DE4430995A1 - Elektromagnetische Kupplung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplung zur selektiven Übertragung einer Drehantriebskraft, die beispielsweise zum selektiven Betrieb eines Kompressors in einer Klimaanlage für ein Automobil verwendet werden kann.

Zum Stand der Technik gehört eine elektromagnetische Kupplung, die einen Stator umfaßt, der darin eine elektromagnetische Spule enthält, einen Rotor, der aus einem magnetisierbaren Ma­ terial besteht, und eine ringförmige Öffnung bestimmt, in der der Stator derart eingesetzt ist, daß eine freie Drehung des Rotors möglich ist, einen Anker, der eine Reibungsoberfläche hat, die einer Reibungsoberfläche des Rotors gegenüberliegt, eine Nabe, die mit einer sich drehenden Maschine, wie bei­ spielsweise einem Kompressor, in einem Kühlkreislauf für eine Klimaanlage für ein Automobil verbunden ist, und Plattenfedern zum Verbinden des Ankers und der Nabe zur Erzeugung einer Kraft, durch die der Anker getrennt von dem Rotor derart gehal­ ten wird, daß ein Spalt zwischen den gegenüberliegenden Rei­ bungsoberflächen des Rotors und des Ankers erhalten wird, wo­ durch verhindert wird, daß die Drehbewegung des Rotors an die Nabe übertragen wird. Wenn die elektromagnetische Spule erregt wird, wird zwischen der Spule, dem Rotor und dem Anker ein ge­ schlossenes elektromagnetisches Feld derart erzeugt, daß der Anker durch den Rotor angezogen wird, wodurch die Drehbewegung des Rotors an die Nabe übertragen werden kann.

Beim Stand der Technik hat der Rotor an seinem Außenrand be­ nachbart zu seiner Kupplungsfläche einen gestuften Bereich zur Vergrößerung der Fläche der Kupplungsfläche, oder wenn kein derartiger gestufter Bereich vorgesehen ist, ist die Dicke des Außenrings des Rotors vergrößert. Dieser Stand der Technik ist jedoch nicht wirksam, eine gewünschte Freiheit zur Auswahl ei­ nes Orts zu erhalten, um eine Riemenscheibe mit dem Rotor zu verbinden, während ein geringer Widerstand des Stroms des Ma­ gnetflusses beibehalten bleibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektomagnetische Kupplung zu schaffen, durch die die vorste­ hend genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, und die bei einer stufenlosen Ausbildung des Rotorau­ ßenrands gewährleistet, daß ein verminderter magnetischer Wi­ derstand erhalten wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen genannt.

Die Erfindung schafft demnach eine Elektromagnetische Kupplung mit:
einer stationären elektromagnetischen Spule einer im wesentli­ chen rohrförmigen Gestalt zur Erzeugung einer elektromagneti­ schen Kraft, wenn sie elektrisch erregt wird,
einem Rotor, der eine Drehachse bestimmt und einen Außenringbe­ reich und einen innenringbereich hat, die radial beabstandet sind und rohrförmige Gestalt haben, und eine Reibungswand, die quer zu der Drehachse verläuft, wobei die Außen- und Innenringe an ihren Enden mit der Reibungswand verbunden sind, so daß ein ringförmiger Raum, der an einem Ort axial offen ist, der von der Reibungswand entfernt ist, gebildet wird, so daß die Spule in dem ringförmigen Raum untergebracht wird, während eine Dre­ hung des Rotors in Bezug auf die Spule zugelassen wird,
einer Riemenscheibe, die mit einem Außenrand des Rotors verbun­ den ist, wobei die Riemenscheibe zum Aufnehmen einer Drehbewe­ gung von ihrer Quelle derart ausgelegt ist, daß der Rotor dazu veranlaßt wird, zusammen mit der Riemenscheibe gedreht zu wer­ den, und
einem elastisch gehaltenen Anker, der aus einem magnetisierba­ ren Material besteht und eine Reibungsfläche hat, die quer zur Drehachse verläuft, wobei die Reibungsoberfläche des Ankers normalerweise von der Reibungswand des Rotors aufgrund der Ela­ stizität beabstandet ist, wobei die Erregung der elekromagneti­ schen Spule den Anker dazu veranlaßt, zu dem Rotor entgegen der elastischen Kraft derart angezogen zu werden, daß die Drehung des Rotors zu dem Anker übertragen wird,
wobei der Außenring des Rotors einen konstanten Außendurchmes­ ser entlang seiner gesamten Länge hat, und
wobei der Außenring des Rotors an seiner Innenoberfläche einen Bereich an einem Ort benachbart zu der Reibungswand hat, dessen Dicke zu der Reibungsfläche hin allmählich zunimmt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel­ haft näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsteilansicht einer elektromagnetischen Kupplung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1 einer weiteren Kupp­ lung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1 einer weiteren Kupp­ lung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer elektromagnetischen Kupp­ lung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 4 zur Verdeutli­ chung, wie der geschlossene Kreis für den magnetischen Fluß er­ zeugt wird,

