KR20170008774A - 비자성 프런트 베어링을 갖는 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

비자성 또는 약간의 자성 재료로 이루어지는 별도의 결합된 션트측 베어링을 갖는 전기자 조립체를 갖는 솔레노이드 액추에이터가 제공된다. 션트측 베어링의 재료는 상당량의 자속이 반경 방향으로 전기자 조립체의 하단 베어링 영역을 통해 전사하는 것을 방지한다.

Description

비자성 프런트 베어링을 갖는 솔레노이드{SOLENOID WITH NON-MAGNETIC FRONT BEARING}

본 발명은 솔레노이드 액추에이터에 관한 것이다.

대부분의 솔레노이드 액추에이터는 강자성 케이싱을 갖는다. 케이싱은 통상적으로 고분자 보빈(polymeric bobbin)으로 래핑되는 코일을 둘러싸고 있다. 코일 내부에는 코어 조립체 또는 코어가 있다. 전기자(또는 전기자 조립체)가 코어(또는 코어 조립체) 내부에서 슬라이딩한다. 전기자는 전류가 코일을 통해 흐름에 따라 플럭스 전사(flux transfer)를 통해 이동된다. 플럭스 루프는 케이싱으로부터 코어 및 전기자로, 그리고 다시 코어를 통해 케이싱으로의 플럭스 전사에 의해 완성된다. 전기자 병진(armature translation)은 코어의 상단부 (때로는 플럭스 복귀부(flux return) 또는 플럭스 튜브라고 칭함)로부터 전기자를 통해 코어의 하단부(션트 단부(shunt end) 또는 션트)로의 플럭스 전사에 의해 달성된다. 이러한 이유 때문에, 상단부와 하단부 중간에 코어의 박형부가 존재해서 상단으로부터 하단 코어로 직접 전사하는 플럭스의 양을 감소시킨다.

플럭스가 상단으로부터 전기자를 통해 하단 코어로 주행하도록 의도되어 있지만, 이러한 플럭스 경로는 코어의 하단부(션트 단부)에서 반경방향으로 배향되기보다는 더욱 축방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 조립체의 이 부분에서의 반경방향 플럭스 전사는 전기자의 더 높은 자성 측면 하중 및 이에 따라 더 높은 마찰력을 초래한다. 전기자는 코어 내부의 전기자의 측면 하중의 상대량을 감소시키도록 설계되는 것이 바람직하다.

코어를 통해 전기자를 안내하고 전기자 오정렬을 최소화하기 위해서는, 베어링 길이를 최대화하는 것이 바람직하다. 연속강(continuous steel) 전기자에서는, 베어링 길이가 증가됨에 따라, 베어링의 하단부가 션트 내로 더 깊게 들어가서, 더 높은 측면 하중을 야기한다. 상기 강 전기자 또는 코어 베어링 표면이 일부 방식으로 도금되거나 코팅된 경우이더라도, 측면 하중이 높게 유지된다. 전기자의 자성부로부터 하단 베어링을 분리시키는 것이 바람직하다.

상기한 요구 및 다른 요구를 분명하게 하기 위해서, 본 발명이 개시된다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 분리형 션트측 베어링부가 부착된 베이스 자성 재료부를 포함하는 전기자 조립체를 갖는 솔레노이드 액추에이터의 자유를 제공한다. 션트측 베어링은 상당량의 플럭스가 반경 방향으로 전기자 조립체의 하단 베어링 영역을 통해 전사하는 것을 방지하도록 비자성 또는 약간의 자성 재료로 이루어진다. 비자성 또는 반자성 재료는, 압입 끼워맞춤(press fitting), 중간 핀에 대한 부착, 소성, 접착, 몰딩, 납땜(brazing) 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 수의 방식으로 전기자 조립체의 베이스 자성 재료부에 연결될 수 있다. 코팅된 전기자의 경우, 션트측 베어링은 베이스 전기자 재료와 함께 또는 그와 별도로 코팅되거나 도금될 수 있다.

본 발명의 추가 적용 분야들은 이하에 제공되는 상세한 설명에 의해 분명해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적을 위해 의도된 것이며, 본 발명의 범주를 한정하려고 의도된 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.

