JPH06109031A - 電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁クラッチによって伝達されるトルクの大
きさを直接検知する。 【構成】 プーリ１８とクラッチロータ７は直結されて
おらず、プーリ１８に伝えられる回転動力は、プーリ１
８及びクラッチロータ７の互いに対向する面１８ａ及び
７ｂに設けられた対になった窪み１８ｃ及び７ｃと、そ
の中に挿入されている弾性体２０によってロータ７に伝
えられる。負荷トルクの大きさに応じて弾性体２０が弾
性変形し、プーリ１８とクラッチロータ７の間に位相差
が生じる。そこでプーリとクラッチロータのそれぞれ一
部に設けられた突起１８ｄ及び２１ｄの通過の時期を、
定位置に設けられたセンサによって観測してそれぞれの
回転位相から位相差を求め、換算して負荷トルクを検知
する。トルクが過大になると弾性体が剪断されて破断
し、プーリ１８とロータ７の間の伝動関係が遮断されて
関連機器の損傷を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁クラッチに係り、例
えば車両用空調装置の冷媒圧縮機を駆動する回転軸に使
用され、伝達されるトルク、即ち冷媒圧縮機等の負荷ト
ルクの変動を正確に検出する機能を備えている電磁クラ
ッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の車両用空調装置においては、車室
内の温度変化や設定温度の変更によって変化する冷房負
荷に応じて空調装置の冷房能力の大きさを制御するため
に、例えば斜板型或いは回転型等の可変容量圧縮機を使
用して冷媒の吐出容量を変化させるような制御を行うよ
うになった結果、常時、冷媒圧縮機の負荷トルクが駆動
機関の回転数と関係なく不規則に変動するようになり、
機関がアイドリングのように低出力の状態にあるときに
は、冷媒圧縮機に負荷トルクの急激な変動が起こると、
機関の出力がそれに追従することができないで機関回転
数が変動したり、極端な場合にはエンストを起こすとい
うようなこともあり得る。

【０００３】本出願人が先に出願したものであるが、特
開平２−３０８９８３号公報には、可変容量型の斜板式
圧縮機において、斜板の傾斜角度が吐出容量と対応して
いる斜板式圧縮機の特質を利用して、斜板の傾斜角度を
調整する制御ピストンの軸方向位置をトランスデューサ
によって検出し、その位置信号から吐出容量の変化をリ
アルタイムに検知し、それによって圧縮機の負荷トルク
の大きさを推定して機関の燃料供給量を制御するものが
開示されている。またそれとは別に、空調装置の冷凍サ
イクルにおける高圧側の冷媒圧力、即ち冷媒圧縮機の吐
出圧力を検出して、冷媒圧縮機の負荷トルクを推定する
方法も試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
可変容量型斜板式圧縮機における斜板の傾斜角度や、圧
縮機の吐出圧力等から圧縮機の負荷トルクを推定すると
いうような方法が取られていたため、圧縮機等の負荷ト
ルクを直接且つ正確に検出することができず、検出精度
の点で未だ十分満足することができなかった。

【０００５】また、圧縮機に故障等が生じて負荷トルク
が異常に増大しても、その値を正確に検出し得る適当な
手段がなかったので、エンジンの回転数が異常に低下し
たことを検出した後に、エンジンと圧縮機との間に設け
た電磁クラッチを遮断するというような方法をとってい
た。しかしながら、このような方法では、誤判定を防止
する必要から信号処理に要する時間が長くなり、緊急の
トラブルに対して急速に対応することが困難であるた
め、万一にも圧縮機がロックすると、例えばベルト切れ
のように、関連する機器に二次的な故障が起こる恐れが
あった。

