KR20130139876A - 전자석 및 전자기 코일 조립체 - Google Patents

전자석 및 전자기 코일 조립체 Download PDF

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KR20130139876A
KR20130139876A KR1020137006914A KR20137006914A KR20130139876A KR 20130139876 A KR20130139876 A KR 20130139876A KR 1020137006914 A KR1020137006914 A KR 1020137006914A KR 20137006914 A KR20137006914 A KR 20137006914A KR 20130139876 A KR20130139876 A KR 20130139876A
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즈비슬라프 스타니에비취
스콧 파슨스
개리 제이. 스파이서
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Abstract

전자석은 자극편(20)과 코일 조립체(30)를 포함할 수 있다. 자극편(20)은 자기적으로 민감하며 채널 구조물과 제1 플랜지 부재(22)를 가질 수 있다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26), 및 자극편(20)의 제1 축방향 단부(27)에서 내부 측벽(24)과 외부 측벽(26)을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽(28)을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편(20)의 상기 제1 축방향 단부(27)와 대향하는 제2 축방향 단부(29)에서 개방될 수 있다. 제1 플랜지 부재(22)는 제2 축방향 단부(29)에서 내부 측벽(24)과 외부 측벽(26) 중 하나의 단부에 결합될 수 있으며 채널 구조물의 내부를 향하여 자극편(20)의 반경 방향으로 연장될 수 있다. 코일 조립체(30)는 내부 측벽(24)과 외부 측벽(26) 사이에서 채널 구조물에 고정 결합될 수 있다.

Description

전자석 및 전자기 코일 조립체{ELECTROMAGNET AND ELECTROMAGNETIC COIL ASSEMBLY}
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은 2010년 9월 20일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/384,379호의 이익을 청구한다. 상기 미국 가특허출원의 내용은 그 전체가 본 명세서에 원용된다.
본 발명은 일반적으로 전자석 및 전자기 코일 조립체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 회전 샤프트에 대해 요소를 선택적으로 결합 또는 분리시키기 위해 사용될 수 있는 전자기 코일 조립체에 관한 것이다.
종래의 전자기 코일 조립체는 통상 멀티피스(multi-piece) 하우징과 결합되는 코일 조립체를 구비하며, 상기 코일 조립체는 여자되었을 때 전기자 플레이트를 자기적으로 끌어당겨 하우징과 마찰 결합되게 한다. 하우징은 제1 측벽과 제2 측벽 사이에서 연장되는 자극편(pole piece)을 구비하는 박스형 단면을 가질 수 있다. 이 종래의 하우징 및 자극편 구조는 자극편을 통해서 제1 측벽과 제2 측벽 사이에 직접적인 전기적 경로를 생성하며, 따라서 코일 조립체의 주어진 작동 전압에서의 자기 인력을 감소시킨다.
전기자 플레이트를 끌어당겨 하우징과 마찰 결합 상태로 유지하는데 필요한 에너지의 양이 감소되는 전자기 코일 조립체가 요구될 것이다.
본 섹션은 발명의 전체 개요를 제공하며, 그 전체 범위 또는 그 특징 전체를 포괄적으로 개시하지는 않는다.
일 태양에서, 본 발명은 자극편과 코일 조립체를 포함하는 전자석을 제공한다. 자극편은 자기적으로 민감한 재료로 일체형으로 형성될 수 있으며, 채널 구조물과 제1 플랜지 부재를 가질 수 있다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽, 환형 외부 측벽, 및 자극편의 제1 축방향 단부에서 상기 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편의 상기 제1 축방향 단부와 대향하는 제2 축방향 단부에서 개방될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 결합될 수 있으며, 채널 구조물로부터 반경 방향으로 연장될 수 있다. 코일 조립체는 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합될 수 있다.
본 발명은 자극편, 코일 조립체 및 전기자 플레이트를 포함하는 전자기 코일 조립체를 추가로 제공한다. 자극편은 자기적으로 민감한 재료로 일체형으로 형성될 수 있으며, 채널 구조물과 제1 플랜지 부재를 가질 수 있다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽, 환형 외부 측벽, 및 자극편의 제1 축방향 단부에서 상기 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편의 상기 제1 축방향 단부와 대향하는 제2 축방향 단부에서 개방될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 결합될 수 있으며, 채널 구조물로부터 반경 방향으로 연장될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 또한 제1 접촉면을 형성할 수 있다. 코일 조립체는 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합될 수 있다. 전기자 플레이트는 제2 접촉면을 형성할 수 있다. 자극편과 전기자 플레이트 사이의 상대 운동을 방지하기 위해 코일 조립체가 여자될 때 제1 구조에서 제1 접촉면은 제2 접촉면과 접촉할 수 있다. 자극편과 전기자 플레이트 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 코일 조립체가 비여자(de-energize)되는 제2 구조에서 제1 접촉면은 갭에 의해 제2 접촉면으로부터 분리될 수 있다. 제1 구조에서, 전기자 플레이트, 자극편 및 코일 조립체는 빈 공동을 형성할 수 있다.
