(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ部と直列に接続され、使用される電磁クラッチにおいて、断面略コの字状の１組の固定子片内側に収容されたリング状の電磁コイルを有する固定子と、
該固定子の内周部に、開口部を設けて１対の磁極を構成し、該固定子の内径部には前記磁極と空隙を介し、かつ前記モータの軸方向に対向配設され、前記モータの軸に固定された第１クラッチ片と、
該軸方向に移動可能な出力駆動部材に固定された第２クラッチ片と、
前記電磁コイルに通電した時の前記第１クラッチと第２クラッチの吸引結合を分離するコイルスプリングとからなり、
前記第１および第２クラッチ片は、相互の対向面上に等角度間隔をおいて半径方向に延びる複数本の凹溝が形成された略同一リング形状の強磁性体であることを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項２】
前記モータ部は、直流電源を用いるパルスモータであり、前記電磁クラッチの電磁コイルは、該パルスモータの直流電源を用いるものであることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
【請求項３】
前記モータ部は、交流電源を用いるシンクロナスモータであり、前記電磁クラッチは、その電磁コイルに前記交流電源電圧から整流された電圧を印加するものであることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
【請求項４】
前記クラッチ固定子側に出力駆動部材の抜け止め用ストッパーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電磁クラッチ。
【請求項５】
前記モータ部の軸側に出力駆動部材の抜け止め用ストッパーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電磁クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スプリングリターンバルブ、スプリングリターンダンパ、スプリングリターンシャッタのように、電源のＯＮにより往動作し、電源のＯＦＦにより復動作する用途に利用出来るモータに直列に接続して使用される電磁クラッチに関し、また、各種緊急遮断用途、モータの出力トルクＯＮ／ＯＦＦを必要とする用途、モータのディテントトルク（無励磁保持トルク）のＯＮ／ＯＦＦを必要とする用途に利用出来る電磁クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術の例として、「特開平５−２４４７４８」の第２実施例を図９を参照して説明する。
【０００３】
図９は、従来例に係る電磁クラッチをモータに適用した断面図である。
【０００４】
回転軸（シャフト）１は、電磁クラッチ５への通電ＯＮ／ＯＦＦにより、ある時にはフリーとなり、ある時には回転子８と連結して出力トルクを発生する。前軸受２と後軸受７はシャフト１を支承している。
【０００５】
前軸受２は前フランジ３に固定してあり、また、後軸受７は後フランジ６に固定してある。
【０００６】
固定子（ステータ）４は回転子８と共に電磁式モータを構成し、該固定子４はコイル１６、１７を配し回転磁界または移動磁界を発生して回転間隙１３を介して回転子８を回転駆動する。
【０００７】
回転子間座９には、固定子４の回転磁界または移動磁界に作用して回転する回転子（コア）８を固定してあり、内径部はシャフト１に隙間１４で軸方向に移動可能で嵌装している。また、回転子間座９には第１クラッチ片１０が固定してある。
【０００８】
該第１クラッチ片１０と結合・分離する第２クラッチ片１１は、シャフト１に圧入固定してある。第１クラッチ片１０と第２クラッチ片１１の間には、復帰用スプリング１２が配置してある。
【０００９】
また、第１クラッチ片１０と第２クラッチ片１１の結合・分離を操作する電磁コイル２０は、電磁クラッチ５に設けられる。
【００１０】