【０００６】本発明は、動力を伝達する電磁クラッチ自
体に負荷トルクの検出機能を持たせることにより、被駆
動側の負荷トルクを直接且つ正確に検出することができ
るようにして、従来技術において懸念される前述のよう
な問題点を解決することを発明の解決課題とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、動力源からベ
ルトを介して駆動されるプーリと、通常は前記プーリと
共に一体的に回転するが前記プーリと固定的に連結され
てはおらず、前記プーリに対して相対回転可能となって
いるクラッチロータと、前記プーリと前記クラッチロー
タとの互いに対向する面の間に介在し、通常は前記プー
リと前記クラッチロータとを一体的に回転可能に弾性力
によって連動させる弾性体と、前記プーリ及び前記クラ
ッチロータの回転位相を検出するために、それぞれの一
部に設けられた指標と、定位置に設けられて前記指標の
通過を検出する少なくとも１個のセンサとを備えている
ことを特徴とする電磁クラッチを提供する。そして本発
明は、前記構成において、前記弾性体が、それによって
伝達されるトルクの大きさが予め定められた値を超えた
ときに剪断力によって破断することにより、前記プーリ
と前記クラッチロータとの間の伝動を遮断するように構
成されていることを特徴とする電磁クラッチをも提供す
る。

【０００８】

【作用】動力源からベルトを介してプーリに伝えられた
回転動力は、プーリ及びクラッチロータの互いに対向す
る面の間に配置された弾性体を介してクラッチロータに
伝えられる。伝達されるトルクが大きくなると、それに
応じて増大する剪断力によって弾性体が弾性変形し、プ
ーリとクラッチロータの間に回転位相のずれ、即ち位相
差が生じる。この位相差の値は伝達されるトルク、即ち
被駆動側の負荷トルクの大きさに対応しているので、プ
ーリとクラッチロータのそれぞれ一部に設けられた突起
のような指標の通過の時期を、定位置に設けられたセン
サによって観測する。その後は、プーリとクラッチロー
タのそれぞれの回転位相から位相差を算出すると共に、
位相差を負荷トルクに換算するというような演算方法に
よって負荷トルクを検知することができる。

【０００９】本発明の電磁クラッチにおいては、負荷ト
ルクが過大となったときに、プーリとクラッチロータと
の間に配置された弾性体が弾性限界を越える剪断力を受
けることにより破断し、プーリ側とロータ側との間の伝
動関係が遮断され、プーリだけが自由に回転することが
できるようになるので、トルクリミッタとしての働きも
する。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の実施例の構成を示す。図中１
は自動車用空調装置の冷媒を圧縮する容積型の圧縮機の
一部を、２は冷媒圧縮機１の回転軸３に装着された電磁
クラッチを示している。図示実施例における電磁クラッ
チ２は、冷媒圧縮機１のハウジング４と一体化されて軸
方向左へ突出している筒軸状のボス部５の上に、ボール
ベアリング６によって回転可能に支持されている環状の
磁性体製のクラッチロータ７と、クラッチロータ７の摩
擦係合面７ａに対して係合及び離脱することができる摩
擦係合面８ａを備えた平板環状の磁性体製のアーマチュ
ア８と、リベット９によってアーマチュア８と一体化さ
れた断面Ｌ形環状のハブプレート１０と、回転軸３に対
してスプライン嵌合すると共にボルト１１及びワッシャ
ー１２によって一体化されている漏斗形のインナーハブ
１３を有する。

【００１１】ハブプレート１０の円筒状部分とインナー
ハブ１３の円筒状部分とは所定の間隔をおいて内外に重
なった位置関係にあるが、その間隔を埋めるようにゴム
部材１４が各円筒状部分に接着されており、それによっ
てアーマチュア８と回転軸３とを弾力的に連結してい
る。そして、ゴム部材１４には成形の際に予め、クラッ
チロータ７の摩擦係合面７ａとアーマチュア８の摩擦係
合面８ａとが常時軸方向に離れているような位置関係を
もたらす形状が与えられており、常時はそれらの摩擦係
合面の間に動力伝達が行われないようになっている。な
お、１５はボールベアリング６をボス部５に取り付ける
ためのサークリップを示している。

