KR100698894B1 - 압전밸브 - Google Patents

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KR100698894B1
KR100698894B1 KR1020060008653A KR20060008653A KR100698894B1 KR 100698894 B1 KR100698894 B1 KR 100698894B1 KR 1020060008653 A KR1020060008653 A KR 1020060008653A KR 20060008653 A KR20060008653 A KR 20060008653A KR 100698894 B1 KR100698894 B1 KR 100698894B1
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piezoelectric
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piezoelectric actuators
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KR1020060008653A
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윤소남
함영복
정용현
이경우
소형종
김홍희
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한국기계연구원
경원훼라이트공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 압전밸브에 관한 것으로, 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 분야에서 상기 유체의 방향과 양뿐만 아니라 압력을 제어할 수 있는 압전밸브에 관한 것이다. 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 분야에 설치되는 밸브에 있어서, 밸브몸체(11) 내부에 내부구멍(19)이 형성되어 압전액추에이터(17a,17b)가 서로 마주보도록 삽입되고, 상기 삽입된 압전액추에이터(17a,17b)의 내측 끝단부에 구비되는 가이드(13)에 의해 슬라이딩되는 아마추어(16a,16b)가 구비되고, 상기 압전액추에이터(17a,17b)의 외측 끝단으로는 변위확장공간을 세팅하도록 볼트(15b)와 전압인가를 위한 커넥터(18)가 밸브몸체(11)에 결합되고, 상기 밸브몸체(11) 일측은 밸브시트(23)와 볼트(15a)로 결합된다. 따라서, 본 발명은 유체(유압, 수압, 공기, 가스)의 방향과 양뿐만 아니라 압력제어까지 가능하여 자동차 및 선박 등의 여러 산업에서 다목적으로 사용할 수 있고, 종래의 솔레노이드밸브에 비해 소모전류를 저감시킬 수 있으며, 재료비를 줄이고 빠른 응답성을 가질 수 있는 효과가 있다.
압전밸브, 압전액추에이터, 아마추어

Description

압전밸브{Piezoelectric Valve}
도 1은 종래의 유량제어에 사용되는 밸브를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 압전밸브를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 압전밸브를 적용한 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 제어블록의 다이어그램.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1a : 고압유흐름 1b : 저압유흐름
2 : 유체저장탱크 3 : 필터
4 : 펌프 5 : 전기모터
6 : 압력제어밸브 7 : 유량제어밸브
8 : 방향제어밸브 9 : 제어대상
10 : 압전밸브 11 : 밸브몸체
12 : 유체드레인통로 13 : 가이드
14 : 오링 15a,15b : 볼트
16a,16b : 아마추어 17a,17b : 압전액추에이터
18 : 커넥터 19 : 내부구멍
20 : 오리피스 21 : 접지면적
22 : 개구면적 23 : 밸브시트
본 발명은 압전밸브에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 분야에서 상기 유체의 방향과 양뿐만 아니라 압력을 제어할 수 있는 압전밸브에 관한 것이다.
종래부터 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 여러 시스템 및 장치에 있어서의 제어란 선택이 아니라 필수였기 때문에 많은 제어기가 사용되어 왔고, 많은 방식의 밸브가 도입되어 왔다. 따라서, 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 여러 시스템 및 장치들은 상기 유체의 방향과 유체의 양 및 압력을 제어함에 있어서 응답성이 뛰어나고 전력소모를 최소화시킬 수 있는 밸브를 필요로 하고 있다.