１３は固定子４と回転子８間の回転隙間であり、１５は第１、第２クラッチ片の離間した時のクラッチ隙間である。図９のＡ部は、モータ外径φ３５（ｍｍ）のコンデンサ型シンクロナスモータ「日本パルスモータ（株）製ＰＴＭ−２４Ｍ」相当品のモータ部である。回転子８は外径φ１６（ｍｍ）でＮＳ２４極のフェライトロータである。このモータのＡＣ１００Ｖ用を例にすると５０／６０（ＨＺ）で出力トルクは１２０／１２５（ｇ−ｃｍ）である。このモータの無励磁ディテントトルク（保持トルク）は、２５（ｇ−ｃｍ）であり、電磁クラッチ５をＯＮした時のみシャフト１に現れる。モータコイル通電ＯＦＦ、電磁クラッチコイル通電ＯＦＦ時のシャフトフリートルクは、シャフト１の摩擦トルクのみとなり、約３（ｇ−ｃｍ）である。
【００１１】
シンクロナスモータの固定子ならびに歯極構造は、従来公知のものである。
【００１２】
電磁クラッチ５の固定子内径部は、図９のように断面Ｌ字状の一対のリングになっており、磁気回路上、電磁クラッチ５の固定子右磁極は第２クラッチ片１１とラップしてエッジを一致させているが、第１クラッチ片１０は、電磁クラッチ５の固定子左磁極に対して左に寸法Ｃだけエッジをずらして配置してある。このような構造にすることによって、電磁クラッチ５の固定子のコイル２０に通電した時に、第２クラッチ片１１、つまり一体となっているシャフト１は軸方向移動せず、第１クラッチ片１０、つまり回転子８のみが軸方向右方へ移動し、回転子８とシャフト１が連結する。このように、モータ内で回転子が移動するだけで、モータ外見上シャフト１の移動は生じない。
【００１３】
電磁クラッチコイルへの通電は、交流、直流どちらでも良い。
【００１４】
このような構成で、モータコイルの通電ＯＮ／ＯＦＦ、正逆転ＯＮ／ＯＦＦ、電磁クラッチＯＮ／ＯＦＦの組み合わせを選択すれば、以下の６通りの機能を選択使用することが可能となる。
【００１５】
(Ａ) モータ無通電、電磁クラッチＯＦＦの場合：
モータシャフトはフリーとなり、シャフトは正逆転に軽く回せる。
【００１６】
(Ｂ) モータ通電、正回転、電磁クラッチＯＦＦの場合：
モータの回転子はシャフトの周りを空転し、出力トルクはシャフトに現れない。モータシャフトはフリーに近い。
【００１７】
(Ｃ) モータ通電、逆回転、電磁クラッチＯＦＦの場合：
モータの回転子はシャフトの周りを空転し、出力トルクはシャフトに現れない。モータシャフトはフリーに近い。
【００１８】
(Ｄ) モータ無通電、電磁クラッチＯＮの場合：
モータの回転子は、電磁クラッチによりシャフトと結合する。
【００１９】
モータシャフトにはディテントトルク（無励磁保持トルク）が現れ、正逆転が重くなる。ブレーキとして用いることができる。
【００２０】
(Ｅ) モータ通電、正回転、電磁クラッチＯＮの場合：
モータの回転子は、シャフトと結合して回転する。
【００２１】
モータ正常正転トルクがシャフトに現れる。
【００２２】
(Ｆ) モータ通電、逆回転、電磁クラッチＯＮの場合：
モータの回転子は、シャフトと結合して回転する。
【００２３】
モータ正常逆転トルクがシャフトに現れる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、「特開平５−２４４７４８」の改良に係り、上記の（Ａ）の状態のシャフトフリートルクを低減することを目的とする。
【００２５】
また、別の目的は、静かで、安定動作し、効率の良い電磁クラッチを提供することにある。
【００２６】
従来技術で示した例と同じ構造を持つ、より大型のコンデンサ型シンクロナスモータ「ＰＴＭ−２４Ｈ」で実施した例を示すと、モータ発生トルク２４０（ｇ−ｃｍ）、ディテントトルク６０（ｇ−ｃｍ）、最大シャフトフリートルク２４（ｇ−ｃｍ）であった。大型のモータであればマグネットの磁力が強くシャフトフリートルクを低下させかつ安定化させることが困難であることが判った。
【００２７】
また、上記「ＰＴＭ−２４Ｈ」の実施例で、電磁クラッチコイルをＡＣ１００Ｖ仕様とし、電源ＡＣ１００Ｖを電磁クラッチコイルに直接接続した時にクラッチの吸引力が弱い、クラッチ片相互のすべり抗力が弱いという問題点や、通電時にクラッチから騒音が発生するという問題点が生じた。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、第１の発明の電磁クラッチは、モータと直列に接続され、使用される電磁クラッチにおいて、断面略コの字状の１組の固定子片内側に収容されたリング状の電磁コイルを有する固定子と、該固定子の内周部に、開口部を設けて１対の磁極を構成し、該固定子の内径部には前記磁極と空隙を介し、かつ前記モータの軸方向に対向配設され、前記モータの軸に固定された第１クラッチ片と、該軸方向に移動可能な出力駆動部材に固定された第２クラッチ片と、前記電磁コイルに通電した時の前記第１クラッチと第２クラッチの吸引結合を分離するコイルスプリングとからなり、前記第１および第２クラッチ片は、相互の対向面上に等角度間隔をおいて半径方向に延びる複数本の凹溝が形成された略同一リング形状の強磁性体であることを特徴とする。