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 5 zur Verdeutli­ chung, wie der verdickte Bereich des Außenrings des Rotors auf­ gebaut ist,

Fig. 7 die Beziehung zwischen der Länge des dicken oder konisch zulaufenden Bereichs des Außenrings des Rotors und dem übertra­ genen Drehmoment,

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 einer zweiten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau einer elektromagnetischen Kupplung gemäß dem Stand der Technik. Bei diesem Stand der Technik ist die elektromagnetische Kupplung 100 mit einem Stator 102 zum darin Unterbringen einer elektromagnetischen Spule 101 zum Er­ zeugen eines magnetischen Flusses, wenn sie erregt ist, vorge­ sehen, ein ringförmiger Rotor 103 einer im wesentlichen C-förmigen Querschnittsgestalt zum Bedecken des Stators 102, und ei­ nem Anker 104, der durch die magnetische Kraft zum Rotor 103 angezogen wird, die durch die elektromagnetische Spule 101 er­ zeugt wird.

Bei diesem Aufbau gemäß dem Stand der Technik hat der Rotor 103 eine Reibungsoberfläche 105, die in Eingriff mit dem Anker 104 steht und einen Außendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser des Außenrings 106 des Rotors 103, zum Erhal­ ten eines vergrößerten Bereichs oder einer vergrößerten Fläche der Reibungsfläche in Bezug auf den Anker 104. Mit anderen Wor­ ten hat die Außenwand des Rotors 103 an einem Ort benachbart zur Reibungsfläche 105 einen Stufenbereich 107 zum Erzeugen ei­ nes vergrößerten Reibungsflächenbereichs.

Das Vorsehen eines Stufenbereichs 107 auf dem Außenrand des Ro­ tors 103 hat jedoch den Nachteil, daß dann, wenn eine Riemen­ scheibe 108 für einen Drehriemen auf dem Außenrand des Rotors 103 angebracht ist, eine Begrenzung der Möglichkeit einer Aus­ wahl der axialen Position des Riemenscheibens 108 auf dem Rotor 103 auftritt. Nämlich dann, wenn es erforderlich ist, eine stark überhängende Anordnung der Riemenscheibe 108 in Bezug auf den Anker 104 zu erhalten, begrenzt das Vorhandensein des ge­ stuften Bereichs 107 diese Möglichkeit aufgrund der Tatsache, daß eine reine Rutsch- oder Gleiteinstellung des Riemenschei­ benelements 108 auf dem Rotor 103 das Riemenscheibenelement 108 dazu veranlassen würde, mit dem gestuften Bereich 107 in stö­ rende Einwirkung zu gelangen, wodurch verhindert wird, daß das Riemenscheibenelement 108 weiter eingestellt wird. Eine neue Auslegung des Riemenscheibenelements ist deshalb wesentlich, um die gewünschte Überhanganordnung zu erzielen.

Fig. 2 zeigt einen anderen Stand der Technik, bei dem der ge­ stufte Bereich 107 in Fig. 1 beseitigt ist, so daß der Außen­ rand des Rotors 103 entlang der gesamten Länge flach ist, so daß eine Position der Riemenscheibe 108 auf dem Rotor 103 nicht begrenzt ist. Diese Lösung sorgt jedoch dafür, daß die Dicke des Außenrings 106 des Rotors 103 erhöht wird, wodurch das Ge­ wicht des Rotors 103, d. h. das Gewicht der Kupplung erhöht wird. Ein großes Gewicht des Außenrings 106 sorgt dafür, daß die Trägheit des Rotors 103 zunimmt. Darüberhinaus verursacht die vergrößerte Dicke des Außenrings 106 eine Zunahme der Ko­ sten für das Material zur Herstellung des Rotors 103.

