KR101871934B1 - 차량용 솔레노이드 장치 - Google Patents

차량용 솔레노이드 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 솔레노이드 장치에 관한 것으로, 외부로부터 전기를 공급받는 전극단자가 구비된 하우징, 상기 하우징에 수납되는 보빈, 상기 보빈의 외측에 감겨 직렬로 연결되도록 구비된 제 1 코일 및 제 2 코일, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 사이에 구비된 영구자석, 상기 보빈의 내부에 수납되고 상기 제 1 코일 및 제 2 코일에 전류가 인가되면 일측으로 이동되는 플런저, 상기 플런저와 결합되고 상기 하우징의 중심을 관통하여 구비된 로드부, 상기 로드부의 일측에 돌출되도록 구비된 가이드 핀, 상기 가이드 핀이 결합되는 가이드 슬릿을 구비하고 상기 로드부와 함께 이동되는 스토퍼, 상기 스토퍼의 내부에 구비되어 상기 로드부로부터 상기 스토퍼를 탄성적으로 지지하는 가압 스프링을 제공할 수 있게 된다.

Description

차량용 솔레노이드 장치{Solenoid Device for Vehicle}
본 발명은 차량용 솔레노이드 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기어부의 구동을 제어하는 스토퍼를 구비한 차량용 솔레노이드 장치에 관한 것이다.
차량용 솔레노이드 장치 (Solenoid Device for Vehicle)는 차량 내 유체를 제어하는 밸브나 다른 부품에 구동력을 제공하는 액추에이터로서 기능을 한다.
예를 들면, 차량용 솔레노이드 장치는 구동 기어 측에 스토퍼를 접촉 또는 비접촉하는 방식으로 차량 내의 기어부를 제어한다.
이때, 종래의 차량용 솔레노이드 장치는 양방향으로 작동하는 구조가 일반적이다. 즉, 종래의 차량용 솔레노이드 장치는 전류를 일방향으로 인가함으로써 어느 한 방향의 작동을 구현하고, 전류를 역방향으로 인가함으로써 타 방향의 작동을 구현한다. 제어 상 전류를 항시 인가하되 그 방향을 일방향 또는 역방향으로 전환하여 그 제어 기능을 수행하는 것이다.
그러나, 이러한 종래의 차량용 솔레노이드 장치는 기어부를 제어하기 위해 전류가 지속적으로 공급되야하므로 전력 효율이 감소하는 문제가 있다.
따라서, 전력 효율의 증가를 위해 전류가 차단되어도 기어부를 제동시킬 수 있는 차량용 솔레노이드 장치에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
한국등록특허 제10-0153333호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 차량용 솔레노이드 장치에 발생하는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 전력이 차단되어도 스토퍼가 기어부의 톱니와 맞물려 기어부의 구동을 정지시킬 수 있고 스토퍼의 내부에 가압 스프링을 구비하여 추가로 기어부를 가압할 수 있는 차량용 솔레노이드 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 차량용 솔레노이드 장치는, 외부로부터 전기를 공급받는 전극단자가 구비된 하우징, 상기 하우징에 수납되는 보빈, 상기 보빈의 외측에 권선되어 직렬로 연결되도록 구비된 제 1 코일 및 제 2 코일, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 사이에 구비된 영구자석, 상기 보빈의 내부에 수납되고 상기 제 1 코일 및 제 2 코일에 전류가 인가되면 일측으로 이동되는 플런저, 상기 플런저와 결합되고 상기 하우징의 중심을 관통하여 구비된 로드부, 상기 로드부의 일측에 돌출되도록 구비된 가이드 핀, 상기 가이드 핀이 결합되는 가이드 슬릿을 구비하고 상기 로드부와 함께 이동되는 스토퍼, 상기 스토퍼의 내부에 구비되어 상기 로드부로부터 상기 스토퍼를 탄성적으로 지지하는 가압 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 솔레노이드 장치에 있어서, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일이 하나의 코일로 권선되어 연결되도록 상기 보빈의 측면에 코일연결부가 형성된 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 솔레노이드 장치에 있어서, 상기 보빈의 상면 및 하면에는 상기 하우징에 수납되어 회전되는 것을 방지하는 회전방지돌기가 형성되고 상기 하우징에는 상기 회전방지돌기와 대응하여 결합되는 회전방지홀이 구비된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 솔레노이드 장치에 있어서, 상기 스토퍼의 끝단에는 기어기반장치를 제어하는 기어부가 구비되고, 상기 스토퍼가 일측으로 이동하여 상기 기어부의 톱니와 맞물려 상기 기어부의 구동을 정지시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 솔레노이드 장치에 있어서, 상기 스토퍼의 일측에 마그넷이 구비되고 상기 마그넷의 위치를 감지하도록 센서부가 구비된 것을 포함 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 솔레노이드 장치에 있어서, 상기 스토퍼의 끝단은 경사로 구조의 경사부가 형성되어 상기 기어부의 회전방향에 따라 구동 또는 제동이 가능한 것을 포함하는 것도 가능하다.
