KR20170080691A - 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석 및 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브 - Google Patents

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Abstract

복합 자기회로 이중 영구자석 전자석 및 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브에 있어서, 전자밸브는 밸브 로드(1), 전기자(2), 스냅링(3), 넓은 영구자석(4), 철심(5), 코일(6), 좁은 영구자석(7), 코일보빈(8), 고정 너트(9), 유압댐핑 조립체(10), 초기 에어갭 조정링(13), 하우징(14), 저압 캐비티(15), 전기자 리셋 스프링(16), 베이스(18), 전기자 리프트 조정블록(20), 제한 링(21), 전기자 리프트 조정블록 고정 너트(22)를 포함한다. 해당 구조는 전자밸브의 구동 전류를 효과적으로 감소시키고, 전자밸브의 전력소모 및 코일의 발열량을 감소시키며, 전기자의 릴리스 속도를 높일 수 있고; 동시에, 전기자 흡입 시의 충돌정도를 줄이고, 밸브 개방 시의 진동을 감소시키고, 오일 분사의 제어 정밀도를 향상시키며, 제한 장치의 손상을 줄이고, 디젤 엔진의 경제성을 향상시키며 배출을 감소시킬 수 있다.

Description

복합 자기회로 이중 영구자석 전자석 및 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브{Composite magnetic circuit double-permanent magnet electromagnet and composite magnetic circuit double-permanent magnet high-speed solenoid valve}
본 발명은 전자밸브에 관한 것이고, 특히 디젤 엔진 전자제어식 연료시스템용 고속전자밸브에 관한 것이다. 또한 본 발명은 주로 고속전자밸브에 사용되는 전자석에 관한 것이다.
디젤 엔진 전자제어기술의 지속적인 발전에 따라, 전자제어식 연료분사시스템은 갈수록 엄격해지는 디젤 엔진 배기 규제 및 경제적 수요를 만족시키는 필연적인 추세로 부상하고 있다. 그러나 고속전자밸브는 전자제어식 펌프 노즐, 유닛 펌프, 토출 펌프는 물론, 현재 발전이 가장 빠른 고압 커먼레일 전자제어식 연료분사시스템에서 고속전자밸브는 정상적인 작동을 확보하는 가장 중요하고 가장 핵심적인 부재이다. 해당 고속전자밸브는 고속전자밸브의 전자석에 의해 해당 제어밸브의 개폐시각 및 폐쇄시간의 길고 짧음을 정확하게 조절하여 연료분사시간, 연료분사량 및 연료분사규칙에 대한 원활한 제어를 실시함으로써, 디젤 엔진의 경제성을 향상시키고 배출을 감소시킨다.
그러나, 전자밸브의 동적응답 특성과 전자밸브 다중 사이클 작동의 일관성은 연료시스템의 고정밀도 연료분사의 정시, 정량 및 원활한 연료분사 규칙을 실현하기 위한 가장 주요한 특징이다. 현재, 전자밸브는 흔히 전기자 흡입(armature suction) 단계에서 높은 구동 전압으로 큰 전류를 생성하여 흡입 속도를 높이고, 흡입유지단계에서 비교적 작은 전류를 이용하여 흡입속도를 유지하여 전기자의 릴리스(release) 속도를 높임으로써, 전자밸브의 전체 응답 속도를 향상시킨다. 그러나, 큰 전류는 전자밸브의 전력소모를 증가시키고, 코일의 발열량을 증가시키며, 코일 및 그 밀봉재 등의 온도 특성에 대해 더 높은 요구를 제시하였고, 전자밸브의 안전면에서의 신뢰성을 저하시키고 수명을 단축시킨다. 한편, 전기자의 흡입유지단계는 전자밸브의 주요 작동 시간대이고, 전류의 작용 시간이 길며, 특히 연료시스템이 큰 펄스 폭(pulse width)의 작동 상태에서 전류의 작용 시간이 더 길어, 이때 코일 발열량이 대폭 증가하게 되므로, 만일 이때 유지 전류를 더 감소시키면, 전자밸브의 안전면에서의 신뢰성이 크게 향상되는 동시에 전기자의 릴리스 속도도 높일 수 있다. 이외, 전자제어식 연료분사시스템의 고응답(high response) 특성을 만족시키기 위해, 종래의 전자밸브 전기자는 흡입 시 필연코 밸브 시트 또는 제한 장치와 빠른 속도로 심하게 충돌하여 큰 진동을 발생하여, 제어 밸브의 실제 개폐시간에 영향을 주고, 나아가 연료분사의 제어 정밀도에 영향을 주며, 동시에 장기간 작동할 경우 밸브 시트 또는 제한 장치를 파손하여, 작동의 일관성 및 수명에 영향을 미친다.
