KR101253397B1 - 전기기계적 자물쇠용 솔레노이드 컨트롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 전기기계적인 자물쇠 (electromechanical lock)의 솔레노이드용 컨트롤러가 솔레노이드 플런저를 움직이기 위한 구동 전력과 상기 솔레노이드 플런저를 제자리에 유지하기 위한 유지 전력을 생성하기 위하여 배치되며, 상기 생성되는 구동 전력은, 서로 교대로 나타나는 높은 전력 레벨과 낮은 전력 레벨로 이루어져 있다.

Description

전기기계적 자물쇠용 솔레노이드 컨트롤러{SOLENOID CONTROLLER FOR ELECTROMECHANICAL LOCK}

본 발명은 솔레노이드를 구비한 전기기계적 자물쇠(electromechanical lock)에 관한 것이다. 상기 솔레노이드의 작동은 컨트롤러로 제어된다.

전기기계적 자물쇠는, 그 자물쇠에 있어서 데드볼트수단(deadbolting means)을 제어하기 위하여 종종 솔레노이드가 사용되어, 데드볼트위치에서 잠금볼트가 잠겨지도록 하거나 또는 데드볼트위치로부터 상기 데드볼트수단이 해제되도록 한다. 또한, 솔레노이드는 핸들을 자물쇠의 다른 부분과 연결시키기 위하여 사용된다.

전형적인 솔레노이드는, 강자성체 내에 장착된 코일을 포함한다. 금속 막대기인 솔레노이드 플런저는 상기 코일 내에 위치하여 코일 주위에서 생성되는 자기장에 의하여 이동된다. 상기 솔레노이드 플런저의 이동이 잠금 기구(lock mechanism) 내에서 행하여져 원하는 동작을 달성할 수 있다.

상기 솔레노이드의 작동은 솔레노이드 컨트롤러라고 알려진 컨트롤러에 의하여 제어된다. 이 컨트롤러의 목적은 상기 솔레노이드의 전류 소비를 감소시키는 것이다. 도 1은, 컨트롤러에 의하여 제어되는 전형적인 솔레노이드의 전류곡선을 나타내고 있다. 상기 도면에서는, 먼저 구동 전력(motion power:1)이 솔레노이드에 가해져 상기 솔레노이드 플런저를 이동시키기 위하여 충분히 강한 자기장을 생성시킨다. 일정시간 후에, 일단 상기 플런저가 원하는 위치로 이동되면, 상기 솔레노이드를 통과하여 흐르는 전류는 유지 전력(holding power:2) 쪽으로 유도된다. 솔레노이드가 에너지를 공급받지 않은 상태에서 상기 솔레노이드 플런저를 초기 위치로 복귀시키는 복귀스프링을 통상 채용하고 있기 때문에, 상기 솔레노이드 플런저를 원하는 위치에 유지하기 위하여 유지 전력이 필요하다. 구동 전력과 유지 전력의 총 주기는 도어의 개방 및/또는 핸들의 회전과 같은 통상의 작동에 충분하도록 설정된다. 유지 전력을 사용하면 솔레노이드의 전류 소비가 감소된다. 에너지가 공급되지 않은 상태에서 솔레노이드을 신뢰성 있게 작동할 필요가 있기 때문에, 상기 복귀 스프링은 가능한 한 팽팽한(stiff) 것이 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 상기 솔레노이드 플런저와 이와 협력하는 잠금 기구를 동작상태에 두게 하기 위하여 요구되는 에너지가, 이를 제자리에 유지하기 위하여 요구되는 에너지에 비하여 크다. 상기 복귀스프링은 유지 전력에 맞추어 설계되기 때문에, 상기 솔레노이드는 모든 상황에서의 복귀 스프링의 힘을 이겨낼 수 있게 되어 있다.
US 2003/0016012에는, 솔레노이드를 구동하기 위한 공지의 실시예가 개시되어 있다. 그 솔레노이드 회로의 저항을 변경함으로써, 유지 전류와 구동 전류가 제공된다. 상기 유지 전류 및 구동 전류는 원하지 않는 솔레노이드의 가열을 방지하기 위하여 일정 범위 내로 유지된다.

