KR20020085987A - 전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 차량용 공기조화기의 압축기에 구비되는 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법은 형성, 가열, 경화 및 조립 단계들을 포함한다. 형성 단계에서는 접착제가 도포된 피복 코일이 감겨져 코일 권선이 형성된다. 가열 단계에서는 코일 권선이 적층 방향으로 눌려진 상태에서 가열된다. 경화 단계에서는 코일 권선이 적층 방향으로 눌려진 상태에서 냉각에 의하여 경화된다. 여기서, 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 접착제가 그 주위의 빈 공간으로 이동된다. 조립 단계에서는 필드코아 조립체 내에 코일 권선, 보빈 및 커버가 조립된다.

Description

전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법{Electromagnetic clutch coil assembly and manufacturing method therefor}
본 발명은, 전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량용 공기조화기의 압축기에 구비되는 전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 공기 조화 장치에는 차량 실내의 냉방을 수행할 수 있도록 공기 조화기가 설치된다. 공지된 차량의 공기 조화기의 냉매 순환 사이클을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 냉매는 저온 저압의 상태로 증발기에 유입되며, 증발기에서 냉매가 증발할때 증발기 외부의 열을 이용함으로써 외부 온도가 낮아지는 냉각 효과를 얻을 수 있다. 증발기로부터 유출되는 냉매는 고온 저압의 상태가 되며, 이것은 압축기에 의해서 압축된 후에 응축기(condenser)로 유입된다. 응축기는 냉매를 응축시킴으로써 고온 고압의 액체 상태로 만든다. 이와 같은 냉매는 다시 증발기로 유입되기 직전에 팽창 밸브에서 급속 팽창됨으로써 저온 저압의 상태로 된다.
위와 같은 공기 조화기에 있어서, 압축기는 통상적으로 차량 엔진의 동력을 이용하여 구동된다. 압축기의 회전축은 엔진의 크랭크축 풀리에 벨트로 연결되어회전할 수 있도록 되어 있다. 압축기에 전달되는 동력을 선택적으로 차단할 수 있도록 압축기 어셈블리에는 전자 클러치가 포함된다. 압축기의 전자 클러치는 전자석의 자력을 이용하여 스토퍼 플레이트에 이격 가능하게 설치된 디스크가 풀리 어셈블리에 접속되거나 단속되게 함으로써 크랭크축의 동력을 압축기에 선택적으로 전달할 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 공기조화기의 압축기를 보여준다. 도 1을 참조하면, 압축기 본체(11)에는 전자석을 형성하기 위한 전자 클러치 코일 조립체(12)와 풀리 조립체(13)와 디스크 및 허브 조립체(14)가 차례로 조립된다. 풀리 조립체(13)는 차량 엔진의 크랭크축 풀리에 벨트로 연결되어 있으므로 항상 공회전 상태를 유지한다. 전자 클러치 코일 조립체(12)에 전원을 인가하면 전자석에 의한 자력이 형성되며, 디스크 및 허브 조립체(14)의 디스크는 풀리 조립체(13)의 마찰면에 대하여 접촉 고정된다. 디스크가 회전하면 압축기 본체(11)의 회전축도 회전할 수 있다.
도 2는 도 1의 압축기(10)의 전자 클러치 코일 조립체(12, 20)를 보여준다. 도 2를 참조하면, 코일 권선(21)은 보빈(22a)에 삽입된 상태에서 중공부(23)가 형성된 필드코아 조립체(24) 내에 삽입된다. 이에 따라 코일 권선(21)은 보빈(22a)에 의하여 필드코아 조립체(24)의 내측면에 대하여 절연된다. 이와 같이 필드코아 조립체(24)에 삽입된 코일 권선(21)은 중공부가 형성된 커버(22)에 의하여 폐쇄된다.
도 3은 종래의 기술에 따라 도 2의 전자 클러치 코일 조립체를 제조하는 방법을 보여준다. 도 3을 참조하면, 먼저 코일을 감아 코일 권선(도 2의 21)을 형성한다(단계 S31). 다음에 코일 권선(21)은 고온 가열된 후(S32) 냉각에 의하여 경화된다(단계 S33). 그리고 필드코아 조립체(도 2의 24) 내에 코일 권선(21), 보빈(22a) 및 커버(도 2의 22)가 조립된다(단계 S34).
