KR20120107006A - 스프링 플러그를 구비한 솔레노이드 - Google Patents

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Abstract

밸브 부재, 밸브 부재를 이동시키는 전기자, 및 전기자의 이동을 유도하는 전자기 코일을 포함하는 솔레노이드 밸브를 제공한다. 코일 스프링이 전기자와 맞물리도록 구비되며, 적어도 대략 원통형의 제1 단부 및 상기 전기자와 접촉하는 제2 단부를 가진다. 플러그가 스프링의 조절 가능한 길이를 따라 스프링의 제1 단부와 나사결합 가능하게 맞물리도록 구비된다.

Description

스프링 플러그를 구비한 솔레노이드{SOLENOID WITH SPRING PLUG}
본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 특히 비례 솔레노이드 밸브 및 그 조절 방법에 관한 것이다.
비례 유압 솔레노이드 밸브를 사용하는 경우, 특히 자동 변속기의 제어 환경에서 비례 유압 솔레노이드 밸브를 사용하는 경우, 제어 밸브의 전기자를 위치 편향시키는 압축 스프링의 스프링율이 솔레노이드 자력의 "스프링율"과 매칭되고, 그에 따라 두 스프링율의 조합이 서로 상쇄되어, 솔레노이드 밸브의 행정 범위에 걸쳐 균일한 순힘(net force)을 초래하는 것이 바람직하다. 스프링율의 상쇄로 인해, 공급 압력 및 온도와 무관하게 제어 압력을 조절하는 유압 솔레노이드 밸브의 설계가 가능하다. 대부분의 응용에서 전술한 바와 같이 솔레노이드 밸브를 사용할 자유는 솔레노이드 자기 부품들 및 스프링의 제조 공차로 인해 부정된다. 스프링율의 매칭은 원하는 성능을 달성할 정도로 정확하지 않다. 압축 스프링의 스프링율을 보정하는 능력을 부여하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이전에는, 특정의 높이에서 솔레노이드의 전기자 상에 하중을 달성하기 위해 조절 부품을 다른 솔레노이드 부품에 압입시키거나 나사결합시킴으로써 압축 스프링 하중을 자주 보정하였다. 그러나, 스프링을 조절하는 조절 부품이 압축 스프링의 스프링율을 조절하는 수단을 제공하지 않았다. 비례 유압 제어 밸브에서 사용되는 압축 스프링의 스프링율을 조절하는 장치 및 그 사용 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
전술한 요구 및 다른 요구를 명백히 하기 위해, 본 발명의 개시가 이루어진다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 조절 플러그가 제공된다. 플러그는 나선홈 또는 나사산을 구비한다. 상기 홈은 피치가 압축 스프링의 피치와 긴밀하게 매칭되도록 설계된다. 압축 스프링은 조절 플러그의 나선 상에 나사결합될 수 있도록 ("폐쇄 상태"가 아닌) 개방 상태로 유지되는 적어도 하나의 단부를 가진다. 더 많은 코일을 나선에 감음으로써, 활성 코일수가 감소하고, 그에 따라 조절된 스프링의 스프링율이 감소한다. 조절 플러그 및 압축 스프링으로 이루어진 조절 서브어셈블리는, 스프링율이 솔레노이드 조립체로의 통합 이전에 정밀하게 설정되도록, 측정 및 조절될 수 있다. 전술한 서브어셈블리가 솔레노이드 조립체에 추가되면, 플러그는 원하는 하중 및 관련 성능(대부분의 경우, "제로 앰프 압력(zero amp pressure)")을 달성할 때까지 솔레노이드 부품(대부분의 경우, 폴 피스)에 압입될 수 있다.
본 발명의 다른 이용 가능 분야는 이하에 제공되는 상세한 설명에 의해 명확해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내는 상세한 설명 및 구체적인 실시예들은 단지 설명의 목적으로, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 솔레노이드 밸브의 바람직한 실시형태의 단면도이다.