공개번호 CN102360707A 특허문헌에서는 전자석 조립체 및 전자석 조립체를 구비하는 분사 밸브를 공개하였고, 상기 분사 밸브는 자기 코어, 전자석 코일, 전자석 코일과 서로 매칭되며 단일 부재 또는 복수의 부재로 이루어진 승강 운동이 가능한 전기자 및 적어도 하나의 영구자석을 포함하는 전자석 조립체가 마련되고, 영구자석은 자기 코어내 또는 전기자내에 결합되어 기본 자속을 생성한다. 상기 기본 자속은 전자석 코일에 전류를 통과시킬 경우 전기자에 작용하는 자력을 증가시키거나 약화시킨다. 상기 전자석 조립체 코일에 영구자석의 극성 대비 동일 방향의 전류가 흐를 경우, 전기자에 작용하는 자력이 증가되고, 전기자 흡입 속도가 높아지지만, 코일에 전류가 흐르지 않을 경우, 영구자석에 의해 생성된 기본 자속은 여전히 전기자에 작용하고 셀프 로킹（self locking） 힘을 생성하여, 전기자의 릴리스 속도에 영향을 준다. 그 후 역전압을 이용하여 상기 릴리스 속도를 높였지만, 이는 구동 제어의 복잡성 및 전력소모를 증가시키게 된다.
본 발명은 저전력소모, 고응답, 낮은 진동을 갖는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석을 기반으로 한 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브를 더 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석은 철심, 코일보빈에 권취되는 코일 및 영구자석을 포함하고, 철심에는 환형 요홈이 형성되어 주 자극 및 보조 자극을 형성하며, 코일은 상기 환형 요홈에 삽입되고, 상기 영구자석은 넓은 영구자석과 좁은 영구자석을 포함하며, 좁은 영구자석은 철심의 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일의 외측 또는 내측에 마련되고, 좁은 영구자석의 높이와 코일보빈의 높이는 동일하며, 넓은 영구자석은 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일보빈의 하부에 마련되고, 넓은 영구자석의 하부면의 높이는 철심의 하부면의 높이와 동일하거나 그 보다 약간 낮으며, 두 개의 영구자석의 자기화 방향은 모두 반경방향 방사 자기화 방향이며, 동일한 극성을 갖는다.
본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석은 아래의 특징을 더 포함할 수 있다.
1. 철심의 중앙에는 단차 중심 홀이 형성되고, 상기 단차 중심 홀에는 피스톤 가이드 슬리브, 댐핑 피스톤, 피스톤 리셋 스프링 및 댐핑 변위 조정링을 포함하는 유압댐핑 조립체가 마련되되, 댐핑 피스톤과 피스톤 가이드 슬리브는 하나의 커플링 부재이며, 댐핑 피스톤에는 복수 개의 댐핑 홀이 마련되고, 피스톤 가이드 슬리브와 단차 중심 홀의 작은 홀은 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 피스톤 가이드 슬리브의 높이는 단차 중심 홀의 작은 홀 깊이와 동일하고, 댐핑 피스톤은 피스톤 리셋 스프링에 의해 댐핑 변위 조정링에 사전 압축되며, 댐핑 변위 조정링은 중앙에 원통형 홀이 형성된 보스 구조이고, 댐핑 변위 조정링과 단차 중심 홀의 큰 홀은 고정 연결된다.
2. 넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 완전한 마그넷 링이다.
3. 넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 등분된 아크 영구자석이고, 등분된 아크 영구자석은 밀착 배치되거나 균일한 간격으로 분포된다.
