KR200270661Y1 - 유압. 공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 영구자석과 전자석간에 동시에 발생되는 흡인력과 반발력을 이용하여 실린더 내 피스톤을 왕복운동 시키는 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동장치에 관한 것으로, 그 목적은 유압.공압 피스튼 펌프의 부피 및 소음을 최소화하고 효율을 제고할 수 있도록 하는 것이다.

이 목적을 위해, 본 고안은 전자석에 전류공급 및 전류방향을 제어하는 제어장치와; 프레임과; 프레임에 결합하여 고정된 복수개의 좌측전자석과; 좌측전자석으로부터 일정거리 이격되고 대칭 상태로 프레임에 결합되어 고정된 복수개의 우측전자석과; 좌측전자석과 우측전자석 사이에 위치하며 피스톤과 결합한 로드에 결합되어 실린더의 피스톤과 일체화된 고정판과; 고정판에 결합되고 좌측전자석과 우측전자석의 사이에 위치한 영구자석으로 구성된 것을 특징으로 한다.

따라서, 영구자석 및 전자석간에 동시에 발생된 흡인력과 반발력을 주된 에너지 발생 원으로 이용함으로서 피스톤 펌프의 부피 및 소음을 최소화가 가능하고, 펌핑 횟수조절이 용이할 뿐만 아니라 , 피스톤 펌프의 효율이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

유압. 공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동 장치{The piston driving apparatus of hydraulic piston pump and pneumatic piston pump}

본 고안은 유압.공압 피스톤 펌프에 있어서 영구자석과 전자석에 의해 동시에 발생되는 흡인력과 반발력을 이용하여 실린더 내 피스톤을 왕복운동을 시키는 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동장치에 관한 것이다.

종래의 유압.공압 피스톤 펌프는 실린더 내 피스톤을 왕복작용 시키기 위해서 모터 또는 내연기관 등 원동기의 회전에너지를 사용하거나 전자석의 흡인력과 스프링의 탄성에너지를 동시에 이용한다.

이러한 유압.공압 피스톤 펌프는 다른 형태의 펌프에 비해 구조상 누설이 적고 고압을 생산할 수 있다.

그러나 실린더 내 피스톤을 왕복작용 시키기 위해 회전에너지를 발생시키는 원동기와 회전에너지를 직선왕복운동에너지로 변환시키는 크랭크축과 링크 등을 사용해야 함으로 유압.공압 피스톤 펌프의 부피가 클 뿐만 아니라 소음이 많은 단점이 있다.

그리고, 전자석의 흡인력과 스프링의 탄성에너지를 이용한 피스톤 펌프의 경우 전자석의 흡인력이 발생할 경우에만 고압이 생성됨으로 인해 펌프의 효율이 낮은 문제점이 있다.

본 고안은 영구자석과 전자석에 의해 동시에 발생되는 흡인력과 반발력의 이용과 피스톤이 갔다 왔다하는 운동 모두 압축이 가능하게 하여 유압.공압 피스톤 펌프를 컴펙트하게 제작 및 소음을 최소화하면서, 토출 압력의 증대 및 피스톤 펌프의 효율을 높이기 위한 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 피스톤 구동 장치가 1개의 실린더와 결합한 상태를 도시한 단면도

도 2의(A),(B)는 본 고안의 핵심인 피스톤 구동 에너지 발생부를 설명하기 위한 설명도

도 3은 도 1에 있어서, 좌측 전자석을 도시한 사시도

도 4는 도 1에 있어서, 프레임을 도시한 사시도

도 4는 도 1에 있어서, 고정판에 결합된 영구자석과 고정판을 도시한 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 영구자석 2. 좌측 전자석

3. 우측 전자석 4,4-1,4-2,4-3. 코일 단자

5. 고정판 6. 피스톤 로드

8. 방진고무 9. 부시

10,10-1,10-2,10-3. 체크밸브 11,15. 프레임

12. 제어장치 13. 케이스

14. 원통 바

본 고안의 유압.공압 피스톤 펌프의 실린더 내 피스톤을 구동시키는 에너지원은 영구자석과 전자석과의 흡인력과 반발력에 의해 발생되는데, 영구자석과 전자석간에 동시에 발생하는 흡인력과 반발력을 이용한 본 고안의 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동 장치는;

피스톤 구동 에너지 발생부를 구성하는 좌측 전자석과 우측 전자석을 철심의 중심선 상에서 일정거리 이격시키고 고정하여 영구자석의 왕복운동 공간을 제공하는 프레임(11,15)과;

유체, 또는 공기를 한 방향으로만 흐르게 하고 역방향의 흐름은 차단시키는 기능을 수행하며, 실린더 내 피스톤 왕복운동에 따른 용적변화로 인해 유체 또는 공기를 흡입과 토출 시키는 체크벨브(10,10-1,10-2,10-3)와, 해드커버(7-2)와, 실린더튜브(7-1)와, 피스톤(7-4)과, 로드커버(7-3)를 구비한 실린더와;