바람직한 실시형태(들)의 후술하는 설명은 전적으로 예시적인 것으로, 본 발명이나 그 적용 또는 용도를 제한하려는 의도가 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제어 밸브(7)의 노멀리 하이 형태가 제시된다. 제어 밸브(7)는 솔레노이드부(10)를 구비한다. 제어 밸브(7)는 또한 유압부(12)를 구비한다. 유압부(12)는 밸브 슬리브(14)를 구비한다. 밸브 슬리브(14)를 다양한 적절한 금속 또는 중합체 재료로 제조할 수 있지만, 대부분의 경우, 통상적으로 다이캐스트 및 가공된 알루미늄으로 제조하는 것이 바람직하다. 밸브 슬리브(14)는 중앙 스풀 보어(16)를 가진다. 스풀 보어(16)는 스템 보어(20)의 축과 공동 말단을 가진 중심축(18)을 구비한다. 밸브 스템(14)은 스풀 보어(16)를 차단하는 일련의 반경방향 유로를 가진다. 유로(22)는 밸브 스풀(14)을 둘러싸는 밸브 하우징(미도시)의 제어 압력 유로와 연결된다. 제어 압력(Pc)은 통상적으로 자동 변속기의 클러치(미도시)의 압력이다. 하우징 유로(미도시)를 관통하는 반경방향 유입 유로(24)는 유압 펌프(미도시)에 의해 통상적으로 제공되는 압력 공급원과 스풀 보어(14)를 연결한다. 유로들(26, 22)은 반경방향 유로(24)와 나란히 놓인다. 반경방향 유로(26)는 하우징 유로(미도시)를 통해 제어 압력과 연결된다. 반경방향 유로(26)는 통상적으로 제어 압력을 위한 유입구 역할을 한다. 반경방향 유로(22)는 통상적으로 제어 압력을 위한 토출구 역할을 한다. 하우징 유로(9, 미도시)를 관통하는 반경방향 토출 유로(28)는 통상적으로 유압 배기구 또는 섬프(13)를 스풀 보어(16)와 연결하기 위해 사용된다. 보어(16)는 제어 및 배기 압력 유로들(22, 28)에 인접하게 두 개의 환상 확대부(30, 32)를 구비한다.
축방향 개구가 밸브 슬리브(14)의 최종 단부에 구비되고, 환상 확대부(36)에 끼워맞춤되는 캡(34)에 의해 막히게 된다. 환상 확대부(36)는 환상 확대부(38)와 연결된다. 환상 확대부들(36, 38)은 캡(34)과 함께 하부 피드백 챔버(40)를 형성한다. 반경방향 오리피스(42)가 환상 확대부(38)를 반경방향으로 가로지른다. 오리피스(42)의 면적 및 피드백 챔버(40)의 체적의 비는 피드백 챔버(40)가 밸브 스풀(60)의 이동에 감쇠 효과를 제공할 정도로 작다.
밸브 슬리브는 스풀 보어(16)의 상단을 향해 환상 확대부(44)를 구비한다. 환상 확대부(44)는 상부 피드백 챔버를 형성한다. 상부 피드백 챔버(46)는 반경방향 오리피스(48)를 가진다. 오리피스(48)는 통상적으로 오리피스(42)보다 더 크다. 반경방향 오리피스(48)는 밸브 슬리브(14)의 반경방향 외면을 따라 연장된 종방향 슬롯(50)과 유체 연결된다. 종방향 슬롯(50)은 그 반경방향 외부 가장자리(52)를 따라 하우징(15)과 접촉한다. 종방향 슬롯(50)은 하부 피드백 챔버(40)를 상부 피드백 챔버(46)와 유체 연결한다. 또한, 종방향 슬롯(50)은 반경방향 오리피스(54)에 의해 밸브 스풀 보어(16)와 유체 연결된다.
