(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦板（１３）を有し、軸線（Ｌ０）を中心に回転するロータ（１）と、
クラッチオン指令およびクラッチオフ指令により通電および通電が停止される電磁コイル（３）を有するステータ（２）と、
前記電磁コイル（３）への通電によって発生した電磁吸引力により、前記摩擦板（１３）に吸着されるアーマチャ（４）と、を備えた電磁クラッチ（１００）であって、
前記電磁コイル（３）は、複数の電磁コイル（３１，３２）を含み、
前記クラッチオン指令が出力されたときに、前記複数の電磁コイル（３１，３２）に並列に電流が流れ、その後、前記アーマチャ（４）が前記摩擦板（１３）に吸着されると前記複数の電磁コイル（３１，３２）に直列に電流が流れるように、前記電磁コイル（３）への通電回路を並列回路から直列回路に切り替える回路切替部（３０，３５；７０）をさらに備え、
前記回路切替部（３０，３５；７０）は、
前記通電回路を前記並列回路から前記直列回路に切り替えるスイッチ（３６，３７；７０ａ，７０ｂ）と、
前記クラッチオン指令が出力されてから所定時間（ｔ１；ｔ２）の経過後に前記スイッチ（３６，３７；７０ａ，７０ｂ）を作動するスイッチ作動部（３５；３，８０，８１）と、を有し、
前記スイッチ（７０ａ，７０ｂ）は、前記ステータ（２）の端部に取り付けられ、前記電磁コイル（３１，３２）に接続された固定接点（７１〜７４）と、前記電磁コイル（３）への通電によって発生した電磁吸引力により前記固定接点（７１〜７４）に当接または離間する可動接点（７７，７８）とを有し、
前記スイッチ作動部（３，８０，８１）は、前記電磁吸引力による前記可動接点（７７，７８）の移動を抑制するダンパ部材（８１）を有することを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁クラッチにおいて、
前記スイッチ（３６；３７）および前記スイッチ作動部（３５）は、電子回路（３９）により構成されていることを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電磁クラッチにおいて、
前記回路切替部（３０；７０）は、前記スイッチ（３６，３７；７０ａ，７０ｂ）とともに前記並列回路または前記直列回路を構成するダイオード（３８；７９）を有することを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁クラッチにおいて、
前記ロータ（１）と前記アーマチャ（４）との間に６極以上の磁極部（１３４〜１３７、４３〜４５）を有することを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁クラッチにおいて、
前記複数の電磁コイル（３１，３２）は、
前記軸線（Ｌ０）を中心とした円筒状の第１のコイル（３１）と、
前記第１のコイル（３１）の径方向外側に配置され、前記軸線（Ｌ０）を中心とした円筒状の第２のコイル（３２）とを有することを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁クラッチにおいて、
前記複数の電磁コイル（３１，３２）は、
前記軸線（Ｌ０）を中心とした円筒状の第１のコイル（３１）と、
前記第１のコイル（３１）に前記軸線（Ｌ０）の方向に隣接して配置され、前記軸線（Ｌ０）を中心とした円筒状の第２のコイル（３２）とを有することを特徴とする電磁クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁力によりロータにアーマチャを吸引し、ロータの動力を伝達する電磁クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電磁クラッチとして、ロータの摩擦板に径方向３列の溝孔を設けるとともに、摩擦板に対向するアーマチャに径方向２列の溝孔を設け、ロータとアーマチャとの間の磁極数を６極とした電磁クラッチが知られている（例えば特許文献１参照）。磁極数とは、ロータ（摩擦板）とアーマチャとで構成される磁極部の数であり、ロータとアーマチャとの間のエアギャップを磁束が横切る箇所の数に相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１９００９５号公報
【０００４】
磁極数が６磁の場合は４極の場合よりも、電磁クラッチは高い伝達トルクを発生することができる。しかしながら、磁極数が増大すると、ロータとアーマチャとの間のエアギャップを横切る磁束の経路が長くなる。このため、電磁コイルへの通電開始時の電磁吸引力、すなわち電磁クラッチをオフ状態からオン状態にするための作動吸引力が小さく、電磁クラッチの作動性の悪化を伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、消費電力を抑えつつ、電磁クラッチの作動性を向上することができる電磁クラッチを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による電磁クラッチ（１００）は、摩擦板（１３）を有し、軸線（Ｌ０）を中心に回転するロータ（１）と、クラッチオン指令およびクラッチオフ指令により通電および通電が停止される電磁コイル（３）を有するステータ（２）と、電磁コイル（３）への通電によって発生した電磁吸引力により、摩擦板（１３）に吸着されるアーマチャ（４）とを備える。電磁コイル（３）は、複数の電磁コイル（３１，３２）を含み、電磁クラッチ（１００）は、クラッチオン指令が出力されたときに、複数の電磁コイル（３１，３２）に並列に電流が流れ、その後、アーマチャ（４）が摩擦板（１３）に吸着されると複数の電磁コイル（３１，３２）に直列に電流が流れるように、電磁コイル（３）への通電回路を並列回路から直列回路に切り替える回路切替部（３０，３５；７０）をさらに備える。