Eine Lösung für das vorstehende Problem ist in Fig. 3 gezeigt, bei der der Rotor 103 stufenlos und der Innendurchmesser des Außenrings 106 derart vergrößert ist, daß die Dicke des Außen­ rings 106 klein wird. Das Gewicht des Außenrings 106 wird da­ durch vermindert, während ein Raum zwischen dem Außenring 106 und dem Innenring 109 derart vergrößert wird, daß die radiale Abmessung der elektromagnetischen Spule 101 vergrößert werden kann. Es ist bekannt, daß die elektromagnetische anziehende Kraft zwischen den elektromagnetischen Spulen dieselbe ist, wenn sie denselben Querschnitt haben. Eine derartige Vergröße­ rung der radialen Abmessung der elektromagnetischen Spule 101 bewirkt deshalb eine Erhaltung desselben Grads der elektroma­ gnetisch anziehenden Kraft, während die axiale Abmessung der elektromagnetischen Spule 101 vermindert ist.

Kurz gesagt sorgt eine große radiale Abmessung der elektroma­ gnetischen Spule 101 dafür, daß die axiale Abmessung der Spule 101 vermindert wird, was zu einer Verminderung der axialen Ab­ messung der elektromagnetischen Kupplung 100 führt. Was den Stator 102 zum Bedecken der elektromagnetischen Spule 101 be­ trifft, liegt darüberhinaus die Querschnittsgestalt der Spule 101 näher an einer rechteckigen Querschnittsform, wodurch das Material zum Herstellen des Stators eingespart wird, wodurch die Kosten und das Gewicht des Stators 102 vermindert werden.

Wenn der Rotor jedoch ohne den gestuften Bereich 107 ausgebil­ det wird, weil die Dicke des Außenrings 106 vermindert ist, wird die Dicke des Außenrings 106 an einem Ort benachbart zu der Reibungswand 105 um den Betrag vermindert, der der Dicke des gestuften Bereichs 107 entspricht, was zu einer Erhöhung des Widerstands gegenüber einem magnetischen Fluß an einem Ort auf dem Außenring 106 benachbart zur Reibungsfläche 105 führt. Eine derartige Zunahme des Widerstands des Stroms des magneti­ schen Flusses an einem Ort auf dem Außenring 106 benachbart zu der Reibungsfläche 105 sorgt dafür, daß die elektromagnetische Kraft des Magnetkreises als Ganzes vermindert wird, wodurch die anziehende Kraft des Ankers 104 vermindert wird, wodurch ein Nachteil insofern erzeugt wird, als die Eingriffskraft zwischen dem Rotor 103 und dem Anker 104 vermindert wird.

Nachfolgend wird ein Aufbau einer elektromagnetischen Kupplung beschrieben, die dazu in der Lage ist, die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.

Erste Ausführungsform

Bei einer in den Fig. 4 bis 7 gezeigten ersten Ausführungsform bezeichnet die Bezugsziffer 1 allgemein eine elektromagnetische Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die elektromagneti­ sche Kupplung 1 umfaßt als Grundbestandteile einen Stator 2, eine elektromagnetische Spule 3, die in dem Stator 2 unterge­ bracht ist, einen Rotor 4, der mittels einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors in Drehung versetzt wird, einen Anker 5, der an den Rotor mittels einer elektromagneti­ schen Kraft angezogen wird, die durch die elektromagnetische Spule 3 erzeugt wird, Plattenfedern 6, die umfangsmäßig beab­ standet angeordnet sind, und eine Innennabe 7, die mit dem An­ ker über die Plattenfedern elastisch verbunden ist, während die Drehbewegung von dem Anker 5 integral auf die Nabe 7 übertragen wird.

Die elektromagnetische Spule 3 ist als Wicklung eines elek­ trisch leitenden Drahts mit einer elektrisch isolierenden Schicht ausgebildet. Der Stator 2 besteht aus einem magneti­ sierbaren Material, wie beispielsweise Stahl, und bildet eine C-Querschnittsform, die eine axial offene ringförmige Ausneh­ mung bestimmt, in der die Spule 3 untergebracht ist. Ein aus Epoxidharz 8 bestehender Füllstoff wird zum Eingießen der Spule 3 in den Stator 2 verwendet. Es sollte bemerkt werden, daß der Stator 2 an seinem Hinterende mit einer Tragplatte 10 in Ring­ form verbunden ist, die mit einem Kompressorgehäuse 100 verbun­ den ist, das durch eine Phantomlinie gezeigt ist.