【００２９】
第２の発明の電磁クラッチは、第１の発明において前記モータ部が、直流電源を用いるパルスモータであり、前記電磁クラッチは、該パルスモータの直流電源を用いるものであることを特徴とする。
【００３０】
第３の発明の電磁クラッチは、第１の発明において前記モータ部が、交流電源を用いるシンクロナスモータであり、前記電磁クラッチは、その電磁コイルに上記交流電源電圧から整流された電圧を印加するものであることを特徴とする。
【００３１】
第４の発明の電磁クラッチは、第１乃至第３の発明において、前記クラッチ固定子側に出力駆動部材の抜け止め用ストッパーが設けられていることを特徴とする。
【００３２】
第５の発明の電磁クラッチは、第１乃至第３の発明において、前記モータ部の軸側（即ち、回転軸側）に出力駆動部材の抜け止め用ストッパーが設けられていることを特徴とする。
【００３３】
【作用】
モータ出力軸に固着した第１クラッチ片とこれと対向する第２クラッチ片があり、第２クラッチ片にはピニオンギヤ等の出力駆動部材が固着しており、出力駆動部材は、内径部が出力軸に対し移動可能に嵌装している。
【００３４】
第１、第２クラッチ片は、非通電時はスプリングの弾発力により非接触となっており、クラッチの励磁コイルの通電による磁気力でスプリングの弾発力に抗し吸着し、結合する。
【００３５】
出力駆動部材に対しては、ストッパーを適所に設け、抜け落ちない構造としている。
【００３６】
本発明者の研究によれば、電磁クラッチのコイルに交流を全波整流ブリッジを介して与えると、整流後の電圧波形と電磁クラッチのコイルに流れる電流波形は大幅に異なる。全波整流電圧の負荷が電磁誘導コイルであることから、電流がつながり約５０％の平滑直流電流をコイルに流すことができる。通常の全波整流で用いる平滑コンデンサを削除することも可能である。全波整流電圧を印加することによりクラッチの吸引力を増加させ、騒音を低下させることが可能となる。
【００３７】
クラッチの構造は、対向する２つのクラッチ片をそれぞれリング状にし、対向面を同形状として複数の溝を設け、磁気的安定点を作ることで滑りにくい結合力の強いクラッチを実現する。
【００３８】
【実施例】
以下に、図１乃至図８を参照して本発明の実施例について説明する。
【００３９】
（第一実施例）
図１は本発明の電磁クラッチをモータに適用した第一実施例の断面図であり、本実施例では、右部分のモータ部Ａと左部分のクラッチ部Ｂとに分けられる。
【００４０】
まず、モータ部Ａについて説明する。シャフト１は前軸受２と後軸受７とで支承される。さらに、前軸受２はフランジ４８に固定され、後軸受７はフランジ６に固定されている。回転子（ロータ）間座９は、シャフト１に圧入固定され、回転子（ロータコア）８は回転子間座９に接着固定される。また、回転子８を回転させる固定子２１はコイル１６、コイル１７を有する。
【００４１】
クラッチ部Ｂでは、第１クラッチ片１０はクラッチ間座２９に、クラッチ間座２９はシャフト１にそれぞれ圧入固定されている。第２クラッチ片１１にはピニオンギヤ等の出力駆動部材４４が圧入固定してあり、シャフト１に対し軸方向に移動可能に嵌装されている。出力駆動部材４４は、ストッパー４５を介してフランジ３に固定されたハウジング４６に当接し、抜け落ちないようになっている。第１クラッチ片１０と第２クラッチ片１１は、断面略コの字状の１組の固定子片１８の内側に収容されたリング状の電磁コイル３４に通電しない時は、復帰用スプリング１２の弾発力により離間して非接触の状態にある。電磁クラッチ３１のコイル３４に通電することにより、電磁クラッチ固定子２２と第１クラッチ片１０、第２クラッチ片１１の間に磁気回路が生じ、移動可能な第２クラッチ片１１が第１クラッチ片に吸着し、結果としてモータ出力トルクは出力駆動部材４４に伝達される。
【００４２】
モータ用コイル１６、１７と電磁クラッチ３１のコイル３４に通電されない時には、出力駆動部材４４にかかるトルクは出力駆動部材４４のみを回転させるトルクとなる。（以下、「出力駆動部材のフリートルク」とも呼ぶ）。
