电磁离合器.pdf

本发明的电磁离合器其特征在于，具备：电枢；吸引上述电枢的转子；在上述电枢和上述转子中在圆周方向上环绕的多个狭缝；在上述电枢和上述转子对置的部分形成的具有圆环形状的多个吸引面，上述吸引面的至少一个的面积和下述这样的圆周面的面积大致相等，该圆周面是在与上述多个狭缝的至少一个对置的上述电枢或上述转子的部分中在圆周方向上切下的圆周面。

权利要求书
1.  一种电磁离合器，其特征在于，具备：
电枢；
吸引上述电枢的转子；
在上述电枢和上述转子中在圆周方向上环绕的多个狭缝；以及
在上述电枢和上述转子对置的部分形成的具有圆环形状的多个吸引面，
上述吸引面的至少一个的面积和下述这样的圆周面的面积大致相等，该圆周面是在与上述多个狭缝的至少一个对置的上述电枢或上述转子的部分中在圆周方向上切下的圆周面。

2.  如权利要求1所述的电磁离合器，其特征在于，上述圆周面是在上述电枢和上述转子中在对置的上述狭缝的旋转轴一侧的旋转轴侧壁面的位置处在圆周方向上切下的圆周面。

3.  如权利要求1所述的电磁离合器，其特征在于，上述吸引面设置有2个以上。

4.  如权利要求1所述的电磁离合器，其特征在于，在吸引时，上述圆周面和上述吸引面在励磁电流达到规定值的阶段大致同时表现出磁饱和。

5.  如权利要求1所述的电磁离合器，其特征在于，具备：
存放电磁线圈的定子磁轭；以及
设置在上述转子上并覆盖上述定子磁轭外周的外周壁，
在上述外周壁上由与旋转轴垂直的面切出的圆环部分的面积与上述圆周面和上述吸引面的面积大致相等。

6.  如权利要求1所述的电磁离合器，其特征在于，具备存放电磁线圈的定子磁轭，
在构成上述定子磁轭的外周壁上由与旋转轴垂直的面切出的圆环部分的面积与上述圆周面和上述吸引面的面积大致相等。

7.  一种电磁离合器，其特征在于，具备：
电枢；
吸引上述电枢的转子；
在上述电枢和上述转子中在圆周方向上环绕的多个狭缝；以及
在上述电枢和上述转子对置的部分形成的具有圆环形状的多个吸引面，
上述吸引面的至少一个和下述这样的圆周面在吸引时在励磁电流达到规定值的阶段大致同时表现出磁饱和，该圆周面是在与上述多个狭缝的至少一个对置的上述电枢或上述转子的部分中在圆周方向上切下的圆周面。

8.  如权利要求1或7所述的电磁离合器，其特征在于，
具备用于产生上述吸引的力的电磁线圈，
上述转子由电动机驱动，
上述电动机和上述电磁线圈通过从公共的电池直接供给电压从而进行驱动。

9.  如权利要求1或7所述的电磁离合器，其特征在于，
具备存放电磁线圈的定子磁轭，
至少上述电枢、上述转子和上述定子磁轭形成磁路，
上述圆周面和上述吸引面是上述磁路中的最小的面积。

说明书电磁离合器
技术领域
本发明涉及一种电磁离合器(electromagnetic clutch)，其通过使磁路中的磁通(magnetic flux)流动高效化并且达到无偏磁的磁饱和，从而能够将所传递的扭矩(torque)限制在规定范围内。
背景技术
首先，简单说明电磁离合器的工作原理。电磁离合器的扭矩发生源例如是电动机(motor)，来自电动机的扭矩经过蜗轮蜗杆(worm gear)后旋转速度下降而扭矩增大，然后传递到电磁离合器的转子(旋转部件)。在电磁离合器的线圈未通电的情况下只有转子(rotor)旋转，而当线圈通电时，电枢(吸引部件)被转子吸引。由于采用了从电枢(armature)向轴传递扭矩的构造，所以通过上述电枢被转子吸引，扭矩就被传递到轴上。
在这种电磁离合器中，为了适当地产生转子吸引电枢的力(吸引力)，已知有一种在电枢和转子中形成在圆周方向上环绕的(延长着存在)狭缝(磁屏蔽长穴)的构造(例如，参照日本专利申请公开平02-304221号公报)。利用这种结构，线圈所产生的磁通就会在转子和电枢之间来回折返。这样一来，就能够高效地产生在转子和电枢之间起作用的磁吸引力。
另外，在日本专利申请公开2002-039220号公报中记载了一种技术，其通过设置狭缝(slit)将转子和电枢之间的吸引的面分隔成多个圆环形状的吸引面，通过调整这些吸引面的面积，使在转子和电枢之间起作用的吸引力达到最大值。
然而，最近对用于驱动汽车的滑动门(slide door)和后门等的电磁离合器的外围部件要求严格的降低成本。为此，电磁离合器的外围部件的材料倾向于使用例如树脂之类的价格便宜、强度较弱的材料。另一方面，由于电磁离合器的环境温度或电源电压等的可取值范围较大，要求在该范围内不会发生因过剩的扭矩输出而损坏外围部件或反过来扭矩过小的问题。
电磁离合器的吸引力依赖于流到电磁线圈中的电流。但是，在以电池(battery)为电源的情况下，其电流随着电池的电压和环境温度而变动。一般来说，在汽车中使用中途不设置稳定化电路等的车载电池作为电磁线圈的电源。这种电池的电压在例如9～16V的范围内变动。因此，在环境温度相同的情况下，电池的电压升高后，流到电磁线圈中的电流增大。另一方面，环境温度在例如-30～80℃的大范围内变动。因此，在电池电压相同的情况下，当环境温度升高时，线圈绕线的电阻增大，电流减小。因此，必须使电磁离合器的吸引力与这些范围相适应。
特别是，流到电磁线圈中的励磁电流过大、发挥出超出设定值的传递能力这样的事态也与上述的低成本化问题相关联，会导致齿轮及其他部件的破损。针对这一问题，有一种解决方法是另行配置扭矩限制装置，使规定以上的扭矩不被传递。但是，这些方法会导致高成本化，因此需要有以较低成本解决该问题的技术。