본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브는 하우징, 전자석, 초기 에어갭 조정링, 저압 캐비티, 베이스, 밸브 로드 및 전기자를 포함하고, 하우징 내에는 베이스, 저압 캐비티, 초기 에어갭 조정링, 전자석이 아래로 부터 위로 순차적으로 마련되고, 하우징의 상부에는 고정 너트가 마련되며, 베이스에는 고압 오일 홀이 형성되고, 저압 캐비티 중앙에는 큰 원통형 홀이 마련되어 저압 오일 챔버를 형성하는 동시에, 연통된 원형 홀과 오일 리턴 홀이 형성되고, 밸브 로드는 베이스와 저압 캐비티를 관통하며, 밸브 로드의 하단에는 제한 링이 마련되고, 전기자는 밸브 로드의 상부에 장착되며, 밸브 로드에는 원추형 밸브가 구비되고, 원추형 밸브는 저압 오일 챔버에 위치하며, 원추형 밸브 상부의 밸브 로드에는 전기자 리셋 스프링이 마련되며, 상기 전자석은 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석이고, 이는 철심, 코일보빈에 권취되는 코일 및 영구자석을 포함하며, 철심에는 환형 요홈이 형성되어 주 자극 및 보조 자극을 형성하며, 코일은 상기 환형 요홈에 삽입되고, 상기 영구자석은 넓은 영구자석 및 좁은 영구자석을 포함하며, 좁은 영구자석은 철심의 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일의 외측 또는 내측에 마련되고, 좁은 영구자석의 높이와 코일보빈의 높이는 동일하며, 넓은 영구자석은 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일보빈의 하부에 마련되고, 넓은 영구자석의 하부면의 높이는 철심의 하부면의 높이와 동일하거나 그보다 약간 낮으며, 두 개의 영구자석의 자기화 방향은 모두 반경방향 방사 자기화 방향이며, 동일한 극성을 갖는다.
본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브는 아래의 특징을 더 포함할 수 있다.
1. 철심의 중앙에는 단차 중심 홀이 형성되고, 상기 단차 중심 홀에는 피스톤 가이드 슬리브, 댐핑 피스톤, 피스톤 리셋 스프링 및 댐핑 변위 조정링을 포함하는 유압댐핑 조립체가 마련되되, 댐핑 피스톤과 피스톤 가이드 슬리브는 하나의 커플링 부재이며, 댐핑 피스톤에는 복수 개의 댐핑 홀이 마련되고, 피스톤 가이드 슬리브와 단차 중심 홀의 작은 홀은 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 피스톤 가이드 슬리브의 높이는 단차 중심 홀의 작은 홀의 깊이와 동일하고, 댐핑 피스톤은 피스톤 리셋 스프링에 의해 댐핑 변위 조정링에 사전 압축되며, 댐핑 변위 조정링은 중앙에 원통형 홀이 형성된 보스 구조이고, 댐핑 변위 조정링과 단차 중심 홀의 큰 홀은 고정 연결된다.
2. 베이스 하부에 전기자 리프트 조정블록이 장착된다.
3. 넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 완전한 마그넷 링 또는 등분된 아크 영구자석이고; 넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석이 아크 영구자석일 경우, 등분된 아크 영구자석은 밀착 배치되거나 균일한 간격으로 분포된다.
본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석 및 이에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브는 복합 자기회로 이중 영구자석 구조를 적용하였으므로, 코일에 영구자석의 분극방향과 동일한 방향의 전류가 흐를 경우, 코일에 의해 생성된 자속과 영구자석에 의해 생성된 자속은 복합적으로 중첩되어 전기자를 관통하는 동시에, 주 자극과 보조 자극 사이의 누설 자속을 효과적으로 차폐함으로써, 전기자에 작용하는 축방향에서의 전자기력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 전기자의 흡입 및 흡입유지단계에서의 코일의 구동 전류의 크기를 감소시키고, 전자밸브의 전력소모 및 발열량을 낮출 수 있으며, 코일에 전류가 흐르지 않을 경우, 영구자석에 의해 생성된 자속은 주로 철심부분에서 자기회로를 구성하고, 극소량의 자속만 관통시켜, 셀프 로킹 현상이 발생하지 않으며, 또한 복합 자기회로 이중 영구자석 구조를 적용하였으므로, 흡입유지단계에서 전류의 저하를 유지할 수 있으므로써, 전기자의 릴리스 속도를 높일 수 있다; 그외, 유압댐핑 구조를 적용하였으므로, 전기자 흡입 과정의 전반 구간에서는 가속운동을 실시하고 후반 구간에서는 댐핑을 실시할 수 있으므로, 차단 시각에서의 충돌정도를 낮추고, 밸브 개방 시의 진동을 감소시키며, 연료분사의 제어 정밀도를 향상시키고, 제한 장치의 손상을 줄일수 있으며; 동시에 초기 에어갭 조정링, 전기자 리프트 조정블록 및 댐핑 변위 조정링을 결합하여 전기자 잔여 에어갭, 모션 리프트, 가속 및 댐핑 거리를 원활하게 조절할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브의 전체 구조를 나타내는 개략도이다.