Eine Riemenscheibe 9 besteht aus einem Basisbereich 9a und ei­ nem Riemenscheibenbereich 9b. Der Basisbereich 9a ist fest mit dem Außenring 21 des Rotors 4 mittels einer geeigneten Verbin­ dungseinrichtung, wie beispielsweise durch eine Schweißung ver­ bunden. Der Riemenscheibenbereich 9b eines allgemein größeren Durchmessers als der Basisbereich 9a verläuft integral von dem Basisbereich und bildet eine Mehrzahl V-förmiger Nuten zur Auf­ nahme entsprechender (nicht gezeigter) V-förmiger Riemen zum Übertragen der Drehbewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmo­ tors zum Rotor 4.

Der Rotor 4 besteht aus einem magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Stahl, und hat als Querschnitt eine C-Form zum Erzeugen eines rückwärts offenen Ringraums, in den der Stator 2 eingesetzt ist, während der Rotor 4 gedreht wird. Innerhalb des Rotors 4 ist ein Tragaufbau 11 zum drehbaren Tragen des Rotors 4 auf einer axialen Verlängerung 100-1 des Gehäuses 100 ange­ ordnet. Der Aufbau des Rotors 4 wird nachfolgend erläutert.

Der Anker 5 hat eine Reibungsfläche, die quer zur Drehachse verläuft und einer Reibungsfläche des Rotors 4 um einen Abstand g getrennt gegenüberliegt. Der Anker 5 hat eine Ringform und besteht aus einem magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Stahl. Der Anker 5 ist gemäß dieser Ausführungsform aus einem Innenring 5a und einem Außenring 5b aufgebaut, der außerhalb des Innenrings 5a angeordnet, während ein Ringspalt (eine Ma­ gnetflußtrennut 5c) zwischen den Innen- und Außenringen 5a und 5b erzeugt ist, und aus Plattenfedern 6 zum Verbinden der In­ nen- und Außenringe 5a und 5b jeweils durch Nieten 12 und 13.

Die Innennabe 7 besteht aus einem Flanschbereich 7a und einem Hülsenbereich 7b, und diese Bereiche sind integral miteinander ausgebildet. Der Hülsenbereich 7b befindet sich in Keilnutein­ griff mit einer Eingangswelle 100-2 des Kühlkompressors derart, daß die Drehbewegung der Innennabe 7 auf den Kompressor über­ tragen wird. Mit dem Flanschbereich 7a durch Nieten 14 verbun­ den sind Innenenden der Plattenfedern 6 derart, daß eine axial elastische Verbindung des Ankers 5 in Bezug auf die Nabe 7 auf­ grund der Elastizität oder des Federungsvermögens der Platten­ federn 6 realisiert ist, während der Anker 5 zusammen mit der Nabe 7 gedreht wird. Das Federungsvermögen der Federn 6 ist derart, daß der Anker 5 vom Rotor 4 beabstandet ist.

Der Flanschbereich 7a der Nabe 7 hat entlang seiner Umfangs­ richtung eine Mehrzahl von Öffnungen, in welche Pufferstoppele­ mente 16, die aus einem elastischen Material, wie beispielswei­ se Gummi bestehen, jeweils preßeingesetzt sind. Das Puffer­ stoppelement 16 besteht, wie in Fig. 4 gezeigt, aus einem Hül­ senbereich 16a, der in die entsprechende Öffnung des Flanschbe­ reichs 7a der Nabe 7 eingesetzt ist, und einem Flanschbereich 16b, der radial sowie integral von dem Hülsenbereich 16 ver­ läuft. Der Flanschbereich 16b des Pufferstoppers 16 ist zwi­ schen den gegenüberliegenden Oberflächen der Flanschbereiche 7a der Nabe 7 und des Ankers 5 derart angeordnet, daß ein Spalt g zwischen den gegenüberliegenden Reibungsoberflächen des Rotors 4 und des Ankers 5 auf einem vorbestimmten Wert, beispielsweise 0,5 mm, gehalten wird, wenn die elektromagnetische Spule 3 entregt ist.

