JP2019040977A - 電磁コイルユニット、及び、電磁コイルユニットを備えた電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ボビンに巻回されるアルミニウム線同士の電気的短絡の抑制と、電磁コイルの熱放出性を向上させる電磁クラッチを提供するものである。【解決手段】コイルケース３１と、コイルケース３１の内部に収納されると共にコイル用ワイヤ３５が巻回されて形成された電磁コイル３２と、を備える電磁コイルユニット３０であって、コイル用ワイヤ３５はアルミニウム線３５ａで形成され、アルミニウム線３５ａの外周面にはアルマイト層３５ｂが形成されていることを特徴とする電磁コイルユニット。【選択図】図１

Description

電磁クラッチに関し、特に車両のエンジンやモータの動力を車両用空調装置の圧縮機等に断続的に伝達する電磁クラッチに関する発明である。

従来技術として、特許文献１に開示され圧縮機用電磁クラッチが知られている。この圧縮機用電磁クラッチは、例えば、エンジンなどの駆動源の動力によって回転駆動されると共に圧縮機のフロントハウジング先端部に回転可能に取付けられたロータと、このロータに対向して配置されると共に圧縮機の駆動軸に連結されたアーマチュアと、ボビンにコイル用ワイヤとしての銅線が巻回された電磁コイルと、ロータに内蔵されて圧縮機のフロントハウジングに固定されると共に電磁コイルが内部に収納された電磁コイルユニットとを備えて、電磁コイルへの通電によって、電磁コイルユニットが内蔵されたロータとアーマチュアを磁気吸着させて、エンジンなどの駆動源の動力を圧縮機に伝えているが、近年、軽量化とコストダウンのため、ボビンに巻回されたコイル用ワイヤを銅線に代えてアルミニウム線としている。

また、ボビンに巻回されるコイル用ワイヤが銅線の場合、通常、巻回される銅線同士が接触することによる電気的短絡を防ぐため、銅線にエナメル樹脂などの絶縁体を被覆するが、ボビンに巻回されたコイル用ワイヤをアルミニウム線にする場合も銅線の場合と同様に、ボビンに巻回されたアルミニウム線同士が接触することによる電気的短絡を防ぐため、アルミニウム線にエナメル樹脂などの絶縁体を被覆することが特許文献２に開示されている。

そして、電磁コイルはコイルケースの内部に収納されるが、電磁コイルがコイルケース内で動き回らないように固定するため、また、電磁コイルへの通電によって発生した熱を外部に逃がすため、さらに、電磁コイルに水が浸入して錆が発生すること抑制するために、電磁コイルはコイルケース内部に例えばエポキシ樹脂などの高分子樹脂でモールド固定される。

特開２００９−２４３６７８号 特表２０１０−５２６４４８号

このような従来技術の対応は、ボビンに巻回されたアルミニウム線同士の絶縁のために、エナメル樹脂が被覆されたアルミニウム線を用いた電磁コイルユニットを車両用空調装置の圧縮機の電磁クラッチに使用しているが、車両の振動等によって巻回されたアルミニウム線同士が擦れて被覆されたエナメル樹脂が摩耗してしまいアルミニウム線同士が短絡してしまうというおそれがあった。また、被覆されているエナメル樹脂は熱伝達が金属等に比べて低いため、電磁コイルへの通電によって発生したアルミニウム線の熱が十分に外気に逃げないことからアーマチュアの電磁吸着が不十分になってしまうというおそれがあった。

さらに、電磁コイルがコイルケース内部にエポキシ樹脂などの高分子樹脂でモールド固定されている場合、アルミニウム線を被覆しているエナメル樹脂と、電磁コイルを固定するためにコイルケース内部に充填されたエポキシ樹脂とが、直接、接触することとなるが、その場合、エナメル樹脂がエポキシ樹脂によって加水分解を起こして溶解してしまうため、エナメル樹脂の絶縁性能が落ち、アルミニウム線同士の接触によって電気的短絡が発生するというおそれもあった。

