JP5238592B2

JP5238592B2 - 電磁クラッチ

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Publication number: JP5238592B2
Application number: JP2009101747A
Authority: JP
Inventors: 基加藤; 義弘黒須; 治彦後出
Original assignee: Ogura Clutch Co Ltd
Current assignee: Ogura Clutch Co Ltd
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-07-17
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Description

本発明は、永久磁石の磁束によって生じる磁気力を利用して動力を伝達し、励磁コイルへの通電によって動力の伝達を遮断する電磁クラッチに関するものである。

永久磁石の磁束によって生じる磁気力（以下、単に磁気力ともいう）によって動力を伝達する電磁クラッチとしては、従来から種々提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

前記特許文献１に記載されている無励磁作動型電磁クラッチは、回転軸に取付けられたロータと、前記回転軸にベアリングを介して回転自在に取付けられたハブと、このハブに取付けられたアーマチュアと、前記ロータに軸線方向に並設された永久磁石および励磁コイルとを備えている。ロータは、非磁性材からなるコンパウンドによって一体的に結合された外磁極部材および内磁極部材の２部材からなり、これら両部材のフランジ部間に形成した空間に永久磁石を介在させている。

永久磁石の磁気回路は、磁束がロータの外磁極（外磁極部材の磁極面）からアーマチュアに迂回してロータの内磁極（内磁極部材の磁極面）に流れる磁気回路を形成している。
一方、励磁コイルの磁気回路は、磁束がフィールドコア−内磁路部材−永久磁石−外磁路部材を経てフィールドコアに流れる磁気回路を形成している。

このような構造からなる無励磁作動型電磁クラッチにおいて、励磁コイルの通電を遮断している無励磁状態では、永久磁石の磁気力によりアーマチュアの摩擦面（磁極面）をロータの摩擦面（磁極面）に磁気吸着させることにより、ロータとアーマチュアとを摩擦結合させている。例えば、ウォーターポンプ用無励磁作動型電磁クラッチであれば、エンジンの動力がベルトを介してハブに伝達されるので、エンジンの駆動中はウォーターポンプも駆動している。このエンジンの駆動中において、ウォーターポンプへの動力伝達を遮断するときは、励磁コイルに通電し、その磁束によって生じる磁気力で永久磁石の磁気力を打ち消す。これによりアーマチュアは、永久磁石による磁気力から解放されるため、ばねの弾性復帰力でロータから離間し、エンジンからウォーターポンプへの動力伝達を遮断する。

前記特許文献２に記載されている無励磁作動型電磁クラッチは、ロータを固定ハウジングに軸受を介して回転自在に配設している。ロータは、内側円筒状磁路部（内側磁束路部）と、外側円筒状磁路部（外側磁束路部）と、これら両磁路部の一端を連結する円板状の磁路部（フランジ部）とからなり、これら磁路部間に形成した環状溝内に一対の環状磁性板、永久磁石および励磁コイルの一部を組込んでいる。

前記永久磁石は、外側円筒状磁路部および内側円筒状磁路部と適宜な隙間を保って対向し、一対の環状磁性板に挟持されている。一対の環状磁性板のうち永久磁石より環状溝の奥側に位置する一方の環状磁性板は、前記円板状磁路部の内面および外側円筒状磁路部の内周面と適宜な隙間を保って対向し、内側円筒状磁路部の外周面に固定されている。他方の環状磁性板は、内側円筒状磁路部および励磁コイルと適宜な隙間を保って対向し、外側円筒状磁路部の内周面に固定されている。励磁コイルは、上記特許文献１に記載の発明と同様に永久磁石がアーマチュアを磁気吸着して動力の伝達を行なっているとき、無励磁状態に保持され、動力伝達を遮断するとき通電されることにより、上記特許文献１と同様に永久磁石の磁気力を打ち消し動力の伝達を遮断する。

前記特許文献３の図５に記載されている動力伝達機構は、上述した特許文献２に記載の電磁クラッチと同様に、ロータの環状溝内に励磁コイルと、一対の磁性板によって挟持された永久磁石を軸線方向に並設し、動力伝達時に永久磁石の磁気力によってアーマチュアをロータの摩擦面に磁気吸着させ、動力伝達を遮断するとき同じく励磁コイルに通電することにより永久磁石の磁気力を打ち消し動力の伝達を遮断するようにしている。

米国特許第３，２６３，７８４号明細書実公昭６３−０１１３９４号公報特開２００７−３３３１０９号公報特開昭５７−０５１０２５号公報実公昭５９−０２７５５０号公報特開２００６−２００５７０号公報特開平８−１３５６８６号公報実公昭５９−００５２３２号公報

上記した特許文献１〜３に記載されている従来の電磁クラッチは、通常カーエアコン用コンプレッサやウォーターポンプなどの従動側機器の動力伝達装置として使用されるものの、従動側機器の回転軸が過負荷によってロック（停止）したり、あるいはロータとアーマチュアの摩擦面間に外部から油類が付着すると、ロータとアーマチュアとの間に異常な滑りが生じ、ロータがスリップ回転する。このようなスリップ回転が発生すると、摩擦熱によってロータやアーマチュアの温度が瞬時に上昇するため、駆動側機器の回転をロータに伝達するベルトが焼損したり、ロータを軸支している軸受のグリースが流出して軸受が焼き付いたりし、電磁クラッチが短時間で動作不能になるという問題があった。

このような従動側機器の過負荷等によるロータのスリップ回転に対する対策としては、例えば特許文献４〜８に記載されている電磁クラッチが知られている。

前記特許文献４に記載されている電磁クラッチは、励磁コイルの磁束による磁気力により動力伝達を行なう電磁クラッチにおいて、温度ヒューズを備え、スリップ回転による摩擦熱によって温度ヒューズ周辺の温度が上昇すると、ヒューズがその熱によって溶断して励磁コイルヘの通電を遮断し、アーマチュアをロータから解放させるようにしている。

前記特許文献５に記載されている電磁クラッチは、入力プーリと従動側機器のハウジングに温度検出部と回転ピックアップ装置を互いに対向させて設けている。回転ピックアップ装置は、入力プーリの異常な温度上昇により温度検出部の温度収縮部材が収縮することにより出力が遮断され、これにより励磁コイルへの通電が遮断され入力プーリを空転状態にする。