【００１２】回転するクラッチロータ７に形成された環
状溝形の内部空間には、微小間隙を介して電磁石となる
励磁コイル１６及び磁性体製のステータ１７が配置さ
れ、取付板２２を介してハウジング４に固定されてい
る。このステータ１７は断面コ字状の環状体からなり、
その環状空間内には励磁コイル１６が樹脂製の巻枠１６
ａを介して一体的に固定される。そして、励磁コイル１
６が車載電源（バッテリ）から付勢されたときには、ク
ラッチロータ７が磁性体からなるアーマチュア８を吸着
するので、摩擦係合面７ａと摩擦係合面８ａが接触し、
その結果としてクラッチロータ７と回転軸３の間に動力
伝達が行われるようになる。

【００１３】本発明の特徴に対応して、まず、クラッチ
ロータ７の外周の少なくとも一部は平滑な円筒面７ｂと
なっており、それに対してクラッチロータ７とは別体と
して構成されたリム部分だけの環状のプーリ１８が摺動
回転可能に緩く嵌合される。円筒面７ｂに対する摺動面
を形成するプーリ１８の円筒状内面１８ａも平滑な表面
を有するが、円筒面７ｂ及び円筒状内面１８ａの少なく
ともどちらか一方に軸受材料を使用したり、それらの一
部分の間に十分な幅の間隙を設けて転がり軸受を挿入す
る等の方法により、摺動による摩擦や摩耗を減少させて
もよい。プーリ１８の外周には図示しないベルトが係合
する溝１８ｂが形成される。

【００１４】次に、摺動係合するクラッチロータ７の円
筒面７ｂとプーリ１８の円筒状内面１８ａには、それぞ
れ図２に示したような断面三角形の軸方向の溝７ｃと、
同じく断面三角形の軸方向の溝１８ｃが設けられる。溝
７ｃと溝１８ｃは対向しているが、それらは実質的に同
じ形状であって、両者の間に平行四辺形の断面を有する
空間１９が形成される。そして、空間１９には軸方向に
適当な長さを有する略円筒形の弾性体２０が軸方向に挿
入されて、軸方向の溝７ｃ及び１８ｃの双方の面に接触
している。この弾性体２０としては、例えば、ばね鋼か
らなる板金を略円筒形となるように丸く巻きつけて成形
したスプリングピンとか、弾性金属線からなるコイルス
プリングのようなものを使用するが、場合によっては弾
性のある円柱形状のゴムや合成樹脂等であってもよい。

【００１５】なお、図示実施例においては、溝７ｃ及び
１８ｃと、それらの間に挿入される弾性体２０はいずれ
も軸方向に長い形状としているが、これらはいずれも軸
方向に長い形状を有する必要はないので、例えば、軸方
向に長い溝７ｃと１８ｃを単なる窪みとし、弾性体２０
を球形のゴムとするようなことも可能である。

【００１６】また、軸方向の溝７ｃ及び１８ｃの断面形
状は三角形でなくてもよく、例えば図３に示したよう
に、断面円弧状の軸方向の溝７ｃ’及び１８ｃ’のよう
な形状であってもよい。しかしこの場合でも弾性体２０
は図２の場合と同様なものを使用することができる。軸
方向の溝７ｃと１８ｃが平面以外の曲面によって構成さ
れる場合には、後述のような位相差と負荷トルクの関係
が直線的でなくなるが、検出結果を換算する等によって
負荷トルクを求めることは可能である。

【００１７】プーリ１８がクラッチロータ７の円筒面７
ｂ上に摺動嵌合して軸方向に抜けることなく確実に保持
されるように、円筒面７ｂの軸方向一側には図１に示す
ような隆起部７ｄが形成されてプーリ１８の軸方向左側
の移動限界となると共に、右側端部には環状のストッパ
２１がプーリ１８よりも軸方向に長いクラッチロータ７
の円筒面７ｂに軸方向に圧嵌されて、プーリ１８の軸方
向右側の移動限界となっている。なお、この実施例にお
ける環状のストッパ２１は強磁性の金属によって製作す
るのが好適である。環状のストッパ２１はプーリ１８の
抜け止めとなるばかりでなく、弾性体２０が空間１９か
ら抜け出すのを防止する働きもする。