本発明はこのような問題点を解決するものであり、ボビンに巻回されるコイル用ワイヤをアルミニウム線として軽量化とコストダウンを図りながら、ボビンに巻回されるアルミニウム線同士の電気的短絡の抑制と、電磁コイルの熱放出性を向上させる電磁クラッチを提供するものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、コイルケースと、前記コイルケースの内部に収納されると共にコイル用ワイヤが巻回されて形成された電磁コイルと、を備える電磁コイルユニットであって、前記コイル用ワイヤはアルミニウム線で形成され、前記アルミニウム線の外周面にはアルマイト層が形成されている電磁コイルユニットである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記電磁コイルは、コイルケースの内部に高分子樹脂によってモールディングされている電磁コイルユニットである。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記アルミニウム線の外周面に形成されたアルマイト層におけるコイル用ワイヤの巻回径方向の外側表面には、深さ方向に先細りとなる凹孔が分散して形成されている電磁コイルユニットである。

また、請求項４の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記高分子樹脂はエポキシ系樹脂である電磁コイルユニットである。

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記電磁コイルは、樹脂製のボビンにコイル用ワイヤが巻回されて形成された電磁コイルユニットである。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の電磁コイルユニットを有して、駆動源の動力を従動機器に断続的に伝達する電磁クラッチであって、駆動源からの動力によって回転駆動すると共に電磁コイルユニットが内蔵されたロータと、ロータに対向配置されて、従動機器の駆動軸に連結されたアーマチュアと、を有し、電磁コイルに電源が供給されることによってロータとアーマチュアを電磁吸着させる電磁クラッチである。

本発明によれば、コイル用ワイヤはアルミニウム線で形成され、前記アルミニウム線の外周面にはアルマイト層が形成されている電磁コイルユニットであることから、前記アルマイト層は従来のエナメル樹脂に比べて硬いため、車両の振動等によって巻回されたアルミニウム線同士が擦れても摩耗せずアルミニウム線同士が短絡してしまうということを抑制できる。また、アルマイト層は従来のエナメル樹脂に比べて熱伝達がよいため、電磁コイルへの通電によって発生したアルミニウム線の熱をエナメル樹脂の場合よりも外気に逃がすことができるため、アーマチュアの電磁吸着が不十分になってしまうというおそれを抑制できるという利点がある。

電磁コイルがコイルケース内で動き回らないように固定するため、また、電磁コイルへの通電によって発生した熱を外部に逃がすため、さらに、電磁コイルに水が浸入して錆が発生すること抑制するために、本発明によれば、電磁コイルは、コイルケースの内部に高分子樹脂であるエポキシ樹脂によってモールディングされているが、コイル用ワイヤのアルミニウム線の外周面はアルマイト層であるので、エナメル樹脂の場合のようにエポキシ樹脂によって溶解することがなく、アルミニウム線同士の接触によって電気的短絡が発生するおそれがないという利点がある。

さらに、前記電磁コイルの前記アルミニウム線の外周面に形成されたアルマイト層におけるコイル用ワイヤの巻回径方向の外側表面には、深さ方向に先細りとなる凹孔が分散して形成されていることから、電磁コイルをコイルケース内部に高分子樹脂であるエポキシ樹脂によってモールディング固定した場合に、深さ方向に先細りとなる凹孔にエポキシ樹脂が入り込むことによるアンカー効果によって、さらに、電磁コイルをコイルケース内に強固に固定することができる。

本実施例である電磁クラッチの断面図 本実施例である電磁コイルユニットの断面図 本実施例であるコイル用ワイヤの拡大構成図（横断面図） 本実施例であるコイル用ワイヤの拡大構成図（縦断面図） 本実施例である電磁コイルの拡大平面図

次に、図面において本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の実施例である電磁クラッチの構成を示す断面図であり、電磁クラッチは、従動側機器である圧縮機１に連結されたプーリ一体型の電磁クラッチ６であって、駆動源である図示しないエンジンの回転駆動力がVベルトを介して圧縮機１に伝達する。圧縮機１は、例えば、車両の室内空間の温度調整を行う空調システムに用いられる。

電磁クラッチ６は、エンジンからの回転駆動力を伝達するVベルトが取付けられるロータ７と、圧縮機１の駆動軸５に連結するアーマチュアユニット２０と、ロータ７に内蔵されてアーマチュアユニット２０のアーマチュア２２をロータ７に電磁吸着させる電磁コイルユニット３０を有している。

ロータ７は、断面が略コ字状を構成する円環状であって、外周円筒部７ａ、内周円筒部７ｂ、外周円筒部の一端側と内周円筒部の一端側とを接続する平板状の端面部７ｃを有し、例えば、鉄などの磁性材によって形成されている。外周円筒部７ａはエンジンからの回転駆動力を伝達するVベルトが取付けられるプーリ部８を構成し、内周円筒部７ｂはボールベアリング４を介して圧縮機１のフロントハウジング２のボス部３の外周面に回転可能に接続固定され、端面部７ｃは圧縮機の駆動軸方向でフロントハウジング２の先端側に配置する。

