KR101142968B1 - 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일에서 발생된 자기력을 부싱을 통해 플런저에 직접 전달하여 플런저의 승강 동작하는 힘을 강화할 수 있는 솔레노이드에 관한 것으로, 외관을 형성하는 케이스, 원통 형상으로 형성되어 상기 케이스의 내부에 결합되는 보빈, 상기 보빈의 외주면에 감기어 전원이 인가되면 자기력을 발생하는 코일, 상기 코일로부터 발생된 자기력에 의해 승강 동작하는 플런저, 상기 보빈의 내주면에 삽입되어 상기 플런저의 승강 동작을 가이드하는 슬리브 및 상기 코일로부터 발생된 자기력을 증가시켜 상기 플런저에 전달하도록 자성체로 제작되어 상기 보빈의 내주면과 플런저에 직접 접촉하는 부싱을 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 솔레노이드를 이용하는 것에 의하여, 슬리브의 상부에 구비되는 부싱을 보빈과 플런저 사이에 결합시켜 상부 플레이트와 부싱 및 플런저를 직접 접촉시킴으로써 코일로부터 플런저에 전달되는 자기력이 비자성체인 슬리브에 의해 약화되는 것을 방지하고, 부싱을 통해 자기력을 직접 플런저에 전달하여 플런저의 승강 동작하는 힘을 향상시킬 수 있다.

솔레노이드, 자기력, 부싱, 슬리브, 플런저

Description

솔레노이드{SOLENOID}

본 발명은 솔레노이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력의 반감을 최소화할 수 있도록 구조를 개선하여 힘을 증대시킬 수 있는 솔레노이드에 관한 것이다.

일반적으로 솔레노이드는 전류가 흐르게 되면 자기장을 생성시키는 긴 코일이다. 협의적으로 솔레노이드란 전류를 에너지로 하여 역학운동을 일으키는 전기 역학 장치를 지칭한다.

도 1은 종래의 솔레노이드를 나타낸 단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 솔레노이드는 케이스(2)의 내부에 원통 형상으로 형성되는 보빈(3), 보빈(3)의 외주면에 감기는 코일(4), 보빈(3)의 내부에 삽입되며 파이프 형상으로 형성되는 슬리브(5), 슬리브(5)의 내부에 삽입되어 코일(4)에 전원이 인가됨에 따라 발생되는 자기력에 의해 승강 동작하는 플런저(6)를 포함하여 이루어진다.

이와 함께, 종래의 솔레노이드(1)는 슬리브(5)의 상부 외주면에 결합되는 부싱(7)을 더 구비하는데, 부싱(7)의 외면은 보빈(3)의 내주면에 접촉된다.

상기 부싱(7)은 자성체로 제작되어 코일(4)로부터 발생된 자기력을 증가시켜 플런저(6)에 전달하는 역할을 한다.

따라서 전원이 코일(4)에 인가되면, 코일(4) 내부에서 자기력이 발생하여 플런저(6)가 하강함에 따라 플런저(6)의 하단에 연결된 샤프트(8)가 하강한다.

이때 플런저(6) 내에 매설된 보조스프링(9)은 플런저(6)가 하강함에 따라 길이가 연장되어 탄성력을 가지게 된다.

반면, 전원이 인가되지 않으면, 샤프트(8)에 연결된 대상체의 스프링이 늘어나는 힘과 보조스프링(9)의 탄성력에 의해 플런저(6)가 상승하여 원래 상태로 복귀한다.

따라서 전원 인가 여부에 따라 플런저(6)가 하강 또는 상승 작동을 반복하게 된다.

하지만 종래의 솔레노이드(1)는 슬리브(5)의 상부 외주면에 부싱(7)이 부착된 상태이므로 코일(4)에서 발생된 자기력이 비자성체인 슬리브(5)를 통과한 후 플런저(6)에 전달되므로, 자기력이 슬리브(5)를 통과하는 동안 감소됨에 따라 플런저(6)의 승강 동작하는 힘이 약화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 코일에서 발생된 자기력을 부싱을 통해 플런저에 직접 전달하여 플런저의 승강 동작하는 힘을 강화할 수 있는 솔레노이드를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 외관을 형성하는 케이스, 원통 형상으로 형성되어 상기 케이스의 내부에 결합되는 보빈, 상기 보빈의 외주면에 감기어 전원이 인가되면 자기력을 발생하는 코일, 상기 코일로부터 발생된 자기력에 의해 승강 동작하는 플런저, 상기 보빈의 내주면에 삽입되어 상기 플런저의 승강 동작을 가이드하는 슬리브 및 상기 코일로부터 발생된 자기력을 증가시켜 상기 플런저에 전달하도록 자성체로 제작되어 상기 보빈의 내주면과 플런저에 직접 접촉하는 부싱을 포함한다.

