特開 2024-158025 電磁コイルユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158025

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電磁コイルユニット

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/06 20060101AFI20241031BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20241031BHJP

   H01F 7/16 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H01F7/06 L

F16K31/06 305C

H01F7/06 J

H01F7/06 K

H01F7/16 R

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072817

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100213757

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 詩人

(72)【発明者】

【氏名】濱田 正吾

(72)【発明者】

【氏名】三留 陵

【テーマコード（参考）】

3H106

5E048

【Ｆターム（参考）】

3H106DA08

3H106DA23

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB22

3H106DB32

3H106EE13

3H106KK23

5E048AB01

5E048AD02

5E048CB07

(57)【要約】

【課題】放熱性能を向上させることができる電磁コイルユニットを提供する。
【解決手段】巻線４１の軸線Ａ１がＸ方向において交差板部５１の中央部からずれて配置されていることで、外函５の内部かつコイル部４の周囲の空間において、軸線Ａ１を挟んでＸ方向の両側に温度差を生じさせることができ、この温度差によってＸ方向の気流を発生させることができる。コイル部４のＹ方向寸法が、一対の連結板部５３，５４同士の間隔の６４～８７％であることで、上記の気流がコイル部４と連結板部５３，５４との間を効率よく通過することができ、放熱性能を向上させることができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイル部と、前記コイル部の外側に配置される外函と、を備えて電磁弁において流路を切り換えるための電磁コイルユニットであって、
前記コイル部は、所定の軸線の周りに螺旋状に形成された巻線を有し、
前記外函は、前記コイル部を前記軸線の方向から挟み込む一対の交差板部と、前記一対の交差板部同士を連結する一対の連結板部と、を有し、前記一対の交差板部同士の対向方向および前記一対の連結板部同士の対向方向の両方に直交する方向を延在方向とする四角形筒状に形成され、
前記軸線は、前記延在方向において、前記交差板部の中央部からずれて配置され、
前記一対の連結板部同士の対向方向において、前記コイル部の寸法が、前記一対の交差板部同士の間隔の６４～８７％であることを特徴とする電磁コイルユニット。

【請求項2】

前記外函の前記延在方向が鉛直方向に沿うとともに、前記軸線が前記中央部に対して下方側に配置されるように、前記電磁弁に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電磁コイルユニット。

【請求項3】

前記軸線の前記中央部からのずれ量は、前記延在方向における前記交差板部の寸法の２～１０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁コイルユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁弁に用いられる電磁コイルユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、巻線に通電することによって巻線の内側に配置された固定鉄心を励磁し、可動鉄心を移動させることで流路を切り換える電磁弁が知られている。このような電磁弁として、巻線としてのソレノイドコイルを内部に保持し、磁路を形成するフレームを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された電磁弁では、フレームが、中空ボビンの中心軸線方向の一端部と当接する端板部と、端板部に結合された一対の側板部と、側板部のそれぞれから延びる中心軸線に向かって延びる延長部と、を有して一部品として形成されている。これにより、断面Ｃ字状のフレームに対して磁束損失の改善を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１１３９９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電磁弁では、四角形筒状のフレームによって巻線を囲むように磁路を形成して磁束損失を低減することはできるものの、巻線の通電時に発生する熱をフレームの外側に放熱しにくいという不都合があった。例えば、低コスト化のために、巻線を構成する導線の断面積またはターン数を減らして導線の使用量を削減した場合、抵抗値が上昇するか、又は、起磁力確保のために必要な電流が大きくなる。発熱の要因となる抵抗損は電流および抵抗値の両方に依存して大きくなるため、上記のように導線の使用量を削減すると発熱しやすくなる。このため、電磁駆動弁に用いられる電磁コイルユニットにおいて放熱性能を向上させることが望まれていた。

【0005】

本発明の目的は、放熱性能を向上させることができる電磁コイルユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電磁コイルユニットは、コイル部と、前記コイル部の外側に配置される外函と、を備えて電磁弁において流路を切り換えるための電磁コイルユニットであって、前記コイル部は、所定の軸線の周りに螺旋状に形成された巻線を有し、前記外函は、前記コイル部を前記軸線の方向から挟み込む一対の交差板部と、前記一対の交差板部同士を連結する一対の連結板部と、を有し、前記一対の交差板部同士の対向方向および前記一対の連結板部同士の対向方向の両方に直交する方向を延在方向とする四角形筒状に形成され、前記軸線は、前記延在方向において、前記交差板部の中央部からずれて配置され、前記一対の連結板部同士の対向方向において、前記コイル部の寸法が、前記一対の交差板部同士の間隔の６４～８７％であることを特徴とする。

