KR20110024853A - 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브 - Google Patents

영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제어용 영구자석 ; 상기 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여 상기 제어용 영구자석을 따라 감기는 극성 변화용 코일 ; 상기 제어용 영구자석 및 상기 극성 변화용 코일을 고정시키기 위하여 마련되는 고정부재 ; 상기 고정부재에 연결되는 가이드부재 ; 상기 가이드부재에 안내되어 선상으로 왕복이동 가능하게 마련되는 이동부재 ; 상기 이동부재에 상기 제어용 영구자석을 향하여 고정마련되는 구동용 영구자석 ; 을 포함하여 이루어지며, 상기 극성 변화용 코일에 인가되는 전류 방향에 따라 상기 제어용 영구자석의 극성이 변화되며, 상기 제어용 영구자석의 극성 변화에 따라 상기 구동용 영구자석이 상기 제어용 영구자석으로부터 인력 또는 척력을 받아 상기 이동부재가 상기 가이드부재를 따라 왕복 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은, 제어용 영구자석의 극성 변화와, 제어용 영구자석과 구동용 영구자석간의 극성간의 특성을 이용하여 밸브를 신속하게 개폐할 수 있다.
아울러 본 발명은, 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여 극성 변환용 코일에 전류를 공급하는 시간은 매우 짧은 순간에 그치므로 전력 소모가 극히 적게 된다.
또한 본 발명은 그 원리상 열이나 불꽃 등이 전혀 발생하지 않으므로, 인화성 환경 등에서도 안전하게 사용할 수 있다.
이러한 효과로 인하여 본 밸브는 매우 다양한 분야의 밸브로서 이용될 수 있 으며, 특히 가스 계통의 비상 밸브로서 긴급 상황이 발생한 경우에도 원격 조정이 가능한 밸브로서 이용될 수 있으며, 혹은 상가나 가정에서 가스 누출 사고시 자동으로 유로를 폐쇄하는 자동 폐쇄 밸브로 이용하기에도 편리하다.
또한 본 밸브는 열 발생이 없으며 지속적인 전원 공급이 불필요하다는 장점으로 인하여 선박이나 일반 산업 현장에서 솔레노이드 밸브 대신 채택할 경우 매우 유용할 것이다.

Description

영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브{VALVE USING PERMANENT MAGNETIC POLARITY CHARACTERISTIC}
본 발명은 제어용 영구자석의 극성 변화와, 상기 제어용 영구자석과 구동용 영구자석간의 상호작용에 의하여 밸브의 개폐를 조정할 수 있는 밸브에 관한 것이다.
일반적으로 밸브를 개폐하기 위하여는 밸브 스템이 밸브 시트와 접촉하면서 유로를 차단하거나 밸브 스템이 밸브 시트와 이격되면서 유로를 개방하게 된다.
이와 같이 밸브 스템이 밸브 시트와 접촉하거나 이격되기 위하여는 밸브 스템이 밸브 본체에 대하여 이동가능하게 마련되어야 하며, 아울러 밸브 스템을 이동하기 위한 구동장치를 필요로 한다.
밸브 스템을 구동하기 위한 방식으로는, 작업자의 수작업에 의하여 회전되는 수동형 핸들을 이용하거나, 전기, 유압, 공압 등에 의하여 밸브 스템이 구동되는 자동형 밸브 등이 이용되고 있다.
수동형 핸들을 이용한 밸브의 경우 그 개폐 속도가 매우 느리기 때문에 신속함을 요구하는 환경에는 적용할 수 없다.
전기, 유압, 공압 등에 의하여 구동되는 자동형 밸브의 경우 통상 모터 등의 복잡한 장치를 필요로 하며, 아울러 각각의 밸브마다 전기선, 유압배관, 공압배관 등이 연결되어야 한다는 문제가 있다.