본 발명은 상기 플런저의 하부에 영구자석으로 구비되는 하부체와 상기 하부체와 플런저 사이에 구비되어 상기 플런저에 탄성력을 제공하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 상면 및 하면을 차폐하도록 결합되는 상부 및 하부 플레이트를 구비하고, 상기 케이스와 상부 및 하부 플레이트는 전도체 재질로 형성되며, 상기 부싱은 상기 상부 플레이트와 접촉되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 부싱은 내주면에 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 부싱은 냉간압연강 재질로 제작되고, 상기 슬리브는 비자성체로 제작되어, 상기 플런저의 승강 동작을 가이드하도록 상기 부싱의 하부에 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 플런저와 동작시키고자 하는 대상체 사이에 연결되어 상기 플런저의 승강 동작에 따라 동작하는 샤프트와 상기 플런저의 승강 동작시 소음 및 진동을 흡수하도록 상기 플런저의 상부 및 하부에 설치되는 댐퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 플런저의 승강 동작을 가이드하는 슬리브의 상부에 구비되는 자성체인 부싱을 보빈과 플런저 사이에 결합시켜 상부 플레이트와 부싱 및 플런저를 직접 접촉시킨다.

이에 따라 본 발명은 코일로부터 플런저에 전달되는 자기력이 비자성체인 슬리브에 의해 약화되는 것을 방지하고, 부싱을 통해 코일 내부 및 외부에서 발생된 자기력을 직접 플런저에 전달하여 플런저의 승강 동작하는 힘을 향상시킬 수 있다. 이러한 본 발명은 플런저의 승강 동작하는 힘을 측정한 결과, 종래의 솔레노이드에 비해 약 15% 이상 증가시킬 수 있다.

이 결과, 본 발명은 솔레노이드의 동작 성능을 향상시키는 효과를 가진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드(10)는 케이스(11), 원통 형상으로 형성되어 상기 케이스(11)의 내부에 결합되는 보빈(12), 상기 보빈(12)에 감기는 코일(13), 상기 보빈(12)의 내부에 삽입되어 승강 동작하는 플런저(14), 상기 보빈(12)의 내부에 삽입되는 슬리브(15), 상기 슬리브(15)의 상부에 삽입되는 부싱(16), 상기 플런저(14)의 하부에 구비되는 하부체(17) 및 상기 플런저(14)와 하부체(17) 사이에 구비되는 스프링(18)을 포함하여 이루어진다.

케이스(11)는 솔레노이드(10)의 외관을 형성하는 것으로, 대략 상면 및 하면이 개구된 박스 형상으로 형성된다.

케이스(11)의 상면 및 하면에는 각각 상부 플레이트(111)와 하부 플레이트(112)가 결합된다.

상기 케이스(11)와 상부 및 하부 플레이트(111,112)는 코일(13)에서 형성된 자기장이 흐르는 자로(磁路) 역할을 하도록 전도체 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

보빈(12)은 대략 원통 형상으로 형성되고, 상단 및 하단에 코일(13)이 보빈 외부로 퍼지는 것을 방지하는 상부 및 하부 플랜지부(121,122)와 내주면 상부에 부 싱(16)이 결합되는 부싱결합공간(123')을 형성하는 결합부(123)를 구비한다.

즉, 상기 보빈(12)은 도 2에 도시된 바와 같이, 결합부(123)에 해당하는 내주면 상부의 직경이 하부의 직경보다 크게 형성되어 단차지게 구비된다.

코일(13)은 보빈(12)의 외주면에 다수 회 겹치도록 감기며, 전원이 인가되면 자기장을 형성하여 자기력을 발생한다. 상기 코일(13)이 임의로 풀리지 않도록 고정하고, 외부의 이물질이나 충격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 코일(13)의 외주면에 테이프(131)로 드레싱(dressing)되는 것이 바람직하다.

플런저(14)는 보빈(12)의 내부에 삽입되어 코일(13)로부터 발생된 자기력과 플런저(14)의 하부에 영구자석으로 구비되는 하부체(17)의 자기력에 따라 승강 동작한다.

