KR102520134B1 - 단일 코일 장치 및 방법(single coil apparatus and method) - Google Patents

Abstract

단일 코일 장치 및 성형 방법이 제시된다. 예시적인 장치는 솔레노이드 어셈블리를 포함한다. 솔레노이드 어셈블리는 길이 방향 축을 따라 연장되는 코어 튜브를 포함한다. 솔레노이드 어셈블리는 코어 튜브 외측에 위치된 제1 자석 및 제2 자석을 더 포함하며, 제1 자석은 제2 자석으로부터 길이 방향 축을 따라 이격되며, 상기 어셈블리는 제1 자석 및 제2 자석의 반경 방향 외측에 배치된 여자 코일을 더 포함한다.

Description

단일 코일 장치 및 방법(SINGLE COIL APPARATUS AND METHOD)

본 발명은 단일 코일 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로, 단일 코일 솔레노이드 조립 장치 및 방법에 관한 것이다.

전기 기계 솔레노이드는 이동 가능한 강철 또는 철 전기자 주위에 감긴 전자기 유도 코일을 포함한다. 코일은 전기자가 중심 안팎으로 움직여 코일의 인덕턴스를 변경하여 전자석이 될 수 있도록 성형된다. 전기자는 액추에이터와 같은 일부 메커니즘에 기계적 힘을 제공하는데 사용된다. 솔레노이드는 제어기 회로에 의해 직접 제어될 수 있고, 따라서 응답 시간이 매우 빠르다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0034650호(2010.04.01. 공개)

전술한 바를 감안하여, 본 발명의 목적은 단일 코일 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 예시적인 실시형태는 장치를 제공한다. 이 장치는 길이 방향 축을 따라 연장되는 코어 튜브를 포함하며, 상기 코어 튜브는, 제1 대향 단부를 갖는 제1 강자성 단부 섹션, 제2 대향 단부를 가지며 제1 강자성 단부 섹션으로부터 길이 방향으로 이격된 제2 강자성 단부 섹션, 제1 대향 단부에 인접한 제1 비강자성 섹션, 제2 대향 단부에 인접한 제2 비강자성 섹션, 및 제1 비강자성 섹션과 제2 비강자성 섹션의 길이 방향 중간에 있는 제1 강자성 스페이서를 갖는다. 이 장치는 코어 튜브 외측에 위치하는 제1 자석 및 제2 자석을 더 포함하며, 상기 제1 자석은 상기 제2 자석으로부터 길이 방향 축을 따라 이격되고, 제2 강자성 스페이서가 제1 자석과 제2 자석의 길이 방향 중간에 있고, 제1 비강자성 섹션은 제1 자석의 반경 방향 내측에 있고, 제2 비강자성 섹션은 제2 자석의 반경 방향 내측에 있으며, 제1 강자성 스페이서는 제2 강자성 스페이서의 반경 방향 내측에 있고, 이 장치는 제1 자석 및 제2 자석의 반경 방향 외측에 배치된 여자 코일을 더 포함한다.

본 발명의 제2 예시적인 실시형태는 성형 방법을 제공한다. 이 방법은 길이 방향 축을 따라 연장되는 코어 튜브를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 코어 튜브는, 제1 대향 단부를 갖는 제1 강자성 단부 섹션, 제2 대향 단부를 가지며 제1 강자성 단부 섹션으로부터 길이 방향으로 이격된 제2 강자성 단부 섹션, 제1 대향 단부에 인접한 제1 비강자성 섹션, 제2 대향 단부에 인접한 제2 비강자성 섹션, 및 제1 비강자성 섹션과 제2 비강자성 섹션의 길이 방향 중간에 있는 제1 강자성 스페이서를 갖는다. 이 방법은 코어 튜브 외측에 위치하는 제1 자석 및 제2 자석을 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 자석은 상기 제2 자석으로부터 길이 방향 축을 따라 이격되고, 제2 강자성 스페이서가 제1 자석과 제2 자석의 길이 방향 중간에 있고, 제1 비강자성 섹션은 제1 자석의 반경 방향 내측에 있고, 제2 비강자성 섹션은 제2 자석의 반경 방향 내측에 있으며, 제1 강자성 스페이서는 제2 강자성 스페이서의 반경 방향 내측에 있다. 이 방법은 제1 자석 및 제2 자석의 반경 방향 외측에 배치된 여자 코일을 제공하는 단계를 더 포함한다.

이하에서 본 발명의 실시형태를 설명하겠지만, 본 발명은 설명된 실시형태에 한정되지 않고 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이 가능함을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 결정되어야 한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 일부의 확대 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 스트로크 곡선을 예시하는 그래프를 제공한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 다른 스트로크 곡선을 예시하는 그래프를 제공한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 대안적인 실시형태의 단면도를 제공한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 푸시 방향에서의 장치의 대안적인 실시형태의 단면도를 제공한다
도 7은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 갭을 갖는 장치의 또 다른 스트로크 곡선을 예시하는 그래프를 제공한다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 수행하기 위한 방법 및 장치에 따른 논리 흐름도를 제공한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 푸시 방향에서의 반전된 극성을 갖는 장치의 스트로크 곡선을 예시하는 그래프를 제공한다.
도 10은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 당김(pull) 방향에서의 반전된 극성을 갖는 장치의 또 다른 스트로크 곡선을 예시하는 그래프를 제공한다.
도 11은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 예시적인 가요성 베어링을 제공한다.
도 12는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 다른 대안적인 실시형태의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 13은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 또 다른 대안적인 실시형태의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 14는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 다른 대안적인 실시형태의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 또 다른 대안적인 실시형태의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 16은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 또 다른 대안적인 실시형태의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 17은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 카운터 보어를 갖는 예시적인 장치의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 18은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 예시적인 장치의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 19는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 예시적인 장치의 예시적인 확대 단면도를 제공한다.
도 20은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 스페이서를 갖는 예시적인 장치의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 21은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 자속 라인을 갖는 예시적인 장치의 예시적인 단면도를 제공한다.
도 22는 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 예시적인 원통형 자석의 사시도를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 예시적인 자석의 사시도를 나타낸다.

현재의 솔레노이드 설계는 제한된 스트로크 범위 기능을 가지고 있다. 또한, 현재의 솔레노이드 설계는 다양한 구성 요소로 구성된다. 이로 인해, 솔레노이드 제품을 제조하는 것이 어렵거나 비용이 많이 들 수 있다. 또한, 현재의 솔레노이드 설계는, 솔레노이드가 상호 작용하거나 결합하는 모든 밸브가, 그것의 짧은 스트로크 기능으로 인해 조정되어야 하기 때문에, 그 적용이 제한된다. 솔레노이드를 구동하는 액추에이터는 또한 작동 스트로크 범위가 짧기 때문에 제품을 큰 체적으로 생산하기가 번거로우므로 스트로크를 조정해야 한다. 마지막으로, 현재의 솔레노이드 설계의 구성에는 큰 코어 직경이 필요하므로, 이러한 설계는 코어 캐비티 내부에 매우 낮은 압력을 갖는 경우로 제한된다. 본 발명의 실시형태는 현재의 솔레노이드 설계가 갖는 이러한 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 실시형태는 중심으로부터 +/- 2.5mm의 스트로크 길이를 갖는 푸시 풀 단일 코일 솔레노이드를 제공한다. 실시형태는, 이하에서 제시된 바와 같이 구성되는 경우에, 중심으로부터 +/- 2.5mm보다 크거나 작은 스트로크 길이를 갖는 단일 코일 솔레노이드를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 푸시 풀이라는 용어는 솔레노이드의 코어 튜브의 길이 방향 축을 통해 두 개의 반대 방향으로 전기자의 이동을 의미한다는 것을 이해해야 한다. 실시형태는 더 높은 내측 코어 유체 압력을 가능하게 하는, 코어 튜브의 반경 방향 외측에 위치한 자석들을 갖는 단일 코일을 갖는 솔레노이드를 제공한다. 실시형태는 자석들이 코어 튜브 반경 방향 외측에 장착, 결합 또는 부착되기 때문에, 더 높은 내측 코어 유체 압력을 실현한다. 따라서, 이러한 구성은 코어 튜브의 직경을 더 작게 하여 더 높은 내부 유체 압력을 실현한다. 실시형태는 코어 튜브를 둘러싸는 비자성 섹션, 브레이크 또는 스페이서를 갖는 코어 튜브를 추가로 제공한다. 이러한 구성의 실시형태는 코일을 통과하는 전류에 의해 생성된 자속이 전기자를 통해 코어 튜브 벽 내측으로 이동하여 솔레노이드의 전체 스트로크 범위에 걸쳐 비례적인 유사 힘을 제공한다.

본 발명의 실시형태는 고정 자석 및 단일 고정 여자 코일, 및 고정 자석 및 고정 여자 코일에 대해 솔레노이드의 길이 방향 축을 통해 이동할 수 있는 철 전기자를 갖는 솔레노이드를 제공한다. 실시형태에서, 전기자의 이동 방향이 단일 여자 코일에 적용되는 전기 신호의 극성, 단일 여자 코일의 권선 방향(예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향) 및 조립된 자석 극성의 배향(예를 들어, N-S에서 S-N으로 또는 S-N에서 N-S로)에 의해서 결정된다.

솔레노이드의 코어 튜브의 실시형태는 브레이징, 용접 등에 의해 함께 접착되는 철 재료 및 비철 재료의 다중 피스 설계를 이용하며, 이로써 가압된 유체를 견딜 수 있는 코어 튜브 캐비티를 형성하도록 동작 가능하다. 실시형태는 내부 유체 압력을 수용하도록 자기 션트(shunt)와 함께 이용될 수 있는 자석의 반경 방향 내측 갭을 갖는 단일 철 재료로 이루어진 코어 구성을 포함한다.

실시형태에서, 전기자가 내측 코어 벽과 전기자 사이의 저 마찰 베어링 재료를 따라 이동 가능하다. 실시형태는 정지 단부 상에 위치된 베어링 또는 가요성 베어링으로 코어 튜브의 반경 방향 중심에서 유지되는 로드에 매달려 있는 전기자를 포함한다. 가요성 베어링(또는 사행 스프링이라고도 함)은 코일에 전원이 공급되지 않을 때 전기자를 그것의 제로 위치에 맞추거나 스프링 센터링을 보조한다. 대안적인 실시형태에서, 솔레노이드는 어떠한 베어링도 포함하지 않을 수 있지만, 전기자와 코어 튜브의 내측 벽 사이에 위치한 마찰 코어 라이너를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 베어링 또는 저 마찰 코팅이 코어 튜브의 내측 벽과 접촉하는 전기자 부분에 배치될 수 있다.