이에 대한 보다 자세한 내용은 이후 도면 등을 통해 설명한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 솔레노이드 장치에 의하면, 전력의 공급이 차단되어도 영구자석에 의해서 플런저가 고정되어 스토퍼가 기어부와 맞물림으로써, 전류의 효율을 높일 수 있고, 상기 스토퍼 내부에 가압 스프링이 구비되어 상기 기어부를 추가로 가압하여 가압력을 향상시키고 기어부에 대한 제동력을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 솔레노이드 장치의 사시도이다.
도 2은 본 발명에 따른 차량용 솔레노이드 장치의 저면도이다.
도 3는 본 발명에 따른 차량용 솔레노이드 장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 솔레노이드 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 솔레노이드 장치가 기어부를 제동하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 차량용 솔레노이드 장치(100)는 일측에 전극단자(180)가 구비된 하우징(110)의 내부에 보빈(120)이 수납되고 하부에 하부캡(130)에 의해서 고정된다. 상기 전극단자(180)는 외부로부터 전기를 공급받고 하우징(110)의 하측에 구비된다. 상기 하우징(110)의 내부는 상기 보빈(120)의 수납을 위해 비어있고 하우징(110)의 상면에는 차량의 내에 차량용 솔레노이드 장치(100)를 설치하기 위한 고정부(111)가 돌출되어 형성된다.
이때, 상기 보빈(120)에는 상기 전극단자(180)와 전기적으로 연결되는 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)이 권선될 수 있도록 코일수납부가 구비된다. 상기 코일수납부는 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)로 구성되고, 상기 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)에는 상기 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)이 각각 수납된다. 상기 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)은 하나의 코일로 동일한 방향으로 일정하게 권선된다. 상기 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)에 수납된 코일이 하나의 코일로 연결되기 위해, 상기 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)의 사이에는 코일이 지나가는 코일연결부(126)가 형성된다. 따라서, 상기 코일연결부(126)를 통해서 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)은 하나의 코일로 직렬연결된다.
또한, 상기 하우징(110)의 내부에서 보빈(120)이 회전되지 않도록 상기 보빈(120)의 상면 및 하면에는 회전방지돌기(129)가 형성되고 상기 하우징(110) 및 하부캡(130)에는 상기 회전방지돌기(129)와 대응하여 결합되는 회전방지홀(131)이 형성되어 서로 결합되는 구조이다.
