KR200220223Y1 - 솔레노이드 구동회로 - Google Patents
솔레노이드 구동회로 Download PDFInfo
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Abstract
본 고안은 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 크기를 솔레노이드의 작동위치에 따라 적절하게 조절할 수 있는 솔레노이드 구동회로에 관한 것이다.
본 고안의 솔레노이드 구동회로는 솔레노이드 코일과, 상기 솔레노이드 코일의 일단에 병렬 접속되는 제 1 및 제 2 분기선과, 상기 제 1 분기선에 설치되는 스위칭 소자와, 상기 제 2 분기선에 설치되는 전류제한소자와, 상기 스위칭 소자를 온(ON)시키기 위한 스위칭신호를 공급하는 신호공급수단과, 상기 스위칭 신호를 바이패스시켜 스위칭 소자를 오프(OFF)하는 바이패스(by-pass) 수단을 포함한다.
따라서, 본 고안은 대전류에 의해 솔레노이드에 과도한 열이 발생하는 것을 방지하면서도 연속적이고, 반복적인 솔레노이드의 구동이 가능하다.
Description
본 고안은 반복 및 연속동작시 사용되는 솔레노이드 구동장치에 관한 것이다. 특히 본 고안은 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 크기를 솔레노이드의 작동위치에 따라 적절하게 조절할 수 있는 솔레노이드 구동회로에 관한 것이다.
일반적으로 솔레노이드는 전자석의 흡인력을 이용하여 가동철심을 흡인하거나 밀어냄로써 일정한 동작을 수행하는 장치이다. 특히, 솔레노이드는 주로 밸브 계통에 많이 이용되고 있다.
본 고안에 적용되는 솔레노이드는 도 3에 도시된 바와같이 솔레노이드(11)의 척력을 이용하여 로드(rod)(14)를 밀어올리고, 이 로드(14)의 수직 상승력에 따라 레버(lever)(18)를 B위치에서 A 위치로 움직이는데 사용한다. 또한, 솔레노이드에 흡인력이 작용하는 경우에는 로드를 흡인하여 레버를 B위치로 복귀시킨다.
본 고안은 솔레노이드가 상기한 동작을 연속적으로 반복하여 실행할 수 있도록 구동하는 솔레노이드 구동장치에 관한 것이다.
이러한 솔레노이드를 구동시키기 위한 종래의 회로구성도가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와같이, 외부에서 릴레이 코일(K1)을 여자하면, 이 릴레이 코일(K1)과 연동하여 작동되는 스위치 S1, S2, S3및 S4가 닫힌다. 이에 따라, 상기 스위치 S1, S2, S3를 통해 입력되는 180V의 3상교류전압은 전파정류기(2)와 L1, R1, C1을 거쳐 220V 직류전압으로 변환된다. 이 직류전압은 스위치 S4를 통해 솔레노이드 코일에 인가된다. 이에따라, 도 3의 레버는 B위치에서 A 위치로 움직인다.
이와같이, 종래의 솔레노이드 구동회로에 있어서는 릴레이 코일이 소자되기 전까지(레버가 B위치로 복귀할 때 까지)는 솔레노이드 코일에 계속적으로 대전류가 흐르게 된다. 즉, 레버가 현재의 위치를 유지하는데 필요한 최소한의 전류이상의 전류가 솔레노이드에 반복적으로 흘러 솔레노이드에 많은 열이 발생되고, 이로인해 솔레노이드의 효율이 떨어져 안정성이 결여되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 고안의 목적은 솔레노이드에 연속적으로 제한된 전류를 공급할 수 있는 솔레노이드 구동회로를 제공함에 있다.
본 고안의 다른 목적은 고전압, 소전류를 사용하는 솔레노이드 구동회로를 제공함에 있다.
또한, 본 고안의 다른 목적중 하나는 연속적으로 온/오프 제어가 가능하며, 계속 솔레노이드를 동작시켜도 안정적인 동작이 보장되는 솔레노이드 구동회로를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 솔레노이드 코일과, 상기 솔레노이드 코일의 일단에 병렬 접속되는 제 1 및 제 2 분기선과, 상기 제 1 분기선에 설치되는 스위칭 소자와, 상기 제 2 분기선에 설치되는 전류제한소자와, 상기 스위칭 소자를 온(ON)시키기 위한 스위칭신호를 공급하는 신호공급수단과, 상기 스위칭 신호를 바이패스시켜 스위칭 소자를 오프(OFF)하는 바이패스(by-pass) 수단을 포함하고, 스위칭 신호가 인가되면, 제 1 분기선을 통해 최대 솔레노이드 전류(I1)가 흐르고, 스위칭 신호가 바이패스되면, 제 2 분기선을 통해 제한 솔레노이드 전류(I2)가 흐르는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 구동회로를 청구한다.
