KR100266906B1 - 래치식 전자밸브 - Google Patents

Abstract

(과제) 영구자석(3)으로 플런저(2)를 흡착하여 밸브개방상태를 유지하고, 전자코일(6)에 통전하여 역방향의 자속을 발생시킴으로써 스프링(7)의 탄지력에 의하여 플런저(2)를 하강시키는 래치식 전자밸브(1)에서는, 전자코일(6)의 자속의 흐름을 양호하게 하기 위하여 영구자석(3)의 면적을 넓게 하고자 하나. 영구자석(3)의 자력이 강하게 되어 밸브를 폐쇄하기 어렵게 되고, 또 밸브폐쇄상태에서 플런저(2)를 끌어올려서 밸브개방상태를 유지할 수 없다.

(해결수단) 코어(4)를 프레임(5)에 접촉시켜서 바이패스부(42)를 형성하고, 영구자석(3)의 자속의 일부를 플런저(2)로 흐르지 않도록 바이패스함으로써 영구자석(3)이 플런저(2)에 미치는 자력을 작게 한다.

Description

래치식 전자밸브

본 발명은, 영구자석과 전자코일을 구비하여 밸브체와 연결된 플런저를 영구자석의 자력에 의하여 밸브개방상태로 흡착유지하는 래치식 전자밸브에 관한 것이다.

종래의 이러한 종류의 래치식 전자밸브는 플런저의 선단에 밸브구를 폐쇄하는 밸브체를 구비하고, 플런저의 후단을 스프링을 개재하여 연구자석에 대향시킴과 아울러, 플런저의 주위를 자석코일로 에워싸고 있다. 플런저의 후단이 영구자석에 흡착된 상태에서는 밸브체가 밸브구에서 떨어진 상태가 되므로 밸브개방상태가 된다. 이 상태에서는 영구자석과 플런저의 후단 사이에 설치된 스프링이 압축된 상태로 되어 있으나. 영구자석에 의한 흡착력이 스프링의 탄지력보다 강하기 때문에 플런저의 후단이 영구자석에서 떨어지는 일이 없다. 영구자석의 자속에 대하여 반대방향의 자속이 발생하도록 전자코일에 통전하면, 영구자석의 자력이 전자코일의 자력에 의하여 상쇄되기 때문에, 스프링의 탄지력에 의하여 플런저가 영구자석에서 떨어짐으로써 밸브체가 밸브구를 폐쇄하는 밸브폐쇄상태가 된다. 이 상태에서 전자코일로의 통전을 정지하더라도 영구자석과 플런저의 후단과의 사이가 어느 정도 떨어져 있고 또한 스프링의 탄지력이 작용하기 때문에 플런저가 영구자석에 흡착되는 일이 없다. 또, 밸브를 개방할 경우에는, 영구자석의 자속과 같은 방향의 자속이 발생하도록 전자코일에 폐쇄시의 역방향으로 통전한다. 이와 같이 하면, 영구자석의 자속이 증가하여 스프링의 탄지력을 이겨냄으로써 플런저를 영구자석에 흡착시킨다. 플런저가 재차 영구자석에 흡착되면, 상기한 바와 같이 그 후 전자코일로의 통전을 정지하더라도 플런저가 영구자석에서 떨어지는 일이 없다. 또한, 플런저를 영구자석에 직접 흡착시켜도 되지만, 일반적으로는 자속을 유도하는 코어를 영구자석의 일측 자극에 부착하여 플런저가 이 코어에 흡착되도록 구성한다. 또, 영구자석의 타측 자극에서 플런저의 외주면으로 자속을 효율좋게 유도하기 위한 프레임이 설치되어 있다. 따라서, 영구자석의 타측 자극이 만일 N극이라면, 자속은 프레임을 통하여 플런저의 외주면으로 흐른 후 플런저의 후단에서 코어를 통하여 영구자석의 일측 자극인 S극으로 흐르게 된다.

