KR102542672B1

KR102542672B1 - 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법

Info

Publication number: KR102542672B1
Application number: KR1020210055082A
Authority: KR
Inventors: 박상현; 김택승; 김동은; 나상민; 배언수; 안병준
Original assignee: 인지컨트롤스 주식회사
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2023-06-14
Also published as: KR20220147937A

Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법으로서, 전원의 인가에 따라 전자기력에 의해 직선 이동하는 솔레노이드 부재의 일측에 위치하여 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하며 배출포트를 개폐하는 밸브의 이동위치를 센싱하고, 상기 밸브가 제1 지점 또는 제2 지점과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 밸브의 이동위치에 따른 구간 별로 밸브의 이동 속도를 조절하도록 제어한다.

Description

솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법{CONTROL SYSTEM FOR IMPACT DECREASE IN CASE OF OPERATING SOLENOID VALVE AND CONTROL METHOD USING THEREOF}

본 발명은 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법으로서, 더욱 상세하게는 솔레노이드에 의해 작동하는 밸브가 배출포트를 개폐할 때 발생되는 충격을 저감 시키기 위해 밸브의 이동 위치에 따라 속도가 조절되도록 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 솔레노이드 밸브는 전자석의 흡입력에 의해 그 유로의 방향을 전환하거나 유량을 조절하는 밸브의 일종으로, 공작기계 내지는 각종 기계장치의 유압 또는 공기압 제어 등에 이용되고, 상기 전자석의 흡입 작동을 전자스위치에 의해 원격으로 조작할 수 있으며, 회로를 무부하로 한다든지 시퀀스 작용 등을 자동으로 할 수 있다.

이러한 솔레노이드 밸브는 내부에 구비된 밸브 부재를 이동시켜 밸브 부재와 포트 사이의 출입구를 변환시킴으로써 유로의 방향을 전환하거나 유량을 조절하도록 구성된다.

한편, 솔레노이드 밸브의 작동 과정에서 밸브 부재 이동할 때 밸브가 포트 주변과 맞닿으며 충격 및 소음이 발생될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 아래와 같은 종래기술들이 개시되어 있다.

(종래기술 1) 한국 등록특허 제10-2157830호(전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브)는 유입구를 개방 또는 폐쇄하는 밸브 구조체를 포함하고, 밸브 구조체는 일 방향으로 연장된 밸브 몸체와 밸브 몸체의 타단에 결합된 댐퍼로 구성되어 상기 밸브 구조체의 이동 시 코어와의 접촉에 의해 발생하는 진동 및 소음을 방지하고 있다.

(종래기술 2) 한국 등록특허 제10-1918532호(솔레노이드 밸브)는 자기장에 의해 왕복운동을 하는 플런져를 포함하고, 상기 플런저가 이동할 때 발생하는 작동공간의 체적변화량이 환형홈의 체적보다 크게 형성될 경우 작동공간에 충전된 오일에 의해 댐핑 효과가 발생하고, 이러한 원리에 따라 플런저가 하강하는 과정에서 케이스와의 접촉에 의한 충격 및 소음을 방지하고 있다.

그러나, 상술한 종래기술들에서 사용된 댐퍼는 기계적 반복운동에 의해 부품이 마모될 경우 충분한 댐핑 효과를 얻을 수 없어, 부품을 교체해야 하는 문제가 발생한다.

한국 등록특허 제10-2157830호(전자제어 현가장치용 솔레노이드 밸브) 한국 등록특허 제10-1918532호(솔레노이드 밸브)

