KR100620371B1 - Solenoid device - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 직선이동가능한 솔레노이드장치에 관한 것으로서, 상기 가동부의 직선이동을 안내하는 안내부와; 상기 안내부를 둘러싸는 적어도 2이상의 코일과; 교류전원전압을 입력하여 상기 코일들에 공급하고, 적어도 하나의 코일에는 다른 나머지 코일들에 공급되는 교류전압과 위상차를 갖는 교류전압을 공급하는 전압공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 가동부에 연속적인 힘을 가하여 가동부의 동작을 안정적으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 솔레노이드장치의 내구적 수명을 향상시킬 수 있다.

Figure 111999019151771-pat00001

The present invention relates to a linearly movable solenoid device, comprising: a guide for guiding linear movement of the movable part; At least two coils surrounding the guide; An AC power supply voltage is input to the coils, and the at least one coil includes a voltage supply unit configured to supply an AC voltage having a phase difference with an AC voltage supplied to the other coils. As a result, by continuously applying force to the movable portion, not only the operation of the movable portion can be stably maintained, but also the durability life of the solenoid device can be improved.

Figure 111999019151771-pat00001

Description

솔레노이드장치{SOLENOID DEVICE}Solenoid Device {SOLENOID DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 요부단면도,1 is a main cross-sectional view of a solenoid valve according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 동작전압공급회로도,2 is an operating voltage supply circuit diagram of a solenoid valve according to an embodiment of the present invention;

도 3은 도1에 도시한 코일의 전류와 가동부에 작용하는 전자력을 나타낸 그래프,3 is a graph showing the electric current acting on the moving part and the current of the coil shown in FIG.

도 4는 종래의 솔레노이드 밸브의 요부단면도,4 is a cross-sectional view of main parts of a conventional solenoid valve;

도 5는 종래의 솔레노이드 밸브의 동작전압공급회로도,5 is an operation voltage supply circuit diagram of a conventional solenoid valve;

도 6은 도4에 도시한 코일의 전류와 가동부에 작용하는 전자력을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the electric current acting on the current and the moving part of the coil shown in FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>          <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1, 101 : 요크 3, 103 : 고정부1, 101: yoke 3, 103: fixing part

4, 104 : 관통공 5, 105 : 가동부4, 104: through hole 5, 105: movable part

7, 107 : 코일 9, 109 : 절연물질7, 107: coil 9, 109: insulating material

13 : 콘덴서 13: condenser

본 발명은, 솔레노이드장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 교류전압을 동작전압으로 사용하는 솔레노이드장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solenoid device, and more particularly, to a solenoid device using an AC voltage as an operating voltage.

솔레노이드장치는 직류전압 또는 교류전압을 동작전압으로 사용하고, 전자적인 힘에 의해 가동부를 이동시켜 밸브를 개폐하는 등 액츄에이터(Actuator)로서 널리 사용되고 있으며, 이들 중 교류전압을 동작전압으로 사용하는 솔레노이드 밸브가 도 4에 도시되어 있다.The solenoid device is widely used as an actuator, such as using a direct current voltage or an alternating voltage as an operating voltage, moving the movable part by an electronic force to open or close a valve, and among these, a solenoid valve using an alternating voltage as an operating voltage. Is shown in FIG. 4.

도 4는 종래의 솔레노이드 밸브의 요부단면도이다.4 is a sectional view of principal parts of a conventional solenoid valve.

종래의 솔레노이드 밸브는, 도면에 도시된 바와 같이, 봉형상의 가동부(105)와, 가동부(105)를 안내하는 안내공(104)이 중앙영역에 관통하여 형성되어 있는 원통형상의 요크(101)와, 요크(101)에 고정설치되어 안내공(104)의 일측 개구를 폐쇄하는 고정부(103)를 갖고 있다. 안내공(104)의 둘레에는 하나의 고리상의 코일(107)이 설치되어 있으며, 요크(101)의 내표면과 코일(107)사이에는 코일(107)과 요크(101)사이를 전기적으로 절연시키기 위하여 절연물질(109)이 충진되어 있다.The conventional solenoid valve includes a cylindrical yoke 101 having a rod-shaped movable portion 105, a guide hole 104 for guiding the movable portion 105 penetrating the central region, and It is fixed to the yoke 101, and has the fixing part 103 which closes the opening of one side of the guide hole 104. One annular coil 107 is provided around the guide hole 104, and electrically insulates between the coil 107 and the yoke 101 between the inner surface of the yoke 101 and the coil 107. Insulating material 109 is filled.