Die Plattenfeder 6 ist integral mit einem einwärts verlaufenden Armbereich 17 an einem Ort einwärts von der Niete 12 zur Ver­ bindung der jeweiligen Plattenfeder 6 mit dem Anker 5 ausgebil­ det. Der Armbereich 17 hat ein Federungsvermögen oder eine Ela­ stizität und verläuft radial einwärts, um eine Hülse 18 zu kon­ taktieren, die aus einem elastischen Material besteht. Ein Fe­ dertragelement 19 ist in die Nabe 7 eingesetzt und an dieser durch ein geeignetes Mittel, wie beispielsweise eine Schweißung befestigt. Eine Federhülse 18 ist an dem Tragelement 19 derart angebracht, daß das Tragelement 19 zwischen einem Flanschbe­ reich 19-1 des Tragelements 19 und den Armbereichen 17 der je­ weiligen Plattenfedern 6 gehalten ist. Wenn der Anker 5 durch den Rotor 4 angezogen wird, wenn die elektromagnetische Spule 3 erregt wird, drücken die Armbereiche 17 das elastische Element 18 derart, daß eine entgegengesetzt zur Bewegung des Ankers 5 zum Rotor 4 verlaufende Kraft erzeugt wird, wodurch das Ge­ räusch vermindert wird, das erzeugt wird, wenn der Anker 5 durch den Rotor 4 angezogen wird.

Die Konstruktion des Rotors 4 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr erläutert. Der Rotor 4 gemäß der vorliegenden Er­ findung wird durch Maschinenbearbeiten eines magnetisierbaren Metallmaterials hergestellt. Der Rotor 4 ist aus einem ringför­ migen Außenring 21, der außerhalb der elektromagnetischen Spule 3 angeordnet ist, und einem rohrförmigen Innenring 22 aufge­ baut, der einwärts von der elektromagnetischen Spule 3 angeord­ net ist, und einer Reibungsfläche 23, die radial verläuft, um die Außen- und Innenringe 21 und 22 derart miteinander zu ver­ binden, daß ein ringförmiger Raum gebildet wird, der an seinem einen Ende zum darin Unterbringen der Spule 3 axial offen ist.

Die Reibungsfläche 23 (Fig. 5) besteht aus einem zentralen Be­ reich 24, der aus einem magnetisierbaren Material besteht und aus Magnetflußabschirmungsbereichen 25 und 26, die einwärts und auswärts mittels des zentralen Bereichs 24 getrennt sind. Der zentrale Bereich 24 bildet entlang seinem Querschnitt im we­ sentlichen eine Halbkreisform mit einem Bogen, der benachbart zur elektromagnetischen Spule 3 angeordnet ist. Die magneti­ schen Abschirmungsbereiche 25 und 26 zum Verbinden des zentra­ len Bereichs 24 mit dem Innenring 22 und dem Außenring 21 be­ stehen jeweils aus einem nicht-magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Kupfer, so daß ein geschlossener Strom des ma­ gnetischen Flusses daran gehindert wird, zwischen dem Innenring 22 und dem zentralen Bereich 24 der Reibungswand 23, ebenso wie zwischen dem Außenring 21 und dem zentralen Bereich 24 der Rei­ bungswand 23 gebildet zu werden. Wenn die elektromagnetische Spule 3 erregt wird, wird deshalb ein geschlossener Kreis des Magnetflusses, wie in Fig. 5 in einer Phantomlinie gezeigt, in der Größenordnung des Stators 2, des Außenrings 21 des Rotors 4, des Außenrings 5b des Ankers 5, des Zentralbereichs 24 der Reibungsfläche des Rotors 4, des Innenrings 5a des Ankers 5 und des Innenrings 22 des Rotors 4 und des Stators 2 gebildet.

Wie in Fig. 5 gezeigt, hat der Außendurchmesser des Außenrings 21 des Rotors 4 gemäß der vorliegenden Erfindung einen konstan­ ten Wert entlang seiner gesamten axialen Länge, was eine Be­ grenzung der Riemenscheibe 9 auf den Rotor 4 auf einen festste­ henden Ort verhindert. Im Gegensatz dazu ist der Innendurchmes­ ser des Außenrings 21 an einem Ort benachbart zu dem Reibungs­ flächenbereich 23 des Rotors 4 allmählich vermindert, so daß der Außenring 21 einen Bereich 27 verminderter Dicke mit einer axialen Länge x an dem Ort bildet, an dem der Außenring 21 mit dem Reibungswandbereich 23 verbunden ist. Gemäß der Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung wird ein derartiger ver­ dickter Bereich 27 durch die Form oder Gestalt der Innenober­ fläche des Außenrings 21 geschaffen, der im Querschnitt eine geneigte gerade Linie in Bezug auf die Längsachse ist.