特許文献６に記載されている電磁クラッチは、クラッチプレート（アーマチュア）に弾性部材を介して連結され、回転軸と一体に回転するトルクリミッターを備えている。トルクリミッターは、ハブのフランジ部と、このフランジ部に重ねられたプレートとにボール係合溝と環状の退避部とを設け、ボール係合溝内に球面部材を介在させている。球面部材は、回転軸が過負荷によってロック状態になると、クラッチプレートに大きなトルクが作用することで、ボール係合溝から退避部に移動し、クラッチプレートをトルクリミッターから解放する。この結果、クラッチプレートは弾性部材の弾性力によってロータから離間し、動力の伝達を遮断する。

前記特許文献７に記載されている電磁クラッチは、アーマチュアとハブをダンパー機構によって接離可能に連結しており、従動側機器の回転軸が過負荷によってロックしたとき、ダンパー機構の弾性リング体（ダンパーゴム）に大きなトルクが作用することで、弾性リング体が弾性変形して一対の保持部材の隙間から抜け出し、プーリとハブの連結を遮断するようにしている。

しかしながら、上記した特許文献４に記載されている電磁クラッチは、励磁コイルへの通電と通電の遮断とによって動力の伝達と遮断を行なっているので、永久磁石の磁気力でロータとアーマチュアを連結して動力伝達を行なう、通称、自己保持型の電磁クラッチの場合は、特許文献４に記載されているような温度ヒューズを用いることができない。

一方、自己保持型の電磁クラッチであっても、上記した特許文献５、６に記載されているような回転ピックアップ装置やトルクリミッター機構を付加した場合は、従動側機器の回転軸への動力伝達を遮断することができる。しかしながら、その場合は回転ピックアップ装置をプーリと対向させて従動側機器の固定ハウジングに装着しなければならないため、設置スペースが必要になるとともに組立に手間が掛かる。また、電磁クラッチの構成部品が増えて製品のコストアップになる。

上記した特許文献７に記載されている電磁クラッチは、ダンパー機構を必要とするため、特許文献３、５、８等に記載されているクラッチばねの捩り変形による巻締め力を利用してトルク伝達を行なうばね式電磁クラッチに比べて設置スペースが必要になるとともに部品点数が増加し、同様に製品コストが高くなるという問題があった。

本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ロータのスリップ回転時の摩擦熱によるベルトの焼損、軸受の焼き付き等を未然に防止し得るようにした自己保持型の電磁クラッチを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、従動側機器のハウジングに回転自在に配設されたロータと、前記従動側機器の回転軸に固定されたアーマチュアハブと、前記アーマチユアハブに軸線方向に移動自在に配設されたアーマチュアと、前記ロータ内に組み込まれた磁性体および前記アーマチュアを前記ロータに連結する動力伝達用永久磁石と、前記ハウジングに取り付けられ前記ロータの内部に非接触状態で挿入配置されたフィールドコアと、前記フィールドコア内に配設され動力伝達遮断時に励磁されることにより前記動力伝達用永久磁石の磁気力を打ち消し、前記アーマチュアを前記動力伝達用永久磁石から解放させる励磁コイルと、前記動力伝達遮断時に前記アーマチュアを前記ロータから離間させ前記アーマチュアハブ方向に移動させるアーマチュア解放用永久磁石とを備え、前記動力伝達用永久磁石のキュリー温度を前記ロータのスリップ回転時における発熱温度より低くして、前記アーマチュア解放用永久磁石のキュリー温度を前記ロータのスリップ回転時における発熱温度より高くしたものである。

また、本発明は、上記発明において、前記動力伝達用永久磁石が前記アーマチュア解放用永久磁石よりも高磁力永久磁石によって形成されているものである。

また、本発明は、上記発明において、前記動力伝達用永久磁石のキュリー温度が３００〜３５０℃で、前記アーマチュア解放用永久磁石のキュリー温度が７００〜８００℃であり、前記ロータのスリップ回転時の発熱温度は６００℃程度であるものである。

本発明において、過負荷等の発生によりロータがアーマチュアに対してスリップ回転すると、ロータとアーマチュアは摩擦熱によって発熱する。ロータの発熱温度が動力伝達用永久磁石のキュリー温度より高くなると、動力伝達用永久磁石は、磁性を失い強磁性体から常磁性体に変化する。このため、アーマチュアは動力伝達用永久磁石から解放され、アーマチュア解放用磁石の磁気力によりロータから離間する。したがって、ロータが空転し、摩擦熱による温度上昇を抑制する。この場合、動力伝達用永久磁石のキュリー温度が摩擦熱によるロータの発熱温度（例えば、６００℃程度）より十分に小さい値（例えば、３００〜３５０℃）にしておくことにより、ロータの発熱温度を低く抑えることができるため、ベルトの焼損や軸受の焼き付き等をより効果的に防止することができる。

また、本発明においては、アーマチュア解放用永久磁石のキュリー温度をロータのスリップ回転時における発熱温度より高い値にしているので、アーマチュア解放用永久磁石はロータが発熱しても強磁性体から常磁性体に変化することがなく、アーマチュアをロータから確実に離間させることができる。

また、本発明において、動力伝達用永久磁石はアーマチュア解放用永久磁石より高磁力永久磁石で形成されているため磁気力が大きく、動力伝達時においてアーマチュアをロータに確実に磁気吸着させておくことができる。

本発明に係る電磁クラッチの第１の実施の形態を示す動力伝達時における断面図である。動力伝達遮断時の断面図である。ロータの正面図である。アーマチュアの温度変化を示す図である。本発明に係る電磁クラッチの第２の実施の形態を示す動力伝達時の断面図である。アーマチュア組立体の正面図である。動力伝達遮断時の断面図である。本発明に係る電磁クラッチの第３の実施の形態を示す動力伝達時の断面図である。磁石ユニットの平面図である。図９のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３において、本実施の形態は、駆動側機器としてのエンジン（図示せず）の回転を従動側機器としてのウォーターポンプの回転軸に伝達したり、その伝達を遮断したりする電磁クラッチ１に適用した例を示す。

