JP2016118213A

JP2016118213A - 電磁弁

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Publication number: JP2016118213A
Application number: JP2014256435A
Authority: JP
Inventors: 真典梅野; Masanori Umeno; 成敏宮田; Shigetoshi Miyata
Original assignee: Yamada Seisakusho KK
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP6484441B2

Abstract

【課題】冷却系を構成する機器の一体化により、循環路の効率化と、冷却装置全体の省スペース化及び、組み付け工数の省力化を可能とする電磁弁を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の目的は、電動機に隣接した電磁弁であって、磁性を帯びた弁体と、該弁体の付勢手段と、電磁コイルと、流入路と、流出路を有し、前記電磁コイルは、前記電動機のステータコアのティース部を該電動機ロータの回転軸方向に延長して巻き線コアとし、少なくとも、前記付勢手段の付勢力と前記電磁コイルの磁力で前記弁体を移動させることを特徴とする電磁弁によって達成される。【選択図】図１

Description

本発明は自動車のエンジン冷却系における電磁弁に関する。

自動車のエンジン冷却系では、機械式または電動のウォータポンプとサーモスタットやバルブを用いたシステムがある。そして近年のハイブリッド車や、アイドリングストップ車の普及とあいまって、電動式ウォータポンプの需要が増えている。これは、これらの車はエンジンが止まっていてもエンジンや室内を適切な温度に保つ必要があるからである。

特開２０１２−１６７５７３号公報

自動車のエンジンルーム内に冷却系を配置するには、前記ポンプ等の機器を備え付ける土台や、組み付け部品や水路ホースが必要となる。これらの部品や水路ホースは、組み付けスペースのコンパクト化を困難とし、重量の増加や組み付け工数の増大化という課題を有している。

特許文献１には、電磁石と圧縮ばねで、鉄等の磁性体でできた弁体を開閉制御する電磁弁が示されている。これは、エンジン、ラジエータ、ヒータコア等の機器を冷却液の循環路で接続して、車両用の冷却装置を構成したものである。そして、電動ウォータポンプで送り出された前記冷却液が、前記電磁弁で制御されている。ここでも、まとめられる機器はなるべく一体化して、更なる、前記循環路の効率化と、冷却装置全体の省スペース化をすることが課題となっている。

そこで本発明は、冷却系を構成する機器の一体化により、循環路の効率化と、冷却装置全体の省スペース化及び、組み付け工数の省力化を可能とする電磁弁を提供することを目的とする。

本発明の目的は、電動機に隣接した電磁弁であって、磁性を帯びた弁体と、該弁体の付勢手段と、電磁コイルと、流入路と、流出路を有し、前記電磁コイルは、前記電動機のステータコアのティース部を該電動機ロータの回転軸方向に延長して巻き線コアとし、少なくとも、前記付勢手段の付勢力と前記電磁コイルの磁力で前記弁体を移動させることを特徴とする電磁弁によって達成される。

本発明の電磁弁は、電動機と一体化することで、自動車の冷却系装置の部品点数の削減、組み付け工数の削減の効果がある。また、前記部品点数の削減により、前記冷却系装置の軽量化、信頼性の向上、省スペース化の効果がある。また、省スペース化により、前記冷却系装置の循環路の短縮化が可能となり冷却機能の効率化が図れる効果がある。

また、本発明の電磁弁の電磁コイルの磁場の向きと、前記電磁弁に隣接する電動機の駆動磁場とは、直交しているので、お互いの磁場の干渉を最小化する効果がある。

（Ａ）は流路遮断時の、本発明の電磁弁と隣接する電動機の断面図、（Ｂ）はＸ1−Ｘ1矢視による断面図、（Ｃ）はＸ2−Ｘ2矢視による断面図である。（Ａ）は、矢印方向ａに冷却液の圧力が掛かっている場合の本発明の電磁弁における、流路遮断時の断面図、（Ｂ）は流路接続時の断面図である。（Ａ）は、矢印方向ｃに冷却液の圧力が掛かっている場合の本発明の電磁弁における、流路遮断時の断面図、（Ｂ）は流路接続時の断面図である。（Ａ）は、電動機用巻き線３１ａと３１ｂが作る磁場Ｚ１と、電磁弁用巻き線４２の位置関係を示す図、（Ｂ）は、電磁弁用巻き線４２が作る磁場Ｚ２ａとＺ２ｂと、電動機用巻き線３１ａと３１ｂの位置関係を示す図である。

図１に基づいて、本発明の電磁弁の実施の一例を説明する。図１（Ａ）は流路遮断時の、本発明の電磁弁及びこれに隣接する電動機の断面図である。図１（Ｂ）はＸ1−Ｘ1矢視による断面図で、同図（Ｃ）はＸ2−Ｘ2矢視による断面図である。

図１（Ａ）に示すように本発明の電磁弁は電磁弁ハウジング１と電磁コイル４から成る。そして、電磁弁ハウジング１の内部には、流路１１と、流路１２と、電磁弁１３と、弁体軸１３ａと、弁体規制部１３ｂと、付勢ばね１３ｃが構成されている。本発明の電磁弁は、電動機に接近して構成されていて、電磁弁ハウジング１と電動機ハウジング２は接するか、非常に近接して存在してもよいし、一体成形されていてもよい。