另外，在上述的滑动门的情况下，虽然对驱动扭矩加以限制从而避免门夹住手或物品而引起事故，但存在着因环境变化而导致吸引力增大、传递过剩扭矩的危险性。针对这一问题，通过利用由上述扭矩限制器或配置在门一侧的传感器构成的驱动电动机的控制机构来防止事故的发生。但是，过剩的电源电压也考虑的安全装置的结构会导致高成本化，因此需要有能够以较低成本解决该问题的技术。
这里，根据日本专利申请公开2002-039220号公报，其中虽然记载了将狭缝面积设定在适当范围的做法，但其目的是为了使电磁离合器的吸引力最大化，并没有考虑防止伴随着励磁电流的增大而产生的过剩扭矩的传递。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的是提供一种电磁离合器，其通过使磁路(magnetic circuit)中的磁通流动高效化并且达到无偏磁的磁饱和，从而能够将所传递的扭矩限制在规定范围内。
第一发明电磁离合器其特征在于，具备：电枢；吸引上述电枢的转子；在上述电枢和上述转子中在圆周方向上环绕(go around)的多个狭缝；以及在上述电枢和上述转子对置的部分形成的具有圆环形状的多个吸引面，上述吸引面的至少一个的面积和下述这样的圆周面的面积大致相等，该圆周面是在与上述多个狭缝的至少一个对置的上述电枢或上述转子的部分中在圆周方向上切下的圆周面。
根据第一发明，通过使电枢和转子的至少一方在半径方向上有磁通穿过的截面(圆周面)的面积、与电枢和转子之间有磁通穿过的面(吸引面)的面积的至少一个大致相等，从而在磁路的多处大致同时发生磁饱和。因此，能够获得一种显著的倾向，即相对于励磁电流的增大，电枢和转子之间的磁吸引力的增加量趋于饱和。其结果是，从转子向电枢传递的扭矩也表现出饱和倾向，呈现出伴有滑动的摩擦状态。因此，即使电源电压或环境温度等发生变化，也能够将所传递的扭矩限制在规定范围内，防止树脂性齿轮等的破损。
另外，在例如手或物品被门夹住的情况下，即使因电源电压或环境温度等导致励磁电流增大，由于吸引力的饱和倾向显著，因此也能够防止因过剩的扭矩传递而引发事故。
这里所说的“大致相等”指的是，进行比较的2个面积的值处在相对于这2个面积的中间值±25％的范围内，进而，优选是使吸引面的面积处在相对于圆周面的面积的±25％的范围内。另外，“大致同时”指的是，吸引力成为过剩的供给电压值的±10％的电压变化所需的时间以内。此外，所选择的圆周面和吸引面最少各有一处，其数目优选是多个。
第二发明其特征在于，在第一发明中，上述圆周面是在上述电枢和上述转子中在对置的上述狭缝的旋转轴一侧的旋转轴侧壁面的位置处在圆周方向上切下的圆周面。
在第二发明中，当电枢和转子的厚度为恒定的情况下，在狭缝的旋转轴一侧的侧壁面的位置处在圆周方向上切下的圆周面成为与该狭缝对置的电枢和转子的部分中磁通穿过的最小面积。通过将该圆周面的面积和吸引面的面积设置为大致相等，该圆周面和吸引面就会大致同时发生磁通饱和。因此，能够有效地获得使吸引力提前达到饱和状态、将所传递的扭矩限制在规定范围内的作用。
第三发明其特征在于，在第一发明中，上述吸引面设置有2个以上。
在第三发明中，当吸引面的数量增加时，由于磁通在电枢/转子之间迂回的次数增加，所以即使在电源电压或环境温度导致励磁电流减小的情况下，也能够维持最低限度的吸引力。进而，通过将这多个吸引面的面积组合，由于在磁路中达到无偏磁的磁饱和，所以能够有效地抑制过剩扭矩的传递。
第四发明其特征在于，在第一发明中，在吸引时，上述圆周面和上述吸引面在励磁电流达到规定值的阶段大致同时表现出磁饱和。
根据第四发明，由于在吸引时，在圆周面和吸引面中大致同时表现出磁饱和，所以吸引力的增大倾向饱和，能够将所传递的扭矩限制在规定范围内。
第五发明其特征在于，在第一发明中，具备：存放电磁线圈的定子磁轭(stator yoke)；以及设置在上述转子上并覆盖上述定子磁轭外周的外周壁，在上述外周壁上由与旋转轴垂直的面切出的圆环部分的面积与上述圆周面和上述吸引面的面积大致相等。
在第五发明中，使在转子的外周壁上由与旋转轴垂直的面切出的圆环部分的面积与其他吸引面或圆周面的面积大致一致。在这种方式下，位于最外侧的狭缝的外径受到冲压加工或锻造加工工序的限制，即使在不能使该狭缝的外侧的吸引面的面积与其他圆周面或吸引面的面积大致相等的情况下，也能够有效地发挥磁饱和的功能。另外，由于磁饱和处进一步增加，能够更显著地获得所传递的扭矩相对于励磁电流的增加而饱和的倾向。
第六发明其特征在于，在第一发明中，具备存放电磁线圈的定子磁轭，在构成上述定子磁轭的外周壁上由与旋转轴垂直的面切出的圆环部分的面积与上述圆周面和上述吸引面的面积大致相等。
在第六发明中，使在定子磁轭的外周壁上由与旋转轴垂直的面切出的圆环部分的面积与其他吸引面或圆周面的面积大致一致。在这种方式下，位于最外侧的狭缝的外径受到冲压加工或锻造加工工序的限制，即使在不能使该狭缝的外侧的吸引面变小的情况下，也有助于有效地发生磁饱和效果。另外，由于磁饱和处进一步增加，所以能够更显著地获得所传递的扭矩相对于励磁电流的增加而饱和的倾向。
第七发明是一种具备以下特征的电磁离合器，具备：电枢；吸引上述电枢的转子；在上述电枢和上述转子中在圆周方向上环绕的多个狭缝；以及在上述电枢和上述转子对置的部分形成的具有圆环形状的多个吸引面，上述吸引面的至少一个和下述这样的圆周面在吸引时在励磁电流达到规定值的阶段大致同时表现出磁饱和，该圆周面是在与上述多个狭缝的至少一个对置的上述电枢或上述转子的部分中在圆周方向上切下的圆周面。