前記電磁クラッチ１は、永久磁石とコイルスプリングを併用して動力伝達を行なう自己保持型の電磁スプリングクラッチを構成しており、ウォーターポンプ２のハウジング３に軸受４を介して回転自在に配設されたロータ５と、ロータ５内に組み込まれた磁石ユニットＵおよび励磁コイル装置８と、ロータ５の回転を前記ウォーターポンプ２の回転軸９に伝達するアーマチュア組立体１０等で概ね構成されている。また、磁石ユニットＵは、動力伝達用永久磁石６と磁性体７とで構成され、アーマチュア組立体１０は、アーマチュア１１、コイルスプリング１２、アーマチュアハブ３１およびスプリングカバー３３等で構成されている。

前記ロータ５は、ウォーターポンプ２側端が開放する二重の円筒体に形成されることにより、同心円状の内側円筒状磁路部５Ａおよび外側円筒状磁路部５Ｂと、これら両磁路部５Ａ、５Ｂのアーマチュア１１側端を互いに連結する円板状磁路部５Ｃと、内側円筒状磁路部５Ａのアーマチュア１１側端に突設された筒状の連結部５Ｄとを一体に有し、前記内側円筒状磁路部５Ａが前記軸受４によって回転自在に軸支されている。また、ロータ５は、前記内側円筒状磁路部５Ａ、外側円筒状磁路部５Ｂおよび円板状磁路部５Ｃとの間に形成されたウォーターポンプ２側に開放する環状溝１４を有し、この環状溝１４に前記磁石ユニットＵと前記励磁コイル装置８が配設されている。

ロータ５の内側円筒状磁路部５Ａと連結部５Ｄは、同一の外径と内径を有している。ロータ５の外側円筒状磁路部５Ｂは、外周面に形成された複数のＶ字状溝１３を有し、これらのＶ字状溝１３に自動車エンジンの動力が図示を省略したＶベルトを介して伝達されるようになっている。ロータ５の円板状磁路部５Ｃは、アーマチュア１１と対向する表面がアーマチュア１１との摩擦面１５ａを形成しており、外周寄りには前記動力伝達用永久磁石６の磁束φ₁ を円板状磁路部５Ｃからアーマチュア１１に迂回させる複数個の貫通穴１６が形成されている。これらの貫通穴１６は、図３に示すように同一円周上に形成された円弧状のスリットからなり、前記環状溝１４にそれぞれ連通している。このため、本実施の形態における電磁クラッチ１は、同一円周上に形成された複数の貫通穴１６によるシングルフラックスタイプのクラッチを構成している。なお、ロータ５は、一般的に機械構造用炭素鋼（Ｓ１２Ｃ）や熱間圧延鋼（ＳＰＨＣ）などの熱間鍛造や冷間鍛造によって製作されている。

磁性体７とともに磁石ユニットＵを構成する前記動力伝達用永久磁石６は、動力伝達時において前記アーマチュア１１を吸引してロータ５の摩擦面１５ａにアーマチュア１１のロータ５と対向する摩擦面１１ａを磁気吸着によって連結させておくための磁石である。また、動力伝達用永久磁石６は、リング状に形成されて、ロータ５の内側円筒状磁路部５Ａの外径より大きい内径と、外側円筒状磁路部５Ｂの内径より小さい外径とを有し、アーマチュア１１と対向する面（表面）６ａが例えばＳ極に、磁性体７側の面（裏面）６ｂが例えばＮ極になるように軸線方向に着磁されることにより、平行磁場タイプの磁石を構成している。このような動力伝達用永久磁石６は、キュリー温度Ｑ₁ がロータ５のスリップ回転時の発熱温度よりも十分に低い強磁性体材料によって形成されている。例えば、ロータ５のスリップ回転時の発熱温度は６００℃程度であるため、動力伝達用永久磁石６としては、キュリー温度Ｑ₁ が３００〜３５０℃程度のネオジム・鉄・ボロン系のマグネットを用いることが望ましい。なお、動力伝達用永久磁石６は、ロータ５への組込みの容易性を考慮してロータ５内に前記磁性体７とともに組み込まれた後、表裏面６ａ、６ｂがロータ５の外部から着磁される。また、本実施の形態においては、動力伝達用永久磁石６を１つの磁石で構成したが、これに限らず同一円周上に配列した複数個の磁石を樹脂モールドして一体化したり、後述するように仮止め部材によって仮止めされるものであってもよい。

前記磁性体７は、環状部７Ａと、環状部７Ａの表面外周部に一体に連設された環状の突部７Ｂとで構成されることにより、断面形状がＬ字型のリング状を呈し、前記動力伝達用永久磁石６とともにロータ５の環状溝１４に組み込まれている。磁性体７の環状部７Ａは、ロータ５の内側円筒状磁路部５Ａの外径より大きく、動力伝達用永久磁石６の内径と略等しい内径を有し、突部７Ｂの内側に前記動力伝達用永久磁石６がはめ込まれている。動力伝達用永久磁石６および磁性体７の内周面６ｃ、７ａと内側円筒状磁路部５Ａの外周面２０ａとの間には、環状の適宜な空間Ｓが形成されている。さらに、磁性体７の内周面７ａで励磁コイル装置８側の端縁には、略４５°の角度で面取りされた面取り部２３が形成されている。面取り部２３は、後述するフィールドコア２５の延長部２８との間の距離を長くして磁気抵抗を大きくするために形成されている。

前記励磁コイル装置８は、励磁コイル２４と、前記フィールドコア２５等で構成されている。励磁コイル２４は、フィールドコア２５の内部に収納され、合成樹脂２９によってモールドされている。