본 발명의 과제는 상술한 종래 기술이 가진 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 솔레노이드 밸브 내에 댐퍼를 사용하지 않으면서 밸브가 이동할 때 하우징 내에서 발생되는 충격 및 소음을 방지하기 위해 코어에 흐르는 전류를 제어하여 밸브의 이동속도를 조절할 수 있는 제어 시스템 및 제어 방법을 제시하고자 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템은, 유입포트와 배출포트를 적어도 하나 이상 구비한 하우징; 상기 하우징에 구비되며, 전원의 인가에 따라 발생된 전자기력에 의해 직선 이동하는 솔레노이드 부재; 상기 솔레노이드 부재의 일측에 위치하고, 상기 솔레노이드 부재에 의해 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하며 상기 배출포트 가운데 적어도 하나를 선택적으로 개폐하는 밸브; 및 상기 밸브가 제1 지점 또는 제2 지점과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 상기 밸브의 이동위치에 따라 상기 밸브의 이동 속도를 조절하는 제어부;를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전원이 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되는 과정에서 상기 밸브가 제1 지점부터 제1 이동위치까지 이동하는 동안 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 밸브가 상기 제1 이동위치로 이동한 순간에 전류가 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제어부는, 상기 밸브가 상기 제1 이동위치부터 제2 이동위치까지 이동하는 동안 상기 제1 이동위치에서 감소된 전류가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제어부는, 상기 밸브가 상기 제2 이동위치로 이동한 순간에 전류가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제어부는, 상기 밸브가 상기 제2 이동위치부터 제2 지점까지 이동하는 동안 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제어부는, 상기 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기 보다 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류의 크기가 더 크도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 일 실시예에 따르면, 상기 솔레노이드 부재의 일측에는 상기 밸브의 이동 방향으로 탄성력이 작용하도록 탄성부재가 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전원이 ON 상태에서 OFF 상태로 전환되는 과정에서 상기 밸브가 제2 지점부터 제1 지점까지 이동하는 동안 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 밸브의 위치를 센싱할 수 있는 감지 센서가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 솔레노이드 부재의 타측에는 마그네틱 부재가 형성되고, 상기 마그네틱 부재와 대향되는 고정 위치에 홀센서가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법은, 전원의 인가에 따라 전자기력에 의해 직선 이동하는 솔레노이드 부재의 일측에 위치하여 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하며 배출포트를 개폐하는 밸브의 이동위치를 센싱하는 센싱단계; 및 상기 밸브가 제1 지점 또는 제2 지점과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 상기 밸브의 이동위치에 따른 구간 별로 상기 밸브의 이동 속도를 조절하는 제어단계;를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 전원이 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되는 과정에서 제1 지점부터 제1 이동위치까지의 구간에서는 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 밸브가 제1 이동위치로 이동한 순간에 전류가 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제1 이동위치부터 제2 이동위치까지의 구간에서는 상기 제1 이동위치에서 감소된 전류가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 밸브가 제2 이동위치로 이동한 순간에 전류가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제2 이동위치부터 제2 지점까지의 구간에서는 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 여기서, 상기 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기 보다 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류의 크기가 더 크도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 전원이 ON 상태에서 OFF 상태로 전환되는 과정에서 제2 지점부터 제1 지점까지의 구간에서는 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 전원 OFF 상태에서 ON 상태로 전환 시 밸브의 이동 속도를 구간 별로 구분하여 제어함으로써 밸브가 하우징 내 접촉되어 발생되는 충격 및 소음이 현저하게 저감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 전원 ON 상태에서 OFF 상태로 전환 시 전류를 천천히 제거함으로써 밸브가 하우징 내 접촉되어 발생되는 충격 및 소음이 현저하게 저감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 솔레노이드 밸브 내 별도의 댐핑 부재를 사용하지 않으므로, 부품의 마모로 인해 교체할 필요가 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 A-A' 라인을 따라 절단된 단면을 도시한 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 도면에서 밸브가 하측으로 이동한 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 설명하기 위해 밸브의 이동 위치에 따라 구분된 듀티비 그래프.
도 5는 종전 솔레노이드 밸브의 개폐 동작 시 음압 레벨을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 개폐 동작 시 음압 레벨을 나타낸 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A' 라인을 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 도면에서 밸브가 하측으로 이동한 상태를 도시한 단면도이다.

본 발명은 솔레노이드 밸브(100)의 작동 시 발생될 수 있는 충격을 저감시키기 위한 제어 시스템 및 제어 방법이다. 본 발명을 설명하기에 앞서 솔레노이드 밸브(100)의 구조에 대해 설명한다. 다만, 본 발명은 개폐 동작을 수행하는 어떠한 솔레노이드 밸브(100)의 구조에도 적용될 수 있으나, 본 명세서에서는 일 실시예의 솔레노이드 밸브(100)를 중심으로 본 발명을 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(100)는 유체의 흐름을 제어하는 것으로, 하우징(110)과, 솔레노이드 부재(200), 밸브 부재(300) 및 제어부(미도시)를 포함한다.

