KR20090104543A - 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명은 코어(11)와, 상기 코어(11)에 설치되고 와이어(21)가 권선되어 형성되는 코일(20)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 코일(20)에 권선되는 와이어(21)는 알루미늄재질로 만들어지고, 상기 코어(11)의 내부단면적(M)과 단위와이어의 횡단면적의 면적비(R)는 400 이상 640 이하의 값을 갖는다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 코일(20)을 구성하는 와이어(21)가 구리에 비해 그 비중이 매우 작고 비교적 저렴한 알루미늄재질로 만들어지므로, 필드코일 어셈블리(10)의 중량이 줄어들어 차량의 연비가 향상되고 필드코일 어셈블리(10)의 제조비가 감소하는 이점이 있다.

압축기, 전자클러치, 필드코일어셈블리, 알루미늄

Description

압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리{The field coil assembly of electromagnetic clutch for compressor}

본 발명은 압축기용 전자클러치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 알루미늄 재질의 와이어가 권선되어 이루어지는 코일이 구비된 필드코일 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 압축기용 전자클러치는 전원 공급시 와이어가 권선된 코일의 전자기 유도에 의해 자기장을 형성하고, 그에 따른 자기력으로 풀리의 마찰면측으로 압축기 구동축의 허브 디스크가 흡인되어 동력적으로 연결됨으로써, 엔진에 의해 회전하는 풀리의 구동력을 압축기 구동축의 허브 디스크에 전달하게 하는 전기장치이고, 상기 코일에 대한 전원의 인가 여부에 따라 압축기에 대한 동력을 단속하여 공조장치의 냉방시스템의 작동을 제어하는 역할을 한다.

도 1에는 일반적인 압축기 및 압축기용 전자 클러치의 필드코일 어셈블리가 분해사시도로 도시되어 있다.

이에 따르면, 일반적인 압축기는 냉매를 압축하여 토출하는 압축기본체(1)와, 엔진에 연결되어 회전되는 풀리(3)와, 상기 풀리(3)와 압축기본체(1) 사이에 위치되고 전원 공급에 따라 기자력을 발생하는 필드코일 어셈블리(2)와, 상기 압축기본체(1)의 구동축이 연결되고 상기 필드코일 어셈블리(2)의 기자력에 의해 상기 풀리(3)에 결합되는 허브(4)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 압축기는, 사용자의 조작에 따라 상기 필드코일 어셈블리(2)로 공급되는 전원을 이용하여 풀리(3)와 허브(4) 사이의 연결을 단속함으로써 압축기본체(1)의 동력 전달을 제어하고 있다.

상기 필드코일 어셈블리(2)로 전원이 인가되면 필드코일 어셈블리(2)를 구성하는 코일(2d)에 의한 전자장으로 인해 기자력이 발생하게 되고, 이 기자력에 의해 허브(4)가 축방향으로 이동되어 풀리(3)에 접촉하게 된다. 이후, 상기 허브(4)와 풀리(3) 사이의 마찰력에 의해 일체로 회전하게 되므로, 풀리(3)의 회전력이 허브(4) 측으로 전달된다.

이에 따라 상기 허브(4)에 구동축이 결합된 압축기본체(1)가 작동하게 되고, 압축기본체(1)가 작동됨에 따라 냉매가 압축되어 토출된다. 물론, 상기 필드코일 어셈블리(2)로 인가되는 전원이 차단되면 기자력이 발생하지 않게 되므로, 허브(4)와 풀리(3)의 연결이 차단되어 압축기 본체 역시 정지하게 된다.

종래의 압축기용 전자 클러치의 필드코일 어셈블리(2)는 도시된 바와 같이, 코어(2a)에 의해 그 외관 및 골격이 형성된다. 상기 코어(2a)에는 커넥터(2b)가 구비되어 외부와 전기적으로 연결되고 전원을 공급받게 된다.

그리고, 상기 코어(2a)의 내부에는 보빈(2c)이 구비되는데, 상기 보빈(2c)에는 상기 커넥터(2b)와 연결되는 터미널(2c')이 구비된다.

상기 보빈(2c)에는 코일(2d)이 구비된다. 상기 코일(2d)은 와이어가 권선되어 형성되는 것으로, 상기 터미널(2c')과의 연결을 위한 인출선(도시되지 않음)이 그 일측에 구비된다.

