KR20010107589A - 솔레노이드 작동식 밸브 조립체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

솔레노이드 작동식 밸브 조립체 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

솔레노이드 작동식 압력 제어 밸브는 소스 입구로부터 제어 출구쪽 및 배출구까지의 유동을 제어하기 위한 스풀 밸브 부재를 사용한다. 솔레노이드는 작동 공기 갭으로부터 멀리 떨어진 환형 공기 갭을 형성하는 자기 루프(magnetic loop)내에 감소된 플럭스 콜렉터 면적을 갖는다. 환형 공기 갭을 가로질러서의 감소된 플럭스는 작동 공기 갭이 폐쇄될때 신속한 플럭스 증가를 보상한다.

Description

솔레노이드 작동식 밸브 조립체 및 그의 제조 방법{SOLENOID OPERATED PRESSURE CONTROL VALVE}
본 발명은 마이크로컴퓨터에 의해 제공되는 바와 같은 전기 제어 신호에 반응하여 유압 시스템내의 액추에이터로 가압된 유압 유체의 유동을 제어하기 위해 사용된 솔레노이드 작동식 밸브에 관한 것이다. 솔레노이드 작동식 압력 제어 밸브는 다양한 응용분야에서 사용되며, 그중 일 적용은 자동차용 자동 변속기에서 클러치 액추에이터 변속을 제어하기 위해 사용하는 것이다.
지금까지는, 자동차용 자동 변속기에서의 변속(shifting)을 제어하기 위한 전기 작동식 압력 제어 밸브는 스풀(spool)과 같이 구성된 밸브 부재를 이용해 왔으며, 스풀상에 제공되고 입구와 제어 또는 신호 출구 사이에서 유압 유체의 유동을 제어하도록 원통형 밸브 랜드(valving lands)가 제공되고, 압력 제어는 배출구를 통해 유체를 취출함으로써 제공되고, 상기 배출구는 유동을 소스 또는 배수조(sump)로 복귀시킨다.
자동차 자동 변속기 변속 제어를 위한 전기 작동식 압력 제어 밸브를 제공함에 있어서, 작동 솔레노이드의 자기 특성(magnetic characteristics)으로 인해 필요한 변속 액추에이터 이동을 제공하는데 요구되는 광범위한 유동 범위에 걸쳐 적절한 압력 제어를 얻는데 있어서 문제점을 갖는다.
소정 레벨의 솔레노이드 전기 활성화의 경우, 일반적인 솔레노이드 아마츄어상의 자기력은 아마츄어 이동에 대해 비선형적으로 변화한다. 아마츄어가 정지 폴 피스 또는 플럭스 콜렉터와의 작동 공기 갭을 감소시킬 때, 자기력은 지수함수식으로 증가하는 경향이 있으며, 그에 따라 아마츄어에 연결된 밸브 스풀의 결과적인 응답에 소망하지 않는 밸브 특성을 제공한다. 자기력에 있어서 지수함수식으로의 증가는 소정의 구멍 및 스풀 랜드 구성에 대해 개별 구멍의 무척 신속한 개방 및 폐쇄를 야기하며 따라서 회로를 극히 상이하게 작동할시에 유체 압력의 적절한 제어를 가져온다.
따라서 회로를 작동함에 있어서 유압 유체의 유동을 제어하기 위해 솔레노이드 작동식 압력 제어 밸브를 제공하는 것이 오랫동안 소망되었으며, 상기 솔레노이드 작동식 압력 제어 밸브는 솔레노이드 활성화의 소정 레벨에 대한 실질적인 선형 반응에 따라 상대적으로 긴 아마츄어 스트로크를 제공하고 코일 활성화의 작동 범위에 걸쳐 일반적으로 선형 또는 비례 압력 제어를 제공한다.
