KR100502287B1 - 내열성이 우수한 솔레노이드 장치 - Google Patents

Abstract

외부로부터 공급되는 전류에 의해 자장을 형성하는 코일이 감겨지는 코일보빈, 코일보빈의 중앙에 삽입되는 코어, 코일보빈을 수용하고, 상면이 개구된 하우징, 중앙부분에 플런저삽입구가 형성되고, 하우징의 상면에 결합되는 커버플레이트 및 코일보빈 중앙에 삽입되어 일단은 코어와 일정거리 이격되고, 타단은 커버플레이트를 관통하여 탄성편을 개재하여 설치되며, 자장에 의해 왕복운동을 하는 플런저를 포함하고, 코일보빈을 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 바니쉬 용액에 80℃ 내지 120℃의 온도범위에서 진공 함침시켜 바니쉬용액이 코일 사이에 충진되도록 한 후, 상온에서 자연 건조하여 경화시킴으로써 동작으로 인해 내부에서 발생되는 열을 외부로 신속히 방출하는 내열성이 우수한 솔레노이드 장치가 제공된다.

Description

내열성이 우수한 솔레노이드 장치 {Solenoid Unit excellent heatproof}

본 발명은 내열성이 우수한 솔레노이드 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔레노이드 장치의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 능력을 향상시킨 내열성이 우수한 솔레노이드 장치에 관한 것이다.

솔레노이드 장치는 전기적인 에너지를 기계적인 직선운동을 하는 에너지로 변환하는 장치로, 내부코일에 전류가 인가되면, 코일을 둘러싸고 있는 자기회로에 자속이 흐르게 되고, 자기회로를 흐르는 자속은 플런저에 자기력을 부여하여 직선으로 왕복운동이 행해진다.

솔레노이드의 기계적 출력은 코일의 여자전류에 비례하나, 코일에 전압이 인가되면, 통전시간과 통전전류에 따라 코일온도가 상승하고, 전기저항이 증가하며, 암페어-턴이 감소한다.

따라서, 코일의 여자전류에도 불구하고 솔레노이드 장치의 기계적 출력에 한계가 발생하여, 같은 전압을 인가하더라도 솔레노이드 장치에 흐르는 전류가 저하되고, 흡입력이 감소하며, 엑츄에이터의 동작속도가 저하된다.

종래의 솔레노이드 장치를 1시간 가량 작동시켜 내열온도를 측정해 보면, 100℃ 가까이로 상승하고, 이로 인해 과열이 발생하여 솔레노이드 장치의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래의 솔레노이드 장치에 별도의 콘트롤러를 설치하여 변화되는 전류량을 감지 및 제어하는 방법, 코일의 저항값 변화를 감지하여 공급전류가 일정패턴이 되도록 제어하는 방법, 솔레노이드 장치 내부에 온도감지센서를 삽입하여 전체저항을 일정하게 유지시키는 방법, 별도의 열 방출 장치를 장착하는 방법 등 다양한 방안이 안출되었다.

이러한 방법들은 어느 정도의 온도 상승 억제 효과는 있으나, 완벽한 보상을 기대하기 어려우며, 솔레노이드 장치를 적용한 제품의 성능 향상에도 한계가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 솔레노이드 장치와 별도로 온도 상승을 억제하거나, 내부 열을 외부로 방출하기 위한 장치가 설치되면, 부피가 커져 다양한 응용제품에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 코일이 감겨있는 코일보빈을 바니쉬로 진공함침시켜 코일 사이에 바니쉬 용액이 충진되도록 함으로써, 내열성을 향상시킴과 함께 솔레노이드 장치의 수명을 연장시키고자 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 외부로부터 공급되는 전류에 의해 자장을 형성하는 코일이 감겨지는 코일보빈, 코일보빈의 중앙에 삽입되는 코어, 코일보빈을 수용하고, 상면이 개구된 하우징, 중앙부분에 플런저삽입구가 형성되고, 하우징의 상면에 결합되는 커버플레이트 및 코일보빈 중앙에 삽입되어 일단은 코어와 일정거리 이격되고, 타단은 커버플레이트를 관통하여 탄성편을 개재하여 설치되며, 자장에 의해 왕복운동을 하는 플런저를 포함하고, 코일보빈을 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 바니쉬 용액에 80℃ 내지 120℃의 온도범위에서 진공 함침시켜 바니쉬용액이 코일 사이에 충진되도록 한 후, 상온에서 자연 건조하여 경화시킴으로써 동작으로 인해 내부에서 발생되는 열을 외부로 신속히 방출하는 내열성이 우수한 솔레노이드 장치가 제공된다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 내열성이 우수한 솔레노이드 장치를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 내열성이 우수한 솔레노이드 장치를 보인 단면도이다.

