KR100752686B1

KR100752686B1 - 솔레노이드 밸브

Info

Publication number: KR100752686B1
Application number: KR1020060123463A
Authority: KR
Inventors: 노의동; 김도형; 이기룡; 김승익
Original assignee: 주식회사 유니크
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2007-08-29

Abstract

압력제어 패턴에 따라 솔레노이드 밸브를 다양하게 설계해야 하므로 제작비용의 증가와 단품 수의 증가를 가져오는 한편 입력압력의 상승 및 강하에 따라 초기상태로 복귀되지 않을 경우 솔레노이드 밸브의 제어압력 특성에 영향을 주는 종래의 솔레노이드 밸브와는 달리 본 발명은 솔레노이드 밸브의 자기회로부를 구성하는 요크와 코어의 구조를 일부 개선함으로써 시간과 노력을 줄이면서도 솔레노이드 밸브의 압력제어 패턴을 다양하게 변경할 수 있으며, 요크와 로드 사이에 별도의 리턴 스프링을 탄지시킴으로써 입력압력의 변동에도 영향을 받지 않고 플런저의 초기상태 복귀가 정상적으로 이루어지도록 하여 솔레노이드 밸브의 신뢰성을 높일 수 있다.

솔레노이드 밸브, 플런저, 코어, 리턴 스프링.

Description

솔레노이드 밸브{Solenoid valve}

도1은 정상 열림(Normal Opened) 구조의 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브의 단면도이다.

도2는 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 본 방법에 의한 솔레노이드 밸브의 단면도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 홀더 11 : 유입구

12 : 유출구 13 : 배출구

14 : 유압면 15 : 관통공

16 : 원통형 함몰부 17 : 플레이트

18 : 스풀 19 : 로드

20 : 관통홀 21 : 플런저

22 : 요크 23 : 필터

24, 25 : 부싱 26 : 보빈

27 : 코일 28 : 코어

29 : 케이스 30 : 스프링

31 :　리턴 스프링 32 : 요크 하단부

33 : 코어 상단부 34 : 중공

본 발명은 솔레노이드 밸브(solenoid valve)에 관한 것이다. 특히 본 발명은 솔레노이드 밸브의 자기회로부를 구성하는 코어(core)와 요크(yoke)의 구조를 일부만을 개선하여도 솔레노이드 밸브의 압력 제어패턴(pressure control pattern)을 상이하게 변경할 수 있도록 하는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 솔레노이드 밸브는 자기력에 의해 플런저가 자기력 방향으로 작동되도록 하여 유체의 흐름을 제어하는 장치이다. 이러한 솔레노이드 밸브는 유체의 흐름을 제어하여 유체가 유입, 유출 및 배출되도록 유입구, 유출구 및 배출구가 형성된 홀더(holder)와 스풀(spool), 플런저, 로드, 요크, 코일, 보빈, 코어, 케이스 그리고 상대 커넥터와의 결합을 위한 터미널 단자가 마련된 커넥터로 구성된다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 솔레노이드 밸브에 의하여 제어되는 정상 열림(Normal Opened) 구조 또는 정상 닫힘(Normal closed) 구조 등의 압력제어 패턴은 초기 검토시의 자기회로 및 압력제어부의 설계에 따라 고정된다. 따라서 압력제어 패턴이 상이하나, 외형적으로 유사한 사양의 솔레노이드 밸브가 다수 적용되는 경우 각각의 사양에 대한 설계가 따로 이루어져야 한다. 또한 이러한 압력제어 패턴의 사양에 따른 개별 설계로 인해 솔레노이드 밸브 제작시 비용이 추가되는 한 편 솔레노이드 밸브의 단품 수가 증가된다. 그리고 입력압력의 변동에 따라 초기상태로의 복귀가 제대로 이루어지지 않을 경우 솔레노이드 밸브의 제어압력 특성이 영향을 받을 수 있다.