본 발명은 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 노멀리 로우(normally low) 제어 압력 솔레노이드 액추에이터의 단면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 대체 실시예의 솔레노이드 액추에이터 내의 전기자 조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 대체 실시예의 전기자 조립체의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 바람직한 다른 대체 실시예의 전기자 조립체의 단면도이다.
도 5는 종래 기술의 전기자 조립체의 개략도이다.
도 6은 전기자 조립체 내의 반경방향 횡력(radial side force)의 그래프 표시도이다.

바람직한 실시예의 다음과 같은 설명은 사실상 단지 예시적인 것에 불과하고, 어떤 방식으로도 본 발명, 그 적용, 또는 용도를 한정하려고 의도된 것이 아니다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 솔레노이드 액추에이터(7)가 제공된다. 솔레노이드 액추에이터(7)는 강자성 캔 또는 케이싱(10)을 갖는다. 케이싱은 하단 하우징(12)을 포함한다. 하단 하우징은 단부 캡(16)에 연결된 대략 수직부(14)를 갖는다. 단부 캡(16)은 중앙 개구(18)를 갖는다. 하단 하우징(12)은 상단 하우징(20) 내에 압입 끼워맞춤된다. 케이싱(10) 내부에는 코일(26)이 있다. 코일(26)은 통상적으로 구리와 같은 비자성 재료로부터 제조된다. 코일(26)은 고분자 보빈(28)의 외부 직경 상에 래핑된다. 코일(26)에 의해 코어(30)가 둘러싸인다. 코어(30)는 본 명세서에서 플럭스 튜브(32)라고 칭하는 플럭스 복귀부를 제공하는 상단부를 갖는다. 코어(30)는 션트(34)라고 칭하는 다른 부분을 갖는다. 션트(34)로부터 플럭스 튜브(32)를 분리하는 것은 코어의 협소화에 의해 생성되는 플럭스 초크flux choke)(36)이다. 코어(30)는 케이싱(10)과 자기적으로 연결된다. 도 1에서, 플럭스 튜브(32) 및 션트(34)는 일체형이지만, 다른 실시예(도시하지 않음)에서는 플럭스 초크(36)가 플럭스 튜브(32) 및 션트(34)의 축방향 갭 분리에 의해 제공될 수 있다.

전기자 조립체(40)가 코어(30) 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 전기자는 다른 유형의 재료로부터 제조된 적어도 2개의 별도 구성요소로부터 제조된다. 제1 구성요소는 베이스 자성 재료로부터 제조된 베이스이다. 도시된 예에서, 베이스 재료는 저탄소강이다. 베이스 재료(42)은 이를 통해 축방향으로 연장되어 유압유(hydraulic oil)가 전기자(40)의 양 측면 상에 존재할 수 있게 하는 축방향 구멍(44)을 갖는다. 극도의 후퇴 위치에 있는 전기자 조립체(40)는 하우징(20) 내에 설치된 자성 정지부(46)와 인접하고 있다. 전기자 조립체(40)는 플럭스 초크(36)에 인접하는 결합된 베어링을 또한 갖고, 이하에서는 션트측 베어링(50)이라고 칭한다. 션트측 베어링(50)은 자성 탄소강 재료보다도 적어도 50% 미만의 상당히 적은 투자율을 갖는 재료로부터 제조된다. 션트측 베어링(50)은 고분자 재료, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 아연, 세라믹 재료 및/또는 이들의 합금 또는 복합물로부터 제조될 수 있다. 션트측 베어링(50)은 억지 끼워맞춤(interference fit), 소성, 접착제 연결, 몰딩 연결, 납땜 및/또는 본딩을 포함하는 방법들 중 하나 이상에 의해 전기자 베이스 재료(42)에 부착될 수 있다. 많은 적용예에서, 션트측 베어링은 베이스 자성 재료(42)의 축방향 면(axial face)에 부착될 것이다. 션트측 베어링(50)은 전기자 조립체(40)의 전체 면을 덮을 필요가 없지만, 션트측 베어링에 인접하게 적어도 350㎛의 반경방향 폭 또는 두께 및 200㎛의 축방향 길이를 갖는 것이 바람직하다. 피운반 부재(60)가 전기자(40)와 연결된다. 션트측 베어링(50)은 우선 피운반 부재(60)에 결합되고, 그 다음에 전기자의 베이스 재료(42)과 고정 가능하게 연결되는 피운반 부재(60)에 의해 (전기자 베이스 재료에) 연결될 수 있다. 솔레노이드 액추에이터(7)는 전기자의 주행을 제한하는 정지부(62)를 또한 갖는다. 션트측 베어링(50)에 바로 인접하게, 베이스 재료(42)은 션트측 베어링의 접촉을 더욱 보장하도록 감소된 직경의 축방향 웨지 형상부(64)를 갖는다. 감소된 직경의 축방향 웨지 형상부(64)는 전기자의 이 부분에 대하여 반경방향 플럭스 전사를 최소화하고 축방향 플럭스 전사를 최대화한다. (주의: 도 1에서 상기 웨지 형상부(64)의 반경방향 폭은 도시의 명료화를 위해 과장되어 있다.) 상기한 특징은 솔레노이드 액추에이터의 힘 대 전류 대 축방향 위치 특성의 맞춤화를 가능하게 한다.