상기 전류제한소자는 솔레노이드가 현재의 동작위치를 유지할 수 있도록 제 2 분기선에 최소한의 솔레노이드 전류를 허용하는 선형저항소자이다.
상기 스위칭 소자는 트랜지스터로 이루어지고, 상기 스위칭 신호는 이 트랜지스터의 베이스단에 인가되는 외부전류이다.
상기 바이패스 수단은 트랜지스터의 베이스단에 접속되는 바이패스 분기선이고, 상기 바이패스 분기선은 제 1 분기선에 최대 솔레노이드 전류(I2)가 흐를때 온(ON)되는 마이크로 스위치를 포함한다.
본 고안의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 고안의 실시예에 의해 알게될 것이다. 또한, 본 고안의 목적 및 장점들은 첨부된 실용신안등록청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해서 실현될수 있다.
도 1은 종래의 솔레노이드 구동회로에 대한 회로구성도를 도시한 것이다.
도 2는 본 고안의 솔레노이드 구동회로에 대한 회로구성도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 솔레노이드 구동회로가 장착된 솔레노이드 구동장치의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 솔레노이드 코일에 흐르는 솔레노이드 전류의 전류파형을 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 솔레노이드 12: 마이크로 스위치
14: 로드(rod) 15: 엑츄에이터
16: 누름턱 17: 레버핀(lever pin)
18: 레버(lever)
본 고안자는 레버를 A위치에서 B위치로 이동시킬 때는 솔레노이드 코일에 최대 전류가 필요하나 A위치를 유지하는 상태에서는 최대 전류 보다 제한된 전류로도 충분하다는 것을 알게 되었다.
즉, 솔레노이드가 로드를 밀어올릴때에는 큰 힘이 필요하나 로드가 올라가 있는 상태에서는 현재의 동작위치를 유지할 수 있는 정도의 힘만으로도 충분하다.
따라서, 솔레노이드의 동작상태를 로드 수직상승 상태와, 현재의 동작위치를 유지하는 상태로 구분하고, 수직상승시에는 솔레노이드에 최대전류를 인가하고, 동작위치 유지시에는 제한전류를 흘러줌으로써 솔레노이드에 발생되는 열을 어느정도 방지할 수 있다.
이하에서 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.
본 고안의 설명에서 종래와 동일 또는 동등한 부분은 같은 도면부호로 병기하여 설명한다.
A. 솔레노이드 구동장치
도 3은 본 고안의 솔레노이드 구동회로가 내장된 솔레노이드 구동장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다. 도 3의 도시에 있어 본 고안과 직접적으로 관련되지 않은 부분은 도면에서 생략한다.
도 3의 솔레노이드 구동장치는 솔레노이드(11)와, 솔레노이드에 의해 수직으로 왕복운동을 하는 로드(rod)(14)와, 로드에 의해 A→B 또는 B→A로 반복하여 움직이는 레버(lever)(18)와, 레버의 움직임을 마이크로 스위치(12)에 전달하기 위한 누름턱(16)과, 누름턱이 움직임에 따라 작동되는 마이크로 스위치(12)의 엑츄에이터(16)와, 엑츄에이터의 작동에 따라 접점이 개폐되는 미소접점(13)으로 구성된다.
상기 로드(14)는 솔레노이드 전자석의 척력에 따라 수직으로 상승하고, 인력에 따라 수직으로 하강하는 일종의 막대로서 그 일단은 솔레노이드(11)와 접촉하고, 그 타단은 레버(18)의 우측단에 접촉된다.
상기 레버(18)는 도 3에 도시된 것과 같은 형상을 갖는 것으로서, 레버(18)의 하단부에는 로드(14)의 직선운동을 레버의 회전운동으로 전환하기 위한 레버핀(17a, 17b)이 양측에 부착되어 있다. 또한, 상기 각 레버핀(17a, 17b) 사이 하측에는 레버의 움직임을 마이크로 스위치(12)에 전달하기 위한 누름턱(16)이 부설되어 있다.
상기 누름턱(16)과 접촉하는 면에는 마이크로 스위치(12)의 엑츄에이터(15)가 설치되어 있어, 레버(18)의 움직임을 마이크로 스위치(12)에 전달한다.
마이크로 스위치(12)는 미소접점 간격(13)과 스냅동작기구를 가졌고, 규정된 동작과 규정된 힘으로 개폐동작을 하는 접점기구가 케이스로 덮여지고, 그 외부에 엑츄에이터(15)를 갖추어 소형으로 만들어진 스위치이다. 따라서, 마이크로 스위치(12)는 엑츄에이터(15)의 기계적 운동을 전기적 스위칭으로 전환하는 소자이다.
B. 솔레노이드 구동회로
이하에서, 도 2를 참조하여 본 고안의 솔레노이드 구동회로를 설명한다.