소형 밸브로서 주로 이용되는 솔레노이드 밸브의 경우 전자석과 스프링의 조합으로 유로를 개폐하지만, 스프링의 탄성력에 대한 역방향으로 밸브 스템이 구동하기 위하여는 전자석을 감싼 코일에 지속적으로 전기를 공급하여야 하며, 이와 같은 과다한 전기 공급으로 인하여 열이 발생한다는 문제점이 있다.
따라서 종래의 자동형 밸브의 경우 기본적으로 구동원으로서의 전기선 등이 반드시 필요하며, 아울러 불꽃 내지 발열 등의 문제로 인하여 인화성 환경 등에 사용할 경우 상당한 제약이 따르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제어용 영구자석의 극성 변화와, 제어용 영구자석과 구동용 영구자석간의 상호작용에 의하여 밸브의 개폐를 조정할 수 있는 밸브를 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 제어용 영구자석 ; 상기 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여 상기 제어용 영구자석을 따라 감기는 극성 변화용 코일 ; 상기 제어용 영구자석 및 상기 극성 변화용 코일을 고정시키기 위하여 마련되는 고정부재 ; 상기 고정부재에 연결되는 가이드부재 ; 상기 가이드부재에 안내되어 선상으로 왕복이동 가능하게 마련되는 이동부재 ; 상기 이동부재에 상기 제어용 영구자석을 향하여 고정마련되는 구동용 영구자석 ; 을 포함하여 이루어지며, 상기 극성 변화용 코일에 인가되는 전류 방향에 따라 상기 제어용 영구자석의 극성이 변화되며, 상기 제어용 영구자석의 극성 변화에 따라 상기 구동용 영구자석이 상기 제어용 영구자석으로부터 인력 또는 척력을 받아 상기 이동부재가 상기 가이드부재를 따라 왕복 이동하는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 이동부재는 밸브 스템일 수 있다.
상기에 있어서, 상기 제어용 영구자석의 상기 구동용 영구자석을 향한 면에 보호판이 마련되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 가이드부재는 실린더 형태의 유체실이 형성되며, 상기 이동부재는 상기 유체실의 내주면을 따라 슬라이딩 가능한 피스톤을 포함하여 이루어져, 상기 이동부재가 상기 가이드부재를 따라 선상으로 왕복이동가능한 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 피스톤에 상기 피스톤의 양면을 연통시키는 충격방지홀이 형성되는 것이 바람지하다.
상기에 있어서, 상기 가이드부재의 유체실은 밸브의 유로와 연통되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은, 제어용 영구자석의 극성 변화와, 제어용 영구자석과 구동용 영구자석간의 극성간의 특성을 이용하여 밸브를 신속하게 개폐할 수 있다.
아울러 본 발명은, 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여 극성 변환용 코일에 전류를 공급하는 시간은 매우 짧은 순간에 그치므로 전력 소모가 극히 적게 된다.
또한 본 발명은 그 원리상 열이나 불꽃 등이 전혀 발생하지 않으므로, 인화성 환경 등에서도 안전하게 사용할 수 있다.
이러한 효과로 인하여 본 밸브는 매우 다양한 분야의 밸브로서 이용될 수 있으며, 특히 가스 계통의 비상 밸브로서 긴급 상황이 발생한 경우에도 원격 조정이 가능한 밸브로서 이용될 수 있으며, 혹은 상가나 가정에서 가스 누출 사고시 자동 으로 유로를 폐쇄하는 자동 폐쇄 밸브로 이용하기에도 편리하다.
또한 본 밸브는 열 발생이 없으며 지속적인 전원 공급이 불필요하다는 장점으로 인하여 선박이나 일반 산업 현장에서 솔레노이드 밸브 대신 채택할 경우 매우 유용할 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 영구자석의 극성 변화를 설명하기 위한 원리도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 일 실시예의 개념 단면도이다.
먼저 본 발명의 원리를 설명한다.