도2(a) 내지 도2(b)는 도1의 좁은 영구자석(7)의 두 가지 배치 형태를 나타내는 도면이며, 도2(a)는 좁은 영구자석(7)이 코일보빈(coil bobbin)의 외측에 위치하는 것을 나타내며, 도2(b)는 좁은 영구자석(7)이 코일보빈의 내측에 위치하는 것을 나타낸다.
도3(a) 내지 도3(c)는 도1의 넓은 영구자석(4)의 세 가지 서로 다른 구조를 나타내는 개략도이고, 도3(a)는 완전한 마그넷 링을 나타내고, 도3(b)는 밀착 배치된 등분된 아크 영구자석을 나타내며; 도3(c)는 등분되어 균일한 간격으로 분포된 등분된 아크 영구자석을 나타낸다.
도4는 코일에 전류가 흐를 때의 전자석 자기회로의 개략도이다.
도5는 종래의 전자석 코일에 전류가 흐를 때의 자기회로의 개략도이다.
도6은 코일에 전류가 흐르지 않을 때의 전자석 자기회로의 개략도이다.
도7은 유압댐핑 조립체를 부분적으로 확대한 개략도이다.
도8은 도1 의 전기자 리프트 조정블록의 평면도이다.
아래에 첨부 도면을 결합하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도1, 도2(a) 및 도2(b)를 결합하여 보면, 본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석의 제1 실시예는 전기자(2), 넓은 영구자석(4), 철심(5), 코일(6), 좁은 영구자석(7) 및 코일보빈(8)을 포함한다. 철심(5)의 환형 요홈 내에 좁은 영구자석(7)과 넓은 영구자석(4)을 포함하는 복합 자기회로 이중 영구자석 구조가 마련되고, 좁은 영구자석(7)은 철심(5)의 주 자극(25)과 보조 자극(26) 사이 및 코일보빈(8) 외측 또는 내측에 마련되며, 주 자극(25) 또는 보조 자극(26)에 밀착되어 그 사이에 갭을 형성하지 않고, 좁은 영구자석(7)의 높이는 코일보빈(8)의 높이와 동일하며; 넓은 영구자석(4)은 주 자극(25) 및 보조 자극(26) 사이 및 코일보빈(8) 하부에 마련되고, 넓은 영구자석(4)과 주 자극(25), 보조 자극(26) 사이는 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되므로, 넓은 영구자석(4)의 하부면(12)의 높이는 철심의 하부면(11)의 높이와 동일하거나 그보다 약간 낮으며; 상기 두 개의 영구자석의 자기화 방향은 모두 반경방향 방사 자기화 방향이며, 동일한 극성을 갖는다.
한편, 도7을 결합하여 보면, 본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석의 제2 실시예는 제1 실시예의 기초상에서 철심(5) 중심에 유압댐핑 조립체(10)를 추가로 마련한 것이다. 유압댐핑 조립체는 피스톤 가이드 슬리브(31), 댐핑 피스톤(32), 피스톤 리셋 스프링(30) 및 댐핑 변위 조정링(34)을 포함하되, 댐핑 피스톤(32)과 피스톤 가이드 슬리브(31)는 하나의 커플링 부재이며, 댐핑 피스톤(32)의 동일한 원주 상에 복수 개의 댐핑 홀(33)이 균일하게 분포되고, 피스톤 가이드 슬리브(31)는 철심(5) 단차(stepped) 중심 홀의 작은 홀과 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 그 높이는 철심(5) 단차 중심 홀의 작은 홀 깊이와 동일하고, 댐핑 피스톤(32)은 피스톤 리셋 스프링(30)에 의해 댐핑 변위 조정링(34)상에 사전 압축되며, 댐핑 변위 조정링(34)은 중앙에 원통형 홀이 형성된 보스(boss) 구조이고, 철심(5) 단차 중심 홀의 큰 홀과 나사 결합된다.
도3(a), 도3(b) 및 도3(c)를 결합하여 보면, 상술한 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석의 두 실시예에서, 두 개의 영구자석은 완전한 마그넷 링일 수 있고, 등분된 아크 영구자석 또는 등분되어 균일한 간격으로 분포된 등분된 아크 영구자석으로 구성될 수도 있다. 도3(a), 도3(b) 및 도3(c)는 각각 넓은 영구자석의 완전한 마그넷 링, 3등분된 아크 영구자석 조합 마그넷 링, 3등분 되어 균일한 간격으로 분포된 아크 영구자석 조합 마그넷 링이다.