상기와 같은 종래의 전자 클러치 코일 조립체(도 2의 20)의 제조 방법에 의하면, 압축기(도 1의 10)의 동작 과정에서 차량의 진동 및 온도로 인하여 전자 클러치의 코일 권선(21)의 양단에 연결된 리드선이 손상되거나 단락되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 차량의 진동 및 온도로 인하여 전자 클러치의 코일 권선의 양단에 연결된 리드선이 손상되거나 단락되지 않게 할 수 있는 전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 공기조화기의 압축기를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 압축기의 전자 클러치 코일 조립체를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 종래의 기술에 따라 도 2의 전자 클러치 코일 조립체를 제조하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 2의 전자 클러치 코일 조립체의 코일 권선에 대한 가압-가온 시험 상황을 보여주는 도면이다.
도 5a는 도 2의 전자 클러치 코일 조립체의 코일 권선에 대한 100 배 배율의 사진을 보여주는 개략도이다.
도 5b는 도 4의 시험에 의하여 가압된 코일 권선에 대한 100 배 배율의 사진을 보여주는 개략도이다.
도 6a는 도 5a의 사진의 AA 영역에 대한 400 배 배율의 사진을 보여주는 개략도이다.
도 6b는 도 5b의 사진의 BB 영역에 대한 400 배 배율의 사진을 보여주는 개략도이다.
도 7a는 도 6a의 사진을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 7b는 도 6b의 사진을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 8a는 종래의 제조 방법에 의한 도 2의 전자 클러치 코일 조립체의 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여주는 개략도이다.
도 8b는 종래보다 높은 제1 인장력으로써 감아진 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여주는 개략도이다.
도 8c는 도 8b의 코일 권선에 도 4의 가압이 수행된 상태의 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여주는 개략도이다.
도 8d는 도 8b의 인장력보다 높은 제2 인장력으로써 감아진 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여주는 개략도이다.
도 8e는 도 8d의 코일 권선에 도 4의 가압이 수행된 상태의 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여주는 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따라 도 2의 전자 클러치 코일 조립체를 제조하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...압축기, 11...본체,
12, 20...전자 클러치 코일 조립체,13...풀리 조립체,
14. 디스크 및 허브 조립체,21. 코일 권선,
22. 커버,23...중공부,
22a...보빈,41...다이얼 계기,
42...중량체,5a1, 5b1...코일,
5a2...기공부,5a3, 5b3...절연층,
5a4, 5b4...접착제층,24...필드코아 조립체.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 차량용 공기조화기의 압축기에 구비되는 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법은 형성, 가열, 경화 및 조립 단계들을 포함한다. 상기 형성 단계에서는 접착제가 도포된 피복 코일이 감겨져 코일 권선이 형성된다. 상기 가열 단계에서는 상기 코일 권선이 적층 방향으로 눌려진 상태에서 가열된다. 상기 경화 단계에서는 상기 코일 권선이 적층 방향으로 눌려진 상태에서 냉각에 의하여 경화된다. 여기서, 상기 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 상기 접착제가 그 주위의 빈 공간으로 이동된다. 상기 조립 단계에서는 필드코아 조립체 내에 상기 코일 권선, 보빈 및 커버가 조립된다.
본 발명의 상기 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법에 의하면, 상기 적층방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 상기 접착제가 상기 가열 및 경화 단계들의 수행에 의하여 그 주위의 빈 공간으로 이동된다. 이에 따라, 상기 코일 권선의 집적도가 높아져 진동 및 온도에 대한 상기 코일 권선의 유동 거리가 줄어든다. 즉, 압축기의 동작 과정에서 차량의 진동 및 온도로 인하여 상기 코일 권선의 양단에 연결된 리드선이 손상되거나 단락되는 현상을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가열 및 경화 단계들에서 공기 가압기에 의하여 상기 코일 권선이 적층 방향으로 눌려진다. 이에 따라, 상기 코일 권선이 손상되지 않으면서도 상기 코일 권선이 조밀하고 균일하게 눌려질 수 있다.