본 발명은 상술한 문제점에 대해 역점을 두어 다루고 입구로부터 제어 또는 신호 출구 및 압력 제어를 유지하기 위한 취출 구멍으로 유동을 제어하기 위해 밸브 몸체내에서 이동가능한 스풀을 갖는 형태의 솔레노이드 작동식 압력 제어 밸브를 제공한다. 본 발명에서 밸브 부재의 스풀은 솔레노이드 아마츄어에 의한 스풀이동에 응답해 유동을 제어 및 배출 구멍으로 각기 제어하기 위한 한쌍의 이격된 랜드(lands)를 갖는다. 아마츄어의 먼 단부(remote end)상의 작동 공기 갭이 코일 활성화에서 소정 레벨에 의해 폐쇄될 때 솔레노이드는 아마츄어의 일 단부에 감소된 자기 플럭스를 제공하도록 구성된다. 플럭스 콜렉터의 감소된 영역 부분에 의해 아마츄어의 일 단부에서 플럭스가 감소되며, 플럭스 콜렉터는 그들 사이에 환형 공기 갭을 형성하는 아마츄어의 말단부를 둘러싼다. 소정 레벨로 코일 활성화시에, 아마츄어의 먼 단부에서 플럭스에 있어서의 감소는 실질적인 선형 외력 대 솔레노이드에 대한 스트로크 특성을 가져온다. 따라서 제어 압력 출구에서 결과적인 압력은 일반적으로 코일 활성화 변화에 따라 비례적으로 변화된다.
도 1은 솔레노이드 단부로부터 취해진 본 발명의 밸브 조립체의 사시도,
도 2는 밸브 몸체 단부로부터 취해진 도 1의 유사도,
도 3은 도 1의 밸브 조립체의 단면도,
도 4는 도 1의 밸브 조립체의 전개도,
도 5는 저 유량부내의 밸브 스풀을 도시하는 것으로서, 도 3과 유사한 단면부를 도시하는 도면,
도 6은 고 유량부내의 밸브 스푼을 도시하는 것으로서, 도 5와 유사한 도면,
도 7은 코일 전류의 함수로서 나타내진 제어 출구에서의 유동 압력의 그래프,
도 8은 소정 레벨의 코일 전류에 대한 아마츄어 스트로크의 함수로서 아마츄어상의 자력을 도시한 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 밸브 조립체 12 : 밸브 몸체
16 : 원통형 쉘(shell) 26, 28 : 원통형 밸브 랜드
36 : 전기 코일 72 : 은촉 노치(feathering notch)
80 : 스냅 링 84 : 절단부
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 밸브 조립체는 일반적으로 참조부호(10)로 표시되어 있고 베이스 또는 장착 플럭스 콜렉터(14)에 부착된 밸브 몸체(12)를 포함하며 상기 플럭스 콜렉터(14)는 원통형 쉘(shell)(16)로 구성된 외측 플럭스 부재의 일 단부에 수납되고 그에 부착되며 플럭스 콜렉터(14)상에 제공된 숄더(18)에 대해 맞춰진다. 플럭스 콜렉터(14)는 그 상에 제공된 감소된 직경의 환형부(20)를 가지고 그로부터 축방향으로 연장하며, 그의 자기 함수는 이후 상술된다.
밸브 몸체(12)는 그내에 형성된 밸브 보어(22)를 가지며, 그상에 형성된 한쌍의 이격된 원통형 밸브 랜드(26, 28)를 갖는 밀접한 맞물림 구성 스풀 부재(24)에 활주가능하게 수납되고, 소망하는 근접 끼워맞춤을 제공하길 원할 경우, 보어(22)내로 감싸질 수 있다.
외측 쉘(16)은 제 2 플럭스 콜렉터 부재(30)에 연결되었으며 그 상에 제공된 숄더(32)에 대해 맞춰진 대향 단부를 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이 권취된 보빈(34)은 쉘(16)내에 및 플럭스 콜렉터(14, 30) 사이에 배치되고 그 상에 권취된 전기 코일(36)을 갖는다.
플럭스 콜렉터(14, 30) 각각은 그내에 배치된 베어링(38, 40)을 각기 가지며; 작동 로드(42)는 베어링(38, 40)내에 활주가능하게 배치된다. 작동 로드(42)는 그 상에 수납된 아마츄어(44)를 갖는다. 스톱 와셔(46)는 아마츄어(44)와 폴 피스(30) 사이에서 자기 스페이서로서 작용한다. 스프링 리테이너(48)는 로드(42)의 단부 위에 수납되고 스프링(50)은 리테이너(48)에 대해 맞춰진 일 단부와 조절 플러그(52)의 하면에 대해 맞춰진 대향 단부를 가지며 조절 플러그(52)는 플럭스 콜렉터(30)에 나사 결합된다.