アーマチュアユニット２０は、圧縮機１の駆動軸５の先端側に固定されるハブ２１、ロータ７の端面部７ｃに電磁吸着されるアーマチュア２２、ハブ２１とアーマチュア２２を連結させる板バネ２３、および、電磁吸着されていない状態のアーマチュア２２の軸方向位置を定めるフロントプレート２４を有しており、ハブ２１は、フロントハウジング２の先端から突出する圧縮機１の駆動軸５の先端側に、例えば、ナット９によるナット締めやスプライン嵌合などで固定されている。アーマチュア２２は、ロータ７の端面部７ｃに所定隙間を設けて対向して配置されると共に駆動軸５の軸心方向に移動可能であり、３枚の板バネ２３を介してハブ２１に連結され、例えば、鉄などの磁性材によって形成されている。アーマチュア２２は、後述する電磁コイル３２に電源が供給されるとロータ７の端面部７ｃに電磁吸着し、電磁コイル３２に供給される電源が切れると板バネ２３の付勢力によってロータ７の端面部７ｃから離脱するようハブ２１に連結されている。すなわち、アーマチュア２２は、電磁コイル３２に供給される電源が切れている状態では、アーマチュア２２とロータ７の端面部との間に所定の隙間が形成されるよう板バネ２３によって付勢されている。

また、電磁コイル３２に供給される電源が切れている状態では、アーマチュア２２の駆動軸５における軸方向先端側の位置がフロントプレート２４に当接して定まるように、フロントプレート２４はハブ２１にリベットで固定されている。

電磁コイルユニット３０は円環状に形成されて、ロータ７の内部空間にロータ７と接触しないよう所定のクリアランスを設けてフロントハウジング２に固定されている。電磁コイルユニット３０は、コイル用ワイヤ３５が巻回されて円環状に形成された電磁コイル３２と、電磁コイル３２を収納する、円環状に形成されたコイルケース３１とを有しており、車両運転時の振動によっても、コイルケース３１内で電磁コイル３２がしっかりと固定されるように、電磁コイル３２がコイルケース３１内に収納された状態で、コイルケース３１内にエポキシ樹脂３６を充填して、電磁コイル３２はコイルケース３１内にモールド固定されている。

コイルケース３１は、外側筒状部３１ａと、外側筒状部３１ａと同心配置された内側筒状部３１ｂと、外側筒状部３１ａと内側筒状部３１ｂとを一端側で連結する円環板状の連結部３１ｃとを有して環状に形成され、例えば、鉄などの磁性材料によって形成されている。コイルケース３１の連結部３１ｃには、電磁コイル３２に取付けられる後述する電源供給用コネクタ４０がコイルケース３１の外に露出して配置されるための図示しない貫通孔が形成されている。また、コイルケース３１の連結部３１ｃには、円環状のブラケット３３が固定されており、ブラケット３３は、例えば、スナップリングを介してフロントハウジング２に固定される。

電磁コイル３２は、円筒部３４ａと円筒部３４ａの両端部に設けられたフランジ部３４ｂとで形成された樹脂製のボビン３４と、コイル用ワイヤ３５とで構成され、円筒部３４ａの外周面にコイル用ワイヤ３５が巻回されている。また、外部からの電源を電磁コイル３２に供給するための電源供給用コネクタ４０が装着される図示しないコネクタ取付部がボビン３４のフランジ部３４ｂの外側面に設けられている。尚、本実施例では、ボビン３４は非磁性体である樹脂で形成されているが、必ずしも、非磁性体である樹脂で形成されている必要はなく、鉄などの磁性体で形成されていても構わない。

また、本実施例では、電磁コイル３２は、コイルケース３１内に充填されたエポキシ樹脂３６でコイルケース３１内に固定されているが、エポキシ樹脂３６を用いず、例えば、電磁コイル３２がコイルケース３１内に収納された状態で、コイルケース３１の外側筒状部３１ａの開口側端縁、もしくは、コイルケース３１の内側筒状部３１ｂの開口側端縁のいずれか一方を内部側に変形させることによって固定することでも構わない。

