(57)【要約】【課題】制限された空間を有する物体に、より多くのコイルを巻くことにより、さらに強い磁気力を発生させることができる、物体にコイルを巻く方法を提供する。【解決手段】物体にコイルを巻く方法において、コイルは、第１コイルと、その断面積が前記第１コイルの断面積と異なる第２コイルとを含み、物体の外周面または前記第２コイル上に第１コイルを巻くとき、その断面の中心が１つの行を形成するように巻く段階、及び前記第１コイル上に前記第２コイルを巻くとき、その断面の中心が１つの行を形成するように巻く段階、を含み、前記第１コイルを巻く段階と前記第２コイルを巻く段階は、予め設定された回数だけ反復的に複数行の第１コイルと第２コイルが物体に巻かれ、前記第１コイル断面と前記第２コイル断面はジグザグ状に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体にコイルを巻く方法において、
前記コイルは、第１コイルと、その断面積が前記第１コイルの断面積と異なる第２コイルとを含み、
物体の外周面または前記第２コイル上に前記第１コイルを巻くとき、その断面の中心が１つの行を形成するように巻く段階、及び
前記第１コイル上に前記第２コイルを巻くとき、その断面の中心が１つの行を形成するように巻く段階を含み、
前記第１コイルを巻く段階と前記第２コイルを巻く段階は、予め設定された回数だけ反復的に複数行の前記第１コイルと前記第２コイルが前記物体に巻かれ、
前記第１コイル断面と前記第２コイル断面はジグザグ状に配置されることを特徴とする物体にコイルを巻く方法。
【請求項２】
前記第１コイルの断面の中心は、前記複数の行に対してそれぞれ垂直である複数の列を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物体にコイルを巻く方法。
【請求項３】
前記第１コイルの断面の中心のうちの（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ）の断面の中心は、正四角形状に配置されることを特徴とする請求項２に記載の物体にコイルを巻く方法。
（但し、ｍ、ｎは任意の自然数であり、（ｍ、ｎ）の断面は、ｍ番目行とｎ番目列の断面を意味する。）
【請求項４】
前記第２コイルの断面積は前記第１コイルの断面積より小さく、
前記第２コイルの断面のそれぞれは、前記第１コイルの（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ）の断面の間に形成された空隙に配置されることを特徴とする請求項３に記載の物体にコイルを巻く方法。
【請求項５】
前記第２コイルの断面積は、前記第１コイルの断面積の１７％以下であることを特徴とする請求項４に記載の物体にコイルを巻く方法。
【請求項６】
前記第１コイルを流れる電流の方向は、前記第２コイルを流れる電流の方向と反対であることを特徴とする請求項１に記載の物体にコイルを巻く方法。
【請求項７】
冷却水の供給を受けてシャフトに固定されたインペラの回転によって加圧し、加圧された冷却水を冷却回路に供給するクラッチ式ウォータポンプにおいて、
クランクシャフトに連結して前記クランクシャフトの回転によって回転するプーリ、
前記シャフトが装着されて前記シャフトと同時に回転するハブ、
前記ハブを選択的に前記プーリに連結するピン、
前記ピンに常に弾性力を加える弾性部材、及び
弾性力の方向と反対方向に磁気力を選択的に前記ピンに加えるコイル、
を含み、
前記コイルはケースに巻かれており、断面積の互いに異なる第１コイルと第２コイルを含み、
前記第１コイルと前記第２コイルは前記ケースに交互に巻かれ、
前記第１コイルと前記第２コイルはジグザグ状に配置されることを特徴とするコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプ。
【請求項８】
前記第１コイルは、立方体パッキング（ｃｕｂｉｃ  ｐａｃｋｉｎｇ）形態に巻かれていることを特徴とする請求項７に記載のコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプ。
【請求項９】
前記第２コイルは、立方体パッキング形態に巻かれた前記第１コイルの間の空隙に配置されることを特徴とする請求項８に記載のコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプ。
【請求項１０】
前記第２コイルの断面積は、前記第１コイルの断面積の１７％以下であることを特徴とする請求項９に記載のコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプ。
【請求項１１】
