JP2015076618A - 高速ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】可動部の重さを減少し、電気的な時定数が小さく、早い応答特性を有する高速ソレノイドを提供する。【解決手段】高速ソレノイド１００は、軸方向に直線移動できる可動軸１２０と、可動軸１２０と結合した可動コイル部と、可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させる磁界形成部と、を含む。可動コイル部に電流が印加されると、可動コイル部は、磁界形成部によって形成された磁界によって移動することで、可動軸１２０を移動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、高速ソレノイドに関するもので、より詳細には、応答特性が向上した高速ソレノイドに関する。

一般に、ソレノイドは、コイルに流れる電流によって可動鉄心が直線運動することで磁気エネルギーを運動エネルギーに変換する装置で、電力機器、自動車、有圧システムなどの多様な分野における産業で活用されている。

図１は従来技術によるソレノイドの断面図である。

図１を参照すると、従来技術によるソレノイドは、外部固定鉄心１０、内部固定鉄心３０、可動鉄心４０、及びコイル２０で構成される。

このような従来技術によるソレノイドは、コイル２０に電流が印加されると、コイル２０に流れる電流によって可動鉄心４０と内部固定鉄心３０との間に吸引力が作用して可動鉄心４０が内部固定鉄心３０の方向に移動するようになる。

しかし、従来技術によるソレノイドは、可動鉄心４０が移動する構造であるため、可動部の質量が比較的に大きくて反応速度、即ち、応答速度が遅いという短所があった。

また、コイル２０の周辺に可動鉄心４０、内部固定鉄心３０、及び外部固定鉄心１０のような鉄心が位置することから、電気的な時定数（インダクタンス／抵抗）が大きいため、電圧の印加時に電流が徐々に増加する。

このとき、ソレノイドの駆動力は電流サイズと密接に係っており、電流が徐々に増加するため、従来技術によるソレノイドの場合、速い応答特性を期待することが困難である。

本発明は、上記のような従来技術の問題点のうち少なくとも一部を解決するためのもので、一側面として、早い応答特性を有する高速ソレノイドを提供することを目的とする。

上記目的のうち少なくとも一部を達成するための本発明の一側面は、軸方向に直線移動できる可動軸と、上記可動軸と結合した可動コイル部と、上記可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させる磁界形成部と、を含み、上記可動コイル部に電流が印加されると、上記可動コイル部は、上記磁界形成部によって形成された磁界によって移動して上記可動軸を移動させる高速ソレノイドを提供する。

一実施例において、上記可動コイル部は、コイルと、上記コイルが巻き取られた巻取部材と、上記巻取部材を上記可動軸と固定結合させる可動支持台と、を含むことができる。

また、一実施例において、上記磁界形成部は、上記可動コイル部の内側または外側に配置され、上記可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させる永久磁石と、上記永久磁石と連結され、上記可動コイル部の内側及び外側のそれぞれに配置されて、上記永久磁石によって形成された磁界の磁束を上記可動コイル部に集中させる第１ヨーク及び第２ヨークと、を含むことができる。

ここで、上記第１ヨーク及び第２ヨークは、上記永久磁石の一側及び他側とそれぞれ連結されて、磁束経路を形成する磁性体で構成されることができる。

また、一実施例において、上記可動軸の周りを囲むように構成されて、上記可動軸の直線移動をガイドするガイド部がさらに含まれることができる。

また、一実施例において、上記可動軸を支持し、上記可動コイル部の移動空間を構成するカバーがさらに含まれることができる。

このような構成を有する本発明の一実施例によると、可動部の重さが著しく減少し、電気的な時定数が小さくてソレノイドの応答速度が向上するという効果を得ることができる。

また、本発明の一実施例によると、磁界に配置される可動部の厚さを薄く構成することができるため、駆動力が増加して応答速度が向上するという効果を得ることができる。
このとき、ことが好ましい。

従来技術によるソレノイドの断面図である。 本発明の一実施例による高速ソレノイドの断面図である。 図２に示された高速ソレノイドの可動コイル部が可動された状態を示した断面図である。 図２に示された高速ソレノイドに含まれた巻取部材の部分断面斜視図である。 本発明の他の一実施例による高速ソレノイドの断面図である。 本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイドの断面図である。 本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイドの断面図である。

