电磁离合器

(1)技术领域

本发明涉及一种电磁离合器，尤其是涉及适用于车辆用空调系统的压缩机 的电磁离合器。

(2)背景技术

这种电磁离合器适用于车辆用空调系统的压缩机，可间歇地将来自发动机 的驱动力传递给压缩机的驱动轴。例如，日本专利实开平7-35830号公报所 揭示的公知的电磁离合器，具有旋转自如地支承于压缩机的外壳端部的转子。 转子和发动机的皮带轮一起卷挂有驱动皮带，在转子内部作为电磁发生器具有 处于收容在定子内的状态的电磁线圈。作为离合器摩擦片的环板状的衔铁在允 许利用电磁发生器的电磁力向转子吸附的状态下，通过联接器与压缩机的驱动 轴连接。更详细地说，联接器具有与压缩机的驱动轴嵌合的轮毂，该轮毂局部 从外壳的上述端部突出。凸缘一体地设置在轮毂的突出部分上，衔铁通过多个 片弹簧支承在凸缘上，与转子同轴地定位。各片弹簧对衔铁始终施加从转子分 离方向的力，当电磁线圈没有被励磁时，衔铁与转子保持规定的间隙。而当电 磁线圈被励磁时，则衔铁利用电磁发生器的电磁力克服片弹簧的施力而吸附在 转子上，以与该吸附力对应的规定的挤压力向转子推压。此时，若转子通过驱 动皮带而处于被旋转驱动的状态时，则转子带动衔铁旋转，由此，压缩机的驱 动轴也通过片弹簧、凸缘及轮毂而旋转。

在上述这种公知的电磁离合器中，衔铁与转子之间的挤压力仅由电磁发生 器即电磁线圈的电磁力给予。因此，为了增大传递给压缩机的驱动轴的转矩， 需要使电磁线圈及转子大型化，增大对电磁线圈的电力供给量。

但是，在利用这种手段进行转矩增大时，会阻碍电磁离合器的轻量化及节 省电力化。而且，电磁线圈的大型化会导致自感系数增大，从而当停止向电磁 线圈进行电力供给时，衔铁很难从转子上分离。其结果是，衔铁与转子分离时 会产生大的噪声。而开始向电磁线圈供给电力时，因电磁力大，故衔铁的旋转 达到与转子的旋转同步所需的时间短。因此，转子的旋转力作为冲击力传递给 衔铁，不仅会对该离合器的组成构件，而且会对压缩机的组成构件施加瞬间的 大负荷。

(3)发明内容

本发明的目的在于提供一种将板簧压缩引起的反弹力作为衔铁与转子的 结合力加以利用、能减小电磁线圈的磁动势的电磁离合器。

为了达到上述目的，本发明的用于可分离地连接驱动源和旋转轴的电磁离 合器，包括：转子，其同心地配置在所述旋转轴的外侧，由所述驱动源驱动旋 转；电磁发生器，其包含配置在所述转子内的电磁线圈，当该电磁线圈被励磁 时，产生电磁力；衔铁，其配置在所述转子附近，当利用所述电磁力吸附在所 述转子上时，产生用于从所述转子传递给所述旋转轴的传递力；以及联接器， 其用于连接所述衔铁和所述旋转轴，并包括与所述旋转轴连接的连接构件以及 将所述连接构件与所述衔铁结合并对所述衔铁朝离开所述转子的方向施力的 片弹簧，所述片弹簧具有当所述衔铁吸附在所述转子上时、根据所述传递力产 生相对所述衔铁的吸附力的增压力的姿态。

具体地说，从所述衔铁的径向来看，所述片弹簧具有内端及外端，从所述 衔铁的旋转方向来看，所述内端配置在所述外端的前方，且比所述外端更远离 所述衔铁。

上述结构中，转子与衔铁结合，传递旋转力期间，由于片弹簧的姿态即形 状及配置，增压力与衔铁相对转子的吸附力重叠。通过该增压力，衔铁与转子 的挤压力增大，故不需要使电磁线圈及转子大型化、或增大向电磁线圈的电力 供给量，即可增大从转子向衔铁传递的转矩。另一方面，在没有必要增大转矩 时，可实现电磁线圈及转子的小型化，减少线圈的卷绕匝数，降低向电磁线圈 的电力供给量。因此，该电磁离合器与现有的电磁离合器相比可实现轻量化及 节省电力化。

而且，上述结构中，不需要为了增大转矩而增大电磁线圈的自感系数，故 停止对电磁线圈供给电力时，也不会难以使衔铁从转子上分离。其结果是，衔 铁从转子上分离时不会产生大的噪声。而且，开始向电磁线圈供给电力时，因 为电磁力还没有增大，故衔铁的旋转要达到与转子的旋转同步需要足够的时 间。因此，可防止转子的旋转力作为冲击力传递给衔铁，不仅可防止对该电磁 离合器的组成构件作用的负荷增大，而且还可防止对压缩机的组成构件作用的 负荷的增大。