根据第七发明，在吸引时励磁电流达到规定值的阶段，圆周面和吸引面大致同时表现出磁饱和，因此吸引力的增大倾向也达到饱和状态。因此，传递到转子的过剩扭矩不会被传递到电枢，能够将扭矩限制在规定范围内。
第八发明其特征在于，在第一发明或第七发明中，具备用于产生上述吸引的力的电磁线圈，上述转子由电动机驱动，上述电动机和上述电磁线圈通过从公共的电池直接供给电压从而进行驱动。
根据第八发明，由于电动机和电磁线圈不经稳定化电路而由公共的电池直接供给电压，所以当因某种原因而导致电源的电压升高时，电动机的驱动扭矩增加，并且电磁离合器的励磁电流也增加。由于在励磁电流达到某种程度的阶段，吸引力达到饱和状态，所以变为转子的扭矩难以传递到电枢的状态。即，电磁离合器作为扭矩限制器发挥功能，防止了伴随着电源电压的上升的过剩扭矩传递。由此，能够防止树脂性的齿轮部件的破损等。
第九发明其特征在于在第一发明或第七发明中，具备存放电磁线圈的定子磁轭，至少上述电枢、上述转子和上述定子磁轭形成磁路，上述圆周面和上述吸引面是上述磁路中的最小的面积。
根据第九发明，在使供给到电磁线圈中的电流值增加的情况下，能够使所产生的磁饱和在上述圆周面和吸引面上最初出现。即，在电磁线圈产生的磁力逐渐增强的阶段，能够使最初的磁饱和在磁路的多个部分大致同时产生。因此，能够更明确地获得吸引力的饱和倾向。
根据本发明的电磁离合器，能够实现磁路的高效化，并且能够减少磁饱和的磁偏，将所传递的扭矩限制在规定范围内。因此，能够防止树脂性齿轮等强度弱的部件发生破坏或者滑动门较强地夹到手或物品等事故。
附图说明
图1是表示涉及第一实施方式的电磁离合器的一个实例的截面图。
图2是涉及第一实施方式的电磁离合器的分解截面图。
图3A是电枢的俯视图和截面图，图3B是转子的俯视图和截面图。
图4是涉及第一实施方式的电枢和转子的结合部的放大截面图。
图5是用于说明圆周面的面积的电枢或转子的立体图。
图6是用于说明吸引面的面积的电枢和转子的俯视图和截面图。
图7是表示吸引力和励磁电流的关系的图表。
图8是表示使用了涉及第一实施方式的电磁离合器的系统的一个实例的框图。
图9是表示涉及第二实施方式的电磁离合器的一个实例的放大截面图。
图10是表示涉及第三实施方式的电磁离合器的一个实例的放大截面图。
图11是表示涉及第四实施方式的电磁离合器的一个实例的放大截面图。
图12是表示涉及第五实施方式的电磁离合器的一个实例的放大截面图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
1.第一实施方式
(第一实施方式的结构)
图1是表示涉及第一实施方式的电磁离合器的一个实例的截面图。图2是涉及第一实施方式的电磁离合器的分解截面图。图3A是电枢的俯视图和截面图。图3B是转子的俯视图和截面图。
图1和图2中表示出电磁离合器1。电磁离合器1具备第一动力传递装置100、第二动力传递装置200和磁通发生装置300。第一动力传递装置100、第二动力传递装置200和磁通发生装置300配置在同心轴上，第一动力传递装置100、第二动力传递装置200可以以轴O为中心旋转。电磁离合器1中，第一动力传递装置100通过磁通发生装置300的作用而被吸引到第二动力传递装置200，将第二动力传递装置200的扭矩传递到第一动力传递装置100。
第一动力传递装置100配置在第二动力传递装置200的上方，具备：轴110、C环120、固定部件130、铆钉131、板簧140、电枢150和垫片160。第一动力传递装置100是用于将第二动力传递装置200的扭矩传递到外部的驱动系统的装置。
轴110是棒状的圆柱部件。轴110的大致中央的卡止部(locking part)111在轴O方向上对固定部件130进行卡止，保持与第二动力传递装置200的距离。另一方面，在轴110的下端的槽中嵌入C环120。C环120在轴O方向上对第二动力传递装置200和磁通发生装置300进行卡止。轴110作为第一动力传递装置100和第二动力传递装置200旋转的中心轴起作用。
固定部件130是在半径方向上切下的截面呈大致L字形的圆筒部件，固定在轴110的卡止部111的上方。固定部件130将板簧140和电枢150以在旋转方向上的不能产生相对位移的方式固定在轴110上。
板簧140是比固定部件130薄而半径大、中央形成了开口部的圆板状弹性部件。板簧140通过铆钉(rivet)131固定在固定部件130的下表面。板簧140通过其弹力将被吸引的第一动力传递装置100在轴O方向上分开。
电枢150由中央形成了开口部的圆板状的铁等磁性材料形成。电枢150固定在板簧140的下表面，通过铆钉151增强其固定。电枢150被第二电力传递装置200吸引，将扭矩传递到轴110。
电枢150通过在圆周方向上环绕的狭缝S3分离为内侧圆筒体152和外侧圆筒体153。内侧圆筒体152和外侧圆筒体153通过3处连接部154连接起来。即，狭缝S3被3处连接部154分割为3份。内侧圆筒体152和外侧圆筒体153的下表面被第二动力传递装置200的上表面吸引。
第二动力传递装置200配置在第一动力传递装置100和磁通发生装置300之间，具备轴承210、转子220和涡轮(worm wheel)230。第二动力传递装置200借助于省略图示的电动机等扭矩发生源，以轴O为中心旋转。