솔레노이드의 실시형태는 코어 튜브의 반경 방향 외측에 위치한 두 개의 원통형 자석을 포함한다. 길이 방향 축을 따라 있는 두 개의 원통형 자석 사이에는, 갭으로 분리된 두 개의 철 금속 스페이서가 있다. 실시형태는 코어 튜브로부터 반경 방향 외측에 그리고 여자 코일로부터 반경 방향 내측에 고정되는 자석 및 스페이서(들)를 포함한다. 자석의 실시형태는 균일한 원통형 모양의 자석 또는 결합되는 경우 실린더를 형성하는 분할된 자석을 포함한다. 일 실시형태에서, 분할된 자석들은 결합되는 경우 완전한 실린더를 형성한다. 다른 실시형태에서, 분할된 자석들은 결합되는 경우 완전한 실린더를 형성하지 않는다. 오히려, 이러한 실시형태에서, 실제로, 분할된 자석들은 코어 튜브를 중심으로 균일하게 이격될 수 있다. 분할된 자석의 수는 솔레노이드에 의해 생성되는 목표 힘에 따라 달라진다. 따라서, 자석 세그먼트들 사이의 간격은 사용되는 세그먼트의 수 및 코어 튜브의 원주와 관련된 크기에 따라 달라진다.

본 발명의 실시형태는 솔레노이드의 한쪽 끝을 향해 여자 코일을 중심에서 벗어나도록 치우치게 함으로서 솔레노이드에 의해 생성된 힘이 타 방향과 반대인 일 방향으로 증가되도록 한다. 실시형태는 여자 코일 및 강자성 자속 경로 코일 어셈블리가 코어 튜브 어셈블리를 둘러싸도록 하게 하여 이들이 유지 너트 또는 유사한 장치에 의해 제자리에 유지되도록 한다. 따라서, 실시형태는 코어 튜브로부터 유체가 누출될 수 있는 상황을 초래하는 코어 튜브 분해를 수행할 필요없이, 코일 고장 시 코일을 제거할 수 있게 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 실행하는데 사용하기에 적합한 장치(100)의 단면도가 도시되어 있다. 일반적으로, 솔레노이드 어셈블리의 구성에서와 같은 장치(100)는 코어 튜브(105), 고정 자석 어셈블리, 단일 고정 여자 코일 어셈블리 및 강자성 전기자 어셈블리를 포함한다. 강자성 전기자 어셈블리는 코어 튜브 내에 슬라이드 가능하게 수용되며, 코어 튜브는 고정 자석 어셈블리 내에 수용되고 자석 어셈블리는 코일 어셈블리 내에 슬라이드 가능하게 수용된다. 강자성이라는 용어는 철 재료를 포함하며, 그 강도가 인가된 자화 자기장의 강도에 의존하며 인가된 자기장의 제거 이후에도 지속될 수 있는, 자화에 대한 민감도가 높은 재료를 포함한다. 실시형태는 철계 강, 철 및 주철로 구성된 임의의 재료로 대체되는, 본원에 기재된 임의의 강자성 재료를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 이것은 철에 의해 표시되는 일종의 자기이며, 인접한 원자들의 평행 자기 정렬과 관련이 있다.

도 1에는 길이 방향 축을 따라 연장되는 중공 코어(112)를 형성하는 코어 튜브(105)를 갖는 장치(100)가 도시되어 있다. 코어 튜브(105)는 대향 단부(131)를 갖는 제1 강자성 단부 섹션 또는 피스(130) 및 대향 단부(133)를 갖는 제2 강자성 단부 섹션 또는 피스(132)를 포함하며, 대향 단부들은 길이 방향 축을 따라 길이 방향으로 이격된다. 코어 튜브(105)는 또한 대향 단부(133)에 인접한 스페이서(124)와 같은 제2 비강자성 섹션, 및 대향 단부(131)에 인접하고 접촉하는 스페이서(126)와 같은 제1 비강자성 섹션을 포함한다. 코어 튜브(105)는 비강자성 스페이서(124)와 비강자성 스페이서(126)의 길이 방향 중간에 있는 강자성 중앙 스페이서(122)를 포함한다. 코어 튜브(105)는 브레이징, 용접, 본딩 등에 의해 함께 부착, 결합 또는 연결되는 강자성 재료 및 비강자성 재료의 다중 피스 설계로 구성될 수 있다.

일 구성에서, 각각의 제1 및 제2 강자성 단부 피스(130, 132)는 각각의 제1 및 제2 비강자성 섹션(126, 124)의 대응하는 축 방향 숄더(139, 141)와 짝을 이루는 각각의 축 방향으로 연장하는 돌출부 또는 숄더(138, 140)를 포함하고, 숄더(138, 140)는 숄더(139, 141)의 반경 방향 내측에 있으며 코어 튜브(105)의 내측 표면의 일부를 형성한다. 이와 관련하여, 강자성 단부 피스(130)는 비강자성 섹션(126)의 일부의 반경 방향 아래에 있고 강자성 단부 피스(132)는 비강자성 섹션(124)의 일부의 반경 방향 아래에 위치한다.

따라서, 제1 및 제2 비강자성 섹션인 스페이서(126, 124)는 내측 길이 방향 치수 및 외측 길이 방향 치수를 가지며, 외측 길이 방향 치수는 내측 길이 방향 치수보다 크다.

전기자 어셈블리는 권취 코일(106)에 의해 생성된 자속에 응답하여 중공 코어(112) 내에서 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 이동하도록 동작 가능하다. 전기자 어셈블리는 푸시-풀 로드(118) 및 전기자(108)를 포함한다. 전기자(108)를 운반하는 푸시-풀 로드(118)는 중공 코어(112)의 적어도 일부 내에 배치된다. 푸시-풀 로드(118)는 중공 코어(112) 내에서 길이 방향 축을 따라 이동 가능하다.

전기자(108)는 푸시-풀 로드(118) 상에 배치되고, 푸시-풀 로드(118)의 인접 부분보다 큰 외경을 갖는다.

제1 베어링(114)은 푸시-풀 로드(118)와 제1 강자성 단부 피스(130)에 위치하며, 제2 베어링(116)은 푸시-풀 로드(118)와 제2 강자성 단부 피스(132) 사이에 위치될 수 있으며, 이들에 의해서 중공 코어(112)(또한 캐비티라고도 함)가 부분적으로 형성된다. 일 구성에서, 제1 및 제2 베어링(114, 116)은 푸시-풀 로드(118)를 지지한다. 솔레노이드 어셈블리가 제1 및 제2 베어링(114, 116)과 함께 도시되어 있지만, 푸시-풀 로드(118)(및 전기자)와 코어 튜브(105) 간의 상대 운동을 가능하게 하기 위해 대안적인 메커니즘이 사용될 수 있음이 이해된다. 베어링(116, 114)은 강자성 또는 비자성 재료로 이루어 질 수 있음이 이해된다.

대안적인 구성에서, 저 마찰 코어 라이너(120)가 코어 튜브(105)의 내측 표면 상에 배치될 수 있다는 것이 고려된다. 따라서, 전기자의 코어 라이너 및 외경(표면)은 전기자와 코어 튜브(105) 간의 슬라이딩 계면을 제공할 수 있다. 저 마찰 코어 라이너(120)는 세라믹뿐만 아니라 페놀, 아세탈, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 나일론과 같은 중합체 재료를 포함하는 다양한 재료로 이루어질 수 있다.

추가 구성에서, 저 마찰 코팅은 전기자(108)의 외측 표면, 또는 코어 튜브(105)의 내측 표면 또는 둘 모두에 도포되어 두 구성 요소 사이에 베어링 표면을 제공할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 코일 어셈블리에 전력이 공급되지 않을 때, 푸시-풀 로드(118)는 영구 자석(102, 104)으로부터 반경 방향 안쪽에 위치하며 또한 이로부터 동일하게 이격되는 제로 또는 중립 또는 중심 위치에 있다. 푸시-풀 로드(118)는 (예를 들어, 스프링 센터링된 스풀 밸브로) 하드 스톱(hard stop) 또는 제1 및 제2 강자성 단부 섹션(130, 132)에 대해 압축되는 압축 스프링(예를 들어, 사행 스프링(103))으로부터의 기계적 포지셔닝 또는 힘에 의해 제로, 중립 또는 중심 위치에서 센터링된다. 전기자(108)와 함께 푸시-풀 로드(118)는 여자 코일에 대한 전기 입력 극성에 따라 길이 방향 축을 따라 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동하도록 동작 가능하다.

부싱 또는 사행 스프링이 제1 베어링(114) 및 제2 베어링(116) 대신에 또는 이와 함께 사용될 수 있으며, 이 경우에 스프링은 푸시-풀 로드에 바이어스를 가하여 상기 로드를 제로 또는 중립 위치에 센터링되게 하는 것이 고려된다.

중공 코어(112)는 유압 유체를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 액체 또는 가스와 같은 유체의 체적을 유지하도록 동작 가능하다.

자석 어셈블리는 코어 튜브(105)의 반경 방향 외측에 위치한다. 자석 어셈블리는 일반적으로 원통 형상이고 코어 튜브(105)를 슬라이드 가능하게 수용하고 여자 코일 어셈블리 내에 슬라이드 가능하게 수용될 수 있는 크기를 갖는다.