【0007】

以上のような本発明によれば、巻線の軸線が交差板部の中央部からずれて配置されていることで、巻線には、外函の延在方向において、外側空間に近い部分と遠い部分とが形成される。巻線は、外側空間に近い方が冷却されやすいことから、外函の内部かつコイル部の周囲の空間において、軸線を挟んで両側に温度差を生じさせることができる。この温度差によって気圧差が生じ、高圧側（低温側）から低圧側（高温側）に向かう気流を発生させることができる（換言すると、この温度差によって密度差が生じ、高密度側（低温側）から低密度側（高温側）に向かう気流を発生させることができる）。上記のように気流が生じる方向（延在方向）と直交する方向である一対の連結板部同士の対向方向において、コイル部の寸法が、一対の交差板部同士の間隔の６４～８７％であることで、上記の気流がコイル部と連結板部との間を効率よく通過することができ、放熱性能を向上させることができる。

【0008】

これに対し、コイル部の上記寸法が、一対の連結板部同士の間隔に対して大きすぎると、コイル部と連結板部との間の隙間が小さくなり、気流が通過しにくくなって充分な放熱性能を得にくくなる。また、コイル部の上記寸法が、一対の連結板部同士の間隔に対して小さすぎると、上記のような温度差および気圧差が生じにくく、気流を発生させにくくなるとともに、ヨークとしての外函の磁路が長くなってしまい磁気効率が低下してしまう。

【0009】

この際、本発明の電磁コイルユニットでは、前記外函の前記延在方向が鉛直方向に沿うとともに、前記軸線が前記中央部に対して下方側に配置されるように、前記電磁弁に配置されることが好ましい。このような構成によれば、温度差により生じる気流に加え、この気流を上昇気流としてコイル部と連結板部との間を通過させることができ、放熱性能をさらに向上させることができる。

【0010】

また、本発明の電磁コイルユニットでは、前記軸線の前記中央部からのずれ量は、前記延在方向における前記交差板部の寸法の２～１０％であることが好ましい。このような構成によれば、大型化を抑制しつつ上記のような気流を発生させやすい。さらに、このずれ量は、延在方向における交差板部の寸法の３～８％であることがより好ましく、このような構成によれば、上記のような気流を発生させつつ、大型化をさらに抑制しやすい。これに対し、ずれ量が交差板部の上記寸法に対して大きすぎると、電磁コイルユニットが大型化しやすい。また、ずれ量が交差板部の上記寸法に対して小さすぎると、温度差が生じにくく気流を発生させにくい。

【発明の効果】

【0011】

本発明の電磁コイルユニットによれば、放熱性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一例である実施形態にかかる電磁弁が設けられた冷凍サイクルの概略構成図である。

【図2】前記電磁弁を示す断面図である。

【図3】前記電磁弁を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の電磁コイルユニット１は、図１に示すような電磁弁１０２に用いられるものであり、電磁弁１０２は、例えば図１に示すような冷凍サイクル１００を構成するものである。冷凍サイクル１００は、ルームエアコン、パッケージエアコン、マルチエアコン等の空気調和機に利用されるものであって、流体としての冷媒を圧縮する圧縮機１０３と、冷却モード時に凝縮器として機能する第一熱交換器としての室外熱交換器１０４と、冷却モード時に蒸発器として機能する第二熱交換器としての室内熱交換器１０５と、室外熱交換器１０４と室内熱交換器１０５との間にて冷媒を膨張させて減圧する膨張手段としての膨張弁１０６と、四方切換弁１０１と、四方切換弁１０１の流路を切換え制御するパイロット電磁弁である電磁弁１０２と、を備え、これらが冷媒配管によって連結されている。なお、膨張手段としては、膨張弁１０６に限らず、キャピラリでもよい。

