JP2014109375A

JP2014109375A - 電磁クラッチ

Info

Publication number: JP2014109375A
Application number: JP2012265647A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Fuwa; 裕貴不破
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12

Abstract

【課題】小型の電磁クラッチを提供する。
【解決手段】電磁クラッチ１００は、外側円筒状部１１と円板状部１２と内側円筒状部１３とを有する駆動プーリ１０と、外側円筒状部１１の内周面１１Ｂと円板状部１２の軸方向端面１２Ｂと内側円筒状部１３の外周面１３Ａとにより囲まれた環状空間１５に収容されるフィールドコア２０と、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ１２０の回転軸３０と、当該回転軸３０に対してスラスト回転可能に支持される作動部材４０と、フィールドコア２０に支持された状態で収容され、作動部材４０を吸着固定する磁力を発生させる電磁ソレノイド５０と、駆動プーリ１０とフィールドコア２０との間のギャップに液密的に封止された密閉空間６１を形成するシール部材６０と、密閉空間６１に充填される磁性流体７０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジン用可変ウォーターポンプへの回転動力の入力を断続する電磁クラッチに関する。

従来、回転駆動する駆動側機器から当該駆動側機器の回転動力を動力源とする従動側機器への回転動力の伝達を断続する機器の一つとして電磁クラッチが利用されてきた。このような電磁クラッチに関する技術として特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載の電磁クラッチは、駆動側機器によって回転するロータと、従動側機器に支持され、励磁コイルが収容されるフィールドコアと、従動側機器の回転軸と一体回転する状態でロータと接離可能に構成されたアーマチュアとを備えて構成される。この電磁クラッチにおいて励磁コイルに通電されていない場合には、アーマチュアとロータとは離間状態となるので、回転動力が従動側機器の回転軸に入力されない。一方、励磁コイルに通電されると、アーマチュア、ロータ、及びフィールドコアの間で磁路が形成されてアーマチュアがロータに吸着される。これにより、ロータ及びアーマチュアを介して駆動側機器からの回転動力が従動側機器の回転軸に入力される。

特開２０１２−１１７５５１号公報

特許文献１に記載の技術にあっては、駆動側機器の回転動力により回転駆動されるロータがフィールドコアの径方向外側に配設される。一方、フィールドコアは電磁クラッチの断続状態に拘らず静止状態とされる従動側機器に支持される。このため、ロータの回転駆動を妨げないように、ロータとフィールドコアとの間には周方向に亘ってギャップが設けられる。アーマチュアをロータに吸着させる際には、吸着当初においてはこのようなギャップを介して磁路を形成する必要がある。このようなギャップの磁気抵抗（ギャップに存在する空気の磁気抵抗）はフィールドコアの磁気抵抗に比べて非常に大きいため、励磁コイルにより発生させる磁場の強度を強くする必要がある。このような方法として、励磁コイルの線材の巻き数を多くしたり、通電する電流を大きくしたり、或いはフィールドコアの断面積を広くすることが考えられる。