前記第１コイルを流れる電流の方向は、前記第２コイルを流れる電流の方向と反対であることを特徴とする請求項７に記載のコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体にコイルを巻く方法、及びこのコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプに係り、より詳しくは、制限された空間を有する物体により多くのコイルを巻く方法、及びこの方法を利用して巻かれたコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプの大きさを増加させなくても十分な作動性能を確保できるクラッチ式ウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ウォータポンプは車両の冷却回路にある冷却水を循環させるための装置である。
ウォータポンプから吐出された冷却水は、エンジンのシリンダーブロック及び／またはシリンダーヘッドを循環しながらエンジンを冷却させる。また、熱交換器（ｈｅａｔ  ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を循環しながら高温の排気ガスの温度を低くする。この過程で、冷却水の温度は上がり、昇温された冷却水は車両の室内を温めることに用いられる。昇温された冷却水はラジエータで冷却され、再びウォータポンプに流入する。
【０００３】
このようなウォータポンプは、機械式ウォータポンプと電気式ウォータポンプに大別される。
機械式ウォータポンプは、エンジンのクランクシャフトに固定されたプーリにベルトなどの動力伝達手段によって連結され、クランクシャフトの回転、即ち、エンジンの回転によって駆動される。したがって、機械式ウォータポンプから吐出される冷却水の流量は、エンジンの回転速度によって決定される。
【０００４】
一方、電気式ウォータポンプは、制御装置によって制御されるモータによって駆動される。したがって、電気式ウォータポンプは、エンジンの回転速度とは無関係に冷却水の流量を調節することができるという長所がある。しかし、電気式ウォータポンプに使用される部品は電気によって作動するので、電気的に作動する部品が十分な耐水性能を持つようにすることが重要である。十分な耐水性能の確保は、電気式ウォータポンプの性能を向上させ、耐久性を高める。更に、電気式ウォータポンプの部品、例えば、固定子、回転子、及び耐水手段などの数は機械式ウォータポンプの部品に比べて多いため、単価が高く、製作が難しいという問題点がある。
【０００５】
最近、エンジンの運転条件によって選択的に冷却水を加圧してエンジンに供給する機械式ウォータポンプ、例えば、クラッチ式ウォータポンプが開発された。このようなクラッチ式ウォータポンプは、エンジンの運転条件によってプーリとシャフトとを選択的に連結することが可能であり、そのプーリとシャフトとの選択的な連結は、コイルケースに巻かれたコイルに発生する磁気力によって行われる。（特許文献１〜３参照）
【０００６】
以下、従来のクラッチ式ウォータポンプのコイルケースにコイルを巻く方法について説明する。
図４は、従来技術に係るコイルを示した概略的な断面図であり、図５は、図４の拡大図である。
図４及び図５に示すように、従来技術によれば、コイルケースにコイル積層体２１０が巻かれている。コイル積層体２１０にはコイル２１２が複数の行を形成するように巻かれている。この時、コイル２１２の間隙は菱面体パッキング（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ  ｐａｃｋｉｎｇ）形態を形成するように巻かれる。即ち、ｍ行を構成する複数のコイル断面と、（ｍ＋１）行を構成する複数のコイル断面が、ジグザグ状に配列されており、ｍ行にある隣接した二つのコイル断面の中心と、この二つのコイル断面と接触する（ｍ＋１）行にある１つのコイル断面の中心とを結ぶ線の間の角度（θ）は６０°をなす。しかし、菱面体パッキングによれば、隣接する三個のコイル２１２間に断面が略三角形の空隙２１６が形成される。このような空隙２１６の大きさは、コイルケースに巻かれるコイルの巻き数を制限する。
一般的に、コイル２１２で発生する磁気力の強さは、コイル２１２の巻かれた数（巻き数）に比例する。したがって、制限された空間を有するコイルケースに、より多くのコイル２１２を巻くのは、クラッチ式ウォータポンプの作動性能を向上させるための重要な要素である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１０３０００号公報
【特許文献２】特開２００７−２６５２６８号公報