아마츄어(44)는 참조부호(54)로 표시된 바와 같은 테이퍼처리된 플럭스 콜렉터(30)에 인접한 단부를 가지며; 플럭스 콜렉터(30)는 그내에 형성된 대응식으로 구성된 테이퍼처리된 리세스(56)를 가지며, 테이퍼(54, 56)는 아마츄어(44)와 플럭스 콜렉터(30) 사이에 작동 공기 갭을 형성하고, 그중 일부는 환형 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예에 있어서, 코일 축에 대해 22°의 각도로 아마츄어의 단부(54)를 테이퍼시키기에 충분함이 알려졌다.
마찬가지로, 플럭스 콜렉터(14)의 감소된 직경부(20)의 내주연부(54)는 환형공기 갭을 형성하며 아마츄어(44)의 단부는 테이퍼진 단부(54)를 상세히 나타낸다.
도 1 내지 도 4의 실시예에 있어서, 밸브 몸체(12)는 콜렉터 링(62)내에 자유 단부에 인접해 형성된 구멍(60)을 포함하는 입구를 가지며; 이격된 보어(22)는 콜렉터 링(66)에 형성된 아마츄어(64)를 포함하는 제어 또는 신호 압력 출구이다. 또한 이격된 보어(22)는 구멍(68)을 포함하는 배출구이다. 유입 구멍(60)은 보어(22)의 스테이션에 위치되어 밸브 랜드(28)는 이동시 작동하여 중간 랜드(28, 26) 영역내의 밸브 보어(22)로 들어가는 구멍(60)을 통한 유동을 제어한다.
밸브 랜드(26)는 보어(22)로부터 배출구(68)를 통해 유동 취출을 제어하도록 작동된다.
도 3에 점선으로 도시된 바와 같이, 배출구 구멍(68)은 참조부호(72)로 표시된 은촉 노치(feathering notch)를 가져서 배출구의 초기 개방시에 소량의 유압 유체가 배출되도록 하며; 반대로 폐쇄시에 배출구의 갑작스런 막힘을 방지한다.
밸브 스풀(24)은 랜드(28)의 단부에 형성된 리세스(76)에 대해 그의 일 단부에 형성된 스프링(74)에 의해 보어(22)내에 수납되며; 대향 단부에 있어서 스프링은 밸브 몸체(12)의 단부에 가압된 캡(76)에 의해 수납된다.
홈(78)은 밸브 몸체(12)의 단부 가까이에 제공되고 그내에 수납된 스냅 링(80)을 가지며 이 링(80)은 제어되는 장치의 유압 회로내의 보어(도시되지 않음)내에 밸브 몸체를 수납하도록 사용됨을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 스풀(24)이 저 유동 위치에 도시되어 있고, 상기 위치에서 밸브 랜드(26)는 개방된 구멍(68)의 은촉 노치부(72)만을 가지며; 랜드(28)는입구(60)를 통해 보어(22)로 소량의 유량만이 유동하도록 위치설정되고; 따라서 제어 구멍(64)내의 압력은 낮은 레벨로 유지된다.
도 6을 참조하면, 랜드(26)가 배출구(60)를 폐쇄시키는 위치로 이동된 스풀(24)이 도시되어 있으며; 밸브 랜드(28)는 입구(60)를 실질적으로 개방하여 전체 유동이 제어 구멍(64)으로 유동하도록 한다.
도 7을 참조하면, 제어 출구(64)에서의 압력 피스(Pc)가 코일 여기 전류(Ic)의 함수로서 나타내져 있으며; 구멍(64)에서의 제어 압력은 코일 전류의 증가에 따라 일반적으로 비례적으로 증가함을 도 7에서 알 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 플럭스 콜렉터(30)가 도시되어 있으며, 이 플럭스 콜렉터(30)는 그내에 형성된 다수의 주연방향으로 이격된 절단부를 가지며, 이 절단부는 원통형 쉘(16)내에 제공된 대향해 대응하는 절단부(84)에 배치된다. 플럭스 콜렉터(30)는 쉘(16)내에서 조절가능하게 회전할 수 있어 형성된 플럭스 노드를 조절하도록 서로에 대해 슬롯(82, 84)의 위치를 변화시키며, 그에 따라 소정 레벨의 코일 활성화에 따라 아마츄어 이동을 조절한다.
