KR102008824B1 - 침지형 솔레노이드 밸브 - Google Patents

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가렛 알. 홈즈
스캇 엠. 웨버
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Abstract

유압 몸체의 내부와 솔레노이드 밸브의 외부 사이의 유체 교환을 방지하기 위해, 파형 확장 도관을 가진 유압 몸체를 구비한 솔레노이드 밸브를 제공한다.

Description

침지형 솔레노이드 밸브{IMMERSIBLE SOLENOID VALVE}
본 발명은 솔레노이드 밸브, 특히 유압 제어 유체의 제어 하에 사용되는 솔레노이드 밸브, 및 유압 유체에 침지된 상태로 작동할 수 있는 이러한 밸브에 관한 것이다.
차량 자동 변속기는 통상적으로 토크 컨버터 및 클러치를 포함하는 복수의 구성요소들을 가지며, 결합 상태 및 결합해제 상태가 제어되어야 한다. 먼저, 이러한 구성요소들은 유체 압력 로직 구성요소들로 제어되었다. 대략 1980년대에 시작된 시기에, 점점 더 많은 차량 변속기들이 나타났으며, 전자 로직 제어가 토크 컨버터 및 클러치의 제어를 담당하게 되었는데, 이는 변속기의 다양한 유체 압력 구동 구성유소들의 작동을 구동하거나 해제하는 유압 제어 유체를 제어하기 위해 솔레노이드 밸브(종종 선형 작동 전자기 모터 구동 밸브로 지칭됨)를 사용한다. 현재, 이러한 솔레노이드 밸브들 중 다수가 변속기 유체 내에 설치된다.
차량 변속기들에서 사용되는 대부분의 솔레노이드 밸브들은 비자성 보빈에 감겨있는 코일을 가진다. 케이싱이 코일을 수용하며, 솔레노이드 밸브의 자기 루프의 일부를 제공한다. 통상적으로, 플럭스관 및 폴피스가 보빈의 내경 상에 있다. 밸브 부재와 접촉하는 전기자가 플럭스관 및 폴피스 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 플럭스관 및 폴피스를 정렬시키기 위해 그리고 플럭스관과 폴피스 사이의 긴밀한 축방향 분리를 유지하기 위해, 비자성 재료 정렬관이 구비된다. PCT 특허 출원번호 PCT/US2010/021924호를 검토함으로써, 이러한 솔레노이드 밸브의 일례를 찾아볼 수 있다.
제조상의 변동으로 인해, 개별 솔레노이드 밸브들의 전류/힘 작동은 약간 달라질 수 있다. 변속기 내의 최적의 성능을 달성하기 위해, 솔레노이드 밸브가 교정되는 것이 바람직하다. 이전에는, 교정(calibration)이 기계적으로 이행되었지만, 미국 특허 제7,474,948호에 기재된 바와 같이 솔레노이드 밸브가 소프트웨어 방식을 이용하여 교정되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 솔레노이드가 전자식으로 교정될 때, 솔레노이드의 작동이 가능한 한 변속기 내에서의 작동 수명에 걸쳐 지속적인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 차량용 변속기 내의 솔레노이드는 종종 변속기 유체 내에 침지된다. 차량의 작동 중에 및 변속기의 다양한 기어들, 샤프트들, 및 베어링들의 마모로 인해, 금속 입자들이 변속기 유체 내의 오염물질들로 생성된다. 이러한 오염물질들은 솔레노이드 밸브를 투과하는 자기장에 끌리기 때문에, 종종 솔레노이드 밸브 내에 남아있을 수 있다. 전술한 바와 같이, 대부분의 솔레노이드 밸브는 케이싱 및 별개의 플럭스관 및 폴피스를 가진다. 다양한 구성요소들 사이의 경계면이 존재하는 경우, 시간의 경과에 따라, 금속 성분들이 다양한 구성요소들 사이의 경계면에 남아있을 수 있다. 금속 성분들이 다양한 구성요소들 사이의 경계면에 남아있을 때, 다양한 성분들의 밀도 또는 플럭스 효율이 수정되어, 솔레노이드 밸브의 작동이 초기 교정된 설정으로부터 벗어나게 될 수 있다. 특히 침지 환경에서, 솔레노이드 밸브가 침지된 유압 유체로부터의 금속 오염물질들의 존재와 무관하게, 장시간에 걸쳐 보다 지속적인 작동을 수행하는 솔레노이드 밸브를 제공하는 것이 바람직하다.