【0014】

この冷凍サイクル１００は、図１に実線矢印で示す冷却モード（冷房運転）において、圧縮機１０３、四方切換弁１０１、室外熱交換器１０４、膨張弁１０６、室内熱交換器１０５、四方切換弁１０１及び圧縮機１０３の順に冷媒が流れる冷房サイクルを構成する。一方、破線矢印で示す加温モード（暖房運転）において、圧縮機１０３、四方切換弁１０１、室内熱交換器１０５、膨張弁１０６、室外熱交換器１０４、四方切換弁１０１及び圧縮機１０３の順に冷媒が流れる暖房サイクルを構成する。この暖房サイクルと冷房サイクルとの切換えは、電磁弁１０２による四方切換弁１０１の切換え動作によって行われる。

【0015】

四方切換弁１０１は、周知のものであり、円筒状の弁本体１１１と、弁本体の内部にスライド自在に設けられたスライド弁１１２と、圧縮機１０３の吐出口に連通する高圧側導管（Ｄ継手）１１３と、圧縮機１０３の吸込口に連通する低圧側導管（Ｓ継手）１１４と、室内熱交換器１０５に連通する室内側導管（Ｅ継手）１１５と、室外熱交換器１０４に連通する室外側導管（Ｃ継手）１１６と、を備えて構成されている。弁本体１１１は、その軸方向両端部を塞ぐ栓体１１７，１１８を有することにより、全体に密封されたシリンダーとして構成され、スライド弁１１２を移動させるピストン１１９を軸方向から挟む空間Ａ１１，Ａ１２が形成されている。

【0016】

本実施形態の電磁弁１０２は、四方切換弁の構成を有する周知のものであり、弁本体１２０と、弁座部１２１と、弁体１２２と、電磁コイルユニット１と、継手部材１２３～１２６と、を有し、弁体１２２が所定のスライド方向（即ち移動方向）に沿って移動することで流体の流路が切り換えられるものである。尚、図１は、冷凍サイクル１００を構成する各部がどのように接続されているかを模式的に示すものであり、各部の位置関係や向き、寸法等を示すものではない。特に、電磁駆動弁１０２の詳細な構造や配置、向きについては以下に説明する通りである。

【0017】

電磁コイルユニット１は、図２，３にも示すように、プランジャ２と、吸引子３と、コイル部４と、外函５と、を備える。コイル部４の巻線４１が通電されることで吸引子３が励磁され、プランジャ２が吸引子３に向かって移動することにより、プランジャ２によって保持された弁体１２２が移動するようになっている。電磁弁１０２において流路が切り換えられることにより、高圧側導管１１３の高圧流体がピストン１１９を軸方向から挟む空間Ａ１１，Ａ１２のうち一方に導入され、低圧側導管１１４の低圧流体が他方の空間に導入され、ピストン１１９が低圧側の空間に向かって移動する。

【0018】

コイル部４は、巻線４１とモールド部４２とボビン４３と有し、モールド成形により一体的に構成されたものである。巻線４１は、導線４１１が所定の軸線Ａ１を中心にボビン４３に対して螺旋状に巻回されたソレノイドコイルである。モールド部４２は、巻線４１が内側に設けられるように、絶縁体であるモールド樹脂により形成されている。

【0019】

以下では、軸線Ａ１の方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面とする。また、Ｘ方向が鉛直方向と一致しているものとする。

【0020】

コイル部４は、Ｚ方向の両側の端面４４，４５と、軸線Ａ１を中心とする円筒の一部である曲面部４６と、曲面部４６からＸ方向の一方側（鉛直方向の上側）に突出した突出部４７と、を有している。曲面部４６は、巻線４１と同心円状に形成されたものであり、突出部４７は、巻線４１に対してリード線６を接続するために設けられている部分である。このように、コイル部４の外周形状は、軸線Ａ１を通過するとともにＹＺ平面に沿った面の両側で非対称な形状となっている。突出部４７は、曲面部４６に連続するとともにＸ方向の一方側に向かって延びる一対の平面部４７１を有している。平面部４７１は、ＺＸ平面に対して傾斜している。