이러한 구성을 갖는 종래의 솔레노이드 밸브는 소정의 전원전압(111)이 도 5에 도시된바와 같이 코일(107)에 인가될 때 코일(107)에 전류가 흐르고, 이에 따라 자계가 요크(101), 가동부(105), 고정부(103), 고정부(103)와 가동부(105)사이의 공극에 존재한다. 이러한 자계의 존재에 의해 요크(101), 가동부(105) 및 고정부(103)내에 자속이 폐루프를 이루며 존재하게 되고, 이러한 자속이 통과하는 자로(磁路)의 자기저항은 가동부(105)의 배치상태에 따라 달라진다. 가동부(105)와 고정부(103)사이의 공극이 작으면 작을수록 요크(101), 가동부(105) 및 고정부(103)로 이어지는 자로의 자기저항은 작아져서 동일한 기자력에 대하여 많은 자속이 존재하게 된다.In the conventional solenoid valve having such a configuration, when a predetermined power supply voltage 111 is applied to the coil 107 as shown in FIG. 5, a current flows in the coil 107, whereby the magnetic field is applied to the yoke 101, It exists in the space | gap between the movable part 105, the fixed part 103, the fixed part 103, and the movable part 105. As shown in FIG. Due to the presence of the magnetic field, the magnetic flux exists in the yoke 101, the movable portion 105, and the fixed portion 103 in a closed loop, and the magnetic resistance of the magnetic path through which the magnetic flux passes passes through the movable portion 105. It depends on the arrangement of the. The smaller the gap between the movable portion 105 and the fixed portion 103, the smaller the magnetoresistance of the magnetic path leading to the yoke 101, the movable portion 105 and the fixed portion 103, so that there are many magnetic fluxes for the same magnetic force. Done.

한편, 가동부(105)에서의 자계와 가동부(105)와 고정부(103)사이의 공극에서의 자계는 투자율의 차이에 따라 그 크기가 다르고, 이에 따라 가동부(105)와 고정부(103)사이의 공극을 감소시키는 방향 즉, 고정부(103)를 향하는 방향으로 가동부(105)에 전자력이 작용한다. 이러한 전자력이 작용하는 동안 가동부(105)는 고정부(103)에 접촉한다. 이 때, 가동부(105)에 작용하는 전자력은 코일(107)에 흐르는 전류의 제곱에 비례하고, 이러한 코일(107)에 흐르는 전류와 가동부(105)에 작용하는 전자력과의 상호관계가 도 6에 도시되어 있다.On the other hand, the magnetic field in the movable portion 105 and the magnetic field in the gap between the movable portion 105 and the fixed portion 103 is different in magnitude depending on the difference in permeability, and thus between the movable portion 105 and the fixed portion 103. The electromagnetic force acts on the movable portion 105 in the direction of reducing the voids, that is, the direction toward the fixed portion 103. The movable portion 105 is in contact with the fixed portion 103 while the electromagnetic force is applied. At this time, the electromagnetic force acting on the movable portion 105 is proportional to the square of the current flowing through the coil 107, and the correlation between the current flowing through the coil 107 and the electromagnetic force acting on the movable portion 105 is shown in FIG. Is shown.

도 6은 도4에 도시한 코일의 전류와 가동부에 작용하는 전자력을 나타낸 그래프이다. 도6에서 가로축은 시간(t) 또는 위상(Θ)을 나타내고, 세로축은 가동부에 작용하는 전자력(F)과 전류(i)를 나타낸다.FIG. 6 is a graph showing the electric current acting on the current and the moving part of the coil shown in FIG. In Fig. 6, the horizontal axis represents time t or phase Θ, and the vertical axis represents electromagnetic force F and current i acting on the movable part.

코일(107)에는 교류전원전압(11 : AC)보다 위상이 90도 늦은 전류(i)가 흐르고, 가동부(105)에 작용하는 전자력(F)은 코일(107)에 흐르는 전류의 제곱에 비례한다. 여기서, 코일(107)에는 방향이 주기적으로 바뀌는 교류가 흐르나, 가동부(105)에는 전류의 방향에 관계없이 언제나 동일 방향의 전자력이 작용한다. 코일(107)을 흐르는 전류가 영점을 통과할 때 가동부(105)에 작용하는 전자력은 영이 된다.The current i flows 90 degrees later than the AC power supply voltage 11: AC, and the electromagnetic force F acting on the movable part 105 is proportional to the square of the current flowing in the coil 107. . Here, an alternating current flows periodically in the coil 107, but the electromagnetic force in the same direction always acts on the movable portion 105 regardless of the direction of the current. When the current flowing through the coil 107 passes through the zero point, the electromagnetic force acting on the movable portion 105 becomes zero.