본 발명은 자극편, 코일 조립체 및 전기자 플레이트를 포함하는 전자기 코일 조립체를 제공한다. 자극편은 자기적으로 민감한 재료로 일체형으로 형성될 수 있으며, 채널 구조물과 제1 플랜지 부재를 가질 수 있다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽, 환형 외부 측벽, 및 자극편의 제1 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편의 상기 제1 축방향 단부와 대향하는 제2 축방향 단부에서 개방될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽에 결합될 수 있으며, 제2 플랜지 부재는 제2 축방향 단부에서 외부 측벽에 결합될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 채널 구조물로부터 반경 방향으로 연장될 수 있다. 코일 조립체는 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합될 수 있으며, 제1 접촉면을 형성할 수 있다. 전기자 플레이트는 제2 접촉면을 형성할 수 있다. 자극편과 전기자 플레이트 사이의 상대 운동을 방지하기 위해 코일 조립체가 여자될 때 제1 구조에서 제2 접촉면은 제1 접촉면과 접촉할 수 있다. 자극편과 전기자 플레이트 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 코일 조립체가 비여자될 때 제2 구조에서 제2 접촉면은 갭에 의해 제1 접촉면으로부터 분리될 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 자극편과 코일 조립체를 포함하는 전자석을 제공한다. 자극편은 자기적으로 민감한 재료로 형성될 수 있으며, 채널 구조물과 제1 플랜지 부재를 가질 수 있다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽, 환형 외부 측벽, 및 자극편의 제1 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편의 상기 제1 축방향 단부와 대향하는 제2 축방향 단부에서 개방될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 결합될 수 있으며, 채널 구조물의 내부를 향하여 자극편의 반경 방향으로 연장될 수 있다. 코일 조립체는 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합될 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 자극편, 코일 조립체 및 전기자 플레이트를 포함하는 전자기 코일 조립체를 추가로 제공한다. 자극편은 자기적으로 민감한 재료로 형성될 수 있으며, 채널 구조물과 제1 플랜지 부재를 가질 수 있다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽, 환형 외부 측벽, 및 자극편의 제1 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편의 상기 제1 축방향 단부와 대향하는 제2 축방향 단부에서 개방될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 결합될 수 있으며, 채널 구조물의 내부를 향하여 자극편의 반경 방향으로 연장될 수 있다. 제1 플랜지 부재는 제1 접촉면을 형성할 수 있다. 코일 조립체는 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합될 수 있다. 전기자 플레이트는 제2 접촉면을 형성할 수 있다. 자극편과 전기자 플레이트 사이의 상대 운동을 방지하기 위해 코일 조립체가 여자될 때 제1 구조에서 제1 접촉면은 제2 접촉면과 접촉할 수 있다. 자극편과 전기자 플레이트 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 코일 조립체가 비여자될 때 제2 구조에서 제1 접촉면은 갭에 의해 제2 접촉면으로부터 분리될 수 있다. 제1 구조에서, 전기자 플레이트, 자극편 및 코일 조립체는 빈 공동을 형성할 수 있다.
다른 형태에서, 본 발명은 또한 전자기 코일 조립체의 전자석을 조립하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 채널 구조물과 플랜지 돌출부를 갖는 자기적으로 민감한 자극편을 제공하는 단계를 포함한다. 채널 구조물은 환형 내부 측벽, 환형 외부 측벽, 및 자극편의 제1 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽을 가질 수 있다. 채널 구조물은 자극편의 상기 제1 축방향 단부와 대향하는 제2 축방향 단부에서 개방될 수 있다. 플랜지 돌출부는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 연결될 수 있으며, 채널 구조물의 내부에 대한 방해받지 않는 접근을 제공하도록 배치될 수 있다. 상기 방법은 자극편의 채널 구조물 내에 코일 조립체를 배치하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 플랜지 부재가 채널 구조물의 내부를 항하여 자극편의 반경 방향으로 연장되도록 플랜지 부재를 형성하기 위해 플랜지 돌출부를 회전시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이용 가능한 추가 영역은 본 명세서에 제공되는 설명으로부터 자명해질 것이다. 본 개요에서의 설명 및 특정 예는 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
본 명세서에 기재되는 도면은 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 전혀 없는 것이다. 여러 도면에서 유사하거나 동일한 구성요소에 대해서는 일관된 식별 부호가 주어진다.