【特許文献３】特開平１１−３３６６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、制限された空間を有する物体に、より多くのコイルを巻くことにより、さらに強い磁気力を発生させることができる、物体にコイルを巻く方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、クラッチ式ウォータポンプのコイルケースに、より多くのコイルを巻くことにより、その大きさを増加させることなく十分な作動性能を確保できるクラッチ式ウォータポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために本発明は、物体にコイルを巻く方法において、コイルは、第１コイルと、その断面積が第１コイルの断面積と異なる第２コイルとを含み、物体の外周面または前記第２コイル上に第１コイルを巻くとき、その断面の中心が１つの行を形成するように巻く段階、及び第１コイル上に第２コイルを巻くとき、その断面の中心が１つの行を形成するように巻く段階、を含み、第１コイルを巻く段階と第２コイルを巻く段階は、予め設定された回数だけ反復的に複数行の第１コイルと第２コイルが物体に巻かれ、前記第１コイル断面と第２コイル断面はジグザグ状に配置されることを特徴とする。
第１コイルの断面の中心は、複数の行に対してそれぞれ垂直である複数の列を形成するように配置することが好ましい。
第１コイルの断面の中心のうちの（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ）の断面の中心は、正四角形状に配置することが好ましい。
但し、ｍ、ｎは任意の自然数であり、（ｍ、ｎ）断面は、ｍ番目行とｎ番目列の断面を意味する。
第２コイルの断面積は第１コイルの断面積より小さく、第２コイルの断面のそれぞれは、第１コイルの（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ）の断面の間に形成された空隙に配置することがよい。
第２コイルの断面積は、第１コイルの断面積の１７％以下であることが好ましい。
第１コイルを流れる電流の方向は、前記第２コイルを流れる電流の方向に反対であることが好ましい。
【００１０】
前記目的を達成するための本発明のこのコイルが具備されたクラッチ式ウォータポンプは、冷却水の供給を受けてシャフトに固定されたインペラの回転によって加圧され、加圧された冷却水を冷却回路に供給するクラッチ式ウォータポンプにおいて、クランクシャフトに連結されてクランクシャフトの回転によって回転するプーリ、シャフトが装着されてシャフトと同時に回転するハブ、ハブを選択的にプーリに連結するピン、ピンに常に弾性力を加える弾性部材、及び前記弾性力の方向と反対方向に磁気力を選択的にピンに加えるコイルを含み、コイルはケースに巻かれており、断面積が互いに異なる第１コイルと第２コイルを含み、第１コイルと第２コイルはケースに交互に巻かれ、第１コイル断面と第２コイル断面はジグザグ状に配置されることを特徴とする。
第１コイルは、立方体パッキング（ｃｕｂｉｃ  ｐａｃｋｉｎｇ）形態に巻かれていることが好ましい。
第２コイルは、立方体パッキング形態に巻かれた第１コイルの間の空隙に配置されることが好ましい。
第２コイルの断面積は、第１コイルの断面積の１７％以下であることが好ましい。
第１コイルを流れる電流の方向は、第２コイルを流れる電流の方向に反対であることが好ましい
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、制限された空間を有する物体に、より多くのコイルを巻くようにすることで、物体の大きさを増大させなくても、コイルから発生する磁気力の強さを強くすることができる。したがって、モータ、ゼネレータ、ポンプなどコイルに電流を流して磁気力を発生させる装置の大きさを増大させなくても、その作動容量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るコイルが適用されるクラッチ式ウォータポンプの断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコイルを示した概略的な断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】従来技術に係るコイルを示した概略的な断面図である。
【図５】図４の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
説明の便宜のために、本明細書では本発明の技術的な思想がクラッチ式ウォータポンプに適用されたものを例として述べるが、これに限定されない。即ち、本発明の技術的な思想は、モータ、ゼネレータ、ポンプなどコイルに電流を流して磁気力を発生させる全ての装置に適用できる。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係るコイルが適用されるクラッチ式ウォータポンプの断面図である。
