KR20150101490A - 솔레노이드 액츄에이터 - Google Patents

솔레노이드 액츄에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 액츄에이터에 관한 것으로, 전자코일이 권취되는 보빈, 상기 보빈을 전자기화하는 전자코일, 상기 보빈을 가로질러 왕복 이동가능하게 구비되는 플런저, 상기 전자코일에 인가되는 전류의 극성에 따라 상기 플런저를 서로 반대방향으로 각각 이동시키는 제1영구자석 및 제2영구자석, 상기 전자코일로의 전류 차단시 상기 플런저를 서로 반대방향으로 각각 복원시키는 제1탄성부재 및 제2탄성부재, 및 상기 전자코일에 인가되는 전류의 극성을 반전시키는 제어유닛을 포함하여, 전류 소모량을 최소화하면서 3개의 위치제어 내지는 양방향 제어가 가능하게 된다.

Description

솔레노이드 액츄에이터{ A solenoid actuator }
본 발명은 솔레노이드 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기력에 의해 피작동체를 직선 이동시키는 솔레노이드 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로, 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator)는 전기 신호를 직선 운동으로 변환하는 장치로, 코일에 전류가 인가되면 신장(push) 또는 신축(pull) 동작을 하게 된다.
통상의 솔레노이드 액츄에이터는 일방향으로 신장 또는 신축되게 동작하는 구조로 되어 있으나, 선행문헌 한국등록특허 제226672호에는 양방향으로 작동가능한 솔레노이드 구조가 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 솔레노이드(1)는 플런저(4)의 양측에 제1코일(6a) 및 제2코일(6b)가 각각 와인딩되고, 제1코일(6a) 및 제2코일(6b)에 제1단자(T1) 및 제2단자(T2)가 마련되며, 차량에 접지된 접지단자(5)가 제1코일(6a) 및 제2코일(6b)에 연결되어 있다.
따라서, 제1 종래기술은 스위치(SW)가 제1단자(T1)에 스위칭되어 제1코일(6a)에 전류가 통전되면 플런저(4)가 제1코일(6a)의 전자기력에 의해 일측으로 이동되고, 스위치(SW)가 제2단자(T2)에 스위칭되어 제2코일(6b)에 전류가 통전되면 플런저(4)가 제2코일(6b)의 전자기력에 의해 반대쪽으로 이동하게 된다.
그러나, 이와 같이 종래의 솔레노이드(1)는 전자기력에 의해서만 작동하게 되므로 전력소모량이 큰 문제점이 있었다. 특히 어느 하나의 코일에 의해 발생된 전자기력으로 플런저(4)를 이동시켜야 하므로 코일의 권선수가 많이 요구되고 이는 전력을 많이 소모하게 되는 원인이 된다.
또한, 2개의 코일(6a,6b)에 전류를 선택적으로 인가하여 동작의 방향을 선택하게 되므로 반드시 2개의 코일이 구비되어야 한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 솔레노이드 액츄에이터가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 전류 소모량을 최소화하면서 3개의 위치제어 내지는 양방향 제어가 가능한 솔레노이드 액츄에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 솔레노이드 액츄에이터는, 전자코일이 권취되는 보빈, 상기 보빈을 전자기화하는 전자코일, 상기 보빈을 가로질러 왕복 이동가능하게 구비되는 플런저, 상기 전자코일에 인가되는 전류의 극성에 따라 상기 플런저를 서로 반대방향으로 각각 이동시키는 제1영구자석 및 제2영구자석, 상기 전자코일로의 전류 차단시 상기 플런저를 서로 반대방향으로 각각 복원시키는 제1탄성부재 및 제2탄성부재, 및 상기 전자코일에 인가되는 전류의 극성을 반전시키는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 있어서, 상기 제1영구자석 및 제2영구자석은 상기 플런저의 일측에 상기 보빈을 사이에 두고 서로 반대편에 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 있어서, 상기 제1영구자석 및 제2영구자석은 서로 마주보는 극성이 동일하게 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 있어서, 상기 제1탄성부재와 제2탄성부재는 상기 보빈을 사이에 두고 서로 반대편에 구비되고, 상기 보빈에 대하여 상기 플런저를 서로 반대방향으로 이동가능하게 탄성지지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 있어서, 상기 플런저의 일측에 상기 보빈을 사이에 두고 서로 반대편에 각각 구비되고 상기 제1탄성부재 및 제2탄성부재를 각각 지지하는 제1스토퍼 및 제2스토퍼를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 있어서, 상기 플런저의 일단에 구비되는 제1작동로드, 상기 제1작동로드의 반대편 상기 플런저의 타단에 구비되는 제2작동로드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 솔레노이드 액츄에이터에 의하면, 전류 소모량을 최소화하면서 3개의 위치제어 내지는 양방향 제어가 가능하고, 복원동작시 탄성력에 의해 충격을 감소시킴으로써 동작을 유연하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라 충격에 의한 내구성도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 솔레노이드 액츄에이터의 일 예를 나타낸 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터를 나타낸 일측면도,
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 솔레노이드 액츄에이터의 작동상태도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터를 나타낸 일측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 액츄에이터는, 전자코일이 권취되는 보빈(20), 상기 보빈(20)을 전자기화하는 전자코일(30), 상기 보빈(20)을 가로질러 왕복 이동가능하게 구비되는 플런저(10), 상기 전자코일(30)에 인가되는 전류의 극성에 따라 상기 플런저(10)를 서로 반대방향으로 각각 이동시키는 제1영구자석(41) 및 제2영구자석(42), 상기 전자코일(30)로의 전류 차단시 상기 플런저(10)를 서로 반대방향으로 각각 복원시키는 제1탄성부재(51) 및 제2탄성부재(52), 상기 전자코일(30)에 인가되는 전류의 극성을 반전시키는 제어유닛(60)을 포함한다.