轴承210设置在轴110的外侧。轴承210使轴110和转子220的旋转变得流畅，减少因摩擦而导致的能量损失和发热。
转子220是在中央形成了开口部、沿半径方向切下的截面中呈大致倒U字形的圆板体，由与电枢150的磁导率(magnetic permeability)相同的磁性材料形成。转子220在其外侧连接着涡轮230。转子220通过涡轮230的旋转而以旋转轴O为中心旋转。
转子220由在圆周方向上环绕的内侧狭缝S1和外侧狭缝S2分离为内侧圆筒体221、中侧圆筒体222和外侧圆筒体223。内侧圆筒体221和中侧圆筒体222通过3处连接部224连接起来。中侧圆筒体222和外侧圆筒体223通过3处连接部225连接起来。即，狭缝S1由连接部224分割为3份，狭缝S2由连接部225分割为3份。连接部224连接着转子220的内侧圆筒体221和中侧圆筒体222，连接部225连接着转子220的中侧圆筒体222和外侧圆筒体223。内侧圆筒体221、中侧圆筒体222和外侧圆筒体223的上表面吸引电枢150的内侧圆筒体152和外侧圆筒体153的下表面。
电枢150的狭缝和转子220的狭缝在半径方向上设置在互不相同的位置。即，从旋转轴O一侧开始按顺序排列着转子220的狭缝S1、电枢150的狭缝S3和转子220的狭缝S2。另外，在半径方向上相邻的狭缝隔开规定距离。利用这种构造，电枢150一侧的内侧圆筒体152和外侧圆筒体153、转子220一侧的内侧圆筒体221、中侧圆筒体222和外侧圆筒体223相互对置的部分成为吸引面。这些吸引面形成有：在比狭缝S1更靠近旋转轴O一侧的吸引面、位于狭缝S1和狭缝S3之间的吸引面、位于狭缝S3和狭缝S2之间的吸引面、比狭缝S2更靠近外侧的吸引面这4处。
这4处吸引面呈现出分别具有规定内径和外径的圆环形状。这4处吸引面在电枢150中在其内侧圆筒体152上形成有2处，在外侧圆筒体153上形成有2处。另外，这4处吸引面在转子220中在其内侧圆筒体221上形成有1处，在中侧圆筒体222上形成有2处，在外侧圆筒体223上形成有1处。而且，在内侧圆筒体221上形成的吸引面高度比在中侧圆筒体222上形成的吸引面低，是与电枢150的下表面距离最远的吸引面。中侧圆筒体222上形成的吸引面高度比在外侧圆筒体223上形成的吸引面低。即，4处吸引面之中形成在外侧圆筒体223上的吸引面位于最靠近电枢150下表面的位置，与电枢的接触是通过该吸引面实现的。
涡轮230是圆筒状的齿轮，设置在转子220的外周壁。涡轮230的齿轮与省略图示的蜗杆(worm)啮合。蜗杆的驱动轴与电动机等扭矩发生源相连接。涡轮230将扭矩发生源的扭矩传递到转子220，使其旋转。
磁通发生装置300配置在第二动力传递装置200的下方，并具备壳体310、定子磁轭320、磁通发生部330和轴承340。磁通发生装置300是这样一种装置，通过使磁通发生部330产生磁通，从而将第一动力传递装置100的电枢150吸引到第二动力传递装置200的转子220。这里，在轴承210和轴承340的2个轴承的内环之间设置有垫片160，确保它们之间的间隔，从而使这2个轴承的外环能够相对旋转。
壳体310具备圆板部件311和圆筒部件312，利用与电枢150和转子220磁导率相同的磁性材料形成。壳体310是以在圆板部件311的中央形成有开口部、圆筒部件312被压接到该圆板部件311的开口部中的状态形成的。即，壳体310形成为在半径方向上截面呈大致L字形。壳体310作为基座支承着电磁离合器1，并存放定子磁轭320。
定子磁轭320形成为中央形成了开口部的大致圆筒状，而且在半径方向上截面呈大致U字形。定子磁轭320设置在圆板部件311的上方而且是圆筒部件312的外侧，通过固定部件313固定到圆板部件311上。另外，定子磁轭320由与电枢150、转子220和壳体310磁导率相同的磁性材料形成。定子磁轭320在其内部存放磁通发生部330。
磁通发生部330具备电磁线圈331、绕线管(bobbin)332和线圈引线333。绕线管332呈现为中央形成了开口部的大致圆筒状，而且在半径方向上截面呈大致コ字形，位于定子磁轭320内。电磁线圈331以在圆周方向卷绕在绕线管332上的状态固定。电磁线圈331经由线圈引线333通电，产生磁通。通过该磁通的产生，转子220吸引电枢150，该吸引力依赖于流入电磁线圈331中的电流，该电流随着电池的电压和环境温度而变动。
例如，当电池的电压升高时，流到电磁线圈331中的电流增大，转子220吸引电枢150的吸引力增大。另外，当环境温度升高时，由于电磁线圈331的绕线的电阻增大，所以电流变小，转子220吸引电枢150的吸引力下降。
另外，磁通发生部330形成了因对电磁线圈331的通电而产生的磁通的磁通通道(磁路)X。如图1所示，该磁路X是由电枢150、转子220和壳体310形成的。特别地，在电枢150和转子220中，磁路X在电枢150和转子220之间来回折返。之所以出现这种磁路X的来回，是因为磁通被电枢150的狭缝S3、转子220的狭缝S1和狭缝S2遮断。
即，如图1所示，磁路X在转子220的径向上有狭缝S1和狭缝S2的位置迂回绕过狭缝S1和狭缝S2而穿过电枢150的内侧圆筒体152和外侧圆筒体153。另外，如图1所示，磁路X在电枢150的径向上有狭缝S3的位置迂回绕过狭缝S3而穿过转子220的中侧圆筒体222。
