KR19980057738A - 푸시풀 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 푸시풀 솔레노이드(PUSH-PULL SOLENOID)에 관한 것으로, 특히 가동부의 양측에 동일 극성의 한쌍의 영구자석을 면대항시켜 일체로 구비한 구조에 의해 여자 전자(電磁) 코일에 의한 가동부의 이동력에 일측자석에 의한 흡인력과 타측자석에 의한 반발력이 부가되는 푸시풀 방식으로 가동부를 이동시켜 소형에서 저소비전력으로 큰이동력을 발생할 수 있는 고속 푸시풀 솔레노이드에 관한 것이다.

본 발명은 자성체 보빈에 전자코일이 권선되어 전류의 인가방향에 따라 상기 보빈의 양측단부에 형성되는 자극이 반전되는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있는 가동부와, 상기 가동부의 솔레노이드 외부로 연장된 양측 단부에 위치설정되며 서로 동일한 극성으로 면대향하도록 배치된 제1 및 제2 영구자석으로 구성되어, 상기 솔레노이드의 양측단에 형성되는 자극과 상기 제1 및 제2 영구자석 사이에 서로 동일방향의 흡인력과 반발력이 형성되어 상기 가동부를 푸시풀 방식으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

푸시풀 솔레노이드

본 발명은 푸시풀 솔레노이드(PUSH-PULL SOLENOID)에 관한 것으로, 특히 가동부의 양측에 동일 극성의 한쌍의 영구자석을 면대항시켜 일체로 구비한 구조에 의해 여자 전자(電磁) 코일에 의한 가동부의 이동력에 일측자석에 의한 흡인력과 타측자석에 의한 반발력이 부가되는 푸시풀 방식으로 가동부를 이동시켜 소형에서 저소비전력으로 큰 이동력을 발생할 수 있는 고속 푸시풀 솔레노이드에 관한 것이다.

일반적으로 실린더형 코일 또는 솔레노이드에는 전자코일에 전류가 흐르는 경우 솔레노이드의 내부로 흡인력이 발생된다. 이러한 원리를 이용한 전자기 부품에는 솔레노이드 액튜에이터를 비롯하여 릴레이, 솔레노이드 밸브 등이 다수 개발되어 있다.

도 1에는 이러한 솔레노이드의 전형적인 일예가 도시되어 있다. 도 1에서 부재번호 1은 자석으로 이루어진 가동부(또는 플런저), 3은 리턴 스프링, 5는 철계 보빈, 7은 전자 코일을 나타낸다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 솔레노이드는 전자 코일(7)에 전류가 공급되어 흐르는 경우 전자 코일(7)의 내부로 흡인력(F)이 좌에서 우측 방향으로 발생된다. 그 결과 가동부(1)는 리턴 스프링(3)을 압축하면서 우측으로 변위된다. 그후 전자 코일(3)에 대한 전류가 차단되면 가동부(1)는 리턴 스프링(3)의 복원력에 의해 좌측의 원래 위치로 복귀된다.

이러한 솔레노이드는 릴레이, 솔레노이드 밸브 등의 많은 분야에 적용되고 있으며, 그 응용분야로는 다양한 가전제품, 산업기기의 스위치 전환장치, 밸브 전환장치, 개폐기 등이 있다.

그런데 상기한 종래의 솔레노이드 구조는 솔레노이드에 인가되는 구동전류와 보빈의 재질 등에 따라 플런저의 작동속도 및 작동효율이 결정되는 한계를 안고 있다.

따라서 각종 첨단 전자기기의 개발에 맞추어 극소형화 및 박형화가 시도되고 있으나 플런저를 구동시키는 기본 원리적인 면에서는 큰 발전이 없으며, 보다 극소형의 전자 스위치 또는 솔레노이드 밸브의 개발을 위해서는 새로운 개념에 기초한 초소형으로 고효율, 고속의 새로운 솔레노이드 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 가동부의 양측에 동일 극성의 한쌍의 영구자석을 면대항시켜 일체로 구비한 구조에 의해 전자 코일에 의한 가동부의 이동력에 일측자석에 의한 흡인력과 타측자석에 의한 반발력이 부가되는 푸시풀 방식으로 가동부를 이동시켜 소형에서 저소비전력으로 큰이동력을 발생할 수 있는 고속 푸시풀 솔레노이드를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 솔레노이드 구조를 보여주는 개략 구성도,

도2(가) 및 (나)는 본 발명에 따른 푸시풀 솔레노이드의 작동원리를 보여주는 동작 상태도,

도3은 본 발명의 푸시풀 솔레노이드를 전자개폐기용 가동부에 적용한 예를 보여주는 개략 구성도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 ; 보빈 13 ; 전자코일

