KR102507817B1 - 전자석 클러치용 필드코어 유닛 - Google Patents

전자석 클러치용 필드코어 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛은 자속을 발생시키는 필드코일; 상기 필드코일의 하부 및 측부를 감싸도록, 환상(環狀)의 삽입홈이 형성된 도넛형상으로 마련되어 자속이 유동되는 자성부; 및 중공이 형성된 원기둥 형상으로 마련되되, 상기 자성부가 삽입될 수 있도록, 상면이 개방되고 내부공간이 형성된 필드코어; 를 포함하다.

Description

전자석 클러치용 필드코어 유닛{FIELD CORE UNIT FOR ELECTROMAGNETIC CLUTCH USING THE SAME}
본 발명은 전자석 클러치용 필드코어 유닛에 관한 것으로, 필드코일이 수용되는 필드코어 내부에 자성 페이스트를 충전하여 흡입력이 우수한 전자석 클러치용 필드코어 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 공기조화기를 구성하는 압축기는 엔진의 동력으로 구동되면서 증발기로부터 공급되는 냉매를 압축하여 응축기로 보내는 장치로서, 전자클러치의 단속작용에 의해 선택적으로 엔진의 동력을 전달받아 구동된다.
도 1은 일반적인 압축기의 전자석 클러치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자석 클러치는 압축기의 하우징에 개재되는 베어링(10)에 회전 가능하게 설치되며, 크게 마찰면(21)이 형성되어 엔진의 크랭크축과 구동벨트(미도시)를 매개로 연결된 풀리(20)와 풀리(20) 내부에 내장되어 전원인가 여부에 따라 자속(magnetic flux)을 발생시키도록 필드코어(40) 내부에 수용된 필드코일(30) 및 필드코일(30)에서 발생되는 자속에 의해 풀리(20)의 마찰면(21)에 흡착되어 풀리(20)의 회전력을 압축기의 구동축(미도시)에 전달하는 디스크(50)(도면1수정요망) 및 허브(60)로 구성된다.
상기와 같은 마련된 전자석 클러치는 필드코일(30)에 전원이 인가되면, 자기유도에 의한 흡인자속에 의해 디스크(50)가 마찰면(21)에 흡착되어 풀리(20)의 회전력을 허브(60)를 통해 압축기의 구동축에 전달한다.
이후, 필드코일(30)에 인가된 전원이 차단되면 디스크(50)가 풀리(20)의 마찰면(21)으로부터 이격되어 엔진의 동력이 압축기의 구동축에 전달되는 것을 중단하게 된다.
종래, 전자석 클러치에서 전자석 흡입력을 향상시키기 위해서는 필드코일(30)이 수용되는 필드코어(40)의 두께를 지속적으로 증가시켜야 함에 따라, 제조원가가 상승시키고 무게를 증가시키는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 필드코어(40)의 두께가 증가됨에 따라 일반 프레스 작업으로 제조가 불가능하여 단조 프레스 방식으로 제조해야 하는바, 제조공정을 어렵게 하고 제조원가를 상승시키는 문제점을 가지고 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것을 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여서는 안될 것이다.
KR 10-2010-0002620 A(2010. 01. 07.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 구조를 개선하여 흡입력을 향상시켜 전자석 클러치의 성능을 향상시키면서 그 중량을 최소화할 수 있는 전자석 클러치용 필드코어 유닛을 제공한다.
또한, 누설자속을 최소화할 수 있도록, 자속 흐름을 가이드 할 수 있는 전자석 클러치용 필드코어 유닛을 제공한다.
또한, 제조가 용이하여 제조원가 및 생산성을 향상시킬 수 있는 전자석 클러치용 필드코어 유닛을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛은 자속을 발생시키는 필드코일; 상기 필드코일의 하부 및 측부를 감싸도록, 환상(環狀)의 삽입홈이 형성된 도넛형상으로 마련되어 자속이 유동되는 자성부; 및 중공이 형성된 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 마련되되, 상기 자성부가 삽입될 수 있도록, 상면이 개방되고 내부공간이 형성된 필드코어; 를 포함한다.
상기 필드코일은, 도넛 형상으로 마련되되, 하방으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성된 것이 바람직하다.
이때, 상기 필드코일은, 외경은 일정하게 유지되면서 내경이 점차 증가되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 자성부는, 자속이 유동될 수 있도록, 철계 금속 분말과 에폭시가 혼합된 자성 페이스트를 성형하여 마련된 것이 바람직하다.
이때, 상기 자성부는, 하방으로 갈수록 자성 페이스트의 충전률이 높아지도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 자성부는, 그 상면이 상기 필드코일의 상면과 동일선상에 위치하거나 상기 필드코일의 상면보다 낮게 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛은 상기 필드코일의 상부를 감싸 고정하도록, 상기 내부공간에 삽입되는 몰딩부;를 더 포함할 수 있다.
상기 몰딩부는, 섬유강화 플라스틱 또는 수지 재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 누설 자속을 최소화하여 제조되는 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 필드코어의 두께를 얇게하고 그 내부에 자성부를 삽입함으로써, 자속 흐름을 원활히 하고, 제조되는 전자석 클러치용 필드코일의 중량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 필드코어의 두께를 감소시킬 수 있어 제조를 용이하게하며, 제조원가 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 압축기의 전자석 클러치를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 조립을 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛이 설치된 전자석 클러치를 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛이 적용된 실시예 및 비교예들의 자속 포화를 보여주는 도면이며,