这样，由于磁通从转子220到电枢150、从电枢150到转子220，以这样的方式在转子220和电枢150之间弯曲穿过，所以吸引力在转子220和电枢150之间增强。因此，当对电磁线圈331通电时，电枢150受到转子220吸引，板簧140弯向转子220一侧，比电枢150的外侧圆筒体220的狭缝2更外侧的部分接触到转子220。其结果是，电枢150和转子220因摩擦结合而一起旋转，传递到转子220的扭矩被传递到电枢150。
轴承340设置在圆筒部件312的内侧，使轴110的旋转变得流畅，减少因摩擦而导致的能量损失和发热。
以上说明的电枢150、转子220、定子磁轭320和壳体310构成了磁路。
(第一实施方式的电磁离合器的特征)
这里，使用图4～7说明第一实施方式的电磁离合器的特征性结构。图4是涉及第一实施方式的电枢和转子的结合部的放大截面图。图5是用于说明圆周面的面积的电枢或转子的立体图。图6是用于说明吸引面的面积的电枢和转子的俯视图和截面图。图7是表示吸引力和励磁电流的关系的图表。
首先，涉及第一实施方式的电磁离合器中，将在与狭缝对置的电枢和转子的部分上在圆周方向上切下的圆周面的面积、与由该狭缝在半径方向上分开的电枢和转子的圆环形状的吸引面的面积设定为相等。
换言之，在半径方向上贯穿电枢和转子的磁通的截面面积(磁路X的截面面积)、与在圆环形状的部分贯穿电枢和转子之间的磁通的截面面积相等。通过使该圆周面的面积与吸引面的面积相等，达到无偏磁的磁饱和。图4表示该圆周面的一个实例。
圆周面A是在与狭缝S1对置的电枢150的内侧圆筒体152中沿圆周方向在狭缝S1的旋转轴O一侧的壁面位置切下的圆周的侧面。圆周面B是在与狭缝S3对置的转子220的中侧圆筒体222中沿圆周方向在狭缝S3的旋转轴O一侧的壁面位置切下的圆周的侧面。吸引面C是狭缝S1和狭缝S3之间的吸引面。吸引面D是狭缝S3和狭缝S2之间的吸引面。
涉及第一实施方式的电磁离合器1的结构为：当将圆周面A、圆周面B、吸引面C、吸引面D的面积分别表示为SA、SB、SC、SD时，则其满足以下算式1。
[算式1]
SA＝SB＝SC＝SD
优选该圆周面和吸引面的面积应尽力高精度地相等，而当考虑电枢和转子的材料特性、制造公差时，则最大也应控制在相对于中间值的±25％的范围内，优选是在相对于中间值的±15％的范围内，更优选是在相对于中间值的±10％的范围内。另外，由于存在着钢板的可获得性的问题，在最初决定所使用的钢板的厚度的情况下，圆周面的面积(S1)和吸引面(S2)的面积的比率设定在以下的算式2的范围内，优选是算式3的范围内，更优选是算式4的范围内。
[算式2]
0.75≤S2/S1≤1.25
[算式3]
0.85≤S2/S1≤1.15
[算式4]
0.9≤S2/S1≤1.1
然而，圆周面的面积S根据如以图5为代表所示的半径R和高度D表示为以下算式5。
[算式5]
S＝2πRD
因此，如图6所示，如果将半径表示为R1、电枢150的厚度表示为T1，则圆周面A的面积SA表示为以下算式6。
[算式6]
SA＝2πR1T1
同样地，如图6所示，如果将半径表示为R3、转子220的厚度表示为T2，则圆周面B的面积SB表示为以下算式7。
[算式7]
SB＝2πR3T2
另外，如图6所示，吸引面C的面积SC等于从半径为R3的圆的面积中减去半径为R2的圆的面积，因此可以表示为以下算式8。
[算式8]
SC＝π(R32-R22)
同样地，如图6所示，吸引面D的面积SD等于从半径为R5的圆的面积中减去半径为R4的面积，因此可以表示为以下算式9。
[算式9]
SD＝π(R52-R42)
进而，在定子磁轭的外周壁上沿旋转方向切下的圆环部分的面积SE也可以与圆周面的面积和吸引面的面积相等。即，成为以下的算式10。
[算式10]
SA＝SB＝SC＝SD＝SE
图4表示该圆环部分的一个实例。该圆环部分E的面积SE等于从半径为R8的圆的面积中减去半径为R7的面积，因此可以表示为以下算式11。
[算式11]
SE＝π(R82-R72)
而且，上述圆周面A和圆周面B是在该狭缝的旋转轴一侧的壁面位置在圆周方向上切下的圆周的侧面。当电枢和转子的厚度在半径方向上相同的情况下，该狭缝的旋转轴一侧的壁面的位置为磁通穿过的最小面积。通过使该圆周面的面积和吸引面的面积相等，圆周面和吸引面上同时开始磁饱和。
另外，圆环部分E是构成磁路的一部分，位于比最远离旋转轴的狭缝S2更外周的部分中，是磁通穿过的最小面积。
换言之，这些圆周面A、圆周面B、吸引面C、吸引面D和圆环部分E是各部分中磁通穿过的最小面积。即，在图6中半径小于R2的磁路中，圆周面A是磁通穿过的最小面积。另外，在半径大于等于R2小于R3的磁路中，吸引面C是磁通穿过的最小面积。另外，在半径大于等于R3小于R4的磁路中，圆周面B是磁通穿过的最小面积。另外，在半径大于等于R4小于R5的磁路中，吸引面D是磁通穿过的最小面积。另外，在半径大于等于R5的磁路中，圆环部分E是磁通穿过的最小面积。即，在磁路X上磁通穿过的面积之中，圆周面A、圆周面B、吸引面C、吸引面D和圆环部分E的面积是最小面积。
根据电磁学，电磁离合器的吸引力与吸引面上的磁通密度的平方和吸引面的面积之积成比例。进而，磁通密度主要是由励磁电流、磁路的材料特性和磁通穿过的最小面积决定。利用上述结构，由于使用相同的磁路构成材料，并使圆周面A、圆周面B、吸引面C、吸引面D和圆环部分E的面积相等，所以当励磁电流增加时，在这些部分同时发生磁饱和。另外，由于磁饱和处多，所以吸引力的饱和倾向显著，吸引力不会单纯随着励磁电流的增加而持续增加。即，当励磁电流超过某一水平后，电磁离合器所传递的扭矩趋于饱和。
