KR100251793B1 - 비례솔레노이드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력되는 전기 신호에 비례하여 자력을 나타내는 비례솔레노이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 전기신호가 비례 솔레노이드에 입력된 상태에서 가동철심에 변위를 발생시켜도 자력이 변위에 관계없이 일정하게 유지될 수 있도록 함에 있는 것이다.
고정철심(104)과 가동철심(101) 사이에 설치되어 둘 사이에는 최소 간격을 유지시켜주는 비자성판(108)이 설치되며, 비자성 내압튜브(111)내에 삽입된 고정철심(104)와 가동철심(101)에는 양끝단이 상호 중첩되고, 비자성 내압튜브(111) 양단에 유체의 누설을 차단하는 누설 차단부재(116,117)를 구비하여 되는 구성으로 된 것에 있어서, 상기 비자성 내압튜브(111)에 삽입된 채 고정철심(104)의 끝부분와 중첩되는 가동철심 중첩부(113')가 도4와 같이 원뿔대 모양으로 테이퍼 기울기(A)가 형성되고, 상기 고정철심(104)과 가동철심(101) 사이의 초기 간격은 비자성판이 아닌 가동철심(101)의 중심으로 압입되는 봉 부재(107)와 일체로 되는 돌기(108A)에 의하여 고정철심(104)과 가동철심(101)의 초기 간격을 유지하도록 함에 그 특징이 있는 것이다.

Description

비례 솔레노이드
본 발명은 입력되는 전기 신호에 비례하여 자력을 나타내는 비례솔레노이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 전기신호가 비례 솔레노이드에 입력된 상태에서 가동철심에 변위를 발생시켜도 자력이 변위에 관계없이 일정하게 유지될 수 있도록 함에 있는 것이다.
종래에는 비례 솔레노이드(100)을 도1에 나타낸 바와 같이 원통형 또는 육각봉의 형상으로 되는 케이스(103)내측으로 솔레노이드 코일(110)이 감겨진 보빈(118)과 비자성 내압튜브(111)가 끼워지고, 상기 케이스(103)의 일측에는 비자성 내압튜브(111)에 끼워지는 앤드 쉘(102)의 원통부(120)에 베어링(106)을 개제하여 가동철심(101)이 베어링(106)에 지지된 채 습동하도록 되고, 케이스(103)의 상대쪽에는 고정철심(104)과 솔레노이드 내부에서 유동하는 유체의 유동 저항을 줄이기 위한 고정철심 유동구(119), 고정철심(104)의 중앙을 관통하며 가동철심(101)의 중심에 압입되는 봉 부재(107)에 베어링(105)를 개제하여 봉부재(107)가 고정철심(104)의 중심을 섭동할 때 마찰 저항을 줄이도록 되고, 고정철심(104)과 가동철심(101) 사이에 설치되어 둘 사이에는 최소 간격을 유지시켜주는 비자성판(108)이 설치되며, 비자성 내압튜브(111)내에 삽입된 고정철심(104)와 가동철심(101)에는 양끝단이 상호 중첩되는 쐐기 모양의 고정철심 누설부(112) 및 원통형의 가동철심 중첩부(113)가 구비되고, 비자성 내압튜브(111) 양단에 설치되어 솔레노이드 내부에서 유동되는 유체의 누설을 차단하는 누설 차단부재(116,117)를 포함하는 구성으로 되고 있다.
이처럼 구성된 비례 솔레노이드는 외부 전원에서 일정 전류가 입력되면 솔레노이드 코일(110)은 자기장을 형성하고, 이때 형성된 자기장은 고정철심(104), 쐐기 모양의 고정철심 누설부(112), 원통형의 가동철심 중첩부(113), 가동철심(101), 원통부(120), 앤드 쉘(102), 그리고 케이스(103)으로 이어지는 자로를 형성한다.
이때 고정철심 누설부(112)와 원통형의 가동철심 중첩부(113)를 통과하는 자속은 비례 솔레노이드(100)의 중심을 연결하는 축 방향과 그 중심에 대한 반경 방향으로 각각 분배되어 가동철심(101)이 고정철심(104)과 멀어지는 일정 구간에서는 자력이 일정 범위내에서 서서히 증가하게 된다.
그리고 가동철심(101)의 이동은 가동철심(101)의 중심에 압입된 봉부재(107)의 앤드 쉘(102)측 끝 단(109)이 앤드 쉘(102)의 내측면(114)과 접촉하는 위치까지만 이동하게 되어 가동철심(101)의 이동을 제한한다.
