KR100958116B1

KR100958116B1 - 유체 통로 양방향 개폐장치

Info

Publication number: KR100958116B1
Application number: KR1020070108216A
Authority: KR
Inventors: 임헌북
Original assignee: 주식회사 엔휀스타
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2010-05-18
Also published as: WO2009054694A2; KR20090042448A; WO2009054694A3

Abstract

본 발명은 전자석에 단속적으로 전원이 인가될 때마다 유체 등의 통로를 개폐할 수 있는 간단한 구조의 개폐장치에 관한 것으로, 구체적으로는 하우징과 하우징 내부에 설치되는 영구자석, 전자석 및 샤프트를 포함하며, 상기 하우징은 내부에 설치되는 영구자석에 의해 자화되고, 상기 전자석의 양 단부에는 도체인 극변환판이 구비되며, 상기 영구자석은 상기 극변환판이 움직이는 방향과 수직한 한 쌍의 상단부 모서리 부분에 R면이 형성되어 있고, 상기 샤프트는 상기 전자석에 고정되어, 상기 전자석에 전원이 공급되면, 상기 전자석의 극변환판과 상기 영구자석 및 하우징 사이에 인력 또는 척력이 발생됨으로써, 전자석과 상기 전자석에 고정된 샤프트가 움직이게 되는 것을 특징으로 하는 양방향 개폐장치에 관한 것이다.

양방향, 개폐장치, 극변환판, 전자석, 영구자석

Description

유체 통로 양방향 개폐장치 {Bidirectional Device for Opening and Closing Fluid Passage}

본 발명은 개폐장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자석에 단속적으로 전원이 인가될 때마다 유체 등의 통로를 개폐할 수 있는 간단한 구조의 개폐장치에 관한 것이다.

최근 반도체 소자분야의 발달로 다양한 전자 스위치가 개발되어 산업분야에 많이 활용되고 있다.

종래의 전자식 스위치의 하나로 전자석을 이용하는 스위치가 사용되는데, 전원을 공급하여, 전자석을 자화시킴으로써 스위치를 작동시키는 구조를 갖는다. 즉, 전원을 공급하여 전자석을 이루는 코일에 전류가 흐를 때에는 ON 또는 OFF의 어느 한 기능을 수행하다가, 전원 공급이 중단되어 코일에 전류가 흐르지 않게 되면, 그 반대의 기능을 수행하게 되는 것이다.

그러나, 이러한 전자식 스위치는 상시 전원을 공급 받아야 ON/OFF의 어느 한 상태를 지속적으로 유지할 수 있기 때문에, 전원을 공급받지 못하는 상황에서는 스위치로서의 기능을 할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 전자식 스위치는 상시 소비 전류를 사용하여야 하므로 전력 손실이 상 당하고, 뜻하지 않게 정전 등이 되는 경우에는 스위치가 작동하지 않음에 따른 사고나 문제점들이 발생할 수 있다.

본 발명에서는 연속적으로 전원을 공급하지 않고도 작동시킬 수 있는 개폐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 전기 공급이 불안정한 경우에 사고 발생 빈도를 줄일 수 있어 안정적으로 개폐 기능을 수행할 수 있는 개폐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 적은 전원 공급만으로도 작동시킬 수 있는 개폐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하우징과 하우징 내부에 설치되는 영구자석, 전자석 및 샤프트를 포함하며, 상기 하우징은 내부에 설치되는 영구자석에 의해 자화되고, 상기 전자석의 양 단부에는 도체인 극변환판이 구비되며, 상기 영구자석은 상기 극변환판이 움직이는 방향과 수직한 한 쌍의 상단부 모서리 부분에 R면이 형성되어 있고, 상기 샤프트는 상기 전자석에 고정되어, 상기 전자석에 전원이 공급되면, 상기 전자석의 극변환판과 상기 영구자석 및 하우징 사이에 인력 또는 척력이 발생됨으로써, 전자석과 상기 전자석에 고정된 샤프트가 움직이게 되는 것을 특징으로 하는 양방향 개폐장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 상기 영구자석은 양 극이 상·하로 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 개폐장치를 제공한다.

이외에도, 본 발명에서는 상기 전자석은 복 수개가 나란히 절연부재에 의해 연결되며, 전원이 공급되면, 상기 연결된 전자석의 최외단에 설치된 한 쌍의 극변환판이 서로 같은 극으로 자화되는 것을 특징으로 하는 양방향 개폐장치를 제공한다..

본 발명에 따르면, 전자석에 계속하여 전원을 공급하지 않고서도 스위치로서의 기능을 수행할 수 있으므로, 전기를 비약적으로 줄일 수 있다.