영구자석들은 반드시 N극과 S극을 가지며, 한 쌍의 영구자석이 근접하여 위 치할 경우 같은 자극간에는 척력을 발생시키며 다른 자극간에는 인력을 발생시킨다는 것은 주지의 사실이다.
한편, 도 1과 같이 코일 내부에 영구자석이 위치하는 경우 코일에 전류가 인가되면 코일에 감싸인 영구자석은 코일에 의하여 발생된 자기장에 노출된다.
또한 코일에 의하여 발생한 자기장의 세기가 일정 이상이 되면 영구자석은 그 자기장의 방향에 따라 그 극성이 변화되며, 이와 같은 극성 변화 후 인가된 자기장이 제거되도(즉 전류 공급을 중단하여도) 영구자석의 극성은 그대로 유지된다.
따라서 영구자석을 코일 내부에 위치시키고 코일에 전류를 인가하면, 그 인가되는 전류의 방향에 따라 영구자석의 극성을 변화시킬 수 있다.
또한 이와 같이 일단 영구자석의 극성이 변화되면 그 극성을 유지하기 위하여 지속적으로 전류를 인가할 필요가 없다.
이러한 기술적 개념하에 그 극성이 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라 변화되는 제어용 영구자석과, 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여 제어용 영구자석을 따라 감긴 극성 변화용 코일이 제시될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
고정부재(130)에 제어용 영구자석(110)과 극성 변화용 코일(120)이 고정 마련되어 있다.
극성 변화용 코일(120)은 제어용 영구자석(110)의 극성을 변화시키기 위하여 제어용 영구자석(110)의 측면을 따라 감긴 코일이다.
한편 가이드부재(200)에 이동부재(310)가 마련되며, 이동부재(310)의 상측에 는 구동용 영구자석(320)이 마련되어 있다.
가이드부재(200)는 고정부재(130)에 연결되되, 이동부재(310)가 선상으로(도 2 및 도 3의 경우 상하방향) 왕복 이동가능하게 안내한다.
가이드부재(200)는 고정부재(130)와 일체로 형성되며 연결되거나 혹은 별도로 제작되어 고정부재(130)에 조립될 수 있다.
따라서 이동부재(310)는 가이드부재(200)를 따라 상하방향으로 왕복 이동할 수 있다.
구동용 영구자석(320)은 이동부재(310)에 고정마련되되, 제어용 영구자석(110)을 향하여 마련된다. 구동용 영구자석(320)의 극성은 변화되지 않는다.
이러한 상태에서 극성 변화용 코일(120)에 전류를 인가하여 제어용 영구자석(110)을 도 2와 같이 극성 변화시키면 제어용 영구자석(110)과 구동용 영구자석(320)간에는 척력이 발생하여 구동용 영구자석(320) 및 이에 고정된 이동부재(310)는 하부로 이동한다. 이때 일단 제어용 영구자석(110)이 도 2와 같이 극성이 변화되면 더 이상 극성 변화용 코일(120)에 전류를 인가할 필요는 없다.
도 2의 상태에서 이동부재(310)를 상부로 이동시킬 필요가 있을 경우 극성 변화용 코일(120)에 앞서와 반대 방향의 전류를 인가한다. 이에 의하여 제어용 영구자석(110)은 도 3과 같이 극성 변화되며 제어용 영구자석(110)과 구동용 영구자석(320)간에는 인력이 발생하여 구동용 영구자석(320) 및 이에 고정된 이동부재(310)가 상부로 이동한다. 이때 일단 제어용 영구자석(110)이 도 3과 같이 극성이 변화되면 더 이상 극성 변화용 코일(120)에 전류를 인가할 필요는 없다.
이와 같이 제어용 영구자석(110)의 극성 변화와, 제어용 영구자석(110)과 구동용 영구자석(320)간의 극성간 특성에 의하여 이동부재(310)는 상부 또는 하부로 이동하게 되며, 또한 극성간 특성에 의하여 발생한 인력 또는 척력은 극성 변화용 코일(120)에 인가한 전류를 제거하여도 그대로 유지된다.