금속 오염물질들이 솔레노이드의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해, 솔레노이드 밸브는 연장된 배출 경로를 가졌다. 종래의 배출 경로 설계는 통상적으로 곡선형 및 선형 세그먼트들로 이루어진다는 문제가 있다. 또한, 경우에 따라, 설계는 솔레노이드 밸브의 코일 보빈 조립체에 인접한 임계 간격을 없애는데, 이는 바람직하지 않다. 아울러, 적어도 하나의 구성은 스풀 자체에 경로를 형성하였고, 스풀은 경로의 폭에 비해 매우 얇은 밀봉폭을 제공하여, 경로가 교차 누출(cross leakage)을 겪을 수 있다. 종래 솔레노이드 밸브 설계의 전술한 단점들 없이 오염물질들의 유입을 최소화하거나 방지하는 수단을 솔레노이드 밸브에 제공하는 것이 바람직하다.
전술한 요구 및 다른 요구를 명백히 하기 위해, 본 발명을 개시한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 유압 밸브 몸체 내에 구비된 확장 도관(expansion artery)을 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다. 따라서, 솔레노이드 밸브의 코일 보빈 영역을 위한 구성상의 공간이 희생될 필요가 없고, 밀봉폭이 상당히 개선될 수 있다. 또한, 금속 오염물질들이 솔레노이드 밸브의 내부에 유입되게 할 수도 있는 유체 교환을 추가로 방지하기 위해, 파형부들이 확장 도관 내에 구비된다.
본 발명의 다른 적용 분야들은 이하에 제공되는 상세한 설명에 의해 명확해질 것이다. 본 발명의 바람직한 구현예를 나타내는 상세한 설명 및 구체적인 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니라는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더 완벽히 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 다른 노멀리 로우(normally low) 제어 압력 솔레노이드 밸브의 단면도이다.
도 2는 도 1의 2-2선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 대안적인 바람직한 구현예의 노멀리 하이(normally high) 솔레노이드 밸브의, 도 1과 유사한 단면도이다.
도 4는 노멀리 로우 솔레노이드 밸브인, 본 발명의 다른 대안적인 바람직한 구현예의 솔레노이드 밸브의 단면도이다.
바람직한 구현예(들)의 후술하는 설명은 사실상 예시적인 것에 불과하며, 본 발명, 그 적용, 또는 그 용도를 제한하려는 의도가 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 침지형 솔레노이드 밸브(7)는 강자성 케이싱(10)을 가질 수 있다. 케이싱(10)은 그 하단부를 따라 탭들(12)의 절곡에 도움이 되도록 일련의 슬롯들(미도시)을 가지며, 탭들(12)은 유압 몸체(16)의 경사부(14)와 접촉하여 이를 케이싱(10) 및 플럭스 와셔(18)에 포획한다. 케이싱(10)은 일반적으로 그 하단부를 따라 개방되며, 그 상단부(20)에서 폐쇄된다. 케이싱(10)은 대략 관형 엔벌로프를 형성한다. 케이싱(10)은 기계가공되거나, 딥드로잉되거나, 단조될 수 있다. 보통 플럭스관(22)으로 지칭되는 제1 강자성 환상 부재가 케이싱 내에 위치하며, 그 안에서 대략 축방향으로 연장된다. 플럭스관(22)은 보통 폴피스(26)로 지칭되는 제2 강자성 환상 자기 부재와 함께 비자성 정렬관(24)에 의해 반경방향으로 정렬된다. 폴피스(26)는 플럭스 와셔(18)에 의해 케이싱과 기계적으로 연결된다. 다른 구현예들(미도시)에서, 폴피스(26)는 플럭스 와셔(18)를 통해 케이싱(10)과 자기적으로 연결되지만, 플럭스 와셔(18)와 별개일 수 있다. 간극(28)이 플럭스관(22)을 폴피스(26)로부터 축방향으로 자기적으로 분리한다. 후술하는 다른 구현예들에서, 플럭스관 및 폴피스는 종종 플럭스 초크로 지칭되는 얇은 섹션이 개재되어 있는 단일 부재로 형성될 수 있다. 코일 및 보빈 조립체(30)가 케이싱(10)으로부터 플럭스관(22) 및 폴피스(26)를 반경방향으로 병렬 배치한다. 코일 및 보빈 조립체는 통상적으로 구리 코일 번들(34)로 감겨있는 비자성의 통상의 폴리머 보빈(32)을 포함한다. 코일(34)은 강자성 전기자(36)의 이동을 활성화하기 위해 전기적으로 구동된다. 전기 커넥터(35)가 코일(34)에 전류를 공급하기 위해 구비된다.