상기 보빈(2c)에는 고정커버(2f)가 구비된다. 상기 고정커버(2f)는 상기 보빈(2c)과 결합하여 상기 코일(2d)을 지지하는 역할을 한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 와이어는 일반적으로 구리재질로 만들어진다. 하지만 구리는 그 비중이 8.96으로 비교적 높아 필드코일 어셈블리(2)의 전체 무게가 증가하여 차량의 연비가 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 구리는 비교적 고가의 원자재로서, 필드코일 어셈블리(2)의 제조비용을 상승시키게 된다.

이를 해결하기 위해, 상기 와이어의 재질을 상대적으로 그 비중이 낮은 알루미늄(비중 2.7)으로 제조할 수도 있으나, 알루미늄은 구리에 비해 고유저항이 상대적으로 높아 동일한 직경의 알루미늄재질의 와이어를 사용할 경우 필드코일 어셈블리(2)의 효율이 떨어지고, 코일이 쉽게 발열되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미늄재질로 만들어진 와이어로 코일을 권선함에 있어, 코어의 내부의 내부단면적에 대비하여 최적치로 산출된 직경값을 갖는 와이어로 권선된 필드코일조립체를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 코어와, 상기 코어에 설치되고 와이어가 권선되어 형성되는 코일을 포함하여 구성되는 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리에 있어서, 상기 와이어는 알루미늄재질로 만들어지고, 상기 코어의 내부단면적과 단위와이어의 횡단면적의 면적비는 400 이상 640 이하의 값을 갖는다.

상기 와이어의 직경은 0.65mm ~ 0.95mm의 범위를 갖는다.

상기 코어의 내부에는 그 일측에 터미널이 구비되는 보빈과, 상기 보빈과 결합하여 상기 코일을 지지하는 고정커버가 더 구비된다.

본 발명에 의한 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 코일을 구성하는 와이어가 구리에 비해 그 비중이 매우 작고 비교적 저렴한 알루미늄재질로 만들어지므로, 필드코일 어셈블리의 중량이 줄어들 어 차량의 연비가 향상되고 필드코일 어셈블리의 제조비가 감소하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리의 구성이 일부단면도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예에 의한 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리에서 코어의 내부단면적에 대한 와이어의 횡단면적의 비에 따른 알루미늄재질 코일의 발열온도값 및 흡입력측정값의 일 예를 구리재질의 코일과 비교한 그래프가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 압축기용 전자 클러치의 필드코일 어셈블리(10)의 외관 및 골격을 형성하는 코어(11)에는 보빈(13)이 설치되고, 상기 보빈(13)에는 코일(20)이 구비된다. 그리고, 상기 보빈(13)에는 상기 코일(20)을 사이에 두고 고정커버(도시되지 않음)가 결합되어 상기 코일(20)을 지지한다. 이때, 상기 보빈(13)과 고정커버는 별개물로 구성되지 않고, 상기 코어(11)에 일체로 형성되거나 생략될 수도 있다.

상기 코일(20)은 그 내부에 단위와이어(21, 이하 '와이어'라 한다)가 반복적으로 권선되어 이루어지는 것으로, 대략 링 형상으로 형성된다. 상기 코일(20)의 일측에는 두 가닥의 와이어(21)가 각각 인출되어 인출선(도시되지 않음)이 형성된다. 상기 인출선은 상기 보빈(13)에 형성된 터미널(도시되지 않음)과의 연결을 위한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 와이어(21)는 대략 원형의 횡단면을 갖는 것으로, 전기전도성이 좋은 알루미늄 재질로 만들어진다. 이는 상기 알루미늄재질의 와이어(21)가 구리를 비롯한 기타 금속에 비해 그 비중이 매우 작기 때문에 필드코일 어셈블리(10)의 전체 중량을 줄일 수 있기 때문이다. 보다 정확하게는 상기 알루미늄은 비중이 2.7로서, 그 비중이 8.96에 달하는 구리에 비해 30%에 불과하다.

상기 코일(20)은 상기 코어(11)의 내부에 수납되므로, 도 2에서 보듯이, 상기 코일(20)의 단면적은 상기 코어(11)의 내부단면적(M)에 대응되도록 되어야 한다. 이때, 상기 코일(20)은 상기 와이어(21)가 권선되어 구성되므로, 상기 코어(11)의 내부단면적(M)에 대응되는 코일(20)의 단면적은 상기 와이어(21)의 권선수(n) 및 와이어(21)의 횡단면적에 의해 결정된다. 보다 정확하게는, 상기 와이어(21)의 권선수(n)와 와이어(21)의 횡단면적의 곱이 상기 코어(11)의 단면적의 크기가 되는 것이다. (이때, 상기 와이어(21)의 횡단면적은 와이어(21)의 직경(D)값으로부터 (D/2)²*π임을 알 수 있다.)

