KR20180078464A - 솔레노이드 밸브 - Google Patents

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KR20180078464A
KR20180078464A KR1020160183204A KR20160183204A KR20180078464A KR 20180078464 A KR20180078464 A KR 20180078464A KR 1020160183204 A KR1020160183204 A KR 1020160183204A KR 20160183204 A KR20160183204 A KR 20160183204A KR 20180078464 A KR20180078464 A KR 20180078464A
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hydraulic pressure
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이민수
김영근
김호연
이동헌
이재경
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주식회사 현대케피코
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Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 중공형상으로 이루어지고 외주면에 내부와 연통되는 다수 개의 포트가 형성된 플랜지(110)와 상기 플랜지(110) 내부에 직선왕복운동하여 상기 포트를 개폐하는 스풀(120)과 상기 스풀(120)을 직선왕복운동시키는 자로부(140)와 상기 스풀(120)에 형성되며 상기 스풀(120)이 상기 자로부(140) 방향으로 일정거리 이상 이동하면 상기 플랜지(110)의 상부에 형성되는 유압 형성 공간(127)을 대기와 연통시키는 통기홀(161)을 포함한다.
본 발명은 유체의 이동을 이용한 스풀의 움직임을 제한하여 스턱을 방지하므로 스핀들에 가해지는 충격을 줄이고 솔레노이드 밸브의 내구성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

Description

솔레노이드 밸브{SOLENOID VALVE}
본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변속기용 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
자동차용 변속기는 엔진의 회전속도와 회전력을 다양한 주행환경에 적합하도록 변환하여 전달하는 장치이다.
변속기는 변속과정이 운전자에 의해 수동적으로 이루어지는 수동 변속기와 일정한 패턴에 의해 자동적으로 이루어지는 자동 변속기로 구분된다.
이 중 자동 변속기는 도 1에 도시된 솔레노이드 밸브(1)에 의해 클러치가 제어되는 방식이다.
솔레노이드 밸브(1)는 전류가 인가되면 유압 형성 공간(3)에 채워진 유체가 스풀(5)을 도면상 하방으로 밀어 스핀들(7)과 아마추어(9)가 하방으로 이동하고, 전류를 해제하면 스크류(11)와 스핀들(7) 사이에 있는 스프링(13)의 복원력에 의해 스핀들(7)과 아마추어(9)가 원래의 자리로 리턴된다.
그런데 종래의 솔레노이드 밸브(1)는 스핀들(7)과 아마추어(9)가 하방으로 이동시 아마추어(9)와 폴(12)이 매우 근접해지면 강한 자기력에 의해 아마추어 아세이(6)가 폴(12)과 붙어버려서 리턴되지 않는 경우가 발생하고 이로 인해 스턱이 발생한다.
따라서, 종래에는 아마추어 아세이(6)와 폴(12)이 가까워지기 전에 스핀들(7)이 폴(12)과 우선 부딪치게 하여 아마추어 아세이(6)에 의한 스턱(stuck)을 방지하고 있다.
그런데 상기한 스턱 방지 구조는 부품과 부품이 부딪치는 문제로 소음 발생 문제가 있고 스핀들(7)과 폴(12)의 반복적인 충격으로 인해 부품 내구성이 저하되는 문제가 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제1192166호(2012.10.11 등록)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 스풀이 구동하는 유압부 구조를 개선하여 스턱 방지가 가능하게 한 변속기용 비례제어 솔레노이드 밸브를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 중공형상으로 이루어지고 외주면에 내부와 연통되는 다수 개의 포트가 형성된 플랜지와 상기 플랜지 내부에 직선왕복운동하여 상기 포트를 개폐하는 스풀과 상기 스풀을 직선왕복운동시키는 자로부와 상기 스풀에 형성되며 상기 스풀이 상기 자로부 방향으로 일정거리 이상 이동하면 상기 플랜지의 상부에 형성되는 유압 형성 공간을 대기와 연통시키는 통기홀을 포함한다.