본 고안의 솔레노이드 구동회로는 크게 3상 전파정류부(10)와 솔레노이드 전류제어부(20)로 나뉜다.
3상 전파정류부(10)는 60Hz 180V 3상교류전원과, 릴레이 코일(K1)과, 릴레이 접점(S1, S2, S3, S4)과, 전파정류기(12)와, 필터 및 인버터회로(L1, R1, C1)로 이루어진다.
상기 3상 전파정류부(10)의 동작을 설명하면, 릴레이 코일(K1)에 코일여자전류(Ic)가 인가되면 릴레이 코일(K1)이 여자되어 스위치 S1, S2, S3및 S4를 닫는다. 이에따라, 상기 스위치 S1, S2, S3를 통해 입력된 180V의 3상 교류전압은 전파정류기에 의해 정류된 후 필터 및 인버터회로(L1, R1, C1)에 의해 220V의 직류전압으로 변환된다. 이 직류전압에 의한 직류전류는 스위치 S4를 통해 솔레노이드 코일(11)에 인가된다.
솔레노이드 전류제어부(13)는 솔레노이드 코일(11)과, 이 솔레노이드 코일(11)의 일단에 접속되는 제 1 및 제 2 분기선(11a, 11b)과, 상기 제 1 분기선(11a)상에 설치되는 트랜지스터(TR)와, 상기 제 2 분기선(11b)에 설치되는 저항소자(R2)와, 상기 트랜지스터(TR)의 베이스단(B)에서 바이스패스되는 바이스패스 분기선(11c)과, 상기 바이패스 분기선(11c)상에 설치되는 마이크로 스위치의 미소접점(13)으로 구성된다.
상기 트랜지스터(TR)는 그 컬렉터 단자(C)가 솔레노이드 코일(11)의 일단에 접속되고, 그 이미터 단자(E)는 제 1 분기선(11a)에 접속되며, 그 베이스 단자(B)는 스위칭전류(Is)가 인가되는 스위칭 신호선(11d)과 접속된다. 또한, 상기 바이패스 분기선(11c)은 상기 스위칭 신호선(11d)에서 분기되고, 트랜지스터(TR)의 베이스 단자(B)와 접속된다.
상기 제 2 분기선(11b)에 설치되는 저항소자(R2)의 저항값은 솔레노이드(11)가 동작위치(A위치)를 유지할 수 있도록 허용하는 전류값에 셋팅시킨다.
C. 솔레노이드 구동장치의 작동
상기한 구성을 갖는 솔레노이드 구동장치 및 솔레노이드 구동회로의 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.
a. 레버가 A위치에서 B위치로 움직일 때
외부에서 릴레이 코일(K1)에 코일여자전류(Ic)가 흐르면, 180V의 3상 교류전압이 전파정류기(12)와 필터 및 인버터 회로(L1, R1, C1)를 거쳐 220V의 직류전압으로 변환된다. 이 직류전압에 의한 직류전류가 스위치 S4를 거쳐 솔레노이드 코일(11)에 인가된다.
이때, 릴레이 코일(K1)에 인가되는 전류의 일부가 스위칭 신호선(11d)을 통해 트랜지스터(TR)의 베이스 단자(B)에 인가되는데, 이 전류는 트랜지스터의 베이스 단자를 제어하여 트랜지스터를 통전시키기 위한 스위칭 신호이다. 스위칭 신호가 트랜지스터의 베이스 단자에 인가되면 트랜지스터는 통전되고, 솔레노이드 코일(11)에 인가된 직류전류는 트랜지스터의 컬렉터 단자(C)에서 이미터 단자(E)를 거쳐 제 1 분기선(11a)으로 흐른다.
이때, 솔레노이드 코일(11)과 제 1 분기선(11a)을 통해 흐르는 전류는 제 1 분기선(11a)에 솔레노이드 코일 이외에는 어떠한 전류제한소자도 존재하지 않기 때문에 최대 전류가 흐르게 된다. 이 최대 전류에 대한 전류파형이 도 4에 도시되어 있다. 즉, 최대 솔레노이드 전류(Imax)는 도 4의 0 - t1시간 사이에 흐르는 전류이다.
이와같이, 솔레노이드 코일(11)을 통해 최대 솔레노이드 전류(Imax)가 흐르면 솔레노이드 코일(11)은 여자되어 전자석으로 변화하고, 솔레노이드의 척력에 의해 도 3의 로드(14)를 밀어올린다. 로드(14)가 밀려올라감에 따라 레버(18)는 B위치에서 A위치로 움직인다.