本明細書で用いられた用語は特定の実施例を説明するために使用されたもので、本発明を限定するためのものではない。また、本明細書における単数の表現は、文脈上明確に異なる意味ではない限り、複数を含む。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。

まず、図２から図４を参照して、本発明の一実施例による高速ソレノイドについて説明する。ここで、図２は本発明の一実施例による高速ソレノイドの断面図、図３は高速ソレノイドの可動コイル部が可動された状態を示した断面図、図４は巻取部材の部分断面斜視図である。

図２及び図４に示されているように、本発明の一実施例による高速ソレノイド１００は、カバー１１０、可動軸１２０、可動コイル部、及び磁界形成部を含み、上記可動軸１２０の直線移動をガイドするガイド部１８０をさらに含むことができる。

上記カバー１１０は、本発明の一実施例による高速ソレノイド１００の外観一部を構成することができ、中空に後述する可動軸１２０が挿入される構造によって可動軸１２０を支持することができる。

一実施例において、カバー１１０は、後述する磁界形成部と合型されて、内部に可動コイル部が移動できる移動空間を形成することができる。

また、上記可動軸１２０は、図２及び図３に示されているように、上記カバー１１０及び後述する磁界形成部の中空によって支持され、軸方向に直線移動できる。

このような可動軸１２０は、直線移動し、本発明の一実施例による高速ソレノイド１００の可動による運動エネルギーを外部要素に伝達することができる。

また、上記可動コイル部は、カバー１１０の内部空間において直線移動できるように構成され、可動軸１２０と結合して直線移動時に可動軸１２０を移動させることができる。

一実施例において、可動コイル部は、コイル１４０、巻取部材１４５、及び可動支持台１３０を含んで構成されることができる。

上記コイル１４０は、後述する巻取部材１４５に巻き取られて電流が流れることができる導線で構成される。

また、上記巻取部材１４５は、コイル１４０が巻き取られる絶縁体で構成されることができる。
一実施例において、巻取部材１４５は、図４に示されているように、積層された複数のプリプレグ１４５ａ、１４５ｂの間に間隔が形成されるように構成されることができ、コイル１４０は複数のプリプレグ１４５ａ間の間隔に巻き取られることができる。

一実施例において、巻取部材１４５は、中心に上記可動軸１２０が配置される円筒形の部材で構成されることができる。

また、一実施例において、巻取部材１４５は、複数のプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）が積層されて構成されることができる。

ここで、プリプレグは、強化繊維にマトリックス樹脂を予備含浸した成形材料で、複数個が接合されて高強度軽量成形品を構成することができる部材である。

一実施例において、巻取部材１４５は、図４に示されているように、積層された複数のプリプレグ１４５ａ、１４５ｂの間に間隔が形成されるように構成されることができ、コイル１４０は複数のプリプレグ１４５ａ間の間隔に巻き取られることができる。

即ち、コイル１４０は、円筒形の巻取部材１４５の中心から外側方向に複数回にわたって巻き取られて複数層に巻き取られることができる。このとき、コイル１４０のそれぞれの巻取層は、複数のプリプレグ１４５ａ間に配置されることができる。

このため、一実施例において、巻取部材１４５は、積層された複数のメインプリプレグ１４５ａ、及び上記メインプリプレグ１４５ａとメインプリプレグ１４５ａとの間に積層される補助プリプレグ１４５ｂで構成されることができる。

ここで、補助プリプレグ１４５ｂは、図４に示されているように、メインプリプレグ１４５ａより長さが短く構成されることにより、メインプリプレグ１４５ａとメインプリプレグ１４５ａとの間にコイル１４０の厚さに対応する間隔を形成させることができる。

メインプリプレグ１４５ａがコイル１４０の複数の巻取層を両側面から層別に支持する構造には、巻取部材１４５とコイル１４０の結合構造を安定するとともに、可動コイル部を薄くて軽く具現することができるという長所がある。

また、コイル１４０がそれぞれの巻取層別にプリプレグ１４５ａ、１４５ｂの間で堅固に嵌め込まれている構造により、コイル１４０と巻取部材１４５の挙動が一致するようになる。

このような構成を有する巻取部材１４５は、一般のコイルボビン（ｃｏｉｌ ｂｏｂｂｉｎ）より軽く具現されることができるため、駆動部が軽量化されてソレノイドの応答速度が大きく向上することができる。