즉, 상기 플런저(14)는 코일(13)에 전원이 인가되어 자기장이 발생하면 상기 하부체(17)와 서로 당기는 힘에 의해 하강한다. 반면, 상기 플런저(14)는 상기 코일(13)에 인가되는 전원이 차단되어 자기장이 소멸되면, 스프링(18)의 탄성력에 의해 상승하여 원래 상태로 복귀한다.

상기 플런저(14)는 동작시키고자 하는 대상체와 연결되는 샤프트(141)를 구비하고, 상기 플런저(14)의 승강 동작시 충격 및 소음을 흡수하도록 상기 플런저(14)와 상부 플레이트(111) 사이 및 상기 플런저(14)와 하부체(17) 사이에 각각 댐퍼(142,143)가 구비된다.

상기 플런저(14)와 하부체(17)의 결합되는 면은 서로 대응되도록 형성된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 플런저(14)는 하면에 요입되어 형성되는 요입홈을 구비하고, 하부체(17)는 상면에 상기 요입홈에 대응되도록 돌출되어 형성되는 결합돌부를 구비할 수 있다. 반면, 도 1에 도시된 바와 같이, 플런저(14)는 결합돌부를 구비하고, 하부체(17)는 요입홈을 구비하도록 변경될 수도 있다.

슬리브(15)는 파이프 형상으로 형성되어 플런저(14)의 승강 동작을 가이드한다. 상기 슬리브(15)는 강도 및 경도가 큰 황동과 같은 비자성체 재질로 제작된다. 상기 슬리브(15)의 상단은 플런저(14)의 중앙부에 위치되고, 슬리브(15)의 상부에는 부싱(16)이 설치된다.

부싱(16)은 플런저(14)가 삽입되도록 중앙부가 관통된 원통 형상으로 형성되고, 상기 보빈(12)의 결합부(123)에 의해 형성되는 부싱결합공간(123')에 결합된다. 이러한 상기 부싱(16)은 플런저(14)의 원활한 승강 동작을 위하여 플런저(14)의 높이보다 작게 형성되며, 내주면에 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 부싱(16)은 전도체 재질로 구비되어 자로 역할을 하는 상부 플레이트(111)를 통해 전달되는 코일(13) 외부에서 발생된 자기력과 코일(13) 내부에서 발생된 자기력을 함께 플런저(14)에 전달하는 역할을 한다.

이를 위하여, 상기 부싱(16)은 냉간압연강(Cold Drawn Steel)과 같은 자성체 재질을 이용하여 상부 플레이트(111)에 상면이 접촉하거나 상부의 일부분이 약간 삽입되도록 구비되는 것이 바람직하다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드의 결합관계 및 동작을 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(11)와 하부 플레이트(112)를 결합시킨 상태에서 보빈(12)의 외주면에 코일(13)을 다수 회 감고, 보빈(12)의 내주면에 슬리브(15)를 삽입한 후 하부체(17), 스프링(18), 댐퍼(143), 플런저(14) 및 부싱(15)을 삽입하여 케이스(11)의 내부에 결합시킨다. 그리고, 하면에 댐퍼(142)가 부착된 상부 플레이트(111)를 케이스(11)의 상면에 결합시켜 차폐한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드(10)의 코일(13)에 전원이 인가되면, 코일(13)의 내부에 자기장이 형성된다.

그러면 자성체로 구비되는 부싱(16)은 전도체 재질로 형성되는 상부 플레이트(111)와 접촉된 상태이므로, 상부 플레이트(111)를 통해 전달되는 코일(13) 외부에서 발생된 자기력과 코일(13) 내부에서 발생된 자기력을 플런저(14)에 전달한다. 그리하여 플런저(14)는 코일(13)로부터 발생된 자기력과 영구자석으로 구비되는 하부체(17)의 자기력이 서로 당기는 방향으로 작용함에 따라 부싱(16)의 내주면 및 슬리브(15)의 내주면을 따라 하강한다. 이때, 부싱(16)의 내주면에는 코팅층이 형성되어 있으므로, 플런저(14)가 원활하게 하강 동작하게 된다.

이러한 플런저(14)의 하강 동작에 의해 스프링(18)은 탄성 변형되어 높이가 줄어들게 되고, 플런저(14)와 하부체(17)는 서로 접촉하고 접촉된 상태를 유지한다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드(10)는 슬리브(15)의 길이를 종래의 슬리브(5)보다 부싱(16)의 길이만큼 짧게 형성하여 슬리브(15)의 상부에 형성되는 부싱결합공간(123')에 부싱(16)을 결합하고, 부싱(16)을 상부 플레이트(111)에 접촉하도록 설치함에 따라 부싱(16)과 슬리브(15)가 겹쳐지는 부분이 없기 때문에, 코일(13)에서 발생된 자기력을 부싱(16)을 거쳐 직접 플런저(14)에 전달한다.

