KR20010029878A

KR20010029878A - 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체 및 제어 회로

Info

Publication number: KR20010029878A
Application number: KR1020000037592A
Authority: KR
Inventors: 잰센에릭피.; 존스토마스알.
Original assignee: 맥 밸브즈, 인크.
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-07-01
Publication date: 2001-04-16
Also published as: KR100372252B1; CA2313341A1; AU743063B2; ES2231121T3; CN1285479A; US6129115A; TW493052B; ATE276468T1; EP1065418A3; CN1188618C; CA2313341C; EP1065418B1; NZ505535A; MXPA00006591A; EP1065418A2; DE60013705T2; EP1344967A2; CN1506604A; JP2001141100A; EP1344967A3

Abstract

자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체는 가압 공기의 소스와 교환을 하기 위한 가압 공기 공급 입력 포트와 적어도 하나의 실린더 포트를 갖는 밸브 몸체를 포함한다. 이 밸브 몸체 내에 밸브 부재가 지지됨으로써, 밸브 부재는 입력 포트로부터 적어도 하나의 실린더 포트로 가압 공기를 선택적으로 제공하도록 미리 정해진 위치 사이를 이동할 수 있다. 밸브 부재를 한 방향으로 이동시키기 위해 바이어싱 부재가 사용되고, 밸브 부재를 다른쪽 방향으로 이동시키기 위해 솔레노이드 조립체가 사용된다. 이 솔레노이드 조립체는 솔레노이드 코일이 그 안에 지지되어 있고, 푸시핀이 이동 가능하게 지지되어 관통할 수 있도록 한 통로를 갖는 고정된 강자성 극편이 있는 하우징을 포함한다. 이 하우징으로 강자성 래치도 지지되고 있으며, 극편으로부터 이격되어 있다. 래치와 극편 사이에는 영구 자석이 배치된다. 이 영구 자석은 코일을 통해 한 방향으로 제공되는 전류 펄스에 의해 발생된 전자기 자속의 영향하에서 단편쪽으로 이동될 수 있기 때문에, 푸시핀에 대항하여 영구 자석을 구동시켜 밸브 부재를 하나의 미리 정해진 위치로 이동시킬 수 있다. 또, 영구 자석은 단편으로부터 멀어지도록 이동시킬 수 있고 코일을 통해 반대 방향으로 흐르는 전류 펄스에 의해 발생된 전자기 자속의 영향하에서 래치쪽으로 이동이 가능하다. 이 경우, 바이어싱 부재는 밸브 부재를 다른 미리 정해진 위치로 이동시키게 된다. 또, 제어 회로는 코일을 통해 흐르는 전류의 방향을 변경시킬 수 있다.

Description

자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체 및 제어 회로{SELF-LATCHING SOLENOID VALVE ASSEMBLY AND CONTROL CIRCUIT}

본 발명은 일반적으로 솔레노이드 구동식 밸브에 관한 것으로서, 특히 자기-래칭 솔레노이드 구동식 밸브와 이 밸브를 동작시키는 제어 회로에 관한 것이다.

전기 에너지를 기계 에너지, 특히 짧은 스트로크 기계 동작으로 변환하는데 전기 기계 장치로서 솔레노이드가 알려져 있다. 이처럼 솔레노이드는 전기 신호에 따라 밸브를 구동시키는데 사용되어져 왔다. 예를 들어, 관련 기술로서, 복귀 스프링의 바이어스힘에 대항하여 한 방향으로 밸브 부재를 바이어싱하는데 솔레노이드를 사용하는 것이 공지되어 있다. 솔레노이드에 공급되는 전력이 중단되면, 복귀 스프링은 밸브 부재를 바이어싱하여 밸브 부재를 그 원래 위치로 복귀시킨다.

일부 장치에 있어서, 밸브 부재는 여러 개의 미리 정해진 위치에서 유지되어야 공기와 같은 유체의 밸브를 통한 흐름을 제어할 수 있다. 이러한 결과를 얻기 위해 관련 기술에서 채택한 일실시예에서는 밸브 부재를 특정 위치로 바이어싱하기 위해 채택된 복귀 스프링을 제거하고, 그 대신에 또 하나의 제2 솔레노이드를 사용한다. 이 다른 하나의 제2 솔레노이드는 밸브 부재를 미리 정해진 위치로 이동시키며, 감자(de-energize)될 때까지 그 위치에 유지시키고, 제1 솔레노이드가 여자되어 밸브 부재를 다시 다른 위치로 이동시킨다. 그러나, 이 방법은 밸브를 동작시키는 솔레노이드가 2개이기 때문에 밸브의 크기, 무게, 비용 및 복잡성이 증가하게 되는 문제점이 있다. 게다가, 퍼펫형 밸브의 경우, 밸브 부재가 미리 정해진 위치에 적절하게 위치하도록 보장하기 위해 적어도 하나의 코일이 계속해서 전원이 공급되고 있어야 한다. 솔레노이드에 대해서 예상치 못한 또는 계획된 것이라 하더라도 셧다운이 발생하면 밸브의 제어에 큰 손실을 가져오게 된다. 또, 솔레노이드의 효율이 제한된 전력 소스 등과 관련된 장치에 있어서, 솔레노이드는 밸브 부재를 특정 위치에 유지시키기 위해 계속적으로 전원이 공급되어야 하고, 이중 솔레노이드 동작식 밸브는 일반적으로 사용될 수 없다.