상기 보빈(20)은 관형상으로 형성되고 외주면에 전자코일(30)이 권취된다.
상기 전자코일(30)은 상기 보빈(20)의 외주면에 그 길이방향을 따라 나선형으로 권취되고, 제어유닛(60)으로부터 전류를 공급받아 전자기력을 발생시킨다. 상기 전자코일(30)에 의해 발생된 전자기력에 의해 상기 보빈(20)이 전자기화된다.
상기 제어유닛(60)은 극성반전회로를 포함하여 상기 전자코일(30)에 극성이 반전된 전류를 선택적으로 공급하게 된다. 상기 전자코일(30)은 제어유닛(60)의 극성반전회로로부터 전달된 전류의 극성에 따라 전자기력의 방향이 반대로 형성된다.
상기 플런저(10)는 보빈(20)을 관통하여 슬라이드 이동가능하게 구비된다. 상기 플런저(10)는 상기 보빈(20)을 사이에 두고 서로 반대편에 제1스토퍼(11)와 제2스토퍼(12)를 각각 구비하고 있다. 즉, 상기 제1스토퍼(11)는 상기 플런저(10) 일단에 구비되고 상기 제2스토퍼(12)는 그 타단에 구비된다.
상기 플런저(10)의 외주면에 상기 보빈(20)을 중심으로 양쪽에 제1탄성부재(51)와 제2탄성부재(52)가 끼워진다.
상기 제1탄성부재(51)는 상기 보빈(20)과 제1스토퍼(11)의 사이에 끼워지고, 상기 제2탄성부재(52)는 상기 보빈(20)과 제2스토퍼(12)의 사이에 끼워진다. 따라서, 상기 제1탄성부재(51)는 상기 보빈(20)과 제1스토퍼(11)에 의해 양단이 지지되면서 탄성적으로 변형되고, 상기 제2탄성부재(52)는 상기 보빈(20)과 제2스토퍼(12)에 의해 양단이 지지되면서 탄성적으로 변형하게 된다.
상기 제1탄성부재(51)와 제2탄성부재(52)는 상기 보빈(20)에 대하여 상기 플런저(10)를 서로 반대방향으로 이동가능하게 탄성지지하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플런저(10)가 제1탄성부재(51)에서 제2탄성부재(52)쪽으로 이동하게 되면 상기 제1탄성부재(51)가 제1스토퍼(11)에 의해 지지되면서 수축되고, 상기 플런저(10)가 반대방향으로 이동할 때에는 상기 제2탄성부재(52)가 제2스토퍼(12)에 의해 지지되면서 수축된다.
상기 제1탄성부재(51)와 제2탄성부재(52)는 상기 제1스토퍼(11) 및 제2스토퍼(12)를 상기 보빈(20)에서 멀어지는 쪽으로 복원력을 갖고 플런저(10)를 원래의 위치로 복원시키게 된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 상기 제1탄성부재(51)와 제2탄성부재(52)는 코일스프링이고, 이외에 탄성적으로 변형가능한 수단은 모두 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.
상기 제1영구자석(41)과 제2영구자석(42)은 상기 플런저(10)의 일측에 상기 보빈(20)을 사이에 두고 서로 반대편에 구비되고, 상기 플런저(10)에 고정결합되어 그 플런저(10)와 일체로 거동하게 된다.