밸브 부재 또는 스풀(60)이 밸브 스풀 보어(16) 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 밸브 스풀(60)은 하부 랜딩(62), 중간 랜딩(64), 및 상부 랜딩(66)을 구비한다. 직경 감소부 또는 생크(68)가 랜딩들(62, 64)을 분리한다. 추가로 반경방향 오리피스(54)에 노출된 생크(70)가 랜딩들(66, 64)을 분리한다. 스템(72)이 스풀(60)의 상부에 있다. 스풀(60)은 또한 일련의 밸런싱용 환상 홈(73)들을 가진다. 도시된 구성의 스풀(60)은 공급 압력으로부터 제어 압력으로의 계량 배출형 구성, 및 제어 압력으로부터 배기구로의 계량 배출형 구성을 가진다. 도 1에 도시된 위치로부터의 밸브 스풀(60)의 하향 이동은 스풀 생크(68)에 인접한 유체가 공급 압력으로부터 제어 압력으로 계량 배출되게 하고, 이후 제어 압력 토출 유로(22)를 빠져나가게 한다. 밸브 슬리브(14)의 상부는 환상 요크(76) 내로 펼쳐진다. 반경방향 측면 보어(78)가 환상 요크(76)를 가로지른다. 솔레노이드부(10)는 캔 또는 하우징(80)을 구비한다. 하우징(80)은 상부 중앙 개구(82)를 가진다. 하우징(80)은 밸브 슬리브의 요크(76)로 크림핑되며, 또한 전기 커넥터(86) 내의 연결이 가능하도록 측면 개구(84)를 가진다. 환상 보빈(88)이 하우징(80) 내에 위치한다. 보빈(88)은 코일 번들(90)을 지지한다. 유속관(92)이 보빈(88) 내측에 있다. 종방향 환상 홈(94)이 유속관(92)의 상부를 따라, 그 반경방향 외면에 구비된다. 정렬관(96)이 억지 끼워맞춤에 의해 홈(94) 상에 지지된다. 정렬관(96)은 통상적으로 황동 또는 스테인리스 강과 같은 비자성 재료로 제조된다. 정렬관은 억지 끼워맞춤된 폴 피스(98)를 위치 결정한다. 폴 피스(98)는 정렬관(96)의 수용을 위해 환상 홈을 구비한다. 폴 피스(98)는 중앙 보어(100)를 가지며, 상기 중앙 보어의 최종 단부는 플러그(102)에 의해 폐쇄된다. 플러그(102)는 편향 스프링(104)을 위한 리테이너 역할을 한다. 편향 스프링(104)은 전기자(120)를 밸브 스템(72)에 대해 위치 편향시킨다. 강자성 유속 와셔(106)가 유속관(92)의 아래에 위치한다. 하우징 주변부(108)가 밸브 슬리브의 요크(76)로 크림핑된 경우, 요크(76)는 유속 와셔(106), 유속관(92), 정렬관(96), 폴 피스(98), 및 하우징의 상부 커버부(112)와 함께 압축된다. 코일(90)이 통전될 때, 유속 루프는 폴 피스(98), 유속관(92), 유속 와셔(106) 및 하우징(80)을 포함한다.
정렬관(96)은 유속관(92)을 폴 피스(98)에 대해 정확하게 위치 결정한다. 전기자(120)가 유속관(92) 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 전기자(120)의 외경은 경질의 저마찰, 비자성 또는 반자성 재료로 도금 또는 피복되는데, 예를 들어 니켈 인 또는 크롬이 대략 50 미크론의 두께로 사용된다. 이후, 도금 또는 피복은, 경질의 저마찰 지지면을 제공하고 비자성 (또는 반자성) "에어갭"을 유지하는 이중의 목적을 이룬다. 도금 또는 피복된 전기자의 외경은 유속관(92)의 내경에 직접 슬라이딩된다. 전기자(120)의 외경과 유속관(92)의 내경 사이의 간극이 최소화되고, 그에 따라 관 부품들의 상대 편심이 최소화된다. 상대 편심을 최소화함으로써, 자기 슬라이드-로딩 역시 최소화되고, 결과적으로 마찰 및 히스테리시스가 최소화된다. 동시에, 자기 리턴 갭이 또한 매우 작은 간격(층 두께에 상응함; 대략 50 미크론)으로 유지되고, 그에 따라 솔레노이드 효율이 최대화된다. 비자성 와셔(105)는 전기자(120)가 폴 피스(98)와 "잠금"되는 것을 방지한다.
통상적으로 자동 변속기 유체에서 발견되는 오염된 오일이 솔레노이드부(10) 내로 전달되는 것을 방지하기 위해, 격막(130)이 밸브 슬리브(14)의 요크(76)와 솔레노이드부(10) 사이에 위치한다. 통상적으로, 격막(130)은 밸브 스풀(60)의 위치와 무관하게 솔레노이드 밸브(7)의 솔레노이드부의 체적 변위를 최소화하도록 형상 결정될 것이다.