솔레노이드에 의해서 소실되는 전력을 감소시키기 위해, 특히 솔레노이드가 오랜 기간 동안 작동된 위치로 유지되는 어플리케이션에서, 솔레노이드가 계속해서 필요로 하는 전력없이도 하나의 위치 또는 다른 위치에서 솔레노이드의 기계적인 출력을 유지하도록 관련 기술에서 래칭 메카니즘(latching mechanism)이 채용된다. 이를 위해 관련 기술에서 통상 알려진 종래의 자기-래칭 솔레노이드는 밸브 부재를 바이어스 하기 위해 전자속에 영향을 받는 고정 영구 자석과 가동 극편을 이용한다. 보통 한 방향으로 코일을 흐르는 전류에 의해 극편은 영구 자석으로부터 멀리 떨어져 이동하여 다른 정지 소자로 이끌림으로써 밸브 부재를 동작한다. 다음에 코일로의 전력은 차단되나 가동 극편에 작용하는 잠재 자기력에 의해 솔레노이드의 정지 위치로 자기적으로 이끌려지거나 극편의 최종 위치로 래치된 상태로 유지된다.

제어 회로를 사용하여 솔레노이드 코일을 흐르는 전류의 방향을 역방향으로 함으로써 전자속의 방향을 역방향으로 한다. 코일을 흐르는 전류의 방향을 역방향으로 하면 가동 극편의 "극성"이 바뀌어서 솔레노이드로의 전력이 차단된 후 솔레노이드가 다시 래치되는 영구 자석에 대해서 반대 방향으로 극편을 구동한다. 다음에 복구 스프링은 반대 방향으로 밸브 부재를 바이어스하기 위해 통상 자유 상태이다. 이런 식으로 밸브 부재는 솔레노이드 코일을 흐르는 전류의 비교적 짧은 펄스 다음에 솔레노이드의 작동에 의한 소정 위치로 이동되어 유지된다.

관련 기술에서 공지된 자기-래칭 솔레노이드 작동 밸브가 일반적으로 의도하는 목적에 잘 동작하지만, 저 소모 전력을 가진 소형의 고속 동작 자기-래칭 솔레노이드 작동 밸브에 대한 필요성이 계속해서 대두되고 있다. 이것은 특히 예를 들면 소형의 공기 실린더를 제어하기 위해 사용되는 소형 공기압 밸브에 대해서 요구되고 있다. 또한 관련 기술에서 공지된 회로 이외에 저 소모 전력으로 되는 제어 회로의 필요성이 계속해서 대두된다.

도 1은 본 발명의 자기-래치형 솔레노이드 밸브 조립체의 사시도.

도 2는 자극편에 래치된 영구 자석을 도시하는 자기-래칭형 솔레노이드 밸브 조립체의 단면도.

도 3은 래치에 인접하는 영구 자석을 도시하는 본 발명의 자기-래칭형 솔레노이드 밸브 조립체의 단면도.

도 4는 코일을 경유하는 전류의 방향을 반전시키는데 사용되는 전기 제어 회로를 도시하는 도면.

〈도면의 부호에 대한 간단한 설명〉

10 : 밸브 조립체

12 : 밸브 몸체

14 : 솔레노이드 조립체

16 : 흡입구

18, 20 : 실린더 포트

22 : 밸브 부재

24 : 밸브 공동

26, 27 : 배기구

30, 32 , 34 : 밸브 소자

36, 38, 40, 41 : 인접 밸브 시트

42 : 저장고

44 : 주입부

46 : 우회 부재

48 : 하우징

50 : 자극판

52 : 캡

54 : 프레임

56 : 코일

58 : 도선

60 : 보빈

62 : 리드

66 : 전기 접속부

68 : 리드선

70 : 제어 회로

72 : 개구부

74 : 자극편

78 : 단층부

88 : 래치

본 발명은 압축된 공기 소스 및 적어도 하나의 실린더 포트와 교환하는 압축된 공기 공급구를 가진 밸브 몸체를 포함하는 종래 기술의 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체의 단점을 극복하는 것이다. 밸브 부재는 소정의 위치 사이에서 가동 가능하도록 밸브 몸체에서 지지되어 공기 공급 입구에서 적어도 하나의 실린더 포트로 압축된 공기로 지향한다. 바이어스 부재를 사용해서 밸브 부재를 한 방향으로 이동시키고 솔레노이드 조립체를 사용하여 밸브 부재를 반대 방향으로 이동시킨다. 솔레노이드 조립체는 그 안에 지지된 솔레노이드 코일을 가진 하우징과 통로를 가진 고정의 강자성 극편을 가지며, 통로는 통로에서 이동 가능하게 지지된 푸시핀으로 극편을 관통하고 있다. 또한 강자성 래치는 래치와 극편 사이에 놓여진다. 영구 자석은 코일을 흐르는 전류 펄스에 의해서 발생된 전자속의 영향하에서 극편쪽으로 이동 가능함으로써 밸브 부재를 한 소정 위치로 이동하기 위해 영구 자석을 푸시핀에 대해서 구동한다. 또한 영구 자석이 극편과 멀리 떨어져서 반대 방향으로 코일을 흐르는 전류 펄스에 의해서 발생된 전자속의 영향하에서 래치쪽으로 이동 가능하다.