しかしながら、励磁コイルの線材の巻き数を大きくすると、励磁コイル自体のサイズが大きくなってしまう。また、励磁コイルに通電する電流を大きくする場合には、励磁コイルの線材に発生するジュール熱を下げるために線材の径を太くする必要がある。このため、結果的に励磁コイルのサイズが大きくなってしまう。更には、フィールドコアの断面積を広くする場合においても、励磁コイルのサイズが大きくなってしまう。このような励磁コイルのサイズアップは電磁クラッチの大型化に繋がるので、軽量化及び小型化の要求が強い車載用途への採用は難しくなる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、小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の本発明に係る電磁クラッチの特徴構成は、外周面に自動車のエンジンのクランクシャフトと同期回転する駆動ベルトが巻き回されるベルト巻回部が形成された外側円筒状部と、前記外側円筒状部の軸方向端部の一方において径方向内側に延在する円板状の円板状部と、前記円板状部の内縁部から前記軸方向に延出し、前記外側円筒状部と対向して設けられる内側円筒状部とを有する駆動プーリと、前記外側円筒状部の内周面と前記円板状部の軸方向端面と前記内側円筒状部の外周面とにより囲まれた環状空間に少なくとも一部が収容されると共に、磁性体からなり非回転部であるフィールドコアと、前記駆動プーリの回転軸心と同軸上に、前記駆動プーリからの動力を受けて回転して、前記エンジンに冷媒を供給する自動車エンジン用可変ウォーターポンプの回転軸と、前記回転軸に対してスラスト回転可能に支持され、磁性体からなる作動部材と、前記フィールドコアに支持された状態で前記フィールドコア内に収容され、前記作動部材を吸着固定する磁力を発生させる電磁ソレノイドと、前記駆動プーリと前記フィールドコアとの間のギャップの少なくとも一部に液密的に封止された密閉空間を形成するシール部材と、前記密閉空間に充填される磁性流体と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、駆動プーリとフィールドコアとの間に存在するギャップの少なくとも一部を無くすことができる。このため、駆動プーリとフィールドコアとの間の磁気抵抗を小さくすることができるので、作動部材をフィールドコアに電磁吸着させる際の磁場の強度を、従来のようなギャップを有する電磁クラッチの場合に比べて小さくすることができる。したがって、電磁ソレノイドのサイズを小さくすることができる。また、これに合わせて、駆動プーリも小径のものを用いることができるので、電磁クラッチを小型化することが可能となる。

また、前記密閉空間が、前記外側円筒状部と前記フィールドコアとの間、及び前記内側円筒状部と前記フィールドコアとの間に形成されてあると好適である。

このような構成とすれば、外側円筒状部とフィールドコアとの間、及び内側円筒状部とフィールドコアとの間に磁性流体を充填することができるので、駆動プーリとフィールドコアとの間の磁気抵抗を低減することができる。このため、電磁ソレノイドにより生じさせる磁場の強度を小さくすることができるので、電磁ソレノイドをコンパクトなものに変更することができる。したがって、電磁クラッチを小型化することが可能となる。

また、前記フィールドコアが、前記環状空間に収容される環状コアであると好適である。

このような構成とすれば、駆動プーリの外側円筒状部とフィールドコアとの間の空間、及び駆動プーリの内側円筒状部とフィールドコアとの間の空間の夫々を円環状に構成することができる。したがって、密閉空間の構成にあたり、夫々の円環状の空間の軸方向両側にシール部材を用いるだけで良いので、磁性流体の充填を容易に行うことが可能となる。

電磁クラッチの側方断面図である。図１のII−II線断面図である。電磁クラッチの一部断面図を示す図である。

本発明に係る電磁クラッチは、自動車のエンジンに冷媒を供給する自動車エンジン用可変ウォーターポンプ１２０に入力する回転動力を伝達したり、当該回転動力を遮断したりする機能を備えている。以下、本実施形態の電磁クラッチ１００について詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係る電磁クラッチ１００の側方断面図が示される。また、図２には、図１におけるII‐II線の断面図が示される。図３には、電磁ソレノイド５０の周辺を拡大した図が示される。図１に示されるように電磁クラッチ１００は、駆動プーリ１０と、フィールドコア２０と、回転軸３０と、作動部材４０と、電磁ソレノイド５０と、シール部材６０と、磁性流体７０とを備えて構成される。

駆動プーリ１０は、外側円筒状部１１と円板状部１２と内側円筒状部１３とを有して構成される。外側円筒状部１１は円筒状で構成される。すなわち、外側円筒状部１１は、図２に示されるように軸方向に直交する断面が円形である筒状で構成される。外側円筒状部１１は、その外周面１１Ａに自動車のエンジンＥのクランクシャフト１１０と同期回転する駆動ベルト１１１が巻き回されるベルト巻回部１４が形成される。エンジンＥとは、電磁クラッチ１００が搭載される自動車の動力源である。駆動ベルト１１１は、エンジンＥのクランクシャフト１１０のプーリ溝１１２と駆動プーリ１０のベルト巻回部１４とに亘って巻き掛けられる。これにより、クランクシャフト１１０が回転駆動すると、駆動ベルト１１１を介して外側円筒状部１１に回転駆動力が伝達され、駆動プーリ１０が回転駆動する。

