KR100371430B1 - 고속 솔레노이드밸브용 전자석 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고속 솔레노이드밸브용 전자석은 디젤기관과 가솔린기관의 전자제어식 연료분사기의 개폐 및 냉동기와 유압장치 등의 디지털유량제어용으로 쓰이는 솔레노이드밸브의 속도를 고속으로 하기 위한 것으로, 인너코어와 아우터코어가 있는 흡인 전자석에서 인너코어와 아우터코어 사이의 코일 공간 때문에 차지하게 되는 아마추어의 체적부분을 최소로 하여 아마추어의 질량을 줄임과 동시에 인너코어의 끝부분인 공극에서 유효자속이 최대가 되도록 인너코어의 요크측 뿌리부분의 단면적을 크게 한 기하학적 구조를 갖게 한 것이다.

Description

고속 솔레노이드밸브용 전자석{electromagnet for high speed solenoid valve}

본 발명은 고속으로 개폐하는 솔레노이드밸브의 전자석에 관한 것으로 밸브를 동작시키는 전자석의 아마추어 질량을 줄이면서 흡인력을 증대시킬 수 있는 기하학적 구조를 갖도록 한 것이다.

디젤기관과 가솔린기관의 전자제어식 연료분사기의 개폐 및 냉동기와 유압장치등의 디지털 유량제어용 솔레노이드밸브는 유량 이송을 위한 유료를 확보하면서 고속으로 동작할 수 있는 특성을 가져야 하며, 이를 위해서는 전자석의 아마추어를 끌어당기는 힘은 커야하는 반면 아마추어의 질량은 작아야한다.

전자석의 흡인력은 전자석의 코어와 아마추어가 마주보는 대응면의 단면적(S)에 비례하고 자속밀도(B)의 제곱에 비례하며, 자속밀도(B)는 감긴 코일의 턴수(N)와 코일에 흐르는 전류(Ⅰ)의 곱인 기자력(N·Ⅰ)에 의해 정해진다. 따라서, 전자석의 흡인력은 단면적(S), 턴수(N) 그리고 전류(Ⅰ)를 증대시켜 크게 할 수 있다.

일반적으로 흡인 전자석에는 도1과 같이 아마추어가 플런저형인 것과 도2의 원판형인 것이 대표적이다. 도1의 플런저형 전자석의 경우, 큰 흡인력을 얻기 위해 코어(1)와 플런저(4)가 대응하고 있는 단면적을 크게 하면, 플런저의 질량이 증가할 뿐만 아니라, 코어를 휘감는 코일의 주 1회 실효 길이가 길어져 코일의 턴수를 증가시키는 경우와 마찬가지로 코일의 인덕턴스가 증가하여, 전류 투입 후 흡인력이 발생할 때까지의 걸리는 시간이 길어지는 단점이 있다. 한편 도2의 원판형의 경우는 인너코어(1)의 내부공극(G1)과 아우터코어(3) 측의 외부공극(G3)이 있으므로, 대응 단면적이 플런저형에 비해 두 배로 되어 플런저형보다 강력한 흡인력을 갖는다. 그러나, 이 형의 경우에는 여자코일(5)이 차지하는 공간 때문에 아마추어의 질량이 V부분만큼 증대할 뿐만 아니라, 코일(5)의 끝단부분인 코어끝단면(1a, 3a)에 공극(G1, G3)이 있어 인너코어(1)와 아우터코어(3) 사이의 누설자속이 큰 구조이고인너코어(1)의 끝단(1a)과 뿌리(111)부분의 단면적이 동일하기 때문에 기자력(N·I)을 증가시켜도 인너코어(1)의 뿌리(111)부분이 먼저 포화자속에 이르러, 공극(G1, G3)에 작용하는 코어끝단(1a, 3a)의 유효자속을 증대시키는데는 한계가 있다.

따라서, 도2의 원판형 전자석과 같이 코일 공간 때문에 차지하게 되는 아마추어의 V부분을 줄여서 아마추어 질량을 최소화하고, 인너코어(1)의 뿌리(111)부분의 단면적을 크게 하여 코어 끝단(1a, 3a)에서 필요로 하는 유효자속이 포화자속에 이르도록 함으로서, 강력한 흡인력과 함께 아마추어가 빠르게 동작하여 솔레노이드밸브의 개폐가 고속으로 이루어지도록 한다.

제1도는 종래의 플런저형 아마추어 전자석을 나타낸 단면도

제2도는 종래의 원판형 아마추어 전자석을 나타낸 단면도

제3도는 본 발명의 실시예를 나타낸 단면도

제4도는 제3도의 부분확대도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 인너코어 11 : 신장코어

2 : 요크 3 : 아우터코어

4 : 아마추어 5 : 여자코일

G, G1, G3, G11 : 공극

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전자석의 아마추어 체적은 최소로 하고 인너코어의 뿌리 부분의 단면적을 크게 하여 인너코어 끝부분의 유효자속을 포화자속에 이르게 하는 기하학적 구조를 형성함으로써 아마추어가 고속으로 동작하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도3과 도4는 본 발명을 나타낸 단면도로서 종래 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.