본 발명은 또한 밸브 조립체를 제어하는 회로를 포함한다. 이 회로는 2개의 제어 신호의 전기적 분리가 역 극성의 피드백 신호 또는 다른 전이 신호에 의해서 야기된 제어 회로의 손상을 방지하기 위해 필요한 응용에서 필요하다. 이 회로는 코일을 가진 솔레노이드를 포함한다. 코일은 제1 및 제2 단부를 가진다. 회로는 또한 코일의 제1 및 제2 단부에 전기적으로 연결된 제1 스위칭 회로를 포함하며 이 스위칭 회로에 의해서 전류는 푸시핀에 대하여 영구 자석을 제1 축방향으로 이동하도록 제1 방향으로 흐른다. 회로는 코일의 제1 및 제2 단부에 전기적으로 연결된 제2 스위칭 회로를 더 포함하며 이 스위칭 회로에 의해서 전류는 푸시핀에 대하여 영구 자석을 제1 축방향으로 이동하도록 제1 방향으로 흐른다. 또한, 두 스위칭 회로에 의해 전류가 코일을 통해 흐르게 될 때, 한 네가티브 제어 소스는 다른 소스와 전기적으로 분리된다.

또한, 코일에 전기적으로 연결된 한쌍의 스위칭 회로를 사용함으로써 관련 기술에서 공지된 종래의 회로와 비교해서 회로 양단간에서 비교적 저전압 강하를 초래한다.

본 발명의 자기-래칭형 솔레노이드 밸브 조립체는 일반적으로 도 1 내지 3에서 10으로 표시하고 있고, 이 도면에서 동일 부호는 동일 구조를 나타낸다. 솔레노이드 밸브 조립체(10)는 밸브 몸체(12)와 그 밸브 몸체(12)에 장착된 솔레노이드 조립체(14)를 포함하고 있다. 밸브 몸체(12)는 압축 공기의 소스 및 적어도 하나의 실린더 포트(18, 20)와의 교환을 위한 압축 공기 공급용 흡입구(16)를 포함하고 있다. 밸브 부재(22)는 밸브 몸체(12) 내에 설치되어, 소정의 위치 사이에서 이동 가능하게 함으로써 압축 공기를 흡입구(16)에서 적어도 하나의 실린더 포트(18, 20)로 선택적으로 제공할 수 있다.

보다 구체적으로, 밸브 몸체(12)는 사각형이고, 밸브 몸체(12)를 축상으로 연장하는 밸브 공동(24)을 포함하고 있고, 이 밸브 공동(24)은 공기 공급용 흡입 통로(16), 한 쌍의 실린더 통로(18, 20) 및 한 쌍의 배기구(26, 27) 사이에 유로를 제공한다. 도면에 도시된 바와 같이, 밸브 부재는 퍼펫 밸브(22)이며, 이 퍼펫 밸브(22)는 그 안에서의 왕복 운동을 위한 밸브 공동(24) 내부에 설치되어 밸브 몸체(12)를 흐르는 유로의 흐름을 제어한다. 퍼펫 밸브 부재(22)는 양호하게는 알루미늄 주입부로서, 밸브 부재(22)의 특정 영역에서 고무와 함께 몰드되고 결합되어 특정의 크기로 제조됨으로써 밸브 소자(30, 32, 34)를 형성한다. 밸브 소자(30, 32, 34)는, 밸브 부재(22)가 밸브 공동(24) 내부의 위치 사이에서 왕복될 때, 밸브 공동(24) 내에 설치되어 있는 인접 밸브 시트(36, 38, 40, 41)와 연동하여 여러 개의 유로를 차폐(seal)한다.

컵형의 저장고(42)는 밸브 공동(24)의 한 쪽 단부에서 분기 가능하게 배치되어 있다. 분기된 주입부(44)는 저장고(24)에 대향하는 공동(24)에 배치되어 있다. 코일형의 복귀 스프링과 같은 우회 부재(46)는 저장고(42)와 포펫 밸브 부재(22)의 한 쪽 단부 사이에 배치되어 있다. 복귀 스프링(46)은 일정한 바이어싱 힘을 퍼펫 밸브 부재(22)에 대해 그리고 도 2에 도시된 바와 같은 좌측 부분에 공급한다. 한편, 포펫 밸브 부재(22)는 보다 상세히 후술되는 바와 같은 솔레노이드 조립체(14)의 영향하에서 반대 방향으로 또는 도 2에 도시된 바와 같은 우측 부분으로 구동된다. 전술되고 도면에 도시된 바와 같이, 밸브 조립체는 4 방향성 밸브를 채용하고 있다. 그러나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 전술 및 본원에서 청구되고 있는 바와 같은 본 발명의 솔레노이드 구동형 밸브가 2 방향성, 3 방향성 또는 다른 어떤 형태로 채용되어도 된다는 점을 이해할 것이다.

