KR102018876B1 - 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코어에 다수의 제어각을 형성함으로써, 솔레노이드 전체의 자기저항을 감소시켜 초기 자기력을 증대시킬 수 있는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드에 관한 것이다.
본 발명은 요크의 내부에 구비된 코일과, 상기 요크에 구비된 고정 코어 및 상기 요크의 내부에서 상기 코일 및 상기 고정 코어와 대면하여 상기 코일에서 발생되는 자계가 유도하는 방향으로 움직이는 플런저를 포함하는 솔레노이드에 있어서, 상기 고정 코어의 상기 플런저와 대향하는 면에는 다수의 제어각이 형성되고, 상기 플런저에는 상기 제어각이 수용되는 수용홈이 형성되되, 상기 수용홈은, 상기 제어각이 수용되었을 시에 상기 제어각의 외주와 상기 플런저의 외주 사이에 공간이 존재하도록 상기 플런저에 형성되는 것을 특징으로 하는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드를 제공한다.

Description

초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드{Solenoid with core structure for improving initial magnetic force}

본 발명은 코어를 갖는 솔레노이드에 관한 것으로, 상세하게는 코어에 다수의 제어각을 형성함으로써, 솔레노이드 전체의 자기저항을 감소시켜 초기 자기력을 증대시킬 수 있는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드에 관한 것이다.

솔레노이드는 코일에 흐르는 전류에 의해 가동 철심이 직선운동함으로써 자기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 장치이다.

이러한 솔레노이드는 자기력을 이용해 플런저를 양방향으로 동작시키는 방식으로, 공기압 실린더와 유압 실린더에 비교하여 동작시간이 빠르고 취급이 간단하며, 보통 공기압회로나 유압회로에서 회로를 절환하는 전자밸브로서 사용한다.

이와 같은 솔레노이드의 동작은, 하나의 코일을 사용하여 자기력을 작용시켜 일 방향으로 플런저를 이동시키고, 자기력을 없애면 스프링의 복원력을 통해 원래의 위치로 복귀되는 방식과, 두 가지 코일을 사용하여 플런저를 양방향으로 이동시키는 방식 등이 있다.

이러한 솔레노이드는 코일에 흐르는 전류에 의해 자계가 형성되며, 그 자계의 힘으로 구동부를 고정부 측으로 이동시키는 형태로 순간적으로 동작이 이루어지게 된다.

종래의 솔레노이드 구조는 대부분이 코일을 중심으로 자기력에 의해 움직이는 플런저와 코일의 외부를 감싸고 있는 요크, 그리고, 자성 재료로 이루어져 요크 바닥면에 플런저와 대응하게 설치되는 고정 코어로 이루어진다.

이러한 종래의 솔레노이드는 코일에 전압이 인가되면, 코일을 둘러싸고 있는 자기회로(플런저, 고정 코어)에 자속(Flux)이 발생하게 되고, 발생되는 자속이 플런저에 자기력을 발생시켜 흡인력에 의해 플런저가 고정 코어 측으로 이동하게 되는 것이다.

이때, 플런저가 고정 코어 측으로 신속하게 이동되기 위해서는 초기 자기력을 증대시켜야 하며, 이를 위해서는 플런저와 고정 코어가 떨어진 초기 상태의 자기 저항이 낮아야 한다.

초기 자기력을 증대시키기 위해, 고정 코어에 제어각을 형성하는 구조를 적용하고 있으나, 종래에는 하나의 제어각이 형성되어 초기 자기력을 증대시키는 데 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 코어에 다수의 제어각을 형성함으로써, 솔레노이드 전체의 자기저항을 감소시켜 초기 자기력을 증대시킬 수 있는 솔레노이드 철심구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 요크의 내부에 구비된 코일과, 상기 요크에 구비된 고정 코어 및 상기 요크의 내부에서 상기 코일 및 상기 고정 코어와 대면하여 상기 코일에서 발생되는 자계가 유도하는 방향으로 움직이는 플런저를 포함하는 솔레노이드에 있어서, 상기 고정 코어의 상기 플런저와 대향하는 면에는 다수의 제어각이 형성되고, 상기 플런저에는 상기 제어각이 수용되는 수용홈이 형성되되, 상기 수용홈은, 상기 제어각이 수용되었을 시에 상기 제어각의 외주와 상기 플런저의 외주 사이에 공간이 존재하도록 상기 플런저에 형성되는 것을 특징으로 하는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드를 제공한다.