이와 같이 선상으로 왕복이동하는 이동부재(310)는 밸브에서 밸브 스템으로 이용되거나 밸브 스템을 이동시키기 위한 구동 수단으로 이용될 수 있다.
이하 도 4 및 도 5를 참고하여 본 발명에 의한 일 실시예를 설명한다.
밸브 본체(10)는 유체 통로를 개폐하기 위하여 밸브 시트면(11)이 형성되며, 아울러 상기 밸브 시트면(11)과 접촉하거나 이격되어 유체 통로를 개폐하는 밸브 스템(12)이 마련된다.
아울러 밸브 본체(10)의 상부에는 실린더 형태의 유체실(14)이 형성되어 있다.
유체실(14)은 오리피스(14a)에 의하여 밸브의 유로와 연통되어 있으므로, 유체실(14)에는 유체가 채워지게 된다.
또한 밸브 본체(10)의 상부에는 고정부재(130)가 마련되며, 고정부재(130)에는 극성 변화용 코일(120)과 제어용 영구자석(110)이 고정 마련되어 있다.
밸브 스템(12)의 상부에는 구동용 영구자석(320)이 마련되며, 또한 밸브 스템(12)의 중간부에는 유체실(14)의 내주면을 따라 슬라이딩 가능한 피스톤(13)이 마련되어 있다.
피스톤(13)에는 피스톤(13)의 양면을 연통시키는 충격방지홀(13a)이 형성되어 있으며, 따라서 유체(13a)는 충격방지홀(13a)을 따라 유동할 수 있다.
본 실시예의 충격방지홀(13a)은 피스톤(13)의 주면 가장자리를 따라 상하로 연장되면서 형성되어 있는 홈 형태이다.
또한 제어용 영구자석(110)의 하부, 즉 구동용 영구자석(320)을 향한 면에 보호판(15)이 마련되어 있다.
보호판(15)은 제어용 영구자석(110)의 하면은 물론이며 극성 변환용 코일(120)의 하면도 보호하고 있다.
보호판(15)은 고무 오링(16)에 지지되며, 고무 오링(16)은 와샤(17)에 지지된 상태에서, 스냅링(18)이 와샤(17)를 지지하고 있는 형태이다.
도 4의 상태는 제어용 영구자석(110)과 구동용 영구자석(320)간에 인력이 작용하여 밸브 스템(12)이 밸브 시트면(11)으로부터 이격되어 유체 통로가 개방된 상태이다.
이와 같은 상태에서 극성 변화용 코일(120)에 전류를 인가하여 제어용 영구자석(110)의 극성을 변화시키면, 제어용 영구자석(110)과 구동용 영구자석(320)간에 척력이 작용되어 밸브 스템(12)은 하부로 이동하여 밸브 시트면(11)과 접촉하면서 유체 통로를 막게 되는 도 5의 상태로 변화된다.
아울러 도 5의 상태에서 다시 극성 변화용 코일(120)에 반대 방향의 전류를 인가하여 제어용 영구자석(110)의 극성을 변화시키면, 제어용 영구자석(110)과 구 동용 영구자석(320)간에 인력이 작용되어 밸브 스템(12)은 상부로 이동하여 밸브 시트면(11)과 이격되면서 유체 통로를 개방하게 되는 도 4의 상태로 변화된다.
이때 유체실(14)을 따라 상하로 이동하는 피스톤(13)은 밸브 스템(12)이 직상부 또는 직하부로 이동할 수 있도록 안내하는 역할을 한다.
즉 본 실시예에서 유체실(14)이 형성된 밸브 본체(10)는 가이드부재(200)로서 기능하며, 피스톤(13)이 마련된 밸브 스템(12)은 이동부재(310)로서 기능하게 된다.