솔레노이드 조립체(14)는 일반적으로 48로 표시되어 있는 하우징을 포함하고 있다. 하우징(48)은 밸브 몸체(12)에 접하고 있는 자극판(50), 그 자극판(50)과 대향 배치된 캡(52) 및 솔레노이드 캔 또는 그들 사이에서 연장하는 프레임(54)를 포함하고 있다. 프레임(54)은 보빈(60)을 감싸고 있는 도선(58)을 포함하는 코일(56)을 지지하고 있다. 도선(58)은 일반적으로 62로 표시되어 있는 리드(lead)를 경유하여 전기 전류원에 접속되어 있다. 리드(62)는 캡(52) 내에 설치되어 있고, 리드 핀, 전기 접속부(66) 및 리드선(68)을 포함하고 있다. 리드선(68)은 전기 전류원에 동작적으로 접속되어 있다. 코일(56)을 경유하는 전류의 방향 및 그로 인해 생성되는 전자기력의 방향은 상세히 후술되는 바와 같은, 일반적으로 70으로 표시된 제어 회로에 의해 제어된다. 상판(50)은 그를 경유하여 연장하는 개구부(72)를 포함하고 있다. 솔레노이드 조립체(14)는 강자성의 자극편(74)을 더 포함하고 있고, 이 자극편(74)의 단층부(78)는 그의 단면적이 자극편(74)의 잔여 부분보다 작다. 단층부(78)는 극판(50)의 개구부(72) 내에 수납되어 자극편(74)을 극판(50)에 기구적으로 고정시킨다. 비자성 스테인레스 스틸의 얇은 단편(80)은 극판(50)에 대향하는 자극편(74)을 캡으로 덮는다. 중앙에 배치된 통로(82)는 자극편(74)을 경유하여 연장한다. 푸시핀(84)은 통로(82) 내에서 이동 가능하게 설치된다.

솔레노이드 하우징(48)의 캡(52)은 분기된 공동(86)을 포함하고 있다. 강자성 래치(88)는 공동(86) 내의 솔레노이드 하우징(48)에 분기 가능하게 장착되어 있지만 자극편(74)으로부터 간격을 두고 있다. 래치(88)는 철로 형성되어 있지만 어떤 강자성 물질로 형성되어도 된다.

영구 자석(90)은 래치(88)와 극편(74) 사이에 배치된다. 부싱(92)은 보빈(60)내로 영구 자석(90)을 유도한다. 영구 자석(90)은 코일(56)을 통해 일방향으로 흐르는 전류의 펄스에 의해 발생한 전자기 자속의 영향하에서 극편(74)측으로 이동가능하다. 이 자속은 푸시핀(84)에 대향하는 영구 자석(90)을 구동하여 밸브 부재(22)를 하나의 소정 위치로 이동시킨다. 또한, 영구 자석(90)은 코일(56)을 통해 반대 방향으로 흐르는 전류의 펄스에 의해 발생한 전자기 자속의 영향하에서 극편(74)로부터 이격되어 래치(88)측으로 이동할 수 있다. 이런 이동이 발생한 경우, 바이어싱 부재(46)는 또 다른 소정의 위치, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어 좌측으로 이동한다.

이 이동을 종료하기 위해서, 푸시핀(84)은 영구 자석(90)이 푸시핀(84)과 접촉할 때 접촉하기 위해 퍼펫 밸브 부재(22)의 일단부에 인접하여 배치된 확장형 헤드(94)를 형성하고 있다. 또한, 푸시핀(84)의 확장형 헤드(94)는 영구 자석(94)이 래치(88)측으로 이동하였을 때 퍼펫 밸브 부재(22)를 통해 바이어싱 부재(46)의 영향하에서 극편(74)의 통로(82)내의 푸시핀(84)의 이동을 한정한다. 푸시핀(84)의 한정된 이동은 도 3에 도시한 바와 같이 영구 자석(90)과 극편(74) 사이에 갭(96)을 형성한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 공간(102)은 영구 자석이 극편(74)측으로 이동할 때 래치(88)와 영구 자석(90) 사이에 형성된다. 또한, 영구 자석(90)으로부터 이격되어 래치(88)측으로 위치하는 것은 캡(52)의 나사산형 구멍(threaded bore)내의 나사산형 래치(88)의 위치를 조정함으로써 조정할 수 있다. 이에 따라, 공간(102)의 크기는 극편(74)측으로 이동한 영구 자석이 조정 가능할 때 래치(88)와 영구 자석(90) 사이로 정의된다. 이 방법에 있어서, 래치(88)와 영구 자석(90) 사이의 인력(attractive force)은 조절 가능하다.