이에 따라, 상기 코어(11)의 내부단면적(M)의 크기가 정해지면, 그에 수납될 수 있는 코일(20)의 단면적 역시 일정하게 정해지므로, 상기 와이어(21)의 권선수(n)와 와이어(21)의 횡단면적의 크기는 반비례하게 된다.

이때, 상기 와이어(21)의 횡단면적의 크기는 코일(20)의 발열온도와 필드코일 어셈블리(10)의 성능, 즉 전자클러치의 인력과 직접적인 관련을 갖는 것으로 적절하게 설정되어야 한다. 다시 말해, 상기 와이어(21)의 횡단면적의 크기는 전자클 러치의 인력이 일정 수치 이상 유지됨과 동시에, 코일(20)의 발열온도가 일정 수치 이하로 유지될 수 있도록 설정되어야 하는 것이다.

보다 정확하게는 상기 전자클러치의 인력 및 코일(20)의 발열은 전기의 힘, 즉 전력과 관련되는데, 상기 전력의 크기는 "P=VI=I² *R" 로부터 저항보다는 전류에 큰 영향을 받는 것을 알 수 있다. 그리고, 상기 전압은 "V=IR" 이므로, 전압이 일정하다는 가정하에 상기 전류는 저항이 작을수록 큰 값을 가지게 되므로, 결과적으로 상기 전자클러치의 인력 및 코일(20)의 발열은 와이어(21)를 흐르는 전류량이 클수록 커지게 되고, 이는 와이어(21)의 횡단면적의 크기, 다시 말해 그 직경(D)에 의해 결정된다.

이러한 와이어(21)의 직경(D)과 와이어(21)의 권선수(n)에 대한 전자클러치의 인력 및 코일(20)의 발열 수치가 도 3에 그래프로 도시되어 있다. 그래프에서 가로축은 코어(11)의 내부단면적(M)과 코일(20)을 구성하는 와이어(21)의 횡단면적의 면적비(R)를, 세로축은 전자클러치의 인력 및 코일(20)의 발열온도를 각각 나타낸다. 이를 살펴보면, 와이어(21)의 권선수(n)가 증가할수록, 다시 말해 와이어(21)의 직경(D)이 작을수록 인력 및 발열온도가 작아짐을 알 수 있다. 이때, 인력은 클수록, 발열온도는 작을수록 좋으므로, 전자클러치의 인력 및 코일(20)의 발열온도의 범위를 적절하게 설정할 필요가 있다.

이러한 전자클러치의 인력 및 코일(20)의 발열온도의 범위는 실험을 통해 상기 면적비(R), 즉 상기 코어(11)의 내부단면적(M)과 코일(20)을 구성하는 와이 어(21)의 횡단면적의 비가 400이상 640이하(그래프의 x구간)일 경우에 최적성능을 갖게 됨을 알 수 있다. 이는 알루미늄재질의 전기저항값의 특징을 반영하여 도출된 실험치이다.

보다 상세하게 살펴보면, 알루미늄재질의 경우에는 그 전기저항값이 0.028Ω으로 구리재질의 전기저항값인 0.017Ω에 비해 상대적으로 크므로, 상기 코일(20)을 구성하는 알루미늄재질의 와이어(21)는 동일한 직경을 갖는 구리재질 와이어에 비해 그 내부를 흐르는 전류의 양이 상대적으로 줄어들게 된다.

이에 따라, 구리재질로 된 코일과 동일한 성능을 내기 위해서 상기 알루미늄재질의 코일(20)의 와이어(21)의 직경은 종래 구리재질의 와이어의 직경에 비해 커져야 하고, 상기 면적비(R) 역시 적절하게 변경되어야 한다. 즉, 도 3에서 보듯이, 구리재질의 코일이 600이상 900이하(그래프의 y구간)의 면적비를 가질 때 원하는 흡입력과 발열온도를 갖게 됨에 반해, 상기 알루미늄재질의 코일(20)은 400이상 640이하의 면적비(R)를 가질 때 원하는 흡입력 및 발열온도를 갖게 되는 것이다. 참고로 발열온도의 허용한계치는 160°로 그에 따라 코일(20)의 흡입력도 제한된다.