도 1은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 분해도이다.
도 3은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 자극편의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 자극편의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 단면도이다.
도 8은 예시적 플럭스 라인을 도시하는, 도 7의 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 15는 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 16은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 18은 본 발명의 교시에 따라 구성된 예시적 전자기 코일 조립체의 부분 단면도이다.
도 19는 플랜지 부재를 포함하지 않는 전자기 코일 조립체에 있어서, 자극편과 전기자 플레이트 사이의 다수의 작동 전압에서의 인력(y축)을 자극편과 전기자 플레이트 사이의 분리 거리(x축)에 대해 도시하는 그래프이다.
도 20은 도 10의 전자기 코일 조립체에 있어서, 자극편과 전기자 플레이트 사이의 다수의 작동 전압에서의 인력(y축)을 자극편과 전기자 플레이트 사이의 분리 거리(x축)에 대해 도시하는 그래프이다.
여러 도면에서 유사한 부분은 유사한 도면부호로 지칭된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적 전자기 코일 조립체는 전반적으로 도면부호 10으로 지칭된다. 전자기 코일 조립체(10)는 자극편(20), 코일 조립체(30) 및 전기자 플레이트(40)를 구비할 수 있다. 본 명세서에 기재된 전자기 코일 조립체(10)는, 그 내용 전체가 본 명세서에 원용되는 미국 특허 출원 제12/620,023호에 기재된 것과 같은, 부속물을 회전 샤프트에 대해 선택적으로 결합 또는 분리시키기 위한 클러치 조립체에 사용될 수 있다. 이러한 부속물은 엔진 워터 펌프, 엔진 진공 펌프, 차량 공조 펌프, 및 파워 스티어링 펌프를 포함하지만 이것에 한정되지는 않는다. 비제한적 예에서, 전기자 플레이트(40)는 전기자 플레이트(40)를 회전 샤프트와 급전 구조로 결합시킴으로써 급전되는 부속물의 구성요소일 수도 있다. 비급전(unpowered) 구조에서, 전기자 플레이트(40)는 비회전 자극편(20)과 결합될 수 있으며, 따라서 전기자 플레이트(40)는 회전 샤프트와 함께 회전하지 않고 따라서 관련 부속물은 급전되지 않는다.
자극편(20)은 자기적으로 민감한 재료로 만들어질 수 있으며, 따라서 자극편(20)은 코일 조립체(30)에 의해 발생되는 자속(magnetic flux)의 분포를 제어할 수 있다. 도 3을 추가로 참조하면, 자극편(20)은 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26), 및 상기 내부 측벽(24)과 외부 측벽(26)을 상호 결합시키는 환형 단부벽을 구비하는 채널 구조물을 가질 수 있다. 환형 단부벽(28)은 자극편(20)의 축방향 일 단부(27)에 배치될 수 있다. 제1 축방향 단부(27)와 대향하는 제2 축방향 단부(29)에서 채널 구조물은 개방될 수 있다. 또한, 자극편(20)은 일체형으로 형성될 수 있거나, 아니면 함께 결합되는 복수의 개별 피스로 형성될 수 있다. 자극편(20)은 예를 들어 U형(도 1 내지 도 16) 또는 V형(도 17)과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 단지 예시적으로, 도 17을 참조하면, V형 자극편(20)에서 외부 측벽(26)은 외부 측벽(26) 및/또는 환형 단부벽(28)으로부터 굴곡되거나 각을 이루는 오목부(26A)를 가질 수 있다. 오목부(26A)는 자극편(20)/코일 조립체(30) 조합이 전자기 코일 조립체(10)가 배치되는 영역과 일치하는 특정 구성을 갖도록 배열될 수 있다. 이와 같이, 전자기 코일 조립체(10)는 클러치 조립체, 회전 샤프트 등의 잔여부와 간섭하지 않으면서 또는 그에 대한 접근을 방해하지 않으면서 비교적 작은 영역 내에 배열될 수 있다.