상기한 바와 같이 종래의 솔레노이드 밸브에서 나타나고 있는 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 솔레노이드 밸브의 자기회로부를 구성하는 요크와 코어의 구조를 일부 개선함으로써 시간과 노력을 줄이면서도 상이한 압력제어 패턴을 가지는 솔레노이드 밸브를 설계할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 요크와 로드 사이에 별도의 리턴 스프링을 탄지시킴으로써 솔레노이드 밸브의 플런저의 초기상태 복귀가 정상적으로 이루어지도록 하여 입력압력의 변동에도 영향을 받지 않도록 함으로써 솔레노이드 밸브의 신뢰성을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브는, 스풀이 작동되도록 내부에 축방향으로 관통된 관통공이 형성되고 이 관통공과 직각을 이루는 측방으로 위쪽부터 아래쪽까지 유체흐름을 안내하는 유입구, 제어압을 유출시키는 유출구 및 잔압을 제거하는 배출구가 서로 평행을 이루면서 형성되며 상기 유입구, 유출구, 배출구로부터 관통공 중심으로의 연장부분인 관통공의 외주부에 원통형 함몰부가 형성된 홀더와, 상기 홀더 내부에 배치되는 스풀과, 상기 스풀 상단부의 안착홈에 배치되는 플레이트와, 상기 스풀 하단부에 밀착 배치되는 로 드에 조립된 플런저와, 상기 플런저의 외부를 감싸고 그 외주면 전체에 코일이 권선되는 보빈과, 상기 보빈 상단면과 홀더 사이에 배치되는 요크와, 상기 보빈의 하단부에 외측부가 밀착되고 중앙부가 플런저의 저면에 배치되는 코어와, 상기 코어의 중공과 로드의 내면 사이에 배치되는 스프링과, 상기 코어의 저면, 코일의 외주부 및 홀더의 하단부를 감싸는 케이스를 포함하는 솔레노이드 밸브에 있어서, 상기 요크의 하부에 상기 플런저와 상기 코일이 감겨진 보빈 사이로 내려오는 원통 형상의 요크 하단부와 상기 코어의 상부에 상기 플런저와 상기 코일이 감겨진 보빈 사이로 올라가는 원통 형상의 코어 상단부의 길이를 조절하되, 상기 요크 하단부와 상기 코어 상단부의 길이 비를 달리하여 상이한 솔레노이드 밸브의 압력 제어패턴을 가질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 전원 인가시 상기 플런지가 상기 코어 내경부로 하강함으로써 상기 스풀에 의하여 상기 유출구를 통해 형성되는 제어압이 점차 강하하는 압력 제어패턴을 가지는 정상 열림(Normal Opened) 구조의 솔레노이드 밸브인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 스풀 상단으로 입력되는 피드백 압력에 의하여 발생하는 힘을 지지하고, 전원 인가시 발생되는 자기력에 비례적으로 가압되도록 상기 플런저 하단의 내경부에 스프링이 탄지되어 압력 제어패턴이 선형적으로 나타나도록 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 전원 인가시 상기 플런저가 상기 요크 내경부로 상승함으로써 상기 스풀에 의하여 상기 유출구를 통해 형성되 는 제어압이 점차 상승하는 압력 제어패턴을 가지는 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 로드의 외주면에 설치된 플런저의 상단부와 상기 로드와 요크 사이에 내재된 부싱의 하단부에 리턴 스프링이 탄지된 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 플런저 하단 내경부에 탄성력이 약한 스프링을 탄지시켜 솔레노이드 밸브 작동시 발생되는 높은 주파수에서의 플런저의 진동을 흡수하여 안정적인 압력 제어패턴을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도1에 도시한 바와 같은 솔레노이드 밸브는 정상 열림(Normal Opened) 구조의 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서 유체 흐름을 안내하는 유입구(11)와 유출구(12), 배출구(13)가 형성된 홀더(10)와, 상기 홀더(10) 내부에 배치되는 스풀(spool)(18)과, 이 스풀(18) 상단부의 안착 홈에 배치되는 플레이트(17)와, 하단부에 밀착 배치되는 로드(rod)(19)에 조립된 플런저(plunger)(21)와, 이 플런저(21)의 외부를 감싸고 그 외주면 전체에 코일(coil)(27)이 권선되는 보빈(bobbin)(26)과, 이 보빈(26)의 상단면과 홀더(10)의 하단면 사이에 배치되는 요크(yoke)(22)와, 상기 보빈(26)의 하단부에 외측부가 밀착되고 중앙부가 플런저(21)의 저면에 배치되는 코어(28)와, 이 코어(28)의 중공(34)과 로드(19)의 내면 사이에 배치되는 스프링(30)과, 상기 코어(28)의 저면 즉, 코일(27)의 외주부 및 홀더(10)의 하단부를 감싸는 케이스(case)(29)로 구성되어 있다.