前記電動機は電動機ハウジング２と、ロータ２１と、回転軸２２と、ステータコア３を有する。該ステータコア３には、電動機用巻き線３１ａと３１ｂを有する。そして、ステータコア３には、ティース芯部３３とティース部３２が形成されている。電動機用巻き線３１ａと３１ｂは、ティース芯部３３に巻かれている。更に、ティース部３２が回転軸２２の方向に延長されティース延長部３２ａを構成している。ティース延長部３２ａは、電磁コイル４の巻き線コア４１として用いられ、電磁弁用巻き線４２が巻かれている。

ティース延長部３２ａは、図１（Ａ）に示す例では、ステータコア３の外周円筒壁よりも回転軸２２方向に飛び出した部分である。該飛び出し部全体を巻き線コア４１として、電磁弁用巻き線４２を巻いてもよいし、前記飛び出し部の一部を巻き線コア４１として、電磁弁用巻き線４２を巻いてもよい。

弁体１３は例えば永久磁石を含む部材で構成されていて、上下方向に磁場が発生するように、Ｓ極とＮ極に磁化されている。弁体１３は弁体軸１３ａを通じて、弁体規制部１３ｂによって、上下方向のみに動けるように規制されている。弁体１３と弁体規制部１３ｂの間には付勢ばね１３ｃが装着されていて、弁体規制部１３ｂに対して、弁体１３を一方向へ付勢している。

次に図２と図３に基づいて、本発明の電磁弁の動作説明をする。図２は、流路１２に対して、矢印方向ａの向きに、冷却液の圧力が掛かっている場合である。図２（Ａ）においては、弁体１３が流路１２を塞いでいるために、流路１２と流路１１は遮断されている。付勢ばね１３ｃに圧縮ばねを用いた場合は、付勢ばね１３ｃの反発力によって、弁体１３が電磁弁ハウジング１底部に押し付けられて、流路１２を塞いでいる。付勢ばね１３ｃの反発力により、矢印方向ａの液圧に抗して弁体１３が電磁弁ハウジング１底部に押し付けられている。

図２（Ｂ）は、電磁コイル４で上下方向に磁場を発生させて、磁力の反発力によって、弁体１３を上方へ移動させている状態である。このとき、流路１２と流路１１は接続して、流路１２は流入路となり、流路１１は矢印方向ｂへ流出する流出路となる。前記磁力による反発力と矢印方向ａの液圧の和が付勢ばね１３ｃの反発力より大きくなれば、弁体１３が上方へ移動する。

電磁コイル４に流す電流を調整して前記磁力を弱めたり、前記電流を止めて前記磁力を止めたりすることにより、付勢ばね１３ｃの反発力により弁体１３は再び下方へ移動して、流路１２は遮断される。また、矢印方向ａの液圧が強い場合は、付勢ばね１３ｃの反発力を強めるほか、電磁コイル４で弁体１３を引き付ける磁場を発生させて、弁体１３を下方へ移動させるようにしてもよい。

電磁コイル４をＤＵＴＹ制御電流により励磁し、弁体１３に対する反発力若しくは引力を発生させて、流路１２の開口面積を段階的に変化させる構成をとることもできる。

図３は、流路１１に対して、矢印方向ｃの向きに、冷却液の圧力が掛かっている場合である。図３（Ａ）においては、弁体１３が流路１２を塞いでいるために、流路１２と流路１１は遮断されている。付勢ばね１３ｃに圧縮ばねを用いた場合は、付勢ばね１３ｃの反発力によって、弁体１３が電磁弁ハウジング１底部に押し付けられて、流路１２を塞いでいる。付勢ばね１３ｃの反発力と矢印方向ｃの液圧によって弁体１３が電磁弁ハウジング１底部に押し付けられている。

図３（Ｂ）は、電磁コイル４で上下方向に磁場を発生させて、磁力の反発力によって、弁体１３を上方へ移動させている状態である。このとき、流路１２と流路１１は接続して、流路１１は流入路となり、流路１２は矢印方向ｄへの流出路となる。前記磁力による反発力が矢印方向ｃの液圧と付勢ばね１３ｃの反発力の和より大きくなれば、弁体１３が上方へ移動する。電磁コイル４に流す電流を調整して前記磁力を弱めたり、前記電流を止めて前記磁力を止めたりすることにより、付勢ばね１３ｃの反発力により弁体１３は再び下方へ移動して、流路１２は遮断される。

以上の電磁弁の構成により、自動車の冷却系装置の部品点数の削減、組み付け工数の削減の効果がある。また、前記部品点数の削減により、前記冷却系装置の軽量化、信頼性の向上、省スペース化の効果がある。また、省スペース化により、前記冷却系装置の循環路の短縮化が可能となり冷却機能の効率化が図れる効果がある。