また、本実施例では、電磁コイル３２はボビン３４とコイル用ワイヤ３５を有して、コイル用ワイヤ３５がボビン３４に巻回されて構成されているが、必ずしも、ボビン３４を有する必要はなく、例えば、ボビン３４を用いずにコイル用ワイヤ３５を治具に巻回し、その後に治具を取り外して、コイル状になっているコイル用ワイヤ３５をピース部材、バンド等を用いてコイル状に形成したり、あるいは、樹脂でモールド固定してコイル状に形成する構造であっても構わない。

本実施例では、コイル用ワイヤ３５は銅線ではなくアルミニウム線３５ａが使われている。コイル用ワイヤ３５としてアルミニウム線３５ａを使うことにより、従来の銅線に比べて軽量化とコストダウンを図ることができる。

コイル用ワイヤ３５として使われるアルミニウム線３５ａの外周面は非磁性の性質を有するアルマイト層３５ｂで覆われており、コイル用ワイヤ３５をボビン３４に巻回された状態であっても、隣接するアルミニウム線同士が接触して電気的短絡が生じない構造となっている。また、アルミニウム線３５ａの外周面を覆っているアルマイト層３５ｂは、従来のアルミニウム線３５ａの外周面を覆っているエナメル樹脂に比べて硬いため、車両の振動等によって巻回されたコイル用ワイヤ３５同士が擦れても外周面を覆うアルマイト層３５ｂが摩耗しにくいため、コイル用ワイヤ３５のアルミニウム線同士が直接接触して短絡してしまうことを抑制できる。さらに、アルマイト層３５ｂは従来のエナメル樹脂に比べて熱伝導がよいため、電磁コイル３２への通電によって発生したコイル用ワイヤ３５の熱をエナメル樹脂の場合よりも外気により多く逃がすことができるので、コイル用ワイヤ３５の温度上昇によってアーマチュア２２の電磁吸着が不十分になってしまうおそれを抑制できるという利点がある。

ボビン３４に巻回されたコイル用ワイヤ３５の巻回径方向（以下、巻回径方向という。）の外側表面３７には、図４に示すように深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成されており、凹孔３８の平面視形状は、図５で示すように、コイル用ワイヤ３５に使用されるアルミニウム線３５ａの長手方向に対す幅より、アルミニウム線断面の周方向に対する幅の方が長くなった横長形状となっている。

ボビン３４に巻回されたコイル用ワイヤ３５の巻回径方向の外側表面３７、すなわち、アルマイト層３５ｂの巻回径方向における外側表面３７に深さ方向が先細りとなる凹孔３８を分散して形成するためには、アルマイト層３５ｂの厚さｔはコイル用ワイヤ３５の巻回径方向における曲率半径Ｒを考慮して次のように決める。

コイル用ワイヤ３５をボビン３４に巻回した場合に、アルミニウム線３５ａの外周面を覆うアルマイト層３５ｂの巻回径方向における外側表面３７に、図４に示すような深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成されるようにアルマイト層３５ｂの厚さｔを決定する。すなわち、巻回されたコイル用ワイヤ３５の巻回径方向における曲率半径Ｒに対してアルマイト層３５ｂの厚さｔが薄いと、コイル用ワイヤ３５を巻回しても、巻回径方向におけるアルマイト層３５ｂの外側表面３７に深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成されない。

一方、巻回されたコイル用ワイヤ３５の巻回径方向における曲率半径Ｒに対してアルマイト層３５ｂの厚さｔが厚いと、コイル用ワイヤ３５を巻回した場合に、巻回径方向におけるアルマイト層３５ｂの外側表面３７に深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成されるが、凹孔３８の深さ方向先端がアルミニウム線３５ａの外周面まで達してしまい、例えば、電磁コイル３２に水が浸入した場合に水を介して電気的短絡が生じてしまう可能性がある。

従って、アルマイト層３５ｂの厚さｔは、コイル用ワイヤ３５をボビン３４に巻回した場合に、巻回径方向におけるアルマイト層３５ｂの外側表面３７に深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成されるが、その凹孔３８はアルミニウム線３５ａの外周面まで達しないよう、巻回されたコイル用ワイヤ３５の巻回径方向における曲率半径Ｒとアルマイト層３５ｂの厚さｔの関係を考慮して決定する。

巻回されたコイル用ワイヤ３５の巻回径方向における曲率半径Ｒとアルマイト層３５ｂの厚さｔの関係を考慮して決定することにより、巻回径方向におけるアルマイト層３５ｂの外側表面３７には、深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成され、その凹孔３８は、コイル用ワイヤ３５に使用されるアルミニウム線３５ａの長手方向に対す幅よりアルミニウム線断面の周方向に対する幅の方が長くなった横長形状となる。