영구 자석(90)은 소정의 적절한 유형 중 하나일 수 있지만 희토류 네오디윰-철-붕소(Nd-Fe-B) 마그넷이 바람직하다. 영구 자석(90)은 도 2에 도시한 바와 같이 반대 단부에서 북극과 남극을 정의한다. 그러나, 당업자에 의해 그 두 극점이 역전될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 보호용 캡(98)은 북극에 결합되고 보호용 캡(100)은 남극에 결합된다. 이들 보호용 캡(98, 100)은 극편(74)과 래치(88)측으로 회전함으로써 영구 자석(90)을 보호한다. 도 4를 참조하면, 회로(통상적으로 참조번호 70으로 지시됨)는 자기-래칭 솔레노이드 조립체(10)를 제어하기 위한 것이다. 회로(70)는 코일(56) 및 영구 자석(90)을 갖는 솔레노이드(14)를 구비한다. 코일(56)의 전기 리드(62)는 솔레노이드(14)의 제1 단부(150)와 제2 단부(152)의 외측으로 확장한다. 전류는 코일(56)을 통해 단부(150)와 단부(152) 중 어느 하나의 리드(62)를 통해 흐른다. 단부(150, 152)를 통해 흐른 전류의 방향은 영구 자석(90)이 제1 축방향 또는 제1 축방향의 반대 방향인 제2 축방향으로 바이어싱되는지의 여부를 결정한다.

솔레노이드(14)의 제1 단부(150)에는 제1 전환 회로(154)와 제2 전환 회로(15)가 접속된다. 제1 전환 회로(154)는 일방향으로 솔레노이드(14)를 통해 전류를 흐르도록 하고, 제2 전환 회로(156)는 제1 방향과는 반대 방향의 제2 방향으로 솔레노이드(14)를 통해 전류를 흐르도록 한다.

제1 전환 회로(154)는 제1 트랜지스터(158)와 제2 트랜지스터(160)를 구비한다. 도 4에 도시한 실시예에 있어서, 제1 트랜지스터(158)는 pnp 바이폴라 정션 트랜지스터이다. 제2 트랜지스터(160)는 MOSFET이다. 두개의 상이한 유형의 트랜지스터를 사용하는 이유는 트랜지스터(158, 160) 양단의 전체적인 전압 강하를 감소할 뿐만아니라 바이어스 요구를 감소하기 위한 것이다. 제1 트랜지스터(160)의 베이스(162)는 저항(166)를 통해 제2 트랜지스터(16)의 게이트(164)에 접속된다. 또한 제2 트랜지스터(160)의 게이트(164)는 저항(170)를 통해 제2 트랜지스터(160)의 드레인(168)에 접속된다. 또한, 드레인(168)과 저항(170)는 음의 입력 제어원(172)에 접속된다. 음의 입력 제어원(172)는 자기-래칭 밸브 조립체(10)가 제1 전환 회로(154)에 제공되는 방향으로 힘이 인가되는지의 여부를 결정하는데 필요한 입력을 제공한다. 제1 트랜지스터(178)의 제어기(174)는 솔레노이드(14)의 제1 단부(150)에 접속되고, 제2 트랜지스터(160)의 소스(176)는 솔레노이드(14)의 제2 단부(152)에 접속된다. 이 실시예에 있어서, 제1 트랜지스터(158)의 에미터(178)는 24V의 전원에 접속된다.

제2 전환 회로(156)는 제3 트랜지스터(180)와 제4 트랜지스터(182)를 구비하는 제1 전환 회로를 반영한다. 제3 트랜지스터(180)는 솔레노이드(14)의 제2 단부(152)에 전기적으로 접속된 컬렉터(184)를 갖는 바이폴라 정션 트랜지스터이고, 제4 트랜지스터는 솔레노이드(14)의 제1 단부(150)에 전기적으로 접속된 소스(186)를 갖는 MOSFET이라는 점이 상이하다. 저항(188)은 제4 트랜지스터(182)의 게이트(190)와 제3 트랜지스터(180)의 베이스(192) 사이에 접속된다. 또 다른 저항(194)은 제4 트랜지스터(182)의 게이트(190), 저항(188) 및 드레인(196) 사이에 접속된다.

저항(194) 및 드레인(196)은 또한 음의 입력(172) 방향과 반대 방향으로 자동 래칭 밸브 조합(10)을 스위치하도록 입력을 공급하는 음의 입력 제어원(198)에 연결된다. 전원은 전원에 직접 연결된 제3 의 트랜지스터(180)의 에미터(200)를 통하여 솔레노이드(14)에 의해 공급된다. 적색 LED(202) 및 녹색 LED(204)는 솔레노이드(14)의 제1 말단(150) 및 제2 말단(152)에 연결된다. 이들 LED(202,204)는 예를 들어,솔레노이드(14)가 한쪽 방향으로 활성화될 때, 적색 LED(202)는 빛을 방출하고 솔레노이드(14)가 반대 방향으로 활성화될 때, 녹색 LED(204)는 빛을 방출하는 등 반대 방향으로 연결된다. 이 경우 작업자는 자동 래칭 밸브 조합(10)이 동작해야 하는 모드임을 알고 조합(10)을 볼 수 있게 된다.