【００１８】クラッチロータ７とプーリ１８との相対的
な回転位相を検出するために、それぞれの回転位置を示
す観測指標が設定される。即ち、クラッチロータ７側の
観測指標として、クラッチロータ７に圧嵌された環状の
ストッパ２１の円周上において、均等に定めた例えば３
箇所以上数個所程度の位置に、半径方向外方に突出する
突起２１ａが形成される。また、プーリ１８側の観測指
標として、鉄のような磁性体からなるプーリ１８の図１
における右端には、半径方向外方に突出している図２に
も示すような突起２１ａと同数の数個の突起１８ｄが形
成される。突起１８ｄは環状のストッパ２１の突起２１
ａと同様にプーリ１８の円周上に均等に配置される。

【００１９】突起１８ｄ及び突起２１ａを定点において
観測して、それらが直前を通過する時期を検出するため
に、冷媒圧縮機１のハウジング４に固定された取付板２
２にはセンサとしての磁気ピックアップ２３，２３’が
それぞれ設けられる。磁気ピックアップ２３，２３’は
公知のように永久磁石にコイルを巻き付けた構造を有
し、突起１８ｄ及び突起２１ａのような磁性体が接近し
たときに、磁束密度の変化によってコイルにパルス状の
電流を発生する。その電流、即ち出力信号は図示しない
制御装置（回路）に入力される。この例における磁気ピ
ックアップ２３，２３’は、例えば光センサのようなも
のによって置き換えてもよく、その他にも公知の検出手
段を応用することができる。

【００２０】図１の実施例では、プーリ１８側の突起１
８ｄとクラッチロータ７側の突起２１ａとを、それぞれ
別の磁気ピックアップ（センサ）２３及び２３’によっ
て観測しているが、２種類の突起１８ｄ及び突起２１ａ
の双方を共に観測し得る位置に磁気ピックアップを１個
だけ設けてシステムの簡素化を図ることもできる。図４
は、プーリ１８側の突起１８ｄとクラッチロータ７側の
突起２１ａとを、それぞれ別の磁気ピックアップ２３及
び２３’によって観測するようにした場合における、実
際の制御回路の例を２４として示している。

【００２１】本発明の特徴を備えた図示実施例の構成は
以上のようであるが、続いてこの実施例の作動を説明す
る。自動車用内燃機関から図示しないベルトを介して常
時回転駆動されるプーリ１８は、本発明の場合はクラッ
チロータ７とリジッドに一体化されて回転するものでは
ないから、それらの軸方向の溝１８ｃ及び７ｃの間に挟
まっている弾性体２０を介してプーリ１８の回転がクラ
ッチロータ７に伝達される。空調装置が起動されると
き、励磁コイル１６が電気的に付勢されて電磁石とな
り、磁性体であるアーマチュア８がクラッチロータ７の
方へ吸着されると、クラッチロータ７の摩擦係合面７ａ
とアーマチュア８の摩擦係合面８ａが接触して、クラッ
チロータ７の回転がアーマチュア８に伝えられ、その回
転がハブプレート１０、ゴム部材１４、インナーハブ１
３を経て回転軸３に伝えられて冷媒圧縮機１が駆動さ
れ、圧縮された冷媒が空調装置の冷凍サイクルの凝縮器
へ送られる。