하우징(110)은 솔레노이드 밸브(100)의 외형을 형성하는 것으로, 유체가 유입되는 유입포트(113)와 유체가 배출되는 배출포트(114)를 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 여기서, 하우징(110)의 재질은 한정되지 않는다.

하우징(110)은 제1 하우징(111)과 제2 하우징(112)을 포함한다. 이처럼 하우징(110)이 제1 하우징(111)과 제2 하우징(112)으로 구비됨에 따라, 가공이 용이하고 하우징(110) 내부에 설치되는 각 부품들의 조립이 용이해지는 이점이 있다.

제1 하우징(111)은 내부에 설치 공간이 형성되고, 설치 공간에 솔레노이드 부재(200)의 상측 일부가 설치될 수 있다.

제2 하우징(112)은 제1 하우징(111)의 하부에 결합될 수 있다. 제2 하우징(112)의 일측에는 하나의 유입포트(113)가 형성되고, 타측에는 한 쌍의 배출포트(14a, 14b)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 배출포트(114)는 유입포트(113) 보다 상측에 배치된 제1 배출포트(14a)와, 유입포트(113) 보다 하측에 배치된 제2 배출포트(14b)를 포함할 수 있다. 다만, 유입포트(113)와 배출포트(114)의 개수 및 형성 위치는 제한이 없다.

솔레노이드 부재(200)는 하우징(110) 내부에 구비되며, 전자기력에 의해 직선 이동한다. 구체적으로, 솔레노이드 부재(200)는 제1 하우징(111)의 내부에 형성된 설치 공간에 상측 일단이 결합되고, 하측 일부가 제2 하우징(112)에 배치될 수 있다.

솔레노이드 부재(200)는 케이스(210)와, 코일(220)과, 승강로드(230)와, 코어(240) 및 플런져(250)를 포함할 수 있다.

케이스(210)는 하우징(110) 내에 일단이 고정되고, 하부에 개구부가 형성되며, 플런져(250), 코어(240) 및 승강로드(230)가 이동 가능하도록 공간이 형성된다. 케이스(210)는 안전을 위하여 절연성 재질로 형성될 수 있다.

코일(220)은 케이스(210)의 외주면을 감싸도록 형성되고, 내부로 전원이 공급됨에 따라 기자력을 발생시킨다. 이때, 하우징(110)의 내측에는 코일(220)과 연결된 전원단자가 설치되어 있어, 코일(220)은 전원단자를 통해 전원을 공급받을 수 있다.

승강로드(230)는 케이스(210)의 개구부를 통해 케이스(210)의 내부에 설치된다. 이때, 승강로드(230)의 하측 둘레에는 승강로드씰(235)이 구비된다. 이에 따라, 승강로드(230)의 이동시 승강로드씰(235)의 하부에서 상부로 유체가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 승강로드(230)의 하측에는 탄성부재(237)가 형성된다. 구체적으로, 탄성부재(237)의 일단은 승강로드(230)의 하부와 연결되고 타단은 고정된다.

코어(240)는 승강로드(230)의 일부를 감싸도록 형성되고, 코일(220)의 기자력에 의해 자화된다. 코어(240)의 상부 형상은 플런져(250)의 하부에 삽입 가능하게 형성된다.

플런져(250)는 코어(240)의 상부에 위치하고, 코일(220)의 기자력에 의해 자화된다. 플런져(250)의 하부는 코어(240)의 상부가 삽입 가능하도록 코어(240)의 상부 형상과 대응되는 형상을 가지고 함입되어 있다.

밸브 부재(300)는 솔레노이드 부재(200)의 하부에 배치되어 솔레노이드 부재(200)의 이동에 따라 함께 이동하는 것으로, 밸브로드(310) 및 밸브(320)를 포함한다.

밸브로드(310)는 솔레노이드 부재(200)의 하부에 연결된다. 따라서, 승강로드(230)의 이동에 따라 밸브로드(310)도 함께 이동할 수 있다.