图7是表示该吸引力的饱和倾向的图表。图7中表示出流到电磁线圈331中的励磁电流与在电枢150和转子220之间起作用的吸引力的关系。图中的■所示的本发明利用例将电磁离合器1中各常数设定为以下算式12的关系。
[算式12]
SB=32SA,]]>SC＝SA，SD＝3SA，SE＝2SA
另一方面，▲所示的比较例将电磁离合器1中各常数设定为以下算式13的关系。
[算式13]
SB=43SA,]]>SC=32SA,]]>SD＝3SA，SE＝2SA
本发明利用例和比较例中都是SA是各面积中最小的，SD和SE相对于SA的相对面积在两个实例中是共通的。在本发明利用例中，对于SC设定为与SA相等的面积，而在比较例中则将SC设定为比SA大1.5倍。另一方面，关于SB，在本发明利用例中设定为SA的1.5倍的面积，而在比较例中则设定为约1.333SA，在比较例中的面积反而小。
如图7的图表所示，在本发明利用例中，吸引力的饱和倾向显著。即，明确地表现出从某个阶段开始吸引力的增加相对于励磁电流的增加变得缓慢的倾向。推测认为，这是由于在磁路为最小截面的2处，面积设定为相等，所以磁饱和在这2处同时产生，磁饱和的影响明确地表现在吸引力的饱和倾向上。另一方面，在比较例的情况下，吸引力的饱和倾向不是那样明确。推测认为，这是因为伴随着励磁电流的增加，磁饱和在磁路的各处分级发生。这样，虽然比较例中存在比本发明利用例面积更小的部分，但本发明利用例却明确地表现出吸引力的饱和倾向，由此可知，增加磁路X上最小面积处、同时发生磁饱和的做法对于吸引力的饱和非常有效。
由此可推断，虽然本发明利用例只是2处的面积相等，但通过进一步增加面积相等的部分，能够使吸引力的饱和倾向变得更显著。
例如，在涉及第一实施方式的电磁离合器1的情况下，因为在5处同时发生磁饱和，所以能够使传递扭矩相对于励磁电流的饱和倾向变得更显著。即，能够显著地获得在励磁电流增大时对过大的扭矩传递的抑制效果。
再有，如图7的比较例所示那样没有在多处同时发生磁饱和的情况下，即因地点而偏磁饱和的情况下，对于随着电源电压的增大而产生的过大扭矩的传递抑制效果变得不明显。即，作为扭矩限制器的功能变得不充分。
再有，算式10所表示的面积的具体设定方法可以是，首先设定与传递扭矩的上限值相对应的励磁电流值，设定面积使得吸引力的增加倾向达到饱和状态的方法。该操作也可以通过解析方式求取，适当做法是通过计算机模拟和实验来求取。
另外，在一般的电磁离合器的设计手法中，因为根据电枢150和转子220所需要的强度、刚性和价格的观点来选择所使用的钢板，所以最先决定电枢150和转子220的厚度。在这种情况下，先决定SA和SB的尺寸(先决定所使用的钢板的厚度)，然后相应地决定SC和SD的面积。在这种情况下，通过计算机模拟或实验确认是否获得了本发明的效果，如果其效果不充分，可以重新考虑下次使用的钢板的厚度。
另外，也可以将半径R1以内的磁路中磁通穿过的最小面积也设定为与圆周面、吸引面和圆环部分相等。在这种情况下，能够进一步获得吸引力的饱和倾向。这种半径R1以内的磁路中磁通穿过的最小面积有：电枢150的内侧圆筒体152的旋转轴一侧的吸引面、转子220的内侧圆筒体221的吸引面、壳体310中沿旋转方向切下的圆环部分、定子磁轭320的内周壁上沿旋转方向切下的圆环部分等的面积。
另外，在无法形成多个狭缝的情况下，也可以采用转子具备至少一个狭缝的结构。在这种情况下，与狭缝对置的电枢的部分的圆周方向上切下的圆周面的面积和由狭缝在半径方向上隔开的转子的具有圆环形状的吸引面的面积设定为相等。由此，即使在无法形成多个狭缝的情况下，也能够达到无偏磁的磁饱和，显著地获得吸引力的饱和倾向。
(第一实施方式的工作)
接着说明具有上述这样的结构的电磁离合器1的扭矩传递工作的一个实例。图8是表示使用了涉及第一实施方式的电磁离合器的系统的一个实例的框图。下面使用图1和图8进行说明。
在图8所示的系统中，电动机20和电磁离合器1以电池电源10为电源工作。滑动门30的开关由电动机20驱动，从电动机20对滑动门30的驱动扭矩的传递/不传递的控制由电磁离合器1实施。
电池电源10是不具备电压的稳定化电路的直流电压的电源，在例如9V到16V的范围内变动。电池电源10通过线圈引线333向磁通发生部330供给励磁电流，并且也向电动机20供给驱动电流。电动机20通过未图示的蜗杆和涡轮320使转子220旋转。滑动门30连接到与电枢150一起旋转的轴110。这里，电池电源10和磁通发生部330之间、以及电池电源10和电动机20之间没有插入会导致成本增加的稳定化电路，而是直接连接，因此，来自电池的输出电压的变动直接成为供给到磁通发生部330和电动机20的电压的变动。
首先，电动机20产生的扭矩经由蜗轮蜗杆传递到转子220。这时，旋转速度下降，扭矩增大。而且，无论电磁线圈331是否通电，转子220都以轴O为中心旋转。
这时，因为电磁线圈331中没有通电，所以电枢150和转子220之间存在间隙，传递到转子220的扭矩不传递到电枢150。因此，轴110也不旋转，电动机20产生的扭矩不会传递到滑动门30。
当对电磁线圈331中通电时，形成了磁路X。因此，转子220和电枢150之间产生吸引力，电枢150和转子220之间的间隙闭塞。然后，在转子220正在旋转的状态下，电枢150和转子220通过摩擦相结合，转子220的旋转传递到电枢150，电枢150旋转。因此，轴110也借助于电枢150的旋转而旋转，扭矩被传递到滑动门30。