강자성 전기자(36)는 플럭스관(22) 및 폴피스(26) 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 케이싱의 상단부(20)는 딤플(42)을 포함하되, 딤플(42)은 이로부터 내부로 하향 연장되어, 전기자(36)와 케이싱(10)의 자기 래칭을 방지하는 데에 도움이 된다. 전기자(36) 또는 대안적으로 플럭스관(22) 및 폴피스(26)는 측면 래칭을 방지하는 데에 도움이 되도록 니켈과 같은 비자성 재료 또는 다른 비자성 화합물의 얇은 라이닝을 포함할 수 있다. 전기자(36)는 또한 솔레노이드 밸브(7) 내의 유체가 전기자(36)의 축방향 측면들 사이로 이동할 수 있도록 일련의 축방향 유로들(46)을 가진다. 전기자(36)는 이와 연결된 볼(52)을 통해 밸브 부재(50)에 이동을 전달한다.
유압 몸체(16)는 횡방향 보어(56)에 의해 제공된 배기 유입/토출 유로를 가진다. 횡방향 보어(58)가 공급 압력과 연결된다. 축방향 보어(60)가 제어 압력과 연결된다. 도시된 바와 같이, 솔레노이드(7)는 노멀리 로우 제어 압력 솔레노이드 밸브이다. 유압 몸체(16)는 금속 내부 라이너 또는 슬리브(64)를 구비한 폴리머 부재이다. 스풀부(66)를 구비한 밸브 부재(50)가 슬리브 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 스풀부(66)는 와셔(70)와 결합되는 스프링(68)에 의해 스프링 편향된다. 스풀(66)은 일련의 횡방향 보어들(74)과 교차하는 제어 압력과 연결되는 내부 유로(72)를 가진다. 횡방향 보어들(74)은 통상적으로 배기구와 소통되어 제어 압력을 가져오는 횡방향 보어(56)와 유체 소통되도록 위치한다. 제어 압력이 공급 압력과 연결되게 하기 위해, 코일(34)이 구동되어, 전기자(36)가 스프링(68)의 편향에 반하여 이동하여, 횡방향 보어들(74)이 유체 공급원과 연결된 유압 몸체 횡방향 보어(58)와 유체 소통되게 하여, 시스템 내의 유체 압력을 증가시킨다. 코일(34)의 활성화는 플럭스 와셔 케이싱 및 플럭스관 내에 플럭스 루프를 발생시킨다. 간극(28)으로 인해, 플럭스 루프는 전기자(36) 내로 진입하여, 전기자를 통해 폴피스(26)로 빠져나가서, 전기자(36)가 최소 릴럭턴스 지점에 도달하게 하여, 전기자(36)가 아래로 이동하게 할 것이다.
유압 몸체(16)는 플럭스 와셔(18)와의 결합면(80)을 가진다. 유압 몸체(16)는 플럭스 와셔(18)에 의해 제공된 밀봉 부재의 밀봉면(81)에 인접하게 위치한다. 결합면(80)은 일련의 파형부들(84)을 구비한 나선형 확장 도관(82)을 가진다. 확장 도관의 횡방향 폭(86)은 통상적으로 확장 도관의 측방향 밀봉면들(88, 90)의 폭의 2배를 초과하지 않는다. 다수의 응용들에서, 확장 도관의 폭(86)은 측방향 밀봉면들의 폭보다 작을 것이다. 확장 도관(82)은 유압 몸체 및 플럭스 와셔의 내부(94)를 솔레노이드 밸브의 외주(96)와 연결한다. 통상적으로, 확장 도관(82)은 유압 몸체의 경사부(14)의 편평한 부분이 케이싱(10)의 크림핑된 탭(12)과 결합될 때 극단부에 형성된다.