밸브로드(310)에는 밸브(320)가 형성된다. 밸브(320)는 밸브로드(310)를 따라 제2 하우징(112) 내 위치한 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2) 사이를 이동하면서 배출포트(14a, 14b) 가운데 적어도 하나를 선택적으로 개폐할 수 있다. 밸브(320)는 상측에 위치한 상측 밸브판(321)과 하측에 위치한 하측 밸브판(324)을 포함한다. 구체적으로, 상측 밸브판(321)은 제1 배출포트(14a)의 개폐에 관여하고, 하측 밸브판(324)은 제2 배출포트(14b)의 개폐에 관여한다. 상측 밸브판(321)에는 상측 밸브씰(322)이 형성되고 하측 밸브판에는 하측 밸브씰(325)이 형성된다. 밸브씰(322, 325)은 탄성이 있는 고무 소재로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브는 PCB(400)를 더 포함할 수 있다. PCB(400)는 코일(220)로 인가되는 전류를 제어하며, 제1 하우징(111)에 상부에 배치된다. 참고로, PCB(400)가 코일(220)로 인가되는 전류를 제어하는 방식은 해당 분야의 당업자라면 용이하게 실시할 수 있는 공지의 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.

PCB(400)에는 솔레노이드 부재(200)의 상단에 있는 마그네트 부재(260)의 위치를 감지하는 홀센서(410)가 형성된다. 마그네트 부재(260)는 솔레노이드 부재(200)의 승강과 함께 이동위치가 변하는데, 홀센서(410)는 이러한 마그네트 부재(260)의 이동위치를 감지하는 것이다. 이러한 마그네트 부재(260)의 이동위치가 홀센서(410)에 의해 센싱되는 것은 밸브(320)의 위치가 파악된다는 의미와 같다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 홀센서(410)를 이용하여 밸브(320)의 위치를 파악하였으나, 밸브(320)의 위치를 파악할 수 있다면 변위센서 등 다양한 종류의 센서가 사용될 수 있다.

제어부는 밸브(320)가 제1 지점(P1) 또는 제2 지점(P2)과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 밸브(320)의 이동위치에 따라 밸브(320)의 이동 속도를 조절한다. 구체적인 제어부의 제어 과정에 대해서는 후술하기로 한다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 작동 과정을 설명한다.

도 2에는 코일(220)에 전원이 인가되지 않은 상태가 도시되어 있다. 이때, 플런져(250)와 코어(240)는 코일(220)에 의해 자회되지 않은 상태로서 서로 분리되어 있다. 한편, 승강로드(230)와 연결된 밸브로드(310) 역시 상측 방향으로 이동된 상태이고 상측 밸브판(321)은 제1 지점(P1)에 접촉되어 있는 상태이다. 그러면 유입포트(113)와 제2 배출포트(14b)는 서로 연통될 수 있다. 이때, 유입포트(113)에서 유입된 유체는 제2 배출포트(14b)를 통해 배출될 수 있다.

도 2의 상태에서 밸브(320)가 받는 힘의 관계를 살펴본다. 밸브(320)는 밸브(320) 아래로 흐르는 유체의 유체력(FQ)에 의해 상측 방향으로 힘을 받고 있는 상태이다.

도 3에는 코일(220)에 전원이 인가된 상태가 도시되어 있다. 도 2의 상태에서 전원이 공급되어 코일(220)에 전류가 흐르면 플런져(250)는 코일(220)에 의해 자화되어 전자기력을 받아 하측 방향으로 이동하다가 플런져(250)의 하부가 코어(240)의 상부와 결합하게 된다. 또한, 플런져(250)에 연결된 승강로드(230)는 탄성부재(237)의 탄성력을 극복하면서 하측 방향으로 이동한다. 한편, 승강로드(230)와 연결된 밸브로드(310) 역시 하측 방향으로 이동할 수 있고, 하측 밸브판(324)은 제2 지점(P2)에 접촉된다. 그러면 유입포트(113)와 제1 배출포트(14a)는 서로 연통될 수 있다. 이때, 유입포트(113)에서 유입된 유체는 제2 배출포트(14a)를 통해 배출될 수 있다.

도 2의 상태에서 도 3의 상태로 전환되는 과정에서 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 접촉하기 위한 초기 시점의 힘의 관계를 살펴본다. 상술한 바와 같이, 도 2의 상태에서 밸브(320)에는 상측 방향으로 유체력(F_Q)이 작용한다. 이후, 전원이 인가되어 전자기력(F_E)에 의해 밸브(320)가 하측으로 이동하는 경우 탄성부재(237)의 압축으로 인해 상측으로 탄성복원력(F_S)이 발생될 수 있다. 따라서, 밸브(320)가 제2 지점(P2)으로 이동하기 위해서는 전자기력(F_E)의 크기가 유체력(F_Q)과 탄성복원력(F_S)의 합력 보다 커야 한다.