作为较佳的形态，所述片弹簧具有相对所述衔铁倾斜的倾斜部，所述倾斜 部的倾斜角度处于如下范围内：在所述衔铁与所述转子一起旋转的状态下，当 停止对所述电磁线圈通电时，所述衔铁可从所述转子上分离。

上述结构中，通过对片弹簧中的倾斜部的倾斜角度的范围加以设定，从而 增压力的大小得到限制，不会阻碍衔铁与转子的分离。因此，该电磁离合器能 可靠地进行断开动作。

作为较佳的形态，所述连接构件具有安装有所述片弹簧的所述内端的安装 部，该安装部与所述片弹簧的所述倾斜角度对应地倾斜。并且，所述片弹簧的 所述内端铆接连接在所述安装部上。

作为较佳的形态，所述片弹簧的所述内端作为弯折部形成，该弯折部夹住 所述安装部。

作为较佳的形态，所述连接构件具有安装孔，所述片弹簧的所述内端插在 该安装孔内。

作为较佳的形态，所述衔铁具有固定孔，所述片弹簧的所述外端插在该固 定孔内。

(4)附图说明

图1是安装在压缩机上的实施例1的电磁离合器的纵向剖视图。

图2是表示将适用于图1的电磁离合器的联接器向衔铁连接的状态的主视 图。

图3是说明图2的板簧对衔铁施加力的发生原理的说明图。

图4是表示电磁线圈电流与离合器静摩擦转矩的关系的图表。

图5是实施例2的应用了片弹簧的图1的电磁离合器的局部剖视图。

图6是表示将适用于实施例3的电磁离合器的联接器向衔铁连接的状态的 主视图。

图7是沿图6的VII-VII线的剖视图。

图8是表示将适用于实施例4的电磁离合器的联接器向衔铁连接的状态的 主视图。

图9是沿图8的IX-IX线的剖视图。

图10是表示将适用于实施例5的电磁离合器的联接器向衔铁连接的状态 的主视图。

图11是沿图10的XI-XI线的剖视图。

(5)具体实施方式

图1表示车辆用空调系统的制冷回路，从制冷剂的循环方向来看，在该制 冷回路的循环管路中依次配置有压缩机10、冷凝器12、储存罐14、膨胀阀16 及蒸发器18。压缩机10具有实施例1的电磁离合器20，来自发动机(未图示) 的驱动力通过电磁离合器20间歇地传递给压缩机10的主轴22。随着主轴22 的旋转，压缩机10的压缩单元(未图示)被驱动，由此制冷剂在制冷回路中进 行循环。压缩机10既可是涡旋型压缩机也可是斜板型压缩机。

电磁离合器20具有转子25，转子25通过滚珠轴承28旋转自如地支承在 压缩机10的外壳端部26上。压缩机10的主轴22延伸至外壳端部26内，转 子25同心地配置在主轴22的外侧。更详细地说，转子25具有内周壁30及外 周壁32，内周壁30及外周壁32同心地配置，通过环状的端部34连成一体。 在端壁34形成用于屏蔽磁通的多个切槽36，这些切槽36在圆周方向上间断地 延伸。在外周壁32的外周面上形成皮带槽38，传递来自发动机的驱动力的驱 动皮带(未图示)卷挂在该皮带槽38上。

在转子25的内周壁30与外周壁32之间作为电磁发生器配置有收容在定 子33内的电磁线圈24。定子33通过环状的托架39固定在压缩机10的外壳上。 当电磁线圈24通电时，该电磁发生器就会产生电磁力，通过该电磁力可使衔 铁40吸附在转子25上。

衔铁40构成为环板状，由磁性材料例如铁系材料构成。衔铁40同轴地配 置在转子25的端壁34附近。更详细地说，衔铁40在允许相对转子25接触、 分离的状态下通过联接器42支承在压缩机10的主轴22上，可与主轴22一体 地旋转。即，衔铁40起到离合器摩擦片的功能。在衔铁40上也形成在圆周方 向上间断地延伸的切槽44。

联接器42包含金属制成的带凸缘的轴套46。轴套46从外壳端部26延伸 至衔铁40，主轴22的端部旋入其内部。

轴套46的凸缘48呈大致三角形的板状，被衔铁40的内周缘围住。在凸 缘48的3个各顶点附近安装有铆钉50，铆钉50从凸缘48的外表面突出。铆 钉50的顶端安装有后述的片弹簧(板簧)52，在片弹簧52和凸缘48之间延伸 的铆钉50的轴部贯穿大隔板54、小隔板56及由这些大小隔板54、56夹住的 金属减振板58。即，铆钉50将片弹簧52、大隔板54、减振板58、小隔板56、 凸缘48一体地连接。