또한, 지속적인 전원의 공급이 불필요하므로, 전기 공급의 불안정성에 따른 문제점 등을 완화할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 양방향 개폐장치(1)의 구체적인 구성과 효과에 대해 설명한다.

도 1a 및 도 1b에는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 개폐장치(1)를 보여주는 개략적인 사시도 및 분해 사시도가 도시되어 있다. 도면에서 보듯이, 본 발명의 양방향 개폐장치(1)는 하우징(10) 내부에 영구자석(20)과 전자석(30)을 포함하며, 전자석을 관통하여 설치된 샤프트(40)를 통해서, 동력이 전달되어 스위치 기능을 한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)은 내부에 영구자석(20)과 전자석(30) 및 샤프트(40)를 포함할 수 있는 다양한 구조로 이루어지는데, 도면과 같이, 영구자석(20)이 올려지는 수평부(11)와 수평부(11)의 양 단으로부터 나란하게 설치된 한 쌍의 수직부(12)를 포함하여 └┘자 형상을 갖도록 구성될 수 있다.

상기 하우징(10)의 수평부(11)에는 영구자석(20)이 설치되며, 상기 영구자석(20)은 N극와 S극이 옆으로 이웃하도록 배치될 수도 있고, 상·하로 접하여 배치될 수도 있다. 도 1a 및 도 1b에는 양극이 상·하로 배치된 일 실시예가 도시되어 있다.

상기 하우징(10) 내에는 영구자석(20) 이외에도 전자석(30)이 배치되는데, 상기 전자석(30)은 보빈(미도시)에 코일(37)이 감겨 구성되고, 상기 보빈의 양측단부에는 각각 극변환판(35)이 구비될 수 있다. 상기 극변환판(35)과 보빈은 전자석(30)의 일부가 되므로 전자석(30)의 세기를 증가킬 수 있는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 샤프트(40)는 막대 형상으로 이루어지고, 양단에 극변환판(35)을 구비한 상기 전자석(30)에 고정·설치되어, 후술하는 바와 같이, 전자석(30)이 움직임에 따라, 움직이게 된다. 상기 샤프트(40)는 전자석(30)에 고정될 수 있도록, 상기 양 극변환판(35)과 코일(37)이 감긴 보빈을 관통하여 설치되며, 나아가 하우징(10)의 수직부(12)까지도 관통하여 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 전자석(30)의 보빈과 양 극변환판(35)에는 서로 연통되는 샤프트홀(33)이 형성될 수 있는데, 도 1a에서 보듯이, 상기 샤프트홀(33)을 통해 상기 샤프트(40)의 일단이 삽입되어 고정되고, 상기 샤프트(40)의 타단은 상기 하우징(10)에 구비된 샤프트홀(13) 외부로 노출되도록 설치될 수 있다. 이때, 상기 샤프트(40)가 움직이는 경로를 유도하는 막대 형상의 가이드부재(41)가 상기 샤프트(40) 주변에 같이 설치될 수도 있으며, 상기 하우징(10), 보빈 및 극변환판(35)에는 상기 가이드부재(41)가 삽입·설치될 수 있도록 가이드홀(14, 34)이 형성되는 것이 바람직하다.

도 2a 및 도 2b에는 각각 도 1a의 양방향 개폐장치(1)에 전원을 공급한 경우, 전자석(30)과 샤프트(40)의 움직임을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 먼저, 도 2a에서, 영구자석(20)은 상·하로 극이 분리되어 있고, 수평부(11)에 접한 극이 N극이며, 하우징(10)이 도체로 이루어진 경우, 상기 하우징(10) 자체가 N극으로 자화된다. 이때, 전자석(30)에 전원을 공급하게 되면, 전류의 흐름에 따라, 상기 전자석(30)의 극변환판(35)이 각각 다른 극으로 자화되고, 도 2a에서 보듯이, 왼쪽 극변환판(35)이 S극으로 자화되는 경우, 상기 영구자석(20)의 S극과의 사이에 척력이 작용함과 동시에, 오른쪽 극변환판(35)이 N극과 영구자석(20)의 S극 사이에 인력이 작용하게 되므로, 상기 전자석(30) 자체가 왼쪽으로 이동하게 되며, 전자석(30)에 고정·설치된 샤프트(40)도 같이 움직이게 된다. 상기 전자석(30)의 위치가 변화하는데는, 상기 영구자석(20)과 전자석(30)의 양 극변환판(35) 사이의 자기력 이외에도, 상기 영구자석(20)의 N극과 접하여 N극으로 자화된 하우징(10)의 수직부(12)과 상기 전자석(30)의 양 극변환판(35) 사이의 자기력도 영향을 주게 되므로, 같은 용량의 전원을 공급하더라도, 더 쉽게 전자석(30)의 위치를 변화시킬 수 있다.