도1, 도2(a) 및 도2(b)를 결합하여 보면, 본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석을 기반으로 한 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브의 제 1 실시예는 밸브 로드(1), 전기자(2), 스냅링(3), 넓은 영구자석(4), 철심(5), 코일(6), 좁은 영구자석(7), 코일보빈(8), 고정너트(9), 초기 에어갭 조정링(13), 하우징(14), 저압 캐비티(cavity)(15), 전기자 리셋 스프링(16), 베이스(18) 및 제한 링(21)을 포함한다.
전기자(2)와 철심(5)은 모두 높은 자기 전도성을 갖는 연자성 재료로 제조되고, 다른 구성요소는 비 연자성 재료로 제조된다. 철심(5)은 원통형이며, 축선은 전기자(2)의 중심 축선과 일 직선상에 놓이고, 철심의 중심에는 단차 원통형 홀이 형성되며, 큰 홀에는 나사산이 형성되어 있고, 외측에는 환형 요홈이 형성되어 철심을 주 자극(25)과 보조 자극(26)으로 나눈다. 코일보빈(8)에 일정한 권회수로 에나멜(enamelled) 동선을 권취하여 코일(6)을 형성하되, 반경 방향의 폭 및 축 방향의 높이는 각각 철심 환형 요홈의 폭 및 깊이보다 작고, 코일보빈(8)과 코일(6)은 함께 환형 요홈에 압입된다. 철심(5)의 환형 요홈 내에 복합 자기회로 이중 영구자석 구조가 마련되고, 좁은 영구자석(7) 및 넓은 영구자석(4)을 포함한다. 도2(a) 및 도2(b)에 도시된 바와 같이, 좁은 영구자석(7)은 환 모양이고, 두 가지 배치 방식을 가지며, 도2(a)는 좁은 영구자석(7)이 코일보빈(8)의 외측에 위치하고, 좁은 영구자석(7)이 보조 자극(26)과 코일보빈(8) 사이에 압입되는 것을 나타내며, 도2(b)는 좁은 영구자석(7)이 코일보빈(8)의 내측에 위치하고, 좁은 영구자석(7)이 주 자극(25)과 코일보빈(8) 사이에 압입되는 것을 나타내며, 좁은 영구자석(7)과 코일보빈(8) 사이에 일정한 간극을 남겨두어 고무 또는 수지 등으로 충전될 수도 있지만, 좁은 영구자석(7)은 보조 자극(26) 또는 주 자극(25)에 밀착되어 그 사이에 갭을 형성되지 않도록 해야 하며, 한편 좁은 영구자석(7)의 높이와 코일보빈(8)의 높이는 동일해야 한다. 넓은 영구자석(4)도 마찬가지로 환 모양이고, 코일 하부에 압입되며, 주 자극(25)과 보조 자극(26) 사이에 마련되고, 넓은 영구자석(4)과 주 자극(25) 및 보조 자극(26)의 사이는 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 넓은 영구자석(4)의 하부면(12)의 높이는 철심 하부면(11)의 높이와 같거나 그 보다 약간 낮다. 좁은 영구자석(7)과 넓은 영구자석(4)의 자기화 방향은 모두 반경방향 방사 자기화 방향이며, 동일한 극성을 갖는다. 두 개의 영구자석은 완전한 마그넷 링일 수 있고, 등분된 아크 영구자석 또는 등분되어 균일한 간격으로 분포된 아크 영구자석으로도 구성될 수 있으며, 도3(a), 도3(b), 도3(c)는 각각 넓은 영구자석의 완전한 마그넷 링, 3등분된 아크 영구자석 조합 마그넷 링, 3등분되어 균일한 간격으로 분포된 아크 영구자석 조합 마그넷 링이다.