另外，当从电磁线圈331处于通电状态停止对电磁线圈331的电流供给时，电枢150和转子220的吸引力减弱，电枢150借助于板簧140的弹力在轴O方向上与转子220分离。当电枢150分离时，由于电枢150和转子220之间存在间隙，所以传递到转子220的扭矩不再传递到电枢150。按照这种方式，电磁离合器1进行将电动机20所产生的扭矩对滑动门30的传递/切断工作。
这时，当电池电源10的电压高于既定值时，供给到电动机20的电流增加，驱动扭矩与此成比例地增加。另外，由于流到磁通发生部330中的励磁电流也增加，所以穿过磁路X的磁通增加，磁通密度增加。因此，摩擦结合的电枢150和转子220的吸引力也增大。但是，在达到规定的励磁电流值时，由于作为磁路X的最小面积的圆周面A、圆周面B、吸引面C、吸引面D和圆环部分E同时开始磁饱和，所以与励磁电流的增加和转子220的扭矩的增加相比，吸引力的增加量减少。因此，电枢150和转子220变为带有滑动的摩擦状态，转子220的扭矩不再传递到滑动门30。
接着说明手或物体被滑动门30夹住时电磁离合器1的工作的一个实例。按下关闭按钮后，电磁离合器1和电动机20中被供给电流，滑动门30开始关闭工作。在其工作过程中，如果滑动门30夹到了手或物品，就会有与电枢150的旋转方向相反的扭矩施加到电枢150上。此时，在电池电源10的电压低的情况下，流到电磁线圈331中的电流不太大，电枢150和转子220之间的吸引力也不大，因此，无法反抗上述方向相反的扭矩而保持结合，成为打滑的摩擦状态。因此，与规定的安全装置的作用相结合，防止了事故的发生。
另一方面，如果由于某种原因而导致电池电源10的电压升高时，则相应地流到电磁线圈331中的电流增加，如果不发生磁饱和，电枢150和转子220之间的吸引力也会增大。因此，由于电动机20就会反抗上述逆向扭矩而试图强行旋转电枢150，所以只要另外设置的安全装置不启动，就有引发事故的危险。但是，借助于本发明，当电池电源10的电压在某种程度上升高时，由于电磁离合器1就开始磁饱和，所以电枢150和转子220之间的吸引力表现出饱和倾向，成为与电压低的情况下同样的打滑的摩擦状态。在这种情况下，由于扭矩不会被完全传递，被滑动门夹住的手或物品上施加了过大的力的状态得以缓和。另外，除了能够防止手或物品被夹住之外，也能够防止用于滑动门30的驱动的树脂性齿轮的破损。因此，能够减轻电磁离合器以外的扭矩限制器式安全装置的负担。因此，就可以在降低成本的同时防止发生事故和部件破损。
再有，这里示例说明了以电池为电源对门进行驱动的系统，但这只是一个应用实例，本发明的电磁离合器并不限于在这种系统中的应用。
2.第二实施方式
(第二实施方式的结构和特征)
图9是表示涉及第二实施方式的电磁离合器的一个实例的截面图。下面针对与第一实施方式不同的结构和特征进行说明。图9表示了电磁离合器2。
电磁离合器2的转子520设置了外周壁，其外周壁以覆盖着电磁线圈631和壳体610的外周的方式而形成。另外，该外周壁位于比距离旋转轴O最远的狭缝S5更靠近外周的位置，被在旋转方向切下的圆环部分是圆环部分J。该圆环部分J的面积设定为与圆周面F、圆周面G、吸引面H、吸引面I的面积相等。另外，如上述的算式2～4所示，使面积在规定的范围内相配合。
即，在位于比最远离旋转轴的狭缝S5更外侧的磁路中，圆环部分J是磁通穿过的最小面积。由此，圆周面F、圆周面G、吸引面H、吸引面I和圆环部分J同时发生磁饱和，能够将吸引力限制为规定值。
3.第三实施方式
(第三实施方式的结构和特征)
图10是表示涉及第三实施方式的电磁离合器的一个实例的放大截面图。下面针对与第一实施方式不同的结构和特征进行说明。图10表示了电磁离合器3。
电磁离合器3形成为将电枢750和转子820的狭缝数分别增加一个的结构。利用这种结构，在低电流状态下也能够产生最低限度的吸引力，而且能够有效地获得相对于高电流的吸引力的饱和倾向。
电枢750具备在圆周方向上旋转的狭缝S10和狭缝S11。另一方面，转子820具备在圆周方向上环绕的狭缝S7、狭缝S8和狭缝S9。
电枢750的狭缝和转子820的狭缝在半径方向上设置在互不相同的位置。即，从旋转轴一侧按顺序排列着转子820的狭缝S7、电枢750的狭缝S10、转子820的狭缝S8、电枢750的狭缝S11和转子820的狭缝S9。另外，在半径方向上相邻的狭缝隔着规定距离在电枢750和转子820上形成了吸引面M、吸引面N、吸引面O、吸引面P、吸引面Q。
另一方面，在电枢750中，在半径方向上磁通穿过的最小面积为圆周面K，在转子820中，在半径方向上磁通穿过的最小面积为圆周面L。而且，圆周面K、圆周面L、吸引面M、吸引面N、吸引面O、吸引面P和吸引面Q的面积相等。另外，如上述的算式2～4所示，使面积在规定的范围内相配合。
在励磁电流过大的情况下，这些圆周面K、圆周面L、吸引面M、吸引面N、吸引面O、吸引面P和吸引面Q同时发生磁饱和，传递到电枢750的扭矩被限制在规定范围内。另外，在励磁电流小的情况下，由于磁通迂回处变多，因此能够保持最低限度的吸引力。此外，在不需要很大的吸引力的情况下，也可以减少狭缝的数量。
4.第四实施方式
(第四实施方式的结构和特征)
图11是表示涉及第四实施方式的电磁离合器的一个实例的放大截面图。下面针对与第一实施方式不同的结构和特征进行说明。图11表示了电磁离合器4。
