電磁クラッチ

電磁クラッチは電気的に作動しますが、トルクは機械的に伝達します。そのため、以前は電気機械クラッチと呼ばれていました。長年にわたり、電磁クラッチは電気機械クラッチの対義語として知られ、作動方法と物理的動作の対義語として使われるようになりました。クラッチが普及し始めたのは 60 年以上前ですが、用途やクラッチ設計の多様性は劇的に増加しましたが、基本的な動作は今も変わりません。

片面クラッチは、電磁クラッチの販売全体の約90％を占めています^[要出典]。

電磁クラッチは、その噛み合いを制御するための機械的な連結が不要で、高速かつスムーズな操作が可能なため、遠隔操作に最適です。ただし、クラッチが噛み合うと、電磁アクチュエータ内で活性化エネルギーが熱として放散されるため、過熱するリスクがあります。その結果、クラッチの最大動作温度は、電磁石の絶縁体の温度定格によって制限されます。これが大きな制限です。もう 1 つの欠点は、初期コストが高いことです。

摩擦プレートクラッチは、単一のプレート摩擦面を使用して、クラッチの入力メンバーと出力メンバーを噛み合わせます。

クラッチが作動すると、電磁石に電流が流れ、磁場が発生します。クラッチのローター部分が磁化され、アーマチュアを引き付ける磁気ループが形成されます。アーマチュアはローターに引き寄せられ、接触時に摩擦力が発生します。比較的短時間で、負荷がローターの速度に合わせて加速され、アーマチュアとクラッチの出力ハブが噛み合います。ほとんどの場合、ローターは常に入力とともに回転し続けます。

クラッチから電流が除去されると、アーマチュアはシャフトとともに自由に回転します。ほとんどの設計では、電力が解放されるとスプリングがアーマチュアをローター表面から離して保持し、小さなエアギャップを作ります。

サイクリングは、電磁石を通る電流を遮断することによって実現されます。滑りは通常、加速中にのみ発生します。クラッチが完全に接続されると、クラッチのサイズが適切であると仮定すると、相対的な滑りは発生せず、トルク伝達は 100% 効率的になります。

このタイプのクラッチは、一部の芝刈り機、コピー機、コンベア駆動装置に使用されています。その他の用途としては、包装機械、印刷機械、食品加工機械、工場自動化などがあります。

電磁クラッチを自動車に用いる場合、変速レバー内にクラッチ解除スイッチが設けられていることがある。運転者は変速レバーを握ってスイッチを操作し、電磁石への電流を遮断してクラッチを切る。この機構により、クラッチペダルを踏む必要がなくなる。また、スイッチの代わりにタッチセンサーや近接センサーを用い、レバー付近に手があることを感知して電流を遮断する構成も考えられる。このタイプのクラッチを自動車に用いる利点は、クラッチを作動させるために複雑なリンケージを必要とせず、運転者がクラッチを操作するために要する力が大幅に軽減されることである。これは半自動変速機の一種である。

電磁クラッチはAWDシステムにもよく見られ、個々の車輪や車軸に送られる動力の量を変えるために使用されます。^[1]

ほとんどの自動車のエアコンシステムは、電磁クラッチを使用してオンとオフを切り替えますが、すべてではありません。コンプレッサーを作動させるには、クラッチを作動させます。これにより、エアコンコンプレッサーのシャフト端が、ベルトを介してエンジンのクランクシャフトによって駆動されるプーリーに接続されます。

電磁クラッチは、例えばホーエンツォレルン機関車工場などのディーゼル機関車に使用されています。

はじめに– マルチディスククラッチは、比較的狭いスペースで極めて高いトルクを実現するために使用されます。これらのクラッチは、乾式または湿式 (オイルバス) で使用できます。クラッチをオイルバスで作動させると、放熱能力も大幅に向上するため、マルチスピードギアボックスや工作機械アプリケーションに最適です。

仕組み– マルチディスククラッチは電気作動で動作しますが、トルクは機械的に伝達します。クラッチコイルに電流が流されると、コイルは電磁石となり、磁束線を生成します。これらの磁束線は、フィールドとローターの間の小さな空隙を通して伝達されます。クラッチのローター部分は磁化されて磁気ループを形成し、アーマチュアと摩擦ディスクの両方を引き付けます。アーマチュアの吸引力により摩擦ディスクが圧縮 (圧迫) され、トルクが内側のドライバーから外側のディスクに伝達されます。出力ディスクは、ドライブカップを介してギア、カップリング、またはプーリーに接続されています。クラッチは、入力と出力の RPM が一致するまでスリップします。これは通常、比較的短時間で発生します (0.2 ～ 2 秒)。