Der Stator 2 hat einen Außenringbereich 2-1, der, wie in Fig. 6 gezeigt, einen konstanten Außendurchmesser mit Ausnahme für ei­ nen Ort hat, der dem verdickten Bereich 27 des Außenrings 21 des Rotors gegenüberliegt, so daß ein konstanter Spalt G₂ zwi­ schen den Innen- und Außenoberflächen des Rotors und des Sta­ tors an jedem Ort erzeugt wird, der sich von demjenigen unter­ scheidet, der benachbart zum Reibungswandbereich 23 des Rotors 4 ist. Im Gegensatz hierzu ist an dem Bereich des Außenrings 2- 1 des Stators 2, der dem verdickten Bereich 27 gegenüberliegt, der Durchmesser des Außenrings 2-1 allmählich oder graduell vermindert, so daß ein verdünnter Bereich 28 erzeugt wird. Der verdünnte Bereich 28 ist durch eine Form der Außenoberfläche des Außenrings 2-1 geschaffen, die im Querschnitt eine geneigte gerade Linie in Bezug auf die Längsachse ist, welche Linie kom­ plementär zu der geneigten geraden Linie der Innenoberfläche des Außenrings 21 des Rotors ist. Ein Ringspalt G₁ einer kon­ stanten Dicke wird dadurch zwischen dem dicken Bereich 28 des Außenrings 21 des Rotors 4 und dem dünnen Bereich 28 des Außen­ rings 2-1 des Stators 3 geschaffen.

Der derart zwischen den dicken und dünnen Bereichen 27 und 28 dadurch geschaffene Spalt G₁ hat einen Wert, der größer ist als der Wert des Spalts G₂ zwischen den konstant dicken Wandberei­ chen der Außenringe 21 und 2-1 des Rotors 4 und des Stators 3. Eine derartige Beziehung der Abmessungen der Spalte G₁ und G₂ wirkt dahingehend, daß verhindert wird, daß der Rotor 4 in Kon­ takt mit dem Stator 3 aufgrund einer geringfügigen Axialbewe­ gung des Rotors 4 gelangt, die durch ein geringfügiges Spiel in dem Lager 11 auftritt, und aufgrund von Abmessungsfehlern, die beim Gießen oder Formen des dicken Bereichs 27 und des gegen­ überliegenden Bereichs 28 erzeugt werden.

Nunmehr wird ein Wert der Länge x des dicken Bereichs 27 des Außenrings 21 des Rotors 4 in Bezug auf Fig. 6 erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, daß der Wert der Länge x des dicken Bereichs 27 innerhalb eines Bereichs zwischen einem 1/10 bis einem 1/3 der gesamten Axiallänge L des Außenrings 21 ist (L/10 x L/3) Gemäß der Ausführungsform ist die Axiallänge des dicken Bereichs 27 1/5 der Axiallänge des Außenrings 21 des Rotors (x = L/3). Es sollte bemerkt werden, daß die in Fig. 3 gezeigte Kupplung 100 gemäß dem Stand der Technik eine Länge x des "dicken Bereichs" hat, die Null ist (x = 0).

Nunmehr wird ein Grund für eine Anordnung der Axiallänge x in dem oberen Bereich (L/10 x L/3) in Bezug auf Fig. 7 erläutert.

In Fig. 7 betrifft eine Kurve A ein Übertragungsdrehmoment der in Fig. 1 gezeigten Kupplung gemäß dem Stand der Technik, bei der der Rotor 103 mit dem gestuften Bereich 107 an seinem Au­ ßenrand versehen ist, und der keinen dicken Bereich an seinem Innenrand bat. Eine Kurve B betrifft ein Übertragungsdrehmoment der Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die axiale Länge x des dicken Bereichs 27 am Innenrand variiert wird. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist der Wert für das Übertragungsdrehmo­ ment der Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung B größer als dasjenige der Kupplung gemäß dem Stand der Technik A, wenn die Axiallänge x des dicken Bereichs 27 sich in einem Bereich zwi­ schen (L/10 und L/3) befindet. Im Hinblick daraufliegt der bevorzugte Bereich der Länge x des dicken Bereichs 27 zwischen (L/10 und L/3) und die Länge liegt besonders bevorzugt bei L/5, wodurch das maximale Übertragungs­ drehmoment geschaffen wird.

