JP2019124304A - 電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電磁クラッチにおいて、着磁音の発生を抑制し、しかも、製造コストの上昇を抑制する。【解決手段】電磁クラッチ９０は、電磁コイル９３が格納された、軸心Ｏ回りに回転するロータ９２と、電磁コイル９３の磁力に応じてロータ９２に断接されるアーマチュア９４と、を備え、ロータ９２は、外周部９２ｂの、軸心Ｏ回りの等角度間隔（６０［°］）の６箇所に、軸心Ｏを中心とする周方向に沿って延びた剛性増大部９２ｃが形成されている。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、電磁クラッチに関する。

例えば、車両等に搭載されている空気調和システム（以下、空調システムという。）の気体圧縮機は、車両等の動力源（エンジン等）から動力を受けて動作する。この場合、動力源からの動力の供給を断接するために、電磁クラッチが用いられる。電磁クラッチは、ロータと電磁コイルとアーマチュアとを備えている。ロータは、動力源の動力を受けて常に回転し、アーマチュアは、ハブを介して気体圧縮機の回転軸に連結している。電磁コイルは、ロータに形成された空間の内部に配置されている。

アーマチュアは、回転しているロータに対して、軸方向に一定のギャップを介して離れているため回転しないが、通電によって電磁コイルが磁力を発生すると、その磁力によりアーマチュアが、電磁コイルを収容したロータに吸引されて軸方向に変位または変形する。これにより、アーマチュアの摩擦面（軸方向に直交）とロータの摩擦面（軸方向に直交）とが接触して、両摩擦面に生じる摩擦力により、アーマチュアはロータと一体的に回転し、アーマチュアに連結された回転軸が回転する。なお、アーマチュアには弾性力が作用していて、電磁コイルへの通電が無くなるとアーマチュアを吸引する磁力が無くなり、アーマチュアはこの弾性力によってロータから離れた状態に戻される。

このように、電磁クラッチは、電磁コイルへの電圧の印加の有無により、動力源との断接が行われるが、電磁コイルに通電してアーマチュアがロータに接続されたとき、音（着磁音）が発生する。この音が車室内に侵入すると、乗員に対して異音として聴覚を刺激するものとなる。

そこで、ハブとクラッチ板（アーマチュアに相当）の間に、ゴムダンパのカップリングを設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、クラッチ板とロータとの接続の際の衝撃をゴムダンパが緩衝して、着磁音を低減している。

特開２００２−０７０８９１号公報

しかし、クラッチ板とハブとの間にカップリングを追加すると、部品点数と組立工数とがそれぞれ増加するため、製造コストの上昇を招く。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、着磁音を低減し、しかも、製造コストの上昇を抑制することができる電磁クラッチを提供することを目的とする。

本発明は、電磁コイルが格納された、軸心回りに回転するロータと、前記電磁コイルの磁力に応じて前記ロータに断接されるアーマチュアと、を備え、前記ロータは、外周部の、前記軸心回りの等角度間隔の３箇所又は６箇所に、周方向に沿って延びた剛性増大部が形成されている電磁クラッチである。

本発明に係る電磁クラッチによれば、着磁音を低減し、しかも、製造コストの上昇を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電磁クラッチを有するコンプレッサを示す要部断面図である。 ロータを軸心方向のアーマチュアの側から見た模式図である。 ロータを軸心方向の圧縮機構部の側から見た模式図である。 ロータをアーマチュアの側から見た正面図である。 剛性増大部が３個である変形例のロータを軸心方向のアーマチュアの側から見た模式図である。 この変形例のロータを軸心方向の圧縮機構部の側から見た模式図である。 この変形例のロータをアーマチュアの側から見た正面図である。 剛性増大部が軸心方向に突出して形成された変形例のロータを軸心方向のアーマチュアの側から見た模式図である。 この変形例のロータを軸心方向の圧縮機構部の側から見た模式図である。 この変形例のロータを軸心に直交する方向から見た側面図である。 剛性増大部が３個である変形例のロータを軸心方向のアーマチュアの側から見た模式図である。 この変形例のロータを軸心方向の圧縮機構部の側から見た模式図である。 この変形例のロータを軸心に直交する方向から見た側面図である。

以下、本発明に係る電磁クラッチの実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電磁クラッチ９０を有するコンプレッサ１００を示す要部断面図である。図示のコンプレッサ１００は、例えばベーンロータリ形式の気体圧縮機である。