플랜지 부재(22)는 제2 축방향 단부(29)에서 내부 측벽(24)(도 1 내지 도 5 및 도 15 내지 도 16) 또는 외부 측벽(26)(도 6)에 결합될 수 있다. 다양한 추가 실시예에 따르면, 플랜지 부재(22)는 제2 축방향 단부(29)에서 내부 측벽(24) 및 외부 측벽(26)의 각각에 결합될 수 있다(도 7 내지 도 14). 각각의 도면이 세 가지 구조(즉, 내부 플랜지, 외부 플랜지, 및 내부 플랜지와 외부 플랜지 모두) 중 하나를 도시하지만, 각각의 예시적 실시예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다른 플랜지 구조를 갖도록 수정될 수도 있음을 알아야 한다. 플랜지 부재(22)는 채널 구조물로부터 반경 방향으로, 즉 자극편(20)의 반경 방향으로 연장될 수 있다. 플랜지 부재(22)의 각각은 자극편(20)의 채널 구조물의 내부로부터 멀리(도 1 내지 도 14) 또는 내부를 향하여(도 15 내지 도 16) 연장될 수 있다. 도 15 내지 도 16에 도시하듯이, 자극편(20)은 자극편(20)의 채널 구조물의 내부로부터 멀리 연장되는 하나의 플랜지 부재(22) 및 상기 채널 구조물의 내부를 향하여 연장되는 하나의 플랜지 부재(22)를 구비할 수 있다. 자극편(20)의 내부를 향하여 연장되는 플랜지 부재(22)에 있어서, 코일 조립체(30)는 작동 중에 플랜지(22)/접촉 플레이트(70)에 대한 추가 지지를 제공할 수 있다.
플랜지 부재(22)가 자극편(20)의 내부를 향하여 연장되는 다양한 실시예에서, 자극편(20)/코일 조립체(30) 조합은 환형 내부 측벽(24) 및/또는 환형 외부 측벽(26)으로부터 연장되는 플랜지 돌출부(22')를 구비하는 자극편(20') 내에 코일 조립체(30)를 배열함으로써 조립될 수 있다(도 18). 코일 조립체(30)는 자극편(20)의 채널 구조물의 내부에 대한 접근을 방해하지 않는 위치에서 플랜지 돌출부(22')를 갖는 자극편(20)의 채널 구조물 내에 배치될 수 있다. 코일 조립체(30)가 자극편(20)의 채널 구조물 내에 배치된 후, 플랜지 돌출부(22')는 도 15에 도시하듯이 플랜지 부재(22)를 형성하도록 굴곡되거나 아니면 회전될 수 있다. 다른 실시예에서, 환형 내부 측벽(24)과 환형 외부 측벽(26)의 하나 또는 양자는 자극편(20)의 내부에 대한 접근이 방해받지 않도록 초기에 형성될 수 있다. 코일 조립체(30)가 적절한 위치에 배치된 후, 내부 측벽(24)/외부 측벽(26)은 예를 들어 도 15에 도시된 자극편(20)과 같은 자극편(20)의 최종 채널 구조물을 형성하도록 굴곡될 수 있다.
플랜지 부재(22)는 플랜지 표면 또는 접촉면(23)을 형성할 수 있다. 이하에서 보다 충실하게 설명하듯이, 플랜지 표면 또는 접촉면(23)은 전기자 플레이트(40)와 접촉하여 마찰 결합하기 위해 사용될 수 있는 비교적 편평한 표면이 될 수 있다. 또한, 플랜지 표면 또는 접촉면(23)은 자극편(20)의 채널 구조물의 중심선(L)에 수직할 수 있다. 단지 예시적으로, 플랜지 표면 또는 접촉면(23)은 0.25 밀리미터 이내로 편평할 수 있으며, 중심선(L)에 대하여 0.25 밀리미터 이내의 여유(runout)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 플랜지 부재(22)는 플랜지 표면(23)이 제1 표면부(22A) 및 상기 제1 표면부(22A)로부터 오프셋되는 제2 표면부(22B)를 구비하는 계단형 디자인(도 9 및 도 15 내지 도 16)을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 플랜지 부재(22)는 접촉면(23)을 형성하기 위해 개별 접촉 플레이트(70)(도 16)와 결합되는 자극편(20)으로 구성될 수도 있다. 접촉 플레이트(70)는 자극편(20)의 내부 측벽(24) 또는 외부 측벽(26)에 결합되는 링-형상 부재일 수도 있다. 일부 실시예에서, 접촉 플레이트(70)는 내부 측벽(24) 또는 외부 측벽(26) 중 어느 하나에만 고정 결합될 수 있는 바, 다시 말해서, 접촉 플레이트(70)는 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나에 고정 결합되고 내부 측벽과 외부 측벽 중 다른 하나로부터 분리된다. 접촉 플레이트(70)는 접착제, 용접, 마찰 결합(압입 등) 또는 기타 방법에 의해 자극편(20)에 결합될 수 있다. 접촉 플레이트(70)는 코일 조립체(30)에 의해 발생된 자속의 분포를 제어할 수 있도록 자기적으로 민감한 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 접촉 플레이트(70)는 전술한 계단형 디자인을 갖는 플랜지 부재(22)와 유사하게, 제1 표면부(70A) 및 상기 제1 표면부(70A)로부터 오프셋되는 제2 표면부(70B)를 구비하는 계단형 디자인을 가질 수 있다.