상기 다수 개의 포트는 상기 플랜지의 내부로 유체가 공급되는 공급포트와 변속기 제어를 위한 제어포트와 상기 플랜지 내부로 공급된 유체를 외부로 배출하는 배출포트와 상기 제어포트에서 배출되는 유체의 일부가 공급되는 피드백포트를 포함한다.
상기 유압 형성 공간은 상기 피드백포트로 공급되는 유체에 의해 유압이 형성된다.
상기 스풀은 선단이 스프링에 의해 상기 플랜지에 지지되도록 상기 스프링이 배치되는 지지공간을 구비하는 보조챔버를 포함하며, 상기 플랜지에는 상기 스프링이 지지되는 지지공간으로 유입되는 유압을 배출하기 위한 유압 배출홀이 형성된다.
상기 통기홀은 상기 스풀의 보조챔버에 폭방향으로 형성되어 상기 스풀이 상기 자로부 방향으로 이동시 상기 유압 형성 공간과 상기 지지공간을 연통시킨다.
상기 통기홀은 전류 미인가시 상기 플랜지의 내주면과 맞닿고 전류 인가시 상기 스풀이 상기 자로부 방향으로 일정거리 이동하면 상기 유압 형성 공간과 연통된다.
상기 스풀은 상기 피드백포트와 연통되며 외경이 다른 부분에 비해 상대적으로 작아 상기 플랜지의 내부와 스풀 사이에 유압 형성 공간을 형성하는 피드백챔버와, 상기 공급포트 및 상기 배출포트와 선택적으로 연통되며 외경이 다른 부분에 비해 상대적으로 작아 상기 플랜지의 내부와 스풀 사이에 유압 제어 공간을 형성하는 제어챔버를 포함한다.
상기 통기홀이 상기 유압 형성 공간과 연통되면 상기 스풀의 자로부 방향 이동이 정지되고 상기 자로부에 구비되는 아마추어와 폴이 간격(ℓ)을 유지한다.
본 발명은 스풀이 자로부 방향으로 일정거리 이상 이동하면 플랜지의 상부에 형성되는 유압 형성 공간을 대기와 연통시키는 통기홀을 스풀에 형성하여 스턱을 방지한다.
이는 별도의 구성을 추가하지 않고 유체의 이동을 이용하여 스풀의 이동 범위를 제한하는 것이므로 종래와 같이 스턱 방지를 위해 스핀들의 길이를 길게 하거나 내구성을 위해 중량을 높이지 않아도 되므로 스핀들의 길이 및 중량을 줄일 수 있고 스핀들에 가해지는 충격도 줄일 수 있어 스턱 방지와 동시에 솔레노이드 밸브의 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 솔레노이드 밸브를 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브를 보인 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브의 작동을 보인 도면.
도 5는 본 발명의 솔레노이드 밸브에서 전류 인가에 따른 유압 변화를 나타낸 그래프.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 솔레노이드 밸브는 전자기력 발생으로 스풀(120)을 이동시켜 유체가 입출되는 포트를 개폐하여 유체의 압력과 유량을 제어하되, 유체를 이용하여 스풀()의 이동 범위를 제한하여 스턱을 방지하는 것에 특징이 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(100)는 플랜지(110), 스풀(120), 자로부(140), 유압부(160)를 포함한다.
플랜지(110)는 중공형상으로 이루어지고 외주면에 내부와 연통되는 다수 개의 포트가 형성된다.
다수 개의 포트는 플랜지(110)의 내부로 유체가 공급되는 공급포트(111)와 변속기 제어를 위한 제어포트(113)와 플랜지(110) 내부로 공급된 유체를 외부로 배출하는 배출포트(115)와 제어포트(113)에서 배출되는 유체의 일부가 공급되는 피드백포트(117)를 포함한다.
공급포트(111), 제어포트(113), 배출포트(115)는 플랜지(110)에 상호 소정 간격 이격된 위치에 형성되어 스풀(120)의 직선왕복운동에 따라 선택적으로 개폐될 수 있다.