자석 어셈블리는 원통형 형상의 제1 영구 자석(104), 제2 영구 자석(102) 및 적어도 하나의 강자성 스페이서(들)(128)를 포함하고, 이 경우에 강자성 스페이서는 제1 영구 자석과 제2 영구 자석의 축 방향 중간에 있다. 도 22를 참조하면, 예시적인 원통형 형상의 영구 자석(2200)(예를 들어, 제1 또는 제2 영구 자석(104, 102))이 도시되어 있다. 도 22에 도시된 실시형태에서, 영구 자석(2200)은 영구 자석(2200)이 코어 튜브(105)를 둘러싸도록 동작할 수 있도록 하나의 단일 피스이다. 대안적인 실시형태에서, 영구 자석(2200)은 하나의 단일 피스가 아닐 수 있지만, 결합되는 경우 코어 튜브(105)의 전체 외측 표면을 둘러싸는 복수의 피스(2302)를 포함할 수 있음을 이해해야 한다(도 23에 도시됨). 도 23은 각각의 피스(2302) 사이의 공간을 나타내지만, 실제로 각각의 피스(2302)는 인접한 피스와 접촉하여 피스들(2302) 사이에 공간이 없도록 코어 튜브(105)의 외측 표면을 둘러쌀 것임을 이해해야 한다. 참조 부호(2304)로 예시된 또 다른 실시형태에서, 영구 자석(2200)은 결합되는 경우 코어 튜브(105)의 외측 표면을 완전히 둘러싸지 않는 복수의 피스(2306)를 포함한다. 이 실시형태에서, 각 피스(2306)는 코어 튜브(105)의 외측 표면 주위에서 서로 이격된다. 도 23은 단지 4 개의 피스(2306)를 도시하지만, 실시형태는 4개보다 더 많거나 적은 피스(2306)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 일 실시형태에서, 피스들(2306)은 코어 튜브(105)의 외측 표면 주위에 균일하게 이격된다. 다른 실시형태에서, 피스들(2306)은 코어 튜브(105)의 외측 표면 주위에 균일하게 이격되지 않는다. 자석 어셈블리는 코어 튜브(105)의 외경 외측에 자석(102, 104) 및 강자성 스페이서를 위치시키는 크기로 되어 있다. 자석 어셈블리의 구성 요소들은 코어 튜브(105) 주위의 동작 가능한 위치에서 함께 연결 또는 결합되거나 조립 및 유지될 수 있다. 적어도 하나의 강자성 스페이서(128)는 도 1에 도시된 바와 같이, 자석(102, 104)과 접촉하고 강자성 스페이서(122)에 걸쳐서 대략 중앙에 위치한다. 강자성 스페이서(122)의 실시형태는 강자성 스페이서(122)의 길이 방향 축을 따라 중간에 있는 비철 섹션을 포함한다. 이 실시형태에서, 강자성 스페이서(122)(도 12에 도시됨)는 강자성 스페이서(1208) 및 강자성 스페이서(1210)를 포함한다. 길이 방향 중간 강자성 스페이서(1208) 및 강자성 스페이서(1210)는 비철 스페이서(1212)이다. 비철 스페이서(1212)는 비철 금속과 같은 임의의 비철 재료로 제조될 수 있다. 비철 스페이서(1212)는 강자성 스페이서(1208) 및 강자성 스페이서(1210)에 접합되거나 부착되며 이로써 유체가 밀봉된 계면을 통과하는 것을 방지하도록 동작 가능한 밀봉된 계면이 강자성 스페이서(1208), 비철 스페이서(1212) 및 강자성 스페이서(1210) 사이에서 생성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자석들(102, 104)은 자석들의 유사한 극이 가장 가깝거나 서로 마주 보도록 길이 방향 축을 따라 배향된다. 도 1을 참조하면, 각 자석(102, 104)의 남극이 서로 마주하고 있다. 대안적인 실시형태에서, 각 자석(102, 104)의 북극이 서로 마주한다. 자석(102, 104)은 적어도 하나의 강자성 스페이서(128)에 의해 길이 방향 축을 따라 서로 길이 방향으로 이격된다. 이와 관련하여, 자석(102, 104)은 유사한 자기 극이 서로 마주하고 적어도 하나의 강자성 스페이서(128)에 의해 분리되도록 위치된다. 즉, 적어도 하나의 강자성 스페이서(128)는 자석(102)과 자석(104)의 길이 방향 중간에 위치한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 강자성 스페이서(128)는 동일하거나 공통적인 길이 방향 위치에 위치되고 강자성 스페이서(122)와 동일한 대략적인 길이 방향 치수를 갖는다. 실시형태는 자석(102, 104)의 길이 방향 사이에 위치된 두 개 이상의 강자성 스페이서(128)를 포함한다. 실시형태는 강자성 스페이서들(128) 사이의 갭을 포함하는 강자성 스페이서(128)를 더 포함한다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 강자성 스페이서(128)는 갭(1206)에 의해 길이 방향 축을 따라 서로 이격된 강자성 스페이서(1202 및 1204)를 포함한다. 실시형태는 진공을 갖거나 공기, 비자 성 기체 재료 또는 비자성 재료로 이루어진 갭(1206)을 포함한다. 이와 관련하여, 서로 마주 보는 강자성 스페이서들(128)의 내측의 마주하는 측면들은 진공, 공기 또는 다른 비자성 기체 재료와 접촉하게 된다. 이 실시형태에서, 서로에 대한 강자성 스페이서들(1202 및 1204)의 위치는, 갭(1206)의 크기 또는 부피가 스프링(1214)에 의해 일정하게 유지되도록 유지된다. 스프링(1214)은 서로 대면하는 강자성 스페이서들(1202, 1204)의 면과 접촉하여 강자성 스페이서(1202, 1204)를 서로로부터 밀어내어 갭(1206)을 유지한다. 스프링(1214)의 실시형태는 웨이브 스프링, O-링 또는 임의의 다른 비자성 스프링을 포함한다. 다른 실시형태에서, 갭(1206)은 금속과 같은 비철 재료로 대체될 수 있다. 이 실시형태에서, 서로 대면하는 강자성 스페이서들(128)의 내측의 마주하는 측면들은 비철 금속과 같은 비철 재료와 접촉하게 된다.

자석(102, 104) 및 스페이서(128)는 접합 또는 기계적 유지에 의해 동작 가능하게 유지될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 일 구성에서, 자석(102, 104)은 접합제의 사용을 통해 제자리에 유지될 수 있다. 일 실시형태에서, 접합제는 에폭시이다. 접합제의 실시형태는 동작 중에 코어 튜브(105)에 대해 자석(102, 104)의 위치를 유지하도록 작용 가능한 임의의 유형의 접착제를 포함한다. 대안적으로, 자석(102, 104)은 아래에서 설명되는 바와 같이, 도 2에 도시된 바와 같은 스프링과 같은 바이어스 메커니즘에 의해 동작 가능하게 유지될 수 있다.

강자성 스페이서(128)의 실시형태는 강자성 재료로 이루어진다. 강자성 재료의 일부 비제한적인 실시형태는 합금 저탄소 강 및 페라이트계 스테인리스 강을 포함한다.

코어 튜브(105)와 관련하여, 자석(102, 104)은 두 개의 비강자성 스페이서(124, 126)에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 중공 코어(112)의 내측 표면으로부터 반경 방향 외측으로 각각 이격된다. 강자성 스페이서(122)는 중공 코어(112)의 내측 표면을 따라 자석들(102, 104)의 반경 방향 내측 및 길이 방향 중간에 위치한다. 비강자성 스페이서(124)는 코어 튜브(105)의 내측 표면을 따라 자석(102)에 인접하게 그리고 이 자석의 반경 방향 내측에 위치된다. 즉, 비강자성 스페이서(124)와 자석(102)의 일부는 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 공통 위치를 차지한다. 비강자성 스페이서(126)는 코어 튜브(105)의 내측 표면을 따라 자석(104)에 인접하게 그리고 이의 반경 방향 내측에 위치된다. 즉, 비강자성 스페이서(126) 및 자석(104)의 일부는 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 공통 위치를 차지한다.

각각의 강자성 단부 피스(130, 132)의 숄더(138, 140)는 중공 코어(112)의 내측 표면을 따라 각각의 비강자성 섹션(124, 126) 내로 축 방향으로 연장되며, 이로써 강자성 단부 피스(130, 132)의 반경 방향 외측 부분이 대략 자석(102, 104)의 길이 방향 단부에서 길이 방향으로 종결되고 숄더(돌출부)(138, 140)가 자석(102, 104)의 측면 에지를 통과하게 연장되어 각각의 자석의 길이 방향 치수 내에서 종결된다. 돌출부(138, 140)는 각각, 길이 방향을 따라 자석(102, 104)의 전체 길이보다 더 연장되지 않는다. 장치(100)의 실시형태는 전기자(108)에 작용하는 자기력을 변경하도록 의도된 전기자(108)의 스트로크 길이의 단부에 위치한 자석을 필요로 하지 않는다.

여자 코일 어셈블리는 하우징, 하우징 내의 프레임 및 프레임 주위에 배치된 권취 코일(106)을 포함하고, 어셈블리는 자석(102, 104)으로부터 반경 방향 외측으로 배치되고 따라서 자석 주위에 배치되고 자석 및 코어 튜브(105)를 둘러싼다. 권취 코일(106)은 자속을 생성하기 위해 코일을 통과하는 전류를 갖도록 동작 가능하다. 권취 코일(106)의 일부 비제한적인 실시형태는 구리 또는 알루미늄 절연 자석 와이어로 제조될 수 있다. 실시형태는 또한 펄스 폭 변조 신호에 의해 전류를 통과시키도록 동작 가능한 권취 코일(106)을 포함한다. 전기자(108)의 이동 방향은 권취 코일(106)에 인가된 전류의 극성, 권취 코일의 권취 방향 및 자석(102, 104)의 극성 배향에 의해 결정된다.

전기자(108)는 도 1에 도시된 자석(102, 104)에 대해 대략 제로, 중심 또는 중립 위치를 갖는다. 전기자(108)의 제로, 중심 또는 중립 위치는 전기자가 자석 및 적어도 하나의 강자성 스페이서(122)에 대해 길이 방향으로 대칭으로 센터링되는 경우에 해당한다. 실시형태는 두 개 이상의 강자성 스페이서를 포함하는 강자성 스페이서(122)를 포함한다. 전기자(108)는 도 1에 도시된 바와 같이 제로, 중심 또는 중립 위치로부터 좌측 또는 우측으로부터 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 코어 튜브(105)의 중공 코어(112)를 통해 길이 방향으로 이동하도록 동작 가능하다. 전기자(108)가 이동하는 방향은 권취 코일(106)을 통과하는 전류의 극성 및 자석(102, 104)의 배향에 따라 달라진다.

일 실시형태에서, 베어링(114, 116)은 사행 스프링(103)(도 11에 도시됨)으로 대체된다. 사행 스프링(103)의 실시형태는 전류가 권취 코일(106)을 통과하지 않을 때 전기자(108)를 자석(102, 104) 및 강자성 스페이서(122)에 대해 제로, 중심 또는 중립 위치에 센터링시키는 것을 보조하도록 동작 가능하다. 따라서, 사행 스프링(103)은 전기자(108)와 함께 로드(118)를 물리적으로 가압하여 제로, 중심 또는 중립 위치로 이동시킴으로써 전기자(108)를 센터링하는 것을 보조하도록 동작 가능하다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 수행하기에 적합한 장치(100)의 대안적인 실시형태가 도시되어 있다. 도 2에 예시된 것은 권취 코일(206)을 갖는 고정 여자 코일 어셈블리, 강자성 스페이서(228)와 함께 자석(202, 204)을 갖는 고정 자석 어셈블리, 코어 튜브(205) 및 강자성 전기자 어셈블리를 갖는 솔레노이드 구성의 장치(200)이다.

코어 튜브(205)는 각기 제1 및 제2 강자성 단부 피스들(223, 225)에 의해 경계가 형성되는 비강자성 스페이서들(224, 226)의 길이 방향 중간에 위치한 강자성 스페이서(222)를 포함한다.