図１に示したように、クラッチ式ウォータポンプ１は、ポンプハウジング４０、ポンプカバー（図示せず）、プーリ１０、ハブ８０、シャフト２０、及びコイル１１０を含む。
ポンプハウジング４０は、ディスク形状で、中央部に貫通ホールが形成されており、その外周部にはポンプカバーとの結合のための結合手段が配置される。通常、前記結合手段としてはボルト（図示せず）などが用いられる。貫通ホールにはシャフト２０が配置され、シャフト２０の一端にはインペラ３０が固定されている。シャフト２０と貫通ホールとの間にはベアリングが配置されることにより、シャフト２０の回転を円滑にすることができる。
【００１５】
ポンプカバーはポンプハウジング４０と結合して、その間に冷却水が加圧されるチャンバー（図示せず）を形成する。チャンバーにはインペラ３０が配置されている。また、チャンバーは、入口（図示せず）と連結されて冷却回路（図示せず）を循環した冷却水が流入し、出口（図示せず）と連結されて加圧された冷却水を冷却回路に吐出する。インペラ３０はシャフト２０と同時に回転し、チャンバーに流入した冷却水を加圧する。
本発明の実施形態に係るポンプハウジング４０、ポンプカバー、及びインペラ３０は、既存のポンプハウジング、ポンプカバー、及びインペラと非常に類似しており、当業者に広く知られているので、これ以上の詳しい説明は省略する。
【００１６】
プーリ１０は外周面と内周面とを含む環状になっている。プーリ１０の外周面にはベルト（図示せず）が装着されている。プーリ１０はベルトによってクランクシャフト（図示せず）に連結されることにより、クランクシャフトの回転によってプーリ１０が回転するようになる。したがって、プーリ１０はエンジンの駆動中には常に回転するようになる。
プーリ１０の一側面（ポンプハウジング４０に向かう面）には摩擦パッド１２が装着されており、この摩擦パッド１２と摩擦するクラッチディスク６０が備えられている。クラッチディスク６０は、摩擦パッド１２の摩擦力によって常にプーリ１０と同時に回転するようになっている。クラッチディスク６０には第１孔６２が形成されている。
【００１７】
ハブ８０は、ディスク形状で、その中央部にシャフト装着部が形成されている。シャフト装着部にはシャフト２０が装着されて、ハブ８０がシャフト２０と同時に回転するようになっている。また、ハブ８０とプーリ１０の内周面の間にはベアリング５０が配置されて、ハブ８０とプーリ１０との相対回転を可能にする。即ち、プーリ１０はエンジン駆動中には常に回転し、ハブ８０は選択的にプーリ１０に連結されて選択的にプーリ１０と同時に回転する。ベアリング５０は、ハブ８０に装着される内輪５２、プーリ１０の内周面に装着される外輪５４、及び内輪５２と外輪５４との間に装着される電動体５６を含む。
【００１８】
ハブ８０の外周部に、第１孔６２に対応する位置には第２孔７０が形成されている。
この第２孔７０にはハブ８０とプーリ１０とを選択的に連結させるピン８２が挿入されている。第２孔７０に挿入されたピン８２は、コイル１１０で発生する磁気力と、磁気力と対抗する弾性部材９０から加えられる弾性力により、第１孔６２に選択的に挿入されたり抜け出たりする、第２孔７０に挿入されたピン８２が第１孔６２に挿入されれば、ハブ８０とプーリ１０とは連結されて共に回転する。これに反して、第２孔７０に挿入されたピン８２が第１孔６２から抜け出れば、ハブ８０とプーリ１０との連結は切れ、ハブ８０は回転しなくなる。
ハブ８０とクラッチディスク６０との間には弾性部材９０が配置され、コイル１１０で発生する磁気力に対抗する弾性力をハブ８０に加える。弾性部材９０としてはコイルスプリングが主に用いられる。
【００１９】
コイル１１０はコイルケース１００に巻かれている。コイルケース１００は、コイル１１０を収容できるように、一側面（ポンプハウジング４０に向かう面）が開口された環状になっており、開口された一側面はコイル１１０を完全に巻いた後、コイルカバー１２０によって密閉される。したがって、コイルケース１００に巻かれているコイル１１０はコイルカバー１２０によって離脱しない。このようなコイル１１０に電流が印加されれば磁気力が発生し、この磁気力はピン８２を引き付けて第１孔６２から離脱するようにする。したがって、コイル１１０に電流が印加されればハブ８０とプーリ１０との連結が切れる。
【００２０】
以下、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態に係るコイル１１０についてさらに詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態に係るコイルを示した概略的な断面図であり、図３は、図２の部分拡大図である。
図２及び図３に示したように、コイル１１０は断面積が互いに異なる第１コイル１１２と第２コイル１１４とを含む。ここでは、第２コイル１１４の断面積（Ａ２）が第１コイル１１２の断面積（Ａ１）より小さいものを例示した。