【０００７】
これにより、クラッチオン指令が出力されたときに複数の電磁コイルに並列に電流が流れるため、ロータとアーマチャとの間に大きな電磁吸引力が発生し、電磁クラッチがオフ状態からオン状態になる際の電磁クラッチの作動性を高めることができる。その後、アーマチャが摩擦板に吸着されると複数の電磁コイルに直列に電流が流れるため、電磁コイルに必要以上に大きな電流を流すことがなく、電磁コイルの消費電力を抑えることができる。
【０００８】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電磁クラッチの全体構成を示す側面図である。
【図２】図１の要部拡大図であり、電磁クラッチオフ状態を示す図である。
【図３】図１の要部拡大図であり、電磁クラッチオン状態を示す図である。
【図４】図１の電磁コイルへの通電回路を示す図である。
【図５】図４の通電回路の一動作を示す図である。
【図６】図４の通電回路の他の動作を示す図である。
【図７】図４の制御回路と制御部の構成を示す図である。
【図８】図１の変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る電磁クラッチの要部構成を示すステータの斜視図である。
【図１０】図９のカバーの内部構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０の矢視XI図である。
【図１２】図１０の矢視XII図であり、電磁クラッチオフ状態を示す図である。
【図１３】図１２に対応する、電磁クラッチオン状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
−第１の実施形態−
以下、図１〜図８を参照して、本発明による電磁クラッチの第１の実施形態について説明する。電磁クラッチは、電磁コイルへの通電によって生じる電磁力により、回転駆動源からの動力を伝達および遮断する乾式単板クラッチである。以下では、一例として、エンジンからの動力を自動車用空調装置の圧縮機（冷媒圧縮機）に伝達および圧縮機への動力伝達を遮断する電磁クラッチについて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る電磁クラッチ１００の全体構成を示す側面図（一部断面図）であり、図２、３は、図１の要部拡大図である。なお、図１、２は、エンジンからの動力伝達を遮断した電磁クラッチ１００のオフ状態を、図３は、エンジンからの動力を圧縮機へ伝達する電磁クラッチ１００のオン状態をそれぞれ示す。
【００１２】
図１に示すように、電磁クラッチ１００は、図示されない駆動源である車両エンジンによって回転駆動され、軸線Ｌ０を中心に回転するロータ１と、電磁コイル３を有するステータ２と、電磁コイル３への通電によって発生した電磁力により、ロータ１の摩擦板１３の端面（摩擦面１ａ）に吸着されるアーマチャ４と、圧縮機（不図示）に回転動力を伝えるハブ５とを備える。なお、以下では、便宜上、軸線Ｌ０に沿った方向を前後方向、軸線Ｌ０に直交して放射状に延びる方向を径方向、軸線Ｌ０を中心とした円の周面に沿った方向を周方向とそれぞれ定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。圧縮機は、電磁クラッチ１００の後方に配置されている。
【００１３】
ロータ１は、鉄等の磁性体により形成されている。図２、３に示すように、ロータ１は、軸線Ｌ０を中心とした円筒形状の内筒部１１および内筒部１１よりも大径の外筒部１２と、径方向に延在し、内筒部１１と外筒部１２の前端部同士を接続する摩擦板１３とを有する。すなわち、ロータ１の径方向断面は、後側が開口された断面コ字形状を呈し、内筒部１１と外筒部１２の内側に円筒空間を有する。ロータ１の円筒空間には、ステータ２がロータ１から隙間を空けて収容され、ステータ２の周囲をロータ１が回転可能となっている。
【００１４】
摩擦板１３は、径方向３箇所に、非磁性体によって構成されたスロット形状の円環部１３１〜１３３を有する。円環部１３１〜１３３は、それぞれ軸線Ｌ０を中心とした仮想円に沿って周方向に複数配列され、摩擦板１３は、円環部１３１〜１３３により径方向４つの部分に分割されている。すなわち、摩擦板１３は、径方向内側から順に、第１リング部１３４、第２リング部１３５、第３リング部１３６および第４リング部１３７に分割されている。なお、円環部１３１〜１３３は磁気遮断部であり、これを非磁性体によって構成する代わりに、貫通孔として構成してもよい。
【００１５】
ロータ１の円筒部１１の内周面にはベアリング６が嵌合されている。ベアリング６の内周面は、図示しない圧縮機のフロントハウジングの外周面に固定され、ロータ１は、ベアリング６を介してフロントハウジングに回転可能に支持されている。ロータ１の外筒部１２の外周面には、円筒形状のプーリ１４が一体に接合され、プーリ１４の外周面には、多重のＶ溝１４ａが形成されている。Ｖ溝１４ａには、エンジンによって駆動される図示しない多段式のＶベルトが掛け回され、Ｖベルトを介して伝達されたエンジンの回転動力により、ロータ１が回転する。
【００１６】