확장 도관(82)의 체적은 바람직하게는 축방향 극단 위치들 사이에서 밸브 부재(50)와 전기자(36)에 의해 변위되는 펌핑 체적의 적어도 3배이다. 펌핑 체적을 산출 시에, 전기자(36)는 축방향 유로(46) 때문에 고려되지 않는다.
확장 도관(82)의 다수의 파형부들(84)로 인해, 유체 교환은 추가 길이 및 유체가 성공적으로 회전하는 어려움 때문에 최소화되고, 그로 인해 플럭스 와셔(18)의 내부(보통 펌핑 챔버로 지칭됨)에 있는 유체와 솔레노이드 외부에 있는 유체의 교환을 완전히 없애지는 않아도 감소한다. 유압 몸체가 폴리머 재료로 제조되는 출원인의 발명의 구현예에서, 윤활유 내에 있을 수도 있는 금속 입자들은 확장 도관의 전체 길이를 따라 흐르는 것이 아니라, 플럭스 와셔(18)에 점착되거나 부착되는 경향이 있을 것이다. 넓은 밀봉면들(88, 90)로 인해, 윤활유가 확장 도관을 빠져나가게 하는 압력 맥동 중에 교차 오염이 방지된다. 출원인의 발명의 다른 이점은 전체 확장 도관이 코일 스풀 조립체(30)로부터 멀리 위치하여, 코일 및 보빈 조립체(30)가 고정된 케이싱 크기 내에서 주어진 솔레노이드에 대해 최대 축방향 및 반경방향 치수를 가질 수 있게 한다. 이는 강력한 솔레노이드 밸브를 제공하는 동시에, 활성 전류를 작게 유지하며, 가능한 한 작은 구성을 가진 솔레노이드 밸브를 제공하는 데에 있어서 중요하다.
도 3을 참조하면, 대안적인 바람직한 구현예의 노멀리 하이 솔레노이드 밸브(107)의 단면도가 제공된다. 솔레노이드 밸브(107)는 코일 보빈 조립체(130) 내에 외부 케이싱(120)을 가진다. 코일 보빈 조립체(130)는 제1 강자성 환상 부재(122)를 둘러싼다. 제1 환상 강자성 부재(122)는 플럭스 초크(128)에 의해 일체형 제2 강자성 부재(126)로부터 자기적으로 분리된다. 강자성 환상 부재들(122, 126)이 서로 결합되기 때문에, 정렬관이 필요하지 않다. 제2 강자성 부재(126)는 바닥측 밀봉면(181)을 가진 플럭스 와셔(118)와 일체로 형성된다. 밀봉면(181)은 유압 몸체(116)에 의해 제공된 결합면(180)에 인접한다. 유압 몸체(116)는 도 1 및 도 2의 솔레노이드(7)의 전술한 확장 도관(81)과 유사한 확장 도관(182)을 가진다.
도 4는 솔레노이드(107)와 유사하지만, 플럭스 와셔(218)와 일체로 연결되는 제2 환상 강자성 부재(226)로부터 플럭스 초크(228)에 의해 분리된 상부 환상 강자성 부재(222)를 둘러싸는 코일 및 보빈 조립체(230)를 가진 외부 케이싱(220)을 포함하는 노멀리 로우 솔레노이드인 솔레노이드(207)를 제공한다. 플럭스 와셔(218)는 확장 도관(282)을 가진 유압 몸체(216)의 접촉면(280)과 접촉하는 밀봉면(281)을 제공한다.