한편, 밸브(320)가 제1 지점(P1)에서 떨어지기 시작하면 밸브(320) 위로 흐르는 유체에 의해 하측 방향으로도 유체력(F_Q)이 작용한다. 즉, 밸브(320)가 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)으로 이동하는 동안 유체력(FQ)은 밸브(320)의 상측 방향에서 점점 하측 방향으로 작용하게 된다.

이후, 코일(220)에 전원 인가가 해제되어 도 3의 상태에서 도 2의 상태로 전환되는 과정에서 밸브(320)가 제1 지점(P1)에 접촉하기 위한 초기 시점의 힘의 관계를 살펴본다. 도 3의 상태에서 밸브(320)에는 전자기력(F_E)이 발생되지 않고, 유체력(F_Q)이 하측 방향으로 작용하며, 압축된 탄성부재(237)의 탄성복원력(F_S)이 상측 방향으로 작용한다. 따라서, 밸브(320)가 제1 지점(P1)으로 이동하기 위해서는 탄성복원력(F_S)의 크기가 유체력(F_Q)의 크기 보다 커야 한다.

한편, 밸브(320)가 제2 지점(P2)에서 떨어지기 시작하면 밸브(320) 아래로 흐르는 유체에 의해 상측 방향으로도 유체력(F_Q)이 작용한다. 즉, 밸브(320)가 제2 지점(P2)에서 제1 지점(P1)으로 이동하는 동안 유체력(F_Q)은 밸브(320)의 하측 방향에서 점점 상측 방향으로 작용하게 된다.

한편, 상술한 전원 인가 및 해제에 따라 밸브(320)는 제2 하우징(112) 내 제1 지점(P1) 또는 제2 지점(P2)과 접촉하면서 충돌하게 되는데, 그러면 충돌로 인한 소음 등이 발생될 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 방지하기 위해 밸브(320)의 충돌 감소 제어를 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 설명하기 위해 밸브의 이동 위치에 따라 구분된 듀티비 그래프이다.

도 4에 도시된 그래프에는 전원이 OFF 상태에서 ON 상태로 전환 시에 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 저감 제어가 되기 전의 듀티(개선 전 듀티)와 충격 저감 제어가 적용된 듀티(개선 후 듀티)가 도시되어 있다. 현재 전원이 인가되지 않은 상태이므로 밸브(320)는 제1 지점(P1)에 접촉되어 있다. 한편, 전원 인가에 따라 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 완전히 접촉할 때 필요한 듀티를 Pickup Duty라 한다. 또한, 밸브(320)가 완전히 제2 지점(P2)에 접촉하기 위해 필요한 전류를 Pickup 전류라 한다.

우선, 전원 OFF 상태에서 ON 상태로 전환 과정에서 종전 솔레노이드 밸브 제어의 동작을 살펴보면, 전원 인가 시점부터 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 완전히 접촉할 때까지 Pickup Duty로 제어된다. 즉, 종전 솔레노이드 밸브의 제어에 따르면 전원 인가 시점부터 Pickup 전류가 코일(220)을 따라 흐르게 된다. 이때, 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 접촉한 시점은 제1 시점이다. 제1 시점 이후부터 밸브(320)의 (하강)동작 상태가 유지되도록 Hold Duty로 제어되고, 이때의 전류를 Hold 전류라 한다. 상술한 바와 같이, 종전 솔레노이드 밸브의 제어에 따르면 밸브(320)는 Pickup 전류의 크기에 해당하는 속도로 제2 지점(P2)에 접촉하면서 충격 및 소음이 발생된다.

반대로, 전원 ON 상태에서 OFF 상태로 전환 과정에서 종전 솔레노이드 밸브 제어의 동작을 살펴보면, 전원 공급이 갑자기 중단되므로 제2 지점(P2)에 있던 밸브(320)가 제1 지점(P1)으로 이동하다가 제1 지점(P1)에 접촉하면서 충격 및 소음이 발생된다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부의 제어 과정을 설명한다.