円板状部１２は、いわゆるドーナツ状に構成される。円板状部１２は、外側円筒状部１１の軸方向端部の一方において径方向内側に延在して構成される。円板状部１２は、当該円板状部１２の外周面が外側円筒状部１１の内周面１１Ｂに当接して設けられる。したがって、円板状部１２は、外側円筒状部１１と同軸上に設けられる。

内側円筒状部１３も円筒状で構成される。すなわち、内側円筒状部１３は、図２に示されるように、軸方向に直交する断面が円形である筒状で構成される。内側円筒状部１３は、円板状部１２の内縁部１２Ａから軸方向に延出し、外側円筒状部１１と対向して設けられる。上述のように円板状部１２はドーナツ状に構成される。したがって、内側円筒状部１３は、ドーナッツ状の内縁部１２Ａから軸方向に沿って設けられる。内側円筒状部１３の軸方向の長さは、外側円筒状部１１の軸方向の長さと同程度の長さで形成すると好適である。

このような外側円筒状部１１と円板状部１２と内側円筒状部１３とは、一体で形成される。このような駆動プーリ１０は、外側円筒状部１１の内周面１１Ｂと前記円板状部１２の軸方向端面１２Ｂと内側円筒状部１３の外周面１３Ａとにより囲まれた環状空間１５を形成する。この環状空間１５は、図１に示されるように、軸方向一方の側に開口部を有し、駆動プーリ１０と同軸上に、周方向に直交する断面がコの字状で形成される。

フィールドコア２０は、この環状空間１５に少なくとも一部が収容して配設される。本実施形態では、フィールドコア２０は、環状空間１５に収容される環状コアから構成される（図２参照）。フィールドコア２０は、駆動プーリ１０との間にギャップを有して設けられる。また、このようなフィールドコア２０は磁性体で形成される。フィールドコア２０の背面には、円板状の取付板１３９が連結固定される。この取付板１３９は静止系（後述する）であるハウジング１３０に連結固定される。したがって、フィールドコア２０は静止系に支持される。したがって、フィールドコア２０は非回転部材で構成される。

回転軸３０は、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ１２０の回転軸であり、駆動プーリ１０の回転軸心と同軸上に、駆動プーリ１０からの動力を受けて回転して、エンジンＥに冷媒を供給するインペラ１２２と一体回転する。回転軸３０は、図２に示されるように、駆動プーリ１０の回転軸心と同じ軸心を有して配設される。回転軸３０は、エンジンＥからの回転動力の入力の有無に拘らず、回転していない部材、すなわち静止系に支持される。ここで、電磁クラッチ１００は、当該電磁クラッチ１００をエンジンＥに取り付けるハウジング１３０に連結固定される。ハウジング１３０からは、回転軸３０の径方向外側を軸方向に沿って延出して軸方向延出部１３１が設けられる。本実施形態では、このようなハウジング１３０及び軸方向延出部１３１が静止系に相当する。回転軸３０は、この軸方向延出部１３１の径方向内側にベアリング１３２を介して支持される。また、この軸方向延出部１３１の径方向外側にベアリング１３３を介して駆動プーリ１０の内側円筒状部１３が支持される。

本実施形態では、インペラ１２２はボス部１２１を介して回転軸３０に連結固定される。ここで、駆動プーリ１０は、エンジンＥから駆動ベルト１１１を介して回転動力が入力される。詳細は後述するが、電磁クラッチ１００がエンジンＥの回転動力を接続状態とした場合に、この回転動力が回転軸３０に入力され、インペラ１２２を回転駆動させる。これにより、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ１２０がエンジンＥに冷媒を供給することが可能となる。

作動部材４０は、回転軸３０に対してスラスト回転可能に支持される。ここで、回転軸３０の軸方向端部には、ハブ部４１が固定される。ハブ部４１は、ボス部４１ａとフランジ部４１ｂとを備えて構成される。ボス部４１ａは回転軸３０の軸方向端部に嵌合され、回転軸３０と一体回転するように連結固定される。フランジ部４１ｂはボス部４１ａの先端部から径方向に突出した円板状に形成される。また、フランジ部４１ｂはボス部４１ａと一体的に形成される。