Wenn die Axiallänge x kleiner ist als L/10 der Axiallänge L des Außenrings 21, d. h., wenn x < L/10, ist ein durch den dicken Bereich 27 geschaffenes Übertragungsdrehmoment B gerin­ ger als das Übertragungsdrehmoment A beim Stand der Technik aufgrund der Tatsache, daß ein Beitrag des dicken Bereichs 27 zur Erhöhung der Dicke des Ringbereichs an dem Ort benachbart zu der Reibungswand 23 kleiner ist als ein Beitrag einer Flach­ ausbildung des Außenrings 21 zur Verminderung der Dicke des Ringbereichs an dem Ort benachbart zur Reibungswand 23.

Wenn die Axiallänge x größer ist als 1/3 der Axiallänge L des Außenrings 21, d. h., wenn x < L/3, ist ein Übertragungs­ drehmoment B gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls kleiner als dasjenige gemäß dem Stand der Technik, weil eine vergrö­ ßerte Länge des größeren Spalts G₁ dafür sorgt, daß der magne­ tische Widerstand vergrößert wird.

Nunmehr wird eine Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung kurz erläutert. Wenn die elektromagnetische Spule 3 entregt wird, wird der Anker 5 in einer Position beabstandet zum Rotor 4 auf­ grund einer elastischen Kraft der Federplatten 6 gehalten. Als ein Ergebnis wird die Drehbewegung einer Kurbelwelle eines Ver­ brennungsmotors, die zum Rotor 4 über den (nicht gezeigten) Riemen und die Riemenscheibe 9 übertragen wird, nicht zu dem Anker 5 und der Innenhülse 7, d. h. dem Kompressor übertragen. Dadurch wird eine Leerlaufdrehung des Rotors 4 erzielt.

Wenn die elektromagnetische Spule 3 erregt wird, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die dafür sorgt, daß der An­ ker 5 durch den Rotor 4 angezogen wird, wodurch die gegenüber­ liegenden Reibungsflächen dazu veranlaßt werden, miteinander in Eingriff derart zu gelangen, daß die Drehbewegung des Rotors 4 über den Anker 5 und die Nabe 7 zu der Eingangswelle 100-2 des Kompressors übertragen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Rotor 4 einen konstan­ ten Außendurchmesser. Das Vorsehen des dicken Bereichs 27 an dem Innenrand des Außenringbereichs 21 des Rotors an dem Ort benachbart zu der Reibungswand 23 kann jedoch die Dicke des Ringbereichs 21 an diesem Ort vergrößern, wodurch der Magnet­ flußwiderstand vermindert wird. Durch das Vorsehen des dicken Bereichs 27 zum Vermindern des Widerstands gegenüber dem Ma­ gnetfluß wird eine Vergrößerung der elektromagnetischen Kraft erreicht, die dahingehend wirkt, die Kraft zu erhöhen, wenn der Anker 5 zum Rotor 4 angezogen wird.

Gemäß der ersten Ausführungsform hat der Außendurchmesser des Außenrings 21 des Rotors 4 einen konstanten Wert entlang der gesamten Axiallänge des Rotors 4. Dadurch besteht keinerlei Be­ grenzung hinsichtlich des Orts der Riemenscheibe 9 auf dem Ro­ tor 4. Das Vorsehen des dicken Bereichs 27 an dem Ort der In­ nenoberfläche des Außenrings 21 benachbart zur Reibungswand 23 kann darüberhinaus eine elektromagnetische Kraft erzeugen, die größer ist, als die elektromagnetische Kraft, die durch einen Rotor erzeugt wird, der einen gestuften Bereich an seiner Au­ ßenoberfläche des Außenringbereichs des Rotors hat. Mit anderen Worten kann die elektromagnetische Kupplung gemäß der vorlie­ genden Erfindung eine elektromagnetische Kraft erzeugen, um den Anker anzuziehen und ihn in Kontakt mit dem Rotor zu bringen, die größer ist als die elektromagnetische Kraft, die durch die Kupplung gemäß dem Stand der Technik mit dem äußeren gestuften Bereich erzeugt wird.