ステータ２は、電磁コイル３を支持するスプール２１と、スプール２１が収納されるハウジング２２とを有する。スプール２１は、電気絶縁性を有する樹脂を構成材として樹脂成形により、全体が軸線Ｌ０を中心とした環状に形成されている。スプール２１は、径方向外側が開口された断面Ｕ字形状を呈し、このＵ字部の内側の円筒空間に電磁コイル３が収納されている。ハウジング２２は、鉄等の磁性材により、全体が軸線Ｌ０を中心とした環状に形成されている。ハウジング２２は、前側が開口された断面Ｃ字形状を呈し、このＣ字部の内側の円筒空間に電磁コイル３とスプール２１が収容されている。ハウジング２２の円筒空間には、電気絶縁性を有する樹脂材２３が充填され、樹脂材２３により電磁コイル３とスプール２１が固定されている。ステータ２は、ハウジング２２の後端部に固定されたサポート部材２４を介して圧縮機のフロントハウジングに支持されている。
【００１７】
電磁コイル３は、スプール２１の円筒部２１ａの周囲にコイル線３ａを券回することで、軸線Ｌ０を中心として環状に形成されている。とくに本実施形態では、電磁コイル３は、第１電磁コイル３１と、第１電磁コイル３１の径方向外側に配置された第２電磁コイル３２とを有する。すなわち、スプール２１で区画された所定のコイル収納空間に、電磁コイル３が２つに分割して配置されている。電磁コイル３を２つに分割して配置したことで、同一のコイル収納空間に電磁コイル３を分割しないで配置したものに比べ、各々の電磁コイル３１，３２の容積（巻数）が小さくなっている。第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２の径方向長さ（内径と外径の差）は互いに同一である。なお、第１電磁コイル３１の径方向長さを第２電磁コイル３２の径方向長さよりも長くまたは短くしてもよい。
【００１８】
第１電磁コイル３１のコイル線３ａの両端部は、リード線３１ａ，３１ｂにそれぞれ接続されている。第２電磁コイル３２のコイル線３ａの両端部は、リード線３２ａ，３２ｂにそれぞれ接続されている。ハウジング２２の後端部には、その後端部を前後方向に貫通する貫通孔２２ａが開口されている。貫通孔２２ａには、例えば電磁コイル３１，３２のコイル線３ａの端部が接続された図示しない導電性端子が配置され、この端子を介して、リード線３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂが電磁コイル３１，３２に接続されている。なお、貫通孔２２ａは、軸線Ｌ０の鉛直上方（０°の位相）に設けられているが、他の位相に設けられてもよい。
【００１９】
アーマチャ４は、鉄等の磁性体により構成されている。アーマチャ４は、軸線Ｌ０を中心とした円環状の板状部材であり、前後方向に所定厚さを有し、その後端面には、ロータ１の摩擦面１ａに対向して摩擦面４ａが形成されている。アーマチャ４は、摩擦板１３の第２リング部１３５および第３リング部１３６に対向する径方向２箇所に、非磁性体によって構成されたスロット形状の円環部４１，４２を有する。円環部４１，４２は、それぞれ軸線Ｌ０を中心とした仮想円に沿って周方向に複数配列され、アーマチャ４、円環部４１，４２により径方向３つの部分に分割されている。すなわち、アーマチャ４は、径方向内側から順に、第１リング部４３、第２リング部４４および第３リング部４４に分割されている。なお、円環部４１，４２は磁気遮断部であり、これを非磁性体によって構成する代わりに、貫通孔として構成してもよい。
【００２０】
ロータ１の摩擦板１３に径方向３箇所に円環部１３１〜１３３を設け、アーマチャ４に径方向２箇所に円環部４１，４２を設けたことで、ロータ１とアーマチャ４は、径方向に沿って６箇所で対向している。すなわち、第１リング部１３４と第１リング部４３、第２リング部１３５と第１リング部４３、第２リング部１３５と第２リング部４４、第３リング部１３６と第２リング部４４、第３リング部１３６と第３リング部４５、および第４リング部１３７と第３リング４５で、ロータ１とアーマチャ４の磁極部１３４〜１３７，４３〜４５がそれぞれ対向し、磁極部は６極となっている。この磁極部の数は、ロータ１とアーマチャ４の間のエアギャップＡＧ（図２）を軸方向（前後方向）に磁束が横切る箇所の数、すなわち磁極数に相当する。
【００２１】
図１に示すように、ハブ５は、リベット５ａによりアーマチャ４の前端面に結合された環状のアウターハブ５１と、アウターハブ５１の径方向内側に配置された環状のインナーハブ５２と、アウターハブ５１とインナーハブ５２との間に設けられた環状の弾性部材（例えばゴム部材）５３とを有する。弾性部材５３の内周面および外周面は、インナーハブ５２の円筒部５２ａの外周面およびアウターハブ５１の円筒部５１ａの内周面にそれぞれ固定され、弾性部材５３を介してアウターハブ５１とインナーハブ５２が一体化されている。インナーハブ５２は、後方に突設された円筒部５４を有する。
【００２２】
円筒部５４の内周面には、軸線Ｌ０を中心にして回転する圧縮機の回転軸（不図示）がスプライン結合され、ロータ１の回転は、アーマチャ４とハブ５を介して圧縮機に伝達される。なお、インナーハブ５２と圧縮機の回転軸はボルトによって結合されるが、その図示は省略する。弾性部材５３は、アーマチャ４をロータ１から離間するようにアーマチャ４に対して前方への付勢力を付与するものであるが、弾性部材５３の代わりに、同一の機能を有する板ばねを用いてハブ５を構成してもよい。
【００２３】
以上のように構成された電磁クラッチ１００において、電磁クラッチ１００のオン動作が指令される前、すなわちクラッチオフ状態では、図２に示すように、アーマチャ４は弾性部材５３（図１）の付勢力により前方に変位する。このため、アーマチャ４の摩擦面４ａがロータ１の摩擦面１ａから離間し、摩擦面１ａ，４ａ間に所定量Δｇの空隙（エアギャップＡＧ）が生じる。
【００２４】