도 1은 종래의 유량제어에 사용되는 밸브를 나타낸 단면도로써, 상기 유량제어밸브(30)에서는 연료의 유량 및 방향을 제어하기 위해 솔레노이드(33)에 의한 전류제어방식을 사용하였고, 전류의 양에 따라 Duty비가 증가하여 제어하는 방식으로 전류의 양이 커질수록 아마추어의 흡입력이 증가되어 가동자(25)가 고정자(24) 방향으로 움직이게 되고, 이때 가동자(25)에 연결되어 있는 스풀(35)이 움직여 유체통로(36)를 줄이게 되어 유량이 조절되거나, 압력을 차단하는 방식으로 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 솔레노이드방식은 전류에 의해 제어되기 때문에 많은 전류량을 필요로 하고, 강한 흡인력을 갖기 위하여 코일의 권수가 늘어나 밸브의 비대화를 초래시키고, 재료비의 증가 및 밸브의 가격을 상승시키는 원인을 제공하고, 응답성이 떨어지는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 분야에서 상기 유체의 방향과 양뿐만 아니라 압력을 제어할 수 있는 압전밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 압전밸브는 압전식 구동기를 사용하며, 상기 압전식 구동기는 적층형으로 이루어진 것으로 구동원은 선형전압변환방식 혹은 펄스폭변조에 의해서 발생하는 전압에 의해서 구동되고, 상기 압전밸브의 압전액추에이터에 전압을 인가시키면 아마추어의 수직운동에 의해 유체의 방향과 양뿐만 아니라 압력을 제어할 수 있고, 종래의 밸브에서는 정면에서 받던 유체 압력의 힘을 수직으로 분산시켜, 밸브에 받는 압력을 줄이고, 유체의 양과 방향뿐만 아니라 고압의 유체를 쉽게 조절할 수 있도록 하여 시스템 및 장치에 드는 소모동력을 최소화할 수 있고, 밸브의 재료비를 저감시키며, 종래의 솔레노이드를 사용할 때보다 신속하고 정확한 응답성을 갖도록 하는 기술적 과제가 필요하다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는,
밸브몸체 내부에 내부구멍이 형성되어 압전액추에이터가 서로 마주보도록 삽입되고, 상기 삽입된 압전액추에이터의 내측 끝단부에 구비되는 가이드에 의해 슬 라이딩되는 아마추어가 구비되고, 상기 압전액추에이터의 외측 끝단으로는 변위확장공간을 세팅하도록 볼트와 전압인가를 위한 커넥터가 밸브몸체에 결합되고, 상기 밸브몸체 일측은 밸브시트와 볼트로 결합된다.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 아마추어는 전압인가에 따른 압전액추에이터의 변위차에 의해 상하수직 이동되고, 일단에 접지면적을 포함하며 접지되는 아마추어의 일측 접지부 형상은 오목하고, 타측 접지부 형상은 볼록하게 형성된다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 밸브몸체 내부에는 유입되는 유체가 다시 리턴라인으로 복귀되도록 유체드레인통로가 형성된다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 밸브몸체에 결합되는 커넥터를 보호하도록 내부에 오링이 더 구비된다.
도 2는 본 발명에 따른 압전밸브를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 압전밸브를 적용한 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제어블록의 다이어그램이다.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 압전밸브(10)를 나타낸 단면도로써, 상기 압전밸브(10)는 밸브몸체(11) 내부에 내부구멍(19)이 형성되어 압전액추에이터(17a,17b)가 서로 마주보도록 삽입되고, 상기 삽입된 압전액추에이터(17a,17b)의 내측 끝단부에 구비되는 가이드(13)에 의해 슬라이딩되는 아마추어(16a,16b)가 구비된다.
상기 아마추어(16a,16b)는 전압인가에 따른 압전액추에이터(17a,17b)의 변위차에 의해 상하수직 이동되고, 일단에 접지면적(21)을 포함하며 접지되는 아마추어 (16a,16b)의 일측 접지부 형상은 오목하고, 타측 접지부 형상은 볼록하게 형성되고, 오리피스(20)내의 개구면적(22)은 상기 아마추어(16a,16b)에 의해 유로가 차단되며 밸브시트(23)와 바로 연계되어 있다.
상기 압전액추에이터(17a,17b)의 외측 끝단으로는 변위확장공간을 세팅하도록 볼트(15b)와 전압인가를 위한 커넥터(18)가 밸브몸체(11)에 결합되고, 상기 밸브몸체(11) 일측은 밸브시트(23)와 볼트(15a)로 결합된다.
상기 밸브몸체(11) 내부에는 유입되는 유체가 다시 리턴라인으로 복귀되도록 유체드레인통로(12)가 형성되고, 상기 밸브몸체(11)에 결합되는 커넥터(18)를 보호하도록 내부에 오링(14)이 더 구비된다.
도 3은 본 발명의 압전밸브(10)를 적용한 시스템의 개략적인 구성도로써, 유체의 흐름은 유체저장탱크(2)로부터 시작되며 필터(3)에 의해 유체내의 불순물을 걸러주고, 전기모터(5)로 구동되는 펌프(4)에 의해 연료가 펌핑되어 유체를 제어대상(9)에 공급해 주는 것으로, 본 발명의 압전밸브(10)는 압력제어밸브(6)와 유량제어밸브(7) 및 방향제어밸브(8)에 모두 사용 가능하고, 유체저장탱크(2)로 리턴 가능하도록 구성한다.
상기 도 3의 도면부호 1a와 1b는 각각 고압유흐름과 저압유흐름을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 제어블록의 다이어그램으로써, 설정되어 있는 기준 입력값을 통하여 제어기에서 출력신호를 출력하고 그 출력신호로부터 압전밸브(10)가 구동되며 시스템 압력(혹은 유량)이 떨어지거나 증가 되었을 경우 센서를 통하여 다시 제어기로 피드백되어 출력값을 발생시키도록 작동되는 시스템을 나타내는 블록 다이어그램이다.
고압의 유체를 전기모터(5)에 의해서 제어대상에 공급하고자 할 때 센서와 압전밸브(10) 제어기가 서로 피드백 통신을 하고, 선행전압변환방식 혹은 펄스폭변조에 의해서 전압 제어되며, 제어기와 센서 및 압전밸브(10)가 항상 통신하면서 압력과 연료의 양을 체크한다.