涉及第四实施方式的电磁离合器4将与各狭缝对置的电枢和转子的部分在圆周方向上切下的圆周面全部设置为相等。
电枢950具备在圆周方向上环绕的狭缝S15和狭缝S16。另外，电枢950从旋转轴一侧开始沿半径方向分级式变薄而形成。即，在最靠近旋转轴一侧的狭缝S15的位置变薄一级厚度，继而在远离旋转轴的狭缝S16的位置进一步变薄一级厚度。
板簧940与电枢950同样地分级式变薄而形成。板簧940利用其弹力在未通电时使电枢950从转子1020离开。
另一方面，转子1020在半径方向上与电枢950的狭缝互不相同的位置形成了狭缝S12、狭缝S13和狭缝S14。另外，转子1020按照与电枢950相同的方式，从旋转轴一侧开始沿半径方向分级式变薄而形成。
而且，与各狭缝对置的电枢和转子的部分在圆周方向上切下的圆周面R、圆周面S、圆周面T、圆周面U及圆周面V的面积，和由各狭缝隔开的吸引面W、吸引面τ、吸引面Y、吸引面Z及吸引面Z’的面积相等。另外，如上述的算式2～4所示，使面积在规定的范围内相配合。
即，涉及第四实施方式的电磁离合器4中，通过使电枢和转子的厚度从旋转轴一侧开始沿半径方向分级式变薄，从而增加了发生磁饱和的圆周面和吸引面。再有，也可以使电枢和转子中一方的厚度从旋转轴一侧开始沿半径方向阶段式变薄。
5.第五实施方式
(第五实施方式的结构和特征)
电枢和转子也可以不是分级式变薄，而是逐渐(在半径方向的截面呈锥形)变薄。在这种情况下，也可以使电枢和转子中一方的厚度逐渐(在半径方向的截面呈锥形)变薄。图12是表示使转子一侧的厚度在半径方向上的截面呈锥形的实例的放大截面图。图12中表示了电枢961和转子962。电枢961中形成有狭缝S17，转子962中形成有狭缝S18和S19。狭缝的形状与其他实施方式相同。
电枢961的厚度在其半径方向上设定为恒定，转子962则采用了其厚度随着趋向半径外侧而逐渐变薄的锥形。在该实例中，通过调整电枢961的厚度、狭缝S17的宽度和位置、转子962的锥形的状态、狭缝S18和狭缝S19的宽度和位置，从而使电枢961的圆周面α、吸引面β、转子962的圆周面γ、转子962的圆周面δ和吸引面ε的截面大致相等。特别地，通过将转子962的厚度设定为使其半径方向的截面呈锥形，从而使圆周面γ和圆周面δ的面积相等。这样一来，增加了同时发生磁饱和处，能够更有效地发挥本发明的效果。
接着说明获得转子962这样的锥形形状的方法的一个实例。首先通过冲压拉伸加工得到两面呈圆锥形状的部件。接着，利用车床对单面(吸引面一侧)进行切削，使其变得平坦。这样一来，就能够获得转子962的锥形。这种加工方法比较容易实现，能够以低成本实施。
另外，通过调整转子962截面的锥形在半径方向上的厚度变化、即调整朝着径向外侧变薄的尺寸相对于半径方向上的位置的变化方式，能够使圆周面γ和圆周面δ之间的圆周面的面积全部相等。在这种情况下，发生磁饱和的部分进一步增加，因此能够进一步有效地发挥本发明的效果。另外，在图12中展示了将转子962做成锥形的实例，也可以仅将电枢961做成其厚度在半径方向上的截面呈锥形，或者将转子962和电枢961双方做成厚度在半径方向上的截面呈锥形。另外，在以上结构中，也可以将局部做成锥形。此外，以上所说的锥形并不限于厚度朝着径向外侧呈直线式变化的情形，也包括曲线式变化的形状。
6.第六实施方式
(第六实施方式的结构和特征)
电枢和转子可以使用磁导率不同的材料。另外，也可以按每一个以电枢和转子的狭缝分割而成的圆筒体而改变磁导率。在这种情况下，圆周面和吸引面必须满足以下算式14。
[算式14]
2πRtTtμt＝π(Rs12-Rso2)μs
这里，圆周面相当于算式14的左边，吸引面相当于算式14的右边。另外，Rt是从中心轴到圆周面的半径，Tt是存在圆周面的圆筒体的厚度，μt是存在圆周面的圆筒体的磁导率，Rso是吸引面的内径，Rs1是吸引面的外径，μs是在吸引面上对置的电枢和转子材料的磁导率之中数值较小的一方。
下面说明电枢和转子的磁导率不同的情况下的一个设计实例。这里，在图4所示的结构中，电枢150的磁导率为μ1、转子220的磁导率为μ2，以μ1≠μ2的情形为例进行说明。在这种情况下，如果将图4的A、B、C和D代入“算式14”中，参照图6可得下述“算式15”。
[算式15]
2πR1T1μ1＝π(R32-R22)μx＝2πR3T2μ2＝π(R52-R42)μx
这里，R1、R2、R3、R4和R5分别是图6所示的各狭缝的内侧、外侧半径。T1和T2分别是电枢的厚度和转子的吸引面部分的厚度。μ1和μ2分别是电枢和转子的材料的磁导率，μx是μ1和μ2两者之中数值较小的一方。在这种情况下，通过设定各种参数使其满足“算式15”，就能够获得本发明的效果。
这样的设计是为了使构成磁路的各部分中的最小截面的磁导(permeance)相等。磁导是表示磁路中磁通的通过容易度的量，相当于磁阻的倒数。磁导P与其截面面积S和其材料的磁导率μ之积成比例，与磁路的长度L的倒数成比例。下述算式16表示磁导的计算公式(参照《交流直流磁铁的设计和应用》(Ohmsha出版，石黑敏郎等合著)的第12～13页)。
[算式16]
P＝μS/L
因此，满足算式16也就是使各圆周面、吸引面和圆环部分中的磁通的通过容易度一致。换言之，即使面积不同，通过调整各圆周面、吸引面和圆环部分所使用的材料的磁导率，就可以在多处同时发生磁饱和。即，能够使吸引力的增加倾向饱和，将所传递的扭矩限制在规定范围内。
本发明能够用于将所传递的扭矩限制在规定范围内的电磁离合器。