좌측 전자석(2)과, 좌측 전자석의 철심둘레에 감긴 코일의 전류방향과 항상 반대의 전류방향을 갖도록 한 코일을 구비하고, 좌측 전자석으로부터 일정거리 이격되고 대칭인 상태로 위치한 우측 전자석(3)과, 좌측 전자석과 우측 전자석 사이에 위치한 영구자석(1)으로 구성된 피스톤 구동 에너지 발생부와;

좌측전자석과 우측전자석의 사이에 위치하며, 부착된 복수개의 영구자석(1)에 작용하는 흡인력 또는 반발력들을 피스톤 로드(6)를 통해 피스톤에 전달역할을 하는 고정판(5)과;

영구자석과 전자석간에 흡인력 발생으로 영구자석이 전자석의 철심에 부딪칠경우, 영구자석의 파손 방지와 충격소음 및 충격진동을 극소화시키기 위해 영구자석의 중심에 천공된 구멍(1-4)에 삽입되어 고정되는 H 형상의 방진고무(8)와;

고정판(5)이 좌측전자석과 우측전자석 사이에서 왕복운동 행정을 함에 있어 영구자석의 중심이 철심의 중심 축 상에 항상 위치하도록 고정판을 안내하는 원통바(14)와;

복수개의 전자석과 연결되어 코일에 공급하는 전류 방향의 변환을 제어하기 위해 영구자석의 위치를 감지하는 센서(16)와, 제어회로와, 전원 공급회로를 구비하여 된 제어장치(12)와;

이물질을 유입을 차단하고, 피스톤 구동 에너지 발생부를 보호하는 케이스(13)로 구성됨을 특징으로 한다.

본 고안의 핵심인 피스톤 구동 에너지 발생부의 구성과 피스톤을 구동시키는 에너지 발생부 작동원리를 첨부된 도 2의(A),(B)에 의거 설명하면 다음과 같다.

도 2의(A),(B)는 코일에 전류를 흘렸을 때 좌.우측 전자석과 영구자석간 동일한 자극과 서로 다른 자극이 발생되어 흡인력과 반발력이 생성됨을 나타낸 것이다.

철심의 둘레에 여자코일을 감은 전자석은 코일에 전류를 흐르게 하면 강한자석이 되며, 이때 전자석의 자계방향(자극)은 암폐어의 오른나사의 법칙에 의해 알 수 있다.

이러한 전자석들을 좌측과 우측에 위치하여 고정시키고 좌측 전자석(2)과 우측전자석(3)의 사이에 N극과 S극을 갖는 영구자석(1)을 위치하도록 구성한 후,

영구자석에 흡인력과 반발력이 동시에 발생하도록 즉 전자석과 영구자석 사이에 같은 자극으로 인해 반발력과 서로 다른 자극으로 인해 흡인력이 동시에 발생하도록 하기 위해, 코일에 전류를 흘렸을 때 영구자석과 마주한 좌측 전자석의 철심끝단(2-3)과 우측 전자석의 철심끝단(3-3)이 동일한 자극(N극 또는 S극)이 되도록 하여야 하며,

이를 위해 좌측 전자석의 코일(2-2)의 전류가 흐르는 방향과, 우측 전자석의 코일(3-2)의 전류가 흐르는 방향을 반대로 하여야 하는데, 이는 좌측전자석의 철심둘레에 감는 코일(2-2)의 방향과 우측전자석의 철심 둘레에 감는 코일(3-2)의 방향은 서로 반대가 되도록 하고, 좌측 전자석의 한 끝 코일단자(4-2)와 우측 전자석의 한 끝 코일단자(4-3)를 연결함으로서 좌측 전자석 코일과 우측 전자석 코일을 하나의 연결된 회로가 되도록 구성하면 가능하다.

그러므로, 도 2의(A)에서 도시한 바와 같이 코일단자(4)에 전류를 흘렸을 때, 영구자석과 마주한 좌측.우측 전자석의 끝단(2-3,3-3)이 N극이 생성되어 영구자석 N극(1-1)과 좌측 전자석(2)과는 반발력이 발생되고, 동시에 영구자석 S극(1-2)과 우측 전자석(3)과는 흡인력이 발생하여 영구자석(1)은 고정판(5)과 함께 급격히 우측으로 이동한다.