한편, 도7을 결합하여 보면, 본 발명에 따른 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브의 제2실시예는 제1실시예의 기초상에서 철심(5) 중심에 유압댐핑 조립체(10)를 마련한 것이다. 도7은 유압댐핑 조립체(10)를 확대한 개략도이고, 상기 유압댐핑 조립체는 피스톤 가이드 슬리브(31), 댐핑 피스톤(32), 피스톤 리셋 스프링(30) 및 댐핑 변위 조정링(34)을 포함하되, 댐핑 피스톤(32)과 피스톤 가이드 슬리브(31)는 하나의 커플링 부재이며, 댐핑 피스톤(32)의 동일한 원주 상에 복수개의 댐핑 홀(33)이 균일하게 분포되고, 피스톤 가이드 슬리브(31)와 철심(5) 단차 중심 홀의 작은 홀은 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 그 높이는 철심(5) 단차 중심 홀의 작은 홀 깊이와 동일하고, 댐핑 피스톤(32)은 피스톤 리셋 스프링(30)에 의해 댐핑 변위 조정링(34)상에 사전 압축되며, 댐핑 변위 조정링(34)은 중앙에 원통형 홀이 형성된 보스 구조이고, 철심(5) 단차 중심 홀의 큰 홀과 나사 결합되며, 서로 다른 보스 높이(h)를 갖는 댐핑 변위 조정링(34)을 이용하여 댐핑 피스톤(32)과 밸브 로드(1)의 초기 거리를 조절한다. 전체 전자밸브 조립체는 하우징(14) 내에 패키징되고, 밸브 로드(1)는 스냅링(3)에 의해 전기자(2)와 고정 연결되는 동시에 밸브 로드(1)에는 원추형 밸브(17) 및 제한 링(21)이 마련되고, 원추형 밸브(17)와 밸브 로드(1)는 일체로 형성되며, 제한 링(21)은 억지끼워 맞춰지는 방식 또는 나사산을 통해 로드 밸브와 고정 연결된다. 한편, 철심(5)과 저압 캐비티(15) 사이에 전기자 초기 에어갭 조정링(13)이 마련되고; 저압 캐비티(15)의 중앙에 원통형 홀이 형성되어 저압 오일 챔버(23)를 형성하는 동시에 전기자 실(36)과 연통된 원형 홀(35) 및 오일 리턴 홀(24)이 마련되며; 베이스(18)에 고압 오일 홀(19)이 형성되고, 하부에는 두 개의 반달 모양의 블록으로 이루어지며, 두 개의 대칭되는 홀을 구비하는 전기자 리프트 조정블록(20)이 마련되고, 도8에 도시된 바와 같이, 전기자 리프트 조정블록 고정 너트(22)에 의해 베이스에 고정된다.
도4 내지 도6은 복합 자기회로 이중 영구자석 구조의 여기(excitation) 원리를 나타낸다. (1) 코일(6)에 영구자석의 분극 방향과 동일한 방향의 전류가 흐르는 경우, 코일에 의해 생성되고 주 자극(25), 마그넷 요크 (29), 보조 자극 (26), 외부 작동 에어갭(27), 전기자(2), 내부 작동 에어갭(28)을 거쳐 폐쇄된 자속(Φ3), 넓은 영구자석(4)에 의해 생성되고 보조 자극(26), 외부 작동 에어갭(27), 전기자(2), 내부 작동 에어갭(28), 넓은 영구자석(4)을 거쳐 폐쇄된 자속(Φ1) 및 좁은 영구자석(7)에 의해 생성되고 보조 자극(26), 외부 작동 에어갭(27), 전기자(2), 내부 작동 에어갭(28), 주 자극(25), 코일보빈(8), 코일(6), 좁은 영구자석(7)을 거쳐 폐쇄된 자속(Φ2)이 중첩되어, 전기자의 작동 에어갭의 자기유도가 강화되도록 하는 동시에, 종래 전자석 코일에 전류가 흐를 때 생성되는 주 자극과 보조 자극 사이의 누설 자속(Φ7)을 효과적으로 차폐하며, 해당 부분의 자속은 전기자를 거치지 않고 폐쇄되므로, 전기자에 작용하는 전자기력이 증가되어, 전기자 흡입 및 흡입유지단계에서의 코일의 구동 전류의 크기를 감소시키고, 전자밸브의 전력소모 및 코일의 발열량을 감소시킬 수 있으며, 동시에 전기자 흡입유지단계에서의 구동 전류의 저하로 인해, 코일에 전류가 흐지 않을 경우 전류의 감쇠 속도가 가속되어 전기자의 릴리스 속도를 높일 수 있다.