동작 중에 전류는 전자기 유속이 발생하는 한쪽 방향으로 코일(56)을 통해 유도된다. 전자기 유속은 영구자석(90)에 끌어당겨져 극편(74)으로 편광한다. 도 2에 도시한 바와같이, 이동할 수 있는 영구자석(90)은 갭(96)을 가로질러 극편(74)으로 유도되고 푸시핀(84)를 관여시킨다. 이 경우 파핏 밸브(22)를 오른쪽으로 이동하도록 또한 코일 스프링(46)의 바이어스 힘에 대하여 오른쪽으로 푸시핀(84)을 구동한다.

코일(56)에 대한 전원은 방해된다. 그러나, 영구자석(90)은 도 2에 도시한 위치에서 유지되고 전자기 유속이 없는 경우 조차도 유지하는 잔여 인력에 의하여 극편(74)으로 "래치"된다. 이러한 경향으로, 밸브 요소(30)는 밸브시트(36)로 밀봉되고 밸브 요소(32)는 밸브시트(40)로 밀봉한다. 반대로, 밸브 요소(32)는 밸브시트(38)에 대해 오픈 되고 밸브 요소(34)는 밸브시트(41)에 대해 오픈된다.

도 2에 도시한 바와같이 밸브 구성원(22)은 오른쪽으로 이동되고, 입력 포트(16)을 경유하여 밸브 몸체(12)로 흐르는 압축 공기는 밸브 요소(32) 및 밸브시트(38)로 통과하고, 밸브 보어(24)로 흐르며, 실린더 경로(18)로 배출된다. 동시에, 공기는 밸브 요소(34) 및 밸브 시트(41)을 통과하고 배기 포트(27)로 배출되는 실린더 경로(20)에 의해 배기된다. 배기 포트(26)는 밸브 요소(30) 및 밸브 시트(36)에 의해 밀봉된다.

밸브 구성원(22)는 전류가 코일(56)을 통하여 반대 방향으로 다시 유도될 때까지 이러한 경향을 유지한다. 이 경우 상기 제1 유속에 반대 방향으로 전자기 유속이 발생한다. 반대 방향으로된 자기 유속은 영구자석(90)에 반발하도록 작용하는 극편(74)의 극성을 변화시킨다. 따라서, 영구자석(90)은 극편(74)로 부터 멀어져 이동하고 이들 사이의 공간(102)이 밀접해짐에 의해 래치(88)를 향해 이동한다. 코일 스프링(46)은 밸브 구성원(22)을 도 3에 도시한 바와 같이 왼쪽으로 바이어스한다. 푸시핀(84)은 또한 왼쪽으로 밸브 구성원(22)을 통해 작용하는 바이어스 힘에 의해 이동된다. 코일(56)에 흐르는 전류는 방해된다. 그러나, 영구자석(90)은 도 3에 도시한 위치에 유지되고 전자기 유속이 없는 경우 조차도 유지하는 잔여 인력에 의하여 래치(88)로 "래치"된다.

이러한 경향으로, 밸브 요소(32)는 밸브시트(38)로 밀봉되고 밸브 요소(34)는 밸브시트(41)로 밀봉한다. 반대로, 밸브 요소(32)는 밸브시트(40)에 대해 오픈 되고 밸브 요소(30)는 밸브시트(36)에 대해 오픈된다.

도 3에 도시한 바와같이 밸브 구성원(22)은 왼쪽으로 이동되고, 입력 포트(16)을 경유하여 밸브 몸체(12)로 흐르는 압축 공기는 밸브 요소(32) 및 밸브시트(40)로 통과하고, 밸브 보어(24)로 흐르며, 실린더 경로(20)로 배출된다. 동시에, 공기는 밸브 요소(30) 및 밸브 시트(36)을 통과하고 배기 포트(26)를 경유하여 밸브 몸체(12)로 배출되는 실린더 경로(18)에 의해 배기된다. 배기 포트(27)는 밸브 요소(34) 및 밸브 시트(41)에 의해 밀봉된다. 밸브 구성원(22)은 전류가 코일(56)을 통하여 반대 방향으로 다시 유도될 때까지 이러한 경향을 유지한다. 밸브 구성원(22)는 도 2에 도시한 바와 같이 오른쪽으로 되돌아가는 이동을 한다.

게다가, 한 쌍의 스위칭 회로는 코일의 전류 방향을 제어하도록 사용되고 다른 음의 제어 입력원으로 부터 하나의 음의 제어 입력원을 전기적으로 절연하도록 사용된다. 이 경우 효과적으로 반대 극성 피드백 신호 또는 다른 과도 신호에 의해 발생되는 제어 회로에 대한 손상을 방지한다. 본 발명의 제어 회로는 관련 기술에 의해 공지된 종래의회로와 비교하여 볼 때 회로를 가로지르는 상대적으로 낮은 전압 강하가 공급된다. 따라서, 본 발명인 자동 래칭 솔레노이드 밸브 조합은 자동 래칭 성능을 가지는 빠른 작동 밸브 조합으로 비용을 절감하고 크기를 축소하는 데 용이하다.

본 발명은 세부적인 방법으로 기술되었다. 사용된 용어에 제한되기 보다는 상기 기술된 용어가 의도하는 의미를 이해하여야 한다.