一方、ロータ１が回転している状態で、電磁クラッチ１００のオン動作が指令されると、電磁コイル３が通電されて磁束が発生し、図３の矢印に示すようにハウジング２２からロータ１およびアーマチャ４を経てハウジング２２に戻る磁気回路を磁束が流れる。これにより、ロータ１の摩擦面１ａとアーマチャ４の摩擦面４ａとの間に電磁吸引力（電磁力）が発生し、アーマチャ４は、弾性部材５３の弾性力に抗して摩擦面１ａに吸引され、ロータ１とアーマチャ４が一体に回転する。
【００２５】
本実施の形態は、電磁クラッチ１００の磁極数を６極としているため、クラッチオン状態（Δｇ＝０の状態）においては、図３に示すように、ロータ１とアーマチャ４とが対向する６箇所の磁極部で磁束が鎖交する。すなわち、第１リング部１３４、第１リング部４３、第２リング部１３５、第２リング部４４、第３リング部１３６、第３リング部４５、および第４リング部１３７へと順次磁束が流れる。このような６極構造の電磁クラッチは、４極構造の電磁クラッチよりも、大きな伝達トルクを得ることができる。以下、この点について説明する。
【００２６】
ロータ１とアーマチャ４の摩擦面１ａ，４ａにおける摩擦係数μ、摩擦面１ａ，４ａの有効半径Ｒ、摩擦面１ａ，４ａ間の電磁吸引力Ｆを用いると、一般に、ロータ１とアーマチャ４との間の伝達トルクＴは次式(I)で表される。
Ｔ＝μ・Ｆ・Ｒ          (I)
ここで、電磁吸引力Ｆと、磁極数ｎとの間には次式(II)のような関係がある。
Ｆ∝ｎ・φ２／（２・μ０・Ｓ）        (II)
上式(II)で、φは、ロータ１とアーマチャ４の磁極部における磁束、μ０は、真空の透磁率、Ｓは、ロータ１とアーマチャ４の対向部分の磁極面積（１極当りの面積）である。
【００２７】
上式(I)の有効半径Ｒは、摩擦面１ａ，４ａの内径と外径によって決まるため、４極の場合と６極の場合で有効半径Ｒが互いに等しく摩擦係数μも互いに等しければ、吸引力Ｆが大きいほど伝達トルクＴは大きくなる。一方、４極の場合と６極の場合では、６極の場合の方が上式（II）の磁極数ｎが大きく、磁極面積Ｓは小さい。このため、磁束φが互いに等しければ、６極の場合の方が電磁吸引力Ｆが大きくなり、その結果、伝達トルクＴも大きくなる。換言すると、６極の場合の伝達トルクＴを４極の場合の伝達トルクＴに等しく設定すると、６極の場合には４極の場合よりも磁束φが少なくてすむ。したがって、６極構成とすることで、クラッチオン状態における電磁コイル３の起磁力、すなわちコイル電流とコイル巻数の乗算によって定まる物理量である起磁力を低減することができ、電力消費量を抑えることができる。
【００２８】
一方、クラッチのオン動作開始直後（クラッチオン指令入力時）には、ロータ１とアーマチャ４との間にエアギャップＡＧがあり、エアギャップＡＧを横切る磁束の経路は６極の場合の方が４極の場合よりも長くなる。つまり、６極の場合は４極の場合よりもロータ１とアーマチャ４との間を磁束が鎖交する回数が多いため、その分、経路が長くなる。その結果、クラッチオン指令時に、電磁クラッチ１００をオフ状態からオン状態にするための十分な作動吸引力を得ることができず、電磁クラッチ１００の作動性の悪化を伴う。
【００２９】
これを回避するために、例えばロータ１とアーマチャ４との間の初期のエアギャップ量Δｇを小さくすると、振動等によってロータ１がアーマチャ４に接触し、打音が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、ロータ１とアーマチャ４との間のエアギャップ量Δｇを小さくすることなく、電磁クラッチ１の作動性を向上するために、以下のように電磁コイル３への通電回路を構成する。
【００３０】
図４は、第１の実施形態に係る電磁クラッチ１００における電磁コイル３への通電回路を示す図である。車両に搭載されたバッテリ１０１には、リレースイッチ３４を介して制御回路３０が接続され、制御回路３０を介して第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２がそれぞれ通電される。リレースイッチ３４は、空調用制御コントローラ１０２からの信号によりオン（閉成）またはオフ（開放）する。
【００３１】
空調用制御コントローラ１０２は、空調制御に係る車室内の各種操作スイッチ（例えばエアコンオンスイッチ、エアコンオフスイッチ、デフスイッチ等）の操作や、車室内温度、設定温度等に応じて圧縮機の作動の要否を判定する。圧縮機の作動が必要と判定すると、クラッチオン指令を出力し、リレースイッチ３４をオンする。これにより電磁コイル３が通電される。一方、圧縮機の作動が不要と判定すると、クラッチオフ指令を出力し、リレースイッチ３４をオフする。これにより電磁コイル３の通電が停止される。
【００３２】
制御回路３０は、第１スイッチ３６と第２スイッチ３７とダイオード３８とを含む。第１スイッチ３６は、第１電磁コイル３１のコイル線３ａのプラス側端部（リード線３１ａ）と第２電磁コイル３２のコイル線３ａのプラス側端部（リード線３２ａ）との間に介装されている。第２スイッチ３７は、第１電磁コイル３１のコイル線３ａのマイナス側端部（リード線３１ｂ）と第２電磁コイル３２のコイル線３ａのマイナス側端部（リード線３２ｂ）との間に介装されている。ダイオード３８は、第２スイッチ３７よりも第１電磁コイル３１側のリード線３１ｂと、第１スイッチ３６よりも第２電磁コイル３２側のリード線３２ｂとの間に接続されている。ダイオード３８は、第１電磁コイル３１のリード線３１ｂから第２電磁コイル３２のリード線３２ａへの電流の流れを許可し、その反対方向の電流の流れを禁止する。
【００３３】