이는 솔레노이드 코일에 일정 전류가 입력될 때 가동철심(101)이 고정철심(104)으로부터 멀어지면 고정철심(104)으로부터 가동철심(101)에 작용하는 자력이 서서히 증가하며, 이 정도는 입력되는 전류가 많을수록 증가하는 정도가 더 커진다.
이와 같이 종래에는 일정 구간의 변위내에서 일정 자력을 유지하지 못하는 관계로 정확한 제어를 어렵게 만드는 주요인으로 작용하였다.
따라서 본 발명은 일정 전기 신호가 비례 솔레노이드에 입력된 상태에서 가동 철심에 변위를 주었을 때 변위의 증가에 따라 자력이 서서히 증가되는 것을 개선하기 위하여 가동 철심과 고정 철심이 겹치는 부분의 가동 철심에 원뿔대 모양이 되도록 일정 각도를 가진 테이퍼 형상이 되도록 하여 일정 전기 신호의 입력시 가동 철심에 변위를 발생시켜도 자력이 변위에 관계없이 일정하게 유지하도록 된 비례 솔에노이드를 제공함에 그 목적이 있는 것인 바, 이를 첨부된 예시 도면을 참고하여 그 구성 및 작용 효과 등을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도1은 종래 비례 솔레노이드의 일 예시 단면도,
도2는 본 발명에 따른 비례 솔레노이드의 일 예시 단면도,
도3은 도3의 요부 발췌 단면도,
도4,5는 봉 부재의 다른 예시도,
도6은 자속과 스토크의 관계 선도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100; 비례 솔레노이드
101: 가동철심 102 : 앤드 쉘
103: 케이스 104 : 고정철심
105: 소반경 베어링 106 : 대반경 베어링
107: 봉 부재 108 : 비자성판
109: 봉 부재 내측면 110 : 솔레노이드 코일
111: 비자성 내압튜브 112: 쇄기모양 고정철심 누설부
113: 원통형 가동철심 중첩부 114: 앤드 쉘 내측면
115: 고정철심내 유체 유동구 116: 누설 차단 부재
117: 누설 차단 부재 118 : 보빈
119: 고정철심 유체 유동구 120: 앤드 쉘 원통부
104A: 고정철심 외측면 113': 원뿔대 모양의 가동철심 중첩부
A : 가동철심의 중첩부 원뿔 각
첨부 도면 도2에서와 같이 본 발명은 원통형 또는 육각봉의 형상을 가지는 케이스(103)의 내측으로 솔레노이드 코일(110)이 감겨진 보빈(118)과 비자성 내압튜브(111)가 끼워지고, 상기 케이스(103)의 일측에는 비자성 내압튜브(111)에 끼워지는 앤드 쉘(102)의 원통부(120)에 베어링(106)을 개제하여 가동철심(101)이 상기 베어링(106)에 지지된 채 습동하도록 되고, 케이스(103)의 상대쪽에는 고정철심(104)과 고정철심 유동구(119), 고정철심(104)의 중앙을 관통하며 가동철심(101)의 중심에 압입되는 봉 부재(107)에 베어링(105)를 개제하여 봉부재(107)가 고정철심(104)의 중심을 섭동할 때 마찰 저항을 줄이도록 되고, 고정철심(104)과 가동철심(101) 사이에 설치되어 둘 사이에는 최소 간격을 유지시켜주는 비자성판(108)이 설치되며, 비자성 내압튜브(111)내에 삽입된 고정철심(104)와 가동철심(101)에는 양끝단이 상호 중첩되고, 비자성 내압튜브(111) 양단에 유체의 누설을 차단하는 누설 차단부재(116,117)를 구비하여 되는 구성으로 된 것에 있어서, 상기 비자성 내압튜브(111)에 삽입된 채 고정철심(104)의 끝부분와 중첩되는 가동철심 중첩부(113')가 도3에서와 같이 원뿔대 모양으로 테이퍼 기울기(A)를 형성함에 그 특징이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 구성에 있어서, 상기 고정철심(104)과 가동철심(101) 사이의 초기 간격을 유지하는 간격유지구의 기능을 도4,5에 나타낸 바와 같이 별도로 구성되는 비자성판이 아닌 가동철심(101)의 중심으로 압입되는 봉 부재(107)와 일체로 되는 돌기(108A)에 의하여 고정철심(104)과 가동철심(101)의 초기 간격을 유지하도록 하는데 또 다른 특징이 있는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 설명하면 다음과 같다.