일반적으로, 솔레노이드 장치는 자기력을 발생하는 코일(10)과, 코일(10)이 감겨지는 코일보빈(12)과, 코일보빈(12) 내부에 고정 설치되는 코어(14)와, 자장에 의해 왕복운동을 하는 플런저(20)와, 코일(10), 코일보빈(12), 코어(14), 플런저(20)를 수용하는 하우징(30)과, 하우징(30)의 상면에 결합하는 커버플레이트(40)로 구성된다.

코일(10)은 속이 빈 실패 형상의 코일보빈(12)에 감겨져 있고, 외부로부터 공급되는 전력에 의해 자장을 형성하며, 코일보빈(12)의 내부에 코어(14)가 수용된다.

코어(14)는 솔레노이드 장치의 자기회로를 형성하기 위해 철심을 고정하여 설치하는 것으로, 일반적으로 고정철심이라 하고, 코일(10)에 의해 발생하는 자장이 코어(14)로 인해 더 강한 자기력을 갖게 되며, 본 발명의 일 실시예에서는 코일보빈(12)의 중앙에 삽입되어 하우징(30)의 내측 저면에 고정된다.

플런저(20)는 보통 가동철심이라 하고, 코일보빈(12)의 중앙에 삽입되어 일단은 코어(14)와 일정거리 이격되고, 타단은 커버플레이트(40)를 관통하여 외부로 돌출되며, 코일(10)의 자장에 의해 기계적인 왕복운동을 한다.

또한, 플런저(20)의 외부로 돌출된 몸체에는 탄성을 갖는 탄성편(60)이 개재되고, 단부에는 플런저캡(22)이 씌워져 연결될 수 있다.

하우징(30)은 내부에 수납공간이 형성되어 코일(10), 코일보빈(12), 코어(14) 및 플런저(20)를 수용하고, 상면은 개구되며, 측벽을 따라 커버플레이트(40)와 결합하기 위한 플랜지(32)가 형성된다.

커버플레이트(40)는 중앙부분에 플런저(20)가 삽입되는 플런저삽입구(42)를 형성하고, 하우징(30)의 플랜지(32)에 볼트를 체결하여 결합됨으로써, 하우징(30)의 상면을 구성한다.

바니쉬(50)는 절연성 및 열 방출 능력을 향상시키기 위해 코일보빈(12)을 바니쉬(50)로 진공함침 시킴으로써, 바니쉬 용액을 코일 사이에 충진하는 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 바니쉬 용액을 포함한다.

진공함침은 다공성의 물체를 진공상태에 두고 물체 중에 포함된 공기와 수분 이외의 불용 물질을 제거한 후, 다공성 공간에 가스나 액체 및 용융고체 또는 녹인 고체를 함침제로 대상물체 내에 가능한 깊숙이 침투하도록 처리하는 방법이다.

바니쉬 용액에 코일보빈(12)을 함침시켜 바니쉬 용액이 코일(10)과 코일보빈(12) 사이 및 코일(10)과 코일(10) 사이에 침투하도록 함으로써, 바니쉬 용액을 코일에 고착시켜 코일의 유격을 방지하고, 절연력을 보강시키며, 열 방출 능력을 향상시킴과 동시에 내열성을 향상시킨다.

일반적으로, 불포화 폴리에스테르 수지는 열경화 수지로, 불포화 2염기산(무수말레인산, 푸탈산)과 2가 알콜류(에틸렌 그리콜, 프로필렌 그리콜)를 축합한 저분자량의 폴리머이고, 이를 2중결합 다량보다 어느 정도 큰 스틸렌과 같은 모노머에 용해시킨 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 바니쉬(50)로 사용된 수지는 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 F종(155℃) 코일 함침용 절연바니쉬로, 유연성이 풍부하여 행거로부터 분리가 용이하고, 내열성, 침투력, 건조성, 저장안정성이 우수하며, 저점도 타입이므로 맺힘성을 최소화할 수 있고, 리드선을 침식시키지 않는다.

도 3은 바니싱 처리 여부에 따른 솔레노이드 장치의 온도차이를 보인 그래프로, 바니싱 처리한 솔레노이드 장치의 온도변화를 보인 그래프와(A), 바니싱 처리를 하지 않은 솔레노이드 장치의 온도변화를 보인 그래프(B)를 비교하여 설명한다.

바니싱 처리한 솔레노이드 장치와 바니싱 처리를 하지 않은 솔레노이드 장치를 같은 조건에서 작동시켜 시간대별로 변화하는 온도를 측정한 것으로, 본 발명의 일 실시예에서 적용한 코일의 직경은 0.45mm*1600TURN이고, 실험실의 온도는 상온 15℃ 내지 16℃이다.