본 실시형태의 고정 자석 어셈블리에서, 강자성 스페이서(228)는, 각기 강자성 단부 피스들(236, 238)에 의해 길이 방향으로 경계가 형성되는 자석들(202, 204)의 길이 방향 중간에 위치한다.

이러한 구성에서, 각각의 제1 및 제2 강자성 단부 피스(223, 225)는 각각의 제1 및 제2 비강자성 섹션(224, 226)의 대응하는 축 방향 숄더(339, 341)와 짝을 이루는 각각의 축 방향으로 연장된 돌출부 또는 숄더(338, 340)를 포함하고, 숄더들(338, 340)은 숄더들(339, 341)의 반경 방향 내측에 있고 코어 튜브(205)의 내측 표면의 일부를 형성한다. 이와 관련하여, 강자성 단부 피스(223)는 비강자성 섹션(224)의 일부의 반경 방향 아래에 있고 강자성 단부 피스(225)는 비강자성 섹션(226)의 일부의 반경 방향 아래에 위치한다. 반경 방향 외측 자석에 대한 숄더의 길이 방향 치수는 자석의 축방향 치수의 약 20 % 내지 80 %이다.

따라서, 제1 및 제2 비강자성 섹션인 스페이서(224, 226)는 내측 길이 방향 치수 및 외측 길이 방향 치수를 가지며, 외측 길이 방향 치수는 내측 길이 방향 치수보다 크다.

강자성 스페이서(228) 및 강자성 단부 피스(236, 238)에 의해 길이 방향으로 경계가 정해지는 경계 자석(202, 204)의 축 방향 유지는 스프링(234)과 같은 바이어스 메커니즘에 의해 달성될 수 있다. 스프링(234)은 코일 어셈블리의 일부와 강자성 단부 피스(236 및/또는 238) 중 하나 사이에 위치하여, 자석(202, 204), 강자성 스페이서(228), 및 강자성 단부 피스(236)에 힘을 가하고 힘을 유지하도록 작용 가능하다. 일 실시형태에서, 스프링(234)은 벨빌(Belleville) 스프링이다.

이 실시형태에서, 권취 코일 어셈블리, 자석(202, 204), 강자성 스페이서(228) 및 강자성 단부 피스(230, 236)는 강자성 스페이서(222), 및 비강자성 스페이서(224, 226)를 포함하는 코어 튜브(205)에 걸쳐서 길이 방향 축을 따라 슬라이딩 가능하게 이동하도록 동작 가능하며, 이로써 (예를 들어, 권취 코일(206)의 고장의 경우), 코일 어셈블리는 코어 튜브(205)를 분해할 필요없이 제거될 수 있다. 따라서, 이 실시형태는 중공 코어(212)로부터 유체가 누출될 위험없이 권취 코일(206) 및/또는 자석(202, 204)의 교체를 가능하게 한다.

이와 관련하여, 코어 튜브(205)는 밀봉 표면인 내측 표면을 갖는다. 실시형태는 유체가 자신을 통과하는 것을 실질적으로 방지하는 유체 기밀 표면인 내측 표면을 갖는 코어 튜브(205)를 더 포함한다. 추가로, 자석(202, 204)은 코어 튜브(205)의 무결성을 방해하지 않으면서 교체될 수 있도록 제거 가능하다. 자석(202, 204)은 코어 튜브(205)의 O.D에 대한 자석의 ID의 밀착 슬립 피팅(close slip fit)으로 장착된다. 실시형태는 엔드 너트 또는 유사한 기계적 유지 장치에 의해 제자리에서 유지되는 코어 튜브(205)(비강자성 섹션 또는 스페이서 및 중간 강자성 스페이서를 포함함)를 포함한다. 따라서, 코어 튜브(205)(비철 스페이서(224, 226) 및 철 스페이서(222)를 포함함)가 그대로 유지되기 때문에 권취 코일(206)은 중공 코어(212)로부터 유체 누출없이 제거될 수 있다. 이 실시형태에서, 자석(202, 204), 철 스페이서(228, 236) 및 스프링(234)은 코어 튜브(205)를 슬라이드 가능하게 수용하도록 동작 가능하고, 권취 코일(206)을 포함하는 권취 코일 어셈블리는 자석(202, 204), 철 스페이서(228, 236) 및 스프링(234)을 슬라이드 가능하게 수용하도록 동작 가능하다.

장치(200) 및 장치(100)의 실시형태에서, 코어 튜브(105, 205)가 0 내지 30,000 PSIA 사이의 높은 내부 유체 압력을 유지하도록 동작 가능하다. 그러나, 실시형태는 30,000 PSIA보다 큰 코어 튜브(105)의 내부 유체 압력을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 실시형태에서, 코어 튜브(105)가 0.25 내지 1.250 인치 범위의 직경을 갖는다. 그러나, 실시형태는 0.25 인치보다 작거나 1.250 인치보다 큰 직경을 갖는 코어 튜브(105)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 실시형태에서, 코어 튜브(105)가 자석(102, 104) (또는 202, 204)의 배치로 인해 대체적으로 현 코어보다 작은 내측 직경을 가지며, 이로써, 더 얇은 코어 튜브(105)의 벽이 중공 코어(112) 내부에서 더 높은 작동 압력을 유지하도록 작용할 수 있게 된다. 자석(102, 104) (및 202, 204)의 실시형태는 각각이 단일 자석으로 구성되고 서로 적층된 복수의 자석으로 형성될 수 있는 것을 포함한다.

따라서, 자석은 비강자성 섹션과 길이 방향으로 정렬되고 비강자성 섹션의 외측 표면의 길이 방향 치수와 일치한다. 코어 튜브의 비강자성 섹션들의 길이 방향 중간에 있는 코어 튜브의 강자성 스페이서는, 자석 어셈블리의 강자성 스페이서와 길이 방향으로 정렬되며, 상기 자석 어셈블리의 스페이서는 제1 및 제2 자석의 길이 방향 중간에 있다. 따라서, 코어 튜브는 그들 간에 강자성 스페이서의 경계를 짓고 이어서 강자성 단부 피스들에 의해 길이 방향으로 경계가 정해지는 두 개의 비강자성 섹션을 포함하며, 이러한 구성 요소들은 함께 융합되어 압력 용기를 형성한다. 도 1 내지 도 2에 설명된 실시형태는 별도의 비강자성 섹션, 및 강자성 스페이서를 갖는 코어 튜브 및 포함하지만, 실시형태는 균질한 강자성 부분에 의해 분리된 비강자성 부분을 갖는 단일 균질 튜브인 코어 튜브를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 실시형태는 단일 균질 코어인 코어 튜브 및 각각의 비강자성 섹션 및 강자성 스페이서가 비균질인 개별 요소인 코어 튜브를 모두 포함한다.