전기기계적 자물쇠들은 자물쇠의 여러 구성요소들을 위하여 상대적으로 작은 공간을 가지고 있다. 특히 더 작은 전기기계적 자물쇠들에는 공간의 부족으로 인하여 더 작은 솔레노이드를 사용할 것이 요구된다. 그러나, 솔레노이드는 요구되는 전력을 생성하기 위하여 충분하게 커야 한다. 따라서, 합리적인 전류 소비를 유지하고 있는 동안에 상기 솔레노이드가 충분한 전력을 생성하도록 하는 것이 (특히 작은 솔레노이드와 관련하여) 문제가 된다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해소하기 위한 것이다. 상기 목적은 본원의 독립항에 기재된 발명에 의하여 해결될 것이다. 종속항에 기재된 본원 발명은 본 발명의 여러 실시예들을 기술하고 있다.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 전기기계적 자물쇠(6)의 솔레노이드용 컨트롤러(7)는, 솔레노이드 플런저를 움직이기 위한 구동 전력(3)과 상기 솔레노이드 플런저를 제자리에 유지하기 위한 유지 전력(2)을 생성하기 위하여 마련되며, 생성되는 상기 구동 전력은, 교변하는(alternating) 고전력 레벨(4)과 저전력 레벨(5)을 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 구동 전력(3)은 솔레노이드 플런저의 이동에 대하여 작용하는 마찰력을 극복하기 위한 맥동 전력(pulsating power)이다. 맥동 구동 전력은 스테디(steady)한 구동 전력보다 전류를 덜 소모한다.

도 1은 종래기술의 자물쇠 솔레노이드 컨트롤러의 전류곡선의 일례를 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 자물쇠 솔레노이드 컨트롤러의 전류곡선의 일례를 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예의 개략적인 예를 나타낸 것이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 기술한다.

도 2는, 본 발명에 따른 솔레노이드 컨트롤러의 전류곡선을 도시한 것으로, 이 곡선에서 구동 전력(3)은 고전력 레벨(4)과 저전력 레벨(5)로 구성되어 있다. 상기 전력은 예컨대, P=UI의 식으로 표시될 수 있으며, 여기서 U는 전압이고 I는 전류이다. 전압 및/또는 전류 레벨이 변할 때, 그 전력 레벨도 변한다. 본 명세서에서는 전력 레벨에 대하여 설명하고 있지만, 원하는 전력 레벨은 상기 전압 또는 전류를 조절하는 것에 의하여 달성될 수 있다는 것은 명확하다. 상기 전력 레벨(4,5)은 가변 전력 범위(3)를 만드는 것에 의해 교대로 변화된다. 맥동력 (pulsating force)이 이 전력 범위 내에서 솔레노이드에 가해진다. 맥동 전력 (pulsating power)은 마찰력을 이겨내는 것을 도와준다. (예를 들어, 도어 실링 스트립(door sealing strip)에 의하여) 잠금 기구에 부하가 걸릴 수 있고, 이는 솔레노이드 플런저가 움직이는 것을 더 어렵게 만든다. 이 때, 상기 솔레노이드 플런저는, 교대로 반복되는 구동 전력 레벨을 사용함으로써, 더 작은 전력으로 이동될 수 있게 된다.

구동 전력의 주기는 솔레노이드 플런저가 원하는 위치로 이동될 수 있도록 설계된다. 약 130ms가 대부분의 경우 적절하다. 상기 구동 전력 범위(3)는 고전력 레벨로 시작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 세 개의 고전력 레벨과 두 개의 저전력 레벨로 구성된 레벨, 그 중에서 첫 번째의 레벨이 고전력 레벨로 된 것이라면, 아주 우수한 기능의 해결책을 만들어낸다. 고전력 레벨(4)의 지속시간은, 예컨대 25~35ms일 수 있고, 저전력 레벨(5)의 지속시간은 15~25ms 일 수 있다. 실제로, 약 130ms 주기(또는 다른 주기의 구동 전력)이 필요에 따라, 예를 들면 1초 또는 3초의 간격으로 반복될 수 있다. 이는, 예컨대 사용자가 잠금 핸들을 누르고 있을 때 솔레노이드 플런저가 이동하는 것을 방지하는데 편리하다. 이 경우, 상기 솔레노이드는 과도하게는 가열되지 않게 되는데, 이는 고전력 레벨의 지속시기가 제한되어 있고, 또한 그 레벨이 일정간격으로 반복되기 때문이며, 그 동안에 사용자는 핸들을 누르는 것을 중지할 수 있다.

도 3은, 본 발명 장치의 개략적인 일례를 나타낸 것이며, 상기 장치에서 전기기계적 자물쇠(6)는 솔레노이드(8)와 솔레노이드 컨트롤러(7)를 포함하여 구성되어 있다. 상기 솔레노이드는 볼트(9)를 제어하거나 또는 잠금 핸들과 잠금 기구 (10)의 기타 부분 사이의 기능적인 연결을 제어한다. 컨트롤러(7)는 상술한 바와 같은 교대로 나타는 전력 레벨로 구성된 구동 전력을 생성하기 위하여 배치된다. 핸들로 제어되는 자물쇠에서, 상기 핸들이 눌려져 그 솔레노이드(8)가 제어명령을 받게 되고, 상기 핸들이 해제되면 상기 핸들과 잠금 기구의 기타 부분 사이의 연결은 더욱 확고해진다. 솔레노이드 작동전압은 통상 직류 10~30 볼트이다. 작동전압이 펄스폭 변조(PWM:Pulse-Width Modulation))에 의해 조정되어, 예컨대 원하는 전류와 전력 레벨을 만들어낸다.