第１スイッチ３６および第２スイッチ３７は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の半導体素子により構成される。第１スイッチ３６および第２スイッチ３７は、制御部３５からの信号によって開閉する。すなわち、第１スイッチ３６および第２スイッチ３７は、制御部３５からオン信号が入力されるまでは閉じており、制御部３５からオン信号が出力されると開放し、制御部３５からオフ信号が出力されると（オン信号の出力が停止すると）閉成する。
【００３４】
制御部３５は、タイマを有し、制御コントローラ１０２からクラッチオン指令が出力されると、タイマをスタートする。その後、タイマが予め定めた所定時間ｔ１を計時すると、制御部３５は、各スイッチ３６，３７にそれぞれオン信号を出力するとともに、タイマをリセットする。所定時間ｔ１は、クラッチオン指令が出力されてからアーマチャ４がロータ１に吸着されるまでに要する時間（例えば０．５秒程度）に設定されている。この所定時間ｔ１は、クラッチオン指令後にクラッチリレー３４がオンして電磁コイル３が磁束を発生するまでに要する時間や、電磁吸引力によってアーマチャ４が所定量Δｇ移動するのに要する時間等を考慮して設定される。制御コントローラ１０２からクラッチオフ指令が出力されると、制御部３５はオフ信号を出力する。
【００３５】
以上の制御回路３０と制御部３５は、ステータ２とは別体の制御コントローラ１０２に設けられる。例えば、制御回路３０と制御部３５は、図７に示すように単一のチップ部材３９に集積されて、集積回路（ＩＣチップ）として構成され、制御コントローラ１０２の基板に実装される。なお、制御回路３０と制御部３５を集積回路として構成せずに、これらを含む電子ユニットを、ステータ２に取り付けるようにしてもよい。
【００３６】
第１の実施形態に係る電磁クラッチ１００の特徴的な動作を説明する。制御コントローラ１０２からクラッチオン指令が出力される前は、図４に示すようにクラッチリレー３４がオフである。したがって、バッテリ１０１から電磁コイル３への通電回路が遮断され、電磁コイル３は非通電状態となっている。クラッチオン指令が出力されると、図５に示すように、クラッチリレー３４がオンする。クラッチオン指令の出力直後は、制御回路３０の第１スイッチ３６および第２スイッチ３７は閉じたままである。したがって、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２は、第１スイッチ３６および第２スイッチ３７を介して互いに並列に接続される。
【００３７】
これにより、バッテリ１０１からの電流は、分岐点３９ａで分流し、第１電磁コイル３１および第２電磁コイル３２をそれぞれに並列に流れた後、合流点３９ｂで合流する。すなわち、分岐点３９ａで分流した電流は、コイル線３１ａ、第１電磁コイル３１、コイル線３１ｂ、および第２スイッチ３７を流れる一方、第１スイッチ３６、コイル線３２ａ、第２電磁コイル３２、およびコイル線３２ｂを流れる。この場合、制御回路３０にダイオード３８を設けているので、リード線３２ａからリード線３１ｂへの電流の流れは阻止される。
【００３８】
このようにクラッチオン指令の直後に、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２が並列に接続されることで、各コイル３１，３２の全体の合成抵抗が小さくなり、各コイル３１，３２を流れる電流が増大する。このため、電磁コイル３で発生する起磁力が大きくなって、ロータ１とアーマチャ４との間の電磁吸引力が増大し、電磁クラッチ１００がオフ状態からオン状態になる際の電磁クラッチ１００の作動性を高めることができる。
【００３９】
クラッチオン指令が出力されてから所定時間ｔ１が経過すると、制御部３５は、第１スイッチ３６および第２スイッチ３７にそれぞれオン信号を出力する。これにより図６に示すようにスイッチ３６，３７が開放し、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２は互いに直列に接続される。その結果、バッテリ１０１からの電流が、リード線３１ａ、第１電磁コイル３１、リード線３１ｂ、ダイオード３８、リード線３２ａ、第２電磁コイル３２およびリード線３２ｂを順次流れる。この状態では、回路抵抗が図５の並列接続の場合よりも増大するため、電磁コイル３１，３２を流れる電流は減少する。これにより、クラッチオン状態における消費電力を抑えることができ、燃費の向上に資する。
【００４０】
なお、本実施形態では、クラッチオフ状態からオン状態に移行する際に所定時間ｔ１だけ電磁コイル３を並列に接続するので、その間の消費電力は増大する。しかしながら、所定時間ｔ１は、アーマチャ４がロータ１に吸着されるまでに要する時間であり、非常に短いため、燃費の悪化は問題とならない。クラッチオン状態においては、電磁コイル３を直列に接続するので、並列接続の場合よりも電磁コイル３による起磁力が減少するが、この状態では既にエアギャップＡＧが０となっているため、十分な伝達トルクＴを得ることができる。
【００４１】
第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）電磁コイル３を第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２により構成し、制御コントローラ１０２がクラッチオン指令を出力すると、電磁コイル３の通電を開始するとともに、制御部３５からの信号により所定のタイミングで制御回路３０を切り替えるようにした。すなわち、制御部３５にクラッチオン指令が出力されたときに、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２を並列に接続し、所定時間ｔ１の経過後に、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２を直列に接続するようにした。これによりクラッチオン指令の直後は、電磁コイル３の合成抵抗が小さいため、電磁コイル３で発生する起磁力が大きくなる。このため、ロータ１とアーマチャ４との間の電磁吸引力が増大し、電磁クラッチ１００がオフ状態からオン状態になる際の電磁クラッチ１００の作動性を高めることができる。