特に、巻取部材１４５が複数の薄いプリプレグ１４５ａ、１４５ｂが積層されて構成された構造により、巻取部材１４５の全体厚さが薄く具現されることができるため、後述する第１ヨーク１６０と第２ヨーク１７０との間隔が狭くなることができる。また、第１ヨーク１６０と第２ヨーク１７０との間隔が狭くなると、コイル１４０に加えられる磁界が増大されてソレノイドの駆動力が増大され、その結果、ソレノイドの動作速度が向上するようになる。

また、上記可動支持台１３０は、巻取部材１４５を可動軸１２０に固定結合させる部材である。一実施例において、可動支持台１３０は、外郭が巻取部材１４５の一端と連結され、中空に可動軸１２０が結合した形態の部材で構成されることができるが、これに限定されない。

一方、上記磁界形成部は、可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させることができる。

一実施例において、磁界形成部は、永久磁石１５０、第１ヨーク１６０、及び第２ヨーク１７０を含んで構成されることができる。

上記永久磁石１５０は、可動コイル部の内側または外側に配置され、可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させることができる。

一実施例において、永久磁石１５０は、図２及び図３に示されているように、可動コイル部に備えられたコイル１４０の内側に備えられることができる。

また、上記第１ヨーク１６０及び第２ヨーク１７０は、永久磁石１５０と連結され、可動コイル部の内側及び外側のそれぞれに配置されて、永久磁石１５０によって形成された磁界の磁束を可動コイル部に集中させることができる。

一実施例において、第１ヨーク１６０は、図２及び図３に示されているように、永久磁石１５０の一側と連結されてコイル１４０の内側に配置されることができ、一端がコイル１４０に向かって突出した形態で構成されることができる。

また、第２ヨーク１７０は、図２及び図３に示されているように、永久磁石１５０の他側と連結されてコイル１４０の外側に配置されることができ、一端がコイル１４０に向かって突出した形態で構成されることができる。

このような構成により、第１ヨーク１６０と第２ヨーク１７０との間にはコイル１４０が配置されるようになる。

ここで、第１ヨーク１６０及び第２ヨーク１７０は、磁性体で構成されて、永久磁石１５０によって発生された磁束の磁路を形成することができる。

このような構成では、永久磁石１５０、第１ヨーク１６０、及び第２ヨーク１７０は、コイル１４０に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させることができる。

即ち、図２及び図３に矢印で示されているように、永久磁石１５０、第１ヨーク１６０、及び第２ヨーク１７０は、コイル１４０の内側から外側方向にコイル１４０に対する磁力を作用させることができる。

このとき、第１ヨーク１６０及び第２ヨーク１７０がコイル１４０側に突出した構造により、磁束がコイル１４０に集中するようになるため、コイル１４０には強い磁力が作用するようになる。

このような構成では、可動コイル部のコイル１４０に電流が印加されると、可動コイル部は、磁界形成部によって形成された磁界によって移動して可動軸１２０を移動させるようになる。

換言すると、コイル１４０に電流が印加されると、永久磁石１５０、第１ヨーク１６０、及び第２ヨーク１７０によって形成された磁界内においてコイル１４０に流れる電流が垂直方向に流れるようになり、コイル１４０は、ローレンツ力によって直線移動、即ち、図３に示されているように、上側に移動するようになる。

一方、図示されていないが、一実施例において、コイル１４０に対する電流供給が中断される場合、可動コイル部が元の位置に戻る動作はスプリングのような弾性体（図示せず）で具現されることができる。

また、上記ガイド部１８０は、可動軸１２０の周りを軸方向に囲むように構成されることで、可動軸１２０の直線移動をガイドすることができる。一実施例において、ガイド部１８０は、中空に可動軸１２０が挿入され、外郭に上記永久磁石１５０、第１ヨーク１６０、及び第２ヨーク１７０が固定される不導体で構成されることができる。

このような本発明の一実施例による高速ソレノイド１００は、図１に示された従来技術によるソレノイドとは異なって、可動部が軽いコイル１４０及び巻取部材１４５で構成されるため応答速度が速いという長所がある。

また、本発明の一実施例による高速ソレノイド１００は、コイル１４０のインダクタンスが小さいことから、電気的な時定数が小さいため、応答速度が速いという長所がある。

以下では、図５から図７を参照して本発明の他の実施例について説明する。ここで、図５から図７のそれぞれは本発明の他の実施例を示した断面図である。

図５に示された本発明の他の一実施例による高速ソレノイド１００は、図２及び図３を参照して上述した本発明の一実施例による高速ソレノイド１００とは異なって、永久磁石１５０及び第１ヨーク１６０がコイル１４０の外側に配置されることができる。