그런데, 종래의 솔레노이드 밸브에 따르면, 코일에 흐르는 전류의 영점부근 에서 가동부는 고정부에 접촉하였다가 떨어진 후 다시 고정부에 접촉하기 때문에, 가동부의 동작을 안정적으로 유지할 수 없을 뿐만 아니라 솔레노이드 밸브의 내구적 수명이 감소된다는 문제점이 있었다.However, according to the conventional solenoid valve, since the movable part contacts the fixed part near the zero point of the current flowing in the coil and then touches the fixed part again, the operation of the movable part cannot be stably maintained, There was a problem that the quadrature life is reduced.

이러한 문제점은 솔레노이드 밸브외에, 코일에 전류를 흐르게 하여 전자석을 만들고 그 전자력으로 가동부를 움직이게 하여 당기거나 밀어내는 운동을 하는 모든 솔레노이드장치에서도 발생한다. This problem also occurs in all solenoid devices in addition to solenoid valves, in which electric current flows through a coil to make an electromagnet, and the electromagnetic force moves or moves the moving part.

따라서, 본 발명의 목적은, 가동부에 전자력을 연속적으로 작용시킬수 있는 솔레노이드장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a solenoid device capable of continuously applying an electromagnetic force to a movable portion.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 직선이동가능한 가동부를 갖는 솔레노이드장치에 있어서, 상기 가동부의 직선이동을 안내하는 안내부와; 상기 안내부를 둘러싸는 적어도 2이상의 코일과; 교류전원전압을 입력하여 상기 코일들에 공급하고, 적어도 하나의 코일에는 다른 나머지 코일들에 공급되는 교류전압과 위상차를 갖는 교류전압을 공급하는 전압공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드장치에 의해 달성된다.According to the present invention, there is provided a solenoid device having a movable part which can be linearly moved, comprising: a guide part for guiding linear movement of the movable part; At least two coils surrounding the guide; An AC power supply voltage is supplied to the coils, and the at least one coil includes a voltage supply unit supplying an AC voltage having a phase difference from an AC voltage supplied to the other coils. do.

여기서, 상기 코일들을 상기 가동부의 이동축선을 따라 순차적으로 설치하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to install the coils sequentially along the moving axis of the movable part.

그리고, 상기 전압공급부는, 상기 교류전원전압과 상기 위상차를 갖는 교류전압이 공급되는 코일사이에 개재하여 위상을 변환시키는 위상변환소자를 포함하는 것이 바람직하다.The voltage supply unit preferably includes a phase conversion element for converting a phase between the AC power supply voltage and a coil to which an AC voltage having the phase difference is supplied.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 요부단면도이다.1 is a cross-sectional view of main parts of a solenoid valve according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는, 도면에 도시된 바와 같이, 봉형상의 가동부(5)와, 가동부(5)를 안내하는 안내공(4)이 중앙영역에 관통하여 형성되어 있는 원통형상의 요크(1)와, 요크(1)에 고정설치되어 안내공(4)의 일측 개구를 폐쇄하는 고정부(3)를 갖고 있다. 안내공(4)의 둘레에는 한 쌍의 코일(7a, 7b)이 설치되어 있으며, 요크(1)의 내표면과 코일(7a, 7b)사이에는 코일(7a, 7b)과 요크(1)사이를 전기적으로 절연시키기 위하여 절연물질(9)이 충진되어 있다. 이러한 구성을 갖는 솔레노이드 밸브는 소정의 교류전원전압이 코일(7a, 7b)에 인가될 때 동작하며, 도 2에는 코일(7a, 7b)에 교류전원전압을 인가하기 위한 회로가 도시되어 있다.As shown in the drawing, the solenoid valve according to the present invention has a cylindrical yoke 1 having a rod-shaped movable portion 5 and a guide hole 4 for guiding the movable portion 5 penetrating the central region. And a fixing portion 3 fixed to the yoke 1 to close one side opening of the guide hole 4. A pair of coils 7a and 7b are provided around the guide hole 4 and between the coils 7a and 7b and the yoke 1 between the inner surface of the yoke 1 and the coils 7a and 7b. Insulating material 9 is filled to electrically insulate. A solenoid valve having such a configuration operates when a predetermined AC power supply voltage is applied to the coils 7a and 7b, and a circuit for applying an AC power supply voltage to the coils 7a and 7b is shown in FIG.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 동작전압공급회로도이다.2 is an operating voltage supply circuit diagram of a solenoid valve according to an embodiment of the present invention.