【００４２】
アーマチャ４がロータ１に吸着された後（クラッチオン状態）は、エアギャップ量Δｇが０であるため、ロータ１からアーマチャ４にトルクを伝達するために大きな電磁吸引力は必要ない。本実施形態では、電磁コイル１００へ通電を開始してからアーマチャ４がロータ１に吸着されまでに要する時間を予め所定時間ｔ１として設定し、所定時間ｔ１の経過後に、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２を直列に接続するようにした。これにより、電磁コイル３に必要以上に大きな電流を流すことがなく、電磁クラッチ１００の良好な作動性を確保しつつ、電磁コイル３の消費電力を抑えることができる。
【００４３】
（２）制御回路に第１スイッチ３６と第２スイッチ３７を設け、クラッチオン指令が出力されてから所定時間ｔ１後に、制御部３５からの信号により各スイッチ３６，３７を切り替えて、制御回路３０を並列回路から直列回路に切り替えるようした。このような制御回路３０および制御部３５は、例えばＩＣチップ３９（図７）として構成することができ、制御コントローラ１０２に容易に組み込むことができる。
【００４４】
（３）制御回路３０に、第１スイッチ３６および第２スイッチ３７とともにダイオード３８を設けるので、並列回路と直列回路の切替が容易である。
【００４５】
（４）エアギャップ量Δｇが０であるクラッチオン状態におけるロータ１とアーマチャ４との間の必要な伝達トルクをＴａとする。本実施形態では、電磁クラッチ１００の磁極数を６極としたので、必要伝達トルクＴａを得るための起磁力を、例えば磁極数が４極の電磁クラッチよりも低減することができ、その分、消費電力を抑えることができる。また、６極の場合には４極の場合よりも、必要伝達トルクＴａを得るために必要な磁気回路を通過する磁束量が少なくてよい。このため、磁気回路を構成する磁性体（鉄部分）の肉厚を薄くすることができ、電磁クラッチ１００の軽量化が可能である。
【００４６】
（５）円筒状の第１電磁コイル３１および第２電磁コイル３２により電磁コイル３を構成するとともに、第１電磁コイル３１と同軸上かつ第１電磁コイル３１の径方向外側に第２電磁コイル３２を配置するようにした。したがって、各電磁コイル３１，３２の後端面を、ハウジング２２の後端部の貫通孔２２ａに面して配置することができ、各電磁コイル３１，３２のコイル線３ａの両端部をハウジング２２の外部に容易に取り出すことができる。
【００４７】
なお、以上では、電磁コイル３を２つの電磁コイル３１，３２に分割したが、３つ以上に分割し、これらを並列および直列に接続するようにしてもよい。また、電磁コイル３１，３２を径方向に隣接して配置するのではなく、軸方向に隣接して配置するようにしてもよい。
【００４８】
図８は、３つの電磁コイル３１〜３３を軸方向に隣接して配置した例である。図８に示すように電磁コイル３を３つに分割した場合には、２つに分割した場合よりも、電磁コイル３を並列接続した際の合成抵抗が小さくなる。その結果、クラッチオン指令が出力されたときの電磁吸引力がより増大し、電磁クラッチ１００の作動性をより高めることができる。また、図８に示すように電磁コイル３１〜３３を軸方向に並設した場合には、各電磁コイル３１〜３３を互いに同一サイズに構成することができ、各電磁コイル３１〜３３に互いに等しい電流を流すことができる。
【００４９】
−第２の実施形態−
図９〜図１３を参照して本発明による電磁クラッチの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、電磁コイル３への通電回路を切り替えるスイッチ部の構成である。すなわち、第１の実施形態では、ステータ２から独立したＩＣチップ３９にスイッチ３６，３７を設け、制御部３５からの信号によりスイッチ３６，３７を切り替えるようにした。これに対し、第２の実施形態では、ステータ２に一体にスイッチ部を設け、電磁コイル３の電磁吸引力によりスイッチを自動的に切り替える。なお、スイッチ部以外の構成は第１の実施の形態と同一であり、以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。
【００５０】
図９は、第２の実施形態に係る電磁クラッチ１００の要部構成を示すステータ２の斜視図（斜め後方から見た図）である。なお、以下では、便宜上、図示のように水平面内で前後方向に直交する方向を左右方向と定義し、前後方向および左右方向に直交する方向を上下方向と定義する。ハウジング２２の後端面には、ハウジング２２の貫通孔２２ａの位置に対応して０°の位相にスイッチ部７０が設けられている。スイッチ部７０は、直方体形状のカバー７で覆われ、カバー７の上面から左右一対の端子７１，７２が突出している。
【００５１】
図１０は、カバー７内のスイッチ部７０の構成を示す斜視図であり、図１１は、図１０の矢視XI図（後方から見た図）、図１２は、図１０の矢視XII図（左側から見た図）である。図１０，１１に示すように、端子７１，７２は、銅板等の導電性部材により構成され、左右方向に所定距離を隔てて配置されている。端子７１，７２は、前後方向に延在する平板部７１１，７２１と、平板部７１１，７２１の後端部に固定され、平板部７１１，７２１の上下面を超えて上下方向に延在する平板部７１２，７２２とをそれぞれ有する。平板部７１１，７２１は、同一の水平面上に配置され、平板部７１２，７２２は、同一の鉛直面上に配置されている。