15 ; 가동부 17, 19 ; 영구자석

20 ; 솔레노이드 25 ; 메인 솔레노이드

27 ; 보조 솔레노이드 31, 33 ; 요홈

35 ; 제2전자코일 37 ; 제2보빈

39 ; 제2가동부 41 ; 극성반전회로

43 ; 밧데리

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자성체 보빈에 전자코일이 권선되어 전류의 인가방향에 따라 상기 보빈의 양측단부에 형성되는 자극이 반전되는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있는 가동부와, 상기 가동부의 솔레노이드 외부로 연장된 양측 단부에 위치설정되며 서로 동일한 극성으로 면대향하도록 배치된 제1 및 제2 영구자석으로 구성되어, 상기 솔레노이드의 양측단에 형성되는 자극과 상기 제1 및 제2 영구자석 사이에 서로 동일방향의 흡인력과 반발력이 형성되어 상기 가동부를 푸시풀 방식으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 푸시풀 솔레노이드를 제공한다.

한편 또다른 본 발명에 따르면 전류의 인가방향에 따라 보빈의 양측단부에 형성되는 자극이 반전되는 제1솔레노이드와, 상기 제1솔레노이드 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 쇄정장치를 록킹 또는 언록킹 상태로 설정하는 록킹부재와, 상기 록킹부재의 제1솔레노이드 외부로 연장된 양측 단부에 서로 동일한 극성으로 면대향하도록 배치된 제1 및 제2 영구자석과, 상기 제1솔레노이드가 작동하는 경우에만 연동하여 가동부가 상기 록킹부재에 형성된 제1 또는 제2 정지홈에 결합된 상태를 해제하기 위한 보조 록킹수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 개폐기를 제공한다.

전자 개폐기에서 상기 제1 및 제2 정지홈 사이의 거리는 상기 록킹부재의 행정거리와 동일하게 설정된다.

또한 상기 보조 록킹수단은 상기 제1솔레노이드와 병렬접속된 제2솔레노이드와, 상기 제2솔레노이드에 의해 상기 록킹부재의 록킹상태를 해제하는 가동부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 제1솔레노이드에 인가되는 전류의 극성을 반전시키기 위한 극성반전회로를 더 포함한다.

상기한 바와같이 본 발명에 있어서는 솔레노이드를 관통하여 슬라이드 되는 가동부의 양측에 동일 극성의 한쌍의 영구자석을 면대항시켜 일체로 구비함에 의해 여자 전자 코일에 의한 가동부의 이동력에 일측자석에 의한 흡인력과 타측자석에 의한 반발력이 부가되어 가동부는 푸시풀 방식으로 이동된다. 그 결과 소형에서 저소비전력으로 큰 이동력을 발생할 수 있는 고속의 푸시풀 솔레노이드가 얻어진다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 2(가) 및 (나)는 본 발명에 따른 푸시풀 솔레노이드의 작동원리를 보여주는 동작 상태도, 도 3은 본 발명의 푸시풀 솔레노이드를 전자개폐기용 가동부에 적용한 예를 보여주는 개략 구성도이다.

먼저 도 2를 참고하면, 본 발명의 푸시풀 솔레노이드는 예를들어 철계금속으로 이루어진 보빈(또는 코어)(11)에 전자코일(13)이 권선되어 솔레노이드를 구성하며, 상기 보빈(11) 내부에 좌/우로 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있는 가동부(15)에는 양측에 동일 극성을 갖는 제1 및 제2 영구자석(17, 19)이 면대향되어 매입되어 있다.

이하에 상기와 같이 구성된 본 발명의 솔레노이드의 작용을 상세하게 설명한다.

예를들어 도 2(가)와 같이 매입되어 있는 제1 및 제2 영구자석(17, 19)의 면대향 자극이 N극이고, 보빈(11)에 권취되는 전자코일(13)의 권선방향이 보빈에 대하여 오른손 방향으로 되어 있고 오른손 방향으로 전류가 인가되는 경우 보빈(11)의 좌측에서 우측으로 자속의 흐름이 형성되어 보빈(11)의 좌측에 N극이 형성되고, 우측에 S극이 형성된다.

이에 따라 제1 영구자석(17)과 면대향하는 솔레노이드(20) 좌측부의 극성은 제1 영구자석(17)의 극성과 동일 극성인 N극을 이루어 상호간에는 반발력(F1)이 작용하며, 이와 반대로 제2 영구자석(19)과 면대향하는 솔레노이드(20) 우측부의 극성(S)은 제2 영구자석(19)의 극성(N)과 서로 반대의 극성을 갖게 되어 상호간에는 끌어당기는 힘(F2)이 작용하게 된다.