이때, 본 발명에 따르면, 상기 제어각은 상기 코일과 상기 플런저 사이의 공간 상으로 연장하는 제 1 제어각; 및 상기 플런저 측으로 연장하는 제 2 제어각을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 플런저의 상기 제어각과 대향하는 면에는 상기 제 2 제어각과 대응하는 상기 수용 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 코어에 다수의 제어각을 형성함으로써, 솔레노이드 전체의 자기저항을 감소시켜 초기 자기력을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흡입력이 발생하기 전 초기 상태의 솔레노이드의 구조 상부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡입력이 발생하여 플런저가 고정 코일 측으로 이동하는 상태의 솔레노이드의 구조 상부를 도시한 도면이다.
도 3은 종래 기술 및 본 발명에 따른 솔레노이드의 구조에 있어서의 자기력을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 흡입력이 발생하기 전 초기 상태의 솔레노이드의 구조를 센터선(S)을 기준으로 상부를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 흡입력이 발생하여 플런저가 고정 코일 측으로 이동하는 상태의 솔레노이드의 구조를 센터선(S)을 기준으로 상부를 도시한 도면이며, 센터선(S)을 기준으로 상부 및 하부(미도시)는 대칭구조이다. 도 3은 종래 기술 및 본 발명에 따른 솔레노이드의 구조에 있어서의 자기력을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 솔레노이드는 다수의 제어각이 형성된 고정 코어를 구비하며, 이러한 다수의 제어각을 형성함으로써, 솔레노이드의 초기 저항을 감소시켜 초기 자기력을 증대시킬 수 있는 것이다.

상술하면, 본 발명에 따른 솔레노이드는 코일(coil, 10)을 감싸는 요크(yoke, 20)의 하부에 설치되는 고정 코어(30); 및 상기 요크(20)의 하부에 위치하여 상기 코일(10)에서 발생되는 자계가 유도하는 방향으로 움직이는 플런저(plunger, 40)를 포함한다.

한편, 상기 고정 코어(30)의 상기 플런저(40)와 대향하는 면에는 다수의 제어각(50)이 형성된다.

상기 제어각(50)의 형상 및 개수는 당업자에 의해 적절하게 조절 및 선택될 수 있는 것으로서, 상기 코일(10)과 상기 플런저(40) 사이의 공극에 초기 자기력이 강한 전계가 형성될 수 있는 구조이면 무방하다.

이때, 상기 제어각(50)은 상기 코일(10)과 상기 플런저(40) 사이의 공간 상으로 연장하는 제 1 제어각(51)과 상기 플런저(40) 측으로 연장하는 제 2 제어각(53)을 포함하다.

여기서, 상기 제 1 제어각(51) 및 상기 제 2 제어각(53) 각각은 하나 또는 다수 형성된다.

한편, 상기 플런저(40)의 상기 제어각(50)과 대향하는 면에는 상기 제 2 제어각(53)과 대응하는 수용 홈(41)이 형성된다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플런저(40)가 상기 고정 코어(30) 측으로 이동하는 경우, 상기 수용 홈(41)에 상기 제 2 제어각(53)이 위치하게 된다.

즉, 상기 수용 홈(41)은 상기 플런저(40)가 상기 고정 코어(30) 측으로 이동하는 경우, 상기 제어각(50)을 수용하기 위하여 형성되는 것이다.

한편, 본 발명에서와 같이, 다수의 제어각(50)을 형성하는 경우, 수용홈(41) 내에서 고정 코어(30)의 제어각(50)의 외주와 상기 플런저(40)의 외주 사이의 코일(10) 방향으로의 간격(공극)이 상기 플런저(40)에서 멀어지는 방향으로 갈수록 짧아지게 함으로써, 상기 플런저(40)에서 멀어지는 방향으로 공극이 일정한 경우의 공극의 단면적에 비해 상대적으로 공극의 단면적을 넓게 할 수 있다.

