KR102157830B1 - 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브 - Google Patents

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Abstract

밸브 구조체의 외부 유로 측 수압부 면적과 내부 유로 측 수압부 면적을 달리함으로써 밸브의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 작동 유체가 공급되는 유입구, 작동 유체가 배출되는 배출구, 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 외부 유로가 형성된 홀더와, 상기 홀더의 내부에 이동 가능하게 설치되어 상기 유입구를 개방 또는 폐쇄하는 밸브 구조체와, 상기 밸브 구조체가 삽입되는 장착홈이 형성되고 상기 외부 유로와 연결된 내부 유로가 상기 밸브 구조체와의 사이에 형성된 코어와, 상기 코어의 하부에 결합된 중공의 요크와, 상기 코어와 상기 요크를 감싸도록 결합된 코일 어셈블리와, 상기 요크의 내부에 이동 가능하게 설치되고 상기 코일 어셈블리에서 발생한 자기장에 의해 이동하는 플런저와, 상기 코어와 상기 플런저 사이에 개재되어 상기 플런저를 탄성 지지하는 스프링과, 상기 플런저의 이동 시 상기 밸브 구조체를 이동시키는 로드를 포함한다.

Description

전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브{SOLENOID VALVE FOR ELECTRONIC CONTROL SUSPENSION}
본 발명은 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 에어 스프링 측으로 출입되는 유체의 유동을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있는 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에 적용되는 전자제어 현가장치(ECS, Electronic Control Suspension system)는 센서로부터 검출된 노면 상태, 주행 조건, 모드 선택 등에 따라 차체의 높이와 댐핑력을 자동적으로 조절한다. 특히, 에어 스프링 현가장치의 경우 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)의 온/오프를 제어함으로써 댐핑력을 가변적으로 조절한다.
일례로, 공개특허공보 제2010-0022652호(2010.03.03.)에는 에어 스프링으로 출입되는 고압의 공기를 단속하는 솔레노이드 밸브가 개시되어 있다.
종래의 솔레노이드 밸브는 유입구 측에 고압의 공기가 충전된 상태이므로, 솔레노이드 밸브의 온/오프를 제어하는데 큰 자기력을 필요로 하며, 이에 대용량의 솔레노이드 밸브가 요구되거나 솔레노이드 밸브의 개폐를 제어하기 위한 소비 전력이 증가하는 문제가 있었다.
등록특허공보 제10-1944990호(2019.01.28.)에는 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 솔레노이드 밸브 조립체가 개시되어 있다.
상기 솔레노이드 밸브 조립체는, 압축 공기를 에어 스프링 측으로 공급하는 외부 유로와, 압축 공기를 솔레노이드 밸브의 내부로 공급하는 내부 유로를 포함하여 구성된다.
이러한 구조의 솔레노이드 밸브 조립체는, 외부 유로에서 밸브 구조체에 인가하는 압력과 내부 유로에서 밸브 구조체에 인가하는 압력이 동일하므로, 밸브 구조체가 압력 평형 상태를 유지할 수 있어 미량의 전력으로도 밸브를 용이하게 온/오프 할 수 있다.
공개특허공보 제2010-0022652호(2010.03.03.) 등록특허공보 제10-1944990호(2019.01.28.)
본 발명은 밸브 구조체의 외부 유로 측 수압부 면적과 내부 유로 측 수압부 면적을 달리함으로써 밸브의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브는, 작동 유체가 공급되는 유입구, 작동 유체가 배출되는 배출구, 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 외부 유로가 형성된 홀더와, 상기 홀더의 내부에 이동 가능하게 설치되어 상기 유입구를 개방 또는 폐쇄하는 밸브 구조체와, 상기 밸브 구조체가 삽입되는 장착홈이 형성되고 상기 외부 유로와 연결된 내부 유로가 상기 밸브 구조체와의 사이에 형성된 코어와, 상기 코어의 하부에 결합된 중공의 요크와, 상기 코어와 상기 요크를 감싸도록 결합된 코일 어셈블리와, 상기 요크의 내부에 이동 가능하게 설치되고 상기 코일 어셈블리에서 발생한 자기장에 의해 이동하는 플런저와, 상기 코어와 상기 플런저 사이에 개재되어 상기 플런저를 탄성 지지하는 스프링과, 상기 플런저의 이동 시 상기 밸브 구조체를 이동시키는 로드를 포함한다.