本発明の電磁弁は、電磁コイル４と電動機用巻き線３１ａ及び３１ｂが接近している特徴がある。しかし、電磁コイル４と前記電動機用巻き線（３１ａと３１ｂ）の巻き軸の属する面が互いに直交しているので、互いの磁気的な干渉は最小に抑えることができるという効果がある。この理由を、図４を使って説明する。図４（Ａ）は、本発明の電磁弁に係る電磁コイル４の巻き線４２である。また、電動機用巻き線のうち、回転軸２２（図４には表示せず）に対して回転対称の関係にある電動機用巻き線３１ａと３１ｂが示されている。

ここで、磁気的な干渉とは、電動機用の巻き線が作る磁場によって電磁弁用の巻き線に誘導起電力が生じたり、電磁弁用の巻き線が作る磁場によって電動機用の巻き線に誘導起電力が生じたりすることをいう。

図４（Ａ）は、電動機用巻き線３１ａと３１ｂが作る磁場Ｚ１が、電磁弁用巻き線４２に与える影響を示す図である。回転軸に対して回転対称にある巻き線３１ａと３１ｂは同一方向、向きと強さの磁場を発生する。磁場の概略は矢印付の曲線で示している。該矢印は逆向きの場合もある。巻き線４２に誘導起電力を生じさせる磁場は、４２の巻き軸の方向の成分を有する磁場である。しかし、磁場Ｚ１には該方向の成分は少ない。このため、磁場Ｚ１が誘導起電力として、電磁弁用巻き線４２に与える影響は少ない。

電動機の巻き線の中、前記３１ａと３１ｂ以外の巻き線も、電磁弁用巻き線４２と直交しているという点で同様であり、電磁弁用巻き線４２に与える影響は少ない。しかし、磁場Ｚ１にある巻き線４２に電流を流すと、該巻き線４２を回転させようとするローレンツ力が作用するため、これに抗する程度に該巻き線４２は固定されていなければならない。

次に、電磁弁用巻き線４２が作る磁場が電動機用巻き線３１ａと３１ｂに与える影響について説明する。図４（Ｂ）に電磁弁用巻き線４２が作る磁場の概略を磁力線Ｚ２ａとＺ２ｂで示す。矢印がそれぞれ逆の場合もあり得る。これらの磁力線は、電磁弁用巻き線４２の巻き軸に対して、回転対称になる。そうすると、電動機用巻き線３１ａと３１ｂには等しい強さで、同方向逆向きの磁場となる。これらは電動機用巻き線３１ａと３１ｂにたいして、それぞれ逆向きの誘導起電力を発生させる。しかしここで、電動機用巻き線３１ａと３１ｂを短絡しておけば、これらの誘導起電力は相殺される。したがって、電磁弁用巻き線４２が作る磁場が電動機用巻き線に影響を与えなくなる。

以上説明したように、本発明の電磁弁は、電動機用巻き線と接近していながらも、お互いの影響を最小化した配置とする効果がある。この効果により、電磁弁用の電磁コイル４をＤＵＴＹ制御するにも好適な配置といえる。このように、電動機と電磁弁の磁気的な干渉を最小化するには、前記電動機ロータの回転軸の延長直線が、電磁弁の電磁コイル４の巻き線コアを貫く配置であってもよい。

本発明の電磁弁を、例えば、電動ウォータバルブとして用いて、前記電動機を電動ウォータポンプとすれば、本発明の電磁弁とこれに隣接する電動機は、自動車の冷却系に適用することができる。

１…電磁弁ハウジング、１１…流路、１２…流路、１３…弁体、１３ａ…弁体軸、
１３ｂ…弁体規制部、１３ｃ…付勢ばね、２…電動機ハウジング、２１…ロータ、
２２…回転軸、３…ステータコア、３１ａ…電動機用巻き線、３１ｂ…電動機用巻き線、３２…ティース、３２ａ…ティース延長部、３３…ティース芯部、４…電磁コイル、
４１（３２ａ）…巻き線コア、４２…電磁弁用巻き線。

Claims

電動機に隣接した電磁弁であって、磁性を帯びた弁体と、該弁体の付勢手段と、電磁コイルと、流入路と、流出路を有し、前記電磁コイルは、前記電動機のステータコアのティース部を該電動機ロータの回転軸方向に延長して巻き線コアとし、少なくとも、前記付勢手段の付勢力と前記電磁コイルの磁力で前記弁体を移動させることを特徴とする電磁弁。
電動機に隣接した電磁弁であって、磁性を帯びた弁体と、該弁体の付勢手段と、電磁コイルと、流入路と、流出路を有し、前記電動機ロータの回転軸の延長直線は、前記電磁コイルの巻き線コアを貫き、少なくとも、前記付勢手段の付勢力と前記電磁コイルの磁力で前記弁体を移動させることを特徴とする電磁弁。
請求項１又は２において、前記付勢手段は圧縮ばねで構成され、前記磁性を帯びた弁体は磁石を含む部材で構成されていることを特徴とする電磁弁。
請求項１，２又は３のいずれか１項において、前記電動機は電動ウォータポンプを構成し、前記電磁弁は電動ウォータバルブを構成することを特徴とする電磁弁。