따라서, 공극에서 발생하는 자기 저항이 감소하도록 하여, 초기 자기력을 증대시킬 수 있어, 상기 플런저(40)의 작동시 높은 초기 자기력에 의해 상기 플런저(40)가 상기 고정 코어(30) 측으로 신속하게 이동할 수 있게 된다.

도 3은 하나의 제어각이 형성된 종래 솔레노이드와 3개의 제어각이 형성된 본 발명에 따른 솔레노이드의 자기력을 나타낸 그래프로서, 초기 자기력이 종래 솔레노이드보다 본 발명에 따른 솔레노이드에서 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 높은 초기 자기력에 의해 상기 플런저(40)가 상기 고정 코어(30) 측으로 신속하게 이동할 수 있게 되며, 그 이유를 설명하면 다음과 같다.

자기저항(Rmg)은 하기와 같은 식에 의해 계산할 수 있다.

Rmg = Lg / μ0 × Ag (단, Lg : 공극의 유효길이, Ag : 공극의 단면적, μ0 : 공극 투자율이다.)

또한, 공극에서의 자속밀도(Bg)는 자기저항(Rmg)을 이용하여 다음과 같은 식에 의해 계산될 수 있다.

Bg = N ·I / Rmg × Ag (단, N : 코일 턴수, I : 전류, Rmg : 공극에서의 자기저항, Ag : 공극의 단면적이다.)

한편, 공극에서 발생하는 흡입력(Fm)은 자속밀도(Bg)를 이용하여 하기와 같은 식에 의해 계산할 수 있다.

Fm = Bg²× Ag / 2μ0 (단, Bg : 공극에서의 자속밀도, Ag : 공극의 단면적, μ0 : 공극 투자율이다.)

상기 식들로부터 공극에서의 흡입력(Fm)은 공극의 유효길이(Lg)에 반비례하고, 공극의 단면적(Ag)에 비례한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서와 같이 다수의 제어각(50)을 형성하여 수용홈(41) 내에서 고정 코어(30)의 제어각(50)의 외주와 상기 플런저(40)의 외주 사이의 코일(10) 방향으로의 간격(공극)이 상기 플런저(40)에서 멀어지는 방향으로 갈수록 짧아지게 하고, 상기 고정 코어(30)와 상기 플런저(40) 사이의 공극의 단면적은 상기 플런저(40)에서 멀어지는 방향으로 공극이 일정한 경우의 단면적에 비해 상대적으로 넓게 함으로써, 흡입력(Fm)을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드를 한정된 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 코일 20 : 요크
30 : 고정 코어 40 : 플런저
50 : 제어각 51 : 제 1 제어각
53 : 제 2 제어각

Claims (3)

1. 요크의 내부에 구비된 코일과, 상기 요크에 구비된 고정 코어 및 상기 요크의 내부에서 상기 코일 및 상기 고정 코어와 대면하여 상기 코일에서 발생되는 자계가 유도하는 방향으로 움직이는 플런저를 포함하는 솔레노이드에 있어서,
   상기 고정 코어의 상기 플런저와 대향하는 면에는 다수의 제어각이 형성되고,
   상기 플런저에는 상기 제어각이 수용되는 수용홈이 형성되되,
   상기 수용홈은, 상기 제어각이 수용되었을 시에 상기 제어각의 외주와 상기 플런저의 외주 사이에 공간이 존재하도록 상기 플런저에 형성되는 것을 특징으로 하는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어각은 상기 코일과 상기 플런저 사이의 공간 상으로 연장하는 제 1 제어각; 및
   상기 플런저 측으로 연장하는 제 2 제어각을 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 플런저의 상기 제어각과 대향하는 면에는 상기 제 2 제어각과 대응하는 상기 수용 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 초기 자기력 향상을 위한 코어 구조를 갖는 솔레노이드.

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