상술한 구성 중 상기 밸브 구조체는, 상기 외부 유로와 상기 내부 유로를 통해 인가되는 압력에 의해 압력 평형 상태를 유지하되, 상기 외부 유로 측 수압부 면적과 상기 내부 유로 측 수압부 면적이 서로 다르게 설정된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 외부 유로와 상기 내부 유로를 통해 인가되는 압력에 의해 압력 평형 상태를 유지하되, 밸브 구조체의 외부 유로 측 수압부 면적과 내부 유로 측 수압부 면적을 다르게 형성하여 밸브의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브의 사시도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브의 일부를 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브 중 밸브 구조체의 사시도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브(1)는, 작동 유체의 공급을 허용 또는 차단하는 밸브부(100,200)와, 전원 인가 여부에 따라 밸브부(100,200)를 작동시키는 솔레노이드부(300~900)를 포함한다.
밸브부(100,200)는 에어 스프링(미도시) 측으로 이송되는 작동 유체의 흐름을 허용 또는 차단하는 수단으로서, 유로가 형성된 홀더(100)와, 홀더(100)의 유로를 개폐하는 밸브 구조체(200)로 구성된다.
홀더(100)는 다단의 원형 블록 형상이다. 홀더(100)의 상단면에는 작동 유체가 공급되는 유입구(110)가 형성되고, 홀더(100)의 중단 외주면에는 작동 유체가 배출되는 배출구(120)가 형성되며, 홀더(100)의 내부에는 유입구(110)와 배출구(120)를 연결하는 외부 유로(130)가 형성된다.
이때, 유입구(110)는 홀더(100)의 상단면에서 하부로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성되고, 배출구(120)는 홀더(100)의 중단 외주면을 따라 방사상으로 배치된 다수로 구성된다.
밸브 구조체(200)는 외부 유로(130)의 내부에 설치되어 유입구(110)를 개방 또는 폐쇄함으로써 에어 스프링 측으로 이송되는 작동 유체의 흐름을 허용 또는 차단한다.
밸브 구조체(200)를 살펴보면, 외부 유로(130) 상에 이동 가능하게 설치되는 밸브 몸체(210)와, 밸브 몸체(210)의 상단에 결합되어 그 이동 시 유입구(110)를 개방 또는 폐쇄하는 밸브 시트(220)와, 밸브 몸체(210)의 하단에 결합되어 밸브 몸체(210)의 이동 시 진동 및 소음 방지를 위한 댐퍼(230)로 구성된다.
밸브 몸체(210)는 일 방향으로 연장된 원통 형상이다. 밸브 몸체(210)의 상단은 밸브 시트(220)에 의해 밀봉되되, 하단은 통기홀(214)을 통해 후술할 내부 유로(420)와 연결된다. 즉, 밸브 몸체(210)의 하단면에는 로드(700)가 관통되는 관통홀(212)이 형성되고, 관통홀(212)의 둘레에는 내부 유로(420)와 연결되는 통기홀(214)이 형성된다.
밸브 몸체(210)는 후술할 코어(400)의 장착홈(410)에 삽입되되 일부(상단)가 코어(400)의 상부로 돌출되어 외부 유로(230) 상에 위치되며, 솔레노이드부(200)에 의해 상승 또는 하강한다.
밸브 시트(220)는 밸브 구조체(200)의 이동 시 유입구(110)을 개방 또는 폐쇄할 수 있도록 유입구(110)보다 큰 직경의 원판으로 형성된다. 밸브 시트(220)의 상면에는 돌기(222)가 형성되고, 하면에는 로드(700)가 결합되는 결합구(224)가 형성된다.
