板ばね８によって保持されている。この円板６は、主軸５に対してアーマチュア９を軸方向に変位可能かつ回転方向に変位可能に保持するＬ字形状のリング部材１０に対して、一対の部材１１を介して接続されている。該一対の部材１１はそれぞれカム面１２を有しており、それらの部材１１同士が互いに係合してカム構造を形成している。一対の部材１１の一方の部材１１ａは円板６に固着され、他方の部材１１ｂはリング部材１０に固着されており、リング部材１０がゴム部材２４を介して回転方向に変位可能にハブ７に接続されていることにより、両部材１１ａ、１１ｂ間で回転方向に相対変位可能となっている。リング部材１０と円板６との間は、単に当接可能に構成されているだけであり、回転方向に相対回転可能になっている。該カム構造によって、ハブ７に対する回転方向のねじり変位、より細かくは一対の部材１１ａ、１１ｂ間の相対ねじり変位が軸方向の変位に変換される。

図３は、上記カム構造を説明するための概略縦断面図である。円板６およびアーマチュア９の間に形成されたカム構造は一対の部材１１からなり、カム面１２として斜面部２３が周方向に適当な数だけ設けられている。このようなカム構造は、圧縮機の主軸５側から作用し、回転方向に働く圧縮機の負荷トルクを、負荷トルク変換機構部で軸方向の押圧力に変換する機能を果たしている。

図２において、圧縮機１のハウジングノーズ部２２に軸受を介して回転可能に保持されるロータ３からは、上記円板６のアーマチュア９と反対側の面と対面し、かつ該面と接触可能な面を有する押圧力受け部材１３が延設されている。アーマチュア９が電磁コイル２０の励磁による吸着力によってロータ３に吸着されるとともに、上記軸方向押圧力によってアーマチュア９のロータ３への圧着力が強められ、かつ、押圧力受け部材１３と円板６が接触することにより、ロータ３から主軸５へ回転動力の伝達が行われる。動力伝達を効率的に行うためには、押圧力受け部材１３および円板６の接触面の少なくとも一方には、摩擦材１４が設けられることが好ましい。

ロータ３は、軸方向に開口した断面Ｕ字形の隙間１５を有しており、隙間１５のハウジング端面部１６に対向する位置に、所定の間隔を隔ててコア２が設けられている。コア２は、圧縮機１外部の空調装置等の制御装置から入力される信号に基づいて電磁クラッチ２１の通電状態を制御している。例えば該制御装置から運転開始の信号が入力されると、電磁クラッチ２１のコア２内の電磁コイル２０への通電を開始し、外部駆動源によってベルト等を介して伝達されてきたロータ３の回転動力が主軸５に伝達されることによって圧縮機１の運転が開始される。圧縮機１の運転が開始されると、アーマチュア９はまずロータ３に対してすべりを生じながらロータ３に吸着され、すぐにロータ３の回転に同期して回転するようになる。圧縮機１の負荷トルクは、主軸５を通して電磁クラッチ２１部に対する負荷として作用するが、この圧縮機１の負荷トルクにより、ハブ７とアーマチュア９の間にゴム部材２４を介してねじれが生じ、それと同時に、上記カム機構部の一対の部材１１ａ、１１ｂ間にもねじれ（回転方向の相対変位）が生じ、該カム機構の作用により円板６は軸方向に変位する。このように電磁クラッチ２１への通電を開始した後に、例えば外部信号により圧縮機１の駆動トルクが制御すべき所定の値へと増大される。この駆動トルク増大指令により圧縮機１の負荷トルクが大きくなると、円板６は押圧力受け部材１３に強く押し付けられて、動力伝達の経路をなすようになり、同様にアーマチュア９もロータ３に強く押し付けられる。このような状態において圧縮機１の運転が継続された後、制御装置から圧縮機１の運転停止の信号が入力されると、電磁クラッチ２１の電磁コイル２０への通電が遮断されようとするが、この通電の遮断に先立って、圧縮機１の制御すべき駆動トルクを略ゼロに設定する信号を出力することが好ましい。圧縮機１の駆動トルクが略ゼロに設定されると、圧縮機１の負荷トルクも略ゼロの状態（つまり、圧縮機１が空回りの状態）とされるから、圧縮機１の負荷トルクに基づく軸方向押圧力によって強く押し付けられていた円板６と押圧力受け部材１３との間およびアーマチュア９とロータ３との間の圧着力が解除され、電磁クラッチ２１への通電を遮断することにより、電磁力により吸着されていたアーマチュア９を極めて容易にかつ迅速にロータ３から解放することができる。したがって、圧縮機駆動用動力の遮断を迅速に行うことが可能となる。

本発明に係る圧縮機は、空調設備等に使用される圧縮機に適用可能であり、とくに圧縮機の運転開始および運転停止が頻繁に行われる車両用空調設備における圧縮機として好適に用いられる。

本発明の一実施態様に係る圧縮機を示しており、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の左方から見た正面図である。 図１の動力伝達機構部分の部分拡大縦断面図である。 図２のカム面の構造を説明するための概略縦断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ コア
３ ロータ
４ ハウジング端面部
５ 主軸
６ 円板
７ ハブ
８ 板ばね
９ アーマチュア
１０ リング部材
１１、１１ａ、１１ｂ 一対の部材
１２ カム面
１３ 押圧力受け部材
１４ 摩擦材
１５ 隙間
１６ ハウジング端面部
２０ 電磁コイル
２１ 電磁クラッチ
２２ ハウジングノーズ部
２３ 斜面部
２４ ゴム部材

Claims (10)

1. 電磁コイルを内蔵したコアとロータとを有する電磁クラッチを介して圧縮機駆動用動力の伝達と遮断を制御可能で、かつ、圧縮機の負荷トルクを軸方向の押圧力に変換し、変換された押圧力を動力伝達に供する負荷トルク変換機構を備えた動力伝達機構と、外部信号の入力により圧縮機の駆動トルクを略ゼロに設定可能な駆動トルク設定機構とを併せ持つことを特徴とする圧縮機。
2. 前記負荷トルク変換機構は、圧縮機の主軸に固定されたハブに対して軸方向に変位可能かつ回転方向に変位可能に保持されたアーマチュアと、前記ハブに対して軸方向に変位可能かつ回転不能に保持された円板との間に形成された、互いに係合するカム面を有する一対の部材からなる、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記アーマチュアは、ゴム部材を介して前記ハブに対して保持されている、請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記ゴム部材は、前記主軸を中心軸とする環形状に形成されている、請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記円板は、複数の板ばねを介して前記ハブに保持されている、請求項２〜４のいずれかに記載の圧縮機。
6. 前記負荷トルク変換機構は、前記ロータから延設され、前記円板の反アーマチュア側に当接可能な面を有する押圧力受け部材を備えている、請求項２〜５のいずれかに記載の圧縮機。
7. 前記円板および前記押圧力受け部材の接触面の少なくとも一方に摩擦材が設けられている、請求項６に記載の圧縮機。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の圧縮機を用いた空調装置。
9. 圧縮機の運転停止を制御する手段が、外部信号の入力により圧縮機の駆動トルクを略ゼロに設定した後に、電磁クラッチの通電を遮断する手段からなる、請求項８に記載の空調装置。
10. 圧縮機の運転開始を制御する手段が、空調装置の運転開始信号に基づいて電磁クラッチへの通電を開始した後に、圧縮機の駆動トルクを制御すべき所定の値に増大させる手段からなる、請求項８に記載の空調装置。

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