본 발명의 설명은 사실상 예시적인 것이며, 그에 따라 본 발명의 핵심을 벗어나지 않는 변경들이 본 발명의 범위 내에 존재하도록 의도된다. 이러한 변경들은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (14)

  1. 침지형 솔레노이드 밸브에 있어서,
    내부에 슬라이딩 가능하게 장착되어 선형 방식으로 이동을 제공하는 전기자를 포함하는 전자기 모터;
    편평한 밀봉면을 제공하는 밀봉 부재;
    상기 전기자의 이동의 결과로 이동되는 밸브 부재; 및
    상기 밀봉 부재 밀봉면에 인접하게 위치하는 상기 밸브 부재를 둘러싸는 유압 몸체로, 상기 유압 몸체의 결합면은 상기 유압 몸체의 내부를 상기 솔레노이드 밸브의 외주와 연결하는 나선형의 파형 확장 도관을 가지며, 상기 확장 도관은 상기 확장 도관의 횡방향 폭의 적어도 절반에 상응하는 폭을 가진 측방향 밀봉면들을 구비하는 유압 몸체를 포함하는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  2. 침지형 솔레노이드 밸브에 있어서,
    강자성 케이싱;
    상기 케이싱과 자기적으로 연결되는 제1 환상 강자성 부재;
    상기 케이싱과 자기적으로 연결되며, 플럭스 초크에 의해 상기 제1 환상 자기 부재로부터 축방향으로 분리되는 제2 환상 강자성 부재;
    상기 제1 및 제2 환상 강자성 부재 및 상기 케이싱을 반경방향으로 병렬 배치하는 코일;
    상기 제1 및 제2 환상 강자성 부재 내의 이동을 위해 슬라이딩 가능하게 장착되는 상기 코일에 의해 이동되는 전기자;
    편평한 밀봉면을 제공하는 밀봉 부재;
    상기 전기자의 이동의 결과로 이동되는 밸브 부재; 및
    상기 밀봉 부재 밀봉면에 인접하게 위치하는 상기 밸브 부재를 둘러싸는 유압 몸체로, 상기 유압 몸체는 상기 밀봉 부재 밀봉면과 결합되는 결합면을 구비하고, 상기 결합면은 상기 유압 몸체의 내부를 상기 솔레노이드 밸브의 외주와 연결하는 나선형의 파형 확장 도관을 구비하며, 상기 확장 도관은 상기 확장 도관의 횡방향 폭의 적어도 절반에 상응하는 폭을 가진 측방향 밀봉면들을 구비하는 유압 몸체를 포함하는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  3. 침지형 솔레노이드 밸브에 있어서,
    강자성 케이싱;
    상기 케이싱과 자기적으로 연결되는 강자성 플럭스관;
    간극에 의해 상기 플럭스관으로부터 축방향으로 분리되는 강자성 환상 폴피스;
    상기 폴피스를 상기 케이싱과 자기적으로 연결하며, 상기 폴피스와 일체로 연결되는 플럭스 와셔;
    상기 케이싱으로부터 상기 플럭스관 및 상기 폴피스를 반경방향으로 병렬 배치하는 보빈에 감겨있는 코일;
    상기 플럭스관 및 상기 폴피스 내의 이동을 위해 슬라이딩 가능하게 장착되는 상기 코일에 의해 이동되는 전기자;
    상기 전기자에 의해 이동되는 스풀 밸브; 및
    둘러싸는 폴리머 유압 몸체로, 상기 유압 몸체는 상기 케이싱에 의해 상기 플럭스 와셔에 연결됨으로써 상기 플럭스 와셔와 연결되고, 상기 유압 몸체는 상기 플럭스 와셔와 결합되는 결합면을 구비하며, 상기 결합면은 상기 플럭스 와셔의 내부를 상기 솔레노이드 밸브의 외주와 연결하는 나선형의 파형 확장 도관을 구비하고, 상기 확장 도관은 적어도 상기 확장 도관의 횡방향 폭에 상응하는 폭을 가진 측방향 밀봉면들을 구비하는 유압 몸체를 포함하는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확장 도관의 체적은 양 스트로크 극단에서 상기 전기자 및 상기 밸브의 펌핑 체적보다 적어도 3배 더 큰, 침지형 솔레노이드 밸브.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 스풀 밸브인, 침지형 솔레노이드 밸브.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 케이싱은 상기 유압 몸체를 상기 플럭스 와셔와 결합시키기 위해 크림핑되는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 몸체는 상기 밸브를 둘러싸는 슬리브를 가지는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 몸체 결합면은 폴리머 재료에 의해 제공되는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브는 스프링 편향되는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 확장 도관 극단부는 상기 케이싱과 상기 유압 몸체의 반경방향 외주 사이에 형성되는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 환상 강자성 부재 및 상기 제2 환상 강자성 부재는 플럭스 초크에 의해 분리된 단일 부품으로 형성되는, 침지형 솔레노이드 밸브.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 노멀리 하이 솔레노이드 밸브인, 침지형 솔레노이드 밸브.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는 노멀리 로우 솔레노이드 밸브인, 침지형 솔레노이드 밸브.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향 밀봉면들의 폭은 상기 확장 도관의 폭에 상응하는, 침지형 솔레노이드 밸브.
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