돌기(222)는 홀더(100)와의 접촉 시 발생하는 진동 및 소음을 방지하기 위한 것으로, 진동 및 소음을 방지할 수 있도록 불소 고무로 제작된다. 또한, 결합구(224)는 밸브 몸체(210)의 관통홀(212)을 관통한 로드(700)의 상단이 삽입 및 결합될 수 있도록 원통 형상으로 형성되되, 결합구(224)의 하단에는 후크(226)가 마련되어 로드(700)가 임의로 분리되는 것을 방지한다.
댐퍼(230)는 밸브 구조체(200)의 이동 시 코어(400)와의 접촉에 의해 발생하는 진동 및 소음을 방지한다. 이러한 댐퍼(230)는 밸브 몸체(210)의 하단에서 하부로 돌출되되, 내부 유로(420)와 연결된 통기홀(214)을 통해 작동 유체가 원활하게 이송될 수 있도록 밸브 몸체(210)의 하단면을 따라 방사상으로 이격되게 배치된 다수로 구성된다.
따라서 밸브 구조체(200)의 이동 시 장착홈(410)의 내부 잔압을 해소하여 밸브부(100,200)의 작동성을 향상시킬 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 밸브 구조체(200)는 코어(400)의 장착홈(410)에 삽입되며, 장착홈(410)과 밸브 구조체(200) 사이에는 외부 유로(130)와 연결된 내부 유로(420)가 형성된다. 이때, 내부 유로(420)는 장착홈(410)의 바닥까지 연장된다.
상술한 구조에 따르면, 외부 유로(130)와 내부 유로(420)가 서로 연결되므로, 외부 유로(130)를 통해 밸브 구조체(200)의 상부로 인가되는 압력과 내부 유로(420)를 통해 밸브 구조체(200)의 하부로 인가되는 압력은 서로 동일하게 된다. 따라서 밸브 구조체(200)가 압력 평형 상태를 유지할 수 있다.
여기서, 본 실시예의 밸브 구조체(200)는 압력 평형 상태를 유지하되 솔레노이드 밸브(1)의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있도록 외부 유로(140) 측 수압부 면적과 내부 유로(420) 측 수압부 면적을 서로 다르게 형성된다.
즉, 밸브 구조체(200)의 외부 유로(140) 측 수압부 면적(유입구(110)의 면적)이 내부 유로(420) 측 수압부 면적(밸브 구조체(200)의 하단면 면적)보다 크게 형성된다.
이와 같이, 밸브 구조체(200)의 수압부 면적을 서로 다르게 형성할 경우 밸브 구조체(200)의 상부와 하부에서 인가되는 압력은 동일하지만, 동일한 압력을 형성하기 위하여 요구되는 힘은 달라지게 된다.
예를 들어, 밸브 구조체(200)의 외부 유로(140) 측 유입구(110)의 직경이 14mm이고, 내부 유로(420) 측 밸브 구조체(200)의 하단면 직경이 13.9mm이며, 밸브 구조체(200)의 상부와 하부에서 동일한 10bar의 압력이 인가된다고 가정하면, 밸브 구조체(200)의 외부 유로(140) 측에 필요한 힘은 약 153N이고, 밸브 구조체(200)의 외부 유로(140) 측에 필요한 힘은 약 151N이 된다.
이와 같이, 밸브 구조체(200)의 상부에 더 큰 힘이 인가될 경우 전원 차단 시 밸브 구조체(200)가 쉽게 하강할 수 있으므로 밸브부(100,200)의 작동성을 향상시킬 수 있다. 또한, 밸브 구조체(200)를 하강시키는 스프링(800)의 하중을 줄일 수 있으므로 밸브부(100,200)의 응답성을 향상시킬 수 있다.