밸브개폐조작에 있어서, 예를 들어 밸브를 개방할 때에는 상기한 바와 같이 전자코일에 의하여 영구자석에 의한 자속과는 반대방향의 자속을 발생기키게 되는데, 이 때 전자코일에 의한 자속은 영구자석의 자속을 거슬러 올라가 영구자석을 관통하여야 한다. 그런데, 전자코일에 의한 반대방향의 자속은 영구자석을 관통하기 어렵기 때문에, 영구자석의 자속통로면적을 넓게 하여 전자코일에 의한 자속을 많이 관통시키는 것이 바람직하다. 한편, 영구자석의 자속통로면적을 넓게 하면, 영구자석에서 발생하는 자속량이 증가하여 플런저에 대한 흡착력이 증가하게 된다. 따라서, 영구자석의 자력을 이겨내어 밸브를 폐쇄시키기 위해서는, 전자코일의 권선을 증가시키거나 통전전류값을 올려야 하고, 또 일단 폐쇄시켰다 하더라도 전자코일로의 통전을 정지하면 플런저가 영구자석에 흡착되어 폐쇄상태를 유지할 수 없다는 폐해가 발생한다.

여기서, 본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여, 영구자석의 자속통로면적을 넓게 하여도 상기한 문제점이 발생하지 않는 래치식 전자밸브를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

도 1은 전자밸브의 밸브개방상태를 나타낸 단면도

도 2는 전자밸브의 밸브폐쇄상태를 나타낸 단면도

도 3은 바이패스부의 상세를 나타낸 확대도

도 4는 Ⅳ-Ⅳ선 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 - 전자밸브 2 - 플런저

3 - 영구자석 4 - 코어

6 - 프레임 6 - 전자코일

42 - 바이패스부 53 - 자기 파이프

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 영구자석과 전자코일을 구비하며, 밸브체와 연결된 플런저를 영구자석의 자력에 의하여 밸브개방상태로 흡착유지하는 래치식 전자밸브에 있어서, 영구자석과 플런저간의 자속통로를 형성하는 프레임과 코어를, 플런저를 사이에 두고서 형성함과 아울러 프레임과 코어간에서 자속의 일부를 흐르게 하여 플런저를 바이패스하는 바이패스부를 형성한 것을 특징으로 한다.

전자코일에 통전하여 코어에 대한 플런저의 흡착력을 약화시킬 때에, 전자코일의 자속이 영구자석을 관통하기 쉽도록 영구자석의 자속통로면적을 넓게 하였다 하더라도 영구자석의 자속의 일부가 바이패스부를 통하여 흐르기 때문에, 코어에 대한 플런저의 흡착력이 필요이상으로 강하게 되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 있어서, 1은 래치식의 전자밸브이고, 이 전자밸브(1)는 상하방향으로 왕복운동가능하게 유지된 플런저(2)를 구비하고 있다. 이 플런저(2)의 하단에는 고무등의 가요성 재료로 된 밸브체(21)가 끼워져 부착되어 있다. 또, 이 전자밸브(1)에는 원판형상의 영구자석(3)이 플런저(2)에 대하여 동일 축선상에 배치되어 있다.

본 실시형태에서의 영구자석(3)은 상측이 N극이 되고 하측이 S극이 되도록 부착되어 있다. 이 영구자석(3)의 S극에는 코어(4)가 부착되어 있으며, 코어(4)의 하단(41)에 상기 플런저(2)의 상단(22)이 흡착된다. 한편, N극에는 밴드형상의 강재를 접어 구부린 프레임(5)이 부착되어 있다. 영구자석(3)의 N극에서 발생한 자속은 프레임(5)내를 흘러서 하단에 부착된 베이스판(51) 및 자기 플레이트(52)를 통하여 플런저(2)의 외주면으로 흐르고, 플런저(2)의 상단(22)에서 코어(4)를 통하여 영구자석(3)의 S극으로 되돌아오는 자로(磁路)가 형성된다. 또한, 자기 플레이트(52)의 상면에 자성재료로 된 박육형상의 자기 파이프(53)를 부착하되 이 자기 파이프(53)를 플런저(2)의 외주면에 대향시킴으로써, 프레임(5)의 양 다리부를 통하여 흐르는 자속이 베이스판(51)이나 자기 플레이트(52)에서 플런저(2)의 외주면으로 흐르는 자로 이외에 자기 파이프(53)에서 플런저(2)의 외주면으로 흐르는 자로를 통하여 자속이 유효하게 플런저(2)로 흐르도록 하였다.