フィールドコア２５は、前記ハウジング３に取付けた取付板２６に固定され、前記ロータ５の環状溝１４内に遊挿、言い換えれば非接触状態で挿入配置されている。また、フィールドコア２５は、同心円状に形成された内側円筒部２５Ａおよび外側円筒部２５Ｂと、これら両円筒部２５Ａ、２５Ｂの磁石ユニットＵ側とは反対側端を連結する円板部２５Ｃとで断面形状が２重の円筒状に形成されている。前記円筒部２５Ａ、２５Ｂおよび円板部２５Ｃによって囲まれた空間は、前記励磁コイル２４を収納する環状の収納凹部２７を形成している。収納凹部２７は、ロータ５の環状溝１４の奥側（磁石ユニットＵ側）に開放し、前記磁性体７と対向している。さらに、前記内側円筒部２５Ａの先端には、前記延長部２８がフィールドコア２５の軸線方向に一体に延設されている。延長部２８は、フィールドコア２５がロータ５の環状溝１４内に遊挿された状態において、前記空間Ｓ内に挿入されている。延長部２８としては、磁石ユニットＵの内部、望ましくは動力伝達用永久磁石６の内部にまで延在する長さを有するものであってもよい。一方、フィールドコア２５の外側円筒部２５Ｂは、先端に延長部２８が形成されていないため、内側円筒部２５Ａよりも短く、先端が磁性体７の裏面側外周縁部と僅かな間隔を保って対向している。

前記アーマチュア１１は、前記ロータ５と同様に機械構造用炭素鋼（Ｓ１２Ｃ）や熱間圧延鋼（ＳＰＨＣ）などの材料によって円板状に形成され、前記スプリングカバー３３の内側に軸線方向に移動自在に配設されている。また、アーマチュア１１は、前記ロータ５の連結部５Ｄの外周を取り囲み、前記円板状磁路部５Ｃと対向する摩擦面１１ａが磁極面を形成し、動力伝達時において図１に示すように動力伝達用永久磁石６の磁気力によってロータ５の摩擦面１５ａに連結されている。アーマチュア１１の前記スプリングカバー３３と対向する面１１ｂには、複数の凹陥部１１ｃが同一円周上に等間隔おいて形成されており、これらの凹陥部１１ｃに前記アーマチュア解放用永久磁石３２が嵌め込み固定されている。

前記アーマチュアハブ３１は、ボス部３１Ａと、ボス部３１Ａの外周に一体に突設された円板状のフランジ部３１Ｂとからなり、前記ボス部３１Ａが回転軸９のハウジング３から突出する突出端部９Ａにスプライン結合され、かつナット３４によって固定されている。フランジ部３１Ｂの外径は、ロータ５の連結部５Ｄの外径と略等しく設定されている。

前記アーマチュア解放用永久磁石３２は、励磁コイル２４への通電によって電磁クラッチ１を動力伝達状態から非動力伝達状態に切り替えたとき、前記アーマチュア１１をロータ５から離間させスプリングカバー３３に磁気吸着させるために用いられるもので、例えば８個からなり、前記アーマチュア１１に形成した複数の凹陥部１１ｃにそれぞれ配設されている。また、アーマチュア解放用永久磁石３２は、キュリー温度Ｑ₂ がロータ５のスリップ回転時におけるアーマチュア１１との摩擦熱による発熱温度（６００℃程度）より十分に高い強磁性体材料、例えばキュリー温度Ｑ₂ が７００〜８００℃程度のサマリウム・コバルト系のマグネットによって形成されている。これは、動力伝達用永久磁石６がロータ５のスリップ回転による発熱温度によって磁気力を失い強磁性体から常磁性体に変化しても、アーマチュア解放用永久磁石３２は磁気力を失わず磁石として機能させるためである。なお、動力伝達用永久磁石６は、動力伝達時においてアーマチュア解放用永久磁石３２の磁気力およびコイルスプリング１２のばね力に抗してアーマチュア１１をロータ５に連結させておく必要があるため、アーマチュア解放用永久磁石３２に比べて高磁力永久磁石が用いられる。

前記スプリングカバー３３は、磁性体材料によって形成され、ボルト３７によってアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂに固定されることにより、ロータ５の連結部５Ｄ、アーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂ、アーマチュア１１およびコイルスプリング１２を覆っている。スプリングカバー３３の内面で前記アーマチュア１１と対向する平坦な面３３ａ部分は、動力伝達の遮断時、すなわちロータ５とアーマチュア１１の非連結状態においてアーマチュア解放用永久磁石３２を吸着保持する解放保持部を形成している。

前記コイルスプリング１２は、断面形状が矩形のコイルばねからなり、前記ロータ５の連結部５Ｄの外周面とアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面とに跨って巻装され、一端１２Ａがアーマチュア１１の内周面に形成した係止用凹部１１Ａに抜けを防止されて係止され、他端１２Ｂが前記アーマチュアハブ３１の外周に形成した係止用凹部３１Ｃに同じく抜けを防止されて係止されている。また、コイルスプリング１２は、電磁クラッチ１の動力伝達遮断時において、図２に示すように自然な状態に保持されることにより、ロータ５の連結部５Ｄとアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面の外径より大きな内径を有してこれら両部材の外周面から離間し、外周がスプリングカバー３３の内周面３３ｂに接触している。一方、電磁クラッチ１の動力伝達時、すなわちロータ５とアーマチュア１１の連結状態では図１に示すようにアーマチュア１１が動力伝達用永久磁石６の磁気力によってロータ５方向に移動してその摩擦面１５ａに摩擦結合されるため、コイルスプリング１２は、ロータ５とアーマチュア１１の回転にともない縮径し、ロータ５の連結部５Ｄとアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面を巻き締めすることにより、ロータ５とアーマチュアハブ３１を機械的に連結している。

次に、上記構造からなる電磁クラッチ１の動作について説明する。
図１は電磁クラッチ１の動力伝達状態を示す。この状態において、アーマチュア１１は動力伝達用永久磁石６の磁束φ₁ によって生じる磁気力によってスプリングカバー３３から離間し、ロータ５の摩擦面１５ａに磁気吸着されている。コイルスプリング１２は、ロータ５とアーマチュア１１の回転により縮径し、ロータ５の連結部５Ｄとアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面を巻き締めすることにより、ロータ５とアーマチュアハブ３１を連結している。したがって、ロータ５とアーマチュア組立体１０は、動力伝達用永久磁石６の磁気力と、コイルスプリング１２による巻締め力とによって強固に連結されている。そして、この連結状態において、エンジンの動力がロータ５−アーマチュア１１−コイルスプリング１２−アーマチュアハブ３１を経てウオーターポンプ２の回転軸９に伝達される。なお、このような電磁クラッチ１は、動力伝達状態において、励磁コイル２４への通電を遮断し無励磁状態に保持していることから、無励磁作動型電磁クラッチを形成している。