또한 피스톤(13)에 형성된 충격 방지홀(13a)은 유체의 점성에 의하여 피스톤(13)이 급격히 상부로 이동하거나 급격히 하부로 이동하는 것을 방지하여 밸브 스템(12), 밸브 시트면(11), 구동용 영구자석(320), 제어용 영구자석(110) 등을 물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
또한 보호판(15)은 제어용 영구자석(110)과 극성 변화용 코일(120)을 유체로부터 밀봉하여 누전이나 성능 저하를 방지할 뿐만 아니라, 구동용 영구자석(320)이 제어용 영구자석(110)과 직접 부딪혀 발생할 수 있는 물리적 손상을 방지하게 된다.
상기와 같이 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여는 극성 변화용 코일에 매우 짧은 순간 전류를 인가하는 것으로 충분하므로, 전력 소모량이 매우 작다.
따라서 본 발명을 채택한 밸브의 경우, 특히 긴급 상황 등과 같이 빈번히 개 폐되지 않는 밸브의 경우 밸브 자체에 배터리를 마련하여 사용한다면 밸브에 전기를 공급하기 위한 별도의 전원공급선이 필요하지 않을 수 있으며, 아울러 상기 밸브는 경우에 따라 무선 제어에 의하여 개폐될 수도 있을 것이다.
한편, 상기에서 구동용 영구자석(320)과 제어용 영구자석(110)간에 인력이 작용할 때 구동용 영구자석(320)이 제어용 영구자석(110)과 어느 정도 이격된 상태를 유지할 수도 있을 것이다.
상기에서는 각각의 부재를 고정시키기 위한 구체적인 수단(볼트 등)이나 유체의 밀봉을 위한 구체적 수단(가스켓, 오링 등)에 대하여는 상세한 설명을 생략하였지만, 이러한 수단들은 당업자에 의하여 적절히 선택되어 실시될 수 있을 것이라 이해된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 영구자석의 극성 변화를 설명하기 위한 원리도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 일 실시예의 개념 단면도,
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 밸브 본체 11 : 밸브 시트면
12 : 밸브 스템 13 : 피스톤
13a : 충격 방지홀 14 : 유체실
14a : 오리피스 15 : 보호판
110 : 제어용 영구자석 120 : 극성 변화용 코일
130 : 고정부재 200 : 가이드부재
310 : 이동부재 320 : 구동용 영구자석

Claims (6)

  1. 제어용 영구자석 ;
    상기 제어용 영구자석의 극성을 변화시키기 위하여 상기 제어용 영구자석을 따라 감기는 극성 변화용 코일 ;
    상기 제어용 영구자석 및 상기 극성 변화용 코일을 고정시키기 위하여 마련되는 고정부재 ;
    상기 고정부재에 연결되는 가이드부재 ;
    상기 가이드부재에 안내되어 선상으로 왕복이동 가능하게 마련되는 이동부재 ;
    상기 이동부재에 상기 제어용 영구자석을 향하여 고정마련되는 구동용 영구자석 ;
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 극성 변화용 코일에 인가되는 전류 방향에 따라 상기 제어용 영구자석의 극성이 변화되며, 상기 제어용 영구자석의 극성 변화에 따라 상기 구동용 영구자석이 상기 제어용 영구자석으로부터 인력 또는 척력을 받아 상기 이동부재가 상기 가이드부재를 따라 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동부재는 밸브 스템인 것을 특징으로 하는 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어용 영구자석의 상기 구동용 영구자석을 향한 면에 보호판이 마련되는 것을 특징으로 하는 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가이드부재는 실린더 형태의 유체실이 형성되며, 상기 이동부재는 상기 유체실의 내주면을 따라 슬라이딩 가능한 피스톤을 포함하여 이루어져, 상기 이동부재가 상기 가이드부재를 따라 선상으로 왕복이동가능한 것을 특징으로 하는 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피스톤에 상기 피스톤의 양면을 연통시키는 충격방지홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가이드부재의 유체실은 밸브의 유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 영구자석의 극성 변화와 극성간의 상호 작용을 이용한 밸브.
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