전술한 바와 같이, 솔레노이드 밸브(7)는 노멀리 하이로 편향된다. 그러므로, 대부분의 상황에서, 스프링(104)은 밸브 스풀의 환상 홈(68)을 둘러싼 오일이 공급 유입 유로(24)로부터 제어 압력 토출구(22)로 계량 배출되도록 밸브 스풀(60)를 위치 결정하기 위해 전기자(120)를 위치 결정한다. 노멀 위치에서, 오리피스(54)를 빠져 나온 유체는 피드백 챔버(40)를 가압하기 위해 슬롯(50)을 통해, 이후 오리피스(42)를 통해 진행된다. 피드백 챔버(40)는 스템(20)의 직경으로 인해 상부 피드백 챔버(46) 내의 작용면보다 더 큰 면(132)을 따라 밸브 스풀의 전체 횡단면 면적에 작용한다. 따라서, 상향 편향력이 스풀(60)에 작용하여, 스풀(60)을 전기자(120)와 접촉 상태로 유지한다. 일 실시형태(미도시)에서, 편향력은 밸브 스풀(60)을 미는 챔버(40) 내에 위치한 스프링에 의해 보완될 수 있다. 밸브의 위치를 반대로 하기 위해, 솔레노이드 코일(90)이 통전되어, 전기자(120)가 폴 피스(98)로 끌어당겨지도록 스프링(104)의 편향력에 반해 끌어당겨지게 하고, 그로 인해 제어 압력 유입구(26)의 유체가 직경 감소부(70)와 연결되어 있을 때, 직경 감소부(70) 주위의 유체가 배기구(28)로 계량 배출되게 한다. 유체가 배기구로 흐를 때, 일시적인 유동 계수들이 밸브 스풀(60)에 폐쇄 방향으로 작용하므로, 안정성 효과가 있다.
서로 정반대로 작동하는 두 개의 피드백 챔버(40, 46)를 이용함으로써, 피드백 챔버들(40, 46) 내외부로 펌핑되는 오일의 총량이 최대화된다. 더 큰 피드백 챔버(46)는 스풀 밸브(60)의 저온 반응 및 안정성을 위한 감쇠의 균형을 이루도록 크기 결정된 오리피스(42)를 가진다. 오리피스(42)의 크기는 소정의 클러치 또는 변속기를 위해 최적화될 수 있다.
스프링(104)은 제1 단부(136)를 가진다. 단부(136)는 대략 원통형이며 개방되어 있다. 스프링(138)의 제2 하단부(138)는 전기자(120)를 밸브 스풀(60)에 대해 위치 편향시키도록 전기자(120)와 맞물림 접촉한다. 플러그(102)는 나선홈 또는 나사산(140)을 구비한다. 홈(140)은 피치가 스프링(104)의 피치와 긴밀하게 매칭되도록 설계된다. 그러므로, 플러그의 하단부(142)는 스프링의 제1 단부(136)에 나사결합될 수 있다. 스프링(104)의 더 많은 코일을 플러그(102) 상에 감음으로써, 활성 코일수가 감소하고, 그에 따라 스프링율이 감소한다. 플러그(102) 및 스프링(104)의 서브어셈블리는, 스프링(104)의 스프링율이 솔레노이드 조립체로의 조립 이전에 폴 피스(98)의 중앙 보어(100)를 통해 정밀하게 설정되도록, 측정 및 조절될 수 있다.
