KR20120070565A - 솔레노이드 - Google Patents

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KR20120070565A
KR20120070565A KR1020127006174A KR20127006174A KR20120070565A KR 20120070565 A KR20120070565 A KR 20120070565A KR 1020127006174 A KR1020127006174 A KR 1020127006174A KR 20127006174 A KR20127006174 A KR 20127006174A KR 20120070565 A KR20120070565 A KR 20120070565A
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coil
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housing
solenoid
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KR1020127006174A
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알란 샤프만
Original Assignee
몬두란 피티와이 엘티디
디엠에스 테크 1 피티와이 엘티디
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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Abstract

연료 인젝터에 사용되는 솔레노이드로서, 솔레노이드는 인젝터에 부착 가능한 하우징; 하우징 내에 배치 가능한 코어; 코어 내에 배치 가능한 코일; 및 코일에 전기적으로 연결되는 전기 케이블을 포함하고, 적어도 코일 및 코일에 연결되는 전기 케이블은 봉지재(encapsulant)에 의해 피막되는(encapsulated) 솔레노이드.

Description

솔레노이드{A SOLENOID}
본 발명은 솔레노이드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 지하 석탄 채광 기계에 사용되는 엔진의 디젤 인젝터에 사용되기 위한 솔레노이드에 관한 것이고, 따라서 이러한 문맥으로 설명될 것이다. 그러나, 솔레노이드는 다른 용도로 사용될 수 있다고 이해되어야 한다.
메탄은, 채광 활동이 메탄을 대기로 방출시킬 때까지 석탄 내에 압축되어 저장된다. 이는 광부들의 안전한 작업 환경이 마련되도록 모든 석탄 채광 작업이 맞춰야 하는 잘 알려진 현상이다. 만약 지하 광산 대기의 메탄 농도가 2%를 초과한다면, 위험한 조건이기 때문에 작업은 보류된다. 이러한 위험은 엄격하게 실시되는 광산 환기 안전 규제에 의해 완화된다. 그러함에도 여전히, 지하 광산 내 메탄 축적은 지하 광산 폭발과 관련된 전 세계적으로 매년 수천 건의 사망 원인이다.
지하 석탄 광산의 폭발이 발생하기 위해서는 반드시 점화원이 존재하여야 한다. 만약 점화원이 없다면, 폭발은 일어날 수 없다. 그러나 단지 작은 불꽃만으로도 지하 석탄 광산에서 메탄 폭발을 발생시킨다. 그러므로 지하 석탄 광산에서 작동하는 모든 기계는 반드시 메탄의 점화원 생성을 방지하도록 설계되어야 한다.
지하 석탄 광산에서 작동하도록 설계된 대부분의 기계 장치는 주로 기계적으로 작동된다. 즉, 지하 석탄 채광 기계에 사용되는 전기 타입의 부품은 잠재적 점화 연소성 가스 및 먼지에 점화 에너지를 공급할 수 있는 실패 또는 오작동의 위험을 최소화되도록 조절된다. 문제는 오늘날에는 많은 엔진이 성능 향상과 배출물 감소를 위해 전기적으로 제어된다는 것이다. 배출물 감소와 성능 향상은 지하 석탄 채광 기계에 적합하다. 그러나 전기적 제어는 원치 않는 점화원의 위험을 용납할 수 없는 수준으로 빈번하게 증가시킨다.
본 발명의 목적은 하나 이상의 종래 문제점을 극복하거나 및/또는 완화시키고 및/또는 소비자에게 유용한 및/또는 상업적 선택을 제공하는 것이다.
일 형태에서 본 발명은, 원치 않는 점화원의 위험을 감소시키는 솔레노이드에 관한 것이다.
다른 형태에서 본 발명은, 연료 인젝터에 사용되는 솔레노이드에 관한 것으로서, 솔레노이드는,
인젝터에 부착 가능한 하우징;
하우징 내에 위치 가능한 코어;
코어 내에 위치 가능한 코일; 및
코일에 전기적으로 연결되는 전기 케이블을 포함한다.