아마츄어가 플럭스 콜렉터(30)에 부착되고, 아마츄어(44)의 테이퍼진 부분(54)이 리세스(56)에 대해 폐쇄될 때, 테이퍼진 공기 갭을 가로질러서의 자기 플럭스는 일반적으로 지수함수식으로 증가함을 알 수 있다. 그러나, 플럭스 콜렉터(14)의 감소된 영역 부분(20)은 테이퍼(54)에 대향된 아마츄어(44)의 단부에서 환형 공기 갭을 가로질러 플럭스를 감소시켜 아마츄어의 테이퍼진 단부에서 플럭스의 신속한 증가를 보상한다.
아마츄어의 테이퍼진 단부가 플럭스 콜렉터(14)에 교대로 거꾸로되고 그에 부착되는 경우 및 이러한 교호 구성이 사용되는 경우, 스풀(24)의 역전 밸브 이동에 대한 코일 활성화에 대해 아마츄어의 이동을 역전시키기 원한다면 테이퍼진 리세스(56)는 콜렉터(14)내에 제공됨을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 플럭스 콜렉터(14)의 감소된 영역 부분(20)의 효과가 도시되어 있다. 아마츄어 스트로크의 함수로서 솔레노이드의 힘 특성이 그래프로 도시되어 있으며; 도시된 바와 같이 매우 선형이며 일반적으로 일정하다고 고려될 만큼 충분히 낮은 경사도를 가진다. 따라서 본 발명은 주어진 코일 전류에 대해 아마츄어의 스트로크가 더 길도록 하며 그에 따라 밸브 구멍을 통한 유동의 제어에 있어서 보다 큰 융통성 또는 보다 높은 분석을 제공한다.
비록 본 발명이 도시된 실시예에 대해 상술되었지만, 본 발명은 수정 및 변형될 수 있으며 하기의 특허청구범위에 의해서만 제한됨을 알 수 있다.
본 발명은 솔레노이드 활성화의 소정 레벨에 대한 실질적인 선형 반응에 따라 상대적으로 긴 아마츄어 스트로크를 제공하고 코일 활성화의 작동 범위에 걸쳐 일반적으로 선형 또는 비례 압력 제어를 제공한다.

Claims (15)

  1. 솔레노이드 작동식 밸브 조립체에 있어서,
    ⓐ 밸브 챔버와 연통하는 입구와 상기 밸브 챔버와 연통하는 적어도 하나의 출구를 갖는 밸브 챔버를 형성하는 밸브 몸체와,
    ⓑ 가압 유체의 소스를 상기 입구에 연결할 때, 상기 입구로부터 상기 적어도 하나의 출구로의 유체 유동을 제어하기 위한 것으로 상기 챔버내에 배치되고 그내에서 이동가능한 밸브 부재와,
    ⓒ 상기 밸브 몸체에 부착된 아마츄어 가이드와 상기 가이드내에서 이동하도록 배치된 아마츄어를 포함하는 솔레노이드 조립체로서, 상기 아마츄어의 이동은 상기 밸브 부재의 이동을 유효하도록 작동시키는, 상기 솔레노이드 조립체와,
    ⓓ 상기 아마츄어의 이동이 유효하도록 전기 활성화시에 상기 아마츄어 가이드를 중심으로 이격되고 작동되는 코일과,
    ⓔ 외측 부재와, 상기 아마츄어의 제 1 단부와 함께 작동 공기 갭을 형성하도록 구성된 제 1 플럭스 콜렉터와, 상기 제 1 단부 말단의 상기 아마츄어의 제 2 단부와 함께 환형 공기 갭을 형성하는 제 2 플럭스 콜렉터를 포함하는 상기 코일 둘레의 플럭스 루프를 완성하는 구조체로서, 상기 제 2 플럭스 콜렉터는 감소된 영역부를 가져서, 코일 활성화 및 상기 아마츄어의 상기 제 1 플럭스 콜렉터로의 이동시에 상기 환형 공기 갭을 가로질러서의 상기 플럭스는 상기 감소된 영역부에 의해 점차로 감소되며, 그에 따라 상기 작동 공기 갭의 점진적 감소에 의해 야기된자기력 증가를 최소화하는, 상기 구조체를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 플럭스 콜렉터의 감소된 영역부는 감소된 직경의 환형부를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아마츄어 제 1 단부는 테이퍼진 구조를 가지고, 상기 제 1 플럭스 콜렉터는 대응해서 테이퍼진 리세스를 포함하며, 상기 제 1 공기 갭은 환형 테이퍼진 부분을 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부재는 제 1 세트의 플럭스 노드를 형성하는 다수의 표면을 포함하고, 상기 제 1 플럭스 콜렉터는 제 2 세트의 플럭스 노드를 형성하는 다수의 표면을 포함하며, 상기 제 1 플럭스 콜렉터는 상기 제 1 및 제 2 세트의 노드 사이에서 조절하도록 이동가능한