또한, 상기 형성 단계에서, 상기 코일이 감는 힘에 의하여 늘어남으로써 집적되어, 상기 코일 권선의 총 두께가 얇아지는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 코일 권선의 집적도가 보다 높아질 수 있다.
본 발명의 차량용 공기조화기의 압축기에 구비되는 전자 클러치 코일 조립체는 코일 권선, 보빈 및 커버를 포함한다. 상기 코일 권선에서는, 접착제가 도포된 피복 코일이 감겨지되, 가열 및 그 적층 방향으로의 가압에 의하여 상기 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 상기 접착제가 그 주위의 빈 공간으로 이동되어 있다. 상기 보빈과 커버는 상기 코일 권선에 조립된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
먼저, 종래 기술의 문제점들을 근본적으로 찾기 위하여, 본 발명의 기초 형성을 위하여, 필드에서 그 양단에 연결된 리드선이 손상되었던 코일 권선들과 그렇지 않았던 코일 권선들의 외형적 차이점을 발견하였다. 그 차이점은, 그 양단에 연결된 리드선이 손상되었던 코일 권선들의 총 두께(수직 방향으로의 높이)가 그렇지 않았던 권선들에 비하여 짧다는 것이다. 즉, 리드선의 손상 원인들중에서 현상적인 원인은, 압축기의 동작 과정에서 코일 권선 자체의 고온, 엔진으로부터의 고온 및 차량의 진동으로 인하여 코일 권선이 더욱 집적되어 그 총 두께가 얇아진다는 것임을 유추할 수 있었다. 왜냐하면, 압축기의 동작 과정에서 엔진으로부터의 고온 및 차량의 진동으로 인하여 코일 권선이 더욱 집적되어 그 총 두께가 얇아지는 경우, 필드코아 조립체 내부에서의 코일 권선의 유동 공간이 넓어져서 코일 권선의 양단에 연결된 리드선들에 가해지는 충격량이 커지기 때문이다. 이 유추 내용이 아래에서 설명될 시험들에 의하여 입증됨에 따라, 코일 권선의 제조 과정에서 코일 권선을 미리 집적화시켜서 필드에서 집적화되는 양을 최대한 줄이는 것이 본 발명의 근간이 되었다.
도 4는 도 2의 전자 클러치 코일 조립체(20)의 코일 권선(21)에 대한 가압-가온 시험 상황을 보여준다. 도 4를 참조하면, 코일 권선(21)의 양단에 직류 20 V가 인가되고, 코일 권선(21) 위에는 8 킬로그램(Kg)의 중량체가 얹혀진다. 또한, 적외선 온도계에 의하여 코일 권선(21)의 온도가 측정된다. 각 시점에 따른 온도 상승에 대한 코일 권선(21)의 총 두께 즉, 적층 방향(Y 방향)으로의 높이의 수축량(mm)은 다이얼 계기(41)에 의하여 측정되며, 그 결과는 아래의 표 1과 같다.
시간 30초 1분 1분 30초 2분 2분 30초 3분 3분 30초 4분 4분 30초 5분 5분 30초 6분 6분 30초 7분 7분 30초 8분
수축량(mm) 0 0.01 0.01 0 -0.01 0.08 0.23 0.35 0.46 0.54 0.59 0.62 0.64 0.65 0.65 0.65
온도(oC) 52 65 88 100 112 120 130 138 143 148 150 155 162 158 165 169
위 표 1에 의하면, 코일 권선의 총 두께의 수축량이 온도에 비례함을 알 수 있다. 이것은 집적도가 낮은 종래의 코일 권선이 엔진으로부터의 열기에 의하여 가열됨으로써 축소될 수 있다는 것을 증명한다. 하지만, 코일 권선 내부에서 어떤 원인으로 인하여 축소되는지를 판명하여 그 결과를 본 발명에 적용하는 것이 필요하다. 이를 위하여 5 개의 종래의 코일 권선들에 대하여 도 4의 가압-가온 시험을 수행하고, 코일 권선의 총 두께 즉, 적층 방향(Y 방향)으로의 높이뿐만 아니라 외경 및 내경도 측정하였다. 그 결과는 아래의 표 2와 같다.