또한, 도 2의(B)에서 도시된 바와 같이 다른 코일단자(4-1)에 전류를 흘렸을 때, 영구자석과 마주한 좌측.우측 전자석의 철심끝단(2-3,3-3)에 S극이 생성되어 영구자석 N극(1-1)과 좌측 전자석(2)과는 흡인력이 발생되고, 동시에 영구자석 S극(1-2)과 우측 전자석(3)과는 반발력이 발생하여 영구자석(1)은 고정판(5)과 함께 급격히 좌측으로 이동한다.

따라서, 제어회로에 의해 코일단자(4,4-1)에 전류 입력 방향을 변화시키면 영구자석과 함께 고정판(5)은 전류방향 변화 횟수에 부합한 좌우 왕복운동을 하는데, 이러한 고정판(5)을 다시 피스톤과 결합된 로드(6)에 결합시키면 피스톤(7-4)도 고정판과 동일한 좌우 왕복운동을 한다.

그리고, 피스톤의 압축하는 힘과 관계가 있는 전자석의 자기흡인력은 전자석의 면적과 자속밀도에 의해 결정되며, 자속밀도는 코일에 흘리는 전류의 세기와 철심둘레에 코일의 감는 수의 곱으로 얻을 수 있고, 영구자석과 전자석의 자극 상호간에 작용하는 힘, 즉 흡인력 또는 반발력의 세기는 자기에 관한 쿨롱법칙에 의해 자극간의 거리의 곱에 반비례하고, 각각의 자극 세기의 곱에 비례한다.

이러한 법칙에 따라 전자석의 개수를 증가할 경우, 그리고 전자석마다 코일의 감는 수를 증가시킬 경우, 또는 영구자석의 자력을 증대시킬 경우에 피스톤(7-4)의 압축하는 힘 또한 증가시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동장치를 설명한다.

도 3은 원통형상의 좌측 전자석을 도시한 사시도 이다.

좌측 전자석과 우측전자석은 동일한 형상이므로 좌측 전자석으로 실례로 들었다.

이러한 전자석은 좌측 프레임의 결합 구멍(11-1)의 내면에 형성된 나사부와 용이하게 결합되기 위해 영구자석과 마주하는 철심의 일 끝 단면(2-3)과 인접한 원주곡면에 형성된 나사부(2-4)를 포함한다.

도 4는 좌측 프레임과 우측 프레임을 도시한 사시도 이다.

본 고안의 프레임은 비자성체 재질로 이루어진 좌측프레임(11)과 우측프레임(15)으로 구성되었다.

상기 좌측프레임(11)은 천공한 후 구멍 내면에 나사부를 형성한 복수개의 전자석 결합구멍(11-1,11-1-1)과; 실린더 로드커버(7-3)와 용이하게 결합되기 위해 천공된 구멍(11-5)과; 로드커버와 좌측프레임을 결합 시 볼트를 삽입할 수 있는 구멍(11-6)과;

원통 바(14)의 일 끝단을 삽입하여 바를 고정시키는 홈(11-4)과: 전자석간 이격거리를 유지시키고, 우측 전자석들이 결합된 우측프레임(15)을 볼트에 의해 용이하게 좌측 프레임과 체결토록 암나사가 형성된 홈(11-3)을 포함한 돌기(11-2)를 구비함을 특징으로 한다.

상기 우측 프레임(15)은 돌기가 없는 일정두께의 원판으로, 좌측 프레임(11)과 대칭되는 위치에 천공된 실린더의 로드커버 결합구멍(15-4)과; 내주면에 나사부를 형성한 복수개의 전자석 결합구멍(15-1,15-1-1)과: 원통 바(14)의 다른 끝단을 삽입 고정시키는 홈과; 좌측 프레임의 돌기와 체결하기 위한 볼트구멍(15-3)을 포함함을 특징으로 한다.

도 5는 고정판에 결합된 영구자석의 단면과 고정판을 도시한 사시도 이다.

고정판(5)은 돌기(11-2)와 겹칠 수 있는 부분들을 제거하여 된 원판으로서, 프레임의 전자석결합 구멍(11-1,11-1-1,15-1,15-1-1)과 대칭을 이루는 위치에 천공하고, 내주면에 나사부를 형성한 복수개의 영구자석 결합용 구멍(5-2,5-2-1)과; 고정판의 중심에 천공된 피스톤 로드 결합구멍(5-1)과; 원통 바(14)가 삽입되는 구멍(5-3)을 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 피스톤로드 결합구멍(5-1)은 로드의 일 끝단을 삽입한 후, 너트(6-1)를 이용하여 고정판과 피스톤로드를 체결하면 고정판과 피스톤을 일체화 시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 고정판에 결합될 복수개의 영구자석(1,1-1)들은 전자석 철심의 단면 형상과 직경이 동일하고, N극과 S극을 가지며, 고정판의 두께보다 두꺼운 원판 형상으로서, 고정판의 영구자석 결합용 구멍(5-2)의 내주면에 형성된 나사부에 용이하게 결합되기 위해서 영구자석의 원판 원주곡면에 형성된 나사부(1-3)와; H 형상의 방진고무(8)를 삽입 고정하기 위해 원판 형상의 영구자석 중심에 천공된 구멍(1-4)을 포함한다.