巻回径方向におけるアルマイト層３５ｂの外側表面３７には、深さ方向が先細りとなる凹孔３８が分散して形成されているので、電磁コイル３２をコイルケース３１の内部に高分子樹脂であるエポキシ樹脂３６によってモールディング固定した場合に、深さ方向に先細りとなる凹孔３８にエポキシ樹脂３６が入り込むことによるアンカー効果によって、電磁コイル３２をコイルケース３１内に強固に固定することができる。

尚、本実施例では、電磁コイル３２はボビン３４とコイル用ワイヤ３５を有して、コイル用ワイヤ３５がボビン３４に巻回されている場合における、コイル用ワイヤ３５に用いられるアルミニウム線３５ａの外周面をアルマイト層３５ｂで覆っているが、必ずしもボビン３４を有する必要はなく、ボビン３４を用いずにコイル用ワイヤ３５を巻回して形成される電磁コイル３２についても、本実施例と同様に、アルミニウム線３５ａの外周面をアルマイト層３５ｂで覆って、巻回径方向におけるアルマイト層３５ｂの外側表面３７に深さ方向が先細りとなる凹孔３８を分散して形成しても構わない。

次に本実施例の電磁クラッチ６が用いられる圧縮機１における電磁クラッチ６の動作について説明する。

図示しない車両の室内空間の温度調整を行う空調システムの電源をＯＮすることにより、電源コイル３２に通電して電磁クラッチ６がＯＮ作動され、アーマチュア２２が板バネ２３の付勢力に抗してロータ７の端面部７ｃに電磁吸着する。これにより、エンジンの回転駆動力によって回転しているロータ７と、圧縮機１の駆動軸５にハブ２１と板バネ２３を介して連結しているアーマチュア２２とが連結することにより、エンジンの回転駆動力が圧縮機１の駆動軸５に伝達され圧縮機１が作動する。

本実施例における、コイル用ワイヤ３５がアルミニウム線３５ａで形成され、アルミニウム線３５ａの外周面にはアルマイト層３５ｂが形成されている電磁クラッチ６は、エンジンの回転駆動力を圧縮機１の駆動軸に伝達するために用いられる電磁クラッチであるが、必ずしもこれに限定される必要は無く、他の用途に用いられる電磁クラッチにも適用できる。

１ 圧縮機、２ フロントハウジング、３ ボス部、４ ボールベアリング、５ 駆動軸、６ 電磁クラッチ、７ ロータ、２２ アーマチュア、２３ 板バネ、
３０ 電磁コイルユニット、３１ コイルケース、３２ 電磁コイル、３４ ボビン、
３５ コイル用ワイヤ、３５ａ アルミニウム線、３５ｂ アルマイト層、
３６ エポキシ樹脂、３８ 凹孔

Claims (6)

1. コイルケースと、前記コイルケースの内部に収納されると共にコイル用ワイヤが巻回されて形成された電磁コイルと、を備える電磁コイルユニットであって、
   前記コイル用ワイヤはアルミニウム線で形成され、前記アルミニウム線の外周面にはアルマイト層が形成されていることを特徴とする電磁コイルユニット。
2. 前記電磁コイルは、前記コイルケースの内部に高分子樹脂によってモールディングされていることを特徴とする請求項１に記載に電磁コイルユニット。
3. 前記アルミニウム線の外周面に形成された前記アルマイト層におけるコイル用ワイヤの巻回径方向の外側表面には、深さ方向に先細りとなる凹孔が分散して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁コイルユニット。
4. 前記高分子樹脂はエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項２または３に記載の電磁コイルユニット。
5. 前記電磁コイルは、樹脂製のボビンに前記コイル用ワイヤが巻回されて形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電磁コイルユニット。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の電磁コイルユニットを有して、駆動源の動力を従動側機器に断続的に伝達する電磁クラッチであって、
   前記従動側機器に回転可能に接続固定されて、前記駆動源からの動力によって回転駆動すると共に前記電磁コイルユニットが内蔵されたロータと、前記ロータに対向配置されて、前記従動側機器の駆動軸に連結されたアーマチュアと、を有し、
   前記電磁コイルに電源が供給されることによって前記ロータと前記アーマチュアを電磁吸着させることを特徴とする電磁クラッチ。

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