【００４３】
従来例では図９に示される通り、この状態でシャフトを回転させると、復帰用スプリング１２は第２クラッチ片１１と、回転子８と第１クラッチ片１０を抱えた回転子間座９を逆方向に押し付け、これが摩擦力となってトルクが発生する。本発明では、図１に示されるようにモータ部Ａとクラッチ部Ｂとが機構的に分離されており、復帰用スプリング１２はシャフト１に圧入固定しているクラッチ間座２９と出力駆動部材４４とを逆方向に押し付け、結果として主にストッパー４５と出力駆動部材４４との間に摩擦力がかかる。従来例に比べスプリングの弾発力が弱くて済むのと、機構的に摩擦箇所が限定されるため、シャフトフリートルクが小さく抑えられた。
【００４４】
図５は本発明の電磁クラッチのクラッチ片の形状の一実施例の斜視図であり、クラッチ片１０、１１の形状を示している。第１クラッチ片１０と第２クラッチ片１１の対向する面の形状は、同じものである。
【００４５】
クラッチ片１０、１１の材質は、残留磁気の少ない強磁性材料で、リング状のものに放射方向に当角度間隔に複数本の凹溝４１を設けている。溝幅は一定の寸法で扇面状部４０より狭く、対向するクラッチ片１０、１１の扇面状部４０が一方の凹溝４１にはまらないようにしてある。
【００４６】
図６は本発明の電磁クラッチの磁気回路図であり、クラッチ部の磁気回路を示している。
【００４７】
図６のように磁気回路を構成すれば、磁気抵抗を低下させることができ、小電力で復帰用スプリング１２に抗して第２クラッチ片１１を第１クラッチ片１０側に吸引することが可能となる。
【００４８】
電磁クラッチの構造について、さらに説明を加える。クラッチ片１０、１１を図５の構造とし、図６のように磁気回路を構成すると、電磁クラッチ３１のコイル３４を通電したことによる磁束は、図６の矢印のように流れる。
【００４９】
この磁束は、第２クラッチ片１１の外周から入り、扇面状部４０の対向面を通って第１クラッチ片１０の外周に抜ける。クラッチ片１０、１１相互の扇面状部４０が対向している時（図７（Ａ））は、最も磁気抵抗が低く、磁束φは最大である。この時の回転すべり防止力（ブレーキ力）ＴB は図８で示すＴF で扇面の面積と、その単位面積当りの周方向吸引力と、クラッチ片１０、１１の平均回転半径の積となる。この値は低い。
【００５０】
これに対し、クラッチ片１０、１１に図５で示す凹溝４１を設けることにより可変磁気抵抗型パルスモータの動作原理と同様の磁気安定復原力を利用することが可能となる。図７（Ａ）では、この磁気安定復原力はゼロである。図７（Ａ）の状態から外力トルクをかけ、クラッチ片１０、１１の一方を回転方向にずらすと図８に示す磁気安定力によるトルクＴM が発生する。クラッチ片１０、１１の凹溝４１と凹溝４１、いいかえれば扇面状部４０と扇面状部４０が完全に対向した角度が０度で、図５に示したような４つの溝をもったクラッチ片１０、１１の場合、図７（Ｂ）に示す４５度ずらした角度で該磁気安定復原力によるトルクＴB は最大となる。
【００５１】
クラッチ片外径２０（ｍｍ）の例で、溝のない場合のブレーキトルクは１００（ｇ−ｃｍ）、４つの溝を設けると３５０（ｇ−ｃｍ）にすることができた。
【００５２】
次に、電磁クラッチ用電源について説明する。
【００５３】
この電源には直流電源が適している。従って、電磁クラッチ内蔵モータのモータ部Ａが、パルスモータ等の直流電源を用いるモータであれば該直流電源を電磁クラッチ用にも用いることができる。しかし、モータ部Ａがシンクロナスモータ等の交流用モータである場合には、交流電源をもとに好適な直流電源を作る。図３に本発明の電磁クラッチのコイルへの電源部の回路図を示す。図３でモータ部Ａと共通の交流電源は、電磁クラッチへの供給をオンオフする操作スイッチ３３を介し、ダイオードブリッジ３８で整流され、整流された電圧が電磁クラッチ３１のコイル３４に印加される。
【００５４】
本発明者の研究によれば、図３の結線で、ダイオードブリッジ３８で整流後の電圧波形と電磁クラッチ３１のコイル３４に流れる電流波形は大幅に異なることが判った。図４（Ａ）に本発明の電磁クラッチのコイルに流れる電流波形を、図４（Ｂ）にダイオードブリッ整流後の電圧波形を示す。
【００５５】