이와 같이, 전원의 공급으로 전자석(30)이 움직이게 되면, 그 이후에는 전원의 공급을 중단하더라도, 영구자석(20)과 그 자체로 도체인 전자석(30)이 서로 밀착·고정되므로, 종래의 기술과 같이, 일정 상태를 유지하기 위하여 지속적으로 전 원을 공급할 필요가 없는 장점이 있다.

도 2b에서는 도 2a와 반대로 전류의 흐름을 바꾸어 전원을 공급하는 경우, 전자석(30)의 위치 변화를 보여주는데, 전류의 흐름에 따라, 순간적으로 전자석(30)의 양 단에 위치한 극변환판(35)의 극이 바뀌게 되면, 왼쪽의 극변환판(35)이 N극이 되어, 영구자석(20)의 S극과의 사이에 인력이 작용함과 동시에, 오른쪽 극변환판(35)의 S극과 영구자석(20)의 S극 사이에는 척력이 작용하여, 전자석(30)이 오른쪽으로 이동하게 된다. 이때, N극으로 자화된 하우징(10)의 수직부(12)는 도 2a에서와 같이, 전자석(30)의 극변환판(35)과의 사이에, 인력 또는 척력이 작용하여, 전자석(30)의 이동을 보조한다.

이와 같이, 상기 전자석(30)과 샤프트(40)가 움직이게 되면, 샤프트(40)가 움직이는 길이방향의 연장선상에 설치된 개폐부재의 단부를 상기 샤프트(40)의 단부가 가압하거나, 상기 개폐부재와 샤프트(40)의 단부가 연결되는 등의 방법으로, 상기 양방향 개폐장치(1)가 스위치 기능을 수행한다. 일례로, 상기 양방향 개폐장치(1)가 가스 밸브에 사용되는 경우, 전원의 공급에 의하여, 전자석(30)이 움직이게 되면, 상기 샤프트(40)도 같이 움직이게 되므로, 상기 샤프트(30)의 일단에 연결된 개폐부재가 열리거나 닫히게 되어 가스관을 개폐하게 된다.

도 2a 및 도 2b에서 보듯이, 본 발명의 양방향 개폐장치(1)는 순간적인 전원공급만으로도 스위치 기능이 가능하며, 전류의 방향을 바꿔 공급함으로써, ON/OFF의 양방향 구동이 가능한 장점이 있다.

한편, 양 극변환판(35)과 하우징(10)의 수직부(12)가 접하게 되는 면에는, 고무 패킹 등의 완충부재(36)를 설치할 수 있으며, 상기 완충부재(36)에도 샤프트(40) 또는 가이드부재(41)가 통과할 수 있는 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도 3a 및 도 3b에는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 개폐장치(1)를 보여주는 개략적인 사시도 및 분해 사시도가 도시되어 있는데, 도시된 실시예에서는 양극이 좌·우로 배치된 영구자석(20)을 사용하였다.

상기 하우징(10) 내에 배치되는 전자석(30)에는 보빈(미도시) 중앙에 형성되어 보빈을 양분하는 절연부재(32)가 구비되어 있고, 상기 절연부재(32)를 사이에 두고, 보빈의 양측에 각각 코일(37)이 감겨있다. 상기 절연부재(32)는 에폭시 등의 다양한 소재를 이용할 수 있으며, 보빈 양측의 코일(37)은 별개로 권선되는 것이 바람직하다.

도 4a 및 도 4b에는 각각 도 3a의 양방향 개폐장치(1)에 전원을 공급한 경우, 전자석(30) 및 샤프트(40)의 움직임을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서는 N극을 왼쪽에, S극을 오른쪽에 배치시킨 영구자석(20)을 이용하여 하우징(10)의 수직부(12) 역시, 각각 N극와 S극으로 자화시킨 상태이다. 상기 전자석(30)에 전원이 공급됨에 따라, 양 극변환판(35)이 자화되는데, 절연부재(32)를 사이에 두고, 양 극변환판(35)이 같은 극이 되도록 전류의 방향을 조절하는 것이 바람직하다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 양 쪽 극변환판(35)이 모두 N극으로 자화되는 경우, N극으로 자화된 하우징(10)의 수직부(12)와 전자석(30)의 N극끼리 서로 밀어내게 되고, 오른쪽 극변환판(35)은 S극으로 자화된 하우 징(10)의 수직부(12)와 서로 당기게 되므로, 도시된 바와 같이 전자석(30)이 오른쪽으로 움직이게 된다. 이때, 상기 전자석(20)에 의하여 자화된 하우징(10) 자체가 자석이 되므로, 하우징(10)의 양 수직부(12)에서 자기력이 가장 강해지고, 상기 전자석(30)의 극변환판(35)과의 사이에서 강한 인력 및 척력을 발생시키게 된다. 도 4b에서도 마찬가지로, 양 극변환판(35)이 S극으로 자화되는 경우, 하우징(10)의 수직부(12)와의 인력 또는 척력의 작용으로 전자석(30)이 왼쪽으로 이동하게 된다.