動力伝達状態から電磁クラッチ１を解放して動力の伝達を遮断するときは、図２に示すように励磁コイル２４に通電し、動力伝達用永久磁石６の磁束φ₁ の流れ方向とは流れ方向が反対方向の磁束φ₂ を生じさせる。通電によって励磁コイル２４を励磁すると、励磁コイル２４の磁束φ₂ は、フィールドコア２５の内側円筒部２５Ａ−ロータ５の内側円筒状磁路部５Ａ−円板状磁路部５Ｃ−アーマチュア１１−ロータ５の円板状磁路部５Ｃ−外側円筒状磁路部５Ｂ−フィールドコア２５の外側円筒部２５Ｂ−円板部２５Ｃの磁束路を通る。

このとき、励磁コイル２４の磁束φ₂ による磁気力が動力伝達用永久磁石６の磁気力と等しくなるように励磁コイル２４を通電励磁することにより、動力伝達用永久磁石６と励磁コイル２４の磁気力を互いに打ち消し、これによりアーマチュア１１を動力伝達用永久磁石６による磁気力から解放させる。一方、アーマチュア解放用永久磁石３２の磁気力は、励磁コイル２４の通電励磁によっては打ち消されないため、アーマチュア１１を磁気吸引してロータ５から離間させ、スプリングカバー３３の解放保持部３３ａに磁気吸着させる。言い換えれば、アーマチュア解放用永久磁石３２は、アーマチュア１１をロータ５から引き戻し、スプリングカバー３３の解放保持部３３ａに連結させる。なお、アーマチュア解放用永久磁石３２の磁束は、アーマチュア１１−スプリングカバー３３の磁束路を通る。

アーマチュア１１が動力伝達用永久磁石６から解放され、アーマチュア解放用永久磁石３２の磁気力によってロータ５からスプリングカバー３３に引き戻されると、コイルスプリング１２も動力伝達用永久磁石６から解放されるため、拡径してロータ５の連結部５Ｄとアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面から離間する。この結果、電磁クラッチ１によるロータ５から回転軸９への動力伝達は完全に遮断される。図２はこの状態を示す。

ウォーターポンプ２への動力伝達を遮断した後、再び電磁クラッチ１を作動させるときは、励磁コイル２４に通電する。このときは、電流の流れる方向を上記とは反対方向に変えて動力伝達用永久磁石６の磁束φ₁ と同じ方向の磁束φ₃ （図２の点線で示す磁束）を発生させる。これにより、アーマチュア１１はこれらの磁束φ₁ 、φ₃ によって生じる磁気力により、アーマチュア解放用永久磁石３２の磁気力に抗してスプリングカバー３３から離間され、ロータ５の摩擦面１５ａに磁気吸着される。また、アーマチュア１１がロータ５とともに回転すると、コイルスプリング１２は縮径し、ロータ５の連結部５Ｄとアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面を巻き締めする。したがって、ロータ５とアーマチュア組立体１０は、再び動力伝達用永久磁石６によるアーマチュア１１に対する磁気力と、コイルスプリング１２による巻締め力とによって強固に連結され、エンジンの動力がロータ５−アーマチュア１１−コイルスプリング１２−アーマチュアハブ３１−回転軸９を経てウオーターポンプ２に伝達されるようになる。すなわち、電磁クラッチ１が作動する。そして、電磁クラッチ１が作動した後は、励磁コイル２４ヘの通電を遮断し、動力伝達用永久磁石６とコイルスプリング１２とによってロータ５とアーマチュア組立体１０の連結状態を保持し、動力の伝達を行なう。

動力伝達状態において、回転軸９が過負荷等によって停止したり、あるいは油類がロータ５とアーマチュア１１の摩擦面に付着してロータ５がアーマチュア１１に対してスリップ回転すると、摩擦熱によりロータ５およびアーマチュア１１の温度が急激に上昇する。このときのロータ５の発熱温度は、６００℃程度である。このため、アーマチュア１１の温度も同様に図４に示すように急激に上昇する。

一方、動力伝達用永久磁石６は、キュリー温度Ｑ₁ が３００〜３５０℃のネオジム・鉄・ボロン系のマグネットで形成されているため、ロータ５のスリップ回転によるロータ５とアーマチュア１１の発熱温度がキュリー温度Ｑ₁ より高くなると磁気力を失って強磁性体から常磁性体に変化し、アーマチュア１１を解放する。このため、アーマチュア１１は、アーマチュア解放用永久磁石３２による磁気力によってロータ５の摩擦面１５ａからスプリングカバー３３の解放保持部３３ａに引き戻される。アーマチュア１１が動力伝達用永久磁石６から解放されてロータ５から離間すると、コイルスプリング１２も解放されるため、拡径してロータ５の連結部５Ｄとアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの外周面から離間する。この結果、ロータ５は空転状態となり、温度上昇が抑制される。したがって、ロータ５のＶ字状溝１３に張設されているベルトが焼損したり、ロータ５を軸支している軸受４のグリースが流出して軸受４が焼き付いたりするといった事故を未然に防止することができる。

一方、アーマチュア解放用永久磁石３２は、キュリー温度Ｑ₂ がロータ５のスリップ回転時におけるロータ５やアーマチュア１１の発熱温度よりも十分に高いサマリウム・コバルト系のマグネットによって形成されているので、磁気力を失って強磁性体から常磁性体に変化するおそれがなく、ロータ５のスリップ回転時にアーマチュア１１をロータ５から離間させ、スプリングカバー３３に磁気吸着させる。なお、強磁性体から常磁性体に変化した動力伝達用永久磁石６は、室温に戻った後、再度着磁することにより再び磁石として使用することが可能である。