한편, 상기 제 1 코일수납부(121)와 상기 제 2 코일수납부(122)의 사이에는 영구자석이 수납되도록 자석수납부(123)가 구비되고, 상기 영구자석은 세그멘트 형상으로 이루어진 제 1 영구자석(124) 및 제 2 영구자석(125)으로 구성된다. 상기 제 1 영구자석(124) 및 제 2 영구자석(125)은 상기 자석수납부(123)의 양측에 수납되어 상기 보빈(120)을 감싸는 구조로 수납된다. 따라서, 별도의 자석수납부(123)를 구비하여 영구자석을 수납함으로써, 상기 영구자석을 유동없이 고정시킬 수 있고, 상기 보빈(120)의 두께만큼 플런저(140)와의 일정한 갭을 유지할 수 있으므로 안정적인 성능을 구현할 수 있다. 또한, 상기 제 1 영구자석(124) 및 제 2 영구자석(125)의 양끝단부는 사이에 코일연결부(126)가 각각 위치되는 구조일 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 보빈(120)의 측면에는 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)가 원주 방향으로 형성되고 상기 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)의 사이에는 자석수납부(123)가 세그멘트 형상으로 양측에 형성된다. 상기 자석수납부(123)의 양끝단부에는 수직방향으로 상기 제 1 코일수납부(121)와 제 2 코일수납부(122)를 연결하는 코일연결부(126)가 각각 형성되고, 상기 코일연결부(126)를 통해서 코일이 제 1 코일(127)과 제 2 코일(128)을 연결하는 구조이다.
상기 보빈(120)의 중심에는 플런저(140)가 수납되도록 관통홀이 구비된다. 상기 전극단자(180)를 통해 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)에 전력이 인가되면 상기 플런저(140)에 가까운 코일은 영구자석의 힘을 상쇄시키고 반대쪽 코일은 인력을 발생시켜 상기 플런저(140)를 일측으로 이동시키며, 이와는 반대로 전류의 극성을 전환하면 상기 플런저(140)는 타측으로 이동하게 된다. 상기 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)은 하나의 코일로 직렬연결되어 동일하게 권선되어 있으므로, 상기 플런저(140)에 균일한 작동력과 홀딩력을 발생시킨다.
또한, 상기 플런저(140)는 중공의 원통형상으로 형성되어 보빈(120)의 내부에 수납되고 상기 보빈(120)은 하우징(110)의 내부에 수납된다. 이때, 상기 플런저(140)의 내부에는 원기둥 형상의 로드부(150)가 삽입된다. 상기 로드부(150)는 플런저(140)의 내측으로 돌출된 결합부(153)가 형성되고 상기 결합부(153)에 대응하여 상기 플런저(140)의 내부에는 결합홈(141)이 형성된다. 이러한 결합구조로 인해, 상기 플런저(140)의 이동에 따라 로드부(150)도 함께 이동하게 된다. 즉, 외부로부터 전력이 인가되고 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)에 전류가 흐르면 이에 따라 플런저(140)가 로드부(150)와 함께 이동하게 되는 구조이다. 이때, 상기 로드부(150) 양끝단부는 상기 하우징(110)의 중심축을 관통하여 돌출되고 상기 하우징(110)과 로드부(150)가 접하는 관통홀에는 마찰을 최소화하는 부시(112, 113)가 구비된다.
한편, 상기 하우징(110)의 상측에는 상기 로드부(150)의 끝단이 돌출되어 노출되고 상기 로드부(150)의 끝단을 감싸는 구조로 스토퍼(160)가 형성된다. 또한, 상기 로드부(150)의 일측에는 체결홀(152)이 구비되어 상기 체결홀(152)에 가이드 핀(151)이 체결되고 상기 스토퍼(160)에는 상기 가이드 핀(151)이 결합되도록 슬릿형상의 가이드 슬릿(161)이 형성된다. 따라서, 상기 로드부(150)의 일측은 스토퍼(160)에 삽입되고 상기 가이드 핀(151)이 가이드 슬릿(161) 및 체결홀(152)을 관통하여 체결됨으로써, 상기 로드부(150) 및 스토퍼(160)를 고정시킨다. 더불어, 상기 가이드 슬릿(161)은 상기 가이드 핀(151)을 따라 가이드 슬릿(161)의 길이만큼 축방향으로 이동가능한 구조이다.