본 발명의 전자석은 코어끝의 단면(1a)보다 뿌리의 단면(111a)이 큰 인너코어(1)와 그 뿌리 단면(111a)에서 반경 외측방향으로 연장한 요크(2), 상기 요크(2)의 외주부에 설치되는 아우터코어(3)와 상기 아우터코어(3)의 일측면에서 반경 내측방향으로 연장된 신장코어(11)에 의해 자속회로가 형성되고, 상기 인너코어 끝단면(1a)과 상기 신장코어 내주면(11a) 사이에서 직선 왕복 운동하는 원판형 아마추어(4)는 그 상부 평면(4a)과 상기 인너코어 끝단면(1a)이 마주하여 상기 아마추어(4)운동 방향과 수직으로 내부공극(G1)을 형성하고 상기 아마추어(4)를 경사지게 한 외주면(4b)은 상기 신장코어(11) 내주면(11a)과 평행하게 경사져 외부공극(G11)이 형성되도록 설치된 것에서, 상기 인너코어(1)의 외주부와 아우터코어(3)의 내주부사이에 내입된 여자코일(5)이 여자되는 경우, 상기 아마추어(4)와 인너코어(1) 사이에 수직으로 형성된 내부공극(G1)과 상기 아마추어(4)와 신장코어(11)사이에 경사지게 형성된 외부공극(G11)에서 흡인력이 발생하도록 구성한 구조이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 인너코어(1)의 경우, 뿌리단면(111a)의 단면적을 증대시켜 자속밀도를 낮춤으로서 인너코어의 끝단면(1a)의 유효자속을 포화자속까지 이르게 할 수 있으며, 아마추어(4)는 종래의 원판형 전자석인 도2와 같이 여자코일(5)이 차지하는 공간 때문에 증대하게 되는 아마추어 질량 증대분(V)을 해소하면서 외부공극(G2)의 흡인력을 일정량 얻을 수 있는 특징을 갖게 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 인너코어(1)의 외주부와 아우터코어(3)의 내주부 사이에 내입되어 있는 여자코일(5)이 여자되지 않은 경우, 자속이 발생하지 않아 아마추어(4)와 코어(1, 11) 사이에 형성된 공극(G1, G11)에서 흡인력이 발생되지 않지만, 상기 여자코일이 여자되는 경우에는 상기 인너코어(1)와 아마추어(4) 사이에 형성된 내부공극(G1)에서는 접촉면과 수직방향의 힘이, 상기 신장코어(11)와 아마추어(4) 사이에 경사지게 형성된 외부공극(G2)에서는 경사면과 수직인 방향의 힘이 발생한다.

이때, 상기 내부공극(G1)에서 발생하는 힘은 모두 흡인력으로 작용하지만 경사면의 외부공극(G11)에서 발생하는 힘은 모두가 흡인력으로 작용하지 않고 아마추어운동방향의 벡터 분력만이 흡인력으로 작용하므로 외부공극(G11)에서 발생한 힘이 흡인력으로 작용하는 정도는 경사면의 경사에 따라 달라지게 되는데, 경사면이 수평으로 될수록 흡인력으로 작용하는 비율이 높아지지만 아마추어의 체적증가에 따른 질량이 증가하므로 경사면의 기울기는 아마추어 질량을 고려하여 적절한 값을 선택할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 자속밀도 분포를 고려하여 인너코어의 뿌리부분 단면적을 증대시킨 형상을 취하여 유효자속을 증대시킴과 동시에 아마추어 형상을 최소화 하면서 인너코어의 내부공극과 아우터코어의 외부공극을 이용하여 강력한 흡인력을 얻을 수 있는 기하학적 구조를 갖는 전자석을 형성함으로써, 디젤기관과 가솔린기관의 전자제어 연료인젝터 또는 냉동기와 유압기기 등의 디지털유량제어를 위한 개폐용 솔레노이드밸브를 고속화하는데 유효하다.

Claims (3)

1. 인너코어와 아우터코어가 있는 흡인전자석의 코일이 여자되는 경우 원판형 아마추어와 코어 사이에서 아마추어 상부에 형성되는 내부공극(G1)과 함께 상기 아마추어를 경사지게 한 외주면에서 외부공극(G11)을 형성하는 것을 특징으로 하는 고속 솔레노이드밸브용 전자석
2. 상기 1항에서, 원판형 아마추어의 상부면(4a)이 그 운동방향과 수직으로 평행하고 상기 아마추어의 외주면(4b)이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 고속 솔레노이드밸브용 전자석
3. 상기 1항에서, 인너코어의 단면적이 코어끝의 단면(1a)보다 요크측 뿌리부분의 단면(111a)이 크게 형성된 것을 특징으로하는 고속 솔레노이드밸브용 전자석