＜コンプレッサ＞
図１に示したコンプレッサ１００は、車両に搭載され、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム（以下、単に空調システムという。）の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。

コンプレッサ１００は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスＧ（気体）を圧縮し、この圧縮された冷媒ガスを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は、圧縮された冷媒ガスを周囲の空気等との間で熱交換することにより冷媒ガスから放熱させて液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状の冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この冷媒の気化に伴う熱交換により蒸発器の周囲の空気を冷却する。気化した低圧の冷媒ガスＧは、コンプレッサ１００に戻って圧縮され、以下、上記行程を繰り返す。

コンプレッサ１００は、低圧の冷媒ガスＧを内部に吸入し、高圧に圧縮して吐出する圧縮機構部６０と、圧縮機構部６０を内部に収容するハウジング１０と、圧縮機構部６０を駆動するための外部の動力源からの動力の供給を断接する電磁クラッチ９０と、を備えている。

ハウジング１０は、一方の端部が閉じたケース１１とケース１１の開放された端部を覆うフロントヘッド１２とを備えている。フロントヘッド１２がケース１１の端部を覆った状態で、ハウジング１０の内部に、圧縮機構部６０を収容する空間が形成される。圧縮機構部６０は、冷凍機油Ｒで潤滑された回転軸５１を有していて、この回転軸５１が回転することにより低圧の冷媒ガスＧを内部に吸入し、高圧に圧縮して外部に吐出する。

ここで、回転軸５１は、一方の端部５１ａが、ハウジング１０の外部に露出している。具体的には、図２に示した状態で、回転軸の左側の端部５１ａが、フロントヘッド１２の外部に露出している。

＜電磁クラッチ＞
電磁クラッチ９０は、ロータ９２と電磁コイル９３とアーマチュア９４とハブ９１とを備えた構成である。ロータ９２の外周面９２ａは、半径方向の断面がＶ字状で周方向に延びた溝が複数形成されている。この外周面９２ａにはベルトが巻き掛けられる。したがって、この外周面９２ａはプーリとして機能する。ベルトは、コンプレッサ１００が搭載された車両のエンジン（動力源の一例）から動力の供給を受ける。ロータ９２はベルトを介してエンジン等からの動力の供給を受けると、軸心Ｏ回りに回転する。

電磁コイル９３はロータ９２に形成された円環状の電磁コイル収容室９２Ａに格納されているが、電磁コイル９３はヨークを介してフロントヘッド１２に固定されていて、電磁コイル収容室９２Ａの内部でロータ９２に接しないように配置されている。したがって、電磁コイル９３は、軸心Ｏ回りに回転することはない。電磁コイル９３は、通電によって磁力を発生し、通電の停止によって磁力を消失する。アーマチュア９４は、軸心Ｏ方向に関して、ロータ９２を挟んで圧縮機構部６０と反対側に配置され、板ばね９４ａ（板ばね部材）を介してハブ９１に連結されている。ハブ９１は、フロントヘッド１２から露出した回転軸５１の端部５１ａに、ねじ７０によって締結されている。ハブ９１はロータ９２から離れた状態で固定されている。

アーマチュア９４は、ハブ９１よりも半径方向の外方に張り出して配置されている。板ばね９４ａは、軸心Ｏの延びた方向に沿っての弾性変形で、ハブ９１に対してアーマチュア９４が変位できるようになっている。

アーマチュア９４は、ロータ９２とわずかな隙間を介して配置されているが、電磁コイル９３への通電によって電磁コイル９３が磁力を発すると、その磁力によりアーマチュア９４がロータ９２に向けて吸引され、板ばね９４ａの弾性力に逆らって軸心Ｏ方向のロータ９２に接触する位置まで変位する。これにより、アーマチュア９４がロータ９２に接触し、その接触によって生じた摩擦力により、アーマチュア９４は、回転するロータ９２に連れ回って回転し、ハブ９１を介してアーマチュア９４に連結された回転軸５１が回転する。

一方、電磁コイル９３への通電が停止すると、電磁コイル９３が発していた磁力は消失し、ロータ９２に接触していたアーマチュア９４は、板ばね９４ａの弾性力によってロータ９２から離れて元の位置に戻される。これにより、アーマチュア９４は停止し、コンプレッサ１００の圧縮機構部６０も停止する。このように、アーマチュア９４は、電磁コイル９３の発生する磁力に応じてロータ９２に断接される。