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자성부를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 필드코일의 형상에 따른 자속 포화를 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명은 필드코어의 두께를 얇게 형성하되 필드코일이 삽입되는 필드코어의 내부에 자속이 유동될 수 있는 자성부를 삽입하여 자속 흐름을 가이드함으로써, 흡입력을 향상시킬 수 있고 중량을 감소시키는 것을 주요 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 조립을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛이 설치된 전자석 클러치를 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛은 자속(magnetic flux)을 발생시키는 필드코일(100)과 필드코일(100)을 감싸는 자성부(200) 및 필드코일(100)이 삽입된 자성부(200)가 삽입되는 내부공간(310)이 형성된 필드코어(300)를 포함한다.
필드코일(100)은 중공이 형성된 도넛 형상으로 마련되어 전원 인가시 자속을 발생시킴으로써, 디스크(50)를 회전하는 풀리(20)의 마찰면(21)에 접촉시켜 회전시키면 허브(60)를 통해 압축기의 구동축으로 전달한다.
자성부(200)는 필드코일(100)의 측부 및 하부를 감싸도록 형성되며, 필드코어(300)는 중공이 형성된 원기둥 또는 다각기둥 형상으로 마련되되 필드코일(100) 및 자성부(200)가 삽입될 수 있도록 상면이 개방되고 내부공간(310)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자성부(200)는 도넛 형상의 필드코일(100)이 삽입될 수 있도록 필드코일(100)에 대응되는 형상으로 형성되는 환상(環狀)의 삽입홈(210)이 형성된 도넛 형상으로 마련된다.
이때, 자성부(200)는 자속이 유동될 수 있는 추가적인 통로를 제공할 수 있도록 철계 금속 분말과 에폭시(epoxy)가 혼합되어 마련되는 자성 페이스트를 성형하여 마련되며, 보다 바람직하게 자속이 원활히 유동될 수 있도록 자성 페이스트 중 철계 금속 분말의 함량은 70wt% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 자성부(200)는 그 상면이 필드코일(100)의 상면과 동일선상에 위치하거나 필드코일(100)의 상면보다 낮게 위치하도록 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 자성부(200)의 상면이 필드코일(100)의 상면보다 높게 형성되는 경우 누설 자속이 발생됨에 따라 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 흡입력을 저하시키기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛이 적용된 실시예 및 비교예들의 자속 포화를 보여주는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 4(a)는 비교예 1로서 자성부가 없는 종래 일반적인 전자석 클러치이고, 도 4(b)는 비교예 2로서 자성부가 필드코일 상부까지 충전된 전자석 클러치이며, 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛이 적용된 전자석 클러치의 자속 포화를 보여주는 도면이다.
도 4에서 알 수 있듯, 명도가 진한 부분일수록 자속의 포화도 높아짐을 알 수 있는데, 종래 일반적인 전자석 클러치인 비교예 1에 비하여 자성부(200)가 필드코어(300)의 상부까지 충전된 비교예 2는 필드코일(100)에서 발생된 자속이 디스크(50)로 흘러 풀리(20)와 디스크(50)간 흡입력을 발생시켜야하는데, 누설되는 자속량이 많아 흡입력이 저하됨을 알 수 있다.
반면에, 실시예 1이 적용된 전자석 클러치는 전 역역에 걸쳐 누설되는 자속흐름이 최소화되어 자속의 포화발생 범위가 감소함을 알 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1, 2가 적용된 전자석 클러치의 흡입력을 측정한 결과 비교예 1의 흡입력은 1,765N이고, 비교예 2의 흡입력은 1,147N인 반면, 실시예 1의 흡입력은 2,823N로 종래에 비하여 종래에 비하여 흡입력이 약 60% 상승함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성부(200)는 필드코어(300)의 내부공간(310)에 충전시 필드코일(100)의 상면 이하의 높이로 충전되도록 제한하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성부(200)는 하방으로 갈수록 충전률이 높게 형성되는 것이 바람직하다.
그 이유는 필드코어(300)의 하부영역에서 주로 조기 자속 포화가 발생되기 때문에, 자속 포화가 조기 진행되는 영역에 자속이 유동량이 증가될 수 있도록 자성 페이스트의 충전량을 증가시켜야 하기 때문이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자성부를 설명하기 위한 도면으로, 도 5(a)는 자성부의 전영역으로 균일하게 90% 충전률로 충전된 실시예 1이며, 도 5(b)는 자성부의 높이 방향으로 3영역으로 구획하고 상부 영역의 충전률은 90%이고 중앙부의 충전률은 94%이며 하부 영역의 충전률은 98%(max 충전)인 실시예 2이고, 도 5(c)는 상부 영역의 충전률은 82%이고 중앙부의 충전률은 90%이며, 하부 영역의 충전률은 98%인 실시예 3이다.