그 결과 위치가 고정된 솔레노이드(20)의 좌측에서는 가동부(15)의 좌측단부를 좌방향으로 밀어내는 반발력(F1)이 형성되고, 솔레노이드(20)의 우측에서는 가동부(15)의 우측단부를 솔레노이드(20) 쪽으로 끌어 당기는 흡인력(F2)이 형성되어, 가동부(15)에 미치는 좌방향 이동력은 두 힘의 합(F1+F2)으로 이루어진다. 따라서 가동부(15)는 푸시풀 방식으로 빠르게 좌방향으로 이동된다.

한편 도 2(나)와 같이 왼손 방향으로 전류가 인가되는 경우 상기한 도 2(가)와 반대로 보빈(11)의 우측에서 좌측으로 자속의 흐름이 형성되어 보빈(11)의 좌측에 S극이 형성되고, 우측에 N극이 형성된다.

이에 따라 제1 영구자석(17)과 면대향하는 솔레노이드(20) 좌측부의 극성(S)은 제1 영구자석(17)의 극성(N)과 반대 극성을 이루어 상호간에는 끌어당기는 힘(F1´)이 작용하며, 이와 반대로 제2 영구자석(19)과 면대향하는 솔레노이드(20) 우측부의 극성(N)은 제2 영구자석(19)의 극성(N)과 서로 동일한 극성을 갖게 되어 상호간에는 반발력(F2´)이 작용하게 된다.

그 결과 위치가 고정된 솔레노이드(20)의 우측에서는 가동부(15)의 우측단부를 우방향으로 밀어내는 반발력(F2´)이 형성되고, 솔레노이드(20)의 좌측에서는 가동부(15)의 좌측단부를 솔레노이드(20) 쪽으로 끌어 당기는 흡인력(F1´)이 형성되어, 가동부(15)에 미치는 우방향 이동력은 두 힘의 합(F1´+F2´)으로 이루어진다. 따라서 가동부(15)는 푸시풀 방식으로 빠르게 우방향으로 이동된다.

따라서 상기한 본 발명의 구조는 전자 코일(13)에 인가되는 구동전류에만 의존하여 가동부(또는 플런저)가 이동되는 종래의 솔레노이드에 비하여 상대적으로 적은 구동전류로도 동작이 가능해질 수 있고, 다른 한편으로 동일한 구동전류를 인가하는 경우 본 발명의 솔레노이드는 종래에 비하여 큰 이동력을 받게되어 고속의 동작이 가능하게 된다.

더욱이 본 발명의 구조는 솔레노이드의 기본구조를 크게 변경시키지 않고 단지 가동부의 양측에 영구자석을 일체로 형성하는 것으로 구현될 수 있어 소형으로 큰 이동력을 얻을 수 있다.

상기와 같은 푸시풀 솔레노이드는 일반적인 솔레노이드를 이용한 응용예에 다양하게 적용될 수 있다. 이하에는 이러한 응용예 중 전자 개폐기에 적용한 예를 설명한다.

종래에 사용되었던 전자 개폐기용 솔레노이드는 적정한 개폐력을 발생하기 위하여 일정한 전압에서 소비전류가 많았다. 그 결과 밧데리 내장형의 경우 밧데리의 전력소모로 인하여 장시간 사용할 수 없는 단점이 있었고, 또한 외부에서 강한 자석으로 강제 동작시켜 개폐기를 조작 가능한 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 도 3에 도시된 본 발명의 전자 개폐기는 상기한 푸시풀 솔레노이드를 구성하기 위하여 제1보빈(또는 코어)(11)에 제1전자코일(13)을 권선하여 솔레노이드(20)를 구성하며, 상기 보빈(11) 내부에 좌/우로 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있는 제1가동부(15)에는 양측에 동일 극성을 갖는 제1 및 제2 영구자석(17, 19)을 면대향시켜 설치하고 있다.

상기한 제1가동부(15)의 우측단부는 도시되지 않은 전자식 도어 쇄정장치의 메인 록킹부재 역할을 한다.

한편 본 발명의 전자 개폐기에는 상기한 푸시풀 솔레노이드를 메인 솔레노이드(MAIN SOL)(25)로 사용하여 록킹부재를 이동시키며, 이에 외부로부터의 강제개폐 동작을 차단하기 위한 일반적인 구조의 보조 솔레노이드(SUB SOL)(27)가 구비되어 있다.