상기 제1영구자석(41)과 제2영구자석(42)은 서로 마주보는 극성이 동일하게 구비된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1영구자석(41)의 N극과 상기 제2영구자석(42)의 N극이 서로 마주보게 제1영구자석(41)과 제2영구자석(42)이 배치되어 있다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1영구자석(41)과 제2영구자석(42)은 상기 전자코일(30)에 의해 발생하는 전자기력에 반응하여 인력을 발생시키거나 척력을 발생시키게 된다.
즉, 도 3을 참조하면, 상기 전자코일(30)에 의해 상기 보빈(20)의 양단 중 상기 제1영구자석(41)과 인접하는 쪽에 S극이 형성되고 상기 제2영구자석(42)에 인접하는 쪽에 N극이 형성된 경우, 상기 제1영구자석(41)과 보빈(20)과의 사이에는 인력이 발생하고 상기 제2영구자석(42)과 보빈(20)과의 사이에는 척력이 발생하게 된다. 상기 제1영구자석(41)의 N극과 보빈(20)에 형성된 S극이 서로 마주보면서 인력이 발생하게 되고, 상기 제2영구자석(42)의 N극과 보빈(20)에 형성된 N극이 서로 마주보면서 척력이 발생하게 되는 것이다.
상기 제1탄성부재(51)나 제2탄성부재(52)의 탄성력을 FC라 하고 제1영구자석(41) 또는 제2영구자석(42)과 보빈(20) 사이의 인력을 F1, 척력을 F2라 하면, 상기 제1작동로드(41)에 작용되는 힘의 합(Ftotal)은 아래의 식으로 나타난다.
Ftotal = F1 + F2 - FC
가령, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1영구자석(41)에 인력(F1)이 작용하고 제2영구자석(42)에 척력(F2)이 작용하는 경우 그 인력(F1)과 척력(F2)이 합산되어 제1작동로드(15)에 작용하게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 전자코일(30)에 의해 상기 보빈(20)의 양단 중 상기 제1영구자석(41)과 인접하는 쪽에 N극이 형성되고 상기 제2영구자석(42)에 인접하는 쪽에 S극이 형성된 경우, 상기 제1영구자석(41)과 보빈(20)과의 사이에는 척력이 발생하고 상기 제2영구자석(42)과 보빈(20)과의 사이에 인력이 발생하게 된다. 상기 제1영구자석(41)의 N극과 보빈(20)에 형성된 N극이 서로 마주보면서 척력이 발생하게 되고, 상기 제2영구자석(42)의 N극과 보빈(20)에 형성된 S극이 서로 마주보면서 인력이 발생하게 되는 것이다.
상기 플런저(10)의 일단에는 제1작동로드(16)가 구비되어 있다. 상기 제1작동로드(16)의 선단에는 구동시키고자 하는 피동체가 결합된다.
상기 제1작동로드(16)는 상기 플런저(10)와 함께 이동하면서 상기 하우징(70)의 외부에서 피작동체를 이동시키게 된다. 여기서, 본 실시예와 같이 상기 플런저(10)의 일단에 제1작동로드(16)만이 구비되는 것도 가능하고, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 플런저의 타단에도 제2작동로드(16)가 구비될 수도 있다.
도 5에 개시된 실시예의 경우, 상기 제1작동로드(16)와 상기 제2작동로드(16)는 상기 플런저(10)의 양단에 각각 구비되어 2개의 피작동체를 각각 이동시키게 된다.
상기 보빈(20)과 플런저(10)는 하우징(70)의 내부에 구비되고, 상기 제1작동로드(16)나 제2작동로드(16)는 하우징(70)의 외부로 노출되게 구비된다. 상기 보빈(20)은 하우징(70)의 내부에 고정되어 결합되고, 상기 플런저(10)는 고정된 보빈(20)을 관통하여 하우징(70)의 내부에서 슬라이드 이동하면서 제1작동로드(16)와 제2작동로드(16)를 선형으로 작동시키게 된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 솔레노이드 액츄에이터의 작동상태에 대해 설명한다.
도 2는 상기 전자코일(30)에 전류가 차단된 상태를 나타낸다. 이때, 상기 보빈(20)은 전자기화되지 않으므로 상기 보빈(20)과 제1영구자석(41) 및 제2영구자석(42)의 사이에는 전자기력이 작용하지 않게 되고 오직 상기 제1탄성부재(51)와 제2탄성부재(52)의 탄성복원력만이 작용하게 된다.
상기 제1탄성부재(51)의 탄성복원력과 제2탄성부재(52)의 탄성복원력이 평형을 이루면서 상기 보빈(20)이 상기 플런저(10)의 중앙에 위치하게 되고, 이때 상기 제1작동로드(16)는 중립위치(P0)에 위치하게 된다.