作動部材４０は円板状に構成され、軸方向端面にフランジ部４１ｂに固定されたバネ９５により回転軸３０と同軸上に支持される。バネ９５は、作動部材４０にリベット４９により締結固定され、フランジ部４１ｂにリベット４８により締結固定される。バネ９５は、作動部材４０を軸方向外側へ、すなわち作動部材４０がフィールドコア２０から遠ざかるように付勢されている。このようなバネ９５はフランジ部４１ｂと作動部材４０とに亘って複数備えると好適である。これにより、バネ９５の付勢力により作動部材４０が駆動プーリ１０と離間させられる。上述のスラスト回転とは、回転軸３０の延出方向に沿って移動可能であり、回転軸３０と同期して回転することを意味する。これにより、作動部材４０と回転軸３０とが同期して回転することが可能となる。このような作動部材４０は、磁性体で形成される。

電磁ソレノイド５０は、フィールドコア２０に支持された状態で当該フィールドコア２０内に収容され、作動部材４０を吸着固定する磁力を発生させる。ここで、上述のように本実施形態では、フィールドコア２０は環状で構成され、駆動プーリ１０の環状空間１５に収容されている。このようなフィールドコア２０は駆動プーリ１０の円板状部１２の軸方向端面１２Ｂの側に開口部を有する環状溝２０Ａが形成される（図２参照）。電磁ソレノイド５０は、この環状溝２０Ａ内に絶縁樹脂５１を介して固定される。

電磁ソレノイド５０は、通電されることによりフィールドコア２０から磁束が発生し、当該磁束により磁路が形成される。この磁路により作動部材４０がバネ９５の付勢力に抗して駆動プーリ１０に吸着される。これにより、作動部材４０が駆動プーリ１０と一体回転される。

シール部材６０は、駆動プーリ１０とフィールドコア２０との間のギャップの少なくとも一部に液密的に封止された密閉空間６１を形成する。フィールドコア２０は、駆動プーリ１０の内壁、即ち、外側円筒状部１１の内周面１１Ｂ及び内側円筒状部１３の外周面１３Ａとの間にギャップを有して配設されている。また、本実施形態では、フィールドコア２０として環状コアが用いられている。したがって、上述のギャップは、フィールドコア２０の内周面に沿った円環状のギャップと、外周面に沿った円環状のギャップと環状空間１５の開口奥側の円板状のギャップとからなる。本実施形態では、フィールドコア２０の内周面に沿った円環状ギャップと、外周面に沿った円環状のギャップとに円環状のシール部材６０を嵌め込んで密閉空間６１が形成される。したがって、本実施形態では、密閉空間６１も図２に示されるように円環状に形成される。液密的に封止された密閉空間６１とは、密閉空間６１に液体を充填した場合に、密閉空間６１から液体が漏れ出さないことを意味する。

ここで、駆動プーリ１０はエンジンＥのクランクシャフト１１０に同期して回転する。一方、フィールドコア２０は静止系に支持され回転しない。シール部材６０は、このような非回転部であるフィールドコア２０の外周面に配設され、駆動プーリ１０はシール部材６０の外周面を摺動回転する。このためシール部材６０は、液密性及び耐磨耗性に優れたものを用いる必要があるが、このようなシール部材６０は例えば流体軸受等に利用されているシール部材を用いることが可能である。このようなシール部材は、公知であるので説明は省略する。

磁性流体７０は、密閉空間６１に充填される。密閉空間６１とは、フィールドコア２０の内周面に沿った円環状のギャップと外周面に沿った円環状のギャップとに円環状のシール部材６０を嵌め込んで形成された円環状の空間である（図２参照）。このような円環状の空間に充填される磁性流体７０は、例えばイソパラフィン系磁性流体を用いると好適である。もちろん、他の磁性流体を用いることも当然に可能である。