또, 전자밸브(1)에는 상기 플런저(2)를 에워싸는 전자코일(6)이 설치되어 있다. 이 전자코일(6)에 통전하여 영구자석(3)에 의한 자속의 흐름방향과는 반대방향으로 흐르는 자속을 발생시키면, 코어(4)의 하단(41)에 대한 플런저(2)의 상단(22)에 있어서의 영구자석(3)에 의한 흡착력이 저하된다. 코어(4)와 플런저(2) 사이에는 코일형상의 스프링(7)이 부착되어 있다. 따라서, 전자코일(6)에 통전함으로써 상기 흡착력이 저하되면, 스프링(7)의 탄지력이 흡착력을 이겨내어 플런저(2)를 하측으로 이동시키므로 밸브체(21)가 밸브구(H)를 폐쇄하게 된다. 밸브구(H)를 폐쇄한 상태를 도 2에 나타낸다. 이와 같이, 플런저(2)의 상단(22)이 코어(4)의 하단(41)에서 떨어지게 되면, 전자코일(6)로의 통전을 정지하더라도 영구자석(3)의 자력만으로는 플런저(2)를 끌어 올릴 수 없기 때문에, 폐쇄상태 그대로가 유지된다.

이어서, 도 2에 나타낸 상태에서 밸브구(H)를 개방시킬 경우에는, 전자코일(6)에 상기한 폐쇄시의 통전방향과는 반대방향으로 통전하여 전자코일(6)에 의한 영구자석(3)의 자속과 같은 방향의 자속을 발생시킨다. 이와 같이 하면, 플런저(2)의 상단(22)과 코어(4)의 하단(41) 사이에 작용하는 자속이 증가하게 된다. 따라서, 스프링(7)의 탄지력에 저항하여 플런저(2)를 끌어 올림으로써, 플런저(2)의 상단(22)이 코어(4)의 하단(41)에 흡착되는 도 1의 상태가 된다. 이와 같이, 플런저(2)의 상단(22)이 재차 코어(4)의 하단(41)에 흡착되면, 전자코일(6)로의 통전을 정지하더라도 개방상태 그대로가 유지된다. 또한, 11은 비자성재료로 된 가이드 파이프이다.

그런데, 전자코일(6)에 통전하여, 밸브폐쇄시에 플런저(2)의 코어(4)에 대한 흡착력을 약화시키거나 밸브개방시에 플런저(2)를 코어(4)측으로 이동시키기 위해서는, 전자코일(6)에 의하여 발생한 자속이 영구자석(3)을 관통할 필요가 있는데, 특히 페라이트계의 재료로 된 영구자석(3)내는 자속이 관통하기 어렵다.

여기서, 본 실시형태에서는 영구자석(3)의 양극(兩極)의 면적을 넓게 함으로써, 자속통로면적을 넓게 하여 전자코일(6)의 자속이 영구자석(3)을 관통하기 쉽도록 하였다.

한편, 영구자석(3)의 자속은 양극의 면적에 비례하기 때문에, 이와 같이 자속통로면적을 넓게 하면, 영구자석(3)의 자력이 강해지게 된다. 이 결과, 전자코일(6)에 더욱 강한 전류를 흐르게 하지 않으면, 플런저(2)가 코어(4)에서 떨어지지 않게 됨으로써 밸브구(H)를 폐쇄할 수 없게 된다. 또, 밸브를 폐쇄하여 도 2에 나타낸 상태가 되었다 하더라도 영구자석(3)의 자력이 강하면 전자코일(6)로의 통전을 정지한 후에는 영구자석(3)의 자력에 의하여 플런저(2)가 끌려 올라가기 때문에, 플런저(2)를 밸브폐쇄상태로 유지할 수 없는 우려가 있다.