솔레노이드 밸브의 제1코일(7a)의 양단에는, 도면에 도시된 바와 같이, 교류전원전압(11 : AC)이 직접 연결되어 있고, 제2코일(7b)의 양단에는 수동소자인 콘덴서(13 : Condenser)를 통하여 연결되어 있다. 코일(7a, 7b)에 교류전원전압(11)이 공급될 때 코일(7a, 7b)에 전류가 흐르고, 이에 따라 자계가 요크(1), 가동부(5), 고정부(3), 가동부(5)와 요크(1)의 내주면 사이의 공극에 분포하게 된다. 여기서, 제1코일(7a)과 제2코일(7b)에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속이 동 일방향을 갖도록 교류전원전압(11)을 인가하는 것이 바람직하다. 제1코일(7a)과 제2코일(7b)에 의한 자속은, 종래의 솔레노이드 밸브에서 설명한 바와 같이, 요크(1), 가동부(5) 및 고정부(3)내에 존재하고, 각 코일(7a, 7b)에 흐르는 전류의 제곱에 비례하는 전자력이 가동부(5)에 작용한다. 각 코일(7a, 7b)에 흐르는 전류와 가동부(5)에 작용하는 전자력과의 상호관계가 도 3에 도시되어 있다.As shown in the figure, an AC power supply voltage 11 (AC) is directly connected to both ends of the first coil 7a of the solenoid valve, and a capacitor 13, which is a passive element, is connected to both ends of the second coil 7b. Connected via condenser. When the AC power supply voltage 11 is supplied to the coils 7a and 7b, a current flows in the coils 7a and 7b, so that the magnetic field becomes the yoke 1, the movable part 5, the fixed part 3, and the movable part ( It is distributed in the space between 5) and the inner peripheral surface of the yoke 1. Here, it is preferable to apply the AC power supply voltage 11 so that the magnetic flux generated by the current flowing in the first coil 7a and the second coil 7b has the same direction. The magnetic flux by the 1st coil 7a and the 2nd coil 7b exists in the yoke 1, the movable part 5, and the fixed part 3, as demonstrated in the conventional solenoid valve, and each coil 7a is carried out. , 7b), an electromagnetic force proportional to the square of the current flowing through the moving part 5 acts on the movable part 5. The correlation between the current flowing through each coil 7a, 7b and the electromagnetic force acting on the movable part 5 is shown in FIG.

도 3은 도1에 도시한 코일의 전류와 가동부에 작용하는 전자력을 나타낸 그래프이다. 도3에서 가로축은 시간(t) 또는 위상(Θ)을 나타내고, 세로축은 가동부(5)에 작용하는 전자력(F)과 전류(i)를 나타낸다.3 is a graph showing the electric current acting on the current and the moving part of the coil shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents time t or phase Θ, and the vertical axis represents electromagnetic force F and current i acting on the movable part 5.

제1코일(7a)에는 교류전원전압(11)보다 위상이 90도 늦은 전류(i1)가 흐르고, 제2코일(7b)에는 교류전원전압(11)과 거의 동일한 위상 즉, 제1코일(7a)에 흐르는 전류보다 위상이 90도 앞선 전류(i2)가 흐른다. 여기서, 코일(7a, 7b)들에는 방향이 주기적으로 바뀌는 교류가 흐르나, 가동부(5)에는 전류의 방향에 관계없이 언제나 동일 방향의 전자력이 작용한다. 이 때, 가동부(5)에 작용하는 전자력의 크기는 제1코일(7a)에 흐르는 전류의 제곱과 제2코일(7b)에 흐르는 전류의 제곱의 대수적 합에 비례한다.The current (i 1 ) 90 degrees later than the AC power supply voltage (11) flows through the first coil (7a), and the second coil (7b) is substantially in phase with the AC power supply voltage (11), that is, the first coil ( The current i 2 , which is 90 degrees ahead of the current flowing through 7a), flows. Here, an alternating current flows periodically in the coils 7a and 7b, but the electromagnetic force in the same direction always acts on the movable part 5 regardless of the direction of the current. At this time, the magnitude of the electromagnetic force acting on the movable portion 5 is proportional to the algebraic sum of the square of the current flowing through the first coil 7a and the square of the current flowing through the second coil 7b.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브에 따르면, 코일(7a, 7b)의 양단에는 위상이 다른 전원전압(11)이 인가되어 각 코일(7a, 7b)에 흐르는 전류의 위상이 달라지기 때문에 코일(7a, 7b)에 흐르는 전류가 동시에 영이 되지 않는다. 따라서, 가동부(5)에는 전자력이 연속적으로 작용하게 된다.According to the solenoid valve according to the present invention, since the power supply voltage 11 having a different phase is applied to both ends of the coils 7a and 7b, the phases of the current flowing through the respective coils 7a and 7b are different. The current flowing to the) does not become zero at the same time. Therefore, electromagnetic force acts on the movable part 5 continuously.