장치(100) 및 장치(200)의 실시형태는 전류가 권취 코일(106)을 통과할 때 자기장 또는 자속이 생성되도록 동작 가능하다. 자속은 전기자(108)(로드(118)를 포함함)가 중공 코어(112)의 길이 방향 축을 통해 이동하도록 가압하거나 이동을 유발한다. 전기자(108)가 이동하는 거리를 스트로크 길이라고 한다. 본 발명의 실시형태는 0.01 내지 0.25 인치의 증가된 스트로크 길이를 제공한다. 본 발명의 실시형태는 0.25 인치보다 큰 증가된 스트로크 길이를 제공한다. 실시형태에서, 장치(100)가 제1 극성을 갖는 권취 코일(106)을 통해 흐르는 전류에 응답하여 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 코어 튜브(105)를 통과하는 방향으로 이동하도록 전기자(108)를 가압하도록 동작 가능하다. 실시형태에서는, 장치(100)가 제2 극성을 갖는 권취 코일(106)을 통해 흐르는 전류에 응답하여 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 코어 튜브(105)를 통해 반대 방향으로 이동하도록 전기자(108)를 이동시키거나 가압하도록 동작 가능하다. 이 실시형태에서, 제1 극성은 제2 극성과 다르다. 이와 관련하여, 장치(100)의 실시형태는 전기자(108)가 코어 튜브(105)의 길이 방향 축을 통해 양쪽 방향(푸시 방향 및 당김 방향)으로 이동하게 하도록 동작 가능하다. 즉, 솔레노이드 어셈블리는 단일 권취 코일에 대한 극성을 반전시켜서 양방향 이동을 제공할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 당김 방향에서의 스트로크 곡선을 예시하는 그래프가 도시되어 있다. 도 3에 표시된 그래프는 x 축을 따라 인치로 스트로크 길이를 표시하고 y 축을 따라 힘의 파운드를 나타낸다. 그래프 상의 각각의 곡선은 특정 전류(즉, 암페어)가 권취 코일(106)을 통과하는 동안 장치(100)로부터의 힘이 당김 방향에서 소정의 스트로크 길이에 걸쳐 어떻게 변하는지를 예시한다. 도시된 바와 같이, 100 밀리암페어, 200 밀리암페어, 300 밀리암페어, 400 밀리암페어, 500 밀리암페어, 600 밀리암페어, 700 밀리암페어, 800 밀리암페어, 900 밀리암페어, 1000 밀리암페어 및 1100 밀리암페어에 대한 힘 스트로크 곡선이 표시된다. 실시형태에서, 코어 튜브(105)에 대한 전기자(108)의 특정 위치가 적어도 2.5mm의 스트로크 길이까지 권취 코일(106)을 통한 전류의 흐름에 의해 제어될 수 있다. 스트로크 길이는 단일 방향에서 코어 튜브(105)에 대해 전기자(108)의 장치(100)의 길이 방향 축을 따라 이동한 총 거리를 의미한다. 도 3에 도시된 힘 스트로크 곡선 라인은 자석(102, 104)을 갖는 장치(100)에 관련되며 이 경우에 자석들의 남극들이 서로 마주보고 있음을 이해해야 한다. 스프링(234)과 연관된 스프링 상수는, 스프링(234)의 스프링 상수가 스프링(234)이 권취 코일에 적용된 밀리암페어에 기초하여 전기자(108)의 이동력에 대항할 수 있도록 하는 범위까지 스트로크 길이에 영향을 미칠 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 푸시 방향에서의 또 다른 스트로크 곡선을 예시하는 그래프가 도시되어 있다. 도 4에 표시된 그래프는 x 축을 따라 인치로 스트로크 길이를 표시하고 y 축을 따라 힘의 파운드를 나타낸다. 그래프상의 각 곡선은 특정 전류(즉, 암페어)가 권취 코일(106)을 통과하는 동안 장치(100)로부터의 힘이 푸시 방향에서 소정의 스트로크 길이에 걸쳐 어떻게 변하는지를 예시한다. 도시된 바와 같이, 100 밀리암페어, 200 밀리암페어, 300 밀리암페어, 400 밀리암페어, 500 밀리암페어, 600 밀리암페어, 700 밀리암페어, 800 밀리암페어, 900 밀리암페어, 1000 밀리암페어 및 1100 밀리암페어에 대한 힘 스트로크 곡선이 표시된다. 실시형태에서, 코어 튜브(105)에 대한 전기자(108)의 특정 위치가 적어도 2.5mm의 스트로크 길이까지 권취 코일(106)을 통한 전류의 흐름에 의해 제어될 수 있다. 도 3에 도시된 힘 스트로크 곡선은 자석(102, 104)을 갖는 장치(100)에 관련되며, 이 경우에 자석의 남극들이 서로 마주보고 있음을 이해해야 한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태들을 실행하는데 사용하기에 적합한, 푸시 방향에서의 반전된 극성을 갖는 장치의 스트로크 곡선을 도시하는 그래프가 도시되어 있다. 도 10은 당김 방향에서 극성이 반전된 장치의 스트로크 곡선을 나타내는 그래프이다. 반전된 극성은 자석(102, 104)을 갖는 장치(100)를 지칭하며, 여기서 자석의 북극들이 서로 마주한다. 도 9와 10에 도시된 그래프는 x 축을 따라 스트로크 길이를 인치로 표시하고 y 축을 따라 힘의 파운드를 나타낸다. 그래프 상의 각 곡선은 특정 전류(즉, 암페어)가 권취 코일(106)을 통과하는 동안 장치(100)로부터의 힘이 당김 방향에서 소정의 스트로크 길이에 걸쳐 어떻게 변하는지를 예시한다. 도시된 바와 같이, 100 밀리암페어, 200 밀리암페어, 300 밀리암페어, 400 밀리암페어, 500 밀리암페어, 600 밀리암페어, 700 밀리암페어, 800 밀리암페어, 900 밀리암페어, 1000 밀리암페어 및 1100 밀리암페어에 대한 힘 스트로크 곡선이 표시된다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 대안적인 실시형태의 단면도가 도시되어 있다. 도 5에는 자석(502, 504), 권취 코일(506), 강자성 스페이서(508, 510), 비강자성 스페이서(512, 514), 강자성 단부(516, 518) 및 전기자(520)를 갖는 장치(500)가 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 당김 방향(선(522)으로 표시됨)을 따라 전기자(520)의 이동에 대한 물리적 스톱(stop)이 없다. 이 실시형태는, 철로 이루어진 단부(518)가 푸시 방향에서 전기자(520)를 위한 물리적 스톱을 제공하기 때문에, 전기자(520)가 푸시 방향에서 보다 당김 방향에서 더 큰 범위의 이동을 가질 수 있게 하는 갭(524)을 포함한다. 실시형태에서, 갭(524)이 전기자(520)의 제로 위치로부터 0.125 인치보다 큰, 당김 방향을 따른 전기자(520)의 이동을 가능하게 한다. 실시형태에서, 갭(524)이 당김 방향을 따른 전기자(520)의 이동이 보다 클 수 있도록 한다. 장치(500)의 실시형태에서, 전류가 권취 코일(506)을 통과하며 이로써 코어 튜브(505)의 길이 방향 축을 통해 전기자(520)를 가압하거나 이동시키도록 작용 가능한 자속을 생성하게, 권취 코일이 동작 가능하다. 권취 코일(506)을 통과하는 전류에 의해 생성된 자속은 동심 라인(526)에 의해 표시된다. 갭(524)으로 인해, 동심 라인(526)은 장치(500)의 중공 코어(528) 내로 연장되지 않는다. 실시형태에서, 코어 튜브(505)가 중공 코어(528)를 통한 전기자(520)의 이동을 가능하게 하는 유체(예를 들어, 액체 및/또는 가스)를 유지하도록 동작 가능하다. 실시형태에서, 코어 튜브(505)가 중공 코어(528)를 통한 전기자(520)의 이동을 가능하게 하는 기체 매체를 유지하도록 동작 가능하다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 실행하는데 사용하기에 적합한 푸시 방향에서의 장치의 대안적인 실시형태의 단면도가 도시되어 있다. 도 6에는 자석(602, 604), 권취 코일(606), 철 스페이서(608, 610), 비철 스페이서(612, 614), 철 단부(616, 618) 및 전기자(620)를 갖는 장치(600)가 도시되어 있다. 이 실시형태는, 철 단부(618)가 전기자(620)에 대한 물리적 스톱을 제공하기 때문에, 전기자(620)가 푸시 방향(선(622)으로 표시됨)에서보다 당김 방향(도 5에 도시 됨)에서 더 큰 범위의 이동을 가질 수 있게 하는 갭(624)을 포함한다. 장치(600)의 실시형태에서, 전류가 권취 코일(606) 통과하며, 이로써 코어 튜브(605)의 길이 방향 축을 통해 전기자(620)를 가압하거나 이동시키도록 작용 가능한 자속을 생성하도록, 권취 코일이 동작 가능하다. 권취 코일(606)을 통과하는 전류에 의해 생성된 자속은 동심 라인(626)으로 도시된다.

이제, 힘 스트로크 성능 유한 요소 분석(FEA) 곡선의 예시적인 그래프를 나타내는 도 7을 참조한다. 이 그래프는 당김 방향에서 자기 회로 경로에 베어링이 없는 장치(500)의 실시형태의 성능을 보여준다. 다시 말해서, 전기자(520)의 당김 방향에서의 더 큰 범위의 이동을 가능하게 하는 갭(524)이 있다. 명백한 바와 같이, 도 7에 예시된 힘 곡선 성능은 전기자의 당김 방향에 위치된 갭이 없는 장치에 대해 도 3에 도시된 것과 비교적 동일하다. 장치(500)의 실시형태에서, 당김 방향에 위치된 베어링(예를 들어, 선형 압축 스프링 또는 사행 스프링과 같은 가요성 기계식 센터링 장치)이 권취 코일(506)로부터 떨어진 거리에 위치하여, 해당 베어링이 자속 경로 내에 있지 않는다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 수행하기 위한 방법 및 장치에 따른 예시적인 논리 흐름도가 제공된다. 블록 800은 길이 방향 축을 따라 연장되는 코어 튜브로서, 상기 코어 튜브는, 제1 대향 단부를 갖는 제1 강자성 단부 섹션, 제2 대향 단부를 가지며 상기 제1 강자성 단부 섹션으로부터 길이 방향으로 이격된 제2 강자성 단부 섹션, 제1 대향 단부에 인접한 제1 비자성 섹션, 상기 제2 대향 단부에 인접한 제2 비자성 섹션, 및 상기 제1 비자성 섹션과 상기 제2 비자성 섹션의 길이 방향 중간에 있는 제1 철 스페이서를 갖는, 상기 코어 튜브를 제공하는 단계; 상기 코어 튜브 외측에 위치하는 제1 자석 및 제2 자석으로서, 상기 제1 자석은 상기 제2 자석으로부터 길이 방향 축을 따라 이격되고, 제2 철 스페이서가 상기 제1 자석과 상기 제2 자석의 길이 방향 중간에 있고, 상기 제1 비자성 섹션은 상기 제1 자석의 반경 방향 내측에 있고, 상기 제2 비자성 섹션은 상기 제2 자석의 반경 방향 내측에 있으며, 상기 제1 철 스페이서는 상기 제2 철 스페이서의 반경 방향 내측에 있는, 상기 제1 자석 및 제2 자석를 제공하는 단계; 및 상기 제1 자석 및 제2 자석의 반경 방향 외측에 배치된 여자 코일을 제공하는 단계를 포함한다. 블록 802는 제1 철 스페이서가 제2 철 스페이서와 대략 동일한 길이 방향 위치에 위치하는 것에 관한 것이다.

전술한 비제한적인 구현예들 중 일부는 도 8에서 블록 802 이후로 요약된다. 블록 804은 제1 자석 및 제2 자석의 근위 극들이 유사하다는 것을 지정한다. 블록 806은 제1 비자성 섹션이 코어 튜브의 제1 강자성 단부 섹션의 제1 대향 단부와 접촉하는 것을 명시한다. 그 다음 블록 808은 제2 비자성 섹션이 코어 튜브의 제2 강자성 단부 섹션의 제2 대향 단부와 접촉하는 것에 관한 것이다. 다음 블록 810은 제1 비자성 섹션이 코어 튜브의 강자성 단부 섹션의 제1 대향 단부와 접촉하고 이로써 코어 튜브의 제1 강자성 단부 섹션의 일부가 제1 비자성 섹션의 일부의 반경 방향 아래에 놓이는 것에 관한 것이다. 그 다음 블록 812은 제2 비자성 섹션이 코어 튜브의 제2 강자성 단부 섹션의 제2 대향 단부와 접촉하고 이로써 코어 튜브의 제2 강자성 단부 섹션의 일부가 제2 비자성 섹션의 일부의 반경 방향 아래에 놓이는 것을 말한다.

도 8의 논리 다이어그램은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 명령어의 실행 결과인 방법의 동작을 설명하기 위해 고려될 수 있다. 도 8의 논리 다이어그램은 또한 장치가 솔레노이드이든, 다른 장치이든, 또는 이의 하나 이상의 구성 요소이든, 해당 장치가 형성되는 특정 방식으로 간주될 수 있다.

본 발명의 실시형태는 전기자를 이동시키기 위해 솔레노이드를 통해 자속을 생성하는 전류를 전도하도록 동작 가능한 단일 권취 코일(또는 여자 코일)을 갖는 솔레노이드를 제공한다. 실시형태는 반경 방향 외측 권취 코일과 반경 방향 내측 코어 튜브 사이에 반경 방향으로 있는 두 개의 자석을 갖는 단일 코일 솔레노이드를 추가로 포함한다. 실시형태는 단일 코일 솔레노이드를 포함하며, 이 경우에 두 개의 자석은 강자성 재료에 의해 길이 방향으로 서로 이격된다. 실시형태는 단일 코일 솔레노이드를 포함하며, 이 경우에 두 개의 자석은 두 개의 비강자성 재료로부터 반경 방향 외측에 있다. 본 발명의 실시형태는 솔레노이드 코어 튜브의 일부를 형성하는 두 개의 베어링 사이에서 솔레노이드의 길이 방향 축을 따라 밀고 당기는 방향 모두에서 이동하도록 동작 가능한 강자성 전기자를 갖는 단일 코일 솔레노이드를 포함한다. 본 발명의 실시형태는 전기자의 일 이동 방향이 차단되고 전기자의 반대 이동 방향이 차단되지 않는 단일 코일 솔레노이드를 제공한다. 실시형태는 스프링에 의해 코어 튜브에 대해 제자리에서 유지되는 두 개의 자석을 갖는 단일 코일 솔레노이드를 포함하고, 이 경우에 두 개의 자석은 코어 튜브로부터 제거 가능하다.