여기서, 본 발명에서는 코어(4)의 일부에 프레임(5)에 접촉하는 바이패스부(42)를 형성하였다. 도 3을 참조하여 설명하면, 영구자석(3)의 N극에서 발생한 자속(P)은 프레임(5)의 양 다리부내를 하측을 향하여 흐르게 되는데, 바이패스부(42)에 근접하게 되면, 자속(P)의 일부{자속(PE)}가 바이패스부(42)를 통하여 곧바로 S극으로 되돌아 간다. 그리고, 남어지 자속(PP)이 플런저(2)로 흐르기 위하여 베이스판(51)을 향하여 흐르게 된다. 따라서, 플런저(2)를 코어(4)에 흡착시키는 자속은 P보다 작은 PP가 되기 때문에, 영구자석(3)의 자속통로면적을 넓게 하더라도 플런저에 작용하는 자력이 강하게 되지 않으므로 상기한 폐해가 발생하지 않는다.

그리고, 밸브를 폐쇄하기 위하여 전자코일(6)에 통전하면, 전자코일(6)에 의하여 발생하는 자속(C)이 프레임(5)의 양 다리부내를 상측을 향하여 흐르게 되는데, 바이패스부(42)에 근접하게 되면 자속(C)의 일부{자속(CE)}가 바이패스부(42)를 통하여 곧바로 코어(4)로 흐르게 되고, 나머지 자속(CP)은 영구자석(3)의 상측으로 우회하여 영구자석(3)의 N극측에서 S극측을 향하여 관통하고, 상기 분기된 자속(CE)과 합류하여 플런저(2)로 흐르게 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 플런저(2)에 대한 흡착력이 약화되기 때문에, 플런저(2)는 스프링(7)의 탄지력에 의하여 밸브폐쇄위치로 하강하게 된다.

또, 밸브를 개방할 때에는, 상기한 바와 같이 전자코일(6)에 역방향의 통전을 하면, 영구자석(3)의 자속과 같은 방향의 자속이 전자코일(6)에 의하여 발생하여 영구자석(3)의 S극측에서 N극측을 향하여 관통하기 때문에, 영구자석(3)의 자속과 전자코일(6)의 자속의 협동에 의하여 플런저(2)를 끌어 올릴 수 있다.

이와 같이 영구자석(3)의 자속통로면적을 넓게 함으로써 영구자석(3)의 자력이 강해졌다 하더라도 바이패스부(42)를 형성하였기 때문에 폐해가 발생하지 않는다. 또한, 바이패스부(42)를 통하여 바이패스되는 자속량을 조절하기 위해서는 바이패스부(42)에 있어서의 코어(4)와 프레임(5)의 접촉면적을 증감시키면 된다.

그런데, 코어(4)를 프레임(5)에 끼워넣을 때, 코어(4)의 끼워지는 부분의 치수가 조금이라도 짧아지면 코어(4)와 프레임(5) 사이에 틈새가 발생하여 자기저항이 증가하기 때문에, 바이패스부(42)를 통한 자속량이 대폭으로 감소된다. 여기서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 코어(4)의 외측지름(D)을 프레임(5)의 간격(L)보다도 크게 형성함과 아울러 대향하는 2개소를 잘라내어 평면부(43)를 형성하고, 이 평면부(43)의 단부(43a)를 프레임(5)에 접촉시켜서 단부(43a)의 근방부분이 바이패스부(42)가 되도록 한다. 이와 같이 구성하면, 약간의 치수오차가 발생하여도 코어(4)와 프레임(5) 사이의 자기저항이 거의 변화하지 않으므로, 바이패스부(42)를 통한 자속량을 일정하게 할 수 있다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 전자코일에 의한 자속을 관통하기 쉽게 하기 위하여 영구자석의 자속통로면적을 넓힘으로써 영구자석의 자력이 강해지더라도, 코어와 프레임 사이에 바이패스부를 형성하여 영구자석의 자속의 일부를 바이패스부를 통하여 바이패스함으로써 영구자석의 자력이 강해짐에 의한 폐해를 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 영구자석과 전자코일을 구비하며, 밸브체와 연결된 플런저를 영구자석의 자력에 의하여 밸브개방상태로 흡착유지하는 래치식 전자밸브에 있어서,

   영구자석과 플런저간의 자속통로를 형성하는 프레임과 코어를, 플런저를 사이에 두고서 형성함과 아울러 프레임과 코어간에서 자속의 일부를 흐르게 하여 플런저를 바이패스하는 바이패스부를 형성한 것을 특징으로 하는 래치식 전자밸브.