이를 위하여 제1가동부(15)의 우측편에는 2개의 요홈(31, 33)이 제1가동부의 행정거리(SL) 만큼의 거리를 두고 형성되며, 이 요홈(31, 33)에는 상기 제1전자코일(13)과 병렬 접속되는 제2전자 코일(35)이 제2보빈(또는 코어)(37)에 권선되어 구성되는 보조 솔레노이드(27)의 제2가동부(39)의 선단부가 결합된다.

따라서 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전자 개폐기에서는 전자 코일(13, 37)에 전류가 인가되면 메인 솔레노이드(25)의 제1가동부(15)는 우방향으로 이동력을 받게된다.

이와 동시에 보조 솔레노이드(27)가 작동하여 제2가동부(39)는 요홈(33)으로 부터 후퇴하여 보조 솔레노이드(27)쪽으로 이동한다. 그 결과 록킹상태가 해제되어 제1가동부(즉, 록킹부재)(15)는 우방향으로 이동하여 쇄정장치를 록킹상태로 설정한다.

그후 전자코일(13, 35)에 대한 전류공급이 차단되면 보조 솔레노이드(27)는 오프상태로 되어 제2가동부(39)는 도시되지 않은 리턴 스프링에 의해 원래의 위치로 복귀되어 요홈(31)에 결합된다.

그후 도어의 쇄정장치를 언록킹 상태로 설정하기 위하여 예를들어, 전자코일(13, 35)의 입력과 밧데리(43) 사이에 삽입되어 있는 극성반전회로(41)에 제어신호를 인가하여 전자코일에 인가되는 전류의 흐름방향을 반대로 전환시키면, 상기와 반대로 메인 솔레노이드(25)의 제1가동부(15)는 좌방향으로 이동하는 이동력을 받게되고, 보조 솔레노이드(27)는 온상태로 되어 제2가동부(39)는 제1가동부(15)에 대한 록킹상태를 해제한다. 그 결과 제1가동부(록킹부재)(15)가 좌방향으로 이동하여 도어의 록킹상태가 해제된다.

상기와 같이 본 발명의 전자 개폐기에서는 푸시풀 방식의 메인 솔레노이드에 의해 저소비전력으로 적정한 개폐력을 발생할 수 있어 밧데리 내장형 개폐기의 경우 장시간 사용이 가능해지며, 또한 보조 솔레노이드에 의한 록킹부재의 고정에 의해 외부에서 강한 자석을 이용한 강제개폐를 막을 수 있게 되었다.

상기한 바와같이 본 발명에 있어서는 솔레노이드를 관통하여 슬라이드 되는 가동부의 양측에 동일 극성의 한쌍의 영구자석을 면대항시켜 일체로 구비함에 의해 여자 전자 코일에 의한 가동부의 이동력에 일측자석에 의한 흡인력과 타측자석에 의한 반발력이 부가되어 가동부는 푸시풀 방식으로 이동된다. 그 결과 소형에서 저소비전력으로 큰 이동력을 발생할 수 있는 고속의 푸시풀 솔레노이드가 얻어진다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 자성체 보빈에 전자코일이 권선되어 전류의 인가방향에 따라 상기 보빈의 양측단부에 형성되는 자극이 반전되는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있는 가동부와, 상기 가동부의 솔레노이드 외부로 연장된 양측 단부에 위치설정되며 서로 동일한 극성으로 면대향하도록 배치된 제1 및 제2 영구자석으로 구성되어, 상기 솔레노이드의 양측단에 형성되는 자극과 상기 제1 및 제2 영구자석 사이에 서로 동일방향의 흡인력과 반발력이 형성되어 상기 가동부를 푸시풀 방식으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 푸시풀 솔레노이드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보빈은 철계금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 푸시풀 솔레노이드.
3. 전류의 인가방향에 따라 보빈의 양측단부에 형성되는 자극이 반전되는 제1솔레노이드와, 상기 제1솔레노이드 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 쇄정장치를 록킹 또는 언록킹 상태로 설정하는 록킹부재와, 상기 록킹부재의 제1솔레노이드 외부로 연장된 양측 단부에 서로 동일한 극성으로 면대향하도록 배치된 제1 및 제2 영구자석과, 상기 제1솔레노이드가 작동하는 경우에만 연동하여 가동부가 상기 록킹부재에 형성된 제1 또는 제2 정지홈에 결합된 상태를 해제하기 위한 보조 록킹수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 개폐기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 정지홈 사이의 거리는 상기 록킹부재의 행정거리와 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 전자식 개폐기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 보조 록킹수단은 상기 제1솔레노이드와 병렬접속된 제2솔레노이드와, 상기 제2솔레노이드에 의해 상기 록킹부재의 록킹상태를 해제하는 가동부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 개폐기.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 제1솔레노이드에 인가되는 전류의 극성을 반전시키기 위한 극성반전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 개폐기.