본 발명의 실시형태는 푸시 및 당김 방향들에서의 이동을 가능하게 하는 관형 솔레노이드 어셈블리를 제공한다. 실시형태는 전기자의 중심 위치에 대해 +/- 2.5mm의 전기자의 움직임을 제공한다. 본 발명의 실시형태는 중앙 위치에 대한 전기자의 이동이 +/- 2.5mm보다 작거나 클 수 있음을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 실시형태는 전기자가 존재하는 솔레노이드의 코어 튜브 내부에 높은 내부 유체 압력을 제공한다. 실시형태는 0 내지 30,000 PSIA 사이의 코어 튜브의 내부 유체 압력을 제공한다. 그러나, 실시형태는 30,000 PSIA보다 큰 코어 튜브의 내부 유체 압력을 제공한다. 실시형태는 자속이 전기자를 통해 코어 벽으로 통과할 수 있도록 하여, 전기자의 움직임을 방해하지 않으면서 그것의 스트로크 범위에 걸쳐 인가된 전류 변화에 비례하는 힘 출력 성능을 제공하는, 비자기 브레이크로 구성된 자기 코어 튜브를 갖는 장치를 제공한다. 실시형태는 푸시-풀 로드와 함께 전기자의 이동으로부터 생성된 힘의 양이 스트로크 길이에 걸쳐 권취 코일에 적용된 밀리암페어에 기초하여 비례적으로 변하는, 관형 솔레노이드 어셈블리를 제공한다. 즉, 코어 튜브는 주로 강자성이지만 길이 방향 축을 따라 두 개의 비강자성 브레이크를 포함하며, 상기 비강자성 브레이크는, 종래 기술에서 사용된 바와 같은 고정된 스톱 갭을 요구하지 않고서 설계된 스트로크 범위에 걸쳐 비례적 힘 출력 성능을 제공하도록, 자속이 전기자를 통해 코어 튜브의 벽으로 통과하게 한다. 본 관형 솔레노이드 설계는 움직이는 자석 액추에이터의 단점없이 움직이는 자석 액추에이터와 유사한 움직임을 제공한다.

이제 다른 예시적인 장치(1300)의 단면도를 도시하는 도 13을 참조한다. 도 13에는 강자성 스페이서(1322) 및 비강자성 스페이서(1324, 1326)를 포함하는 코어 튜브(1305)를 갖는 장치(1300)가 도시되어 있다. 코어 튜브(1305)의 반경 방향 외측에는, 강자성 스페이서(1328)에 의해 분리된 자석(1302, 1304)이 존재한다. 도 13에 도시된 실시형태에서, 강자성 스페이서(1328)는 갭(1330)을 포함하지만, 실시형태들은 갭이 없는 단일 고체 재료로 일어진 강자성 스페이서(1328)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 자석(1302, 1304)의 반경 방향 외측에는 권취 코일(1306)이 있다.

또한, 도 13에는 전기자(1308)가 도시되어 있다. 전기자(1308)는 길이 방향 축을 따라 전기자(1308)의 각각의 반경 방향 단부가 원뿔 형상이 되도록 형상화된 내측으로 반경 방향으로 각진 측면(1350, 1352)을 포함한다. 코어 튜브(1305)는 각진 측면(1350, 1352)에 대응하도록 반경 방향 내측으로 각진 숄더(1338, 1340)를 포함한다. 각진 숄더(1338, 1340)는 중공 코어(1312) 내에서 비강자성 스페이서(1324, 1326) 아래에서 반경 방향으로 연장된다. 그러나, 각진 숄더(1338, 1340)는 비강자성 스페이서(1324, 1326)의 전체 길이에 걸쳐서 그 아래에서 연장되지 않는다. 이와 관련하여, 각진 숄더(1338, 1340)는 비강자성 스페이서(1324, 1326)의 일부에 아래에만 놓인다.

다른 예시적인 장치(1400)의 단면도를 도시하는 도 14를 참조한다. 도 14에는 강자성 스페이서(1422) 및 비강자성 스페이서(1424, 1426)를 포함하는 코어 튜브(1405)를 갖는 장치(1400)가 도시되어 있다. 코어 튜브(1405)의 반경 방향 외측에는, 강자성 스페이서(1428)에 의해 분리된 자석들(1402, 1404)이 있다. 도 14에 도시된 실시형태에서, 강자성 스페이서(1428)는 갭(1430)을 포함하지만, 실시형태는 갭(1430)이 없는 단일 피스인 강자성 스페이서(1428)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 자석(1402, 1404)의 반경 방향 외측에는 권취 코일(1406)이 있다. 또한, 중공 코어(1412)를 통해 이동하도록 동작 가능한 전기자(1408)가 도시되어 있다. 전기자(1408)는 전기자(1408)의 길이 방향 단부에 위치한 오목부(1450, 1452)를 포함한다. 코어 튜브(1405)는 전기자(1408)의 양측에 돌출 표면(1438, 1440)을 포함한다. 돌출 표면(1438, 1440)은 전기자(1408)의 길이 방향 축 단부에 위치한 오목부(1450, 1452)에 대응하며 돌출 표면(1438, 1440)이 오목 부(1450, 1452) 내에 체결된다. 실시형태는 돌출 표면(1438, 1440)이 원추형이고 오목 부(1450, 1452)가 돌출 표면(1438, 1440)의 형상에 대응하도록 내측으로 원추형인 것을 포함한다.

이제 도 15를 참조하면, 다른 예시적인 장치(1500)의 단면도가 도시되어 있다. 도 15에는 강자성 스페이서(1522) 및 비강자성 스페이서(1524, 1526)를 포함하는 코어 튜브(1505)를 갖는 장치(1500)가 도시되어 있다. 코어 튜브(1505)의 반경 방향 외측에는 강자성 스페이서(1528)에 의해 분리된 자석들(1502, 1504)이 있다. 도 15에 도시된 실시형태에서, 강자성 스페이서(1528)는 갭(1530)을 포함한다. 실시형태는 갭(1530)이 없이 단일 피스로 이루어진 강자성 스페이서(1528)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 자석(1502, 1504)의 반경 방향 외측에는 권취 코일(1506)이 있다.

장치(1500)는 또한 중공 코어(1512)를 통해 이동하도록 동작 가능한 전기자(1508)를 포함한다. 전기자(1508)는 전기자(1508)의 길이 방향 단부에 위치된 편평한 에지(1550, 1552)를 포함한다. 코어 튜브(1505)는 전기자(1508)의 양측에 편평한 단부(1538, 1540)를 포함한다. 편평한 단부(1538, 1540)는 편평한 에지(1550, 1552)에 대응하는 표면 형상을 갖는다. 실시형태는 전기자(1508)의 반경 방향 표면으로부터 실질적으로 90 도인 평평한 에지(1550, 1552)를 포함한다. 이 실시형태에서, 편평한 단부(1538, 1540)는, 편평한 단부(1538, 1540)가 편평한 에지(1550, 1552)에 실질적으로 평행하도록, 편평한 에지(1550, 1552)에 대응하도록 위치된다. 이 실시형태에서, 코어 튜브(1505)는 함께 용접되는 강자성 재료 및 비강자성 재료로 이루어진 다수의 피스를 갖기보다는, 스테인리스 강(예를 들어, 크롬-니켈-알루미늄, 오스테나이트계 스테인리스 강 17-7PH)의 하나의 단일 피스로 형성된다. 이 실시형태에서, 코어 튜브(1505)는 코어 튜브(1505)의 일부가 비자 성(예를 들어, 스페이서(1524, 1526))이 되도록 어닐링된다. 다시 말하면, 코어 튜브(1505)의 실시형태는 균일한 일체형 단일 피스 구성을 가지며, 이어서 어닐링된 영역이 비강자성 또는 비자성 특성을 나타내도록 자석(1502, 1504)으로부터 반경 방향 내측에 있는 코어 튜브(1505)의 일부를 어닐링하는 것을 포함한다.

이제 다른 예시적인 장치(1600)의 단면도인 도 16을 참조한다. 비강자성 스페이서(1624)를 포함하는 코어 튜브(1605)를 갖는 장치(1600)가 도 16에 도시되어 있다. 코어 튜브(1605)의 반경 방향 외측에는 강자성 스페이서(1628)에 의해 분리된 자석들(1602, 1604)이 있다. 도 16에 도시된 실시형태에서, 강자성 스페이서(1628)는 갭(1630)을 포함한다. 실시형태는 갭(1630)이 없는 단일 피스인 강자성 스페이서(1628)를 포함한다. 자석(1602, 1604)의 반경 방향 외측에는 권취 코일(1606)이 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 코어 튜브(1605)는 코어 튜브(1605) 내에 어떠한 강자성 스페이서도 포함하지 않기 때문에 단일 비강자성 재료로 이루어진다. 따라서, 자석(1602, 1604)은 비강자성 코어 튜브(1605)로부터 반경 방향 외측에 위치된다. 마찬가지로, 갭(1630)을 갖는 강자성 스페이서(1628)는 비강자성 코어 튜브(1605)의 반경 방향 외측에 위치된다. 이 실시형태에서, 코일(1606)을 통과하는 전류에 의해 생성된 자속은 위에서 설명된 실시형태들만큼 쉽게 코어 튜브(1605)를 통과하지 않을 것이며, 이는 전기자(1608)의 이동에 의해 생성된 힘이 다른 실시형태에서의 것보다 작게 만들 수 있음을 이해해야 한다.

장치(1600)는 또한 중공 코어(1612)를 통해 이동하도록 동작 가능한 전기자(1608)를 포함한다. 전기자(1608)는 단차(1650, 1652)가 전기자(1608)의 반경 방향 에지를 둘러싸도록 전기자(1508)의 반경 방향 에지에 위치된 단차(1650, 1652)를 포함한다. 코어 튜브(1605)는 전기자(1508)의 양측에 리지(1638, 1640)를 포함한다. 리지(1638, 1640)는, 리지(1638, 1640)가 각각 단차(1650, 1652) 내에 체결되도록 되는 크기를 갖도록, 단차(1650, 1652)에 대응하는 형상을 갖는다. 실시형태는 단차(1650, 1652)가 전기자(1608)의 길이 방향 축의 일부를 통해서만 연장되도록 길이 방향 축을 따라 연장하는 단차(1650, 1652)를 포함한다(길이 방향 축은 자신을 통해서 전기자(1608)가 이동하도록 동작 가능한 축과 동일한 축임). 이와 관련하여, 단차(1650, 1652)는 전기자(1608)의 전체 길이를 따라서 연장하지 않는다. 실시형태는 코어 튜브(1605)의 단부 피스가 단차(1650, 1652)에 대해 실질적으로 90도가 되도록 코어 튜브(1605)의 단부 피스에 대해 위치되는 단차 (1650, 1652)를 포함한다. 마찬가지로, 실시형태는 전기자(1608)의 길이 방향 에지에 대해 실질적으로 90 도로 위치되는 리지(1638, 1640)를 포함한다.