このように上記した構造からなる電磁クラッチ１によれば、動力伝達用永久磁石６を、キュリー温度Ｑ₁ がロータ５のスリップ回転時の発熱温度よりも低い値の磁石を用いるだけで、スリップ回転時のベルトの損傷や軸受４の焼き付き等を解決することができるため、構造が簡単で、温度ヒューズ等の他の部品を一切必要とせず、安価に製作することができる。

また、アーマチュア解放用永久磁石３２は、キュリー温度Ｑ₂ がロータ５のスリップ回転時の発熱温度よりも高い値の磁石を用いているので、ロータ５がスリップ回転によって発熱しても磁石としての機能を失うことがなく、アーマチュア１１をロータ５から確実に離間させることができる。

また、電磁クラッチ１は、フィールドコア２５の内側円筒部２５Ａの先端に延長部２８を一体に延設しているので、磁気飽和を低減することができる。すなわち、単にフィールドコア２５と磁性体７とを適宜間隔を保って対向させて配置し、前記延長部２８に相当する部分を設けていない場合は、ロータ５の内側円筒状磁路部５Ａの磁性体７およびフィールドコア２５間に位置する部分における磁路断面積は、当該部分の断面積のみによって決定される。この部分は、内周面に軸受４のための段差部４５（図１）が形成されている薄肉部分であるため磁路断面積が内側円筒状磁路部５Ａの他の部分より小さく、このため内側円筒状磁路部５Ａの軸受突き当て部４５Ａの近傍、すなわち段差部４５の軸受４の前端が当接する部分の近傍において、励磁コイル２４の磁束φ₂ （φ₃ ）の磁気飽和が生じ易く、磁気飽和が生じると磁気回路中の透磁率が低下し、アーマチュア１１に対する磁気力が低下する。

そこで、フィールドコア２５の内側円筒部２５Ａの先端に延長部２８を一体に延設し、この延長部２８を駆動伝達用永久磁石６および磁性体７とロータ５の内側円筒状磁路部５Ａとの間の空間Ｓに挿入しておくと、フィールドコア２５の内側円筒部２５Ａの磁路を長くすることができるとともに、前記軸受突き当て部４５Ａの近傍における磁路断面積をフィールドコア２５の延長部２８の断面積を加算した値分だけ増加させることができる。したがって、延長部２８を設けない場合に比べてロータ５の内側円筒状磁路部５Ａでの磁気飽和が抑制され、アーマチュア１１に対する磁気力を増大させることができる。

さらに、磁性体７の内周面７ａでフィールドコア２５側開口縁に面取り部２３を形成しているので、フィールドコア２５の内側円筒部２５Ａの外周面と磁性体７の内周面７ａとの間の距離が長くなって磁気抵抗が大きくなり、磁束の漏洩（短絡）を抑制することができる。したがって、アーマチュア１１に対する磁気力を一層増大させることができる。

図５〜図７は、本発明に係る電磁クラッチの第２の実施の形態を示すもので、上記した第１の実施の形態と同一構成部品、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。本実施の形態の電磁クラッチ５０は、アーマチュア組立体６０が第１の実施の形態で説明した電磁クラッチ１のアーマチュア組立体１０と相異している。具体的には、アーマチュア組立体６０は、前述したコイルスプリング１２およびスプリングカバー３３を備えず、アーマチュア１１、アーマチュアハブ３１、アーマチュア解放用永久磁石３２、板ばね６２およびストッパープレート６４等で構成されている。また、コイルスプリング１２を備えていないため、ロータ５の連結部５Ｄを取り除いている。

アーマチュア１１は、３つの板ばね６２を介してアーマチュアハブ３１に軸線方向に移動可能に取付けられている。

前記板ばね６２は、ばね用鋼板等の打ち抜き加工によって長方形の形状に形成することにより、固定基部６２Ａと自由端部６２Ｂとで構成され（図６）、固定基部６２Ａがアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの裏面に密接され、複数のリベット６５によってかしめ固定されている。自由端部６２Ｂは、アーマチュア１１の摩擦面１１ａとは反対側の面に密接され、リベット６６によってかしめ固定されている。また、板ばね６２は、固定基部６２Ａと自由端部６２Ｂを連結する連結部６２Ｃを備えている。連結部６２Ｃは板厚方向に弾性変形自在であり、固定基部６２Ａよりも自由端部６２Ｂがアーマチュアハブ３１の回転方向前方側に位置するようにロータ５側に所要角度折り曲げられている。

前記ストッパープレート６４は、アーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂの裏面側に、前記板ばね６２の固定基部６２Ａとともに前記リベット６５によってかしめ固定されている。また、ストッパープレート６４は、磁性体材料によって正面視略三角形の形状に形成され、各頂点部がロータ５側に折り曲げられ、アーマチュア１１に対する解放保持部６４Ａを形成している。

このようなアーマチュア組立体６０を備えた電磁クラッチ５０は、図５に示す動力伝達状態において、アーマチュア１１が動力伝達用永久磁石６の磁束φ₁ によって生じる磁気力によってロータ５の摩擦面１５ａに連結されている。このため、板ばね６２は、ロータ５側に弾性変形している。

動力伝達状態から電磁クラッチ５０を解放して動力の伝達を遮断するときは、図７に示すように励磁コイル２４に通電し、動力伝達用永久磁石６の磁束φ₁ による磁気力を励磁コイル２４の磁束φ₂ により生じる磁気力によって打ち消す。これにより、板ばね６２が弾性復帰し、アーマチュア１１をロータ５から離間させ、ストッパープレート６４側に変位させる。そして、アーマチュア１１は、アーマチュア解放用永久磁石３２の磁気力によりストッパープレート６４の解放保持部６４Ａに磁気吸着される。なお、ストッパープレート６４の解放保持部６４Ａをロータ５側に折り曲げた理由は、アーマチュア１１とアーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂとの間に板ばね６２が挟み込まれるからである。