본 발명의 많은 수정 및 변화를 상기 실시에 의해 할 수 있다. 그러므로, 수정된 클레임의 범위내에서, 본 발명은 상기 기술된 것과는 다르게 실시될 수 있다.

본 발명에 의하면 전력 소비가 적으며 소형이고 고속 동작이 가능한 자기-래칭 솔레노이드 작동 밸브를 제공할 수 있으며, 소형의 공기 실린더를 제어하기 위해 사용되는 소형 공기압 밸브에 대해서 특히 유용하다. 또한 저 소모 전력으로 동작되는 제어 회로를 제공할 수 있다.

Claims

자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체에 있어서,

가압 공기(pressurized air)의 소스와 연결된 가압 공기 공급 흡기 포트 및 적어도 하나의 실린더 포트가 있는 밸브 본체와;

가압 공기를 상기 흡기 포트로부터 상기 적어도 하나의 실린더 포트로 선택적으로 이동시키기 위해 소정의 위치 사이에서 이동 가능하도록 상기 밸브 본체 내에 지지된 밸브 부재와;

상기 밸브 부재를 한 방향으로 이동시키는 바이어싱 부재(biasing member) 및 상기 밸브 부재를 반대 방향으로 이동시키는 솔레노이드 조립체를 구비하는데, 상기 솔레노이드 조립체는 솔레노이드 코일을 지지하는 하우징과, 고정된 강자성 자극편(fixed, ferromagnetic pole piece)을 포함하는데, 상기 자극편은 이 자극편을 관통하는 통로(passage)와 상기 통로 내에서 이동 가능하게 지지되는 푸시핀(pushpin)을 가지며;

상기 하우징에 의해 지지되고 상기 자극편으로부터 이격된 강자성 래치와;

상기 래치와 상기 자극편 사이에 배치된 영구 자석을 포함하고,

상기 영구 자석은 상기 코일을 통하여 흐르는 전류 펄스에 의해 발생된 전자기 플럭스의 영향 아래 상기 자극편을 향해 이동 가능하고, 그에 따라 상기 영구 자석은 상기 푸시핀쪽으로 움직여져 상기 밸브 부재를 하나의 미리 정해진 위치로 이동하게 하고, 상기 영구 자석은 상기 코일 내에 반대 방향을 흐르는 전류 펄스에 의해 발생된 전자기 플럭스의 영향 아래 상기 자극편으로부터 멀어지고 상기 래치를 향하는 방향으로 이동함으로써, 상기 바이어싱 부재는 상기 밸브 부재를 미리 정해진 다른 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 푸시핀은, 상기 영구 자석이 상기 푸시핀에 접촉할 때, 이와 동시에 상기 밸브 부재와 접촉하도록 상기 밸브 부재와 인접하여 확대된 헤드가 있는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 조립체는 보빈을 포함하고, 상기 코일은 상기 보빈에 둘러싸인 도전성 와이어를 포함하며, 상기 와이어는 전류원에 연결된 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 상기 자극편 및 상기 래치를 향하여 이동할 때 자신을 보호하도록, 자신의 양 끝의 북극 및 남극과, 상기 북극을 덮는 보호 캡과, 상기 남극을 덮는 보호 캡을 가진 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석이 상기 자극편을 향하여 이동할 때, 상기 래치과 상기 영구 자석이 서로 거리를 두는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제5항에 있어서, 상기 솔레노이드 하우징은 쓰레드된 보어를 포함하고, 상기 래치는 쓰레드 가능하게 상기 보어 내에서 상기 하우징에 장착되는데, 상기 래치가 상기 영구 자석에 대해 가깝거나 먼 위치가 조정될 수 있어서, 이에 따라 상기 자석이 상기 자극편을 향하여 이동할 때 상기 래치와 상기 영구 자석 사이의 간격이 조정되는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 하우징은 상기 밸브 본체에 인접한 자극판(pole plate)과, 상기 자극판의 반대에 위치한 캡과, 그들 사이에서 뻗어 있고 상기 코일 주변에 배치된 솔레노이드 프레임을 포함하는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제7항에 있어서, 상기 자극판은 이 자극판을 통과하면서 연장된 개구부를 포함하고, 상기 자극편은 본체와 이 본체보다 작은 단면적의 계단형 부(stepped portion)를 포함하며, 상기 계단형 부는 상기 자극판의 상기 개구부에 수용되어 상기 자극편을 상기 자극판에 기계적으로 고정하는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체에 있어서,

가압 공기(pressurized air)의 소스와 연결된 가압 공기 공급 흡기 포트 및 적어도 하나의 실린더 포트가 있는 밸브 본체와;

상기 밸브 본체 내에서 축상으로 신장되는 밸브 보어(valve bore)와, 상기 밸브 보어 내의 미리 정해진 위치들 사이에서 이동 가능하여 상기 흡기 포트로부터 상기 적어도 하나의 실린더 포트로 가압 공기를 선택적으로 향하게 하는 포펫 밸브 부재(poppet valve member)와;