바람직하게는, 하우징은 비-자성 재료(non-magnetic matirial)로 제조된다. 예를 들어, 하우징은 황동(brass), 비-자성 스테인레스 강(non-magnetic stainless steel) 또는 고성능 비-금속 합성물(non-metallic compounds) 등과 같은 재료로 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 하우징, 코일 및 코어는 솔레노이드의 일측 단부에서 모두 서로 동일 평면상에 있다. 일반적으로, 하우징, 코어 및 코일은, 하우징, 코일 및 코어가 모두 서로 동일 평면상에 있도록 가공된다.
일반적으로, 적어도 코일은 봉지재(encapsulant)로 피막된다(encapsulated). 코어는 밀봉을 위해 적어도 하나의 슬롯(slot)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 코어는 봉지재 피막을 보조하는 두 개의 슬롯을 가진다. 코어는 일반적으로 자성 재료로 만들어진다.
인쇄 회로 기판이 전기 케이블을 코일에 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다. 인쇄 회로 기판은 코일의 온도를 실질적으로 반영할 수 있는 적어도 하나의 트랙에서 형성될 수 있다. 온도 퓨즈가 인쇄 회로 기판에 장착되어 인쇄 회로 기판의 트랙에 연결될 수 있다. 일반적으로, 온도 퓨즈는 코일의 온도를 실질적으로 반영하는 인쇄 회로 기판의 적어도 하나의 트랙에 인접하게 위치된다.
봉지재가 또한 인쇄 회로 기판, 온도 퓨즈 및 전기 케이블 말단부에 피막하기 위하여 사용될 수 있다.
스트레인 릴리프(strain relief)가 하우징을 통과하는 전기 케이블과 함께 하우징에 부착될 수 있다.
다른 형태에서, 본 발명은 솔레노이드를 제조하는 방법에 관한 것으로서,
코어 내에 코일을 배치하는 단계;
하우징 내에 코어를 배치하는 단계; 및
코일을 전기 케이블에 연결하는 단계를 포함한다.
상기 방법은,
봉지재로 코일을 피막 하는 단계;
인쇄 회로 기판을 통하여 코일을 전기 케이블에 연결하는 단계;
인쇄 회로 기판에 온도 퓨즈를 부착시키는 단계;
인쇄 회로 기판에 인접하게 온도 퓨즈를 배치하는 단계;
스트레인 릴리프를 통하여 전기 케이블을 배치하는 단계; 및/또는
인쇄 회로 기판, 온도 퓨즈 및 전기 케이블을 봉지재로 피막 하는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 원치 않는 점화원의 위험을 감소시키는 솔레노이드가 제공된다.
실시 예가, 단지 일 예로서, 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 솔레노이드의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 솔레노이드의 추가 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 솔레노이드의 정면도이다.
도 4는 도 1에 따른 솔레노이드의 단면도이다.
도 5는 코일의 단면도이다.
도 6은 보빈의 정면도이다.
도 7은 보빈의 단면도이다.
도 8은 인쇄 회로 기판의 개략도이다.
도 9는 온도 퓨즈, 전기 케이블 및 권선 단부가 부착된 인쇄 회로 기판의 개략도이다.
도 10은 코어의 사시도이다.
도 11은 코어의 추가 사시도이다.
도 12는 디젤 인젝터에 부착된 솔레노이드의 분해 사시도이다.
도 13은 디젤 인젝터에 부착된 솔레노이드의 사시도이다.
도 1 내지 도 4는 디젤 인젝터에 사용되기 위한 솔레노이드(10)를 도시한다. 솔레노이드(10)는 하우징(20), 코어(30) 및 코일(40)을 포함한다.
하우징(20)은 코어(30)와 코일(40)을 수용하는데 사용된다. 하우징(20)은 중공(hollow)이고, 실질적으로 원통형 형상이며, 황동(brass)으로 만들어진다. 하우징(20)이 중공이기 때문에, 하우징(20)은 하우징 외벽(21) 및 하우징 내벽(22)을 가진다. 네 개의 볼트 구멍(23)이 하우징(20)을 관통 연장되어, 하우징(20)을 디젤 인젝터에 부착하는데 사용된다. 네 개의 볼트 구멍(23)은 하우징 내벽(22)을 관통한다. 스트레인 릴리프 구멍(strain relier hole)(24)이 하우징 외벽(21)으로부터 하우징 내벽(22)으로 연장되어 하우징(20)의 상부에 인접하여 위치된다.