접촉면(23)이 비교적 편평하고, 매끄러우며, 울퉁불퉁하지 않고, 자극편(20)의 중심선(L)에 대해 수직하도록 보장하기 위해 하나 이상의 마무리 공정이 사용될 수 있다. 이러한 마무리 공정으로는 고속 스탬핑, 충돌 또는 유압식 코이닝(coining), 펀칭, 플래트닝(flattening), 평활가공(smoothing), 밀링, 연삭, 레이쓰 가공(lathing) 및 버니싱(burnishing)이 포함된다. 이들 공정에 추가적으로 또는 대안적으로, 접촉면(23)은 코팅재(21)로 코팅될 수도 있다. 단지 예시적으로, 코팅재(21)는 코팅재(21)로 코팅되지 않은 접촉면(23)의 마찰 계수보다 큰 마찰 계수를 가질 수 있도록 마찰-개선 코팅재(예를 들면, ESK Ceramics GmbH & Co. KG(www.esk.com/en)에 의해 상표명 EKagrip®으로 시판되는 제품)일 수도 있다. 또한, 접촉면(23)에는 환형 내부 측벽(24)으로부터 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 오목부(25)가 형성될 수 있다. 이들 오목부(25)는 스탬핑, 코이닝, 프레싱 또는 기타 가공 공정에 의해 형성될 수 있다. 전자기 코일 조립체(10)의 작동 중에, 오목부(25)는 마모 부산물 및 기타 오염물(물, 엔진 오일 등)을 모아서 접촉면(23)으로부터 내보낼 수 있다.
코일 조립체(30)는 자극편(20)의 채널 구조물에 고정 결합될 수 있다. 코일 조립체(30)는 코어를 둘러싸는 복수의 권선을 구비할 수 있으며, 권선에 전류가 공급되면 자속이 발생된다. 코일 조립체(30)는 또한, 예를 들어 복수의 권선과 코어를 둘러싸고 및/또는 후술하듯이 전기자 플레이트(40)에 대한 접촉면(33)으로서 작용하기 위한 결합재(bonding material)(32)를 구비할 수 있다. 자극편(20)과 코일 조립체(30)의 조합은 전자석으로 지칭될 수도 있다. 코일 조립체(30)는 예를 들어 결합재(32) 또는 아교나 에폭시와 같은 접착제에 의해 환형 내부 측벽(24)과 환형 외부 측벽(26) 사이에서 자극편(20)에 고정 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 코일 조립체(30)는 제1 축방향 단부(27)에서 환형 단부벽(28)과 접촉할 수도 있다. 제1 축방향 단부(27)와 대향하는 제2 축방향 단부(29)에서는 코일 조립체(30)와 자극편(20)의 개방 단부 사이에 아무것도 없을 수 있으며 따라서 코일 조립체(30)는 접근 가능하고 개방되어 있다. 코일 조립체(30)에 전력을 공급하기 위해 하나 이상의 와이어 또는 커넥터(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 자극편(20)은 예를 들어 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26) 또는 환형 단부벽(28)에 하나 이상의 개구가 형성될 수 있으며, 와이어 및/또는 커넥터가 상기 개구를 통과함으로써 코일 조립체(30)에 전력이 공급될 수 있다.
전기자 플레이트(40)에는 자극편(20)과 선택적으로 접촉하도록 구성된 접촉면(43), 예를 들면 플랜지 부재(22)의 접촉면(23) 또는 코일 조립체(30)의 접촉면(33)이 형성될 수 있다. 접촉면(23) 상의 오목부(25)에 추가적으로 또는 대안적으로, 마모 부산물 및 기타 오염물(물, 엔진 오일 등)을 모아서 접촉면(43)으로부터 내보내기 위해 하나 이상의 오목부[오목부(25)와 유사]가 전기자 플레이트(40)의 접촉면(43) 상에 형성될 수 있다. 전기자 플레이트(40)는 또한 접촉면(43)을 형성하는 마찰재(45)를 구비할 수 있다. 마찰재(45)는 전기자 플레이트(40)의 주요 부분에 형성되는 코팅재일 수 있거나, 또는 전기자 플레이트(40)의 주요 부분에 접합되거나 접착되는 별도의 부재일 수 있다. 비제한적 예에서, 마찰재(45)는 전기자 플레이트(40)의 주요 부분에 접합되는 별도로 형성된 재료(예를 들면 ESK Ceramics GmbH & Co. KG(www.esk.com/en)에 의해 상표명 EKagrip®으로 시판되는 제품)일 수 있다. 마찰재(45)는 접촉면(43)에 대한 적절한 마찰, 내구성 및/또는 기타 특성을 얻기 위해 사용될 수 있지만, 추가로 전기자 플레이트(40)가 전자기 코일 조립체(10)의 효과적인 작동을 위해 적절한 자성, 강도, 내구성 및/또는 기타 특성을 갖게 할 수도 있다.