クラッチから電流が除去されると、アーマチュアはシャフトとともに自由に回転します。スプリングが摩擦ディスクを互いに離して保持するため、クラッチが作動していないときは接触がなく、最小限の抵抗しか生じません。

はじめに– すべての電磁クラッチのうち、歯付きクラッチは最小の全体サイズで最大のトルクを提供します。トルクが滑りなしで伝達されるため、クラッチは多段印刷機などのタイミングが重要な多段マシンに最適です。正確なタイミングを維持する必要がある場合もあります。そのため、歯付きクラッチは、特定の角度マークでのみ噛み合うようにする単一位置オプションで作成できます。乾式または湿式（オイルバス）アプリケーションで使用できるため、ギアボックスタイプのドライブに最適です。

高速アプリケーションや、クラッチの接続速度が 50 rpm を超えるアプリケーションでは使用しないでください。そうしないと、クラッチを接続しようとしたときにクラッチの歯が損傷する可能性があります。

仕組み– 電磁歯クラッチは電気作動で動作しますが、トルクは機械的に伝達します。クラッチ コイルに電流が流れると、コイルは電磁石となり、磁束線を生成します。この磁束は、次に、フィールドとローターの間の小さな隙間を通って伝達されます。クラッチのローター部分が磁化されて磁気ループを形成し、アーマチュアの歯をローターの歯に引き付けます。ほとんどの場合、ローターは入力 (ドライバー) とともに常に回転しています。クラッチ アーマチュアとローターが噛み合うと、ロックアップは 100% になります。

クラッチ フィールドから電流が除去されると、アーマチュアはシャフトとともに自由に回転します。電力が解放されると、スプリングがアーマチュアをローター表面から離して保持し、小さなエアギャップを作り出して、入力から出力まで完全に切り離します。

はじめに – 磁性粒子クラッチは、幅広い動作トルク範囲が利用できるため、他の電気機械式クラッチとは設計が異なります。標準の片面クラッチと同様に、トルクと電圧の関係はほぼ直線的です。ただし、磁性粒子クラッチでは、トルクを非常に正確に制御できます。このため、これらのユニットは、ワイヤ巻き取り、ホイル、フィルム、テープ張力制御などの張力制御アプリケーションに最適です。応答が速いため、カード リーダー、仕分け機、ラベル付け装置などの高サイクル アプリケーションにも使用できます。

仕組み– 磁性粒子 (鉄粉に非常に似ています) が粉末キャビティ内にあります。コイルに電流が流れると、生成された磁束が粒子を結合しようとします。これは磁性粒子のスラッシュに似ています。電流が増加すると、磁場が構築され、粒子の結合が強化されます。クラッチ ローターは結合した粒子を通過し、回転中に入力と出力の間に抵抗が発生します。出力トルク要件に応じて、出力と入力は 100% の転送でロックされる場合があります。

クラッチから電流が除去されると、入力はシャフトとともにほぼ自由に回転します。磁性粒子はキャビティ内に残るため、すべての磁性粒子クラッチには最小限の抗力があります。

電気ヒステリシス ユニットは、極めて高いトルク範囲を備えています。これらのユニットはリモート制御できるため、さまざまなトルクが必要なテスト アプリケーションに最適です。ドラッグ トルクが最小限であるため、これらのユニットはあらゆる電磁製品の中で最も広いトルク範囲を提供します。電動ヒステリシス ユニットを使用するほとんどのアプリケーションは、テスト スタンド要件です。すべてのトルクは磁気的に伝達されるため接触がなく、トルク伝達コンポーネントのいずれにも摩耗が発生せず、非常に長い寿命が実現します。

電流が流されると、磁束が発生します。これは、磁場のローター部分に伝わります。ヒステリシス ディスクは、ローターに触れることなく物理的に通過します。これらのディスクは、磁束の強さに応じて磁化される能力があります (磁束が除去されると消散します)。つまり、ローターが回転すると、ローターとヒステリシス ディスクの間に磁気抵抗が発生し、回転を引き起こします。ある意味では、ヒステリシス ディスクはローターの後に引っ張られます。必要な出力トルクに応じて、この引っ張りは最終的に入力速度と一致し、100% のロックアップを実現します。

クラッチから電流が除去されると、アーマチュアは自由に回転し、どちらのメンバー間でも相対的な力は伝達されません。したがって、入力と出力の間に見られる唯一のトルクはベアリングの抵抗です。

• 電磁ブレーキ
• 磁気カップリング

W. Pelczewski: SPRZEGLA ELEKTROMAGNETYCZNE (ポーランド語オリジナル版);ドイツ語版: Elektromagnetische Kupplung、Kapitel: Elektromagnetische Induktionskuppling; Vieweg 1971、ISBN 3 528 04906 5 

ウィキメディア・コモンズには、電磁クラッチに関連するメディアがあります。