このような本発明の他の一実施例による高速ソレノイド１００は、図５に示されているように、可動支持台１３０の長さが短く構成され、巻取部材１４５及びコイル１４０の直径が小さく構成されることができるため、可動部の重さがさらに減少するという長所がある。

また、図６に示された本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイド１００は、図２及び図３を参照して上述した本発明の一実施例による高速ソレノイド１００とは異なって、可動軸１２０が永久磁石１５０、第１ヨーク１６０、及び第２ヨーク１７０を貫通せずに、カバー１１０のみを貫通するように短く構成されることができる。

このような本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイド１００は、可動軸１２０の重さが減少するため、可動部の重さがさらに減少するという長所がある。

また、図７に示された本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイド１００は、図６に示された本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイド１００とは異なって、永久磁石１５０及び第１ヨーク１６０がコイル１４０の外側に配置されることができる。

このような本発明のさらに他の一実施例による高速ソレノイド１００は、図７に示されているように、可動支持台１３０の長さが短く構成され、巻取部材１４５及びコイル１４０の直径が小さく構成されることができ、可動軸１２０の長さも短く構成されるため、可動部の重さが著しく減少するという長所がある。

以上、本発明の特定の実施例を図示及び説明したが、当業界において一般の知識を有する者であれば特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更させることができる。

１０…外部固定鉄心、 ２０…コイル、 ３０…内部固定鉄心、 ４０…可動鉄心、
１００…高速ソレノイド、 １１０…カバー、 １２０…可動軸、
＜可動コイル部＞
１３０…可動支持台、 １４０…コイル、 １４５…巻取部材、
１４５ａ…メインプリプレグ、 １４５ｂ…補助プリプレグ、
＜磁界形成部＞
１５０…永久磁石、 １６０…第１ヨーク、 １７０…第２ヨーク、
１８０…ガイド部。

Claims (8)

1. 軸方向に直線移動できる可動軸と、
   前記可動軸と結合した可動コイル部と、
   前記可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させる磁界形成部と、を含み、
   前記可動コイル部に電流が印加されると、前記可動コイル部は、前記磁界形成部によって形成された磁界によって移動して前記可動軸を移動させる、高速ソレノイド。
2. 前記可動コイル部は、
   コイルと、
   前記コイルが巻き取られ、複数のプリプレグ（ｐｒｅｐｒｅｇ）が積層されて構成される巻取部材と、
   前記巻取部材を前記可動軸と固定結合させる可動支持台と、を含む、請求項１に記載の高速ソレノイド。
3. 前記巻取部材は、積層された複数のプリプレグ間に間隔が形成されるように構成され、
   前記コイルは、前記複数のプリプレグ間の間隔に巻き取られる、請求項２に記載の高速ソレノイド。
4. 前記巻取部材は、積層された複数のメインプリプレグ、及びそれぞれの前記複数のメインプリプレグ間の間に前記コイルが巻き取られる間隔が形成されるようにメインプリプレグとメインプリプレグとの間に積層された複数の補助プリプレグで構成される、請求項３に記載の高速ソレノイド。
5. 前記磁界形成部は、
   前記可動コイル部の内側または外側に配置され、前記可動コイル部に流れる電流に対して垂直方向に磁界を形成させる永久磁石と、
   前記永久磁石と連結され、前記可動コイル部の内側及び外側のそれぞれに配置されて、前記永久磁石によって形成された磁界の磁束を前記可動コイル部に集中させる第１ヨーク及び第２ヨークと、を含む、請求項１に記載の高速ソレノイド。
6. 前記第１ヨーク及び第２ヨークは、前記永久磁石の一側及び他側とそれぞれ連結されて、磁束経路を形成する磁性体で構成される、請求項５に記載の高速ソレノイド。
7. 前記可動軸の周りを囲むように構成されて、前記可動軸の直線移動をガイドするガイド部をさらに含む、請求項１に記載の高速ソレノイド。
8. 前記可動軸を支持し、前記可動コイル部の移動空間を形成するカバーをさらに含む、請求項１に記載の高速ソレノイド。