샘플 번호 외경(mm)1회 2회 3회평균 내경(mm)1회 2회 3회평균 총 두께(mm)1회 2회 3회평균
1시험전시험후 81.61 81.37 81.6481.5481.38 81.46 82.4481.76 64.76 64.80 64.8164.7964.81 64.78 64.9364.84 21.94 21.28 22.0021.7420.77 20.80 20.5320.70
2시험전시험후 81.45 82.20 81.8081.8281.59 82.26 81.4481.76 64.73 64.80 64.8764.8064.85 64.89 64.8064.85 21.96 21.27 21.9121.7120.90 20.89 21.0820.96
3시험전시험후 81.40 82.04 81.6081.6881.75 82.19 81.3781.77 64.73 64.80 64.6964.7464.85 64.77 64.9064.84 21.95 21.23 22.9021.6920.80 20.89 21.3620.02
4시험전시험후 81.70 81.97 81.5681.7482.01 81.35 81.1781.51 64.76 64.76 64.8064.7764.68 64.98 64.2764.64 21.93 21.27 21.9521.7221.01 20.80 21.4721.09
5시험전시험후 81.34 81.92 82.0681.7781.25 81.18 82.1081.51 64.74 64.81 64.6864.7464.38 64.35 64.5664.43 21.93 22.09 21.8921.9720.99 20.81 21.0620.95
위 표 2에서, 시험 전 데이터와 시험 후 데이터 사이의 평균 편차를 계산하여 보면, 외경 및 내경이 각각 평균 0.05 mm 수축됨을 알 수 있고, 총 두께가 평균 0.82 mm 수축됨을 알 수 있다. 즉, 위 표 2에 의하면, 코일 권선의 내경 및 외경의 변화량은 극히 미세하며, 측정 편차로도 볼 수 있다. 따라서, 코일 권선 자체가 수축되는 것은 아니며, 코일과 코일 사이의 충진물에 의한 수축이 주요 원인으로 판명되었다. 그렇다면 코일과 코일 사이의 충진물의 분석이 필요하다.
도 5a는 도 2의 전자 클러치 코일 조립체의 코일 권선에 대한 100 배 배율의 사진을 보여준다. 도 5b는 도 4의 시험에 의하여 가압된 코일 권선에 대한 100 배 배율의 사진을 보여준다. 도 5a 및 5b를 참조하면, 종래의 제조 방법에 의하여 가온 상태에서 가압되지 않은 코일 권선의 코일(5a1)과 코일(5a1) 사이에는 기공들(5a2)이 존재함을 알 수 있다. 하지만, 본 발명에 따라 가온 상태에서 가압된 코일 권선의 코일(5a1)과 코일(5a1) 사이에는 기공들이 존재하지 않음을 알 수 있었다.
도 6a는 도 5a의 사진의 AA 영역에 대한 400 배 배율의 사진을 보여준다. 도 6b는 도 5b의 사진의 BB 영역에 대한 400 배 배율의 사진을 보여준다. 도 7a는 도 6a의 사진을 개념적으로 보여준다. 도 7b는 도 6b의 사진을 개념적으로 보여준다.
도 6a 내지 도 7b를 참조하면, 종래의 제조 방법에 의하여 가온 상태에서 가압되지 않은 코일 권선의 2 개의 코일(5a1)들 사이에는 각각 절연층(5a3)이 존재하고, 이 절연층들(5a3) 사이에 접착제층(5a4)이 존재한다. 하지만, 본 발명에 따라
가온 상태에서 가압된 코일 권선의 2 개의 코일(5b1)들 사이에는 각각 절연층(5b3)이 존재하고, 이 절연층들(5a3) 사이에 접착제층(5a4)이 거의 존재하지 않는다. 즉, 본 발명에 따라 가온 상태에서 그 적층 방향으로 가압된 코일 권선의 경우, 그 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 접착제가 그 주위의 빈 공간으로 이동됨으로써 집적화가 가능함이 판명되었다.