상기 홀더(10)는 내부에 축 방향으로 작동되는 스풀(18)이 배치되도록 축 방향으로 관통공(15)이 형성된 원통 형상으로서 이 관통공(15)과 직각을 이루는 홀더(10)의 측방으로는 유체 흐름을 안내하는 유입구(11)와 제어압을 유출시키는 유출구(12) 및 잔압을 제거하는 배출구(13)가 서로 평행을 이루면서 형성되어 있다.

그리고 홀더(10)의 유입구(11), 유출구(12) 및 배출구(13)에서 관통공(15)으로 연장되는 관통공(15)의 외주부에는 유체가 선회류를 일으킬 수 있도록 하는 원통형의 함몰부(16)가 형성되어 있다.

상기 스풀(18)은 홀더(10)의 내부에서 유입구(11)와 배출구(13)의 유로면적을 제어하는 3단 원기둥 형상으로서, 그 하단부는 플런저(21)에 의해 작동되는 로드(19) 상단면과 밀착되어 있고, 외부 유로를 통하여 유출구를 통해 배출되는 제어압이 상기 스풀의 상단면으로 피드백 될 수 있도록 되어 있다.

상기 로드(19)는 플런저(21)에 의해 축 방향으로 작동되어 상단부의 스풀(18)을 작동시키는 것으로서 그 상단부가 스풀(18)의 저면에 밀착 배치되어 있고 그 외주면에 플런저(21)가 결합되어 있으며 하단부 내부에는 스프링(30)이 삽입 지지되어 있다.

여기서, 로드(19)는 플런저(21)의 중간부에 삽입 고정되고 그 하부가 스프링(30)의 상단부에 안착되며, 상하 왕복시 밀폐 압력의 소통을 원활히 하기 위해 축 방향과 직각방향으로 관통홀(20)이 형성되어 있다.

상기 플런저(21)는 스풀(18)의 하단부에 밀착 배치되어 있는 로드(19)에 조 립되어 스풀(18)을 홀더(10)의 유입구(11), 배출구(13) 사이에 축 방향으로 왕복 운동시켜주는 원통 형상으로서 그 중앙에는 로드(19)가 삽입되도록 중공이 형성되어 있다.

상기 보빈(26)의 상단면에는 축 방향을 중심으로 하는 두 개의 동심원을 이루도록 형성되는 쐐기형 요철을 두어 조립시 공차가 줄어드는 한편 외부로부터 플런저 작동부 내로의 이물질 유입이 차단된다. 안쪽 원을 이루는 쐐기형 요철의 한 군데와 바깥쪽 원을 이루는 쐐기형 요철의 한 군데 총 두 군데에는 각각 쐐기형 요철이 없는 유로용 홈이 형성되어 있다. 유로용 홈은 플런저의 원활한 작동 및 내부로의 자동변속기오일(Automatic Transmission Fluid; ATF)의 원활한 주입을 위한 것이다.

상기 요크(22)는 보빈(26) 상부와 홀더(10) 사이에 배치되어 코일(27)에서 발생한 자장이 누설되는 것을 방지하는 기능을 하며, 상단부가 넓게 형성된 원통형상으로서 이 넓게 형성된 상단부는 보빈(26) 상면의 쐐기형 요철과 케이스(29) 안쪽 단에 얹혀지도록 배치되어 있다. 또한 코어(28)와 함께 솔레노이드 밸브의 자기 회로부를 구성하는 요크(22)의 하부에는 코일(27)이 감겨진 보빈(26)과 플런저(21) 사이의 공간으로 내려갈 수 있는 원통 형상의 요크 하단부(32)가 연장되어 있다.