도 2의 중립상태에서 전자코일(30)에 전류가 인가되면 도 3 또는 도 4의 작동위치(P1 ,P2)로 제1작동로드(16)가 이동하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전자코일(30)에 전류가 인가되어 상기 보빈(20)의 S극이 제1영구자석(41)의 N극과 마주하게 자성을 띠게 되면, 상기 보빈(20)의 S극이 제1영구자석(41)의 N극 사이에 인력이 작용하여 제1영구자석(41)이 보빈(20)쪽으로 이동하게 된다. 이때 상기 플런저(10)가 제2영구자석(42)쪽으로 이동하면서 제1작동로드(16)가 제1작동위치(P1)로 이동하게 된다.
여기서, 상기 전자코일(30)로 인가되는 전류가 차단되면 상기 제1영구자석(41)과 보빈(20) 사이의 인력이 없어지면서 상기 제1탄성부재(51)의 탄성복원력에 의해 상기 플런저(10)와 제1작동로드(16)가 원래의 중립위치(P0)로 복원된다.
한편, 상기 제어유닛(60)의 극성반전회로에서 전류의 방향을 바꾸어 전자코일(30)에 인가하게 되면 도 4의 작동상태가 된다. 즉, 중립위치(P0)에서 상기 전자코일(30)로 인가되는 전류의 방향이 변경되면 상기 보빈(20)의 S극이 제2영구자석(42)의 N극과 마주하게 자성을 띠게 되고, 그로 인해 상기 보빈(20)의 S극이 제2영구자석(42)의 N극 사이에 인력이 작용하여 제2영구자석(42)이 보빈(20)쪽으로 이동하게 된다. 이때 상기 플런저(10)가 제1영구자석(41)쪽으로 이동하면서 제1작동로드(16)가 제2작동위치(P2)로 이동하게 된다.
결국, 상기 제1작동로드(16)는 P0 ,P1 ,,P2의 3가지 작동상태를 가지고 피작동체를 구동시키게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 플런저 11 : 제1스토퍼
12 : 제2스토퍼 15 : 제1작동로드
16 : 제2작동로드 20 : 보빈
30 : 전자코일 41 : 제1영구자석
42 : 제2영구자석 51 : 제1탄성부재
52 : 제2탄성부재 60 : 제어유닛
70 : 하우징

Claims (7)

  1. 전자코일이 권취되는 보빈;
    상기 보빈을 전자기화하는 전자코일;
    상기 보빈을 가로질러 왕복 이동가능하게 구비되는 플런저;
    상기 전자코일에 인가되는 전류의 극성에 따라 상기 플런저를 서로 반대방향으로 각각 이동시키는 제1영구자석 및 제2영구자석;
    상기 전자코일로의 전류 차단시 상기 플런저를 서로 반대방향으로 각각 복원시키는 제1탄성부재 및 제2탄성부재; 및
    상기 전자코일에 인가되는 전류의 극성을 반전시키는 제어유닛;을 포함하는 솔레노이드 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1영구자석 및 제2영구자석은,
    상기 플런저의 일측에 상기 보빈을 사이에 두고 서로 반대편에 구비되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1영구자석 및 제2영구자석은,
    서로 마주보는 극성이 동일하게 구비된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1탄성부재와 제2탄성부재는 상기 보빈을 사이에 두고 서로 반대편에 구비되고, 상기 보빈에 대하여 상기 플런저를 서로 반대방향으로 이동가능하게 탄성지지하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플런저의 일측에 상기 보빈을 사이에 두고 서로 반대편에 각각 구비되고, 상기 제1탄성부재 및 제2탄성부재를 각각 지지하는 제1스토퍼 및 제2스토퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플런저의 일단에 구비되는 제1작동로드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1작동로드의 반대편 상기 플런저의 타단에 구비되는 제2작동로드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액츄에이터.
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KR101968481B1 (ko) * 2017-11-21 2019-04-15 (주)이미지스테크놀로지 충격식 진동 액츄에이터
KR20190057959A (ko) 2017-11-21 2019-05-29 주식회사 대화연료펌프 영구자석 방식 솔레노이드 액추에이터 및 솔레노이드 동작 장치
KR20190059259A (ko) * 2019-03-12 2019-05-30 (주)이미지스테크놀로지 충격식 진동 액츄에이터

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KR101968481B1 (ko) * 2017-11-21 2019-04-15 (주)이미지스테크놀로지 충격식 진동 액츄에이터
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