우선, 전원 OFF 상태에서 ON 상태로 전환 시 제어부는 밸브(320)가 제1 지점(P1) 부터 제2 지점(P2)까지 이동하는 동안 복수의 구간으로 구분되어 각 구간마다 별도의 제어 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 제어부는 밸브(320)가 제1 지점(P1)에서 제1 이동위치까지 이동하도록 코일(220)에 전류를 인가한다. 이 구간을 제1 구간(①)이라 한다. 이때, 제어부는 제1 구간(①)에서 전류가 선형적으로 서서히 증가하도록 제어한다. 여기서 제1 이동위치는 제2 지점(P2) 이전의 위치로서 미리 설정된 값이다. 전류의 크기를 고려하면 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기는 제2 지점(P2)에 접촉하기 위한 전류, 즉 Pickup 전류의 크기 보다 작다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기는 Pickup 전류의 크기 보다 대략 10% 정도 작으나 이에 한정되는 것은 아니며, 솔레노이드 밸브의 구조 및 설계 방식에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

제1 구간에서 전류의 크기가 서서히 증가하도록 제어되는 이유는 밸브(320)가 빠른 속도로 이동하는 경우 밸브(320)의 속도에 의해 제2 지점(P2)과 접촉하면서 충격이 발생될 수 있기 때문이다.

이후, 제어부는 밸브(320)가 제1 이동위치에서 제2 이동위치까지 이동하도록 코일(220)에 전류를 인가한다. 이 구간을 제2 구간(②)이라 한다. 제어부는 밸브(320)가 제1 이동위치에 도달한 제1 시점에 전류의 크기를 감소시킨다. 제어부는 제2 구간(②)을 Hold Duty로 제어하고 이때, 인가되는 Hold 전류는 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기 보다 작다. 제어부는 제2 구간(②)에서 코일(220)에 Hold 전류가 유지되도록 제어한다.

제2 구간에서 전류의 크기를 낮춘 이유는 밸브(320)의 속도를 떨어뜨려 제2 지점(P2)과의 충격을 최소화하기 위함이다. 한편, 상술한 바와 같이, 밸브(320)가 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)으로 이동하는 동안 탄성복원력(F_S)은 상측 방향으로 작용하고 유체력(F_Q)은 점점 하측 방향으로 작용할 수 있다. 제2 구간에서는 탄성복원력(F_S)의 크기 보다 유체력(F_Q)이 더 큰 구간으로 설정될 수 있고, 따라서 밸브(320)는 제2 구간에서 이러한 유체력(F_Q)에 의해 자연스럽게 하강할 수 있다.

이후, 제어부는 밸브(320)가 제2 이동위치에서 제2 지점(P2)까지 이동하도록 코일(220)에 전류를 인가한다. 이 구간을 제3 구간(③)이라 한다. 제어부는 밸브(320)가 제2 이동위치에 도달한 제2 시점에 전류의 크기를 증가시킨다. 제어부는 제3 구간(③)을 Pickup Duty로 제어하고 이때, 인가되는 Pickup 전류는 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기 보다 크다.

제3 구간에서 Pickup 전류를 공급한 이유는 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 완전히 접촉하게 하기 위함이다. 다만, 제3 구간(③)에서 Pickup 전류가 흐르더라도 종래보다 밸브(320)의 이동거리가 짧으므로 제2 지점(P2)과 접촉하면서 발생되는 충격 및 소음은 저감된다.

이후, 제어부는 제3 시점 즉, 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 완전히 접촉한 시점이 되면 전류를 낮춰 Hold 전류가 인가되도록 제어한다. 즉, 제4 구간(④) 부터는 밸브(320)가 제2 지점(P2)에 접촉한 상태를 유지하도록 Hold Duty로 제어된다.

한편, 상술한 바와 같이, 전원 ON 상태에서 OFF 상태로 전환 시 전원 공급이 갑자기 중단되면 밸브(320)가 제2 지점(P2)에서 제1 지점(P1)으로 급하게 이동하다가 접촉하면서 충격 및 소음이 발생된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 전원 공급을 갑자기 중단하지 않고, 전류를 서서히 낮춘다. 본 발명의 일 실시예에서 제어부는 전류가 서서히 낮아지도록 선형 제어를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 전원 ON 상태와 OFF 상태 전환 시에 밸브(320)의 이동 속도가 조절되므로 밸브(320)가 제1 지점(P1) 또는 제2 지점(P2)에 접촉하면서 발생되는 충격 및 소음이 저감된다.