도 1은 본 고안의 피스톤 구동 장치와 한 개의 실린더와 결합한 상태를 도시한 단면도이다.

피스톤 구동 에너지 발생 부로부터 발생된 힘은 고정판(5)과, 로드(6)를 통해 피스톤으로 전달되며, 피스톤의 왕복운동에 따른 유압.공압 피스톤 펌프의 작동 상태를 도 1에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

고정판(5)에 의해 피스톤이 좌에서 우측으로 이동시에, 헤드커버 방향 실린더내 용적(7-5)이 증가하고, 로드커버 방향 실린더 내 용적(7-6)은 감소하는 바, 헤드커버 방향 실린더의 내 용적(7-5)이 증가 시, 용적 내 압력이 낮아져 토출용 체크벨브(10-2)의 볼(10-4)에 의해 토출구가 차단되고, 흡입용 체크밸브(10)의 볼에 의해 흡입구가 개방되어 공기 또는 유체가 실린더 내부로 들어오며;

또한, 로드커버 방향의 실린더의 내 용적(7-6)이 감소 할 경우, 용적 내의 압력이 증가하며, 증가된 압력으로 흡입용 체크벨브(10-1)의 볼에 의해 출입구가 차단되고, 토출용 체크벨브(10-3)의 볼에 의해 토출구가 개방되어 고압의 공기 또는 고압 유를 토출 한다.

반대로, 고정판에 의해 피스톤이 우측에서 좌측으로 이동시에도 반대현상의 실린더의 용적 증가와 감소가 발생하며 이에 따른 펌핑 현상이 일어난다.

상기와 같이 전자석과 영구자석간에 동시에 발생하는 흡인력과 반발력을 이용하는 본 고안의 가장 큰 장점은 피스톤이 갔다, 왔다하는 왕복행정의 어느 위치에서도 동일한 고 압축이 발생할 수 있다는 점이다. 이는 곧 피스톤 펌프의 토출량 증대등 효율 제고와 직결됨을 의미한다.

본 고안의 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동장치는 종래의 방법에 비해 영구자석 및 전자석간에 동시에 발생되는 흡인력과 반발력을 주된 에너지 발생 원으로 이용함으로서 펌프의 부피 및 소음을 최소화가 가능하고;

전류의 방향을 제어하는 제어장치에 의해 펌핑 횟수 조절이 보다 더 용이하며, 피스톤이 흡인력과 반발력을 동시에 전달받음으로 인해 피스톤이 갔다 왔다하는 왕복운동의 어느 위치에서도 동일한 고 압축의 힘으로 유체 및 공기를 압축이 가능하여 토출량을 증대시키는 결과 및 펌프의 효율이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 피스톤의 왕복운동으로 고 유압 또는 고압의 공압을 생산하는 유압.공압 피스톤 펌프에 있어서, 제어장치(12)에 연결되어 동시에 흡인력과 반발력이 발생되도록 프레임(11,15)과; 프레임에 결합되어 고정된 복수개의 좌측전자석(2)과; 좌측전자석으로부터 일정 간격 이격되고, 대칭 상태로 프레임에 결합하여 고정된 복수개의 우측전자석(3)과; 좌측.우측 전자석의 사이에 위치하며, 피스톤과 결합한 피스톤로드(6)에 결합되어 실린더의 피스톤(7-4)과 일체화된 고정판(5)과; 영구자석(1)의 중심이 좌.우측 전자석 철심의 중심선에서 이탈됨을 방지하는 원통 바(14)와;

   N극과 S극을 가지며, 고정판에 결합하여 고정되고, 좌측전자석과 우측전자석의 사이에 위치하여 좌우왕복운동을 하는 복수개의 영구자석(1)으로 구성된 것을 특징으로 하는 유압.공압피스톤 펌프의 피스톤 구동장치
2. 청구항 1에 있어서, 전류를 전자석의 코일에 흘렸을 때 N극과 S극을 가지는 영구자석(1)과 마주하는 좌측.우측 전자석의 철심 끝 단면(2-3,3-3)들이 항상 동일한 자극이 되도록 하기 위해, 철심 둘레에 감긴 코일에 흐르는 전류방향이 서로 반대인 좌측전자석(2)의 한 끝 코일단자(4-2)와 우측전자석(3)의 한 끝 코일단자(4-3)를 연결하여 좌측.우측 전자석의 코일을 하나의 연결회로가 되도록 구성됨을 특징으로 하는 유압.공압 피스톤 펌프의 피스톤 구동장치