도 10 및 도 11에 더 상세하게 도시된 바와 같이, 코어(30)는 자석 강(magnetic steel)과 같은 자성 재료로 만들어진다. 코어(30)는 코어 외벽(32) 아래로 연장되는 네 개의 볼트 그루브(bolt groove)(31)를 가지는 원통형의 형상이다. 코일 리세스(recess)(33)가 코어(30)의 일 단부에 위치된다. 와이어 슬롯(34)이 코어(30)의 길이를 따라 연장되고, 코일 리세스(33)와 연통된다. 유사하게, 와이어 슬롯(34)에 정반대로 대향하는 피막슬롯(35)이 코어(30)의 코어 외벽(32)의 아래로 부분적으로 연장된다. 피막 구멍(도시되지 않음)이 피막 슬롯(35)과 코일 리세스(33) 사이로 연장된다. 핀 구멍(36)이 코어(30)를 관통하여 연장된다.
도 5 내지 도 7에 더 상세하게 도시된 바와 같이, 코일(40)은 자기장을 생성하는데 사용된다. 코일(40)은 보빈(bobbin)(41) 둘레에서 연장되는 구리 권선(copper winding)(42)을 구비한 중공 플라스틱 보빈(41)을 포함한다. 절연 테이프(43)가 구리 권선(42) 둘레에 감싸진다. 절연 테이프(43)는 통상적으로 섬유유리로 만들어지지만 공지된 다른 재료로 만들어질 수 있다. 권선 단부(44)는 하우징(20) 내로 상방향으로 연장된다. 권선 단부(44)는 추가적인 절연 슬리브(insulating sleeve)(45)로 끼워진다.
도 8에 상세하게 도시된 바와 같이, 일련의 전기 트랙(51)을 가지는 인쇄 회로 기판(50)이 도 9에 도시된 바와 같이, 권선 단부(44)에 전기적으로 연결된다. 또한, 온도 퓨즈(60)가 인쇄 회로 기판(50)의 트랙(51)에 전기적으로 연결되며, 인쇄 회로 기판(50)에 인접하게 위치된다. 또한, 전기 케이블의 전기 케이블 와이어(71)가 인쇄 회로 기판(50)의 트랙(51)뿐만 아니라 컨트롤러(도시되지 않음)에 연결된다.
인쇄 회로 기판(50)은 온도 퓨즈(60), 케이블 선(71) 및 권선 단부(44)와 하우징(20) 연결부 사이의 물리적 공차를 보장한다. 게다가, 인쇄 회로 기판(50) 상의 트랙(51)의 단면은 코일(40) 권선(42)의 단면을 반영한다. 그러므로 인쇄 회로 기판(50)의 트랙(51)은 코일(40) 권선(42)의 물리적 특성을 반영한다. 이에 따라, 만약 코일(40)의 권선(42)의 온도가 너무 높게 되면, 인쇄 회로 기판(50)상의 트랙(51)의 온도는 높은 온도를 반영할 것이다. 이는 온도 퓨즈(60)의 파손을 야기하여, 전기 케이블(70)에 의해 제공되는 공급 전류의 차단에 의해 솔레노이드(10)의 작동을 방지한다.
스트레인 릴리프(strain relief)(80)가 하우징(20)의 스트레인 릴리프 구멍(24)을 관통하여 위치되며, 하우징(20)으로부터 외측 방향으로 연장된다. 스트레인 릴리프(80)는 통상적으로 비-금속 스테인레스 강(stainless steel)으로 만들어진다.
스러스트 플러그(thrust plug)(90)가 코어(30)를 관통하여 연장되는 핀 구멍(36)에 위치한다. 스러스트 플러그(90)는 핀 구멍(36)의 상단 나사부에 맞도록 나사산이 형성된다. 스러스트 플러그(90)는 비 금속 스테인레스 강으로 만들어진다.
솔레노이드(10)를 제조하기 위하여, 첫 번째 단계는 코어(30)를 하우징(20)에 맞추는 것이다. 록타이트™ 620(Loctite™ 620)이 코어(30)의 외벽 및 하우징(20)의 내벽(22)에 도포된다. 이후, 코어(30)는 벤치 프레스와 같은 장치를 사용하여 하우징(20) 내부에 위치된다. 록타이트™가 다시 경화된다.