제어포트(113)에서 배출되는 유체의 유량과 압력이 변속기 제어를 위한 제어압이 된다. 피드백포트(117)는 제어포트(113)에서 배출되는 유체 일부를 공급받아 피드백 압력을 제어함으로써 유압을 정밀제어한다.
플랜지(110)는 후술할 스프링(131)이 지지되는 지지공간(129)으로 유입되는 유압을 배출하기 위한 유압 배출홀(119)이 형성된다.
유압 배출홀(119)은 스프링(131)이 지지되는 지지공간(129)에 유압이 차는 것을 방지한다. 스풀(120)의 직선왕복운동시 스풀(120)과 플랜지(110) 사이의 미세 간극에 의해 지지공간(129)으로 유압이 유입되고 이로 인해 지지공간(129)에 유압이 차게 되면 스풀(120)의 작동에 문제가 발생한다.
스풀(120)은 플랜지(110) 내부에 직선왕복운동하여 포트를 개폐한다.
스풀(120)은 길이가 긴 원통 형상으로 형성되며 길이방향을 따라 외경이 다른 부분에 비해 상대적으로 작은 다수 개의 챔버가 형성되어 각 포트(111,113,115)와 연통시 유체가 플랜지(110) 내부로 공급 또는 플랜지(110) 외부로 배출될 수 있도록 된다.
스풀(120)에 형성되는 챔버는 제어챔버(121)와 피드백챔버(125)를 포함한다.
제어챔버(121)는 공급포트(111) 및 배출포트(115)와 선택적으로 연통되며 플랜지(110)와 스풀(120) 사이에 유압 제어 공간(123)을 형성한다.
피드백챔버(125)는 플랜지(110)와 스풀(120) 사이에 피드백포트(117)와 연통되는 유압 형성 공간(127)을 형성한다. 유압 형성 공간(127)은 피드백포트(117)로 공급되는 유체에 의해 유압이 형성된다.
스풀(120)의 선단은 보조챔버(128)가 형성한다. 보조챔버(128)는 스프링(131)이 삽입되어 지지되는 지지공간(129)을 포함한다. 지지공간(129)에 삽입된 스프링(131)은 플랜지(110)와 보조챔버(128) 사이에서 탄성 변형된다.
스풀(120)을 플랜지(110) 내부에서 직선왕복운동시키는 자로부(140)를 포함한다.
자로부(140)는 코어(141), 코일(143), 아마추어 아세이(145)를 포함한다.
코어(141)는 플랜지(110)에 결합되고 내부에 이동공(142)이 형성된다. 코일(143)은 중공형상으로 형성되어 코어(141)의 외주면에 결합된다.
아마추어 아세이(145)는 코일(143)의 내측에서 이동공(142)에 배치되고 스핀들(147)과 아마추어(148)를 포함한다. 스핀들(147)의 일단은 스풀(120)과 접하며 코일(143)의 전류 인가시 자기력에 의해 이동공(142)에서 직선 이동한다.
스핀들(147)은 스프링(149)에 탄성 지지되어 전류 미인가시에는 스풀(120)을 도면상 상부 방향으로 밀고 있다.
아마추어 아세이(145)는 전류가 인가되면 이동공(142) 내에서 도면상 상하 방향으로 이동한다.
유압부(160)는 스풀(120)이 직선왕복운동하여 유압이 제어되는 부분이다.
유압부(160)에 스풀(120)의 이동 범위를 제한하는 구조를 포함한다.
구체적으로, 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 일정거리 이상 이동하면 플랜지(110)의 상부에 형성되는 유압 형성 공간(127)을 대기와 연통시키는 통기홀(161)을 스풀(120)에 형성한다.
통기홀(161)은 스풀(120)의 보조챔버(128)에 폭방향으로 형성되어 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 이동시 유압 형성 공간(127)과 지지공간(129)을 연통시킨다.