이와 같이, 전자석(30)이 순간적으로 공급되는 전류의 방향에 따라 움직이면서 스위치 기능을 갖게 되며, 한 번 이동한 전자석(30)은 이후 전원의 공급이 중단되더라도, 영구자석(20)에 의해 위치를 유지할 수 있으므로, 적은 전원으로도 안정적으로 스위치 기능을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 영구자석(20)은 판형으로 제작될 수 있는데, 도면에서와 같이, 직사각의 판형에서, 상부의 일방향으로 나란한 한 쌍으로 모서리 부분에는 R면이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 직사각형의 자석에서는, 양 극의 단부 또는 모서리에서 자력이 가장 세므로, 영구자석(20)의 상면에 위치하는 극이 하우징(10)의 자화에 영향을 주어, 의도하는 바와 다르게 전자석(30)이 움직일 우려가 있으므로, 양 극의 단부 또는 모서리 부분에 R면을 형성하여, 상기 극변환판(35)과 영구자석(20)이 과도하게 간섭하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 양극을 상·하로 배치하는 경우, 상기 하우징(10)이 하나의 극성을 띠도록 자화되면, 전자석(30)의 움직임을 보조할 수 있으므로, 도 1a 내지 도 2b에서 보듯이 상기 영구자석(20)의 하단에 배치되는 극만이 상기 하우징(10)에 직접 접하도록 하 는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 노출된 샤프트(40)의 일단부를 수동으로 조작하여, 양방향 개폐장치(1)를 구동시키는 것도 가능하다. 이와 같이 수동으로 양방향 개폐장치(1)를 구동시키는 경우에도, 상기 영구자석(20)과 도체로 이루어진 극변환판(35)의 밀착에 의하여, 조작 상태를 유지하게 된다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 개폐장치를 보여주는 개략적인 사시도 및 분해 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 도 1a의 양방향 개폐장치에 전원을 공급한 경우, 전자석의 움직임을 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 개폐장치를 보여주는 개략적인 사시도 및 분해 사시도이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a의 양방향 개폐장치에 전원을 공급한 경우, 전자석의 움직임을 보여주는 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 양방향 개폐장치 10 하우징 11 수평부 12 수직부

13 샤프트 홀 14 가이드 홀 20 영구자석

30 전자석 32 절연부재 33 샤프트 홀 34 가이드 홀

35 극변환판 36 완충부재 37 코일

40 샤프트 41 가이드 부재

Claims

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하우징(10)과 하우징(10) 내부에 설치되어 고정되는 영구자석(20), 전자석(30) 및 샤프트(40)를 포함하며,

상기 하우징(10)은 내부에 설치되는 영구자석(20)에 의해 자화되고,

상기 영구자석(20)은 상기 극변환판(35)이 움직이는 방향과 수직한 한 쌍의 상단부 모서리 부분에 R면이 형성되어 있고, 양 극이 좌·우로 배치되며,

상기 전자석(30)은 복수개가 나란히 절연부재(32)에 의해 연결되고, 양 단부에 도체인 극변환판(35)이 구비되며, 전원이 공급되면, 상기 연결된 전자석(30)의 최외단에 설치된 한 쌍의 극변환판(35)이 서로 같은 극으로 자화되고,

상기 샤프트(40)는 상기 전자석(30)에 고정되어, 상기 전자석(30)에 전원이 공급되면, 상기 전자석(30)의 극변환판(35)과 상기 영구자석(20) 및 자화된 상기 하우징(10) 사이에 인력 또는 척력이 발생됨으로써, 전자석(30)과 상기 전자석(30)에 고정된 샤프트(40)가 움직여서 유체의 통로를 개방하거나 폐쇄함으로써 개폐하는 것을 특징으로 하는 유체 통로 양방향 개폐장치.