그리고, 로드(19)의 상부 측면과 요크(22) 사이 및 로드(19)의 하부 측면과 코어(28) 사이에는 요크(22), 코어(28) 및 플런저(21)의 가공 정도에 따른 간섭을 배제하여 플런저(21)가 원활하게 상하로 왕복운동을 할 수 있도록 하며 플런저(21)가 좌우유동 및 기울어짐 없이 작동되도록 하는 원통 형상의 부싱(24)(25)이 압입 되어 있다. 부싱(24)(25)의 내측면에는 테프론(Teflon) 코팅이 되어 있는데, 테프론 코팅이란 불소수지를 도료화하여 페인트처럼 표면에 적당량 분사한 후, 일정한 온도에서 가열, 소성을 거쳐서 비활성의 단단한 코팅층을 형성하는 코팅을 말하며, 테프론 코팅은 특유의 이형성뿐만 아니라 비점착성, 내화학성, 내열성, 절연 안정성 및 낮은 마찰계수를 가지고 있으므로 부싱(24)(25)과 로드(19) 사이의 마찰에 의하여 발생 가능한 문제점이 최소화된다. 테프론 코팅에 대한 자세한 기술적 사항은 종래에 알려진 것이므로 생략한다.

상기 코어(28)는 보빈(26)의 하단부에 그 하단의 외측부가 밀착되고 코일(27)에 전류 인가시 플런저(21)를 끌어당길 수 있도록 코일(28)에서 발생된 자기력이 집중되는 중앙부가 플런저(21)의 저면에 배치되는 중공(34)이 형성된 원통형상으로서 그 중앙부의 상면은 플런저(21)의 하단부가 수용되어 전류의 크기에 따라 선형적으로 압력을 제어할 수 있도록 오목하게 패이고, 이 코어(28)의 오목하게 패인 중심부 테두리는 코일(27)의 자기력이 집중될 수 있도록 그 외측부가 절삭된 원추대 형상으로 형성되어 있다. 또한 요크(22)와 함께 솔레노이드 밸브의 자기 회로부를 구성하는 코어(28)의 상부에는 코일(27)이 감겨진 보빈(26)과 로드(19) 및 플런저(21) 사이의 공간으로 내려갈 수 있는 코어 상단부(33)가 연장되어 있다.

특히, 요크 하단부(32)와 코어 상단부(33)는 일정간격 이격된 것으로서 코일(27)이 감겨진 보빈(26)이 덮고 있는 요크 하단부(32)와 코어 상단부(33)의 길이비를 달리함으로써 코일(27)에 흐르는 전류에 의해 발생되는 플런저(21)를 밀고당기기 위한 자력을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 스프링(30)은 코어(28)의 중공(34)과 로드(19)의 중공 사이에 배치되어 코일(27)에 전류 차단시 로드(19)를 상 방향으로 밀어 올리도록 되어 있으며, 이 스프링(30)의 중앙으로는 조정 스크류(35)의 상부가 삽입되어 있다.

상기 조정 스크류(35)는 코어(28)의 중공(34)에 삽입되고 로드(19)의 내면을 통과할 수 있도록 2단 원통 형상으로서, 상기 스프링(30)의 하단부를 지지하는 동시에 상하로 조이고 풀면서 스프링(30)을 압축 또는 이완시켜 이 스프링(30)의 하중을 조절함으로써 특성 압력을 조정할 수 있도록 코어(28) 저면으로부터 나사 체결되어 있다.

특히, 정상 열림(Normal Opened) 구조의 솔레노이드 밸브는 전원 인가시 플런지(21)가 코어(28) 내경부로 하강함으로써 스풀(18)에 의하여 유출구(12)를 통해 형성되는 제어압이 점차 강하하는 압력 제어패턴을 갖는다.

더 나아가서 정상 열림(Normal Opened) 구조의 솔레노이드 밸브는 스풀(18) 상단으로 입력되는 피드백 압력에 의하여 발생하는 힘을 지지하고, 전원인가시 발생되는 자기력에 비례적으로 가압되도록 플런저(21) 하단의 내경부에 스프링이 탄지되어 압력 제어패턴이 선형적으로 나타낼 수 있다.

상기 케이스(29)는 코어(28)의 저면, 코일(27)의 외주부 및 홀더(10) 하단을 덮어씌우는 원통 형상으로서 홀더(10)를 요크(22) 위에 놓아두고 케이스(29)의 상단을 안쪽으로 말아서 홀더(10)의 하단부가 케이스(29)의 상단부에 끼워져 결합되도록 되어 있다.