통기홀(161)은 전류 미인가시 플랜지(110)의 내주면과 맞닿고 전류 인가시 스풀(120)이 자로부 방향으로 이동하면 유압 형성 공간(127)과 연통된다.
통기홀(161)이 유압 형성 공간(127)과 연통되면 유압 형성 공간(127)의 유압이 통기홀(161)과 유압 배출홀(119)을 통해 배출된다. 따라서 유압 형성 공간(127)에 형성된 유압이 대기압으로 해제되면서 스풀(120)을 자로부(140) 방향으로 밀고 있는 힘이 사라지게 된다.
통기홀(161)의 위치는 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 이동하여 통기홀(161)과 유압 형성 공간(127)이 연통시 아마추어(148)와 폴(151)이 간격(ℓ)을 유지할 수 있는 비례제어 가능한 위치에 형성된다.
이하 본 발명의 작용을 설명한다.
본 발명의 솔레노이드 밸브의 작동원리에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(100)에 전류가 미인가된 초기 조건에서 스풀(120)은 유체가 유입되는 공급포트(111)는 개방하고 유체가 배출되는 배출포트(115)는 밀폐한 상태이다.
이러한 초기 조건에서 공급포트(111)를 통해 유압 제어 공간(123)으로 유입된 유체는 유압 제어 공간(123)을 채우면서 제어포트(113)를 통해 배출되는 유체의 유량과 압력으로 변속기를 제어하므로 제어압(Pc)이 최대가 된다.
이때, 제어포트(113)로 배출되는 유체의 일부는 정밀 제어를 위해 피드백포트(117)로 공급된다.
즉, 전류가 미인가된 초기 조건에서 공급포트(Ps)는 개방되고 배출포트(Ex)는 밀폐되어 변속기를 제어하는 제어압(Pc)은 최대 유압을 형성한다.
이후, 도 3에 도시된 바와 같이, TCU에 의해 전류가 인가되면 솔레노이드 밸브(100)에 자기장이 형성되고 폴(151)에 전자기력이 발생하면서 아마추어(148)가 구동되고 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 이동한다.
이때, 전류량에 따라 스트로크가 결정되며, 스풀(120)의 자로부(140) 방향 이동에 따라 공급포트(111)가 서서히 닫히면서 배출포트(115)가 서서히 개방된다. 그에 따라 유압 제어 공간(123)과 유압 형성 공간(127)을 채우고 있는 유체의 압력과 유량이 배출포트(115)를 통해 서서히 배출되므로 제어압(Pc)이 하강한다.
즉, 전류가 인가되면 전자기력이 발생에 의해 아마추어(148)가 구동하면서 스풀(120)이 구동하여 공급포트(Ps)는 서서히 닫히고 배출포트(Ex)는 서서히 개방되면서 제어압이 하강한다.
이때, 전류량을 최대로 하면 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 더 이동하면서 공급포트(111)는 밀폐되고 배출포트(115)는 개방되면서 제어압(Pc)이 최저 유압을 형성한다.
이 과정에서 유압 형성 공간(127)에 채워진 유체가 스풀(120)을 하방으로 밀는 힘을 발생시키나, 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 일정거리 이상 이동하면 통기홀(161)이 유압 형성 공간(127)과 연통되어 유압 형성 공간(127)에 형성된 유압이 대기압으로 해제되어 스풀(120)을 자로부(140) 방향으로 밀고 있는 힘이 제거된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유압 형성 공간(127)의 유압이 화살표 방향으로 표시된 통기홀(161), 지지공간(129), 유압 배출홀(119)을 통해 외부와 연통되므로 유압 형성 공간(127)의 유압이 대기압으로 해제되어 스풀(120)이 자로부(140) 방향으로 더이상 이동하지 않고 아마추어(148)가 폴(151)과 부착되지 않고, 그로 인해 스턱이 방지된다.