도 17을 참조하면, 다른 예시적인 장치(1700)의 단면도가 도시되어 있다. 도 17에는 하나의 단일 비강자성 재료로 이루어진 코어 튜브(1705)를 갖는 장치(1700)가 도시되어 있다. 코어 튜브(1705)의 반경 방향 외측에는 강자성 스페이서(1728)에 의해 분리된 자석들(1702, 1704)이 있다. 강자성 스페이서(1728)는 갭(1730)을 포함한다. 갭(1730)을 갖는 것으로 도시되었지만, 실시형태는 갭(1730)이 없는 단일 피스인 강자성 스페이서(1728)를 포함한다. 자석(1702, 1704)의 반경 방향 외측에는 권취 코일(1706)이 있다. 또한, 도 17에는 장치(1700)의 길이 방향 축을 통해 이동하도록 동작 가능한 전기자(1708)가 도시되어 있다. 전기자(1708)는 전기자(1708)의 길이 방향 단부에 위치된 보어(1750, 1752)를 포함한다. 보어(1750, 1752)는 반경 방향 에지(1754)가 보어(1750, 1752)보다 길이 방향 축을 따라 더 연장되도록 전기자(1708)의 반경 방향 에지(1754)에 의해 형성된다. 코어 튜브(1705)는 전기자(1708)를 향해 길이 방향 내측으로 연장되는 연장부(1738, 1740)를 포함한다. 연장부(1738, 1740)는 코어 튜브(1705)의 반경 방향 내측 표면으로부터 이격된다. 따라서, 연장부(1738, 1740)의 반경 방향 에지 및 코어 튜브(1705)의 반경 방향 내측 표면은 각각 공간(1760, 1762)을 형성한다. 공간(1760, 1762)은 반경 방향 에지(1754)를 유지하거나 수용하기 위한 크기를 갖는다. 마찬가지로, 보어(1750, 1752)는 연장부(1738, 1740)를 유지하거나 수용할 수 있는 크기를 갖는다.

이제 다른 예시적인 장치(1800)의 단면도를 나타내는 도 18을 참조한다. 여자 코일(1806), 전기자(1808), 및 강자성 스페이서(1822) 및 비강자성 스페이서(1824, 1826)를 포함하는 코어 튜브(1805)를 갖는 장치(1800)가 도 18에 도시되어 있다. 코어 튜브(1805)의 반경 방향 외측에는 강자성 스페이서(1828)에 의해 분리된 자석들(1802, 1804)이 있다. 전기자(1808)는 여자 코일(1806)을 통과하는 전류에 응답하여 푸시 또는 당김 방향으로 코어 튜브(1805)에 의해 형성된 캐비티(1803)를 통해 이동하도록 동작 가능하다. 강자성 스페이서(1828)는 갭(1830)을 포함한다. 갭(1830)을 갖는 것으로 도시되었지만, 실시형태는 갭(1830)이 없는 단일 피스인 강자성 스페이서(1828)를 포함한다. 도 18에 도시된 실시형태에서, 갭(1830)은 스페이서(1828)의 대략 중간부 또는 중간에 위치한다. 그러나, 갭(1830)은 스페이서(1828)의 중앙부에 인접하게 위치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 자석(1802, 1804)의 반경 방향 외측에는 권취 코일(1806)이 있다. 장치(1800)는 또한 장치(1800)의 길이 방향 축(선(1809)으로 표시됨)을 통해 이동하도록 동작 가능한 전기자(1808)를 포함한다.

이제 장치(1800)의 확대 단면도를 나타내는 도 19를 참조한다. 도 18과 유사하게, 도 19는 자석(1802, 1804), 강자성 코어 튜브(1805), 강자성 스페이서(1822), 갭(1830)을 갖는 강자성 스페이서(1828) 및 비강자성 스페이서(1824, 1826)를 도시한다. 코어 튜브(1805)는 코어 튜브(1805)의 반경 방향 외측 표면을 둘러싸는 두 개의 채널(1811, 1813)을 포함한다. 채널(1811, 1813)은 각각 적어도, 스페이서(1822)를 향해 반경 방향 내측으로 (예를 들어, 코어 튜브(1805)의 표면으로부터 5도 내지 60도만큼) 각진 제1 표면(1815, 1817), 및 스페이서(1828)를 향해 반경 방향 외측으로 각진 제2 표면(1819, 1821)을 포함한다. 각 채널(1811, 1813)은 각기 스페이서(1824, 1826)를 형성하는 비강자성 재료로 구성된다. 다시 말해서, 스페이서(1824, 1826)는 길이 방향을 따라 균일하게 동일한 반경 방향 두께를 갖는 것은 아니다. 이와 달리, 스페이서(1824, 1826)의 반경 방향 두께는 길이 방향을 따라 변한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 비강자성 스페이서(1824, 1826)는 자석(1802, 1804)과 길이 방향 축을 따라 동일한 길이를 갖지 않는다. 대신에, 실시형태는 스페이서(1822, 1804)와 접촉하는 자석(1802, 1804)의 부분과 함께 확장되는 스페이서(1824, 1826)를 포함하며, 이 스페어서는 길이 방향으로 자석(1802, 1804)의 전체 길이를 따라서 연장하지는 않는다. 즉, 스페이서(1824, 1826)는 종결되거나(즉, 코어 튜브(1805)의 직경이 동일한 균일한 직경으로 돌아감) 또는 자석(1802, 1804)보다 길이 방향으로 더 짧은 길이를 갖는다. 이는 또한 코어 튜브(1805)가 자석(1802, 1804)의 일부 아래에서 반경 방향으로 연장된다는 것을 의미한다. 실시형태는 길이 방향으로 자석(1802, 1804)의 길이의 25 % 내지 50 % 아래에서 반경 방향으로 연장되는 코어 튜브(1805)를 포함한다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 실시형태를 실행하기에 적합한 장치(2000)의 다른 실시형태의 단면도가 도시되어 있다. 도 20에 도시된 것은 자석(2002, 2004), 강자성 코어 튜브(2005), 강자성 스페이서(2022), 전기자(2008), 갭(2030)을 갖는 강자성 스페이서(2028), 및 채널 갭(2024, 2026)을 갖는 장치(2000)의 단면도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 스페이서(2022)는 스페이서(2028)의 일부가 자석(2002, 2004)으로부터 반경 방향 내측에 있도록 스페이서(2028)와 길이 방향으로 대략 동일한 길이를 갖는다. 도 20에 도시된 실시형태에서, 채널 갭(2024, 2026)은 각기 코어 튜브(2005)의 외측 반경 방향 표면(즉, 션트 또는 채널에 의해 생성됨)과 자석(2002, 2004)의 내측 반경 방향 표면 사이의 공간에 의해 형성된다는 것을 이해해야 한다. 채널 갭(2024, 2026)은, (예를 들어, 코어 튜브(2005)의 외측 반경 방향 표면에 대해 5도 내지 60도로) 각진 표면들(2032, 2034)을 따라 감소하고 각진 표면(2036, 2038)을 따라 증가하는 코어 튜브(2005)의 외측 반경 방향 직경에 의해 생성된다. 채널 갭(2024, 2026)의 실시형태는 코어 튜브(2005)의 반경 방향 외측 표면을 둘러싸는 채널이 형성되도록 자석(2002, 2004)으로부터 반경 방향 내측에 있는 코어 튜브(2005)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 두께(즉, 코어 튜브(2005)의 외측 반경 방향 표면과 채널 갭(2024, 2026)의 반경 방향 외측 표면 사이의 거리)는 코어 튜브(2005)의 벽 두께보다 작다는 것을 이해해야 한다. 즉, 채널 갭(2024, 2026)은 코어 튜브(2005)의 내부와 외측 사이에 통로를 생성하지 않는다. 오히려, 코어 튜브(2005)의 일부는 자석(2002, 2004)으로부터 반경 방향 안쪽에서 유지된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 채널 갭(2024, 2026)은 자석(2002, 2004)과 길이 방향으로 동일한 길이를 갖지 않는다. 따라서, 코어 튜브(2005)의 일부는 자석(2002, 2004)으로부터 반경 방향 안쪽으로 연장된다. 실시형태는 채널 갭(2024, 2026)이 자석(2002, 2004)과 길이 방향으로 동일한 길이를 갖는 구성을 포함하며, 이로써 채널 갭(2024)이 자석(2002)과 동일하게 확장되고 채널 갭(2026)이 자석(2004)과 동일하게 확장된다는 것을 이해해야 한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 채널 갭(2024, 2026)은 스페이서(2028)의 반경 방향 내측에 그리고 이에 인접하게 위치하지만, 실시형태는 길이 방향에서 스페이서(2028)로부터 이격된 채널 갭(2024, 2026)을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 코어 튜브(2005)는 코어 튜브(2005)의 구조적 무결성을 유지하고 코어 튜브(2005)가 더 높은 내부 코어 압력을 유지하는 능력을 유지하는데 도움이 되는 강자성 또는 강철 재료의 단일 피스로 형성된다.

도 20에 도시된 전기자(2008)는 코일(2006)에 대해 센터링된 위치에 있다. 전기자는 철 재료로 만들어지며 코어 튜브(2005)의 길이 방향 축(2009)을 통해 양방향으로 이동할 수 있다. 전기자(2008)의 이동은 단부들(2040, 2042)에 의해서 제한된다.

이제, 도 21을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시형태를 실행하는데 사용하기에 적합한 장치의 대안적인 실시형태의 단면도의 예시적인 실시형태가 도시되어 있다. 도 21에는 자석(2102, 2104), 권취 코일(2106), 강자성 스페이서(2122), 강자성 스페이서(2128), 갭(2124, 2126), 강자성 단부(2116, 2118) 및 전기자(2108)를 갖는 장치(2100)가 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 강자성 스페이서(2128)는 강자성 스페이서(2128)의 외측 반경 방향 표면으로부터 강자성 스페이서(2128)의 반경 방향 내측 표면까지 연장하는 갭(2130)을 포함한다. 이 실시형태에서, 갭(2124, 2126)은 자석(2102, 2104)과 길이 방향(2109)으로 동일한 길이를 갖는 것을 이해해야 한다. 그러나, 실시형태는 자석(2102, 2104)과 길이 방향으로 동일한 길이를 갖거나 동일하게 확장되지 않은 갭(2124, 2126)을 포함한다는 것을 또한 이해해야 한다. 장치(2100)의 실시형태에서, 전류가 권취 코일(2106)을 통과하며, 이로써 코어 튜브(2105)의 길이 방향 축(2109)을 통해 전기자(2108)를 가압하거나 이동시키도록 동작 가능한 자속을 생성하도록, 권취 코일이 동작 가능하다. 권취 코일(2106)을 통과하는 전류에 의해 생성된 자속은 동심 라인(2125)으로 도시된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 전류가 코일(2106)을 통과할 때, 자속이 생성되고 자석(2102, 2104), 강자성 스페이서(2128, 2122), 코어 튜브(2105), 전기자(2108) 및 갭(2124, 2126)의 일부를 통과한다. 갭(2124, 2126)의 일부는 자속이 통과하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 즉, 동심 라인(2125)은 갭(2124, 2126) 내로 부분적으로만 연장된다.