ロータ９２はラジアルベアリングを介してフロントヘッド１２に固定されていて、回転の軸心Ｏ回りに回転可能となっている。ロータ９２には、軸心Ｏを中心とする円環状の電磁コイル９３が格納される円環状の電磁コイル収容室９２Ａが形成されている。ロータ９２の、後述するアーマチュア９４に近い側の軸心Ｏ方向の端面は、アーマチュア９４が接触する摩擦面として形成されている。

図２Ａはロータ９２を軸心Ｏ方向のアーマチュア９４の側から見た模式図、図２Ｂはロータ９２を軸心Ｏ方向の圧縮機構部６０の側から見た模式図、図２Ｃはロータ９２をアーマチュア９４の側から見た正面図である。

ロータ９２は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、外周部９２ｂの、軸心Ｏ回りの等角度間隔（６０［°］間隔）の６箇所に、剛性増大部９２ｃが形成されている。剛性増大部９２ｃの外周部９２ｂに接続した部分は、周方向に沿って、軸心Ｏ回りの角度として、剛性増大部９２ｃが形成されている角度間隔の半分（３０［°］）以上の角度αに亘って形成されている。このように、剛性増大部９２ｃは、外周部９２ｂの一部の剛性が高められることによって、ロータ９２にアーマチュア９４が接触したときの衝撃力の入力に対するロータ９２の変形を抑制するようにロータ９２の剛性を増大させる。

剛性増大部９２ｃは、ロータ９２の、軸心Ｏ方向の圧縮機構部６０に近い側の端部に形成されていて、圧縮機構部６０から遠い側の端部（アーマチュア９４に近い側の端部）には形成されていない。剛性増大部９２ｃは、具体的には、外周部９２ｂから軸心Ｏを中心とする半径方向の外方に、外周部９２ｂから突出した形状で形成されている。剛性増大部９２ｃは、接続した外周部９２ｂを内縁９２ｇ、外周部９２ｂの半径ｒ１より大きい半径ｒ２の円の円弧を外縁９２ｆ、外縁９２ｆの端と内縁９２ｇの端とをそれぞれ結んだ直線状の２つの側縁９２ｄ，９２ｅによって囲まれた形状に形成されている。

剛性増大部９２ｃは、外周部９２ｂに接続した内縁９２ｇに比べて外縁９２ｆが短く形成されているため略台形状となっている。これにより、剛性増大部９２ｃは、外縁９２ｆが内縁９２ｇと同じ長さに形成された略矩形状のものに比べて、剛性の増大の効果を低下させることなく、重量を軽くすることができる。また、剛性増大部９２ｃは、軸心Ｏから遠くなるにしたがって、軸心Ｏ方向に沿った厚さが薄く形成されている。これによっても、剛性増大部９２ｃは、外縁９２ｆが内縁９２ｇと同じ厚さに形成されたものに比べて、剛性の増大の効果を低下させることなく、重量を軽くすることができる。

ここで、本願の発明者の研究によると、アーマチュア９４が接触したときの衝撃力の入力に対して、ロータ９２の軸心Ｏ回りの角度の剛性の差異が、電磁クラッチ９０の着磁音が大きさに影響を与えることが判明した。

本実施形態における剛性増大部９２ｃは、ロータ９２の軸心Ｏ回りの特定の角度（６０［°］）ごとに剛性を増大させることで、アーマチュア９４が接触したときの衝撃力の入力に対する剛性を高めて、着磁音を抑制する。

なお、剛性増大部９２ｃが６個、軸心Ｏ回りの等角度間隔で形成されていることで、剛性が増大しない６箇所との間で軸心Ｏ回りの３０［°］ごとに剛性が変化する。この結果、剛性増大部９２ｃは、着磁音に低減させる。

また、本実施形態の電磁クラッチ９０は、剛性増大部９２ｃが外周部９２ｂから半径方向の外方に突出して形成されているため、剛性増大部９２ｃが軸心Ｏ方向に突出するものに比べて、電磁クラッチ９０の軸心Ｏに沿った方向の長さが長くなるのを防止することができる。また、本実施形態の電磁クラッチ９０は、剛性増大部９２ｃが軸心Ｏ方向に突出するものに比べて、ロータ９２の剛性を増大する効果が高い。