【００５２】
端子７１，７２の下方には、左右一対の端子７３，７４が配置されている。端子７３，７４は、銅板等の導電性部材により構成され、左右方向に所定距離を隔てて配置されている。端子７３，７４は、前後方向に延在する平板部７３１，７４１と、平板部７３１，７４１の後端部から上方に延在する平板部７３２，７４２と、平板部７３１の前端部左側面および平板部７４１の前端部右側面から下方に延在する平板部７３３，７４３とをそれぞれ有する。平板部７３１，７４１は、端子７１，７２の平板部７１１，７２１の下面から所定距離を隔てて同一の水平面上に配置されている。平板部７３２，７４２は、端子７１，７２の平板部７１２，７２２の下端面から所定距離を隔てて、平板部７１２，７２２と同一の鉛直面上に配置されている。
【００５３】
端子７１，７２の平板部７１１，７２１と端子７３，７４の平板部７３１，７４１の間には、前後方向に移動可能にスプール７５が配置されている。なお、平板部７１１，７２１の下面および平板部７３１，７４１の上面には、スプール７５の移動方向を規制する不図示のガイド部が設けられている。スプール７５は、電気絶縁性を有する樹脂等により構成され、全体が直方体形状を呈する。スプール７５の前端面には、スプール７５の左右側面を超えて左右方向に延在する吸着板７６が固定されている。吸着板７６は、鉄等の磁性体により構成されている。
【００５４】
スプール７５の後端面には、端子７１，７３の平板部７１２，７３２および端子７２，７４の平板部７２２，７４２にそれぞれ対向して左右一対の接点部材７７，７８が固定されている。接点部材７７，７８は、銅等の導電性を有する金属により構成され、左右方向に所定距離を隔てて配置されている。端子７３の平板部７３３と端子７４の平板部７４３の間にはダイオード７９が配置され、ダイオード７９の左右両端から突設した一対のリード線が平板部７３３，７４３にそれぞれ接続されている。ダイオード７９は、平板部７４３側から平板部７３３側への電気の流れを許容し、平板部７３３側から平板部７４３側への電気の流れを禁止する。
【００５５】
図１２に示すように、端子７１、７２の平板部７１１，７２１の前端部は、ハウジング２２の貫通孔２２ａに収容され、これら前端部に第１電磁コイル３１の一端部（プラス側）と第２電磁コイル３２の一端部（マイナス側）がそれぞれ接続されている。端子７３，７４の平板部７３１，７４１の前端部も貫通孔２２ａに収容され、これら前端部に第２電磁コイル３２の他端部（プラス側）と第１電磁コイル３１の他端部（マイナス側）がそれぞれ接続されている。
【００５６】
吸着板７６の前端面には、ばね８０およびダンパ部材８１の一端部がそれぞれ固定されている。ばね８０およびダンパ部材８１は、貫通孔２２ａに収容され、その他端部は、ハウジング２２内のスプール２１の後端面に固定されている。ばね８０は、吸着板７６を介してスプール７５を後方に付勢し、接点部材７７，７８の後端面は、端子７１，７３の平板部７１２，７３２の前端面および端子７２，７４の平板部７２２，７４２の前端面にそれぞれ当接している。
【００５７】
図示は省略するが、端子７１の平板部７１２の上端部には、リード線を介してリレースイッチ３４が接続され、端子７２の平板部７２２の上端部は、リード線を介して接地されている。すなわち、端子７１は、図４のリード線３１ａに相当し、端子７２はリード線３２ｂに相当する。一方、端子７３，７４の平板部７３２，７４２は、接点部７７，７８を介してそれぞれ端子７１，７２の平板部７１２，７２２に当接しており、端子７３，７４はそれぞれ図４のリード線３１ｂ，３２ａに相当する。図１０において、端子７１〜７４は固定接点、接点部材７７，７８は可動接点であり、端子７１，７３と接点部材７７はスイッチ７０ａを、端子７２，７４と接点部材７８はスイッチ７０ｂを構成する。なお、スイッチ７０ａは、図４のスイッチ３６に相当し、スイッチ７０ｂはスイッチ３７に相当する。
【００５８】
第２の実施形態に係る電磁クラッチ１００の主要な動作を説明する。空調ユニット１０２（図４）からクラッチオン指令が出力されると、リレースイッチ３４がオンし、バッテリ１０１から端子７１に電流が流れる。リレースイッチ３４のオン直後は、図１２に示すように接点部材７７が端子７１，７３の平板部７１２，７３２に当接し、接点部材７８が端子７２，７４の平板部７２２，７４２に当接している。このため、端子７１、第１電磁コイル３１、端子７４、接点部材７８、および端子７２を経由する回路が形成されるとともに、端子７１、接点部材７７、端子７３、第２電磁コイル３２、および端子７２を経由する回路が形成される。これによりバッテリ１０１から第１電磁コイル３１および第２電磁コイル３２に並列に電流が流れ、電磁コイル３で発生する起磁力が大きくなる。その結果、ロータ１とアーマチャ４との間の電磁吸引力が増大し、電磁クラッチ１００の作動性を向上できる。
【００５９】
リレースイッチ３４のオンにより電磁コイル３が励磁されると、電磁コイル３の電磁吸引力により吸着板７６が吸引される。これにより図１３に示すようにスプール７５がばね８０の付勢力に抗して前方に移動し、左右一対の接点部材７７，７８が端子７１，７３の平板部７１２，７３２および端子７２，７４の平板部７２２，７４２から離間する。その結果、バッテリ１０１からの電流は、端子７１、第１電磁コイル３１、端子７４、ダイオード７９、端子７３、第２電磁コイル３２および端子７２へと順次流れる。すなわち、第１電磁コイル３１と第２電磁コイル３２に直列に電流が流れる。これにより電磁クラッチ１００の作動後の電磁コイル３の消費電力を抑えることができる。