레버(18)가 A위치로 움직임에 따라 하단에 존재하는 누름턱(16)이 마이크로 스위치(12)의 엑츄에이터(15)를 작동시켜 도 2의 미소접점(13)을 닫는다.
b. 레버가 A위치에서 유지될 때
레버(18)가 A위치에서 유지되면, 마이크로 스위치의 미소접점(13)은 닫히고, 스위칭 신호선(11d)을 통해 흐르던 스위칭 전류(Is)는 트랜지스터의 베이스 단자에 인가되는 것이 아니라 접점 a에서 바이패스(by-pass)된다. 바이스패스된 스위칭 전류(Is)는 마이크로 스위치의 미소접점(13)을 거쳐 바이패스선(11c)을 통해 흐른다.
스위칭 신호(Is)가 접점 a에서 바이패스됨에 따라 트랜지스터는 턴오프(turn-off)되고, 솔레노이드 코일(11)을 통해 흐르는 솔레노이드 전류는 접점 b에서 제 2 분기선(11b)을 따라 흐른다. 제 2 분기선(11b)을 통해 흐르는 솔레노이드 전류는 전류제한소자인 저항소자(R2)에 의해 그 전류값이 제한되어 최대 솔레노이드 전류(Imax)에 비해 그 크기가 제한된다. 이 제한 솔레노이드 전류(Imin)의 전류파형이 도 4에 나타나 있다.
도 4의 시간 t1- t2구간 사이에 흐르는 전류파형이 바로 제한 솔레노이드 전류(Imin)이다.
이와같이, 솔레노이드 코일(11)에 제한 솔레노이드 전류(Imin)가 흐르면, 레버(18)는 A위치를 그대로 유지하게 된다. 이때, 솔레노이드 코일(11)에는 최대 전류가 아닌 제한전류가 흐르기 때문에 솔레노이드에 이상을 초래하는 큰 열은 발생하지 않는다.
c. 레버가 B위치로 복귀할 때
도 2의 릴레이 코일(K1)에 입력되는 코일여자전류(Ic)가 흐르지 않게 되면 이 릴레이 코일과 연동된 스위치 S1, S2, S3및 S4가 개방되고, 솔레노이드 코일(11)에는 전류가 흐르지 않게 된다. (도 4의 시간 t2- t3구간)
이와같이, 솔레노이드 코일(11)에 전류가 흐르지 않게 되면, 솔레노이드 코일은 소자되고 로드(14)는 아래로 하강한다. 이와같이 로드(14)가 하강함에 따라 레버(18)는 원래의 위치인 B로 복귀된다. 레버(18)가 복귀함에 따라 마이크로 스위치의 미소접점(13)은 개방된다.
상기한 a, b, c의 동작을 반복하는 것에 의해 연속적이고, 반복적인 솔레노이드의 구동이 가능해지며, 일정한 시간 구간 동안에는 제한전류가 솔레노이드에 흐르기 때문에 과도한 열도 방지할 수 있다.
즉, 본 고안은 솔레노이드에 이상을 발생시키는 과도한 열을 방생시키지 않으면서도 연속적이고, 반복적인 솔레노이드의 구동이 가능하다.
상술한 실시예에 본 고안이 한정되는 것은 아니며 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 고안의 기술사상과 아래에 기재될 실용신안등록청구범위의 균등범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 대전류에 의해 솔레노이드에 과도한 열이 발생하는 것을 방지하면서도 연속적이고, 반복적인 솔레노이드의 구동이 가능하다.
Claims (4)
- 솔레노이드 코일;상기 솔레노이드 코일의 일단에 병렬 접속되는 제 1 및 제 2 분기선;상기 제 1 분기선에 설치되는 스위칭 소자;상기 제 2 분기선에 설치되는 전류제한소자;상기 스위칭 소자를 온(ON)시키기 위한 스위칭신호를 공급하는 신호공급수단;상기 스위칭 신호를 바이패스시켜 스위칭 소자를 오프(OFF)하는 바이패스(by-pass) 수단을 포함하고;스위칭 신호가 인가되면, 제 1 분기선을 통해 최대 솔레노이드 전류(I1)가 흐르고, 스위칭 신호가 바이패스되면, 제 2 분기선을 통해 제한 솔레노이드 전류(I2)가 흐르는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 구동회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 전류제한소자는 솔레노이드가 현재의 동작위치를 유지할 수 있도록 제 2 분기선에 최소한의 솔레노이드 전류를 허용하는 저항소자인 것 특징으로 하는 솔레노이드 구동회로.
- 제 2 항에 있어서,상기 스위칭 소자가 트랜지스터로 이루어지고, 상기 스위칭 신호는 이 트랜지스터의 베이스단에 인가되는 외부전류인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 구동회로.
- 제 3 항에 있어서,상기 바이패스 수단은 트랜지스터의 베이스단에 접속되는 바이패스 분기선이고, 상기 바이패스 분기선은 제 1 분기선에 최대 솔레노이드 전류(I2)가 흐를때 온(ON)되는 마이크로 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 구동회로.
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|---|---|---|---|---|
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1998
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