외부 전원에서 일정전류가 입력되면 솔레노이드 코일(110)은 자기장을 형성하고, 이때 형성된 자기장은 고정철심(104), 고정철심 누설부(112), 원뿔대 모양으로 테이퍼진 가동철심 중첩부(113'), 가동철심(101), 원통부(120), 앤드 쉘(102), 그리고 케이스(103)으로 이어지는 자로를 형성하고, 고정철심 누설부(112)와 원뿔대 모양으로 테이퍼진 가동철심 중첩부(113')를 통과하는 자속은 비례 솔레노이드(100)의 중심을 연결하는 축 방향과 그 중심에 대한 반경 방향으로 각각 분배되어 가동철심(101)이 고정철심(104)과 멀어져도 일정 구간에서는 자력이 일정 범위내에서 일정하게 유지된다.
그리고 가동철심(101)의 이동은 가동철심(101)의 중심에 압입된 봉부재(107)의 앤드 쉘(102)측 끝 단(109)이 앤드 쉘(102)의 내측면(114)과 접촉하는 위치까지만 이동하게 되어 가동철심(101)의 이동을 제한한다.
본 발명은 가동철심(101)의 중첩부(113')의 형상이 도4에 나타난 바와 같이 끝이 잘린 원뿔 모양으로 되어있어 고정철심(104)의 쐐기 모양의 누설부(112)와 중첩되는 안쪽의 누설부(112) 내측면(112A)과 가동철심(101)의 중첩부(113') 사이의 간극은 크고, 쐐기 모양의 누설부(112)의 맨 끝쪽의 내측면(112A)과 가동철심(101)의 중첩부(113')의 간극이 작게 되어 있다.
이것은 가동철심(101)이 변위를 시작하여 고정철심(104)의 쐐기 모양의 누설부(112)와 가동철심(101)의 중첩부(113')가 중첩되는 길이가 점점 줄어들 때 고정철심(104)의 쐐기 모양의 누설부(112)와 가동철심(101)의 중첩부(113') 사이의 간극을 증가시키는 효과를 가져와 자속 밀도의 증가를 방지한다. 이로써 가동철심(101)의 변위 구간 끝 부분으로 갈수록 자력이 불필요하게 서서히 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한 가동철심(101)의 중첩부(113')를 원통형으로 한 경우인 A를 0°(Zero)로 한 경우 도6에 나타낸 바와 같이 가동철심(101)의 변위가 증가하면서 가동철심(101)애 작용하는 자력도 증가하였으나, A의 각도를 서서히 증가시킬 경우 가동철심(101)의 변위가 증가하여도 가동철심(101)에 작용하는 자력이 일정하게 유지되며, A의 각도를 지나치게 증가시킬 경우가 가동철심(101)의 변위가 증가하면서 오히려 가동철심(101)에 작용하는 자력이 감소하는 특성을 볼 수 있다.
이러한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 고정철심과 중첩되는 가동철심이 중첩부에 적절한 각도로 원뿔대 모양으로 테이퍼를 설치하여 가동철심이 고정철심에 대하여 상대 변위를 가질 경우 일정 구간에서 가동철심에 작용하는 자력을 일정하게 유지하도록 하여 정확한 비례를 실현할 수 있게되는 등의 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 비자성 내압튜브에 끼워지는 고정철심의 고정철심 누설부와 가동철심의 끝단이 상호 중첩되는 구조를 비례 솔레노이드에 있어서, 상기 고정철심의 누설부는 반경 방향에서 중심방향으로 쐐기 모양으로 되고 그 내측은 원통형으로 되며, 이에 중첩되는 가동철심의 중첩부는 가동철심의 변위가 증가하여도 가동철심에 작용하는 자력이 일정하게 유지되는 각도로 끝이 잘린 원뿔대 형상으로 가공되고, 봉부재에 일체형으로 형성된 돌기가 고정철심과 가동철심 사이의 초기 간격을 유지시키도록 함으로서, 솔레노이드에 입력되는 전류에 관계없이 가동철심이 고정철심에 대하여 상대 변위가 발생하여도 일정 구간 내에서 가동철심에 작용하는 자력이 일정하게 유지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 비례 솔레노이드.
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