특히, 부싱(16)은 전도체 재질로 구비되는 상부 플레이트(111)와 접촉함에 따라 상부 플레이트(111)를 통해 코일(13) 외부에서 발생된 자기력을 전달받기 때문에, 코일(13) 내부에서 발생된 자기력과 코일(13) 외부에서 발생된 자기력을 더하여 증가된 자기력을 플런저(14)에 전달할 수 있다.

그래서 플런저(14)는 비자성체인 슬리브(15)에 의한 방해 없이 직접 자기력을 전달받아 하강 동작함에 따라 하강 동작하는 힘이 향상된다.

이에 따라, 플런저(14)에 결합된 샤프트(141) 및 샤프트(141)에 연결된 대상체도 하강 동작한다.

본 실시 예에 따른 솔레노이드(10)를 이용하여 실험한 결과, 본 실시 예에 따른 솔레노이드(10)에서 플런저(14)의 하강 동작시 작용하는 힘은 약 530gf이고, 종래의 솔레노이드(1)에서 플런저(6)의 하강 동작시 작용하는 약 460gf의 힘에 비해 약 15% 이상 증가됨을 확인할 수 있다.

한편, 코일(13)에 공급되는 전원이 차단되면, 코일(13)의 내부에 형성된 자기장이 소멸된다.

그러면 서로 접촉된 상태인 플런저(14)와 하부체(17)가 서로 잡아당기는 방향으로 작용하는 힘이 소멸됨에 따라 플런저(14)는 탄성 변형된 스프링(18)의 탄성력에 의해 상승하여 원래 상태로 복귀한다.

상기한 바와 같은 동작을 통하여, 본 발명은 보빈의 내주면에 삽입되는 슬리 브의 상부에 부싱을 결합시켜 코일로부터 발생된 자기력을 직접 부싱을 거쳐 플런저에 공급함에 따라 플런저의 승강 동작하는 힘을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 종래의 솔레노이드를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 솔레노이드의 단면도.

《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》

10: 솔레노이드 11: 케이스

12: 보빈 13: 코일

14: 플런저 15: 슬리브

16: 부싱 17: 하부체

18: 스프링

Claims (6)

1. 외관을 형성하는 케이스(11),

   원통 형상으로 형성되어 상기 케이스(11)의 내부에 결합되는 보빈(12),

   상기 보빈(12)의 외주면에 감기어 전원이 인가되면 자기력을 발생하는 코일(13),

   상기 코일(13)로부터 발생된 자기력에 의해 승강 동작하는 플런저(14),

   상기 보빈(12)의 내주면에 삽입되어 상기 플런저(14)의 승강 동작을 가이드하는 슬리브(15),

   상기 코일(13)로부터 발생된 자기력을 증가시켜 상기 플런저(14)에 전달하도록 자성체로 제작되고 상기 플런저(14)의 중앙부에 상단이 위치된 상기 슬리브(15)의 상부에 설치되어 상기 보빈(12)의 내주면과 플런저(14)에 직접 접촉하는 부싱(16),

   상기 플런저(14)의 하부에 영구자석으로 구비되는 하부체(17) 및

   상기 하부체(17)와 플런저(14) 사이에 구비되어 상기 플런저(14)에 탄성력을 제공하는 스프링(18)을 포함하고,

   상기 케이스(11)는 상면 및 하면을 차폐하도록 결합되는 상부 및 하부 플레이트(111,112)를 구비하고,

   상기 케이스(11)와 상부 및 하부 플레이트(111,112)는 전도체 재질로 형성되며,

   상기 부싱(16)은 상기 플런저(14)가 원활하게 승강 동작하도록 플런저(14)의 높이보다 작게 형성되어 상기 상부 플레이트(111) 및 플런저(14)와 접촉되도록 설치되고,

   상기 슬리브(15)는 비자성체로 제작되고 상기 플런저(14)의 승강 동작을 가이드하도록 상기 부싱(16)의 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 부싱(16)은

   내주면에 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 부싱(16)은 냉간압연강 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 플런저(14)와 동작시키고자 하는 대상체 사이에 연결되어 상기 플런저(14)의 승강 동작에 따라 동작하는 샤프트(141)와

   상기 플런저(14)의 승강 동작시 소음 및 진동을 흡수하도록 상기 플런저(14)의 상부 및 하부에 설치되는 댐퍼(142,143)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.

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