【0021】

外函５は、一対の交差板部５１，５２と、一対の交差板部５１，５２同士を連結する一対の連結板部５３，５４と、を有する。交差板部５１は、ＸＹ平面に沿って延びるとともに、弁座部１２１とは反対側から、コイル部４の端面４４に対して接触するように設けられる。交差板部５１には、吸引子３を固定するための貫通孔５１１が形成されている。この貫通孔５１１の中心は、円柱状の吸引子３の中心と一致し、吸引子３は巻線４１と同心円状に配置されている。従って、貫通孔５１１の中心と、巻線４１の中心（即ち軸線Ａ１）と、が一致するようになっている。

【0022】

貫通孔５１１は、Ｘ方向において、交差板部５１の中央部から鉛直方向の下側にずれて配置されている。図３には、交差板部５１のＸ方向中央部を通るとともにＹ方向に沿った線ＬＮ１を一点鎖線にて示しており、貫通孔５１１および軸線Ａ１が線ＬＮ１よりも下側に位置している。従って、電磁弁１０２において、巻線４１の軸線Ａ１が、Ｘ方向において交差板部５１の中央部から下側にずれて配置されている。軸線Ａ１の線ＬＮ１からのずれ量ΔＸは、交差板部５１のＸ方向寸法ＬＸの２～１０％となっており、より好ましくは３～８％となっている。

【0023】

交差板部５１のうちＸ方向の上側の端縁には、リード線６を配置するための切り欠き部５１２が形成されている。即ち、軸線Ａ１は、切り欠き部５１２が形成される側とは反対側にずれている。

【0024】

交差板部５２は、ＸＹ平面に沿って延びるとともに、弁座部１２１側から、コイル部４の端面４５に対して接触するように設けられる。交差板部５２には、弁本体１２０が挿通される貫通孔５２１が形成されている。尚、交差板部５２のうち貫通孔５２１を挟んでＹ方向の両側の部分は、互いに連結されていてもよいし、互いに独立していて（即ち、上記特許文献１のように外函５を例えば一枚の金属板からの折り曲げ加工により形成し、金属板の端縁同士の合わせ目にスリットが形成された構成であって）もよい。また、交差板部５１と交差板部５２とは、Ｘ方向寸法及びＹ方向寸法が互いに等しい。

【0025】

連結板部５３，５４は、一対の交差板部５１，５２のＹ方向端部同士を接続し、ＺＸ平面に沿って延びる。

【0026】

以上のように、外函５は、一対の交差板部５１，５２と一対の連結板部５３，５４とによって、延びる四角形筒状に形成されており、その延在方向がＸ方向と一致する。

【0027】

上記のような外函５は、磁気回路を形成してヨークとして機能する。即ち、巻線４１の一端から他端に向かって、磁束が、交差板部５１を通過し、一対の連結板部５３，５４を通過し、交差板部５２を通過して再びコイル部４に戻る（あるいは磁束が逆向きに通過する）。

【0028】

以下では、コイル部４と外函５との関係および放熱の態様について説明する。まず、コイル部４の外周面（特に曲面部４６）と連結板部５３，５４との間には、隙間が形成されている。このとき、コイル部４のＹ方向寸法Ｌ１が、一対の連結板部５３，５４同士の間隔（即ち内面同士の間隔）Ｌ２の６４～８７％となっている。尚、コイル部４のＹ方向寸法Ｌ１とは、Ｙ方向寸法のうち最大寸法を意味する。

【0029】

また、上記のように軸線Ａ１が線ＬＮ１に対して下側にずれていることから、コイル部４は、筒状の外函５における下側開口の近傍に位置している。これにより、コイル部４は、通電によって発熱した際、Ｘ方向下側の方が上側よりも外気によって冷却されやすくなっている。即ち、外函５の内部かつコイル部４の周囲の空間において、軸線Ａ１よりも上側の方が下側よりも温度が高くなる。温度が高い領域は、温度が低い領域に対し、相対的に圧力が低くなり、このような圧力差によって温度が低い側から高い側に（下側から上側に）向かう気流が生じる（換言すると、上記の温度差によって密度差が生じ、高密度側（低温側）から低密度側（高温側）に向かう気流が生じる）。

【0030】

このとき、コイル部４の外周面と連結板部５３，５４との間に隙間が形成されていることで、上記のような気流がコイル部４と連結板部５３，５４との間を通過可能となっている。