한편, 밸브(320)가 제1 지점(P1), 제1 이동위치, 제2 이동위치 또는 제2 지점(P2)에 위치하고 있는지 여부는 홀센서(410)가 마그네틱 부재(260)의 위치를 센싱함으로써 미리 결정될 수 있다. 따라서, 제어부는 코일(220)에 전원이 ON 또는 OFF 될 때, 상기 홀센서(410) 및 마그네틱 부재(260)를 이용하여 실시간으로 밸브(320)의 위치를 센싱하여 밸브(320)가 현재 상기 제1 지점(P1) 내지 제2 지점(P2) 내 어느 위치에 있는지 파악될 수 있다.

도 5는 종전 솔레노이드 밸브의 개폐 동작 시 음압 레벨을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 개폐 동작 시 음압 레벨을 나타낸 그래프이다.

도 5 및 도 6은 유체부하가 없는 경우(X, X')와 유체부하가 있는 경우(Y, Y')에 밸브(320)가 제1 지점(P1)과 제2 지점(P2)에 차례로 2 번 이동했을 때 시간에 따른 음압 레벨(SPL dB)을 측정한 그래프이다. 이하, 각 측정 지점(a, b, c, d, e, f, g, h)에서의 측정 결과는 시간/음압레벨로 표기한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 종전 솔레노이드 밸브의 개폐 동작 시 음압 레벨을 살펴본다.

유체 부하가 없는 경우(X), a 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 1.92s/42.5 dB(SPL)이고, b 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 3.419s/41.42 dB(SPL) 이고 c 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 5.413s/41.66 dB(SPL)이며, d 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 7.072s/41.62 dB(SPL)이다.

또한, 유체 부하가 있는 경우(Y), e 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 11.21s/62.21 dB(SPL)이고, f 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 13.07s/50.99 dB(SPL)이고, g 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 14.83s/60.95 dB(SPL)이며, h 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 16.58s/51.09 dB(SPL)이다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 개폐 동작 시 음압 레벨을 살펴본다.

유체 부하가 없는 경우(X'), a' 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 2.155s/36.67 dB(SPL)이고, b' 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 4.235s/35.81 dB(SPL)이고, c' 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 6.352s/37.4 dB(SPL)이며, d' 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 8.437s/33.94 dB(SPL)이다.

또한, 유체 부하가 있는 경우(Y'), e' 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 11.84s/39.06 dB(SPL)이고, f' 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 13.82s/41.96 dB(SPL)이고, g' 지점(제1 지점에서 제2 지점 접촉)에서의 측정 결과는 16.66s/43.07 dB(SPL)이며, h' 지점(제2 지점에서 제1 지점 접촉)에서의 측정 결과는 18.63s/39.66 dB(SPL)이다.

도 5 및 도 6에서 a 지점과 a' 지점을 비교해 본다. 밸브(320)가 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)에 도달하는 시간은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법이 약간 길다. 그 이유는 상술한 바와 같이, 종전의 솔레노이드 밸브 제어에서는 제1 구간에 전원이 모두 공급되나, 본 발명의 일 실시예에서는 제3 구간에서 밸브(320)의 이동이 완료되기 때문이다. 한편, 음압 레벨의 경우, 종전의 솔레노이드 밸브 제어에서는 음압 레벨이 42.5 dB(SPL)이나, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 제어에서는 36.67 dB(SPL) 로 음압 레벨의 크기가 저하됨을 알 수 있다.

다른 지점들(b 지점과 b' 지점, c 지점과 c' 지점 등)에서의 측정 결과를 비교하여도, 상술한 a 지점과 a' 지점에서의 측정 결과 해석과 유사함을 알 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법은 전원의 인가에 따라 전자기력에 의해 직선 이동하는 솔레노이드 부재의 일측에 위치하여 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하며 배출포트를 개폐하는 밸브의 이동위치를 센싱하는 센싱단계; 및 상기 밸브가 제1 지점 또는 제2 지점과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 상기 밸브의 이동위치에 따른 구간 별로 상기 밸브의 이동 속도를 조절하는 제어단계;를 포함한다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법은 상술한 제어부의 제어 동작과 같으므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100 : 솔레노이드 밸브 110 : 하우징
111 : 제1 하우징 112 : 제2 하우징
113 : 유입포트 114 : 배출포트
200 : 솔레노이드 부재 210 : 케이스
220 : 코일 230 : 승강로드
235 : 승강로드씰 237 : 탄성부재
240 : 코어 245 : 이동제한부
250 : 플런져 260 : 마그네틱 부재
300 : 밸브부재 310 : 밸브로드
320 : 밸브 321 : 상측 밸브판
322 : 상측 밸브씰 324 : 하측 밸브판
325 : 하측 밸브씰 400 : PCB
410 : 홀센서