하부영역의 충전률을 높인 실시예 2, 3의 경우 실시예 1에 비하여 조기 자속 포화가 발생되는 하부 영역 자속 유동량이 증가함에 따라, 자성부(200)의 하부영역에 자속 포화 영역을 최소화함으로써 전력 소모를 감소시키고, 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 흡입력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 필드코일(100)은 도넛 형상으로 마련되되 하방으로 갈수록 그 단면적이 감소하도록 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 앞서 설명한 바와 같이, 필드코어(300)의 하부영역에서 주로 조기 자속 포화가 발생되기 때문에 자속 포화가 조기 진행되는 영역에 자속 유동량이 증가될 수 있도록 자성 페이스트가 충전되는 공간을 증가시켜야 하기 때문이다.
보다 바람직하게, 필드코일(100)은 높이 방향으로 외경은 일정하게 유지되면서 내경이 점차 증가하도록 형성되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 필드코어(300)의 내경방향 하부영역이 조기 자속 포화가 주로 발생되는 영역으로 필드코어(300)의 내경방향 하부영역에 자속이 유동될 수 있도록 자성 페이스트의 충전량을 증가시킴으로써, 자속 포화 영역의 발생을 최소화할 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 필드코일의 형상에 따른 자속 포화를 보여주는 도면이다.
도 6(a)는 실시예 1이며, 도 6(b)는 필드코일을 상부로 이동시킨 실시예 4이며, 도 6(c)와 필드코어의 내경 및 외경방향 하부영역의 자성 페이스트 충진량을 증가시키는 실시예 5이고, 도 6(d)는 필드코어의 내경방향 하부영역의 자성 페이스트 충전량을 증가시키는 실시예 6이다.
도 6에서 알 수 있듯, 조기 자속 포화가 발생되는 필드코어(300)의 하부영역에 충전되는 자성 페이스트의 충전량이 증가시킴으로써 자속의 유동 경로를 증가시켜 자속 포화영역이 감소됨을 알 수 있다.
특히, 주로 초기 자속 포화가 발생되는 필드코어(300)의 내경방향 하부영역에 충전되는 자성 페이스트의 양을 증가시킨 실시예 6의 경우 포화 자속 영역이 최소화됨에 따라 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 흡입력이 향상됨을 알 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석 클러치용 필드코어 유닛은 필드코일(100)의 상부를 감싸 고정하도록 필드코어(300)의 내부공간에 삽입되는 몰딩부(400)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이에, 몰딩부(400)가 필드코어(300)의 내부공간(310)에 삽입된 필드코일(100) 및 자성부(200)를 다시 한번 고정시킴으로써 제조되는 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있다.
이때, 몰딩부(400)는 에폭시 등 수지 또는 BMC(Bulk Molding Compound), FRP(Fiber Reinforced Plastics) 등 복합재가 사용되는 것이 바람직한데, 그 이유는, 무게가 가벼우면서도 자속 흐름을 차단할 수 있어 무게 증가를 최소화하면서 자속 누설을 방지할 수 있어 제조되는 전자석 클러치용 필드코어 유닛의 성능을 향상시킬 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
20: 풀리 21: 마찰면
50: 디스크 60: 허브
100: 필드코일 200: 자성부
210: 삽입홈 300: 필드코어
310: 내부공간 400: 몰딩부

Claims (8)

  1. 자속을 발생시키는 필드코일;
    상기 필드코일의 하부 및 측부를 감싸도록, 환상(環狀)의 삽입홈이 형성되어 자속이 유동되는 자성부; 및
    상기 자성부가 삽입될 수 있도록, 상면이 개방되고 내부공간이 형성된 필드코어;를 포함하고,
    상기 필드코일은,
    하방으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 필드코일은,
    외경은 일정하되, 내경이 점차 증가되는 것을 특징으로 하는, 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성부는,
    자속이 유동될 수 있도록, 철계 금속 분말과 에폭시가 혼합된 자성 페이스트를 성형하여 마련된 것을 특징으로 하는, 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 자성부는,
    하방으로 갈수록 자성 페이스트의 충전률이 높아지도록 형성된 것을 특징으로 하는, 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 자성부는,
    그 상면이 상기 필드코일의 상면과 동일선상에 위치하거나 상기 필드코일의 상면보다 낮게 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 필드코일의 상부를 감싸 고정하도록, 상기 내부공간에 삽입되는 몰딩부;를 더 포함하는 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 몰딩부는,
    섬유강화 플라스틱 또는 수지 재질로 형성된 것을 특징으로 하는, 전자석 클러치용 필드코어 유닛.
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