전자기 코일 조립체(10)가 작동되면, 전기자 플레이트(40)는 자극편(20)에 대해 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있다. 예시적 자극편(20) 중에서 도 7에 도시된 두 개의 플랜지 부재(22)를 갖는 부분을 나타내는 도 8에 도시되어 있듯이, 코일 조립체(30)는 여자되었을 때 복수의 플럭스 라인(60)을 발생시킬 수 있다. 플럭스 라인(60)은 자극편(20)을 통해서, 갭(50)을 가로질러, 전기자 플레이트(40)를 통해서 이동할 수 있다. 플럭스 라인(60)은 전기자 플레이트(40)를 끌어당겨 자극편(20)과 접촉시킬 수 있다. 전기자 플레이트(40)가 자극편(20)과 결합될 때, 자극편(20), 코일 조립체(30) 및 전기자 플레이트(40)에 의해 빈 공동(55)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 플럭스 라인(60)은 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 인력을 증가시키기 위해 빈 공동을 가로지르지 않고 플랜지 부재(22)를 통해서 이동할 수 있다.
코일 조립체(30)가 여자되면, 전자기 코일 조립체(10)는 전기자 플레이트(40)의 접촉면(43)이 예를 들어 접촉면(23), 접촉면(23)의 제2 부분(22B)(도 9) 및/또는 접촉면(33)과 같은 자극편(20)과 접촉하는 제1 구조(도 8)에 돌입할 수 있다. 접촉면(43)은 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 상대 운동이 방지되도록 접촉면(23)과 마찰 결합할 수 있다. 코일 조립체(30)가 비여자되면, 전자기 코일 조립체(10)는 전기자 플레이트(40)의 접촉면(43)이 갭(50)에 의해 예를 들어 접촉면(23) 및/또는 접촉면(33)과 같은 자극편(20)으로부터 분리되는 제2 구조(도 1)에 돌입할 수 있다. 갭(50)은 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 상대 운동을 허용할 수 있다. 전자기 코일 조립체(10)는 예를 들어 스프링과 같은 가압 부재(도시되지 않음)에 의해 제2 구조가 되도록 가압될 수 있다. 비제한적 예에서, 접촉면(43)은 자극편(20), 코일 조립체(30) 및 전기자 플레이트(40)가 빈 공동(55)을 형성하도록 제1 구조(도 8 및 도 9 참조)에서 접촉면(23)에 대해서만 접촉할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 코일 조립체(30)는 제1 구조에서 전기자 플레이트(40)의 접촉면(43)과 마찰 결합하는 접촉면 또는 코일 조립체 표면(33)을 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 코일 조립체 표면(33)은 제1 구조에서 전기자 플레이트(40)와 접촉하는 접촉면(35)을 형성하기 위해 플랜지 표면(23)과 협력할 수 있다(도 10 및 도 11). 대안적으로, 코일 조립체 표면(33)은 제1 구조에서 자극편(20)과 코일 조립체(30) 사이에 유일한 접촉면을 제공할 수도 있다(도 12 내지 도 14). 다양한 실시예에서, 결합재(32)는 코일 조립체/접촉면(33)을 형성할 수 있다. 도 10 내지 도 12에 도시하듯이, 전기자 플레이트(40)는 접촉면(23, 33, 35)과 상호작용 및 마찰 결합하기 위한 마찰재(45)를 구비할 수 있다. 대안적으로, 도 13 및 도 14에 도시하듯이, 전기자 플레이트(40)는 일체형으로 형성될 수 있으며, 접촉면(23, 33, 35)과 직접 상호작용 및 마찰 결합할 수 있다.
결합재(32)는 폴리머 또는 세라믹 재료와 같은 비자성 재료로 형성될 수 있다. 단지 예로서, 결합재(32)는 자극편(20) 내에 사출 성형되는, IDI Composites International(www.idicomposites.com)에 의해 시판되는 DIELECTRITE 48-50 BMC와 같은, 벌크 몰딩 화합물일 수 있다. 다양한 실시예에서, 결합재(32)는 코일 조립체 표면(33)에 대해 요구되는 성능 특성을 얻기 위해 생산되는 복합재일 수 있다. 예를 들어, 결합재(32)는 기재(base material)의 마찰 및/또는 내구성 특성을 변화시키기 위해 하나 이상의 첨가물(탄소 섬유 또는 기타 섬유 또는 세라믹 재료 등)을 갖는 기재(플라스틱 수지 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 자극편(20)과 코일 조립체(30) 조합의 플럭스 라인(60)의 분포를 조정하기 위해 금속 또는 자성 재료(스틸 또는 철 막대 등)가 기재에 첨가될 수 있다.