【００６０】
この場合、ダンパ部材８１が抵抗体として作用し、スプール７５の前方移動が抑制される。このため、スプール７５はリレースイッチ３４のオン直後に移動するのではなく、リレースイッチ３４のオンから所定時間ｔ２遅れて前方に移動する。これにより電磁コイル３１，３２に所定時間ｔ２だけ並列に電流が流れる。所定時間ｔ２は、ダンパ部材８１の仕様（硬さ等）を調整することで適宜設定できる。本実施形態では、クラッチオン指令が出力されてからアーマチャ４がロータ１に吸着されるまでに要する時間が所定時間ｔ２となるようにダンパ部材８１を設定している。
【００６１】
したがって、電磁クラッチ１００がオン状態となった後に通電回路が並列から直列に切り替わる。このため、電磁コイル３に必要以上に大きな電流を流すことがなく、電磁クラッチ１００の良好な作動性を確保しつつ、電磁コイル３の消費電力を抑えることができる。また、第２の実施形態では、スイッチ部７０をカバー７で覆っているので、カバー７内へのごみ等の混入を防ぐことができ、安定したスイッチ７ａ，７ｂの作動を確保できる。
【００６２】
（変形例）
本実施形態の変形例として以下のようなものが考えられる。上記第１の実施形態では、クラッチオン指令が出力されてから所定時間ｔ１の経過後に、制御部３５からの信号によりスイッチ３６，３７を作動するようにした。また、上記第２の実施形態では、接点部材７７，７８の移動経路にばね８０とダンパ部材８１を介装することで、クラッチオン指令が出力されてから所定時間ｔ２の経過後に、電磁コイル３が発生する電磁吸引力によりスイッチ７０ａ，７０ｂを作動するようにした。しかしながら、クラッチオン指令が出力されてから所定時間の経過後にスイッチを作動するのであれば、スイッチおよびスイッチ作動部の構成はいかなるものでもよい。
【００６３】
例えばスイッチ３６，３７および制御部３５をＩＣチップ３９に集積するのではなく、リレー、抵抗等を有する他の電子回路によって構成してもよい。接点部材７７，７８を端子７１〜７４から離間してスイッチ７０ａ，７０ｂを作動するようにしたが、この反対に接点部材７７，７８を端子７１〜７４に当接してスイッチ７０ａ，７０ｂを作動するようにしてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、クラッチオン指令が出力されたときに、電磁コイル３１，３２に並列に電流が流れ、その所定時間ｔ１，ｔ２後に電磁コイル３１，３２に直列に電流が流れるようにした。しかしながら、アーマチャ４がロータ１（摩擦板１３）に吸着されてから通電回路を並列回路から直列回路に切り替えるのであれば、回路切替部の構成は上述したものに限らない。例えば、アーマチャ４がロータ１に吸着されたか否かを検出する検出部を設け、検出部によりアーマチャ４の吸着が検出されたらスイッチを切り替えるようにしてもよい。クラッチオン指令が出力されるまではスイッチ３６，３７，７０ａ，７０ｂを開放し、クラッチオン指令が出力されてからスイッチ３６，３７，７０ａ，７０ｂを閉成し、その後、再びスイッチ３６，３７，７０ａ，７０ｂを開放するようにしてもよい。すなわち、電磁コイル３を通電する通電回路の構成は上述したものに限らない。
【００６５】
上記実施形態（図１）では、第１電磁コイル３１（第１のコイル）の径方向外側に第２電磁コイル３２（第２のコイル）を配置した。また、上記実施形態（図７）では、第１電磁コイル３１（第１のコイル）に軸方向に隣接して第２電磁コイル３２（第２のコイル）を配置したが、複数の電磁コイル３の配置はこれに限らない。上記実施形態では、電磁クラッチ１００の磁極数を６極としたが、磁極数は６極より多くまたは少なくてもよい。例えば電磁クラッチ１００の磁極数が４極のものにあっても、上述したように並列回路と直列回路を切り替えるように構成することで、電磁クラッチの作動性を高めることができる。
【００６６】
以上の実施の形態では、電磁クラッチ１００を自動車用空調装置の圧縮機に適用したが、本発明の電磁クラッチは、他の回転機器にも同様に適用することができる。したがって、エンジンからの動力によりロータ１を駆動するのではなく、他の回転駆動源（例えばモータ）によりロータ１を駆動するようにしてもよい。また、電磁クラッチ１００を介して回転力が伝達される従動側機器は圧縮機以外であってもよい。
【００６７】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１    ロータ
２    ステータ
３    電磁コイル
４    アーマチャ
１３    摩擦板
３０    制御回路
３１    第１電磁コイル
３２    第２電磁コイル
３５    制御部
７０    スイッチ部
１００    電磁クラッチ
【図１】
0005810986.tif 000002
【図２】
0005810986.tif 000003
【図３】
0005810986.tif 000004
【図４】
0005810986.tif 000005
【図５】
0005810986.tif 000006
【図６】
0005810986.tif 000007
【図７】
0005810986.tif 000008
【図８】
0005810986.tif 000009
【図９】
0005810986.tif 000010
【図１０】
0005810986.tif 000011
【図１１】
0005810986.tif 000012
【図１２】
0005810986.tif 000013
【図１３】
0005810986.tif 000014