【００２２】この時、プーリ１８から冷媒圧縮機１の回
転軸３に対して伝達されるトルク、即ち冷媒圧縮機１の
負荷トルクの大きさに応じて、プーリ１８の側とクラッ
チロータ７の側にそれぞれ形成された一対の軸方向の溝
７ｃ及び１８ｃの間の空間１９に挿入されている弾性体
２０は、軸方向の溝７ｃと１８ｃの対向する面から円周
方向（接線方向）の剪断力を受けて僅かに弾性変形する
ので、プーリ１８とクラッチロータ７との間には僅かな
回転位相の差が生じる。図２のように軸方向の溝７ｃと
１８ｃの表面形状が平面であれば、位相差の大きさは負
荷トルクの大きさに対して比例して両者の関係は直線的
となる。

【００２３】プーリ１８とクラッチロータ７の位相差を
自動的に検出するために、それぞれに取り付けられた観
測指標の突起１８ｄ及び突起２１ａの通過時期を検出す
る磁気ピックアップ２３，２３’が設けられているの
で、その出力信号は図示しない制御装置（回路）に入力
されて、プーリ１８とクラッチロータ７の回転位相を検
出し、更にそれらの検出値の差として位相差を算出す
る。他の方法として、指標となる突起１８ｄ及び突起２
１ａを共に１個の磁気ピックアップによって観測するこ
とも可能である。

【００２４】ここでは図４に例示した制御回路２４を用
いる場合について更に具体的に説明する。図４の制御回
路２４は突起１８ｄ及び突起２１ａを別々に観測するセ
ンサを設けることを前提としているので、プーリ１８側
の突起１８ｄを磁気ピックアップ２３によって観測する
と共に、それに対して半径の異なる同心円上に配置され
たクラッチロータ７側の突起２１ａを、それに対応する
別の磁気ピックアップ２３’によって観測するように構
成されている。

【００２５】このように構成すると、各突起１８ｄ及び
２１ａが磁気ピックアップ２３及び２３’の直前を通過
するたびに、磁束の変化によってそれぞれの磁気ピック
アップ２３及び２３’から電気的なパルス信号が発生し
て、それら２種類のパルス波形がプーリ１８とクラッチ
ロータ７の回転位相を表し、それらのうちの相対する個
々のパルスの例えば頂点の時間的間隔が位相差、即ち負
荷トルクを表すことになる。

【００２６】しかしながら、この例のように空調装置の
冷媒圧縮機等の負荷トルクは時間的に細かく変動してい
るし、磁気ピックアップ２３及び２３’の出力するパル
スの波形も必ずしも定まった形ではないから、それらの
波形の間の間隔を検出するためには比較すべき点を特定
することが必要になる。そこでまず、所定値Vaとプーリ
側の磁気センサである磁気ピックアップ２３の出力信号
とをコンパレータ５２において比較し、所定値Vaを閾値
としてデューティパルスＡを発生させる。これによって
磁気ピックアップ２３の出力信号がその閾値を超える時
期を検知することができる。

【００２７】クラッチロータ７側の磁気センサ２３’の
出力信号についても同様の処理を行い、平滑回路５３及
びコンパレータ５４によってデューティパルスＢを得
る。そして、デューティパルスＡとデューティパルスＢ
の立ち上がる時点（場合によっては各パルスの立ち下が
る時点を比較対象としてもよい）の位相差を位相差検出
回路５５によって算出し、演算回路５６において位相差
からマップ等を参照して負荷トルクの値を算出する。

【００２８】図５は、図４に示した制御回路の作動とし
て、２つの磁気センサ（或いはピックアップ）２３及び
２３’の出力信号と、それらの出力信号と所定値Va及び
Vbから発生させたデューティパルスＡ及びＢと、２つの
デューティパルスＡ，Ｂから検出された位相差を図示し
たものである。この位相差から伝達トルク即ち負荷トル
クを換算することができる。

【００２９】もし、指標となる突起１８ｄおよび突起２
１ａを共に１個の磁気ピックアップ（センサ）によって
観測する場合には、出力信号、デューティパルスとも図
５に示した出力信号、デューティパルスをそれぞれ合成
した信号となるため、隣合うパルスの位相差を算出する
ことにより、それをトルクに換算することになる。