도 9 내지 도 13 및 도 15 내지 도 16에 도시되는 다양한 실시예에서, 전기자 플레이트(40)는 베이스 부분(40A)과 오프셋 부분(40B)을 구비할 수 있다. 베이스 부분(40A)은 자극편(20)의 반경 방향으로 연장되는 베이스 평면(140A)을 형성할 수 있다. 오프셋 부분(40B)은 자극편(20)의 반경 방향으로 연장되는 오프셋 평면(140B)을 형성할 수 있다. 오프셋 평면(140B)은 베이스 평면(140A)에 대해 평행하게 오프셋될 수 있다. 이와 같이, 오프셋 부분(40B)은 베이스 부분(140B)의 면으로부터 돌출할 수 있거나(도 9 내지 도 13 및 도 15 내지 도 16에 도시됨) 또는 베이스 부분(140B) 내에서 오목해질 수 있다(도시되지 않음). 오프셋 부분(140B)은 또한, 제1 구조에서 플랜지 부재(22)와 전기자 플레이트(40)[또는 전기자 플레이트(40)의 베이스 부분] 사이에 갭(52)이 존재하도록 접촉면(43)을 형성할 수도 있다.
도 19는 플랜지 부재를 포함하지 않는 전자기 코일 조립체에 있어서, 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 다수의 작동 전압에서의 인력(y축)을 접촉면(23)과 접촉면(33, 43) 사이의 거리(x축)에 대해 도시하는 그래프이다. 도 20은 도 10의 전자기 코일 조립체(10)에 대한 유사한 그래프이다. 도 19와 플랜지 부재를 구비하지 않는 전자기 코일 조립체를 참조하면, 곡선 100은 9볼트 직류의 작동 전압에 대응하고, 곡선 102는 11볼트 직류의 작동 전압에 대응하며, 곡선 104는 14볼트 직류의 작동 전압에 대응하고, 곡선 106은 16볼트 직류의 작동 전압에 대응하며, 곡선 108은 18볼트 직류의 작동 전압에 대응한다. 마찬가지로, 도 20과, 도 10의 전자기 코일 조립체(10)를 참조하면, 곡선 110은 9볼트 직류의 작동 전압에 대응하고, 곡선 112는 11볼트 직류의 작동 전압에 대응하며, 곡선 114는 14볼트 직류의 작동 전압에 대응하고, 곡선 116은 16볼트 직류의 작동 전압에 대응하며, 곡선 118은 18볼트 직류의 작동 전압에 대응한다. 이들 그래프를 비교함으로써 알 수 있듯이, 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 인력은 주어진 작동 전압에서 도 10의 전자기 코일 조립체(10)의 경우에 더 높다.
상기 설명은 본질적으로 예시적일 뿐이며 본 발명, 그 적용 또는 이용을 제한하도록 의도되지 않음을 알 것이다. 특정 예를 명세서에 기술하고 도면에 도시했지만, 당업자라면 청구범위에서 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있고 그 구성요소에 대해 등가물이 치환될 수 있음을 알 것이다. 또한, 여러 예 사이에서의 특징부, 요소 및/또는 기능의 혼합 및 매칭이 명확히 고려되며, 따라서 당업자는 달리 기술되지 않는 한, 일 예의 특징부, 요소 및/또는 기능이 다른 예에 적절히 합체될 수 있음을 본 명세서로부터 알 것이다. 또한, 본 발명의 필수 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명의 교시에 대해 특정 상황 또는 재료를 적응시키기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 교시 내용을 수행하기 위해 현재 고려되는 최상의 형태로서 명세서에 기재되고 도면에 도시되는 특정 예에 한정되지 않도록 의도되며, 본 발명의 범위는 상기 설명과 하기 청구범위 내에 포함되는 모든 실시예를 망라할 것이다.

Claims (15)

  1. 전자석이며,
    채널 구조물과 제1 플랜지 부재(22)를 갖는 자기적으로 민감한 자극편(20)으로서, 상기 채널 구조물은 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26), 및 상기 자극편(20)의 제1 축방향 단부(27)에서 상기 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽(28)을 가지며, 상기 채널 구조물은 자극편(20)의 상기 제1 축방향 단부(27)와 대향하는 제2 축방향 단부(29)에서 개방되고, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 제2 축방향 단부에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 결합되며, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 채널 구조물의 내부를 향하여 자극편(20)의 반경 방향으로 연장되는, 자기적으로 민감한 자극편(20); 및
    상기 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합되는 코일 조립체(30)를 포함하는 전자석.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 상기 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나에 고정 결합되고 상기 내부 측벽과 외부 측벽 중 다른 하나로부터 분리되는 환형 접촉 플레이트(70)를 구비하는 전자석.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자극편(20)은 제2 축방향 단부(29)에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 다른 하나의 단부에 결합되는 제2 플랜지 부재(22)를 구비하며, 상기 제2 플랜지 부재(22)는 채널 구조물의 내부로부터 반경 방향으로 멀리 연장되는 전자석.