また、本実施形態の電磁クラッチ９０は、アーマチュア９４が、ロータ９２から離れた状態で固定されたハブ９１に、板ばね９４ａを介して連結されているため、ゴムダンパを介して連結されているもののようにゴムダンパが着磁音を吸収することはない。しかし、本実施形態の電磁クラッチ９０は、ゴムダンパのように着磁音の吸収を期待することができない板ばね９４ａを用いたものであるにも拘わらず、着磁音の発生を抑制することができ、本発明の効果が一層効果的に発揮される。そして、本実施形態の電磁クラッチ９０は、ゴムダンパを含むカップリングを備えていないため、カップリングを備えることによる製造コストの上昇を抑制することができる。

なお、本実施形態の電磁クラッチ９０は、カップリングを備えない代わりに剛性増大部９２ｃを備えているが、剛性増大部９２ｃは、ロータ９２の外形形状を延長して形成したものであるため、ロータ９２の素材の費用がその延長した分だけ増えるが、それによる素材の費用の上昇は、カップリングを備える場合の費用の上昇に比べて無いに等しい程、極わずかであり、カップリングを備えないことによるコストの低減効果は非常に大きい。

また、本実施形態の電磁クラッチ９０は、剛性増大部９２ｃが６個であるが、６個の半分の３個であってもよい。図３Ａは剛性増大部９２ｃが３個である変形例のロータ９２を軸心Ｏ方向のアーマチュア９４の側から見た模式図、図３Ｂはこの変形例のロータ９２を軸心Ｏ方向の圧縮機構部６０の側から見た模式図、図３Ｃはこの変形例のロータ９２をアーマチュア９４の側から見た正面図である。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、剛性増大部９２ｃを３個形成したものも本発明に係る電磁クラッチの実施形態となる。この変形例のロータ９２は、外周部９２ｂの、軸心Ｏ回りの等角度間隔（１２０［°］間隔）の３箇所に、剛性増大部９２ｃが形成されている。剛性増大部９２ｃの、外周部９２ｂに接続した部分は、周方向に沿って、軸心Ｏ回りの角度として、剛性増大部９２ｃが形成されている角度間隔と同じ角度の範囲（α＝１２０［°］）の全体に亘って形成されている。このように、構成された変形例のロータ９２を備えた電磁クラッチ９０も、上述した実施形態の電磁クラッチ９０と同様の作用、効果を発揮する。

なお、図３Ａ〜３Ｃに記載された変形例のロータ９２は、剛性増大部９２ｃを形成する側縁９２ｄと、この剛性増大部９２ｃに隣接する剛性増大部９２ｃの側縁９２ｅとは、一直線に連なるため、剛性増大部９２ｃを製造するに際しては、ロータ９２の、圧縮機構部６０から遠い側の端部を、半径ｒ１の外周部９２ｂよりも大きい半径ｒ２の円形（円環形）に形成し、軸心Ｏ回りの１２０［°］間隔の位置で半径ｒ１の外周部９２ｂに接する３本の接線により半径ｒ２の円形の一部を除去することで、その接線を、一直線に連なる側縁９２ｄ，９２ｅとして形成することができる。

また、本実施形態の電磁クラッチ９０は、剛性増大部９２ｃが半径方向の外方に突出して形成されたものであるが、剛性増大部９２ｃは、軸心Ｏ方向に突出して形成されたものであってもよい。図４Ａは剛性増大部９２ｃが軸心Ｏ方向に突出して形成された変形例のロータ９２を軸心Ｏ方向のアーマチュア９４の側から見た模式図、図４Ｂはこの変形例のロータ９２を軸心Ｏ方向の圧縮機構部６０の側から見た模式図、図４Ｃはこの変形例のロータ９２を軸心Ｏに直交する方向から見た側面図である。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、剛性増大部９２ｃを、ロータ９２の外周部９２ｂの軸心Ｏ方向の端面９２ｈから、圧縮機構部６０に向かって突出して形成したものも本発明に係る電磁クラッチの実施形態となる。図４Ａ〜４Ｃに示した剛性増大部９２ｃは、具体的には、外周部９２ｂの圧縮機構部６０側の端面９２ｈから、軸心Ｏに沿って圧縮機構部６０に向かって突出してされている。剛性増大部９２ｃは、軸心Ｏ回りの等角度間隔（６０［°］間隔）で、６個形成されている。各剛性増大部９２ｃは、端面９２ｈに接続した部分が、軸心Ｏ回りの角度として、剛性増大部９２ｃが形成されている角度間隔の半分（３０［°］）以上の角度αに亘って形成されている。