Gemäß der elektromagnetischen Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung kann darüberhinaus eine Vergrößerung der elektroma­ gnetischen Kraft in dem magnetischen Kreis erzielt werden, ohne daß die elektromagnetische Kraft erhöht wird, die durch die elektromagnetische Spule 3 selbst erzeugt wird. Dadurch kann eine wirksame Einsparung elektromagnetischer Energie erzielt werden.

Beim Vergleich der in Fig. 1 gezeigten Kupplung nach dem Stand der Technik mit dem äußeren gestuften Bereich kann der Rotor 4 gemäß der vorliegenden Erfindung einen vergrößerten Spalt zwi­ schen dem Außenring 21 und dem Innenring 22 haben, wodurch eine vergrößerte radiale Abmessung erhalten wird, während die Axial­ abmessung des Stators 2 ebenso wie der elektromagnetischen Spule 3 vermindert wird. Aufgrund einer derartigen Verminderung der Axialabmessung des Stators 2 sowie der elektromagnatischen Spule 3 kann die axiale Abmessung der elektromagnetischen Kupp­ lung 1 als Ganzes ebenfalls vermindert werden.

Zweite Ausführungsform

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform, die über die geneigte gerade Linie der Innenoberfläche des dicken Bereichs 27 in sei­ nem Querschnitt bei der ersten Ausführungsform dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß die Innenoberfläche des dicken Bereichs 27 des Rotors 4 im Querschnitt eine gekrümmte Linie bildet, die in Bezug auf die Längsachse geneigt ist. Der Stator 2 hat einen gegenüberliegenden Bereich 27, der eine Außenoberfläche hat, die in ihrem Querschnitt eine gekrümmte Linie bildet, die kom­ plementär zu der gekrümmten Linie des dicken Bereichs 27 des Rotors 4 ist.

Abwandlung

Die vorstehenden Ausführungsformen sind auf eine Anwendung für eine elektromagnetische Kupplung für einen Kompressor in einem Kühlsystem für eine Klimaanlage für Automobile gerichtet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch gleichermaßen für eine Kupp­ lung für beliebige Anwendungen angewendet werden, bei denen ei­ ne selektive Übertragung einer Drehbewegung benötigt wird, wie beispielsweise bei einem Überlader für ein automatisches Ge­ triebe für ein Automobil.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Kupplung mit:
einer stationären elektromagnetischen Spule einer im we­ sentlichen rohrförmigen Gestalt zur Erzeugung einer elek­ tromagnetischen Kraft, wenn sie elektrisch erregt wird,
einem Rotor, der eine Drehachse bestimmt und einen Außen­ ringbereich und einen Innenringbereich hat, die radial be­ abstandet sind und rohrförmige Gestalt haben, und eine Rei­ bungswand, die quer zu der Drehachse verläuft, wobei die Außen- und Innenringe an ihren Enden mit der Reibungswand verbunden sind, so daß ein ringförmiger Raum, der an einem Ort axial offen ist, der von der Reibungswand entfernt ist, gebildet wird, so daß die Spule in dem ringförmigen Raum untergebracht wird, während eine Drehung des Rotors in Be­ zug auf die Spule zugelassen wird,
einer Riemenscheibe, die mit einem Außenrand des Rotors verbunden ist, wobei die Riemenscheibe zum Aufnehmen einer Drehbewegung von ihrer Quelle derart ausgelegt ist, daß der Rotor dazu veranlaßt wird, zusammen mit der Riemenscheibe gedreht zu werden, und
wobei der Außenring des Rotors einen konstanten Außendurch­ messer entlang seiner gesamten Länge hat, und
wobei der Außenring des Rotors an seiner Innenoberfläche einen Bereich an einem Ort benachbart zu der Reibungswand hat, dessen Dicke zu der Reibungsfläche hin allmählich zu­ nimmt.

2. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Axiallänge x des dicken Bereichs in Bezug auf die Axiallänge L des Außenrings des Rotors der folgenden Gleichung genügt: (L/10 x L/3).

3. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenoberfläche des Außenrings des Rotors zum Schaffen des dicken Bereichs entlang seines axialen Querschnitts eine gerade Linie bildet, die in Bezug auf die Drehachse geneigt ist.

4. Elektromagnetische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenoberfläche des Außenrings des Rotors zum Schaffen des dicken Bereichs entlang seinem axialen Querschnitt eine gekrümmte Linie bildet, die in Be­ zug auf die Drehachse geneigt ist.