ここで、板ばねでアーマチュアを保持する一般の電磁クラッチは、板ばねにプリセット荷重を与え、アーマチュア解放時に板ばねの弾性復帰力のみでアーマチュア１１をロータ５から離間させているが、本実施の形態の電磁クラッチ５０は、アーマチュア解放用永久磁石３２の磁気力でアーマチュア１１をロータ５から離間させる構造を採っているため、板ばね６２にプリセット荷重を与える必要はない。また、板ばね６２は、単に動力伝達用部材を構成しているだけであるため必ずしも必要ではなく、例えばアーマチュア１１の内周面とアーマチュアハブ３１のボス部３１Ａの外周面とをスプライン嵌合などにより連結することにより、板ばね６２を省略することができる。またさらには、アーマチュアハブ３１のフランジ部３１Ｂに解放保持部（アーマチュア解放用永久磁石の磁路部）を設けることにより、ストッパープレート６４を省略することができる。

図８〜図１０は、本発明に係る電磁クラッチの第３の実施の形態を示すもので、図５〜図７に示した第２の実施の形態と同一構成部品、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。本実施の形態の電磁クラッチ７０は、アーマチュア組立体７１が第２の実施の形態のアーマチュア組立体６０と異なるとともに、磁石ユニットＵ’の構成が第１、第２の実施の形態の電磁クラッチ１、５０の磁石ユニットＵと異なっている。
具体的には、アーマチュア組立体７０は、前述したストッパープレート６４を備えず、アーマチュア１１、アーマチュアハブ３１、アーマチュア解放用永久磁石３２および板ばね６２等で構成されている。アーマチュアハブ３１は、回転軸９の端部９Ａにスプライン嵌合されるボス部３１Ａと、ボス部３１Ａの外周に突設されたフランジ部３１Ｂと、フランジ部３１Ｂの外周に周方向に等間隔おいて突設され前記アーマチュア１１に対向する３つの解放保持部３１Ｄとで構成されている。すなわち、アーマチュアハブ３１は、解放保持部３１Ｄを一体に有することにより、第２の実施の形態のストッパープレート６４を兼用するものである。

前記磁石ユニットＵ’は、動力伝達用永久磁石６と、磁性体７および永久磁石６を磁性体７に仮止めする仮止め部材７２とで構成されている。動力伝達用永久磁石６は、リング状ではあるが、周方向に分割された例えば８つの円弧状の磁石片６ｄ〜６ｋによって構成されている。

磁石片６ｄ〜６ｋは、ネオジューム、フェライト等の強磁性材料によって製作され、表裏面にＮ極とＳ極が着磁されている。ただし、磁石片６ｄ〜６ｋの着磁は、磁性体７とともにロータ５内に組み込まれた後で行われる。

前記磁性体７は、ロータ５の内側円筒状磁路部５Ａの外径より大きい中心孔７４を有し、外径が外側円筒状磁路部５Ｂの内径と略等しい円板状に形成されている。磁性体７のアーマチュア１１側の面には、動力伝達用永久磁石６がはめ込まれる環状の凹部７５が形成されている。環状凹部７５は、穴径が永久磁石６の外径、言い換えれば磁石片６ｄ〜６ｋの外周径と略等しく、内壁７５Ａに各磁石片６ｄ〜６ｋの外周が密接される。また、磁性体７には、複数の排出用開口部７６が形成されている。排出用開口部７６は、ロータ５のメッキ、塗装等の表面処理時にロータ５内に溜まる空気や処理液の排出を良好にするためのもので、本実施の形態においては、磁性体７の外周に形成した半円形の切欠きの例を示したが、これに限らず適宜な形状の貫通穴であってもよい。このような排出用開口部７６を設けておくと、ロータ５の環状溝１４に磁石ユニットＵ’を組み込んだ状態において、環状溝１４の磁石ユニットＵ’より奥側の空間７７Ａと手前側の空間７７Ｂ（図８）を、排出用開口部７６によって互いに連通させることができるため、後処理工程において、奥側の空間７７Ａ内に空気や処理液が溜まるのを防止することができる。

図９において、前記仮止め部材７２は、磁石ユニットＵ’をロータ５内に組込む前の状態において、着磁されていない磁石片６ｄ〜６ｋを磁性体７に仮固定するためのもので、線ばね、合成樹脂等によって略コ字状またはΩ形状に形成されていることにより、互いに対向する弾性変形部７２Ａ、７２Ｂと、両弾性変形部７２Ａ、７２Ｂの基端を連結する連結部７２Ｃとからなり、各弾性変形部７２Ａ、７２Ｂの自由端部には外側に折り曲げられた係止部７２Ｄ、７２Ｅがそれぞれ設けられている。このような仮止め部材７２は、図９に示すように、磁石片６ｄ〜６ｋを磁性体７の環状凹部７５に周方向に所定の隙間７８を保ってリング状に配置した後、隙間７８に弾性変形部７２Ａ、７２Ｂを閉脚させた状態で弾装される。弾性変形部７２Ａ、７２Ｂは、弾装されると弾性復帰によって開脚し各磁石片６ｄ〜６ｋの側面を押圧する。また、係止部７２Ｄ、７２Ｅが各磁石片６ｄ〜６ｋの内周側角部を押圧する。このため、各磁石片６ｄ〜６ｋは、外周面が環状凹部７５の内壁７５Ａに圧接することにより磁性体７に対して仮固定され、磁石ユニットＵ’が組立てられる。そして、磁石ユニットＵ’は、磁石片６ｄ〜６ｋを磁性体７に仮固定した状態でロータ５内に組み込まれる。組込みに際しては、磁性体７をロータ５の環状溝１４に圧入して磁石片６ｄ〜６ｋを円板状磁路部５Ｃの内面に押し付け、磁性体７を外側円筒状磁路部５Ｂの内面に固定する。磁性体７の外側円筒状磁路部５Ｂに対する固定は、かしめ固定、電子ビール溶接、レーザー溶接等によって行なうことができる。なお、図８はかしめ固定により固定した例を示し、符号７９は外側円筒状磁路部５Ｂのかしめ部である。

磁石片６ｄ〜６ｋの仮止め方法および仮止め部材としては、上記した実施の形態に限らず、種々の変更、変形が可能である。例えば、磁石片６ｄ〜６ｋを２つ置きに間隔を空けてリング状に配置し、仮止め部材７２を各隙間に弾装して仮止めしたり、あるいは複数の仮止め部材７２を一本の線材の折曲加工によって一連に形成したものであってもよい。