솔레노이드부(300~900)는, 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 코일 어셈블리(300)와, 코일 어셈블리(300)에서 발생한 자기장을 유도하는 코어(400) 및 요크(500)와, 코어(400) 및 요크(500)에 의해 유도된 자기장에 의해 이동하는 플런저(600)와, 플런저(600)에 결합되어 밸브 구조체(200)를 이동시키는 로드(700)와, 전원 차단 시 플런저(600)를 복귀시키는 스프링(800)과, 상술한 구성 부품(300~800)이 수납되는 케이스(900)로 구성된다.
솔레노이드부(300~900)를 구성하는 각 구성요소에 대해 살펴보면 다음과 같다.
코일 어셈블리(300)는, 코어(400)와 요크(500)를 감싸도록 결합된 보빈(310)과, 보빈(310)의 외주면에 감긴 코일(320)로 이루어진다.
보빈(310)은 상단과 하단에 플랜지가 마련된 중공의 스풀(spool) 형상이다. 보빈(310)은, 코일(320)과 코어(400) 사이, 그리고 코일(320)과 요크(500) 사이를 전기적으로 차단할 수 있도록 합성수지로 제작된다.
코일(320)은, 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 도선으로서, 보빈(310)의 외주면에 촘촘하고 균일하게 감겨 원통 형상을 이룬다. 전원 인가 시 코일(320)에서 발생된 자기장은 코어(400)와 요크(500)에 의해 유도되어 플런저(600)를 이동시킨다. 이때, 자기장의 세기는 코일(320)을 따라 흐르는 전류의 세기와 보빈(310)에 감긴 코일(320)의 수에 비례한다.
코어(400)는 코일(320)에서 발생한 자기장을 유도하는 고정철심이다. 코어(400)는 일 방향으로 연장된 원통 형상이고, 코어(400)의 상단 내부에는 밸브 구조체(200)가 삽입되는 장착홈(410)이 형성된다.
이때, 코어(400)의 장착홈(410)과 밸브 구조체(200) 사이에는 외부 유로(130)와 연결된 내부 유로(420)가 형성된다. 이때, 내부 유로(420)는 장착홈(410)의 바닥까지 연장되어 밸브 구조체(200)의 하부로 압력을 인가한다. 따라서 외부 유로(130)를 통해 밸브 구조체(200)의 상부로 인가되는 압력은 내부 유로(420)를 통해 밸브 구조체(200)의 하부로 인가되는 압력과 동일하므로, 밸브 구조체(200)가 압력 평형 상태를 유지할 수 있다.
요크(500)는 코일(320)에서 발생한 자기력을 유도하는 고정철심이다. 요크(500)는 코어(500)의 하부에 결합되어 코일(320)에서 발생한 자기장이 효과적으로 유도될 수 있도록 한다. 이러한 요크(500)는 코어(500)의 하부에 결합될 수 있도록 상단이 개방된 컵 형상으로 형성된다.
플런저(600)는 코어(400)와 요크(500)에 의해 유도된 자기장에 의해 이동하는 가동철심이다. 플런저(600)는 요크(500)의 내부에 이동 가능하게 설치된다. 이러한 플런저(600)는 전원 인가 시 코어(400)와 요크(500)에 의해 유도된 자기장에 의해 이동하며 밸브 구조체(200)를 상승시키고, 전원 차단 시 스프링(800)에 의해 이동하며 밸브 구조체(200)를 하강시킨다.
로드(700)는 플런저(600)의 이동 시 밸브 구조체(200)를 상승 및 하강시키는 수단이다. 로드(700)의 하단은 플런저(600)에 고정되고, 상단은 코어(400)와 밸브 몸체(210)를 관통하여 밸브 시트(220)의 결합구(224)에 결합된다.
스프링(800)은 코어(400)와 플런저(600) 사이에 개재되어, 전원 차단 시 플런저(600)를 이동시키는 역할을 한다. 이러한 스프링(800)은 통상의 코일 스프링으로서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
케이스(900)는, 하우징(910)과, 하우징(910)의 하단 내부에 구비된 사출 몰드(920)와, 하우징(910)의 하단에 결합되는 커버(930)로 구성된다.