다음 단계는 코일(40)을 코어(30)에 고정시키는 것이다. 코일(40)은 코어(30)의 코일 리세스(33) 내에 위치되고 권선 단부(44)가 코어(30)의 와이어 슬롯(34)을 관통하여 연장하는 것을 보장한다. 보빈(41)과 코어 리세스(33) 사이 간섭은 보빈(41)(관련된 권선(42)을 구비한)이 피막을 위해 고정되는 것을 보장한다. 다시, 벤치 프레스가 이 과정에 사용될 수 있다.
코일(40)이 코어(30) 내에 배치된 후, 코어(30)는 반드시 봉지재(도시되지 않음)에 의해 피막되어야 한다. 봉지재는 아라테인™(Arathane™)이지만 다른 적합한 봉지재가 사용될 수 있다고 이해되어야 한다. 조립된 하우징(20), 코어(30) 및 코일(40)은 추가 오븐에서 섭씨 60 내지 70도 사이 온도로 한시간 동안 모두 가열된다. 아라테인™은 혼합되고 그리고 나서, 코어(30) 및 코일(40)이 뜨거운 상태인 동안에 하우징(20)의 내부에 도포된다. 도포된 아라테인™의 점성은 와이어 슬롯(34), 피막 슬롯(35) 및 코일 리세스(33)를 통하여 봉지재의 흐름을 촉진시키는 가열된 조립체에 의해 감소된다. 하우징(20), 코어(30), 코일(40) 및 봉지재는 그 후 진공 챔버 내에 배치된다. 이는 코일(40)이 봉지재로 함침되는 것을 보장한다.일단 피막 형성이 이루어지면, 하우징(20), 코어(30) 및 코일(40)은 진공 챔버에서 옮겨지고, 봉지재는 경화된다.
다음 단계는 하우징(20), 코어(30) 및 코일(40)의 단부가 서로 동일 평면상에 있도록 하는 것이다. 이는, 솔레노이드(10)가 개시하기 위해 요구되는 움직임과 보통 관련되는 작은 공차 때문이다. 따라서, 솔레노이드(10)의 단부는 표면 가공되어 보빈(41)의 두께가 1 밀리미터 이상이 되도록 한다. 이 공정에서 선반(lathe)이 통상적으로 사용된다.
다음 단계는 스러스트 로드를 코일 구멍내에 맞추는 것이다. 록타이트™ 272가 스러스트 로드에 도포되어 공지된 거리 설정 도구를 사용하는 설정 위치를 이용하여 코일 구멍 내에 나사로 고정된다.
다음 단계는 스트레인 릴리프(80)를 하우징(20)에 맞추는 것이다. 스트레인 릴리프(80)는 하우징(20)의 스트레인 릴리프 구멍(24) 내로 압착된다. 스트레인 릴리프(80)는 하우징(20) 내로 돌출하도록 변형된다. 이 방법은 통상적으로 펀치를 사용한다. 억지 끼움(close fit)과 단부 변형의 조합은 스트레인 릴리프(80)가 하우징(20)에 단단하게 고정되는 것을 보장한다.
다음 단계는 인쇄 회로 기판(50)의 온도 퓨즈(60)를 연결하는 것이다. 이 후 인쇄 회로 기판(50)의 트랙(51)에 맞춰지고 제 위치에 납땜되는 온도 퓨즈(60)의 리드 위에 절연체(도시되지 않음)가 제공된다. 온도 퓨즈(60)는 납땜 공정 중 온도 퓨즈(60)의 가열을 제한하기 위하여 수조에 임시로 침지된다.
그 후, 권선 단부(44)는 인쇄 회로 기판(50)의 트랙(51)에 납땜된다. 그리고 나서, 전기 케이블(70)이 스트레인 릴리프(80)를 통하여 나사 결합된다. 그리고 나서, 전기 케이블(70)의 케이블 와이어(71)는 인쇄 회로 기판(50)의 트랙(51)에 연결된다. 케이블 와이어(71)는, 스트레인 허용치(strain tolerance)를 증가시키기 위하여, 인쇄 회로 기판(50)을 관통하며 구부러진다.