상기 보어의 끝에 배치된 수용체(retainer)로서, 자신과 포펫 밸브 부재의 끝 사이에 배치된 복귀 스프링(return spring)을 구비하여 상기 포펫 밸브 부재를 한 방향으로 이동시키는 수용체와;

상기 포펫 밸브 부재를 반대 방향으로 이동시키는 솔레노이드 조립체로서, 솔레노이드 코일을 지지하는 하우징과, 고정된 강자성 자극편(fixed, ferromagnetic pole piece)을 포함하는데, 상기 자극편은 이 자극편을 관통하는 통로(passage)와 상기 통로 내에서 이동 가능하게 지지되는 푸시핀(pushpin)이 있는 것인 솔레노이드 조립체와;

상기 하우징에 의해 지지되고 상기 자극편으로부터 이격된 강자성 래치와;

상기 래치와 상기 자극편 사이에 배치된 영구 자석을 포함하고,

상기 영구 자석은 상기 코일을 통하여 흐르는 전류 펄스에 의해 발생된 전자기 플럭스의 영향 아래 상기 자극편을 향해 이동 가능하고, 그에 따라 상기 영구 자석은 상기 푸시핀쪽으로 움직여져 상기 밸브 부재를 하나의 미리 정해진 위치로 이동하게 하고, 상기 영구 자석은 상기 코일 내에 반대 방향을 흐르는 전류 펄스에 의해 발생된 전자기 플럭스의 영향 아래 상기 자극편으로부터 멀어지고 상기 래치를 향하는 방향으로 이동함으로써, 상기 바이어싱 부재는 상기 밸브 부재를 미리 정해진 다른 위치로 이동시키는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제9항에 있어서, 상기 푸시핀은, 상기 영구 자석이 상기 푸시핀에 접촉할 때, 이와 동시에 상기 밸브 부재와 접촉하도록 상기 밸브 부재와 인접하여 확대된 헤드가 있는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제9항에 있어서, 상기 조립체는 보빈(bobbin)을 포함하고, 상기 코일은 상기 보빈에 둘러싸인 도전성 와이어를 포함하며, 상기 와이어는 전류원에 연결된 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제9항에 있어서, 상기 영구 자석은 상기 자극편 및 상기 래치를 향하여 이동할 때 자신을 보호하도록, 자신의 양 끝의 북극 및 남극과, 상기 북극을 덮는 보호 캡과, 상기 남극을 덮는 보호 캡을 가진 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제9항에 있어서, 상기 영구 자석이 상기 자극편을 향하여 이동할 때, 상기 래치과 상기 영구 자석이 서로 거리를 두는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제13항에 있어서, 상기 솔레노이드 하우징은 쓰레드된 보어를 포함하고, 상기 래치는 쓰레드 가능하게 상기 보어 내에서 상기 하우징에 장착되는데, 상기 래치가 상기 영구 자석에 대해 가깝거나 먼 위치가 조정될 수 있어서, 이에 따라 상기 자석이 상기 자극편을 향하여 이동할 때 상기 래치와 상기 영구 자석 사이의 상기 간격이 조정되는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제9항에 있어서, 상기 솔레노이드 하우징은 상기 밸브 본체에 인접한 자극판(pole plate)과, 상기 자극판의 반대에 위치한 캡과 그들 사이에서 뻗어 있고 상기 코일 주변에 배치된 솔레노이드 프레임을 포함하는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
제15항에 있어서, 상기 자극판은 이 자극판을 통과하면서 연장된 개구부를 포함하고, 상기 자극편은 본체 및 상기 본체보다 적은 단면적의 계단형 부(stepped portion)를 포함하고, 상기 계단형 부는 상기 자극편의 상기 개구부에 수용되어 상기 자극편을 상기 자극판에 기계적으로 고정하는 것인 자기-래칭 솔레노이드 밸브 조립체.
밸브 제어 회로에 있어서,

제1 단부 및 제2 단부(end)가 있는 코일 및 영구 자석을 구비하는 솔레노이드와;

상기 코일의 상기 제1 및 제2 단부에 전기적으로 연결되어 전류가 상기 코일을 제1 방향으로 흐르도록 하여, 상기 영구 자석이 제1 축 방향에서 이동하도록 하는 제1 스위칭 회로와;

상기 코일의 상기 제1 및 제2 단부에 전기적으로 연결되어 전류가 상기 코일을 제2 방향으로 흐르도록 하여, 상기 영구 자석이 제2 축 방향에서 이동하도록 하는 제2 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어 회로.
제17항에 있어서, 상기 제1 스위칭 회로는 상기 제1 단부에 연결된 제1 트랜지스터와 상기 제2 단부에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하는 것인 밸브 제어 회로.
제18항에 있어서, 상기 제2 스위칭 회로는 제1 단부에 연결된 제3 트랜지스터와 제2 단부에 연결된 제4 트랜지스터를 포함하는 것인 밸브 제어 회로.
제19항에 있어서, 상기 제1 및 제3 트랜지스터는 바이폴라 접합 트랜지스터이고, 상기 제2 및 제4 트랜지스터는 MOSFET인 것인 밸브 제어 회로.