このような電磁クラッチ７０の製造に際しては、複数の磁石片６ｄ〜６ｋと磁性体７を用意する。そして、磁性体７の環状凹部７５に磁石片６ｄ〜６ｋを仮止め部材７２によって仮止めし、磁石ユニットＵ’を組立てる。この状態において、磁石片６ｄ〜６ｋは、未だ着磁されていないため、磁石片６ｄ〜６ｋと磁性体７とは磁気吸着していない。

次に、磁石ユニットＵ’をロータ５の内部に組込み、磁石片６ｄ〜６ｋをロータ５の円板状磁路部５Ｃの内面に押し付ける。そして、磁性体７を外側円筒状磁路部５Ｂの内周面にかしめ、電子ビーム溶接等によって固定する。

磁石ユニットＵ’のロータ５への組込み作業が完了した後、ロータ５にメッキや塗装等の表面処理を施す。例えば、カチオン電着塗装を施す場合は、ロータ５を電着槽内のカチオン電着塗料液中に浸漬し、ロータ５を陰極とし、陽極との間に電圧を印加することにより、ロータ５全体にカチオン電着塗膜を形成する。

ここで、ロータ５をカチオン電着塗料液に浸漬したとき、ロータ５の内部に空気が残ったり、塗料液が溜まったりする箇所があると、塗装不良の原因となる。磁性体７より奥側の空間７７Ａのうち特に動力伝達用永久磁石６の外周より外側部分は、空気や塗料液の溜まり部が形成され易い箇所である。磁性体７の外周に設けた排出用開口部７６は、磁性体７より奥側の空間７７Ａと手前側の空間７７Ｂを連通させているので、奥側空間７７Ａ内の空気や塗料液を手前側空間７７Ｂを通ってロータ５の外部に確実に排出することができる。したがって、上記のような問題は解消することができる。

また、磁石ユニットＵ’は、ロータ５に組み込まれた後、表面処理されるため、ロータ５への組込み時に誤って傷つけられ外観不良が発生するといったおそれもない。

電着塗装が終了すると、ロータ５を電着槽から引き上げ、加熱炉で加熱することによりカチオン電着塗膜を焼き付ける。

電着塗装が終了すると、磁石片６ｄ〜６ｋを着磁する。磁石片６ｄ〜６ｋの着磁は、着磁装置によってロータ５の外部から着磁することができる。

磁石片６ｄ〜６ｋに対する着磁作業が終了した後、ロータ５に軸受４を圧入嵌合し、もってロータ５の製造組立が完了する。

次に、ロータ５とアーマチュア組立体７１をウォーターポンプ２に装着し、励磁コイル装置８をロータ５の内部に挿入配置することにより、電磁クラッチ７０のウォーターポンプ２への取り付け作業を終了する。

このような構造からなる電磁クラッチ７０においても、上記した第１、第２の実施の形態の電磁クラッチ１、５０と同様な効果が得られることは明らかであろう。

なお、上記した実施の形態は、いずれもアーマチュア１１にアーマチュア解放用永久磁石３２を設けた例を示したが、本発明はこれに何ら特定されるものではなく、スプリングカバー３３、ストッパープレート６４またはアーマチュアハブ３１の解放保持部（３３ａ、６４Ａ、３１Ｄ）側に設けてもよい。

本発明は、いずれもシングルフラックスタイプの電磁クラッチに適用した例を示したが、これに限らずカーエアコン用のダブルフラックスタイプの電磁クラッチにも適用することができる。

１…電磁クラッチ、２…ウォーターポンプ、３…ハウジング、４…軸受、５…ロータ、５Ａ…内側円筒状磁路部、５Ｂ…外側円筒状磁路部、５Ｃ…円板状磁路部、６…動力伝達用永久磁石、６ｄ〜６ｋ…磁石片、７…磁性体、８…励磁コイル装置、９…回転軸、１０…アーマチュア組立体、１１…アーマチュア、１２…コイルスプリング、１４…環状溝、２３…面取り部、２４…励磁コイル、２５フィールドコア、２８…延長部、３１…アーマチュアハブ、３１Ｄ…解放保持部、３２…アーマチュア解放用永久磁石、３３…スプリングカバー、３３ａ…解放保持部、５０…電磁クラッチ、６０…アーマチュア組立体、６２…板ばね、６４…ストッパープレート、６４Ａ…解放保持部、７０…電磁クラッチ、７１…アーマチュア組立体、７２…仮止め部材、７５…環状凹部、Ｓ…空間、Ｕ、Ｕ’…磁石ユニット。

Claims

従動側機器のハウジングに回転自在に配設されたロータと、
前記従動側機器の回転軸に固定されたアーマチュアハブと、
前記アーマチユアハブに軸線方向に移動自在に配設されたアーマチュアと、
前記ロータ内に組み込まれた磁性体および前記アーマチュアを前記ロータに連結する動力伝達用永久磁石と、
前記ハウジングに取り付けられ前記ロータの内部に非接触状態で挿入配置されたフィールドコアと、
前記フィールドコア内に配設され動力伝達遮断時に励磁されることにより前記動力伝達用永久磁石の磁気力を打ち消し、前記アーマチュアを前記動力伝達用永久磁石から解放させる励磁コイルと、
前記動力伝達遮断時に前記アーマチュアを前記ロータから離間させ前記アーマチュアハブ方向に移動させるアーマチュア解放用永久磁石とを備え、
前記動力伝達用永久磁石のキュリー温度を前記ロータのスリップ回転時における発熱温度より低くして、
前記アーマチュア解放用永久磁石のキュリー温度を前記ロータのスリップ回転時における発熱温度より高くしたことを特徴とする電磁クラッチ。
請求項１記載の電磁クラッチにおいて、
前記動力伝達用永久磁石は、前記アーマチュア解放用永久磁石よりも高磁力永久磁石によって形成されていることを特徴とする電磁クラッチ。
請求項１または請求項２記載の電磁クラッチにおいて、
前記動力伝達用永久磁石のキュリー温度は３００〜３５０℃で、前記アーマチュア解放用永久磁石のキュリー温度は７００〜８００℃であり、
前記ロータのスリップ回転時の発熱温度は６００℃程度であることを特徴とする電磁クラッチ。