  4. 제3항에 있어서, 상기 환형 접촉 플레이트(70)는 제1 표면부(70A) 및 상기 제1 표면부(70A)로부터 오프셋되는 제2 표면부(70B)를 구비하는 접촉면(23)을 형성하는 전자석.
  5. 제3항에 있어서, 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26), 환형 단부벽(28) 및 제2 플랜지 부재(22)는 일체형으로 형성되는 전자석.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 제1 표면부(22A) 및 상기 제1 표면부(22A)로부터 오프셋되는 제2 표면부(22B)를 구비하는 접촉면(23)을 형성하는 전자석.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 환형 내부 측벽(24)로부터 반경 방향으로 멀리 연장되는 복수의 오목부(25)를 형성하는 접촉면(23)을 형성하는 전자석.
  8. 제1항에 있어서, 상기 환형 외부 측벽(26)은 자극편(20)이 V 형상이도록 환형 외부 측벽(26)으로부터 각을 이루는 오목부(26A)를 구비하는 전자석.
  9. 전자기 코일 조립체(10)이며,
    채널 구조물과 제1 플랜지 부재(22)를 갖는 자기적으로 민감한 자극편(20)으로서, 상기 채널 구조물은 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26), 및 상기 자극편(20)의 제1 축방향 단부(27)에서 상기 내부 측벽과 외부 측벽을 상호 고정 결합시키는 환형 단부벽(28)을 가지며, 상기 채널 구조물은 자극편(20)의 상기 제1 축방향 단부(27)와 대향하는 제2 축방향 단부(29)에서 개방되고, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 제2 축방향 단부(29)에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나의 단부에 결합되며, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 (i) 채널 구조물의 내부를 향하여 자극편(20)의 반경 방향으로 연장되고 (ⅱ) 제1 접촉면(23)을 형성하는, 자기적으로 민감한 자극편(20);
    상기 내부 측벽과 외부 측벽 사이에서 채널 구조물에 고정 결합되는 코일 조립체(30); 및
    제2 접촉면(43)을 형성하는 전기자 플레이트(40)를 포함하며,
    상기 제1 접촉면은 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 상대 운동을 방지하기 위해 코일 조립체(30)가 여자될 때 제1 구조에서 제2 접촉면(23)과 접촉하고, 상기 제1 접촉면(23)은 자극편(20)과 전기자 플레이트(40) 사이의 상대 운동을 허용하기 위해 코일 조립체(30)가 비여자될 때 제2 구조에서 갭(50)에 의해 제2 접촉면(43)으로부터 분리되는 전자기 코일 조립체(10).
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 상기 내부 측벽과 외부 측벽 중 하나에 고정 결합되고 상기 내부 측벽과 외부 측벽 중 다른 하나로부터 분리되는 환형 접촉 플레이트(70)를 구비하는 전자기 코일 조립체(10).
  11. 제10항에 있어서, 상기 자극편(20)은 제2 축방향 단부(29)에서 내부 측벽과 외부 측벽 중 다른 하나의 단부에 결합되는 제2 플랜지 부재(22)를 구비하며, 상기 제2 플랜지 부재(22)는 채널 구조물의 내부로부터 반경 방향으로 멀리 연장되는 전자기 코일 조립체(10).
  12. 제11항에 있어서, 환형 내부 측벽(24), 환형 외부 측벽(26), 환형 단부벽(28) 및 제2 플랜지 부재(22)는 일체형으로 형성되는 전자기 코일 조립체(10).
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 플랜지 부재(22)는 환형 내부 측벽(24)로부터 반경 방향으로 멀리 연장되는 복수의 오목부(25)를 형성하는 접촉면(23)을 형성하는 전자기 코일 조립체(10).
  14. 제9항에 있어서, 제1 구조에서 전자기 플레이트(40), 자극편(20) 및 코일 조립체(30)는 빈 공동을 형성하는 전자기 코일 조립체(10).
  15. 제9항에 있어서, 상기 환형 외부 측벽(26)은 자극편(20)이 V 형상이도록 환형 외부 측벽(26)으로부터 각을 이루는 오목부(26A)를 구비하는 전자기 코일 조립체(10).
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