减振板58呈比凸缘48大的大致三角形的板状，隔着3个小隔板56与凸 缘48的外表面相对。在减振板58的3个各顶点附近安装有防振橡胶60，防振 橡胶60与衔铁40的外表面抵接。减振板58及防振橡胶60起到衰减衔铁40 的振动的功能。

片弹簧52由铁系金属构成，如图2所示，从衔铁40正面看时，呈两端 62、64为圆形的带状。在衔铁40的径向看，片弹簧52的内端62通过铆钉50 安装在凸缘48上，外端64通过小铆钉66固定在衔铁40的外周附近。并且， 片弹簧52的轴线L相对衔铁40的径向倾斜。具体地说，从旋转方向R来看， 片弹簧52的内端62位于外端64的前方。换言之，从旋转方向R来看，铆钉 50位于小铆钉66的前方。另外，如图3所示，片弹簧52的内端62及外端64 与衔铁40平行形成，但在内端62与外端64之间形成相对衔铁40的外表面倾 斜的倾斜部68。图3中，片弹簧52的剖面线为了说明方便而省略了。

采用上述电磁离合器20，当电磁线圈24未通电时，衔铁40因片弹簧52 的施力而离开转子25，转子25的旋转力(转矩)不会传递给衔铁40。

当电磁线圈24通电时，则电磁发生器发生电磁力，衔铁40克服片弹簧 52的施力而吸附在转子25的端壁34上，转子25与衔铁40结合。更详细地说， 当电磁线圈24通电时，产生穿过定子33、转子25及衔铁40的磁通，衔铁40 吸附在成为电磁铁的转子25上。一旦转子25与衔铁40结合，则转子25的旋 转力通过摩擦传递给衔铁40，该被传递的旋转力通过片弹簧52、铆钉50、凸 缘48及轴套46依次传递至主轴22。当主轴22因该传递力旋转时，由压缩机 10实施制冷剂的吸入、压缩工序。

上述电磁离合器20中，在转子25与衔铁40结合而传递旋转力的期间， 由于上述片弹簧52的姿态即形状及配置，则后述的增压力与衔铁40相对转子 25的吸附力重叠。通过该增压力，则衔铁40与转子25的挤压力增大，故不需 要使电磁线圈24及转子25大型化、或增大向电磁线圈24的电力供给量，即 可增大从转子25向衔铁40传递的转矩。另一方面，在没有必要增大转矩时， 可实现电磁线圈24及转子25的小型化，减少线圈的卷绕匝数，降低向电磁线 圈24的电力供给量。因此，该电磁离合器20与现有的电磁离合器相比可实现 轻量化及节省电力化。

而且，不需要为了增大转矩而增大电磁线圈24的自感系数，故停止对电 磁线圈24供给电力时，也不会难以使衔铁40从转子25上分离。其结果是， 衔铁40从转子25上分离时不会产生大的噪声。而且，开始向电磁线圈24供 给电力时，因为电磁力还没有增大，故衔铁40的旋转要达到与转子25的旋转 同步需要足够的时间。因此，可防止转子25的旋转力作为冲击力传递给衔铁 40，不仅可防止对该电磁离合器20的组成构件施加的负荷增大，而且还可防 止对压缩机10的组成构件施加的负荷的增大。

上述增压力由以下方法产生。

该电磁离合器20中，从旋转方向R来看，片弹簧52的内端62位于外端 64的前方。因此，如图2所示，当从转子25向衔铁40传递旋转力时，如将作 用在小铆钉66即外端64上的力作为F1，则作用于铆钉50即内端62的力就为 F2。当力F1与F2构成的交叉角度为θ时，则力F2的大小由F2＝F1/cosθ表示。

因为交叉角度θ不到90°，故力F2作为压缩应力对片弹簧52进行作用。 即，如图3所示，当与衔铁40的外表面平行的力F2向片弹簧52作用时，因 片弹簧52的内端62及外端64被限制着，故其反作用力F3也进行作用。此时， 因为倾斜部68相对衔铁40倾斜，故作为分量包含反作用力F3的反作用力F4 以与倾斜部68平行的方向作用于片弹簧52。反作用力F4可分解为反作用力 F3和反作用力FN，反作用力FN作为上述增压力沿轴线方向作用于衔铁40。

当倾斜部68的倾斜角度为α时，反作用力FN的大小由FN＝F2×tanα表示。 因此，倾斜角度α越大，换言之从衔铁40的轴线方向看，内端62越离开外端 64，则反作用力FN越大。而且，反作用力FN因为与力F2成正比，故交叉角 度θ越接近90°，换言之内端62的径向位置与外端64相比越是接近中心就越大。