동작 시, 통상적인 정지 위치에 있는 솔레노이드(7)는 도시하지 않은 바이어싱 스프링에 의해 또는 도시하지 않은 장치에 의해 피운반 부재(60)에 대하여 제공된 스프링 바이어스에 의해 정지부(46)와 인접하는 전기자 조립체(40)를 갖는다. 코일(26)이 작동되었을 때, 자속은 케이싱을 통해 플럭스 튜브 코어로 베이스 재료의 면(66)을 통해 밖으로 전기자 조립체(40) 내로 주행한다. 이것은, 전기자가 피운반 부재(60)를 전방으로 밀치는 도 1에 나타낸 바와 같이 하방으로 슬라이딩하게 하는 전기자에 대한 하향력을 야기한다. 션트측 베어링(50)에 대한 횡력은 사실상 소거된다.

필요한 경우에 선택적으로, 션트측 베어링(50) 및 전기자 베이스 재료(42) 모두는 코어(30) 내부에서 전기자의 슬라이딩 이동을 용이하게 하도록 니켈 또는 다른 비자성 합금의 경량 코팅층으로 코팅된 그들의 외부 주변부를 가질 수 있다.

도 2를 참조하면, 압입 끼워맞춤된 션트측 베어링(150)을 갖는 베이스 재료(142)을 갖는 본 발명에 따른 바람직한 대체 실시예의 전기자가 제공된다. 션트측 베어링(150)은 션트측 베어링(50)에 대해 언급된 다양한 재료로부터 제조될 수 있다.

도 3은 션트측 베어링(250)이 축방향 구멍(244)과 압입 끼워맞춤되어 베이스 자성 재료(242)과 부착되는 내부 코어를 갖는 본 발명에 따른 전기자 조립체를 도시하고 있다. 션트측 베어링(50)과 마찬가지로, 션트측 베어링(250)은 베이스 자성 재료(242)의 축방향 면의 대부분을 덮는다.

도 4는 베이스 자성 재료가 일체형 후방 베어링을 갖는 전기자 조립체를 도시하고 있다. 션트측 비자성 재료 베어링(30)은 베이스 자성 재료와 근본적으로 동일한 직경을 갖는다.

도 6은 도 5의 션트측 베어링에 의해 겪게 되는 높은 반경방향 힘에 대한 도 1의 션트측 베어링(50)에서 겪는 반경방향 힘의 감소(선 27 참조)를 도시하고 있다. (주의: 도 5의 션트측 베어링은 도시의 명확화를 위해서 치수가 과장되어 있다.)

본 발명을 솔레노이드 모터 또는 액추에이터 조립체로서만 도 1 내지 도 4에 나타냈지만, 다양한 핀, 스풀 또는 다른 구성요소와 조합해서 임의의 수의 기계 구동형 솔레노이드 또는 밸브 기능을 달성할 수 있다.