(2) 코일에 전류가 흐르지 않을 경우, 넓은 영구자석(4)에 의해 생성된 자속의 일부(Φ5)는 보조 자극(26), 마그넷 요크(29), 주 자극(25), 넓은 영구자석(4)을 거쳐 페쇄되고, 일부(Φ4)는 보조 자극(26), 외부 작동 에어갭(27), 전기자(2), 내부 작동 에어갭(28), 주 자극(25), 넓은 영구자석(4)을 거쳐 폐쇄되며, 동시에 넓은 영구자석(4)에 의해 생성된 자기장은 좁은 영구자석(7)에 의해 생성된 자속(Φ6)이 보조 자극(26), 마그넷 요크(29), 주 자극(25), 코일보빈(8), 코일(6), 좁은 영구자석(7)을 거쳐 폐쇄되도록 하며, 한편, 철심은 높은 자기 전도성을 갖는 재료로 제조되어 자기 저항은 작동 에어갭에서의 자기 저항보다 훨씬 작으므로, Φ4도 Φ5및 Φ6보다 휠씬 작고, 작동 에어갭과 전기자(2)를 거치는 자속이 극히 적어, 코일에 전류가 흐르지 않을 경우, 전기자가 받는 전자기력이 매우 작아, 전기자 리셋 스프링의 예비 결합력(pre-tightening force)과 비교하여 아주 작으므로, 셀프 로킹 현상이 발생하지 않는다.
코일에 전류가 흐를 경우, 철심(5)은 전기자(2)에 대한 전자기 흡인력을 생성하되, 상기 흡인력이 전기자 리셋 스프링(16)의 예비 결합력을 충분히 극복할 수 있을 때, 전기자(2)는 밸브 로드(1)를 이끌어 철심(5) 방향으로 가속운동을 하게 되며, 철심(5)과 전기자(2) 사이의 에어갭이 작아짐에 따라, 전자기력은 갈수록 커지고, 전기자(2)의 운동속도도 갈수록 빨라지며, 밸브 로드(1)의 상단부가 댐핑 피스톤(32)에 접촉한 후 댐핑 피스톤(32)을 함께 이끌어 운동하고, 댐핑 피스톤(32)에 복수개의 댐핑 홀(33)이 형성되어 스로틀(throttle)을 발생시키므로, 전기자의 운동은 액체 감쇠력의 영향을 받아 일부 운동 에너지를 액체 열에너지와 피스톤 리셋 스프링(30)의 위치 에너지로 전환함으로써, 전기자가 최대 리프트에 도달할 때의 제한 링(21)과 전기자 리프트 조정블록(20)의 충돌 정도를 감소시켜, 원추형 밸브(17) 개방시의 진동을 감소시키며, 나아가 고압 오일 홀(19)로부터 저압 오일 챔버(23)에 유입되고 다시 오일 리턴 홀(24)에서 배출되는 고압 오일의 비선형 양(非窟性量)을 감소시켜, 해당 오일 유로에 의해 제어되는 분사 니들 밸브의 제어 정밀도를 향상시키고, 오일 분사 제어 정밀도를 향상시킨다. 한편, 전기자 초기 에어갭 조정링(13)의 높이, 전기자 리프트 조정블록(20)의 두께 및 댐핑 변위 조정링(34)의 높이(h)를 결합 조절하여 전기자 잔여 에어갭, 모션 리프트, 가속 및 댐핑 거리를 원활하게 조절할 수 있고, 전자밸브의 응답 및 그 흡입 충돌 상황을 동시에 고려할 수 있다.
상술한 설명은 본 발명의 구체적인 실시예에 불과하며 본 발명이 상기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예를 가질 수 있음은 당연한 것이다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에 개시된 내용으로부터 직접 도출할 수 있거나 생각해낼 수 있는 모든 변형은 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 철심, 코일보빈에 권취되는 코일 및 영구자석을 포함하는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석에 있어서,
    철심에 환형 요홈이 형성되어 주 자극 및 보조 자극을 형성하며, 코일은 상기 환형 요홈에 삽입되고, 상기 영구자석은 넓은 영구자석과 좁은 영구자석을 포함하며, 좁은 영구자석은 철심의 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일의 외측 또는 내측에 마련되고, 좁은 영구자석의 높이와 코일보빈의 높이는 동일하며, 넓은 영구자석은 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일보빈의 하부에 마련되고, 넓은 영구자석의 하부면의 높이는 철심의 하부면의 높이와 동일하거나 그 보다 약간 낮으며, 두 개의 영구자석의 자기화 방향은 모두 반경방향 방사 자기화 방향이며, 동일한 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석.