상술한 실시예에서는, 위상변환소자로서 콘덴서를 직렬로 연결하여 사용하고 있으나, 저항, 인덕터 및 콘덴서를 임의로 직렬 또는 병렬로 연결하여 위상변환소자를 구현할 수 있다.In the above-described embodiment, a capacitor is connected in series as a phase shift element, but a phase shift element may be implemented by arbitrarily connecting a resistor, an inductor, and a capacitor in series or in parallel.

그리고, 상술한 실시예에서는 단일의 전원전압을 위상변환량을 달리하는 위상변환소자를 통하여 각 코일들에 인가하여 각 코일들에 위상이 다른 전류가 흐르도록 하고 있으나, 위상이 다른 복수의 전원전압을 위상변환량이 동일한 위상변환소자를 통하여 각 코일들에 인가함으로써, 각 코일들에 위상이 다른 전류가 흐르도록 할 수 있다.In the above-described embodiment, a single power supply voltage is applied to the respective coils through a phase shifting element having a different phase shifting amount, so that currents having different phases flow through the respective coils, but a plurality of power supply voltages having different phases. By applying the phase shift amount to the respective coils through the same phase shift element, it is possible to allow a current having a different phase in each coil flows.

또한, 상술한 실시예에서는 2개의 코일을 사용하여 가동부에 작용하는 전자력을 유도하고 있으나, 코일수를 증가시킴으로써 균일한 전자력이 가동부에 작용하도록 할 수 있다. In addition, in the above embodiment, two coils are used to induce an electromagnetic force acting on the movable portion, but by increasing the number of coils, a uniform electromagnetic force may act on the movable portion.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가동부에 작용하는 전자력을 생성하는 코일을 복수개 마련하고, 코일들중 적어도 하나의 코일에는 위상이 다른 교류전압을 공급함으로써, 가동부에 연속적인 힘을 가하여 가동부의 동작을 안정적으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 솔레노이드장치의 내구적 수명을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by providing a plurality of coils for generating an electromagnetic force acting on the movable portion, by supplying an alternating voltage of a different phase to at least one of the coils, by applying a continuous force to the movable portion It can not only maintain the stable operation but also improve the endurance life of solenoid device.

Claims (3)

직선이동가능한 가동부를 갖는 솔레노이드장치에 있어서,A solenoid device having a movable part which is linearly movable, 상기 가동부의 직선이동을 안내하는 안내부와;A guide part for guiding linear movement of the movable part; 상기 안내부를 둘러싸는 적어도 2이상의 코일과;At least two coils surrounding the guide; 교류전원전압을 입력하여 상기 코일들에 공급하고, 적어도 하나의 코일에는 다른 나머지 코일들에 공급되는 교류전압과 위상차를 갖는 교류전압을 공급하는 전압공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드장치.And a voltage supply unit configured to input an AC power supply voltage to the coils, and supply at least one coil an AC voltage having a phase difference from an AC voltage supplied to the other coils. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 코일들은 상기 가동부의 이동축선을 따라 순차적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드장치.And the coils are sequentially installed along the moving axis of the movable part. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전압공급부는, 상기 교류전원전압과 상기 위상차를 갖는 교류전압이 공급되는 코일사이에 개재하여 위상을 변환시키는 위상변환소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드장치.And the voltage supply unit includes a phase conversion element for converting a phase between the AC power supply voltage and a coil to which an AC voltage having the phase difference is supplied.
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