본 발명의 상기 설명은 사실상 단지 예시에 불과하며, 따라서 본 발명의 요점을 이탈하지 않는 변경은 본 발명의 범주 이내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변경은 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (12)

1. 케이싱;
   상기 케이싱 내부에 위치한 코일;
   플럭스 복귀부(flux return) 및 션트(shunt)를 포함하는 코어로서, 상기 플럭스 복귀부 및 션트가 플럭스 초크(flux choke)에 의해 축방향으로 분리되고, 상기 코어가 상기 케이싱과 자기적으로 연결되고 상기 코일에 의해 둘러싸이는, 상기 코어; 및
   상기 코어 내부에 슬라이딩 가능하게 장착된 전기자 조립체로서, 자성 재료의 베이스 및 상기 베이스 자성 재료에 연결된 분리형 션트측 베어링을 갖고, 상기 베어링이 상기 베이스 자성 재료보다도 적어도 50% 미만의 투자율을 갖는 재료로부터 제조되는, 상기 전기자 조립체를 포함하는, 솔레노이드 액추에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 션트측 베어링은 적어도 300㎛의 반경방향 폭 및 적어도 200㎛의 축방향 길이를 갖는, 솔레노이드 액추에이터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기자 션트측 베어링 재료는 고분자 재료, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 아연, 세라믹 재료 및 이들의 합금 또는 복합물로부터 제조되는, 솔레노이드 액추에이터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 션트측 베어링은 억지 끼워맞춤(interference fit), 소성, 접착, 몰딩, 납땜, 및 접합을 포함한 방법들 중 하나 이상에 의해 상기 전기자 베이스 재료에 연결되는, 솔레노이드 액추에이터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자는 코팅되는, 솔레노이드 액추에이터.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 피운반 부재가 상기 전기자에 의해 이동되는, 솔레노이드 액추에이터.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피운반 부재는 상기 전기자에 부착되고, 상기 션트측 베어링은 상기 피운반 부재에 부착되는, 솔레노이드 액추에이터.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 션트측 베어링은 코팅되는, 솔레노이드 액추에이터.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 션트측 베어링에 인접한 상기 전기자 베이스 재료는 감소된 직경의 축방향 웨지 형상부를 갖는, 솔레노이드 액추에이터.
10. 케이싱;
    상기 케이싱 내부에 위치한 코일;
    플럭스 튜브 및 션트를 포함하는 코어로서, 상기 플럭스 튜브 및 션트가 플럭스 초크에 의해 축방향으로 분리되고, 상기 코어가 상기 케이싱과 자기적으로 연결되고 상기 코일에 의해 둘러싸이는, 상기 코어; 및
    상기 코어 내부에 슬라이딩 가능하게 장착된 전기자 조립체로서, 자성 재료의 베이스 및 상기 베이스 자성 재료에 연결된 별도의 션트측 베어링을 갖고, 상기 션트측 베어링이 적어도 350㎛의 반경방향 폭 및 적어도 200㎛의 축방향 길이를 갖고, 상기 션트측 베어링이 상기 자성 재료의 베이스 위에 압입 끼워맞춤((press fit)되고, 상기 션트측 베어링이 상기 베이스 자성 재료보다도 적어도 50% 미만의 투자율을 갖는 재료로부터 제조되는, 상기 전기자 조립체를 포함하는, 솔레노이드 액추에이터.
11. 상단 하우징 내에 압입 끼워맞춤된 하단 하우징을 포함하는 케이싱;
    상기 케이싱 내부에 위치한 코일;
    플럭스 튜브 및 션트를 포함하는 코어로서, 상기 플럭스 튜브 및 션트가 일체형 플럭스 초크에 의해 축방향으로 분리되고, 상기 코어가 상기 케이싱과 자기적으로 연결되고 상기 코일에 의해 둘러싸이는, 상기 코어; 및
    상기 코어 내부에 슬라이딩 가능하게 장착된 전기자 조립체로서, 자성 재료의 베이스 및 상기 베이스 자성 재료에 연결된 별도의 션트측 베어링을 갖고, 상기 션트측 베어링이 적어도 350㎛의 반경방향 폭 및 적어도 200㎛의 축방향 길이를 갖고, 상기 션트측 베어링이 비자성 재료로부터 제조되고, 상기 션트측 베어링에 바로 인접한 상기 베이스 자성 재료가 감소된 직경의 축방향 웨지 형상부를 갖는, 상기 전기자 조립체를 포함하는, 솔레노이드 액추에이터.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 션트측 베어링은 상기 베이스 재료의 축방향 면(axial face)의 대부분을 덮는, 솔레노이드 액추에이터.

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