Claims

유입포트와 배출포트를 적어도 하나 이상 구비한 하우징;
상기 하우징에 구비되며, 전원의 인가에 따라 발생된 전자기력에 의해 직선방향으로 탄성 이동하는 솔레노이드 부재;
상기 솔레노이드 부재의 일측에 위치하고, 상기 솔레노이드 부재에 의해 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하며 상기 배출포트 가운데 적어도 하나를 선택적으로 개폐하는 밸브; 및
상기 밸브가 제1 지점 또는 제2 지점과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 상기 밸브의 이동위치에 따라 상기 밸브의 이동 속도를 조절하는 제어부;를 포함하고,
상기 전원이 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되는 과정에서,
상기 제어부는,
상기 밸브가 제1 지점부터 제1 이동위치까지 이동하는 동안 상기 전원에서 공급되는 전류를 서서히 증가시키고, 상기 밸브가 상기 제1 이동위치로 이동한 순간에 전류를 감소시키며, 상기 밸브가 상기 제1 이동위치부터 제2 이동위치까지 이동하는 동안 상기 제1 이동위치에서 감소된 전류를 유지하도록 제어하며,
상기 솔레노이드 부재의 상측 방향으로 작용하는 탄성 복원력보다 상기 밸브 위로 흐르는 유체에 의해 하측 방향으로 작용하는 유체력이 큰 것을 특징으로 하는,
솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 밸브가 상기 제2 이동위치로 이동한 순간에 전류가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 밸브가 상기 제2 이동위치부터 제2 지점까지 이동하는 동안 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기 보다 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류의 크기가 더 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 솔레노이드 부재의 일측에는 상기 밸브의 이동 방향으로 탄성력이 작용하도록 탄성부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 전원이 ON 상태에서 OFF 상태로 전환되는 과정에서 상기 밸브가 제2 지점부터 제1 지점까지 이동하는 동안 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브의 위치를 센싱할 수 있는 감지 센서가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 솔레노이드 부재의 타측에는 마그네틱 부재가 형성되고, 상기 마그네틱 부재와 대향되는 고정 위치에 홀센서가 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 시스템.
전원의 인가에 따라 전자기력에 의해 직선방향으로 탄성 이동하는 솔레노이드 부재의 일측에 위치하여 제1 지점과 제2 지점 사이를 이동하며 배출포트를 개폐하는 밸브의 이동위치를 센싱하는 센싱단계; 및
상기 밸브가 제1 지점 또는 제2 지점과 접촉되어 발생되는 충격을 방지하도록 상기 밸브의 이동위치에 따른 구간 별로 상기 밸브의 이동 속도를 조절하는 제어단계;를 포함하고,
상기 전원이 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되는 과정 중,
상기 제어단계에서,
상기 밸브가 제1 지점부터 제1 이동위치까지 이동하는 동안 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 증가되고, 상기 밸브가 상기 제1 이동위치로 이동한 순간에 전류가 감소되며, 상기 밸브가 상기 제1 이동위치부터 제2 이동위치까지 이동하는 동안 제1 이동위치에서 감소된 전류가 유지되도록 제어되며,
상기 솔레노이드 부재의 상측 방향으로 작용하는 탄성 복원력보다 상기 밸브 위로 흐르는 유체에 의해 하측 방향으로 작용하는 유체력이 큰 것을 특징으로 하는,
솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법.
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삭제
제 12 항에 있어서,
상기 밸브가 제2 이동위치로 이동한 순간에 전류가 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 제2 이동위치부터 제2 지점까지의 구간에서는 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제1 이동위치까지 증가된 전류의 크기 보다 상기 제2 이동위치에서 증가된 전류의 크기가 더 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 전원이 ON 상태에서 OFF 상태로 전환되는 과정에서 제2 지점부터 제1 지점까지의 구간에서는 상기 전원에서 공급되는 전류가 서서히 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 작동 시 충격 저감 제어 방법.