図３で、全波整流電圧の負荷が電磁誘導コイルであることより、コイル電流としては約５０％の平滑直流電流が流れることが判明した。本発明においては、通常の全波整流で用いる平滑用コンデンサを削除することも可能である。
【００５６】
以上の措置を行えば、電磁クラッチより発生する交流の騒音、振動を防止できクラッチの磁気吸引力を向上させることが可能である。
【００５７】
（第二実施例）
図２に、本発明の電磁クラッチをモータに適用した第二実施例の断面図を示す。
【００５８】
基本的には、電磁クラッチ、モータとも第一実施例と構造が同じであり、同じ番号が付与されている部品は、同じ構造と働きをもつため説明を省略する。
【００５９】
図２では、出力駆動部材４４をシャフト１に軸方向に移動可能に嵌装し、出力駆動部材４４の抜け止めにストッパー４７をシャフト１に圧入固定しており、この点が図１の第１実施例と異なる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、電磁クラッチを構成すれば、コイルスプリングの弾発力が弱くて済み、機構的に摩擦箇所が限定されるため、出力駆動部材のフリートルクを数ｇ−ｃｍに抑えることができる。
【００６１】
また、出力駆動部材は、簡単な構造でシャフトから抜け落ちることがない。
【００６２】
また、電磁クラッチの第１および第２クラッチ片は、相互の対向面上に等角度間隔をおいて半径方向に延びる複数本の凹溝が形成された略同一リング形状の強磁性体であるので、電磁クラッチの吸引力を向上させ、クラッチ片相互の回転すべり防止力を向上させることができる。
【００６３】
また、電磁クラッチのコイルに交流を全波整流ブリッジを介して与えることにより、通常の全波整流で用いる平滑コンデンサを削除することも可能であり、全波整流電圧を印加することによりクラッチの吸引力を増加させ、騒音を低下させることが可能となる。
【００６４】
また、この電磁クラッチによりモータのディテントトルクを有効に活用して出力駆動部材の回転を制止できる。
【００６５】
また、以上の構成により、低価格の電磁クラッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁クラッチをモータに適用した第一実施例の断面図。
【図２】本発明の電磁クラッチをモータに適用した第二実施例の断面図。
【図３】本発明の電磁クラッチのコイルへの電源部の回路図。
【図４】（Ａ）：本発明の電磁クラッチのコイルに流れる電流波形
（Ｂ）：ダイオードブリッジ整流後の電圧波形
【図５】本発明の電磁クラッチのクラッチ片の形状の第一実施例の斜視図。
【図６】本発明の電磁クラッチの磁気回路図。
【図７】本発明の電磁クラッチのクラッチ片の吸着状態の断面図。
【図８】本発明の電磁クラッチのクラッチ片の吸着状態の回転すべり防止力の角度依存性。
【図９】従来例に係る電磁クラッチをモータに適用した断面図。
【符号の説明】
１…シャフト                             ２…前軸受
３、６、４８…フランジ                   ４…固定子
５、３１…電磁クラッチ                   ７…後軸受
８…回転子                               ９…回転子間座
１０…第１クラッチ片                   １１…第２クラッチ片
１２…復帰用スプリング                 １３…隙間（回転子−固定子）
１４…隙間（シャフト−回転子間座）     １５…隙間（クラッチ片間）
１６、１７…コイル（モータ用）         １８…固定子片
２０、３４…コイル（電磁クラッチ用）   ２１…固定子（モータ用）
２２…固定子（電磁クラッチ用）         ２９…クラッチ間座
４４…出力駆動部材                     ４５、４７…ストッパー
４６…ハウジング
【図１】
0003650606.tif 000002
【図２】
0003650606.tif 000003
【図３】
0003650606.tif 000004
【図４】
0003650606.tif 000005
【図５】
0003650606.tif 000006
【図６】
0003650606.tif 000007
【図７】
0003650606.tif 000008
【図８】
0003650606.tif 000009
【図９】
0003650606.tif 000010