電磁ソレノイド５０に通電すると、電磁ソレノイド５０が電磁石として機能する。これにより、図３に示されるように、電磁ソレノイド５０を中心として磁束が生じ、磁路が形成される。図３においては、このような磁路が破線で示される。その結果、作動部材４０がバネ９５の付勢力に抗して、駆動プーリ１０に吸着支持される。これにより、駆動プーリ１０と共に作動部材４０が回転され、回転軸３０も回転駆動される。したがって、自動車エンジン用可変ウォーターポンプ１２０が回転駆動される。

本電磁クラッチ１００によれば、フィールドコア２０と駆動プーリ１０との間には磁性流体７０が充填されているので、磁束がギャップを飛び越えることがなく、磁性体により形成される。このため、磁路の磁気抵抗を小さくすることができるので、電磁ソレノイド５０の巻線の巻き数を大きくする必要がなく、電磁ソレノイド５０の断面積も広くする必要もない。したがって、電磁クラッチ１００をコンパクトに構成することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、駆動プーリ１０とフィールドコア２０との間のギャップに周方向に亘って密閉空間６１を形成するシール部材６０が備えられているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。駆動プーリ１０とフィールドコア２０との間のギャップの一部に液密的に封止された密閉空間６１を形成する構成とすることも当然に可能である。

上記実施形態では、密閉空間６１が、外側円筒状部１１とフィールドコア２０との間、及び内側円筒状部１３とフィールドコア２０との間に形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。外側円筒状部１１とフィールドコア２０との間、及び内側円筒状部１３とフィールドコア２０との間の一方にのみ密閉空間６１を構成するようにすることも当然に可能である。

上記実施形態では、フィールドコア２０が、環状空間１５に収容される環状コアであるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。フィールドコア２０を環状でないコアで形成することも当然に可能である。

本発明は、自動車エンジン用可変ウォーターポンプへの動力源の入力を断続する電磁クラッチに用いることが可能である。

１０：駆動プーリ
１１：外側円筒状部
１１Ａ：外周面
１１Ｂ：内周面
１２：円板状部
１２Ａ：内周面
１２Ｂ：軸方向端面
１３：内側円筒状部
１３Ａ：外周面
１４：ベルト巻回部
１５：環状空間
２０：フィールドコア
３０：回転軸
４０：作動部材
５０：電磁ソレノイド
６０：シール部材
６１：密閉空間
７０：磁性流体
１００：電磁クラッチ
１１０：クランクシャフト
１１１：駆動ベルト
１２０：自動車エンジン用可変ウォーターポンプ
Ｅ：エンジン

Claims

外周面に自動車のエンジンのクランクシャフトと同期回転する駆動ベルトが巻き回されるベルト巻回部が形成された外側円筒状部と、前記外側円筒状部の軸方向端部の一方において径方向内側に延在する円板状の円板状部と、前記円板状部の内縁部から前記軸方向に延出し、前記外側円筒状部と対向して設けられる内側円筒状部とを有する駆動プーリと、
前記外側円筒状部の内周面と前記円板状部の軸方向端面と前記内側円筒状部の外周面とにより囲まれた環状空間に少なくとも一部が収容されると共に、磁性体からなり非回転部であるフィールドコアと、
前記駆動プーリの回転軸心と同軸上に、前記駆動プーリからの動力を受けて回転して、前記エンジンに冷媒を供給する自動車エンジン用可変ウォーターポンプの回転軸と、
前記回転軸に対してスラスト回転可能に支持され、磁性体からなる作動部材と、
前記フィールドコアに支持された状態で前記フィールドコア内に収容され、前記作動部材を吸着固定する磁力を発生させる電磁ソレノイドと、
前記駆動プーリと前記フィールドコアとの間のギャップの少なくとも一部に液密的に封止された密閉空間を形成するシール部材と、
前記密閉空間に充填される磁性流体と、
を備えた電磁クラッチ。
前記密閉空間が、前記外側円筒状部と前記フィールドコアとの間、及び前記内側円筒状部と前記フィールドコアとの間に形成されてある請求項１に記載の電磁クラッチ。
前記フィールドコアが、前記環状空間に収容される環状コアである請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。