플러그(102)는 중합체 또는 금속 재료 또는 다른 적절한 대안적인 재료일 수 있다. 폴 피스의 중앙 보어(100) 내의 플러그(102)의 축방향 위치가 또한 스프링(104)의 예하중을 전기자(120) 상에 설정하는 역할을 한다. 플러그(102)는 통상적으로 전기자(120) 상에 스프링(104)의 전술한 예하중을 설정하기 위해 중앙 보어(100) 내에 압입된다. 아울러, 플러그(102)는 변형 가능하기 때문에, 이 변형 특성을 이용하여, 스프링(104)을 플러그(102)에 대해 적소에 크림핑하거나 또는 그 주위에서 변형시킬 수 있고, 그에 따라 작동 기간에 걸쳐 스프링의 회전을 방지하여, 스프링의 활성 코일량을 변화시킴으로써 최종 조절 스프링율을 변경한다. 압입 작업의 결과로 크림핑 기능을 달성할 수 있다. 바람직하게, 스프링(104) 상의 예하중 및 스프링(104)의 스프링 하중의 설정은 특정의 "제로 앰프 압력 상태"를 달성하기 위한 것이다. 도시된 실시형태에서, 솔레노이드 밸브는 노멀리 "하이 압력 또는 온" 타입의 솔레노이드 밸브이지만, 본 발명은 노멀리 "로우 압력 또는 오프" 타입의 솔레노이드 밸브 응용에도 사용될 수 있다.
본 발명의 설명은 전적으로 예시적인 것이고, 그에 따라 본 발명의 핵심을 벗어나지 않는 변경들이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 이러한 변경들은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어난 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 제1 및 제2 단부를 가진 코일 스프링으로, 적어도 상기 제1 단부가 대략 원통형으로 형성된 코일 스프링; 및
    상기 스프링의 제1 단부의 조절 가능한 길이와 나사결합 가능하게 맞물리는 플러그를 포함하는 솔레노이드 밸브 및 스프링 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플러그는 상기 스프링의 활성 코일수를 조절하려는 목적으로 상기 스프링의 내경에 나사결합되는 것인 솔레노이드 밸브 스프링 및 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    활성 코일의 최종 조절이 완료된 후, 상기 플러그는 상기 스프링에 대한 회전에 저항하도록 변형되는 것인 솔레노이드 밸브 스프링 및 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플러그는 적어도 중합체 재료 및 금속 재료를 포함하는 재료군으로부터 선택되는 것인 솔레노이드 밸브 스프링 및 조절 장치.
  5. 밸브 부재;
    상기 밸브 부재를 이동시키는 전기자;
    상기 전기자의 이동을 유도하는 전자기 코일;
    상기 전기자와 맞물리며, 적어도 대략 원통형의 제1 단부 및 상기 전기자와 접촉하는 제2 단부를 가진 코일 스프링; 및
    상기 스프링의 조절 가능한 길이를 따라 상기 스프링의 제1 단부와 나사결합 가능하게 맞물리는 플러그를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플러그는 상기 스프링의 활성 코일수를 조절하려는 목적으로 상기 스프링의 내경과 맞물리는 것인 솔레노이드 밸브.
  7. 제5항에 있어서,
    폴 피스를 더 포함하며,
    상기 플러그는 상기 폴 피스와 연결되는 것인 솔레노이드 밸브.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 플러그는 상기 폴 피스의 공동 내에 억지 끼워맞춤되는 것인 솔레노이드 밸브.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 플러그는 상기 스프링의 활성 코일수를 조절하려는 목적으로 상기 스프링의 내경에 나사결합되는 것인 솔레노이드 밸브.
  10. 대략 원통형인 제1 단부 및 전기자와 맞물리는 제2 단부를 가진 스프링에 의해 위치 편향되는 전기자에 의해 이동되는 밸브 부재를 구비한 솔레노이드 밸브의 보정 방법으로,
    상기 스프링의 활성 코일수를 조절함으로써 상기 스프링의 스프링율을 설정하기 위해, 상기 스프링의 제1 단부를 플러그와 나사결합 가능하게 맞물리게 하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스프링의 스프링율을 상기 솔레노이드의 자기 코일의 스프링율에 관련하여 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    활성 코일의 최종 조절이 완료된 후, 상기 플러그를 상기 스프링에 대한 회전에 저항하도록 변형시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 플러그를 상기 솔레노이드의 원통형 개구에 압입시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압입에 의해 상기 전기자 상에 상기 스프링의 예하중을 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 스프링이 상기 솔레노이드 밸브에 삽입되기 전에, 상기 플러그는 상기 스프링의 제1 단부에 대해 조절 가능하게 위치되는 것인 방법.
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