상기와 같이 구성되는 압전밸브(10)는 여러 시스템이나 장치에 사용되어 유체의 방향과 유체의 양 및 압력을 제어함에 있어서, 압전액추에이터(17a,17b)에 인가되는 전압을 선형전압변환 및 펄스폭을 변조시켜 제어함으로써 압전액추에이터(17a,17b)의 변이를 변화시켜 서로 마주보고 있는 아마추어(16a,16b)가 유로 방향으로 이동되면 상기 아마추어(16a,16b)의 접지면적(21)이 서로 접지되어 오리피스(20)내의 개구면적(22)을 작게 하여 유체의 방향과 양 및 압력을 제어하게 된다.
반대로 상기 개구면적(22)을 크게 할 경우에는 압전액추에이터(17a,b)에 인가되는 전압을 선형전압변환 및 펄스폭의 변조비를 감소시켜 변위확장공간을 축소시키게 되면 아마추어(16a,16b)가 볼트(15b) 방향으로 이동되어 오리피스(20)의 개구면적(22)을 크게 하여 유체저장탱크(2)로 리턴되는 연료의 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 도와준다.
상기와 같이 오리피스(20)의 개구면적(22)을 크게 하면 오리피스(20)로 흐르는 유체의 유량이 커지게 됨으로써 제어대상(9) 내의 유체압력과 유량이 크게 설정되는 것이고, 반대로 오리피스(20)의 개구면적(22)을 작게 하면 오리피스(20) 유량이 작게 되므로 제어대상(9) 내의 유체압력과 유량이 작게 설정되는 것으로, 제어 대상(9) 내의 유체압력은 오리피스(20)의 개구면적(22)에 의해 제어되는 것이다.
본 발명의 압전밸브(10)는 종래에 솔레노이드에 의해 제어되어 사용되던 압력제어밸브(6)와 유량제어밸브(7) 및 방향제어밸브(8)를 대신하여 사용할 수 있으며, 여러 시스템 및 장치에 사용함에 있어서 설치위치를 제한받지 않고 사용가능하며, 압전액추에이터(17a,17b)를 사용함으로써 상기와 같은 압력제어밸브(6)와 유량제어밸브(7) 및 방향제어밸브(8)에 모두 사용이 가능하다.
따라서, 압력과 유량 및 방향제어가 모두 가능하고, 압전액추에이터(17a,17b)를 양쪽에 사용하여 작동시킴으로서 밸브의 응답속도는 물론 제어정확도 또한 종래 밸브에 비해 향상된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 압전액추에이터에 전압을 선형전압변환 및 펄스폭변조 비를 인가시키면 압전액추에이터에 의해 아마추어가 가이드부에 슬라이딩되어 서로 마주보고 자리 잡고 있는 아마추어의 접지면적이 맞닿아 제어하고자 하는 유체의 힘에 대항하여 여닫는 구조로 유체(유압, 수압, 공기, 가스)의 방향과 양뿐만 아니라 압력제어까지 가능하여 자동차 및 선박 등의 여러 산업에서 다목적으로 사용할 수 있고, 종래의 솔레노이드밸브에 비해 소모전류를 저감시킬 수 있으며, 재료비를 줄이고 빠른 응답성을 가질 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 유체(유압, 수압, 공기, 가스)를 사용하는 분야에 설치되는 밸브에 있어서,
    밸브몸체(11) 내부에 내부구멍(19)이 형성되어 압전액추에이터(17a,17b)가 서로 마주보도록 삽입되고, 상기 삽입된 압전액추에이터(17a,17b)의 내측 끝단부에 구비되는 가이드(13)에 의해 슬라이딩되는 아마추어(16a,16b)가 구비되고, 상기 압전액추에이터(17a,17b)의 외측 끝단으로는 변위확장공간을 세팅하도록 볼트(15b)와 전압인가를 위한 커넥터(18)가 밸브몸체(11)에 결합되고, 상기 밸브몸체(11) 일측은 밸브시트(23)와 볼트(15a)로 결합되는 것을 특징으로 하는 압전밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아마추어(16a,16b)는 전압인가에 따른 압전액추에이터(17a,17b)의 변위차에 의해 상하수직 이동되고, 일단에 접지면적(21)을 포함하며 접지되는 아마추어(16a,16b)의 일측 접지부 형상은 오목하고, 타측 접지부 형상은 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 압전밸브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브몸체(11) 내부에는 유입되는 유체가 다시 리턴라인으로 복귀되도록 유체드레인통로(12)가 형성되는 것을 특징으로 하는 압전밸브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브몸체(11)에 결합되는 커넥터(18)를 보호하도록 내부에 오링(14)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 압전밸브.
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