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 스풀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출구는 제 1 신호 출구 및 제 2 취출 출구를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 출구는 압력 제어 출구 및 취출 출구를 포함하며; 상기 밸브 부재는 상기 압력 제어 출구로의 유동을 제어하는 제 1 랜드와 상기 취출 출구로의 유동을 제어하는 제 2 랜드를 갖는 스풀을 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부재는 일반적으로 원통형 쉘을 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부재는 그의 단부에 다수의 절단부를 포함하는 일 세트의 플럭스 노드를 갖는 중공 원통형 부재를 구비하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 몸체는 상기 제 2 플럭스 콜렉터에 부착되는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    코일 활성화시에 상기 아마츄어상의 자기력은 도 8에 실질적으로 도시된 바와 같이 아마츄어 이동의 함수로서 변화하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체.
  11. 솔레노이드 작동식 밸브 조립체의 제조 방법에 있어서,
    ⓐ 밸브 몸체내에 밸브 부재를 위치시키고 상기 밸브 부재를 이동시켜 입구로부터 적어도 하나의 출구로의 유동을 제어하는 단계와,
    ⓑ 밸브 가이드내에 아마츄어를 위치시키고 상기 밸브 부재가 이동하도록 상기 아마츄어를 작동식으로 연결시키는 단계와,
    ⓒ 코일을 상기 아마츄어 및 아마츄어 가이드 상에 위치시키고 외측 부재 및 제 1 플럭스 콜렉터와 함께 상기 코일을 중심으로 플럭스 루프를 형성하며 상기 아마츄어와 상기 제 1 플럭스 콜렉터 사이에 작동 공기 갭을 형성하고 상기 제 1 플럭스 콜렉터와 이격되게 제 2 플럭스 콜렉터를 배치시키며 상기 아마츄어와 상기 제 2 플럭스 콜렉터 사이에 환형 공기 갭을 형성하는 단계와,
    ⓓ 상기 제 2 플럭스 콜렉터상에 감소된 영역부를 형성하며 상기 코일의 활성화시에 상기 제 2 공기 갭을 가로질러 플러스를 점차로 감소시키고 상기 작동 공기 갭이 감소될 때 자기력의 증가를 최소화하는 단계를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    감소된 영역부를 형성하는 상기 단계는 상기 코일에 대해 축방향으로 연장하는 감소된 직경부를 형성하는 단계를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    플럭스 루프를 완성하는 상기 단계는 상기 제 1 플럭스 콜렉터상에 제 1 세트의 플럭스 노드를 형성하는 단계와, 상기 외측 부재상에 제 2 세트의 노드를 형성하는 단계와, 상기 외측 부재에 대해 상기 제 1 플럭스 콜렉터를 회전시키는 단계와, 상기 아마츄어의 이동을 보정하는 단계를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    작동 공기 갭을 형성하는 상기 단계는 상기 아마츄어의 단부를 테이퍼링하는 단계와, 상기 제 1 플럭스 콜렉터내에 대응하는 테이퍼된 리세스를 형성하는 단계를 포함하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브 부재를 이동시키는 단계는 상기 코일을 활성화하는 단계와 상기아마츄어에 자기력을 가하는 단계를 포함하며, 이는 도 8에 실질적으로 도시된 바와 같이 아마츄어 이동의 함수로서 변하는
    솔레노이드 작동식 밸브 조립체의 제조 방법.
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