상기 스토퍼(160)의 내부에는 스프링 수납부(164)가 형성되고 상기 로드부(150)에 형성된 스프링 서포터(154)에 의해서 지지되는 가압 스프링(170)이 상기 스프링 수납부(164)에 수납된다. 또한, 상기 스토퍼(160)의 끝단에는 기어부(190)가 구비될 수 있고, 상기 플런저(140)의 이동에 따라 상기 스토퍼(160)의 끝단이 상기 기어부(190)와 접하게 된다. 즉, 상기 스토퍼(160)는 상기 가압 스프링(170)에 의해서 상기 스프링 서포터(154)로부터 탄성적으로 지지되고 상기 스토퍼(160)가 기어부(190)에 의해서 하측으로 힘이 작용되면 상기 스토퍼(160)는 가이드 핀(151)을 따라 가이드 슬릿(161)의 길이만큼 축방향으로 하강하게 된다. 즉, 상기 제 1 코일(127) 및 제 2 코일(128)에 전류가 인가되고 플런저(140)의 이동으로 상기 로드부(150)가 상측으로 이동하면, 상기 스토퍼(160)가 기어부(190)의 톱니와 맞물려 기어의 구동을 정지시킬 수 있다. 이때, 상기 스토퍼(160)의 내부에 구비된 가압 스프링(170)은 압축력을 받고, 상기 스토퍼(160)는 가이드 슬릿(161)에 의해서 상기 로드부(150)에 구비된 가이드 핀(151)을 따라 하측으로 이동되며 최종적으로 가압 스프링(170)의 압축력으로 인해 상기 기어부(190)를 추가로 가압하게 된다. 즉, 상기 전극단자(180)에 전류의 인가가 중단되면 상기 플런저(140)는 영구자석에 의해서 위치가 고정되고 상기 스토퍼(160)는 여전히 기어부(190)와 맞물려 있을 수 있다. 따라서, 지속적인 전류의 공급 없이도 상기 기어부(190)를 제동할 수 있고 작동횟수를 저감시켜 부품의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
또한, 상기 기어부(190)는 랫치형상의 톱니로 이루어져 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 기어부(190)와 접하고 있는 스토퍼(160)의 끝단부는 경사로구조의 경사부(165)가 형성되고 상기 기어부(190)가 일방향(반시계방향)으로 회전 시 경사로구조로 인해 스토퍼(160)가 하강하였다가 가압 스프링(170)의 복원력으로 다시 상승될 수 있다. 이와는 반대로 스토퍼(160)가 반대방향(시계방향)으로 회전하면 경사로구조의 경사부(165)에 걸려 랫치형상의 톱니의 회전이 중단되는 구조이다. 상기 기어부(190)는 차량의 전자식 제동 브레이크 시스템에 적용될 수 있다. 따라서, 차량의 탑승자가 브레이크를 작동시키면 상기 기어부(190)는 시계방향으로 회전하고 상기 스토퍼(160)가 상측으로 이동하여 상기 기어부(190)와 맞물려 기어부(190)의 회전으로 제동하게 된다. 이때, 반시계방향으로 회전하는 상기 기어부(190)의 톱니가 상기 스토퍼(160)의 내부에 수납된 가압 스프링(170)의 복원력보다 큰 힘으로 상기 스토퍼(160)를 하측으로 이동시키며 상기 경사부(165)를 타넘게 되고, 상기 가압 스프링(170)의 복원력에 의해서 스토퍼(160)는 다시 상승하게 된다. 이와는 반대로, 시계방향으로의 회전은 상기 기어부(190)의 형상에 따라 기어부(190)의 톱니가 경사부(165)에 의해서 걸림으로써 기어부(190)의 회전이 방지되는 브레이크 시스템의 구현이 가능하게 된다. 결과적으로 1차 제동 상태에서 추가적인 가압이 필요한 경우 상기 기어부(190)가 일방향으로 회전시 가압 스프링(170)의 복원력과 상기 스토퍼의 끝단에 구비된 경사로구조로 인해 상기 기어부(190)의 제동력을 증가시키고, 상기 기어부(190)가 반대방향으로 회전시 경사부(165)과 맞물려 회전이 구속되므로 제동력은 유지시키게 된다.