第１コイル１１２は、コイルケース１００上に、または第２コイル１１４上に巻かれ、第２コイル１１４は第１コイル１１２上に巻かれる。第１コイル１１２及び第２コイル１１４は、その断面の中心が１つの行を形成するように巻かれる。また、第１コイル１１２及び第２コイル１１４は、予め設定された回数だけ反復して巻かれることによって交互に複数の行を形成する。第１コイル１１２と第２コイル１１４の断面の中心はジグザグ状に配置される。また、第１コイル１１２は立方体パッキング（ｃｕｂｉｃ  ｐａｃｋｉｎｇ）形態に巻かれる。即ち、第１コイル１１２の断面の中心（Ｃ）は、複数の行に対してそれぞれ垂直である複数の列を形成するように配置されている。したがって、（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ）の断面の中心は正四角状に配置される。即ち、（ｍ、ｎ）の断面の中心と（ｍ、ｎ＋１）の断面の中心とを連結した線と、（ｍ、ｎ）の断面の中心と（ｍ＋１、ｎ）の断面の中心とを連結した線間の角度（θ）は９０°であり、その長さは互いに同一である。ここで、ｍ、ｎは任意の自然数であり、（ｍ、ｎ）断面は、ｍ番目行とｎ番目列の断面を意味する。
【００２１】
一般的に、立方体パッキング形態に第１コイル１１２を巻けば、菱面体パッキング形態に第１コイル１１２を巻く場合と比べる時、空隙率が増加する。しかし、本発明の実施形態によれば、第１コイル１１２の（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ）の断面の間に形成された略正方形の空隙に、その断面積（Ａ２）が第１コイル１１２の断面積（Ａ１）より小さい第２コイル１１４を配置することにより、空隙率を減らすようにした。
このような第２コイル１１４は、第１コイル１１２間の空隙をぎっしり詰めるように形成するのが好ましい。これにより、第２コイル１１４は、それを取り囲む第１コイル１１２と少なくとも４個の点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に接するようになる。
【００２２】
第１コイル１１２の直径が１であると仮定すれば、空隙率は約０．５４６である。空隙をぎっしり詰める（通常、コイル１１０を圧着することによって、コイルケース１００内のコイル１１０の密度を高くする。）とき、第２コイル１１４の直径は約０．４１７となる。したがって、第１コイル１１２の断面積（Ａ１）と第２コイル１１４の断面積（Ａ２）との比は約１：０．１７４である。したがって、第２コイル１１４の断面積（Ａ２）は、第１コイル１１２の断面積（Ａ１）の１７％以下であるのが好ましい。
【００２３】
空隙率が減少するのは、コイルケース１００に巻かれるコイル１１０の巻き数が増加することを意味する。コイル１１０に発生する磁気力の強さは、コイルケース１００に巻かれているコイル１１０の巻き数と、発生する極性の数に比例する。本発明の実施形態によれば、コイルケース１００に巻かれるコイル１１０の巻き数が増加するので、コイル１１０で発生する磁気力が強くなる。
また、第１コイル１１２に流れる電流の方向と第２コイル１１４に流れる電流の方向とを反対にすることにより、発生する極性の数を増加させることもできる。
さらに、コイル１１０間の空隙を最大限小さくすることにより、コイル１１０が互いに密着するようになる。したがって、コイル１１０間で発生する滑りが防止され、これによってコイル１１０間の滑りを防止するための接着剤の塗布が必要なくなる。
【００２４】
以上、本発明に関する好ましい実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲での全ての変更を含が含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１  クラッチ式ウォータポンプ
１０  プーリ
１２  摩擦パッド
２０  シャフト
３０  インペラ
４０  ポンプハウジング
５０  ベアリング
５２  内輪
５４  外輪
５６  電動体
６０  クラッチディスク
６２  第１孔
７０  第２孔
８０  ハブ
８２  ピン
９０  弾性部材
１００  コイルケース
１１０  コイル
１１２  第１コイル
１１４  第２コイル
１２０  コイルカバー
２１０  コイル積層体
２１２  コイル
２１６  空隙
Ａ１  第１コイルの断面積
Ａ２  第２コイルの断面積
Ｃ、Ｃ’  コイル断面の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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