  2. 제1항에 있어서,
    철심의 중앙에는 단차 중심 홀이 형성되고, 상기 단차 중심 홀에는 피스톤 가이드 슬리브, 댐핑 피스톤, 피스톤 리셋 스프링 및 댐핑 변위 조정링을 포함하는 유압댐핑 조립체가 마련되되, 댐핑 피스톤과 피스톤 가이드 슬리브는 하나의 커플링 부재이며, 댐핑 피스톤에는 복수 개의 댐핑 홀이 마련되고, 피스톤 가이드 슬리브와 단차 중심 홀의 작은 홀은 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 피스톤 가이드 슬리브의 높이는 단차 중심 홀의 작은 홀 깊이와 동일하고, 댐핑 피스톤은 피스톤 리셋 스프링에 의해 댐핑 변위 조정링에 사전 압축되며, 댐핑 변위 조정링은 중앙에 원통형 홀이 형성된 보스 구조이고, 댐핑 변위 조정링과 단차 중심 홀의 큰 홀은 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 완전한 마그넷 링인 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 등분된 아크 영구자석이고, 등분된 아크 영구자석은 밀착 배치되거나 균일한 간격으로 분포된 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석.
  5. 하우징, 전자석, 초기 에어갭 조정링, 저압 캐비티, 베이스, 밸브 로드 및 전기자를 포함하고, 하우징 내에는 베이스, 저압 캐비티, 초기 에어갭 조정링, 전자석이 아래로 부터 위로 순차적으로 마련되고, 하우징의 상부에는 고정 너트가 마련되며, 베이스에는 고압 오일 홀이 형성되고, 저압 캐비티 중앙에는 큰 원통형 홀이 마련되어 저압 오일 챔버를 형성하는 동시에, 연통된 원형 홀과 오일 리턴 홀이 형성되고, 밸브 로드는 베이스와 저압 캐비티를 관통하며, 밸브 로드의 하단에는 제한 링이 마련되고, 전기자는 밸브 로드의 상부에 장착되며, 밸브 로드에는 원추형 밸브가 구비되고, 원추형 밸브는 저압 오일 챔버에 위치하며, 원추형 밸브 상부의 밸브 로드에는 전기자 리셋 스프링이 마련된 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브에 있어서,
    상기 전자석은 복합 자기회로 이중 영구자석 전자석이고, 이는 철심, 코일보빈에 권취되는 코일 및 영구자석을 포함하며, 철심에는 환형 요홈이 형성되어 주 자극 및 보조 자극을 형성하며, 코일은 상기 환형 요홈에 삽입되고, 상기 영구자석은 넓은 영구자석 및 좁은 영구자석을 포함하며, 좁은 영구자석은 철심의 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일의 외측 또는 내측에 마련되고, 좁은 영구자석의 높이와 코일보빈의 높이는 동일하며, 넓은 영구자석은 주 자극과 보조 자극 사이에 마련되되, 코일보빈의 하부에 마련되고, 넓은 영구자석의 하부면의 높이는 철심의 하부면의 높이와 동일하거나 그 보다 약간 낮으며, 두 개의 영구자석의 자기화 방향은 모두 반경방향 방사자기화 방향이며, 동일한 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    철심의 중앙에는 단차 중심 홀이 형성되고, 상기 단차 중심 홀에는 피스톤 가이드 슬리브, 댐핑 피스톤, 피스톤 리셋 스프링 및 댐핑 변위 조정링을 포함하는 유압댐핑 조립체가 마련되되, 댐핑 피스톤과 피스톤 가이드 슬리브는 하나의 커플링 부재이며, 댐핑 피스톤에는 복수 개의 댐핑 홀이 마련되고, 피스톤 가이드 슬리브와 단차 중심 홀의 작은 홀은 억지끼워 맞춰지는 방식으로 결합되며, 피스톤 가이드 슬리브의 높이는 단차 중심 홀의 작은 홀의 깊이와 동일하고, 댐핑 피스톤은 피스톤 리셋 스프링에 의해 댐핑 변위 조정링에 사전 압축되며, 댐핑 변위 조정링은 중앙에 원통형 홀이 형성된 보스 구조이고, 댐핑 변위 조정링과 단차 중심 홀의 큰 홀은 고정 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    베이스 하부에 전기자 리프트 조정블록을 장착하는 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 전자밸브.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 완전한 마그넷 링 또는 등분된 아크 영구자석이고; 넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석이 아크 영구자석일 경우, 등분된 아크 영구자석은 밀착 배치되거나 균일한 간격으로 분포된 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브.
  9. 제7항에 있어서,
    넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석은 완전한 마그넷 링 또는 등분된 아크 영구자석이고; 넓은 영구자석 및/또는 좁은 영구자석이 아크 영구자석일 경우, 등분된 아크 영구자석은 밀착 배치되거나 균일한 간격으로 분포된 것을 특징으로 하는 복합 자기회로 이중 영구자석 고속전자밸브.


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