このように、軸心Ｏ方向に突出した剛性増大部９２ｃも、外周部９２ｂの一部の剛性を高めることによって、ロータ９２にアーマチュア９４が接触したときの衝撃力の入力に対するロータ９２の変形を抑制するようにロータ９２の剛性を増大させ、上述した実施形態の電磁クラッチ９０と同様の作用、効果を発揮する。

また、本実施形態の電磁クラッチ９０は、剛性増大部９２ｃが軸心Ｏ方向に突出して形成されているため、剛性増大部９２ｃが外周部９２ｂから半径方向の外方に突出して形成されているものに比べて、電磁クラッチ９０の軸心Ｏに直交する半径方向の大きさが大きくなるのを防止することができる。

なお、この軸心Ｏ方向に突出した剛性増大部９２ｃについても、６個の半分の３個であってもよい。図５Ａは剛性増大部９２ｃが３個である変形例のロータ９２を軸心Ｏ方向のアーマチュア９４の側から見た模式図、図５Ｂはこの変形例のロータ９２を軸心Ｏ方向の圧縮機構部６０の側から見た模式図、図５Ｃはこの変形例のロータ９２を軸心Ｏに直交する方向から見た側面図である。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、軸心Ｏ方向に突出する剛性増大部９２ｃを３個形成したものも本発明に係る電磁クラッチの実施形態となる。この変形例のロータ９２は、外周部９２ｂの、軸心Ｏ回りの等角度間隔（１２０［°］間隔）の３箇所に、端面９２ｈから圧縮機構部６０の側に突出する剛性増大部９２ｃが形成されている。剛性増大部９２ｃの、端面９２ｈに接続する部分は、周方向に沿って、軸心Ｏ回りの角度として、剛性増大部９２ｃが形成されている角度間隔の半分の角度の範囲（α＝６０［°］）以上の角度αの範囲に亘って形成されている。このように、構成された変形例のロータ９２を備えた電磁クラッチ９０も、上述した実施形態の電磁クラッチ９０と同様の作用、効果を発揮する。

本実施形態の電磁クラッチ９０は、気体圧縮機の一例であるコンプレッサ１００用のものであるが、本発明に係る電磁クラッチは気体圧縮機用のものに限定されない。また、本実施形態の電磁クラッチ９０が適用されたコンプレッサ１００は、ベーンロータリ形式の気体圧縮機であるが、本発明に係る電磁クラッチは、ベーンロータリ形式以外の形式の気体圧縮機に用いられるものであってもよい。したがって、ベーンロータリ形式以外の斜板式の気体圧縮機、スクロール形式の気体圧縮機等に用いられる電磁クラッチにも、本発明に係る電磁クラッチを適用することができる。

６０ 圧縮機構部
９０ 電磁クラッチ
９２ ロータ
９２ｂ 外周部
９２ｃ 剛性増大部
９３ 電磁コイル
９４ アーマチュア
１００ コンプレッサ
Ｏ 軸心
ｒ１，ｒ２ 半径

Claims (5)

1. 電磁コイルが格納された、軸心回りに回転するロータと、
   前記電磁コイルの磁力に応じて前記ロータに断接されるアーマチュアと、を備え、
   前記ロータは、外周部の、前記軸心回りの等角度間隔の３箇所又は６箇所に、周方向に沿って延びた剛性増大部が形成されている電磁クラッチ。
2. 前記剛性増大部は、前記外周部から半径方向の外方に突出している請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記剛性増大部は、前記外周部を内縁、前記外周部より半径が大きい円の円弧であって前記内縁よりも短い外縁、前記外縁の端と前記内縁の端とをそれぞれ結んだ直線状の２つの側縁によって囲まれた略台形状に形成されている請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。
4. 前記アーマチュアは、前記ロータを挟んで、気体圧縮機の圧縮機構部と反対側に配置され、
   前記剛性増大部は、前記外周部から前記軸心方向の、前記圧縮機構部に向かって突出している請求項１に記載の電磁クラッチ。
5. 前記アーマチュアは、前記ロータから離れた状態で固定されたハブに、板ばね部材を介して連結されている請求項１から４のうちいずれか１項に記載の電磁クラッチ。