한편, 상기 스토퍼(160)의 일측에는 수납홈(162)이 구비되고 상기 수납홈(162)에는 상기 스토퍼(160)의 위치를 파악할 수 있도록 마그넷(163)이 구비된다. 또한, 상기 마그넷(163)의 맞은편에는 마그넷(163)의 위치를 감지하는 센서부(도4의 200)가 위치하여 상기 마그넷(163)의 위치를 차량의 ECU(도4)에 전달한다. 즉, 상기 스토퍼(160)에 구비된 마그넷(163)은 스토퍼(160)의 위치를 센서부(200)가 파악할 수 있도록 구비되고, 상기 스토퍼(160)의 위치에 따라 상기 센서부(200)에서 전달된 신호가 차량의 ECU에 전달되어 스토퍼(160)의 위치 상태를 감지할 수 있고, 필요시 ECU에서 전극단자(180)로 전류를 공급하여 솔레노이드를 작동시킴으로써 스토퍼(160)의 위치를 제어할 수 있다. 또한, 플런저(140)가 상승하여 스토퍼(160)가 기어부(190)와 맞물릴 때 상기 기어부(190)가 시계방향으로 회전하면 로드부(150)는 정지한 상태에서 스토퍼(160)의 위치만 변하게 되고 이러한 스토퍼(160)의 위치를 센서부(200)가 파악하여 ECU에 전달할 수도 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 차량용 솔레노이드 장치
110 : 하우징
111 : 고정부
112, 113 : 부시
120 : 보빈
121 : 제 1 코일수납부
122 : 제 2 코일수납부
123 : 자석수납부
124 : 제 1 영구자석
125 : 제 2 영구자석
126 : 코일연결부
127 : 제 1 코일
128 : 제 2 코일
129 : 회전방지돌기
130 : 하부캡
131 : 회전방지홀
140 : 플런저
141 : 결합홈
150 : 로드부
151 : 가이드 핀
152 : 체결홀
153 : 결합부
154 : 스프링 서포터
160 : 스토퍼
161 : 가이드 슬릿
162 : 수납홈
163 : 마그넷
164 : 스프링 수납부
165 : 경사부
170 : 가압 스프링
180 : 전극단자
190 : 기어부
200 : 센서부

Claims (6)

  1. 외부로부터 전기를 공급받는 전극단자가 구비된 하우징;
    상기 하우징에 수납되는 보빈;
    상기 보빈의 외측에 권선되어 직렬로 연결되도록 구비된 제 1 코일 및 제 2 코일;
    상기 제 1 코일 및 제 2 코일의 사이에 구비된 영구자석;
    상기 보빈의 내부에 수납되고, 상기 제 1 코일 및 제 2 코일에 전류가 인가되면 일측으로 이동되는 플런저;
    상기 플런저와 결합되고 상기 하우징의 중심을 관통하여 구비된 로드부;
    상기 로드부의 일측에 돌출되도록 구비된 가이드 핀;
    상기 가이드 핀이 결합되는 가이드 슬릿을 구비하고 상기 로드부와 함께 이동되는 스토퍼;
    상기 스토퍼의 내부에 구비되어 상기 로드부로부터 상기 스토퍼를 탄성적으로 지지하는 가압 스프링;
    을 포함하는 차량용 솔레노이드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일이 하나의 코일로 권선되어 연결되도록 상기 보빈의 측면에 코일연결부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 솔레노이드 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보빈의 상면 및 하면에는 상기 하우징에 수납되어 회전되는 것을 방지하는 회전방지돌기가 형성되고 상기 하우징에는 상기 회전방지돌기와 대응하여 결합되는 회전방지홀이 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 솔레노이드 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼의 끝단에는 기어기반장치를 제어하는 기어부가 구비되고, 상기 스토퍼가 일측으로 이동하여 상기 기어부의 톱니와 맞물려 상기 기어부의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량용 솔레노이드 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼의 일측에 마그넷이 구비되고 상기 마그넷의 위치를 감지하도록 센서부가 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 솔레노이드 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 스토퍼의 끝단은 경사로 구조의 경사부가 형성되어 상기 기어부의 회전방향에 따라 구동 또는 제동이 가능한 것을 특징으로 하는 차량용 솔레노이드 장치.
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