【００３０】制御回路２４によって算出された圧縮機１
の負荷トルクは、圧縮機１を駆動している自動車の機関
がそれだけのトルクを余分に発生する必要がある値であ
り、それが充足されないと機関の回転数が低下したり、
場合によってはエンストを招く恐れがあるので、負荷ト
ルクの信号を制御信号として例えば内燃機関のアイドル
スピードコントロール（ＩＳＣ）バルブ５７の開度を調
整し、エンジンの吸気量を必要とする分だけ増加させ
る。それに応動して機関の燃料噴射量制御装置が吸気量
の増加に見合う分だけ燃料噴射量を増加させると、機関
の出力が圧縮機１の駆動に必要な分だけ増加して、空調
装置の運転に起因する機関の回転数変動や万一のエンス
ト等を防止する。

【００３１】前記の実施例では、デューティパルスを発
生させるための閾値として所定値VaとVbを使用している
が、それぞれの磁気ピックアップ（センサ）２３及び２
３’の多数のパルスを含む出力信号を平滑回路によって
平均化して平均値を算出し、これを閾値として使用して
もよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、プーリとクラッチロー
タ間に挿入された弾性体の弾性変形によって生じるプー
リ側とロータ側の回転位相のずれから、直接に伝達され
るトルク、即ちロータ側の負荷トルクの値を、応答性よ
く且つ正確に検出することができるので、駆動機関の制
御等を遅滞なく実行することが可能になり、回転数変動
や機関停止等を未然に防止することができる。

【００３３】それに加えて、本発明の電磁クラッチにお
いては、負荷トルクが所定値よりも大きくなったとき
に、プーリとクラッチロータ間に挿入された弾性体が増
大した剪断力によって破断するので、それによってプー
リ側とロータ側との間の伝動関係が遮断され、プーリだ
けが自由に回転することができるようになるから、本発
明の電磁クラッチは、それ自体はもとより、機関や被駆
動部分等の損傷を未然に防止するトルクリミッタとして
の働きもする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁クラッチを圧縮機に接続した実施
例を示す縦断正面図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す側面図である。

【図３】図２の一部の変形例を示す概念的側面図であ
る。

【図４】制御回路の構成を概念的に例示するブロック図
である。

【図５】図４の制御回路の作動を示す線図である。

【符号の説明】

１…冷媒圧縮機 ２…電磁クラッチ ３…回転軸 ７…クラッチロータ ７ｂ…円筒面 ７ｃ…軸方向の溝（窪み） ８…アーマチュア １３…インナーハブ １４…ゴム部材 １６…励磁コイル １７…ステータ １８…プーリ １８ａ…円筒状内面 １８ｃ…軸方向の溝（窪み） １８ｄ…突起 １９…空間 ２０…弾性体 ２１…環状のストッパ ２１ａ…突起 ２３，２３’…磁気ピックアップ（センサ） ２４…制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力源からベルトを介して駆動されるプ
   ーリと、通常は前記プーリと共に一体的に回転するが前
   記プーリと固定的に連結されてはおらず、前記プーリに
   対して相対回転可能となっているクラッチロータと、前
   記プーリと前記クラッチロータとの互いに対向する面の
   間に介在し、通常は前記プーリと前記クラッチロータと
   を一体的に回転可能に弾性力によって連動させる弾性体
   と、前記プーリ及び前記クラッチロータの回転位相を検
   出するために、それぞれの一部に設けられた指標と、定
   位置に設けられて前記指標の通過を検出する少なくとも
   １個のセンサとを備えていることを特徴とする電磁クラ
   ッチ。
2. 【請求項２】 前記弾性体は、それによって伝達される
   トルクの大きさが予め定められた値を超えたときに剪断
   力によって破断することにより、前記プーリと前記クラ
   ッチロータとの間の伝動を遮断するように構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の電磁クラッチ。