솔레노이드 컨트롤러(7)는 예컨대 자물쇠 내의 프로세서(processor)이다. 그것은 특정 목적을 위하여 주문 제작된 전기회로일 수 있다.

가변 레벨의 구동 전력은 높은 레벨에서의 스테디한 구동 전력보다 전력을 적게 소비하므로, 에너지가 절감된다. 이에 따라 더 작은 솔레노이드로 요구되는 잠금 기구를 보다 확실하게 이동시킬 수 있다. 전력 공급상의 부하 역시 더 작다. 가변 레벨의 구동 전력을 적용함에 의하여, 솔레노이드에 의해 당겨지는 더 강한 스프링을 사용할 수 있다. 그 복귀 스프링은 구동 전력에 대응하여 설계될 수 있다. 구동 전력을 반복하는 것에 의해서 특정 상태에서의 변화를 보정할 수 있다. 이는 잠금 기구를 더욱 신뢰성 있게 만든다. 또한, 솔레노이드는 불필요하게 가열되지 않게 된다.

본 발명에 따른 실시예는 많은 다른 수단에 의하여 달성될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에서 언급된 예들에 한정되지 않는다는 것은 명확하다. 따라서, 본 발명의 기술적사상의 범위 내에서 어떠한 창작적인 변형예가 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims (11)

1. 솔레노이드 플런저(plunger)를 움직이기 위한 구동 전력(motion power,3)과 상기 솔레노이드 플런저를 제자리에 유지하기 위한 유지 전력(holding power,2)을 생성하기 위하여 마련되며, 상기 전력들의 레벨은 펄스폭 변조(pulse-width modulation)에 의하여 생성되는 전기기계적 자물쇠(electromechanical lock,6)용 솔레노이드(8) 컨트롤러(7)로서,
   생성된 상기 구동 전력(3)은, 교번하는(alternating) 고전력 레벨(4)과 저전력 레벨(5)로 구성되고, 상기 고전력 레벨 및 상기 저전력 레벨은 펄스폭 변조에 의하여 생성되며,
   상기 고전력 레벨(4)은 기설정된 지속시간(duration)동안 유지되다가 상기 저전력 레벨(5)로 변경되고, 상기 저전력 레벨(5)은 기설정된 지속시간동안 유지되다가 상기 고전력 레벨(4)로 변경되며, 상기 유지 전력(2)은 스테디(steady)한 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 전력(3)은 세 개의 고전력 레벨 범위(4)와 두 개의 저전력 레벨 범위(5)로 이루어지고, 상기 구동 전력은 상기 고전력 레벨 범위에서 시작(starting)되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 고전력 레벨의 지속시간은 25~35ms이고, 상기 저전력 레벨의 지속시간은 15~25ms인 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 구동 전력은 원하는 간격(interval)으로 반복되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
5. 솔레노이드(8)와 솔레노이드 컨트롤러(7)를 포함하여 구성되는 전기기계적 자물쇠(6)로서, 상기 솔레노이드 컨트롤러(7)가 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 컨트롤러인 것을 특징으로 하는 자물쇠.
6. 제 5 항에 따른 자물쇠로서, 상기 컨트롤러는 프로세서(processor) 또는 전기회로인 것을 특징으로 하는 자물쇠.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 구동 전력은 원하는 간격으로 반복되는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
8. 솔레노이드(8)와 솔레노이드 컨트롤러(7)를 포함하여 구성되는 전기기계적 자물쇠(6)로서, 상기 솔레노이드 컨트롤러(7)가 제 3 항에 기재된 컨트롤러인 것을 특징으로 하는 자물쇠.
9. 솔레노이드(8)와 솔레노이드 컨트롤러(7)를 포함하여 구성되는 전기기계적 자물쇠(6)로서, 상기 솔레노이드 컨트롤러(7)가 제 4 항에 기재된 컨트롤러인 것을 특징으로 하는 자물쇠.
10. 제 8 항에 따른 자물쇠로서, 상기 컨트롤러는 프로세서 또는 전기회로인 것을 특징으로 하는 자물쇠.
11. 제 9 항에 따른 자물쇠로서, 상기 컨트롤러는 프로세서 또는 전기회로인 것을 특징으로 하는 자물쇠.
    

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