但是，当反作用力FN过大时，则因衔铁40与转子25的摩擦，即使停止 向电磁线圈24的通电也不可能解除衔铁40与转子25的结合。为了避免这样 的情况发生，在该电磁离合器20中下式(1)所示的关系成立。这里，FS是片弹 簧52的施力，μ是衔铁40与转子25之间的摩擦系数。

μ·(FN-FS)＜F1    …(1)

具体而言，设定交叉角度θ及倾斜部68的倾斜角度α，以使下式(2)代入 式(1)所得到的公式成立。

FN＝F2·tanα

  ＝(F1/cosθ)·tanα    …(2)

具体而言，交叉角度θ可在大于等于0°且小于等于85°的范围内，最好在 大于等于0°且小于等于80°的范围内。倾斜角度α可在大于等于3°且小于等于 63°的范围内，最好在大于等于3°且小于等于40°的范围内。

图4的图表是针对倾斜角度α不同的5个电磁离合器20，当交叉角度θ(＝ 112°)为一定时，一边改变对电磁线圈24的通电电流量(电磁线圈电流)一边测 量静摩擦转矩所得到的结果。这里，静摩擦转矩是转子25与衔铁40完全连接 的状态下所传递的最大转矩，倾斜角度α分别为3°、7°、20°、30°、63°。

由图4可知，通电电流量相同时，随着倾斜角度α的增大，静摩擦转矩 也增大。即，在电磁离合器20中，若增大倾斜角度α就能以小的通电电流得到 大的静摩擦转矩。

本发明并不局限于上述实施例，可进行各种变形。

图5表示实施例2，也可用小铆钉74将2个片弹簧70、72串联连接以 替代片弹簧52。该实施例的情况下，2个片弹簧70、72中双方都有倾斜部76、 78，但只要至少其中一个具有倾斜部即可。另外，也可一个不是片弹簧，而是 刚性构件。

图6及图7表示实施例3。该实施例的情况下，轴套80比实施例1的轴 套46长，凸缘82与衔铁40的间隔大。凸缘82形成为圆盘状，其周缘在圆周 方向上等间隔地一体形成3个安装部84。各安装部84呈矩形形状，从凸缘82 向径向外侧延伸，且其基端扭转而相对凸缘82及衔铁40倾斜。在凸缘82上 的安装部84之间安装有防振橡胶86，防振橡胶86与衔铁40抵接来防止其振 动。

该实施例的场合，片弹簧88呈平坦的矩形形状，整体相对衔铁40的外 表面倾斜。片弹簧88的内端90相对安装部84的外表面，通过卡合构件以紧 密接触的状态加以固定。卡合构件由通过铆接加工扩径的突起92以及与该突 起92嵌合的通孔94构成，突起92形成在各安装部84的外表面，通孔94形 成在片弹簧88的内端。另一方面，作为片弹簧88的外端96与衔铁40的卡合 构件，在衔铁40上与外端96的位置对应地形成厚壁部98，在厚壁部98上倾 斜地形成槽100。片弹簧88的外端96插入该槽100内，由此，片弹簧88的外 端96与衔铁40卡合。因此，本实施例中，片弹簧88的倾斜角度α由安装部 84及槽100的倾斜角度决定。

即使是上述实施例3的电磁离合器也可通过片弹簧88的姿态得到增压 力。不过，本实施例中，片弹簧88的内端90及外端96的径向位置与实施例1 相比要近，交叉角度θ小。因此，为了得到大的增压力，需要增大倾斜角度α。

另一方面，采用本实施例，因为片弹簧88的外端96插入槽100内，突 起92与内端90的通孔94铆接嵌合，故不需要铆钉50及小铆钉66等紧固构 件。

图8及图9表示实施例4。对与实施例3相同的组成构件标上相同的符 号并省略说明。

本实施例中，片弹簧102在内端104弯折而成为双重。该内端104夹住 安装部84，由此与凸缘82结合。片弹簧102的外端106也为双重，但该外端 106与实施例3相同地插入槽100内。

本实施例4的电磁离合器，因为片弹簧102的外端106插入槽100内， 内端104夹住安装部84，故也不需要铆钉50及小铆钉66等紧固构件。

图10及图11表示实施例5。对与实施例3相同的组成构件标上相同的 符号并省略说明。

本实施例中，安装部108的宽度比实施例3的安装部84宽，凸缘82及 衔铁40平行。在安装部108上与片弹簧110的内端112的位置对应地形成厚 壁部114，在厚壁部114上倾斜地形成切槽116。内端112插入切槽116内， 从而片弹簧110固定在凸缘82上。在此，为了限制内端112的插入长度，片 弹簧110具有台阶部118，台阶部118与切槽116的开口邻接。

本实施例5的电磁离合器，因为片弹簧110的内端112插入切槽116内， 外端120插入槽100内，故也不需要铆钉50及小铆钉66等紧固构件。