이러한 상기 면적비(R)와 코어(11)의 내부단면적(M)을 이용하여 바람직한 와이어(21)의 직경을 구하기 위한 연산식을 도출해보면, 상기 코어(11)의 내부단면적(M)의 값은 정해진 수치이고, 상기 면적비(R)는 상기 실험값으로부터 얻을 수 있으므로, 이를 이용하여 와이어(21)의 직경의 크기를 산출해낼 수 있다.

이를 연산식으로 정리해보면,

이 되고, 여기서 M은 코어(11)의 내부단면적, D는 와이어(21)의 직경, 그리고 R은 상기 코어(11)의 내부단면적(M)과 단위와이어(21)의 횡단면적의 비를 의미한다. 따라서, M은 정해진 수치이고, R은 상기한 실험으로부터 400~640임을 알 수 있으므로 와이어(21)의 직경(D)값을 산출해 낼 수 있는 것이다. 그리고, 상기 코어(11)의 횡단면이 도 2에서 보듯이 직사각형 형상이라면, 그 단면적의 크기(M)는 높이(H)와 밑변(W)의 곱으로부터 얻을 수 있다.

정리하면, 상기 연산식으로부터 상기 와이어(21)의 직경(D)은

그리고, 이때 a는

임을 알 수 있다.

이때, 바람직하게는 상기 와이어(21)의 직경(D)은 0.65 내지 0.95mm의 범위 를 갖도록 형성된다. 이는 상술한 바와 같이, 종래의 구리재질로 된 와이어의 직경인 0.5 내지 0.7mm에 비해 상기 알루미늄 재질의 와이어(21)가 전반적으로 큰 직경을 갖도록 함으로써, 상기 코일(20)이 발열온도와 흡입력에서 종래 구리재질의 코일과 동일한 성능을 보유하도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 와이어(21)의 적절한 직경(D)이 산출되면, 알루미늄재질을 인발하여 와이어(21)를 제조하고, 이를 권선하여 코일(20)을 만들게 된다. 이때 상기 코어(11)의 내부단면적(M)은 차량의 내부와 같은 압축기용 전자클러치가 설치되는 장소 및 설계사양에 따라 정해지므로, 설계자는 상기 연산식을 이용하여 와이어(21)의 직경(D)을 용이하게 산출해 낼 수 있다.

이와 같은 알루미늄재질의 와이어(21)는 구리 등 전기전도성이 좋은 기타 금속재질에 비해 그 비중이 현저하게 낮으므로, 보다 가벼운 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리(10)를 만들어 낼 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들어, 상기 코어(11)의 내부단면의 형상은 반드시 직사각형상에 한정되지 않으며, 원형 또는 타원형이나, 기타 다각형으로 될 수도 있다.

도 1은 일반적인 압축기 및 압축기용 전자 클러치의 필드코일 어셈블리의 구성을 보인 분해사시도.

도 2는 본 발명에 의한 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리의 구성이 도시된 일부단면도.

도 3은 본 발명 실시예에 의한 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리에서 코어의 내부단면적에 대한 와이어의 횡단면적의 비에 따른 알루미늄재질 코일의 발열온도값 및 흡입력측정값의 일 예를 구리재질의 코일과 비교한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 필드코일 어셈블리 11: 코어

13: 보빈 20: 코일

21: 와이어

Claims (3)

1. 코어(11)와,

   상기 코어(11)에 설치되고 단위와이어(21)가 권선되어 형성되는 코일(20)을 포함하여 구성되는 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리(10)에 있어서,

   상기 와이어(21)는 알루미늄재질로 만들어지고, 상기 코어(11)의 내부단면적(M)과 단위와이어(21)의 횡단면적의 면적비(R)는 400 이상 640 이하의 값을 가짐을 특징으로 하는 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위와이어(21)의 직경(D)은 0.65mm ~ 0.95mm임을 특징으로 하는 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코어(11)의 내부에는

   그 일측에 터미널이 구비되는 보빈(13)과,

   상기 보빈(13)과 결합하여 상기 코일(20)을 지지하는 고정커버가 더 구비됨을 특징으로 하는 압축기용 전자클러치의 필드코일 어셈블리.

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