다음 단계는 온도 퓨즈(60), 권선 단부(44), 인쇄 회로 기판(50) 및 전기 케이블(70)을 커버하는 하우징(20)의 상부를 피막하는 것이다. 봉지재는 다시 혼합되는 아라테인™이다. 도포되기 전, 아라테인™은 유동성 및 투과성을 향상시키기 위하여 진공을 이용하여 가스가 제거될 수 있고, 및/또는 약 50℃로 가열될 수 있다.그리고 나서, 하우징의 상부는 준비된 봉지재로 채워지고 필요한 만큼 덮여진다. 스트레인 릴리프(80)는 케이블을 스트레인 릴리프(80) 및 하우징(20)에 결속시키기 위하여 봉지재로 가득 채워진다. 봉지재는 그 후 경화된다.
이제 솔레노이드(10)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 디젤 인젝터에 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 디젤 인젝터는 캐터필러 엔진(Caterpillar enginge)용 캐터필러™ 디젤 인젝터이다. 스프링(100), 합금 스페이서(120), 스프링 스페이서(130) 및 밸브(140)가 솔레노이드(10)와 디젤 인젝터(100) 사이에 모두 위치된다. 네 개의 나사(25)가 솔레노이드(10)와 디젤 인젝터(100)를 함께, 그리고 합금 스페이서(120), 스프링 스페이서(130) 및 밸브(140)가 원하는 위치에서 고정하는데 사용된다. 솔레노이드(10)는 디젤인젝터(100)를 공지된 바와 같이, 작동시킨다.
발명의 본질과 범위에서 벗어나지 않는 한 다양한 다른 변형 및/또는 변경이 기술된 실시예에 적용될 수 있다고 이해되어야 한다.
10: 솔레노이드 20: 하우징
30: 코어 40: 코일
50: 인쇄 회로 기판 60: 온도 퓨즈
80: 스트레인 릴리프

Claims (16)

  1. 연료 인젝터에 사용되는 솔레노이드로서,
    상기 솔레노이드는,
    인젝터에 부착 가능한 하우징;
    상기 하우징 내에 배치 가능한 코어;
    상기 코어 내에 배치 가능한 코일; 및
    상기 코일에 전기적으로 연결되는 전기 케이블을 포함하고,
    적어도 상기 코일, 및 상기 코일에 연결되는 상기 전기 케이블은 봉지재(encapsulant)에 의해 피막되는(encapsulated) 솔레노이드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 비-자성 재료(non-magnetic material)로 만들어지는 솔레노이드.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징, 코일 및 코어는 상기 솔레노이드의 일 단부에서 서로 모두 동일 평면 상에 있는 솔레노이드.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징, 코어 및 코일은, 상기 하우징, 코일 및 코어가 모두 서로 동일 평면상에 있도록 가공되는 솔레노이드.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 피막(encapsulation)을 위하여 적어도 하나의 슬롯을 가지는 솔레노이드.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 코어는 봉지재의 피막을 보조하는 두 개의 슬롯을 가지는 솔레노이드.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 자성 재료로 이루어지는 솔레노이드.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    인쇄 회로 기판이 상기 코일에 상기 전기 케이블을 전기적으로 연결되는데 사용되는 솔레노이드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은 상기 코일의 온도를 실질적으로 반영하는 적어도 하나의 트랙으로 형성되는 솔레노이드.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 퓨즈가 상기 인쇄 회로 기판에 장착되고 상기 인쇄 회로 기판의 트랙에 연결되는 솔레노이드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 온도 퓨즈는 상기 코일의 온도를 실질적으로 반영하는 상기 인쇄 회로 기판의 적어도 하나의 상기 트랙에 인접하여 위치되는 솔레노이드.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    봉지재가 상기 인쇄 회로 기판, 온도 퓨즈 및 전기 케이블 말단부를 피막하는데 사용되는 솔레노이드.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    스트레인 릴리프(strain relief)가 상기 하우징을 관통하여 지나는 상기 전기 케이블로 상기 하우징에 부착되는 솔레노이드.
  14. 코어 내에 코일을 배치하는 단계;
    하우징 내에 코어를 배치하는 단계;
    전기 케이블에 상기 코일을 연결하는 단계; 및
    적어도 상기 코일 및 상기 코일에 연결되는 상기 전기 케이블을 봉지재로 피막하는 단계를 포함하는 솔레노이드 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 코일을 상기 인쇄 회로 기판을 통하여 전기 케이블에 연결하는 단계를 더 포함하는 솔레노이드 제조 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판에 온도 퓨즈를 부착하는 단계를 더 포함하는 솔레노이드 제조 방법.
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