도 5에는 본 발명의 솔레노이드 밸브에서 전류 인가에 따른 유압을 종래와 비교하여 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 1) Ps 개방, Ex 밀폐, Pc 최대 유압 형성 상태에서 3),4) Ps 서서히 닫힘, Ex 서서히 개방, Pc 유압 하강 상태를 거쳐 5) Ps 거의 밀폐되나 완전히 밀폐되지는 않은 상태, Ex 개방, Pc 최저 유압 형성 상태로 작동하게 된다. 이때, 유압 형성 공간의 유압은 천천히 감소하여 전류량을 최대화한 상태에서 유압 형성 공간의 유압이 대기압으로 해제되어 일정 압력을 형성하게 된다.
이때, 종래에는 스핀들이 폴과 부딪치며 스토퍼 역할을 하지만 본 발명에서는 유압 형성 공간에 형성되는 피드백의 유압이 통기구(161)에 의해 대기압으로 해제되면서 스풀(120)이 하방으로 이동하지 못하므로 스토퍼 역할을 하게 되는 것이다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 솔레노이드 밸브 110: 플랜지
111: 공급포트 113: 제어포트
115: 배출포트 117: 피드백포트
119: 유압 배출홀 120: 스풀
121: 제어챔버 123: 유압 제어 공간
125: 피드백챔버 127: 유압 형성 공간
128: 보조챔버 129: 지지공간
131: 스프링 140: 자로부
141: 코어 142: 이동공
143: 코일 145: 아마추어 아세이
147: 스핀들 148: 아마추어
149: 스프링 151: 폴
160: 유압부 161: 통기홀

Claims (8)

  1. 중공형상으로 이루어지고 외주면에 내부와 연통되는 다수 개의 포트가 형성된 플랜지;
    상기 플랜지 내부에 직선왕복운동하여 상기 포트를 개폐하는 스풀;
    상기 스풀을 직선왕복운동시키는 자로부;
    상기 스풀에 형성되며 상기 스풀이 상기 자로부 방향으로 일정거리 이상 이동하면 상기 플랜지의 상부에 형성되는 유압 형성 공간을 대기와 연통시키는 통기홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수 개의 포트는
    상기 플랜지의 내부로 유체가 공급되는 공급포트;
    변속기 제어를 위한 제어포트;
    상기 플랜지 내부로 공급된 유체를 외부로 배출하는 배출포트; 및
    상기 제어포트에서 배출되는 유체의 일부가 공급되는 피드백포트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유압 형성 공간은 상기 피드백포트로 공급되는 유체에 의해 유압이 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스풀은 선단이 스프링에 의해 상기 플랜지에 지지되도록 상기 스프링이 배치되는 지지공간을 구비하는 보조챔버를 포함하며,
    상기 플랜지에는 상기 스프링이 지지되는 지지공간으로 유입되는 유압을 배출하기 위한 유압 배출홀이 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통기홀은 상기 스풀의 보조챔버에 폭방향으로 형성되어 상기 스풀이 상기 자로부 방향으로 이동시 상기 유압 형성 공간과 상기 지지공간을 연통시키는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 통기홀은 전류 미인가시 상기 플랜지의 내주면과 맞닿고 전류 인가시 상기 스풀이 상기 자로부 방향으로 일정거리 이동하면 상기 유압 형성 공간과 연통되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스풀은
    상기 피드백포트와 연통되며 외경이 다른 부분에 비해 상대적으로 작아 상기 플랜지의 내부와 스풀 사이에 유압 형성 공간을 형성하는 피드백챔버와,
    상기 공급포트 및 상기 배출포트와 선택적으로 연통되며 외경이 다른 부분에 비해 상대적으로 작아 상기 플랜지의 내부와 스풀 사이에 유압 제어 공간을 형성하는 제어챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 통기홀이 상기 유압 형성 공간과 연통되면 상기 스풀의 자로부 방향 이동이 정지되고 상기 자로부에 구비되는 아마추어와 폴이 간격(ℓ)을 유지하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
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