코일(2106)은 자석(2124, 2126) 및 스페이서(2128)의 길이 방향의 중앙에 위치하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 코일(2106)은 코일(2106)이 주로 자석(2106)의 반경 방향 외측에 및 스페이서(2128)의 우측에 위치하도록 위치된다. 이 실시형태에서, 전류가 코일(2106)을 통과할 때, 전기자(2108)의 이동에 의해 생성되는 힘은 코일(2106)이 위치하는 방향에서 더 크다. 즉, 도 21에 도시된 실시형태는 오른쪽 방향에서 더 큰 힘을 제공한다. 마찬가지로, 실시형태는 전기자(2108)의 좌측에 대한 반대 방향으로의 이동에 의해 더 큰 힘이 생성될 수 있도록 자석(2104)의 반경 방향 외측에 주로 위치되는 코일(2106)을 포함한다.

임의의 하나의 실시형태와 관련하여 설명된 임의의 특징이 다른 실시형태의 하나 이상의 특징과 함께 또는 조합되어 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 개시된 실시형태는 모든 면에서 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주된다. 또한, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 위에서 설명되지 않은 등가물 및 수정이 사용될 수도 있다.

Claims (26)

1. 솔레노이드 어셈블리로서,
   (a) 길이 방향 축을 따라 연장되는 코어 튜브로서, 상기 코어 튜브는, 제1 대향 단부를 갖는 제1 강자성 단부 섹션, 제2 대향 단부를 가지며 상기 제1 강자성 단부 섹션으로부터 길이 방향으로 이격된 제2 강자성 단부 섹션, 제1 대향 단부에 인접한 제1 비강자성 섹션, 상기 제2 대향 단부에 인접한 제2 비강자성 섹션, 및 상기 제1 비강자성 섹션과 상기 제2 비강자성 섹션의 길이 방향 중간에 있는 제1 강자성 스페이서를 갖는, 코어 튜브;
   (b) 상기 코어 튜브 외측에 위치하는 제1 자석 및 제2 자석으로서, 상기 제1 자석은 상기 제2 자석으로부터 길이 방향 축을 따라 이격되고, 제2 강자성 스페이서가 상기 제1 자석과 상기 제2 자석의 길이 방향 중간에 있고, 상기 제1 비강자성 섹션은 상기 제1 자석의 반경 방향 내측에 있고, 상기 제2 비강자성 섹션은 상기 제2 자석의 반경 방향 내측에 있으며, 상기 제1 강자성 스페이서는 상기 제2 강자성 스페이서의 반경 방향 내측에 있는, 제1 자석 및 제2 자석; 및
   (c) 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 반경 방향 외측에 배치된 여자 코일;
   을 포함하고, 그리고
   상기 코어 튜브의 상기 제1 강자성 단부 섹션의 제1 부분이, 길이 방향으로 상기 제1 자석의 단부와 동일한 위치에 있는 상기 제1 비강자성 섹션과 접촉하며, 상기 코어 튜브의 상기 제1 강자성 단부 섹션의 제2 부분이, 상기 제1 비강자성 섹션의 일부의 반경 방향 아래에 놓이도록, 상기 제1 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 상기 제1 강자성 단부 섹션의 상기 제1 대향 단부와 접촉하는,
   솔레노이드 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 강자성 스페이서는 상기 제2 강자성 스페이서와 동일한 길이 방향 위치에 위치하는, 솔레노이드 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 근위 극들이 유사한, 솔레노이드 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 상기 제1 강자성 단부 섹션의 상기 제1 대향 단부와 접촉하는, 솔레노이드 어셈블리.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 상기 제2 강자성 단부 섹션의 상기 제2 대향 단부와 접촉하는, 솔레노이드 어셈블리.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 코어 튜브의 상기 제2 강자성 단부 섹션의 일부가 상기 제2 비강자성 섹션의 일부의 반경 방향 아래에 놓이도록 상기 제2 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 상기 제2 강자성 단부 섹션의 상기 제2 대향 단부와 접촉하는, 솔레노이드 어셈블리.
8. 제1항에 있어서, 상기 코어 튜브는 밀봉된 내측 표면을 갖는, 솔레노이드 어셈블리.
9. 제1항에 있어서, 상기 코어 튜브는 유체 기밀 밀봉된 내측 표면을 갖는, 솔레노이드 어셈블리.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석은 상기 코어 튜브를 슬라이드 가능하게 수용하는, 솔레노이드 어셈블리.
11. 제1항에 있어서, 상기 여자 코일은 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석을 슬라이드 가능하게 수용하는, 솔레노이드 어셈블리.
12. 제1항에 있어서, 상기 코어 튜브 내에 슬라이드 가능하게 배치된 강자성 전기자를 더 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
13. 제1항에 있어서, 상기 코어 튜브 내에서 슬라이딩 가능하게 배치된 강자성 전기자를 더 포함하고, 상기 강자성 전기자는 푸시-풀 로드에 의해 운반되고, 제1 베어링은 상기 푸시-풀 로드와 상기 제1 강자성 단부 섹션 사이에 위치되고, 제2 베어링은 상기 푸시-풀 로드와 상기 제2 강자성 단부 섹션 사이에 위치하여 작용 캐비티를 형성하고, 상기 작용 캐비티는 유체의 체적을 유지하는, 솔레노이드 어셈블리.
14. 제13항에 있어서, 상기 유체의 체적은 액체 및 기체 중 하나인, 솔레노이드 어셈블리.
15. 제1항에 있어서, 상기 여자 코일은 단일 여자 코일로 구성되고, 상기 단일 여자 코일은 제1 극성을 갖는 제1 자기장 및 제2 극성을 갖는 제2 자기장을 생성하도록 동작 가능한, 솔레노이드 어셈블리.
16. 제1항에 있어서, 상기 제1 비강자성 섹션 및 상기 제1 자석의 일부는 길이 방향 축을 따라 공통 위치를 점유하는, 솔레노이드 어셈블리.
17. 제1항에 있어서, 상기 제2 비강자성 섹션 및 상기 제2 자석의 일부는 길이 방향 축을 따라 공통 위치를 점유하는, 솔레노이드 어셈블리.
18. 제1항에 있어서, 상기 코어 튜브 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 강자성 전기자를 더 포함하고, 상기 강자성 전기자는 푸시/풀 로드에 의해 운반되고, 제1 베어링은 상기 푸시/풀 로드와 제1 강자성 단부 섹션 사이에 위치되고 제2 베어링은 상기 푸시/풀 로드와 상기 제2 강자성 단부 섹션 사이에 위치하여 작용 캐비티를 형성하고 상기 작용 캐비티는 가스성 매체의 체적을 유지하는, 솔레노이드 어셈블리.
19. 제1항에 있어서, 상기 여자 코일은 펄스 폭 변조 신호에 의해 동작될 수 있는, 솔레노이드 어셈블리.
20. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드에 의해 생성된 힘은 상기 여자 코일로의 입력 전류 신호에 비례하는, 솔레노이드 어셈블리.
21. 제1항에 있어서, 상기 제1 강자성 스페이서는 상기 제1 강자성 스페이서의 반경 방향 외측 표면으로부터 상기 제1 강자성 스페이서의 반경 방향 내측 표면까지 연장되는 갭을 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
22. 제1항에 있어서, 상기 제1 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 반경 방향 외측 표면과 상기 제1 자석의 반경 방향 내측 표면 간의 갭을 형성하는 채널에 의해 형성되고, 상기 제2 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 반경 방향 외측 표면과 상기 제2 자석의 반경 방향 내측 표면 간의 갭을 형성하는 채널에 의해 형성되는, 솔레노이드 어셈블리.
23. 제1항에 있어서, 상기 제1 강자성 단부 섹션, 상기 제2 강자성 단부 섹션, 상기 제1 비강자성 섹션 및 상기 제2 비강자성 섹션을 갖는 상기 코어 튜브는 단일 일체형 피스를 포함하는, 솔레노이드 어셈블리.
24. 제1항에 있어서, 상기 제1 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브, 상기 제1 자석 및 상기 제1 강자성 스페이서 간의 제1 공간에 의해 형성되는 제1 갭이고, 상기 제2 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브, 상기 제2 자석 및 상기 제1 강자성 스페이서 간의 제2 공간에 의해 형성되는 제2 갭인, 솔레노이드 어셈블리.
25. 솔레노이드 어셈블리로서,
    (a) 길이 방향 축을 따라 연장하는 비강자성 섹션을 포함하는 코어 튜브;
    (b) 상기 코어 튜브 외측에 위치한 제1 자석 및 제2 자석으로서, 상기 제1 자석은 상기 제2 자석으로부터 길이 방향 축을 따라 이격되고, 제2 강자성 스페이서가 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 길이 방향 중간에 있고, 상기 비강자성 섹션은 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 반경 방향 내측에 있고, 상기 비강자성 섹션은 상기 제2 강자성 스페이서의 반경 방향 내측에 있는, 제1 자석 및 제2 자석; 및
    (c) 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 반경 방향 외측에 배치된 여자 코일;
    을 포함하고, 그리고
    상기 코어 튜브의 강자성 단부 섹션의 제1 부분이, 길이 방향으로 상기 제1 자석의 단부와 동일한 위치에 있는 비강자성 섹션과 접촉하며, 상기 코어 튜브의 강자성 단부 섹션의 제2 부분이, 상기 비강자성 섹션의 일부의 반경 방향 아래에 놓이도록, 상기 비강자성 섹션은 상기 코어 튜브의 강자성 단부 섹션의 대향 단부와 접촉하고,
    상기 코어 튜브는 공기 갭을 포함하는 제1 강자성 스페이서를 포함하고,
    상기 공기 갭은, 상기 코어 튜브의 반경방향 외측 표면으로부터 상기 제2 강자성 스페이서의 반경방향 내측 표면까지로 정의되고,
    상기 공기 갭은, 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석으로부터 길이 방향으로 이격되는,
    솔레노이드 어셈블리.
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