바니쉬는 무용제형 절연 바니쉬(불포화 폴리에스테르)를 사용하고, 진공 바니쉬 실시 조건은 80℃ 내지 120℃으로 상온에서 자연 건조한다.

과열방지를 위해 써멀 프로텍터(Thermal Protector; 이하 TP라 함)를 120℃ 기준으로 설치한 후, 두 개의 솔레노이드 장치를 동시에 작동시켜 5분 간격으로 코일의 내열온도를 측정한다.

작동시간(분)	바니쉬 처리시	바니쉬 미처리시	온도차이
0	15.7	15.7	0
5	25.2	29.6	4.4
25	36.4	43.4	7.0
45	44.6	53.0	8.4
65	53.1	92.5	39.4
85	60.3	103.6	43.3
105	53.5	103.6	50.1
125	53.4	95.8	42.4
145	54.2	103.1	48.9
165	53.5	103.9	50.4
185	54.2	103.9	49.7
205	53.6	103.9	50.3

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첨부된 도면 및 표 1을 참조하여 살펴보면, 바니싱 처리한 솔레노이드 장치와 바니싱 처리를 하지 않은 솔레노이드 장치의 온도차이가 30℃ 내지 50℃ 전후로 확연히 드러나는 것을 알 수 있다.

또한, 바니싱 처리한 솔레노이드 장치는 65분 이후에는 온도에 별다른 변화가 없이 거의 일정하게 지속되는데 반해, 바니싱 처리를 하지 않은 솔레노이드 장치는 그 이후에도 온도가 지속적으로 상승하는 것을 알 수 있다.

첨부된 도면에는 나타나지 않았으나, 바니싱 처리를 하지 않은 솔레노이드 장치는 80분 내지 105분 구간에서 TP가 작동하여 전원을 차단하고, 전원 차단에 따라 25분 경과 후 110분에 온도가 하락하여 전원이 재공급되었다.

마찬가지로, 155분 내지 190분 구간에서 다시 TP가 작동하여 전원을 차단하고, 전원 차단에 따라 35분 경과 후 200분에 온도가 하락하여 전원이 재공급되었다.

전술한 바와 같이, 바니싱 처리를 하지 않은 솔레노이드 장치는 200분 동안 2차례에 걸쳐 TP가 작동하여 전원이 차단되었다가 재공급 되었으나, 바니싱 처리한 솔레노이드 장치는 전원의 차단 없이 연속적으로 작동되었다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지의 변형이나 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허의 청구범위에 의해 정해져야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 내열성이 우수한 솔레노이드 장치는 코일에 진공 바니싱 처리를 하여 코일 사이에 바니쉬 용액이 충진됨으로써, 솔레노이드 장치의 동작으로 인해 내부에서 발생되는 열을 외부로 신속히 방출하고, 이에 따라 일정온도를 지속적으로 유지할 수 있으며, 내열성이 우수하여 장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 진공 바니싱 처리한 솔레노이드 장치를 여러 가지 제품에 응용할 경우, 일정온도 이상으로 온도가 증가하면, 사용을 중지해야 하거나 전원을 차단하여 온도가 하락하기를 기다려야 하는 불편함을 해소할 수 있고, 화재 발생 등의 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내열성이 우수한 솔레노이드 장치를 보인 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 내열성이 우수한 솔레노이드 장치를 보인 단면도이다.

도 3은 바니쉬 처리 여부에 따른 솔레노이드 장치의 온도차이를 보인 그래프이다.

Claims (3)

1. 외부로부터 공급되는 전류에 의해 자장을 형성하는 코일이 감겨지는 코일보빈;

   상기 코일보빈의 중앙에 삽입되는 코어;

   상기 코일보빈을 수용하고, 상면이 개구된 하우징;

   중앙부분에 플런저삽입구가 형성되고, 상기 하우징의 상면에 결합되는 커버플레이트 및;

   상기 코일보빈 중앙에 삽입되어 일단은 상기 코어와 일정거리 이격되고, 타단은 상기 커버플레이트를 관통하여 탄성편을 개재하여 설치되며, 상기 자장에 의해 왕복운동을 하는 플런저를 포함하고,

   상기 코일보빈을 불포화 폴리에스테르 수지를 주성분으로 하는 바니쉬 용액에 80℃ 내지 120℃의 온도범위에서 진공 함침시켜 상기 바니쉬용액이 상기 코일 사이에 충진되도록 한 후, 상온에서 자연 건조하여 경화시킴으로써 동작으로 인해 내부에서 발생되는 열을 외부로 신속히 방출하는 것을 특징으로 하는 내열성이 우수한 솔레노이드 장치.
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