【0031】

以上の本実施形態によれば、巻線４１の軸線Ａ１がＸ方向において交差板部５１の中央部からずれて配置されていることで、外函５の内部かつコイル部４の周囲の空間において、軸線Ａ１を挟んでＸ方向の両側に温度差を生じさせることができ、この温度差によってＸ方向の気流を発生させることができる。コイル部４のＹ方向寸法が、一対の連結板部５３，５４同士の間隔の６４～８７％であることで、上記の気流がコイル部４と連結板部５３，５４との間を効率よく通過することができ、放熱性能を向上させることができる。

【0032】

これに対し、コイル部４のＹ方向寸法が、一対の連結板部５３，５４同士の間隔に対して大きすぎると、これらの間の隙間を確保しにくくなり、気流が通過しにくくなって充分な放熱性能を得にくくなる。また、コイル部４のＹ方向寸法が、一対の連結板部５３，５４同士の間隔に対して小さすぎると、上記のような温度差が生じにくく、気流を発生させにくくなるとともに、ヨークとしての外函５の磁路が長くなってしまい磁気効率が低下してしまう。

【0033】

また、四角形筒状の外函５が鉛直方向を延在方向とし、巻線４１の軸線Ａ１が交差板部５１の中央部に対して下方側に配置されていることで、上昇気流がコイル部４と連結板部５３，５４との間を通過することができ、放熱性能をさらに向上させることができる。

【0034】

また、交差板部５１の中央部からの巻線４１の軸線Ａ１のずれ量ΔＸが、交差板部５１のＸ方向寸法ＬＸの２～１０％、より好ましくは３～８％であることで、大型化を抑制しつつ上記のような気流を発生させやすい。これに対し、ずれ量ΔＸが寸法ＬＸに対して大きすぎると、電磁コイルユニットが大型化しやすい。また、ずれ量ΔＸが寸法ＬＸに対して小さすぎると、温度差が生じにくく気流を発生させにくい。

【0035】

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。前記実施形態では、四角形筒状の外函５が鉛直方向に沿って延びるものとしたが、外函の延在方向は、鉛直方向に対して多少の傾斜を有していてもよい。また、上記のような温度差によって気流が発生しやすい場合には、外函の延在方向が、水平面内の一方向に沿っていてもよい。

【0036】

また、前記実施形態では、交差板部５１の中央部からの巻線４１の軸線Ａ１のずれ量ΔＸが、交差板部５１のＸ方向寸法ＬＸの２～１０％、より好ましくは３～８％であるものとしたが、ずれ量はこのような範囲に限定されない。例えば、外函が巻線に対して充分に大きい場合には、ずれ量を大きくし、温度差を生じやすくしてもよい。また、温度差が生じやすい場合には、ずれ量を小さくしてもよい。

【0037】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【0038】

［実施例］
上記のような実施形態の電磁コイルユニット１において、コイル部４のＹ方向寸法Ｌ１と、一対の連結板部５３，５４同士の間隔Ｌ２と、の比率を変化させ、温度を測定し、相対的な温度上昇（温度上昇比率）を確認した。

【0039】

共通の実験条件としては、印加電圧を２４０Ｖ且つ５０Ｈｚとし、通電を継続して温度が飽和した時点での温度を測定した。また、通電時の消費電力についても測定した。外函５の寸法は変化させず、コイル部４のＹ方向寸法Ｌ１のみを変化させることにより、これらの寸法Ｌ１と寸法Ｌ２との比率を変化させた。このような寸法Ｌ１と寸法Ｌ２との比率と、温度上昇比率の測定結果と、消費電力の測定結果と、を表１に示す。

【0040】

【表1】

【0041】

各実施例および比較例における温度上昇値を、比較例１における温度上昇値で除した値を温度上昇比率とした。同様に、各実施例および比較例における消費電力値を、比較例１における消費電力値で除した値を消費電力比率とした。Ｌ１とＬ２との比率が６４～８５％の実施例１～４において、温度上昇比率が低くなった。このとき、消費電力比率を考慮しても、実施例１～４において温度上昇比率が低くなることが確認された。

【符号の説明】

【0042】

１…電磁コイルユニット、４…コイル部、４１…巻線、５…外函、５１，５２…交差板部、５３，５４…連結板部、１０２…電磁弁、Ａ１…軸線

【図1】

【図2】

【図3】