하우징(910)은 일 방향으로 연장된 원통으로 형성되고, 그 내부에는 코일 어셈블리(300), 코어(400), 요크(400), 플런저(600), 로드(700), 스프링(800)이 구비된다. 또한, 하우징(910)의 상단에는 홀더(100)가 조립되며 그 내부에는 밸브 구조체(200)가 구비된다.
상술한 하우징(910)의 상단과 하단은 컬링(curling) 및 벤딩(bending) 처리된다. 하우징(910)의 상단과 하단을 컬링 및 벤딩 처리할 경우 솔레노이드 밸브(1)를 구성하는 부품(100~800)의 유동을 방지할 수 있고, 하우징(910)의 내부로 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
사출 몰드(920)는 하우징(910)의 하단 내부에 삽입 가능한 원형 블록 형상이다. 사출 몰드(920)의 상면에는 후술할 요크(500)가 삽입되는 삽입홈(922)이 형성된다. 사출 몰드(920)의 하면에는 전원을 공급하기 위한 커넥터(미도시)가 결합되는 리셉터클(924)이 돌출된다. 또한, 사출 몰드(920)의 내부에는 리셉터클(924)을 통해 공급된 전원을 후술할 코일 어셈블리(300)에 전달하는 터미널(926)이 구비된다.
커버(930)는 사출 몰드(920)가 구비된 하우징(910)의 하단을 덮을 수 있도록 컵 형상으로 형성된다. 커버(930)의 중앙에는 리셉터클(924)이 관통되는 홀(932)이 형성된다.
한편, 리셉터클(924)의 상단 외주면과 홀(932)의 상단 내주면에는 사출 몰드(920)와 커버(930)의 결합을 위한 후크(928,934)가 형성된다. 후크(928,934)를 통해 결합된 커버(930)는 사출 몰드(920)를 하우징(910)의 하단에 밀착시켜 하우징(910)과 사출 몰드(920) 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 솔레노이드 밸브 100: 홀더
200: 밸브 구조체 300: 코일 어셈블리
400: 코어 500: 요크
600: 플런저 700: 로드
800: 스프링 900: 케이스

Claims (6)

  1. 작동 유체가 공급되는 유입구와, 작동 유체가 배출되는 배출구와, 상기 유입구와 상기 배출구를 연결하는 외부 유로가 형성된 홀더;
    상기 홀더의 내부에 이동 가능하게 설치되어 상기 유입구를 개방 또는 폐쇄하는 밸브 구조체;
    상기 밸브 구조체가 삽입되는 장착홈이 형성되고 상기 외부 유로와 연결된 내부 유로가 상기 밸브 구조체와의 사이에 형성된 코어;
    상기 코어의 하부에 결합된 중공의 요크;
    상기 코어와 상기 요크를 감싸도록 결합된 코일 어셈블리;
    상기 요크의 내부에 이동 가능하게 설치되고 상기 코일 어셈블리에서 발생한 자기장에 의해 이동하는 플런저;
    상기 코어와 상기 플런저 사이에 개재되어 상기 플런저를 탄성 지지하는 스프링; 및
    상기 플런저의 이동 시 상기 밸브 구조체를 이동시키는 로드를 포함하되,
    상기 밸브 구조체는, 일 방향으로 연장된 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체의 일단에 결합된 밸브 시트와, 상기 밸브 몸체의 타단에 결합된 댐퍼로 구성되고,
    상기 로드의 일단은 상기 밸브 몸체를 관통하여 상기 밸브 시트에 결합되며,
    상기 밸브 구조체는 상기 외부 유로와 상기 내부 유로를 통해 인가되는 압력에 의해 압력 평형 상태를 유지하되, 상기 외부 유로 측 수압부 면적이 상기 내부 유로 측 수압부 면적보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 시트에는 진동 및 소음 방지를 위한 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 밸브 몸체의 타단에는 상기 로드가 관통되는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀의 둘레에는 상기 내부 유로와 연결된 통기홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 밸브 몸체의 타단에서 외측으로 돌출되고 방사상으로 배치된 다수로 구성된 것을 특징으로 하는 전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브.
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