그리고, 케이스(29)는 외부로부터의 충격이나 이물질로부터 케이스(29) 내의 구성요소들을 보호해 주며 케이스(29)의 외주면에 사출성형을 하여 하부본체 성형부를 형성한다. 또한 이물질 유입을 방지하기 위해 유입구(11), 유출구(12)에 필터(23)를 적용할 수 있다.

도2는 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브를 보인 것으로서 도1에 개시된 정상 열림(Normal Opened) 구조의 솔레노이드 밸브와는 서로 상이한 압력 제어패턴을 갖는다. 또한, 도2에 개시된 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브는 도1에 개시된 정상 열림(Normal Opened) 구조의 솔레노이드 밸브와는 달리 스프링(30)을 압축 또는 이완시키기 위한 조정 스크류(35)를 가지지 않는다.

이하, 도1의 솔레노이드 밸브와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명을 생략하고, 다만 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브만의 특징에 대해서만 설명한다.

상기 로드(19)의 외주면에 설치된 플런저(21)의 상단부와 로드(19)와 요크(22) 사이에 내재된 부싱(24)의 하단부에는 리턴 스프링(31)이 탄지되어 있는데, 이 리턴 스프링(31)은 코일(27)에 전류가 흐르면서 플런저(21)와 함께 상승하였던 로드(19)가 원래의 위치로 정확하게 내려올 수 있도록 하는 역할을 한다.

즉, 도2에 개시된 솔레노이드 밸브는 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브는 전원 인가시 플런저(21)가 요크(22) 내경부로 상승함으로써 스풀(18)에 의하여 유출구(12)를 통해 형성되는 제어압이 점차 상승하는 압력 제어패턴을 갖는다.

또한 정상 닫힘(Normal Closed) 구조의 솔레노이드 밸브는 플런저(21) 하단 내경부에 탄성력이 약한 스프링을 탄지시켜 솔레노이드 밸브 작동시 발생되는 높은 주파수에서의 플런저의 진동을 흡수하여 안정적인 압력 제어패턴을 가질 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 솔레노이드 밸브의 자기회로부를 구성하는 요크와 코어의 구조를 일부 개선함으로써 압력패턴이 상이한 성능을 가지는 솔레노이드 밸브를 설계할 수 있으며, 요크와 로드 사이에 별도의 리턴 스프링을 탄지시킴으로써 플런저의 초기상태 복귀가 정상적으로 이루어지도록 하여 입력압력의 변동에도 영향을 받지 않도록 솔레노이드 밸브의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

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스풀(18)이 작동되도록 내부에 축 방향으로 관통된 관통 공(15)이 형성되고 이 관통 공(15)과 직각을 이루는 측방으로 위쪽부터 아래쪽까지 유체 흐름을 안내하는 유입구(11), 제어 압을 유출시키는 유출구(12) 및 잔압을 제거하는 배출구(13)가 서로 평행을 이루면서 형성되며 상기 유입구(11), 유출구(12), 배출구(13)로부터 관통 공(15) 중심으로의 연장부분인 관통 공(15)의 외주부에 원통형 함몰부(16)가 형성된 홀더(10)와, 상기 홀더(10) 내부에 배치되는 스풀(18)과, 상기 스풀(18) 상단부의 안착홈에 배치되는 플레이트(17)와, 상기 스풀(18) 하단부에 밀착 배치되는 로드(19)에 조립된 플런저(21)와, 상기 플런저(21)의 외부를 감싸고 그 외주면 전체에 코일(27)이 권선되는 보빈(26)과, 상기 보빈(26) 상단면과 홀더(10) 사이에 배치되는 요크(22)와, 상기 보빈(26)의 하단부에 외측부가 밀착되고 중앙부가 플런저(21)의 저면에 배치되는 코어(28)와, 상기 코어(28)의 중공과 로드(19)의 내면 사이에 배치되는 스프링(30)과, 상기 코어(28)의 저면, 코일(27)의 외주부 및 홀더(10)의 하단부를 감싸는 케이스(29)를 포함하는 솔레노이드 밸브에 있어서,

상기 로드(19)의 외주면에 설치된 플런저(21)의 상단부와 상기 로드(19)와 요크(22) 사이에 내재된 부싱(24)의 하단부에 리턴 스프링(31)이 탄지된 정상 닫힘(Normal Closed) 구조인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
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