도 8a는 종래의 제조 방법에 의한 도 2의 전자 클러치 코일 조립체의 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여준다. 도 8b는 종래보다 높은 제1 인장력으로써 감아진 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여준다. 도 8c는 도 8b의 코일 권선에 도 4의 가압이 수행된 상태의 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여준다. 도 8d는 도 8b의 인장력보다 높은 제2 인장력으로써 감아진 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여준다. 도 8e는 도 8d의 코일 권선에 도 4의 가압이 수행된 상태의 코일 권선에 대한 단면 사진을 보여준다. 도 8a 내지 8e에서 참조부호 Y는 코일 권선의 적층 방향을 가리킨다.
도 8a 내지 8e를 참조하면, 코일 권선을 형성하는 단계에서, 코일이 감는 힘에 의하여 늘어남으로써 집적되어, 코일 권선의 총 두께가 얇아지는 것이 바람직함을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 도 2의 전자 클러치 코일 조립체를 제조하는 방법을 요약하여 보여준다. 도 9를 참조하면, 먼저 코일을 감아 코일 권선(도 2의 21)을 형성한다(단계 S9). 여기서, 코일이 감는 힘에 의하여 늘어남으로써 집적되어, 코일 권선의 총 두께가 짧아지도록 형성한다. 다음에 코일 권선(21)은, 공기 가압기에 의하여 적층 방향으로 압축된 상태에서 고온으로 가열되고(단계 S92), 공기 가압기에 의하여 적층 방향으로 압축된 상태에서 냉각에 의하여 경화된다(단계 S93). 그리고 필드코아 조립체(도 2의 24) 내에 코일 권선(21), 보빈(도 2의 22a) 및 커버(도 2의 22)가 조립된다(단계 S94).
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 클러치 코일 조립체 및 그 제조 방법에 의하면, 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 접착제가 가열 및 경화 단계들의 수행에 의하여 그 주위의 빈 공간으로 이동된다. 이에 따라, 코일 권선의 집적도가 높아져 진동 및 온도에 대한 코일 권선의 유동 거리가 줄어든다. 즉, 압축기의 동작 과정에서 차량의 진동 및 온도로 인하여 코일 권선의 양단에 연결된 리드선이 손상되거나 단락되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예들에 한정되지 않고, 첨부된 청구범위에 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량이 가능하다.

Claims (4)

  1. 차량용 공기조화기의 압축기에 구비되는 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법에 있어서,
    접착제가 도포된 피복 코일을 감아 코일 권선을 형성하는 형성 단계;
    상기 코일 권선을 적층 방향으로 누른 상태에서 가열시키는 가열 단계;
    상기 코일 권선을 적층 방향으로 누른 상태에서 냉각에 의하여 경화시키는 경화 단계; 및
    필드코아 조립체 내에 상기 코일 권선, 보빈 및 커버를 조립하는 단계를 포함하여,
    상기 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 상기 접착제가 그 주위의 빈 공간으로 이동되게 하는 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 및 경화 단계들에서,
    공기 가압기에 의하여 상기 코일 권선이 적층 방향으로 눌려지는 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형성 단계에서,
    상기 코일이 감는 힘에 의하여 늘어남으로써 집적되어, 상기 코일 권선의 총 두께가 얇아지는 전자 클러치 코일 조립체의 제조 방법.
  4. 차량용 공기조화기의 압축기에 구비되는 전자 클러치 코일 조립체에 있어서,
    접착제가 도포된 피복 코일이 감겨지되, 가열 및 그 적층 방향으로의 가압에 의하여 상기 적층 방향으로 인접된 2 개의 코일들 사이의 상기 접착제가 그 주위의 빈 공간으로 이동되어 있는 코일 권선; 및
    상기 코일 권선과 함께 조립되는 보빈, 필드코아 조립체 및 커버를 포함한 전자 클러치 코일 조립체.
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